JPS6213709A - 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
気ボート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、低速低負荷時は副
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、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、他方を貰速向きのそれに、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多気筒内燃機関において
、吸気弁はその弁開閉時期と弁リフト量とを同時に変化
させるとともに、排気弁はその弁開閉時期を一定に保持
して弁リフト量を変化させる構成である。

（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
関の運転条件に応じて、吸気弁及び排気弁の弁開閉時期
及び弁リフト量を、それぞれ段階的に可変とする。この
場合、吸気弁の弁開閉時期と弁リフト量とは可変動弁機
構によって同時に変・　　化させる一方、排気弁はその
弁開閉時期を可変動弁機構により運転条件の変化にも拘
らず一定に保持してその弁リフト量を変化させて摩擦損
失の低減により始動性を向上させるとともに高速での出
力トルク増加を達成するものである。

（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気筒内燃機関におけるカ
ム軸を示し、このカム軸２１は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。

カム軸２１には、第１図に示すように、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
して固着されている。同図９こおいて、２５は吸気ボー
トを、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している。

また、同図中、２９は両ポート２５．２７が開口する燃
焼室を、３０はシリンダヘッドを、３１．３２は吸・排
気弁の各バルブスプリングを示している。

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３３４よ、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（図中右端）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、それぞれ当接して設けられるとともに、そ
の背面３５Ａはその長手方向に沿って所定曲率で湾曲し
て形成されている。また、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−３６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３
６の一端上面にはリフト制御カム３７が当接して設けら
れ、その他端凹陥部３６Ｂには油圧ピボット３８の下端
球状部が摺動自在に嵌合している。すなわち、レバー３
６は油圧ピボット３８を支点としてロッカアーム３５の
上方で揺動自在に設けられ、その傾斜角度はリフト制御
カム３７により可変制御されている。また、ロッカアー
ム３５の長手方向中央部に挿通した支持軸３９（第６図
参照）の凹所３９Ａと、レバー３６の下面凹溝３６Ｃと
の間にはバネ定数率のスプリング４０が縮設されて、こ
れらのロッカアーム３５とレバー３６とを相対位置決め
している。

ここで、上記油圧ピボット３８はブラケット４１に嵌合
支持されてその下端球状部の中心が上記吸気弁２６の軸
線（ＬＬ、カム軸２１の軸線を含む鉛直面にと所定角度
傾斜している）′の延長線上に位置するよう配設されて
いる。従って、ロッカアーム３５の一端が駆動カム２３
のベースサークルに接した状態では、レバー３６とロッ
カアーム３５との接触点Ｍ１は略延長線Ｌ１上に位置し
ていることになる。

なお、４２はブラケット４１に形成した油孔であり、機
関潤滑油等の所定圧力の圧油をこの油孔４２を介して油
圧ピボット３８に内蔵する油圧室に供給して、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油圧
ピボット３８に持たせている。

ここに、リフト制御カム３７は、第４図及び第５図に詳
示するように、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時に、
例えば閉弁時に回動する。すなわち、リフト制御カム３
７は、カム制御軸４５に遊嵌されており、コイルスプリ
ング４６は、その一端がカム制御軸４５にねし止めした
ボルダ４７に、その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のである。第５図中
、４８はカム制御軸４５に突設したストッパピンであり
、上記円筒部３７Ａに切欠きと当接可能に設けられてい
る。

コイルスプリング４６に過大な力が作用しないようにす
るものである。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の可変動弁機構３３と略同−に構成している
。すなわち、ロッカアーム５０の一端は駆動カム２４に
、その他端は排気弁２８のステムエンド２８Ａに、それ
ぞれ当接して設けられている。また、ロッカアーム５０
の湾曲した背面５０Ａはレバー５１の平坦な下面５１Ａ
に支点接触している。レバー５１は油圧ピボット５２に
より揺動自在に支持され、その傾斜はリフト制御カム５
３により変更可能になされている。また、リフト制御カ
ム５３はコイルスプリング７０を介してカム制御軸５４
に連結されている。

ここで、上記油圧ピボット５２の下端球状部の曲率中心
は排気弁２８の軸線ＬＥの延長線よりも所定距離だけ機
関中心側（鉛直面に側）に位置するよう配設されている
。なお、軸線ＬＥは上記軸線Ｌ１に対して鉛直面Ｋにつ
いて線対称となるように設けられている。従って、ロッ
カアーム５０が駆動カム２４のベースサークルに接した
状Ｂ（リフト量が０）では、レバー５１とロッカアーム
５０との接触点ＭＥは軸線ＬＥの延長線よりも内方に（
鉛直面に側に）所定距離だけ離れて位置している（第１
図）。

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ｆｉ　２　＊＊＊
に、カム面３７ｂは弁リフト量５ｍｍに、カム面３７ｃ
は弁リフト量８龍に、カム面３７ｄは弁リフト量９．４
酊に、カム面３７ｅは弁リフト量１０．８０に、それぞ
れ対応している。また、第８図に示すように、リフト制
御カム５３は、排気弁２８の弁リフト量をそれぞれ異な
らせる５個のカム面５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄ、
５３ｅを有している。カム面５３ａは弁リフト量２鶴に
、カム面５３ｂは弁リフト量５ｆｉに、カム面５３ｃは
弁リフト量８ｍｌに、カム面５３ｄは弁リフト量９．４
ｆｉに、カム面５３ｅは弁リフト量１０．８鶴に、それ
ぞれ対応している。このように、リフト制御カム３７．
５３は弁リフト量を５段階に可変とするカム面を有し、
これらは同−弁リフト量で同時に吸・排気弁２６．２８
を駆動するように第１図中鉛直面Ｋを中心として対称に
カム制御軸４５．５４にそれぞれ設けられている。

カム制御軸４５．５４は、第２図に示すように、カム軸
２１と平行に配設され、それぞれの一端には、第３図に
示すように、歯数の異なるギヤ５６．５７が固着されて
いる。また、これらのカム制御軸４５．５４ば減速手段
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。すなわち、ステッピングモータ５８の出
力軸により駆動される駆動）　　　　　　ギヤ５９にギ
ヤ５７が歯合し、ギヤ５７にアイドラギヤ６０を歯合さ
せ、さらにアイドラギヤ６０にギヤ５６を歯合させてい
る。従って、カム制御軸４５．５４はステッピングモー
タ５８により同一回転角度だけ同一方向に駆動回転され
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機関の各種の検出信号に
基づいて機関の運転条件を判別し、この運転条件に応じ
て吸・排気弁２６．２８が設定した弁リフト量、弁開閉
時期となるように、ステッピングモータ５８ヲ制御駆動
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（アクセ
ル開度）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（ｎ
）は機関の低速低負荷域を、領域（ＩＩＩ）は機関の低
速全開域及び中速低中負荷域を、領域（ＩＶ）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１Ｏ図中曲線１．、Ｅ、が領域（１）における吸・排
気弁２６．２８のリフト特性を示している（ｒ＋：吸気
弁、Ｅ、：排気弁）。同じ＜ｘｚ、Ｅｚが領域（ｎ）の
それを、Ｉ８、Ｅ、が領域（Ｉ［［）のそれを、Ｉ４、
Ｅ４が領域（ＩＶ）のそれを、■。

％　ＥＳが領域（Ｖ）のそれを、それぞれ示してい゛　
　る。なお、第９図中実線は回転速度等増加時の各領域
間の切換値を、同じく破線は減少時の切換値を示してい
る。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、動弁系のハン
チングを防止している。

ここで、排気弁２８の弁開閉時期の変化について説明す
る。

排気弁２８の可変動弁機構３４においては、ロッカアー
ム５０が駆動カム２４のヘースサークルに接している状
態（閉弁時）では、ロッカアーム５０とレバー５１との
接触点Ｍ、は排気弁２８の軸線ＬＥの延長線よりも駆動
カム２４側に位置しているため、ロッカ比は０とはなら
ない。すなわち、第１６図中曲線Ｅ１１に示すように、
弁リフト量が変化しても排気弁２８のリフト時そのロッ
カ比は一定値から常に開始して変化するのである。これ
は、ロッカアーム５０とレバー５１との接触点ＭＥが油
圧ピボット５２よりも延長′！ａＬＥ側に移行しないよ
う、ロッカアーム５０の背面形状を形成しているからで
もある。この結果、リフト制御カム５３を回転させても
、排気弁２８はその弁開閉時期を一定として弁リフト量
のみが変化することになる（第１０図（Ｅ、）〜（Ｅ、
））。

これに対して吸気弁２６の可変動弁機構３３は、ロッカ
アーム３５とレバー３６との接触点Ｍ、を延長線Ｌ１上
に配したため、ロッカ比は略０から変化するため（第１
６図中曲線ＩＲ）、弁開閉時期は弁リフト量の変化に従
って変化することになる（第１０図（Ｉ、）〜（Ｉｓ　
）　）。

以下、各領域毎に説明する。

■アイドリング時（領域（■））及び機関始動時このと
きは、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、５１の各一
端部はロッカアーム３５．５０の各一端部から最も離れ
て上方に位置しくレバー３６．５１の傾斜角度は最大と
なる）、ロッカアーム３５．５０の揺動支点はその他端
部側（ステムエンド２６Ａ、２８Ａ側）に移行する。従
って、第１１図に示すように、吸気弁２６及び排気弁２
８は共に最小の弁リフト量２１１でリフトする一方、排
気弁２８は下死点前で開弁し上死点後で閉弁するととも
に（Ｅ、）、吸気弁２６はこの上死点後の閉弁時に開弁
じ、下死点前に閉弁する（Ｉｔ　）。その結果、吸入空
気量は当該運転時に適したものとなり、各動弁系の摩擦
損失が大幅に低減し、燃費が向上するとともに、特に極
低温時においてもクランキングスピードが大幅に向上し
、始動性能が向上する。また、吸・排気弁２６．２８の
オーバラップ量を略零としたため、燃焼室２９内の残留
ガス増加に伴う燃焼の不安定化を防止することができる
。

■低速低負荷域（領域（■）） 本運転域ではリフト制御カム３７．５３はカム面３７ｂ
、５３ｂでレバー３６．５１を押し下げる。その結果レ
バー３６．５１の傾斜は緩となりロッカアーム３５．５
０の支点接触点は他端側（駆動カム２３．２４側）に移
行する。従って、第１２図に示すように、排気弁２８及
び吸気弁２６は共に弁リフト量が５鶴に、また、排気弁
２８の開閉時期は変らず、吸気弁２６の開弁時期は進み
、閉弁時期は遅れる（Ｅｌ、１り。すなわち、弁リフト
量の増加に従い吸入空気量も増加し、好適な出力トルク
を得ることができる。また、吸気弁２６の閉弁時期は通
常の固定弁式のそれに比較して早められているため、実
圧縮比が大となり、燃費が向上している。

■低速全開域及び、中速低中負荷域（領域（■））本運
転域では、リフト制御カム３７．５３はカム面３７ｃ、
５３ｃでレバー３６．５１を押し下げる。その結果、レ
バー３６．５１の傾きも小となって、ロッカアーム３５
．５０の各支点接触点もさらに駆動カム２３．２４側に
移行する。従って、第１３図に示すように、吸気弁２６
及び排気弁２８は同一の弁リフト量８１ｍで、排気弁２
８の弁開閉時期は上記領域（Ｉ）、（ＩＩ）は同じで、
吸気弁２６の開弁時期は上死点付近に早まり、閉弁時期
は下死点後まで遅れる。よって、オーバラップ量は小さ
い。このため、充分な混合気を吸入することができると
ともに、一旦吸入した混合気のはきもどし量が少なくな
り、いわゆる充填効率が向上し、結果として出力トルク
が向上する。

■中速全開域、高中速・低中負荷域（領域（■））本運
転域では、リフト制御カム３７．５３によってレバー３
６．５１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゛も駆動カム２３．２４側にさらに移行する。従
って、第１４図に示すように、吸・排気弁２６．２８は
弁リフト量が９．４龍でオーバラップ量も増加する。よ
って、充分な量の混合気を吸入することができ、従来に
比して、３％〜６％出力トルクを向上させることができ
る。

■斎速域（領域（Ｖ）） この運転域では、カム面３７ｅ、５３ｅにより、レバー
３６．５１を押し下げ、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
点はさらに駆動カム２３．２４側に移行する。その結果
、第１５図に示すように、吸気弁２６、排気弁２８は共
にその開弁時期が最大で（オーバラップ量も最大となる
）弁リフト量も最大となる（１０　、８　ｗ　）。よっ
て、高速域にても吸気充填効率を高めることができ、そ
の出力トルクをさらに向上させることができる（従来比
３％〜６％の増加）。

（効果） 以上説明してきたように、本発明によれば、吸・排気弁
の弁リフト特性を機関の運転条件に応じてきめ細かく段
階的に制御したため、各運転条件に応じて最適の出力及
び燃費を確保できる。特に、低速低負荷時は動弁系の摩
擦を低減でき、全体として摩耗に対する耐久性が向上す
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
施例を示すものであり、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図はその減速手段
を示す概略正面図、第４図はその動弁機構におけるリフ
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図はその動弁機構の支持
軸を示す斜視図、第７図はその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図は同じく排
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９図は機関の運転条件に対する各リフト制御カム
のカム面の対応関係を与えるグラフ、第１０図は吸・排
気弁のリフト特性の変化を示すグラフ、第１１図はアイ
ドル時の吸・排気弁のリフト特性を示すグラフ、第１２
図は低速低負荷時のそれを示すグラフ、第１３図は低速
全開域のそれを示すグラフ、第１４図は中速域のそれを
示すグラフ、第１５図は高速域のそれを示すグラフ、第
１６図は吸・排気弁のロッカ比の変化を示すグラフであ
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１７図はその平面図、第１８図はそ・） の正面断面図、第１９図はその吸・排気弁の作動停止機
構を示す一部破新正面図、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軸ト
ルクとの関係を示すグラフである。 ２６・・・・・・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多気筒内燃機関において、吸気弁は
   その弁開閉時期と弁リフト量とを同時に変化させるとと
   もに、排気弁はその弁開閉時期を一定に保持して弁リフ
   ト量を変化させることを特徴とする多気筒内燃機関。