JP2007309285A - Cycle variable stroke engine - Google Patents

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晋 石崎
Masashi Oba
正士 大場
Takanobu Sugiyama
孝伸 杉山
Yoshiaki Tanaka
儀明 田中
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cycle variable stroke engine having a simple structure and equipped with a piston stroke characteristic changing means suitable for necessary torque reduction. <P>SOLUTION: This cycle variable stroke engine is provided with a cycle variable stroke mechanism rotating a crankshaft 9 by a reciprocating piston 22 and making piston stroke characteristics different between an exhaust top dead center position and a compression top dead center position of the piston 22 in one cycle; the piston stroke characteristic changing means comprising a variable valve train 30 capable of switching operation timing of an air feed/discharge valve at approximately 360°of a crank rotating angle; and a control means 47 capable of switching ignition timing at approximately 360°of the crank rotating angle. By switching the operation timing of the air feed/discharge valve and ignition timing at approximately 360°of the crank rotating angle by the control means 47 and the variable valve train 30, the exhaust top dead center and the compression top dead center in one cycle are switched to change the piston stroke characteristics. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、往復動するピストンによりクランク軸を回転させ、1サイクル中のピストンの排気上死点位置(TDC)と圧縮上死点位置(TDC)とが異なるピストンストローク特性を持つサイクル可変ストロークエンジンに関し、特に、ピストンストローク特性の変更に好適なサイクル可変ストロークエンジンに関するものである。   The present invention relates to a cycle variable stroke engine having a piston stroke characteristic in which a crankshaft is rotated by a reciprocating piston and an exhaust top dead center position (TDC) and a compression top dead center position (TDC) of the piston in one cycle are different. In particular, the present invention relates to a cycle variable stroke engine suitable for changing piston stroke characteristics.

従来から機関圧縮比を変更可能とするために、排気上死点におけるピストン位置と圧縮上死点におけるピストン位置とを異ならせるサイクル可変ストロークエンジンが提案されている(特許文献1参照)。   In order to make it possible to change the engine compression ratio, a cycle variable stroke engine has been proposed in which the piston position at the exhaust top dead center is different from the piston position at the compression top dead center (see Patent Document 1).

これは、ピストンのピストンピンに連結するアッパーリンクと、クランク軸のクランクピンに連結するロアリンクとを互いに連結すると共に、ロアリンクにこれらアッパーリンクおよびロアリンクの自由度を規制するコントロールリンクの一端を連結し、このコントロールリンクの他端を、回転シャフトの偏心軸部に揺動中心まわりに回転可能に外嵌し、この回転シャフトの回転角速度を、クランク軸の回転角速度の1/2に設定して構成している。さらに、クランクシャフトの回転位相に対する回転シャフトの回転位相を変更することで、ピストンストローク特性を変更可能としている。これにより、排気上死点におけるピストン位置を、圧縮上死点におけるピストン位置よりも低く設定して、排気上死点近傍でのピストンと吸排気弁の干渉を回避しつつ、高圧縮比化が図れるようにしている。
特開2003−13764号公報
This is because the upper link connected to the piston pin of the piston and the lower link connected to the crank pin of the crankshaft are connected to each other, and one end of a control link that restricts the freedom of the upper link and the lower link to the lower link. And the other end of this control link is fitted to the eccentric shaft portion of the rotary shaft so as to be rotatable around the center of oscillation, and the rotational angular speed of this rotary shaft is set to 1/2 of the rotational angular speed of the crankshaft. Configured. Furthermore, the piston stroke characteristics can be changed by changing the rotation phase of the rotation shaft relative to the rotation phase of the crankshaft. As a result, the piston position at the exhaust top dead center is set lower than the piston position at the compression top dead center, avoiding interference between the piston and the intake and exhaust valves near the exhaust top dead center, and increasing the compression ratio. I am trying to figure it out.
Japanese Patent Laid-Open No. 2003-13764

しかしながら、上記従来例では、ピストンストローク特性の変更手段として、クランクシャフトの回転位相に対する回転シャフトの回転位相を変更するものであるため、位相変化させるために必要なトルクが大きく且つ構造が複雑・大型化し、燃費低下やコスト増となる課題があった。   However, in the above conventional example, the piston stroke characteristics are changed by changing the rotational phase of the rotating shaft relative to the rotational phase of the crankshaft. Therefore, the torque required for changing the phase is large and the structure is complicated and large. As a result, there has been a problem of fuel consumption reduction and cost increase.

そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、構造が簡素であり且つ必要トルクを低減可能なピストンストローク特性変更手段を備えるサイクル可変ストロークエンジンを提供することを目的とする。   Accordingly, the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a cycle variable stroke engine having piston stroke characteristic changing means having a simple structure and capable of reducing necessary torque.

本発明は、往復動するピストンによりクランク軸を回転させ、1サイクル中のピストンの排気上死点位置と圧縮上死点位置とで異なるピストンストローク特性とするサイクル可変ストローク機構を備えるとともに、給排気弁の作動時期をクランク回転角度にして360度前後切換え可能な可変動弁機構と、前記可変動弁機構を切換え作動させると共に点火時期をクランク回転角度にして360度前後切換える制御手段と、を備え、前記制御手段により前記可変動弁機構における給排気弁の作動時期および点火時期をクランク回転角度にして360度前後切換えることにより、1サイクル中の排気上死点と圧縮上死点とを切換えてピストンストローク特性を変更することを特徴とする。   The present invention includes a cycle variable stroke mechanism in which a crankshaft is rotated by a reciprocating piston, and a piston stroke characteristic different between an exhaust top dead center position and a compression top dead center position of a piston in one cycle is provided. A variable valve mechanism capable of switching the valve operation timing to a crank rotation angle of about 360 degrees, and a control means for switching the variable valve mechanism and switching the ignition timing to a crank rotation angle of about 360 degrees. The control means switches between the exhaust top dead center and the compression top dead center in one cycle by switching the operation timing and ignition timing of the air supply / exhaust valve in the variable valve mechanism to around 360 degrees as the crank rotation angle. The piston stroke characteristic is changed.

したがって、本発明では、往復動するピストンによりクランク軸を回転させ、1サイクル中のピストンの排気上死点位置と圧縮上死点位置とで異なるピストンストローク特性とするサイクル可変ストローク機構を備えるサイクル可変ストロークエンジンのピストンストローク特性を、可変動弁機構における給排気弁の作動時期および点火時期をクランク回転角度にして360度前後切換えることにより、1サイクル中の排気上死点と圧縮上死点とを切換えてピストンストローク特性を変更することにより、サイクル可変ストローク機構の位相切換え手段によりピストンストローク特性を変更する場合に比較して、特性変更に必要となるトルクが小さく、構造が簡素となり、コスト的にも燃費的にも有利となる。   Therefore, in the present invention, the cycle variable is provided with a cycle variable stroke mechanism having a piston stroke characteristic that is different between the exhaust top dead center position and the compression top dead center position of the piston in one cycle by rotating the crankshaft by the reciprocating piston. By switching the piston stroke characteristics of the stroke engine around 360 degrees with the operation timing and ignition timing of the supply / exhaust valve in the variable valve mechanism as the crank rotation angle, the exhaust top dead center and compression top dead center in one cycle are changed. By changing the piston stroke characteristics by switching, the torque required to change the characteristics is smaller, the structure is simplified, and the cost is lower than when the piston stroke characteristics are changed by the phase switching means of the cycle variable stroke mechanism. This is also advantageous in terms of fuel consumption.

以下、本発明のサイクル可変ストロークエンジンを各実施形態に基づいて説明する。   Hereinafter, a cycle variable stroke engine of the present invention will be described based on each embodiment.

(第1実施形態)
図1〜図9は、本発明を適用したサイクル可変ストロークエンジンの第1実施形態を示し、図1はサイクル可変ストロークエンジンの断面図、図2はサイクル可変ストローク機構の概略構成図、図3はサイクル可変ストロークエンジンのピストンストローク特性を示す特性図、図4〜図6はストローク特性変更手段の構成図、図7はストローク特性変更に係る制御フローチャート、図8はストローク特性変更に係るタイムチャート、図9はストローク特性変更手段の別の実施例を示す概略図である。
(First embodiment)
1 to 9 show a first embodiment of a cycle variable stroke engine to which the present invention is applied, FIG. 1 is a sectional view of the cycle variable stroke engine, FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a cycle variable stroke mechanism, and FIG. FIG. 4 to FIG. 6 are configuration diagrams of the stroke characteristic changing means, FIG. 7 is a control flowchart for changing the stroke characteristics, FIG. 8 is a time chart for changing the stroke characteristics, and FIG. 9 is a schematic view showing another embodiment of the stroke characteristic changing means.

本実施形態におけるサイクル可変ストロークエンジンは、図1、2に示すサイクル可変ストローク機構と、図4〜6に示すストローク特性変更手段と、により構成されている。   The cycle variable stroke engine in the present embodiment includes a cycle variable stroke mechanism shown in FIGS. 1 and 2 and a stroke characteristic changing unit shown in FIGS.

図1、2により、先ず、サイクル可変ストロークエンジンのサイクル可変ストローク機構について説明する。機関本体の一部を構成するシリンダブロック20には複数のシリンダ21が気筒列に沿って形成され、各シリンダ21内にはピストン22が昇降可能に配設されている。各ピストン22のピストンピン1は、複数のリンク、具体的にはアッパーリンク3及びロアリンク4により、クランク軸9のクランクピン2に機械的に連携されている。アッパーリンク3の一端はピストンピン1に回転可能に連結され、ロアリンク4はクランクピン2に回転可能に連結され、アッパーリンク3の他端とロアリンク4とは第1連結ピン24を介して互いに回転可能に連結されている。クランク軸9にはカウンターウエイト9aが設けられている。   A cycle variable stroke mechanism of a cycle variable stroke engine will be described first with reference to FIGS. A plurality of cylinders 21 are formed along a cylinder row in a cylinder block 20 that constitutes a part of the engine body, and pistons 22 are arranged in the cylinders 21 so as to be able to be moved up and down. The piston pin 1 of each piston 22 is mechanically linked to the crankpin 2 of the crankshaft 9 by a plurality of links, specifically, the upper link 3 and the lower link 4. One end of the upper link 3 is rotatably connected to the piston pin 1, the lower link 4 is rotatably connected to the crank pin 2, and the other end of the upper link 3 and the lower link 4 are connected via a first connecting pin 24. They are connected to each other in a rotatable manner. The crankshaft 9 is provided with a counterweight 9a.

前記ロアリンク4には、第2連結ピン25を介してコントロールリンク5の一端5aが回転可能に連結され、このコントロールリンク5の他端5bは、シリンダブロック20に設けた揺動中心5c回りに揺動可能に支持されている。ロアリンク4に連結するクランクピン2、第1連結ピン24、及び第2連結ピン25の連結位置は、同一直線上ではなく、ほぼ三角形状をなすように配置されている。   One end 5 a of a control link 5 is rotatably connected to the lower link 4 via a second connecting pin 25, and the other end 5 b of the control link 5 is around a swing center 5 c provided in the cylinder block 20. It is supported so that it can swing. The connecting positions of the crank pin 2, the first connecting pin 24, and the second connecting pin 25 that are connected to the lower link 4 are not arranged on the same straight line but are arranged in a substantially triangular shape.

前記シリンダブロック20に対するコントロールリンク5の揺動中心5cは、クランク軸9の回転に連動して回転する回転シャフト6により、その支持位置が変更されるよう構成している。即ち、回転シャフト6は、気筒列方向に延在し、複数のジャーナル部8で軸受ブラケット26を介してシリンダブロック20側に回転可能に支持されている。この回転シャフト6には、回転シャフト6自身の回転中心6aであるジャーナル部8の軸心に対して偏心する円筒形又は円柱形の偏心軸部(偏心部)7が各気筒毎に固定又は一体形成されており、各偏心軸部7の外周面に、コントロールリンク5の他端5bが回転可能に外嵌している。即ち、コントロールリンク5の他端5bが偏心軸部7に回転可能に支持されており、この偏心軸部7の軸心が、機関本体に対するコントロールリンク5の揺動中心5cとなる。   The support center of the swing center 5c of the control link 5 with respect to the cylinder block 20 is configured to be changed by the rotating shaft 6 that rotates in conjunction with the rotation of the crankshaft 9. That is, the rotating shaft 6 extends in the cylinder row direction, and is rotatably supported by the plurality of journal portions 8 on the cylinder block 20 side via the bearing bracket 26. The rotating shaft 6 has a cylindrical or columnar eccentric shaft portion (eccentric portion) 7 which is eccentric with respect to the axial center of the journal portion 8 which is the rotation center 6a of the rotating shaft 6 itself. The other end 5 b of the control link 5 is rotatably fitted on the outer peripheral surface of each eccentric shaft portion 7. That is, the other end 5b of the control link 5 is rotatably supported by the eccentric shaft portion 7, and the shaft center of the eccentric shaft portion 7 becomes the swing center 5c of the control link 5 with respect to the engine body.

また、クランク軸9の一端に固定される駆動プーリ12Aと、回転シャフト6の一端に固定される従動プーリ12Bと、両プーリ12A、12Bに架け渡されるプーリベルト13と、により、クランク軸9から回転シャフト6へ回転動力を伝達する回転動力伝達機構を構成している。前記従動プーリ12Bの半径は駆動プーリ12Aの半径の2倍に設定して、クランク軸9に対する回転シャフト6の回転速度が1/2となるようにしている。クランク軸9から回転シャフト6へ伝達される回転運動の減速比が2分の1に設定されているため、機関の1回のサイクル中に回転シャフト6が1回転することになる。   Further, a drive pulley 12A fixed to one end of the crankshaft 9, a driven pulley 12B fixed to one end of the rotating shaft 6, and a pulley belt 13 bridged between both pulleys 12A and 12B, are separated from the crankshaft 9. A rotational power transmission mechanism that transmits rotational power to the rotary shaft 6 is configured. The radius of the driven pulley 12B is set to be twice the radius of the drive pulley 12A so that the rotational speed of the rotary shaft 6 with respect to the crankshaft 9 is halved. Since the reduction ratio of the rotational motion transmitted from the crankshaft 9 to the rotary shaft 6 is set to 1/2, the rotary shaft 6 makes one rotation during one cycle of the engine.

従って、クランク軸9に連動して回転シャフト6が回転すると、各サイクル単位で、偏心軸部7を介してコントロールリンク5の揺動中心5cの支持位置が移動するため、1サイクル中の2回のピストン往復運動のピストンストローク特性が互いに異なるものとできる。つまり、排気−吸気行程と圧縮−膨張行程とでピストンストローク特性が互いに異なるものとできる。   Therefore, when the rotary shaft 6 rotates in conjunction with the crankshaft 9, the support position of the swing center 5c of the control link 5 moves via the eccentric shaft portion 7 for each cycle, so that it is twice in one cycle. The piston stroke characteristics of the piston reciprocating motion can be different from each other. That is, the piston stroke characteristics can be different between the exhaust-intake stroke and the compression-expansion stroke.

図3(A)はクランク軸9を上死点から回転シャフト6より離れる方向に回転させ、且つ偏心軸部7を介してコントロールリンク5の揺動中心5cの支持位置を、図中左側の半サイクルで回転シャフト6の回転中心6aより下降した位置とし、図中右側の半サイクルで回転シャフト6の回転中心6aより上昇した位置となるよう回転シャフト6を回転させた場合におけるピストンストローク特性を示している。   3A, the crankshaft 9 is rotated in a direction away from the rotary shaft 6 from the top dead center, and the support position of the swing center 5c of the control link 5 is determined via the eccentric shaft portion 7 in the left half of the figure. The piston stroke characteristic is shown when the rotary shaft 6 is rotated so that the position is lowered from the rotation center 6a of the rotation shaft 6 in the cycle and the position is raised from the rotation center 6a of the rotation shaft 6 in the right half cycle in the figure. ing.

前記コントロールリンク5の揺動中心5cは、図中左側の半サイクルでの上死点において最も下降した位置、即ち、ロアリンク4を介在させてピストン位置を上昇させ、また、図中右側の半サイクルでの上死点において最も上昇した位置、即ち、ロアリンク4を介在させてピストン位置を下降させて、排気上死点におけるピストン高さ位置を圧縮上死点におけるピストン高さ位置より高くなるようにしている。   The swing center 5c of the control link 5 is the most lowered position at the top dead center in the left half cycle in the drawing, that is, the piston position is raised through the lower link 4, and the right half in the drawing. The highest position at the top dead center in the cycle, that is, the piston position is lowered with the lower link 4 interposed therebetween, and the piston height position at the exhaust top dead center becomes higher than the piston height position at the compression top dead center. I am doing so.

また、ピストン22の排気上死点での上下方向位置が上昇されたことに付随して、排気行程における下死点位置から上死点へのピストン速度がそのストローク増加により相対的に増加され、また、排気上死点から始まる吸気行程においても吸気下死点へのピストン速度が相対的に増加される。逆に、ピストン22の圧縮上死点での上下方向位置を下降されたことに付随して、圧縮行程における下死点位置から上死点へのピストン速度がそのストローク減少により相対的に減少され、また、圧縮上死点から始まる膨張行程においても膨張下死点へのピストン速度が相対的に減少される。   Further, accompanying the increase in the vertical position of the piston 22 at the exhaust top dead center, the piston speed from the bottom dead center position to the top dead center in the exhaust stroke is relatively increased by the stroke increase, Also, in the intake stroke starting from the exhaust top dead center, the piston speed to the intake bottom dead center is relatively increased. On the contrary, the piston speed from the bottom dead center position to the top dead center in the compression stroke is relatively decreased by the stroke reduction accompanying the downward movement of the piston 22 at the compression top dead center. Also, in the expansion stroke starting from the compression top dead center, the piston speed to the expansion bottom dead center is relatively reduced.

次に、本実施形態のサイクル可変ストロークエンジンに適用する、ストローク特性変更手段について、図4〜図6に基づいて説明する。このストローク特性変更手段は、吸気バルブおよび排気バルブを開閉駆動するカムを切換えるバリアブルバルブリフト機構(VVL)により構成されている。基本的な構成は、本出願人が先に提案したものであるが、例えば特開平8−49514号公報等によって公知となっている。したがって、その概要のみを、吸気バルブに対するものについて説明するが、排気バルブに対するものも同様に構成されている。   Next, the stroke characteristic changing means applied to the cycle variable stroke engine of the present embodiment will be described with reference to FIGS. This stroke characteristic changing means is constituted by a variable valve lift mechanism (VVL) that switches a cam for opening and closing the intake valve and the exhaust valve. The basic configuration has been previously proposed by the present applicant, and is publicly known, for example, from Japanese Patent Laid-Open No. 8-49514. Therefore, only the outline will be described for the intake valve, but the structure for the exhaust valve is similarly configured.

前記ストローク特性変更手段を構成するバリアブルバルブリフト機構30は、図4、5に示すように、各気筒毎にカムシャフト31に、高速カム(高リフト、作動角大)32と、その両側にプロフィールの異なる低速カム33(低リフト、作動角小)とを形成している。前記高速カム32と低速カム33とは、その位相が180度反転させて配置している。前記高速カム32は、エンジン出力の増大を目的とした大作動角・大リフトのカムプロフィールを備える一方、前記低速カム33は、燃費低減を目的とした小作動角・小リフトのカムプロフィールを備える。   As shown in FIGS. 4 and 5, the variable valve lift mechanism 30 constituting the stroke characteristic changing means has a camshaft 31 for each cylinder, a high speed cam (high lift, large operating angle) 32, and profiles on both sides thereof. The low-speed cam 33 (low lift, small working angle) is formed. The high speed cam 32 and the low speed cam 33 are arranged with their phases reversed by 180 degrees. The high-speed cam 32 has a cam profile with a large operating angle and a large lift for the purpose of increasing engine output, while the low-speed cam 33 has a cam profile with a small operating angle and a small lift for the purpose of reducing fuel consumption. .

ロッカシャフト34には、バルブ35、35を夫々開閉駆動する一対のロッカアーム36が揺動自在に設けられ、これらの間に高速カム32に対応する高速サブロッカ37をロッカアーム36、36の基部に揺動自由に取付け、これらロッカアーム36、36の夫々の外側に低速カム33に対応する低速サブロッカ38、38をロッカアーム36、36の基部に揺動自由に取付けている。図5は低速サブロッカ38を含むA−A断面図であり、図6は高速サブロッカ37を含むB−B断面図である。   The rocker shaft 34 is provided with a pair of rocker arms 36 that can open and close the valves 35 and 35 so as to be swingable. A high-speed sub-rocker 37 corresponding to the high-speed cam 32 swings between the rocker shafts 34 at the bases of the rocker arms 36 and 36. The low-speed sub-rockers 38 and 38 corresponding to the low-speed cam 33 are attached to the bases of the rocker arms 36 and 36 so as to freely swing. FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line AA including the low-speed sub-rocker 38, and FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line BB including the high-speed sub-rocker 37.

前記ロッカアーム36、36は、図6に示すように、高速サブロッカ37の下方にてアーム36間に挿通された軸39にプロップ40Aが取付けられ、ロッカアーム36、36の基部に設けたプランジャ41Aが後退位置(実線位置)にあるとき図示しないリターンスプリングによりプロップ40Aの先端が高速サブロッカ37に係合されており、この状態では高速カム32による高速サブロッカ37の揺動移動がプロップ40Aを介してロッカアーム36、36を駆動し、バルブ35、35を開閉駆動する。ロッカアーム36、36の基部に設けたプランジャ41Aを前進させると、図示しないリターンスプリングに抗してプロップ40Aの先端を高速サブロッカ37への係合から離脱させる。前記プランジャ41Aの油圧室42Aには、ロッカシャフト34内に形成された油通路43を介して、オイルポンプ44からの油圧を導入するオイルギャラリが接続され、オイルギャラリの途中に制御弁45を設置している。   As shown in FIG. 6, the rocker arms 36 and 36 have a prop 40 </ b> A attached to a shaft 39 inserted between the arms 36 below the high-speed sub-rocker 37, and a plunger 41 </ b> A provided at the base of the rocker arms 36 and 36 moves backward. When in the position (solid line position), the tip of the prop 40A is engaged with the high-speed sub-rocker 37 by a return spring (not shown). In this state, the rocking movement of the high-speed sub-rocker 37 by the high-speed cam 32 is performed via the prop 40A. , 36 are driven, and the valves 35, 35 are driven to open and close. When the plunger 41A provided at the base of the rocker arms 36, 36 is advanced, the tip of the prop 40A is disengaged from the engagement with the high-speed sub-rocker 37 against a return spring (not shown). An oil gallery for introducing hydraulic pressure from an oil pump 44 is connected to the hydraulic chamber 42A of the plunger 41A via an oil passage 43 formed in the rocker shaft 34, and a control valve 45 is installed in the middle of the oil gallery. is doing.

また、前記ロッカアーム36の各外側には、図5に示すように、低速サブロッカ38の下方にてアーム36間に挿通された軸39にプロップ40Bが取付けられ、ロッカアーム36、36の基部に設けたプランジャ41Bが後退位置(実線位置)にあるとき図示しないリターンスプリングによりプロップ40Bの先端が低速サブロッカ38への係合が離脱されており、この状態では低速カム33による低速サブロッカ38の揺動移動がロッカアーム36、36へは伝達されない状態となっている。ロッカアーム36、36の基部に設けたプランジャ41Bを前進させると、図示しないリターンスプリングに抗してプロップ40Bの先端を低速サブロッカ38へ係合させ、この状態では低速カム33による低速サブロッカ38の揺動移動がプロップ40Bを介してロッカアーム36、36を駆動し、バルブ35、35を開閉駆動する。   Further, as shown in FIG. 5, a prop 40 </ b> B is attached to each outer side of the rocker arm 36 on a shaft 39 inserted between the arms 36 below the low-speed sub rocker 38, and is provided at the base of the rocker arms 36 and 36. When the plunger 41B is in the retracted position (solid line position), the tip of the prop 40B is disengaged from the low-speed sub-rocker 38 by a return spring (not shown). In this state, the low-speed cam 33 swings and moves the low-speed sub-rocker 38. The rocker arms 36 and 36 are not transmitted. When the plunger 41B provided at the base of the rocker arms 36, 36 is advanced, the tip of the prop 40B is engaged with the low-speed sub-rocker 38 against a return spring (not shown). In this state, the low-speed sub-rocker 38 is swung by the low-speed cam 33. The movement drives the rocker arms 36, 36 via the prop 40B, and opens and closes the valves 35, 35.

低速サブロッカ38および高速サブロッカ37に低速カム33若しくは高速カム32を常に転接させるように、低速サブロッカ38および高速サブロッカ37とロッカアーム36、36の基部との間にロストモーション機構46が設けられる。47はバリアブルバルブリフト機構30の制御装置で、制御装置47にはエンジン回転数信号、エンジン負荷信号等が入力され、これらの信号に基づいて制御装置47により制御弁45が制御される。また、制御装置47は、燃料噴射装置および点火時期制御装置への駆動指令信号を出力するようにしている。   A lost motion mechanism 46 is provided between the low-speed sub-rocker 38 and the high-speed sub-rocker 37 and the base of the rocker arms 36 and 36 so that the low-speed sub-rocker 38 and the high-speed sub-rocker 37 are always in contact with the low-speed cam 33 or the high-speed cam 32. 47 is a control device for the variable valve lift mechanism 30. An engine speed signal, an engine load signal, and the like are input to the control device 47, and the control valve 45 is controlled by the control device 47 based on these signals. In addition, the control device 47 outputs drive command signals to the fuel injection device and the ignition timing control device.

したがって、前記制御弁45が閉じられているときは、オイルポンプ44から油圧室42A、42Bへの油圧が遮断(もしくは減圧)されて、図5、6の実線に示すように、プロップ40A、40Bの先端が高速サブロッカ37に係合され且つ低速サブロッカ37に係合されない状態に維持され、この状態では高速カム32により高速サブロッカ37、ロッカアーム36、36を介してバルブ35、35が開閉駆動される。この場合におけるバルブ35、35の開閉タイミングは、高速カム32の位相に応じた角度位置であり、図3(B)に示すように、排気バルブ(EXH.V)および吸気バルブ(INT.V)は開閉される。したがって、排気上死点におけるピストン位置が圧縮上死点におけるピストン位置より高いストローク特性を備えたサイクル可変ストロークエンジンを構成する。この場合における点火時期は、図中右側の圧縮上死点の直前に設定される。   Therefore, when the control valve 45 is closed, the hydraulic pressure from the oil pump 44 to the hydraulic chambers 42A and 42B is cut off (or reduced in pressure), and as shown by the solid lines in FIGS. In this state, the high-speed cam 32 opens and closes the valves 35 and 35 via the high-speed sub-rocker 37 and the rocker arms 36 and 36. . In this case, the opening and closing timing of the valves 35 and 35 is an angular position corresponding to the phase of the high speed cam 32, and as shown in FIG. 3B, the exhaust valve (EXH.V) and the intake valve (INT.V). Is opened and closed. Therefore, a cycle variable stroke engine having a stroke characteristic in which the piston position at the exhaust top dead center is higher than the piston position at the compression top dead center is configured. The ignition timing in this case is set immediately before the compression top dead center on the right side in the drawing.

前記排気上死点(排気TDC)高さが圧縮上死点(圧縮TDC)高さより高く設定していることにより、筒内残留ガスが低減され、吸気下死点以降の圧縮行程が開始される時点に吸気弁35、35が閉弁するような有効圧縮比が低い条件であっても燃焼を安定させることができる。   By setting the exhaust top dead center (exhaust TDC) height higher than the compression top dead center (compression TDC) height, the in-cylinder residual gas is reduced, and the compression stroke after the intake bottom dead center is started. Combustion can be stabilized even under a condition where the effective compression ratio is low such that the intake valves 35 are closed at the time.

また、排気上死点(排気TDC)〜吸気下死点(吸気BDC)のクランク角度が、吸気下死点(吸気BDC)〜圧縮上死点(圧縮TDC)のクランク角度より小さい角度であるため、吸気行程のピストンスピードの増加による筒内ガスの流動を強化させて燃焼を改善させることができる。   Further, the crank angle from the exhaust top dead center (exhaust TDC) to the intake bottom dead center (intake BDC) is smaller than the crank angle from the intake bottom dead center (intake BDC) to the compression top dead center (compression TDC). Combustion can be improved by enhancing the in-cylinder gas flow by increasing the piston speed in the intake stroke.

しかも、排気上死点(排気TDC)高さが圧縮上死点(圧縮TDC)高さより高く設定していることにより、圧縮上死点近傍でのピストンスピードは、一般的な単リンク式ピストンクランク機構に比べて20[%]前後緩やかになるため、燃焼速度の遅い冷機時でも、初期の火炎核の生成、成長を助けて燃焼を安定させることができる。   Moreover, since the exhaust top dead center (exhaust TDC) height is set higher than the compression top dead center (compression TDC) height, the piston speed in the vicinity of the compression top dead center can be increased by a general single link piston crank. Since it becomes moderate around 20% compared with the mechanism, it is possible to stabilize the combustion by assisting the generation and growth of the initial flame kernel even in the cold machine where the combustion speed is slow.

制御弁45が開かれると、油圧室42A、42Bに所定の油圧が供給されて、図5、6の点線に示すように、プロップ40A、40Bの先端が低速サブロッカ38に係合され且つ高速サブロッカ37から離脱され、低速サブロッカ38とロッカアーム36、36とが連結され、この状態では低速カム33により低速サブロッカ38、ロッカアーム36、36を介してバルブ35、35が開閉駆動される。この場合におけるバルブ35の開閉タイミングは、低速カム33の位相に応じた角度位置であり、図3(C)に示すように、排気バルブ(EXH.V)および吸気バルブ(INT.V)は開閉され、切換え前の排気・吸気・圧縮・膨張行程が、切換え後はそれぞれ圧縮・膨張・排気・吸気行程になる。したがって、排気上死点におけるピストン位置が圧縮上死点におけるピストン位置より低いストローク特性を備えたサイクル可変ストロークエンジンを構成する。この場合における点火時期は、図中左側の圧縮上死点の直前に設定される。   When the control valve 45 is opened, a predetermined hydraulic pressure is supplied to the hydraulic chambers 42A and 42B, and the tips of the props 40A and 40B are engaged with the low-speed sub-rocker 38 and the high-speed sub-rocker 38 as shown by the dotted lines in FIGS. The low-speed sub rocker 38 and the rocker arms 36 and 36 are connected to each other. In this state, the low-speed cam 33 opens and closes the valves 35 and 35 via the low-speed sub rocker 38 and the rocker arms 36 and 36. In this case, the opening / closing timing of the valve 35 is an angular position corresponding to the phase of the low-speed cam 33, and the exhaust valve (EXH.V) and the intake valve (INT.V) are opened / closed as shown in FIG. The exhaust / intake / compression / expansion strokes before switching become the compression / expansion / exhaust / intake strokes after the switching, respectively. Therefore, a cycle variable stroke engine having a stroke characteristic in which the piston position at the exhaust top dead center is lower than the piston position at the compression top dead center is configured. The ignition timing in this case is set immediately before the compression top dead center on the left side in the drawing.

前記排気上死点(排気TDC)高さが圧縮上死点(圧縮TDC)高さより低く設定していることにより、筒内残留ガスが増加されてピストンの往復動に対するポンプロスが低減され、高圧縮比によって燃費を改善することができる。   By setting the exhaust top dead center (exhaust TDC) height to be lower than the compression top dead center (compression TDC) height, the cylinder residual gas is increased, the pump loss for the reciprocating motion of the piston is reduced, and high compression is achieved. The fuel consumption can be improved by the ratio.

なお、図示しないが、これらの給排バルブのカムシャフト31の回転位相をエンジンの運転状態に応じて変化させて、バルブ35の開閉タイミングを変更するバリアブルバルブタイミング機構(VTC)を設けることにより、エンジンの運転状態をより木目細かく制御することができる。   Although not shown, by providing a variable valve timing mechanism (VTC) that changes the opening / closing timing of the valve 35 by changing the rotational phase of the camshaft 31 of these supply / discharge valves according to the operating state of the engine. The engine operating state can be controlled more finely.

次に、本実施形態におけるサイクル可変ストロークエンジンのストローク特性変更手段によるストローク特性の変更方法について、図7に基づいて説明する。図7はピストンストローク特性変更制御のフローチャートであり、前記制御装置により予め設定した時間毎に実行される。   Next, a stroke characteristic changing method by the stroke characteristic changing means of the cycle variable stroke engine in the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a flowchart of the piston stroke characteristic change control, which is executed every time preset by the control device.

先ず、ステップS1において、要求負荷・エンジン回転数からピストンストローク特性が演算され、次いで、ステップS2において、演算されたピストンストローク特性が変更されたか否かが判定される。ピストンストローク特性の変更がない場合には今回の処理を終了する。ピストンストローク特性の変更がある場合にはステップS3へ進み、ステップS3において、変更後の圧縮比が読込まれ、ステップS4へ進む。   First, in step S1, a piston stroke characteristic is calculated from the required load / engine speed, and then in step S2, it is determined whether or not the calculated piston stroke characteristic has been changed. If there is no change in the piston stroke characteristics, the current process is terminated. If there is a change in the piston stroke characteristics, the process proceeds to step S3. In step S3, the changed compression ratio is read, and the process proceeds to step S4.

ステップS4では、変更後の圧縮比が低圧縮比側か否かが判定され、低圧縮比側である場合にはステップS5のピストンストローク特性変更の処理を開始する。低圧縮比側である場合においては、筒内残留ガスが低減され、ノック限界が拡大され、吸気ストローク増大され、出力向上される側であり、そのまま実行される。   In step S4, it is determined whether or not the compression ratio after the change is on the low compression ratio side. If the compression ratio is on the low compression ratio side, the process of changing the piston stroke characteristics in step S5 is started. In the case of the low compression ratio side, the in-cylinder residual gas is reduced, the knock limit is expanded, the intake stroke is increased, and the output is improved.

ステップS4での判定が、低圧縮比側でない場合には、ステップS6へ進み、エンジン油・水温が読込まれ、ステップS7において冷機時か否かが判定され、冷機時においては、ストローク特性の変更処理は中断され、冷機時でない場合にステップS5へ進んで、ピストンストローク特性変更の処理が開始される。このように、高圧縮比側である場合には、エンジンが冷機時か否かを判定し、冷機時でない場合にのみピストンストローク特性変更の処理を開始させる。即ち、冷機時に高圧縮比側へストローク特性を変更すると、高効率による排温低下を招いて触媒の早期活性化を妨げるため、ピストンストローク特性を変更しないようにしている。   If the determination in step S4 is not the low compression ratio side, the process proceeds to step S6, the engine oil / water temperature is read, and it is determined whether or not the engine is cold in step S7. The process is interrupted, and when the engine is not cold, the process proceeds to step S5, and the piston stroke characteristic changing process is started. As described above, when the engine is on the high compression ratio side, it is determined whether or not the engine is cold, and the piston stroke characteristic change process is started only when the engine is not cold. That is, if the stroke characteristic is changed to the high compression ratio side when the engine is cold, the exhaust temperature is lowered due to high efficiency and the early activation of the catalyst is prevented, so that the piston stroke characteristic is not changed.

ステップS5のストローク特性の変更処理は、燃料噴射・点火停止、バルブ作動時期の変更、燃料噴射時期・点火時期の変更・再開の順序で実行される。図8はピストンストローク特性変更制御のタイムチャートであり、以下では、図8のタイムチャートに基づいて、ピストンストローク特性の変更制御を説明する。   The process of changing the stroke characteristics in step S5 is executed in the order of fuel injection / ignition stop, valve operation timing change, fuel injection timing / ignition timing change / resumption. FIG. 8 is a time chart of the piston stroke characteristic change control. Hereinafter, the piston stroke characteristic change control will be described based on the time chart of FIG.

図8において、Nが変更指令時のエンジン回転、N+1〜N+2が変更途中、N+3が変更直後のエンジン回転である。ピストンストローク特性の変更においては、カム切換え時に、カム32、33が各サブロッカ37、38に衝突しないよう、また、大量の高温・高圧ガスを吸気側へ吹き返さないよう、排気行程もしくは圧縮行程前半段階において全てのカムがベースサークルとなっている時点に切換えを開始する。ここでは、高速カム32から低速カム33への切換えについて説明するが、低速カム33から高速カム32への変更においても同様の順序で作動される。   In FIG. 8, N is the engine rotation at the time of the change command, N + 1 to N + 2 are in the middle of the change, and N + 3 is the engine rotation immediately after the change. When changing the piston stroke characteristics, the first stage of the exhaust stroke or compression stroke is performed so that the cams 32 and 33 do not collide with the sub-rockers 37 and 38 and a large amount of high-temperature and high-pressure gas is not blown back to the intake side. The switching is started when all the cams are in the base circle. Here, switching from the high-speed cam 32 to the low-speed cam 33 will be described. However, even when changing from the low-speed cam 33 to the high-speed cam 32, the operation is performed in the same order.

ピストンストローク特性の変更指令が発せられる(圧縮行程が開始される時点t0)と、先ず、切換え前の最後の燃焼のためのイグニッション点火が実行され(圧縮行程の上死点付近の時点t1)、切換え前の最後の燃焼排気ガスを排出する必要があるため、排気行程中、排気カムはそのまま作動させて排気バルブEXH.Vを開閉させる(時点t2−t3)。また、最後のイグニッション点火後に、燃料噴射およびイグニッション点火を停止させる。したがって、排気行程の終了時点t3では燃料噴射は開始されない。これにより、未燃ガスの排出が防止できる。   When a piston stroke characteristic change command is issued (time t0 when the compression stroke is started), first, ignition ignition for the last combustion before switching is executed (time t1 near the top dead center of the compression stroke). Since it is necessary to discharge the last combustion exhaust gas before switching, the exhaust cam is operated as it is during the exhaust stroke, and the exhaust valve EXH. V is opened and closed (time t2-t3). Further, after the last ignition ignition, the fuel injection and the ignition ignition are stopped. Therefore, fuel injection is not started at the end point t3 of the exhaust stroke. Thereby, discharge | emission of unburned gas can be prevented.

前記切換え前の最後の燃焼排気ガスを排出のための排気行程中において、吸気カム側の制御弁45を切換え、作動油圧をプランジャ41A、41Bに加えてプロップ40A、40Bを低速側(図5、6の破線状態)に切換えて吸気作動時期を変更する(時点t2−t3)。この変更により、排気バルブEXH.Vが閉じられた上死点近傍の時点t3から吸気側の高速カム32が高速ロッカ37を押下げ作動する(時点t3−t4)が、プロップ40Aは低速側に切換えられているため、高速ロッカ37はロストモーション(空運動)するのみでロッカアーム36は押下げされず、吸気バルブ35は閉じた状態を維持する。このピストン下降行程(時点t3−t4)およびそれに続くピストン上昇行程(時点t4−t5)においては、吸気弁35は閉じられたままであり、空気の導入及び圧縮は行われない。   During the exhaust stroke for exhausting the last combustion exhaust gas before the switching, the control valve 45 on the intake cam side is switched, the hydraulic pressure is applied to the plungers 41A and 41B, and the props 40A and 40B are moved to the low speed side (FIG. 5, 6 to change the intake operation timing (time t2-t3). With this change, the exhaust valve EXH. The high speed cam 32 on the intake side pushes down the high speed rocker 37 from the time t3 in the vicinity of the top dead center where V is closed (time t3 to t4), but the prop 40A is switched to the low speed side. 37 is only lost motion (idle motion), the rocker arm 36 is not pushed down, and the intake valve 35 is kept closed. In this piston lowering stroke (time point t3-t4) and the subsequent piston rising stroke (time point t4-t5), the intake valve 35 remains closed, and air is not introduced and compressed.

前記吸気カム側が低速側に切換えられたことに伴ない、続くピストン下降行程では、低速カム33が低速ロッカ38を押下げ、プロップ40Bを介してロッカアーム36を押下げて吸気弁35を開閉させて(時点t5−t6)、低速カム33による吸気行程が実行される。この吸気行程中において、排気カム側の制御弁を切換え、作動油圧をプランジャに加えてプロップを低速側に切換えて排気作動時期を変更する(時点t5−t6)。この変更により、吸気バルブ35が閉じられた下死点近傍の時点t6から排気側の高速カムが高速ロッカを押下げ作動する(時点t6−t7)が、プロップは低速側に切換えられているため、高速ロッカはロストモーション(空運動)するのみでロッカアームは押下げされず、排気バルブは閉じた状態を維持する。このピストン上昇行程(時点t6−t7)およびそれに続くピストン下降行程(時点t7−t8)においては、排気弁EXH.Vは閉じられたままであり、空気の排出及び導入は行われない。   As the intake cam side is switched to the low speed side, the low speed cam 33 pushes down the low speed rocker 38 and pushes down the rocker arm 36 via the prop 40B to open and close the intake valve 35 in the subsequent piston lowering stroke. (Time t5-t6), the intake stroke by the low speed cam 33 is executed. During this intake stroke, the control valve on the exhaust cam side is switched, the hydraulic pressure is applied to the plunger, the prop is switched to the low speed side, and the exhaust operation timing is changed (time t5-t6). Due to this change, the high speed cam on the exhaust side pushes down the high speed rocker from time t6 near the bottom dead center when the intake valve 35 is closed (time t6 to t7), but the prop is switched to the low speed side. The high-speed rocker only performs lost motion, and the rocker arm is not pushed down, and the exhaust valve is kept closed. In this piston up stroke (time t6-t7) and the subsequent piston down stroke (time t7-t8), the exhaust valve EXH. V remains closed and no air is exhausted or introduced.

前記排気カム側が低速側に切換えられたことに伴ない、続くピストン上昇行程では、排気カム側の低速カムが低速ロッカを押下げ、プロップを介してロッカアームを押下げて排気弁を開閉させて(時点t8−t9)、低速カムによる排気行程が実行される。この排気行程(時点t8−t9)中において、燃料噴射装置から低速用の燃料噴射時期による燃料噴射が再開される。   As the exhaust cam side is switched to the low speed side, the low speed cam on the exhaust cam side pushes down the low speed rocker and pushes down the rocker arm via the prop to open and close the exhaust valve in the subsequent piston raising stroke ( From time t8 to t9), the exhaust stroke by the low speed cam is executed. During this exhaust stroke (time t8-t9), fuel injection from the fuel injection device at the low-speed fuel injection timing is resumed.

引続くピストン下降工程(時点t9−t10)においては、低速側に切換えられた吸気カム側の低速カム33により低速ロッカ38が押下げられてプロップ40B・ロッカアーム36を介して吸気弁35が開閉されて燃料を含む吸気が導入され、続くピストン上昇行程(時点t10−t11)で吸気が圧縮され、低速用に切換えられた点火時期によりイグニッション点火が再開され、以後では、吸気カム側および排気カム側とも低速モードで開閉される。   In the subsequent piston lowering step (time t9-t10), the low-speed rocker 38 is pushed down by the low-speed cam 33 on the intake cam side switched to the low-speed side, and the intake valve 35 is opened and closed via the prop 40B / rocker arm 36. The intake air containing fuel is introduced, the intake air is compressed in the subsequent piston ascending stroke (time t10-t11), and the ignition ignition is restarted at the ignition timing switched to the low speed. Thereafter, the intake cam side and the exhaust cam side Both are opened and closed in low speed mode.

以上の給排気弁の開閉時期の切換えはシリンダ毎に実行され、その間においてはその気筒に対する燃料噴射が停止されるため、燃料噴射を停止したシリンダが存在する間は、残りの各シリンダ当りの負荷を上げることによって、エンジントルクの変動を抑制する。   The switching of the opening / closing timing of the supply / exhaust valve is executed for each cylinder, and during that period, fuel injection to that cylinder is stopped. Therefore, while there are cylinders that stopped fuel injection, the load per remaining cylinder is present. By increasing the engine torque fluctuations are suppressed.

以上のように、吸排バルブの作動時期と点火時期を、運転条件に応じて燃費低減・出力向上を両立させるピストンストローク特性となるように、概略360°CA(クランクアングル)だけ切換えるピストンストローク特性変更手段とすることにより、サイクル可変ストローク機構の位相切換え手段によりピストンストローク特性を変更する場合に比較して、特性変更に必要となるトルクが小さく、構造が簡素となり、コスト的にも燃費的にも有利となる。   As described above, the piston stroke characteristics are changed by switching approximately 360 ° CA (crank angle) so that the intake / exhaust valve operating timing and ignition timing become piston stroke characteristics that achieve both fuel efficiency reduction and output improvement according to the operating conditions. This means that the torque required to change the characteristics is smaller and the structure is simpler than the case where the piston stroke characteristics are changed by the phase switching means of the cycle variable stroke mechanism. It will be advantageous.

なお、上記実施形態において、吸排気弁閉時期を可変とするピストンストローク特性変更手段として、吸排気弁の開閉時期を変化させる作動角可変機構(VVL)を用いるものについて説明したが、図9に示すように、吸気弁INT.Vおよび排気弁EXH.Vを、電気信号によって開閉する電磁式の構成とするものであってもよい。なお、この可変動弁機構は、本出願人が先に提案したものであるが、例えば特開2001−173470号公報等によって公知となっているので、その概要のみを説明する。   In the above embodiment, the piston stroke characteristic changing means that makes the intake / exhaust valve closing timing variable has been described using a variable operating angle mechanism (VVL) that changes the opening / closing timing of the intake / exhaust valve. As shown, the intake valve INT. V and exhaust valve EXH. V may be an electromagnetic configuration that opens and closes by an electrical signal. Note that this variable valve mechanism has been previously proposed by the applicant of the present invention. However, since this variable valve mechanism is publicly known, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-173470, only the outline thereof will be described.

前記吸気弁35および排気弁の電磁駆動装置(可変動弁装置)は、弁体80の弁軸81にプレート状の可動子82を取付け、この可動子82をスプリング83、84により中立位置に付勢している。そして、この可動子82の下側に開弁用電磁コイル85を配置し、上側に閉弁用電磁コイル86を配置している。   In the electromagnetic drive device (variable valve operating device) of the intake valve 35 and the exhaust valve, a plate-like movable element 82 is attached to the valve shaft 81 of the valve body 80, and the movable element 82 is attached to a neutral position by springs 83 and 84. It is fast. A valve opening electromagnetic coil 85 is disposed below the movable element 82, and a valve closing electromagnetic coil 86 is disposed above the movable element 82.

そして、開弁させる際は、上側の閉弁用電磁コイル86への通電を停止した後、下側の開弁用電磁コイル85に通電して、可動子82を下側へ吸着することにより、弁体80をリフトさせて開弁させる。逆に、閉弁させる際は、下側の開弁用電磁コイル85への通電を停止した後、上側の閉弁用電磁コイル86に通電して、可動子82を上側へ吸着することにより、弁体80をシート部に着座させて閉弁させる。このような構成の可変動弁機構により、吸排気弁の閉時期の可変制御によって吸排気時期を負荷に応じて制御することもできる。   When opening the valve, after energizing the upper valve closing electromagnetic coil 86, the lower valve opening electromagnetic coil 85 is energized to attract the mover 82 downward, The valve body 80 is lifted and opened. Conversely, when closing the valve, by energizing the lower valve opening electromagnetic coil 85 and then energizing the upper valve closing electromagnetic coil 86 to attract the mover 82 upward, The valve body 80 is seated on the seat portion and closed. With the variable valve mechanism having such a configuration, the intake / exhaust timing can be controlled according to the load by variable control of the intake / exhaust valve closing timing.

本実施形態においては、以下に記載する効果を奏することができる。   In the present embodiment, the following effects can be achieved.

(ア)往復動するピストン22によりクランク軸9を回転させ、1サイクル中のピストン22の排気上死点位置と圧縮上死点位置とで異なるピストンストローク特性とするサイクル可変ストローク機構を備えるとともに、給排気弁の作動時期をクランク回転角度にして360度前後切換え可能な可変動弁機構30と、前記可変動弁機構30を切換え作動させると共に点火時期をクランク回転角度にして360度前後切換える制御手段47と、を備え、前記制御手段47により前記可変動弁機構30における給排気弁の作動時期および点火時期をクランク回転角度にして360度前後切換えることにより、1サイクル中の排気上死点と圧縮上死点とを切換えてピストンストローク特性を変更するようにしている。   (A) The crankshaft 9 is rotated by the reciprocating piston 22, and a cycle variable stroke mechanism having different piston stroke characteristics at the exhaust top dead center position and the compression top dead center position of the piston 22 in one cycle is provided. A variable valve mechanism 30 that can be switched around 360 degrees with the operation timing of the air supply / exhaust valve as a crank rotation angle, and a control means that switches the variable valve mechanism 30 and switches the ignition timing around 360 degrees with a crank rotation angle. 47, and the control means 47 switches the operation timing and ignition timing of the air supply / exhaust valve in the variable valve mechanism 30 to around 360 degrees with respect to the crank rotation angle, so that the exhaust top dead center and compression in one cycle can be achieved. The piston stroke characteristics are changed by switching the top dead center.

即ち、排気TDCと圧縮TDCが異なるサイクル可変ストロークでは、適切なピストンストローク特性の設定によって燃費低減もしくは出力向上を実現することができる。例えば排気上死点におけるピストン位置を圧縮上死点におけるピストン位置よりも低くすると、筒内残留ガス増大によるポンプロス低減および高膨張比によって燃費を低減することができる。また、排気上死点におけるピストン位置を圧縮上死点におけるピストン位置より高くすると、残留ガス低減によるノック限界拡大および吸気ストローク量増大によって出力が向上する。したがって、運転条件に応じたピストンストローク特性に変更すれば燃費低減・出力向上を両立させることができる。   That is, in a cycle variable stroke in which the exhaust TDC and the compression TDC are different, it is possible to realize a reduction in fuel consumption or an improvement in output by setting an appropriate piston stroke characteristic. For example, if the piston position at the exhaust top dead center is set lower than the piston position at the compression top dead center, the fuel consumption can be reduced by reducing the pump loss and increasing the expansion ratio due to the increase in the cylinder residual gas. Further, if the piston position at the exhaust top dead center is made higher than the piston position at the compression top dead center, the output is improved by the expansion of the knock limit and the increase of the intake stroke amount due to the residual gas reduction. Therefore, if the piston stroke characteristics are changed according to the operating conditions, both fuel consumption reduction and output improvement can be achieved.

そして、上記切換え方法によれば、サイクル可変ストローク機構の位相切換え手段によりピストンストローク特性を変更する場合に比較して、特性変更に必要となるトルクが小さく、構造が簡素となり、コスト的にも燃費的にも有利となる。   According to the above switching method, the torque required for the characteristic change is small, the structure is simplified, and the fuel efficiency is reduced as compared with the case where the piston stroke characteristic is changed by the phase switching means of the cycle variable stroke mechanism. This is also advantageous.

(イ)可変動弁機構30として、それぞれ180度位相が異なる複数のカム32、33を形成した吸気側カムシャフト31および排気側カムシャフトと、吸気バルブ35を開閉駆動するカムを切換可能な油圧作動式の吸気側バリアブルバルブリフト機構と、排気バルブを開閉駆動するカムを切換可能な油圧作動式の排気側バリアブルバルブリフト機構と、これらの機構への油圧の供給を制御する制御手段47とにより構成することにより、180度位相の相違する複数のカムのいずれかを選択作動させるのみであるため、変更時の応答性に優れる。   (A) As the variable valve mechanism 30, a hydraulic pressure capable of switching between an intake side camshaft 31 and an exhaust side camshaft formed with a plurality of cams 32, 33 each having a phase difference of 180 degrees and a cam for opening and closing the intake valve 35. An actuating intake side variable valve lift mechanism, a hydraulically actuated exhaust side variable valve lift mechanism capable of switching a cam for opening and closing the exhaust valve, and a control means 47 for controlling the supply of hydraulic pressure to these mechanisms By configuring, only one of a plurality of cams having a phase difference of 180 degrees is selectively operated, so that the response at the time of change is excellent.

(ウ)制御手段47により、ピストンストローク特性の切換え時において、切換えが完了するまで燃料噴射を停止させることにより、未燃ガスの排出や圧縮された高温混合気ガスの吸気側への逆流を防ぐことができる。   (C) When switching the piston stroke characteristics by the control means 47, the fuel injection is stopped until the switching is completed, thereby preventing the discharge of unburned gas and the backflow of the compressed high-temperature gas mixture to the intake side. be able to.

(エ)制御手段47により、エンジン冷機時においては排気上死点位置が圧縮上死点位置より高いピストンストローク特性に固定することにより、低圧縮比化による熱効率低下に加え、残留ガスが低減して燃焼が安定し、点火時期リタードが可能となり、排気温度を昇温させて触媒の早期活性化を図ることができる。   (D) The control means 47 fixes the piston top characteristic at which the exhaust top dead center position is higher than the compression top dead center position when the engine is cold, thereby reducing the residual gas in addition to lowering the thermal efficiency due to the lower compression ratio. Thus, combustion is stabilized, ignition timing retard is possible, and the exhaust gas temperature is raised to enable early activation of the catalyst.

(第2実施形態)
図10〜図12は、本発明を適用したサイクル可変ストロークエンジンの第2実施形態を示し、図10はストローク特性変更手段のシステム構成図、図11はストローク特性変更手段の位相可変機構の概略図、図12はストローク特性変更に伴なうタイムチャートである。本実施形態においては、給排気弁の開閉位相を切換えることによりストローク特性を変更する構成を第1実施形態に追加したものである。なお、図1〜図8と同一装置には同一符号を付してその説明を省略ないし簡略化する。
(Second Embodiment)
10 to 12 show a second embodiment of a cycle variable stroke engine to which the present invention is applied, FIG. 10 is a system configuration diagram of the stroke characteristic changing means, and FIG. 11 is a schematic diagram of a phase variable mechanism of the stroke characteristic changing means. FIG. 12 is a time chart accompanying the change in stroke characteristics. In this embodiment, the structure which changes a stroke characteristic by switching the opening / closing phase of an air supply / exhaust valve is added to 1st Embodiment. 1 to 8 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted or simplified.

本実施形態のサイクル可変ストロークエンジンにおいては、第1実施形態におけるサイクル可変ストローク機構の使用を前提とし、図10、11に示す給排気弁のバルブタイミング機構(VTC)を用いることにより、ピストンストローク特性変更手段を構成している。   In the cycle variable stroke engine of this embodiment, on the premise that the cycle variable stroke mechanism in the first embodiment is used, by using the valve timing mechanism (VTC) of the supply / exhaust valve shown in FIGS. It constitutes a change means.

前記給排気弁のバルブタイミング機構(VTC)によるピストンストローク特性変更手段は、図10に示すように、内燃機関の吸排気弁可変動弁機構は、吸排気弁のリフト・作動角を変化させるリフト・作動角可変機構51と、そのリフトの中心角の位相(図示しないクランク軸に対する位相)を進角もしくは遅角させる位相可変機構71と、を組合せて構成している。なお、このリフト・作動角可変機構51は、本出願人が先に提案したものであるが、例えば特開平11−107725号公報等によって公知となっているので、その概要のみを説明する。   As shown in FIG. 10, the piston stroke characteristic changing means by the valve timing mechanism (VTC) of the intake / exhaust valve is an intake / exhaust valve variable valve mechanism of the internal combustion engine, which lifts and changes the lift / operating angle of the intake / exhaust valve. The operating angle variable mechanism 51 is combined with a phase variable mechanism 71 that advances or retards the phase of the center angle of the lift (phase with respect to a crankshaft not shown). The lift / operating angle variable mechanism 51 has been previously proposed by the applicant of the present application. However, since it has been publicly known, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-107725, only the outline thereof will be described.

先ず、前記リフト・作動角可変機構51について、説明する。リフト・作動角可変機構51は、シリンダヘッド上部のカムブラケット(図示せず)に回転自在に支持された駆動軸52と、この駆動軸52に、圧入等により固定された偏心カム53と、上記駆動軸52の上方位置に同じカムブラケットによって回転自在に支持されるとともに駆動軸52と平行に配置された制御軸62と、この制御軸62の偏心カム部68に揺動自在に支持されたロッカアーム56と、各吸気弁35の上端部に配置されたタペット35Aに当接する揺動カム59と、を備える。   First, the lift / operating angle variable mechanism 51 will be described. The lift / operating angle variable mechanism 51 includes a drive shaft 52 rotatably supported by a cam bracket (not shown) above the cylinder head, an eccentric cam 53 fixed to the drive shaft 52 by press-fitting, and the like. A control shaft 62 that is rotatably supported by the same cam bracket at a position above the drive shaft 52 and arranged in parallel to the drive shaft 52, and a rocker arm that is swingably supported by an eccentric cam portion 68 of the control shaft 62. 56, and a swing cam 59 that contacts the tappet 35A disposed at the upper end of each intake valve 35.

前記偏心カム53とロッカアーム56とはリンクアーム54によって連係され、ロッカアーム56と揺動カム59とはリンク部材58によって連係されている。前記駆動軸52は、タイミングチェーンないしはタイミングベルトを介して機関のクランク軸によって駆動される。前記偏心カム53は、駆動軸52の軸心から所定量だけオフセットした点を中心とした円形外周面を有し、この外周面には、リンクアーム54の環状部が回転可能に嵌合している。   The eccentric cam 53 and the rocker arm 56 are linked by a link arm 54, and the rocker arm 56 and the swing cam 59 are linked by a link member 58. The drive shaft 52 is driven by the crankshaft of the engine via a timing chain or a timing belt. The eccentric cam 53 has a circular outer peripheral surface centered at a point offset from the shaft center of the drive shaft 52 by a predetermined amount, and an annular portion of the link arm 54 is rotatably fitted to the outer peripheral surface. Yes.

前記ロッカアーム56は、略中央部が上記偏心カム部68によって揺動可能に支持され、その一端部に、連結ピン55を介して前記リンクアーム54のアーム部が連係しているとともに、他端部に、連結ピン57を介して上記リンク部材58の上端部が連係している。前記偏心カム部68は、制御軸62の軸心から偏心しており、制御軸62の角度位置に応じてロッカアーム56の揺動中心は変化する。   The rocker arm 56 has a substantially central portion supported by the eccentric cam portion 68 so as to be swingable. The one end portion of the rocker arm 56 is linked to the arm portion of the link arm 54 via a connecting pin 55 and the other end portion. Further, the upper end portion of the link member 58 is linked via the connecting pin 57. The eccentric cam portion 68 is eccentric from the axis of the control shaft 62, and the rocking center of the rocker arm 56 changes according to the angular position of the control shaft 62.

前記揺動カム59は、駆動軸52の外周に嵌合して回転自在に支持され、側方へ延びた端部に、連結ピン67を介して前記リンク部材58の下端部が連係している。この揺動カム59の下面には、駆動軸52と同心状の円弧をなす基円面と、該基円面から所定の曲線を描いて延びるカム面と、が連続して形成され、これらの基円面ならびにカム面が、揺動カム59の揺動位置に応じてタペット35Aの上面に当接するようになっている。即ち、前記基円面はベースサークル区間として、リフト量が0となる区間であり、揺動カム59が揺動してカム面がタペット35Aに接触すると、徐々にリフトしていくことになる。なお、ベースサークル区間とリフト区間との間には若干のラップ区間が設けられている。   The swing cam 59 is fitted to the outer periphery of the drive shaft 52 and is rotatably supported, and a lower end portion of the link member 58 is linked to an end portion extending sideways through a connecting pin 67. . On the lower surface of the swing cam 59, a base circle surface concentric with the drive shaft 52 and a cam surface extending in a predetermined curve from the base circle surface are continuously formed. The base circle surface and the cam surface are in contact with the upper surface of the tappet 35 </ b> A according to the swing position of the swing cam 59. In other words, the base circle surface is a section where the lift amount becomes 0 as a base circle section, and when the swing cam 59 swings and the cam surface comes into contact with the tappet 35A, it gradually lifts. A slight lap section is provided between the base circle section and the lift section.

前記制御軸62は、一端部に設けられたリフト・作動角制御用アクチュエータ63によって所定角度範囲内で回転するように構成されている。このリフト・作動角制御用アクチュエータ63は、例えばウォームギア65を介して制御軸62を駆動するサーボモータ等からなり、エンジンコントロールユニット69からの制御信号によって制御される。制御軸62の回転角度は、制御軸センサ64によって検出される。   The control shaft 62 is configured to rotate within a predetermined angle range by a lift / operating angle control actuator 63 provided at one end. The lift / operating angle control actuator 63 includes, for example, a servo motor that drives the control shaft 62 via the worm gear 65, and is controlled by a control signal from the engine control unit 69. The rotation angle of the control shaft 62 is detected by the control shaft sensor 64.

以上のように構成されたリフト・作動角可変機構51は、駆動軸52が回転すると、偏心カム53のカム作用によってリンクアーム4を上下動させ、これに伴ってロッカアーム56が揺動する。このロッカアーム56の揺動は、リンク部材58を介して揺動カム59へ伝達され、該揺動カム59を揺動させる。この揺動カム59のカム作用によって、タペット60が押圧され、吸気弁35をリフトさせるよう作用する。   When the drive shaft 52 rotates, the lift / operating angle variable mechanism 51 configured as described above moves the link arm 4 up and down by the cam action of the eccentric cam 53, and the rocker arm 56 swings accordingly. The swing of the rocker arm 56 is transmitted to the swing cam 59 via the link member 58 to swing the swing cam 59. By the cam action of the swing cam 59, the tappet 60 is pressed and acts to lift the intake valve 35.

前記リフト・作動角制御用アクチュエータ63を介して制御軸62の角度を変化させると、ロッカアーム56の初期位置が変化し、揺動カム59の初期揺動位置が変化する。例えば偏心カム部68が図の上方へ位置しているとすると、ロッカアーム56は全体として上方へ位置し、揺動カム59の連結ピン67側の端部が相対的に上方へ引き上げられた状態となる。つまり、揺動カム59の初期位置は、そのカム面がタペット35Aから離れる方向に傾く。従って、駆動軸52の回転に伴って揺動カム59が揺動した際に、基円面が長くタペット35Aに接触し続け、カム面がタペット35Aに接触する期間は短い。従って、リフト量が全体として小さくなり、且つその開時期から閉時期までの角度範囲つまり作動角も縮小する。   When the angle of the control shaft 62 is changed via the lift / operation angle control actuator 63, the initial position of the rocker arm 56 changes and the initial swing position of the swing cam 59 changes. For example, if the eccentric cam portion 68 is positioned upward in the figure, the rocker arm 56 is positioned upward as a whole, and the end of the swing cam 59 on the side of the connecting pin 67 is relatively lifted upward. Become. That is, the initial position of the swing cam 59 is inclined in a direction in which the cam surface is separated from the tappet 35A. Therefore, when the swing cam 59 swings with the rotation of the drive shaft 52, the base circle surface is kept in contact with the tappet 35A long, and the period during which the cam surface is in contact with the tappet 35A is short. Accordingly, the lift amount is reduced as a whole, and the angle range from the opening timing to the closing timing, that is, the operating angle is also reduced.

逆に、偏心カム部68が図の下方へ位置しているとすると、ロッカアーム56は全体として下方へ位置し、揺動カム59の連結ピン67側の端部が相対的に下方へ押し下げられた状態となる。つまり、揺動カム59の初期位置は、そのカム面がタペット60に近付く方向に傾く。従って、駆動軸52の回転に伴って揺動カム59が揺動した際に、タペット60と接触する部位が基円面からカム面へと直ちに移行する。従って、リフト量が全体として大きくなり、且つその作動角も拡大する。   On the contrary, if the eccentric cam portion 68 is positioned downward in the figure, the rocker arm 56 is positioned downward as a whole, and the end portion on the connecting pin 67 side of the swing cam 59 is pushed downward relatively. It becomes a state. That is, the initial position of the swing cam 59 is inclined in a direction in which the cam surface approaches the tappet 60. Therefore, when the swing cam 59 swings with the rotation of the drive shaft 52, the portion that contacts the tappet 60 immediately shifts from the base circle surface to the cam surface. Therefore, the lift amount is increased as a whole, and the operating angle is also increased.

前記偏心カム部68の初期位置は連続的に変化させ得るので、これに伴って、バルブリフト特性は、連続的に変化する。つまり、リフトならびに作動角を、両者同時に、連続的に拡大、縮小させることができる。各部のレイアウトによるが、例えば、リフト・作動角の大小変化に伴い、吸気弁61の開時期と閉時期とがほぼ対称に変化する。   Since the initial position of the eccentric cam portion 68 can be continuously changed, the valve lift characteristic is continuously changed accordingly. That is, the lift and the operating angle can be continuously expanded and reduced simultaneously. Depending on the layout of each part, for example, the opening timing and closing timing of the intake valve 61 change substantially symmetrically with the change in the lift and operating angle.

前記位相可変機構71は、前記駆動軸52の前端部に設けられたスプロケット72と、このスプロケット72と上記駆動軸52とを、所定の角度範囲内において相対的に回転させる位相制御用アクチュエータ73と、から構成されている。前記スプロケット72は、図示しないタイミングチェーンもしくはタイミングベルトを介して、クランク軸9に連動している。前記位相制御用アクチュエータ73は、図11に示すように、油圧式の回転型アクチュエータからなり、エンジンコントロールユニット69からの制御信号によって切換え制御される切換え弁74を介して、進角側のシリンダ室75Aに圧油を導入することにより、回転ピストン(ベーン)76およびカム駆動軸52を(180度)進角させ、遅角側のシリンダ室75Bに圧油を導入することにより回転ピストン(ベーン)76およびカム駆動軸52を(180度)遅角させるよう作動される。この位相制御用アクチュエータ73の作用によって、スプロケット72と駆動軸52とが相対的に回転し、バルブリフトにおけるリフト中心角がカム駆動軸52において180度(クランク角では360度)遅進する。   The phase variable mechanism 71 includes a sprocket 72 provided at a front end portion of the drive shaft 52, and a phase control actuator 73 that relatively rotates the sprocket 72 and the drive shaft 52 within a predetermined angle range. , Is composed of. The sprocket 72 is linked to the crankshaft 9 via a timing chain or a timing belt (not shown). As shown in FIG. 11, the phase control actuator 73 is a hydraulic rotary actuator, and is connected to a cylinder chamber on the advance side through a switching valve 74 that is controlled to be switched by a control signal from an engine control unit 69. By introducing pressure oil into 75A, the rotary piston (vane) 76 and cam drive shaft 52 are advanced (180 degrees), and pressure oil is introduced into the cylinder chamber 75B on the retard side to thereby rotate the piston (vane). 76 and cam drive shaft 52 are actuated to retard (180 degrees). By the action of the phase control actuator 73, the sprocket 72 and the drive shaft 52 rotate relatively, and the lift center angle in the valve lift is delayed by 180 degrees (360 degrees in crank angle) in the cam drive shaft 52.

つまり、リフト特性の曲線自体は変わらずに、全体が進角もしくは遅角する。また、この変化も、連続的に得ることができる。この位相可変機構71の制御状態は、駆動軸52の回転位置に応答する駆動軸センサ66によって検出される。なお、リフト・作動角可変機構51ならびに位相可変機構71の制御は、エンジン運転条件と合わせ、ECUにより最適に制御される。   That is, the lift characteristic curve itself does not change, and the whole advances or retards. This change can also be obtained continuously. The control state of the phase variable mechanism 71 is detected by a drive shaft sensor 66 that responds to the rotational position of the drive shaft 52. The lift / operating angle variable mechanism 51 and the phase variable mechanism 71 are optimally controlled by the ECU in accordance with the engine operating conditions.

次に、本実施形態におけるサイクル可変ストロークエンジンのストローク特性変更手段によるストローク特性の変更方法について、説明する。ピストンストローク特性変更制御のフローチャートは、第1実施形態(図7)と同様である。以下では、ステップS5のストローク特性の変更処理である、燃料噴射・点火停止、バルブ作動時期の変更、燃料噴射時期・点火時期の変更・再開の順序を。図12のピストンストローク特性変更制御のタイムチャートに基づいて、ピストンストローク特性の変更制御を説明する。   Next, the stroke characteristic changing method by the stroke characteristic changing means of the cycle variable stroke engine in the present embodiment will be described. The flowchart of the piston stroke characteristic change control is the same as that of the first embodiment (FIG. 7). Hereinafter, the order of the fuel injection / ignition stop, the change of the valve operation timing, the change / restart of the fuel injection timing / ignition timing, which is the stroke characteristic change processing in step S5, will be described. Based on the time chart of the piston stroke characteristic change control in FIG. 12, the piston stroke characteristic change control will be described.

図12おいて、Nが変更指令時のエンジン回転、N+n〜N+mが変更途中、N+(m+1)が変更直後のエンジン回転である。ここでは、低圧縮比(高速モード)から高圧縮比(低速モード)への切換えについて説明するが、高圧縮比(低速モード)から低圧縮比(高速モード)への変更においても同様の順序で作動される。   In FIG. 12, N is the engine rotation at the time of the change command, N + n to N + m are during the change, and N + (m + 1) is the engine rotation immediately after the change. Here, switching from a low compression ratio (high-speed mode) to a high compression ratio (low-speed mode) will be described, but in the same order when changing from a high compression ratio (low-speed mode) to a low compression ratio (high-speed mode). Actuated.

ピストンストローク特性の変更指令が発せられる(圧縮行程が開始される時点t0)と、先ず、切換え前の吸気行程終了後に、吸気バルブリフトをほぼゼロにして(時点t0−t1)、バルブタイミングの変更途中でのピストン冠面と吸気バルブINT.Vとの干渉を防止する。   When a change command for the piston stroke characteristic is issued (time t0 when the compression stroke is started), first, after the intake stroke before switching is completed, the intake valve lift is substantially zero (time t0-t1), and the valve timing is changed. The piston crown and intake valve INT. Interference with V is prevented.

また、切換え前の最後の燃焼のためのイグニッション点火が実行され(圧縮行程の上死点付近の時点t1)、切換え前の最後の燃焼排気ガスを排出する必要があるため、排気行程中、排気カムはそのまま作動させて排気バルブEXH.Vを開閉させる(時点t2−t3)。   Further, the ignition ignition for the last combustion before the switching is executed (time t1 near the top dead center of the compression stroke), and the last combustion exhaust gas before the switching needs to be discharged. The cam is operated as it is and the exhaust valve EXH. V is opened and closed (time t2-t3).

また、最後のイグニッション点火後に、燃料噴射およびイグニッション点火を停止させる。したがって、排気行程の終了時点t3では燃料噴射は開始されない。これにより、未燃ガスの排出が防止できる。   Further, after the last ignition ignition, the fuel injection and the ignition ignition are stopped. Therefore, fuel injection is not started at the end point t3 of the exhaust stroke. Thereby, discharge | emission of unburned gas can be prevented.

前記切換え前の最後の燃焼排気ガスを排出のための排気行程の終了後(時点t3後)において、吸気側の位相可変機構71への切換え弁74を切換え、作動油圧を遅角側のシリンダ室75Bに供給して、吸気バルブ35の開閉位相を180度(クランク角360度(時点t5から開弁される))遅角させる。また、この時点での吸気のバルブタイミングの変更は、切換え前の最後の燃焼排気ガス排出後に実行されることにより、吸気バルブタイミング変更途中において排気弁と大オーバーラップとなって大量の高温・高圧ガスが吸気側へ吹き返さないようにしている。同時に、排気バルブEXH.Vのリフト量をほぼゼロにして(時点t3−t4)、バルブタイミングの変更途中でのピストン冠面と排気バルブEXH.Vとの干渉を防止する。   After the end of the exhaust stroke for discharging the last combustion exhaust gas before the switching (after time t3), the switching valve 74 to the intake-side phase variable mechanism 71 is switched, and the operating oil pressure is retarded. Then, the opening / closing phase of the intake valve 35 is delayed by 180 degrees (crank angle 360 degrees (opened from time t5)). In addition, the change in the intake valve timing at this point is executed after the last combustion exhaust gas discharge before switching, so that there is a large overlap with the exhaust valve in the middle of the intake valve timing change and a large amount of high temperature and high pressure Gas is prevented from blowing back to the intake side. At the same time, the exhaust valve EXH. The lift amount of V is substantially zero (time t3-t4), and the piston crown surface and the exhaust valve EXH. Interference with V is prevented.

吸気側の位相可変機構71の遅角側への切換えにより、時点t5以降のピストン下降行程において、吸気バルブINT.Vの開閉が実行されるが、バルブリフト量がゼロに維持されているため、吸気バルブINT.Vは閉じた状態を維持し、空気の導入及び圧縮は行われない。   By switching the intake-side phase variable mechanism 71 to the retard side, the intake valve INT. V is opened / closed, but since the valve lift is maintained at zero, the intake valve INT. V remains closed and no air is introduced or compressed.

この吸気行程中(時点t5−t6)において、排気側の切換え制御弁を遅角側に切換え、作動油圧を遅角側のシリンダ室に供給して、排気バルブEXH.Vの開閉位相を180度(クランク角360度(時点t5から開弁される))遅角させる。また、吸気バルブINT.Vが閉じられた下死点近傍の時点t6から吸気側のバルブリフト量を目標リフト量に変更する(時点t6−t7)。前記排気バルブEXH.Vの開閉タイミングの遅角側への変更により、続くピストン上昇行程(時点t6−t7)においては、排気バルブEXH.Vは開閉されない。   During this intake stroke (time t5 to t6), the exhaust-side switching control valve is switched to the retarded angle side, the operating hydraulic pressure is supplied to the retarded-side cylinder chamber, and the exhaust valve EXH. The open / close phase of V is retarded by 180 degrees (crank angle 360 degrees (opened from time t5)). In addition, the intake valve INT. The valve lift amount on the intake side is changed to the target lift amount from time t6 near the bottom dead center where V is closed (time t6 to t7). The exhaust valve EXH. Due to the change of the V opening / closing timing to the retard side, in the subsequent piston ascent stroke (time t6-t7), the exhaust valve EXH. V is not opened or closed.

時点t6−t8間のピストン上昇行程およびピストン下降行程は、切換え後の圧縮行程および膨張行程に相当し、給排気バルブは開閉されず、空気の排出及び導入は行われない。   The piston up stroke and piston down stroke between time points t6 and t8 correspond to the compression stroke and expansion stroke after switching, the air supply / exhaust valve is not opened and closed, and air is not discharged or introduced.

前記排気側が遅角側に切換えられたことに伴ない、続くピストン上昇行程(時点t8−t9)では、排気バルブEXH.Vを開閉させて(時点t8−t9)排気行程が実行される。この排気行程(時点t8−t9)中において、燃料噴射装置から遅角用の燃料噴射時期による燃料噴射が再開される。同時に、排気バルブEXH.Vのバルブリフト量を目標リフト量に変更する。   As the exhaust side is switched to the retard side, the exhaust valve EXH. V is opened and closed (time t8-t9), and the exhaust stroke is executed. During this exhaust stroke (time t8-t9), fuel injection from the fuel injection device at the retarded fuel injection timing is resumed. At the same time, the exhaust valve EXH. The valve lift amount of V is changed to the target lift amount.

引続くピストン下降工程(時点t9−t10)においては、遅角側に切換えられた吸気カムにより吸気バルブINT.Vが開閉されて燃料を含む吸気が導入され、続くピストン上昇行程(時点t10−t11)で吸気が圧縮され、低速用に切換えられた点火時期によりイグニッション点火が再開され、以後では、吸気カム側および排気カム側とも遅角モードで開閉される。   In the subsequent piston lowering step (time t9-t10), the intake valve INT. V is opened and closed, and intake air containing fuel is introduced. The intake air is compressed in the subsequent piston ascending stroke (time t10-t11), and ignition ignition is restarted at the ignition timing switched to low speed. The exhaust cam side is also opened and closed in the retard mode.

以上の給排気弁の開閉時期の切換えはシリンダ毎に実行され、その間においてはその気筒に対する燃料噴射が停止されるため、燃料噴射を停止したシリンダが存在する間は、残りの各シリンダ当りの負荷を上げることによって、エンジントルクの変動を抑制する。   The switching of the opening / closing timing of the supply / exhaust valve is executed for each cylinder, and during that period, fuel injection to that cylinder is stopped. Therefore, while there are cylinders that stopped fuel injection, the load per remaining cylinder is present. By increasing the engine torque fluctuations are suppressed.

以上のように、吸排気バルブの作動時期と点火時期を、運転条件に応じて燃費低減・出力向上を両立させるピストンストローク特性となるように、概略360°CA(クランクアングル)切換えるピストンストローク特性変更手段とすることにより、サイクル可変ストローク機構の位相切換え手段によりピストンストローク特性を変更する場合に比較して、特性変更に必要となるトルクが小さく、構造が簡素となり、コスト的にも燃費的にも有利となる。   As described above, the piston stroke characteristics are changed by switching approximately 360 ° CA (crank angle) so that the intake / exhaust valve operating timing and ignition timing become piston stroke characteristics that achieve both fuel efficiency reduction and output improvement according to the operating conditions. This means that the torque required to change the characteristics is smaller and the structure is simpler than the case where the piston stroke characteristics are changed by the phase switching means of the cycle variable stroke mechanism. It will be advantageous.

本実施形態においては、第1実施形態における効果(ア)、(ウ)、(エ)に加えて以下に記載した効果を奏することができる。   In the present embodiment, in addition to the effects (a), (c), and (d) in the first embodiment, the following effects can be achieved.

(オ)可変動弁機構として、吸気側カムシャフト(52)および排気側カムシャフトの回転位相を夫々180度切換可能な油圧作動式のバリアブルバルブタイミング機構71により構成したことにより、既に実用化されている吸排気弁のバルブタイミング機構により実現でき、コスト上昇を抑制できる。   (E) Since the variable valve mechanism is constituted by the hydraulically operated variable valve timing mechanism 71 capable of switching the rotational phases of the intake camshaft (52) and the exhaust camshaft by 180 degrees, it has already been put into practical use. This can be realized by the valve timing mechanism of the intake / exhaust valve, which can suppress the cost increase.

(カ)可変動弁機構として、クランク軸9によって回転駆動し、外周に駆動カム53が固定された駆動軸52と、一端部に連係した前記駆動カム53の回転により揺動するロッカアーム56と、前記ロッカアーム56の他端部に連係して給排気弁を開作動させる揺動カム59と、前記ロッカアーム56の揺動支点を変化させるアクチュエータ63と、該アクチュエータ63を機関運転状態に応じて駆動制御する制御手段69とを備え、前記駆動カム53を、軸心が前記駆動軸52の軸心からオフセットした偏心リング状に形成すると共に、前記駆動カム53とロッカアーム56の一端部とをリンクアーム54を介して回転自在に連係し、該リンクアーム54の基部に有する嵌合孔を駆動カム53の外周面に回転自在に嵌合して、駆動カム53の偏心回転力を直線運動に変換してロッカアーム56に伝達するようにした可変動弁装置で構成し、前記制御手段69は、ピストンストローク特性の変更時には、目標とするバルブタイミングに到達するまで給排気弁のバルブリフト量をゼロとすることにより、ピストン冠面と給排気バルブとの干渉を確実に避けることができる。   (F) As a variable valve mechanism, a drive shaft 52 that is rotationally driven by the crankshaft 9 and has a drive cam 53 fixed to the outer periphery thereof, a rocker arm 56 that swings by rotation of the drive cam 53 linked to one end, A rocking cam 59 that opens and closes the air supply / exhaust valve linked to the other end of the rocker arm 56, an actuator 63 that changes the rocking fulcrum of the rocker arm 56, and drive control of the actuator 63 according to the engine operating state. Control means 69, and the drive cam 53 is formed in an eccentric ring shape whose axis is offset from the axis of the drive shaft 52, and the drive cam 53 and one end of the rocker arm 56 are connected to the link arm 54. And the fitting hole of the base portion of the link arm 54 is rotatably fitted to the outer peripheral surface of the drive cam 53 so that the drive cam 53 The control means 69 is configured to convert the eccentric rotational force into a linear motion and transmit it to the rocker arm 56, and the control means 69 is configured to supply and exhaust air until the target valve timing is reached when the piston stroke characteristic is changed. By setting the valve lift amount of the valve to zero, it is possible to reliably avoid interference between the piston crown surface and the supply / exhaust valve.

本発明の一実施形態を示すサイクル可変ストロークエンジンの断面図。1 is a cross-sectional view of a cycle variable stroke engine showing an embodiment of the present invention. 同じくサイクル可変ストローク機構の概略構成図。The schematic block diagram of a cycle variable stroke mechanism similarly. サイクル可変ストロークエンジンのピストンストローク特性(A)、および点火時期・バルブ開閉タイミング(B、C)を示す特性図。The characteristic view which shows the piston stroke characteristic (A) of a cycle variable stroke engine, and ignition timing and valve opening / closing timing (B, C). ストローク特性変更手段の概略構成図。The schematic block diagram of a stroke characteristic change means. 図4のA−A線に沿うストローク特性変更手段の断面図。Sectional drawing of the stroke characteristic change means in alignment with the AA of FIG. 図4のB−B線に沿うストローク特性変更手段の断面図。Sectional drawing of the stroke characteristic change means in alignment with the BB line of FIG. ストローク特性変更に係る制御フローチャート。The control flowchart which concerns on a stroke characteristic change. ストローク特性変更に係るタイムチャート。Time chart for changing stroke characteristics. ストローク特性変更手段の別の実施例を示す概略図。Schematic which shows another Example of a stroke characteristic change means. 本発明の第2実施形態を示すストローク特性変更手段のシステム構成図。The system block diagram of the stroke characteristic change means which shows 2nd Embodiment of this invention. ストローク特性変更手段の位相可変機構の概略図。The schematic diagram of the phase variable mechanism of a stroke characteristic change means. ストローク特性変更に伴なうタイムチャート。Time chart for changing stroke characteristics.

符号の説明Explanation of symbols

1 ピストンピン
2 クランクピン
3 アッパーリンク
4 ロアリンク
5 コントロールリンク
5C 揺動中心
6 回転シャフト
7 偏心軸部
9 クランク軸
30 バリアブルバルブリフト機構
31 カムシャフト
32、33 カム
34 ロッカシャフト
35 吸気バルブ
36、56 ロッカアーム
37、38 サブロッカ
40A、40B プロップ
51 リフト・作動角可変機構
52…駆動軸
53…偏心カム
58…リンク部材
59…揺動カム
61…吸気弁
62…制御軸
69…エンジンコントロールユニット
71…位相可変機構
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Piston pin 2 Crank pin 3 Upper link 4 Lower link 5 Control link 5C Oscillation center 6 Rotating shaft 7 Eccentric shaft part 9 Crankshaft 30 Variable valve lift mechanism 31 Cam shaft 32, 33 Cam 34 Rocker shaft 35 Intake valve 36, 56 Rocker arm 37, 38 Sub rocker 40A, 40B Prop 51 Lift / operating angle variable mechanism 52 ... Drive shaft 53 ... Eccentric cam 58 ... Link member 59 ... Swing cam 61 ... Intake valve 62 ... Control shaft 69 ... Engine control unit 71 ... Phase variable mechanism

Claims (6)

往復動するピストンによりクランク軸を回転させ、1サイクル中のピストンの排気上死点位置と圧縮上死点位置とで異なるピストンストローク特性とするサイクル可変ストローク機構を備えるとともに、給排気弁の作動時期をクランク回転角度にして360度前後切換え可能な可変動弁機構と、前記可変動弁機構を切換え作動させると共に点火時期をクランク回転角度にして360度前後切換える制御手段と、を備え、
前記制御手段により前記可変動弁機構における給排気弁の作動時期および点火時期をクランク回転角度にして360度前後切換えることにより、1サイクル中の排気上死点と圧縮上死点とを切換えてピストンストローク特性を変更することを特徴とするサイクル可変ストロークエンジン。
The reciprocating piston rotates the crankshaft and has a cycle variable stroke mechanism that makes the piston stroke characteristics different between the exhaust top dead center position and the compression top dead center position in one cycle. A variable valve mechanism capable of switching around 360 degrees with a crank rotation angle, and a control means for switching the variable valve mechanism and switching the ignition timing around 360 degrees with a crank rotation angle.
The control means switches between the exhaust top dead center and the compression top dead center in one cycle by switching the operation timing and ignition timing of the supply / exhaust valve in the variable valve mechanism to around 360 degrees as the crank rotation angle. Cycle variable stroke engine characterized by changing stroke characteristics.
前記可変動弁機構は、それぞれ180度位相が異なる複数のカムを形成した吸気側カムシャフトおよび排気側カムシャフトと、
吸気バルブを開閉駆動するカムを切換可能な油圧作動式の吸気側バリアブルバルブリフト機構と、
排気バルブを開閉駆動するカムを切換可能な油圧作動式の排気側バリアブルバルブリフト機構と、
これらの機構への油圧の供給を制御する制御手段とにより構成したことを特徴とする請求項1に記載のサイクル可変ストロークエンジン。
The variable valve mechanism includes an intake-side camshaft and an exhaust-side camshaft that form a plurality of cams each having a phase difference of 180 degrees,
A hydraulically operated intake side variable valve lift mechanism capable of switching a cam for opening and closing the intake valve;
A hydraulically operated exhaust-side variable valve lift mechanism capable of switching a cam for opening and closing the exhaust valve;
The cycle variable stroke engine according to claim 1, characterized by comprising control means for controlling the supply of hydraulic pressure to these mechanisms.
前記可変動弁機構は、吸気側カムシャフトおよび排気側カムシャフトの回転位相を夫々180度切換可能な油圧作動式のバリアブルバルブタイミング機構により構成したことを特徴とする請求項1に記載のサイクル可変ストロークエンジン。   2. The cycle variable according to claim 1, wherein the variable valve mechanism is constituted by a hydraulically operated variable valve timing mechanism capable of switching the rotation phases of the intake camshaft and the exhaust camshaft by 180 degrees. Stroke engine. 前記可変動弁機構は、クランク軸によって回転駆動し、外周に駆動カムが固定された駆動軸と、
一端部に連係した前記駆動カムの回転により揺動するロッカアームと、
前記ロッカアームの他端部に連係して給排気弁を開作動させる揺動カムと、
前記ロッカアームの揺動支点を変化させるアクチュエータと、
該アクチュエータを機関運転状態に応じて駆動制御する制御手段とを備え、
前記駆動カムを、軸心が前記ドライブシャフトの軸心からオフセットした偏心リング状に形成すると共に、
前記駆動カムとロッカアームの一端部とをリンクアームを介して回転自在に連係し、該リンクアームの基部に有する嵌合孔を駆動カムの外周面に回転自在に嵌合して、駆動カムの偏心回転力を直線運動に変換してロッカアームに伝達するようにした可変動弁装置で構成し、
前記制御手段は、ピストンストローク特性の変更時には、目標とするバルブタイミングに到達するまで給排気弁のバルブリフト量をゼロとすることを特徴とする請求項3に記載のサイクル可変ストロークエンジン。
The variable valve mechanism is rotationally driven by a crankshaft, and a drive shaft having a drive cam fixed on the outer periphery;
A rocker arm that swings by rotation of the drive cam linked to one end;
A swing cam that opens and closes the air supply / exhaust valve in linkage with the other end of the rocker arm;
An actuator for changing the rocking fulcrum of the rocker arm;
Control means for driving the actuator according to the engine operating state,
The drive cam is formed in an eccentric ring shape whose axis is offset from the axis of the drive shaft,
The drive cam and one end portion of the rocker arm are rotatably linked via a link arm, and a fitting hole provided in a base portion of the link arm is rotatably fitted to the outer peripheral surface of the drive cam, thereby decentering the drive cam. Consists of a variable valve system that converts rotational force into linear motion and transmits it to the rocker arm.
4. The cycle variable stroke engine according to claim 3, wherein when the piston stroke characteristic is changed, the control unit sets the valve lift amount of the supply / exhaust valve to zero until the target valve timing is reached.
前記制御手段は、ピストンストローク特性の切換え時において、切換えが完了するまで燃料噴射を停止させることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一つに記載のサイクル可変ストロークエンジン。   5. The cycle variable stroke engine according to claim 1, wherein when the piston stroke characteristic is switched, the control unit stops fuel injection until the switching is completed. 6. 前記制御手段は、エンジン冷機時においては排気上死点位置が圧縮上死点位置より高いピストンストローク特性に固定することを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一つに記載のサイクル可変ストロークエンジン。   The cycle according to any one of claims 1 to 5, wherein the control means fixes an exhaust top dead center position to a piston stroke characteristic higher than a compression top dead center position when the engine is cold. Variable stroke engine.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021025494A (en) * 2019-08-07 2021-02-22 日野自動車株式会社 Engine system

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