JP2013217240A

JP2013217240A - 内燃機関の可変動弁装置

Info

Publication number: JP2013217240A
Application number: JP2012087040A
Authority: JP
Inventors: Naoto Watanabe; 直人渡邉
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 2012-04-06
Filing date: 2012-04-06
Publication date: 2013-10-24

Abstract

【課題】内燃機関の可変動弁装置において、燃焼室壁面（シリンダ壁面）の温度の低下を防止するとともに、排気ガスにより燃焼室壁面を保温することにある。
【解決手段】制御手段（２４）は、吸気行程時に少なくとも１つの吸気弁（１１Ａ）のリフト量が他の吸気弁（１１Ｂ）より大きくなるようにリフト量を変更し、また、排気還流装置（２５）が排気ガスを吸気弁（１１Ａ・１１Ｂ）側へ還流させるときに、吸気弁（１１Ａ・１１Ｂ）のリフト量を変更する。
【選択図】図１

Description

この発明は、内燃機関の可変動弁装置に係り、特に可変動弁機構（ＶＶＴ）を備えた内燃機関において燃焼後の排気ガス（ＥＧＲガス）を用いて燃焼室の温度低下を防止する内燃機関の可変動弁装置に関する。

車両に搭載された内燃機関には、一気筒当たり少なくとも２つの吸気弁を備えるとともに、吸気行程時に少なくとも１つの吸気弁のリフト量が他の吸気弁のリフト量より大きくなるように、リフト量を変更する制御手段を設けた可変動弁装置を備えたものがある。

特開２００６−４６１１１号公報

特許文献１に係る内燃機関の可変動弁機構は、内燃機関の燃焼室にスワール流等の旋回流を起こして燃焼性を向上させるために、一方の吸気弁のリフト量が他方の吸気弁のリフト量より大きくなるように、吸気弁のリフト量を制御するものである。

ところで、上記の特許文献１では、燃焼室にスワール流を発生させると、吸入空気と燃料との混合気が燃焼室壁面（シリンダ壁面）まで均等に分散されるため、燃焼時の火炎伝播が均一となり良好な燃焼状態が得られるが、このとき、スワールを発生させない場合と比較して、燃焼室壁面が吸気と接触する機会が大きくなるため、燃焼室壁面が過度に冷却されて、燃焼の安定性が損なわれるおそれがあった。

また、予混合圧縮自着火内燃機関にあっては、内部の排気ガス（ＥＧＲガス）を利用して、圧縮後の燃焼室の温度を高温にすることで、混合気を自着火させており、多点で燃焼が開始するため、燃焼速度が速く、火花点火燃焼に比べて、空燃比がリーン状態でも安定した燃焼が実現でき、燃料消費率の向上が可能となるものである。
しかし、混合気を圧縮自着火させるために、圧縮後の燃焼室温度が高く、混合気を燃焼室全体に分布させているため、燃焼室壁面近傍も高温となり、燃焼室壁面への冷却損失が大きくなる。そのため、十分な燃料消費率改善効果が得られていなかった。
このため、冷却損失低減のために、吸入空気のスワール流を利用して、新気を燃焼室壁面へ分布させて、この新気層が燃焼ガスと燃焼室壁面との間に遮断層を形成させて、冷却損失低減を図っている。
しかし、新気が燃焼室壁面近傍に存在するため、燃焼室壁面近傍で燃焼が起こり、冷却損失低減効果が十分に得られない。また、スワール発生の方法として、スワール用制御弁を使用しており、このスワール用制御弁の設置されている吸気ポートの吸気弁のリフト量が摩擦損失になってしまうという不都合が生じていた。

そこで、この発明の目的は、燃焼室壁面の温度の低下を防止するとともに、排気ガス（ＥＧＲガス）により燃焼室壁面（シリンダ壁面）を保温することができる内燃機関の可変動弁装置を提供することにある。

この発明は、一気筒当たり少なくとも２つの吸気弁を備えた内燃機関を設け、前記内燃機関の吸気行程時に少なくとも１つの吸気弁のリフト量が他の吸気弁のリフト量よりも大きくなるようにリフト量を変更する制御手段を設けた内燃機関の可変動弁装置において、前記内燃機関には燃焼室内の燃焼後の排気ガスを前記吸気弁側へ還流させる排気還流装置を設け、前記制御手段は、前記排気還流装置が排気ガスを前記吸気弁側へ還流させるときに、前記吸気弁のリフト量を変更することを特徴とする。

この発明は、還流された排気ガスを外部の吸入空気と混ぜることなく燃焼室へ流入させ、高温の状態で燃焼室壁面にガス層を形成し、燃焼室壁面の温度の低下を防止するとともに、排気ガスにより燃焼室壁面を保温することができる。

図１は内燃機関の可変動弁装置のシステム構成図である。（実施例）図２は排気還流装置の構成図である。（実施例）図３は燃焼室内のスワール流の発生方向を示す図である。（実施例）図４は燃焼室内のガス分布を示す図である。（実施例）

この発明は、燃焼室壁面の温度の低下を防止するとともに、排気ガスにより燃焼室壁面を保温する目的を、還流された排気ガスを外部の吸入空気と混ぜることなく燃焼室へ流入させ、高温の状態で燃焼室壁面にガス層を形成して実現するものである。

図１〜図４は、この発明の実施例を示すものである。
図１において、１は車両に搭載される多気筒用の内燃機関である。
この内燃機関１は、予混合圧縮自着火内燃機関であって、シリンダブロック２とシリンダヘッド３とを備えるとともに、一気筒当たり４つの弁を備える。
シリンダブロック２には、シリンダ４が形成され、このシリンダ４にピストン５が往復動可能に設けられている。
シリンダヘッド３には、吸気ポート６と排気ポート７と燃焼室８とが形成されている。
図２に示すように、吸気ポート６は、上流側の主吸気ポート６Ａと、この主吸気ポート６Ａから分岐して燃焼室８に連通するように吸気仕切り壁９で分岐された一側吸気ポート６Ｂ・他側吸気ポート６Ｃとからなる。また、排気ポート７は、燃焼室８に連通するように排気仕切り壁１０で分岐された一側排気ポート７Ｂ・他側排気ポート７Ｃと、下流側の主排気ポート７Ａとからなる。

また、シリンダヘッド４には、図２に示すように、一側吸気ポート６Ａ・他側吸気ポート６Ｂを開閉する吸気弁１１としての２つの一側吸気弁１１Ａ・他側吸気弁１１Ｂと、一側排気ポート７Ａ・他側排気ポート７Ｂを開閉する排気弁１２としての２つの一側排気弁１２Ａ・他側排気弁１２Ｂと、中央部位で燃焼室８に臨む点火プラグ１３と、吸気ポート６側で燃焼室８に燃料を噴射する燃料噴射弁１４とが設置されている。一側吸気弁１１Ａ・他側吸気弁１１Ｂには、吸気タペット１５が設けられている。一側排気弁１２Ａ・他側排気弁１２Ｂには、排気タペット１６が設けられている。
更に、シリンダヘッド３には、一側吸気弁１１Ａ・他側吸気弁１１Ｂを開閉動作するように吸気カム１７を備えた吸気カム軸１８と、一側排気弁１２Ａ・他側排気弁１２Ｂを動作するように排気カム１９を備えた排気カム軸２０と、この吸気カム軸１８と排気カム軸２０とを制御する可変動弁装置２１とが設置されている。
可変動弁装置２１は、吸気カム軸１８を制御する吸気可変動弁機構（ＶＶＴ）２２と、排気カム軸２０を制御する排気可変動弁機構（ＶＶＴ）２３と、これら吸気可変動弁機構２２と排気可変動弁機構２３とを作動制御する制御手段（ＥＣＵ）２４とを備える。
吸気可変動弁機構２２は、隣接する一側吸気弁１１Ａと他側吸気弁１１Ｂとを別々に動作可能な構造である。排気可変動弁機構２３は、隣接する一側排気弁１２Ａと他側排気弁１２Ｂとを別々に動作可能な構造である。

内燃機関１には、図２に示すように、排気還流装置２５が設けられる。
この排気還流装置２５は、燃焼室８内の燃焼後の排気ガスを吸気弁１１Ａ・１１Ｂ側へ還流させるものであって、一端が主排気ポート７Ａの吸入口２６に接続するとともに、他端が一方の分岐吸気ポートとしての一側分岐吸気ポート６Ｂの吐出口２７に接続するＥＧＲ通路２８と、このＥＧＲ通路２８の途中に設けられたＥＧＲ弁２９とを備える。
また、排気還流装置２５の排気ガスの吐出口２７よりも上流側の吸気ポートとしての一側分岐吸気ポート６Ｂには、排気ガスの還流時に閉弁する開閉弁３０が備えられる。

制御手段２４は、吸気行程時に少なくとも１つの吸気弁である一側吸気弁１１Ａのリフト量が他の吸気弁である他側吸気弁１１Ｂのリフト量よりも大きくなるように、リフト量を変更するものである。つまり、この実施例では、一側吸気弁１１Ａは、高リフトとなるように用いられる。他側吸気弁１１Ｂは、低リフトとなるよう用いられる。また、排気還流装置２５の排気ガスの吐出口２７は、リフト量が大きく動作される一側吸気弁１１Ａの一側吸気ポート６Ｂに接続する。
また、制御手段２４は、排気還流装置２５が排気ガスを吸気弁１１Ａ・１１Ｂ側へ還流させるときに、吸気弁１１Ａ・１１Ｂのリフト量を変更、つまり、一側吸気弁１１Ａのリフト量が他側吸気弁１１Ｂのリフト量よりも大きくなるように、リフト量を変更する。
このような構成にすることにより、一側吸気弁１１Ａと他側吸気弁１１Ｂとでリフト差を設けて、排気還流装置２５の作動中に少なくとも１つの吸気弁１１Ａのリフト量を増大させるため、還流された排気ガス（ＥＧＲガス）が燃焼室壁面（シリンダ壁面）に沿って流入して、図３の矢印Ｒで示すスワール流を生成し、よって、リフト量が小さい方の他側吸気弁１１Ｂから吸入空気を取り囲むことができる。
従って、吸入空気が燃焼室壁面に接触する面積が減じられ、燃焼室壁面の温度の低下を防止するとともに、排気ガスにより燃焼室壁面を保温することができる。また、可燃性の高い吸入空気が燃焼室８の中央部分に集められるため、着火性が向上し燃焼時の燃焼伝播も均一となる。

また、排気還流装置２５の排気ガスの吐出口２７は、リフト量が大きな一側吸気弁１１Ａ側の一側吸気ポート６Ｂに接続している。
このように構成すれば、排気還流装置２５の吐出口２７がリフト量の大きな一側吸気弁１１Ａの一側吸気ポート６Ｂヘ接続されるため、一側吸気弁１１Ａが開弁すると外部からの吸入空気と比較して、多量の排気ガスが燃焼室８に流れ込み、吸入空気を早期に囲み込むことができる。

さらに、内燃機関１は、排気還流装置２５の排気ガスの吐出口２７よりも上流側の一側吸気ポート６Ｂに、排気ガスの還流時に閉弁する開閉弁３０を備えている。
このような構成にすれば、排気ガスの還流時に、一側吸気ポート６Ｂの上流側が開閉弁３０で閉塞され、このとき、還流された排気ガスが吸入空気と混ざることなく燃焼室８へ流入し、図４に示すように、高温の状態で燃焼室壁面に流入した排気ガスのガス層を一定幅Ｐで形成するため、燃焼室壁面の保温性が向上し、冷却損失を低減させ、また、内燃機関１の低負荷での失火を抑制することが可能となる。
このとき、燃焼室８内では、内部の排気ガス（ＥＧＲガス）・新気・燃料は、ガス層（Ｐ）内で分布される。さらに、燃焼室８内のスワール流Ｒの発生を、一側吸気弁１１Ａと他側吸気弁１１Ｂとのリフト差とするので、バルブリフトの摩擦損失を低減できる。
また、排気還流装置２５による排気ガスが排気ポート７内と略同じ圧力で還流されるため、開閉弁３０を閉弁すれば、高圧の排気ガスが燃焼室８へ流れ込み、吸入空気を囲み込む速度を向上させることができる。

なお、この実施例においては、一側吸気弁と他側吸気弁と同様に、一側排気弁と他側排気弁とのリフト量を変更することも可能である。

この発明に係る可変動弁装置を、各種内燃機関に適用可能である。

１内燃機関
２シリンダブロック
３シリンダヘッド
４シリンダ
６吸気ポート
６Ａ主吸気ポート
６Ｂ一側吸気ポート
６Ｃ他側吸気ポート
７排気ポート
７Ａ主排気ポート
７Ｂ一側排気ポート
７Ｃ他側排気ポート
８燃焼室
１１吸気弁
１１Ａ一側吸気弁
１１Ｂ他側吸気弁
１２排気弁
１２Ａ一側排気弁
１２Ｂ他側排気弁
１８吸気カム軸
２０排気カム軸
２１可変動弁装置
２２吸気可変動弁機構
２３排気可変動弁機構
２４制御手段
２５排気還流装置
２６吸入口
２７吐出口
２８ＥＧＲ通路
２９ＥＧＲ弁
３０開閉弁

Claims

一気筒当たり少なくとも２つの吸気弁を備えた内燃機関を設け、前記内燃機関の吸気行程時に少なくとも１つの吸気弁のリフト量が他の吸気弁のリフト量よりも大きくなるようにリフト量を変更する制御手段を設けた内燃機関の可変動弁装置において、前記内燃機関には燃焼室内の燃焼後の排気ガスを前記吸気弁側へ還流させる排気還流装置を設け、前記制御手段は、前記排気還流装置が排気ガスを前記吸気弁側へ還流させるときに、前記吸気弁のリフト量を変更することを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
前記排気還流装置の排気ガスの吐出口は、リフト量が大きな吸気弁側の吸気ポートに接続されたことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の可変動弁装置。
前記内燃機関は、前記排気還流装置の排気ガスの吐出口よりも上流側の吸気ポートに、排気ガスの還流時に閉弁する開閉弁を備えることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の可変動弁装置。