JPH074219A

JPH074219A - 多気筒内燃機関

Info

Publication number: JPH074219A
Application number: JP29375493A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Matsumoto; 泰郎松本; Seinosuke Hara; 誠之助原; Hiromichi Bito; 博通尾藤
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1993-11-25
Filing date: 1993-11-25
Publication date: 1995-01-10
Anticipated expiration: 2012-03-05
Also published as: JP2588362B2

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、多気筒内燃機関に関し、２つの吸
気弁の弁開閉時期を機関の運転条件に応じ可変すること
により、出力トルクを向上させるとともに、低速時のス
ワール強化と高速時のノッキング防止を図って機関の燃
焼安定性および耐久性を向上させることを目的とする。【構成】１気筒について２つの吸気弁29、30を備えた
多気筒内燃機関において、吸気弁29、30の弁開閉時期を
機関の運転条件に応じて可変する可変動弁機構35を備
え、該可変動弁機構35は、機関の低速時には２つの吸気
弁29、30の開弁時期を異ならせるとともに閉弁時期を略
一致させ、一方機関の高速時には２つの吸気弁29、30の
開弁時期を略一致させるように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【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。

【０００２】

【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、例えば図17〜図21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・排気弁はいずれもロッカアーム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、これらのロッカアーム７には、図19及び図20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、そのロッカア
ーム７の背面に設けられた油圧シリンダ８Ａと、そのピ
ストンロッド９に連結したフォーク状のストッパ10と、
を有しており、一端が駆動カム８に当接するロッカアー
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ャ12を、シリンダ８Ａ非
作動時ストッパ10に係止させてロッカアーム７の揺動を
該プランジャ12を介して吸・排気弁に伝達するととに、
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
ストンロッド９を突出させることによりストッパ10によ
るプランジャ12の係止を解除して、プランジャ12をロッ
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８Ａの作動により吸・排気弁の作動を停止するの
である。

【０００３】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。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の多気筒内燃機関にあっては、吸・排気弁の作
動を完全に停止する構成であったため、例えば図21に示
すように、低速域と高速域との間の中速域（図中斜
線）、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った。

【０００５】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に、他方を高速向きのそれに
構成していたため、低速時に望ましいスワールを発生さ
せることが容易でないとともに、高速時には吸気スワー
ルによりノッキングが発生し易く、機関の燃焼安定性の
向上や耐久性の向上を図るのが困難であった。そこで本
発明は、吸気弁の弁開閉時期を機関の運転条件に応じて
可変することにより、出力トルクを向上させるととも
に、低速時のスワール強化や高速時のノッキング防止を
図って、機関の燃焼安定性及び耐久性を向上させること
を目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題解決のため、本
発明は、１気筒について２つの吸気弁を備えた多気筒内
燃機関において、吸気弁の弁開閉時期を機関の運転条件
に応じて可変する可変動弁機構を備え、該可変動弁機構
は、機関の低速時には２つの吸気弁の開弁時期を異なら
せると共に閉弁時期を略一致させ、一方機関の高速時に
は２つの吸気弁の開弁時期を略一致させるよう構成した
ことを特徴とするものである。

【０００７】

【作用】本発明では、機関の運転条件に応じ２つの吸気
弁の弁開閉時期がそれぞれ可変され、機関の低速時には
２つの吸気弁の開弁時期が異なることで強いスワールが
発生されるとともに、両吸気弁の閉弁時期が一致するこ
とで一方の吸気弁の閉弁遅れにより前記スワールが弱め
られることも防止され、燃焼状態が安定する。また、吸
気弁の作動を停止させないから機関の過渡運転域におい
ても充分な混合気を吸入することができ、出力トルクを
向上させることができる。さらに、機関の高速時には２
つの吸気弁の開弁時期を一致させることで吸気スワール
の発生によるノッキングが防止され、機関の耐久性が高
まる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１〜図16は本発明の一実施例を示している。ま
ず、その構成を説明する。図１及び図２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、機関出力軸
に同期して駆動回転される。また、22は排気弁のロッカ
アームであり、ロッカシャフト23に回転自在に支持され
ている。ここに、図３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、26と、１つの排気ポ
ート27が開口している。28は点火プラグである。これら
の主吸気ポート25及び副吸気ポート26はいずれも直線状
に延設し、多量の混合気を吸入可能としている。また、
主吸気ポート25は上記点火プラグ28から離れて開口し、
点火プラグ28に向かって開口する副吸気ポート26よりも
その径（流路面積も）が小さく形成されている。

【０００９】これらの主・副両吸気ポート25、26及び排
気ポート27をそれぞれ開閉する主・副両吸気弁29、30及
び排気弁31は、それぞれロッカアーム32、33、22を介し
て駆動カム34により駆動される。図１に示すように、主
吸気弁29のロッカアーム32には可変動弁機構が装着され
ており、また、副吸気弁30にも図示していないが同様の
可変動弁機構が装着され、両吸気弁29、30はその弁開閉
時期及び弁リフト量が可変とされる。そして、本実施例
の機関は、低速時に両吸気弁29、30の閉弁時期が一致す
るように制御され、高速時に両吸気弁29、30の開弁時期
が一致するように制御される（詳細は後述する）。な
お、排気弁31は固定式の動弁機構を介して一定の弁開閉
時期及び弁リフト量で開閉駆動される。

【００１０】可変動弁機構35は、一端が駆動カム34に他
端が主吸気弁29のステムエンドにそれぞれ当接するロッ
カアーム32を有しており、このロッカアーム32の長手方
向に沿って湾曲形成した背面32Ａはレバー36の長手方向
に沿って平坦に形成した下面36Ａに支点接触（線接触）
している。すなわち、ロッカアーム32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内にはブラケット38に支持された油圧ピボッ
ト39が摺動自在に嵌合されている。すなわち、レバー36
は油圧ピボット39を中心として揺動自在に設けられてい
る。なお、ブラケット38はシリンダヘッド40に固定され
ている。また、レバー36の凹溝41内にはロッカアーム32
の中央部に挿通した支持軸42（図６参照）が嵌装されて
おり、この支持軸42と凹溝41底壁との間にはスプリング
43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はブラケット38に形成した油路であり、
上記油圧ピボット39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。

【００１１】また、図４及び図５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、図５に示すように、カ
ム制御軸45にはストッパピン48が突設され、このストッ
パピン48はリフト制御カム37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、図４中、49はカム制御軸45
を回転自在に支持するキャップである。

【００１２】図７及び図８はそれぞれ主吸気弁29及び副
吸気弁30のリフト制御カム37、50のカムプロフィールを
示している。同図に示すように、リフト制御カム37は、
主吸気弁29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、37ｂ、37ｃ、37ｄ、37ｅを有してお
り、リフト制御カム50は副吸気弁30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50ａ、50ｂ、50ｃ、
50ｄ、50ｅを有している。カム面37ａは主吸気弁20の弁
リフト量１ｍｍに、カム面37ｂは同じく４．５ｍｍに、
カム面37ｃ〜37ｅは同じく８ｍｍに、それぞれ対応して
いる。また、カム面50ａは副吸気弁30の弁リフト量０．
５ｍｍに、カム面50ｂは同じく３ｍｍに、カム面50ｃは
同じく８ｍｍに、カム面50ｄは同じく９．４ｍｍに、カ
ム面50ｅは同じく１０．８ｍｍに、それぞれ対応してい
る。さらに、これらのリフト制御カム37、50はその弁リ
フト中心角（最大リフト時をクラング角で示したもの）
を互いに異ならせるようにそれぞれのカム面のプロフィ
ールを形成している。

【００１３】なお、各カム面は、低速時に両吸気弁29、
30の閉弁時期が一致するように、また、高速時に両吸気
弁29、30の開弁時期が一致するように上記寸法に形成さ
れていることは言うまでもない。また、図２に示すよう
に、これらのリフト制御カム37、50を支持するカム制御
軸45の一端には減速機構51を介してステッピングモータ
52が連結されている。なお、このステッピングモータ52
は図外の制御手段（例えば車載のマイクロコンピュー
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
て上記モータ52を駆動するものである。

【００１４】図９は主・副両吸気弁29、30のリフトの特
性変化を示す図である。同図に示すように、主吸気ポー
ト25を開閉する主吸気弁29のリフト中心角Ｗ₁は進み側
（上死点側）に、大径の副吸気ポート26を開閉する副吸
気弁30のリフト中心角Ｗ₂は遅れ側（下死点側）に、互
いに位相差を有して設定されており、それぞれの中心角
Ｗ₁、Ｗ₂及び位相差はリフト特性が変えられても基本
的に一定値に保つようになっている。主吸気弁29のリフ
ト特性は、図中、曲線Ｘ₁、Ｘ₂、Ｘ₃に示すように３
段階に、副吸気弁30のリフト特性は、曲線Ｙ₁、Ｙ₂、
Ｙ ₃、Ｙ₄、Ｙ₅に示すように５段階に可変制御され、
一方、排気弁31のリフト特性は曲線Ｚに示すように一定
であって可変されない。なお、弁の開弁や閉弁の時期は
弁リフト量に応じて次のように変化する。つまり、弁リ
フト量が大きいほど開弁している期間が長いので、開弁
時期は弁リフト量が大きいほど進み側に、閉弁時期は弁
リフト量が大きいほど遅れ側に、それぞれ変化すること
になる。

【００１５】図15は、機関回転速度（横軸）と機関負荷
（アクセル開度、縦軸）との関係におけるリフト制御カ
ム37、50のカム面の変化、即ちリフト特性の変化を示し
たものである。同図において、点Ｐで示すアイドル時に
は、カム面37ａ、50ａに制御されて主吸気弁29のリフト
特性はＸ₁、副吸気弁30のリフト特性はＹ₁となり、２
本の吸気弁29、30と１本の排気弁31は各々図10に示すよ
うに開閉駆動される。また、領域Ｑの低速低負荷時に
は、カム面37ｂ、50ｂに制御されて主・副両吸気弁29、
30のリフト特性は各々Ｘ₂、Ｙ₂となり、２本の吸気弁
29、30と１本の排気弁31は図11に示すように開閉駆動さ
れる。領域Ｒの低速全開時には、カム面37ｃ、50ｃに制
御されて主・副両吸気弁30のリフト特性はＸ₃、Ｙ₃と
なり、２本の吸気弁と１本の排気弁とは図12に示すよう
に開閉駆動される。領域Ｓの中速時には、カム面37ｄ、
50ｄに制御されて主・副両吸気弁29、30のリフト特性は
各々Ｘ₃、Ｙ₄となり、２本の吸気弁29、30と１本の排
気弁31は図13に示すように開閉駆動される。さらに、領
域Ｔの高速時には、カム面37ｅ、50ｅに制御されて主・
副両吸気弁29、30のリフト特性は各々Ｘ₃、Ｙ₅とな
り、２本の吸気弁29、30と１本の排気弁31は図14に示す
ように開閉駆動される。なお、図15中の実線及び破線は
各領域の切換条件を示すが、実線で示す回転速度及び負
荷の増加時よりも破線で示すその減少時の切換条件値を
低下させて、ヒステリシスを設け、機構のハンチングを
防止している。

【００１６】次に、図15のＰ、Ｑ、Ｒ、Ｓ、Ｔの各運転
領域における作用を詳述する。まず、機関のアイドリン
グ時及び始動時（図15の点Ｐ）にはステッピングモータ
52によりカム制御軸45を駆動回転して各リフト制御カム
37及び50をカム面37ａ、50ａがそれぞれ主・副両吸気弁
29、30の各レバー36に当接するように回動する。この結
果、各レバー36はその一端部（図１中駆動カム34側の端
部）がロッカアーム32から離れた上方にあり、ロッカア
ーム32の揺動支点（支点接触点）は主吸気弁29（副吸気
弁30も同様）側に移行する。従って、主吸気弁29及び副
吸気弁30は、図10に示すように（実線Ｘ₁が主吸気弁29
のリフト特性を、破線Ｙ₁が副吸気弁30のそれを、実線
Ｚが排気弁31のそれを、それぞれ示す）、それぞれ最小
の弁リフト量と最も狭い開弁期間で開閉駆動される。よ
って、それぞれの開弁期間は非常に短く、その開弁時期
に着目してみると、リフト量が大きい状態に比べて最も
遅れ側となってピストンが上死点に到達するよりも遅い
時期となり、２つの吸気弁29、30と１つの排気弁31の間
のバルブオーバーラップは無くなる。さらに、主吸気弁
29のリフト量及び開弁期間が副吸気弁のそれらよりも大
きく長いことと、主吸気弁のリフト特性の中心角が副吸
気弁のそれよりも進み側に設定されていることとが相俟
って、主吸気弁の開弁時期は副吸気弁のそれよりも大幅
に進み側に位置することになる。一方、閉弁時期に着目
してみると、開弁時期と同様に２つの吸気弁の閉弁時期
は共にピストンが下死点に到達するよりも早い時期とな
り、２つの吸気弁29、30の閉弁時期は一致するようにな
る。

【００１７】上述のように２つの吸気弁29、30の開弁時
期をずらすことにより、既燃ガスが燃焼室24内に残留す
るいわゆる残留ガスが減少し、さらに、小さなリフト量
の吸気弁ゆえ噴流のように速度を高められた混合気が吸
気行程の初期に主吸気ポート25からのみ燃焼室24に吸入
されることで、強いスワールが発生することとなり、燃
焼状態が向上し、始動性及びアイドル安定性が向上す
る。また、上述のように２つの吸気弁29、30の閉弁時期
を一致させることにより、２つの吸気弁29、30の開弁期
間の差を全て開弁時期の差として与えることができ、前
述のスワールをますます高めることができるとともに、
副吸気弁30が主吸気弁29よりも遅くまで開弁しているこ
とによって逆スワールが発生して吸気行程初期に形成し
たスワールを弱めてしまうのを防止することができる。
また、閉弁時期をピストン下死点前としたので、ピスト
ンが下死点に向かって下降していく下降中に吸入した吸
気を、ピストンが下死点を過ぎて上昇する上昇中に排出
してしまうといった無駄な仕事を防止することができ、
図16に示すように機関のポンピングロスも低減すること
ができる。

【００１８】次に、機関の低速低負荷運転時（図15の領
域Ｑ）は、カム制御軸45を回転してリフト制御カム37の
カム面37ｂ、50ｂでレバー36の一端部を押し下げる。こ
の結果、ロッカアーム32の支点接触点が駆動カム34側に
移行し、主吸気弁29及び副吸気弁30は、図11Ｘ₂及びＹ
₂で示すようにそれぞれ２番目に小さな弁リフト量とそ
れぞれ２番目に狭い開弁期間で駆動される。従って、吸
気弁29、30の閉弁時期は始動時及びアイドル時よりも下
死点側へ移行し、開弁時期は上死点側へ移行することに
なる。

【００１９】このように始動時及びアイドリング時に比
べて大きなリフト量と広い開弁期間とすることにより、
始動時及びアイドル時よりも大量の吸入空気を効率良く
吸入することができ、低速低負荷運転に適切な出力を得
ることができるとともに、始動時及びアイドル時と同様
に燃焼室24内の残留ガスの減少と、強いスワールによる
燃焼の安定、並びに、ポンピングロスの低減という効果
を得ることができる。

【００２０】次に、機関の低速全開時（図15の領域Ｒ）
は、リフト制御カム37、50のカム面37ｃ、50ｃでレバー
36の一端部をさらに押し下げる。この結果、ロッカアー
ム32の支点接触点はさらに図１中左方に移行し、主・副
両吸気弁29、30のリフト特性は、図12にＸ₃及びＹ₃で
示すように、弁リフト量及び開弁期間が増加して開弁時
期は上死点近傍に、その閉弁時期は下死点近傍になる。
このように、弁リフト量及び開弁期間が増加したことに
より吸入空気量が増加して出力トルクが向上することと
なる。

【００２１】また、機関速度がさらに上昇すると（図15
の領域Ｓ）、カム面37ｄ、50ｄでレバー36を押し下げる
こととなり、主吸気弁29のリフト量、開閉時期は変化し
ないが、副吸気弁30はその弁リフト量及び開弁期間が増
す。図13はこの場合のリフト特性をＸ₃及びＹ₄で示し
ており、副吸気弁30の閉弁時期はピストンの下死点を越
え、主吸気弁29のそれから遅れることになり、一方、副
吸気弁30の開弁時期は主吸気弁29のそれに近付いてい
く。主吸気弁29の弁リフト量及び開閉時期を変化させな
い理由は、オーバーラップ量が過大となって新気の吹き
抜けが発生するのを防止するためである。この開閉特性
により、回転速度と負荷に適切に吸入空気量を増加させ
ることができ、出力トルクが向上する。

【００２２】さらに、機関回転速度が高められると（図
15の領域Ｔ）、カム面37ｅ、50ｅでレバー36を押し下げ
ることになり、副吸気弁30の弁リフト量及び開弁期間が
増す。図14はこの場合のリフト特性をＸ₃及びＹ₅で示
している。副吸気弁30の閉弁時期は下死点を越えてさら
に遅れ、一方副吸気弁30の開弁時期はさらに進んで主吸
気弁29の開弁時期と一致する。このように、大きなリフ
ト量と広い開弁期間とすることにより高速回転領域で吸
入空気量はさらに増加し、出力トルクが向上する。ま
た、２つの吸気弁29、30の開弁時期が同一であるため、
スワールが発生しなくなり、燃焼室24の壁面から混合気
への熱伝達を抑制できるのでノッキングの発生を防止す
ることができ、機関の耐久性を向上させることができ
る。

【００２３】なお、上記実施例にあってはリフト制御カ
ムにより５段階の制御を行ったが、これに限られないこ
とはもちろんである。また、上記５段階の制御に加えて
機関空燃比を適宜変化させることもできる。

【００２４】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、低速時には２つの吸気弁の開弁時期に差を設けるこ
とで吸気行程初期に一方の吸気ポートから燃焼室に強い
スワールを発生させるとともに、２つの吸気弁の閉弁時
期を一致させることでそのスワールが弱められることを
防止することができ、燃焼状態の向上により機関の燃焼
安定性を向上させることができる。また、高速時には広
い開弁期間によって大量の混合気を吸入することがで
き、出力トルクを向上させることができると共に、２つ
の吸気弁の開弁時期を揃えたので、吸気スワールの発生
を防止してノッキングの発生を防止し、機関の耐久性を
高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る多気筒内燃機関の一実施例を示す
その断面図である。

【図２】その一実施例を示す平面図である。

【図３】その吸・排気ポートのレイアウトを示す模式図
である。

【図４】そのリフト制御カムの取付部を示す分解斜視図
である。

【図５】リフト制御カムの取付部を示す斜視図である。

【図６】その支持軸を示す斜視図である。

【図７】その主吸気弁用のリフト制御カムのカムプロフ
ィールを示す正面図である。

【図８】その副吸気弁用のリフト制御カムのカムプロフ
ィールを示す正面図である。

【図９】主・副両吸気弁と排気弁のリフト特性の関係を
示すグラフである。

【図10】機関のアイドリング時及び始動時におけるリフ
ト特性を示すグラフである。

【図11】低速低負荷運転時のリフト特性を示すグラフで
ある。

【図12】低速全開時のリフト特性を示すグラフである。

【図13】やや高速になったときのリフト特性を示すグラ
フである。

【図14】高速時のリフト特性を示すグラフである。

【図15】エンジン回転数とアクセル開度と各カム面との
対応関係を示すグラフである。

【図16】本実施例におけるアイドル時のＰ−Ｖ線図であ
る。

【図17】従来例の多気筒内燃機関を示すその平面図であ
る。

【図18】その従来例の正面断面図である。

【図19】従来例の作動停止機構を示す一部破断正面図で
ある。

【図20】図19のＡ−Ａ矢視断面図である。

【図21】従来例の機関回転数と出力トルクとの関係を示
すグラフである。

【符号の説明】

29 主吸気弁 30 副吸気弁 35 可変動弁機構

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】１気筒について２つの吸気弁を備えた多気
筒内燃機関において、吸気弁の弁開閉時期を機関の運転条件に応じて可変する
可変動弁機構を備え、該可変動弁機構は、機関の低速時には２つの吸気弁の開弁時期を異ならせる
とともに閉弁時期を略一致させ、一方、機関の高速時には２つの吸気弁の開弁時期を略一
致させるよう構成したことを特徴とする多気筒内燃機
関。