JPS61294109A

JPS61294109A - 多気筒内燃機関

Info

Publication number: JPS61294109A
Application number: JP60137472A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Matsumoto; 松本　泰郎; Seinosuke Hara; 誠之助原; Hiromichi Bito; 尾藤　博通
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1985-06-24
Filing date: 1985-06-24
Publication date: 1986-12-24
Also published as: JPH0584363B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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２２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
する主吸気ボート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
ボート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ッカアーム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
れらのロッカアーム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、ロッカアーム
７の背面に設けた油圧シリンダ９と、そのピストンロン
ド１０に連結したフォーク状のストッパ１１と、を有し
ており、一端が駆動カム８に当接するロッカアーム７の
他端に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（妾するプランジャ１２を、シリンダ９非作
動時ストッパ１１に係止させてロッカアーム７の揺動を
該プランジャ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
してピストンロンド１０を突出させることによりストッ
パ１１によるプランジャ１２の係止を解除して、プラン
ジャ１２をロッカアーム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ｔｌｉｌｌ　？卸
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っ
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
ったため、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
う問題点があった。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１、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
れぞの弁開閉時期及び弁リフ１４ｔ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っては、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ｌ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は排気弁のロッ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
ボート２３．２４と、一つの排気ボート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１〜２３は点火プラグ２６から離れて、副吸気
ボート２４は点火プラグ２６に向かって開口している。

これらの吸、排気ボート２３．２４．２５を開閉する吸
、排気弁２６．２７．２８において、主、副側吸気弁２
６．２７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ッカアー
ム３２を有しており、このロッカアーム３２ば、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でロッカアーム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
、他端部は油圧ピボット３５を介してシリンダヘッド３
６のブラケット３７に揺動自在に支持されている。また
、レバー３３とロッカアーム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よりもハネ定数は小さいものである。上記油
圧ピボット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」一端部がブラケット３７の取付孔３７Ａ内に
図中−１二下動自在に嵌挿され、ブラケッ１へ３７の内
部に形成した油圧（Ｊｔ給連通路３７Ｂらピボット３５
内の油圧室にチェックパルプ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ッシュアジ
ヤス１−機能を有している。

第４図及び第５図に示すように、リフＩ・制御カム３４
ばカム制御軸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に固着したボルダ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にはストッパピ
ン４３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ャップである。

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、３４ｃ、３４ｄ、３４ｅ、３４ｆが
形成されているとともに、副吸気弁２７のリフ１−制御
カム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３４２〜３４ｆについては２１
１５酊、８■、８　ｍｍ、　９．４　ｍｍ、　１０．８
龍とし、４５ａ〜４５ｆについては０．５　ｍｓ、　２
顛、５　”１％　８　ｍｍ。

９．４鰭、１０．８１ｍ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木
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ッピン
グモータであり、減速機構５１を介して、カム制御軸４
０を駆動回転する。また、このステッピングモータ５０
は図外の制御手段（例えば車載のマイクロコンピュータ
）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っては、ステッピングモ
ータ５０によりカム制御軸４０を駆動して主、副側吸気
弁２６．２７のリフト制御カム３４．４５を共にその最
大リフー−ｆｆｉ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
例の端部）が最も押し下げられた状態となり、レバー３
３の下面３３Ａも下がり、ロッカアーム３２の背面３２
Ａとの支点接触点が駆動カム３１側に移動してロッカア
ーム３２は揺動する。従って、両吸気弁２６．２７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ＡＩ　、
Ｂ＋　）。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、副側吸気弁２６．２７が同
一のリフト特性を有するため、その相乗作用によって吸
気充填効率ば一段と向上する。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、機関の中速運転域では、リフト制御カム３４．４
５を回転し、例えば中間の弁リフト量を有するカム面３
４ｄ１，１５ｄでレバー３３を押し下げる。この結果、
主、副側吸気弁２６．２７の各リフト特性は第９図中曲
線Ａ３及び曲線Ｂ３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、主吸気弁２６の弁リフト量よりも副吸気弁２７のそ
れは小さく設定しである（　８＋ｎ＋と５龍）。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、機関の低速運転域では、リフト制御カム３４．
４５をさらに回転し、最小リフト量のカム面３４ａ、４
５ａでレバー３３を押し下げる。この結果、ロッカアー
ム３２の支点接触点が第１図中右方に、すなわち、油圧
ピボット３５側に移行し、主、副側吸気弁２６．２７の
弁リフト量は最小となり、かつ、開弁時期がさらに遅れ
閉弁時期がさらに早くなる。

（第９図中曲線Ａｈ、Ｂｂで示すリフト特性となる。）
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
るとともに、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る。従って、出力トルクば第１
０図中曲線Ｚで示すように低速域での最大値を得ること
ができるとともに、スワールによる燃焼性能が向上し、
希薄空燃比による燃焼も可能となり、燃費を低減できる
。

このように、機関の運転条件（上記の例でｂま回転速度
）に応じてリフ１へ制御カム３４．４５を回動してカム
面３４　ａ　〜３５　ｆ　　（４５ａ〜４５　ｆ　）の
いずれかをレバー３３に当接することにより、主、副側
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。

ここに、第１１図〜第１６図は」二記実施例における主
吸気弁２６及び副吸気弁２７（第１１図〜第１３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３４　ａ〜３４　ｆ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、本発明にあっては、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（縦軸二機関３ｒ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　＃１
４．７とし、斜線域Ｑでは燃料消費量の少ない、また、
ＮＯｘ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。Ｍ中破線はアイドルスイッチのフル
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
若しくばこれよりやや希薄の空燃比に設定する。

このように、主、副側吸気弁２６．２７のリフ）〜特性
（弁開閉時期、弁リフト量）および機関の空燃比を適宜
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とのオーバラップが減
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、動弁系のフリクション
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っ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ＮＱｘ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
、作動再開時副吸気ボート２４内の滞留燃料が一時に燃
焼室内に流入して不完全燃焼、Ｃ０１Ｔ（Ｃ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Ｒ１ずなわち高負荷域で
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、副側吸気弁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、副側吸気弁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加するに従って段階的に主、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ョッ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、本発明にあっ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、燃料供給装置が複イＩＬ
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
ボートのレイアラＩ・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
ムプロフィールを示す正面図、第８図は副吸気弁用のそ
れを示す正面図、第９図は主、副側吸気弁と排気弁との
リフト特性を示すグラフ、第１０図はそのエンシロ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図はそのロッカ
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ＸＸ　Ｔ−ＸＸ　Ｉ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

【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。