JP4474065B2

JP4474065B2 - 内燃機関の可変動弁装置

Info

Publication number: JP4474065B2
Application number: JP2001066181A
Authority: JP
Inventors: 信一竹村; 常靖野原; 信中村
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd; Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd; Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2001-03-09
Filing date: 2001-03-09
Publication date: 2010-06-02
Anticipated expiration: 2021-03-09
Also published as: JP2002266611A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸気弁又は排気弁の作動角（及びバルブリフト量）の大きさを連続的に変更可能な作動角変更機構と、クランクシャフトの位相に対する上記作動角の中心位相つまりバルブタイミングを変更可能な位相変更機構と、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】
内燃機関の分野では、機関運転条件に応じて吸気弁（又は排気弁）のバルブリフト特性を高度に制御し、最適な作動特性を得るために、吸気弁の作動角（及びバルブリフト量）を変更可能な作動角変更機構と、この作動角の中心位相を変更可能な位相変更機構と、を併用した可変動弁装置が提案されている。一例として、特開２０００−２２０４２０号公報には、エンジンメインギャラリからの油圧により駆動される作動角変更機構と位相変更機構とを備えた可変動弁装置が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような可変動弁装置を用いた場合、作動角や中心位相の設定の自由度を高め、幅広い運転状況に対応するために、作動角変更機構による作動角の可変範囲及び位相変更機構による中心位相の可変範囲をできるだけ大きく確保したい。また、各変更機構を個々に独立して駆動させたい。
【０００４】
しかしながら、このように可変範囲を大きくすると、排気上死点近傍で吸気弁とピストンとが干渉するおそれがある。具体的には、吸気弁の作動角が大きい状況で、その中心位相を大きく進角させる場合や、中心位相を大きく進角させている状況で、その作動角を過度に増加させる場合のように、大作動角化と進角化とが同時期に行われると、吸気弁とピストンとが干渉するおそれがる。
【０００５】
このような吸気弁とピストンとの干渉を回避するために、現実的には、大作動角化と進角化とが同時期に行われないように制御マップ等が予め設定される。しかしながら、制御のフェール時等には、やはり吸気弁とピストンとが接触する可能性が残されている。このような吸気弁とピストンとが接触する可能性を確実に無くすために、両変更機構による初期の可変範囲を予め狭く設定すると、吸気弁のバルブリフト特性の設定の自由度が低くなり、所期の作動特性が得られない。
【０００６】
また、上記公報の例では、吸気弁とピストンとの干渉を回避するために、ピストン側に干渉回避用のバルブリセスを設けている。しかしながら、このようにバルブリセスを設けると、燃焼室表面積の拡大に伴って冷却損失が大きくなり、燃費が悪化するという問題点があった。
【０００７】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、作動角変更機構及び位相変更機構の初期の可変範囲を狭めることなく、吸気弁とピストンとの干渉を確実に回避することを一つの目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る内燃機関の可変動弁装置は、吸気弁又は排気弁の作動角を連続的に変更可能な作動角変更機構と、上記作動角の中心位相を連続的に変更可能な位相変更機構と、を有している。
【０００９】
上記作動角変更機構は、典型的には請求項５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第１リンクと、上記駆動軸と平行に気筒列方向へ延びる制御軸に偏心して設けられた制御カムと、この制御カムに回転可能に外嵌するとともに、一端が上記第１リンクに連結されたロッカーアームと、上記駆動軸に揺動可能に設けられ、吸排気弁（吸気弁又は排気弁）を駆動する揺動カムと、上記ロッカーアームの他端と揺動カムとに連結された第２リンクと、を有している。
【００１０】
そして、クランクシャフトに連動して駆動軸が回転すると、偏心カムに外嵌する第１リンクが略並進作動するとともに、制御カムに外嵌するロッカーアームが揺動し、第２リンクを介して揺動カムが揺動して、吸排気弁を開閉駆動する。また、制御軸を回動することにより、ロッカーアームのクランクシャフトに対する位置が変化して、第１，第２リンク等の姿勢が変化し、揺動カムの揺動特性が変化する。この結果、揺動カムにより押圧駆動される吸排気弁の作動角（及びバルブリフト量）が連続的に変化する。
【００１１】
このような構成の作動角変更機構は、吸排気弁を押圧する揺動カムが駆動軸と同軸上に配置されているため、揺動カムと駆動軸との軸ズレ等を生じるおそれがなく、制御精度に優れていると共に、各第１，第２リンクやロッカーアーム等の各リンク要素を駆動軸の周囲に集約させて、機構のコンパクト化を図ることができる。また、偏心カムと第１リンクとの軸受部や、制御カムとロッカーアームとの軸受部のように、部材間の連結部の多くが面接触となっているため、潤滑が行いやすく、耐久性，信頼性にも優れている。更に、固定カム及びカムシャフトを用いた一般的な内燃機関に適用する場合にも、これら固定カム及びカムシャフトの位置に揺動カム及び駆動軸を配置すれば良く、レイアウトの変更点が非常に少なくて済むため、既存の内燃機関にも容易に適用することができる。そして、吸排気弁の作動角及びバルブリフト量を機関運転状態に応じて任意の大きさに連続的に調整できるため、設定の自由度が高く、機関運転状況に応じて燃費や出力等の運転性能を効率的に向上させることができる。
【００１２】
作動角変更機構は、後述する実施形態のように、吸気側及び排気側のカムシャフト又は駆動軸の間の回転動力伝達経路に設けられ、複数のギヤ及びギヤ間を規定するリンクを備えたものや、あるいは遊星ギヤを用いたものが挙げられる。
【００１３】
つまり、上記作動角変更機構は、例えば請求項６に係る発明のように、クランクシャフトから回転動力が伝達されて吸気弁及び排気弁の一方を駆動するカムシャフトに固定された駆動側ギヤと、この駆動側ギヤの外周に噛合する第１中間ギヤと、この第１中間ギヤの外周に噛合する第２中間ギヤと、この第２中間ギヤの外周に噛合するとともに、上記作動角変更機構を介して吸気弁及び排気弁の他方を駆動する駆動軸に固定された被駆動側ギヤと、上記駆動側ギヤの軸心部と第１中間ギヤの軸心部とを連結する駆動側リンクと、上記第１中間ギヤの軸心部と第２中間ギヤの軸心部とを連結する中間リンクと、上記第２中間ギヤの軸心部と被駆動側ギヤの軸心部とを連結する被駆動側リンクと、上記中心位相の変更時に上記駆動側リンクを上記カムシャフトを支点として回転駆動するアクチュエータと、を有している。
【００１４】
従って、アクチュエータにより駆動側リンクを回転駆動すると、３つのリンクが機関本体に対して揺動し、４つのギヤの相対位置が変更される。この結果、駆動側ギヤに対する被駆動側ギヤの回転位相が変更されて、カムシャフトに対する駆動軸の位相が変化し、その作動角の中心位相が変更される。
【００１５】
あるいは請求項７に係る発明のように、上記位相変更機構は、上記作動角変更機構を介して吸気弁及び排気弁の一方を駆動する駆動軸に固定されたサンギヤと、このサンギヤと同軸上に配置され、クランクシャフトから回転動力が伝達されるキャリアと、このキャリアに自転可能に支持されるとともに、上記サンギヤの外周に噛合する遊星ギヤと、この遊星ギヤに内周が噛合するリングギヤと、作動角変更時に上記リングギヤを回転駆動するアクチュエータと、を有している。
【００１６】
従って、クランクシャフトと同期してキャリアが回転すると、遊星ギヤに噛合するサンギヤ及び駆動軸が回転し、作動角変更機構を介して排気弁又は吸気弁が開閉駆動される。また、アクチュエータによりリングギヤを回転駆動すると、遊星ギヤの自転を伴ってサンギヤがキャリアに対して相対的に回転し、その吸気弁又は排気弁の作動角の中心位相が変化する。
【００１７】
そして、請求項１に係る発明は、上記作動角変更機構による作動角可変範囲及び位相変更機構による位相可変範囲を機械的に規制する規制機構を有することを特徴としている。
【００１８】
係る発明によれば、仮に一方の変更機構が不作動となったような場合、あるいは故障点検時のようにエンジン制御システムを用いずに機関を作動させる場合、もしくは制御フェール時等においても、規制機構により作動角及び位相の可変範囲が機械的に規制されるため、吸排気弁とピストンとの干渉を確実に回避できる。このため、例えば従来例のように干渉回避用のバルブリセスをピストン側に敢えて設ける必要がなく、このバルブリセスの形成に伴う燃焼室表面積の拡大もないので、燃費向上を図ることができる。
【００１９】
請求項２に係る発明は、上記作動角の変更時にシリンダヘッドに対して回転駆動される第１回転体と、上記中心位相の変更時にシリンダヘッドに対して回転駆動される第２回転体と、を有することを特徴としている。
【００２０】
請求項３に係る発明は、上記規制機構が、上記第１回転体に設けられる第１ストッパと、上記第２回転体に設けられる第２ストッパと、を有し、両ストッパが係合することにより、上記第１回転体及び第２回転体の回転範囲が制限されることを特徴としている。
【００２１】
このように、作動角や中心位相の変更量をシリンダヘッドに対する角度変化に変換する機構（第１回転体及び第２回転体）を有する構成とし、これら第１，第２回転体に、互いに係合する第１，第２ストッパを設けることにより、互いに独立して駆動制御される２つの変更機構の機械的連携を容易に行うことができる。
【００２２】
更に上記請求項１に係る発明は、吸気弁に適用される可変動弁装置であって、上記規制機構により、上記作動角可変範囲の大作動角側及び上記位相可変範囲の進角側が規制されることを特徴としている。
【００２３】
この請求項１に係る発明によれば、吸気弁が大作動角かつ進角状態となって吸気弁とピストンとが干渉することを確実に回避しつつ、この吸気弁の作動角及び中心位相の変更範囲を十分に広く確保できる。例えば、作動角が最小作動角から所定の中間作動角までの範囲にある状況では、規制機構により中心位相の変更量が規制されることがないので、例えば中間作動角の状況でバルブオーバーラップを大きくすることが可能となり、燃費の向上を図ることができる。
【００２４】
請求項４に係る発明は、上記作動角の変更時にシリンダヘッドに対して回転駆動される第１回転体と、上記中心位相の変更時にシリンダヘッドに対して回転駆動される第２回転体と、を有し、これら第１回転体と第２回転体とを機械的に連携し、両者を一つのアクチュエータで駆動することを特徴としている。
【００２５】
この請求項４の発明によれば、第１回転体と第２回転体とを機械的に連携させているため、これら第１回転体と第２回転体との回転範囲が相互に規制されて、作動角の変化と中心位相の変化とが互いに機械的に規制されることとなり、吸排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。また、双方の変更機構が一つのアクチュエータで駆動されるため、構成及び制御が簡素化され、コスト低減を図ることができる。
【００２６】
【発明の効果】
請求項１又は４に係る発明によれば、制御フェール時等においても、吸気弁又は排気弁とピストンとの干渉を確実に回避できる。このため、例えば従来例のように干渉回避用のバルブリセスをピストン側に敢えて設ける必要がなく、このバルブリセスの形成に伴う燃焼室表面積の拡大もなく、燃費向上を図ることができる。
【００２７】
特に、請求項４の発明によれば、双方の変更機構が一つのアクチュエータで駆動されるため、構成及び制御が簡素化され、コスト低減を図ることができる。
【００２８】
また、請求項２又は３に係る発明によれば、作動角の変更に伴い回転駆動される第１回転体と、位相変更に伴い回転駆動される第２回転体とを有しているため、これら第１，第２回転体に互いに係合する第１，第２ストッパを設けることにより、互いに独立して駆動制御される２つの変更機構の機械的連携を容易に行うことができる。
【００２９】
更に請求項１に係る発明によれば、吸気弁が大作動角かつ進角状態となってピストンと干渉することを確実に回避しつつ、この吸気弁の作動角及び中心位相の可変範囲を十分に広く確保できる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る可変動弁装置を内燃機関の吸気弁側に適用した実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００３１】
先ず、全実施形態に共通する作動角変更機構の構成について、図８を参照して説明する。この図８は、シリンダヘッドＳＨを後端側から見た図に対応しており、カムスプロケット等の駆動系は適宜省略してある。
【００３２】
シリンダヘッドＳＨの排気弁側（図８の右側）には、気筒列方向に延びる排気カムシャフト１が回転可能に支持されている。この排気カムシャフト１には、排気弁のバルブリフタ１ｂを押圧駆動する排気カム１ａが設けられ、図外のクランクシャフトからチェーン等を介して回転動力が伝達される。また、シリンダヘッドＳＨの吸気弁側には、気筒列方向に延びる吸気駆動軸２が回転可能に支持されている。この吸気駆動軸２には、後述する位相変更機構を介してクランクシャフトから回転動力が伝達される。
【００３３】
吸気駆動軸２には、各気筒毎に偏心カム３が偏心して固定されており、この偏心カム３の外周には、リング状の第１リンク４が相対回転可能に外嵌している。この第１リンク４の先端部は、ピン５を介してロッカアーム６の一端部に連携されている。
【００３４】
また、吸気駆動軸２の斜め上方には、この吸気駆動軸２と平行に気筒列方向へ延びる制御軸（第１回転体）７が、シリンダヘッドＳＨに固定されるブラケット９により回転可能に支持されている。この制御軸７には各気筒毎に制御カム８が偏心して固定されており、各制御カム８の外周には、上記のロッカアーム６の中央部が揺動可能に外嵌している。つまり、ロッカアーム６は、制御カム８に揺動可能に支持されている。このロッカアーム６の他端は、ピン１０を介してロッド状の第２リンク１１の一端と連携している。この第２リンク１１の他端は、ピン１２を介して揺動カム１３の先端部と連携している。この揺動カム１３は、吸気駆動軸２の外周に回転可能に外嵌している。
【００３５】
従って、クランクシャフトの回転に連動して吸気駆動軸２が回転すると、偏心カム３を介して第１リンク４がほぼ並進作動（図の上下運動）される。この第１リンク４の並進運動がロッカアーム６の揺動運動に変換され、第２リンク１１を介して揺動カム１３が揺動する。この揺動する揺動カム１３が吸気弁のバルブリフタ１４に当接してこれを押圧することにより、吸気弁が開閉駆動される。
【００３６】
また、機関運転状態に応じて制御軸７を図外のアクチュエータで回転駆動すると、ロッカアーム６の揺動中心となる制御カム８の中心位置がシリンダヘッドＳＨに対して変化して、このロッカアーム６及びリンク４，１１の姿勢が変化し、揺動カム１３の揺動特性が変化する。これにより、吸気弁の作動角及びバルブリフト量が連続的に変更される。
【００３７】
このような構成の作動角変更機構は、吸気弁のバルブリフタ１４を押圧する揺動カム１３が吸気駆動軸２と同軸上に配置されているため、揺動カム１３と吸気駆動軸２との軸ズレ等を生じるおそれがなく、制御精度に優れていると共に、ロッカアーム６や各リンク４，１１を吸気駆動軸２の周囲に集約させて、機構のコンパクト化を図ることができる。また、偏心カム３と第１リンク４との軸受部や、制御カム８とロッカアーム６との軸受部のように、部材間の連結部の多くが面接触となっているため、潤滑が行いやすく、耐久性，信頼性にも優れている。
【００３８】
更に、この作動角変更機構を、固定カム（１ａ）及びカムシャフト（１）を備えた一般的な直動式動弁系に適用する場合にも、これら固定カム及びカムシャフトの位置に揺動カム１３及び吸気駆動軸２を配置すれば良く、レイアウトの変更が非常に少なくて済むため、その適用が極めて容易である。
【００３９】
そして、吸気弁の作動角及びバルブリフト量を機関運転状態に応じて任意の大きさに連続的に調整できるため、設定の自由度が高く、機関運転状況に応じて燃費や出力等の運転性能を効果的に向上させることができる。
【００４０】
次に、図１及び図２を参照して、クランクシャフトに対する吸気弁の作動角の中心位相を連続的に変更可能な位相変更機構の構成について説明する。
【００４１】
排気カムシャフト１は、スプロケット（又はプーリ）及びタイミングチェーン（又はタイミングベルト）を介してクランクシャフトから回転動力が伝達される。この排気カムシャフト１には、排気側ギヤ（駆動側ギヤ）２１が締結固定されている。この排気側ギヤ２１の外周は、第１中間ギヤ２３の外周と噛合している。この第１中間ギヤ２３の外周は、第２中間ギヤ２６の外周と噛合している。この第２中間ギヤ２６の外周は、吸気側ギヤ（被駆動側ギヤ）２８の外周に噛合している。この吸気側ギヤ２８は、吸気駆動軸２に固定されている。これら４つのギヤ２１，２３，２６，２８によって、排気カムシャフト１の回転が吸気駆動軸２に同速，逆方向に伝達される。従って、クランクシャフトに同期して排気カムシャフト１が回転すると、これに連動して吸気駆動軸２が回転駆動される。
【００４２】
また、４つのギヤ２１，２３，２６，２８における隣り合うギヤ同士は、そのギヤ間距離を規定するリンク２２，２５，２７によってそれぞれ連携されている。すなわち、排気側ギヤ２１の軸心部と第１中間ギヤ２３の軸心部とは排気側リンク（駆動側リンク）２２の両端部にそれぞれ回転可能に連結されている。第１中間ギヤ２３の軸心部と第２中間ギヤ２６の軸心部とは、中間リンク２５の両端部に相対回転可能に連結されている。第２中間ギヤ２６の軸心部と吸気側ギヤ２８の軸心部とは、吸気側リンク（第２回転体，被駆動側リンク）２７の両端部にそれぞれ回転可能に連結されている。
【００４３】
排気側ギヤ２１及び吸気側ギヤ２８の軸心部は、それぞれ排気カムシャフト１及び吸気駆動軸２に固定され、つまりシリンダヘッドＳＨに対して移動不能に支持されている。一方、中間ギヤ２３，２６の軸心部は、上記のリンク２２，２５，２７によってシリンダヘッドＳＨに対して揺動可能に支持されている。
【００４４】
また、排気側リンク２２は、モータ等のアクチュエータ３２により排気側ギヤ２１（排気カムシャフト１）の軸心周りに回転駆動される。つまり、排気側リンク２２の一端外周には、ウォームホイールギヤ２４が設けられており、このギヤ２４に、進退駆動されるアクチュエータ出力軸３２ａの先端に設けられたウォームギヤ３１が噛合している。
【００４５】
従って、アクチュエータ３２により排気側リンク２２を回転駆動すると、３つのリンク２２，２５，２７がシリンダヘッドＳＨに対して揺動し、４つのギヤ２１，２３，２６，２８の相対位置が変更される。この結果、排気側ギヤ２１に対する吸気側ギヤ２８の回転位相が変更されて、クランクシャフトや排気カムシャフト１に対する吸気駆動軸２の位相が変化し、吸気弁の作動角の中心位相が変更される。
【００４６】
このような位相変更機構は、吸気弁の作動角の中心位相を連続的に変更，保持できるため、制御の自由度が高い。また、排気カムシャフト１から吸気駆動軸２への回転動力伝達経路に適用されており、吸気駆動軸２等のレイアウトを変更する必要がないので、既存の機関への適用も容易である。
【００４７】
そして本実施形態では、作動角の変更時に回転駆動される制御軸（第１回転体）７に、径方向外方へ突出するレバー状の第１ストッパ３０が固定又は一体的に形成されているとともに、中心位相の変更時に回転駆動される吸気側リンク（第２回転体）２７の上部に、径方向外方へ突出するレバー状の第２ストッパ２９が固定又は一体的に形成されている。
【００４８】
また、図１及び図２において、制御軸７を時計周り方向に回動すると、作動角が大きくなり、排気側リンク２２及び吸気側リンク２７を反時計方向に揺動すると、吸気弁の作動角の中心位相が進角するように設定されている。そして、制御軸７を大作動角側に回動するか、あるいは吸気側リンク２７を進角側に揺動すると、第１ストッパ３０と第２ストッパ２９とが互いに近接，当接して、その回転範囲を相互に規制するようになっている。つまり、これらのストッパ２９，３０が互いに係合することによって、大作動角状態での進角化及び進角状態での大作動角化が機械的に禁止され、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、これらの第１ストッパ３０及び第２ストッパ２９が、吸気弁の作動角可変範囲の大作動角側及び位相可変範囲の進角側を規制する規制機構を構成している。
【００４９】
例えば図１に示す中間作動角（又はこれ以下の作動角）の状態では、第１ストッパ３０が略横方向を指向し、第２ストッパ２９の回転範囲から外れた位置に待避される。従って、第２ストッパ２９を備えた吸気側リンク２７を遅角側から進角側まで自由に揺動可能である。
【００５０】
一方、図２に示す最大作動角の状態では、第１ストッパ３０が斜め下方向を指向し、第２ストッパ２９の回転範囲に大きく入り込んでおり、この第１ストッパ３０によって、第２ストッパ２９を備えた吸気側リンク２７の回転範囲の進角側が大きく規制される。この結果、吸気弁の作動角の中心位相の可変範囲が最遅角位相から所定の中間位相までに機械的に制限される。
【００５１】
このように、中間作動角以下の設定状態では、中心位相の可変範囲が制限されることがないので、例えばバルブオーバーラップを十分に大きくして燃費向上を図ることができる。一方、中間作動角を越える作動角の状態、例えば最大作動角の設定状態では、両ストッパ２９，３０によって中心位相の進角化が機械的に規制されるため、吸気弁とピストンとの干渉を確実に回避でき、例えばバルブリセスを最小として燃費向上を図ることができる。つまり、作動角や中心位相の可変範囲を過度に制限することなく、吸気弁とピストンとの干渉を機械的に確実に回避することができる。
【００５２】
次に、図３及び図４を参照して、本発明の第２実施形態に係る可変動弁装置を説明する。なお、後述する第２及び第３実施形態では、上記の第１実施形態と同じ構成には同一参照符号を付して重複する説明を適宜省略する。
【００５３】
この第２実施形態は、第１実施形態に比して主に位相変更機構の構成が異なっている。すなわち、吸気駆動軸２の一端には、サンギヤ４１が締結固定されており、このサンギヤ４１と同軸上にスプロケット４２が配置されている。このスプロケット（又はプーリ）４２にはタイミングチェーン（又はタイミングベルト）が巻き掛けられ、このチェーン（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る。このキャリアとしてのスプロケット４２には、遊星ギヤ４３が合計４箇所に自転可能に支持されており、これらの遊星ギヤ４３はサンギヤ４１の外周に噛合している。各遊星ギヤ４３は、制御ギヤとしてのリングギヤ４４の内周に噛合している。このリングギヤ４４の外周には中間ギヤ４７が噛合しており、この中間ギヤ４７には、アクチュエータ４９の出力ギヤ４８が噛合している。
【００５４】
上記の構成により、クランクシャフトと同期してスプロケット４２が回転すると、このスプロケット４２の遊星ギヤ４３に噛合するサンギヤ４１及び吸気駆動軸２が回転し、上記の作動角変更機構を介して吸気弁が開閉駆動される。また、アクチュエータ４９により出力ギヤ４８を回転駆動すると、中間ギヤ４７を経由してリングギヤ４４が回転する。この結果、遊星ギヤ４３の自転を伴ってサンギヤ４１がスプロケット４２に対して相対的に回転し、吸気弁の作動角の中心位相が変化する。
【００５５】
そして本実施形態では、吸気弁の作動角の変更に伴って回転駆動される制御軸（第１回転体）７に、第１実施形態と同様に径方向外方へ張り出したレバー状の第１ストッパ４５が固定又は一体的に形成されているとともに、吸気弁の作動角の中心位相の変更に伴って回転するリングギヤ（第２回転体）４４の外周に、径方向外方へ張り出した帯状の第２ストッパ４６が固定又は一体的に形成されている。
【００５６】
図３は図１とは逆方向から見た図に対応しており、この図３で制御軸７を反時計方向に回動すると、吸気弁の作動角が大きくなるとともに、第１ストッパ４５が第２ストッパ４６の回転範囲へ向かって進出して、この回転範囲の進角側を連続的に規制するように設定されている。例えば図３の実線で示すように、第１ストッパ４５が最大作動角の状態にあるとき、この第１ストッパ４５が最も第２ストッパ４６側へ張り出しており、リングギヤ４４の回転範囲の進角側が大きく制限される。
【００５７】
また、リングギヤ４４を時計方向に回転駆動すると、吸気弁の作動角の中心位相が進角するとともに、第２ストッパ４６が第１ストッパ４５の回転範囲に進出して、この回転範囲の大作動角側を連続的に規制するように設定されている。つまり、第１ストッパ４５の回転範囲を連続的に規制するように、第１ストッパ４５と当接する第２ストッパ４６の側面４６ａは、径方向外方へ向かうに従って第１ストッパ４５から遠ざかるように適宜に傾斜している。
【００５８】
このように、互いに係合する第１ストッパ４５及び第２ストッパ４６が吸気弁の作動角可変範囲の大作動角側及び位相可変範囲の進角側を規制する規制機構を構成している。従って、この第２実施形態においても、上記の第１実施形態と同様、互いに係合する第１ストッパ４５及び第２ストッパ４６によって、大作動角かつ進角状態となることが確実に防止され、作動角や中心位相の可変範囲を過度に制限することなく、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。
【００５９】
上記の第１及び第２実施形態のいずれにおいても、作動角変更時にシリンダヘッドＳＨに対して回転駆動される第１回転体（制御軸７）に第１ストッパ（３０，４５）を設けるとともに、位相変更時にシリンダヘッドＳＨに対して回転駆動される第２回転体（吸気側リンク２７，リングギヤ４４）に第２ストッパ（２９，４６）を設けているため、互いに独立して駆動制御される２つの変更機構からシリンダヘッドＳＨに対する可変量を容易に取り出すことができる。そして、所定の条件、具体的には吸気弁のリフト特性が大作動角かつ進角状態のときに、第１ストッパと第２ストッパとが互いに係合するように設定されており、両ストッパの機械的連携によって、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。従って、例えば従来のようにピストンのバルブリセスの形成に伴う燃焼室表面積の拡大を招くことがなく、その分の燃費向上効果を得ることができる。
【００６０】
これら第１及び第２実施形態の構成では、好ましくは規制機構によって制限される不可変領域αが図５に示すように規定される。つまり、吸気弁とピストンとの干渉を確実に回避しつつ作動角や中心位相の可変範囲を最大限に確保するため、作動角の増加に伴って中心位相の進角側の制限量が連続的に大きくなり、中心位相の進角に伴って作動角の大作動角側の制限量が連続的に大きくなるように設定されている。言い換えると、このように制限量が連続的に変化するように、第１ストッパ及び第２ストッパの形状，寸法等が設定されている。従って、上述したように、例えば中間作動角の状態で中心位相を大きく変更することも可能である。
【００６１】
これに対し、図６に示す第３実施形態では、第１実施形態に対し、作動角変更機構の制御軸７と位相変更機構の吸気側リンク２７とを機械的に連携し、作動角変更量と位相変更量を互いに関連（規制）させている。つまり、基本的には図１及び図２に示す第１実施形態と同様の構成であるが、吸気側リンク２７の外周にギヤ部５１を設けるとともに、このギヤ部５１に噛合するギヤ部５２を制御軸７の外周に形成している。
【００６２】
このため、図７の可変領域βで示すように、作動角の変更量と位相の変更量が一義的に関連付けられ、作動角が大きくなると位相が遅角し、位相が進角すると作動角が小さくなる。従って、大作動角化と進角化とが同時に行われることはなく、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。また、この実施形態では、一つのアクチュエータ３２で作動角変更機構及び位相変更機構の双方を駆動することができ、制御軸７を駆動するために別個アクチュエータを設ける必要がない分、構成及び制御が簡素化され、コストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る内燃機関の可変動弁装置における中間作動角の状態を示す構成説明図。
【図２】上記第１実施形態の可変動弁装置における最大作動角の状態を示す構成図。
【図３】本発明の第２実施形態に係る内燃機関の可変動弁装置を示す構成図。
【図４】図３の可変動弁装置の要部を示す断面対応図。
【図５】上記第１，第２実施形態に係る作動角及び中心位相の可変領域及び不可変領域を示す特性図。
【図６】本発明の第３実施形態に係る内燃機関の可変動弁装置を示す構成図。
【図７】上記第３実施形態に係る作動角及び中心位相の可変領域を示す特性図。
【図８】全実施形態に共通する作動角変更機構の構成を示す構成図。
【符号の説明】
ＳＨ…シリンダヘッド
７…制御軸（第１回転体）
２７…吸気側リンク（第２回転体）
２９…第２ストッパ
３０…第１ストッパ
４４…リングギヤ（第２回転体）
４５…第１ストッパ
４６…第２ストッパ

Claims

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、上記作動角の中心位相を連続的に変更可能な位相変更機構と、を有する内燃機関の可変動弁装置において、
上記作動角変更機構による作動角可変範囲及び位相変更機構による位相可変範囲を機械的に規制する規制機構を有し、
上記規制機構により、上記作動角可変範囲の大作動角側及び上記位相可変範囲の進角側が規制されることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
上記作動角の変更時にシリンダヘッドに対して回転駆動される第１回転体と、上記中心位相の変更時にシリンダヘッドに対して回転駆動される第２回転体と、を有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。
上記規制機構が、上記第１回転体に設けられる第１ストッパと、上記第２回転体に設けられる第２ストッパと、を有し、両ストッパが係合することにより、上記第１回転体及び第２回転体の回転範囲が制限されることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の可変動弁装置。
吸気弁又は排気弁の作動角を連続的に変更可能な作動角変更機構と、上記作動角の中心位相を連続的に変更可能な位相変更機構と、を有する内燃機関の可変動弁装置において、
上記作動角の変更時にシリンダヘッドに対して回転駆動される第１回転体と、上記中心位相の変更時にシリンダヘッドに対して回転駆動される第２回転体と、を有し、これら第１回転体と第２回転体とを機械的に連携し、両者を一つのアクチュエータで駆動することを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
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第１リンクと、上記駆動軸と平行に気筒列方向へ延びる制御軸に偏心して設けられた制御カムと、この制御カムに回転可能に外嵌するとともに、一端が上記第１リンクに連結されたロッカーアームと、上記駆動軸に揺動可能に設けられ、吸気弁又は排気弁を駆動する揺動カムと、上記ロッカーアームの他端と揺動カムとに連結された第２リンクと、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。
上記位相変更機構は、
クランクシャフトから回転動力が伝達されて吸気弁及び排気弁の一方を駆動するカムシャフトに固定された駆動側ギヤと、
この駆動側ギヤの外周に噛合する第１中間ギヤと、
この第１中間ギヤの外周に噛合する第２中間ギヤと、
この第２中間ギヤの外周に噛合するとともに、上記作動角変更機構を介して吸気弁及び排気弁の他方を駆動する駆動軸に固定された被駆動側ギヤと、
上記駆動側ギヤの軸心部と第１中間ギヤの軸心部とを連結する駆動側リンクと、
上記第１中間ギヤの軸心部と第２中間ギヤの軸心部とを連結する中間リンクと、
上記第２中間ギヤの軸心部と被駆動側ギヤの軸心部とを連結する被駆動側リンクと、
上記中心位相の変更時に上記駆動側リンクを上記カムシャフトを支点として回転駆動するアクチュエータと、を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の内燃機関の可変動弁装置。
上記位相変更機構は、
上記作動角変更機構を介して吸気弁及び排気弁の一方を駆動する駆動軸に固定されたサンギヤと、
このサンギヤと同軸上に配置され、クランクシャフトから回転動力が伝達されるキャリアと、
このキャリアに自転可能に支持されるとともに、上記サンギヤの外周に噛合する遊星ギヤと、
この遊星ギヤに内周が噛合するリングギヤと、
作動角変更時に上記リングギヤを回転駆動するアクチュエータと、を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の内燃機関の可変動弁装置。