JP2003293802A

JP2003293802A - エンジンの動弁制御装置

Info

Publication number: JP2003293802A
Application number: JP2002096268A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Inatomi; 洋稲富
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2002-03-29
Filing date: 2002-03-29
Publication date: 2003-10-15

Abstract

(57)【要約】【課題】アイドル時を含む低回転低負荷運転時のポン
ピングロスを低減し燃費を改善する。【解決手段】吸気弁および排気弁の開閉タイミングを
可変とする位相可変機構と、各気筒毎の二つの吸気弁お
よび二つの排気弁のリフト量をそれぞれ変更可能なリフ
ト可変機構を設け、各気筒毎の二つの吸気弁のうちの第
２吸気弁のリフト可変機構は、実質吸気停止可能とし、
低回転低負荷運転域では第１吸気弁の開時期を吸気上死
点よりＩＯだけ遅らせ、第２吸気弁を実質開弁停止と
し、排気弁の閉時期を吸気上死点よりもＥＣだけ進ませ
るよう制御し、かつ、ＩＯ＜ＥＣとし、排気工程が若干
圧縮状態で終了し、吸気行程でピストンが押し戻される
ことになって、ポンピングロスが低減され、かつ、スワ
ール効果で燃焼が改善されるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンの動弁制
御装置に関し、特に、吸気弁および排気弁の開閉タイミ
ングやリフト量を可変とする可変動弁装置を備えたエン
ジンの動弁制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】エンジンにおいて、運転状態に応じて吸
気弁や排気弁の開閉タイミング（クランクシャフトに対
する位相角）やリフト量等のリフト特性を変更可能とす
る可変動弁装置を設けることが従来から行われている。

【０００３】そして、こうした可変動弁装置を備えたエ
ンジンの動弁制御の例として、例えば特開平１０−２６
６８７８号公報に記載されているように、低中負荷の自
己着火領域において、吸排気弁の開期間にオーバーラッ
プがない状態、つまりマイナスオーバラップ状態とする
ことにより、ポンピングロスを抑制しつつ、自己着火に
よりＮＯｘを低減するようにしたものが従来から知られ
ており、特開昭５５−１２８６１０号公報に記載されて
いるように、ポンピングロスを低減するために、スロッ
トル弁ではなく吸気弁の閉時期を調節して出力を制御す
るものが知られており、また、特開昭５９−８５４０８
号公報に記載されているように、低負荷運転時に、アイ
ドル安定性と燃費を改善するため、２個の吸気弁のうち
のリフト量の大きい方と、２個の排気弁のうちのリフト
量の大きい方を開弁停止とするものが知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、エンジンに
おいては燃費の改善が重要な課題であり、特に、アイド
ル時等の低回転低負荷運転時のポンピングロスを低減し
て燃費改善を図ることが必要で、それを、位相可変式や
リフト可変式の可変動弁装置の制御によって達成したい
という要求がある。

【０００５】しかし、従来の位相可変式あるいはリフト
可変式の可変動弁装置の制御は、アイドル時等の低回転
低負荷運転時のポンピングロスを低減し燃費改善を図る
というものではない。

【０００６】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
で、アイドル時を含む低回転低負荷運転時のポンピング
ロスを低減して燃費の改善を図ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
吸気弁および排気弁のそれぞれの少なくとも開閉タイミ
ングを可変とする可変動弁装置を備えたエンジンの動弁
制御装置において、上記可変動弁装置の制御により、低
回転低負荷運転域で、上記吸気弁を開くタイミングを吸
気上死点より第１所定量だけ後のタイミングとするとと
もに、上記排気弁を閉じるタイミングを吸気上死点より
も第２所定量だけ前のタイミングとし、かつ、上記第１
所定量より上記第２所定量が大きい設定とすることを特
徴とするエンジンの動弁制御装置を提供するものであ
る。

【０００８】この場合、低回転低負荷運転域では、吸気
弁が吸気上死点より第１所定量だけ後のタイミングで開
き、排気弁が吸気上死点よりも第２所定量だけ前のタイ
ミングで閉じるよう制御され、吸排気弁の開時期が完全
にオーバーラップしないマイナスオーバラップの状態と
なる。そして、吸気上死点より前に排気弁が閉じること
により、若干圧縮状態となって排気行程が終了し、吸気
行程に入ってピストンが押し戻されることになって、ポ
ンピングロスが低減される。また、この低回転低負荷運
転域でのポンピングロス低減の効果は、吸気弁開時期の
吸気上死点に対する遅れ量である第１所定量より、排気
弁閉時期の吸気上死点に対する進み量である第２所定量
が大きい場合に最も顕著である。また、この場合、排気
弁が吸気上死点前に閉じることによる残量ガスの増大は
許容範囲で、燃焼安定性を確保できる。そのため、アイ
ドル時等の低回転低負荷運転時に、燃焼安定性を確保し
つつ、ポンピングロスを低減して燃費を改善することが
できる。

【０００９】請求項２に係る発明のエンジンの動弁制御
装置は、請求項１に係る上記構成において、エンジンが
気筒毎に二つの吸気弁を備え、上記可変動弁装置は、少
なくとも第１吸気弁の開閉タイミングを可変とする位相
可変機構を備えるとともに、第２吸気弁のリフト特性を
少なくとも実質吸気停止を含む低リフト特性に変更可能
とするリフト可変機構を備え、上記低回転低負荷運転域
で、上記位相可変機構により、上記第１吸気弁を開くタ
イミングを吸気上死点より上記第１所定量だけ後のタイ
ミングとし、上記リフト可変機構により、上記第２吸気
弁を上記実質開弁停止を含む低リフト特性とすることを
特徴とする。

【００１０】低回転低負荷運転時のポンピングロスは、
吸排気弁をマイナスオーバラップの状態とし、かつ、吸
気弁開時期の吸気上死点に対する遅れ量よりも排気弁閉
時期の吸気上死点に対する進み量が大きい設定とするこ
とにより低減できるが、その場合に、許容範囲ではある
が残留ガスが増大することにより、燃焼安定性が影響を
受けるため、燃焼を一層改善するのが好ましい。請求項
２に係る発明によれば、低回転低負荷運転域で、第２吸
気弁が開弁停止状態となり、第１吸気弁だけが開くこと
によって燃焼室内に吸気のスワールが発生し、スワール
効果で燃焼が改善される。

【００１１】請求項３に係る発明のエンジンの動弁制御
装置は、請求項２に係る上記構成において、当該エンジ
ンは、上記低回転低負荷運転域で空燃比が理論空燃比よ
りリーンに設定されるものであることを特徴とする。

【００１２】スワール効果で燃焼が改善されると、リー
ンバーンが可能で、燃費を一層改善することができる。

【００１３】請求項４に係る発明のエンジンの動弁制御
装置は、請求項２に係る上記構成において、低回転中負
荷運転域では、上記第１吸気弁が開いている期間と排気
弁が開いている期間にオーバーラップを設けるととも
に、上記第２吸気弁を上記実質開弁停止を含む低リフト
特性とすることを特徴とする。

【００１４】このように低回転中負荷運転域では、第１
吸気弁が開いている期間と排気弁が開いている期間にオ
ーバーラップを設け、第２吸気弁を実質開弁停止を含む
低リフト特性とすることで、内部ＥＧＲ率を高め、ポン
ピングロスを低減して燃費を改善することができる。

【００１５】請求項５の係る発明のエンジンの動弁制御
装置は、請求項２に係る上記構成において、低回転高負
荷運転域では、上記二つの吸気弁を閉じるタイミングを
上記低回転低負荷運転域よりも早めることを特徴とす
る。

【００１６】このように低回転高負荷運転域では、吸気
弁を閉じるタイミングを早めることで、体積効率を高
め、必要なエンジン出力を得るようにできる。

【００１７】請求項６に係る発明のエンジンの動弁制御
装置は、請求項２に係る上記構成において、高回転低負
荷運転域では、上記二つの吸気弁を閉じるタイミングを
早めるとともに、それら吸気弁が開いている期間と排気
弁が開いている期間にオーバーラップを設けることを特
徴とする。

【００１８】このように高回転低負荷運転域では、吸気
弁を閉じるタイミングを早めるとともに、吸気弁が開い
ている期間と排気弁が開いている期間にオーバーラップ
を設けることで、体積効率を高めて必要なエンジン出力
を得るようにでき、また、ポンピングロスを低減し、燃
費を改善することができる。

【００１９】請求項７に係る発明のエンジンの動弁制御
装置は、請求項５に係る上記構成において、高負荷運転
域では、上記二つの吸気弁を閉じるタイミングをエンジ
ン回転数の増大にともなって遅らせることを特徴とす
る。

【００２０】このように高負荷運転域では、吸気弁を閉
じるタイミングをエンジン回転数の増大にともなって遅
らせることにより、高回転数域での体積効率を確保し、
必要なエンジン出力を得るようにできる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。

【００２２】図１は本発明の実施の形態に係る動弁制御
装置を備えたエンジンのシリンダヘッドの平面図であ
る。この実施の形態に係るエンジンは直列４気筒のＤＯ
ＨＣ（ダブルオーバヘッドカム）エンジンであって、シ
リンダヘッド１の上部に、吸気カムシャフト２と排気カ
ムシャフト３が相互に平行に気筒列方向に延びるよう配
設され、また、各気筒Ａ１〜Ａ４毎に点火プラグ４が設
けられている。このエンジンは、後述の図４に示すよう
に、各気筒Ａ１〜Ａ４毎に、二つの吸気ポートＰｉｎ
１，Ｐｉｎ２と、二つの排気ポートＰｅｘ１，Ｐｅｘ２
を備え、二つの吸気弁（図示せず）および二つの排気弁
（図示せず）が設けられ、それら吸気弁および排気弁に
対応して各気筒Ａ１〜Ａ４毎に四つタペット５（図１で
は、第４気筒Ａ４の吸気側のみ図示）を備えたものであ
る。そして、吸気カムシャフト２および排気カムシャフ
ト３は、各気筒Ａ１〜Ａ４毎の二つの吸気弁に対応する
各タペット５に対して、プロフィルの相異なるの各３枚
のカム６，７，８（図１では、第３気筒Ａ３の吸気側の
み図示）を備えている。

【００２３】シリンダヘッド１の基部上面にはカムキャ
リア１３が配設されている。カムキャリア１３には、吸
気カムシャフト２および排気カムシャフト３の下部を左
右および気筒間で軸受けする縦壁部１４が設けられ、ま
た、吸気側および排気側の各タペット５を摺動自在に収
容して案内するタペットガイド１５が形成されている。
縦壁部１４の上面には、吸気カムシャフト２および排気
カムシャフト３の上部を軸受けするカムキャップ（図示
せず）がボルト結合される。

【００２４】また、カムキャリア１３には、シリンダヘ
ッド１の各気筒Ａ１〜Ａ４毎のプラグホール（図示せ
ず）に装着される点火プラグ４を挿通するプラグ挿通孔
１６が形成されている。そして、カムキャリア１３の一
端側および他端側には、一端側および他端側のプラグ挿
通孔１６と並ぶ位置に、リフト可変機構用の二つの油圧
コントロールバルブ１０１，１０２を挿通するバルブ挿
通孔１０３，１０４が形成されている。上記油圧コント
ロールバルブ１０１，１０２は、各タペット５に内蔵さ
れたリフト可変機構に対する作動油圧を制御するもので
ある。カムキャリア１３には、各タペット５に内蔵され
たリフト可変機構に対して作動油圧を供給するためのメ
イン油路１０５，１０６，１０７が形成されている。

【００２５】このエンジンは、各気筒Ａ１〜Ａ４毎の二
つ吸気弁および排気弁に対応して、各タペットガイド１
５に収容されたタペット５は、作動油圧を受けて吸気弁
および排気弁のリフト量（および開き角）を可変とする
リフト可変機構を内蔵している。

【００２６】このエンジンは、図示しないが、クランク
シャフトの一端にクランクスプロケットが嵌合固定さ
れ、吸気カムシャフト２の一端と排気カムシャフト３の
一端には、それぞれカムスプロケット２２，２３が設け
れて、それらスプロケット間にタイミングチェーン２４
が掛け渡され、それらがカバー部材２１で覆われてい
る。そして、クランクシャフトが回転すると、上記クラ
ンクスプロケット、タイミングチェーン２４、カムスプ
ロケット２２，２３を介して両カムシャフト２，３が回
転し、吸気弁および排気弁が開閉駆動される。

【００２７】また、吸気カムシャフト２および排気カム
シャフト３の一端部には、それらカムシャフト２，３の
クランクシャフトに対する回転位相角、すなわち吸気弁
および排気弁の開弁期間のクランクシャフトに対する位
相角のそれぞれを独立して変更する位相可変機構２０
１，２０２がそれぞれ設けられ、カバー部材２１で覆わ
れたエンジン端部に、位相可変機構用の油圧コントロー
ルバルブ（図示せず）が配置されている。。

【００２８】これらバルブタイミング可変機構２０１，
２０２は、ほぼ同じ構造のものであるため、吸気側の位
相可変機構２０１について構造を説明し、排気側の位相
可変機構２０２については詳細な説明を省略する。

【００２９】すなわち、位相可変可変機構２０１は、図
２に示すように、中空構造で内面側に複数の突出部２０
２ａを有し、図示しない蓋部材と共締めで上記カムプー
リ２２にボルト固定されたハウジング２０２を有し、該
ハウジング２０２内に、十字状に突出する複数の係合部
２０３ａを備えたロータ２０３が、ボルト２０４により
吸気カムシャフト２の先端に固定されて、所定範囲内で
相対回転可能に収納されている。ロータ２０３は、ハウ
ジング２０２に対し、係合部２０３ａの突出部２０２ａ
に当接するまでの範囲で相対回転可能である。それによ
り、ロータ２０３が固定された吸気カムシャフト３の、
ハウジング２０２が固定されたカムスプロケット２２に
対する位相角が変更可能であり、つまりは、吸気カムシ
ャフト２のクランクシャフトに対する位相角が変更可能
で、これにより、吸気弁の開閉タイミングが変更可能と
なっている。

【００３０】上記位相可変機構２０１の内部には、カム
スプロケット２２と、ハウジング２０２と、ロータ２０
３と蓋部材とで複数の油室２０５が区画され、ロータ２
０３には、それら複数の油室２０５に連通するよう、進
角用油路２０６と遅角用油路（図示せず）が前後および
周方向にずれた配置で設けられている。図示しないオイ
ルコントロールバルブ（ＯＣＶ）の制御により、それら
進角用油路２０６あるいは遅角用油路を介して油室２０
５に油圧を供給することにより、ロータ２０３を回転
し、クランクシャフトに対する吸気カムシャフト２の位
相角を連続的に変更して、任意の位相角に設定すること
ができる。

【００３１】排気側の位相可変機構２０２も同様で、ク
ランクシャフトに対する排気カムシャフト３の位相角を
連続的に変更して、任意の位相角に設定することができ
る。

【００３２】タペット５は、リフト可変機構を内蔵する
もので、全体として円筒状で、図３に示すように、カム
摺接方向に長い略矩形平面状のセンタカム当接面を構成
するセンタタペット５１と、該センタタペット５１のカ
ム当接面の両側方に配置され、センタタベット５１のセ
ンタカム当接面と合わせて略円形平面状となる形状のサ
イドカム当接面を構成するサイドタペット５２とに分割
され、センタタペット５１とサイドタペット５２とがタ
ペット摺動方向に相対移動可能で、且つ、後述のロック
機構により相互に結合及び離脱可能に構成されている。

【００３３】サイドタペット５２は、サイドカム当接面
を有する左右一対の筒状部５２ａ、５２ｂが、弁のステ
ムエンドとの当接部を構成する下部連結部５２ｃにより
一体に連結された構造で、その下部連結部５２ｃの上に
タペットスプリング５３が設置され、その上から左右筒
状部５２ａ、５２ｂの間にセンタタペット５１が組み込
まれる。タペット５０は、下部連結部５２ｃの下面が図
示しないシムを介して吸気弁及び排気弁のステムエンド
と当接する。

【００３４】センタタペット５１は、上記略矩形平面状
のセンタカム当接面のカム摺接方向に沿う両長辺側の縁
部から垂直下方に延びるカム摺接方向及びタペット摺動
方向に平行でタペット軸心に対し対称な一対の側方端面
５４ａ、５４ｂを有し、また、両短辺側の縁部から垂直
下方に延びるタペット摺動方向に平行でタペット軸心に
対し対称な断面円弧状の一対の外方周面を有する。

【００３５】そして、センタタペット５１には、カム軸
方向に平行でタペット軸心に対し同心状に片方の側方端
面から他方の側方端面に貫通する貫通孔５６が形成され
ている。また、センタタペット５１には、両外方周面の
部分の円周方向両縁部に、外側が外方周面から連続して
円弧状にサイドタペット５２側に張り出し、内側が側方
端面５４ａ、５４ｂから略直角にカム軸方向に張り出す
形で、タペット軸方向の略全長に亘ってサイドタペット
５２との摺接面を構成する張出部が形成されている。

【００３６】サイドタペット５２は、上記左右一対の筒
状部５２ａ、５２ｂのサイドカム当接面のカム摺接方向
に沿って対向する内側の縁部から垂直下方に延びるカム
摺接方向及びタペット摺動方向に平行でタペット軸心に
対し対称な対向する内方端面５８ａ、５８ｂを有すると
ともに、各内方端面５８ａ、５８ｂのカム摺接方向の両
端にセンタタペット５１の側方端面５４ａ、５４ｂと所
定の間隔をもって非摺接状態で対峙する突出部５９ａ，
５９ｂを有し、また、サイドカム当接面のカム軸方向外
端側の縁部から垂直下方に延びるタペット摺動方向に平
行でタペット軸心に対し対称な断面円弧状の外側周面６
０ａ、６０ｂを有する。

【００３７】そして、サイドタペット５２の筒状部５２
ａ、５２ｂには、カム軸方向に平行でタペット軸心と同
心状に各内方端面５８ａ、５８ｂから外側周面６０ａ、
６０ｂに貫通する貫通孔６１ａ、６１ｂが、センタタペ
ット５１のセンタカム摺接面とサイドタペット５２のサ
イドカム摺接面が面一となる時にセンタタペット５１の
上記貫通孔５６と一直線に段差なく連通するよう形成さ
れている。

【００３８】また、サイドタペット５２の筒状部５２
ａ、５２ｂにおける内方端面５８ａ、５８ｂのカム摺接
方向の端部には、センタタペット５１のカム摺接方向の
縁部に形成された上記張出部の摺接面に摺接する摺接部
がタペット軸方向の略全長に亘ってリブ状に形成されて
いる。

【００３９】センタタペット５１とサイドタペット５２
とは、センタタペット５１の側方端面５４ａ、５４ｂ
と、サイドタペット５２の筒状部５２ａ、５２ｂの内方
端面５８ａ、５８ｂの両端に位置する突出部５９ａ，５
９ｂとが所定の間隔をもって非摺接状態で対峙し、ま
た、センタタペット５１の張出部と、サイドタペット５
２の筒状部５２ａ、５２ｂの摺接部とが摺接自在であ
る。

【００４０】吸気側の各タペット５に対する３枚のカム
６，７，８は、各気筒Ａ１〜Ａ４毎の二つの吸気弁の内
の一方（第１吸気弁）に対しては、両側の２枚（６，
８）が低リフト量の同一カムプロフィールを有する低速
用カムで、中央の１枚（７）が高リフト量のカムプロフ
ィールを有する高速用カムであり、各気筒Ａ１〜Ａ４毎
の二つの吸気弁の内の他方（第２吸気弁）に対しては、
両側の２枚（６，８）が実質吸気停止となる微小リフト
量の同一カムプロフィールを有する停止用カムで、中央
の１枚（７）が高リフト量のカムプロフィールを有する
高速用カムである。また、排気側の各タペット５に対す
る３枚のカム６，７，８は、両側の２枚が低リフト量の
同一カムプロフィールを有する低速用カムで、中央の１
枚が高リフト量のカムプロフィールを有する高速用カム
である。

【００４１】センタタペット５１とサイドタペット５２
は、センタタペット５１のセンタカム摺接面が中央のカ
ム７のベースサークル部に当接し、サイドタペット５２
のサイドカム摺接面が両側のカム６，８のベースサーク
ル部に当接している状態で、センタタペット５１のセン
タカム摺接面とサイドタペット５２のサイドカム摺接面
とが略面一となり、その状態で、センタタペット５１の
貫通孔５６とサイドタペット５２の貫通孔６１ａ，６１
ｂが一直線に連通する。

【００４２】なお、サイドタペット５２は外側周面６０
ａ、６０ｂがタペットガイド１５の内周面とカム軸方向
に略当接する。そして、サイドタペット５２の突出部５
９ａ，５９ｂとセンタタペット５１との間には所定の間
隙が保持され、この間隙により、タペットガイド１５の
内側でタペット５のサイドタペット５２とセンタタペッ
ト５１の加工誤差が許容される。

【００４３】タペット５の、センタタペット５１の貫通
孔５６（貫通孔部分）とサイドタペット５２の貫通孔６
１ａ、６１ｂ（貫通孔部分）は、上述のようにセンタタ
ペット５１のセンタカム摺接面が中央のカム７のベース
サークル部に当接し、サイドタペット５２のサイドカム
摺接面が両側のカム６，８のベースサークル部に当接し
た状態で、カム軸方向に一直線に連通し、一連の貫通孔
を構成する。そして、この貫通孔には、サイドタペット
５２の一方の筒状部５２ｂを貫通する貫通孔部分（貫通
孔６１ｂ）に、油圧によりセンタタペット５１を貫通す
る貫通孔部分（貫通孔５６）に突出可能なよう油圧プラ
ンジャ７１が内蔵され、センタタペット５１を貫通する
貫通孔部分（貫通孔５６）に、油圧プランジャ７１を介
して油圧によりサイドタペット５２の他方の筒状部５２
ａを貫通する貫通孔部分（貫通孔６１ａ）に突出可能な
ようロックピン７２が内蔵され、また、ロックピン７２
をセンタタペット５１とサイドタペット５２とが相互に
離脱しタペット摺動方向に相対移動可能となる位置へ付
勢するよう押圧スプリング７３が内蔵されている。

【００４４】これら貫通孔５６、６１ａ、６１ｂと、油
圧プランジャ７１、ロックピン７２及び押圧スプリング
７３等により、センタタペット５１とサイドタペット５
２とを相互に結合及び離脱可能とするロック手段が構成
される。

【００４５】センタタペット５１側の貫通孔部分（貫通
孔５６）には、サイドタペット５２との分割部分の両端
部に、センタタペット５１の側方端面５４ａ、５４ｂと
面一となるようブッシュ７４、７５がそれぞれ挿入固定
される。そのうち、油圧プランジャ７１側の端部に固定
されるブッシュ７５は、ロックピン７２外周の鍔部７６
に当接してロックピン７２の油圧プランジャ７１側への
移動を規制する。また、もう一方の端部に固定されるブ
ッシュ７４は、ロックピン７２外周の上記鍔部７６との
間に押圧スプリング７３を圧縮状態で保持する。

【００４６】さらに、サイドタペット５２側の貫通孔部
分（貫通孔６１ａ、６１ｂ）には、ブッシュ７７、７８
が各々挿入固定される。そのうち、油圧プランジャ７１
を内蔵する方の筒状部５２ｂの貫通孔部分（貫通孔６１
ｂ）に挿入固定されたブッシュ７８は、タペット外周側
が端壁７８ａで塞がれ、内方側に油圧プランジャ７１を
摺動嵌合させる嵌合孔７８ｂを有する。

【００４７】また、他方の筒状部５２ａの貫通孔部分
（貫通孔６１ａ）に挿入固定されるブッシュ７７は、軸
方向中央部にロックピン７２の移動を規制するストッパ
部としての隔壁７７ａを有し、該隔壁７７ａを挟んで内
方側にロックピン７２の端部を嵌合させる嵌合孔７７ｂ
を有し、タペット外周側には、後述の回止部材を嵌合さ
せる嵌合孔７７ｃを有し、隔壁７７ａには、両嵌合孔７
７ｂ、７７ｃを連通する貫通孔７７ｄを有する。

【００４８】そして、これらサイドタペット５２側のブ
ッシュ７７、７８は、センタタペット５１側の端部を貫
通孔部分（貫通孔６１ａ、６１ｂ）より所定寸法突出さ
せ、センタタペット５１の貫通孔部分（貫通孔５６）に
挿入固定したブッシュ７４、７５の端面にそれぞれ所定
間隔をおいて対峙させている。

【００４９】こうした構成のロック手段において、油圧
プランジャ７１は、油圧が印加されるとロックピン７２
側に移動して端部がセンタタペット５１側の貫通孔部分
（貫通孔５６）に入り込むとともに、ロックピン７２を
押圧スプリング７３に抗して移動させ、ロックピン７２
の端部をサイドタペット５２の貫通孔部分（貫通孔６１
ａ）を入り込ませる。この時、油圧プランジャ７１がセ
ンタタペット５１とサイドタペット５２の一方の筒状部
５２ｂとの分割部分に跨がるとともに、ロックピン７２
がセンタタペット５１とサイドタペット５２の他方の筒
状部５２ａとの分割部分に跨がり、それらが協動してセ
ンタタペット５１とサイドタペット５２とを結合し、ロ
ック状態となる。また、油圧が解放されると、押圧スプ
リング７３がロックピン７２を油圧プランジャ７１側に
移動させ、油圧プランジャ７１が元の位置に復帰して、
ロックピン７２の両端面がセンタタペット５１の貫通孔
５６内でセンタタペット５１とサイドタペット５２との
分割部分と面一になって、センタタペット５１がサイド
タペット５２から離脱し、アンロック状態（ロック解
除）となる。

【００５０】このように、ロック手段は油圧によりロッ
ク状態とアンロック状態とに切り換え可能で、ロック状
態においてはサイドタペット５２とセンタタペット５１
とが結合し、サイドタペット５２と中央のカム７により
駆動されるセンタタペット５１とが協働して吸気弁及び
排気弁を高速態様でリフトさせ、アンロック状態におい
てはセンタタペット５１がサイドタペット５２から離脱
して、相対的に摺動し、両側の６，８により駆動されて
第１吸気弁及び排気弁を低速態様でリフトさせ、第２吸
気弁を実質作動停止とする。

【００５１】また、タペット５には、油圧プランジャ７
１を内蔵しない方の筒状部５２ａの貫通孔６１ａに固定
されるブッシュ７７のタペット外周側の嵌合孔７７ｃに
タペット回止部材としての球状部材８６が、タペット外
周から一部はみ出した状態で転動自在に保持される。こ
の球状部材８６は、折曲爪部８７ａを備えたリング状の
保持部材８７を外方から貫通孔６１ａの内周に沿って挿
し込み、ブッシュ７７の端部外面に設けた縮径部との間
に嵌合固定することにより転動自在に保持される。

【００５２】そして、カムキャリア１３に設けられたタ
ペットガイド１５の内周には、タペット５側に保持され
たタペット回止部材としての球状部材８６を係合させて
タペット摺動方向にのみ移動可能とするよう、タペット
摺動方向に延びる溝８８が設けられている。球状部材８
６はこのタペットガイドホール２５内周の溝８８と協働
してタペット５の回転を規制する。

【００５３】また、センタタペット５１のサイドタペッ
ト５２の筒状部５２ａ、５２ｂと対峙する両側方端面５
４ａ、５４ｂには、貫通孔５６の下方においてカム軸方
向にサイドタペット５２の筒状部５２ａ、５２ｂの内方
端面５８ａ、５８ｂへ向けて突出し、サイドタペット５
２の筒状部５２ａ、５２ｂの貫通孔６１ａ、６１ｂから
内方へ突出したブッシュ７７、７８の端部に係止される
係止部８９ａ、８９ｂが形成されている。これら係止部
８９ａ、８９ｂが両側でサイドタペット５２側のブッシ
ュ７７、７８に係止されることにより、センタタペット
５１はタペット摺動方向上方への移動が規制される。

【００５４】図１および図４に示すように、カムキャリ
ア１３には一端面から延びる油路１０８が形成され、こ
の油路１０８は、リフト可変機構用の第１の油圧コント
ロールバルブ（ＯＣＶ）１０１に接続している。そし
て、ＯＣＶ１０１がオフのときは、上記油路１０８に供
給された作動油は経路が遮断され、ＯＣＶ１０１がオン
となると、油路１０８は吸気側に延びる中間油路１１５
を介して第１のメイン油路１０５に連通する。

【００５５】第１のメイン油路１０５は、カムキャリア
１３の長手方向に沿って延設され、タペットガイド１５
の間において、各気筒Ａ１〜Ａ４毎の吸気側のタペット
ガイド１５に向けて、分岐通路１０９が気筒Ａ１〜Ａ４
と同じ数だけ形成されている。この分岐通路１０９は、
各気筒Ａ１〜Ａ４毎にそれぞれ一方の吸気弁に対応する
タペットガイド１５に連通し、ＯＣＶ１０１がオンとな
ることにより、作動油圧をタペット５に内蔵されたリフ
ト可変機構に供給する。

【００５６】図３に示すように、第４気筒Ａ４について
は、吸気ポートＰｉｎ１，Ｐｉｎ２の配置が他の気筒Ａ
１〜Ａ３と逆になっている。そして、その第４気筒Ａ４
に対応する分岐通路１０９に連続する中間油路１１０を
介し、第１のメイン油路１０５が第２の油圧コントロー
ルバルブ（ＯＣＶ２）１０２に接続されている。この第
２のＯＣＶ１０２がオフのときは、第１のメイン油路１
０５内の作動油は経路が遮断され、第２のＯＣＶ１０２
がオンとなると、第１のメイン油路１０５は、中間油路
１１１を介し、また、この中間油路１１１から吸気側及
び排気側にそれぞれ延びる一対の中間油路１１２，１１
３を介して、第２、第３のメイン油路１０６，１０７に
それぞれ連通する。

【００５７】第２、第３のメイン油路１０６，１０７
も、第１のメイン油路１０５と同じく、カムキャリア１
３の長手方向に延設されている。そして、吸気側の第２
のメイン油路１０６においては、側方へ延びる分岐通路
１１４が各気筒Ａ１〜Ａ４毎のそれぞれ他の一つの吸気
弁に対応するタペットガイド１５に連通し、第２のＯＣ
Ｖ１０２がオンとなることにより、作動油圧をタペット
５に内蔵されたリフト可変機構の油圧プランジャ７１に
供給する。

【００５８】一方、排気側の第３メイン油路１０７にお
いては、各タペットガイド１５の間において、側方へ延
びる分岐通路１１５が各気筒Ａ１〜Ａ４毎のそれぞれ排
気弁に対応するタペットガイド１５に連通し、第２のＯ
ＣＶ１０２がオンとなることにより、作動油圧をタペッ
ト５に内蔵されたリフト可変機構の油圧プランジャ７１
に供給する。

【００５９】この実施の形態のエンジンの動弁装置は、
上記のように吸気弁および排気弁の開閉タイミング（開
閉期間のクランクシャフトに対する位相）を可変とする
位相可変機構を備えるとともに、各気筒Ａ１〜Ａ４毎の
それぞれ二つの吸気弁および二つの排気弁のリフト量を
変更可能なリフト可変機構を備え、かつ、各気筒Ａ１〜
Ａ４毎の二つの吸気弁のうちの第２吸気弁に対するリフ
ト可変機構は、その第２吸気弁のリフト特性を少なくと
も実質吸気停止を含む低リフト特性に変更可能とするも
のである。そして、エンジンの運転状態により、次のと
おり位相可変機構およびリフト可変機構の制御を行う。

【００６０】すなわち、アイドリング運転時を含む低回
転低負荷運転域では、位相可変機構により、第１吸気弁
を開くタイミングを吸気上死点より第１所定量（ＩＯ）
だけ後のタイミングとし、リフト可変機構により、第２
吸気弁を実質開弁停止を含む低リフト特性とするととも
に、排気弁を閉じるタイミングを吸気上死点よりも第２
所定量（ＥＣ）だけ前のタイミングとするよう制御し、
かつ、上記第１所定量（ＩＯ）より上記第２所定量（Ｅ
Ｃ）が大きい設定（ＩＯ＜ＥＣ）とする。また、この低
回転低負荷運転域では、空燃比は理論空燃比よりリーン
に設定される。

【００６１】この場合、吸排気弁の開時期が完全にオー
バーラップしないマイナスオーバラップの状態となり、
吸気上死点より前に排気弁が閉じることにより、若干圧
縮状態となって排気行程が終了し、吸気行程に入ってピ
ストンが押し戻されることになって、ポンピングロスが
低減される。そして、そのポンピングロス低減の効果
は、吸気弁開時期の吸気上死点に対する遅れ量である第
１所定量（ＩＯ）より、排気弁閉時期の吸気上死点に対
する進み量である第２所定量（ＥＣ）が大きい（ＩＯ＜
ＥＣ）場合に最も顕著であり、残量ガスの増加は許容範
囲で、燃焼安定性を確保できる。また、この低回転低負
荷運転域で、第２吸気弁が開弁停止状態となることで、
スワール効果により燃焼が改善され、燃費が改善され
る。

【００６２】図５〜図８は、アイドル運転時のバルブタ
イミングリタード量に対する体積効率、ポンピングロ
ス、燃焼室温度および残留ガス量の変化のシミュレーシ
ョンデータを示している。図５〜図８において、四角印
プロットのデータは、ＩＯ＝ＥＣの場合、三角印プロッ
トのデータは、ＩＯ＜ＥＣの場合、×印プロットのデー
タはＩＯ＞ＥＣの場合である。そして、丸印プロットの
データは、ＩＯ＜ＥＣ、かつ吸気弁が片弁停止の場合で
ある。これらの図は、エンジン回転数を１５００ｒｐｍ
に固定し、ＩＯを上死点後４０゜、５０゜、６０゜、７
０゜と変化させた場合のシミュレーション結果を示す。
ＩＯとＥＣの差は１０゜に設定した。この差はエンジン
の諸元により最適な値とすればよい。また、一点鎖線
は、オーバラップのある通常エンジンの場合（基準バル
ブタイミング）のデータである。これらのデータから、
アイドリング運転時には、マイナスオーバラップとする
ことでポンピングロスが低減され、特に、ＩＯ＜ＥＣの
場合に最もポンピングロス低減効果が大きいことが分か
る。基準バルブタイミングの場合と同等の体積効率が得
られるバルブタイミングでの各データを比較しても、Ｉ
Ｏ＜ＥＣの場合が一番ポンピングロスが小さい。

【００６３】図９は基準バルブタイミングでのＰ−Ｖ線
図であり、図１０のこの実施の形態（ＩＯ＜ＥＣ）の場
合のＰ−Ｖ線図である。この実施の形態の場合、吸排気
弁の開時期がマイナスオーバラップとなり、吸気上死点
より前に排気弁が閉じることによって、若干圧縮状態と
なって排気行程が終了し、吸気行程に入ってピストンが
押し戻される形となり、そのため、ポンピングロスが少
ない。

【００６４】また、この実施の形態の制御では、低回転
中負荷運転域で、第１吸気弁が開いている期間と排気弁
が開いている期間にオーバーラップを設けるとともに、
第２吸気弁を実質開弁停止とする。それにより、内部Ｅ
ＧＲ（排気再循環）率を高め、ポンピングロスを低減し
て燃費を改善することができる。

【００６５】また、低回転高負荷運転域では、二つの吸
気弁を閉じるタイミングを低回転低負荷運転域よりも早
める。それにより、体積効率が高まり、必要なエンジン
出力が得られる。

【００６６】また、高回転低負荷運転域では、二つの吸
気弁を閉じるタイミングを早めるとともに、それら吸気
弁が開いている期間と排気弁が開いている期間にオーバ
ーラップを設ける。それにより、体積効率が高まって必
要なエンジン出力が得られ、また、ポンピングロスが小
さくなり、燃費が改善される。

【００６７】また、高負荷運転域では、二つの吸気弁を
閉じるタイミングをエンジン回転数の増大にともなって
遅らせる。それにより、高回転数域での体積効率が確保
され、必要なエンジン出力が得られる。

【００６８】

【発明の効果】以上の説明から明らかように、本発明の
エンジンの動弁制御装置によれば、アイドル時を含む低
回転低負荷時に、燃焼安定性を確保しつつ、ポンピング
ロスを低減して燃費を改善することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る動弁制御装置を備え
たエンジンのシリンダヘッドの平面図である。

【図２】本発明の実施の形態に係る可変動弁装置の位相
可変機構の構成を示す断面図である。

【図３】本発明の実施の形態に係る可変動弁装置のリフ
ト可変機構の構成を示す断面図である。

【図４】本発明の実施の形態に係る可変動弁装置用の作
動油の供給通路のレイアウト図である。

【図５】アイドル運転時のバルブタイミングリタード量
に対する体積効率の変化のシミュレーションデータを示
す図である。

【図６】アイドル運転時のバルブタイミングリタード量
に対するポンピングロスの変化を示すシミュレーション
データを示す図である。

【図７】アイドル運転時のバルブタイミングリタード量
に対する燃焼室温度の変化のシミュレーションデータを
示す図である。

【図８】アイドル運転時のバルブタイミングリタード量
に対する残留ガス量の変化のシミュレーションデータを
示す図である。

【図９】基準バルブタイミングでのアイドル運転時のＰ
−Ｖ線図である。

【図１０】本発明の実施の形態に係るエンジンのアイド
ル運転時のＰ−Ｖ線図である。

【符号の説明】

２吸気カムシャフト３排気カムシャフト５タペット（リフト可変機構内蔵）６，７，８カム１０１，１０２油圧コントロールバルブ２０１，２０２位相可変機構Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４気筒Ｐｉｎ１，Ｐｉｎ２吸気ポートＰｅｘ１，Ｐｅｘ２排気ポート

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ０２Ｄ 41/02 ３０１Ｆ０２Ｄ 41/02 ３０１Ｈ３２０３２０ 41/04 ３０５ 41/04 ３０５Ｃ 45/00 ３１２ 45/00 ３１２ＨＦターム(参考） 3G016 AA08 AA19 BA03 BA06 BA19 BA28 BB04 BB31 BB40 DA06 DA18 DA22 GA00 3G018 AB07 AB17 BA22 BA33 CA18 DA17 DA28 DA57 DA73 DA83 EA03 EA04 EA12 EA13 EA14 FA01 FA06 FA07 FA11 GA07 3G084 BA23 CA03 CA04 CA09 DA02 FA18 FA33 3G092 AA11 BA01 CB02 DA01 DA02 DA03 DA10 DA11 DA12 DF04 DG05 FA24 GA04 GA05 GA06 GA17 GA18 HA11Z HE01Z 3G301 HA19 JA02 KA07 KA08 KA09 KA24 KA25 LA07 PA17Z PE01Z

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】吸気弁および排気弁のそれぞれの少なく
とも開閉タイミングを可変とする可変動弁装置を備えた
エンジンの動弁制御装置において、上記可変動弁装置の
制御により、低回転低負荷運転域で、上記吸気弁を開く
タイミングを吸気上死点より第１所定量だけ後のタイミ
ングとするとともに、上記排気弁を閉じるタイミングを
吸気上死点よりも第２所定量だけ前のタイミングとし、
かつ、上記第１所定量より上記第２所定量が大きい設定
とすることを特徴とするエンジンの動弁制御装置。
【請求項２】気筒毎に二つの吸気弁を備え、上記可変
動弁装置は、少なくとも第１吸気弁の開閉タイミングを
可変とする位相可変機構を備えるとともに、第２吸気弁
のリフト特性を少なくとも実質吸気停止を含む低リフト
特性に変更可能とするリフト可変機構を備え、上記低回
転低負荷運転域で、上記位相可変機構により、上記第１
吸気弁を開くタイミングを吸気上死点より上記第１所定
量だけ後のタイミングとし、上記リフト可変機構によ
り、上記第２吸気弁を上記実質開弁停止を含む低リフト
特性とすることを特徴とする請求項１記載のエンジンの
動弁制御装置。
【請求項３】当該エンジンは、上記低回転低負荷運転
域で空燃比が理論空燃比よりリーンに設定される請求項
２記載のエンジンの動弁制御装置。
【請求項４】低回転中負荷運転域では、上記第１吸気
弁が開いている期間と排気弁が開いている期間にオーバ
ーラップを設けるとともに、上記第２吸気弁を上記実質
開弁停止を含む低リフト特性とすることを特徴とする請
求項２記載のエンジンの動弁制御装置。
【請求項５】低回転高負荷運転域では、上記二つの吸
気弁を閉じるタイミングを上記低回転低負荷運転域より
も早めることを特徴とする請求項２記載のエンジンの動
弁制御装置。
【請求項６】高回転低負荷運転域では、上記二つの吸
気弁を閉じるタイミングを上記低回転低負荷運転域より
も早めるとともに、それら吸気弁が開いている期間と排
気弁が開いている期間にオーバーラップを設けることを
特徴とする請求項２記載のエンジンの動弁制御装置。
【請求項７】高負荷運転域では、上記二つの吸気弁を
閉じるタイミングをエンジン回転数の増大にともなって
遅らせることを特徴とする請求項５記載のエンジンの動
弁制御装置。