JP5131483B2

JP5131483B2 - 可変動弁装置付エンジン

Info

Publication number: JP5131483B2
Application number: JP2009039236A
Authority: JP
Inventors: 真一村田
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2009-02-23
Filing date: 2009-02-23
Publication date: 2013-01-30
Anticipated expiration: 2029-02-23
Also published as: JP2010196489A

Description

本発明は、吸気カムの位相を変更可能なカム位相可変機構を備えたエンジンに関するものである。

従来より、吸排気バルブの開閉時期（カムの位相）を変化させるカム位相可変機構を備えた可変動弁装置付エンジンが知られている。更に、１つの気筒に吸気バルブが複数備えられたエンジンに上記カム位相可変機構を採用し、複数の吸気バルブの一部のみ開閉時期を変化させる技術が開発されている。
このように複数の吸気バルブのうち一部のみ開閉時期を可変するエンジンでは、例えば高負荷かつ高回転時に一部の吸気バルブの開閉時期を遅角させることで、遅角制御しない吸気バルブと合わせて吸気バルブの開弁期間を増加させ、十分に吸気を流入させて出力を確保している（特許文献１）。

特開平３−２０２６０２号公報

しかしながら、吸気バルブの閉弁時期を下死点より大きく遅角させてしまうと、吸気の押し戻しにより充填効率が低下し、むしろ出力が低下してしまう。また、低回転、低負荷時では、出力よりも燃費の向上が求められている。
本発明の目的は、１つの気筒に複数の吸気弁を備え、複数の吸気弁のうち一部の吸気弁の開弁時期を可変可能なエンジンにおいて、運転状態に基づいて適切な吸気バルブの開閉時期制御を行い、高出力かつ低燃費を実現可能な可変動弁装置付エンジンを提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１の発明は、１つの気筒に第１の吸気バルブ及び第２の吸気バルブを備え、第２の吸気バルブを駆動するカムの位相を可変するカム位相可変機構を備えた可変動弁装置付エンジンにおいて、エンジンの出力が最大となる最大出力点より低負荷かつ低回転である場合には、第２の吸気バルブを駆動するカムの位相を遅角させて、第１の吸気バルブの開閉時期と第２の吸気バルブの開閉時期との差を最大出力点よりも大きくするようにカム位相可変機構を制御し、最大出力点よりも低回転かつ高負荷である場合は第１の吸気バルブの開閉時期と第２の吸気バルブの開閉時期との差を最大出力点設定値以下とするようにカム位相可変機構を制御することを特徴とする。

また、請求項２の発明は、請求項１において、１つの気筒に第１の吸気バルブ及び第２の吸気バルブを備え、第２の吸気バルブを駆動するカムの位相を可変するカム位相可変機構を備えた可変動弁装置付エンジンにおいて、第１の吸気バルブの開閉時期と第２の吸気バルブの開閉時期との差を冷態始動時には温態低負荷である場合よりも小さくするようにカム位相可変機構を制御することを特徴とする。

本発明の請求項１の可変動弁装置付エンジンによれば、最高出力点より低負荷である場合には、第２の吸気バルブの開閉時期が遅角して、第１の吸気バルブの開閉時期との差が大きくなるので、吸気バルブ全体の開弁期間が大きくなる。したがって、ポンピングロスが低減して、燃費を向上させることができる。一方、最高出力点より低回転かつ高負荷である場合には、吸気バルブ全体の開弁期間が小さくなるので、吸気の充填効率の低下を招くことなく出力を確保することができる。

本発明の請求項２の可変動弁装置付エンジンによれば、冷態始動時は温態低負荷である場合よりは、開閉時期差を小さくすることにより吸気バルブ全体の開弁期間が小さくなりポンピングロスが低減するので、始動性を向上させることができる。

本実施形態の可変動弁装置付エンジンの概略構成図である。バルブ及びポートの配置を示す参考図である。動弁機構の構造を示す縦断面図である。動弁機構の構造を示す上面図である。第２の吸気カムの取付部の構造を示す断面図である。カム位相可変機構の作動設定に用いられるマップである。吸気バルブのリフト量を示すタイムチャートであり、（Ａ）は低負荷低回転時、（Ｂ）は高負荷または高回転時を示す。他の実施形態におけるカム位相可変機構の作動設定に用いられるマップである。

以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
図１は本実施形態の可変動弁装置付エンジン１の概略構成図である。
図１に示すように、本実施形態のエンジン１は、ＤＯＨＣ式の動弁機構を有しており、エンジン１の吸気カムシャフト２及び排気カムシャフト３の前端には、夫々カムスプロケット４、５が接続され、これらのカムスプロケット４、５はチェーン６を介してクランクシャフト７に連結されている。クランクシャフト６の回転に伴ってカムスプロケット４、５と共に吸気シャフト２及び排気カムシャフト３が回転駆動され、この吸気カムシャフト２に備えられた吸気カム１０、１１により吸気バルブ１２、１３が、排気カムシャフト３に備えられた排気カム１４、１５により排気バルブ１６、１７が開閉駆動される。

図２は、本発明の第１の実施形態に係るエンジン１の動弁機構の該略構造図である。
図２に示すように、エンジン１の１つの気筒には、２つの吸気バルブ（第１の吸気バルブ１２、第２の吸気バルブ１３）と２つの排気バルブ１６、１７とが設けられている。第１の吸気バルブ１２及び第２の吸気バルブ１３は燃焼室１８の中央部より吸気側にクランク軸方向に前後に並んで配置される一方、２つの排気バルブ１６、１７は燃焼室１８の中央部より排気側にクランク軸方向に前後に並んで配置される。第１の吸気バルブ１２は第１の吸気カム１０に、第２の吸気バルブ１３は第２の吸気カム１１によって駆動される。第１の吸気カム１０及び第２の吸気カム１１は、第１の吸気バルブ１２及び第２の吸気バルブ１３の配置に伴って、吸気カムシャフト２に交互に配置される。

また、吸気カムシャフト２の前端部には、可変動弁装置として、カム位相可変機構２０が設けられている。
図３〜図５は、動弁機構の構造図であり、図３は縦断面図、図４は上面図、図５は第２の吸気カム１１の取付部の構造を示す断面図である。
図３〜５に示すように、吸気カムシャフト２は、中空状の第１の吸気カムシャフト２１と第１の吸気カムシャフト２１に挿入された第２の吸気カムシャフト２２とを備えた２重構造となっている。第１の吸気カムシャフト２１及び第２の吸気カムシャフト２２は、隙間を有しつつ同心上に配置され、エンジン１のシリンダヘッドに形成された支持部２３に回動可能に支持されている。第１の吸気カムシャフト２１には、第１の吸気バルブ１２を駆動する第１の吸気カム１０が固定されている。また、第１の吸気カムシャフト２１には回動可能に第２の吸気カム１１が支持されている。第２の吸気カム１１は、第１の吸気カムシャフト２１が挿入される略円筒状の支持部１１ａと支持部１１ａの外周から突出し第２の吸気バルブ１３を駆動するカム部１１ｂとから構成されている。第２の吸気カム１１と第２の吸気カムシャフト２２とは固定ピン２４により固定されている。固定ピン２４は、第２の吸気カム１１の支持部１１ａ、第１の吸気カムシャフト２１及び第２の吸気カムシャフト２２を貫通しており、第２の吸気カムシャフト２２に設けられた孔に略隙間なく挿入されるとともに、両端部がかしめられて支持部１１ａに固定されている。第１の吸気カムシャフト２１には固定ピン２４が通過する長孔２５が周方向に延びて形成されている。

カム位相可変機構２０は、公知のベーン式カム位相可変機構が用いられ、カムスプロケット４と一体化したハウジング３０内にベーンロータ３１が回動可能に設けられて構成されている。ベーンロータ３１には第２の吸気カムシャフト２２がボルト３２にて締結されるとともに、ハウジング３０には第２の吸気カムシャフト２１が固定されている。また、カム位相可変機構２０には、スプリング３６が備えられている。スプリング３６は、ハウジング３０とベーンロータ３１との間に設けられ、ベーンロータ３１を進角方向に付勢する。したがって、第２の吸気カム１１を進角方向に付勢する。

カム位相可変機構２０には、第１の吸気カムシャフト２１及び支持部２３に形成された油路３３を介してオイルコントロールバルブ（以下、ＯＣＶという）３４が接続されている。図１に示すように、カム位相可変機構２０は、エンジン１のオイルポンプ３５からＯＣＶ３４の切換に応じてベーンロータ３１とハウジング３０との間に形成された油室に作動油が供給されてベーンロータ３１を回動することで、カムスプロケット４に対する第２の吸気カムシャフト２２の位相角、即ち、第２の吸気バルブ１３の開閉時期を連続的に調整可能となっている。

ＥＣＵ４０は、図示しない入出力装置、ＲＯＭ，ＲＡＭ等の記憶装置、中央処理装置（ＣＰＵ）等を備ており、エンジン１の総合的な制御を行う。
ＥＣＵ４０の入力側には、エンジン１のクランク角を検出するクランク角センサ４１、図示しないスロットルバルブの開度を検出するスロットルセンサ４２、アクセル開度を検出するアクセルポジションセンサ４６等の各種センサが接続されている。又、ＥＣＵ４０の出力側には、上記ＯＣＶ３４の他に、燃料噴射弁４３、点火プラグ４４等が接続されている。ＥＣＵ４０は、各センサからの検出情報に基づいて点火時期及び燃料噴射量等を決定し、点火プラグ４４や燃料噴射弁４３を駆動制御する。また、ＥＣＵ４０は、クランク角センサ４１により検出したクランク角の推移によりエンジン回転速度Ｎを計測するとともに、アクセルポジションセンサ４６により検出したアクセル開度により負荷Ｌを演算する。そして、エンジン回転速度Ｎ及び負荷Ｌに応じてカム位相可変機構２０を作動制御する。

図６は、カム位相可変機構２０の作動設定に用いられるマップの一例である。図７は、吸気バルブのリフト量を示すタイムチャートであり、（Ａ）は低負荷低回転時、（Ｂ）は高負荷または高回転時の一例を示す。（Ａ）と（Ｂ）の間は連続的に可変される。
ＥＣＵ４０は、図６に示すように、エンジン１の出力が最高となる最高出力点より低負荷かつ低回転時における第２の吸気バルブの開弁期間を、最高出力点より吸気バルブの開弁期間より大きくなるように設定されている。

詳しくは、ＥＣＵ４０は、最高出力点より低負荷かつ低回転である場合には、図７（Ａ）に示すように第２の吸気バルブ１３の開閉時期を遅角させる。これにより、第２の吸気バルブ１３が遅角しない場合と比較して第１の吸気バルブ１２の開閉時期と第２の吸気バルブ１３の開閉時期との差が大きくなり、吸気バルブ全体の開弁期間が大きくなる。このときの第２の吸気バルブ１３の閉弁時期は、最大遅角時に下死点（ＢＤＣ）より次の上死点（ＴＤＣ）に近い時期となるように設定されている。更に、第１の吸気弁１２の開弁時期は固定され、上死点付近に設定されている。

一方、ＥＣＵ４０は、最高出力点より低回転かつ高負荷には、第２の吸気バルブ１３の開閉時期を遅角する量を小さくする。例えば、図７（Ｂ）に示すように、第１の吸気バルブ１２の位相と略同じタイミングとする場合も生じ、吸気バルブの開弁期間は、最高出力点では図７（Ａ）から（Ｂ）の間に設定されるが、低回転かつ高負荷である場合は、それと比較して小さくなる。

このように、本実施形態では、エンジン１の最高出力点より低負荷かつ低回転である場合には吸気バルブの開弁期間が増加するので、ポンピングロスが低下し、燃費を向上させることができる。
一方、エンジン１の最高出力点より低回転かつ高負荷時には、エンジン１の出力を大きく必要とする領域であり、このような領域では、開弁期間をさらに小さくし、特に閉弁時期を最高出力点より下死点に近く設定して、充填効率の向上を図り出力を確保する。

また、エンジン１の最高出力点より低負荷かつ低回転時において、開弁期間は一定ではなく、多段的に増減させている。これにより更に精度良く燃費向上と出力確保とを両立させることができる。
また、冷態始動時に開弁期間を小さくしてポンピングロスを増加させることで、冷態時における排気熱が増加し、触媒の昇温が早まり、触媒の早期活性が可能となる。また、実圧縮比も高まるため、初爆も容易となり、その後の燃焼も安定するため始動性を向上させることができる。さらには、第１の吸気バルブ１２の開閉の時期と第２の吸気バルブ１３の開閉の時期の少なくともいずれかがずれることで生じるスワールで始動時の未燃燃料排出が低減できるとともに、燃焼安定性がさらに高めることもできる。

図８は、カム位相可変機構２０の作動設定に用いられるマップの他の実施例である。
本実施例では、図６と同様に最大出力点より低負荷かつ低回転である場合には吸気バルブの開弁期間を大きくするが、低負荷時より更に負荷の少ない極低負荷時には開弁期間を若干小さくしている。このように、カム位相可変機構２０の作動設定に用いられるマップを、エンジン１の特性に応じて適宜変更しても良い。

１エンジン
１１第２の吸気カム
１２第１の吸気バルブ
１３第２の吸気バルブ
１８燃焼室
２０カム位相可変機構
４０ＥＣＵ

Claims

１つの気筒に第１の吸気バルブ及び第２の吸気バルブを備え、前記第２の吸気バルブを駆動するカムの位相を可変するカム位相可変機構を備えた可変動弁装置付エンジンにおいて、
エンジンの出力が最大となる最大出力点より低負荷かつ低回転である場合には、前記第２の吸気バルブを駆動するカムの位相を遅角させて、前記第１の吸気バルブの開閉時期と前記第２の吸気バルブの開閉時期との差を前記最大出力点よりも大きくするように前記カム位相可変機構を制御し、
前記最大出力よりも低回転かつ高負荷の場合は、前記第１の吸気バルブの開閉時期と前記第２の吸気バルブの開閉時期との差を前記最大出力点設定値以下とするように前記カム位相可変機構を制御することを特徴とする可変動弁装置付エンジン。
前記第１の吸気バルブの開閉時期と前記第２の吸気バルブの開閉時期との差を冷態始動時には温態低負荷である場合よりも小さくするように前記カム位相可変機構を制御することを特徴とする請求項１に記載の可変動弁装置付エンジン。