JPH0568603B2 - - Google Patents

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２
１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が開閉する副吸気ポート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・排気弁はいづれもロツカアーム
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、これらのロツカアーム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、ロツカアーム７の背面
に設けた油圧シリンダ９と、そのピストンロツド
９Ａに連結したフオーク状のストツパ１０と、を
有しており、一端が駆動カム８に当接するロツカ
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１１に当接するプランジヤ１
２を、シリンダ９非作動時ストツパ１０に係止さ
せてロツカアーム７の揺動を該プランジヤ１２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１３に潤滑油を供給してピ
ストンロツド９Ａを突出させることによりストツ
パ１０によるプランジヤ１２の係止を解除して、
プランジヤ１２をロツカアーム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
関にあつては、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つたため、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）、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
題点があつた。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、１気筒について主吸気弁と副吸気弁
の２つの吸気弁を有し、該吸気弁の弁開閉時期お
よび弁リフト量を可変設定する可変動弁機構を備
えた多気筒内燃機関において、前記可変動弁機構
は、吸気弁のうち副吸気弁の弁開閉時期および弁
リフト量を機関の運転条件に応じて可変設定し、
機関の低速運転領域に、副吸気弁の弁開閉時期お
よび弁リフト量をそれぞれ主吸気弁に対して所定
の小開弁期間および所定の小リフト量に設定する
とともに、副吸気弁のリフト中心角を主吸気弁の
リフト中心角より遅れ側となるように設定したこ
とを特徴とするものである。

（作用） 本発明に係る多気筒内燃機関にあつては、可変
動弁機構により、副吸気弁の弁開閉時期および弁
リフト量が機関の運転条件に応じて可変設定され
るので、低速から高速に亘つて出力トルクが向上
する。また、可変動弁機構により、機関の低速運
転領域に副吸気弁の弁開閉時期および弁リフト量
がそれぞれ主吸気弁に対して所定の小開弁期間お
よび小リフト量に設定されるとともに、副吸気弁
のリフト中心角が主吸気弁のリフト中心角より遅
れ側となるように設定されるので、副吸気弁が配
設された吸気通路へ既燃ガスが逆流しにくくな
り、該吸気通路のデポジツトの堆積が防止されて
機関の性能の安定化が図られる。さらに、副吸気
弁側の吸気通路への燃料滞留が防止されて排気中
の有害物質の増大が防止され、同時に主吸気弁の
リフト開始から最大リフト時に至るまで燃焼室内
に強いスワールが形成され、例えば希薄混合気で
の燃焼が可能となる等、燃焼を改善、安定化して
燃費の向上が図られる。

（実施例） 以下、本発明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
おけるカム軸であり、その軸端に固着してプーリ
２１Ａを介して、機関出力軸に同期して駆動回転
される。また、２２は排気弁のロツカアームであ
り、ロツカシヤフト２３に回転自在に支持されて
いる。ここに、第３図に示すように、各気筒の燃
焼室２４には、主・副２つの吸気ポート２５，２
６と、一つの排気ポート２７が開口している。な
お、図中２８は点火プラグを示している。また、
主吸気ポート２５は点火プラグ２８から離れて開
口し、点火プラグ２８に向つて開口する副吸気ポ
ート２６よりもその流路断面積が小さく形成され
ている。主吸気ポート２５は燃焼室２４内に強い
スワールを生成するためにシリンダ側壁の円周方
向（略接線方向）を指向し、副吸気ポート２６は
シリンダ中心に向つて開口している。

これらの主、副両吸気ポート２５，２６をそれ
ぞれ開閉する主、副両吸気弁２９，３０及び排気
弁３１は、、それぞれロツカアーム３２，３３及
び２２を介して駆動カム３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ
により駆動される。すなわち、第１図に示すよう
に、副吸気弁３０のロツカアーム３３には可変動
弁機構３５が装着され、この可変動弁機構３５に
より副吸気弁３０はその弁開閉時期及び弁リフト
量が可変設定される。一方、主吸気弁２９及び排
気弁３１は、それぞれ第１図及び第８図に示すよ
うに、固定式動弁機構を介して一定の弁開閉時期
及び弁リフト量で駆動される。

可変動弁機構３５では、第１図に示すように、
一端が駆動カム３４Ｂに他端が副吸気弁３０のス
テムエンド３０Ａにそれぞれ当接するロツカアー
ム３３を有しており、このロツカアーム３３の長
手方向に沿つて湾曲形成した背面３３Ａはレバー
３６の長手方向に沿つて平坦に形成した下面３６
Ａに支点接触（線接触）している。すなわち、ロ
ツカアーム３３はレバー３６に揺動自在に支持さ
れている。また、レバー３６の一端部上面にはリ
フト制御カム３７が当接するとともに、その他端
部の凹陥部３６Ｂ内にはブラケツト３８に支持さ
れた油圧ピボツト３９が摺動自在に嵌合されてい
る。すなわち、レバー３６は油圧ピボツト３９を
中心として揺動自在に設けられている。なお、ブ
ラケツト３８はシリンダヘツド４０に固定されて
いる。また、レバー３６の凹溝４１内にはロツカ
アーム３３の中央部に挿通した支持軸４２（第６
図参照）が嵌装されており、この支持軸４２の凹
穴４２Ａと凹溝４１底壁との間にはスプリング４
３が縮設されている。なお、このスプリング４３
のバネ定数はバルブスプリング４４のそれよりも
かなり小さく設定してある。３８Ａはブラケツト
３８に形成した油路であり、上記油圧ピボツト３
９に圧油を供給してバルブクリアランスを一定値
に保持させている。

また、第４図及び第５図に示すように、上記リ
フト制御カム３７はカム制御軸４５に遊嵌されて
おり、カム制御軸４５に固着したスプリングホル
ダ４６とリフト制御カム３７の円筒部３７Ａとの
間に縮設したコイルスプリング４７を介してこれ
らは連結されている。さらに、第５図に示すよう
に、カム制御軸４５にはストツパピン４８が突設
され、このストツパピン４８はリフト制御カム３
７の円筒部３７Ａの切欠きと当接可能とされ、コ
イルスプリング４７に過大な力が作用しないよう
にしている。なお、第４図中、４９はカム制御軸
４５を回転自在に支持するキヤツプである。

ここに、第７図は副吸気弁３０のリフト制御カ
ム３７のカムプロフイールを示している。同図に
示すように、リフト制御カム３７は、副吸気弁３
０の弁リフト量及び弁開閉時期を異ならせる５個
のカム面３７ａ〜３７ｅを有している。この場
合、カム面３７ａは副吸気弁３０の弁リフト量で
１mmに、カム面３７ｂはその弁リフト量で4.5mm
に、カム面３７ｃは同じく８mmに、カム面３７ｄ
は同じく9.4mmに、カム面３７ｅは同じく10.8mm
に、それぞれ対応して形成している。

また、第８図に示すように、主吸気弁２９の動
弁機構は、一端が駆動カム３４Ａに、他端が主吸
気弁２９のステムエンド２９Ａにそれぞれ当接す
るロツカアーム３２を、ブラケツト５３に保持さ
せたピボツト５４により揺動自在に支持させてい
る。同じく第１図に示すように、排気弁３１のロ
ツカアーム２２は一端が駆動カム３４Ｃに、他端
がステムエンド３１Ａにそれぞれ当接し、ロツカ
シヤフト２３に回転自在に支持されている。

また、第２図に示すように、カム制御軸４５の
一端には減速機構５１を介してステツピングモー
タ５２が連結されている。このステツピングモー
タ５２は図外の制御手段、例えば車載のマイクロ
コンピユータにより駆動されるもので、この制御
手段は回転数センサ、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ステツピングモータ
５２を駆動制御することになる。

そして、ステツピングモータ５２によりカム制
御軸４５を介してリフト制御カム３７が回動さ
れ、第７図に示すカム面３７ａ〜３７ｅのうち、
上記制御手段が判別した機関の運転条件に対応す
るカム面がレバー３６に当接する。その結果、後
述するように、レバー３６によるロツカアーム３
３の揺動支点が移動して副吸気弁３０の弁開閉時
期および弁リフト量が可変設定される。すなわ
ち、可変動弁機構３５は副吸気弁３０の弁開閉時
期および弁リフト量を機関の運転条件に応じて可
変設定する機能を有している。

さらに、駆動カム３４Ａのカムプロフイールは
駆動カム３４Ｂのそれと異なつて形成されてい
る。すなわち、主吸気弁２９のリフト中心角が副
吸気弁３０のそれよりも若干進み側になるように
駆動カム３４Ａのカムプロフイールを形成してい
る。すなわち、上述の可変動弁機構３５は、副吸
気弁３０のリフト中心角を主吸気弁２９のリフト
中心角より遅れ側となるように設定している。

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〜に分割して、副吸気弁３０
のリフト特性（弁リフト量、弁開閉時期）を各領
域毎に段階的に変化させている。すなわち、アイ
ドリング時及び低速低負荷域では、（領域）、第
１０図中曲線₁で示すように、回転速度及び負
荷（アクセル開度）が増加するに従つて領域〜
では曲線₂〜₄で示すように、さらに高速域
では曲線₅で示すように、副吸気弁３０のリ
フト特性を変化させるのである。なお、第１０図
中曲線₀は主吸気弁２９のリフト特性を、曲線
Ｅは排気弁３１のそれを示しており、さらに第１
０図により、前述のように副吸気弁３０のリフト
中心角が主吸気弁２９のリフト中心角より遅れ側
に設定されていることが分かる。また、第９図中
実線は回転速度及び負荷増加時の各領域間の切換
値、すなわちステツピングモータ５２によるリフ
ト制御カム３７のカム面の切換値を、破線は減少
時の切換値を、それぞれ示している。このよう
に、領域の切換、すなわちモータ５２の駆動にヒ
ステリシスを設け可変動弁機構３５のハンチング
を防止している。以下、各領域について説明す
る。

領域（） アイドリング時及び低速低負荷域では、ステツ
ピングモータ５２の駆動によりリフト制御カム３
７を回転してカム面３７ａでレバー３６を押し下
げる。この結果、レバー３６の一端はロツカアー
ム３３の一端から上方に最も離れて位置し（レバ
ー３６の傾斜は最大となる）、ロツカアーム３３
の揺動支点（支点接触点）はその他端側（ステム
エンド３０Ａ側）に移行する。従つて、第１１図
に示すように、副吸気弁３０はそのリフト量が１
mmで開弁期間も短いものとなる（曲線₁）。これ
に対して、主吸気弁２９及び排気弁３１のリフト
特性は一定である（曲線₀、Ｅ）。すなわち、可
変動弁機構３５は、機関の低速運転領域において
は、副吸気弁３０の弁開閉時期および弁リフト量
をそれぞれ主吸気弁２９に対して所定の小開弁期
間および所定の小リフト量に設定する機能を有す
る。これらの結果、吸入空気量の大部分は主吸気
ポート２５より燃焼室２４内に導入され強い吸気
スワール流を生成し、燃焼を安定化させる。同時
に、第１０図に示すように、副吸気弁３０のリフ
ト中心角が主吸気弁２９のリフト中心角より遅れ
側に設定されているので、副吸気弁３０のリフト
開始時期が主吸気弁２９のリフト開始時期よりも
相対的に遅れ、このため主吸気弁２９による初期
スワールを強化することができ、引続き主吸気弁
２９の最大リフト時（主吸気弁２９のリフト中心
角となる状態の時）には、副吸気弁３０は最大リ
フトを迎える以前であり、このため副吸気弁３０
のリフト量は十分に小さく、主吸気弁２９側にお
けるスワール効果が強化され、副吸気弁３０の開
弁期間およびリフト量の微小化と相まつて燃焼の
改善および安定化を図ることができる。また、副
吸気弁３０をわずかにリフトさせているため、全
閉とした場合副吸気ポート２６に燃料が滞留し再
開弁時この液状燃料が流入してHC、CO等を増大
させるというおそれも解消できる。さらに、上述
のように、副吸気弁３０のリフト中心角を主吸気
弁２９のリフト中心角より遅れ側となるように設
定しているので、主吸気弁２９より相対的に遅れ
て副吸気弁３０がリフトを開始し、このため滞留
燃料のある副吸気ポート２６側には燃焼室２４内
の既燃ガスが逆流しにくくなり、デポジツトの堆
積を防止して機関の性能の安定化を図ることがで
きる。すなわち、吸気弁のリフトが開始される吸
入初期に燃焼室２４内の既燃ガス（NO_x、水分
等を含む）吸気通路側に逆流しようとして、該既
燃ガスが副吸気ポート２６に逆流した場合、副吸
気ポート２６に滞留していた燃料を酸化させ、不
溶解分（スラツジ）が発生してこれがデポジツト
として堆積し、機関の性能の不安定化等を招くの
が通常であるが、本実施例においては、上述のよ
うにデポジツトの堆積を防止して上記トラブルを
解消することが可能である。さらにまた、この場
合、排気弁３１と主吸気弁２９とのオーバラツプ
量が小さいため、また、主吸気ポート２５の開口
面積が小さいため、燃焼室２４内の残留ガス量が
減少し、この点からも、燃焼が安定化し、燃費が
低減される。また、副吸気弁３０の弁リフト量は
小さいため、弁作動に伴う動力損失も大幅に低減
している。なお、上述のように、強いスワール流
を生成するため、例えばＡ／Ｆ＝20以上の希薄混
合気での燃焼が可能となり、燃費の向上及び排気
中の有害物質の低減をさらに図ることができる。

領域（） 回転速度及び負荷が増加すると、カム面３７ｂ
でレバー３６の一端を押し下げその傾斜を小とす
る。この結果、ロツカアーム３３の支点接触点は
その一端側に移行し、副吸気弁３０は、第１２図
に曲線₂で示すように、開弁期間、弁リフト量
とも増加する（弁リフト量は4.5mm）。従つて、副
吸気ポート２６からの吸入空気量が増加して、当
該運転条件に適した出力トルクを得ることができ
る。なお、排気弁３１及び主吸気弁２９の各リフ
ト特性は曲線Ｅ、₀に示すように一定である。

領域（）、（） 領域（）から回転速度及び負荷がさらに増加
すると、この増加に応じてカム面３７ｃ，３７ｄ
でレバー３６の一端をさらに押し下げてその傾斜
をさらに小とし、ロツカアーム３３の支点接触点
はその一端側にさらに移行する。この結果、第１
３図中曲線₃及び第１４図中曲線₄に示すよう
に、副吸気弁３０はその開弁期間及び弁リフト量
が増加する（弁リフト量は８mm、9.4mmとなる）。
従つて、この場合においても副吸気ポート２６か
らの吸入空気量が増加して当該運転条件に適した
出力トルクを得ることができる。また、これらの
領域にてアクセル開度が一定値以上の場合（フル
スイツチがON）出力向上のため空燃比は濃くす
る。また、このように回転速度の上昇に従い開弁
期間も長くしたため、低回転域での下死点後の開
弁による吸気はきもどし量を低減するとともに、
高回転域で開弁時間が短縮されるにも拘らず充分
な開弁時間面積を確保できる。

領域（） 機関の高速運転域では、カム面３７ｅでレバー
３６を押し下げその傾斜を略水平とする。その結
果、ロツカアーム３３の支点接触点は一端側に移
行し（リフト制御カム３７に接近し）、第１５図
中曲線₅で示すように、副吸気弁３０のリフト
量は最大となり（10.8mm）その開弁期間も最長と
なる。従つて、大きな流路断面積を有する副吸気
ポート２６から多量の吸入空気を効率良く吸入で
き、その出力を向上できる。

なお、第１６図は機関回転数（横軸）と出力ト
ルク（縦軸）との関係を示し、曲線Ｐ，Ｑ，Ｒは
それぞれ領域（）、（）、（）における全開出
力トルクを示している。このように、本実施例に
よれば、全開域での出力トルクを滑らかに増加す
ることができる。

また、上記実施例ではアクセル開度、機関回転
速度を用いて各領域の切換値を設定したが、これ
に代えて吸入空気量を使用して制御することもで
きる。

また、上記実施例にあつては、主吸気ポートか
らの吸気が直接点火プラグに衝突しない構成とし
たため、アイドル時、始動時の燃料による点火プ
ラグのくすぶりを防止でき、その絶縁抵抗の低下
による着火能力の低下を阻止でき、低温時の運転
性が向上するという効果を有する。

（効果） 以上説明したように、本発明によれば、可変動
弁機構により、副吸気弁の弁開閉時期および弁リ
フト量を機関の運転条件に応じて可変設定してい
るので、低速から高速に亘つて出力トルクの向上
を達成することができる。また、可変動弁機構に
より、機関の低速運転領域に副吸気弁の弁開閉時
期および弁リフト量をそれぞれ主吸気弁に対して
所定の小開弁期間および小リフト量に設定すると
ともに、副吸気弁のリフト中心角を主吸気弁のリ
フト中心角より遅れ側となるように設定している
ので、副吸気弁が配設された吸気通路へ既燃ガス
が逆流しにくくなり、該吸気通路のデポジツトの
堆積を防止して機関の性能の安定化を図ることが
できる。さらに、副吸気弁側の吸気通路への燃料
滞留を防止して排気中の有害物質の増大を防止し
ながら、主吸気弁のリフト開始から最大リフト時
に至るまで燃焼室内に強いスワールを形成するこ
とができ、例えば希薄混合気での燃焼が可能とな
る等、燃焼を改善、安定化して燃費の向上を図る
ことができる。なお、燃料供給装置を簡単な構成
とすることができ、全体としてコスト低減を達成
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図はそ
の吸・排気ポートのレイアウトを示す模式図、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図は副吸
気弁のリフト制御カムのカムプロフイールを示す
模式図、第８図は主吸気弁の動弁機構を示す一部
破断正面図、第９図は機関運転条件とリフト制御
カムのカム面との対応関係を与えるグラフ、第１
０図は吸・排気弁のリフト特性を示すグラフ、第
１１図〜第１５図は各運転条件毎の吸・排気弁の
リフト特性をそれぞれ示すグラフ、第１６図は本
実施例における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。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
はその機関の平面図、第１８図は同じくその正面
断面図、第１９図はそのロツカアームと作動停止
機構とを示す一部断面正面図、第２０図は第１９
図における−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。 ２９…主吸気弁、３０…副吸気弁、３１…排気
弁、３５…可変動弁機構。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ １気筒について主吸気弁と副吸気弁の２つの
   吸気弁を有し、該吸気弁の弁開閉時期および弁リ
   フト量を可変設定する可変動弁機構を備えた多気
   筒内燃機関において、前記可変動弁機構は、吸気
   弁のうち副吸気弁の弁開閉時期および弁リフト量
   を機関の運転条件に応じて可変設定し、機関の低
   速運転領域に、副吸気弁の弁開閉時期および弁リ
   フト量をそれぞれ主吸気弁に対して所定の小開弁
   期間および所定の小リフト量に設定するととも
   に、副吸気弁のリフト中心角を主吸気弁のリフト
   中心角より遅れ側となるように設定したことを特
   徴とする多気筒内燃機関。