(57)【要約】【課題】可変動弁機構により極小リフト・作動角に制御したときに、燃料液滴が吸気弁の隙間を通過できずに燃料供給が遅れる現象を回避する。【解決手段】吸気弁の可変動弁装置として、制御軸の回転角度に応じてリフト・作動角を連続的に拡大・縮小させることが可能な第１可変動弁機構と、作動角の中心角を連続的に遅進させることが可能な第２可変動弁機構と、を備えており、吸気弁のリフト特性を変化させることで内燃機関の吸気量が制御される。制御軸の角度に応じて最大リフト量が連続的に変化するが、リフト・作動角が最小となる制御位置における最大リフト量に対し、燃料噴射弁による燃料粒径が相対的に小さい。従って、燃料液滴が確実に気筒内へ流入する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気弁のリフト・作動角を連続的に拡大・縮小可能な可変動弁機構を備え、機関運転条件に応じて上記リフト・作動角を制御することにより内燃機関の吸気量を制御するとともに、吸気弁の上流側に燃料噴射手段を備えてなる内燃機関の吸気制御装置において、
最小リフト・作動角の制御位置における最大リフト量に対し、上記燃料噴射手段による燃料粒径が相対的に小さいことを特徴とする内燃機関の吸気制御装置。
【請求項２】
吸気弁のリフト・作動角を連続的に拡大・縮小可能な可変動弁機構を備え、機関運転条件に応じて上記リフト・作動角を制御することにより内燃機関の吸気量を制御するとともに、吸気弁の上流側に燃料噴射手段を備えてなる内燃機関の吸気制御装置において、
機関アイドル時のリフト・作動角の制御位置における最大リフト量に対し、上記燃料噴射手段による燃料粒径が相対的に小さいことを特徴とする内燃機関の吸気制御装置。
【請求項３】
吸気弁のリフト・作動角を連続的に拡大・縮小可能な第１可変動弁機構と、上記作動角の中心角を連続的に変更可能な第２可変動弁機構と、を備え、機関運転条件に応じて上記リフト・作動角および上記中心角を制御することにより内燃機関の吸気量を制御するとともに、吸気弁の上流側に燃料噴射手段を備えてなる内燃機関の吸気制御装置において、
リフト特性におけるランプ部の時間面積よりもリフト部の時間面積が小となる機関運転条件においては、燃料液滴の吸気弁への到達時期に、リフト量が燃料粒径よりも大となるように、燃料噴射時期を制御することを特徴とする内燃機関の吸気制御装置。
【請求項４】
燃料噴射期間の間はリフト量が燃料粒径よりも大であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の吸気制御装置。
【請求項５】
ランプ高さを考慮した実際のリフト量（リフト−ランプ高さ）よりも平均粒径が小であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関の吸気制御装置。
【請求項６】
上記燃料噴射手段は、吸気弁の弁頭部へ向かって中空円錐形の噴霧を形成する燃料噴射弁であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の内燃機関の吸気制御装置。
【請求項７】
１気筒に複数の吸気弁を有し、それぞれ異なるリフト特性となる構成において、全ての吸気弁のリフト量と燃料粒径とが上記の関係を満たすことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の内燃機関の吸気制御装置。
【請求項８】
吸気弁のリフト・作動角を連続的に拡大・縮小可能な第１可変動弁機構と、上記作動角の中心角を連続的に変更可能な第２可変動弁機構と、を備え、機関運転条件に応じて上記リフト・作動角および上記中心角を制御することにより内燃機関の吸気量を制御するとともに、吸気弁の上流側に燃料噴射手段を備えてなる内燃機関の吸気制御装置において、
リフト特性におけるランプ部の最大正加速度よりもリフト部の最大正加速度が小となる機関運転条件においては、燃料液滴の吸気弁への到達時期に、リフト量が燃料粒径よりも大となるように、燃料噴射時期を制御することを特徴とする内燃機関の吸気制御装置。
【請求項９】
吸気弁の弁頭部裏面に撥燃料塗膜を形成したことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の内燃機関の吸気制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、吸気弁のリフト・作動角の可変制御によって吸気量を制御するようにした内燃機関の吸気制御装置に関し、特に、吸気弁の上流側に燃料噴射手段を備えた内燃機関の吸気制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガソリン機関においては、一般に吸気通路中に設けたスロットル弁の開度制御によって吸気量を制御しているが、良く知られているように、この種の方式では、特にスロットル弁開度の小さな中低負荷時におけるポンピングロスが大きい、という問題がある。これに対し、吸気弁の開閉時期やリフト量を変化させることで、スロットル弁に依存せずに吸気量を制御しようとする試みが以前からなされており、この技術を利用して、ディーゼル機関と同様に吸気系にスロットル弁を具備しないいわゆるスロットルレスの構成を実現することが提案されている。
【０００３】
特許文献１には、本出願人が先に提案した吸気弁のリフト・作動角を同時にかつ連続的に拡大，縮小制御可能な第１の可変動弁機構と、そのリフトの中心角を連続的に遅進させる第２の可変動弁機構とを組み合わせてなる可変動弁装置が開示されている。この種の可変動弁装置によれば、上述のように、スロットル弁の開度制御に依存せずにシリンダ内に流入する空気量を可変制御することが可能であり、特に負荷の小さな領域において、いわゆるスロットルレス運転ないしはスロットル弁の開度を十分に大きく保った運転を実現でき、ポンピングロスの大幅な低減が図れる。
【特許文献１】特開２００２−２５６９０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のように吸気弁のリフト特性の変更によって吸気量を制御する場合、アイドル時等の極低負荷領域では、一般にリフト量が極小リフトとなる。このような制御状態の下で、吸気ポートに噴射供給された燃料の液滴が大きいと、吸気弁の弁隙間を通過することが困難となり、気筒内への燃料供給に遅れが生じる虞がある。従って、特に、冷機状態での過渡時の運転性に悪影響が生じやすい。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１の発明は、吸気弁のリフト・作動角を連続的に拡大・縮小可能な可変動弁機構を備え、機関運転条件に応じて上記リフト・作動角を制御することにより内燃機関の吸気量を制御するとともに、吸気弁の上流側に燃料噴射手段を備えてなる内燃機関の吸気制御装置において、最小リフト・作動角の制御位置における最大リフト量に対し、上記燃料噴射手段による燃料粒径が相対的に小さいことを特徴としている。上記の最大リフト量とは、吸気弁のリフト期間の中で、ピークに達したときのリフト量を意味する。つまり、リフト・作動角を最小に制御した状態でも、少なくともリフト量がピークに達したときには、燃料粒径よりも大きなリフト量となる。
【０００６】
請求項２の発明は、吸気弁のリフト・作動角を連続的に拡大・縮小可能な可変動弁機構を備え、機関運転条件に応じて上記リフト・作動角を制御することにより内燃機関の吸気量を制御するとともに、吸気弁の上流側に燃料噴射手段を備えてなる内燃機関の吸気制御装置において、機関アイドル時のリフト・作動角の制御位置における最大リフト量に対し、上記燃料噴射手段による燃料粒径が相対的に小さいことを特徴としている。従って、アイドル時の制御位置において、少なくともリフト量がピークに達したときには、燃料粒径よりも大きなリフト量となる。
【０００７】
請求項３の発明は、吸気弁のリフト・作動角を連続的に拡大・縮小可能な第１可変動弁機構と、上記作動角の中心角を連続的に変更可能な第２可変動弁機構と、を備え、機関運転条件に応じて上記リフト・作動角および上記中心角を制御することにより内燃機関の吸気量を制御するとともに、吸気弁の上流側に燃料噴射手段を備えてなる内燃機関の吸気制御装置において、リフト特性におけるランプ部の時間面積よりもリフト部の時間面積が小となる機関運転条件においては、燃料液滴の吸気弁への到達時期に、リフト量が燃料粒径よりも大となるように、燃料噴射時期を制御することを特徴とする。
【０００８】
請求項４の発明は、燃料噴射期間の間はリフト量が燃料粒径よりも大であることを特徴とする。
【０００９】
請求項５の発明は、ランプ高さを考慮した実際のリフト量（リフト−ランプ高さ）よりも平均粒径が小であることを特徴とする。
【００１０】
請求項６の発明では、上記燃料噴射手段は、吸気弁の弁頭部へ向かって中空円錐形の噴霧を形成する燃料噴射弁である。
【００１１】
請求項７の発明は、１気筒に複数の吸気弁を有し、それぞれ異なるリフト特性となる構成において、全ての吸気弁のリフト量と燃料粒径とが上記の関係を満たすことを特徴としている。
【００１２】
請求項８の発明は、内燃機関の吸気弁のリフト・作動角を連続的に拡大・縮小可能な第１可変動弁機構と、上記作動角の中心角を連続的に変更可能な第２可変動弁機構と、を備え、機関運転条件に応じて上記リフト・作動角および上記中心角を制御することにより内燃機関の吸気量を制御するとともに、吸気弁の上流側に燃料噴射手段を備えてなる内燃機関の吸気制御装置において、リフト特性におけるランプ部の最大正加速度よりもリフト部の最大正加速度が小となる機関運転条件においては、燃料液滴の吸気弁への到達時期に、リフト量が燃料粒径よりも大となるように、燃料噴射時期を制御することを特徴とする。
【００１３】
また請求項９の発明は、吸気弁の弁頭部裏面に撥燃料塗膜を形成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
この発明によれば、アイドル時等にリフト・作動角が小さく制御された状態においても、燃料粒径よりも大きなリフト量が確保されるので、燃料液滴が気筒内に確実に流入し、燃料の応答性が向上する。従って、特に、冷機時等における燃料の遅れによる運転性悪化を回避することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１６】
図１は、本発明に係る内燃機関の吸気弁３を開閉駆動する可変動弁装置を示す構成説明図であって、この可変動弁装置は、吸気弁３のリフト・作動角を連続的に拡大・縮小させることが可能な第１可変動弁機構１および作動角の中心角を連続的に遅進させることが可能な第２可変動弁機構２を備えている。これらの第１，第２可変動弁機構１，２は、コントロールユニット４によってそれぞれ運転条件に応じて制御される。
【００１７】
上記の第１可変動弁機構１および第２可変動弁機構２は、上述した特許文献１等によって公知のものであり、従って、その概要のみを説明する。
【００１８】
リフト・作動角を可変制御する第１可変動弁機構１は、内燃機関のクランクシャフトにより駆動される駆動軸５と、この駆動軸５に固定された偏心カム６と、回転自在に支持された制御軸７と、この制御軸７の偏心カム部８に揺動自在に支持されたロッカアーム９と、吸気弁３のタペット１０に当接する揺動カム１１と、を備えており、上記偏心カム６とロッカアーム９とはリンクアーム１２によって連係され、ロッカアーム９と揺動カム１１とは、リンク部材１３によって連係されている。
【００１９】
上記ロッカアーム９は、略中央部が上記偏心カム部８によって揺動可能に支持されており、その一端部に、連結ピン１５を介して上記リンクアーム１２のアーム部が連係しているとともに、他端部に、連結ピン１６を介して上記リンク部材１３の上端部が連係している。上記偏心カム部８は、制御軸７の軸心から偏心しており、従って、制御軸７の角度位置に応じてロッカアーム９の揺動中心は変化する。
【００２０】
上記揺動カム１１は、駆動軸５の外周に嵌合して回転自在に支持されており、側方へ延びた端部に、連結ピン１７を介して上記リンク部材１３の下端部が連係している。この揺動カム１１の下面には、駆動軸５と同心状の円弧をなす基円面と、該基円面から所定の曲線を描いて延びるカム面と、が連続して形成されており、これらの基円面ならびにカム面が、揺動カム１１の揺動位置に応じてタペット１０の上面に当接する。なお、上記基円面とカム面との間には、各部の熱膨張等を吸収するためのランプ部が設けられている。
【００２１】
上記制御軸７は、一端部に設けられたリフト・作動角制御用アクチュエータ２１によって所定角度範囲内で回転するように構成されている。なお、この制御軸７の実際の回転角度は、制御軸センサ２２によって検出される。
【００２２】
上記第１可変動弁機構１によれば、図２に示すように、上記制御軸７の回転角度位置に応じて吸気弁３のリフトならびに作動角が、両者同時に、連続的に拡大，縮小し、このリフト・作動角の大小変化に伴い、吸気弁３の開時期と閉時期とがほぼ対称に変化する。リフト・作動角の大きさは、制御軸７の回転角度位置によって一義的に定まる。
【００２３】
一方、中心角を可変制御する第２可変動弁機構２は、上記駆動軸５の前端部に設けられたスプロケット３１と、このスプロケット３１と上記駆動軸５とを、所定の角度範囲内において相対的に回転させる位相制御用アクチュエータ３２と、から構成されている。上記スプロケット３１は、図示せぬタイミングチェーンもしくはタイミングベルトを介して、クランクシャフトに連動している。上記位相制御用アクチュエータ３２は、例えば油圧式の回転型アクチュエータからなり、コントロールユニット４からの制御信号によって図示せぬ油圧制御弁を介して制御される。この位相制御用アクチュエータ３２の作用によって、スプロケット３１と駆動軸５とが相対的に回転し、バルブリフトにおけるリフト中心角が遅進する。つまり、リフト特性の曲線自体は変わらずに、全体が進角もしくは遅角する。また、この変化も、連続的に得ることができる。この第２可変動弁機構２の制御状態は、駆動軸５の回転位置に応答する駆動軸センサ３３によって検出される。
【００２４】
従って、第１，第２可変動弁機構１，２の制御を組み合わせることにより、吸気弁３の開時期および閉時期をリフト量とともに可変制御でき、シリンダ内に流入する吸気量を負荷に応じて制御することができる。
【００２５】
また、本発明では、上記吸気弁３の上流側となる吸気ポートに電磁式燃料噴射弁（図示せず）が配置されており、所定の噴射時期に燃料噴射弁３の弁頭部へ向かって燃料を噴射するように構成されている。
【００２６】
図３は、上述した第１可変動弁機構１における制御軸７の角度と最大リフト量との関係を示しており、図示するように、制御軸７を最小リフト・作動角の位置から最大リフト・作動角の位置まで動かすことによって、最大リフト量は連続的に増加する。ここで請求項１の発明では、制御軸７を最小リフト・作動角の位置としたときの最大リフト量よりも、上記燃料噴射弁による燃料粒径が相対的に小さい。従って、制御軸７がどのような制御位置にあろうとも、空気流れに乗った燃料液滴がバルブシート部に引っ掛からずに気筒内に確実に供給され、サイクル毎の空燃比のばらつきを回避できる。そのため、例えば、機関冷機時の低負荷域における安定性が向上する。換言すれば、この実施例では、最大リフト量が０となることはなく、常に燃料粒径よりも大きな最大リフト量が確保される。
【００２７】
次に、図４は、請求項２に係る発明の説明図であって、請求項２の発明では、制御軸７を機関アイドル時の制御位置としたときの最大リフト量よりも、上記燃料噴射弁による燃料粒径が相対的に小さい。なお、このアイドル時の位置よりも小リフト・作動角側は、例えば減速中の燃料カット時に用いられる。
【００２８】
この実施例によれば、機関アイドル時に、燃料液滴が気筒内に確実に供給され、サイクル毎の空燃比ばらつき、ひいてはアイドル運転の不安定化を回避できる。また、燃料カット時に吸気弁３を実質的に閉状態に維持することができ、例えば、燃料カット中の触媒温度の低下が抑制される。
【００２９】
次に、請求項３および請求項８の発明について図５〜図８に基づいて説明する。
【００３０】
図５は、リフト・作動角を比較的小さく制御した状態でのリフト特性の一例（図（ａ））とその弁加速度（図（ｂ））とを示している。
【００３１】
ここで、ランプ部は  制御軸７の角度位置によらずほぼ一定の加速度パターンおよびリフト量となる。そもそも、ランプ部は、温度や摩耗によるバルブクリアランスの変化に対して、加速度の低いところで揺動カム１１と吸気弁３とを接触させるものである。ランプ部の最大加速度をα、実際のリフト部の最大加速度をβとすると、リフト・作動角が比較的小さな領域で、α＞βとなるリフト特性が存在し、かつこれは、一般に、アイドル等の領域で使用される。図６は、最大リフト量と加速度α，βの関係を示したものであり、図のように、α＞βとなる領域は、燃料粒径に吸気弁最大リフト量が近づく領域となる。  同様に、図５のランプ部面積Ａと実リフト部面積Ｂとに着目した場合でも、Ａ＞Ｂのときには、図７に示すように、燃料粒径に最大リフト量が近づく。
【００３２】
従って、本発明では、このような条件のときに、燃料の噴射時期を最適に選択し、燃料液滴がバルブシート部に堰き止められることを回避する。
【００３３】
すなわち、一般に、吸気ポート噴射の場合の燃料噴射時期は、吸気弁３部分での二次的微粒化作用を得るために、吸気弁開弁時期よりも前に設定されることが多く、通常のリフト量の場合には、この噴射タイミングが望ましい。しかし、極小リフト・作動角の下で、このような噴射時期とすると、バルブシート部に燃料液滴が引っ掛かることがある。しかも、吸気弁３部分で吸入空気量を制御するため、気筒内と吸気ポートとの差圧が小さく、二次的な燃料微粒化効果も減少するため、燃料液滴がバルブシート部に付着しやすくなる。
【００３４】
そこで、前述したα＞βあるいはＡ＞Ｂのときには、図８に燃料噴射時期と吸気弁リフト特性との関係を示すように、吸気弁３が開弁しており、かつ燃料粒径よりもリフト量が大となる期間に、噴射された燃料液滴が吸気弁３に到達するように、噴射時期が制御される。
【００３５】
このように噴射時期を制御することで、燃料が吸気弁３部分を通り抜けられる時間が短いときにも、確実に燃料を気筒内に供給でき、サイクル毎の空燃比のばらつきを抑制できる。
【００３６】
次に、図９は、請求項４に係る発明の説明図である。図示するように、燃料噴射弁による燃料噴射期間の間は、リフト量が燃料粒径よりも大となっている。なお、この場合も、噴射された燃料液滴が吸気弁３に到達するまでの遅れ時間を考慮することが望ましい。従って、燃料液滴が吸気弁３に到達して該吸気弁３を通過する間、吸気弁３のリフト量が燃料粒径よりも大きく確保されることになり、円滑に気筒内に供給される。
【００３７】
次に、図１０は、請求項５に係る発明の説明図である。ここでは、図示するように、ランプ高さを考慮した実際のリフト量（リフト−ランプ高さ）よりも平均粒径が小である。従って、経時変化や温度等の環境条件変化に拘わらず、確実に燃料を気筒内に輸送できる。
【００３８】
次に、図１１は、請求項６に係る発明の説明図である。図示するように、燃料噴射手段として、吸気ポート５１内に燃料を噴射する燃料噴射弁５２が設けられているが、この燃料噴射弁５２は、吸気弁３の弁頭部３ａへ向かって中空円錐形の噴霧Ｆを形成する構成となっている。つまり、バルブシート５３との間に生じる円環状の隙間へ向かって燃料が噴射されるので、燃料液滴が空気流に乗って気筒内に流入しやすく、吸気ポート５１内での燃料付着が少なくなる。なお、１気筒当たりに一対の吸気弁３を備えた構成では、図１２に示すように、各吸気弁３へ向かうようにＶ字形に一対の噴霧Ｆを形成し得る燃料噴射弁５２が用いられる。
【００３９】
次に、図１３は、請求項７に係る発明の説明図である。１気筒当たりに複数個、例えば一対の吸気弁３を備えた内燃機関においては、それぞれのリフト特性にリフト量差もしくは位相差を与えて、ガス流動を強化し、燃焼の改善を図ることがある。図１３は、一対の吸気弁３のリフト・作動角が僅かに異なる例を示している。このような場合、リフト量が相対的に小さい方の吸気弁３のリフト特性に合わせて、前述したような燃料粒径との所定の関係を満たしている必要がある。図示の例では、燃料液滴が吸気弁３に到達した時期に、双方の吸気弁３のリフト量が燃料粒径よりも大となるように、燃料噴射時期が設定される。従って、双方の吸気弁３を通して燃料を気筒内に確実に供給できる。
【００４０】
次に、図１４は、請求項９に係る発明の説明図である。図示するように、吸気弁３の弁頭部３ａ裏面に、例えばフッ素樹脂等からなる撥燃料塗膜５５を形成してある。これにより、噴射された燃料液滴が弁頭部３ａに付着しにくくなり、バルブシート５３との隙間から気筒内へ流入しやすくなる。極小リフト時には、バルブシート５３寄りの周縁部では流速が高く、逆に、弁頭部３ａ裏面には、流速が殆どなく、燃料液滴が付着しやすい状態となる。上記のように撥燃料塗膜５５を設けることで、この弁頭部３ａ裏面への燃料付着を回避できる。なお、バルブシート５３の内周面５３ａにも同様の撥燃料塗膜を形成すると、さらに燃料液滴の付着を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】この発明に用いられる可変動弁装置を示す構成説明図。
【図２】第１可変動弁機構によるリフト・作動角の変化を示す特性図。
【図３】請求項１の発明の説明図。
【図４】請求項２の発明の説明図。
【図５】リフト特性（ａ）と加速度（ｂ）とを対比して示す特性図。
【図６】最大リフト量と加速度α，βの関係を示した特性図。
【図７】最大リフト量とランプ部面積Ａおよび実リフト部面積Ｂとの関係を示した特性図。
【図８】請求項３および請求項８の発明の説明図。
【図９】請求項４の発明の説明図。
【図１０】請求項５の発明の説明図。
【図１１】請求項６の発明の説明図。
【図１２】一対の吸気弁を備える場合の説明図。
【図１３】請求項７の発明の説明図。
【図１４】請求項９の発明の説明図。
【符号の説明】
【００４２】
１…第１可変動弁機構
２…第２可変動弁機構
３…吸気弁
７…制御軸
５２…燃料噴射弁  
【図１】
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【図２】
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【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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