JP2007321768A

JP2007321768A - 内燃機関の可変動弁装置及び内燃機関の可変動弁装置のコントローラ

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Publication number: JP2007321768A
Application number: JP2007215376A
Authority: JP
Inventors: Makoto Nakamura; 信中村
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2007-08-22
Filing date: 2007-08-22
Publication date: 2007-12-13
Anticipated expiration: 2022-03-05
Also published as: JP4499140B2

Abstract

【課題】機関の加速時のトルクショックを防止すると共に、減速時のエンジンブレーキ性能を高められる可変動弁装置を提供する。
【解決手段】可変リフト機構によって低リフト状態に制御され、スロットル開度が連続制御されるＡ領域と、スロットル開度が全開に制御され、バルブリフト量がＡ領域のリフト以上に制御されるＢ領域と、Ａ領域とＢ領域との間に有し、可変リフト機構によって吸気弁のリフト量を機関の負荷に応じて連続的に変化させると共に、スロットルバルブのスロットル開度も機関の負荷に応じて連続的に変化させるＣ領域と、を設け、機関の負荷が低いときには前記Ａ領域で制御され、機関の負荷が高いときには前記Ｂ領域で制御され、さらに、前記Ｂ領域とＣ領域の境界点を加速時と減速時で異ならせた。
【選択図】図１５

Description

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及びこれに用いられるコントローラに関する。

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る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、以下の特許文献１及び特許文献２などに記載されたものが知られている。

概略を説明すれば、例えば特許文献１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。

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。
特平２００１−１６４９１１号公報特開２００１−２６３０１５号公報

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。

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。

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。

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。

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。

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吸気弁のバルブリフト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連続的に制御するスロットルバルブとを備えた内燃機関の可変動弁装置において、前記可変リフト機構によって制御される前記吸気弁のリフト量が一定の低リフト状態となるように制御されると共に、機関の負荷に応じて前記スロットルバルブのスロットル開度が連続的に制御されるＡ領域と、前記スロットルバルブのスロットル開度がほぼ全開となるように制御されると共に、前記可変リフト機構によって前記吸気弁が機関の負荷に応じて前記Ａ領域のリフト量以上で連続的に制御されるＢ領域と、前記可変リフト機構によって前記吸気弁のリフト量を機関の負荷に応じて連続的に変化させると共に、前記スロットルバルブのスロットル開度も機関の負荷に応じて連続的に変化させるＣ領域と、を設け、機関の負荷が低いときには前記Ａ領域で制御され、機関の負荷が高いときには前記Ｂ領域で制御され、さらに、前記Ａ領域とＢ領域との間に前記Ｃ領域を有し、前記Ｂ領域とＣ領域の境界点を加速時と減速時で異ならせたことを特徴としている。

この発明によれば、機関の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。

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。

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。

前記シリンダブロック１のシリンダボア１ａ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。

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。

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。

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。

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。

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１５ｃを介して圧入固定されていると共に、カム本体１５ａ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。

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。

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θ１がベースサークル区間（領域）になり、ランプ面２２ｂ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。

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１７とを連係するリンクロッド２５とを備えている。

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２７が嵌入するピン孔が形成されている。

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。

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２３ｂ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。

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。

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。

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４０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。

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。

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。

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。

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。

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２７，２８の軸心Ｚ１，Ｚ２を結ぶ直線Ｑ１と、駆動軸１３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。

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。

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。

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。

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。

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１．５ｍｍ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。

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。

したがって、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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

また、ストッパピン４１がストッパ突部４２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。

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。

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９Ａ，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。

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９Ａ，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。

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。

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、燃費と出力を向上させることができる。

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。

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。

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。

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。

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。

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によっ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２５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。

次に、車両の加速などにおけるコントローラ３５による制御例を説明する。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。

すなわち、車両の加速時などにおいて、Ｐ１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。

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。

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。

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。

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。

また、この実施の形態では、図１６及び図１７に示すように、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５０を設けた。

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５２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。

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。

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。

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Ｌ１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。

このため、吸気弁６のリフト位相は、図１７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。

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。

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。

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。

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。

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。

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３４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。

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。

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。

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。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。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３のＡ−Ａ線断面図である。本実施形態の要部斜視図である。同実施形態に供される駆動カムを示す斜視図である。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。低速低負荷時の作用を示す説明図である。Ａ，Ｂは高速高負荷時の作用を示す説明図である。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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

Claims

機関運転状態の変化に伴い吸気弁のバルブリフト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連続的に制御するスロットルバルブとを備えた内燃機関の可変動弁装置において、
前記可変リフト機構によって制御される前記吸気弁のリフト量が一定の低リフト状態となるように制御されると共に、機関の負荷に応じて前記スロットルバルブのスロットル開度が連続的に制御されるＡ領域と、
前記スロットルバルブのスロットル開度がほぼ全開となるように制御されると共に、前記可変リフト機構によって前記吸気弁が機関の負荷に応じて前記Ａ領域のリフト量以上で連続的に制御されるＢ領域と、
前記可変リフト機構によって前記吸気弁のリフト量を機関の負荷に応じて連続的に変化させると共に、前記スロットルバルブのスロットル開度も機関の負荷に応じて連続的に変化させるＣ領域と、
を設け、
機関の負荷が低いときには前記Ａ領域で制御され、機関の負荷が高いときには前記Ｂ領域で制御され、さらに、前記Ａ領域とＢ領域との間に前記Ｃ領域を有し、前記Ｂ領域とＣ領域の境界点を加速時と減速時で異ならせたことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
機関運転状態の変化に伴い吸気弁のバルブリフト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連続的に制御するスロットルバルブとを備えた内燃機関の可変動弁装置において、
前記可変リフト機構によって前記吸気弁が最小バルブリフト量に規制されると共に、機関の回転数に応じて前記スロットルバルブのスロットル開度が連続的に制御されるＡ領域と、
前記スロットルバルブのスロットル開度がほぼ全開となるように制御されると共に、前記可変リフト機構によって前記吸気弁が機関の回転数に応じて前記Ａ領域のリフト量以上に連続的に制御されるＢ領域と、
前記可変リフト機構によって前記吸気弁のリフト量を機関の回転数に応じて連続的に変化させると共に、前記スロットルバルブのスロットル開度も機関の回転数に応じて連続的に変化させるＣ領域と、
を設け、
機関の回転数が低いときには前記Ａ領域で制御され、機関の回転数が高いときには前記Ｂ領域で制御され、さらに、前記Ａ領域とＢ領域との間に前記Ｃ領域を有し、車両の加速により機関回転数が上昇して前記Ｃ領域からＢ領域に移行する場合に対して、減速により機関回転数が低下して前記Ｂ領域からＣ領域に移行する場合には、前記Ｃ領域が大きくなるように制御することを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
機関運転状態の変化に伴い吸気弁のバルブリフト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連続的に制御するスロットルバルブとを備えた内燃機関の可変動弁装置のコントローラにおいて、
前記可変リフト機構によって制御される前記吸気弁のリフト量が一定の低リフト状態となるように制御されると共に、機関の負荷に応じて前記スロットルバルブのスロットル開度が連続的に制御されるＡ領域と、
前記スロットルバルブのスロットル開度がほぼ全開となるように制御されると共に、前記可変リフト機構によって前記吸気弁が機関の負荷に応じて前記Ａ領域のリフト量以上で連続的に制御されるＢ領域と、
前記可変リフト機構によって前記吸気弁のリフト量を機関の負荷に応じて連続的に変化させると共に、前記スロットルバルブのスロットル開度も機関の負荷に応じて連続的に変化させるＣ領域と、
を設け、
機関の負荷が低いときには前記Ａ領域で制御され、機関の負荷が高いときには前記Ｂ領域で制御され、さらに、前記Ａ領域とＢ領域との間に前記Ｃ領域を有し、前記Ｂ領域とＣ領域の境界点を加速時と減速時で異ならせたことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置のコントローラ。
機関運転状態の変化に伴い吸気弁のバルブリフト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連続的に制御するスロットルバルブとを備えた内燃機関の可変動弁装置のコントローラにおいて、
前記可変リフト機構によって前記吸気弁が最小バルブリフト量に規制されると共に、機関の回転数に応じて前記スロットルバルブのスロットル開度が連続的に制御されるＡ領域と、
前記スロットルバルブのスロットル開度がほぼ全開となるように制御されると共に、前記可変リフト機構によって前記吸気弁が機関の回転数に応じて前記Ａ領域のリフト量以上に連続的に制御されるＢ領域と、
前記可変リフト機構によって前記吸気弁のリフト量を機関の回転数に応じて連続的に変化させると共に、前記スロットルバルブのスロットル開度も機関の回転数に応じて連続的に変化させるＣ領域と、
を設け、
機関の回転数が低いときには前記Ａ領域で制御され、機関の回転数が高いときには前記Ｂ領域で制御され、さらに、前記Ａ領域とＢ領域との間に前記Ｃ領域を有し、車両の加速により機関回転数が上昇して前記Ｃ領域からＢ領域に移行する場合に対して、減速により機関回転数が低下して前記Ｂ領域からＣ領域に移行する場合には、前記Ｃ領域が大きくなるように制御することを特徴とする内燃機関の可変動弁装置のコントローラ。