JP2001355469A

JP2001355469A - 内燃機関の可変動弁装置

Info

Publication number: JP2001355469A
Application number: JP2000179510A
Authority: JP
Inventors: Makoto Nakamura; 信中村
Original assignee: Unisia Jecs Corp
Current assignee: Hitachi Unisia Automotive Ltd
Priority date: 2000-06-15
Filing date: 2000-06-15
Publication date: 2001-12-26
Also published as: US6502535B2; US20010052331A1; DE10128622A1; DE10128622B4

Abstract

(57)【要約】【課題】機関本体の速やかな温度上昇が確保できない
ため、排気エミッションを十分に低減できないと共に、
暖房性能の悪化を招来してる。【解決手段】ステップ３で現在冷機状態であると判断
した場合は、ステップ４で、各可変機構によって最小の
リフト、作動角に制御し、かつリフト頂点の位相をＯに
制御する。さらにステップ５で、暖機中の軽負荷状態と
判断した場合は、ステップ６において最小のリフト、作
動角に制御すると共に、リフト頂点の位相を遅角側に制
御する。また、ステップ７において低回転高負荷状態と
判断した場合は、ステップ８で中程度のリフト量、作動
角に制御すると共に、リフト頂点の位相をさらに遅角側
に制御する。また、前記高回転高負荷域であればステッ
プ９において大リフト、作動角に制御しかつリフト頂点
の位相をステップ６の位相よりも若干遅角側に制御す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の可変動
弁装置、とりわけ、排気弁のバルブリフト量と作動角を
制御する第１可変機構と、最大リフト位相（最大リフト
となる瞬間のクランク軸位相）を制御する第２可変機構
とを備えた可変動弁装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、排気弁の開閉時期を機関
運転状態に応じて可変制御する可変動弁装置としては、
例えば特開昭６１−１９０１１８号に記載されたものが
ある。

【０００３】概略を説明すれば、この可変動弁装置は、
始動後の冷機時における排気弁のバルブリフト量及び作
動角は同一のままで開閉時期を相対的に早めるように制
御するようになっている。つまり、前述のように排気弁
の開時期を早めることにより、膨張比が小さいときに排
気されることに起因する排気温度の相対的上昇により、
排気管内に有する触媒の温度を速やかに立ち上げること
ができ、これによって触媒の活性化が図れ、触媒出口で
の排気エミッションを低減させるようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の可変動弁装置にあっては、前述のように、排気弁の
開閉時期は可変にできるものの、その性能効果つまり冷
機時の排気エミッション低減効果を十分に得られない。
すなわち、排気弁の開時期が早くなるため、燃焼室内の
高温の燃焼ガスが早めに排気系に放出されてしまう。し
たがって、機関本体側の暖機性能が低下し、この結果、
燃焼の悪化を招き、燃焼室から高濃度の排気エミッショ
ンが排出される期間が長くなる。このため、触媒の速や
かな温度上昇は確保できるものの、触媒に入口に入る燃
焼ガス自体の排気エミッションが多くなり、したがっ
て、触媒出口から大気に解放される排気エミッションを
十分に低減することができない。

【０００５】また、前記機関本体の暖機性能の低下によ
って、水温上昇も遅く車内の暖房性能も悪化してしまう
といった技術的課題を招来している。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記従来の可
変動弁装置の実情に鑑みて案出されたもので、請求項１
記載の発明は、機関の排気弁のバルブリフト特性におけ
る少なくともバルブリフト量及び作動角を機関運転状態
に応じて可変制御する第１可変機構と、排気弁の前記バ
ルブリフト特性における最大リフト位相を機関運転状態
に応じて可変制御する第２可変機構と、機関の現在の運
転状態を検出する機関運転状態検出手段と、該機関運転
状態検出手段からの情報信号によって前記第１可変機構
及び第２可変機構の作動を制御するコントローラとを備
えたことを特徴としている。

【０００７】この発明によれば、第１可変機構と第２可
変機構を、機関運転状態に応じて任意に可変制御するこ
とによっていずれの機関運転状態においても機関性能を
十分に発揮させることが可能になる。

【０００８】請求項２に記載の発明は、前記機関運転状
態検出手段が、機関始動後の冷機状態を検出した場合に
は、前記第１可変機構によって排気弁を小バルブリフト
量及び小作動角に制御すると共に、前記第２可変機構に
よって排気弁の最大リフト位相を最大進角側へ制御した
ことを特徴としている。

【０００９】この発明によれば、第１可変機構による排
気弁の小作動角制御と第２可変機構の進角制御によっ
て、排気行程の途中で排気弁が早く閉じるとともに、第
１可変機構による小バルブリフト制御によって、高温の
燃焼ガスは速やかに放出されずに燃焼室内に閉じ込めら
れ、その後、ピストンにより圧縮されるため、筒内温度
が速やかに上昇する。この結果、機関本体の温度が速や
かに立ち上がって燃焼が改善され、燃焼室から放出され
る排気エミッションが低減すると共に、排気弁の開時期
は比較的早くなっているため、触媒の温度上昇速度も速
くなる。

【００１０】請求項３に記載の発明は、前記機関運転状
態検出手段が、暖機軽負荷状態を検出した場合には、前
記第１可変機構によって排気弁を小バルブリフト及び小
作動角に制御すると共に、前記第２可変機構によって排
気弁の最大リフト位相を前記最大進角位置から所定角度
だけ遅角側に制御したことを特徴としている。

【００１１】請求項４に記載の発明は、前記機関運転状
態検出手段が、高負荷低回転状態を検出した場合は、前
記第１可変機構によって排気弁を中バルブリフト量及び
中作動角に制御すると共に、前記第２可変機構によって
排気弁の最大リフト位相を最大進角位置から所定角度だ
け遅角側に制御しかつ排気弁の閉時期の位相を所定遅角
位置となるように制御したことを特徴としている。

【００１２】請求項５に記載の発明は、前記機関運転状
態検出手段が、高負荷高回転状態を検出した場合は、前
記第１可変機構によって排気弁を最大バルブリフト量及
び最大作動角に制御すると共に、前記第２可変機構によ
って排気弁の最大リフト位相を最大進角位置から所定角
度だけ遅角側に制御しかつ排気弁の閉時期の位相を所定
遅角位置となるように制御したことを特徴としている。

【００１３】請求項６に記載の発明は、前記排気弁の請
求項４に記載した最大リフト位相の遅角制御位置を、請
求項５に記載した遅角制御位置よりも相対的に遅角側に
設定したことを特徴としている。

【００１４】請求項７に記載の発明は、請求項４に記載
した排気弁の閉時期の所定遅角位置と請求項５に記載し
た排気弁の閉時期の所定遅角位置をほぼ同位置に設定し
たことを特徴としている。

【００１５】請求項８に記載の発明は、前記第１可変機
構の作動をオフした際に、前記排気弁のバルブリフトと
作動角が最小側で安定する一方、前記第２可変機構の作
動をオフした際に、前記排気弁の最大リフト位相が最進
角側に安定させたことを特徴としている。

【００１６】請求項９に記載の発明は、前記第１可変機
構を、前記排気弁のバルブリフト量を連続的に可変制御
するように構成する一方、第２可変機構を、前記排気弁
の最大リフト位相を連続的に可変制御するように構成し
たことを特徴としている。

【００１７】請求項１０に記載の発明は、前記第１可変
機構と第２可変機構のいずれか一方を電動アクチュエー
タによって作動させると共に、他方の可変機構を作動油
圧によって作動させたことを特徴としている。

【００１８】請求項１１に記載の発明は、前記第１可変
機構は、クランク軸と同期回転しかつ外周に駆動カムを
有する駆動軸と、揺動することによって前記排気弁を開
閉作動させる揺動カムと、一端部が前記駆動カムに回転
自在に連繋し、他端部が前記揺動カムに回転自在に連繋
すると共に揺動中心位置が制御カムによって可変制御さ
れるロッカアームと、前記制御カムの回動位置を制御す
る制御軸とを備え、該制御軸を回動することにより前記
排気弁のバルブリフト量と作動角を可変制御することを
特徴としている。

【００１９】

【発明の実施の形態】図１は本発明に係る可変動弁装置
の一実施形態を示し、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１気筒あたり２
つの排気弁１２，１２を備え、かつ該各排気弁１２，１
２のバルブリフト量及び作動角を機関運転状態に応じて
可変にする第１可変機構１と、各排気弁１２，１２の最
大リフト位相すなわちバルブリフトが最大となる瞬間の
クランク軸の位相角度を機関運転状態に応じて可変にす
る第２可変機構２とを備えている。

【００２０】前記第１可変機構１は、図１〜図３に示す
ように、シリンダヘッド１１上部の軸受１４に回転自在
に支持された中空状の駆動軸１３と、該駆動軸１３に圧
入などによって固設された偏心回転カムである２つの駆
動カム１５，１５と、駆動軸１３に揺動自在に支持され
て、各排気弁１２，１２の上端部に配設されたバルブリ
フター１６，１６の平坦な上面１６ａ，１６ａに摺接し
て各排気弁１２，１２を開作動させる揺動カム１７，１
７と、駆動カム１５、１５と揺動カム１７，１７との間
に連係されて、駆動カム１５、１５の回転力を揺動カム
１７，１７の揺動力として伝達する伝達機構１８、１８
と、該伝達機構１８、１８の作動位置を可変制御にする
制御機構１９とを備えている。

【００２１】前記駆動軸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後述する可
変機構２のタイミングスプロケット４０に巻装された図
外のタイミングチェーン等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。

【００２２】前記軸受１４は、図１に示すようにシリン
ダヘッド１１の上端部に設けられて、駆動軸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、後述する制御軸３２
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１４ａ，１４ｂが一対のボルト１４ｃ，１
４ｃによって上方から共締め固定されている。

【００２３】前記両駆動カム１５は、図１〜図３に示す
ようにほぼリング状を呈し、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筒状部１５ｂと
からなり、内部軸方向に駆動軸挿通孔１５ｃが貫通形成
されていると共に、カム本体１５ａの軸心Ｘが駆動軸１
３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、この各駆動カム１５は、駆動軸１３に対し前
記両バルブリフター１６，１６に干渉しない両外側に駆
動軸挿通孔１５ｃを介して圧入固定されていると共に、
両方のカム本体１５ａ，１５ａの外周面１５ｄ，１５ｄ
が同一のカムプロフィールに形成されている。

【００２４】前記揺動カム１７は、図２に示すようにほ
ぼ横Ｕ字形状を呈し、一端部側の円環状の基端部２０に
は駆動軸１３が嵌挿されて回転自在に支持される支持孔
２０ａが貫通形成されていると共に、他端部のカムノー
ズ部２１にピン孔２１ａが貫通形成されている。また、
揺動カム１７の下面には、カム面２２が形成され、基端
部２０側の基円面２２ａと該基円面２２ａからカムノー
ズ部２１側に円弧状に延びるランプ面２２ｂと該ランプ
面２２ｂの先端側に有するリフト面２２ｃとが形成され
ており、該基円面２２ａとランプ面２２ｂ及びリフト面
２２ｃとが、揺動カム１７の揺動位置に応じて各バルブ
リフター１６の上面１６ａ所定位置に当接するようにな
っている。

【００２５】前記伝達機構１８は、図２に示すように駆
動軸１３の上方に配置されたロッカアーム２３と、該ロ
ッカアーム２３の一端部２３ａと駆動カム１５とを連係
するリンクアーム２４と、ロッカアーム２３の他端部２
３ｂと揺動カム１７とを連係する連係部材であるリンク
ロッド２５とを備えている。

【００２６】前記各ロッカアーム２３は、図３に示すよ
うに、平面からみてほぼクランク状に折曲形成され、中
央に有する筒状基部２３ｃが後述する制御カム３３に回
転自在に支持されている。また、各基部２３ｃの各外端
部に突設された前記一端部２３ａには、図２及び図３に
も示すように、リンクアーム２４と相対回転自在に連結
するピン２６が挿通されるピン孔２３ｄが貫通形成され
ている一方、各基部２３ｃの各内端部に夫々突設された
前記他端部２３ｂには、各リンクロッド２５の一端部２
５ａと相対回転自在に連結するピン２７が挿通されるピ
ン孔２３ｅが形成されている。

【００２７】また、前記リンクアーム２４は、比較的大
径な円環状の基部２４ａと、該基部２４ａの外周面所定
位置に突設された突出端２４ｂとを備え、基部２４ａの
中央位置には、前記駆動カム１５のカム本体１５ａの外
周面に回転自在に嵌合する嵌合孔２４ｃが形成されてい
る一方、突出端２４ｂには、前記ピン２６が回転自在に
挿通するピン孔２４ｄが貫通形成されている。

【００２８】さらに、前記リンクロッド２５は、図２に
も示すように所定長さのほぼく字形状に折曲形成され、
両端部２５ａ，２５ｂには、図３にも示すようにピン挿
通孔２５ｃ，２５ｄが形成されており、この各ピン挿通
孔２５ｃ，２５ｄに、前記ロッカアーム２３の他端部２
３ｂに有するピン孔２３ｅと揺動カム１７のカムノーズ
部２１に有するピン孔２１ａにそれぞれ挿通した各ピン
２７，２８の端部が回転自在に挿通している。

【００２９】そして、このリンクロッド２５は、前記揺
動カム１７の最大揺動範囲を前記ロッカアーム２３の揺
動範囲内に規制するようになっている。

【００３０】尚、各ピン２６，２７，２８の一端部に
は、リンクアーム２４やリンクロッド２５の軸方向の移
動を規制するスナップリング２９，３０，３１が設けら
れている。

【００３１】前記制御機構１９は、機関前後方向に配設
された前記制御軸３２と、該制御軸３２の外周に固定さ
れてロッカアーム２３の揺動支点となる制御カム３３
と、制御軸３２の回転位置を制御する電動アクチュエー
タである電動モータ３４とから構成されている。

【００３２】前記制御軸３２は、駆動軸１３と並行に設
けられて、前述のように軸受１４のメインブラケット１
４ａ上端部の軸受溝とサブブラケット１４ｂとの間に回
転自在に支持されている。一方、前記各制御カム３３
は、夫々円筒状を呈し、図２に示すように軸心Ｐ１位置
が制御軸３２の軸心Ｐ２からα分だけ偏倚している。

【００３３】前記電動モータ３４は、駆動シャフト３４
ａの先端部に設けられた第１平歯車３５と制御軸３２の
後端部に設けられた第２平歯車３６との噛合いを介し
て、制御軸３２に回転力を伝達するようになっていると
共に、機関の運転状態を検出するコントローラ３７から
の制御信号によって駆動するようになっている。

【００３４】一方、前記第２可変機構２は、図１に示す
ように前記駆動軸１３の先端部側に設けられ、図外のタ
イミングチェーンによって機関のクランク軸から回転力
が伝達されるタイミングスプロケット４０と、駆動軸１
３の先端部にボルト４１によって軸方向から固定された
スリーブ４２と、タイミングスプロケット４０とスリー
ブ４２との間に介装された筒状歯車４３と、該筒状歯車
４３を駆動軸１３の前後軸方向へ駆動させる駆動機構で
ある油圧回路４４とから構成されている。

【００３５】前記タイミングスプロケット４０は、筒状
本体４０ａの後端部にチェーンが巻装されるスプロケッ
ト部４０ｂがボルト４５により固定されていると共に、
筒状本体４０ａの前端開口がフロントカバー４０ｃによ
って閉塞されている。また、筒状本体４０ａの内周面に
は、はす歯形のインナ歯４６が形成されている。

【００３６】前記スリーブ４２は、後端側に駆動軸１３
の先端部が嵌合する嵌合溝が形成されていると共に、前
端部の保持溝内にはフロントカバー４０ｃを介してタイ
ミングスプロケット４０を前方に付勢するコイルスプリ
ング４７が装着されている。また、スリーブ４２の外周
面には、はす歯形のアウタ歯４８が形成されている。

【００３７】前記筒状歯車４３は、軸直角方向から２分
割されて前後の歯車構成部がピンとスプリングによって
互いに接近する方向に付勢されていると共に、内外周面
には前記各インナ歯４６とアウタ歯４８に噛合いするは
す歯形の内外歯が形成されており、前後に形成された第
１，第２油圧室４９，５０へ相対的に供給される油圧に
よって各歯間を摺接しながら前後軸方向へ移動するよう
になっている。また、この筒状歯車４３は、フロントカ
バー４０ｃに突当った最大前方移動位置で排気弁１２を
最進角位置に制御する一方、最大後方移動位置で最遅角
位置に制御するようになっている。さらに、第２油圧室
５０内に弾装されたリターンスプリング５１によって第
１油圧室４９の油圧が供給されない場合、例えば始動時
に最大前方移動位置に付勢されるようになっている。

【００３８】前記油圧回路４４は、図外のオイルパンと
連通するオイルポンプ５２の下流側に接続されたメイン
ギャラリ５３と、該メインギャラリ５３の下流側で分岐
して前記第１，第２油圧室４９，５０に接続された第
１，第２油圧通路５４，５５と、前記分岐位置に設けら
れたソレノイド型の流路切換弁５６と、該流路切換弁５
６に接続されたドレン通路５７とから構成されている。

【００３９】前記流路切換弁５６は、前記第１可変機構
１の電動モータ３４を駆動制御する同じコントローラ３
７からの制御信号によって切換駆動されるようになって
いる。

【００４０】前記コントローラ３７は、クランク角セン
サからの機関回転数信号、スロットル開度センサからの
スロットル開度信号（負荷）及び水温センサからの機関
温度信号など、各種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すると共に、制御
軸３２の現在の回転位置を検出する第１位置検出センサ
５８や駆動軸１３とタイミングスプロケット４０との相
対回動位置を検出する第２位置検出センサ５９からの検
出信号に基づいて、前記電動モータ３４及び流路切換弁
５６に制御信号を出力している。

【００４１】すなわち、コントローラ３７は、機関回転
数、負荷に対応するスロットル開度、機関温度に対応す
る水温、機関始動後の経過時間などの情報信号から排気
弁１２の目標バルブリフト特性（リフト量、作動角、最
大リフト位相）を決定し、実バルブリフト特性が目標バ
ルブリフト特性になるように第１可変機構１と第２可変
機構２の作動を連続的に制御するようになっている。

【００４２】すなわち、第１可変機構１については、コ
ントローラ３７が、目標バルブリフト量、目標作動角に
なるような制御軸３２の目標回転位置を決定して、この
指令信号に基づき電動モータ３４を回転させることによ
り、制御軸３２を介して制御カム３３を所定回転角度位
置まで回転制御する。また、第１位置検出センサ５８に
より、制御軸３２の実際の回転位置をモニターし、フィ
ードバック制御により制御軸３２を目標位相に回転させ
るようになっている。

【００４３】第２可変機構２については、コントローラ
３７が、最大リフト位相（最大リフトとなった瞬間のク
ランクシャフト位相）が目標最大リフト位相になるよう
な駆動軸１３の目標遅角量（タイミングスプロケット４
０に対する目標ひねり角）を決定して、この指令信号に
基づき流路切換弁５６により第１油圧通路５４とメイン
ギャラリ５３とを所定時間連通させる。これにより、筒
状歯車４３を介してタイミングスプロケット４０と駆動
軸１３との相対回動位置を変換して遅角側に制御する。
また、この場合も、第２位置検出センサ５９により予め
駆動軸１３の実際の相対回転位置をモニターして、フィ
ードバック制御によって駆動軸１３を目標移動位置、つ
まり目標遅角量になるように回転させるようになってい
る。

【００４４】なお、駆動軸１３に対する最大リフト位相
は、後述のように特異な変化をするが、これを考慮した
上で、前記の駆動軸１３の目標遅角量がコントローラ３
７により決定されているので、なんら問題はない。つま
り、この特異な変化を無害化している。

【００４５】以下、本実施形態の作用について説明す
る。まず、第１可変機構１と第２可変機構２の基本的動
作について説明すれば、第１可変機構１側は、例えば機
関低回転低負荷状態においてはコントローラ３７からの
制御信号によって電動モータ３４を介して制御軸３２が
一方向へ回転制御されて、図５に示すように制御カム３
３の軸心Ｐ１が制御軸３２の軸心Ｐ２から図示のように
左上方の回動位置に保持され、厚肉部３３ａが駆動軸１
３から上方向へ離間回動する。これにより、ロッカアー
ム２３は、全体が駆動軸１３に対して上方向へ移動し、
このため各揺動カム１７はリンクロッド２５を介して強
制的に引き上げられて反時計方向へ回動する。したがっ
て、駆動カム１５が回転してリンクアーム２４を介して
ロッカアーム２３の一端部２３ａを押し上げると、その
リフト量がリンクロッド２５を介して揺動カム１７及び
バルブリフター１６に伝達されるが、そのリフト量は、
図５、図６に示すように小さくなる（Ｌｍｉｎ）。

【００４６】また、例えば高回転高負荷に移行した場合
は、コントローラ３７からの制御信号によって電動モー
タ３４により制御軸３２が、今度は他方向に回転して制
御カム３３を図２，図４に示す位置に回転させて厚肉部
３３ａを下方向へ回動させる。このため、ロッカアーム
２３は、全体が駆動軸１３方向（下方向）へ移動して他
端部２３ｂが揺動カム１７をリンクアーム２５を介して
下方向へ押圧して揺動カム１７全体を所定量だけ図示の
位置（時計方向）に回動させる。したがって、駆動カム
１５が回転してリンクアーム２４を介してロッカアーム
２３の一端部２３ａを押し上げると、そのリフト量がリ
ンクロッド２５を介して揺動カム１７及びバルブリフタ
ー１６に伝達されるが、そのリフト量は図４、図６に示
すように最大に大きくなる（Ｌｍａｘ）。

【００４７】また、この第１可変機構１による排気弁１
２のバルブリフト量（Ｌ）と作動角（Ｄ）は、機関運転
状態に応じて図６に示すような最小リフト（Ｌｍｉｎ）
から最大リフト（Ｌｍａｘ）まで連続的に制御されるよ
うになっている。

【００４８】ここで注目すべきことは、バルブリフト量
（Ｌ）が変化すると、最大リフト位相も変化する。これ
は、第１可変機構１の構成に起因するもので、図４、図
５に示す最大リフトとなった瞬間のφ（ヘッド上方向Ｑ
と直線ＹＸＺ方向のなす角）が制御軸の位相によって変
化するためである。しかしながら、第２可変機構２で最
大リフト位相を適切にすることができるので、問題はな
い。

【００４９】一方、第２可変機構２側では、各センサか
らの情報信号から排気弁１２の目標進角量を決定して、
この指令信号に基づき流路切換弁５６により、第１油圧
通路５４とメインギャラリ５３とを所定時間連通させる
と共に、第２油圧通路５５とドレン通路５７とを所定時
間連通させか、あるいは第２油圧通路５５とメインギャ
ラリ５３を所定時間連通させると共に、第１油圧通路５
４とドレン通路５７を所定時間連通させる。これによっ
て、筒状歯車４３の前後方向の移動に伴いタイミングス
プロケット４０と駆動軸１３との相対回動位置を変換し
て最大進角側あるいは最大遅角側に連続的に制御する
（図８破線および実線参照）。また、この場合も第２位
置検出センサ５９により予め駆動軸１３の実際の相対回
動位置をモニターして、フィードバック制御により駆動
軸を目標相対回動位置すなわち目標進角量に回転させる
ようになっている。

【００５０】そして、機関始動の瞬間であるクランキン
グ時の状態について検討すれば、図８の（１）に示すよ
うに、排気弁１２のバルブリフト量は、第１可変機構１
によって最小Ｌｍｉｎ付近になっている一方、排気弁１
２の開閉時期は、第２可変機構２により駆動軸１３はほ
ぼ最進角状態になっており、バルブリフト特性の位相も
最進角付近になっている。

【００５１】すなわち、前回のエンジンキーオフ直後
は、電動モータ３４への通電が遮断されされているの
で、第１可変機構１はオフ状態になって、制御軸３２
は、バルブスプリングのばね力によって図中時計方向に
モーメントを受けるため、同時計方向に回転させられ、
最小リフト量付近で安定保持され、この時点で機関停止
となる。つまり、図５において図外のバルブスプリング
のばね反力としてロッカアーム２３の他端部２３ｂに荷
重ベクトルｆ２が作用し、ロッカアーム２３の一端部２
３ａには、それと釣り合うべく荷重ベクトルｆ１が作用
し、ロッカアーム２３の揺動支点Ｐ２には、荷重ベクト
ルｆ１と荷重ベクトルｆ２の合力に相当する荷重ベクト
ルＦが作用する。

【００５２】したがって、制御カム３３は、この荷重ベ
クトルＦにより、Ｐ２中心に対して図中時計方向にモー
メントＭを受ける。つまり、制御カム３３は、最小リフ
ト方向に捩られるようなモーメントを受けている。

【００５３】また、第２可変機構２は、機関回転数の低
下とともに機関油圧が漸次低下して作動がオフとなり、
前述のリターンスプリング５１によって筒状歯車４３が
最大前方移動位置付近まで移動して駆動軸１３の位相が
最進角付近で安定し、そこで機関が停止する。

【００５４】したがって、前述のように、始動の瞬間
は、リフト量は最小Ｌｍｉｎ付近で、最大リフト位相も
最進角の所定位相Ｏ付近となっている。

【００５５】このため、実際にスタータモータを駆動さ
せると、リフト量が最小Ｌｍｉｎ付近で動弁フリクショ
ンが小さいために、回転がスムーズに上昇して良好な始
動性が得られる。

【００５６】その後、機関運転状態の変化に伴ったコン
トローラ３７による第１可変機構１と第２可変機構２と
の制御を図７のフロチャートに基づいて説明する。

【００５７】まず、ステップ１で前記クランク角センサ
やスロットル開度センサ及び水温センサなどの各種セン
サ類から機関回転数Ｎや機関水温Ｔ、スロットル開度
θ、始動後経過時間ｔなどを読み込み、つまり現在の機
関運転状態を読み込む。

【００５８】続いて、ステップ２に進み始動後の経過時
間ｔが所定時間ｔ₀より長いか否かを判別し、短いと判
別した場合は、バッテリ電圧、機関油圧が安定していな
いため、ステップ１０において第１、第２可変機構１、
２の両方の作動制御を行なわない。この結果、前述のよ
うにリフト量は最小Ｌｍｉｎ付近、最大リフト位相も最
進角付近に安定している（図８の（１）参照）。このバ
ルブリフト特性（１）は、ピストン上死点付近でのリフ
ト量が最小であること、最大リフト位相もピストン上死
点から最も進角していることから、ピストンと排気弁１
２の干渉や排気弁１２と吸気弁との干渉が確実に回避さ
れ、最も有利な状態にある。

【００５９】また、このように、バルブリフト量を最小
Ｌｍｉｎ付近、最大リフト位相も最進角付近に安定する
ようにしておけば、断線等の電気系統のトラブル、オイ
ル漏れ等の油圧系のトラブルなどにより制御不能となっ
た場合でも、前記ピストンと排気弁１２などの干渉を回
避できる。

【００６０】このステップ２で、ｔがｔ₀よりも長いと
判別した場合は、ステップ３に進み、ここでは、現在の
機関水温Ｔが所定温度Ｔ₀よりも高いか否かを判断し、
低いと判断した場合は冷機状態であるとしてステップ４
に進む。このステップ４では第１可変機構１を最小リフ
トＬｍｉｎ及び最小作動角Ｄｍｉｎに制御すると共に、
第２可変機構２を最進角、つまり最大リフト位相を所定
位相Ｏに制御する（バルブリフト特性（１））。

【００６１】なお、このバルブリフト制御は、もともと
バルブリフト特性（１）付近にあったため、変化が小さ
く、切り換えショックは発生しないと共に、冷機状態に
もかかわらず切り換え時間も短い。

【００６２】また、前述のように、冷機時にバルブリフ
ト特性が図８の（１）のように制御されると、第１可変
機構１による小作動角制御と、第２可変機構２の進角制
御によって排気行程の途中で排気弁１２を早く閉じ、第
１可変機構１による排気弁１２の小リフト制御によって
高温の燃焼ガスを燃焼室内に閉じ込めることができ、さ
らにその後のピストンによる圧縮作用によって筒内温度
が上昇する。この結果、機関の暖機の立ち上がりが速く
なって、機関水温の上昇速度も速くなり、車内の暖房性
能も向上する。

【００６３】さらに、前記燃焼室の温度上昇によって、
燃焼が改善されて、該燃焼室から排出される排気エミッ
ションが低減し、また、排気弁１２の開時期が前記小作
動角制御と進角制御によって比較的早くなるため、排気
管に有する触媒の温度上昇速度も速くなって、該触媒の
活性化が促進されて排気エミッション転化率を確保でき
ることから、触媒出口の排気エミッションを十分に低減
させることが可能になる。

【００６４】また、排気行程後半には、シリンダとピス
トンとの隙間に存在していた高濃度のＨＣエミッション
が燃焼室から排出されるが、前述のように排気行程途中
で排気弁１２が早く閉じられることから、この高濃度の
ＨＣエミッションを燃焼室内に封じ込めて、排気側には
余り放出しないため、燃焼室から排出されるＨＣエミッ
ションを低減でき、したがって、触媒出口においても特
にＨＣエミッション低減効果を得ることができる。

【００６５】さらに、第１可変機構１を電気により作動
し、第２可変機構２を油圧によって作動するようにした
ため、冷機時においても切り換え作動動作が安定する。
つまり、冷機時はバッテリ電圧が低下する傾向にあるが
電気は一方の第１可変機構１のみに利用されるだけであ
るから、バッテリに与える負荷は小さく、電動切り換え
作動の安定化を保持できる。一方、かかる冷機時には油
の粘度が高く切り換え作動動作が遅れる傾向にあるが、
油圧作動は第２可変機構２のみであるから該第２可変機
構２を作動させるのに必要な流量は少なくて済むので、
切り換え作動動作が安定する。

【００６６】そして、前記ステップ３で機関水温が所定
値Ｔ₀を超えていると判断された場合は、暖機が進んだ
状態であるとして、ステップ５に移行し、ここでは、現
在のスロットル開度θが、所定の開度θ₀より大きいか
否かを判断する。ここでスロットル開度θの方が小さい
と判断した場合は、ステップ６に進む。

【００６７】このステップ６では、暖機が進んだ軽負荷
状態であると認識して、第１可変機構１によって排気弁
１２を小バルブリフト量、小作動角に制御すると共に、
第２可変機構２によって最大リフト位相を所定位相Ｏよ
り遅角側の位相である第１位相まで遅角制御し、つまり
図８の（２）に示すバルブリフト特性となるように制御
する。これによって、かかる運転状態時における燃費の
向上を図ることができる。

【００６８】すなわち、暖機が進んだ状態では、冷機時
のように高温の燃焼ガスを封じ込めた後の圧縮によるポ
ンピングロスが増加すると共に、燃焼ガスの温度上昇に
よるいわゆる機関の冷却損失が増加することから、燃費
が悪化してしまう。また、排気弁１２の開時期が早いこ
とから冷機時の触媒加熱には有利であるが、ピストンを
押し下げる膨張仕事が低下してしまい、暖機が進んだ状
態では冷機時の制御と同じでは燃費が悪化するおそれが
ある。

【００６９】そこで、前記ステップ６に示すような制御
を行なうことによって、前記冷却損失を低減できると共
に、膨張仕事低下を防止でき、かつ小リフトによる動弁
系の駆動損失を抑えることができることから、燃費の向
上が図れるのである。また、前記ステップ５におい
て、スロットル開度θが所定値θ₀を超えていると判断
した場合は、ステップ７に進み、ここでは現在の機関回
転数Ｎが所定値Ｎ₀より大きいか否かを判別する。ここ
で、機関回転数ＮがＮ₀よりも小さいと判断した場合
は、低回転高負荷域であると認識してステップ８に進
み、大きいと判断した場合は高回転高負荷域と認識して
ステップ９に進む。

【００７０】そして、前記ステップ８では、第１可変機
構１により排気弁１２を中バルブリフト量（Ｌ３）でか
つ中作動角（Ｄ３）に制御すると共に、第２可変機構２
によって最大リフト位相を所定位相Ｏよりも遅角側の第
２位相まで遅角制御し、バルブリフトを図８の（３）に
示す特性に制御する。

【００７１】この制御状態によれば、排気弁１２の閉時
期が遅れることによって、いわゆる吸気弁（図８中一点
鎖線のバルブリフト特性）とのバルブオーバーラップを
大きくでき、排気脈動との相乗効果によって高い吸気充
填効率が得られる。また、排気弁１２の開時期は、前述
の中作動角制御と遅角制御によって、下死点付近の低回
転高負荷に適したタイミング、すなわち、早すぎること
によるブローダウン損失と遅すぎることによる押出し損
失の総和が小さくなるタイミングに設定されるため、前
述の吸気充填効率の向上と相俟って大きな出力トルクが
得られる。

【００７２】一方、前記ステップ９では、第１可変機構
１をステップ８の制御よりもさらに進めて、排気弁１２
を大バルブリフト量Ｌｍａｘでかつ大作動角Ｄｍａｘに
制御するとともに、第２可変機構２によって最大リフト
位相を第１位相よりも遅角側で、第２位相よりも進角側
の第３位相に制御し、図８の（４）に示す特性に制御す
る。

【００７３】したがって、排気弁１２の閉時期が遅れる
ことでバルブオーバーラップを大きくでき、排気脈動と
の相乗効果によって高い吸気充填効率が得られる。ま
た、排気弁１２の開時期は、大作動角制御と遅角制御に
よって、下死点よりも十分に早いタイミング、すなわ
ち、早すぎることによるブローダウン損失と遅すぎるこ
とによる押出し損失の総和が小さくなるタイミングに設
定されるため、吸気充填効率の向上と相俟って大きな出
力トルクが得られる。このタイミングが低回転高負荷域
よりも早くなるのは、高回転域で押出し損失が大幅に増
加するためである。

【００７４】ここで、特筆すべき点は、バルブリフト特
性（３）における第２位相（低回転高負荷域）が、バル
ブリフト特性（４）における第３位相（高回転高負荷
域）よりも相対的に遅角側に設定されている点である。
排気弁２とピストンとの干渉や排気弁１２と吸気弁との
干渉の制約から許される遅角量は、排気弁１２の中バル
ブリフト，中作動角では大きく、排気弁１２の大バルブ
リフト，大作動角では小さい。したがって、低回転高負
荷域における中バルブリフト、中作動角の第２位相（バ
ルブリフト特性（３））を、高回転高負荷域における第
３位相（バルブリフト特性（４））より遅角側に設定す
ることにより、両運転領域で排気弁１２などの干渉を回
避しつつ出力トルクの向上が図れる。

【００７５】また、前記バルブリフト特性（３）の排気
弁１２の閉位相（第４位相）と、（４）の排気弁１２の
閉位相（第５位相）は、同程度に設定されており、これ
によって両運転領域で干渉を回避しつつ出力トルクの向
上が図れるのである。

【００７６】

【発明の効果】請求項１、２に記載の発明によれば、第
１可変機構と第２可変機構とによって機関運転状態に応
じて該機関性能を大幅に向上させることができることは
勿論のこと、第１可変機構による排気弁の小作動角制御
と第２可変機構による進角制御によって、排気行程の途
中で排気弁が早く閉じるとともに、第１可変機構による
小バルブリフト制御によって、高温の燃焼ガスは速やか
に放出されずに燃焼室内に閉じ込められ、その後、ピス
トンにより圧縮されることにより筒内温度が速やかに上
昇する。この結果、機関本体の温度が速やかに立ち上が
って燃焼が改善され、燃焼室から放出される排気エミッ
ションが低減すると共に、排気弁の開時期は比較的早く
なっているため、触媒の温度上昇速度も速くなる。この
結果、冷機時の排気エミッション性能と、車内の暖房性
能を大幅に向上させることができる。

【００７７】請求項３に記載の発明によれば、暖機中の
軽負荷状態時において、冷却損失を低減化できると共
に、膨張仕事の低下を抑制でき、さらには動弁系の駆動
損失を抑制できるため、燃費の向上が図れる。。

【００７８】請求項４に記載の発明によれば、低回転高
負荷域において、排気弁の閉時期が遅くなることによ
り、吸気弁とのバルブオーバーラップを大きくすること
が可能になり、排気脈動との相乗効果によって吸気充填
効率が向上すると共に、排気弁開時期が下死点付近とな
り、この運転領域における損失総和が小さくなるので出
力トルクを高めることができる。

【００７９】請求項５に記載の発明によれば、高回転高
負荷域において、前述の同様にバルブオーバーラップを
大きくすることができると共に、排気脈動との相乗効果
によって吸気充填効率を高めることができる。

【００８０】しかも、排気弁の開時期は下死点よりも十
分に早いタイミング、すなわちこの運転領域において損
失総和が小さくなるタイミングに設定されているため、
吸気充填効率の向上と相俟って大きな出力トルクを確保
できる。

【００８１】請求項６に記載の発明によれば、低回転高
負荷域と高回転高負荷域の両方の運転領域において、圧
縮上死点近傍での排気弁とピストンと及び排気弁と吸気
弁とのそれぞれの干渉を回避しつつ両運転領域での大き
な出力トルクを確保できる。

【００８２】請求項７に記載の発明によれば、低回転高
負荷域と高回転高負荷域の両方の運転領域において、排
気弁とピストン及び排気弁と吸気弁の同程度の干渉回避
効果が得られると共に、両運転領域での高出力トルクが
得られる。

【００８３】請求項８に記載の発明によれば、各可変機
構を作動させる制御機構の電動側の断線などの電気系の
トラブルや、油圧駆動側のオイル漏れなどの油圧系のト
ラブルによって可変機構の制御が不可能となった場合で
も、排気弁などの干渉の問題が発生しない。

【００８４】請求項９に記載の発明によれば、各可変機
構の細かな制御が可能になり、いずれの運転状態におい
ても機関性能を十分に引き出すことが可能になる。

【００８５】請求項１０に記載の発明によれば、各可変
機構をそれぞれ別個の駆動源によって駆動させるように
したため、比較的良好な可変応答性を確保できる。

【００８６】請求項１１に記載の発明によれば、簡単な
構造でリフト量と作動角の連続可変が実現できる一方、
第１可変機構の特異な最大リフト位相変化を第２可変機
構により無害化し、理想的なリフト特性変化を実現でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示す断面図

【図２】図１のＡ−Ａ線断面図

【図３】第１可変機構の平面図

【図４】第１可変機構の最大リフト制御の作用説明図

【図５】第１可変機構の最小リフト制御の作用説明図

【図６】第１可変機構におけるバルブリフト量と作動角
と最大リフト位相の各制御状態を示す特性図。

【図７】本実施形態のコントローラによる制御フローチ
ャート図。

【図８】本実施形態の第１可変機構と第２可変機構によ
るバルブリフト及び開閉時期の特性図。

【符号の説明】

１…第１可変機構２…第２可変機構１２…排気弁１３…駆動軸１７…揺動カム１９…制御機構２３…ロッカアーム３４…電動モータ３７…コントローラ

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１２年６月２７日（２０００．６．２
７）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４９】一方、第２可変機構２側では、各センサか
らの情報信号から駆動軸１３の目標遅角量を決定して、
この指令信号に基づき流路切換弁５６により、第１油圧
通路５４とメインギャラリ５３とを所定時間連通させる
と共に、第２油圧通路５５とドレン通路５７とを所定時
間連通させるか、あるいは第２油圧通路５５とメインギ
ャラリ５３を所定時間連通させると共に、第１油圧通路
５４とドレン通路５７を所定時間連通させる。これによ
って、筒状歯車４３の前後方向の移動に伴いタイミング
スプロケット４０と駆動軸１３との相対回動位置を変換
して最大遅角側から最大進角側に連続的に制御する（図
８破線および実線参照）。また、この場合も第２位置検
出センサ５９により予め駆動軸１３の実際の相対回動位
置をモニターして、フィードバック制御により駆動軸を
目標相対回動位置すなわち目標遅角量に回転させるよう
になっている。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５０】そして、機関始動の瞬間であるクランキン
グ時の状態について検討すれば、図８の（１）に示すよ
うに、排気弁１２のバルブリフト量は、第１可変機構１
によって最小Ｌｍｉｎ付近になっている一方、第２可変
機構２により駆動軸１３はほぼ最進角状態になってお
り、最大リフト位相も最進角の所定位相０付近になって
いる。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５１】すなわち、前回のエンジンキーオフ直後
は、電動モータ３４への通電が遮断されされているの
で、第１可変機構１はオフ状態になって、制御軸３２
は、バルブスプリングのばね力によって図５中時計方向
にモーメントを受けるため、同時計方向に回転させら
れ、最小リフト量付近で安定保持され、この時点で機関
停止となる。つまり、図５において図外のバルブスプリ
ングのばね反力としてロッカアーム２３の他端部２３ｂ
の支点Ｗに荷重ベクトルｆ２が作用し、ロッカアーム２
３の一端部２３ａの支点Ｚには、それと釣り合うべく荷
重ベクトルｆ１が作用し、ロッカアーム２３の揺動支点
Ｐ１には、荷重ベクトルｆ１と荷重ベクトルｆ２の合力
に相当する荷重ベクトルＦが作用する。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５８】続いて、ステップ２において始動後の経過
時間ｔが所定時間ｔ₀より長いか否かを判別し、短いと
判別した場合は、バッテリ電圧、機関油圧が安定してい
ないため、ステップ１０に進み第１、第２可変機構１、
２の両方の作動制御を行なわない。この結果、前述のよ
うにリフト量は最小Ｌｍｉｎ付近、最大リフト位相も最
進角付近に安定している（図８の（１）参照）。このバ
ルブリフト特性（１）は、ピストン上死点付近でのリフ
ト量が最小であること、最大リフト位相もピストン上死
点から最も進角していることから、ピストンと排気弁１
２の干渉や排気弁１２と吸気弁との干渉が確実に回避さ
れ、最も有利な状態にある。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図面の簡単な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示す断面図

【図２】図１のＡ−Ａ線断面図

【図３】第１可変機構の平面図

【図４】第１可変機構の最大リフト制御の作用説明図

【図５】第１可変機構の最小リフト制御の作用説明図

【図８】本実施形態の第１可変機構と第２可変機構によ
るバルブリフト特性図。

【手続補正６】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

フロントページの続きＦターム(参考） 3G018 AA06 AB07 AB16 BA07 BA17 BA29 BA34 CA06 CA13 DA04 DA11 DA15 DA70 DA75 EA02 EA11 EA17 EA18 EA21 EA31 EA32 EA33 EA35 FA01 FA06 FA07 FA08 FA26 GA00 GA01 GA03 GA06 GA07 GA09 GA14 GA39 3G092 AA01 AA11 DA01 DA02 DA05 DA07 DA10 DA12 DG05 DG08 EA03 EA04 EA08 EA11 EA17 EA22 EA29 EC01 EC10 FA00 FA02 FA03 FA15 FA24 FA31 FA50 FB04 GA00 GA01 GA02 GA05 GA06 GA18 HA06Z HA13Z HE01Z HE08Z

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】機関の排気弁のバルブリフト特性におけ
る少なくともバルブリフト量及び作動角を機関運転状態
に応じて可変制御する第１可変機構と、排気弁の前記バ
ルブリフト特性における最大リフト位相を機関運転状態
に応じて可変制御する第２可変機構と、機関の現在の運
転状態を検出する機関運転状態検出手段と、該機関運転
状態検出手段からの情報信号によって前記第１可変機構
及び第２可変機構の作動を制御するコントローラとを備
えたことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
【請求項２】前記機関運転状態検出手段が、機関始動
後の冷機状態を検出した場合には、第１可変機構によっ
て排気弁を小バルブリフト量及び小作動角に制御すると
共に、前記第２可変機構によって排気弁の最大リフト位
相を最大進角側へ制御したことを特徴とする請求項１記
載の内燃機関の可変動弁装置。
【請求項３】前記機関運転状態検出手段が、暖機軽負
荷状態を検出した場合には、前記第１可変機構によって
排気弁を小バルブリフト及び小作動角に制御すると共
に、前記第２可変機構によって排気弁の最大リフト位相
を前記最大進角位置から所定角度だけ遅角側に制御した
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の可
変動弁装置。
【請求項４】前記機関運転状態検出手段が、高負荷低
回転状態を検出した場合は、第１可変機構によって排気
弁を中バルブリフト量及び中作動角に制御すると共に、
前記第２可変機構によって排気弁の最大リフト位相を最
大進角位置から所定角度だけ遅角側に制御しかつ排気弁
の閉時期の位相を所定遅角位置となるように制御したこ
とを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機
関の可変動弁装置。
【請求項５】前記機関運転状態検出手段が、高負荷高
回転状態を検出した場合は、前記第１可変機構によって
排気弁を最大バルブリフト量及び最大作動角に制御する
と共に、前記第２可変機構によって排気弁の最大リフト
位相を最大進角位置から所定角度だけ遅角側に制御しか
つ排気弁の閉時期の位相を所定遅角位置となるように制
御したことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載
の内燃機関の可変動弁装置。
【請求項６】前記排気弁の請求項４に記載した最大リ
フト位相の遅角制御位置を、請求項５に記載の遅角制御
位置よりも相対的に遅角側に設定したことを特徴とする
内燃機関の可変動弁装置。
【請求項７】請求項４に記載した排気弁の閉時期の所
定遅角位置と請求項５に記載した排気弁の閉時期の所定
遅角位置をほぼ同位置に設定したことを特徴とする内燃
機関の可変動弁装置。
【請求項８】前記第１可変機構の作動をオフした際
に、前記排気弁のバルブリフトと作動角が最小側で安定
する一方、前記第２可変機構の作動をオフした際に、前
記排気弁の最大リフト位相を最進角側で安定させたこと
を特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の内燃機関
の可変動弁装置。
【請求項９】前記第１可変機構を、前記排気弁のバル
ブリフト量を連続的に可変制御するように構成する一
方、第２可変機構を、前記排気弁の最大ブリフト位相を
連続的に可変制御するように構成したことを特徴とする
請求項１〜８のいずれかに記載の内燃機関の可変動弁装
置。
【請求項１０】前記第１可変機構と第２可変機構のい
ずれか一方を電動アクチュエータによって作動させると
共に、他方の可変機構を作動油圧によって作動させたこ
とを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の内燃機
関の可変動弁装置。
【請求項１１】前記第１可変機構は、クランク軸と同
期回転しかつ外周に駆動カムを有する駆動軸と、揺動す
ることによって前記排気弁を開閉作動させる揺動カム
と、一端部が前記駆動カムに回転自在に連繋し、他端部
が前記揺動カムに回転自在に連繋すると共に揺動中心位
置が制御カムによって可変制御されるロッカアームと、
前記制御カムの回動位置を制御する制御軸とを備え、該
制御軸を回動することにより前記排気弁のバルブリフト
量と作動角を可変制御することを特徴とする請求項１〜
１０のいずれかに記載の内燃機関の可変動弁装置。