機械式過給機付エンジンの動弁装置
【目的】 吸気遅閉じの機械式過給機付エンジンに最適な動弁装置を得る。
【構成】 吸気遅閉じとした機械式過給機付エンジンにおいて、ＤＯＨＣ式動弁装置の吸気側タペットを機械式タペット１３とし、排気側タペットをＨＬＡ機構を備えた油圧式タペット１４とする。バルブタイミングは過給域で吸気遅閉じを実行するよう可変とする。また、始動域を含む全運転領域で吸気遅閉じを行うよう固定バルブタイミングとしてもよい。
【効果】 ポンピングロスの低減と有効膨張比増大等による耐ノック性の向上を達成しつつ、吸気側スプリング荷重の増大を抑えて駆動抵抗を減らし、排気側の衝撃荷重を抑えて衝撃による音や摩耗を防止するようにできる。また、駆動抵抗の増大を抑えるだけでなく冷間時に吸気遅閉じが過大になるのを防止して、始動時を含め全運転領域で吸気遅閉じを可能とすることができる。
【構成】 吸気遅閉じとした機械式過給機付エンジンにおいて、ＤＯＨＣ式動弁装置の吸気側タペットを機械式タペット１３とし、排気側タペットをＨＬＡ機構を備えた油圧式タペット１４とする。バルブタイミングは過給域で吸気遅閉じを実行するよう可変とする。また、始動域を含む全運転領域で吸気遅閉じを行うよう固定バルブタイミングとしてもよい。
【効果】 ポンピングロスの低減と有効膨張比増大等による耐ノック性の向上を達成しつつ、吸気側スプリング荷重の増大を抑えて駆動抵抗を減らし、排気側の衝撃荷重を抑えて衝撃による音や摩耗を防止するようにできる。また、駆動抵抗の増大を抑えるだけでなく冷間時に吸気遅閉じが過大になるのを防止して、始動時を含め全運転領域で吸気遅閉じを可能とすることができる。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はバルブタイミングを吸気遅閉じ設定とした機械式過給機付エンジンの動弁装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】吸気弁閉時期を通常設定よりも遅らせる吸気遅閉じを機械式過給機付エンジンに採用すると、有効膨張比を有効圧縮比より大きくして低負荷域でのポンピングロスを低減して燃費を向上させることができ、また、有効圧縮比の減少による出力の低下を過給による充填量の増加によって補うことができて、有効膨張比を稼ぎつつインタークーラで冷却した低温で高圧の吸気をエンジンに供給することによって耐ノック性を高めることができ、高負荷域でのエンジン出力を向上させるようにできることが従来から知られている。特開昭６３ー２３９３１２号公報や実開昭６３ー５１１２１号公報にはこのような目的でバルブタイミングを吸気遅閉じとした機械式過給機付エンジンが記載されている。
【０００３】ところで、自動車用エンジンの動弁装置は、上記実開昭６３ー５１１２１号公報記載のように吸気弁用カム軸と排気弁用カム軸を共にシリンダヘッド上部に配置し、これらカム軸によりそれぞれのタペットを介して吸気弁および排気弁を開閉作動させるＤＯＨＣ（ダブルオーバーヘッド）式のものが多い。そして、この種の動弁装置では、タペットとして、シム等により構成される機械式のバルブクリアランス調整部（ＭＬＡという）を備えた機械式タペットを用いる場合と、チェックボールを介して高圧室に補給されるオイルの圧力によってバルブクリアランスを自動的に０に保つバルブクリアランス調整機構（ＨＬＡという）を備えた油圧式タペットを用いる場合とがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】吸気遅閉じにより有効圧縮比に対して有効膨張比を大きくしようとする場合に、有効膨張比を稼ぐには排気弁開時期を遅くする方がよいが、排気弁開時期を遅くすると、排気弁開期間が短くなるため、排気弁の径を大きくしたり、数を増やしたり、弁リフトを大きくしたりして有効開弁面積を稼ぐことが必要で、特に過給を行う場合は、排気効率を高めることが過給による掃気効率の向上につながることから、実際上は弁リフトを大きすることが不可欠となる。ところが、このように排気弁の弁リフトを大きくすると、弁リフト特性の勾配がきつくなって弁作動時の加速度が大きくなるため、所定のバルブクリアランスが設定される機械式タペットの場合には、カムがタペットに当たるときの衝撃荷重が大きくなって衝撃による音や摩耗が問題となる。
【０００５】一方、油圧式タペットの場合は、実質的にバルブクリアランが無いのでカムがタペットを押し下げるときの衝撃は少ない。しかし、油圧式タペットはＨＬＡを備えるために重く、そのため、高速域での慣性質量に対応できるよう機械式タペットの場合に比べてスプリング荷重を大きくする必要がある。そして、スプリング荷重が大きいと、カムの駆動抵抗が大きくなり、それが始動性の悪化等につながる。
【０００６】機械式タペットと油圧式タペットはそれぞれに特徴があり、要求に応じて使い分けることができるが、吸気遅閉じの機械式過給機付エンジンの場合に、その吸気遅閉じと機械式過給機の組み合わせによる作用効果、すなわち、ポンピングロスを低減し、かつ、有効圧縮比の減少を過給で補って有効膨張比を稼ぎつつ低温高圧の吸気を供給して耐ノック性を高めるという作用効果が損なわれないようにするには、動弁装置特にそのタペットをいかに構成するかが重要な課題となる。
【０００７】本発明は上記課題を解決するものであって、吸気遅閉じの機械式過給機付エンジンに最適な動弁装置を得ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、吸気遅閉じで、かつ、排気弁開時期を遅くして有効膨張比を稼ぎつつ過給による掃気効率を低下させないようにするためには、上記のように排気弁のリフトを大きくして有効開弁面積を確保することが必要で、その場合に、過給機が機械式過給機であれば排気弁に作用する排気圧は小さいため、排気側はバルブスプリングのスプリング荷重に余裕があって油圧式タペットの使用が可能であり、また、排気側はむしろ弁リフトが大きいことにより弁作動時の加速度が大きくなることが問題で、その点でも衝撃による音や摩耗を低減できる油圧式タペットを用いるのが有利であるし、一方、吸気側は、弁の傘部に過給圧が作用し、その反力がバルブスプリングに作用するため、スプリング荷重をある程度大きくせざるを得ないが、その場合に、油圧式タペットを用いたのではスプリング荷重をさらに大きくすることが必要となって駆動抵抗が著しく増大するため、慣性質量に対する要求スプリング荷重の小さい機械式タペットを用いてスプリング荷重をできるだけ抑えるのが有利であり、特に、始動時を含めてエンジンの全運転領域で吸気遅閉じを行うようにするためにも、吸気側はスプリング荷重を小さくし駆動抵抗を小さくできる点で機械式タペットにするのが有利であり、逆に吸気側を油圧式タペットにしたのでは冷間時にオイルの粘度が大きくなりＨＬＡの機能が低下することによって吸気遅閉じが過度に大きくなり始動性を悪化するため、この点でも機械式タペットが有利であるという知見に基づき、以下のように動弁装置を構成したものである。
【０００９】すなわち、本発明に係る機械式過給機付エンジンの動弁装置は、エンジンにより機械的に駆動される機械式過給機を備えるとともに、排気弁開弁期間に対し吸気弁開弁期間が大きく、吸気弁閉時期が下死点後の所定時期で、吸気弁が閉じた後上死点に達するまでの圧縮仕事による有効圧縮比よりも上死点から排気弁が開くまでの膨張仕事による有効膨張比の方が大きくなる吸気遅閉じ設定のバルブタイミングを有する機械式過給機付エンジンにおいて、吸気弁用カム軸と排気弁用カム軸を共にシリンダヘッド上部に配置し、これらカム軸によりそれぞれのタペットを介して吸気弁および排気弁を開閉作動させるよう動弁系を構成するとともに、吸気側タペットを機械式のバルブクリアランス調整部を備えた機械式タペットとし、排気側タペットを油圧によるバルブクリアランス自動調整機構を備えた油圧式タペットとしたことを特徴とする。
【００１０】また、上記構成によれば、吸気弁側を機械式タペットとすることによりスプリング荷重を小さくして駆動抵抗の増大を抑えることができ、また、冷間時に吸気遅閉じが過大になるのを防止できるので、冷間始動時に遅閉じを行った場合の、過給が効かない状態での有効圧縮比の低下による燃焼性の低下と駆動抵抗による始動性の悪化を抑制でき、したがって、過給域および始動域を含むエンジンの全運転領域でバルブタイミングを吸気遅閉じ設定とすることが可能となる。
【００１１】ここで、弁リフト，弁径および開弁期間により規定される吸気側および排気側の有効開弁面積は、排気側有効開弁面積が吸気側有効開弁面積と同一もしくはそれ以上となるよう設定するのがよい。
【００１２】
【作用】吸気弁閉時期を通常設定よりも遅らせる吸気遅閉じを機械式過給機付エンジンに採用することにより、有効膨張比を有効圧縮比より大きくし低負荷域でのポンピングロスを低減して燃費を向上させることができ、また、有効圧縮比の減少による出力の低下を過給による充填量の増加によって補うことができ、有効膨張比を稼ぎつつ低温で高圧の吸気をエンジンに供給して耐ノック性を高め、高負荷域でのエンジン出力を向上させるようにできる。そして、過給圧が弁に作用することによる反力がスプリング荷重に作用する吸気側には元々質量が小さいことによって要求スプリング荷重が小さい機械式タペットを用い、背圧が小さく、かつ、有効開弁面積を稼ぐために弁リフトを大きくすることが必要な排気側には油圧式タペットを用いることにより、吸気側はスプリング荷重が過度に大きくなるのを抑えて駆動抵抗の増大を防止するようにでき、また、排気側は有効膨張比を稼ぐため開時期を遅くし、かつ、開弁期間の縮小を弁リフトの増大によって補うことによって弁の加速度が大きくなっても、油圧式タペットにより衝撃荷重を小さくし衝撃による音や摩耗を防止するようにできる。
【００１３】また、上記のように吸気側タペットを機械式タペットとすることによって、過給圧を受ける吸気側のスプリング荷重増大を防止して駆動抵抗を抑えることができ、かつ、油圧式タペットを用いた場合のように冷間時に吸気遅閉じが過大になるのを防止し燃焼性の低下を防止して冷間時の始動性を確保することができ、したがって、始動域を含めた全運転領域で吸気遅閉じとするようバルブタイミングを固定することができる。
【００１４】また、排気側有効開弁面積を吸気側有効開弁面積と同一もしくはそれ以上とすることで、過給による掃気効率を向上させ高出力を確保することができる。
【００１５】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【００１６】図１は本発明の一実施例を示す機械式過給機付エンジンのシリンダヘッド部の断面図である。図において、１はＶ型多気筒エンジンのシリンダヘッドであって、該シリンダヘッド１には下面に燃焼室凹部２が設けられ、また、燃焼室凹部２に開口するよう吸気ポート３および排気ポート４が形成され、これら吸気ポート３および排気ポート４の燃焼室側開口部を開閉するようポペットタイプの吸気弁５および排気弁６がそれぞれ設けられている。また、シリンダヘッドの上端部には吸気弁用カム軸７および排気弁用カム軸８が平行して配置されている。これらカム軸７，８は周知のようにタイミングベルト（図示せず）を介してエンジン出力軸（クランク軸）に駆動連結され、クランク軸同期で回転駆動される。
【００１７】吸気弁５および排気弁６は、それぞれバルブステム方向に移動可能なようバルブガイド９，１０を介してシリンダヘッド１に保持されるとともに、バルブスプリング１１，１２によって閉弁方向に付勢されている。そして、シリンダヘッド１には、吸気弁５と吸気弁用カム軸７との間を吸気側のバルブステム方向に移動可能なよう機械式タペット１３が配置され、また、排気弁６と排気弁カム軸８との間を排気側バルブステム方向に移動可能なよう油圧式タペット１４が配置されている。
【００１８】上記機械式タペット１３は、頭部閉塞の中空円筒状バケット１５と、その閉塞頭部外端の凹部にバルブクリアランス調整のため介設されたシム１６とからなり、バケット１５の頭部内端が吸気弁５のバルブステム頭部に当接し、該バケット１５の頭部外端がシム１６を介し吸気弁用カム軸７のカムフェイス７ａにより押圧されることにより吸気弁５を開弁作動させるよう構成されている。ここで、バルブクリアランスすなわち閉弁時のタペット１３とカム軸７の間の間隙はシムの選定により所定量に調整される。
【００１９】また、上記油圧式タペット１４は、頭部閉塞の中空円筒状シリンダボディ１７と、その内部に摺動自在に保持された底部閉塞の中空円筒状シリンダ１８と、該シリンダ１８の内部に摺動自在に嵌入され中空円筒状で底部に連通穴１９を有するプランジャー２０と、該プランジャー２０のシリンダ閉塞端側に配置されたスプリング受け２１と、該スプリング受け２１内に配置され第１のスプリング（図示せず）により上記連通穴１９を閉塞する方向に付勢されたチェック弁２３と、上記シリンダ１８内に配置されプランジャー２０をシリンダボディ１７の頭部に向けて付勢する第２のスプリング２４と、シリンダ１８を伸長方向に対して位置規制するストッパ２５とで構成されている。そして、シリンダボディ１７には内外を連通する給油穴２６が設けられている。該給油穴２６はシリンダ１８に設けられた給油通路２７に連通する。また、シリンダ１８の底端は排気弁６のバルブステム頭部に当接し、シリンダボディ１７の頭部外端は排気弁用カム軸８のカムフェイス８ａに当接する。
【００２０】上記プランジャー２０の内部はリザーバ室（Ｒ）を構成する。また、シリンダ１８とプランジャー２０の間は高圧室（Ｈ）を構成する。チェック弁２３はリザーバ室（Ｒ）から高圧室（Ｈ）へ一方向にオイルを流す。
【００２１】上記油圧式タペット１４のシリンダボディ１７内には、給油通路２７から給油穴２６を介してオイルが導入される。そして、導入されたオイルは弁着座時にプランジャー２０上端にできる隙間からリザーバ室（Ｒ）に導かれる。また、カムフェイス８ａがシリンダボディ１７と接触し押圧して開弁が始まると、高圧室（Ｈ）内の圧力が高まり、オイルがプランジャー２０とシリンダ１８との僅かな隙間から極めて少量ではあるが洩れて、高圧室（Ｈ）はオイルが洩れた分だけ僅かに縮みながら押圧力を伝達し排気弁６を押し開く。そして、着座時には第２のスプリング２４によって高圧室（Ｈ）が元の長さに広げられ、その際、高圧室（Ｈ）内の圧力が下がることによりチェック弁２３を介してリザーバ室（Ｒ）から高圧室（Ｈ）にオイルが補給される。
【００２２】エンジンには機械式過給機２８が設置されている。機械式過給機２８から吐出されインタークーラ（図示せず）にて冷却された低温で高圧の吸気が吸気ポートからエンジンに供給される。
【００２３】また、上記吸気弁用カム軸７を駆動する排気弁側カム軸駆動系には、過給域と非過給域とで吸気弁の開閉時期を可変とするそれ自体周知の可変バルブタイミング機構が組み込まれている。そして、吸気弁閉時期は非過給域では下死点後４０〜５０゜（クランク角）に設定され、過給域では可変バルブタイミング機構が作動することによって例えば下死点後６０〜７０°といった吸気遅閉じ設定に変更される。 図２はこの実施例のバルブタイミングの説明図であり、図３は弁リフト特性の説明図である。図２において、ＯＮ（破線）は可変バルブタイミング作動時（過給域）の吸気弁開期間を示し、ＯＦＦ（実線）は可変バルブタイミング非作動時（非過給域）の吸気弁開期間を示す。また、図３において、Ｅｘ（実線）は排気弁リフト特性を示し、ＩN（実線）は可変バルブタイミング作動時（過給域）の吸気弁リフト特性を示し、ＩN'（破線）は可変バルブタイミング非作動時（非過給域）の吸気弁リフト特性を示す。そして、θEXは排気弁開期間（クランク角）、θINは可変バルブタイミング作動時（過給域）の吸気弁開期間（クランク角）であり、θ'INは可変バルブタイミング非作動時（非過給域）の吸気弁開期間（クランク角）である。また、図３の斜線領域は、排気側および吸気側の有効開弁面積を示す。この実施例では排気弁６は吸気弁５に対して弁リフトが大きく、また、排気側有効開弁面積が吸気側有効開弁面積よりも大きくなるよう設定がなされている。
【００２４】なお、上記実施例では可変バルブタイミングにより過給域に限って吸気遅閉じにする動弁装置を構成したものを説明したが、バルブタイミングは固定にして始動域を含む全運転領域で吸気遅閉じを行うようにしてもよく、その場合でも冷間時の始動性を確保することが可能である。そして、このように始動域でも吸気遅閉じとする場合には、気温が例えば−２０°Ｃから−３０°Ｃといった極寒時に熱収縮差によってバルブクリアランスが小さくなり、吸気遅閉じが過大となって吸入空気量が低下し始動不能となるのを防止するためには、吸気弁も排気弁用に使用されている線膨張係数の小さいオーステナイト耐熱鋼（ＳＵＨ３５またはＳＵＨ７５１）に変更することによって温度によるバルブクリアランスの変化を小さくするのが望ましい。吸気弁の材質として通常使用されているマルテンサイト系耐熱鋼（ＳＵＨ１１）は、低コストではあるが、線膨張係数が小さいため、冷間時にシリンダヘッド（アルミ合金）との熱収縮差が大きくなり、バルブクリアランスが増大し吸気遅閉じを助長して始動性の悪化を招く。、
【発明の効果】吸気遅閉じの機械式過給機付エンジンにおける動弁装置のタペットとして、吸気側には機械式タペットを用い、排気側には油圧式タペットを用いたことにより、ポンピングロスを低減し、かつ、有効圧縮比の減少を過給で補って有効膨張比を稼ぎつつ低温高圧の吸気をエンジンに供給し耐ノック性を高めることができるという吸気遅閉じと機械式過給機の組み合わせによる作用効果を損なうことなく、過給圧の影響を受ける吸気側のスプリング荷重が過大になって駆動抵抗が増大するの抑えることができ、また、背圧の小さい排気側では有効開弁面積を稼ぐため弁リフトを大きくした場合の衝撃荷重の増大を抑えて衝撃による音や摩耗を防止するようにできる。
【００２５】また、吸気側タペットを機械式タペットとしたことにより、上記のように駆動抵抗の増大を抑えることができるだけでなく、油圧式タペットを用いた場合のように冷間時に吸気遅閉じが過大になるのを防止することができて、冷間時の始動性確保が容易となる。
【００２６】また、排気側有効開弁面積を吸気側有効開弁面積と同一もしくはそれ以上とすることで、過給による掃気効率を高め出力を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例におけるシリンダヘッド部の断面図
【図２】本発明の一実施例のバルブタイミング説明図
【図３】本発明の一実施例の弁リフト特性説明図
【符号の説明】
５ 吸気弁
６ 排気弁
７ 吸気弁用カム軸
８ 排気弁用カム軸
１１，１２ バルブスプリング
１３ 機械式タペット
１４ 油圧式タペット
１５ バケット
１６ シム
１７ シリンダボディ
１８ シリンダ
２０ プランジャー
２３ チェック弁
２８ 機械式過給機
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はバルブタイミングを吸気遅閉じ設定とした機械式過給機付エンジンの動弁装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】吸気弁閉時期を通常設定よりも遅らせる吸気遅閉じを機械式過給機付エンジンに採用すると、有効膨張比を有効圧縮比より大きくして低負荷域でのポンピングロスを低減して燃費を向上させることができ、また、有効圧縮比の減少による出力の低下を過給による充填量の増加によって補うことができて、有効膨張比を稼ぎつつインタークーラで冷却した低温で高圧の吸気をエンジンに供給することによって耐ノック性を高めることができ、高負荷域でのエンジン出力を向上させるようにできることが従来から知られている。特開昭６３ー２３９３１２号公報や実開昭６３ー５１１２１号公報にはこのような目的でバルブタイミングを吸気遅閉じとした機械式過給機付エンジンが記載されている。
【０００３】ところで、自動車用エンジンの動弁装置は、上記実開昭６３ー５１１２１号公報記載のように吸気弁用カム軸と排気弁用カム軸を共にシリンダヘッド上部に配置し、これらカム軸によりそれぞれのタペットを介して吸気弁および排気弁を開閉作動させるＤＯＨＣ（ダブルオーバーヘッド）式のものが多い。そして、この種の動弁装置では、タペットとして、シム等により構成される機械式のバルブクリアランス調整部（ＭＬＡという）を備えた機械式タペットを用いる場合と、チェックボールを介して高圧室に補給されるオイルの圧力によってバルブクリアランスを自動的に０に保つバルブクリアランス調整機構（ＨＬＡという）を備えた油圧式タペットを用いる場合とがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】吸気遅閉じにより有効圧縮比に対して有効膨張比を大きくしようとする場合に、有効膨張比を稼ぐには排気弁開時期を遅くする方がよいが、排気弁開時期を遅くすると、排気弁開期間が短くなるため、排気弁の径を大きくしたり、数を増やしたり、弁リフトを大きくしたりして有効開弁面積を稼ぐことが必要で、特に過給を行う場合は、排気効率を高めることが過給による掃気効率の向上につながることから、実際上は弁リフトを大きすることが不可欠となる。ところが、このように排気弁の弁リフトを大きくすると、弁リフト特性の勾配がきつくなって弁作動時の加速度が大きくなるため、所定のバルブクリアランスが設定される機械式タペットの場合には、カムがタペットに当たるときの衝撃荷重が大きくなって衝撃による音や摩耗が問題となる。
【０００５】一方、油圧式タペットの場合は、実質的にバルブクリアランが無いのでカムがタペットを押し下げるときの衝撃は少ない。しかし、油圧式タペットはＨＬＡを備えるために重く、そのため、高速域での慣性質量に対応できるよう機械式タペットの場合に比べてスプリング荷重を大きくする必要がある。そして、スプリング荷重が大きいと、カムの駆動抵抗が大きくなり、それが始動性の悪化等につながる。
【０００６】機械式タペットと油圧式タペットはそれぞれに特徴があり、要求に応じて使い分けることができるが、吸気遅閉じの機械式過給機付エンジンの場合に、その吸気遅閉じと機械式過給機の組み合わせによる作用効果、すなわち、ポンピングロスを低減し、かつ、有効圧縮比の減少を過給で補って有効膨張比を稼ぎつつ低温高圧の吸気を供給して耐ノック性を高めるという作用効果が損なわれないようにするには、動弁装置特にそのタペットをいかに構成するかが重要な課題となる。
【０００７】本発明は上記課題を解決するものであって、吸気遅閉じの機械式過給機付エンジンに最適な動弁装置を得ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、吸気遅閉じで、かつ、排気弁開時期を遅くして有効膨張比を稼ぎつつ過給による掃気効率を低下させないようにするためには、上記のように排気弁のリフトを大きくして有効開弁面積を確保することが必要で、その場合に、過給機が機械式過給機であれば排気弁に作用する排気圧は小さいため、排気側はバルブスプリングのスプリング荷重に余裕があって油圧式タペットの使用が可能であり、また、排気側はむしろ弁リフトが大きいことにより弁作動時の加速度が大きくなることが問題で、その点でも衝撃による音や摩耗を低減できる油圧式タペットを用いるのが有利であるし、一方、吸気側は、弁の傘部に過給圧が作用し、その反力がバルブスプリングに作用するため、スプリング荷重をある程度大きくせざるを得ないが、その場合に、油圧式タペットを用いたのではスプリング荷重をさらに大きくすることが必要となって駆動抵抗が著しく増大するため、慣性質量に対する要求スプリング荷重の小さい機械式タペットを用いてスプリング荷重をできるだけ抑えるのが有利であり、特に、始動時を含めてエンジンの全運転領域で吸気遅閉じを行うようにするためにも、吸気側はスプリング荷重を小さくし駆動抵抗を小さくできる点で機械式タペットにするのが有利であり、逆に吸気側を油圧式タペットにしたのでは冷間時にオイルの粘度が大きくなりＨＬＡの機能が低下することによって吸気遅閉じが過度に大きくなり始動性を悪化するため、この点でも機械式タペットが有利であるという知見に基づき、以下のように動弁装置を構成したものである。
【０００９】すなわち、本発明に係る機械式過給機付エンジンの動弁装置は、エンジンにより機械的に駆動される機械式過給機を備えるとともに、排気弁開弁期間に対し吸気弁開弁期間が大きく、吸気弁閉時期が下死点後の所定時期で、吸気弁が閉じた後上死点に達するまでの圧縮仕事による有効圧縮比よりも上死点から排気弁が開くまでの膨張仕事による有効膨張比の方が大きくなる吸気遅閉じ設定のバルブタイミングを有する機械式過給機付エンジンにおいて、吸気弁用カム軸と排気弁用カム軸を共にシリンダヘッド上部に配置し、これらカム軸によりそれぞれのタペットを介して吸気弁および排気弁を開閉作動させるよう動弁系を構成するとともに、吸気側タペットを機械式のバルブクリアランス調整部を備えた機械式タペットとし、排気側タペットを油圧によるバルブクリアランス自動調整機構を備えた油圧式タペットとしたことを特徴とする。
【００１０】また、上記構成によれば、吸気弁側を機械式タペットとすることによりスプリング荷重を小さくして駆動抵抗の増大を抑えることができ、また、冷間時に吸気遅閉じが過大になるのを防止できるので、冷間始動時に遅閉じを行った場合の、過給が効かない状態での有効圧縮比の低下による燃焼性の低下と駆動抵抗による始動性の悪化を抑制でき、したがって、過給域および始動域を含むエンジンの全運転領域でバルブタイミングを吸気遅閉じ設定とすることが可能となる。
【００１１】ここで、弁リフト，弁径および開弁期間により規定される吸気側および排気側の有効開弁面積は、排気側有効開弁面積が吸気側有効開弁面積と同一もしくはそれ以上となるよう設定するのがよい。
【００１２】
【作用】吸気弁閉時期を通常設定よりも遅らせる吸気遅閉じを機械式過給機付エンジンに採用することにより、有効膨張比を有効圧縮比より大きくし低負荷域でのポンピングロスを低減して燃費を向上させることができ、また、有効圧縮比の減少による出力の低下を過給による充填量の増加によって補うことができ、有効膨張比を稼ぎつつ低温で高圧の吸気をエンジンに供給して耐ノック性を高め、高負荷域でのエンジン出力を向上させるようにできる。そして、過給圧が弁に作用することによる反力がスプリング荷重に作用する吸気側には元々質量が小さいことによって要求スプリング荷重が小さい機械式タペットを用い、背圧が小さく、かつ、有効開弁面積を稼ぐために弁リフトを大きくすることが必要な排気側には油圧式タペットを用いることにより、吸気側はスプリング荷重が過度に大きくなるのを抑えて駆動抵抗の増大を防止するようにでき、また、排気側は有効膨張比を稼ぐため開時期を遅くし、かつ、開弁期間の縮小を弁リフトの増大によって補うことによって弁の加速度が大きくなっても、油圧式タペットにより衝撃荷重を小さくし衝撃による音や摩耗を防止するようにできる。
【００１３】また、上記のように吸気側タペットを機械式タペットとすることによって、過給圧を受ける吸気側のスプリング荷重増大を防止して駆動抵抗を抑えることができ、かつ、油圧式タペットを用いた場合のように冷間時に吸気遅閉じが過大になるのを防止し燃焼性の低下を防止して冷間時の始動性を確保することができ、したがって、始動域を含めた全運転領域で吸気遅閉じとするようバルブタイミングを固定することができる。
【００１４】また、排気側有効開弁面積を吸気側有効開弁面積と同一もしくはそれ以上とすることで、過給による掃気効率を向上させ高出力を確保することができる。
【００１５】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【００１６】図１は本発明の一実施例を示す機械式過給機付エンジンのシリンダヘッド部の断面図である。図において、１はＶ型多気筒エンジンのシリンダヘッドであって、該シリンダヘッド１には下面に燃焼室凹部２が設けられ、また、燃焼室凹部２に開口するよう吸気ポート３および排気ポート４が形成され、これら吸気ポート３および排気ポート４の燃焼室側開口部を開閉するようポペットタイプの吸気弁５および排気弁６がそれぞれ設けられている。また、シリンダヘッドの上端部には吸気弁用カム軸７および排気弁用カム軸８が平行して配置されている。これらカム軸７，８は周知のようにタイミングベルト（図示せず）を介してエンジン出力軸（クランク軸）に駆動連結され、クランク軸同期で回転駆動される。
【００１７】吸気弁５および排気弁６は、それぞれバルブステム方向に移動可能なようバルブガイド９，１０を介してシリンダヘッド１に保持されるとともに、バルブスプリング１１，１２によって閉弁方向に付勢されている。そして、シリンダヘッド１には、吸気弁５と吸気弁用カム軸７との間を吸気側のバルブステム方向に移動可能なよう機械式タペット１３が配置され、また、排気弁６と排気弁カム軸８との間を排気側バルブステム方向に移動可能なよう油圧式タペット１４が配置されている。
【００１８】上記機械式タペット１３は、頭部閉塞の中空円筒状バケット１５と、その閉塞頭部外端の凹部にバルブクリアランス調整のため介設されたシム１６とからなり、バケット１５の頭部内端が吸気弁５のバルブステム頭部に当接し、該バケット１５の頭部外端がシム１６を介し吸気弁用カム軸７のカムフェイス７ａにより押圧されることにより吸気弁５を開弁作動させるよう構成されている。ここで、バルブクリアランスすなわち閉弁時のタペット１３とカム軸７の間の間隙はシムの選定により所定量に調整される。
【００１９】また、上記油圧式タペット１４は、頭部閉塞の中空円筒状シリンダボディ１７と、その内部に摺動自在に保持された底部閉塞の中空円筒状シリンダ１８と、該シリンダ１８の内部に摺動自在に嵌入され中空円筒状で底部に連通穴１９を有するプランジャー２０と、該プランジャー２０のシリンダ閉塞端側に配置されたスプリング受け２１と、該スプリング受け２１内に配置され第１のスプリング（図示せず）により上記連通穴１９を閉塞する方向に付勢されたチェック弁２３と、上記シリンダ１８内に配置されプランジャー２０をシリンダボディ１７の頭部に向けて付勢する第２のスプリング２４と、シリンダ１８を伸長方向に対して位置規制するストッパ２５とで構成されている。そして、シリンダボディ１７には内外を連通する給油穴２６が設けられている。該給油穴２６はシリンダ１８に設けられた給油通路２７に連通する。また、シリンダ１８の底端は排気弁６のバルブステム頭部に当接し、シリンダボディ１７の頭部外端は排気弁用カム軸８のカムフェイス８ａに当接する。
【００２０】上記プランジャー２０の内部はリザーバ室（Ｒ）を構成する。また、シリンダ１８とプランジャー２０の間は高圧室（Ｈ）を構成する。チェック弁２３はリザーバ室（Ｒ）から高圧室（Ｈ）へ一方向にオイルを流す。
【００２１】上記油圧式タペット１４のシリンダボディ１７内には、給油通路２７から給油穴２６を介してオイルが導入される。そして、導入されたオイルは弁着座時にプランジャー２０上端にできる隙間からリザーバ室（Ｒ）に導かれる。また、カムフェイス８ａがシリンダボディ１７と接触し押圧して開弁が始まると、高圧室（Ｈ）内の圧力が高まり、オイルがプランジャー２０とシリンダ１８との僅かな隙間から極めて少量ではあるが洩れて、高圧室（Ｈ）はオイルが洩れた分だけ僅かに縮みながら押圧力を伝達し排気弁６を押し開く。そして、着座時には第２のスプリング２４によって高圧室（Ｈ）が元の長さに広げられ、その際、高圧室（Ｈ）内の圧力が下がることによりチェック弁２３を介してリザーバ室（Ｒ）から高圧室（Ｈ）にオイルが補給される。
【００２２】エンジンには機械式過給機２８が設置されている。機械式過給機２８から吐出されインタークーラ（図示せず）にて冷却された低温で高圧の吸気が吸気ポートからエンジンに供給される。
【００２３】また、上記吸気弁用カム軸７を駆動する排気弁側カム軸駆動系には、過給域と非過給域とで吸気弁の開閉時期を可変とするそれ自体周知の可変バルブタイミング機構が組み込まれている。そして、吸気弁閉時期は非過給域では下死点後４０〜５０゜（クランク角）に設定され、過給域では可変バルブタイミング機構が作動することによって例えば下死点後６０〜７０°といった吸気遅閉じ設定に変更される。 図２はこの実施例のバルブタイミングの説明図であり、図３は弁リフト特性の説明図である。図２において、ＯＮ（破線）は可変バルブタイミング作動時（過給域）の吸気弁開期間を示し、ＯＦＦ（実線）は可変バルブタイミング非作動時（非過給域）の吸気弁開期間を示す。また、図３において、Ｅｘ（実線）は排気弁リフト特性を示し、ＩN（実線）は可変バルブタイミング作動時（過給域）の吸気弁リフト特性を示し、ＩN'（破線）は可変バルブタイミング非作動時（非過給域）の吸気弁リフト特性を示す。そして、θEXは排気弁開期間（クランク角）、θINは可変バルブタイミング作動時（過給域）の吸気弁開期間（クランク角）であり、θ'INは可変バルブタイミング非作動時（非過給域）の吸気弁開期間（クランク角）である。また、図３の斜線領域は、排気側および吸気側の有効開弁面積を示す。この実施例では排気弁６は吸気弁５に対して弁リフトが大きく、また、排気側有効開弁面積が吸気側有効開弁面積よりも大きくなるよう設定がなされている。
【００２４】なお、上記実施例では可変バルブタイミングにより過給域に限って吸気遅閉じにする動弁装置を構成したものを説明したが、バルブタイミングは固定にして始動域を含む全運転領域で吸気遅閉じを行うようにしてもよく、その場合でも冷間時の始動性を確保することが可能である。そして、このように始動域でも吸気遅閉じとする場合には、気温が例えば−２０°Ｃから−３０°Ｃといった極寒時に熱収縮差によってバルブクリアランスが小さくなり、吸気遅閉じが過大となって吸入空気量が低下し始動不能となるのを防止するためには、吸気弁も排気弁用に使用されている線膨張係数の小さいオーステナイト耐熱鋼（ＳＵＨ３５またはＳＵＨ７５１）に変更することによって温度によるバルブクリアランスの変化を小さくするのが望ましい。吸気弁の材質として通常使用されているマルテンサイト系耐熱鋼（ＳＵＨ１１）は、低コストではあるが、線膨張係数が小さいため、冷間時にシリンダヘッド（アルミ合金）との熱収縮差が大きくなり、バルブクリアランスが増大し吸気遅閉じを助長して始動性の悪化を招く。、
【発明の効果】吸気遅閉じの機械式過給機付エンジンにおける動弁装置のタペットとして、吸気側には機械式タペットを用い、排気側には油圧式タペットを用いたことにより、ポンピングロスを低減し、かつ、有効圧縮比の減少を過給で補って有効膨張比を稼ぎつつ低温高圧の吸気をエンジンに供給し耐ノック性を高めることができるという吸気遅閉じと機械式過給機の組み合わせによる作用効果を損なうことなく、過給圧の影響を受ける吸気側のスプリング荷重が過大になって駆動抵抗が増大するの抑えることができ、また、背圧の小さい排気側では有効開弁面積を稼ぐため弁リフトを大きくした場合の衝撃荷重の増大を抑えて衝撃による音や摩耗を防止するようにできる。
【００２５】また、吸気側タペットを機械式タペットとしたことにより、上記のように駆動抵抗の増大を抑えることができるだけでなく、油圧式タペットを用いた場合のように冷間時に吸気遅閉じが過大になるのを防止することができて、冷間時の始動性確保が容易となる。
【００２６】また、排気側有効開弁面積を吸気側有効開弁面積と同一もしくはそれ以上とすることで、過給による掃気効率を高め出力を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例におけるシリンダヘッド部の断面図
【図２】本発明の一実施例のバルブタイミング説明図
【図３】本発明の一実施例の弁リフト特性説明図
【符号の説明】
５ 吸気弁
６ 排気弁
７ 吸気弁用カム軸
８ 排気弁用カム軸
１１，１２ バルブスプリング
１３ 機械式タペット
１４ 油圧式タペット
１５ バケット
１６ シム
１７ シリンダボディ
１８ シリンダ
２０ プランジャー
２３ チェック弁
２８ 機械式過給機
【特許請求の範囲】
【請求項１】 エンジンにより機械的に駆動される機械式過給機を備えるとともに、排気弁開弁期間に対し吸気弁開弁期間が大きく、吸気弁閉時期が下死点後の所定時期で、吸気弁が閉じた後上死点に達するまでの圧縮仕事による有効圧縮比よりも上死点から排気弁が開くまでの膨張仕事による有効膨張比の方が大きくなる吸気遅閉じ設定のバルブタイミングを有する機械式過給機付エンジンにおいて、吸気弁用カム軸と排気弁用カム軸を共にシリンダヘッド上部に配置し、これらカム軸によりそれぞれのタペットを介して吸気弁および排気弁を開閉作動させるよう動弁系を構成するとともに、吸気側タペットを機械式のバルブクリアランス調整部を備えた機械式タペットとし、排気側タペットを油圧によるバルブクリアランス自動調整機構を備えた油圧式タペットとしたことを特徴とする機械式過給機付エンジンの動弁装置。
【請求項２】 過給域および始動域を含むエンジンの全運転領域でバルブタイミングを吸気遅閉じ設定とした請求項１記載の機械式過給機付エンジンの動弁装置。
【請求項３】 弁リフト，弁径および開弁期間により規定される吸気側および排気側の有効開弁面積は、排気側有効開弁面積が吸気側有効開弁面積と同一もしくはそれ以上となるよう設定した請求項１または２記載の過給機付エンジンの動弁装置。
【請求項１】 エンジンにより機械的に駆動される機械式過給機を備えるとともに、排気弁開弁期間に対し吸気弁開弁期間が大きく、吸気弁閉時期が下死点後の所定時期で、吸気弁が閉じた後上死点に達するまでの圧縮仕事による有効圧縮比よりも上死点から排気弁が開くまでの膨張仕事による有効膨張比の方が大きくなる吸気遅閉じ設定のバルブタイミングを有する機械式過給機付エンジンにおいて、吸気弁用カム軸と排気弁用カム軸を共にシリンダヘッド上部に配置し、これらカム軸によりそれぞれのタペットを介して吸気弁および排気弁を開閉作動させるよう動弁系を構成するとともに、吸気側タペットを機械式のバルブクリアランス調整部を備えた機械式タペットとし、排気側タペットを油圧によるバルブクリアランス自動調整機構を備えた油圧式タペットとしたことを特徴とする機械式過給機付エンジンの動弁装置。
【請求項２】 過給域および始動域を含むエンジンの全運転領域でバルブタイミングを吸気遅閉じ設定とした請求項１記載の機械式過給機付エンジンの動弁装置。
【請求項３】 弁リフト，弁径および開弁期間により規定される吸気側および排気側の有効開弁面積は、排気側有効開弁面積が吸気側有効開弁面積と同一もしくはそれ以上となるよう設定した請求項１または２記載の過給機付エンジンの動弁装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開平６−２６４７８２
【公開日】平成６年（１９９４）９月２０日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平５−７８７６８
【出願日】平成５年（１９９３）３月１１日
【出願人】（０００００３１３７）マツダ株式会社 (6,115)
【公開日】平成６年（１９９４）９月２０日
【国際特許分類】
【出願日】平成５年（１９９３）３月１１日
【出願人】（０００００３１３７）マツダ株式会社 (6,115)
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