內燃機的氣門控制裝置的製作方法

2023-06-02 21:41:36

專利名稱：內燃機的氣門控制裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種在1個氣缸上具有排氣門與多個吸氣門的內燃機的氣門控制裝置。
背景技術：
近年來，為了與內燃機的運轉狀態相對應而得到適當的吸排氣性能，提出了多種可控制改變吸氣門或排氣門的開閉時間、提升量的氣門控制裝置。作為這樣的現行的氣門控制裝置之一，可知一種變更相對凸輪軸的吸氣凸輪的相位(以下稱為「凸輪相位」)的類型的控制裝置(例如，參照特開平7-301144號公報)。這種類型的氣門控制裝置，通過連續改變凸輪相位，而連續地控制吸氣門的開閉時間。例如，在內燃機高負荷運轉時，由於控制裝置根據內燃機的轉數連續地改變吸氣門的開閉時間，故最大限地有效利用吸氣的慣性效果、提高充填效率、而提高輸出。另一方面，在內燃機的低負荷運轉時，控制裝置通過提早吸氣門的開閉時間，而延長與排氣門的氣門同開時間(兩氣門一起打開的時間)，增多內部EGR量，使燃燒溫度降低並減少排出NOx量。
另外，作為現行的另一類型的氣門控制裝置，可知一種由具有互不相同的規定的凸輪輪廓的低速凸輪及高速凸輪分別構成吸氣凸輪及排氣凸輪，並且在低速凸輪與高速凸輪之間切換各凸輪的凸輪輪廓的控制裝置(例如，參照特開昭62-12811號公報)。該氣門控制裝置，通過在低速旋轉及高速旋轉時分別將吸·排氣凸輪切換為低速凸輪與高速凸輪，而在各旋轉區域得到最佳的吸·排氣門的開閉時間及提升量，確保高吸排氣效率，以實現高的發動機性能。另外，這種類型的其他的公知的氣門控制裝置，通過設定吸氣凸輪的一個凸輪輪廓、使以微小的提升量開閉吸氣門，而使渦流發生，即使在稀薄的混合氣中也確保穩定的燃燒狀態，以此提高燃料消耗率，並且解除在吸氣門處的燃料積存(例如，參照特開平7-97971號公報)。
進一步，再一類型的公知的氣門控制裝置，利用電磁鐵開閉吸氣門及排氣門(例如，參照特開平8-200025號公報)。該氣門控制裝置在各氣缸上設置有主·副吸氣門及主·副排氣門，並設有分別驅動這4個吸·排氣門的電磁式氣門機構。各電磁式氣門機構具有相互對向的2個電磁鐵、被配置在兩電磁鐵之間並與對應的吸、排氣門相連接的銜鐵、和作用於銜鐵的2個螺旋彈簧等，在該電磁式氣門機構中，通過控制兩電磁鐵的通電，而將銜鐵交替吸引至各電磁鐵上，開閉吸·排氣門。從而，通過控制通電時間，可隨意控制吸·排氣門的開啟時間及關閉時間。另外，在兩電磁鐵為非通電狀態時，通過利用兩螺旋彈簧的彈力的平衡，將銜鐵保持在兩電磁鐵間的中立位置，而使吸·排氣門保持在開啟狀態。
另外，在該氣門控制裝置中，主吸氣門及副吸氣門對應內燃機的運轉狀態、以不同的組合被驅動。具體地講，由於在低速旋轉·低負荷狀態中，將主吸氣門停止而僅使副吸氣門工作，在中速旋轉·中負荷狀態中，相反，將副吸氣門停止而僅使主吸氣門工作，故一邊使渦流發生一邊與運轉狀態相平衡供給吸入空氣量，以確保穩定的燃燒狀態，並且在高速旋轉·高負荷狀態中，使主·副吸氣門兩者進行工作，以確保高輸出。
但是，上述的現行的氣門控制裝置中的、可改變凸輪相位的第1類型，只不過是使相對凸輪軸的吸氣凸輪的相位改變。由於吸氣門的開角時間一定，所以，若設定吸氣門的開啟時間，則自動地決定了關閉時間。這樣，在所有的旋轉區域及負荷區域中，不能同時得到最佳的開啟時間與最佳的關閉時間。例如，在低速時，以得到在燃燒變動界限內的最小燃料消耗率而設定開、關閉時間，另一方面，在中高速時，最好以最大限地提高轉矩而設定開、閉時間，但在該氣門控制裝置中是很難實現的。
另外，切換凸輪輪廓的現行的第2類型的氣門控制裝置，僅僅具有2階段可切換的凸輪輪廓，由此得到的吸、排氣門的開閉時間及提升量也只不過仍以2階段進行變化。這樣，在所有的旋轉區域及負荷區域不能得到最佳的開閉時間與提升量。
與此相對，由於具有電磁式氣門機構的現行的第3類型的氣門控制裝置可隨意地控制吸、排氣門的開啟時間及關閉時間，故該氣門控制裝置在所有的旋轉區域及負荷區域中具有可實現最佳的開閉時間的優點。但是，在該氣門控制裝置中，由於利用電磁式氣門機構驅動所有的吸、排氣門，故增大了電消費量，其結果降低了燃料消耗率。另外，由於電磁式氣門機構的電磁鐵或銜鐵等由磁體構成，故該氣門控制裝置具有會增大重量及量產成本的缺陷。
另外，在該氣門控制裝置中，由於通過基於2個電磁鐵產生對銜鐵的吸引來進行吸氣門的開閉，故吸氣門的提升量為一定，難以將其以微小提升量進行開閉。這樣，在將主吸氣或副吸氣門停止時，不得不將其保持在全閉狀態。這樣，根據內燃機的運轉條件，長時間繼續該主·副吸氣門的全閉停止狀態，由燃燒產生的碳會成為粘於停止著的吸氣門及其氣門座上的狀態，在這種情況下，在以後的工作再開動時，由於從氣門座強制地拉開吸氣門而有損於與氣門座的密封性。另外，因由吸氣門的全閉停止產生燃料積存，而在工作再開動時混合氣體過濃，使排氣特性變差。
進一步，在該氣門控制裝置中，在銜鐵被吸引至電磁鐵上時、或在電磁鐵之間移動的過程中，在對銜鐵作用機械衝擊或某種震動的情況下，在氣門控制裝置上會發生吸、排氣門由螺旋彈簧的彈力被回復至中立位置的現象(以下稱為(失調現象))。而且，在這種失調現象發生在排氣門側時，特別在壓縮衝程及爆發衝程中，未燃燒氣體經失調的排氣門排出到外部，產生排氣特性變差。

發明內容
本發明為了實現解決上述問題點，其目的在於提供一種通過對應內燃機的運轉狀態最佳地設定吸氣門的開啟時間及關閉時間，而實現燃料消耗率及輸出的提高，並且可解除吸氣門處的燃料積存或與氣門座的粘著，另外，可減少成本及重量的內燃機的氣門控制裝置。
為了實現該目的，本發明是一種對設在1個氣缸上的排氣門及第1、第2吸氣門的開閉動作進行控制的內燃機的氣門控制裝置，包括由電磁力開閉第1吸氣門的電磁式氣門機構，和通過設在與該內燃機的旋轉同步被驅動的凸輪軸上的吸氣凸輪開閉來第2吸氣門、並且可在氣缸的燃燒室內產生缸內流動的凸輪式氣門機構，和對電磁式氣門機構及凸輪式氣門機構進行控制的控制裝置。
在該內燃機的氣門控制裝置中，設在1個氣缸上的第1及第2吸氣門中的第1吸氣門，通過電磁式氣門機構利用電磁力進行開閉，電磁式氣門機構的動作由控制裝置進行控制。從而，由於可隨意控制第1吸氣門的開啟時間及關閉時間，故可實現與所有的發動機的運轉狀態相對應的最佳的開閉時間。另一方面，第2吸氣門通過凸輪式氣門機構、由與內燃機的旋轉同步被驅動的凸輪軸的吸氣凸輪進行開閉。該凸輪式氣門機構在氣缸的燃燒室內產生以渦流為代表的缸內流動，並且其動作由控制裝置進行控制。
從而，通過與各自的運轉狀態相對應適當地組合第1吸氣門的開閉時間的設定與基於第2吸氣門的缸內流動的發生·停止，能夠得到與運轉狀態相對應的最佳的燃料消耗率與輸出。例如，在低速旋轉·低負荷運轉狀態下，通過由第2吸氣門產生缸內流動，即使在稀薄的混合氣中也能確保穩定的燃燒狀態，並且通過將第1吸氣門的開閉時間設定在燃燒變動界限附近，而能夠得到最佳的燃料消耗率。另外，在高速旋轉·高負荷運轉狀態下，通過使由第2吸氣門產生的缸內流動停止，而使吸入空氣量增大，並且通過將第1吸氣門的開閉時間設定在輸出界限附近，能夠得到最大限的輸出。
另外，第2吸氣門，因為不由電磁式氣門機構、而由凸輪式氣門機構進行驅動，所以與由電磁式氣門機構驅動兩吸氣門的現行的氣門控制裝置相比較、可降低成本及重量。
最好是在上述氣門控制裝置中，凸輪式氣門機構，具有可將吸氣凸輪的凸輪輪廓切換為通過以微小提升量開閉第2吸氣門而產生缸內流動的微提升凸輪、和以比微小提升量大的提升量開閉第2吸氣門的普通提升凸輪的凸輪輪廓切換機構。
根據上述結構，開閉第2吸氣門的凸輪氣門機構，具有凸輪輪廓切換機構，在將凸輪輪廓切換為微提升凸輪時，通過以微小提升量開閉第2吸氣門而產生缸內流動。這樣，在產生缸內流動的過程中，因為以微小提升量開閉第2吸氣門，所以可解除第2吸氣門處的燃料積存，能夠防止缸內流動剛停止後的混合氣的過濃，並且即使缸內流動產生期間較長，由燃燒產生的碳也不會粘在第2吸氣門及其氣門座上，可解除兩者的粘著。另外，例如在高速旋轉狀態或高負荷狀態時，通過將凸輪輪廓切換為普通提升凸輪，可提高吸入空氣量並確保較大的輸出。
最好是在上述氣門控制裝置中，凸輪式氣門機構，在第2吸氣門的上遊側具有渦流控制閥。
根據上述結構，通過與內燃機的運轉狀態相對應、使渦流控制閥工作，而產生作為缸內流動的渦流，並且通過停止渦流控制閥，而能夠得到高輸出。另外，因為第2吸氣門本身一般由凸輪式氣門機構進行開閉，所以與上述相同，不會發生第2吸氣門處的燃料積存或與氣門座的粘著。
最好是在上述氣門控制裝置中，進而具有檢測該內燃機的運轉狀態的運轉狀態檢測裝置、和根據檢測出的內燃機的運轉狀態、分別決定電磁式氣門機構及凸輪式氣門機構的動作模式的動作模式決定裝置。
根據上述結構，因為與檢測出的內燃機的運轉狀態相對應來決定電磁式氣門機構的動作模式，所以可將第1吸氣門的開啟時間及關閉時間，與實際運轉狀態相對應，在所有的旋轉區域及負荷區域進行最佳的設定。進一步，因為凸輪式氣門機構的動作模式也由與檢測出的運轉狀態相對應而決定，所以使基於凸輪式氣門機構的缸內流動的產生與實際運轉狀態相對應、得以適當地進行。
最好是在上述氣門控制裝置中，進而具有通過設在與該內燃機的旋轉同步被驅動的凸輪軸上的排氣凸輪來開閉排氣門的凸輪式排氣門氣門機構。
根據上述結構，排氣門與第2吸氣門相同，因為不由電磁式氣門機構而由凸輪式氣門機構進行驅動，所以在該部分可進一步降低成本及重量。另外，與現行不同，因為在排氣門側不產生電磁式氣門機構的失調現象，所以不存在基於經失調的排氣門排出未燃燒氣體的排氣特性變差的缺陷。


圖1是表示本發明的實施例1的內燃機的氣門控制裝置的概略結構的方塊圖。
圖2是表示吸氣門及排氣門的配置的示意圖。
圖3是表示吸、排氣門及氣門控制裝置的2氣缸部分的結構及配置的俯視圖。
圖4是表示第1吸氣門的停止模式的渦流發生狀況的示意圖。
圖5是表示由圖1的ECU實行的氣門控制過程的流程圖。
圖6是運轉區域圖的一例。
圖7A和B是分別表示低速旋轉狀態及WOT區域的第1吸氣門的開閉時間的設定例的示意圖。
圖8是表示在本發明的實施例2中採用的渦流控制閥及由它產生渦流的狀況的立體圖。
具體實施例方式
以下，參照附圖對本發明實施例1的內燃機的氣門控制裝置進行說明。圖1示出了實施例1的內燃機的氣門控制裝置的概略結構。該內燃機(以下稱為「發動機」)3，是被搭載在未圖示的車輛上的串聯4氣缸(圖3中圖示2氣缸)SOHC型的汽油發動機。如圖2所示，在各氣缸4上設有第1、第2吸氣門IV1、IV2和第1、第2排氣門EV1、EV2。在本實施例中，第1吸氣門IV1由電磁式氣門機構5進行開閉，第2吸氣門IV2由凸輪式氣門機構6進行開閉，兩排氣門EV2、EV2由凸輪式排氣門氣門機構7進行開閉。此外，由吸氣門IV1、IV2進行開閉的吸氣門口(未圖示)以及由排氣門EV1、EV2進行開閉的排氣門口(未圖示)分別與單一的吸氣通路8及排氣通路9(參照圖4)相連通，從燃料噴射閥(未圖示)向吸氣通路5噴射燃料。
電磁式氣門機構5，具有上下2個電磁鐵5a、5a，和被配置在兩電磁鐵5a、5a之間的、與第1吸氣門IV1相連接的銜鐵(未圖示)，和對銜鐵施與彈簧力的2個螺旋彈簧(未圖示)等，通過來自後述的ECU2的驅動信號，控制兩電磁鐵5a、5a成為激磁狀態/非激磁狀態，通過銜鐵相互吸引，而開閉第1吸氣門IV1。從而，通過控制該驅動信號的輸出時間，能夠隨意控制第1吸氣門IV1的開啟時間及關閉時間。此外，在第1吸氣門IV1上，設置有檢測其閥門體位置的位移傳感器(未圖示)。位移傳感器的檢測信號輸出給ECU2。
另外，如圖3所示，在串聯的4個氣缸4中的兩側各2個的氣缸4、4中，以相鄰的方式配置第1吸氣門IV1、IV1，驅動這些相鄰的第1吸氣門IV1、IV1的電磁式氣門機構5、5被作為1組件構成。因為通過這樣的組件狀結構，對於4個氣缸4隻需搭載2個電磁式氣門機構組件即可，所以易於搭載及組裝。
驅動第2吸氣門IV2的凸輪式氣門機構6，由凸輪軸10，和一體設置在凸輪軸10上的吸氣凸輪11，和由吸氣凸輪11進行驅動並用於將凸輪軸10的旋轉運動轉換為第1吸氣門IV1的往復運動的可自由轉動的搖臂12，和用於切換吸氣凸輪11的凸輪輪廓的凸輪輪廓切換機構(以下稱為「VTEC」)13等構成。凸輪軸10經從動鏈輪及定時鏈(均未圖示)與發動機3的曲軸(未圖示)相連接，通過曲軸、以其每轉2周而旋轉1周的比例進行驅動。
如圖3所示，吸氣凸輪11，由具有很低的凸輪凸出面的微提升凸輪11a、和具有比提升凸輪11a高的凸輪輪廓的低速凸輪11b(普通提升凸輪)構成。這些微提升凸輪11a及低速凸輪11b由VTEC13進行切換，據此，第2吸氣門IV2的動作模式被切換為停止模式與工作模式。在該停止模式中，第2吸氣門IV2，以與微提升凸輪11a的凸輪輪廓相對應的微小提升量進行開閉，據此，如圖4所示，在氣缸4內產生從第1吸氣門IV1向第2吸氣門IV2沿橫方向流動的渦流作為缸內流動。另一方面，在工作模式中，第2吸氣門IV2以與低速凸輪11b的凸輪輪廓相對應的、較大的提升量與開閉時間進行開閉，可得到較大的輸出。VTEC13的動作，通過由來自ECU2的驅動信號控制VTEC電磁控制閥13a和改變向VETC13供給的油壓而進行控制。
另外，驅動第1及第2排氣門EV1、EV2的凸輪式排氣門氣門機構7，由上述凸輪軸10、一體設在凸輪軸10上的排氣凸輪14、14、和排氣門側搖臂15、15等構成。兩排氣門EV1、EV2以與排氣凸輪14的凸輪輪廓相對應的一定的提升量及開閉時間進行開閉。
另一方面，在曲軸的周圍設有曲軸轉角傳感器16(運轉狀態檢測裝置)。該曲軸轉角傳感器16隨著曲軸的旋轉、在各個規定的曲軸轉角位置發生作為脈衝信號的CYL信號、TDC信號及CRK信號，並將發生的信號輸出到ECU2。具體地講，使CYL信號在特定的氣缸4的規定曲軸轉角位置發生。TDC信號，是表示各氣缸4的活塞(未圖示)處於吸氣衝程開始時的上死點(TDC)附近的規定曲軸轉角位置的信號，在4氣缸類型的本例中，每經曲軸轉角180°就輸出1個脈衝。另外，CRK信號以比TDC信號短的規定的曲軸轉角的周期(例如，每30°)發生。ECU2根據這些CYL信號、TDC信號及CRK信號判斷各氣缸4的曲軸轉角位置，並且根據CRK信號計算出發動機3的轉數(以下稱為「發動機轉數」)NE。
ECU2進一步分別從吸氣管內絕對壓傳感器17接收表示在吸氣管內的節流閥(未圖示)的下遊側的吸氣管內絕對壓PBA的檢測信號、從節流閥開度傳感器18接收表示節流閥的開度(節流閥開度)θTH的檢測信號、從油門開度傳感器19(運轉狀態檢測裝置)接收表示油門踏板(未圖示)的踏下量的油門開度ACC的檢測信號。這些參數均表示發動機3的負荷，如後述，在本實施例中，作為這些的代表，使用油門開度ACC作為發動機負荷的參數。
在本實施例中，ECU2構成控制裝置、運轉狀態檢測裝置及動作模式決定裝置，由CPU、RAM、ROM及輸入輸出接口(均未圖示)等組成的微型計算機構成。上述的傳感器16～19的檢測信號，分別經輸入接口、在實行A/D變換或整形後輸入至CPU。CPU根據這些輸入信號按照存儲在ROM中的控制程序等判斷發動機3的運轉狀態，並且根據其判斷結果決定電磁式氣門機構5及凸輪式氣門機構6的動作模式，實行控制第1吸氣門IV1的開閉時間及吸氣凸輪11的凸輪輪廓的切換的氣門控制過程。
圖5表示該氣門控制過程的流程圖。在該過程中，首先在步驟11(圖示為「S11」。以下相同)中，判斷第2吸氣門IV2是否處在停止模式中，即，判斷吸氣凸輪11是否被設定為微提升凸輪11a。當對於步驟11回答為「是」、表示第2吸氣門IV2處在停止模式中時，判斷內燃機轉數NE是否比第2吸氣門IV2的工作開始轉數NVTECSTART(例如3000rpm)大(步驟12)，當步驟12的回答為「否」時進一步判斷油門開度ACC是否比工作開始開度ACCSTART(例如85％開度)大(步驟13)，當步驟13的回答為「否」、即NE≤NVTECSTART且ACC≤ACCSTART成立時，指定停止模式作為第2吸氣門IV2的動作模式(步驟14)，並維持停止模式。接著，根據發動機轉數NE及油門開度ACC決定停止模式中的第1吸氣IV1的開啟時間及關閉時間(步驟15)。對於該決定詳見後述。
另一方面，當上述步驟12或13的回答中的一個為「是」、即NE＞NVTECSTART或ACC＞ACCSTART成立時，通過指定工作模式作為第2吸氣門IV2的動作模式(步驟16)，開始工作模式，將吸氣凸輪11切換為低速凸輪11b。接著，根據發動機轉數NE及油門開度ACC決定工作模式中的第1吸氣門IV1的開啟時間及關閉時間(步驟17)。對於該決定處理也詳見後述。
另外，當在上述步驟11的回答為「否」、表示第2吸氣門IV2處於工作模式中時，判斷發動機轉數NE是否比小於上述工作開始轉數NVTECSTART的停止開始轉數NVTECSTOP(例如2900rpm)小(步驟18)。當步驟18的回答為「否」時，進一步判斷油門開度ACC是否比小於上述工作開始開度ACCSTART的停止開始開度ACCSTOP(例如80％開度)小(步驟19)。當步驟19的回答為「否」、即NE≥NVTECSTOP且ACC≥ACCSTOP時，通過實行上述步驟16及17將第2吸氣門IV2維持在工作模式，並且決定工作模式中的第1吸氣門IV1的開閉時間。
另一方面，當上述步驟18或19的回答一個為「是」、即NE＜NVTECSTOP或ACC＜ACCSTOP成立時，通過實行上述步驟14及15開始停止模式，將吸氣凸輪切換為微提升凸輪，並且決定停止中的第1吸氣門IV1的開閉時間。
如上所述，第2吸氣門IV2的動作模式，根據發動機轉數NE及油門開度ACC來決室。具體地講，如圖6所示，在與NE值及ACC值均小的低速旋轉·低負荷相關連的停止區域I，設定為停止模式。據此，在低速旋轉·低負荷狀態，通過將吸氣凸輪11設定為微提升凸輪11a，使第2吸氣門IV2以微小提升量進行開閉，這樣在氣缸4內發生如圖4所示的渦流，即使是稀薄的混合氣，也可確保穩定的燃燒狀態。另一方面，第2吸氣門IV2的動作模式，在與NE值及ACC值均大的高速旋轉·高負荷狀態的工作模式區域II，被設定為工作模式。據此，在高速旋轉·高負荷狀態，通過將吸氣凸輪11設定為低速凸輪11b，使第2吸氣門IV2以較大的提升量進行開閉，從而提高吸入空氣量，可確保較大的輸出。
此外，作為用於切換第2吸氣門IV2的動作模式的判定值的工作開始轉數NVTECSTART與停止開始轉數NVTECSTOP、及工作開始開度ACCSTART與停止開始開度ACCSTOP，如上所述，被設定為相互不同的值，這是由於通過設置滯後(Hysteresis)來防止在第2吸氣門IV2的切換動作時的亂調。
其次，參照圖6及圖7，對按照在圖5的步驟15及17中實行的第1吸氣門IV1的開閉時間的決定的處理進行詳細地說明。如上所述，第1吸氣門IV1的開閉時間，根據發動機轉數NE及油門開度ACC來決定。具體地是，預先設定圖6所示的運轉區域圖，根據NE值及ACC值判斷發動機3處於這些運轉區域中的哪一區域，並且根據與判斷的運轉區域相對應的動作模式來決定第1吸氣門IV1的開閉時間。此外，同圖中的曲線的上側的區域為節流全開(WOT)區域。
如圖6所示，第2吸氣門IV2的停止區域I的運轉區域，為空轉區域A及模式燃料消耗區域B。在這些區域中將第2吸氣門IV2設定為停止模式，並且在各運轉區域如下述那樣決定第1吸氣門IV1的開閉時間。
·空轉區域A在該空轉區域A，應得到最佳燃料消耗率設定，將第1吸氣門IV1設定為非同開(O/L)·延遲關閉模式。即，通過以與第1及第2排氣門EV1、EV2以不同時開放的方式決定第1吸氣門IV1的開啟時間，以此抑制內部EGR量。另外，關閉時間被設定為從下死點(BDC)至+60度～130度的延遲關閉(參照圖7A)。這是由於，因為在低速旋轉、低負荷狀態，通過由吸氣衝程中的絕熱膨脹引起的點火性變差等，使燃燒變動易變差，所以將第1吸氣門IV1設為延遲關閉，儘量減少泵汲損耗。根據以上設定，在空轉區域A最大限地提高燃料消耗率。
·模式燃料消耗區域B在該模式燃料消耗區域B，為了獲得最佳的燃料消耗率與排氣特性雙方，而將第1吸氣門IV1設定為同開·延遲關閉模式。即，以根據需要發生與排氣門EV1、EV2的同開的方式決定開啟時間(參照圖7A)。據此，以適當利用由吸氣脈動及排氣脈動產生的換氣效果並提高充填效率，能夠提高轉矩。另一方面，關閉時間，與空轉區域A的情況相同，設為BDC+60度～130度的延遲關閉，這樣來減少燃料消耗率。
另外，如圖6所示，第2吸氣門IV2的停止模式區域II的運轉區域，為低中速轉矩區域C、高速燃料消耗區域D及輸出要求區域E。在這些運轉區域中，將第2吸氣門IV2設定為工作模式，並且在各運轉區域中如下述那樣決定第1吸氣門IV1的開閉時間。
·低中速轉矩區域C在該低中速轉矩區域C，應得到最佳轉矩，將第1吸氣門IV1設定為同開·BDC關閉模式。即，與模式燃料消耗區域B情況相同，通過根據需要決定開啟時間、使第1吸氣門IV1與排氣門EV1、EV2同開，而提高基於換氣效果的轉矩。另一方面，通過設為將關閉時間設定在BDC附近的BDC關閉(參照圖7B)，而使實際衝程容積增大，提高轉矩。
·高速燃料消耗區域D在該高速燃料消耗區域D，與空轉區域A的情況相同，應得到最佳的燃料消耗率，通過將第1吸氣門IV1設定為非同開·延遲關閉模式，而最大限地提高燃料消耗率。在這種情況下，因為第2吸氣門IV2被設定為工作模式，所以確保所需的輸出。
·輸出要求區域E在該輸出要求區域E，應得到最佳的轉矩，與低中速轉矩區域C的情況相同，將第1吸氣門IV1設定為同開·BDC關閉模式。在這種情況下，開啟時間，設定為可最大限度地有效利用基於同開的換氣效果，這樣，能夠以高精度提高轉矩。
圖7A、7B分別表示低速旋轉狀態(例如，1500rpm)及WOT區域的第1吸氣門IV1的開閉時間的設定例。如圖7A所示，在低速旋轉狀態，當內發動機為低負荷時，將第2吸氣門IV2設定為停止模式，並且為了實現燃料消耗率的提高，將第1吸氣門IV1的開啟時間設定為使第1吸氣門IV1不與排氣門EV1、EV2同開，當中高負荷時，為了利用換氣效果實現適度地提高轉矩，以產生較大的同開進行設定。
另一方面，第1吸氣門IV1的關閉時間，例如被設定為BDC+130度左右的超延遲關閉。此外，當極低負荷時，關閉時間從超延遲關閉被縮減一些是因為，由於在發動機處於極低負荷狀態時易產生燃燒變動，故對應變動提早關閉時間。另外，將關閉時間，隨著負荷增加而依次靠近BDC地進行設定，這樣實現轉矩的提高。如上所述，在低速旋轉狀態，通過將第1吸氣門IV1的開閉時間對應負荷的變化、以燃燒變動界限為基準極精密地進行設定，能夠最大限地提高燃料消耗率。
另外，在圖7B所示的WOT區域，第1吸氣門IV1的開啟時間，當低中速旋轉時，為了利用換氣效果實現轉矩的提高，而設定為第1吸氣門IV1與排氣門EV1、EV2同開，並且當高速旋轉時，對應吸入空氣量增加，設定為產生適當同開。另一方面，為了使實際衝程容積增大實現轉矩的提高，而基本上將關閉時間設定在BDC附近的BDC關閉，隨著成為高速旋轉，依次地進行延遲關閉設定。如上所述，在WOT區域，將第1吸氣門IV1的開閉時間對應旋轉變化進行精密設定，而能夠得到高的輸出。
如上所述，根據本實施例的氣門控制裝置，通過與運轉狀態相對應適當地組合第1吸氣門IV1的開閉時間的設定與第2吸氣門IV2的動作模式的設定(渦流的發生·停止)，而能夠得到與所有的運轉狀態相對應的最佳的燃料消耗率與輸出。即，如上所述，在低速旋轉·低負荷運轉狀態，通過將第2吸氣門IV2設定為停止模式，使渦流發生，並且將第1吸氣門IV1的開閉時間設為探查燃燒變動界限的設定，而能夠得到最佳的燃料消耗率。從而，與由將所有吸氣門隨凸輪軸連動的凸輪驅動型的氣門機構進行驅動的情況相比，能夠使燃料消耗率大幅度的提高。另外，在高速旋轉·高負荷運轉狀態，通過將第2吸氣門IV2設定為工作模式，使吸入空氣量增大，並且將第1吸氣門IV1的開閉時間設為探查輸出界限的設定，而能夠得到最大限的輸出。從而，與將所有吸氣門由凸輪驅動型的氣門機構進行驅動的情況相比，能夠使輸出大幅度提高。
另外，第2吸氣門IV2，因為在停止模式中以微小提升量進行開閉，所以與將所有吸氣門由電磁式氣門機構進行驅動的情況相不同，可解決在第2吸氣門IV2處的燃料積存，能夠防止移至工作模式後的混合氣的過濃。另外，據此，因為也可防止因混合氣的過濃而引起的燃燒變動，所以可擴大部分不節流區域(油門踏板以部分踏下的狀態對節流閥進行全開控制的區域)，並且降低空轉轉數。進一步，因為第2吸氣門IV2在停止模式中以微小的提升量進行開閉，所以即使為其時間長的情況，由燃燒產生的碳也不會粘在第2吸氣門IV2及其氣門座上，可解決吸氣門粘著在氣門座上的問題。
另外，在本實施例的氣門控制裝置中，僅第1吸氣門IV1由電磁式氣門機構5驅動，第2吸氣門IV2及第1、第2排氣門EV1、EV2由凸輪式氣門機構6及凸輪式排氣門氣門機構7驅動開閉，因此，與將全部吸·排氣門由電磁式氣門機構驅動的情況相比較，可減少電消耗量，進而提高燃料消耗率，並且可減少成本及重量。
進一步，因為排氣門EV1、EV2由凸輪式排氣門氣門機構7進行開閉，所以在排氣門EV1、EV2上不會有電磁式氣門機構的失調現象，也沒有基於經失調的排氣門排出未燃燒氣體的排氣特性變差的缺陷。
此外，根據上述實施例的氣門控制裝置，除在之前所述的控制之外，也可能進行如下控制。例如，在發動機3啟動時，通過將第1吸氣門維持在開啟狀態(成為開放)而減輕活塞阻抗、迅速啟動發動機3，能夠大幅度減少剛啟動後排出的未燃燒氣體。在其他的狀況下，當在調節牽引力或自動變速機的切換時、以減輕衝擊為目的而要瞬間降低發動機3的輸出轉矩時，將第2吸氣門IV2設定為停止模式，並且通過關閉第1吸氣門IV1，可易於實現。
圖8是表示在本發明的實施例2。在實施例2中，取消上述的實施例1的VTEC13，而在吸氣通路8上設置渦流控制閥22。雖未圖示，但吸氣凸輪由具有1階段凸輪輪廓的一般的吸氣凸輪構成。該渦流控制閥22與渦流控制執行機構(未圖示)相連接，通過根據來自ECU2的驅動信號控制其工作室壓力而進行驅動，開閉吸氣通路8。在渦流控制閥22工作時，部分關閉吸氣通路8，以此產生如圖8中箭頭所示的渦流。在停止時，以開放吸氣通路8而使吸入空氣量增大，可獲得高輸出。實施例2的其他結構與實施例1相同，第1吸氣門IV1及第1、第2排氣門EV1、EV2為了圖示上的方便而在圖8中被省略。
從而，在實施例2中，根據發動機3的運轉狀態，通過控制渦流控制閥22的開閉，能夠得到與實施例1相同的效果。另外，因為第2吸氣門IV2本身一般由凸輪式氣門機構進行開閉，所以與實施例1相同，不會產生第2吸氣門IV2處的燃料積存或與氣門座的粘著。
此外，本發明並不局限於上述的實施例，而應理解為可以多種方式進行實施。例如，在上述實施例中，作為表示發動機3的負荷的參數，選用油門開度ACC，但也可取代油門開度ACC而選用吸氣管內絕對壓PBA、節流閥開度θTH、缸內壓或吸入空氣量等作為所需的參數是不言而喻的。另外，在實施例1中，通過使第2吸氣門IV2為停止模式，而產生橫方向的渦流作為缸內流動，但也可以取而代之，通過改變吸氣通路的布局，產生縱方向的缸內流動(滾流)。
(產業上利用的可能性)如上所述，本發明的內燃機的氣門控制裝置，能夠根據內燃機的運轉狀態最佳地設定吸氣門的開啟時間及關閉時間。從而，本發明，提高了內燃機的燃料消耗率及輸出，並且可解除吸氣門處的燃料積存或與氣門座的粘著，另外，具有可減少控制裝置的成本及重量的效果。
權利要求
1.一種內燃機的氣門控制裝置，對設在1個氣缸上的排氣門及第1、第2吸氣門的開閉動作進行控制，其特徵在於，包括由電磁力開閉上述第1吸氣門的電磁式氣門機構，和通過設在與該內燃機的旋轉同步被驅動的凸輪軸上的吸氣凸輪來開閉上述第2吸氣門、並且可在上述氣缸的燃燒室內產生缸內流動的凸輪式氣門機構，和對上述電磁式氣門機構及上述凸輪式氣門機構進行控制的控制裝置。
2.如權利要求1所述的內燃機的氣門控制裝置，其特徵在於上述凸輪式氣門機構，具有可將上述吸氣凸輪的凸輪輪廓切換為通過以微小提升量開閉上述第2吸氣門而產生缸內流動的微提升凸輪、和以比上述微小提升量大的提升量開閉上述第2吸氣門的普通提升凸輪的凸輪輪廓切換機構。
3.如權利要求1所述的內燃機的氣門控制裝置，其特徵在於上述凸輪式氣門機構，在上述第2吸氣門的上遊側具有渦流控制閥。
4.如權利要求1～3中任意一項所述的內燃機的氣門控制裝置，其特徵在於進而具有檢測該內燃機的運轉狀態的運轉狀態檢測裝置，和根據該檢測出的內燃機的運轉狀態、分別決定上述電磁式氣門機構及上述凸輪式氣門機構的動作模式的動作模式決定裝置。
5.如權利要求1～4中任意一項所述的內燃機的氣門控制裝置，其特徵在於進而具有通過設在與該內燃機的旋轉同步被驅動的凸輪軸上的排氣凸輪來開閉上述排氣門的凸輪式排氣門氣門機構。
全文摘要
一種內燃機的氣門控制裝置，對設在1個氣缸(4)上的排氣門(EV1、EV2)及第1、第2吸氣門(IV1、IV2)的開閉動作進行控制。電磁式氣門機構(5)由電磁力開閉第1吸氣門(IV1)。凸輪式氣門機構(6)通過設在與內燃機(3)的旋轉同步進行驅動的凸輪軸(10)上的吸氣凸輪(11)來開閉第2吸氣門(IV2)。凸輪式氣門機構(6)可在氣缸4的燃燒室內產生缸內流動。ECU(2)對電磁式氣門機構(5)及凸輪式氣門機構(6)進行控制。這種內燃機的氣門控制裝置，通過對應動轉狀態最佳地設定吸氣門的開啟時間及關閉時間而提高燃料消耗率及輸出、解除吸氣門處的燃料積存或與氣門座的粘著、並減少成本及重量。
文檔編號F01L1/26GK1488033SQ02803910
公開日2004年4月7日 申請日期2002年1月18日 優先權日2001年1月19日
發明者清水康雄, 八卷利宏, 宏, 夫, 酒井久夫 申請人:本田技研工業株式會社