JP5790489B2 - バルブ特性制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関においてエンジンバルブのバルブ特性を制御するバルブ特性制御装置に関する。

従来、バルブ特性制御装置としては、第一エンジンバルブと第二エンジンバルブとにより同一の気筒が開閉される内燃機関において、それらエンジンバルブのバルブ特性を制御する装置が、知られている。

例えば特許文献１，２に開示の装置では、第一及び第二エンジンバルブを駆動する第一及び第二バルブカムと、カム軸との間に設けられた調整機構により、カム軸に対して各バルブカムの回転位相が調整されるようになっている。こうした回転位相の調整によれば、バルブ特性として一気筒あたりの見かけ上のバルブ作用角が可変制御されるのである。

実開平２−６３００６号公報 特開平７−５４６２３号公報

さて、特許文献１，２に開示の装置では、第一及び第二エンジンバルブを駆動する第一及び第二バルブカムの位相調整を、共通の調整機構により実現している。このような共通調整の作用を受ける気筒では、第一及び第二エンジンバルブの開閉タイミングが同時に且つそれぞれ決まった量だけ変化することになる。そのため、特に第一及び第二エンジンバルブが吸気系のエンジンバルブである場合、それら各エンジンバルブのリフト量に応じた吸気ポート面積を個別に制御することはできない。こうした制御性の制限は、内燃機関の燃費性能を高める上においてネックとなるため、望ましくない。

そこで、本発明の目的は、内燃機関の燃費性能を高めるためのバルブ特性制御装置を提供することにある。

請求項１に記載の発明は、第一エンジンバルブと第二エンジンバルブとにより同一の気筒が開閉される内燃機関において、それら吸気系のエンジンバルブのバルブ特性を制御するバルブ特性制御装置であって、第一エンジンバルブを駆動する第一バルブカムに内蔵され、内燃機関のカム軸に対する当該第一バルブカムの第一回転位相を、所定の第一位相範囲内において調整する第一個別調整機構と、第一エンジンバルブよりも小さい最大リフト量となるように第二エンジンバルブを駆動する第二バルブカムに内蔵され、カム軸に対する当該第二バルブカムの第二回転位相を、第一位相範囲に対して進角側にずれた第二位相範囲内において、第一回転位相とは独立して調整する第二個別調整機構とを、備え、第一位相範囲の最遅角位相と第二位相範囲の最進角位相とにおいて、第二エンジンバルブの閉じるタイミング以降に第一エンジンバルブが開くことを特徴とする。

この発明において吸気系の第一及び第二エンジンバルブが開閉する気筒では、第一及び第二エンジンバルブを駆動する第一及び第二バルブカムにそれぞれ内蔵の第一及び第二個別調整機構により、第一及び第二回転位相がカム軸に対して互いに独立して調整される。こうした独立調整の作用を受ける気筒では、第一エンジンバルブの開閉タイミングと、第一エンジンバルブよりも小さい最大リフト量に駆動される第二エンジンバルブの開閉タイミングとを、それぞれの適時に且つ各別の量をもって変化させ得る。しかも、第二回転位相の調整範囲である第二位相範囲は、第一回転位相の調整範囲である第一位相範囲に対して進角側にずれているので、第二回転位相を第一回転位相に対して相対的に進角させ得るのである。

これらのことから、第一回転位相に対する第二回転位相の相対的な進角により、第二エンジンバルブの小さな最大リフト量に応じて吸気ポート面積を絞った後、第一エンジンバルブの大きな最大リフト量に応じて吸気ポート面積を拡大させ得る。このような吸気ポート面積の可変制御によれば、絞られた吸気ポートから気筒内への吸気ガスの流入速度を高めて気筒内にスワール流を発生させた状態下、大きく開いた吸気ポートから大量の吸気ガスを気筒内に流入させて分散させ得る。その結果、内燃機関の中低速回転時等の気筒において空燃比を高めた希薄燃焼が可能となるので、内燃機関の燃費性能を高めることができるのである。

また、この発明において、第一回転位相が第一位相範囲の最遅角位相となり且つ第二回転位相が第二位相範囲の最進角位相となるときに、第一エンジンバルブの開くタイミングは、第二エンジンバルブの閉じるタイミング以降となる。これにより気筒内では、第二エンジンバルブの開きによりスワール流が発生した後、第二エンジンバルブの閉じによりピストンのリフトダウンに応じて負圧が発生した状態下、第一エンジンバルブが開かれ得る。その結果、スワール流と負圧との作用が相俟って大量の吸気ガスが気筒内に流入し分散するので、内燃機関の燃費性能を飛躍的に高め得る希薄燃焼を実現することが可能となるのである。

請求項２に記載の発明によると、内燃機関において複数の気筒は、各別の第一エンジンバルブと各別の第二エンジンバルブとにより開閉され、各気筒毎の第一エンジンバルブを個別に駆動する第一バルブカムにそれぞれ内蔵される第一個別調整機構と、各気筒毎の第二エンジンバルブを個別に駆動する第二バルブカムにそれぞれ内蔵される第二個別調整機構とは、それら各機構の調整対象である第一回転位相又は第二回転位相を独立して調整する。

請求項３に記載の発明によると、第一位相範囲の最進角位相と第二位相範囲の最遅角位相とにおいて、第一エンジンバルブと第二エンジンバルブとが同時に開く。

この発明において、第一回転位相が第一位相範囲の最進角位相となり且つ第二回転位相が第二位相範囲の最遅角位相となるときには、第一及び第二エンジンバルブが同時に開く。故に、第一位相範囲のうち最進角位相より遅角側での第一回転位相の調整と、第二位相範囲のうち最遅角位相より進角側での第二回転位相の調整との少なくとも一方が生じることで、第二エンジンバルブが第一エンジンバルブよりも早く且つ小さな最大リフト量で開くことになる。これによれば、吸気ポート面積を絞った後に拡大させるための第一及び第二回転位相の相対的なずれを、最進角位相以外の第一位相範囲内と最遅角位相以外の第二位相範囲内という広い範囲内にて、調整することができる。したがって、第一及び第二回転位相の相対的なずれを内燃機関の運転状態に応じた量に調整することで、気筒におけるスワール流の発生状態と吸気ガスの流入量とを変化させて、当該内燃機関の燃費性能を高め得る希薄燃焼を実現することが可能となるのである。

請求項４に記載の発明によると、内燃機関は、吸気系の第一エンジンバルブ及び第二エンジンバルブと同一の気筒を開閉する排気系のエンジンバルブを、備え、気筒内におけるピストンが上死点に到達する前に、排気系のエンジンバルブが開いた状態で第二エンジンバルブを開くように、第二個別調整機構が第二回転位相を進角させる。

この発明では、第二回転位相が進角されることで、気筒内ピストンの上死点への到達前に、排気系のエンジンバルブの開状態で吸気系の第二エンジンバルブが開くことになる。その結果、内燃機関の中低速回転時等の気筒内にて第二エンジンバルブにより開かれた吸気ポートには、排気系エンジンバルブにより開かれた排気ポートから排気ガスが、上死点に向かうピストンのリフトアップに応じて流入する。こうした所謂内部ＥＧＲが発生することによれば、ポンピングロスの低減と排気ガス中の窒素酸化物の低減とを図ることができるので、内燃機関の燃費性能と共に環境性能を高めることが可能となるのである。

請求項５に記載の発明によると、第一個別調整機構は、カム軸と一体回転する第一回転体を有し、第一回転体が第一バルブカム内を区画することにより第一進角作動室及び第一遅角作動室を形成し、第一進角作動室から作動液が排出され且つ第一遅角作動室へ作動液が導入されることにより、第一回転位相を遅角させ、第二個別調整機構は、カム軸と一体回転する第二回転体を有し、第二回転体が第二バルブカム内を区画することにより第二進角作動室及び第二遅角作動室を形成し、第二進角作動室へ作動液が導入され且つ第二遅角作動室から作動液が排出されることにより、第二回転位相を進角させる。

この発明の第一個別調整機構では、カム軸と一体回転の第一回転体が第一バルブカム内に区画する第一進角作動室及び第一遅角作動室に対し、それぞれ作動液の排出及び導入が行われることにより、第一回転位相が遅角する。また一方、第二個別調整機構では、カム軸と一体回転の第二回転体が第二バルブカム内に区画する第二進角作動室及び第二遅角作動室に対し、それぞれ作動液の導入及び排出が行われることにより、第二回転位相が進角する。このような第一及び第二個別調整機構によれば、互いに独立した第一回転位相の遅角調整と第二回転位相の進角調整とのうち少なくとも一方により、第一回転位相に対する第二回転位相の相対的な進角状態を確実に得ることができる。故に、第二エンジンバルブの小さな最大リフト量に応じて吸気ポート面積を絞った後、第一エンジンバルブの大きな最大リフト量に応じて吸気ポート面積を拡大させて、内燃機関の燃費性能を高め得る希薄燃焼を実現することが可能である。

請求項６に記載の発明によると、内燃機関のクランク軸から出力トルクが伝達されることにより回転する駆動回転体、並びにカム軸に固定されて回転する従動回転体を有し、それら駆動回転体及び従動回転体間に相対回転を生じさせることにより、クランク軸に対する第一バルブカム及び第二バルブカムの各回転位相を共通に調整する共通調整機構を、さらに備える。

この発明では、駆動回転体及び従動回転体間の相対回転が共通調整機構により生じさせられる。ここで、クランク軸から出力トルクが伝達されて回転する駆動回転体と、カム軸に固定されて回転する従動回転体との間の相対回転によれば、同一気筒の第一及び第二エンジンバルブをそれぞれ駆動する第一及び第二バルブカムの回転位相は、クランク軸に対して共通に調整されることになる。これにより、第一及び第二エンジンバルブの開閉タイミングを適時且つ各別量で変化させる個別調整と、それらバルブの開閉タイミングを同時且つ同量で変化させる共通調整とを、切り替えて又は組み合わせて実施し得る。故に、こうした二種類の調整の切り替え又は組み合わせの結果、内燃機関の燃費性能を最大限にまで高めることが可能となるのである。

本発明の第一実施形態によるバルブ特性制御装置を内燃機関に搭載した状態を部分断面にて示す構成図である。 図１の一組の第一及び第二個別調整装置と共通調整装置とを拡大して示す断面図である。 図２のIII−III線断面図である。 図２のIV−IV線断面図である。 図２のV−V線断面図である。 図１の内燃機関について説明するための構成図である。 図１のバルブ特性制御装置の作動を説明するための特性図である。 本発明の第二実施形態によるバルブ特性制御装置の一組の第一及び第二個別調整装置と共通調整装置とを拡大して示す断面図である。 図８のバルブ特性制御装置の作動を説明するための特性図である。

以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、各実施形態において対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明を省略する場合がある。各実施形態において構成の一部分のみを説明している場合、当該構成の他の部分については、先行して説明した他の実施形態の構成を適用することができる。また、各実施形態の説明において明示している構成の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても複数の実施形態の構成同士を部分的に組み合せることができる。

（第一実施形態）
図１に示すように、本発明の第一実施形態によるバルブ特性制御装置１０は、車両の内燃機関１に搭載される。内燃機関１は、カム軸２の長手方向に沿って直列に並ぶ複数の気筒３を各別に開閉するために、各気筒３毎に一組ずつの吸気系エンジンバルブＶｉ１，Ｖｉ２を有しており（図６も参照）、バルブ特性制御装置１０は、それらエンジンバルブＶｉ１，Ｖｉ２のバルブ特性を制御する。ここで、特に本実施形態の内燃機関１は、ピストン（図示しない）が往復駆動する各気筒３内において、吸気ポートへ噴射されたガソリン燃料を燃焼させる、所謂ポート噴射式レシプロガソリンエンジンである。そこで、バルブ特性制御装置１０は、各気筒３におけるガソリン燃料の燃焼状態をバルブ特性制御により最適化する。

図１〜５に示すようにバルブ特性制御装置１０は、各気筒３毎に一組づつ設けられる個別調整機構２０，３０と、それら気筒３に共通に設けられる共通調整機構４０とを、備えている。本実施形態の各機構２０，３０，４０は特に、内燃機関１の運転に伴って図１のポンプ４から供給される「作動液」としての作動油により、作動する。尚、各組の個別調整機構２０，３０の構成については、互いに実質同一であるため、以下、図２〜４に示す組の個別調整機構２０，３０の構成のみを代表的に説明する。

図２〜４に示すように第一及び第二個別調整機構２０，３０は、それぞれ対応した第一又は第二エンジンバルブＶｉ１，Ｖｉ２を個別に駆動する第一又は第二バルブカムＣ１，Ｃ２に、内蔵されている。具体的に第一及び第二個別調整機構２０，３０は、金属製のカム軸２と同軸上に一体形成される金属製の第一及び第二回転体２１，３１を、それぞれ有している。第一及び第二回転体２１，３１は、それぞれ対応した第一又は第二バルブカムＣ１，Ｃ２内に同軸上に収容されてカム軸２と一体回転する、所謂ベーンロータである。ここで第一及び第二バルブカムＣ１，Ｃ２は、互いに異なるカムプロフィールＰ１，Ｐ２を形成する金属製のカムロブＬと、それぞれ対応した第一又は第二回転体２１，３１にシール部材Ｓを介して嵌合する金属製の円筒ハウジングＨとを、一体に組み付けてなる。第一及び第二回転体２１，３１は、こうした第一又は第二バルブカムＣ１，Ｃ２のハウジングＨ内を回転方向に区画することで、図３，４に示すように、第一又は第二進角作動室２３，３３と第一又は第二遅角作動室２４，３４とをそれぞれ複数ずつ形成している。

以上の構成により第一個別調整機構２０では、作動油の排出による第一進角作動室２３の油圧低下と共に、作動油の導入による第一遅角作動室２４の油圧上昇とが生じるのに応じて、内蔵先の第一バルブカムＣ１が第一回転体２１及びカム軸２に対して遅角方向に相対回転する。その結果、カム軸２に対する第一バルブカムＣ１の回転位相である第一回転位相が遅角するので、当該カムＣ１の駆動する第一エンジンバルブＶｉ１の開閉タイミングも遅角することになる。一方、作動油の導入による第一進角作動室２３の油圧上昇と共に、作動油の排出による第一遅角作動室２４の油圧低下とが生じるのに応じて第一個別調整機構２０では、第一バルブカムＣ１が第一回転体２１及びカム軸２に対して進角方向に相対回転する。その結果、カム軸２に対する第一バルブカムＣ１の第一回転位相が進角するので、第一エンジンバルブＶｉ１の開閉タイミングも進角することになる。

また同様に、第二個別調整機構３０では、作動油の排出による第二進角作動室３３の油圧低下と共に、作動油の導入による第二遅角作動室３４の油圧上昇とが生じるのに応じて、内蔵先の第二バルブカムＣ２が第二回転体３１及びカム軸２に対して遅角方向に相対回転する。その結果、カム軸２に対する第二バルブカムＣ２の回転位相である第二回転位相が遅角するので、当該カムＣ２の駆動する第二エンジンバルブＶｉ２の開閉タイミングも遅角することになる。一方、作動油の導入による第二進角作動室３３の油圧上昇と共に、作動油の排出による第二遅角作動室３４の油圧低下とが生じるのに応じて第二個別調整機構３０では、第二バルブカムＣ２が第二回転体３１及びカム軸２に対して進角方向に相対回転する。その結果、カム軸２に対する第二バルブカムＣ２の第二回転位相が進角するので、第二エンジンバルブＶｉ２の開閉タイミングも進角することになる。

このように第一及び第二個別調整機構２０，３０は、第一及び第二回転位相を互いに独立してそれぞれ所定の範囲Ｒ１，Ｒ２内に調整することで、同一気筒３における第一及び第二エンジンバルブＶｉ１，Ｖｉ２の開閉タイミングを変化させるのである（図７（ａ）〜（ｅ）を参照）。ここで図７に示すように、第一個別調整機構２０の第一回転位相の調整範囲である第一位相範囲Ｒ１に対して、第二個別調整機構３０の第二回転位相の調整範囲である第二位相範囲Ｒ２は、進角側にずれて設定されている。それと共に、第一位相範囲Ｒ１の最進角位相と第二位相範囲Ｒ２の最遅角位相とは、カム軸２に対する実質同一位相に設定されている。これらの設定は、範囲Ｒ１の最進角位相に調整された第一バルブカムＣ１が第一エンジンバルブＶｉ１を開き始めると同時に、範囲Ｒ２の最遅角位相に調整された第二バルブカムＣ２が第二エンジンバルブＶｉ２を開き始める作動状態の現出を、図７（ａ）の如く可能にする。特に本実施形態において図７（ａ）の作動状態は、内燃機関１の始動を許容する状態であり、以下では、「デフォルト状態」というものとする。

また、開閉タイミングが上述の如く変化する第一及び第二エンジンバルブＶｉ１，Ｖｉ２の最大リフト量ΔＶ１，ΔＶ２については、当該変化に拘らず、それぞれ対応した第一又は第二バルブカムＣ１，Ｃ２のカムプロフィールＰ１，Ｐ２に従う大きさとなる（図７（ａ）〜（ｅ）を参照）。ここで図２，７に示すように、本実施形態における第二エンジンバルブＶｉ２の最大リフト量ΔＶ２は、第一エンジンバルブＶｉ１の最大リフト量ΔＶ１に対して、例えば半値等に小さく設定されている。

さて、図２，５に示すように共通調整機構４０は、カム軸２の長手方向の一端部２ａに外付けされている。具体的に共通調整機構４０は、共に金属製の駆動回転体４１と従動回転体４２とを、有している。駆動回転体４１は、クランク軸との間にタイミングチェーン５が掛け渡されて内燃機関１の出力トルクが伝達されることで、当該クランク軸と連動して回転する、所謂スプロケットハウジングである。従動回転体４２は、カム軸２の一端部２ａに同軸上に固定されることで、当該カム軸２と連動して回転する、所謂ベーンロータである。従動回転体４２は、駆動回転体４１内に同軸上に収容されて、シール部材Ｓを介して駆動回転体４１の内周部に嵌合している。かかる嵌合形態により従動回転体４２は、駆動回転体４１内を回転方向に区画することで、共通進角作動室４３と共通遅角作動室４４とをそれぞれ複数ずつ形成している。

以上の構成により共通調整機構４０では、作動油の排出による共通進角作動室４３の油圧低下と共に、作動油の導入による共通遅角作動室４４の油圧上昇とが生じるのに応じて、従動回転体４２及びカム軸２が駆動回転体４１に対して遅角方向に相対回転する。その結果、全ての個別調整機構２０，３０における第一及び第二バルブカムＣ１，Ｃ２の各回転位相は、駆動回転体４１と連動するクランク軸に対して同時に遅角する。故に各個別調整機構２０，３０では、カム軸２に対してのバルブカムＣ１，Ｃ２の位相調整範囲である位相範囲Ｒ１，Ｒ２が遅角側へ同量ずつずれることになるので、バルブカムＣ１，Ｃ２により駆動されるエンジンバルブＶｉ１，Ｖｉ２の開閉タイミングも全て遅角する。

一方、作動油の導入による共通進角作動室４３の油圧上昇と共に、作動油の排出による共通遅角作動室４４の油圧低下とが生じるのに応じて共通調整機構４０では、従動回転体４２及びカム軸２が駆動回転体４１に対して進角方向に相対回転する。その結果、全個別調整機構２０，３０における第一及び第二バルブカムＣ１，Ｃ２の各回転位相は、クランク軸に対して同時に進角する。故に各個別調整機構２０，３０では、カム軸２に対してのバルブカムＣ１，Ｃ２の位相調整範囲である位相範囲Ｒ１，Ｒ２が進角側へ同量ずつずれることになるので、エンジンバルブＶｉ１，Ｖｉ２の開閉タイミングも全て進角する。

このように共通調整機構４０は、クランク軸に対する全バルブカムＣ１，Ｃ２の各回転位相を共通に調整することで、各位相範囲Ｒ１，Ｒ２を同時にずらして、全エンジンバルブＶｉ１，Ｖｉ２の開閉タイミングを変化させるのである（図７（ａ），（ｂ）間及び図７（ｄ），（ｅ）間の変化を参照）。ここで、図７（ａ）のデフォルト状態においては、各気筒３内のピストンが上死点ＴＤＣに到達すると同時に全エンジンバルブＶｉ１，Ｖｉ２が開き始めるように、クランク軸に対する全バルブカムＣ１，Ｃ２の各回転位相が調整されるようになっている。

尚、図７（ａ）のデフォルト状態において本実施形態では、各気筒３内ピストンの上死点ＴＤＣへの到達と同時に、それら各気筒３の排気系エンジンバルブＶｅが閉じられるように、当該バルブＶｅの開閉タイミングが固定されている。ここで、第一及びエンジンバルブＶｉ１，Ｖｉ２と同一の気筒３を開閉する排気系のエンジンバルブＶｅについては、図６に示すように、それら吸気系のエンジンバルブＶｉ１，Ｖｉ２に準じて、各気筒３毎に一組ずつ設けられている。

図１に示すようにバルブ特性制御装置１０は、以上説明した機構２０，３０，４０に加えて、さらに入出制御系５０，５２及び電子制御回路６０を有している。

個別入出制御系５０は、内燃機関１に付設されるポンプ４及びドレンパン６と、各個別調整機構２０，３０との間に設けられている。個別入出制御系５０は、各個別調整機構２０，３０の作動室２３，２４，３３，３４に対して、ポンプ４との接続により作動油を導入する状態と、ドレンパン６との接続により作動油を排出させる状態と、ポンプ４及びドレンパン６との非接続により作動油を留める状態とを切り替える。このような個別入出制御系５０については、第一個別調整機構２０の全てに共通の電磁制御弁と、第二個別調整機構３０の全てに共通の電磁制御弁とから構成してもよいし、各個別調整機構２０，３０毎に独立して設けられる複数の電磁制御弁から構成してもよい。また、図１〜４に示すように個別入出制御系５０と各個別調整機構２０，３０の進角作動室２３，３３との間を連通する通路５３については、それぞれ対応した個別調整機構２０，３０のハウジングＨと共にカム軸２を軸受するカムジャーナルＪから、当該ハウジングＨに跨って形成される。さらに、図１〜４に示すように個別入出制御系５０と各個別調整機構２０，３０の遅角作動室２４，３４との間を連通する通路５４については、それぞれ対応した個別調整機構２０，３０のハウジングＨと共にカム軸２を軸受するカムジャーナルＪから、当該ハウジングＨに跨って形成される。

図１に示すように共通入出制御系５２は、ポンプ４及びドレンパン６と、共通調整機構４０との間に設けられている。共通入出制御系５２は、共通調整機構４０の各作動室４３，４４に対して、ポンプ４との接続により作動油を導入する状態と、ドレンパン６との接続により作動油を排出させる状態と、ポンプ４及びドレンパン６との非接続により作動油を留める状態とを切り替える。このような共通入出制御系５２については、個別入出制御系５０とは独立した電磁制御弁により構成される。また、図１，２，５に示すように共通入出制御系５２と共通調整機構の各作動室４３，４４との間をそれぞれ個別に連通する通路５５，５６については、カム軸２を軸受する直近のカムジャーナルＪから、駆動回転体４１に跨って形成される。

電子制御回路６０は、マイクロコンピュータを主体に構成され、内燃機関１に付設されている。電子制御回路６０は、各入出制御系５０，５２を構成する電磁制御弁と、内燃機関１の各種電装品とに接続されている。電子制御回路６０は、各電装品からの信号に基づいて内燃機関１の運転状態を判断し、各入出制御系５０，５２の切り替え作動を当該運転状態に応じて制御する。

（作動）
次に、第一実施形態のバルブ特性制御装置１０において電子制御回路６０が各入出制御系５０，５２を制御することにより実行される作動を、詳細に説明する。

（１） 車両のエンジンスイッチのオン等により内燃機関１の始動条件が成立すると、各入出制御系５０，５２の制御に従う各機構２０，３０，４０の位相調整作動により、内燃機関１が図７（ａ）のデフォルト状態にて始動し、アイドル回転状態となる。

（２） アイドル回転域の内燃機関１を触媒の早期活性化が必要な暖気運転へと切り替える条件が成立すると、各入出制御系５０，５２の制御に従う各機構２０，３０，４０の位相調整作動により、内燃機関１が図７（ａ）の状態から図７（ｂ）の状態へ移行する。具体的には、第一及び第二個別調整機構２０，３０と共通調整機構４０との共同により、各気筒３内ピストンの上死点ＴＤＣへの到達前に第一及び第二エンジンバルブＶｉ１，Ｖｉ２を開き始めるように、第一及び第二位相範囲Ｒ１，Ｒ２を同時に進角側へとずらす。

したがって、図７（ｂ）の状態では、第一及び第二エンジンバルブＶｉ１，Ｖｉ２の双方が各気筒３内ピストンの上死点ＴＤＣ到達前のリフトアップ中に開き始める。これにより各気筒３では、進角側へずらされた第一位相範囲Ｒ１と第二位相範囲Ｒ２とのそれぞれ最進角位相と最遅角位相とにて、第一及び第二エンジンバルブＶｉ１，Ｖｉ２が同時に開閉することになる。

（３） アイドル回転域の内燃機関１を設定回転数（例えば４０００ｒｐｍ等）以下の中低速回転域まで増速させて運転する条件が成立すると、各入出制御系５０，５２の制御に従う各機構２０，３０，４０の位相調整作動により、内燃機関１が図７（ａ）の状態から図７（ｃ）の状態へ移行する。具体的には、第二個別調整機構３０と共通調整機構４０との共同により、各気筒３内ピストンの上死点ＴＤＣへの到達と同時に第二エンジンバルブＶｉ２を開き始めるように、第二回転位相を第二位相範囲Ｒ２の最遅角位相のまま保持する。また一方、第一個別調整機構２０と共通調整機構４０との共同により、各気筒３内ピストンの上死点ＴＤＣへの到達後に第一エンジンバルブＶｉ１を開き始めるように、第一回転位相を第一位相範囲Ｒ１の最進角位相から最遅角位相にまで遅角させる。

したがって、図７（ｃ）の状態では、第二回転位相が第一回転位相に対して相対的には進角して、第二エンジンバルブＶｉ２が第一エンジンバルブＶｉ１よりも小さい最大リフト量ΔＶ２且つ早いタイミングにて開き始める。これにより各気筒３では、第二エンジンバルブＶｉ２の小さな最大リフト量ΔＶ２に応じて吸気ポート面積が絞られた後、第一エンジンバルブＶｉ１の大きな最大リフト量ΔＶ１に応じて吸気ポート面積が拡大することになる。

（４） 中低速回転域の内燃機関１をトルク負荷の小さい一定速運転へと切り替える条件が成立すると、入出制御系５０，５２の制御に従う各機構２０，３０，４０の位相調整作動により、内燃機関１が図７（ｃ）の状態から図７（ｄ）の状態へ移行する。具体的には、第一個別調整機構２０と共通調整機構４０との共同により、各気筒３内ピストンの上死点ＴＤＣへの到達後に第一エンジンバルブＶｉ１を開き始めるように、第一回転位相を第一位相範囲Ｒ１の最遅角位相のまま保持する。また一方、第二個別調整機構３０と共通調整機構４０との共同により、各気筒３内ピストンの上死点ＴＤＣへの到達前に、排気系エンジンバルブＶｅの開いた状態で第二エンジンバルブＶｉ２を開き始めるように、第二回転位相を第二位相範囲Ｒ２の最遅角位相から最進角位相にまで進角させる。

したがって、図７（ｄ）の状態では、第一回転位相に対する第二回転位相の相対的な進角量が増大して、第一エンジンバルブＶｉ１よりも小さい最大リフト量ΔＶ２の第二エンジンバルブＶｉ２が各気筒３内ピストンの上死点ＴＤＣ到達前のリフトアップ中に開き始める。これにより各気筒３では、第一位相範囲Ｒ１の最遅角位相と第二位相範囲Ｒ２の最進角位相とにて、小さな最大リフト量ΔＶ２の第二エンジンバルブＶｉ２が閉じるタイミング以降（図７（ｄ）の例は、閉じタイミングと同時）に、第一エンジンバルブＶｉ１が大きな最大リフト量ΔＶ１にて開くことになる。

尚、図７（ｄ）の状態については、設定回転数を超える高速回転域にて内燃機関１を運転する条件が成立した場合にも、移行される。この場合、上記（４）と同様にして図７（ｃ）の状態から移行させてもよいし、あるいは上記（３），（４）の組み合わせにより図７（ａ）のデフォルト状態から、移行させてもよい。

（５） 中低速回転域の内燃機関１をトルク負荷が大きい高速回転域まで増速させて運転する条件が成立すると、入出制御系５０，５２の制御に従う各機構２０，３０，４０の位相調整作動により、内燃機関１が図７（ｄ）の状態から図７（ｅ）の状態へ移行する。具体的には、第一個別調整機構２０と共通調整機構４０との共同により、各気筒３内ピストンの上死点ＴＤＣへの到達と同時に第一エンジンバルブＶｉ１を開き始めるように、第一位相範囲Ｒ１を進角側へとずらす。また同時に、第二個別調整機構３０と共通調整機構４０との共同により、各気筒３内ピストンの上死点ＴＤＣへの到達前において第二エンジンバルブＶｉ２の開き始めタイミングをさらに早めるように、第二位相範囲Ｒ２を進角側へとずらす。

したがって、図７（ｅ）の状態では、第一回転位相に対する第二回転位相の相対的な進角量が増大したまま、第一エンジンバルブＶｉ１よりも小さい最大リフト量ΔＶ２の第二エンジンバルブＶｉ２が各気筒３内ピストンのリフトアップ中の可及的に早期から開き始める。これにより各気筒３では、共に進角側へずれた第一位相範囲Ｒ１と第二位相範囲Ｒ２とのそれぞれ最遅角位相と最進角位相とにて、第二エンジンバルブＶｉ２の閉じタイミング以降（図７（ｅ）の例は、閉じタイミングと同時）に第一エンジンバルブＶｉ１が開くことになる。

尚、上記（２）〜（５）により図７（ｂ）〜（ｅ）の作動状態へ移行された後においては、上記（２）〜（５）とは逆の位相調整作動を各機構２０，３０，４０に実行させることで、図７の白抜矢印の如く移行元の状態へ戻ることは、勿論、可能である。

（作用効果）
次に、以上説明した第一実施形態のバルブ特性制御装置１０による作用効果を、詳細に説明する。

第一実施形態において吸気系のエンジンバルブＶｉ１，Ｖｉ２が開閉する各気筒３では、それらバルブを駆動するバルブカムＣ１，Ｃ２にそれぞれ内蔵の個別調整機構２０，３０により、第一及び第二回転位相がカム軸２に対して互いに独立して調整される。こうした独立調整の作用を受ける各気筒３では、第一エンジンバルブＶｉ１の開閉タイミングと、第一エンジンバルブＶｉ１よりも小さい最大リフト量ΔＶ２に駆動される第二エンジンバルブＶｉ２の開閉タイミングとを、それぞれの適時に且つ各別の量をもって図７の如く変化させ得る。しかも、第二回転位相の調整範囲である第二位相範囲Ｒ２は、第一回転位相の調整範囲である第一位相範囲Ｒ１に対して進角側にずれているので、図７（ｃ）〜（ｅ）の如く第二回転位相を、第一回転位相に対して相対的に進角させ得るのである。

これらのことから、第一回転位相に対する第二回転位相の相対的な進角により、第二エンジンバルブＶｉ２の小さな最大リフト量ΔＶ２に応じて吸気ポート面積を絞った後、第一エンジンバルブＶｉ１の大きな最大リフト量ΔＶ１に応じて吸気ポート面積を拡大させ得る。このような吸気ポート面積の可変制御によれば、絞られた吸気ポートから各気筒３内への吸気ガスの流入速度を高めて各気筒３内にスワール流を発生させた状態下、大きく開いた吸気ポートから大量の吸気ガスを各気筒３内に流入させて分散させ得る。その結果、内燃機関１の中低速回転時等の各気筒３において空燃比を高めた希薄燃焼が可能となるので、内燃機関１の燃費性能を高めることができるのである。

また、図７（ａ）の如く第一実施形態では、第一回転位相が第一位相範囲Ｒ１の最進角位相となり且つ第二回転位相が第二位相範囲Ｒ２の最遅角位相となるときに、第一及び第二エンジンバルブＶｉ１，Ｖｉ２が同時に開く。故に、第一位相範囲Ｒ１のうち最進角位相より遅角側での第一回転位相の調整と、第二位相範囲Ｒ２のうち最遅角位相より進角側での第二回転位相の調整との少なくとも一方が図７（ｃ）〜（ｅ）の如く生じることで、第二エンジンバルブＶｉ２が第一エンジンバルブＶｉ１よりも早く且つ小さな最大リフト量ΔＶ２で開くことになる。これによれば、吸気ポート面積を絞った後に拡大させるための第一及び第二回転位相の相対的なずれを、最進角位相以外の第一位相範囲Ｒ１内と最遅角位相以外の第二位相範囲Ｒ２内という広い範囲内にて、調整することができる。したがって、第一及び第二回転位相の相対的なずれを内燃機関１の運転状態に応じた量に調整することで、各気筒３におけるスワール流の発生状態と吸気ガスの流入量とを変化させて、当該内燃機関１の燃費性能を高め得る希薄燃焼を実現することが可能となるのである。

さらに、第一実施形態において各気筒３毎の第一個別調整機構２０では、カム軸２と一体回転の第一回転体２１が第一バルブカムＣ１内に区画する第一進角作動室２３及び第一遅角作動室２４に対し、それぞれ作動油の排出及び導入が行われることで、第一回転位相が遅角する。また一方、各気筒３毎の第二個別調整機構３０では、カム軸２と一体回転の第二回転体３１が第二バルブカムＣ２内に区画する第二進角作動室３３及び第二遅角作動室３４に対し、それぞれ作動油の導入及び排出が行われることで、第二回転位相が進角する。これら個別調整機構２０，３０によれば、互いに独立した第一回転位相の遅角調整と第二回転位相の進角調整とのうち少なくとも一方により、図７（ｃ）〜（ｅ）の如く、第一回転位相に対する第二回転位相の相対的な進角状態を確実に得ることができる。故に各気筒３では、第二エンジンバルブＶｉ２の小さな最大リフト量ΔＶ２に応じて吸気ポート面積を絞った後、第一エンジンバルブＶｉ１の大きな最大リフト量ΔＶ１に応じて吸気ポート面積を拡大させて、内燃機関１の燃費性能を高め得る希薄燃焼を実現することが可能である。

加えて、図７（ｄ），（ｅ）の如く第一実施形態では、第一回転位相が第一位相範囲Ｒ１の最遅角位相となり且つ第二回転位相が第二位相範囲Ｒ２の最進角位相となるときに、第一エンジンバルブＶｉ１の開くタイミングが第二エンジンバルブＶｉ２の閉じるタイミング以降となる。これにより各気筒３内では、第二エンジンバルブＶｉ２の開きによりスワール流が発生した後、第二エンジンバルブＶｉ２の閉じによりピストンのリフトダウンに応じて負圧が発生した状態下、第一エンジンバルブＶｉ１が開かれることになる。その結果、スワール流と負圧との作用が相俟って大量の吸気ガスが各気筒３内に流入し分散するので、内燃機関１の燃費性能を飛躍的に高め得る希薄燃焼を実現することが可能となるのである。

また加えて、図７（ｄ），（ｅ）の如く第一実施形態では、第二回転位相が第二位相範囲Ｒ２の最遅角位相よりも進角されることで、各気筒３内ピストンの上死点ＴＤＣへの到達前に、排気系エンジンバルブＶｅの開状態で吸気系第二エンジンバルブＶｉ２が開く。その結果、内燃機関１の各気筒３内にて第二エンジンバルブＶｉ２により開かれた吸気ポートには、排気系エンジンバルブＶｅにより開かれた排気ポートから排気ガスが、上死点ＴＤＣに向かうピストンのリフトアップに応じて流入する。こうした所謂内部ＥＧＲが発生することによれば、ポンピングロスの低減と排気ガス中の窒素酸化物の低減とを図ることができるので、内燃機関１の燃費性能と共に環境性能を高めることが可能となるのである。

さらに加えて、第一実施形態では、駆動回転体４１及び従動回転体４２間の相対回転が共通調整機構４０により生じさせられる。ここで、クランク軸から出力トルクが伝達されて回転する駆動回転体４１と、カム軸２に固定されて回転する従動回転体４２との間の相対回転によれば、各気筒３のエンジンバルブＶｉ１，Ｖｉ２をそれぞれ駆動するバルブカムＣ１，Ｃ２の回転位相は、クランク軸に対して共通に調整されることになる。これにより、各気筒３のエンジンバルブＶｉ１，Ｖｉ２の開閉タイミングを適時且つ各別量で変化させる個別調整と、それらバルブの開閉タイミングを同時且つ同量で変化させる共通調整とを、図７（ａ），（ｂ）間の如く切り替えて、又は図７（ａ）から図７（ｅ）に到るまでの如く組み合わせて実施し得る。故に、こうした二種類の調整の切り替え又は組み合わせの結果、内燃機関１の燃費性能や環境性能を最大限にまで高めることが可能となるのである。

ここで例えば、図７（ｅ）に到るまでの個別調整及び共通調整の組み合わせによれば、内燃機関１の各気筒３では、開き始めタイミングを早められた第二エンジンバルブＶｉ２が開く吸気ポートに対して、排気ガスの流入量が増大する。故に、内部ＥＧＲの効果、ひいては燃費性能及び環境性能を最大限に高めることが可能となるのである。

以上の他、図７（ｄ）の作動状態が内燃機関１の高速回転時に実現される場合には、第一及び第二回転位相の相対的なずれが最大となるので、各気筒３における見かけ上のバルブ作用角（即ち、エンジンバルブＶｉ１，Ｖｉ２の双方が開いている位相範囲）が拡大される。これによれば、慣性吸気効果を利用したトルクアップが期待できるので、内燃機関の出力性能を高めることも可能となるのである。

（第二実施形態）
図８に示すように、本発明の第二実施形態は第一実施形態の変形例である。第二実施形態のバルブ特性制御装置２１０には、共通調整機構４０及び共通入出制御系５２が設けられず、クランク軸との間にタイミングチェーン５が掛け渡されるタイミングスプロケット２４１がカム軸２の一端部２ａに固定されている。これによりカム軸２は、タイミングスプロケット２４１を通じて内燃機関１の出力トルクを伝達されることにより、クランク軸と同期（具体的に、クランク軸の半回転と同期）して回転することになるので、カム軸２を基準とした位相範囲Ｒ１，Ｒ２は、クランク軸に対しては図９の如くずれない範囲となる。

このような第二実施形態では、第一実施形態における（１），（３），（４）の各作動により、図９（ａ），（ｂ），（ｃ）の各作動状態が、それぞれ図７（ａ），（ｃ），（ｄ）と同様に実現される。したがって、第一実施形態で説明した作用効果のうち図７（ａ），（ｃ），（ｄ）の作動状態に関連するものを、第二実施形態によっても発揮することができるのである。

（他の実施形態）
以上、本発明の複数の実施形態について説明したが、本発明は、それらの実施形態に限定して解釈されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態及び組み合わせに適用することができる。

具体的には、第一及び第二実施形態において図７（ａ）〜（ｅ）又は図９（ａ）〜（ｃ）の各作動状態は、第一実施形態で説明した（１）〜（５）及びその補足形態（尚書き段落部分）の作動により実現する以外にも、例えば各作動状態を移行元及び移行先のいずれかとしたときに想定可能な組み合わせのいずれかにより実現してもよい。また、第一及び第二実施形態では、図７（ａ）〜（ｅ）又は図９（ａ）〜（ｃ）の各作動状態間にて実現される中間の作動状態を、実現してもよい。

さらに、第一及び第二実施形態の図７（ｄ）又は図９（ｃ）の作動状態では、第一位相範囲Ｒ１の最遅角位相と第二位相範囲Ｒ２の最進角位相とにおいて、第二エンジンバルブＶｉ２が閉じるよりも前に第一エンジンバルブＶｉ１が開くようにしてもよい。またさらに、第一及び第二実施形態の図７（ａ），（ｂ）又は図９（ａ）の作動状態では、第一位相範囲Ｒ１の最進角位相と第二位相範囲Ｒ２の最遅角位相とにおいて、第一及び第二エンジンバルブＶｉ１，Ｖｉ２が互いにずれたタイミングにて開くようにしてもよい。

加えて、第一及び第二実施形態において排気系のエンジンバルブＶｅについては、機構２０，３０，４０の少なくとも一つに準ずる構成の適用により、開閉タイミングを可変させてもよい。この場合、例えば第一実施形態の図７（ｄ）において、気筒３内ピストンの上死点ＴＤＣ到達前に排気系エンジンバルブＶｅが閉じた状態で、第二エンジンバルブＶｉ２が開くようにしてもよい。あるいは、例えば第一実施形態の図７（ｃ），（ｄ）において、気筒３内ピストンの上死点ＴＤＣ到達後まで排気系エンジンバルブＶｅが開いた状態で、第二エンジンバルブＶｉ２が開くようにしてもよい。

また加えて、第一及び第二実施形態において個別調整機構２０，３０については、それぞれ個別のバルブカムＣ１，Ｃ２に内蔵されて、それら各バルブカムＣ１，Ｃ２のカム軸２に対する回転位相を独立して調整する構造であれば、各種の構造を採用できる。さらに加えて、第一及び第二実施形態において共通調整機構４０については、クランク軸からの出力トルクの伝達により回転する駆動回転体４１と、カム軸２に固定されて回転する従動回転体４２との間に相対回転を生じさせる構造であれば、例えば電動バルブタイミング調整装置等の各種の構造を採用できる。

またさらに加えて、本発明は、第一及び第二実施形態の如く内燃機関１としてのポート噴射式レシプロガソリンエンジンに適用される以外にも、本発明の作用効果を得られる限りにおいて、例えば直噴式レシプロガソリンエンジンやレシプロディーゼルエンジン等の各種の内燃機関に適用できる。

１ 内燃機関、２ カム軸、３ 気筒、１０，２１０ バルブ特性制御装置、２０ 第一個別調整機構、２１ 第一回転体、２３ 第一進角作動室、２４ 第一遅角作動室、３０ 第二個別調整機構、３１ 第二回転体、３３ 第二進角作動室、３４ 第二遅角作動室、４０ 共通調整機構、４１ 駆動回転体、４２ 従動回転体、４３ 共通進角作動室、４４ 共通遅角作動室、５０ 個別入出制御系、５２ 共通入出制御系、６０ 電子制御回路、２４１ タイミングスプロケット、Ｃ１ 第一バルブカム、Ｃ２ 第二バルブカム、Ｒ１ 第一位相範囲、Ｒ２ 第二位相範囲、ＴＤＣ 上死点、Ｖｅ 排気系エンジンバルブ、Ｖｉ１ 第一エンジンバルブ、Ｖｉ２ 第二エンジンバルブ、ΔＶ１，ΔＶ２ 最大リフト量

Claims (6)

1. 第一エンジンバルブと第二エンジンバルブとにより同一の気筒が開閉される内燃機関において、それら吸気系のエンジンバルブのバルブ特性を制御するバルブ特性制御装置であって、
   前記第一エンジンバルブを駆動する第一バルブカムに内蔵され、前記内燃機関のカム軸に対する当該第一バルブカムの第一回転位相を、所定の第一位相範囲内において調整する第一個別調整機構と、
   前記第一エンジンバルブよりも小さい最大リフト量となるように前記第二エンジンバルブを駆動する第二バルブカムに内蔵され、前記カム軸に対する当該第二バルブカムの第二回転位相を、前記第一位相範囲に対して進角側にずれた第二位相範囲内において、前記第一回転位相とは独立して調整する第二個別調整機構とを、
   備え、
   前記第一位相範囲の最遅角位相と前記第二位相範囲の最進角位相とにおいて、前記第二エンジンバルブの閉じるタイミング以降に前記第一エンジンバルブが開くことを特徴とするバルブ特性制御装置。
2. 前記内燃機関において複数の前記気筒は、各別の前記第一エンジンバルブと各別の前記第二エンジンバルブとにより開閉され、
   各前記気筒毎の前記第一エンジンバルブを個別に駆動する前記第一バルブカムにそれぞれ内蔵される前記第一個別調整機構と、各前記気筒毎の前記第二エンジンバルブを個別に駆動する前記第二バルブカムにそれぞれ内蔵される前記第二個別調整機構とは、それら各機構の調整対象である前記第一回転位相又は前記第二回転位相を独立して調整することを請求項１に記載の特徴とするバルブ特性制御装置。
3. 前記第一位相範囲の最進角位相と前記第二位相範囲の最遅角位相とにおいて、前記第一エンジンバルブと前記第二エンジンバルブとが同時に開くことを特徴とする請求項１又は２に記載のバルブ特性制御装置。
4. 前記内燃機関は、吸気系の前記第一エンジンバルブ及び前記第二エンジンバルブと同一の前記気筒を開閉する排気系のエンジンバルブを、備え、
   前記気筒内におけるピストンが上死点に到達する前に、前記排気系のエンジンバルブが開いた状態で前記第二エンジンバルブを開くように、前記第二個別調整機構が前記第二回転位相を進角させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のバルブ特性制御装置。
5. 前記第一個別調整機構は、前記カム軸と一体回転する第一回転体を有し、前記第一回転体が前記第一バルブカム内を区画することにより第一進角作動室及び第一遅角作動室を形成し、前記第一進角作動室から作動液が排出され且つ前記第一遅角作動室へ作動液が導入されることにより、前記第一回転位相を遅角させ、
   前記第二個別調整機構は、前記カム軸と一体回転する第二回転体を有し、前記第二回転体が前記第二バルブカム内を区画することにより第二進角作動室及び第二遅角作動室を形成し、前記第二進角作動室へ作動液が導入され且つ前記第二遅角作動室から作動液が排出されることにより、前記第二回転位相を進角させることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のバルブ特性制御装置。
6. 前記内燃機関のクランク軸から出力トルクが伝達されることにより回転する駆動回転体、並びに前記カム軸に固定されて回転する従動回転体を有し、それら駆動回転体及び従動回転体間に相対回転を生じさせることにより、前記クランク軸に対する前記第一バルブカム及び前記第二バルブカムの各回転位相を共通に調整する共通調整機構を、
   さらに備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のバルブ特性制御装置。

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