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KR20020039664A - 엔진의 밸브 특성 제어장치 - Google Patents

엔진의 밸브 특성 제어장치 Download PDF

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KR20020039664A
KR20020039664A KR1020027002178A KR20027002178A KR20020039664A KR 20020039664 A KR20020039664 A KR 20020039664A KR 1020027002178 A KR1020027002178 A KR 1020027002178A KR 20027002178 A KR20027002178 A KR 20027002178A KR 20020039664 A KR20020039664 A KR 20020039664A
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KR
South Korea
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valve
cam
intake
lift
pattern
Prior art date
Application number
KR1020027002178A
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English (en)
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KR100593585B1 (ko
Inventor
기쿠오카신이치로
마스다요시히코
모리야요시히토
나가오사히데오
나카노슈우지
Original Assignee
사이토 아키히코
도요타지도샤가부시키가이샤
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Priority claimed from JP26260199A external-priority patent/JP4020543B2/ja
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Abstract

흡기 캠의 캠면은 흡기 밸브에 기본적인 리프트 동작을 행하게 하는 메인 리프트부와, 메인 리프트부의 작용을 보조하는 서브 리프트부를 갖는다. 메인 리프트부 및 서브 리프트부는 흡기 캠의 축방향에서 연속적으로 변화한다. 축방향 이동 액튜에이터는 흡기 밸브를 구동하는 캠면의 축방향 위치를 조정하도록 흡기 캠을 축방향으로 이동시킨다. 흡기 캠이 축방향 이동됨으로써, 메인 리프트부에 의해 실현되는 캠 리프트 패턴과 서브 리프트부에 의해 실현되는 캠 리프트 패턴이 복합된 다양한 밸브 리프트 특성이 밸브에 주어진다. 그 때문에, 엔진의 운전 상태에 따라서 요구되는 각종 엔진 성능에 대하여, 밸브 특성을 충분히 응하게 할 수 있다.

Description

엔진의 밸브 특성 제어장치{Engine valve characteristic controller}
종래부터, 엔진의 밸브 구동 기구에 사용되는 흡기 캠 혹은 배기 캠으로서, 캠면에 메인 리프트부와 더불어 서브 리프트부를 구비한 캠이 알려져 있다. 서브 리프트부의 높이는 캠의 축방향에 있어서 변화된다. 엔진의 운전 상태에 따라서 캠 샤프트를 축방향으로 이동시킴으로써, 밸브를 구동하는 캠면의 위치가 축방향으로 변화한다. 그 결과, 밸브 리프트 패턴이 변경되어, 예를 들면, 엔진의 연소실에 들어가는 배기 가스량 등이 조정된다. 연소실에 들어가는 배기 가스는 엔진의 연소 상태 등에 크게 영향을 끼친다.
그러나, 단지 서브 리프트부의 높이를 캠의 축방향으로 변화시키는 것 만으로는 엔진의 운전 상태에 따라 요구되는 각종 엔진 성능을 충분히 만족시킬 수 있는 밸브 특성을 실현할 수 없다. 특히, 연소실 내에 연료를 직접 분사하는 직접 분사식 엔진에서는 미리 혼합된 연료와 공기를 연소실 내에 도입하는 일반적인 엔진과 비교하여, 보다 복잡한 엔진 제어가 필요해지고, 요구되는 엔진 성능도 넓은분야에 걸쳐 있다. 그 때문에, 종래에는 직접 분사식 엔진에 요구되는 성능을 충분히 만족할 수 있는 밸브 특성을 실현할 수 없었다.
본 발명은 엔진에 사용되는 밸브 특성 제어 장치에 관한 것이며, 특히, 연소실내에 연료를 직접 분사하는 직접 분사식 엔진에 적합하게 사용할 수 있는 밸브 특성 제어 장치에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에서의 엔진을 도시하는 개략 구성도.
도 2는 도 1의 엔진 기통 중의 하나를 도시하는 평면 단면도.
도 3은 도 1의 엔진에서의 피스톤의 평면도.
도 4는 도 2의 4-4선에서의 단면도.
도 5는 도 2의 5-5선에서의 단면도.
도 6은 도 1의 엔진에서의 축방향 이동 액튜에이터의 구성도.
도 7은 도 1의 엔진에서의 회전 위상 변경 액튜에이터를 도시하는 것으로, 도 9의 7-7선에서의 단면도.
도 8은 도 7의 회전 위상 변경 액튜에이터에서의 이너 갭 및 서브 갭을 도시하는 사시도.
도 9는 도 7의 회전 위상 변경 액튜에이터의 내부 구성도.
도 10은 도 9의 10-10선에서의 단면도.
도 11은 도 10의 로크 핀이 걸림(係止) 구멍에 들어간 상태를 도시하는 단면도.
도 12는 도 9의 베인(vane) 로터가 진각(進角) 방향으로 회전한 상태를 도시하는 도면.
도 13은 도 1의 엔진에 설치된 흡기 캠을 도시하는 사시도.
도 14는 도 13의 흡기 캠의 프로필을 설명하기 위한 도면.
도 15는 도 13의 흡기 캠의 리프트 패턴을 도시하는 그래프.
도 16은 도 13의 흡기 캠에 의해 실현되는 흡기 밸브 특성의 변화 상태를 도시하는 그래프.
도 17은 도 1의 엔진 제어계를 도시하는 개략 구성도.
도 18은 엔진 운전 상태 판정 루틴을 도시하는 플로우 차트.
도 19는 린 연료 분사량(QL)을 산출하기 위해 사용되는 맵을 도시하는 그래프.
도 20은 엔진 운전 상태를 판정하기 위해 사용되는 맵을 도시하는 그래프.
도 21은 연료 분사량 설정 루틴을 도시하는 플로우 차트.
도 22는 기본 연료 분사량(QBS)을 산출하기 위해 사용되는 맵을 도시하는 그래프.
도 23은 연료 증량치 산출 루틴을 도시하는 플로우 차트.
도 24는 연료 분사 시기 설정 루틴을 도시하는 플로우 차트.
도 25는 밸브 특성 제어를 위해 필요한 목표치를 설정하기 위한 루틴을 도시하는 플로우 차트.
도 26a는 목표 진각치(θt)를 설정하기 위해 사용되는 맵을 도시하는 그래프.
도 26b는 목표 축방향 위치(Lt)를 설정하기 위해 사용되는 맵을 도시하는 그래프.
도 27은 도 20의 맵에 대응하는 것으로, 각종 엔진 운전 상태(P1 내지 P5)를 예시하기 위한 그래프.
도 28은 엔진 운전 상태(P1 내지 P5)에 각각 대응하여 설정되는 각종 제어치를 도시하는 표.
도 29는 엔진 운전 상태(P1 내지 P5)에 각각 대응하여 설정되는 밸브 특성 패턴(LP1 내지 LP5)을 도시하는 그래프.
도 30은 본 발명의 제 2 실시예에서의 축방향 이동 액튜에이터의 구성도.
도 31은 제 2 실시예에서의 흡기 밸브 특성의 변화 상태를 도시하는 그래프.
도 32는 밸브 특성 제어를 위해 필요한 목표치를 설정하기 위한 루틴을 도시하는 플로우 차트.
도 33은 엔진 운전 상태(P11 내지 P13)에 각각 대응하여 설정되는 각종 제어치를 도시하는 표.
도 34는 본 발명의 제 3 실시예에서, 엔진의 1기통분 동작 밸브 시스템을 도시하는 사시도.
도 35는 도 34의 제 1 흡기 캠의 프로필을 설명하기 위한 도면.
도 36은 도 35의 제 1 흡기 캠의 리프트 패턴을 도시하는 그래프.
도 37은 도 34의 제 2 흡기 캠의 프로필을 설명하기 위한 도면.
도 38은 도 37의 제 2 흡기 캠의 리프트 패턴을 도시하는 그래프.
도 39a는 기류 제어 밸브가 완전 개방으로 된 상태를 도시하는 개략 구성도.
도 39b는 기류 제어 밸브가 완전 폐쇄로 된 상태를 도시하는 개략 구성도.
도 39c는 기류 제어 밸브가 반 개방으로 된 상태를 도시하는 개략 구성도.
도 40은 기류 제어 밸브의 목표 개방도(θv)를 설정하기 위한 루틴을 도시하는 플로우 차트.
도 41은 목표 개방도(θv)를 설정하기 위해 사용되는 맵을 도시하는 그래프.
도 42는 엔진 운전 상태(P21)에 대응하여 설정되는 밸브 특성 패턴(Lx, Ly)을 도시하는 그래프.
도 43은 엔진 운전 상태(P22)에 대응하여 설정되는 밸브 특성 패턴(Lx, Ly)을 도시하는 그래프.
도 44는 엔진 운전 상태(P23)에 대응하여 설정되는 밸브 특성 패턴(Lx, Ly)을 도시하는 그래프.
도 45는 엔진 운전 상태(P24)에 대응하여 설정되는 밸브 특성 패턴(Lx, Ly)을 도시하는 그래프.
도 46은 엔진 운전 상태(P25)에 대응하여 설정되는 밸브 특성 패턴(Lx, Ly)을 도시하는 그래프.
도 47은 엔진 운전 상태(P26)에 대응하여 설정되는 밸브 특성 패턴(Lx, Ly)을 도시하는 그래프.
도 48은 엔진 운전 상태(P21 내지 P26)에 각각 대응하여 설정되는 각종 제어치를 도시하는 표.
도 49는 본 발명의 제 4 실시예에서의 흡기 캠의 사시도.
도 50a는 도 49의 흡기 캠의 배면도.
도 50b는 도 49의 흡기 캠의 측면도.
도 51a 및 도 51b는 도 49의 흡기 캠의 리프트 패턴을 도시하는 그래프.
도 52a 및 도 52b는 도 49의 흡기 캠에 의해 실현되는 흡기 밸브의 리프트 패턴을 도시하는 그래프.
도 53a 및 도 53b는 밸브 리프트량의 변화율 패턴을 도 52a 및 도 52b의 밸브 리프트 패턴에 각각 대응하여 도시하는 그래프.
도 54는 본 발명의 제 5 실시예에서의 엔진을 도시하는 개략 구성도.
도 55a는 도 54의 엔진에 설치된 배기 캠의 배면도.
도 55b는 도 55a의 배기 캠의 측면도.
도 56a 및 도 56b는 도 55a의 배기 캠의 리프트 패턴을 도시하는 그래프.
도 57a 및 도 57b는 도 55a의 배기 캠에 의해 실현되는 배기 밸브의 리프트 패턴을 도시하는 그래프.
도 58a 및 도 58b는 밸브 리프트량의 변화율 패턴을 도 57a 및 도 57b의 밸브 리프트 패턴에 각각 대응하여 도시하는 그래프.
도 59a는 본 발명의 제 6 실시예에서의 흡기 캠의 배면도.
도 59b는 도 59a의 흡기 캠의 측면도.
도 60a 및 도 60b는 도 59a의 흡기 캠의 리프트 패턴을 도시하는 그래프.
도 61a 및 도 61b는 도 59a의 흡기 캠에 의해 실현되는 흡기 밸브의 리프트 패턴을 도시하는 그래프.
도 62a 및 도 62b는 밸브 리프트량의 변화율 패턴을 도 61a 및 도 61b의 밸브 리프트 패턴에 각각 대응하여 도시하는 그래프.
도 63a는 본 발명의 제 7 실시예에서의 배기 캠의 배면도.
도 63b는 도 63a의 배기 캠의 측면도.
도 64a 및 도 64b는 도 63a의 배기 캠의 리프트 패턴을 도시하는 그래프.
도 65a 및 도 65b는 도 63a의 배기 캠에 의해 실현되는 배기 밸브의 리프트 패턴을 도시하는 그래프.
도 66a 및 도 66b는 밸브 리프트량의 변화율 패턴을 도 65a 및 도 65b의 밸브 리프트 패턴에 각각 대응하여 도시하는 그래프.
도 67a는 본 발명의 제 8 실시예에서의 흡기 캠의 배면도.
도 67b는 도 67a의 흡기 캠의 측면도.
도 68a 및 도 68b는 도 67a의 흡기 캠의 리프트 패턴을 도시하는 그래프.
도 69a 및 도 69b는 도 67a의 흡기 캠에 의해 실현되는 흡기 밸브의 리프트 패턴을 도시하는 그래프.
도 70a 및 도 70b는 밸브 리프트량의 변화율 패턴을 도 69a 및 도 69b의 밸브 리프트 패턴에 각각 대응하여 도시하는 그래프.
도 71a는 본 발명의 제 9 실시예에서의 제 1 흡기 캠의 배면도.
도 71b는 도 71a의 제 1 흡기 캠의 측면도.
도 72는 도 71a의 제 1 흡기 캠의 리프트 패턴을 도시하는 그래프.
도 73은 도 71a의 제 1 흡기 캠에 의해 실현되는 흡기 밸브의 리프트 패턴을 도시하는 그래프.
도 74는 밸브 리프트량의 변화율 패턴을 도 73의 밸브 리프트 패턴에 대응하여 도시하는 그래프.
도 75a는 제 9 실시예에서의 제 2 흡기 캠의 배면도.
도 75b는 도 75a의 제 2 흡기 캠의 측면도.
도 76은 도 75a의 제 2 흡기 캠의 리프트 패턴을 도시하는 그래프.
도 77은 도 75a의 제 2 흡기 캠에 의해 실현되는 흡기 밸브의 리프트 패턴을 도시하는 그래프.
도 78은 밸브 리프트량의 변화율 패턴을 도 77의 밸브 리프트 패턴에 대응하여 도시하는 그래프.
도 79a는 본 발명의 제 10 실시예에서의 제 1 배기 캠의 배면도.
도 79b는 도 79a의 제 1 배기 캠의 측면도.
도 80은 도 79a의 제 1 배기 캠의 리프트 패턴을 도시하는 그래프.
도 81은 도 79a의 제 1 배기 캠에 의해 실현되는 배기 밸브의 리프트 패턴을 도시하는 그래프.
도 82는 밸브 리프트의 변화율 패턴을 도 81의 밸브 리프트 패턴에 대응하여 도시하는 그래프.
도 83은 제 10 실시예에서, 제 2 배기 캠에 의해 실현되는 배기 밸브 리프트량의 변화율 패턴을 도시하는 그래프.
본 발명의 목적은 요구되는 각종 엔진 성능을 충분히 만족할 수 있는 밸브 특성을 실현할 수 있는 밸브 특성 제어 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 연소실 내에서 공기와 연료의 혼합기(混合氣)를 연소시킴으로써 동력을 발생시키는 엔진의 밸브 특성 제어 장치를 제공한다. 엔진은 연소실을 선택적으로 개방 및 폐쇄하는 밸브를 구비한다. 상기 밸브 특성 제어 장치는 밸브를 구동하는 캠을 구비하며, 캠은 자신의 축선 주위에 캠면을 갖는다. 이 캠면은 밸브에 기본적인 리프트 동작을 행하게 하는 메인 리프트부와, 메인 리프트부의 작용을 보조하는 서브 리프트부를 갖는다. 메인 리프트부 및 서브 리프트부는 캠의 축방향에 있어서 연속적으로 변화한다. 캠면은 그 축방향 위치에 따라서 다른 밸브 동작 특성을 실현한다. 축방향 이동 기구는 밸브를 구동하는 캠면의 축방향 위치를 조정하도록 캠을 축방향으로 이동시킨다.
캠이 축방향 이동됨으로써, 메인 리프트부에 의해 실현되는 캠 리프트 패턴과 서브 리프트부에 의해 실현되는 캠 리프트 패턴이 복합된 다양한 밸브 리프트 특성이 밸브에 주어진다. 축방향에 있어서 변화하는 메인 리프트부 및 서브 리프트부는 서로 협동하여, 밸브 특성의 변화가 풍부한 조정을 가능하게 한다. 그 때문에, 엔진의 운전 상태에 따라서 요구되는 각종 엔진 성능에 대하여, 밸브 특성을 충분히 대응시킬 수 있다.
제 1 실시예
이하, 본 발명을 직렬 4기통의 자동차용 가솔린 엔진(11)에 적용한 제 1 실시예를 도 1 내지 도 29에 따라서 설명한다. 도 1에 도시하는 바와 같이,엔진(11)은 실린더 블록(13)과, 실린더 블록(13) 하부에 설치된 오일 팬(13a)과, 실린더 블록(13) 상부에 설치된 실린더 헤드(17)를 구비한다. 4개의 피스톤(12)(1개만 도시)이 실린더 블록(13)에 왕복 가능하게 수용된다.
엔진(11) 하부에는 출력 축인 크랭크 샤프트(15)가 회전 가능하게 지지된다. 크랭크 샤프트(15)에는 각각 커넥팅 로드(16)를 통해 피스톤(12)이 연결된다. 피스톤(12)의 왕복 이동은 커넥팅 로드(16)에 의해 크랭크 샤프트(15) 회전으로 변환된다. 각 피스톤(12) 위쪽에는 연소실(17)이 설치된다. 도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이, 각 연소실(17)에는 한 쌍의 흡기 포트(18) 및 한 쌍의 배기 포트(19)가 접속된다. 흡기 밸브(20)는 흡기 포트(18)를 연소실(17)에 대하여 선택적으로 접속 및 차단한다. 배기 밸브(21)는 배기 포트(19)를 연소실(17)에 대하여 선택적으로 접속 및 차단한다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 실린더 헤드(14)에는 흡기 캠 샤프트(22) 및 배기 캠 샤프트(23)가 서로 평행하게 지지된다. 흡기 캠 샤프트(22)는 회전 가능하고 또한 축방향으로 이동 가능하게 실린더 헤드(14)에 지지되며, 배기 캠 샤프트(23)는 회전 가능하지만 축방향으로는 이동 불가능하게 실린더 헤드(14)에 지지된다.
엔진(11)은 밸브 특성 제어 장치(10)를 구비한다. 밸브 특성 제어 장치(10)는 크랭크 샤프트(15)에 대한 흡기 캠 샤프트(22)의 회전 위상을 변경하기 위한 회전 위상 변경 액튜에이터(24)와, 흡기 캠 샤프트(22)를 축방향 이동시키기 위한 축방향 이동 액튜에이터(22a)를 포함한다. 회전 위상 변경 액튜에이터(24)는 흡기밸브(20)의 밸브 타이밍을 변경하기 위한 기구이다. 축방향 이동 액튜에이터(22a)는 흡기 밸브(20)의 리프트량을 변경하기 위한 기구이다. 회전 위상 변경 액튜에이터(24)는 흡기 캠 샤프트(22)의 한쪽 끝에 설치되고, 축방향 이동 액튜에이터(22a)는 흡기 캠 샤프트(22)의 다른쪽 끝에 설치된다.
회전 위상 변경 액튜에이터(24)는 타이밍 스프로켓(24a)을 갖는다. 배기 캠 샤프트(23)의 한쪽 끝에는 타이밍 스프로켓(25)이 설치된다. 이들 타이밍 스프로켓(24a, 25)은 타이밍 체인(15b)을 통해 크랭크 샤프트(15)에 설치된 타이밍 스프로켓(15a)에 연결된다. 구동 회전축인 크랭크 샤프트(15)의 회전이 타이밍 체인(15b)을 통해 세로 이동 회전축인 양 캠 샤프트(22, 23)에 전달된다. 또한, 도 1의 예에서 이들 샤프트(15, 22, 23)는 타이밍 스프로켓(15a, 24a, 25) 측에서 보아, 시계 회전 방향으로 회전한다.
흡기 캠 샤프트(22)에는 흡기 밸브(20) 상단에 설치된 밸브 리프트(20a)에 접촉하는 흡기 캠(27)이 설치된다. 배기 캠 샤프트(23)에는 배기 밸브(21) 상단에 설치된 밸브 리프터(21a)에 접촉하는 배기 캠(28)이 설치된다. 흡기 캠 샤프트(22)가 회전하면, 흡기 캠(27)에 의해 흡기 밸브(20)가 개폐된다. 배기 캠 샤프트(23)가 회전하면, 배기 캠(28)에 의해 배기 밸브(21)가 개폐된다. 배기 캠 샤프트(23)에는 배기 캠(28) 이외에 펌프 캠(도시하지 않음)이 설치된다. 펌프 캠은 배기 캠 샤프트(23)의 회전에 따라 고압 연료 펌프(도시하지 않음)를 구동한다. 이 고압 연료 펌프는 후술하는 연료 분사 밸브(17b)에 대하여 고압 연료를 보낸다.
도 2는 실린더 헤드(14)의 부분 평단면도이다. 도 2에 도시하는 바와 같이,각 연소실(17)에 대응하는 2개의 흡기 포트(18)는 대략 직선형으로 연장되는 스트레이트형 흡기 포트이다. 점화 플러그(17a)는 각 연소실(17)에 대응하도록 실린더 헤드(14)에 설치된다. 연료 분사 밸브(17b)는 각 연소실(17)에 대응하도록 실린더 헤드(14)에 설치된다. 연료 분사 밸브(17b)는 대응하는 연소실(17) 내에 직접 연료를 분사한다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 각 연소실(17)에 대응하는 2개의 흡기 포트(18)는 각각 흡기 통로(18a, 18b)를 통해 서지 탱크(18c)에 접속된다. 한쪽 흡기 통로(18a) 내에는 기류 제어 밸브(18d)가 배치된다. 도 17에 도시하는 바와 같이, 4개의 흡기 통로(18a)에 각각 대응하는 기류 제어 밸브(18d)는 공통의 샤프트(18e) 상에 설치된다. 모터 등으로 이루어지는 액튜에이터(18f)는 샤프트(18e)를 통해 이들 기류 제어 밸브(18d)를 구동한다. 기류 제어 밸브(18d)가 흡기 통로(18a)를 닫았을 때, 공기가 나머지 흡기 통로(18b)만으로부터 연소실(17) 내에 도입되어, 연소실(17) 내에 강한 선회류(A)(도 2 참조)가 생긴다.
또한, 도 2에 도시하는 양 흡기 포트(18)는 스트레이트형 흡기 포트이지만, 기류 제어 밸브(18d)에 대응하지 않는 측의 흡기 포트(18)는 헬리컬형 흡기 포트여도 된다.
도 3 내지 도 5에 도시하는 바와 같이, 대략 산 모양을 이루는 피스톤(12)의 정상면은 연료 분사 밸브(17b) 및 점화 플러그(17a)의 바로 아래와 대응하는 위치에서, 오목부(12a)를 갖는다.
배기 캠(28)의 캠면은 배기 캠 샤프트(23)의 축선에 대하여 평행하다. 이에대하여, 도 13에 도시하는 바와 같이, 흡기 캠(27)의 캠면은 흡기 캠 샤프트(22)의 축선에 대하여 기울어져 있다. 즉, 흡기 캠(27)은 3차원 캠으로서 구성되어 있다.
다음으로, 상기 축방향 이동 액튜에이터(22a) 및 축방향 이동 액튜에이터(22a)를 위한 유압 구동 기구에 대해서, 도 6에 근거하여 설명한다. 도 6에 도시하는 바와 같이, 축방향 이동 액튜에이터(22a)는 실린더 튜브(31)와, 실린더 튜브(31) 내에 설치된 피스톤(32)과, 실린더 튜브(31)의 양단 개구를 막는 한 쌍의 엔드 커버(33)와, 피스톤(32)과 외측 엔드 커버(33) 사이에 배치된 코일 스프링(32a)을 구비한다. 실린더 튜브(31)는 실린더 헤드(14)에 고정된다.
피스톤(32)은 내측 엔드 커버(33)를 관통하는 보조 샤프트(33a)를 통해 흡기 캠 샤프트(22)의 한쪽 끝에 연결된다. 보조 샤프트(33a)와 흡기 캠 샤프트(22) 사이에는 양 샤프트(33a, 22)의 상대 회전을 허용하도록 롤링 베어링(33b)이 설치된다.
피스톤(32)은 실린더 튜브(31) 내를 제 1 압력실(31a)과 제 2 압력실(31b)로 구획한다. 제 1 압력실(31a)에는 외측 엔드 커버(33)에 형성된 제 1 유로(油路)(34)가 접속된다. 제 2 압력실(31b)에는 내측 엔드 커버(33)에 형성된 제 2 유로(35)가 접속된다. 제 1 유로(34) 또는 제 2 유로(35)를 통해 제 1 압력실(31a) 및 제 2 압력실(31b)에 대하여 선택적으로 오일이 공급되면, 피스톤(32)이 흡기 캠 샤프트(22)를 축방향으로 이동시킨다. 도 6에 도시되는 화살표(S)는 흡기 캠 샤프트(22)의 이동 방향(F, R)을 나타낸다. F를 전 방향, R을 후 방향이라 한다.
제 1 유로(34) 및 제 2 유로(35)는 제 1 오일 컨트롤 밸브(36)에 접속된다. 제 1 오일 컨트롤 밸브(36)에는 공급 통로(37) 및 배출 통로(38)가 접속된다. 공급 통로(37)는 크랭크 샤프트(15)의 회전에 따라 구동되는 오일 펌프(Pm)를 통해 오일 팬(13a)에 접속된다. 배출 통로(38)는 오일 팬(13a)에 오일을 되돌리기 위한 것이다.
제 1 오일 컨트롤 밸브(36)는 케이싱(39)을 구비한다. 케이싱(39)은 제 1 급배(給排) 포트(40), 제 2 급배 포트(41), 제 1 배출 포트(42), 제 2 배출 포트(43) 및 공급 포트(44)를 구비한다. 제 1 급배 포트(40)에는 제 1 유로(34)가 접속되고, 제 2 급배 포트(41)에는 제 2 유로(35)가 접속된다. 공급 포트(44)에는 공급 통로(37)가 접속되고, 제 1 배출 포트(42) 및 제 2 배출 포트(43)에는 배출 통로(38)가 접속된다. 케이싱(39) 내에는 스풀(48)이 설치된다. 스풀(48)은 4개의 밸브부(45)를 가지고, 코일 스프링(46) 및 전자 솔레노이드(47)에 의해 각각 반대 방향으로 가압된다.
전자 솔레노이드(47)가 소자되었을 때, 스풀(48)은 코일 스프링(46)의 힘에 의해 도 6에 도시하는 위치보다 우측에 배치된다. 이 상태에서는 제 1 급배 포트(40)가 제 1 배출 포트(42)로 연통됨과 동시에, 제 2 급배 포트(41)가 공급 포트(44)로 연통한다. 따라서, 오일 팬(13a) 내의 작동유가 공급 통로(37), 제 1 오일 컨트롤 밸브(36) 및 제 2 유로(35)를 통해 제 2 압력실(31b)로 공급된다. 또한, 제 1 압력실(31a) 내의 작동유가 제 1 유로(34), 제 1 오일 컨트롤 밸브(36) 및 배출 통로(38)를 통해 오일 팬(13a)으로 돌아간다. 그 결과, 피스톤(32)이 흡기 캠 샤프트(22)를 전 방향(F)으로 이동시킨다.
전자 솔레노이드(47)가 여자되었을 때, 스풀(48)은 코일 스프링(46)의 힘에 저항하여 도 6에 도시하는 위치보다도 좌측에 배치된다. 이 상태에서는 제 2 급배 포트(41)가 제 2 배출 포트(43)와 연통함과 동시에, 제 1 급배 포트(40)가 공급 포트(44)로 연통한다. 따라서, 오일 팬(13a) 내의 작동유가 공급 통로(37), 제 1 오일 컨트롤 밸브(36) 및 제 1 유로(34)를 통해 제 1 압력실(31a)로 공급된다. 또한, 제 2 압력실(31b) 내의 작동유가 제 2 유로(35), 제 1 오일 컨트롤 밸브(36) 및 배출 통로(38)를 통해 오일 팬(13a)으로 돌아간다. 그 결과, 피스톤(32)이 흡기 캠 샤프트(22)를 후 방향(R)으로 이동시킨다.
전자 솔레노이드(47)로 공급되는 전류를 듀티비 제어하여, 스풀(48)을 도 6에 도시하는 중간 위치에 배치시키면, 제 1 급배 포트(40) 및 제 2 급배 포트(41)가 폐쇄된다. 이 상태에서는 제 1 압력실(31a) 및 제 2 압력실(31b)에 대하여 작동유의 공급 및 배출이 행하여지지 않아, 제 1 압력실(31a) 및 제 2 압력실(31b) 내에 작동유가 충전 보존된다. 그 때문에, 도 6에 도시하는 바와 같이, 피스톤(32) 및 흡기 캠 샤프트(22)의 축방향 위치가 고정된다.
전자 솔레노이드(47)로 공급되는 전류를 듀티비 제어함으로써, 제 1 급배 포트(40) 혹은 제 2 급배 포트(41)의 개방도를 조정하여, 제 1 압력실(31a) 또는 제 2 압력실(31b)에의 작동유의 공급 속도를 제어할 수 있다.
다음으로, 회전 위상 변경 액튜에이터(24)에 대해서, 도 7에 근거하여 설명한다. 도 7에 도시하는 바와 같이, 타이밍 스프로켓(24a)은 흡기 캠 샤프트(22)가관통하는 통부(筒部)(51)와, 통부(51)의 외주면에 설치된 원판부(52)를 구비한다. 원판부(52)의 외주면에는 복수의 외치(53)가 형성된다. 통부(51)는 실린더 헤드(14)에 설치된 저널 베어링(14a)과, 베어링 캡(14b)에 의해 회전 가능하게 보존된다. 흡기 캠 샤프트(22)는 통부(51)에 대하여 축방향 이동 가능하고 또한 상대 회전 가능하도록 통부(51)에 보존된다.
이너(inner) 기어(54)는 흡기 캠 샤프트(22)의 선단에 볼트(55)에 의해 고정된다. 상기 이너 기어(54)는 도 8에 도시하는 바와 같이, 왼나사 방향의 경사 티쓰를 갖는 대직경 기어부(54a)와, 오른 나사 방향의 경사 티쓰를 갖는 소직경 기어부(54b)를 구비한다.
소직경 기어부(54b)에는 도 7에 도시하는 바와 같이, 서브 기어(56)가 맞물려진다. 도 8에 도시하는 바와 같이, 서브 기어(56)는 왼나사 방향의 경사 티쓰인 외치(56a)와, 오른나사 방향의 경사 티쓰인 내치(56b)를 구비하며, 내치(56b)가 소직경 기어부(54b)의 경사 티쓰에 맞물려진다. 링형 스프링 와셔(57)는 이너 기어(54)와 서브 기어(56) 사이에 배치되며, 서브 기어(56)를 이너 기어(54)로부터 떨어지도록 축방향으로 가압한다. 대직경 기어부(54a)의 외경은 서브 기어(56)의 외경과 동일하고, 대직경 기어부(54a)의 경사 티쓰의 기울기는 서브 기어(56)의 외치(56a)의 기울기와 동일하다.
도 7에 도시하는 바와 같이, 타이밍 스프로켓(24a)의 원판부(52)에는 4개의 볼트(58)(도 7에서는 2개만 도시)에 의해 하우징(59) 및 커버(60)가 설치된다. 커버(60)는 그 중심에 구멍(60a)을 갖는다.
도 9는 하우징(59)의 내부를 도 7의 왼쪽에서 본 상태를 도시한다. 도 9에서는 볼트(58), 커버(60) 및 볼트(55)가 제거되어 있다. 도 7 및 도 9에 도시하는 바와 같이, 하우징(59)은 그 내주면(59a)으로부터 중심을 향해 돌출하는 4개의 벽부(62, 63, 64, 65)를 구비한다. 베인 로터(61)는 하우징(59) 내에 회전 가능하게 수용된다. 베인 로터(61)의 외주면(61a)은 벽부(62, 63, 64, 65)의 선단면에 접촉한다.
베인 로터(61)의 중심부에는 원통형 구멍(61c)이 형성된다. 구멍(61c)의 내주면에 의해 획정되는 공간은 커버(60)의 구멍(60a)을 통해 외부로 개방된다. 구멍(61c)의 내주면에는 나선형 헬리컬 스플라인부(61b)가 형성된다. 이너 기어(54)의 대직경 기어부(54a)와 서브 기어(56)의 외치(56a)가 헬리컬 스플라인부(61b)에 맞물려진다.
내치(56b)가 소직경 기어부(54b)의 경사 티쓰에 맞물려지고, 또한 스프링 와셔(57)가 서브 기어(56)를 이너 기어(54)로부터 떨어지도록 가압한다. 그 때문에, 양 기어(54, 56)에는 회전 방향의 힘이 서로 역방향으로 작용한다. 따라서, 헬리컬 스플라인부(61b)와 기어(54, 56) 사이의 백 래시에 의한 오차가 흡수된다. 또한, 도 7에서는 도면을 보기 쉽게 하기 위해, 헬리컬 스플라인부(61b)의 일부만이 도시되어 있다. 실제는 헬리컬 스플라인부(61b)는 베인 로터(61) 구멍(61c)의 내주면 전체에 형성되어 있다.
베인 로터(61)는 그 외주면(61a)으로부터 직경 방향 외측으로 연장되는 4개의 베인(66, 67, 68, 69)을 구비한다. 각 베인(66 내지 69)은 인접하는 양벽부(62 내지 65) 사이의 공간에 배치되고, 그 선단이 하우징(59)의 내주면(59a)에 접촉한다. 각 베인(66 내지 69)은 인접하는 양 벽부(62 내지 65) 사이의 공간을 제 1 압력실(70)과 제 2 압력실(71)로 구획한다.
1개의 베인(66)은 다른 베인(67, 68, 69)과 비교하여, 회전 방향에서의 폭이 크다. 도 9 내지 도 11에 도시하는 바와 같이, 상기 베인(66)은 흡기 캠 샤프트(22)의 축방향으로 연장되는 관통 구멍(72)을 갖는다. 관통 구멍(72) 내에 수용된 로크 핀(73)은 수용 구멍(73a)을 갖는다. 이 수용 구멍(73a) 내에 설치된 스프링(74)은 로크 핀(73)을 원판부(52)로 향해 가압한다.
베인 로터(61)는 커버(60)와 대향하는 면에 있어서, 관통 구멍(72)으로 연통하는 오일 홈(72a)을 갖는다. 이 오일 홈(72a)은 커버(60)를 관통하는 원호형 개구(72b)(도 1 참조)를 관통 구멍(72)에 연통시킨다. 개구(72b) 및 오일 홈(72a)은 로크 핀(73)과 커버(60) 사이의 관통 구멍(72)의 내부 공간에 존재하는 공기 혹은 오일을 외부로 배출하도록 기능한다.
도 11에 도시하는 바와 같이, 로크 핀(73)이 원판부(52)에 설치된 걸림 구멍(75)에 대향하면, 로크 핀(73)이 스프링(74)의 힘에 의해 걸림 구멍(75)으로 들어가, 원판부(52)에 대한 베인 로터(61)의 상대 회전 위치가 고정된다. 따라서, 베인 로터(61)와 하우징(59)은 일체가 되어 회전할 수 있다. 도 9 및 도 10은 베인 로터(61)가 하우징(59)에 대하여 최대 지각(遲角) 위치에 있는 상태를 도시한다. 이 상태에서는 로크 핀(73)은 걸림 구멍(75)으로부터 어긋나 있으며, 로크 핀(73)의 선단부(73b)는 걸림 구멍(75)에 삽입되지 않는다.
엔진(11) 시동시 혹은 후술하는 전자 제어 유닛(ECU)(130)에 의한 유압 제어가 개시되어 있지 않을 경우에는 제 1 압력실(70) 및 제 2 압력실(71)의 유압이 제로이거나 혹은 충분하지 않다. 이러한 경우에는 엔진 시동 시의 크랭킹 동작에 따라, 흡기 캠 샤프트(22)에 역 토크가 생겨, 베인 로터(61)가 하우징(59)에 대하여 진각 방향으로 회전한다. 그에 따라, 로크 핀(73)이 도 10에 도시하는 상태로부터, 걸림 구멍(75)에 대향하는 위치에까지 이동하여, 도 11에 도시하는 바와 같이 걸림 구멍(75)에 삽입된다.
고리형 오일실(77)은 로크 핀(73)의 머리 부분보다도 하측 관통 구멍(72)의 내부 공간에 형성된다. 엔진(11) 시동 후에 베인(66)에 형성된 유로(76)를 통해 제 2 압력실(71)로부터 고리형 오일실(77)에 유압이 공급되었을 때, 로크 핀(73)이 유압에 의해 걸림 구멍(75)으로부터 이탈한다. 베인(66)에 형성된 유로(78)를 통해 제 1 압력실(70)로부터 걸림 구멍(75)에 유압이 공급됨으로써, 로크 핀(73)의 해제 상태가 확실하게 보존된다.
로크 핀(73)이 걸림 구멍(75)으로부터 이탈한 상태에서, 하우징(59)과 베인 로터(61) 사이의 상대 회전이 허용된다. 그리고, 제 1 압력실(70) 및 제 2 압력실(71)에 공급되는 유압에 따라서, 하우징(59)에 대한 베인 로터(61)의 상대 회전 위치가 조정된다. 도 12는 베인 로터(61)가 하우징(59)에 대하여 도 9보다도 진각한 상태를 도시한다.
크랭크 샤프트(15)가 회전하면, 그 회전이 타이밍 체인(15b)을 통해 타이밍 스프로켓(24a)에 전달된다. 이 때, 흡기 캠 샤프트(22)는 타이밍 스프로켓(24a)과일체가 되어 회전한다. 이 흡기 캠 샤프트(22)의 회전에 따라 흡기 밸브(20)가 구동된다.
엔진(11) 구동 시에 하우징(59)에 대하여 베인 로터(61)가 타이밍 스프로켓(24a)의 회전 방향을 향해 회전시켜지면, 크랭크 샤프트(15)에 대한 흡기 캠 샤프트(22)의 회전 위상이 진각 측으로 변경된다. 그 결과, 흡기 밸브(20)의 개폐 타이밍이 빨라진다.
반대로, 하우징(59)에 대하여 베인 로터(61)가 타이밍 스프로켓(24a)의 회전 방향과는 역방향으로 회전되면, 크랭크 샤프트(15)에 대한 흡기 캠 샤프트(22)의 회전 위상이 지각 측으로 변경된다. 그 결과, 흡기 밸브(20)의 개폐 타이밍이 늦어진다.
이너 기어(54)의 대직경 기어부(54a)와 베인 로터(61)의 헬리컬 스플라인부(61b)의 맞물림은 흡기 캠 샤프트(22)의 축방향 위치에 따라서, 베인 로터(61)에 대한 흡기 캠 샤프트(22)의 회전 위상을 변화시킨다. 즉, 상술한 축방향 이동 액튜에이터(22a)에 의해 흡기 캠 샤프트(22)가 전 방향(F)으로 이동되면, 크랭크 샤프트(15)에 대한 흡기 캠 샤프트(22)의 회전 위상이 진각 측으로 변경되도록 흡기 캠 샤프트(22)가 베인 로터(61)에 대하여 회전한다. 반대로, 축방향 이동 액튜에이터(22a)에 의해 흡기 캠 샤프트(22)가 후 방향(R)으로 이동되면, 크랭크 샤프트(15)에 대한 흡기 캠 샤프트(22)의 회전 위상이 지각 측으로 변경되도록 흡기 캠 샤프트(22)가 베인 로터(61)에 대하여 회전한다.
다음으로, 회전 위상 변경 액튜에이터(24)를 유압 제어하기 위한 기구에 대해서 설명한다. 도 7 및 도 9에 도시하는 바와 같이, 원판부(52)는 하우징(59)의 각 벽부(62 내지 65) 양측과 대응하는 위치에 있어서, 제 1 압력실(70)에 개구하는 제 1 개구(80)와, 제 2 압력실(71)에 개구하는 제 2 개구(81)를 갖는다. 각 벽부(62 내지 65)는 제 1 개구(80)로 연통하는 오목부(62a 내지 65a)와, 제 2 개구(81)로 연통하는 오목부(62b 내지 65b)를 갖는다.
타이밍 스프로켓(24a)의 통부(51) 외주면에는 2개의 외주 홈(51a, 51b)이 형성된다. 각 제 1 개구(80)는 타이밍 스프로켓(24a)에 형성된 진각 유로(84, 86, 88)를 통해 한쪽 외주 홈(51a)에 접속된다. 각 제 2 개구(81)는 타이밍 스프로켓(24a)에 형성된 지각 유로(85, 87, 89)를 통해 다른쪽 외주 홈(51b)에 접속된다.
지각 유로(87)로부터 연장되는 윤활유로(90)는 통부(51)의 내주면(51c)에 설치된 폭이 넓은 내주 홈(91)에 접속된다. 지각 유로(87)를 흐르는 작동유가 윤활을 위해 윤활유로(90)를 통해 통부(51)의 내주면(51c)과 흡기 캠 샤프트(22)의 외주면(22b) 사이로 유도된다.
한쪽 외주 홈(51a)은 실린더 헤드(14) 내의 진각 유로(92)를 통해 제 2 오일 컨트롤 밸브(94)에 접속된다. 다른쪽 외주 홈(51b)은 실린더 헤드(14) 내의 지각 유로(93)를 통해 제 2 오일 컨트롤 밸브(94)에 접속된다.
도 7에 도시하는 바와 같이, 제 2 오일 컨트롤 밸브(94)에는 공급 통로(95) 및 배출 통로(96)가 접속된다. 공급 통로(95)는 오일 펌프(Pm)를 통해 오일 팬(13a)에 접속된다. 배출 통로(96)는 오일 팬(13a)에 작동유를 되돌리기 위한 것이다. 또한, 도 7에 도시되는 오일 펌프(Pm)는 도 6에 도시되는 오일 펌프(Pm)와 동일한 것이다. 즉, 1개의 오일 펌프(Pm)가 오일 팬(13a)으로부터 2개의 공급 통로(37, 95)로 작동유를 내보낸다.
도 7에 도시하는 제 2 오일 컨트롤 밸브(94)는 도 6의 제 1 오일 컨트롤 밸브(36)와 동일한 구성을 갖는다. 즉, 제 2 오일 컨트롤 밸브(94)의 케이싱(102)은 제 1 급배 포트(104), 제 2 급배 포트(106), 제 1 배출 포트(108), 제 2 배출 포트(110) 및 공급 포트(112)를 구비한다. 제 1 급배 포트(104)에는 상기 진각 유로(92)가 접속되고, 제 2 급배 포트(106)에는 상기 지각 유로(93)가 접속된다. 공급 포트(112)에는 공급 통로(95)가 접속되고, 제 1 배출 포트(108) 및 제 2 배출 포트(110)에는 배출 통로(96)가 접속된다. 케이싱(102) 내의 스풀(118)은 4개의 밸브부(107)를 갖는다. 코일 스프링(114) 및 전자 솔레노이드(116)는 스풀(118)을 서로 반대 방향으로 가압한다.
전자 솔레노이드(116)가 소자되었을 때, 스풀(118)은 코일 스프링(114)의 힘에 의해 도 7에 도시하는 위치보다 우측에 배치된다. 이 상태에서는 제 1 급배 포트(104)가 제 1 배출 포트(108)로 연통함과 동시에, 제 2 급배 포트(106)가 공급 포트(112)로 연통한다. 따라서, 오일 팬(13a) 내의 작동유가 공급 통로(95), 제 2 오일 컨트롤 밸브(94), 지각 유로(93), 외주 홈(51b), 지각 유로(89, 87, 85), 제 2 개구(81) 및 오목부(62b 내지 65b)를 통해 제 2 압력실(71)로 공급된다. 또한, 제 1 압력실(70) 내의 작동유가 오목부(62a 내지 65a), 제 1 개구(80), 진각 유로(84, 86, 88), 외주 홈(51a), 진각 유로(92), 제 2 오일 컨트롤 밸브(94) 및배출 통로(96)를 통해 오일 팬(13a)으로 돌아간다. 그 결과, 베인 로터(61)가 하우징(59)에 대하여 지각 방향으로 회전하여, 크랭크 샤프트(15)에 대한 흡기 캠 샤프트(22)의 회전 위상이 지각된다.
전자 솔레노이드(116)가 여자되었을 때, 스풀(118)은 코일 스프링(114)의 힘에 저항하여 도 7에 도시하는 위치보다도 좌측에 배치된다. 이 상태에서는 제 2 급배 포트(106)가 제 2 배출 포트(110)로 연통함과 동시에, 제 1 급배 포트(104)가 공급 포트(112)로 연통한다. 따라서, 오일 팬(13a) 내의 작동유가 공급 통로(95), 제 2 오일 컨트롤 밸브(94), 진각 유로(92), 외주 홈(51a), 진각 유로(88, 86, 84), 제 1 개구(80) 및 오목부(62a 내지 65a)를 통해 제 1 압력실(70)로 공급된다. 또한, 제 2 압력실(71) 내의 작동유가 오목부(62b 내지 65b), 제 2 개구(81), 지각 유로(85, 87, 89), 외주 홈(51b), 지각 유로(93), 제 2 오일 컨트롤 밸브(94) 및 배출 통로(96)를 통해 오일 팬(13a)으로 돌아간다. 그 결과, 베인 로터(61)가 하우징(59)에 대하여 진각 방향으로 회전하여, 크랭크 샤프트(15)에 대한 흡기 캠 샤프트(22)의 회전 위상이 진각된다.
전자 솔레노이드(116)로 공급되는 전류를 듀티비 제어하여, 스풀(118)을 도 7에 도시하는 중간 위치에 배치시키면, 제 1 급배 포트(104) 및 제 2 급배 포트(1O6)가 폐색된다. 이 상태에서는 제 1 압력실(70) 및 제 2 압력실(71)에 대하여 작동유의 공급 및 배출이 행하여지지 않고, 제 1 압력실(70) 및 제 2 압력실(71) 내에 작동유가 충전 보존된다. 그 때문에, 하우징(59)에 대한 베인 로터(61)의 회전 위치가 고정되어, 크랭크 샤프트(15)에 대한 흡기 캠 샤프트(22)의회전 위상이 보존된다.
전자 솔레노이드(116)로 공급되는 전류를 듀티비 제어함으로써, 제 1 급배 포트(104) 혹은 제 2 급배 포트(106)의 개방도를 조정하여, 제 1 압력실(70) 혹은 제 2 압력실(71)로의 작동유 공급 속도를 제어할 수 있다.
다음으로, 흡기 캠(27)의 프로필에 대해서 설명한다. 흡기 캠(27)은 3차원 캠이며, 도 13에 도시하는 바와 같이, 흡기 캠 샤프트(22)의 축선 방향(화살표(S)가 연장되는 방향)에서, 캠면(27a)의 프로필이 연속적으로 변화한다. 또한, 흡기 캠(27)의 양 단면 중, 전 방향(F)을 향하는 단면을 전단면(27b), 후 방향(R)을 향하는 단면을 후단면(27c)이라 한다.
캠 노우즈(27d)의 높이는 후단면(27c)으로부터 전단면(27b)을 향할수록 점차 커진다. 또한, 흡기 밸브(20)에 대한 흡기 캠(27)의 작용각, 즉 흡기 밸브(20)를 열 수 있는 캠면(27a)의 각도 범위는 후단면(27c)으로부터 전단면(27b)을 향할수록 점차 커진다. 도 14 및 도 15에는 후단면(27c)에 가장 가까운 캠면(27a)에서의 작용각이 최소 작용각(dθmin)으로서, 전단면(27b)에 가장 가까운 캠면(27a)에서의 작용각이 최대 작용각(dθmax)으로서 도시되어 있다. 작용각이 클수록 흡기 밸브(20)의 개방 기간이 길어진다.
도 15는 도 13의 흡기 캠(27)이 실현하는 리프트 패턴(캠 리프트 패턴) 몇 개를 도시하는 그래프이다. 가로 축은 흡기 캠(27)의 회전각을 도시하며, 세로 축은 흡기 캠(27)의 리프트량(캠면 높이)을 도시한다. 흡기 캠(27)의 리프트량은 도 14에 파선으로 도시되는 원 상의 위치를 기준 위치로 하여, 상기 기준 위치에서 캠면(27a)까지의 직경 방향 거리로 나타난다. 흡기 캠(27)은 기준 위치보다도 직경 방향 외측에 위치하는 캠면(27a)에 의해 흡기 밸브(20)를 움직일 수 있다. 또한, 흡기 캠(27)의 회전각은 캠 노우즈(27d)의 피크(P)가 밸브 리프터(2Oa)에 접촉했을 때를 0°로 하고 있다.
또한, 캠 리프트 패턴은 흡기 밸브(20)의 리프트 패턴(밸브 리프트 패턴)을 직접적으로 반영한다. 따라서, 세로축을 흡기 밸브(20)의 리프트량이라 하면, 도 15는 밸브 리프트 패턴을 도시하는 그래프가 된다. 이것은 이후에 설명하는 어느 그래프에 대해서도 적합하다.
Lmin은 후단면(27c)에 가장 가까운 캠면(27a)의 리프트 패턴(제 1 리프트 패턴)을 도시한다. Lmax는 전단면(27b)에 가장 가까운 캠면(27a)의 리프트 패턴(제 2 리프트 패턴)을 도시한다. 캠 리프트 패턴은 후단면(27c)에서 전단면(27b)을 향할수록, Lmin에서 Lmax로 연속적으로 변화한다. L1, L2는 각각 양 리프트 패턴(Lmin, Lmax) 사이에서 얻어지는 캠 리프트 패턴이다.
도 14 및 도 15에 도시하는 바와 같이, 캠면(27a)은 일반적인 리프트 패턴(메인 리프트 패턴)을 실현하기 위한 메인 리프트부 외에 서브 리프트 패턴을 실현하기 위한 서브 리프트부를 갖는다. 메인 리프트부는 흡기 밸브(20)에 기본적인 리프트 동작을 행하게 하여, 서브 리프트부는 메인 리프트부의 작용을 보조한다.
전단면(27b)에 가까운 캠면(27a)의 서브 리프트부일수록 현저한 서브 리프트 패턴을 실현한다. 후단면(27c)에 가까운 캠면(27a)은 서브 리프트부를 갖고 있지 않으며, 따라서 리프트 패턴(Lmin)에는 서브 리프트 패턴이 나타나지 않는다. 또한, 서브 리프트부는 흡기 밸브(20)를 개방 방향으로 움직이는 캠면(27a) 부분(밸브 개방 측)에 설치된다. 흡기 밸브(20)의 폐쇄 방향으로의 움직임을 허용하는 캠면(27a) 부분(밸브 폐쇄 측)에는 서브 리프트부는 존재하지 않는다. 그 때문에, 흡기 캠(27)의 작용각은 캠면(27a)의 밸브 폐쇄 측보다도 캠면(27a)의 밸브 개방 측에서 크게 변화한다.
이상과 같이, 흡기 캠(27)은 축방향에서 연속적으로 변화하는 메인 리프트부와 서브 리프트부를 갖는 캠면(27a)을 구비한다. 바꾸어 말하면, 흡기 캠(27)은 축방향에서 연속적으로 변화하는 메인 리프트 패턴과 서브 리프트 패턴을 복합하여 이루어지는 다양한 캠 리프트 패턴을 실현한다. 따라서, 그러한 캠 리프트 패턴을 반영하는 다양한 밸브 리프트 패턴이 흡기 밸브(20)에 주어진다.
흡기 캠 샤프트(22)가 후 방향(R)으로 이동할수록 밸브 리프터(20a)(도 1)에 접촉하는 캠면(27a)의 축방향 위치가 전단면(27b) 근처가 되며, 흡기 밸브(20)에 대한 흡기 캠(27)의 작용각이 커진다. 반대로, 흡기 캠 샤프트(22)가 전 방향(F)으로 이동할수록 밸브 리프터(20a)에 접촉하는 캠면(27a)의 축방향 위치가 후단면(27c) 근처가 되며, 흡기 밸브(20)에 대한 흡기 캠(27)의 작용각이 작아진다. 밸브 리프터(20a)에 접촉하는 캠면(27a)의 축방향 위치가 전단면(27b) 근처가 될수록 서브 리프트부의 작용에 의해 흡기 밸브(20)의 개방 타이밍이 급격하게 진각한다.
도 16은 흡기 캠 샤프트(22)의 축방향 위치 및 회전 위상의 변화에 따르는 흡기 밸브(20)의 밸브 특성의 변화 상태를 도시하는 그래프이다. 가로 축은 크랭크 샤프트(15)의 각도(크랭크각(CA))를 도시하며, 세로 축은 흡기 캠 샤프트(22)의 축방향 위치를 도시한다. 가로 축에서, BDC는 피스톤(12)의 하사점을 도시하며, TDC는 피스톤(12)의 상사점을 도시한다. 흡기 캠 샤프트(22)의 축방향 위치는 흡기 캠 샤프트(22)가 전방향(F)의 이동단에 배치된 상태를 기준 위치의 제로로서 나타난다.
도 16에 도시하는 바와 같이, 축방향 이동 액튜에이터(22a)는 흡기 캠 샤프트(22)를 최대 9 ㎜ 축방향 이동시킨다. 도 16에서는 흡기 캠 샤프트(22)가 기준 위치로부터 후 방향(R)으로 0 ㎜, 2 ㎜, 5.2 ㎜, 9 ㎜ 이동되었을 때의 밸브 리프트 패턴이 도시된다. 상술한 바와 같이, 흡기 캠 샤프트(22)가 후 방향(R)으로 이동함에 따라, 크랭크 샤프트(15)에 대한 흡기 캠 샤프트(22)의 회전 위상이 지각된다. 본 실시예에서는 도 16에 도시하는 바와 같이, 전단면(27b)에 가장 가까운 캠면(27a)이 밸브 리프터(20a)에 접촉하였을 때와, 후단면(27c)에 가장 가까운 캠면(27a)이 밸브 리프터(20a)에 접촉하였을 때는, 흡기 캠(27)의 회전 위상이 21°CA 다르다. 바꾸어 말하면, 흡기 캠 샤프트(22)의 축방향 이동은 흡기 캠(27)의 회전 위상을 최대 21°CA 만큼 변화시킨다.
회전 위상 변경 액튜에이터(24)는 흡기 캠 샤프트(22)를 최지각 위치로부터 최대 57°CA 진각시킨다. 도 16 에 실선으로 도시하는 리프트 패턴은 흡기 캠 샤프트(22)가 최지각 위치에 있을 때의 리프트 패턴을 도시하며, 2점 쇄선으로 도시하는 리프트 패턴은 흡기 캠 샤프트(22)가 57°CA 진각하였을 때의 리프트 패턴을 도시한다.
도 16에 도시하는 바와 같이, 흡기 캠(27)은 양 액튜에이터(22a, 24)에 의해 축방향 위치 및 회전 위상이 변화됨으로써, 흡기 밸브(20)의 밸브 특성을 광범위하게 걸쳐 조정한다.
도 17은 엔진 제어계를 도시한다. ECU(130)는 디지털 컴퓨터로 이루어지며, CPU(130a), RAM(130b), ROM(130c), 입력 포트(130d), 출력 포트(130e) 및 이들을 서로 접속하는 쌍방향 버스(130f)를 구비한다.
스로틀 개방도 센서(146a)는 스로틀 밸브(146)의 개방도(스로틀 개방도(TA))에 비례한 전압을 AD 변환기(173)를 통해 입력 포트(130d)에 출력한다. 연료 분배관(150)에 설치된 연료압 센서(150a)는 연료 분배관(150) 내의 연료 압력에 비례한 전압을 AD 변환기(173)를 통해 입력 포트(130d)에 출력한다. 페달 센서(176)는 엑셀 페달(174)을 밟는 량에 비례한 전압을 AD 변환기(173)를 통해 입력 포트(13Od)에 출력한다. 크랭크각 센서(182)는 크랭크 샤프트(15)가 30도 회전할 때마다 펄스 신호를 발생시키고, 이 펄스 신호를 입력 포트(13Od)에 출력한다. CPU(13Oa)는 크랭크각 센서(182)로부터의 펄스 신호에 근거하여, 엔진 회전수(NE)를 계산한다.
캠각 센서(183a)는 흡기 캠 샤프트(22)의 회전에 따라서 펄스 신호를 발생시키고, 이 펄스 신호를 입력 포트(130d)에 출력한다. CPU(13Oa)는 캠각 센서(183a)로부터의 펄스 신호에 근거하여 캠각 및 기통을 판별함과 동시에, 이 기통 판별 데이터와 크랭크각 센서(182)로부터의 펄스 신호에 근거하여 현재의 크랭크각을 계산한다. CPU(13Oa)는 또한, 크랭크각과 캠각에 근거하여, 크랭크 샤프트(15)에 대한 흡기 캠 샤프트(22)의 회전 위상을 구한다. 샤프트 위치 센서(183b)는 흡기 캠 샤프트(22)의 축방향 위치에 비례한 전압을 AD 변환기(173)를 통해 입력 포트(130d)로 출력한다.
서지 탱크(18c)에 설치된 흡기압 센서(184)는 서지 탱크(18c) 내의 공기 압력(흡기압(PM): 절대압)에 대응한 전압을 AD 변환기(173)를 통해 입력 포트(130d)에 출력한다. 실린더 블록(13)에 설치된 수온 센서(186)는 실린더 블록(13) 내를 흐르는 냉각수 온도(THW)를 검출하여, 냉각수 온도(THW)에 따른 전압을 AD 변환기(173)를 통해 입력 포트(130d)에 출력한다. 배기 매니폴드(148)에 설치된 공연비 센서(188)는 공기와 연료의 혼합기 공연비에 따른 전압을 AD 변환기(173)를 통해 입력 포트(130d)로 출력한다. CPU(130a)는 공연비 센서(188)로부터의 신호에 근거하여 산소 농도(Vox)를 구한다.
출력 포트(130e)는, 대응하는 구동 회로(190)를 거쳐, 연료 분사 밸브(17b), 기류 제어 밸브(18d)용 액튜에이터(18f), 제 1 오일 컨트롤 밸브(36), 제 2 오일 컨트롤 밸브(94), 스로틀 밸브(146)용 구동 모터(144), 보조 연료 분사 밸브(152), 고압 연료 펌프(154)의 전자 스필 밸브(154a), 및 이그나이터(192)에 접속된다.
다음으로, 연료 분사 제어 및 그에 관련하는 처리에 대해서 설명한다. 도 18은 엔진(11)의 운전 상태를 판정하기 위한 루틴을 도시하는 플로우 차트이다. 본 판정 루틴은 엔진 워밍업 후에 미리 설정되어 있는 크랭크각마다 ECU(130)에 의해 주기적으로 실행된다.
ECU(130)는 스텝 S100에서, 엔진 회전수(NE)와 엑셀 페달(174)을 밟는 량(페달 밟는 량)(ACCP)을 RAM(13Ob)의 작업 영역에 판독한다.
다음으로, ECU(130)는 스텝 S110에서, 엔진 회전수(NE)와 페달 밟는 량(ACCP)에 근거하여, 린(lean) 연료 분사량(QL)을 산출한다. 린 연료 분사량(QL)은 성층 연소를 행할 때에, 요구 토크를 실현하는 데 최적의 연료 분사량을 도시한다. 린 연료 분사량(QL)은 페달 밟는 량(ACCP)과 엔진 회전수(NE)를 파라미터로 하는 도 19에 도시하는 바와 같은 맵에 따라서 구해진다. 이 맵은 ROM(130c)에 미리 기억되어 있다.
다음으로, ECU(130)는 스텝 S115에서, 린 연료 분사량(QL)과 엔진 회전수(NE)에 근거하여, 현재의 엔진 운전 상태가 도 20에 도시되는 맵 중에 존재하는 4개의 영역(R1, R2, R3, R4) 중 어느 하나에 속하는지를 판정한다. 그 후, ECU(130)는 일단 처리를 종료한다. ECU(130)는 판정된 엔진 운전 상태에 따라서, 후술하는 연료 분사 제어를 실행한다.
도 21은 연료 분사량 설정 루틴을 도시하는 플로우 차트이다. 본 설정 루틴은 엔진 워밍업 후에 미리 설정되어 있는 크랭크각마다 ECU(130)에 의해 주기적으로 실행된다. 또한, 엔진(11) 시동시 또는 엔진(11) 워밍업 완료 전의 아이들 운전 시일 경우 등에는 도 21의 루틴과는 별개의 설정 루틴에서 연료 분사량이 설정된다.
ECU(130)는 우선, 스텝 S120에서, 엔진 회전수(NE), 흡기압(PM) 및 산소 농도(Vox)를 RAM(13Ob)의 작업 영역에 판독한다.
다음으로, ECU(130)는 스텝 S122에서, 현재의 엔진 운전 상태가 영역(R4)에 속하는지의 여부를 판정한다. 현재의 엔진 운전 상태가 영역(R4)에 속할 경우에는ECU(130)는 스텝 S130으로 이행하며, 미리 ROM(130c)에 설정되어 있는 도 22의 맵을 사용하여, 흡기압(PM)과 엔진 회전수(NE)에 근거하여, 기본 연료 분사량(QBS)을 산출한다.
다음으로, ECU(130)는 스텝 S140에서, 연료 증량치(OTP)의 산출 처리를 행한다. 이 산출 처리는 도 23의 플로우 차트에 상세하게 도시된다. 즉, ECU(130)는 우선 스텝 S141 에서, 페달 밟는 량(ACCP)이 소정의 판정치(KOTPAC)를 넘었는지의 여부를 판정한다. ACCP≤KOTPAC인 경우에는 ECU(130)가 스텝 S142로 이행하여, 연료 증량치(OTP)를 제로로 설정한다. 즉, 엔진(11)이 고부하 운전되어 있지 않을 경우에는 연료의 증량 보정이 행하여지지 않는다. 한편, ACCP>KOTPAC인 경우에는 ECU(130)가 스텝 S144로 이행하여, 연료 증량치(OTP)를 소정치(M)(예를 들면, 1>M>0)로 설정한다. 즉, 엔진(11)의 고부하 운전 시에는 촉매 컨버터(149)(도 17 참조)의 과열을 방지하도록 연료의 증량 보정이 행하여진다.
그 후, ECU(130)는 도 21의 루틴의 스텝 S150으로 이행하여, 공연비 피드백 조건이 성립하고 있는지의 여부를 판정한다. 공연비 피드백 조건은 예를 들면, 엔진(11) 시동 시가 아닌 것, 연료 분사가 정지되어 있지 않은 것, 엔진(11)의 워밍업이 완료하고 있는 것(예를 들면 냉각수 온도(THW)가 40°이상인 것), 공연비 센서(188)가 활성화하고 있는 것, 연료 증량치(OTP)가 제로인 것을 포함한다. 스텝 S150에서는 이들 조건이 모두 성립하고 있는지의 여부가 판정된다.
공연비 피드백 조건이 성립하고 있을 경우, ECU(130)는 스텝 S160으로 이행하여, 공연비 피드백 계수(FAF) 및 그 학습치(KG)를 산출한다. 공연비 피드백 계수(FAF)는 공연비 센서(188)로부터의 신호에 근거하여 산출된다. 학습치(KG)는 공연비 피드백 계수(FAF)와 동일 계수(FAF)의 기준치인 1.O과의 편차에 근거하여 갱신되는 값이다. 공연비 피드백 계수(FAF) 및 학습치(KG)를 사용한 공연비 제어 기술은 예를 들면 특개평 6-10736호 공보에 개시되어 있다.
공연비 피드백 조건이 성립하고 있지 않은 경우, ECU(130)는 스텝 S170으로 이행하여, 공연비 피드백 계수(FAF)를 1.0 으로 설정한다.
스텝 S160 또는 S170 다음으로, ECU(130)는 스텝 S180에서, 연료 분사량(Q)을 하기의 식(1)에 따라서 구하여, 그 후 처리를 일단 종료한다.
Q←QBS{1+OTP+(FAF-1.0)+(KG-1.0)}α+β … 식(1)
여기서, α, β는 엔진(11)의 종류나 제어 내용에 따라서 적당히 설정되는 계수이다.
상기 스텝 S122에서, 현재의 엔진 운전 상태가 영역(R4) 이외의 영역, 즉 영역(R1, R2, R3) 중 어느 하나에 속할 경우에 ECU(130)는 스텝 S190으로 이행한다. 스텝 S190에서, ECU(130)는 린 연료 분사량(QL)을 연료 분사량(Q)으로서 설정하여 일단 처리를 종료한다.
도 24는 연료 분사 시기 설정 루틴을 도시하는 플로우 차트이다. 본 설정 루틴은 엔진 워밍업 후에 도 21의 설정 루틴과 동일한 주기로 실행된다. 엔진(11) 시동시 또는 엔진(11)이 워밍업 완료 전의 아이들 운전 시인 경우 등에는 도 24의 루틴과는 별개의 설정 루틴에서 연료 분사 시기가 설정된다.
ECU(130)는 우선 스텝 S210에서, 현재의 엔진 운전 상태가 영역(R1)에 속하는지의 여부를 판정하고, 영역(R1)에 속해 있을 경우에는 스텝 S220으로 이행하여 연료 분사 시기를 피스톤(12)의 압축 행정 말기에 설정한다. 따라서, 린 연료 분사량(QL)에 따른 량의 연료가 피스톤(12)의 압축 행정 말기에서, 연소실(17) 내로 분사된다. 분사 연료는 피스톤(12) 오목부(12a)의 주위 벽면(12b)에 충돌하여, 점화 플러그(17a) 부근에 가연성 혼합기층을 형성한다(도 3 및 도 4 참조). 이 가연성 혼합기에 점화 플러그(17a)에 의해 점화가 이루어짐으로써, 성층 연소가 행하여진다.
스텝 S210에서 엔진 운전 상태가 영역(R1)에 속해 있지 않을 경우에는 ECU(130)는 스텝 S230으로 이행하여, 엔진 운전 상태가 영역(R2)에 속하는지의 여부를 판정한다. 엔진 운전 상태가 영역(R2)에 속해 있을 경우에는 스텝 S240으로 이행하여, 연료 분사 시기를 피스톤(12)의 흡기 행정 시와 압축 행정 말기 2개 시기로 설정한다. 따라서, 린 연료 분사량(QL)에 따른 량의 연료가 흡기 행정 시와 압축 행정 말기에서, 2회로 나누어져 연소실(17) 내에 분사된다. 흡기 행정 시에 분사된 연료는 흡입 공기와 함께, 연소실(17) 내 전체에 균질의 희박 혼합기를 형성한다. 계속해서 압축 행정 말기에 분사된 연료는 전술한 성층 연소의 경우와 마찬가지로 하여, 점화 플러그(17a) 부근에 가연성 혼합기층을 형성한다. 이 가연성 혼합기에 점화 플러그(17a)에 의해 점화가 이루어지고, 또한 이 점화 화염에 의해 연소실(17)내 전체를 차지하는 희박 혼합기가 연소된다. 즉, 엔진 운전 상태가 영역(R2)에 속할 경우에는 상기 성층 연소보다도 성층의 정도가 낮은 약(弱)성층 연소가 행하여진다.
스텝 S230에 있어서 엔진 운전 상태가 영역(R2)에 속해 있지 않을 경우에 ECU(130)는 스텝 S250으로 이행하여, 엔진 운전 상태가 영역(R3)에 속하는지의 여부를 판정한다. 엔진 운전 상태가 영역(R3)에 속해 있을 경우에는 스텝 S260으로 이행하여 연료 분사 시기를 피스톤(12)의 흡기 행정 시로 설정한다. 따라서, 린 연료 분사량(QL)에 따른 량의 연료가 흡기 행정 시에, 연소실(17) 내에 분사된다. 분사된 연료는 흡입 공기와 함께 연소실(17) 내 전체에 균질의 혼합기를 형성한다. 이 혼합기는 비교적 희박하기는 하지만, 점화 플러그(17a)에 의한 점화가 가능한 정도의 공연비를 갖는다. 그 결과, 린 균질 연소가 행하여진다.
스텝 S250에서 엔진 운전 상태가 영역(R3)에 속해 있지 않을 경우, 즉 영역(R4)에 속해 있을 경우에 ECU(130)는 스텝 S270으로 이행하여 연료 분사 시기를 피스톤(12)의 흡기 행정 시에 설정한다. 따라서, 도 21의 스텝 S180에서 구해진 연료 분사량(Q)에 따른 량의 연료가 흡기 행정 시에, 연소실(17) 내로 분사된다. 분사된 연료는 흡입 공기와 함께 연소실(17) 내 전체에 균질한 혼합기를 형성한다. 이 혼합기의 공연비는 이론 공연비 혹은 그보다도 리치하다. 그 결과, 이론 공연비 혹은 그보다도 리치한 혼합기에 의한 균질 연소가 행하여진다.
또한, 엔진(11) 시동 시나 엔진(11)이 워밍업 완료 전의 아이들 운전 시인 경우에는 필요한 량의 연료가 흡기 행정 시에 분사됨으로써, 균질 연소가 실행된다.
다음으로, 흡기 밸브(20)의 밸브 특성을 제어하기 위한 순서에 대해서 설명한다. 도 25는 밸브 특성 제어에 있어서 필요한 목표치를 설정하기 위한 루틴을도시하는 플로우 차트이다. 이 설정 루틴은 미리 정해진 주기마다 주기적으로 실행된다.
또한, 도 25의 플로우 차트에서는 도시하고 있지 않지만, ECU(130)는 흡기 캠 샤프트(22)의 실제 축방향 위치가 후술하는 목표 축방향 위치(Lt)에 일치하도록 샤프트 위치 센서(183b)로부터의 신호에 근거하여, 축방향 이동 액튜에이터(22a)를 피드백 제어한다. 또한, ECU(130)는 크랭크 샤프트(15)에 대한 흡기 캠 샤프트(22)의 회전 위상각(진각치)이 후술하는 목표 진각치(θt)에 일치하도록 크랭크각 센서(182) 및 캠각 센서(183a)로부터의 신호에 근거하여, 회전 위상 변경 액튜에이터(24)를 피드백 제어한다.
도 25에 도시하는 바와 같이, ECU(130)는 우선 스텝 S310에 있어서, 엔진 부하를 반영하는 린 연료 분사량(QL) 및 엔진 회전수(NE) 등, 엔진 운전 상태를 나타내는 파라미터를 판독한다. 또한, 엔진 부하를 반영하는 값으로서, 린 연료 분사량(QL) 대신, 예를 들면 페달 밟는 량(ACCP)이 사용되어도 된다.
다음으로, ECU(130)는 스텝 S320에 있어서, 도 26a에 도시하는 맵(i)에 근거하여, 목표 진각치(θt)를 설정한다. 맵(i)은 도 26a에 도시하는 바와 같이, 린 연료 분사량(QL)과 엔진 회전수(NE)를 파라미터로서 목표 진각치(θt)를 설정하기 위한 것이다. 맵(i)은 또한, 각 영역(R1 내지 R4)용, 엔진 시동 시용, 엔진(11)의 워밍업 완료 전 아이들 운전 시용 등, 각종 엔진 운전 상태마다 준비되어 있다. 따라서, 우선, 현재의 엔진 운전 상태에 대응하는 맵(i)이 선택되며, 그 선택된 맵(i)에 따라서, 린 연료 분사량(QL)과 엔진 회전수(NE)에 근거하여 목표 진각치(θt)가 설정된다.
다음으로, ECU(130)는 스텝 S330에 있어서, 도 26b에 도시하는 맵(L)에 근거하여 목표 축방향 위치(Lt)를 설정하여, 처리를 일단 종료한다. 맵(L)은 도 26b에 도시하는 바와 같이, 린 연료 분사량(QL)과 엔진 회전수(NE)를 파라미터로 하여 목표 축방향 위치(Lt)를 설정하기 위한 것이다. 맵(L)은 또한, 각 영역(R1 내지 R4)용, 엔진 시동 시용, 엔진(11)의 워밍업 완료 전 아이들 운전 시용 등, 각종 엔진 운전 상태마다 준비되어 있다. 따라서, 우선, 현재의 엔진 운전 상태에 대응하는 맵(L)이 선택되어, 그 선택된 맵(L)에 따라서, 린 연료 분사량(QL)과 엔진 회전수(NE)에 근거하여 목표 축방향 위치(Lt)가 설정된다.
다음으로, 밸브 특성 제어의 구체예에 대해서 설명한다. 도 27은 도 20의 맵과 마찬가지로, 엔진 운전 상태의 4개 영역(R1, R2, R3, R4)을 도시하는 것이다. 도 27 중에는 그들 영역(R1 내지 R4) 중 어느 하나에 속하는 5종류의 엔진 운전 상태가 P1 내지 P5로서 도시되어 있다. 이들 운전 상태(P1 내지 P5)에 대해서, 이하에 설명한다.
운전 상태(P1): 워밍업 완료 전의 아이들 운전 상태
운전 상태(P2): 아이들 운전 이외의 워밍업 후의 저회전 고부하 운전 상태
운전 상태(P3): 아이들 운전 이외의 워밍업 후의 저회전 저부하 운전 상태
운전 상태(P4): 아이들 운전 이외의 워밍업 후의 중회전 중부하 운전 상태
운전 상태(P5): 아이들 운전 이외의 워밍업 후의 고회전 고부하 운전 상태
운전 상태(P1)는 워밍업 완료 전의 아이들 운전 상태이기 때문에, 운전상태(P1)에서는 연료 분사 시기가 흡기 행정 시에 설정된다. 운전 상태(P2 내지 P5)에서는 도 24의 루틴에 따라서 연료 분사 시기가 설정된다. 구체적으로는 연료 분사 시기는 운전 상태(P2, P4, P5)에서는 흡기 행정 시에 운전 상태(P3)에서는 압축 행정 말기에 설정된다.
도 28의 세로 란(A) 및 세로 란(B)은 운전 상태(P1 내지 P5)에 각각 대응하여, 도 25의 루틴에 따라서 구해지는 목표 축방향 위치(Lt)(㎜)와 목표 진각치(θt)(°CA)를 도시하는 것이다. 또한, 흡기 캠 샤프트(22)의 축방향 위치는 흡기 캠 샤프트(22)가 전 방향(F)의 이동단에 배치된 상태를 기준 위치의 제로로 하고, 그 기준 위치로부터 후 방향(R)으로의 이동 거리로 나타난다. 또한, 상술한 바와 같이, 흡기 캠 샤프트(22)가 후 방향(R)으로 이동함에 따라서, 흡기 캠 샤프트(22)의 회전 위상이 지각된다. 목표 축방향 위치(Lt)의 하측에 괄호로 도시되는 값은 목표 축방향 위치(Lt)에 대응하는 흡기 캠 샤프트(22)의 지각치(°CA)이다. 또한, 흡기 캠 샤프트(22)의 진각치(θt)는 베인 로터(61)가 하우징(59)에 대하여 최지각 위치에 있는 상태를 기준각의 제로로 하여, 그 기준각으로부터 진각 방향으로의 크랭크각(CA)으로 나타난다.
목표 축방향 위치(Lt)와 목표 진각치(θt)에 근거하여, 회전 위상 변경 액튜에이터(24)와 축방향 이동 액튜에이터(22a)가 구동되면, 크랭크 샤프트(15)에 대한 흡기 캠(27)의 회전 위상각(진각치)이 도 28의 세로 란(C)에 도시하게 된다. 이 흡기 캠(27)의 진각치는 흡기 캠 샤프트(22)가 전 방향(F)의 이동단에 배치되고 또한 베인 로터(61)가 하우징(59)에 대하여 최지각 위치에 있는 상태를 기준각의 제로로 하여, 그 기준각으로부터 진각 방향으로의 크랭크각(CA)으로 나타난다.
흡기 캠(27)의 진각치가 도 28의 세로 란(C)과 같이 되었을 때, 흡기 밸브(20)의 개방 타이밍(BTDC) 및 폐쇄 타이밍(ABDC)은 각각 도 28의 세로 란(D) 및 세로 란(E)에 도시하게 된다. 흡기 밸브(20)의 개방 타이밍(BTDC)은 피스톤(12)이 흡기 행정에서의 상사점에 배치되었을 때를 기준 타이밍의 제로로 하여, 그 기준 타이밍으로부터 진각 방향으로의 크랭크각(CA)으로 나타난다. 흡기 밸브(20)의 폐쇄 타이밍(ABDC)은 피스톤(12)이 흡기 행정에서의 하사점에 배치되었을 때를 기준 타이밍의 제로로 하여, 그 기준 타이밍으로부터 지각 방향으로의 크랭크각(CA)으로 나타난다. 도 28의 세로 란(F)은 흡기 밸브(20)에 대한 흡기 캠(27)의 작용각을 도시한다.
도 29는 상기 5종류의 운전 상태(P1 내지 P5)에 각각 대응하여 설정되는 밸브 특성 패턴(LP1 내지 LP5)을 도시한다. 또한, 파선으로 도시되는 밸브 특성 패턴(Ex)은 배기 밸브(21)의 특성 패턴이다.
워밍업 완료 전의 아이들 운전 상태인 운전 상태(P1)에서는 균질 연소가 행하여진다. 이 운전 상태(P1)에서는 엔진(11)의 회전을 안정시키도록 도 28에 도시하는 바와 같이, 목표 축방향 위치(Lt)가 0 ㎜ 로, 목표 진각치(θt)가 0°CA로 설정되어, 흡기 캠(27)의 진각치가 0°CA가 된다. 그 결과, 도 29에 도시하는 밸브 특성 패턴(LP1)이 실현된다. 이 밸브 특성 패턴(LP1)에서는 흡기 캠(27)의 작용각이 작아진다, 바꾸어 말하면 흡기 밸브(20)의 개방 기간이 짧아진다. 이것은 흡기 밸브(20)의 폐쇄 타이밍을 느리게 하지 않고, 연소실(17) 내의 압력을 상승시킨다.또한, 밸브 특성 패턴(LP1)에서는 배기 밸브(21) 및 흡기 밸브(20)가 모두 개방되어 있는 기간, 즉 밸브 오버랩 량이 작아진다(혹은 없어진다). 이러한 결과로, 엔진(11) 회전이 안정된다.
저회전 고부하 운전 상태인 운전 상태(P2)에서는 균질 연소가 행하여진다. 이 운전 상태(P2)에서는 엔진(11)에 충분한 토크를 발생시키도록 도 28에 도시하는 바와 같이, 목표 축방향 위치(Lt)가 0 ㎜로, 목표 진각치(θt)가 34°CA로 설정되어, 흡기 캠(27)의 진각치가 34°CA가 된다. 그 결과, 도 29에 도시하는 밸브 특성 패턴(LP2)이 실현된다. 이 밸브 특성 패턴(LP2)에서는 흡기 밸브(20)의 개방 기간이 짧아지고 또한 폐쇄 타이밍이 빨라진다. 그 결과, 운전 상태(P2)에서의 흡입 공기의 맥동을 이용하여 엔진(11)의 부피 효율을 높이는 것이 가능해지고, 엔진(11)이 충분한 출력 토크를 발생시킨다.
저회전 저부하 운전 상태인 운전 상태(P3)에서는 성층 연소가 행하여진다. 이 운전 상태(P3)에서는 양호한 성층 연소를 행하도록 도 28에 도시하는 바와 같이, 목표 축방향 위치(Lt)가 9 ㎜로, 목표 진각치(θt)가 57°CA로 설정되어, 흡기 캠(27)의 진각치가 36°CA가 된다. 그 결과, 도 29에 도시하는 밸브 특성 패턴(LP3)이 실현된다. 이 밸브 특성 패턴(LP3)에서는 흡기 밸브(20)의 개방 기간이 최대가 되고 또한 개방 타이밍이 최대로 빨라진다. 즉, 밸브 리프터(20a)에 접촉하는 캠면(27a)의 축방향 위치가 가장 전단면(27b) 근처가 되기 때문에, 캠면(27a)의 서브 리프트부의 작용에 의해, 밸브 특성 패턴(LP3)에는 서브 리프트 패턴이 가장 현저하게 나타난다. 그 결과, 밸브 오버랩량이 극히 커진다.
밸브 오버랩량이 커지면, 피스톤(12)의 배기 행정 시에 연소실(17) 내의 배기 가스가 흡기 포트(18) 내로 들어가고, 이 배기 가스가 흡기 행정 시에 공기와 함께 연소실(17)로 돌아간다. 그 때문에, 연소실(17) 내에 들어가는 배기 가스량이 충분히 많아진다. 이것은 양호하고도 안정된 성층 연소를 가능하게 한다. 또한, 성층 연소 시에는 스로틀 밸브(146)의 개방도가 비교적 크게 되므로, 엔진(11)의 펌핑 손실이 적어진다.
캠면(27a)의 서브 리프트부는 흡기 밸브(20)의 리프트량을 비교적 작게 유지한 상태에서, 밸브 오버랩량의 확대를 가능하게 한다. 그 때문에, 개방된 흡기 밸브(20)가 흡기 행정의 상사점에 배치된 피스톤(12)에 간섭하는 것을 확실하게 피할 수 있다.
중회전 중부하 운전 상태인 운전 상태(P4)에서는 균질 연소가 행하여진다. 이 운전 상태(P4)에서는 연비를 향상시키도록 도 28에 도시하는 바와 같이, 목표 축방향 위치(Lt)가 5.2 ㎜로, 목표 진각치(θt)가 0°CA로 설정되어, 흡기 캠(27)의 진각치가 -12°CA가 된다. 그 결과, 도 29에 도시하는 밸브 특성 패턴(LP4)이 실현된다. 이 밸브 특성 패턴(LP4)에서는 흡기 밸브(20)의 개방 기간이 길어지고 또한 폐쇄 타이밍이 충분히 느려진다. 그 결과, 일단 연소실(17) 내로 빨려들어간 공기의 일부가 개방된 흡기 밸브(20)를 통해 흡기 포트(18)로 돌아간다. 이것은 균질 연소 시에서 스로틀 밸브(146)의 개방도를 크게 하는 것을 가능하게 하여, 펌핑 손실 감소 및 연비 향상에 공헌한다. 또한, 이 밸브 특성 패턴(LP4)에서도, 캠면(27a)의 서브 리프트부 작용에 의해, 개방된 흡기 밸브(20)가 흡기 행정의 상사점에 배치된 피스톤(12)에 간섭하는 것을 확실하게 피할 수 있다.
고회전 고부하 운전 상태인 운전 상태(P5)에서는 균질 연소가 행하여진다. 이 운전 상태(P5)에서는 엔진(11)에 충분한 토크를 발생시키도록 도 28에 도시하는 바와 같이, 목표 축방향 위치(Lt)가 2 ㎜로, 목표 진각치(θt)가 14°CA로 설정되어, 흡기 캠(27)의 진각치가 9°CA가 된다. 그 결과, 도 29에 도시하는 밸브 특성 패턴(LP5)이 실현된다. 이 밸브 특성 패턴(LP5)에서는 흡기 밸브(20)의 개방 기간이 중간 정도가 되고 또한 폐쇄 타이밍이 약간 늦어진다. 그 결과, 운전 상태(P5)에서의 흡입 공기의 맥동을 이용하여 엔진(11)의 부피 효율을 높이는 것이 가능해져, 엔진(11)이 충분한 출력 토크를 발생시킨다.
또한, 상술한 운전 상태(P1 내지 P5) 이외의 엔진 운전 상태, 예를 들면 영역(R2, R3)에 속하는 엔진 운전 상태에 대해서도, 도 26a 및 도 26b에 도시하는 맵(i, L)에 따라서 적합한 밸브 특성을 실현할 수 있다.
이상 설명한 본 실시예에 의하면, 이하의 효과가 얻어진다.
흡기 캠(27)은 축방향에서 연속적으로 변화하는 메인 리프트부와 서브 리프트부를 갖는 캠면(27a)을 구비한다. 흡기 캠(27)이 축방향 이동됨으로써, 메인 리프트 패턴과 서브 리프트 패턴이 복합적인 다양한 밸브 리프트 특성이 흡기 밸브(20)에 주어져, 흡기 밸브(20)의 개방 타이밍, 폐쇄 타이밍, 개방 기간 및 리프트량이 넓은 범위에 걸쳐 무단계로 조정된다. 축방향에서 변화하는 메인 리프트부 및 서브 리프트부는 서로 협동하여, 밸브 특성의 변화에 풍부한 조정을 가능하게 한다. 그 때문에, 엔진(11)의 운전 상태에 따라서 요구되는 각종 엔진 성능에대하여, 밸브 특성을 충분히 대응시킬 수 있다.
흡기 캠(27)의 후단면(27c) 부근의 캠면(27a)은 서브 리프트부를 갖고 있지 않으며, 더구나 전단면(27b) 부근의 캠면(27a)과 비교하여, 캠 노우즈(27d)의 높이가 낮다. 그리고, 캠면(27a)의 프로필은 전단면(27b)과 후단면(27c) 사이에서, 축방향으로 연속적으로 변화한다. 그 때문에, 흡기 캠(27)의 축방향 이동에 따라, 밸브 리프트 패턴이, 서브 리프트 패턴을 갖지 않고 또한 낮은 메인 리프트 패턴을 갖는 상태와 서브 리프트 패턴을 가지고 또한 높은 메인 리프트 패턴을 갖는 상태 사이에서 연속적으로 변화한다. 따라서, 복잡한 흡기 밸브 특성을 실현할 수 있다.
크랭크 샤프트(15)에 대한 흡기 캠(27)의 회전 위상을 연속적으로 변경하는 회전 위상 변경 액튜에이터(24)가 설치된다. 또한, 축방향 이동 액튜에이터(22a)는 회전 위상 변경 액튜에이터(24)와 협동하여, 흡기 캠(27)의 축방향 이동에 따라, 크랭크 샤프트(15)에 대한 흡기 캠(27)의 회전 위상을 변화시킨다. 그 때문에, 흡기 캠(27)의 축방향 이동에 의해 실현되는 다양한 밸브 리프트 패턴 각각을 진각 방향 혹은 지각 방향으로 이동시킬 수 있어, 한층 더 다양한 밸브 특성을 실현할 수 있다.
캠면(27a)의 서브 리프트부는 흡기 밸브(20)의 리프트량을 비교적 작게 유지한 상태에서, 밸브 오버랩량 확대를 가능하게 한다. 그 때문에, 개방된 흡기 밸브(20)가 흡기 행정의 상사점에 배치된 피스톤(12)에 간섭하는 것을 확실하게 피할 수 있다. 성층 연소를 실행하는 엔진(11)의 피스톤(12)은 양호한 성층 연소를실현하도록 그 정상면이 독특한 형상으로 형성된다(도 3 내지 도 5 참조). 본 실시예에서의 캠면(27a)의 서브 리프트부는 피스톤(12) 형상이 독특해도 흡기 밸브(20)와 피스톤(12)과의 간섭을 피하면서 밸브 오버랩량을 충분히 확보한다. 그 때문에, 피스톤(12)의 설계 자유도가 증가하여, 성층 연소에 가장 적합한 형상의 피스톤(12)을 사용하여 효과적인 성층 연소를 실현할 수 있다.
제 2 실시예
다음으로, 본 발명의 제 2 실시예에 대해서, 도 1 내지 도 29의 제 1 실시예와의 상위점을 중심으로 도 30 내지 도 33에 따라서 설명한다. 도 1 내지 도 29의 실시예와 동등한 부재에 대해서는 동일 부호를 병기하여 상세한 설명을 생략한다.
본 실시예에서는 도 6의 축방향 이동 액튜에이터(22a) 및 도 7의 회전 위상 변경 액튜에이터(24) 대신 흡기 캠 샤프트(22)의 한쪽 끝에만 도 30에 도시하는 밸브 특성 변경 액튜에이터(222a)가 설치된다. 이 밸브 특성 변경 액튜에이터(222a)는 흡기 캠 샤프트(22)를 축방향으로 이동시킴과 동시에, 그 축방향 이동으로 연동하여 크랭크 샤프트(15)에 대한 흡기 캠 샤프트(22)의 회전 위상을 변경시킨다. 즉, 본 실시예에서는 흡기 캠 샤프트(22)의 회전 위상이 동일 샤프트(22)의 축방향 위치와 독립하여 변경되는 일은 없다. 밸브 특성 변경 기구, 즉 밸브 특성 변경 액튜에이터(222a)는 흡기 밸브(20)의 리프트량 및 밸브 타이밍을 동시에 변경하기 위한 기구이다. 밸브 특성 변경 액튜에이터(222a)는 축방향 이동 기구 및 회전 위상 변경 기구를 겸비한다.
도 30에 도시하는 바와 같이, 밸브 특성 변경 액튜에이터(222a)는 도 7의 회전 위상 변경 액튜에이터(24)와 마찬가지로, 타이밍 스프로켓(24a)을 구비한다. 타이밍 스프로켓(24a)에는 흡기 캠 샤프트(22)의 끝 부분을 덮는 커버(254)가 복수의 볼트(255)에 의해 고정된다. 커버(254)는 소직경부 및 대직경부를 갖는다. 커버(254)의 소직경부 내주면에는 오른나사 방향으로 나선형으로 연장되는 복수의 내치(257)가 설치된다.
흡기 캠 샤프트(22)의 단부에는 속이 빈 볼트(258) 및 핀(259)에 의해, 통형상 링 기어(262)가 고정된다. 링 기어(262)의 외주면에는 커버(254)의 내치(257)와 맞물리는 오른나사 방향의 경사 티쓰(263)가 형성된다. 내치(257)와 경사 티쓰(263)의 맞물림은 타이밍 스프로켓(24a) 및 커버(254)의 회전을 링 기어(262) 및 흡기 캠 샤프트(22)에 전달한다. 또한, 내치(257)와 경사 티쓰(263)의 맞물림은 링 기어(262) 및 흡기 캠 샤프트(22)를 커버(254) 및 스프로켓(24a)에 대하여, 회전을 동반하게 하면서 축방향 이동시킨다.
링 기어(262) 및 흡기 캠 샤프트(22)가 커버(254) 및 스프로켓(24a)에 대하여 후 방향(R)으로 축방향 이동함에 따라, 밸브 리프터(20a) 상에 설치된 캠 종동자(follower)(20b)에 대한 캠면(27a)의 접촉 위치가 흡기 캠(27)의 전단면(27b)에 근접하도록 변화한다. 상기 후방향(R)으로의 흡기 캠 샤프트(22)의 이동에 연동하여, 흡기 캠 샤프트(22)가 흡기 캠(27)과 함께 크랭크 샤프트(15)에 대하여 진각하도록 회전한다.
링 기어(262) 및 흡기 캠 샤프트(22)가 커버(254) 및 스프로켓(24a)에 대하여 전 방향(F)으로 축방향 이동함에 따라, 캠 종동자(20b)에 대한 캠면(27a)의 접촉 위치가 흡기 캠(27)의 후단면(27c)에 근접하도록 변화한다. 이 전 방향(F)으로의 흡기 캠 샤프트(22)의 이동에 연동하여, 흡기 캠 샤프트(22)가 흡기 캠(27)과 함께 크랭크 샤프트(15)에 대하여 지각하도록 회전한다.
다음으로, 밸브 특성 변경 액튜에이터(222a)용의 유압 구동 기구에 대해서 설명한다. 도 30에 도시하는 바와 같이, 링 기어(262)는 커버(254)의 내부 공간을 제 1 유압실(266)과 제 2 유압실(265)로 구획하는 원반부(262a)를 구비한다. 흡기 캠 샤프트(22)는 제 1 유압실(266)에 연통하는 제 1 유로(268)와, 제 2 유압실(265)에 연통하는 제 2 유로(267)를 구비한다.
제 2 유로(267)는 속이 빈 볼트(258) 내부를 통해 제 2 유압실(265)에 접속됨과 동시에, 베어링 캡(14b) 및 실린더 헤드(14)에 형성된 통로를 통해 오일 컨트롤 밸브(36)에 접속된다. 제 1 유로(268)는 타이밍 스프로켓(24a)에 형성된 유로(272)를 통해 제 1 유압실(266)에 접속됨과 동시에, 베어링 캡(14b) 및 실린더 헤드(14)에 형성된 통로를 통해 오일 컨트롤 밸브(36)에 접속된다.
오일 컨트롤 밸브(36)는 도 6에 도시되는 제 1 오일 컨트롤 밸브(36)와 동일한 구성을 가지고, 공급 통로(37) 및 펌프(Pm)를 통해 오일 팬(13a)에 접속됨과 동시에, 배출 통로(38)를 통해 오일 팬(13a)에 접속된다.
오일 컨트롤 밸브(36)의 전자 솔레노이드(47)가 소자되었을 때, 오일 팬(13a) 내의 작동유가 공급 통로(37), 오일 컨트롤 밸브(36) 및 제 1 유로(268)를 통해 제 1 유압실(266)에 공급된다. 이 때, 제 2 유압실(265) 내의 작동유는 제 2 유로(267), 오일 컨트롤 밸브(36) 및 배출 통로(38)를 통해 오일 팬(13a)으로 돌아간다. 그 결과, 도 30에 도시하는 바와 같이, 링 기어(262) 및 흡기 캠 샤프트(22)가 전 방향(F)으로 이동된다. 또한, 이 이동에 따라, 흡기 캠(27)은 크랭크 샤프트(15)에 대하여 지각하도록 회전된다.
전자 솔레노이드(47)가 여자되었을 때, 오일 팬(13a) 내의 작동유가 공급 통로(37), 오일 컨트롤 밸브(36) 및 제 2 유로(267)를 통해 제 2 유압실(265)에 공급된다. 이 때, 제 1 유압실(266) 내의 작동유는 제 1 유로(268), 오일 컨트롤 밸브(36) 및 배출 통로(38)를 통해 오일 팬(13a)으로 돌아간다. 그 결과, 링 기어(262) 및 흡기 캠 샤프트(22)가 후 방향(R)으로 이동된다. 또한, 이 이동에 따라 흡기 캠(27)은 크랭크 샤프트(15)에 대하여 진각하도록 회전된다.
전자 솔레노이드(47)로 공급되는 전류를 듀티비 제어하여, 오일 컨트롤 밸브(36)를 통한 작동유의 흐름을 차단하면, 제 1 유압실(266) 및 제 2 유압실(265)에 대한 작동유의 공급 및 배출이 행하여지지 않게 된다. 이 때문에, 양 유압실(266, 265) 내에 작동유가 충전 보존되어, 링 기어(262) 및 흡기 캠 샤프트(22)의 축방향 위치가 고정된다.
흡기 캠(27)은 도 13 및 도 14에 도시되는 것과 완전히 동일하다. 단, 도 1 내지 도 29의 실시예에서는 흡기 캠 샤프트(22)의 후 방향(R)에의 이동에 따라 흡기 캠(27)이 크랭크 샤프트(15)에 대해 지각하는 데 대하여, 본 실시예에서는 흡기 캠 샤프트(22)의 후 방향(R)에의 이동에 따라 흡기 캠(27)이 크랭크 샤프트(15)에 대하여 진각한다.
도 31은 도 29에 대응하는 그래프이다. 도 31에 도시하는 바와 같이, 흡기캠 샤프트(22)가 후 방향(R)으로 이동함에 따라, 바꾸어 말하면 캠 종동자(20b)에 대한 캠면(27a)의 접촉 위치가 흡기 캠(27)의 전단면(27b)에 근접함에 따라, 흡기 밸브(20)의 리프트량 및 개방 기간이 증대함과 동시에, 밸브 리프트 패턴 전체가 크랭크 샤프트(15)에 대하여 진각한다.
밸브 특성 변경 액튜에이터(222a)는 흡기 캠 샤프트(22)를 최대 9 ㎜ 축방향 이동시킨다. 본 실시예에서는 도 31에 도시하는 바와 같이, 전단면(27b)에 가장 가까운 캠면(27a)이 캠 종동자(2Ob)에 접촉하였을 때(축방향 위치가 9 ㎜인 때)와, 후단면(27c)에 가장 가까운 캠면(27a)이 캠 종동자(20b)에 접촉하였을 때(축방향 위치가 0 ㎜인 때)에서는 흡기 캠(27)의 회전 위상이 22°CA 다르다. 바꾸어 말하면, 흡기 캠 샤프트(22)의 축방향 이동은 흡기 캠(27)의 회전 위상을 최대 22°CA만큼 변화시킨다.
도 32는 밸브 특성 제어에 있어서 필요한 목표치를 설정하기 위한 루틴을 도시하는 플로우 차트이다. 이 설정 루틴은 도 25의 설정 루틴으로부터 스텝 S320의 처리를 생략한 것에 상당하며, 스텝 S310, S330의 처리는 도 25에서 설명한 대로이다. ECU(130)는 흡기 캠 샤프트(22)의 실제 축방향 위치가 도 32의 설정 루틴에서 설정된 목표 축방향 위치(Lt)에 일치하도록 샤프트 위치 센서(183b)(도 1 참조)로부터의 신호에 근거하여, 밸브 특성 변경 액튜에이터(222a)를 피드백 제어한다.
다음으로, 밸브 특성 제어의 구체예에 대해서 설명한다. 도 33은 도 28에 대응하는 것으로, 3종류의 엔진 운전 상태(P11, P12, P13)를 예시한다. 이들 운전 상태(P11 내지 P13)에 대해서, 이하에 설명한다.
운전 상태(P11): 워밍업 완료 전의 아이들 운전 상태(도 27의 운전 상태(P1)와 거의 동일)
운전 상태(P12): 아이들 운전 이외의 워밍업 후의 저회전 저부하 운전 상태(도 27의 운전 상태(P3)와 거의 동일)
운전 상태(P13): 아이들 운전 이외의 워밍업 후의 고회전 고부하 운전 상태(도 27의 운전 상태(P5)와 거의 동일)
운전 상태(P11)에서는 도 27의 운전 상태(P1)와 마찬가지로, 연료 분사 시기가 흡기 행정 시에 설정된다. 운전 상태(P12, P13)에서는 도 24의 루틴에 따라서 연료 분사 시기가 설정된다. 구체적으로 연료 분사 시기는 운전 상태(P12)에서는 압축 행정 말기에, 운전 상태(P13)에서는 흡기 행정 시에 설정된다.
도 33의 세로 란(A)은 운전 상태(P11 내지 P13)에 각각 대응하여, 도 32의 루틴에 따라서 구해지는 목표 축방향 위치(Lt)(㎜)를 도시하는 것이다. 목표 축방향 위치(Lt)에 근거하여 밸브 특성 변경 액튜에이터(222a)가 구동되면, 크랭크 샤프트(15)에 대한 흡기 캠(27)의 회전 위상각(진각치)이 목표 축방향 위치(Lt)의 하측에 괄호로 도시되는 값이 된다. 흡기 캠(27)의 진각치는 흡기 캠 샤프트(22)가 전 방향(F)의 이동단에 배치된 상태를 기준각의 제로로 하여, 그 기준각으로부터 진각 방향으로의 크랭크각(CA)으로 나타난다.
흡기 캠(27)의 진각치에 따라서, 흡기 밸브(20)의 개방 타이밍(BTDC) 및 폐쇄 타이밍(ABDC)이 각각 도 33의 세로 란(B) 및 세로 란(C)에 도시하게 된다. 도 33의 세로 란(D)은 흡기 밸브(20)에 대한 흡기 캠(27)의 작용각을 도시한다.
도 31에는 상기 3종류의 운전 상태(P11 내지 P13)에 각각 대응하여 설정되는 밸브 특성 패턴(LP11 내지 LP13)이 도시된다. 파선으로 도시되는 밸브 특성 패턴(Ex)은 배기 밸브(21)의 특성 패턴이다.
운전 상태(P11)에서는 엔진(11)의 회전을 안정시키도록 도 33에 도시하는 바와 같이, 목표 축방향 위치(Lt)가 0 ㎜로 설정되고, 흡기 캠(27)의 진각치가 0°CA가 된다. 그 결과, 도 31에 도시하는 밸브 특성 패턴(LP11)이 실현된다. 이 밸브 특성 패턴(LP11)에서는 도 29의 밸브 특성 패턴(LP1)과 마찬가지로, 흡기 밸브(20)의 개방 기간이 짧아짐과 동시에, 밸브 오버랩량이 작아진다(혹은 없어진다). 그 결과, 엔진(11) 회전이 안정된다.
운전 상태(P12)에서는 양호한 성층 연소를 행하도록 도 33에 도시하는 바와 같이, 목표 축방향 위치(Lt)가 9 ㎜로 설정되어, 흡기 캠(27)의 진각치가 22°CA가 된다. 그 결과, 도 31에 도시하는 밸브 특성 패턴(LP12)이 실현된다. 이 밸브 특성 패턴(LP12)에서는 도 29의 밸브 특성 패턴(LP3)과 마찬가지로, 흡기 밸브(20)의 개방 기간이 최대가 되고 또한 개방 타이밍이 최대로 빨라진다. 즉, 캠 종동자(20b)에 접촉하는 캠면(27a)의 축방향 위치가 가장 전단면(27b) 근처가 되기 때문에, 캠면(27a)의 서브 리프트부의 작용에 의해, 밸브 특성 패턴(LP12)에는 서브 리프트 패턴이 가장 현저하게 나타난다. 그 결과, 밸브 오버랩량이 극히 커져, 연소실(17) 내에 들어갈 수 있는 배기 가스량을 충분히 많게 할 수 있다. 이것은 성층 연소에서의 양호하고 또한 안정된 연소를 가능하게 한다.
운전 상태(P13)에서는 엔진(11)에 충분한 토크를 발생시키도록 도 33에 도시하는 바와 같이, 목표 축방향 위치(Lt)가 2 ㎜로 설정되고, 흡기 캠(27)의 진각치가 5°CA가 된다. 그 결과, 도 31에 도시하는 밸브 특성 패턴(LP13)이 실현된다. 이 밸브 특성 패턴(LP13)에서는 도 29의 밸브 특성 패턴(LP5)과 마찬가지로, 흡기 밸브(20)의 개방 기간이 중간 정도가 되고 또한 폐쇄 타이밍이 약간 늦어진다. 그 결과, 운전 상태(P13)에서의 흡입 공기의 맥동을 이용하여 엔진(11)의 부피 효율을 높이는 것이 가능해져, 엔진(11)이 충분한 출력 토크를 발생시킨다.
이상 설명한 본 실시예에서는 밸브 특성 변경 액튜에이터(222a)는 흡기 캠(27)의 축방향 이동에 연동하여, 크랭크 샤프트(15)에 대한 흡기 캠(27)의 회전 위상을 변화시킨다. 그 때문에, 흡기 캠(27)의 축방향 이동에 따라, 밸브 리프트 패턴 자체가 변화함과 동시에, 그 밸브 리프트 패턴이 진각 방향 혹은 지각 방향으로 이동하여 다양한 밸브 특성을 실현할 수 있다.
제 3 실시예
다음으로, 본 발명의 제 3 실시예에 대해서, 도 1 내지 도 29의 제 1 실시예와의 상위점을 중심으로 도 34 내지 도 48에 따라서 설명한다. 도 1 내지 도 29의 실시예와 동등한 부재에 대해서는 동일 부호를 병기하여 상세한 설명을 생략한다.
본 실시예에서는 도 34에 도시하는 바와 같이, 각 기통에 대응하는 한 쌍의 흡기 캠(426, 427)이 다른 형상을 갖는다. 또한, 한쪽 흡기 캠(426)을 제 1 흡기 캠으로 하고, 다른쪽 흡기 캠(427)을 제 2 흡기 캠으로 한다. 또한, 제 1 흡기 캠(426)에 대응하는 흡기 밸브를 제 1 흡기 밸브(20x)로 하고, 제 2 흡기 캠(427)에 대응하는 흡기 밸브를 제 2 흡기 밸브(20y)로 한다.
제 1 흡기 캠(426)의 캠면(426a)은 흡기 캠 샤프트(22)의 축방향에서 변화하는 프로필을 갖는다. 구체적으로 캠면(426a)은 축방향에서 연속적으로 변화하는 서브 리프트부를 갖는다. 단, 캠 노우즈(426d)의 높이는 축방향에서 변화하지 않는다. 바꾸어 말하면, 후단면(426c)과 전단면(426b) 사이에서, 캠면(426a)의 메인 리프트부는 변화하지 않는다.
도 35에 일점 쇄선으로 도시하는 바와 같이, 전단면(426b)에 가까운 캠면(426a)일수록 서브 리프트부가 현저하게 나타난다. 도 35에 실선으로 도시하는 바와 같이, 후단면(426c)에 가까운 캠면(426a)은 서브 리프트부를 갖고 있지 않다. 또한, 서브 리프트부는 제 1 흡기 밸브(20x)를 개방 방향으로 움직이는 캠면(426a)의 부분(밸브 개방 측)에 설치된다.
도 36은 도 35의 제 1 흡기 캠(426)이 실현하는 리프트 패턴(캠 리프트 패턴) 몇 개를 도시하는 그래프이다. 가로 축은 제 1 흡기 캠(426)의 회전각을 도시하며, 세로 축은 제 1 흡기 캠(426)의 리프트량을 도시한다. 도 36에는 흡기 캠 샤프트(22)가 기준 위치로부터 후 방향(R)으로 0 ㎜, 6 ㎜, 9 ㎜ 이동되었을 때에 얻어지는 캠 리프트 패턴이 도시된다. 이들 캠 리프트 패턴은 제 1 흡기 밸브(20x)의 리프트 패턴(밸브 리프트 패턴)을 직접적으로 반영한다.
흡기 캠 샤프트(22)의 축방향 위치가 어느 위치라도, 바꾸어 말하면 캠면(426a)이 캠 종동자(20b)에 대하여 어느 축방향 위치에서 접촉해도 캠 리프트 패턴에는 동일한 높이의 메인 피크(MP)를 갖는 동일한 메인 리프트 패턴(ML)이 나타난다.
그러나, 흡기 캠 샤프트(22)의 축방향 위치가 9 ㎜일 때, 바꾸어 말하면 전단면(426b)에 가장 가까운 캠면(426a)이 캠 종동자(20b)에 접촉하였을 때, 캠 리프트 패턴에는 가장 큰 서브 피크(SP)를 갖는 현저한 서브 리프트 패턴(SL)이 나타난다. 흡기 캠 샤프트(22)의 축방향 위치가 O ㎜일 때, 바꾸어 말하면 후단면(426c)에 가장 가까운 캠면(426a)이 캠 종동자(20b)에 접촉하였을 때, 캠 리프트 패턴에는 서브 리프트 패턴(SL)이 나타나지 않는다. 흡기 캠 샤프트(22)의 축방향 위치가 6 ㎜일 때, 바꾸어 말하면 캠면(426a)의 축방향의 거의 중간부가 캠 종동자(20b)에 접촉하였을 때, 캠 리프트 패턴에는 중간 정도의 서브 피크(SP)를 갖는 서브 리프트 패턴(SL)이 나타난다.
이렇게, 제 1 흡기 캠(426)의 축방향 이동에 의해, 서브 리프트 패턴(SL)만이 연속적으로 변화하는 캠 리프트 패턴이 얻어진다. 제 1 흡기 캠(426)의 축방향 이동에 따라, 메인 피크(MP)가 일정하게 유지된 상태에서 서브 피크(SP)가 연속적으로 변화한다.
도 35 및 도 36에 도시하는 바와 같이, 제 1 흡기 밸브(20x)에 대한 메인 리프트부의 작용각(dθ1)은 후단면(426c)과 전단면(426b) 사이에서 변화하지 않는다. 그러나, 제 1 흡기 밸브(20x)에 대한 서브 리프트부의 작용각(dθs1)은 후단면(426c)으로부터 전단면(426b)을 향할수록, 제로에서 최대치까지 점차 커진다. 따라서, 흡기 캠 샤프트(22)가 후 방향(R)으로 이동할수록, 제 1 흡기 캠(426) 전체로서의 작용각이 서브 리프트부에 의해 커져, 제 1 흡기 밸브(20x)의 개방 기간이 길어진다.
도 34 및 도 37에 도시하는 바와 같이, 제 2 흡기 캠(427)의 캠면(427a)은 흡기 캠 샤프트(22)의 축방향에서 변화하는 프로필을 갖는다. 구체적으로는 제 2 흡기 캠(427)의 캠 노우즈(427d)의 높이가 축방향에서 연속적으로 변화한다. 바꾸어 말하면, 캠면(427a)은 축방향에서 연속적으로 변화하는 메인 리프트부를 갖는다. 캠 노우즈(427d)의 높이는 전단면(427b)으로부터 후단면(427c)을 향할수록 점차 커진다. 단, 제 2 흡기 캠(427)은 서브 리프트부를 갖고 있지 않다.
도 38은 도 36에 대응하는 것으로, 도 37의 제 2 흡기 캠(427)이 실현하는 리프트 패턴(캠 리프트 패턴) 몇 개를 도시하는 그래프이다. 가로 축은 제 2 흡기 캠(427)의 회전각을 도시하며, 세로 축은 제 2 흡기 캠(427)의 리프트량을 도시한다. 도 38에는 흡기 캠 샤프트(22)가 기준 위치로부터 후 방향(R)으로 0 ㎜, 6 ㎜, 9 ㎜ 이동되었을 때에 얻어지는 캠 리프트 패턴이 도시된다. 이들 캠 리프트 패턴은 제 2 흡기 밸브(2Oy)의 리프트 패턴(밸브 리프트 패턴)을 직접적으로 반영한다.
어느 리프트 패턴에도 피크(MP)를 경계로 하여 대칭인 메인 리프트 패턴(ML)만이 나타나고, 서브 리프트 패턴은 나타나지 않는다. 흡기 캠 샤프트(22)가 기준 위치로부터 후 방향(R)으로 이동할수록, 바꾸어 말하면 캠 종동자(20b)에 대한 캠면(427a)의 접촉 위치가 전단면(427b)에 근접할수록, 피크(MP)의 높이가 점차 작아지고 동시에 제 2 흡기 밸브(20y)에 대한 제 2 흡기 캠(427)의 작용각이 점차 작아진다. 작용각은 제 2 흡기 캠(427)의 밸브 개방 측과 밸브 폐쇄 측에서 동일할 정도만큼 변화한다. 도 37 및 도 38에는 후단면(427c)에 가장 가까운 캠면(427a)에서의 작용각이 최대 작용각(dθ2max)으로서, 전단면(427b)에 가장 가까운 캠면(427a)에서의 작용각이 최소 작용각(dθ2min)으로서 도시되어 있다. 작용각이 클수록 제 2 흡기 밸브(20y)의 개방 기간이 길어진다.
또한, 본 실시예에서는 도 7의 회전 위상 변경 액튜에이터(24)의 구성이 약간 변경되어 있으며, 베인 로터(61)와 이너 기어(54)가 축방향으로 연장되는 스트레이트 스플라인으로 맞물려진다. 이 때문에, 도 6의 축방향 이동 액튜에이터(22a)에 의해 흡기 캠 샤프트(22)가 축방향 이동하였을 때, 흡기 캠 샤프트(22)의 회전 위상은 크랭크 샤프트(15)에 대하여 변화하지 않는다. 도 36 및 도 38에 예시되는 리프트 패턴의 진각 방향 혹은 지각 방향으로의 이동은 회전 위상 변경 액튜에이터(24)의 베인 로터(61) 회전에 의해 실현된다. 본 실시예에서는 회전 위상 변경 액튜에이터(24)는 흡기 캠 샤프트(22)의 회전 위상을 40°CA의 범위에서 변경한다. 또한, 회전 위상 변경 액튜에이터(24)로서, 도 7과 동일한 구성을 채용하는 것도 물론 가능하다.
흡기 캠 샤프트(22)의 목표 진각치(θt) 및 목표 축방향 위치(Lt)는 상기 도 25의 루틴에 따라서, 도 26a에 도시하는 맵(i) 및 도 26b에 도시하는 맵(L)을 사용하여 설정된다.
도 2 및 도 39a 내지 도 39c에 도시하는 바와 같이, 각 기통에 대응하는 한 쌍의 흡기 통로(18a, 18b)에서, 제 2 흡기 밸브(2Oy)에 대응하는 흡기 통로(18a)는 기류 제어 밸브(18d)를 구비하며, 제 1 흡기 밸브(20x)에 대응하는 흡기 통로(18b)는 기류 제어 밸브를 구비하고 있지 않다. 즉, 양 흡기 통로(18a, 18b)는 서로 다른 기능을 갖는다. 제 1 흡기 캠(426)의 프로필과 제 2 흡기 캠(427)의 프로필과의 차이는 양 흡기 통로(18a, 18b)의 기능 차이에 근거하는 것이다.
도 40은 기류 제어 밸브(18d)의 목표 개방도(θv)를 설정하기 위한 루틴을 도시하는 플로우 차트이다. 이 설정 루틴은 미리 정해진 제어 주기로 반복하여 실행된다. ECU(130)는 이 루틴에서 설정된 목표 개방도(θv)에 근거하여 액튜에이터(18f)를 제어하여, 기류 제어 밸브(18d)의 개방도를 조정한다.
ECU(130)는 우선, 스텝 S610에 있어서, 엔진 부하를 반영하는 린 연료 분사량(QL) 및 엔진 회전수(NE) 등, 엔진 운전 상태를 나타내는 파라미터를 판독한다. 또한, 엔진 부하를 반영하는 값으로서, 린 연료 분사량(QL) 대신, 예를 들면 페달 밟은 량(ACCP)이 사용되어도 된다.
다음으로, ECU(130)는 스텝 S620에 있어서, 도 41에 도시하는 맵(V)에 근거하여, 기류 제어 밸브(18d)의 목표 개방도(θv)를 설정한다. 맵(V)은 도 41에 도시하는 바와 같이, 린 연료 분사량(QL)과 엔진 회전수(NE)를 파라미터로 하여 목표 개방도(θv)를 설정하기 위한 것이다. 맵(V)은 또한, 각 영역(R1 내지 R4)용(도 20 참조), 엔진 시동 시용, 엔진(11)의 워밍업 완료 전 아이들 운전시용 등, 각종 엔진 운전 상태마다 준비되어 있다. 따라서, 우선, 현재의 엔진 운전 상태에 대응하는 맵(V)이 선택되며, 그 선택된 맵(V)에 따라서, 린 연료 분사량(QL)과 엔진 회전수(NE)에 근거하여 목표 개방도(θv)가 설정된다.
도 39a 내지 도 39c는 각각 설정된 목표 개방도(θv)에 근거하여, 기류 제어 밸브(18d)가 완전 개방(全開), 완전 폐쇄(全閉), 반 개방으로 된 상태를 예시하는것이다. 도 39a에 도시하는 바와 같이, 기류 제어 밸브(18d)가 완전 개방이 되면, 연소실(17) 내부에 선회류(A)가 거의 생기지 않는다. 도 39b에 도시하는 바와 같이, 기류 제어 밸브(18d)가 완전 폐쇄가 되면, 연소실(17) 내부에 강한 선회류(A)가 생긴다. 도 39c에 도시하는 바와 같이, 기류 제어 밸브(18d)가 반 개방이 되면, 중간 정도의 선회류(A)가 생긴다.
다음으로, 밸브 특성 제어의 구체예에 대해서, 도 42 내지 도 48에 따라서 설명한다. 여기서는 이하에 설명되는 6종류의 엔진 운전 상태(P21 내지 P26)에서의 구체예를 든다.
운전 상태(P21): 워밍업 중의 아이들 운전 상태(균질 연소 시)
운전 상태(P22): 워밍업 후의 아이들 운전 상태(성층 연소 시)
운전 상태(P23): 워밍업 후의 아이들 이외의 운전 상태(성층 연소 시)
운전 상태(P24): 워밍업 후의 아이들 이외의 운전 상태(린 균질 연소 시)
운전 상태(P25): 워밍업 후의 아이들 이외의 운전 상태(이론 공연비에서의
균질 연소 시에 엔진 회전수(NE)가 4000 rpm 이상)
운전 상태(P26): 워밍업 후의 아이들 이외의 운전 상태(스로틀 밸브(146)가
완전 개방이고 균질 연소 시)
도 48의 세로 란(A)은 운전 상태(P21 내지 P26)에 각각 대응하여 설정되는 흡기 캠 샤프트(22)의 목표 축방향 위치(Lt)를 도시한다. 도 48의 세로 란(B)은 운전 상태(P21 내지 P26)에 각각 대응하여 설정되는 흡기 캠 샤프트(22)의 목표 진각치(θt)를 도시한다. 도 48의 세로 란(C)은 운전 상태(P21 내지 P26)에 각각 대응하여 설정되는 기류 제어 밸브(18d)의 목표 개방도(θv)를 도시한다.
도 42 내지 도 47에는 6종류의 운전 상태(P21 내지 P26)에 각각 대응하여 설정되는 양 흡기 밸브(2Ox, 20y)의 밸브 특성 패턴(Lx, Ly)이 도시된다. 또한, 배기 밸브(21)의 밸브 특성 패턴(Ex)이 파선으로 도시된다.
운전 상태(P21)에서는 엔진(11)이 충분히 따뜻해져 있지 않으며, 따라서 연소 상태를 안정시키고 또한 배기 가스 중의 탄화 수소를 줄일 필요가 있다. 그 때문에, 도 48에 도시하는 바와 같이, 목표 축방향 위치(Lt)가 0 ㎜로 설정되고 또한 목표 진각치(θt)가 0°CA로 설정됨과 동시에, 기류 제어 밸브(18d)가 완전 폐쇄 된다. 그 결과, 도 42에 도시하는 밸브 특성 패턴(Lx, Ly)이 실현됨과 동시에, 연소실(17) 내에 강한 선회류(A)가 발생된다. 도 42의 밸브 특성 패턴(Lx)에서는 제 1 흡기 밸브(20x)의 개방 기간이 짧아, 밸브 오버랩량이 거의 없어진다. 그 때문에, 연소실(17) 내에 존재하는 배기 가스량이 감소하고, 더구나 강한 선회류(A)에 의해 공기와 연료의 혼합이 촉진된다. 그 결과, 연소 상태가 안정됨과 동시에, 배기 가스 중의 탄화 수소가 감소한다.
운전 상태(P22)에서는 양호한 성층 연소를 행하도록 도 48에 도시하는 바와 같이, 목표 축방향 위치(Lt)가 3 내지 6 ㎜로 설정되고 또한 목표 진각치(θt)가 0 내지 20°CA로 설정됨과 동시에, 기류 제어 밸브(18d)가 완전 개방된다. 그 결과, 도 43에 도시하는 밸브 특성 패턴(Lx, Ly)이 실현됨과 동시에, 연소실(17) 내에 선회류가 생기지 않는다. 도 43의 밸브 특성 패턴(Lx)에서는 제 1 흡기 밸브(20x)의 개방 기간이 중간 정도가 된다. 즉, 제 1 흡기 캠(426)의 서브 리프트부의 작용에의해, 밸브 특성 패턴(Lx)에 서브 리프트 패턴이 나타나, 제 1 흡기 밸브(20x)의 개방 타이밍이 빨라진다. 그 결과, 밸브 오버랩량이 커져, 연소실(17) 내에 들어갈 수 있는 배기 가스량이 충분히 많아진다. 이것은 양호하고도 안정된 성층 연소를 가능하게 한다. 또한, 연소실(17) 내에 선회류가 발생하지 않기 때문에, 혼합기가 양호하게 성층화되어, 성층 연소가 한층 더 안정되게 행하여진다. 더구나, 기류 제어 밸브(18d)가 전개됨에 따라, 흡입 공기의 유동 저항이 적어져, 펌핑 손실이 경감됨과 동시에 연비가 향상한다.
도 43의 밸브 특성 패턴(Lx)에 있어서, 메인 리프트 패턴과 서브 리프트 패턴 사이에서는 제 1 흡기 밸브(20x)의 리프트량이 제로가 된다. 제 1 흡기 밸브(2Ox)의 리프트량이 제로가 되는 타이밍은 피스톤(12)이 흡기 행정의 상사점에 배치되는 타이밍에 가깝다. 그 때문에, 제 1 흡기 밸브(20x)가 피스톤(12)에 간섭하는 것이 확실하게 방지된다.
또한, 제 1 흡기 밸브(20x) 및 제 2 흡기 밸브(20y)의 폐쇄 타이밍이 적절하게 조정되어, 성층 연소가 한층 더 안정된다.
운전 상태(P23)에서는 양호한 성층 연소를 행하도록 도 48에 도시하는 바와 같이, 목표 축방향 위치(Lt)가 7 내지 9 ㎜로 설정되고 또한 목표 진각치(θt)가 20 내지 40°CA로 설정됨과 동시에, 기류 제어 밸브(18d)가 완전 개방된다. 그 결과, 도 44에 도시하는 밸브 특성 패턴(Lx, Ly)가 실현됨과 동시에, 연소실(17) 내에 선회류가 생기지 않는다. 도 44의 밸브 특성 패턴(Lx)에서는 제 1 흡기 밸브(20x)의 개방 기간이 대단히 커진다. 즉, 제 1 흡기 캠(426)의 서브 리프트부의 작용에 의해, 밸브 특성 패턴(Lx)에 현저한 서브 리프트 패턴이 나타나, 제 1 흡기 밸브(20x)의 개방 타이밍이 대단히 빨라진다. 그 결과, 밸브 오버랩량이 운전 상태(P22)의 경우보다도 커져, 연소실(17) 내에 들어갈 수 있는 배기 가스량이 충분히 많아진다. 이것은 양호하고도 안정된 성층 연소를 가능하게 함과 동시에, 연비 향상 및 탄화 수소 경감도 실현한다.
제 1 흡기 밸브(20x)가 피스톤(12)에 간섭하지 않고 연소실(17) 내에 선회류가 발생하지 않음으로써 얻어지는 이점은 운전 상태(P22)의 경우와 동일하다.
운전 상태(P24)에서는 연비를 향상하도록 도 48에 도시하는 바와 같이, 목표 축방향 위치(Lt)가 3 내지 6 ㎜로 설정되고 또한 목표 진각치(θt)가 30°CA로 설정됨과 동시에, 기류 제어 밸브(18d)가 반 개방 내지 완전 폐쇄가 된다. 그 결과, 도 45에 도시하는 밸브 특성 패턴(Lx, Ly)이 실현됨과 동시에, 연소실(17) 내에 중 내지 강의 선회류(A)가 생긴다. 도 45의 밸브 특성 패턴(Lx)에서는 제 1 흡기 밸브(20x)의 개방 기간이 중간 정도가 된다. 그 결과, 밸브 오버랩량이 커져, 연소실(17) 내에 들어갈 수 있는 배기 가스량이 충분히 많아진다. 이것은 저연비이고 안정된 린 균질 연소를 가능하게 한다. 또한, 연소실(17) 내에 생기는 선회류(A)는 양호한 린 균질 연소 실현에 공헌한다. 제 1 흡기 밸브(2Ox)가 피스톤(12)에 간섭하지 않은 것은 운전 상태(P22, P23)의 경우와 동일하다.
도 45의 밸브 특성 패턴(Lx, Ly)에서의 양 흡기 밸브(20x, 20y)의 폐쇄 타이밍은, 일단 연소실(17) 내로 빨려들어간 공기의 일부를, 개방된 적어도 제 1 흡기 밸브(20x)를 통해 흡기 포트(18)로 복귀시킬 수 있게 한다. 이것은 균질 연소 시에 스로틀 밸브(146)의 개방도를 크게 하는 것을 가능하게 하여, 펌핑 손실 감소 및 연비 향상에 공헌한다.
기류 제어 밸브(18d)가 완전 폐쇄이고 제 1 흡기 밸브(20x)의 개방 기간이 비교적 길거나 혹은 기류 제어 밸브(18d)가 반 개방이고 제 1 흡기 밸브(20x)의 개방 기간이 제 2 흡기 밸브(20y)의 개방 기간보다 길기 때문에, 연소실(17) 내에 충분한 선회류(A)가 생겨 연소가 안정된다.
운전 상태(P25)에서는 균질 연소를 안정시키고 또한 흡입 공기의 유동 저항을 감소하도록 도 48에 도시하는 바와 같이, 목표 축방향 위치(Lt)가 0 ㎜로 설정되고 또한 목표 진각치(θt)가 10 내지 25°CA로 설정됨과 동시에, 기류 제어 밸브(18d)가 반 개방이 된다. 그 결과, 도 46에 도시하는 밸브 특성 패턴(Lx, Ly)이 실현됨과 동시에, 연소실(17) 내에 중간 정도의 선회류(A)가 생긴다. 도 46의 밸브 특성 패턴(Lx)에서는 제 1 흡기 밸브(2Ox)의 개방 기간이 최소가 된다. 또한, 밸브 특성 패턴(Lx, Ly)이 10 내지 25°CA 만큼 진각됨으로써, 운전 상태(P25)에 적합한 부피 효율이 얻어진다.
선회류(A)는 균질 연소를 안정시킨다. 또한, 기류 제어 밸브(18d)가 반 개방이기 때문에, 기류 제어 밸브(18d)가 완전 폐쇄되는 경우와 비교하여, 흡입 공기의 유동 저항이 작아진다. 그 때문에, 펌핑 손실이 경감됨과 동시에 연비가 향상한다.
제 2 흡기 밸브(20y)의 폐쇄 타이밍은 제 1 흡기 밸브(2Ox)의 폐쇄 타이밍보다 느리다. 그 때문에, 흡기 행정 말기에 제 2 흡기 밸브(20y)로부터 연소실(17)에 도입되는 공기에 의해, 선회류(A)가 흐트러진다. 이것은 균질 연소를 한층 더 안정시킨다.
운전 상태(P26)에서는, 균질 연소를 안정시키고 또한 부피 효율을 높이기 위해, 도 48에 도시하는 바와 같이, 목표 축방향 위치(Lt)가 0 ㎜로 설정되고 또한 목표 진각치(θt)가 10 내지 40°CA로 설정됨과 동시에, 기류 제어 밸브(18d)가 완전 폐쇄가 된다. 그 결과, 도 47에 도시하는 밸브 특성 패턴(Lx, Ly)이 실현됨과 동시에, 연소실(17) 내에 선회류가 생기지 않는다. 도 47의 밸브 특성 패턴(Lx)에서는 제 1 흡기 밸브(20x)의 개방 기간이 최소가 된다.
기류 제어 밸브(18d)가 완전 폐쇄이기 때문에, 연소실(17) 내에 양 흡기 밸브(20x, 20y)를 통해 다량의 공기가 공급됨과 동시에, 흡입 공기의 유동 저항이 작아진다. 그 때문에, 펌핑 손실이 경감됨과 동시에 연비가 향상한다. 또한, 밸브 특성 패턴(Lx, Ly)이 10 내지 40°CA만큼 진각됨으로써, 운전 상태(P26)에 적합한 높은 부피 효율이 얻어진다.
제 2 흡기 밸브(20y)의 폐쇄 타이밍은 제 1 흡기 밸브(20x)의 폐쇄 타이밍보다도 느리다. 그 때문에, 흡기 행정 말기에 제 2 흡기 밸브(20y)로부터 연소실(17)에 도입되는 공기에 의해, 연소실(17) 내에 선회류 혹은 난류가 생긴다. 따라서, 기류 제어 밸브(18d)를 닫을 필요 없이 균질 연소를 안정시킬 수 있다.
이상 설명한 본 실시예에서는 양 흡기 캠(426, 427)의 리프트 패턴이 양 흡기 통로(18a, 18b)의 기능 차이에 따라서 다르다. 따라서, 기류 제어 밸브(18d)를 구비한 흡기 통로(18a)에 대응하는 제 2 흡기 밸브(20y)의 밸브 특성은 기류 제어밸브를 구비하고 있지 않은 흡기 통로(18b)에 대응하는 제 1 흡기 밸브(20x)의 밸브 특성과 다르다. 그 때문에, 기류 제어 밸브(18d)의 개폐 상태와, 양 흡기 밸브(20x, 2Oy)의 상이한 밸브 특성의 조합에 의해, 엔진(11)의 연소 제어를 치밀하게 행할 수 있다. 따라서, 엔진(11)의 운전 상태에 따라 요구되는 각종 엔진 성능에 충분히 대응할 수 있다.
기류 제어 밸브(18d)에 대응하지 않는 제 1 흡기 밸브(20x)를 구동하는 제 1 흡기 캠(426)은 메인 리프트부 및 서브 리프트부를 갖는 복합 리프트 3차원 캠이다. 기류 제어 밸브(18d)에 대응하는 제 2 흡기 밸브(20y)를 구동하는 제 2 흡기 캠(427)은 메인 리프트부만을 갖는 단순 리프트 3차원 캠이다. 이들 양 캠(426, 427)의 조합에 의해, 복잡한 흡기 밸브 특성을 실현할 수 있다.
제 1 흡기 캠(426)은 전단면(426b) 부근의 캠면(426a)에서 서브 리프트부를 갖는다. 서브 리프트부는 후단면(426c)에 근접함에 따라서 캠면(426a) 상으로부터 감소한다. 제 1 흡기 캠(426)의 축방향 이동에 따라, 밸브 리프트 패턴이, 메인 리프트 패턴만을 갖는 상태와, 메인 리프트 패턴과 서브 리프트 패턴을 갖는 상태의 사이에서 연속적으로 변화한다. 따라서, 복잡한 흡기 밸브 특성을 실현할 수 있다.
크랭크 샤프트(15)에 대한 양 흡기 캠(426, 427)의 회전 위상을 연속적으로 변경하는 회전 위상 변경 액튜에이터(24)가 설치된다. 그 때문에, 양 흡기 캠(426, 427)의 축방향 이동에 의해 실현되는 다양한 밸브 리프트 패턴 각각을 진각 방향 혹은 지각 방향으로 이동시킬 수 있어, 한층 더 다양한 밸브 특성을 실현할 수 있다.
제 1 흡기 캠(426)의 캠 리프트 패턴에 있어서, 메인 리프트 패턴(ML)과 서브 리프트 패턴(SL) 사이에서는 캠 리프트량이 거의 제로가 된다(도 36 참조). 이것은 제 1 흡기 밸브(20x)와 피스톤(12)의 간섭을 피하면서 밸브 오버랩량을 충분히 확보하기 위해 유효하다.
또한, 서브 리프트 패턴(SL)은 도 36에 도시하는 바와 같이 서브 피크(SP)를 갖고 있지 않아도 되며, 도 15에 도시하는 바와 같이 대지(臺地)형의 완만한 패턴이어도 된다. 반대로, 도 15의 서브 리프트 패턴이 도 36에 도시하는 바와 같은 서브 피크(SP)를 갖고 있어도 된다.
제 4 실시예
다음으로, 본 발명의 제 4 실시예에 대해서, 도 30 내지 도 33의 제 2 실시예와의 상위점을 중심으로 도 49 내지 도 53b에 따라서 설명한다. 도 30 내지 도 33의 실시예와 동등한 부재에 대해서는 동일 부호를 병기하여 상세한 설명을 생략한다.
본 실시예에서는 도 30 내지 도 33의 실시예와 마찬가지로, 흡기 캠 샤프트(22)의 한쪽 끝에만 도 30에 도시하는 밸브 특성 변경 액튜에이터(222a)가 설치된다. 도 30 내지 도 33의 실시예와의 상위점은 흡기 캠(27)의 형상만이다.
도 49, 도 50a 및 도 50b는 본 실시예의 흡기 캠(27)을 도시한다. 흡기 캠(27)의 캠면(27a)은 그 밸브 개방 측에서, 축방향으로 연속적으로 변화하는 서브 리프트부를 갖는다. 단, 캠 노우즈(27d)의 높이는 축방향에서 변화하지 않는다.바꾸어 말하면, 후단면(27c)과 전단면(27b) 사이에서, 캠면(27a)의 메인 리프트부는 변화하지 않는다.
전단면(27b)에 가까운 캠면(27a)일수록 서브 리프트부가 현저하게 나타난다. 도 51a는 전단면(27b)에 가장 가까운 캠면(27a)의 캠 리프트 패턴을 도시한다. 이 캠 리프트 패턴에는 서브 리프트부에 대응하는 서브 리프트 패턴(D1)이 현저하게 나타난다. 서브 리프트부 및 그에 대응하는 서브 리프트 패턴(D1)은 비교적 완만한 대지형을 이룬다. 도 50a 및 도 51a에는 전단면(27b)에 가장 가까운 캠면(27a)에서의 작용각이 최대 작용각(dθ12)으로서 도시된다.
후단면(27c)에 가까운 캠면(27a)은 서브 리프트부를 갖고 있지 않다. 도 51b는 후단면(27c)에 가장 가까운 캠면(27a)의 캠 리프트 패턴을 도시한다. 이 캠 리프트 패턴에는 서브 리프트 패턴이 존재하지 않고, 메인 리프트부에 대응하는 메인 리프트 패턴만이 나타난다. 메인 리프트부 및 그에 대응하는 메인 리프트 패턴은 캠면(27a)의 밸브 개방 측과 밸브 폐쇄 측에서 대칭이 된다. 도 50a 및 도 51b에는 후단면(27c)에 가장 가까운 캠면(27a)에서의 작용각이 최소 작용각(dθ11)으로서 도시된다.
도 52a 및 도 52b는 상기 흡기 캠(27)에 의해 실현되는 흡기 밸브(20)의 밸브 특성을 도시하는 그래프이다. 가로 축은 크랭크각(CA)을 도시하며, 세로 축은 흡기 밸브(20)의 리프트량을 도시한다. 도 52a는 전단면(27b)에 가장 가까운 캠면(27a)이 캠 종동자(20b)에 접촉하였을 때의 밸브 리프트 패턴이고, 도 52b는 후단면(27c)에 가장 가까운 캠면(27a)이 캠 종동자(20b)에 접촉하였을 때의 밸브리프트 패턴이다. 본 실시예에서는 흡기 캠 샤프트(22)의 후 방향(R)으로의 이동에 따라, 바꾸어 말하면 캠 종동자(20b)에 대한 캠면(27a)의 접촉 위치가 흡기 캠(27)의 전단면(27b)에 근접함에 따라, 흡기 캠(27)이 크랭크 샤프트(15)에 대하여 진각한다. 따라서, 도 52a에 도시하는 밸브 리프트 패턴은 도 52b에 도시하는 밸브 리프트 패턴보다도 진각 방향으로 어긋나 있다.
도 53a 및 도 53b는 크랭크각(CA)에 대한 밸브 리프트량의 변화율 패턴을 도시하는 그래프이다. 도 53a의 변화율 패턴은 도 52a의 밸브 리프트 패턴에 대응하고, 도 53b의 변화율 패턴은 도 52b의 밸브 리프트 패턴에 대응한다. 대응하는 밸브 리프트 패턴은 파선으로 도시된다.
도 53a에 도시되는 변화율 패턴은 밸브 리프트 패턴의 피크(P)보다도 밸브 개방 측(진각 측)에서 2개의 극대부(Mx1, Mx2)를 가지고, 밸브 리프트 패턴의 피크(P)보다도 밸브 폐쇄 측(지각 측)에서 1개의 극소부(Mn)를 갖는다. 도 53b에 도시되는 변화율 패턴은 밸브 리프트 패턴의 피크(P)보다도 밸브 개방 측에서 1개의 극대부(Mx)를 가지고, 밸브 리프트 패턴의 피크(P)보다도 밸브 폐쇄 측에서 1개의 극소부(Mn)를 갖는다.
도 52a에 도시하는 밸브 리프트 패턴에 있어서, 대지형 서브 리프트 패턴(D1)에는 극소부(골짜기부)가 존재하지 않는다. 바꾸어 말하면, 서브 리프트 패턴(D1)의 부분에 관해서, 흡기 캠(27)의 회전각에 대한 리프트량의 변화 패턴에는 극소부가 존재하지 않는다.
캠면(27a)은 전단면(27b)과 후단면(27c) 사이에서, 축방향으로 연속적으로변화한다. 이 때문에, 밸브 특성 변경 액튜에이터(222a)에 의해, 밸브 리프트 패턴을 도 52a의 패턴과 도 52b의 패턴 사이에서 무단계로 조정할 수 있다.
이상과 같이, 본 실시예에서는 흡기 캠(27)의 회전각에 대한 밸브 리프트량의 변화율 패턴이 밸브 개방 측에서 2개의 극대부(Mx1, Mx2)를 가지고, 또한 흡기 캠(27)의 회전각에 대한 밸브 리프트량의 변화 패턴이 밸브 개방 측에서 극소부를 갖지 않도록 전단면(27b)에 가장 가까운 캠면(27a)이 형성된다,
바꾸어 말하면, 본 실시예에서 전단면(27b)에 가장 가까운 캠면(27a)은 그 밸브 개방 측에서 서브 리프트부를 갖는다. 서브 리프트부 및 그것에 의해 실현되는 흡기 밸브(20)의 서브 리프트 패턴(D1)은 비교적 완만한 대지형을 이루며, 산부나 골짜기부를 갖지 않는다. 더구나, 서브 리프트부와 메인 리프트부는 완만하게 연결되어 있으며, 양 리프트부 사이에 골짜기부는 존재하지 않는다.
그 때문에, 서브 리프트부는 흡기 밸브(20)의 리프트량을 거의 일정하게 유지한 상태에서, 흡기 밸브(20)의 개방 타이밍을 진각시킨다. 더구나 서브 리프트부와 메인 리프트부 사이에서, 밸브 리프트량이 급격히 떨어지는 일은 없다.
전단면(27b)에 가장 가까운 캠면(27a)이 캠 종동자(20b)에 접촉하였을 때, 도 1 내지 도 48의 각 실시예에서 설명한 바와 같이, 밸브 오버랩량을 크게 하여, 연소실(17) 내에 들어가는 배기 가스량을 충분히 많게 할 수 있다. 이 때, 대지형, 바꾸어 말하면 고원형 서브 리프트부는 해당 서브 리프트부에 국부적으로 높은 산부를 설치할 필요를 생기게 하지 않고, 배기 가스가 들어가는 량을 증대시킨다.
성층 연소 시나 약성층 연소 시에는 스로틀 밸브(146)(도 17 참조)의 개방도가 비교적 커지기 때문에, 흡기 포트(18) 내의 흡기압이 비교적 높아진다. 그 때문에, 피스톤(12)의 배기 행정 시에 연소실(17) 내의 배기 가스가 흡기 포트(18) 내로 들어가기 어려워진다. 그러나, 본 실시예에서는 고원형 서브 리프트부가 흡기 밸브(20)의 리프트량(즉 개방도)을 비교적 큰 상태에서 유지하기 때문에, 연소실(17) 내의 배기 가스가 흡기 포트(18) 내에 들어가기 쉬워진다. 그 때문에, 본 실시예의 흡기 캠(27)은 성층 연소나 약성층 연소를 행하는 엔진에 적합하게 사용할 수 있다.
서브 리프트부는 비교적 완만한 대지형을 이루며, 캠면(27a)의 밸브 개방 측에는 산부나 골짜기부가 존재하지 않는다. 그 때문에, 캠 종동자(20b)는 캠면(27a)의 모든 둘레면에 걸쳐 안정되게 접촉할 수 있다. 이것은 흡기 밸브(20)의 안정된 움직임을 가능하게 하여, 소망하는 밸브 특성을 확실하게 실현한다. 더구나, 서브 리프트부와 대응하는 개소에서, 캠면(27a)이 흡기 캠(27)의 축선에 대하여 큰 각도로 경사지는 것을 피할 수 있다.
즉, 서브 리프트부에 산부가 존재할 경우에는 서브 리프트부의 높이를 흡기 캠(27)의 축방향에서 급격하게 변화시킬 필요가 있다. 이것은 캠면(27a)과 캠 종동자(20b) 사이에, 흡기 캠(27)의 축방향에 작용하는 큰 분력을 발생시킨다. 이러한 분력을 억제하기 위해서는 흡기 캠(27)을 축방향으로 크게 할 필요가 있어, 밸브 구동 기구 전체의 대형화를 초래한다. 이에 대하여, 본 실시예에서는 서브 리프트부의 높이가 흡기 캠(27)의 축방향에서 비교적 완만하게 변화하기 때문에, 흡기 캠(27) 및 밸브 구동 기구의 대형화를 피할 수 있다.
또한, 본 실시예의 흡기 캠(27)을 도 35의 제 1 흡기 캠(426)으로서 사용해도 된다.
제 5 실시예
다음으로, 본 발명의 제 5 실시예에 대해서, 도 49 내지 도 53b의 제 4 실시예와의 상위점을 중심으로 도 54 내지 도 58b에 따라서 설명한다. 도 49 내지 도 53b의 실시예와 동등한 부재에 대해서는 동일 부호를 병기하여 상세한 설명을 생략한다.
본 실시예에서는 도 54에 도시하는 바와 같이, 밸브 특성 변경 액튜에이터(222a)가 흡기 캠 샤프트(22)가 아니라 배기 캠 샤프트(23)의 한쪽 끝에 설치된다. 따라서, 흡기 캠 샤프트(22)는 축방향으로 이동 불가능하지만, 배기 캠 샤프트(23)는 축방향으로 이동 가능하다. 또한, 흡기 캠(27)의 프로필은 축방향에서 변화하지 않지만, 배기 캠(28)의 프로필은 축방향에서 변화한다. 타이밍 스프로켓(24a)은 흡기 캠 샤프트(22)에 고정된다. 타이밍 스프로켓(25)은 도 30에 도시하는 타이밍 스프로켓(24a)과 동일한 구성으로 변경된다. 캠각 센서(183a) 및 샤프트 위치 센서(183b)는 배기 캠 샤프트(23)에 대응하도록 설치된다.
또한, 본 실시예에서는 도 30의 밸브 특성 변경 액튜에이터(222a)의 구성이 약간 변경되어 있으며, 커버(254)와 링 기어(262)가 축방향으로 연장되는 스트레이트 스플라인으로 맞물려진다. 이 때문에, 링 기어(262)가 배기 캠 샤프트(23)와 함께 축방향으로 이동하였을 때, 배기 캠 샤프트(23)의 회전 위상은 크랭크 샤프트(15)에 대하여 변화하지 않는다.
도 55a 및 도 55b는 본 실시예의 배기 캠(28)을 도시한다. 배기 캠(28)의 캠면(28a)은 그 밸브 폐쇄 측에서, 축방향으로 연속적으로 변화하는 서브 리프트부를 갖는다. 단, 캠 노우즈(28d)의 높이는 축방향에서 변화하지 않는다. 바꾸어 말하면, 후단면(28c)과 전단면(28b) 사이에서, 캠면(28a)의 메인 리프트부는 변화하지 않는다.
전단면(28b)에 가까운 캠면(28a)일수록 서브 리프트부가 현저하게 나타난다. 도 56a는 전단면(28b)에 가장 가까운 캠면(28a)의 캠 리프트 패턴을 도시한다. 이 캠 리프트 패턴에는 서브 리프트부에 대응하는 서브 리프트 패턴(D2)이 현저하게 나타난다. 서브 리프트부 및 그에 대응하는 서브 리프트 패턴(D2)은 비교적 완만한 대지형을 이룬다. 도 55a 및 도 56a에는 전단면(28b)에 가장 가까운 캠면(28a)에서의 작용각이 최대 작용각(dθ22)으로서 도시된다.
후단면(28c)에 가까운 캠면(28a)은 서브 리프트부를 갖고 있지 않다. 도 56b는 후단면(28c)에 가장 가까운 캠면(28a)의 캠 리프트 패턴을 도시한다. 이 캠 리프트 패턴에는 서브 리프트 패턴이 존재하지 않고, 메인 리프트부에 대응하는 메인 리프트 패턴만이 나타난다. 메인 리프트부 및 그에 대응하는 메인 리프트 패턴은 캠면(28a)의 밸브 개방 측과 밸브 폐쇄 측에서 거의 대칭이 된다. 도 55a 및 도 56b에는 후단면(28c)에 가장 가까운 캠면(28a)에서의 작용각이 최소 작용각(dθ21)으로서 도시된다.
도 57a 및 도 57b는 상기 배기 캠(28)에 의해 실현되는 배기 밸브(21)의 밸브 특성을 도시하는 그래프이다. 가로 축은 크랭크각(CA)을 도시하며, 세로 축은배기 밸브(21)의 리프트량을 도시한다. 도 57a는 전단면(28b)에 가장 가까운 캠면(28a)이 밸브 리프터(21a) 상의 캠 종동자(도시하지 않음)에 접촉하였을 때의 밸브 리프트 패턴이고, 도 57b는 후단면(28c)에 가장 가까운 캠면(28a)이 캠 종동자에 접촉하였을 때의 밸브 리프트 패턴이다. 본 실시예에서는 배기 캠 샤프트(23)가 축방향 이동하였을 때, 배기 캠(28)의 회전 위상이 크랭크 샤프트(15)에 대하여 변경되지 않는다. 따라서, 도 57a 및 도 57b에 도시하는 양 밸브 리프트 패턴의 위상은 동일하다.
도 58a 및 도 58b는 크랭크각(CA)에 대한 밸브 리프트량의 변화율 패턴을 도시하는 그래프이다. 도 58a의 변화율 패턴은 도 57a의 밸브 리프트 패턴에 대응하고, 도 58b의 변화율 패턴은 도 57b의 밸브 리프트 패턴에 대응한다. 대응하는 밸브 리프트 패턴은 파선으로 도시된다.
도 58a에 도시되는 변화율 패턴은 밸브 리프트 패턴의 피크(P)보다도 밸브 폐쇄 측(지각 측)에서 2개의 극소부(Mn1, Mn2)를 가지고, 밸브 리프트 패턴의 피크(P)보다도 밸브 개방 측(진각 측)에서 1개의 극대부(Mx)를 갖는다. 도 58b에 도시되는 변화율 패턴은 밸브 리프트 패턴의 피크(P)보다도 밸브 폐쇄측에서 1개의 극소부(Mn)를 가지고, 밸브 리프트 패턴의 피크(P)보다도 밸브 개방측에서 1개의 극대부(Mx)를 갖는다.
도 57a에 도시하는 밸브 리프트 패턴에서, 대지형 서브 리프트 패턴(D2)에는 극소부(골짜기부)가 존재하지 않는다. 바꾸어 말하면, 서브 리프트 패턴(D2)의 부분에 관해서, 배기 캠(28)의 회전각에 대한 리프트량의 변화 패턴에는 극소부가 존재하지 않는다.
캠면(28a)은 전단면(28b)과 후단면(28c) 사이에서, 축방향으로 연속적으로 변화한다. 이 때문에, 밸브 특성 변경 액튜에이터(222a)에 의해, 밸브 리프트 패턴을 도 57a의 패턴과 도 57b의 패턴 사이에서 무단계로 조정할 수 있다.
이상과 같이, 본 실시예에서는 배기 캠(28)의 회전각에 대한 밸브 리프트량의 변화율 패턴이 밸브 폐쇄 측에서 2개의 극소부(Mn1, Mn2)를 갖고, 또한 배기 캠(28)의 회전각에 대한 밸브 리프트량의 변화 패턴이 밸브 폐쇄 측에서 극소부를 갖지 않도록 전단면(28b)에 가장 가까운 캠면(28a)이 형성된다.
바꾸어 말하면, 본 실시예에서 전단면(28b)에 가장 가까운 캠면(28a)은 그 밸브 폐쇄 측에서 서브 리프트부를 갖는다. 서브 리프트부 및 그에 의해 실현되는 배기 밸브(21)의 서브 리프트 패턴(D2)은 비교적 완만한 대지형을 이루며, 산부나 골짜기부를 갖는다. 더구나, 서브 리프트부와 메인 리프트부는 완만하게 연결되어 있으며, 양 리프트부 사이에 골짜기부는 존재하지 않는다.
그 때문에, 서브 리프트부는 배기 밸브(21)의 리프트량을 거의 일정하게 유지한 상태에서, 배기 밸브(21)의 폐쇄 타이밍을 지각시킨다. 더구나, 서브 리프트부와 메인 리프트부 사이에서, 밸브 리프트량이 급격히 떨어지는 일은 없다.
전단면(28b)에 가장 가까운 캠면(28a)이 캠 종동자(도시하지 않음)에 접촉하였을 때, 밸브 오버랩량이 커진다. 그렇게 하면, 피스톤(12)의 흡기 행정 시에서 배기 가스가 배기 포트(19)로부터 연소실(17)로 다시 돌아가고, 연소실(17) 내에 들어가는 배기 가스량이 충분히 많아진다. 이 때, 대지형, 바꾸어 말하면 고원형서브 리프트부는 해당 서브 리프트부에 국부적으로 높은 산부를 설치할 필요를 발생시키지 않고, 배기 가스가 들어가는 량을 증대시킨다.
상술한 본 실시예의 배기 캠(28)은 도 49 내지 도 53b의 실시예에서의 흡기 캠(27)이 갖는 이점과 동일한 이점을 갖는다.
제 6 실시예
다음으로, 본 발명의 제 6 실시예에 대해서, 도 49 내지 도 53b의 제 4 실시예와의 상위점을 중심으로 도 59a 내지 도 62b에 따라서 설명한다. 도 49 내지 도 53b의 실시예와 동등한 부재에 대해서는 동일 부호를 병기하여 상세한 설명을 생략한다.
도 59a 및 도 59b는 본 실시예의 흡기 캠(27)을 도시한다. 본 실시예의 흡기 캠(27)은 캠 노우즈(27d)의 높이가 축방향에서 연속적으로 변화하는 것, 바꾸어 말하면 후단면(27c)과 전단면(27b) 사이에서 캠면(27a)의 메인 리프트부가 연속적으로 변화하는 것이 도 49의 흡기 캠(27)과 다르다. 캠 노우즈(27d)의 높이는 후단면(27c)으로부터 전단면(27b)을 향할 수록 점차 높아진다. 그 이외는 도 49 내지 도 53b의 실시예와 동일하다.
도 60a는 전단면(27b)에 가장 가까운 캠면(27a)의 캠 리프트 패턴을 도시한다. 이 캠 리프트 패턴에는 서브 리프트부에 대응하는 대지형 서브 리프트 패턴(D3)이 현저하게 나타난다. 도 59a 및 도 60a에는 전단면(27b)에 가장 가까운 캠면(27a)에서의 작용각이 최대 작용각(dθ32)으로서 도시된다. 도 60b는 후단면(27c)에 가장 가까운 캠면(27a)의 캠 리프트 패턴을 도시한다. 이 캠 리프트 패턴에는 서브 리프트 패턴이 존재하지 않고, 메인 리프트부에 대응하는 메인 리프트 패턴만이 나타난다. 도 59a 및 도 60b에는 후단면(27c)에 가장 가까운 캠면(27a)에서의 작용각이 최소 작용각(dθ31)으로서 도시된다. 최소 작용각(dθ31)과 최대 작용각(dθ32)의 차이는 도 49 내지 도 53b의 실시예의 흡기 캠(27)보다 크다.
도 61a는 전단면(27b)에 가장 가까운 캠면(27a)이 캠 종동자(20b)에 접촉하였을 때의 밸브 리프트 패턴이고, 도 61b는 후단면(27c)에 가장 가까운 캠면(27a)이 캠 종동자(2Ob)에 접촉하였을 때의 밸브 리프트 패턴이다. 도 61a에 도시하는 밸브 리프트 패턴은 도 61b에 도시하는 밸브 리프트 패턴보다도 진각 방향으로 어긋나 있다. 또한, 도 61a에 도시하는 밸브 리프트 패턴의 피크(P)의 높이(H2)는 도 61b에 도시하는 밸브 리프트 패턴의 피크(P)의 높이(H1)보다도 크다. 이들 밸브 리프트 패턴은 도 52a 및 도 52b의 밸브 리프트 패턴과 동일한 경향을 도시한다.
도 62a 및 도 62b는 크랭크각(CA)에 대한 밸브 리프트량의 변화율 패턴을 도시하는 그래프이다. 도 62a의 변화율 패턴은 도 61a의 밸브 리프트 패턴에 대응하고, 도 62b의 변화율 패턴은 도 61b의 밸브 리프트 패턴에 대응한다. 대응하는 밸브 리프트 패턴은 파선으로 도시된다. 이들 변화율 패턴은 도 53a 및 도 53b의 변화율 패턴과 동일한 경향을 도시한다.
상술한 본 실시예는 도 49 내지 도 53b의 실시예와 동일한 이점을 갖는다. 특히, 본 실시예에서는 캠 노우즈(27d)의 높이가 후단면(27c)으로부터 전단면(27b)을 향할수록 점차 높아진다. 그 때문에, 서브 리프트부 자체의 치수를 흡기 캠(27)의 축방향에서 급격히 변화시키지 않고, 작용각의 변화 폭, 바꾸어 말하면 흡기 밸브(20)의 개방 기간의 변화 폭을 도 49 내지 도 53b의 실시예보다도 크게 할 수 있다. 이것은 흡기 캠(27) 및 밸브 구동 기구의 소형화에 기여한다.
제 7 실시예
다음으로, 본 발명의 제 7 실시예에 대해서, 도 54 내지 도 58b의 제 5 실시예와의 상위점을 중심으로 도 63a 내지 도 66b에 따라서 설명한다. 도 54 도 58b의 실시예와 동등한 부재에 대해서는 동일 부호를 병기하여 상세한 설명을 생략한다.
도 63a 및 도 63b는 본 실시예의 배기 캠(28)을 도시한다. 본 실시예의 배기 캠(28)은 캠 노우즈(28d)의 높이가 축방향에서 연속적으로 변화하는 것, 바꾸어 말하면 후단면(28c)과 전단면(28b) 사이에서 캠면(28a)의 메인 리프트부가 연속적으로 변화하는 것이 도 55a의 배기 캠(28h)과 다르다. 캠 노우즈(28d)의 높이는 후단면(28c)으로부터 전단면(28b)을 향함에 따라서 점차 높아진다.
또한, 본 실시예에서는 밸브 특성 변경 액튜에이터(222a)에 관해서, 커버(254)와 링 기어(262)가 나선형 티쓰와 맞물리는 것이 도 54 내지 도 58b의 실시예와 다르다. 이 때문에, 링 기어(262)가 배기 캠 샤프트(23)와 함께 축방향으로 이동하였을 때, 배기 캠 샤프트(23)의 회전 위상은 크랭크 샤프트(15)에 대하여 변화한다. 그 이외는 도 54 내지 도 58b의 실시예와 동일하다.
또한, 본 실시예에서는 배기 캠 샤프트(23)가 후 방향(R)으로 이동함에 따라, 바꾸어 말하면, 캠 종동자(도시하지 않음)에 대한 캠면(28a)의 접촉 위치가 배기 캠(28)의 전단면(28b)에 근접함에 따라, 배기 캠(28)이 크랭크 샤프트(15)에 대하여 지각한다.
도 64a는 전단면(28b)에 가장 가까운 캠면(28a)의 캠 리프트 패턴을 도시한다. 이 캠 리프트 패턴에는 서브 리프트부에 대응하는 대지형 서브 리프트 패턴(D4)이 현저하게 나타난다. 도 63a 및 도 64a에는 전단면(28b)에 가장 가까운 캠면(28a)에서의 작용각이 최대 작용각(dθ42)으로서 도시된다. 도 64b는 후단면(28c)에 가장 가까운 캠면(28a)의 캠 리프트 패턴을 도시한다. 이 캠 리프트 패턴에는 서브 리프트 패턴이 존재하지 않고, 메인 리프트부에 대응하는 메인 리프트 패턴만이 나타난다. 도 63a 및 도 64b에는 후단면(28c)에 가장 가까운 캠면(28a)에서의 작용각이 최소 작용각(dθ41)으로서 도시된다. 최소 작용각(dθ41)과 최대 작용각(dθ42)의 차이는 도 54 내지 도 58b의 실시예의 배기 캠(28)보다도 크다.
도 65a는 전단면(28b)에 가장 가까운 캠면(28a)이 캠 종동자에 접촉하였을 때의 밸브 리프트 패턴이고, 도 65b는 후단면(28c)에 가장 가까운 캠면(28a)이 캠 종동자에 접촉하였을 때의 밸브 리프트 패턴이다. 도 65a에 도시하는 밸브 리프트 패턴은 도 65b에 도시하는 밸브 리프트 패턴보다도 지각 방향으로 어긋나 있다. 또한, 도 65a에 도시하는 밸브 리프트 패턴의 피크(P)의 높이(H12)는 도 65b에 도시하는 밸브 리프트 패턴의 피크(P)의 높이(H11)보다도 크다. 이들 밸브 리프트 패턴은 도 57a 및 도 57b의 밸브 리프트 패턴과 동일한 경향을 도시한다.
도 66a 및 도 66b는 크랭크각(CA)에 대한 밸브 리프트량의 변화율 패턴을 도시하는 그래프이다. 도 66a의 변화율 패턴은 도 65a의 밸브 리프트 패턴에 대응하고, 도 66b의 변화율 패턴은 도 65b의 밸브 리프트 패턴에 대응한다. 대응하는 밸브 리프트 패턴은 파선으로 도시된다. 이들 변화율 패턴은 도 58a 및 도 58b의 변화율 패턴과 동일한 경향을 도시한다.
상술한 본 실시예는 도 54 내지 도 58b의 실시예와 동일한 이점을 갖는다. 특히, 본 실시예에서는 캠 노우즈(28d)의 높이가 후단면(28c)으로부터 전단면(28b)을 향함에 따라서 점차 높아진다. 그 때문에, 서브 리프트부 자체의 치수를 배기 캠(28)의 축방향에서 급격히 변화시키지 않고, 작용각의 변화 폭, 바꾸어 말하면 배기 밸브(21)의 개방 기간의 변화 폭을 도 54 내지 도 58b의 실시예보다도 크게 할 수 있다. 이것은 배기 캠(28) 및 밸브 구동 기구의 소형화에 기여한다.
제 8 실시예
다음으로, 본 발명의 제 8 실시예에 대해서, 도 49 내지 도 53b의 제 4 실시예와의 상위점을 중심으로 도 67a 내지 도 70b에 따라서 설명한다. 도 49 내지 도 53b의 실시예와 동등한 부재에 대해서는 동일 부호를 병기하여 상세한 설명을 생략한다.
도 67a 및 도 67b는 본 실시예의 흡기 캠(27)을 도시한다. 본 실시예의 흡기 캠(27)은 축방향으로 연속적으로 변화하는 서브 리프트부를 밸브 개방 측뿐만 아니라 밸브 폐쇄 측에도 구비하는 것이 도 49의 흡기 캠(27)과 다르다.
또한, 본 실시예에서는 밸브 특성 변경 액튜에이터(222a)에 관해서,커버(254)와 링 기어(262)가 축방향으로 연장되는 스트레이트 스플라인으로 맞물리는 것이 도 49 내지 53b의 실시예와 다르다. 이 때문에, 링 기어(262)가 흡기 캠 샤프트(22)와 함께 축방향으로 이동하였을 때, 흡기 캠 샤프트(22)의 회전 위상은 크랭크 샤프트(15)에 대하여 변화하지 않는다. 그 이외는 도 49 내지 도 53b의 실시예와 동일하다.
도 68a는 전단면(27b)에 가장 가까운 캠면(27a)의 캠 리프트 패턴을 도시한다. 이 캠 리프트 패턴은 캠면(27a)의 밸브 개방 측과 밸브 폐쇄 측에서 거의 대칭이 된다. 이 캠 리프트 패턴에는 한 쌍의 서브 리프트부에 대응하는 한 쌍의 대지형 서브 리프트 패턴(I, J)이 현저하게 나타난다. 도 67a 및 도 68a에는 전단면(27b)에 가장 가까운 캠면(27a)에서의 작용각이 최대 작용각(dθ52)으로서 도시된다. 도 68b는 후단면(27c)에 가장 가까운 캠면(27a)의 캠 리프트 패턴을 도시한다. 이 캠 리프트 패턴에는 서브 리프트 패턴이 존재하지 않고, 메인 리프트부에 대응하는 메인 리프트 패턴만이 나타난다. 도 67a 및 도 68b에는 후단면(27c)에 가장 가까운 캠면(27a)에서의 작용각이 최소 작용각(dθ51)으로서 도시된다.
도 69a는 전단면(27b)에 가장 가까운 캠면(27a)이 캠 종동자(20b)에 접촉하였을 때의 밸브 리프트 패턴이고, 도 69b는 후단면(27c)에 가장 가까운 캠면(27a)이 캠 종동자(20b)에 접촉하였을 때의 밸브 리프트 패턴이다. 도 69a 및 도 69b에 도시하는 양 밸브 리프트 패턴의 위상은 동일하다.
도 70a 및 도 70b는 크랭크각(CA)에 대한 밸브 리프트량의 변화율 패턴을 도시하는 그래프이다. 도 70a의 변화율 패턴은 도 a의 밸브 리프트 패턴에 대응하고, 도 70b의 변화율 패턴은 도 69b의 밸브 리프트 패턴에 대응한다. 대응하는 밸브 리프트 패턴은 파선으로 도시된다.
도 70a에 도시되는 변화율 패턴은 밸브 리프트 패턴의 피크(P)보다도 밸브 개방 측(진각 측)에서 2개의 극대부(Mx1, Mx2)를 가지고, 밸브 리프트 패턴의 피크(P)보다도 밸브 폐쇄 측(지각 측)에서 2개의 극소부(Mn1, Mn2)를 갖는다. 도 70b에 도시되는 변화율 패턴은 도 53b의 변화율 패턴과 동일한 경향을 도시한다.
도 69a에 도시하는 밸브 리프트 패턴에서, 대지형 서브 리프트 패턴(I, J)에는 극소부(골짜기부)가 존재하지 않는다. 바꾸어 말하면, 서브 리프트 패턴(I, J)의 부분에 관해서, 흡기 캠(27)의 회전각에 대한 리프트량의 변화 패턴에는 극소부가 존재하지 않는다.
상술한 본 실시예는 도 49 내지 도 53b의 실시예와 동일한 이점을 갖는다. 특히, 본 실시예에서는 한 쌍의 서브 리프트부가 흡기 캠(27)의 밸브 개방측 및 밸브 폐쇄측에 설치된다. 각 서브 리프트부가 각각 흡기 캠(27)의 작용각의 확대에 공헌한다. 그 때문에, 1개의 서브 리프트부만이 설치되는 도 49 내지 도 53b의 실시예와 비교하여, 각 서브 리프트부의 치수를 흡기 캠(27)의 축방향에서 완만하게 변화시켜도 작용각의 변화 폭을 크게 할 수 있다. 이것은 흡기 캠(27) 및 밸브 구동 기구의 소형화에 기여한다.
본 실시예에서, 캠 노우즈(27d)의 높이를 축방향에서 연속적으로 변화시켜도 된다. 또한, 양 서브 리프트부 및 그에 대응하는 서브 리프트 패턴(I, J)을 밸브개방 측과 밸브 폐쇄 측에서 다르게 해도 된다. 더욱이, 본 실시예의 구성을 배기 캠(28)에 적용해도 된다.
제 9 실시예
다음으로, 본 발명의 제 9 실시예에 대해서, 도 49 내지 도 53b의 제 4 실시예와의 상위점을 중심으로 도 71a 내지 도 78에 따라서 설명한다. 도 49 내지 도 53b의 실시예와 동등한 부재에 대해서는 동일 부호를 병기하여 상세한 설명을 생략한다.
본 실시예에서는 각 흡기 밸브(20)에 대하여, 다른 형상을 갖는 한 쌍의 흡기 캠(527, 529)이 설치된다. 또한, 한쪽 흡기 캠(527)을 제 1 흡기 캠으로 하고, 다른쪽 흡기 캠(529)을 제 2 흡기 캠으로 한다. 이들 흡기 캠(527, 529)의 프로필은 어느 것도 축방향에서 변화하지 않는다. 또한, 본 실시예에서는 밸브 특성 변경 액튜에이터(222a)가 설치되어 있지 않다. 따라서, 흡기 캠 샤프트(22)는 축방향 이동이 불가능하다. 양 흡기 캠(527, 529)으로부터 선택된 한쪽 캠이 로커 아암(도시하지 않음)을 통해 1개의 흡기 밸브(20)를 구동한다.
도 71a 및 도 71b는 본 실시예의 제 1 흡기 캠(527)을 도시한다. 제 1 흡기 캠(527)의 캠면(527a)은 그 밸브 개방 측에서 서브 리프트부를 갖는다. 이 캠면(527a)의 프로필은 도 50a의 흡기 캠(27)의 전단면(27b)에 가장 가까운 캠면(27a)의 프로필과 거의 동일하다.
도 72는 캠면(527a)의 캠 리프트 패턴을 도시한다. 이 캠 리프트 패턴에는 서브 리프트부에 대응하는 대지형 서브 리프트 패턴(K)이 나타난다. 도 71a 및 도72에는 캠면(527a)의 작용각이 dθ6으로서 도시된다. 도 73은 캠면(527a)에 의해 실현되는 밸브 리프트 패턴이다. 이 밸브 리프트 패턴은 도 52a의 밸브 리프트 패턴과 동일한 경향을 도시한다. 도 74는 도 73의 밸브 리프트 패턴에 대응하는 밸브 리프트량의 변화율 패턴을 도시하는 그래프이다. 이 변화율 패턴은 도 53a의 변화율 패턴과 동일한 경향을 도시한다.
도 75a 및 도 75b는 본 실시예의 제 2 흡기 캠(529)을 도시한다. 제 2 흡기 캠(529)의 캠면(529a)은 메인 리프트부로만 이루어진다. 이 캠면(529a)의 프로필은 도 50a의 흡기 캠(27)의 후단면(27c)에 가장 가까운 캠면(27a)의 프로필과 거의 동일하다.
도 76은 캠면(529a)의 캠 리프트 패턴을 도시한다. 이 캠 리프트 패턴에는 서브 리프트 패턴이 존재하지 않고, 메인 리프트부에 대응하는 메인 리프트 패턴만이 나타난다. 도 75a 및 도 76에는 캠면(529a)의 작용각이 dθ7로서 도시된다. 도 77은 캠면(529a)에 의해 실현되는 밸브 리프트 패턴이다. 이 밸브 리프트 패턴은 도 52b의 밸브 리프트 패턴과 동일한 경향을 도시한다. 도 78은 도 77의 밸브 리프트 패턴에 대응하는 밸브 리프트량의 변화율 패턴을 도시하는 그래프이다. 이 변화율 패턴은 도 53b의 변화율 패턴과 동일한 경향을 도시한다.
엔진 운전 상태에 따라서, 흡기 밸브(20)를 구동해야 할 캠이 제 1 흡기 캠(527) 및 제 2 흡기 캠(529)으로부터 선택된다. 선택된 캠에 의해 흡기 밸브(20)가 구동된다. 이러한 복수의 캠을 전환하기 위한 기구는 예를 들면, 특개평 5-125966호 공보, 특개평 7-150917호 공보, 특개평 7-247815호 공보, 특개평 8-177434호 공보에 개시되어 있다.
상술한 본 실시예는 2개의 흡기 캠(527, 529)의 전환이 행하여지는 것 이외에는 도 49 내지 도 53b의 실시예와 거의 동일한 이점을 갖는다.
본 실시예에서, 캠 노우즈(527d, 529d)의 높이를 제 1 흡기 캠(527)과 제 2 흡기 캠(529)에서 다르게 해도 된다.
제 10 실시예
다음으로, 본 발명의 제 10 실시예에 대해서, 도 54 내지 도 58b의 제 5 실시예와의 상위점을 중심으로 도 79a 내지 도 83에 따라서 설명한다. 도 54 내지 도 58b 의 실시예와 동등한 부재에 대해서는 동일 부호를 병기하여 상세한 설명을 생략한다.
본 실시예에서는 각 배기 밸브(21)에 대하여, 다른 형상을 갖는 한 쌍의 배기 캠이 설치된다. 또한, 한쪽 배기 캠을 제 1 배기 캠(628)으로 하고, 다른쪽 배기 캠을 제 2 배기 캠(도시하지 않음)으로 한다. 이들 배기 캠의 프로필은 어느 것도 축방향에서 변화하지 않는다. 또한, 본 실시예에서는 밸브 특성 변경 액튜에이터(222a)가 설치되어 있지 않다. 따라서, 배기 캠 샤프트(23)는 축방향 이동 불가능하다. 양 배기 캠으로부터 선택된 한쪽 캠이 로커 아암(도시하지 않음)을 통해 1개의 배기 밸브(21)를 구동한다.
도 79a 및 도 79b는 본 실시예의 제 1 배기 캠(628)을 도시한다. 제 1 배기 캠(628)의 캠면(628a)은 그 밸브 폐쇄 측에서 서브 리프트부를 갖는다. 이 캠면(628a)의 프로필은 도 55a의 배기 캠(28)의 전단면(28b)에 가장 가까운캠면(28a)의 프로필과 거의 동일하다.
도 80은 캠면(628a)의 캠 리프트 패턴을 도시한다. 이 캠 리프트 패턴에는 서브 리프트부에 대응하는 대지형 서브 리프트 패턴(L)이 나타난다. 도 79a 및 도 80에는 캠면(628a)의 작용각이 dθ8로서 도시된다. 도 81은 캠면(628a)에 의해 실현되는 밸브 리프트 패턴이다. 이 밸브 리프트 패턴은 도 57a의 밸브 리프트 패턴과 동일한 경향을 도시한다. 도 82는 도 81의 밸브 리프트 패턴에 대응하는 밸브 리프트량의 변화율 패턴을 도시하는 그래프이다. 이 변화율 패턴은 도 58a의 변화율 패턴과 동일한 경향을 도시한다.
특별히 도시하지 않지만, 본 실시예의 제 2 배기 캠의 캠면은 메인 리프트부만으로 이루어지며, 도 55a의 배기 캠(28)의 후단면(28c)에 가장 가까운 캠면(28a)의 프로필과 거의 동일한 프로필을 갖는다. 도 83의 파선은 제 2 배기 캠의 캠면에 의해 실현되는 밸브 리프트 패턴을 도시한다. 이 밸브 리프트 패턴은 도 57b의 밸브 리프트 패턴과 동일한 경향을 도시한다. 도 83의 실선은 파선으로 도시하는 밸브 리프트 패턴에 대응하는 밸브 리프트량의 변화율 패턴을 도시한다. 이 변화율 패턴은 도 58b의 변화율 패턴과 동일한 경향을 도시한다.
엔진 운전 상태에 따라서, 배기 밸브(21)를 구동해야 할 캠이 제 1 배기 캠(628) 및 제 2 배기 캠으로부터 선택된다. 선택된 캠에 의해 배기 밸브(21)가 구동된다. 복수의 캠을 전환하기 위한 기구는 제 9 실시예에서 서술한 바와 같이 주지되어 있다.
상술한 본 실시예는 2개의 배기 캠 전환이 행하여지는 것 이외에는 도 54 내지 도 58b의 실시예와 거의 동일한 이점을 갖는다.
본 실시예에서, 캠 노우즈(628d)의 높이를 제 1 배기 캠(628)과 제 2 배기 캠에서 다르게 해도 된다.
그 밖의 실시예
도 49 내지 도 53b, 도 59a 내지 도 62b, 도 67a 내지 도 70b, 도 71a 내지 도 78의 각 실시예에서, 양 극대부(Mx1, Mx2) 사이에서의 리프트량의 변화율이 제로여도 된다. 또한, 리프트량의 변화율에 관한 극대부가 밸브 개방 측에 3개 이상 있어도 된다.
도 54a 내지 도 58b, 도 63a 내지 도 66b, 도 67a 내지 도 70b, 도 79a 내지 도 83의 각 실시예에 있어서, 양 극소부(Mn1, Mn2) 사이에서의 리프트량의 변화율이 제로여도 된다. 또한, 리프트량의 변화율에 관한 극소부가 밸브 폐쇄 측에 3개 이상 있어도 된다.
도 49 내지 도 70b의 제 4 내지 제 8 실시예에 있어서, 밸브 특성 변경 액튜에이터(222a) 대신 도 6의 축방향 이동 액튜에이터(22a) 및 도 7의 회전 위상 변경 액튜에이터(24)가 사용되어도 된다.
본 발명은 직접 분사식 가솔린 엔진 이외에도, 예를 들면, 흡기 포트를 향해 연료를 분사하는 가솔린 엔진이나 디젤 엔진에도 적용 가능하다.

Claims (21)

  1. 연소실 내에서 공기와 연료의 혼합기를 연소시킴으로써 동력을 발생시키는 엔진의 밸브 특성 제어 장치에 있어서, 엔진은 연소실을 선택적으로 개방 및 폐쇄하는 밸브를 구비하며,
    상기 밸브 특성 제어 장치는
    밸브를 구동하는 캠으로서, 캠의 축선 주위에 캠면을 가지고, 상기 캠면은 밸브에 기본적인 리프트 동작을 행하게 하는 메인 리프트부와 메인 리프트부의 작용을 보조하는 서브 리프트부를 가지며, 메인 리프트부 및 서브 리프트부는 캠의 축방향에서 연속적으로 변화하여, 캠면은 그 축방향 위치에 따라서 다른 밸브 동작 특성을 실현하는 캠과,
    밸브를 구동하는 캠면의 축방향 위치를 조정하도록 캠을 축방향으로 이동시키는 축방향 이동 기구를 구비하는 것을 특징으로 하는 밸브 특성 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 엔진은 캠을 회전시키는 크랭크 샤프트를 가지고, 크랭크 샤프트에 대한 캠의 회전 위상을 연속적으로 변경하는 회전 위상 변경 기구를 부가로 구비하는 것을 특징으로 하는 밸브 특성 제어 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 회전 위상 변경 기구는 캠의 축방향 이동과는 무관계하게 크랭크 샤프트에 대한 캠의 회전 위상을 변경하는 기능과, 캠의 축방향 이동에 연동하여 크랭크 샤프트에 대한 캠의 회전 위상을 변경하는 기능을 함께 갖는 것을 특징으로 하는 밸브 특성 제어 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 엔진은 캠을 회전시키는 크랭크 샤프트를 가지고, 축방향 이동 기구는 캠의 축방향 이동에 연동하여 크랭크 샤프트에 대한 캠의 회전 위상을 연속적으로 변경하는 기능을 갖는 것을 특징으로 하는 밸브 특성 제어 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 서브 리프트부는 거의 대지형을 이루는 것을 특징으로 하는 밸브 특성 제어 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 캠면은 그 축방향 양단에 서로 다른 밸브 리프트 패턴을 실현하는 제 1 프로필 및 제 2 프로필을 가지고, 서브 리프트부는 제 1 프로필로부터 제 2 프로필로 향함에 따라서 점차 현저하게 나타나는 것을 특징으로 하는 밸브 특성 제어 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 제 1 프로필은 서브 리프트부를 실질적으로 갖고 있지 않은 것을 특징으로 하는 밸브 특성 제어 장치.
  8. 제 6 항에 있어서, 메인 리프트부는 제 1 프로필로부터 제 2 프로필로 향함에 따라서 점차 높아지는 것을 특징으로 하는 밸브 특성 제어 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 밸브는 흡기 밸브이고, 상기 캠은 흡기 캠이며, 캠면은 흡기 밸브를 개방 방향으로 움직이는 밸브 개방 측과, 흡기 밸브의 폐쇄 방향으로의 움직임을 허용하는 밸브 폐쇄 측을 가지고, 서브 리프트부는 밸브 개방 측에 설치되는 것을 특징으로 하는 밸브 특성 제어 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 밸브는 배기 밸브이고, 상기 캠은 배기 캠이며, 캠면은 배기 밸브를 개방 방향으로 움직이는 밸브 개방 측과, 배기 밸브의 폐쇄 방향으로의 움직임을 허용하는 밸브 폐쇄 측을 가지고, 서브 리프트부는 밸브 폐쇄 측에 설치되는 것을 특징으로 하는 밸브 특성 제어 장치.
  11. 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 캠면은 밸브를 개방 방향으로 움직이는 밸브 개방 측과, 밸브의 폐쇄 방향으로의 움직임을 허용하는 밸브 폐쇄 측을 가지고, 제 2 프로필은 상기 밸브 개방 측에서, 캠의 회전각에 대한 밸브 리프트량의 변화율 패턴이 복수의 극대부를 갖고 또한 캠의 회전각에 대한 밸브 리프트량의 변화 패턴이 극소부를 갖지 않도록 설정되는 것을 특징으로 하는 밸브 특성 제어 장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 제 1 프로필은 상기 밸브 개방 측에서, 캠의 회전각에 대한 밸브 리프트량의 변화율 패턴이 1개의 극대부를 갖도록 설정되는 것을 특징으로 하는 밸브 특성 제어 장치.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 밸브는 흡기 밸브이고, 상기 캠은 흡기 캠이며, 서브 리프트부는 적어도 밸브 개방 측에 설치되는 것을 특징으로 하는 밸브 특성 제어 장치.
  14. 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 캠면은 밸브를 개방 방향으로 움직이는 밸브 개방 측과, 밸브의 폐쇄 방향으로의 움직임을 허용하는 밸브 폐쇄 측을 가지고, 제 2 프로필은 상기 밸브 폐쇄 측에서, 캠의 회전각에 대한 밸브 리프트량의 변화율 패턴이 복수의 극소부를 가지며, 또한 캠의 회전각에 대한 밸브 리프트량의 변화 패턴이 극소부를 갖지 않도록 설정되는 것을 특징으로 하는 밸브 특성 제어 장치.
  15. 제 14 항에 있어서, 제 1 프로필은 상기 밸브 폐쇄 측에서, 캠의 회전각에 대한 밸브 리프트량의 변화율 패턴이 1개의 극소부를 갖도록 설정되는 것을 특징으로 하는 밸브 특성 제어 장치.
  16. 제 14 항에 있어서, 상기 밸브는 배기 밸브이고, 상기 캠은 배기 캠이며, 서브 리프트부는 적어도 밸브 폐쇄 측에 설치되는 것을 특징으로 하는 밸브 특성 제어 장치.
  17. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 엔진은 연료를 연소실 내에 직접 분사하는 연료 분사 밸브를 구비하는 것을 특징으로 하는 밸브 특성 제어 장치.
  18. 연소실 내에서 공기와 연료의 혼합기를 연소시킴으로써 동력을 발생시키는 엔진의 밸브 특성 제어 장치에 있어서, 엔진은 연료를 연소실 내에 직접 분사하는 연료 분사 밸브와, 연소실로 공기를 유도하는 제 1 및 제 2 흡기 통로와, 대응하는 흡기 통로를 연소실에 대하여 선택적으로 접속 및 차단하는 제 1 및 제 2 흡기 밸브와, 제 2 흡기 밸브의 상류 측에서 제 2 흡기 통로의 개방량을 조정하는 기류 제어 밸브를 구비하며, 상기 밸브 특성 제어 장치는
    제 1 흡기 밸브를 구동하는 제 1 흡기 캠으로서, 그 축선 주위에 제 1 캠면을 가지고, 제 1 캠면의 프로필은 축방향에서 연속적으로 변화하는 제 1 흡기 캠과,
    제 2 흡기 밸브를 구동하는 제 2 흡기 캠으로서, 그 자신의 축선 주위에 제 2 캠면을 가지고, 제 2 캠면의 프로필은 제 1 캠면의 프로필과 다르며 또한 축방향에서 연속적으로 변화하는 제 2 흡기 캠과,
    대응하는 흡기 밸브를 구동하는 양 흡기 캠면의 축방향 위치를 조정하도록 양 흡기 캠을 축방향으로 이동시키는 축방향 이동 기구를 구비하는 것을 특징으로 하는 밸브 특성 제어 장치.
  19. 제 18 항에 있어서, 제 1 캠면은 제 1 흡기 밸브에 기본적인 리프트 동작을 행하게 하는 메인 리프트부와 메인 리프트부의 작용을 보조하는 서브 리프트부를 가지고, 제 2 캠면은 제 2 흡기 밸브에 기본적인 리프트 동작을 행하게 하는 메인 리프트부만을 갖는 것을 특징으로 하는 밸브 특성 제어 장치.
  20. 제 19 항에 있어서, 제 1 캠면의 메인 리프트부는 축방향에서 변화하지 않고, 제 1 캠면의 서브 리프트부는 제 1 캠면의 축방향 한쪽 끝에 근접함에 따라서 점차 현저하게 나타나며, 제 2 캠면의 메인 리프트부의 높이는 축방향에서 변화하는 것을 특징으로 하는 밸브 특성 제어 장치.
  21. 제 18 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서, 엔진은 양 흡기 캠을 회전시키는 크랭크 샤프트를 가지고, 크랭크 샤프트에 대한 양 흡기 캠의 회전 위상을 연속적으로 변경하는 회전 위상 변경 기구를 부가로 구비하는 것을 특징으로 하는 밸브 특성 제어 장치.
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