(57)【要約】【課題】燃焼安定性を確保しつつ、ポンピングロスを低減して燃費を向上させる。【解決手段】１つの気筒に第１の吸気カムにより駆動する第１の吸気バルブと第２の吸気カムにより駆動する第２の吸気バルブとを備え、少なくとも第２の吸気カムの位相を可変するカム位相可変機構を備えた可変動弁装置付エンジンにおいて、第１の吸気バルブの開弁期間より第２の吸気バルブの開弁期間が長くなるように第２の吸気カムを設定する。【選択図】図６
2010196484.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つの気筒に第１の吸気カムにより駆動する第１の吸気バルブと第２の吸気カムにより駆動する第２の吸気バルブとを備え、少なくとも前記第２の吸気カムの位相を可変するカム位相可変機構を備えた可変動弁装置付エンジンにおいて、
前記第２の吸気カムは、前記第１の吸気バルブの開弁期間より前記第２の吸気バルブの開弁期間が長くなるように設定されることを特徴とする可変動弁装置付エンジン。
【請求項２】
前記カム位相可変機構により前記第２の吸気カムが最遅角制御された場合に、前記第２の吸気バルブの閉弁時期は下死点よりも該下死点の次の上死点に近い時期に設定されることを特徴とする請求項１に記載の可変動弁装置付エンジン。
【請求項３】
前記カム位相可変機構により前記第２の吸気カムが最進角制御された場合に、前記第２の吸気バルブの閉弁時期は前記第１の吸気バルブの閉弁時期と略一致させることを特徴とする請求項１または２に記載の可変動弁装置付エンジン。
【請求項４】
前記カム位相可変機構により前記第２の吸気カムが最遅角制御された場合に、前記第１の吸気バルブのリフト量と第２の吸気バルブのリフト量とが一致する時点での該リフト量は、前記第１の吸気バルブの最大リフト量または前記第２の吸気バルブの最大リフト量の１/２より大きいことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の可変動弁装置付エンジン。
【請求項５】
前記エンジンの燃焼室はペントルーフ型に形成されるとともに、前記第１の吸気バルブが開閉する弁孔及び前記第２の吸気バルブが開閉する弁孔は、前記燃焼室の中央からオフセットして配置されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の可変動弁装置付エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸気カムの位相を変更可能なカム位相可変機構を備えたエンジンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、吸排気バルブの開閉時期（カムの位相）を変化させるカム位相可変機構を備えた可変動弁装置付エンジンが知られている。更に、１つの気筒に吸気バルブが複数備えられたエンジンに上記カム位相可変機構を採用し、エンジンの負荷及び回転速度に応じて複数の吸気バルブの一部のみ開閉時期を変化させる技術が開発されている。
このように複数の吸気バルブのうち一部のみ開閉時期を可変するエンジンでは、例えば高負荷かつ高回転時に、一部の吸気バルブの開閉時期を遅角させることで、遅角制御しない吸気バルブと合わせて吸気バルブの開弁時期を延長し、吸気の流入量を増加させて出力を確保する（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平３−２０２６０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載されているエンジンでは、低回転時には、燃焼安定性を確保するために、吸気バルブの閉弁時期を下死点より大きく遅角しないように設定して吹き返しを防止している。したがって、このような場合には、開弁期間を大きく確保できず、ポンピングロスにより燃費が低下する虞がある。
本発明の目的は、燃焼安定性を確保しつつ、ポンピングロスを低減して燃費を向上可能な可変動弁装置付エンジンを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、請求項１の発明は、１つの気筒に第１の吸気カムにより駆動する第１の吸気バルブと第２の吸気カムにより駆動する第２の吸気バルブとを備え、少なくとも第２の吸気カムの位相を可変するカム位相可変機構を備えた可変動弁装置付エンジンにおいて、第２の吸気カムは、第１の吸気バルブの開弁期間より第２の吸気バルブの開弁期間が長くなるように設定されることを特徴とする。
【０００６】
また請求項２の発明は、請求項１において、カム位相可変機構により第２の吸気カムが最遅角制御された場合に、第２の吸気バルブの閉弁時期は下死点よりも該下死点の次の上死点に近い時期に設定されることを特徴とする。
また請求項３の発明は、請求項１または２において、カム位相可変機構により第２の吸気カムが最進角制御された場合に、第２の吸気バルブの閉弁時期は第１の吸気バルブの閉弁時期と略一致することを特徴とする。
【０００７】
また請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかにおいて、カム位相可変機構により第２の吸気カムが最遅角制御された場合に、第１の吸気バルブのリフト量と第２の吸気バルブのリフト量とが一致する時点での該リフト量は、第１の吸気バルブの最大リフト量または第２の吸気バルブの最大リフト量の１/２より大きいことを特徴とする。
また請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれかにおいて、エンジンの燃焼室はペントルーフ型に形成されるとともに、第１の吸気バルブが開閉する弁孔及び第２の吸気バルブが開閉する弁孔は、燃焼室の中央からオフセットして配置されることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の請求項１の可変動弁装置付エンジンによれば、第２の吸気バルブの開弁期間が第１の吸気バルブの開弁期間より大きく設定されているので、第２の吸気カムの位相を可変することで開弁期間を大きく変化させることができる。
特に、第１の吸気バルブの開弁期間と第２の吸気バルブの開弁期間とが異なっているので、第２の吸気カムの位相の変化に拘わらず吸気バルブの開弁期間内に第１の吸気バルブ及び第２の吸気バルブの何れか一方の吸気バルブが開弁する片側開弁期間が常に設けられる。したがって、燃焼室内での吸気流同士の干渉によるスワールの低下を抑制することができ、燃焼安定性を確保することができる。これにより、吸気弁の開弁期間を遅角方向に大きく増加させることができ、ポンピングロスを低減させ、燃費を向上させることができる。
【０００９】
本発明の請求項２の可変動弁装置によれば、第２の吸気カムが最遅角に制御された場合に、第２の吸気バルブの閉弁時期は下死点よりも次の上死点に近いので、ポンピングロスを大幅に低減させることができる。
本発明の請求項３の可変動弁装置付エンジンによれば、第２の吸気カムが最進角に制御された場合に、第２の吸気バルブの閉弁時期は第１の吸気バルブの閉弁時期と略一致するので、開弁期間の初期に第２の吸気バルブのみ開弁する片側開弁期間が設けられ、スワールが発生して燃焼性が向上し、排気性能が向上する。
【００１０】
本発明の請求項４の可変動弁装置によれば、第２の吸気カムが最遅角制御された場合に、第１の吸気バルブのリフト量と第２の吸気バルブのリフト量とが一致する時点でのリフト量が、最大リフト量の１/２より大きいので、この時点での吸気流量を増加して、燃焼性を向上させることができる。
本発明の請求項５の可変動弁装置によれば、燃焼室がペントルーフ型に形成されているとともに、該ペントルーフ形状の燃焼室壁面の片側の傾斜面に並んで配置されている第１の吸気バルブが開閉する弁孔及び第２の吸気バルブが開閉する弁孔は燃焼室の中央からオフセットして配置されているので、第１の吸気バルブまたは第２の吸気バルブを通過して燃焼室に流入する吸気に強いスワールを発生させることができ、第２の吸気バルブまたは第１の吸気バルブを通過して燃焼室から排出する吸気にて燃焼室内の強いスワールを維持させることができる。したがって、第１の吸気バルブ及び第２の吸気バルブのいずれか一方が開弁する片側開弁期間において、スワールが燃焼室内で打ち消し合わずに維持されて、燃焼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態の可変動弁装置付エンジンの概略構成図である。
【図２】バルブ及びポートの配置を示す参考図である。
【図３】動弁機構の構造を示す縦断面図である。
【図４】動弁機構の構造を示す上面図である。
【図５】第２の吸気カムの取付部の構造を示す断面図である。
【図６】吸気バルブのリフト量を示すタイムチャートであり、（Ａ）は低負荷時、（Ｂ）は高回転高負荷時、（Ｃ）は低回転低負荷時または始動時を示す。
【図７】スワールを示す参考図であり、（Ａ）は低負荷時の片側開弁期間の吸気工程の初期時、（Ｂ）は低負荷時の片側開弁期間の圧縮工程の後半時を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
図１は本実施形態の可変動弁装置付エンジン１の概略構成図である。
図１に示すように、本実施形態のエンジン１は、ＤＯＨＣ式の動弁機構を有しており、エンジン１の吸気カムシャフト２及び排気カムシャフト３の前端には、夫々カムスプロケット４、５が接続され、これらのカムスプロケット４、５はチェーン６を介してクランクシャフト７に連結されている。クランクシャフト７の回転に伴ってカムスプロケット４、５と共に吸気シャフト２及び排気カムシャフト３が回転駆動され、この吸気カムシャフト２に備えられた吸気カム１０、１１により吸気バルブ１２、１３が、排気カムシャフト３に備えられた排気カム１４、１５により排気バルブ１６、１７が開閉駆動される。また、エンジン１の燃焼室１８はペントルーフ型の形状をしている。
【００１３】
図２は、エンジン１の各バルブ及びポートの配置を示す参考図である。
図２に示すように、エンジン１の１つの気筒には、２つの吸気バルブ（第１の吸気バルブ１２、第２の吸気バルブ１３）と２つの排気バルブ１６、１７とが設けられている。第１の吸気バルブ１２及び第２の吸気バルブ１３は燃焼室１８の中央部ｃより図中右側に前後に並んで配置される一方、２つの排気バルブ１６、１７は燃焼室１８の中央部ｃより図中左側に前後に並んで配置される。
【００１４】
また、エンジン１の吸気ポート１９は、燃焼室１８の右側斜め上方から燃焼室１８に向かって延び、燃焼室１８の直前で分岐して第１の吸気バルブ１２が開閉する弁孔と第２の吸気バルブ１１３が開閉する弁孔に連通する。
更に、エンジン１の第２の吸気バルブ１３の動弁機構には、吸気カム１１の位相を可変するカム位相可変機構２０が備えられている。
【００１５】
図３〜図５は、動弁機構の構造図であり、図３は縦断面図、図４は上面図、図５は第２の吸気カム１１の取付部の構造を示す断面図である。
図３〜５に示すように、吸気カムシャフト２は、中空状の第１の吸気カムシャフト２１と第１の吸気カムシャフト２１に挿入された第２の吸気カムシャフト２２とを備えた２重構造となっている。第１の吸気カムシャフト２１及び第２の吸気カムシャフト２２は、隙間を有しつつ同心上に配置され、エンジン１のシリンダヘッドに形成された支持部２３に回動可能に支持されている。第１の吸気カムシャフト２１には、第１の吸気バルブ１２を駆動する第１の吸気カム１０が固定されている。また、第１の吸気カムシャフト２１には回動可能に第２の吸気カム１１が支持されている。第２の吸気カム１１は、第１の吸気カムシャフト２１が挿入される略円筒状の支持部１１ａと支持部１１ａの外周から突出し第２の吸気バルブ１３を駆動するカム部１１ｂとから構成されている。第２の吸気カム１１と第２の吸気カムシャフト２２とは固定ピン２４により固定されている。固定ピン２４は、第２の吸気カム１１の支持部１１ａ、第１の吸気カムシャフト２１及び第２の吸気カムシャフト２２を貫通しており、第２の吸気カムシャフト２２に設けられた孔に略隙間なく挿入されるとともに、両端部がかしめられて支持部１１ａに固定されている。第１の吸気カムシャフト２１には固定ピン２４が通過する長孔２５が周方向に延びて形成されている。
【００１６】
第１の吸気カムシャフト２１の一端部には、カム位相可変機構２０が備えられている。カム位相可変機構２０は、公知のベーン式カム位相可変機構であって、カムスプロケット４と一体化したハウジング３０内にベーンロータ３１が回動可能に設けられ、そのベーンロータ３１に第２の吸気カムシャフト２２をボルト３２にて締結して構成されている。
また、カム位相可変機構２０には、スプリング３６が備えられている。スプリング３６は、ハウジング３０とベーンロータ３１との間に設けられ、ベーンロータ３１を進角方向に付勢する。したがって、第２の吸気カム１１を進角方向に付勢する。
【００１７】
カム位相可変機構２０には、第１の吸気カムシャフト２１及び支持部２３に形成された油路３３を介してオイルコントロールバルブ（以下、ＯＣＶという）３４が接続されている。図１に示すように、カム位相可変機構２０は、エンジン１のオイルポンプ３５からＯＣＶ３４の切換に応じてベーンロータ３１とハウジング３０との間に形成された油室に作動油が供給されてベーンロータ３１を回動することで、カムスプロケット４に対する第２の吸気カムシャフト２２の位相角、即ち、第２の吸気バルブ１３の開閉時期を連続的に調整可能となっている。
【００１８】
ＥＣＵ４０は、図示しない入出力装置、ＲＯＭ，ＲＡＭ等の記憶装置、中央処理装置（ＣＰＵ）等を備ており、エンジン１の総合的な制御を行う。
ＥＣＵ４０の入力側には、エンジン１のクランク角を検出するクランク角センサ４１、図示しないスロットルバルブの開度を検出するスロットルセンサ４２等の各種センサが接続されている。又、ＥＣＵ４０の出力側には、上記ＯＣＶ３４の他に、燃料噴射弁４３、点火プラグ４４等が接続されている。ＥＣＵ４０は、各センサからの検出情報に基づいて点火時期及び燃料噴射量等を決定し、点火プラグ４４や燃料噴射弁４３を駆動制御するとともに、ＯＣＶ３４を駆動制御、即ちカム位相可変機構２０を作動制御する。
【００１９】
図６は、吸気バルブのリフト量を示すタイムチャートであり、（Ａ）は低負荷時、（Ｂ）は高回転高負荷時、（Ｃ）は始動時または低回転高負荷時を示す。
図６に示すように、本実施形態では、第２の吸気バルブ１３の開弁期間は第１の吸気バルブ１２の開弁期間より大きくなるように設定されている。また、第１の吸気弁１２の開弁時期は上死点付近に固定されている。
【００２０】
そして、ＥＣＵ４０は、クランク角センサ４１やスロットルセンサ４２からの入力信号に基づいて、エンジン回転速度Ｎ及び負荷Ｌを求め、これらのエンジン回転速度Ｎ及び負荷Ｌに基づいてカム位相可変機構２０を作動制御量、即ち第２の吸気バルブ１３の開閉時期を制御する。
具体的には、ＥＣＵ４０は、低負荷時には図６（Ａ）に示すように第２の吸気バルブ１３の開閉時期を遅角させる。このとき、吸気バルブの開弁期間は、第１の吸気バルブ１２の開弁時期と遅角した第２の吸気バルブ１３の閉弁時期との間の期間となり、第２の吸気バルブ１３を遅角させない場合と比較して大きくなる。また、このときの第２の吸気バルブ１３の閉弁時期は、最大遅角時に下死点（ＢＤＣ）より次の上死点（ＴＤＣ）に近い時期となるように設定されている。
【００２１】
一方、ＥＣＵ４０は、高回転高負荷時には図６（Ｂ）に示すように、第２の吸気バルブ１３の開閉時期の遅角量を同図（Ａ）に示す低負荷時より小さくし、第２の吸気バルブ１３の閉弁時期が圧縮行程の前半になるように、例えば第２の吸気バルブ１３がピストンによる吸気の吸気ポート１９への押し戻しが生じる付近で閉弁するように設定する。
また、ＥＣＵ４０は、始動時または低回転高負荷時には図６（Ｃ）に示すように、第２の吸気バルブ１３の開閉時期を進角させる。最進角時の第２の吸気バルブ１３の閉弁時期は第１の吸気バルブ１２の閉弁時期と略一致するように制御される。したがって、吸気バルブの開弁期間は、図６（Ａ）に示す低負荷時や図６（Ｂ）に示す高負荷高回転時と比較して最も小さくなる。第２の吸気バルブ１３の開弁期間は第１の吸気バルブ１２の開弁期間より大きく設定されているので、閉弁時期を一致させることで、第２の吸気バルブ１３の開弁時期は第１の吸気バルブ１３の開弁時期より進角し、排気バルブ１６、１７の開弁期間と若干オーバーラップする。
【００２２】
このように、本実施形態では、低負荷時には吸気バルブ全体の開弁期間が増加するので、ポンピングロスが低下し、燃費を向上させることができる。特に第２の吸気バルブ１３の最大遅角時には、その閉弁時期が下死点より次の上死点に近い圧縮行程の後半になるので、ポンピングロスが大幅に低減される。また、第１の吸気バルブ１２の開弁時期が上死点付近に設定されているので、吸気行程初期のポンピングロスも低減される。更に、第１の吸気バルブ１２の開弁時期が上死点付近であると、排気バルブ１６、１７の閉弁時期が上死点付近に設定している場合には、オーバーラップが少ないことから、吸気行程初期に於いて排気バルブ側からの内部ＥＧＲ量が抑えられ、燃焼性の低下を回避することができる。
【００２３】
一方、高回転高負荷時には、第２の吸気バルブ１３の閉弁時期が圧縮行程の前半となり、ピストンによる吸気の吸気ポート１９への押し戻しが生じる付近で閉弁とすることで、吸気の充填効率が高められ、出力を確保することができる。
また、始動時や低回転高負荷時には、第２の吸気バルブ１３の開閉時期が進角し吸気弁の開弁期間の初期に第２の吸気バルブ１３のみ開弁する片側開弁期間が設けられるので、スワールが発生して燃料と空気の混合や燃料気化が進み、少ない燃料で始動できるとともに、燃焼性が向上し、排気性能が向上する。また、排気バルブ１６、１７とのオーバーラップが若干設けられることで、吸気弁の開弁時に排気が吸気ポート１９に吹き返し、吸気ポート１９に付着した燃料を吹きとばして微粒化させるとともに、排気による吸気温度の上昇により、燃料の気化が促進されるので、内部ＥＧＲが増加したとしてもむしろ燃焼性を向上させることができる。さらに、排気行程後半には未燃燃料成分を多く含んだ排気が排気ポートへ排出されるが、図示されていないスロットル弁が閉じているため吸気ポート内が負圧になり、一旦排出された排気行程後半の排気が吸気ポート側に吸い出され、再吸入され、燃焼するために未燃燃料成分が低減される。このとき、ペントルーフ型燃焼室で対向するそれぞれの斜面に吸気弁と排気弁が配置されている場合、スムーズに吸気ポート側へ吸い出され、次行程で再吸入される。そして、吸気ポート壁面に付着した液的燃料を吹き飛ばし、燃料気化が促進されるとともに空気と燃料、内部ＥＧＲと未燃燃料成分の混合が促進され、未燃燃料の排出がさらに低減される。加えて、排気の吸気ポートへの吸出しにおいても燃焼室にスワールが生成され、これによっても混合が促進される。
【００２４】
更に、本実施形態では、吸気ポート１９が右側方から延びているので、吸気ポート１９を通過した吸気は、燃焼室１８に左方向にスムーズに流れ込み易い構造となっている。また燃焼室１８がペントルーフ型の形状をしている。更に、低負荷時に開弁期間を増加させる際に、２つの吸気バルブのうち１つの吸気バルブの開閉時期を遅角することで、吸気工程初期では、図７（Ａ）に示すように第１の吸気バルブ１２のみ開弁した片側開弁期間が設けられる。これにより、第１の吸気バルブ１２を通過して燃焼室１８に流入した吸気は燃焼室１８内で図中左回り方向に流れる。このとき第２の吸気バルブ１３は閉弁しているので左回り方向に流れる吸気を打ち消し合うことがなく、スワール５０を強化させることができる。一方、圧縮行程前半においては、図７（Ｂ）に示すように第２の吸気バルブ１３のみ開弁した片側開弁期間が設けられるので、ピストンの上昇により燃焼室１８内の吸気が左周りに流れながら第２の吸気バルブ１３から吸気ポート１９に吹き戻す。したがって、吹き戻し時においても燃焼室１８内の吸気のスワール５１が維持される。
【００２５】
以上のように、本実施形態では、第２の吸気バルブ１３のみの開閉時期制御と吸気ポート１９及び吸気バルブ１２、１３の配置によって、低負荷時においてスワールを強化させることができる。したがって、燃料の気化及び空気との混合が進むとともに、シリンダ壁面から受熱することで実圧縮比が低くともシリンダ内混合気温度の上昇させることができるので、燃焼を安定化させることができる。また、一旦、吸入された混合気が吸気ポート１９へ押し戻され、燃焼室１８内には左回りスワールが更に強化されて燃料の気化がより促進され、燃焼性を向上させることができる。また、吸気ポートに押し戻された混合気は、次行程にて再吸入されるが、それまでに気化や混合が進み、さらに燃焼性が向上する。
【００２６】
そして、低負荷時において燃焼安定化が図られることにより、吸気バルブの閉弁時期をより遅角制御することが可能となるので、ポンピングロスをより低減させることでき、燃費を大幅に向上させることができる。
特に、本実施形態では、第２の吸気バルブ１３の開弁期間が第１の吸気バルブ１２の開弁期間より大きく設定されているので、第２の吸気カム１１の位相を可変することで吸気バルブ全体としての開弁期間を大きく変化させることができ、上記ポンピングロスの低減効果を大きく得ることができる。
【００２７】
また、第１の吸気バルブ１２の開弁期間と第２の吸気バルブ１３との開弁期間とが異なっているので、第２の吸気バルブ１３の開弁期間の変動に拘わらず、吸気バルブの開弁期間内に第１の吸気バルブ１２及び第２の吸気バルブ１３の何れか一方の吸気バルブが開弁する片側開弁期間が設けられる。したがって、燃焼室内での吸気流同士の干渉によるスワールの低下を抑制することができ、燃焼安定性を確保することができる。特に、始動時や低回転高負荷時においても、開弁期間初期に第２の吸気バルブのみ開弁する片側開弁期間が設けられてスワールが迅速に発生するので、燃焼性が向上し、排気性能を向上させることができる。
【００２８】
また、低負荷時において、第２の吸気カム１１の最遅角制御時に、第１の吸気バルブ１２と第２の吸気バルブ１３のリフト量の線図が最大リフト量の１/２より大きい値で交差するので、この交差位置、即ち第１の吸気バルブ１２のリフト量と第２の吸気バルブ１３のリフト量とが一致する時点での吸気流量を大きく確保することができる。したがって、低負荷時において吸気流を大きく確保でき、燃焼性を更に向上させることができる。
【００２９】
また、第２の吸気バルブ１３の閉弁時期を変更する機構として、ベーン式のカム位相可変機構が用いられるので、バルブのリフトを増減することで吸気バルブの閉弁時期を変更する機構と比較して、フリクションを低減することができ、動弁機構の作動信頼性及び耐久性を向上させることができる。
なお、本発明は、カム位相可変機構２０の作動設定を、上記図６（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の３段階に変化させることに限定するものではなく、例えばこれらの領域をエンジンの特性に応じて連続的に設定してもよい。
【００３０】
さらに、上記の実施形態では第２の吸気バルブの位相を可変させたが、第１の吸気バルブ１２の位相も可変可能とすれば、位相の可変幅を大きくすることができる。
【符号の説明】
【００３１】
１  エンジン
１２  第１の吸気バルブ
１３  第２の吸気バルブ
１１  第２の吸気カム
１８  燃焼室
２０  カム位相可変機構
４０  ＥＣＵ
【図１】
2010196484.tif 000003
【図２】
2010196484.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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