JP2002276395A - 内燃機関の吸気装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 可変動弁装置を駆動制御することにより吸入
空気量を調整でき、スロットル弁を省略可能な吸気装置
において、中負荷域でも十分な量の残留ガス量を確保
し、ポンピングロスの低減化，燃費向上を図る。 【解決手段】 少なくとも吸気弁の開時期及び閉時期を
変更可能な可変動弁装置と、この可変動弁装置を駆動制
御して吸入空気量を調整するＥＣＵ（制御手段）と、を
備える。中負荷域（ｂ）では、吸気弁の開時期を排気弁
の閉時期以後に遅角させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車等に用いら
れる内燃機関の吸気装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の内燃機関の吸気装置として、特開
平８−３３４０７０号公報には、コンパクト化及び製造
・組付の容易化を図るために、内燃機関の吸気ポートに
接続する吸気マニホールド（吸気通路形成体）を樹脂材
料により成形するとともに、この吸気マニホールド内に
エアクリーナを内蔵する技術が開示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この公
報の如き吸気装置では、以下の課題がある。すなわち、
吸気弁や排気弁のバルブリフト特性を変更可能な可変動
弁装置を用いて、中負荷域で所望の内部ＥＧＲ量（シリ
ンダ内に残留する燃焼ガスの量）を得るために、排気上
死点前後で吸気弁及び排気弁の双方が開弁するバルブオ
ーバーラップを付与したときに、高温の燃焼ガスが吸気
ポート側へ逆流して、樹脂製の吸気マニホールド（吸気
通路形成体）やエアクリーナに直接的に吹きかかり、こ
れらの損傷や耐久性の低下等を招くおそれがある。

【０００４】他の課題として、主としてスロットル弁に
より吸入空気量を調整する一般的なガソリン内燃機関で
は、周知のように、スロットル弁を絞ったときにスロッ
トル弁下流の吸気通路内が負圧となるために絞り損失を
生じてしまう。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明はこれらの課題に
鑑みてなされたものであり、請求項１の発明に係る内燃
機関の吸気装置は、少なくとも吸気弁の開時期及び閉時
期を変更可能な可変動弁装置と、この可変動弁装置を駆
動制御して吸入空気量を調整する制御手段と、を有し、
中負荷域では、吸気弁の開時期を排気弁の閉時期以後に
遅角させることを特徴としている。

【０００６】この請求項１に係る発明によれば、可変動
弁装置を駆動制御することにより吸入空気量を調整でき
るため、吸入空気量を調整するために吸気通路を絞るス
ロットル弁を敢えて必要とせず、構成の簡素化を図るこ
とができるとともに、スロットル弁を備えた内燃機関の
課題である絞り損失を解消することが可能となる。

【０００７】しかしながら、このようにスロットルレス
化した内燃機関では、吸気ポート内に十分な負圧が与え
られないので、中負荷域でバルブオーバーラップを与え
ても、十分な量の内部ＥＧＲ量（残留ガス量）を得るこ
とが難しい。そこで本発明では、中負荷域では吸気弁の
開時期を排気弁の閉時期以後に遅角させている。これに
より、中負荷域でも十分な量の残留ガス量を確保するこ
とが可能となる。

【０００８】好ましくは請求項２に係る発明のように、
機関本体の吸気ポートに接続する吸気通路形成体の少な
くとも一部が、主に軽量化の目的で、樹脂化されてい
る。

【０００９】更に好ましくは請求項３に係る発明のよう
に、主にコンパクト化の目的で、上記吸気通路形成体の
一部を構成するコレクタ内に、エアクリーナが内蔵され
ている。

【００１０】このように吸気通路形成体の一部が樹脂化
されていたり、コレクタ内にエアクリーナを内蔵してい
る場合、シリンダ内の燃焼ガスが吸気通路を逆流して吸
気通路形成体の樹脂部分やエアクリーナに吹きかかる
と、この部分の損傷や劣化を招くおそれがある。

【００１１】そこで、好ましくは請求項４に係る発明の
ように、上記中負荷域では、排気弁の閉時期を上死点よ
り遅角させる。この場合、上死点後にピストンが下降し
始める吸気行程の初期段階では、排気弁のみが開いてお
り、一旦排気ポートに排出された燃焼ガスが残留ガスと
して再びシリンダ内に導入された後、吸気ポートが開い
てシリンダ内に新気が導入される。この吸気ポートが開
く段階では、ピストン下降行程にあるため、シリンダ内
の残留ガスが吸気ポート側へ逆流するおそれはない。従
って、残留ガスの逆流による吸気通路形成体の樹脂部分
やエアクリーナの損傷や劣化を招くおそれなはい。

【００１２】あるいは請求項５に係る発明のように、上
記中負荷域では、排気弁の閉時期を上死点より進角させ
るとともに、この排気弁の閉時期から上死点までの期間
以上に、吸気弁の開時期を上死点より遅角させる。この
場合、排気上死点前のピストンが上昇する排気行程後半
において、排気弁が閉じられると、シリンダ内に残る残
留ガスがシリンダ内に封じ込められる。この後、上死点
を経てピストンが下降する吸入行程に入ると、一旦上昇
したシリンダ内の圧力が低下し、排気弁の閉時期から上
死点までの期間以上の期間が上死点以後に経過すると、
シリンダ内の圧力が実質的に負圧となり、これ以後に吸
気弁が開かれる。従って、シリンダ内に残る残留ガスが
吸気ポート側へ逆流するおそれはなく、残留ガスの逆流
による吸気通路形成体の樹脂部分やエアクリーナの損傷
や劣化を招くおそれなはい。

【００１３】請求項６に係る発明は、上記可変動弁装置
が、主に吸気弁又は排気弁の作動角を変更可能な作動角
変更機構を有し、この作動角変更機構は、機関運転状態
に応じて回転駆動される制御軸と、この制御軸に偏心し
て設けられた制御カムと、この制御カムの外周に回転自
在に外嵌するロッカーアームと、クランクシャフトから
伝達される回転動力により軸周りに回転する駆動軸と、
この駆動軸に揺動自在に外嵌し、吸気弁又は排気弁を押
圧駆動する揺動カムと、上記駆動軸に偏心して設けられ
た偏心カムと、この偏心カムの外周に回転自在に外嵌す
るとともに、先端部が上記ロッカーアームの一端部に回
転自在に連結される第１のリンクと、上記ロッカーアー
ムの他端部と上記揺動カムの先端部とに回転自在に連結
される第２のリンクと、を有することを特徴としてい
る。

【００１４】従って、クランクシャフトの回転に連動し
て駆動軸が軸周りに回転すると、偏心カムに外嵌する第
１リンクが移動し、この第１リンクの運動がロッカーア
ームの揺動運動に変換されて、第２リンクを介して揺動
カムが揺動する。この揺動する揺動カムが吸排気弁（吸
気弁又は排気弁）を押圧して、吸排気弁が開閉作動す
る。また、機関運転状態に応じて制御軸を回転駆動する
と、ロッカーアームの揺動中心となる制御カムの中心位
置が変化して、このロッカーアーム及び各リンクの姿勢
が変化し、揺動カムの揺動特性が変化する。これによ
り、吸排気弁の作動角（及びバルブリフト量）が連続的
に変更される。

【００１５】このような構成の作動角変更機構は、吸排
気弁を開閉駆動する揺動カムが駆動軸に同軸上に取り付
けられているため、揺動カムと駆動軸との軸ズレ等を生
じるおそれがなく、制御精度に優れていると共に、ロッ
カーアームや各リンクを駆動軸の周囲に集約させて、コ
ンパクト化を図ることができ、機関搭載性に優れてい
る。また、偏心カムと第１リンクとの軸受部分や、制御
カムとロッカーアームとの軸受部分のように、部材間の
連結部分の多くが面接触となっているため、潤滑が行い
やすく、耐久性，信頼性にも優れている。更に、この作
動角変更機構を、固定カム及びカムシャフトを備えた一
般的な固定動弁系に適用する場合にも、これら固定カム
及びカムシャフトの位置に揺動カム及び駆動軸を配置す
れば良く、レイアウトの変更が非常に少なくて済むた
め、その適用が極めて容易である。

【００１６】請求項７に係る発明は、上記可変動弁装置
が、クランクシャフトの位相に対する吸気弁又は排気弁
の作動角の中心位相を変更可能な位相変更機構を有して
いることを特徴としている。

【００１７】このような位相変更機構は、クランクシャ
フトから回転動力が伝達される上記駆動軸（又は固定動
弁系のカムシャフト）の一端部の周囲に集中的に配置で
きるため、上記の作動角変更機構と干渉することなく容
易に併用することが可能である。このように、位相変更
機構と作動角変更機構の双方を吸気弁又は排気弁の一方
に適用することにより、その吸気弁又は排気弁の開時期
と閉時期を互いに独立して調整することができ、更に高
度なバルブタイミングの制御を行うことができる。

【００１８】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、可変動弁
装置を駆動制御することにより、スロットル弁に頼らず
に吸入空気量を調整でき、かつ、中負荷域でも十分な量
の残留ガス量を与えることができ、ポンピングロスの低
減化，燃費向上を図ることができる。

【００１９】特に請求項２に係る発明によれば、吸気通
路形成体の少なくとも一部が樹脂化されているため、軽
量化，低コスト化を図ることができる。

【００２０】請求項３に係る発明によれば、吸気通路形
成体の一部を構成するコレクタ内にエアクリーナを内蔵
し、コンパクト化を図ることができる。

【００２１】請求項４又は５に係る発明によれば、シリ
ンダ内の残留ガスが吸気ポート側へ逆流して吸気通路形
成体の樹脂部分やエアクリーナの損傷，劣化を招く事態
を確実に回避することができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る吸気装置を、
４気筒ガソリン式内燃機関に適用した実施の形態につい
て、図面を参照して詳細に説明する。

【００２３】先ず、全実施形態に共通する構成及び作用
効果について、図１〜５を参照して説明する。各実施形
態の吸気装置には、吸排気弁（吸気弁又は排気弁）１の
バルブリフト特性（バルブタイミングやバルブリフト
量）を変更可能な可変動弁装置が設けられている。この
ような可変動弁装置の一例として、図５には、主に吸排
気弁１の作動角及びバルブリフト量を変更可能な作動角
変更機構１０と、クランクシャフト（図示省略）の回転
位相に対する吸排気弁１の作動角の位相（例えば中心位
相）を変更可能な位相変更機構２０と、が描かれてい
る。

【００２４】作動角変更機構１０は、互いに平行に気筒
列方向へ延びる駆動軸１１及び制御軸１２を有してい
る。駆動軸１１は、クランクシャフトから伝達される回
転動力により軸周りに回転する。この駆動軸１１には、
吸排気弁１のバルブリフタ２に接触可能な揺動カム１３
が回転自在に外嵌されているとともに、各気筒毎に偏心
カム１４が固定又は一体形成されている。この偏心カム
１４の外周面の軸心は駆動軸１１の軸心に対して偏心し
ており、この偏心カム１４の外周面にリング状の第１リ
ンク１５が回転自在に外嵌している。

【００２５】制御軸１２には、各気筒毎に制御カム１６
が固定又は一体形成されている。この制御カム１６の外
周面の軸心は制御軸１２の軸心に対して偏心しており、
この制御カム１６の外周面に、ロッカーアーム１７の中
央部が回転自在に外嵌している。このロッカーアーム１
７の一端部は第１リンク１５の先端部と回転自在に連結
されており、ロッカーアーム１７の他端部はロッド状の
第２リンク１８の一端部と回転自在に連結されている。
この第２リンク１８の他端部は揺動カム１３の先端部と
回転自在に連結されている。

【００２６】従って、クランクシャフトの回転に連動し
て駆動軸１１が軸周りに回転すると、偏心カム１４に外
嵌する第１リンク１５がほぼ並進方向に作動し、この第
１リンク１５の並進運動がロッカーアーム１７の揺動運
動に変換されて、第２リンク１８を介して揺動カム１３
が揺動する。この揺動する揺動カム１３が吸排気弁１の
バルブリフタ２に当接してこれを押圧することにより、
吸排気弁１が図外のバルブスプリングの反力に抗して開
閉駆動される。

【００２７】また、アクチュエータ１９により制御軸１
２を回転駆動すると、ロッカーアーム１７の揺動中心と
なる制御カム１６の中心位置が変化して、このロッカー
アーム１７及びリンク１５，１８の姿勢が変化し、揺動
カム１３の揺動特性が変化する。これにより、吸排気弁
１の作動角及びバルブリフト量の双方が連続的に変更さ
れる。なお、クランクシャフトの回転位相に対する吸排
気弁１の作動角の中心位相は、作動角変更機構１０の作
動によってほとんど変化することはない。

【００２８】このような構成の作動角変更機構１０は、
吸排気弁１を開閉駆動する揺動カム１３が駆動軸１１に
同軸上に取り付けられているため、揺動カム１３と駆動
軸１１との軸ズレ等を生じるおそれがなく、制御精度に
優れていると共に、ロッカーアーム１７や各リンク１
５，１８を駆動軸１１の周囲に集約させて、コンパクト
化を図ることができ、機関搭載性に優れている。また、
偏心カム１４と第１リンク１５との軸受部分や、制御カ
ム１６とロッカーアーム１７との軸受部分のように、部
材間の連結部分の多くが面接触となっているため、潤滑
が行いやすく、耐久性，信頼性にも優れている。更に、
この作動角変更機構１０を、固定カム及びカムシャフト
を備えた一般的な固定動弁系に適用する場合にも、これ
ら固定カム及びカムシャフトの位置に揺動カム１３及び
駆動軸１１を配置すれば良く、レイアウトの変更が非常
に少なくて済むため、その適用が極めて容易である。

【００２９】位相変更機構２０は、クランクシャフトの
回転位相に対する駆動軸１１（固定動弁系の場合にはカ
ムシャフト）の回転位相を変化させることにより、吸気
弁のリフト作動角の中心位相を連続的に変更するもの
で、ベーンを用いたタイプ、ヘリカルスプラインを用い
たタイプ等が公知であり、詳細な説明は省略する。

【００３０】制御手段としてのＥＣＵ（エンジンコント
ロールユニット）４は、各種センサ等により検出される
機関運転状態に基づいて、燃料噴射制御等の一般的なエ
ンジン制御を行う他、作動角変更機構１０のアクチュエ
ータ１９及び位相変更機構２０（又はそのアクチュエー
タ）の作動を制御して、吸排気弁１のバルブリフト特性
を変更制御する。

【００３１】後述する各実施形態では、少なくとも吸気
弁側に可変動弁装置が適用されており、ＥＣＵ４により
吸気弁のバルブリフト特性を変更制御することにより、
吸入空気量の調整を行うことができる。例えば、吸気弁
の閉時期を下死点よりも進角させることにより吸入空気
量を小さくでき、また吸気弁の作動角及びバルブリフト
量を小さくすることによっても吸入空気量を減少させる
ことができる。このため、吸入空気量を調整するための
スロットル弁を敢えて必要としない簡素な構造を実現で
きる。

【００３２】図１〜４は、吸気装置の概略構成を示す断
面対応図である。図１に示すように、シリンダヘッド３
０の吸気側の側壁３２には、気筒列を構成する複数（こ
の実施形態では４つ）の気筒の吸気ポート３４の一端が
開口しており、これら複数の吸気ポート３４のポート開
口部３５を覆うように、取付ブラケット３６が側壁３２
に固定されている。そして、この取付ブラケット３６
に、一つのコレクタ３８が直接的に取り付けられてお
り、このコレクタ３８内に、複数の吸気ポート３４にそ
れぞれ連通する複数の吸気ブランチ４０を突出させてい
る。

【００３３】コレクタ３８は、軽量な樹脂材料からなる
コレクタ上部分割体４２及びコレクタ下部分割体４４の
２部材により構成されている。つまり、主に軽量化の目
的で、吸気ポート３４に接続する吸気通路の形成体の一
部を構成する分割体４２，４４が樹脂化されている。両
分割体４２，４４の間にはエアクリーナ４６が介装され
ている。すなわち、図４に示すように、コレクタ上部分
割体４２とコレクタ下部分割体４４の間にエアクリーナ
４６及びガスケット４８を挟み込んだ状態で、例えばク
リップ５０により両分割体４２，４４が着脱可能に固定
されている。なお、分割体４２，４４には、クリップ取
付位置に適宜なクリップ係止部５２が凹設されており、
それ以外の部分では、図４の破線Ｈに示すように、上記
の係止部５２が形成されていない。

【００３４】このコレクタ３８の大部分を構成するコレ
クタ下部分割体４４は、例えば図３に示すように、一対
の上側ボルト５４により上側フランジ部５５が取付ブラ
ケット３６へ締結固定されるとともに、一対の下側ボル
ト５６により下側フランジ部５７がシリンダヘッド３０
又はシリンダブロック３１あるいはこれらの取付部材へ
締結固定される。

【００３５】コレクタ上部分割体４２には、図２に示す
ように、筒状の吸気取入口５８が一体的に形成され、こ
の吸気取入口５８にはガスケット６０を介して吸気取入
管６２が取り付けられている。この吸気取入管６２に
は、圧力調整弁６４が配設されている。この圧力調整弁
６４は、吸入空気量を調整するというよりは、むしろ機
関に必要な最低限の吸入負圧を得るために設けられてお
り、エンジン回転数，アクセル開度等の機関運転状態に
応じて上記ＥＣＵ４により駆動制御される。

【００３６】この圧力調整弁６４へ大きなゴミ等が噛み
込まないように、吸気取入管６２の入口部には、上記の
エアクリーナ４６に比して濾過機能の低い（目が粗い）
フィルタ６６が取り付けられている。

【００３７】コレクタ下部分割体４４は、図２に示すよ
うに、コレクタ３８内部へ向かって筒状に延び、吸気ブ
ランチ４０の一部を構成する複数の第１ブランチ構成部
６８と、吸気ポート３４へ燃料を噴射する燃料噴射弁７
０との干渉を回避するための凹部７２と、取付ブラケッ
ト３６に面接触状態で固定される取付プレート部７４
と、を有し、これらの各部６８，７２，７４が一体的に
形成されている。取付プレート部７４は、取付剛性を確
保するために他の部分に比して相対的に厚肉化されてい
る。

【００３８】取付ブラケット３６は、シリンダヘッド３
０と同様に剛性の高いアルミ合金等により形成されてお
り、各吸気ブランチ４０の一部を構成する筒状の第２ブ
ランチ構成部７６と、燃料噴射弁７０の取付ボス部７８
と、シリンダヘッド３０の側壁３２とコレクタ下部分割
体４４の取付プレート部７４との間に介装される取付プ
レート部８０と、を有し、これら各部７６，７８，８０
が一体的に形成されている。この取付ブラケット３６
は、典型的には図３に示すように複数のボルト８２によ
りシリンダヘッド３０の側壁３２に締結固定される。

【００３９】吸気ブランチ４０は、吸気ポート３４のポ
ート開口部３５からコレクタ３８内に開口するベルマウ
ス状のブランチ開口部８４までの吸気通路を形成する筒
状体を意味しており、この実施形態では、ガスケット８
６を介して嵌合する第１ブランチ構成部６８と第２ブラ
ンチ構成部７６とにより構成されている。

【００４０】以上のように、シリンダヘッド３０の側壁
３２に取り付けられる取付ブラケット３６にコレクタ３
８を直接的に取り付けているため、例えばシリンダヘッ
ドから機関幅方向へ突出する吸気ブランチ（又は吸気マ
ニホールド）の突出端部にコレクタを取り付ける場合に
比して、コレクタ３８の支持剛性が向上するとともに、
コレクタ３８へ作用する振動入力も低減される。また、
コレクタ３８がシリンダヘッド３０の側壁３２に近接配
置されるとともに、吸気ブランチ４０が実質的にコレク
タ３８内に内臓されることとなるため、吸気装置がコン
パクト化されるとともに、機関搭載性が向上する。

【００４１】このようなレイアウトを実現するために
は、吸気ブランチ４０の短縮化とコレクタ３８の大容量
化とが要求され、これら吸気ブランチ４０の短縮化とコ
レクタ３８の大容量化とは、吸気弁１のバルブリフト特
性を変更することにより吸入空気量を調整するシステム
を用いることにより達成できる。つまり、図１〜４に示
すような吸気装置のレイアウトは、吸入空気量を調整可
能な可変動弁装置（図５参照）を用いることにより実現
できる。

【００４２】この点について更に考察すると、コレクタ
の容量が小さくなると全開出力が低下するため、出力性
能の面ではコレクタ容量を大きくしたい。しかしなが
ら、主にスロットル弁により吸入空気量の調整を行う従
来構成では、コレクタ容量の増加に伴って吸気応答性が
低下してしまう。例えば加速したいときにスロットル弁
を開いても、スロットル弁の下流側に配置されるコレク
タの容積が大きいと、吸気弁付近の圧力（吸気流量）が
上昇するまでにかかる時間が長くなり、ひいては機関ト
ルクが上昇するまでの時間も長くなってしまう。減速時
も同様であり、コレクタ容量の増加に伴って、スロット
ル弁を閉じてからコレクタ内の圧力が低下するまでの時
間が長くなり、例えば機関トルクが低下してエンジンブ
レーキが効くまでの時間が長くなってしまう。これに対
し、コレクタよりも燃焼室に近い吸気弁１のバルブリフ
ト特性を変更することにより吸入空気量を調整する場
合、コレクタ容量を大きくしても上述したような吸気応
答性の低下を招くことはない。つまり、吸気応答性の低
下を懸念することなく、コレクタ容量を十分に大きくで
きる。

【００４３】再び図１を参照して、コレクタ３８は、シ
リンダヘッド３０の側壁３２に略沿う機関上下方向（図
１の上下方向）の寸法が、シリンダヘッド３０の側壁３
２と略直交する機関幅方向（図１の左右方向）の寸法に
比して長く設定されている。つまり、コレクタ３８は、
機関上下方向（シリンダ軸線方向）に沿う縦長の形状と
なっている。このため、機関幅方向へのコレクタ３８の
張出量が抑制されるとともに、シリンダヘッド３０下方
のデッドスペースを有効に使うことができ、コレクタ３
８の支持剛性及び機関搭載性が更に向上する。

【００４４】また、エアクリーナ４６が着脱可能なコレ
クタ上部分割体４２とコレクタ下部分割体４４との間に
介装されるとともに、コレクタ下部分割体４４に吸気ブ
ランチ４０の一部（第１ブランチ構成部６８）が形成さ
れ、この吸気ブランチ４０のブランチ開口部８４よりも
エアクリーナ４６が上方に配置されているため、コレク
タ上部分割体４２を取り外すことにより、コレクタ容積
の大部分をなすコレクタ下部分割体４４を機関本体であ
るシリンダヘッド３０から取り外すことなく、エアクリ
ーナ４６を容易に交換できるというメリットもある。

【００４５】また、後述する各実施形態では、シリンダ
から吸気ポート３４へ燃焼ガスが逆流しないように吸排
気弁の開閉時期を設定しているが、万が一にも吸気ポー
ト３４側へ燃焼ガスが吸気側へ逆流し、エアクリーナに
直接的にかかると、エアクリーナの損傷や劣化を招くお
それがある。そこで、図１に示すように、燃焼ガスが吐
出される吸気ブランチ４０の突出方向から外れた位置、
具体的には突出方向に対して略直角上方に、エアクリー
ナ４６を配置している。

【００４６】次に図６を参照して、第１実施形態に係る
吸気装置の構成及び作用効果について説明する。この実
施形態では、可変動弁装置として、吸気弁側には作動角
変更機構１０のみが適用され、排気弁側には位相変更機
構２０のみが適用されている。なお、後述する作用効果
を得るために、吸気弁の作動角の中心位相（開時期と閉
時期の中央の位相）は、排気上死点から約１００°遅角
した位相に設定されている。また、最大出力を向上する
等の目的で、排気弁の作動角は、排気行程の期間である
１８０°を越える大きな値に設定されている。

【００４７】始動時等のアイドル状態（ａ）では、要求
される吸入空気量が少ないため、吸気弁の閉時期を下死
点より進角させている。また、このようなアイドル状態
では、燃焼安定化を図るために、排気弁の閉時期を上死
点近傍とするとともに、吸気弁の開時期を上死点より大
きく遅らせている。つまり、シリンダ内の負圧が高くな
ったところで吸気弁が開くようにし、吸入流速を早め、
燃料の霧化（微粒化）を促進している。このような吸気
弁及び排気弁の開閉時期を得るために、アイドル状態
（ａ）では、吸気側の作動角変更機構１０により吸気弁
の作動角を中負荷域（ｂ）及び高負荷域（ｃ）よりも小
さくし、排気側の位相変更機構２０により排気弁の中心
位相を中負荷域（ｂ）よりも進角させている。

【００４８】全開域を含む高負荷域（ｃ）では、吸入空
気量を増加させるために、吸気弁の閉時期を下死点以後
へ遅らせている。また、このような高負荷域では燃焼状
態が比較的安定しているため、吸気弁の開時期をほぼ上
死点とし、ポンピングロスの低減化を図っている。この
ようなバルブタイミングを得るために、高負荷域（ｃ）
では、例えばアイドル状態（ａ）に比して、吸気弁の作
動角を大きくしている。

【００４９】中負荷域（ｂ）では、内部ＥＧＲ量（残留
ガス量）を増加させて、ポンピングロスを減らし、燃費
向上を図りたい。このような内部ＥＧＲ量を得るため
に、スロットル弁により吸入空気量を調整する一般的な
従来構成では、スロットル弁を絞ってスロットル下流側
に負圧を与えるとともに、排気上死点前後で吸気弁と排
気弁の双方が開いているバルブオーバーラップ区間を設
けている。これにより、排気上死点近傍で、ピストン上
昇に伴って燃焼ガスが排気ポートからシリンダ内を経て
負圧化されている吸気ポート側へ逆流する。この逆流し
た燃焼ガス（内部ＥＧＲ）は、続くピストン下降行程
（吸入行程）で排気弁が閉じられた後に、新気とともに
シリンダ内へ再び吸い込まれる。

【００５０】しかしながら、このような中負荷域でのバ
ルブオーバーラップを、本実施形態のような構成の吸気
装置に適用すると、以下のような問題がある。第１に、
本実施形態のようにコンパクト化・簡素化のためにコレ
クタ３８を樹脂化するとともに、このコレクタ３８内に
エアクリーナ４６を内蔵している構成で、バルブオーバ
ーラップにより高温の燃焼ガスが吸気側へ逆流すると、
高温の燃焼ガスによりコレクタ等の樹脂部品や、このコ
レクタ内に内蔵されているエアクリーナが汚れたり損
傷，劣化する可能性がある。第２に、本実施形態のよう
に吸入空気量の調整を主として吸気弁の開閉時期により
行うシステムの場合、中負荷域においても、コレクタ内
がほぼ大気圧（圧力調整弁６４によりわずかに負圧が与
えられている場合もある）となっており、上死点前に吸
気弁及び排気弁の双方が開いていても、シリンダ内から
吸気ポート側へ流れ込む燃焼ガス量（内部ＥＧＲ量）は
少ない。従って、所望の内部ＥＧＲ量が得られ難い。

【００５１】そこで本実施形態では、中負荷域（ｂ）で
バルブオーバーラップを行うことなく所望の内部ＥＧＲ
量を得るために、排気弁の閉時期を上死点後まで遅らせ
るとともに、吸気弁の開時期を排気弁の閉時期以後に設
定している。

【００５２】従って、ピストンが上昇する排気行程の
間、排気弁が開いているとともに吸気弁が閉じている。
続く排気上死点の直後も排気弁は開いたままであり、一
旦排気ポート側へ吐き出された燃焼ガスが、再度シリン
ダ内に取り込まれる。この間、吸気弁は閉じたままであ
るため、吸気ポート側へ燃焼ガスが逆流するおそれはな
い。内部ＥＧＲ量（残留ガス量）が適度になったところ
で、排気弁を閉じて燃焼ガスの取り込みを止め、しかる
後に吸気弁を開いて新気を吸い込む。これにより、吸気
側に燃焼ガスが吹き返すことなく、十分な内部ＥＧＲ量
を確保することができる。

【００５３】また、この実施形態では、排気弁の作動角
が１８０°より大きく設定されているため、排気弁閉時
期を上死点よりも遅角していくに従って、排気弁の開時
期が下死点へ近づくこととなり、膨張比及び熱効率が向
上して、燃費効果が向上する。

【００５４】更に言えば、この中負荷域（ｂ）では、上
記のアイドル状態（ａ）に比して要求される吸入空気量
が増すため、吸気弁の作動角を大きくする必要がある。
従って、図６（ｂ）に示すように、吸気弁の開時期が排
気弁の閉時期以後となる範囲で、吸気弁の作動角を可能
な限り大きくしている。この結果、排気弁の閉時期と吸
気弁の開時期とがほぼ同時期となっている。

【００５５】なお、吸気通路形成体が樹脂化されていな
い場合や、コレクタ内にエアクリーナが内蔵されていな
い場合のように、燃焼ガスの吸気側への逆流がある程度
許容される場合には、排気弁の閉時期を必ずしも上死点
以後に設定する必要はなく、吸気弁の開時期が排気弁の
閉時期以後、すなわちマイナスオーバーラップの設定で
あれば、所望の内部ＥＧＲ量を確保することができる。

【００５６】より好ましくは、第１実施形態に対し、吸
気弁側に位相変更機構２０を作動角変更機構１０ととも
に適用する。この場合、第１実施形態に比して構成が複
雑化するものの、吸気弁の開時期を第１実施形態と同様
に調整しつつ、エンジン回転数の上昇に伴って充填効率
が最大となるように、吸気弁の閉時期を吸気弁の開時期
とは独立して調整することが可能で、全運転域にわたり
出力向上が可能となる。

【００５７】次に図７を参照して、第２実施形態の吸気
装置について説明する。この実施形態では、第１実施形
態と同様、可変動弁装置として、吸気弁側には作動角変
更機構１０のみが適用され、排気弁側には位相変更機構
２０のみが適用されている。なお、吸気弁の中心位相
は、上記第１実施形態と同様、排気上死点より約１００
°遅角した位相に設定されている。一方、排気弁の作動
角は、１８０°以上ではあるものの、中負荷域（ｅ）で
排気弁の閉時期を上死点より進角させる等の関係で、上
記第１実施形態に比して小さく設定されている。

【００５８】アイドル状態（ｄ）及び高負荷状態（ｆ）
における排気弁の閉時期及び吸気弁の開時期の設定は、
上記第１実施形態とほぼ同様である。

【００５９】中負荷域（ｅ）では、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
りも遅角させている。そして、排気弁閉時期から上死点
までの期間Ａに対し、上死点から吸気弁の開時期までの
期間Ｂを長く設定している。

【００６０】従って、ピストンが上昇する排気行程後半
に排気弁が閉じられるとき、吸気弁が未だ開いていない
ため、シリンダ内に残る燃焼ガスが封じ込められる。つ
まり、排気弁の閉時期に応じて内部ＥＧＲ量（残留ガス
量）が調整される。この燃焼ガスは、上死点までの期間
Ａ、圧縮される。この排気上死点後にピストンが下降す
る吸気行程の前半に入っても吸気弁を閉じたままとする
ことにより、シリンダ内の残留ガスが膨張し、シリンダ
内の圧力が低下する。そして、上死点から所定の期間Ｂ
（Ｂ＞Ａ）が経過すると、シリンダ内の圧力が低下して
実質的に負圧となり、この後に吸気弁が開かれる。つま
り、ピストンが下降する吸入行程中に、筒内に封じ込め
られた燃焼ガスが再度膨張し、筒内の圧力が吸気ポート
側の圧力以下となってから、吸気弁を開いて新気を取り
込む。従って、シリンダ内に残る燃焼ガスが吸気側へ逆
流することなく、十分な量の残留ガス量（内部ＥＧＲ
量）を得ることができる。また、排気弁閉時期を上死点
よりも早めて燃焼ガスを封じ込めているため、同じ内部
ＥＧＲ量を得るためにバルブオーバーラップを与える場
合に比して、排気が排気弁の開口部を通過する際のポン
ピングロスが減少し、燃費効果が向上する。

【００６１】しかしながら、この第２実施形態のよう
に、排気弁の開閉時期を位相変更機構２０のみにより調
整し、この排気弁の作動角をエンジン最大出力要求等に
より１８０°以上に設定している場合、中負荷域（ｅ）
で内部ＥＧＲを稼ぐために排気弁の閉時期を上死点より
も進角させると、排気弁の開時期も不可避的に下死点前
に大きく進角していき、膨張比が低下して燃費の低下を
招いてしまう。つまり、排気弁の開閉時期を位相変更機
構２０のみにより調整する場合、出力と燃費の両立が難
しい。

【００６２】そこで、図８に示す第３実施形態では、可
変動弁装置として、吸気弁側に作動角変更機構１０が適
用され、排気弁側に作動角変更機構１０及び位相変更機
構２０の双方が適用されている。このように、排気弁側
に作動角変更機構１０及び位相変更機構２０の双方を適
用した場合、第２実施形態に比して構成が複雑化する反
面、排気弁の開時期と閉時期を互いに独立して調整する
ことが可能となる。従って、排気弁の閉時期及び高負荷
域（ｉ）での排気弁の開時期を第２実施形態と同じ様に
調整しつつ、アイドル状態（ｇ）及び中負荷域（ｈ）に
おける排気弁の開時期を上死点近傍に設定することがで
き、上述した出力と燃費の両立が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る内燃機関の吸気装置の概略を示す
断面対応図。

【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う断面対応図。

【図３】コレクタ及び取付ブラケットの取付態様を示す
概略構成図。

【図４】コレクタ上部分割体とコレクタ下部分割体との
取付態様を示す説明図。

【図５】可変動弁装置の一例としての作動角変更機構及
び位相変更機構を示す斜視図。

【図６】本発明の第１実施形態に係る吸気弁及び排気弁
の開閉時期を示す特性図。

【図７】本発明の第２実施形態に係る吸気弁及び排気弁
の開閉時期を示す特性図。

【図８】本発明の第３実施形態に係る吸気弁及び排気弁
の開閉時期を示す特性図。

【符号の説明】

４…ＥＣＵ４（制御手段） １０…作動角変更機構（可変動弁装置） ２０…位相変更機構（可変動弁装置） ３８…コレクタ ４６…エアクリーナ

───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｆ０２Ｍ 35/104 Ｆ０２Ｍ 35/10 １０２Ｎ 35/10 ３０１Ｒ (72)発明者 青山 俊一 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 杉山 孝伸 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 Ｆターム(参考） 3G018 AA01 AA06 AB07 AB17 BA19 BA33 BA34 CA13 DA11 EA13 EA14 EA31 EA32 FA08 FA26 GA07 3G092 AA11 DA01 DA02 DA05 DA09 DA12 DG05 EA03 EA04 EA22 FA21 FA25 FA36 FA50 GA04 GA05 GA06

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも吸気弁の開時期及び閉時期を
   変更可能な可変動弁装置と、この可変動弁装置を駆動制
   御して吸入空気量を調整する制御手段と、を有し、 中負荷域では、吸気弁の開時期を排気弁の閉時期以後に
   遅角させることを特徴とする内燃機関の吸気装置。
2. 【請求項２】 機関本体の吸気ポートに接続する吸気通
   路形成体の少なくとも一部が樹脂化されていることを特
   徴とする請求項１に記載の内燃機関の吸気装置。
3. 【請求項３】 上記吸気通路形成体の一部を構成するコ
   レクタ内に、エアクリーナが内蔵されていることを特徴
   とする請求項２に記載の内燃機関の吸気装置。
4. 【請求項４】 上記中負荷域では、排気弁の閉時期を上
   死点より遅角させることを特徴とする請求項２又は３に
   記載の内燃機関の吸気装置。
5. 【請求項５】 上記中負荷域では、排気弁の閉時期を上
   死点より進角させるとともに、この排気弁の閉時期から
   上死点までの期間以上に、吸気弁の開時期を上死点より
   遅角させることを特徴とする請求項２又は３に記載の内
   燃機関の吸気装置。
6. 【請求項６】 上記可変動弁装置が、主に吸気弁又は排
   気弁の作動角を変更可能な作動角変更機構を有し、 この作動角変更機構は、機関運転状態に応じて回転駆動
   される制御軸と、この制御軸に偏心して設けられた制御
   カムと、この制御カムの外周に回転自在に外嵌するロッ
   カーアームと、クランクシャフトから伝達される回転動
   力により軸周りに回転する駆動軸と、この駆動軸に揺動
   自在に外嵌し、吸気弁又は排気弁を押圧駆動する揺動カ
   ムと、上記駆動軸に偏心して設けられた偏心カムと、こ
   の偏心カムの外周に回転自在に外嵌するとともに、先端
   部が上記ロッカーアームの一端部に回転自在に連結され
   る第１のリンクと、上記ロッカーアームの他端部と上記
   揺動カムの先端部とに回転自在に連結される第２のリン
   クと、を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれ
   かに記載の内燃機関の吸気装置。
7. 【請求項７】 上記可変動弁装置が、クランクシャフト
   の位相に対する吸気弁又は排気弁の作動角の中心位相を
   変更可能な位相変更機構を有していることを特徴とする
   請求項１〜６のいずれかに記載の内燃機関の吸気装置。