JP4470305B2 - 内燃機関の可変動弁装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸気弁の作動角を連続的に変更可能な作動角変更機構と、吸気弁の作動角の中心位相（以下、必要に応じて吸気位相と呼ぶ）を変更可能な油圧駆動式の位相変更機構と、を備えた内燃機関の可変動弁装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開２０００−１８０５６号公報には、吸気弁の作動角及びバルブリフト量を大小２段に切り換えるバルブリフト変更機構と、吸気弁の作動角の中心位相を連続的に変更可能なバルブタイミング変更機構と、を備えた内燃機関の可変動弁装置が開示されている。この公報の装置では、低回転中負荷時に、吸気弁の開時期を上死点よりも進角させて、所定量のオーバーラップを確保し、内部ＥＧＲの増加に伴う燃費の向上を図るようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このように、低回転域中負荷域で吸気弁の開時期を上死点よりも進角させて、バルブオーバーラップを大きく得るようにした場合、この中負荷域からアイドル域等への急減速時には、失火，エンスト等を招くことのないように、オーバーラップを速やかに低減，解消する必要がある。
【０００４】
特に、変更機構が油圧アクチュエータにより駆動される油圧駆動式の構成の場合、エンジン油圧が低い低回転域では切換応答性が低下するため、バルブオーバーラップを迅速に低減させることが難しい。この結果、十分なバルブオーバーラップを設定することができず、燃費効果が十分に得られない、という問題がある。
【０００５】
また、上述した公報のように２段式のバルブリフト変更機構を用いた場合、運転状態に応じて作動角やバルブリフト量を多段階に変更できないので、高度なバルブリフト特性の制御を行うことができない。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものである。すなわち、請求項１に係る発明は、吸気弁の作動角を連続的に変更可能な作動角変更機構と、吸気弁の作動角の中心位相を変更可能な油圧駆動式の位相変更機構と、を有し、
上記作動角変更機構による吸気弁の開時期の変化量が吸気弁の閉時期の変化量以上となるように設定され、
アイドル域では、上記作動角変更機構により吸気弁の作動角を最小作動角に設定するとともに、上記位相変更機構により吸気弁の作動角の中心位相を所定の遅角側の中心位相にして、吸気弁の開時期を上死点よりも遅角させ、
中負荷域では、上記作動角変更機構により吸気弁の作動角を上記アイドル域よりも増加させるとともに、上記位相変更機構により吸気弁の作動角の中心位相を上記所定の遅角側の中心位相よりも進角させて、吸気弁の開時期を上死点よりも進角させ、
この中負荷域からの所定の減速度よりも大きい急減速時には、内燃機関の運転状態に基づいて設定される目標作動角に関わらず、上記作動角変更機構により吸気弁の作動角を所定の縮小側の作動角まで減少させることにより、吸気弁の開時期を遅角させることを特徴としている。
【０００７】
また、上記アイドル域では、上記位相変更機構を最遅角位相に設定するとともに、最小作動角，最遅角位相に設定された場合の吸気弁の閉時期を下死点よりも遅角させることを特徴としている。
【００１０】
請求項３に係る発明は、上記作動角変更機構が油圧駆動式であることを特徴としている。
【００１１】
請求項４に係る発明は、機関冷機時における最進角位相を暖機後における最進角位相よりも遅角側に設定するとともに、機関冷機時における最大作動角を暖機後における最大作動角よりも小さく設定することを特徴としている。
【００１２】
請求項５に係る発明の作動角変更機構は、機関のクランクシャフトと連動して回転する吸気駆動軸と、この吸気駆動軸に回動可能に外嵌し、吸気弁を開閉駆動する揺動カムと、上記吸気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クアームと、上記吸気駆動軸に回転可能に外嵌し、所定の回転範囲内で回転駆動される支持部材と、この支持部材の一端に回転可能に支持されるとともに、一端が上記リンクアームと連携されたロッカアームと、上記ロッカアームの他端と上記揺動カムとに連携されたリンク部材と、を有することを特徴としている。
【００１３】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、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させているため、バルブオーバーラップが大きく与えられた中負荷域からアイドル域等への急減速時に、作動角変更機構により作動角を早急に減少させることにより、吸気弁の開時期を同時に速やかに上死点へ向けて遅角させることができ、バルブオーバーラップの縮小時間を有効かつ速やかに短縮することができるため、失火やエンスト等を招くおそれがない。従って、このような中負荷域でバルブオーバーラップを可及的に十分大きく設定することができ、燃費の低減効果を十分に得ることができる。
【００１４】
また、作動角変更機構により吸気弁の作動角を連続的に変更することができるため、例えば全開域に比して中負荷域での作動角を相対的に小さく設定し、吸気弁の閉時期を進角させてポンプ損失を効果的に低減することも可能となる。
【００１５】
最小作動角，最遅角位相を初期状態とした場合、この初期状態での吸気弁の閉時期を下死点よりも遅角させることにより、全開域への加速時等に、吸気弁の閉時期が下死点よりも進角して全開トルクの低下を招くおそれがなく、機関加速性能が向上する。
【００１８】
請求項３に係る発明によれば、位相変更機構及び作動角変更機構の双方が油圧駆動式となり、例えば電動式の構成に比して、構造が簡素化され、コスト的にも有利である。
【００１９】
ところで、機関冷機時には暖機後に比して油粘度が大きくなるため、油圧駆動式の変更機構による切換応答性が低下する。このため、このような切換応答性の低下に起因して、吸気弁の開時期が過度に進角して、吸気弁とピストンとが干渉するおそれがある。そこで、請求項４に係る発明のように、機関冷機時における最大作動角や最進角位相を制限することにより、吸気弁とピストンとの干渉を確実に回避することができる。
【００２０】
請求項５の発明に係る作動角変更機構によれば、簡素なリンク式の構造でありながら、作動角及びバルブリフト量を変化させるとともに、吸気弁の開時期を吸気弁の閉時期よりも大きく変化させることができる。また、作動角を減少させる場合に、吸気弁のバルブスプリング反力によりアシストされる形となるため、油圧駆動式の構造であっても、作動角減少時の応答性に優れている。従って、上記のような中負荷域からの急減速時にも、作動角変更機構を利用して素早くオーバーラップを解消することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態に係る内燃機関の可変動弁装置を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２２】
図１に示すように、内燃機関の各気筒には一対の吸気弁１及び一対の排気弁（図示省略）が設けられ、各吸気弁１の上部にはバルブリフタ２が配設されている。これらのバルブリフタ２の上方には、図外のクランクシャフトに連動して軸周りに回転駆動される吸気駆動軸３が気筒列方向に延在している。この吸気駆動軸３の外周には、各吸気弁１に対応して揺動カム４が揺動可能に外嵌されており、この揺動カム４がバルブリフタ２に当接してこれを押圧することにより、吸気弁１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。
【００２３】
そして、この実施形態に係る可変動弁装置は、吸気弁１の作動角及びバルブリフト量（リフト作動角）を連続的に変更可能な作動角変更機構１０と、吸気弁１の作動角の中心位相（吸気位相）を連続的に変更可能な位相変更機構２０と、これら変更機構１０，２０を駆動制御する制御部（エンジンコントロールユニット；ＥＣＵ）５０と、を有している。
【００２４】
作動角変更機構１０は、吸気駆動軸３と揺動カム４との間に設けられ、両者３，４を機械的に連携するリンク機構の姿勢を変化させて、主に吸気弁１の作動角及びバルブリフト量を連続的に変化させるようになっている。つまり、この作動角変更機構１０は、吸気駆動軸３に偏心して設けられて吸気駆動軸３と一体的に回転する駆動カム１１と、この駆動カム１１の外周に相対回転可能に外嵌するリング状リンク（第１のリンク）１２と、吸気駆動軸３と略平行に気筒列方向へ延在する制御軸１３と、この制御軸１３に偏心して設けられて制御軸１３と一体的に回転する制御カム１４と、この制御カム１４の外周に相対回転可能に外嵌するとともに、一端がリング状リンク１２の先端と相対回転可能に連携されたロッカアーム１５と、このロッカアーム１５の他端と揺動カム４の先端とに連携されたロッド状リンク（第２のリンク）１６と、を有している。
【００２５】
吸気駆動軸３及び制御軸１３は、軸受ブラケット（図示省略）を介して内燃機関のシリンダヘッド側へ回転可能に支持されている。制御軸１３の一端には後述する油圧アクチュエータ４６（図３，４）が接続されており、このアクチュエータ４６によって制御軸１３が所定の角度範囲内で軸周りに回転駆動されるとともに、所定の回転位相に保持される。
【００２６】
このような構成により、クランクシャフトに連動して吸気駆動軸３が回転すると、駆動カム１１を介してリング状リンク１２が実質的に並進作動するとともに、ロッカアーム１５が制御カム１４周りを揺動し、ロッド状リンク１６を介して揺動カム４が揺動して、吸気弁１が開閉駆動される。
【００２７】
また、油圧アクチュエータ４６により制御軸１３を回動することにより、ロッカアーム１５の揺動中心となる制御カム１４の中心位置が変化して、各リンク１２，１６等の姿勢が変化し、揺動カム４の揺動角度範囲が変化する。これにより、図２にも示すように、作動角の中心位相が略一定のままで、作動角及びバルブリフト量が連続的に変化する。より具体的には、制御軸１３を一方向へ回動することにより、作動角及びバルブリフト量が増加し、他方向へ回動することにより作動角及びバルブリフト量が低下するようになっている。
【００２８】
なお、この実施形態では、作動角変更機構１０による吸気弁１の開時期の変化量が閉時期の変化量と同等もしくは若干大きくなるように設定されている。
【００２９】
このような作動角変更機構１０は、駆動カム１１とリング状リンク１２との摺接部分や制御カム１４とロッカアーム１５との摺接部分等の各回転部品の連結部分が面接触となっているため、潤滑が行い易く、耐久性，信頼性に優れているとともに、作動角変更時の抵抗も低く抑制される。また、吸気弁１を駆動する揺動カム４が吸気駆動軸３と同軸上に配置されているため、例えば揺動カム４を吸気駆動軸３とは異なる別の支軸で支持するような構成に比して、制御精度に優れているとともに、装置自体がコンパクトなものとなり、車両搭載性が良く、部品点数も低く抑制される。
【００３０】
次に、図３〜７を参照して、制御軸１３の一端部に連結された油圧アクチュエータ４６と、この油圧アクチュエータ４６を作動させる電磁アクチュエータ４７と、について詳述する。
【００３１】
油圧アクチュエータ４６は、シリンダヘッド上に固定されたベースプレート４８に機関前後方向に沿って配置固定された円筒状のケーシング４９と、このケーシング４９の内部に回転自在に収納された回転ベーン５０と、を備え、この回転ベーン５０によってケーシング４９内部には４つの油圧室５１，５１，５２，５２が隔成されている（図５〜図７参照）。
【００３２】
ケーシング４９は、前後両端部が円板状のフロントカバー５３とリアカバー５４によって液密的に閉止されていると共に、リアカバー５４を介してベースプレート４８にボルト５５によって固定されている。また、ケーシング４９の内周面の図中左右対向位置、つまり直径方向の左右対向位置には、膨出状の一対の仕切壁５６，５７が径方向から螺着したボルト５８によって固定されている。この仕切壁５６，５７は、ケーシング４９の軸方向長さより若干短く設定されていると共に、頂部の嵌合溝にコ字形状のゴム製シール部材５９，６０と各シール部材５９，６０の外端面に固着されたテフロン製の摺動部材６１，６２が設けられている。また、仕切壁５６，５７は、両側に回転ベーン５０の両側面が当接するテーパ面５６ａ，５６ｂ、５７ａ，５７ｂが形成されている。
【００３３】
回転ベーン５０は、中央軸方向に設けられた筒壁５０ａと、この筒壁５０ａの外面に一体に設けられ、ケーシング４９の内部直径方向に延設された２枚の羽根部５０ｂ，５０ｂと、から構成されている。羽根部５０ｂ，５０ｂは、長手方向の長さがケーシング４９の軸方向長さより若干短く設定されている。各羽根部５０ｂ，５０ｂの外端部に形成された嵌合溝内には、ゴム製のシール部材６３，６３と、ケーシング４９の内周面に摺接するテフロン製の摺動部材６４，６４と、が設けられている。
【００３４】
そして、仕切壁５６，５７を介して回転ベーン５０によって隔成された各油圧室５１，５１、５２，５２は、ケーシング４９内部の上下に配置されている。つまり、各羽根部５０ｂ，５０ｂを介して隣接する油圧室５１，５２と油圧室５１，５２とが上下に配置されている。
【００３５】
一方、筒壁５０ａはフロントカバー５３の中央孔５３ａを貫通して前方に延設された一端部５０ｃが制御シャフト４２の一端部４２ａに連結されていると共に、中央孔５３ａに対応する内周面に強度を確保するための隔壁５０ｄが一体に形成されている。また、筒壁５０ａは、内部軸方向に制御シャフト４２の内部と連続した油圧供給通路６５が形成されている。さらに、筒壁５０ａは、図４，図５Ａ〜図７Ａに示すように、制御シャフト４２側つまり前端側の位置の径方向の同一平面上に、油圧供給通路６５と上側の第１油圧室５１と下側の第２油圧室５２とを夫々連通する第１，第２供給用孔６６ａ，６７ａが各羽根部５０ｂ，５０ｂの図中右側の基部に一部が掛かるように径方向に沿って貫通形成されている。
【００３６】
また、筒壁５０ａの前端側から中央寄りの位置の径方向の同一平面上にも、図５Ｂ〜図７Ｂに示すように油圧供給通路６５と下側の第１油圧室５１と上側の第２油圧室５２とを連通する第３，第４供給用孔６６ｂ，６７ｂが各羽根部５０ｂ，５０ｂの図中左側の基部の一部が掛かるように径方向に沿って貫通形成されている。
【００３７】
更に、筒壁５０ａの各供給用孔６６ａ〜６７ｂよりも後方の所定位置には、図４，図５Ｃ〜図７Ｃ並びに図５Ｄ〜図７Ｄに示すように夫々が径方向の同一平面上に油圧排出通路６８と上側第１油圧室５１及び下側第２油圧室５２、並びに下側第１油圧室５１及び上側第２油圧室５２と夫々連通する第１，第２排出用孔６９ａ，７０ａ、第３，第４排出用孔６９ｂ〜７０ｂが各供給用孔６６ａ〜６７ｂと同様な形態で形成されている。
【００３８】
このように、各供給用孔６６ａ〜６７ｂ及び排出用孔６９ａ〜７０ｂを同一平面上で約１８０°の反対位置に互いに十分離間して形成したため、各孔の開口面積を周方向へ沿って大きく設定できる。なお、各供給用孔６６ａ〜６７ｂ、各排出用孔６９ａ〜７０ｂは、円形状に形成されている。
【００３９】
また、油圧供給通路６５は、図３及び図４に示すように制御シャフト４２の周壁に半径方向に沿って貫通形成された通孔６５ａ及び軸受け用ブラケット８４の連通孔６８ｂを介して図外のオイルポンプにオイルメインギャラリを介して連通している。一方、油圧排出通路６８は、筒壁５０ａの内部に貫通配置された後述のロータリーバルブ７２後端側の環状溝６８ａと、ベースプレート４８内周側の空間部６８ｂとからなり、環状溝６８ａはロータリーバルブ７２によって油圧吸気通路６５とは液密的に隔成されている。また、空間部６８ｂは、ベースプレート４８に形成された図外のドレン孔を介してシリンダヘッド２０の上部に連通している。
【００４０】
電磁アクチュエータ４７は、図３及び図４に示すようにステップモータ部７１と、このステップモータ部７１の駆動ロッド７６の先端部に固定されて、筒壁５０ａの内部に回転自在に収納配置されたロータリーバルブ７２と、から構成されている。このステップモータ部７１は、一般的な構造を具備し、前端板８５を介してベースプレート４８にボルト８６により固定されたボディ７３内に電磁コイル７４や回転子７５等が収納されていると共に、この回転子７５に駆動ロッド７６の基端が固定されている。この駆動ロッド７６は、ボディ７３の後部及び前端板８５の中央に設けられたボールベアリング７７，７８によって回転自在に支持されていると共に、先端部がロータリーバルブ７２の内周面に一体に設けられた壁部の固定用孔に圧入固定されている。
【００４１】
ロータリーバルブ７２は、略円筒状を呈し、壁部より前側周壁の前端部に図４，図５Ａ〜図７Ａに示すように第１，第２供給用孔６６ａ，６７ａと適宜連通する単一の第１供給通路孔７９が形成されていると共に、前側周壁の後端部に図５Ｂ〜図７Ｂに示すように第３，第４供給用孔６６ｂ，６７ｂと適宜連通する単一の第２供給通路孔８０が形成されている。また、壁部より後側周壁には、図５Ｃ〜図７Ｃに示すように各排出用孔６９ａ，７０ａ、６９ｂ，７０ｂに適宜連通する夫々単一の第１，第２排出通路孔８１，８２が貫通形成されている。つまり、この各排出通路孔８１，８２は、径方向の同一平面上に夫々１個形成されている。更に、ロータリーバルブ７２は、各第１，第２供給通路孔７９，８０や第１，第２排出通路孔８１，８２以外の周壁部は、回転ベーン５０の回動位置に応じて各供給用孔６６ａ〜６７ｂや排出用孔６９ａ〜７０ｂに対する遮断弁として機能する。そして、各供給通路孔７９，８０及び各排出通路孔８１，８２は、径方向の同一平面上に夫々１つだけ設けたため、各孔の開口面積を周方向に沿って長方形状に大きく設定してある。
【００４２】
ステップモータ部７１の電磁コイル７４には、クランク角センサやエアーフローメータ，スロットル弁スイッチ，水温センサ等の各種センサ類に基づいて現在の機関運転状態を検出する上記のコントロールユニット５からの制御信号（制御電流）が出力されるようになっている。
【００４３】
このような構成により、コントロールユニット５からの制御信号により駆動ロッド７６を介してロータリーバルブ７２を回動させることにより、各油圧室５１，５２への油圧が調整されて、制御軸１３の回転位相が制御される。
【００４４】
次に、図１及び図８を参照して、位相変更機構２０側の構成について説明する。上記の吸気駆動軸３の前端部の外周側にはカムスプロケット（又はカムプーリ）６が同軸上に配置されている。このカムスプロケット６は、チェーン（又はベルト）を介してクランクシャフトから回転動力が伝達され、クランクシャフトと同期して回転する。
【００４５】
位相変更機構２０は、カムスプロケット６の内周側に一体的に形成された外筒部２１と、吸気駆動軸３に中空のボルト２２を介して固定され、この吸気駆動軸３と一体的に回転する内筒部２３と、これらの外筒部２１と内筒部２３との間に介装されるリング状のピストン２４と、を有している。ピストン２４の内，外周面と、内筒部２３の外周面及び外筒部２１の内周面との噛合部分２５はヘリカルスプラインとなっている。従って、ピストン２４が内，外筒部の軸方向（図８の左右方向）へ移動することにより、この軸方向の運動が内筒部２３と外筒部２１との相対回転運動に変換され、外筒部２１と内筒部２３との相対回転位相が連続的に変化する。これにより、カムスプロケット６に対する吸気駆動軸３の相対回転位相が変化し、吸気弁１が作動角一定のままで、その中心位相が連続的に変化する。
【００４６】
このような構成の位相変更機構２０は、コンパクトで機関への搭載性に優れ、部品点数も低く抑制される。また、上記の作動角変更機構１０と併用した場合にも、互いに干渉せずに容易に配置することができる。
【００４７】
上記のピストン２４は、その前後に画成される第１油圧室２６及び第２油圧室２７への供給油圧に応じて駆動される。これら油圧室２６，２７への供給油圧はソレノイドバルブ２８のスプール２９の位置に応じて切り換えられ、このソレノイドバルブ２８はコントロールユニット５からの出力信号によりＯＮ−ＯＦＦ駆動（デューティ制御）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、スプール２９の位置が切り換えられる。
【００４８】
例えば、スプール２９が図の最も左側に保持されている状態では、第１油圧室２６に接続する第１油路３０と油圧ポンプ９とが連通し、第１油圧室２６へ油圧が供給されるとともに、第２油圧室２７に接続する第２油路３１とドレン通路３２とが連通し、第２油圧室２７がドレンされる。このため、ピストン２４は図の左側に押圧，移動される。
【００４９】
一方、スプール２９が図の最も右側に保持されている状態では、第１油路３０とドレン通路３２とが連通されて第１油圧室２６がドレンされるとともに、第２油路３１と油圧ポンプ９とが連通されて第２油圧室２７へ油圧が供給される。このため、ピストン２４は図の右側に押圧，移動される。
【００５０】
更に、スプール２９が中間位置に保持されている状態では、第１油路３０のポート部と第２油路３１のポート部の双方がスプール２９により閉塞される。これにより、第１，第２油圧室２６，２７内の油圧が保持（ロック）され、ピストン２４がその位置に保持される。
【００５１】
このように、ピストン２４を任意の位置に移動，保持することにより、吸気弁１の作動角の中心位相を任意の位相に変更，保持することが可能で、簡素な構造でありながら、制御の自由度が非常に高い。
【００５２】
図９は、他の例に係る作動角変更機構１００の要部正面図であり、この作動角変更機構１００は、上記の作動角変更機構１０に代えて用いることができる。
【００５３】
シリンダヘッドの上部に回動可能に支持された吸気駆動軸３は、図示しない内燃機関のクランクシャフトに上記の位相変更機構２０を介して連繋され、内燃機関の回転に連動して回転するようになっている。吸気駆動軸３の外周には偏心カム１０４が圧入され、吸気駆動軸３と偏心カム１０４とが一体的に回動するようになっている。偏心カム１０４の外周には、リンクアーム１０５の基部１０５ａが回動可能に嵌合されている。そして、吸気駆動軸３外周には支持部材１０６が回動可能に嵌合されているとともに、揺動カム１０７が揺動可能に嵌合されている。揺動カム１０７は、バルブリフタ２の上部に位置しており、そのカム面１０７ａがバルブリフタ２の頂部２ａに摺接し、バルブリフタ２を介して吸気弁１を開閉するようになっている。なお、揺動カム１０７とリンクアーム１０５との間には、後述するリンク部材１１１の干渉を避けるための間隙が設けられている。
【００５４】
上記支持部材１０６の先端部１０６ａには、ロッカアーム１１２の略中央部１１２ａがピン１１３を介して揺動可能に取り付けられている。そして、ロッカアーム１１２の一端部１１２ｂには、上記リンクアーム１０５の基部１０５ｂがピン１１４を介して回動可能に連繋され、ロッカアーム１１２の他端部１１２ｃには、リンク部材１１１を介して上記揺動カム１０７の先端部１０７ｂが連繋されている。なお、リンク部材１１１の一端部１１１ａはピン１１５を介してロッカアーム１１２の他端部１１２ｃに回動可能に連繋され、リンク部材１１１の他端部１１１ｂはピン１１６を介して揺動カム１０７の先端部１０７ｂに回動可能に連繋されている。ここで、上記支持部材１０６，ロッカアーム１１２，リンクアーム１０５，リンク部材１１１及びこれらを連結する各ピン１１３〜１１６は、揺動カム１０７を吸気駆動軸３（偏心カム１０４）の回動に伴って揺動させるリンク機構１１７を構成する。
【００５５】
シリンダヘッドの上部には、カムブラケット１１８がボルト１２０で固定されており、このカムブラケット１１８に制御シャフト１２１が回動可能に支持されている。この制御シャフト１２１は、吸気駆動軸３の上方に平行に配置され、その外周に一体となって回動する制御ギヤ１２２を有している。そして、この制御ギヤ１２２と噛み合う従動ギヤ１２３が支持部材１０６に形成されている。従動ギヤ１２３は、支持部材１０６の円弧状の上縁部１０６ｂに形成されており、支持部材１０６が充分な角度分だけ回動できる長さに形成されている。
【００５６】
そして、この従動ギヤ１２３と制御ギヤ１２２の軸方向のずれを防止するため、制御シャフト１２１の制御ギヤ１２２の両側にはそれぞれ円板状の鍔１２４が取り付けられている。ここで、上記制御ギヤ１２２と従動ギヤ１２３により、制御シャフト１２１の回転が支持部材１０６に伝達される。
【００５７】
上記の制御シャフト１２１は、上述したような油圧アクチュエータ４６と同様の油圧アクチュエータ（又は電磁アクチュエータ）１２６に連繋されており、この油圧アクチュエータ１２６によって所定回動角度範囲内で回動させられるようになっている。そして、この制御シャフト１２１と一体に回転する制御ギヤ１２２には、上記支持部材１０６の従動ギヤ１２３が噛み合っているので、支持部材１０６が制御シャフト１２１の回動量に応じて回動することになる。その結果、上記リンク機構１１７全体が吸気駆動軸３の回りを回動し、そのリンク機構１１７によって揺動カム１０７が回動させられるため、揺動カム１０７の作動開始位置（初期位置）が変化する。ここで、油圧アクチュエータ１２６は、内燃機関の運転状態を検知するコントロールユニット５によって作動制御される。コントロールユニット５は、クランク角センサ，エアフローメータ，水温センサ等の各種センサからの検知信号に基づいて機関の運転状態を算出し、その結果に基づいて油圧アクチュエータ１２６に制御信号を出力している。
【００５８】
このように構成された作動角変更機構１００は、吸気駆動軸３がクランクシャフトの回転に同期して回転すると、リンクアーム１０５が偏心カム１０４によって吸気駆動軸３の中心に対して偏心動し、そのリンクアーム１０５によってロッカアーム１１２がピン１１３の回りに揺動させられる。ロッカアーム１１２がピン１１３の回りに揺動させられると、この揺動するロッカアーム１１２にリンク部材１１１を介して連繋された揺動カム１０７が吸気駆動軸３の回りに揺動させられる。この際、揺動カム１０７は、その外周に形成されたカム面１０７ａがバルブリフタ２の頂部２ａに摺接し、図外のバルブスプリングによって図中上方に付勢されたバルブリフタ２を上下動させ、吸気弁１を開閉する。
【００５９】
ここで、制御シャフト１２１が電磁アクチュエータ（又は油圧アクチュエータ）により所定角度回動させられると、制御シャフト１２１と一体に回動する制御ギヤ１２２により支持部材１０６が吸気駆動軸３の回りに回動させられる。即ち、リンク機構１１７全体が油圧アクチュエータ１２６等により吸気駆動軸３の回りに回動させられることになる。その結果、リンク機構１１７に連繋されたリンク部材１１１により揺動カム１０７が揺動させられ、揺動カム１０７作動開始位置（初期位置）が変化することになり、バルブタイミングやバルブリフトが変化する。
【００６０】
この際、ロッカアーム１１２の揺動中心位置と揺動カム１０７の揺動中心位置との間の距離は、リンク機構１１７の回動前と回動後において変化することがない。従って、吸気駆動軸３の回動角度に対する揺動カム１０７の揺動角度の割合は、バルブリフト特性の変更前と変更後において相違することがない。その結果、この作動角変更機構１００によれば、バルブリフト特性の変更前と変更後においてバルブリフタ２の加速度に変化がなく、高バルブリフト特性時においても標準バルブリフト特性時と同様に良好なバルブ運動状態を得ることができる。
【００６１】
又、この作動角変更機構１００は、上記のように、バルブリフト特性を変更する際に揺動カム１０７の作動開始位置（初期位置）が変化するため、開時期又は閉時期のいずれか一方をあまり変化させず、開時期又は閉時期のいずれか他方を大きく変化させることが可能である。この場合、支持部材１０６の回転方向がバルブリフトを増加させる方向であり、この支持部材１０６の回転方向と吸気駆動軸３の回転方向が一致するように作動角変更機構１００が構成されておれば（図９の作動角変更機構１００と同様に構成されておれば）、開時期をほぼ一定とし、閉時期を可変とすることができる。
【００６２】
一方、図１０に示すように、開時期の変化量を閉時期の変化量よりも十分に大きくさせることも可能であり、本実施形態では、このように開時期の変化量が相対的に大きい作動角変更機構１００を用いることにより、後述する作用効果を良好に得ることができる。
【００６３】
このような作動角変更機構１００によれば、簡素なリンク式の構造でありながら、作動角及びバルブリフト量を変化させるとともに、吸気弁１の開時期を閉時期よりも大きく変化させることができる。また、作動角を減少させる場合に、吸気弁１のバルブスプリング反力によりアシストされる形となるため、油圧駆動式の構造でありながら、作動角減少時の応答性に優れている。
【００６４】
次に、図１１を参照して本実施形態に係る作用効果について説明する。
【００６５】
機関始動時やアイドル等の極低回転時のように、機関油圧が非常に低く、両変更機構１０（又は１００），２０を駆動する油圧アクチュエータの発生トルクが非常に低いかもしくはゼロの場合、両変更機構はそれぞれ所定の初期状態で安定する。例えば、作動角変更機構１０又は１００は、その構造上、バルブスプリング反力が作動角を減少させる方向へ作用する形となるため、一般的には最小作動角（及び最小バルブリフト）が初期状態として設定される。また、位相変更機構２０の初期状態は、必要に応じて最遅角位相もしくは最進角位相に設定される。具体的には、ピストン２４をリターンスプリング等により吸気駆動軸３の軸方向前後どちらかの最大位置に強制的に付勢する等により、最進角位相又は最遅角位相のいずれかを選択的に初期位相とすることができる。
【００６６】
先ず、図１１の左側に示すように、位相変更機構２０の初期状態を最遅角位相、作動角変更機構１０，１００の初期状態を最小作動角に設定し、かつ、この初期状態における吸気弁の閉時期を下死点よりも遅角させた場合について説明する。
【００６７】
アイドル域を含む極低負荷域（ａ）では、主に残留ガスの低減化及びポンプ損失の低減化（ピストン上面を上死点から吸気負圧に晒さず、ある程度ピストンが変位し筒内が負圧となってから吸気弁を開くことによるポンプ損失の低減化）等を図るため、吸気弁開時期を上死点よりも大幅に遅角させるとともに、主に燃焼改善を図るために吸気弁閉時期を下死点近傍、詳しくは下死点よりも少し遅角させ、かつ、主にフリクション低減化及びガス流動強化による燃料霧化促進を図るために、バルブリフト量が最小となる最小作動角の設定が良い。これにより、燃費性・排気性の向上等を図ることができる。
【００６８】
一方、中負荷域（ｃ）では、残留ガスの増加に伴うポンプ損失の低減化及び高温の残留ガスによる燃焼改善等を図るため、吸気弁開時期を上死点よりも進角させるとともに、主に吸入吸気量（充填効率）の低減によるポンプ損失低減化を図るために、吸気弁閉時期を下死点よりも進角させる設定が良い。このため、上記の極低負荷域に比して、作動角変更機構１０，１００によりリフト作動角を増加させるとともに、位相変更機構２０により吸気位相を進角させる。つまり、作動角を所定の小作動角，吸気位相を最進角位相に設定する。
【００６９】
このように中負荷域（ｃ）では吸気弁の開時期が上死点よりも大きく進角しているため、吸気弁と排気弁の双方が開弁するバルブオーバラップが大きく与えられているが、このようなバルブオーバーラップがアイドル域を含む極低負荷域（新気量が少ない状態）でも残されていると、残留ガスの割合が大きくなって、燃焼悪化により失火やエンスト等を招く可能性がある。このため、低中回転中負荷域からアイドル等への急減速時には、吸気弁開時期を速やかに遅角させて、バルブオーバーラップを速やかに低減，解消する必要がある。
【００７０】
そこで、このような急減速時には、先ず作動角変更機構１０，１００を優先的に駆動して作動角を即座に減少させることにより、バルブオーバラップを迅速かつ大幅に縮小させるとともに、必要に応じて位相変更機構２０で中心位相を遅角させる。このような作動角の減少化及び位相の遅角化は、共に変更機構が初期状態へ復帰する方向であり、エンジン油圧が低い状態でも、油圧をｏｆｆに切り換えることにより行うことができる。このため、２種の異なる変更機構を同時に作動させることも可能である。
【００７１】
特に、図９，１０に示すように吸気弁開時期の変化量が相対的に大きい作動角変更機構１００を用いた場合、作動角を減少させた場合の吸気弁の開時期の遅角量が大きくなるため、急減速時に吸気弁の開時期を更に迅速かつ大幅に遅角させることができ、より好ましい。
【００７２】
なお、作動角変更機構を従来例のような２段切換式の構成とした場合、低速カムでの運転性を重視するため、一般的に、中負荷域でのリフト作動角が本実施形態よりも大きくなる傾向にある。このため、バルブスプリングから受けるフリクションが大きくなり、位相変更機構２０で位相を変化させるための油圧エネルギーが本実施形態よりも大きくなって、切換え応答性が悪化することなる。
【００７３】
ところで、位相変更機構２０でカム上り回転方向（吸気弁開時期から最大リフト時期へ向かう方向）に位相を変化させる場合、バルブスプリングからの反力を受け、位相変化の応答性が相対的に低下する。一方、位相変更機構２０でカム下り回転方向（吸気弁の最大リフト時期から閉時期へ向かう方向）に位相を変化させる場合、バルブスプリング力が位相変化をアシストする形となり、位相変化の応答性が相対的に良くなる。
【００７４】
これに対し、作動角変更機構１０，１００は、常にバルブスプリング力により最小作動角，最小リフト側へ荷重を受ける。このため、作動角変更機構１０，１００を小作動角側へ変化させることによる吸気弁開時期の変化速度は、位相変更機構２０により吸気位相を遅角させることによる吸気弁開時期の変化速度よりも大きい傾向にある。従って、作動角変更機構１０，１００による吸気弁開時期の変化量を相対的に大きく設定しておくことにより、バルブオーバラップを更に大きく設定することが可能となる。
【００７５】
このような初期位相が最遅角位相の場合についてまとめると、アイドル域（ａ）では前述のごとく最小作動角，最遅角位相として、燃費向上及び排気浄化を狙う。一方、中負荷域（ｃ）では、所定の小作動角，最進角位相とし、残留ガスの増加及び有効圧縮比の低下による燃費向上及び排気浄化を狙う。また、中負荷域より吸気量の少ない低負荷域（ｂ）では、燃焼悪化の防止及び残留ガスの低減化を図るため、最小〜小作動角，所定の進角位相に設定し、有効圧縮比に応じたポンプ損失低減効果で燃費向上を狙う。全開域（ｄ），（ｅ），（ｆ）では、主に充填効率の向上を図るため、吸気位相を所定の中間位相近傍に設定するとともに、エンジン回転数の増加に伴ってリフト作動角を増加させる。つまり、低回転域（ｄ）では小〜中作動角、中回転域（ｅ）では中作動角、高回転域（ｆ）では大作動角に設定する。
【００７６】
従って、吸気弁開時期が上死点よりも大きく進角してバルブオーバーラップが大きくなるのは、中負荷域（ｃ）と高回転全開域（ｆ）である。高回転全開域（ｆ）からの急減速時には、アイドルまでの時間が相対的に長く、かつ回転数が高くエンジン油圧が大きいため、失火やエンスト等を招く可能性が低い。従って、中負荷域（ｃ）からの急減速時に失火やエンスト等を招く可能性が相対的に高い傾向にある。しかしながら本実施形態では、上述したように、このような中負荷域（ｃ）からの減速時にも、２種の油圧式の変更機構により作動角を減少させるとともに吸気位相を遅角させることにより、バルブオーバーラップを迅速に低減することができるため、上記のような失火等を招くおそれがない。従って、このような中負荷域（ｃ）でもバルブタイミングの設定自由度が高く、十分なバルブオーバーラップを設定して燃費向上等を図ることができる。
【００７７】
なお、このように初期状態が最遅角位相，最小作動角の設定の場合には、特に吸気弁閉時期があまり変化しない作動角変更機構１００を用いた場合、仮に初期状態における吸気弁閉時期を下死点よりも進角させていると、低速全開域（ｄ）等への加速時に、吸気弁閉時期が下死点前もしくは下死点近傍となり、吸気慣性効果を考慮すると十分な充填効率が得られない可能性がある。従って、好ましくは図１１に示すように、初期状態における吸気弁閉時期を下死点よりも遅角させる。
【００７８】
次に、図１１の右側に示すように、位相変更機構２０の初期状態（油圧ｏｆｆの状態）が最進角位相、作動角変更機構１０，１００の初期状態が最小作動角に設定される場合について説明する。
【００７９】
アイドル域（ａ）では、初期状態である最小作動角，最進角位相の設定として、燃費向上や排気浄化を狙う。一方、中負荷域（ｃ）では、所定の小作動角、最進角位相として、残留ガスの増加及び有効圧縮比の低下による燃費向上及び排気浄化を狙う。また、中負荷域より吸気量の少ない低負荷域（ｂ）では、燃焼悪化の防止及び残留ガスの低減を図るため、最小〜小作動角、最進角位相に設定し、有効圧縮比に応じたポンプ損失低減で燃費向上を狙う。全開域（ｄ）〜（ｆ）では、吸気位相を所定の遅角位相の近傍に設定するとともに、充填効率向上等を図るため、機関回転数の増加に伴って作動角を増加させる。つまり、低回転全開域（ｄ）では小〜中作動角、中回転全開域（ｅ）では中作動角、高回転全開域（ｆ）では大作動角に設定する。
【００８０】
このように、初期位相を最進角位相とした場合には、常用域である部分負荷域（ａ）〜（ｃ）で位相変更機構２０を最進角位相に固定することができる。従って、２種の変更機構を同時に作動させる機会が少なくなり、このような同時作動に伴う油圧低下や切換え過渡時のバルブリフト特性の不安定化等を招くおそれが低く、切換応答性，安定性が向上する。
【００８１】
また、このような初期状態（最進角位相，最小作動角）の設定において、特に吸気弁閉時期があまり変化しない作動角変更機構１００を用いた場合に、仮に初期状態における吸気弁閉時期を下死点後に設定とすると、低負荷域（ｂ）でも吸気弁閉時期が下死点後となり、充填効率が低下してポンプ損失を十分に低減できない可能性がある。従って、このような初期状態（最進角位相，最小作動角）の設定の場合には、この初期状態における吸気弁閉時期を下死点よりも進角させる。
【００８２】
ところで、上記実施形態のように油圧駆動式の変更機構を用いた場合、機関冷機時には油粘度が相対的に大きくなるため、作動角や吸気位相の切換応答性が暖機後に比して低下する。このため、吸気弁の開時期や閉時期が一時的に目標値から外れる可能性が高くなる。特に、吸気弁の開時期が過度に進角すると、吸気弁とピストンとの干渉を招くおそれがある。そこで、好ましくは、機関冷機時における最大作動角を暖機後における最大作動角よりも小さく設定するとともに、機関冷機時における最進角位相を暖機後における最進角位相よりも遅角側に設定する。つまり、冷機時における最大バルブオーバーラップの目標値を、暖機後における最大バルブオーバーラップの目標値よりも小さくする。これにより、切換応答性が低下する冷機時であっても、吸気弁とピストンとの干渉を確実に回避することができる。
【００８３】
なお、このような冷機時においても、上述したように、切換え応答性の遅い位相変更機構２０による吸気弁開時期の可変幅を相対的に小さく設定することにより、バルブオーバーラップをより大きく設定することが可能となる。
【００８４】
図１２は、本実施形態に係る中負荷域からの急減速時の制御の流れを示すフローチャートである。
【００８５】
Ｓ（ステップ）１及びＳ２において、中負荷域でブレーキＳＷのオンが検出されると、Ｓ３へ進み、機関回転数（Ｎｅ）や車速に基づいて、急減速状態、つまり減速度が所定値を越えているかを判定する。急減速状態であれば、Ｓ４及びＳ５へ進み、作動角変更機構１０，１００により即時に作動角を所定値まで減少させる。次いで、Ｓ６，Ｓ７へ進み、現在の機関運転状態に基づいて、目標作動角及び中心角を設定する。Ｓ８及びＳ９では、実作動角が目標値となるように、作動角変更機構１０，１００を駆動して作動角を制御する。続くＳ１０及びＳ１１では、実中心角が目標値となるように、位相変更機構２０を駆動して中心角を制御する。
【００８６】
このように、中負荷域からの急減速時には、先ず作動角を優先的に即座に減少させているため、上述したように、吸気弁の開時期を速やかに遅角させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る内燃機関の可変動弁装置を示す概略構成図。
【図２】図１の作動角変更機構によるバルブリフト特性の変化を示す特性図。
【図３】作動角変更機構のアクチュエータの一例を示す断面図。
【図４】図３のアクチュエータの分解斜視図。
【図５】図３の環状ディスクを偏心動させた油圧アクチュエータの作用を示し、Ａは図３のＡ−Ａ線断面図、Ｂは同図のＢ−Ｂ線断面図、Ｃは同図のＣ−Ｃ線断面図、Ｄは同図のＤ−Ｄ線断面図。
【図６】環状ディスクを偏心状態から同心動させるためにロータリーバルブを他方向へ回転させた状態を示し、Ａは図３のＡ−Ａ線断面図、Ｂは同図のＢ−Ｂ線断面図、Ｃは同図のＣ−Ｃ線断面図、Ｄは同図のＤ−Ｄ線断面図。
【図７】環状ディスクを同心動させた油圧アクチュエータの作用を示し、Ａは図３のＡ−Ａ線断面図、Ｂは同図のＢ−Ｂ線断面図、Ｃは同図のＣ−Ｃ線断面図、Ｄは同図のＤ−Ｄ線断面図。
【図８】本実施形態に係る位相変更機構を示す断面対応図。
【図９】本実施形態に係る作動角変更機構の他の例を示す正面対応図。
【図１０】図９の作動角変更機構によるバルブリフト特性の変化を示す特性図。
【図１１】本実施形態の作用説明図。
【図１２】本実施形態に係る中負荷域からの急減速時の制御の流れを示すフローチャート。
【符号の説明】
１…吸気弁
３…吸気駆動軸
１０…作動角変更機構
２０…位相変更機構
１００…作動角変更機構
１０４…偏心カム
１０５…リンクアーム
１０６…支持部材
１０７…揺動カム
１１１…リンク部材
１１２…ロッカアーム
１１３…ピン

Claims (5)

1. 吸気弁の作動角を連続的に変更可能な作動角変更機構と、吸気弁の作動角の中心位相を変更可能な油圧駆動式の位相変更機構と、を有し、
   上記作動角変更機構による吸気弁の開時期の変化量が吸気弁の閉時期の変化量以上となるように設定され、
   アイドル域では、上記作動角変更機構により吸気弁の作動角を最小作動角に設定するとともに、上記位相変更機構により吸気弁の作動角の中心位相を所定の遅角側の中心位相にして、吸気弁の開時期を上死点よりも遅角させ、
   中負荷域では、上記作動角変更機構により吸気弁の作動角を上記アイドル域よりも増加させるとともに、上記位相変更機構により吸気弁の作動角の中心位相を上記所定の遅角側の中心位相よりも進角させて、吸気弁の開時期を上死点よりも進角させ、
   この中負荷域からの所定の減速度よりも大きい急減速時には、内燃機関の運転状態に基づいて設定される目標作動角に関わらず、上記作動角変更機構により吸気弁の作動角を所定の縮小側の作動角まで減少させることにより、吸気弁の開時期を遅角させることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
2. 上記アイドル域では、上記位相変更機構を最遅角位相に設定するとともに、最小作動角，最遅角位相に設定された場合の吸気弁の閉時期を下死点よりも遅角させ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。
3. 上記作動角変更機構が油圧駆動式であることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の可変動弁装置。
4. 機関冷機時における最進角位相を暖機後における最進角位相よりも遅角側に設定するとともに、機関冷機時における最大作動角を暖機後における最大作動角よりも小さく設定することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の可変動弁装置。
5. 上記作動角変更機構は、
   機関のクランクシャフトと連動して回転する吸気駆動軸と、
   この吸気駆動軸に回動可能に外嵌し、吸気弁を開閉駆動する揺動カムと、
   上記吸気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クアームと、
   上記吸気駆動軸に回転可能に外嵌し、所定の回転範囲内で回転駆動される支持部材と、
   この支持部材の一端に回転可能に支持されるとともに、一端が上記リンクアームと連携されたロッカアームと、
   上記ロッカアームの他端と上記揺動カムとに連携されたリンク部材と、
   を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関の可変動弁装置。

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