KR20030078884A - 내연기관의 밸브 가동 제어장치 - Google Patents

내연기관의 밸브 가동 제어장치 Download PDF

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혼다 기켄 고교 가부시키가이샤
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Abstract

흡기 밸브의 밸브 개방 타이밍 및 밸브 폐쇄 타이밍을 운전 상태에 따라서 최적으로 설정할 수 있음으로써, 연비 및 출력의 향상을 도모하고, 흡기 밸브에서의 연료 고임이나 밸브 시트와의 고착을 해소하며, 비용 및 중량을 삭감하는 내연기관의 밸브 가동 제어 장치를 제공한다. 내연기관의 밸브 가동 제어 장치는, 1개의 실린더(4)에 설치된 배기 밸브(EV1, EV2), 및 제1 및 제2흡기 밸브(IV1, IV2)의 개폐 동작을 제어한다. 전자식 밸브 가동 기구(5)는, 제1흡기 밸브(IV1)를 전자력에 의해서 개폐한다. 캠식 밸브 가동 기구(6)는, 내연기관(3)의 회전에 동기해서 구동되는 캠 샤프트(10)에 설치한 흡기 캠(11)에 의해서 제2흡기 밸브(IV2)를 개폐한다. 캠식 밸브 가동 기구(6)는, 실린더(4)의 연료실 내에 실린더 내 유동을 발생시킬 수 있다. ECU(2)는, 전자식 밸브 가동 기구(5) 및 캠식 밸브 가동 기구(6)의 동작을 제어한다.

Description

내연기관의 밸브 가동 제어장치{VALVE GEAR CONTROL DEVICE OF INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
종래로부터, 내연기관의 운전 상태에 따른 흡배기(吸排氣) 성능을 적절히 얻기 위해서, 흡기 밸브나 배기 밸브의 개폐 타이밍 혹은 리프트(lift)량을 가변으로 제어하는 다양한 밸브 가동 제어장치가 제안되어 있다. 이와 같은 종래의 밸브 가동 제어장치의 1개로서, 캠 샤프트(cam shaft)에 대한 흡기 캠의 위상(이하 「캠 위상」이라고 한다)을 변경하는 형식의 제어장치가 알려져 있다(예를 들면, 일본국 특개평7-301144호 공보 참조). 이 형식의 밸브 가동 제어장치는, 캠 위상을 연속적으로 변화시킴으로써, 흡기 밸브의 개폐 타이밍을 연속적으로 제어한다. 예를 들면, 기관의 고부하(高負荷) 시(時)에는, 제어장치는, 기관의 회전수에 따라서 흡기 밸브의 개폐 타이밍을 연속적으로 변화시킴으로써, 흡기의 관성 효과를 최대한으로 활용하여 충전 효율을 높혀서, 출력의 향상을 도모한다. 한편, 기관의 저부하(低負荷) 시에는, 제어장치는, 흡기 밸브의 개폐 타이밍을 빠르게 함으로써, 배기 밸브와의 밸브 오버랩(overlap)(양(兩) 밸브가 함께 열려 있는 기간)을 길게 하여, 내부 EGR 양을 많게 함으로써, 연소 온도를 저하시켜, 배출 NOx 양을 저감시킨다.
또한, 종래의 다른 형식의 밸브 가동 제어장치로서, 흡기 캠 및 배기 캠의 각각을 서로 다른 소정의 캠 프로필(cam profile)을 갖는 저속 캠 및 고속 캠으로 구성하는 동시에, 각각의 캠의 캠 프로필을 저속 캠과 고속 캠의 사이에서 전환하는 제어장치가 알려져 있다(예를 들면 일본국 특개소62-12811호 공보 참조). 이 밸브 가동 제어장치는, 저속 회전시 및 고속 회전시에 흡기·배기 캠을 저속 캠과 고속 캠으로 각각 전환함으로써, 각각의 회전 영역에 있어서, 최적인 흡기·배기 밸브의 개폐 타이밍 및 리프트량을 얻고, 높은 흡배기 효율을 확보함으로써, 높은 엔진 성능을 실현한다. 또한, 이 형식의 다른 공지의 밸브 가동 제어장치는, 흡기 캠의 한 쪽의 캠 프로필을, 흡기 밸브를 미소(微小) 리프트량으로 개폐하도록 설정함으로써, 소용돌이(swirl)를 발생시켜, 희박한 혼합기에서도 안정된 연소 상태를 확보하는 것으로, 연비를 향상시키는 동시에, 흡기 밸브에서의 연료 고임을 해소한다(예를 들면 일본국 특개평7-97971호 공보 참조).
또한, 다른 형식의 공지된 밸브 가동 제어장치는, 흡기 밸브 및 배기 밸브를 전자석을 이용해서 개폐시킨다(예를 들면, 일본국 특개평8-200025호 공보 참조). 이 밸브 가동 제어장치는, 실린더마다에 주(主)흡기·부(副)흡기 밸브 및 주배기·부배기 밸브가 설치되어 있으며, 이들 4개의 흡기·배기 밸브를 각각 구동시키는 전자식 밸브 가동 기구가 설치되어 있다. 각각의 전자식 밸브 가동 기구는, 서로 대향하는 2개의 전자석과, 양(兩) 전자석 사이에 배치되어, 대응하는 흡기·배기 밸브에 연결된 전기자(電機子)와, 전기자에 힘을 가하는 2개의 코일 스프링 등을구비하고 있다. 이 전자식 밸브 가동 기구에서는, 양 전자석을 통전 제어하는 것에 의해, 전기자를 각각의 전자석에 번갈아 흡인함으로써, 흡기·배기 밸브를 개폐시킨다. 따라서, 통전 타이밍을 제어함으로써, 흡기·배기 밸브의 밸브 개방 타이밍 및 밸브 폐쇄 타이밍을 임의로 제어하는 것이 가능하다. 또한, 양 전자석이 비(非) 통전 상태일 때에는, 전기자가, 양 코일 스프링의 가세력(加勢力)의 밸런스 (balance)에 의해 양 전자석 간의 중립 위치에 유지됨으로써, 흡기·배기 밸브는 밸브의 개방 상태로 유지된다.
또한, 이 밸브 가동 제어장치에서는, 주흡기 밸브 및 부흡기 밸브는, 내연기관의 운전 상태에 따라서 상이한 조합으로 구동된다. 구체적으로는, 저속 회전·저부하 상태에서는, 주흡기 밸브를 중지하고, 부흡기 밸브만을 작동시키고, 중속 회전·중부하 상태에서는, 반대로 부흡기 밸브를 중지하고, 주흡기 밸브만을 작동시킴으로써, 소용돌이를 발생시키면서, 운전 상태에 알맞은 흡입 공기량을 공급함으로써, 안정된 연소 상태를 확보하는 동시에, 고속 회전·고부하 상태에서는, 주흡기·부흡기 밸브의 양쪽을 작동시킴으로써, 고출력을 확보하도록 되어 있다.
그러나, 상술한 종래의 밸브 가동 제어장치 중, 캠 위상을 가변시키는 제1형식의 것은, 캠 샤프트에 대한 흡기 캠의 위상을 변화시키는 것에 지나지 않는다. 흡기 밸브의 개각(開角) 기간은 일정하기 때문에, 흡기 밸브의 밸브 개방 타이밍이 설정되면, 자동적으로 밸브 폐쇄 타이밍이 정해지게 된다. 이것 때문에, 모든 회전 영역 및 부하 영역에 있어서, 최적인 밸브의 개방 타이밍과 최적인 밸브 폐쇄 타이밍을 동시에 얻을 수는 없다. 예를 들면, 저속 시에는, 연소 변동 한계에서의 최소연비를 얻을 수 있도록 밸브 개방·폐쇄 타이밍을 설정하고, 한편, 중·고속 시에는, 최대한의 토크 업(torque up)을 얻을 수 있도록 밸브 개방·폐쇄 타이밍을 설정하는 것이 바람직하지만, 이 밸브 가동 제어장치에서는 그것을 실현하는 것은 곤란하다.
또한, 캠 프로필을 전환하는 종래의 제2형식의 밸브 가동 제어장치는, 전환하는 캠 프로필을 2단계 갖는 것 뿐이고, 그것에 의해 얻을 수 있는 흡기·배기 밸브의 개폐 타이밍 및 리프트량도 또한, 2단계로서 변화되는 것에 지나지 않는다. 이 때문에, 모든 회전 영역 및 부하 영역에 있어서 최적의 개폐 타이밍과 리프트량을 얻을 수는 없다.
이것에 대하여, 전자식 밸브 가동 기구를 구비한 종래의 제3형식의 밸브 가동 제어장치는, 흡기·배기 밸브의 밸브 개방 타이밍 및 밸브 폐쇄 타이밍을 임의로 제어할 수 있기 때문에, 이 밸브 가동 제어장치는 모든 회전 영역 및 부하 영역에 있어서, 최적의 개폐 타이밍을 실현할 수 있다고 하는 이점이 있다. 그러나, 이 밸브 가동 제어장치에서는, 모든 흡기·배기 밸브를 전자식 밸브 가동 기구로써 구동하기 때문에, 전력 소비량이 커지고, 그 결과, 연비가 저하된다. 또한, 전자식 밸브 가동 기구의 전자석이나 전기자 등이 자성체(磁性體)로써 구성되기 때문에, 이 밸브 가동 제어장치에는 중량 및 양산(量産) 비용이 증대한다는 결점이 있다.
또한, 이 밸브 가동 제어장치에서는, 2개의 전자석에 의한 전기자의 흡인에 의해서, 흡기 밸브의 개폐가 실행되기 때문에, 흡기 밸브의 리프트량은 일정하고, 이것을 미소 리프트량으로 개폐하는 것은 곤란하다. 이 때문에, 주흡기 밸브 또는부흡기 밸브를 중지할 경우에는, 이것을 전폐(全閉) 상태로 유지하지 않을 수 없다. 이 때문에, 내연기관의 운전 조건에 따라서는, 이 주흡기·부흡기 밸브의 전폐 중지 상태가 장기간 계속됨으로써, 연소에 의해 생긴 카본이, 중지된 흡기 밸브 및 그 밸브 시트(valve seat)에 붙은 상태로 되는 경우가 있어, 그 경우에는, 그 후의 작동 재개 시에, 흡기 밸브가 밸브 시트에서 강제적으로 떼어짐으로써, 밸브 시트와의 밀봉성이 손상될 우려가 있다. 또한, 흡기 밸브의 전폐 중지에 의해 연료 고임이 생기기 때문에, 작동 재개 시에 혼합기가 농후(濃厚)화하여, 배기 가스 특성이 악화된다.
또한, 이 밸브 가동 제어장치에서는, 전기자가 전자석에 흡인되어 있을 때, 혹은 전자석 사이를 이동하고 있는 도중에, 전기자에 기계적 충격이나 어떠한 진동이 작용했을 경우에, 밸브 가동 제어장치에는 흡기·배기 밸브가 코일 스프링의 가세력에 의해 중립 위치로 되돌아오는 현상(이하 「탈조(脫調) 현상」이라고 한다)이 발생할 가능성이 있다. 그리고, 그러한 탈조 현상이 배기 밸브 측에 발생했을 경우에는 특히, 압축 행정 및 폭발 행정에 있어서, 미연소(未燃燒) 가스가 탈조된 배기 밸브를 통해서 외부로 배출됨으로써, 배기 가스 특성이 악화될 우려가 있다.
본 발명은, 1개의 실린더에 배기 밸브와 복수의 흡기 밸브를 구비한 내연기관의 밸브 가동 제어장치에 관한 것이다.
도 1은, 본 발명의 제1실시형태에 의한 내연기관의 밸브 가동 제어장치의 개략 구성을 나타내는 블록도.
도 2는, 흡기 밸브 및 배기 밸브의 배치를 나타내는 도면.
도 3은, 흡기·배기 밸브 및 밸브 가동 제어장치의 2개 실린더분의 구성 및 배치를 나타내는 평면도.
도 4는, 제1흡기 밸브의 중지 모드에 있어서의 소용돌이의 발생 상황을 나타내는 도면.
도 5는, 도 1의 ECU에 의해 실행되는 밸브 가동 제어 루틴(routine)의 흐름도.
도 6은, 운전 영역 맵(map)의 일례(一例).
도 7A 및 도 7B는, 각각, 저속 회전 상태 및 WOT 영역에 있어서의 제1흡기 밸브의 개폐 타이밍의 설정 예를 나타내는 도면.
도 8은, 본 발명의 제2실시형태에서 채용되는 소용돌이 제어 밸브, 및 그것에 의한 소용돌이의 발생 상황을 나타내는 사시도.
본 발명은, 상기의 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것이며, 흡기 밸브의 밸브 개방 타이밍 및 밸브 폐쇄 타이밍을 기관의 운전 상태에 따라서 최적으로 설정할 수 있음으로써, 연비 및 출력의 향상을 도모하는 동시에, 흡기 밸브에서의 연료 고임이나 밸브 시트와의 고착(固着)을 해소할 수 있고, 또한, 비용 및 중량을삭감할 수 있는 내연기관의 밸브 가동 제어장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은, 1개의 실린더에 설치된 배기 밸브, 및 제1 및 제2흡기 밸브의 개폐 동작을 제어하는 내연기관의 밸브 가동 제어장치로서, 제1흡기 밸브를 전자력에 의해 개폐하는 전자식 밸브 가동 기구와, 내연기관의 회전에 동기해서 구동되는 캠 샤프트에 설치한 흡기 캠에 의해 제2흡기 밸브를 개폐하는 캠식 밸브 가동 기구로서, 실린더의 연소실 내에 실린더 내 유동을 발생 가능한 캠식 밸브 가동 기구와, 전자식 밸브 가동 기구 및 캠식 밸브 가동 기구의 동작을 제어하는 제어 수단을 구비하고 있다.
이 내연기관의 밸브 가동 제어장치에서는, 1개의 실린더에 설치된 제1 및 제2흡기 밸브 중, 제1흡기 밸브는, 전자식 밸브 가동 기구에 의해 전자력을 이용해서 개폐되고, 전자식 밸브 가동 기구의 동작은, 제어 수단에 의해 제어된다. 따라서, 제1흡기 밸브의 밸브 개방 타이밍 및 밸브 폐쇄 타이밍을 임의로 제어할 수 있기 때문에, 모든 엔진의 운전 상태에 따른 최적의 개폐 타이밍을 실현하는 것이 가능하게 된다. 한편, 제2흡기 밸브는, 캠식 밸브 가동 기구에 의해, 내연기관의 회전에 동기해서 구동되는 캠 샤프트의 흡기 캠에 의해 개폐된다. 이 캠식 밸브 가동 기구는, 실린더의 연소실 내에, 소용돌이로 대표되는 실린더 내 유동을 발생하도록 구성되는 동시에, 그 동작은 제어 수단에 의해 제어된다.
따라서, 제1흡기 밸브의 개폐 타이밍의 설정과 제2흡기 밸브에 의한 실린더 내 유동의 발생·정지를, 각각의 운전 상태에 따라서 적절히 구성함으로써, 운전 상태에 따른 최적의 연비와 출력을 얻을 수 있다. 예를 들면, 저속 회전·저부하운전 상태에 있어서, 제2흡기 밸브에 의해 실린더 내 유동을 발생시킴으로써, 희박한 혼합기에서도 안정된 연소 상태를 확보하는 동시에, 제1흡기 밸브의 개폐 타이밍을 연소 변동 한계 부근에 설정함으로써, 최적의 연비를 얻을 수 있다. 또한, 고속 회전·고부하 운전 상태에서는, 제2흡기 밸브에 의해 발생하는 실린더 내 유동을 정지함으로써, 흡입 공기량을 증대시키는 동시에, 제1흡기 밸브의 개폐 타이밍을 출력 한계 부근에 설정함으로써, 최대한의 출력을 얻을 수 있다.
또한, 제2흡기 밸브는, 전자식 밸브 가동 기구에 의하지 않고, 캠식 밸브 가동 기구에 의해서 구동되므로, 양쪽 흡기 밸브를 전자식 밸브 가동 기구로써 구동하는 종래의 밸브 가동 제어장치와 비교해서, 비용 및 중량을 삭감할 수 있다.
바람직하게는, 상기의 밸브 가동 제어장치에 있어서, 캠식 밸브 가동 기구는, 흡기 캠의 캠 프로필을, 제2흡기 밸브를 미소 리프트량으로 개폐함으로써 실린더 내 유동을 발생시키는 미소 리프트 캠과, 제2흡기 밸브를 미소 리프트량 보다도 큰 리프트량으로 개폐하는 통상적인 리프트 캠으로 전환 가능한 캠 프로필 전환 기구를 갖는다.
상기의 구성에 의하면, 제2흡기 밸브를 개폐하는 캠식 밸브 가동 기구는, 캠 프로필 전환 기구를 가지고 있고, 캠 프로필이 미소 리프트 캠으로 전환되었을 때에는, 제2흡기 밸브가 미소 리프트량으로 개폐됨으로써, 실린더 내 유동이 발생한다. 이렇게, 실린더 내 유동의 발생 중에, 제2흡기 밸브를 미소 리프트량으로 개폐하므로, 제2흡기 밸브에서의 연료 고임을 해소할 수 있고, 실린더 내 유동 정지 직후에 있어서의 혼합기의 농후화를 방지할 수 있는 동시에, 실린더 내 유동 발생 기간이 긴 경우라도, 연소에 의해 발생된 카본이, 제2흡기 밸브 및 그 밸브 시트에 붙을 일이 없어, 양자(兩者)의 고착을 해소할 수 있다. 또한, 예를 들면 고속 회전 상태나 고부하 상태 시에는, 캠 프로필을 통상적인 리프트 캠으로 전환함으로써, 흡입 공기량을 높일 수 있어, 더욱 큰 출력이 확보된다.
바람직하게는, 상기의 밸브 가동 제어장치에 있어서, 캠식 밸브 가동 기구는, 제2흡기 밸브의 상류측에 소용돌이 제어 밸브를 구비하고 있다.
상기의 구성에 의하면, 내연기관의 운전 상태에 따라서, 소용돌이 제어 밸브를 작동시킴으로써, 실린더 내 유동으로서 소용돌이를 발생시키는 동시에, 소용돌이 제어 밸브를 정지함으로써, 고출력을 얻을 수 있다. 또한, 제2흡기 밸브 자체는, 캠식 밸브 가동 기구에 의해 항상 개폐되므로, 상기와 마찬가지로, 제2흡기 밸브에서의 연료 고임이나 밸브 시트와의 고착은 발생되지 않는다.
바람직하게는, 상기의 밸브 가동 제어장치에 있어서, 내연기관의 운전 상태를 검출하는 운전 상태 검출 수단과, 검출된 내연기관의 운전 상태에 따라서, 전자식 밸브 가동 기구 및 캠식 밸브 가동 기구의 동작 모드(mode)를 각각 결정하는 동작 모드 결정 수단을 추가로 구비하고 있다.
상기의 구성에 의하면, 검출된 내연기관의 운전 상태에 따라서, 전자식 밸브 가동 기구의 동작 모드를 결정하므로, 제1흡기 밸브의 밸브 개방 타이밍 및 밸브 폐쇄 타이밍을, 실제의 운전 상태에 따라서, 모든 회전 영역 및 부하 영역에 있어서, 최적으로 설정할 수 있다. 또한, 캠식 밸브 가동 기구의 동작 모드도, 검출된 운전 상태에 따라서 결정되므로, 캠식 밸브 가동 기구에 의한 실린더 내 유동의 발생을, 실제의 운전 상태에 따라서 적절히 실행할 수 있다.
바람직하게는, 상기의 밸브 가동 제어장치에 있어서, 내연기관의 회전에 동기해서 구동되는 캠 샤프트에 설치한 배기 캠에 의해, 배기 밸브를 개폐하는 캠식 배기 밸브의 밸브 가동 기구를 추가로 구비하고 있다.
상기의 구성에 의하면, 배기 밸브가, 제2흡기 밸브와 마찬가지로, 전자식 밸브 가동 기구에 의하지 않고, 캠식의 배기 밸브의 밸브 가동 기구에 의해 구동되므로, 그 만큼, 비용 및 중량을 더욱 삭감할 수 있다. 또한, 종래와 달리, 배기 밸브측에 전자식 밸브 가동 기구의 탈조 현상이 발생되지 않으므로, 탈조된 배기 밸브를 통해서 미연소 가스가 배출되는 것에 의한 배기 가스 특성의 악화의 우려가 없어진다.
이하에서, 도면을 참조하면서, 본 발명의 제1실시형태에 관한 내연기관의 밸브 가동 제어장치에 대해서 설명한다. 도 1은, 제1실시형태에 의한 밸브 가동 제어장치의 개략 구성을 나타내고 있다. 이 내연기관(이하 「엔진」이라고 한다)(3)은, 도시하지 않는 차량에 탑재된 직렬 4기통(도 3에 2기통을 도시) SOHC형의 가솔린 엔진(gasoline engine)이다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 각각의 실린더(4)에는, 제1 및 제2의 흡기 밸브(IVl, IV2)와, 제1 및 제2의 배기 밸브(EVl, EV2)가 설치되어 있다. 본 실시형태에서는, 제1흡기 밸브(IVl)는 전자식 밸브 가동 기구(5)에 의해, 제2흡기 밸브(IV2)는 캠식 밸브 가동 기구(6)에 의해, 양쪽 배기 밸브(EVl, EV2)는 캠식 배기 밸브의 밸브 가동 기구(7)에 의해서, 각각 개폐된다. 또한, 흡기 밸브(IVl, IV2)에 의해 개폐되는 흡기 밸브 포트(도시하지 않음), 및 배기 밸브(EVl, EV2)에 의해 개폐되는 배기 밸브 포트(도시하지 않음)는, 단일의 흡기 포트(8) 및 배기 포트(9)(도 4참조)에 각각 연결되어 있고, 흡기 포트(5)에 연료 분사 밸브(도시하지 않음)로부터 연료가 분사된다.
전자식 밸브 가동 기구(5)는, 상하 2개의 전자석(5a, 5a)과, 양쪽 전자석(5a, 5a) 사이에 배치되고, 제1흡기 밸브(IVl)에 연결된 전기자(도시하지 않음)와, 전기자에 힘을 가하는 2개의 코일 스프링(도시하지 않음) 등을 구비하고 있으며, 후술하는 ECU(2)로부터의 구동 신호에 의해, 양쪽 전자석(5a, 5a)이 여자(勵磁)·비 여자 상태로 제어되어, 전기자를 번갈아 흡인함으로써, 제1흡기 밸브(IVl)를 개폐시킨다. 따라서, 이 구동 신호의 출력 타이밍을 제어함으로써, 제1흡기 밸브(IVl)의 밸브 개방 타이밍 및 밸브 폐쇄 타이밍을 임의로 제어하는 것이 가능하다. 또한, 제1흡기 밸브(IVl)에는, 그 밸브 몸체의 위치를 검출하는 변위 센서(도시하지 않음)가 설치되어 있다. 변위 센서의 검출 신호는 ECU(2)에 출력된다.
또한, 도 3에 나타내는 바와 같이, 직렬의 4개 실린더(4) 중, 양측 각각의 2개의 실린더(4, 4)에서는, 제1흡기 밸브(IVl, IVl)가 서로 인접하도록 배치되어 있으며, 이들이 서로 인접하는 제1흡기 밸브(IVl, IVl)를 구동시키는 전자식 밸브 가동 기구(5, 5)가, 1개의 모듈로서 구성되어 있다. 이러한 모듈 형상 구성에 의해, 4개의 실린더(4)에 대하여 2개의 전자식 밸브 가동 기구 모듈을 탑재하는 것만으로 좋으므로, 탑재 및 조립이 용이하게 된다.
제2흡기 밸브(IV2)를 구동하는 캠식 밸브 가동 기구(6)는, 캠 샤프트(10)와, 캠 샤프트(10)에 일체로 설치된 흡기 캠(11)과, 흡기 캠(11)에 의해 구동되고, 캠 샤프트(10)의 회전 운동을 제1흡기 밸브(IVl)의 왕복 운동으로 변환하기 위한 회전 운동이 자유로운 로커 암(rocker arm)(12)과, 흡기 캠(11)의 캠 프로필을 전환하기 위한 캠 프로필 전환 기구(이하 「VTEC」이라고 한다)(13) 등으로서 구성되어 있다. 캠 샤프트(10)는, 종동(從動) 스프로킷(sprocket) 및 타이밍 체인(함께 도시하지 않음)을 통해서, 엔진(3)의 크랭크축(도시하지 않음)에 연결되어 있고, 크랭크축에 의해, 그 2회전당 1회전의 비율로 회전 구동된다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 흡기 캠(11)은, 대단히 낮은 캠 산(山)을 갖는 미소 리프트 캠(11a)과, 리프트 캠(11a) 보다도 높은 캠 프로필을 갖는 저속 캠(11b)(보통 리프트 캠)으로 구성되어 있다. 이들의 미소 리프트 캠(11a) 및 저속 캠(11b)은, VTEC(13)에 의해 전환되고, 그것에 의해서, 제2흡기 밸브(IV2)의 동작 모드가, 중지 모드와 작동 모드로 전환된다. 이 중지 모드에서는, 제2흡기 밸브 (IV2)는, 미소 리프트 캠(11a)의 캠 프로필에 따른 미소 리프트량으로서 개폐되고, 그것에 의해서, 도 4에 나타내는 바와 같이, 실린더(4) 내에, 제1흡기 밸브(IVl)로부터 제2흡기 밸브(IV2)를 향해서 가로 방향으로 흐르는 소용돌이가, 실린더 내 유동으로서 발생한다. 한편, 작동 모드에서는, 제2흡기 밸브(IV2)는, 저속 캠(11b)의 캠 프로필에 따른, 더욱 큰 리프트량과 개폐 타이밍으로 개폐됨으로써, 더욱 큰 출력을 얻을 수 있다. VTEC(13)의 동작은, ECU(2)로부터의 구동 신호에 의해 VTEC 전자제어 밸브(13a)를 제어하고, VTEC(13)에 공급되는 유압을 변화시킴으로써, 제어된다.
또한, 제1 및 제2배기 밸브(EVl, EV2)를 구동하는 캠식 배기 밸브의 밸브 가동 기구(7)는, 상기 캠 샤프트(10)와, 캠 샤프트(10)에 일체로 설치된 배기 캠(14, 14)과, 배기 밸브측 로커 암(15, 15) 등으로서 구성되어 있다. 양쪽 배기 밸브 (EVl, EV2)는, 배기 캠(14)의 캠 프로필에 따른 일정한 리프트량 및 개폐 타이밍으로 개폐된다.
한편, 크랭크축의 주위에는, 크랭크각 센서(16)(운전 상태 검출 수단)가 설치되어 있다. 이 크랭크각 센서(16)는, 크랭크축의 회전에 따라서, 펄스 신호인 CYL 신호, TDC 신호 및 CRK 신호를, 각각의 소정의 크랭크 각도 위치에서 발생시키고, 발생된 신호를 ECU(2)에 출력한다. 구체적으로는, CYL 신호는, 특정한 실린더(4)의 소정의 크랭크 각도 위치에서 발생된다. TDC 신호는, 각각의 실린더(4)의 피스톤(도시하지 않음)이 흡기 행정 개시 시의 상사점(TDC) 부근의 소정의 크랭크 각도 위치에 있는 것을 나타내는 신호이고, 4기통 형식의 본 예에서는, 크랭크각 180°마다에 1펄스가 출력된다. 또한, CRK 신호는, TDC 신호 보다도 짧은 소정의 크랭크 각도의 주기(예를 들면 30°마다)로 발생된다. ECU(2)는, 이것들의 CYL 신호, TDC 신호 및 CRK 신호에 근거하여, 실린더(4)마다의 크랭크 각도 위치를 판별하는 동시에, CRK 신호에 근거하여, 엔진(3)의 회전수(이하 「엔진 회전수」라고 한다) NE를 산출한다.
ECU(2)는, 또한, 흡기관 내 절대압 센서(17)로부터, 흡기관 내의 스로틀 밸브(도시하지 않음) 보다도 하류측에서의 흡기관 내 절대압 PBA를 나타내는 검출 신호가, 스로틀 밸브의 개방도 센서(18)로부터 스로틀 밸브의 개방도(스로틀 밸브 개방도） θTH를 나타내는 검출 신호를, 액셀러레이터 개방도 센서(19)(운전 상태 검출 수단)로부터, 액셀러레이터 페달(도시하지 않음)의 밟은 양인 액셀러레이터 개방도 ACC를 나타내는 검출 신호를, 각각 받는다. 이들의 파라미터는 모두 엔진(3)의 부하를 나타내는 것이며, 후술하는 바와 같이, 본 실시형태에서는, 이들을 대표하여, 액셀러레이터 개방도 ACC가, 엔진 부하의 파라미터로서 이용되고 있다.
ECU(2)는, 본 실시형태에 있어서, 제어 수단, 운전 상태 검출 수단 및 동작 모드 결정 수단을 구성하는 것이며, CPU, RAM, ROM 및 입출력 인터페이스(모두 도시하지 않음) 등으로 이루어지는 마이크로 컴퓨터로서 구성되어 있다. 상기한 센서 (16 내지 19)의 검출 신호는 각각, 입력 인터페이스로써 A/D 변환이나 정형이 된 후, CPU에 입력된다. CPU는, 이들의 입력 신호에 따라서, ROM에 기억된 제어 프로그램 등에 따라서, 엔진(3)의 운전 상태를 판별하는 동시에, 그 판별 결과에 따라서, 전자식 밸브 가동 기구(5) 및 캠식 밸브 가동 기구(6)의 동작 모드를 결정하고, 제1흡기 밸브(IVl)의 개폐 타이밍 및 흡기 캠(11)의 캠 프로필의 전환을 제어하는 밸브 가동 제어 루틴을 실행한다.
도 5는, 이 밸브 가동 제어 루틴의 흐름도를 나타낸다. 이 루틴에서는 우선, 단계 11(「Sll」이라고 도시. 이하 마찬가지임)에 있어서, 제2흡기 밸브(IV2)가 중지 모드중인지의 여부, 즉 흡기 캠(11)이 미소 리프트 캠(11a)으로 설정되어 있는지의 여부를 판별한다. 단계 11에 대한 대답이 YES로서, 제2흡기 밸브(IV2)가 중지 모드중인 것을 나타낼 때에는, 엔진 회전수 NE가, 제2흡기 밸브(IV2)의 작동 개시 회전수 NVTECSTART(예를 들면 3000rpm) 보다도 큰 것인지의 여부를 판별하고(단계 12), 단계 12의 대답이 NO일 때에는 또한, 액셀러레이터 개방도 ACC가, 작동 개시 개방도 ACCSTART(예를 들면 85％ 개방도) 보다도 큰 것인지의 여부를 판별한다(단계 13). 단계 13의 대답이 NO, 즉 NE≤NVTECSTART 이고 또한 ACC≤ACCSTART가 성립하고 있을 때에는, 제2흡기 밸브(IV2)의 동작 모드로서 중지 모드를 지정하여(단계 14), 중지 모드를 유지한다. 이어서, 엔진 회전수 NE 및 액셀러레이터 개방도 ACC에 따라서, 중지 모드 중에 있어서의 제1흡기 밸브(IVl)의 밸브 개방 타이밍 및 밸브 폐쇄 타이밍을 결정한다(단계 15). 이 결정의 상세에 대해서는, 후술한다.
한편, 상기 단계 12 또는 단계 13의 대답 중의 어느 하나가 YES, 즉 NE>NVTECSTART 또는 ACC>ACCSTART가 성립하고 있을 때에는, 제2흡기 밸브(IV2)의 동작 모드로서 작동 모드를 지정함으로써(단계 16), 작동 모드를 시작하고, 흡기 캠(11)을 저속 캠(11b)으로 전환한다. 이어서, 엔진 회전수 NE 및 액셀러레이터 개방도 ACC에 따라서, 작동 모드 중에 있어서의 제1흡기 밸브(IVl)의 밸브 개방 타이밍 및 밸브 폐쇄 타이밍을 결정한다(단계 17). 이 결정 처리의 상세에 대해서도, 후술하는 것으로 한다.
한편, 상기 단계 11의 대답이 NO로서, 제2흡기 밸브(IV2)가 작동 모드중인 것을 나타낼 때에는, 엔진 회전수 NE가, 상기 작동 개시 회전수 NVTECSTART 보다도 작은 중지 개시 회전수 NVTECSTOP(예를 들면 2900rpm) 보다도 작은 것인지의 여부를 판별한다(단계 18). 단계 18의 대답이 NO일 때에는 또한, 액셀러레이터 개방도 ACC가, 상기 작동 개시 개방도 ACCSTART 보다도 작은 중지 개시 개방도 ACCSTOP(예를 들면 80％ 개방도) 보다도 작은 것인지의 여부를 판별한다(단계 19). 단계 19의 대답이 NO, 즉 NE≥NVTECSTOP이고 또한 ACC≥ACCSTOP일 때에는, 상기 단계 16 및 단계 17을 실행함으로써, 제2흡기 밸브(IV2)를 작동 모드로 유지하는 동시에, 작동 모드 중에 있어서의 제1흡기 밸브(IVl)의 개폐 타이밍을 결정한다.
한편, 상기 단계 18 또는 단계 19의 대답 중의 어느 1개가 YES, 즉 NE<NVTECSTOP 또는 ACC<ACCSTOP이 성립될 때에는, 상기 단계 14 및 단계 15를 실행함으로써, 중지 모드를 시작하고, 흡기 캠(11)을 미소 리프트 캠(11a)으로 전환하는 동시에, 중지 모드 중에 있어서의 제1흡기 밸브(IVl)의 개폐 타이밍을 결정한다.
이상과 같이, 제2흡기 밸브(IV2)의 동작 모드는, 엔진 회전수 NE 및 액셀러레이터 개방도 ACC에 따라서 결정된다. 구체적으로는, 도 6에 나타내는 바와 같이, NE 값 및 ACC 값이 모두 작은 저속 회전·저부하에 관련하는 중지 모드 영역 Ⅰ에서는, 중지 모드로 설정된다. 이것에 의해, 저속 회전·저부하 상태에서는, 흡기 캠(11)이 미소 리프트 캠(11a)으로 설정되고, 제2흡기 밸브(IV2)가 미소 리프트량으로 개폐되는 것에 의해, 실린더(4) 내에 도 4에 나타내는 바와 같은 소용돌이가 발생함으로써, 희박한 혼합기에서도 안정된 연소 상태를 확보할 수 있다. 한편, 제2흡기 밸브(IV2)의 동작 모드는, NE 값 및 ACC 값이 모두 큰 고속 회전·고부하 상태의 작동 모드 영역 Ⅱ에서는, 작동 모드로 설정된다. 이것에 의해, 고속 회전·고부하 상태에서는, 흡기 캠(11)이 저속 캠(11b)으로 설정되고, 제2흡기 밸브(IV2)가 더욱 큰 리프트량으로 개폐됨으로써, 흡입 공기량을 높혀서, 큰 출력을 확보할 수 있다.
또한, 제2흡기 밸브(IV2)의 동작 모드를 전환하기 위한 판정 값인 작동 개시 회전수 NVTECSTART와 중지 개시 회전수 NVTECSTOP, 및 작동 개시 개방도 ACCSTART와 중지 개시 개방도 ACCSTOP이, 상기한 바와 같이 서로 다른 값으로 설정되어 있는 것은, 히스테리시스(hysteresis)를 설치함으로써, 제2흡기 밸브(IV2)의 전환 동작 시에 헌팅(hunting)을 방지하기 위해서이다.
이어서, 도 5의 단계 15 및 단계 17에서 실행되는 제1흡기 밸브(IVl)의 개폐 타이밍의 결정에 수반하는 처리에 대해서, 도 6 및 도 7을 참조해서 상세히 설명한다. 상기한 바와 같이, 제1흡기 밸브(IVl)의 개폐 타이밍은, 엔진 회전수 NE 및 액셀러레이터 개방도 ACC에 따라서 결정된다. 구체적으로는, 도 6에 나타내는 운전 영역 맵이 미리 설정되어 있고, 엔진(3)이 이들의 운전 영역 중의 어느 하나에 있을지를 NE 값 및 ACC 값에 따라서 판별하는 동시에, 판별된 운전 영역에 따른 동작 모드에 근거하여, 제1흡기 밸브(IVl)의 개폐 타이밍이 결정된다. 또한, 동(同) 도면 중의 곡선의 위쪽의 영역은, 스로틀 전개(WOT) 영역이다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 제2흡기 밸브(IV2)의 중지 모드 영역 Ⅰ에 있어서의 운전 영역은, 공회전 영역 A 및 모드 연비 영역 B이다. 이들 운전 영역에서는, 제2흡기 밸브(IV2)를 중지 모드로 설정하는 동시에, 제1흡기 밸브(IVl)의 개폐 타이밍을, 운전 영역마다에 아래와 같이 결정한다.
·(공회전 영역 A)
이 공회전 영역 A에서는, 연비 최적의 설정을 얻기 위해서, 제1흡기 밸브 (IVl)를 비(非) 오버랩(0/L)·지연 폐쇄 모드로 설정한다. 즉, 제1흡기 밸브(IVl)의 밸브 개방 타이밍을, 제1 및 제2배기 밸브(EVl, EV2)와의 오버랩이 없도록 결정함으로써, 내부 EGR 양을 억제한다. 또한, 밸브 폐쇄 타이밍은, 하사점(BDC)으로부터 +60도 내지 130도로 하는 지연 폐쇄(도 7A 참조)로 설정한다. 이것은, 저속 회전·저부하 상태에서는, 흡기 행정 중의 단열 팽창에 의한 착화성의 악화 등에 의해, 연소 변동이 악화되기 쉬우므로, 제1흡기 밸브(IVl)를 지연 폐쇄로 함으로써,펌프 손실을 될 수 있는 한 저감시키기 위해서이다. 이상의 설정에 의해, 공회전 영역 A에 있어서, 연비의 최대한의 향상을 도모한다.
·(모드 연비 영역 B)
이 모드 연비 영역 B에서는, 최적인 연비와 배기 가스 특성 쌍방을 얻을 수 있도록, 제1흡기 밸브(IVl)를 오버랩·지연 폐쇄 모드로 설정한다. 즉, 밸브의 개방 타이밍은, 배기 밸브(EVl, EV2)와의 오버랩이 필요에 따라서 발생하도록 결정된다 (도 7A 참조). 이것에 의해, 흡기 맥동(脈動) 및 배기 맥동에 의한 소기(掃氣) 효과(scavenging effect)를 적절히 이용해서 충전 효율을 향상시킴으로써, 토크 업을 도모할 수 있다. 한편, 밸브 폐쇄 타이밍은, 공회전 영역 A의 경우와 마찬가지로, BDC + 60도 내지 BDC + 130도의 지연 폐쇄로 하고, 그것에 의해, 연비를 저감시킨다.
또한, 도 6에 나타내는 바와 같이, 제2흡기 밸브(IV2)의 중지 모드 영역Ⅱ에 있어서의 운전 영역은, 저중속 토크 영역 C, 고속 연비 영역 D 및 출력 영역 E이다. 이들의 운전 영역에서는, 제2흡기 밸브(IV2)를 작동 모드로 설정하는 동시에, 제1흡기 밸브(IVl)의 개폐 타이밍을, 운전 영역마다에 아래와 같이 결정한다.
·(저중속 토크 영역 C)
이 저중속 토크 영역 C에서는, 최적의 토크를 얻기 위해서, 제1흡기 밸브(IVl)를 오버랩·BDC 폐쇄 모드로 설정한다. 즉, 밸브 개방 타이밍을, 모드 연비 영역 B의 경우와 마찬가지로, 필요에 따라서 제1흡기 밸브(IVl)가 배기 밸브 (EVl, EV2)와 오버랩되도록 결정함으로써, 소기 효과에 의한 토크 업을 도모한다.한편, 밸브 폐쇄 타이밍을 BDC 부근에 설정한 BDC 폐쇄(도 7B참조)로 함으로써, 실행정(實行程) 용적을 증대시켜, 토크 업을 도모한다.
·(고속 연비 영역 D)
이 고속 연비 영역 D에서는, 공회전 영역 A의 경우와 마찬가지로, 최적인 연비를 얻기 위해, 제1흡기 밸브(IVl)를 비 오버랩·지연 폐쇄 모드로 설정함으로써, 연비의 최대한의 향상을 도모한다. 이 경우, 제2흡기 밸브(IV2)는 작동 모드로 설정되어 있으므로, 소요되는 출력이 확보된다.
·(출력 요구 영역 E)
이 출력 요구 영역 E에서는, 최적의 토크를 얻기 위해서, 저중속 토크 영역 C의 경우와 마찬가지로, 제1흡기 밸브(IVl)를 오버랩·BDC 폐쇄 모드로 설정한다. 이 경우, 밸브 개방 타이밍은, 오버랩에 의한 소기 효과가 최대한으로 활용될 수 있도록 설정되고, 그것에 의해서, 고정밀도로서 토크 업을 도모한다.
도 7A, 도 7B는, 저속 회전 상태(예를 들면 1500rpm) 및 WOT 영역에 있어서의 제1흡기 밸브(IVl)의 개폐 타이밍의 설정 예를, 각각 나타내고 있다. 도 7A에 나타내는 바와 같이, 저속 회전 상태에 있어서, 엔진이 저부하일 때에는, 제2흡기 밸브(IV2)를 중지 모드로 설정하는 동시에, 제1흡기 밸브(IVl)의 밸브 개방 타이밍은, 연비의 향상을 도모하기 위해서, 제1흡기 밸브(IVl)가 배기 밸브(EVl, EV2)와 오버랩되지 않도록 설정하고, 중고(中高) 부하 시에는, 소기 효과를 이용해서 적절한 토크 업을 도모하기 위해서, 큰 오버랩이 발생하도록 설정한다.
한편, 제1흡기 밸브(IVl)의 밸브 폐쇄 타이밍은, 예를 들면 BDC + 130도 정도의 초지연(超遲延) 폐쇄로 설정되어 있다. 또한, 극저(極低) 부하 시에 밸브 폐쇄 타이밍이 초지연 폐쇄로부터 약간, 좁혀져 있는 것은, 엔진이 극저 부하 상태에 있는 것으로서 연소 변동이 생기기 쉬우므로, 변동에 따라서 밸브 폐쇄 타이밍을 빠르게 하기 위해서이다. 또한, 밸브 폐쇄 타이밍은, 부하가 증가함에 따라서, BDC에 점차 가까워지도록 설정되고, 그것에 의해서, 토크 업이 도모된다. 이상과 같이, 저속 회전 상태에서는, 제1흡기 밸브(IVl)의 개폐 타이밍을, 부하의 변화에 따라서, 연소 변동 한계를 기준으로 섬세하고 치밀하게 설정함으로써, 연비를 최대한 향상시킬 수 있다.
또한, 도 7B에 나타내는 WOT 영역에서는, 제1흡기 밸브(IVl)의 밸브 개방 타이밍은, 저중속 회전 시에는, 소기 효과를 이용해서 토크 업을 도모하기 위해서, 제1흡기 밸브(IVl)가 배기 밸브(EVl, EV2)와 오버랩되도록 설정하는 동시에, 고속 회전 시에는, 흡입 공기량이 증가함에 따라서, 적절한 오버랩이 발생하도록 설정한다. 한편, 밸브 폐쇄 타이밍은, 실행정 용적을 증대시켜 토크 업을 도모하기 위해서, 기본적으로 BDC 부근의 BDC 폐쇄로 설정되고, 고속 회전이 됨에 따라서, 점차 지연 폐쇄로 설정된다. 이상과 같이, WOT 영역에서는, 제1흡기 밸브(IVl)의 개폐 타이밍을, 회전 변화에 따라서 섬세하고 치밀하게 설정함으로써, 높은 출력을 얻을 수 있다.
이상과 같이, 본 실시형태의 밸브 가동 제어장치에 의하면, 제1흡기 밸브 (IVl)의 개폐 타이밍의 설정과 제2흡기 밸브(IV2)의 동작 모드의 설정(소용돌이의 발생·정지)을, 운전 상태에 따라서 적절히 구성함으로써, 모든 운전 상태에 따른최적의 연비와 출력을 얻을 수 있다. 즉, 상기한 바와 같이, 저속 회전·저부하 운전 상태에서는, 제2흡기 밸브(IV2)를 중지 모드로 설정하여, 소용돌이를 발생시키는 동시에, 제1흡기 밸브(IVl)의 개폐 타이밍을, 연소 변동 한계를 추적한 설정으로 함으로써, 최적의 연비를 얻을 수 있다. 따라서, 모든 흡기 밸브를 캠 샤프트에 연동하는 캠 구동형의 밸브 가동 기구로써 구동시키는 경우와 비교해서, 연비를 대폭 향상시킬 수 있다. 또한, 고속 회전·고부하 운전 상태에서는, 제2흡기 밸브(IV2)를 작동 모드로 설정하여, 흡입 공기량을 증대시키는 동시에, 제1흡기 밸브(IVl)의 개폐 타이밍을, 출력 한계를 추적한 설정으로 함으로써, 최대한의 출력을 얻을 수 있다. 따라서, 모든 흡기 밸브를 캠 구동형의 밸브 가동 기구로써 구동시키는 경우와 비교해서, 출력을 대폭적으로 향상시킬 수 있다.
또한, 제2흡기 밸브(IV2)는, 중지 모드에 있어서 미소 리프트량으로 개폐되므로, 모든 흡기 밸브를 전자식 밸브 가동 기구로써 구동시키는 경우와 상이하고, 제2흡기 밸브(IV2)에서의 연료 고임을 해소할 수 있으며, 작동 모드로의 이행 직후에 있어서의 혼합기의 농후화를 방지할 수 있다. 또한, 그것에 의해, 혼합기의 농후화에 기인하는 연소 변동도 방지되므로, 부분 비 스로틀 영역(액셀러레이터 페달을 부분적으로 밟은 상태에서 스로틀 밸브를 전개(全開) 제어하는 영역)을 확대할 수 있는 동시에, 공회전 회전수를 저감시킬 수 있다. 또한, 제2흡기 밸브(IV2)가 중지 모드에 있어서 미소 리프트량으로 개폐되므로, 그 기간이 긴 경우에서도, 연소에 의해 발생된 카본이, 제2흡기 밸브(IV2) 및 그 밸브 시트에 붙는 일이 없어, 흡기 밸브가 밸브 시트에 고착하는 문제를 해소할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 의한 밸브 가동 제어장치에서는, 제1흡기 밸브(IVl)만이 전자식 밸브 가동 기구(5)로써 구동되고, 제2흡기 밸브(IV2), 및 제1 및 제2배기 밸브(EVl, EV2)는, 캠식 밸브 가동 기구(6) 및 캠식 배기 밸브의 밸브 가동 기구(7)로써 개폐 구동되므로, 모든 흡기·배기 밸브를 전자식 밸브 가동 기구로써 구동하는 경우와 비교해서, 전력 소비량을 저감시킬 수 있고, 나아가서는 연비의 향상을 도모할 수 있는 동시에, 비용 및 중량을 삭감할 수 있다.
또한, 배기 밸브(EVl, EV2)가 캠식 배기 밸브의 밸브 가동 기구(7)로써 개폐되므로, 배기 밸브(EVl, EV2)에는 전자식 밸브 가동 기구의 탈조 현상이 없게 되어, 탈조된 배기 밸브를 통해서 미연소 가스가 배출되는 것에 의한 배기 가스 특성의 악화의 우려가 없어진다.
또한, 상기의 실시형태의 밸브 가동 제어장치에 의하면, 지금까지에 설명한 제어에 추가해서, 다음과 같은 제어를 실행하는 것이 가능하다. 예를 들면, 엔진 (3)의 시동 시에, 제1흡기 밸브(IVl)를 밸브의 개방 상태로 유지함으로써(열린 채로 둔다), 피스톤의 저항을 경감시키고, 엔진(3)을 신속하게 일으킴으로써, 시동 직후에 배출되는 미연소 가스를 대폭적으로 저감시킬 수 있다. 다른 상황에서, 견인 제어(traction control)나, 자동 변속기의 전환 시에 충격 경감 등을 목적으로 해서, 엔진(3)의 출력 토크를 순간적으로 저감시키고 싶을 경우에는, 제2흡기 밸브(IV2)를 중지 모드로 설정하는 동시에, 제1흡기 밸브(IVl)를 폐쇄함으로써, 이것을 용이하게 실현할 수 있다.
도 8은, 본 발명의 제2실시형태를 나타내고 있다. 제2실시형태에서는, 상기한 제1실시형태의 VTEC(13)을 폐지하고, 흡기 포트(8)에 소용돌이 제어 밸브(22)를 설치한 것이다. 도시하지 않지만, 흡기 캠은 1단계의 캠 프로필을 갖는 통상적인 흡기 캠으로 구성되어 있다. 이 소용돌이 제어 밸브(22)는, 소용돌이 제어 액추에이터(도시하지 않음)에 접속되어 있으며, 그 작동실 압력을 ECU(2)로부터의 구동 신호에 의해 제어함으로써 구동되고, 흡기 포트(8)를 개폐시킨다. 소용돌이 제어 밸브(22)의 작동 시에는, 흡기 포트(8)가 부분적으로 폐쇄됨으로써, 도 8에 화살표로 나타내는 바와 같은 소용돌이가 발생한다. 정지 시에는, 흡기 포트(8)가 개방됨으로써, 흡입 공기량을 증대시켜, 고출력을 얻을 수 있다. 제2실시형태의 그 밖의 구성은 제1실시형태와 마찬가지이며, 제1흡기 밸브(IVl), 및 제1 및 제2배기 밸브(EVl, EV2)는, 도시의 편의상, 도 8에서는 생략되어 있다.
따라서, 제2실시형태에서는, 엔진(3)의 운전 상태에 따라, 소용돌이 제어 밸브(22)의 개폐를 제어함으로써, 제1실시형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다. 또한, 제2흡기 밸브(IV2) 자체는, 캠식 밸브 가동 기구에 의해 항상 개폐되므로, 제1실시형태와 마찬가지로 제2흡기 밸브(IV2)에서의 연료 고임이나 밸브 시트와의 고착은 발생하지 않는다.
또한, 본 발명은, 설명한 실시형태에 한정되는 것이 아니고, 각종의 형태에서 실시 가능한 것은 이해할 수 있다. 예를 들면, 상기의 실시형태에서는, 엔진(3)의 부하를 나타내는 파라미터로서, 액셀러레이터 개방도 ACC를 채용하고 있지만, 액셀러레이터 개방도 ACC에 대신하여, 흡기관 내 절대압 PBA, 스로틀 밸브 개방도 θTH 혹은 실린더 내 압력이나 흡입 공기량 등을, 이러한 파라미터로서 이용해도좋은 것은 물론이다. 또한, 제1실시형태에서는, 제2흡기 밸브(IV2)를 중지 모드로 함으로써, 실린더 내 유동으로서 가로 방향의 소용돌이를 발생시키도록 하고 있지만, 이것에 대신하여, 흡기 포트의 레이아웃(layout) 등을 변경함으로써, 세로 방향의 실린더 내 유동(텀블 류(tumble flow))을 발생시키도록 해도 좋다.
이상과 같이, 본 발명의 내연기관의 밸브 가동 제어장치는, 흡기 밸브의 밸브 개방 타이밍 및 밸브 폐쇄 타이밍을 내연기관의 운전 상태에 따라서 최적으로 설정할 수 있다. 따라서, 본 발명은, 내연기관의 연비 및 출력의 향상을 도모할 수 있는 동시에, 흡기 밸브에서의 연료 고임이나 밸브 시트와의 고착을 해소할 수 있고, 또한, 제어장치의 비용 및 중량을 삭감할 수 있다고 하는 효과를 갖는다.

Claims (10)

1개의 실린더에 설치된 배기 밸브, 및 제1 및 제2흡기 밸브의 개폐 동작을 제어하는 내연기관의 밸브 가동 제어장치로서,
상기 제1흡기 밸브를 전자력에 의해 개폐하는 전자식 밸브 가동 기구와,
이 내연기관의 회전에 동기해서 구동되는 캠 샤프트에 설치한 흡기 캠에 의해 상기 제2흡기 밸브를 개폐하는 동시에, 상기 실린더의 연소실 내에 실린더 내 유동을 발생 가능한 캠식 밸브 가동 기구와,
상기 전자식 밸브 가동 기구 및 상기 캠식 밸브 가동 기구의 동작을 제어하는 제어 수단을 구비하고 있는, 내연기관의 밸브 가동 제어장치.
제1항에 있어서, 상기 캠식 밸브 가동 기구는, 상기 흡기 캠의 캠 프로필을, 상기 제2흡기 밸브를 미소(微小) 리프트(lift)량으로 개폐함으로써 실린더 내 유동을 발생시키는 미소 리프트 캠과, 상기 제2흡기 밸브를 상기 미소 리프트량 보다도 큰 리프트량으로 개폐하는 통상적인 리프트 캠으로 전환 가능한 캠 프로필 전환 기구를 갖춘, 내연기관의 밸브 가동 제어장치.
제1항에 있어서, 상기 캠식 밸브 가동 기구가, 상기 제2흡기 밸브의 상류측에 소용돌이 제어 밸브를 구비하고 있는, 내연기관의 밸브 가동 제어장치.
제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 이 내연기관의 운전 상태를 검출하는 운전 상태 검출 수단과,
이 검출된 내연기관의 운전 상태에 따라서, 상기 전자식 밸브 가동 기구 및 상기 캠식 밸브 가동 기구의 동작 모드를 각각 결정하는 동작 모드 결정 수단을 추가로 구비하고 있는, 내연기관의 밸브 가동 제어장치.
제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 이 내연기관의 회전에 동기해서 구동되는 캠 샤프트에 설치한 배기 캠에 의해, 상기 배기 밸브를 개폐하는 캠식 배기 밸브의 밸브 가동 기구를 추가로 구비하고 있는, 내연기관의 밸브 가동 제어장치.
제1항에 있어서, 상기 실린더가, 서로 인접하는 적어도 2개의 실린더를 포함하고, 이들 적어도 2개의 실린더의 상기 제1흡기 밸브가 서로 인접하도록 배치되는 동시에, 이들의 제1흡기 밸브를 각각 구동하는 상기 전자식 밸브 가동 기구가, 단일의 모듈로서 구성되어 있는, 내연기관의 밸브 가동 제어장치.
제1항에 있어서, 상기 내연기관의 회전수를 검출하는 회전 검출 수단과,
상기 내연기관의 부하를 검출하는 부하 검출 수단을 추가로 구비하고,
상기 제어 수단은, 상기 회전 검출 수단 및 상기 부하 검출 수단의 검출 결과에 근거하여, 상기 내연기관이 소정의 저속 회전·저부하 상태에 있을 때에, 상기 연소실 내에 실린더 내 유동을 발생시키도록 상기 캠식 밸브 가동 기구를 제어하는 동시에, 제1흡기 밸브의 개폐 타이밍을 연소 변동 한계 부근으로 되도록 상기 전자식 밸브 가동 기구를 제어하는, 내연기관의 밸브 가동 제어장치.
제1항에 있어서, 상기 내연기관의 회전수를 검출하는 회전 검출 수단과,
상기 내연기관의 부하를 검출하는 부하 검출 수단을 추가로 구비하고,
상기 제어 수단은, 상기 회전 검출 수단 및 상기 부하 검출 수단의 검출 결과에 근거하여, 상기 내연기관이 소정의 고속 회전·고부하 상태에 있을 때에, 상기 연소실 내에 실린더 내 유동을 발생시키도록 상기 캠식 밸브 가동 기구를 제어하는 동시에, 제1흡기 밸브의 개폐 타이밍을 출력 한계 부근으로 되도록 상기 전자식 밸브 가동 기구를 제어하는, 내연기관의 밸브 가동 제어장치.
제1항에 있어서, 상기 제어 수단은, 상기 내연기관의 시동 시에, 상기 제1흡기 밸브를 밸브 개방 상태로 유지하도록 상기 전자식 밸브 가동 기구를 제어하는, 내연기관의 밸브 가동 제어장치.
제2항에 있어서, 상기 제어 수단은, 상기 내연기관의 출력 토크를 급격히 저감시켜야 할 때에, 상기 흡기 캠의 상기 캠 프로필을 상기 미소 리프트 캠으로 전환되도록 상기 캠 프로필 전환 기구를 제어하는 동시에, 제1흡기 밸브를 밸브 폐쇄 상태로 유지하도록 상기 전자식 밸브 가동 기구를 제어하는, 내연기관의 밸브 가동제어장치.
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