具有可变气门装置的内燃机 【技术领域】
本发明涉及一种具有凸轮相位改变机构的内燃机，该凸轮相位改变机构能够改变进气凸轮的相位。
背景技术
传统地，存在这样的内燃机，其包括作为使进气门的打开和关闭正时变化的可变气门装置的凸轮相位改变机构，该凸轮相位改变机构改变进气凸轮的相位。此外，已经发展了一种技术，其中，将凸轮相位改变机构应用于在一个气缸上具有多个进气门的内燃机。根据该技术，仅仅一部分进气门的打开和关闭正时根据内燃机的负载和旋转速度来变化。
在这种仅改变多个进气门中的一部分的打开和关闭正时的的内燃机中，例如在高速、重载模式时，一部分进气门的打开和关闭正时延迟，由此，延长进气门的打开时段，包括没有受到延迟角控制的那些进气门的打开时段，以增加进气的流入量，确保输出。另一方面，为了保证合适的压缩比，如在低速、重载启动模式时，限制进气门的延迟角(日本特开平3-202602号公报)。
然而，根据上述专利文献中所记载的技术，由于通过在启动模式中限制进气门的延迟角，来使多个进气门的打开正时变为相同，因此，在燃烧室中，进气的流动互相干扰，从而抑制了漩涡的产生。因此，可能使燃烧率减少，很可能导致排气性能降低。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种具有可变气门装置的内燃机，其能够在启动模式时确保漩涡以改善其排气性能。
为了实现上面的目的，本发明提供了一种具有可变气门装置的内燃机，其包括：用于每个气缸的第一进气门和第二进气门，该第一进气门和第二进气门被构造成分别由第一进气凸轮和第二进气凸轮驱动；以及凸轮相位改变机构，该凸轮相位改变机构被构造成改变第二进气凸轮的相位，该具有可变气门装置的内燃机的特征在于包括控制装置，该控制装置用于控制所述凸轮相位改变机构，以便在启动模式中使所述第二进气门的打开正时提前在第一进气门的打开正时之前。
因此，在启动模式中使第二进气门的打开正时提前在第一进气门的打开正时之前，以便在只有第二进气门在进气门打开时段的初始阶段中打开时才产生漩涡。因此，可以加速燃料的气化以及其与空气的混合，以改善在启动模式中的燃烧性和排气性能。
优选地，控制装置应该控制凸轮相位改变机构，以便在启动模式中第二进气门的打开时段与排气门的打开时段重叠。
因此，通过该重叠而返回的废气使进气的温度上升，使得可以加速燃料的气化，以确保良好的燃烧。此外，由于进气温度的上升导致了排气温度的上升，所以可以快速地增加废气排放控制催化剂的温度，使得可以改善排气性能。
此外，优选地，应该将第二进气凸轮设定为使得第二进气门的打开时段比第一进气门的打开时段更短。
由于在进气门打开时段的最后阶段提供有一侧气门打开时段，因此，能够使漩涡增强，以进一步加速燃料的气化以及其与空气的混合，使得能够改善燃烧性。
【附图说明】
通过下面给出的详细说明以及附图，本发明将变得更加通俗易懂，该附图和说明仅以示例方式给出，因此并不限制本发明，其中：
图1是本发明的一个实施方式的发动机的示意性结构图；
图2是示出气门和进出口的布局的参考图；
图3是示出了气门机构的结构的纵向剖视图；
图4是示出了气门机构的结构的顶视图；
图5是示出了第二进气凸轮的安装部分的结构的剖视图；
图6A至图6C是示出了进气门的升程的时间图，其中图6A是示出了轻载模式，图6B示出了高速、重载模式，而图6C示出了启动模式；
图7A和图7B是示出了漩涡的参考图，其中图7A示出了在启动模式中在一侧气门打开时段期间的进气冲程的初始阶段，而图7B示出了在启动模式中在一侧气门打开时段的压缩冲程。
【具体实施方式】
现在将参考附图描述本发明的一个实施方式。
图1是本实施方式的具有可变气门装置的内燃机(发动机1)的示意性结构图。
如图1所示，本实施方式的发动机1包括DOHC气门机构。将凸轮链轮4和5分别连接到发动机1的进气凸轮轴2和排气凸轮轴3的各自的前端。凸轮链轮4和5通过链条6连接于曲轴7。当曲轴7旋转时，进气凸轮轴2和排气凸轮轴3与凸轮链轮4和5一起旋转。进气门12和13通过进气凸轮轴2上的进气凸轮10和11而被打开和关闭，而排气门16和17通过排气凸轮轴3上的排气凸轮14和15而被打开和关闭。另外，发动机1的燃烧室18被设置成单坡屋顶形状。
图2是示出发动机1的气门和进出口的布局的参考图。
如图2所示，发动机1的每个气缸都具有两个进气门(第一和第二进气门12和13)以及两个排气门16和17。第一和第二进气门12和13纵向排列在燃烧室18的中心部分c的图中右侧上。两个排气门16和17纵向排列在燃烧室18的中心部分c的图中左侧上。
此外，发动机1的进气口19从燃烧室18的右侧斜上方朝向燃烧室18延伸，在接近燃烧室18的地方分岔，并且分别与通过第一和第二进气门12和13而打开和关闭的气门孔相连通。
此外，发动机1的第二进气门13的气门机构包括改变第二进气凸轮11的相位的凸轮相位改变机构20。
图3到图5是气门机构的结构示意图。图3是纵向剖视图，图4是顶视图，而图5是示出了用于第二进气凸轮11的安装部分的结构的剖视图。
如图3到图5所示，进气凸轮轴2具有包括空心的第一进气凸轮轴21以及插入在该第一进气凸轮轴21中的第二进气凸轮轴22的双重结构。第一和第二进气凸轮轴21和22同心地设置，同时在其之间具有间隙，并且由形成在发动机1的气缸头上的支撑部分23可旋转地支撑。用于驱动第一进气门12的第一进气凸轮10固定于第一进气凸轮轴21。此外，第二进气凸轮11可旋转地支撑在第一进气凸轮轴21上。第二进气凸轮11包括大致圆柱形的支撑部分11a和凸轮部分11b。第一进气凸轮轴21插入在支撑部分11a中。凸轮部分11b从支撑部分11a的外周突出，并且用于驱动第二进气门13。第二进气凸轮11和第二进气凸轮轴22通过固定销24而彼此固定。固定销24穿过第二进气凸轮11的支撑部分11a以及第一和第二进气凸轮轴21和22。该固定销24几乎没有间隙地插入在第二进气凸轮轴22的孔中，并且两端部被夹压且固定于支撑部分11a。固定销24所穿过的长孔25在周方向上延伸地形成在第一进气凸轮轴21中。
凸轮相位改变机构20设置在第一进气凸轮轴21的一端部分上。该凸轮相位改变机构20是传统的叶片式凸轮相位改变机构，其被构造成使叶片转子31可旋转地设置在外壳30中，该外壳30与凸轮链轮4是一体的，并且通过螺栓32使第二进气凸轮轴22紧固到叶片转子31上。
此外，凸轮相位改变机构20设置有弹簧36。该弹簧36设置在外壳30与叶片转子31之间，并且在提前角方向上激励该叶片转子31。因此，在提前角方向上激励第二进气凸轮11。
该凸轮相位改变机构20通过形成在第一进气凸轮轴21与支撑部分23中的油道33而与燃油控制阀(下文中称作为OCV)34相连接。如图1所示，该凸轮相位改变机构20能够连续地调整第二进气凸轮轴22相对于凸轮链轮4的相位角，也就是，第二进气门13的打开和关闭正时，即，当切换OCV34的时候，使得叶片转子31通过从发动机1的油泵35向形成在叶片转子31与外壳30之间的油室供应的液压油而旋转。
ECU40(控制装置)设置有未图示的输入-输出设备、诸如ROM和RAM等的存储设备、中央处理单元(CPU)等，并且综合地控制发动机1。
曲柄角传感器41和节流传感器42等的各种传感器连接于ECU40的输入侧。曲柄角传感器41检测发动机1的曲柄角。节流传感器42检测节流阀(未图示)的开度。此外，燃料注入阀43、火花塞44等，以及OCV34连接于ECU40的输出侧。该ECU40基于来自各传感器的检测信息来确定点火时刻、燃料注入量等，并且驱动地控制火花塞44和燃料注入阀43。此外，ECU40驱动地控制OCV34，即，凸轮相位改变机构20。
图6A至图6C是示出了进气门的升程的时间图，其中图6A是示出了轻载模式，图6B示出了高速、重载模式，而图6C示出了启动模式。
在本实施方式中，如图6A到图6C所示，气门打开正时固定在上止点附近，同时第一进气门12的关闭正时固定在进气被活塞推回到进气口19的区域附近。
基于来自曲柄角传感器41和节流传感器42的输入信号，ECU40获得发动机旋转速度N和负载L，并且基于该发动机旋转速度N和负载L，有效地控制该凸轮相位改变机构20的有效控制量，即，第二进气门13的打开和关闭正时。
具体地，如图6A所示，在轻载模式中，ECU40延迟第二进气门13的打开和关闭正时。此时，进气门打开时段是在第一进气门12的打开正时与延迟的第二进气门13的关闭正时之间的时段，并且该时段比第二进气门13没有延迟的情况更长。此外，此时，在最大延迟角时，将第二进气门13的关闭正时设定为与下止点(BDC)相比更靠近上止点(TDC)。
另一方面，如图6B所示，在高速、重载的模式中，ECU40将第二进气门13的打开和关闭正时的延迟角量设定为比图6A所示的轻载模式更少，使得该第二进气门13的打开时段在第一进气门12的打开时段之内。
此外，如图6C所示，在启动模式中，ECU40使第二进气门13的打开和关闭正时提前。此时，该第二进气门13的打开正时提前在第一进气门12的打开正时之前，并且该第二进气门13的打开时段与排气门16和17的打开时段重叠。
因此，根据本实施方式，在轻载模式中使气门打开时段延长，因此可以降低泵气损失以改善燃料效率。由于将第一进气门12的打开正时设定在上止点附近，所以也可以降低进气冲程的初始阶段中的泵气损失。
另一方面，在高速、重载的状态下，因为第二进气门13的关闭正时提前在第一进气门12的关闭正时之前，因此作为整体的进气门装置的关闭正时变为第一进气门12的关闭正时。第一进气门12的关闭正时设定在压缩冲程的上半时并且在进气被活塞推回到进气口19中的区域附近，因此能够提升进气的充气效率，以确保输出。
如图7A所示，在启动模式中，使第二进气门13的打开和关闭正时提前，以提供一侧气门打开时段，在该一侧气门打开时段，仅仅第二进气门13在进气门打开时段的初始阶段中打开。因此，产生了顺时针漩涡，以加速燃料与空气的混合以及燃料的气化，使得可以用较少量的燃料启动发动机，并且可以改善燃烧性以提升排气性能。此外，由于排气门16和17具有大的重叠，所以进气在进气门打开的时候吹回到到进气口19中，并且吹动附着于进气口19的燃料并使该燃料微粒化。因此，进气温度通过该排气而增加，可以加速燃料的气化以改善燃烧性。
此外，在排气冲程的后半时中，含有大量未燃燃料的废气被排放到废气口中。然而，由于节流阀(未图示)关闭，所以在进气口中形成负压，使得曾在排气冲程的后半时中排除的废气被吸出到进气口侧。于是，使废气再一次吸入并燃烧，使得减少了未燃燃料成分。此时，如果进气门和排气门分别位于单坡屋顶形状的燃烧室的相对的斜面上，在这种情况下，废气被平稳地吸出到进气口侧并且在下一个冲程被再次吸入。于是，附着在进气口的壁表面上的液体燃料被吹散，因此，加速了燃料的气化，连同空气与燃料的混合以及内部EGR气体与未燃燃料成分的混合。因此，进一步减少了未燃燃料的排放。此外，由于废气被吸出到进气口侧，在燃烧室中也产生漩涡，使得也加速了混合。
此外，如图7B所示，将第二进气门13的打开和关闭时段设定为比第一进气门12的打开和关闭时段更短，由于只有第一进气门12打开的一侧气门打开时段设置在进气门打开时段的最终阶段，所以，一旦被吸入的气体混合物被推回到进气口19中。因此，可以增强顺时针漩涡，以加速燃料的气化，从而改善燃烧性。此外，被推回到进气口中的混合气体在下一个冲程中被再一次吸入，但是预先使气化和混合提前，使得进一步改善燃烧性。
根据本实施方式，分别由在单坡屋顶形状的燃烧室的壁表面的一个斜面上的第一和第二进气门打开和关闭的气门孔位于偏离燃烧室的中心的位置处，并且进气口19从右侧延伸。由于燃烧室18是单坡屋顶形状的，所以通过进气口19的进气能够轻松平稳地流入到左侧。因此，可以在一个气门打开的状态下增强漩涡。
此外，在启动模式中，第二进气门13的关闭正时并没有延迟到在第一进气门12的关闭正时之后，使得可以确保可燃性，而不会减小实际压缩比。因此，可以减少在启动模式中的燃料消耗，使得可以抑制废气的HC含量的增加，以进一步改善排气性能。此外，由于能够保持较高的实际压缩比，所以能够确保输出性能。
本发明并不局限于图6A到图6C所示的对凸轮相位改变机构20设定的三种工作模式，例如，可以根据发动机的属性连续地设定这些模式。