JP3694073B2 - 可変動弁制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の吸気弁を機関の運転状態に応じたタイミングで開閉制御可能に構成した動弁機構に用いて好適の、可変動弁制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば往復動式内燃機関（以下、エンジンという）にそなえられた吸気弁や排気弁（以下、これらを総称して機関弁とも言う）のように、カムによって開閉駆動される往復動バルブがある。このようなバルブはカムの形状や回転位相に応じたバルブリフト状態で駆動される。したがって、このようなバルブの開放や閉鎖のタイミング及び開放期間（バルブを開放している期間をカムシャフトの回転角度の単位で示した量）も、カムの形状や回転位相に応じることになる。
【０００３】
ところで、エンジンにそなえられた吸気弁や排気弁の場合には、エンジンの負荷状態や速度状態に応じて最適な開閉タイミングや開放期間が異なる。そこで、このようなバルブの開閉タイミングや開放期間を変更できるようにした装置が各種提案されている。
例えば高速用のカムプロフィルを有するカムと低速用のカムプロフィルを有するカムとを選択して用いるようにして、高速時と低速時とでそれぞれに適合したバルブ開閉タイミング及び開放期間でバルブを開閉するようにした装置も開発されており実用化されている。
【０００４】
また、カムとカムシャフトとの間に不等速継手を介装して、この不等速継手を通じて、カムをカムシャフトに対して相対回転させながらカムをカムシャフトとは異なる速度で回転させるようにして、バルブ開閉タイミング及び開放期間を調整できるようにした装置も開発されている。
このような不等速継手を用いた可変バルブタイミングカムシャフト機構（又は可変動弁制御機構）としては、例えば特開平７−３４８２６号公報に開示されたような技術も開発されている。この技術は、内燃機関の吸気弁駆動制御装置であり、以下のように構成されている。
【０００５】
基本構成として、駆動軸，カムシャフトをそなえ、カムシャフトは駆動軸の外周に駆動軸と同心（回転中心Ｘ）上に且つ駆動軸と相対回転しうるように設けられている。このカムシャフトにはカムが設けられている。そして、駆動軸とカムシャフトとの間には、カムシャフトを不等速回転させるための不等速継手が設けられている。また、吸気弁，バルブスプリング，バルブリフターをそなえ、吸気弁はバルブスプリングで閉じ側へ付勢され、バルブリフターを介してカムにより押圧されることでバルブスプリングに抗して開放駆動される。
【０００６】
不等速継手は、カムシャフトの端部に形成された第１フランジ部と、駆動軸と一体回転するスリーブと、スリーブの端部に形成された第２フランジ部と、両フランジ部間に介設された環状ディスクとをそなえ、この環状ディスクの回転中心Ｙが駆動軸の回転中心Ｘに対して偏心するようになっている。
【０００７】
環状ディスクの両面には２つのピン（第１のピン，第２のピン）が突設され、それぞれ第１，第２フランジ部に形成された第１，第２係合溝に係合しており、駆動軸の回転は、スリーブの第２フランジ部から第２係合溝，第２ピン，環状ディスク，第１ピン，第１係合溝を経て第１フランジ部からカムシャフトに伝達される。この際、環状ディスクの回転中心Ｙが駆動軸の回転中心Ｘに対して偏心していると、環状ディスクの回転速度が、駆動軸に対して速くなったり遅くなったりする。この際、第１，第２のピンは第１，第２係合溝内を摺動する。
【０００８】
この構成では、環状ディスクの中心が制御ピンを中心に揺動できるようになっている。つまり、環状ディスクの外周には、環状ディスクを回転自在に支持する制御環が設けられており、この制御環は制御ピンを中心に揺動できるようになっていて、制御ピンの反対側にはレバー部が突設され、このレバー部が駆動機構により駆動されて環状ディスクの中心Ｙが位置調整されるようになっている。したがって、この装置では、偏心量を変えることで、駆動軸に対するカムの速度変化の状態が調整されるのである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のような不等速継手を利用した従来の内燃機関の可変動弁機構では、次のような課題がある。すなわち、このような可変動弁機構においては、環状ディスクの偏心量を変更することで、バルブ開閉タイミングを変更するようにしているが、環状ディスクの偏心量を連続的に変更した場合に、エンジンの回転数によってはエンジン性能が極端に低下する場合がある。
【００１０】
これは、エンジンの回転数によって、吸気を効率良く吸入するバルブタイミングが変化するためであり、環状ディスクの偏心量を連続的に変更することで、吸気慣性により吸気の充填効率が向上する慣性過給効果が十分に得られない領域が存在し、環状ディスクが、吸気の体積効率が低くなるような偏心位置（慣性過給効果が十分に得られない領域）に調整されることが考えられるからである。
【００１１】
換言すれば、上述したような可変動弁制御機構では、エンジン回転数と環状ディスクの偏心量とによりエンジンの体積効率が大きく異なるために、エンジンの回転数に対して環状ディスクの偏心量が不適切に調整されると、エンジンの体積効率が減少し、却ってエンジンの出力性能を損なってしまうという課題を有しているのである。
【００１２】
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、エンジンの回転数に対応して、吸気の体積効率が高まるようなタイミングで吸気弁を開閉させるようにした、可変動弁制御装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１記載の本発明の可変動弁制御装置は、吸気弁を駆動するカムのカムシャフトに対する作動タイミングを制御することにより内燃機関の回転数に対応して吸気弁の開弁期間を含む開閉タイミングを連続的に変更可能に構成された可変動弁制御装置において、該内燃機関の特定回転数域では、吸気干渉により十分な吸気慣性が得られない開閉タイミングを除外するように、開閉タイミングを連続的な変更とはせずに、切り換え前の体積効率と切り換え後の体積効率とが一致する回転数で該吸気弁の開閉タイミングを急激に変更するように構成され、該開閉タイミングは、予め定められた回転数範囲内では、同一の開閉タイミングに設定されていることを特徴としている。
【００１４】
また、請求項２記載の本発明の可変動弁制御装置は、上記請求項１記載の構成に加えて、該内燃機関の回転数の上昇にともない該吸気流入期間、すなわち、吸気流入が得られるクランク期間が徐々に長くなるように該吸気弁の開閉タイミングを変更するように構成されていることを特徴としている。
【００１５】
また、請求項３記載の本発明の可変動弁制御装置は、上記請求項１又は２記載の構成に加えて、該可変動弁制御装置は、クランク軸から回転力が伝達される第１回転部材と、該第１回転部材の第１回転中心軸線と異なり、該第１回転中心軸線と平行な第２回転中心軸線を有する軸支部が設けられた軸支部材と、該軸支部に軸支されるとともに、該第１回転部材に連結されて該第１回転部材の回転に伴って該第２回転中心軸線を中心に回転する中間回転部材と、該中間回転部材に連結されるとともに、該第１回転部材と共通の第１回転中心軸線を中心として該中間回転部材の回転にともなって回転する第２回転部材と、該第２回転部材と一体又は別体に設けられ、該第２回転部材の回転位相に対応して内燃機関の燃焼室への吸気流入期間又は該燃焼室からの排気放出期間を設定する弁部材と、該軸支部材と係合して該内燃機関の回転数に応じて該軸支部材を変位させ、少なくとも該吸気流入期間を可変とする制御用回転軸部材とを有する可変動弁機構をそなえていることを特徴としている。
さらに、請求項４記載の本発明の可変動弁制御装置は、上記請求項３記載の構成に加えて、該開閉タイミングは、予め定められた回転数範囲毎にそれぞれ異なるタイミングが設定されていることを特徴としている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面により、本発明の実施形態について説明すると、図１〜図１１は本発明の第１実施形態としての可変動弁制御装置を示す図、図１２〜図１６は本発明の第２実施形態としての可変動弁制御装置を示す図である。
（１）第１実施形態の説明
(1.1) 本装置が適用される可変動弁制御機構の説明
まず、第１実施形態について説明すると、この実施形態にかかる内燃機関は、レシプロ式の内燃機関であり、可変動弁機構は、気筒上方に設置された吸気弁又は排気弁（これらを総称して、以下、バルブという）を駆動するようにそなえられている。
【００１７】
また、本可変動弁制御装置は、吸排気弁の開閉タイミングを変更可能にした可変動弁制御機構に適用されるものであり、ここでは、最初に、本装置の適用される可変動弁制御機構について説明する。
【００１８】
図１は可変動弁機構をそなえたシリンダヘッド１の要部を示す断面図であり、図１に示すように、シリンダヘッド１には、図示しない吸気ポート又は排気ポートを開閉すべくバルブ２が装備されており、このバルブ２のステム端部２Ａには、バルブ２を閉鎖側に付勢するバルブスプリング３が設置されている。さらに、バルブ２のステム端部２Ａには、タペット４が冠装され、このタペット４上のシム５にカム６が当接していて、カム６の凸部６Ａによってバルブスプリング３の付勢力に抗するようにしてバルブ２が開方向へ駆動される。本可変動弁機構は、このカム６を回動させるためにそなえられている。
【００１９】
本可変動弁機構は、図１に示すように、エンジンのクランク軸（図示略）に連動して回転駆動される第１回転部材としてのカムシャフト１１と、このカムシャフト１１の外周に設けられた第２回転部材としてのカムローブ１２とをそなえ、カム６はこのカムローブ１２の外周に突設されている。カムローブ１２の外周はシリンダヘッド１側の軸受部７によって回転自在に軸支されている。そして、カムシャフト１１とカムローブ１２との間に不等速継手１３が設けられている。
【００２０】
この不等速継手１３は、カムシャフト１１の外周に回動可能に支持された軸支部材としてのコントロールディスク（制御部材）１４と、このコントロールディスク１４に一体的に設けられた軸支部としての偏心部１５と、この偏心部１５の外周に設けられた中間回転部材としての係合ディスク１６と、係合ディスク１６に接続された第１スライダ部材１７及び第２スライダ部材１８とをそなえている。
【００２１】
偏心部１５は、図１，図３に示すように、カムシャフト１１の回転中心（回転軸心）Ｏ₁ から偏心した位置に回転中心（回転軸心）Ｏ₂ を有しており、係合ディスク１６はこの偏心部１５の回転中心Ｏ₂ の回りに回転するようになっている。
また、係合ディスク１６の一面には、図１〜図３に示すように、半径方向（ラジアル方向）に、スライダ用溝１６Ａ，１６Ｂが形成されている。ここでは、２つのスライダ用溝１６Ａ，１６Ｂが互いに１８０°だけ回転位相をずらせるように同一直径上に配置されている。そして、カムシャフト１１には第１スライダ部材１７に係合する第１接続部としてのドライブアーム１９が設けられ、また、カムローブ１２には第２スライダ部材１８に係合する第２接続部としてのアーム部２０が設けられている。
【００２２】
このうち、ドライブアーム１９は、カムシャフト１１から半径方向（ラジアル方向）に突出するように設けられ、ロックピン２５によりカムシャフト１１と一体回転するように結合されている。一方、アーム部２０はカムローブ１２の端部を半径方向（ラジアル方向）へ突出させるようにカムローブと一体形成されている。
【００２３】
そして、第１スライダ部材１７及び第２スライダ部材１８は、係合ディスク１６のスライダ用溝１６Ａ，１６Ｂ内を半径方向（ラジアル方向）に摺動自在に装備されたスライダ本体２１，２２と、ドライブアーム１９及びアーム部２０の穴部１９Ａ，２０Ａに一端部を内装され他端部をスライダ本体２１，２２の穴部２１Ａ，２２Ａに内装されたピン部材としてのドライブピン２３，２４とをそなえている。これらのドライブピン２３，２４は、ドライブアーム１９，アーム部２０の穴部１９Ａ，２０Ａと、スライダ本体２１，２２の穴部２１Ａ，２２Ａとのいずれか又は両方に対して、自転しうるように結合されている。
【００２４】
したがって、不等速継手１３では、カムシャフト１１の回転は、ドライブアーム１９から、穴部１９Ａ，ドライブピン２３，穴部２１Ａ，スライダ本体２１，溝１６Ａを経て係合ディスク１６に伝達して、さらに、溝１６Ｂ，スライダ本体２２，穴部２２Ａ，ドライブピン２４，穴部２０Ａを経て、アーム部２０からカムローブ１２へと伝達するようになっている。
【００２５】
なお、スライダ本体２１と溝１６Ａとの間では、スライダ本体２１の外側面２１Ｂ，２１Ｃと溝１６Ａの内壁面２８Ａ，２８Ｂとの間で回転力の伝達が行なわれ、溝１６Ｂとスライダ本体２２との間では、溝１６Ｂの内壁面２８Ｃ，２８Ｄとスライダ本体２２の外側面２２Ｂ，２２Ｃとの間で、回転力の伝達が行なわれる。
【００２６】
このように回転を伝達する際に、係合ディスク１６が偏心していることにより、係合ディスク１６がカムシャフト１１に対して先行したり遅延したりすることを繰り返し、また、カムローブ１２は係合ディスク１６に対して先行したり遅延したりすることを繰り返しながら、カムローブ１２がカムシャフト１１とは不等速で回転するようになっている。
【００２７】
つまり、図５（Ａ）に示すように、カムシャフト１１の回転中心Ｏ₁ と係合ディスク１６の回転中心Ｏ₂ とを結んだ直線（実際上は平面）ＢＬ上の上方にドライブピン２３の軸心線が位置して、直線（平面）ＢＬ上の下方にドライブピン２４の軸心線が位置する状態を基準（カムシャフト角度＝０ｄｅｇ）として、この状態から、カムシャフト１１が図５（Ａ）中に矢印で示すように時計回りに回転した場合を考える。
【００２８】
上述のように、カムシャフト１１の回転は、ドライブアーム１９から、穴部１９Ａ，ドライブピン２３，穴部２１Ａ，スライダ本体２１，溝１６Ａを経て係合ディスク１６に伝達していくので、例えばカムシャフト１１がその回転中心Ｏ₁ の回りに９０ｄｅｇ（＝直角分）だけ回転して、カムシャフト角度が９０°（以下、角度を表す「ｄｅｇ」を「°」を用いて示す）となると、ドライブピン２３は、図５（Ｂ）に示すような位置になる。
【００２９】
係合ディスク１６の回転中心Ｏ₂ はカムシャフト１１がその回転中心Ｏ₁ に対して偏心している（ここでは、図中下方に偏心している）ので、このときのドライブピン２３及びスライダ本体２１の中心はカムシャフト１１の回転中心Ｏ₁ に対しては９０°回転しているが、係合ディスク１６の回転中心Ｏ₂ に対しては９０°よりも角度θ₂ 分だけ少ない回転量θ₁ （＝９０°−θ₂ ）となる。
【００３０】
このとき同時に、係合ディスク１６の回転は、さらに、溝１６Ｂ，スライダ本体２２，穴部２２Ａ，ドライブピン２４，穴部２０Ａを経て、アーム部２０からカムローブ１２へと伝達していく。ドライブピン２４及びスライダ本体２２の係合ディスク１６の回転中心Ｏ₂ に対する回転量はドライブピン２３及びスライダ本体２１の回転中心Ｏ₂ に対する回転量と等しいので、ドライブピン２４及びスライダ本体２２の係合ディスク１６の回転中心Ｏ₂ に対する回転量はθ₁ となる。さらに、このドライブピン２４及びスライダ本体２２のカムローブ１２の回転中心Ｏ₁ に対する回転量θ₃ を考えると、この回転量θ₃ は、次式のように示すことができ、係合ディスク１６の回転中心Ｏ₂ に対する回転量θ₁ よりもさらに小さくなる。
【００３１】
θ₃ ＝９０°−θ₄ ，ただし、θ₄ ≒２θ₂
したがって、カムシャフト１１がその回転中心Ｏ₁ の回りに、カムシャフト角度０°から９０°まで、９０°だけ回転する間に、カムローブ１２は回転中心Ｏ₁ の回りに９０°よりも小さい回転量θ₃ だけ回転することになり、この間は、カムローブ１２はカムシャフト１１よりも低速回転することになる。
【００３２】
そして、さらに、カムシャフト１１が回転中心Ｏ₁ の回りに、カムシャフト角度９０°から１８０°まで、９０°だけ回転すると、ドライブピン２３は、図５（Ｃ）に示すような位置になる。
ドライブピン２３が図５（Ｃ）に示す位置にくると、直線ＢＬ上の上方にドライブピン２４の軸心線が位置し、直線ＢＬ上の下方にドライブピン２３の軸心線が位置するようになり、カムシャフト１１の回転位相とカムローブ１２の回転位相とが一致するようになる。
【００３３】
したがって、この間、即ち図５（Ｂ）に示すカムシャフト角度９０°の状態から図５（Ｃ）に示すカムシャフト角度１８０°に至るまで、カムシャフト１１が９０°だけ回転するのに対して、カムローブ１２は次式で示される回転量θ₅ だけ回転することになり、この間は、カムローブ１２はカムシャフト１１よりも高速回転することになる。
【００３４】
θ₅ ＝１８０°−θ₃ ＝９０°＋θ₄
そして、さらに、カムシャフト１１が回転中心Ｏ₁ の回りに、カムシャフト角度１８０°から２７０°まで、９０°だけ回転すると、ドライブピン２３は、図５（Ｄ）に示すような位置になる。
ドライブピン２３が図５（Ｄ）に示す位置にくると、図５（Ｂ）に示す場合とは反対に、ドライブピン２３及びスライダ本体２１は、カムシャフト１１の回転中心Ｏ₁ に対しては９０°回転しているが係合ディスク１６の回転中心Ｏ₂ に対しては９０°よりも角度θ₂ 分だけ多い回転量θ₆ （＝９０°＋θ₂ ）となり、，ドライブピン２４及びスライダ本体２２の係合ディスク１６の回転中心Ｏ₂ に対する回転量はθ₆ 、さらに、このドライブピン２４及びスライダ本体２２のカムローブ１２の回転中心Ｏ₁ に対する回転量はθ₇ となる。この回転量θ₇ は、次式のように示すことができ、係合ディスク１６の回転中心Ｏ₂ に対する回転量θ₆ よりもさらに大きくなる。
【００３５】
θ₇ ＝９０°＋θ₄ ＝θ₅
したがって、この間、即ち図５（Ｃ）から図５（Ｄ）に至る間に、カムシャフト１１が９０°だけ回転するのに対して、カムローブ１２は次式で示される回転量θ₇ だけ回転することになり、この間は、カムローブ１２はカムシャフト１１よりも高速回転することになる。
【００３６】
そして、さらに、カムシャフト１１が回転中心Ｏ₁ の回りに、カムシャフト角度２７０°から３６０°（＝０°）まで、９０°だけ回転すると、ドライブピン２３は、再び図５（Ａ）に示すような位置になる。
ドライブピン２３が図５（Ａ）に示す位置にくると、直線ＢＬ上の上方にドライブピン２３の軸心線が位置し、直線ＢＬ上の下方にドライブピン２４の軸心線が位置するようになり、カムシャフト１１の回転位相とカムローブ１２の回転位相とが一致するようになる。
【００３７】
したがって、この間、即ち図５（Ｄ）から図５（Ａ）に至る間に、カムシャフト１１が９０°だけ回転するのに対して、カムローブ１２は次式で示される回転量θ₈ （図示略）だけ回転することになり、この間は、カムローブ１２はカムシャフト１１よりも低速回転することになる。
θ₈ ＝１８０°−θ₇ ＝９０°−θ₄ ＝θ₃
【００３８】
また、例えば図５（Ａ）に示す状態におけるカムシャフト１１の回転速度とカムローブ１２の回転速度との関係は、図８に示すように、この時のカムシャフト１１側（ドライブ側）のドライブピン２３とカムシャフト１１の回転中心Ｏ₁ との距離をｒ₁ 、カムローブ１２側（ドリブン側）のドライブピン２４とカムシャフト１１の回転中心Ｏ₁ との距離をｒ₂ として、カムシャフト１１の回転中心Ｏ₁ と係合ディスク１６の回転中心Ｏ₂ との距離をｅ、カムシャフト１１の回転速度（＝ドライブピン２３の角速度）をω₁ とすると、次のようになる。
【００３９】
つまり、
ドライブピン２３の中心Ａ点の接線速度＝ｒ₁ ・ω₁
Ａ点での偏心軸心Ｏ₂ 回りの角速度＝〔ｒ₁ ／（ｒ₁ ＋ｅ）〕・ω₁
ドライブピン２４の中心Ｂ点の接線速度
＝〔ｒ₁ ／（ｒ₁ ＋ｅ）〕・ω₁ ・（ｒ₂ −ｅ）
となって、カムローブ１２の角速度（＝カム６の角速度）ω₂ は以下のようになる。

したがって、ｒ₁ ＝ｒ₂ ＝ｒとすると、カムローブ１２の角速度ω₂ は、
ω₂ ＝〔（ｒ₂ −ｅ）／（ｒ₁ ＋ｅ）〕・ω₁ となり、ｅ＞０〔図５（Ａ）に示す状態〕ならば、ω₂ ＜ω₁ となって、カムローブ１２がカムシャフト１１よりも低速回転することがわかる。
【００４０】
このようにして、カムローブ１２はカムシャフト１１に対して先行したり遅延したりしてカムシャフト１１の回転速度とは不等速で回転するが、このカムローブ１２のカムシャフト１１に対する位相の変化は、例えば図６に示すように正弦波状になる。なお、図６中、横軸は図５の説明と対応するカムシャフト角度であり、縦軸はカムローブ１２のカムシャフト１１に対する位相差であり、カムシャフト１１に対して先行する場合を正方向に設定している。
【００４１】
そして、このようにカムローブ１２がカムシャフト１１に対して先行したり遅延したりする特性を利用して、バルブの開閉タイミングを調整することができる。例えば、バルブ２の閉鎖タイミングの近傍で、カムローブ１２をカムシャフト１１に対して先行させればバルブ２の開放タイミングを速めることができるようになる。
【００４２】
これにより、カムローブ１２をカムシャフト１１に対して遅延させればバルブ２の開放タイミングを遅らせることができる。また、バルブ２の閉鎖タイミングの近傍で、カムローブ１２をカムシャフト１１に対して先行させれば閉鎖タイミングを速めることができ、カムローブ１２をカムシャフト１１に対して遅延させればバルブ２の閉鎖タイミングを遅らせることができる。
【００４３】
このようなカムローブ１２のカムシャフト１１に対する位相のずれ方は、コントロールディスク１４に一体的に設けられた偏心部１５の偏心中心Ｏ₂ の位置を変えることで調整することができる。そこで、本装置には、この偏心部１５の位相調整を行なうために、図１，図４に示すように、コントロールディスク（制御部材）１４を回転させて偏心位置を調整する偏心位置調整機構３０が設けられている。
【００４４】
この偏心位置調整機構３０は、コントロールディスク１４の外周に形成された第１ギヤ３１を通じてコントロールディスク１４を回動するギヤ機構３２と、このギヤ機構３２を駆動する駆動手段としての電動モータ３３とをそなえている。ギヤ機構３２は、カムシャフト１１と平行に設置された制御用回転軸部材としてのギヤ軸３２Ａと、このギヤ軸３２Ａに設置されて第１ギヤ３１と噛合する第２ギヤ（コントロールギヤ）３２Ｂと、モータ３３の回転軸に設けられたギヤ３３Ａと噛合する第３ギヤ３２Ｃとから構成される。なお、モータ３３の回転軸はギヤ軸３２Ａとは捩れの関係にあり、第３ギヤ３２Ｃ，モータ側ギヤ３３Ａは、第３ギヤ３２Ｃをウォームホイールに、モータ側ギヤ３３Ａをウォームギヤとする、ウォームギヤ機構として構成される。
【００４５】
また、モータ３３は、制御手段としての電子制御ユニット（ＥＣＵ）３４により制御されるようになっている。すなわち、ＥＣＵ３４では、ポジションセンサ３５の検出信号に基づいて、コントロールディスク１４の回転位相が所要の状態になるようにモータ３３の作動を制御するようになっている。なお、ここでは、ポジションセンサ３５を設置の容易なギヤ軸３２Ａの端部に設けており、このギヤ軸３２Ａの回転位相の状態からコントロールディスク１４の回転位相を検出するように構成されている。
【００４６】
このように、コントロールディスク１４の回転位相（位置）を変更すると、カムシャフト角度に対するカムローブの位相差の状態が変化する。例えば、図６中の上方に、０°，４５°，９０°，１３５°，１８０°を示しているが、これらは、図５に示すような偏心状態を基準（コントロールディスク１４の回転位相＝０°）とした場合のコントロールディスク１４の位置（回転位相）であり、各角度を記載した位置は、カムシャフト角度１８０°の位置を示している。
【００４７】
即ち、コントロールディスク１４の位置が０°であれば、カムシャフト角度１８０°の横軸目盛は図６に示すようになるが、コントロールディスク１４の位置が４５°になると、カムシャフト角度１８０°の横軸目盛は、この「４５°」を示す位置（図６中の「２２５°」の位置）に変位する。また、コントロールディスク１４の位置が９０°になると、カムシャフト角度１８０°の横軸目盛はこの「９０°」を示す位置（図６中の「２７０°」の位置）に変位する。
【００４８】
さらに、コントロールディスク１４の位置が１３５°になると、カムシャフト角度１８０°の横軸目盛はこの「１３５°」を示す位置（図６中の「３１５°」の位置）に、コントロールディスク１４の位置が１８０°になると、カムシャフト角度１８０°の横軸目盛はこの「１８０°」を示す位置（図６中の「３６０°」の位置）に、それぞれ変位する。
【００４９】
このように、コントロールディスク１４の位置を調整すると、バルブのリフト状態も変化する。つまり、図５（Ａ）に示すようなカムシャフト角度が０°の時にカム６の凸部６Ａの頂部がバルブ２に作用するように設定して、図５（Ａ）〜（Ｄ），図６に示すようにカムローブ１２のカムシャフト１１に対する位相変化の特性を設定した場合には、バルブのリフト状態は図７の曲線Ｌ１のような特性になる。
【００５０】
つまり、コントロールディスク１４の回転位相が０°であって、図５（Ａ）〜（Ｄ）に示すようにカムローブ１２が作動すると、カムシャフト角度が９０°で最も位相の遅れた状態になり、カムシャフト角度が０°から１８０°までは、カムローブ１２がカムシャフト１１に対して位相遅れを生じる。また、カムシャフト角度が２７０°で最も位相の進んだ状態になる。
【００５１】
カムシャフト角度が１８０°から３６０°までは、カムローブ１２がカムシャフト１１に対して位相進みを生じる。すなわち、バルブリフトが最大となるカムシャフト角度０°を中心に、これよりも前（カムシャフト角度が負）ではカムローブ１２の位相が進み、これよりも後（カムシャフト角度が正）ではカムローブ１２の位相が遅れるので、バルブのリフト状態は図７の曲線Ｌ１に示すような特性になる。
【００５２】
そして、コントロールディスク１４の回転位相が４５°に調整されると、カムローブ位相差の特性が変化し、カムシャフト角度が４５°で最も位相の遅れた状態になり、コントロールディスク１４の回転位相が０°の場合に比べて、カムシャフト角度が０°よりも前（カムシャフト角度が負）でのカムローブ１２の位相進みは減少し、これよりも後（カムシャフト角度が正）でのカムローブ１２の位相遅れも減少する。したがって、バルブのリフト状態は図７の曲線Ｌ２に示すような特性になる。
【００５３】
さらに、コントロールディスク１４の回転位相が９０°に調整されると、カムローブ位相差の特性がさらに変化し、カムシャフト角度が０°で最も位相の遅れた状態になり、コントロールディスク１４の回転位相が４５°の場合に比べて、カムシャフト角度が０°よりも前（カムシャフト角度が負）でのカムローブ１２の位相進みは減少し、これよりも後（カムシャフト角度が正）でのカムローブ１２の位相遅れも減少する。したがって、バルブのリフト状態は図７の曲線Ｌ３に示すような特性になる。
【００５４】
同様に、コントロールディスク１４の回転位相が１３５°や１８０°に調整された場合には、バルブのリフト状態は図７の曲線Ｌ４やＬ５に示すような特性になる。
また、バルブリフト特性Ｌ１〜Ｌ５に対応するバルブの加速度特性は、それぞれ図７中に示す曲線Ａ１〜Ａ５のようになる。
【００５５】
特に、本可変動弁機構では、ＥＣＵ３４に、エンジン回転数センサ（図示略）からの検出情報（エンジン回転数情報）やエアフローセンサ（図示略）からの検出情報（ＡＦＳ情報）等が入力されるようになっており、偏心位置調整機構３０におけるモータ３３の制御は、これらの情報に基づいて、エンジンの回転速度や負荷状態に応じて行なうようになっている。
【００５６】
(1.2) 本装置の要部の説明
さて、次に本装置の要部について説明すると、上述のコントロールディスク１４のうち、エンジンの吸気側に設けられたコントロールディスク１４の回転位相（位置）は、図９（ａ）に示すように、エンジンの回転数に応じてステップ状に変更されるようになっている。
【００５７】
これは、上述したような可変動弁制御機構では、エンジン回転数とコントロールディスク１４の位相（即ち吸気弁の開閉タイミング）とによりエンジンに吸入される吸気の体積効率η_v が大きく異なるからであり、エンジンの回転数に対してコントロールディスク１４の位相角が不適切に調整されると、体積効率η_v が低下し、却ってエンジンの出力性能を損なってしまうことが考えられるからである。
【００５８】
例えば図１０はエンジン回転数Ｎｅに応じた吸気効率η_V の特性をコントロールディスク１４の位相角ψ_i 毎に算出して示したものである。なお、これらの位相角ψ₁ 〜ψ₉ は、ψ₇ ，ψ₈ を除いて次式（１）で示すように等差関係にあり、また、各位相角ψ₁ 〜ψ₉ は番号順に大きな値になっており、次式（２）で示すような大小関係になっている。
【００５９】
ψ₂ ＝ψ₁ ＋３α，ψ₃ ＝ψ₂ ＋３α，
ψ₄ ＝ψ₃ ＋３α，ψ₅ ＝ψ₄ ＋３α，
ψ₆ ＝ψ₅ ＋３α，ψ₉ ＝ψ₆ ＋３α，
ψ₇ ＝ψ₆ ＋α， ψ₈ ＝ψ₇ ＋α ・・・・・・（１）
ψ₁ ＜ψ₂ ＜ψ₃ ＜ψ₄ ＜ψ₅ ＜ψ₆ ＜ψ₇ ＜ψ₈ ＜ψ₉ ・・・（２）
図１０に示すように、エンジン回転数Ｎｅの小さな低速域では、コントロールディスク１４の位相角ψ_i が小さくバルブの開放期間が短いほど吸気効率η_V が高くなり、エンジン回転数Ｎｅの大きな高速域では、コントロールディスク１４の位相角ψ_i が大きくバルブの開放期間が長いほど吸気効率η_V が高くなることがわかる。
【００６０】
このような特性は極めて一般的なものであるが、この特性に基づけば、エンジン回転数Ｎｅの小さな低速域ではコントロールディスク１４の位相角ψ_i を小さくして、エンジン回転数Ｎｅの増加に応じてコントロールディスク１４の位相角ψ_i を増大させていけばよいことになる。
しかしながら、位相角がψ₅ 〜ψ₉ へ増加する過程の位相角ψ₆ ，ψ₇ ，ψ₈ では、エンジン回転数Ｎｅの中速域を中心として吸気効率η_V が大幅に低下している。これは吸気脈動を利用した慣性過給等により発生する疎密波が影響しているものと考えられるが、このような位相角領域ψ₆ 〜ψ₈ を使用すると吸気効率η_V が低いためエンジンの出力性能を悪化させてしまうことになる。
【００６１】
そこで、エンジン回転数Ｎｅの増加に応じてコントロールディスク１４の位相角ψ_i を増大させながらも、途中で吸気効率η_V の極めて低下する位相角領域があればこれを回避するようにコントロールディスク１４の位相角ψ_i を制御すればよい。
また、この例では、コントロールディスク１４の位相角ψ_i を９段階にステップ状に調整することを前提としているが、９段階に限らず位相角ψ_i をステップ状に調整することで制御を単純化できる。
【００６２】
すなわち、コントロールディスク１４の位相角を例えばψ₁ 〜ψ₉ の９段階に分割するなどして、図１０に示すように、予め各位相毎に体積効率η_v とエンジン回転数との関係を調べておき、体積効率η_v が一番高くなる位相角を回転数範囲毎に設定しておくようにするのである。ここでは、図９（ａ），（ｂ）に示すように、常に良好な体積効率η_v が得られるようにコントロールディスク１４の位相角をエンジン回転数範囲毎にステップ状に切り換えるようにしている。なお、図９（ｂ）に示すように、エンジン回転数範囲毎にコントロールディスク１４の位相をステップ状に切り換えるのは、体積効率η_v の劣る位相角をなるべく用いないようにするためである。特に、ここでは、体積効率η_v の極めて低下する位相角ψ₅ 〜ψ₈ は使用せず、上述した９つの位相角ψ₁ 〜ψ₉ のうち体積効率η_v の高いψ₁ 〜ψ₄ ，ψ₉ の５段階の位相角のみを用いるように設定している。
【００６３】
このように、本装置では、エンジンのアイドリングから回転数Ｎ₁ の間では、コントロールディスク１４の位相は、ψ₁ に設定されるようになっており、エンジンが回転数Ｎ₁ を越えるとコントロールディスク１４の位相をψ₂ （＞ψ₁ ）にステップ状に変更させるようになっているのである。そして、エンジン回転数がＮ₁ 以上Ｎ₂ 未満では、コントロールディスク１４の位相はψ₂ に保たれ、エンジン回転数がＮ₂ 以上になるとコントロールディスク１４の位相角がψ₃ （＞ψ₂ ）にステップ状に変更されるようになっている。そして、エンジン回転数がＮ₂ 以上であってＮ₃ 未満の回転数範囲では位相はψ₃ に保持されるようになっている。
【００６４】
同様に、エンジン回転数がＮ₃ 以上になるとコントロールディスク１４の位相はψ₄ （＞ψ₃ ）にステップ状に変更され、エンジン回転数がＮ₃ 以上でＮ₄ 未満の回転数範囲では位相はψ₄ に保持されるようになっており、エンジン回転数がＮ₄ 以上になるとコントロールディスク１４の位相はψ₉ （＞ψ₄ ）にステップ状に変更されるのである。
【００６５】
なお、上述ではエンジン回転数の上昇時におけるコントロールディスク１４の位相角の変化について説明したが、エンジン回転数の下降時についても、コントロールディスク１４の位相角はステップ状に変更されるようになっている。
さて、本装置では、基本的には上述のようにコントロールディスク１４の位相角を調整してバルブタイミングの制御を行なうようになっているが、エンジンの回転が急激に上昇した場合、例えばエンジンの空吹かしや全開発進等により、エンジン回転数が僅かな時間で燃料カットを行なうような回転数に達した場合は、コントロールディスク１４の位相角制御を行なわないようになっている。
【００６６】
これは、このような急激なエンジン回転数の変化に対してバルブタイミング制御が追いつかないことが考えられるためである。特に本装置では、コントロールディスク１４の位相角をステップ状に急激に変化させるため、エンジン回転数の変化が大きすぎるとコントロールディスク１４の位相角調整が難しくなる。そこで、可変動弁制御機構の保護を図るためにも、エンジン回転数が急激に変化した場合には制御を行なわないようになっているのである。
【００６７】
このため、本装置では、エンジンの回転加速度をモニタしており、エンジン回転数の変化に対応しうる範囲で制御を行なうようになっている。また、エンジンの回転加速度の検出は、例えばクランク角センサからの信号に基づいて行なわれるようになっている。
なお、エンジンの回転が急激に下降した場合、例えばアクセルの全閉操作等により急激にエンジン回転が落ちた場合等についても、上述と同様に、エンジン回転数の変化に対応しうる範囲で制御を行ない、この範囲を越えてエンジン回転が急激に変化した場合は、制御を行なわないようになっている。
【００６８】
本発明の第１実施形態としての可変動弁制御装置は、上述のように構成されているので、偏心位置調整機構３０を通じて、コントロールディスク１４の回転位相を調整しながら、バルブの開度特性が制御される。
つまり、ＥＣＵ３４では、エンジン回転数情報やＡＦＳ情報等に基づいて、エンジンの回転速度や負荷状態に応じたコントロールディスク１４の回転位相を設定して、ポジションセンサ３５の検出信号に基づいて、コントロールディスク１４の実際の回転位相が設定された状態になるように、モータ３３の作動制御を通じてコントロールディスク１４を駆動する。
【００６９】
例えば、コントロールディスク１４の回転位相が図５（Ａ）〜（Ｄ）に示す状態（即ち、0 °）であれば、カムシャフト１１が一回転する際に、カム６をそなえたカムローブ１２は、カムシャフト角度が０°〜９０°の間では、図５（Ａ），（Ｂ）及び図６に示すように、カムシャフト１１に対して位相遅れを生じるようになる。
【００７０】
そして、カムシャフト角度が９０°〜１８０°の間では、図５（Ｂ），（Ｃ）及び図６に示すように、カムシャフト１１に対して位相進みを生じ、カムシャフト角度が１８０°〜２７０°の間でも、図５（Ｃ），（Ｄ）及び図６に示すように、カムシャフト１１に対して位相進みを生じるようになる。また、カムシャフト角度が２７０°〜３６０°の間では、図５（Ｄ），（Ａ）及び図６に示すように、カムシャフト１１に対して位相遅れを生じる。
【００７１】
これにより、バルブのリフト特性は、図７の曲線Ｌ１に示すように、開放タイミングは遅く且つ閉鎖タイミングは速く、バルブ開放時間の短いものになる。
そして、コントロールディスク１４の回転位相を例えば０°から次第に進めていくことで、図７の曲線Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５のように、バルブの開放タイミングは次第に速まり又閉鎖タイミングは次第に遅くなって、バルブ開放時間が次第に長くなる。
【００７２】
ところで、このようなコントロールディスク１４のうち、エンジンの吸気側に設けられたコントロールディスク１４の回転位相は、図９（ａ）に示すように、エンジンの回転数範囲に応じてステップ状に変更され、これにより吸気弁の開閉タイミングが急激に変化する。そして、このように、エンジンの回転数範囲毎に最適な位相角にコントロールディスク１４を制御することで、エンジンの回転数全域において体積効率η_v を高めることができ、高出力を得ることができるようになる。
【００７３】
ここで、この位相角の変更は、例えば図１１に示すフローチャートにしたがって実行される。すなわち、まずステップＳ１で、現在の位相角ψ_i 及びエンジン回転数Ｎｅを求め、ステップＳ２では、エンジン回転数Ｎｅが、現在の位相角ψ_i に対応する回転数範囲内にあるかどうかを判定する。すなわち、位相角ψ_i のときの対応するエンジン回転数範囲を規定するエンジン最大回転数をＮei_(max) ，最小回転数をＮei_(min) とすると、Ｎei_(min) ≦Ｎｅ＜Ｎei_(max) を満たしているかどうかを判定するのである。
【００７４】
そして、ＹＥＳの場合、つまりエンジン回転数Ｎｅが最小回転数Ｎei_(min) 以上で最大回転数Ｎei_(max) 未満であればそのままリターンする。
また、ステップＳ２において、ＮＯの場合は次にステップＳ３に進み、現在の回転数Ｎｅが最大回転数Ｎei_(max) 以上かどうかを判定する。そして、最大回転数Ｎei_(max) 以上であれば、ステップＳ４に進んでｉをｉ＋１としてコントロールディスク１４の位相角をψ_i+1 に変更して、その後リターンする。また、現在の回転数Ｎｅが最大回転数Ｎei_(max) 以上でなければ、必然的に最小回転数Ｎei_(min) 未満であることになる。この場合ステップＳ５に進んで、コントロールディスク１４の位相角をψ_i-1 に変更した後、リターンする。
【００７５】
このような制御により、具体的には、図９（ａ），（ｂ）に示すように、エンジンのアイドリングから回転数Ｎ₁ の間では、コントロールディスク１４の回転位相は、ψ₁ に設定される。
また、エンジンが回転数Ｎ₁ を越えると位相がψ₂ にステップ状に変更され、エンジン回転数がＮ₁ 以上Ｎ₂ 未満では、位相角はψ₂ に保持される。また、エンジン回転数がＮ₂ 以上になるとコントロールディスク１４の位相がψ₃ にステップ状に変更され、エンジン回転数がＮ₂ 以上であってＮ₃ 未満の回転数範囲では位相はψ₃ に保持されるのである。
【００７６】
同様に、エンジン回転数がＮ₃ 以上になるとコントロールディスク１４の位相はψ₄ にステップ状に変更され、エンジン回転数がＮ₃ 以上でＮ₄ 未満の回転数範囲では位相はψ₄ に保持される。また、エンジン回転数がＮ₄ 以上になるとコントロールディスク１４の位相はψ₅ にステップ状に変更されるのである。
【００７７】
このようにして、本発明の可変動弁制御装置では、エンジンの運転状態に応じてコントロールディスク１４の回転位相（位置）を制御しながら、エンジンの運転状態に適したバルブ駆動を行なえるようになる。特に、エンジンの回転数の上昇に応じて、コントロールディスク１４の位相角を大きくしていくことで、吸気弁の開閉タイミングが吸気流入期間を徐々に長くなるように変更される。したがって吸気慣性を十分に得ることができ、吸気の体積効率η_v を向上させることができるのである。
【００７８】
また、エンジンの回転数範囲に応じてバルブのリフト特性をステップ状に調整することで、体積効率の劣る位相角を用いることがなくなり、常に体積効率η_v を高めることができるようになるのである。また、これによりエンジン回転数全域で高出力を得ることができるようになるのである。
【００７９】
さらに、本可変動弁機構では、不等速継手１３における偏心状態を調整する部材、即ち、偏心部１５が、不等速継手１３の内側に設けられているので、不等速継手全体の外径を縮小できて、システム全体を小型化しうる利点がある。
つまり、不等速継手１３におけるトルク伝達部材、即ち、ドライブピン２３，２４を回転中心に近づけるのには限度があり、偏心状態を調整する部材（偏心部）１５を不等速継手１３の外側に設けるとこの分だけどうしても不等速継手１３の外径が拡大してしまう。これに対して、本機構では、偏心部１５がドライブピン２３，２４よりも内側に設けられているので、不等速継手全体の外径を縮小でき、システム全体を小型化しうるのである。
【００８０】
また、本機構では、カムシャフト１１の外側にカムローブ１２をそなえた２重軸構造であり、これらのカムシャフト１１とカムローブ１２とが軸方向へ長くそして大きな面積に亘って摺接している構造ではあるが、カムシャフト１１とカムローブ１２との相対回転は、図６に示すように、カムローブ１２のカムシャフト１１に対する位相変化分だけであって、カムシャフト１１やカムローブ１２の回転速度に比べて極めて僅かなものである。
【００８１】
したがって、これらのカムシャフト１１とカムローブ１２との摺接部の磨耗は極めて僅かなものになる。
また、偏心部１５の偏心位置の調整は、電動モータ３３から、モータ側ギヤ３３Ａ，第３ギヤ３２Ｃ，ギヤ軸３２Ａ，第２ギヤ３２Ｂを通じて、第１ギヤ３１からコントロールディスク１４の偏心部１５へと伝達され、第３ギヤ３２Ｃと第２ギヤ３２Ｂとの間の距離やギヤ軸３２Ａの剛性の設定等に比較的自由度があるので、偏心位置の調整に際して、シャフト類の捩れ等の影響を防止し易く、バルブ駆動を適切なタイミングで行なえるようになる。
【００８２】
また、本可変動弁機構では、不等速継手１３を各気筒毎に設置することができるので、エンジンの形状や形式に限定されることなく、４気筒エンジン等の各種の直列多気筒エンジンをはじめとして、あらゆるタイプのエンジンに対して、本機構を適用することができる。
なお、本実施形態では、第１スライダ部材１７について、ドライブピン２３をカムシャフト１１側に設けスライダ本体２１を係合ディスク１６側に設けているが、これとは逆に、ドライブピン２３を係合ディスク１６側に設けスライダ本体２１をカムシャフト１１側に設けるようにしてもよい。第２スライダ部材１８についても、ドライブピン２４を係合ディスク１６側に設けスライダ本体２２をカムローブ１２側に設けるようにしてもよい。
【００８３】
また、この実施形態では、コントロールディスク１４の位相をψ₁ 〜ψ₉ の９段階に分割して、エンジン回転数範囲毎に体積効率η_v の最も高くなる位相に切り換えるようにしているいるが、コントロールディスク１４の位相を更に細かく設定して、位相を切り換えるようにしてもよい。
【００８４】
（２）第２実施形態の説明
(2.1) 本装置が適用される可変動弁制御機構の説明
次に、第２実施形態について説明すると、この実施形態の可変動弁機構は、第１実施形態のものと、不等速継手１３の一部の構成、即ち、第１スライダ部材１７及びこの第１スライダ部材１７とカムシャフト１１との接続部分が異なっている。
【００８５】
つまり、図１２〜図１５に示すように、第１スライダ部材１７は、カムシャフト１１に突設された第１接続部としての突設ピン部材２６と、この突設ピン部材２６に対して摺動しうるように係合ディスク１６に装備されたコマ部材２７とをそなえて構成される。
【００８６】
突設ピン部材２６は、第１実施形態のドライブアーム１９に対応するものであり、カムシャフト１１にラジアル方向へ向けて突設されている。コマ部材２７には、円柱状の突設ピン部材２６を滑らかに摺動させうる円形断面を有する円形穴部２７Ａが形成されており、コマ部材２７は、この突設ピン部材２６の外周面に円形穴部２７Ａの内周面を摺動させながら、突設ピン部材２６に沿ってラジアル方向へスライドできるようになっている。
【００８７】
また、コマ部材２７は、図１６に示すように、外周に円筒外周面２７Ｂをそなえている。また、係合ディスク１６には、図１５に示すように、この円筒外周面２７Ｂと対応するように円筒内周面１６Ｃを有する穴部１６Ｄが形成され、この穴部１６Ｄ内にコマ部材２７が装着されている。円筒外周面２７Ｂ，円筒内周面１６Ｃは、カムシャフト１１やカムローブ１２の回転軸心Ｏ₂ と平行な軸心線Ｏ₂ を有しており、カムシャフト１１とカムローブ１２との相対回転時（カムシャフト１１と係合ディスク１６との相対回転時）には、円筒外周面２７Ｂと円筒内周面１６Ｃとが摺動しながら、コマ部材２７が係合ディスク１６内でこの軸心線Ｏ₃ 回りに自転しうるようになっている。
【００８８】
また、カムシャフト１１とカムローブ１２との相対回転時（カムシャフト１１と係合ディスク１６との相対回転時）には、係合ディスク１６の偏心に基づいて、コマ部材２７はカムシャフト１１側の突設ピン部材２６に対してラジアル方向へ摺動するようになっている。
一方、第２スライダ部材１８は、第１実施形態とは逆に構成されている。つまり、カムローブ１２側のアーム部２０において、第１スライダ部材１７のコマ部材２７と位相をずらせるようにして（ここでは１８０°位相がずらされている）、スライダ用溝２０Ｂが形成されている。
【００８９】
また、係合ディスク１６側の対応箇所には穴部１６Ｅが形成されている。そして、第２スライダ部材１８は、スライダ用溝２０Ｂ内を半径方向（ラジアル方向）に摺動自在のスライダ本体２２と、係合ディスク１６側の穴部１６Ｅに一端部を内装され他端部をスライダ本体２２の穴部２２Ａに内装されたピン部材としてのドライブピン２４とをそなえて構成されている。
【００９０】
したがって、係合ディスク１６が回転すると、ドライブピン２４及びスライダ本体２２が係合ディスク１６と一体に回転して、この回転力がスライダ本体２２からスライダ用溝２０Ｂを通じてアーム部２０からカムローブ１２側へ伝わるようになっている。また、カムシャフト１１とカムローブ１２との相対回転時（係合ディスク１６とカムローブ１２との相対回転時）には、スライダ本体２２がスライダ用溝２０Ｂ内で半径方向へ摺動しながら回転力を伝達する。
【００９１】
また、第２実施形態では、図１２，図１３に示すように、バルブ２のステム端部２Ａに、ロッカアーム８が装備され、カム６はこのロッカアーム８を揺動させながら、バルブ２を駆動するようになっている。なお、３Ａはバルブスプリング３を保持するスプリングリテーナである。
また、電動モータ３３は、カムシャフト１１と平行に設置されたギヤ軸３２Ａに直結されており、電動モータ３３が回動すると、ギヤ機構３２、即ちギヤ軸３２Ａ側の第２ギヤ（コントロールギヤ）３２Ｂ及びコントロールディスク１４側の第１ギヤ３１を通じて、コントロールディスク１４の位相調整が行なわれるようになっている。また、モータ３３にはポジションセンサ３５が付設され、コントロールディスク１４の回転位相を検出しうるようになっている。
【００９２】
さらに、４０はカムシャフト１１に結合されたプーリ，４１はプーリベルトであり、クランクシャフトの回動がプーリベルト４１からプーリ４０を通じてカムシャフト１１に伝達されるようになっている。
(2.2) 本装置の要部の説明
さて、次に本装置の要部について説明すると、この第２実施形態においても、上述の第１実施形態と同様に、エンジンの吸気側に設けられたコントロールディスク１４の回転位相（位置）は、図９（ａ）に示すように、エンジンの回転数に応じてステップ状に変更されるようになっている。このコントロールディスク１４の回転位相の制御は第１実施形態と同様のものであるが、ここでは、あえて繰り返し説明する。
【００９３】
すなわち、上述したような可変動弁制御機構では、エンジン回転数とコントロールディスク１４の位相（即ち吸気弁の開閉タイミング）とによりエンジンに吸入される吸気の体積効率η_v が大きく異なり、エンジンの回転数に対してコントロールディスク１４の位相角が不適切に調整されると、体積効率η_v が低下し、却ってエンジンの出力性能を損なってしまうことが考えられる。
【００９４】
例えば図１０はエンジン回転数Ｎｅに応じた吸気効率η_V の特性をコントロールディスク１４の位相角ψ_i 毎に算出して示したものである。これらの位相角ψ₁ 〜ψ₉ は、ψ₇ ，ψ₈ を除いて第１実施形態で式（１），式（２）を用いて説明したように等差関係にあり、また、各位相角ψ₁ 〜ψ₉ は番号順に大きな値になっている。
【００９５】
図１０に示すように、エンジン回転数Ｎｅの小さな低速域では、コントロールディスク１４の位相角ψ_i が小さくバルブの開放期間が短いほど吸気効率η_V が高くなり、エンジン回転数Ｎｅの大きな高速域では、コントロールディスク１４の位相角ψ_i が大きくバルブの開放期間が長いほど吸気効率η_V が高くなる。
このような特性は極めて一般的なものであるが、この特性に基づけば、エンジン回転数Ｎｅの小さな低速域ではコントロールディスク１４の位相角ψ_i を小さくして、エンジン回転数Ｎｅの増加に応じてコントロールディスク１４の位相角ψ_i を増大させていけばよいことになる。
【００９６】
しかしながら、位相角がψ₅ 〜ψ₉ へ増加する過程の位相角ψ₆ ，ψ₇ ，ψ₈ では、エンジン回転数Ｎｅの中速域を中心として吸気効率η_V が大幅に低下している。これは吸気脈動を利用した慣性過給等により発生する疎密波が影響しているものと考えられるが、このような位相角領域ψ₆ 〜ψ₈ を使用すると吸気効率η_V が低いためエンジンの出力性能を悪化させてしまうことになる。
【００９７】
そこで、エンジン回転数Ｎｅの増加に応じてコントロールディスク１４の位相角ψ_i を増大させながらも、途中で吸気効率η_V の極めて低下する位相角領域があればこれを回避するようにコントロールディスク１４の位相角ψ_i を制御すればよい。
また、この例では、コントロールディスク１４の位相角ψ_i を９段階にステップ状に調整することを前提としているが、９段階に限らず位相角ψ_i をステップ状に調整することで制御を単純化できる。
【００９８】
すなわち、コントロールディスク１４の位相角を例えばψ₁ 〜ψ₉ の９段階に分割するなどして、図１０に示すように、予め各位相毎に体積効率η_v とエンジン回転数との関係を調べておき、体積効率η_v が一番高くなる位相角を回転数範囲毎に設定しておくようにするのである。ここでは、図９（ａ），（ｂ）に示すように、常に良好な体積効率η_v が得られるようにコントロールディスク１４の位相角をエンジン回転数範囲毎にステップ状に切り換えるようにしている。なお、図９（ｂ）に示すように、エンジン回転数範囲毎にコントロールディスク１４の位相をステップ状に切り換えるのは、体積効率η_v の劣る位相角をなるべく用いないようにするためである。特に、ここでは、体積効率η_v の極めて低下する位相角ψ₅ 〜ψ₈ は使用せず、上述した９つの位相角ψ₁ 〜ψ₉ のうち体積効率η_v の高いψ₁ 〜ψ₄ ，ψ₉ の５段階の位相角のみを用いるように設定している。
【００９９】
このように、本装置では、エンジンのアイドリングから回転数Ｎ₁ の間では、コントロールディスク１４の位相は、ψ₁ に設定されるようになっており、エンジンが回転数Ｎ₁ を越えるとコントロールディスク１４の位相をψ₂ にステップ状に変更させるようになっているのである。そして、エンジン回転数がＮ₁ 以上Ｎ₂ 未満では、コントロールディスク１４の位相はψ₂ に保たれ、エンジン回転数がＮ₂ 以上になるとコントロールディスク１４の位相はψ₃ にステップ状に変更されるようになっている。そして、エンジン回転数がＮ₂ 以上であってＮ₃ 未満の回転数範囲では位相はψ₃ に保持されるのである。
【０１００】
同様に、エンジン回転数がＮ₃ 以上になるとコントロールディスク１４の位相はψ₄ にステップ状に変更され、エンジン回転数がＮ₃ 以上でＮ₄ 未満の回転数範囲では位相はψ₄ に保持されるようになっており、エンジン回転数がＮ₄ 以上になるとコントロールディスク１４の位相はψ₉ にステップ状に変更されるのである。
【０１０１】
なお、上述ではエンジン回転数の上昇時におけるコントロールディスク１４の位相角の変化について説明したが、エンジン回転数の下降時についてもやはりコントロールディスク１４の位相はステップ状に変更されるようになっている。
また、この第２実施形態についても、上述の第１実施形態と同様に、コントロールディスク１４の位相をψ₁ 〜ψ₉ の９段階に分割して、エンジン回転数範囲毎に体積効率η_v の最も高くなる位相に切り換えるようにしているいるが、コントロールディスク１４の位相を更に細かく設定して、位相を切り換えるようにしてもよい。
【０１０２】
また、本実施形態においても、上述の第２実施形態と同様に、エンジンの回転が急激に上昇した場合は、コントロールディスク１４の位相角制御を行なわないようになっている。また、エンジンの回転が急激に下降した場合についても、上述と同様に、エンジン回転数の変化に対応しうる範囲で制御を行ない、この範囲を越えてエンジン回転が急激に変化した場合は、制御を行なわないようになっている。
【０１０３】
この他の構成は、第１実施形態とほぼ同様であるので説明を省略するが、本実施形態でも、カムローブ１２のカムシャフト１１に対する位相差特性は、例えば図６に示すようなものにでき、また、バルブリフト特性は、例えば図７に示すようになる。
【０１０４】
本発明の第２実施形態の可変動弁制御装置は、上述のように構成されるので、例えば図１６に示すように、カムローブ１２がカムシャフト１１に対して相対回転を行ないながら、カム６の駆動が行なわれる。なお、図１６は第１実施形態の図５と対応する。
つまり、図１６（Ａ）に示すように、カムシャフト角度が０°、即ち、回転中心Ｏ₁ と回転中心Ｏ₂ とを結んだ直線（実際上は平面）ＢＬ上の上方にドライブピン２３の軸心線が位置し、直線（平面）ＢＬ上の下方にドライブピン２４の軸心線が位置する基準状態から、カムシャフト１１が、矢印で示すように時計回りに回転してカムシャフト角度が９０°になると、係合ディスク１６やカムローブ１２は、図１６（Ｂ）に示すように変位する。
【０１０５】
すなわち、第５図（Ｂ）の場合と同様に、係合ディスク１６の偏心により、係合ディスク１６の回転量θ₁ は、カムシャフト１１の回転量（＝９０°）よりも小さくなり、カムローブ１２の回転量θ₃ は、この係合ディスク１６の回転量θ₁ よりもさら小さくなる。したがって、カムシャフトが角度０°から９０°まで９０°だけ回転する間には、カムローブ１２はカムシャフト１１よりも低速回転する。
【０１０６】
次に、カムシャフト１１が角度９０°から１８０°まで９０°だけ回転すると、ドライブピン２３は、図１６（Ｃ）に示すような位置になり、図５（Ｃ）の場合と同様に、カムシャフト１１が９０°だけ回転するのに対して、カムローブ１２は次式で示される回転量θ₅ だけ回転することになり、この間は、カムローブ１２はカムシャフト１１よりも高速回転する。
【０１０７】
そして、さらに、カムシャフト１１が角度１８０°から２７０°まで９０°だけ回転すると、ドライブピン２３は、図１６（Ｄ）に示すような位置になり、図５（Ｄ）の場合と同様に、係合ディスク１６はカムシャフト１１の回転量（＝９０°）よりも角度θ₂ 分だけ多い回転量θ₆ となり、さらに、カムローブ１２の回転量θ₇ はこの係合ディスク１６の回転量θ₆ よりもさらに大きくなる。したがって、カムシャフト１１が角度１８０°から２７０°まで９０°だけ回転する間には、カムローブ１２はカムシャフト１１よりも高速回転する。
【０１０８】
そして、さらに、カムシャフト１１が角度２７０°から３６０°（＝０°）まで、９０°だけ回転すると、ドライブピン２３は、再び図１６（Ａ）に示すような位置になり、図５（Ａ）に示す場合と同様に、カムシャフト１１が９０°だけ回転するのに対して、カムローブ１２は回転量θ₈ （＝９０°−θ₄ ）だけ回転することになり、この間は、カムローブ１２はカムシャフト１１よりも低速回転する。
【０１０９】
このようにして、カムローブ１２はカムシャフト１１に対して先行したり遅延したりしてカムシャフト１１の回転速度とは不等速で回転しうるので、偏心位置調整機構３０を通じてコントロールディスク（制御部材）１４を回転させ係合ディスク１６の偏心位置（偏心中心の位相）を適宜調整しながら、カムシャフト１１を回動させることで、第１実施形態と同様な作用および効果を得ることができる。
【０１１０】
すなわち、第１実施形態と同様に、上述したコントロールディスク１４のうち、エンジンの吸気側に設けられたコントロールディスク１４の回転位相は、図９（ａ）に示すように、エンジンの回転数範囲に応じてステップ状に変更される。そして、これにより吸気弁の開閉タイミングが急激に変化する。
そして、このように、エンジンの回転数範囲毎に最適な位相角にコントロールディスク１４を制御することで、エンジンの回転数全域において体積効率η_v を高めることができ、高出力を得ることができるようになる。
【０１１１】
なお、この位相角の変更は、第１実施形態のものと同様に例えば図１１に示すフローチャートにしたがって実行される。
さらに本第２実施形態では、第１実施形態の作用及び効果に加えて、以下のような効果もある。
【０１１２】
つまり、第１実施形態のように、係合ディスク１６のスライダ用溝１６Ａ，１６Ｂ内をスライダ本体２１，２２がラジアル方向へスライドする構造では、スライダ用溝１６Ａ，１６Ｂの各両内壁面２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃ，２８Ｄを加工性を考慮して平面で構成するのが一般的であり、スライダ本体２１，２２の各両外側面２１Ｂ，２１Ｃ，２２Ｂ，２２Ｃについても、加工性やトルク伝達性を考慮して内壁面２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃ，２８Ｄと面当たりするような平面で構成するのが一般的である。
【０１１３】
ところが、溝１６Ａ，１６Ｂやスライダ本体２１，２２の精密な加工が困難であるため、溝１６Ａ，１６Ｂの幅（即ち、内壁面２８Ａと２８Ｂとの間、又は、内壁面２８Ｃと２８Ｄとの間の距離）を、スライダ本体２１，２２の幅（即ち、外側面２１Ａと２１Ｂとの間、又は、外側面２２Ａと２２Ｂとの間の距離）よりもやや大きくなるようにクリアランスを設けるようにして、加工精度の不足を補っている。
【０１１４】
しかしながら、このように、溝１６Ａ，１６Ｂとスライダ本体２１，２２との間にクリアランスを設けると、カム６を駆動する際に、正負のトルク変動によってクリアランス方向が変わるため、打音が発生する不具合が生じやすい。
これに対して、本実施形態では、打音の発生がより課題となりやすいカムシャフト１１側（入力側）の第１スライダ部材１７において、カムシャフト１１から突設した突設ピン部材２６に対して、係合ディスク１６側のコマ部材２７をラジアル方向へ摺動させながらスライドさせる構造になっている。即ち、円柱状の軸（突設ピン部材２６）を軸穴（円形断面の円形穴部２７Ａ）内に挿入させて、軸方向へ相対動させるようになっている。
【０１１５】
このように、円柱状の軸（突設ピン部材２６）や軸穴（円形断面の穴）の加工は容易であるため、これらの寸法管理も容易となり、これらの部材２６，２７Ａとの間で打音が発生しない程度に、両部材（即ち、突設ピン部材２６と円形穴部２７Ａ）のクリアランスを縮小させることができる。したがって、打音が発生する不具合を回避することができるのである。
【０１１６】
また、コマ部材２７はスライダ本体に相当するが、コマ部材２７は係合ディスク１６に対してラジアル方向へのスライドは行なわないで回転（自転）のみを行なう。そして、この回転に伴うコマ部材２７と係合ディスク１６との間の摺接は、コマ部材２７に形成された円筒外周面２７Ｂと係合ディスク１６に形成された円筒内周面１６Ｃとの間で行なわれるので、極めて滑らかな相対回転が実現し、また、円筒外周面２７Ｂや円筒内周面１６Ｃは加工も比較的容易であり、この間での寸法管理も容易となり、これらの部材１６，２７との間での打音の発生も勿論防止することができる。
【０１１７】
さらに、この第２実施形態では、第１実施形態のドライブアーム１９とロックピン２５とを兼用するように突設ピン部材２６が設けられ、スライダ本体２１とドライブピン２３とを兼用するようにコマ部材２７が設けられるので、部品点数を削減しうる利点もある。
また、突設ピン部材２６をカムシャフト１１側に設けコマ部材２７を係合ディスク１６側に設けているが、これとは逆に、突設ピン部材２６を係合ディスク１６側に設けコマ部材２７をカムシャフト１１側に設けることも考えられる。
【０１１８】
さらに、この実施形態では、第１スライダ部材１７のみを、突設ピン部材２６とコマ部材２７とから構成しているが、第２スライダ部材１８についても同様に構成してもよい。
この場合も、突設ピン部材２６をカムローブ１２側に設けコマ部材２７を係合ディスク１６側に設ける構成の他、突設ピン部材２６を係合ディスク１６側に設けコマ部材２７をカムローブ１２側に設ける構成も考えられる。
【０１１９】
また、各実施形態で、バルブステムとカムとの間のバルブ駆動形態が異なっているが、本可変動弁制御装置は、このようなバルブ駆動形態については何ら限定するものでも又限定されるものもなく、従来の技術で説明したような装置，電磁ソレノイドにより弁を直接駆動する装置，及びヘリカルギアの回動でカムシャフトにねじり角を付与しシャフトとプーリとに相対位相を生じさせる装置等、各種のバルブ駆動形態に適用しうるものである。
【０１２０】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１記載の本発明の可変動弁制御装置によれば、吸気弁を駆動するカムのカムシャフトに対する作動タイミングを制御することにより内燃機関の回転数に対応して吸気弁の開弁期間を含む開閉タイミングを連続的に変更可能に構成された可変動弁制御装置において、該内燃機関の特定回転数域では、吸気干渉により十分な吸気慣性が得られない開閉タイミングを除外するように、開閉タイミングを連続的な変更とはせずに、切り換え前の体積効率と切り換え後の体積効率とが一致する回転数で該吸気弁の開閉タイミングを急激に変更するように構成され、該開閉タイミングは、予め定められた回転数範囲内では、同一の開閉タイミングに設定されることにより、吸気の体積効率の劣る吸気弁の開閉タイミング除外することができ、内燃機関の回転数全域で体積効率を高めることができるのである。これにより、高出力を得ることができるようになるとともに内燃機関の応答性も向上するという利点を有している。また、上記の開閉タイミングを、予め定められた回転数範囲内では同一の開閉タイミングに設定することにより、本装置に緻密な制御が不要となり、低コストで且つ信頼性の高い装置を提供することができるという利点がある。
【０１２１】
また、請求項２記載の本発明の可変動弁制御装置によれば、上記請求項１記載の構成に加えて、該内燃機関の回転数の上昇にともない該吸気流入期間が徐々に長くなるように該吸気弁の開閉タイミングを変更するように構成されることにより、吸気慣性を十分に利用することができ、吸気の体積効率を向上させることができるのである。したがって、やはり内燃機関の出力や応答性が向上するという利点を有しているのである。
【０１２２】
また、請求項３記載の本発明の可変動弁制御装置によれば、上記請求項１又は２記載の構成に加えて、該可変動弁制御装置は、クランク軸から回転力が伝達される第１回転部材と、該第１回転部材の第１回転中心軸線と異なり、該第１回転中心軸線と平行な第２回転中心軸線を有する軸支部が設けられた軸支部材と、該軸支部に軸支されるとともに、該第１回転部材に連結されて該第１回転部材の回転に伴って該第２回転中心軸線を中心に回転する中間回転部材と、該中間回転部材に連結されるとともに、該第１回転部材と共通の第 1 回転中心軸線を中心として該中間回転部材の回転にともなって回転する第２回転部材と、該第２回転部材の回転位相に対応して内燃機関の燃焼室への吸気流入期間又は該燃焼室からの排気放出期間を設定する弁部材と、該軸支部材と係合して該内燃機関の回転数に応じて該軸支部材を変位させ、少なくとも該吸気流入期間を可変とする制御用回転軸部材とを有する可変動弁機構をそなえているという構成により、上述の効果に加えて中間回転部材の偏心位置を調整しながら、第２回転部材の第１回転部材に対する位相差状態を調整し、弁の駆動タイミングを制御することができるという利点がある。
また、特に、偏心部の近傍の外周を縮小できて、他の可変バルブタイミング機構と比較して装置全体を小型化しうるという利点がある。
【０１２５】
さらに、請求項４記載の本発明の可変動弁制御装置によれば、上記請求項３記載の構成に加えて、該開閉タイミングは、予め定められた回転数範囲毎にそれぞれ異なるタイミングが設定されることにより、内燃機関の回転数範囲に適したタイミングで吸気弁が開閉されようになり、やはり、吸気の体積効率が向上するという利点を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態としての可変動弁制御装置を示す内燃機関の模式的な断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態としての可変動弁制御装置を示す断面図であり、図１のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態としての可変動弁制御装置を示す断面図であり、図１のＢ−Ｂ矢視断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態としての可変動弁制御装置における偏心位置調整機構（制御手段）を主体として模式的に示す斜視図である。
【図５】本発明の第１実施形態としての可変動弁制御装置における不等速機構の作動について示す断面図である。
【図６】本発明の第１実施形態としての可変動弁制御装置の不等速機構について説明する特性図である。
【図７】本発明の第１実施形態としての可変動弁制御装置による偏心位置調整に応じたバルブリフト特性を示す図である。
【図８】本発明の第１実施形態としての可変動弁制御装置の不等速機構について説明するための模式図である。
【図９】本発明の第１実施形態としての可変動弁制御装置の吸気弁の開放期間の変化を説明するための特性図である。
【図１０】本発明の第１実施形態としての可変動弁制御装置における各吸気弁の開放期間における内燃機関の回転数と吸気の体積効率との関係を示す特性図である。
【図１１】本発明の第１実施形態としての可変動弁制御装置の動作について説明するためのフローチャートである。
【図１２】本発明の第２実施形態としての可変動弁制御装置を示す内燃機関の模式的な断面図である。
【図１３】本発明の第２実施形態としての可変動弁制御装置を模式的に示す斜視図である。
【図１４】本発明の第２実施形態としての可変動弁制御装置を示す断面図であり、図１のＣ−Ｃ矢視断面図である。
【図１５】本発明の第２実施形態としての可変動弁制御装置における要部（突設ピン部材及びコマ部材）を示す斜視図である。
【図１６】本発明の第２実施形態としての可変動弁制御装置における不等速機構の作動について示す断面図である。
【符号の説明】
１ シリンダヘッド
２ バルブ（弁部材）
２Ａ バルブ２のステム端部
３ バルブスプリング
４ タペット
５ シム
６ カム
６Ａ カム６の凸部
７ シリンダヘッド１側の軸受部
１１ 第１回転部材としてのカムシャフト
１２ 第２回転部材としてのカムローブ
１３ 不等速継手
１４ 軸支部材としてのコントロールディスク（制御部材）
１５ 偏心部（軸支部）
１６ 中間回転部材としての係合ディスク
１６Ａ，１６Ｂ スライダ用溝
１６Ｃ 円筒内周面
１６Ｄ 穴部
１７ 第１スライダ部材
１８ 第２スライダ部材
１９ 第１接続部としてのドライブアーム
２０ 第２接続部としてのアーム部
２１，２２ スライダ本体
１９Ａ，２０Ａ，２１Ａ，２２Ａ 穴部
２１Ｂ，２１Ｃ スライダ本体２１の外側面
２２Ｂ，２２Ｃ スライダ本体２２の外側面
２３，２４ ピン部材としてのドライブピン
２５ ロックピン
２６ 第１接続部としての突設ピン部材
２７ コマ部材
２７Ａ 円形穴部
２７Ｂ 円筒外周面
２８Ａ，２８Ｂ 溝１６Ａの内壁面
２８Ｃ，２８Ｄ 溝１６Ｂの内壁面
３０ 偏心位置調整機構
３１ 第１ギヤ
３２ ギヤ機構
３２Ａ ギヤ軸（制御用回転軸部材）
３２Ｂ 第２ギヤ（コントロールギヤ）
３２Ｃ 第３ギヤ
３３ 駆動手段としての電動モータ
３３Ａ モータ側ギヤ
３４ 制御手段としての電子制御ユニット（ＥＣＵ）
３５ ポジションセンサ

Claims (4)

1. 吸気弁を駆動するカムのカムシャフトに対する作動タイミングを制御することにより内燃機関の回転数に対応して吸気弁の開弁期間を含む開閉タイミングを連続的に変更可能に構成された可変動弁制御装置において、
   該内燃機関の特定回転数域では、吸気干渉により十分な吸気慣性が得られない開閉タイミングを除外するように、開閉タイミングを連続的な変更とはせずに、切り換え前の体積効率と切り換え後の体積効率とが一致する回転数で該吸気弁の開閉タイミングを急激に変更させるように構成され、
   該開閉タイミングは、予め定められた回転数範囲内では、同一の開閉タイミングに設定されている
   ことを特徴とする、可変動弁制御装置。
2. 該内燃機関の回転数の上昇にともない該吸気流入期間が徐々に長くなるように該吸気弁の開閉タイミングを変更するように構成されている
   ことを特徴とする、請求項１記載の可変動弁制御装置。
3. 該可変動弁制御装置は、
   クランク軸から回転力が伝達される第１回転部材と、
   該第１回転部材の第１回転中心軸線と異なり、該第１回転中心軸線と平行な第２回転中心軸線を有する軸支部が設けられた軸支部材と、
   該軸支部に軸支されるとともに、該第１回転部材に連結されて該第１回転部材の回転に伴って該第２回転中心軸線を中心に回転する中間回転部材と、
   該中間回転部材に連結されるとともに、該第１回転部材と共通の第1回転中心軸線を中心として該中間回転部材の回転にともなって回転する第２回転部材と、
   該第２回転部材の回転位相に対応して内燃機関の燃焼室への吸気流入期間又は該燃焼室からの排気放出期間を設定する弁部材と、
   該軸支部材と係合して該内燃機関の回転数に応じて該軸支部材を変位させ、少なくとも該吸気流入期間を可変とする制御用回転軸部材と
   を有する可変動弁機構をそなえていることを特徴とする、請求項１又は２記載の可変動弁制御装置。
4. 該開閉タイミングは、予め定められた回転数範囲毎にそれぞれ異なるタイミングが設定されている
   ことを特徴とする、請求項３記載の可変動弁制御装置。

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