JP2002089215A

JP2002089215A - 内燃機関の可変動弁装置

Info

Publication number: JP2002089215A
Application number: JP2000282795A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Takemura; 信一竹村; Takanobu Sugiyama; 孝伸杉山; Shunichi Aoyama; 俊一青山
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2000-09-19
Filing date: 2000-09-19
Publication date: 2002-03-27
Anticipated expiration: 2020-09-19
Also published as: JP3797083B2

Abstract

(57)【要約】【課題】吸気弁１のバルブリフト特性の変更制御の自
由度を最大限に確保しつつ、吸気弁１とピストンとの干
渉を確実に回避する。【解決手段】吸気弁１の作動角を連続的に変更可能な
作動角変更機構１０と、吸気弁１の作動角の中心位相を
連続的に変更可能な位相変更機構２０と、を有する。全
回転域の中で、所定の小作動角に設定される低回転中負
荷時に吸気弁の開時期を最も進角させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、吸気弁の作動角を
連続的に変更可能な作動角変更機構と、吸気弁の作動角
の中心位相（以下、必要に応じて吸気位相と略す）を連
続的に変更可能な位相変更機構と、を有する内燃機関の
可変動弁装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】特開２０００−１８０５６号公報には、
吸気弁の作動角及びバルブリフト量を大小２段に切り換
えるバルブリフト変更機構と、吸気弁の作動角の中心位
相を連続的に変更可能なバルブタイミング変更機構と、
を備えた内燃機関の可変動弁装置が開示されている。こ
の公報の装置では、低回転中負荷時に、吸気弁の開時期
を上死点よりも進角させて、所定量のオーバーラップを
確保し、内部ＥＧＲの増加に伴う燃費の向上を図るとと
もに、高回転高負荷時にも、同じく吸気弁の開時期を上
死点よりも進角させて所定量のオーバーラップを確保
し、トルクの向上を図る技術が開示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この公報のバルブリフ
ト変更機構では、作動角及びバルブリフト量を大小２段
にしか切り替えれないが、例えば吸気弁の作動角及びバ
ルブリフト量を連続的に変更可能な作動角変更機構を用
いた場合、制御の自由度が高くなり、機関運転性能の更
なる向上を図ることができる。

【０００４】例えば、低回転中負荷時には、吸気作動角
を小リフト・小作動角側に設定して、吸気弁の開時期
（ＩＶＯ）を上死点よりも進角させることにより、内部
ＥＧＲの増加に伴う燃費の向上が図られるとともに、吸
気弁の閉時期を下死点よりも進角させることにより、残
留ガスの増加に伴うポンプ損失の低減化を図ることがで
きる。また、中回転全開（高負荷）時には、中リフト・
中作動角に設定するとともに、ＩＶＯを上死点よりも進
角させることにより、掃気効果利用による全開性能の向
上を図ることができる。更に、高回転高負荷時には、大
リフト・大作動角に設定して、ＩＶＯを上死点よりも大
きく進角させることにより、掃気効果利用による全開性
能の向上を図ることができる。

【０００５】しかしながら、このように作動角変更機構
及び位相変更機構の双方ともに連続的に変更可能な構成
とした場合、制御の自由度が高い反面、上述したように
吸気弁の開時期が上死点よりも進角する状態のときに、
吸気弁と気筒内のピストンとが不用意に干渉する危険性
も増すこととなり、このような干渉を確実に回避する重
要性が高くなる。

【０００６】特に、変更機構が簡素な油圧駆動式のよう
な場合、バルブスプリング反力，慣性力等により吸気弁
の開時期が不用意に変動し、かつ、この変動量が機関回
転数や負荷等に応じてバラツキを生じるおそれがある。
更に言えば、作動角変更機構が後述する実施形態のよう
に制御カム，制御軸等を用いた構成の場合、そのときの
吸気作動角の設定によっても、制御軸を不用意に回動さ
せようとする制御軸トルクの大きさが変動し、上記変動
量にバラツキを生じてしまう。

【０００７】従って、吸気弁とピストンとの干渉を確実
に回避するためには、上述したような吸気弁の開時期の
変動，バラツキを考慮して吸気弁の開時期を設定する必
要がある。しかしながら、吸気弁の開時期の進角量を過
度に抑制すると、制御の自由度が低くなり、機関運転性
能を十分に向上させることができなくなってしまう。

【０００８】本発明はこのような課題に鑑みてなされた
ものであり、機関運転性能を損ねることなく、吸気弁と
ピストンとの干渉を確実に回避することを一つの目的と
している。

【０００９】

【課題を解決するための手段】そこで、請求項１に係る
発明は、吸気弁の作動角を連続的に変更可能な作動角変
更機構と、吸気弁の作動角の中心位相を連続的に変更可
能な位相変更機構と、を有する内燃機関の可変動弁装置
において、上記作動角変更機構により所定の小作動角に
設定される低回転中負荷時に、吸気弁の開時期が全回転
域の中で最も進角するように設定されていることを特徴
としている。

【００１０】つまり、低回転域では、中回転以上の運転
域に比して、例えば作動角変更機構の回転部品の慣性力
が小さいため、作動角（及びバルブリフト量）の変動，
バラツキが低く抑制される。従って、吸気弁の開時期を
進角させても、吸気弁とピストンとが干渉する可能性が
低い。

【００１１】また、同じ低回転域でも、中負荷以下の運
転域では、負荷の増加に伴って吸気弁の開時期を進角さ
せる一方、中負荷以上の運転域では、負荷の増加に伴っ
て主に作動角を増加させて、吸気弁の開時期を遅角させ
ることが、燃費，排気等の運転性能の点で有利である。

【００１２】従って、低回転中負荷時に吸気弁の開時期
を最も進角するように設定することにより、吸気弁のバ
ルブリフト特性の変更制御の自由度の低下つまり機関性
能の低下を抑制しつつ、吸気弁とピストンとの干渉を確
実に回避することができる。

【００１３】また、請求項２に係る発明は、機関と連動
して回転する吸気駆動軸と、この吸気駆動軸に回転可能
に外嵌し、吸気弁を開閉駆動する揺動カムと、の間に上
記作動角変更機構が設けられ、この作動角変更機構は、
上記吸気駆動軸に偏心して設けられる駆動カムと、この
駆動カムに回転可能に外嵌するリング状リンクと、所定
の回転範囲内で回動される制御軸と、この制御軸に偏心
して設けられる制御カムと、この制御カムに回転可能に
外嵌するとともに、一端が上記リング状リンクに連結さ
れたロッカアームと、このロッカアームの他端と上記揺
動カムとに連結されたロッド状リンクと、を有し、上記
制御軸を一方向へ回動することにより吸気弁の作動角が
増加し、上記制御軸を他方向へ回動することにより吸気
弁の作動角が減少するように設定され、かつ、この作動
角変更機構により最大作動角に設定されているときに、
上記ロッカアームから制御軸へ作用する制御軸トルクが
中間作動角の場合の制御軸トルクよりも小となるように
設定されていることを特徴としている。

【００１４】このような作動角変更機構は、駆動カムと
リング状リンクとの摺接部分や制御カムとロッカアーム
との摺接部分等の各回転部品の連結部分が面接触となっ
ているため、潤滑が行い易く、耐久性，信頼性に優れて
いるとともに、作動角変更時の抵抗も低く抑制される。
また、吸気弁を駆動する揺動カムが吸気駆動軸と同軸上
に配置されているため、例えば揺動カムを吸気駆動軸と
は異なる別の支軸で支持するような構成に比して、制御
精度に優れているとともに、装置自体がコンパクトなも
のとなり、車両搭載性が良く、部品点数も低く抑制され
る。

【００１５】また、この作動角変更機構では、バルブス
プリング反力や揺動カムの慣性力等に起因して、ロッカ
アームから制御軸の制御カム中心へ荷重が作用するた
め、制御軸には、この制御軸を不用意に回動させようと
する制御軸トルクが作用する。この制御軸トルクは、作
動角変更機構による作動角（及びバルブリフト量）の増
加に伴って大きくなる傾向にある。そこで、請求項２に
係る発明では、吸気弁の作動角が最大となるとき、つま
り制御軸トルクが最も大きくなるときに、上記ロッカア
ームから制御軸へ作用する制御軸トルクが中間作動角の
場合の制御軸トルクよりも小となるように設定されてい
る。

【００１６】請求項３に係る発明は、上記制御軸と機関
本体側との間に、上記制御軸の回転範囲を機械的に規制
するストッパ機構が設けられていることを特徴としてい
る。

【００１７】この場合、上記制御軸を最小作動角及び最
大作動角の位置に確実かつ正確に保持することができ
る。

【００１８】請求項４に係る発明は、上記作動角変更機
構により所定の中作動角に設定される中回転高負荷時
に、吸気弁の開時期が中回転域の中で最も進角するよう
に設定され、上記作動角変更機構により最大作動角に設
定される高回転高負荷時に、吸気弁の閉時期が高回転域
の中で最も進角するように設定されていることを特徴と
している。

【００１９】つまり、排気動的効果を活用できる中回転
以上の運転域では、負荷の増加に応じて主に作動角を増
加させて、吸気弁の開時期を進角させることが望まし
い。従って、上記のように、高負荷時に吸気弁の開時期
が最も進角するように設定されている。

【００２０】請求項５に係る発明は、上記低回転中負荷
時，中回転高負荷時及び高回転高負荷時の中で、中回転
高負荷時に吸気弁の開時期が最も遅角するように設定さ
れていることを特徴としている。

【００２１】つまり、中回転高負荷時と高回転高負荷時
とを比較した場合、高回転高負荷時には、作動角変更機
構により作動角が大きく設定されている関係で、中回転
高負荷時に比して、制御軸トルクが低く抑制されるた
め、吸気弁の開時期が変動するおそれが低い。従って、
このような高回転高負荷時には中回転高負荷時に比して
吸気弁の開時期を更に進角させることにより、更なる全
開性能の向上を図ることができる。一方、中回転高負荷
時には、吸気弁とピストンとの干渉を確実に回避するた
めに、吸気弁の開時期の進角量を相対的に小さくする。

【００２２】また、低回転中負荷時と高回転高負荷時と
を比較した場合、低回転中負荷時には、回転数が低く作
動角も小さいため、吸気弁の作動角や吸気位相の変動，
バラツキを生じる可能性が低い。

【００２３】そこで請求項６に係る発明では、上記低回
転中負荷時の吸気弁の開時期が上記高回転高負荷時の吸
気弁の開時期よりも進角側に設定されている。

【００２４】

【発明の効果】請求項１に係る発明によれば、低回転中
負荷時に吸気弁の開時期が最も進角するように設定する
ことにより、吸気弁のバルブリフト特性の変更制御の自
由度を最大限に確保しつつ、吸気弁とピストンとの干渉
を確実に回避することができる。

【００２５】請求項２に係る発明によれば、耐久性，信
頼性に優れ、作動角変更時の抵抗も低く抑制され、制御
精度に優れ、コンパクトかつ簡素な構成の作動角変更機
構を得ることができる。また、吸気弁の作動角が最大と
なるとき、つまり制御軸トルクが最も大きくなるとき
に、上記ロッカアームから制御軸へ作用する制御軸トル
クが比較的小さくなるように設定されているため、制御
軸トルクに起因する作動角の変動，バラツキを有効に抑
制することができる。

【００２６】請求項３に係る発明によれば、制御軸を最
小作動角及び最大作動角の位置に確実かつ正確に保持す
ることができるため、制御軸の不用意な変動をより確実
に防止することができる。

【００２７】請求項４に係る発明によれば、排気動的効
果を活用できる中回転以上の運転域では、負荷の増加に
応じて吸気弁の開時期を進角させることができ、主に機
関出力の向上を図ることができる。

【００２８】請求項５に係る発明によれば、高回転高負
荷時における全開性能の向上を図りつつ、中回転高負荷
時に吸気弁とピストンとが干渉することを確実に防止す
ることができる。

【００２９】請求項６に係る発明によれば、低回転中負
荷時に吸気弁の開時期を十分に進角させつつ、高回転高
負荷時に吸気弁とピストンとが干渉することを確実に防
止することができる。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態に係る
内燃機関の可変動弁装置を図面に基づいて詳細に説明す
る。

【００３１】図１に示すように、内燃機関の各気筒には
一対の吸気弁１及び一対の排気弁（図示省略）が設けら
れ、各吸気弁１の上部にはバルブリフタ２が配設されて
いる。これらのバルブリフタ２の上方には、図外のクラ
ンクシャフトに連動して軸周りに回転駆動される吸気駆
動軸３が気筒列方向に延在している。この吸気駆動軸３
の外周には、各吸気弁１に対応して揺動カム４が揺動可
能に外嵌されており、この揺動カム４がバルブリフタ２
に当接してこれを押圧することにより、吸気弁１が図外
のバルブスプリングのバネ力に抗して開閉駆動される。

【００３２】そして、この実施形態に係る可変動弁装置
は、吸気弁１の作動角（開閉期間）及びバルブリフト量
（リフト作動角）を連続的に変更可能な作動角変更機構
１０と、作動油（作動流体）の供給圧に応じて作動角変
更機構１０を駆動する作動角変更アクチュエータ３０
と、吸気弁１の作動角の中心位相（吸気位相）を連続的
に変更可能な位相変更機構２０と、作動油の供給圧に応
じて位相変更機構２０を駆動する位相変更アクチュエー
タ４０と、これらのアクチュエータ３０，４０への供給
圧をソレノイドバルブ３１，４１を介して制御する制御
部（エンジンコントロールユニット；ＥＣＵ）５０と、
を有している。これらのソレノイドバルブ３１，４１に
は、上記供給圧の圧力源としての油圧ポンプ９が接続さ
れている。

【００３３】作動角変更機構１０は、吸気駆動軸３と揺
動カム４との間に設けられ、両者３，４を機械的に連携
するリンクの姿勢を変化させて、主に吸気弁１の作動角
及びバルブリフト量を連続的に変化させるようになって
いる。つまり、この作動角変更機構１０は、吸気駆動軸
３に偏心して設けられて吸気駆動軸３と一体的に回転す
る駆動カム１１と、この駆動カム１１の外周に相対回転
可能に外嵌するリング状リンク（第１のリンク）１２
と、吸気駆動軸３と略平行に気筒列方向へ延在する制御
軸１３と、この制御軸１３に偏心して設けられて制御軸
１３と一体的に回転する制御カム１４と、この制御カム
１４の外周に相対回転可能に外嵌するとともに、一端が
リング状リンク１２の先端と相対回転可能に連結された
ロッカアーム１５と、このロッカアーム１５の他端と揺
動カム４の先端とに回転可能に連結され、両者１５，４
を機械的に連携するロッド状リンク（第２のリンク）１
６と、を有している。

【００３４】上記の吸気駆動軸３及び制御軸１３は、軸
受ブラケットを介して内燃機関のシリンダヘッド側へ回
転可能に支持されている。制御軸１３の一端には上記の
作動角変更アクチュエータ３０が接続されており、この
アクチュエータ３０によって制御軸１３が所定の制御角
度範囲内で軸周りに回転駆動されるとともに、所定の回
転位相に保持される。

【００３５】このような構成により、クランクシャフト
に連動して吸気駆動軸３が回転すると、駆動カム１１を
介してリング状リンク１２が実質的に並進作動するとと
もに、ロッカアーム１５が制御カム１４周りを揺動し、
ロッド状リンク１６を介して揺動カム４が揺動して、吸
気弁１が開閉駆動される。

【００３６】また、作動角変更アクチュエータ３０によ
り制御軸１３を回動することにより、ロッカアーム１５
の揺動中心となる制御カム１４の中心位置が変化して、
各リンク１２，１６等の姿勢が変化し、揺動カム４の揺
動角度範囲が変化する。これにより、図４にも示すよう
に、作動角の中心位相が略一定のままで、作動角及びバ
ルブリフト量が連続的に変化する。より具体的には、制
御軸１３を一方向へ回動することにより、作動角及びバ
ルブリフト量が増加し、他方向へ回動することにより作
動角及びバルブリフト量が低下するようになっている。

【００３７】このような作動角変更機構１０は、駆動カ
ム１１とリング状リンク１２との摺接部分や制御カム１
４とロッカアーム１５との摺接部分等の各回転部品の連
結部分が面接触となっているため、潤滑が行い易く、耐
久性，信頼性に優れているとともに、作動角変更時の抵
抗も低く抑制される。また、吸気弁１を駆動する揺動カ
ム４が吸気駆動軸３と同軸上に配置されているため、例
えば揺動カムを駆動軸とは異なる別の支軸で支持するよ
うな構成に比して、制御精度に優れているとともに、装
置自体がコンパクトなものとなり、車両搭載性が良く、
部品点数も低く抑制される。

【００３８】次に、図２を参照して作動角変更アクチュ
エータ３０について説明する。このアクチュエータ３０
の内部には、ピストン３２の受圧部３２ａを挟んで第１
油圧室３３と第２油圧室３４とが画成されている。この
ピストン３２の先端部にはピン３２ｂが設けられ、この
ピン３２ｂは、上記の制御軸１３の端部に設けられたデ
ィスク１７の径方向溝１７ａへ摺動可能に嵌合してい
る。従って、第１油圧室３３及び第２油圧室３４への供
給油圧に応じてピストン３２が進退することにより、上
記のピン３２ｂ及びディスク１７を介して制御軸１３が
回転して吸気弁１の作動角が変化する。

【００３９】これら油圧室３３，３４への供給油圧は、
ソレノイドバルブ３１のスプール３５の位置に応じて切
り換えられ、このソレノイドバルブ３１は制御部５０か
らの出力信号によりＯＮ−ＯＦＦ駆動（デューティ制
御）される。つまり、機関運転状態に応じて出力信号の
デューティー比を変化させることにより、上記スプール
３５の位置が切り換えられる。

【００４０】例えば、スプール３５が図の最も右側に保
持されている状態では、第１油圧室３３に接続する第１
油路３６と油圧ポンプ９とが連通し、第１油圧室３３へ
油圧が供給されるとともに、第２油圧室３４に接続する
第２油路３７とドレン通路３８とが連通し、第２油圧室
３４がドレンされる。このため、アクチュエータ３０の
ピストン３２は図の左側に押圧，移動される。

【００４１】一方、スプール３５が図の最も左側に保持
されている状態では、第１油路３６とドレン通路３８と
が連通されて第１油圧室３３がドレンされるとともに、
第２油路３７と油圧ポンプ９とが連通されて第２油圧室
３４へ油圧が供給される。このため、ピストン３２は図
の右側に押圧，移動される。

【００４２】更に、スプール３５が中間位置に保持され
ている状態では、第１油路３６のポート部と第２油路３
７のポート部の双方がスプール３５により閉塞される。
これにより、第１，第２油圧室３３，３４内の油圧が保
持（ロック）され、ピストン３２がその位置に保持され
る。

【００４３】このように、アクチュエータ３０のピスト
ン３２を任意の位置に移動，保持することにより、吸気
弁１の作動角を所定の回転範囲内で任意の作動角に変
更，保持することが可能で、簡素な構造でありながら、
制御の自由度が非常に高い。

【００４４】なお、上記の制御部５０は、各種センサか
ら検出又は推定されるエンジン回転数，負荷，水温及び
車速等に応じて、上記の変更機構１０，２０の制御を行
う他、点火時期制御，燃料供給量制御，過渡時補正制御
やフェールセーフ制御等のエンジン制御を行うようにな
っている。

【００４５】次に、図３を参照して位相変更機構２０側
の構成について説明する。上記の吸気駆動軸３の前端部
の外周側にはカムスプロケット（又はカムプーリ）６が
同軸上に配置されている。このカムスプロケット６は、
チェーン（又はベルト）を介してクランクシャフトから
回転動力が伝達され、クランクシャフトと同期して回転
する。

【００４６】位相変更機構２０は、カムスプロケット６
の内周側に一体的に形成された外筒部２１と、吸気駆動
軸３に中空のボルト２２を介して固定され、この吸気駆
動軸３と一体的に回転する内筒部２３と、これらの外筒
部２１と内筒部２３との間に介装されるリング状のピス
トン４２と、を有している。ピストン４２の内，外周面
と、内筒部２３の外周面及び外筒部２１の内周面との噛
合部分２５はヘリカルスプラインとなっている。従っ
て、ピストン４２が内，外筒部の軸方向（図３の左右方
向）へ移動することにより、この軸方向の運動が内筒部
２３と外筒部２１との相対回転運動に変換され、外筒部
２１と内筒部２３との相対回転位相が連続的に変化する
（変換手段）。これにより、カムスプロケット６に対す
る吸気駆動軸３の相対回転位相が変化し、吸気弁１の作
動角の位相が作動角一定のままで連続的に変化する。

【００４７】このような構成の位相変更機構２０は、コ
ンパクトで機関への搭載性に優れ、部品点数も低く抑制
される。また、上記の作動角変更機構１０と併用した場
合にも、互いに干渉せずに容易に配置することができ
る。

【００４８】上記のピストン４２は、その前後に画成さ
れる第１油圧室４３及び第２油圧室４４への供給油圧に
応じて駆動される。つまり、上記の外筒部２１，内筒部
２３及びピストン４２等により上記の位相変更アクチュ
エータ４０が構成されている。

【００４９】これら油圧室４３，４４への供給油圧はソ
レノイドバルブ４１のスプール４５の位置に応じて切り
換えられ、このソレノイドバルブ４１は制御部５０から
の出力信号によりＯＮ−ＯＦＦ駆動（デューティ制御）
される。つまり、機関運転状態に応じて出力信号のデュ
ーティー比を変化させることにより、スプール４５の位
置が切り換えられる。

【００５０】例えば、スプール４５が図の最も左側に保
持されている状態では、第１油圧室４３に接続する第１
油路４６と油圧ポンプ９とが連通し、第１油圧室４３へ
油圧が供給されるとともに、第２油圧室４４に接続する
第２油路４７とドレン通路４８とが連通し、第２油圧室
４４がドレンされる。このため、アクチュエータ４０の
ピストン４２は図の左側に押圧，移動される。

【００５１】一方、スプール４５が図の最も右側に保持
されている状態では、第１油路４６とドレン通路４８と
が連通されて第１油圧室４３がドレンされるとともに、
第２油路４７と油圧ポンプ９とが連通されて第２油圧室
４４へ油圧が供給される。このため、ピストン４２は図
の右側に押圧，移動される。

【００５２】更に、スプール４５が中間位置に保持され
ている状態では、第１油路４６のポート部と第２油路４
７のポート部の双方がスプール４５により閉塞される。
これにより、第１，第２油圧室４３，４４内の油圧が保
持（ロック）され、ピストン４２がその位置に保持され
る。

【００５３】このように、アクチュエータ４０のピスト
ン４２を任意の位置に移動，保持することにより、吸気
弁１の作動角の位相を任意の位相に変更，保持すること
が可能で、簡素な構造でありながら、制御の自由度が非
常に高い。

【００５４】図５は、作動角変更機構１０と位相変更機
構２０とを組み合わせて用いた場合の吸気弁１のバルブ
リフト特性の一設定例を示している。

【００５５】アイドル等の低回転極低負荷域（ａ）で
は、ピストン上面を上死点から吸気負圧に晒さず、ある
程度ピストンが変位して筒内が負圧となってから吸気弁
を開とすることによるポンプ損失の低減化及び残留ガス
の低減化等を図るために、吸気弁の開時期を上死点（Ｔ
ＤＣ）よりも大幅に遅角させるとともに、主に燃焼改善
を図るために吸気弁の閉時期を下死点（ＢＤＣ）の近傍
に設定し、かつ、フリクション低減化及びガス流動強化
による燃料霧化促進を図るために、作動角変更機構１０
を最小作動角，最小リフトの設定とする。すなわち、変
更機構１０，２０により吸気作動角を最小作動角に、吸
気位相を最遅角位相に設定する。これにより、燃費及び
排気の双方の改善を図ることができる。

【００５６】一方、低回転中負荷域（ｃ）では、残留ガ
スの増化に伴うポンプ損失の低減化及び高温の残留ガス
による燃焼改善等を図るため、吸気弁の開時期を上死点
よりも大きく進角させるとともに、主に吸入吸気量（充
填効率）低減によるポンプ損失低減化を図るために、吸
気弁の閉時期を下死点前とする。このため、上記のアイ
ドル域（ａ）に比して、作動角変更機構１０によりリフ
ト作動角を所定の小作動角に増加させるとともに、位相
変更機構２０により吸気位相を最進角位相へ進角させ
る。

【００５７】また、この中負荷域（ｃ）より要求吸気量
の少ない低回転低負荷域（ｂ）では、燃焼悪化の防止及
び残留ガスの低減化等を図るため、リフト作動角を所定
の小作動角から最小作動角の範囲内に設定するととも
に、吸気位相を所定の進角位相に設定し、有効圧縮比の
向上に伴うポンプ損失低減で燃費向上を図る。

【００５８】全開域つまり高負荷域（ｄ）〜（ｆ）で
は、吸気作動角を中間位相の近傍に設定するとともに、
主に充填効率を向上させるために、機関回転数の増加に
伴ってリフト作動角を増加させて、全開性能の向上を図
る。これにより、回転数の増加に伴ってＩＶＯが進角
し、特に中回転以上の運転域で排気動的効果を有効に活
用できる。

【００５９】このように、低回転域（ａ）〜（ｄ）の中
では、中負荷時（ｃ）に吸気弁の開時期が最も進角する
ように設定されている。また、中回転域では、高負荷時
（ｅ）に吸気弁の開時期が最も進角するように設定され
ている。同様に、高回転域（例えば４０００ｒｐｍ以上
の回転域）では、高負荷時（ｆ）に吸気弁の開時期が最
も進角するように設定されている。

【００６０】次に、図５〜図８を参照して、本実施形態
の特徴的な構成及び作用について説明する。

【００６１】図７は、リフト作動角が最大作動角に設定
されている状態を示し、図８は図７の要部拡大図であ
る。ロッカアーム１５から制御軸１３の制御カム中心１
４ａへ作用する荷重Ｆ３は、主として、ロッド状リンク
１６からロッカアーム１５へ作用する荷重Ｆ１と、リン
グ状リンク１２からロッカアーム１５へ作用する荷重Ｆ
２と、の合力となる。この荷重Ｆ３の方向は、吸気駆動
軸３の回転に応じて変化するものの、荷重Ｆ３が大きく
なる上死点や下死点付近では、吸気駆動軸３の中心３ａ
と制御軸１３の中心１３ａとを結ぶ線αに略平行とな
る。

【００６２】このような荷重Ｆ３により、制御軸１３を
不用意に回動させようとする制御軸トルクＴが作用す
る。従って、上述したように、吸気弁の開時期が進角し
ている設定状態（ｃ），（ｅ），（ｆ）のときに、制御
軸トルクＴにより制御軸１３が不用意に大作動角側へ回
動する（あるいは吸気位相が不用意に進角する）と、吸
気弁の開時期が過度に進角して、吸気弁１と図外のピス
トンとが干渉するおそれがある。

【００６３】このような制御軸１３の不用意な変動を招
く制御軸トルクＴは、荷重Ｆ３の増加に伴って増加する
とともに、荷重Ｆ３のベクトルと制御軸１３の中心１３
ａとの距離すなわち腕長さＬが長くなるに従って大きく
なる。

【００６４】荷重Ｆ３の大きさは、作動角変更機構１０
による吸気作動角の設定に応じて変化し、バルブリフト
量が最大となる最大作動角の設定のときに最も大きくな
る。従って、この実施形態では、最大作動角の設定のと
きに、上記の腕長さＬが最も短くなるように設定してい
る。

【００６５】この関係で、図６に示すように制御軸１３
の回転範囲が約１８０°程度まで設定されている場合、
吸気作動角が最大作動角（３）又は最小作動角（１）の
場合に比して、所定の中作動角（２）のときに腕長さＬ
が長くなり、制御軸トルクＴが大きくなり易い。

【００６６】また、制御軸トルクＴの大きさは、機関回
転数に応じて増加する。つまり、低回転時では、作動角
変更機構１０の各部品の慣性力が小さいため、バルブス
プリング反力が支配的である。従って、低回転時には、
荷重Ｆ３が相対的に低く、かつ、この荷重Ｆ３の向き
も、ほぼ一定（図７，図８に示す向き）となる。一方、
高回転時には、揺動カム４等の慣性力が非常に大きくな
り、このような慣性力が支配的となるため、上記の低回
転時に比して、荷重Ｆ３が大きくなる。また、揺動カム
４の揺動動作に伴って慣性力の作用方向が反転するため
に、揺動カム４の作用方向も互いに反転する。従って、
このように慣性力が支配的な高回転時には、制御軸１３
が大リフト作動角側にばらつく可能性が高く、低回転時
に比して上記の干渉が発生する危険性が高い。

【００６７】このようなことから、上述した吸気弁とピ
ストンとの干渉を招くおそれのある運転状態、すなわ
ち、吸気弁開時期が大きく進角している低回転中負荷時
（ｃ），中回転高負荷時（ｅ），及び高回転高負荷時
（ｆ）の中で、低回転中負荷時（ｃ）では、回転数が低
く、かつ、吸気作動角が小作動角に設定されており、腕
長さＬも中作動角の場合に比して短くなるため、吸気弁
とピストンとが干渉する可能性が最も低い。また、高回
転高負荷時（ｆ）では、最大作動角に設定されており、
腕長さＬが最小化されるため、中回転高負荷時（ｅ）に
比して、吸気弁とピストンとが干渉する可能性が相対的
に低くなる。

【００６８】更に言えば、低回転中負荷時（ｃ）では位
相変更機構２０により吸気位相が最遅角位相に設定され
ており、それ以上進角するおそれがなく、また高回転高
負荷時（ｆ）には作動角変更機構１０により作動角が最
大作動角に設定されており、それ以上増加するおそれが
ないのに対し、中回転高負荷域（ｅ）では、吸気位相及
び作動角ともに油圧により中間値に保持された不安定な
状態となっているために、バルブリフト特性の変動，バ
ラツキを生じやすい。

【００６９】従って、図５にも示すように、吸気弁の開
時期が大きく進角している３つの運転状態（ｃ），
（ｅ），（ｆ）の中で、低回転中負荷時（ｃ）に吸気弁
の開時期（Ｍ１）が最も進角し、中回転高負荷時（ｅ）
に吸気弁の開時期（Ｍ２）の進角量が最も小さくなるよ
うに設定している。つまり、低回転中負荷時（ｃ），高
回転高負荷時（ｆ），中回転高負荷時（ｅ）の順に吸気
弁の開時期の進角量が小さくなるように設定している。
これにより、吸気弁とピストンとの干渉を確実に回避し
つつ、機関運転状態に応じて吸気弁開時期を十分に進角
させることができる。従って、制御の自由度が増し、機
関運転性能の向上を図ることができる。

【００７０】なお、好ましくは図９に示すように、制御
軸１３と機関本体側のシリンダヘッド７との間に、制御
軸１３の回転範囲を機械的に規制するストッパ機構６０
を設ける。このストッパ機構６０は、制御軸１３の一端
より径方向に張り出した係止ピン６１と、シリンダヘッ
ド７又はこれに固定される軸受ブラケット８に設けら
れ、係止ピン６１に当接して制御軸１３の回転範囲を規
制する一対のストッパピン６２，６３と、を備えてい
る。このようなストッパ機構６０を設けた場合、制御軸
１３を確実かつ正確に最小作動角及び最大作動角の位置
に保持することができ、リフト作動角のばらつきをより
確実に防止できるため、吸気弁とピストンの干渉回避に
更に有利である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る可変動弁装置を示す
概略構成図。

【図２】上記可変動弁装置の作動角変更アクチュエータ
側の構成を示す断面対応図。

【図３】上記可変動弁装置の位相変更機構を示す断面対
応図。

【図４】上記可変動弁装置の作動角変更機構による作動
角及びバルブリフト量の変化の態様を示す特性図。

【図５】各運転状態における吸気バルブリフト特性を示
す特性図。

【図６】本実施形態の作用説明図。

【図７】本実施形態の作用説明図。

【図８】図７の要部拡大図。

【図９】上記可変動弁装置にストッパ機構を適用した場
合の断面対応図。

【符号の説明】１…吸気弁３…吸気駆動軸４…揺動カム１０…作動角変更機構１１…駆動カム１２…リング状リンク１３…制御軸１４…制御カム１５…ロッカアーム１６…ロッド状リンク２０…位相変更機構

───────────────────────────────────────────────────── 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）Ｆ０１Ｌ 1/18 Ｆ０１Ｌ 1/18 Ｆ 1/34 1/34 ＣＦ０２Ｄ 13/02 Ｆ０２Ｄ 13/02 Ｈ (72)発明者青山俊一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） 3G016 AA06 AA19 BB04 DA04 DA08 GA09 3G018 AB07 AB16 BA17 BA29 BA33 BA34 CA06 DA04 DA15 DA57 EA02 EA03 EA04 EA05 EA14 EA17 EA31 EA32 EA33 EA35 FA01 FA06 FA07 GA00 3G092 AA01 AA11 DA01 DA05 DA10 EA03 EA04 EA13 GA05 GA06 GA17 GA18 HE08Z HF21Z

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】吸気弁の作動角を連続的に変更可能な作
動角変更機構と、吸気弁の作動角の中心位相を連続的に
変更可能な位相変更機構と、を有する内燃機関の可変動
弁装置において、上記作動角変更機構により所定の小作動角に設定される
低回転中負荷時に、吸気弁の開時期が全回転域の中で最
も進角するように設定されていることを特徴とする内燃
機関の可変動弁装置。
【請求項２】機関と連動して回転する吸気駆動軸と、
この吸気駆動軸に回転可能に外嵌し、吸気弁を開閉駆動
する揺動カムと、の間に上記作動角変更機構が設けら
れ、この作動角変更機構は、上記吸気駆動軸に偏心して設け
られる駆動カムと、この駆動カムに回転可能に外嵌する
リング状リンクと、所定の回転範囲内で回動される制御
軸と、この制御軸に偏心して設けられる制御カムと、こ
の制御カムに回転可能に外嵌するとともに、一端が上記
リング状リンクに連結されたロッカアームと、このロッ
カアームの他端と上記揺動カムとに連結されたロッド状
リンクと、を有し、上記制御軸を一方向へ回動することにより吸気弁の作動
角が増加し、上記制御軸を他方向へ回動することにより
吸気弁の作動角が減少するように設定され、かつ、この作動角変更機構により最大作動角に設定され
ているときに、上記ロッカアームから制御軸へ作用する
制御軸トルクが中間作動角の場合の制御軸トルクよりも
小となるように設定されていることを特徴とする請求項
１に記載の内燃機関の可変動弁装置。
【請求項３】上記制御軸と機関本体側との間に、上記
制御軸の回転範囲を機械的に規制するストッパ機構が設
けられていることを特徴とする請求項２に記載の内燃機
関の可変動弁装置。
【請求項４】上記作動角変更機構により所定の中作動
角に設定される中回転高負荷時に、吸気弁の開時期が中
回転域の中で最も進角するように設定され、上記作動角
変更機構により最大作動角に設定される高回転高負荷時
に、吸気弁の閉時期が高回転域の中で最も進角するよう
に設定されていることを特徴とする請求項２又は３に記
載の内燃機関の可変動弁装置。
【請求項５】上記低回転中負荷時，中回転高負荷時及
び高回転高負荷時の中で、中回転高負荷時に吸気弁の開
時期が最も遅角するように設定されていることを特徴と
する請求項４に記載の内燃機関の可変動弁装置。
【請求項６】上記低回転中負荷時の吸気弁の開時期が
上記高回転高負荷時の吸気弁の開時期よりも進角側に設
定されていることを特徴とする請求項４又は５に記載の
内燃機関の可変動弁装置。