JPH0584363B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は多気筒内燃機関、例えば車両に搭載さ
れる多気筒内燃機関に関する。

（従来の技術） 従来、機関の高出力、低燃費を達成するための
多気筒内燃機関としては、例えば第１８図〜第２
２図に示すものが知られている。（特開昭58−
25537号公報）。

これらの図に示すように、この内燃機関は、４
気筒の各気筒について主吸気弁１と副吸気弁２と
の吸気２弁、及び、排気弁３を有している。ここ
に、主吸気弁１が開閉する主吸気ポート４は吸気
流により燃焼室５内にスワールを形成するよう
に、また、副吸気弁２が開閉する副吸気ポート６
は多量の吸気を燃焼室５に送給可能に主吸気ポー
ト４の流路面積よりも大きな流路面積を有してい
る。これらの吸・排気弁はいずれもロツカアーム
７を介して駆動カム８により機関回転に同期して
駆動されるが、これらのロツカアーム７には、第
２０図及び第２１図に示すように、それぞれその
作動を停止可能な作動停止機構が設けられてい
る。この作動停止機構は、ロツカアーム７の背面
に設けた油圧シリンダ９と、そのピストンロツド
１０に連結したフオーク状のストツパ１１と、を
有しており、一端が駆動カム８に当接するロツカ
アーム７の他端を往復動自在に保持されて吸、排
気弁のステムエンド１Ａに当接するプランジヤ１
２を、シリンダ９非作動時ストツパ１１に係止さ
せてロツカアーム７の揺動を該プランジヤ１２を
介して吸、排気弁に伝達するとともに、図外の切
換弁によりシリンダ室１３に潤滑油を供給してピ
ストンロツド１０を突出させることによりストツ
パ１１によるプランジヤ１２の係止を解除して、
プランジヤ１２をロツカアーム７の揺動に対して
非拘束とする結果、該揺動を吸、排気弁に伝達し
ないようにしている。すなわち、シリンダ９の作
動により吸、排気弁の作動を停止するのである。

また、この作動停止機構は機関の運転状態に応
じて制御手段１４により駆動され、低速低負荷時
はすべての吸、排気弁１，２，３の作動が停止さ
れ、低速高負荷時は副吸気弁２の作動のみが停止
されるよう制御される。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、このような従来の多気筒内燃機
関にあつては、吸、排気弁の弁開閉時期及び弁リ
フト量を可変とするものではなく、その作動を完
全に停止する機構であつたため、例えば第２２図
に示すように、低速域と高速域との間の中速域
（図中破線）、すなわち過渡運転域では機関の出力
トルクを充分に高めることができないという問題
点があつた。また、主、副２つの吸気弁は、その
一方を低速向けの作動タイミング、リフトに、他
方を高速向きのそれに、構成していたため、高速
時の吸気充填効率を充分に高めることができない
という問題点も有していた。さらに、特定運転条
件では一方の吸気弁の作動を停止する構成のた
め、二系統の燃料供給装置を必要とし、特に気筒
毎に燃料供給を行うものでは該装置が複雑化する
という問題点を有していた。

（問題点を解決するための手段） 本発明に係る多気筒内燃機関は、１気筒につい
て少なくとも２つの吸気弁を有し、この２つの吸
気弁についてそれぞれの弁開閉時期及び弁リフト
量を、機関の運転条件に応じて段階的に可変とす
る可変動弁機構を備えた構成である。

（作用） 本発明に係る多気筒内燃機関にあつては、機関
の運転条件に応じて２つの吸気弁のそれぞれの弁
開閉時期及び弁リフト量を、可変動弁機構によ
り、段階的に可変とするものである。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。

第１図〜第１７図は本発明の一実施例を示して
いる。

まず構成を説明する。

第２図において、２１は直列４気筒内燃機関の
カム軸であり、２２は排気弁のロツカアームを示
している。第３図に示すように、各気筒の燃焼室
には主、副２つの吸気ポート２３，２４と、一つ
の排気ポート２５が開口している。なお、同図中
２６は点火プラグである。また、主吸気ポート２
３は点火プラグ２６から離れて、副吸気ポート２
４は点火プラグ２６に向かつて開口している。こ
れらの吸、排気ポート２３，２４，２５を開閉す
る吸、排気弁２６，２７，２８において、主、副
両吸気弁２６，２７は、第１図に示す可変動弁機
構３０を介して駆動カム３１により駆動されるよ
うなされている。なお、排気弁２８は通常の固定
式動弁機構により一定のリフト・タイミングで駆
動される。

可変動弁機構３０は、一端が駆動カム３１に他
端が主吸気弁２６のステムエンドにそれぞれ当接
するロツカアーム３２を有しており、このロツカ
アーム３２は、その湾曲形成した背面３２Ａがレ
バー３３の下面３３Ａに支点接触（線接触）する
ことで揺動自在に支持されている。また、平坦な
下面３３Ａでロツカアーム３２を支持するレバー
３３は、一端上面にリフト制御カム３４が当接
し、他端部は油圧ピボツト３５を介してシリンダ
ヘツド３６のブラケツト３７に揺動自在に支持さ
れている。また、レバー３３とロツカアーム３２
との間には支持軸３８（第６図）、及び凹溝３９
を介してスプリング４０が縮設されている。な
お、このスプリング４０はバルブスプリング４１
よりもバネ定数は小さいものである。上記油圧ピ
ボツト３５は、その球状下端部が上記レバー３３
の他端凹陥部３３Ｂに揺動自在に嵌合されるとと
もに、その円筒状上端部がブラケツト３７の取付
孔３７Ａ内に図中上下動自在に嵌挿され、ブラケ
ツト３７の内部に形成した油圧供給通路３７Ｂか
らピボツト３５内の油圧室にチエツクバルブ等を
介して油圧が供給されてバルブクリアランスを一
定値に保持するラツシユアジヤスト機能を有して
いる。

第４図及び第５図に示すように、リフト制御カ
ム３４はカム制御軸４０に遊嵌されており、ま
た、カム制御軸４０とはこの制御軸４０に固着し
たホルダ４１とその円筒部３４Ａとの間に縮設し
たコイルスプリング４２を介して連結されてい
る。また、コイルスプリング４２に過大な力が作
用しないようカム制御軸４０にはストツパピン４
３が植設されリフト制御カム３４の円筒部３４Ａ
の切欠きと当接可能とされている。なお、４４は
カム制御軸４０を回転自在に支持するキヤツプで
ある。

また、上記可変動弁機構３０は、副吸気弁２７
にも装着されており、第７図に示すように、主吸
気弁２６のリフト制御カム３４にはその弁リフト
量が異なる６個のカム面３４ａ，３４ｂ，３４
ｃ，３４ｄ，３４ｅ，３４ｆが形成されていると
ともに、副吸気弁２７のリフト制御かむ４５にも
第８図に示すように弁リフト量が異なる６個のカ
ム面４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄ，４５ｅ，
４５ｆが形成されている。また、これらのカム面
のリフト量は、例えば３４ａ〜３４ｆについては
２mm，５mm，８mm，８mm，9.4mm，10.8mmとし、
４５ａ〜４５ｆについては0.5mm，２mm，５mm，
８mm，9.4mm，10.8mmとしている。なお、これら
のリフト制御カム３４，４５は同一位相で回転す
るよう一本のカム制御軸４０に装着されている。
さらに、第２図において、５０は機関本体の側方
に配設されたステツピングモータであり、減速機
構５１を介して、カム制御軸４０を駆動回転す
る。また、このステツピングモータ５０は図外の
制御手段（例えば車載のマイクロコンピユータ）
により駆動され、制御手段は回転数センサ等から
の検出信号に基づいて運転条件を判別し、該運転
条件に応じてモータ５０を駆動する。

次に、本実施例の作用について説明する。

例えば、機関の高速運転時にあつては、ステツ
ピングモータ５０によりカム制御軸４０を駆動し
て主、副両吸気弁２６，２７のリフト制御カム３
４，４５を共に、その最大のリフト量を有するカ
ム面３４ｆ，４５ｆでそれぞれのレバー３３を押
し下げるように回転する。その結果、レバー３３
の一端部（第１図中駆動カム３１側の端部）が最
も押し下げられた状態となり、レバー３３の下面
３３Ａも下がり、ロツカアーム３２の背面３２Ａ
との支点接触点が駆動カム３１側に移動してロツ
カアーム３２は揺動する。従つて、両吸気弁２
６，２７のリフト量は共に最大となり、かつ、そ
の開弁時期が早まり、閉弁時期が遅れることとな
る（第９図中曲線A₁，B₁）。第１０図中曲線Ｘは
この高回転域での出力トルクを示す。この場合、
主、副両吸気弁２６，２７が同一のリフト特性を
有するため、その相乗作用によつて吸気充填効率
は一段と向上する。なお、第９図中曲線Ｃは排気
弁２８のリフト特性を示す。

また、機関の中速高負荷運転域では、リフト制
御カム３４，４５を回転し、例えば中間の弁リフ
ト量を有するカム面３４ｅ，４５ｅでレバー３３
を押し下げる。この結果、主、副両吸気弁２６，
２７の各リフト特性は第９図中曲線A₂及び曲線
B₂で示すように、弁リフト量が減少し、かつ、
開弁時期が遅れ閉弁時期が早められる。この場
合、第１０図中曲線Ｙがこの場合の機関の出力ト
ルクを示し、この中速域でも最高の出力トルクを
得ることができる。

さらに、機関の低速高負荷運転域では、リンク
制御カム３４，４５をさらに回転し、カム面３４
ｄ，４５ｄでレバー３３を押し下げる。この結
果、開弁時期がさらに遅れ閉弁時期がさらに速く
なる。（第９図中曲線A₃，B₃で示すリフト特性と
なる。）出力トルクは第１０図中曲線Ｚで示すよ
うに低速域での最大値を得ることができる。

このように、機関の運転条件（上記の例では回
転速度）に応じてリフト制御カム３４，４５を回
動してカム面３４ａ〜３５ｆ（４５ａ〜４５ｆ）
のいずれかをレバー３３に当接することにより、
主、副両吸気弁２６，２７の各リフト特性を段階
的に変化させることができる。

さらに、機関の負荷に応じて中速、低中負荷運
転域ではリフト制御カムをさらに回転させ、カム
面３４ｃ，４５ｃでレバー３３を支持するカム面
３３ｃは主吸気弁リフト８mm、カム面４５ｃは副
吸気弁リフト５mmなので（第９図中A₄，B₄に相
当する弁リフト特性となる）この場合吸気（混合
気）は主として主吸気ポート２３から燃焼室内に
供給されスワールを燃焼室内に形成するため、希
薄混合気による燃焼や理論混合比での大量EGR
燃焼が可能となり燃費を低減できるとともに排気
浄化ができる。

さらに低速、低負荷運転域ではリフト制御カム
をさに回転させカム面３４ｂ，４５ｂでレバー３
３を支持するカム面３３ｂは主吸気弁リフト５
mm、カム面４５ｂは副吸気弁リフト２mmなので、
（第９図中A₅B₅に相当する弁リフト特性となる）
吸気にはやはりスワールが形成されるとともに弁
リフト減少に伴ない弁リフトに伴うフリクシヨン
が低減でき、さらに燃費を低減できる。

さらに、アイドリング運転時にはさらにリフト
制御カムを回転させカム面３４ａ，４５ａでレバ
ー３３を支持する。カム面３３ａは主吸気弁リフ
ト２mm、４５ａは副吸気弁リフト0.5mmなので
（第９図中A₆，B₆に相当する弁リフト特性とな
る）スワールとフリシヨン低減ばかりでなく混合
気の大半が主吸気ポート２３から燃焼室へ供給さ
れるため、点火プラグ２６に吸気の大部分が直接
衝突しないためその点火性能を弱めることもなく
良好な燃焼状態を得ることができアイドリング運
転時の安定度の大幅向上と燃費向上が図れる。こ
こに、第１１図〜第１６図は上記実施例における
主吸気弁２６及び副吸気弁２７（第１１図〜第１
３図では破線で示す）の各リフト特性を示してい
る。すなわち、カム面３４ａ〜３４ｆ及び４５ａ
〜４５ｆが第１１図〜第１６図にそれぞれ対応す
るものである。

また、本発明にあつては、第１７図に示すよう
に、リフト制御カム３４，４５の回動を機関回転
数（横軸）及びアクセル開度（縦軸：機関負荷を
示す）により制御することもできる。なお、図中
実線は回転数及び負荷が増加する場合の制御値
を、図中一点鎖線はこれらが減少する場合の切換
値（制御値）を、それぞれ示している。これはカ
ム面の切換において制御値にヒステリシスを設け
た例であり、ハンチング防止効果がある。また、
点Ｐで示すアイドル時は機関空燃比を理論空燃比
Ａ／Ｆ≒14.7とし、斜線域Ｑでは燃料消費量の少
ない、また、NO_X排出量の少ない空燃比（Ａ／
Ｆ＝20以上）、又は、理論空燃比にてEGR量を大
とする。さらに、斜線Ｒ部では出力向上のため理
論空燃比よりも濃い空燃比とする。図中破線はア
イドルスイツチのフル接点がONとなる場合を示
す。なお、これらの斜線域の中間域Ｓでは、各領
域Ｑ，Ｒ間のなめらかなつながり、及び、出力、
燃費の双方を向上させるため、理論空燃比若しく
はこれよりやや希薄の空燃比に設定する。

このように、主、副両吸気弁２６，２７のリフ
ト特性（弁開閉時期、弁リフト量）および嵌の空
燃比を適宜組合せて設定することにより以下の効
果が得られる。

アイドリング時は、排気弁２８とのオーバラツ
プが減少して残留既燃焼ガスの割合が減少して燃
焼が改善され、また、両吸気弁２６，２７の開閉
弁時期のずれにより強い吸気スワールを生成する
ことができて燃焼速度の増大および安定化を達成
できる。また、弁リフト量が小さいため、動弁系
のフリクシヨンロスが減少して燃料消費を向上さ
せることもできる。

また、低速域（カム面３４ｂ，４５ｂ）では、
吸入空気量が増大するため（アイドル時よりも）
燃焼がさらに安定化する。この場合、本実施例で
は主吸気弁２６と副吸気弁２７との間に弁開閉時
期を異ならせているため、吸気スワールがさらに
強くなつて燃焼室内での混合気の乱流により燃焼
との混合、微粒化が促進され、例えばＡ／Ｆ＝20
以上の希薄混合気でも安定燃焼状態を得ることが
でき、結果として排気有害成分NO_Xの充分な除
去と燃費の低減化とを両立できるのである。

なお、上記アイドリング時、低速低負荷時では
副吸気弁２７を全閉とすればさらに強いスワール
を生成できるが、作動再開時副吸気ポート２４内
の滯留燃料が一時に燃焼室内に流入して不完全燃
焼、CO，HCの増大、運転性の低下等の不具合が
生じる。そこで、本実施例では、副吸気弁２７を
わずかに開弁することにより、これらの不具合を
防止し、また、過渡にスワールを強めずシリンダ
壁による冷却損失の増加を防止している。

また、アクセル開度が略全開域Ｒ、すなわち高
負荷域では、吸入空気量が多いため、吸入空気に
充分な乱れが発生している。このとき、主、副両
吸気弁２６，２７の開閉時期及びリフト量を互い
に異ならせると、この乱れをさらに強めることと
なり、その結果、燃焼速度が過大となり燃焼騒音
が増大する。そこで、本発明では、高負荷域Ｒに
ても、主、副両吸気弁２６，２７の開閉時期を同
一として、吸入空気の乱れが過大とならないよう
にしている。また、上記の場合において、第１７
図に示すように、低回転域より回転数が増大する
に従つて段階的に主、副吸気弁２６，２７の弁リ
フト量を増大させているため、すべての回転域に
て充分なトルク（最大出力）を滑らかに得ること
ができる。

さらに、上記中間領域Ｓでは空燃比を領域Ｑの
空燃比と領域Ｒの空燃比との中間値に設定したた
め、該空燃比の急激な変化によるシヨツクを少な
くすることができ滑らかな出力変化による運転性
の向上を達成できる。また、この場合にも機関回
転数の上昇に伴い弁リフト量を増加させているた
め、全回転域において出力応答性が向上してい
る。

なお、本発明にあつては上記実施例の構成の可
変動弁機構に限られるものではない。

（効果） 以上説明してきたように、本発明によれば、機
関の各運転条件に応じて出力の向上、燃費の低
減、及び、排気中の有害物質の低減を同時に達成
することができる。また、各運転条件の変化にお
いてその出力変化を円滑にすることができ、ま
た、この場合の可変動弁機構における駆動損失も
抑制できるとともに、燃料供給装置が複雑化する
こともない。

また、上記実施例では、上記共通の効果に加え
て、更に以下の様な効果がある。すなわち、運転
頻度の高い低速低負荷域では弁リフト量が小さ
く、開弁期間が短く設定されているため、動弁系
におけるバルブスプリング荷重が低減され、動弁
系の摩耗が低減し、その耐久性が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る多気筒内燃機関の一実施
例を示すその断面図、第２図はその平面図、第３
図はその吸排気ポートのレイアウトを示す模式
図、第４図はそのリフト制御カムの取付部を示す
分解斜視図、第５図は同じく制御カムの取付部を
示す斜視図、第６図はその支持軸を示す斜視図、
第７図は主吸気弁用のリフト制御カムのカムプロ
フイールを示す正面図、第８図は副吸気弁用のそ
れを示す正面図、第９図は主、副両吸気弁と排気
弁とのリフト特性を示すグラフ、第１０図はその
エンジン回転数と出力トルクとの関係を示すグラ
フ、第１１図〜第１６図は各カム面に対応した吸
気弁のリフト特性をそれぞれ示すグラフ、第１７
図はエンジン回転数とアクセル開度との関係及び
空燃比の関係を表わすグラフである。第１８図は
従来の多気筒内燃機関を示すその平面図、第１９
図は同じくその正面断面図、第２０図はそのロツ
カアーム及び作動停止機構を示す一部破断正面
図、第２１図は第２０図のXI−XI矢視図、第２２
図は従来装置における機関回転数と出力軸トルク
との関係を示すグラフである。 ２６……主吸気弁、２７……副吸気弁、３０…
…可変動弁機構。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ １気筒について少なくとも２つの吸気弁を備
   えた多気筒内燃機関において、２つの吸気弁のそ
   れぞれの弁開閉時期及び弁リフト量を機関の運転
   条件に応じて段階的に可変とする可変動弁機構を
   備えたことを特徴とする多気筒内燃機関。 ２ 前記可変動弁機構は、機関の低速低負荷時は
   前記２つの吸気弁の弁開閉時期および弁リフト量
   を異ならせるとともに、機関の高速運転時はこれ
   らの２つの吸気弁の弁開閉時期および弁リフト量
   を同一とした特許請求の範囲第１項記載の多気筒
   内燃機関。