CN100557217C - 内燃机的控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种内燃机的控制方法，其进一步减少低负载区域或低负载以及中负载区域的抽吸动力损失，从而改善燃料消耗性能以及排气净化性能。上述内燃机包括：节气门控制机构；通过控制重叠正时以及非重叠正时来控制内部EGR率的气门特性可变机构；设定发动机功率的要求量的功率设定机构。节气门控制机构控制节气门的开度，使其在直到低负载区域的规定负载为止的第一负载区域中随着操作量的增加在规定负载处全开，并控制节气门使其在超过规定负载的第二负载区域中为全开。气门特性可变机构在整个负载区域对应要求量控制重叠正时或非重叠正时而控制发动机功率，同时控制气门动作特性，使得在规定负载处得到最大的内部EGR率。

Description

内燃机的控制方法
技术领域
本发明涉及一种内燃机的控制方法，该内燃机包括用于对控制吸气量的节气门进行开闭的节流控制机构和具有用于控制包括吸气气门以及排气气门的开闭正时的气门动作特性的气门特性可变机构的气门传动装置。
背景技术
内燃机中通过减少抽吸动力损失而提高燃料消耗性能的各种技术众所周知。例如专利文献1中公开的内燃机包括对吸气气门的动作角度进行改变的吸气动作角度变更机构和对吸气气门以及排气气门的动作角度的中心相位进行改变的相位变更机构。并且，在内燃机的中负载区域中通过设定规定量的负重叠(非重叠正时)，使燃气残留在燃烧室(即内部EGR)，实现抽吸动力损失的减少以及燃料消耗性能的提高，进而实现排气净化性能的提高，另一方面，从中负载域向极低负载域移动时，为解除负重叠，使吸气气门的开正时朝向吸气上止点角度超前，同时使排气气门的闭正时朝向吸气上止点角度滞后，提高怠速状态等极低负载域的燃烧稳定性。
另外，专利文献2中公开的内燃机包括控制包括吸气气门以及排气气门的可变气门机构的可变气门机构控制装置和对应油门的踩下量控制吸入空气量的节气门。并且，内燃机是低负载或中负载时，节气门与油门的踩下量无关而被控制在全开附近，使抽吸动力损失减少，另一方面，通过控制吸气气门的闭气门时刻以及升程来控制吸入空气量。
专利文献1：特开2002-70597号公报
专利文献2：特开平11-117777号公报
专利文献1中公开的内燃机，虽然利用内部EGR使抽吸动力损失减少，但是未考虑到利用节气门的吸气节流来减少抽吸动力损失。另一方面，专利文献2中公开的内燃机中，虽然利用吸气气门的早关闭使抽吸动力损失减少，但是未考虑到利用内部EGR控制残留在燃烧室的已燃气体量(内部EGR量)来减少抽吸动力损失。
另外，发动机温度低的状态下的内燃机预热时，因为燃烧室的温度也低故燃料的气化状态不好，所以与预热后相比燃烧性不好，并且内部EGR量多时容易产生熄火等使燃烧进一步不稳定。而且，通过进行内部EGR燃烧温度的最高温度降低，因此不能促进内燃机的预热。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而研发的。本发明的第一～第七方面所述的发明目的在于在低负载区域或低负载以及中负载区域中进一步减少抽吸动力损失，从而提高燃料消耗性能以及排气净化性能。本发明的第二、第四方面所述的发明目的还在于实现内燃机预热时燃烧的稳定性，并且促进预热，本发明的第五方面所述的发明目的还在于在低负载区域或低负载以及中负载区域的规定负载的附近提高燃料消耗性能以及排气净化性能，同时确保高负载区域的所需的发动机功率，本发明的第六方面所述的发明目的还在于减少第一负载区域的抽吸动力损失，本发明的第七方面所述目的还在于在大范围内利用内部EGR率提高发动机功率的控制精度。
本发明第一方面提供一种内燃机的控制方法，该内燃机包括用于对控制吸气量的节气门的开度进行控制的节流控制机构、用于控制包括排气气门的闭正时的气门动作特性的气门特性可变机构以及设定发动机功率的要求量的功率设定机构，上述气门特性可变机构改变上述排气气门的闭正时控制重叠正时以及非重叠正时，从而控制内部EGR率，该控制方法以下面的控制方式来进行控制：
上述节流控制机构，控制上述节气门的开度，使其在从上述内燃机的无负载到低负载区域或中负载区域的规定负载为止的上述内燃机的第一负载区域中随着上述要求量的增加而从怠速开度起直至在上述规定负载处全开或大致全开，并控制上述节气门使其在超过上述规定负载的上述内燃机的第二负载区域中全开或大致全开，上述气门特性可变机构在上述内燃机的整个负载区域根据上述要求量控制上述重叠正时或上述非重叠正时而控制发动机功率，同时，控制上述非重叠正时，在上述规定负载处得到最大的上述非重叠正时的最大的上述内部EGR率。
根据该第一方面，节气门在低负载区域或中负载区域的规定负载前的第一负载区域变为全开或大致全开，在第二负载区域为全开或大致全开，所以，在整个负载区域中，特别是在低负载区域或低负载以及中负载区域中抽吸动力损失进一步减少，另一方面气门特性可变机构控制重叠正时以及非重叠正时，在整个负载区域得到对应要求量的发动机功率，从而由基于该控制的内部EGR率控制发动机功率，因此，抽吸动力损失减少，并且NOx的产生量减少，进而在规定负载处内部EGR率变为最大，所以在规定负载附近的低负载区域或中负载区域中的抽吸动力损失以及NOx的产生量大幅度减少。
本发明的第二方面在如本发明的第一方面所述的内燃机的控制方法中，当上述内燃机预热时，上述节流控制机构控制上述节气门的开度，使其在整个上述负载区域中成为随着上述要求量的增加而增加的开度，上述气门特性可变机构控制上述气门动作特性，使得在整个上述负载区域不形成上述非重叠正时，在上述内燃机的预热后进行上述控制方式下的控制。
根据该第二方面，预热时在整个负载区域新气体由节气门对应要求量被流量控制而提供给燃烧室，另一方面，由于利用气门特性可变机构不形成非重叠正时，所以与形成非重叠正时的情况相比，内部EGR率变小，所以燃烧性提高，燃烧温度也提高。另外，预热后，和本发明第一方面一样，抽吸动力损失以及NOx的产生量减少。
本发明的第三方面提供一种内燃机的控制方法，该内燃机包括用于对控制吸气量的节气门进行控制的节流控制机构、用于控制包括排气气门的闭正时的气门动作特性的气门特性可变机构以及设定发动机功率的要求量的功率设定机构，上述气门特性可变机构通过控制上述气门动作特性来控制内部EGR率，该控制方法，以下面的控制方式来进行控制：
上述节流控制机构，控制上述节气门的开度，使其在从上述内燃机的无负载到低负载区域或中负载区域的规定负载为止的上述内燃机的第一负载区域中随着上述要求量的增加而从怠速开度起直至在上述规定负载处全开或大致全开，并控制上述节气门使其在超过上述规定负载的上述内燃机的第二负载区域中全开或大致全开，上述气门特性可变机构在上述内燃机的整个负载区域由对应上述要求量的上述气门动作特性来控制上述EGR率，而控制发动机功率，同时，控制上述气门动作特性，以在上述规定负载处得到最大的上述内部EGR率。
根据该第三方面，与本发明第一方面一样，抽吸动力损失大幅度减少，另一方面利用气门特性可变机构，在整个负载区域利用基于气门动作特性的控制的内部EGR率控制发动机功率，所以泵作用上述减少，同时NOx的产生量减少，进而，由于在规定负载处内部EGR率成为最大，所以规定负载附近的低负载区域或中负载区域的抽吸动力损失大幅度减少。
本发明第四方面在如本发明第三方面所述的内燃机的控制方法中，当上述内燃机预热时，上述节流控制机构控制上述节气门的开度，使其在整个上述负载区域中成为随着上述要求量的增加而增加的开度，上述气门特性可变机构控制上述气门动作特性，使得在整个上述负载区域上述内部EGR率成为最小或大致最小，在上述内燃机的预热后进行上述控制方式下的控制。
根据该第四方面，预热时在整个负载区域新气体由节气门对应要求量被流量控制而提供给燃烧室，另一方面，利用气门特性可变机构在内部EGR率的控制范围内控制内部EGR率，使其成为最小或大致最小，所以燃烧性提高，燃烧温度也提高。另外，预热后，和本发明第一方面一样，抽吸动力损失减少且NOx的产生量减少。
本发明第五方面在如本发明第一～第四方面中任意一方面所述的内燃机的控制方法中，在上述控制方式中，上述气门特性可变机构控制上述气门动作特性，使得上述内部EGR率在上述第一负载区域随着上述要求量的增加而增加，并控制上述气门动作特性，在上述第二负载区域，使上述内部EGR率随着上述要求量的增加而减少。
根据该第五方面，在第一负载区域中，内部EGR率增加，使得节气门的开度大引起的新气体向燃烧室的流入被抑制，因此，通过增加内部EGR率，使抽吸动力损失减少，并且NOx的产生量减少，另外，在第二负载区域中，随着要求量的增加非重叠正时而减少，内部EGR率减少，提供给燃烧室的新气体的量增加，所以随着接近规定负载，内部EGR率逐渐变大，由此，抽吸动力损失减少，同时NOx的产生量减少，在高负载区域中可得到大的发动机功率。
本发明的第六方面在如第一～第五方面中任意一方面所述的内燃机的控制方法中，上述气门动作特性包括吸气气门的最大升程量，上述气门特性可变机构控制上述气门动作特性，使上述吸气气门的最大升程量随着重叠正时的减少、上述非重叠正时的增加或上述内部EGR率的增加而减少。
根据该第六方面，当重叠正时大时，非重叠正时小时，或者内部EGR率小时，由于气门的最大升程量大，所以抽吸动力损失减少，另外，在规定负载附近，当重叠正时小时，非重叠正时大时，或内部EGR率大时，由于内部EGR率大而抽吸动力损失减少。
本发明的第七方面在如本发明的第六方面所述的内燃机的控制方法中，上述气门特性可变机构控制上述气门动作特性，使在最大的上述重叠正时或最小的上述内部EGR率中，有效重叠正时以及有效非重叠正时为0或大致为0。
根据该第七方面，在内部EGR率的控制范围内，以已燃气体实际上停止从燃烧室流出且新气体实际上开始流入燃烧室的时期为基准，开始控制内部EGR率，所以内部EGR率的控制精度高，且可使其控制范围增大。
本方面第一方面具有以下效果。即，在整个负载区域中，特别是在低负载区域或低负载以及中负载区域中通过进一步减少抽吸动力损失，使燃料消耗性能提高，在整个负载区域由内部EGR率控制发动机功率，抽吸动力损失减少，并且NOx的产生量减少，进而在规定负载附近的低负载区域或中负载区域使抽吸动力损失以及NOx的产生量大幅度减少，因此燃料消耗性能以及排气净化性能提高。
本发明的第二方面，除其引用的第一方面的效果以外，还具有以下效果。即，内燃机预热时供给到燃烧室的新气体的量由节气门控制，而且由于内部EGR率小，所以在整个负载区域燃烧性提高，燃烧的稳定性提高，燃烧温度变高，促进内燃机的预热。另外，内燃机预热后，可实现本发明第一方面的效果。
本发明第三方面可实现本发明第一方面的效果。
本发明第四方面可实现本发明第二方面的效果。
本发明第五方面，除其引用的方面的效果以外，还具有以下效果。即，在低负载区域或中负载区域中的规定负载附近内部EGR率增大，使燃料消耗性能以及排气净化性能提高，另外，在第二负载区域中，内部EGR率对应操作量的增加而减少，所以在高负载区域中可确保对应要求量的所需的发动机功率。
本发明第六方面，除其引用的方面的效果以外，还具有以下效果。即，在第一负载区域中，当内部EGR率小时，最大升程量变大，另外当内部EGR率大时，由于内部EGR率大，从而使得在第一负载区域以及规定负载附近的抽吸动力损失减少，燃料消耗性能提高。
本发明第七方面，除其引用的方面的效果以外，还具有以下效果。即，内部EGR率的控制精度高，另外，其控制范围可被增大，因此可由内部EGR率的控制或有效非重叠正时的控制提高发动机功率的控制精度。
附图说明
图1是搭载有本发明的内燃机的二轮机动车的右侧面示意图；
图2是图1的内燃机的图6II-II的剖面示意图，是局部通过吸气气门和排气气门的气门杆的中心轴线、控制轴的中心轴线的面的剖面图；
图3是图1的内燃机中的节流气门体(スロツトルボデイ)的示意图；
图4是说明图1的内燃机的控制中控制方式的图，其中，图4(A)表示节气门开度图的预热时用图，图4(B)表示节气门开度图的预热后用图，图4(C)是表示预热时的重叠正时、以及非重叠正时的控制方式的图，图4(D)是表示预热后的重叠正时、以及非重叠正时的控制方式的图；
图5是图1的内燃机的图10的Va-Va的剖面图，局部上是Vb-Vb的剖面示意图；
图6是图1的内燃机中拆掉气缸盖罩的状态下的气门装置的图2的VI-VI的剖面示意图，是局部以适当剖面表示气门装置的结构部件的图；
图7是图1的内燃机中的从气缸盖罩侧沿气缸轴线观察安装在气缸盖上的凸轮轴架的图；
图8(A)是图1的内燃机的气门装置的从凸轮轴方向观察气门特性可变机构的排气驱动凸轮的图；图8(B)是图1的内燃机的气门装置的以适当枢动的状态表示气门特性可变机构的排气连杆机构以及排气凸轮的图；
图9(A)是图8的IXA箭头方向的剖面图；图9(B)是图8的IXB箭头方向的图；图9(C)是图8的IXC箭头方向的剖面图；图9(D)是图8的IXD箭头方向的图；
图10是图1的内燃机中从前方沿气缸轴线观察气缸盖罩的图，是局部剖开表示气门特性可变机构的驱动机构的图；
图11是说明基于图1的内燃机的气门装置的吸气气门以及排气气门的气门动作特性的图；
图12(A)是图1的内燃机的气门装置中吸气气门可得到最大气门动作特性时气门特性可变机构的主要部分的说明图；图12(B)是图1的内燃机的气门装置中排气气门得到最大气门动作特性时气门特性可变机构的主要部分的说明图，相当于图2的主要部分放大图；
图13(A)是吸气气门可得到最小气门动作特性时的对应图12(A)的图；图13(B)是排气气门得到最小气门动作特性时的对应图12(B)的图；
图14(A)是吸气气门可得到减压动作特性时的对应图12(A)的图；图14(B)是排气气门可得到减压动作特性时的对应图12(B)的图。
具体实施方式
下面参照图1～图14说明本发明的实施方式。
如图1所示，应用本发明的内燃机E搭载在作为车辆的二轮机动车V上。二轮机动车V包括：具有前架1a和后架1b的车体架1；支承在与前架1a的前端结合的头管2上可自由转动并且固定在前叉3的上端部上的车把4；支承在前叉3的下端部上并可自由转动的前轮7；支承在车体架1上的动力单元U；可转动地支承在可摆动地支承于车体架1上的摆臂5的后端部的后轮8；连结后架1b和摆臂5的后部的尾部缓冲器6；覆盖车体架1的车体罩9。
动力单元U包括：具有在二轮机动车V的左右方向上延伸的曲轴15并横置的内燃机E，以及具有变速器并将内燃机E的动力传递到后轮8的传动装置。内燃机E包括：形成收容曲轴15的曲轴室同时兼作变速器箱的曲轴箱10；与曲轴箱10结合并向前延伸的气缸11；与气缸11的前端部结合的气缸盖12；与气缸盖12的前端部结合的气缸盖罩13。气缸11的气缸轴线L1朝向前方并相对水平方向稍向上倾斜地延伸(参照图1)，或者与水平方向大致平行地延伸。并且，由活塞14(参照图2)旋转驱动的曲轴15的旋转由上述变速器变速传递给后轮8，驱动后轮8。
再参照图2进行说明，内燃机E是SOHC型空冷式单气缸四冲程内燃机，在气缸11形成有活塞14可往复运动地嵌合的气缸孔11a，气缸盖12上的在气缸轴线方向A1上与气缸孔11a相对的面上形成燃烧室16，并形成分别在燃烧室16开口的具有吸气口17a的吸气孔17和具有排气口18a的排气孔18。面临燃烧室16的火花塞19插入形成在气缸盖12上的安装孔12c并安装在气缸盖12上。在此，燃烧室16与活塞14和气缸盖12之间的上述气缸孔11a一起构成燃烧空间。
另外，在气缸盖12上设置有作为发动机气门的一个吸气气门22和一个排气气门23，它们可往复运动地支承在气门导向部20i、20e上并总是由气门簧21向闭气门方向施力。吸气气门22和排气气门23由安装在内燃机E上的气门传动装置40进行开闭动作，分别对由气门座24形成的吸气口17a和排气口18a进行开闭。气门传动装置40除电动机80(参照图5)外，配置在由气缸盖12和气缸盖罩13形成的气门传动室25内。
在作为气缸盖12的一侧面的开设有吸气孔17的入口17b开口的上面12a上安装用于将从外部流入的空气导至吸气孔17的具有空气滤清器26(参照图1)和节流气门体27(参照图1)的吸气装置，在作为气缸盖12的另一侧面开设有的排气孔18的出口18b开口的下面12b上安装用于将通过排气孔18从燃烧室16流出的废气导至内燃机E的外部的具有排气管28(参照图1)的排气装置。另外，在上述吸气装置上设置作为向吸入空气供给液体燃料的燃料供给装置的燃料喷射阀。
并且，通过空气滤清器26和节流气门体27而吸入的空气在活塞14下降的吸气冲程中经由打开的吸气气门22从吸气孔17吸入燃烧室16，在活塞14上升的压缩冲程中以与燃料混合的状态被压缩。混合气体在压缩冲程的结束时被火花塞19点火燃烧，在活塞14下降的膨胀冲程中由燃气的压力驱动的活塞14驱动曲轴15进行旋转。已燃气体在活塞14上升的排气冲程中经由打开的排气气门23作为废气从燃烧室16排出到排气孔18。
参照图3说明，节流气门体27在上游端27a侧与空气滤清器26连通并在下游端27b侧介由吸气管与吸气孔17连通，在该节流气门体27上设置有：由回位返回弹簧向闭气门方向施力的节气门30；使节气门30进行开闭动作并控制其开度的节流控制机构T；检测节气门30的开度的节流开度检测机构32。节流控制机构T包括：由作为控制装置的电子控制单元(以下称为“ECU”)92(参照图5)控制的作为驱动装置的电动机33；以及构成将电动机33的驱动力传递到节气门30的传动机构的由一系列齿轮34、35构成的减速齿轮组。
并参照图5进行说明，向ECU92输入检测内燃机E的运转状态的运转状态检测机构的各检测信号，该运转状态检测机构由检测运行者运行的作为功率操作部件的节气门操纵把手的操作量D的功率要求量检测机构95、检测内燃机E的预热状态的作为预热状态检测机构的发动机温度检测机构96(例如润滑油温度检测机构)、节气门开度检测机构32等构成。在此，操作量D是运转者对发动机功率的要求量，上述节气门操纵把手是设定该要求量的功率设定机构。
在ECU92的存储装置内存储有以操作量D为参数设定节气门30的开度β的节气门开度图。该节气门开度图如图4(A)、(B)所示由在内燃机E预热时使用的预热时用图和内燃机E预热完了后使用的预热后用图构成。并且，电动机33根据由功率要求量检测机构95检测的操作量D和由节气门开度检测机构32检测的节气门30的实际开度被ECU92控制，对节气门30进行开闭，使节气门30的开度成为由上述节气门开度图设定的开度β。
ECU92当由发动机温度检测机构96检测到发动机处于发动机温度不到规定温度的状态即预热时选择预热时用图，当由发动机温度检测机构96检测到发动机处于发动机温度大于或等于上述规定温度的状态即预热后状态时选择预热后用图。根据预热时用图设定节气门30的开度与操作量D成正比的开度特性，在整个内燃机E的负载区域随操作量D的增加节气门30的开度增加。因此，电动机33中控制节气门30的开度，在整个负载区域使开度随着由兼作检测发动机负载的负载检测机构的功率要求量检测机构95检测的操作量D、即发动机负载的增加而增加。
另一方面，根据预热后用图设定开度特性，在从无负载到低负载区域的规定负载Da的第一负载区域Fa中，随着操作量D(发动机负载)的增加节气门30从怠速开度增加在规定负载Da的全开，在超过规定负载Da的第二负载区域Fb中，节气门30与操作量D无关而为全开。因此，电动机33在第一负载区域Fa中控制节气门30的开度，使其随着操作量D的增加从怠速开度增加到在规定负载Da的全开，在第二负载区域Fb中控制节气门30使其维持全开。在此，整个内燃机E的负载区域在无负载以及最大负载Db之间大致等分为低负载区域F1、中负载区域F2以及高负载区域F3。
参照图2、图5～图7、图12进行说明，气门传动装置40包括：吸气主摇臂41，其作为为使吸气气门22开闭而与其气门杆22a接触的吸气凸轮从动件；排气主摇臂42，其作为为使排气气门23开闭而与其气门杆23a接触的排气凸轮从动件；气门特性可变机构M，其控制气门动作特性，包括吸气气门22以及排气气门23的开闭正时和最大升程量。
吸气主摇臂41以及排气主摇臂42分别可摆动地由中央部的支点部41a、42a支承在固定于凸轮轴架29上的一对摇臂轴43上，在一端部的构成作用部的调整螺丝41b、42b与气门杆22a、23a接触，在另一端部的接触部的构成滚子41c、42c与吸气凸轮53以及排气凸轮54接触。
气门特性可变机构M包括收容在气门室的内部机构和配置在气门传动室25外的作为外部机构的驱动上述内部机构的电动驱动装置即电动机80。上述内部机构包括：一个凸轮轴50，其可旋转地支承在气缸盖12上，同时与曲轴15连动而被驱动旋转；作为驱动凸轮的吸气驱动凸轮51以及排气驱动凸轮52，它们设置在凸轮轴50上并与凸轮轴50一体旋转；连杆机构Mli、Mle，其被枢轴支承在凸轮轴50上作为可以凸轮轴50为中心摆动的连动机构；作为气门传动凸轮的吸气凸轮53以及排气凸轮54，它们与连杆机构Mli、Mle连结并为分别使吸气主摇臂41以及排气主摇臂42动作而枢轴支承在凸轮轴50上；驱动机构M2，其为以凸轮轴50为中心使连杆机构Mli、Mle摆动而作为驱动源具有电动机80(参照图5)；控制机构M3，其设于驱动机构M2和连杆机构Mli、Mle之间根据电动机80的驱动力控制连杆机构Mli、Mle绕凸轮轴50摆动；推压弹簧55，其作为为将连杆机构Mli、Mle压在控制机构M3上将绕凸轮轴50的转矩作用在连杆机构Mli、Mle上的推压用施力机构。
参照图2、图5以及图6进行说明，凸轮轴50介由配置在其两端部的一对轴承56可旋转地支承在气缸盖12和与气缸盖12结合的凸轮轴架29上，利用介由气门用传动机构而被传递的曲轴15(参照图1)的动力与曲轴15连动以其1/2的旋转速度被驱动旋转。上述气门用传动机构包括：与凸轮轴50的一端部即左端部的前端附近一体结合的凸轮链轮57；与曲轴15结合为一体的驱动链轮；架设在凸轮链轮57以及上述驱动链轮上的正时链58。上述气门用传动机构收容在由气缸11以及气缸盖12形成并位于气缸11以及气缸盖12的相对第一正交平面H1的一侧即左侧的传动室内。并且，上述传动室中在气缸盖12中形成的传动室59在以气缸轴线L1为中心的径向(以下称为“径向”)且凸轮轴50的旋转中心线L2的方向A2(以下称为“凸轮轴方向A2”)上与气门室25邻接。在此，第一正交平面H1是包含气缸轴线L1并与后述的基准平面H0正交而平面。
另外，在气门特性可变机构M中，与吸气气门22有关的部件以及与排气气门23有关的部件含有相互对应的部件，又由于吸气驱动凸轮51、排气驱动凸轮52、连杆机构Mli、Mle、吸气凸轮53以及排气凸轮54具有相同的基本结构，在以下说明中，以与排气气门23有关的部件为中心进行说明，与吸气气门22有关的部件以及有关说明等根据需要记于括号内。
参照图2、图5、图8、图9以及图12进行说明，压入凸轮轴50而固定的排气驱动凸轮52(吸气驱动凸轮51)具有跨越整个外周面形成的凸轮面。该凸轮面由不介由连杆机构Mle(Mli)而使排气凸轮54(吸气凸轮53)摆动的基圆部52a(51a)和介由连杆机构Mle(Mli)而使排气凸轮54(吸气凸轮53)摆动的凸轮凸部52b(51b)构成。基圆部52a(51a)具有由距旋转中心线L2的半径固定的圆弧构成的剖面形状，凸轮凸部52b(51b)具有距旋转中心线L2的半径在凸轮轴50的旋转方向R1增加后再减少的剖面形状。并且，基圆部52a(51a)对排气凸轮54(吸气凸轮53)的摆动位置进行设定，使得排气主摇臂42(吸气主摇臂41)与排气凸轮54(吸气凸轮53)的基部54a(53a)接触；凸轮凸部52b(51b)对排气凸轮54(吸气凸轮53)的摆动位置进行设定，使得排气主摇臂42(吸气主摇臂41)与排气凸轮54(吸气凸轮53)的基部54a(53a)以及凸轮凸部54b(53b)接触。
连杆机构Mli、Mle由与吸气凸轮53连结的吸气连杆机构Mli和与排气凸轮54连结的排气连杆机构Mle构成。并参照图5、图6进行说明，排气连杆机构Mle(吸气连杆机构Mli)包括：枢轴支承在凸轮轴50上并可以凸轮轴50为中心摆动的支架部60e(60i)；枢轴支承在支架部60e(60i)上并被排气驱动凸轮52(吸气驱动凸轮51)驱动而摆动的排气副摇臂66e(吸气副摇臂66i)；一端部枢装在排气副摇臂66e(吸气副摇臂66i)上并且另一端部枢装排气凸轮54(吸气凸轮53)上的连结连杆67e(67i)；将排气副摇臂66e(吸气副摇臂66i)压在排气驱动凸轮52(吸气驱动凸轮51)上的控制弹簧68。
介由插通有凸轮轴50的轴承69而支承在凸轮轴50上的支架部60e(60i)包括：在凸轮轴方向A2上分离的一对第一、第二板61e(61i)、62e(62i)；将第一板61e(61i)以及第二板62e(62i)在凸轮轴方向A2上隔开规定间隔而连结的同时对排气副摇臂66e(吸气副摇臂66i)进行枢轴支承的连结部件。并且，该连结部件包括：限定两板61e(61i)、62e(62i)间的上述规定间隔的同时也兼作对排气副摇臂66e(吸气副摇臂66i)进行枢轴支承的支承轴的轴套63e(63i)；插通在轴套63e(63i)上并将两板61e(61i)、62e(62i)结合为一体的铆钉64。如图6、图8所示，在各板61e(61i)、62e(62i)上形成有安装孔61e3(61i3)、62e3(62i3)，该安装孔61e3(61i3)、62e3(62i3)用于安装将各板61e(61i)、62e(62i)可摆动地支承在凸轮轴50上的轴承69。
并参照图5进行说明，在第一板61e(61i)上枢装控制机构M3的排气控制环71e(吸气控制环71i)，排气控制环71e(吸气控制环71i)和第一板61e(61i)连结为可在两者的连结部71e2(71i2)、61e1(61i1)相对运动。具体地，在作为控制机构侧连结部的排气控制环71e(吸气控制环71i)的连结部71e2(71i2)的孔中可相对旋转地插入有压入固定在作为支架部侧连结部的第一板61e(61i)的连结部61e1(61i1)的孔中的连结销61e1a(61i1a)。
另外，在第二板62e(62i)上形成减压凸轮62e1(62i1)(参照图8、图12)，该减压凸轮62e1(62i1)用于在内燃机E起动时通过在压缩过程中稍稍打开吸气气门22以及排气气门23来降低压缩压力使起动变得容易。另外，在第二板62e设置被摆动位置检测机构94(参照图14)的检测部94a检测的被检测部62e2。被检测部62e2由通过与构成检测部94a的齿部啮合而在第二板62e摆动方向上啮合的齿部形成。另外，虽然在本实施方式中没有采用，但在第二板61i上也设有相当于被检测部62e2的部分62i2。
在轴套63e(63i)上一体成形设置有：用来保持由压缩螺旋弹簧构成的控制弹簧68的一端部的第一弹簧保持部76；用来保持由压缩螺旋弹簧构成的推压弹簧55的一端部的可动侧弹簧保持部78。两弹簧保持部76、78在凸轮轴方向A2上与排气副摇臂66e(吸气副摇臂66i)的支点部66ea(66ia)邻接配置，并在轴套63e(63i)的周向上间隔配置(参照图6)。
另外，在轴套63e(63i)上，嵌合在第二板62e(62i)上形成的孔62e4(62i4)中的凸部63e1(63i1)形成在从排气副摇臂66e(吸气副摇臂66i)的摆动中心线L3e(L3i)离开的位置。凸部63e1(63i1)和孔62e4(62i4)构成用来阻止第二板62e(62i)和轴套63e(63i)之间用来阻止绕摆动中心线L3e(L3i)相对旋转的卡合部。由于该卡合部，通过设置一对弹簧保持部76、78从而使由控制弹簧68以及推压弹簧55的弹力作用同向转矩的轴套63e(63i)相对第一、第二板61e(61i)、62e(62i)的相对旋转被阻止，因此，推压弹簧55可靠地向连杆机构Mli、Mle施加绕凸轮轴50的转矩，同时控制弹簧68可靠地向排气驱动凸轮52(吸气驱动凸轮51)推压。
参照图2、图5、图6、图8、图9以及图12来进行说明，在凸轮轴方向A2上与排气凸轮54(吸气凸轮53)以及排气驱动凸轮52(吸气驱动凸轮51)一起配置在第一、第二板61e(61i)、62e(62i)之间的排气副摇臂66e(吸气副摇臂66i)在作为与排气驱动凸轮52(吸气驱动凸轮51)接触的接触部的滚子66eb(66ib)与排气驱动凸轮52(吸气驱动凸轮51)接触，由一端部的支点部66ea(66ia)可摆动地支承在轴套63e(63i)上，在另一端部的连结部66ec(66ic)，被固定在连结环67e(67i)的一端部上的连结销72枢轴支承。因此，排气副摇臂66e(吸气副摇臂66i)，通过排气驱动凸轮52(吸气驱动凸轮51)与凸轮轴50一起旋转而以轴套63e(63i)为摆动中心摆动。
枢轴支承在固定于连结环67e(67i)的另一端部的连结销73上的排气凸轮54(吸气凸轮53)由通过介由轴承44被凸轮轴50支承而能够以凸轮轴50为中心摆动的摆动凸轮构成，在其外周面的一部分上形成凸轮面。该凸轮面由将排气气门23(吸气气门22)维持在闭气门状态的基圆部54a(53a)和压下打开排气气门23(吸气气门22)的凸轮凸部54b(53b)构成。基圆部54a(53a)具有由距旋转中心线L2半径固定的圆弧构成的剖面形状，凸轮凸部54b(53b)具有距旋转中心线L2的半径在凸轮轴50的反转方向R2(旋转方向R1)上增加的剖面形状。因此，排气凸轮54(吸气凸轮53)的凸轮凸部54b(53b)具有使排气气门23(吸气气门22)的升程量在反转方向R2(旋转方向R1)上逐渐变大的形状。
排气凸轮54(吸气凸轮53)利用介由控制机构M3而传递的驱动机构M2的驱动力与排气连杆机构Mle(吸气连杆机构Mli)一起以相同的摆动量以凸轮轴50为中心摆动，另一方面，通过由排气驱动凸轮52(吸气驱动凸轮51)而使其摆动的排气副摇臂66e(吸气副摇臂66i)而以凸轮轴50为中心摆动。并且，相对凸轮轴50摆动的排气凸轮54(吸气凸轮53)使排气主摇臂42(吸气主摇臂41)摆动，使排气气门23(吸气气门22)进行开闭动作。因此，排气凸轮54(吸气凸轮53)利用依次介由支架60e(60i)、排气副摇臂66e(吸气副摇臂66i)以及连结环67e(67i)而传递的驱动机构M2的驱动力而摆动，另外还利用依次介由排气副摇臂66e(吸气副摇臂66i)以及连结环67e(67i)而传递的排气驱动凸轮52(吸气驱动凸轮51)的驱动力而摆动。
产生将排气副摇臂66e(吸气副摇臂66i)的轴套66eb(66ib)压在排气驱动凸轮52(吸气驱动凸轮51)上的弹力的控制弹簧68配置在轴套63e(63i)与排气凸轮54之间，可对应排气副摇臂66e(吸气副摇臂66i)的摆动在凸轮轴50的周向上伸缩。一端部保持在第一弹簧保持部76上的控制弹簧68的另一端部保持在设于与排气凸轮54(吸气凸轮53)形成一体的搁板状突出部的第二弹簧保持部77上。
总是向排气连杆机构Mle(吸气连杆机构Mli)作用产生朝向其摆动方向的一侧方向的转矩的弹力的推压弹簧55的一端部保持在支架60e(60i)的可动侧弹簧保持部78上，另一端部保持在设于固定在气缸盖12上的作为支架件的凸轮轴架29上的固定侧弹簧保持部79上。
将排气连杆机构Mle(吸气连杆机构Mli)压在气缸11侧的推压弹簧55的弹力直接作用于支架60e(60i)而将该支架60e(60i)压向气缸11的方向，利用该弹力而作用于支架60e(60i)的转矩朝向上述一侧方向。并且，上述一侧的方向设定成与利用当排气凸轮54(吸气凸轮53)打开排气气门23(吸气气门22)时从排气气门23(吸气气门22)向排气凸轮54(吸气凸轮53)作用的反作用力而作用于排气凸轮54(吸气凸轮53)的转矩相同的方向。因此，推压弹簧55的弹力总是将连结部61e1(61i1)沿摆动方向上压在连结部71e2(71i2)的方向，与根据从排气凸轮54(吸气凸轮53)介由连结环67e(67i)以及排气副摇臂66e(吸气副摇臂66i)作用于支架60e(60i)的转矩，与上述反作用力将连结部61e1(61i1)沿摆动方向压在连结部71e2(71i2)的方向相同。
并且，由于推压弹簧55，在因枢装而存在微小间隙的各连结部71e2(71i2)、61e1(61i1)中，一个连结部61e1(61i1)总是沿摆动方向压在另一连结部71e2(71i2)上，所以当第一板61e(61i)因排气控制环71e(吸气控制环71i)而摆动时，连结部71e2(71i2)与连结部61e1(61i1)之间的间隙(游隙)的影响被解除，排气控制环71e(吸气控制环71i)的运动被高精度地传递给支架60e(60i)。
参照图2、图5、图12进行说明，控制机构M3包括：由驱动机构M2驱动的作为控制部件的圆筒状控制轴70；将控制轴70的运动传递到连杆机构Mli、Mle，并以凸轮轴50为中心使连杆机构Mli、Mle摆动的控制环71i、71e。
控制轴70可沿平行于气缸轴线L1移动，因此，可在相对于包含凸轮轴50的旋转中心线L2并与气缸轴线L1平行的基准平面H0平行的方向移动。
控制环71i、71e由吸气控制环71i和排气控制环71e构成。吸气控制环71i利用作为第一吸气连结部的连结部71i1枢装在控制轴70上，利用作为第二吸气连结部的连结部71i2枢装在吸气连杆机构Mli的第一板61i的连结部61i1上。排气控制环71e利用作为第一吸气连结部的连结部71e1枢装在控制轴70上，利用作为第二吸气连结部的连结部71e2枢装在排气连杆机构Mle的第一板61e的连结部61e1上。吸气控制环71i的连结部71i1以及控制轴70的连结部70a分别具有压入固定在排气控制环71e的连结部71e1的孔内的一个连结销71e3可相对旋转地插入的孔，并被连结销71e3枢轴支承，二叉型连结部71i2、71e2分别具有连结部71i2、71e2的连结销61i1a、61e1a可相对旋转地插入的孔，并被连结销61i1a、61e1a枢轴支承。并且，推压弹簧的弹力总是在由于枢装而存在微小间隙的各连结部71e1(71i1)、70a将连结部71e1(71i1)压在连结部70a上，所以连结部71e1(71i1)与连结部70a之间的缝隙(游隙)的影响被解除，控制轴70的运动被高精度地传递给排气控制环71e(吸气控制环71i)。
并且，连结部71i1的枢动中心线L4i(参照图2、图12)和连结部71e1的枢动中心线L4e(参照图2、图12)在控制轴70的连结部70a形成共用的枢动中心线，同时以相对于基准平面H0以规定距离的偏倚量e偏倚在一侧即排气侧的状态(参照图2、图7)与旋转中心线L2平行配置，连结部71i2的枢动中心线L5i(参照图2、图12)在上述排气侧与旋转中心线L2平行配置，连结部71e2的枢动中心线L5e(参照图2、图12)相对基准平面H0在另一侧即吸气侧与旋转中心线L2平行配置。因此，如图7所示，控制轴70的中心轴线L6与气缸轴线L1平行，并且相对于基准平面H0以偏倚量e偏倚在排气侧。在此，所谓吸气侧是指相对于基准平面H0配置有吸气气门22的一侧，所谓排气侧是指相对于基准平面H0配置有排气气门23的一侧。
另外，作为两枢动中心线L4i、L5i间的距离的吸气控制环71i的环长设定为大于作为两枢动中心线L5i、L5e间的距离的排气控制环71e的环长。两枢动中心线L4e、L5e在凸轮轴50的周围在距旋转中心线L2相同的圆柱面上距旋转中心线L2等距离地配置，同时，相对于包括旋转中心线L2并且与基准平面H0正交的第二正交平面H2配置控制轴70以及枢动中心线L4i、L4e的一侧。另外，枢动中心线L5i位于比枢动中心线L5e更靠近第二正交平面H2的位置。
因此，通过作为共用枢动中心线的枢动中心线L4i、L4e相对基准平面H0以规定的偏倚量e偏倚在排气侧，或通过将吸气控制环71i的环长设定为大于排气控制环71e的环长，从而相对于由驱动机构M2驱动的控制轴70的移动量，以凸轮轴50为中心枢动中心线L5i的摆动量、随之吸气连杆机构Mli以及吸气凸轮53的摆动量变得大于排气连杆机构Mle以及排气凸轮54的摆动量。
参照图6、图10进行说明，驱动控制轴70的驱动机构M2包括：安装在气缸盖罩13上的可反转的电动机80；将电动机80的旋转传递给控制轴70的传递机构M4。并且，控制机构M3以及驱动机构M2相对于第二正交平面H2配置在与气缸11以及燃烧室16相反的一侧。
电动机80包括：收容线圈部等发热部并且具有与气缸轴线L1平行的中心轴线的圆筒型主体80a；平行于气缸轴线L1而延伸的输出轴80b。电动机80在气门传动室25的径向上相对于气缸盖12以及气缸盖罩13配置在外侧。并且，相对于第一正交平面H1在左侧配置传动室59，在相对于正交平面的另一侧即右侧配置主体80a以及火花塞19。在主体80a中，在气缸盖罩13形成在径向突出的遮檐形的安装部13a，在与该安装部13a结合的被安装部80a1上形成贯通孔80a2，输出轴80b贯通该贯通孔80a2向主体80a的外部突出延伸到气门室25内。主体80a从气缸盖罩13侧沿气缸轴线方向A1观察，或从气缸盖罩13的前方观察，配置在其整体被安装部覆盖的位置上(参照图10)。
参照图2、图5以及图10进行说明，在气门传动室25内，在气缸轴线方向A1上在凸轮轴架29和气缸盖罩13之间配置的传递机构M4包括：与在贯通气缸盖罩13并在气门室25内延伸的输出轴80b上形成的驱动齿轮80b1啮合的减速齿轮81；与减速齿轮81啮合并介由凸轮轴架29可旋转地支承在气缸盖12上的输出齿轮82。减速齿轮81可旋转地支承在被气缸盖罩13和覆盖形成在气缸盖罩13上的开口13c的罩83支承的支承轴84上，具有与驱动齿轮80b1啮合的大齿轮81a和与输出齿轮82啮合的小齿轮81b。输出齿轮82具有介由轴承89可旋转地被支承在利用螺栓与凸轮轴架29结合的保持筒88上的圆筒状突起部82a。
输出齿轮82和控制轴70介由将输出齿轮82的旋转运动变换成控制轴70的与气缸轴线L1平行的直线往复运动的运动变换机构即进给丝杠机构被驱动连结。上述进给丝杠机构包括：由形成在突起部82a的内周面上的梯形螺纹构成的阴螺纹部82b；由形成在控制轴70的外周面并与阴螺纹部82b螺纹配合的台形螺纹构成的阳螺纹部70b。控制轴70可滑动地嵌合在固定于突起部82a的导向轴90的外周上，在由该导向轴90而被在移动方向上导向的状态下，通过形成在凸轮轴架29上的贯通孔91(也参照图7)，在气缸轴线方向A1可相对于凸轮轴50前进和后退。
参照图5进行说明，电动机80由电子控制单元(下称ECU)92控制。因此，除功率要求量检测机构95、发动机温度检测机构96之外，来自构成上述运动状态检测机构的检测内燃机E的起动时刻的起动检测机构、检测发动机转速的发动机转速检测机构等的检测信号，还有来自检测被电动机80摆动的排气连杆机构Mle的支架60e乃至排气凸轮54的相对凸轮轴50的摆动角的摆动位置的摆动位置检测机构94(例如由电位器构成)的检测信号输入ECU92。
在ECU92的存储装置中存储有以操作量D为参数设定了摆动位置的气门控制图。并且，ECU92根据由功率要求量检测机构95检测的操作量D和由摆动位置检测机构94检测的排气连杆机构Mle的支架60e的实际摆动位置、即排气凸轮54的实际摆动位置来控制电动机80，使之成为上述气门控制图所设定的摆动位置。因此，若变更由电动机80驱动的控制轴70的位置，则排气连杆机构Mle(吸气连杆机构Mli)以及排气凸轮54(吸气凸轮53)相对于凸轮轴50的相对旋转位置即摆动位置根据操作量D变更，排气气门23(吸气气门22)的气门动作特性根据内燃机E的运转状态而被控制。
具体如下。
如图11所示，作为由变更开闭正时以及最大升程量的气门特性可变机构M控制的气门动作特性Ki、Ke的基本动作特性以最大气门动作特性Kimax、Kemax和最小气门动作特性Kimin、Kemin为边界值，以最大气门动作特性Kimax、Kemax和最小气门动作特性Kimin、Kemin之间的任意的中间气门动作特性来对吸气气门以及排气气门分别进行开闭动作。因此，吸气气门22随其开正时连续角度滞后，闭正时连续角度超前，开气门正时连续变短，得到最大升程量的凸轮轴50的转角(或者曲轴15的旋转位置即曲轴转角)连续角度滞后，同时最大升程量连续变小。并且，在吸气气门22的气门动作特性变更的同时，排气气门23随其开正时连续角度滞后，闭正时连续角度超前，开气门正时连续变短，得到最大升程量的凸轮轴50的转角连续角度超前，同时最大升程量连续变小。
并参照图12进行说明，由驱动机构M2驱动的控制轴70以及吸气控制环71i当占据图12(A)、(B)所示的第一位置时，吸气气门22的开正时变为最大超前角度位置θiomax，其闭正时成为最大滞后角度位置θicmax，并得到其开气门正时以及最大升程量都成为最大的最大气门动作特性Kimax，同时，排气气门23的开正时变为最大超前角度位置θeomax，其闭正时成为最滞后角度位置θecmax，并得到其开气门正时以及最大升程量都成为最大的最大气门动作特性Kemax
另外，在图12、图13中，排气气门23(吸气气门22)闭气门时的排气连杆机构Mle(吸气连杆机构Mli)以及排气主摇臂42(吸气主摇臂41)的状态由实线以及虚线表示，排气气门23(吸气气门22)以最大升程量开气门时的排气连杆机构Mle(吸气连杆机构Mli)以及排气主摇臂42(吸气主摇臂41)的状态由双点划线示意表示。
根据内燃机E的运转状态，由气门特性可变机构M得到最大气门动作特性Kimax、Kemax的状态，向得到最小气门动作特性Kimin、Kemin的状态变化时，电动机80旋转驱动输出齿轮72，利用上述进给丝杠机构控制轴70朝向凸轮轴50进退。这时根据电动机80的驱动量，控制轴70介由吸气控制环7“使吸气连杆机构Mli以及吸气凸轮53以凸轮轴50为中心在旋转方向R1上摆动，同时，介由排气控制环71e使排气连杆机构Mle以及排气凸轮54以凸轮轴50为中心在反转方向R2上摆动。
并且，在控制轴70以及排气控制环71e占据图13(A)、(B)所示的第二位置时，吸气气门22的开正时变为最小滞后角度位置θiomin，其闭正时成为最小超前角度位置θicmin，并得到其开气门正时以及最大升程量都成为最小的最小气门动作特性Kimin，同时，排气气门23的开正时变为最小滞后角度位置θeomin，其闭正时成为最超前角度位置θecmin，并得到其开气门正时以及最大升程量都成为最小的最小气门动作特性Kemin。
并且，在控制轴70从上述第二位置向上述第一位置移动时，电动机80逆向驱动输出齿轮82旋转，利用上述丝杠机构控制轴70后退从凸轮轴50离开。这时，控制轴70介由吸气控制环71i使吸气连杆机构Mli以及吸气凸轮53以凸轮轴50为中心在反转方向R2上摆动，同时，介由排气控制环71e使排气连杆机构Mle以及排气凸轮54以凸轮轴50为中心在旋转方向R1上摆动。
另外，当控制轴70占据上述第一位置和第二位置之间的位置时，排气气门23(吸气气门22)，得到最大气门动作特性Kemax(Kimax)以及最小气门动作特性Kemin(Kimin)中作为开正时、闭正时、开气门正时以及最大升程量之间的值的、开正时、闭正时、开气门正时以及最大升程量被设定的无数上述中间气门动作特性。
并且，吸气气门以及排气气门除上述基本动作特性以外还分别利用气门特性可变机构M以辅助动作特性进行开闭动作。具体地，参照图14(A)、(B)说明得到作为上述辅助动作特性的减压动作特性的情况。内燃机E开始起动时的压缩冲程中电动机80反向驱动输出齿轮82使其旋转，控制轴70占据越过上述第一位置后退并从凸轮轴50离开的位置即减压位置。这时，排气连杆机构Mle(吸气连杆机构Mli)以及排气凸轮54(吸气凸轮53)在旋转方向R1(反转方向R2)上摆动，第二板62e(62i)的减压凸轮62e1(62i1)与设置在排气主摇臂42(吸气主摇臂41)的滚子42c(41c)的附近的减压部42d(41d)接触，滚子42c(41c)从排气凸轮54(吸气凸轮53)离开，排气气门23(吸气气门22)以小开度的减压开度来开气门。
参照图11进行说明，根据吸气气门22以及排气气门23的气门动作特性，吸气上止点附近的吸气气门22以及排气气门23的重叠正时Pa以及非重叠正时Pb变化。即，在最大气门动作特性Kimax、Kemax中，得到最大重叠正时Pax，在最小气门动作特性Kimin、Kemin中，得到最大非重叠正时Pbx，在两个气门动作特性间的中间气门动作特性中，随着从最大气门动作特性Kimax、Kemax向最小气门动作特性Kimin、Kemin移动，重叠正时Pa减少成0(零)，非重叠正时Pb从0(零)开始增加。在此，重叠正时Pa在吸气上止点附近，排气气门23以及吸气气门22都形成开气门状态，该重叠正时Pa是排气气门23的闭正时和吸气气门22的开正时之间的曲轴转角(或凸轮角的转角)的范围，非重叠正时Pb在吸气上止点附近，排气气门23以及吸气气门22都形成闭气门状态，该非重叠正时Pb是排气气门23的闭正时和吸气气门22的开正时之间的曲轴转角(或凸轮角的转角)的范围。
并且，当由发动机温度检测机构96检测出处于预热状态时，如图4(C)所示，ECU92为控制吸气气门22以及排气气门23的气门动作特性，根据上述气门控制图控制电动机80，使得在整个内燃机E的负载区域与操作量D无关地得到规定量的重叠正时Pa，在此为得到最大重叠正时Pax。在此，预热时，气门特性可变机构M以最大气门动作特性Kimax、Kemax对吸气气门22以及排气气门23进行开闭，控制气门动作特性，使在整个负载区域不形成非重叠正时Pb。
另外在ECU92当由发动机温度检测机构96检测出处于预热状态时，如图4(D)所示，气门特性可变机构M为在整个上述负载区域通过与节气门30协作得到对应要求量的发动机功率，控制气门动作特性，以对应操作量D对重叠正时Pa或非重叠正时Pb进行控制，来控制发动机功率。
参照图4、图11进行说明，气门特性可变机构M在第一负载区域Fa中，控制气门动作特性，在随着要求量的增加，重叠正时Pa减少成0(零)后，非重叠正时Pb增加，达到规定负载Da之前得到最大非重叠正时Pbx；在第二负载区域Fb中，控制气门动作特性，在随着要求量的增加，非重叠正时Pb从最大非重叠正时Pbx减少成0(零)后，重叠正时Pa增加，在最大负载(最大操作量)Db得到最大重叠正时Pax。并且，在该气门装置40中，气门特性可变机构M通过变更吸气气门22的开闭正时以及排气气门23的开闭正时，控制重叠正时Pa以及非重叠正时Pb，从而控制内部EGR率N。
内部EGR率N表示燃烧室16的新气体的量和燃烧室16内残留的已燃气体的量的比例，由下式定义。
N＝Vce/(Vc-Vca)
其中，Vc：吸气下止点处的气缸容积
Vca：在吸气气门处于有效升程量时的气缸容积
Vce：在排气气门处于有效升程量时的气缸容积
吸气气门的有效升程量：介由开气门状态的吸气气门新气体从吸气孔实际上开始向燃烧室流出时的吸气气门的升程量
排气气门的有效升程量：介由开气门状态的排气气门已燃气体从燃烧室实际上结束流出排气孔时的排气气门的升程量
因此，在由在最大气门动作特性Kimax、Kemax中的最大重叠正时Pax得到的最小内部EGR率Nn和在最小气门动作特性Kimin、Kemin中的最大非重叠正时Pbx得到的最大内部EGR率Nx限定的控制范围内，随着气门动作特性从最大气门动作特性Kimax、kemax向最小气门动作特性Kimin、Kemin移动，内部EGR率N连续从最小内部EGR率Nn增至最大内部EGR率Nx。
并且，预热时气门特性可变机构M控制吸气气门22以及排气气门23的气门动作特性，在整个负载区域使内部EGR率N与操作量D无关系地维持在最小内部EGR率Nn。另外，预热后气门特性可变机构M在整个负载区域对应操作量D控制重叠正时Pa或非重叠正时Pb，由内部EGR率N或以内部EGR率N限定的内部EGR量控制发动机功率。更具体地，预热后气门特性可变机构M在第一负载区域Fa中控制吸气气门22以及排气气门23的气门动作特性，使内部EGR率N随着操作量D的增加而从无负载的最小内部EGR率Nn增加，在达到规定负载Da之前得到最大内部EGR率Nx，在第二负载区域Fb中控制吸气气门22以及排气气门23的气门动作特性，使内部EGR率N随着操作量D的增加而从规定负载Da的最大内部EGR率Nx减少，在最大负载Db处得到最小内部EGR率Nn。
另外，若对吸气气门22从气门座24离开而实际开气门的开正时，而使用作为吸气气门22以有效升程量开气门的有效开正时和排气气门23以有效升程量开气门的正时即有效闭正时，则可将重叠正时Pa以及非重叠正时Pb由有效重叠正时Pae以及有效非重叠正时Pbe表示。另外，在本实施方式中，吸气气门22以及排气气门23的上述有效升程量为相等的值。
下面使用由有效开正时以及有效闭正时限定的有效非重叠正时Pbe来说明气门特性可变机构M对气门动作特性的控制。气门特性可变机构在预热时控制吸气气门22以及排气气门23的气门动作特性，在整个负载区域，使有效重叠正时Pae以及有效非重叠正时Pbe都固定为0(零)，在预热后，在第一负载区域Fa中控制气门动作特性，随着操作量D的增加有效非重叠正时Pbe从无负载的0(零)增加到固定负载Da的最大值，在第二负载区域Fb，控制吸气气门22以及排气气门23的气门动作特性，使得在第二负载区域Fb中，有效非重叠正时Pbe随着操作量D的增加而从最大值减少直至在操作量D为最大值的最大负载处成为0(零)。另外，在该实施方式中，有效重叠正时Pae以及有效非重叠正时Pbe都成为0(零)的凸轮轴50的转角(曲轴转角)是吸气上止点。
并且，由以最大气门动作特性Kimax、Kemax进行开闭动作的吸气气门22以及排气气门23得到的有效重叠正时Pae以及有效非重叠正时Pbe为最小值0(零)时，内部EGR率N变为最小内部EGR率Nn，由以最小气门动作特性Kimin、Kemin进行开闭动作的吸气气门22以及排气气门23得到的有效非重叠正时Pbe为最大值Pbex时，内部EGR率N变为最大内部EGR率Nx。
接着说明如上所述结构的实施方式的作用以及效果。
内燃机E预热时节气门控制机构T控制节气门30的开度使其在内燃机E的整个负载区域形成随着操作量D的增加而增加的开度，气门特性可变机构M控制吸气气门22以及排气气门23的气门动作特性，使在整个负载区域不形成非重叠正时Pb，通过以在内部EGR率N的控制范围使内部EGR率N成为最小的预热时控制方式来控制内燃机E，在预热时在整个负载区域，新气体根据操作量D由节气门30进行流量控制被供给给燃烧室16，而由于利用气门特性可变机构M控制为不形成非重叠正时Pb，故与形成非重叠正时Pb的情况相比，内部EGR率N被控制为在内部EGR率N的控制范围内为最小，因此，燃烧性能提高，燃烧温度也变高，在整个负载区域，燃烧性能提高，燃烧稳定性提高，燃烧温度提高，促进了内燃机的预热。另外，由于燃烧温度变高也促进设置于上述排气装置的作为排气净化装置的催化剂装置的预热，因此，加快了催化剂装置的活性化，通过了排气净化性能。
内燃机E的预热后，节气门控制机构T控制节气门30的开度，使其在第一负载区域Fa中随着操作量D的增加而从怠速开度起在规定负载Da变为全开，同时控制节气门30在第二负载区域Fb为全开，气门特性可变机构M通过以预热后控制方式来控制内燃机E，该预热后控制方式控制动作特性，在负载区域整体对应操作量D控制重叠正时Pa或非重叠正时Pb，由内部EGR率N控制发动机功率，同时在规定负载Da处得到基于最大非重叠正时Pbx的最大内部EGR率Nx，从而，在整个负载区域特别是低负载区域F1抽吸动力损失进一步减小，燃料消耗性能提高，另一方面，在整个负载区域，通过得到对应操作量D的发动机功率地控制重叠正时Pa以及非重叠正时Pb，以内部EGR率N控制发动机功率，减小泵损失的同时减小NOx的产生量，另外在规定负载Da处内部EGR率N变为最大，所以在规定负载Da附近的低负载区域F1的泵损失以及NOx的产生量大幅度减小，燃料消耗性能以及排气净化性能改善。
另外，在上述预热后控制方式中，气门特性可变机构M控制吸气气门22以及排气气门23的气门动作特性，在第一负载区域Fa中，内部EGR率N随着操作量D的增加从无负载的最小内部EGR率Nn增加，在规定负载Da处得到最大内部EGR率Nx，在第二负载区域Fb中，内部EGR率N随着操作量D的增加从规定负载Da的最大内部EGR率Nx减少，在最大负载Db处得到最小内部EGR率Nn。由此，在第一负载区域Fa中，内部EGR率N增加，使得节气门30的开度大引起的新气体向燃烧室16的流入被抑制，因此，抽吸动力损失减少，并且NOx的产生量减少，另外，在第二负载区域Fb中，非重叠正时Pb随着操作量D的增加而减少，内部EGR率N减少，提供给燃烧室16的新气体的量增加，所以随着接近规定负载Da，内部EGR率N变大，由此，抽吸动力损失减少，同时NOx的产生量减少，燃料消耗性能以及排气净化性能改善，在高负载区域F3中，可得到大的发动机功率，确保对应要求量的所需的发动机功率。
气门特性可变机构M控制气门动作特性，在第一负载区域Fa中，在小于规定负载Da的负载区域中，得到最大内部EGR率Nx或最大非重叠正时Pbx以及最大有效重叠正时Pbex，这样在第一负载区域Fa中的抽吸动力损失进一步减少，燃料消耗性能提高，排气净化性能也提高。
气门特性可变机构M控制气门动作特性，使吸气气门22的最大升程量随着重叠正时Pa的减少、非重叠正时Pb的增加、有效非重叠正时Pbe从有效重叠正时Pae以及有效非重叠正时Pbe都为0(零)的状态的增加或内部EGR率N的增加而减少，这样，重叠正时Pa大时，非重叠正时Pb小时，有效非重叠正时Pbe小时，或内部EGR率N小时，吸气气门22的最大升程量大，所以抽吸动力损失减少，另外，在规定负载Da附近重叠正时Pa小时，非重叠正时Pb大时，有效非重叠正时Pbe大时，或内部EGR率N大时，由于内部EGR率N大而使抽吸动力损失减少，所以在第一负载区域Fa以及规定负载Da附近的抽吸动力损失减少，燃料消耗性能提高。
同时，气门特性可变机构M控制气门动作特性，使排气气门23的最大升程量随着重叠正时Pa的减少、非重叠正时Pb的增加、有效非重叠正时Pbe从有效重叠正时Pae以及有效非重叠正时Pbe都为0(零)的状态的增加或内部EGR率N的增加而减少，这样，重叠正时Pa大时，非重叠正时Pb小时，有效非重叠正时Pbe小时，或内部EGR率N小时，排气气门23的最大升程量大，所以抽吸动力损失减少，另外，在规定负载Da附近重叠正时Pa小时，非重叠正时Pb大时，有效非重叠正时Pbe大时，或内部EGR率N大时，由于内部EGR率N大而使抽吸动力损失减少，所以在第一负载区域Fa以及规定负载Da附近的抽吸动力损失减少，这一点也使燃料消耗性能提高。
气门特性可变机构M控制气门动作特性，在最大重叠正时Pax或最小内部EGR率Nn中，使有效重叠正时Pae以及有效非重叠正时Pbe都为0(零)，从而在内部EGR率N的控制范围内，以已燃气体实际停止从燃烧室16流出而实际上开始向燃烧室16流入新气体的正时为基准开始控制内部EGR率N，所以内部EGR率N的控制精度高，另外也可增大其控制范围，因此，利用内部EGR率N的控制或有效非重叠正时Pbe可提高控制对发动机功率的控制精度。
在气门特性可变机构M中，当控制机构M3在重叠正时Pa的减少、非重叠正时Pb或有效非重叠正时Pbe的增加引起的内部EGR率N的增加的方向上利用驱动机构M2而被驱动时，通过连结驱动机构M2和各连杆机构Mli、Mle，使基于吸气连杆机构Mli的吸气气门22的开正时的角度滞后量大于基于排气连杆机构Mle的排气气门23的闭正时的角度超前量，从而，气门特性可变机构M在内部EGR率N增加的方向上减少重叠正时Pa，增加非重叠正时Pb，或增加有效非重叠正时Pbe时，吸气气门22的开正时的角度滞后量变得大于排气气门23的闭正时的角度超前量，所以在排气气门23的闭正时角度超前，残留在燃烧室16内的已燃气体的压力变高时，与吸气气门22的开气门时的角度滞后量小于或等于排气气门23的闭正时的角度超前量的情况相比，吸气气门22在燃烧室16的压力更低时开始开气门，故可防止或抑制吸气的反流。
枢动中心线L4i和枢动中心线L4e相对于基准平面H0偏倚在排气侧并与旋转中心线L2上平行配置，枢动中心线L5i配置在排气侧，枢动中心线L5e配置在吸气侧，这样控制轴70移动时，吸气连杆机构Mli以大于排气连杆机构Mle的摆动量以凸轮轴50为中心摆动，得到吸气气门22的开正时的角度滞后量大于排气气门23的闭正时的角度超前量的气门动作特性，所以通过在吸气连杆机构Mli以及排气连杆机构Mle上共用控制机构M3的控制轴70，并以及枢动中心线L4i、枢动中心线L4e、枢动中心线L5i和枢动中心线L5e相对于基准平面H0的配置，使气门特性可变机构M小型化，使其结构简化。
枢动中心线L4i和枢动中心线L4e与旋转中心线L2平行配置，枢动中心线L5i配置在排气侧，枢动中心线L5e配置在吸气侧，吸气控制环7“的环长大于排气控制环71e的环长，由此控制轴70移动时，吸气连杆机构Mli以大于排气连杆机构Mle的摆动量以凸轮轴50为中心摆动，得到吸气气门22的开正时的角度滞后量大于排气气门23的闭正时的角度超前量的气门动作特性，所以通过在吸气连杆机构Mli以及排气连杆机构Mle上共用控制机构M3的控制轴70，以及枢动中心线L5i、枢动中心线L5e在基准平面H0的两侧分开配置，且吸气控制环71i的环长大于排气控制环71e的环长，从而使气门特性可变机构小型化，使其结构简化。
另外，通过使枢动中心线L4l和枢动中心线L4e构成共用枢动中心线，使气门特性可变机构进一步小型化，使其结构进一步简化。
下面说明变更上述实施方式的一部分结构后的实施方式的变更结构。
规定负载Da也可以是中负载区域F2中的负载。也可以仅变更吸气气门以及排气气门的开闭正时中排气气门的开闭正时来控制重叠正时以及非重叠正时。上述燃料供给装置也可以是向燃烧室内直接喷射燃料的燃烧喷射气门。
内燃机也可以是多缸内燃机。另外，也可以是一个气缸设置多个吸气气门和一个或多个排气气门的内燃机，或一个气缸设置多个排气气门和一个或多个吸气气门的内燃机。
在规定负载Da以及第二负载区域Fb中，节气门30的开度可以是大致全开，另外，在最大重叠正时Pax或最小内部EGR率Nn中，有效重叠正时Pae以及有效非重叠正时Pbe也可以大致为0，另外，预热时，在整个负载区域内部EGR率N也可以是大致最小。在此，“大致”是指分别与节气门30的开度全开时、有效重叠正时Pae以及有效非重叠正时Pbe为0时、内部EGR率N为最小时相比，对作用效果没有实质的差异的范围。

Claims (7)

1.一种内燃机的控制方法，该内燃机包括用于对控制吸气量的节气门的开度进行控制的节气门控制机构、用于控制包括排气气门的闭正时的气门动作特性的气门特性可变机构以及设定发动机功率的要求量的功率设定机构，所述气门特性可变机构改变所述排气气门的闭正时控制重叠正时以及非重叠正时，从而控制内部EGR率，该控制方法特征在于，以下面的控制方式来进行控制：
所述节气门控制机构控制所述节气门的开度，使其在从所述内燃机的无负载到低负载区域或中负载区域的规定负载为止的所述内燃机的第一负载区域中随着所述要求量的增加而从怠速开度起增加，在所述规定负载处全开或大致全开，并控制所述节气门使其在超过所述规定负载的所述内燃机的第二负载区域中全开或大致全开，所述气门特性可变机构在所述内燃机的整个负载区域对应所述要求量控制所述重叠正时或所述非重叠正时而控制发动机功率，同时，控制所述非重叠正时，使得在所述规定负载处得到基于最大的所述非重叠正时的最大的所述内部EGR率。
2.如权利要求1所述的内燃机的控制方法，其特征在于，在所述内燃机预热时，所述节气门控制机构控制所述节气门的开度，使其在整个所述负载区域中成为随着所述要求量的增加而增加的开度，所述气门特性可变机构控制所述气门动作特性，使得在整个所述负载区域不形成所述非重叠正时，在所述内燃机预热后进行所述控制方式下的控制。
3.一种内燃机的控制方法，该内燃机包括用于对控制吸气量的节气门进行控制的节气门控制机构、用于控制包括排气气门的闭正时的气门动作特性的气门特性可变机构以及设定发动机功率的要求量的功率设定机构，所述气门特性可变机构通过控制所述气门动作特性来控制内部EGR率，所述控制方法特征在于，以下面的控制方式来进行控制：
所述节气门控制机构，控制所述节气门的开度，使其在从所述内燃机的无负载到低负载区域或中负载区域中规定负载为止的所述内燃机的第一负载区域中随着所述要求量的增加而从怠速开度开始增加，在所述规定负载处全开或大致全开，并控制所述节气门使其在超过所述规定负载的所述内燃机的第二负载区域中全开或大致全开，所述气门特性可变机构在所述内燃机的整个负载区域由对应所述要求量的所述气门动作特性来控制所述EGR率，而控制发动机功率，同时，控制所述气门动作特性，在所述规定负载处得到最大的所述内部EGR率。
4.如权利要求3所述的内燃机的控制方法，其特征在于，在所述内燃机预热时，所述节气门控制机构控制所述节气门的开度，使其在整个所述负载区域中成为随着所述要求量的增加而增加的开度，所述气门特性可变机构控制所述气门动作特性，使得在整个所述负载区域所述内部EGR率成为最小或大致最小，在所述内燃机预热后进行所述控制方式下的控制。
5.如权利要求1～4的任意一项所述的内燃机的控制方法，其特征在于，在所述控制方式中，所述气门特性可变机构控制所述气门动作特性，使得所述内部EGR率在所述第一负载区域随着所述要求量的增加而增加，并控制所述气门动作特性，使得在所述第二负载区域，所述内部EGR率随着所述要求量的增加而减少。
6.如权利要求1～4的任意一项所述的内燃机的控制方法，其特征在于，所述气门动作特性包括吸气气门的最大升程量，所述气门特性可变机构控制所述气门动作特性，使所述吸气气门的最大升程量随着重叠正时的减少、所述非重叠正时的增加或所述内部EGR率的增加而减少。
7.如权利要求6所述的内燃机的控制方法，其特征在于，所述气门特性可变机构控制所述气门动作特性，在最大的所述重叠正时或最小的所述内部EGR率中，有效重叠正时以及有效非重叠正时为0或大致为0。
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