JP2001263113A

JP2001263113A - 内燃機関

Info

Publication number: JP2001263113A
Application number: JP2000071380A
Authority: JP
Inventors: Shunichi Aoyama; 俊一青山; Katsuya Mogi; 克也茂木; Takayuki Arai; 孝之荒井
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2000-03-15
Filing date: 2000-03-15
Publication date: 2001-09-26

Abstract

(57)【要約】【課題】ある範囲の吸気有効ストロークの可変制御に
必要な吸気弁閉時期の変化幅を小さくする。【解決手段】ピストン−クランク機構として、ピスト
ンにピストンピンを介して連結されたアッパーリンク
と、アッパーリンクに連結されるとともにクランクシャ
フトのクランクピン部に連結されたロアーリンクと、ロ
アーリンクに連結されるとともに機関本体に揺動可能に
支持された制御リンクと、からなる複リンク式ピストン
−クランク機構を用い、単リンク式に比べてＢＤＣ前後
のピストンストローク速度を大きく、ＴＤＣ前後のピス
トンストローク速度を小さくする。有効ストロークを小
とするためのＩＶＯ１がＢＤＣ寄りとなるので、必要な
変化幅θ１が小さくなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、吸気弁側に可変
動弁機構を備えた内燃機関、特に、吸気弁閉時期を変化
させて吸気行程の有効ストロークを可変制御するように
した内燃機関に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えばガソリン機関において、吸気弁の
閉時期（ＩＶＣ）を変化させて吸気行程の有効ストロー
クを制御し、部分負荷運転時のポンプ損失を低減する技
術の研究が従来から進められている（例えば、社団法人
自動車技術会１９９４年発行の学術講演会前刷集９４２
１９９４ NO.9433515）この技術は、吸気行程後半に吸気弁を閉じてしまうこと
で吸気の有効ストロークを減少させたり、あるいは圧縮
行程前半まで吸気弁を開弁させておくことで吸気の有効
ストロークを減少させたりするもので、部分負荷運転時
にこのような吸気有効ストロークの低減を行うことによ
り、スロットルバルブによる吸気通路の絞り度合いを小
さくすることが可能となり、ポンプ損失を低減すること
が出来る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ピストンのピストンピ
ンとクランクシャフトのクランクピンとを単一のリンク
（コンロッド）で連結した一般的なピストン−クランク
機構（これを単リンク式ピストン−クランク機構と呼
ぶ）を備えた内燃機関の場合、ピストン上死点前後のピ
ストンストローク速度は比較的大きく、下死点前後のピ
ストンストローク速度は比較的小さい。

【０００４】このようなピストンストローク特性を有す
る機関で前述のような吸気有効ストロークの可変制御を
行うとすると、後に詳述するように、ＩＶＣを大幅に変
化させることが可能な可変動弁機構を使用する必要が生
じ、また、制御範囲が大きい分だけ高い制御応答速度が
求められることになる。

【０００５】さらに、ＩＶＣの変更に伴って吸気弁の開
時期（ＩＶＯ）も変化するような可変動弁機構を用いた
場合、上死点前後のピストンストローク速度が大きい
と、ＩＶＯ変化による影響が強く表れるようになり、好
ましくない。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
シリンダ内を往復動するピストンと、このピストンの往
復動をクランクシャフトの回転に変換するピストン−ク
ランク機構と、上記クランクシャフトの回転に同期して
吸気通路を開閉する吸気弁と、この吸気弁の閉時期を変
化させる可変動弁機構と、を備える内燃機関において、
上記ピストン−クランク機構が、単リンク式ピストン−
クランク機構に比べてピストン下死点前後のピストンス
トローク速度が大きく、かつピストン上死点前後のピス
トンストローク速度が小さくなっていることを特徴とし
ている。

【０００７】このような特性は、例えば複数のリンクか
ら構成した複リンク式ピストン−クランク機構によって
実現できる。このような特性とすれば、ある吸気有効ス
トロークを与えるための吸気弁閉時期（ＩＶＣ）が下死
点（ＢＤＣ）に近付くことになり、吸気有効ストローク
の可変制御に必要なＩＶＣの変化幅がそれだけ小さなも
のとなる。

【０００８】この請求項１の発明をさらに限定した請求
項２の発明では、上記ピストン−クランク機構は、上記
クランクシャフトの回転に対する上記ピストンの往復運
動が単振動運動に近い特性を有している。このように単
振動に近づけるほど、内燃機関の回転２次振動が小さく
なる。

【０００９】請求項３の発明においては、上記ピストン
−クランク機構は、上記ピストンにピストンピンを介し
て連結された第１リンクと、この第１リンクに連結ピン
を介して連結されるとともに上記クランクシャフトのク
ランクピン部に回転可能に連結された第２リンクと、上
記第１リンクまたは第２リンクに連結ピンを介して連結
されるとともに機関本体に揺動可能に支持された第３リ
ンクと、を含んで構成される。

【００１０】このような複リンク式ピストン−クランク
機構においては、各リンクや支点のアライメントを適切
に設定することにより、上述したようなピストンストロ
ーク速度の特性を容易に得ることができる。

【００１１】さらに、この請求項３に従属する請求項４
の発明は、上記第３リンクの揺動支持位置を機関運転条
件に応じて変化させることを特徴としている。

【００１２】この揺動支点の変化に伴って、ピストン上
死点でのピストン位置が変化する。つまり、圧縮比が可
変となる。ＩＶＣの可変制御により吸気有効ストローク
を小さくすると、有効圧縮比が低下して筒内ガス温度が
低下する問題があるが、この可変圧縮比機構と組み合わ
せることにより、有効圧縮比の低下を補うことが可能と
なる。

【００１３】請求項５の発明では、上記可変動弁機構
は、上記吸気弁の閉時期の変化に伴って開時期も変化す
る機構である。このような可変動弁機構と組み合わせて
用いる場合、上述したようにピストン上死点前後のピス
トンストローク速度が小さな特性であれば、吸気弁が開
き始めるときのピストンストローク位置の変化がそれだ
け小さくなる。特に、吸気有効ストロークを小さくする
のに伴って吸気弁開時期（ＩＶＯ）が上死点後に遅れた
としても、上述したようにピストン上死点前後のピスト
ンストローク速度が小さな特性であれば、上死点からＩ
ＶＯまでのピストンストローク量（つまり吸気弁が閉じ
たままで下降するストローク量）がそれだけ小さくな
り、ピストンの下降に伴う負の仕事が少なくなる。

【００１４】上記可変動弁機構が、例えば請求項６のよ
うに、チェーンまたはタイミングベルトを介して上記ク
ランクシャフトにより回転駆動されるドライブシャフト
と、このドライブシャフトに固定された偏心リング状の
駆動カムと、この駆動カムに回転可能に支持されたリン
クアームと、このリンクアームに連結ピンを介して連結
されるとともに機関本体に揺動可能に支持されたロッカ
アームと、このロッカアームに連結ピンを介して連結さ
れたリンク部材と、このリンク部材に連結ピンを介して
連結されるとともに上記ドライブシャフトに揺動可能に
支持された揺動カムと、この揺動カムの揺動を上記吸気
弁へ伝達するバルブリフターと、上記ロッカアームの揺
動支持位置を変化させる機構と、を含んで構成される。

【００１５】この可変動弁機構では、吸気弁の可変制御
の態様として、バルブリフトのピーク位置がほぼ一定の
まま作動角が広狭変化するものとなる。

【００１６】また請求項７では、上記可変動弁機構が、
チェーンまたはタイミングベルトを介して上記クランク
シャフトにより回転駆動されるカムスプロケットと、こ
のカムスプロケットにより回転駆動されるカムシャフト
と、上記カムスプロケットと上記カムシャフトとの位相
を変化させる機構と、を含んで構成される。

【００１７】この可変動弁機構では、吸気弁の可変制御
の態様として、作動角が一定のまま、位相が変化し、Ｉ
ＶＣとＩＶＣとの双方が等しく変化する。

【００１８】

【発明の効果】本発明によれば、ピストン下死点前後の
ピストンストローク速度を大きく、かつピストン上死点
前後のピストンストローク速度を小さくすることによ
り、ある範囲の吸気有効ストロークの可変制御に必要な
吸気弁閉時期の変化幅が小さくなり、可変動弁機構の設
計自由度が増大するとともに、可変動弁機構自体に対す
る制御応答速度の要求が低減する。また、吸気有効スト
ロークの可変制御に伴って吸気弁開時期が変化する場合
でも、排気弁と吸気弁の双方が閉じたままピストンが下
降するストローク量が比較的小さくなり、これによるポ
ンプ損失の発生を可及的に抑制できる。

【００１９】また、請求項２のようにピストンの往復運
動を単振動運動に近づければ、回転２次振動を低減する
ことができる。

【００２０】さらに、請求項４のような可変圧縮比機構
と組み合わせることが容易であり、これにより、吸気有
効ストロークを小さくしたときの有効圧縮比の低下を補
うことが可能となる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、この発明の好ましい実施の
形態を図面に基づいて詳細に説明する。

【００２２】図１は、この発明に係る内燃機関に用いら
れる複リンク式ピストン−クランク機構の全体図であ
る。なお、同図（ａ）は組立状態を、（ｂ）は分解状態
を示している。

【００２３】クランク軸５１は、複数のジャーナル部５
２とクランクピン部５３とカウンタウエィト部５１ａと
を備えており、機関本体となる図示せぬシリンダブロッ
クの主軸受に、ジャーナル部５２が回転自在に支持され
ている。上記クランクピン部５３は、ジャーナル部５２
から所定量偏心しており、ここに第２リンクとなるロア
ーリンク５４が回転自在に連結されている。

【００２４】上記ロアーリンク５４は、略Ｔ字形をなす
もので、その本体５４ａとキャップ５４ｂとから分割可
能に構成された略中央の連結孔に上記クランクピン部５
３が嵌合している。

【００２５】第１リンクとなるアッパーリンク５５は、
下端側が連結ピン５６によりロアーリンク５４の一端に
回動可能に連結され、上端側がピストンピン５７により
ピストン５８に回動可能に連結されている。上記ピスト
ン５８は、燃焼圧力を受け、シリンダブロックのシリン
ダ５９内を往復動する。なお、上記シリンダ５９の上部
に、後述する吸気弁および排気弁が配置されている。

【００２６】第３リンクとなる制御リンク６０は、上端
側が連結ピン６１によりロアーリンク５４の他端に回動
可能に連結され、下端側が制御軸６２を介して機関本体
例えばシリンダブロックの適宜位置に回動可能に連結さ
れている。詳しくは、制御軸６２は、小径部６２ｂを中
心として回転するように機関本体に支持されており、こ
の小径部６２ｂに対し偏心している大径部６２ａに、上
記制御リンク６０下端部が回転可能に嵌合している。

【００２７】上記制御軸６２は、図示しない圧縮比制御
アクチュエータによって回動位置が制御される。この圧
縮比制御アクチュエータは、制御リンク６０から加わる
反力に抗して、任意の回動位置で制御軸６２を保持する
ことができるようになっている。

【００２８】上記のようなピストン−クランク機構にお
いては、上記制御軸６２が圧縮比制御アクチュエータに
よって回動されると、小径部６２ｂに対して偏心してい
る大径部６２ａの軸中心位置、特に、機関本体に対する
相対位置が変化する。これにより、制御リンク６０の下
端の揺動支持位置が変化する。そして、上記制御リンク
６０の揺動支持位置が変化すると、ピストン５８の行程
が変化し、ピストン上死点（ＴＤＣ）におけるピストン
５８の位置が高く（つまり図１のｙ座標が大きく）なっ
たり低くなったりする。これにより、機関圧縮比を変え
ることが可能となる。

【００２９】低負荷時に吸気有効ストロークを小さくし
て吸気量を減少させる場合、同時に有効圧縮比も低下し
て圧縮行程中の筒内ガス温度が低下することが知られて
いる。本実施例では、このような有効圧縮比の低下を補
うべく、低負荷時はＴＤＣにおけるピストン位置が高く
なるように制御リンク６０の揺動支持位置（制御軸１２
の回動位置）を制御する。

【００３０】ところで、図１のような複リンク式ピスト
ン−クランク機構は、機関の圧縮比を変化させ得る機構
として有用であるが、その特徴の他、各リンクや支点の
アライメントを適切に設定することにより、ピストンピ
ンとクランクピンとを単一のリンク（コンロッド）で連
結した単リンク式ピストン−クランク機構と比較して、
ピストン下死点（ＢＤＣ）前後のピストンストローク速
度を大きく、かつＴＤＣ前後のピストンストローク速度
を小さくすることが出来る特徴を有している。

【００３１】図２は、図１の複リンク式ピストン−クラ
ンク機構のピストンストローク特性を示している。図示
するように、本実施例では、ＢＤＣ前後のピストンスト
ローク速度が単リンク式ピストン−クランク機構の場合
よりも大きくなっており、同時に、ＴＤＣ前後のピスト
ンストローク速度が単リンク式ピストン−クランク機構
の場合よりも小さくなっている。そして、この結果、ピ
ストンストローク特性が単振動に近似した特性となって
いる。このようにピストンストローク特性が単振動に近
づくほど機関の回転２次振動が小さくなる。

【００３２】次に、図３に基づいて、吸気有効ストロー
ク制御を行うのに必要なＩＶＣの変化幅について説明す
る。

【００３３】同図において、ＩＶＣ０は、高負荷時の吸
気弁閉時期を示している。図示するように、吸気有効ス
トロークは、ＩＶＣをＢＤＣとしたとき最大となるが、
吸気量を最大とするために、一般に、ＩＶＣ０はＢＤＣ
より若干遅角側に設定される。

【００３４】ＩＶＣ１は、吸気有効ストロークを小さく
するために吸気下死点前に早めた低負荷時の吸気弁閉時
期、特に本発明の場合の吸気弁閉時期を示している。こ
のＩＶＣ１によれば、吸気有効ストロークが小さくなる
ので、低負荷時の吸気通路負圧を小さく（スロットルバ
ルブの絞り度合いを小さく）することができ、ポンプ損
失を低減することが出来る。

【００３５】ここで、本発明では、上記のように複リン
ク式ピストン−クランク機構のリンクアライメントを適
切に設定することでＢＣＤ前後のピストンストローク速
度が大きくなっており、従って、有効ストロークを小さ
くするのに必要なＩＶＣの変化幅θ１が比較的小さい。

【００３６】これに対し、ＩＶＣ２は、従来の単リンク
式ピストン−クランク機構を用いた場合における低負荷
時の吸気弁閉時期を示す。この図に明らかなように、従
来の特性では、ＢＤＣ前後のピストンストローク速度が
小さいので、同一の吸気有効ストロークに縮小するに
は、ＩＶＣ２は本発明のＩＶＣ１よりも上死点寄りとな
る。従って、同等の有効ストローク制御を行うのに必要
なＩＶＣの変化幅θ２が比較的大きくなる。

【００３７】このように本発明によれば、可変動弁機構
が実現すべきＩＶＣの変化幅を比較的小さくすることが
でき、可変動弁機構の設計自由度を大きくすることが可
能となる。

【００３８】また、必要なＩＶＣ変化幅が比較的小さく
なる分だけ可変動弁機構の制御応答速度を小さくするこ
とが出来る。たとえば、必要なＩＶＣ変化幅を２０％小
さくすることができれば、可変動弁機構自体の制御応答
性を２０％低くしても吸気有効ストローク制御の応答速
度が低下することはない。

【００３９】なお、ＩＶＣをＢＤＣより遅角させて吸気
有効ストローク制御を行う場合でも上記と同じ事が言え
る。

【００４０】次に、図４に基づいて、吸気有効ストロー
ク制御に伴うＩＶＯ変化の影響について説明する。

【００４１】同図において、ＩＶＯ０は、高負荷時の吸
気弁開時期を示している。一般に、吸気弁の開弁期間を
大きくとるため、ＩＶＯ０は、ＴＤＣより若干進角側に
設定される。

【００４２】また、ＩＶＯ１は、低負荷時の吸気弁開時
期を示す。つまり、低負荷時にＩＶＣを変化させて吸気
有効ストロークを小さくするのに伴い、ＩＶＯがＴＤＣ
よりも遅角側へ遅れてしまった状態を示している。

【００４３】このＩＶＯ１において、従来のものでは、
ＴＤＣ〜ＩＶＯ１間のピストンストローク量つまり吸気
弁が閉じたまま下降するストローク量は、Ｓ２となる。

【００４４】これに対し、上記のように複リンク式ピス
トン−クランク機構のリンクアライメントを適切に設定
してＴＤＣ前後のピストンストローク速度を小さくして
いる本発明では、ＴＤＣ〜ＩＶＯ１間のピストンストロ
ーク量は、Ｓ１として示すように、比較的小さくなる。
従って、この間に発生するポンプ損失を抑制することが
出来る。すなわち、ＴＤＣ後に吸・排気弁がともに閉じ
ていると、シリンダ内にはピストンの下降に従って負圧
が生じるので、この負圧に抗してピストンを下降させる
ために機関は仕事をすることになる。ＴＤＣ〜ＩＶＯ１
間のピストンストローク量が小さいほど、この間の仕事
を少なくすることが出来る。

【００４５】なお、本発明では、図３に基づいて前述し
た通り、一定の吸気有効ストローク制御を行うのに必要
なＩＶＣの変化幅が小さくなるので、これに応じて、吸
気有効ストローク制御に伴うＩＶＯの変化幅自体も小さ
くなる。そのため、ＴＤＣ〜ＩＶＯ１間に発生するポン
プ損失はより一層小さくなる。

【００４６】次に、本発明に用いられる可変動弁機構に
ついて説明する。なお、この可変動弁機構は、本出願人
が先に提案したものであるが、例えば特開平１１−１０
７７２５号公報等によって公知となっているので、その
概要のみを説明する。

【００４７】図５は、可変動弁装置全体の構成を示すも
ので、シリンダヘッド１１に図外のバルブガイドを介し
て摺動自在に設けられた一対の吸気弁１２と、シリンダ
ヘッド１１上部のカム軸受１４に回転自在に支持された
中空状のドライブシャフト１３と、該ドライブシャフト
１３に、圧入等により固設された２つの駆動カム１５
と、該ドライブシャフト１３の上方位置に同じカム軸受
１４に回転自在に支持された制御軸１６と、該制御軸１
６に制御カム１７を介して揺動自在に支持された一対の
ロッカアーム１８と、各吸気弁１２の上端部に伝達部材
であるバルブリフター１９を介して配置された一対のそ
れぞれ独立した揺動カム２０とを備えている。また、上
記駆動カム１５とロッカアーム１８とはリンクアーム２
５によって連係されている一方、ロッカアーム１８と揺
動カム２０とは、リンク部材２６によって連係されてい
る。

【００４８】上記ドライブシャフト１３は、機関前後方
向に沿って配置されていると共に、一端部に設けられた
図外の従動スプロケットや該従動スプロケットに巻装さ
れたタイミングチェーンないしはタイミングベルトを介
して機関のクランク軸から回転力が伝達されている。

【００４９】上記カム軸受１４は、シリンダヘッド１１
の上端部に設けられてドライブシャフト１３の上部を支
持するメインブラケット１４ａと、該メインブラケット
１４ａの上端部に設けられて制御軸１６を回転自在に支
持するサブブラケット１４ｂとを有し、両ブラケット１
４ａ，１４ｂが一対のボルト１４ｃ，１４ｃによって上
方から共締め固定されている。

【００５０】上記駆動カム１５は、偏心リング状をな
し、小径なカム本体１５ａと、該カム本体１５ａの外端
面に一体に設けられたフランジ部（図示せず）とからな
り、軸方向にドライブシャフト挿通孔が貫通形成されて
いると共に、カム本体１５ａの軸心Ｘがドライブシャフ
ト１３の軸心Ｙから径方向へ所定量だけオフセットして
いる。また、この駆動カム１５は、ドライブシャフト１
３に対し上記バルブリフター１９と干渉しない外側位置
において圧入固定されている。

【００５１】上記ロッカアーム１８は、平面から見ると
クランク状に折曲形成されており、中央に有する基部１
８ａが制御カム１７に嵌合して回転自在に支持されてい
る。また、基部１８ａから延びた一端部１８ｂには、ピ
ン２１が圧入されている一方、他端部１８ｃには、リン
ク部材２６の一端部２６ａと連結するピン２８が圧入さ
れている。

【００５２】上記制御カム１７は、夫々円筒状をなし、
制御軸１６外周に固定されていると共に、図示するよう
に軸心Ｐ１位置が制御軸１６の軸心Ｐ２からα分だけ偏
心している。

【００５３】上記揺動カム２０は、横に向けたＵ字形状
をなし、ほぼ円環状の基端部２２にドライブシャフト１
３が嵌挿されて回転自在に支持される支持孔２２ａが貫
通形成されていると共に、ロッカアーム１８の他端部１
８ｃ側に位置するカムノーズ側の端部２３にピン２９が
配置されている。また、揺動カム２０の下面には、基端
部２２側の基円面２４ａと、該基円面２４ａからカムノ
ーズの先端縁側に円弧状に延びるカム面２４ｂとが形成
されており、これらの基円面２４ａとカム面２４ｂと
が、揺動カム２０の揺動位置に応じてバルブリフター１
９の上面所定位置に当接するようになっている。すなわ
ち、バルブリフト特性からみると、図示するように基円
面２４ａの所定角度範囲θ１がベースサークル区間にな
り、カム面２４ｂの上記ベースサークル区間θ１から所
定角度範囲θ２がいわゆるランプ区間となり、さらにカ
ム面２４ｂのランプ区間θ２から所定角度範囲θ３がリ
フト区間になるように設定されている。

【００５４】また、上記リンクアーム２５は、比較的大
径な円環状の基部２５ａと、該基部２５ａの外周面所定
位置に突設された突出端２５ｂとを備え、基部２５ａの
中央位置には、上記駆動カム１５のカム本体１５ａの外
周面に回転自在に嵌合する嵌合孔２５ｃが形成されてい
る一方、突出端２５ｂには、上記ピン２１が回転自在に
挿通するピン孔２５ｄが貫通形成されている。

【００５５】さらに、上記リンク部材２６は、所定長さ
の直線状に形成され、円形状の両端部２６ａ，２６ｂに
は、ピン挿通孔２６ｃ，２６ｄが貫通形成されていて、
それぞれピン２８，２９を介して、上記ロッカアーム１
８の他端部１８ｃと揺動カム２０の端部２３とに連結さ
れている。

【００５６】上記制御軸１６は、一端部に設けられた図
外の電磁アクチュエータによって所定回転角度範囲内で
回転するように制御されており、上記電磁アクチュエー
タは、機関の運転状態を検出する図外のコントローラか
らの制御信号によって駆動されるようになっている。コ
ントローラは、クランク角センサやエアーフローメー
タ，水温センサ等の各種のセンサからの検出信号に基づ
いて現在の機関運転状態を演算等により検出して、上記
電磁アクチュエータに制御信号を出力する。

【００５７】この可変動弁機構の作用を説明すると、ま
ず、機関低負荷時には、コントローラからの制御信号に
よって電磁アクチュエータが一方に回転駆動され、制御
カム１７は、軸心Ｐ１が制御軸１６の軸心Ｐ２から図の
左上方の回動位置に保持される。このため、ロッカアー
ム１８は、全体がドライブシャフト１３に対して上方向
へ移動し、これに伴い、揺動カム２０は、リンク部材２
６を介して端部２３が強制的に若干引き上げられて全体
が反時計回り方向へ回動する。

【００５８】したがって、駆動カム１５が回転してリン
クアーム２５を介してロッカアーム１８の一端部１８ｂ
を押し上げると、そのリフト量がリンク部材２６を介し
て揺動カム２０及びバルブリフター１９に伝達される
が、そのリフト量は図６の（ａ）に示すように比較的小
さくなる。

【００５９】つまり、この低負荷域では、バルブリフト
量が小さくなると共に、吸気弁１２の開時期が遅く、か
つ閉時期が速くなる。

【００６０】一方、機関高負荷域となると、コントロー
ラからの制御信号によって電磁アクチュエータが反対方
向に回転駆動され、制御カム１７がほぼ図５に示す位置
となり、軸心Ｐ１を下方向へ移動させる。このため、ロ
ッカアーム１８は、全体がドライブシャフト１３寄り方
向（下方向）に移動して他端部１８ｃが揺動カム２０の
端部２３をリンク部材２６を介して下方へ押圧し、該揺
動カム２０全体を所定量だけ時計方向へ回動させる。

【００６１】したがって、揺動カム２０のバルブリフタ
ー１９上面に対する初期の当接位置がカム面２４ｂ寄り
に移動する。このため、駆動カム１５が回転してロッカ
アーム１８の一端部１８ｂをリンクアーム２５を介して
押し上げると、バルブリフター１９に対するそのリフト
量は図６の（ｃ）に示すように大きくなる。

【００６２】つまり、この高負荷域では、カムリフト特
性が低負荷域に比較して大きくなり、バルブリフト量も
大きくなると共に、各吸気弁１２の開時期が早く、かつ
閉時期が遅くなる。

【００６３】また中負荷域では、両者の中間の状態に制
御され、図６（ｂ）に示すような中間のリフト特性とな
る。

【００６４】図６は、このような可変動弁機構を用いた
吸気有効ストローク制御を示す説明図であって、低負荷
時には、ＩＶＣをＢＤＣより進角（ＩＶＣ１）させて有
効ストロークを小さくし、高負荷時にＩＶＣをＢＤＣ付
近として有効ストロークを大きくしている。

【００６５】この図５の可変動弁機構は、吸気弁の作動
角を変えることによってＩＶＣを進角させる機構である
から、低負荷時にＩＶＣを進角させると、これに伴って
ＩＶＯが遅角（ＩＶＯ１）することになる。しかし、図
４に基づいて説明したとおり、本発明では、ＴＤＣ〜Ｉ
ＶＯ１間のピストンストローク量が小さく、この間に発
生するポンプ損失は小さいので、有効ストロークを小さ
くしたことによるポンプ損失低減効果を十分に得る事が
出来る。

【００６６】なお、ＴＤＣ前後のピストンストローク速
度を小さくしている本発明の場合、ＴＤＣ前後のピスト
ンストローク速度が大きい従来の単リンク式ピストン−
クランク機構の場合と比較して、リフトを開始した吸気
弁とピストン冠面とがより接近する傾向となる。特に、
制御軸１２を介して高圧縮比状態とすると、ＴＤＣにお
けるピストン位置が高くなるので、吸気弁とピストン冠
面との距離はさらに減少することになるが、本発明で
は、高圧縮比状態に制御されるのは、吸気有効ストロー
クを小さくする低負荷域である。この低負荷域では、
（ａ）に示すように、ＩＶＯはＴＤＣよりも遅角側にあ
り（ＩＶＯ１）、かつリフト量も小さくなるので、実際
には吸気弁はピストン冠面に対し十分な間隔を保った状
態でリフトすることになり、両者の干渉の問題は発生し
ない。

【００６７】次に、本発明に用いられる他の可変動弁機
構の例について説明する。この可変動弁機構は、やは
り、例えば特開平１０−１８４４０４号公報等によって
公知となっているので、その概要のみを説明する。

【００６８】図７は、この可変動弁機構７１の要部を拡
大して示す断面図であって、この第２の可変動弁機構７
１は、内筒７２，外筒７３，ピストン７４等を主体とし
て構成されている。

【００６９】すなわち、カムシャフト７５の前端に、内
筒７２が取付ボルト７６を介して固着され、この内筒７
２の外周側に、カップ状の外筒７３が一定角度相対回転
可能に嵌合されている。上記外筒７３には、タイミング
ベルトとかみ合うスプロケット部７３ａが設けられてい
る。

【００７０】また、内筒７２と外筒７３との間にはリン
グ状のピストン７４が設けられ、このピストン７４はヘ
リカル状の螺条を介して内筒７２の外周面と外筒７３の
外周面とにそれぞれ噛合している。

【００７１】さらに、ピストン７４は、リターンスプリ
ング７７により前方に向けて常時付勢されており、この
ばね力に対抗すべく、ピストン７４の前面と外筒７３の
蓋部裏面との間に油圧室７８が環状に画成されている。
そして、この油圧室７８は、取付ボルト７６内の油通路
７９とカムシャフト７５内部を通る油通路８０を介し
て、その制御用油圧回路に接続されている。

【００７２】すなわち油通路８０等を介して油圧室７８
内に油圧が供給されると、ピストン７４が軸方向に移動
し、この軸方向の運動が内筒７２と外筒７３との相対回
転運動に変換される。このため、図示せぬ吸気弁を開閉
駆動するカムシャフト７５とクランクシャフトとの位相
が所定量だけ変化する。従って、所定の角度範囲以内
で、吸気弁のバルブリフト特性の位相を連続的に変化さ
せることができる。

【００７３】図８は、この図７の可変動弁機構７１を用
いた吸気有効ストローク制御を示している。図示するよ
うに、低負荷域では、（ａ）のようにカムシャフトの位
相が最も遅れ側となり、ＩＶＣをＢＤＣより大幅に遅角
（ＩＶＣ１）させることで有効ストロークを小さくして
いる。また、高負荷時には、（ｃ）のように、カムシャ
フトの位相が最も進み側となり、ＩＶＣをＢＤＣ付近と
して有効ストロークを大きくしている。なお、中負荷域
では、（ｂ）のように両者の中間の特性となる。

【００７４】このように図７の可変動弁機構は、吸気カ
ムシャフトの位相を変えることによってＩＶＣを変化さ
せる構成であるから、低負荷時にＩＶＣを遅角させる
と、これに伴ってＩＶＯが遅角（ＩＶＯ１）することに
なる。しかし、図４に基づいて説明したとおり、本発明
では、ＴＤＣ〜ＩＶＯ１間のピストンストローク量が小
さく、この間に発生するポンプ損失は小さいので、有効
ストロークを小さくしたことによるポンプ損失低減効果
を十分に得る事が出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に用いられる複リンク式ピストン−ク
ランク機構を示す（ａ）組立図およぶ（ｂ）分解図。

【図２】この複リンク式ピストン−クランク機構のピス
トンストローク特性を示す特性図。

【図３】吸気有効ストロークの可変制御に必要なＩＶＯ
変化幅を示す特性図。

【図４】ＴＤＣ付近でのＩＶＯの変化の影響を示す特性
図。

【図５】可変動弁機構の一例を示す断面図。

【図６】この可変動弁機構による吸気有効ストロークの
可変制御を示す特性図。

【図７】可変動弁機構の他の例を示す断面図。

【図８】この可変動弁機構による吸気有効ストロークの
可変制御を示す特性図。

【符号の説明】

５１…クランク軸５４…ロアーリンク５５…アッパーリンク５８…ピストン６０…制御リンク６２…制御軸

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ０２Ｂ 75/32 Ｆ０２Ｂ 75/32 ＡＦ０２Ｄ 13/02 Ｆ０２Ｄ 13/02 ＧＨ (72)発明者荒井孝之神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地日産自動車株式会社内Ｆターム(参考） 3G018 AB16 BA17 BA19 BA34 CA06 DA04 DA15 EA11 EA17 FA01 FA06 FA07 GA06 GA32 3G092 AA11 DA01 DA04 DA05 DA10 DD06 DG03 DG09 FA14 HA01Z HE03Z HE08Z

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シリンダ内を往復動するピストンと、このピストンの往復動をクランクシャフトの回転に変換
するピストン−クランク機構と、上記クランクシャフトの回転に同期して吸気通路を開閉
する吸気弁と、この吸気弁の閉時期を変化させる可変動弁機構と、を備える内燃機関において、上記ピストン−クランク機構が、単リンク式ピストン−
クランク機構に比べてピストン下死点前後のピストンス
トローク速度が大きく、かつピストン上死点前後のピス
トンストローク速度が小さくなっていることを特徴とす
る内燃機関。
【請求項２】上記ピストン−クランク機構は、上記ク
ランクシャフトの回転に対する上記ピストンの往復運動
が単振動運動に近い特性を有していることを特徴とする
請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】上記ピストン−クランク機構は、上記ピ
ストンにピストンピンを介して連結された第１リンク
と、この第１リンクに連結ピンを介して連結されるとと
もに上記クランクシャフトのクランクピン部に回転可能
に連結された第２リンクと、上記第１リンクまたは第２
リンクに連結ピンを介して連結されるとともに機関本体
に揺動可能に支持された第３リンクと、を含んで構成さ
れることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機
関。
【請求項４】上記第３リンクの揺動支持位置を機関運
転条件に応じて変化させることを特徴とする請求項３に
記載の内燃機関。
【請求項５】上記可変動弁機構は、上記吸気弁の閉時
期の変化に伴って開時期も変化する機構であることを特
徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関。
【請求項６】上記可変動弁機構が、チェーンまたはタ
イミングベルトを介して上記クランクシャフトにより回
転駆動されるドライブシャフトと、このドライブシャフ
トに固定された偏心リング状の駆動カムと、この駆動カ
ムに回転可能に支持されたリンクアームと、このリンク
アームに連結ピンを介して連結されるとともに機関本体
に揺動可能に支持されたロッカアームと、このロッカア
ームに連結ピンを介して連結されたリンク部材と、この
リンク部材に連結ピンを介して連結されるとともに上記
ドライブシャフトに揺動可能に支持された揺動カムと、
この揺動カムの揺動を上記吸気弁へ伝達するバルブリフ
ターと、上記ロッカアームの揺動支持位置を変化させる
機構と、を含んで構成されることを特徴とする請求項５
記載の内燃機関。
【請求項７】上記可変動弁機構が、チェーンまたはタ
イミングベルトを介して上記クランクシャフトにより回
転駆動されるカムスプロケットと、このカムスプロケッ
トにより回転駆動されるカムシャフトと、上記カムスプ
ロケットと上記カムシャフトとの位相を変化させる機構
と、を含んで構成されることを特徴とする請求項５記載
の内燃機関。