JP6551439B2 - エンジンの動弁装置 - Google Patents

Description

ここに開示する技術は、エンジンの動弁装置に関する。

特許文献１には、エンジンの運転領域に応じて、全気筒運転と、第１及び第４気筒を休止する減気筒運転とを切り替える４気筒エンジンが記載されている。減気筒運転を行うことによりポンプ損失が低減するため、エンジンの燃費性能を向上させることができる。

特開２０１5−１５１９９９号公報

特許文献１に記載されたエンジンの動弁装置は、ピボット部に支持されたスイングアームを、カム部が押すことによりポペット弁を開閉するスイングアーム式に構成されている。ピボット部は、バルブクリアランスを調整する油圧ラッシュアジャスタによって構成されている。そして、特許文献１に記載されたエンジンの動弁装置において、休止が可能な第１気筒及び第４気筒の動弁装置は、油圧ラッシュアジャスタが、弁停止機構を有している。具体的に弁停止機構は、減気筒運転中は、カム部がスイングアームを押したときにピボット部が沈み込むよう、ピボット部を可動にすると共に、全気筒運転中は、カム部がスイングアームを押したときにピボット部がスイングアームを支持するよう、ピボット部を固定するよう構成されている。

ところで、エンジンが減気筒運転をしている最中に、休止している気筒の吸気弁及び排気弁が開いてガス交換が行われてしまうと、休止していない運転中の気筒の空燃比がずれてしまうと共に、ポンプ損失も増えてしまう問題がある。そのため、休止している気筒の吸気弁及び排気弁は、閉じた状態を維持することが望ましい。

ここで、休止中の気筒のポペット弁には、図５に白抜きの矢印で示すような荷重が作用する。つまり、ポペット弁を閉じる方向の荷重としては、気筒内の圧力荷重、及び、ポペット弁を閉じ方向に付勢するバルブスプリングのセット荷重がある。また、ポペット弁を開ける方向の荷重としては、ポートの圧力荷重、及び、弁停止機構を含む油圧ラッシュアジャスタの慣性荷重がある。

休止中の気筒のポペット弁が開かないようにするには、ポペット弁を閉じる方向の荷重を、開ける方向の荷重よりも大きくしなければならない。本願発明者らの検討によると、油圧ラッシュアジャスタの慣性荷重が比較的大きいため、休止中の気筒のポペット弁が開かないようにするには、バルブスプリングのセット荷重を大きくしなければならないことが、新たにわかった。

しかしながら、バルブスプリングのセット荷重を大きくすると、全気筒運転時の機械抵抗が増えてしまうため、燃費性能が低下してしまうという不都合がある。

ここに開示する技術はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、エンジンの減気筒運転中に、ポペット弁の開弁動作を停止する弁停止機構を備えたエンジンの動弁装置において、燃費のさらなる向上を図ることにある。

ここに開示するエンジンの動弁装置は、エンジンの気筒に連通するポートの開口を開閉するよう構成されたポペット弁と、前記ポペット弁を閉方向に付勢するよう構成されたバルブスプリングと、前記ポペット弁に一端部が連結されかつ、カム部によって押されることにより、前記バルブスプリングの付勢力に抗して前記ポペット弁を押して前記ポペット弁を開けるよう構成されたスイングアームと、前記カム部によって押された前記スイングアームが揺動するように、前記スイングアームの他端部を支持するよう構成されたピボット部と、前記エンジンの減気筒運転中に、前記カム部が前記スイングアームを押したときに前記ピボット部を変位させることによって、前記ポペット弁の開弁動作を停止するよう構成された弁停止機構と、を備える。

そして、前記バルブスプリングは、前記弁停止機構が前記ポペット弁の開弁動作を停止しているときにおいて、前記カム部が前記スイングアームを押したときに、前記ポペット弁が、前記バルブスプリングの付勢力に抗して所定の微少量だけ開くよう構成されている。

この構成によると、動弁装置は、スイングアーム式に構成されている。カム部は、ピボット部に支持されたスイングアームを押し、スイングアームはポペット弁を押す。それによって、ポートの開口が開く。

動弁装置は、弁停止機構を備えている。弁停止機構は、カム部がスイングアームを押したときにピボット部を変位させる。スイングアームは、ポペット弁との連結部分を支点として揺動するようになるから、ポペット弁は開かない。弁停止機構は、エンジンの減気筒運転中に、ポペット弁が開閉することを停止する。

そして、ポペット弁を閉方向に付勢するバルブスプリングは、エンジンの減気筒運転中に、ポペット弁が、バルブスプリングの付勢力に抗して所定の微少量だけ開くよう構成されている。つまり、バルブスプリングのセット荷重は、比較的低く設定されている。この技術は、本願発明者らが、エンジンの減気筒運転中に、ポペット弁が微少量だけ開いても、エンジンの運転に影響を及ぼさないことを見出したことによる。

ここで、「所定の微少量」とは、ポペット弁とポートの開口との隙間が小さく、それによって隙間を流れるガス流動の抵抗が大きいため、ポートの開口を通じたガスの流出入が、ほとんど行われない程度の微少量である。「所定の微少量」は、具体的には、ポペット弁のリフト量として０．１ｍｍ以下としてもよい。

バルブスプリングのセット荷重を低く設定することにより、全ての気筒を運転する全気筒運転中及び減気筒運転中の機械抵抗が低下する。これにより、エンジンの燃費性能が向上する。また、このエンジンは、減気筒運転を行うことによりポンプ損失が低下するから、エンジンの燃費性能が向上する。減気筒運転中には、休止している気筒のポペットは微少量だけ開くものの、前述の通り、そのことによる、エンジンの運転への影響はない。

前記ポペット弁は、前記気筒に連通する排気ポートの開口を開閉するよう構成された排気弁、及び、前記気筒に連通する吸気ポートの開口を開閉するよう構成された吸気弁である。

休止している気筒の排気弁が開くと、他の気筒から排出された高温の既燃ガスが、休止している気筒内に流入する。休止している気筒は、気筒内の温度が次第に下がる傾向にあるが、高温の既燃ガスが気筒内に流入することによって、気筒内の温度の低下を抑制することができる。その結果、減気筒運転から全気筒運転へ切り替わったときに、休止していた気筒の燃焼安定性を高めることが可能になる。そこで、排気弁が開くことを許容することによって、エンジンの燃費性能の向上と共に、排気ガスの排出性能の向上も図られる。

吸気弁及び排気弁のそれぞれについて、減気筒運転中に微少量だけ開くことを許容することにより、全気筒運転時及び減気筒運転時における機械抵抗を大きく下げることができ、エンジンの燃費性能の向上に有利になる。

前記弁停止機構が前記排気弁及び前記吸気弁の開弁動作を停止しているときにおいて、前記排気弁の微少開き量は、前記吸気弁の微少開き量よりも大きい。

減気筒運転中に、休止している気筒の吸気弁が開くと、新気の一部が休止している気筒内に導入される可能性があるため、運転している気筒の空燃比のずれを招く恐れがある。従って、休止している気筒における吸気弁の微少開弁量は、小さい方が望ましい。

これに対し、休止している気筒の排気弁が開いても、エンジンの空燃比制御に影響を及ぼすことはない。また、前述したように、排気弁が開いて高温の既燃ガスが休止している気筒内に導入されれば、当該気筒内の温度低下の抑制に有利になる。従って、休止している気筒における排気弁の微少開弁量は、吸気弁の微少開弁量よりも大きくすることが可能である。つまり、排気弁のバルブスプリングのセット荷重を小さくすることができるから、エンジンの燃費性能のさらなる向上を図ることができる。排気ポート圧力は、吸気ポート圧力よりも、一般的に高いため、減気筒運転中に、排気弁が開くことを確実に防止しようとすれば、排気弁のバルブスプリングのセット荷重は大きくしなければならないが、前述の通り、排気弁のバルブスプリングのセット荷重を小さくすることができるから、エンジンの燃費性能を、効果的に高めることができる。

前記ピボット部は、前記ポペット弁のバルブクリアランスを調整する油圧ラッシュアジャスタによって構成され、前記弁停止機構は、前記油圧ラッシュアジャスタの前記ピボット部を固定することによって、揺動する前記スイングアームによって前記ポペット弁を開閉するロック状態と、前記油圧ラッシュアジャスタの前記ピボット部を可動にすることによって、前記ポペット弁が開閉しないロック解除状態と、に切り替えるよう構成されている、としてもよい。

弁停止機構を油圧ラッシュアジャスタによって構成する場合、ピボット部をロック解除状態にしたときに、ポペット弁に作用する油圧ラッシュアジャスタの慣性荷重が比較的大きくなる。ポペット弁を閉じた状態に維持しようとすれば、バルブスプリングのセット荷重を大きくしなければならないが、前述したように、ポペット弁が微少量だけ開くことを許容するため、バルブスプリングのセット荷重を小さくすることができる。その結果、全気筒運転時及び減気筒運転時における機械抵抗が低くなり、全気筒運転と減気筒運転とを切り替えることと相まって、エンジンの燃費性能が向上する。

以上説明したように、前記のエンジンの動弁装置によると、バルブスプリングのセット荷重を小さくすることによって、全気筒運転中及び減気筒運転中の機械抵抗が下がるから、ポペット弁の開弁動作を停止する弁停止機構を備えたエンジンの動弁装置において、燃費のさらなる向上を図ることができる。

図１は、エンジンの構成を例示する断面図である。 図２は、弁停止機構を有するＨＬＡの構成及び作動を説明する図であり、（Ａ）はピボット部のロック状態を、（Ｂ）はピボット部のロック解除状態を、（Ｃ）はピボット部が変位した状態を示す。 図３は、エンジンの制御装置の構成を例示するブロック図である。 図４は、エンジンの運転制御マップを例示する図である。 図５は、休止気筒において吸気弁及び排気弁に作用する荷重を説明する拡大図である。 図６の上図及び下図はそれぞれ、休止気筒において排気弁に作用する荷重の大小関係を例示する図である。

以下、エンジンの動弁装置の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の説明は、動弁装置の一例である。

（エンジン本体の構成）
図１は、エンジン１００の構成を示している。このエンジン１００は、自動車に搭載される直列４気筒エンジンである。エンジン１００は、クランク軸２６に沿って並んだ４つの気筒を有している。以下、４つの気筒を、気筒列方向の端から順に、「第１気筒」、「第２気筒」、「第３気筒」、及び「第４気筒」という場合がある。エンジン１００は、燃料消費の低減等のために、これら全部の気筒を稼働させる運転（つまり、全気筒運転）と、一部の気筒（具体的には、第１気筒及び第４気筒）を休止させる運転（つまり、減気筒運転）とに、エンジン１００の運転状態に応じて切り換わるよう構成されている。

エンジン１００は、シリンダヘッド１と、シリンダヘッド１の下側に取り付けられるシリンダブロック２と、シリンダブロック２の下側に取り付けられるオイルパン３とを備えている。シリンダブロック２は、アッパブロック２１と、ロアブロック２２とを有している。ロアブロック２２は、アッパブロック２１の下面に取り付けられており、オイルパン３は、ロアブロック２２の下面に取り付けられている。

アッパブロック２１には、各気筒を構成する４つの円筒状のシリンダボア２３が上下方向に延びるように形成されている（図１には一つのシリンダボア２３だけを表示）。これらシリンダボア２３の上部の開口を塞ぐように、アッパブロック２１の上にシリンダヘッド１が組み付けられている。シリンダボア２３の内部には、ピストン２４が上下方向にスライド自在に設置されている。ピストン２４は、コネクティングロッド２５を介して下方に位置するクランク軸２６に連結されている。エンジン１００の内部には、シリンダボア２３の内周壁と、ピストン２４の上面と、シリンダボア２３に臨むシリンダヘッド１の下壁とにより、燃焼室２７が区画されている。

図１においては図示を省略するが、シリンダヘッド１には、各気筒の燃焼室２７内に向けて燃料（例えば、ガソリンを主成分とするもの）を噴射するインジェクタ４と、インジェクタ４から噴射された燃料と空気との混合気に対して、所定の点火タイミングで点火をするように構成された点火プラグ５とが設けられている（図３参照）。

シリンダヘッド１には、燃焼室２７の上部に開口を有する吸気ポート１１と排気ポート１２とが設けられている。吸気ポート１１は、各気筒の燃焼室２７を吸気通路（図示省略）に連通させており、排気ポート１２は、各気筒の燃焼室２７を排気通路（図示省略）に連通させている。吸気通路の途中部には、いわゆるエレキスロットルとして構成されたスロットル弁６が設けられている（図３参照）。スロットル弁６の開度を変更することにより、吸気通路を流れるガスの流量を調整することができる。

吸気ポート１１には、吸気ポート１１の開口を開閉する吸気弁１３（つまり、ポペット弁）が設けられ、排気ポート１２には、排気ポート１２の開口を開閉する排気弁１４（つまり、ポペット弁）が設けられている。吸気弁１３を動かす動弁装置は、吸気カム軸４１に設けられた吸気カム部４１ａを備えている。排気弁１４を動かす動弁装置は、排気カム軸４２に設けられた排気カム部４２ａを備えている。

吸気弁１３は、バルブスプリング１５により、吸気ポート１１の開口を閉じる方向（図１では上方向）に付勢されている。吸気弁１３と吸気カム部４１ａの間には、カムフォロア４３ａを略中央部に有する吸気スイングアーム４３が介設されている。

吸気スイングアーム４３の一端部は、油圧ラッシュアジャスタ（Hydraulic Lash Adjuster：ＨＬＡ）４５に支持されている。カムフォロア４３ａが、吸気カム部４１ａに押されることにより、吸気スイングアーム４３は、そのＨＬＡ４５に支持された一端部を支点として揺動する。そうして揺動する吸気スイングアーム４３の他端部が、吸気弁１３をバルブスプリング１５の付勢力に抗して押し下げ、吸気弁１３は、吸気ポート１１の開口を開く方向（図１では下方向）に移動する。ＨＬＡ４５は、油圧により、バルブクリアランスがゼロになるように自動的に調整している。

同様に、排気弁１４は、バルブスプリング１６により、排気ポート１２の開口を閉じる方向（図１では上方向）に付勢されている。排気弁１４と排気カム部４２ａの各々の間には、カムフォロア４４ａを略中央部に有する、排気スイングアーム４４が介設されている。

排気スイングアーム４４の一端部は、油圧ラッシュアジャスタ（Hydraulic Lash Adjuster：ＨＬＡ）４６に支持されている。カムフォロア４４ａが、排気カム部４２ａに押されることにより、排気スイングアーム４４は、そのＨＬＡ４６に支持された一端部を支点として揺動する。そうして揺動する排気スイングアーム４４の他端部が、排気弁１４をバルブスプリング１６の付勢力に抗して押し下げ、排気弁１４は、排気ポート１２の開口を開く方向（図１では下方向）に移動する。ＨＬＡ４６は、油圧により、バルブクリアランスがゼロになるように自動的に調整している。

第１気筒と第４気筒に設けられたＨＬＡ４５，４６には、図２及び図５に示すように、それぞれ吸気弁１３及び排気弁１４の動作を停止させる弁停止機構４５ｄ，４６ｄが備えられている（詳細は後述）。一方、第２気筒と第３気筒に設けられたＨＬＡ４５，４６には、弁停止機構４５ｄ，４６ｄは備えられていない。以下、前者を高機能ＨＬＡ４５，４６と称し、後者を標準ＨＬＡ４５，４６と称する場合がある。

全気筒運転と減気筒運転との切り替えは、高機能ＨＬＡ４５，４６の弁停止機構４５ｄ、４６ｄの作動によって行われる。すなわち、図５に示すように、所定の作動油圧まで加圧されたオイルが、シリンダヘッド１に形成された給油路５１ａ、５２ａを通じて弁停止機構４５ｄ、４６ｄに供給されることにより、弁停止機構４５ｄ、４６ｄが油圧制御され、全気筒運転から減気筒運転への切り替えが行われる。尚、符号５１ｂ、５２ｂは、高機能ＨＬＡ４５，４６にオイルを供給する給油路５１ｂ、５２ｂである。

（弁停止機構の構成）
図２（Ａ）〜図２（Ｃ）に、高機能ＨＬＡ４５を示す。尚、標準ＨＬＡ４５，４６の構造は、弁停止機構４５ｄの有無を除けば、高機能ＨＬＡ４５、４６の構造と、実質的に同じである。

高機能ＨＬＡ４５は、ピボット部４５ｃと、弁停止機構４５ｄとを有している。ピボット部４５ｃは、周知のＨＬＡのピボット部であり、図示を省略する油圧制御システムによって供給される油圧により、バルブクリアランスを自動的にゼロに調整するように構成されている。弁停止機構４５ｄは、対応する吸気弁１３の作動及び作動停止を切り替える機構である。

図２（Ａ）に示すように、弁停止機構４５ｄは、軸方向にスライドして突出可能な状態でピボット部４５ｃを収容する有底円筒状の外筒４５ｅと、外筒４５ｅの側周面に対向して形成された２つの貫通孔４５ｆに進退可能に挿通された一対のロックピン４５ｇと、各ロックピン４５ｇを外筒４５ｅの半径方向外側へ付勢するロックスプリング４５ｈと、外筒４５ｅの底部に収容されてピボット部４５ｃを突出する方向へ付勢するロストモーションスプリング４５ｉと、を有している。

ロックピン４５ｇは、ピボット部４５ｃの下端に配置されている。ロックピン４５ｇは、油圧によって作動し、ピボット部４５ｃが変位不能に固定されるロック状態と、ピボット部４５ｃが軸方向にスライドして変位可能になるロック解除状態とに弁停止機構４５ｄを切り替える。

図２（Ａ）は、そのロック状態を示している。ロック状態では、ピボット部４５ｃは、外筒４５ｅから比較的大きな突出量で突出しており、ロックピン４５ｇが貫通孔４５ｆに嵌合することにより、外筒４５ｅの軸方向への移動が規制されている。このロック状態において、ピボット部４５ｃの頂部は、吸気スイングアーム４３の一端部に接触しており、その揺動の支点として機能する。

つまり、弁停止機構４５ｄがロック状態にあるときには、高機能ＨＬＡ４５は、標準ＨＬＡ４５、４６と実質同じであり、対応する吸気弁１３は、通常通りに開閉する。

一方、高機能ＨＬＡ４５に、油圧制御システムから加圧されたオイルが供給されることにより、図２（Ｂ）に黒矢印で示すように、ロックピン４５ｇに所定の油圧が作用すると、ロックピン４５ｇは、ロックスプリング４５ｈの付勢力に抗して半径方向の内側へと移動し、貫通孔４５ｆとの嵌合が解除される。その結果、ロックピン４５ｇが貫通孔４５ｆと嵌合しない位置まで外筒４５ｅの内部に引っ込んだロック解除状態に切り替わる。

ピボット部４５ｃは、ロストモーションスプリング４５ｉによって付勢されているため、外筒４５ｅから比較的大きな突出量で突出した状態となっているが、ロストモーションスプリング４５ｉの付勢力は、バルブスプリング１５による、吸気弁１３を閉じる方向へ付勢する付勢力よりも小さく設定されている。そのため、ロック解除状態では、カムフォロア４３ａが、吸気カム部４１ａに押されると、吸気スイングアーム４３は、吸気弁１３の頂部を支点にして揺動し、図２（Ｃ）の白抜き矢印に示すように、ピボット部４５ｃをロストモーションスプリング４５ｉの付勢力に抗して外筒４５ｅの外側へと変位させる。

つまり、弁停止機構４５ｄがロック解除状態にあるときには、高機能ＨＬＡ４５のピボット部４５ｃは、スイングアーム４４の揺動支点として機能せず、対応する吸気弁１３は、開かない。その結果、この吸気弁１３を備えた気筒は稼働できなくなって気筒休止状態となり、前述の減気筒運転となる。減気筒運転中は、弁停止機構４５ｄはロック解除状態に維持される。

尚、排気弁１４の高機能ＨＬＡ４６の構造は、吸気弁１３の高機能ＨＬＡ４５の構造と同じである。高機能ＨＬＡ４６は、図５に示すように、ピボット部４６ｃと、弁停止機構４６ｄとを有している。

図３に示すように、吸気弁１３の動弁装置は、吸気弁１３の開閉タイミングを変更する可変バルブタイミング機構（以下、「ＶＶＴ」と称する）を備えている。排気弁１４の動弁装置も、ＶＶＴを備えている。吸気側ＶＶＴ９５及び排気側ＶＶＴ９６は、油圧駆動式又は電動駆動式などである。

図１に戻り、シリンダヘッド１の上部にはカムキャップ４７が取り付けられている。これらシリンダヘッド１及びカムキャップ４７により、吸気カム軸４１及び排気カム軸４２の各々が、回転可能に支持されている。

吸気カム軸４１の上方には、吸気側オイルシャワー４８が設けられている一方、排気カム軸４２の上方には、排気側オイルシャワー４９が設けられている。これら吸気側オイルシャワー４８及び排気側オイルシャワー４９は、吸気カム部４１ａ及び排気カム部４２ａが、吸気スイングアーム４３及び排気スイングアーム４４の各カムフォロア４３ａ，４４ａと接触する部位にオイルを滴下する。

（エンジンの制御装置の構成）
図３に、エンジン１００の制御装置の構成を例示する。この制御装置は、エンジン１００を運転するためのコントローラ６０を備えている。コントローラ６０は、周知のマイクロコンピュータをベースとするＰＣＭ（Powertrain Control Module）である。

コントローラ６０は、プロセッサやメモリ等のハードウェアと、制御プログラムや制御データ等のソフトウェアとを有し、エンジン全体を制御する。コントローラ６０には、各種のセンサ６１〜６８が接続されている。センサ６１〜６８は、各々の検出結果を示す信号をコントローラ６０に出力する。

例えば、クランク軸２６の回転角度を検出するクランク角センサ６１、エンジン１００が吸入する空気の流量を検出するエアフローセンサ６２、油圧経路を流れるオイルの温度を検出する油温センサ６３、吸気カム軸４１及び排気カム軸４２各々の回転位相を検出するカム角センサ６４、エンジン１００の冷却水の温度を検出する水温センサ６５、サージタンク内の圧力を検出する吸気圧センサ６６、不図示のアクセルペダルの踏込操作量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ６７、並びに、排気通路中の酸素濃度を検出するＯ_２センサ６８などから、コントローラ６０に信号が入力される。

コントローラ６０は、クランク角センサ６１からの信号に基づいてエンジン回転速度を取得し、エアフローセンサ６２からの信号に基づいてエンジン負荷を取得し、カム角センサ６４からの信号に基づいて吸気側ＶＶＴ９５及び排気側ＶＶＴ９６の作動角を取得する。

コントローラ６０は、これらに基づいてエンジン１００の運転状態を判定し、判定した運転状態に基づいて、各アクチュエータの制御量を計算する。そして、コントローラ６０は、計算された制御量に対応する制御信号を生成し、その制御信号を、インジェクタ４、点火プラグ５、スロットル弁６、吸気側ＶＶＴ９５、排気側ＶＶＴ９６、並びに、第１及び第４気筒の吸気弁停止機構４５ｄ及び排気弁停止機構４６ｄ（正確には、油圧制御システムにおいて、高機能ＨＬＡ４５，４６の吸気弁停止機構４５ｄ及び排気弁停止機構４６ｄに油圧を供給するための切換弁等のアクチュエータ）へ出力する。コントローラ６０は、それらアクチュエータを介してエンジン１００の運転を制御する。

また、コントローラ６０は、Ｏ_２センサ６８からの信号に基づいて、気筒内の空燃比が目標空燃比となるように、気筒内に噴射する燃料量を調整する空燃比制御を行う。

（気筒数の制御）
このエンジン１００では、その運転状態に応じて、全部の気筒（第１〜第４の気筒）を稼働させて燃焼を実行する全気筒運転と、一部の気筒（第１気筒及び第４気筒）を休止させて残りの気筒（第２気筒及び第３気筒）で燃焼を実行する減気筒運転とに切り換わるように構成されている。

詳しくは、図４に示すように、エンジン１００の運転状態が、回転速度が比較的低い特定の運転領域Ａ１（減気筒運転領域）内にあるときには、前述の減気筒運転が実行される。また、エンジン１００の運転状態が、その減気筒運転領域Ａ１を除く残余の運転領域Ａ２にあるときには、全気筒運転が実行される。減気筒運転が実行されると、第１気筒及び第４気筒においてインジェクタ４及び点火プラグ５の作動が禁止され、その結果、第１気筒（休止）→第３気筒（稼働）→第４気筒（休止）→第２気筒（稼働）のように、１つ飛ばしの順で燃焼が発生するようになる。

また、図示は省略するが、全気筒運転と減気筒運転とは水温に応じても切り替えられる。例えば、エンジン１００が暖機して水温が上昇する場合、その水温が所定温度よりも低いときには、運転状態に関わらず全気筒運転が実行され、水温が所定温度以上になれば、図４の運転制御マップに基づいて減気筒運転が実行される。

（休止気筒における吸気弁及び排気弁のバルブスプリング荷重）
エンジン１００が減気筒運転をしている最中に、休止している気筒の吸気弁１３及び排気弁１４が開いてガス交換が行われてしまうと、休止していない運転中の気筒の空燃比がずれてしまうと共に、ポンプ損失も増えてしまう問題がある。そのため、休止している気筒の吸気弁１３及び排気弁１４は、閉じた状態を維持することが望ましい。

図５は、休止中の気筒の吸気弁１３及び排気弁１４に作用する荷重を示している。吸気弁１３を閉じる方向の荷重としては、気筒内の圧力荷重、及び、吸気弁１３を閉じ方向に付勢するバルブスプリング１５の荷重がある。また、吸気弁１３を開ける方向の荷重としては、吸気ポート１１の圧力荷重、及び、高機能ＨＬＡ４５の慣性荷重がある。同様に、排気弁１４を閉じる方向の荷重としては、気筒内の圧力荷重、及び、排気弁１４を閉じ方向に付勢するバルブスプリング１６のセット荷重がある。また、排気弁１４を開ける方向の荷重としては、排気ポート１２の圧力荷重、及び、高機能ＨＬＡ４６の慣性荷重がある。

休止中の気筒の吸気弁１３及び排気弁１４が開かないようにするには、吸気弁１３及び排気弁１４を閉じる方向の荷重を、開ける方向の荷重よりも大きくしなければならない。ここで、図６は、エンジン１００が、特定の運転状態で減気筒運転をしているときに、排気弁１４に作用する荷重の変化を示している。前述したように、排気弁１４を閉じる方向の荷重としては、気筒内の圧力荷重（つまり、筒内圧力荷重）、及び、排気弁１４のバルブスプリング１６のセット荷重（つまり、スプリングセット荷重）がある。気筒内の圧力は、ピストン２４が上下するに伴い変化する。バルブスプリング１６のセット荷重は、クランク角が変化することに関わらず、一定である。排気弁１４を開ける方向の荷重としては、排気ポート１２の圧力荷重（つまり、排気ポート圧力荷重）、及び、高機能ＨＬＡ４６の慣性荷重（ＨＬＡ慣性力）がある。排気ポート１２の圧力荷重は、休止していない気筒の排気圧力により、クランク角の変化に対して脈動する。高機能ＨＬＡ４６の慣性荷重は、クランク角の変化に対し、カムプロファイルの加速度曲線に似た形で変化する。

図６の下図は、排気弁１４に作用する荷重の内、バルブスプリング１６のセット荷重を除く、気筒内の圧力荷重、排気ポート１２の圧力荷重及び高機能ＨＬＡ４６の慣性荷重の合力を示している。休止中の気筒の排気弁１４が開かないようにするには、排気弁１４を閉じる方向の荷重を、開ける方向の荷重よりも大きくしなければならない。そうすると、図６の例では、バルブスプリング１６のセット荷重を一点鎖線で示す荷重まで高くしなければならない。しかしながら、バルブスプリング１６のセット荷重を高くすると、運転時に機械抵抗が増えてしまうため、燃費性能が低下してしまうという不都合がある。

そこで、ここに例示するエンジン１００では、図６の矢印で示すように、バルブスプリング１６のセット荷重を低下させている。これにより、休止気筒の排気弁１４は、微少量だけ開くことになる。休止している気筒の排気弁１４が開くと、他の気筒から排出された高温の既燃ガスが、休止している気筒内に流入する。休止している気筒は、気筒内の温度が次第に下がる傾向にあるが、高温の既燃ガスが気筒内に流入することによって、気筒内の温度の低下を抑制することができる。その結果、減気筒運転から全気筒運転へ切り替わったときに、休止していた気筒の燃焼安定性を高めることが可能になる。この構成により、エンジン１００の燃費性能の向上と共に、排気ガスの排出性能の向上も図られる。

また、休止気筒の排気弁１４が微少量だけ開いても、空燃比制御への影響はない。

排気弁１４の微少開弁量は、排気弁１４と排気ポート１２の開口との隙間が小さくて、隙間を流れるガス流動の抵抗が大きくなるため、排気ポート１２の開口を通じたガスの流出入が、ほとんど行われない程度の微少量である。微少量は、具体的には、排気弁１４のリフト量として０．１ｍｍ以下としてもよい。

このエンジン１００においては、排気弁１４と同様に、休止気筒の吸気弁１３も、バルブスプリング１５の荷重を低下させることによって、微少量だけ開くことを許容している。

休止している気筒の吸気弁１３が開くと、新気の一部が休止している気筒内に導入される可能性があるため、運転中の気筒の空燃比のずれを招く恐れがある。従って、休止している気筒における吸気弁１３の微少開弁量は、小さい方が望ましい。

吸気弁１３の微少開弁量は、吸気弁１３と吸気ポート１１の開口との隙間が小さくて、隙間を流れるガス流動の抵抗が大きくなるため、吸気ポート１１の開口を通じたガスの流出入が、ほとんど行われない程度の微少量である。微少量は、具体的には、吸気弁１３のリフト量として０．１ｍｍ以下としてもよい。

前述の通り、排気弁１４は開弁することによって気筒内の温度低下を抑制する効果が得られる一方で、吸気弁１３は開弁することによって空燃比がずれる恐れがあるため、吸気弁１３は、開弁量をできるだけ小さくすることが望ましい。従って、休止しているときの排気弁１４の開弁量と吸気弁１３の開弁量とを比較したときに、排気弁１４の開弁量の方が大となるようにすることが望ましい。

こうして吸気弁１３のバルブスプリング１５の荷重、及び、排気弁１４のバルブスプリング１６のセット荷重がそれぞれ小さいことによって、エンジン運転中の機械抵抗が下がるから、全気筒運転と減気筒運転とを切り替えるエンジン１００の動弁装置において、燃費のさらなる向上を図ることができる。

尚、ここに開示する技術は、ＨＬＡに適用することに限らない。ここに開示する技術は、スイングアーム式の動弁装置であって、弁停止機構を有する動弁装置に広く適用することができる。

また、吸気弁１３及び排気弁１４のうちのいずれか一方についてのみ、休止している気筒において、微少な開弁を許容してもよい。

さらに、エンジン１００は、直列４気筒のガソリンエンジンに限らず、減気筒運転を行う多気筒エンジンであればどのようなエンジンであってもよい。また、ディーゼルエンジンであってもよい。

１００ エンジン
１１ 吸気ポート
１２ 排気ポート
１３ 吸気弁（ポペット弁）
１４ 排気弁（ポペット弁）
１５ バルブスプリング
１６ バルブスプリング
４１ａ 吸気カム部
４２ａ 排気カム部
４３ 吸気スイングアーム
４４ 排気スイングアーム
４５ 油圧ラッシュアジャスタ
４５ｃ ピボット部
４５ｄ 弁停止機構
４６ 油圧ラッシュアジャスタ
４６ｃ ピボット部
４６ｄ 弁停止機構

Claims (2)

1. エンジンの気筒に連通するポートの開口を開閉するよう構成されたポペット弁と、
   前記ポペット弁を閉方向に付勢するよう構成されたバルブスプリングと、
   前記ポペット弁に一端部が連結されかつ、カム部によって押されることにより、前記バルブスプリングの付勢力に抗して前記ポペット弁を押して前記ポペット弁を開けるよう構成されたスイングアームと、
   前記カム部によって押された前記スイングアームが揺動するように、前記スイングアームの他端部を支持するよう構成されたピボット部と、
   前記エンジンの減気筒運転中に、前記カム部が前記スイングアームを押したときに前記ピボット部を変位させることによって、前記ポペット弁の開弁動作を停止するよう構成された弁停止機構と、
   を備えたエンジンの動弁装置であって、
   前記バルブスプリングは、前記弁停止機構が前記ポペット弁の開弁動作を停止しているときにおいて、前記カム部が前記スイングアームを押したときに、前記ポペット弁が、前記バルブスプリングの付勢力に抗して所定の微少量だけ開くよう構成され、
   前記ポペット弁は、前記気筒に連通する排気ポートの開口を開閉するよう構成された排気弁、及び、前記気筒に連通する吸気ポートの開口を開閉するよう構成された吸気弁であり、
   前記弁停止機構が前記排気弁及び前記吸気弁の開弁動作を停止しているときにおいて、前記排気弁の微少開き量は、前記吸気弁の微少開き量よりも大きいエンジンの動弁装置。
2. 請求項１に記載のエンジンの動弁装置において、
   前記ピボット部は、前記ポペット弁のバルブクリアランスを調整する油圧ラッシュアジャスタによって構成され、
   前記弁停止機構は、前記油圧ラッシュアジャスタの前記ピボット部を固定することによって、揺動する前記スイングアームによって前記ポペット弁を開閉するロック状態と、前記油圧ラッシュアジャスタの前記ピボット部を可動にすることによって、前記ポペット弁が開閉しないロック解除状態と、に切り替えるよう構成されているエンジンの動弁装置。

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