JPH0426675Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、バルブシート部、吸気ポート部、バ
ルブリフタ嵌入穴部を、シリンダヘツド本体とは
別体で、一体の可動部材から構成し、該可動部材
を燃焼室内に突出させたり引込めたりして、圧縮
比を可変させたり、バルブの作用角を変えたり、
バルブの作動を停止させたりできるようにした、
新規の内燃機関に関する。

〔従来の技術〕

従来、内燃機関の燃焼室にピストン状の手段を
突出させたり引込めたりする装置は、可変圧縮比
機構に見られ、たとえば特公昭60−54490号公報
に開示されている。

〔考案が解決しようとする問題点〕

しかし、上記のようなピストン状手段は、バル
ブシートや吸気、排気ポートと干渉しない位置に
設けられなければならなかつたため、その配置ス
ペースが制限され、ピストン状手段が小径となつ
て、圧縮比の変化量にも限度があつた。とくに、
４バルブエンジン（吸気弁数：２、排気弁数：
２）では配置スペースがとくに制限される。

さらに、小径のピストン状手段を配置できたと
しても、圧縮比可変のみの目的にしか利用でき
ず、多目的、たとえば吸気量制御にも利用すると
いうことは不可能であつた。たとえば、圧縮比可
変としても、軽負荷時に圧縮比を上げただけでは
吸気乱れが少なく、ポンピングロスも相対的に増
加するためミリツトが生かしきれない。可変圧縮
比と可変吸気によるポンピングロス低減とを組み
合わせることによつて、高い効果が得られること
は理論的にはわかつているが、それらを１つで同
時に達成する装置はなかつた。

また、前記ピストン状手段の可変圧縮比機構
を、多目的利用として、複数吸気弁を有する内燃
機関の一部の弁の作動停止や、バルブ作用角の制
御にも利用するという思想はなかつた。

本考案は、１つの装置で、可変圧縮比装置とし
ても使用でき、吸気量制御装置としても使用で
き、複数吸気弁機関に適用されたときは一部吸気
弁作動停止としても使用できる、多目的装置を具
備し、しかも該多目的装置の内燃機関への搭載
が、従来のピストンタイプ可変圧縮比装置に比べ
て配設スペース状の制限を受けにくい、新規な内
燃機関を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この目的に沿う本考案に係る内燃機関は、吸気
バルブが密着可能なバルブシート部、該バルブシ
ート部の直上流に位置する吸気ポート部、前記吸
気バルブのバルブステムと当接するバルブリフタ
が摺動自在に嵌挿されるバルブリフタ嵌入穴部を
一体に可動する可動部材から構成し、該可動部材
をシリンダヘツドに形成したバルブ軸線方向に延
びる前記可動部材の嵌入穴に摺動可能に挿入し、
前記可動部材に対し、軽負荷時には該可動部材を
燃焼室内に突出させ、高負荷時には該可動部材を
前記嵌入穴に引き込むように移動させる駆動手段
を設けたことから成る。

〔作用〕

このように構成された内燃機関においては、軽
負荷時には可動部材を燃焼室に突出させ、圧縮比
を高くするとともに、バルブリフト、バルブ作用
角を減少させて吸気を制御し、高圧縮比、ポンピ
ングロス低減によつて大幅な燃焼効率上昇がはか
れる。

また、可動部材が吸気バルブ側のみに設けられ
るので、高圧縮比時にも排気バルブの開弁量は変
化せず、燃焼室内の排気ガスの掃気を十分に行な
うことが可能となり、つぎの行程の燃焼が良好に
行なわれる。したがつて、高圧縮比時におけるエ
ンジン出力がさらに高められる。

高負荷時には、可動部材嵌入穴に引込め、低圧
縮比としてノツクを防止するとともに、バルブリ
フト量大、バルブ作用角広、により高い吸入効率
を得、出力向上がはかれる。

〔実施例〕

以下に、本考案に係る内燃機関の望ましい実施
例を図面を参照して説明する。

第１図は本考案の内燃機関の縦断面を、第２図
は本考案を１つの吸気弁を有する内燃機関に適用
した場合を、第３図は本考案を複数の吸気弁を有
する内燃機関に適用した場合を、第４図ないし第
６図は制御機構を、それぞれ示している。

第１図ないし第３図において、１はシリンダブ
ロツク、２はシリンダボア、３はシリンダボア２
に摺動自在に嵌挿されたピストン、４はシリンダ
ボア２の上方を覆うシリンダヘツド、５はシリン
ダブロツク１、シリンダボア２、ピストン３、シ
リンダヘツド４で囲まれた燃焼室である。燃焼室
５には吸気ポート６および排気ポート７が開口
し、その開口部材に吸気バルブ８、排気バルブ９
がそれぞれのポートを開閉自在に設けられる。

吸気ポート６に対応するバルブシート部１１
ａ、燃焼室５への開口部に近い吸気ポート部１１
ｂ、バルブリフタ２１を摺動自在に嵌挿するバル
ブリフタ嵌入穴部１１ｃは、一体に動くことがで
きる、可動部材１１から構成されている。

可動部材１１は、円柱状体で、下端が吸気バル
ブ８の傘部が密着可能なバルブシート部１１ａと
して機能し、円柱状体の側面と下端面に開口部を
もちバルブシート部１１ａの直上流に位置する吸
気ポート部１１ｂを有し、上端部に上方が開口し
バルブリフタ２１が摺動自在に嵌挿されるバルブ
リフタ嵌入穴部１１ｃを有する。可動部材１１の
バルブシート部１１ａは別体で形成されて円柱状
体と一体に動くように嵌着固定されたものであつ
てもよい。可動部材１１の中心軸線上には、バル
ブリフタ嵌入穴部１１ｃの穴底面から吸気ポート
部１１ｂのポートまでにわたつて直線状に延びる
バルブガイド嵌入穴が形成され、そこにバルブガ
イド１１ｄが固定される。バルブガイド１１ｄの
穴には吸気バルブ８のバルブステムが摺動自在に
挿通されている。可動部材１１は、シリンダヘツ
ド４に形成された可動部材の嵌入穴１２に摺動自
在に嵌入される。該嵌入穴１２の軸線は吸気バル
ブ８の軸線方向に延びている。可動部材１１の外
周には吸気ポートの上下に周方向に延びる溝が形
成され、そこにリング状シール１３，１４が嵌着
される。

可動部材１１のバルブリフタ嵌入穴部１１ｃの
外周にはスパイラル状のねじ１５が切つてあり、
こそに内周にねじ１５と螺合するねじ１６がウオ
ーム歯１７が切られたリング１８が回転可能に螺
合されている。リング１８は抑え部材１９によつ
て軸方向に移動しないようになつており、リング
１８が回転したときは可動部材１１が軸方向に移
動する。リング１８のウオーム歯１７にはウオー
ム２０が螺合し、ウオーム２０がモータ２５（連
続制御ではステツプモータ、ON−OFF制御では
２位置モータ）によつて回動されることにより、
リング１８は正逆方向に回転される。

可動部材１１のバルブリフタ嵌入穴部１１ｃの
穴には、上述したようにバルブリフタ２１が摺動
自在に挿入されている。バルブリフタ２１は、バ
ルブスプリング２２によつて上方に付勢されてお
り、吸気バルブ８の傘部がバルブシート部１１ａ
にあたる迄上方に移動できる。バルブリフタ２１
は、また、上方からカムシヤフトのカム２３によ
つて下方に駆動されることができる。すなわち、
カム２３が回転してカムノーズがバルブリフタ２
１を押すと、バルブリフタ２１はバルブスプリン
グ２２の付勢に抗してバルブリフタ２１、吸気バ
ルブ８を押し下げ、吸気ポート６を開く。

第２図は吸気バルブ８が１つ、排気バルブ９が
１つのエンジンの、吸気バルブ側のバルブシー
ト、吸気ポート、バルブリフタ嵌入穴に、上記可
動部材１１を適用した場合を示している。可動部
材１１は、２つの吸気バルブ８をもつエンジン
の、一方または両方の吸気バルブ８に適用されて
もよい。第３図は、２つの吸気バルブ８，８、２
つの排気バルブ９，９を有するエンジンの、一方
の吸気バルブ８に動部材１１を適用したバルブを
示している。第２図および第３図の可動部材１１
の構成は、第１図に示したものが用いられる。

可動部材１１を軸方向に、燃焼室５に突出する
方向に、または嵌入穴１２に引込める方向に、駆
動する駆動手段２４はリング１８、ウオーム２
０、ウオーム２０に連結されるモータ２５から成
るが、該駆動手段２４の駆動は、第４図に示すエ
ンジンコントロールコンピユータ２６からの出力
信号によつて制御される。

エンジンコントロ−ルコンピユータ２６には、
吸気量センサ（たとえば吸気通路に設けられるエ
アフローメータ２７）からの信号Ｑ、エンジン回
転数センサ（たとえばデイストリビユータ２８）
からのエンジン回転数（EN）信号、点火時期信
号（たとえばデイストリビユー２８からの信号）、
その他補正信号（たとえばエンジン冷却水温セン
サ２９からの信号、吸気温センサ３０からの信号
等）、並びにモータ位置信号３６が送られる。エ
ンジンコントロールコンピユータ２６内では、入
力信号のうちアナログ信号はADコンバータ３１
でデイジタル信号に転換され、アナログ信号は入
力インターフエース回路３２を経て、それぞれコ
ントロールプロセツサユニツト（CPU）３３に
送られ、CPU３３にて、エンジン運転条件に応
じて、最適吸入空気量も考慮した最適圧縮比をマ
ツプで記憶したメモリ３４からの信号と現在の運
転条件とを比較して、差分を演算し、現在の運転
条件がそれに合うように、出力インターフエース
回路３５を介して各種のアクチユエータに出力信
号を出し、アクチユエータの一つであるモータ２
５を駆動させるとともに、点火時期制御をするイ
グニツシヨンコイル この制御は次のように設定される。

まず、エンジン低回転、軽負荷時には、可動部
材１１を、最適高圧縮比が得られる量だけ、燃焼
室５内に突出させ、高回転、高負荷時には、可動
部材１１を、最適低圧縮比が得られる量だけ、嵌
入穴１２に引き込む。２吸気バルブエンジンの一
方に可動部材１１が適用される場合は、低回転、
軽負荷時にはカムによつて決定される弁リフト以
上に、可動部材１１を燃焼室５内に突出させる制
御を行なうこともできる。

エンジンコントロールコンピユータ２６の制御
は、連続制御（比例制御、または比例＋積分制
御）によつてもよいし、ON−OFF制御によつて
もよい。

第５図は連続制御におけるエンジンコントロー
ルコンピユータ２６の制御の一例をブロツク図で
示している。そこではまず、テツプ101で割込み
を行ない、ステツプ102で、現在のＱ／Ｎ（負荷を
あらわす）、NE（エンジン回転数）等を読み込
み、ステツプ103でマツプより、現在の負荷、エ
ンジン回転数等に対応する最適圧縮比（最適吸入
空気量も考慮したもの）を演算するとともに、ス
テツプモータ２５の最適位置を演算し、ステツプ
104で現在のステツプモータ位置を読み込み、ス
テツプ105で、ステツプ103とステツプ104の差分
を演算してステツプモータ２５を変位すべき量を
演算し、ステツプ106でその差分だけステツプモ
ータ２５を変位させる指令信号を出し、ステツプ
107で点火時期制御をして、ステツプ108で復帰す
る。この演算は、適宜の小さな時間間隔で行なわ
れ、常時圧縮比を最適にするよう、制御が行なわ
れる。

第６図はON−OFF制御の一例をブロツク図で
示している。そこでは、ステツプ201で割り込み
を行ない、ステツプ202でＱ／Ｎ、NE等を読み
込み、ステツプ203で現在の負荷、エンジン回転
数等に対応する最適圧縮比（最適吸入空気量も考
慮したもの）を演算し、ステツプ204で、ステツ
プ202とステツプ203との値を比較演算して高圧縮
比にすべきかどうかを判定し、高圧縮比にすべき
場合はステツプ205に行き、ステツプ205で現在の
FLAGが１かどうかを判断する。ただしFLAG＝
１が高圧縮比に対応し、FLAG＝０が低圧縮比に
対応させてある。ステツプ205でFLAG＝１であ
れば、２位置モータ２５は高圧縮比側駆動となつ
ているからそのままステツプ206に行き復帰する。
ステツプ205でFLAG＝１でないなら２位置モー
タ２５は低圧縮比側駆動となつているから、ステ
ツプ207に行つて２位置モータ２５を高圧縮比側
駆動にし、ステツプ208で点火時期を高圧縮比用
に合わせる指令をイグニツシヨンコイルグナイタ
３７に送り、ステツプ209に進んでFLAGを０か
ら１にしてステツプ206に行つて復帰する。前記
のステツプ204で低圧縮比にすべき場合は、ステ
ツプ210に進み、ステツプ210で現在のFLAGが１
かどうかを判断し、FLAGが１でないときは２位
置モータ２５が低圧縮比側駆動となつているから
そのままステツプ206に進んで復帰する。ステツ
プ210でFLAG＝１の場合は、２位置モータ２５
が低圧縮比側駆動にすべきに拘らず高圧縮比側駆
動になつていることを示しているから、ステツプ
211に進んで、２位置モータ２５を低圧縮比側駆
動にし、ステツプ212に進んで点火時期を低圧縮
比用に合わせる信号をイグニツシヨンコイルグナ
イタ３７に出して、ステツプ213に進み、FLAG
を１から０にして、ステツプ206に進んで復帰す
る。

上記のように構成された内燃機関の作用につい
て、第７図も参照して説明する。

本考案では、可動部材１１は、可変圧縮比機
構、可変吸気量機構、可変バルブ作用角機構、吸
気バルブの弁停止機構、可変気筒数機構、または
これらの組合わせ機構、として多目的に作用す
る。

可動部材１１のエンジンへの配設は、バルブシ
ート、吸気ポート毎移動させるので、バルブとの
干渉を避ける必要がなく、配設スペース上有利で
ある。可動部材１１は大きな径をとることがで
き、可変圧縮に有利である。

可変圧縮比機構として利用する場合は、エンジ
ンの低回転、軽負荷時には可動部材１１が燃焼室
５内に突出され、圧縮比が上げられて燃費の改善
がはかられる。このとき吸気ポート部１１ｂも動
いて吸気ポート面積を小さくするので、吸気の流
れの速度は上昇し、それだけ燃焼室５に高速の吸
気が流れ込むので、燃焼も改善される。さらに、
吸気ポート部１１ｂが動いて吸気通路面積が減少
すると、吸入空気量も減少するから、ポンピング
ロスが低減し、機関の効率も向上する。したがつ
て、可変圧縮比機構と軽負荷時における吸入空気
量制限の可変吸気量機構とは、同時に作用し、高
効率エンジンとなつている。一方、高回転、高負
荷時には、可動部材１１は嵌入穴１２に引込めら
れるので低圧縮比になり、ノツクが防止される。
このときは、吸気ポート部１１ｂは他の吸気ポー
ト部分になめらかにつながり、吸気抵抗とならな
い。低吸入空気量のときは、吸気ポートに段差が
できても、流れる空気量が多くないから吸気下抵
抗上問題とならない。

可動部材１１が燃焼室５側に突出されると、第
７図に示すよう弁作用角も変化する。このため、
圧縮比の変化に合せて点火時期も変化させるよう
になつている。したがつて、可変圧縮比機構とバ
ルブ作用角可変機構が同時に働く。可動部材１１
がカムによつて決定される弁リフト以上に燃焼室
５側に突出されると、その吸気バルブは作動が殺
される。１つの気筒に１つの吸気バルブを有する
多気筒内燃機関において、各吸気バルブ８に可動
部材１１を適用し、そのうちいくつかの吸気バル
ブ８の作動を殺すことにより、気筒数可変機関も
得られる。また、１つの気筒に２つの吸気バルブ
８を有する内燃機関の１つの吸気バルブ８に対し
て可動部材１１を適用し、低回転、軽負荷時に可
動部材１１を弁リフト以上に燃焼室５側に突出さ
せて吸気バルブ８の作動を殺すと、２つの吸気ポ
ートのうち一方からの吸入が止まり、他方のポー
トをスワールポートとしておくことにより、高ス
ワールを発生させることができ、燃焼速度アツプ
とポンプロス低減も相剰して軽負荷時の燃焼改
善、燃費向上をはかることができる。高負荷時に
は可動部材１１が嵌入穴１２に引込められてすべ
ての吸気ポートから吸入されるので、複数弁によ
る高い吸入効率によつて高出力が得られる。

〔考案の効果〕

本考案の内燃機関によれば、つぎの効果が得ら
れる。

(1) 軽負荷時には可動部材が燃焼室内に突出する
ので、圧縮比を高めることができるとともに、
バルブリフト、作用角を減少させることができ
る。これにより、ポンプロスを減じて燃焼効率
を高めることができ、大幅に燃費を改善するこ
とができる。高回転、高負荷時には可動部材を
引込め通常のバルブ作動を行なうので、ノツク
を防止して、低圧縮比で高出力を得ることがで
きる。

(2) 可動部材は吸気バルブ側にのみ設けられるの
で、高圧縮比時にも排気バルブの開弁量は変化
することはなく、燃焼室内の排気ガスの掃気を
十分に行なうことが可能となる。これにより、
つぎの燃焼が容易になり、高圧縮比時のエンジ
ン出力を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の内燃機関の可動部材近傍の断
面図、第２図は１つの気筒に１つの吸気バルブを
有するエンジンの概略平面図、第３図は１つの気
筒に２つの吸気バルブを有するエンジンの概略平
面図、第４図はセンサ、エンジンコントロールコ
ンピユータ、アクチユエータの関係を示すブロツ
ク図、第５図は連続制御のエンジンコントロール
コンピユータの制御ブロツク図、第６図はON−
OFF制御のエンジンコントロールコンピユータ
の制御ブロツク図、第７図はバルブリフト、バル
ブ作用角図、である。 ５……燃焼室、８……吸気バルブ、１１……可
動部材、１１ａ……バルブシート部、１１ｂ……
吸気ポート部、１１ｃ……バルブリフタ嵌入穴
部、２４……駆動手段。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 吸気バルブが密着可能なバルブシート部、該バ
   ルブシート部の直上流に位置する吸気ポート部、
   前記吸気バルブのバルブステムと当接するバルブ
   リフタが摺動自在に嵌挿されるバルブリフタ嵌入
   穴部を一体に可動する可動部材から構成し、該可
   動部材をシリンダヘツドに形成したバルブ軸線方
   向に延びる前記可動部材の嵌入穴に摺動可能に挿
   入し、前記可動部材に対し、軽負荷時には該可動
   部材を燃焼室内に突出させ、高負荷時には該可動
   部材を前記嵌入穴に引き込むように移動させる駆
   動手段を設けたことを特徴とする内燃機関。