(57)【要約】  可変動弁装置（２０）は、バルブタイミングを変更する油圧駆動式の可変機構（２５）と、同バルブタイミングを最遅角時期と最進角時期との間の特定時期にロックするロック機構（２６）とを備える。ロック機構（２６）は、進角制限機構と遅角制限機構とを有し、これらの協働によりバルブタイミングを特定時期に機械的にロックする。進角制限機構及び遅角制限機構の各々は、同機構の動作を制御するための作動油が供給される解除室を有する。それら解除室に対する作動油の給排状態は、共通のＯＣＶ（６２）により制御される。制御部（１８）は、進角制限機構及び遅角制限機構のうち常に同じ制限機構のピンを他方のピンよりも先に解除するように両制限機構の各解除室に対する作動油の給排状態を共通のＯＣＶ（６２）を通じて制御する。
2012086085.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の可変動弁装置であって、
クランク軸と同期して回転する第１の回転体と、カム軸と同期して回転する第２の回転体とを有し、前記カム軸にて開閉駆動されるバルブのバルブタイミングを、作動油の油圧に基づき前記両回転体の間で生じる相対回転により変更する油圧駆動式の可変機構と、
バルブタイミングが最遅角時期と最進角時期との間の特定時期よりも遅角側に変化することを許容しつつ進角側に変化することを規制するように前記両回転体の間の相対回転を制限する進角制限機構と、バルブタイミングが前記特定時期よりも進角側に変化することを許容しつつ遅角側に変化することを規制するように前記両回転体の間の相対回転を制限する遅角制限機構とを有し、それら両制限機構の協働によりバルブタイミングを前記特定時期に機械的にロックするロック機構と、を備え、
前記進角制限機構及び前記遅角制限機構の各々は、前記両回転体の一方に設けられたピンと、前記両回転体の他方に設けられて前記ピンが嵌入する凹部と、前記ピンが前記凹部に嵌入する方向に前記ピンを付勢するばねと、前記ピンが前記凹部から抜脱する方向に前記ピンを付勢するための作動油が供給される解除室とをそれぞれ有し、前記各解除室の油圧を低下させることにより前記各ピンを前記各凹部に嵌入させて前記両回転体の間の相対回転を制限する一方、前記各解除室の油圧を解除油圧にまで上昇させることにより前記各ピンを前記各凹部から抜脱させて前記両回転体の間の相対回転にかかる制限を解除するように構成され、
前記進角制限機構及び前記遅角制限機構は、それら解除室に対する作動油の給排状態が共通の油路制御弁を通じて制御されるものであり、
前記進角制限機構及び前記遅角制限機構のうち常に同じ制限機構の前記ピンを他方の前記ピンよりも先に抜脱するように前記両制限機構の前記各解除室に対する作動油の給排状態を前記油路制御弁を通じて制御する制御部を有している
ことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
【請求項２】
前記制御部は、バルブタイミングが遅角側に変化するように前記両回転体の間に相対回転を生じさせる正トルクが前記カム軸に作用するバルブリフト量の増大期間に前記各解除室の油圧を上昇させて前記進角制限機構の前記ピンが前記凹部から抜脱するように、前記各解除室に作動油を供給する第１の供給態様と、バルブタイミングが進角側に変化するように前記両回転体の間に相対回転を生じさせる負トルクが前記カム軸に作用するバルブリフト量の減少期間に前記各解除室の油圧を上昇させて前記遅角制限機構の前記ピンが前記凹部から抜脱するように、前記各解除室に作動油を供給する第２の供給態様とのいずれか一方の供給態様をもって前記各解除室に作動油が供給されるように前記油路制御弁を制御する
請求項１に記載の内燃機関の可変動弁装置。
【請求項３】
前記第１の供給態様は、前記カム軸に対して正トルクが作用している期間に前記各解除室に対する作動油の供給を開始するものであり、前記第２の供給態様は、前記カム軸に対して負トルクが作用している期間に前記各解除室に対する作動油の供給を開始するものである
請求項２に記載の内燃機関の可変動弁装置。
【請求項４】
前記進角制限機構及び前記遅角制限機構のうちの一方を第１制限機構とし、他方を第２制限機構とした場合、
前記両制限機構の前記ピンが前記凹部にそれぞれ嵌入された状態から前記第１制限機構の前記ピンのみが前記凹部から抜脱された状態に切り替わるときに生じる機関運転状態の変化は、前記両制限機構の前記ピンが前記凹部にそれぞれ嵌入された状態から前記第２制限機構の前記ピンのみが前記凹部から抜脱された状態に切り替わるときのそれよりも小さく、
前記制御部は、前記第１制限機構の前記ピンが前記第２制限機構の前記ピンよりも常に先に前記凹部から抜脱するように前記油路制御弁を制御する
請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の可変動弁装置。
【請求項５】
前記機関運転状態は機関出力である
請求項４に記載の内燃機関の可変動弁装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記遅角制限機構の前記ピンが前記進角制限機構の前記ピンよりも常に先に前記凹部から抜脱するように前記油路制御弁を制御する
請求項４又は５に記載の内燃機関の可変動弁装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記進角制限機構の前記ピンが前記遅角制限機構の前記ピンよりも常に先に前記凹部から抜脱するように前記油路制御弁を制御する
請求項４又は５に記載の内燃機関の可変動弁装置。
【請求項８】
前記可変機構は吸気バルブのバルブタイミングを変更するものであり、
前記吸気バルブのバルブタイミングが前記特定時期にある状態では、同吸気バルブは内燃機関のピストンが上死点近傍にあるときに開弁するとともに下死点よりも遅角側で閉弁する
請求項６に記載の内燃機関の可変動弁装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の可変動弁装置に関し、詳しくはバルブタイミングを変更する油圧駆動式の可変機構と同バルブタイミングを特定時期にロックするロック機構とを備える可変動弁装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関に搭載される装置として、カム軸により開閉駆動される吸気バルブや排気バルブのバルブタイミングを機関運転状態に応じて変更する油圧駆動式の可変機構を備えた可変動弁装置が知られている。こうした可変動弁装置の可変機構についてその構成を図９に示す。図９（ａ）は、可変機構１００のカバーを取り外した状態での可変機構１００の内部構造を示し、同図９（ｂ）は、図９（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面構造を示す。なお、同図９（ａ）ではカム軸２００の回転方向を矢印ＲＣにて示している。【０００３】
同図９に示す可変機構１００は、同一の回転軸線周りに回転する二つの回転体を備え、一方の回転体は、クランク軸にチェーン（いずれも図示略）を介して駆動連結されたスプロケット１０１及びこれに固定されたハウジング１０２よりなるアセンブリであり、他方の回転体はカム軸２００に駆動連結されたベーンロータ１０３である。ハウジング１０２の内部に形成された複数の収容室１０５の内部には、ベーンロータ１０３に設けられた複数のベーン１０３Ａがそれぞれ収容され、各収容室１０５はベーン１０３Ａによって進角室１０６と遅角室１０７とに区画されている。そして、これら進角室１０６及び遅角室１０７に供給される油圧により収容室１０５でベーン１０３Ａが変位し、ハウジング１０２とベーンロータ１０３との間に相対回転が生じることにより、クランク軸に対するカム軸２００の相対回転位相、換言すればバルブタイミングが変更される。【０００４】
また、この可変機構１００には、バルブタイミングを最遅角時期と最進角時期との間の中間時期（以下、「特定時期」という）にロックするロック機構１１０が設けられている。図９（ｂ）に示すように、このロック機構１１０は、スプロケット１０１に形成された凹部１１２と、この凹部１１２に対して近接離間可能な態様でベーン１０３Ａに収容されたピン１１１とを備えている。さらに、ベーン１０３Ａにおいてピン１１１を収容する空間には、ピン１１１を付勢するばね１１３が設けられるとともに、作動油が供給される解除室１１４が形成されている。ピン１１１は、ばね１１３により凹部１１２に嵌入する方向に付勢される一方、解除室１１４に供給される作動油の圧力に基づく力により凹部１１２から抜脱する方向、すなわちピン１１１が解除される方向に付勢される。【０００５】
そして、機関停止要求時等、バルブタイミングを特定時期にロックする条件が成立した場合には、解除室１１４から作動油がそれぞれ排出される。これに伴い解除室１１４の油圧が解除油圧よりも低下すると、ばね１１３の付勢力によりピン１１１が凹部１１２に嵌入する。このようにピン１１１が凹部１１２に嵌入することにより、ベーンロータ１０３とハウジング１０２との相対回転が機械的にロックされる。その結果、バルブタイミングが特定時期にロックされたロック状態となる。【０００６】
一方、バルブタイミングの変更要求時等、バルブタイミングを特定時期から解除する条件が成立した場合には、解除室１１４に作動油が供給される。これに伴い解除室１１４の油圧が解除油圧よりも上昇すると、この油圧に基づく付勢力によりピン１１１が凹部１１２から抜脱する。こうしてピン１１１が解除されることにより、ベーンロータ１０３とハウジング１０２との相対回転のロックが解除された解除状態となる。そして、作動油が進角室１０６及び遅角室１０７に対して選択的に給排されることで、特定時期にロックされていたバルブタイミングが機関運転状態に適した時期に変更される。なお、可変機構１００の進角室１０６及び遅角室１０７、並びにロック機構１１０の解除室１１４に対する作動油の給排状態は油路制御弁によって制御される。【０００７】
また、例えば特許文献１に記載されるように、バルブタイミングの進角及び遅角を各別に制限する二つの機構（以下、それぞれ「進角制限機構」、「遅角制限機構」という）の協働によりロック機構におけるロック機能を実現するようにした可変動弁装置も提案されている。こうしたロック機構にあっては、上述したようなピン、ばね、解除室が、進角制限機構と遅角制限機構とではベーンロータの異なるベーンにそれぞれ設けられる一方、各ピンが嵌入可能な凹部がスプロケットにそれぞれ形成されている。そして、進角制限機構のピン（以下、「進角制限ピン」という）がこれに対応する凹部に嵌入することにより、バルブタイミングの特定時期からの遅角については許容しつつ、その進角のみが規制される。また、遅角制限機構のピン（以下、「遅角制限ピン」という）がこれに対応する凹部に嵌入することにより、バルブタイミングの特定時期からの進角については許容しつつ、その遅角のみが規制される。すなわち、こうしたロック機構では、進角制限機構のピン及び遅角制限機構のピンが対応する凹部にそれぞれ嵌入することによりバルブタイミングの進角及び遅角が規制されて同バルブタイミングが特定時期にロックされたロック状態となる一方、両ピンがいずれも解除されることにより、こうしたロックが解除された解除状態となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−９６７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、機関運転中には、カム軸のカムによりバルブが開閉駆動されるため、図１０（ａ）に示すように、バルブタイミングが遅角側に変化する方向に両回転体を相対回転させようとする正トルクと、バルブタイミングが進角側に変化する方向に両回転体を相対回転させようとする負トルクとがカム軸に交互に作用する。すなわち、図１０（ａ），（ｂ）に示すように、バルブの開弁期間において、バルブリフト量が増大するときには正トルクがカム軸に対して作用する一方、バルブリフト量が減少するときには負トルクがカム軸に対して作用する。【００１０】
ここで、こうした進角制限機構及び遅角制限機構を備えるロック機構では、これをロック状態から解除状態に切り替える際に、進角制限ピンと遅角制限ピンとが同一のタイミングで解除されることはほとんどなく、多くの場合、それらピンのいずれか一方が先に解除される。そして、上述した進角室及び遅角室の各油圧が十分に上昇していない状況のもとで、進角制限ピン及び遅角制限ピンの一方が凹部に嵌入したまま、他方が先に解除された場合には、その先に解除されるピンに応じてバルブリフト量が以下のように変化することとなる。【００１１】
図１０（ｃ）には、進角制限ピンが凹部に嵌入している状態で、遅角制限ピンのみが解除された場合のバルブリフト量の変化を示している。この場合、カム軸に対して作用する正トルクによりバルブタイミングが特定時期から遅角側に変化するように両回転体の間に相対回転が生じることにより、ロック機構がロック状態にある場合（破線にて図示）と比較してバルブリフト量が減少するようになる。一方、カム軸に対して負トルクが作用しても、バルブタイミングが特定時期から進角側に変化する方向への両回転体の間の相対回転が進角制限ピンにより規制されるため、バルブリフト量が変化することはない。【００１２】
図１０（ｄ）には、遅角制限ピンが凹部に嵌入している状態で、進角制限ピンのみが解除された場合のバルブリフト量の変化を示している。この場合、カム軸に対して作用する負トルクによりバルブタイミングが特定時期から進角側に変化するように両回転体の間に相対回転が生じることにより、ロック機構がロック状態にある場合（破線にて図示）と比較してバルブリフト量が減少する。一方、カム軸に対して正トルクが作用しても、バルブタイミングが特定時期から遅角側に変化する方向への両回転体の間の相対回転が遅角制限ピンにより規制されるため、バルブリフト量が変化することはない。【００１３】
そして、上述したように吸気バルブや排気バルブのバルブリフト量が変化すると、それに伴って機関回転速度や吸入空気量等、機関運転状態が変化する場合がある。そのため、ロック機構をロック状態から解除状態に切り替える毎に進角制限ピン及び遅角制限ピンの解除順序が異なる場合には、機関運転状態もその度に異なる態様をもって変化するようになる。【００１４】
なお、上記特許文献１に記載されるように、進角制限機構の解除室に対する作動油の給排状態を制御する油路制御弁と、遅角制限機構の解除室に対する作動油の給排状態を制御する油路制御弁とを各別に設けることにより、進角制限ピンと遅角制限ピンとを各別の油路制御弁により制御することも可能である。しかし、この場合には、各ピンに対応した油路制御弁をそれぞれ設けることが必要となり、製造コストの増大が避けられない。【００１５】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、進角制限機構及び遅角制限機構の各解除室に対して共通の油路制御弁により作動油を給排可能としつつ、ロック機構をロック状態から解除状態に切り替える際に機関運転状態が都度異なる態様で変化することを抑制することのできる内燃機関の可変動弁装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するため、本発明に従う内燃機関の可変動弁装置は、クランク軸と同期して回転する第１の回転体と、カム軸と同期して回転する第２の回転体とを有し、前記カム軸にて開閉駆動されるバルブのバルブタイミングを、作動油の油圧に基づき前記両回転体の間で生じる相対回転により変更する油圧駆動式の可変機構と、バルブタイミングが最遅角時期と最進角時期との間の特定時期よりも遅角側に変化することを許容しつつ進角側に変化することを規制するように前記両回転体の間の相対回転を制限する進角制限機構と、バルブタイミングが前記特定時期よりも進角側に変化することを許容しつつ遅角側に変化することを規制するように前記両回転体の間の相対回転を制限する遅角制限機構とを有し、それら両制限機構の協働によりバルブタイミングを前記特定時期に機械的にロックするロック機構と、を備える。前記進角制限機構及び前記遅角制限機構の各々は、前記両回転体の一方に設けられたピンと、前記両回転体の他方に設けられて前記ピンが嵌入する凹部と、前記ピンが前記凹部に嵌入する方向に前記ピンを付勢するばねと、前記ピンが前記凹部から抜脱する方向に前記ピンを付勢するための作動油が供給される解除室とをそれぞれ有し、前記各解除室の油圧を低下させることにより前記各ピンを前記各凹部に嵌入させて前記両回転体の間の相対回転を制限する一方、前記各解除室の油圧を解除油圧にまで上昇させることにより前記各ピンを前記各凹部から抜脱させて前記両回転体の間の相対回転にかかる制限を解除するように構成される。前記進角制限機構及び前記遅角制限機構は、それら解除室に対する作動油の給排状態が共通の油路制御弁を通じて制御されるものであり、前記可変動弁装置は、前記進角制限機構及び前記遅角制限機構のうち常に同じ制限機構の前記ピンを他方の前記ピンよりも先に抜脱するように前記両制限機構の前記各解除室に対する作動油の給排状態を前記油路制御弁を通じて制御する制御部を有している。【００１７】
この発明では、進角制限機構及び遅角制限機構のうち常に同じ制限機構のピンを他方のピンよりも先に抜脱するように両制限機構の各解除室に対する作動油の給排状態が共通の油路制御弁を通じて制御される。そのため、バルブタイミングが特定時期に機械的にロックされているロック状態から解除状態にロック機構を切り替える際には、常に同じ制限機構のピンが先に凹部から抜脱する。すなわち、常に同じ制限機構のピンが先に解除される。したがって、ロック機構をロック状態から解除状態に切り替える際にその前後において生じるバルブリフト量の変化態様が、その切り替えの都度異なった態様になることが抑制される。これにより、進角制限機構及び遅角制限機構の各解除室に対して共通の油路制御弁により作動油を給排可能としつつ、ロック機構をロック状態から解除状態に切り替える際に機関運転状態が都度異なる態様で変化することを抑制することができる。【００１８】
上述した制御部は、バルブタイミングが遅角側に変化するように前記両回転体の間に相対回転を生じさせる正トルクが前記カム軸に作用するバルブリフト量の増大期間に前記各解除室の油圧を上昇させて前記進角制限機構の前記ピンが前記凹部から抜脱するように、前記各解除室に作動油を供給する第１の供給態様と、バルブタイミングが進角側に変化するように前記両回転体の間に相対回転を生じさせる負トルクが前記カム軸に作用するバルブリフト量の減少期間に前記各解除室の油圧を上昇させて前記遅角制限機構の前記ピンが前記凹部から抜脱するように、前記各解除室に作動油を供給する第２の供給態様とのいずれか一方の供給態様をもって前記各解除室に作動油が供給されるように前記油路制御弁を制御する。【００１９】
ここで、ロック機構がロック状態にあるときにカム軸に対して正トルクが作用すると、遅角制限ピンが嵌入している凹部の内壁と遅角制限ピンとの押圧力の方が、進角制限ピンが嵌入している凹部の内壁と進角制限ピンとの押圧力よりも大きくなる。一方、ロック機構がロック状態にあるときにカム軸に対して負トルクが作用すると、進角制限ピンが嵌入している凹部の内壁と進角制限ピンとの押圧力の方が、遅角制限ピンが嵌入している凹部の内壁と遅角制限ピンとの押圧力よりも大きくなる。【００２０】
したがって、正トルクがカム軸に作用するバルブリフト量の増大期間に各解除室の油圧を上昇させるように作動油を供給する第１の供給態様をもって油路制御弁が制御されると、進角制限ピンが遅角制限ピンよりも先に解除される。一方、負トルクがカム軸に作用するバルブリフト量の減少期間に各解除室の油圧を上昇させるように作動油を供給する第２の供給態様をもって油路制御弁が制御されると、遅角制限ピンが進角制限ピンよりも先に解除される。【００２１】
なお、解除室の油圧を上昇させて一方の制限機構のピンが凹部から抜脱するように作動油を各解除室に供給する上述した供給態様には、正トルク又は負トルクがカム軸に作用している所定期間に油路制御弁による各解除室に対する作動油の供給を開始するとともにこの所定期間において解除室の油圧を解除油圧にまで上昇させる制御の他、上記所定期間よりも以前に油路制御弁により解除室に対する作動油の供給を開始して解除室の油圧を解除油圧よりも低い圧力にまで上昇させ、所定期間において解除室の油圧を解除油圧にまで上昇させる制御を含むものとする。【００２２】
具体的には、上記第１の供給態様は、カム軸に対して正トルクが作用している期間に各解除室に対する作動油の供給を開始するものであり、上記第２の供給態様は、カム軸に対して負トルクが作用している期間に各解除室に対する作動油の供給を開始するものであることが好ましい。【００２３】
前記進角制限機構及び前記遅角制限機構のうちの一方を第１制限機構とし、他方を第２制限機構とした場合、前記両制限機構の前記ピンが前記凹部にそれぞれ嵌入された状態から前記第１制限機構の前記ピンのみが前記凹部から抜脱された状態に切り替わるときに生じる機関運転状態の変化は、前記両制限機構の前記ピンが前記凹部にそれぞれ嵌入された状態から前記第２制限機構の前記ピンのみが前記凹部から抜脱された状態に切り替わるときのそれよりも小さく、前記制御部は、前記第１制限機構の前記ピンが前記第２制限機構の前記ピンよりも常に先に前記凹部から抜脱するように前記油路制御弁を制御する。【００２４】
上述したように、進角制限機構及び遅角制限機構の一方のピンが解除されることに伴い機関運転状態が変化する場合、進角制限ピンが遅角制限ピンよりも先に解除されたときの機関運転状態の変化と遅角制限ピンが進角制限ピンよりも先に解除されたときの機関運転状態の変化とは異なるものとなる。このため、進角制限ピンを遅角制限ピンよりも先に解除させたときの機関運転状態の変化が小さい場合には、進角制限ピンが先に解除するように油路制御弁を制御する一方、遅角制限ピンを進角制限ピンよりも先に解除させたときの機関運転状態の変化が小さい場合には、遅角制限ピンが先に解除するように油路制御弁を制御することが望ましい。これにより、ロック機構をロック状態から解除状態に切り替える際に機関運転状態が大きく変化することを抑えることができ、その安定化を図ることができるようになる。【００２５】
特にこうした機関運転状態の変化として、進角制限ピンを遅角制限ピンよりも先に解除させたときの機関出力の変化が小さい場合には、進角制限ピンが先に解除するように油路制御弁を制御する一方、遅角制限ピンを進角制限ピンよりも先に解除させたときの機関出力の変化が小さい場合には、遅角制限ピンが先に解除するように油路制御弁を制御することが望ましい。【００２６】
上記可変機構は吸気バルブのバルブタイミングを変更するものであり、前記吸気バルブのバルブタイミングが前記特定時期にある状態では、同吸気バルブは内燃機関のピストンが上死点近傍にあるときに開弁するとともに下死点よりも遅角側で閉弁することが好ましい。【００２７】
ロック機構をロック状態から解除状態に移行させるときの吸気バルブがピストンの上死点近傍で開弁するとともに下死点よりも遅角側で閉弁するように同バルブタイミングを設定した内燃機関にあっては、次の傾向が一般に存在する。すなわち、吸気バルブの開弁時に内燃機関の燃焼室に流入する時間当たりの吸気の量についてみたとき、その量は吸気バルブのバルブリフト量が増大する期間よりも減少する期間の方が大きくなる。これは、バルブリフト量が増大する期間では減少する期間と比較して燃焼室に発生する負圧が小さく、吸気の慣性力も小さいため、燃焼室に流入する吸気の平均流速が小さくなるからである。したがって、こうした内燃機関においては遅角制限ピンが進角制限ピンよりも先に解除するように油路制御弁を制御する構成を採用することにより、バルブリフト量が減少してカム軸に負トルクが作用する期間、換言すれば吸入空気量を決定するうえで支配的な期間において、実際のバルブリフト量が本来のバルブリフト量よりも大きく低下することを抑制することでき、吸入空気量の減少に起因する機関出力の低下を抑えることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施形態にかかる内燃機関の可変動弁装置及びこれを備える内燃機関を示す概略構成図。
【図２】同可変動弁装置の可変機構について、同可変機構のスプロケットを取り外した状態でその内部構造を示す端面図。
【図３】油圧機構の作動油通路についてその構成を示す概略図。
【図４】図２のＡ−Ａ線に沿う断面構造を示す断面図。
【図５】（ａ）は可変動弁装置における作動油の供給状態と油路制御弁の各モードとの対応関係を示し、（ｂ）は可変機構及び制限ピンの状態と油路制御弁の各モードとの対応関係を示す図。
【図６】ロック機構がロック状態にあるときのバルブリフト量と、進角制限ピン及び遅角制限ピンのいずれか一方が先に解除されたときのバルブリフト量との違いを示すグラフであって、（ａ）は遅角制限ピンのみが解除されたときのバルブリフト量の変化を示し、（ｂ）は進角制限ピンのみが解除されたときのバルブリフト量の変化を示すグラフ。
【図７】バルブリフト量及びカム軸に作用するトルクの推移と、進角制限ピン及び遅角制限ピンのそれぞれの解除可能期間の推移とを示すタイミングチャート。
【図８】機関始動後においてカム軸に作用するトルクの態様、解除室への作動油供給の状態、並びに進角制限ピン及び遅角制限ピンの状態を示すタイミングチャート。
【図９】（ａ）は従来一般の可変機構についてその内部構造を示す端面図であり、（ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面構造を示す断面図。
【図１０】（ａ）はカム軸に作用するトルクを示すグラフであり、（ｂ）はロック機構がロック状態にあるときのバルブリフト量を示すグラフであり、（ｃ）は遅角制限ピンのみが解除されたときのバルブリフト量の変化を示すグラフであり、（ｄ）は進角制限ピンのみが解除されたときのバルブリフト量の変化を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、図１〜図８を参照して、本発明を吸気バルブのバルブタイミングを変更する内燃機関の可変動弁装置として具体化した一実施形態を説明する。
図１に示すように、内燃機関１０の気筒内に往復動可能に収容されたピストン１１には、その往復運動を回転運動に変換するクランク軸１２が連結されている。また、ピストン１１の頂面と気筒の内周面とによって燃焼室１３が区画形成されている。内燃機関１０の上部には、吸気バルブ２１を開閉する吸気用のカム軸２２と、排気バルブ２３を開閉する排気用のカム軸２４とが設けられている。一方、内燃機関１０の下部には、作動油を貯留するオイルパン１５が取り付けられるとともに、クランク軸１２の回転力により駆動されてオイルパン１５の作動油を組み上げるオイルポンプ１４が設けられている。
【００３０】
可変動弁装置２０は、カム軸２２の先端に設けられて吸気バルブ２１のバルブタイミングを変更する可変機構２５と、最遅角時期と最進角時期との間の特定の中間時期（以下、「特定時期」とする）にバルブタイミングを保持するロック機構２６と、可変動弁装置２０に設けられた各油室の油圧を制御する油圧機構６０とを備えている。なお、可変機構２５のスプロケット３１は、図示しないタイミングチェーンを介して、クランク軸１２と駆動連結されている。また、可変機構２５のカバー３０は、スプロケット３１が設けられている側とは反対側の面に設けられている。
【００３１】
油圧機構６０は、作動油通路６１と油路制御弁（以下、「ＯＣＶ（Oil Control Valve）」とする）６２とを備えている。作動油通路６１は、オイルパン１５の作動油を各油室に供給する複数の油路、及び各油室から作動油をオイルパン１５に戻す複数の油路から構成される。また、ＯＣＶ６２は、可変動弁装置２０に設けられた各油室に対する作動油の給排状態を制御する。なお、オイルパン１５に貯留される作動油は、可変動弁装置２０を駆動するための油圧を発生する作動油としての機能の他、内燃機関１０の各部を潤滑するための潤滑油としての機能も併せ有している。
【００３２】
内燃機関１０には、同内燃機関１０の運転状態を検出するための各種センサが設けられている。例えば、こうした各種センサとしては、クランク軸１２の近傍に設けられてクランク角及び機関回転速度を検出するクランク角センサ１６、カム軸２２の近傍に設けられて同カム軸２２の位置を検出するカム角センサ１７等がある。これら各種センサから出力される信号は、内燃機関１０の各種装置を総括して制御する制御部１８に取り込まれる。
【００３３】
制御部１８は、演算装置、駆動回路の他、各種制御の演算結果やその演算に用いられる関数マップ等を記憶する記憶装置等を備えている。そして、この制御部１８は、各種センサからの出力信号に基づき内燃機関１０の運転状態を検出し、その検出結果に基づいて各種制御を実行する。こうした制御の一つであるバルブタイミング可変制御では、機関運転状態に基づいてＯＣＶ６２のスプール位置を適宜変更することにより、吸気バルブ２１のバルブタイミングが機関運転状態に適した目標バルブタイミングと一致するようにこれを制御する。
【００３４】
次に、図２を参照して、可変機構２５の構成について説明する。同図２は、スプロケット３１を取り外した状態の可変機構２５の内部構造を示している。上述したスプロケット３１、ハウジング３２、カバー３０は図示しないボルトによって互いに固定され、カム軸２２の回転軸線周りに一体回転する。これらカバー３０、スプロケット３１及びハウジング３２は、クランク軸１２に駆動連結された第１の回転体として機能する。なお、カム軸２２及びハウジング３２は、図２に示す回転方向ＲＣに回転するものとする。
【００３５】
ハウジング３２には、その径方向内側に延びる３つの区画部３４が設けられている。また、ハウジング３２には、ハウジング３２と同一の回転軸線周りに回転するベーンロータ３３がハウジング３２に対して回動可能に収容されている。ベーンロータ３３は、カム軸２２に一体回転可能に連結されるボス３３Ａと、ボス３３Ａから径方向外側に突出する３つのベーン３３Ｂとを有している。ボス３３Ａは、センターボルト３８によりカム軸２２の端部に固定されている。そして、ハウジング３２の３つの区画部３４とベーンロータ３３のボス３３Ａとによって３つの収容室３５が区画形成されるとともに、各収容室３５は各ベーン３３Ｂにより進角室３６と遅角室３７とに区画されている。なお、ベーンロータ３３は、カム軸２２に駆動連結された第２の回転体として機能する。
【００３６】
可変機構２５には、バルブタイミングを機関始動に適した特定時期に保持するロック機構２６が設けられている。このロック機構２６は、各別のベーン３３Ｂにそれぞれ設けられた進角制限機構４０と遅角制限機構５０とを備えている。進角制限機構４０は、バルブタイミングが特定時期よりも遅角側に変化することを許容しつつ進角側に変化することを規制する態様にてハウジング３２とベーンロータ３３とが相対回転することを制限する。一方、遅角制限機構５０は、バルブタイミングが特定時期よりも進角側に変化することを許容しつつ遅角側に変化することを規制する態様にてハウジング３２とベーンロータ３３とが相対回転することを制限する。さらに、進角制限機構４０及び遅角制限機構５０は、バルブタイミングを特定時期よりも遅角側の時期から特定時期まで段階的に進角させるラチェット機能を備えている。そして、これら進角制限機構４０及び遅角制限機構５０の協働によりバルブタイミングが特定時期に保持される。
【００３７】
上述したＯＣＶ６２は、センターボルト３８に内蔵されている。そして、可変機構２５には、ＯＣＶ６２から進角室３６、遅角室３７、及びロック機構２６の各油室に対して、ベーンロータ３３の径方向に延びる複数の油路（作動油通路６１）が設けられている。
【００３８】
次に、図２及び図３を併せて参照し、作動油通路６１の構成について説明する。作動油通路６１は、供給油路６３、進角油路６６、遅角油路６７、解除油路６８、及び排出油路６９により構成されている。このＯＣＶ６２は、進角室３６及び遅角室３７、並びに第１の解除室４７及び第２の解除室５７に対する作動油の給排状態を制御する共通の油路制御弁として機能する。
【００３９】
供給油路６３は、オイルポンプ１４とＯＣＶ６２とを連通している。また、この供給油路６３は、その途中において、ＯＣＶ６２の進遅角供給ポート６４Ｐに接続された第１の供給油路６４と、ＯＣＶ６２の解除用供給ポート６５Ｐに接続された第２の供給油路６５とに分岐している。
【００４０】
進角油路６６は、ＯＣＶ６２の進角ポート６６Ｐと進角室３６とを連通している。遅角油路６７は、ＯＣＶ６２の遅角ポート６７Ｐと遅角室３７とを連通している。
解除油路６８は、上述した進角油路６６及び遅角油路６７とは独立した油路として構成され、その途中で、進角制限機構４０の第１の解除室４７とＯＣＶ６２の解除用ポート６８Ｐとを連通する第１の解除油路６８Ａと、遅角制限機構５０の第２の解除室５７とＯＣＶ６２の解除用ポート６８Ｐとを連通する第２の解除油路６８Ｂとに分岐している。
【００４１】
排出油路６９は、ＯＣＶ６２の排出ポート６９Ｐに接続されるとともに、オイルパン１５まで延びている。
次に、図４を参照して、ロック機構２６の詳細な構成について説明する。以下では、カム軸２２の軸方向において可変機構２５のカバー３０が配置される側を「先端側ＺＡ」とし、スプロケット３１が配置される側を「基端側ＺＢ」とする。
【００４２】
進角制限機構４０は、円筒状の進角制限ピン４１と、進角制限ピン４１が嵌入する第１の凹部４３と、進角制限ピン４１を先端側ＺＡに付勢する第１のばね４２と、作動油が供給又は排出される第１の解除室４７とを備えている。進角制限ピン４１、第１のばね４２、及び第１の解除室４７はいずれもベーン３３Ｂに設けられる一方、第１の凹部４３は、カバー３０に形成されている。
【００４３】
進角制限ピン４１は、ベーン３３Ｂに形成されたベーン孔４６において先端側ＺＡ及び基端側ＺＢに往復動するとともに、その一部がベーン３３Ｂの外部に突出して第１の凹部４３に嵌入する。ベーン孔４６は、進角制限ピン４１により、基端側ＺＢの第１のばね室４８と、先端側ＺＡの第１の解除室４７とに区画されている。第１のばね室４８には、進角制限ピン４１を先端側ＺＡに付勢する第１のばね４２が収容されている。一方、第１の解除室４７には、上述した第１の解除油路６８Ａ（図２及び図３参照）を通じて作動油が供給される。そして、第１の解除室４７の油圧が第１の解除油圧Ｐ１よりも上昇すると、この油圧に基づく付勢力により進角制限ピン４１が解除されて基端側ＺＢに移動する。
【００４４】
第１の凹部４３は、カバー３０においてその周方向に沿った円弧状をなしている。詳しくは、第１の凹部４３は、相対的に深さが浅く形成された第１の上段部４４と、相対的に深さが深く形成された第１の下段部４５とから構成されている。第１の上段部４４は、第１の下段部４５よりも遅角側に形成されている。
【００４５】
遅角制限機構５０は、円筒状の遅角制限ピン５１と、遅角制限ピン５１が嵌入する第２の凹部５３と、遅角制限ピン５１を先端側ＺＡに付勢する第２のばね５２と、作動油が供給又は排出される第２の解除室５７とを備えている。遅角制限ピン５１、第２のばね５２、及び第２の解除室５７はいずれもベーン３３Ｂに設けられる一方、第２の凹部５３は、カバー３０に形成されている。
【００４６】
遅角制限ピン５１は、ベーン３３Ｂに形成されたベーン孔５６において先端側ＺＡ及び基端側ＺＢに往復動するとともに、その一部がベーン３３Ｂの外部に突出して第２の凹部５３に嵌入する。ベーン孔５６は、遅角制限ピン５１により、基端側ＺＢの第２のばね室５８と、先端側ＺＡの第２の解除室５７とに区画されている。第２のばね室５８には、遅角制限ピン５１を先端側ＺＡに付勢する第２のばね５２が収容されている。一方、第２の解除室５７には、上述した第２の解除油路６８Ｂ（図２及び図３参照）を通じて作動油が供給される。そして、第２の解除室５７の油圧が第２の解除油圧Ｐ２よりも上昇すると、この油圧に基づく付勢力により遅角制限ピン５１が基端側ＺＢに移動する。
【００４７】
第２の凹部５３は、カバー３０においてその周方向に沿った円弧状をなしている。詳しくは、第２の凹部５３は、相対的に深さが浅く形成された第２の上段部５４と、相対的に深さが深く形成された第２の下段部５５とから構成されている。第２の上段部５４は、第２の下段部５５よりも遅角側に形成されている。
【００４８】
進角制限ピン４１、遅角制限ピン５１、第１の凹部４３に形成された第１の上段部４４及び第１の下段部４５、並びに第２の凹部５３に形成された第２の上段部５４及び第２の下段部５５は、カム軸２２に作用する交番トルクによりバルブタイミングを特定時期にまで段階的に進角させるラチェット機構として機能する。すなわち、第１の凹部４３に形成された第１の上段部４４及び第１の下段部４５は、進角制限ピン４１がこれら段部４４，４５に嵌入したときに、それら各段部の遅角側の内壁により同制限ピン４１の遅角側への変位をそれぞれ規制する。一方、第２の凹部５３に形成された第２の上段部５４及び第２の下段部５５は、遅角制限ピン５１が嵌入したときに、それら各段部の遅角側の内壁により同制限ピン５１の遅角側への変位をそれぞれ規制する。
【００４９】
さらに、進角制限ピン４１が第１の下段部４５に嵌入するとともに遅角制限ピン５１が第２の下段部５５に嵌入したときには、第１の下段部４５の進角側の内壁４５Ｂにより進角制限ピン４１の進角側への変位が規制される。また、併せて第２の下段部５５の遅角側の内壁５５Ａにより遅角制限ピン５１の遅角側への変位が規制される。そしてこれにより、バルブタイミングが上述した特定時期でロックされることとなる。なお、図４には、ロック機構２６がロック状態となって、バルブタイミングが特定時期でロックされた状態を示している。
【００５０】
ここで、図４に示すロック機構２６のロック状態から、遅角制限ピン５１のみが解除されると、進角制限ピン４１は、第１の下段部４５に嵌入したまま第１の下段部４５の遅角側の内壁４５Ａに接触するまで、遅角側に変位することができる。すなわちその変位量に対応する分だけ、バルブタイミングが特定時期よりも遅角側に変化することが許容されることとなる。
【００５１】
一方、ロック機構２６のロック状態から、進角制限ピン４１のみが解除されると、遅角制限ピン５１は、第２の下段部５５に嵌入したまま第２の下段部５５の進角側の内壁５５Ｂに接触するまで、進角側に変位することができる。すなわちその変位量に対応する分だけ、バルブタイミングが特定時期よりも進角側に変化することが許容されることとなる。
【００５２】
次に、先の図３及び図５を併せて参照して、ＯＣＶ６２の各モード（スプール位置）と、進角室３６、遅角室３７及び解除室４７，５７に対する作動油の給排状態との関係について説明する。具体的には、ＯＣＶ６２のスプール位置の制御を通じてＯＣＶ６２が第１のモード、第２のモード、第３のモード、第４のモード及び第５のモードといったモード間で切り替えられると、上述したＯＣＶ６２の各ポートの開口面積が変化する。これにより、進角室３６、遅角室３７及び解除室４７，５７に対する作動油の給排状態が変更される。
【００５３】
第１のモード及び第２のモードでは、進遅角供給ポート６４Ｐと進角ポート６６Ｐが連通されて、第１の供給油路６４から進角油路６６に対して作動油が供給される。また、遅角ポート６７Ｐと排出ポート６９Ｐとが連通されて、遅角油路６７から排出油路６９に対して作動油が排出される。さらに、解除用ポート６８Ｐと排出ポート６９Ｐが連通されて、解除油路６８から排出油路６９に対して作動油が排出される。
【００５４】
なお、第２のモードにおける進遅角供給ポート６４Ｐと進角ポート６６Ｐとの連通面積は、第１のモードにおける連通面積と比較して小さく設定されている。このため、第２のモードにおいて第１の供給油路６４から進角油路６６に対して供給される作動油の量は、第１のモードと比較して少ない。
【００５５】
ＯＣＶ６２が第１のモード又は第２のモードに設定されると、可変機構２５ではバルブタイミングが進角される。また、進角制限ピン４１及び遅角制限ピン５１は、第１の凹部４３及び第２の凹部５３にそれぞれ嵌入する方向に付勢される。ＯＣＶ６２は、機関始動時に第１のモードに設定される一方、機関運転を停止するとき及びアイドル運転中に第２のモードに設定される。
【００５６】
第３のモードでは、解除用供給ポート６５Ｐと解除用ポート６８Ｐとが連通されて、第２の供給油路６５から解除油路６８（６８Ａ，６８Ｂ）を介して第１の解除室４７及び第２の解除室５７に作動油がそれぞれ供給される。その結果、各解除室４７，５７に供給される作動油に油圧に基づく付勢力により、進角制限ピン４１及び遅角制限ピン５１は、第１の凹部４３及び第２の凹部５３からそれぞれ解除され、ロック機構２６は解除状態となる。また、進遅角供給ポート６４Ｐと進角ポート６６Ｐとが連通され、第１の供給油路６４から進角油路６６を介して各進角室３６に対して作動油がそれぞれ供給される。さらに、遅角ポート６７Ｐと排出ポート６９Ｐとが連通され、各遅角室３７の作動油が遅角油路６７から排出油路６９を通じて排出される。その結果、バルブタイミングが進角される。すなわち、ＯＣＶ６２は、バルブタイミングの進角制御を実行するときにこの第３のモードに設定される。
【００５７】
第４のモードでは、解除用供給ポート６５Ｐと解除用ポート６８Ｐとが連通されて、第２の供給油路６５から解除油路６８（６８Ａ，６８Ｂ）を介して第１の解除室４７及び第２の解除室５７に作動油がそれぞれ供給される。その結果、各解除室４７，５７に供給される作動油に油圧に基づく付勢力により、進角制限ピン４１及び遅角制限ピン５１は、第１の凹部４３及び第２の凹部５３からそれぞれ解除され、ロック機構２６は解除状態となる。また、進角ポート６６Ｐ及び遅角ポート６７Ｐが閉鎖される。このため、進角油路６６を介した各進角室３６への作動油の給排、及び遅角油路６７を介した各遅角室３７への作動油の給排はいずれも停止される。その結果、バルブタイミングが保持される。なお、ＯＣＶ６２は、バルブタイミングを目標バルブタイミングに保持するとき、及びロック機構２６をロック状態から解除状態に切り替えるときにこの第４のモードに設定される。
【００５８】
第５のモードでは、解除用供給ポート６５Ｐと解除用ポート６８Ｐとが連通されて、第２の供給油路６５から解除油路６８（６８Ａ，６８Ｂ）を介して第１の解除室４７及び第２の解除室５７に作動油がそれぞれ供給される。その結果、各解除室４７，５７に供給される作動油に油圧に基づく付勢力により、進角制限ピン４１及び遅角制限ピン５１がそれぞれ解除され、ロック機構２６は解除状態となる。また、進角ポート６６Ｐと排出ポート６９Ｐとが連通され、各進角室３６の作動油が進角油路６６から排出油路６９を通じて排出される。さらに、進遅角供給ポート６４Ｐと遅角ポート６７Ｐとが連通され、第１の供給油路６４から遅角油路６７を介して各遅角室３７に対して作動油がそれぞれ供給される。その結果、バルブタイミングが遅角される。すなわち、ＯＣＶ６２は、バルブタイミングの遅角制御を実行するときにこの第５のモードに設定される。
【００５９】
次に、可変動弁装置２０の作用について説明する。
機関運転に伴いクランク軸１２が回転するとその駆動力がタイミングチェーン（図示略）を介して可変機構２５に伝達され、この可変機構２５とともに、カム軸２２が回転する。これにより、吸気バルブ２１はカム軸２２に設けられたカム（図示略）により開閉される。
【００６０】
また、可変機構２５の進角室３６及び遅角室３７に対する作動油の給排状態がＯＣＶ６２を通じて制御されると、進角室３６及び遅角室３７の油圧に基づき収容室３５でベーン３３Ｂが変位する。これにより、スプロケット３１及びハウジング３２に対するベーンロータ３３の相対回転位置、すなわちクランク軸１２に対するカム軸２２の相対回転位置が変更され、吸気バルブ２１のバルブタイミングが変更される。
【００６１】
具体的には、ＯＣＶ６２が上述した第１のモード、第２のモード、又は第３のモードに設定されることにより、ベーンロータ３３がハウジング３２に対して進角側方向に相対回転すると、バルブタイミングが進角される。そして、ベーン３３Ｂが遅角室３７の進角側の内壁に接触すると、バルブタイミングは最進角時期となる。こうしてバルブタイミングが進角されると、排気バルブ２３と吸気バルブ２１とのバルブオーバーラップが大きくなるため、吸気の充填効率が高められ、内燃機関１０の出力の向上を図ることができる。
【００６２】
また、ＯＣＶ６２が第５のモードに設定されることにより、ベーンロータ３３がハウジング３２に対して遅角側方向に相対回転すると、バルブタイミングは遅角される。そして、ベーン３３Ｂが進角室３６の遅角側内壁に接触すると、バルブタイミングは最遅角時期となる。こうしてバルブタイミングが特定時期よりも遅角されると、吸気バルブ２１の閉じ時期がピストン１１の下死点ＢＤＣよりも比較的大きく遅角された燃焼サイクル、いわゆる「アトキンソンサイクル」での機関運転がなされることになる。これにより、圧縮比よりも膨張比を大きくすることができ、燃費を向上させることができるようになる。
【００６３】
ところで、内燃機関１０の始動時においてバルブタイミングが最遅角時期に設定されると、圧縮比が十分ではないため、機関始動が不能となったり、機関始動に長期間を要したりする等、機関始動性の悪化を招くこととなる。そこで、本実施形態では、機関始動に際して、バルブタイミングが機関始動に適したバルブタイミングである特定時期にロックすべく、機関停止要求時には、ロック機構２６をロック状態に切り替えるようにしている。
【００６４】
一般に、機関停止要求は内燃機関１０がアイドル運転に移行した後に実行される。そこで、内燃機関１０がアイドル運転時に移行すると、ロック機構２６がロック状態に切り替わるようにＯＣＶ６２が制御される。すなわち、バルブタイミングが特定時期よりも遅角側にある場合には、ＯＣＶ６２が第２のモードに設定される。一方、バルブタイミングが特定時期よりも進角側にある場合には、ＯＣＶ６２が一旦第５のモードに設定されて、バルブタイミングが遅角される。その後、ＯＣＶ６２が第２のモードに設定される。これにより、バルブタイミングが徐々に進角するとともに、第１の解除室４７、第２の解除室５７からそれぞれ作動油が排出される。そして、進角制限機構４０の第１の解除室４７から作動油が排出されてこの第１の解除室４７の油圧が第１の解除油圧Ｐ１よりも低くなると、第１のばね４２の付勢力によって付勢されることで進角制限ピン４１が第１の凹部４３（第１の下段部４５）に嵌入する。併せて、遅角制限機構５０の第２の解除室５７から作動油が排出されてこの第２の解除室５７の油圧が第２の解除油圧Ｐ２よりも低下すると、第２のばね５２の付勢力によって付勢されることで遅角制限ピン５１が第２の凹部５３（第２の下段部５５）に嵌入する。これにより、進角制限ピン４１の進角側への変位が第１の下段部４５の進角側の内壁４５Ｂで規制されるとともに、遅角制限ピン５１の遅角側への変位が第２の下段部５５の遅角側の内壁５５Ａで規制されて、ロック機構２６がロック状態になる。すなわち、バルブタイミングが特定時期にロックされる。
【００６５】
その後、内燃機関１０の始動要求があったときには、バルブタイミングが特定時期にロックされた状態でクランキングが開始される。こうしてバルブタイミングが特定時期に設定されているときに機関始動が開始されると、図６に示すように、ピストン１１が上死点（排気上死点、或いは吸気上死点）ＴＤＣにあるときに吸気バルブ２１が開弁するとともに、下死点（吸気下死点）ＢＤＣよりも遅角側で閉弁する。また、排気バルブ２３と吸気バルブ２１とのバルブオーバーラップが小さく抑えられている。これにより、圧縮比が機関始動に適した値になるとともに機関始動時における燃焼性が安定し、内燃機関１０は良好に始動することができる。
【００６６】
そして、機関始動後にバルブタイミングを特定時期から解除する解除条件が成立すると、ロック機構２６が解除状態に切り替えられる。具体的には、ＯＣＶ６２が第４のモードに設定されることにより、第１の解除室４７及び第２の解除室５７に対して、解除油路６８を通じて作動油がそれぞれ供給される。なお、上述したように、解除油路６８はその途中において第１の解除油路６８Ａと第２の解除油路６８Ｂとに分岐しているため、解除油路６８に供給された作動油は、これら解除油路６８Ａ，６８Ｂを通じて両解除室４７，５７に対して等しく供給される。
【００６７】
ところで、このようにロック機構２６をロック状態から解除状態に切り替える際に、進角制限ピン４１と遅角制限ピン５１とが同一のタイミングでそれぞれ解除されることはほとんどなく、多くの場合、それらピン４１，５１のいずれか一方が先に解除される。
【００６８】
そして、進角制限ピン４１が遅角制限ピン５１よりも先に解除されたときの機関運転状態の変化と、遅角制限ピン５１が進角制限ピン４１よりも先に解除されたときの機関運転状態の変化とは異なるものとなる。具体的には、上述した進角室３６及び遅角室３７の各油圧が十分に上昇していない状況のもとで、進角制限ピン４１及び遅角制限ピン５１の一方が凹部４３，５３に嵌入したまま、他方が先に解除された場合には、その先に解除されるピン４１，５１に応じてバルブリフト量が以下のように変化することとなる。
【００６９】
図６（ａ）には、遅角制限ピン５１が進角制限ピン４１よりも先に解除されたときのバルブリフト量の変化を示している。同図に示すように、遅角制限ピン５１が先に解除されると、吸気バルブ２１のリフト量が増大する期間であってカム軸２２に対して正トルクが作用している期間では、進角制限ピン４１が第１の下段部４５に嵌入したまま、同進角制限ピン４１が第１の下段部４５の遅角側の内壁４５Ａに接触するまで、遅角側に変位する（図４参照）。こうしてバルブタイミングが遅角する方向にベーンロータ３３とハウジング３２とが相対回転すると、ロック機構２６がロック状態にある場合（破線にて図示）と比較して、吸気バルブ２１のリフト変化が遅れるためバルブリフト量が減少するようになる。したがって、ロック機構２６がロック状態にある場合と比較して、燃焼室１３に導入される吸入空気量が減少することにより機関出力が低下する。一方、吸気バルブ２１のリフト量が減少する期間であってカム軸２２に対して負トルクが作用している期間では、進角制限ピン４１は第１の下段部４５の進角側の内壁４５Ｂによりその変位が規制されるため、ロック機構２６がロック状態にある場合と同様に、バルブリフト量が変化することとなる。
【００７０】
これに対し、図６（ｂ）には、進角制限ピン４１が遅角制限ピン５１よりも先に解除されたときのバルブリフト量の変化を示している。同図に示すように、進角制限ピン４１が先に解除されると、吸気バルブ２１のリフト量が減少する期間であってカム軸２２に対して負トルクが作用している期間では、遅角制限ピン５１は、第２の下段部５５に嵌入したまま、第２の下段部５５の進角側の内壁５５Ｂに接触するまで、進角側に変位する（図４参照）。こうしてバルブタイミングが進角する方向にベーンロータ３３とハウジング３２とが相対回転すると、ロック機構２６がロック状態にある場合（破線にて図示）と比較して、吸気バルブ２１のリフト変化が早くなるためバルブリフト量が減少するようになる。したがって、ロック機構２６がロック状態にある場合と比較して、燃焼室１３に導入される吸入空気量が減少することにより機関出力が低下する。一方、吸気バルブ２１のリフト量が増大する期間であってカム軸２２に対して正トルクが作用している期間では、遅角制限ピン５１は第２の下段部５５の遅角側の内壁５５Ａによりその変位が規制されるため、ロック機構２６がロック状態にある場合と同様に、バルブリフト量が変化することとなる。
【００７１】
ここで、吸気バルブ２１のバルブタイミングが特定時期にあるとき、吸気バルブ２１が上死点ＴＤＣで開弁するとともに下死点ＢＤＣよりも遅角側で閉弁するように同バルブタイミングが設定される内燃機関１０では、吸気バルブ２１の開弁時に燃焼室１３に流入する時間当たりの吸気の量についてみたとき、その量は吸気バルブ２１のバルブリフト量が増大する期間よりも減少する期間の方が大きくなる。これは、バルブリフト量が増大する期間では減少する期間と比較して燃焼室１３に発生する負圧が小さく、吸気の慣性力も小さいため、燃焼室１３に流入する吸気の平均流速が小さくなるからである。したがって、バルブリフト量が減少してカム軸に負トルクが作用する期間が吸入空気量を決定するうえで支配的な期間となる。そのため、ロック機構２６がロック状態にある状態から遅角制限ピン５１のみが先に解除された状態に切り替わる前後において生じる機関運転状態の変化の方が（図６（ａ））、ロック機構２６がロック状態にある状態から進角制限ピン４１のみが先に解除された状態に切り替わる前後において生じる機関運転状態の変化（図６（ｂ））よりも小さくなる。換言すると、ロック機構２６がロック状態にある状態から遅角制限ピン５１のみが先に解除された状態に切り替わる前後において生じる機関出力の低下度合いは（図６（ａ））、ロック機構２６がロック状態にある状態から進角制限ピン４１のみが先に解除された状態に切り替わる前後において生じる機関出力の低下度合い（図６（ｂ））よりも小さくなる。
【００７２】
次に、図７を参照して、吸気バルブ２１のバルブリフト量及びカム軸２２に作用するトルクの推移と、進角制限ピン４１及び遅角制限ピン５１のそれぞれの解除可能期間の推移とについて説明する。なお図７は、カム軸２２に３つのカムがそれぞれ形成され、それらカムにより開閉駆動される吸気バルブ２１の開弁期間が２４０°ＣＡである場合を例に、バルブリフト量及びカム軸２２に作用するトルクの推移をそれぞれ示している。
【００７３】
ここで、ロック機構２６がロック状態にあるときに、バルブリフト量の増大に伴いカム軸２２に対して正トルクが作用すると、ベーンロータ３３がカバー３０に対して遅角側に変位する方向に力が作用する。このため、第２の下段部５５の遅角側の内壁５５Ａと遅角制限ピン５１との押圧力の方が、第１の下段部４５の進角側の内壁４５Ｂと進角制限ピン４１との押圧力よりも大きくなる。すなわち、遅角制限ピン５１には、進角制限ピン４１と比較してより大きい押圧力が作用することとなる。したがって、正トルクがカム軸２２に作用するバルブリフト量の増大期間に各解除室４７，５７の油圧を上昇させるように作動油を供給する第１の供給態様をもってＯＣＶ６２が制御されると、進角制限ピン４１が遅角制限ピン５１よりも先に解除される。
【００７４】
一方、ロック機構２６がロック状態にあるときに、バルブリフト量の減少に伴いカム軸２２に対して負トルクが作用すると、ベーンロータ３３がカバー３０に対して進角側に変位する方向に力が作用する。このため、第１の下段部４５の進角側の内壁４５Ｂと進角制限ピン４１との押圧力の方が、第２の下段部５５の遅角側の内壁５５Ａと遅角制限ピン５１との押圧力よりも大きくなる。すなわち、進角制限ピン４１には、遅角制限ピン５１と比較してより大きい押圧力が作用することとなる。したがって、負トルクがカム軸２２に作用するバルブリフト量の減少期間に各解除室４７，５７の油圧を上昇させるように作動油を供給する第２の供給態様をもってＯＣＶ６２が制御されると、遅角制限ピン５１が進角制限ピン４１よりも先に解除される。
【００７５】
そこで、本実施形態では、第２の供給態様をもってＯＣＶ６２が制御される。具体的には、カム軸２２に対して負トルクが作用している期間において、ＯＣＶ６２が第４のモードに設定され、これにより第１の解除室４７及び第２の解除室５７に対する作動油の供給が実行される。
【００７６】
次に、図８を参照して、機関始動時における各解除室４７，５７に対する作動油の供給状態と進角制限ピン４１及び遅角制限ピン５１の状態との関係を説明する。
タイミングＴ１において内燃機関１０が始動された後、タイミングＴ２においてカム軸２２に対して負トルクが作用し始めると、ＯＣＶ６２が第４のモードに設定されて第１の解除室４７及び第２の解除室５７への作動油の供給が開始される。このようにカム軸２２に対して負トルクが作用している期間は、遅角制限ピン５１の解除可能期間であるため、タイミングＴ３において遅角制限ピン５１が進角制限ピン４１よりも先に解除される。その後、タイミングＴ４においてカム軸２２に対して正トルクが作用し始めると、このようにカム軸２２に対して正トルクが作用している期間は進角制限ピン４１の解除可能期間であるため、タイミングＴ５において進角制限ピン４１が解除される。これにより、ロック機構２６は解除状態となる。その後、ＯＣＶ６２の制御を通じて、吸気バルブ２１のバルブタイミングが機関運転状態に適した目標バルブタイミングに設定される。
【００７７】
以上説明した本実施形態によれば、以下の作用効果を奏することができる。
（１）進角制限機構４０及び遅角制限機構５０の各ピン４１，５１のうち常に同じピンを他方のピン４１，５１よりも先に解除するように、各解除室４７，５７に対する作動油の給排状態が共通のＯＣＶ６２を通じて制御される。そのため、ロック機構２６をロック状態から解除状態に切り替える際に、常に同じピン４１，５１が先に解除される。したがって、ロック機構２６をロック状態から解除状態に切り替える際にその前後において生じるバルブリフト量の変化態様が、その切り替えの都度異なった態様になることが抑制される。これにより、進角制限機構４０及び遅角制限機構５０の各解除室４７，５７に対して共通のＯＣＶ６２により作動油を給排可能としつつ、ロック機構２６をロック状態から解除状態に切り替える際に機関運転状態が都度異なる態様で変化することを抑制することができる。
【００７８】
（２）内燃機関１０では、進角制限ピン４１が遅角制限ピン５１よりも先に解除されたときの機関運転状態の変化と比較して、遅角制限ピン５１が進角制限ピン４１よりも先に解除されたときの機関運転状態の変化の方が小さい。そのため、遅角制限ピン５１が先に解除されるようにＯＣＶ６２が制御される。これにより、ロック機構２６をロック状態から解除状態に切り替える際に機関運転状態が大きく変化することを抑えることができ、その安定化を図ることができるようになる。
【００７９】
（３）また、上述したように遅角制限ピン５１が進角制限ピン４１よりも先に解除されるため、バルブリフト量が減少してカム軸２２に負トルクが作用する期間、換言すれば吸入空気量を決定するうえで支配的な期間において、実際のバルブリフト量が本来のバルブリフト量よりも大きく低下することを抑制することでき、吸入空気量の減少に起因する機関出力の低下を抑えることができるようになる。
【００８０】
（４）可変動弁装置２０には、単一のＯＣＶ６２が設けられるとともに、このＯＣＶ６２により進角室３６、遅角室３７、第１の解除室４７、及び第２の解除室５７に対する作動油の給排状態が制御される。したがって、複数のＯＣＶが設けられる構成と比較して、部品点数を削減することができ、可変動弁装置２０の製造コストを削減することができる。
【００８１】
（その他の実施形態）
なお、この発明にかかる内燃機関の可変動弁装置は、上述した実施形態にて例示した構成に限定されるものではなく、この実施形態を適宜変更した例えば次のような形態として実施することもできる。
【００８２】
・上記実施形態では、遅角制限ピン５１を進角制限ピン４１よりも先に解除すべく、カム軸２２に対して負トルクが作用している期間にＯＣＶ６２が第４のモードに設定されて第１の解除室４７及び第２の解除室５７に対する作動油の供給が開始される例を示した。これに対し、カム軸２２に対して正トルクが作用している期間に、第１の解除室４７及び第２の解除室５７の油圧を第１の解除油圧Ｐ１及び第２の解除油圧Ｐ２よりもそれぞれ低い値となるまで上昇させておき、その後カム軸２２に対して負トルクが作用し始めた後に解除油圧にまで上昇させるようにしてもよい。なお、第１の解除室４７及び第２の解除室５７に対する作動油の供給開始時期については、ＯＣＶ６２の応答性、作動油の粘性等を考慮して決定することが望ましい。この場合であっても、上述した各作用効果を奏することができる。
【００８３】
・上記実施形態で示したＯＣＶ６２の各モードと作動油通路６１における作動油の給排状態との関係は一例であって、適宜変更することができる。
・上記実施形態では、遅角制限ピン５１を進角制限ピン４１よりも先に解除すべく、カム軸２２に対して負トルクが作用している期間にＯＣＶ６２が第４のモードに設定され、その後、ＯＣＶ６２のモードを第４のモードに保持しつつ進角制限ピン４１を解除する例を示した。これに対し、遅角制限ピン５１が解除された後にＯＣＶ６２のモードを変更するようにしてもよい。例えば、遅角制限ピン５１のみが解除された後、ＯＣＶ６２を第５のモードに設定して進角制限ピン４１を解除するようにしてもよい。すなわち、ＯＣＶ６２が第５のモードに設定されてバルブタイミングの遅角制御が開始されると、第１の下段部４５の進角側の内壁４５Ｂと進角制限ピン４１との押圧力が減少する。また、併せて解除室４７，５７に対して作動油が供給されるため、進角制限ピン４１を解除することができる。さらに、ロック機構２６がロック状態から解除状態に切り替えた後、バルブタイミングを特定時期よりも遅角側により迅速に変更することができるようになる。
【００８４】
・上記実施形態では、遅角制限ピン５１を進角制限ピン４１よりも先に解除すべく、カム軸２２に対して負トルクが作用している期間にＯＣＶ６２が第４のモードに設定されるとともにこの第４のモードが維持されることにより、カム軸２２に対して正トルクが作用している期間において進角制限ピン４１が解除される例を示した。これに対し、上記実施形態において実行されるピン４１，５１の各々の解除の間隔よりも、長い間隔をもってピン４１，５１をそれぞれ解除する構成を採用することもできる。例えば、カム軸２２に対して負トルクが作用している期間にＯＣＶ６２を第４のモードに設定して遅角制限ピン５１を解除した後、解除室４７，５７に対する作動油の供給が実行されない第１のモード又は第２のモードにＯＣＶ６２を一旦設定し、さらにその後、カム軸２２に対して正トルクが作用している期間にＯＣＶ６２を再度第４のモードに設定して進角制限ピン４１を解除するようにしてもよい。
【００８５】
・上記実施形態では、ＯＣＶ６２による作動油の供給態様として第２の供給態様を採用する例を示した。これに対し、正トルクがカム軸２２に作用するバルブリフト量の増大期間に各解除室４７，５７の油圧を上昇させるように作動油を供給する第１の供給態様をもって、第１の解除室４７及び第２の解除室５７に作動油が供給されるようにＯＣＶ６２を制御するようにしてもよい。例えば、ロック機構２６がロック状態にある状態から進角制限ピン４１が遅角制限ピン５１よりも先に解除された状態に切り替わる前後において生じる機関運転状態の変化が、遅角制限ピン５１が進角制限ピン４１よりも先に解除された状態に切り替わる前後において生じる機関運転状態の変化よりも小さい内燃機関では、上述した第１の供給態様をもってＯＣＶ６２が制御されることにより、進角制限ピン４１が先に解除されるようにすればよい。これにより、ロック機構２６をロック状態から解除状態に切り替える際に機関運転状態が大きく変化することを抑えることができ、その安定化を図ることができるようになる。
【００８６】
・吸気バルブのバルブタイミングが特定時期にあるときの同吸気バルブの開弁時期と閉弁時期については、上記実施形態において例示したものに限らず、機関出力特性や燃費特性等々の機関要求特性に応じて適宜変更することもできる。そして、こうして設定された吸気バルブの開弁時期及び閉弁時期のもと、ロック機構２６をロック状態から解除状態に移行させるときにおける機関運転状態の変化態様を考慮して、先に解除すべきピン４１，５１を決定することにより、上記（１）、（２）、（４）に示した各作用効果に準じた作用効果を奏することができる。
【００８７】
・上記実施形態では、ロック機構２６をロック状態がある状態からいずれか一方のピン４１，５１が解除された状態に切り替わる前後において生じる機関運転状態の変化を考慮して、進角制限ピン４１及び遅角制限ピン５１のうち先に解除すべきピンが決定される例を示した。しかし、こうした機関運転状態の変化を考慮しない場合であっても、進角制限ピン４１と遅角制限ピン５１とを異なるタイミングで解除するべく作動油の給排状態を制御することにより、上記（１）、（４）に示した各作用効果を奏することができる。
【００８８】
・上記実施形態では、進角制限機構４０の第１の凹部４３、及び遅角制限機構５０の第２の凹部５３のそれぞれに複数の段部４４，４５，５４，５５が形成されて、進角制限機構４０及び遅角制限機構５０がラチェット機構としても機能する例を示した。しかし、第１の凹部４３及び第２の凹部に複数の段部が形成されていない構成を採用することも可能である。この場合であっても、進角制限ピン４１が第１の凹部４３に嵌入するとともに、遅角制限ピン５１が第２の凹部５３に嵌入することにより、バルブタイミングが特定時期にロックされてロック機構２６がロック状態となる。また、上記（１）〜（４）に示した各作用効果を奏することができる。
【００８９】
・また、上記各実施形態では、特定時期よりも遅角側にあるバルブタイミングを進角させる機構としてラチェット機構を構成する例を示した。これに対し、特定時期よりも進角側にあるバルブタイミングを遅角させる機構も併せて有するようにラチェット機構を構成するようにしてもよい。
【００９０】
・上記実施形態では、可変動弁装置２０の各油室に対する作動油の給排状態が単一のＯＣＶ６２により制御される例を示した。これに対し、可変機構２５の進角室３６及び遅角室３７に対する作動油の給排状態を制御する油路制御弁と、ロック機構２６の第１の解除室４７及び第２の解除室５７に対する作動油の給排状態を制御する油路制御弁とを各別に設けるようにしてもよい。この場合であっても、上記（１）〜（３）に示した各作用効果を奏することができる。
【００９１】
・上記実施形態では、進角制限機構４０及び遅角制限機構５０を各別のベーン３３Ｂにそれぞれ設ける例を示した。これに対し、同一のベーン３３Ｂに進角制限機構４０及び遅角制限機構５０を設ける構成を採用することもできる。
【００９２】
・上記実施形態では、凹部４３，５３がカバー３０に形成された例を示したが、凹部４３，５３をスプロケット３１に形成するようにしてもよい。
・上記実施形態では、進角制限ピン４１及び遅角制限ピン５１がいずれもベーンロータ３３に設けられる一方、第１の凹部４３及び第２の凹部５３がいずれもカバー３０に設けられる例を示した。これに対し、ピン４１，５１がいずれもカバー３０に設けられる一方、凹部４３，５３がいずれもベーンロータ３３に設けられる構成を採用してもよい。また、ピン４１，５１が互いに異なる回転体に設けられる構成を採用してもよい。例えば、進角制限ピン４１はベーンロータ３３に設けられるとともに第１の凹部４３がカバー３０に設けられる一方、遅角制限ピン５１はカバー３０に設けられるとともに第２の凹部５３がベーンロータ３３に設けられるようにしてもよい。
【００９３】
・上記実施形態では、スプロケット３１がクランク軸１２に駆動連結され、ベーンロータ３３がカム軸２２に駆動連結された例を示した。しかし、スプロケット３１がカム軸２２に駆動連結され、ベーンロータ３３がクランク軸１２に駆動連結されるように可変動弁装置２０を構成してもよい。この場合であっても、上述した各作用効果を奏することができる。
【００９４】
・上記実施形態では、吸気バルブ２１のバルブタイミングを変更する可変動弁装置２０として具体化した例を示したが、排気バルブ２３のバルブタイミングを変更する可変動弁装置として本発明を具体化することも可能である。また、吸気バルブ２１のバルブタイミングを変更する可変動弁装置、及び排気バルブ２３のバルブタイミングを変更する可変動弁装置のそれぞれに本発明を適用することも可能である。
【符号の説明】
【００９５】
１０…内燃機関、１１…ピストン、１２…クランク軸、１３…燃焼室、１４…オイルポンプ、１５…オイルパン、１６…クランク角センサ、１７…カム角センサ、１８…制御部、２０…可変動弁装置、２１…吸気バルブ、２２，２００…（吸気用）カム軸、２３…排気バルブ、２４…（排気用）カム軸、２５，１００…可変機構、２６，１１０…ロック機構、３０…カバー（第１の回転体）、３１，１０１…スプロケット（第１の回転体）、３２，１０２…ハウジング（第１の回転体）、３３，１０３…ベーンロータ（第２の回転体）、３３Ａ…ボス、３３Ｂ，１０３Ａ…ベーン、３４…区画部、３５，１０５…収容室、３６，１０６…進角室、３７，１０７…遅角室、３８…センターボルト、４０…進角制限機構、４１…進角制限ピン、４２…第１のばね、４３…第１の凹部、４４…第１の上段部、４５…第１の下段部、４５Ａ，５５Ａ…遅角側の内壁、４５Ｂ，５５Ｂ…進角側の内壁、４６，５６…ベーン孔、４７…第１の解除室、４８…第１のばね室、５０…遅角制限機構、５１…遅角制限ピン、５２…第２のばね、５３…第２の凹部、５４…第２の上段部、５５…第２の下段部、５７…第２の解除室、５８…第２のばね室、６０…油圧機構、６１…作動油通路、６２…ＯＣＶ（油路制御弁）、６３…供給油路、６４…第１の供給油路、６４Ｐ…進遅角供給ポート、６５…第２の供給油路、６５Ｐ…解除用供給ポート、６６…進角油路、６６Ｐ…進角ポート、６７…遅角油路、６７Ｐ…遅角ポート、６８…解除油路、６８Ａ…第１の解除油路、６８Ｂ…第２の解除油路、６８Ｐ…解除用ポート、６９…排出油路、６９Ｐ…排出ポート、１１１…ピン、１１２…凹部、１１３…ばね、１１４…解除室。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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