JP2003254100A - 内燃機関の可変動弁装置 - Google Patents

内燃機関の可変動弁装置

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JP2003254100A JP2002058111A JP2002058111A JP2003254100A JP 2003254100 A JP2003254100 A JP 2003254100A JP 2002058111 A JP2002058111 A JP 2002058111A JP 2002058111 A JP2002058111 A JP 2002058111A JP 2003254100 A JP2003254100 A JP 2003254100A
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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Valve Device For Special Equipments (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 機関低リフト領域における制御軸の回転変動
による燃焼のサイクルばらつきや気筒間のばらつきが発
生するおそれがある。 【解決手段】 可変リフト機構7と、吸気管4内に設け
られて、燃焼室3への供給吸気量を制御する吸気量制御
機構8とを備えている。可変リフト機構は、駆動軸15
に固定された駆動カム15と、吸気弁を開閉作動させる
揺動カム17とを備え、伝達機構18の揺動支点を制御
軸32の制御カム33により変化させて吸気弁のバルブ
リフト量と吸気流量を連続的に制御するようになってい
る。低リフト制御時の制御軸の回転位置をストッパ突部
42と、ストッパストッパピン41とからなる規制手段
40によって規制すると共に、該低リフト時には供給吸
気量を吸気量制御機構によって連続的に制御した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、機関弁である吸気
弁や排気弁のバルブリフト量を機関運転状態に応じて可
変制御すると共に供給吸気量も制御し得る内燃機関の可
変動弁装置に関する。
【0002】
【従来の技術】周知のように、機関運転状態に応じて機
関弁のバルブリフト量を可変制御して、例えば機関低回
転時や高回転時におけ燃費の向上や出力の向上など機関
性能を効果的に発揮させる可変動弁装置が種々提供され
ており、この従来の可変動弁装置としては、例えば特平
2001−164911号公報や特開2001ー263
015号公報に記載されたものがある。
【0003】概略を説明すれば、前者の可変動弁装置
は、クランクシャフトによって回転駆動されるカムシャ
フトと、該カムシャフトに設けられた回転カムと、カム
シャフトとは異なる支持パイプに揺動自在に支持され、
入力部と出力部とを有することで吸気バルブを駆動する
仲介駆動機構と、該仲介駆動機構の入力部と出力部との
相対位相差を可変とする仲介位相差を可変にする仲介位
相差可変手段とを備えている。
【0004】そして、仲介位相手段のリフト量可変アク
チュエータが仲介駆動機構のコントロールシャフトを介
して揺動カムと入力部との相対位相を可変とするので、
吸気バルブのリフト量や作動角の大きさを連続的に調整
することができるようになっている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前記従来の
可変動弁装置にあっては、前述のように仲介駆動機構の
コントロールシャフトの回転制御などによって吸気弁の
リフト量を機関運転状態に可変制御することができるよ
うになっており、したがって、かかる機構を用いて機関
への供給吸気量をスロットルバルブを用いずに制御する
ことも可能である。
【0006】このように、かかる機構によって供給吸気
量を制御するようにすれば、スロットルによる絞りがな
くなることから、吸気管内に負圧が殆ど発生しないこと
から、いわゆるポンピングロスを大幅に低減することが
できる。
【0007】しかしながら、例えば機関のクランキング
始動時あるいはアイドル運転などにおいて供給吸気量を
十分に少なくするためには、例えば0.3〜0.4mm
といった極小リフトに制御する必要があるが、この際、
前記コントロールシャフトには、機関のバルブスプリン
グなどに起因した変動トルクが伝達されて正逆回転変動
(ばたつき)が発生して、前記極小な低リフト量がばら
ついてしまう。
【0008】すなわち、図19に示すように、コントロ
ールシャフトに回転変動がない場合の理論リフト量LT
と回転変動を考慮した場合の実際のリフトLのばらつき
についてみると、この図19から明らかなように、リフ
トの絶対値によってリフトばらつき幅±ΔLはあまり変
わらないので、高回転域や高負荷域での高リフト領域で
は、コントロールシャフトが回転変動(斜線幅)しても
制御リフト量自体の絶対値が大きいため、制御リフト量
のばらつき比率ΔL/LTは小さいことから影響が少な
いのであるが、制御リフト量の小さい低負荷あるいは低
回転などの低リフト領域に移行すればするほどリフトの
ばらつき比率ΔL/LTが大きくなる。
【0009】この結果、供給吸気量を精度良く制御する
ことができなくなるおそれがあり、燃焼のサイクルばら
つきや気筒間のばらつきが発生して燃費効果が十分に得
られないばかりか機関回転の不安定化を招くおそれがあ
る。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記従来の可
変動弁装置を供給吸気量制御用に用いた場合の技術的課
題に鑑みて案出されたもので、請求項1記載の発明は、
機関運転状態の変化に伴い制御軸が作動して機関弁のバ
ルブリフト量及び機関への供給吸気量を連続的に可変制
御する可変リフト機構と、機関への供給吸気量を制御す
る吸気量制御機構とを備えた内燃機関の可変動弁装置に
おいて、機関弁を低リフト制御状態にある前記可変リフ
ト機構の制御軸の作動位置を固定的に規制する規制手段
を設けると共に、該低リフト制御状態時には供給吸気量
を吸気量制御機構によって制御することを特徴としてい
る。
【0011】請求項2に記載の発明は、前記機関の低リ
フト制御領域とは、クランキング始動時あるいはアイド
ル運転を含む低負荷あるいは低回転運転領域である一
方、該低リフト制御領域以上のリフト領域では前記吸気
量制御機構のスロットル開度をほぼ全開に制御すること
を特徴としている。
【0012】請求項3に記載の発明にあっては、前記可
変リフト機構は、機関のクランク軸に同期して回転し、
外周に駆動カムが設けられた駆動軸と、支軸に揺動自在
に支持されて、カム面がバルブリフター上面を摺接して
機関弁を開閉作動させる揺動カムと、前記駆動カムと揺
動カムとを機械的に連係する伝達手段と、機関運転状態
に応じて前記伝達手段の揺動支点を前記制御軸を介して
変化させる制御手段とを備え、前記制御軸によって前記
伝達手段の揺動支点を変化させることにより前記揺動カ
ムのカム面の機関弁の上端に対する当接位置を変化させ
て機関弁のバルブリフトを可変制御することを特徴とし
ている。
【0013】請求項4に記載の発明は、前記規制手段
を、機械的な規制部材によって構成したことを特徴とし
ている。
【0014】請求項5に記載の発明は、前記低リフト領
域とこれ以上のリフト領域との境界ライン付近における
低リフト領域側での前記吸気量制御機構のスロットル開
度をほぼ全開となるように制御すると共に、前記境界ラ
イン付近における低リフト領域以上のリフト領域側での
可変リフト機構による制御リフト量を、前記制御軸規制
時のリフト量よりも若干大きくなるように制御したこと
を特徴としている。
【0015】請求項6に記載の発明は、前記低リフト領
域とそれ以上のリフト領域との間に、前記可変リフト機
構によりリフト量を連続的に制御し、かつ前記吸気量制
御機構のスロットル開度により吸気量を連続的に制御す
る第3の領域を設けたことを特徴としている。
【0016】請求項7に記載の発明は、前記機関弁のリ
フト位相を変化させるリフト位相可変機構を設け、前記
可変リフト機構による機関弁のリフト量の切り換えとほ
ぼ同期して、前記リフト位相可変機構によりリフト位相
を変化させることを特徴としている。
【0017】請求項8に記載の発明は、前記リフト位相
可変機構の駆動源を電気エネルギーとしたことを特徴と
している。
【0018】請求項9に記載の発明は、低リフト領域と
これ以上のリフト領域との境界ラインを機関の負荷の変
化に応じて異ならせ、低負荷領域以上の領域から下降す
る場合には、前記スロットル開度量を低負荷領域から上
昇する場合に比較して絞り制御すると共に、リフト量を
低負荷領域から上昇させる場合に比較して大きく制御し
たことを特徴としている。
【0019】
【発明の実施の形態】以下、本発明の可変動弁装置の実
施形態を図面に基づいて詳述する。この実施形態の可変
動弁装置は、1気筒あたり2つの吸気弁を備えた内燃機
関に適用したものを示している。
【0020】すなわち、この可変動弁装置は、図1に示
すように、機関のシリンダヘッドブロック1とシリンダ
ヘッド2との間に形成された燃焼室3にシリンダヘッド
2の吸気ポート2aを介して吸気を供給する吸気管4
と、シリンダヘッド2に図外のバルブガイドを介して摺
動自在に設けられ、バルブスプリング5,5のばね力に
より閉弁方向に付勢された一対の吸気弁6,6と、機関
運転状態の変化に応じて吸気弁6,6のバルブリフト量
及び機関への供給吸気量を連続的に可変制御する可変リ
フト機構7と、前記吸気管4内に設けられて、前記燃焼
室3への供給吸気量を制御する吸気量制御機構8とを備
えている。
【0021】前記シリンダブロック1のシリンダボア1
a内には、クランク軸9にコンロッド10を介して連結
されたピストン11が上下摺動自在に設けられている。
また、シリンダヘッド2の吸気ポート2aと反対側に
は、排気ポート2bが設けられていると共に、該排気ポ
ート2bを開閉する排気弁12が摺動自在に設けられて
いる。
【0022】前記吸気管4は、吸気脈動を低減するサー
ジタンク4aが取り付けられていると共に、吸気量制御
機構8の上流側に吸気流量を検出するエアーフローメー
タ37が設けられており、このエアーフローメータ37
から出力された検出信号が後述する機関のコントローラ
35に入力されるようになっている。
【0023】前記可変リフト機構7は、図1、図2及び
図5にも示すように、シリンダヘッド2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に圧入等により固設された駆動カム15と、駆動
軸13の外周面に揺動自在に支持されて、各吸気弁6,
6の上端部に配設されたバルブリフター16,16の上
面16a,16aに摺接して各吸気弁6,6を開作動さ
せる一対の揺動カム17,17と、駆動カム15と揺動
カム17,17との間に連係されて、駆動カム15の回
転力を揺動カム17,17の揺動力(開弁力)として伝
達する伝達機構18と、該伝達機構18の作動位置を可
変制御する制御機構19とを備えている。
【0024】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
ングチェーン等を介して機関のクランク軸9から回転力
が伝達されており、この回転方向は図2中反時計方向に
設定されている。
【0025】前記軸受14は、図2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,14c
によって共締め固定されている。
【0026】前記駆動カム15は、図6にも示すよう
に、ほぼ円環状のカム本体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Yが駆動軸13の軸心X
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、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1
5cを介して圧入固定されていると共に、カム本体15
aの外周面15dが偏心円のカムプロフィールに形成さ
れている。
【0027】前記各揺動カム17は、図2に示すように
同一形状のほぼ雨滴状を呈し、ほぼ円環状の基端部20
に駆動軸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、一端部のカムノー
ズ部21側にピン孔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2
0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からカムノーズ部21の先端側に有する最大リ
フトの頂面22dに連なるリフト面22cとを有してお
り、該基円面22aとランプ面22bリフト面22c及
び頂面22d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。
【0028】すなわち、図7に示すバルブリフト特性か
らみると、図2に示した基円面22aの所定角度範囲θ
1がベースサークル区間(領域)になり、ランプ面22
bの前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、さらにランプ面22bの
ランプ区間θ2から頂面22dまでの所定角度範囲θ3
がリフト区間になるように設定されている。
【0029】前記伝達機構18は、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23bと揺動カム1
7とを連係するリンクロッド25とを備えている。
【0030】前記ロッカアーム23は、図5に示すよう
に中央に有する筒状基部が支持孔23cを介して後述す
る制御カム33に揺動自在に支持されている。また、筒
状基部の外端部に突設された前記一端部23aには、ピ
ン26が嵌入するピン孔が貫通形成されている一方、筒
状基部の内端部に夫々突設された前記他端部23bに
は、リンクロッド25の一端部25aと連結するピン2
7が嵌入するピン孔が形成されている。
【0031】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
挿通するピン孔が貫通形成されている。
【0032】さらに、前記リンクロッド25は、ロッカ
アーム23側が凹状のほぼく字形状に形成され、両端部
25a,25bには前記ロッカアーム23の他端部23
bと揺動カム17のカムノーズ部21の各ピン孔に圧入
した各ピン27,28の端部が回転自在に挿通するピン
挿通孔が貫通形成されており、前記ピン28の軸心が揺
動カム17の枢支点になっている。
【0033】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。
【0034】前記制御機構19は、図5に示すように駆
動軸13の上方位置に同じ軸受14に回転自在に支持さ
れた制御軸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とを備え
ている。
【0035】前記制御軸32は、駆動軸13と並行に機
関前後方向に配設されていると共に、一端部に設けられ
たウォーム歯車機構60を介してアクチュエータである
電動モータ34(DCモータ)によって所定回転角度範
囲内で回転するようになっており、後述する規制手段4
0によって回転が規制された低リフト領域以上のリフト
領域では一方向へ連続的に回転して連続的なリフト制御
を行うようになっている。
【0036】また、前記制御カム33は、円筒状を呈
し、図2に示すように軸心P1の位置が肉厚部33aの
分だけ制御軸32の軸心P2からα分だけ偏倚してい
る。
【0037】そして、前記軸受14と制御軸32との間
には、制御軸32の最小バルブリフト制御時における過
度な回転を機械的に規制する規制手段40が設けられて
いる。
【0038】この規制手段40は、図2〜図4に示すよ
うに、制御軸32に径方向から突設されたストッパピン
41と、軸受14のサブブラケット14bの一側面に制
御軸32の軸方向に沿って突設されて、前記制御軸32
による最小バルブリフト制御時において前記ストッパピ
ン41が当接して最大回動位置を規制するストッパ突部
42とから構成されている。
【0039】前記ストッパピン41は、図4に示すよう
に基端部41aが制御軸32の内部径方向に穿設された
固定用孔内に圧入固定されていると共に、制御軸32の
周方向の突設位置がストッパ突部42との相対的な角度
位置関係で設定されるようになっている。
【0040】すなわち、ストッパピン41は、図2に示
すように、後述する制御軸32の回転制御位置により吸
気弁12が最小バルブリフト制御された状態で揺動カム
17が最上方に跳ね上がった際に形成される両ピン2
7,28の軸心Z1,Z2を結ぶ直線Q1と、駆動軸1
3の軸心Xとピン28の軸心Z2とを結ぶ直線Q2との
間の開き角度が、両者17,25のロックを十分に回避
し得る開き角度θ4となる位置に設定されている。
【0041】そして、前記ストッパピン41によって制
御軸32が回転規制された最小バルブリフトL1は0.
3〜0.4mmよりも大きな約1.5mmになるように
設定されており、これは吸気量制御機構8である程度絞
った上でアイドル相当の吸気量を確保することが可能な
リフト量である。
【0042】また前記電動モータ34は、機関の運転状
態を検出するコントローラ35からの制御信号によって
駆動するようになっている。このコントローラ35は、
図外のクランク角センサから出力された現在の機関回転
数や前記エアーフローメータ37からの現在の吸気量,
水温センサ及び前記吸気量制御機構8のスロットル開度
検出センサ(フィードバック)や図外のアクセル開度検
出センサ、制御軸32の回転位置を検出するポテンショ
ンメータ36等の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して、前記電動
モータ34に制御信号を出力していると共に、前記吸気
量制御機構8にスロットル開度指令信号を出力してい
る。
【0043】また、コントローラ35は、前記エアーフ
ローメータ37からの現在の吸気量検出値と図外のアク
セル開度センサからの開度検出値から要求吸気量を照合
することによってリフト制御及びスロットル制御による
吸気量制御が正常に行われているか否かをチェックでき
るようになっている。
【0044】一方、前記吸気量制御機構8は、図1に示
すように、いわゆるバタフライ式のスロットルバルブで
あって、円盤状のバルブ本体38と、該バルブ本体38
を回転自在に支持するスロットル軸39と、前記コント
ローラ35からの制御信号に基づいてバルブ本体38を
スロットル軸39を介して正逆回転させてスロットル開
度を制御する図外の作動機構とを備えている。
【0045】また、吸気量制御機構8は、前記可変リフ
ト機構7によって吸気弁6が低リフトL1(図8参照)
に制御されて制御軸32が規制手段40により固定状態
に規制されている場合に、この機関運転領域(約1.5
mm範囲)、つまり図12のA領域であるアイドル運転
時か低負荷時あるいは低回転時において前記コントロー
ラ35によってバルブ本体38のスロットル開度が連続
的に制御されると共に、この低リフト領域以上の領域
(図12のB領域)に移行した場合はバルブ本体38の
スロットル開度がほぼ全開になるように制御されるよう
になっている。
【0046】さらに、コントローラ35は、前記機関運
転領域が前記A領域とB領域との境界ラインX付近にお
けるA領域側では前記吸気量制御機構8のスロットル開
度をほぼ全開となるように制御すると共に、境界ライン
X付近におけるB領域側での可変リフト機構7による制
御リフト量を前記制御軸32の規制時の低リフト量より
も若干大きくなるように制御するようになっている。
【0047】以下、本実施形態の作用を説明すれば、例
えば、機関のクランキング始動時あるいはアイドル運転
を含む機関低速低負荷時には、コントローラ35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
図2に示す時計方向にストッパピン41がストッパ突部
42に突き当たるまで回転駆動される。このため、制御
カム33は、軸心P1が図2,図8に示すように、肉厚
部33aが駆動軸13から上方向に離間移動し、制御軸
32の軸心P2から左上方の回動角度位置に保持され
る。これにより、ロッカアーム端部23bとリンクロッ
ドの枢支点は、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
カムノーズ部21側を強制的に引き上げられて全体が反
時計方向へ回動する。
【0048】したがって、図2,図8に示すように、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L1は図8
に示すように充分小さくなる。
【0049】よって、かかる低速低負荷域では、図10
の破線で示すようにバルブリフト量が小さくなる。
【0050】さらに、この最小バルブリフト制御時にお
ける制御軸32は、前述のようにストッパピン41がス
トッパ突部42に突き当たることにより、それ以上の過
回転が規制された回転位置に保持されて、揺動カム17
が最上方に跳ね上がった時の両直線Q1,Q2のなす開き
角度をθ4の角度位置に規制するため、揺動カム22か
ら伝達機構18を介して伝達された変動トルクによって
制御軸32の回転変動が確実に防止される。
【0051】一方、この運転状態においては、前記変動
トルクに全く影響されない前記吸気量制御機構8のバル
ブ本体38のスロットル開度が連続的に制御される。
【0052】つまり、前記制御軸32は、規制手段40
により固定されたことにより図11に示すように理論リ
フト量(LT)のL1〜L1’の間では回転変動が全く
生じない一方、この間における吸気量はバルブ本体38
のスロットル開度によって連続的に制御されることか
ら、最適な供給吸気量を確保できる。この結果、燃焼サ
イクルのばらつきや各気筒間における吸気量のばらつき
も十分に抑制され、燃費の向上と機関回転の安定化が図
れる。
【0053】特に、前記可変リフト機構7によって各吸
気弁12の開時期が遅くなり、排気弁とのバルブオーバ
ラップが小さくなるため、燃費の向上と機関回転の安定
化が一層図れる。
【0054】しかも、A領域では、前述のように吸気量
制御機構8によって供給吸気量を制御するようになって
いることから、このA領域内において突然の負荷変動が
あって要求吸気量が変化しても速やかに対応することが
可能になる。
【0055】また、前記規制手段40は、前述のよう
に、ストッパピン41がストッパ突部42に当接して制
御軸32のそれ以上の回転を機械的に規制するものであ
るから、その構造が簡単であり、製造作業が容易である
と共に、組付作業も容易である。
【0056】また、ストッパピン41がストッパ突部4
2に当接して規制するだけであり、機関作動中に激しく
揺動する揺動カム17の揺動位置を直接規制するもので
はないため、該揺動カム17とこの揺動位置を規制する
規制部材との干渉による打音の発生がなく、静粛性を損
なうことがない。
【0057】一方、機関運転領域が低回転低負荷領域
(A領域)からそれ以上の例えば中回転中負荷域〜高回
転高負荷域(B領域)に移行した場合は、コントローラ
35からの制御信号によってバルブ本体38開度量つま
りスロットル開度量がほぼ全開状態に制御されると共
に、可変リフト機構7によって吸気弁6のリフト制御と
これに伴い、燃焼室3への供給吸気量が制御される。
【0058】すなわち、コントローラ35からの制御信
号により電動モータ34を介して制御軸32が反時計方
向に回転駆動される。したがって、制御軸32が、図9
A,Bに示すように、制御カム33を図8に示す位置か
ら反時計方向の回転角度位置まで回転させ、軸心P1
(肉厚部33a)を下方向へ移動させる。このため、ロ
ッカアーム23は、今度は全体が駆動軸13方向(下方
向)に移動して端部23bが揺動カム17のカムノーズ
部21をリンクロッド25を介して下方へ押圧して該揺
動カム17全体を所定量だけ時計方向へ回動させる。
【0059】したがって、揺動カム17のバルブリフタ
ー16上面16aに対するカム面22の当接位置が図9
A,Bに示すように右方向位置(頂面22d側)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
23の一端部23aをリンクアーム24を介して押し上
げると、バルブリフター16に対するそのリフト量L2
は図9Aに示すように大きくなる。
【0060】よって、かかる運転領域では、カムリフト
特性が低速低負荷域に比較して大きくなり、図10の実
線で示すようにバルブリフト量も大きくなり、各吸気弁
12の開時期が早くなると共に、閉時期が遅くなる。こ
の結果、吸気充填効率が向上し十分な出力が確保でき
る。
【0061】さらに、前述のようにA領域からB領域に
移行した場合は、バルブ本体38がほぼ全開状態に制御
されることから、該バルブ本体38の絞り作用による機
関のポンピングロスが大幅に低減され、燃費を出力を向
上させることができる。
【0062】また、この実施形態では、前述のようにコ
ントローラ35は、A領域とB領域との境界ラインX付
近におけるA領域側では前記吸気量制御機構8のスロッ
トル開度をほぼ全開となるように制御すると共に、境界
ラインX付近におけるB領域側での可変リフト機構7に
よる制御リフト量を前記制御軸32の回転規制時の低リ
フト量よりも若干大きくなるように制御するようになっ
ているため、機関運転状態の切り換え時におけるトルク
ショックを回避することができる。
【0063】すなわち、図12に基づいて説明すると、
例えば現在の運転領域がA領域のP1点だったとして、
ここからアクセルペダルを踏み込んでいくと、やや機関
回転が上昇しつつスロットル開度は増大していき吸気量
を増加させていく。一方、リフト量は、L1の一定の状
態になっている。
【0064】そして、A領域とB領域の境界ラインX
(P2点)を越えるとリフト量の制御目標はL1’に変
化する。その際、L1とL1’が大きく相違すると、ト
ルク差からトルクショックの発生するおそれがあるが、
L1はL1’に対してやや大レベルであり、実際のばら
つき幅も含めた制御リフト量もL1に対してやや大レベ
ルになっていることからリフト量の急変によるトルクシ
ョックは低いレベルに抑えられる。
【0065】一方、スロットル開度についてみると、境
界ライン直前でほぼ全開になっていることから、P2点
を超えてB領域に入った直後にバルブ本体38が急変し
ないのでトルクショックが発生しにくい。
【0066】次にB領域について説明すると、このB領
域では、スロットル開度はほぼ全開に保持されている。
この状態でアクセルが踏まれて要求負荷が増大すると、
スロットルがほぼ全開のままリフト量制御が行われるこ
とから前述のようにポンピングロスを大幅に低減させる
ことができる。なぜなら、バルブ本体38の下流側にあ
るサージタンク4aには殆ど負圧が発生しなくなるから
である。一方、低リフト時に懸念されたリフトばらつき
であるが、制御目標リフト量自体が大きいことから、リ
フトばらつき比率は小さく、燃焼のサイクルばらつきな
どが抑制され、その結果、ポンピングロスの大幅な低減
に見合った大幅な燃費効果を得ることができる。
【0067】さらに、本実施形態では、駆動カム15と
揺動カム17を、ロッカアーム23を介してリンクアー
ム24とリンクロッド25によつて機械的に連係させた
ため、機関高回転時において揺動カム17の過度な揺動
つまり跳ね上がりやジャンピングなどがリンクロッド2
5などによって規制することができる。したがって、揺
動カム17と駆動カム15との連動性が常時良好とな
る。
【0068】次に、請求項6に対応するコントローラ3
5による制御の他例を説明する。この例は図13に示す
ようにA領域とB領域との間にスロットル開度とリフト
量の両方を制御するC領域を設けたものである。図14
はアクセルペダルを踏み込んでいってP1点からP3点
に至る間のリフト量とスロットル開度の変化を示してい
る。
【0069】すなわち、車両の加速時などにおいて、P
1点(低負荷領域)からアクセルペダルを踏み込んでい
ってP3点(高負荷領域)に達するまでに、P2点から
P2’点までの負荷領域においてリフト量を緩慢に立ち
上げる制御を行うようになっている。これによって、リ
フト量がL1(低リフト領域)からL2(高リフト領
域)まで急激に上昇するのではなく、段階的な立ち上が
り特性になることから、トルクショックをさらに防止す
ることが可能になる。
【0070】図14に示すスロットル開度特性をみても
開度K2からK2’の開度領域において開度特性が緩慢
となっており、C領域間で滑らかに変化するため、トル
クショックを一層防止することが可能になる。
【0071】一方、減速時などにおいてアクセルペダル
を戻した場合などでは、図15に示すように、K2"と
なった後はK2までスロットル開度をアクセルペダルの
開度を開いていった場合に対してやや絞り込むように制
御するようになっている(図15の破線)。これによっ
て、減速時にエンジンブレーキを効果的に作動させるこ
とが可能になる。
【0072】また、これに同期してP2"になった後
は、図15に示すようにリフト量をアクセルペダルの開
度を開いていった場合に比較してやや大きくなるように
制御している。これによって、機関からの吸い込み量を
増加させて、エンジンブレーキ性能を高めることが可能
になる。
【0073】このように、アクセルペダルを戻す車両の
減速時にC領域とB領域の境界点を加速側のP2’と異
なるP2"とすることによって例えばエンジンブレーキ
性能などの機関性能を高めることも可能になる。
【0074】図16及び図17は他例を示し、可変リフ
ト機構7の駆動軸13の先端側にリフト位相可変機構5
0を設けたものである。
【0075】すなわち、リフト位相可変機構50は、駆
動軸13の先端部に軸方向からボルト51によって結合
されてスプラインシャフト52と、該スプラインシャフ
ト52の基端部側外周に回転自在に設けられて、図外の
チェーンによってクランク軸9によって回転駆動するチ
ェーンスプロケット53と、前記スプラインシャフト5
2のほぼ中央の外周面に形成されたヘリカルギアに噛合
して軸方向へ摺動可能な円筒状の中間ギア54と、前記
チェーンスプロケット53にボルト60によって一体的
に固定されて、内周面に形成されたヘリカルギアが前記
中間ギア54の後端外周のヘリカルギアに噛合した円環
状のギア部55と、中間ギア54の先端部外周に三条ね
じを介して回転自在に設けられたドラム56と、前記ギ
ア部55とドラム56との間に弾装されて、ドラム56
を回転一方向へ付勢する捩りスプリング57と、チェー
ンカバー58の内端部に設けられて、前記ドラム56を
適宜電磁吸引して回動を規制する電磁リターダー59と
を備えている。
【0076】この電磁リターダー59は、前記コントロ
ーラ35からの制御電流によって電圧が掛けられ磁力を
発生させると、この磁力によりドラム56が吸引されて
ブレーキがかかり、ドラム56の回転をチェーンスプロ
ケット53の回転に対して遅らせる。これによってドラ
ム56の三条ねじによって中間ギア54が軸方向に移動
する。そして、中間ギア54の内外のヘリカルギアによ
り駆動軸13とスプロケット53に位相差が生じ、駆動
軸13が進角制御されるようになっている。
【0077】一方、電磁リターダー59への通電が遮断
されると、ドラム56の吸引が解除され、今度は捩りス
プリング57のばね力によってドラム5が回転して反対
方向へ戻されてスプロケット53との位相差を減少さ
せ、駆動軸13の位相が遅角側に変換制御されるように
なっている。
【0078】したがって、この実施形態によれば、機関
運転状態が前記図12に示すA領域からB領域に移行し
た場合には、リフト量は図17に示すように小リフトL
1のリフトカーブから大リフトL1’のリフトカーブに
急変するが、かかるリフト量の切り換えとほぼ同期して
前記リフト位相可変機構50によって前記電磁リターダ
ー59がコントローラ35から制御信号によってドラム
56を吸引して、該ドラム56の三条ねじによって中間
ギア54を軸方向へ移動させる。したがって、中間ギア
54の内外のヘリカルギアにより駆動軸13とスプロケ
ット53に位相差が生じ、駆動軸13が進角制御され
る。
【0079】このため、吸気弁6のリフト位相は、図1
7の破線で示すように、Sの分だけ進角されて、かかる
進角制御時点では吸気弁6の閉時期が小リフト量制御時
の閉時期とほぼ同一となるため、吸気量が小リフト量制
御時の場合とほぼ同量になる。
【0080】この結果、大きなトルク差が回避されて、
切り換え時におけるトルクショックを十分に低減でき
る。
【0081】なお、前述のように高リフトに切り換えら
れた吸気弁6のリフト位相特性を進角側へ制御した後
は、リフト位相可変機構50の前記作動制御によって図
17の実線で示すように速やかに遅角側へ変換するよう
になっている。これによって、吸気弁6の閉時期を遅ら
せることから、燃焼室3への吸気充填効率が高くなって
出力の向上を図ることができる。
【0082】この実施形態では、低リフト状態から高リ
フトへ切り換えた場合にリフト位相可変機構50によっ
てリフト位相を進角側に変換する制御について説明した
が、逆に高リフト状態から低リフトに切り換える場合に
は、低リフトへの切り換えるのとほぼ同期してリフト位
相可変機構50によって一旦進角側へ制御して、吸気弁
6の閉時期を高リフト時の閉時期とほぼ同時期に設定す
る。これによって、低リフトへの切り換え時もトルクシ
ョックを防止できる。
【0083】また、この実施形態では、リフト位相可変
機構50の駆動源としてコントローラ35からの電気エ
ネルギーを用いているため、駆動源を油圧式とした場合
に比較して作動応答性などが良好になる。すなわち、油
圧式とした場合は、冷機始動時などではオイルの粘性が
高くなっており、したがって、リフト位相可変機構の作
動応答性が低下してしまうおそれがあるが、電気エネル
ギーであれば、常時良好な作動応答性が得られると共
に、トルクショックも抑制できる。
【0084】図18は本実施形態の他例を示し、この例
では最小リフトL1を2mm程度の比較的大きめのリフ
ト量に設定している。
【0085】そして、このリフト量に固定的に規制する
規制手段として、機械的な規制手段に代えて、電動モー
タ34を制御して制御軸32の回転位置を規制してい
る。具体的には、ポテンショメータ36の信号をコント
ローラ35に入力し、制御軸32の回転位置を目標リフ
ト量L1になるようにフィードバックし、電動モータ3
4を制御している。目標リフト量L1を比較的大きめに
設定しているため、制御リフト量のばらつき比率ΔL/
LTを小さく抑えることができる。
【0086】このようにすることによって、機械的な規
制部材、すなわち、ストッパピン41及びストッパ突部
42を廃止することができ、コストの低減が図れる。ま
た、ストッパピン41とストッパ突部42の当接による
打音や当接部の摩耗も防止できる。
【0087】本発明は、前記実施形態に限定されるもの
ではなく、例えば請求項2に記載の前記低リフト制御領
域である低負荷領域あるいは低回転領域とは、低負荷中
高回転領域を含み、低回転中高負荷領域も含んでいる。
また、規制手段としては、前記ストッパピンなど機械的
規制手段の他にフィードバック制御により規制するもの
など、どのような構成のものであってもよい。また、可
変リフト機構は油圧式のものであってもよい。
【0088】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
可変動弁装置によれば、低リフト時には、例えば制御軸
の回転変動が確実に抑制されることなどにより実制御リ
フトばらつきが抑制され、かつ吸気量制御機構によって
供給吸気量を制御するため、供給吸気量を精度良く制御
することができる。この結果、燃焼のサイクルばらつき
や気筒間のばらつきの発生を抑制でき、十分な燃費効果
が得られると共に、機関回転の安定化が図れる。
【0089】また、請求項2に記載の発明によれば、低
リフト制御領域以上のリフト領域では吸気量制御機構の
スロットル開度をほぼ全開としたため、この運転状態時
におけるポンピングロスの発生を防止できる。このた
め、この領域においても十分な燃費の向上が図れる。
【0090】請求項3に記載の発明によれば、駆動カム
と揺動カムを、伝達手段を介して機械的に連係させたた
め、機関高回転時において揺動カムの過度な揺動つまり
跳ね上がりやジャンピングなどが伝達手段によって規制
することができる。したがって、揺動カムと駆動カムと
の連動性が常時良好となる。
【0091】請求項4に記載の発明によれば、規制手段
を機械的なストッパピンとストッパ突部によって構成し
たため、構造が簡素化されて、製造作業や組付作業が容
易である。
【0092】請求項5に記載の発明によれば、機関運転
領域が低リフト領域からそれ以上の領域に変化した際、
あるいはその逆の領域に変化した際に急激なリフト変化
やスロットル開度変化が抑制されて、トルクショックの
発生を防止できる。
【0093】請求項6に記載の発明によれば、第3の領
域を設けることによって低リフト領域とそれ以上の領域
間で大きなリフト差やスロットル開度差があった場合で
も、前記第3の領域でトルク差を吸収できることから、
トルクショックを十分に回避することが可能になる。
【0094】請求項7に記載の発明によれば、リフト位
相可変機構を設けたことにより、異なるリフト領域間を
変化する際のトルクショックをさらに低減することがで
きる。
【0095】請求項8に記載の発明によれば、リフト位
相可変機構の駆動源を電気エネルギーとしたことによ
り、例えば油圧による場合に比較して機関低温始動時の
粘性の影響による作動応答性の低下などがなく、常時良
好な作動応答性を確保することができると共に、トルク
ショックの発生も抑制できる。
【0096】請求項9に記載の発明によれば、機関減速
時におけるトルクショックの発生を防止できると共に、
エンジンブレーキ性能の低下を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る可変動弁装置の一実施形態を示す
全体概略図である。
【図2】本実施態様に供される可変リフト機構を示す断
面図である。
【図3】本実施態様に供される規制手段を示す要部平面
図である。
【図4】図3のA−A線断面図である。
【図5】本実施形態の要部斜視図である。
【図6】同実施形態に供される駆動カムを示す斜視図で
ある。
【図7】揺動カムのカム面に対応したバルブリフト特性
図である。
【図8】低速低負荷時の作用を示す説明図である。
【図9】A,Bは高速高負荷時の作用を示す説明図であ
る。
【図10】本実施形態のバルブタイミングとバルブリフ
ト特性図である。
【図11】本実施形態における実際の制御リフト量と理
論リフト量とを示す特性図である。
【図12】本実施形態における機関負荷(アクセル開
度)機関回転数との関係を示す特性図である。
【図13】本実施形態のコントローラ制御の他例におけ
る機関負荷(アクセル開度)機関回転数との関係を示す
特性図である。
【図14】機関加速時におけるスロットル開度と運転領
域との関係を示す特性図である。
【図15】機関減速時におけるスロットル開度と運転領
域との関係を示す特性図である。
【図16】第2の実施形態に供されるリフト位相可変機
構を示す断面図である。
【図17】前記リフト位相可変機構によってリフト位相
を変換した状態を示すリフト位相特性図である。
【図18】第3の実施形態における実際の制御リフト量
と理論リフト量とを示す特性図である。
【図19】従来の可変動弁装置における実際の制御リフ
ト量と理論リフト量とを示す特性図である。
【符号の説明】
2…シリンダヘッド 6…吸気弁 7…可変リフト機構 8…吸気量制御機構 13…駆動軸 15…駆動カム 16…バルブリフター 17…揺動カム 18…伝達機構 19…制御機構 35…コントローラ 40…規制手段 41…ストッパピン 42…ストッパ突部 50…リフト位相可変機構
───────────────────────────────────────────────────── 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) F02D 41/04 310 F02D 41/04 310C 310E 310F 320 320 41/06 310 41/06 310 320 320 41/08 310 41/08 310 320 320 43/00 301 43/00 301K 301Z 45/00 312 45/00 312B 312C 312H Fターム(参考) 3G018 AA05 AB07 BA09 BA10 BA32 CA13 CA18 EA02 EA03 EA11 EA12 EA13 EA21 EA22 FA01 FA06 FA07 GA08 3G084 BA05 BA23 CA01 CA03 CA09 DA04 EC01 EC03 FA10 FA33 3G092 AA11 BA01 DA01 DA02 DA06 DA07 DC01 DF04 DF05 DG05 DG08 FA03 FA06 GA01 GA04 GA05 GA16 GA17 HE01Z HF08Z 3G301 HA19 JA03 KA01 KA06 KA07 KA08 KA23 KA24 LA01 LA07 PE01Z PF03Z

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 機関運転状態の変化に伴い制御軸が作動
    して機関弁のバルブリフト量及び機関への供給吸気量を
    連続的に可変制御する可変リフト機構と、機関への供給
    吸気量を制御する吸気量制御機構とを備えた内燃機関の
    可変動弁装置において、 機関弁を低リフト制御状態にある前記可変リフト機構の
    制御軸の作動位置を固定的に規制する規制手段を設ける
    と共に、該低リフト制御状態時には供給吸気量を吸気量
    制御機構によって制御することを特徴とする内燃機関の
    可変動弁装置。
  2. 【請求項2】 前記機関の低リフト制御領域とは、クラ
    ンキング始動時あるいはアイドル運転を含む低負荷ある
    いは低回転運転領域である一方、該低リフト制御領域以
    上のリフト領域では前記吸気量制御機構のスロットル開
    度をほぼ全開に制御す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。
  3. 【請求項3】 前記可変リフト機構は、機関のクランク
    軸に同期して回転し、外周に駆動カムが設けられた駆動
    軸と、支軸に揺動自在に支持されて、カム面がバルブリ
    フター上面を摺接して機関弁を開閉作動させる揺動カム
    と、前記駆動カムと揺動カムとを機械的に連係する伝達
    手段と、機関運転状態に応じて前記伝達手段の揺動支点
    を前記制御軸を介して変化させる制御手段とを備え、前
    記制御軸によって前記伝達手段の揺動支点を変化させる
    ことにより前記揺動カムのカム面の機関弁の上端に対す
    る当接位置を変化させて機関弁のバルブリフトを可変制
    御することを特徴とする請求項1または2に記載の内燃
    機関の可変動弁装置。
  4. 【請求項4】 前記規制手段を、機械的な規制部材によ
    って構成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。
  5. 【請求項5】 前記低リフト領域とこれ以上のリフト領
    域との境界ライン付近における低リフト領域側での前記
    吸気量制御機構のスロットル開度をほぼ全開となるよう
    に制御すると共に、前記境界ライン付近における低リフ
    ト領域以上のリフト領域側での可変リフト機構による制
    御リフト量を、前記制御軸規制時のリフト量よりも若干
    大きく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。
  6. 【請求項6】 前記低リフト領域とそれ以上のリフト領
    域との間に、前記可変リフト機構によりリフト量を連続
    的に制御し、かつ前記吸気量制御機構のスロットル開度
    により吸気量を連続的に制御する第3の領域を設けたこ
    とを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の内燃機
    関の可変動弁装置。
  7. 【請求項7】 前記機関弁のリフト位相を変化させるリ
    フト位相可変機構を設け、前記可変リフト機構による機
    関弁のリフト量の切り換とほぼ同期して、前記リフト位
    相可変機構によりリフト位相を変化させることを特徴と
    する請求項1〜6のいずれかに記載の内燃機関の可変動
    弁装置。
  8. 【請求項8】 前記リフト位相可変機構の駆動源を電気
    エネルギーとしたことを特徴とする請求項7に記載の内
    燃機関の可変動弁装置。
  9. 【請求項9】 低リフト領域とこれ以上のリフト領域と
    の境界ラインを機関の負荷の変化に応じて異ならせ、低
    負荷領域以上の領域から下降する場合には、前記スロッ
    トル開度量を低負荷領域から上昇する場合に比較して絞
    り制御すると共に、リフト量を低負荷領域から上昇させ
    る場合に比較して大きく制御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。
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