JPS58214610A - 内燃機関の残留ガス制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は機関運転状態に応じて吸排気弁の・９ルブリフ
ト及び作動角全可変制御し、シリンダ内残留ガス量會制
御するようにした装置に関する。

内燃機関から排出されるＮ０ｘｆ低減する手段として、
燃焼最高温度を抑制してＮＯｘの発生そのもの全減少さ
せる排気還流システムが知られているが、これと同等の
作用をもたらすものとしてシリ１− ンダ内残留ガスがある。

これは、通常吸排気弁のオーバラップにより、とくに低
負荷域など吸入負圧の増加するときに、排気の一部が吸
気系へと引き戻され、その後ピストンの降下に伴いＰｆ
びシリンダ内へと吸入される燃焼ガスを多く含むもので
、排気還流（外部還流）に比べて相対的にガス温度が高
いため、シリンダ内混合気の性状改善に役立ち、外部か
らの排気還流と同一のガス割合ならば残留ガスを使う場
合の方が燃焼の安定性が向上する。

ところで、従来の機関でね吸排気弁のオーバラップは、
高速運転時の慣性過給効果をねらって所定の状態に固定
的に設定（〜であるのが普通で、このため、残留ガス１
′は吸入負圧の変化に大きな影響を受け、低負荷域にな
るほど残留ガス量は増加し、残留ガス鰯′のみを要求に
応じて適正に制御することは離かしかった。

また、残留ガスは列部還流ガスに比べればガス温度は確
かに高いか、多くのガスがいったん吸気マニホールドへ
と逆流するので、このときに低温−２＝ のマニホールドで冷却を受け、また激しいガス流動のた
めに熱伝達率が高く、すくなくともそのままシリンダ内
に残っている燃焼ガスに比べれば、大幅に温度が低下す
る。

したがって、残留ガス量のコントロール並びに残留ガス
のもつ熱エネルギの有効利用の見地からまだまだ不十分
な点があった。

本発明はかかる点に着目してなされたもので、吸排気弁
の開閉時期全可変的に制御して、シリンダ内に封じ込め
ておく残留ガスを最適値に維持し、あわせて吸入行程で
のポンピンダロス全低減して、機関の出力、燃費効率を
損わずにＮ０ｘｉ効釆的に低減させるようにした装置を
提供することを目的とする。

以下、本発明の実施例全図面にもとづいて説明する。

本発明では原則的に、低負荷域での吸気弁と排気弁との
オーバラップを全く無くシ、むしろ第１図（Ａ）に示す
ように、排気弁を上死点前に閉じて燃焼ガスをシリンダ
内に封じ込め、吸気弁を上死点彼に開いて新気の吸込−
を減らし、高負荷域では（第１図（Ｂ））通常の機関と
同様に吸排気弁のオーバラップを大きくするように、吸
排気弁の作動角（開閉タイミング）を可貸的に制御する
ことにより、上記目的を達成しようとするものである。

第２図、第３図に、−例として吸気弁側のパルプタイミ
ング及びリフトを変化させる機構を示す。

図中１はカムシャフト２に一体的に固定され機関回転に
同期回転する第１のカムで、カムシャフト２の１回転に
つき１回のリフト作用をロッカアーム３ケ介して揺動カ
ム４に伝達する。

ロッカアーム３はロッカシャフト５に軸支されるか、こ
の支点６１ｔロツカシヤフト５に対して偏心したがス部
から彦り、後述のようにロッカアーム３の支点６を変位
させることによシ、揺動カム４の位相ケ変化させてバル
ブリフト及びタイミングを可変制御する。

揺動カム４はロッカシャフト５と平行なカムシャフト７
に回転自由に支持され、ロッカアーム３を介して揺動し
て吸気弁８を開閉駆動する。

揺動カム４け第３図において、ロッカアーム３により反
時割方向への回動力を受けるとともにスプリング９で時
計方向へ付勢されてお秒、これらのバランスに応じてカ
ム面１０の吸気弁８に対する接触位置が変化する。

カム面１０は吸気弁８を全くリフトさせない基本円弧部
１０Ａと、反時計方向への揺動量に比例してリフ）ｋ増
大させるリフト円弧部１０Ｂとから形成されており、さ
らにこのカム面１０の反対側にある接触面１１に対して
前記ロッカアーム３の先端３ａが当接している。

この揺動カム４の初期位相（カム１がペースサークルに
あるときの位相）はロッカアーム３の支点位置會ずらす
ことにより変化し、例えば第３図の状態からロッカアー
ム３が上方へ平行移動したとすると、これに追従してス
プリング９の作用で揺動カム４は時計方向に回動し、基
本円弧部１０Ａの有効範囲が拡大してカム１に対する吸
気弁８のリフト及び作動角を減少させる。

図中、１３はシリンダヘッド、１４は吸気ボート、１５
けパルプスプリングを示す。

ここで、第２図、第３図において、カム１が時計方向に
回転すると、ロッカアーム３が支点６を中心として時開
方向に回動し、揺動カム４をスプリング９に抗して反時
ｎ１方向に回動させる。

図の状態では揺動カム４ｔ」、吸気弁８をリフトし始め
るリフト円弧部１　（１１１の基端が接しており、した
がってこの稜の反時計方向への回動量に比例して吸気弁
８のリフトが増加する。

カムｌの最大リフト点を過ぎると、揺動カム４は逆方向
へとスプリング９及びパルプスプリング１５の作用力で
戻シ、吸気弁８のリフトは減少し、やがて基本円弧部１
０Ａに接したときに吸気弁８は全閉する。

このようにして吸気弁８は揺動カム４を介して作動が制
御されるのであるか、揺動カム４の初期位相を変えるこ
とによりカム１に対する吸気弁８の開閉タイミング及び
リフトは変化する。

いま、ロッカシャフト５會回転させて支点６の位置全上
方へ移動すると、前にも述べた通り揺動カム４はこれに
追従して時計方向へと回動する。

この結果、カム１によりロッカアーム３を介して揺動カ
ム４が反時計方向へ回動し始めでも、基本円弧部１０Ａ
の有効範囲が大きいため、この間は吸気弁８はリフ）？
ｒ開始せず、カム１のリフトがかなり大きくなって揺動
カム４のリフト円弧部１０Ｂに到達してから、はじめて
吸気弁８のリフト作用が行われるようになる。

このため、カム１の最大リフトでの吸気弁８のリフト１
“は大幅に減少し、さらに吸気弁８が閉弁するまでの期
間も短かく々る。

このようにして吸気弁８のパルプタイミング及びリフト
ラ最初の状態に比べて変化させることが可能となるので
あり、そのパルプ特性は例えば第５図のようになる。

上記可変機構を排気弁（図示せず）の駆動機構に介装す
ることによシ、同じく第５図に示すような排気弁の可変
パルプ特性が得られることは、容易に理解されるであろ
う。

そこで、機関低負荷域では、第１図囚に示すように、排
気弁の閉じ終りを排気上死点前とし、吸気弁の開き始め
を−Ｆ死点を境としての対称位置まで遅らせるように設
定し、これに対して高負荷域で第１図（ＩＩ）に示すよ
うに、排気弁の閉じ終シは吸気上死点後、吸気弁の開き
始めは上死点前として、いわゆる慣性過給効果１ｒ得ら
れるようにパルプオーバラップを大きくする。

したがって、低負荷域では吸排気弁はオーバラップして
開いていることがなく、燃焼ガスの一部はそのｉｔシリ
ンダ内に封じ込められることになる。

第４図に、吸気弁用ロッカシャツ）５ａと排気弁用ロッ
カシャツ）５ｂ’（ｒ機関負荷状態（アクセル開度）に
応じて回転させるための駆動手段を示す。

両口ツカシャフト５ａ、５ｂの軸端に互に噛み合うギヤ
１６ａ、１６ｂ（歯数は同一）が固着し、かつ一方のｐ
ツカシャ□フ）５ａに固着したフランｙ１７に対して、
アクセルペダルに連動するケーブルワイヤ１８が連結し
、スプリング１９に抗してロッカシャツ）５ａｋアクセ
ル操作量に比例して回転させられるようになっている。

したがって、アクセル開度の小さい領域では、第１図囚
のように吸排気弁が制御され、吸気弁の開いている期間
、リフトが小さいことから機関吸入空気量が少なくなる
とともに、排気弁が早めに閉じることから燃焼ガスの一
部をシリンダ内部に封じ込めてこの残留ガスを断熱変化
させ、ピストン吸気行程の途中で新気と混合させる。

残留ガスはこのようにシリンダ外部へと出ることがない
ため室温のまま維持され、吸気行程の途中からシリンダ
内に吸入されてくる混合気に対し十分な熱を會与えるこ
とができる。

この結果、残留ガスはＮＯｘ発生の抑制作用としての機
能と同時に混合気の性状改善効果音発揮するため、燃焼
安定性を阻害せずにＮＯｘ’に効果的に低減させられる
。

他方、吸入空気量の制御も吸気弁の開時期とり７トを小
さくすることで同時に行うので、吸気絞弁を設けて流量
コントロールするのに比べてボンピングロスが小さくな
り、それだけ燃費の向上がはかれる。

アクセル開度が増加すれば、吸排気弁の開弁期間、リフ
トが第１図（Ｂ）に近づき、残留ガス量が減るとともに
吸入空気量が増加する。

このようにして高負荷域では機関高出力を発揮するのに
十分な混合気１に確保することができる。

なお、この実施例では負荷の増大に伴い残留ガス量か減
Ｆ）、Ｎ０ｘｋ所定状態まで低減するのに必要な絶対流
量が確保できない場合を想定して、外部からの排気還流
全同時に行えるようにしである１吸気通路２０には流量
測定用のベンチュリ部２１と、その下流に一定負ＦＦ状
態全つくり出すための絞弁２２が設けられる。

ダイヤフラム装置２３は絞弁下流の負圧Ｐに応動するダ
イヤスラム２４奮有し、このダイヤフラム２４に連結し
たワイヤ２４ａが絞弁２２のレバー２５に連動し、負圧
Ｐが強く々ると絞弁２２を開き、逆に弱まれは絞弁２２
Ｖ閉じるように作動し、このようにして’ｆＡＪＥＰ１
ｒ比較的小さな略一定値に制御する。

そして、絞弁２２の下流には排気還流通路２６が接続し
、制御弁２７を介して流量コントロールした排気を吸気
中に還流している。

吸気弁の開弁期間、リフトラ変化させて吸入空気ｔ”ｋ
制御するので吸入負圧はほとんど発生せず、このため吸
気系と排気系に生じる圧力差は極めて小袋＜、この差圧
によって排気還流しようとすると還流通路の有効断面積
全かなり大きくしなければならないが、このように絞弁
２２を設けて負圧Ｐを発生させることで、所定の流−１
ｍ−’（ｒ確保することが可能となる。

制御弁２７の開度は、ベンチュリ部２１の発生負圧（吸
入空気量に比例する）とオリフィス２８の下流圧力との
差圧に応動し、負圧通路３０の負圧を大気で希釈する負
圧制御装置３１によって制御される。

つまり、制御弁２７に供給される負圧信号は、原則とし
て吸入空気１に比例したものを、実際の排気還流量のフ
ィードバック値（圧力信号）で補正した値となり、結局
排気還■ｃ、　ｍは吸入空気１に対して所定の比率を仙
１つように、ｆｔｔ制御弁２７の開度をコントロールす
るのである。

機関の全開運転刊近での吸入空気量を確保するために、
前記絞５［２２のワイヤ２４ａには、アクセルペダルに
連動するワイヤ１８からの分岐ワイヤ１８ａが連結１〜
、アクセル開度が所定の高開度に達するまでは張力吸１
１７スプリング３３の吸収作用で、絞弁２２に大きな開
方向の張力を与えないが、スプリング３３か伸び切った
ときには、絞弁２２を強制的に全開させられるようにな
っている。

このため、高１ａ、　Ｍ域での晒入負圧Ｐの制御は行わ
れなくなり、排気還流量は減少するが、かかる運転域で
は運転安全性などから機関最大出力を確保することが優
先される。

このようにして常用運転領域では残留ガスと外部からの
還流ガスとによりＮ０ｘｋ十分に低減することができる
。

以上説明したように本発明によれば、シリンダ内に封じ
込めておく燃焼ガスｉｉ１′會運転状態に応じて最適に
制御でき、ＮＯｘの発生を効果的に低減できる一方で、
この残留ガス温度は極めて高温のため吸入混合気の性状
改善効果が大きく、シかも吸入行程でのボンピングロス
が減ったことが相まって、燃費、出力性能の向上がはか
れる。

１だ、必要に応じて外部からの排気還流もでき、ＮＯｘ
の大幅な低減も達成可能であり、この際に排気還流パイ
プなど大径化する必要もないので装着性も良好となる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）　、　（Ｂ）は本発明による吸排気弁の作
動角（バルブタイミング）全あられす説明図、第２図は
本発明の実施例を示す平面図、第３図は断面図、第４図
は側面図、第５図は吸排気弁のリフト特性ケ示す説明図
である。 ｌ・・・カム、３・・・ロッカアーム、４・・・揺動カ
ム、５・・・ロッカシャフト、１０・・・カム面、１６
ａ。 １６ｂ・・・ギヤ、１８・・・ケーブルワイヤ、２０・
・・吸気通路、２１・・・ベンチュリ部、２２・・・絞
弁、２３・・・ダイヤフラム装置、２６・・・排気還流
通路、２７・・・排気還流制御−ＪＰ。 特許出願人　　日産自動車株式会社 手続補正書 １．事件の表示 昭和５８年特許願第８８１８８号 ２、発明の名称 内燃機関の残留ガス制御装置 ３、補正音する者 事件との関係　　特許出願人 住　所　神奈川県横浜匝神泉用区宝町二番地氏名　（３
９９）日産自動車株式会社 ４、代理人 住　所　〒１０４東京都中央区銀座８丁目１０番８号６
、補正の対象　　明細書中「特許請求の範囲」及び「発
明の詳細な説明」の嘴。 ７、補正の内容 （１）特許請求の範囲を別紙の通り補正する。 （２）　　明細書第２頁第１７行目の「・・・難かしか
った。」の後に次の文全挿入する。 ［また内部排気環流金として、例えば特開昭５３−１０
０３１３号や特開昭５３− １２９７２９号に示すようなものもあるが、運転条件に
応じて特に低負荷域において常に最適に残留ガスを全制
御することは困難であった。」 ［％許ｌＩ＃求の範１１１４

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 機関回転により駆動されるカムに従動するロッカアーム
   と、ロッカアームを介して揺動して吸排気弁上リフトさ
   せる揺動カムと、ロッカアームの支点を変位して揺動カ
   ムの位相をずらせ吸排気弁のパルプタイミング、リフト
   を可変とする手段とを備え、低負荷域では排気弁を排気
   上死点前で閉じ、かつ吸気弁を上死点後に開くように設
   定したことを特徴とする内燃機関の残留ガス制御装置。