JP2000328968A - 内燃機関の動弁制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スワールを強化して安定した燃焼を確保し
熱効率を良くし燃費及び排気浄化の向上を図る内燃機関
の動弁制御装置を供する。 【解決手段】 一対の吸気弁の一方を閉弁状態で休止
させる吸気片弁休止機構を備えた内燃機関において、排
気弁の開閉時期を変更するバルブ位相可変機構Ｖｐと、
機関回転数を検出する機関回転数検出手段と、前記吸気
片弁休止機構と前記バルブ位相可変機構Ｖｐを制御する
制御手段とを備え、前記制御手段は、前記機関回転数検
出手段が検出した機関回転数が所定回転数以下の低速回
転状態で前記吸気片弁休止機構を作動して一方の吸気弁
を休止させるとともに、前記バルブ位相可変機構Ｖｐを
作動して排気弁の開閉時期を進ませる内燃機関の動弁制
御装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、吸気片弁休止機構
を備えた内燃機関の動弁制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の内燃機関は、機関回転数が高速
回転状態ではそれぞれ一対の吸気弁と１個または一対の
排気弁の駆動により運転するが、所定回転数以下の低速
回転状態では吸気片弁休止機構を作動して一対の吸気弁
の一方を閉弁状態で休止させる（特開平６−９３８２０
号公報）。

【０００３】この吸気片弁休止運転状態では、開弁した
一方の吸気弁の偏心した吸気ポートから燃焼室内に導入
された吸気は、スワール（渦巻き）を起こし燃焼を安定
させ、より熱効率を良くすることができ、特にリーンバ
ーン（希薄燃焼）を行うときに大きな効果が期待でき
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】スワールは、乱れがな
く滑らかな渦流を形成することが望ましいが、排気弁が
開いていたりすると、流れが乱され安定した燃焼が損な
われる。通常吸排気弁の開閉時期において、排気終わり
の上死点は、吸気始めの上死点でもあり、効率良く排気
と吸気を行わせるため上死点付近で吸気弁と排気弁が同
時に開いているバルブオーバラップ状態が形成されてい
る。

【０００５】前記吸気片弁休止運転状態においてもバル
ブオーバラップのオーバラップ角度があるため、一方の
吸気ポートから燃焼室内に吸気してスワールを生じさせ
ようとするときに排気弁が同時に開いていて、渦流が乱
され燃焼が安定しなくなる。また排気ポートから不活性
ガスが逆流する内部ＥＧＲが生じ、さらに燃焼を妨げ、
特にリーンバーンを行おうとするときに燃焼を不安定に
する。

【０００６】本発明は、斯かる点に鑑みなされたもの
で、その目的とする処は、スワールを強化して安定した
燃焼を確保し熱効率を良くし燃費及び排気浄化の向上を
図る内燃機関の動弁制御装置を供する点にある。

【０００７】

【課題を解決するための手段及び作用効果】上記目的を
達成するために、本発明は、一対の吸気弁の一方を閉弁
状態で休止させる吸気片弁休止機構を備えた内燃機関に
おいて、排気弁の開閉時期を変更するバルブ位相可変機
構と、機関回転数を検出する機関回転数検出手段と、前
記吸気片弁休止機構と前記バルブ位相可変機構を制御す
る制御手段とを備え、前記制御手段は、前記機関回転数
検出手段が検出した機関回転数が所定回転数以下の低速
回転状態で前記吸気片弁休止機構を作動して一方の吸気
弁を休止させるとともに、前記バルブ位相可変機構を作
動して排気弁の開閉時期を進ませる内燃機関の動弁制御
装置とした。

【０００８】内燃機関が低速回転状態で吸気片弁休止運
転中に、バルブ位相可変機構を作動して排気弁の開閉時
期を進ませるので、排気弁の閉角が進角してバルブオー
バラップ角度を小さくすることができ、よって一方の吸
気弁の開弁により偏心して導入される吸気に伴い生じる
スワールが排気弁の開弁により乱される時間が短縮し、
スワールが強化されるとともに内部ＥＧＲが低減される
ので、安定した燃焼が確保でき熱効率を良くし燃費及び
排気浄化を向上させることができる。

【０００９】請求項２記載の発明は、一対の吸気弁の一
方を閉弁状態で休止させる吸気片弁休止機構を備え、機
関回転数が所定回転数以下の低速回転状態でかつ負荷が
所定負荷範囲内の中負荷状態でリーンバーン制御が行わ
れる内燃機関において、排気弁の開閉時期を変更するバ
ルブ位相可変機構と、機関回転数を検出する機関回転数
検出手段と、内燃機関の負荷状態を検出する負荷検出手
段と、前記吸気片弁休止機構と前記バルブ位相可変機構
を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記機
関回転数検出手段が検出した機関回転数が前記所定回転
数以下の低速回転状態で前記吸気片弁休止機構を作動し
て一方の吸気弁を休止させるとともに、前記機関回転数
検出手段が検出した機関回転数が前記所定回転数以下の
低速回転状態でかつ前記負荷検出手段が検出した負荷が
前記所定負荷範囲内で前記バルブ位相可変機構を作動し
て排気弁の開閉時期を進ませる内燃機関の動弁制御装置
である。

【００１０】内燃機関が低速回転状態の吸気片弁休止運
転中でかつ所定負荷範囲のリーンバーン制御が行われる
運転状態で、バルブ位相可変機構を作動して排気弁の開
閉時期を進ませるので、リーンバーンにおいてスワール
を強化して安定した燃焼が確保でき熱効率を向上させる
ことができ、燃費を良くしリーンバーンの排気浄化効果
を促進することができる。

【００１１】請求項３記載の発明は、請求項２記載の内
燃機関の動弁制御装置において、前記バルブ位相可変機
構に排気弁の開閉時期を進ませる指示があってから所定
時間後に前記リーンバーン制御が行われることを特徴と
する。

【００１２】バルブ位相可変機構に排気弁の開閉時期を
進ませる指示があっても、実際に排気弁の開閉時期が進
んだ状態となるのに遅れ時間があり、この遅れ時間を見
込む所定時間経過後にリーンバーン制御を行うことによ
り、バルブオーバラップ角度が小さくなったところでリ
ーンバーン制御が行なわれるようにし、バルブオーバラ
ップ角度の大きい状態でリーンバーンを行いスワールを
乱し内部ＥＧＲを増加させることを回避することがで
き、リーンバーンの効果が損なわれることを確実に防止
できる。

【００１３】請求項４記載の発明は、請求項２記載の内
燃機関の動弁制御装置において、前記吸気片弁休止機構
に吸気片弁休止を指示してから第１の所定時間を経過
し、かつ前記バルブ位相可変機構に排気弁の開閉時期を
進ませる指示があってから第２の所定時間を経過してい
ることを条件に前記リーンバーン制御が行われることを
特徴とする。

【００１４】吸気片弁休止運転状態になくスワールを発
生していない状態でリーンバーン制御が行なわれること
を第１の所定時間を経過することで回避し、第２の所定
時間を経過して排気弁の開閉時期を進ませ吸気片弁休止
運転状態で生じるスワールを強化できる状態でリーンバ
ーン制御が行われるので、リーンバーンによる燃費の向
上及び排気浄化効果が確実に行われる。

【００１５】請求項５記載の発明は、請求項２記載の内
燃機関の動弁制御装置において、前記バルブ位相可変機
構の状態を検出する検出手段を備え、排気弁の開閉時期
が進んだ状態を前記検出手段が検出した後に前記リーン
バーン制御が行なわれることを特徴とする。

【００１６】排気弁の開閉時期が進んだ状態の下でリー
ンバーン制御が行なわれるので、バルブオーバラップ角
度が小さくなったところでリーンバーン制御が行なわ
れ、バルブオーバラップ角度の大きい状態でリーンバー
ンを行いスワールを乱し内部ＥＧＲを増加させることを
回避することができ、リーンバーンの効果が損なわれる
ことを確実に防止できる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下本発明の一実施の形態につい
て図１ないし図１７に基づいて説明する。この実施の形
態において、内燃機関１は、車両に搭載される４気筒Ｄ
ＯＨＣ４バルブ内燃機関である。各シリンダ２内を往復
動するピストン３はコネクティングロッド４を介してク
ランク軸５に連結されている。クランク軸５の軸端部に
設けられたドライブスプロケット６と、吸気カム軸７お
よび排気カム軸８の軸端部にそれぞれ設けられたカムス
プロケット９，10とが、タイミングチェーン11を介して
連結されていて、両カム軸７，８は、クランク軸５が２
回転したとき１回転するように回転駆動される。

【００１８】各気筒には、吸気カム軸７により駆動され
る２個の吸気弁12ａ，12ｂと、排気カム軸８により駆動
される２個の排気弁13ａ，13ｂとが設けられている。吸
気カム軸７と吸気弁12ａ，12ｂとの間、そして排気カム
軸８と排気弁13ａ，13ｂとの間には、それら弁の作動特
性、例えばリフト量および開弁期間を２段階に切換える
バルブ特性切換機構Ｖci，Ｖceがそれぞれ設けられてお
り、特に吸気カム軸７側のバルブ特性切換機構Ｖciは一
方の吸気弁12ｂを休止させる吸気片弁休止機構を備えて
いる。また、排気カム軸８において、カムスプロケット
10が設けられた軸端部には、排気弁13ａ，13ｂの開閉時
期を無段階に進角または遅角してカム位相を変更するバ
ルブ位相可変機構Ｖｐが設けられている。

【００１９】吸気弁12ａ，12ｂ側のバルブ特性切換機構
Ｖciの構造を図２ないし図５に基づき説明する。図４に
図示されるように吸気カム軸７には、各気筒に対応し
て、低速用カム21と高速用カム22と隆起部23とが、この
順に並んで一体に設けられている。吸気カム軸７よりも
下方において、吸気カム軸７と平行に固定されたロッカ
ーシャフト24には、低速用カム21、高速用カム22および
隆起部23にそれぞれ対応して、第１ロッカーアーム25、
第２ロッカーアーム26および第３ロッカーアーム27が揺
動自在に支持されている。

【００２０】図３に図示されるように、低速用カム21
は、吸気カム軸７の径方向に比較的小さい突出量で、そ
の周方向に所定の角度範囲に渡って突出した高位部21ｂ
と、ベース円部21ａとから構成されている。高速用カム
22は、吸気カム軸７の径方向の突出量が低速用カム21の
高位部21ｂの突出量より大きく、かつ周方向の角度範囲
が低速用のそれより広い高位部22ｂと、ベース円部21ａ
とから構成されている。隆起部23は、吸気カム軸７の径
方向に僅かに突出していて、その突出量が低速用カム21
の高位部２１ｂの突出量よりかなり小さい突部と、ベー
ス円部とから構成されている。

【００２１】吸気弁12ａ，12ｂのバルブステムの上端に
は、鍔部15が設けられており、シリンダヘッド２ａおよ
び鍔部15間に圧縮状態で装着されたバルブスプリング16
によって、吸気弁は閉弁方向に付勢されている。ロッカ
ーシャフト24に揺動自在に支持された第１、第３ロッカ
ーアーム25，27の一端部には吸気弁12ａ，12ｂのバルブ
ステムの上端に当接するタペットねじ17がそれぞれ進退
自在に設けられている。第１、第２および第３ロッカー
アーム25，26，27には、ロッカーシャフト24と両吸気弁
12ａ，12ｂとの間にローラ28，29，30がそれぞれ設けら
れており、三つのロッカーアーム25，26，27は、これら
ローラ28，29，30を介して両カム21，22および隆起部23
にそれぞれ従動する。また、第２ロッカーアーム26は、
図示されない弾発付勢手段により、ローラ29が高速用カ
ム22に当接するように付勢されている。

【００２２】図４に図示されるように、第１ローラ28
は、ロッカーシャフト24と平行な軸線を有していて、第
１ロッカーアーム25に嵌合して固定される内輪28ａと、
低速用カムに摺接する外輪28ｂと、内輪28ａおよび外輪
28ｂ間の複数のコロ28ｃとから構成される。同様に、第
２ローラ29は、ロッカーシャフト24と平行な軸線を有し
ていて、第２ロッカーアーム26に嵌合して固定される内
輪29ａと、高速用カム22に摺接する外輪29ｂと、内輪29
ａおよび外輪29ｂ間の複数のコロ29ｃとから構成され、
第３ローラ30は、ロッカーシャフト24と平行な軸線を有
していて、第３ロッカーアーム27に嵌合して固定される
内輪30ａと、隆起部23に摺接する外輪30ｂと、内輪30ａ
および外輪30ｂ間の複数のコロ30ｃとから構成される。
そして、各内輪28ａ，29ａ，30ａは、各ロッカーアーム
25，26，27が静止状態にあるとき、同一直線上に並ぶよ
うに固定されている。

【００２３】図３ないし図５に図示されるように、第１
および第３ロッカーアーム25，27には、両者の連結およ
び連結解除を切換可能とする第１連結切換機構が設けら
れ、第１，第２，第３ロッカーアーム25，26，27には、
これら三者の連結および連結解除を切換可能とする第２
連結切換機構が設けられている。

【００２４】すなわち、第１および第３ロッカーアーム
25，27には、ロッカーシャフト24に関して両吸気弁12
ａ，12ｂとは反対側で、第２ロッカーアーム26を跨いで
相互に対向する連結腕25ａ，27ａが一体に形成され、図
５に図示されるようにこれら連結腕25ａ，27ａの間に、
第１連結切換機構が設けられている。この第１連結切換
機構は、連結腕25ａ，27ａを連結可能な連結ピストン31
と、連結ピストン31の移動を規制する規制部材32と、連
結ピストン31および規制部材32を連結解除側に付勢する
戻しばね33とを備えている。両連結腕25ａ，27ａには、
相互に対応するガイド穴34，35がロッカーシャフト24と
平行に形成されている。

【００２５】連結ピストン31は、ガイド穴34に摺動可能
に嵌合され、連結ピストン31とガイド穴34の閉塞端との
間には第１油圧室36が形成されている。また、第１ロッ
カーアーム25には第１油圧室36に連通する連通路37が設
けられ、ロッカーシャフト24内にはオイルポンプに通じ
る第１油圧供給路38が形成されている。そして、この第
１油圧供給路38は、第１ロッカーアーム25の揺動状態に
かかわらず、連通路37を介して第１油圧室36に常時連通
している。

【００２６】一方、第２連結切換機構は、図４に図示さ
れるように第１および第２ロッカーアーム25，26を連結
可能な連結ピストン39と、第２および第３ロッカーアー
ム26，27を連結可能な連結ピン40と、連結ピストン39お
よび連結ピン40の移動を規制する規制部材41と、連結ピ
ストン39、連結ピン40および規制部材41を連結解除側に
付勢する戻しばね42とを備えている。

【００２７】連結ピストン39は、第１ローラ28の内輪28
ａに摺動可能に嵌合され、連結ピストン39の一端と第１
ロッカーアーム25との間に第２油圧室43が形成されてい
る。また、第１ロッカーアーム25には第２油圧室43に通
じる連通路44が設けられる。さらに、ロッカーシャフト
24内には、第１連結切換機構の第１油圧供給路38とは隔
絶されるとともに、オイルポンプに通じる第２油圧供給
路45が形成されている。そして、この第２油圧供給路45
は、第１ロッカーアーム25の揺動状態にかかわらず、連
通路44を介して第２油圧室43に常時連通している。

【００２８】連結ピストン39の他端に一端が当接される
連結ピン40は、第２ローラ29の内輪29ａに摺動可能に嵌
合されている。また、連結ピン40の他端に当接する有底
円筒状の規制部材41は、第３ローラ30の内輪30ａに摺動
可能に嵌合されている。戻しばね42は、第３ロッカーア
ーム27と規制部材41との間に、圧縮状態で装着されてい
る。さらに、第３ロッカーアーム27には内輪30ａと同軸
の連通穴46が形成されている。

【００２９】第１連結切換機構において、第１油圧室36
に供給される作動油の油圧が低圧になると、連結ピスト
ン31および規制部材32は戻しばね42の弾発力で連結解除
側に移動し、この状態では連結ピストン31および規制部
材32の当接面は第１ロッカーアーム25および第３ロッカ
ーアーム27間にあって、第１および第３ロッカーアーム
25，27は連結解除状態にある。第１油圧室36に高油圧の
作動油が供給されると、連結ピストン31は戻しばね42の
弾発力に抗して連結側に移動し、連結ピストン31がガイ
ド穴35に嵌合して第１および第３ロッカーアーム25，27
は一体に連結された連結状態になる。

【００３０】また、第２連結切換機構において、第２油
圧室43に供給される作動油の油圧が低圧になると、連結
ピストン39、連結ピン40および規制部材41は戻しばね42
の弾発力で連結解除側に移動し、この状態では連結ピス
トン39および連結ピン40の当接面は第１ロッカーアーム
25および第２ロッカーアーム26間にあり、連結ピン40お
よび規制部材41の当接面は第２ロッカーアーム26および
第３ロッカーアーム27間にあって、第１、第２、第３ロ
ッカーアーム25，26，27は連結解除状態にある。

【００３１】第２油圧室43に高油圧の作動油が供給され
ると、連結ピストン39、連結ピン40および規制部材41は
戻しばね42の弾発力に抗して連結側に移動し、連結ピス
トン39が内輪29ａに嵌合し、連結ピン40が内輪30ａに嵌
合して第１、第２、第３ロッカーアーム25，26，27は一
体に連結された連結状態になる。

【００３２】以上の構造より第１連結切換機構と第２連
結切換機構が共に連結解除状態では、第１、第２、第３
ロッカーアーム25，26，27は互いに独立にして揺動可能
であり、よって第１ロッカーアーム25は低速用カム21の
回転に従動し一方の吸気弁12ａは低速用カム21の形状に
応じたタイミングおよびリフト量で開閉駆動し、また第
３ロッカーアーム27は隆起部23の回転に従動することで
他方の吸気弁12ｂは実質的に閉弁休止し、よって吸気片
弁休止運転状態とすることができる。

【００３３】また第１連結切換機構が連結状態となる
と、第１ロッカーアーム25と第３ロッカーアーム27が一
体に連結し、第１ロッカーアーム25とともに第３ロッカ
ーアーム27が低速用カム21の回転に従動し、吸気弁12
ａ，12ｂは低速用カム21の形状に応じたタイミングおよ
びリフト量で開閉駆動する。

【００３４】さらに第２連結切換機構が連結状態となる
と、第１、第２、第３ロッカーアーム25，26，27が一体
に連結し、高速用カム22の回転に従動する第２ロッカー
アーム26の揺動が第１、第３ロッカーアーム25，27の揺
動を決定し、吸気弁12ａ，12ｂは高速用カム22の形状に
応じたタイミングおよびリフト量で開閉駆動する。

【００３５】次に排気弁13ａ，13ｂ側のバルブ特性切換
機構Ｖce及びバルブ位相可変機構Ｖｐの構造を図６ない
し図１１に基づき説明する。まずバルブ特性切換機構Ｖ
ceにおいて、排気カム軸８には各気筒に対応して一対の
低速用カム51，53と両低速用カム51，53に挟まれた高速
用カム52とが設けられ、排気カム軸８よりも下方に平行
に固定されたロッカーシャフト54には、前記低速用カム
51，高速用カム52および低速用カム53にそれぞれ対応し
て第1ロッカーアーム55，第２ロッカーアーム56および
第３ロッカーアーム57が揺動自在に支持されている。

【００３６】一対の低速用カム51，53は、排気カム軸８
の半径方向に沿う突出量が比較的に小さい高位部51ｂ，
53ｂと、ベース円部51ａ，53ａとから構成される。高速
用カム52は、その突出量が前記低速用カム51，53の高位
部51ｂ，53ｂの突出量よりも大きく、かつ広い角度範囲
に亘る高位部52ｂと、ベース円部15ａとから構成され
る。

【００３７】吸気弁12ａ，12ｂのバルブステムの上端に
は鍔部60，60が設けられており、シリンダヘッド２ａと
鍔部60，60との間に圧縮状態で装着されたバルブスプリ
ング61，61によって吸気弁12ａ，12ｂは閉弁方向に付勢
される。一端部をロッカシャフト54に揺動自在に支持さ
れた第１，第３ロッカーアーム55，57は、その中間部に
形成されたカムスリッパ55ａ，57ａが一対の低速用カム
51，53にそれぞれ当接し、その他端部には吸気弁12ａ，
12ｂのバルブステムの上端に当接するタペットねじ62，
62がそれぞれ進退自在に設けられる。

【００３８】第２ロッカーアーム56は、図８に図示され
るようにシリンダヘッド２ａとの間に圧縮状態で装着さ
れた弾発付勢手段63で付勢され、その他端部に形成した
カムスリッパ56ａが高速用カム52に当接する。前記弾発
付勢手段63は、閉塞端を第２ロッカーアーム56に当接さ
せた有底円筒状のリフタ63ａと、リフタ63ａを第２ロッ
カーアーム56に向けて付勢するリフタスプリング63ｂと
から構成されている。

【００３９】図９から明らかなように、第１，第２，第
３ロッカーアーム55，56，57間の連結状態を切り換える
連結切換機構は、第３ロッカーアーム57と第２ロッカー
アーム56間を連結し得る第１連結ピン64と、第２ロッカ
ーアーム56と第１ロッカーアーム55間を連結し得る第２
連結ピン65と、第１連結ピン64と第２連結ピン65の移動
を規制する規制部材66と、第１，第２連結ピン64，65を
規制部材66とともに連結解除側に付勢する戻しばね67と
を備える。

【００４０】第３ロッカーアーム57には、ロッカーシャ
フト54と平行な有底のガイド穴68がその開放端を第２ロ
ッカーアーム57側にして形成されており、このガイド穴
68には前記第１連結ピン64が摺動自在に嵌合し、第１連
結ピン64とガイド穴68の閉塞端との間に油圧室69が形成
される。また第３ロッカーアーム57には油圧室69に連通
する連通路70が形成され、ロッカーシャフト54内には油
圧供給路71が形成される。連通路70および油圧供給路71
は、ロッカーシャフト54の側壁に形成した連通路72を介
して第３ロッカーアーム57の揺動状態に関わらず常時連
通する。

【００４１】第２ロッカーアーム56には、前記ガイド穴
68に対応する同一径のガイド穴73がロッカーシャフト54
と平行に貫通しており、このガイド穴73に前記第２連結
ピン65が摺動自在に嵌合する。

【００４２】第１ロッカーアーム55には、前記ガイド穴
73に対応する同一径の有底円筒状のガイド穴74がロッカ
ーシャフト54と平行かつ開放端を第２ロッカーアーム56
側にして形成され、このガイド穴74に規制部材66が摺動
自在に嵌合する。しかも規制部材66に一体に形成された
軸部66ａはガイド穴74の閉塞端に形成した案内部74ａに
摺動自在に案内される。戻しばね67は規制部材66に軸部
66ａの外周に嵌合してガイド穴74ａの閉塞端と規制部材
66との間に圧縮状態で装着され、この戻しばね67の弾発
力で第１，第２連結ピン64，65が規制部材66とともに連
結解除側すなわち油圧室69側に付勢される。

【００４３】油圧室69に供給される油圧を解放すると第
１，第２連結ピン64，65，規制部材66は戻しばね67の弾
発力で連結解除側に移動し、この状態では第１連結ピン
64と第２連結ピン65の当接面は第３ロッカーアーム57と
第２ロッカーアーム56との間にあり、第２連結ピン65と
規制部材66の当接面は第２ロッカーアーム56と第１ロカ
ーアーム55との間にあり、従って第１，第２，第３ロッ
カーアーム55，56，57は連結解除状態になっている。油
圧室69に油圧を供給すると第１，第２連結ピン64，65と
規制部材66は戻しばね67の弾発力に抗して連結側に移動
し、第１連結ピン64がガイド穴73に嵌合し、第２連結ピ
ン65がガイド穴74に嵌合して第１，第２，第３ロッカー
アーム55，56，57は一体に連結される。

【００４４】排気弁13ａ，13ｂのバルブ特性切換機構Ｖ
ceは、以上のような構造をしており、連結切換機構が連
結解除状態にあれば第１，第２，第３ロッカーアーム5
5，56，57は互いに独立して揺動可能であり、第１，第
３ロッカーアーム55，57はそれぞれ低速用カム51，53の
回転に従動し両排気弁13ａ，13ｂは低速用カム51，53の
形状に応じたタイミングおよびリフト量で開閉駆動す
る。

【００４５】また連結切換機構が連結状態となると、第
１、第２、第３ロッカーアーム55，56，57が一体に連結
し、高速用カム52の回転に従動する第２ロッカーアーム
56の揺動が第１、第３ロッカーアーム55，57の揺動を決
定し、両排気弁13ａ，13ｂは高速用カム52の形状に応じ
たタイミングおよびリフト量で開閉駆動する。

【００４６】次に、図６および図１０，図１１を参照し
て、排気カム軸８の軸端部に設けられたバルブ位相可変
機構Ｖｐの構造を説明する。略円筒状のボス部材81の中
心に形成された支持孔81ａが排気カム軸８の軸端部に同
軸に嵌合し、ピン82およびボルト83で相対回転不能に結
合されている。タイミングチェーン11が巻き掛けられる
カムスプロケット10は円形の凹部10ａを有して略カップ
状に形成されており、その外周にスプロケット歯10ｂが
形成されている。カムスプロケット10の凹部10ａに嵌合
する環状のハウジング84と、さらにその軸方向重ね合わ
されたプレート85とが、それらを貫通する４本のボルト
86でカムスプロケット10に結合されている。

【００４７】したがって、排気カム軸８と一体に結合さ
れたボス部材81は、カムスプロケット10、ハウジング84
およびプレート85によって囲まれた空間に相対回転可能
に収納される。ボス部材81を軸方向に貫通するピン孔81
ｂにロックピン87が摺動自在に嵌合しており、このロッ
クピン87はプレート85との間に圧縮状態で装着されたス
プリング88によって、カムスプロケット10に形成された
ロック孔10ｃに係合する方向に付勢されている。

【００４８】図１０を参照してハウジング84の内部に
は、排気カム軸８の軸線を中心とする扇状の凹部84ａが
９０°間隔で４個形成されており、ボス部材81の外周か
ら放射状に突出する４枚のベーン89が、３０°の中心角
範囲で相対回転し得るように凹部84ａに嵌合している。
４個のベーン89の先端に設けられた４個のシール部材90
が凹部84ａの天井壁に摺動自在に当接し、かつハウジン
グ84の内周面に設けられた４個のシール部材91がボス部
材81の外周面に摺動自在に当接することにより、各ベー
ン89の両側に進角室92および遅角室93がそれぞれ区画さ
れている。

【００４９】排気カム軸８の内部には、進角用油路94お
よび遅角用油路95が形成されており、進角用油路94はボ
ス部材81を半径方向に貫通する４本の油路96を介して４
個の進角室92にそれぞれ連通するとともに、遅角用油路
95はボス部材81を半径方向に貫通する４本の油路97を介
して４個の遅角室93にそれぞれ連通している。また、ロ
ックピン87の頭部が嵌合するカムスプロケット10のロッ
ク孔10ｃは、図示されない油路を介していずれかの進角
室92に連通している。

【００５０】進角室92に作動油が供給されていないと
き、ロックピン87の頭部はスプリング88の弾発力でカム
スプロケット10のロック孔10ｃに嵌合し、図１０に図示
されるように、カムスプロケット10に対して排気カム軸
８が反時計方向に相対回転した最も遅角した状態にロッ
クされる。この状態から進角室92に供給される作動油の
油圧を高めてゆくと、いずれかの進角室92から伝達され
る作動油の油圧でロックピン87がスプリング88の弾発力
に抗してカムスプロケット10のロック孔10ｃから離脱す
るとともに、進角室92および遅角室93の油圧差でベーン
89が押されることによりカムスプロケット10に対して排
気カム軸８が時計方向に相対回転し、低速用カム51，53
および高速用カム52の位相が一体的に進角して排気弁13
ａ，13ｂの開閉時期がともに進み側に変化する。したが
って、進角室92および遅角室93の油圧を制御することに
より、排気弁13ａ，13ｂの開閉時期を無段階に変化させ
ることができる。

【００５１】このバルブ位相可変機構Ｖｐを駆動するリ
ニアソレノイドバルブ100の構造を図１１に基づいて説
明する。リニアソレノイドバルブ100は、円筒状のスリ
ーブ101と、スリーブ101の内部に摺動自在に嵌合するス
プール102と、スリーブ101に固定されてスプール102を
駆動するデューティソレノイド103と、スプール102をデ
ューティソレノイド103に向けて付勢するスプリング104
とを備えている。電子制御ユニットからの指令で、デュ
ーティソレノイド103への電流量をデューティ制御する
ことにより、スプリング104の弾発力に抗してスリーブ1
01に摺動自在に嵌合するスプール102の軸方向位置を無
段階に変化させることができる。

【００５２】スリーブ101には、中央の入力ポート105
と、その両側に位置する遅角ポート106および進角ポー
ト107と、それらの両側に位置する一対のドレンポート1
08，109とが形成されている。一方、スリーブ101に摺動
自在に嵌合するスプール102には、中央グルーブ110と、
その両側に位置する一対のランド111，112と、それらの
両側に位置する一対のグルーブ113，114とが形成されて
いる。入力ポート105はオイルポンプに接続され、遅角
ポート106はバルブ位相可変機構Ｖｐの遅角室93に接続
され、進角ポート107はバルブ位相可変機構Ｖｐの進角
室92に接続されている。

【００５３】内燃機関１の停止時に、バルブ位相可変機
構Ｖｐは遅角室93が最大容積になり、かつ進角室92の容
積がゼロになった状態にあり、ロックピン87がカムスプ
ロケット10のロック孔10ｃに嵌合して、最も遅角した状
態に保持される。内燃機関１の始動によりオイルポンプ
が作動し、リニアソレノイドバルブ100を介して進角室9
2に伝達される油圧が所定値を越えると、油圧によりロ
ックピン87がロック孔10ｃから離脱してバルブ位相可変
機構Ｖｐは作動可能な状態になる。

【００５４】この状態から、デューティソレノイド103
のデューティ比を、中立位置の設定値、例えば５０％よ
り増加させると、図１１においてスプール102がスプリ
ング104に抗して中立位置よりも左側に移動し、オイル
ポンプに連なる入力ポート105がグルーブ110を介して進
角ポート107に連通するとともに、遅角ポート106がグル
ーブ113を介してドレンポート108に連通する。その結
果、バルブ位相可変機構Ｖｐの進角室92に油圧が作用す
るため、図１０においてカムスプロケット10に対して排
気カム軸８が時計方向に相対回転し、排気カム軸８のカ
ム位相が進角側に連続的に変化する。

【００５５】そして、目標とするカム位相が得られたと
きに、デューティソレノイドのデューティ比を５０％に
設定してリニアソレノイドバルブ100のスプール102を図
１１に示す中立位置、すなわち入力ポート105を一対の
ランド111，112間に閉塞し、かつ遅角ポート106および
進角ポート107をそれぞれランド111，112で閉塞する位
置に停止させることにより、カムスプロケット10および
排気カム軸８を一体化してカム位相を一定に保持するこ
とができる。

【００５６】以上のようにバルブ特性切換機構Ｖci,Ｖc
e及びバルブ位相可変機構Ｖｐは油圧制御により作動制
御され、吸気弁12ａ，12ｂ側のバルブ特性切換機構Ｖci
のうちの吸気片弁休止運転は、低速回転時に行われる。

【００５７】図１２は、横軸を機関回転数Ｎｅ（rp
m）、縦軸を負荷Ｌ（％）とした制御マップを示したも
のであり、機関回転数Ｎｅが約3000rpm以下の低速回転
時に吸気片弁休止制御を行い、約3000rpm以上では４バ
ルブ制御を実施する。また吸気弁と排気弁はともに機関
回転数Ｎｅが約5000rpmより低速回転時には低速用カム2
1，51，53の形状に応じたリフト変化をする低速モード
にあり、約5000rpm以上の高速回転時には高速用カム2
2，52の形状に応じたリフト変化をする高速モードにな
る。

【００５８】図１３はクランク角に対する弁のリフト量
を示しており、上死点より進角側（左側）に主に排気弁
の揚程が示され、遅角側（右側）に主に吸気弁の揚程が
示されており、両者は上死点付近でオーバラップしてい
る。いずれもリフト量の大きい方が高速モードで、リフ
ト量の小さい方が低速モードの揚程を示しており、通常
の運転状態にある。

【００５９】そして図１２において負荷Ｌは、スロット
ル開度（又はアクセル開度）や吸気負圧等で測定でき
る。図１２において機関回転数Ｎｅが約3000rpm（所定
回転数）以下の低速回転時で負荷Ｌが約30％〜70％の間
（所定負荷範囲内）の中負荷時の運転状態において、リ
ーンバーン制御が行われるが、実際にリーンバーン制御
が行われるのは、吸気弁12ａ，12ｂ側のバルブ特性切換
機構Ｖciが吸気片弁休止運転状態となり、排気カム軸８
のカム位相を進角されたとみなされた後である。

【００６０】機関回転数Ｎｅおよびスロットル開度等の
運転状態はそれぞれの検出手段により検出され電子制御
ユニットに入力され、電子制御ユニットがバルブ特性切
換機構Ｖci，Ｖce、バルブ位相可変機構Ｖｐの制御はも
とより上記リーンバーン制御等各種運転制御を行う。

【００６１】電子制御ユニットは、前記機関回転数Ｎｅ
が約3000rpm以下の低速回転となると、バルブ特性切換
機構Ｖciに指示信号を出力して前記したように吸気片弁
休止運転状態とする。この指示信号を出力して実際に吸
気片弁休止状態となるまでに遅れ時間がある。

【００６２】また電子制御ユニットは、機関回転数Ｎｅ
が約3000rpm以下の低速回転時で負荷Ｌが約30％〜70％
の間の運転状態になったと判断すると、前記デューティ
ソレノイド103に指示信号を出力してデューティソレノ
イド103のデューティ比を、中立位置の設定値より増加
させ、リニアソレノイドバルブ100を駆動して排気弁13
ａ，13ｂ側のバルブ位相可変機構Ｖｐを作動し、進角室
92に油圧を作用させ排気カム軸８を時計方向に相対回転
し、排気カム軸８のカム位相を進角させる。

【００６３】この場合も指示信号を出力してから実際に
排気カム軸８のカム位相が進角するのに遅れ時間がある
が、リニアソレノイドバルブ100及びバルブ位相可変機
構Ｖｐの順に作動してカム位相が進角されるので、前記
バルブ特性切換機構Ｖciの動作より大きな遅れ時間があ
る。

【００６４】図１４は機関回転数Ｎｅが3000rpm以下の
低速回転時のクランク角に対する弁のリフト量を示す図
であり、一方の吸気弁12ｂが休止し他方の吸気弁12ａが
低速用カム21の形状に応じたリフト変化を示し、排気弁
13ａ，13ｂが低速用カム51，53の形状に応じたリフト変
化を示している。実線で示した弁揚程が通常の低速モー
ドのものであり、排気効率及び吸気効率を最大にすべく
排気弁揚程と吸気弁揚程が設定され、排気弁揚程と吸気
弁揚程が上死点でオーバラップして、そのオーバラップ
角度が大きい。

【００６５】そして負荷Ｌが30〜70％の範囲に入りバル
ブ位相可変機構Ｖｐが作動して排気弁13ａ，13ｂの開閉
時期が進むと、図１４において破線で示すように排気弁
揚程が進角（左方に移動）し、上死点付近の排気弁の閉
角が進角してオーバラップ角度が小さくなる。すなわち
吸気弁が開弁して吸気をするときに排気弁が閉じずに開
いている期間が短縮する。

【００６６】このバルブ位相可変機構Ｖｐにより排気弁
13ａ，13ｂの開閉時期が進む運転状態では、図１２に示
すようにリーンバーン制御がなされるが、電子制御ユニ
ットによるリーンバーンが実施されるまでの制御手順を
図１５のフローチャートに示す。

【００６７】まず吸気片弁休止条件すなわち機関回転数
Ｎｅが3000rpm未満か否かを判別し（ステップ１）、300
0rpm以上ならば通常のストイキ運転を行い、3000rpm未
満のとき吸気片弁休止制御を行う（ステップ２）。吸気
片弁休止制御は、バルブ特性切換機構Ｖciに吸気片弁休
止の指令信号が出力されて行なわれるが、遅れ時間を見
越したディレイタイムＴｃ（第１の所定時間例えば0.2
秒）が設定され（ステップ３）、ディレイタイムＴｃが
０になるまでは（ステップ４）ストイキ運転がなされ、
０になるとステップ５に進みカム位相進角条件である負
荷Ｌが30％〜70％の範囲にあるか否かが判別され、この
範囲になければストイキ運転を続け、この範囲内にあれ
ばステップ６に進み、前記排気弁側のカム位相の進角制
御を行う。

【００６８】カム位相の進角制御はデューティソレノイ
ド103に指示信号を出力して行なわれるが、遅れ時間を
見越したディレイタイムＴｐ（第２の所定時間）が設定
される（ステップ７）。このディレイタイムＴｐは、図
１６に示すようにバルブ位相可変機構Ｖｐの油圧によっ
て決定される。油圧が高い方がディレイタイムＴｐは短
くてすみ、例えば0.3〜0.7秒程度である。なお油圧が直
接検出できないときは、機関回転数と機関温度により油
圧が推定できる。

【００６９】この設定されたディレイタイムＴｐが０に
なるまでは（ステップ８）ストイキ運転がなされ、０に
なるとステップ９に進んで、ここで初めてリーンバーン
制御が実施される。

【００７０】以上のように電子制御ユニットがリーンバ
ーン制御を実施するのは、バルブ特性切換機構Ｖciに吸
気片弁休止の指示信号を出力してその遅れ時間を見越し
た第１の所定時間Ｔｃの経過後で、かつデューティソレ
ノイド103に排気弁側のカム位相の進角の指示信号を出
力してその遅れ時間を見越した第２の所定時間Ｔｐの経
過後である。

【００７１】すなわちリーンバーン制御が行われるの
は、吸気片弁休止運転状態であって、かつ排気弁側のカ
ム位相が進角されたと十分見なされる時間を経過した後
である。なお吸気片弁休止制御と排気側カム位相の進角
制御について同時に指示信号が出力されたときは、第１
と第２の所定時間Ｔｃ，Ｔｐのうち長い方の第２の所定
時間Ｔｐが経過すればリーンバーン制御を実施する。

【００７２】よってバルブオーバラップ角度が小さくな
ったところでリーンバーン制御が行なわれ、バルブオー
バラップ角度の大きい状態でリーンバーンを行いスワー
ルを乱し内部ＥＧＲを増加させることを回避することが
できる。

【００７３】なおバルブ位相可変機構Ｖｐにおいてハウ
ジング84内のベーン89の進角状態を検出するバルブ位相
センサＳを備えている場合（図１参照）は、同バルブ位
相センサＳがカム位相を進角させたことを検出したとき
に、リーンバーン制御を実施するようにしてもよい。

【００７４】図１７はシリンダ２における吸気弁12ａ，
12ｂと排気弁13ａ，13ｂの様子を模式化した図であり、
吸気弁12ａ，12ｂにより開閉する吸気ポート18ａ，18ｂ
および排気弁13ａ，13ｂにより開閉する排気ポート19
ａ，19ｂが示されている。リーンバーン制御時には上死
点付近で、吸気片弁休止運転状態で一方の吸気弁12ａが
開弁しているが、他方の吸気弁12ｂは閉じた状態で休止
しており、排気弁13ａ，13ｂは閉角が進角して閉弁して
いる。排気弁13ａ，13ｂが開弁しているオーバラップ期
間は短縮されていて、上死点付近で殆ど図１４に示す状
態にある。

【００７５】図１７に示す状態にあっては唯一開弁した
吸気弁12ａのシリンダ２に対して偏心した吸気ポート18
ａから導入された吸気は、渦巻き線で示すようにスワー
ルを生じ、他の弁が全て閉じているので、渦流を乱され
ることがなく、スワールが強化される。

【００７６】バルブオーバラップ状態では排気弁13ａ，
13ｂが開弁しているので、吸気弁12ａの吸気ポート18ａ
から導入されて生じたスワールが排気ポート19ａ，19ｂ
の開口により乱されることになる。このオーバラップ角
度を小さく、時には０度とすることで、スワールが強化
され、燃焼がより安定しかつ急速に行われ、熱効率を向
上させることができる。

【００７７】リーンバーンを効果的に行う上で燃焼が安
定かつ急速に行われることは、極めて重要な条件であ
る。またバルブオーバラップ状態では、開いた排気弁か
ら不活性ガスが逆流する内部ＥＧＲが生じ燃焼を妨げ、
リーンバーンにおける安定した燃焼を確保することがで
きなくなるので、オーバラップ期間が短縮されることは
リーンバーンを効果的に行わせることになり、燃費を向
上させ有害排気成分をより一層低減させることができ
る。

【００７８】なおオーバラップ角度を小さくするには、
吸気弁揚程を遅らせることも考えられるが、吸気弁揚程
を遅角させるとピストン３の下降による吸入作用を上死
点より行わせることができずスワールを効果的に生じさ
せることが難しくなるとともに、下死点を過ぎてピスト
ン３が上昇するときに吸気弁の閉じるのが遅くなり、折
角スワールした吸気を追い出すことにもなる等の不具合
がある。

【００７９】そこで吸気弁揚程は、吸気効率が最も優れ
た通常の開閉時期に維持してスワールを効果的に生じさ
せるようにし、排気弁揚程の方を進角させてバルブオー
バラップの期間を短縮させることでスワールを強化し、
かつ内部ＥＧＲを回避してリーンバーンを効果的に行わ
せるようにした。

【図面の簡単な説明】

【図１】内燃機関の概略内部構造を示す斜視図である。

【図２】吸気弁側動弁装置の縦断面図である。

【図３】図２のIII−III線に沿って切断した断面図であ
る。

【図４】図２のIV−IV線に沿って切断した断面図であ
る。

【図５】図２のＶ−Ｖ線に沿って切断した断面図であ
る。

【図６】排気弁側動弁装置の一部断面とし一部省略して
示した上面図である。

【図７】図６のVII−VII線に沿って切断した断面図であ
る。

【図８】図６のVIII−VIII線に沿って切断した断面図で
ある。

【図９】図７のIX−IX線に沿って切断した断面図であ
る。

【図１０】図６のＸ−Ｘ線に沿って切断した断面図であ
る。

【図１１】リニアソレノイドバルブの縦断面図である。

【図１２】本動弁装置の制御マップを示す図である。

【図１３】通常の高速モード及び低速モードにおけるク
ランク角に対する弁の揚程を示す特性図である。

【図１４】低速回転時のクランク角に対する弁の揚程を
示す特性図である。

【図１５】リーンバーンを実施するまでの制御手順を示
すフローチャートである。

【図１６】油圧に基づきディレイタイムＴｐを決定する
マップを示す図である。

【図１７】弁の開閉及びシリンダ内のスワールの様子を
示す模式図である。

【符号の説明】

１…内燃機関、２…シリンダ、３…ピストン、４…コネ
クティングロッド、５…クランク軸、６…ドライブスプ
ロケット、７…吸気カム軸、８…排気カム軸、９，10…
カムスプロケット、11…タイミングチェーン、12ａ，12
ｂ…吸気弁、13ａ，13ｂ…排気弁、15…鍔部、16…バル
ブスプリング、17…タペットねじ、18ａ，18ｂ…吸気ポ
ート、19ａ，19ｂ…排気ポート、21…低速用カム、22…
高速用カム、23…隆起部、24…ロッカーシャフト、25…
第１ロッカーアーム、26…第２ロッカーアーム、27…第
３ロッカーアーム、28…第１ローラ、29…第２ローラ、
30…第３ローラ、31…連結ピン、32…規制部材、33…戻
しばね、34，35…ガイド穴、36…第１油圧室、37…連通
路、38…第１油圧供給路、39…連結ピストン、40…連結
ピン、41…規制部材、42…戻しばね、43…第２油圧路、
44…連通路、45…第２油圧供給路、46…連通穴、51…低
速用カム、52…高速用カム、53…低速用カム、54…ロッ
カーシャフト、55…第１ロッカーアーム、56…第２ロッ
カーアーム、57…第３ロッカーアーム、60…鍔部、61…
バルブスプリング、62…タペットねじ、63…弾発付勢手
段、64…第１連結ピン、65…第２連結ピン、66…規制部
材、67…戻しばね、68…ガイド穴、69…油圧室、70…連
通路、71…油圧供給路、72…連通路、73，74…ガイド
穴、81…ボス部材、82…ピン、83…ボルト、84…ハウジ
ング、85…プレート、86…ボルト、87…ロックピン、88
…スプリング、89…ベーン、90，91…シール部材、92…
進角室、93…遅角室、94…進角用油路、95…遅角用油
路、96，97…油路、100…リニアソレノイドバルブ、101
…スリーブ、102…スプール、103…デューティソレノイ
ド、104…スプリング、105…入力ポート、106…遅角ポ
ート、107…進角ポート、108，109…ドレンポート、110
…中央グルーブ、111，112…ランド、113，114…グルー
ブ、Ｖci，Ｖce…バルブ特性切換機構、Ｖｐ…バルブ位
相可変機構。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3G092 AA09 AA10 AA13 CB02 DA01 DA02 DA04 DA08 DA12 DA14 DG02 DG05 DG09 EA03 EA06 EA07 EA08 EA17 EA21 EA22 EA26 EA27 EC08 FA15 FA24 GA05 GA06 GA17 HA05Z HA06Z HA11Z HA13X HE01Z HF08Z

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一対の吸気弁の一方を閉弁状態で休止さ
   せる吸気片弁休止機構を備えた内燃機関において、 排気弁の開閉時期を変更するバルブ位相可変機構と、 機関回転数を検出する機関回転数検出手段と、 前記吸気片弁休止機構と前記バルブ位相可変機構を制御
   する制御手段とを備え、 前記制御手段は、前記機関回転数検出手段が検出した機
   関回転数が所定回転数以下の低速回転状態で前記吸気片
   弁休止機構を作動して一方の吸気弁を休止させるととも
   に、前記バルブ位相可変機構を作動して排気弁の開閉時
   期を進ませることを特徴とする内燃機関の動弁制御装
   置。
2. 【請求項２】 一対の吸気弁の一方を閉弁状態で休止さ
   せる吸気片弁休止機構を備え、機関回転数が所定回転数
   以下の低速回転状態でかつ負荷が所定負荷範囲内の中負
   荷状態でリーンバーン制御が行われる内燃機関におい
   て、 排気弁の開閉時期を変更するバルブ位相可変機構と、 機関回転数を検出する機関回転数検出手段と、 内燃機関の負荷状態を検出する負荷検出手段と、 前記吸気片弁休止機構と前記バルブ位相可変機構を制御
   する制御手段とを備え、 前記制御手段は、前記機関回転数検出手段が検出した機
   関回転数が前記所定回転数以下の低速回転状態で前記吸
   気片弁休止機構を作動して一方の吸気弁を休止させると
   ともに、前記機関回転数検出手段が検出した機関回転数
   が前記所定回転数以下の低速回転状態でかつ前記負荷検
   出手段が検出した負荷が前記所定負荷範囲内で前記バル
   ブ位相可変機構を作動して排気弁の開閉時期を進ませる
   ことを特徴とする内燃機関の動弁制御装置。
3. 【請求項３】 前記バルブ位相可変機構に排気弁の開閉
   時期を進ませる指示があってから所定時間後に前記リー
   ンバーン制御が行われることを特徴とする請求項２記載
   の内燃機関の動弁制御装置。
4. 【請求項４】 前記吸気片弁休止機構に吸気片弁休止を
   指示してから第１の所定時間を経過し、かつ前記バルブ
   位相可変機構に排気弁の開閉時期を進ませる指示があっ
   てから第２の所定時間を経過していることを条件に前記
   リーンバーン制御が行われることを特徴とする請求項２
   記載の内燃機関の動弁制御装置。
5. 【請求項５】 前記バルブ位相可変機構の状態を検出す
   る検出手段を備え、排気弁の開閉時期が進んだ状態を前
   記検出手段が検出した後に前記リーンバーン制御が行な
   われることを特徴とする請求項２記載の内燃機関の動弁
   制御装置。