JP4297147B2

JP4297147B2 - 火花点火式内燃機関

Info

Publication number: JP4297147B2
Application number: JP2006257601A
Authority: JP
Inventors: 栄一神山; 幸博中坂; 大輔秋久
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-09-22
Filing date: 2006-09-22
Publication date: 2009-07-15
Anticipated expiration: 2026-09-22
Also published as: US7997241B2; EP2064426A2; US20090266338A1; CN101517211B; EP2064426B1; WO2008035200A2; WO2008035200A3; JP2008075602A; CN101517211A

Description

本発明は火花点火式内燃機関に関する。

従来から、機械圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構と、吸気弁又は排気弁のバルブ特性を変更可能な可変動弁機構とを有する火花点火式内燃機関が知られている（例えば、特許文献１）。

可変圧縮比機構ではピストンが圧縮上死点に位置するときの燃焼室容積を小さくすることで機械圧縮比が高められており、よって可変圧縮比機構によって機械圧縮比が高められたときには上死点におけるピストンとシリンダヘッドとの間の距離が短く、その結果、ピストンと吸気弁との干渉が生じる虞がある。

そこで、特許文献１に記載の発明では、機械圧縮比が高められたときには吸気弁の開弁時期が遅角されるか又はリフト量が小さくされるように可変動弁機構を制御することとしている。これにより、圧縮上死点での吸気弁のリフト量が小さくなり、よって機械圧縮比が高められたときであってもピストンと吸気弁との干渉を抑制することができる。

特開２００１−２６３０９９号公報特開２００５−３２５７０２号公報特開２００６−１０５０９５号公報特開２００５−８３２３８号公報

ところで、上記特許文献１に記載の発明では、可変圧縮比機構及び可変動弁機構はそれぞれ機械圧縮比及びバルブ特性を変更するためのアクチュエータを備え、これらアクチュエータはそれぞれ独立して電子制御装置に接続されている。すなわち、可変圧縮比機構と可変動弁機構とは電子制御装置により独立して制御されている。

しかしながら、このように可変圧縮比機構と可変動弁機構とを独立して制御している場合、例えば可変動弁機構の制御量を検出するセンサに異常が生じると、機械圧縮比が高いにも関わらず吸気弁の開弁時期の遅角が行われず、ピストンと吸気弁とが干渉してしまうといった事態が起こりかねない。すなわち、両機構をそれぞれ独立して制御している場合には、いずれかの制御系統に故障等の不具合が生じるとピストンと吸気弁とが干渉してしまう虞がある。

そこで、本発明の目的は、可変圧縮比機構又は可変動弁機構の電気的な制御系統に異常が生じた場合であってもピストンと吸気弁の干渉を確実に防止することができる火花点火式内燃機関を提供することにある。

上記課題を解決するために、第１の発明では、機械圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構と、吸気弁又は排気弁のバルブ特性を変更可能な可変動弁機構とを具備する火花点火式内燃機関において、上記可変動弁機構が上記可変圧縮比機構に機械的に連結されており、上記可変動弁機構が可変圧縮比機構の圧縮比変更動作量に応じて制御せしめられ、上記可変動弁機構は、上記可変圧縮比機構の圧縮比変更動作量に加えて、該可変圧縮比機構の圧縮比変更動作量以外の運転パラメータに応じて上記可変動弁機構における吸気弁又は排気弁のバルブ特性を変更可能であり、上記可変圧縮比機構の圧縮比変更動作量以外の運転パラメータに応じて変更可能な吸気弁又は排気弁のバルブ特性の範囲が上記可変圧縮比機構の圧縮比変更動作量に応じて制御せしめられる。
第１の発明によれば、可変動弁機構が電子制御ユニットを介さずに可変圧縮比機構に機械的に連結されているため、電子制御ユニットを介した制御系統の異常によるピストンと吸気弁との干渉が生じる余地をなくすことができる。
なお、「機械的に連結」とは、リンク機構や油圧を介して繋ぎ合わされていることを意味し、電子制御ユニット等の演算処理装置を介することなく接続されていることを意味する。また、「圧縮比変更動作量」とは、可変圧縮比機構による圧縮比を変更するための動作の動作量を意味するものである。

第２の発明では、第１の発明において、上記可変動弁機構はリンク機構により上記可変圧縮比機構に連結されている。
第３の発明では、第２の発明において、上記可変圧縮比機構は機械圧縮比を変更するためのアクチュエータを具備し、上記リンク機構は該アクチュエータに連結されている。

第４の発明では、第１の発明において、上記可変動弁機構は油圧機構により上記可変圧縮比機構に連結されている。
第５の発明では、第４の発明において、上記可変圧縮比機構は機械圧縮比を変更するためのアクチュエータを具備し、上記油圧機構は該アクチュエータに連結されている。

第６の発明では、第１、２及び４のいずれか一つの発明において、上記可変圧縮比機構は、クランクケースとシリンダヘッドとを互いに対して相対移動させることで機械圧縮比を変更しており、上記可変動弁機構はこれらクランクケースとシリンダヘッドとの相対位置関係に応じて制御せしめられる。
第７の発明では、第１〜６のいずれか一つの発明において、上記可変動弁機構は上記バルブ特性のうち吸気弁又は排気弁の作用角を変更可能であり、上記可変圧縮比機構により機械圧縮比が高められると上記変更可能な作用角の範囲の上限値が小さくせしめられる。

第８の発明では、第１〜第７のいずれか一つの発明において、上記可変動弁機構は上記バルブ特性のうち吸気弁又は排気弁のリフト量を変更可能であり、上記可変圧縮比機構により機械圧縮比が高められると上記変更可能なリフト量の範囲の上限値が小さくせしめられる。
第９の発明では、第１〜第８のいずれか一つの発明において、上記可変動弁機構は上記バルブ特性のうち吸気弁の位相角を変更可能であり、上記可変圧縮比機構により機械圧縮比が高められると上記変更可能な位相角の範囲の進角側の限界角度が遅角せしめられる。

第１０の発明では、第１〜第９のいずれか一つの発明において、上記可変動弁機構とは別に上記可変圧縮比機構には機械的に連結されていない非連結可変動弁機構を更に具備し、該非連結可変動弁機構はバルブ特性のうち上記可変動弁機構によって変更されるバルブ特性とは異なるバルブ特性を変更可能である。

本発明によれば、可変圧縮比機構又は可変動弁機構の電気的な制御系統に異常が生じた場合であってもピストンと吸気弁の干渉を確実に防止することができる。

図１に火花点火式内燃機関の側面断面図を示す。
図１を参照すると、１はクランクケース、２はシリンダブロック、３はシリンダヘッド、４はピストン、５は燃焼室、６は燃焼室５の頂面中央部に配置された点火プラグ、７は吸気弁、８は吸気ポート、９は排気弁、１０は排気ポートをそれぞれ示す。吸気ポート８は吸気枝管１１を介してサージタンク１２に連結され、各吸気枝管１１にはそれぞれ対応する吸気ポート８内に向けて燃料を噴射するための燃料噴射弁１３が配置される。なお、燃料噴射弁１３は各吸気枝管１１に取付ける代りに各燃焼室５内に配置してもよい。

サージタンク１２は吸気ダクト１４を介して排気ターボチャージャ１５のコンプレッサ１５ａの出口に連結され、コンプレッサ１５ａの入口は例えば熱線を用いた吸入空気量検出器１６を介してエアクリーナ１７に連結される。吸気ダクト１４内にはアクチュエータ１８によって駆動されるスロットル弁１９が配置される。

一方、排気ポート１０は排気マニホルド２０を介して排気ターボチャージャ１５の排気タービン１５ｂの入口に連結され、排気タービン１５ｂの出口は排気管２１を介して排気浄化触媒を内蔵した触媒コンバータ２２に連結される。排気管２１内には空燃比センサ２３が配置される。

一方、図１に示した実施形態では、クランクケース１とシリンダブロック２との連結部にクランクケース１とシリンダブロック２のシリンダ軸線方向の相対位置を変化させることによりピストン４が圧縮上死点に位置するときの燃焼室５の容積を変更可能な可変圧縮比機構Ａが設けられている。また、本実施形態では、吸気弁７のバルブ特性を変更可能な吸気可変動弁機構Ｂ、及び排気弁９のバルブ特性を変更可能な排気可変動弁機構Ｃが設けられている。

電子制御ユニット３０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、入力ポート３５および出力ポート３６を具備する。吸入空気量検出器１６の出力信号および空燃比センサ２３の出力信号はそれぞれ対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。また、アクセルペダル４０にはアクセルペダル４０の踏込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ４１が接続され、負荷センサ４１の出力電圧は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。更に入力ポート３５にはクランクシャフトが例えば３０°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ４２が接続される。一方、出力ポート３６は対応する駆動回路３８を介して点火プラグ６、燃料噴射弁１３、スロットル弁駆動用アクチュエータ１８および可変圧縮比機構Ａに接続される。

図２は図１に示す可変圧縮比機構Ａの分解斜視図を示しており、図３は図解的に表した内燃機関の側面断面図を示している。図２を参照すると、シリンダブロック２の両側壁の下方には互いに間隔を隔てた複数個の突出部５０が形成されており、各突出部５０内にはそれぞれ断面円形のカム挿入孔５１が形成されている。一方、クランクケース１の上壁面上には互いに間隔を隔ててそれぞれ対応する突出部５０の間に嵌合せしめられる複数個の突出部５２が形成されており、これらの各突出部５２内にもそれぞれ断面円形のカム挿入孔５３が形成されている。

図２に示したように一対のカムシャフト５４，５５が設けられており、各カムシャフト５４，５５上には一つおきに各カム挿入孔５１内に回転可能に挿入される円形カム５６が固定されている。これらの円形カム５６は各カムシャフト５４，５５の回転軸線と共軸をなす。一方、各円形カム５６間には図３においてハッチングで示すように各カムシャフト５４，５５の回転軸線に対して偏心配置された偏心軸５７が延びており、この偏心軸５７上に別の円形カム５８が偏心して回転可能に取付けられている。図２に示したようにこれら円形カム５８は各円形カム５６間に配置されており、これら円形カム５８は対応する各カム挿入孔５３内に回転可能に挿入されている。

図３（Ａ）に示すような状態から各カムシャフト５４，５５上に固定された円形カム５６を図３（Ａ）において実線の矢印で示したように互いに反対方向に回転させると偏心軸５７が下方中央に向けて移動するために円形カム５８がカム挿入孔５３内において図３（Ａ）の破線の矢印に示すように円形カム５６とは反対方向に回転し、図３（Ｂ）に示したように偏心軸５７が下方中央まで移動すると円形カム５８の中心が偏心軸５７の下方へ移動する。

図３（Ａ）と図３（Ｂ）とを比較するとわかるようにクランクケース１とシリンダブロック２の相対位置は円形カム５６の中心と円形カム５８の中心との距離によって定まり、円形カム５６の中心と円形カム５８の中心との距離が大きくなるほどシリンダブロック２はクランクケース１から離れる。シリンダブロック２がクランクケース１から離れるとピストン４が圧縮上死点に位置するときの燃焼室５の容積は増大し、従って各カムシャフト５４，５５を回転させることによってピストン４が圧縮上死点に位置するときの燃焼室５の容積を変更することができる。

図２に示したように各カムシャフト５４，５５をそれぞれ反対方向に回転させるために駆動モータ５９の回転軸にはそれぞれ螺旋方向が逆向きの一対のウォームギア６１，６２が取付けられており、これらウォームギア６１，６２と噛合する歯車６３，６４がそれぞれ各カムシャフト５４，５５の端部に固定されている。この実施形態では駆動モータ５９を駆動することによってピストン４が圧縮上死点に位置するときの燃焼室５の容積を広い範囲に亘って変更することができる。なお、図１から図３に示した可変圧縮比機構Ａは一例を示すものであっていかなる形式の可変圧縮比機構でも用いることができる。

一方、図４は図１において吸気弁７を駆動するためのカムシャフト７０に対して設けられている吸気可変動弁機構Ｂを示している。図４に示したように本実施形態では、吸気可変動弁機構Ｂとして、カムシャフト７０と吸気弁７のバルブリフタ２４との間に配置されてカムシャフト７０のカムの作用角を異なる作用角に変更して吸気弁７に伝達する作用角変更機構Ｂ１を有する。なお、図４には作用角変更機構Ｂ１の側面断面図と平面図とが示されている。

吸気可変動弁機構Ｂの作用角変更機構Ｂ１について説明すると、この作用角変更機構Ｂ１はカムシャフト７０と平行に並列配置され且つ後述するリンク機構１００によって軸線方向に移動せしめられる制御ロッド９０と、カムシャフト７０のカム９２と係合し且つ制御ロッド９０上に形成された軸線方向に延びるスプライン９３に摺動可能に嵌合せしめられている中間カム９４と、吸気弁７を駆動するためにバルブリフタ２４と係合し且つ制御ロッド９０上に形成された螺旋状に延びるスプライン９５に摺動可能に嵌合する揺動カム９６とを具備しており、揺動カム９６上にはカム９７が形成されている。

カムシャフト７０が回転するとカム９２によって中間カム９４が常に一定の角度だけ揺動せしめられ、このとき揺動カム９６も一定の角度だけ揺動せしめられる。一方、中間カム９４及び揺動カム９６は制御ロッド９０の軸線方向には移動不能に支持されており、従って制御ロッド９０がリンク機構１００によって軸線方向に移動せしめられたときに揺動カム９６は中間カム９４に対して相対回転せしめられることになる。

中間カム９４と揺動カム９６との相対回転位置関係によりカムシャフト７０のカム９２が中間カム９４と係合し始めたときに揺動カム９６のカム９７がバルブリフタ２４と係合し始める場合には図５においてａで示したように吸気弁７の開弁期間（すなわち、作用角）及びリフト量は最も大きくなる。これに対し、リンク機構１００によって揺動カム９６が中間カム９４に対して図４の矢印Ｙ方向に相対回転せしめられると、カムシャフト７０のカム９２が中間カム９４に係合した後、暫らくしてから揺動カム９６のカム９７がバルブリフタ２４と係合する。この場合には図５においてｂで示したように吸気弁７の開弁期間及びリフト量はａに比べて小さくなる。

揺動カム９６が中間カム９４に対して図４の矢印Ｙ方向に更に相対回転せしめられると図５においてｃで示したように吸気弁７の開弁期間及びリフト量は更に小さくなる。すなわち、リンク機構１００により中間カム９４と揺動カム９６の相対回転位置を変更することによって吸気弁７の開弁期間を任意に変えることができる。ただし、この場合、吸気弁７のリフト量は吸気弁７の開弁期間が短くなるほど小さくなる。

このように作用角変更機構Ｂ１によって吸気弁７の開弁期間（すなわち、作用角）及びリフト量を変更することができる。

なお、図１および図４に示した作用角変更機構Ｂ１は一例を示すものであって、図１および図４に示した例以外の種々の形式の作用角変更機構を用いることができる。また、排気可変動弁機構Ｃも、基本的に吸気可変動弁機構Ｂと同様な構成を有し、排気弁９の開弁期間（作用角）及びリフト量を変更することができる。

図６及び図７は、可変動弁機構Ｂの作用角変更機構Ｂ１を制御するため、すなわち制御ロッド９０を軸線方向に移動させるためのリンク機構１００を示している。図６及び図７（Ａ）に示したように、リンク機構１００はクランクケース１に連結された静止側部材１０１と、シリンダブロック２又はシリンダヘッド３（本実施形態ではシリンダヘッド３）に連結された移動側部材１０２とを有する。静止側部材１０１はほぼ直線状の部材であり、その一方の端部がクランクケース１に固定されると共に他方の端部にピン１０３が設けられている。一方、移動側部材１０２は二つの脚部１０２ａ，１０２ｂを有するＬ字状の部材であり、一方の脚部１０２ａの先端には当該脚部の軸線方向に延びるスロット１０４が設けられると共に他方の脚部１０２ｂの先端には制御ロッド９０が連結される。

移動側部材１０２の二つの脚部１０２ａ，１０２ｂの結合部は揺動軸１０５に連結され、移動側部材１０２はこの揺動軸１０５回りで揺動可能である。揺動軸１０５はシリンダヘッド３に固定されたヘッド固定部材１０６に連結される。移動側部材１０２のスロット１０４内には静止側部材１０１のピン１０３が嵌合し、ピン１０３はスロット１０４内で摺動可能である。

上記可変圧縮比機構Ａの作動によりクランクケース１に対してシリンダヘッド３が近づくように移動すると（図６，７中の矢印Ｌの方向）、ピン１０３により移動側部材１０２の脚部１０２ａが押し上げられ、図中の破線で示した位置Ｍへと揺動する。これに伴って移動側部材１０２は揺動軸１０５回りで揺動し、その結果制御ロッド９０が矢印Ｏの方向に移動せしめられる。

逆に、上記可変圧縮比機構Ａの作動によりクランクケース１に対してシリンダヘッド３が遠ざかるように移動すると（図中の矢印Ｌとは反対方向）、ピン１０３により移動側部材１０２の脚部１０２ａが引下げられ、図中の破線で示した位置Ｎへと揺動する。これに伴って移動側部材１０２は揺動軸１０５回りで揺動し、その結果制御ロッド９０が矢印Ｏとは反対方向に移動せしめられる。

また、排気可変動弁機構Ｃの作用角変更機構も、同様にリンク機構により可変圧縮比機構Ａに連結される。

次に、図７（Ａ）及び図８を参照して、このようにして構成された可変圧縮比機構Ａ及び吸気可変動弁機構Ｂの作動について説明する。図８（Ａ）は、矢印Ｌ方向におけるシリンダヘッド３の変位ｘと、矢印Ｏ方向における制御ロッド９０の変位ｙとの関係を示す図であり、図８（Ｂ）は可変圧縮比機構Ａにより定まる機械圧縮比と作用角変更機構Ｂ１により定まる吸気弁７の作用角との関係を示す図である。なお、以下の説明では、排気可変動弁機構Ｃを作動させない場合、すなわち排気弁９の作用角及びリフト量を変更しない場合を例にとって説明するが、排気可変動弁機構Ｃについても同様な制御を行うことが可能である。

図７（Ａ）に示した構成のリンク機構１００を用いた場合、変位ｘと変位ｙとは図８（Ａ）に曲線ａで示したような関係となる。すなわち、シリンダヘッド３の矢印Ｌ方向の変位ｘが小さいときには矢印Ｏ方向における制御ロッド９０の変位ｙも小さく、可変圧縮比機構の作動によりシリンダヘッド３の矢印Ｌ方向の変位ｘが大きくなるにつれて変位ｙは大きくなる。

ここで、本実施形態では、可変圧縮比機構Ａは上述したようにシリンダブロック２及びシリンダヘッド３がクランクケース１に向かって移動すると機械圧縮比が高くなるように構成されている。また、吸気可変動弁機構Ｂの作用角変更機構Ｂ１は、制御ロッド９０が図７（Ａ）の矢印Ｏの方向へ移動すると、吸気弁７の作用角及びリフト量が小さくなるように構成されている。

このため、可変圧縮比機構Ａにより定まる機械圧縮比が低いときにはシリンダヘッド３の矢印Ｌ方向の変位ｘは小さいため、制御ロッド９０の変位ｙも小さく、よって吸気弁７の作用角及びリフト量は大きい。一方、機械圧縮比が高くなるとシリンダヘッド３の矢印Ｌ方向の変位ｘが大きくなるため、制御ロッド９０の変位ｙも大きくなり、よって吸気弁７の作用角及びリフト量は小さくなる。すなわち、可変圧縮比機構Ａと作用角変更機構Ｂ１は、リンク機構１００により機械圧縮比と作用角とが図８（Ｂ）の曲線ａ’で示したような関係となるように作動する。

図９は、吸気弁７のリフト変化と、排気弁９のリフト変化と、吸気弁７又は排気弁９がピストン４と干渉する限界を示すピストン干渉ラインとを示しており、図９において排気弁９のリフト曲線がピストン干渉ラインと交錯すると排気弁９はピストン４と干渉し、吸気弁７のリフト曲線がピストン干渉ラインと交錯すると吸気弁７はピストン４と干渉することになる。

図９（Ａ）は、機械圧縮比が比較的低いときのリフト変化等を示しており、このときはピストン４が吸気上死点に位置するときでもピストン４の上面と燃焼室５の上面とは比較的離れているため、図８に示すようにピストン干渉ラインは高い位置にある。従って、上述したように、機械圧縮比が低いときに吸気弁７の作用角及びリフト量を大きくしても、ピストン４と吸気弁７の干渉の問題は生じない。

一方、図９（Ｂ）は、機械圧縮比が高いときの吸気弁７のリフト変化と、排気弁９のリフト変化と、ピストン干渉ラインとを示している。機械圧縮比が高くなると、ピストン４が吸気上死点に位置するときのピストン４の上面と燃焼室５の上面とのクリアランスは小さく、よって図９（Ｂ）に破線で示したように吸気弁７の作用角及びリフト量が大きいとピストン４と吸気弁７との干渉の問題が生じてしまう。

ここで、本実施形態では、上述したように機械圧縮比が高くなると吸気弁７の作用角及びリフト量が小さくされるため、吸気弁７のリフト変化は図９（Ｂ）に実線で示したようになる。このため、機械圧縮比が高くなったときであってもピストン４と吸気弁７との干渉を防止することができる。

特に、本実施形態では、可変圧縮比機構Ａによって相対移動せしめられるクランクケース１とシリンダヘッド３との位置関係に応じて、すなわち可変圧縮比機構Ａによって設定される機械圧縮比に応じて、作用角変更機構Ｂ１における吸気弁３の作用角が変更せしめられる。換言すると、本実施形態では、可変圧縮比機構Ａが作用角変更機構Ｂ１に電子制御ユニット３０を介することなく機械的なリンク機構によって連結され、可変圧縮比機構Ａによる圧縮比を変更するための動作量（以下、「圧縮比変更動作量」と称す）又は可変圧縮比機構Ａによって設定される機械圧縮比に応じて可変動弁機構Ｂが制御せしめられる。

ここで、電子制御ユニット３０により可変圧縮比機構Ａと作用角変更機構Ｂとを電気的にそれぞれ独立に制御すると、制御が複雑になると同時に、その制御系統の一部に異常が生じるとピストン４と吸気弁７との間で干渉を生じさせてしまう。これに対して、本実施形態によれば、可変圧縮比機構Ａと作用角変更機構Ｂ１とが機械的なリンク機構によって連結されており、リンク機構に異常が生じる可能性は上述したような複雑な制御系統に異常が生じる可能性と比較して極めて低く、よってピストン４と吸気弁７との干渉を確実に防止することができる。

なお、ピストンと吸気弁７との干渉を確実に防止すべく機械圧縮比が高くなると作用角が小さくなるようになっていれば可変動弁機構はどのように制御されてもよい。例えば、ピストン４が圧縮上死点に位置するときのピストン４と吸気弁７との距離がほぼ一定となるように可変動弁機構が可変圧縮比機構の圧縮比変更動作量に応じて制御せしめられる。

ここで、本実施形態によれば、リンク機構１００の移動側部材１０２の二つの脚部１０２ａ，１０２ｂ間の角度αを変更するだけで、可変圧縮比機構Ａによって定まる機械圧縮比と作用角変更機構Ｂ１によって定まる作用角との関係を変更することができる。例えば、図７（Ｂ）に示したように、両脚部材１０２ａ，１０２ｂ間の角度αを小さくすると、Ｌ方向の変位ｘとＯ方向の変位ｙとは図８（Ａ）に曲線ｂで示したような関係となり、その結果機械圧縮比と作用角とは図８（Ｂ）に曲線ｂ’で示したような関係となる。すなわち、上記移動側部材１０２を図７（Ａ）に示したように構成した場合に比べて、機械圧縮比に対する作用角が小さくなる。

逆に、図７（Ｃ）に示したように、両脚部材１０２ａ，１０２ｂ間の角度αを大きくすると、Ｌ方向の変位ｘとＯ方向の変位ｙとは図８（Ａ）に曲線ｃで示したような関係となり、その結果、機械圧縮比と作用角とは図８（Ｂ）に曲線ｃ’で示したような関係となる。すなわち、上記移動側部材１０２を図７（Ｃ）に示したように構成した場合に比べて、機械圧縮比に対する作用角が大きくなる。

なお、上記リンク機構は一例を示すものであって、可変圧縮比機構の圧縮比変更動作量又は機械圧縮比に応じて可変動弁機構を制御することができれば上記以外の様々な形態のリンク機構を用いることができる。

また、リンク機構は上述した形式の可変圧縮比機構及び作用角変更機構のみならず、他の種々の形式の可変圧縮比機構及び作用角変更機構にも用いることができる。

例えば、カムシャフト自体をその軸線方向に移動させることにより吸気弁の作用角及びリフト量を変更可能な作用角変更機構に対しては、上述したリンク機構と同様な機構によりカムシャフトをその軸線方向に移動させるような構成とされる。

また、例えば、作用角変更機構が制御ロッド１１０を回転させることによって作用角及びリフト量を変更させることができるものである場合、例えば、図１０に示したように、リンク機構は一方の端部にラック１１２を有し且つ他方の端部がクランクケース１に固定された連結ロッド１１１を有するものとされる。作用角変更機構の制御ロッド１１０にはピニオン１１３が設けられ、これらラック１１２とピニオン１１３とが噛合せしめられる。これにより、クランクケース１とシリンダヘッド３との相対移動に応じて制御ロッド１１０を回転させることができる。

また、上記実施形態では、クランクケース１とシリンダブロック２及びシリンダヘッド３との間の相対運動を利用してリンク機構により作用角変更機構を制御することとしているが、例えば、可変圧縮比機構Ａのアクチュエータ５９に直接リンク機構を連結する等、可変圧縮比機構の圧縮比変更動作量又は機械圧縮比に応じて吸気弁又は排気弁の作用角及びリフト量を変更することができれば、可変圧縮比機構Ａを如何なる形態でリンク機構に連結してもよい。

また、上記実施形態では、可変圧縮比機構Ａと作用角変更機構Ｂ１とが機械的なリンク機構により連結されているが、可変圧縮比機構Ａと作用角変更機構Ｂ１とが機械的に連結されていれば、例えば油圧を介したもの等、他の如何なる形態で連結されていてもよい。

次に、本発明の第二実施形態について説明する。本実施形態では、上記第一実施形態と同様に可変圧縮比機構Ａ及び可変動弁機構Ｂを有し、これら機構は上記第一実施形態と同様に制御される。ただし、本実施形態では、可変圧縮比機構Ａの作動に伴って吸気弁７の作用角、リフト量の変更に加えて位相角の変更が行われる。
なお、本明細書においては、「位相角」とは、吸気弁７又は排気弁９のリフトがピークとなるときのクランク角を意味するものとする。

図１１は、機関本体の側面に設けられたタイミング関連機構１２０を示している。タイミング関連機構１２０は、クランクシャフトに固定されたクランクスプロケット１ａに噛合するリダクションギア１２１と、チェーンベルト１２２とを有する。チェーンベルト１２２は、吸気カムシャフト７０に連結された吸気スプロケット７０ａと、排気カムシャフトに連結された排気スプロケット７０ａ’と、リダクションギア１２１との回りに巻回され、これらを互いに連動して回転させる。

上述したように、可変圧縮比機構Ａの作動によりクランクケース１に対してシリンダヘッド３等が図６及び図７の矢印Ｌの方向に相対移動すると、吸気スプロケット７０ａ及び排気スプロケット７０ａ’とクランクスプロケット１ａとの間の距離が短くなる（図１１において距離ｌから距離ｌ’となる）。本実施形態では、このようにスプロケット間の距離が短くなることによりチェーンベルト１２２が緩んでしまうのを防止すべく、リダクションギア１２１を図１１（Ｂ）に矢印Ｐで示した方向にクランクスプロケット１ａに対して移動させることとしている。これによりリダクションギア１２１は図１１（Ｂ）の角度βに対応する角度だけ回転せしめられ、これに伴って吸気弁７及び排気弁９の位相角が進角せしめられる。

図１２は、吸気弁７及び排気弁９のリフト変化とピストン干渉ラインとを示す、図９と同様な図であり、機械圧縮比が低いときのリフト変化等を破線で、機械圧縮比が高いときのリフト変化等を実線で示している。図から分かるように、機械圧縮比が高くなると吸気弁７の作用角及びリフト量が小さくされると共に、吸気弁７及び排気弁９共に進角せしめられる。ただし、吸気弁７の進角量は吸気弁７がピストン４と干渉しない程度の進角量とされる。

ここで、機関負荷が高いとき、すなわち筒内充填空気量が多いときに圧縮比を高めるとノッキングが生じる可能性が高まることから、通常、機関負荷が低いときにのみ機械圧縮比が高められる。そして機関負荷が低いときには筒内充填空気量を少ないものとする必要があるが、通常はスロットル弁１９を絞ることにより筒内充填空気量が低減せしめられる。

ところが、スロットル弁１９を絞ることによって筒内充填空気量を低減させるとポンピング損失が大きくなってしまう。このため、スロットル弁１９によらずに吸気弁７の閉弁時期を吸気下死点から離れる方向に移動させて、スロットル弁１９によらずに或いはスロットル弁１９と併せて吸気弁７により筒内充填空気量を制御するのが好ましい。

本実施形態によれば、図１２から分かるように、機械圧縮比が高くなると自動的に吸気弁７の位相角が進角されて吸気弁７の閉弁時期が進角されることになるため、ポンピング損失を低減させることができ、よって燃費を向上させることができるようになる。

また、上記実施形態では、排気弁９の位相角も併せて進角されるため、ピストン４と排気弁９との干渉を確実に防止することができる。

なお、上記実施形態では、タイミング関連機構１２０により可変圧縮比機構Ａの作動に応じて吸気弁７の位相角を進角させているが、機械的な構成によって可変圧縮比機構Ａの圧縮比変更動作量に応じて吸気弁７の位相角を変更できれば、他の如何なる機構をも用いることができる。

また、上記実施形態では、吸気弁７及び排気弁９両方の位相角を進角させているが、例えば吸気弁７のみ又は排気弁９のみを進角させるような構成としてもよい。

次に、本発明の第三実施形態について説明する。本実施形態では、可変動弁機構Ｂとして作用角変更機構Ｂ１に加えて、カムシャフト７０の一端に取付けられてカムシャフト７０のカムの位相を変更するための位相角変更機構Ｂ２を有する。

図１３は、吸気弁７を駆動するためのカムシャフト７０に対して設けられている吸気可変動弁機構Ｂを示しており、以下、図１３を用いて吸気可変動弁機構Ｂの位相角変更機構Ｂ２について説明する。この位相角変更機構Ｂ２は機関本体のクランクシャフトによりタイミングベルトを介して矢印Ｘ方向に回転せしめられるタイミングプーリ７１と、タイミングプーリ７１と一緒に回転する円筒状ハウジング７２と、カムシャフト７０と一緒に回転し且つ円筒状ハウジング７２に対して相対回転可能な回転軸７３と、円筒状ハウジング７２の内周面から回転軸７３の外周面まで延びる複数の仕切壁７４と、各仕切壁７４の間で回転軸７３の外周面から円筒状ハウジング７２の内周面まで延びるベーン７５とを具備しており、各ベーン７５の両側にはそれぞれ進角用油圧室７６と遅角用油圧室７７とが形成されている。

各油圧室７６，７７への作動油の供給制御は作動油供給制御弁７８によって行われる。この作動油供給制御弁７８は各油圧室７６，７７にそれぞれ連結された油圧ポート７９，８０と、油圧ポンプ８１から吐出された作動油の供給ポート８２と、一対のドレインポート８３，８４と、各ポート７９，８０，８２，８３，８４間の連通遮断制御を行うスプール弁８５とを具備している。スプール弁８５は、駆動回路３８を介して電子制御ユニット３０の出力ポート３６に接続されたアクチュエータ８６によって制御される。

カムシャフト７０のカムの位相を進角すべきときは図１３においてスプール弁８５が下方に移動せしめられ、供給ポート８２から供給された作動油が油圧ポート７９を介して進角用油圧室７６に供給されると共に遅角用油圧室７７内の作動油がドレインポート８４から排出される。このとき回転軸７３は円筒状ハウジング７２に対して矢印Ｘ方向に相対回転せしめられる。これにより、吸気弁７の位相角が進角（図１４の矢印Ｑの方向に移動）せしめられる。

これに対し、カムシャフト７０のカムの位相を遅角すべきときは図１３においてスプール弁８５が上方に移動せしめられ、供給ポート８２から供給された作動油が油圧ポート８０を介して遅角用油圧室７７に供給されると共に進角用油圧室７６内の作動油がドレインポート８３から排出される。このとき回転軸７３は円筒状ハウジング７２に対して矢印Ｘと反対方向に相対回転せしめられる。これにより、吸気弁７の位相角が遅角（図１４の矢印Ｒの方向に移動）せしめられる。

回転軸７３が円筒状ハウジング７２に対して相対回転せしめられているときにスプール弁８５が図１３に示した中立位置に戻されると回転軸７３の相対回転動作は停止せしめられ、回転軸７３はそのときの相対回転位置に保持される。従って位相角変更機構Ｂ２によってカムシャフト７０のカムの位相を所望の量だけ進角又は遅角させることができる。すなわち、位相角変更機構Ｂ２によって吸気弁７の開弁時期を任意に進角又は遅角させることができることになる。

このように位相角変更機構Ｂ２によって吸気弁７の位相角を任意に変更することができる。

上述したように、本実施形態では、可変動弁機構Ｂのうち作用角変更機構Ｂ１はリンク機構１００を介して可変圧縮比機構Ａに機械的に連結されているが、位相角変更機構Ｂ２は可変圧縮比機構Ａに機械的に連結されておらず、電子制御ユニット３０により機関運転状態に関する運転パラメータ（例えば、機関負荷や機関回転数）に応じて制御せしめられる。

なお、図１３に示した位相角変更機構Ｂ２は一例を示すものであって、図１３に示した例以外の種々の形式の位相角変更機構を用いることができる。また、排気可変動弁機構Ｃも、基本的に吸気可変動弁機構Ｂと同様な構成を有し、排気弁９の位相角を任意に変更することができる。

次に、図１５及び図１６を参照して、このように構成された可変圧縮比機構Ａ及び可変動弁機構Ｂを用いた制御の例について説明する。なお、以下の説明では排気可変動弁機構Ｃを作動させない場合、すなわち排気弁９の位相角、作用角及びリフト量を変更しない場合を例にとって説明するが、排気可変動弁機構Ｃについても同様な制御を行うことが可能である。

図１５は各機関運転領域における吸気弁７及び排気弁９のリフト変化並びにピストン干渉ラインを示す図であり、図１６は運転領域を示す図である。機関運転状態が高負荷・高回転領域内にあるとき、すなわち機関運転状態が図１６の領域Ｉ内にあるときには、可変圧縮比機構Ａにより機械圧縮比が低くされると共に、図１５（Ａ）に示したように吸気弁７及び排気弁９のリフトが変化せしめられる。すなわち、可変圧縮比機構Ａにより機械圧縮比が低くされたため、これに伴ってリンク機構１００により自動的に吸気弁７の作用角及びリフト量は大きいものとされる。また、吸気弁７の位相角は、機関負荷に応じて筒内充填空気量が最適となるように、又はその他の運転パラメータが最適となるように電子制御ユニット３０により制御される。

このように機関運転状態が高負荷・高回転領域内にあるときには、機械圧縮比が低くされることによりノッキングの発生が防止せしめられると共に、吸気弁７の作用角及びリフト量が大きく且つ位相角が最適な値とされるため、多量の空気を最適に筒内に充填することができる。

機関運転状態が低負荷・低回転領域内にあるとき、すなわち図１６の領域ＩＩ内にあるときには、可変圧縮比機構Ａにより機械圧縮比が高くされると共に、図１５（Ｂ）に示したように吸気弁７及び排気弁９のリフトが変化せしめられる。すなわち、可変圧縮比機構Ａにより機械圧縮比が高くされたため、これに伴ってリンク機構１００により吸気弁７の作用角及びリフト量が自動的に小さいものとされる。また、吸気弁７の位相角は電子制御ユニット３０により進角せしめられる。

このように機関運転状態が低負荷・低回転状態にあるときには、機械圧縮比が高くされることにより内燃機関の熱効率を高めることができると共に、吸気弁７の作用角及びリフト量が小さくされるため、ピストン４と吸気弁７との干渉が防止される。また、位相角が進角されるため、上述したようにポンピング損失を低減することができる。

なお、本実施形態では、電子制御ユニット３０によって吸気弁７の位相角を制御可能な範囲は制限されており、特に最進角側位相角Ｒよりも進角側に位相角を設定することはできない。ここで、最進角側位相角とは、図１５中の破線Ｒで示した位相角であり、機関圧縮比が高いときであってもピストン４と吸気弁７とが干渉しない範囲で最も進角側の位相角である。このように吸気弁７の位相角を制御可能な範囲を最進角側位相角Ｒよりも遅角側とすることにより、本実施形態では、全ての運転領域においてピストン４と吸気弁７との干渉が確実に防止される。

また、内燃機関の冷間始動時、すなわち筒内の温度が低く且つ機関運転状態が図１６の領域ＩＩＩ内にあるときには、可変圧縮比機構Ａにより機械圧縮比が高くされると共に、図１５（Ｃ）に示したように吸気弁７及び排気弁９のリフトが変化せしめられる。すなわち、可変圧縮比機構Ａにより機械圧縮比が低くされると共に、これに伴ってリンク機構１００により吸気弁７の作用角及びリフト量が自動的に小さいものとされ、また、吸気弁７の位相角は電子制御ユニット３０により遅角せしめられる。

このように内燃機関の冷間始動時には、機械圧縮比が高くされ且つ吸気弁７の開弁時期が遅角されることから、筒内温度を迅速に上昇させることができるようになる。

なお、上記実施形態では、内燃機関の通常運転時（すなわち冷間始動時以外）における機関運転領域を高負荷・高回転領域と低負荷・低回転領域との二段階に分けて機械圧縮比等を変更しているが、もちろん機関運転領域を他段階に分けて機械圧縮比等を変更するようにしてもよいし、或いは機関運転状態に応じて連続的に機械圧縮比等を変更するようにしてもよい。

次に、本発明の第四実施形態について説明する。本実施形態の構成は基本的に上記第三実施形態と同様であるが、後述するように位相角変更機構Ｂ２の構成が上記第三実施形態の位相角変更機構の構成とは異なる。

図１７は、本実施形態の位相角変更機構Ｂ２の構成を示す図である。位相角変更機構Ｂ２は上記実施形態と同様に、タイミングプーリ７１、円筒状ハウジング７２、回転軸７３、仕切壁７４、ベーン７５を具備し、ベーン７５の両側にはそれぞれ進角用油圧室７６と遅角用油圧室７７とが形成されている。

各油圧室７６，７７への作動油の供給制御は作動油供給制御弁１３０によって行われる。この作動油供給制御弁１３０は、各油圧室７６，７７にそれぞれ作動油を供給するための油圧供給ポート１３１，１３２と、両油圧室７６、７７から作動油を排出するための油圧排出ポート１３３と、油圧ポンプ８１から吐出された作動油を供給する一対の供給ポート１３４，１３５と、ドレインポート１３６と、各ポート１３１，１３２，１３３，１３４，１３５，１３６間の連通遮断制御を行うスプール弁１３７とを具備している。スプール弁１３７はアクチュエータ１３９によって制御され、このアクチュエータ１３９は電源１３８から電力が供給されると共に電子制御ユニット３０からの出力によって制御される。

本実施形態では、進角用油圧室７６及び遅角用油圧室７７共に油圧排出ポート１３３に連結されており、スプール弁１３７の作動位置に無関係に常にこれら油圧室７６，７７からは油圧排出ポート１３３及びドレインポート１３６を介して作動油が排出されている。

そして、スプール弁１３７が図１７に示した中立位置にあるときには進角用油圧室７６及び遅角用油圧室７７共にそれぞれ油圧供給ポート１３２，１３３を介して作動油が供給されることにより、両油圧室７６，７７に供給される作動油と排出される作動油の量が釣り合い、よって回転軸７３の円筒状ハウジング７２に対する相対回転が停止せしめられる。

一方、図１７においてスプール弁１３７が上方に移動せしめられると、油圧供給ポート１３１は開放されているため進角用油圧室７６には作動油が供給されるが、油圧供給ポート１３２が塞がれるため遅角用油圧室７７には作動油が供給されなくなる。これにより遅角用油圧室７７からは作動油が排出されるのみであり、よって回転軸７３は円筒状ハウジング７２に対して矢印Ｘ方向に相対回転せしめられ、吸気弁７の位相角が進角せしめられる。

逆に、図１７においてスプール弁１３７が下方に移動せしめられると、油圧供給ポート１３２は開放されているため遅角用油圧室７７には作動油が供給されるが、油圧供給ポート１３１が塞がれるため進角用油圧室７６には作動油が供給されなくなる。これにより進角用油圧室７６からは作動油が排出されるのみであり、よって回転軸７３は円筒状ハウジング７２に対して矢印Ｘと反対方向に相対回転せしめられ、吸気弁７の位相角が遅角せしめられる。

なお、本実施形態の作動油供給制御弁１３０では、進角用油圧室７６及び遅角用油圧室７７から常に作動油が排出されているため、油圧ポンプ８１からの作動油の供給が途絶えた場合、進角用油圧室７６及び遅角用油圧室７７両方から作動油が排出されてしまうことになる。このため、斯かる場合には、回転軸７３は慣性により円筒状ハウジング７２に対して最も遅角側に相対回転せしめられることになる。

本実施形態では、油圧ポンプ８１と作動油供給制御弁１３０との間に図１８に示したような供給遮断弁１４０が設けられる。供給遮断弁１４０は、本実施形態では、シリンダヘッド３内に設けられたオイル通路１４１内に設けられ、オイル通路１４１の開口部１４２を開閉する弁体１４３と、クランクケース１に直接的又は間接的に連結されてシリンダヘッド３に対するクランクケース１の相対移動に応じて移動するパイプ状部材１４４とを具備する。

弁体１４３は、パイプ状部材１４４に連結されており、基本的にパイプ状部材１４４の移動に伴って移動する。したがって、パイプ状部材１４４がオイル通路１４１の開口部１４２から離れる方向に移動すると弁体１４３が開口部１４２から離れ、開口部１４２が開放される。逆に、パイプ状部材１４４が開口部１４２に近づく方向に移動すると弁体１４３が開口部１４２に近づき、開口部１４２が閉鎖される。なお、弁体１４３とパイプ状部材１４４との間にはバネ１４５が設けられている。

ここで、パイプ状部材１４４は、可変圧縮比機構Ａにより定まる機械圧縮比が低い場合、すなわちクランクケース１とシリンダヘッド３と距離が長い場合には、図１８（Ａ）に示したように開口部１４２から離れて位置し、よって開口部１４２は開放される。一方、可変圧縮比機構Ａにより機械圧縮比が高くされると、すなわちクランクケース１とシリンダヘッド３とが距離が短くなると、これに伴ってパイプ状部材１４４が図１８（Ｂ）に示したように開口部１４２に近づき、よって開口部１４２は弁体１４３により閉弁される。

すなわち、本実施形態では、可変圧縮比機構Ａにより定まる機械圧縮比が低いときには、油圧ポンプ８１から作動油供給制御弁１３０へ作動油が供給される。一方、可変圧縮比機構Ａにより機械圧縮比が高められると、供給遮断弁１４０により油圧ポンプ８１から作動油供給制御弁１３０への作動油の供給が遮断せしめられる。これにより、進角用油圧室７６及び遅角用油圧室７７の両方から作動油が排出されてしまい、回転軸７３は慣性により円筒状ハウジング７２に対して最も遅角側へと相対回転せしめられ、吸気弁７の位相角が遅角せしめられる。

換言すると、本実施形態によれば、可変圧縮比機構Ａにより機械圧縮比が高められると、吸気弁７の位相角が遅角せしめられる。このように、機械圧縮比が高いときに吸気弁７の位相角を遅角することにより、ピストン４と吸気弁７との干渉を確実に防止することができる。

なお、本実施形態では、作用角変更機構Ｂ１をリンク機構１００等により可変圧縮比機構に機械的に連結せず、電子制御ユニット３０の出力に応じて制御されるアクチュエータによって制御してもよい。また、作動油供給制御弁として図１３に示した作動油供給制御弁７８を用いることもできる。

また、上述した可変動弁機構の制御方法は、上述した可変動弁機構のみならず、他の種々の形式の可変動弁機構にも用いることができる。例えば、カムプロフィールの異なる二つのカムを有し、これら二つのカムのうち吸気弁に作用するカムを油圧により切り替える構成を有する可変動弁機構についても適用することができる。

また、可変圧縮比機構Ａにより機械圧縮比が高められたときには上記方法とは別の方法で吸気弁７の位相角を遅角させるようにしてもよい。例えば、作動油供給制御弁１３０のスプール弁１３７駆動用のアクチュエータ１３９と電源１３８との間に可変圧縮比機構Ａに機械的に連結されたスイッチを設け、可変圧縮比機構Ａにより機械圧縮比が高められたときにはこのスイッチを切り、アクチュエータ１３９に電源を供給しないようにしてもよい。アクチュエータ１３９は電源の供給が遮断されるとスプール弁１３７を図１７において下方に移動させるように構成されており、よって回転軸７３は慣性により円筒状ハウジング７２に対して最も遅角側へと相対回転せしめられ、吸気弁７の位相角は遅角せしめられることになる。

或いは、可変圧縮比機構Ａにより機械圧縮比が高められたときに吸気弁７の位相角を遅角させるのに、図１１に示した機構と同様な機構を用いてもよい。例えば、リダクションギア１２１をクランクスプロケット１ａに対して図１１に示した位置とは反対側に配置することにより、機械圧縮比が高められたときに吸気弁７の位相角が遅角されるようにすることができる。なお、この構成によれば、機械圧縮比に応じて連続的に位相角を遅角することができる。

次に、本発明の第五実施形態について説明する。本実施形態では、上記実施形態と同様に可変圧縮比機構Ａ及び可変動弁機構Ｂを有し、これら機構は上記実施形態と同様に制御される。ただし、本実施形態では、図４，６，７に示したようにリンク機構１００が制御ロッド９０に直接的に連結されてはおらず、図１９に示したように連結されている。

図１９に示したように、作用角変更機構Ｂ１の制御ロッド９０は、アクチュエータ１５０によってその軸線方向に駆動せしめられ、アクチュエータ１５０に近接して制御ロッド９０の外周面から突出した突出部１５１を有する。一方、リンク機構１００の移動側部材１０２には移動制限部材１５２が連結されており、この移動制限部材１５２は制御ロッド９０の外周面上に位置する二つの環状停止部材１５３，１５４を有する。環状停止部材１５３，１５４は制御ロッド９０の軸線方向に制御ロッド９０上を摺動可能であり、突出部１５１はこれら二つの環状停止部材１５３，１５４の間に配置される。

アクチュエータ１５０により制御ロッド９０がその軸線方向に移動すると制御ロッド９０の突出部１５１と環状停止部材１５３、１５４が接触し、制御ロッド９０はそれ以上その方向に移動することができなくなる。すなわち、制御ロッド９０の移動は環状停止部材１５３、１５４によって制限され、制御ロッド９０は環状停止部材１５３，１５４間の範囲内でしか移動することができない。このことは、吸気弁７の作用角・リフト量が所定の範囲内に制限されることを意味している。

一方、上述したように、移動制限部材１５２は、リンク機構１００に連結されており、よって可変圧縮比機構Ａの圧縮比変更動作量に応じて制御ロッド９０の軸線方向に移動せしめられることになる。このことは、可変圧縮比機構Ａの圧縮比変更動作量に応じて、すなわち可変圧縮比機構Ａによって設定される機械圧縮比に応じて、制御ロッド９０の移動可能な範囲が変更せしめられ、この結果、アクチュエータ１５０によって変更可能な吸気弁７の作用角・リフト量の範囲が変更せしめられる。

図２０は、機械圧縮比と、アクチュエータ１５０によって変更可能な作用角の範囲との関係の一例を示す図である。図２０に斜線で示した領域Ｑがアクチュエータ１５０によって変更可能な作用角の範囲を示している。図２０に示した例では、可変圧縮比機構Ａによって機械圧縮比が高められるにつれて、アクチュエータ１５０によって変更可能な作用角の範囲が小さくなるようにシフトされる。すなわち、機械圧縮比が低いときにはアクチュエータ１５０によって変更可能な作用角の範囲の上限値（図２０中の直線Ｒ）は大きいが、可変圧縮比機構Ａにより機械圧縮比が高められるとアクチュエータ１５０によって変更可能な作用角の範囲の上限値が小さくせしめられる。

このように機械圧縮比が高められたときにアクチュエータ１５０によって変更可能な作用角の範囲の上限値を小さくすることにより、機械圧縮比が高いときであってもピストン４と吸気弁７との干渉を防止することができると共に、一定の範囲内ながらもアクチュエータ１５０によって吸気弁７の作用角を機関運転状態に応じて変更することができることにより、内燃機関を最適に運転させることができる。

なお、リフト量についても図２０に示した例と同様に制御され、これによりピストン４と吸気弁７との干渉を防止しつつ、内燃機関を最適に運転させることができる。また、本実施形態は、排気可変動弁機構Ｃに対しても適用することができる。

また、上記実施形態では、機械圧縮比に応じて、アクチュエータにより変更可能な作用角及びリフト量の範囲を変更しているが、機械圧縮比に応じて、アクチュエータにより変更可能な位相角の範囲を変更するようにしてもよい。これは、例えば、図１１に示したタイミング関連機構１２０と図１３に示した位相角変更機構Ｂ２とを組み合わせることによって達成される。この場合、機械圧縮比が高くなるとアクチュエータによって変更可能な位相角の範囲の進角側の限界角度が遅角せしめられる。これにより、ピストン４と吸気弁７との干渉を防止することができると共に、一定の範囲内ながらもアクチュエータによって吸気弁７の位相角を機関運転状態に応じて変更することができることにより、内燃機関を最適に運転させることができる。

さらに、移動制限部材１５２を設ける替わりに、図２１に示したようにリンク機構１００の移動側部材１０２にアクチュエータ１５０を直接連結させても良い。このように構成することによっても、機械圧縮比とアクチュエータ１５０によって変更可能な作用角の範囲との関係を図２０に示したような関係とすることができる。

火花点火式内燃機関の全体図である。可変圧縮比機構の分解斜視図である。図解的に表した内燃機関の側面断面図である。第一実施形態の可変動弁機構を示す図である。吸気弁又は排気弁の作用角及びリフト量を示す図である。機関本体及びリンク機構を示す図である。図６に示したリンク機構を拡大した図である。リンク機構による変位の関係、及び機械圧縮比と作用角との関係を示す図である。吸気弁及び排気弁のリフト変化とピストン干渉ラインとを示す図である。他のリンク機構の例を示す図である。タイミング関連機構を示す図である。吸気弁及び排気弁のリフト変化とピストン干渉ラインとを示す図である。第三実施形態の可変動弁機構を示す図である。吸気弁又は排気弁の位相角を示す図である。各機関運転領域における吸気弁及び排気弁のリフト変化並びにピストン干渉ラインを示す図である。各運転領域を示す図である。第四実施形態の位相角変更機構を示す図である。供給遮断弁を示す図である。第五実施形態における作用角変更機構とリンク機構との連結形態を示す図である。第五実施形態における作用角を変更可能な範囲を示す図である。第五実施形態の変更例を示す図である。

符号の説明

１クランクケース
２シリンダブロック
３シリンダヘッド
４ピストン
５燃焼室
７吸気弁
９排気弁
１００リンク機構
１２０タイミング関連機構
１４０供給遮断弁
Ａ可変圧縮比機構
Ｂ吸気可変動弁機構
Ｂ１作用角変更機構
Ｂ２位相角変更機構
Ｃ排気可変動弁機構

Claims

機械圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構と、吸気弁又は排気弁のバルブ特性を変更可能な可変動弁機構とを具備する火花点火式内燃機関において、
上記可変動弁機構が上記可変圧縮比機構に機械的に連結されており、上記可変動弁機構が可変圧縮比機構の圧縮比変更動作量に応じて制御せしめられ、
上記可変動弁機構は、上記可変圧縮比機構の圧縮比変更動作量に加えて、該可変圧縮比機構の圧縮比変更動作量以外の運転パラメータに応じて上記可変動弁機構における吸気弁又は排気弁のバルブ特性を変更可能であり、
上記可変圧縮比機構の圧縮比変更動作量以外の運転パラメータに応じて変更可能な吸気弁又は排気弁のバルブ特性の範囲が上記可変圧縮比機構の圧縮比変更動作量に応じて制御せしめられる、火花点火式内燃機関。
上記可変動弁機構はリンク機構により上記可変圧縮比機構に連結されている、請求項１に記載の火花点火式内燃機関。
上記可変圧縮比機構は機械圧縮比を変更するためのアクチュエータを具備し、上記リンク機構は該アクチュエータに連結されている、請求項２に記載の火花点火式内燃機関。
上記可変動弁機構は油圧機構により上記可変圧縮比機構に連結されている、請求項１に記載の火花点火式内燃機関。
上記可変圧縮比機構は機械圧縮比を変更するためのアクチュエータを具備し、上記油圧機構は該アクチュエータに連結されている、請求項４に記載の火花点火式内燃機関。
上記可変圧縮比機構は、クランクケースとシリンダヘッドとを互いに対して相対移動させることで機械圧縮比を変更しており、上記可変動弁機構はこれらクランクケースとシリンダヘッドとの相対位置関係に応じて制御せしめられる、請求項１、２及び４のいずれか１項に記載の火花点火式内燃機関。
上記可変動弁機構は上記バルブ特性のうち吸気弁又は排気弁の作用角を変更可能であり、上記可変圧縮比機構により機械圧縮比が高められると上記変更可能な作用角の範囲の上限値が小さくせしめられる、請求項１〜６のいずれか１項に記載の火花点火式内燃機関。
上記可変動弁機構は上記バルブ特性のうち吸気弁又は排気弁のリフト量を変更可能であり、上記可変圧縮比機構により機械圧縮比が高められると上記変更可能なリフト量の範囲の上限値が小さくせしめられる、請求項１〜７のいずれか１項に記載の火花点火式内燃機関。
上記可変動弁機構は上記バルブ特性のうち吸気弁の位相角を変更可能であり、上記可変圧縮比機構により機械圧縮比が高められると上記変更可能な位相角の範囲の進角側の限界角度が遅角せしめられる、請求項１〜８のいずれか１項に記載の火花点火式内燃機関。
上記可変動弁機構とは別に上記可変圧縮比機構には機械的に連結されていない非連結可変動弁機構を更に具備し、該非連結可変動弁機構はバルブ特性のうち上記可変動弁機構によって変更されるバルブ特性とは異なるバルブ特性を変更可能である、請求項１〜９のいずれか１項に記載の火花点火式内燃機関。