JPS6223510A

JPS6223510A - 多気筒内燃機関

Info

Publication number: JPS6223510A
Application number: JP16226685A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Matsumoto; 松本　泰郎; Seinosuke Hara; 誠之助原; Hiromichi Bito; 尾藤　博通
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1985-07-22
Filing date: 1985-07-22
Publication date: 1987-01-31
Also published as: JPH0568603B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は多気筒内燃機関、例えば車両に搭載される多気
筒内燃機関に関する。

（従来の技術）従来、機関の高出力、低燃費を達成するための多気筒内
燃機関としては、例えば第１７図〜第２１図に示すもの
が知られている（特開昭５８−２５５３７号公報）。

これらの図に示すように、この内燃機関は、４気筒の各
気筒について主吸気弁１と副吸気弁２との吸気２弁、及
び、排気弁３を有している。ここに、主吸気弁１が開閉
する主吸気ポート４は吸気流により燃焼室５内にスワー
ルを形成するように、また、副吸気弁２が開閉する副吸
気ポート６は多量の吸気を燃焼室５に送給可能に主吸気
ポート４の流路面積よりも大きな流路面積を有している
。

これらの吸・排気弁はいづれもロッカアーム７を介して
駆動カム８により機関回転に同期して駆動されるが、こ
れらのロッカアーム７には、第１９図及び第２０図に示
すように、それぞれその作動を停止可能な作動停止機構
が設けられている。この作動停止機構は、ロッカアーム
７の背面に設けた油圧シリンダ９と、そのピストンロッ
ド９Ａに連結したフォーク状のストッパ１０と、を有し
ており、一端が駆動カム８に当接するロッカアーム７の
他端に往復動自在に保持されて吸・排気弁のステムエン
ド１１に当接するプランジャ１２を、シリンダ９非作動
時ストッパ１０に係止させてロッカアーム７の揺動を該
プランジャ１２を介して吸・排気弁に伝達するとともに
、図外の切換弁によりシリンダ室１３に潤滑油を供給し
てピストンロッド９Ａを突出させることによりストッパ
１０によるプランジャ１２の係止を解除して、プランジ
ャ１２をロッカアーム７の揺動に対して非拘束とする結
果、該揺動を吸・排気弁に伝達しないようにしている。

すなわち、シリンダ９の作動により吸・排気弁の作動を
停止するのである。

また、この作動停止機構は機関の運転状態に応じて制御
手段１４により駆動され、低速低負荷時はすべての吸・
排気弁１．２．３の作動が停止され、低速高負荷時は副
吸気弁２の作動のみが停止されるよう制御される。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、このような従来の多気筒内燃機関にあっ
ては、吸・排気弁の弁開閉時期及び弁リフト量を可変と
するものではなく、その作動を完全に停止する構成であ
ったため、例えば第２１図に示すように、低速域と高速
域との間の中速域（図中斜線部）、すなわち過渡運転域
では機関の出力トルクを充分に高めることができないと
いう問題点があった。また、主・副２つの吸気弁は、そ
の一方を低速向けの作動タイミング、リフトに、他方を
高速向きのそれに、構成していたため、高速時の吸気充
填効率を充分に高めることができないという問題点も有
していた。さらに、特定運転条件では一方の吸気弁の作
動を停止する構成のため、二系統の燃料供給装置を必要
とし、特に気筒毎に燃料供給を行うものでは該装置が複
雑化するという問題点を有していた。

（問題点を解決するための手段）本発明は、１気筒について２つの吸気弁を備えた多気筒
内燃機関において、一方の吸気弁にその弁開閉時期及び
弁リフト量を機関の運転条件に応じて段階的に可変とす
る可変動弁機構を備えた構成である。

（作用）本発明に係る多気筒内燃機関にあっては、機関の運転条
件に応じて一方の吸気弁の弁開閉時期及び弁リフト量を
、可変動弁機構により、段階的に可変とし、低速から高
速の全域に亘ってトルク向上及び燃費改善を図ることが
できる。

（実施例）以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図〜第１６図は本発明の一実施例を示している。

まず、構成を説明する。

第２図において、２１は直列４気筒内燃機関におけるカ
ム軸であり、その軸端に固着したブーＩＪ２１Ａを介し
て、機関出力軸に同期して駆動回転される。また、２２
は排気弁のロッカアームであり、ロッカシャフト２３に
回転自在に支持されている。ここに、第３図に示すよう
に、各気筒の燃焼室２４には、主・副２つの吸気ポート
２５．２６と、一つの排気ポート２７が開口している。

なお、図中２８は点火プラグを示している。また、主吸
気ポート２５は点火プラグ２８から離れて開口し、点火
プラグ２８に向って開口する副吸気ポート２６よりもそ
の流路断面積が小さく形成されている。主吸気ポート２
５は燃焼室２４内に強いスワールを生成するためにシリ
ンダ側壁の円周方向（略接線方向）を指向し、副吸気ポ
ート２６はシリンダ中心に向って開口している。

これらの主、副両吸気ボート２５．２６を去れぞれ開閉
する主、副両吸気弁２９．３０及び排気弁３１は、それ
ぞれロッカアーム３２．３３及び２２を介して駆動カム
３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃにより駆動される。すなわち、
第１図に示すように、副吸気弁３０のロッカアーム３３
には可変動弁機構３５が装着され、この可変動弁機構３
５により副吸気弁３０はその弁開閉時期及び弁リフト量
が可変とされる。一方、主吸気弁２９及び排気弁３１は
、それぞれ第１図及び第８図に示すように、固定式動弁
機構を介して一定の弁開閉時期及び弁リフト量で駆動さ
れる。

可変動弁機構３５では、第１図に示すように、一端が駆
動カム３４Ｂに他端が副吸気弁３０のステムエンド３０
Ａにそれぞれ当接するロッカアーム３３を有しており、
このロッカアーム３３の長手方向に沿って湾曲形成した
背面３３Ａはレバー３６の長手方向に沿って平坦に形成
した下面３６Ａに支点接触（線接触）している。すなわ
ち、ロッカアーム３３はレバー３６に揺動自在に支持さ
れている。また、レバー３６の一端部上面にはリフト制
御カム３７が当接するとともに、その他端部の凹陥部３
６Ｂ内にはブラケット３８に支持された油圧ピボット３
９が摺動自在に嵌合されている。すなわち、レバー３６
は油圧ピボット３９を中心として揺動自在に設けられて
いる。

なお、ブラケット３８はシリンダヘッド４０に固定され
ている。また、レバー３６の凹溝４１内にはロッカアー
ム３３の中央部に挿通した支持軸４２（第６図参照）が
嵌装されており、この支持軸４２の凹穴４２Ａと凹溝４
１底壁との間にはスプリング４３が縮設されている。な
お、このスプリング４３のバネ定数はバルブスプリング
４４のそれよりもかなり小さく設定しである。３８Ａは
ブラケット３日に形成した油路であり、上記油圧ピボッ
ト３９に圧油を供給してバルブクリアランスを一定値に
保持させている。

また、第４図及び第５図に示すように、上記リフト制御
カム３７はカム制御軸４５に遊嵌されており、カム制御
軸４５に固着したスプリングホルダ４６とリフト制御カ
ム３７の円筒部３７Ａとの間に縮設したコイルスプリン
グ４７を介してこれらは連結されている。さらに、第５
図に示すように、カム制御軸４５にはストッパピン４８
が突設され、このストッパビン４８はリフト制御カム３
７の円筒部３７Ａの切欠きと当接可能とされ、コイルス
プリング４７に過大な力が作用しないようにしている。

なお、第４図中、４９はカム制御軸４５を回転自在に支
持するキャップである。

ここに、第７図は副吸気弁３０のリフト制御カム３７の
カムプロフィールを示している。同図に示すように、リ
フト制御カム３７は、副吸気弁３０の弁リフト量及び弁
開閉時期を異ならせる５個のカム面３７ａ〜３７ｅを有
している。この場合、カム面３７ａは副吸気弁３０の弁
リフト量で１鰭に、カム面３７ｂはその弁リフト量で４
．５鰭に、カム面３７ｃは同じく８１ｍに、カム面３７
ｄは同じ＜９．４鶴に、カム面３７ｅは同じ＜　１０．
８ｍに、それぞれ対応して形成している。

また、第８図に示すように、主吸気弁２９の動弁機構は
、一端が駆動カム３４Ａに、他端が主吸気弁２９のステ
ムエンド２９Ａにそれぞれ当接するロッカアーム３２を
、ブラケット５３に保持させたピボット５４により揺動
自在に支持させている。同じく第１図に示すように、排
気弁３１のロッカアーム２２は一端力１区動カム３４Ｃ
に、他端がステムエンド３１Ａにそれぞれ当接し、ロッ
カシャフト２３に回転自在に支持されている。

また、第２図に示すように、カム制御軸４５の一端には
減速機構５１を介してステッピングモータ５２が連結さ
れている。このステッピングモータ５２は図外の制御手
段、例えば車載のマイクロコンピュータにより駆動され
るもので、この制御手段は回転数センサ、水温センサ等
から入力された各種の検出信号に基づいて機関の運転条
件を判別し、この運転条件に応じてステッピングモータ
５２を駆動制御することになる。

なお、鳥区動カム３４Ａのカムプロフィールカム３４Ｂ
のそれと異なって形成されている。すなわち、主吸気弁
２９のリフト中心角が副吸気弁３ｏのそれよりも若干進
み側になるように駆動カム３４Ａのカムプロフィールを
形成している。

次に本実施例の作用について説明する。

本実施例では、機関の回転速度及び機関の負荷に応じて
、第９図に示すように、機関の全運転領域を５つの領域
（１）〜（Ｖ）に分割して、副吸気弁３０のリフト特性
（弁リフト量、弁開閉時期）を各領域毎に段階的に変化
させている。すなわち、アイドリング時及び低速低負荷
域では（領域１）、第１０図中曲線Ｉ，で示すように、
回転速度及び負荷（アクセル開度）が増加するに従って
領域（■）〜（ＩＶ）では曲線Ｉ２〜Ｉ４で示すように
、さらに高速域（Ｖ’）では曲線■，で示すように、副
吸気弁３０のリフト特性を変化させるのである。

なお、第１０図中曲線■。は主吸気弁２９のリフト特性
を、曲線Ｅは排気弁３１のそれを示している。また、第
９図中実線は回転速度及び負荷増加時の各領域間の切換
値、すなわちステッピングモータ５２によるリフト制御
カム３７のカム面の切換値を、破線は減少時の切換値を
、それぞれ示している。このように、領域の切換、すな
わちモータ５２の駆動にヒステリシスを設は動弁機構３
５のハンチングを防止している。以下、各領域について
説明する。

■　領域（１）アイドリング時及び低速低負荷域では、ステッピングモ
ータ５２の駆動によりリフト制御カム３７を回転してカ
ム面３７ａでレバー３６を押し下げる。この結果、レバ
ー３６の一端はロッカアーム３３の一端から上方に最も
離れて位置しくレバー３６の傾斜は最大となる）、ロッ
カアーム３３の揺動支点（支点接触点）はその他端側（
ステムエンド３０Ａ側）に移行する。従って、第１１図
に示すように、副吸気弁３０はそのリフト量が１ｆｌで
開弁期間も短いものとなる（曲線ＩＩ）。これに対して
、主吸気弁２９及び排気弁３１のリフト特性は一定であ
る（曲線■。、Ｅ）。これらの結果、吸入空気量の大部
分は主吸気ボート２５より燃焼室２４内に導入され強い
吸気スワール流を生成し、燃焼を安定化させる。また、
副吸気弁３０をわずかにリフトさせているため、全閉と
した場合副吸気ボート２６に燃料が滞留し再開弁時この
液状燃料が流入してＨＣ，Ｃ○等を増大させるというお
それも解消できる。さらに、この場合、排気弁３１と主
吸気弁２９とのオーバラップ量が小さいため、また、主
吸気ボート２５の開口面積が小さいため、燃焼室２４内
の残留ガス量が減少し、この点からも、燃焼が安定化し
、燃費が低減される。また、副吸気弁３０の弁リフト量
は小さいため、弁作動に伴う動力損失も大幅に低減して
いる。なお、上述のように、強いスワール流を生成する
ため、例えばＡ／Ｆ＝２０以上の希薄混合気での燃焼が
可能となり、燃費の向上及び排気中の有害物質の低減を
さらに図ることができる。

■　領域（ＩＩ）回転速度及び負荷が増加すると、カム面３７ｂでレバー
３６の一端を押し下げその傾斜を小とする。

この結果、ロッカアーム３３の支点接触点はその一端側
に移行し、副吸気弁３０は、第１２図に曲線■２で示す
ように、開弁期間、弁リフト量とも増加する（弁リフト
量は４．５ｍｍ）。従って、副吸気ボート２６からの吸
入空気量が増加して、当該運転条件に適した出力トルク
を得ることができる。なお、排気弁３１及び主吸気弁２
９の各リフト特性は曲線Ｅ、■。に示すように一定であ
る。

■　領域（ＩＩ［）、（ＩＶ）領域（ＩＩ）から回転速度及び負荷がさらに増加すると
、この増加に応じてカム面３７Ｃ１３７ｄでレバー３６
の一端をさらに押し下げてその傾斜をさらに小とし、ロ
ッカアーム３３の支点接触点はその一端側にさらに移行
する。この結果、第１３図中曲線■３及び第１４図中曲
線■４に示すように、副吸気弁３０はその開弁期間及び
弁リフト量が増加する（弁リフト量は８鶴、９．４鶴と
なる）。従って、この場合においても副吸気ボート２６
からの吸入空気量が増加して当該運転条件に適した出力
トルクを得ることができる。また、これらの領域にてア
クセル開度が一定値以上の場合（フルスイッチがＯＮ）
出力向上のため空燃比は濃くする。また、このように回
転速度の上昇に従い開弁期間も長くしたため、低回転域
での下死点後の開弁による吸気はきもどし量を低減する
とともに、高回転域で開弁時間が短縮されるにも拘らず
充分な開弁時間面積を確保できる。

■　領域（Ｖ）機関の高速運転域では、カム面３７ｅでレバー３６を押
し下げその傾斜を略水平とする。その結果、ロッカアー
ム３３の支点接触点は一端側に移行しくリフト制御カム
３７に接近し）、第１５図中曲線■、で示すように、副
吸気弁３０のリフ＋−ｉｔは最大となり（１０，８ｍｍ
）その開弁期間も最長となる。従って、大きな流路断面
積を有する副吸気ボート２６から多量の吸入空気を効率
良く吸入でき、その出力を向上できる。

なお、第１６図は機関回転数（横軸）と出力トルク（縦
軸）との関係を示し、曲線Ｐ、Ｑ、Ｒはそれぞれ領域（
ＩＩＩ）、（ＩＶ）、（Ｖ）における全開出力トルクを
示している。このように、本実施例によれば、全開域で
の出力トルクを滑らかに増加することができる。

また、上記実施例ではアクセル開度、機関回転速度を用
いて各領域の切換値を設定したが、これに代えて吸入空
気量を使用して制御することもできる。

（効果）以上説明してきたように、本発明によれば、機関の運転
条件に応じて出力トルクの向上、燃費の低減、及び、排
気中の有害物質の低減を達成できる。また、運転条件の
変化にも拘らず円滑に出力トルクを変化させることがで
き、可変動弁機構により動弁系の駆動損失を低減するこ
とができる。

さらに、燃料供給装置を簡単な構成とすることができ、
全体としてコスト低減をも達成できる。

また、上記実施例にあっては、主吸気ポートからの吸気
が直接点火プラグに衝突しない構成としたため、アイド
ル時、始動時の燃料による点火プラグのくすぶりを防止
でき、その絶縁抵抗の低下による着火能力の低下を阻止
でき、低温時の運転性が向上するという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第１６図は本発明に係る多気筒内燃機関の一実
施例を示し、第１図はその可変動弁機構を示す断面図、
第２図はその平面図、第３図はその吸・排気ボートのレ
イアウトを示す模式図、第４図はそのリフト制御カムの
取付部を示す分解斜視図、第５図は同じくその取付部を
示す斜視図、第６図はその支持軸を示す斜視図、第７図
は副吸気弁のリフト制御カムのカムプロフィールを示す
模式図、第８図は主吸気弁の動弁機構を示す一部破断正
面図、第９図は機関運転条件とリフト制御カムのカム面
との対応関係を与えるグラフ、第１０図は吸・排気弁の
リフト特性を示すグラフ、第１１図〜第１５図は各運転
条件毎の吸・排気弁のリフト特性をそれぞれ示すグラフ
、第１６図は本実施例における機関回転数と出力軸トル
クとの関係を示すグラフである。第１７図〜第２１図は
従来の多気筒内燃機関を示すものであり、第１７図はそ
の機関の平面図、第１８図は同じくその正面断面図、第
１９図はそのロッカアームと作動停止機構とを示す一部
断面正面図、第２０図は第１９図におけるｘｘ−ｘｘ矢
視断面図、第２１図はその機関回転数と出力軸トルクと
の関係を示すグラフである。２９・・・・・・主吸気弁、３０・・・・・・副吸気弁、３１・・・・・・排気弁、３５・・・・・・可変動弁機構。

Claims

【特許請求の範囲】

１気筒について２つの吸気弁を備えた多気筒内燃機関に
おいて、一方の吸気弁にその弁開閉時期及び弁リフト量
を機関の運転条件に応じて段階的に可変とする可変動弁
機構を備えたことを特徴とする多気筒内燃機関。