JP3777691B2

JP3777691B2 - 内燃機関の吸排気弁制御装置および制御方法

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Publication number: JP3777691B2
Application number: JP34701396A
Authority: JP
Inventors: 俊一青山
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1996-12-26
Filing date: 1996-12-26
Publication date: 2006-05-24
Anticipated expiration: 2016-12-26
Also published as: JPH10184404A

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、吸気弁および排気弁の双方に可変動弁機構を具備した内燃機関の吸排気弁制御装置および制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
４サイクル内燃機関の吸気弁や排気弁の開閉時期を可変制御する可変動弁機構は従来から種々の形式のものが提案されており、一部で既に実用に供されている。例えば、カムシャフトと該カムシャフトを駆動するクランクシャフトとの間の位相関係を相対的にずらすことによって、吸排気弁の開閉時期を同方向へ変化させるものや、異なるカムプロフィールを有する２つのカムに従動する２つのロッカアームを設け、吸排気弁が実際に連動するロッカアームを選択的に切り換えることによって、バルブリフト特性を２種類に切り換えるようにした装置などが実用されている。また、特開平６−１８５３２１号公報には、不等速軸継手の原理を応用して、円筒状カムシャフト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可変動弁機構が開示されている。
【０００３】
そして、このような可変動弁機構を用いて吸排気弁のバルブオーバラップを可変制御し、いわゆる内部ＥＧＲ（内部排気環流）の有効利用により部分負荷時の燃費低減を図ることが試みられている。
【０００４】
ところで、この内部ＥＧＲにより燃費が向上する要因は、冷却損失の減少とポンブ損失の低減であり、燃焼そのものは、残留ガスの増加によってむしろ悪化する傾向にある。従って、燃費の向上を目的として内部ＥＧＲを行うときには、バルブタイミングによる実庄縮比の低下や、残留ガスの温度低下（実質的に圧縮比低下と同じ影響があり、ポンブ損失低減効果も減少する）を避けることが、非常に重要である。
【０００５】
バルブオーバラップによる内部ＥＧＲの場合、残留ガスは、吸気系と排気系の差圧により、吸気弁、排気弁の開口部から音速に近い速度で逆流する。
【０００６】
図１は、バルブオーバラップ期間における残留ガスの逆流特性を示す。この図には、バルブオーバラップ（Ｏ／Ｌ）が小さい場合（２０°）の特性（実線）と、バルブオーバラップが大きい場合（４０°）の特性（破線）とを対比して示している。なお、条件としては、図２に示すように、排気弁１によって開閉される排気ポート２内の圧力Ｐ１が大気圧（１．０３３ｋｇ／ｃｍ²）であり、吸気弁３によって開閉される吸気ポート４内の圧力Ｐ３が−５００ｍｍＨｇの負圧（０．３５３ｋｇ／ｃｍ²）である。なお、図示する特性は、一例としてバルブオーバラップが排気上死点を中心として対称に設定されている場合を示す。
【０００７】
排気行程の後期において吸気弁３が開弁する時点からオーバラップが始まり、吸気行程の初期に排気弁１が閉じる時点でオーバラップは終了するのであるが、バルブオーバラップ初期の吸気弁３開弁時点では、燃焼室５内の圧力Ｐ２は、排圧（低速では大気圧に近い）であり、吸気弁３が開くと、該吸気弁３の吸気ポート４側の圧力は５００ｍｍＨｇ程度の大きな負圧であるため、吸気弁３におけるガス流れは音速になり、吸気弁リフトに比例した流量となる。この条件下では、排気弁１の開度は十分に大であるため、燃焼室５内の圧力Ｐ２は排圧のレベルを保つ。その後、吸気弁３の開度がさらに増大（排気弁１の開度は逆に減少）すると、図示するように、燃焼室５内の圧力Ｐ２は急速に低下し、吸気系への排気の逆流量も急激に上昇して、最大値をとる。この時点でも吸気側と排気側の差圧は大きい（２５０ｍｍＨｇ程度）ため、ガスは音速に近い速度で逆流する。そして、排気弁１の開度が減少してくると、排気弁１の流れが律速となるために、逆流する残留ガス流量は急速に減少し、排気弁１が閉じる時点で逆流は終了する。
【０００８】
このようにバルブオーバラップ期間の間に吸気系に流れる全ガス量の大半は、オーバラップ中心角付近の吸気弁３，排気弁１の双方がバランス良くリフトしている期問に流れるため、バルブオーバラップ量の増大と共に加速度的に流量は増加する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、バルブオーバラップを利用した内部ＥＧＲは、比較的小さなオーバラップ（例えば４０〜５０°）でも残留ガス量を増やせる利点がある反面、バルブオーバラップ量が大きくなると、加速度的に逆流量が増えるために、オーバラップの僅かな差による残留ガス量のバラツキが間題となる。また、残留ガス流量は時間の関数となるため、回転数の変動も大きな影響を与える。従って、急減速時などバルブオーバラップ量を速やかに減少させないと、いわゆるエンストを起こす危険性がある。このため、バルブオーバラップによる内部ＥＧＲ制御の場合には、バルブタイミングの制御精度と応答性が非常に高く要求されるという問題がある。また、音速に近い速度で吸排気弁の微小リフト部を流れるため、熱伝達率が大きく、残留ガス温度は低下しやすい。
【００１０】
さらにバルブオーバラップによる内部ＥＧＲの場合、残留ガスが吸気側に絞り膨張で逆流するため、圧力エネルギーを有効に回収できない、という本質的な問題がある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明は、弁開閉時期を制御可能な可変動弁機構が、吸気弁側および排気弁側の双方に設けられてなる内燃機関において、機関の部分負荷時に、上記排気弁の閉時期を吸入上死点より遅らせるとともに、上記吸気弁の開時期を、吸入上死点よりも遅らせるようにした。
【００１２】
すなわち、請求項１に係る内燃機関の吸排気弁制御装置は、弁開閉時期および作動角を制御信号により連続的に制御可能な可変動弁機構が、吸気弁側および排気弁側の双方に設けられてなる内燃機関において、機関のアイドル時には、バルブオーバラップの中心角を吸入上死点付近とし、機関の高速高負荷時には、バルブオーバラップの中心角を吸入上死点付近とし、機関の低速部分負荷時には、上記排気弁の閉時期を吸入上死点よりも遅れた位置に制御するとともに、上記吸気弁の開時期を吸入上死点よりも遅れた位置に制御して、バルブオーバラップの中心角を、上記アイドル時および上記高速高負荷時よりも遅れた位置とすることを特徴としている。
【００１３】
また請求項２では、さらに上記排気弁の開時期の変化量が閉時期の変化量よりも小さく設定されている。
【００１４】
図３は、部分負荷時におけるＰ−Ｖ線図であり、従来のものと本発明の特性を対比して示している。また、それぞれのバルブリフト特性を併せて記載してある。
【００１５】
図３のＡは、従来例として標準的な小オーバラップの場合（オーバラップの中心は排気上死点である）であって、吸入行程の初期に筒内の残留ガスが吸気側に逆流するが、排気弁からの逆流は少ない。このような設定の場合のポンプ損失についてみると、吸入行程の初期に筒内の残留ガスが吸気側に逆流する結果、吸入行程の大半で吸入負圧に近い大きな負圧がピストンに作用し、ピストンはこれに抗して仕事をすることになる。さらに筒内の残留ガスは、その半分以上が吸気弁から絞り膨張して吸気ポート側に流出し、圧力エネルギーは有効に活かされない。従って、図３の実線Ａで示されるように、大きなポンブ損失が発生する。
【００１６】
また図３のＢは、同じく従来例として、内部ＥＧＲを行うべくバルブオーバラップを拡大した場合であり、特にバルブオーバラップの中心角が吸入上死点近傍に位置しているものである。つまり部分負荷時に、吸排気弁の作動角の拡大または位相角変化により、吸気弁開時期を上死点前に進めるとともに、排気弁閉時期を上死点後に遅らせている。この場合、バルブオーバラップ期間において、吸気系へ大量の残留ガスが逆流する。従って、図３に破線Ｂで示されるように、残留ガス量が増えた分、吸入負圧が滅少するため、吸入行程初期の筒内圧の低下は少なくなり、ポンプ損失は低減する。しかしながら、大量の残留ガスは吸気弁から絞り膨張して吸気ポート側に流出するため、圧カエネルギーは有効に活かされない。
【００１７】
これに対し、Ｃとして示す本発明の場合、部分負荷時に、吸気弁の開時期を上死点後とし、排気弁の閉時期を同じく上死点後に遅らせる。なお、排気弁の開時期の変化量が閉時期の変化量よりも小さく設定されており、排気弁の作動角が拡大している。この場合、吸入行程の初期に筒内に排気弁から排気を再吸入するが、バルブバルブオーバラップは小さく、吸気系への大量の残留ガス逆流は発生しない。すなわち、排気上死点が過ぎても排気弁が開いており、吸気弁は未だ開いていないため、吸入行程の初期には筒内の圧力は排圧に等しくなる。この状態で高温の排気を再吸入しながらピストンが下降するので、この段階でのポンプ損失は小さい。やがて吸気弁が開いて筒内の残留ガスの一部が吸気側に逆流する。その結果、筒内には吸気側と同じ負圧が作用するが、ピストンが既に相当下降しているため、負圧の作用する割合は減少する。また、この場合、残留ガスは吸気弁が開いた時点で筒内に残っているガスの分のみであるため、上記のＢの場合に比べれば、残留ガス量は大幅に少なくなる。従って、図中に一点鎖線Ｃとして示すように、本格的な吸入が開始された段階で見ると、吸入負圧はＢの場合に比べて高いレベルとなるが、作用時間が短いため、サイクル全体でのポンプ損失としてはＢの場合とほぼ同レベルに維持できる。そして、上述したように、残留ガスの吹き抜けが防止され、またガスの冷却が少ない分、温度が高く保たれ、燃焼の悪化はほとんどない。
【００１８】
また請求項３に係る内燃機関の吸排気弁制御装置は、弁開閉時期および作動角を制御信号により連続的に制御可能な可変動弁機構が、吸気弁側に設けられるとともに、作動角を一定としたまま弁開閉時期の位相を制御信号により連続的に制御可能な第２の可変動弁機構が、排気弁側に設けられてなる内燃機関において、機関のアイドル時には、バルブオーバラップの中心角を吸入上死点付近とし、機関の高速高負荷時には、バルブオーバラップの中心角を吸入上死点付近とし、機関の低速部分負荷時には、上記排気弁の閉時期を吸入上死点よりも遅れた位置に制御するとともに、上記吸気弁の開時期を吸入上死点よりも遅れた位置に制御して、バルブオーバラップの中心角を、上記アイドル時および上記高速高負荷時よりも遅れた位置とすることを特徴としている。
【００１９】
すなわち、排気弁側に設けられた第２の可変動弁機構は、例えばカムシャフトとクランクシャフトの位相を相対的に変化させるなどして、弁開閉時期を変化させる。この場合、部分負荷時に、排気弁は作動角が一定のまま閉時期および開時期の双方が遅れることになるが、低速の部分負荷域であれば、排気弁の開時期が遅れることにより、膨張仕事の有効活用のメリットが生じる方向であり、悪影響は少ない。
【００２１】
また請求項４の発明では、機関の部分負荷時に、さらに、吸気弁の閉時期が圧縮下死点に近づくように早められる。
【００２２】
このようにすることで、部分負荷時における実圧縮比が向上し、燃焼の一層の改善が図れる。
【００２３】
そして、上記のような吸排気弁開閉時期の可変制御を実現するために、請求項５に係る内燃機関の吸排気弁制御装置は、上記の弁開閉時期および作動角を連続的に制御可能な可変動弁機構として、機関の回転に同期して回転する駆動軸と、この駆動軸と同軸上に配設され、かつ吸気弁もしくは排気弁を駆動するカムを外周に有するカムシャフトと、このカムシャフトの端部に設けられ、かつ半径方向に沿って係合溝が形成された一方のフランジ部と、この一方のフランジ部に対向するように上記駆動軸側に設けられ、かつ半径方向に沿って係合溝が形成された他方のフランジ部と、上記両フランジ部の間に揺動自在に配設された環状ディスクと、この環状ディスクの両側部に互いに反対方向に突設されて、上記両フランジ部の各係合溝内に夫々係合するピンと、上記環状ディスクを機関運転状態に応じて揺動させる駆動機構とを備え、上記環状ディスクの位置に応じて吸気弁もしくは排気弁の作動角が変化するものとなっている。
【００２４】
この構成においては、環状ディスクの回転中心が駆動軸およびカムシャフトの中心と同心状態にある場合には、駆動軸とカムシャフトとが等速回転し、また環状ディスクが偏心位置にある場合には、両者が不等速回転する。従って、上記環状ディスクの位置に応じて、吸排気弁のバルブリフト特性が連続的に変化し、吸排気弁の開閉時期と作動角とが変化する。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、機関の部分負荷時に、吸気系への残留ガスの過度の逆流を伴わずに内部ＥＧＲを促進することができ、燃焼の悪化を最小限に抑制しつつポンプ損失を低減できる。従って、ポンプ損失の低減ならびに燃焼の改善による燃費の向上が図れる。また、バルブオーバラップの僅かな差による残留ガスの大きなばらつきが発生せず、常に安定した特性を得ることができる。
【００２６】
また請求項４のように、同時に吸気弁閉時期を早めてやれば、実圧縮比を高めることができ、部分負荷時に、一層の燃焼の改善が図れる。
【００２７】
【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。
【００２８】
本発明の第１の実施例においては、内燃機関の吸気弁側および排気弁側の双方に、弁開閉時期および作動角を連続的に制御可能な可変動弁機構１１が設けられている。
【００２９】
この可変動弁機構１１は、特開平６−１８５３２１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。
【００３０】
この機構自体は公知であるので、図４および図５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４参照）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。
【００３１】
上記カムシャフト２２は、シリンダヘッド上端部のカム軸受（図示せず）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１２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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
上記第２偏心カム４３は、図５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４３ｂは、図４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。
【００３７】
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。
【００３８】
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、図５の（Ａ）に示すように、環状ディスク２９の中心Ｙと駆動軸２１の中心Ｘ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、カムプロフィールに沿ったバルブリフト特性が得られる。これに対し、図５の（Ｂ）に示すように、環状ディスク２９の中心Ｙが一方へ偏心した状態では、偏心量に応じた位相差が生じ、カムプロフィールを変形させた形でバルブリフト特性が得られる。これにより、図６に例示するように、弁開閉時期および作動角が連続的に変化する。図６には、作動角を小さくした特性と作動角を大きくした特性とが例示されているが、この図に示すように、各特性は必ずしも相似形とはならない。
【００３９】
また、第１実施例においては、排気弁側にも、同様の可変動弁機構が設けられており、排気弁の弁開閉時期および作動角が連続的に変化するようになっている。特に、この実施例では、排気弁については、図６のように、バルブ作動角が増減変化しても、開時期は殆ど変化せず、閉時期のみが大きく変化するように各部が設定されている。
【００４０】
上記油圧アクチュエータ４６に供給される油圧は、図示せぬコントロールユニットからの制御信号に基づき図示せぬ油圧制御弁を介して制御される。コントロールユニットには、機関運転条件を示す機関回転数信号、負荷信号（例えば吸入空気量信号）、機関の温度として例えば冷却水温を検出する水温センサからの水温信号等が入力され、これらに基づいて吸気弁１２および排気弁のバルブリフト特性を可変制御している。
【００４１】
図７は、この第１実施例におけるバルブリフト特性の一例を示しており、ａはアイドリング時、ｂは低速部分負荷時、ｃは高速時の特性である。この図７に示すように、アイドリング時には、残留ガスを減少させて燃焼を安定化するようにバルブオーバラップが非常に小さなものとなる。その中心角は、ほぼ上死点位置である。また、高速時には、新気の充填効率を高めるべくバルブオーバラップが拡大するが、その中心角はやはりほぼ上死点位置である。
【００４２】
これに対し、燃費特性の上で重要な使用頻度の高い低速の部分負荷時には、吸気弁作動角が大幅に縮小し、吸気弁開時期が吸入上死点後まで大幅に遅らせられる。そして、その間、排気弁が開弁しているように排気弁の作動角は逆に拡大しており、排気弁閉時期も上死点後となっている。これにより、バルブオーバラップ期間は、その全体が上死点後となっている。従って、ポンプ損失が低減するとともに、吹き抜けによる残留ガス量の増大が防止でき、またガスの冷却が少ない分、温度が高く保たれ、燃焼の悪化が抑制される。なお、上述したように排気弁の開時期の変化は小さい。また、吸気弁については、閉時期が早められ、下死点に近づいている。このようにすることで、実圧縮比が向上し、燃焼の一層の改善が図れる。
【００４３】
図８および図９は、コントロールユニットにより実行される可変動弁機構の制御特性の一例を示したものであり、図８は排気弁閉時期と吸気弁開時期とで定まるバルブオーバラップの中心角の制御特性を示し、図９は吸気弁閉時期の制御特性を示している。図８に明らかなように、低速の部分負荷代表点（４０ｋｍ／ｈ定常走行等）つまり最も使用頻度の高い運転条件において、バルブオーバラップ中心角を最も遅らせる設定としてある。また図９に明らかなように、バルブオーバラップ中心角の変化に沿うような特性でもって吸気弁閉時期が早められ、実圧縮比の向上を図っている。なお、本実施例では、吸気弁の作動角の変化は、開時期および閉時期でほぼ対称となっている。
【００４４】
図１０は、吸気弁１２および排気弁の開閉時期の具体的な制御の流れを示すフローチャートであって、まずステップ１において、バルブオーバラップ中心角の制御マップを読み込む。この制御マップとしては、図８に特性の一例を示した暖機後用のマップと、図示せぬ冷間時用のマップとが、予め設定されている。次にステップ２において、冷却水温ｔｗを所定の基準温度（暖機が完了したとみなせる温度）ｔ０と比較し、このｔ０以下である場合には、ステップ３へ進む。ステップ３では、冷間時用の制御マップを用いて、そのときの負荷と機関回転数に対応するバルブオーバラップ中心角の目標値を決定する。なお、この冷間時用の特性としては、例えばほぼ上死点（ＴＤＣ）に固定するようにしても良い。また、暖機が完了していて冷却水温ｔｗが基準温度ｔ０より高い場合には、ステップ４へ進む。ステップ４では、暖機後用の制御マップを用いて、そのときの負荷と機関回転数に対応するバルブオーバラップ中心角の目標値を決定する。
【００４５】
このようにしてバルブオーバラップ中心角目標値を決定した後、ステップ５へ進み、機関の潤滑系統における油圧が基準油圧ｐ０以上であるか否かを、図示せぬ油圧センサの信号に基づいて判定する。この基準油圧ｐ０は、上述した可変動弁機構を正常に制御し得るレベルに設定されており、始動直後のように、油圧がこの基準油圧ｐ０以下である場合には、油圧が十分に上昇するまで待機する。そして、油圧が基準油圧ｐ０より大きければ、ステップ６へ進み、油圧アクチュエータ４６をバルブオーバラップ中心角目標値に沿って駆動する。また、ステップ７では、ポテンショメータ４７によって実際の制御カム軸４２の回転位置が検出され、油圧アクチュエータ４６が閉ループ制御される。
【００４６】
次に、本発明の第２実施例について説明する。この第２実施例においては、吸気弁側には、前述した図４，図５の可変動弁機構１１が用いられている。そして、排気側には、作動角が一定の第２の可変動弁機構６１が用いられている。
【００４７】
図１１は、この第２の可変動弁機構６１の要部を拡大して示す断面図であって、この第２の可変動弁機構６１は、内筒６２，外筒６３，ピストン６４等を主体として構成されている。
【００４８】
すなわち、カムシャフト６５の前端に、内筒６２が取付ボルト６６を介して固着され、この内筒６２の外周側に、カップ状の外筒６３が一定角度相対回転可能に嵌合されている。上記外筒６３には、タイミングベルトとかみ合うスプロケット部６３ａが設けられている。
【００４９】
また、内筒６２と外筒６３との間にはリング状のピストン６４が設けられ、このピストン６４はヘリカル状の螺条を介して内筒６２の外周面と外筒６３の外周面とにそれぞれ噛合している。
【００５０】
さらに、ピストン６４は、リターンスプリング６７により前方に向けて常時付勢されており、このばね力に対抗すべく、ピストン６４の前面と外筒６３の蓋部裏面との間に油圧室６８が環状に画成されている。そして、この油圧室６８は、取付ボルト６６内の油通路６９とカムシャフト６５内部を通る油通路７０を介して、その制御用油圧回路に接続されている。
【００５１】
すなわち油通路７０等を介して油圧室６８内に油圧が供給されると、ピストン６４が軸方向に移動し、この軸方向の運動が内筒６２と外筒６３との相対回転運動に変換される。このため、カムシャフト６５とクランクシャフトとの位相が所定量だけ変化する。従って、図１２に示すように、所定の角度範囲以内で、バルブリフト特性の位相を連続的に変化させることができる。
【００５２】
図１３は、この第２の可変動弁機構６１を排気側に用いた第２実施例におけるバルブリフト特性の一例を示しており、ａはアイドリング時、ｂは低速部分負荷時、ｃは高速時の特性である。この図１３に示すように、アイドリング時には、排気弁開閉時期は比較的早く、残留ガスを減少させて燃焼を安定化するようにバルブオーバラップが非常に小さなものとなる。その中心角は、上死点後となる。また、高速時には、新気の充填効率を高めるべくバルブオーバラップが拡大するが、その中心角はほぼ上死点位置である。
【００５３】
これに対し、燃費特性の上で重要な使用頻度の高い低速の部分負荷時には、吸気弁作動角が大幅に縮小し、吸気弁開時期が吸入上死点後まで大幅に遅らせられる。そして、その間、排気弁が開弁しているように、排気弁の位相が遅れ側に制御され、排気弁閉時期も上死点後となっている。これにより、バルブオーバラップ期間は、その全体が上死点後となっている。従って、ポンプ損失が低減するとともに、残留ガス量の吹き抜けによる増大が防止され、またガスの冷却が少ない分、温度が高く保たれ、燃焼の悪化が抑制される。なお、排気弁の開時期も遅くなるが、低速の部分負荷域では、その悪影響は少ない。また、吸気弁については、第１実施例と同じく、閉時期が早められ、下死点に近づいている。このようにすることで、実圧縮比が向上し、燃焼の一層の改善が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】バルブオーバラップ期間における燃焼室内の負圧と吸気系への排気逆流量の特性を示す特性図。
【図２】吸排気系の一般的なレイアウトを示す説明図。
【図３】本発明と従来とを対比して示すＰ−Ｖ線図。
【図４】本発明に用いられる可変動弁機構の一実施例を示す斜視図。
【図５】この可変動弁機構の作動を示す説明図であって、（Ａ）は同心状態、（Ｂ）は偏心状態の様子を示す説明図。
【図６】この可変動弁機構により得られるバルブリフト特性を示す特性図。
【図７】本発明の第１実施例における吸排気弁のバルブリフト特性を示す特性図。
【図８】バルブオーバラップ中心角の制御特性を示す特性図。
【図９】吸気弁閉時期の制御特性を示す特性図。
【図１０】本発明の制御の流れを示すフローチャート。
【図１１】本発明の第２実施例に用いられる第２の可変動弁機構を示す断面図。
【図１２】この第２の可変動弁機構により得られるバルブリフト特性を示す特性図。
【図１３】本発明の第２実施例における吸排気弁のバルブリフト特性を示す特性図。
【符号の説明】
１１…可変動弁機構
１２…吸気弁
６１…第２の可変動弁機構

Claims

弁開閉時期および作動角を制御信号により連続的に制御可能な可変動弁機構が、吸気弁側および排気弁側の双方に設けられてなる内燃機関において、機関のアイドル時には、バルブオーバラップの中心角を吸入上死点付近とし、機関の高速高負荷時には、バルブオーバラップの中心角を吸入上死点付近とし、機関の低速部分負荷時には、上記排気弁の閉時期を吸入上死点よりも遅れた位置に制御するとともに、上記吸気弁の開時期を吸入上死点よりも遅れた位置に制御して、バルブオーバラップの中心角を、上記アイドル時および上記高速高負荷時よりも遅れた位置とすることを特徴とする内燃機関の吸排気弁制御装置。
上記排気弁の開時期の変化量が閉時期の変化量よりも小さく設定されていることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の吸気弁制御装置。
弁開閉時期および作動角を制御信号により連続的に制御可能な可変動弁機構が、吸気弁側に設けられるとともに、作動角を一定としたまま弁開閉時期の位相を制御信号により連続的に制御可能な第２の可変動弁機構が、排気弁側に設けられてなる内燃機関において、機関のアイドル時には、バルブオーバラップの中心角を吸入上死点付近とし、機関の高速高負荷時には、バルブオーバラップの中心角を吸入上死点付近とし、機関の低速部分負荷時には、上記排気弁の閉時期を吸入上死点よりも遅れた位置に制御するとともに、上記吸気弁の開時期を吸入上死点よりも遅れた位置に制御して、バルブオーバラップの中心角を、上記アイドル時および上記高速高負荷時よりも遅れた位置とすることを特徴とする内燃機関の吸排気弁制御装置。
機関の部分負荷時に、さらに、吸気弁の閉時期が圧縮下死点に近づくように早められることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の吸排気弁制御装置。
上記の弁開閉時期および作動角を連続的に制御可能な可変動弁機構は、機関の回転に同期して回転する駆動軸と、この駆動軸と同軸上に配設され、かつ吸気弁もしくは排気弁を駆動するカムを外周に有するカムシャフトと、このカムシャフトの端部に設けられ、かつ半径方向に沿って係合溝が形成された一方のフランジ部と、この一方のフランジ部に対向するように上記駆動軸側に設けられ、かつ半径方向に沿って係合溝が形成された他方のフランジ部と、上記両フランジ部の間に揺動自在に配設された環状ディスクと、この環状ディスクの両側部に互いに反対方向に突設されて、上記両フランジ部の各係合溝内に夫々係合するピンと、上記環状ディスクを機関運転状態に応じて揺動させる駆動機構とを備え、上記環状ディスクの位置に応じて吸気弁もしくは排気弁の作動角が変化するものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関の吸排気弁制御装置。
弁開閉時期を制御可能な可変動弁機構が、吸気弁側および排気弁側の双方に設けられてなる内燃機関において、機関のアイドル時には、バルブオーバラップの中心角を吸入上死点付近とし、機関の高速高負荷時には、バルブオーバラップの中心角を吸入上死点付近とし、機関の低速部分負荷時には、上記排気弁の閉時期を吸入上死点よりも遅れた位置に制御するとともに、上記吸気弁の開時期を吸入上死点よりも遅れた位置に制御して、バルブオーバラップの中心角を、上記アイドル時および上記高速高負荷時よりも遅れた位置とすることを特徴とする内燃機関の吸排気弁制御方法。