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JP2002089300A - In-cylinder direct injection internal combustion engine - Google Patents

In-cylinder direct injection internal combustion engine

Info

Publication number
JP2002089300A
JP2002089300A JP2000274600A JP2000274600A JP2002089300A JP 2002089300 A JP2002089300 A JP 2002089300A JP 2000274600 A JP2000274600 A JP 2000274600A JP 2000274600 A JP2000274600 A JP 2000274600A JP 2002089300 A JP2002089300 A JP 2002089300A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
intake valve
operating angle
internal combustion
combustion engine
valve
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2000274600A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takanobu Sugiyama
孝伸 杉山
Tsuneyasu Nohara
常靖 野原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nissan Motor Co Ltd filed Critical Nissan Motor Co Ltd
Priority to JP2000274600A priority Critical patent/JP2002089300A/en
Publication of JP2002089300A publication Critical patent/JP2002089300A/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Valve Device For Special Equipments (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 可変動弁機構と組み合わせて、成層燃焼の安
定化を図る。 【解決手段】 シリンダヘッド側に凹設された燃焼室の
略中心に点火プラグが配置されるとともに、ピストンの
冠面に、順タンブル流に沿うように浅皿形燃焼室が凹設
され、かつ吸気ポートの下部に、シリンダ中心線に対し
斜め下向きとなる方向に向かって燃料を噴射するように
燃料噴射弁が配置され、この燃料噴射弁から噴射された
噴霧の一部が上記点火プラグへ直線状に向かうように構
成された筒内直噴型内燃機関である。吸気弁は、リフト
・作動角を拡大縮小するリフト・作動角可変機構と、作
動角の位相を変える位相可変機構とを具備する。成層燃
焼時には、内部EGRを最適化するように吸気弁開時期
が設定され、噴霧ペネトレーションつまり筒内圧力を最
適化するように吸気弁閉時期が設定される。
(57) [Summary] [PROBLEMS] To stabilize stratified combustion in combination with a variable valve mechanism. SOLUTION: An ignition plug is arranged substantially at the center of a combustion chamber recessed on a cylinder head side, and a shallow dish-shaped combustion chamber is recessed on a crown surface of a piston along a forward tumble flow. A fuel injection valve is arranged below the intake port so as to inject fuel in a direction obliquely downward with respect to the cylinder center line, and a part of the spray injected from the fuel injection valve is linearly transferred to the ignition plug. 1 is an in-cylinder direct injection internal combustion engine configured so as to face the shape. The intake valve includes a lift / operating angle variable mechanism that enlarges / reduces the lift / operating angle, and a variable phase mechanism that changes the phase of the operating angle. During stratified combustion, the intake valve opening timing is set to optimize the internal EGR, and the intake valve closing timing is set to optimize the spray penetration, that is, the in-cylinder pressure.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、成層燃焼が可能
な筒内直噴型内燃機関に関し、特に、そのバルブリフト
特性を最適化することにより成層燃焼を安定化すべく可
変動弁機構と組み合わせた技術に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an in-cylinder direct injection internal combustion engine capable of stratified charge combustion, and more particularly to a combination with a variable valve mechanism in order to stabilize stratified charge combustion by optimizing the valve lift characteristics of the engine. About technology.

【0002】[0002]

【従来の技術】低中負荷時に成層燃焼を行う筒内直噴型
内燃機関に、可変バルブタイミング機構を組み合わせ、
吸排気弁の開閉時期によって成層燃焼の状態を改善する
ようにした提案が、例えば特開平5-248277号公
報に開示されている。
2. Description of the Related Art A variable valve timing mechanism is combined with an in-cylinder direct injection internal combustion engine that performs stratified combustion at low and medium loads,
A proposal for improving the state of stratified combustion by opening and closing the intake and exhaust valves is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-248277.

【0003】これは、開時期ならび閉時期を同時に遅進
させ得る可変バルブタイミング機構を吸気弁および排気
弁の双方に設け、低負荷の成層燃焼時に、吸気弁および
排気弁の双方の開閉時期を遅角させるようにしたもので
あって、吸気弁開時期が上死点後になるとともに、排気
弁閉時期がこれよりも遅れた時期となって、内部EGR
が増加し、筒内温度が上昇する。また同時に、吸気弁閉
時期も下死点から大幅に遅角するため、実圧縮比が低下
し、ポンピングロスが低減することが開示されている。
[0003] In this system, a variable valve timing mechanism capable of simultaneously delaying the opening timing and the closing timing is provided for both the intake valve and the exhaust valve, and the opening / closing timing of both the intake valve and the exhaust valve is determined during stratified combustion with a low load. When the intake valve is opened after the top dead center and the exhaust valve is closed later, the internal EGR
Increases, and the in-cylinder temperature increases. At the same time, it is disclosed that the intake valve closing timing is greatly retarded from the bottom dead center, so that the actual compression ratio is reduced and the pumping loss is reduced.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の構成は、主に、内部EGRの制御に着目したもので
あって、内部EGRに関与する吸気弁開時期と、実圧縮
比に関与する吸気弁閉時期とを独立に制御できない構成
となっている。
However, the above-mentioned conventional structure mainly focuses on the control of the internal EGR, and the intake valve opening timing related to the internal EGR and the intake air related to the actual compression ratio. The valve closing timing cannot be controlled independently.

【0005】本出願人は、先に、シリンダヘッド側に凹
設された燃焼室の略中心に点火プラグが配置されるとと
もに、ピストンの冠面に、順タンブル流に沿うように浅
皿形燃焼室が凹設され、かつ吸気ポートの下部に、シリ
ンダ中心線に対し斜め下向きとなる方向に向かって燃料
を噴射するように燃料噴射弁が配置され、この燃料噴射
弁から噴射された噴霧の一部が上記点火プラグへ直線状
に向かうように構成された筒内直噴型内燃機関を提案し
ている(例えば特願平11−242484号)が、この
種の筒内直噴型内燃機関にあっては、点火プラグへ向か
う噴霧の到達距離つまり噴霧のペネトレーションが、成
層燃焼の安定性に大きく影響する。そして、このペネト
レーションは、燃料が噴射されたときの筒内圧力つまり
実圧縮比に左右される。しかし、上記従来の装置では、
内部EGRを最適化すべく吸気弁開時期が定まると、実
圧縮比に関与する吸気弁閉時期が一義的に決まってしま
うため、噴霧のペネトレーションを必ずしも最適に維持
することができず、その結果、安定した運転が可能な成
層燃焼領域が、比較的狭く制限されてしまうという問題
がある。
[0005] The present applicant has previously disclosed that a spark plug is disposed substantially at the center of a combustion chamber recessed on the cylinder head side, and a shallow dish-shaped combustion chamber is provided on a crown surface of a piston so as to follow a forward tumble flow. A fuel injection valve is disposed below the intake port so as to inject fuel in a direction obliquely downward with respect to the cylinder center line, and one of the sprays injected from the fuel injection valve is provided below the intake port. An in-cylinder direct-injection internal combustion engine whose section is directed straight to the ignition plug has been proposed (for example, Japanese Patent Application No. 11-242484). In this case, the reach of the spray toward the spark plug, that is, the penetration of the spray, greatly affects the stability of stratified combustion. The penetration depends on the in-cylinder pressure when the fuel is injected, that is, the actual compression ratio. However, in the above conventional device,
If the intake valve opening timing is determined to optimize the internal EGR, the intake valve closing timing related to the actual compression ratio is uniquely determined, so that the penetration of the spray cannot always be maintained optimally. There is a problem that the stratified combustion region in which stable operation is possible is relatively narrowly limited.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、請求項1に係る発明は、シリンダヘッド側に凹設
された燃焼室の略中心に点火プラグが配置されるととも
に、ピストンの冠面に、順タンブル流に沿うように浅皿
形燃焼室が凹設され、かつ吸気ポートの下部に、シリン
ダ中心線に対し斜め下向きとなる方向に向かって燃料を
噴射するように燃料噴射弁が配置され、この燃料噴射弁
から噴射された噴霧の一部が上記点火プラグへ直線状に
向かうように構成された筒内直噴型内燃機関において、
吸気弁の作動角中心を略一定に保ちつつ作動角ならびに
リフト量を変化させるリフト・作動角可変機構と、上記
作動角中心の位相を変化させる位相可変機構と、を備
え、成層燃焼時に噴霧のペネトレーションを最適化する
ようにバルブリフト制御を行うことを特徴としている。
According to a first aspect of the present invention, an ignition plug is provided at substantially the center of a combustion chamber recessed on a cylinder head side, and a piston is provided. A shallow dish-shaped combustion chamber is recessed along the forward tumble flow on the crown surface, and a fuel injection valve is provided below the intake port so as to inject fuel in a direction obliquely downward with respect to the cylinder center line. Is disposed, in a direct injection type internal combustion engine in which a part of the spray injected from the fuel injection valve is directed straight to the ignition plug,
A lift / operating angle variable mechanism that changes the operating angle and the lift amount while keeping the operating angle center of the intake valve substantially constant, and a phase variable mechanism that changes the phase of the operating angle center, comprising: It is characterized in that valve lift control is performed so as to optimize the penetration.

【0007】すなわち、リフト・作動角可変機構と位相
可変機構とを適宜に組み合わせて制御することにより、
吸気弁の開時期と閉時期とを別個に最適化することが可
能となっている。従って、吸気弁の開時期を内部EGR
の点から定めたとしても、吸気弁の閉時期がこれに拘束
されることがなく、ペネトレーションに影響する実圧縮
比の点から吸気弁の閉時期を最適化することが可能とな
る。
That is, by appropriately combining and controlling the variable lift / operating angle mechanism and the variable phase mechanism,
It is possible to separately optimize the opening timing and the closing timing of the intake valve. Therefore, the opening timing of the intake valve is determined by the internal EGR
However, the closing timing of the intake valve is not restricted by this, and the closing timing of the intake valve can be optimized in terms of the actual compression ratio that affects the penetration.

【0008】この請求項1の発明をより具体化した請求
項2の発明は、成層燃焼時に、均質燃焼時に比べて、吸
気弁の開時期を進角させるとともに閉時期を遅角させ、
かつ排気弁の閉時期は変化させないことを特徴としてい
る。
According to a second aspect of the present invention, the opening timing of the intake valve is advanced and the closing timing is retarded during the stratified charge combustion compared with the homogeneous combustion.
Further, it is characterized in that the closing timing of the exhaust valve is not changed.

【0009】請求項3の発明は、成層燃焼時に、均質燃
焼時に比べて、吸気弁の開時期を進角させるとともに、
閉時期は下死点よりも進角した位置とし、かつ排気弁の
閉時期は変化させないことを特徴としている。
According to a third aspect of the present invention, the opening timing of the intake valve is advanced during stratified charge combustion compared with homogeneous combustion.
The closing timing is a position advanced from the bottom dead center, and the closing timing of the exhaust valve is not changed.

【0010】請求項4の発明は、成層燃焼時に、均質燃
焼時に比べて、吸気弁の作動角・リフト量が小さく制御
されることを特徴としている。
The invention according to claim 4 is characterized in that the operating angle and the lift amount of the intake valve are controlled to be smaller in stratified charge combustion than in homogeneous charge combustion.

【0011】請求項5の発明は、成層燃焼時に、均質燃
焼時に比べて、排気弁の閉時期は変化させることなく、
吸気弁の開時期を進角させ、かつ下死点後となる吸気弁
の閉時期を負荷上昇とともに進角させることを特徴とし
ている。
According to a fifth aspect of the present invention, the closing timing of the exhaust valve is not changed during stratified charge combustion than during homogeneous charge combustion.
The opening timing of the intake valve is advanced, and the closing timing of the intake valve after the bottom dead center is advanced with an increase in load.

【0012】請求項6の発明は、請求項3のものにおい
て、成層燃焼時における吸気弁の閉時期の下死点からの
進角量が、負荷上昇とともに減少することを特徴として
いる。
According to a sixth aspect of the present invention, in the third aspect, the amount of advance from the bottom dead center of the closing timing of the intake valve during stratified charge combustion decreases as the load increases.

【0013】請求項7の発明は、請求項3のものにおい
て、成層燃焼時における吸気弁の作動角・リフト量が、
機関回転数の上昇とともに増加することを特徴としてい
る。
According to a seventh aspect of the present invention, in the third aspect, the operating angle and the lift amount of the intake valve during stratified combustion are:
It is characterized in that it increases with an increase in the engine speed.

【0014】請求項8の発明は、請求項5のものにおい
て、成層燃焼時における吸気弁の開時期は負荷に拘わら
ず略一定であることを特徴としている。
According to an eighth aspect of the present invention, in the fifth aspect, the opening timing of the intake valve during stratified combustion is substantially constant regardless of the load.

【0015】請求項9の発明は、上記リフト・作動角可
変機構は、作動角・リフト量を縮小すると吸気弁の最大
正加速度が低下する特性となっていることを特徴として
いる。
A ninth aspect of the present invention is characterized in that the variable lift / operating angle mechanism has a characteristic that when the operating angle / lift amount is reduced, the maximum positive acceleration of the intake valve is reduced.

【0016】また、請求項10の発明は、アイドル成層
燃焼時に、吸気弁開時期を上死点よりも遅角させるとと
もに、閉時期をアイドル均質燃焼時よりも遅角させるこ
とを特徴としている。
Further, the invention of claim 10 is characterized in that at the time of idling stratified combustion, the opening timing of the intake valve is retarded from the top dead center, and the closing timing is retarded than at the time of idling homogeneous combustion.

【0017】請求項11の発明は、排気弁の作動角中心
を略一定に保ちつつ作動角ならびにリフト量を変化させ
る排気弁側のリフト・作動角可変機構と、上記作動角中
心の位相を変化させる排気弁側の位相可変機構と、をさ
らに備えることを特徴としている。
An eleventh aspect of the present invention is a variable lift / operating angle mechanism on the exhaust valve side for changing the operating angle and the lift amount while maintaining the operating angle center of the exhaust valve substantially constant, and changing the phase of the operating angle center. And a variable phase mechanism on the exhaust valve side.

【0018】この請求項11に従属する請求項12の発
明は、成層燃焼時に、排気弁閉時期を上死点よりも進角
させるとともに、吸気弁開時期を上死点よりも遅角させ
て、マイナスオーバラップとすることを特徴としてい
る。
According to a twelfth aspect of the present invention, the exhaust valve closing timing is advanced from the top dead center and the intake valve opening timing is delayed from the top dead center during stratified combustion. , Minus overlap.

【0019】さらに、請求項13の発明は、請求項12
のものにおいて、排気弁閉時期から上死点までの期間よ
りも上死点から吸気弁開時期までの期間が長いことを特
徴としている。
Further, the invention of claim 13 is the invention of claim 12
Is characterized in that the period from the top dead center to the intake valve opening timing is longer than the period from the exhaust valve closing timing to the top dead center.

【0020】上記リフト・作動角可変機構は、例えば請
求項14のように、駆動軸により回転駆動される偏心カ
ムと、この偏心カムの外周に相対回転可能に嵌合したリ
ンクアームと、上記駆動軸と平行に設けられ、かつ偏心
カム部を備えた回動可能な制御軸と、この制御軸の偏心
カム部に回転可能に装着され、かつ上記リンクアームに
より揺動されるロッカアームと、上記駆動軸に回転可能
に支持されるとともに、上記ロッカアームにリンクを介
して連結され、該ロッカアームに伴って揺動することに
より吸気弁を押圧する揺動カムと、を備えており、上記
制御軸の偏心カム部の回動位置を変化させることにより
吸気弁の作動角およびリフトが同時に増減変化するよう
に構成される。
The lift / operating angle variable mechanism may include, for example, an eccentric cam rotatably driven by a drive shaft, a link arm fitted to the outer periphery of the eccentric cam so as to be relatively rotatable, and A rotatable control shaft provided in parallel with the shaft and having an eccentric cam portion; a rocker arm rotatably mounted on the eccentric cam portion of the control shaft and swinging by the link arm; A swing cam that is rotatably supported by a shaft, is connected to the rocker arm via a link, and presses an intake valve by swinging with the rocker arm. By changing the rotational position of the cam portion, the operating angle and lift of the intake valve are simultaneously increased and decreased.

【0021】[0021]

【発明の効果】請求項1の発明によれば、内燃機関の負
荷や回転数に応じて、内部EGR量のみならず実圧縮比
をも最適に制御できるので、実圧縮比に影響される噴霧
のペネトレーションが最適化され、安定した成層燃焼の
可能な領域が拡大する。
According to the first aspect of the present invention, not only the internal EGR amount but also the actual compression ratio can be optimally controlled according to the load and the rotation speed of the internal combustion engine. Is optimized, and the area where stable stratified combustion can be performed is expanded.

【0022】請求項2の発明によれば、排気弁側の動弁
機構の構成を複雑化することなく、成層燃焼時に、内部
EGRを増大させるとともに、実圧縮比を低減すること
ができる。
According to the second aspect of the present invention, the internal EGR can be increased and the actual compression ratio can be reduced during stratified combustion without complicating the structure of the valve mechanism on the exhaust valve side.

【0023】請求項3の発明によれば、請求項2と同様
に実圧縮比を低下させることができ、特に、吸気行程後
半にシリンダボア面より受熱するため、より噴霧の微粒
化が図れる。
According to the third aspect of the invention, the actual compression ratio can be reduced in the same manner as in the second aspect. In particular, since heat is received from the cylinder bore surface in the latter half of the intake stroke, atomization of the spray can be further achieved.

【0024】請求項4の発明によれば、成層燃焼時にリ
フト量を小さくすることで、吸気弁を通過する吸気の流
速が向上し、ガス流動の強化が図れ、燃焼状態の改善が
図れる。
According to the fourth aspect of the invention, by reducing the lift during stratified charge combustion, the flow velocity of the intake air passing through the intake valve is improved, the gas flow is enhanced, and the combustion state is improved.

【0025】請求項5および請求項6の発明によれば、
負荷の増加に伴って実圧縮比が高められ、ペネトレーシ
ョンの過度の増加が抑制される。これにより、成層領域
の負荷方向の拡大が図れる。
According to the fifth and sixth aspects of the present invention,
The actual compression ratio is increased with an increase in load, and an excessive increase in penetration is suppressed. Thus, the stratified region can be expanded in the load direction.

【0026】請求項7の発明によれば、ガス流速の低い
低回転領域では、小リフトとすることで吸気弁を通過す
る吸気の流速が高められる。そして、回転数の上昇とと
もに筒内で生成されるガス流動分が増加するに従い、リ
フト量を増加させることで、絞り損失を減少させること
ができる。
According to the seventh aspect of the invention, in the low rotation region where the gas flow rate is low, the flow rate of the intake air passing through the intake valve can be increased by setting the small lift. Then, as the amount of gas flow generated in the cylinder increases as the rotation speed increases, the lift amount is increased to reduce the throttle loss.

【0027】請求項8の発明によれば、スモークの発生
が抑制され、成層領域を拡大できる。
According to the invention of claim 8, the generation of smoke is suppressed, and the stratified region can be enlarged.

【0028】請求項9の発明によれば、低リフト時の流
速増加時間が増加し、成層燃焼の領域拡大が図れる。
According to the ninth aspect of the present invention, the increasing time of the flow velocity at the time of the low lift is increased, and the area of the stratified combustion can be expanded.

【0029】請求項10の発明によれば、アイドル成層
燃焼時に、バルブオーバラップが縮小ないしはマイナス
オーバラップとなり、ガス流速の増加および筒内温度上
昇により、アイドル成層燃焼の燃焼状態が改善される。
これにより、燃費向上、未燃率低下が図れる。
According to the tenth aspect of the present invention, during idling stratified combustion, the valve overlap is reduced or negatively overlapped, and the combustion state of idling stratified combustion is improved by increasing the gas flow rate and increasing the in-cylinder temperature.
As a result, the fuel efficiency can be improved and the unburned fuel rate can be reduced.

【0030】請求項11の発明によれば、吸気弁側の可
変機構と排気弁側の可変機構とを組み合わせることで、
バルブオーバラップ等をさらに自由に設定することが可
能となる。
According to the eleventh aspect, by combining the variable mechanism on the intake valve side and the variable mechanism on the exhaust valve side,
The valve overlap and the like can be set more freely.

【0031】請求項12の発明によれば、成層燃焼時
に、排気弁閉時期を進角させてマイナスオーバラップと
することにより、内部EGRガスの温度が一層上昇す
る。
According to the twelfth aspect of the present invention, the temperature of the internal EGR gas is further increased during the stratified charge combustion by advancing the exhaust valve closing timing to make the overlap negative.

【0032】請求項13の発明によれば、請求項12の
作用効果に加えて、筒内負圧化に伴うガス流速向上効果
が得られ、成層領域の一層の拡大、燃焼効率の改善が図
れる。
According to the thirteenth aspect, in addition to the function and effect of the twelfth aspect, an effect of increasing the gas flow rate due to the in-cylinder negative pressure can be obtained, and the stratification region can be further expanded and the combustion efficiency can be improved. .

【0033】請求項14の発明によれば、作動角の大き
さを小さくしたときにリフト量が同時に低リフト化され
るようになり、低リフト化の作用と作動角縮小の作用と
を同時に実現できる。
According to the fourteenth aspect of the present invention, when the magnitude of the operating angle is reduced, the lift amount is reduced at the same time, and the effect of reducing the lift and the function of reducing the operating angle are simultaneously realized. it can.

【0034】[0034]

【発明の実施の形態】以下、この発明の好ましい実施の
形態を図面に基づいて詳細に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0035】図1は、本発明に係る筒内直噴型内燃機関
に用いられる吸気弁用可変動弁機構の構成を示す構成説
明図であり、この可変動弁機構は、吸気弁のリフト・作
動角を変化させるリフト・作動角可変機構1と、その作
動角の中心の位相(図示せぬクランクシャフトに対する
位相)を進角もしくは遅角させる位相可変機構2と、が
組み合わされて構成されている。
FIG. 1 is an explanatory view showing the structure of a variable valve mechanism for an intake valve used in a direct injection type internal combustion engine according to the present invention. A variable lift / operating angle mechanism 1 for changing the operating angle, and a variable phase mechanism 2 for advancing or retarding the phase at the center of the operating angle (phase with respect to a crankshaft not shown) are configured in combination. I have.

【0036】図2は、リフト・作動角可変機構1のみを
示しており、図1および図2に基づいて、このリフト・
作動角可変機構1を説明する。なお、このリフト・作動
角可変機構1は、本出願人が先に提案したものである
が、例えば特開平11−107725号公報等によって
公知となっているので、その概要のみを説明する。
FIG. 2 shows only the lift / operating angle variable mechanism 1, and based on FIGS.
The variable operating angle mechanism 1 will be described. The variable lift / operating angle mechanism 1 has been proposed by the applicant of the present invention, but is known, for example, from Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-107725, so that only its outline will be described.

【0037】リフト・作動角可変機構1は、シリンダヘ
ッド11に図示せぬバルブガイドを介して摺動自在に設
けられた吸気弁12と、シリンダヘッド11上部のカム
ブラケット14に回転自在に支持された中空状の駆動軸
13と、この駆動軸13に、圧入等により固定された偏
心カム15と、上記駆動軸13の上方位置に同じカムブ
ラケット14に回転自在に支持されるとともに駆動軸1
3と平行に配置された制御軸16と、この制御軸16の
偏心カム部17に揺動自在に支持されたロッカアーム1
8と、各吸気弁12の上端部に配置されたタペット19
に当接する揺動カム20と、を備えている。上記偏心カ
ム15とロッカアーム18とはリンクアーム25によっ
て連係されており、ロッカアーム18と揺動カム20と
は、リンク部材26によって連係されている。
The lift / operating angle variable mechanism 1 is rotatably supported by an intake valve 12 slidably provided on a cylinder head 11 via a valve guide (not shown) and a cam bracket 14 on the cylinder head 11. A hollow drive shaft 13, an eccentric cam 15 fixed to the drive shaft 13 by press-fitting or the like, and a drive bracket 1 rotatably supported by the same cam bracket 14 above the drive shaft 13.
3 and a rocker arm 1 swingably supported by an eccentric cam portion 17 of the control shaft 16.
8 and a tappet 19 arranged at the upper end of each intake valve 12
And a swing cam 20 that abuts against the swing cam 20. The eccentric cam 15 and the rocker arm 18 are linked by a link arm 25, and the rocker arm 18 and the swing cam 20 are linked by a link member 26.

【0038】上記駆動軸13は、後述するように、タイ
ミングチェーンないしはタイミングベルトを介して機関
のクランクシャフトによって駆動されるものである。
The drive shaft 13 is driven by a crankshaft of the engine via a timing chain or a timing belt, as described later.

【0039】上記偏心カム15は、円形外周面を有し、
該外周面の中心が駆動軸13の軸心から所定量だけオフ
セットしているとともに、この外周面に、リンクアーム
25の環状部25aが回転可能に嵌合している。
The eccentric cam 15 has a circular outer peripheral surface,
The center of the outer peripheral surface is offset from the axis of the drive shaft 13 by a predetermined amount, and the annular portion 25a of the link arm 25 is rotatably fitted to the outer peripheral surface.

【0040】上記ロッカアーム18は、略中央部が上記
偏心カム部17によって支持されており、その一端部
に、上記リンクアーム25の延長部25bが連係してい
るとともに、他端部に、上記リンク部材26の上端部が
連係している。上記偏心カム部17は、制御軸16の軸
心から偏心しており、従って、制御軸16の角度位置に
応じてロッカアーム18の揺動中心は変化する。
The rocker arm 18 has a substantially central portion supported by the eccentric cam portion 17. One end of the rocker arm 18 is linked to an extension 25b of the link arm 25, and the other end is connected to the link. The upper ends of the members 26 are linked. The eccentric cam portion 17 is eccentric from the axis of the control shaft 16, so that the rocking center of the rocker arm 18 changes according to the angular position of the control shaft 16.

【0041】上記揺動カム20は、駆動軸13の外周に
嵌合して回転自在に支持されており、側方へ延びた端部
20aに、上記リンク部材26の下端部が連係してい
る。この揺動カム20の下面には、駆動軸13と同心状
の円弧をなす基円面24aと、該基円面24aから上記
端部20aへと所定の曲線を描いて延びるカム面24b
と、が形成されており、これらの基円面24aならびに
カム面24bが、揺動カム20の揺動位置に応じてタペ
ット19の上面に当接するようになっている。
The swing cam 20 is rotatably supported by being fitted on the outer periphery of the drive shaft 13, and the lower end of the link member 26 is linked to the end 20a extending laterally. . On the lower surface of the swing cam 20, a base circular surface 24a concentric with the drive shaft 13 and a cam surface 24b extending in a predetermined curve from the base circular surface 24a to the end 20a.
The base circular surface 24a and the cam surface 24b are brought into contact with the upper surface of the tappet 19 according to the swing position of the swing cam 20.

【0042】すなわち、上記基円面24aはベースサー
クル区間として、リフト量が0となる区間であり、揺動
カム20が揺動してカム面24bがタペット19に接触
すると、徐々にリフトしていくことになる。なお、ベー
スサークル区間とリフト区間との間には若干のランプ区
間が設けられている。
That is, the base circle surface 24a is a base circle section in which the lift amount is 0. When the swing cam 20 swings and the cam surface 24b contacts the tappet 19, the base circle surface 24a gradually lifts. Will go. Note that a slight ramp section is provided between the base circle section and the lift section.

【0043】上記制御軸16は、図1に示すように、一
端部に設けられたリフト・作動角制御用油圧アクチュエ
ータ31によって所定回転角度範囲内で回転するように
構成されている。このリフト・作動角制御用油圧アクチ
ュエータ31への油圧供給は、エンジンコントロールユ
ニット33からの制御信号に基づき、第1油圧制御弁3
2によって制御されている。なお、30は油圧源となる
油圧ポンプである。
As shown in FIG. 1, the control shaft 16 is configured to rotate within a predetermined rotation angle range by a lift / operation angle control hydraulic actuator 31 provided at one end. The supply of the hydraulic pressure to the lift / actuation angle control hydraulic actuator 31 is controlled by the first hydraulic control valve 3 based on a control signal from the engine control unit 33.
2. Reference numeral 30 denotes a hydraulic pump serving as a hydraulic pressure source.

【0044】このリフト・作動角可変機構1の作用を説
明すると、駆動軸13が回転すると、偏心カム15のカ
ム作用によってリンクアーム25が上下動し、これに伴
ってロッカアーム18が揺動する。このロッカアーム1
8の揺動は、リンク部材26を介して揺動カム20へ伝
達され、該揺動カム20が揺動する。この揺動カム20
のカム作用によって、タペット19が押圧され、吸気弁
12がリフトする。
The operation of the lift / operating angle variable mechanism 1 will be described. When the drive shaft 13 rotates, the link arm 25 moves up and down by the cam action of the eccentric cam 15, and the rocker arm 18 swings accordingly. This rocker arm 1
The swing of 8 is transmitted to the swing cam 20 via the link member 26, and the swing cam 20 swings. This swing cam 20
, The tappet 19 is pressed and the intake valve 12 is lifted.

【0045】ここで、リフト・作動角制御用油圧アクチ
ュエータ31を介して制御軸16の角度が変化すると、
ロッカアーム18の初期位置が変化し、ひいては揺動カ
ム20の初期揺動位置が変化する。
Here, when the angle of the control shaft 16 changes via the lift / operating angle control hydraulic actuator 31,
The initial position of the rocker arm 18 changes, and consequently, the initial swing position of the swing cam 20 changes.

【0046】例えば偏心カム部17が図の上方へ位置し
ているとすると、ロッカアーム18は全体として上方へ
位置し、揺動カム20の端部20aが相対的に上方へ引
き上げられた状態となる。つまり、揺動カム20の初期
位置は、そのカム面24bがタペット19から離れる方
向に傾く。従って、駆動軸13の回転に伴って揺動カム
20が揺動した際に、基円面24aが長くタペット19
に接触し続け、カム面24bがタペット19に接触する
期間は短い。従って、リフト量が全体として小さくな
り、かつその開時期から閉時期までの角度範囲つまり作
動角も縮小する。
For example, assuming that the eccentric cam portion 17 is located upward in the drawing, the rocker arm 18 is located upward as a whole, and the end portion 20a of the swing cam 20 is relatively pulled upward. . That is, the initial position of the swing cam 20 is inclined such that the cam surface 24b moves away from the tappet 19. Therefore, when the swing cam 20 swings with the rotation of the drive shaft 13, the base circle surface 24 a is long and the tappet 19 is long.
And the period during which the cam surface 24b contacts the tappet 19 is short. Accordingly, the lift amount is reduced as a whole, and the angle range from the opening timing to the closing timing, that is, the operating angle is also reduced.

【0047】逆に、偏心カム部17が図の下方へ位置し
ているとすると、ロッカアーム18は全体として下方へ
位置し、揺動カム20の端部20aが相対的に下方へ押
し下げられた状態となる。つまり、揺動カム20の初期
位置は、そのカム面24bがタペット19に近付く方向
に傾く。従って、駆動軸13の回転に伴って揺動カム2
0が揺動した際に、タペット19と接触する部位が基円
面24aからカム面24bへと直ちに移行する。従っ
て、リフト量が全体として大きくなり、かつその作動角
も拡大する。
Conversely, assuming that the eccentric cam portion 17 is located downward in the figure, the rocker arm 18 is located entirely downward, and the end portion 20a of the swing cam 20 is relatively pushed downward. Becomes That is, the initial position of the swing cam 20 is inclined in a direction in which the cam surface 24 b approaches the tappet 19. Therefore, with the rotation of the drive shaft 13, the swing cam 2
When 0 is swung, the portion in contact with the tappet 19 immediately shifts from the base circular surface 24a to the cam surface 24b. Therefore, the lift amount is increased as a whole, and the operating angle is also increased.

【0048】上記の偏心カム部17の位置は連続的に変
化させ得るので、これに伴って、バルブリフト特性は、
図3に示すように、連続的に変化する。つまり、リフト
ならびに作動角を、両者同時に、連続的に拡大,縮小さ
せることができる。特に、このものでは、リフト・作動
角の大小変化に伴い、吸気弁12の開時期と閉時期とが
ほぼ対称に変化する。また、低リフトとなると、吸気弁
12の最大正加速度も低下する。
Since the position of the eccentric cam portion 17 can be continuously changed, the valve lift characteristic is accordingly changed.
As shown in FIG. 3, it changes continuously. That is, both the lift and the operating angle can be simultaneously enlarged and reduced simultaneously. In particular, in this case, the opening timing and the closing timing of the intake valve 12 change substantially symmetrically with the change in the lift / operating angle. When the lift becomes low, the maximum positive acceleration of the intake valve 12 also decreases.

【0049】次に、位相可変機構2は、図1に示すよう
に、上記駆動軸13の前端部に設けられたスプロケット
35と、このスプロケット35と上記駆動軸13とを、
所定の角度範囲内において相対的に回転させる位相制御
用油圧アクチュエータ36と、から構成されている。上
記スプロケット35は、図示せぬタイミングチェーンも
しくはタイミングベルトを介して、クランクシャフトに
連動している。上記位相制御用油圧アクチュエータ36
への油圧供給は、エンジンコントロールユニット33か
らの制御信号に基づき、第2油圧制御弁37によって制
御されている。なお、30は油圧ポンプである。この位
相制御用油圧アクチュエータ36への油圧制御によっ
て、スプロケット35と駆動軸13とが相対的に回転
し、図4に示すように、作動角の位相が遅進する。つま
り、リフト特性の曲線自体は変わらずに、全体が進角も
しくは遅角する。また、この変化も、連続的に得ること
ができる。位相可変機構2としては、油圧式のものに限
られず、電磁式アクチュエータを利用したものなど、種
々の構成が可能である。
Next, as shown in FIG. 1, the variable phase mechanism 2 includes a sprocket 35 provided at the front end of the drive shaft 13 and a sprocket 35 and the drive shaft 13.
And a phase control hydraulic actuator 36 that relatively rotates within a predetermined angle range. The sprocket 35 is linked to a crankshaft via a timing chain or a timing belt (not shown). The above phase control hydraulic actuator 36
The supply of hydraulic pressure to is controlled by a second hydraulic control valve 37 based on a control signal from the engine control unit 33. Reference numeral 30 denotes a hydraulic pump. By the hydraulic control of the phase control hydraulic actuator 36, the sprocket 35 and the drive shaft 13 rotate relatively, and the phase of the operating angle is advanced, as shown in FIG. That is, the lift characteristic curve itself does not change, and the whole is advanced or retarded. This change can also be obtained continuously. The phase variable mechanism 2 is not limited to a hydraulic type, and various configurations such as a type using an electromagnetic actuator are possible.

【0050】なお、リフト・作動角可変機構1ならびに
位相可変機構2の制御としては、実際のリフト・作動角
あるいは位相を検出するセンサを設けて、クローズドル
ープ制御するようにしても良く、あるいは運転条件に応
じて単にオープンループ制御するようにしても良い。
As the control of the variable lift / operating angle mechanism 1 and the variable phase mechanism 2, a sensor for detecting the actual lift / operating angle or phase may be provided to perform closed loop control, or Open loop control may be simply performed according to conditions.

【0051】図5は、上記可変動弁機構を吸気弁12側
に備えた筒内直噴型内燃機関の全体的な構成を示してい
る。この内燃機関は、シリンダヘッド側にペントルーフ
形の燃焼室51が凹設されているとともに、この燃焼室
51の略中心に点火プラグ52が配置されている。吸気
ポート53は、シリンダ内に順タンブル流を生成するよ
うに構成されており、ピストン54の冠面には、この順
タンブル流に沿うように、浅皿形燃焼室55が凹設され
ている。この浅皿形燃焼室55は、吸気側から排気側に
向かいピストン中心軸を通る平面(図の紙面と平行な平
面)における断面形状が、所定曲率半径の円弧に近似し
た略円筒面をなしている。そして、吸気ポート53の下
部(より詳しくは一対の吸気ポート53の間)に、シリ
ンダ中心線に対し斜め下向きとなる方向に向かって燃料
を噴射するように燃料噴射弁56が配置されており、こ
の燃料噴射弁56から噴射されたホロコーン状の噴霧F
の一部が上記点火プラグ52へ直線状に向かうように構
成されている。上記吸気ポート53に、ガス流動を制御
するために、吸気制御弁59を設けるようにしてもよ
い。なお、排気ポート57を開閉する排気弁58は、本
実施例では、可変動弁機構を具備しておらず、固定的な
リフト特性でもって開閉される。
FIG. 5 shows the overall configuration of an in-cylinder direct injection internal combustion engine having the above-described variable valve mechanism on the intake valve 12 side. In this internal combustion engine, a pent roof-shaped combustion chamber 51 is recessed on the cylinder head side, and an ignition plug 52 is disposed substantially at the center of the combustion chamber 51. The intake port 53 is configured to generate a forward tumble flow in the cylinder, and a shallow dish-shaped combustion chamber 55 is formed in the crown of the piston 54 so as to follow the forward tumble flow. . The shallow dish-shaped combustion chamber 55 has a substantially cylindrical surface whose cross-sectional shape in a plane passing through the center axis of the piston from the intake side to the exhaust side (a plane parallel to the plane of the drawing) approximates an arc having a predetermined radius of curvature. I have. A fuel injection valve 56 is disposed below the intake port 53 (more specifically, between the pair of intake ports 53) so as to inject fuel in a direction obliquely downward with respect to the cylinder center line. The hollow cone-shaped spray F injected from the fuel injection valve 56
Is configured so as to go straight to the ignition plug 52. The intake port 53 may be provided with an intake control valve 59 for controlling gas flow. In this embodiment, the exhaust valve 58 that opens and closes the exhaust port 57 does not have a variable valve mechanism and is opened and closed with a fixed lift characteristic.

【0052】次に、上記可変動弁機構の制御について図
6に示すフローチャートに基づいて説明する。
Next, control of the variable valve mechanism will be described with reference to a flowchart shown in FIG.

【0053】先ず、ステップ101において、機関回転
数、負荷、油温、水温等の機関運転条件を取り込み、ス
テップ102において、成層燃焼運転すべき領域である
か否かを判定する。成層燃焼領域と判断した場合は、続
くステップ103で、回転数および負荷に応じて、要求
吸気弁開時期(要求IVO)をマップ値から参照する。
この要求吸気弁開時期は、内部EGRにおける要求還流
率(EGR率)に対応しているため、上記のように機関
運転条件に応じてマップを参照してもよいし、あるい
は、シリンダ容積、前サイクルの運転空燃比、要求酸素
濃度に基づいて、要求値を算出するようにしてもよい。
First, in step 101, engine operating conditions such as engine speed, load, oil temperature, water temperature and the like are fetched, and in step 102, it is determined whether or not the engine is in a region where stratified combustion operation is to be performed. If it is determined that the stratified combustion region has occurred, in a succeeding step 103, the required intake valve opening timing (required IVO) is referred to from the map value according to the rotational speed and the load.
Since the required intake valve opening timing corresponds to the required recirculation rate (EGR rate) in the internal EGR, the map may be referred to according to the engine operating conditions as described above, or the cylinder volume, The required value may be calculated based on the operating air-fuel ratio of the cycle and the required oxygen concentration.

【0054】続くステップ104では、要求吸気弁閉時
期(要求IVC)を同様にマップを参照して読み込む。
そして、ステップ105において、要求IVOと要求I
VCとから必要な作動角と位相とを求め、ステップ10
6において、これらの値を設定する。
In step 104, the required intake valve closing timing (required IVC) is similarly read with reference to a map.
Then, in step 105, the request IVO and the request I
The required operating angle and phase are determined from VC and
At 6, these values are set.

【0055】上記の要求IVCは、例えば、図7に概略
の特性を示すようなマップから決定される。すなわち、
回転数および負荷が低い成層燃焼状態では、ガス流動が
少なく、成層度は燃料噴射弁56の噴霧形態、噴霧到達
距離(ペネトレーション)に依存する。これらの噴霧形
態や到達距離(ペネトレーション)は、いずれも周囲の
圧力(背圧)により変化する。筒内圧(背圧)が上昇す
れば、噴霧角ならびにペネトレーションは、基本的に縮
小し、逆に、筒内圧(背圧)が低下すれば、噴霧角なら
びにペネトレーションは、基本的に増大する。低速低負
荷域では、上述したように十分なガス流動が得られない
ので、筒内圧を低くして、ペネトレーションをある程度
大きく確保する必要がある。他方、負荷が上昇すると、
噴射量が増加し、ペネトレーションは本来的に増加し、
また、噴霧内の濃度も上昇するため、より高い背圧を与
えることで、噴霧を押しとどめ、成層化を図る必要がで
てくる。
The above-mentioned demand IVC is determined, for example, from a map whose characteristics are schematically shown in FIG. That is,
In the stratified combustion state where the rotation speed and the load are low, the gas flow is small, and the degree of stratification depends on the spray form of the fuel injection valve 56 and the spray reaching distance (penetration). Each of these spray forms and reach (penetration) changes depending on the surrounding pressure (back pressure). When the in-cylinder pressure (back pressure) increases, the spray angle and the penetration basically decrease. Conversely, when the in-cylinder pressure (back pressure) decreases, the spray angle and the penetration basically increase. In the low-speed low-load region, as described above, a sufficient gas flow cannot be obtained, so that it is necessary to lower the in-cylinder pressure to secure a certain amount of penetration. On the other hand, when the load increases,
The injection volume increases, the penetration increases inherently,
In addition, since the concentration in the spray also increases, it is necessary to suppress the spray and stratify by applying a higher back pressure.

【0056】図8は、吸気弁の開閉時期、排気弁の開閉
時期、噴射弁作動時期、ならびに点火時期の一例を示し
たものであり、成層燃焼の代表点として、低速低負荷、
低速中負荷、中速中負荷の3つの例を示している。この
図に示すように、この第1の実施の形態では、吸気弁閉
時期(IVC)は、下死点後にあり、低速低負荷では、
ペネトレーションを高めるように、つまり実圧縮比を低
めるように、遅角される。これに対し、低速中負荷とな
ると、ペネトレーションが本来的に高くなるので、実圧
縮比を高めるように、IVCは進角する。また低速域に
比較して、機関回転数が高い中速域では、IVCは相対
的に遅角する。
FIG. 8 shows an example of the opening / closing timing of the intake valve, the opening / closing timing of the exhaust valve, the operation timing of the injection valve, and the ignition timing.
Three examples of low-speed medium load and medium-speed medium load are shown. As shown in this figure, in the first embodiment, the intake valve closing timing (IVC) is after the bottom dead center, and at low speed and low load,
It is retarded so as to increase the penetration, that is, to lower the actual compression ratio. On the other hand, when the load is low and medium, the penetration is inherently high. Therefore, the IVC is advanced to increase the actual compression ratio. In the middle speed range where the engine speed is higher than in the low speed range, the IVC is relatively retarded.

【0057】一方、吸気弁開時期(IVO)の要求は、
前述したように、内部EGR率の要求に対応するもので
あるが、成層燃焼では、負荷上昇に伴い、燃料量の増加
によって排出されるガスの酸素濃度が低下すると同時
に、成層化された可燃部の当量比が上昇し、酸素濃度の
限界が希薄側に伸びることから、本実施形態では、負荷
の高低にかかわらず、IVOを概略一定に制御してい
る。
On the other hand, the request for the intake valve opening timing (IVO)
As described above, in response to the requirement of the internal EGR rate, in the stratified combustion, the oxygen concentration of the exhaust gas is decreased due to the increase in the fuel amount with the increase in the load, and at the same time, the stratified combustible portion is reduced. In this embodiment, the IVO is controlled to be substantially constant irrespective of the level of the load, since the equivalent ratio increases to the lean side.

【0058】次に、図9は、第2の実施形態における要
求IVCのマップを示し、図10は、この第2の実施形
態における図8と同様の図を示している。
Next, FIG. 9 shows a map of the request IVC in the second embodiment, and FIG. 10 shows a diagram similar to FIG. 8 in the second embodiment.

【0059】この第2の実施形態は、吸気弁閉時期(I
VC)を下死点よりも進角側とし、吸気行程の途中で閉
じることによって、実圧縮比を制御する点に特徴があ
る。なお、吸気弁開時期つまりバルブオーバラップに関
しては、前述した実施例と同様である。
In the second embodiment, the intake valve closing timing (I
VC) is set to be more advanced than the bottom dead center, and is closed during the intake stroke to control the actual compression ratio. Note that the intake valve opening timing, that is, the valve overlap, is the same as in the above-described embodiment.

【0060】このようなIVCの制御によっても、ペネ
トレーションを考慮した実圧縮比の制御が可能であり、
特に、吸気弁が閉じた後の筒内への熱の流入により、燃
料の微粒化が一層促進され、低負荷時の未燃率低下が図
れる。
Even with such IVC control, the actual compression ratio can be controlled in consideration of the penetration.
In particular, due to heat flowing into the cylinder after the intake valve is closed, atomization of the fuel is further promoted, and the unburned rate at low load can be reduced.

【0061】尚、図10には、高負荷側の均質燃焼時の
吸気弁開閉時期を参考として付記してある。この均質燃
焼領域の要求は、WOT要求からほぼ決まり、IVCは
極低回転では、概略下死点となり、回転上昇とともに遅
角化していく。また、IVOの要求は、残留ガスが過度
に増加しない程度までの進角化が要求される。従って均
質領域の開弁期間は、180°CA以上となる。
In FIG. 10, the intake valve opening / closing timing at the time of homogeneous combustion on the high load side is additionally shown for reference. The requirement of the homogeneous combustion region is substantially determined by the WOT requirement, and the IVC substantially reaches the bottom dead center at extremely low rotation, and the retardation is retarded as the rotation increases. In addition, the request for IVO requires that the angle be advanced to such an extent that the residual gas does not excessively increase. Therefore, the valve opening period of the homogeneous region is 180 ° CA or more.

【0062】これに対し、成層燃焼時の吸気弁開弁期間
は、180°CA以下となる。
On the other hand, the opening period of the intake valve during stratified combustion is 180 ° CA or less.

【0063】次に、図11は、第3の実施形態における
要求IVCのマップを示し、図12は、この第3の実施
形態における図8と同様の図を示している。
Next, FIG. 11 shows a map of the request IVC in the third embodiment, and FIG. 12 shows a diagram similar to FIG. 8 in the third embodiment.

【0064】この第3の実施形態は、排気弁58につい
ても、吸気弁側と同様のリフト・作動角可変機構と位相
可変機構とが設けられている点に特徴がある。そして、
特に、成層燃焼時には、バルブオーバラップをマイナス
オーバラップとしている。なお、排気弁側の可変動弁機
構は、前述した吸気弁側のものと同様の構成であるの
で、その説明は省略する。
The third embodiment is characterized in that the exhaust valve 58 is also provided with a lift / operating angle variable mechanism and a phase variable mechanism similar to those on the intake valve side. And
In particular, during stratified combustion, the valve overlap is set to minus overlap. The variable valve mechanism on the exhaust valve side has the same configuration as that on the intake valve side described above, and a description thereof will be omitted.

【0065】図13は、この排気弁側の可変動弁機構の
制御を流れを示すフローチャートである。これは、前述
した図6と同様のものであって、先ず、ステップ111
において、機関回転数、負荷、油温、水温等の機関運転
条件を取り込み、ステップ112において、成層燃焼運
転すべき領域であるか否かを判定する。成層燃焼領域と
判断した場合は、続くステップ113で、回転数および
負荷に応じて、要求排気弁閉時期(要求EVC)をマッ
プ値から参照する。この要求排気弁閉時期は、所定のマ
イナスオーバラップが得られるように、そのときの吸気
弁開時期に基づいて算出するようにしてもよい。
FIG. 13 is a flowchart showing the flow of the control of the variable valve mechanism on the exhaust valve side. This is the same as FIG. 6 described above.
, The engine operating conditions such as the engine speed, load, oil temperature, water temperature, etc. are fetched, and in step 112, it is determined whether or not the engine is in a region where stratified combustion operation is to be performed. If it is determined that the combustion area is in the stratified combustion region, in the next step 113, the required exhaust valve closing timing (required EVC) is referred to from the map value according to the rotational speed and the load. The required exhaust valve closing timing may be calculated based on the intake valve opening timing at that time so that a predetermined minus overlap is obtained.

【0066】続くステップ114では、要求排気弁開時
期(要求EVO)を同様にマップを参照して読み込む。
そして、ステップ115において、要求EVCと要求E
VOとから必要な作動角と位相とを求め、ステップ11
6において、これらの値を設定する。
In the following step 114, the required exhaust valve opening timing (required EVO) is similarly read with reference to a map.
Then, in step 115, the request EVC and the request E
The required operating angle and phase are obtained from VO and step 11
At 6, these values are set.

【0067】図12に明らかなように、成層燃焼時に、
マイナスオーバラップとすることにより、内部EGRガ
スの温度低下が防止され、筒内温度が上昇する。これに
より、噴霧の微粒化が促進され、未燃率がさらに低下す
る。また、微粒化で燃焼期間の短縮が図れ、等容度の上
昇が図れる。
As is clear from FIG. 12, during stratified combustion,
With the negative overlap, the temperature of the internal EGR gas is prevented from lowering, and the temperature in the cylinder increases. Thereby, atomization of the spray is promoted, and the unburned rate is further reduced. Further, the atomization can shorten the combustion period and increase the isocapacity.

【0068】なお、上記のようにマイナスオーバラップ
とする際に、図14に示すように、排気弁閉時期から上
死点までの期間aと、上死点から吸気弁開時期までの期
間bとが、b>aの関係となっている。これにより、図
15に概略的なPV線図を示すような特性となり、吸気
行程の初期に負圧が増加し、ガス流動が強化されるとと
もに、筒内温度が一層上昇する。
When the negative overlap is made as described above, as shown in FIG. 14, a period a from the exhaust valve closing timing to the top dead center and a period b from the top dead center to the intake valve opening timing b Are in a relationship of b> a. As a result, the characteristics shown in the schematic PV diagram in FIG. 15 are obtained, the negative pressure increases in the early stage of the intake stroke, the gas flow is strengthened, and the in-cylinder temperature further increases.

【0069】一方、要求EVOは、例えば、回転数が低
い成層状態では、排出する時間が長いため、下死点近傍
の設定とすることで膨張仕事が増加し、より効率向上に
つながる。回転数の上昇とともに、要求されるEVOは
進角する設定となる。
On the other hand, the required EVO is discharged for a long time in a stratified state with a low rotational speed, for example. Therefore, setting it near the bottom dead center increases the expansion work, which leads to further improvement in efficiency. The required EVO is set to advance as the rotational speed increases.

【0070】図16は、各実施形態での吸排気弁の開時
期および閉時期を比較して示したものであり、特に、ア
イドルのような低速低負荷時の特性を示している。
FIG. 16 shows a comparison between the opening timing and the closing timing of the intake and exhaust valves in each embodiment, and particularly shows the characteristics at low speed and low load such as idle.

【0071】また図17は、第1の実施形態における負
荷変化による吸気弁の開時期変化を示している。
FIG. 17 shows a change in the opening timing of the intake valve due to a change in the load in the first embodiment.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明に係る筒内直噴型内燃機関に用いられ
る可変動弁機構を示す斜視図。
FIG. 1 is a perspective view showing a variable valve mechanism used in a direct injection type internal combustion engine according to the present invention.

【図2】リフト・作動角可変機構を示す断面図。FIG. 2 is a sectional view showing a lift / operating angle variable mechanism.

【図3】リフト・作動角可変機構によるリフト・作動角
の特性変化を示す特性図。
FIG. 3 is a characteristic diagram showing a characteristic change of a lift / operating angle by a lift / operating angle variable mechanism.

【図4】位相可変機構によるバルブリフト特性の位相変
化を示す特性図。
FIG. 4 is a characteristic diagram showing a phase change of a valve lift characteristic by a variable phase mechanism.

【図5】筒内直噴型内燃機関全体の構成を示す断面図。FIG. 5 is a sectional view showing the configuration of the entire in-cylinder direct injection internal combustion engine.

【図6】吸気弁側可変動弁機構の制御を示すフローチャ
ート。
FIG. 6 is a flowchart showing control of an intake valve side variable valve mechanism.

【図7】第1の実施形態における要求IVCのマップ。FIG. 7 is a map of a request IVC in the first embodiment.

【図8】第1の実施形態における吸気弁開閉時期等を示
すタイムチャート。
FIG. 8 is a time chart showing intake valve opening / closing timing and the like in the first embodiment.

【図9】第2の実施形態における要求IVCのマップ。FIG. 9 is a map of a request IVC in the second embodiment.

【図10】第2の実施形態における吸気弁開閉時期等を
示すタイムチャート。
FIG. 10 is a time chart showing intake valve opening / closing timing and the like in a second embodiment.

【図11】第3の実施形態における要求IVCのマッ
プ。
FIG. 11 is a map of a request IVC in the third embodiment.

【図12】第3の実施形態における吸気弁開閉時期等を
示すタイムチャート。
FIG. 12 is a time chart showing intake valve opening / closing timing and the like in a third embodiment.

【図13】第3の実施形態における排気弁側可変動弁機
構の制御を示すフローチャート。
FIG. 13 is a flowchart illustrating control of an exhaust valve-side variable valve mechanism according to a third embodiment.

【図14】この第3の実施形態におけるバルブタイミン
グダイアグラム。
FIG. 14 is a valve timing diagram according to the third embodiment.

【図15】この第3の実施形態におけるPV線図。FIG. 15 is a PV diagram according to the third embodiment.

【図16】各実施形態の吸排気弁の開時期および閉時期
を比較して示すバルブタイミングダイアグラム。
FIG. 16 is a valve timing diagram showing a comparison between the opening timing and the closing timing of the intake and exhaust valves of the embodiments.

【図17】第1の実施形態における負荷変化による吸気
弁の開時期変化を示すバルブタイミングダイアグラム。
FIG. 17 is a valve timing diagram showing a change in the opening timing of the intake valve due to a load change in the first embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…リフト・作動角可変機構 2…位相可変機構 33…エンジンコントロールユニット 1: Variable lift / operating angle mechanism 2: Variable phase mechanism 33: Engine control unit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F02D 41/04 320 F02D 41/04 320 41/08 320 41/08 320 43/00 301 43/00 301E 301Z 301G 45/00 301 45/00 301H 312 312C Fターム(参考) 3G018 AA00 AB07 AB16 BA01 BA11 CA07 DA04 DA08 EA02 EA03 EA04 EA11 EA17 EA31 EA32 EA35 FA01 FA06 FA07 FA08 FA26 FA27 GA07 GA08 3G084 BA09 BA15 BA17 BA23 CA03 DA11 EB09 FA10 FA18 FA20 FA31 FA33 FA38 3G092 AA01 AA06 AA09 AA11 BA04 BA09 BB06 DA05 EC10 FA05 GA04 HA06Z HE01Z HE03Z HE06Z HE08Z HF08Z 3G301 HA01 HA04 HA19 JA04 KA07 MA01 MA11 MA18 NC04 PA11Z PA17Z PE01Z PE03Z PE08Z──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) F02D 41/04 320 F02D 41/04 320 41/08 320 41/08 320 43/00 301 43/00 301E 301Z 301G 45/00 301 45/00 301H 312 312C F-term (reference) 3G018 AA00 AB07 AB16 BA01 BA11 CA07 DA04 DA08 EA02 EA03 EA04 EA11 EA17 EA31 EA32 EA35 FA01 FA06 FA07 FA08 FA26 FA27 GA07 GA08 3G084 BA09 BA03 BA10 FA18 FA20 FA31 FA33 FA38 3G092 AA01 AA06 AA09 AA11 BA04 BA09 BB06 DA05 EC10 FA05 GA04 HA06Z HE01Z HE03Z HE06Z HE08Z HF08Z 3G301 HA01 HA04 HA19 JA04 KA07 MA01 MA11 MA18 NC04 PA11Z PA17Z PE01Z PE03Z08

Claims (14)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 シリンダヘッド側に凹設された燃焼室の
略中心に点火プラグが配置されるとともに、ピストンの
冠面に、順タンブル流に沿うように浅皿形燃焼室が凹設
され、かつ吸気ポートの下部に、シリンダ中心線に対し
斜め下向きとなる方向に向かって燃料を噴射するように
燃料噴射弁が配置され、この燃料噴射弁から噴射された
噴霧の一部が上記点火プラグへ直線状に向かうように構
成された筒内直噴型内燃機関において、 吸気弁の作動角中心を略一定に保ちつつ作動角ならびに
リフト量を変化させるリフト・作動角可変機構と、上記
作動角中心の位相を変化させる位相可変機構と、を備
え、成層燃焼時に噴霧のペネトレーションを最適化する
ようにバルブリフト制御を行うことを特徴とする筒内直
噴型内燃機関。
An ignition plug is disposed substantially at the center of a combustion chamber recessed on a cylinder head side, and a shallow dish-shaped combustion chamber is recessed on a crown surface of a piston along a forward tumble flow. A fuel injection valve is arranged below the intake port so as to inject fuel in a direction obliquely downward with respect to the cylinder center line, and a part of the spray injected from the fuel injection valve is transmitted to the ignition plug. A lift / operating angle variable mechanism for changing an operating angle and a lift amount while keeping a center of an operating angle of an intake valve substantially constant in an in-cylinder direct injection type internal combustion engine configured to go straight; A direct-injection type internal combustion engine, comprising: a variable phase mechanism that changes the phase of the fuel injection; and performing valve lift control to optimize the penetration of spray during stratified combustion.
【請求項2】 成層燃焼時に、均質燃焼時に比べて、吸
気弁の開時期を進角させるとともに閉時期を遅角させ、
かつ排気弁の閉時期は変化させないことを特徴とする請
求項1記載の筒内直噴型内燃機関。
2. In stratified charge combustion, the opening timing of the intake valve is advanced and the closing timing is retarded, as compared with homogeneous combustion.
2. The direct injection internal combustion engine according to claim 1, wherein the closing timing of the exhaust valve is not changed.
【請求項3】 成層燃焼時に、均質燃焼時に比べて、吸
気弁の開時期を進角させるとともに、閉時期は下死点よ
りも進角した位置とし、かつ排気弁の閉時期は変化させ
ないことを特徴とする請求項1記載の筒内直噴型内燃機
関。
3. In stratified charge combustion, the opening timing of the intake valve is advanced, the closing timing is advanced from the bottom dead center, and the closing timing of the exhaust valve is not changed as compared with homogeneous combustion. The in-cylinder direct injection internal combustion engine according to claim 1, wherein:
【請求項4】 成層燃焼時に、均質燃焼時に比べて、吸
気弁の作動角・リフト量が小さく制御されることを特徴
とする請求項1記載の筒内直噴型内燃機関。
4. An in-cylinder direct injection internal combustion engine according to claim 1, wherein the operating angle and lift of the intake valve are controlled to be smaller during stratified charge combustion than during homogeneous charge combustion.
【請求項5】 成層燃焼時に、均質燃焼時に比べて、排
気弁の閉時期は変化させることなく、吸気弁の開時期を
進角させ、かつ下死点後となる吸気弁の閉時期を負荷上
昇とともに進角させることを特徴とする請求項1記載の
筒内直噴型内燃機関。
5. In stratified charge combustion, the opening timing of the intake valve is advanced without changing the closing timing of the exhaust valve, and the closing timing of the intake valve after the bottom dead center is changed without changing the closing timing of the exhaust valve. 2. An in-cylinder direct injection internal combustion engine according to claim 1, wherein the internal combustion engine is advanced with the rise.
【請求項6】 成層燃焼時における吸気弁の閉時期の下
死点からの進角量が、負荷上昇とともに減少することを
特徴とする請求項3記載の筒内直噴型内燃機関。
6. An in-cylinder direct injection internal combustion engine according to claim 3, wherein the advance amount from the bottom dead center of the closing timing of the intake valve at the time of stratified combustion decreases as the load increases.
【請求項7】 成層燃焼時における吸気弁の作動角・リ
フト量が、機関回転数の上昇とともに増加することを特
徴とする請求項3記載の筒内直噴型内燃機関。
7. An in-cylinder direct injection internal combustion engine according to claim 3, wherein the operating angle and lift amount of the intake valve during stratified charge combustion increase as the engine speed increases.
【請求項8】 成層燃焼時における吸気弁の開時期は負
荷に拘わらず略一定であることを特徴とする請求項5記
載の筒内直噴型内燃機関。
8. An in-cylinder direct injection internal combustion engine according to claim 5, wherein the opening timing of the intake valve during stratified combustion is substantially constant regardless of the load.
【請求項9】 上記リフト・作動角可変機構は、作動角
・リフト量を縮小すると吸気弁の最大正加速度が低下す
る特性となっていることを特徴とする請求項1〜8のい
ずれかに記載の筒内直噴型内燃機関。
9. The variable lift / operating angle mechanism according to claim 1, wherein the maximum positive acceleration of the intake valve is reduced when the operating angle / lift amount is reduced. An in-cylinder direct injection internal combustion engine according to claim 1.
【請求項10】 アイドル成層燃焼時に、吸気弁開時期
を上死点よりも遅角させるとともに、閉時期をアイドル
均質燃焼時よりも遅角させることを特徴とする請求項1
記載の筒内直噴型内燃機関。
10. The engine according to claim 1, wherein at the time of idling stratified combustion, the opening timing of the intake valve is retarded from the top dead center, and the closing timing is retarded at the time of idle homogeneous combustion.
An in-cylinder direct injection internal combustion engine according to claim 1.
【請求項11】 排気弁の作動角中心を略一定に保ちつ
つ作動角ならびにリフト量を変化させる排気弁側のリフ
ト・作動角可変機構と、上記作動角中心の位相を変化さ
せる排気弁側の位相可変機構と、をさらに備えることを
特徴とする請求項1記載の筒内直噴型内燃機関。
11. A lift / operating angle variable mechanism on the exhaust valve side for changing the operating angle and the lift amount while keeping the operating angle center of the exhaust valve substantially constant, and the exhaust valve side for changing the phase of the operating angle center. The in-cylinder direct injection internal combustion engine according to claim 1, further comprising: a variable phase mechanism.
【請求項12】 成層燃焼時に、排気弁閉時期を上死点
よりも進角させるとともに、吸気弁開時期を上死点より
も遅角させて、マイナスオーバラップとすることを特徴
とする請求項11記載の筒内直噴型内燃機関。
12. During stratified charge combustion, the exhaust valve closing timing is advanced from the top dead center and the intake valve opening timing is delayed from the top dead center to make a negative overlap. Item 12. An in-cylinder direct injection internal combustion engine according to item 11.
【請求項13】 排気弁閉時期から上死点までの期間よ
りも上死点から吸気弁開時期までの期間が長いことを特
徴とする請求項12記載の筒内直噴型内燃機関。
13. An in-cylinder direct injection internal combustion engine according to claim 12, wherein a period from the top dead center to the intake valve opening timing is longer than a period from the exhaust valve closing timing to the top dead center.
【請求項14】 上記リフト・作動角可変機構は、駆動
軸により回転駆動される偏心カムと、この偏心カムの外
周に相対回転可能に嵌合したリンクアームと、上記駆動
軸と平行に設けられ、かつ偏心カム部を備えた回動可能
な制御軸と、この制御軸の偏心カム部に回転可能に装着
され、かつ上記リンクアームにより揺動されるロッカア
ームと、上記駆動軸に回転可能に支持されるとともに、
上記ロッカアームにリンクを介して連結され、該ロッカ
アームに伴って揺動することにより吸気弁を押圧する揺
動カムと、を備えており、上記制御軸の偏心カム部の回
動位置を変化させることにより吸気弁の作動角およびリ
フトが同時に増減変化するように構成されていることを
特徴とする請求項1〜13のいずれかに記載の筒内直噴
型内燃機関。
14. The lift / operating angle variable mechanism is provided in parallel with the drive shaft, an eccentric cam rotatably driven by a drive shaft, a link arm fitted to the outer periphery of the eccentric cam so as to be relatively rotatable. A rotatable control shaft having an eccentric cam portion, a rocker arm rotatably mounted on the eccentric cam portion of the control shaft and swinging by the link arm, and rotatably supported by the drive shaft. As well as
A swing cam that is connected to the rocker arm via a link and swings along with the rocker arm to press the intake valve, thereby changing a rotation position of the eccentric cam portion of the control shaft. The direct-injection internal combustion engine according to any one of claims 1 to 13, wherein the operating angle and the lift of the intake valve are simultaneously increased and decreased.
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