JP3539059B2 - 筒内直噴型内燃機関 - Google Patents
筒内直噴型内燃機関Info
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- valve
- internal combustion
- fuel injection
- combustion engine
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- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D13/00—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing
- F02D13/02—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing during engine operation
- F02D13/0223—Variable control of the intake valves only
- F02D13/0234—Variable control of the intake valves only changing the valve timing only
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D13/00—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing
- F02D13/02—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing during engine operation
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B75/00—Other engines
- F02B75/12—Other methods of operation
- F02B2075/125—Direct injection in the combustion chamber for spark ignition engines, i.e. not in pre-combustion chamber
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- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
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- F02D41/0002—Controlling intake air
- F02D2041/001—Controlling intake air for engines with variable valve actuation
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- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
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- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
- Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
- Valve-Gear Or Valve Arrangements (AREA)
- Valve Device For Special Equipments (AREA)
- Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、ガソリン機関に
代表される４サイクル火花点火式内燃機関に関し、特
に、燃料をシリンダ内に直接噴射する筒内直噴型内燃機
関に関する。
代表される４サイクル火花点火式内燃機関に関し、特
に、燃料をシリンダ内に直接噴射する筒内直噴型内燃機
関に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、ガソリン機関においても、電磁式
燃料噴射弁をシリンダ内へ向けて配設し、燃料をシリン
ダ内に直噴噴射するようにした筒内直噴型のものが一部
で実用化されている。
燃料噴射弁をシリンダ内へ向けて配設し、燃料をシリン
ダ内に直噴噴射するようにした筒内直噴型のものが一部
で実用化されている。
【０００３】そして、その燃料噴射時期を機関運転条件
に応じて可変制御することが既に行われている。具体的
には、全開運転を含む高負荷高速領域においては、燃料
を吸気行程中に噴射し、均一な混合を図るとともに、燃
料気化による吸気冷却を行い、耐ノック性を向上させて
高効率吸気を実現するようにしている。つまり、これに
より、トルク向上が達成できる。また、これ以外の中低
負荷領域においては、燃料を圧縮行程中に噴射し、層状
混合を実現するようにしている。この層状混合により、
空燃比３０〜４０程度の超希薄燃焼が可能であり、燃費
低減を達成できるのである（三菱自動車工業（株）１９
９５年５月発行の「筒内噴射ガソリンエンジン」参
照）。
に応じて可変制御することが既に行われている。具体的
には、全開運転を含む高負荷高速領域においては、燃料
を吸気行程中に噴射し、均一な混合を図るとともに、燃
料気化による吸気冷却を行い、耐ノック性を向上させて
高効率吸気を実現するようにしている。つまり、これに
より、トルク向上が達成できる。また、これ以外の中低
負荷領域においては、燃料を圧縮行程中に噴射し、層状
混合を実現するようにしている。この層状混合により、
空燃比３０〜４０程度の超希薄燃焼が可能であり、燃費
低減を達成できるのである（三菱自動車工業（株）１９
９５年５月発行の「筒内噴射ガソリンエンジン」参
照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
筒内直噴型内燃機関においては、上記のように燃料噴射
時期を可変制御したとしても、これに対応したバルブタ
イミングの可変制御を行っていないため、ＮＯｘ低減や
トルク向上の上で、なお改善の余地があった。
筒内直噴型内燃機関においては、上記のように燃料噴射
時期を可変制御したとしても、これに対応したバルブタ
イミングの可変制御を行っていないため、ＮＯｘ低減や
トルク向上の上で、なお改善の余地があった。
【０００５】すなわち、燃料を圧縮行程中に噴射して層
状混合とした場合には、燃焼室内で、空燃比が種々異な
る部分が生じる。ここで、空燃比が理論空燃比に近い部
分は、燃焼してＮＯｘが発生しても、排気系に設けた三
元触媒により容易に低減できる。また、空燃比が３０〜
４０程度の希薄な領域は、ＮＯｘ排出量自体が小さい。
状混合とした場合には、燃焼室内で、空燃比が種々異な
る部分が生じる。ここで、空燃比が理論空燃比に近い部
分は、燃焼してＮＯｘが発生しても、排気系に設けた三
元触媒により容易に低減できる。また、空燃比が３０〜
４０程度の希薄な領域は、ＮＯｘ排出量自体が小さい。
【０００６】しかしながら、空燃比が１６〜１７程度の
中間層においては、ＮＯｘ排出量が多いにも拘わらず、
三元触媒が十分には働かないため、そのまま機関外部へ
ＮＯｘが排出されてしまう。つまり、圧縮行程中に噴射
して希薄燃焼を行わせる場合に、内燃機関全体として、
ＮＯｘを十分に低減することができない。
中間層においては、ＮＯｘ排出量が多いにも拘わらず、
三元触媒が十分には働かないため、そのまま機関外部へ
ＮＯｘが排出されてしまう。つまり、圧縮行程中に噴射
して希薄燃焼を行わせる場合に、内燃機関全体として、
ＮＯｘを十分に低減することができない。
【０００７】また、燃料を吸気行程中に噴射する吸気行
程噴射においては、均質混合気であるので、上述したよ
うなＮＯｘの問題はなく、いかにトルクを高められるか
が重要となるが、バルブタイミングを固定的に設定した
ものでは、吸気弁を介した混合気の吐き戻しによって充
填効率が低下することがあり、必ずしもトルクを十分に
高めることができない。
程噴射においては、均質混合気であるので、上述したよ
うなＮＯｘの問題はなく、いかにトルクを高められるか
が重要となるが、バルブタイミングを固定的に設定した
ものでは、吸気弁を介した混合気の吐き戻しによって充
填効率が低下することがあり、必ずしもトルクを十分に
高めることができない。
【０００８】
【課題を解決するための手段】そこで、この発明は、機
関運転条件に応じて燃料噴射時期が可変制御される筒内
直噴型内燃機関において、その燃料噴射時期に応じてバ
ルブタイミングが変化するように構成したものである。
関運転条件に応じて燃料噴射時期が可変制御される筒内
直噴型内燃機関において、その燃料噴射時期に応じてバ
ルブタイミングが変化するように構成したものである。
【０００９】より具体的には、本発明の筒内直噴型内燃
機関は、吸気弁の開閉時期を可変制御する可変動弁機構
を有し、燃料噴射開始時期が吸気行程中にあるときには
吸気弁閉時期を早め、かつ燃料噴射開始時期が圧縮行程
中にあるときには吸気弁開時期を早めることを特徴とし
ている。
機関は、吸気弁の開閉時期を可変制御する可変動弁機構
を有し、燃料噴射開始時期が吸気行程中にあるときには
吸気弁閉時期を早め、かつ燃料噴射開始時期が圧縮行程
中にあるときには吸気弁開時期を早めることを特徴とし
ている。
【００１０】さらに望ましくは、請求項２のように、燃
料噴射開始時期が吸気行程中にあるときには吸気弁開時
期を遅らせるとともに吸気弁閉時期を早め、かつ燃料噴
射開始時期が圧縮行程中にあるときには吸気弁開時期を
早めるとともに吸気弁閉時期を遅らせるようにするとよ
い。
料噴射開始時期が吸気行程中にあるときには吸気弁開時
期を遅らせるとともに吸気弁閉時期を早め、かつ燃料噴
射開始時期が圧縮行程中にあるときには吸気弁開時期を
早めるとともに吸気弁閉時期を遅らせるようにするとよ
い。
【００１１】前述したように、燃料を圧縮行程中に噴射
して層状混合とした場合には、燃焼室内で、空燃比が種
々異なる部分が生じる。ここで、空燃比が理論空燃比に
近い部分は、燃焼してＮＯｘが発生しても、排気系に設
けた三元触媒により容易に低減できる。また、空燃比が
３０〜４０程度の希薄な領域は、ＮＯｘ排出量自体が小
さい。これに対し、空燃比が１６〜１７程度の中間層に
おいては、ＮＯｘ排出量が多いにも拘わらず、三元触媒
が十分には働かないという問題がある。
して層状混合とした場合には、燃焼室内で、空燃比が種
々異なる部分が生じる。ここで、空燃比が理論空燃比に
近い部分は、燃焼してＮＯｘが発生しても、排気系に設
けた三元触媒により容易に低減できる。また、空燃比が
３０〜４０程度の希薄な領域は、ＮＯｘ排出量自体が小
さい。これに対し、空燃比が１６〜１７程度の中間層に
おいては、ＮＯｘ排出量が多いにも拘わらず、三元触媒
が十分には働かないという問題がある。
【００１２】しかしながら、本発明によれば、この圧縮
行程噴射の際に、吸気弁開時期を早めることにより、い
わゆる内部ＥＧＲとして多量の排気を燃焼室に導入する
ことができ、燃焼温度が低下する。これにより、ＮＯｘ
排出量が減少する。
行程噴射の際に、吸気弁開時期を早めることにより、い
わゆる内部ＥＧＲとして多量の排気を燃焼室に導入する
ことができ、燃焼温度が低下する。これにより、ＮＯｘ
排出量が減少する。
【００１３】また、さらに吸気弁閉時期を遅らせれば、
実圧縮比が下がり、燃焼温度がさらに低下するため、Ｎ
Ｏｘ排出量は一層低減する。
実圧縮比が下がり、燃焼温度がさらに低下するため、Ｎ
Ｏｘ排出量は一層低減する。
【００１４】一方、燃料を吸気行程中に噴射する場合に
は、均質混合気であるから、圧縮行程噴射のようなＮＯ
ｘの問題はなく、いかにトルクを高めるかが課題とな
る。本発明では、吸気行程噴射の際に、吸気弁閉時期を
早めることで、混合気の吸気ポートへの吐き戻しが減少
し、充填効率が向上する。従って、トルクが向上する。
は、均質混合気であるから、圧縮行程噴射のようなＮＯ
ｘの問題はなく、いかにトルクを高めるかが課題とな
る。本発明では、吸気行程噴射の際に、吸気弁閉時期を
早めることで、混合気の吸気ポートへの吐き戻しが減少
し、充填効率が向上する。従って、トルクが向上する。
【００１５】また、同時に吸気弁開時期を遅らせれば、
バルブオーバーラップが減少し、筒内残留ガスが少なく
なるので、充填効率がさらに向上し、トルクをさらに高
めることができる。
バルブオーバーラップが減少し、筒内残留ガスが少なく
なるので、充填効率がさらに向上し、トルクをさらに高
めることができる。
【００１６】なお、機関が高回転になるに従って混合気
の吐き戻しが少なくなるので、高回転になるに従って徐
々に吸気弁閉時期を遅らせるようにしてもよい。また、
高回転になるに従って吸入効率は低下するので、吸気弁
開弁角度が広がるように、高回転になるに従って吸気弁
開時期を徐々に早めるようにしてもよい。
の吐き戻しが少なくなるので、高回転になるに従って徐
々に吸気弁閉時期を遅らせるようにしてもよい。また、
高回転になるに従って吸入効率は低下するので、吸気弁
開弁角度が広がるように、高回転になるに従って吸気弁
開時期を徐々に早めるようにしてもよい。
【００１７】また、本発明では、望ましくは請求項３の
ように、圧縮行程中にある噴射開始時期が、吸気弁閉時
期と同時もしくは僅かに遅れている。
ように、圧縮行程中にある噴射開始時期が、吸気弁閉時
期と同時もしくは僅かに遅れている。
【００１８】つまり、燃料噴射の開始時には、吸気弁が
閉じている。これにより、燃料噴霧を伴ったガス流動が
吸気ポート側に漏れることを確実に防止し、強いガス流
動を確保できる。また着火までに霧化できる時間を確保
でき、霧化の改善ひいては良好な燃焼を実現できる。
閉じている。これにより、燃料噴霧を伴ったガス流動が
吸気ポート側に漏れることを確実に防止し、強いガス流
動を確保できる。また着火までに霧化できる時間を確保
でき、霧化の改善ひいては良好な燃焼を実現できる。
【００１９】また、本発明では、望ましくは請求項４の
ように、燃料噴射時期の切換とバルブタイミングの切換
とに時間差が設けられている。そして、望ましくは、機
関運転条件の変化に対し、燃料噴射時期の切換がバルブ
タイミングの切換よりも先に実行される。
ように、燃料噴射時期の切換とバルブタイミングの切換
とに時間差が設けられている。そして、望ましくは、機
関運転条件の変化に対し、燃料噴射時期の切換がバルブ
タイミングの切換よりも先に実行される。
【００２０】このように、時間差を与えることにより、
噴射時期の切換によるトルク変化とバルブタイミングの
切換によるトルク変化とが同時に発生せず、トルクショ
ックが抑制される。そして、噴射時期の切換の方が瞬時
に実行できるので、バルブタイミングの切換よりも噴射
時期切換を先行させることにより、運転者のアクセル操
作に良好に反応することができ、レスポンスが高くな
る。
噴射時期の切換によるトルク変化とバルブタイミングの
切換によるトルク変化とが同時に発生せず、トルクショ
ックが抑制される。そして、噴射時期の切換の方が瞬時
に実行できるので、バルブタイミングの切換よりも噴射
時期切換を先行させることにより、運転者のアクセル操
作に良好に反応することができ、レスポンスが高くな
る。
【００２１】さらに請求項６の発明では、機関運転条件
の変化に対し、全気筒の燃料噴射時期の切換が完了した
後に、バルブタイミングの切換が実行される。
の変化に対し、全気筒の燃料噴射時期の切換が完了した
後に、バルブタイミングの切換が実行される。
【００２２】つまり、全気筒の燃料噴射時期の切換完了
を待つことにより、気筒間の空燃比のばらつきを小さく
した後にバルブタイミングが変化することになり、過渡
エミッションの発生を防止できる。また、トルクショッ
ク軽減の上でも有利となる。
を待つことにより、気筒間の空燃比のばらつきを小さく
した後にバルブタイミングが変化することになり、過渡
エミッションの発生を防止できる。また、トルクショッ
ク軽減の上でも有利となる。
【００２３】また、本発明においては、望ましくは、ア
イドルを含む低負荷時には、燃料噴射時期の可変制御に
拘わらず、バルブタイミングが所定時期に固定されてい
る。
イドルを含む低負荷時には、燃料噴射時期の可変制御に
拘わらず、バルブタイミングが所定時期に固定されてい
る。
【００２４】アイドルは、燃焼安定性が悪く、ストール
による機関の停止（いわゆるエンスト）を防止すること
が重要であるが、バルブタイミングの切換によって機関
の停止を招く恐れがある。特に機関が低温状態にあると
きにバルブタイミングを切り換えようとすると、可変動
弁機構の応答ばらつきを生じることがあり、これに伴っ
て、過渡的な燃焼の悪化が発生し、一層ストールを生じ
やすい。そこで、本発明では、アイドルを含む低負荷時
に、燃料噴射時期の可変制御に拘わらず、バルブタイミ
ングを所定時期に固定することにより、いわゆるエンス
トを防止できる。なお、一般には、吸気行程噴射用のバ
ルブタイミングに固定される。
による機関の停止（いわゆるエンスト）を防止すること
が重要であるが、バルブタイミングの切換によって機関
の停止を招く恐れがある。特に機関が低温状態にあると
きにバルブタイミングを切り換えようとすると、可変動
弁機構の応答ばらつきを生じることがあり、これに伴っ
て、過渡的な燃焼の悪化が発生し、一層ストールを生じ
やすい。そこで、本発明では、アイドルを含む低負荷時
に、燃料噴射時期の可変制御に拘わらず、バルブタイミ
ングを所定時期に固定することにより、いわゆるエンス
トを防止できる。なお、一般には、吸気行程噴射用のバ
ルブタイミングに固定される。
【００２５】また、燃料噴射時期の可変制御が正常に作
動しなくなると、燃焼が不安定化し、やはり機関が停止
しやすい状態となる。そこで、本発明では、請求項９の
ように、燃料噴射時期の可変制御の異常時に、バルブタ
イミングが所定時期に固定されることが望ましい。これ
により、バルブタイミングの切換に伴うエンストを回避
できる。なお、このときのバルブタイミングを吸気行程
噴射用の特性とすれば、始動性確保の上で有利となる。
動しなくなると、燃焼が不安定化し、やはり機関が停止
しやすい状態となる。そこで、本発明では、請求項９の
ように、燃料噴射時期の可変制御の異常時に、バルブタ
イミングが所定時期に固定されることが望ましい。これ
により、バルブタイミングの切換に伴うエンストを回避
できる。なお、このときのバルブタイミングを吸気行程
噴射用の特性とすれば、始動性確保の上で有利となる。
【００２６】また、本発明では、請求項９のように、バ
ルブタイミングを連続的に制御可能な可変動弁機構を用
いることが望ましい。
ルブタイミングを連続的に制御可能な可変動弁機構を用
いることが望ましい。
【００２７】これにより、バルブタイミングを段階的に
切り換える場合のようなショックの発生がない。
切り換える場合のようなショックの発生がない。
【００２８】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、希薄燃
焼を行わせるべく圧縮行程噴射とした際に、吸気弁開時
期を早めることにより、ＮＯｘ排出量を低減できるとと
もに、トルクを高めるべく吸気行程噴射とした際に、吸
気弁閉時期を早めることで、充填効率の向上ひいてはト
ルクの向上が図れる。
焼を行わせるべく圧縮行程噴射とした際に、吸気弁開時
期を早めることにより、ＮＯｘ排出量を低減できるとと
もに、トルクを高めるべく吸気行程噴射とした際に、吸
気弁閉時期を早めることで、充填効率の向上ひいてはト
ルクの向上が図れる。
【００２９】また、請求項２によれば、ＮＯｘ排出量を
さらに低減できるとともに、トルクをさらに高めること
ができる。
さらに低減できるとともに、トルクをさらに高めること
ができる。
【００３０】そして請求項３によれば、強いガス流動に
より霧化の改善ひいては良好な燃焼を実現できる。
より霧化の改善ひいては良好な燃焼を実現できる。
【００３１】また、請求項４および請求項５によれば、
機関運転条件の変化に対し、噴射時期等の切換による大
きなトルクショックの発生を防止でき、しかも、レスポ
ンスの悪化を防止できる。
機関運転条件の変化に対し、噴射時期等の切換による大
きなトルクショックの発生を防止でき、しかも、レスポ
ンスの悪化を防止できる。
【００３２】さらに請求項６の発明によれば、気筒間の
空燃比のばらつきによる過渡エミッションの発生を防止
でき、トルクショック軽減の上でも有利となる。
空燃比のばらつきによる過渡エミッションの発生を防止
でき、トルクショック軽減の上でも有利となる。
【００３３】さらに請求項７および請求項８によれば、
ストールによる機関の停止を確実に防止できる。
ストールによる機関の停止を確実に防止できる。
【００３４】また、請求項９のように、バルブタイミン
グを連続的に制御可能な可変動弁機構を用いれば、バル
ブタイミングを一層適切に維持でき、かつ大きなショッ
クの発生を防止できる。
グを連続的に制御可能な可変動弁機構を用いれば、バル
ブタイミングを一層適切に維持でき、かつ大きなショッ
クの発生を防止できる。
【００３５】
【発明の実施の形態】以下、この発明の好ましい実施の
形態を図面に基づいて詳細に説明する。
形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００３６】図１は、この発明に係る筒内直噴型内燃機
関の一実施例を示すもので、シリンダブロック１に複数
のシリンダ２が直列に配置されているともに、各シリン
ダ２内に直接燃料を噴射するように、電磁式燃料噴射弁
３が各シリンダ２の上部に配設されている。この燃料噴
射弁３には、圧縮行程中に燃料噴射が可能なように比較
的高い圧力の燃料が供給されている。シリンダ２頂部を
覆うシリンダヘッド４には、吸気弁５によって開閉され
る吸気ポート６と、排気弁７によって開閉される排気ポ
ート８とが形成され、かつ点火栓９が装着されている。
関の一実施例を示すもので、シリンダブロック１に複数
のシリンダ２が直列に配置されているともに、各シリン
ダ２内に直接燃料を噴射するように、電磁式燃料噴射弁
３が各シリンダ２の上部に配設されている。この燃料噴
射弁３には、圧縮行程中に燃料噴射が可能なように比較
的高い圧力の燃料が供給されている。シリンダ２頂部を
覆うシリンダヘッド４には、吸気弁５によって開閉され
る吸気ポート６と、排気弁７によって開閉される排気ポ
ート８とが形成され、かつ点火栓９が装着されている。
【００３７】排気弁７は、排気側カムシャフト１０によ
って固定的なバルブタイミングでもって開閉されるよう
になっている。これに対し、吸気弁５は、可変動弁機構
１１によって、その開閉時期を可変制御できる構成とな
っている。
って固定的なバルブタイミングでもって開閉されるよう
になっている。これに対し、吸気弁５は、可変動弁機構
１１によって、その開閉時期を可変制御できる構成とな
っている。
【００３８】１２は、上記燃料噴射弁３の噴射時期なら
びに吸気弁５のバルブタイミングを機関運転条件に応じ
て制御するマイクロコンピュータシステムからなるコン
トロールユニットであって、このコントロールユニット
１２には、機関運転条件を示す回転数信号や負荷信号
（例えば吸入空気量信号）等が入力されており、これら
の検出信号に基づいて、各燃料噴射弁３および可変動弁
機構１１の油圧制御弁１３に制御信号を出力している。
びに吸気弁５のバルブタイミングを機関運転条件に応じ
て制御するマイクロコンピュータシステムからなるコン
トロールユニットであって、このコントロールユニット
１２には、機関運転条件を示す回転数信号や負荷信号
（例えば吸入空気量信号）等が入力されており、これら
の検出信号に基づいて、各燃料噴射弁３および可変動弁
機構１１の油圧制御弁１３に制御信号を出力している。
【００３９】上記可変動弁機構１１は、特開平６−１８
５３２１号公報や米国特許第５，３６５，８９６号明細
書等において開示されているように、不等速軸継手の原
理を応用して各気筒の円筒状カムシャフト２２を不等速
回転させることでバルブリフト特性を連続的に可変制御
し得るようにしたものである。
５３２１号公報や米国特許第５，３６５，８９６号明細
書等において開示されているように、不等速軸継手の原
理を応用して各気筒の円筒状カムシャフト２２を不等速
回転させることでバルブリフト特性を連続的に可変制御
し得るようにしたものである。
【００４０】この機構自体は公知であるので、図１およ
び図２を参照して簡単に説明すると、図において、２１
は図外の機関クランク軸からタイミングチェーン１４
（図２参照）を介して回転力が伝達される駆動軸、２２
は該駆動軸２１の外周に回転自在に嵌合した中空円筒状
のカムシャフトである。このカムシャフト２２は、各気
筒毎に分割して構成されている。
び図２を参照して簡単に説明すると、図において、２１
は図外の機関クランク軸からタイミングチェーン１４
（図２参照）を介して回転力が伝達される駆動軸、２２
は該駆動軸２１の外周に回転自在に嵌合した中空円筒状
のカムシャフトである。このカムシャフト２２は、各気
筒毎に分割して構成されている。
【００４１】上記カムシャフト２２は、シリンダヘッド
４上端部のカム軸受に回転自在に支持されていると共
に、外周に、各気筒一対の吸気弁５を開作動させる一対
のカム２６が形成されている。また、カムシャフト２２
は、上述したように複数個に分割形成されているが、そ
の一方の分割端部に、第１フランジ部２７が設けられて
いる。また、この複数に分割されたカムシャフト２２の
端部間に、それぞれスリーブ２８と環状ディスク２９が
配置されている。上記第１フランジ部２７には、半径方
向に沿った細長い係合溝が形成されている。
４上端部のカム軸受に回転自在に支持されていると共
に、外周に、各気筒一対の吸気弁５を開作動させる一対
のカム２６が形成されている。また、カムシャフト２２
は、上述したように複数個に分割形成されているが、そ
の一方の分割端部に、第１フランジ部２７が設けられて
いる。また、この複数に分割されたカムシャフト２２の
端部間に、それぞれスリーブ２８と環状ディスク２９が
配置されている。上記第１フランジ部２７には、半径方
向に沿った細長い係合溝が形成されている。
【００４２】上記スリーブ２８は、駆動軸２１に固定さ
れているものであって、該スリーブ２８に、上記第１フ
ランジ部２７に対向する第２フランジ部３２が形成され
ている。この第２フランジ部３２には、やはり半径方向
に沿った細長い係合溝が形成されている。
れているものであって、該スリーブ２８に、上記第１フ
ランジ部２７に対向する第２フランジ部３２が形成され
ている。この第２フランジ部３２には、やはり半径方向
に沿った細長い係合溝が形成されている。
【００４３】両フランジ部２７，３２の間に位置する上
記環状ディスク２９は、略ドーナツ板状を呈し、駆動軸
２１の外周面との間に環状の間隙を有するとともに、デ
ィスクハウジング３４の内周面に回転自在に保持されて
いる。また、互いに１８０°異なる直径線上の対向位置
にそれぞれ反対側へ突出する一対のピン３６，３７を有
し、各ピン３６，３７が各係合溝に係合している。
記環状ディスク２９は、略ドーナツ板状を呈し、駆動軸
２１の外周面との間に環状の間隙を有するとともに、デ
ィスクハウジング３４の内周面に回転自在に保持されて
いる。また、互いに１８０°異なる直径線上の対向位置
にそれぞれ反対側へ突出する一対のピン３６，３７を有
し、各ピン３６，３７が各係合溝に係合している。
【００４４】ディスクハウジング３４は、略三角形をな
し、その円形の開口部内に環状ディスク２９が保持され
ているとともに、三角形の頂部となる２カ所に、それぞ
れ第１カム嵌合孔３８および第２カム嵌合孔３９が貫通
形成されている。
し、その円形の開口部内に環状ディスク２９が保持され
ているとともに、三角形の頂部となる２カ所に、それぞ
れ第１カム嵌合孔３８および第２カム嵌合孔３９が貫通
形成されている。
【００４５】そして、上記第１カム嵌合孔３８および第
２カム嵌合孔３９内には、それぞれ第１偏心カム４１お
よび第２偏心カム４３の円形カム部４１ａ，４３ａが回
動自在に嵌合している。
２カム嵌合孔３９内には、それぞれ第１偏心カム４１お
よび第２偏心カム４３の円形カム部４１ａ，４３ａが回
動自在に嵌合している。
【００４６】上記第２偏心カム４３は、図１に示すよう
に、互いに所定量偏心している円柱状の軸部４３ｂと円
形カム部４３ａとからなり、両者が回転可能に嵌合され
て一体化されている。なお、円形カム部４３ａは、スナ
ップリング３０により抜け止めされている。上記軸部４
３ｂは、図１に示すように、フレーム３３の隔壁部に圧
入固定されている。
に、互いに所定量偏心している円柱状の軸部４３ｂと円
形カム部４３ａとからなり、両者が回転可能に嵌合され
て一体化されている。なお、円形カム部４３ａは、スナ
ップリング３０により抜け止めされている。上記軸部４
３ｂは、図１に示すように、フレーム３３の隔壁部に圧
入固定されている。
【００４７】また上記第１偏心カム４１は、機関前後方
向に沿って複数気筒に亙って連続した制御カム軸４２
と、該カム軸４２に各気筒に対応して固設された複数個
の円形カム部４１ａとからなり、両者が所定量偏心して
いる。なお、各気筒の円形カム部４１ａは、それぞれカ
ム軸４２の所定の角度位置において偏心している。上記
制御カム軸４２は、上記フレーム３３にカムブラケット
３５を介して回転自在に保持されている。内燃機関の一
端部に位置する上記制御カム軸４２の一端には、駆動機
構として回転型の油圧アクチュエータ４６が取り付けら
れている。また、内燃機関の前部に位置する制御カム軸
４２の他端には、該制御カム軸４２の回転位置つまり円
形カム部４１ａの位相を検出する回転型のポテンショメ
ータ４７が取り付けられている。
向に沿って複数気筒に亙って連続した制御カム軸４２
と、該カム軸４２に各気筒に対応して固設された複数個
の円形カム部４１ａとからなり、両者が所定量偏心して
いる。なお、各気筒の円形カム部４１ａは、それぞれカ
ム軸４２の所定の角度位置において偏心している。上記
制御カム軸４２は、上記フレーム３３にカムブラケット
３５を介して回転自在に保持されている。内燃機関の一
端部に位置する上記制御カム軸４２の一端には、駆動機
構として回転型の油圧アクチュエータ４６が取り付けら
れている。また、内燃機関の前部に位置する制御カム軸
４２の他端には、該制御カム軸４２の回転位置つまり円
形カム部４１ａの位相を検出する回転型のポテンショメ
ータ４７が取り付けられている。
【００４８】上記の可変動弁機構１１においては、第１
偏心カム４１を介して環状ディスク２９の偏心位置を可
変制御することにより、カムシャフト２２が不等速回転
し、駆動軸２１との間で、その偏心量に応じた位相差が
生じる。例えば、環状ディスク２９の中心と駆動軸２１
の中心とが一致している状態では、カムシャフト２２が
駆動軸２１と等速で同期回転するため、図３の（Ａ）の
実線に示すようなバルブリフト特性が得られる。これに
対し、環状ディスク２９の中心が一方へ偏心した状態で
は、図３（Ｂ）の一点鎖線に示すように偏心量に応じた
位相差が生じ、これに伴って図３（Ａ）に一点鎖線で示
すようなバルブリフト特性が得られる。すなわち、偏心
量を制御することにより、吸気弁５の開時期と閉時期と
の双方を連続的に可変制御することができる。
偏心カム４１を介して環状ディスク２９の偏心位置を可
変制御することにより、カムシャフト２２が不等速回転
し、駆動軸２１との間で、その偏心量に応じた位相差が
生じる。例えば、環状ディスク２９の中心と駆動軸２１
の中心とが一致している状態では、カムシャフト２２が
駆動軸２１と等速で同期回転するため、図３の（Ａ）の
実線に示すようなバルブリフト特性が得られる。これに
対し、環状ディスク２９の中心が一方へ偏心した状態で
は、図３（Ｂ）の一点鎖線に示すように偏心量に応じた
位相差が生じ、これに伴って図３（Ａ）に一点鎖線で示
すようなバルブリフト特性が得られる。すなわち、偏心
量を制御することにより、吸気弁５の開時期と閉時期と
の双方を連続的に可変制御することができる。
【００４９】図４は、本発明の燃料噴射時期とバルブタ
イミングとの関係を示したタイムチャートであって、図
示するように、燃料噴射時期が、機関運転条件に応じて
２通りに切り換えられる。すなわち、ピストンが圧縮行
程にある間に噴射する圧縮行程噴射と、ピストンが吸気
行程にある間に噴射する吸気行程噴射とに、適宜切り換
えられる。図中、ＧＯは噴射開始時期、ＧＣは噴射終了
時期であって、噴射量の大小に関係なく、噴射開始時期
ＧＯが、圧縮行程噴射の場合には圧縮行程中に、吸気行
程噴射の場合には吸気行程中に含まれるように、それぞ
れ制御される。
イミングとの関係を示したタイムチャートであって、図
示するように、燃料噴射時期が、機関運転条件に応じて
２通りに切り換えられる。すなわち、ピストンが圧縮行
程にある間に噴射する圧縮行程噴射と、ピストンが吸気
行程にある間に噴射する吸気行程噴射とに、適宜切り換
えられる。図中、ＧＯは噴射開始時期、ＧＣは噴射終了
時期であって、噴射量の大小に関係なく、噴射開始時期
ＧＯが、圧縮行程噴射の場合には圧縮行程中に、吸気行
程噴射の場合には吸気行程中に含まれるように、それぞ
れ制御される。
【００５０】そして、燃料噴射時期が圧縮行程噴射であ
る場合と吸気行程噴射である場合とで、それぞれ吸気弁
５の開閉時期が異なっている。具体的には、圧縮行程噴
射の場合には、吸気行程噴射の場合に比較して、吸気弁
５の開時期ＩＶＯが相対的に早くなっているとともに、
閉時期ＩＶＣが相対的に遅くなっている。また、圧縮行
程噴射時に、燃料噴射開始時期ＧＯは、吸気弁閉時期Ｉ
ＶＣより僅かに遅くなっている。
る場合と吸気行程噴射である場合とで、それぞれ吸気弁
５の開閉時期が異なっている。具体的には、圧縮行程噴
射の場合には、吸気行程噴射の場合に比較して、吸気弁
５の開時期ＩＶＯが相対的に早くなっているとともに、
閉時期ＩＶＣが相対的に遅くなっている。また、圧縮行
程噴射時に、燃料噴射開始時期ＧＯは、吸気弁閉時期Ｉ
ＶＣより僅かに遅くなっている。
【００５１】図５および表１は、機関運転条件と上述し
た燃料噴射時期およびバルブタイミングの関係をまとめ
て示したものであって、高速高負荷側の領域Ａでは、表
１のように、吸気行程噴射となり、かつこれに対応し
て、吸気弁５の開時期ＩＶＯが遅く、閉時期ＩＶＣが早
くなる。中負荷の領域Ｂでは、希薄燃焼を行うために、
圧縮行程噴射となり、かつこれに対応して、吸気弁５の
開時期ＩＶＯが早く、閉時期ＩＶＣが遅くなる。
た燃料噴射時期およびバルブタイミングの関係をまとめ
て示したものであって、高速高負荷側の領域Ａでは、表
１のように、吸気行程噴射となり、かつこれに対応し
て、吸気弁５の開時期ＩＶＯが遅く、閉時期ＩＶＣが早
くなる。中負荷の領域Ｂでは、希薄燃焼を行うために、
圧縮行程噴射となり、かつこれに対応して、吸気弁５の
開時期ＩＶＯが早く、閉時期ＩＶＣが遅くなる。
【００５２】さらに、アイドルを含む低速低負荷側の領
域Ｃでは、燃料噴射時期は、機関温度条件によって異な
るものとなる。機関の暖機後は、燃費向上を図るため
に、圧縮行程噴射とする。また、極低温の冷機時には、
始動性確保のために、吸気行程噴射とし、霧化時間を長
く確保するようにしている。そして、バルブタイミング
は、この噴射時期の切換と無関係に、吸気行程噴射のた
めの特性に固定されている。従って、例えば極低温の冷
間始動後にアイドルのまま放置した場合に、機関温度が
多少上昇した時点で燃料噴射時期は圧縮行程噴射に切り
換えられるが、バルブタイミングの切換はなされないの
で、このバルブタイミングの切換に起因するストールひ
いては機関の停止を回避できる。
域Ｃでは、燃料噴射時期は、機関温度条件によって異な
るものとなる。機関の暖機後は、燃費向上を図るため
に、圧縮行程噴射とする。また、極低温の冷機時には、
始動性確保のために、吸気行程噴射とし、霧化時間を長
く確保するようにしている。そして、バルブタイミング
は、この噴射時期の切換と無関係に、吸気行程噴射のた
めの特性に固定されている。従って、例えば極低温の冷
間始動後にアイドルのまま放置した場合に、機関温度が
多少上昇した時点で燃料噴射時期は圧縮行程噴射に切り
換えられるが、バルブタイミングの切換はなされないの
で、このバルブタイミングの切換に起因するストールひ
いては機関の停止を回避できる。
【００５３】なお、図示は省略するが、燃料噴射時期の
切換が何らかの異常で正常になされない場合には、やは
りバルブタイミングが固定される。この場合、吸気行程
噴射の特性に固定するようにすれば、やはり始動性確保
の上で有利である。
切換が何らかの異常で正常になされない場合には、やは
りバルブタイミングが固定される。この場合、吸気行程
噴射の特性に固定するようにすれば、やはり始動性確保
の上で有利である。
【００５４】
【表１】
【００５５】次に図６は、多気筒内燃機関、一例として
４気筒内燃機関における燃料噴射時期およびバルブタイ
ミングの切換時期を説明するタイムチャートであって、
具体的には、加速時の変化を示している。ここで、黒丸
は、圧縮行程噴射であることを示し、白丸は、吸気行程
噴射であることを示している。この図６に示すように、
内燃機関のスロットル開度が増加して運転条件が前述し
た領域Ｂから領域Ａへ変化すると、これと同時に、噴射
時期の切換、具体的には、圧縮行程噴射から吸気行程噴
射への切換が実行される。但し、この切換は、実際に
は、点火順に従って４気筒について順次なされるので、
全気筒について切換が完了するまでには、機関の１サイ
クルが必要である。そして、この噴射時期の切換が全気
筒で完了した後、可変動弁機構１１を介してバルブタイ
ミングが一斉に切り換えられる。具体的には、制御カム
軸４２が所定位置まで回転駆動される。
４気筒内燃機関における燃料噴射時期およびバルブタイ
ミングの切換時期を説明するタイムチャートであって、
具体的には、加速時の変化を示している。ここで、黒丸
は、圧縮行程噴射であることを示し、白丸は、吸気行程
噴射であることを示している。この図６に示すように、
内燃機関のスロットル開度が増加して運転条件が前述し
た領域Ｂから領域Ａへ変化すると、これと同時に、噴射
時期の切換、具体的には、圧縮行程噴射から吸気行程噴
射への切換が実行される。但し、この切換は、実際に
は、点火順に従って４気筒について順次なされるので、
全気筒について切換が完了するまでには、機関の１サイ
クルが必要である。そして、この噴射時期の切換が全気
筒で完了した後、可変動弁機構１１を介してバルブタイ
ミングが一斉に切り換えられる。具体的には、制御カム
軸４２が所定位置まで回転駆動される。
【００５６】このように、燃料噴射時期の切換とバルブ
タイミングの切換とに、僅かな時間差を与えることで、
トルクショックを抑制できる。また、燃料噴射時期の切
換は、機械的な遅れを伴わずに即座に実行されるので、
トルクショックを抑制しつつ加速応答性に優れたものと
なる。
タイミングの切換とに、僅かな時間差を与えることで、
トルクショックを抑制できる。また、燃料噴射時期の切
換は、機械的な遅れを伴わずに即座に実行されるので、
トルクショックを抑制しつつ加速応答性に優れたものと
なる。
【図１】この発明に係る筒内直噴型内燃機関の一実施例
を示す構成説明図。
を示す構成説明図。
【図２】その可変動弁機構の構成を示す要部の斜視図。
【図３】この可変動弁機構における駆動軸とカムシャフ
トとの回転位相差およびバルブリフト特性を対比して示
す特性図。
トとの回転位相差およびバルブリフト特性を対比して示
す特性図。
【図４】燃料噴射時期とバルブタイミングとの関係を示
すタイムチャート。
すタイムチャート。
【図５】機関運転領域を示す特性図。
【図６】多気筒内燃機関における燃料噴射時期とバルブ
タイミングとの切換時期を示すタイムチャート。
タイミングとの切換時期を示すタイムチャート。
２…シリンダ
３…燃料噴射弁
５…吸気弁
１１…可変動弁機構
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ
Ｆ０２Ｄ 41/34 Ｆ０２Ｄ 41/34 Ｆ
43/00 ３０１ 43/00 ３０１Ｊ
３０１Ｚ
(56)参考文献 特開 平４−86355（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−248277（ＪＰ，Ａ)
特開 平９−280092（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−296463（ＪＰ，Ａ)
実開 平２−20752（ＪＰ，Ｕ)
実開 平２−96470（ＪＰ，Ｕ)
国際公開97／13063（ＷＯ，Ａ１)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
F02D 13/00
F02D 41/00 - 45/00
Claims (9)
- 【請求項１】 機関運転条件に応じて燃料噴射時期が可
変制御されるとともに、その燃料噴射時期に応じてバル
ブタイミングが変化するように構成されている筒内直噴
型内燃機関であって、 吸気弁の開閉時期を可変制御する可変動弁機構を有し、
燃料噴射開始時期が吸気行程中にあるときには吸気弁閉
時期を早め、かつ燃料噴射開始時期が圧縮行程中にある
ときには吸気弁開時期を早めることを特徴とする筒内直
噴型内燃機関。 - 【請求項２】 燃料噴射開始時期が吸気行程中にあると
きには吸気弁開時期を遅らせるとともに吸気弁閉時期を
早め、かつ燃料噴射開始時期が圧縮行程中にあるときに
は吸気弁開時期を早めるとともに吸気弁閉時期を遅らせ
ることを特徴とする請求項１記載の筒内直噴型内燃機
関。 - 【請求項３】 圧縮行程中にある噴射開始時期が、吸気
弁閉時期と同時もしくは僅かに遅れていることを特徴と
する請求項１または２に記載の筒内直噴型内燃機関。 - 【請求項４】 燃料噴射時期の切換とバルブタイミング
の切換とに時間差が設けられていることを特徴とする請
求項１〜３のいずれかに記載の筒内直噴型内燃機関。 - 【請求項５】 機関運転条件の変化に対し、燃料噴射時
期の切換がバルブタイミングの切換よりも先に実行され
ることを特徴とする請求項４記載の筒内直噴型内燃機
関。 - 【請求項６】 機関運転条件の変化に対し、全気筒の燃
料噴射時期の切換が完了した後に、バルブタイミングの
切換が実行されることを特徴とする請求項５記載の筒内
直噴型内燃機関。 - 【請求項７】 アイドルを含む低負荷時には、燃料噴射
時期の可変制御に拘わらず、バルブタイミングが所定時
期に固定されていることを特徴とする請求項１〜６のい
ずれかに記載の筒内直噴型内燃機関。 - 【請求項８】 燃料噴射時期の可変制御の異常時には、
バルブタイミングが所定時期に固定されることを特徴と
する請求項１〜７のいずれかに記載の筒内直噴型内燃機
関。 - 【請求項９】 バルブタイミングを連続的に制御可能な
可変動弁機構を備えていることを特徴とする請求項１〜
８のいずれかに記載の筒内直噴型内燃機関。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10307496A JP3539059B2 (ja) | 1996-04-25 | 1996-04-25 | 筒内直噴型内燃機関 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10307496A JP3539059B2 (ja) | 1996-04-25 | 1996-04-25 | 筒内直噴型内燃機関 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003119265A Division JP3861847B2 (ja) | 2003-04-24 | 2003-04-24 | 筒内直噴型内燃機関 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09287487A JPH09287487A (ja) | 1997-11-04 |
| JP3539059B2 true JP3539059B2 (ja) | 2004-06-14 |
Family
ID=14344507
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10307496A Expired - Lifetime JP3539059B2 (ja) | 1996-04-25 | 1996-04-25 | 筒内直噴型内燃機関 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3539059B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6463912B1 (en) | 1998-04-22 | 2002-10-15 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Intake air volume detection device for internal combustion engine |
| FR2781011B1 (fr) * | 1998-07-13 | 2001-01-12 | Inst Francais Du Petrole | Procede de controle du fonctionnement d'un moteur suralimente a injection directe d'essence |
| FR2791392B1 (fr) * | 1999-03-23 | 2001-06-01 | Renault | Procede de regulation du regime de ralenti d'un moteur a combustion a soupapes sans arbres a cames |
| JP2005307984A (ja) * | 2005-06-14 | 2005-11-04 | Toyota Motor Corp | 内燃機関の燃料供給制御装置 |
| JP4552922B2 (ja) | 2006-10-26 | 2010-09-29 | トヨタ自動車株式会社 | 筒内噴射式火花点火内燃機関 |
| JP4479822B2 (ja) | 2008-04-21 | 2010-06-09 | トヨタ自動車株式会社 | 筒内噴射式火花点火内燃機関 |
-
1996
- 1996-04-25 JP JP10307496A patent/JP3539059B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09287487A (ja) | 1997-11-04 |
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|---|---|---|---|
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