(57)【要約】【課題】吸気バルブの閉弁時期のみを遅らせる。【解決手段】エンジンの可変動弁装置は、吸気バルブ２６を開閉駆動する動弁機構２８と、吸気バルブ２６を回転させる回転機構３２と、回転機構３２を制御するコントロールユニット３６と、を有する。また、吸気バルブ２６のバルブフェース２６Ａが、その軸心に対して非対称（非軸対称）な形状をなしている一方、吸気バルブ２６のバルブフェース２６Ａが着座するバルブシート３０が、バルブフェース２６Ａに倣った形状をなしている。そして、回転機構３２により吸気バルブ３６を回転させると、そのバルブフェース３６Ａの一部がバルブシート３０に引っ掛かり、吸気バルブ２６とバルブシート３０とが密着しないことから、いわゆる「半閉じ状態」が作り出され、吸気バルブ２６の閉弁時期のみを遅らせることができる。【選択図】図１
2012122335.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バルブスプリングの付勢力に抗して吸気バルブのステムエンドを押圧することで、該吸気バルブを開閉駆動する動弁機構と、
前記吸気バルブを回転させる回転機構と、
前記回転機構を制御するコントロールユニットと、
を含んで構成され、
前記吸気バルブのバルブフェースが非軸対称な形状をなす一方、前記バルブフェースが着座するバルブシートが該バルブフェースに倣った形状をなしていることを特徴とするエンジンの可変動弁装置。
【請求項２】
前記回転機構は、
前記吸気バルブのバルブステムにおいて、その軸方向に沿って所定範囲に亘って形成された第１のギヤと、
前記第１のギヤに噛み合いつつその形成方向に相対変位可能な第２のギヤと、
前記第２のギヤを回転させるアクチュエータと、
を含んで構成されたことを特徴とする請求項１記載のエンジンの可変動弁装置。
【請求項３】
前記アクチュエータは、ステッピングモータであることを特徴とする請求項２記載のエンジンの可変動弁装置。
【請求項４】
前記コントロールユニットは、エンジンの運転状態がミラーサイクル領域にあるときに、吸気行程において前記回転機構を作動させることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載のエンジンの可変動弁装置。
【請求項５】
エンジンの回転速度を検出する回転速度センサと、
エンジンの負荷を検出する負荷センサと、
を更に備え、
前記コントロールユニットは、エンジンの回転速度及び負荷に基づいて、エンジンの運転状態がミラーサイクル領域にあるか否かを判定することを特徴とする請求項４記載のエンジンの可変動弁装置。
【請求項６】
前記吸気バルブのステムエンドに、コイルスプリングが内蔵されたバルブリフターが取り付けられたことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載のエンジンの可変動弁装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの可変動弁装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
良好な熱効率及び燃焼を両立させる技術として、吸気行程において吸気バルブの閉弁時期を遅らせることで、圧縮比よりも膨張比を大きくしたミラーサイクルが知られている。ミラーサイクルを実現させるためには、例えば、特開２００８−２２７３号公報（特許文献１）に記載されるように、クランク角度に対して吸気バルブのバルブタイミングを遅角させる可変バルブタイミングコントロール（ＶＴＣ）機構が必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２２７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ＶＴＣ機構は、例えば、カムシャフトを捩じることで、バルブ作動角の中心位相を変更する機構であるため、吸気バルブの閉弁時期を遅らせるために中心位相を遅角させると、吸気バルブの開弁時期も遅れてしまう。吸気バルブの開弁時期を変更せずに、吸気バルブの閉弁時期を遅らせるために、複数のカムを適宜切り換える技術も実用化されているが、その機構は複雑かつ高価であった。
【０００５】
そこで、本発明は従来技術の問題点に鑑み、吸気バルブの閉弁時期のみを遅らせることができるエンジンの可変動弁装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
エンジンの可変動弁装置は、バルブスプリングの付勢力に抗して吸気バルブのステムエンドを押圧することで、吸気バルブを開閉駆動する動弁機構と、吸気バルブを回転させる回転機構と、回転機構を制御するコントロールユニットと、を有する。そして、吸気バルブのバルブフェースが非軸対称な形状をなす一方、バルブフェースが着座するバルブシートがバルブフェースに倣った形状をなしている。
【発明の効果】
【０００７】
吸気バルブを回転させると、そのバルブフェースの一部がバルブシートに引っ掛かり、吸気バルブとバルブシートとが密着しないことから、いわゆる「半閉じ状態」が作り出され、吸気バルブの閉弁時期のみを遅らせることができる。また、吸気バルブを遅閉じさせることで、圧縮比よりも膨張比が大きくなって、圧縮比及び燃焼温度が低下することから、排気性状の向上及びフリクションの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】可変動弁機構を備えたエンジンの概要図
【図２】吸気バルブの一例を示し、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は側面図
【図３】バルブシートの一例を示し、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は側面図
【図４】吸気バルブの他の例を示し、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は側面図
【図５】バルブリフタの取付構造図
【図６】制御プログラムの内容を説明するフローチャート
【図７】吸気バルブの半閉じ状態の説明図
【図８】吸気バルブの制御状態の説明図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、添付された図面を参照し、本発明を実施するための実施形態について詳細に説明する。
図１は、本実施形態に係る可変動弁装置を備えたエンジンの概要を示す。
エンジン１０におけるシリンダブロック１２のシリンダライナ１４には、ピストン１６が往復動可能に嵌挿される。シリンダブロック１２の上面には、ガスケット１８を介在させて、吸気ポート２０及び排気ポート（図示せず）が夫々形成されたシリンダヘッド２２が締結される。シリンダヘッド２２には、燃焼室を臨む吸気ポート２０及び排気ポートの開口を所定タイミングで開閉すべく、バルブガイド２４により軸方向に摺動可能に支持される吸気バルブ２６及び排気バルブ（図示せず）が夫々配設される。
【００１０】
シリンダヘッド２２の上面に締結されるヘッドカバー（図示せず）の内部には、吸気バルブ２６及び排気バルブを開閉駆動する動弁機構２８が配設される。動弁機構２８は、吸気バルブ２６を閉弁方向に付勢するバルブスプリングと、バルブスプリングの付勢力に抗して吸気バルブ２６のステムエンドを押圧することで、吸気バルブ２６を開弁させるカムが一体化されたカムシャフトと、を含んで構成される。なお、排気バルブの動弁機構２８も同様である。
【００１１】
また、シリンダヘッド２２の吸気ポート２０の開口には、吸気バルブ２６のバルブフェース２６Ａが着座するバルブシート３０が圧入される（排気ポートも同様である）。
吸気バルブ２６には、これを軸心周りに回転させる回転機構３２が取り付けられる。回転機構３２は、吸気バルブ２６のバルブステム２６Ｂに形成された第１のギヤ３２Ａと、第１のギヤ３２Ａに噛み合いつつバルブステム２６Ｂの軸方向に相対変位可能な第２のギヤ３２Ｂと、第２のギヤ３２Ｂを回転させるアクチュエータ３２Ｃと、を含んで構成される。ここで、第１のギヤ３２Ａは、バルブステム２６Ｂの軸方向に沿って所定範囲に亘って形成される、例えば、その軸方向に歯面が直線的に延びるギヤである。第２のギヤ３２Ｂは、回転方向を９０°変向可能な、例えば、歯面が斜めに延びるウォームギヤである。アクチュエータ３２Ｃは、第１のギヤ３２Ａ及び第２のギヤ３２Ｂを介して吸気バルブ２６の回転角度を容易に制御可能とすべく、例えば、回転角度を連続的に制御可能なステッピングモータである。なお、回転機構３２としては、図示する構造のものに限らず、種々の構造を有するものが適用可能である。
【００１２】
吸気バルブ２６のバルブフェース２６Ａは、その軸心に対して非対称（非軸対称）な形状、例えば、図２に示すように、円筒の側面を平行する２本の線でカットした、横断面が略角丸四角形の台部２６Ｃを有する形状をなす。一方、バルブシート３０は、吸気バルブ２６のバルブフェース２６Ａに倣った形状、例えば、図３に示すように、その台部２６Ｃが嵌合する凹部３０Ａを有する形状をなす。従って、吸気バルブ２６を回転させると、その台部２６Ｃがバルブシート３０の座面に引っ掛かり、吸気バルブ２６とバルブシート３０とが密着しないことから、いわゆる「半閉じ状態」を作り出すことができる。
【００１３】
なお、吸気バルブ２６のバルブフェース２６Ａは、図４に示すように、その表面を平行する２本の線でカットした形状としてもよい。この場合には、バルブシート３０は、吸気バルブ２６のバルブフェース２６Ａに倣った形状、即ち、そのバルブフェース２６Ａが嵌合する形状をなしていればよい。要するに、吸気バルブ２６のバルブフェース２６Ａ及びバルブシート３０は、図２〜図４に示す形状に限らず、両者が相対回転したときに「半閉じ状態」を作り出す形状をなしていればよい。
【００１４】
また、吸気バルブ２６のステムエンド２６Ｄには、図５に示すように、内部にコイルバネ３４Ａが内蔵されたバルブリフタ３４が取り付けられる。バルブリフタ３４は、有底円筒形状をなし、吸気バルブ２６のステムエンド２６Ｄと動弁機構２８のロッカアーム２８Ａとが離間しないようにする。このようにすれば、吸気バルブ２６が半閉じ状態となっても、バルブリフタ３４のコイルスプリング３４Ａの付勢力により、ステムエンド２６Ｄとロッカアーム２８Ａとが離間しないことから、例えば、ロッカアーム２８Ａが吸気バルブ２６を叩くなどの異音発生を抑制することができる。なお、このようなバルブリフター３４は、例えば、特開２００８−１３８６号公報などで提案されている。
【００１５】
回転機構３２を電子制御するために、コンピュータを内蔵したコントトールユニット３６が設けられる。コントロールユニット３６には、エンジン１０の回転速度Ｎｅを検出する回転速度センサ３８、エンジン１０の負荷Ｑを検出する負荷センサ４０、クランクの回転角度θを検出する角度センサ４２からの出力が夫々入力される。そして、コントロールユニット３６は、ＲＯＭ（Read Only Memory）などに記憶された制御プログラムを実行することで、回転速度Ｎｅ，負荷Ｑ及び回転角度θに応じて回転機構３２のアクチュエータ３２Ｃを電子制御する。
【００１６】
ここで、エンジン１０の負荷Ｑとしては、吸気流量，吸気負圧，過給圧力，スロットル開度，アクセル開度などトルクと密接に関連する状態量を用いることができる。また、エンジン１０の回転速度Ｎｅ及び負荷Ｑは、エンジンを電子制御するエンジンコントロールユニット（図示せず）から読み込むようにしてもよい。さらに、クランクの回転角度θに代えて、カムシャフトの回転角度を用いてもよい。
【００１７】
図６は、エンジン１０が始動されたことを契機として、コントロールユニット３６が所定時間ごとに繰り返し実行する制御プログラムの内容を示す。
ステップ１（図では「Ｓ１」と略記する。以下同様。）では、コントロールユニット３６が、回転速度センサ３８からエンジン１０の回転速度Ｎｅを読み込む。
ステップ２では、コントロールユニット３６が、負荷センサ４０からエンジン１０の負荷Ｑを読み込む。
【００１８】
ステップ３では、コントロールユニット３６が、例えば、エンジン１０の回転速度及び負荷に対応した各種運転状態が設定されたマップを参照し、回転速度Ｎｅ及び負荷Ｑにより特定される運転状態がミラーサイクル領域であるか否かを判定する。そして、コントロールユニット３６は、運転状態がミラーサイクル領域であると判定すれば処理をステップ４へと進める一方（Ｙｅｓ）、運転状態がミラーサイクル領域でないと判定すれば処理を終了させる（Ｎｏ）。
【００１９】
ステップ４では、コントロールユニット３６が、角度センサ４２からクランクの回転角度θを読み込む。
ステップ５では、コントロールユニット３６が、回転角度θに基づいて吸気行程であるか否かを判定する。そして、コントロールユニット３６は、吸気行程であると判定すれば処理をステップ６へと進める一方（Ｙｅｓ）、吸気行程でないと判定すれば処理をステップ４へと戻す（Ｎｏ）。ここで、吸気行程とは、ピストン１６の位置にかかわらず、エンジン１０の燃焼室に吸気が吸入される行程を意味する。
【００２０】
ステップ６では、コントロールユニット３６が、回転機構３２のアクチュエータ３２Ｃに対して制御信号を出力し、吸気バルブ２６を回転させる。
ステップ７では、コントロールユニット３６が、角度センサ４２からクランクの回転角度θを読み込む。
ステップ８では、コントロールユニット３６が、回転角度θが吸気バルブ２６の閉弁時期になったか否かを判定する。そして、コントロールユニット３６は、閉弁時期になったと判定すれば処理をステップ９へと進める一方（Ｙｅｓ）、閉弁時期になっていないと判定すれば処理をステップ７へと戻す（Ｎｏ）。
【００２１】
ステップ９では、コントロールユニット３６が、回転機構３２のアクチュエータ３２Ｃに対して制御信号を出力し、吸気バルブ２６の回転を解除する。
このような可変動弁装置によれば、エンジン１０の運転状態がミラーサイクル領域にあるときには、図７に示すように、吸気行程において吸気バルブ２６が回転する。吸気バルブ２６が回転した状態では、動弁機構２８により吸気バルブ２６が閉弁しようとしても、吸気バルブ２６及びバルブシート３０が非軸対称な形状をなしているため、吸気バルブ２６のバルブフェース２６Ａの一部とバルブシート３０とが接触して半閉じ状態となる。半閉じ状態では、吸気バルブ２６とバルブシート３０との隙間を介して、エンジン１０の燃焼室と吸気ポート２０とが連通しているため、吸気バルブ２６の遅閉じと実質的同一な状態を実現することができる。そして、吸気バルブ２６の閉弁時期になると、吸気バルブ２６の回転が解除されるため、バルブスプリングの付勢力により吸気バルブ２６のバルブフェース２６Ａとバルブシート３０が密接して、吸気バルブ２６が閉弁する。
【００２２】
このため、図８に示すように、吸気バルブ２６の回転を解除する時期を適宜設定することで、吸気バルブ２６の閉弁時期のみを遅らせることができる。また、吸気バルブ２６を遅閉じさせることで、圧縮比よりも膨張比が大きくなって、圧縮比及び燃焼温度が低下することから、排気性状の向上及びフリクションの低減を図ることができる。
一方、エンジン１０の運転状態がミラーサイクル領域にないときには、吸気バルブ２６が回転しないため、吸気バルブ２６がカムプロフィールによって規定されるタイミングで開閉し、例えば、高速走行時の走行性能などを発揮させることができる。
【００２３】
なお、本実施形態に係る可変動弁装置は、ミラーサイクルを実現するためだけではなく、例えば、絞り損失を低減させるためなどにも適用することができる。この場合、吸気バルブ２６を回転させるタイミングは、その目的などに応じて適宜変更すればよい。
【符号の説明】
【００２４】
２６    吸気バルブ
２６Ａ  バルブフェース
２６Ｂ  バルブステム
２６Ｄ  ステムエンド
２８    動弁機構
３０    バルブシート
３２    回転機構
３２Ａ  第１のギヤ
３２Ｂ  第２のギヤ
３２Ｃ  アクチュエータ
３４    バルブリフタ
３４Ａ  コイルスプリング
３６    コントロールユニット
３８    回転速度センサ
４０    負荷センサ
【図１】
2012122335.tif 000003
【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】
2012122335.tif 000008
【図７】
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【図８】
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