JPH07107367B2 - 内燃機関の吸気装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 A.発明の目的 （１） 産業上の利用分野 本発明は、燃焼室に臨んで機関本体に設けられる第１お
よび第２吸気弁口を開閉可能な第１および第２吸気弁が
機関本体に配設され、第１および第２吸気弁には、機関
の低速運転と高速運転とで作動状態を変化可能な動弁装
置が連結される内燃機関の吸気装置に関する。

（２） 従来の技術 従来、かかる装置は、たとえば特開昭61−252832号公報
等により公知である。

（３） 発明が解決しようとする課題 ところで、上記従来のものでは、機関低速運転時には両
吸気弁を低速運転に対応した作動態様で作動させるとと
もに吸気通路面積をスワール制御弁で小さくしてスワー
ル効果を発揮させることにより低速運転での燃費低減を
図り、また機関高速運転時には両吸気弁を高速運転に対
応した作動態様で作動させるとともに吸気通路面積をス
ワール制御弁で大きくして充填効率の向上により出力増
大を図るようにしている。

ところが上記従来のものでは、低速運転時に一方の吸気
弁口に通じる吸気ポートをスワール制御弁により遮断し
て他方の吸気弁口のみから混合気を燃焼室に導入するこ
とによりスワール効果が得られるようにしているが、一
方の吸気弁口を開閉可能な吸気弁は低速運転に対応した
作動態様で開閉作動しており、燃焼室に通じる一方の吸
気弁口がそのように開閉すると燃焼室内のスワールが乱
されることになる。しかも混合気の燃焼室への吸気制御
に実質的に何の関与もしていない前記一方の吸気弁を開
閉作動するので、その分だけ駆動力が増えることにな
る。さらに、上記従来のものでは吸気ポートにスワール
制御弁を配設する必要があり、高速運転時には該スワー
ル制御弁により吸気抵抗が増え、出力向上の阻害因子と
なる。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、機
関低速運転時には燃焼室で混合気の強力なスワール流を
発生させ且つ弁駆動損失を可及的に軽減して燃料の希薄
燃焼限界を効果的に高めることができるようにし、しか
も高速運転時には吸気抵抗の低減を可能とした、内燃機
関の吸気装置を提供することを目的とする。

B.発明の構成 （１） 課題を解決するための手段 上記目的を達成するために各請求項の発明によれば、燃
焼室に臨んで機関本体に設けられる第１および第２の吸
気弁口を開閉可能な第１および第２吸気弁と、同じく燃
焼室に臨んで機関本体に設けられる排気弁口を開閉可能
な排気弁とが機関本体に配設され、第１および第２吸気
弁には、機関の低速運転と高速運転とで作動状態を変化
可能な吸気弁側動弁装置に接続される内燃機関の吸気装
置において、機関本体には、第１吸気弁口に通じるスワ
ール生成用吸気ポートと、第２吸気弁口に通じる主吸気
ポートとが設けられ、吸気弁側動弁装置は、吸気弁に対
する開弁リフト量が相異なる低速用カム、高速用カム及
び休止用カムと、これらカム及び第1,第２吸気弁間にそ
れら間の伝動経路となり得るよう介在すると共に互いに
隣接配置された複数の弁駆動部材と、前記伝動経路を変
更し得るように相隣なる弁駆動部材間の連動・連動解除
を切換え可能な連動切換機構とを有し、その連動切換機
構は、機関低速運転時には休止用カムの形状に基づき第
２吸気弁を休止もしくはほぼ休止させながら低速用カム
の形状に基づき第１吸気弁を低速運転に対応した低リフ
ト作動特性で作動させる第１の切換状態に、また機関高
速運転時には高速用カムの形状に基づき第１および第２
吸気弁を共に高速運転に対応した高リフト作動特性で作
動させる第２の切換状態にそれぞれ切換えられる。

また特に請求項２の発明によれば、前記特徴に加えて、
排気弁には、これを機関低速運転時にはその低速運転に
対応した低リフト作動特性で作動させ、また機関高速運
時にはその高速運転に対応した高リフト作動特性で作動
させる排気側動弁装置が接続される。

（２） 作用 各請求項の発明の上記構成によれば、機関低速運転時に
は休止用カムの形状に基づき第２吸気弁を休止もしくは
ほぼ休止させながら、低速用カムの形状に基づき第１吸
気弁を低速運転に対応した低リフト作動特性で作動させ
るので、スワール生成用吸気ポートから第１吸気弁口を
経て比較的高速でかつ旋回しながら燃焼室内に混合気が
導入される。このとき、第２吸気弁は実質休止状態にあ
るので、燃焼室内でのスワール発生に第２吸気弁が悪影
響を及ぼす恐れがない上、第２吸気弁口の実質閉成によ
り燃焼室への吸気流路が十分に絞られ、このため、その
第２吸気弁の実質休止に同期させた第１吸気弁の低リフ
ト作動による第１吸気弁口に対する絞り効果と相俟っ
て、スワール生成用吸気ポートから燃焼室へ流入する混
合気に強力なスワール流が発生し、この強力なスワール
効果により、低速運転時における燃料希薄状態での燃焼
性が向上する。しかもその低速運転時には、第２吸気弁
を実質休止させたことと、第１吸気弁の開弁リフト量を
低くしたこととが相俟って弁駆動損失が効果的に軽減さ
れるため、低速運転時における燃料の希薄燃焼に因り機
関出力が比較的低くなっても機関運転状態の安定化が図
られる。

一方、機関高速運転時には高速用カムの形状に基づき第
１および第２吸気弁を共に高速運転に対応した高リフト
作動特性で作動させるので、主吸気ポートおよびスワー
ル生成用吸気ポートから第１および第２吸気弁口を経て
燃焼室内に比較的大量の混合気が抵抗少なくスムーズに
導入される。

また特に請求項２の発明の上記構成によれば、機関低速
運転時には排気弁が第１吸気弁と同様に低リフトで作動
し、その吸気弁の開弁リフト量を低くした分だけ弁駆動
損失が一層軽減されるから、低速運転時における燃料の
希薄燃焼限界が一層高められる。

（３） 実施例 以下、図面により本発明の一実施例について説明する
と、先ず第１図および第２図において、この車両搭載用
DOHC型多気筒内燃機関では、シリンダブロック１内に複
数のシリンダ２が直列に並んで設けられ、機関本体Ｅを
構成すべくシリンダブロック１の上端に結合されるシリ
ンダヘッド３と、各シリンダ２に摺動可能に嵌合される
ピストン４との間には燃焼室５がそれぞれ画成される。
またシリンダヘッド３には、各燃焼室５の天井画を形成
する部分に、第１および第２吸気弁口6a,6bならびに第
１および第２吸気弁口7a,7bが設けられる。一方、シリ
ンダヘッド３には、該シリンダヘッド３における一方の
側面に開口端を共通にして開口されるスワール生成用吸
気ポート８と、主吸気ポートとが穿設されており、スワ
ール生成用吸気ポート８は螺旋状に曲成されて第１吸気
弁口6aに連なり、主吸気ポート９はほぼ直線状に延びて
第２吸気弁口6bに連なる。また第１および第２排気弁口
7a,7bはほぼ直線状の排気ポート10,11に連なり、両排気
ポート10,11はシリンダヘッド３の他方の側面に共通に
開口する。

シリンダヘッド３の各シリンダ２に対応する部分には、
第１および第２吸気弁口6a,6bをそれぞれ開閉可能な第
１および第２吸気弁12a,12bと、第１および第２排気弁
口7a,7bをそれぞれ開閉可能な第１および第２排気弁13
a,13bとを案内すべく、一対ずつ２組のガイド筒14…が
それぞれ嵌合、固定されており、それらのガイド筒14…
から上方に突出した各吸気弁12a,12bおよび各排気弁13
a,13bの上端にそれぞれ設けられる鍔部15…と、シリン
ダヘッド３との間には弁ばね16…がそれぞれ縮設され、
これらの弁ばね16…により各吸気弁12a,12bおよび各排
気弁13a,13bは、上方すなわち閉弁方向に付勢される。

各吸気弁12a,12bには、機関の運転状態に応じた作動状
態で作動せしめられるべく吸気弁側動弁装置19が接続さ
れ、各排気弁13a,13bには、機関の運転状態に応じた作
動態様で作動せしめられるべく排気弁側動弁装置20が接
続される。

第３図および第４図を併せて参照して、吸気弁側動弁装
置19は、機関のクランク軸（図示せず）から1/2の減速
比で回転駆動されるカムシャフト21と、カムシャフト21
に設けられる低速用カム22、高速用カムおよび休止用カ
ム24と、カムシャフト21と平行にして固定配置されるロ
ッカシャフト25と、ロッカシャフト25に枢支される第１
駆動ロッカアーム26、自由ロッカアーム27および第２駆
動ロッカアーム28と、各ロッカアーム26,27,28間に設け
られる油圧式連結切換手段29とを備える。

カムシャフト21には第１吸気弁12aに対応した位置に低
速用カム22が、第２吸気弁12bに対応した位置に休止用
カム24が、また両カム22,24間に高速用カム23がそれぞ
れ一体化される。低速用カム22は機関の低速運転時に対
応した形状を有するものであり、ベース円部22aと該ベ
ース円部22aから半径方向外方に突出した高位部22bとを
有する。また高速用カム23は、機関の高速運転時に対応
した形状を有するものであり、ベース円部23aと、前記
高位部22bよりも突出量および中心角範囲を大としてベ
ース円部23aから突出した高位部23bとを有する。さらに
休止用カム24は、ベース円部24aと、該ベース円部24aか
ら半径方向外方にわずかに突出する高位部24bとを有す
るが、高位部24bは、第２吸気弁12bを実質的に休止状態
と判断し得る程度にわずかに開弁作動させる程度の突出
量および中心角範囲を有するようにして、前記低速用カ
ム22の高位部22bおよび高速用カム23の高位部23bに対応
する位置でベース円部24aから突出される。

一方、ロッカシャフト25は、カムシャフト21よりも下方
位置で、該カムシャフト21と平行な軸線を有してシリン
ダヘッド３に固定的に保持される。このロッカシャフト
25には、第１吸気弁12aに連動、連結される第１駆動ロ
ッカアーム26と、第２吸気弁12bに連動、連結される第
２駆動ロッカアーム28と、第１および第２駆動ロッカア
ーム26,28間に配置される自由ロッカアーム27とが相互
に隣接してそれぞれ枢支される。

第１および第２駆動ロッカアーム26,28にはタペットね
じ31がそれぞれ進退可能に螺合されており、これらのタ
ペットねじ31が対応する吸気弁12a,12bの上端に当接す
る。したがって両吸気弁12a,12bは両駆動ロッカアーム2
6,28の揺動作動に応じて作動することになる。

自由ロッカアーム27は、シリンダヘッド３との間に介装
した弾発付勢手段30（第１図参照）により高速用カム23
に摺接する方向に弾発付勢される。

油圧式連結切換手段29は、第１駆動ロッカアーム26およ
び自由ロッカアーム27間を連結可能な第１切換ピン32
と、自由ロッカアーム27および第２駆動ロッカアーム28
間を連結可能な第２切換ピン33と、第１および第２切換
ピン32,33の移動を規制する規制ピン34と、各ピン32〜3
4を連結解除側に付勢する戻しばね35とを備える。

第１駆動ロッカアーム26には、自由ロッカアーム側に開
放した有底の第１ガイド穴36がロッカシャフト25と平行
に穿設されており、円柱状に形成された第１切換ピン32
が第１ガイド穴36に摺動可能に嵌合され、第１切換ピン
32の一端と第１ガイド穴36の閉塞端との間に油圧室37が
画成される。しかも第１駆動ロッカアーム26には油圧室
37に連通する通路38が穿設され、ロッカシャフト25には
給油路39が設けられる。該給油路39は第１駆動ロッカア
ーム26の揺動状態にかかわらず通路38を介して油圧室37
に常時連通する。しかも給油路39は、制御弁40を介して
油圧供給源41に接続されており、制御弁40は油圧供給源
41からの油圧を高、低に切換えて給油路39すなわち油圧
室37に供給可能である。

自由ロッカアーム27には、第１ガイド穴36に対応するガ
イド孔42がロッカシャフト25と平行にして両側面間にわ
たって穿設されており、第１切換ピン32の他端に一端が
当接される第２切換ピン33がガイド孔42に摺動可能に嵌
合される。

第２駆動ロッカアーム28には、前記ガイド孔42に対応す
る有底の第２ガイド穴43が自由ロッカアーム27側に開放
してロッカシャフト25と平行に穿設されており、第２切
換ピン33の他端に当接する円盤状の規制ピン34が第２ガ
イド穴43に摺動可能に嵌合される。この第２ガイド穴43
の閉塞端には筒状の案内部材44が挿通固定されており、
該案内部材44内に移動自在に挿通されるロッド45が規制
ピン34に同軸にかつ一体に設けられる。而して戻しばね
35は、第２ガイド穴43の閉塞端および規制ピン34間に縮
設されており、この戻しばね35のばね力により相互に当
接した前記各ピン32,33,34が油圧室37側に付勢される。

かかる油圧式連結切換手段29では、油圧室37の油圧が高
くなることにより、第１切換ピン32がガイド孔42に嵌合
するとともに第２切換ピン33が第２ガイド穴43に嵌合し
て、各ロッカアーム26,27,28が連結される。また油圧室
37の油圧が低くなると戻しばね35のばね力により第１切
換ピン32が第２切換ピン33との当接面を第１駆動ロッカ
アーム26および自由ロッカアーム27間に対応させる位置
まで戻り、第２切換ピン33が規制ピン34との当接面を自
由にロッカアーム27および第２駆動ロッカアーム28間に
対応させる位置まで戻るので各ロッカアーム26,27,28の
連結状態が解除される。

したがって吸気側動弁装置19では、油圧式連結切換手段
29を連結解除状態としたとき、第１吸気弁12aが低速用
カム22の形状に応じた低リフト作動特性で第５図の曲線
L_IAで示すように開閉作動し、第２吸気弁12bが休止用カ
ム24の形状に応じた作動特性（即ち休止用カム24の高位
部24bに対応する位置で第５図の曲線L_IBで示すように実
質的に休止状態となる程度に）作動する。また油圧式連
結切換手段29を連動連結状態としたときには、第１およ
び第２吸気弁12a,12bが第５図の曲線H_Iで示すように、
高速用カム23の形状に応じた高リフト作動特性で開閉作
動する。

而して前記各ロッカアーム26,27,28は、吸気弁に対する
開弁リフト量が相異なる低速用カム22、高速用カム23及
び休止用カム24と、第1,第２吸気弁12a,12bとの間にそ
れら間の伝導経路となり得るよう介在すると共に互いに
隣接配置される、本発明の複数の弁駆動部材をそれぞれ
構成しており、また、前記連結切換手段29は、前記伝導
経路を変更し得るよう相隣なる弁駆動部材としてのロッ
カアーム26,27,28間の連動・連動解除を切換え可能な本
発明の連動切換機構を構成している。

排気側動弁装置20は、上記吸気側動弁装置19と基本的に
略同一の構成を有するものであるが、休止用カム24に代
えて低速用カムが用いられる。したがって連結解除状態
では第５図の曲線L_Eで示すように両排気弁13a,13bが低
速用カムの形状に応じた低リフト作動特性で開閉作動
し、また連動連結状態では第５図の曲線H_Eで示すように
両排気弁13a,13bが高速用カムの形状に応じた高リフト
作動特性で開閉作動する。

次にこの実施例の作用について説明すると、機関の低速
運転時には、制御弁40により油圧式連結切換手段29にお
ける油圧式37の油圧を低圧にしておく。この第１の切換
状態では、吸気側動弁装置19は、第２吸気弁12bをほぼ
休止状態とする一方、第１吸気弁12aを低速用カム22の
形状に応じて機関の低速運転に対応した低リフト作動特
性で開閉作動せしめる。それにより第１吸気弁12aの開
弁時には、スワール生成用吸気ポート８から第１吸気弁
口6aを経て燃焼室５内に混合気が高速で吸入され、しか
もスワール生成用吸気ポート８はその下流部を螺旋状に
して第１吸気弁口6aに連なるものであるので、混合気は
旋回しながら比較的高速で燃焼室５に導入されることに
なり、燃焼室５内でスワールが発生する。この場合にお
いて、第２吸気弁12bは実質休止状態にあるので、燃焼
室５内でのスワール発生に第２吸気弁12bが悪影響を及
ぼす恐れがない上、第２吸気弁口6bの実質閉成により燃
焼室５への吸気流路が十分に絞られ、このため、その第
２吸気弁12bの実質休止に同期させた第１吸気弁12aの低
リフト作動による第１吸気弁口6aに対する絞り効果と相
俟って、スワール生成用吸気ポート８から燃焼室５へ流
入する混合気に強力なスワール流が発生し、この強力な
スワール効果により、低速運転時における燃料希薄状態
での燃焼性が向上する。しかも斯かる低速運転時には、
第２吸気弁12bを実質休止させたことと、第１吸気弁12a
の開弁リフト量を低くしたこととが相俟って弁駆動損失
が効果的に軽減されるため、低速運転時における燃料の
希薄燃焼に因り機関出力が比較的低くなっても機関運転
状態の安定化が量られ、それらの結果、低速運転時にお
いて燃料の希薄燃焼限界（即ちリーン限界）を高めるこ
とができて、燃費節減に大いに寄与し得る。

ただし、第２吸気弁12bは、休止用カムの高位部24bによ
り、第１吸気弁12aの開弁時にわずかに開弁するもので
ある。これは、第２吸気弁12bが閉弁状態で完全に休止
させると、主吸気ポート９に燃料が溜まるのを防止する
ものであり、主吸気ポート９に溜まった燃料が高速時に
第２吸気弁12bが開弁したときに一度に燃焼室５に流入
してスモーク発生や異常燃焼を生じるのを防止すること
ができる。また完全休止状態にすると、第２吸気弁口6b
のシート部に第２吸気弁12bが貼付いてしまうおそれが
あり、また作動潤滑も悪化するおそれがあるが、そのよ
うな心配も解消される。

機関の高速運転時には制御弁40により油圧式連結切換手
段29の油圧室37に高油圧を作用させ、吸気側動弁装置19
の各ロッカアーム26,27,28を一体的に連動連結する。こ
の第２の切換状態によれば、両吸気弁12a,12bは、高速
用カム23の形状に応じた高リフト作動特性で開閉作動す
ることになり、燃焼室５での充填効率の向上により高回
転、高出力化が図られる。

しかもスワール生成用吸気ポート８および主吸気ポート
９には、吸気抵抗を増大させるものは存在しないので、
従来のものに比べてより充填効率を向上し、出力増大を
図ることができる。

以上の実施例では、機関の低速運転時に第２吸気弁12b
をほぼ休止させるようにしたが、完全に休止させるよう
にしてもよい。

C.発明の効果 以上のように各請求項の発明によれば、機関低速運転時
には休止用カムの形状に基づき第２吸気弁を休止もしく
はほぼ休止させながら、低速用カムの形状に基づき第１
吸気弁を低速運転に対応した低リフト作動特性で作動さ
せるので、スワール生成用吸気ポートから第１吸気弁口
を経て比較的高速でかつ旋回しながら燃焼室内へ混合気
が導入される。このとき、第２吸気弁が実質休止状態に
あるため、燃焼室内でのスワール発生に第２吸気弁が悪
影響を及ぼす恐れがないばかりか、第２吸気弁口の実質
閉成により燃焼室への吸気流路が十分に絞られ、従っ
て、その第２吸気弁の実質休止に同期させた第１吸気弁
の低リフト作動による第１吸気弁口に対する絞り効果と
相俟って、スワール生成用吸気ポートから燃焼室へ流入
する混合気に強力なスワール流を起こさせることができ
るから、この強力なスワール効果により、低速運転時に
おける燃料希薄状態での燃焼性を向上させることができ
る。しかもその低速運転時には、第２吸気弁を実質休止
させたことと、第１吸気弁の開弁リフト量を低くしたこ
ととが相俟って弁駆動損失を効果的に軽減し得るため、
低速運転時における燃料の希薄燃焼に因り機関出力が比
較的低くなっても機関運転状態を極力安定させることが
でき、それらの結果、低速運転時において燃料の希薄燃
焼限界（即ちリーン限界）を高めることができて、燃費
節減に大いに寄与することができる。

一方、機関高速運転には、高速用カムの形状に基づき第
１および第２吸気弁を共に高速運転に対応した高リフト
作動特性で作動させるので、主吸気ポートおよびスワー
ル生成用吸気ポートから第１および第２吸気弁口を経て
燃焼室内に比較的大量の混合気がスムーズに導入される
ことにより、両吸気ポートでの吸気抵抗を低くして高回
転、高出力化に寄与することができる。

また上記のような第１吸気弁の低・高リフト切換えと、
第２吸気弁の休止・稼働（高リフト）切換えとを行なう
吸気側動弁装置は、低速用、高速用及び休止用の都度三
種類のカムと各吸気弁との間の伝動経路を、相隣なる弁
駆動部材間の連動・連動解除の単なる切換えによって選
択させるものであるから、全体として切換構造の簡素化
と小型化に寄与することができる。

また特に請求項２の発明によれば、機関低速運転時には
排気弁が第１吸気弁と同様に低リフトで作動するため、
その排気弁の開弁リフト量を低くした分だけ弁駆動損失
が一層軽減され、従って低速運転時における燃料の希薄
燃焼限界を一層高めることができて、更なる燃費節減が
図られる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示すもので、第１図は内燃機
関の要部縦断面図、第２図は第１図のII−II線矢視図、
第３図は第１図のIII−III線断面図、第４図は第３図の
IV−IV線断面図、第５図は吸気弁および排気弁の開閉タ
イミングおよびリフト量を示す図である。 ５……燃焼室、6a……第１吸気弁口、6b……第２吸気弁
口、８……スワール生成用吸気ポート、９……主吸気ポ
ート、12a……第１吸気弁、12b……第２吸気弁、13a,13
b……排気弁としての第1,第２排気弁、19……吸気側動
弁装置、20……排気側動弁装置、22……低速用カム、23
……高速用カム、24……休止用カム、26……弁駆動部材
としての第１駆動ロッカアーム、27……弁駆動部材とし
ての自由ロッカアーム、28……弁駆動部材としての第２
駆動ロッカアーム、29……連動切換機構としての連結切
換手段、Ｅ……機関本体

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】燃焼室（５）に臨んで機関本体（Ｅ）に設
   けられる第１および第２吸気弁口（6a,6b）を開閉可能
   な第１および第２吸気弁（12a,12b）と、同じく燃焼室
   （５）に臨んで機関本体（Ｅ）に設けられる排気弁口
   （7a,7b）を開閉可能な排気弁（13a,13b）とが機関本体
   （Ｅ）に配設され、第１および第２吸気弁（12a,12b）
   には、機関の低速運転と高速運転とで作動状態を変化可
   能な吸気弁側動弁装置（19）が接続される、内燃機関の
   吸気装置において、 機関本体（Ｅ）には、第１吸気弁（12a）に通じるスワ
   ール生成用吸気ポート（８）と、第２吸気弁（12b）に
   通じる主吸気ポート（９）とが設けられ、 吸気弁側動弁装置（19）は、吸気弁（12a,12b）に対す
   る開弁リフト量が相異なる低速用カム（22）、高速用カ
   ム（23）及び休止用カム（24）と、これらカム（22,23,
   24）及び第1,第２吸気弁（12a,12b）間にそれら間の伝
   動経路となり得るよう介在すると共に互いに隣接配置さ
   れた複数の弁駆動部材（26,27,28）と、前記伝動経路を
   変更し得るように相隣なる弁駆動部材（26,27,28）間の
   連動・連動解除を切換え可能な連動切換機構（29）とを
   有し、 その連動切換機構（29）は、機関低速運転時には休止用
   カム（24）の形状に基づき第２吸気弁（12b）を休止も
   しくはほぼ休止させながら低速用カム（22）の形状に基
   づき第１吸気弁（12a）を低速運転に対応した低リフト
   作動特性で作動させる第１の切換状態に、また機関高速
   運転時には高速用カム（23）の形状に基づき第１および
   第２吸気弁（12a,12b）を共に高速運転に対応した高リ
   フト作動特性で作動させる第２の切換状態にそれぞれ切
   換えられることを特徴とする、内燃機関の吸気装置。
2. 【請求項２】排気弁（13a,13b）には、これを機関低速
   運転時にはその低速運転に対応した低リフト作動特性で
   作動させ、また機関高速運転時にはその高速運転に対応
   した高リフト作動特性で作動させる排気側動弁装置（2
   0）が接続されることを特徴とする、請求項に記載の
   内燃機関の吸気装置。