JPH0585723B2

JPH0585723B2 -

Info

Publication number: JPH0585723B2
Application number: JP15178485A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Matsumoto; Seinosuke Hara; Hiromichi Bito
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1985-07-09
Filing date: 1985-07-09
Publication date: 1993-12-08
Also published as: JPS6213709A

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に供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・排気弁はいずれもロツカアーム
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
１０に連結したフオーク状のストツパ１１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１２に当接するプランジヤ１
３を、シリンダ９非作動時ストツパ１１に係止さ
せてロツカアーム７の揺動を該プランジヤ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
ストンロツド１０を突出させることによりストツ
パ１１によるプランジヤ１３の係止を解除して、
プランジヤ１３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、低速低負荷時は副吸気弁２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、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つて同時に変
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。同図において、２５は吸気ポートを、２
６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はシリンダヘツドを、３
１，３２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。

可変弁機構３３は、第１図に示すように、ロツ
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。ロツカアーム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
の長手方向に沿つて所定曲率で湾曲して形成され
ている。また、ロツカアーム３５は、その背面３
５Ａがレバー３６の下面３６Ａに支点接触してい
る。すなわち、ロツカアーム３５はレバー３６に
揺動自在に支持されている。このレバー３６下面
３６Ａはその長手方向に沿つて平坦に形成されて
いる。また、レバー３６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には油圧ピボツト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３６は油
圧ピボツト３８を支点としてロツカアーム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、ロツカアーム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小
のスプリング４０が縮設されて、これらのロツカ
アーム３５とレバー３６とを相対位置決めしてい
る。

ここで、上記油圧ピボツト３８はブラケツト４
１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（L₁、カム軸２１の軸線を含
む鉛直面Ｋ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。従つて、ロツカ
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とロツカアーム
３５との接触点M_Iは略延長線L_I上に位置してい
ることになる。なお、４２はブラケツト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を介して油圧ピボツト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ツシユ機能を油圧ピボツ
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５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つた時に、例えば閉弁時に
回動する。すなわち、リフト制御カム３７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にねじ止め
したボルダ４７に、その他端がリフト制御カム３
７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
したストツパピンであり、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
に支持するキヤツプである。

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と略同一
に構成している。すなわち、ロツカアーム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、ロツカアーム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は油圧ピボツト５２に
より摺動自在に支持され、その傾斜はリフト制御
カム５３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、上記油圧ピボツト５２の下端球状部の
曲率中心は排気弁２８の軸線L_Eの延長線よりも
所定距離だけ機関中心側（鉛直面Ｋ側）に位置す
るよう配設されている。なお、軸線L_Eは上記軸
線L_I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。従つて、ロツカアーム５０が
駆動カム２４のベースサークルに接した状態（リ
フト量が０）では、レバー５１とロツカアーム５
０との接触点M_Eは軸線L_Eの延長線よりも内方に
（鉛直面Ｋ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
３７，５３のカムプロフイ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２６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３
７ａは弁リフト量２mmに、カム面３７ｂは弁リフ
ト量５mmに、カム面３７ｃは弁リフト量８mmに、
カム面３７ｄは弁リフト量9.4mmに、カム面３７
ｅは弁リフト量10.8mm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，５
３ｄ，５３ｅを有している。カム面５３ａは弁リ
フト量２mmに、カム面５３ｂは弁リフト量５mm
に、カム面５３ｃは弁リフト量８mmに、カム面５
３ｄは弁リフト量9.4mmに、カム面５３ｅは弁リ
フト量10.8mm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、これらは同一
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は減速手段を介して同一減速
比でステツピングモータ５８により駆動回転され
る。すなわち、ステツピングモータ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。従つて、カム制御軸４５，５４はステツピン
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、ステツピングモータ５８
は図外の制御手段（例えば車載のマイクロコンピ
ユータ）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、ステツピングモータ５８
を制御駆動する。

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（）〜（）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（）は機関
のアイドリング状態を、領域（）は機関の低速
低負荷域を、領域（）は機関の低速全開域及び
中速低中負荷域を、領域（）は機関の中速域
を、領域（）は機関の高速域を、それぞれ示し
ている。第１０図中曲線I₁，E₁が領域（）にお
ける吸・排気弁２６，２８のリフト特性を示して
いる。（I₁：吸気弁、E₁：排気弁）。同じくI₂，E₂
が領域（）のそれを、I₃，E₃が領域（）のそ
れを、I₄，E₄が領域（）のそれを、I₅，E₅が領
域（）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、ステツ
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
ツカアーム５０が駆動カム２４のベースサークル
に接している状態（閉弁時）では、ロツカアーム
５０とレバー５１との接触点M_Eは排気弁２８の
軸線L_Eの延長線よりも駆動カム２４側に位置し
ているため、ロツカ比は０とはならない。すなわ
ち、第１６図中曲線E_Rに示すように、弁リフト
量が変化しても排気弁２８のリフト時そのロツカ
比は一定値から常に開始して変化するのである。
これは、ロツカアーム５０とレバー５１との接触
点M_Eが油圧ピボツト５２よりも延長線L_E側に移
行しないよう、ロツカアーム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E₁〜E₅）。

これに対して吸気弁２６の可変動弁機構３３
は、ロツカアーム３５とレバー３６との接触点
M_Iを延長線L_I上に配したため、ロツカ比は略０
から変化するため（第１６図中曲線I_R）、弁開閉
時期は弁リフト量の変化に従つて変化することに
なる（第１０図I₁〜I₅）。

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、ステツピングモータ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の各一端部はロツカアーム
３５，５０の各一端部から最も離れて上方に位置
し（レバー３６，５１の傾斜角度は最大となる）、
ロツカアーム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。従つて、第１１図に示すように、吸気弁２６
及び排気弁２８は共に最小の弁リフト量２mm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（E₁）、吸気弁２６は
この上死点後の閉弁時に開弁し、下死点前に閉弁
する（I₁）。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２
６，２８のオーバラツ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
ロツカアーム３５，５０の支点接触点は他端側
（駆動カム２３，２４側）に移行する。従つて、
第１２図に示すように、排気弁２８及び吸気弁２
６は共に弁リフト量が５mm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（E₁，I₂）。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
なつて、ロツカアーム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。従つ
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８mmで、排気弁２８の
弁開閉時期は上記領域（）、（）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。よつて、オーバラツ
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
つてレバー３６，５１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、ロツ
カアーム３５，５０の支点接触点も駆動カム２
３，２４側にさらに移行する。従つて、第１４図
に示すように、吸・排気弁２６，２８は弁リフト
量が9.4mmでオーバラツプ量も増加する。よつて、
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。

高速域（領域（））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）。従つて、ロツカアー
ム３５，５０の支点接触点はさらに駆動カム２
３，２４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（オーバラツプ量も最大となる）
弁リフト量も最大となる（10.8mm）。よつて、高
速域にて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
ムのカムプロフイールを示す正面図、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イー
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・排気弁のロツカ比の変化
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
断正面図、第２０図は第１９図の−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

【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。