JP4151524B2 - 内燃機関 - Google Patents

Description

本発明は、吸気と排気とを調整する動弁機構を備える内燃機関に関する。

自動車は、排出ガスに含まれる燃料の未燃成分を少なくすることが求められている。このため、自動車は、排気管上に排出ガス浄化触媒を設けることが提案されており、排出ガス中の未燃成分を無害化することが行なわれている。しかし、排出ガス浄化触媒を有効に使用するためには、排出ガス浄化触媒を活性化する温度まで昇温する必要がある。このため、自動車の始動時直後などの冷態時は、排出ガスの温度が高くないので排出ガス浄化触媒を活性化することが難しい。

一方、エンジンの冷態時に吸気弁および排気弁の開弁時期の位相をずらすことにより、両弁の開弁期間のオーバーラップを制御してエンジンの冷態時での排出ガス中の未燃成分を少なくすることが行なわれている（例えば、特許文献１参照。）。これは、吸気弁の開弁時期をピストンの上死点よりも進角させることにより、吸気ポート内に逆流して再燃焼される排出ガス（内部ＥＧＲガス）の量を増大させて排出ガス中の未燃燃料を燃焼し、かつその排出ガスの熱により排気ポートを昇温させて次に噴射される燃料の気化を促進することで排出ガス中の未燃成分を少なくしている。
特開２００２−１５５７６７号公報（段落９、段落１３−２４、第２図、第３図）

しかし、上記のオーバーラップを制御する方法では、開弁時期または閉弁時期のうちどちらかを決定すると、必然的に他方も決定されることになる。このため、吸気弁の開弁時期を進角させると同時に閉弁時期が早められることにより、シリンダ内で温められて吸気ポートに逆流する混合気の量が減少し、次に噴射される燃料の気化の促進化を妨げることになり、混合気中の燃料の燃焼が妨げられることになる。

つまり、吸気弁の開弁時期および閉弁時期をそれぞれ独立して設定することができないので、効率よく燃料の未燃成分を少なくすることができない。

したがって、本発明の目的は、内燃機関の冷態時に吸気弁の開弁時期と閉弁時期を最適化することで排出ガス中の未燃成分を少なくできる内燃機関を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の内燃機関では、内燃機関の吸気弁と排気弁とを所定の時期に開弁および閉弁する動弁機構は、内燃機関の温態時では前記吸気弁の閉弁時期を内燃機関のピストンの下死点後とし、内燃機関の冷態時では前記吸気弁の開弁時期を内燃機関の温態時の開弁時期よりも進角させてかつ前記吸気弁の閉弁時期を内燃機関の温態時の閉弁時期よりも遅角させる。

また、請求項２に記載の内燃機関では、排出ガスの吸気ポートへの吹き返し量を増やして燃料の微粒化と気化とをより一層促進するために、前記動弁機構は、内燃機関の冷態時では、前記吸気弁の開弁時期を前記ピストンの上死点前とする。このため、排出ガスは、吸気負圧に加えて前記ピストンの上昇にともなっても吸気ポートへ吹き返される。

なお、燃焼室で燃焼されて生成されるガスを燃焼ガスとし、排気行程で排出される燃焼ガスを排出ガスとする。

また、請求項３に記載の内燃機関では、内燃機関の冷態時または温態時において、前記排気弁の開弁時期および閉弁時期が変化することにより排出ガス中の未燃成分が増加することを抑えるために、前記動弁機構は、内燃機関の冷態時での前記排気弁の開弁時期および閉弁時期を内燃機関の温態時での開弁時期および閉弁時期と同じとし、更に、排出ガスを浄化する排出ガス浄化触媒を具備し、前記排出ガス浄化触媒を昇温化するために前記排気弁の開弁時期を前記ピストンの下死点前とする。

また、請求項４に記載の内燃機関では、前記排気弁の開弁時期および閉弁時期を内燃機関の冷態時または温態時に関わらず略一定にするために、前記動弁機構は、前記排気弁を駆動する排気側駆動部と、前記排気弁と前記排気側駆動部との間のバルブクリアランスを０に保つ油圧式隙間調整機構とを具備する。

また、請求項５に記載の内燃機関では、内燃機関の冷態時では前記吸気弁の開弁時期を内燃機関の温態時の開弁時期に対して進角させて、かつ前記吸気弁の閉弁時期を内燃機関の温態時の閉弁時期に対して遅角させるために、前記動弁機構は、前記吸気弁を駆動する吸気側駆動部と、前記吸気弁と前記吸気側駆動部との間のバルブクリアランスを設定する固定式隙間調整機構とを具備する。

また、請求項６に記載の内燃機関では、内燃機関の冷態時において前記排出ガス浄化触媒を早期に活性化するために、更に、内燃機関の燃焼室内で燃焼される混合気の空燃比をリーン状態にする手段を具備する。これにより、内燃機関の冷態時に排出ガスの温度が早期に昇温されて排出ガス浄化触媒は、早期に活性化される。

または、請求項７に記載の内燃機関では、内燃機関の冷態時において排出ガスの温度を昇温するために、更に、混合気の点火時期を遅らせる手段を具備する。これにより、内燃機関の冷態時に排出ガスの温度が昇温されて前記排出ガス浄化触媒は、早期に活性化される。

また、上記目的を達成するために、請求項８に記載の内燃機関は、吸気弁と、排気弁と、前記吸気弁と前記排気弁とを所定の時期に開弁および閉弁する動弁機構と、排出ガスを浄化する排出ガス浄化触媒とを具備する内燃機関において、前記動弁機構は、前記吸気弁を駆動する吸気側駆動部と、前記排気弁を駆動する排気側駆動部と、前記吸気弁と前記吸気側駆動部との間のバルブクリアランスを設定する固定式隙間調整機構と、前記排気弁と前記排気側駆動部との間のバルブクリアランスを０に保つ油圧式隙間調整機構とを具備し、内燃機関の温態時では、前記吸気弁の閉弁時期を内燃機関のピストンの下死点後としかつ前記排気弁の開弁時期を前記ピストンの上死点前とし、内燃機関の冷態時では、前記吸気弁の開弁時期を前記ピストンの上死点前とする。

請求項１に記載の内燃機関では、内燃機関の冷態時では、吸気弁の開弁時期の進角により、吸気ポートの負圧により吸気ポートへ吹き返す排出ガスの量が増加するので、吹き返す排出ガスの流れによって燃料が一層微粒化されるとともに、排出ガスの熱によって吸気が昇温されて燃料の気化が促進される。このため、燃料が安定して燃焼されるので、内燃機関の冷態時であっても排出ガス中の燃料の未燃成分を少なくすることができる。さらに、排気行程後半に増大する燃料の未燃成分を含む排出ガスが吸気ポートへ吹き返されて再度燃焼されるので、排出ガス中の燃料の未燃成分を少なくすることができる。また、内燃機関の冷態時では、吸気弁の閉弁時期をピストン下死点以降即ちピストン上昇行程において遅角させることにより、シリンダの内部に吸気されてかつシリンダの内部で温められる吸気の吸気ポートへ吹き返す量が増加するので、吸気の温度が高められて次サイクルの燃料の気化が促進される。このため、燃料が安定して燃焼されるので、内燃機関の冷態時であっても排出ガス中の燃料の未燃成分を少なくすることができる。

請求項２に記載の内燃機関では、動弁機構は、内燃機関の冷態時では吸気弁の開弁時期をピストン上死点前即ちピストン上昇行程まで進角させるので、排出ガスは、吸気ポートの負圧に加えピストンの上昇によっても吸気ポートへ吹き返されることとなる。したがって、吸気ポートへ吹き返される排出ガスの量が増加するので、上記効果に加え、より一層燃料の微粒化と気化が促進されて排出ガス中の未燃成分を少なくすることができる。

請求項３に記載の内燃機関は、上記効果に加えて、排出ガス浄化触媒を有するとともに、動弁機構は、内燃機関の冷態時または温態時に関わらず、排気弁の開弁時期をピストンの下死点前の所定時期に一定に保っている。このため、燃焼ガスが膨張仕事だけに使われずに高い温度で排出ガスとして排出されて排出ガス浄化触媒の昇温化のために使われるので、エンジンの冷態時に排出ガス浄化触媒を早期に昇温化することができる。また、排気弁の開弁時期が所定開弁時期よりも進角されることにより混合気の燃焼時間が短縮されて排出ガス中の未燃成分が増加することを防いでいる。同時に、排気弁の開弁時期が所定時期よりも遅角されることにより燃焼ガスが膨張仕事のためにより使われて排出ガスの温度が低下して排出ガス浄化触媒の早期昇温化を妨げることを防いでいる。すなわち、排気弁の開弁時期をエンジンの冷態時または温態時に関わらず所定時期に一定に保つことにより、排出ガス中の未燃成分を少なくすることができる。

さらに、内燃機関の冷態時または温態時に関わらず、排気弁の閉弁時期を所定時期に一定に保っている。このため、閉弁時期が所定時期よりも進角されることにより吸気ポートに吹き返えされる排出ガスの量が低減されることを防ぐことができる。同時に、排気弁の閉弁時期が所定時期よりも遅角されることにより、燃料の微粒化や気化に寄与しない排出ガスが燃焼室に吹き返されて混合気の燃焼が不安定になって排出ガス中の燃料の未燃成分が増加することを防ぎ、また排出ガス浄化触媒の早期昇温化を妨げることを防いでいる。すなわち、排出ガス中の未燃成分を少なくすることができる。

請求項４に記載の内燃機関では、上記効果に加えて、動弁機構は、油圧式隙間調整機構の採用により、排気弁と排気側駆動部との間のバルブクリアランスを自動的に０に保つことができるので、排気弁の開弁時期および閉弁時期を自動的に略一定に保つことができる。

請求項５に記載の内燃機関では、上記効果に加えて、動弁機構は、固定式隙間調整機構の採用により、内燃機関の始動時からしばらくの間の冷態時では、温態時に対して吸気弁の開弁時期を自動的に進角させて、かつ閉弁時期を自動的に遅角させることができる。

請求項６に記載の内燃機関では、上記効果に加えて、混合気の空燃比をリーン状態にする手段の採用により、排出ガスが昇温される。すなわち、内燃機関の冷態時であっても排出ガス浄化触媒を活性化することができるので、排出ガス中の燃料の未燃成分を少なくすることができる。

請求項７に記載の内燃機関では、上記効果に加えて、混合気の点火時期を遅らせる手段の採用により、排出ガスが昇温される。すなわち、内燃機関の冷態時であっても排出ガス浄化触媒を活性化することができるので、排出ガス中の燃料の未燃成分を少なくすることができる。

請求項８に記載の内燃機関では、請求項１から請求項５について記載した効果と同様な効果が得られる。

［第１実施形態］
本発明の第１実施形態に係る内燃機関について、図１から図４を参照して説明する。内燃機関は、図１に示すように、例えば自動車の往復型ガソリンエンジン１である。エンジン１は、シリンダブロック２とシリンダヘッド３とシリンダヘッドカバー４とを有している。

シリンダブロック２は、内側にシリンダ２１を設けており、シリンダ２１の内側でピストン２２が摺動するようになっている。なお、エンジン１は、例えば直列４気筒型であり、４つのシリンダ２１とピストン２２とを有している４サイクルエンジンである。それぞれピストン２２は、コネクチングロッド２３を介してクランクシャフト２４に連結されており、ピストン２２の摺動運動がクランクシャフト２４の回転運動に変換されている。

シリンダヘッド３は、シリンダ２１が開口するシリンダブロック２の一端に接続されており、シリンダ２１と連通する燃焼室３１を設けている。シリンダヘッド３は、燃焼室３１に連通して例えば空気と燃料とが混合されて生成される混合気が流入する吸気ポート３２と、燃焼室３１に連通して、例えば燃焼室３１に吸気される混合気や吸気ポート３２へ吹き返し燃焼室３１に再吸入された排出ガスなどが燃焼されて生成される燃焼ガスを排気行程に排出ガスとして排出する排気ポート３３とが設けてられている。また、エンジン１は、燃焼室３１の内部に、混合気を吸気し、排出ガスの排出を行なう動弁装置５を有している。

動弁装置５は、吸気ポート３２の開閉を行なう吸気弁５１と、排気ポート３３の開閉を行なう排気弁５２と、吸気弁５１と排気弁５２との開弁および閉弁を行いかつ開弁時期および閉弁時期をそれぞれの最適時期に設定する動弁機構５３とを有している。なお、開弁とは、吸気弁５１または排気弁５２が押し下げられて燃焼室３１と吸気ポート３２または排気ポート３３とが連通する状態を示す。閉弁とは、吸気弁５１または排気弁５２とが開弁状態から押し上げられて吸気ポート３２または排気ポート３３と燃焼室３１とが遮られる状態を示す。

吸気弁５１と排気弁５２とは、それぞれのステムエンド５１ａ，５２ａの側がシリンダヘッド３の厚み部分３ａから露出するように厚み部分３ａとの間にバルブガイド５４を介装して摺動可能に支持されている。また、吸気弁５１と排気弁５２とは、それぞれステムエンド５１ａ，５２ａの近傍にバルブスプリングリテーナ５５を取り付けており、バルブガイド５４のステムエンド側一端５４ａには、バルブスプリングシート５６を取り付けており、それぞれの間にバルブスプリング５７を取り付けている。これにより、吸気弁５１と排気弁５２とは、バルブスプリング５７の作用によって押し上げられており、常閉している。

動弁機構５３は、クランクシャフト２４の回転力を利用して吸気弁５１と排気弁５２とを開弁および閉弁するものであり、例えばＳＯＨＣ方式が採用されている。クランクシャフト２４の一端に固定されたクランクシャフトプーリ（図示せず）と、シリンダヘッド３のボス部３ｂに回転自在に支持されているカムシャフト３４の一端に固定されたカムシャフトプーリ（図示せず）とは、例えばタイミングベルト（図示せず）で連結されており、クランクシャフト２４の回転力がカムシャフト３４に伝わるようになっている。

また、ボス部３ｂは、カムシャフト３４の回転力を用いて吸気弁５１を駆動する吸気側駆動部として吸気側ロッカアーム６が取り付けられている。吸気側ロッカアーム６は、その略中央がロッカシャフト６１を介して回転自在に支持されている。吸気側ロッカアーム６のカム側一端６ａは、カムシャフト３４のカム３４ａと接触するようになっており、バルブ側一端６ｂは、吸気弁５１のステムエンド５１ａと接触するようになっている。吸気弁５１は、カムシャフト３４の回転にともないカム３４ａが吸気側ロッカアーム６のカム側一端６ａを押し上げると、ロッカシャフト６１を支点にバルブ側一端６ｂが吸気弁５１を押し下げることにより開弁される。

ボス部３ｂには吸気側ロッカアーム６と同様に排気弁５２を駆動する排気側駆動部として排気側ロッカアーム６２が支持されており、排気弁５２は、吸気弁５１と同じ作用で開弁される。

吸気側ロッカアーム６のバルブ側一端６ｂと吸気弁５１のステムエンド５１ａとの間に形成されるバルブクリアランスは、例えば調整ねじ７１を用いたねじ式隙間調整機構７（固定式隙間調整機構）を用いて設定されている。ねじ式隙間調整機構７は、図２に示すように、例えば吸気側ロッカアーム６のバルブ側一端６ｂに貫通するねじ孔７２が形成されており、このねじ孔７２に調整ねじ７１が螺合されている。ねじ式隙間調整機構７は、調整ねじ７１を回転させて吸気側ロッカアーム６のバルブ側一端６ｂから吸気弁５１の側に突出する調整ねじ７１の量を調整することでバルブクリアランス値を設定する。調整ねじ７１は、バルブクリアランス値の設定が完了した時点でナット７３により固定される。なお、バルブクリアランスは、吸気弁５１のステム部５１ｂが例えば熱膨張して延びた場合であっても、吸気弁５１の閉弁時期において吸気弁５１のステムエンド５１ａが調整ねじ７１と接触しないバルブクリアランス値に設定されている。

排気側ロッカアーム６２のバルブ側一端６２ｂは、図３に示すように、排気弁５２のステムエンド５２ａとの間にバルブクリアランスが形成されないように、油圧式隙間調整機構である、例えば公知のハイドロリックラッシュアジャスタ８が取り付けられている。

ハイドロリックラッシュアジャスタ８は、本体部８１とプランジャ８２とを有しており、プランジャ８２の一端が排気弁５２のステムエンド５２ａと接触している。プランジャ８２は、油圧が働いており、排気弁５２の開弁および閉弁のように瞬間的に荷重が加わる場合では本体部８１に対して位置が変化しない。プランジャ８２は、例えば排気弁５２のステム部５２ｂが熱膨張して延びることにより長期間押し上げられるような荷重に対しては押し上げられるようになっている。このため、排気弁５２のステムエンド５２ａと排気側ロッカアーム６２のバルブ側一端６２ｄ、つまりプランジャ８２との間には、バルブクリアランスが形成されないようになっている。

シリンダヘッドカバー４は、シリンダヘッド３の内部のボス部３ｂと動弁装置５とを覆うようにシリンダヘッド３に接続されている。

一方、吸気ポート３２は、吸気通路３５と連通している。吸気通路３５は、吸気ポート３２の近傍に燃料を噴射するインジェクタ９が取り付けられている。インジェクタ９は、ＥＣＵ９１に接続されており、燃料の噴射が制御されている。

ＥＣＵ９１は、例えば車速とアクセル開度と吸気量と冷却水温度となどによってエンジン１の状態など車両の状態を判断してインジェクタ９を制御している。これにより、吸気通路３５を通過してきた空気とインジェクタ９により噴射された燃料とによって車両の状態に合った混合気が形成される。また、ＥＣＵ９１は、混合気の空燃比をリーン状態にすることも行なう。

燃焼室３１は、点火プラグ９２が取り付けられている。点火プラグ９２は、ＥＣＵ９１に接続されており、上記車両の状態によって混合気への点火時期の制御がなされている。また、ＥＣＵ９１は、点火時期を遅らせることも行なう。

排気ポート３３は、排気通路３６と連通しており、排気通路３６の下流には、排出ガスを浄化する排出ガス浄化触媒９３が取り付けられている。

次に、動弁装置５の作用を図２から図４を用いて説明する。エンジン１は、運転者がエンジン１を始動する前であってかつ冷態状態である場合を第１冷態時とする。第１冷態時では、吸気弁５１のバルブクリアランス値は、図２の（ａ）に示すように、Ａとなっている。バルブクリアランス値Ａは、例えば略０．２ｍｍである。これは、吸気弁５１およびシリンダヘッド３が熱膨張していない状態であり、バルブクリアランスの初期設定値である。この状態では、図３（ａ）に示すように、排気弁５２も熱膨張していない。排気弁５２のバルブクリアランス値は、ハイドロリックラッシュアジャスタ８の採用により、略０である。

吸気弁５１と排気弁５２とのバルブクリアランス値の初期設定値は、エンジン１の温態時でのバルブクリアランス値と略同じになっている。エンジン１の温態時とは、混合気の燃焼により吸気弁５１と排気弁５２およびシリンダヘッド３が熱膨張する状態である。なお、ここで燃焼する混合気には新気と噴射燃料の他、吸気ポート３２へ吹き返えされて再吸入された排出ガス中の未燃成分なども含まれる。

エンジン１の温態時では、吸気弁５１は、図２の（ｃ）に示すように、熱膨張することによりステム部５１ｂがＢだけ延びる。ステム部５１ｂの延び量は、例えば略０．０５ｍｍである。さらに、シリンダヘッド３は、熱膨張することにより例えば吸気弁５１の軸線方向にＤだけ延びる。シリンダヘッド３の延び量Ｄは、例えば略０．０５ｍｍとなる。つまり、エンジン１の温態時での吸気弁５１のバルブクリアランス値はＥとなる。バルブクリアランス値Ｅは、延び量Ｂと延び量Ｄとが相殺されて例えば初期設定値と略同じになる。

排気側でも図３の（ｃ）に示すように、熱膨張により例えばシリンダヘッド３が排気弁５２の軸線方向にＹだけ延びて排気弁５２のステム部５２ｂがＸだけ延びるが、ハイドロリックラッシュアジャスタ８の採用により、排気弁５２のバルブクリアランス値は、略０である。

エンジン１の温態時の吸気弁５１および排気弁５２のそれぞれのバルブクリアランス値は、初期設定値と略同じであるため、エンジン１の温態時での吸気弁５１と排気弁５２とのそれぞれの開弁時期および閉弁時期は、初期設定時期と略同じであり図４に実線で示すようになる。なお、吸気弁５１と排気弁５２との開弁時期および閉弁時期のそれぞれ初期設定時期は、例えばエンジン１の温態時での排出ガス中の未燃成分を少なくするための最適時期である。

吸気弁５１の開弁時期の初期設定時期は、ピストン２２の上死点に対して、例えばクランク角略１０度進角した時期に設定されており、ピストン２２の上昇時期に位置している。

吸気弁５１の閉弁時期の初期設定時期は、ピストン２２の下死点に対して、例えばクランク角略５０度遅角した時期に設定されており、ピストン２２の上昇時期に位置している。これは、吸入行程において、例えばピストン２２の上昇時においても吸気の流れの慣性によってシリンダ２１の内部に混合気が吸気される期間から、吸気された混合気がピストン２２の上昇にともなって吸気ポート３２へ吹き返される期間へ移行する境の時期である。なお、この閉弁時期は、混合気が吸気ポート３２へ吹き返される期間であってもよい。

排気弁５２の開弁時期の初期設定時期は、ピストン２２の下死点に対して、例えばクランク角略５０度進角した時期に設定されている。これは、膨張行程において、ピストン２２が下死点に達するよりも前に排気弁５２を開弁することにより、燃焼ガスを膨張仕事のためだけに使わず、温度を高い状態で排出ガスとして排出することにより、排出ガス浄化触媒９３の早期昇温化を目的とするものである。排気弁５２の閉弁時期の初期設定時期は、ピストン２２の上死点に対して、例えばクランク角略１０度遅角した時期に設定されている。これにより、吸気弁５１および排気弁５２の開弁時期は、ピストン２２の上死点を挟んで、ピストン２２の上昇時と下降時のそれぞれにオーバーラップを形成している。

運転者がエンジン１を始動すると、吸入行程において、ピストン２２の下降にともなって燃焼室３１に混合気が吸気されて、点火プラグ９２が混合気に点火する。エンジン１の始動時からしばらくの間は、混合気の燃焼によりシリンダヘッド３よりも受熱し易い吸気弁５１と排気弁５２とだけが熱膨張し、それぞれのステム部５１ｂ，５２ｂが延びる冷態状態となる。この状態を第２冷態時とする。

エンジン１の始動時からしばらくの間の第２冷態時では、吸気弁５１は、図２の（ｂ）に示すように、吸気弁５１のステム部５１ｂがＢだけ延びる。ステム部５１ｂの延び量Ｂは、例えば略０．０５ｍｍである。これにより、吸気弁５１のバルブクリアランス値は、Ｃとなる。バルブクリアランス値Ｃは、例えば略０．１５ｍｍとなり、初期設定値Ａよりも狭くなる。排気弁５２は、図３の（ｂ）に示すように、ステム部５１ｂがＸだけ延びるが、ハイドロリックラッシュアジャスタ８の採用によりバルブクリアランスが略０を保っており、開弁時期および閉弁時期は初期設定時期、すなわちエンジン１の温態時と略同じである。

エンジン１の始動時からしばらくの間の第２冷態時での吸気弁５１の開弁時期および閉弁時期を図４において１点鎖線で示す。吸気弁５１は、バルブクリアランスが狭くなったことにより、カム４３ａが吸気側ロッカアーム６のカム側一端６ａを押し上げる際、ステムエンド５１ａとねじ式隙間調整機構７の調整ねじ７１との接触時期が早くなる。このため、吸気弁５１の開弁時期は、初期設定よりも、例えば、クランク角で略５度進角した時期となる。吸気弁５１の開弁時期が進角したことにより、ピストン２２の上昇時の吸気弁５１と排気弁５２との開弁期間のオーバーラップが長くなる。すなわち、排気行程の後半に増大する未燃成分を含む排出ガスは、吸気負圧とピストン２２の上昇にともなって吸気ポート３２および吸気通路３５に吹き返される量が増加する。

同時に、吸気弁５１のステムエンド５１ａと調整ねじ７１との接触が解除される時期が遅くなる。このため、吸気弁５１の閉弁時期は、初期設定よりも、例えばクランク角で略５度遅角した時期となる。吸気弁５１の閉弁時期が遅角することにより、吸気された混合気（一部吸気ポート３２へ吹き返されてから吸気された排出ガスを含む）がピストン２２の上昇にともなって吸気ポート３２に吹き返すようになる。吸気された混合気は、幾度の燃焼により昇温したシリンダ２１および燃焼室３１の内部で昇温されている。したがって、吹き返す混合気は、次に吸気される混合気の温度を高めるとともに吸気ポート３２および吸気通路３５の壁部を昇温するので次に噴射される燃料の気化を促進する。なお、エンジン１の温態時において吸気弁５１の閉弁時期が上記吹き返しの期間内である場合は、吹き返す混合気の量が増加することになる。

また、バルブクリアランスが狭くなって吸気弁５１のステムエンド５１ａと調整ねじ７１との接触時間が長くなることにより、カムシャフト３４のカムリフトのうちバルブリフトに変換される割合が大きくなるので、バルブリフトは、増加する。すなわち、吸気される混合気の量が増加して、燃料の燃焼による熱エネルギの量は、増加する。

ＥＣＵ９１は、エンジン１の始動時からしばらくの間の第２冷態時では、例えばインジェクタ９による燃料の噴射量を抑えて混合気の空燃比をリーン状態にしている。これにより、排出ガスの温度をより高めて、排出ガス浄化触媒９３を早期に昇温する。さらに、点火プラグ９２の点火時期を遅らせて排出ガスの温度をより高めることも行なっており、排出ガス浄化触媒９３を早期に昇温する。

次いで、エンジン１は、エンジン１の始動時からしばらくすると、混合気の燃焼による昇温効果により、温態状態となる。このエンジン１の温態時では、吸気弁５１と排気弁５２だけではなく、シリンダヘッド３も熱膨張するようになる。エンジン１の温態時では、排出ガス浄化触媒９３は、充分昇温されているので、ＥＣＵ９１は、混合気をリーン状態にすることと点火時期を遅らせることを解除してもよい。

温態時での吸気弁５１および排気弁５２のバルブクリアランス値は、上記した通りであり、図２の（ｃ）と図３の（ｃ）とに示す。吸気弁５１と排気弁５２との開弁時期および閉弁時期は、上記した通りであり、図４に実線で示す通りである。

上記構成のエンジン１の動弁装置５では、動弁機構５３は、エンジン１の始動時からしばらくの間の第２冷態時では、吸気弁５１の開弁時期を温態時に比べて進角させることにより、吸気ポート３２の負圧によって吸気ポート３２に吹き返される排出ガスの量を増加させている。このため、排出ガスの吹き返しの流れにより吸気ポート３２および吸気通路３５の内部の燃料の微粒化がより一層促進される。また、排出ガスの温度により燃料の気化が一層促進されるとともに、吸気ポート３２と吸気通路３５の壁部も昇温されて燃料の気化が一層促進される。すなわち、エンジン１の始動時からしばらくの間の第２冷態時であっても混合気の燃焼が安定するので、排出ガス中の未燃成分を少なくすることができる。加えて、排気行程後半に増大する燃料の未燃成分を含む排出ガスが吹き返されて再度燃焼されるのでより一層排出ガス中の未燃成分を少なくできる。

さらに、エンジン１の始動時からしばらくの間の第２冷態時では、動弁機構５３は、吸気弁５１の開弁時期をピストン２２の上死点前即ちピストン２２の上昇行程まで進角させるので、吸気ポート３２の負圧に加えピストン２２の上昇によっても排出ガスが吸気ポート３２へ吹き返えされることになる。したがって、吹き返される排出ガスの量が増加するので、より一層燃料の微粒化と気化が促進される。

また、動弁機構５３は、エンジン１の始動時からしばらくの間の第２冷態時では、吸気弁５１の閉弁時期を温態時に比べてピストン２２の下死点以降即ちピストン２２の上昇行程において遅角させることにより、シリンダ２１の内部で昇温化された混合気が吸気ポート３２および吸気通路３５に吹き返すようになる。このため、次に吸気される混合気と吸気ポート３２および吸気通路３５の壁部の昇温化が促進されて次サイクルで噴射される燃料の気化が一層促進される。すなわち、エンジン１は、第２冷態時であっても混合気の燃焼が安定するので排出ガス中の未燃成分を少なくすることができる。なお、エンジン１の温態時において吸気弁５１の閉弁時期が混合気の吹き返しの期間内である場合は、吹き返す混合気の量が増加することになり、同様の効果が得られる。

また、動弁機構５３は、エンジン１の第２冷態時または温態時に関わらず排気弁５２の開弁時期をピストン２２の下死点よりも前にすることにより、燃焼ガスが高い温度で排出ガスとして排出されることで排出ガス浄化触媒９３が昇温化されるので、内燃機関の第２冷態時においても排出ガス浄化触媒９３を早期に昇温化することができる。さらに、エンジン１の第２冷態時または温態時に関わらず開弁時期をピストン２２の下死点前の最適開弁時期に略一定に保っている。このため、排気弁５２の開弁時期が進角されることにより
混合気の燃焼時間が短縮されて排出ガス中の未燃成分が増加することを防いでいる。同時に、排気弁５２の開弁時期が遅角されることにより燃焼ガスがより膨張仕事に使われて排出ガスの温度が低下して排出ガス浄化触媒９３の早期昇温化を妨げることを防いでいる。すなわち、排気弁５２の開弁時期をエンジン１の冷態時または温態時に関わらず最適時期に保つことにより、排出ガス中の未燃成分を少なくすることができる。

また、動弁機構５３は、エンジン１の第２冷態時または温態時に関わらず、排気弁５２の閉弁時期を最適時期に略一定に保っている。これにより、排気弁５２の閉弁時期が進角されることにより、吸気ポート３２に吹き返えされる排出ガスの量が低減することを防ぐことができる。同時に、排気弁５２の閉弁時期が遅角されることにより、燃料の微粒化や気化に寄与しない排出ガスが必要以上に燃焼室３１に取り込まれて混合気の燃焼が不安定になり排出ガス中の未燃成分が増加することを防ぎ、排出ガスの温度が低下することにより排出ガス浄化触媒９３の早期昇温化を妨げることを防いでいる。すなわち、排気弁５２の閉弁時期をエンジン１の第２冷態時または温態時に関わらず最適時期に略一定に保つことにより、排出ガス中の未燃成分を少なくすることができる。

また、動弁機構５３は、排気側ロッカアーム６２を有しハイドロリックラッシュアジャスタ８を採用して排気弁５２のバルブクリアランスを略０に保っているので、排気弁５２の開弁時期および閉弁時期をエンジン１の冷態時または温態時に関わらず、自動的に略一定に保つことができる。

また、動弁機構５３は、吸気側ロッカアーム６を有しねじ式隙間調整機構７を採用しているので、エンジン１の始動時からしばらくの間の第２冷態時では、自動的に吸気弁５１の開弁時期を進角させて、閉弁時期を遅角させることができる。

また、動弁機構５３は、エンジン１の始動時からしばらくの間の第２冷態時であっても、上記の構成により混合気の燃焼を安定化させることができる。このため、混合気の空燃比をリーン状態にして排出ガスの温度を昇温化し、排出ガス浄化触媒９３を早期昇温化させて排出ガス中の未燃成分を少なくする、という混合気の燃焼を不安定にする排出ガス中の未燃成分の少なくする方法を併用することができる。すなわち、より一層排出ガスの未燃成分を少なくすることができる。

また、同様に、混合気の点火時期を遅らせることにより排出ガスを昇温化して排出ガス浄化触媒９３を早期昇温化する、という混合気の燃焼状態を不安定にする排出ガス中の未燃成分の少なくする方法を併用することができるので、より一層排出ガスの未燃成分を少なくすることができる。なお、吸気弁５１および排気弁５２を一本のカムシャフト３４で駆動するＳＯＨＣ式の動弁機構５３においては、カムシャフト３４の位相を操作してもオーバーラップ期間を調整できないため、吸気側にねじ式隙間調整機構７を、排気側にハイドロリックラッシュアジャスタ８を採用する構成は、ＳＯＣＨ式の動弁機構５３に特に有効である。

また、エンジン１の始動時からしばらくの間の第２冷態時は、シリンダ２１の内部に吸気される混合気の量が増加する。このため、混合気を燃焼することにより発生する熱エネルギが増加するので、エンジン１を早期に温態状態にすることができる。したがって、混合気の燃焼が安定化し排出ガス中の燃料の未燃成分を少なくすることができる。

［第２実施形態］
本発明の第２実施形態について、図５を参照して説明する。第２実施形態は、第１実施形態でのエンジン１において、吸気弁５１の開弁時期の初期設定時期が例えばピストン２２の上死点よりもクランク角略３度遅角した時期に設定されており、閉弁時期の初期設定時期が例えば下死点よりもクランク角略６３度遅角した時期に設定されたものである。

吸気弁５１および排気弁５２のバルブクリアランス値は、初期値またはエンジン１の始動時からしばらくの間の第２冷態時またはエンジン１の温態時において、それぞれは例えば第１実施形態と同じでよい。排気弁５２の開弁時期および閉弁時期は、第１実施形態と略同じでよい。第１実施形態と同様な部分は、同一の符号を用いて説明を省略する。

エンジン１の始動時からしばらくの間の第２冷態時では、吸気弁５１の開弁時期は、図５に示すように、初期設定時期から例えばクランク角略５度進角してピストン２２の上死点に対してクランク角略２度進角した時期になる。これにより、排出ガスは、吸気ポート３２の負圧とピストン２２の上昇とによって吸気ポート３２へ吹き返し、第１実施形態と同様な効果が得られる。閉弁時期は、初期設定時期から、例えばクランク角略５度遅角することにより、混合気の吸気ポート３２への吹き返し量が増加して第１実施形態と同様な効果が得られる。

なお、第１実施形態および第２実施形態では、エンジン１は、ガソリンエンジンが採用されているが、ディーゼルエンジンであってもよい。ディーゼルエンジンが採用された場合であっても、同様の効果が得られる。エンジン１の動弁機構５３は、特にＳＯＨＣ式に限定されるものではなく、例えばカムシャフト３４を２本用いるＤＯＨＣ式でもよい。エンジン１の温態時における吸気弁５１と排気弁５２の開弁時期および閉弁時期は、第１、２実施形態で示されるものにだけに限定されるものではなく、動弁装置５が採用されるエンジン１に合わせて適宜変換されるものである。また、同様に、エンジン１の第２冷態時における吸気弁５１の開弁時期の進角量および閉弁時期の遅角量は、第１，２実施形態で示されるものだけに限定されるものではなく、動弁装置５が採用されるエンジン１に合わせて適宜変換されるものである。

また、吸気側バルブクリアランス値を設定するために、固定式隙間調整機構としてねじ式隙間調整機構７を採用したが、これは、特に限定されるものではなく、例えば、バルブクリアランス値を調整するためにシムを用いるシム式隙間調整機構であってもよい。

また、動弁機構５３は、第１実施形態および第２実施形態のようなロッカアーム式ではなく、直動式の動弁機構であってもよい。この場合、吸気側駆動部は、吸気側ロッカアーム６に代えて、シムを用いてバルブクリアランスを調整するシム式隙間調整機構を備えた倒立型タペットを採用し、排気側駆動部は、排気側ロッカアーム６２に代えて、油圧式隙間調整機構を備えた倒立型タペットを採用し、これら吸気側と排気側の両タペットを吸気側および排気側にそれぞれ備えたカムシャフト３４のカム３４ａでそれぞれ駆動する構成にしてもよい。

または、動弁機構５３は、吸気側ロッカアーム６と排気側ロッカアーム６２とがロッカシャフト６１を用いてそれぞれの略中央が支持されるロッカアーム式ではなく、例えばカムシャフト３４を吸気側と排気側とにそれぞれ備えて、かつ吸気側ロッカアーム６と排気側ロッカアーム６２とのそれぞれ一端を支点としそれぞれの他端を吸気弁５１または排気弁５２と接触するバルブ側一端とし、吸気側ロッカアーム６を吸気側のカムシャフト３４のカム３４ａで駆動し、排気側ロッカアーム６２を排気側のカムシャフト３４のカム３４ａで駆動するスイングアーム式であってもよい。

本発明の第１実施形態および第２実施形態に係るエンジンを示す断面図。 （ａ）本発明の第１実施形態および第２実施形態に係る吸気弁のバルブクリアランスの初期設定を示す正面図。（ｂ）本発明の第１実施形態および第２実施形態に係るエンジンの始動時からしばらくの間の第２冷態時での吸気弁のバルブクリアランスを示す正面図。（ｃ）本発明の第１実施形態および第２実施形態に係るエンジンの温態時での吸気弁のバルブクリアランスを示す正面図。 （ａ）本発明の第１実施形態および第２実施形態に係る排気弁のバルブクリアランスの初期設定を示す正面図。（ｂ）本発明の第１実施形態および第２実施形態に係るエンジンの始動時からしばらくの間の第２冷態時での排気弁のバルブクリアランスを示す正面図。（ｃ）本発明の第１実施形態および第２実施形態に係るエンジンの温態時での排気弁のバルブクリアランスを示す正面図。 本発明の第１実施形態に係る吸気弁と排気弁との開弁時期および閉弁時期を示すタイムチャート。 本発明の第２実施形態に係る吸気弁と排気弁との開弁時期および閉弁時期を示すタイムチャート。

符号の説明

１…エンジン（内燃機関）、２２…ピストン、３１…燃焼室、５１…吸気弁、５２…排気弁、５３…動弁機構、６…吸気側ロッカアーム（吸気側駆動部）、６２…排気側ロッカアーム（排気側駆動部）、７…ねじ式隙間調整機構（固定式隙間調整機構）、８…ハイドロリックラッシュアジャスタ（油圧式隙間調整機構）、９…インジェクタ（空燃比をリーン状態にする手段）、９１…ＥＣＵ（空燃比をリーン状態にする手段および点火時期を遅らせる手段）、
９２…点火プラグ（点火時期を遅らせる手段）、９３…排出ガス浄化触媒。

Claims (8)

1. 吸気弁と、
   排気弁と、
   前記吸気弁と前記排気弁とを所定の時期に開弁および閉弁する動弁機構と
   を具備する内燃機関において、
   前記動弁機構は、内燃機関の温態時では、前記吸気弁の閉弁時期を内燃機関のピストンの下死点後とし、内燃機関の冷態時では、前記吸気弁の開弁時期を内燃機関の温態時の開弁時期よりも進角させて前記吸気弁の閉弁時期を内燃機関の温態時の閉弁時期よりも遅角させることを特徴とする内燃機関。
2. 前記動弁機構は、内燃機関の冷態時では、前記吸気弁の開弁時期を前記ピストンの上死点前とすることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
3. 請求項１または請求項２に記載の内燃機関において、更に、排出ガスを浄化する排出ガス浄化触媒を具備し、前記動弁機構は、内燃機関の冷態時での前記排気弁の開弁時期および閉弁時期を内燃機関の温態時での開弁時期および閉弁時期と同じとし、かつ前記排気弁の開弁時期を前記ピストンの下死点前とすることを特徴とする内燃機関。
4. 前記動弁機構は、前記排気弁を駆動する排気側駆動部と、
   前記排気弁と前記排気側駆動部との間のバルブクリアランスを０に保つ油圧式隙間調整機構と
   を具備することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関。
5. 前記動弁機構は、前記吸気弁を駆動する吸気側駆動部と、
   前記吸気弁と前記吸気側駆動部との間のバルブクリアランスを設定する固定式隙間調整機構と
   を具備することを特徴とする請求項１から請求項４のうちいずれか１項に記載の内燃機関。
6. 請求項１から請求項５に記載のいずれかの内燃機関において、更に、内燃機関の燃焼室で燃焼される混合気の空燃比を内燃機関の冷態時においてリーン状態にする手段を具備することを特徴とする内燃機関。
7. 請求項１から請求項６に記載のいずれかの内燃機関において、更に、内燃機関の燃焼室で燃焼される混合気の点火時期を内燃機関の冷態時において遅らせる手段を具備することを特徴とする内燃機関。
8. 吸気弁と、
   排気弁と、
   前記吸気弁と前記排気弁とを所定の時期に開弁および閉弁する動弁機構と、
   排出ガスを浄化する排出ガス浄化触媒と
   を具備する内燃機関において、
   前記動弁機構は、前記吸気弁を駆動する吸気側駆動部と、
   前記排気弁を駆動する排気側駆動部と、
   前記吸気弁と前記吸気側駆動部との間のバルブクリアランスを設定する固定式隙間調整機構と、
   前記排気弁と前記排気側駆動部との間のバルブクリアランスを０に保つ油圧式隙間調整機構と
   を具備し、前記吸気側駆動部を介して前記吸気弁を開弁および閉弁して内燃機関の温態時では前記吸気弁の閉弁時期を内燃機関のピストンの下死点後とし、前記排気側駆動部を介して排気弁を開弁および閉弁して内燃機関の温態時では前記排気弁の開弁時期を前記ピストンの下死点前とし、内燃機関の冷態時では前記吸気弁の開弁時期を前記ピストンの上死点前とすることを特徴とする内燃機関。

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