JP5581996B2 - Internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、可変動弁機構を備える内燃機関に関する。 The present invention relates to an internal combustion engine including a variable valve mechanism.
吸排気バルブのバルブタイミング、作動角及びリフト量を運転状態に応じて可変に制御する可変動弁システムを用いて、内燃機関の燃焼効率等の向上を図る技術が知られている。 There is known a technique for improving the combustion efficiency of an internal combustion engine by using a variable valve system that variably controls the valve timing, operating angle, and lift amount of an intake / exhaust valve according to an operating state.
例えば、特許文献1には、排気2弁式の内燃機関において、2つの排気バルブのバルブタイミング、バルブリフト量及び作動角を可変に制御し得る可変動弁システムが開示されている。このシステムでは、モータと油圧の2つのアクチュエータを用いて、2つの排気バルブのバルブタイミング、バルブリフト量、及び作動角を運転状態に応じて制御する。 For example, Patent Document 1 discloses a variable valve system that can variably control the valve timing, valve lift amount, and operating angle of two exhaust valves in an exhaust two-valve internal combustion engine. In this system, two actuators, a motor and a hydraulic pressure, are used to control the valve timing, valve lift amount, and operating angle of two exhaust valves according to the operating state.
例えば、低負荷時は小作動角、低回転高負荷時には中作動角(最大作動角と最小作動角の中間の大きさ)、高回転高負荷時には大作動角に設定している。 For example, a small operating angle is set for a low load, a medium operating angle (a size between the maximum operating angle and a minimum operating angle) for a low rotating high load, and a large operating angle for a high rotating high load.
しかしながら、特許文献1のように両排気バルブのバルブタイミング、バルブリフト量、及び作動角を変化させるためにモータと油圧の2つのアクチュエータを用いる構成では、コストが高くなってしまう。また、低負荷等のシリンダ内流動が小さな運転領域においては、HC排出量が増加してしまう可能性もある。 However, in the configuration using two actuators of a motor and a hydraulic pressure to change the valve timing, valve lift amount, and operating angle of both exhaust valves as in Patent Document 1, the cost increases. Further, in an operating region where the flow in the cylinder is small, such as a low load, there is a possibility that the amount of HC emission will increase.
そこで、本発明ではHC排出量増加を回避することができる、低コストなシステムを提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a low-cost system that can avoid an increase in HC emission.
本発明は、1気筒あたり2本の排気バルブを備える内燃機関である。そして、一方の排気バルブは作動角が一定の固定カムにより駆動し、他方の排気バルブは固定カムの作動角より小さい小作動角から固定カムの作動角より大きい大作動角の間で作動角を変化させ得る作動角可変機構を備える可変カムにより駆動する。さらに、小作動角時には可変カムの開タイミングまたは閉タイミングの少なくとも一方は、固定カムの開タイミングから閉タイミングの間にあり、作動角可変機構は、内燃機関の運転領域が低回転高負荷領域の場合には、前記可変カムの作動角が前記固定カムの作動角以下になるように、高回転高負荷領域の場合には前記可変カムの作動角を前記固定カムの作動角よりも大きくなるようにリフト特性を変化させる。 The present invention is an internal combustion engine provided with two exhaust valves per cylinder. One exhaust valve is driven by a fixed cam having a constant operating angle, and the other exhaust valve has an operating angle between a small operating angle smaller than the fixed cam operating angle and a larger operating angle larger than the fixed cam operating angle. It is driven by a variable cam provided with a variable operating angle mechanism. Furthermore, at least one of the opening timing or closing timing of the variable cam at the time of a small operating angle, Ri near between closing timing from the opening timing of the fixed cam, operating angle varying mechanism, the operating range of the internal combustion engine is a low rotation and high load region In this case, the operating angle of the variable cam is larger than the operating angle of the fixed cam in the high rotation and high load region so that the operating angle of the variable cam is equal to or smaller than the operating angle of the fixed cam. So as to change the lift characteristics.
本発明によれば、小作動角の場合には、固定カムまたは可変カムのいずれか一方のみが開弁する片弁期間が生じ、この期間中は排気ポート内の排気の乱流強度が強まる。その結果、排気ポート内酸化が促進されるのでHC排出量の増加を回避することができる。また、一方を固定カムとして、他方を作動角可変機構とするシンプルな構成によってバルブタイミング、バルブリフト量、及び作動角を変更できる安価なシステムを実現できる。 According to the present invention, in the case of a small operating angle, a one-valve period in which only one of the fixed cam and the variable cam is opened occurs, and the turbulence intensity of the exhaust gas in the exhaust port is increased during this period. As a result, the oxidation in the exhaust port is promoted, so that an increase in the HC emission amount can be avoided. Further, an inexpensive system that can change the valve timing, the valve lift amount, and the operating angle can be realized with a simple configuration in which one is a fixed cam and the other is an operating angle variable mechanism.
以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は第1実施形態で用いる作動角可変機構1の構成図である。 FIG. 1 is a configuration diagram of an operating angle variable mechanism 1 used in the first embodiment.
作動角可変機構1は、各気筒に排気バルブを2本備える排気2弁式の内燃機関に取り付けられ、一方の排気バルブを揺動カム8で、他方の排気バルブを固定カム9で開閉駆動するものである。
The variable operating angle mechanism 1 is attached to an exhaust two-valve internal combustion engine having two exhaust valves in each cylinder, and opens and closes one exhaust valve with a
揺動カム8のバルブ駆動原理は、例えば特開2003−201868号公報等に開示されている作動角可変機構と同様なので、概要のみを説明する。
Since the valve driving principle of the
駆動軸2及び制御軸5は、それぞれ内燃機関の気筒列と略平行に配置されている。駆動軸2は、タイミングチェーン等を介して内燃機関のクランクシャフトに同期して回転する。
The drive shaft 2 and the
駆動軸2の外周には偏心カム3が圧入等により固定され、偏心カム3の外周には第1リンク4が偏心カム3に対して相対回転可能に外嵌されている。
An
また、駆動軸2の一方の端部付近にはギヤ13が圧入等により固定され、このギヤ13はアクチュエータ14のピニオンギヤ15と噛み合っている。すなわち、アクチュエータ14を駆動することで制御軸5を回転させることができる。このアクチュエータ14の制御は、エンジンコントロールユニット(ECU)16が、クランク角センサ17で検出するエンジン回転速度、エアフローメータ18で検出する機関負荷等に基づいて行う。制御の詳細については後述する。
A
制御軸5は、外周部が偏心カム状に形成された偏心カム部5aを備えており、そこにロッカーアーム6が相対回転可能に外嵌されている。
The
第1リンク4の一端は連結ピン等を介してロッカーアーム6の一端と相対回転可能に連結されている。ロッカーアーム6の他端には第2リンク7の一端が連結ピン10を介して相対回転可能に連結されている。第2リンク7の他端は、連結ピン11を介して揺動カム8に相対回転可能に連結されている。揺動カム8は駆動軸2の外周に相対回転可能に外嵌されている。
One end of the first link 4 is connected to one end of the
固定カム9は駆動軸2の外周に圧入等により固定されている。 The fixed cam 9 is fixed to the outer periphery of the drive shaft 2 by press fitting or the like.
なお、連結ピン10は、ロックボルト12と、連結ピン10を挟んでロックボルト12に対向する位置に配置されるアジャスタスクリュー(図示せず)とによって、ロッカーアーム6のピン孔内での位置決めがなされる。連結ピン10の位置が変化すると第2リンク7の位置も変化し、これに伴って揺動カム8の姿勢が変化する。そこで、作動角可変機構1を内燃機関に取り付ける際の適合では、アジャスタスクリュー等によって揺動カム8の姿勢を調整する。
The connecting
上記のような構成により、駆動軸2が回転すると、偏心カム3を介して第1リンク4が並進移動し、これに応じてロッカーアーム6が制御軸5の偏心カム部分の軸心回りに揺動し、かつ第2リンク7を介して揺動カム8が駆動軸2回りに揺動する。これにより、揺動カム8は、バルブリフタ等を介して一方の排気バルブを内燃機関の回転に連動して開閉する。
With the configuration as described above, when the drive shaft 2 rotates, the first link 4 moves in translation via the
そして、アクチュエータ14によって制御軸5を回転制御することで、ロッカーアーム6の揺動中心となる偏心カム部5aの軸心位置を変化させ、排気バルブのリフト特性を連続的に変化させることができる。例えば、偏心カム部5aの軸心と駆動軸2の軸心との距離が近づくと作動角が大きくなり、これに伴いリフト量も増大する。作動角及びリフト量が変化する際には、作動角の中心位置(中心角)は動かず、中心角から開弁及び閉弁のタイミングまでの大きさが変化する。揺動カム8の作動角の可変量やバルブタイミング等については後述する。
Then, by controlling the rotation of the
また、駆動軸2が回転すると、駆動軸2に固定された固定カム9も回転し、一般的な内燃機関と同様に固定カム9が他方の排気バルブを開閉する。すなわち、固定カム9には可変機構はなく、作動角等は固定されている。 When the drive shaft 2 rotates, the fixed cam 9 fixed to the drive shaft 2 also rotates, and the fixed cam 9 opens and closes the other exhaust valve in the same manner as a general internal combustion engine. That is, the fixed cam 9 has no variable mechanism, and the operating angle and the like are fixed.
以上説明したように、作動角可変機構1は、排気2弁式内燃機関の一方の排気バルブについてのみ、バルブリフト量及び作動角を可変制御するものである。2本ある排気バルブのうち一方のみを可変制御する構成なので、2本の排気バルブを可変制御する構成に比べて、ロッカーアーム6や第2リンク等に作用するバルブ反力等が半減する。このため、ロッカーアーム6等に要求される強度は低くなり、またアクチュエータ14に要求される出力は低くなるので、結果として部品の小型化、軽量化を図ることができる。
As described above, the operating angle variable mechanism 1 variably controls the valve lift amount and the operating angle only for one exhaust valve of the exhaust two-valve internal combustion engine. Since only one of the two exhaust valves is variably controlled, the valve reaction force acting on the
また、作動角可変機構1では、各部品の製造公差等のバラツキがバルブ開閉タイミングに与える影響が、特に小作動角時において固定カム9に比べて大きくなる。 Further, in the operating angle variable mechanism 1, the influence of variations such as manufacturing tolerances of each part on the valve opening / closing timing is greater than that of the fixed cam 9 particularly at a small operating angle.
これは、固定カム9と作動角可変機構1に駆動される揺動カム8が仮に同作動角だとしても、小作動角から大作動角まで調整可能な作動角可変機構1で作動角を小さくする場合は、固定カム9に比べてバルブ開閉タイミングのバラツキが大きくなるからである。つまり、リフト量の変化がリフト開始初期には急峻で、その後徐々に緩やかになるようにカム山が設定された揺動カム8を備える作動角可変機構1を小作動角に調整すると、カム山の、リフト量が急峻に変化する部分が主に使われるからである。
This is because even if the
このため、作動角可変機構1には、上記バラツキによるバルブ開閉タイミングのずれを調整するための機構を設け、内燃機関組立時にバルブ開閉タイミングを調整する作業が必要になる。 For this reason, the operating angle variable mechanism 1 is provided with a mechanism for adjusting the deviation of the valve opening / closing timing due to the above-described variation, and it is necessary to adjust the valve opening / closing timing when assembling the internal combustion engine.
しかし、本実施形態の構成では、小作動角時のバルブ開閉タイミングは固定カム9のカムプロフィールに支配されるため、2本の排気バルブを可変制御する構成に比べて、バラツキの影響は小さくなり、調整作業も容易になる。 However, in the configuration of the present embodiment, the valve opening / closing timing at a small operating angle is governed by the cam profile of the fixed cam 9, so that the influence of the variation is reduced compared to the configuration in which the two exhaust valves are variably controlled. Adjustment work becomes easy.
なお、図1の作動角可変機構1はあくまでも一例として示したものであり、一方の排気バルブについてのみ作動角を可変制御できるものであれば、他の機構であってもよい。 Note that the operating angle variable mechanism 1 shown in FIG. 1 is merely an example, and other mechanisms may be used as long as the operating angle can be variably controlled only for one exhaust valve.
次に、作動角可変機構1によるバルブリフト量及び作動角(リフト特性)について図2を参照して説明する。 Next, the valve lift amount and the operating angle (lift characteristic) by the operating angle variable mechanism 1 will be described with reference to FIG.
図2は、本実施形態のリフト特性を示す図である。図中の実線Iは吸気バルブのリフト特性を示し、実線Efは固定カム9で駆動する排気バルブのリフト特性を示し、実線E11〜E13はそれぞれ揺動カム8で駆動する排気バルブの最小作動角、中間作動角、最大作動角におけるリフト特性を示している。また、図中の鎖線Cvは揺動カム8の中心角、鎖線Cfは固定カム9の中心角を示している。
FIG. 2 is a diagram illustrating the lift characteristics of the present embodiment. The solid line I in the figure indicates the lift characteristic of the intake valve, the solid line Ef indicates the lift characteristic of the exhaust valve driven by the fixed cam 9, and the solid lines E11 to E13 indicate the minimum operating angle of the exhaust valve driven by the
固定カム9の作動角は、他の気筒との排気干渉が生じない大きさに設定する。具体的には、本実施形態を適用する内燃機関毎に、排気通路内の圧力波形に基づいて設定する。例えば、直列4気筒で排気行程がクランク角180度間隔で行われる場合には、作動角が200〜220度より小さい範囲であれば排気干渉を回避できる。 The operating angle of the fixed cam 9 is set to a size that does not cause exhaust interference with other cylinders. Specifically, it sets based on the pressure waveform in an exhaust passage for every internal combustion engine to which this embodiment is applied. For example, when the exhaust stroke is performed at an interval of 180 degrees in the in-line four cylinders, the exhaust interference can be avoided if the operating angle is in a range smaller than 200 to 220 degrees.
揺動カム8の作動角は、固定カム9の作動角よりも小さい最小作動角(リフト特性E11)と、固定カム9の作動角より大きい最大作動角(リフト特性E13)と、これらの中間の大きさの中間作動角(リフト特性E12)と、を切り替え可能である。
The operating angle of the
また、揺動カム8の中心角は固定カム9の中心角よりも進角側に設定し、揺動カム8が最小作動角時におけるリフト特性E11の開弁タイミングと、固定カム9のリフト特性Iの開弁タイミングをほぼ一致させる。
Further, the central angle of the
そしてリフト特性E11〜E13の排気バルブ開タイミングは、それぞれ、機関回転速度が低速回転、中速回転、高速回転の場合に適した膨張比となるタイミングに設定する。 The exhaust valve opening timings of the lift characteristics E11 to E13 are set to timings at which the expansion ratios are suitable when the engine rotation speed is low speed rotation, medium speed rotation, and high speed rotation, respectively.
気筒全体としてみると、リフト特性E11〜E13のいずれの場合でも、最後に閉じるのは固定カム9側の排気バルブである。つまり、当該気筒の排気バルブの閉タイミングは固定カム9側の排気バルブの閉タイミングである。一方、固定カム9側の排気バルブの開タイミングは、排気バルブの開タイミングが最も遅いリフト特性E11とほぼ同じなので、当該気筒の排気バルブの開タイミングは、揺動カム8側の排気バルブのリフト特性により決まる。
Looking at the cylinder as a whole, it is the exhaust valve on the fixed cam 9 side that closes last in any of the lift characteristics E11 to E13. That is, the closing timing of the exhaust valve of the cylinder is the closing timing of the exhaust valve on the fixed cam 9 side. On the other hand, since the opening timing of the exhaust valve on the fixed cam 9 side is substantially the same as the lift characteristic E11 with the slowest opening timing of the exhaust valve, the opening timing of the exhaust valve on the cylinder is the lift timing of the exhaust valve on the
したがって、リフト特性E11〜E13を切り替えると、当該気筒の排気バルブの閉タイミングを変化させずに、開タイミングのみを変化させることになる。すなわち、クランクシャフトと駆動軸2の位相を変化させる位相可変機構を用いることなく、図1に示した作動角可変機構のみで、位相可変機構と同様に排気バルブの開タイミングを変化させることができる。 Therefore, when the lift characteristics E11 to E13 are switched, only the opening timing is changed without changing the closing timing of the exhaust valve of the cylinder. That is, the opening timing of the exhaust valve can be changed by using only the operating angle variable mechanism shown in FIG. 1 without using the phase variable mechanism that changes the phases of the crankshaft and the drive shaft 2. .
また、2本の排気バルブを同時に駆動する位相可変機構を用いる場合に比べると、オーバーラップ期間を長くした場合のポンプロスを小さくすることができる。すなわち、位相可変機構を用いる場合は、オーバーラップ期間を長くするために排気バルブ閉タイミングを遅らせると、開タイミングも遅れる。このため、オーバーラップ期間の長さによっては排気バルブ開タイミングが下死点後となり、排気を圧縮する仕事が発生してしまう。これに対して本実施形態の構成では、一方の排気バルブの閉タイミングを下死点後まで遅くしても、固定カム9側の排気バルブは下死点前に開弁するので、排気を圧縮する仕事は位相可変機構の場合に比べて小さい。 In addition, the pump loss when the overlap period is extended can be reduced as compared with the case of using a phase variable mechanism that drives two exhaust valves simultaneously. That is, when the phase variable mechanism is used, if the exhaust valve closing timing is delayed in order to lengthen the overlap period, the opening timing is also delayed. For this reason, depending on the length of the overlap period, the exhaust valve opening timing comes after the bottom dead center, and the work of compressing the exhaust occurs. On the other hand, in the configuration of this embodiment, even if the closing timing of one exhaust valve is delayed until after bottom dead center, the exhaust valve on the fixed cam 9 side opens before bottom dead center, so the exhaust is compressed. The work to be done is small compared to the case of the phase variable mechanism.
なお、作動角可変機構1の特性上、揺動カム8の作動角を小さくすればリフト量も小さくなり、作動角を大きくすればリフト量も大きくなる。
Due to the characteristics of the variable operating angle mechanism 1, the lift amount decreases as the operating angle of the
ここで、上述した各リフト特性について説明する。 Here, each lift characteristic mentioned above is demonstrated.
揺動カム8の作動角が最小のリフト特性E11では、揺動カム8側及び固定カム9側の排気バルブがほぼ同時に開弁する。そして、先に揺動カム8側の排気バルブが閉弁し、固定カム9側の排気バルブのみが開弁している状態(片弁期間II)となる。その後、吸気バルブが開弁してオーバーラップ期間となり、固定カム9側の排気バルブが閉弁する。
In the lift characteristic E11 where the operating angle of the
上記のようなリフト特性E11では、両排気バルブの開タイミングがほぼ同時なので、固定カム9側の排気バルブよりも揺動カム8側の排気バルブが早く開弁するリフト特性12及びリフト特性13と比較して、燃焼ガスが筒内に滞在する時間が長くなる。したがって、筒内温度上昇及び筒内酸化が促進される。
In the lift characteristic E11 as described above, since the opening timings of both exhaust valves are almost simultaneous, the lift characteristic 12 and the lift characteristic 13 in which the exhaust valve on the
また、片弁期間IIでは排気が固定カム9側の排気バルブからのみ排出されることで、両排気バルブから排出される場合と比較して排気ポート内の乱流強度が増すので、ポート内での酸化が促進される。 Further, in the one-valve period II, exhaust is discharged only from the exhaust valve on the fixed cam 9 side, so that the turbulence intensity in the exhaust port is increased compared to the case where the exhaust is discharged from both exhaust valves. The oxidation of is promoted.
さらに、オーバーラップ期間には、吸気通路と排気通路の圧力差等に応じて、排気ポートから筒内へ排気が還流する内部EGRや、筒内に吸気が流入する勢いで排気が排気ポートへ押し出される掃気効果が得られる。 Further, during the overlap period, the exhaust gas is pushed out to the exhaust port with an internal EGR in which the exhaust gas recirculates from the exhaust port into the cylinder or the intake air flows into the cylinder according to a pressure difference between the intake passage and the exhaust passage. Scavenging effect is obtained.
ここで、オーバーラップ期間中は片弁期間IIであり、内部EGRの場合には片方の排気ポートからのみ排気が導入されるので、両方の排気ポートから導入される場合と比較してEGRガスの乱流強度が増す。このためEGRガスは十分に攪拌された状態となり、EGR導入時の燃焼安定度を向上させることができる。また、掃気される場合は、一方の排気ポートからのみ排出されることによってポート内での酸化が促進される。 Here, the overlap period is a one-valve period II, and in the case of internal EGR, exhaust gas is introduced only from one exhaust port. Increases turbulence intensity. For this reason, EGR gas will be in the state fully stirred, and the combustion stability at the time of EGR introduction | transduction can be improved. In addition, when scavenging is performed, oxidation is promoted in the port by exhausting only from one of the exhaust ports.
その他として、他気筒の排気干渉を低減することができる。すなわち、例えば直列4気筒内燃機関のようにクランク角180度間隔で爆発する内燃機関では、排気作動角を広くとると低速時に他気筒の排気干渉を受けるおそれがある。しかし固定カム9の作動角を、排気干渉を受けない大きさに設定すれば、リフト特性E11の揺動カム8の作動角は固定カム9の作動角より小さいので、排気干渉を回避できる。その結果、筒内の残留ガスが低減されて全開域での体積効率が向上し、全開性能が向上する。
In addition, exhaust interference of other cylinders can be reduced. That is, for example, in an internal combustion engine that explodes at a crank angle interval of 180 degrees, such as an in-line four-cylinder internal combustion engine, if the exhaust operating angle is wide, there is a risk of receiving exhaust interference from other cylinders at low speeds. However, if the operating angle of the fixed cam 9 is set to a size that is not subject to exhaust interference, the operating angle of the
なお、排気ポート内での酸化が促進されれば、未燃成分が燃焼して排気の熱エネルギが増大するので、ターボ過給機付きの内燃機関の場合には、ターボ過給機の応答遅れを解消できる。 If the oxidation in the exhaust port is promoted, the unburned components are burned and the heat energy of the exhaust increases, so in the case of an internal combustion engine with a turbocharger, the response of the turbocharger is delayed. Can be eliminated.
揺動カム8の作動角が最大のリフト特性E13では、揺動カム8側の排気バルブが先に開弁し、揺動カム8側の排気バルブのみが開弁している状態(片弁期間I)となる。そして、固定カム9側の排気バルブが開弁した後は2つの排気バルブが開弁した状態となり、さらに吸気バルブが開弁してバルブオーバーラップ期間となった後、揺動カム8側及び固定カム9側の排気バルブがほぼ同時に閉弁する。
In the lift characteristic E13 with the maximum operating angle of the
上記のようなリフト特性E13では、片弁期間Iにおいてリフト特性E11の片弁期間IIと同様にポート内酸化が促進される。また、作動角可変機構1の特性上、作動角を大きくするとバルブリフト量も大きくなるので、排気バルブが開いたときの排気の流路(排気間口)がリフト特性E11、E12に比べて広くなる。このため、排気ポートの通路抵抗が低下して排気損失が低減する。 In the lift characteristic E13 as described above, in-port oxidation is promoted in the one-valve period I as in the one-valve period II of the lift characteristic E11. Further, due to the characteristics of the variable operating angle mechanism 1, since the valve lift amount increases as the operating angle increases, the exhaust flow path (exhaust front) when the exhaust valve opens is wider than the lift characteristics E11 and E12. . For this reason, the passage resistance of the exhaust port is lowered and the exhaust loss is reduced.
さらに、排気バルブの閉タイミングはそのままに開タイミングのみを進角させることができるので、筒内残留ガスの増加を招くことなく、機関運転状態に適した膨張比となる排気バルブ開タイミングを設定することができる。機関運転状態に適した膨張比にすれば、排気損失を低減し、熱効率を向上させて全開性能の向上を図ることができる。 Further, only the opening timing can be advanced without changing the closing timing of the exhaust valve, so that the exhaust valve opening timing is set to an expansion ratio suitable for the engine operating state without causing an increase in the in-cylinder residual gas. be able to. If the expansion ratio is suitable for the engine operating state, exhaust loss can be reduced, thermal efficiency can be improved, and fully open performance can be improved.
揺動カム8の作動角が最小と最大の中間のリフト特性E12にすると、揺動カム8側の排気バルブが先に開弁し、揺動カム8側の排気バルブのみが開弁している状態(片弁期間I)となる。なお、ここでの片弁期間Iは、作動角が最大であるリフト特性E3の片弁期間Iより短い。
When the lift characteristic E12 between the minimum and maximum operating angles of the
そして、固定カム9側の排気バルブが開弁した後は、2つの排気バルブが開弁した状態となる。揺動カム8側の排気バルブは吸気バルブが開弁する前に閉弁し、その後は固定カム9側の排気バルブのみが開弁した状態(片弁期間II)でオーバーラップ期間となり、固定カム9側の排気バルブも閉弁する。なお、ここでの片弁期間IIは、作動角が最小であるリフト特性E11の片弁期間IIより短い。
Then, after the exhaust valve on the fixed cam 9 side is opened, the two exhaust valves are opened. The exhaust valve on the
上記のようなリフト特性E12では、片弁期間Iにおいてポート内の乱流強化によってポート内酸化が促進される。また、片弁期間II中のオーバーラップ期間において、内部EGRの攪拌効果が得られる。さらに、リフト特性E13と同様に機関運転状態に応じた排気バルブ開タイミングを設定して全開性能の向上を図ることができる。 In the lift characteristic E12 as described above, in the one-valve period I, in-port oxidation is promoted by turbulent flow enhancement in the port. Moreover, the stirring effect of internal EGR is acquired in the overlap period in the one-valve period II. Furthermore, as with the lift characteristic E13, it is possible to improve the fully open performance by setting the exhaust valve opening timing according to the engine operating state.
次に、ECU16によるリフト特性E11〜E13の切り替え制御について図3を参照して説明する。図3は、ECU16が作動角可変機構の制御に用いる内燃機関の運転領域マップであり、縦軸は機関負荷、横軸はエンジン回転速度である。図中の実線は全負荷状態を示している。
Next, switching control of the lift characteristics E11 to E13 by the
領域Iは、始動時及びアイドル運転中(冷機時及び暖機時)の領域、領域IIは低回転低負荷で走行中の領域、領域IIIは低回転中負荷で走行中の領域、領域IVは低回転高負荷領域、領域Vは中回転高負荷領域、領域VIは高回転高負荷領域を示している。 Region I is a region during start-up and idling (cold and warm-up), region II is a region that is traveling at a low rotation and low load, region III is a region that is traveling at a low rotation and load, and region IV is A low rotation high load region, a region V indicates a medium rotation high load region, and a region VI indicates a high rotation high load region.
ECU16は、クランク角センサ17及びエアフローメータ18からの信号及びイグニッションスイッチ(図示せず)からの信号に基づいて、現在の運転領域がいずれの領域に該当するかを判断し、領域ごとにリフト特性を切り替える。
The
ECU16は、領域Iであると判断した場合にはリフト特性E11に設定する。領域Iはアイドル運転中であればHC排出量の低減が主な課題となる。さらに、始動時や冷機時のアイドル運転の場合には、燃料噴射量は増量されており、かつ筒内壁面の温度が低いので、筒内温度の昇温も課題となる。
If the
そこで、筒内酸化の促進、筒内温度上昇のためにリフト特性E11に設定する。すなわち、筒内温度を速やかに暖機終了温度まで上昇させることで始動時燃料噴射量増量を終了させること、筒内酸化の促進、及び片弁期間IIにおける排気ポート内の乱流強度増大による排気ポート内酸化の促進によってHC排出量の低減を図る。 Therefore, the lift characteristic E11 is set to promote in-cylinder oxidation and increase the in-cylinder temperature. That is, by quickly increasing the in-cylinder temperature to the warm-up end temperature, the fuel injection amount increase at the start is terminated, the in-cylinder oxidation is promoted, and the exhaust gas is increased by increasing the turbulent flow intensity in the exhaust port during the one-valve period II. Reduce HC emissions by promoting oxidation in the port.
ECU16は、領域IIと判断した場合にもリフト特性E11に設定する。領域IIは低回転低負荷領域なので、主に燃費性能の向上が課題となる。
The
そこで、内部EGRの攪拌を促進するためにリフト特性E11にする。すなわち、オーバーラップ期間が片弁期間IIと重なるようにし、内部EGRの攪拌を促進して燃焼安定度の改善を図る。領域IIは燃焼が不安定になりがちなのでEGR量を増やすことが難しい領域であるが、上記のように燃焼安定性を改善すれば、より多くの内部EGRを導入することができ、その結果ポンプロスが低減し、比熱比が向上するので、燃費性能が向上するからである。 Therefore, the lift characteristic E11 is used to promote the stirring of the internal EGR. That is, the overlap period overlaps with the one-valve period II, and the stirring of the internal EGR is promoted to improve the combustion stability. Region II is a region where it is difficult to increase the amount of EGR because combustion tends to become unstable. However, if the combustion stability is improved as described above, more internal EGR can be introduced, resulting in pump loss. This is because the fuel efficiency is improved since the specific heat ratio is improved.
ECU16は、領域IIIであると判断した場合にはリフト特性E12に設定する。領域IIIは低回転中負荷領域であり、領域IIと同様に主に燃費性能の向上が課題となる。ただし、領域IIに比べて負荷が大きい分だけ吸気量が多くなるので、排出する燃焼ガス量も多くなる。なお、吸気量が多くなると燃焼速度が速くなるので、領域IIに比べれば燃焼安定性が高く、多くのEGRガスを導入できる。
If the
そこで、片弁期間IIによる内部EGRの攪拌促進と、リフト特性E11よりも大きな作動角及びリフト量でより多くの燃焼ガスを排出するために、リフト特性E12に設定する。 Therefore, in order to accelerate the stirring of the internal EGR by the one-valve period II and to discharge more combustion gas at a larger operating angle and lift amount than the lift characteristic E11, the lift characteristic E12 is set.
ECU16は、領域IVであると判断した場合にはリフト特性E11に設定する。領域IVは、例えば加速の過渡状態のような低回転高負荷領域なので、全開性能の向上が主な課題となる。
The
そこで、膨張比の適正化及びオーバーラップ期間の掃気効果を得るためにリフト特性E11に設定する。すなわち、排気バルブの開タイミングを遅くして低回転領域に適した膨張比とすることで、筒内の残留ガス量及び排気損失を低減し、さらにオーバーラップ期間中の掃気効果も活用することで、熱効率を向上させて全開性能を向上させる。 Therefore, the lift characteristic E11 is set to optimize the expansion ratio and obtain the scavenging effect during the overlap period. In other words, by delaying the opening timing of the exhaust valve to make the expansion ratio suitable for the low rotation region, the residual gas amount in the cylinder and the exhaust loss are reduced, and further, the scavenging effect during the overlap period is also utilized. , Improve thermal efficiency and improve full-open performance.
また、気筒全体として見た場合の排気バルブ閉タイミングは固定カム9側の排気バルブの閉タイミングなので、他気筒との排気干渉を回避でき、さらに片弁期間II中のEGRガスの攪拌効果により燃焼安定性が改善するので、加速の過渡状態において加速性能を向上できる。 Further, since the exhaust valve closing timing when viewed as the whole cylinder is the closing timing of the exhaust valve on the fixed cam 9 side, it is possible to avoid exhaust interference with other cylinders, and furthermore, combustion by the stirring effect of EGR gas during the one-valve period II Since stability is improved, acceleration performance can be improved in a transient state of acceleration.
ECU16は、領域Vであると判断した場合にはリフト特性E12に設定する。領域Vは中回転高負荷領域なので、全開性能の向上が主な課題となる。
If the
そこで、膨張比の適正化のためにリフト特性E12に設定する。すなわち、中速回転時に適した膨張比となるような排気バルブ開タイミングにすることで、筒内の残留ガス及び排気損失を低減して熱効率を向上させ、全開性能の向上を図る。 Therefore, the lift characteristic E12 is set to optimize the expansion ratio. That is, by setting the exhaust valve opening timing so as to have an expansion ratio suitable for medium speed rotation, the residual gas in the cylinder and the exhaust loss are reduced, the thermal efficiency is improved, and the full opening performance is improved.
ECU16は、領域VIであると判断した場合にはリフト特性E13に設定する。領域VIは高回転高負荷領域なので、全開性能の向上が主な課題となる。
When the
そこで、膨張比の適正化及び排気間口拡大のためにリフト特性E13に設定する。すなわち、高速回転時に適した膨張比となるような排気バルブ開タイミングにすることで、筒内の残留ガス及び排気損失を低減して熱効率を向上させ、さらにバルブリフト量を大きくして排気間口を拡大することで、全開性能の向上を図る。 Therefore, the lift characteristic E13 is set to optimize the expansion ratio and expand the exhaust port. In other words, by setting the exhaust valve opening timing so as to achieve an expansion ratio suitable for high-speed rotation, the residual gas in the cylinder and the exhaust loss are reduced to improve the thermal efficiency, and the valve lift amount is increased to increase the exhaust port. By expanding, it will improve the fully open performance.
なお、上述した領域以外の領域については、本実施形態を適用する車両に対して、その領域でどのような性能を重視するのか、例えば燃費性能、出力性能または排気性能のいずれを重視するのかに応じてリフト特性E11〜E13のいずれを選択するかを設定する。 For areas other than the above-described areas, what kind of performance should be emphasized in the area for the vehicle to which this embodiment is applied, for example, which of fuel efficiency performance, output performance, or exhaust performance is prioritized? Accordingly, it is set which of the lift characteristics E11 to E13 is selected.
以上により本実施形態では、次のような効果が得られる。 As described above, in the present embodiment, the following effects can be obtained.
(1)排気2弁式内燃機関において、一方の排気バルブは排気干渉を回避し得るリフト特性の固定カム9により駆動し、他方の排気バルブは固定カム9の作動角より小さい小作動角から固定カム9の作動角より大きい大作動角の間で作動角を変化させ得る作動角可変機構1を備える揺動カム8により駆動する。そして、最小作動角時には揺動カム8の開閉タイミングはいずれも固定カム9の開タイミングから閉タイミングの間にある。これにより、最小作動角時には、固定カム9側の排気バルブが開弁し揺動カム8側の排気バルブが閉弁している期間が生じ、この期間中は排気ポート内の排気の乱流強度が強まる。その結果、排気ポート内酸化の促進または内部EGRの攪拌促進といった効果が得られる。また、揺動カム8が最小作動角の場合には、排気干渉を回避することができる。
(1) In an exhaust two-valve internal combustion engine, one exhaust valve is driven by a fixed cam 9 having a lift characteristic that can avoid exhaust interference, and the other exhaust valve is fixed from a small operating angle smaller than the operating angle of the fixed cam 9. It is driven by a
(2)揺動カム8の中心角位置が固定カム9の中心角位置よりも進角側にあるので、揺動カム8側の排気バルブが閉じた後、固定カム9側の排気バルブのみが開いている片弁期間IIが生じ、排気ポート内での酸化が促進される。
(2) Since the center angle position of the
(3)作動角可変機構1は、低回転高負荷領域の場合には、揺動カム8の作動角が固定カム9の作動角以下になるように、高回転高負荷領域の場合には揺動カム8の作動角を固定カム9の作動角よりも大きくなるようにリフト特性を変化させる。これにより、加速の過渡状態(低回転高負荷領域)において、気筒全体としてみたときの排気バルブ閉タイミングは固定カム9の閉タイミングなので、排気干渉を抑制できる。また、片弁期間II中の内部EGRの攪拌が促進されることで燃焼安定性が向上する。これら排気干渉の抑制及び燃焼安定性の向上により、加速性能の向上を図ることができる。さらに、最大作動角時の開タイミングを高回転高負荷領域に適した膨張比に設定すれば、当該領域では筒内残留ガスの低減、排気損失の低減等により全開性能が向上する。したがって、加速性能と全開性能を両立することができる。
(3) The variable operating angle mechanism 1 is configured so that the operating angle of the
(4)作動角可変機構1は、冷機運転中は固定カム9の開タイミングが揺動カム8の開タイミングより早く、高回転高負荷領域では揺動カム8の開タイミングが固定カム9の開タイミングより早くなるようにリフト特性を変化させる。そして、揺動カム8の中心角位置が固定カム9の中心角位置よりも進角側にある。これにより、冷機運転中には排気バルブ開タイミングが相対的に遅くなるので燃焼ガスの筒内酸化が促進され、これにより筒内温度の上昇が促進され、またHC排出量が低減する。一方、高回転高負荷領域では上記(3)と同様に全開性能が向上する。
(4) In the variable operating angle mechanism 1, the opening timing of the fixed cam 9 is earlier than the opening timing of the
なお、上記説明では、機関回転速度及び負荷をそれぞれ3つの領域に分け、領域に応じて3種類のリフト特性を切り替える構成であったが、領域をより細かく分けて、これに応じた3種類以上のリフト特性を切り替えるように、または連続的に変化させるようにしてもよい。 In the above description, the engine rotational speed and the load are each divided into three regions, and the three types of lift characteristics are switched according to the regions. However, the regions are further divided into three or more types according to this. The lift characteristics may be switched or continuously changed.
また、上述したように、本実施形態では位相可変機構を備えなくても排気バルブの開閉タイミングを変化させることができ、位相可変機構を備える場合と同様の効果が得られる。しかし、位相可変機構を設けて、排気バルブの開閉タイミングをより幅広く変化させるようにしてもよい。 Further, as described above, in the present embodiment, the opening / closing timing of the exhaust valve can be changed without providing the phase variable mechanism, and the same effect as that provided with the phase variable mechanism can be obtained. However, a phase variable mechanism may be provided to change the opening / closing timing of the exhaust valve more widely.
第2実施形態について説明する。 A second embodiment will be described.
本実施形態では、作動角可変機構1の構成は基本的に第1実施形態と同様の構成であるが、揺動カム8側と固定カム9側の排気バルブのリフト特性が異なる。
In this embodiment, the configuration of the operating angle variable mechanism 1 is basically the same as that of the first embodiment, but the lift characteristics of the exhaust valves on the
図4は本実施形態のリフト特性を示す図である。図中の実線Iは吸気バルブのリフト特性を示し、実線Efは固定カム9で駆動する排気バルブのリフト特性を示し、実線E21〜E23はそれぞれ揺動カム8で駆動する排気バルブの最小作動角、中間作動角、最大作動角におけるリフト特性を示している。また、図中の鎖線Cvは揺動カム8の中心角、鎖線Cfは固定カム9の中心角を示している。
FIG. 4 is a diagram showing the lift characteristics of this embodiment. The solid line I in the figure indicates the lift characteristic of the intake valve, the solid line Ef indicates the lift characteristic of the exhaust valve driven by the fixed cam 9, and the solid lines E21 to E23 indicate the minimum operating angle of the exhaust valve driven by the
固定カム9の作動角は、オーバーラップ期間がないように、かつ、他の気筒との排気干渉が生じない大きさに設定する。 The operating angle of the fixed cam 9 is set to a size that does not cause an overlap period and does not cause exhaust interference with other cylinders.
揺動カム8の作動角は、固定カム9の作動角よりも小さい最小作動角(リフト特性E21)と、固定カム9の作動角より大きい最大作動角(リフト特性E23)と、これらの中間の大きさの中間作動角(リフト特性E22)と、を切り替え可能である。
The operating angle of the
揺動カム8の中心角は固定カム9の中心角よりも遅角側に設定し、揺動カム8が最小作動角時におけるリフト特性E21の閉弁タイミングと、固定カム9のリフト特性Iの閉弁タイミングをほぼ一致させる。
The central angle of the
リフト特性E22、E23は、オーバーラップ期間を設けるように排気バルブの閉タイミングを設定する。 The lift characteristics E22 and E23 set the closing timing of the exhaust valve so as to provide an overlap period.
気筒全体としてみると、リフト特性E21〜E23のいずれの場合でも、最初に開くのは固定カム9側の排気バルブである。つまり、当該気筒の排気バルブの開タイミングは固定カム9側の排気バルブの開タイミングである。一方、固定カム9側の排気バルブの閉タイミングは、排気バルブの閉タイミングが最も早いリフト特性E21とほぼ同じなので、当該気筒の排気バルブの閉タイミングは、揺動カム8側の排気バルブのリフト特性により決まる。
Looking at the cylinder as a whole, in any case of the lift characteristics E21 to E23, the exhaust valve on the fixed cam 9 side is first opened. That is, the opening timing of the exhaust valve of the cylinder is the opening timing of the exhaust valve on the fixed cam 9 side. On the other hand, since the closing timing of the exhaust valve on the fixed cam 9 side is substantially the same as the lift characteristic E21 with the earliest closing timing of the exhaust valve, the closing timing of the exhaust valve on the cylinder is the lift timing of the exhaust valve on the
したがって、リフト特性E21〜E23を切り替えると、位相可変機構を用いることなく、当該気筒の排気バルブの開タイミングを変化させずに閉タイミングのみを変化させることになる。 Therefore, when the lift characteristics E21 to E23 are switched, only the closing timing is changed without changing the opening timing of the exhaust valve of the cylinder without using the phase variable mechanism.
次に、上述した各リフト特性について説明する。 Next, each lift characteristic mentioned above is demonstrated.
揺動カム8の作動角が最小のリフト特性E21では、固定カム9側の排気バルブが先に開き、揺動カム8側の排気バルブが開くまでは片弁期間IIIとなる。その後両排気バルブが開いた状態となり、両排気バルブがほぼ同時に閉じる。このようなリフト特性E21では、片弁期間III中に排気ポート内の乱流強度が増すので、排気ポート内での酸化が促進される。
In the lift characteristic E21 where the operating angle of the
揺動カム8の作動角が最大のリフト特性E23では、固定カム9側の排気バルブと揺動カム8側の排気バルブがほぼ同時に開く。そして、固定カム9側の排気バルブが先に閉じて片弁期間IVとなり、片弁期間IVの途中で吸気バルブが開きオーバーラップ期間となる。このようなリフト特性E23では、内部EGR導入時には片弁期間IVになっており、導入ガスの攪拌が促進される。なお、揺動カム8側の排気バルブの閉タイミングを、片弁期間IV中に他気筒との排気干渉を受けるようなタイミングに設定することで、内部EGR量の増大を図ることができる。
In the lift characteristic E23 where the operating angle of the
一方、オーバーラップ期間中に掃気される場合は、一方の排気ポートからのみ排出されることによってポート内での酸化が促進される。 On the other hand, when scavenging is performed during the overlap period, oxidation in the port is promoted by exhausting only from one exhaust port.
また、作動角を大きくするとバルブリフト量も大きくなるので、排気間口が大きくなって排気の通路抵抗が低減する。 Further, when the operating angle is increased, the valve lift amount is also increased, so that the exhaust opening becomes larger and the exhaust passage resistance is reduced.
揺動カム8の作動角が最大と最小の中間であるリフト特性E22では、固定カム9側の排気バルブが先に開いて片弁期間IIIとなる。その後、両排気バルブが開いた状態を経て固定カム9側の排気バルブが先に閉じて片弁期間IVとなる。そして、オーバーラップ期間となってから揺動カム8側の排気バルブが閉じる。このようなリフト特性E22では、内部EGR導入時には片弁期間IVになっており、導入ガスの攪拌が促進される。また、リフト特性E23と同様に排気干渉による内部EGR量増大効果も得られる。
In the lift characteristic E22 in which the operating angle of the
次に、ECU16によるリフト特性E21〜E23の切り替え制御について図3を参照して説明する。領域I〜領域VIは第1実施形態と同様である。
Next, switching control of the lift characteristics E21 to E23 by the
ECU16は、領域Iであると判断した場合には、リフト特性E21に設定する。領域Iは始動時またはアイドル運転中の領域なので、HC排出量の低減や筒内温度の昇温が主な課題となる。そこで、片弁期間III中の排気ポート内の乱流強度増大による酸化促進を図るためにリフト特性E21に設定する。
If the
ECU16は、領域IIであると判断した場合には、リフト特性E22に設定する。領域IIは低回転低負荷領域であって、燃費性能の向上が主な課題となる。
If the
そこで、内部EGR量の増加及び攪拌のためにリフト特性E22に設定する。すなわち、揺動カム8側の排気バルブの閉タイミングを遅らせることで排気干渉を起こさせて内部EGR量を増加させ、片弁期間IVにおける内部EGRの攪拌作用によって燃焼安定性を向上させる。これによりポンプロス低減及び比熱比向上による燃費性能向上を図る。
Therefore, the lift characteristic E22 is set for increasing the internal EGR amount and stirring. That is, by delaying the closing timing of the exhaust valve on the
なお、リフト特性E23としてもよい。バルブオーバーラップ期間の長さ、つまり内部EGRの導入量に相違があるが、基本的に得られる効果は同様だからである。 The lift characteristic E23 may be used. This is because there is a difference in the length of the valve overlap period, that is, the amount of internal EGR introduced, but basically the same effect is obtained.
ECU16は、領域IIIであると判断した場合には、リフト特性E23に設定する。領域IIIは低回転中負荷領域なので、燃費性能の向上が主な課題となる。
When the
そこで、領域IIの場合と同様に、内部EGR量を増加させつつ燃焼安定性を確保することで燃費性能を向上させるためにリフト特性E23に設定する。なお、リフト特性E22としてもよい。バルブオーバーラップ期間の長さ、つまり内部EGRの導入量に相違があるが、基本的に得られる効果は同様だからである。 Therefore, as in the case of the region II, the lift characteristic E23 is set in order to improve the fuel efficiency by ensuring the combustion stability while increasing the internal EGR amount. The lift characteristic E22 may be used. This is because there is a difference in the length of the valve overlap period, that is, the amount of internal EGR introduced, but basically the same effect is obtained.
ECU16は、領域IVであると判断した場合には、リフト特性E23に設定する。領域IVは低回転高負荷領域なので、全開性能の向上が主な課題となる。
If the
そこで、オーバーラップ期間の掃気効果による筒内残留ガス量の低減を図るため、リフト特性E23に設定する。すなわち、オーバーラップ期間による掃気効果で筒内残留ガスを低減することで、ノッキングが発生し難い条件にし、かつ吸入空気量を増加させて、より高い出力を発生させる。 Therefore, the lift characteristic E23 is set in order to reduce the in-cylinder residual gas amount due to the scavenging effect during the overlap period. That is, by reducing the residual gas in the cylinder due to the scavenging effect due to the overlap period, a condition in which knocking does not easily occur and the intake air amount is increased to generate a higher output.
なお、リフト特性E22としてもよい。バルブオーバーラップ期間の長さ、つまり内部EGRの導入量に相違があるが、基本的に得られる効果は同様だからである。 The lift characteristic E22 may be used. This is because there is a difference in the length of the valve overlap period, that is, the amount of internal EGR introduced, but basically the same effect is obtained.
ECU16が領域Vであると判断した場合には、リフト特性E22に設定する。領域Vは中回転高負荷領域なので、全開性能の向上が主な課題となる。
If the
そこで、排気工程時間を確保するためにリフト特性E22に設定する。気筒全体としてみると、排気工程は固定カム9側の排気バルブが開いたときに始まり、揺動カム8側の排気バルブが閉じたときに終了する。したがって、揺動カム8側の排気バルブの閉タイミングが固定カム9側の排気バルブの閉タイミングより遅いリフト特性E22にすることで、排気工程時間をより長くすることができる。これにより、筒内残留ガス量を低減して全開性能の向上が図れる。
Therefore, the lift characteristic E22 is set to secure the exhaust process time. In terms of the cylinder as a whole, the exhaust process starts when the exhaust valve on the fixed cam 9 side opens, and ends when the exhaust valve on the
なお、リフト特性E22の閉タイミングは、チョーク時間を考慮して設定する必要がある。 Note that the closing timing of the lift characteristic E22 needs to be set in consideration of the choke time.
ECU16が領域VIであると判断した場合には、リフト特性E23に設定する。領域VIは高回転高負荷領域なので、全開性能の向上が主な課題となる。
If the
そこで、排気間口を拡大させるためにリフト特性E23に設定する。すなわち、排気間口を拡大することによって通路抵抗を低下させて排気損失を低減し、全開性能の向上を図る。 Therefore, the lift characteristic E23 is set to enlarge the exhaust port. That is, by expanding the exhaust opening, the passage resistance is reduced to reduce exhaust loss, and the fully open performance is improved.
その他の領域については、第1実施形態と同様に、適用する車両に要求される性能に応じていずれかのリフト特性を選択する。 For other regions, as in the first embodiment, one of the lift characteristics is selected according to the performance required for the vehicle to be applied.
以上により本実施形態では、第1実施形態と同様の効果に加えて、さらに次のような効果が得られる。 As described above, in this embodiment, in addition to the same effects as those of the first embodiment, the following effects can be further obtained.
(4)揺動カム8の中心角位置が固定カム9の中心角位置よりも遅角側にあるので、最小作動角時には固定カム9側の排気バルブのみが開いている片弁期間IIIが生じて排気ポート内の乱流強度が上昇し、これによりポート内酸化が促進されてHC排出量が低減する。また、最大作動角時には揺動カム8側の排気バルブのみが開いている片弁期間IVが生じるので、揺動カム8の閉タイミングを排気干渉が生じるタイミングに設定すれば、排気干渉によって内部EGR量が増加する。さらに、このとき一方の排気ポートから流入するので、EGRガスの攪拌が促進されて燃焼安定性が向上する。したがって、内部EGRによる燃費改善効果が望める。
(4) Since the center angle position of the
第3実施形態について説明する。 A third embodiment will be described.
本実施形態では、作動角可変機構1の構成は基本的に第1実施形態と同様の構成であるが、揺動カム8側と固定カム9側の排気バルブのリフト特性が異なる。
In this embodiment, the configuration of the operating angle variable mechanism 1 is basically the same as that of the first embodiment, but the lift characteristics of the exhaust valves on the
図5は本実施形態のリフト特性を示す図である。図中の実線Iは吸気バルブのリフト特性を示し、実線Efは固定カム9で駆動する排気バルブのリフト特性を示し、実線E31〜E33はそれぞれ揺動カム8で駆動する排気バルブの最小作動角、中間作動角、最大作動角におけるリフト特性を示している。また、図中の鎖線Cvは揺動カム8の中心角、鎖線Cfは固定カム9の中心角を示している。
FIG. 5 is a diagram showing the lift characteristics of this embodiment. The solid line I in the figure indicates the lift characteristic of the intake valve, the solid line Ef indicates the lift characteristic of the exhaust valve driven by the fixed cam 9, and the solid lines E31 to E33 indicate the minimum operating angle of the exhaust valve driven by the
固定カム9の作動角は、オーバーラップ期間が有るように、かつ、他の気筒との排気干渉が生じない大きさに設定する。 The operating angle of the fixed cam 9 is set so as to have an overlap period and not to cause exhaust interference with other cylinders.
揺動カム8の作動角は、固定カム9の作動角よりも小さい最小作動角(リフト特性E31)と、固定カム9の作動角より大きい最大作動角(リフト特性E33)と、これらの中間の大きさの中間作動角(リフト特性E32)と、を切り替え可能である。
The operating angle of the
揺動カム8の中心角は固定カム9の中心角と一致するよう設定し、リフト特性E32の開閉タイミングと、固定カム9のリフト特性Iの開閉タイミングを一致させる。
The center angle of the
気筒全体としてみると、リフト特性E33の場合には最初に開くのも最後に閉じるのも揺動カム8側の排気バルブである。リフト特性E32の場合には、両排気バルブは同じタイミングで開閉する。リフト特性E31の場合には、最初に開くのも最後に閉じるのも固定カム9側の排気バルブである。すなわち、リフト特性E31〜E33を切り替えることで、位相可変機構を用いることなく、当該気筒の排気バルブ開閉タイミングを変化させることができる。
Looking at the entire cylinder, in the case of the lift characteristic E33, the exhaust valve on the
次に、上述した各リフト特性について説明する。 Next, each lift characteristic mentioned above is demonstrated.
揺動カム8の作動角が最小のリフト特性E31では、固定カム9側の排気バルブが先に開き、揺動カム8側の排気バルブが開くまでは片弁期間Vとなる。その後両排気バルブが開いた状態となり、揺動カム8側の排気バルブが先に閉じて固定カム9側の排気バルブのみが開いた片弁期間VIとなる。そして吸気バルブが開いてオーバーラップ期間となった後、固定カム9側の排気バルブは閉じる。
In the lift characteristic E31 in which the operating angle of the
このようなリフト特性E31では、片弁期間V、VI中に排気ポート内の乱流強度が増すので、排気ポート内での酸化が促進される。また、オーバーラップ期間が小さいので筒内残留ガス量も少なくなり、例えば冷機始動時等における燃焼安定性を確保できる。さらに、内部EGR導入時には片弁期間VIになっており、導入ガスの攪拌が促進される。 In such a lift characteristic E31, since the turbulent flow intensity in the exhaust port increases during the one-valve periods V and VI, the oxidation in the exhaust port is promoted. Further, since the overlap period is short, the amount of residual gas in the cylinder is also reduced, and for example, combustion stability at the time of cold start can be ensured. Further, when the internal EGR is introduced, the one-valve period VI is established, and the stirring of the introduced gas is promoted.
揺動カム8の作動角が最大のリフト特性E33では、揺動カム8側の排気バルブが先に開いて片弁期間Vとなる。その後、両排気バルブが開いた状態となり、固定カム9側の排気バルブが先に閉じて、揺動カム8側の排気バルブのみが開いた片弁期間VIとなる。そして吸気バルブが開いてオーバーラップ期間となった後、揺動カム8側の排気バルブは閉じる。
In the lift characteristic E33 in which the operating angle of the
このようなリフト特性E33では、内部EGR導入時には片弁期間VIとなっており、EGRガスの攪拌が促進される。また、揺動カム8側の排気バルブの開タイミングを機関回転速度に適した膨張比となるタイミングに設定することで、筒内残留ガスを低減し、かつ排気損失を低減することができる。
In such a lift characteristic E33, when the internal EGR is introduced, the one-valve period VI is established, and the stirring of the EGR gas is promoted. In addition, by setting the opening timing of the exhaust valve on the
揺動カム8の作動角が最大と最小の中間であるリフト特性E32では、両排気バルブがほぼ同様のタイミングで開閉する。このようなリフト特性E32では、オーバーラップ期間の長さを掃気効果が高くなるように設定することで、筒内残留ガス量を低減し、かつ吸気の充填効率を高めることができる。また、排気バルブの開タイミングを機関回転速度に適した膨張比となるタイミングに設定することで、筒内残留ガスを低減し、かつ排気損失を低減することができる。
In the lift characteristic E32 where the operating angle of the
次に、ECU16によるリフト特性E31〜E33の切り替え制御について図3を参照して説明する。領域I〜領域VIは第1実施形態と同様である。
Next, switching control of the lift characteristics E31 to E33 by the
ECU16は、領域Iであると判断した場合には、リフト特性E31に設定する。領域Iは始動時及びアイドル運転中の領域なので、HC排出量の低減が主な課題となる。
If the
そこで、片弁期間VI中の排気ポート内の乱流強度増大を図るために、リフト特性E31に設定する。すなわち、乱流強度を増大させることで外気ポート内での酸化を促進してHC排出量を低減させる。また、リフト特性E31はリフト特性E31〜E33でオーバーラップ期間が最も短いので、筒内残留ガス量が最も少なくなる。このため、始動性が向上する。 Therefore, in order to increase the turbulence intensity in the exhaust port during the one-valve period VI, the lift characteristic E31 is set. That is, by increasing the turbulence intensity, the oxidation in the outside air port is promoted to reduce the HC emission amount. Further, the lift characteristic E31 is the lift characteristics E31 to E33, and the overlap period is the shortest, so the cylinder residual gas amount is the smallest. For this reason, startability improves.
ECU16は、領域IIであると判断した場合には、リフト特性E31に設定する。領域IIは低回転低負荷領域低回転低負荷領域であって、燃費性能の向上が主な課題となる。
If the
そこで、内部EGRの攪拌のためにリフト特性E31に設定する。すなわち、片弁期間VI中にEGRガスの攪拌を促進することで、燃焼安定性を向上させてより多くのEGRガスの導入を可能にして、ポンプロスを低減し比熱比を向上させて燃費性能の向上を図る。 Therefore, the lift characteristic E31 is set for stirring the internal EGR. That is, by promoting the stirring of the EGR gas during the one-valve period VI, the combustion stability is improved and more EGR gas can be introduced, the pump loss is reduced, the specific heat ratio is improved, and the fuel efficiency performance is improved. Improve.
なお、ここでは片弁期間VIの長さがリフト特性E31と同じリフト特性E32に設定してもよい。また、リフト特性E33に設定してもよい。同様に内部EGRの攪拌効果が得られるからである。 Here, the length of the one-valve period VI may be set to the same lift characteristic E32 as the lift characteristic E31. Moreover, you may set to the lift characteristic E33. It is because the stirring effect of internal EGR is obtained similarly.
ECU16は、領域IIIであると判断した場合には、リフト特性E33に設定する。
領域IIIは低回転中負荷領域なので、燃費性能の向上が主な課題となる。
If the
Since the region III is a low-revolution mid-load region, improvement in fuel efficiency is a major issue.
そこで、内部EGR量を増加させつつ燃焼安定性を確保するためにリフト特性E33に設定する。すなわち、揺動カム8側の排気バルブの閉タイミングを遅らせることで排気干渉を起こさせて内部EGR量を増加させ、片弁期間IVにおける内部EGRの攪拌作用によって燃焼安定性を向上させる。これによりポンプロス低減及び比熱比向上による燃費性能向上を図ることができる。
Therefore, the lift characteristic E33 is set in order to ensure combustion stability while increasing the internal EGR amount. That is, by delaying the closing timing of the exhaust valve on the
ECU16は、領域IVであると判断した場合には、リフト特性E32に設定する。領域IVは、低回転高負荷領域なので、全開性能の向上が主な課題となる。
If the
そこで、オーバーラップ期間の掃気効果による筒内残留ガス量の低減を図るため、リフト特性E32に設定する。すなわち、オーバーラップ期間による掃気効果で筒内残留ガスが低減すれば、ノッキングが発生しにくくなり、かつ吸入空気量も増加するので、より高い出力を発生することができるからである。 Therefore, the lift characteristic E32 is set to reduce the in-cylinder residual gas amount due to the scavenging effect during the overlap period. That is, if the in-cylinder residual gas is reduced by the scavenging effect due to the overlap period, knocking is less likely to occur and the amount of intake air is increased, so that a higher output can be generated.
ECU16は、領域Vであると判断した場合には、リフト特性E32に設定する。領域Vは中回転高負荷領域なので、全開性能の向上が主な課題となる。
If the
そこで、膨張比の適正化のためにリフト特性E32に設定する。すなわち、中速回転時に適した膨張比となる排気バルブ開タイミングにすることで、筒内の残留ガス及び排気損失を低減して熱効率を向上させ、全開性能の向上を図る。 Therefore, the lift characteristic E32 is set to optimize the expansion ratio. That is, by setting the exhaust valve opening timing at an expansion ratio suitable for medium speed rotation, the residual gas in the cylinder and the exhaust loss are reduced, the thermal efficiency is improved, and the full opening performance is improved.
ECU16は、領域VIであると判断した場合には、リフト特性E33に設定する。領域VIは高回転高負荷領域なので、全開性能の向上が主な課題となる。
When the
そこで、膨張比の適正化及び排気間口拡大のためにリフト特性E33に設定する。すなわち、高速回転時に適した膨張比となる排気バルブ開タイミングにすることで、筒内の残留ガス及び排気損失を低減して熱効率を向上させ、さらにバルブリフト量を大きくして排気間口を拡大することで、全開性能の向上を図る。 Therefore, the lift characteristic E33 is set to optimize the expansion ratio and expand the exhaust port. In other words, by setting the exhaust valve opening timing at an expansion ratio suitable for high-speed rotation, the residual gas and exhaust loss in the cylinder are reduced to improve the thermal efficiency, and the valve lift is increased to expand the exhaust port. This will improve the fully open performance.
以上により本実施形態でも第1実施形態と同様の効果が得られる。 As described above, this embodiment can provide the same effects as those of the first embodiment.
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で様々な変更を成し得ることは言うまでもない。例えば、上述した説明では、揺動カム8の作動角を最小作動角、中間作動角、及び最大作動角に切り替える制御について説明したが、作動角を連続可変的に制御するようにしてもよい。
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and it goes without saying that various modifications can be made within the scope of the technical idea described in the claims. For example, in the above description, control for switching the operating angle of the
1 作動角可変機構
2 駆動軸
3 偏心カム
4 第1リンク
5 制御軸
6 ロッカーアーム
7 第2リンク
8 揺動カム
9 固定カム
10 連結ピン
11 連結ピン
12 ロックボルト
13 ギヤ
14 アクチュエータ
15 ピニオンギヤ
16 エンジンコントロールユニット(ECU)
17 クランク角センサ
18 エアフローメータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Operating angle variable mechanism 2
17
Claims (5)
一方の排気バルブは作動角が一定の固定カムにより駆動し、
他方の排気バルブは前記固定カムの作動角より小さい小作動角から前記固定カムの作動角より大きい大作動角の間で作動角を変化させ得る作動角可変機構を備える可変カムにより駆動し、
前記小作動角時には前記可変カムの開タイミング又は閉タイミングの少なくとも一方は前記固定カムの開タイミングから閉タイミングの間にあり、
前記作動角可変機構は、内燃機関の運転領域が低回転高負荷領域の場合には、前記可変カムの作動角が前記固定カムの作動角以下になるように、高回転高負荷領域の場合には前記可変カムの作動角を前記固定カムの作動角よりも大きくなるようにリフト特性を変化させることを特徴とする内燃機関。 In an internal combustion engine with two exhaust valves per cylinder,
One exhaust valve is driven by a fixed cam with a constant operating angle,
The other exhaust valve is driven by a variable cam having an operating angle variable mechanism capable of changing an operating angle between a small operating angle smaller than the operating angle of the fixed cam and a large operating angle larger than the operating angle of the fixed cam.
Ri at least one of near-between closing timing from the open timing of the fixed cam of the on time of a small operating angle opening timing or closing timing of the variable cam,
When the operating range of the internal combustion engine is a low rotation and high load range, the variable operating angle mechanism is configured so that the operating angle of the variable cam is equal to or less than the operating angle of the fixed cam. The internal combustion engine , wherein the lift characteristic is changed so that the operating angle of the variable cam is larger than the operating angle of the fixed cam .
一方の排気バルブは他気筒との排気干渉を回避し得るリフト特性に設定した固定カムにより駆動し、
他方の排気バルブは前記固定カムの閉タイミングより小作動角時には進角側で閉じ、大作動角時には遅角側で閉じる、又は、他方の排気バルブは前記固定カムの開タイミングより小作動角時には遅角側で開き、大作動角時には進角側で開き得る作動角可変機構を備える可変カムにより駆動することを特徴とする内燃機関。 In an internal combustion engine with two exhaust valves per cylinder,
One exhaust valve is driven by a fixed cam set to lift characteristics that can avoid exhaust interference with other cylinders,
The other exhaust valve closes on the advance side when the operating angle is smaller than the closing timing of the fixed cam, and closes on the retarded side when the operating angle is larger, or the other exhaust valve operates when the operating angle is smaller than the opening timing of the fixed cam. An internal combustion engine that is driven by a variable cam provided with a variable operating angle mechanism that opens on the retard side and opens on the advanced side when the operating angle is large.
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