JP2019039312A

JP2019039312A - 内燃機関

Info

Publication number: JP2019039312A
Application number: JP2017159755A
Authority: JP
Inventors: 浩平藤井; Kohei Fujii; 金子　雅昭; Masaaki Kaneko; 雅昭金子; 精一藤本; Seiichi Fujimoto; 田中　浩和; Hirokazu Tanaka; 浩和田中; 卓神谷; Taku Kamiya
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2017-08-22
Filing date: 2017-08-22
Publication date: 2019-03-14

Abstract

【課題】燃焼室に必要量の吸気を行うと共に、燃焼室において良好な混合を行う内燃機関を構成する。【解決手段】クランクシャフト１と同期回転する吸気カムシャフト７と、吸気カムシャフト７の回転に伴う吸気バルブＶａの開閉作動のタイミングを設定する弁開閉時期制御機構ＶＴと、吸気カムシャフト７の回転に伴う吸気バルブＶａのリフト量を設定するリフト量設定機構Ｌと、を備え、吸気カムシャフト７のカム部７ａのうち、吸気バルブＶａを開放作動させる開放作動領域７ａｓを、回転軸芯Ｘを中心とする円弧状に設定した。【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関に関する。

特許文献１には、バルブのリフト量を可変とする作動角可変機構と、バルブの開閉タイミングを変化させる可変バルブタイミング機構とを備えた内燃機関において、作動角可変機構と可変バルブタイミング機構とを制御する技術が記載されている。

特許文献２には、燃焼室の吸気バルブが開放した状態で、アクチュエータにより吸気バルブを開放状態に維持するバルブタイミング制御装置の技術が記載されている。この技術では、応答遅れに応じた適切なタイミングでアクチュエータを駆動してバルブの保持タイミングの制御を可能にしている。また、この特許文献２には、吸気カムシャフトのカムプロフィールの変更により、吸気バルブの開閉タイミングとリフト量とを切り換える技術も記載されている。

特開２００９−２８１３４３号公報特開２００３−２９３７９９号公報

内燃機関では、吸気により燃焼室に取り入れた新気と、燃料と燃焼室において良好に混合することが適正な燃焼を実現する観点において好ましい。

特許文献１，２に記載される内燃機関では、吸気バルブが開放するタイミングにおいて、吸気バルブの開度が小さいため、燃焼室に対して新気（ポート噴射の場合、混合気）が高速に吸引され、タンブル流を発生させ良好な混合が可能となる。

つまり、内燃機関では、吸気バルブが開放作動を開始し、吸気バルブの開度が小さい状況で燃焼室が負圧になることにより、燃焼室においてタンブル流が発生し新気と燃料との混合を良好に行わせるものである。

しかしながら、特許文献１のように作動角可変機構によってリフト量を低減した場合や、特許文献２のようにカムプロフィールの切換により、吸気時にタンブル流を積極的に発生させることが可能になるものの、必要とする吸気量を得られないことになり改善の余地がある。

このような理由から、燃焼室に必要量の吸気を行うと共に、燃焼室において良好な混合を行う内燃機関が求められる。

本発明の特徴は、クランクシャフトと同期回転する吸気カムシャフトと、
前記吸気カムシャフトの回転に伴う吸気バルブの開閉作動のタイミングを設定する弁開閉時期制御機構と、
前記吸気バルブのリフト量を設定するリフト量設定機構と、を備え、
前記吸気カムシャフトのカム部のうち、前記吸気バルブを開放作動させる開放作動領域が、前記吸気カムシャフトの回転軸芯を中心とする円弧状に設定されている点にある。

この特徴構成によると、吸気カムシャフトの回転に伴い吸気バルブを開放作動させる際には、吸気カムシャフトのカム部のうち開放作動領域からの圧力により吸気バルブを開放作動させると共に、吸気バルブが開放状態に達した場合には決まった開度を維持する。これにより、リフト量設定機構により吸気バルブのリフト量を低減した場合には、小さい開度で継続的に吸気を行えるため、吸気を高速化しタンブル流を継続的に作り出すことが可能となり、リフト量を低減しても吸気量が不足する不都合も解消できる。更に、この構成では、弁開閉時期制御機構を備えているため、例えば、ピストンの下死点としてのＢＤＣに達したタイミングと、吸気バルブの開放タイミングとしてのＩＶＯとの関係を、吸気に適したタイミングに設定することも可能となる。
従って、燃焼室に必要量の吸気を行うと共に、燃焼室において良好な混合を行う内燃機関が構成された。

他の構成として、１つの燃焼室に一対の前記吸気バルブを備え、この一対の前記吸気バルブを個別に制御可能な位置に前記カム部をそれぞれ形成することで１つの燃焼室に一対の前記カム部が配置され、一対の前記カム部の各々の前記開放作動領域が、前記吸気カムシャフトの回転軸芯に沿う方向で連なる状態で前記吸気バルブの開閉タイミングを異ならせると共に、
前記リフト量設定機構が、一対の前記吸気バルブのうち開放姿勢にあるものに従って前記一対の前記吸気バルブを開放しても良い。

これによると、リフト量設定機構により、吸気カムシャフトが回転する際には一対のカム部のうちの、一方からの力により一対の吸気バルブの両方を開放し、他方からの力により一対の吸気バルブの両方を継続して開放させることが可能となり、結果として、クランクアングルで大きい角度領域で吸気バルブを開放して吸気量の増大が可能となる。

他の構成として、前記リフト量設定機構が複数の燃焼室の各々に対応して独立にリフト量を設定できるように構成されても良い。

これによると、複数の燃焼室毎にリフト量の調節が可能となり、例えば、複数の燃焼室毎のリフト量を等しくすることも容易に行える。

他の構成として、前記吸気バルブの開時期であるＩＶＯから、閉時期となるＩＶＣまでの期間を、前記クランクシャフトの回転角で２７０度を超える値に設定しても良い。

これによると、ＩＶＯを、ＢＤＣより前のタイミングに設定した場合でも、ＩＶＣをＴＤＣの後に設定することが容易となる。つまり、吸気行程においてピストンが上死点から下降を開始する以前に吸気バルブを開放しておき、ピストンが下死点に達した後に吸気バルブを閉塞するため、リフト量を低減した状態でも充分な量の吸気を可能にする。

エンジンの断面と制御ユニットとを示す図である。弁開閉時期制御機構の断面図である。図２のIII−III線断面図である。図２のIV−IV線断面図である。弁開閉時期制御機構の分解斜視図である。リフト量を最小に設定したリフト量設定機構の正面図である。リフト量設定機構の側面図である。リフト量を最大に設定したリフト量設定機構の正面図である。リフト量を中リフト量に設定した状態でのタイミングチャートとタイミングダイヤグラムである。リフト量を高リフト量に設定した状態でのタイミングチャートとタイミングダイヤグラムである。リフト量を低リフト量に設定した状態でのタイミングチャートとタイミングダイヤグラムである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔基本構成〕
図１に示すように、吸気バルブＶａの開閉時期を設定する弁開閉時期制御機構ＶＴと、吸気バルブＶａのリフト量を設定するリフト量設定機構Ｌと、ＥＣＵとして機能するエンジン制御ユニット４０とを備えて内燃機関としてのエンジンＥが構成されている。

図１、図２に示す内燃機関Ｅは、乗用車等の車両に備えられるものを想定している。このエンジンＥ（内燃機関の一例）は、クランクシャフト１を支持するシリンダブロック２の上部にシリンダヘッド３を連結し、シリンダブロック２に形成された複数のシリンダボアにピストン４を摺動自在に収容し、ピストン４をコネクティングロッド５によりクランクシャフト１に連結して４サイクル型に構成されている。

このエンジンＥでは一方の端部から他方に向けて＃１気筒、＃２気筒、＃３気筒、＃４気筒（図２では、＃１、＃２、＃３、＃４として示している）が配置され、シリンダの内部空間のうちピストン４とシリンダヘッド３との間に燃焼室が形成される。

シリンダヘッド３には、吸気時に開放する吸気バルブＶａと、排気時に開放する排気バルブＶｂとを備え、シリンダヘッド３の上部に吸気カムシャフト７と、排気カムシャフト８とを備えている。また、クランクシャフト１の出力スプロケット１Ｓと、弁開閉時期制御機構ＶＴの吸気側スプロケット２１Ｓおよび排気側スプロケット８Ｓとに亘ってタイミングベルト６（タイミングチェーンでも良い）が巻回されている。

図２、図７に示すように、１つの燃焼室には一対の吸気バルブＶａと、一対の排気バルブＶｂとを備えている。リフト量設定機構Ｌは、１つの燃焼室に１つ備えられ、４つの燃焼室毎に独立して吸気バルブＶａのリフト量を設定することも可能に構成されている。

シリンダヘッド３には、ポート噴射型のインジェクター９と、点火プラグ１０とが備えられている。シリンダヘッド３には、吸気バルブＶａを介して燃焼室に空気を供給するインテークマニホールド１１と、排気バルブＶｂを介して燃焼室からの燃焼ガスを送り出すエキゾーストマニホールド１２とが連結されている。

このエンジンＥでは、ポート噴射型のインジェクター９を備えているが、後述する別実施形態で説明するように筒内噴射型のインジェクター９を備えても良い。

インテークマニホールド１１の上流位置にスロットルバルブ１３を備えている。また、スロットルバルブ１３の開度を検知するスロットルセンサ１３Ｓを備えている。

このエンジンＥでは、クランクシャフト１の近傍位置に単位時間あたりの回転数を検知するシャフトセンサ１６を備えている。弁開閉時期制御機構ＶＴの近傍に駆動ケース２１と内部ロータ２２との相対回転位相を検知する位相センサ１７を備えている。駆動ケース２１と内部ロータ２２との構成については後述する。

エンジン制御ユニット４０は、エンジンＥを制御するＥＣＵとして機能し、燃焼制御部４１と、位相制御部４２と、リフト量制御部４３とを備えている。燃焼制御部４１はエンジンＥの燃焼室での燃焼を制御する。位相制御部４２は、弁開閉時期制御機構ＶＴの相対回転位相を制御する。リフト量制御部４３はリフト量設定機構Ｌでの吸気バルブＶａのリフト量を制御する。このエンジン制御ユニット４０の詳細と制御形態は後述する。

〔弁開閉時期制御機構〕
図２〜図５に示すように、弁開閉時期制御機構ＶＴは、駆動ケース２１と、内部ロータ２２とを有すると共に、これらの相対回転位相を位相制御モータＭの駆動力により設定する位相調節部を備えている。

駆動ケース２１は、外周にスプロケット２１Ｓが形成されると共に、吸気カムシャフト７の回転軸芯Ｘと同軸芯に配置されている。内部ロータ２２は、駆動ケース２１に対して相対回転自在に内包され、連結ボルト２３により吸気カムシャフト７に連結固定されている。駆動ケース２１と内部ロータ２２との間に位相調節部が配置され、駆動ケース２１の開口部分を覆う位置にフロントプレート２４を配置し、これを複数の締結ボルト２５により駆動ケース２１に締結している。

この弁開閉時期制御機構ＶＴでは、図３に示すようにタイミングベルト６からの駆動力により全体が駆動回転方向Ｓに回転する。また、位相制御モータＭの駆動力により駆動ケース２１に対する内部ロータ２２の相対回転位相が、駆動回転方向Ｓと同方向に変位する方向を進角方向Ｓａと称し、この逆方向への変位を遅角方向Ｓｂと称する。

〔弁開閉時期制御機構：位相調節部〕
図２〜図５に示すように、位相調節部は、内部ロータ２２の内周に一体形成される複数の内歯部２６Ｔを有し、回転軸芯Ｘと同軸芯に配置されるリングギヤ２６を備えると共に、これに咬合するための複数の外歯部２７Ｔを有し、回転軸芯Ｘに平行する姿勢の偏心軸芯Ｙと同軸芯に配置されるインナギヤ２７を備え、偏心カム体２８と、継手部Ｊとを備えて構成される。

この位相調節部では、リングギヤ２６の内歯部２６Ｔの歯数に対してインナギヤ２７の外歯部２７Ｔの歯数が１歯だけ少ないものが用いられている。

継手部Ｊは、駆動ケース２１に対して内部ロータ２２が回転軸芯Ｘに直交する方向への変位を許しつつ駆動ケース２１と内部ロータ２２との相対回転を阻止するオルダム継手として構成されている。（図４を参照）

図３に示すように、偏心カム体２８は、回転軸芯Ｘと同軸芯で回転するようにフロントプレート２４に対して第１軸受３１により支持されている。この偏心カム体２８には、回転軸芯Ｘに平行する姿勢の偏心軸芯Ｙを中心とする偏心カム面２８Ａが一体形成され、この偏心カム面２８Ａに対して第２軸受３２を介してインナギヤ２７が回転自在に支持される。また、偏心カム面２８Ａに形成した凹部にバネ体２９を嵌め込み、このバネ体２９の付勢力を、第２軸受３２を介してインナギヤ２７に作用させている。

この偏心カム体２８は全体に筒状であり、内周には一対の係合溝２８Ｂが回転軸芯Ｘと平行となる姿勢で形成されている。

これにより、リングギヤ２６の内歯部２６Ｔの一部にインナギヤ２７の外歯部２７Ｔの一部が咬合する。尚、第１軸受３１と第２軸受３２とはボールベアリングで構成されるものであるが、ブッシュで構成されるものでも良い。

図４に示すように、継手部Ｊは、板材をプレス加工して成る継手部材３３を有しており、この継手部材３３に形成した一対の係合アーム３３Ａを駆動ケース２１の係合溝部２１Ｇに係合させ、この継手部材３３に形成した一対の係合凹部３３Ｂをインナギヤ２７の係合突部２７Ｕに係合させて構成されている。

つまり、継手部材３３は、中央部分が環状に形成されると共に、この環状の中央部分から外方に向けて一対の係合アーム３３Ａを突出形成し、環状の中央部分の空間と連なるように一対の係合凹部３３Ｂを形成した構造を有している。

この継手部Ｊでは、継手部材３３が、駆動ケース２１の一対の係合溝部２１Ｇを結ぶ直線方向に変位自在となり、この継手部材３３に対してインナギヤ２７が一対の係合突部２７Ｕを結ぶ直線方向に変位自在となる。

位相制御モータＭは、エンジンＥに支持されると共に、出力軸Ｍａに対して直交姿勢で備えた係合ピン３４を備えており、この係合ピン３４を、偏心カム体２８の内周の係合溝２８Ｂに嵌め込んでいる。尚、位相制御モータＭには、ブラシレス直流モータが使用されるが、ステッピングモータ等の同期モータを用いても良い。

これにより、エンジンＥが停止する状態で作動形態を考えると、位相制御モータＭの駆動力で偏心カム体２８が回転した場合には偏心カム面２８Ａが回転軸芯Ｘを中心に回転し、この回転に伴いインナギヤ２７が回転軸芯Ｘを中心に公転を開始する。この公転時には、インナギヤ２７の外歯部２７Ｔとリングギヤ２６の内歯部２６Ｔとの咬合位置がリングギヤ２６の内周沿って変位するためインナギヤ２７には偏心軸芯Ｙを中心に自転させる力が作用する。

つまり、インナギヤ２７が１回転だけ公転した場合には、リングギヤ２６の内歯部２６Ｔの歯数と、インナギヤ２７の外歯部２７Ｔの歯数と差（歯数差）に相当する角度（１歯に対応する角度）だけインナギヤ２７に対して回転させようとする回転力（自転力）が作用する。

前述したように、継手部Ｊは、駆動ケース２１に対するインナギヤ２７の回転を規制する構造であるため、駆動ケース２１に対してインナギヤ２７が回転することはなく、インナギヤ２７に作用する回転力により、駆動ケース２１に対してリングギヤ２６が回転し、このリングギヤ２６と一体的に内部ロータ２２が相対回転すること結果、駆動ケース２１に対する吸気カムシャフト７の回転位相の調節が実現する。

特に、インナギヤ２７が、回転軸芯Ｘを中心に１回転だけ公転した場合には、駆動ケース２１に対して吸気カムシャフト７を、インナギヤ２７の外歯部２７Ｔの歯数と差（歯数差）に相当する角度だけ回転させるため大きい減速比での調節が実現する。

〔弁開閉時期制御機構：位相調節の概要〕
吸気側の弁開閉時期制御機構ＶＴによる位相調節を例に挙げると、エンジン制御ユニット４０の位相制御部４２は、吸気カムシャフト７の回転速度と等速度で同じ方向に位相制御モータＭの出力軸Ｍａを駆動回転することで駆動ケース２１と内部ロータ２２との相対回転位相が維持される。

また、吸気カムシャフト７の回転速度を基準にして、位相制御モータＭの回転速度を増大する又は低減することにより相対回転位相を進角方向Ｓａ又は遅角方向Ｓｂに変位させる。

特に、弁開閉時期制御機構ＶＴは、位相制御モータＭの駆動力により相対回転位相を変位させるため、油圧により変位を実現するものと比較して高速での作動が可能であり、エンジンＥの始動時のように油圧が充分でない状況においても、必要とする回転位相に迅速に設定することが可能である。

〔リフト量設定機構〕
図１、図６に示すように、吸気バルブＶａと排気弁バルブＶｂとは、バルブステム５０が一体形成され、バルブスプリング５１により閉じ方向に付勢されている。シリンダヘッド３の上部にロッカーアーム５２が配置され、ロッカーアーム５２の一方の端部をバルブステム５０の上端部５０ａに当接させ、他方の端部をラッシュアジャスタ５３の上端に当接させている。ロッカーアーム５２の中間には受圧ローラ５２ａが回転自在に支持されている。

排気バルブＶｂは、排気カムシャフト８の排気側カム部８ａがロッカーアーム５２の受圧ローラ５２ａに当接することにより開閉作動する。これに対して、吸気バルブＶａは、後述するリフト量設定機構Ｌがロッカーアーム５２を作動させることで開閉する。前述したようにリフト量設定機構Ｌは１つの気筒（燃焼室）に対して１つ備えられ、リフト量を設定する場合には、４つのリフト量設定機構Ｌが同時に等しく制御される。

図６に示すように、リフト量設定機構Ｌは、吸気カムシャフト７の回転に伴い作動する作動アームＬａと、リフト量制御モータＬｍの制御により作動するアーム位置設定部Ｌｂとを備えている。また、このリフト量設定機構Ｌでは、シリンダヘッド３に固定された固定フレーム５５に備えられた基準プレート５６と、作動アームＬａの位置を決めるトーションスプリング５７とを備えている。

図７に示すように、作動アームＬａは、アーム本体６０と、一対の支持ローラ６１と、一対の受動ローラ６２とを備えている。アーム本体６０は、全体的に縦方向き姿勢に配置され、下端に操作体６０ａが一体形成されている。

図６に示すように、支持ローラ６１は、インナレースとアウタレースとの間に多数のボールを配置したボールベアリングが用いられている。この支持ローラ６１は、アーム本体６０の上部位置に貫通する支持軸６１ａの両端位置において回転自在に支持されている。支持軸６１ａは、吸気カムシャフト７の回転軸芯Ｘと平行姿勢で備えられている。

図６、図８に示すように、トーションスプリング５７は、互いに平行姿勢となる一対の線状の当接部を形成するようにバネ線材の加工により製造され、支持軸６１ａのうち支持ローラ６１から外方に突出した突出部に、トーションスプリング５７の付勢力が作用する。このトーションスプリング５７の付勢力の作用により、一対の支持ローラ６１を、基準プレート５６の基準面５６ｓと、アーム位置設定部Ｌｂを構成する制御カム６５の制御カム面６５ａとに同時に当接する。

受動ローラ６２は、支持ローラ６１と同様にインナレースとアウタレースとの間に多数のボールを配置したボールベアリングが用いられている。この受動ローラ６２は、アーム本体６０の中間位置に貫通する受動軸６２ａの両端に回転自在に支持されている。受動軸６２ａは、吸気カムシャフト７の回転軸芯Ｘと平行姿勢で備えられ、受動ローラ６２は吸気カムシャフト７の２つの吸気側カム部７ａが当接する位置に配置されている。

図７に示すように、アーム位置設定部Ｌｂは、固定フレーム５５に対して回転軸芯Ｘと平行姿勢で支持した制御軸６４と、この制御軸６４に対して回転自在に外嵌した一対の制御カム６５と、一対の制御カム６５と一体回転するセクタギヤ６６と、セクタギヤ６６に噛合するウオームギヤ６７とを備えて構成されている。ウオームギヤ６７は前述したリフト量制御モータＬｍによって回転駆動される。

一対の制御カム６５は一体回転する構造であり、一対の支持ローラ６１に当接するように、この一対の支持ローラ６１と等しい間隔で配置されている。制御カム６５は外周に制御カム面６５ａが形成され、制御軸６４を中心に回転姿勢が変化することにより支持ローラ６１を変化させるようにプロフィールが設定されている。

このような構成から、図６に示すように、トーションスプリング５７の付勢力により、一対の支持ローラ６１は基準プレート５６の基準面５６ｓに当接すると同時に、一対の制御カム６５のうち対応する制御カム６５の制御カム面６５ａに当接することで位置が決まる。このように位置が決まることにより、アーム本体６０は、支持軸６１ａの軸芯を中心に揺動自在となる。

図６、図８に示すように、吸気カムシャフト７に形成された吸気側カム部７ａのうち突出部分は、回転軸芯Ｘを中心として等しい半径の円弧状となる開放作動領域７ａｓが形成されている。回転軸芯Ｘに沿う方向視において一対の開放作動領域７ａｓが連なるように一対の吸気側カム部７ａが配置されている。つまり、吸気カムシャフト７のうち１つの燃焼室に対応した一対の吸気側カム部７ａは、異なる開閉タイミングとなる位相で配置されるものであるが、一対の吸気側カム部７ａの各々の開放作動領域７ａｓを一連に配置することにより吸気バルブＶａを連続して開放できるように構成されている。

〔リフト量設定機構の作動形態〕
図６に示すように、支持軸６１ａの位置が設定された状態で吸気カムシャフト７が回転することにより、吸気カムシャフト７の一対の吸気側カム部７ａのうち回転方向での上流側のものが一対の受動ローラ６２のうち対応するものに当接することでアーム本体６０を揺動させる。この揺動によりアーム本体６０の操作体６０ａがロッカーアーム５２の受圧ローラ５２ａに押圧力を作用させ、このロッカーアーム５２の揺動に伴いバルブステム５０の上端部５０ａに圧力を作用させ吸気バルブＶａを開放する。

図６では、吸気バルブＶａのリフト量を最小リフト量Ｔｍｉｎとして示している。前述したように吸気側カム部７ａに形成された開放作動領域７ａｓが回転軸芯Ｘを中心とする円弧状に形成されているため、吸気カムシャフト７の回転が継続する場合にも図１１に示すように吸気バルブＶａのリフト量は変化することはない。

吸気カムシャフト７の回転が進み、吸気カムシャフト７の一対の吸気側カム部７ａのうち回転方向での下流側のものが一対の受動ローラ６２のうち対応するものに当接した場合にも吸気バルブＶａのリフト量は変化することはなく、その後、吸気カムシャフト７が所定角度だけ回転すると吸気バルブＶａが閉塞する。

つまり、吸気カムシャフト７の吸気側カム部７ａのうちの一方が対応する受動ローラ６２に当接し、吸気側カム部７ａのうちの他方が対応する受動ローラ６２に当接することになるが、単一のアーム本体６０に対して一対の受動ローラ６２を備えているため、何れかの吸気側カム部７ａが対応する受動ローラ６２に当接する限り、アーム本体６０を揺動させ、吸気バルブＶａの開放を行わせるのである。そして、このアーム本体６０の揺動に伴い一対のロッカーアーム５２を更に揺動させ、一対の吸気バルブＶａを同時に開放し、同時に閉塞させることが可能となる。

図８に示すように、リフト量制御モータＬｍの駆動によって、制御カム６５を所定量だけ回転させた場合には制御カム面６５ａに当接する支持ローラ６１が、基準プレート５６の基準面５６ｓに沿って移動する。支持ローラ６１の位置が同図において右側に変位するほど、支持軸６１ａをロッカーアーム５２の受圧ローラ５２ａに接近させて吸気バルブＶａのリフト量を増大させることになり、同図では、吸気バルブＶａのリフト量を最大リフト量Ｔｍａｘとして示している。

また、図８に示す設定において吸気カムシャフト７の回転が継続する場合にも図１０に示すように吸気バルブＶａのリフト量は変化することはない。尚、リフト量設定機構Ｌは図６〜図８に示す構成に限るものではなく、任意の構成のものを利用できる。

〔制御構成〕
図１に示すように、エンジン制御ユニット４０は、吸気バルブＶａのリフト量を設定すると共に、吸気バルブＶａの開閉時期（開閉タイミング）を制御する。この制御を実現するためにエンジン制御ユニット４０は、スロットルセンサ１３Ｓと、シャフトセンサ１６と、位相センサ１７とからの検知信号が入力する。また、エンジン制御ユニット４０には、位相制御モータＭと、リフト量制御モータＬｍと、燃焼管理部１９とに制御信号を出力する。

燃焼制御部４１は、燃焼管理部１９の制御によりインジェクター９による燃料の噴射と、各燃焼室での点火プラグ１０の点火とを管理する。位相制御部４２は、弁開閉時期制御機構ＶＴの位相制御モータＭの制御により吸気バルブＶａの開閉時期（開閉タイミング）を設定する。リフト量制御部４３は、リフト量設定機構Ｌでの吸気バルブＶａのリフト量を制御する。

燃焼制御部４１と位相制御部４２とリフト量制御部４３とはソフトウエアで構成されるものを想定しているが、これらはロジック等を有する回路で成るハードウエアで構成されるものでも良く、ソフトウエアとハードウエアとの組み合わせによって構成されるものでも良い。

このエンジン制御ユニット４０では、吸気サイクルで燃焼室において新気と燃料とを良好に混合させるため、リフト量設定機構Ｌの制御により吸気バルブＶａのリフト量を低減することにより、燃焼室に吸引される気流の流速を増大させタンブル流を発生させる制御が行われる。また、この制御と並行して、弁開閉時期制御機構ＶＴにより吸気時期の変位を修正する制御が行われる。

図９〜図１１にはクランクアングルを横軸に取り、吸気バルブＶａのリフト量を縦軸にとったタイミングチャートと、タイミングダイヤグラムとを示している。同図では、ピストン４の上死点をＴＤＣとして示し、下死点をＢＤＣとして示し、吸気バルブＶａの開時期をＩＶＯとして示し、閉時期をＩＶＣとして示している。

特に、この構成では、吸気カムシャフト７の２つの吸気側カム部７ａの位相を異ならせ、回転軸芯Ｘに沿う方向視で各々の吸気側カム部７ａの開放作動領域７ａｓが連続するように形成している。これにより、ＩＶＯをＴＤＣ以前に設定し、ＩＶＣをＢＤＣ以前に設定することも可能なり、リフト量を低減した状態で吸気行程において吸気が開始される時点から、吸気を終了する時点までリフト量を小さい状態に維持することでタンブル流による良好な混合を可能にしている。

図９のタイミングチャートでは、アイドリング時等の低トルク時のリフト量を低リフト量Ｍｉｎとして示し、標準的なトルク時のリフト量を中リフト量Ｍｉｄとして示し、高トルク時のリフト量を高リフト量Ｍａｘとして示している。リフト量制御部４３では、低リフト量Ｍｉｎと、中リフト量Ｍｉｄと、高リフト量Ｍａｘとの３位置の他に、これらの中間位置にも設定可能に構成されている。

また、中リフト量Ｍｉｄに設定された状況でのＩＶＯをＴＤＣ以前に設定し、ＩＶＣをＢＤＣ以前に設定するため、ＩＶＯからＩＶＣにまでのクランクアングルは１８０度を超える値に設定される。更に、リフト量が中リフト量Ｍｉｄより小さい値に設定された場合にも、ＩＶＯからＩＶＣにまでのクランクアングルを、２７０度を超えるように設定することが望ましい。

図９には、アイドリング時のように通常の開閉時期（バルブタイミング）が設定される際のＩＶＯをＩＶＯ（ｎ）として示し、これと同様にＩＶＣをＩＶＣ（ｎ）として示している。これに対しエンジンＥの始動時のようにクランキングの負荷を軽減するために、開閉時期（バルブタイミング）を遅角方向に変位させた際のＩＶＯをＩＶＯ（ｒ）として示しており、これと同様にＩＶＣをＩＶＣ（ｒ）として示している。

これに対応して、図９の左側のタイミングダイヤグラムに示すように、アイドリング時のように通常の開閉時期では、排気領域Ｅｘの開放側と閉塞側の端部に、吸気領域Ｉｎの端部がオーバーラップする。また、図９の右側のタイミングダイヤグラムに示すように遅角方向に変位させた開閉時期（バルブタイミング）では、排気領域Ｅｘの開放側の端部と吸気領域Ｉｎの吸気側の端部とが非オーバーラップ（ネガティブオーバーラップ）状態となり、クランキング時の負荷の軽減を実現する。

リフト量制御部４３では、例えば、アクセルペダルを踏み込んだ場合のように、エンジンＥの吸気量を増大する場合には、スロットルバルブ１３の開度を拡大すると同時に、図１０のタイミングチャートに示すように、吸気バルブＶａのリフト量を増大する制御が行われる。同図では最大リフト量Ｔｍａｘに対応するものを示している。このようにリフト量を増大した場合には、中リフト量Ｍｉｄと比較してＩＶＯが進角方向に変位し、ＩＶＣが遅角方向に変位する。

これに対応するタイミングダイヤグラムでは、中リフト量Ｍｉｄと比較して排気領域Ｅｘの開放側と閉塞側の端部と、吸気領域Ｉｎの端部とのオーバーラップ量が増大する。

また、図１１のタイミングチャートに示すように、リフト量を、最小リフト量Ｔｍｉｎに設定した場合には、限られた領域で吸気バルブＶａが開放することになるが、吸気時に燃焼室に吸引される気流を極めて高くするため、タンブル流による混合気の混合を良好に行わせる。このようにリフト量を最小に設定した場合でも、同図に示すタイミングダイヤグラムように、排気領域Ｅｘの開放側と閉塞側の端部に、吸気領域Ｉｎの端部がオーバーラップする。

特に、リフト量設定機構Ｌによって吸気バルブＶａのリフト量を設定する場合には、この設定に連係してＩＶＯが変化することになるが、ＩＶＯを決まったタイミングに維持するように弁開閉時期制御機構ＶＴを制御することも可能である。尚、リフト量設定機構Ｌによりリフト量を設定した際のＩＶＯの変位量は予め取得してテーブル化することが可能であるため、リフト量を設定する際には、テーブルデータから取得したデータに基づいて弁開閉時期制御機構ＶＴが制御することになる。

〔実施形態の作用効果〕
このように、実施形態の構成のエンジンＥでは、吸気行程において吸気バルブＶａのリフト量を小さい値に維持できるので、燃焼室に吸引される気流の流速を高め、燃焼室でタンブル流を発生させ良好な混合状態を作り出し、燃焼速度を低下させることや、不完全な燃焼を招くことがなく良好な燃焼を実現する。

また、１つの燃焼室に対応する一対の吸気側カム部７ａの位相を異ならせ、回転軸芯Ｘに沿う方向視において各々の開放作動領域７ａｓが一連に連なるように形成しているので、吸気バルブＶａのリフト量を小さい値に設定した場合でも、吸気行程の全域においても吸気量の不足を招くことがない。

リフト量制御部４３での制御では、エンジン負荷の上昇に伴い吸気量を増大させる場合には、吸気バルブＶａのリフト量を増大させることにより対応が可能であり、このようにリフト量を増大させた場合にも燃焼室に吸引される気流の流速を、ある程度は高めた状態を維持できるため、良好な燃焼を実現する。

吸気行程の全域で燃焼室に吸引される気流の流速を高めるためには、ＩＶＯに達する以前や、ＩＶＯの直後に吸気バルブＶａを開放することになる。これに対して、リフト量設定機構Ｌはリフト量の設定に伴いＩＶＯのタイミングが変化するため、このリフト量の設定に伴い、吸気バルブＶａのＩＶＯ（開時期）を決まったタイミングに設定することにより良好な燃焼を可能にする。

〔別実施形態〕
本発明は、上記した実施形態以外に以下のように構成しても良い（実施形態と同じ機能を有するものには、実施形態と共通の番号、符号を付している）。

（ａ）弁開閉時期制御機構ＶＴは、油圧式に作動する構成のものであってもよい。また、排気バルブＶｂの開閉時期を設定する弁開閉時期制御機構を備えても良い。

（ｂ）実施形態では、ポート噴射型のインジェクター９を備えているが、筒内噴射型のインジェクター９を備えても良い。このように筒内噴射型のインジェクター９を備えたエンジンＥでも、吸気バルブＶａを介して燃焼室に吸引される気流の流速を高め、タンブル流の発生により新気と燃焼との良好な混合を実現する。

（ｃ）吸気バルブＶａは、１つの燃焼室に対して一対以上の数を備える構成であっても良い。例えば、１つの燃焼室に対して３つの吸気バルブＶａを備え、吸気カムシャフト７の吸気側カム部７ａを３つ備えているものでは、３つの吸気側カム部７ａの各々に対して開放作動領域７ａｓを形成することになる。

（ｄ）ＩＶＯからＩＶＣまでのクランクアングルを、２７０度を超えるように設定する。このように設定することにより、吸気バルブＶａのリフト量が最小リフト量Ｔｍｉｎに設定された場合にも、ＩＶＯをＴＤＣ以前に設定し、ＩＶＣをＢＤＣ以前に設定することも可能となる。これにより、吸気量の減少を抑制しつつ、燃焼室に吸引される気流の流速を極めて高く維持して良好な混合を実現する。

本発明は、吸気バルブのリフト量を設定可能な内燃機関に利用することができる。

１クランクシャフト
７吸気カムシャフト
７ａカム部
７ａｓ開放作動領域
Ｌリフト量設定機構
Ｖａ吸気バルブ
ＶＴ弁開閉時期制御機構
Ｘ回転軸芯

Claims

クランクシャフトと同期回転する吸気カムシャフトと、
前記吸気カムシャフトの回転に伴う吸気バルブの開閉作動のタイミングを設定する弁開閉時期制御機構と、
前記吸気バルブのリフト量を設定するリフト量設定機構と、を備え、
前記吸気カムシャフトのカム部のうち、前記吸気バルブを開放作動させる開放作動領域が、前記吸気カムシャフトの回転軸芯を中心とする円弧状に設定されている内燃機関。
１つの燃焼室に一対の前記吸気バルブを備え、この一対の前記吸気バルブを個別に制御可能な位置に前記カム部をそれぞれ形成することで１つの燃焼室に一対の前記カム部が配置され、一対の前記カム部の各々の前記開放作動領域が、前記吸気カムシャフトの回転軸芯に沿う方向で連なる状態で前記吸気バルブの開閉タイミングを異ならせると共に、
前記リフト量設定機構が、一対の前記吸気バルブのうち開放姿勢にあるものに従って前記一対の前記吸気バルブを開放する請求項１に記載の内燃機関。
前記リフト量設定機構が複数の燃焼室の各々に対応して独立にリフト量を設定できるように構成されている請求項１又は２に記載の内燃機関。
前記吸気バルブの開時期であるＩＶＯから、閉時期となるＩＶＣまでの期間を、前記クランクシャフトの回転角で２７０度を超える値に設定している請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関。