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。
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O2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、O2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。