JP4019614B2 - 内燃機関の吸気弁駆動制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に吸気弁の作動角を変化させる作動角変更機構と、主に吸気弁の作動角の中心位相を変化させる位相変更機構とを備えた内燃機関の吸気弁駆動制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば１９９９年９月発行のトヨタ・セリカ・新型車解説書には、クランクシャフトによって駆動されるオイルポンプからの油圧に応じて高速用カムと低速用カムとを切り換えることにより、吸気弁の作動角を変更する作動角変更機構と、クランクシャフトと同期して回転するカムプーリ（回転体）と吸気カムシャフトとを相対回転させることにより、吸気弁の作動角の中心位相を変更する位相変更機構とを備えた吸気弁駆動制御装置が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
中負荷域等では、吸気弁及び排気弁の双方が開弁するバルブオーバーラップ量を十分に設けることにより、内部ＥＧＲを高め、ポンピングロスをなくし、燃費性能や排気性能の向上を図りたい。一方、アイドル等の極低回転域では、主に燃焼安定性を確保するために、バルブオーバーラップ量を無くして残留ガスを解消する必要がある。従って、例えば中負荷域から極低負荷域への急減速時には、バルブオーバーラップ量を速やかに減少させる必要がある。
【０００４】
しかしながら、上記従来の装置では、機関低速域のように機関回転数が低くオイルポンプからの油圧が低い状態の場合、作動角変更機構により作動角を切り換えることが困難であり、上記の急減速時を考慮すると、バルブオーバーラップ量をあまり大きく設定することができない。
【０００５】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、急減速時等にもバルブオーバーラップ量を確実かつ迅速に低下させ得る吸気弁駆動制御装置を提供することを一つの目的としている。
【０００６】
また、素早い応答性が要求されるバルブオーバーラップ量を十分に与えることができる吸気弁駆動制御装置を提供することを他の目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る内燃機関の吸気弁駆動制御装置は、駆動軸の回転に応じて開閉する吸気弁の作動角及びバルブリフト量の双方をバルブスプリング反力に抗して増加可能な作動角変更機構と、上記駆動軸とクランクシャフトにより回転駆動される回転体との相対回転位相を変化させることにより、吸気弁の作動角の中心位相を変化させる位相変更機構と、を有し、これら作動角変更機構と位相変更機構とが共通の油圧源により互いに独立して油圧駆動され、かつ、作動角変更機構による吸気弁の開時期の遅角速度が、位相変更機構による吸気弁の開時期の遅角速度に比して速い。
【０００８】
そして、請求項１に係る発明は、作動角変更機構により変更可能な吸気弁の開時期の変化量を、位相変更機構により変更可能な吸気弁の開時期の変化量よりも大きく設定し、かつ、バルブオーバーラップの有る領域では、機関運転状態に応じて主に作動角変更機構により吸気弁の作動角を増減させることを特徴としている。
【０００９】
請求項２に係る発明は、バルブオーバーラップ量を減少させる場合、主に作動角変更機構により吸気弁の作動角を減少させることを特徴としている。
【００１１】
請求項３に係る発明は、中負荷域から極低負荷域への移行時には、位相変更機構により中心位相を変更する前に、作動角変更機構による作動角の減少を行うことを特徴としている。
【００１２】
上記作動角変更機構は、好ましくは請求項４に係る発明のように、クランクシャフトと連動して回転する駆動軸と、この駆動軸の外周に回転可能に外嵌し、バルブスプリング反力に抗して吸気弁を開閉させる揺動カムと、に連携されている。この作動角変更機構は、上記駆動軸に偏心して設けられた偏心カムと、この偏心カムに回転可能に外嵌するリング状リンクと、上記駆動軸と略平行に延びる制御軸と、この制御軸に偏心して設けられた制御カムと、この制御カムの外周に相対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の先端に連結されたロッカーアームと、このロッカーアームの他端と揺動カムとに連結されたロッド状リンクと、を有している。
【００１３】
上記位相変更機構は、好ましくは請求項５に係る発明のように、クランクシャフトと同期して回転する回転体と上記駆動軸との間に設けられ、これら回転体と駆動軸との相対回転位相を変化させる。
【００１４】
作用を説明すると、例えばバルブオーバーラップ量が大きい中負荷域からの急減速時に、バルブオーバーラップ量が大きく残されていると、燃焼安定性の低下を招く虞があるため、速やかにバルブオーバーラップ量を低下させる必要がある。
【００１５】
バルブオーバーラップ量を低下させるためには、吸気弁の開時期を遅角化する必要があり、その手法として、作動角変更機構により吸気弁の作動角を減少する手法と、位相変更機構により吸気作動角の中心位相を遅角化する手法とがある。
【００１６】
例えば、請求項４に係る発明のように作動角変更機構が吸気弁のバルブスプリング反力を受ける構造である一方、請求項５に係る発明のように位相変更機構が駆動軸の平均フリクションを受ける構造で、かつ、請求項１に係る発明のように、両機構ともに油圧駆動される構成の場合、作動角変更機構により作動角を減少させた場合の吸気弁の開時期の遅角速度が、位相変更機構により中心位相を遅角させた場合の吸気弁の開時期の遅角速度に比してはるかに速い傾向にある。
【００１７】
そこで、中負荷域から極低負荷域への移行時のように、吸気弁と排気弁とのバルブオーバーラップ量を減少させる状況では、請求項２に係る発明のように、主に作動角変更機構により吸気弁の作動角を減少させることにより、吸気弁の開時期の遅角化を行う。これにより、バルブオーバーラップ量を速やかに低減することができる。
【００１８】
また、このように応答性に優れた作動角変更機構による吸気弁の開時期の変化量を相対的に大きく設定することにより、上記のように急減速時等に素早く低下させる必要があるバルブオーバーラップ量を十分に大きく設定することが可能となる。この結果、内部ＥＧＲをより大きく使用することが可能となり、燃費性能の向上等を図ることができる。
【００１９】
【発明の効果】
以上のように、請求項１に係る発明によれば、バルブオーバーラップ量を十分に大きく設定することができ、内部ＥＧＲを大きく使用することができるので、燃費性能の向上等を図ることができる。
【００２０】
また、請求項２に係る発明によれば、バルブオーバーラップ量を速やかに低下させることができるため、バルブオーバーラップ量を十分に大きく設定することができ、内部ＥＧＲを大きく使用することができるので、燃費性能の向上等を図ることができる。
【００２１】
請求項１に係る発明によれば、両変更機構ともに油圧駆動されるため、構造の簡素化を図ることができる。
【００２２】
請求項３に係る発明によれば、中負荷域から極低負荷域への移行時に、応答性の良い作動角変更機構にエネルギー（油圧）が集中されるため、バルブオーバーラップ量を更に迅速に低下させることができる。
【００２３】
請求項４に係る発明の作動角変更機構では、揺動カムの駆動軸に対する軸心ズレを生じるおそれがなく、制御精度が向上する。また、揺動カムを支持する支軸を駆動軸と別個に設ける必要がないため、部品点数，配置スペースの低減化を図ることができる。更に、作動角変更機構の各部材の連結部が面接触となるため、耐磨耗性に優れており、潤滑も行い易い。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る吸気弁駆動制御装置を、内燃機関の吸気弁１２に適用した一実施例について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２５】
図１に示すように、この吸気弁駆動制御装置は、各気筒の一対の吸気弁１２の作動角及びバルブリフト量を主に変化させる作動角変更機構１と、吸気弁１２の作動角の中心位相（開時期又は閉時期の位相）を変化させる位相変更機構２と、を有している。
【００２６】
先ず、図１〜３を参照して、作動角変更機構１について説明する。作動角変更機構１は、位相変更機構２を介してクランクシャフトから回転動力が伝達される駆動軸１３と、吸気弁１２のバルブリフタ１９を押圧して吸気弁１２をバルブスプリング反力に抗して開閉させる揺動カム２０と、を機械的に連携するリンク部材２５，１８，２６の姿勢を変化させることにより、吸気弁１２の作動角の中心角を略一定として、吸気弁１２の作動角及びバルブリフト量を連続的に変化させる機能を有している。
【００２７】
すなわち、作動角変更機構１は、駆動軸１３に偏心して固定された偏心カム１５と、この偏心カム１５の外周に相対回転可能に外嵌するリング状リンク２５と、駆動軸１３と略平行に気筒列方向へ延びる制御軸１６と、この制御軸１６に偏心して固定された制御カム１７と、この制御カム１７の外周に相対回転可能に外嵌するとともに、一端１８ｂがリング状リンク２５の先端２５ｂに連結ピン２１を介して相対回転可能に連結するロッカーアーム１８と、このロッカーアーム１８の他端１８ｃと揺動カム２０とを機械的に連携するロッド状リンク２６と、を有している。
【００２８】
偏心カム１５の中心Ｘは駆動軸１３の中心Ｙに対して所定量偏心しており、制御カム１７の中心Ｐ１は制御軸１６の中心Ｐ２に対して所定量偏心している。駆動軸１３に外嵌する揺動カム２０のジャーナル部２０ｂと制御軸１６のジャーナル部とは、共通のボルト１４ｃによりシリンダヘッド１１へ締結固定される一対のブラケット１４ａ，１４ｂを介して回転可能に支持されている。
【００２９】
ロッド状リンク２６は、主に機関搭載性を考慮して、ほぼ吸気弁１２の軸方向に沿うように配設されており、その一端２６ａが連結ピン２８を介してロッカーアーム１８の他端１８ｃに相対回転可能に連結されるとともに、その他端２６ｂが連結ピン２９を介して揺動カム２０に相対回転可能に連結されている。
【００３０】
このような構成により、機関のクランクシャフトと連動して駆動軸１３が回転すると、偏心カム１５を介してリング状リンク２５が実質的に並進移動し、ロッカーアーム１８及びロッド状リンク２６を介して揺動カム２０が揺動して、吸気弁１２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。
【００３１】
また、後述するアクチュエータ３０により制御軸１６を所定の制御範囲内で回動すると、ロッカーアーム１８の揺動中心となる制御カム１７の中心位置Ｐ１が制御軸中心Ｐ２回りに回転変化する。これにより、ロッカーアーム１８を含めたリンク機構２５，１８，２６の姿勢が変化し、吸気弁１２の作動角及びバルブリフト量が、その位相が略一定のままで連続的に変化する。
【００３２】
このような作動角変更機構１においては、吸気弁１２を駆動する揺動カム２０が、機関と連動して回転する駆動軸１３の外周に相対回転可能に外嵌しているため、揺動カム２０の駆動軸１３に対する軸心ズレを生じるおそれがなく、制御精度が向上する。また、揺動カム２０を支持する支軸を駆動軸１３と別個に設ける必要がないため、部品点数，配置スペースの低減化を図ることができる。更に、各部材の連結部が面接触となっているため、耐磨耗性に優れており、潤滑も行い易い。
【００３３】
図４は、制御軸１６を所定の制御範囲内で回転駆動するアクチュエータ３０を示している。アクチュエータ３０のシリンダ３９の内部は、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とに画成されており、これら油圧室３３，３４の油圧に応じてピストン３２が進退駆動される。このピストン３２の先端に設けられたピン３２ｂは、制御軸１６の一端に固定されたディスク１６ａの径方向溝１６ｂにスライド可能に嵌合している。従って、ピストン３２の移動に応じて制御軸１６が回動し、吸気弁１２の作動角が変化するようになっている。
【００３４】
上記の油圧室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、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）としての制御部３からの出力信号によりＯＮ−ＯＦＦ駆動（デューティー制御）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。
【００３５】
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共に、第２油圧室３４に接続する第２油路３７とドレン油路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。
【００３６】
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とドレン油路３８とが連通して第１油圧室３３がドレンされると共に、第２油路３７と油圧ポンプ９とが連通して第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。
【００３７】
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３７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。
【００３８】
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１２の作動角を所定の制御範囲内で任意の作動角に変更、保持することが可能で、油圧を利用した簡素な構造でありながら、制御の自由度が非常に高い。
【００３９】
なお、上記の制御部３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、上記の作動角変更機構１及び後述する位相変更機構２の制御を行うほか、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。
【００４０】
次に、図１及び図５〜９を参照して位相変更機構２について説明する。この位相変更機構２は、機関のクランクシャフトと同期して回転駆動される回転体たるタイミングプーリ４０と、このタイミングプーリ４０の内周側に相対回動可能に配設された駆動軸１３と、の相対回転位相を変化させることにより、吸気弁１２の作動角及びバルブリフト量が一定のままで吸気弁１２の作動角の中心位相を変化させる機能を有している。
【００４１】
すなわち、位相変更機構２は、駆動軸１３の端部に固定されてタイミングプーリ４０内に回転自在に収容されたベーン４１と、このベーン４１を油圧によって正逆回動させる油圧回路と、を備えている。
【００４２】
タイミングプーリ４０は、図５にも示すように、外周にタイミングチェーンが噛合する歯部４２ａを有する回転部材４２と、この回転部材４２の前方に配置されてベーン４１を回転自在に収容したハウジング４３と、このハウジング４３の前端開口を閉塞する蓋体たる円板状のフロントカバー４４と、ハウジング４３と回転部材４２との間に配置されてハウジング４３の後端開口を閉塞するほぼ円板状のリアカバー４５とから構成され、これらのハウジング４３，フロントカバー４４，及びリアカバー４５は、ボルト４６によって軸方向から一体的に結合されている。
【００４３】
回転部材４２は、ほぼ円環状を呈し、小径ボルト４６が螺着する雌ねじ孔が前後方向へ貫通形成されていると共に、内部中央位置に後述する通路構成用のスリーブ４７が嵌合する段差形状の嵌合孔４８が形成されている。さらに、前端面には、リアカバー４５が嵌合する円板状の嵌合溝４９が形成されていると共に、嵌合溝４９の外周側所定位置に係合穴５０が形成されている。
【００４４】
ハウジング４３は、前後両端が開口形成された円筒状を呈し、内周面の周方向の９０°位置には４つの隔壁部５１が突設されている。この隔壁部５１は、横断面台形状を呈し、それぞれハウジング４３の軸方向に沿って延びており、各軸方向両側面がハウジング４３の軸方向両側面と略同一面に設定されていると共に、小径ボルト４６が貫通するボルト挿通孔５２が軸方向へ貫通形成されている。さらに、各隔壁部５１の内周面中央位置に軸方向に沿って切欠形成された保持溝５１ａ内にコ字形のシール部材５３と、このシール部材５３を内方へ押圧する板ばね５４とが嵌合保持されている。
【００４５】
フロントカバー４４は、中央に比較的大径なボルト挿通孔５５が穿設されていると共に、ハウジング４３の各ボルト挿通孔５２と対応する位置に４つのボルト孔が穿設されている。
【００４６】
リアカバー４５は、その後面側に、回転部材４２の嵌合溝４９内に嵌合保持される円環部５６を有していると共に、その中央部に、スリーブ４７の小径な円環部５６が嵌入する嵌入孔５７が穿設され、さらにボルト挿通孔５２に対応する位置にボルト孔が同じく形成されている。
【００４７】
ベーン４１は、焼結合金材で一体に形成され、固定ボルト５８によって駆動軸１３の前端部に軸回りに回転可能に固定されており、固定ボルト５８が挿通するボルト挿通孔４１ａを有する円環状の基部５９と、この基部５９の外周面の周方向の９０°位置に一体に設けられた４つの羽根部６０とを備えている。
【００４８】
各羽根部６０は、夫々長方体形状を呈し、ハウジング４３の隣り合う隔壁部５１間に配置されている。各羽根部６０の外周面の中央に形成された保持溝６１には、ハウジング４３の内周面に摺接するコ字形のシール部材６２と、このシール部材６２を外方に押圧する板ばね６３とが夫々嵌着保持されている。
【００４９】
各羽根部６０の両側と各隔壁部５１の両側面との間には、それぞれ進角側油圧室６４と遅角側油圧室６５が隔成されている（図７参照）。
【００５０】
また、１つの羽根部６０には、リアカバー４５の係合穴５０に対応した位置に摺動用孔６６が軸方向に沿って貫通形成されていると共に、側部に遅角側油圧室６５と摺動用孔６６を連通する通孔６７がほぼ周方向に沿って穿設されている。
【００５１】
さらに、１つの羽根部６０の摺動用孔６６には、ロックピン６８が摺動自在に設けられている。このロックピン６８は、中央の中径状の本体６８ａと、この本体６８ａの一側に形成された小径な係合部６８ｂと、他側に形成された段差大径状のストッパ部６８ｃと、から構成されている。
【００５２】
このストッパ部６８ｃの段差面と本体６８ａの外周面と摺動用孔６６の内周面との間に、受圧室６９が形成されていると共に、ロックピン６８とフロントカバー４４との間に、ロックピン６８をリアカバー４５の方向（図８，図９の右方向）へ付勢するばね部材たるコイルスプリング７０が弾装されており、ロックピン６８の係合部６８ｂは、ベーン４１の最大遅角側の回動位置において、リアカバー４５の係合穴５０内に挿入され得るようになっている。
【００５３】
油圧回路は、進角側油圧室６４に対して油圧を給排する第１油圧通路７１と、遅角側油圧室６５に対して油圧を給排する第２油圧通路７２との２系統の油圧通路を有し、両油圧通路７１，７２には、供給通路７３とドレン通路７４とが夫々通路切替用の電磁切替弁７５を介して接続されている。
【００５４】
第１油圧通路７１は、シリンダヘッド１１内から駆動軸１３の軸心内部に形成された第１通路部７１ａと、固定ボルト５８の内部軸線方向を通って頭部内で分岐形成されて第１通路部７１ａと連通する第１油路７１ｂと、この頭部の小径な外周面とベーン４１の基部５９のボルト挿通孔４１ａの内周面との間に形成されて第１油路７１ｂに連通する油室７１ｃと、ベーン４１の基部５９内にほぼ放射状に形成されて油室７１ｃと各進角側油圧室６４とに連通する４本の分岐路７１ｄとから構成されている。
【００５５】
一方、第２油圧通路７２は、シリンダヘッド１１内及び駆動軸１３の内部に形成された第２通路部７２ａと、スリーブ４７の内部にほぼＬ字形状に折曲形成されて第２通路部７２ａと連通する第２油路７２ｂと、回転部材４２の嵌合孔の外周側孔縁に形成されて第２油路７２ｂと連通する４つの油通路溝７２ｃと、リアカバー４５の周方向の約９０°毎の位置に形成されて、各油通路溝７２ｃと遅角側油圧室６５とに連通する４つの油孔７２ｄとから構成されている。
【００５６】
電磁切替弁７５は、４ポート３位置型であって、内部の弁体（スプール）によって各油圧通路７１，７２と供給通路７３，ドレン通路７４とが選択的に連通，遮断されるようになっており、このスプールの位置が上記の制御部３からの制御信号（デューティー信号）によって切り替え制御されるようになっている。
【００５７】
なお、この制御部３は、機関回転数を検出するクランク角センサや吸入空気量を検出するエアフローメータからの信号によって現在の運転状態を検出すると共に、クランク角及びカム角センサからの信号によってタイミングプーリと駆動軸１３との相対回動位置を検出している。
【００５８】
機関停止時等の初期状態では、電磁切替弁７５の弁体（スプール）が図６の最も右側に保持される（図６に示す状態）。この場合、供給通路７３と第２油圧通路７２とが連通するとともに、ドレン通路７４と第１油圧通路７１とが連通する。このため、油圧ポンプ９から圧送された油圧は第２油圧通路７２を通って遅角側油圧室６５に供給される一方、進角側油圧室６４には、機関停止時と同じく油圧が供給されず低圧状態に維持される。したがって、ベーン４１は、図７に示すように各羽根部６０が進角側油圧室６４側の各隔壁部５１の一側面に当接した最遅角位置の方向へ付勢され、吸気弁１２の作動角の中心位相が遅角側に駆動制御される。
【００５９】
また、機関停止時や始動時のように、ベーン４１が図７に示す最遅角位置に保持されており、かつ、遅角側油圧室６５内の油圧が比較的低く、通孔６７から受圧室６９へ供給される油圧よりもコイルスプリング７０のばね力が打ち勝っている状態では、図９に示すように、ロックピン６８の係合部６８ｂがリアカバー４５の係合穴５０内に係合した状態を維持する。したがって、ベーン４１は、この最遅角位置に安定かつ確実に保持されて、遅角側油圧室６５内の油圧の変動や駆動軸１３に発生する正負の変動トルクによる揺動振動の発生を防止でき、ひいては、ベーン４１と隔壁部５１との衝突音を防止できる。一方、遅角側油圧室６５内の油圧が高くなると、同じく受圧室６９内の油圧も高くなってロックピン６８はコイルスプリング７０を圧縮変形させながらばね力に抗して後退動し、係合部６８ｂが係合穴５０から抜け出して係合が解除される（図８参照）。このため、ベーン４１は、自由な回動が許容されることになる。
【００６０】
電磁切替弁７５のスプールが図６の最も左側に保持された状態では、供給通路７３と第１油圧通路７１とが連通し、ドレン通路７４と第２油圧通路７２とが連通する。この結果、遅角側油圧室６５内の油圧が第２油圧通路７２を通ってドレン通路７４からオイルパン内に戻されて遅角側油圧室６５内が低圧になる一方、進角側油圧室６４内に油圧が第１油圧通路７１を経由して供給されて高圧となる。このため、ベーン４１は図７に示す位置から進角側（図７の時計方向）に回転し、吸気弁１２の作動角中心位相が進角側へ制御される。
【００６１】
電磁切替弁７５のスプールが図６の中間位置に保持された状態では、第１油圧通路７１及び第２油圧通路７２の双方がスプールにより遮断される。この結果、各油圧室３３，３４内の油圧が保持（ロック）されて、ベーン４１がその位置に保持され、吸気弁１２の作動角中心位相が保持される。
【００６２】
このベーン型の位相変更機構２においては、機関の運転状態に応じて電磁切替弁７５のスプール位置を切り換えることにより、ベーン４１を所望の中間位置に保持することが可能で、油圧を用いた簡素な構造でありながら、吸気弁１２の作動角中心位相を任意の位相に変更，保持することができる。
【００６３】
このように本実施例では、作動角変更機構１及び位相変更機構２を互いに干渉することなく配置することができる。また、両変更機構１，２共に共通の油圧ポンプ９からの機関油圧により駆動される構成であるため、構成が簡素化される。
【００６４】
図１０は、アイドル域から中負荷域への移行時における吸気弁１２及び排気弁の開閉時期を模式的に示している。同図に示すように、この実施例では排気弁の開時期が上死点付近に設定されている。
【００６５】
図１０（ａ）に示すように、アイドル運転状態等の極低負荷域では、吸気弁１２の開時期を上死点後に、吸気弁閉時期を下死点前に設定している。また、作動角変更機構１により吸気弁の作動角を最小作動角又はその近傍に設定している。
【００６６】
つまり、このような極低負荷域では、主に燃焼を安定化させるために、バルブオーバーラップ量を無くし（マイナスオーバーラップ化）、内部残留ガスを抑制している。また、吸気弁開時期を上死点後とすることにより吸気弁１２の開弁直前の吸気ポートと筒内との圧力差を大きくするとともに、バルブリフト量（作動角）を小さくして吸入通路を小さくすることにより、筒内への吸入流速を十分に速めて、燃料の霧化を促進し、燃焼の安定化を図っている。更に、バルブリフト量を小さくしてフリクションを低減化させている。
【００６７】
このような極低負荷域から負荷が上昇する際（（ａ）→（ｂ））、先ず吸気開時期が排気閉時期とほぼ同等になるまで（バルブオーバーラップが生じるまで）、主に位相変更機構２により作動角中心位相を進角化する。これにより、吸気弁の開時期が上死点へ向けて進角化され、主にポンプロスが低減される。また、吸気弁閉時期が下死点から遠ざかるように進角化されて、吸入空気量が適宜に調整される。
【００６８】
更に負荷が上昇する場合（（ｂ）→（ｃ））、すなわちバルブオーバーラップ量が増加するような状況では、作動角変更機構１による作動角の増加を優先的に行う。これにより、吸気弁開時期の進角化によりバルブオーバーラップ量が増加して内部ＥＧＲ量が増加するとともに、このバルブオーバーラップ量の増加に伴う新気量の減少分を、吸気弁閉時期の遅角化により適宜に補うことができる。つまり、作動角変更機構１のみを増加させるだけで、必要な新気量と残ガス量の双方を効率的に調整でき、燃費性能の大幅な向上を図ることができる。
【００６９】
このようにバルブオーバーラップ量が大きい中負荷域から極低負荷域への急減速時（（ｃ）→（ａ））には、燃焼安定性の低下を確実に防止するために、速やかにバルブオーバーラップ量を低下させる必要がある。バルブオーバーラップ量を低下させるためには、吸気弁１２の開時期を遅角化する必要があり、その手法として、作動角変更機構１により吸気弁１２の作動角を減少する手法と、位相変更機構２により吸気作動角の中心位相を遅角化する手法とがある。
【００７０】
位相変更機構２により位相を変化させる場合、進角時には駆動軸１３の平均フリクションに打ち勝つエネルギーが必要であり、遅角時には上記の平均フリクションにアシストされるため、同じエネルギー（油圧ポンプ９からの油圧）では、遅角速度が進角速度よりも速い。しかしながら、作動角及びバルブリフト量が比較的小さいような場合、駆動軸１３の平均フリクションが小さいため、遅角時にアシストされる力も小さく、上記の遅角速度はあまり速くない。
【００７１】
一方、作動角変更機構１により作動角を変化させる場合、作動角の増加，拡大時には吸気弁１２のバルブスプリング反力に打ち勝つエネルギーが必要であり、作動角の減少時にはバルブスプリング反力にアシストされる形となる。従って、作動角減少速度は、作動角増加速度よりも速く、かつ、上記の位相変更機構２による遅角速度と比べてもはるかに（例えば約３〜４倍）速い傾向にある。
【００７２】
つまり本実施例のように、作動角変更機構１が吸気弁１２のバルブスプリング反力を受ける一方、位相変更機構２が駆動軸１３の平均フリクションを受ける構造であり、かつ、両機構１，２ともに油圧駆動される構成の場合、作動角変更機構１により作動角を減少させた場合の吸気弁１２の開時期の遅角速度が、位相変更機構２により中心位相を遅角させた場合の吸気弁１２の開時期の遅角速度に比して、はるかに速い傾向にある。
【００７３】
そこで本実施例では、上述したように中負荷域から極低負荷域への移行時のように、バルブオーバーラップ量を減少させる状況では、主に作動角変更機構１により作動角を減少させることにより、吸気弁１２の開時期を遅角化させている。これにより、バルブオーバーラップ量を迅速に低下させることができる。この結果、バルブオーバーラップ量を十分に大きく設定することが可能となり、内部ＥＧＲをより大きく使用することができ、燃費性能の向上等を図ることができる。
【００７４】
また、作動角変更機構１による吸気弁１２の開時期（及び閉時期）の変化量を、位相変更機構２による吸気弁１２の開時期（及び閉時期）の変化量よりも大きく設定している。より具体的には、作動角変更機構１の制御軸１６を最大作動角位置から最小作動角位置まで移動した場合の吸気弁１２の開時期（及び閉時期）の変化量を、位相変更機構２のベーン４１を最進角位置から最遅角位置まで移動した場合の吸気弁１２の開時期（及び閉時期）の変化量よりも十分に大きく設定している。
【００７５】
このように、応答性に優れた作動角変更機構１の変化量を相対的に大きく設定することにより、迅速性が要求されるバルブオーバーラップ量の最大値を更に大きく設定することが可能で、内部ＥＧＲを更に大きく使用することができ、更なる燃費性能の向上等を図ることができる。
【００７６】
また、上記の急減速時等でバルブオーバーラップ量を減少させる場合には、実際の作動角中心位相が目標位相からずれている場合であっても、先ず作動角変更機構１のみを優先的に稼動させて、作動角が目標値になるまで、位相変更機構２による位相変更を行わず、作動角変更機構１の駆動にエネルギー（油圧）を集中させることにより、より素早くバルブオーバーラップ量を低下，解消することができる。
【００７７】
更に言えば、両変更機構１，２へ供給される油圧ポンプ９の機関油圧は機関回転数に依存するため、極低回転域のように油圧が低い状態で、バルブリフト量を低下させる場合、特に位相変更機構２による位相変更の応答性が大きく低下するものの、上述したように、作動角変更機構１により作動角を減少させる場合には、バルブスプリング反力がアシストされるため、低い油圧でも十分に速い応答性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る内燃機関の吸気弁駆動制御装置を示す斜視対応図。
【図２】上記実施例の作動角変更機構を示す断面対応図。
【図３】同じく作動角変更機構を示す構成図。
【図４】上記作動角変更機構の油圧アクチュエータ及びソレノイドバルブを示す構成図。
【図５】上記実施例の位相変更機構を示す分解斜視図。
【図６】上記位相変更機構を示す断面対応図。
【図７】上記位相変更機構の要部を示す断面図。
【図８】上記位相変更機構のロック状態を示す断面図。
【図９】上記位相変更機構のロック解除状態を示す断面図。
【図１０】上記実施例の作用説明図。
【符号の説明】
１…作動角変更機構
２…位相変更機構
１２…吸気弁
１３…駆動軸
１５…偏心カム
１６…制御軸
１７…制御カム
１８…ロッカーアーム
２０…揺動カム
２５…リング状リンク
２６…ロッド状リンク
４０…タイミングプーリ（回転体）
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に吸気弁の作動角を変化させる作動角変更機構と、主に吸気弁の作動角の中心位相を変化させる位相変更機構とを備えた内燃機関の吸気弁駆動制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば１９９９年９月発行のトヨタ・セリカ・新型車解説書には、クランクシャフトによって駆動されるオイルポンプからの油圧に応じて高速用カムと低速用カムとを切り換えることにより、吸気弁の作動角を変更する作動角変更機構と、クランクシャフトと同期して回転するカムプーリ（回転体）と吸気カムシャフトとを相対回転させることにより、吸気弁の作動角の中心位相を変更する位相変更機構とを備えた吸気弁駆動制御装置が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
中負荷域等では、吸気弁及び排気弁の双方が開弁するバルブオーバーラップ量を十分に設けることにより、内部ＥＧＲを高め、ポンピングロスをなくし、燃費性能や排気性能の向上を図りたい。一方、アイドル等の極低回転域では、主に燃焼安定性を確保するために、バルブオーバーラップ量を無くして残留ガスを解消する必要がある。従って、例えば中負荷域から極低負荷域への急減速時には、バルブオーバーラップ量を速やかに減少させる必要がある。
【０００４】
しかしながら、上記従来の装置では、機関低速域のように機関回転数が低くオイルポンプからの油圧が低い状態の場合、作動角変更機構により作動角を切り換えることが困難であり、上記の急減速時を考慮すると、バルブオーバーラップ量をあまり大きく設定することができない。
【０００５】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、急減速時等にもバルブオーバーラップ量を確実かつ迅速に低下させ得る吸気弁駆動制御装置を提供することを一つの目的としている。
【０００６】
また、素早い応答性が要求されるバルブオーバーラップ量を十分に与えることができる吸気弁駆動制御装置を提供することを他の目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る内燃機関の吸気弁駆動制御装置は、駆動軸の回転に応じて開閉する吸気弁の作動角及びバルブリフト量の双方をバルブスプリング反力に抗して増加可能な作動角変更機構と、上記駆動軸とクランクシャフトにより回転駆動される回転体との相対回転位相を変化させることにより、吸気弁の作動角の中心位相を変化させる位相変更機構と、を有し、これら作動角変更機構と位相変更機構とが共通の油圧源により互いに独立して油圧駆動され、かつ、作動角変更機構による吸気弁の開時期の遅角速度が、位相変更機構による吸気弁の開時期の遅角速度に比して速い。
【０００８】
そして、請求項１に係る発明は、作動角変更機構により変更可能な吸気弁の開時期の変化量を、位相変更機構により変更可能な吸気弁の開時期の変化量よりも大きく設定し、かつ、バルブオーバーラップの有る領域では、機関運転状態に応じて主に作動角変更機構により吸気弁の作動角を増減させることを特徴としている。
【０００９】
請求項２に係る発明は、バルブオーバーラップ量を減少させる場合、主に作動角変更機構により吸気弁の作動角を減少させることを特徴としている。
【００１１】
請求項３に係る発明は、中負荷域から極低負荷域への移行時には、位相変更機構により中心位相を変更する前に、作動角変更機構による作動角の減少を行うことを特徴としている。
【００１２】
上記作動角変更機構は、好ましくは請求項４に係る発明のように、クランクシャフトと連動して回転する駆動軸と、この駆動軸の外周に回転可能に外嵌し、バルブスプリング反力に抗して吸気弁を開閉させる揺動カムと、に連携されている。この作動角変更機構は、上記駆動軸に偏心して設けられた偏心カムと、この偏心カムに回転可能に外嵌するリング状リンクと、上記駆動軸と略平行に延びる制御軸と、この制御軸に偏心して設けられた制御カムと、この制御カムの外周に相対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の先端に連結されたロッカーアームと、このロッカーアームの他端と揺動カムとに連結されたロッド状リンクと、を有している。
【００１３】
上記位相変更機構は、好ましくは請求項５に係る発明のように、クランクシャフトと同期して回転する回転体と上記駆動軸との間に設けられ、これら回転体と駆動軸との相対回転位相を変化させる。
【００１４】
作用を説明すると、例えばバルブオーバーラップ量が大きい中負荷域からの急減速時に、バルブオーバーラップ量が大きく残されていると、燃焼安定性の低下を招く虞があるため、速やかにバルブオーバーラップ量を低下させる必要がある。
【００１５】
バルブオーバーラップ量を低下させるためには、吸気弁の開時期を遅角化する必要があり、その手法として、作動角変更機構により吸気弁の作動角を減少する手法と、位相変更機構により吸気作動角の中心位相を遅角化する手法とがある。
【００１６】
例えば、請求項４に係る発明のように作動角変更機構が吸気弁のバルブスプリング反力を受ける構造である一方、請求項５に係る発明のように位相変更機構が駆動軸の平均フリクションを受ける構造で、かつ、請求項１に係る発明のように、両機構ともに油圧駆動される構成の場合、作動角変更機構により作動角を減少させた場合の吸気弁の開時期の遅角速度が、位相変更機構により中心位相を遅角させた場合の吸気弁の開時期の遅角速度に比してはるかに速い傾向にある。
【００１７】
そこで、中負荷域から極低負荷域への移行時のように、吸気弁と排気弁とのバルブオーバーラップ量を減少させる状況では、請求項２に係る発明のように、主に作動角変更機構により吸気弁の作動角を減少させることにより、吸気弁の開時期の遅角化を行う。これにより、バルブオーバーラップ量を速やかに低減することができる。
【００１８】
また、このように応答性に優れた作動角変更機構による吸気弁の開時期の変化量を相対的に大きく設定することにより、上記のように急減速時等に素早く低下させる必要があるバルブオーバーラップ量を十分に大きく設定することが可能となる。この結果、内部ＥＧＲをより大きく使用することが可能となり、燃費性能の向上等を図ることができる。
【００１９】
【発明の効果】
以上のように、請求項１に係る発明によれば、バルブオーバーラップ量を十分に大きく設定することができ、内部ＥＧＲを大きく使用することができるので、燃費性能の向上等を図ることができる。
【００２０】
また、請求項２に係る発明によれば、バルブオーバーラップ量を速やかに低下させることができるため、バルブオーバーラップ量を十分に大きく設定することができ、内部ＥＧＲを大きく使用することができるので、燃費性能の向上等を図ることができる。
【００２１】
請求項１に係る発明によれば、両変更機構ともに油圧駆動されるため、構造の簡素化を図ることができる。
【００２２】
請求項３に係る発明によれば、中負荷域から極低負荷域への移行時に、応答性の良い作動角変更機構にエネルギー（油圧）が集中されるため、バルブオーバーラップ量を更に迅速に低下させることができる。
【００２３】
請求項４に係る発明の作動角変更機構では、揺動カムの駆動軸に対する軸心ズレを生じるおそれがなく、制御精度が向上する。また、揺動カムを支持する支軸を駆動軸と別個に設ける必要がないため、部品点数，配置スペースの低減化を図ることができる。更に、作動角変更機構の各部材の連結部が面接触となるため、耐磨耗性に優れており、潤滑も行い易い。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る吸気弁駆動制御装置を、内燃機関の吸気弁１２に適用した一実施例について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２５】
図１に示すように、この吸気弁駆動制御装置は、各気筒の一対の吸気弁１２の作動角及びバルブリフト量を主に変化させる作動角変更機構１と、吸気弁１２の作動角の中心位相（開時期又は閉時期の位相）を変化させる位相変更機構２と、を有している。
【００２６】
先ず、図１〜３を参照して、作動角変更機構１について説明する。作動角変更機構１は、位相変更機構２を介してクランクシャフトから回転動力が伝達される駆動軸１３と、吸気弁１２のバルブリフタ１９を押圧して吸気弁１２をバルブスプリング反力に抗して開閉させる揺動カム２０と、を機械的に連携するリンク部材２５，１８，２６の姿勢を変化させることにより、吸気弁１２の作動角の中心角を略一定として、吸気弁１２の作動角及びバルブリフト量を連続的に変化させる機能を有している。
【００２７】
すなわち、作動角変更機構１は、駆動軸１３に偏心して固定された偏心カム１５と、この偏心カム１５の外周に相対回転可能に外嵌するリング状リンク２５と、駆動軸１３と略平行に気筒列方向へ延びる制御軸１６と、この制御軸１６に偏心して固定された制御カム１７と、この制御カム１７の外周に相対回転可能に外嵌するとともに、一端１８ｂがリング状リンク２５の先端２５ｂに連結ピン２１を介して相対回転可能に連結するロッカーアーム１８と、このロッカーアーム１８の他端１８ｃと揺動カム２０とを機械的に連携するロッド状リンク２６と、を有している。
【００２８】
偏心カム１５の中心Ｘは駆動軸１３の中心Ｙに対して所定量偏心しており、制御カム１７の中心Ｐ１は制御軸１６の中心Ｐ２に対して所定量偏心している。駆動軸１３に外嵌する揺動カム２０のジャーナル部２０ｂと制御軸１６のジャーナル部とは、共通のボルト１４ｃによりシリンダヘッド１１へ締結固定される一対のブラケット１４ａ，１４ｂを介して回転可能に支持されている。
【００２９】
ロッド状リンク２６は、主に機関搭載性を考慮して、ほぼ吸気弁１２の軸方向に沿うように配設されており、その一端２６ａが連結ピン２８を介してロッカーアーム１８の他端１８ｃに相対回転可能に連結されるとともに、その他端２６ｂが連結ピン２９を介して揺動カム２０に相対回転可能に連結されている。
【００３０】
このような構成により、機関のクランクシャフトと連動して駆動軸１３が回転すると、偏心カム１５を介してリング状リンク２５が実質的に並進移動し、ロッカーアーム１８及びロッド状リンク２６を介して揺動カム２０が揺動して、吸気弁１２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。
【００３１】
また、後述するアクチュエータ３０により制御軸１６を所定の制御範囲内で回動すると、ロッカーアーム１８の揺動中心となる制御カム１７の中心位置Ｐ１が制御軸中心Ｐ２回りに回転変化する。これにより、ロッカーアーム１８を含めたリンク機構２５，１８，２６の姿勢が変化し、吸気弁１２の作動角及びバルブリフト量が、その位相が略一定のままで連続的に変化する。
【００３２】
このような作動角変更機構１においては、吸気弁１２を駆動する揺動カム２０が、機関と連動して回転する駆動軸１３の外周に相対回転可能に外嵌しているため、揺動カム２０の駆動軸１３に対する軸心ズレを生じるおそれがなく、制御精度が向上する。また、揺動カム２０を支持する支軸を駆動軸１３と別個に設ける必要がないため、部品点数，配置スペースの低減化を図ることができる。更に、各部材の連結部が面接触となっているため、耐磨耗性に優れており、潤滑も行い易い。
【００３３】
図４は、制御軸１６を所定の制御範囲内で回転駆動するアクチュエータ３０を示している。アクチュエータ３０のシリンダ３９の内部は、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とに画成されており、これら油圧室３３，３４の油圧に応じてピストン３２が進退駆動される。このピストン３２の先端に設けられたピン３２ｂは、制御軸１６の一端に固定されたディスク１６ａの径方向溝１６ｂにスライド可能に嵌合している。従って、ピストン３２の移動に応じて制御軸１６が回動し、吸気弁１２の作動角が変化するようになっている。
【００３４】
上記の油圧室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、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）としての制御部３からの出力信号によりＯＮ−ＯＦＦ駆動（デューティー制御）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。
【００３５】
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共に、第２油圧室３４に接続する第２油路３７とドレン油路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。
【００３６】
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とドレン油路３８とが連通して第１油圧室３３がドレンされると共に、第２油路３７と油圧ポンプ９とが連通して第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。
【００３７】
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３７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。
【００３８】
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１２の作動角を所定の制御範囲内で任意の作動角に変更、保持することが可能で、油圧を利用した簡素な構造でありながら、制御の自由度が非常に高い。
【００３９】
なお、上記の制御部３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、上記の作動角変更機構１及び後述する位相変更機構２の制御を行うほか、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。
【００４０】
次に、図１及び図５〜９を参照して位相変更機構２について説明する。この位相変更機構２は、機関のクランクシャフトと同期して回転駆動される回転体たるタイミングプーリ４０と、このタイミングプーリ４０の内周側に相対回動可能に配設された駆動軸１３と、の相対回転位相を変化させることにより、吸気弁１２の作動角及びバルブリフト量が一定のままで吸気弁１２の作動角の中心位相を変化させる機能を有している。
【００４１】
すなわち、位相変更機構２は、駆動軸１３の端部に固定されてタイミングプーリ４０内に回転自在に収容されたベーン４１と、このベーン４１を油圧によって正逆回動させる油圧回路と、を備えている。
【００４２】
タイミングプーリ４０は、図５にも示すように、外周にタイミングチェーンが噛合する歯部４２ａを有する回転部材４２と、この回転部材４２の前方に配置されてベーン４１を回転自在に収容したハウジング４３と、このハウジング４３の前端開口を閉塞する蓋体たる円板状のフロントカバー４４と、ハウジング４３と回転部材４２との間に配置されてハウジング４３の後端開口を閉塞するほぼ円板状のリアカバー４５とから構成され、これらのハウジング４３，フロントカバー４４，及びリアカバー４５は、ボルト４６によって軸方向から一体的に結合されている。
【００４３】
回転部材４２は、ほぼ円環状を呈し、小径ボルト４６が螺着する雌ねじ孔が前後方向へ貫通形成されていると共に、内部中央位置に後述する通路構成用のスリーブ４７が嵌合する段差形状の嵌合孔４８が形成されている。さらに、前端面には、リアカバー４５が嵌合する円板状の嵌合溝４９が形成されていると共に、嵌合溝４９の外周側所定位置に係合穴５０が形成されている。
【００４４】
ハウジング４３は、前後両端が開口形成された円筒状を呈し、内周面の周方向の９０°位置には４つの隔壁部５１が突設されている。この隔壁部５１は、横断面台形状を呈し、それぞれハウジング４３の軸方向に沿って延びており、各軸方向両側面がハウジング４３の軸方向両側面と略同一面に設定されていると共に、小径ボルト４６が貫通するボルト挿通孔５２が軸方向へ貫通形成されている。さらに、各隔壁部５１の内周面中央位置に軸方向に沿って切欠形成された保持溝５１ａ内にコ字形のシール部材５３と、このシール部材５３を内方へ押圧する板ばね５４とが嵌合保持されている。
【００４５】
フロントカバー４４は、中央に比較的大径なボルト挿通孔５５が穿設されていると共に、ハウジング４３の各ボルト挿通孔５２と対応する位置に４つのボルト孔が穿設されている。
【００４６】
リアカバー４５は、その後面側に、回転部材４２の嵌合溝４９内に嵌合保持される円環部５６を有していると共に、その中央部に、スリーブ４７の小径な円環部５６が嵌入する嵌入孔５７が穿設され、さらにボルト挿通孔５２に対応する位置にボルト孔が同じく形成されている。
【００４７】
ベーン４１は、焼結合金材で一体に形成され、固定ボルト５８によって駆動軸１３の前端部に軸回りに回転可能に固定されており、固定ボルト５８が挿通するボルト挿通孔４１ａを有する円環状の基部５９と、この基部５９の外周面の周方向の９０°位置に一体に設けられた４つの羽根部６０とを備えている。
【００４８】
各羽根部６０は、夫々長方体形状を呈し、ハウジング４３の隣り合う隔壁部５１間に配置されている。各羽根部６０の外周面の中央に形成された保持溝６１には、ハウジング４３の内周面に摺接するコ字形のシール部材６２と、このシール部材６２を外方に押圧する板ばね６３とが夫々嵌着保持されている。
【００４９】
各羽根部６０の両側と各隔壁部５１の両側面との間には、それぞれ進角側油圧室６４と遅角側油圧室６５が隔成されている（図７参照）。
【００５０】
また、１つの羽根部６０には、リアカバー４５の係合穴５０に対応した位置に摺動用孔６６が軸方向に沿って貫通形成されていると共に、側部に遅角側油圧室６５と摺動用孔６６を連通する通孔６７がほぼ周方向に沿って穿設されている。
【００５１】
さらに、１つの羽根部６０の摺動用孔６６には、ロックピン６８が摺動自在に設けられている。このロックピン６８は、中央の中径状の本体６８ａと、この本体６８ａの一側に形成された小径な係合部６８ｂと、他側に形成された段差大径状のストッパ部６８ｃと、から構成されている。
【００５２】
このストッパ部６８ｃの段差面と本体６８ａの外周面と摺動用孔６６の内周面との間に、受圧室６９が形成されていると共に、ロックピン６８とフロントカバー４４との間に、ロックピン６８をリアカバー４５の方向（図８，図９の右方向）へ付勢するばね部材たるコイルスプリング７０が弾装されており、ロックピン６８の係合部６８ｂは、ベーン４１の最大遅角側の回動位置において、リアカバー４５の係合穴５０内に挿入され得るようになっている。
【００５３】
油圧回路は、進角側油圧室６４に対して油圧を給排する第１油圧通路７１と、遅角側油圧室６５に対して油圧を給排する第２油圧通路７２との２系統の油圧通路を有し、両油圧通路７１，７２には、供給通路７３とドレン通路７４とが夫々通路切替用の電磁切替弁７５を介して接続されている。
【００５４】
第１油圧通路７１は、シリンダヘッド１１内から駆動軸１３の軸心内部に形成された第１通路部７１ａと、固定ボルト５８の内部軸線方向を通って頭部内で分岐形成されて第１通路部７１ａと連通する第１油路７１ｂと、この頭部の小径な外周面とベーン４１の基部５９のボルト挿通孔４１ａの内周面との間に形成されて第１油路７１ｂに連通する油室７１ｃと、ベーン４１の基部５９内にほぼ放射状に形成されて油室７１ｃと各進角側油圧室６４とに連通する４本の分岐路７１ｄとから構成されている。
【００５５】
一方、第２油圧通路７２は、シリンダヘッド１１内及び駆動軸１３の内部に形成された第２通路部７２ａと、スリーブ４７の内部にほぼＬ字形状に折曲形成されて第２通路部７２ａと連通する第２油路７２ｂと、回転部材４２の嵌合孔の外周側孔縁に形成されて第２油路７２ｂと連通する４つの油通路溝７２ｃと、リアカバー４５の周方向の約９０°毎の位置に形成されて、各油通路溝７２ｃと遅角側油圧室６５とに連通する４つの油孔７２ｄとから構成されている。
【００５６】
電磁切替弁７５は、４ポート３位置型であって、内部の弁体（スプール）によって各油圧通路７１，７２と供給通路７３，ドレン通路７４とが選択的に連通，遮断されるようになっており、このスプールの位置が上記の制御部３からの制御信号（デューティー信号）によって切り替え制御されるようになっている。
【００５７】
なお、この制御部３は、機関回転数を検出するクランク角センサや吸入空気量を検出するエアフローメータからの信号によって現在の運転状態を検出すると共に、クランク角及びカム角センサからの信号によってタイミングプーリと駆動軸１３との相対回動位置を検出している。
【００５８】
機関停止時等の初期状態では、電磁切替弁７５の弁体（スプール）が図６の最も右側に保持される（図６に示す状態）。この場合、供給通路７３と第２油圧通路７２とが連通するとともに、ドレン通路７４と第１油圧通路７１とが連通する。このため、油圧ポンプ９から圧送された油圧は第２油圧通路７２を通って遅角側油圧室６５に供給される一方、進角側油圧室６４には、機関停止時と同じく油圧が供給されず低圧状態に維持される。したがって、ベーン４１は、図７に示すように各羽根部６０が進角側油圧室６４側の各隔壁部５１の一側面に当接した最遅角位置の方向へ付勢され、吸気弁１２の作動角の中心位相が遅角側に駆動制御される。
【００５９】
また、機関停止時や始動時のように、ベーン４１が図７に示す最遅角位置に保持されており、かつ、遅角側油圧室６５内の油圧が比較的低く、通孔６７から受圧室６９へ供給される油圧よりもコイルスプリング７０のばね力が打ち勝っている状態では、図９に示すように、ロックピン６８の係合部６８ｂがリアカバー４５の係合穴５０内に係合した状態を維持する。したがって、ベーン４１は、この最遅角位置に安定かつ確実に保持されて、遅角側油圧室６５内の油圧の変動や駆動軸１３に発生する正負の変動トルクによる揺動振動の発生を防止でき、ひいては、ベーン４１と隔壁部５１との衝突音を防止できる。一方、遅角側油圧室６５内の油圧が高くなると、同じく受圧室６９内の油圧も高くなってロックピン６８はコイルスプリング７０を圧縮変形させながらばね力に抗して後退動し、係合部６８ｂが係合穴５０から抜け出して係合が解除される（図８参照）。このため、ベーン４１は、自由な回動が許容されることになる。
【００６０】
電磁切替弁７５のスプールが図６の最も左側に保持された状態では、供給通路７３と第１油圧通路７１とが連通し、ドレン通路７４と第２油圧通路７２とが連通する。この結果、遅角側油圧室６５内の油圧が第２油圧通路７２を通ってドレン通路７４からオイルパン内に戻されて遅角側油圧室６５内が低圧になる一方、進角側油圧室６４内に油圧が第１油圧通路７１を経由して供給されて高圧となる。このため、ベーン４１は図７に示す位置から進角側（図７の時計方向）に回転し、吸気弁１２の作動角中心位相が進角側へ制御される。
【００６１】
電磁切替弁７５のスプールが図６の中間位置に保持された状態では、第１油圧通路７１及び第２油圧通路７２の双方がスプールにより遮断される。この結果、各油圧室３３，３４内の油圧が保持（ロック）されて、ベーン４１がその位置に保持され、吸気弁１２の作動角中心位相が保持される。
【００６２】
このベーン型の位相変更機構２においては、機関の運転状態に応じて電磁切替弁７５のスプール位置を切り換えることにより、ベーン４１を所望の中間位置に保持することが可能で、油圧を用いた簡素な構造でありながら、吸気弁１２の作動角中心位相を任意の位相に変更，保持することができる。
【００６３】
このように本実施例では、作動角変更機構１及び位相変更機構２を互いに干渉することなく配置することができる。また、両変更機構１，２共に共通の油圧ポンプ９からの機関油圧により駆動される構成であるため、構成が簡素化される。
【００６４】
図１０は、アイドル域から中負荷域への移行時における吸気弁１２及び排気弁の開閉時期を模式的に示している。同図に示すように、この実施例では排気弁の開時期が上死点付近に設定されている。
【００６５】
図１０（ａ）に示すように、アイドル運転状態等の極低負荷域では、吸気弁１２の開時期を上死点後に、吸気弁閉時期を下死点前に設定している。また、作動角変更機構１により吸気弁の作動角を最小作動角又はその近傍に設定している。
【００６６】
つまり、このような極低負荷域では、主に燃焼を安定化させるために、バルブオーバーラップ量を無くし（マイナスオーバーラップ化）、内部残留ガスを抑制している。また、吸気弁開時期を上死点後とすることにより吸気弁１２の開弁直前の吸気ポートと筒内との圧力差を大きくするとともに、バルブリフト量（作動角）を小さくして吸入通路を小さくすることにより、筒内への吸入流速を十分に速めて、燃料の霧化を促進し、燃焼の安定化を図っている。更に、バルブリフト量を小さくしてフリクションを低減化させている。
【００６７】
このような極低負荷域から負荷が上昇する際（（ａ）→（ｂ））、先ず吸気開時期が排気閉時期とほぼ同等になるまで（バルブオーバーラップが生じるまで）、主に位相変更機構２により作動角中心位相を進角化する。これにより、吸気弁の開時期が上死点へ向けて進角化され、主にポンプロスが低減される。また、吸気弁閉時期が下死点から遠ざかるように進角化されて、吸入空気量が適宜に調整される。
【００６８】
更に負荷が上昇する場合（（ｂ）→（ｃ））、すなわちバルブオーバーラップ量が増加するような状況では、作動角変更機構１による作動角の増加を優先的に行う。これにより、吸気弁開時期の進角化によりバルブオーバーラップ量が増加して内部ＥＧＲ量が増加するとともに、このバルブオーバーラップ量の増加に伴う新気量の減少分を、吸気弁閉時期の遅角化により適宜に補うことができる。つまり、作動角変更機構１のみを増加させるだけで、必要な新気量と残ガス量の双方を効率的に調整でき、燃費性能の大幅な向上を図ることができる。
【００６９】
このようにバルブオーバーラップ量が大きい中負荷域から極低負荷域への急減速時（（ｃ）→（ａ））には、燃焼安定性の低下を確実に防止するために、速やかにバルブオーバーラップ量を低下させる必要がある。バルブオーバーラップ量を低下させるためには、吸気弁１２の開時期を遅角化する必要があり、その手法として、作動角変更機構１により吸気弁１２の作動角を減少する手法と、位相変更機構２により吸気作動角の中心位相を遅角化する手法とがある。
【００７０】
位相変更機構２により位相を変化させる場合、進角時には駆動軸１３の平均フリクションに打ち勝つエネルギーが必要であり、遅角時には上記の平均フリクションにアシストされるため、同じエネルギー（油圧ポンプ９からの油圧）では、遅角速度が進角速度よりも速い。しかしながら、作動角及びバルブリフト量が比較的小さいような場合、駆動軸１３の平均フリクションが小さいため、遅角時にアシストされる力も小さく、上記の遅角速度はあまり速くない。
【００７１】
一方、作動角変更機構１により作動角を変化させる場合、作動角の増加，拡大時には吸気弁１２のバルブスプリング反力に打ち勝つエネルギーが必要であり、作動角の減少時にはバルブスプリング反力にアシストされる形となる。従って、作動角減少速度は、作動角増加速度よりも速く、かつ、上記の位相変更機構２による遅角速度と比べてもはるかに（例えば約３〜４倍）速い傾向にある。
【００７２】
つまり本実施例のように、作動角変更機構１が吸気弁１２のバルブスプリング反力を受ける一方、位相変更機構２が駆動軸１３の平均フリクションを受ける構造であり、かつ、両機構１，２ともに油圧駆動される構成の場合、作動角変更機構１により作動角を減少させた場合の吸気弁１２の開時期の遅角速度が、位相変更機構２により中心位相を遅角させた場合の吸気弁１２の開時期の遅角速度に比して、はるかに速い傾向にある。
【００７３】
そこで本実施例では、上述したように中負荷域から極低負荷域への移行時のように、バルブオーバーラップ量を減少させる状況では、主に作動角変更機構１により作動角を減少させることにより、吸気弁１２の開時期を遅角化させている。これにより、バルブオーバーラップ量を迅速に低下させることができる。この結果、バルブオーバーラップ量を十分に大きく設定することが可能となり、内部ＥＧＲをより大きく使用することができ、燃費性能の向上等を図ることができる。
【００７４】
また、作動角変更機構１による吸気弁１２の開時期（及び閉時期）の変化量を、位相変更機構２による吸気弁１２の開時期（及び閉時期）の変化量よりも大きく設定している。より具体的には、作動角変更機構１の制御軸１６を最大作動角位置から最小作動角位置まで移動した場合の吸気弁１２の開時期（及び閉時期）の変化量を、位相変更機構２のベーン４１を最進角位置から最遅角位置まで移動した場合の吸気弁１２の開時期（及び閉時期）の変化量よりも十分に大きく設定している。
【００７５】
このように、応答性に優れた作動角変更機構１の変化量を相対的に大きく設定することにより、迅速性が要求されるバルブオーバーラップ量の最大値を更に大きく設定することが可能で、内部ＥＧＲを更に大きく使用することができ、更なる燃費性能の向上等を図ることができる。
【００７６】
また、上記の急減速時等でバルブオーバーラップ量を減少させる場合には、実際の作動角中心位相が目標位相からずれている場合であっても、先ず作動角変更機構１のみを優先的に稼動させて、作動角が目標値になるまで、位相変更機構２による位相変更を行わず、作動角変更機構１の駆動にエネルギー（油圧）を集中させることにより、より素早くバルブオーバーラップ量を低下，解消することができる。
【００７７】
更に言えば、両変更機構１，２へ供給される油圧ポンプ９の機関油圧は機関回転数に依存するため、極低回転域のように油圧が低い状態で、バルブリフト量を低下させる場合、特に位相変更機構２による位相変更の応答性が大きく低下するものの、上述したように、作動角変更機構１により作動角を減少させる場合には、バルブスプリング反力がアシストされるため、低い油圧でも十分に速い応答性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る内燃機関の吸気弁駆動制御装置を示す斜視対応図。
【図２】上記実施例の作動角変更機構を示す断面対応図。
【図３】同じく作動角変更機構を示す構成図。
【図４】上記作動角変更機構の油圧アクチュエータ及びソレノイドバルブを示す構成図。
【図５】上記実施例の位相変更機構を示す分解斜視図。
【図６】上記位相変更機構を示す断面対応図。
【図７】上記位相変更機構の要部を示す断面図。
【図８】上記位相変更機構のロック状態を示す断面図。
【図９】上記位相変更機構のロック解除状態を示す断面図。
【図１０】上記実施例の作用説明図。
【符号の説明】
１…作動角変更機構
２…位相変更機構
１２…吸気弁
１３…駆動軸
１５…偏心カム
１６…制御軸
１７…制御カム
１８…ロッカーアーム
２０…揺動カム
２５…リング状リンク
２６…ロッド状リンク
４０…タイミングプーリ（回転体）
Claims (5)
- 駆動軸の回転に応じて開閉する吸気弁の作動角及びバルブリフト量の双方をバルブスプリング反力に抗して増加可能な作動角変更機構と、上記駆動軸とクランクシャフトにより回転駆動される回転体との相対回転位相を変化させることにより、吸気弁の作動角の中心位相を変化させる位相変更機構と、を有し、これら作動角変更機構と位相変更機構とが共通の油圧源により互いに独立して油圧駆動され、かつ、作動角変更機構による吸気弁の開時期の遅角速度が、位相変更機構による吸気弁の開時期の遅角速度に比して速い内燃機関の吸気弁駆動制御装置において、
作動角変更機構により変更可能な吸気弁の開時期の変化量を、位相変更機構により変更可能な吸気弁の開時期の変化量よりも大きく設定し、
かつ、バルブオーバーラップの有る領域では、機関運転状態に応じて主に作動角変更機構により吸気弁の作動角を増減させることを特徴とする内燃機関の吸気弁駆動制御装置。 - バルブオーバーラップ量を減少させる場合、主に作動角変更機構により吸気弁の作動角を減少させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の吸気弁駆動制御装置。
- 中負荷域から極低負荷域への移行時には、位相変更機構により中心位相を変更する前に、作動角変更機構による作動角の減少を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の吸気弁駆動制御装置。
- 上記作動角変更機構は、クランクシャフトと連動して回転する駆動軸と、この駆動軸の外周に回転可能に外嵌し、バルブスプリング反力に抗して吸気弁を開閉させる揺動カムと、に連携されており、
この作動角変更機構は、上記駆動軸に偏心して設けられた偏心カムと、この偏心カムに回転可能に外嵌するリング状リンクと、上記駆動軸と略平行に延びる制御軸と、この制御軸に偏心して設けられた制御カムと、この制御カムの外周に相対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の先端に連結されたロッカーアームと、このロッカーアームの他端と揺動カムとに連結されたロッド状リンクと、を有し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吸気弁駆動制御装置。 - 上記位相変更機構は、クランクシャフトと同期して回転する回転体と上記駆動軸との間に設けられ、これら回転体と駆動軸との相対回転位相を変化させることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の吸気弁駆動制御装置。
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