JPH0830433B2 - 内燃機関 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 A.発明の目的 （１）産業上の利用分野 本発明は、主として機関の低速運転域での吸入行程で
は一方の吸気弁を実質的な休止状態とされる程度の微小
量だけ開くべく構成されて一対の吸気弁に連結される動
弁装置と、両吸気弁に個別に対応した一対の吸気ポート
の合流部に向けて燃料を均等に噴射可能な燃料噴射弁
と、該燃料噴射弁の作動を制御する制御手段とを備える
内燃機関に関する。

（２）従来の技術 従来、一対の吸気弁のうちの一方を機関低速運転域で
微小量だけリフトさせるようにして、機関低速運転域で
の燃費の増大を防止するとともに実質閉止状態にある吸
気ポートの燃料滞留を回避して燃焼の安定性を図るよう
にした内燃機関が、たとえば実開昭60−195913号公報等
により開示されている。

（３）発明が解決しようとする課題 上記従来のもののように一方の吸気弁を実質的な休止
状態とすると、実質的には他方の吸気弁側のみから燃焼
室に混合気が流入することにより燃焼室内にスワールを
形成することが可能である。ところで、燃焼室内の軸方
向に沿って燃料濃度を変化させ、点火プラグ周囲に燃料
濃度の比較的濃いリッチゾーンを形成するようにした軸
方向層状給気を行なうと、燃焼性が向上することが従来
から知られており、上記スワール形成と軸方向層状給気
とを組合わせると、燃焼性がより向上し、安定的な希薄
燃焼が可能となるであろう。

しかるに、一方の吸気弁を実質的な休止状態とした運
転状態では、燃料噴射噴射弁による燃料噴射時期が特定
の時期であるときのみ軸方向層状給気が可能であること
が本発明者の実験によって明らかとなった。

本発明は、上記事情に鑑みて、一方の吸気弁を実質的
な休止状態とした運転状態で軸方向層状給気を可能とし
て燃焼性を向上させた内燃機関を提供することを目的と
する。

B.発明の構成 （１）課題を解決するための手段 上記目的を達成するために、請求項第項記載の発明
によれば、主として機関の低速運転域での吸入行程では
一方の吸気弁を実質的な休止状態とされる程度の微小量
だけ開くべく構成されて一対の吸気弁に連結される動弁
装置と、両吸気弁に個別に対応した一対の吸気ポートに
向けて燃料を均等に噴射可能な燃料噴射弁と、該燃料噴
射弁の作動を制御する制御手段とを備える内燃機関にお
いて、制御手段は、両吸気弁の一方が実質休止状態にあ
るときには吸入行程中に燃料噴射終了時期を定めて燃料
噴射弁を制御すべく構成される。

また請求項第項記載の発明によれば、主として機関
の低速運転域での吸入行程では一方の吸気弁を実質的な
休止状態とされる程度の微小量だけ開くべく構成されて
一対の吸気弁に連結される動弁装置と、両吸気弁に個別
に対応した一対の吸気ポートに向けて燃料を均等に噴射
可能な燃料噴射弁と、該燃料噴射弁の作動を制御する制
御手段とを備え、少なくとも前記一方の吸気弁を実質的
な休止状態とした機関運転域での希薄燃焼が可能な内燃
機関において、ピストンの燃焼室に臨む面には該燃焼室
の一部を形成する凹部が設けられ、動弁装置は、一方の
吸気弁の実質的な休止状態での開角中心時期が吸入行程
の後半となるべく構成され、制御手段は、前記一方の吸
気弁が実質的な休止状態にあるときには吸入行程の前半
に燃料噴射終了時期を定めて燃料噴射弁を制御すべく構
成される。

さらに請求項第項記載の発明によれば、一対の吸気
弁および一対の排気弁に連結されるとともに主として機
関の低速運転域での吸入行程では一方の吸気弁を実質的
な休止状態とされる程度の微小量だけ開くべく構成され
る動弁装置と、両吸気弁に個別に対応した一対の吸気ポ
ートに向けて燃料を均等に噴射可能な燃料噴射弁と、該
燃料噴射弁の作動を制御する制御手段とを備え、少なく
とも前記一方の吸気弁を実質的な休止状態とした機関運
転域での希薄燃焼が可能な内燃機関において、天井面略
中央部に点火プラグが配設された燃焼室に臨むピストン
の上面には該燃焼室の一部を形成する凹部が設けられ、
動弁装置は、両吸気弁および両排気弁に共通な単一のカ
ムシャフトを有するとともに一方の吸気弁の実質的な休
止状態での開角中心時期が吸入行程の後半となるべく構
成され、制御手段は、前記一方の吸気弁が実質的な休止
状態にあるときには吸入行程の前半に燃料噴射終了時期
を定めて燃料噴射弁を制御すべく構成される。

（２）作用 上記請求項第項記載の発明の構成によれば、両吸気
弁の一方が実質休止状態にあるときの燃料噴射弁による
燃料噴射が吸入行程中に終了することにより、燃料噴射
弁からの噴射燃料を他方の吸気弁開弁状態で燃焼室内に
順次導入して軸方向層状給気を達成することが可能であ
る。

また上記請求項第項記載の発明の構成によれば、両
吸気弁の一方が実質休止状態にあるときに燃料噴射弁か
らの噴射燃料を他方の吸気弁開弁状態で燃焼室内に順次
導入して軸方向層状給気を達成することが可能であると
ともに、ピストン上面に凹部を設けることによるコンパ
クトな燃焼室の形成に伴うスワール速度の増大による燃
焼性向上の促進を図ることができ、さらに燃料噴射終了
時期が吸入行程の前半であることによりトルク変動を抑
えることができ、一方の吸気弁の実質的な休止状態での
開角中心時期を吸入行程の後半とすることにより一方の
吸気弁のわずかな開弁に伴うスワールの乱れ発生を抑制
することができる。

さらに上記請求項第項記載の発明の構成によれば、
両吸気弁の一方が実質休止状態にあるときに燃料噴射弁
からの噴射燃料を他方の吸気弁開弁状態で燃焼室内に順
次導入して軸方向層状給気を達成することが可能である
とともに、両吸気弁および両排気弁に対して共通な単一
のカムシャフトを配設するとともに天井面略中央部に点
火プラグが配設された燃焼室に臨むピストン上面に凹部
を設けることに伴って、よりコンパクトな燃焼室を形成
可能となり、燃焼室をコンパクトにすることに伴うスワ
ール速度の増大による燃焼性向上の促進を図ることがで
き、さらに燃料噴射終了時期が吸入行程の前半であるこ
とによりトルク変動を抑えることができ、一方の吸気弁
の実質的な休止状態での開角中心時期を吸入行程の後半
とすることにより一方の吸気弁のわずかな開弁に伴うス
ワールの乱れ発生を抑制することができる。

（３）実施例 以下、図面により本発明の実施例について説明する。

第１図〜第８図は本発明の一実施例を示すものであ
り、第１図は全体構成図、第２図は第１図のII−II線に
沿う部分切欠き拡大平面図、第３図は吸気弁作動状態と
燃料噴射時期との関係を示す図、第４図はフィードバッ
ク制御実行のための手順を示すフローチャート、第５図
は燃料噴射時期の燃焼安定性に及ぼす影響の実験結果を
示すグラフ、第６図は燃料噴射終了時期のトルク変動率
に及ぼす影響の実験結果を示すグラフ、第７図は実質休
止状態にある吸気弁の開角中心時期による燃焼限界に及
ぼす影響の実験結果を示すグラフ、第８図は実質休止状
態にある吸気弁の開角中心時期の相違によるトルク変動
率、燃費および排ガス性状に及ぼす影響の実験結果を示
すグラフである。

先ず第１図において、SOHC型多気筒内燃機関における
機関本体の主要部を構成すべく、シリンダブロック１の
上面にシリンダヘッド２が結合され、シリンダブロック
１に設けられた複数のシリンダ３には上面に凹部4aを有
するシリンダ４が摺動可能にそれぞれ嵌合され、それら
のピストン４の上面およひシリンダヘッド２間に燃焼室
５がそれぞれ形成される。

燃焼室５の天井面に開口するようにして、一対の吸気
弁口６と一対の排気弁口７とがシリンダへッド２に設け
られる。またシリンダヘッドには、その一側面に開口す
る単一の吸気開口端９から分岐して前記一対の吸気弁口
６に個別に連なる一対の吸気ポート８と、前記一対の排
気弁口７に個別に連なるとともにシリンダヘッド２の他
側面に開口した単一の排気開口端11に共通に連なる一対
の排気ポート10とが設けられる。両吸気弁口６を個別に
開閉可能な一対の吸気弁V_I1，V_I2は、シリンダヘッド２
に配設された一対のガイド筒12にそれぞれ摺動可能に嵌
合されており、各ガイド筒12から突出した各吸気弁
V_I1，V_I2の上端部にそれぞれ固定されたリテーナ13とシ
リンダヘッド２との間には各吸気弁V_I1，V_I2を囲繞する
コイル状の弁ばね14がそれぞれ介設され、それらの弁ば
ね14により各吸気弁V_I1，V_I2は上方すなわち閉弁方向に
付勢される。さらに両排気弁口７を個別に開閉可能な一
対の排気弁V_E1，V_E2は、シリンダヘッド２に配設された
一対のガイド筒15にそれぞれ摺動可能に嵌合されてお
り、各ガイド筒15から突出した各排気弁V_E1，V_E2の上端
部にそれぞれ固定されたリテーナ16とシリンダヘッド２
との間には各排気弁V_E1，V_E2を囲繞するコイル状の弁ば
ね17がそれぞれ介設され、それらの弁ばね17により各排
気弁V_E1，V_E2は上方すなわち閉弁方向に付勢される。

第２図を併せて参照して、両吸気弁V_I1，V_I2および両
排気弁V_E1，V_E2には動弁装置18が連結される。この動弁
装置18は、図示しないクランクシャフトに1/2の減速比
で連動、連結される単一のカムシャフト19と、カムシャ
フト19の回転運動を両吸気弁V_I1，V_I2の開閉運動に変換
するための第１および第２吸気側ロッカアーム20,21
と、前記カムシャフト19の回転運動を両排気弁V_E1，V_E2
の開閉運動に変換するための第１および第２排気側ロッ
カアーム22,23とを備える。

カムシャフト19は、シリンダヘッド２と、前記クラン
クシャフト19の軸線に沿うシリンダ３の両側で該シリン
ダヘッド２上にそれぞれ結合されるホルダ24とで、シリ
ンダ３の軸線と直交する水平な軸線を有しながら回転自
在に支承される。

カムシャフト19には、吸気側カム25と、該吸気側カム
25の一側に隣接配置される隆起部26とが一体に設けられ
るとともに、吸気側カム25および隆起部26の両側に排気
側カム27,27が一体に設けられる。前記隆起部26は、主
として機関の低速運転域で両吸気弁V_I1，V_I2の一方V_I2
を実質的に休止状態とすべく基本的にはカムシャフト19
の軸線を中心とする円形の外面を有するように形成され
るものであるが、給気側カム25の高位部に対応する位置
にはわずかに突出した突部が設けられている。しかもカ
ムシャフト19の軸線に沿う方向での該隆起部26の幅は比
較的狭く設定される。

一方の吸気弁V_I1には第１吸気側ロッカアーム20が連
動、連結され、他方の給気弁V_I2には第２吸気側ロッカ
アーム21が連動、連結され、両吸気側ロッカアーム20,2
1は、カムシャフト19の斜め上方位置で該カムシャフト1
9と平行な軸線を有しながらホルダ24に固定的に支持さ
れた吸気側ロッカシャフト28で揺動自在に支承される。
また両排気側ロッカアーム22,23は、両排気弁V_E1，V_E2
に個別に連動、連結されており、前記カムシャフト19の
斜め上方位置で前記吸気側ロッカシャフト28と平行にし
てホルダ24に固定的に支持された排気側ロッカシャフト
29に揺動自在に支承される。

第１吸気側ロッカシャフト20の一端には吸気側カム25
に摺接するローラ30が軸支され、第２吸気側ロッカアー
ム21の一端には隆起部26に摺接する摺接部31が隆起部26
に対応して幅を狭くしながら設けられる。また両排気側
ロッカアーム22,23の一端には、排気側カム27,27に摺接
するローラ32がそれぞれ軸支される。

第１および第２吸気側ロッカアーム20,21の他端に
は、両吸気弁V_I1，V_I2の上端に当接するタペットねじ33
がそれぞれ進退自在に螺合されており、両吸気側ロッカ
アーム20,21の揺動作動に応じて各吸気弁V_I1，V_I2が開
閉作動することになる。また両排気側ロッカアーム22,2
3の他端には、各排気弁V_E1，V_E2の上端に当接するタペ
ットねじ34がそれぞれ進退自在に螺合されており、両排
気側ロッカアーム22,23の揺動作動に応じて各排気弁
V_E1，V_E2が開閉作動することになる。

両吸気側ロッカアーム20,21には、両吸気弁V_I1，V_I2
の作動特性を、主として機関の低速回転域と、主として
機関の高速回転域とで切換えるべく、両吸気側ロッカア
ーム20,21の連結状態、ならびに両吸気側ロッカアーム2
0,21の連結解除状態を切換可能な弁作動特性切換手段35
が設けられる。

この弁作動特性切換手段35は、両吸気側ロッカアーム
20,21を連結可能な連結ピストン36と、連結ピストン36
の移動を規制する規制部材37と、連結ピストン36および
規制部材37を連結解除側に付勢する戻しばね38とを備え
る。

連結ピストン36は、その一端と第１吸気側ロッカアー
ム20との間に油圧室39を画成しながら吸気側ロッカシャ
フト28と平行な軸線方向に移動可能にして第１吸気側ロ
ッカアーム20に摺動可能に嵌合される。また第１吸気側
ロッカアーム20には油圧室39に連通する連通路40が穿設
され、吸気側ロッカシャフト28内には、第１吸気側ロッ
カアーム20の揺動状態にかかわらず前記連通路40すなわ
ち油圧室39に常時連通する油路41（第１図参照）が設け
られる。而して該油路41は、第１図で示すように、連結
切換用電磁制御弁42を介して油圧源43に接続される。

第２吸気側ロッカアーム21には、前記連結ピストン36
の他端に閉塞端が当接される有底円筒状の規制部材37が
摺動可能に嵌合される。また戻しばね38は第２吸気側ロ
ッカアーム21および規制部材37間に縮設されており、こ
の戻しばね38のばね力により相互に当接した前記連結ピ
ストン36および規制部材37が油圧室39側に付勢される。

かかる弁作動を特性切換手段35において、主として機
関の低速運転域では連結切換用電磁制御弁42により油圧
室39の油圧は解放されており、戻しばね38のばね力によ
り、連結ピストン36および規制部材37の当接面は第１お
よび第２吸気側ロッカアーム20,21間に対応する位置に
ある。したがって両吸気側ロッカアーム20,21は相互に
相対角変位可能な状態にあり、カムシャフト19の回転作
動により第１吸気側ロッカアーム20は吸気側カム25との
摺接に応じて揺動し、一方の吸気弁V_I1は吸気側カム25
の形状に応じたタイミングおよびリフト量で開閉作動す
る。また隆起部26に摺接した第２吸気側ロッカアーム21
は実質的に休止状態となり、他方の吸気弁V_I2を実質的
に休止させることができる。しかも吸気弁V_I2は完全に
休止するのではなく、一方の吸気弁V_I1が開弁するとき
には開弁方向にわずかに作動するので、完全な閉弁状態
を保ったときに生じる吸気弁V_I2の弁座への固着および
燃料の滞留を防止することができる。さらに排気弁
V_E1，V_E2は排気側カム27,27の形状に応じたタイミング
およびリフト量で開閉作動する。

ところで、吸気側カム25による吸気弁V_I1のリフトプ
ロフィルが第３図（ａ）の曲線Ａで示すものであるとき
に、隆起部26によりわずかに開弁される吸気弁V_I2のリ
フトプロフィルは第３図（ａ）の曲線Ｂで示すようにな
るものであり、その開角中心時期θ_Cは、吸気弁V_I1が開
弁している吸入行程にあって後半側、望ましくは吸入行
程開始TDCから130〜180度の範囲に設定されている。し
かも隆起部26によりわずかに開弁される吸気弁V_I2の閉
弁時期θ_VCは、曲線Ａで示される吸気側カム25による吸
気弁V_I1のリフトプロフィルにおけるクランク角に沿う
終端部の緩衝曲線部A_SC、すなわち吸気弁V_I1の着座時の
衝撃を緩和するために吸気側カム25における高位部から
ベース円部への移行部に対応する吸気弁V_I1の作動プロ
フィルに対応する部分に設定されるものである。また吸
気弁V_I2のリフト量は、たとえば0.4〜2.0mm程度に設定
される。

また主として機関の高速運転時には連結切換用電磁制
御弁42を開弁し、油圧室39に高油圧を作用させる。これ
により連結ピストン36は戻しばね38のばね力に抗して油
圧室39の容積を増大する方向に移動しようとし、連結ピ
ストン36および規制部材37の軸線が一致したとき、すな
わち両吸気側ロッカアーム20,21が静止状態に入ったと
きに連結ピストン36が第２吸気側ロッカアーム21に嵌合
し、両吸気側ロッカアーム20,21が連結状態となり、吸
気側カム25に摺接している第１吸気側ロッカアーム20と
ともに第２吸気側ロッカアーム21が揺動し、両吸気弁V
_I1，V_I2は吸気側カム25の形状に応じたタイミングおよ
びリフト量（第３図（ａ）の曲線Ａで示すプロフィル）
で開閉作動せしめられる。また両排気側ロッカアーム2
2,23は、低速運転域と同様に排気側カム27,27の形状に
応じたタイミングおよびリフト量で両排気弁V_E1，V_E2を
開閉作動せしめる。

シリンダヘッド２には、両排気側ロッカアーム22,23
間で上方に向かうにつれて側方に傾斜するようにしてプ
ラグ筒部44が設けられており、このプラグ筒部44から挿
入される点火プラグ45が燃焼室５の天井面略中央部でシ
リンダヘッド２に取付けられる。

再び第１図において、シリンダヘッド２の吸気開口端
９には、吸気マニホールド46と、スロットル弁47を有す
るスロットルボディ48とを介してエアクリーナ49が接続
される。而してエアクリーナ49から吸気開口端９までの
間で、スロットルボディ48および吸気マニホールド46内
には吸気路50が形成され、該吸気路50には、バイパス通
路51と、ファーストアイドル通路52とがスロットル弁47
を迂回して並行に接続されており、バイパス通路51には
バイパス用電磁制御弁53が介設され、ファーストアイド
ル通路52には機関本体の冷却水温に応じて作動するワッ
クス弁54が介設される。

吸気マニホールド46におけるシリンダヘッド２側の端
部には、吸気開口端９から両吸気ポート８に向けて均等
に燃料を噴射すべく燃料噴射弁55が取付けられ、該燃料
噴射弁55には燃料供給源56が接続される。

この燃料噴射弁55は、燃料供給源56から供給される燃
料を制御可能にして噴射することが可能であるとともに
噴射した燃料を微粒化するためのアシストエアを噴射可
能に構成されるものであり、アシストエアを供給するた
めの通路57が燃料噴射弁55に接続される。而して該通路
57は、各気筒に共通な空気ヘッダ58に接続されており、
この空気ヘッダ58は、電磁式空気量制御弁59およびアイ
ドル調整ねじ60を介して、スロットル弁47よりも上流側
の吸気路50に接続される。

シリンダヘッド２の排気開口端11には排気マニホール
ド61を介して触媒コンバータ62が接続されており、排気
マニホールド61には、排ガス中のO₂濃度をリニアに検出
可能な排ガスセンサ63が取付けられる。

前記連結切換用電磁制御弁42、バイパス用電磁制御弁
53、燃料噴射弁55、電磁式空気量制御弁59の作動は、コ
ンピュータから成る制御手段67により制御されるもので
あり、該制御手段67には、吸気圧力センサ64で検出され
る吸気圧力P_B、機関冷却水温センサ65で検出される冷却
水温T_W、ならびに回転数センサ66で検出される機関回転
数N_Eが入力されるとともに、機関の希薄燃焼時のフィー
ドバック制御を行なうために排ガスセンサ63の検出値が
入力される。

而して、制御手段67は、機関が主として低速回転域に
あるときには両吸気弁V_I1，V_I2の一方V_I2を実質的に休
止させるべく両吸気側ロッカアーム20,21を連結解除状
態とするとともに機関が主として高速回転域にあるとき
には両吸気弁V_I1，V_I2を吸気側カム25により開閉作動せ
しめるべく両吸気側ロッカアーム20,21を連結状態とす
るように弁作動特性切換手段35の作動を制御するととも
に、機関が主として低速回転域にある状態すなわち両吸
気弁V_I1，V_I2の一方V_I2が実質的に休止状態あるときに
は燃料噴射弁55の燃料噴射時期を、第３図（ｂ）で示す
ように、燃料噴射終了時期θ_FEが吸入行程中とし、望ま
しくは該吸入行程の前半たとえば吸入行程開始TDCから5
0〜90度の範囲となるように制御するものである。

また制御手段67は、機関が主として低速回転域にある
ときに希薄燃焼させるべく燃料噴射弁55からの燃料噴射
量を制御するものであり、その希薄燃焼時には第４図で
示す手順に従って、排ガスセンサ63の検出値に基づいて
燃料噴射量のフィードバック制御を行なうものである。

第４図において、第１ステップS1では排ガスセンサ63
の検出値が読込まれ、第２ステップS2では機関が始動状
態にあるかどうか判定される。而して機関始動状態では
第２ステップS2から第３ステップS3に進み、この第３ス
テップS3では、後述の燃料噴射量演算の際に用いる補正
係数K_LAFが「1.0」に設定され、次の第４ステップS4で
目標空燃比を機関始動用空燃比に設定した後、第５ステ
ップS5で燃料噴射量の演算が行なわれる。

この第５ステップS5での燃料噴射量演算にあたって、
実際には燃料噴射弁55の噴射時間T_Iが次の第（１）式に
基づいて行なわれる。

T_I＝T_IM×K_CMDM×K_LAF×K_I＋Ｃ…（１） この第（１）式において、T_IMは機関回転数N_Eおよび吸
気圧力P_Bに基づいて予め設定される基本噴射時間であ
り、K_CMDMは機関回転数N_Eおよび吸気圧力P_Bに基づいて
予め設定される目標空燃比を吸入空気量により補正する
ための補正係数で、基本的には（T_IM×K_CMDM）により目
標空燃比に対する噴射時間が求まるものである。またK
_LAFは排ガスセンサ63の検出値に応じたフィードバック
制御にあたっての補正係数であり、「1.0」のときはフ
ィードバック制御を実行しない状態である。さらにK_Iは
水温および大気圧等に基づく補正係数であり、Ｃは燃料
噴射弁55の燃料噴射作動に影響するバッテリ電圧および
車両加速度等に基づく補正係数である。

第６ステップS6では、機関回転数N_Eを考慮して燃料噴
射終了時期θ_FEが吸気行程内、望ましくは吸気行程の前
半となるように燃料噴射開始時期が算出され、次の第７
ステップS7では第６ステップS6で算出されたタイミング
で燃料噴射時間T_Iすなわち燃料噴射量が出力される。

第２ステップS2で機関が始動状態から通常の運転状態
に移行していると判断されたときには第２ステップS2か
ら第８ステップS8に進み、この第８ステップS8では、機
関回転数N_Eおよび吸気圧力P_Bに基づいて予め設定されて
いるマップにより目標空燃比が算出される。而して次の
第９ステップS9では、排ガスセンサ63が活性状態にある
かどうかが判断される。これは排ガスセンサ63が正常な
検出機能を発揮し得る状態にあるかどうかを、たとえば
排ガスセンサ63の温度により判断するものであり、活性
状態ではないと判断されたときには第10ステップS10で
補正係数K_LAFが「1.0」に設定された後、第５ステップS
5に進み、活性状態にあると判断されたときには第11ス
テップS11に進む。

第11ステップS11では、排ガスセンサ63の検出値に基
づいて実空燃比が算出される。すなわち排ガスセンサ63
は排ガス中のO₂濃度に応じた電圧をリニアに出力するも
のであり、その電圧に対応して予め設定してあるテーブ
ルに基づいて実空燃比が算出されることになる。

第12ステップS12では、フィードバック制御が可能な
状態にあるかどうかが判定される。すなわち機関の回転
数制御、車両速度制御およびトラクション制御等によた
燃料カットが実行されているとき、ならびに該燃料カッ
トが行なわれた直後には排ガスセンサ63の検出値に基づ
くフィードバック制御を実行するのは無意味であり、ま
た機関冷却水温T_Wが極めて低いときには噴射燃料の霧化
が不十分であって吸気ポート８の内面への燃料付着が生
じ易いので排ガスセンサ63の検出値に基づいて得られる
実空燃比は薄い燃料濃度であることを示すことになり、
そのような状態でフィードバック制御を実行すると燃料
濃度が不必要に濃くなる。したがって燃料カットが実行
されているとき、燃料カットが行なわれた直後、ならび
に機関冷却水温T_Wが極めて低いときにはフィードバック
制御を禁止することにして第12ステップS12から第10ス
テップS10に進み、それ以外のときにはフィードバック
制御を実行するものとして第12ステップS12から第13ス
テップS13に進む。

第13ステップS13では、目標空燃比と実空燃比との差
に基づいて補正係数K_LAFが算出され、次の第14ステップ
S14では算出された補正係数K_LAFが一定範囲内のもので
あるかどうかを判断するとともにその範囲を越えている
ときには予め定めた最大値あるいは最小値を補正係数K
_LAFとして出力し、第５ステップS5に進んで燃料噴射量
が演算されることになる。

次にこの実施例の作用について説明すると、機関が主
として高速回転域にあるときには、制御手段67は弁作動
特性切換手段35により両吸気側ロッカアーム20,21を連
結状態とし、動弁装置18は両吸気弁V_I1，V_I2を吸気側カ
ム25で定まるタイミングおよびリフト量で開閉作動させ
る。

また機関が主として低速回転域にあるときには、制御
手段67により弁作動特性切換手段35は両吸気側ロッカア
ーム20,21の連結を解除する状態に切換作動せしめられ
る。これにより、両吸気弁V_I1，V_I2のうちの一方V_I2は
実質的に休止状態となり、他方の吸気弁V_I1のみが吸気
側カム25で定まるタイミングおよびリフト量で開閉作動
せしめられる。

これにより燃焼室５内には、実質的には両吸気弁口６
の一方のみから混合気が流入することになり、燃焼室５
内にスワールが形成されることになる。しかも該スワー
ル生成時の燃料噴射弁55による燃料噴射は吸入行程中に
終了するように制御されるものであり、噴射燃料を開閉
作動している吸気弁V_I1に対応する吸気弁口６から燃焼
室５内に順次導入して軸方向層状給気を達成することが
可能となり、本発明者の実験結果を示す第５図のよう
に、燃焼性を向上することが可能となる。

また燃料噴射弁55による燃料噴射終了時期θ_FEは第３
図（ｂ）で示すように、吸入行程の前半望ましくは吸入
行程開始TDCから50〜90度の範囲に設定されるものであ
り、そのように設定すると、本発明者の実験結果を示す
第６図のように、トルク変動率を小さく抑えることがで
きる。

さらに隆起部26によりわずかに開弁される吸気弁V_I2
の開角中心時期θ_Cは、第３図（ａ）の曲線Ｂで示すよ
うに、吸入行程にあって後半側望ましくは吸入行程開始
TDCから130〜180度の範囲に設定されており、そのよう
に設定すると、吸気弁V_I2のわずかな開弁に伴うスワー
ルの乱れ発生を抑制することが可能となる。而して開角
中心時期θ_Cに対する燃焼限界の実験結果を示すと第７
図のようになり、開角中心時期θ_C吸入行程にあって後
半側望ましくは吸入行程開始TDCから130〜180度の範囲
に設定すると、希薄燃焼限界が向上することが明らかで
ある。また開角中心時期θ_Cの相違によるトルク変動お
よび燃費に及ぼす影響について本発明者が実験した結果
を示すと第８図のようになり、前記開角中心時期θ_Cを
吸入行程の中央部に設定したときを破線で示す曲線とし
たときに、開角中心時期θ_Cを吸入行程の後半に設定し
たときには実線で示す曲線のようになり、トルク変動率
および燃費を低く抑え、排ガス性状を良好にすることが
できる。

かかる内燃機関においてピストン４の燃焼室５に臨む
上面には凹部4aが設けられており、その凹部4aにより燃
焼室５のコンパクト化が可能となる。また動弁装置18は
両吸気弁V_I1，V_I2および両排気弁V_E1，V_E2に対して共通
な単一のカムシャフト19を備えるものであり、燃焼室５
の天井面略中央部には点火プラグ45が配設されるので、
シリンダ３の軸線を含む平面への投影図上で両吸気弁V
_I1，V_I2および両排気弁V_E1，V_E2の軸線がなす角度を狭
くすることが可能であり、これによっても燃焼室５のコ
ンパクト化が可能である。このような燃焼室５のコンパ
クト化により、燃焼室５内で生じるスワール速度を増大
し、燃焼性をより向上させることができる。

しかも主として機関の低速回転域で吸気弁V_I2を実質
的に休止させた状態では希薄燃焼が実行されるものであ
り、この希薄燃焼時に排ガスセンサ63の検出値に基づく
燃料噴射弁55の燃料噴射量がフィードバック制御される
ことにより、燃焼室５内での良好な燃焼性を保ちつつ希
薄燃焼を行なうことができ、希薄燃焼性を向上させて燃
費の低減を図ることができる。さらに燃料噴射弁55にお
けるアシストエアにより噴射燃料の微粒化を図ると、希
薄燃焼性がより一層向上する。

また吸気弁V_I2をわずかに開いて実質休止状態とする
ことにより、吸気弁V_I2に対応する吸気ポート８内に燃
料噴射弁55から噴射される燃料が滞留することを防止
し、空燃比の変動が生じることを回避することが可能と
なる。

ところで、主として低速回転域にある状態から主とし
て高速回転域にある状態へと機関の運転領域が変化する
際に、弁作動特性切換手段35により両吸気側ロッカアー
ム20,21を連結解除状態から連結状態へと切換えるとき
に、弁作動特性切換手段35の連結ピストン36がわずかに
第２吸気側ロッカアーム21内に嵌合した状態で、吸気側
カム25による第１吸気側ロッカアーム20の叩かれによ
り、前記嵌合状態が外れて切換が失敗することがある。
而して、その切換失敗が吸気弁V_I1の開弁方向作動途中
に生じたときには、第２吸気側ロッカアーム21は第１吸
気側ロッカアーム20とともに開弁方向に揺動作動してい
る途中に第１吸気側ロッカアーム20との連結が解除され
ることになり、吸気弁V_I2は開弁作動途中から弁ばね14
により閉弁方向に反転作動することになり、その閉弁方
向への反転作動が比較的高いリフト位置で生じたときに
は吸気弁V_I2が弁座に衝撃的に着座するおそれがある。
しかるに、第２吸気側ロッカアーム21に対応してカムシ
ャフト19には隆起部26が設けられており、その隆起部26
によりわずかに開弁される吸気弁V_I2の開角中心時期θ_C
が吸入行程の後半側であってしかも閉弁時期θ_VCが吸気
側カム25による吸気弁V_I1のリフトプロフィルの緩衝曲
線部A_SCに対応する時期に設定されている。すなわち吸
気弁V_I1が比較的高い位置までリフトした後の吸入行程
では、第１および第２吸気側ロッカアーム20,21の連結
が解除されると、第２吸気側ロッカアーム21および吸気
弁V_I2の作動は隆起部26で規制されることになる。この
ため、弁作動特性切換手段35による低速回転域から高速
回転域への切換失敗により吸気弁V_I2が比較的高いリフ
ト位置から閉弁方向に反転作動しても、第２吸気側ロッ
カアーム21の閉弁方向作動が隆起部26で規制されること
により、吸気弁V_I2が衝撃的に着座することが回避さ
れ、衝撃音の発生を防止することができる。

また機関が主として低速回転域にあるときには、制御
手段67により弁作動特性切換手段35は両吸気側ロッカア
ーム20,21の連結を解除する状態に切換作動せしめられ
る。これにより、両吸気弁V_I1，V_I2のうちの一方V_I2は
実質的に休止状態となり、他方の吸気弁V_I1のみが吸気
側カム25で定まるタイミングおよびリフト量で開閉作動
せしめられる。

第９図および第10図は動弁装置の変形例を示すもので
あり、上述の実施例に対応する部分には同一の参照符号
を付す。

この動弁装置18′は、カムシャフト19′と、カムシャ
フト19′の回転運動を両吸気弁V_I1，V_I2の開閉運動に変
換するための第１、第２および第３吸気側ロッカアーム
71,72,73と、前記カムシャフト19′の回転運動を両排気
弁V_E1，V_E2の開閉運動に変換するための第１および第２
排気側ロッカアーム22,23とを備える。

カムシャフト19′には、機関の低速運転に対応した形
状の第１吸気側カム74と、機関の高速運転に対応した形
状に形成されながら第１吸気側カム74の一側に隣接配置
される第２吸気側カム75と、第２吸気側カム75の一側に
隣接する隆起部76とが一体に設けられるとともに、第１
吸気側カム74および隆起部76の両側に排気側カム27,27
が一体に設けられる。

一方の吸気弁V_I1には第１吸気側ロッカアーム71が連
動、連結され、他方の吸気弁V_I2には第３吸気側ロッカ
アーム73が連動、連結され、両吸気弁V_I1，V_I2に対して
自由となり得る第２吸気側ロッカアーム72が第１および
第３吸気側ロッカアーム71,73間に配置される。而して
各吸気側ロッカアーム71〜73は吸気側ロッカシャフト28
で揺動自在に支承される。また両排気弁V_E1，V_E2に個別
に連動、連結された第１およひ第２排気側ロッカアーム
22,23は排気側ロッカシャフト29に揺動自在に支承され
る。

第１吸気側ロッカアーム71の一端は第１吸気側カム74
に摺接され、第３吸気側ロッカアーム73の一端は隆起部
76に摺接され、第２吸気側ロッカアーム72は第２給気側
カム75に摺接される。また両排気側ロッカアーム22,23
の一端は排気側カム27,27にそれぞれ摺接される。

ところで、ホルダ24の上端には支持板78が固設されて
おり、この支持板78には、第２吸気側ロッカアーム72を
カムシャフト19′の第２吸気側カム75に摺接させる方向
に弾発付勢するロストモーション機構79が配設される。

各吸気側ロッカアーム71〜73には弁作動特性切換手段
35′が設けられており、この弁作動特性切換手段35′
は、第１吸気側ロッカアーム71および第２吸気側ロッカ
アーム72を連結可能な連結ピストン82と、第２吸気側ロ
ッカアーム72および第３吸気側ロッカアーム73を連結可
能な連結ピン83と、連結ピン82および連結ピン83の移動
を規制する規制部材84と、連結ピストン82、連結ピン83
およひ規制部材84を連結解除側に付勢する戻しばね85と
を備える。

連結ピストン82は、吸気側ロッカシャフト28と平行な
軸線方向に移動可能として第１吸気側ロッカアーム71に
摺動可能に嵌合され、該連結ピストン82の一端と第１吸
気側ロッカアーム71との間には、吸気側ロッカシャフト
28内の油路41に通じる油圧室86が画成される。第２吸気
側ロッカアーム72には、前記連結ピストン82の他端に一
端が当接される連結ピン83が吸気側ロッカシャフト28と
平行な軸線方向に摺動可能に嵌合される。さらに第３吸
気側ロッカアーム73には、連結ピン83の他端に当接する
有底円筒状の規制部材84が吸気側ロッカシャフト28と平
行な軸線方向に摺動可能に嵌合されており、戻しばね85
は、規制部材84および第３吸気側ロッカアーム73間に縮
設される。

かかる弁作動特性切換手段35′では、主として機関の
低速回転域で油圧室86の油圧を解放すると、戻しばね85
のばね力により、連結ピストン82および連結ピン83の当
接面は第１吸気側ロッカアーム71および第２吸気側ロッ
カアーム72間に対応する位置にあり，連結ピン83および
規制部材84の当接面は第２吸気側ロッカアーム72および
第３吸気側ロッカアーム73間に対応する位置にある。し
たがって各ロッカアーム71〜73は相互に相対角変位可能
な状態にあり、カムシャフト19′の回転作動により第１
吸気側ロッカアーム71は第１吸気側カム74との摺接に応
じて揺動し、一方の吸気弁V_I1は第１吸気側カム74の形
状に応じたタイミングおよびリフト量で開閉作動する。
また隆起部76に摺接した第３吸気側ロッカアーム73は実
質的に休止状態となり、他方の吸気弁V_I2を実質的に休
止させることができる。さらに第２吸気側ロッカアーム
72は第２吸気側カム75との摺接に応じて揺動するが、そ
の揺動動作は第１および第３吸気側ロッカアーム71,73
に何らの影響も及ぼさない。また排気弁V_E1，V_E2は排気
側カム27,27の形状に応じたタイミングおよびリフト量
で開閉作動する。

ところで、第１吸気側カム74による吸気弁V_I1のリフ
トプロフィルが第３図（ａ）の破線で示す曲線Ｃである
ときに、隆起部76による吸気弁V_I2のリフトプロフィル
は第３図（ａ）の曲線Ｂで示されるものであり、吸気弁
V_I2の開角中心時期θ_Cは、吸入行程にあって後半側、望
ましくは吸入行程開始TDCから130〜180度の範囲に設定
されている。しかも隆起部76によりわずかに開弁される
吸気弁V_I2の閉弁時期θ_VCは、曲線Ｃで示される第１吸
気側カム74による吸気弁V_I1のリフトプロフィルにおけ
るクランク角に沿う終端部の緩衝曲線部C_SCに対応する
部分に設定されるものである。

主として機関の高速回転域で油圧室86に高油圧を作用
させると、連結ピストン82は連結ピン83を押圧しながら
戻しばね85のばね力に抗して油圧室86の容積を増大する
方向に移動しようとし、連結ピストン82、連結ピン83お
よび規制部材84の軸線が一致したとき、すなわち各吸気
側ロッカアーム71〜73が静止状態に入ったときに連結ピ
ストン82が第２吸気側ロッカアーム72に嵌合し、それに
応じて連結ピン33が第吸気側ロッカアーム73に嵌合する
ことにより、各吸気側ロッカアーム71〜73が連結状態と
なる。したがって第２吸気側カム75に摺接している第２
吸気側ロッカアーム72とともに第１および第３吸気側ロ
ッカアーム71,73が揺動し、両吸気弁V_I1，V_I2は第２吸
気側カム75の形状に応じたタイミングおよびリフト量で
開閉作動せしめられる。また両排気側ロッカアーム22,2
3は、低速運転域と同様に排気側カム27,27の形状に応じ
たタイミングおよびリフト量で両排気弁V_E1，V_E2を開閉
作動せしめる。

このような動弁装置18′を備える内燃機関において
も、第１図ないし第８図で示した実施例と同様の制御を
行なうことにより、上記実施例と同様の効果を奏するこ
とができる。

C.発明の効果 以上のように、請求項第項記載の発明によれば、両
吸気弁の一方を実質休止状態としたときの燃料噴射弁に
よる燃料噴射を吸入行程中に終了させることにより、噴
射燃料を他方の吸気弁開弁状態で燃焼室内燃機関に順次
導入して軸方向層状給気を達成して、燃焼性の向上を図
ることができる。

また請求項第項記載の発明によれば、両吸気弁の一
方を実質休止状態としたときの燃料噴射弁からの噴射燃
料を他方の吸気弁開弁状態で燃焼室内に順次導入して軸
方向層状給気を達成すること、ピストン上面に凹部を設
けることによるコンパクトな燃焼室の形成に伴うスワー
ル速度の増大、ならびに一方の吸気弁の実質的な休止状
態での開角中心時期を吸入行程の後半としてスワールの
乱れ発生を抑制することにより燃焼性をより一層向上さ
せることができ、さらに燃料噴射終了時期を吸入行程の
前半に設定することによりトルク変動を抑えることがで
きる。

さらに請求項第項記載の発明によれば、両吸気弁の
一方を実質休止状態としたときの燃料噴射弁からの噴射
燃料を他方の吸気弁開弁状態で燃焼室内に順次導入して
軸方向層状給気を達成すること、両吸気弁および両排気
弁に対して共通な単一のカムシャフトを配設するととも
に天井面略中央部に点火プラグが配設された燃焼室に臨
むピストン上面に凹部を設けることに伴うコンパクトな
燃焼室の形成に伴うスワール速度の増大、ならびに一方
の吸気弁の実質的な休止状態での開角中心時期を吸入行
程の後半としてスワールの乱れ発生を抑制することによ
り燃焼性向上をより一層図ることができ、さらに燃料噴
射終了時期が吸入行程の前半であることによりトルク変
動を抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第８図は本発明の一実施例を示すものであ
り、第１図は全体構成図、第２図は第１図のII−II線に
沿う部分切欠き拡大平面図、第３図は吸気弁作動状態と
燃料噴射時期との関係を示す図、第４図はフィードバッ
ク制御実行のための手順を示すフローチャート、第５図
は燃料噴射時期の燃焼安定性に及ぼす影響の実験結果を
示すグラフ、第６図は燃料噴射終了時期のトルク変動率
に及ぼす影響の実験結果を示すグラフ、第７図は実質休
止状態にある吸気弁の開角中心時期による燃焼限界に及
ぼす影響の実験結果を示すグラフ、第８図は実質休止状
態にある吸気弁の開角中心時期の相違によるトルク変動
率、燃費および排ガス性状に及ぼす影響の実験結果を示
すグラフ、第９図および第10図は動弁装置の変形例を示
すもので、第９図は第10図のIX−IX線に沿う縦断側面
図、第10図は第９図のＸ−Ｘ線断面図である。 ４…ピストン、4a…凹部、５…燃焼室、８…吸気ポー
ト、18,18′…動弁装置、19,19′…カムシャフト、45…
点火プラグ、55…燃料噴射弁、61…排気管、63…排ガス
センサ、67…制御手段、V_E1，V_E2…排気弁、V_I1，V_I2…
吸気弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０２Ｄ 41/34 Ｆ 9247−3Ｇ (72)発明者 青木 孝俊 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 (56)参考文献 特開 昭62−32205（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−124817（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−288305（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−80735（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−261639（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−288333（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−195913（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−14828（ＪＰ，Ｕ)

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】主として機関の低速運転域での吸入行程で
   は一方の吸気弁（V_I2）を実質的な休止状態とされる程
   度の微小量だけ開くべく構成されて一対の吸気弁
   （V_I1，V_I2）に連結される動弁装置（18,18′）と、両
   吸気弁（V_I1，V_I2）に個別に対応した一対の吸気ポート
   （８）に向けて燃料を均等に噴射可能な燃料噴射弁（5
   5）と、該燃料噴射弁（55）の作動を制御する制御手段
   （67）とを備える内燃機関において、制御手段（67）
   は、両吸気弁（V_I1，V_I2）の一方（V_I2）が実質休止状
   態にあるときには吸入行程中に燃料噴射終了時期を定め
   て燃料噴射弁（55）を制御すべく構成されることを特徴
   とする内燃機関。
2. 【請求項２】両吸気弁（V_I1，V_I2）の一方（V_I2）の微
   小量だけの開角中心時期が吸入行程の後半に設定される
   ことを特徴とする請求項第項記載の内燃機関。
3. 【請求項３】燃料噴射終了時期が吸入行程前半に設定さ
   れることを特徴とする請求項第項記載の内燃機関。
4. 【請求項４】主として機関の低速運転域での吸入行程で
   は一方の吸気弁（V_I2）を実質的な休止状態とされる程
   度の微小量だけ開くべく構成されて一対の吸気弁
   （V_I1，V_I2）に連結される動弁装置（18,18′）と、両
   吸気弁（V_I1，V_I2）に個別に対応した一対の吸気ポート
   （８）に向けて燃料を均等に噴射可能な燃料噴射弁（5
   5）と、該燃料噴射弁（55）の作動を制御する制御手段
   （67）とを備え、少なくとも前記一方の吸気弁（V_I2）
   を実質的な休止状態とした機関運転域での希薄燃焼が可
   能な内燃機関において、ピストン（４）の燃焼室（５）
   に臨む面には該燃焼室（５）の一部を形成する凹部（4
   a）が設けられ、動弁装置（18,18′）は、一方の吸気弁
   （V_I2）の実質的な休止状態での開角中心時期が吸入行
   程の後半となるべく構成され、制御手段（67）は、前記
   一方の吸気弁（V_I2）が実質的な休止状態にあるときに
   は吸入行程の前半に燃料噴射終了時期を定めて燃料噴射
   弁（55）を制御すべく構成されることを特徴とする内燃
   機関。
5. 【請求項５】前記動弁装置（18′）は、一方の吸気弁
   （V_I2）を実質的に休止状態とするとともに他方の吸気
   弁（V_I1）を主として機関の低速運転域に対応した開閉
   作動態様で開閉作動せしめる状態と、両吸気弁（V_I1，V
   _I2）を主として機関の高速運転域に対応した開閉作動態
   様でともに開閉作動せしめる状態とを切換可能に構成さ
   れることを特徴とする請求項第項記載の内燃機関。
6. 【請求項６】排気管（61）には排ガス組成をリニアに検
   出可能な排ガスセンサ（63）が取付けられ、該排ガスセ
   ンサ（63）は、機関の希薄燃焼時のフィードバック制御
   を行なうべく制御手段（67）に接続されることを特徴と
   する請求項第項記載の内燃機関。
7. 【請求項７】一対の吸気弁（V_I1，V_I2）および一対の排
   気弁（V_E1，V_E2）に連結されるとともに主として機関の
   低速運転域での吸入行程では一方の吸気弁（V_I2）を実
   質的な休止状態とされる程度の微小量だけ開くべく構成
   される動弁装置（18,18′）と、両吸気弁（V_I1，V_I2）
   に個別に対応した一対の吸気ポート（８）に向けて燃料
   を均等に噴射可能な燃料噴射弁（55）と、該燃料噴射弁
   （55）の作動を制御する制御手段（67）とを備え、少な
   くとも前記一方の吸気弁（V_I2）を実質的な休止状態と
   した機関運転域での希薄燃焼が可能な内燃機関におい
   て、天井面略中央部に点火プラグ（45）が配設された燃
   焼室（５）に臨むピストン（４）の上面には該燃焼室
   （５）の一部を形成する凹部（4a）が設けられ、動弁装
   置（18,18′）は、両吸気弁（V_I1，V_I2）および両排気
   弁（V_E1，V_E2）に共通な単一のカムシャフト（19,1
   9′）を有するとともに一方の吸気弁（V_I2）の実質的な
   休止状態での開角中心時期が吸入行程の後半となるべく
   構成され、制御手段（67）は、前記一方の吸気弁
   （V_I2）が実質的な休止状態にあるときには吸入行程の
   前半に燃料噴射終了時期を定めて燃料噴射弁（55）を制
   御すべく構成されることを特徴とする内燃機関。