JP2684089B2 - 内燃機関の吸気装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 A.発明の目的 （１） 産業上の利用分野 本発明は、燃焼室に臨んで機関本体に設けられる第１
および第２吸気弁口を開閉可能な第１および第２吸気弁
が機関本体に配設され、第１および第２吸気弁口に通じ
て第１および第２吸気ポートが機関本体に設けられ、第
２吸気ポートには遮断弁が開閉可能に配設される内燃機
関の吸気装置に関する。

（２） 従来の技術 従来、かかる装置は、たとえば特開昭56−146015号公
報および特開昭59−43922号公報等により公知である。

（３） 発明が解決しようとする課題 ところで、上記従来のものでは、２つの吸気ポートの
うち一方に遮断弁を配設し、機関低速運転時に遮断弁を
閉弁して燃焼室でのスワール効果を発揮させ、機関の高
速運転時には遮断弁を開弁して、充填効率を向上させる
ようにしている。しかるに、かかる装置では、機関の低
速運転時と高速運転時とでそれぞれ高出力を得るように
しており、低速運転および高速運転の切換時には出力ト
ルクの落ち込みが避けられない。

そのような低，高速運転の切換時のトルク落ち込みを
回避すべく、例えば特開昭61−252832号公報（特に第９
図の実施例）に開示されるように遮断弁による一方の吸
気ポート開閉技術と、両吸気弁に連動する動弁駆動手段
によって両吸気弁を機関の低速運転時には低速運転に対
応した低速作動状態に、また高速運転時には高速運転に
対応した高速作動状態にそれぞれ切換可能とした可変バ
ルブタイミング技術とを組み合わせるようにしたものが
既に提案されているが、このものでは、機関の低速運転
時にその回転数の低・高に応じて遮断弁を閉・開状態に
切換えることができるものの、高速運転時には遮断弁が
開きっぱなしであるため、都合３種類の吸気特性しか得
られない不都合があり、また低速運転時における両吸気
弁のリフト量は一律同じに設定されるので、吸気充填効
率が吸気流速による影響を受け易い低速運転域において
遮断弁の開閉に応じて各々の吸気弁に最適なリスト量を
設定することが困難であり、例えば遮断弁の閉弁時に十
分なスワール効果を得るべく吸気弁のリフト量を小に設
定（即ち吸気流を絞り気味に設定）した場合には、前記
スワール効果が期待できない遮断弁解放時に吸気面積が
不足気味となって吸気充填効率を十分に高めることがで
きず、またこれとは逆に遮断弁解放時に吸気充填効率を
高めるべく吸気弁のリフト量を大に設定にした場合に
は、遮断弁の開弁時に吸気流が十分に絞られず、初期の
スワール効果が期待できなくなって、これまた吸気充填
効率を十分に高めることができない。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、
従来装置の上記問題を一挙に解決することができる、内
燃機関の吸気装置を提供することを目的としている。

B.発明の構成 （１）課題を解決するための手段 上記目的を達成するために本発明によれば、燃焼室に
臨んで機関本体に設けられる第１および第２吸気弁口を
開閉可能な第１および第２吸気弁が機関本体に配設さ
れ、第１および第２吸気弁口に通じる第１および第２吸
気ポートが機関本体に設けられ、第２吸気ポートには遮
断弁が開閉可能に配設され、第１吸気ポートは、遮断弁
の閉弁時に燃焼室内にスワールを生成すべく形成され、
第１および第２吸気弁を機関の低速運転時には低速運転
に対応した低速作動状態に、また高速運転時には高速運
転に対応した高速作動状態にそれぞれ切換える動弁駆動
手段が該第１および第２吸気弁に連結されてなる、内燃
機関の吸気装置において、動弁駆動手段は、低速作動状
態下では第１吸気弁のリフト量が第２吸気弁のそれより
も小となり、また高速作動状態下では何れの吸気弁のリ
フト量とも低速作動状態下での第２吸気弁のそれより大
となるように構成され、遮断弁に連結される制御手段
は、両吸気弁が低速作動状態にあるときに機関回転数の
低・高に応じて遮断弁を閉・開状態にそれぞれ切換える
とともに、両吸気弁が高速作動状態にあるときに機関回
転数の低・高に応じて遮断弁を閉・開状態にそれぞれ切
換えるべく構成される。

（２） 作用 上記構成によれば、機関の低速運転時に機関回転数に
応じて遮断弁の開閉切換を行うだけでなく、高速運転時
にも機関回転数に応じて遮断弁の開閉切換を行うように
したことで都合４種類の吸気特性を得ることができるた
め、より精密な吸気制御を行なうことが可能となる。

また特に機関の低速運転時には、その極低速運転域に
おいて、リフト量を対に設定（即ち吸気流を絞り気味に
設定）した第１吸気弁のみを通して燃焼室に吸気を流入
させることでその吸気流速が高められるから、十分なス
ワール効果が得られ、吸気充填効率が向上する。一方、
その極低速運転域に続く低速運転域では、遮断弁の開弁
により吸気流速が低下して十分なスワール効果が得られ
なくなっても、リフト量を大に設定した第２の吸気弁を
通しても燃焼室に十分な吸気を流入させて必要な吸気充
填量が確保されるから、全体として吸気充填効率が向上
する。

（３） 実施例 以下、図面により本発明の一実施例について説明する
と、先ず第１図および第２図において、この車両搭載用
DOHC型多気筒内燃機関では、シリンダブロック１内に複
数のシリンダ２が直列に並んで設けられ、機関本体Ｅを
構成すべくシリンダブロック１の上端に結合されるシリ
ンダヘッド３と、各シリンダ２に摺動可能に嵌合される
ピストン４との間には燃焼室５がそれぞれ画成される。
またシリンダヘッド３には、各燃焼室５の天井面を形成
する部分に、第１および第２吸気弁口6a,6bならびに第
１および第２排気弁口7a,7bが設けられる。一方、シリ
ンダヘッド３には、該シリンダヘッド３における一方の
側面に開口端を共通にして開口される第１および第２吸
気ポート8,9が穿設されており、第１吸気ポート８は混
合気を旋回しながら第１吸気弁口6aに導くべく螺旋状に
曲成されて第１吸気弁口6aに連なり、第２吸気ポート９
はほぼ直線状にして第２吸気弁口6bに連なる。また第１
および第２排気弁口7a,7bはほぼ直線状の第１および第
２排気ポート10,11に連なり、両排気ポート10,11はシリ
ンダヘッド３の他方の側面に共通に開口する。さらに第
１および第２吸気ポート8,9の合流部には燃料噴射弁FV
が配設される。

第２吸気ポート９には、開閉可能な遮断弁Ｖが配設さ
れており、この遮断弁Ｖは駆動モータＭにより開閉駆動
される。

シリンダヘッド３の各シリンダ２に対応する部分に
は、第１および第２吸気弁12a,12bと、第１および第２
排気弁13a,13bとを案内すべく、一対ずつ２組のガイド
筒14…がそれぞれ嵌合、固定されており、それらのガイ
ド筒14…から上方に突出した各吸気弁12a,12bおよび各
排気弁13a,13bの上端にそれぞれ設けられる鍔部15…
と、シリンダヘッド３との間には弁ばね16…がそれぞれ
縮設され、これらの弁ばね16…により各吸気弁12a,12b
および各排気弁13a,13bは、上方すなわち閉弁方向に付
勢される。

両吸気弁12a,12bには、機関の運転状態に応じて作動
状態を切換可能な吸気弁側動弁駆動手段19が連結され、
両排気弁13a,13bには、機関の運転状態に応じて作動状
態を切換可能は排気弁側動弁駆動手段20が連結される。

第３図および第４図を併せて参照して、吸気弁側動弁
駆動手段19は、機関のクランク時（図示せず）から1/2
の減速比で回転駆動されるカムシャフト21と、カムシャ
フト21に設けられる第１カム22、第２カム23および第３
カム24と、カムシャフト21と平行にして固定配置される
ロッカシャフト25と、ロッカシャフト25に枢支される第
１駆動ロッカアーム26、自由ロッカアーム27および第２
駆動ロッカアーム28と、各ロッカアーム26,27,28間に設
けられる油圧式連結切換機構29とを備える。

カムシャフト21には第１吸気弁12aに対応した位置に
第１カム22が、第２吸気弁12bに対応した位置に第３カ
ムがそれぞれ一体化されるとともに、第１および第３カ
ム24間に第２カム23が一体化される。第１カム22はベー
ス円部22aと該ベース円部22aから半径方向外方に突出し
た高位部22bとを有する。また第２カム23は、機関の高
速運転時に対応した形状を有するものであり、ベース円
部23aと、前記高位部22bよりも突出量および中心角範囲
を大としてベース円部23aから突出した高位部23bとを有
する。さらに第３カム24は、ベース円部24aと該ベース
円部24aから突出した高位部24bとを有し、該ベース円部
24bは、前記高位部22b,23bの中間の値の突出量および中
心角範囲を有するものである。而して各カム22〜24の高
位部22b〜24bによる開弁特性曲線は第５図で示すように
なる。すなわち第５図において、第１カム22による開弁
特性曲線がＩ、第２カム23による開弁特性曲線がII、第
３カム24による開弁特性曲線がIIIでそれぞれ示され
る。

一方、ロッカシャフト25は、カムシャフト21よりも下
方位置で、該カムシャフト21と平行な軸線を有してシリ
ンダヘッド３に固定的に保持される。このロッカシャフ
ト25には、第１吸気弁12aに連動、連結される第１駆動
ロッカアーム26と、第２吸気弁12bに連動、連結される
第２駆動ロッカアーム28と、第１および第２駆動ロッカ
アーム26,28間に配置される自由ロッカアーム27とが相
互に隣接してそれぞれ枢支される。

第１および第２駆動ロッカアーム26,28にはタペット
ねじ31がそれぞれ進退可能に螺合されており、これらの
タペットねじ31が対応する吸気弁12a,12bの上端に当接
する。したがって両吸気弁12a,12bは両駆動ロッカアー
ム26,28の揺動作動に応じて作動することになる。

自由ロッカアーム27は、シリンダヘッド３との間に介
装した弾発付勢手段30（第１図参照）により高速用カム
23に摺接する方向に弾発付勢される。

油圧式連結切換機構29は、第１駆動ロッカアーム26お
よび自由ロッカアーム27間を連結可能な第１切換ピン32
と、自由ロッカアーム27および第２駆動ロッカアーム28
間を連結可能な第２切換ピン33と、第１および第３切換
ピン32,33の移動を規制する規制ピン34と、各ピン32〜3
4を連結解除側に付勢する戻しばね35とを備える。

第１駆動ロッカアーム26には、自由ロッカアーム27側
に開放した有底の第１ガイド穴36がロッカシャフト25と
平行に穿設されており、円柱状に形成された第１切換ピ
ン32が第１ガイド穴36に摺動可能に嵌合され、第１切換
ピン32の一端と第１ガイド穴36の閉塞端との間に油圧室
37が画成される。しかも第１駆動ロッカアーム26には油
圧室37に連通する通路38が穿設され、ロッカシャフト25
には給油路39が設けられる。該給油路39は第１駆動ロッ
カアーム26の揺動状態にかかわらず通路38を介して油圧
室37に常時連通する。しかも給油路39は、油圧制御弁40
を介して油圧供給源41に接続されており、油圧制御弁40
は油圧供給源41からの油圧を高、低に切換えて給油路39
すなわち油圧室37に供給可能である。

自由ロッカアーム27には、第１ガイド穴36に対応する
ガイド孔42がロッカシャフト25と平行にして両側面間に
わたって穿設されており、第１切換ピン32の他端に一端
が当接される第２切換ピン33がガイド孔42に摺動可能に
嵌合される。

第２駆動ロッカアーム28には、前記ガイド孔42に対応
する有底の第２ガイド穴43が自由ロッカアーム27側に開
放してロッカシャフト25と平行に穿設されており、第２
切換ピン33の他端に当接する円盤状の規制ピン34が第２
ガイド穴43に摺動可能に嵌合される。この第２ガイド穴
43の閉塞端には筒状の案内部材44が挿通固定されてお
り、該案内部材44内に移動自在に挿通されるロッド45が
規制ピン34に同軸にかつ一体に設けられる。而して戻し
ばね35は、第２ガイド穴43の閉塞端および規制ピン34間
に縮設されており、この戻しばね35のばね力により相互
に当接した前記各ピン32,33,34が油圧室37側に付勢され
る。

かかる油圧式連結切換機構29では、油圧室37の油圧が
高くなることにより、第１切換ピン32がガイド孔42に嵌
合するとともに第２切換ピン33が第２ガイド穴43に嵌合
して、各ロッカアーム26,27,28が連結される。また油圧
室37の油圧が低くなると戻しばね35のばね力により第１
切換ピン32が第２切換33との当接面を第１駆動ロッカア
ーム26および自由ロッカアーム27間に対応させる位置ま
で戻り、第２切換ピン33が規制ピン34との当接面を自由
ロッカアーム27および第２駆動ロッカアーム28間に対応
させる位置まで戻るので各ロッカアーム26,27,28の連結
状態が解除される。

したがって吸気弁側動弁駆動手段19では、油圧式連結
切換機構29を連結解除状態としたときに、第１吸気弁12
aが第１カム22の形状に応じた態様で第５図の曲線Ｉで
示すように、開閉作動し、第２吸気弁12bが第３カム24
の形状に応じた態様で第５図の曲線IIIで示すように開
閉作動する。また油圧式連結切換機構29を連結状態とし
たときには、第１および第２吸気弁12a,12bが第５図の
曲線IIで示すように、第２カム23の形状に応じた態様で
開閉作動する。

ところで、油圧制御弁40の切換作動、ならびに遮断弁
Ｖの開閉作動は、制御手段Ｃにより制御されるものであ
り、該制御手段Ｃは機関の運転状態に応じて油圧制御弁
40すなわち吸気弁側動弁駆動手段19ならびに遮断弁Ｖを
次表で示すように制御する。

排気弁側動弁駆動手段20は、上記吸気弁側動弁駆動手
段19と基本的にほぼ同一の構成を有するものである。

次にこの実施例の作用について説明すると、機関の低
速運転時には、油圧制御弁40により油圧式連結切換手段
29における油圧室37の油圧を低圧にしておく。この状態
では、吸気弁側動弁駆動19は、第１吸気12Aを第１カム2
2の形状に応じて開閉作動せしめるとともに第２吸気弁1
2bを第３カム24の形状に応じて開閉作動せしめる。一
方、遮断弁Ｖは上記表で示したように開閉作動する。す
なわち機関の極低速時には遮断弁Ｖが閉弁し、吸気弁側
動弁駆動手段19が低速運転に対応した作動状態にある状
態での比較的高速時には遮断弁Ｖが開弁する。

したがって機関回転数が極く低いときには、第１吸気
ポート８のみが開いた状態となっており、第１吸気弁12
aの開弁時には、螺旋状である第１吸気ポート８から第
１吸気弁口6aを経て燃焼室５内に混合気が比較的高速で
かつ旋回しながら導入されることになり、燃焼室５内で
強力なスワールが発生する。したがって機関極低速時に
おける燃料希薄状態での燃焼性を向上し、燃費の低減を
図ることができる。

而して燃費の影響の大きい機関低速運転時には、遮断
弁Ｖを閉弁状態と開弁状態とに２段階に変化させること
により、きめ細かく吸気特性を変化させることができ、
吸気効率の向上に寄与することができる。

機関の高速運転時には油圧制御弁40により油圧式連結
切換手段29の油圧室37に高油圧を作用させ、吸気弁側動
弁駆動手段19の各ロッカアーム26,27,28を一体的に連結
する。それにより両吸気弁12a,12bは、第２カム23の形
状に応じた態様で開閉作動することになる。しかもこの
状態で遮断弁Ｖは、最初に閉弁状態にあり、次いで開弁
状態となる。したがって最初に第１吸気ポート８のみか
ら高速で混合気を燃焼室５に導入し、次いで両吸気ポー
ト8,9から燃焼室５に混合気を導入するようにして燃焼
室５での充填効率の向上により高回転、高出力を図るこ
とができる。

すなわち吸気弁開弁特性が第５図で示したようなもの
である場合、低速作動状態での第１吸気ポート８からの
みの吸気から、高速作動状態での両吸気ポート8,9によ
る吸気に直接切換わると、吸気弁作動態様の変化も大き
く、かつ流速も上がらないので、充填効率がかえって低
下する。しかるに高速作動状態への切換時にもう１度遮
断弁Ｖを閉弁することにより第１吸気ポート８からのみ
の吸気とし、吸気流速を上げて充填効率を向上させるこ
とができる。

このようにして、吸気側動弁駆動手段19の作動状態変
化と、遮断弁Ｖの開弁状態および閉弁状態とを組合わせ
ることにより機関の運転状態に応じた多種の吸気特性を
得ることができ、出力トルクの落ち込みを回避して出力
増大を実現することができる。

C.発明の効果 以上のように本発明によれば、動弁駆動手段は、低速
作動状態下では第１吸気弁のリフト量が第２吸気弁のそ
れよりも小となり、また高速作動状態下では何れの吸気
弁のリフト量とも低速作動状態下での第２吸気弁のそれ
より大となるように構成され、遮断弁に連結される制御
手段は、両吸気弁が低速作動状態にあるときに機関回転
数の低・高に応じて遮断弁を閉・開状態にそれぞれ切換
えるとともに、両吸気弁が高速作動状態にあるときに機
関回転数の低・高に応じて遮断弁を閉・開状態にそれぞ
れ切換えるべく構成されるので、動弁駆動手段の作動切
換と遮断弁の開閉切換とを組み合わせる（具体的には、
機関の低速運転時に機関回転数に応じて遮断弁の開閉切
換を行うだけでなく、高速運転時にも機関回転数に応じ
て遮断弁の開閉切換を行う）ようにしたことにより都合
４種類の吸気特性を得ることができ、従って出力トルク
の部分的落ち込みを極力抑えた、より精密な吸気制御を
行なうことができる。

また特に機関の低速運転時には、その極低速運転域に
おいて、リフト量を小に設定（即ち吸気流を絞り気味に
設定）した第１吸気弁のみを通して燃焼室に吸気を流入
させることでその吸気流速を高めることができるから、
十分なスワール効果により吸気充填効率を向上させるこ
とができ、一方、その極低速運転域に続く低速運転域で
は、遮断弁の開弁により吸気流速が低下して十分なスワ
ール効果が得られなくなっても、リフト量を大に設定し
た第２吸気弁を通しても燃焼室に十分な吸気を流入させ
て必要な吸気充填量を確保できるため、全体として吸気
充填効率を向上させることができる。このように吸気充
填効率が吸気流速による影響を受け易い低速運転域にお
いて遮断弁の開閉に応じて両吸気弁に各々最適のリフト
量を設定することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示すものであり、第１図は内
燃機関の要部縦断面図、第２図は第１図のII−II線矢視
図、第３図は第１図のIII−III線断面図、第４図は第３
図のIV−IV線断面図、第５図は各カムによる開弁特性を
示す図である。 ５……燃焼室、6a……第１吸気弁口、6b……第２吸気弁
口、８……第１吸気ポート、９……第２吸気ポート、12
a……第１吸気弁、12b……第２吸気弁、19……動弁駆動
手段、 Ｃ……制御手段、Ｅ……機関本体、Ｖ……遮断弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−252832（ＪＰ，Ａ) 実願 昭60−7304号（実開 昭61− 123831号）の願書に添付した明細書及び 図面の内容を撮影したマイクロフィルム （ＪＰ，Ｕ) 実願 昭60−135031号（実開 昭62− 43135号）の願書に添付した明細書及び 図面の内容を撮影したマイクロフィルム （ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】燃焼室（５）に臨んで機関本体（Ｅ）に設
   けられる第１および第２吸気弁口（6a,6b）を開閉可能
   な第１および第２吸気弁（12a,12b）が機関本体（Ｅ）
   に配設され、第１および第２吸気弁口（6a,6b）に通じ
   る第１および第２吸気ポート（8,9）が機関本体（Ｅ）
   に設けられ、第２吸気ポート（９）には遮断弁（Ｖ）が
   開閉可能に配設され、第１吸気ポート（８）は、遮断弁
   （Ｖ）の閉弁時に燃焼室（５）内にスワールを生成すべ
   く形成され、第１および第２吸気弁（12a,12b）を機関
   の低速運転時には低速運転に対応した低速作動状態に、
   また高速運転時には高速運転に対応した高速作動状態に
   それぞれ切換える動弁駆動手段（19）が該第１および第
   ２吸気弁（12a,12b）に連結されてなる、内燃機関の吸
   気装置において、 動弁駆動手段（19）は、低速作動状態下では第１吸気弁
   （12a）のリフト量が第２吸気弁（12b）のそれよりも小
   となり、また高速作動状態下では何れの吸気弁（12a,12
   b）のリフト量とも低速作動状態下での第２吸気弁（12
   b）のそれより大となるように構成され、 遮断弁（Ｖ）に連結される制御手段（Ｃ）は、両吸気弁
   （12a,12b）が低速作動状態にあるときに機関回転数の
   低・高に応じて遮断弁（Ｖ）を閉・開状態にそれぞれ切
   換えるとともに、両吸気弁（12a,12b）が高速作動状態
   にあるときに機関回転数の低・高に応じて遮断弁（Ｖ）
   を閉・開状態にそれぞれ切換えるべく構成されることを
   特徴とする、内燃機関の吸気装置。