JP4063478B2

JP4063478B2 - 内燃機関の可変動弁装置

Info

Publication number: JP4063478B2
Application number: JP2000179511A
Authority: JP
Inventors: 信中村; 信一竹村; 常靖野原
Original assignee: Hitachi Ltd; Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2000-06-15
Filing date: 2000-06-15
Publication date: 2008-03-19
Anticipated expiration: 2020-06-15
Also published as: JP2001355418A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の可変動弁装置、とりわけ、吸気弁や排気弁である機関弁のリフト特性を制御する可変動弁装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の従来の可変動弁装置としては、本出願人が先に出願した例えば特開平１１−２９４１２５号公報に記載されたものがある。
【０００３】
図１１に基づいて概略を説明すれば、この可変動弁装置は、吸気弁側に適用されたもので、クランク軸の回転に同期して図中時計方向に回転する駆動軸６１の外周に、軸心Ｙが駆動軸６１の軸心Ｘから偏心した駆動カム６２が固設されていると共に、駆動カム６２の回転力が多節リンク状の伝達機構を介して伝達されて、吸気弁６３の上端部に有するバルブリフター６４の上面をカム面６５が摺接して吸気弁６３を開閉作動させる揺動カム６６を有している。この揺動カム６６は、基端部に形成された保持孔６６ａを介して駆動軸６１の外周面に揺動自在に支持されている。
【０００４】
前記伝達機構は、揺動カム６６の上方に配置されて、後述の制御軸６７に制御カム７４を介して回動自在に支持されたロッカアーム６８と、円環状の一端部６９ａが駆動カム６２の外周面に嵌合しかつ他端部６９ｂがロッカアーム６８の一端部６８ａにピン７０を介して回転自在に連結されたリンクアーム６９と、一端部７１ａがロッカアーム６８の他端部６８ｂにピン７２を介して回転自在に連結され、他端部７１ｂが前記揺動カム６６の端部にピン７３を介して回転自在に連結されたリンクロッド７１とから構成されている。
【０００５】
また、前記制御軸６７の外周面には、軸心Ｐ１が制御軸６７の軸心Ｐ２から所定量αだけ偏心した制御カム７４が固定されている。この制御カム７４は、ロッカアーム６８のほぼ中央に穿設された支持孔６８ｃ内に回転自在に嵌入保持されて、その回転位置に応じてロッカアーム６８の揺動支点を変化させて、揺動カム６６のカム面６５のバルブリフター６４上面に対する転接位置を変化させて、吸気弁６３のバルブリフトを可変制御するようになっている。
【０００６】
すなわち、機関運転状態が、低回転低負荷域の場合は、図外の電動モータによって制御軸６７を一方向へ回転させて、制御カム７４も同方向へ回転させることにより、ロッカアーム６８の回動支点位置を駆動軸６１より離れる方向へ移動させる。これにより、ロッカアーム６８とリンクロッド７１との枢支点が上方に移動して揺動カム６６のカムノーズ部側の端部６６ｂを引き上げ、これによって揺動カム６６のバルブリフター６４上面上の当接位置がリフト部６５ａから離れる方向に移動する。したがって、吸気弁６３は、そのバルブリフト特性が最小となるように制御される。
【０００７】
一方、高回転高負荷域である場合は、図外の電動モータが制御軸６７を介して制御カム７４を他方向へ回転させて、制御カム７４を同方向へ回転させるため、ロッカアーム６８の回動支点が図１１に示すように駆動軸６１に近づく方向に移動する。これにより、揺動カム６６は、リンクロッド７１などによって端部６６ｂが押し下げられて、バルブリフター６４上面との当接位置がリフト部６５ａ側に移動するため、吸気弁６３のバルブリフト特性が最大となるように制御される。
【０００８】
したがって、機関運転状態に応じて燃費や出力の向上など機関性能を十分に発揮させることができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の可変動弁装置にあっては、前述のように制御軸６７を介して制御カム７４を回動制御することにより、ロッカアーム６８の回動支点位置を変化させることによって吸気弁６３のリフト特性を可変にするようになっているため、かかるリフト制御時、最大リフト制御時や最小リフト制御時などにおいて図７の実線に示すように、吸気弁６３のバルブリフト位相、つまりバルブリフトが極大となる瞬間の駆動軸６１の位相が特異な変化特性を示すことから、機関性能を十分に発揮できないおそれがある。
【００１０】
すなわち、可変機構によるバルブリフト制御中における前記バルブリフト位相について図７の実線に基づいて考察すると、最大リフト（Ｌｍａｘ）からリフトを低下させていくと、少しづつ進角し、さらに最小リフト（Ｌｍｉｎ）に向かってリフトを低下させていくと、今度は途中から逆に遅角していくといった特異な変化特性を示す。これは、バルブリフトが極大となる瞬間においては、図１１に示すように、駆動カム５２の駆動偏心円の動径Ｒ１と、駆動カム６２の軸心Ｙとリンクアーム６９の他端部６９ｂの枢支点（ピン７０の軸心）Ｚとを結ぶ線Ｒ２が一直線になった瞬間、すなわち駆動軸６１の軸心（回転中心）Ｘと枢支点Ｚの距離が最大となった瞬間であり、このとき、動径Ｒ１の方向はシリンダヘッド６０の鉛直方向線Ｑに対して角度θだけ手前側、つまり駆動軸６１の回転からみて進角側にある。
【００１１】
次に、制御軸６７が図中時計方向に回動していった場合において、駆動カム６２の動径Ｒ１と前記Ｒ２が一直線になった場合を考察する。すなわち、このとき角度θは、制御軸６７の時計方向の回動とともに、次第に増加してロッカアーム６８の動径Ｒ３と制御カム７４の動径αが一直線になったときに最大となり、すなわちこのときの駆動軸６１角度からみて最進角になり、制御軸６７がさらに時計方向に回動すると、逆に減少していく。このため、バルブリフト位相は、前述したように特異な変化特性を示すようになるのである。
【００１２】
したがって、例えば、前述のように、最大リフト（Ｌｍａｘ）に制御された際に、吸気弁６３のバルブリフト位相が遅角側に寄ってしまうことによって、吸気弁６３と排気弁とのいわゆるバルブオーバーラップ期間が減少する。この結果、例えば排気脈動効果により発生する負圧波をこのオーバーラップ期間に同調させることによって得られる気筒内残留ガスを掃気させる効果が低減してしまう。したがって、吸気弁５３の最大リフト制御が行なわれる例えば高回転高負荷時において吸気充填効率を十分に高めることができず、出力性能を十分に引き出すことができなくなる。
【００１３】
また、最小リフト（Ｌｍｉｎ）制御時にも、最大リフト制御時と同じように、バルブリフト位相が遅角側に寄ってしまうことによって、吸気弁６３の開弁時期がピストン上死点からかなりの角度で下死点側にずれた位置になる。この結果、吸気弁６３の開弁までに気筒内の負圧が大きくなっていわゆるポンピングロスが増大し、最小リフト制御が行なわれる例えばアイドリング回転時における燃費低減効果が十分に得られない、といった技術的課題を招いている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記従来の可変動弁装置の実情に鑑みて案出されたもので、請求項１記載の発明は、機関のクランク軸に同期回転し、外周に駆動カムが固定された駆動軸と、前記駆動カムの回転力を揺動力として伝達する伝達機構と、揺動自在に支持され、前記伝達機構から伝達される揺動力によって弁駆動部材を介して機関弁を開閉作動させる揺動カムと、を備え、制御軸を制御することにより前記伝達機構の作動位置を可変制御して、機関弁の少なくともリフト量を可変制御し、バルブリフトが極大となる瞬間の駆動軸位相が最大リフト制御時と最小リフト制御時の間に亘って変化する第１可変機構を設けると共に、前記クランク軸と駆動軸との相対回動位相を変化させる第２可変機構を設け、かつ前記第１可変機構と第２可変機構とを機関運転状態に応じて制御する内燃機関の可変動弁装置であって、前記第１可変機構による機関弁のリフト量の変化に伴うリフト量毎のバルブリフトが極大となる瞬間における前記駆動軸の回動位相変化を、第２の可変機構で補正したことを特徴としている。
【００１５】
したがって、この発明によれば、本願発明の第１可変機構の基本的構造及び作用から生じる不都合、つまり、第１可変機構による機関弁のリフト量の変化に伴うリフト量毎のバルブリフトが極大となる瞬間の駆動軸位相の特異な変化を第２可変機構によって矯正して、所定リフト制御に応じた適正なバルブリフト位相あるいは開閉タイミングに制御することができるため、各運転領域における機関性能を十分に引き出すことが可能になる。
【００１６】
請求項２に記載の発明にあっては、前記伝達機構は、前記駆動カムに回動支点を介して連係する駆動カム連係部と、可変な揺動支点を有し、前記揺動カムに連係する揺動カム連係部を備えたロッカアームと、前記ロッカアームの他端部と前記揺動カムとを連係するリンクロッドと、を有し、前記第１可変機構は、前記伝達機構と、前記制御軸と、該制御軸に設けられた偏心制御カムと、によって構成され、前記ロッカアームの揺動支点を変化させる揺動支点可変機構と、を備え、前記ロッカアームを偏心制御カムの軸心を中心に回動支持すると共に、前記制御軸を回転制御することにより機関弁の少なくともリフト量を可変制御するものであって、前記駆動軸の軸心から前記ロッカアームの前記回動支点までの距離が最大となり、かつ前記制御軸の軸心と偏心制御カムの軸心及び前記ロッカアーム一端部における枢支点が同一線上に位置した際のリフト量より、前記第１可変機構の制御リフト量が小さい場合または大きい場合に、前記駆動軸を、第２可変機構によって前記ロッカアーム一端部の枢支点が偏心制御カムの軸心へ近付く方向と同方向に回動制御することを特徴としている。
【００１７】
この発明によれば、第１可変機構による特に最大リフト制御時や最小リフト制御時に発生し易いバルブリフト位相の特異な変化を第２可変機構によって効果的に矯正することができるため、かかる運転領域での機関性能を十分に発揮させることが可能になる。
【００１８】
請求項３に記載の発明にあっては、前記伝達機構は、前記駆動カムに回動支点を介して連係する前記駆動カム連係部と、可変な揺動支点を有し、前記揺動カムに連係する揺動カム連係部を備えたロッカアームと、前記ロッカアームの他端部と前記揺動カムとを連係するリンクロッドと、を有し、前記第１可変機構は、前記伝達機構と、前記制御軸と、該制御軸に設けられた偏心制御カムと、によって構成され、前記ロッカアームの揺動支点を変化させる揺動支点可変機構と、を備え、前記ロッカアームを偏心制御カムの軸心を中心に回動支持すると共に、前記制御軸を回転制御することにより機関弁の少なくともリフト量を可変制御するものであって、前記駆動軸の軸心から前記ロッカアームの前記回動支点までの距離が最大となり、かつ前記制御軸の軸心と偏心制御カムの軸心及び前記ロッカアーム一端部における枢支点が同一線上に位置した際のリフト量と前記第１可変機構の制御リフト量とがほぼ一致した場合に、前記駆動軸を、前記第２可変機構によって前記ロッカアーム一端部の枢支点が偏心制御カムの軸心から離れる方向と同方向に回動制御することを特徴としている。
【００１９】
この発明によれば、第１可変機構による特に中間リフト制御時おけるバルブリフト位相の特異な変化を第２可変機構によって効果的に矯正することができるため、かかる運転領域での機関性能を十分に発揮させることが可能になる。
請求項４に記載の発明は、機関のクランク軸に同期回転し、外周に駆動カムが固定された駆動軸と、揺動自在に支持され、弁駆動部材を介して機関弁を開閉作動させる揺動カムと、を備え、前記機関弁の少なくともリフト量を可変制御し、前記リフト量を変化させた際に、バルブリフトが極大となる瞬間の前記駆動軸の位相が変化する第１可変機構と、前記クランク軸と前記駆動軸との相対回動位相を変化させる第２可変機構と、を設け、前記リフト量が変化することによる前記駆動軸の位相の変化を抑制する方向へ前記第２可変機構によって制御したことを特徴としている。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係る可変動弁装置を吸気側に適用した実施形態を示し、シリンダヘッド１１に図外のバルブガイドを介して摺動自在に設けられた１気筒あたり２つの吸気弁１２，１２を備え、かつ該各吸気弁１２，１２のバルブリフトを機関運転状態に応じて可変にする第１可変機構１と、各吸気弁１２，１２の開閉タイミング（バルブタイミング）を機関運転状態に応じて可変にする第２可変機構２とを備えている。
【００２１】
前記第１可変機構１は、図１〜図３に示すように、シリンダヘッド１１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に圧入などによって固設されて中心が駆動軸１３の軸心Ｘと所定量偏心した２つの駆動カム１５，１５と、駆動軸１３に揺動自在に支持されて、各吸気弁１２，１２の上端部に配設された弁駆動部材であるバルブリフター１６，１６の平坦な上面１６ａ，１６ａに摺接して各吸気弁１２，１２を開作動させる揺動カム１７，１７と、駆動カム１５，１５と揺動カム１７，１７との間に連係されて、駆動カム１５，１５の回転力を揺動カム１７，１７の揺動力として伝達する伝達機構１８，１８と、該伝達機構１８，１８の作動位置を可変制御にする揺動支点可変機構１９とを備えている。
【００２２】
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後述する可変機構２のタイミングスプロケット４０に巻装された図外のタイミングチェーン等を介して機関のクランク軸から回転力が伝達されて、図２の矢印に示すように時計方向に回転するようになっている。
【００２３】
前記軸受１４は、図１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によって上方から共締め固定されている。
【００２４】
前記両駆動カム１５は、図１〜図３に示すようにほぼリング状を呈し、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Ｘが駆動軸１３の軸心Ｙから径方向へ所定量だけオフセットしている。また、この各駆動カム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、両方のカム本体１５ａ，１５ａの外周面１５ｄ，１５ｄが同一のカムプロフィールに形成されている。
【００２５】
前記揺動カム１７は、図２に示すようにほぼ雨滴状を呈し、一端部側の円環状の基端部２０には駆動軸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、他端部のカムノーズ部２１にピン孔２１ａ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の先端側に有するリフト面２２ｃとが形成されており、該基円面２２ａとランプ面２２ｂ及びリフト面２２ｃ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。
【００２６】
前記伝達機構１８は、図２に示すように駆動軸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とを連係する駆動カム連係部であるリンクアーム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。
【００２７】
前記各ロッカアーム２３は、図３に示すように、平面からみてほぼクランク状に折曲形成され、中央に有する筒状基部２３ｃが後述する制御カム３３に回転自在に支持されている。また、各基部２３ｃの各外端部に突設された前記一端部２３ａには、図２及び図３にも示すように、リンクアーム２４と相対回転自在に連結するピン２６が挿通されるピン孔２３ｄが貫通形成されている一方、各基部２３ｃの各内端部に夫々突設された前記他端部２３ｂには、各リンクロッド２５の一端部２５ａと相対回転自在に連結するピン２７が挿通されるピン孔２３ｅが形成されている。
【００２８】
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２４ｄが貫通形成されている。
【００２９】
さらに、前記リンクロッド２５は、図２にも示すように所定長さのほぼく字形状に折曲形成され、両端部２５ａ，２５ｂには、図３にも示すようにピン挿通孔２５ｃ，２５ｄが形成されており、この各ピン挿通孔２５ｃ，２５ｄに、前記ロッカアーム２３の他端部２３ｂに有するピン孔２３ｅと揺動カム１７のカムノーズ部２１に有するピン孔２１ａにそれぞれ挿通した各ピン２７，２８の端部が回転自在に挿通している。
【００３０】
そして、このリンクロッド２５は、前記揺動カム１７の最大揺動範囲を前記ロッカアーム２３の揺動範囲内に規制するようになっている。
【００３１】
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。
【００３２】
前記揺動支点可変機構１９は、機関前後方向に配設された前記制御軸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、制御軸３２の回転位置を制御する電動アクチュエータである電動モータ３４とから構成されている。
【００３３】
前記制御軸３２は、駆動軸１３と並行に設けられて、前述のように軸受１４のメインブラケット１４ａ上端部の軸受溝とサブブラケット１４ｂとの間に回転自在に支持されている。一方、前記各制御カム３３は、夫々円筒状を呈し、図２に示すように軸心Ｐ１位置が制御軸３２の軸心Ｐ２からα分だけ偏倚している。
【００３４】
前記電動モータ３４は、駆動シャフト３４ａの先端部に設けられた第１平歯車３５と制御軸３２の後端部に設けられた第２平歯車３６との噛合いを介して、制御軸３２に回転力を伝達するようになっていると共に、機関の運転状態を検出するコントローラ３７からの制御信号によって駆動するようになっている。
【００３５】
一方、前記第２可変機構２は、図１に示すように前記駆動軸１３の先端部側に設けられ、図外のタイミングチェーンによって機関のクランク軸から回転力が伝達されるタイミングスプロケット４０と、駆動軸１３の先端部にボルト４１によって軸方向から固定されたスリーブ４２と、タイミングスプロケット４０とスリーブ４２との間に介装された筒状歯車４３と、該筒状歯車４３を駆動軸１３の前後軸方向へ駆動させる駆動機構である油圧回路４４とから構成されている。
【００３６】
前記タイミングスプロケット４０は、筒状本体４０ａの後端部にチェーンが巻装されるスプロケット部４０ｂがボルト４５により固定されていると共に、筒状本体４０ａの前端開口がフロントカバー４０ｃによって閉塞されている。また、筒状本体４０ａの内周面には、はす歯形のインナ歯４６が形成されている。
【００３７】
前記スリーブ４２は、後端側に駆動軸１３の先端部が嵌合する嵌合溝が形成されていると共に、前端部の保持溝内にはフロントカバー４０ｃを介してタイミングスプロケット４０を前方に付勢するコイルスプリング４７が装着されている。また、スリーブ４２の外周面には、はす歯形のアウタ歯４８が形成されている。
【００３８】
前記筒状歯車４３は、軸直角方向から２分割されて前後の歯車構成部がピンとスプリングによって互いに接近する方向に付勢されていると共に、内外周面には前記各インナ歯４６とアウタ歯４８に噛合いするはす歯形の内外歯が形成されており、前後に形成された第１，第２油圧室４９，５０へ相対的に供給される油圧によって各歯間を摺接しながら前後軸方向へ移動するようになっている。また、この筒状歯車４３は、フロントカバー４０ｃに突当った最大前方移動位置で吸気弁１２を最遅角位置に制御する一方、最大後方移動位置で最進角位置に制御するようになっている。さらに、第２油圧室５０内に弾装されたリターンスプリング５１によって第１油圧室４９の油圧が供給されない場合に最大前方移動位置に付勢されるようになっている。
【００３９】
前記油圧回路４４は、図外のオイルパンと連通するオイルポンプ５２の下流側に接続されたメインギャラリ５３と、該メインギャラリ５３の下流側で分岐して前記第１，第２油圧室４９，５０に接続された第１，第２油圧通路５４，５５と、前記分岐位置に設けられたソレノイド型の流路切換弁５６と、該流路切換弁５６に接続されたドレン通路５７とから構成されている。
【００４０】
前記流路切換弁５６は、前記第１可変機構１の電動モータ３４を駆動制御する同じコントローラ３７からの制御信号によって切換駆動されるようになっている。
【００４１】
前記コントローラ３７は、クランク角センサからの機関回転数信号、エアフローメータからの吸気流量信号（負荷）及び機関油温センサなどの各種の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すると共に、制御軸３２の現在の回転位置を検出する第１位置検出センサ５８や駆動軸１３とタイミングスプロケット４０との相対回動位置を検出する第２位置検出センサ５９からの検出信号に基づいて、前記電動モータ３４及び流路切換弁５６に制御信号を出力している。
【００４２】
すなわち、コントローラ３７が、機関回転数、負荷、油温、機関始動後の経過時間などの情報信号から吸気弁１２の目標リフト特性、つまり制御軸３２の目標回転位置を決定して、この指令信号に基づき電動モータ３４を回転させることにより制御軸３２を介して制御カム３３を所定回転角度位置まで回転制御する。また、第１位置検出センサ５８により、制御軸３２の実際の回転位置をモニターし、フィードバック制御により制御軸３２を目標位相に回転させるようになっている。
【００４３】
具体的には、機関始動初期のクランキング時及びアイドリング時には、コントローラ３７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が一方向へ回転制御されて、図４に示すように制御カム３３の軸心Ｐ１が制御軸３２の軸心Ｐ２から図示のように左上方の回動位置に保持され、厚肉部３３ａが駆動軸１３から上方向へ離間回動する。これにより、ロッカアーム２３は、全体が駆動軸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を介して強制的に引き上げられて反時計方向へ回動する。したがって、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Ｌは、図４に示すように小さくなる。このため、ガス流動が強化されて燃焼が改善されて、燃費の向上と機関回転の安定化が図れる。
【００４４】
特に、クランキング時には、バルブリフト量を図７に示すように零に近い極小リフト（Ｌｍｉｎ）になるように設定されているため、後述するように機関回転の立ち上がりが良好になる。
【００４５】
一方、高回転高負荷域では、コントローラ３７からの制御信号によって電動モータ３４により制御軸３２が今度は他方向に回転して制御カム３３を図２，図６に示す位置に回転させて厚肉部３３ａを下方向へ回動させる。このため、ロッカアーム２３は、全体が駆動軸１３方向（下方向）へ移動し、他端部２３ｂが揺動カム１７をリンクアーム２５を介して下方向へ押圧して揺動カム１７全体を所定量だけ図示の位置（時計方向）に回動させる。
【００４６】
したがって、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Ｌは図６に示すように最も大きくなる（Ｌｍａｘ）。そして、その最小リフト（Ｌｍｉｎ）から最大（Ｌｍａｘ）までのリフト量変化は、制御カム３３の回動位置により図７に示すような特性（Ｌｍｉｎ〜Ｌ１〜Ｌ６〜Ｌｍａｘ）となる。
【００４７】
一方流路切換弁５６側は、前述と同じく各センサからの情報信号から吸気弁１２の目標進角量を決定して、この指令信号に基づき流路切換弁５６により、第１油圧通路５４とメインギャラリ５３とを所定時間連通させると共に、第２油圧通路５５とドレン通路５７とを所定時間連通させる。これによって、筒状歯車４３を介してタイミングスプロケット４０と駆動軸１３との相対回動位置を変換して進角側に制御する。また、この場合も第２位置検出センサ５９により予め駆動軸１３の実際の相対回動位置をモニターして、フィードバック制御により駆動軸を目標相対回動位置すなわち目標進角量に回転させるようになっている。
【００４８】
具体的には、機関始動時から所定時間つまり油温が所定温度Ｔｏに達するまでは、流路切換弁５６により第２油圧室５０のみに油圧が供給されて第１油圧室４９には油圧が供給されない。したがって、図１に示すように筒状歯車４３は、リターンスプリング５１のばね力で、最大前方位置に保持されて、駆動軸１３が最大遅角の回転位置に保持されている。その後、油温が所定温度Ｔｏを越えると、運転条件に応じて、コントローラ３７からの制御信号により流路切換弁５６を駆動させて第１油圧通路５４とメインギャラリ５３を連通させて、第２油圧通路５５とドレン通路５７を連通させる時間が連続的に変化する。これにより、筒状歯車４３は、最前方位置から最後方位置までを移動し、したがって、吸気弁１２の開閉タイミングは、最遅角状態から最進角まで連続的に可変制御される。
【００４９】
尚、前記吸気弁１２は、第１可変機構１により最大リフトに制御されかつ第２可変機構２により最大遅角位置に制御された状態において、シリンダ内のピストンや対向する排気弁と干渉しないような配置構成に設定されている。
【００５０】
以下、コントローラ３７による第１可変機構１と第２可変機構２との具体的な駆動制御を図９及び図１０に示すフローチャートにもとづいて説明する。
【００５１】
すなわち、まず、始動後の油温との関係では、図９示すように、セクションＳ１では、タイマーにより機関始動後から所定時間ｔｏを越えたか否かを判断して、越えた場合はセクションＳ２で油温センサによる情報に基づき現在の油温が所定温度Ｔｏを越えたか否かを判別し、越えた場合はセクションＳ３で第１，第２の両方の可変機構１，２を駆動させるが、セクションＳ１及びセクションＳ２で所定時間ｔｏを越えず、または油温が所定油温Ｔｏ以下であればセクションＳ４で第１可変機構１のみを駆動させて第２可変機構２を駆動させない制御を行う。
【００５２】
したがって、低温始動時は第１可変機構１によるバルブリフト制御のみが行われ、第２可変機構２によるバルブタイミング制御が行われず、吸気弁１２は前述した最遅角側に保持される。よって、この運転域での油圧駆動源に起因する可変作動不良といった問題が生じないと共に、バルブリフト制御による始動性の向上など機関性能の向上が図れる。また、油温上昇後は第２可変機構２も駆動するので、機関性能の大幅な向上が図れる。
【００５３】
次に、前述した第１可変機構１の制御を図１０に基づいて説明すれば、まず、セクションＳ１１で、イグニッションスイッチをＯＮすると、その直後にセクションＳ１２において第１可変機構１を最小リフトＬｍｉｎ（零に近い極小リフト）に制御する。続いて、セクションＳ１３でスタータースイッチをＯＮしクランキングが開始した後にセクションＳ１４にて第１可変機構１により、機関回転数（クランキング回転数）の上昇に伴い、リフトを図７に示すＬ３まで増加する制御を行う。
【００５４】
続いて、セクションＳ１５では、油温センサにより現在の油温が所定温度（Ｔ１）よりも高いか否かを判別し、高い場合はセクションＳ１６において、機関運転状態に応じた第１可変機構１によるリフト可変制御を行う。しかし、油温がＴ１以下の場合は、セクションＳ１７において、第１可変機構１によるリフト制御を前記Ｌ３に固定状態とする。
【００５５】
このように、クランキングを開始した始動初期の時点では、セクションＳ１２で最小リフトに制御されているため、動弁系のフリクションが小さくなっているので、機関回転を速やかに立ち上げることができる。
【００５６】
また、セクションＳ１４でのリフト増加制御により、混合気のガス交換効率が向上して、機関トルクが速やかに立ち上がって、前記機関回転の速やかな立ち上がりと相俟って始動性を大幅に改善できる。
【００５７】
さらに、油温がＴ１以下である場合は、セクションＳ１７においてリフトをＬ３の比較的低いリフトに固定するため、吸気弁１２からの混合気流の速度を増加させて気筒内の強いガス流動を発生させることにより、冷機始動時の燃焼の改善が図れ、燃費性能と排気エミッション性能を向上できる。
【００５８】
油温がＴ１より高い場合については、前述のように第１可変機構によるリフト可変制御を行なうが、さらに始動後経過時間がｔ₀を越え、油温がＴｏ（Ｔｏ＞Ｔ１）を越えると、図９のセクション３へ移行し、第１、第２可変機構１、２の両方の制御を開始する。
【００５９】
第１可変機構１は、図７の一点鎖線に示すバルブリフト可変特性を示し、同図実線で示すバルブリフト位相（バルブリフトが極大となる瞬間の駆動軸位相）は最大リフト（Ｌｍａｘ）からリフトを低下させていくと少しづつ進角し、さらに最小リフト（Ｌｍｉｎ）に向かってリフトを低下させていくと、今度は途中から逆に遅角していくといった特異な変化特性を示すが、第２可変機構２によって駆動軸１３を進角方向へ中間リフトＬ２に対して相対的に位相を変化させるように構成されている。
【００６０】
すなわち、第２可変機構２は、前記第１可変機構１により図７に示すような最大リフト（Ｌｍａｘ）に制御した際、及び最小リフト（Ｌｍｉｎ）に制御した際に、この状態を制御軸３２の実際の回転位置をモニターした第１位置検出センサ５８からの情報信号に基づいてコントローラ３７が第２可変機構２を制御して、駆動軸１３を、枢支点Ｚが制御カム３３の軸心Ｐ１に近付く方向と同方向に捩り回動させる。これによって、バルブリフト位相が、図７の実線のリフトカーブで示すように進角側に矯正されて中間リフトＬ２のバルブリフト位相にほぼ等しいかあるいはそれ以上に進角制御される。
【００６１】
したがって、かかる最大リフト（Ｌｍａｘ）制御運転領域となる例えば高回転高負荷時などにおいてバルブリフト位相が上死点に近付くように制御されることにより、バルブオーバーラップが大きくなり、排気脈動の負圧波を大きなバルブオーバーラップ期間と同期させることで、気筒内の残留ガスを掃気することができるので、新気の吸入効率を高め、出力を大きく向上させることが可能になる。また、最小リフト（Ｌｍｉｎ）制御運転領域となる例えばアイドリング回転時などの燃費効果の目減り、すなわち開弁時期が下死点側にずれ、開弁までの気筒内負圧が高くなり、ポンピングロス増大による燃費効果の目減りも防止でき、燃費性能の向上が図れる。
【００６２】
以上のように、第２可変機構２により最大リフト時と最小リフト時における進角制御を行なうことにより、機関性能の低下を防止できる。一方、前記図７の実線のような特異なバルブリフト位相によってやや小リフトの中間リフトＬ２域では進角状態になっているため、この点でも不都合が生じるおそれがある。すなわち、かかるやや小リフト及び小作動角のリフトカーブは機関の低速トルクを高めることなどに適しているが、このときの進角した開閉タイミングによって排気弁と吸気弁１２のバルブオーバーラップ期間が大きくなり、燃焼室内での残留ガスが増加してしまう。つまり、低回転域では、排気ガス量が少ないことなどに起因して、高回転域のような排気脈動の負圧波を生成しにくく、この結果、バルブオーバラップ期間が大きいと、大きな排気正圧によって排気ガスが燃焼室内に逆流し、したがって、その分新気の充填効率が目減りして低速トルクを十分に得られないおそれがある。
【００６３】
そこで、第２の実施形態としては、図８の実線のリフトカーブで示すように、第１可変機構１によって最小、最大リフトの中間リフトであるやや小リフト（Ｌ２）に制御された際に、第２可変機構２によってバルブリフト位相を矯正的に遅角側へ制御するようにしたものである。具体的には、前記中間リフト（Ｌ２）域での制御時に第２可変機構２が駆動軸１３を、前記枢支点Ｚが制御カム３３の軸心Ｐ１から離間する方向と同方向に捩り回動させる( 図５参照 )。この結果、図８に示すように、中間リフト（Ｌ２）域におけるバルブリフト位相を遅角側に移動させることができる。
【００６４】
したがって、前記特異なバルブリフト位相による中間リフト（Ｌ２）域でのバルブオーバラップ期間を小さくすることができることから、燃焼室内での残留ガスの増大を防止できるため、低速トルクの目減りを防止できる。
【００６５】
前記各実施形態では、駆動軸１３が図２中時計回りの回転方向のものを示したが、これに限定されるものではなく、駆動軸１３が図２の反時計回りに回転するものにも適用できる。すなわち、駆動軸１３が反時計方向に回転する場合は、特異なバルブリフト位相変化が前述とは逆になり、最大リフト（Ｌｍａｘ）と最小リフト（Ｌｍｉｎ）で進角し、中間リフト（Ｌ２）で遅角する特性になる。この場合には、第２可変機構２によって駆動軸１３を前述とは逆に捩り回動させて最大、最小リフト時にバルブリフト位相を遅角側にすればよく、その場合、第１実施形態と同様に駆動軸１３を枢支点Ｚが制御カム３３の軸心Ｐ１近付く方向と同方向に捩ることになる。あるいは、中間リフト時には進角側に制御すればよく、その場合、第２実施形態と同様に枢支点Ｚを制御カム３３の軸心Ｐ１から離間する方向と同方向に駆動軸１３を捩ることになる。これによって、運転状態に応じた機関性能の向上が図れる。
【００６６】
また、この発明は、例えば排気側に適用することも可能であり、例えば、排気弁の最大、最小リフト時において、前述のような遅角または進角する特異なバルブリフト位相を示す場合に第２可変機構２によって進角側または遅角側に制御することによって、機関性能の低下を防止できる。
【００６７】
また、本発明は、各可変機構の駆動源が油圧、電動に拘わらずいかなる駆動源であってもよく、また、両方の可変機構を同じ電動あるいは油圧によって駆動するものに適用することが可能である。
【００６８】
なお、この発明は、前記従来技術で示した可変機構等のほかに、例えば米国特許第５，９３７，８０９号のＦｉｇ２、Ｆｉｇ３に記載された構造の可変機構にも適用することが可能である。補足すると、同図（Ｆｉｇ２，３）におけるピボット軸が偏心制御カムに相当し、ローラフォロアの軸心がロッカアームが駆動カムと連係する回動支点となっている。
【００６９】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、本願発明の第１可変機構の基本的構造及び作用から生じる不都合、つまり偏心制御カムなどによるロッカアームの回動支点を変化させることによる所定リフト制御時の機関弁のバルブリフト位相（バルブリフトが極大となる瞬間の駆動軸位相）の特異な変化を第２可変機構によって矯正して、所定リフト制御に応じた適性なバルブリフト位相に制御することができるため、各運転領域における機関性能を十分に引き出すことが可能になる。
【００７０】
請求項２記載の発明によれば、第１可変機構による特に最大リフト制御時や最小リフト制御時に発生し易い機関弁のバルブリフト位相の特異な変化を第２可変機構によって効果的に矯正することができるため、かかる運転領域での機関性能、例えば、目減りのない高い出力や燃費性能を十分に発揮させることが可能になる。
【００７１】
請求項３記載の発明によれば、第１可変機構による特に中間リフト制御時おける機関弁のバルブリフト位相の特異な変化を第２可変機構によって効果的に矯正することができるため、かかる運転領域での機関性能、例えば目減りのない十分な低速トルクを発揮することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す断面図
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図
【図３】第１可変機構の平面図
【図４】第１可変機構の最小リフト制御の作用説明図
【図５】第１可変機構の最大リフトと最小リフトの間の中間リフト制御の作用説明図
【図６】第１可変機構の最大リフト制御の作用説明図
【図７】本実施形態のバルブリフト及びバルブタイミングの特性図
【図８】第２の実施形態のバルブリフト及びバルブタイミングの特性図
【図９】本実施形態のコントローラーによる制御フローチャート図
【図１０】本実施形態のコントローラーによる制御フローチャート図
【図１１】先願にかかる可変動弁装置の作動説明図
【符号の説明】
１…第１可変機構
２…第２可変機構
１２…吸気弁
１３…駆動軸
１７…揺動カム
１９…制御機構
２３…ロッカアーム
２４…リンクアーム
２５…リンクロッド
３４…電動モータ
３７…コントローラ

Claims

機関のクランク軸に同期回転し、外周に駆動カムが固定された駆動軸と、
前記駆動カムの回転力を揺動力として伝達する伝達機構と、
揺動自在に支持され、前記伝達機構から伝達される揺動力によって弁駆動部材を介して機関弁を開閉作動させる揺動カムと、を備え、
制御軸を制御することにより前記伝達機構の作動位置を可変制御して、機関弁の少なくともリフト量を可変制御し、バルブリフトが極大となる瞬間の駆動軸位相が最大リフト制御時と最小リフト制御時の間に亘って変化する第１可変機構を設けると共に、
前記クランク軸と駆動軸との相対回動位相を変化させる第２可変機構を設け、
かつ前記第１可変機構と第２可変機構とを機関運転状態に応じて制御する内燃機関の可変動弁装置であって、
前記第１可変機構による機関弁のリフト量の変化に伴うリフト量毎のバルブリフトが極大となる瞬間における前記駆動軸の回動位相変化を、第２の可変機構で補正したことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
前記伝達機構は、前記駆動カムに回動支点を介して連係する駆動カム連係部と、可変な揺動支点を有し、前記揺動カムに連係する揺動カム連係部を備えたロッカアームと、前記ロッカアームの他端部と前記揺動カムとを連係するリンクロッドと、を有し、
前記第１可変機構は、前記伝達機構と、前記制御軸と、該制御軸に設けられた偏心制御カムと、によって構成され、前記ロッカアームの揺動支点を変化させる揺動支点可変機構と、を備え、前記ロッカアームを偏心制御カムの軸心を中心に回動支持すると共に、前記制御軸を回転制御することにより機関弁の少なくともリフト量を可変制御するものであって、
前記駆動軸の軸心から前記ロッカアームの前記回動支点までの距離が最大となり、かつ前記制御軸の軸心と偏心制御カムの軸心及び前記ロッカアーム一端部における枢支点が同一線上に位置した際のリフト量より、前記第１可変機構の制御リフト量が小さい場合または大きい場合に、前記駆動軸を、第２可変機構によって前記ロッカアーム一端部の枢支点が偏心制御カムの軸心へ近付く方向と同方向に回動制御することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の可変動弁装置。
前記伝達機構は、前記駆動カムに回動支点を介して連係する前記駆動カム連係部と、可変な揺動支点を有し、前記揺動カムに連係する揺動カム連係部を備えたロッカアームと、前記ロッカアームの他端部と前記揺動カムとを連係するリンクロッドと、を有し、
前記第１可変機構は、前記伝達機構と、前記制御軸と、該制御軸に設けられた偏心制御カムと、によって構成され、前記ロッカアームの揺動支点を変化させる揺動支点可変機構と、を備え、
前記ロッカアームを偏心制御カムの軸心を中心に回動支持すると共に、前記制御軸を回転制御することにより機関弁の少なくともリフト量を可変制御するものであって、
前記駆動軸の軸心から前記ロッカアームの前記回動支点までの距離が最大となり、かつ前記制御軸の軸心と偏心制御カムの軸心及び前記ロッカアーム一端部における枢支点が同一線上に位置した際のリフト量と前記第１可変機構の制御リフト量とがほぼ一致した場合に、前記駆動軸を、前記第２可変機構によって前記ロッカアーム一端部の枢支点が偏心制御カムの軸心から離れる方向と同方向に回動制御することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の可変動弁装置。
機関のクランク軸に同期回転し、外周に駆動カムが固定された駆動軸と、
揺動自在に支持され、弁駆動部材を介して機関弁を開閉作動させる揺動カムと、を備え、
前記機関弁の少なくともリフト量を可変制御し、前記リフト量を変化させた際に、バルブリフトが極大となる瞬間の前記駆動軸の位相が変化する第１可変機構と、
前記クランク軸と前記駆動軸との相対回動位相を変化させる第２可変機構と、を設け、
前記リフト量が変化することによる前記駆動軸の位相の変化を抑制する方向へ前記第２可変機構によって制御したことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。