JP2008215126A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】リフト量を連続的に可変とした内燃機関において、中間負荷でも吸気抵抗の増大を防止しつつ筒内流動強化を行う。
【解決手段】リフト量が変更可能な第１、第２吸気弁７と、燃焼室４の各吸気弁７の近くに設けた第１マスク１１及び第２マスク１１と、吸気ポート５内に設けたポート遮断弁１２と、各吸気弁７のリフト量とポート遮断弁１２の開閉を制御する制御手段１４とを備え、制御手段１４は、機関低負荷領域では第１、第２吸気弁７のリフト量をそれぞれ第１、第２マスク１１よりも低くし、低負荷領域よりも負荷が高い高負荷流域では、第１、第２吸気弁７のリフト量をそれぞれ第１、第２マスク１１よりも高くするとともにポート遮断弁１２を閉じ、中間負荷領域では第１吸気弁７のリフト量は第１マスク１１よりも低くし、第２吸気弁７のリフト量は第２マスク１１よりも高くし、ポート遮断弁１２を閉じる。
【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関の筒内流動制御装置に関し、特に、低負荷領域から高負荷領域までの幅広い運転領域でガス流動を強化することが可能な筒内流動制御装置に関する。

筒内流動を強化するための手段として、燃焼室の吸気ポート開口部付近にマスクを配置することで吸気係路の一部を遮断し、これにより筒内に流入する吸気の流れの方向を揃える手段や、吸気ポート内に設けたポート遮断弁で吸気ポート内の流路断面積を調節し、これにより吸気ポート開口部における吸気の分布に偏りをもたせて吸気流れの方向を揃える手段等が知られている。

また、マスクとポート遮断弁の両方を用いる手段も知られている。例えば、吸気２弁式エンジンにおいて、一方の吸気ポートにポート遮断弁を設け、燃焼室の当該吸気ポート開口部付近にはマスクを設け、低負荷領域ではポート遮断弁を閉鎖することで筒内流動を強化し、高負荷領域ではポート遮断弁を開放して吸気抵抗を低減する手段が特許文献１に記載されている。
特開平５−１６３９５０号公報

ところで、近年は、リフト量を連続的に可変に制御可能な機構により吸気弁を駆動し、吸入空気量の調節を吸気弁のリフト量制御で行う内燃機関が実用化されている。

このような内燃機関に特許文献１に記載の技術を適用すると、リフト量が小さい低負荷領域では、ポート遮断弁により吸気ポートの一部を遮断しても吸気弁とポート開口部の隙間の方が狭い絞りになることや、ポート遮断弁からポート開口部までのポート内容積に対する吸気流量の割合が小さいことから、ポート遮断弁では筒内流動を充分に強化することができず、そのためマスクによる筒内流動強化が有効となる。

一方、リフト量が大きい高負荷域では、マスクによる筒内流動強化を行おうとすると大きなリフト量に対応した大きなマスクが必要となり、全負荷時の吸気抵抗が増大してしまうので、ポート遮断弁による筒内流動強化が有効となる。

このように、マスク及びポート遮断弁を用いることで低負荷領域と高負荷領域の両方の領域で筒内流動を強化することができるが、マスクが有効な低負荷領域とポート遮断弁が有効な高負荷領域との中間負荷領域においては、いずれの手段でも充分に筒内流動を強化できないおそれがある。

すなわち、中間負荷領域でも有効なほどマスクを高くすると機関全負荷時の吸気抵抗が増大してしまうし、吸気量が少ない負荷領域からポート遮断弁が有効になるほどポート遮断弁からポート開口部までのポート内容積を小さくすることは、バルブステムとの干渉等の制約があるため困難である。

そこで、本発明では、リフト量を連続的に可変とした内燃機関において、マスクが有効な低負荷域とポート遮断弁が有効な高負荷域との中間負荷領域でも、吸気抵抗の増大を防止しつつ筒内流動強化を行うことができる手段を提供することを目的とする。

本発明の内燃機関は、一つの気筒に設けられリフト量が変更可能な第１吸気弁及び第２吸気弁と、燃焼室の前記第１吸気弁近くに設けられ吸気弁リフト量がその高さよりも低いときに燃焼室に流入する吸気の経路の一部を遮断して筒内流動を強化する第１マスクと、燃焼室の前記第２吸気弁近くに設けられ吸気弁リフト量がその高さよりも低いときに燃焼室に流入する吸気の経路の一部を遮断して筒内流動を強化する第２マスクと、吸気ポート内に設けられ吸気ポート内を流れる吸気の経路の一部を遮断して筒内流動を強化するポート遮断弁と、前記第１吸気弁及び前記第２吸気弁のリフト量と前記ポート遮断弁の開閉を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、機関低負荷時には前記第１吸気弁のリフト量を前記第１マスクより低く、前記第２吸気弁のリフト量を第２マスクよりも低くし、前記低負荷よりも負荷が高い高負荷時には、前記第１吸気弁のリフト量を前記第１マスクよりも高く、第２吸気弁のリフト量を第２マスクよりも高くするとともに前記ポート遮断弁を閉じ、前記低負荷と前記高負荷との間の中間負荷領域では、前記第１吸気弁のリフト量は前記第１マスクよりも低くし、前記第２吸気弁のリフト量は前記第２マスクよりも高くし、前記ポート遮断弁を閉じる。

本発明の内燃機関は、一つの気筒に設けられリフト量が変更可能な第１吸気弁及び第２吸気弁と、燃焼室の前記第１吸気弁近くに設けられ吸気弁リフト量がその高さよりも低いときに燃焼室に流入する吸気の経路の一部を遮断して筒内流動を強化する第１マスクと、燃焼室の前記第２吸気弁近くに設けられ吸気弁リフト量がその高さよりも低いときに燃焼室に流入する吸気の経路の一部を遮断して筒内流動を強化する第２マスクと、吸気ポート内に設けられ吸気ポート内を流れる吸気の経路の一部を遮断して筒内流動を強化するポート遮断弁と、前記第１吸気弁及び前記第２吸気弁のリフト量と前記ポート遮断弁の開閉を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、機関低負荷時には前記第１マスク及び第２マスクによる筒内流動強化が支配的となり、前記低負荷よりも負荷が高い高負荷時には前記ポート遮断弁による筒内流動強化が支配的となり、前記低負荷と前記高負荷との間の中間負荷領域では、前記第１吸気弁又は前記第２吸気弁の一方を通過する吸気は前記第１マスク又は前記第２マスクによる筒内流動強化が支配的となり、他方は前記ポート遮断弁による筒内流動強化が支配的となるように制御する。

本発明によれば、一方の吸気弁を通る吸気については比較的高い負荷までマスクによる筒内流動強化の効果が得られ、他方の吸気弁を通る吸気については比較的低い負荷からポート遮断弁による筒内流動強化の効果が得られる。これにより、中間負荷領域ではマスクによる筒内流動とポート遮断弁による筒内流動とが合成されて、筒内全体として筒内流動が大きく落ち込むことを防止することができる。

以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は第１実施形態のシステム構成の概略図であり、エンジンのシリンダ周辺をエンジンのフロント側から見た断面図である。

１はシリンダヘッド、２はシリンダブロック、３はシリンダブロック２に設けたシリンダ内を摺動するピストン、４はシリンダヘッド１下面とシリンダブロック２とピストン３の冠面とで形成する燃焼室、５は吸気通路、６は排気通路、７は吸気弁、８は排気弁、９は点火栓、１０は燃料噴射弁、１１はマスク、１２はポート遮断弁、１３は隔壁、１４はコントロールユニット、である。

吸気通路５、排気通路６はそれぞれ燃焼室４に開口部を有し、吸気弁７は吸気通路５の開口部を開閉し、排気弁８は排気通路６の開口部を開閉する。排気弁８は図示しない排気カムシャフトにより駆動される。排気カムシャフト１０は一般的な回転式のカムシャフトであるため説明は省略する。一方、吸気弁５は、リフト量、作動角を連続的に可変に制御可能な可変動弁機構により駆動される。この可変動弁機構については、後述する。

なお、本実施形態は吸気弁７、排気弁８を各気筒にそれぞれ２つずつ備える、いわゆる吸排２弁式であり、吸気通路５及び排気通路６も気筒毎にそれぞれ２本づつ備える。２本の吸気通路５は、シリンダヘッド１の一方の側面に一つの開口部を有する通路がシリンダヘッド１の内部で分岐したものである。また、２本の排気通路６はシリンダヘッド１内部で合流し、シリンダヘッド１の他方の側面に一つの開口部を有する。

点火栓９は燃焼室４の天井面の中央近傍に設け、燃料噴射弁１０は燃焼室４の側面から燃焼室４に直接燃料を噴射するよう設ける。コントロールユニット１４は燃料噴射弁１０の噴射時期、噴射量、噴射圧等及び点火栓９の点火タイミングの制御を行う。

ポート遮断弁１２は、各吸気通路５を横断するシャフト１２ａに回転可能に取り付けられ、閉弁時には吸気通路５の流路断面の下側半分を閉鎖する。なお、ポート遮断弁１２は、図示しないアクチュエータモータ等により駆動される。また、シャフト１２ａの直下流から吸気流れ下流方向に吸気通路５内を上下に分割する隔壁１３が延びる。

ポート遮断弁１２を閉弁方向に駆動して流路面積を小さくすると、吸気弁７を通過して燃焼室４内に流入する吸入空気量が吸気通路５の上側に偏り、これによりタンブル流動が生成される。したがって、流路面積を小さくするほどタンブル流動は強くなり、逆に流路面積を大きくするほどタンブル流動は弱くなる。ポート遮断弁１２の開閉制御は、後述するように運転状態に応じてコントロールユニット１４にて行われる。

マスク１１は、吸気流動を遮断することで筒内流動を強化するためのものであり、燃焼室４の天井面から概ね吸気弁７のリフト方向に沿って突出している。具体的な突出量（高さ）や設ける範囲については後述する。

ここで、吸気弁７を駆動する可変動弁機構について図２を参照して説明する。図２は吸気弁７のリフト量及び作動角を連続的に可変に制御することができる動弁機構の概略図であり、シリンダヘッド２に備えられる。

なお、ここでいうリフト量とは、最大リフト量のことをいう。また、リフト量の可変制御とは最大リフト量を可変制御することをいい、クランクシャフトの回転に同期して開閉する際のリフト量変化は除くものである。

また、本実施形態では吸気弁７側にのみ前記可変動弁機構を設けるが、排気弁側にも同様の可変動弁機構を設けて、運転状態に応じて排気弁の開閉時期を制御しても構わない。

可変動弁機構は、吸気弁７のリフト・作動角を変化させるリフト・作動角可変機構２０と、そのリフトの中心角の位相（クランクシャフトに対する位相）を進角もしくは遅角させる位相可変機構２１と、が組み合わされて構成されている。

なお、このリフト・作動角可変機構２０は、本出願人が先に提案し、位相可変機構２１とともに特開２００２−８９３０３号公報や特開２００２−８９３４１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。

リフト・作動角可変機構２０は、シリンダヘッド１上部の図示せぬカムブラケットに回転自在に支持された中空状の駆動軸２２と、この駆動軸２２に圧入等により固定された偏心カム２３と、駆動軸２２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２２と平行に配置された制御軸２４と、この制御軸２４の偏心カム部２５に揺動自在に支持されたロッカアーム２８と、各吸気弁７の上端部に配置されたタペット３４に当接する揺動カム３３と、を備えている。ロッカアーム２８は一方の端部付近が連結ピン２７を介してリンクアーム２６と連結されており、他方の端部付近が連結ピン２９を介してリンク部材３２の上方側端部と連結されている。リンク部材３２の下方側端部は連結ピン３７を介して揺動カム３３と連結されている。

駆動軸２２は、後述するように、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シャフトによって駆動されるものである。

偏心カム２３は、円形外周面を有し、該外周面の中心が駆動軸２２の軸心から所定量だけオフセットしているとともに、この外周面に、リンクアーム２６の環状部２６ａが回転可能に嵌合している。

ロッカアーム２８は、略中央部を上記偏心カム部２５が回転可能に貫通している。上記偏心カム部２５は、制御軸２４の軸心から偏心しており、従って、制御軸２４の角度位置に応じてロッカアーム２８の揺動中心は変化する。

揺動カム３３は、駆動軸２２の外周に嵌合して回転自在に支持されており、駆動軸２２の軸方向に対して直角方向へ延びた端部３３ａに、前述したようにリンク部材３２の下端部が連結ピン３７を介して連結している。この揺動カム３３の下面には、駆動軸２２と同心状の円弧をなす基円面３３ｃと、該基円面３３ｃから上記端部へと所定の曲線を描いて延びるカム面３３ｂと、が連続して形成されており、これらの基円面３３ｃならびにカム面３３ｂが、揺動カム３３の揺動位置に応じてタペット３４の上面に当接するようになっている。

すなわち、基円面３３ｃはベースサークル区間として、リフト量がゼロとなる区間であり、揺動カム３３が揺動してカム面３３ｂがタペット３４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ンプ区間が設けられている。

制御軸２４は、図２に示すように、一方の端部に設けられたリフト・作動角制御用油圧アクチュエータ３６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・作動角制御用油圧アクチュエータ３６への油圧供給は、コントロールユニット１４からの制御信号に基づいて制御されている。

このリフト・作動角可変機構２０の作用を説明する。駆動軸２２が回転すると、偏心カム２３のカム作用によってリンクアーム２６が上下動し、これに伴ってロッカアーム２８が制御軸２４を揺動軸として揺動する。このロッカアーム２８の揺動は、リンク部材３２を介して揺動カム３３へ伝達され、該揺動カム３３が揺動する。この揺動カム３３のカム作用によって、タペット３４が押圧され、吸気弁７がリフトする。

ここで、リフト・作動角制御用油圧アクチュエータ３６を介して制御軸２４の角度が変化すると、ロッカアーム２８の揺動中心位置が変化し、ひいては揺動カム３３の初期揺動位置が変化する。

例えば、偏心カム部２５が上方へ位置しているとすると、ロッカアーム２８は全体として上方へ位置し、揺動カム３３の端部２０ａ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３３の初期揺動位置は、そのカム面３３ｂがタペット３４から離れる方向に傾く。従って、駆動軸２２の回転に伴って揺動カム３３が揺動した際に、基円面３３ｃが長い間タペット３４に接触し続け、カム面３３ｂがタペット３４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、かつ、その開時期から閉時期までの角度範囲、すなわちカムの作動角も縮小する。

逆に、偏心カム部２５が下方へ位置しているとすると、ロッカアーム２８は全体として下方へ位置し、揺動カム３３の端部３３ａ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３３の初期揺動位置は、そのカム面３３ｂがタペット３４に近付く方向に傾く。従って、駆動軸２２の回転に伴って揺動カム３３が揺動した際に、タペット３４と接触する部位が基円面３３ｃからカム面３３ｂ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、かつその作動角も拡大する。

上記の偏心カム部２５の初期位置は連続的に変化させ得るので、これに伴って、バルブリフト特性も連続的に変化する。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。なお、この実施例では、リフト・作動角の大小変化に伴い、吸気弁７の開時期と閉時期がほぼ対称に変化する。

次に、位相可変機構２１は、駆動軸２２の前端部に設けられたスプロケット３９と、このスプロケット３９と上記駆動軸２２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３５と、から構成されている。スプロケット３９は、図示せぬ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、クランクシャフトと同期して回転している。位相制御用アクチュエータ３５は、コントロールユニット１４からの制御信号に基づいて制御される。

この位相制御用アクチュエータ３５の制御によって、スプロケット３９と駆動軸２２とが相対的に回転し、リフト中心角が遅進する。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。位相可変機構２１としては、油圧式、電磁式アクチュエータを利用したものなど、種々の構成が可能である。

次に、マスク１１とポート遮断弁１２について図３を参照して説明する。図３（ａ）は燃焼室４を下面側から見た概略図、図３（ｂ）は吸気弁７周辺を機関前方から見た概略図である。なお、図３（ａ）では吸気弁７、排気弁８、点火栓９、及び燃料噴射弁１０を、図３（ｂ）では排気弁８、点火栓９、及び燃料噴射弁１０を省略している。

図３（ａ）において、上方の吸気通路５を低リフト側吸気通路５ｃ、下方の吸気通路５を高リフト側吸気通路５ｂとし、それぞれの開口部を低リフト側開口部５ｄ、高リフト側開口部５ｅとする。なお、６ａは排気通路６の開口部である。

低リフト側吸気通路５ｃに備えられた吸気弁７（以下、低リフト側吸気弁７ａという）と、高リフト側吸気通路５ｂに備えられた吸気弁７（以下、高リフト側吸気弁７ｂという）とを比較すると、高リフト側吸気弁７ｂの方が、同一クランク角におけるリフト量が大きく、リフト量の差は低リフト領域から高リフト領域まで略一定である。

なお、このようなリフト量差は、各吸気弁７を駆動する揺動カム３３のカムプロフィルを異ならせることにより実現可能である。

マスク１１は、低リフト側開口部５ｅ及び高リフト側開口部５ｄのそれぞれの周縁部近傍から、吸気弁７の摺動方向に概ね沿うように突出している壁部であり、図３（ａ）に示すように、低リフト側開口部５ｅ、高リフト側開口部５ｄの周縁部の吸気通路上流側のほぼ全域に渡って設ける。

マスク１１の燃焼室４からの突出量（高さ）は、低負荷領域においては高リフト側吸気弁７ｂのリフト量よりも大きく、中間負荷領域においては低リフト側吸気弁７ａのリフト量よりは大きく、かつ高リフト側吸気弁７ｂのリフト量よりは小さくなるように設定する。

このように設定することにより、リフト量が小さい場合には各吸気弁７ａｂと開口部５ｄ、５ｅとの隙間の一部がマスク１１により閉塞されて、吸気はマスク１１を設けた部分以外の隙間から筒内流入することとなり、結果としてタンブル流動が発生する。

ポート遮断弁１２は、低リフト側吸気通路５ｄ及び高リフト側吸気通路５ｅを貫通する回転可能なシャフト１２ａに支持され、各吸気通路５ｄ、５ｅの下半分を開閉する。全閉時には各吸気通路５ｄ、５ｅの下半分は閉塞され、全開時には吸気流れの流線に概ね沿う位置まで開く。この開閉制御は、前述したようにコントロールユニット１４により行われ、低負荷領域から吸気通路５の上半分からの吸気で要求吸入空気量を満足できる範囲の高負荷領域までは閉弁し、機関全負荷時には充分な吸気量を確保するために開弁する。

なお、低負荷領域では吸気流量が少ないためポート遮断弁１２を開いていても筒内流動に大きな影響は与えないが、負荷が増大した場合には吸気流量が増大するため閉弁する必要があるので、負荷の変化に対する応答性の観点から、低負荷領域でも閉弁しておくことが望ましい。

上記のような構成にした場合の筒内流動について、図６から図９を参照して説明する。図６から図９は、それぞれ低負荷領域、中間負荷領域、高負荷領域、機関全負荷領域の筒内流動を模式的に表した図であり、図３と同様に、各図の（ａ）は燃焼室４を下面側見た図、（ｂ）は筒内を機関前方から見た図を表している。なお、図７（ｂ）は、左図が低リフト側吸気弁７ａを通過する吸気の流れ、右図は高リフト側吸気弁７ｂを通過する吸気の流れを表した図である。

低負荷領域では、吸入空気量が少なく、ポート遮断弁１２から各開口部５ｄ、５ｅまでの吸気通路内容積に対する吸気流量の割合が小さいため、ポート遮断弁１２では筒内流動を充分に強化することができない。しかし、両吸気弁７ともにリフト量が小さいため、図６（ｂ）に示すように各開口部５ｄ、５ｅの吸気通路上流側部分と吸気弁７との隙間はマスク１１によってほぼ閉塞される。このため、吸気流れは開口部５ｄ、５ｅの排気通路６の開口部６ａ側に偏り、筒内にタンブル流動が生成される。すなわち、筒内のタンブル流はいずれもマスク１１によって生成されたものである。このように、主にマスク１１によって筒内流動が強化される状態を、マスク１１による筒内流動強化が支配的な状態という。

なお、両吸気弁７ともにリフト量が小さいため、各開口部５ｄ、５ｅから流入して形成されるタンブル流動も略同等の強さになる。

中間負荷領域においては、筒内の低リフト側開口部５ｂ側では低負荷領域と同様にマスク１１による筒内流動の強化が行われる（図７（ｂ）左図）。一方、筒内の高リフト側開口部５ｄ側では、吸気弁７のリフト量がマスク１１よりも高くなり、マスク１１による筒内流動強化は行われないが、吸入空気量が増えることで、ポート遮断弁１２による筒内流動が行われる（図７（ｂ）右図）。このように、主にポート遮断弁１２によって筒内流動が強化される状態をポート遮断弁１２による筒内流動強化が支配的な状態という。

高負荷領域においては、低リフト側吸気弁７ａのリフト量もマスク１１より高くなり、ポート遮断弁１２による筒内流動強化が行われる。高リフト側吸気通路５ｂについては、中間負荷領域と同様である。

機関全負荷領域においては、筒内流動の強化よりも吸入空気量を確保することを優先するため、ポート遮断弁１２を開弁する（図９（ｂ））。このため、図９（ｂ）の実線Ａ及び実線Ｂで示したように各開口部５ｄ、５ｅの全周から吸気が流入することとなり、マスク１１及びポート遮断弁１２による筒内流動強化は行われない。

上記のように、機関負荷に応じて筒内流動が変化する場合の筒内流動の強さについて、図４を参照して説明する。

図４は吸気弁７の機関負荷とリフト量及び筒内流動強さとの関係を表した図である。図中の細実線は筒内の高リフト側吸気通路５ｂ側のガス流動（以下、高リフト側ガス流動という）の強さ及び吸気弁７のリフト量、破線は筒内の低リフト側吸気通路５ｃ側のガス流動（以下、低リフト側ガス流動という）の強さ及び吸気弁７のリフト量、太実線は高リフト側ガス流動と低リフト側ガス流動との合成による筒内流動（以下、合成ガス流動という）の強さを表している。

低リフト側ガス流動と高リフト側ガス流動のいずれも、低負荷領域ではマスク１１により強化される。そこから負荷が増大すると、吸気弁７のリフト量増大に伴ってマスク１１による筒内流動強化の効果が低減するため弱まり、さらに負荷が増大するとポート遮断弁１２による筒内流動強化の効果により強まる。

また、低リフト側ガス流動の方が高リフト側ガス流動よりも比較的高い負荷までマスク１１による筒内流動の強化が行われる。一方、高リフト側ガス流動の方が低リフト側ガス流動よりも比較的低い負荷領域からポート遮断弁１２による筒内流動強化が行われている。

合成ガス流動強さは、負荷の変化に応じて次のように変化する。

低負荷領域では、負荷の上昇によりリフト量が増大してマスク１１による高リフト側ガス流動強さが低下し始めると合成ガス流動強さも低下し、さらに負荷が上昇して低リフト側ガス流動強さも低下し始めると、合成ガス流動強さもさらに低下する。

そして、ポート遮断弁１２により高リフト側ガス流動が強化される負荷領域になると、高リフト側ガス流動強さの上昇とともに合成ガス流動強さの低下は止まり、上昇に転じる。

低リフト側ガス流動がポート遮断弁１２により強化される負荷領域では、合成ガス流動強さもさらに上昇する。

ところで、２つの吸気弁７ａｂのリフト量が同一の場合は、図５に示すように両方の吸気通路から流入する吸気のガス流動強さが揃って低下、上昇するため、マスク１１及びポート遮断弁１２のいずれによってもガス流動が強化されない中間負荷領域では、筒内流動強さが大幅に低下する。なお、図５は図４と同様に機関負荷とバルブリフト量及び筒内流動強さとの関係を表した図である。

これに対して、本実施形態のように２つの吸気弁７ａｂのリフト量に一定の差を設けると、上述したように高リフト側ガス流動及び低リフト側ガス流動の負荷に対する変化が異なるため、中間負荷領域における筒内流動（合成流動）の強さの低下幅を低減することができる。

以上により本実施形態では、次のような効果を得られる。

コントロールユニット１４は、低負荷時には低リフト側吸気弁７ａのリフト量を低リフト側開口部５ｅ付近に設けたマスク１１より低く、高リフト側吸気弁７ｂのリフト量を高リフト側開口部５ｄ付近に設けたマスク１１よりも低くし、低負荷よりも負荷が高い高負荷時には、低リフト側吸気弁７ａのリフト量を低リフト側開口部５ｅ付近に設けたマスク１１よりも高く、高リフト側吸気弁７ｂのリフト量を高リフト側開口部５ｄ付近に設けたマスク１１よりも高くするとともにポート遮断弁１２を閉じ、低負荷と高負荷との間の中間負荷領域では、低リフト側吸気弁７ａのリフト量は低リフト側開口部５ｅ付近のマスク１１よりも低くし、高リフト側吸気弁７ｂのリフト量は高リフト側開口部５ｄ付近のマスク１１よりも高くし、ポート遮断弁１２を閉じるので、低リフト側吸気弁７ａを通過する吸気は比較的高い負荷までマスク１１により筒内流動が強化され、高リフト側吸気弁７ｂを通過する吸気は比較的低い負荷からポート遮断弁１２により筒内流動が強化され、これにより中間負荷領域ではマスクによる筒内流動とポート遮断弁による筒内流動とが合成されて、筒内全体として筒内流動が大きく落ち込むことを防止することができる。

低リフト側吸気弁７ａのリフト量と高リフト側吸気弁７ｂのリフト量との差が機関負荷によらず一定なので、揺動カム３３のカムプロフィルの変更等用に比較的簡単な構成で中間負荷領域での筒内流動を強化することができる。

マスク１１による筒内流動とポート遮断弁１２による筒内流動が、筒内で同一方向の流動を形成するので、中間負荷領域においてマスク１１とポート遮断弁１２の両方で筒内流動を強化した場合の互いの干渉が少なくなり、筒内流動強化の効果を大きくすることができる。

第２実施形態について説明する。

本実施形態のシステムの構成は基本的に第１実施形態と同様であるが、低リフト側吸気弁７ａのリフト特性が異なる。

ここで、本実施形態の吸気弁７のリフト特性について図１０を参照して説明する。図１０は図４と同様に機関負荷とバルブリフト量及び筒内流動強さとの関係を表した図である。

図１０に示すように、低リフト側吸気弁７ａの機関負荷に対するリフト量の増加の傾きが、高リフト側吸気弁７ｂのそれに比べて大きい。すなわち、低リフト領域から中間負荷領域にかけては第１実施形態と同様に、両吸気弁７のリフト量に差をもたせつつ、機関全負荷領域では低リフト側吸気弁７ａも高リフト側吸気弁７ｂと略同等のリフト量とすることができる。

これにより、中間負荷領域における筒内流動を強化しつつ、機関全負荷時の吸気抵抗を低減することができる。

第３実施形態について説明する。

本実施形態のシステムの構成は基本的に第１実施形態と同様であるが、高リフト側吸気弁７ｂ及び低リフト側吸気弁７ａのリフト特性が異なる。

ここで、本実施形態の吸気弁７のリフト特性について図１１を参照して説明する。図１１は図４と同様に機関負荷とバルブリフト量及び筒内流動強さとの関係を表した図である。

図１１に示すように、低リフト側吸気弁７ａのリフト量は、低負荷領域から負荷の増大に伴って大きくなり、中間負荷領域になると機関負荷の増大に対するリフト量の増加の傾きが低負荷領域におけるそれに対して小さくなる。一方、高リフト側吸気弁７ｂのリフト量は、低負荷領域から負荷の増大に伴って大きくなり、中間負荷領域になると機関負荷の増大に対するリフト量の増加の傾きが低負荷領域のそれに対して大きくなる。すなわち、負荷の増大とともに、両吸気弁７のリフト量の差が大きくなる。そして、中間負荷領域の所定の負荷を超えると、高リフト側吸気弁７ｂの機関負荷に対するリフト量の増加の傾きが、低リフト側吸気弁７ａの機関負荷に対するリフト量の傾きよりも小さくなり、機関全負荷領域では、両吸気弁７のリフト量は略同等になる。すなわち、中間負荷領域において両吸気弁７のリフト量の差が最大となる。

上記のようなリフト特性にすることにより、低リフト側筒内流動及び高リフト側筒内流動は、マスク１１による強化がより高い負荷まで維持され、かつ、ポート遮断弁１２による強化がより低い負荷から始まる。すなわち、両筒内流動について、流動強さが低下する負荷範囲を小さくすることができる。

これにより、合成ガス流動は図１１に示したように、第１実施形態の合成ガス流動に比べて、中間負荷領域における強さの低下がさらに小さくなる。

なお、本実施形態のようなリフト特性を実現するためには、図２に示したリフト・作動角可変機構２０のロッカアーム２８、リンク部材３２、リフト・作動角制御用油圧アクチュエータ３６等を、低リフト側、高リフト側それぞれの吸気弁７用に２系統用いれば良い。

第４実施形態について図１２を参照して説明する。

図１２（ａ）〜（ｃ）は低負荷領域、中間負荷領域、高負荷領域における筒内流動を模式的に表した図である。

本実施形態のシステムの構成は、基本的には第１実施形態と同様であるので、相違点についてのみ説明する。

ポート遮断弁１２は、高リフト側吸気通路５ｂにのみ配置し、閉弁時には高リフト側吸気通路５ｂの流路をシリンダ軸と略平行な軸で二分した場合の、低リフト側吸気通路５ｃ側半分を閉塞する。

高リフト側開口部５ｄのマスク１１は、開口部周縁の吸気通路５上流側から低リフト側開口部５ｅとの間にかけて設け、低リフト側開口部５ｅのマスク１１は、開口部周縁の気筒列方向外側（図中下方向）から向かい合う排気口６ａとの間にかけて設ける。なお、各マスク１１の高さは、第１実施形態と同様である。

このような構成にすることにより、低負荷領域では両吸気弁７のリフト量が小さいので、吸気は各開口部５ｄ、５ｅのマスク１１が設けられていない部分から筒内に流入することとなり、図１２（ａ）に示すように、図中反時計周りのスワール流動が形成される。

中間負荷領域では、高リフト側吸気弁７ｂのリフト量が大きくなるので、マスク１１によってスワール流動が形成されることはなくなるが、吸気の流量が増加するためポート遮断弁１２によってスワール流動が形成される。一方、低リフト側吸気通路５ｃでは、吸気弁７のリフト量がまだ小さいため低負荷領域時と同様にマスク１１によってスワール流動が形成される。したがって、筒内にはこれらを合成した同じ方向のスワール流動が形成されて筒内流動が強化される。

高負荷領域では、両吸気弁７ともにリフト量が大きくなるため、マスク１１によるスワール流動の形成はなくなり、ポート遮断弁１２によってのみスワール流動が形成される。このため、高負荷時における筒内流動の強さは比較的弱い。したがって、高負荷領域において要求される筒内流動が比較的弱い場合に有効である。

第５実施形態について図１３〜図１５を参照して説明する。図１３〜図１５はそれぞれ低負荷領域、中間負荷領域、高負荷領域における筒内流動を模式的に表した図である。

本実施形態のシステムの構成は、基本的には第１実施形態と同様であるので、相違点についてのみ説明する。

低リフト側開口部５ｅのマスク１１は、開口部周縁の吸気通路５上流側から高リフト側開口部５ｄとの間にかけて設け、高リフト側開口部５ｄのマスク１１は、開口部周縁の気筒列方向外側（図中下方向）から向かい合う排気口６ａとの間にかけて設ける。なお、各マスク１１の高さは、第１実施形態と同様である。

このような構成にすることで、低負荷領域では図１３に示すように、第４実施形態と同様にマスク１１によってスワール流動が形成される。

中間負荷領域では、高リフト側吸気弁７ｂのリフト量が大きくなるので、マスク１１によってスワール流動が形成されることはなくなるが、吸気の流量が増加するため、図１４に示すようにポート遮断弁１２によってタンブル流動が形成される。一方、低リフト側吸気通路５ｃでは、吸気弁７のリフト量がまだ小さいため低負荷領域時と同様にマスク１１によってスワール流動が形成される。したがって、筒内にはこれらを合成したガス流動が形成されて筒内流動が強化される。

高負荷領域では、両吸気弁７ともにリフト量が大きくなるため、マスク１１によってスワール流動が形成されることはなく、図１５に示すようにポート遮断弁１２によりタンブル流動が形成される。

以上により本実施形態では、吸気流量が少なく、かつ吸気弁閉時期が早いために筒内流動が減衰しやすい低負荷領域では、比較的減衰しにくいスワール流動を用い、吸気流量が多く、かつ吸気弁閉時期が遅い高負荷領域では。より強力な筒内流動を形成しやすいタンブル流動を用いるので、効率よく筒内流動を強化することができる。

第６実施形態について図１６を参照して説明する。図１６は中間負荷領域における筒内流動を模式的に表した図である。

本実施形態のシステムの構成は、基本的には第１実施形態と同様であるので、相違点についてのみ説明する。

本実施形態では、２つの吸気弁７のリフト量を同一とする。そして、マスク１１の高さは、一方は中間負荷領域でのバルブリフト量よりも高く、他方は中間負荷領域でのバルブリフト量よりも低く、かつ低負荷領域でのバルブリフト量よりも高く設定する。

このような構成にすることで、マスク１１の高さを高く設定した方では第１実施形態の低リフト側開口部５ｅに、また低く設定した方では同様に高リフト側開口部５ｄにそれぞれ相当する筒内流動が得られ、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で様々な変更を成し得ることは言うまでもない。

第１実施形態のエンジン概略構成図である。 可変動弁機構の概略構成図である。 （ａ）は燃焼室をエンジン下面側から見た図であり、（ｂ）は機関前方から見た断面図である。 第１実施形態の吸気弁のリフト量及び筒内流動強さと機関負荷との関係を表した図である。 ２つの吸気弁のリフト量が同じ場合の吸気弁のリフト量及び筒内流動強さと機関負荷との関係を表した図である。 第１実施形態の低負荷領域における筒内流動を説明するための図であり、（ａ）は燃焼室を下面側から見た図、（ｂ）は機関前方から見た断面図である。 第１実施形態の中間負荷領域における筒内流動を説明するための図であり、（ａ）は燃焼室を下面側から見た図、（ｂ）は機関前方から見た断面図である。 第１実施形態の高負荷領域における筒内流動を説明するための図であり、（ａ）は燃焼室を下面側から見た図、（ｂ）は機関前方から見た断面図である。 第１実施形態の機関全負荷領域における筒内流動を説明するための図であり、（ａ）は燃焼室を下面側から見た図、（ｂ）は機関前方から見た断面図である。 第２実施形態の吸気弁のリフト量及び筒内流動強さと機関負荷との関係を表した図である。 第３実施形態の吸気弁のリフト量及び筒内流動強さと機関負荷との関係を表した図である。 第４実施形態の筒内流動を説明するための図であり、（ａ）は低負荷領域、（ｂ）は中間負荷領域、（ｃ）は高負荷領域について表した図である。 第５実施形態の低負荷領域における筒内流動を説明するための図であり、（ａ）は燃焼室を下面側から見た図、（ｂ）は機関前方から見た断面図である。 第５実施形態の中間負荷領域における筒内流動を説明するための図であり、（ａ）は燃焼室を下面側から見た図、（ｂ）は機関前方から見た断面図である。 第５実施形態の高負荷領域における筒内流動を説明するための図であり、（ａ）は燃焼室を下面側から見た図、（ｂ）は機関前方から見た断面図である。 第６実施形態の構成について説明するための機関前方から見た断面図である。

符号の説明

１ シリンダヘッド
２ シリンダブロック
３ ピストン
４ 燃焼室
５ 吸気通路
６ 排気通路
７ 吸気弁
８ 排気弁
９ 点火栓
１０ 燃料噴射弁
１１ マスク
１２ ポート遮断弁
１３ 隔壁
１４ コントロールユニット
２０ リフト・作動角可変機構
２１ 位相可変機構
２２ 駆動軸
２３ 偏心カム
２４ 制御軸
２５ 偏心カム部
２６ リンクアーム
２７ 連結ピン
２８ ロッカアーム
２９ 連結ピン
３０ 駆動力伝達用ギア
３１ 位相調整機構
３２ リンク部材
３３ 揺動カム
３４ タペット
３５ 位相制御用アクチュエータ
３６ リフト・作動角制御用油圧アクチュエータ
３７ 連結ピン
３９ スプロケット

Claims (15)

1. 一つの気筒に設けられリフト量が変更可能な第１吸気弁及び第２吸気弁と、
   燃焼室の前記第１吸気弁近くに設けられた第１マスクと、
   燃焼室の前記第２吸気弁近くに設けられた第２マスクと、
   吸気ポート内に設けられたポート遮断弁と、
   前記第１吸気弁及び前記第２吸気弁のリフト量と前記ポート遮断弁の開閉を制御する制御手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、機関低負荷領域では前記第１吸気弁のリフト量を前記第１マスクより低く、前記第２吸気弁のリフト量を第２マスクよりも低くし、前記低負荷領域よりも負荷が高い高負荷領域では、前記第１吸気弁のリフト量を前記第１マスクよりも高く、第２吸気弁のリフト量を第２マスクよりも高くするとともに前記ポート遮断弁を閉じ、前記低負荷領域と前記高負荷領域との間の中間負荷領域では、前記第１吸気弁のリフト量は前記第１マスクよりも低くし、前記第２吸気弁のリフト量は前記第２マスクよりも高くし、前記ポート遮断弁を閉じることを特徴とする内燃機関。
2. 前記制御手段は、前記中間負荷領域では前記第１吸気弁のリフト量が前記第２吸気弁のリフト量よりも低くなるよう制御することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
3. 前記制御手段は、前記第１吸気弁のリフト量と前記第２吸気弁のリフト量の差が機関負荷によらず一定となるように制御することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関。
4. 前記制御手段は、前記第１吸気弁と前記第２吸気弁とで機関負荷の増加に対するリフト量増加の傾きが異なるように制御することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関。
5. 前記制御手段は、前記第１吸気弁と前記第２吸気弁とのリフト量の差が前記中間負荷領域で最大となるように制御することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関。
6. 前記第１マスクは前記第２マスクよりも高く、
   前記制御手段は前記第１吸気弁と前記第２吸気弁のリフト量を略同等に制御することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
7. 一つの気筒に設けられリフト量が変更可能な第１吸気弁及び第２吸気弁と、
   燃焼室の前記第１吸気弁近くに設けられた第１マスクと、
   燃焼室の前記第２吸気弁近くに設けられた第２マスクと、
   吸気ポート内に設けられたポート遮断弁と、
   前記第１吸気弁及び前記第２吸気弁のリフト量と前記ポート遮断弁の開閉を制御する制御手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、機関低負荷領域では前記第１マスク及び第２マスクによる筒内流動強化が支配的となり、前記低負荷領域よりも負荷が高い高負荷領域では前記ポート遮断弁による筒内流動強化が支配的となり、前記低負荷領域と前記高負荷領域との間の中間負荷領域では、前記第１吸気弁又は前記第２吸気弁の一方を通過する吸気は前記第１マスク又は前記第２マスクによる筒内流動強化が支配的となり、他方は前記ポート遮断弁による筒内流動強化が支配的となるように制御することを特徴とする内燃機関。
8. 前記制御手段は、前記中間負荷領域で前記マスクによる筒内流動強化が支配的となる側の吸気弁のリフト量よりも前記ポート遮断弁による筒内流動強化が支配的となる側の吸気弁のリフト量の方が大きくなるよう制御することを特徴とする請求項７に記載の内燃機関。
9. 前記制御手段は、前記中間負荷領域で前記マスクによる筒内流動強化が支配的となる側の吸気弁のリフト量と、前記中間負荷領域で前記ポート遮断弁による筒内流動強化が支配的となる側の吸気弁のリフト量との差が機関負荷によらず一定となるように制御することを特徴とする請求項８に記載の内燃機関。
10. 前記制御手段は、前記中間負荷領域で前記マスクによる筒内流動強化が支配的となる側の吸気弁と、前記中間負荷領域で前記ポート遮断弁による筒内流動強化が支配的となる側の吸気弁とで、機関負荷の増加に対するリフト量増加の傾きが異なるように制御することを特徴とする請求項８に記載の内燃機関。
11. 前記制御手段は、前記中間負荷領域で前記マスクによる筒内流動強化が支配的となる側の吸気弁と、前記中間負荷領域で前記ポート遮断弁による筒内流動強化が支配的となる側の吸気弁とのリフト量の差が、前記中間負荷領域で最大となるように制御することを特徴とする請求項８に記載の内燃機関。
12. 前記中間負荷領域で前記マスクによる筒内流動強化が支配的となる側のマスクは、前記中間負荷領域で前記ポート遮断弁による筒内流動強化が支配的となる側のマスクよりも高く、
    前記制御手段は前記第１吸気弁と前記第２吸気弁のリフト量を略同等に制御することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
13. 前記マスクによる筒内流動強化と前記ポート遮断弁による筒内流動強化は、筒内で同一方向の流動を形成することを特徴とする請求項１から１２のいずれか一つに記載の内燃機関。
14. 前記マスクによる筒内流動強化はスワール流を形成し、前記ポート遮断弁による筒内流動強化はタンブル流を形成することを特徴とする請求項１から１２のいずれか一つに記載の内燃機関。
15. 前記第１吸気弁を備えた吸気ポートと前記第２吸気弁を備えた吸気ポートは、一つの吸気ポートが分岐したものであり、前記ポート遮断弁は分岐点より吸気流れ下流側の吸気ポート内に配置することを特徴とする請求項１から１４のいずれか一つに記載の内燃機関。