JP2011256817A - 内燃機関の可変動弁装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 アクチュエータにより駆動される制御軸の回転位置に応じて作動角とバルブリフト量の双方が一義的かつ連続的に変化する可変動弁機構を用いつつ、機関運転条件に応じてバルブリフト量と作動角の双方を適切に設定可能とする。
【解決手段】 制御軸が所定方向へ回転するに従って、作動角とバルブリフト量の双方が減少するリフト作動角減少区間αｄｏｗｎと、作動角とバルブリフト量の双方が増加するリフト作動角増加区間αｕｐと、が折り返し点α２を挟んでこの順に表れるように、制御軸の回転角度範囲αＴを設定する。これによって、設定点α１とα３では、同じ作動角でありながらバルブリフト量が異なるものとなる。
【選択図】図４

Description

この発明は、内燃機関の機関弁（吸気弁もしくは排気弁）のバルブリフト量および作動角を連続的に変更することができる可変動弁装置に関する。

特許文献１に開示されているように、本出願人は、アクチュエータにより駆動される制御軸の回転角度に応じて、内燃機関の吸気弁のバルブリフト量と作動角の双方を同時にかつ連続的に拡大，縮小可能な可変動弁機構を提案している。また、特許文献２には、機関始動時（機関再始動時）に、可変動弁機構により吸気弁の作動角を拡大することで吸気弁閉時期を吸気下死点よりも大幅に遅角させて、いわゆるデコンプ作用により機関始動トルクを低減する技術が記載されている。このようなデコンプ作用を利用した吸気遅閉じタイプのリフト特性を用いる場合、基本的に、機関回転数・負荷の増加に応じて作動角を縮小することで、吸気弁閉時期を吸気下死点へ向けて進角させることとなる。
特開２００２−６１５２２号公報 特開２００５−２９９５９４号公報

上記特許文献１のような可変動弁機構においては、制御軸の回転位置に応じて作動角とバルブリフト量の値が一義的に定まり、かつ、一般的には作動角が増加するとバルブリフト量も増加し、作動角が減少するとバルブリフト量も減少する関係となっている。すなわち、制御軸の回転に応じて、作動角とバルブリフト量の双方が同様に増加もしくは減少する関係となっている。従って、機関運転条件に応じて作動角とバルブリフト量のそれぞれを適切なものとすることができない場合がある。例えば上記特許文献２のような遅閉じタイプのものでは、機関始動時には作動角が大きいためにバルブリフト量も大きくなって始動時のフリクションが増加し、また、小作動角を使用する高回転・高負荷側ではバルブリフト量も小さくなって機関出力が低下する。

また、同じ作動角に対して要求されるバルブリフト量が異なる２つの機関運転条件が想定される場合に、双方の運転条件に対して適切な作動角とバルブリフト量とを与えることができない。例えば上記特許文献２のような遅閉じタイプのものでは、同程度の作動角が用いられる運転条件であっても、高回転高負荷側では大流速を利用した吸気充填効率向上のためにバルブリフト量の増加が求められる一方、機関始動時や低回転低負荷側ではフリクションの低減にためにバルブリフト量の低下が求められる。

そこで、本発明では、制御軸の回転位置に応じて作動角とバルブリフト量の双方が一義的かつ連続的に変化する可変動弁機構を用いつつ、機関運転条件に応じてバルブリフト量と作動角の双方を適切に設定可能なように、同じ作動角でありながらバルブリフト量が異なる少なくとも２つの制御軸の回転角度を含むように、上記制御軸の回転角度範囲が設定されている。別言すると、上記制御軸が所定方向へ回転するに従って、作動角とバルブリフト量の双方が減少するリフト作動角減少区間と、作動角とバルブリフト量の双方が増加するリフト作動角増加区間と、が存在するように、上記制御軸の回転角度範囲が設定されている。

この発明によれば、同じ作動角に対して要求されるバルブリフト量が異なる２つの機関運転条件が用いられる場合であっても、双方の運転条件に対して適切な作動角とバルブリフト量とを与えることが可能となり、幅広い運転領域にわたってリフト特性を適切に設定することができるようになる。

この発明の一例に係る可変動弁機構を示す構成図。 図１の可変動弁機構を示す斜視図。 （Ａ）ＬＯ長さ及び（Ｂ）ＬＯ角の変化に対する作動角とバルブリフト量の変化を示す特性図。 本発明の第１実施例に係る制御軸の回転角度に対する作動角とバルブリフト量を示す特性図。 図４の各制御軸角度の設定点α１〜α４におけるバルブリフト特性を示す特性図。 図４の各制御軸角度の設定点α１〜α４における可変動弁機構のリンクレイアウトを示す特性図。 図４の始動時α４及び出力点α１の設定におけるリフト特性を示す説明図。 本発明の第２実施例に係る制御軸の回転角度に対する作動角とバルブリフト量を示す特性図。 図８の各制御軸角度の設定点β０〜β４におけるバルブリフト特性を示す特性図。 図８の各制御軸角度の設定点β０〜β４における可変動弁機構Ａのリンクレイアウトを示す特性図。 本発明の第３実施例に係る駆動軸周りの構成を示す構成図。

以下、この発明の好ましい実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。本実施形態における可変動弁機構を採用した内燃機関は、車両が自走するための駆動源として車両に搭載されているものとする。図１および図２は、本発明に係る可変動弁機構Ａの一例を示している。この可変動弁機構Ａは、特開２００９−２２８６６３号公報に記載されているように公知であるので、ここでは簡単な説明にとどめる。なお、ここではリフト量を変化させることの説明は最大リフト量を変化させることの説明を指す。つまり、リフト量の可変制御とは最大リフト量を変化させる制御のことをいい、エンジンのクランクシャフトの回転に同期して開閉する際のリフト量の変化を指すものではない。

この機構Ａは、駆動軸１と、機関弁としての吸気弁を開閉作動させる動弁カムとしての揺動カム６とを、制御軸２を含むリンク機構により連係した構造となっており、アクチュエータとしてのモータ２７により駆動される制御軸２の回転角度に応じて、吸気弁のリフト量及び作動角が一義的かつ連続的に変化する。

駆動軸１は、機関本体としてのシリンダヘッドに回転自在に支持されている。駆動軸１は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シャフトによって駆動される。駆動軸の回転方向は、図１において時計回りである。駆動軸１には、駆動軸１の中心に対して偏心した円形の外周面を有する駆動偏心軸部１３が設けられる。この駆動偏心軸部１３は、駆動軸１の外周に、偏心した孔を有する円盤状の別部品が圧入等によって固定されることで構成されている。また、駆動軸１には、駆動偏心軸部１３を固定した位置から軸方向にずれた位置に、気筒ごとに一対の揺動カム６が、駆動軸１に対して回転自在（揺動自在）に支持される。この一対の揺動カム６が駆動軸１の周りを所定の角度範囲で揺動（上下動）することによって、揺動カム６のカムノーズ６ａの下方に位置する吸気弁が押圧され、吸気弁が下方にリフトする。なお、一対の揺動カム６は、駆動軸１の外周を覆う円筒部１４を介して互いに一体化しており、同位相で揺動する。

制御軸２は、いわゆるクランク形状をなしており、カムブラケットに支持されるメインジャーナル２ａと、メインジャーナル２ａの中心から偏心した制御偏心軸部７とを備える。可変動弁用ロッカーアーム３は、制御偏心軸部７に揺動自在に支持されており、駆動軸１の中心と制御偏心軸部７の中心とを結んだ直線に対して同一側に突出する第１アーム８及び第２アーム９を備える。なお、第１アーム８より第２アーム９の方が突出量が大きい。また、可変動弁用ロッカーアーム３は分割された二つの部材からなり、制御偏心軸部７を挟んだ状態でボルト１５により締結されている。第１リンク４は、一端が駆動偏心軸部１３に回転可能に嵌合し、他端が第１アーム８の先端付近に連結ピン１０を介して連結している。第２リンク５は、一端が第２アーム９の先端付近と連結ピン１１を介して連結され、他端が揺動カム６のカムノーズ６ａの端部付近と連結ピン１２を介して連結されている。

連結ピン１０は、ロッカーアーム３と第１リンク４との第１連結点をなし、連結ピン１１は、ロッカーアーム３と第２リンク５との第２連結点をなす。第１連結点と第２連結点は、駆動軸１の中心と制御偏心軸部７の中心とを結ぶ直線に対して同じ側にある。そして、第２連結点（連結ピン１２）は第１連結点（連結ピン１０）よりも上記制御偏心軸部７の中心から遠い位置にある。また揺動カム６は、駆動軸１の中心と制御偏心軸部７の中心とを結ぶ直線に対して、第１連結点と第２連結点と同じ側にカムノーズ６ａを有し、駆動軸は機関弁を開くときの揺動カムの回転方向と同じ向きに回転する。

上記のような構成の可変動弁機構Ａでは、駆動軸１が機関のクランクシャフトの回転に同期して回転すると、駆動偏心軸部１３の作用によって第１リンク４が上下運動し、これに伴って可変動弁用ロッカーアーム３が制御偏心軸部７の中心周りに揺動する。この可変動弁用ロッカーアーム３の揺動は、第２リンク５を介して揺動カム６へ伝達され、揺動カム６が揺動する。そして、揺動カム６のカム作用により吸気弁が開閉動作を行う。

そして、モータ２７により制御軸２の回転位置を所定の回転角度範囲内で変更することによって、制御偏心軸部７の位置が変化して、吸気弁のバルブリフト量及び作動角の双方が連続的に変化する。このモータ２７への電力供給は、コントロールユニット１００からの制御信号に基づいて制御される。また、モータ２７は、作動角を変更する際に制御軸２を目標角度に回転させるのみならず、運転中に制御軸２の角度が目標角度からずれないように保持する機能も有する。なお、駆動軸１の回転角を検出するセンサ及び制御軸２の回転角を検出するセンサを備え、これらのセンサの検出値はコントロールユニット１００に読み込まれる。

ここで、制御軸２を所定方向に回転させると、制御偏心軸部７の位置が変化することによって、吸気弁の作動角とバルブリフト量とが変化するわけであるが、このように作動角とバルブリフト量の変化に影響を及ぼす制御偏心軸部７の位置の変化は、大きく分けて、駆動軸１の中心と制御偏心軸部７の中心との距離（以下、「Ｌ０長さ」という）の変化と、駆動軸１の中心と制御偏心軸部７の中心とを結んだ線の角度の変化、すなわち図１中において駆動軸１の中心を通る任意の基準線と、駆動軸１の中心と制御偏心軸部７の中心とを結ぶ直線とがなす角（以下、「Ｌ０角」という）の変化、言い換えると駆動軸１の中心に対する制御偏心軸部７の中心の移動方向（回転方向）と、に分けることができる。

例えば、図１において（Ｌ０角を変えずに）Ｌ０長さを長くすると、Ｌ０長さが短いときに比べて制御偏心軸部７の中心７ａは、駆動軸１の中心１ａから離れて上方に位置することになる。このとき、駆動軸１の中心１ａの位置は一定であり、駆動偏心軸部１３の中心１３ａの位置も同じ（駆動軸の回転角度を変えない前提）とする。また、制御偏心軸部７の中心７ａと第１連結点１０ａ間の長さと、第１連結点１０ａと駆動偏心軸部１３の中心１３ａ間の長さも一定だから、制御偏心軸部中心７ａと第１連結点１０ａを結んだ線と、第１連結点１０ａと駆動偏心軸部中心１３ａを結んだ線のなす角は、Ｌ０長さを長くした場合に大きくなる。従って、Ｌ０長さを長くすると、制御偏心軸部中心７ａと第１連結点１０ａを結んだ線は時計回りに回転したのと同様の傾きの変化が生じる。このとき、第１連結点１０ａよりも、制御偏心軸部中心７ａから遠く離れた第２連結点１１ａは、てこの原理によって（第１連結点１０ａの位置が大きく変化しない中、制御偏心軸部中心７ａが上方に移動することから）図内において下方へと移動することになる。これにより、第２リンク全体が下方に押し下げられ、第２リンク５と揺動カム６を連結する連結ピン１２の中心１２ａが相対的に下方に押し下げられるので、初期揺動角が大きく（マイナス度合いが小さく）なり、図３（Ａ）にも示すように、作動角とバルブリフト量の双方が大きくなる。反対にＬ０長さが短くなると、初期揺動角が小さく（マイナス度合いが大きく）なって作動角とバルブリフト量の双方が小さくなる。

一方、（Ｌ０長さが変化しない状態で）Ｌ０角が大きくなると、可変動弁用ロッカーアーム３、第１リンク４、第２リンク５、及び揺動カム６が、相対的な姿勢は変化しないまま揺動カム６の制御偏心軸部を中心として図１中で時計回り方向に回転することとなるので、初期揺動角が大きく（マイナス度合いが小さく）なって、図３（Ｂ）にも示すように、作動角とバルブリフト量の双方が大きくなる。Ｌ０角が小さくなると、これとは反対に初期揺動角が小さく（マイナス度合いが大きく）なって作動角とバルブリフト量の双方が小さくなる。なお、「相対的な姿勢」が変化するか否かは、制御偏心軸部７の中心７ａ、連結ピン１０の中心１０ａ、駆動軸１の中心１ａ及び駆動偏心軸部１３の中心１３ａを結んで形成した四角形、あるいは、制御偏心軸部７の中心７ａ、連結ピン１１の中心１１ａ、連結ピン１２の中心１２ａ及び駆動軸１の中心１ａを結んで形成した四角形の形状が変化するか否かで判断することができる（図１参照のこと）。

次に、図４〜図７を参照して、本発明の第１実施例について説明する。図４は、制御軸２の回転角度範囲αＴにおける制御軸角度に対する作動角とバルブリフト量を示しており、図５は、図４の各制御軸角度の設定点α１〜α４におけるリフト特性を示しており、図６は、各設定点α１〜α４における可変動弁機構Ａのリンクレイアウト（リンクジオメトリの設定に基づき各設定点で現れる各リンクの姿勢）を示している。図４の横軸の作動角（Ｅｖｅｎｔ）は、クランク角の１／４、カム角の１／２の値に相当し、例えば横軸の数値を４倍した値はクランク角度で示した作動角（クランク角度を単位とした作動角）を示す。本実施例では、回転数の増加に伴って制御軸２を所定方向Ｙ１（図６参照）に回転させることとし、矢印Ｙ１’はその場合における、作動角とリフトの設定点が辿る軌跡（移動方向）を示している。なお、図６では、リンクレイアウトが図１に示すものと逆向きに描かれており、駆動軸の回転方向が図１とは逆に反時計回り方向となっている。

ここで、この第１実施例では、吸気弁の開閉時期を変化するバルブタイミング機構などが併用されていなくても、吸気弁に対して単一の可変動弁機構Ａのみを用いて、図４〜図７に示すようなバルブリフト特性を実現できるものとなっている。

図４を参照して、制御軸２の回転角度範囲αＴは、一端の始動用制御軸角度の設定点α４から他端の出力用制御軸角度α１までの範囲に設定されており、回転数の増加に応じて、制御軸を所定方向Ｙ１（図６の反時計回り方向）に回動させることで、図６に示すように、制御偏心軸部の中心７ａの位置が回転角度範囲αＴに沿って図６の右側へ移動していくこととなる（図４の矢印Ｙ１参照）。

図５及び図７に示すように、始動時並びにアイドル時に用いられる始動用制御軸角度の設定点α４では、作動角が最大となり、吸気弁の開時期ＩＶＯを排気上死点ＴＤＣ近傍としつつ、吸気弁の閉時期ＩＶＣを吸気下死点ＢＤＣよりも大幅に遅角させており、上述した特開２００５−２９９５９４号公報のものと同様、デコンプ作用を利用した吸気遅閉じタイプのリフト特性が用いられている。そして、基本的には機関回転数や負荷の増加に応じて作動角を縮小することで、吸気弁閉時期ＩＶＣを吸気下死点ＢＤＣに向けて進角させて、吸入空気量を増加させるようになっている。

ここで、始動点α４から折り返し点α２までのリフト作動角減少区間αｄｏｗｎ（制御軸の設定点がα４からα２へ向かう場合にリフトあるいは作動角が減少する区間）では、制御軸が所定方向Ｙ１へ回転するに従って、上記のＬ０長さはあまり変化しないのに対し、Ｌ０角が減少するために、バルブリフト量と作動角の双方が減少していく。一方、折り返し点α２から出力点α１までのリフト作動角増加区間αｕｐ（制御軸の設定点がα２からα１へ向かう場合にリフトあるいは作動角が増加する区間）においては、制御軸が所定方向Ｙ１へ回転するに従って、ＬＯ角はわずかに減少していくものの、ＬＯ長さが大きく増加していくこととなり、このＬＯ長さの増加の影響によって、バルブリフト量と作動角の双方が増加していく。

そして、このように折り返し点α２を境にリフト量と作動角の増減が反転する特性となるように可変動弁機構のリンクジオメトリを設定したことから、図４に示す設定点α１とα３のように、同じ作動角でありながら、バルブリフト量の異なる２つの設定点を設けることが可能となっている。例えば、制御軸角度αＴの一端である高回転高出力用の出力点α１は、吸入空気量を最大限に確保するように、バルブリフト量が最大となっており、一方、この出力点α１と同様の作動角である設定点α３は、上記のリフト作動角減少区間αｄｏｗｎの途中に設けられるもので、上記の出力点α１よりも低回転側で用いられる設定であるために、バルブリフト量が出力点α１よりも低く抑制されている。従って、リフト作動角減少区間αｄｏｗｎにある設定点α３やα４のバルブリフト量は、リフト作動角増加区間αｕｐにある設定点のバルブリフト量に比べ相対的に小さくなっているので、特に始動時の設定点α４において、デコンプ作用を実現するために比較的大きな作動角にしたとしても、バルブリフト量を小さく抑えることによってフリクションを抑制することができる。一方で、出力点α１では相対的にバルブリフト量が大きくなっているので、単位時間当たりの流量を高めて、吸気充填効率を高めることができる。

なお、これらα１，α３の２点は代表的な設定点を例示したに過ぎず、リフト作動角減少区間αｄｏｗｎとリフト作動角増加区間αｕｐとで作動角がオーバーラップする部分では、同様にして、同じ作動角でありながらバルブリフト量の異なる２つの設定点を設けることが可能である。

また、この例ではＬ０長さが増加と減少の間で反転する折り返し点を含むように制御軸の回転角度範囲αＴを設定しているが、Ｌ０角度が増加と減少の間で反転する折り返し点、つまり駆動軸の中心１ａに対する制御偏心軸部の中心７ａの移動方向が反転する折り返し点を含むように制御軸の回転角度範囲αＴを設定してもよく、この場合でも同様に、折り返し点を挟んでリフト作動角減少区間αｄｏｗｎとリフト作動角増加区間αｕｐとが存在するリフト特性とすることが可能である。

この第１実施例においては、リフト作動角減少区間αｄｏｗｎにおいては、主に回転数の増加に応じて作動角を減少させていくことで、吸気弁閉時期を下死点に向けて進角させることで吸入空気量を増加させていき、また、高回転域ではリフト作動角増加区間αｕｐへと移行し、回転数の増加に応じてバルブリフト量と作動角を増加させていくことで、速い流速を利用して吸気充填効率を高めている。このように、幅広い運転領域で適切なバルブリフト特性を得ることができる上、特に本実施例にあっては、負荷や回転数の増加に応じて制御軸を一方の所定方向Ｙ１に回動させることで、折り返し点α２を介してリフト作動角減少区間αｄｏｗｎからリフト作動角増加区間αｕｐへとスムースに移行する形となっているために、負荷や回転数の変化に伴う制御軸の回転位置の変更もスムースで少ないものとなる。

次に、図８〜図１０を参照して、本発明の第２実施例について説明する。図８は、制御軸２の回転角度に対する作動角とバルブリフト量を示しており、図９は、図８の各制御軸角度の設定点β０〜β４におけるリフト特性を示しており、図１０は、各設定点β０〜β４における可変動弁機構Ａのリンクレイアウトを示している。図８の横軸は作動角（Ｅｖｅｎｔ）を示し、その数値はクランク角の１／４、カム角の１／２の値に相当する。矢印Ｙ２’は回転数の増加に伴って制御軸２を所定方向Ｙ２（図１０参照）に回転させたときの、作動角とリフトの設定点が辿る軌跡（移動方向）を示している。なお、図１０では、リンクレイアウトが図１に示すものと逆向きに描かれている。また、この第２実施例も、第１実施例と同様、吸気弁に対して単一の可変動弁機構Ａのみを用いて、図８〜１０に示すようなバルブリフト特性を実現するものである。

この第２実施例でも、低回転時に、吸気弁閉時期を吸気下死点から大幅に遅角させることで、デコンプ作用により機関始動トルクを低減させる。

図８を参照して、制御軸２の回転角度範囲βＴは、一端の始動用制御軸角度の設定点β４から他端の出力用制御軸角度β０までの範囲に設定されており、回転数の増加に応じて、制御軸を所定方向Ｙ２（図１０の時計回り方向）に回動させることで、図１０に示すように、制御偏心軸部の中心７ａの位置が回転角度範囲βＴに沿って図１０の左側へ移動していくこととなる。ここで、始動点β４から折り返し点β３までのリフト作動角増加区間βｕｐでは、制御軸が所定方向Ｙ２へ回転するに従って、バルブリフト量と作動角の双方が増加していく。一方、折り返し点β３から制御軸の回転角度範囲の他端の設定点β０までのリフト作動角減少区間βｄｏｗｎにおいては、制御軸が所定方向Ｙ２へ回転するに従って、バルブリフト量と作動角の双方が減少していく。設定点β４では、作動角が十分大きく吸気弁閉時期の大幅遅角によるデコンプ作用が得られる一方、同じ作動角の設定点β２に比べて相対的にバルブリフト量が小さくなっているのでフリクションが抑制される。設定点β４は、フリクションを低下させた状態でデコンプ作用を実現するため始動時だけ使用し、始動が完了した後は設定点β３からβ０までの範囲を使用する。回転数の増加に伴い、設定点はβ３からβ０へ向かって移動させ、さらに回転数が増加した場合に設定点β１へ戻すように制御軸を動かすこともできる。運転中に設定される設定点β２では、始動時に設定される設定点β４に比べて相対的にバルブリフト量が大きくなっているので、単位時間当たりの流量を高めて、吸気充填効率を高めることができる。尚、第２実施例の可変動弁機構に、クランクシャフトに対する駆動軸の位相を変更させる機構を組み合わせた場合、作動角が小さくかつバルブリフト量が大きい状態（設定点β０やβ１の作動角を30〜40度まで低減した状態）において、吸気弁開時期が上死点から大きく遅れるように吸気弁開閉時期を遅角させれば、筒内負圧を高めて筒内に流入する吸入空気に慣性を付与するとともに、慣性のついた吸入空気を大バルブリフトで筒内に取り込み、吸気充填効率を更に高めるといった使い方（慣性過給）ができる。

このように第２実施例においても、上記の第１実施例と同様、折り返し点β３を境にリフト量と作動角の増減が反転する特性となることから、図８に示す設定点β２とβ４のように、同じ作動角でありながら、バルブリフト量の異なる２つの設定点を設けることが可能となっている。例えば、同じ作動角を用いる２つの設定点β２，β４とを比較すると、始動用の設定点β４では、始動フリクションを抑制するようにバルブリフト量が最小となっており、かつ、上述したように吸気弁閉時期を吸気下死点よりも大幅に遅らせた設定となっている。これに対し、リフト作動角減少区間βｄｏｗｎに設けられた出力点β１近傍の設定点β２は、高負荷域で用いられる設定点であり、吸入空気量を確保するように設定点β１よりもバルブリフト量が大きくなっている。また、図９にも示すように、この設定点β２では、始動用の設定点β４に比して、作動角（開弁期間）は同等であるものの、吸気弁閉時期を吸気下死点に近づけて吸入空気量を確保するように、その作動角全体を始動用の設定点β４よりも進角させている。このような作動角全体の遅角・進角をも本実施例では上述した可変動弁機構Ａ単体でのリンクレイアウトの設定などにより実現している。

図１１は、本発明の第３実施例を示している。この第３実施例では、各気筒の一対の吸気弁のうち、一方の吸気弁にのみ上記の可変動弁機構Ａが適用されており、可変動弁機構Ａが適用される吸気弁は上記の揺動カム６により開閉駆動される一方、他方の吸気弁は、駆動軸１に固定されて、この駆動軸１とともに回転する固定カム１６によって開閉駆動されるようになっている。このように、一方の吸気弁のみに対して可変動弁機構Ａによりリフト・作動角を制御し、残りの吸気弁は駆動フリクションが少ない固定カム１６により駆動することで、駆動フリクションの低減が可能となる。

また、固定カム１６は、隣接する気筒の可変動弁機構Ａの駆動偏心軸部１３とジャーナル部１７を介して一体的に形成されている。つまりジャーナル部１７の両端に、隣接する気筒の固定カム１６と駆動偏心軸部１３とが一体的に形成されており、この部品が駆動軸１に固定されている。これによって、部品点数が削減され、組付作業性の向上やコスト削減を図ることができる。

次に、本発明の特徴的な構成及びその作用効果について、上記実施例を参照して説明する。但し、本発明は上記実施例の構成に限定されるものではなく、種々の変形・変更を含むものである。例えば、上記実施例では吸気弁側に本発明を適用しているが、同様に排気弁側に本発明を適用することも可能である。

（１）クランクシャフトにより回転駆動される駆動軸１と、機関弁（吸気弁もしくは排気弁）を開閉作動させる動弁カムとしての揺動カム６と、を制御軸２を含んだリンク機構により連係し、上記のモータ２７や油圧アクチュエータなどのアクチュエータにより駆動される制御軸２の回転角度に応じて、機関弁のバルブリフト量と作動角の双方が連続的に変化する可変動弁機構Ａを備える。そして、このように制御軸２の回転位置に応じて作動角とバルブリフト量とが一義的に定まる可変動弁機構Ａでありながら、同じ作動角でバルブリフト量が異なる少なくとも２つの制御軸の回転角度を含むように、制御軸の回転角度範囲αＴ、βＴが設定されている。例えば上記第１実施例では設定点α１とα３、第２実施例では設定点β２とβ４が、同じ作動角でバルブリフト量の異なるものとなっている。これによって、同じ作動角でありながらバルブリフト量の要求が異なる２つの運転状況に対して適切なリフト特性の設定が可能となり、幅広い運転領域で適切なリフト特性の設定を行うことができるようになる。

（２）また、第１実施例を参照して、同じ作動角となる制御軸の２つの回転角度α１，α３のうち、一方α３を機関回転数が低い低回転時に使用するとともに他方α１を機関回転数が高い高回転時に使用し、低回転時に使用する所定の低回転時制御軸角度の設定α３では、高回転時に使用する所定の高回転時制御軸角度の設定α１に比して、バルブリフト量を小さくしている。

（３）機関始動時に使用する始動用制御軸角度の設定α４，β４では、高負荷側で使用する所定の出力用制御軸角度の設定α１，β１に比して、作動角が大きくバルブリフト量が小さい設定となっている。これによって、例えば上記第１実施例のように吸気遅閉じタイプのリフト設定を用いる場合に、始動時の設定α４では、作動角を最大として、吸気弁閉時期を下死点よりも大幅に遅らせることで、所望のデコンプ作用を得つつ、バルブリフト量を小さいものとして始動フリクションの低減を図ることができるとともに、出力点α１においては、作動角を始動時設定α４よりも小さくして、吸気弁閉時期を下死点側へ進角させることで吸気充填効率を高めつつ、バルブリフト量を始動時設定α４よりも大きくして、吸入空気量を十分に確保することが可能となる。

なお、この第２実施例においては、図９に示すように、出力点の設定β１では始動時設定β４に比して作動角そのものは小さくなっているが、作動角の中心角を始動時設定β４よりも大幅に進角させて、作動角全体を進角側にシフトさせることで、吸気弁閉時期を吸気下死点側へ進角させているために、始動時設定β４に比して吸入空気量は大幅に増加するものとなっている。

（４）機関始動時に使用する始動用制御軸角度α４，β４が、制御軸２の回転角度範囲αＴ，βＴの一端に設定されている。これによって、例えば第１実施例のように機関停止状態ではバルブスプリング反力等によって制御軸２の回転位置が回転角度範囲αＴの一端に位置する始動用制御軸角度α４となるものであれば、機関始動時に制御軸を敢えて駆動することなく機関始動を開始することができる。特に、上述した可変動弁機構Ａにおいては、偏心軸部や連結ピンなどの面接触部分が多いために、潤滑油膜の形成されていない停止状態で制御軸を駆動することが極めて困難であり、制御軸を駆動することなく始動可能であることが特に有効である。

（５）上述したように同じ作動角でありながらバルブリフト量の異なる２つの制御軸回転角度を得るための具体的な構成として、制御軸２が所定方向Ｙ１，Ｙ２へ回転するに従って、作動角とバルブリフト量の双方が減少するリフト作動角減少区間αｄｏｗｎ，βｄｏｗｎと、作動角とバルブリフト量の双方が増加するリフト作動角増加区間αｕｐ，βｕｐとが存在するように、制御軸の回転角度範囲αＴ，βＴが設定されている。これによって、図４の設定点α１，α３や図８の設定点β２，β４のように、リフト作動角減少区間とリフト作動角増加区間とで作動角が重複する範囲内であれば、同じ作動角でありながらバルブリフト量の異なる２つの設定点を設けることが可能となる。

（６）第１実施例においては、可変動弁機構Ａが吸気弁側に適用され、機関始動時に使用する始動用制御軸角度の設定α４では、吸気弁の閉時期が吸気下死点よりも大幅に遅角しており、いわゆるデコンプ作用を利用した吸気遅閉じのタイプのリフト特性を用いている。この場合、始動用制御軸角度α４から制御軸２が所定方向Ｙ１に回転するにしたがって、リフト作動角減少区間αｄｏｗｎとリフト作動角増加区間αｕｐがこの順に表れるように設定されている。

これによって、上述したようにリフト作動角減少区間αｄｏｗｎにおいては、主に負荷の増加に応じて作動角を減少させていくことで、吸気弁閉時期を下死点に近づけて、実質的な吸入空気量を増加させていき、また、高負荷域ではリフト作動角増加区間αｕｐへと移行し、回転数の増加に応じてバルブリフト量と作動角を増加させていくことで、速い流速を利用した吸気充填効率の向上による出力向上を図ることができる。

（７）第２実施例においては、可変動弁機構Ａが吸気弁側に適用され、機関始動時に使用する始動用制御軸角度の設定β４では、吸気弁の閉時期が吸気下死点よりも大幅に遅角した吸気遅閉じタイプのリフト特性を用いている。この場合、始動用制御軸角度β４から制御軸２が回転するに従って、リフト作動角増加区間βｕｐとリフト作動角減少区間βｄｏｗｎとがこの順に表れるように設定されている。この場合、機関始動からアイドル運転へ移行するまではリフト作動角増加区間βｕｐを使用し、アイドル運転の設定β３において、バルブリフト量と作動角とが最大となり、アイドル運転から機関回転数が上昇するに従って、図８の矢印Ｙ２’に示すように、リフト作動角減少区間βｄｏｗｎに沿ってリフト・作動角を減少させていき、制御軸の回転角度範囲の端点である中回転用の設定点β０を超えて高回転域まで回転数が上昇すると、制御軸を所定方向Ｙ２とは逆方向に回動させることで、リフト作動角減少区間βｄｏｗｎに沿ってリフト・作動角を上昇させていく。これにより幅広い運転領域にわたって適切なバルブリフト特性の設定を行うことができる。

上記の可変動弁機構Ａは、制御軸２の回転に伴って、作動角やバルブリフト量が増減するのみならず、図５及び図９にも示すように、作動角の中心角が遅進するように設定されている。これによって、別途可変バルブタイミング機構などを用いることのない簡素な構成で、適切な吸気弁の開時期及び閉時期の設定が可能となる。例えば上記実施例では、始動時の設定α４，β４では、出力点の設定α１，β１に比して、作動角の中心角の位相を大幅に遅角させており、これによって、第１実施例では機関始動時には吸気弁閉時期を下死点よりも大幅に遅らせて所期のデコンプ作用を得つつ、出力点では吸気弁閉時期を下死点側へ進角させて吸入空気量を確保することができ、同様に、第２実施例では機関始動時には吸気弁閉時期を下死点よりも大幅に遅らせて吸入空気量を抑制しつつ、出力点では作動角を相対的に進角させて吸気弁閉時期を下死点側へ進角させて、吸入空気量を確保することができる。

（８）制御軸の角度変化に対して作動角とバルブリフト量の少なくとも一方の増加と減少とが反転する折り返し点の制御軸角度の設定α２，β３では、少なくとも内燃機関を搭載する車両が自走可能な所定の要求吸入空気量を確保し得る作動角及びバルブリフト量に設定されている。これによって、何らかの異常や故障により可変動弁機構Ａが作動不能となるフェール時に、折り返し点α２，β３で制御軸２が留まるようなことがあっても、内燃機関が自走不能となることがない。特に、上記第１実施例においては、折り返し点α２でのバルブリフト量と作動角が最も小さくなっており、フェール時にはバルブスプリング反力などにより折り返し点α２で制御軸が留まる可能性が高いものの、この折り返し点α２における作動角が１８０度以上あることから、スロットルによる吸入空気量の調整によってある程度の出力が得られる運転を継続することが可能である。第２実施例においては、折り返し点β３が最大リフト・最大作動角の付近となっているために、フェール時に折り返し点β３で制御軸が留まるおそれはほとんどない。

（９）同様に、制御軸２の回転角度範囲αＴ，βＴの両端における制御軸角度の設定α１，α４，β０，β４では、少なくとも内燃機関を搭載する車両が自走可能な所定の要求吸入空気量を確保し得る作動角及びバルブリフト量に設定されているために、フェール時に自走不能に陥ることがない。

（１０）上述したようなリフト特性は、上記の可変動弁機構Ａにより実現することが可能である。より具体的には、制御軸２を所定の回転方向に変化させたときに、駆動軸１の中心１ａから制御偏心軸部の中心７ａまでの距離であるＬ０長さが増加と減少とで反転する折り返し点と、駆動軸１の中心１ａに対する制御偏心軸部の中心７ａの移動方向が反転する折り返し点と、の少なくとも一方を含むように、制御軸２の回転角度範囲を設定することで、折り返し点を挟んでリフト作動角減少区間とリフト作動角減少区間とが存在するリフト特性を実現することができる。

１…駆動軸
２…制御軸
３…可変動弁用ロッカーアーム
４…第１リンク
５…第２リンク
６…揺動カム（動弁カム）
７…制御偏心軸部
８…第１アーム
９…第２アーム
１３…駆動偏心軸部
２７…モータ（アクチュエータ）

Claims (11)

1. クランクシャフトにより回転駆動される駆動軸と、機関弁を開閉作動させる動弁カムと、を制御軸を含んだリンク機構により連係し、アクチュエータにより駆動される制御軸の回転角度に応じて、機関弁のバルブリフト量と作動角の双方が連続的に変化する可変動弁機構を備え、
   同じ作動角でありながらバルブリフト量が異なる少なくとも２つの制御軸の回転角度を含むように、上記制御軸の回転角度範囲が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。
2. 同じ作動角となる上記制御軸の２つの回転角度のうち、一方を機関回転数が低い低回転時に使用するとともに他方を機関回転数が高い高回転時に使用し、低回転時に使用する所定の低回転時制御軸角度の設定では、高回転時に使用する所定の高回転時制御軸角度の設定に比して、バルブリフト量が小さい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. 機関始動時に使用する始動用制御軸角度の設定では、高負荷側で使用する所定の出力用制御軸角度の設定に比して、作動角が大きくバルブリフト量が小さい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。
4. 機関始動時に使用する始動用制御軸角度が、上記制御軸の回転角度範囲の一端に設定されている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. 上記制御軸が所定方向へ回転するに従って、作動角とバルブリフト量の双方が減少するリフト作動角減少区間と、作動角とバルブリフト量の双方が増加するリフト作動角増加区間と、が存在するように、上記制御軸の回転角度範囲が設定されてい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の可変動弁装置。
6. 上記可変動弁機構が吸気弁側に適用され、
   機関始動時に使用する始動用制御軸角度の設定では、吸気弁の閉時期が吸気下死点よりも遅角しており、
   この始動用制御軸角度から制御軸が回転するにしたがって、上記リフト作動角減少区間と上記リフト作動角増加区間がこの順に表れるように設定されていることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の可変動弁装置。
7. 上記可変動弁機構が吸気弁側に適用され、
   機関始動時に使用する始動用制御軸角度の設定では、吸気弁の閉時期が吸気下死点よりも遅角しており、
   この始動用制御軸角度から制御軸が回転するに従って、上記リフト作動角増加区間と上記リフト作動角減少区間とがこの順に表れるように設定されていることを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の可変動弁装置。
8. 上記制御軸の角度変化に対して作動角とバルブリフト量の少なくとも一方の増加と減少とが反転する折り返し点の制御軸角度の設定では、少なくとも内燃機関を搭載した車両が自走可能な所定の要求吸入空気量を確保し得る作動角及びバルブリフト量に設定されている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。
9. 上記制御軸の回転角度範囲の両端における制御軸角度の設定では、少なくとも内燃機関を搭載した車両が自走可能な所定の要求吸入空気量を確保し得る作動角及びバルブリフト量に設定されている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。
10. 上記動弁カムが駆動軸に揺動自在に支持された揺動カムであり、
    上記可変動弁機構が、
    上記駆動軸に偏心して設けられた駆動偏心軸部と、
    上記制御軸に偏心して設けられた制御偏心軸部と、
    上記制御偏心軸部に揺動自在に支持されるロッカーアームと、
    上記ロッカーアームの第１アームと上記駆動偏心軸部とを連係する第１リンクと、
    上記ロッカーアームの第２アームと上記揺動カムとを連係する第２リンクと、を有し、
    上記制御軸を所定の回転方向に変化させたときに、上記駆動軸の中心から制御偏心軸部の中心までの距離が増加と減少とで反転する折り返し点を含むように、上記制御軸の回転角度範囲が設定されている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。
11. クランクシャフトにより回転駆動される駆動軸と、機関弁を開閉作動させる動弁カムと、を制御軸を含んだリンク機構により連係し、アクチュエータにより駆動される制御軸の回転角度に応じて、機関弁のバルブリフト量と作動角の双方が連続的に変化する可変動弁機構を備え、
    上記制御軸が所定方向へ回転するに従って、作動角とバルブリフト量の双方が減少するリフト作動角減少区間と、作動角とバルブリフト量の双方が増加するリフト作動角増加区間と、が存在するように、上記制御軸の回転角度範囲が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。

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