JPS6213708A - 多気筒内燃機関 - Google Patents

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１７図〜第２１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ｌ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
気ボート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１９図及び第２０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、そのピストンロッ
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１２に当接するプランジャ１３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１３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９Ａに潤滑油を供給し
てピストンロッド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１３の係止を解除して、プランジ
ャ１３をロッド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く問題点） 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
する構成であったため１１例えば、第２１図に示すよう
に低速域と高速域との間の中速域（図中斜線部分）、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、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） 本発明は、吸気弁及び排気弁のそれぞれにその弁開閉時
期及び弁リフト量を可変とする可変動弁機構を備えた多
気筒内燃機関において、機関のアイドリング時は上記段
・排気弁のオーバラップ量を略零とするとともに、アイ
ドリング時以外の低速低負荷時はこのオーバラップ量を
負とした構成である。

（作用） 本発明に係る多気筒内燃機関は、可変動弁機構により、
機関のアイドリング時は吸・排気弁のオーバラップ量を
略零とし燃焼室内の残留ガス量を低減し燃焼の安定を図
り、アイドリング時以外の低速低負荷時は、吸・排気弁
のオーバラップ量を負とし、残留ガスを燃焼室内に封じ
込めて、ＮＯＸ低減を図るとともにポンピングロス低減
により燃費を向上させている。

（実施例） 以下、本発明に係る多気筒内燃機関の実施例を図面に基
づいて説明する。

第１図〜第１６図は本発明の一実施例を示すものである
。

まず、構成を説明する。

第１図において、２１は直列４気筒内燃機関のカム軸を
示し、その軸端に固着したプーリ２２を介して機関出力
軸に同期して駆動回転される。第１図に示すように、カ
ム軸２１には吸気弁用の駆動カム２３と排気弁用の駆動
カム２４とが所定の位相を有して固設されている。同図
において、２５は吸気ポート、２６はこれを開閉する吸
気弁を示し、２７は排気ポートを、２８はこれを開閉す
る排気弁を示す。また、図中２９は燃焼室、３０はシリ
ンダヘッド、３１．３２は吸・排気弁の各パルプスプリ
ングである。

吸気弁２６及び排気弁２８は、それぞれ、その弁開閉時
期及び弁リフｌ−１を機関の運転条件に応じて可変とす
る可変動弁機構３３．３４を介して上記駆動カム２３．
２４により開閉駆動されるものである。

可変動弁機構３３は、第１図に示すように、ロッカアー
ム３５と、レバー３６と、リフト制御カム３７と、を有
している。ロッカアーム３５の一端は上記駆動カム２３
に、その他端は吸気弁２６のステムエンド２６Ａに、そ
れぞれ当接し、その背面３５Ａは長手方向に沿って所定
曲率で湾曲形成されている。又、ロッカアーム３５は、
その背面３５Ａがレバー３６の下面３６Ａに支点接触し
ている。すなわち、ロッカアーム３５はレバー３６に揺
動自在に支持されている。このレバー３６の下面３６Ａ
はその長手方向に沿って平坦に形成されている。また、
レバー３６の一端上面にはリフト制御カム３７が当接し
、その他端凹陥部３６Ｂには油圧ピボット３８の下端球
状部が嵌合している。すなわち、レバー３６は油圧ピボ
ット３８を支点として揺動自在に設けられ、その傾斜角
度はリフト制御カム３７により可変とされているのであ
る。

また、上記ロッカアーム３５とレバー３６とは、支持軸
３９（第６図）と凹＃３６Ｃとの間に縮設したスプリン
グ４０により連結されている。スプリング４０のハネ定
数はバルブスプリング３１のそれよりも小さく設定して
いる。上記油圧ピボット３８はブラケット４１に支持さ
れ、内蔵するチェック弁を介してその油圧室内に油路４
２から圧油を供給してバルブクリアランスを一定値に保
持するゼロラッシュ機能を有している。

ここで、リフト制御カム３７は、第４図及び第５図に示
すように、カム制御軸４５にコイルスプリング４６を介
して連結されており、リフト制御カム３７はこのコイル
スプリング４６を介してのカム制御軸４５からの回転力
がレバー３６を介しての反力に打ち勝った場合、例えば
閉弁時に回動する。すなわち、リフト制御カム３７は、
カム制御軸４５に遊嵌されており、コイルスプリング４
６は、一端がカム制御軸４５のボルダ４７に、他端がリ
フト制御カム３７の円筒部３７Ａに、それぞれ係止され
ている。第５図中、４８はカム制御軸４５に突設したス
ト・ツバピンであり、上記円筒部３７Ａの切欠きと当接
可能とされている。

すなわち、コイルスプリング４６に過大な力が作用しな
いようにしている。なお、４９はカム制御軸４５を回転
自在に支持するキャップである。

一方、排気弁２８を駆動する可変動弁機構３４も、上記
吸気弁２６の動弁機構３３と同一に構成されている。す
なわち、ロッカアーム５０の一端は駆動カム２４に、他
端は排気弁２８のステムエンド２８Ａに、それぞれ当接
している。また、ロッカアーム５０の湾曲した背面５０
Ａはレバー５１の平坦な下面５１Ａに支点接触している
。油圧ピボット５２に揺動自在に支持されたレバー５１
はリフト制御カム５３によりその傾斜が変更可能とされ
ている。また、リフト制御カム５３はコイルスプリング
（図外）を介してカム制御軸５４に連結されている。

第７図及び第８図は、これらのリフト制御カム３７．５
３のカムプロフィールをそれぞれ示している。

第７図に示すように、リフト制御カム３７は、吸気弁２
６の弁リフト量及び弁開閉時期をそれぞれ異ならせる５
個のカム面３７ａ、３７ｂ、３７ｃ、３７ｄ、３７ｅを
有している。カム面３７ａは弁リフト量２Ｂに、カム面
３７ｂは弁リフト量５龍に、カム面３７ｃは弁リフト量
８重ｌに、カム面３７ｄは弁リフト量９．４■朧に、カ
ム面３７ｅは弁リフト量１０．８ｉｎに、それぞれ対応
させている。また、第８図に示すように、リフト制御カ
ム５３は、排気弁２８の弁開閉時期及び弁リフ）Ｉをそ
れぞれ異ならせる５個のカム面５３ａ、５３ｂ、５３ｃ
、５３ｄ、５３ｅを存している。カム面５３ａは例えば
弁リフト量８鶴に、カム面５３ｂは同じ＜５ｎ＋に、カ
ム面５３ｃは同じく８鰭に、カム面５３ｄは同じ＜９．
４ｎに、カム面５３ｅは同じ＜１０．８ｎに、それぞれ
対応させている。

第２図に示すように、これらのカム制御軸４５．５４は
、上記カム軸２１と平行に配設され、それらの一端には
、第３図に示すように、歯数の異なるギヤ５６．５７が
それぞれ固設されている。これらのギヤ５６．５７はス
テッピングモータ５８の出力軸端に固着したギヤ５９に
噛合している。なお、６０はアイドラギヤである。従っ
て、これらのギヤ機構が減速手段を構成しており、カム
制御軸４５．５４はこの減速手段を介して同一減速比で
ステッピングモータ５８により駆動回転されることにな
る。すなわち、リフト制御カム３７．５３は同一回転角
だけ逆方向に駆動回転されるのである。なお、ステッピ
ングモータ５８は図外の制御手段（例えば車載のマイク
ロコンピュータ）により駆動制御されるものであり、こ
の制御手段は、例えば回転数センサ、水温センサ等から
入力された各種の検出信号に基づいて機関の運転条件を
判別し、この運転条件に応じて適切な弁リフト量、弁開
閉時期となるように、ステッピングモータ５８を制御駆
動する。

次に、本実施例の作用について説明する。

本実施例では、機関の回転速度及び機関の負荷に応じて
、第９図に示すように、機関の全運転領域を５つの領域
（１）〜（Ｖ）に分けて吸気弁２６及び排気弁２８の各
リフト特性を変化させている。

すなわち、領域（１）は機関のアイドリング状態を、領
域（ＩＩ）は機関の低速低負荷運転域を、領域（ＩＩＩ
）は機関の低速全開域及び中速低中負荷域を、領域（ｒ
Ｖ）は機関の中速域を、領域（Ｖ）は機関の高速域を、
それぞれ示している。第１０図中曲線Ｅｌ−、Ｔ＋が領
域（１）における吸・排気弁２６．２８のリフト特性を
（Ｅｌ　：排気弁、■、：吸気弁）、同じ＜Ｅｚ、Ｉｚ
が領域（ＩＩ）を、Ｅ。

、Ｉ３が領域（Ｉ（［）を、Ｅ４、Ｉ４が領域（ＩＶ）
を、Ｅｓ、Ｉｓが領域（Ｖ）を、それぞれ示している。

なお、第９図中実線は回転速度等の増加時の領域間の切
換値を、同じく破線は減少時の切換値を示す。このよう
に、領域の切換、すなわちステッピングモータ５８の駆
動にヒステリシスを設け、ハンチングを防止している。

以下、各領域ごとに説明する。

１　　　　　■アイドリング時（領域（■））及び機関
始動時ステッピングモータ５８を駆動して各リフト制御
カム３７．５３のカム面３７ａ、５３ａでレバー３６．
５１を押し下げる。この結果、レバー３６の一端部はロ
ッカアーム３５の一端部から最も離れた上方に位置しく
レバー３６の傾斜角度が大となる）、ロッカアーム３５
の揺動支点（支点接触点）はその他端部側に移行する。

また、レバー５１の一端部はロッカアーム３５の一端部
から所定間隔離れた上方に位置しくレバー５１の傾斜は
中間の値となる）、ロッカアーム３５の揺動支点もその
中央部となる。従って、第１１図に示すように、排気弁
２８の弁リフトｔは中間値（例えば８鶴）となり、その
閉弁時期も上死点後となる一方、吸気弁２６の弁リフ）
Ｉは最小値（２ｍｍ）となり、その閉弁時期も上死点後
となる。

すなわち、吸・排気弁２６．２８のオーバラップ量は零
となる。この場合、動弁機構３４の摩擦低減の点からは
排気弁２８の弁リフト量も小さい方が有利だが、バルブ
オーバラップがマイナスとなると燃焼室２９内に残留既
燃焼ガス量が増大して燃焼が不安定となるため、上述の
ように、オーバラップ量を零として燃焼の安定化を図っ
ている。また、吸気弁２６の弁リフト量を小さくしたた
め、その動弁機構３３の摩擦が低減し、燃費が改善され
ている。

■低速低負域（領域（■）） このときは、ステッピングモータ５８を駆動してリフト
制御カム３７．５３はカム面３７ｂ、５３ｂでレバー３
６．５１を押し下げる。その結果、レバー３６の傾斜は
緩となり、ロッカアーム３５の支点接触点は一端部側に
移行するとともに、レバー５１の傾斜は最大となり、ロ
ッカアーム５０の支点接触点は他端部側に移行する。従
って、第１２図に示すように、排気弁２８は弁リフト量
が最小で（５Ｄ）、その閉弁時期が上死点前に早められ
る一方、吸気弁２６と弁リフト量が少しだけ増加しく５
ｍｍ）、その閉弁時期は上死点後となる。すなわち、オ
ーバラップはなくなり（マイナスとなる）、図中（１）
で示す区間は両弁２６．２８は共に閉じている。よって
、燃焼の安定したこの運転域では、燃焼室２９内の残留
ガス量が増加しくいわゆる内部ＥＧＲ（Ｊが増加し）　
、ＮＯｘが低減されるとともに、第１６図に斜線で示す
ように、ポンプ損失も低減し、同時に燃費率も向上する
。第１６図中破線は通常の固定式動弁機構による場合の
ｐ−ｖ線図、同じく実線が本実施例のそれである。

■低速全開域及び中速低・中負荷域（領域（■））本運
転域では、カム面３７ｃ、５３ｃによりレバー３６．５
１の一端部を押し下げる。その結果、レバー３６．５工
の傾きも小となり、ロッカアーム３５．５０の支点接触
点も一端側にさらに移行する。従って、第１３図に示す
ように、吸気弁２６、排気弁２８は共に同一のリフト特
性で（弁リフト量は８龍）、そのオーバラップ量は微小
となる。よって、充分な量の混合気を吸入することがで
き、下死点近くで吸気弁２６が閉じることから、吸入混
合気のはきもどし量が減少して、いわゆる吸気充填効率
が向上し、出力トルクが増加する。

■中速全開域、高中速低中負荷域（領域（■））本運転
域では、カム面３７ｄ、５３ｄによってレバー３６．５
１の一端部をさらに押し下げる結果、レバー３６．５１
の傾きもさらに小となり、ロッカアーム３５．５０の支
点接触点もその一端側にさらに移行する。従って、第１
４図に示すように、吸気弁２６、排気弁２８は共に同一
のリフト特性で、開弁期間が長く弁リフト量も大きくな
る（９．４０）。その結果、これらのオーバラップ量も
増加する。よって、充分な量の吸入混合気を確保でき、
従来に比して、３％〜６％の出力トルクの向上を図るこ
とができる。

■高速域（領域（■）） この運転域では、カム面３７ｅ、５３ｅによってレバー
３６．５１の一端部をさらに押し下げ、その傾斜を最小
とする（略水平とする）。従って、ロッカアーム３５．
５０の支点接触点はその一端側（カム軸２１側）にさら
に移行する。その結果、第１５図に示すように、吸気弁
２６、排気弁２８は共にその量弁時間が最大で（オーバ
ラップ最大）弁リフト量も最大となる（Ｌｏｔｍ）。よ
って高充填効率を確保でき、その出力トルクもさらに向
上することができる（従来比３％〜６％の増加）。

なお、上記５段階の制御に加えて機関空燃比を適宜設定
することにより、さらに、燃費を改良することもできる
。

（効果） 以上説明してきたように、本発明によれば、機関のアイ
ドル時燃焼を安定化できるとともに、低速低負荷時の排
気有害物質の低減及び燃費の向上を達成できる。また、
全運転域に亘りきめ細かな制御が可能となり、リフト特
性切換時のトルクショックを生ずることなく全開出力ト
ルクを向上することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第１６図は本発明に係る多気筒内燃機関の一実
施例を示し、第１図はその可変動弁機構を示す断面図、
第２図はその平面図、第３図は減速手段を示す模式図、
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図は同じくそ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図はその吸気弁のリフト制
御カムのカムプロフィールを示す正面図、第８図は排気
弁のリフト制御カムのカムプロフィールを示す正面図、
第９図は機関運転条件とリフト制御カムのカム面の対応
関係を与えるグラフ、第１０図は吸気弁と排気弁のリフ
ト特性の変化を示すグラフ、第１１図〜第１５図は各カ
ム面に対応してリフト特性をそれぞれ示すグラフ、第１
６図は低速低負荷時のＰ−Ｖ線図である。第１７図〜第
２１図は従来の多気筒内燃機関を示すものであり、第１
７図はその機関の平面図、第１８図はその正面断面図、
第１９図はその作動停止機構を示す一部破断正面図、第
２０図は第１９図のｘｘ−ｘｘ矢視断面図、第２１図は
その機関回転数と出力トルクとの関係を示すグラフであ
る。 ２Ｇ・・・・・・吸気弁、 ２８・・・・・・排気弁、 ３３・・・・・・吸気弁の可変動弁機構、３４・・・・
・・排気弁の可変動弁機構。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 吸気弁及び排気弁のそれぞれにその弁開閉時期及び弁リ
   フト量を可変とする可変動弁機構を備えた多気筒内燃機
   関において、機関のアイドリング時は上記吸・排気弁の
   オーバラップ量を略零とするとともに、アイドリング時
   以外の低速低負荷時はこのオーバラップ量を負としたこ
   とを特徴とする多気筒内燃機関。