JPH05306637A - 内燃機関の吸気装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】内燃機関の運転領域毎の吸気特性の改善とデポ
ジットによる運転不良を防止する。 【構成】低中回転低負荷領域では、気筒毎の２つの吸気
弁１Ａ，１Ｂのうち吸気弁１Ｂの作動を停止して吸気ス
ワールを強化し、低中回転高負荷領域では２弁を低リフ
ト・小作用角で作動させて吸気充填効率を高め、高回転
領域では２弁を高リフト・大作用角で作動させて吸気充
填効率を高める。また、アイドル領域では２弁を同時作
動させて、作動停止時に吸気弁近傍に付着するデポジッ
トの成長を抑制し、デポジットによる吸気抵抗増大に伴
う出力低下や燃焼性不良を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の吸気装置に
関し、特に吸気弁の作動を制御する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関において燃費やトルク特性の改
善を図った吸気装置として、気筒毎に２つの吸気弁を備
え、低回転域では一方の吸気弁の作動を停止し他方の吸
気弁のみを作動させることにより、吸気スワールを発生
させて混合気の混合性を高め、以て燃費を改善し、高回
転域では２つの吸気弁共に作動させて吸気充填効率を高
め、高いトルクを得られるようにしたものがある (特開
昭５９−２２９００８号公報等参照) 。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
従来の吸気装置においては、低速でしか走行しないよう
な走行状態が所定期間以上継続すると、作動を停止して
いる吸気弁の開口部近傍に堆積したデポジットが成長
し、その後高速域に移行して開閉作動される際に大量の
デポジットが吸気ポートの開口面積を低減させて吸入空
気量を十分確保できずトルクが低下したり、吸気弁と弁
座との間に入り込んで気密不良に至るという問題点があ
った。

【０００４】本発明は、このような従来の問題点に鑑み
なされたもので、気筒毎に備えられる２つの吸気弁の作
動を適切に制御することにより、燃費，トルク特性を良
好に確保しつつデポジットの成長を抑制して上記問題を
解決した内燃機関の吸気装置を提供することを目的とす
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】このため本発明は、気筒
毎に２つの吸気弁を備えると共に、該２つの吸気弁のリ
フト・作用角特性を２段階に変化させる可変動弁機構
と、一方の吸気弁の作動を停止させる弁作動停止機構
と、を備えた内燃機関の吸気装置において、機関の回転
速度を検出する回転速度検出手段と、機関の負荷を検出
する負荷検出手段と、アイドル域では前記２つの吸気弁
を作動させ、アイドル域以外の低回転・低負荷域では一
方の吸気弁の作動を停止して他方の吸気弁のみ作動さ
せ、低回転・高負荷域では２つの吸気弁を低リフト・小
作用角の特性で作動させ、高回転域では高リフト・大作
用角の特性で作動させるように前記可変動弁機構を制御
する動弁機構制御手段と、を含んで構成した。

【０００６】

【作用】アイドル域以外の低回転・低負荷域では一方の
吸気弁の作動を停止して他方の吸気弁のみ作動させるこ
とにより、燃料供給量が少なくとも吸気スワールを発生
させて燃料と空気との混合性を良くすることにより燃焼
性を向上させ、燃費の向上を図る。

【０００７】低回転・高負荷域では、高負荷の要求に応
じて２つの吸気弁を作動させて吸気ポートの開口面積を
確保すると同時に、吸気の慣性が小さいので２つの吸気
弁を低リフト・小作用角の特性で作動させることにより
吸気充填効率を高めるようにする。高回転域では、吸気
の慣性が大きいので、２つの吸気弁を高リフト・大作用
角の特性で作動させて吸気充填効率を確保し、最大出力
を十分大きく確保できるようにする。

【０００８】また、アイドル域では２つの吸気弁を作動
させることにより、渋滞時等で低速走行が長時間継続す
るような場合でも、吸気弁が閉状態に長時間保持される
ことがなく、閉弁時に吸気弁近傍に堆積したデポジット
が少量のうちにアイドル域で燃焼除去され、デポジット
の成長が抑制される。

【０００９】

【実施例】以下に、本発明の実施例を図に基づいて説明
する。一実施例の構成を示す図１〜図５において、内燃
機関は、各気筒毎に２つの吸気弁１Ａ，１Ｂを備えると
共に、これら吸気弁１Ａ，１Ｂのリフト・作用角特性を
夫々２段階に変化させ、かつ、一方の吸気弁１Ｂの作動
を停止可能な可変動弁機構を備えている。

【００１０】前記可変動弁機構について説明すると、図
示しないシリンダヘッドに配設されたメインロッカシャ
フト２にメインロッカアーム３の一端部が回転自由に軸
支されており、該メインロッカアーム３の中央部には、
メインロッカシャフトローラ４が玉軸受５を介してメイ
ンロッカアーム３に固定されたシャフト６に回転自由に
軸支されると共に、サブロッカアーム７がメインロッカ
アーム３に固定されたシャフト８に揺動自由に軸支され
ている。前記メインロッカシャフトローラ４はメインロ
ッカシャフト２と平行に配設されたカムシャフトに形成
された低リフト・小作用角特性用カム９に係合し、前記
サブロッカアーム２は、前記カムシャフトに形成された
高リフト・大作用角特性用カム10に係合している。

【００１１】また、サブロッカアーム７をスプリング11
の付勢力でメインロッカシャフト３方向に付勢するプラ
ンジャ12がメインロッカアーム３に形成された孔13内を
摺動自由に嵌挿保持されている。サブロッカアーム７の
揺動側端部にはメインロッカシャフト２の軸方向に貫通
する孔14が開口され、メインロッカアーム１の前記孔14
に対向する両側壁部分にはサブロッカアーム７の所定の
揺動角位置で前記孔14に重合する孔15，16が開口されて
いる。これら孔14と孔15，16とが重合された状態で孔1
4，15，16内を軸方向摺動自由な第１〜第３のプランジ
ャ17，18，19及び排油孔付ストッパ20が嵌合され、第３
のプランジャ19端面の凹部とストッパ20との間にスプリ
ング21が介装されている。また、メインロッカアーム３
には、前記孔15の奥側端面とメインロッカシャフト２の
嵌挿孔22とを結ぶ油路24が形成され、メインロッカシャ
フト２には、前記油路24と連通する環状溝25及び該環状
溝25と連通して径方向に延びる油路26、該油路26と連通
して軸方向に延びる油路27が形成され、油路27の端部は
第１切換弁28を介して圧油供給源 (オイルポンプ) 29と
低圧油源 (オイルタンク) 50とに選択的に連通するよう
に接続されている。

【００１２】そして、前記第１切換弁28が一方の切換位
置に制御されて油路27が低圧油源50に連通し、孔15内に
圧油が供給されない状態では、前記スプリング21が伸張
して第２のプランジャ18が孔15の端面に当接し、この状
態では第１〜第３のプランジャ17，18，19は夫々孔14，
孔15，孔16内のみに収められ、この状態で第１のプラン
ジャ17はサブロッカアーム７と一体に孔14の軸方向とは
直角な方向に揺動自由となる (図２ (Ａ) 参照) 。その
結果、高リフト・大作用角特性カム10に係合するサブロ
ッカアーム７がメインロッカアーム１に対して相対的に
揺動自由となり、メインロッカアーム３の動きが高リフ
ト・大作用角特性カム10には拘束されないので、メイン
ロッカアーム３は低リフト・小作用角特性カム９との係
合に従って従動し、吸気弁１Ａ (及び作動時の吸気弁１
Ｂ) は、リフト量が低く、作用角(リフト開始から終了
までのクランク角度) も小さい特性で作動する (図６に
実線で示す) 。

【００１３】また、前記第１切換弁28が他方の切換位置
に制御されて油路27が圧油供給源29に連通されると油路
27，26、環状溝25，油路24を介して孔15に圧油が供給さ
れ、その結果、スプリング21が圧縮され第１のプランジ
ャ17が孔14と孔16とに跨がって嵌合されると共に第２の
プランジャ18も孔15と孔14とに跨がって嵌合され、この
状態ではサブロッカアーム７の揺動が阻止されメインロ
ッカアーム３に対して固定される。その結果、メインロ
ッカアーム３は高リフト・大作用角特性カム10との係合
に従って従動し、吸気弁１Ａ (及び作動時の吸気弁１
Ｂ) は、リフト量，作用角共に相対的に大きい特性で作
動する (図６に鎖線で示す) 。

【００１４】次に、前記弁作動停止機構について説明す
る。一方の吸気弁１Ａのステムヘッドと係合するロッド
30はメインロッカアーム３にナット31を介して締結され
ているが、他方の吸気弁１Ｂのステムヘッドと係合する
ロッド32に対しては、メインロッカアーム３に対して一
体に揺動させるときと、軸方向に相対移動自由として吸
気弁１Ｂの作動を停止させるときとに切り換える弁作動
停止機構が設けられる。

【００１５】即ち、ロッド32の吸気弁１Ｂのステムヘッ
ドと係合する底部フランジとメインロッカアーム３との
間にはスプリング33が嵌挿され、ロッド32はスプリング
33の付勢力に抗して軸方向摺動自由にメインロッカアー
ム３に嵌挿されている。該ロッド32の周壁及び該ロッド
32の嵌挿孔に面するメインロッカアーム３部分にはロッ
ド32のメインロッカアーム３に対する所定の軸方向位置
で相互に重合する孔34，35が形成され、これら孔34，35
内には第４及び第５のプランジャ36，37とスプリング38
とが嵌挿され、メインロッカアーム３には前記孔35の奥
側端面に連通する油路39と該油路39に直角に交差してメ
インロッカシャフト３の嵌挿孔に至る油路40が形成さ
れ、メインロッカシャフト３には、前記油路40と連通す
る環状溝41及び該環状溝41と連通して径方向に延びる油
路42、該油路42と連通して軸方向に延びる油路43が形成
され、油路43の端部は第２切換弁44を介して前記圧油供
給源29と低圧油源50とに選択的に連通するように接続さ
れている。

【００１６】そして、前記第２切換弁44が一方の切換位
置に制御されて油路43が低圧油源30に連通し、孔35内に
圧油が供給されない状態では、前記スプリング38が伸張
して第４プランジャ36が孔35の端面に当接し、この状態
では第４，第５プランジャ36，37は夫々孔34，35内のみ
に収められ、第５プランジャ37はロッド32と一体にロッ
ド32の軸方向に摺動自由となる。その結果、メインロッ
カアーム３が揺動してもロッド32はメインロッカアーム
３に対して相対移動するため吸気弁１Ｂの作動が停止さ
れる。尚、完全に停止させるのではなく、燃料溜まり等
を防止するため僅かにリフトするようにしてもよい (図
６に点線で示す) 。

【００１７】また、油路43が圧油供給源29に連通される
と油路42、環状溝41，油路40を介して孔35ａに圧油が供
給され、その結果、スプリング38が圧縮され第５プラン
ジャ37が孔35，34に跨がって嵌合され、ロッド32がメイ
ンロッカアーム３に対して固定されるので、メインロッ
カアーム３の揺動時、メインロッカアーム３と一体にロ
ッド32も揺動して吸気弁１Ｂを作動させる。

【００１８】一方、機関回転速度検出手段としてクラン
ク角センサ等の回転速度センサ45と、負荷検出手段とし
てスロットル弁開度を検出し、かつ、所定開度以下でＯ
Ｎとなるアイドルスイッチ46を付設したスロットルセン
サ47と、を備え、これらセンサからの検出信号はコント
ロールユニット48に入力される。コントロールユニット
48は前記回転速度と負荷の検出信号に基づいて前記した
ように第１切換弁28及び第２切換弁44の切換位置を制御
することにより、吸気弁１Ａ及び吸気弁１Ｂのリフト・
作用角特性と吸気弁１Ｂの作動停止の有無を制御する。

【００１９】以下に、前記コントロールユニット48によ
る機関運転状態に応じた吸気弁の作動制御について説明
する。尚、各吸気弁１Ａ，１Ｂの作動と該作動特性を与
える前記各機構の作動との関係は既述しているので、該
関係については以下の説明では省略する。また、本実施
例では、運転領域に応じて理論空燃比より稀薄なリーン
空燃比と、理論空燃比と、理論空燃比より過濃なリッチ
空燃比とに切り換えて制御する空燃比制御が、前記コン
トロールユニット48による図示しない燃料噴射弁の噴射
量制御によって行われ、前記吸気弁作動の制御に前記空
燃比制御を組み合わせることでより運転性能の向上を図
っている。

【００２０】図７は第１の実施例における運転状態毎の
吸気弁の作動パターンを示す。回転速度センサ45及びス
ロットルセンサ47からの検出信号に基づいて検出される
アイドル時以外の低中回転・低負荷域 (図示Ｉ領域) に
は、吸気弁１Ａのみを作動させ、吸気弁１Ｂの作動を停
止させる。また、空燃比制御についてはリーン空燃比に
制御される。この結果、吸気弁１Ａから燃焼室への吸気
の流れを燃焼室中心に対して偏心させることや、吸気弁
１Ａを装着した吸気ポートを渦巻き状の所謂スワールポ
ートとすること等によって、燃焼室内に強い吸気スワー
ルを発生させることができ、それにより、吸入空気流量
の小さい当該領域でも燃料と空気との混合性が高められ
るため、空燃比のリーン化を可及的に促進でき、常用域
の燃費を向上できる。尚、吸気弁１Ａのリフト・作用角
特性は、低リフト・小作用角特性として吸気スワールを
より強化して稀薄化をより促進するか又は高リフト・大
作用角特性として吸気ポンピングロスを小さくするかの
いずれの場合が燃費上得策であるか、その他排気エミッ
ショ特性等も考慮して適切である方を選択すればよい。

【００２１】また、低中回転・高負荷領域 (図示II領
域) では吸気弁１Ａ，１Ｂ共に、低リフト・小作用角特
性で作動させる。空燃比制御については理論空燃比又は
リッチ空燃比に制御する。この領域では高負荷を要求さ
れるため吸気充填効率を高めることが優先されるので、
２つの吸気弁を作動させ、また、回転速度が高くないた
め吸気慣性が小さく、そのため慣性過給効果に適合すべ
く低リフト・小作用角特性を採用するのである。これに
より、可及的に高いトルクを発生させることができる。

【００２２】高回転領域 (図示III領域) では、２つの
吸気弁１Ａ，１Ｂを高リフト・大作用角特性で作動させ
る。また、空燃比制御については、理論空燃比又はリッ
チ空燃比 (特に高負荷領域で) に制御する。かかる領域
では、高回転速度であるため吸気慣性が大きく、吸気流
速，流量も増大するので慣性効果を高め開口面積を増大
させるように高リフト・大作用角特性で作動させて吸気
充填効率を確保するのである。

【００２３】以上のような運転条件別の制御を行って、
実用燃費，全域のトルク向上を図るのである。また、ア
イドルスイッチ46により検出されるアイドル域 (図示
１’) では、吸気弁１Ａ，１Ｂ共に低リフト・小作用角
の特性で作動させる。これにより、低中回転・低負荷の
常用領域で前記制御により一方の吸気弁１Ｂの作動が停
止した状態で作動停止された吸気弁１Ｂにデポジットが
堆積されても、通常は常用領域で運転している間にアイ
ドル状態が挟まれることが多く、該デポジットが少量で
あるうちにアイドル状態に入り、燃焼除去される。その
ため、デポジットが多量に堆積されることがなく、高回
転，高負荷領域で２つの吸気弁１Ａ，１Ｂが同時に作動
される運転に移行した際に多量に堆積したデポジットに
より吸気が阻害されて出力不足を招いたり、燃焼性が損
なわれて性能が低下したりすることを防止できる。尚、
空燃比制御については、比較的大きな外部負荷が加わっ
た場合と、そうでない場合とで回転の安定性と燃費とを
考慮しつつリーン空燃比，理論空燃比，リッチ空燃比の
いずれかを採用すればよい。

【００２４】図８及び図９は、夫々第２及び第３の実施
例における運転状態毎の吸気弁の作動パターンを示す。
第１の実施例と異なるのは、低回転の中負荷領域 (図示
II’) のみ吸気弁１Ｂの作動を停止させて理論空燃比又
はリッチ空燃比制御を行うか (第２実施例，図８参照)
、又は、２つの吸気弁１Ａ，１Ｂを低リフト・小作用
角特性で作動させリーン空燃比制御を行うようにしたも
の (第３実施例，図９参照) である。尚、吸気弁の作動
特性は、例えば低リフト・小作用角特性とする。また、
アイドル領域はリーン空燃比制御とする。これらのよう
にすれば、低回転低負荷領域では吸気弁１Ｂを作動停止
させてリーン空燃比制御するため、アイドル領域と低回
転低負荷領域との間及び低回転低負荷領域と低回転中負
荷領域との間で空燃比の切換と吸気弁の作動数の切換と
が同時に行われることがないため、切換時のトルクショ
ックを軽減できる。また、高回転領域では２つの吸気弁
を作動させて理論空燃比又はリッチ空燃比制御するた
め、低回転中負荷領域と高回転領域との間でも空燃比の
切換と吸気弁の作動数の切換とが同時に行われることが
なく、切換時のトルクショックを軽減できる。

【００２５】尚、以上の実施例では吸気弁作動制御を異
なる空燃比制御と組み合わせたものについて示し、これ
らのものでは、両制御の相乗効果で運転性能を可及的に
高めることができるが、たが、運転条件によらず空燃比
を一定とする簡易な空燃比制御のものに適用しても本発
明に係る吸気弁作動制御の効果を十分に発揮できるもの
である。

【００２６】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、運転領域に応じて気筒毎の２つの吸気弁のリフト・
作用角特性及び一方の吸気弁の作動の有無を制御する構
成としたため、実用燃費，全域のトルク特性を可及的に
改善できると共に、アイドル領域では、２つの吸気弁を
同時に作動させることにより、作動停止時に吸気弁近傍
に堆積するデポジットの成長を抑制でき、デポジットに
より吸気抵抗が増大して出力低下を招いたり、燃焼性不
良による性能低下 (排気エミッション特性の悪化を含
む) を招いたりすることを防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る吸気装置の吸気弁作動
機構部を示す底面図

【図２】図１のＹ−Ｙ矢視断面図及び同矢視部分の異な
る作動時の断面図

【図３】図１のＺ−Ｚ矢視断面図

【図４】図１のＸ−Ｘ矢視断面図

【図５】図１のＡ−Ａ矢視断面図

【図６】同上実施例の２つの吸気弁のリフト・作用角特
性を示す線図

【図７】同上実施例の運転領域別の吸気弁の作動特性と
空燃比制御のパターンの一例を示す表及び運転領域図

【図８】同じく運転領域別の吸気弁の作動特性と空燃比
制御のパターンの別の例を示す表及び運転領域図

【図９】同じく運転領域別の吸気弁の作動特性と空燃比
制御のパターンの更に別の例を示す表及び運転領域図

【符号の説明】

１Ａ，１Ｂ 吸気弁 ３ メインロッカアーム ７ サブロッカアーム ９ 低リフト・小作用角特性カム 10 高リフト・大作用角特性カム 17 第１プランジャ 24，26，27 油路 25 環状溝 28 第１切換弁 32 ロッド 36 第４プランジャ 37 第５プランジャ 39，40，42，43 油路 41 環状溝 44 第２切換弁 45 回転速度センサ 46 アイドルスイッチ 47 スロットルセンサ 48 コントロールユニット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０１Ｌ 13/00 Ｆ Ｆ０２Ｄ 13/02 Ｅ 7367−3Ｇ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】気筒毎に２つの吸気弁を備えた内燃機関の
   吸気装置において、 前記２つの吸気弁のリフト・作用角特性を夫々２段階に
   変化させる可変動弁機構と、一方の吸気弁の作動を停止
   させる弁作動停止機構と、を備えると共に、 機関の回転速度を検出する回転速度検出手段と、 機関の負荷を検出する負荷検出手段と、 アイドル域では前記２つの吸気弁を作動させ、アイドル
   域以外の低回転・低負荷域では一方の吸気弁の作動を停
   止して他方の吸気弁のみ作動させ、低回転・高負荷域で
   は２つの吸気弁を低リフト・小作用角の特性で作動さ
   せ、高回転域では高リフト・大作用角の特性で作動させ
   るように前記可変動弁機構及び弁作動停止機構を制御す
   る制御手段と、を備えて構成したことを特徴とする内燃
   機関の吸気装置。