JP4430611B2 - 内燃機関 - Google Patents

Description

本発明は、吸気マニホールドを共有する複数の気筒の一部を休止させる休筒運転状態と、全ての気筒を稼動させる全筒運転状態とを切換え可能な内燃機関に関する。

２サイクルのＶ型６気筒エンジンにおいて、アクセル開度の増加に応じて稼動する気筒の数を２個→３個→４個→６個と順次増加させる際に、２気筒運転時には２個の気筒を１８０°の等間隔で点火し、３気筒運転時には３個の気筒を１２０°の等間隔で点火し、４気筒運転時には４個の気筒を１２０°間隔および６０°間隔の２種類の間隔を混在させて点火し、６気筒運転時には６個の気筒を６０°の等間隔で点火するものが、下記特許文献１に記載されている。
特開平８−１１４１３３号公報

ところで上記従来のものにおいて、４気筒運転時には片側バンクの３気筒のうちの１気筒が休止されるため、点火順序が１２０°間隔で休止気筒→第１稼動気筒→第２稼動気筒となり、第１稼動気筒が稼動してから第２稼動気筒が稼動するまでの期間は１２０°であるにも関わらず、第２稼動気筒が稼動してから第１稼動気筒が稼動するまでの期間は２倍の２４０°となる。その結果、第１稼動気筒の吸入空気量は第２稼動気筒の吸入空気量よりも多くなってしまい、第１、第２稼動気筒の出力トルクの差によって振動や騒音が増加する問題がある。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、休筒運転時における稼動気筒の吸入空気量の差を減少させて振動および騒音の発生を最小限に抑えることが可能な内燃機関を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、吸気マニホールドを共有する複数の気筒の一部を休止させる休筒運転状態と、全ての気筒を稼動させる全筒運転状態とを切換え可能な内燃機関において、前記休筒運転状態において点火順序が休止気筒、第１稼動気筒、第２稼動気筒の順番で連続する３個の気筒を備え、第１、第２稼動気筒の機関弁は全筒運転状態に第１動弁カムで駆動されて休筒運転状態に第２動弁カムで駆動され、前記休筒運転状態において第１、第２稼動気筒の吸入空気量の差を減少させるべく、第１稼動気筒の第２動弁カムのプロフィールと第２稼動気筒の第２動弁カムのプロフィールとを異ならせることを特徴とする内燃機関が提案される。

尚、実施例の吸気バルブ１６および排気バルブ１９は本発明の機関弁に対応し、実施例の吸気側第１動弁カム３３および排気側第１動弁カム３５は本発明の第１動弁カムに対応し、実施例の吸気側第２動弁カム３３′および排気側第２動弁カム３５′は本発明の第２動弁カムに対応し、実施例の♯３気筒Ｃ１および♯４気筒Ｃ４は本発明の休止気筒に対応し、実施例の♯１気筒Ｃ１および♯５気筒Ｃ５は本発明の第１稼動気筒に対応し、実施例の♯２気筒Ｃ２および♯６気筒Ｃ６は本発明の第２稼動気筒に対応する。

請求項１の構成によれば、休筒運転状態において３個の気筒の点火順序が休止気筒→第１稼動気筒→第２稼動気筒となるとき、第１稼動気筒が稼動してから第２稼動気筒が稼動するまでの期間よりも、第２稼動気筒が稼動してから第１稼動気筒が稼動するまでの期間が長くなるため、第１稼動気筒の吸入空気量が第２稼動気筒の吸入空気量よりも多くなってしまうが、休筒運転状態において第１稼動気筒の機関弁を駆動する第２動弁カムのプロフィールと第２稼動気筒の機関弁を駆動する第２動弁カムのプロフィールとを異ならせることで、第１、第２稼動気筒の吸入空気量の差を減少させて振動および騒音の発生を最小限に抑えることができる。

以下、本発明の実施の形態を、添付の図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。

図１〜図１０は本発明の第１実施例を示すもので、図１はＶ型６気筒内燃機関の第１バンクのシリンダヘッドの上面図（図２の１−１線矢視図）、図２は図１の２−２線断面図、図３は図２の３−３線断面図、図４は図３の４−４線断面図、図５は図３の５−５線断面図、図６は図３の６−６線断面図、図７は図３の７−７線断面図、図８はＶ型６気筒内燃機関の第１、第２バンクの気筒配列を示す模式図、図９は全筒運転時および休筒運転時のバルブリフト特性を示す図、図１０は休筒運転時の第１、第２稼動気筒の吸入空気量を示す図である。

図８に示すように、Ｖ型６気筒内燃機関の第１バンクＢ１に♯１気筒Ｃ１、♯２気筒Ｃ２および♯３気筒Ｃ３が設けられ、第２バンクＢ２に♯４気筒Ｃ４、♯５気筒Ｃ５および♯６気筒Ｃ６が設けられる。第１バンクＢ１の♯１気筒Ｃ１、♯２気筒Ｃ２および♯３気筒Ｃ３のうち、♯３気筒Ｃ３は休止可能であり、♯１気筒Ｃ１および♯２気筒Ｃ２はバルブリフトおよびバルブタイミングが変更可能である。また第２バンクＢ２の♯４気筒Ｃ４、♯５気筒Ｃ５および♯６気筒Ｃ６のうち、♯４気筒Ｃ４は休止可能であり、♯５気筒Ｃ５および♯６気筒Ｃ６はバルブリフトおよびバルブタイミングが変更可能である。休止可能な♯３気筒Ｃ３および♯４気筒Ｃ４の動弁機構の構造は、バルブリフトおよびバルブタイミングが変更可能な♯１気筒Ｃ１、♯２気筒Ｃ２、♯５気筒Ｃ５および♯６気筒Ｃ６の動弁機構の構造と基本的に同じであって、単に動弁カムのプロフィールが異なっているだけなので、その代表として休止可能な♯３気筒Ｃ３の動弁機構の構造を説明する。

図１〜図７に示すように、シリンダヘッド１０に燃焼室１１に連なる吸気ポート１２および排気ポート１３が形成されており、吸気バルブ孔１４がバルブガイド１５にステム１６ａを摺動自在に案内された吸気バルブ１６の傘部１６ｂで開閉され、排気バルブ孔１７がバルブガイド１８にステム１９ａを摺動自在に案内された排気バルブ１９の傘部１９ｂで開閉される。吸気バルブ１６および排気バルブ１９はそれぞれ弁ばね６１，６２で閉弁方向に付勢されており、シリンダヘッド１０に回転自在に支持されたカムシャフト２０により駆動される動弁機構２１で開閉制御される。

シリンダヘッド１０にロッカーシャフトホルダ２２が複数のボルト２３で締結されており、このロッカーシャフトホルダ２２に吸気側ロッカーシャフト２４および排気側ロッカーシャフト２５が気筒配列方向に沿うように支持される。

吸気側ロッカーシャフト２４に吸気側駆動ロッカーアーム２６および吸気側自由ロッカーアーム２７が揺動可能に支持されており、吸気側駆動ロッカーアーム２６はアジャストねじ２８を吸気バルブ１６のステム１６ａ上端に当接させることにより吸気バルブ１６に常時連動、連結される。一対の吸気バルブ１６，１６に対して、吸気側駆動ロッカーアーム２６および吸気側自由ロッカーアーム２７は各１個設けられており、吸気側駆動ロッカーアーム２６は一対の吸気バルブ１６，１６を駆動すべく先端が二股に形成される。

また排気側ロッカーシャフト２５に排気側駆動ロッカーアーム２９および排気側自由ロッカーアーム３０が揺動可能に支持されており、排気側駆動ロッカーアーム２９はアジャストねじ３１を排気バルブ１９のステム１９ａ上端に当接させることにより排気バルブ１９に常時連動、連結される。一対の排気バルブ１９，１９のそれぞれに対して、排気側駆動ロッカーアーム２９および排気側自由ロッカーアーム３０は各１個設けられている。

カムシャフト２０には、吸気側自由ロッカーアーム２７に軸支されたローラ３２をころがり接触させる吸気側第１動弁カム３３（図５参照）と、排気側自由ロッカーアーム３０，３０に軸支されたローラ３４，３４にそれぞれころがり接触する一対の排気側第１動弁カム３５，３５（図７参照）と、吸気側駆動ロッカーアーム２６に設けられたローラ３６に摺接する***部３７（図４参照）と、排気側駆動ロッカーアーム２９，２９に設けられたローラ３８，３８に摺接する一対の***部３９，３９（図６参照）とが設けられる。

吸気側第１動弁カム３３は、吸気バルブ１６を開閉するカムプロフィルを有するように形成され、排気側第１動弁カム３５は、排気バルブ１９を開閉するカムプロフィルを有するように形成されているが、***部３７，３９は、吸気バルブ１６および排気バルブ１９を実質的に閉弁休止せしめるように形成される。したがって吸気バルブ１６は、吸気側自由ロッカーアーム２７に吸気側駆動ロッカーアーム２６が連結された状態では開閉作動するが、吸気側自由ロッカーアーム２７への吸気側駆動ロッカーアーム２６の連結が解除されたときには実質的に閉弁休止状態となる。また排気バルブ１９は、排気側自由ロッカーアーム３０に排気側駆動ロッカーアーム２９が連結された状態では開閉作動するが、排気側自由ロッカーアーム３０への排気側駆動ロッカーアーム２９の連結が解除されたときには実質的に閉弁休止状態となる。

吸気側駆動ロッカーアーム２６および吸気側自由ロッカーアーム２７には、吸気側自由ロッカーアーム２７への吸気側駆動ロッカーアーム２６の連結および連結解除を油圧で切換える吸気側切換機構４０が設けられる。

この吸気側切換機構４０は、吸気側駆動ロッカーアーム２６内に形成される第１油圧室４１に一端を臨ませるとともに、吸気側自由ロッカーアーム２７内に形成される第２油圧室４２に他端を臨ませ、吸気側駆動ロッカーアーム２６および吸気側自由ロッカーアーム２７に摺動可能に嵌合される連結ピン４３と、第２油圧室４２に収容されて吸気側自由ロッカーアーム２７および連結ピン４３間に設けられる戻しばね４４とを備える。

この吸気側切換機構４０では、第１油圧室４１に油圧を作用せしめたときには、連結ピン４３が第２油圧室４２側に移動し、吸気側自由ロッカーアーム２７および吸気側駆動ロッカーアーム２６の連結が解除される。逆に第１油圧室４１に作用する油圧を抜くと、戻しばね４４の弾発力で連結ピン４３が第１油圧室４１側に移動し、吸気側自由ロッカーアーム２７および吸気側駆動ロッカーアーム２６が連結される。このようにして吸気側切換機構４０は、第１油圧室４１への油圧の供給によって吸気側駆動ロッカーアーム２６への吸気側自由ロッカーアーム２７の連結および連結解除を切り換えて吸気バルブ１６の作動特性を変更することができる。

吸気側ロッカーシャフト２４内には、該吸気側ロッカーシャフト内を２つに分割する分割部材４５が嵌合しており、この分割部材４５により吸気側ロッカーシャフト２４内には、第１油圧室４１に通じる第１作動油通路４６と、第２油圧室４２に通じる第２作動油通路４７とが相互に独立して形成される。

また排気バルブ１９側で対をなして隣接配置される排気側駆動ロッカーアーム２９および排気側自由ロッカーアーム３０には、排気側自由ロッカーアーム３０への排気側駆動ロッカーアーム２９の連結および連結解除を油圧で切換える排気側切換機構４８が設けられる。

排気側切換機構４８は、排気側駆動ロッカーアーム２９内に形成される第１油圧室４９に一端を臨ませるとともに、排気側自由ロッカーアーム３０内に形成される第２油圧室５０に他端を臨ませ、排気側駆動ロッカーアーム２９および排気側自由ロッカーアーム３０に摺動可能に嵌合される連結ピン５１と、第１油圧室４９に収容されて排気側駆動ロッカーアーム２９および連結ピン５１間に設けられる戻しばね５２とを備える。

この排気側切換機構４８では、第２油圧室５０に作用する油圧を抜くと、連結ピン５１が戻しばね５２の弾発力で第２油圧室５０側に移動し、排気側自由ロッカーアーム３０および排気側駆動ロッカーアーム２９が連結される。逆に第２油圧室５０に油圧を作用させると、戻しばね５２の弾発力に抗して連結ピン５１が第１油圧室４９側に移動し、排気側自由ロッカーアーム３０および排気側駆動ロッカーアーム２９の連結が解除される。このようにして排気側切換機構４８は、第２油圧室５０への油圧の供給によって排気側駆動ロッカーアーム２９への排気側自由ロッカーアーム３０の連結および連結解除を切り換えて排気バルブ１９の作動特性を変更することができる。

排気側ロッカーシャフト２５内には、該排気側ロッカーシャフト２８内を２つに分割する分割部材５３が嵌合しており、この分割部材５３により排気側ロッカーシャフト２５内には、第１油圧室４９に通じる第１作動油通路５４と、第２油圧室５０に通じる第２作動油通路５５とが相互に独立して形成される。

吸気側切換機構４０が吸気側自由ロッカーアーム２７の吸気側駆動ロッカーアーム２６への連結を解除した状態で吸気側自由ロッカーアーム２７をカムシャフト２０の吸気側第１動弁カム３３に付勢する吸気側ロストモーションばね５６が、ロッカーシャフトホルダ２２および吸気側自由ロッカーアーム２７間に設けられる。また排気側切換機構４８が排気側自由ロッカーアーム３０の排気側駆動ロッカーアーム２９への連結を解除した状態で排気側自由ロッカーアーム３０をカムシャフト２０の排気側第１動弁カム３５に付勢する排気側ロストモーションばね５７が、ロッカーシャフトホルダ２２および排気側自由ロッカーアーム３０間に設けられる。

吸気側自由ロッカーアーム２７の基端側に吸気側第１動弁カム３３に当接するローラ３２と吸気側ロストモーションばね５６に当接するばね当接部２７ｂとが設けられるとともに、吸気側駆動ロッカーアーム２６の先端側に吸気バルブ１６のステム１６ａの上端に当接するアジャストねじ２８が設けられており、吸気側切換機構４０は吸気側ロッカーシャフト２４よりも吸気側駆動ロッカーアーム２６および吸気側自由ロッカーアーム２７の基端側に配置される。同様に、排気側自由ロッカーアーム３０の基端側に排気側第１動弁カム３５に当接するローラ３４と排気側ロストモーションばね５７に当接するばね当接部３０ｂとが設けられるとともに、排気側駆動ロッカーアーム２９の先端側に排気バルブ１９のステム１９ａの上端に当接するアジャストねじ３１が設けられており、排気側切換機構４８は排気側ロッカーシャフト２５よりも排気側駆動ロッカーアーム２９および排気側自由ロッカーアーム３０の基端側に配置される。

以上、休止可能な♯３気筒Ｃ３の動弁機構２１の構造を説明したが、もう一つの休止可能な♯４気筒Ｃ４の動弁機構２１の構造も同一である。またバルブリフトおよびバルブタイミングが変更可能な♯１気筒Ｃ１、♯２気筒Ｃ２、♯５気筒Ｃ５および♯６気筒Ｃ６の動弁機構２１は、休止可能な♯３気筒Ｃ３および♯４気筒Ｃ４の動弁機構２１の***部３７，３９の代わりに、吸気側第２動弁カム３３′（図４および図５に鎖線図示）および排気側第２動弁カム３５′（図７に鎖線図示）を設けたものであり、その他の構造は同じである。

次に、この実施例の作用について説明する。

図８に示すように、♯１気筒Ｃ１〜♯６気筒Ｃ６の点火順序は、♯１気筒Ｃ１→♯４気筒Ｃ４→♯２気筒Ｃ２→♯５気筒Ｃ５→♯３気筒Ｃ３→♯６気筒Ｃ６である。全筒運転時には♯１気筒Ｃ１〜♯６気筒Ｃ６の全てが稼動するが、休筒運転時には第１バンクＢ１の♯３気筒Ｃ３および第２バンクＢ２の♯４気筒Ｃ４が休止する。♯３気筒Ｃ３および♯４気筒Ｃ４の休止制御は、図１〜図７で説明した動弁機構２１により行われる。

第１バンクＢ１の♯１気筒Ｃ１〜♯３気筒Ｃ３は不図示の吸気マニホールドを共有しており、それら♯１気筒Ｃ１〜♯３気筒Ｃ３の点火順序は、♯３気筒Ｃ３（休止気筒）→♯１気筒Ｃ１（第１稼動気筒）→♯２気筒Ｃ２（第２稼動気筒）となる。また第２バンクＢ２の♯４気筒Ｃ４〜♯６気筒Ｃ６は不図示の吸気マニホールドを共有しており、それら♯４気筒Ｃ４〜♯６気筒Ｃ６の点火順序は、♯４気筒Ｃ４（休止気筒）→♯５気筒Ｃ５（第１稼動気筒）→♯６気筒Ｃ６（第２稼動気筒）となる。

例えば、第２バンクＢ２の♯４気筒Ｃ４〜♯６気筒Ｃ６に注目すると、図１０（Ｂ）に従来例として示すように、休止気筒である♯４気筒Ｃ４の後に稼動する第１稼動気筒である♯５気筒Ｃ５の吸入空気量は、その♯５気筒Ｃ５の後に稼動する第２稼動気筒である♯６気筒Ｃ６の吸入空気量よりも多くなる。その結果として、休筒運転時に♯５気筒Ｃ５の稼動により発生するトルクが♯６気筒Ｃ６の稼動により発生するトルクよりも大きくなり、そのトルク差によって振動や騒音が発生する問題がある。

図９に（Ａ）に示すように、本実施例では全筒運転時に♯１気筒Ｃ１〜♯６気筒Ｃ６の吸気バルブ１６のバルブリフトは同じであり、排気バルブ２２のバルブリフトも同じである。しかしながら、図９（Ｂ）に示すように、休止気筒である♯３気筒Ｃ３および♯４気筒Ｃ４が休止する休筒運転時には、第２稼動気筒である♯２気筒Ｃ２および♯６気筒Ｃ６の吸気バルブ１６および排気バルブ２２のバルブリフトが全筒運転時と同じであるのに対し、第１稼動気筒である♯１気筒Ｃ１および♯５気筒Ｃ５の吸気バルブ１６および排気バルブ２２のバルブリフトは全筒運転時に比べて小さくなる。これは、第２稼動気筒では吸気側第１動弁カム３３および排気側第１動弁カム３５のプロフィールと、吸気側第２動弁カム３３′および排気側第２動弁カム３５′のプロフィールとを一致させたのに対し、第１稼動気筒では吸気側第１動弁カム３３および排気側第１動弁カム３５のプロフィールに比べて、吸気側第２動弁カム３３′および排気側第２動弁カム３５′のプロフィールを低く設定したことに起因している。

このように、休止気筒である♯３気筒Ｃ３および♯４気筒Ｃ４の次に稼動するために吸入空気量が増加する傾向にある第１稼動気筒である♯１気筒Ｃ１および♯５気筒Ｃ５の吸気バルブ１６および排気バルブ２２のバルブリフトを小さくすることで、図１０（Ａ）に示すように、第１稼動気筒である♯１気筒Ｃ１および♯５気筒Ｃ５の吸入空気量と、第２稼動気筒である♯２気筒Ｃ２および♯６気筒Ｃ６の吸入空気量とを均一化し、休筒運転時における振動や騒音の増加を抑制することができる。

次に、図１１に基づいて本発明の第２実施例を説明する。

上述した第１実施例では、第１稼動気筒である♯１気筒Ｃ１および♯５気筒Ｃ５の吸入空気量を、吸気バルブ１６および排気バルブ２２のバルブリフトを小さくすることで減少させているが、第２実施例は、第１稼動気筒である♯１気筒Ｃ１および♯５気筒Ｃ５の吸気バルブ１６のバルブタイミングを遅らせることで、その吸入空気量を減少させるものである。

即ち、休筒運転時には、図１１（Ｂ）に示す第２稼動気筒である♯２気筒Ｃ２および♯６気筒Ｃ６の吸気バルブ１６のバルブタイミングに比べて、図１１（Ａ）に示す第１稼動気筒である♯１気筒Ｃ１および♯５気筒Ｃ５の吸気バルブ１６のバルブタイミングが遅れている。このバルブタイミングの遅れは、吸気側第２動弁カム３３′の位相をずらすことで達成される。その結果、吸気行程が終了して下死点を超えた後も吸気バルブ１６がしばらく開弁状態に維持され、一旦気筒内に吸入された空気を開弁した吸気バルブ１６から吸気通路に押し出すことで（図１１（Ａ）の斜線部分参照）、第１稼動気筒である♯１気筒Ｃ１および♯５気筒Ｃ５の吸入空気量を減少させることができる。

しかして、この第２実施例によっても、上述した第１実施例と同じ作用効果を達成することができる。

尚、本願発明の技術範囲には含まれないが、吸気バルブおよび排気バルブを電磁アクチュエータで駆動してバルブリフトやバルブタイミングを任意に設定可能にした内燃機関において、休筒運転時に個々の稼動気筒の吸入空気量の平均値をエアフロメータの検出値から算出し、この平均値と全ての稼動気筒の吸入空気量の平均値との偏差を算出し、この偏差に基づいて算出したバルブリフトやバルブタイミングの変更量を用いて各稼動気筒の吸入空気量を均一化しても良い。

以上、本発明の実施例を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、実施例ではＶ型６気筒内燃機関を例示したが、本発明は共通の吸気マニホールドに接続されて休止→稼動→稼動の休筒運転を行う任意の形式の内燃機関に対して適用することができる。

Ｖ型６気筒内燃機関の一方のバンクのシリンダヘッドの上面図（図２の１−１線矢視図） 図１の２−２線断面図 図２の３−３線断面図 図３の４−４線断面図 図３の５−５線断面図 図３の６−６線断面図 図３の７−７線断面図 Ｖ型６気筒内燃機関の第１、第２バンクの気筒配列を示す模式図 全筒運転時および休筒運転時のバルブリフト特性を示す図 休筒運転時の第１、第２稼動気筒の吸入空気量を示す図 本発明の第２実施例に係る、前記図９（Ｂ）に対応する図

符号の説明

１６ 吸気バルブ（機関弁）
１９ 排気バルブ（機関弁）
３３ 吸気側第１動弁カム（第１動弁カム）
３５ 排気側第１動弁カム（第１動弁カム）
３３′ 吸気側第２動弁カム（第２動弁カム）
３５′ 排気側第２動弁カム（第２動弁カム）
Ｃ１ ♯１気筒（第１稼動気筒）
Ｃ２ ♯２気筒（第２稼動気筒）
Ｃ３ ♯３気筒（休止気筒）
Ｃ４ ♯４気筒（休止気筒）
Ｃ５ ♯５気筒（第１稼動気筒）
Ｃ６ ♯６気筒（第２稼動気筒）

Claims (1)

1. 吸気マニホールドを共有する複数の気筒（Ｃ１〜Ｃ６）の一部を休止させる休筒運転状態と、全ての気筒（Ｃ１〜Ｃ６）を稼動させる全筒運転状態とを切換え可能な内燃機関において、
   前記休筒運転状態において点火順序が休止気筒（Ｃ３，Ｃ４）、第１稼動気筒（Ｃ１，Ｃ５）、第２稼動気筒（Ｃ２，Ｃ６）の順番で連続する３個の気筒を備え、第１、第２稼動気筒（Ｃ１，Ｃ５；Ｃ２，Ｃ６）の機関弁（１６，１９）は全筒運転状態に第１動弁カム（３３，３５）で駆動されて休筒運転状態に第２動弁カム（３３′，３５′）で駆動され、前記休筒運転状態において第１、第２稼動気筒（Ｃ１，Ｃ５；Ｃ２，Ｃ６）の吸入空気量の差を減少させるべく、第１稼動気筒（Ｃ１，Ｃ５）の第２動弁カム（３３′，３５′）のプロフィールと第２稼動気筒（Ｃ２，Ｃ６）の第２動弁カム（３３′，３５′）のプロフィールとを異ならせることを特徴とする内燃機関。
   

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