(57)【要約】【課題】内燃機関出力制御を吸気動弁機構で行い、スロットルバルブを廃して省燃費性を高める。【解決手段】ロッカーアームへ回転自在に接合したカムアームに吸気動弁カムを作用させ、ＩＶＣ制御カムによるカムアームとロッカーアームの相対角度制御により、吸気バルブ閉弁工程作用角増減に伴うＩＶＣ連続制御可能とした吸気動弁機構で圧縮工程後半までＩＶＣを遅らせ吸入空気をポートへ戻す可変ミラーサイクルとも言える出力制御を、回転自在に装着したロッカーシャフトによるＩＶＣ制御カムの回転位置制御で容易に実行できる動弁機構を備える。【選択図面】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カムとアームを一体化したカムアームを、ベース円中心が軸となる形態でロッカーアームへ回転自在に接合し、カムアームに動弁カムを作用させる構成にしたうえで、ロッカーアームとカムアームの相対角度を連続で変化させ、動弁カムがカムアームベース円に作用する状態からカムアームカム山に作用する状態へ移行していくと、ロッカーアームと動弁カム作用点の相対位置変化により閉弁工程作用角が連続で増加することを利用した、動弁カム閉弁工程作用角増減に伴うＩＶＣ変化を連続制御可能であることを特徴とする内燃機関の動弁機構。
【請求項２】
閉弁工程で作用角増減を連続制御可能な吸気動弁機構により、圧縮工程後半までＩＶＣを遅らせ、燃焼室内吸入空気を吸気ポートへ戻す方式の燃焼空気量制御を実施して、可変ＩＶＣの遅角量で戻す空気量制御を行い出力制御することを特徴とする４サイクル内燃機関出力制御の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の吸気工程の動力損失を低減した可変ＩＶＣによる出力制御を可能にする動弁装置の機構と出力制御の方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の出力制御はディーゼルエンジン以外殆どがスロットルバルブで出力制御されており、出力制御のために吸気の通路にスロットルバルブを設置し、吸気通路を狭め吸気抵抗で吸入空気量制御をすることで行っている。
【０００３】
しかし、スロットルバルブによる出力制御は、負圧で燃焼室に空気を流入させる工程に抵抗を作り出す事で燃焼室の負圧が大きくなり、ピストン裏側の正圧との差が大きくなるために出力損失が発生しており、出力を抑えるためにスロットルバルブを閉めるほど燃焼室負圧は大きくなる問題点がある。
【０００４】
最近ドイツの自動車メーカーBMWが吸気バルブタイミングで出力制御するエンジンを開発し市販しているが、吸気バルブの作用角とリフト量を減らし吸入空気を減少させる出力制御方法は、低出力制御時の燃焼室内負圧が発生しており、スロットルバルブによる出力制御と吸気工程出力損失は変わっていない。
【０００５】
動力損失を抑える目的としてワトキンソンサイクル又はミラーサイクルと言われる、実質上の圧縮工程を小さくして、比率的に膨張行程を大きく設定したエンジンがトヨタ自動車からハイブリッド車に搭載され発売されており、ＩＶＣが遅く設定され吸入工程後の圧縮工程時に、吸入した空気を吸気ポートに戻し、ＩＶＣ後を圧縮工程とすることで、実質的な圧縮工程を小さくしている。確かに圧縮工程容積の減少で圧縮時の容積は小さくなり、膨張比率が向上するので効率は良くなっているが、スロットルバルブで出力制御することにより、吸入工程出力損失は理論上大きくなる可能性がある。
【０００６】
可変バルブタイミング技術で低速と高速では違うカムプロフィールを使い分け回転数に応じた切り換えが出来るエンジンが多くなったが、カムシャフトに違う作用角とリフト量のカムを設けてあり、使い分けるだけで出力特性を変える働きしかなく、出力制御に使える吸気工程出力損失を低減した省燃費技術としては存在していない。
【特許文献１】特開２００２−２４２６２７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
内燃機関の出力制御において、吸気工程で出力損失が大きいスロットルバルブに頼らない効率の良い出力制御機能を、４サイクル内燃機関の動弁機構の機能に持たせる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は出力制御を、吸気工程後の圧縮工程でＩＶＣを制御し、燃焼室内吸入空気を吸気ポートへ戻す空気量制御で実行することを可能とした、ＩＶＣ連続可変機能を持つ吸気動弁機構による出力制御を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明による出力制御によりスロットルバルブを廃し、吸気工程の抵抗を故意に作らないことで低出力出力制御時の吸気工程出力損失が減少し、ディーゼル機関を除く４サイクル内燃機関が省燃費性を向上させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
動弁カムシャフトをロッカーシャフト側から吸気バルブ側にカム山が移行する回転に設定し、閉弁工程で吸気バルブが閉じる動きを減速させる作用をする形態にした事で、カムアームに強い力が加わらない構造となりカムアームを軽量に設計した。
【００１１】
カムアームベース円と同径のローラー２個がカムアームを挟む形態でカムアームシャフトに自在に接合してあり、ローラーにも吸気カムを作用させて、カムアームとロッカーアーム間でカムアームシャフトが破損するのを防止し、フリクションロスを低減させた。
【００１２】
カムアーム端部にもローラーを設置してフリクションロス低減を図っており、ＩＶＣ遅角制御していない高出力発生時に、カムアーム端部との接点がＩＶＣ制御カムのベース円部位だけになる形態にして、カムアームにカムアームシャフトを支点とする動きが発生しない設定として、高回転での振動に対処した。
【００１３】
カムアーム制御はＩＶＣ制御カムをロッカーシャフトとボルトで接合し、シリンダーヘッドにロッカーシャフトを回転自在に装着し、ロッカーシャフトを回転させてＩＶＣ制御カムの回転位置制御をすることによって容易に実行できる構成にした。
【実施例１】
【００１４】
図１は本発明の１実施例であり、主要構成部分を一部表示無し及び断面としてある二面図である。上が上面視点の吸気カム１３表示無しの図であり、下はロッカーシャフトの軸方向から見たロッカーアーム右２表示無しの図である。
【００１５】
ロッカーアーム右２とロッカーアーム左１をカムアームシャフト５で一体化した構成になっており、ローラー１１、１２に挟まれた構成でカムアーム３はカムアームシャフト５を支点として自在に接合し、吸気カム１３は右回転でカムアーム３とローラー１１、１２に作用する。ＩＶＣ制御は、ＩＶＣ制御カム４の回転位置によりカムアーム端部ローラー６とロッカーシャフト７の距離を変化させる事で、ロッカーシャフト７を支点とするロッカーアーム右２ロッカーアーム左１とカムアーム３との相対角度を変化させて実行する。ロッカーシャフト７はシリンダーヘッド１４へ自在に装着され、ロッカーシャフト７とＩＶＣ制御カム４は、ＩＶＣ制御カム固定ボルト８により接合されており、ロッカーシャフト７の回転位置でＩＶＣ制御カム４の回転位置制御を行うことで、吸気カム１３の作用角制御が可能となっている。
【実施例２】
【００１６】
図２は本発明を吸気動弁機構に実施時の形態で、一部表示なし及び断面とした吸気閉弁バルブタイミング遅角時の図である。
【００１７】
吸気カム１３が右回転してカムアーム３のベース円とローラー１１、１２に作用した後、吸気バルブ１７が閉じているはずの吸気カム１３回転位置であっても、ＩＶＣ制御カム４が低出力回転位置にあることで、カムアームシャフト５を支点とするカムアーム３と左右ロッカーアーム１、２の相対角度が変化して、カムアーム３のカム山が吸気カム１３の作用範囲に移動していることで吸気カム１３のカム山がカムアーム３カム山に作用した状態となり、吸気カム１３のベース円とカムアーム３のベース円の間に間隔が生じ、吸気バルブ１７が開いている。カムアーム３は角度が変化して位置を変えるが、カムアームスプリング２２が収縮し、カムアーム端部ローラー６をＩＶＣ制御カム４へ常時押さえつけてカムアーム３の振れを防止しており、スプリングキャップ２３は常にカムアーム３端部と接点を持てる大きさで構成してある。
【実施例３】
【００１８】
図３は本発明を実施した吸気動弁機構出力制御時のＩＶＣ可変範囲とバルブタイミングを表した図である。
【００１９】
図の通り最大出力時作用角が最小出力時作用角より小さくなるのは増加した吸気バルブの作用角を燃焼室内吸入空気排出のために作用させているからであり、圧縮工程後半まで及ぶ閉弁工程作用角増減による連続ＩＶＣ可変機能がこの方法の出力制御を可能とさせている。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
本発明の動弁機構は特別な加工技術を必要とせず、シンプルな構成で内燃機関のポンピングロスを飛躍的に低減した出力制御の方法として、最高出力運転の比率が少ない４サイクルガソリンエンジン搭載の自動車、農機、発電機、などに適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】可変ＩＶＣ構造主要部分を上面図と側面図で示した説明図である。（実施例１）
【図２】可変ＩＶＣ機構で遅角した状況を示した説明図である。（実施例２）
【図３】バルブタイミングを示した説明図である。（実施例３）
【符号の説明】
【００２２】
１    ロッカーアーム左
２    ロッカーアーム右
３    カムアーム
４    ＩＶＣ制御カム
５    カムアームシャフト
６    カムアーム端部ローラー
７    ロッカーシャフト
８    ＩＶＣ制御カム固定ボルト
９    タペット固定ナット
１０  タペット調整ボルト
１１  ローラー
１２  ローラー
１３  吸気動弁カム
１４  シリンダーヘッド
１５  バルブステムガイド
１６  バルブシートリング
１７  吸気バルブ
１８  バルブスプリング
１９  バルブスプリングリテーナー
２０  バルブコッター
２１  吸気ポート
２２  カムアームスプリング
２３  カムアームスプリングキャップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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