(57)【要約】      （修正有）【課題】制御フェール時等に吸気弁とピストンとが干渉することを確実に防止する。【解決手段】作動角制御軸１２を回動すると、作動角変更機構１０が作動して吸気弁１の作動角が変更される。位相制御スライダ４３をスライドさせると、位相変更機構２０が作動して吸気弁１の作動角の中心位相が変更される。作動角が大きい場合、作動角制御軸１２に固定又は一体形成されたアーム４２により、位相制御スライダ４３の一部をなすストッパー４１のスライド範囲が制限され、中心位相の進角が規制される。中心位相の進角度合いが大きい場合、ストッパー４１によりアーム４２の回転範囲が制限され、作動角の拡大が規制される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気弁の作動角を変化させる作動角変更機構と、上記吸気弁の作動角の中心位相を変化させる位相変更機構と、を有する内燃機関の可変動弁装置において、
上記作動角の変更に応じて機械的に作動するアームと、
上記位相変更機構の作動に機械的に連動し、上記中心位相の進角度合いが大きい場合に、上記アームの移動範囲を制限することにより上記作動角の拡大を規制する作動角規制体と、
を有することを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
【請求項２】
吸気弁の作動角を変化させる作動角変更機構と、上記吸気弁の作動角の中心位相を変化させる位相変更機構と、を有する内燃機関の可変動弁装置において、
上記中心位相の変更に応じて機械的に作動するストッパーと、
上記作動角変更機構の作動に機械的に連動し、上記作動角が大きい場合に、上記ストッパーの移動範囲を制限することにより上記中心位相の進角を規制する位相規制体と、
を有することを特徴とする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、吸気弁の作動角（の大きさ）を変化させる作動角変更機構と、クランクシャフトの位相に対する吸気弁の作動角の中心位相（バルブタイミング）を変化させる位相変更機構と、を備えた内燃機関の可変動弁装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の分野では、機関運転条件に応じて吸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）を連続的に変更可能な作動角変更機構と、こ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と、を併用した可変動弁装置が提案されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
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変更範囲及び位相変更機構による中心位相の変更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、このように変更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変更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】
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変更範囲を狭めることなく、吸気弁とピストンとの干渉を完全に（機械的に）回避することを一つの目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る内燃機関の可変動弁装置は、吸気弁の作動角（及び／又はバルブリフト量）を変化させる作動角変更機構と、上記吸気弁の作動角の中心位相を（クランクシャフトの回転位相に対して）変化させる位相変更機構と、を有している。各変更機構は、好ましくは、予め設定された初期の変更範囲内で連続的に変更可能である。位相変更機構としては、後述する実施形態のようにヘリカルギアを用いるタイプの他、遊星ギアを用いるタイプ、あるいはベーンを用いるタイプが挙げられる。
【０００８】
そして、上記位相変更機構の作動に機械的に連動し、上記中心位相の進角度合いが大きい場合に、上記作動角の拡大を規制する作動角規制体と、上記作動角変更機構の作動に機械的に連動し、上記作動角が大きい場合に、上記中心位相の進角を規制する位相規制体と、の少なくとも一方、好ましくは双方を有することを特徴としている。
【０００９】
このような規制体を設けることにより、各変更機構による作動角や中心位相の初期の変更範囲を予め狭く設定することなく、制御フェール時等にも吸気弁とピストンとが干渉する可能性を確実に無くすことができる。従って、バルブリフト特性の設定の自由度を犠牲にすることなく、信頼性を向上することができる。
【００１０】
典型的には、クランクシャフトに連動して回転する駆動軸と略平行に延びる作動角制御軸と、上記駆動軸に沿ってスライド可能な位相制御スライダと、を有し、上記作動角制御軸を回動することにより作動角が変化し、上記位相制御スライダをスライドさせることにより中心位相が変化する。
【００１１】
そして、上記位相制御スライダと一体的にスライドする上記作動角規制体により、上記位相規制体の回転範囲が制限されるとともに、上記作動角制御軸と一体的に回転する上記位相規制体により、上記作動角規制体のスライド範囲が制限される。つまり、作動角や位相の変更に伴う作動角制御軸や位相制御スライダの動作を利用した簡素な構造で、両規制体の動作を互いに制限するように構成されている。
【００１２】
上記作動角変更機構は、好ましくは請求項５に係る発明のように、上記駆動軸に偏心して設けられた駆動偏心カムと、この駆動偏心カムに回転可能に外嵌する第１リンクと、上記作動角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、上記吸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。
【００１３】
このような構成の作動角変更機構は、吸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、駆動偏心カムと第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、吸気弁又は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。
【００１４】
上記位相変更機構は、好ましくは、クランクシャフトと同期して回転する外周ギアと、この外周ギアの内側に同軸状に配設され、上記駆動軸と一体的に回転する内周ギアと、上記位相制御スライダに設けられ、上記外周ギア及び内周ギアの双方に噛合する略筒状のヘリカルギアと、を有している。
【００１５】
従って、クランクシャフトと同期して外周ギアが回転すると、ヘリカルギアを介して内周ギア及び駆動軸が回転する。また、機関運転状態に応じて位相制御スライダを駆動軸に沿ってスライドさせることにより、ヘリカルギアに噛合する外周ギアと内周ギアとが相対的に回転して、クランクシャフトに対する駆動軸の位相が変化し、吸気弁の作動角の中心位相が変化する。
【００１６】
このような位相変更機構は、駆動軸の一端部にヘリカルギア等を設けるという比較的簡素な構造であり、既存の機関にも容易に適用可能で、かつ、吸気弁の作動角の中心位相を連続的に変化させることができるため、設定の自由度も高い。
【００１７】
より具体的には、上記作動角規制体が、上記駆動軸の外周にスライド可能に外嵌するストッパーであり、上記位相規制体が、上記制御軸の外周に固定又は一体的に形成された略扇状のアームであり、上記ストッパーとアームとは互いの移動範囲へ進出可能である。この場合、ストッパー及びアームを主体とする簡素な構造で、両者の移動範囲を相互に制限することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、各変更機構による作動角や中心位相の初期の変更範囲を予め狭く設定することなく、制御フェール時等にも吸気弁とピストンとが干渉する可能性を確実に無くすことができる。従って、バルブリフト特性の設定の自由度を犠牲にすることなく、信頼性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【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】機関運転条件に応じた吸気弁の開閉時期を表す特性図。
【図３】上記可変動弁装置の作用説明図。
【図４】同じく可変動弁装置の作用説明図。
【図５】本実施形態に係る吸気弁の作動角及び中心位相の変更範囲を示す特性図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１は、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である。この可変動弁装置は、主として吸気弁１の作動角及びバルブリフト量の大きさを連続的に変化させる作動角変更機構１０と、この吸気弁１の作動角の中心位相（バルブタイミング）をクランクシャフトの位相に対して変化させる位相変更機構２０と、を備えている。
【００２１】
先ず、作動角変更機構１０の構成について説明すると、吸気弁１の上方には、互いに平行に気筒列方向へ延びる駆動軸１１及び作動角制御軸１２がシリンダヘッド２（図３，４参照）に回転可能に支持されている。駆動軸１１は、後述する位相変更機構２０を介してクランクシャフト（図示省略）から伝達される回転動力により軸周りに回転駆動される。この駆動軸１１には、各吸気弁１のバルブリフタ１ａに当接してこれを押圧する揺動カム１３が回転可能に外嵌されているとともに、この駆動軸１１に対して偏心する駆動偏心カム１４が各気筒毎に固定されており、この駆動偏心カム１４の外周にはリング状の第１リンク１５が回転可能に外嵌している。また、作動角制御軸１２には、各気筒毎に制御カム１６が偏心して固定されており、この制御カム１６の外周にはロッカーアーム１７が回転可能に外嵌している。ロッカーアーム１７の一端部は第１リンク１５の先端部と連結されており、このロッカーアーム１７の他端部は、ロッド状の第２リンク１８の一端と連結されている。この第２リンク１８の他端部は、揺動カム１３の先端部と連結されている。
【００２２】
このような構成により、クランクシャフトに連動して駆動軸１１が回転すると、駆動偏心カム１４を介して第１リンク１５がほぼ並進作動し、この第１リンク１５に連結するロッカーアーム１７が制御カム１６周りに揺動し、第２リンク１８を介して揺動カム１３が揺動する。この揺動カム１３の揺動動作に応じて吸気弁１のバルブリフタ１ａが押圧され、吸気弁１が開閉作動する。
【００２３】
また、機関運転状態に応じて作動角制御軸１２を回動すると、ロッカーアーム１７の揺動中心となる制御カム１６の位置が変化して、ロッカーアーム１７及びリンク１５，１８の姿勢が変化する。これにより、揺動カム１３の揺動範囲や位相が変化して、主に吸気弁１の作動角の大きさ及びバルブリフト量が変化する。
【００２４】
このような構成の作動角変更機構１０は、吸気弁１のバルブリフタ１ａを押圧する揺動カム１３が駆動軸１１と同軸上に配置されているため、揺動カム１３と駆動軸１１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、各リンク要素１５，１７，１８を駆動軸１１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、駆動偏心カム１４と第１リンク１５との軸受部や、制御カム１６とロッカーアーム１７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。
【００２５】
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１３及び駆動軸１１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、既存の内燃機関にも容易に適用することができる。
【００２６】
そして、吸気弁１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。
【００２７】
図３（Ａ）及び図４（Ａ）は、ヘリカルギア２１を利用した位相変更機構２０を示している。スプロケット２２は、チェーン又はタイミングベルト（図示省略）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もので、このスプロケット２２の内周側に、外周ギア２３が一体に形成されている。一方、上記の駆動軸１１の一端部には、筒状の内周ギア２４が一体的に固定されており、この内周ギア２４は、外周ギア２３の内側に同軸状に配設されている。ヘリカルギア２１は、外周ギア２３及び内周ギア２４の双方に噛合する略筒状をなしている。
【００２８】
このような構成により、クランクシャフトと同期してスプロケット２２が回転すると、この回転動力が外周ギア２３，ヘリカルギア２１，及び内周ギア２４を経由して駆動軸１１に伝達され、この駆動軸１１が回転駆動される。
【００２９】
また、ヘリカルギア２１の軸方向一端面には油圧室２５が臨んでおり、この油圧室２５内の作動油圧が所定値以上となると、ヘリカルギア２１がリターンスプリング２６の付勢力に抗して駆動軸１１に沿って軸方向へスライドする。つまり、機関運転状態に応じて油圧室２５内の油圧を切換制御することにより、ヘリカルギア２１が駆動軸１１に沿ってスライドする。これにより、ヘリカルギア２１に噛合する内周ギア２４と外周ギア２３とが相対的に回転して、クランクシャフトに対する駆動軸１１の位相が変化し、吸気弁１の作動角の中心位相が変化する。
【００３０】
このような位相変更機構２０は、スプロケット２２と駆動軸１１の一端部との間にヘリカルギア等を設けるという比較的簡素な構造であり、既存の機関にも容易に適用可能で、かつ、吸気弁１の作動角の中心位相を連続的に変化させることができるため、設定の自由度も高い。
【００３１】
再び図１を参照して、作動角制御軸１２の一端には、この制御軸１２を所定の制御範囲内で回動，保持する作動角アクチュエータ３１が連結されている。このアクチュエータ３１は、供給される油圧に応じて作動する油圧アクチュエータであり、このアクチュエータ３１への供給油圧は、油圧制御弁等を備えた作動角用油圧装置３３によって切換，調節される。一方、位相変更機構２０は、油圧室２５への供給油圧に応じてヘリカルギア２１（位相制御スライダ）をスライドさせる油圧アクチュエータとしての機能を有しており、この油圧室２５への供給油圧は、油圧制御弁等を備えた位相用油圧装置３４によって切換，調節される。
【００３２】
ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）３５は、各種センサにより検出又は推定されるバルブリフト量，負荷，機関回転数，及び油水温等に基づいて、燃料噴射制御等の一般的な機関制御を行う他、油圧装置３３，３４へ制御信号を出力し、これら油圧装置３３，３４の動作を制御している。
【００３３】
図２は、各運転条件における具体的な吸気弁開閉時期の好ましい一設定例を示しており、図中のφは吸気弁の作動角の中心位相を表している。なお、この設定内容は、例えば制御マップの形でＥＣＵ３５のメモリ内に予め格納されている。
【００３４】
アイドル域では、ＩＶＣ（吸気弁閉時期）を下死点近傍として実圧縮比を高め、燃焼を安定させると共に、ｌＶＣ（吸気弁開時期）を上死点より遅らせ、小リフト・小作動角とすることにより、吸気の流速を高めている。これによって、アイドリング時の燃責及び燃焼安定性を著しく向上させることができる。具体的には、中心位相φを（最）遅角位相、吸気作動角を（最）小作動角の設定としている。
【００３５】
Ｒ／Ｌ域（定常走行域）では、ポンピングロスを低減させるため、中心位相φを進角させてｌＶＯをほぼ上死点とし、ＩＶＣを早めて実際の吸入ストロークを減少させている。つまり、上記のアイドル域に比して、主に中心位相φを進角させている。
【００３６】
加速域では、Ｒ／Ｌ域に比して中心位相φを更に進角させるとともに、作動角を若干増大させて、ｌＶＯを上死点前に早め、残留ガスを混合気に混ぜる内部還流効果によって、更なる燃費性能の向上を図っている。
【００３７】
全開域では、低速時と高速時で設定が多少異なるが、上記の加速域に対し、回転数の増加に伴って中心位相φを遅角させるとともに作動角を拡大させて、主に最大出力の向上を図っている。
【００３８】
この図２に示すように、予め設定される制御の内容では、例えば全開域では作動角の増加に伴って中心位相φを遅角させており、作動角と中心位相の進角量とが同時期に過度に大きくなることはない。従って、制御が良好に行われている限り、吸気弁１とピストンとが干渉するおそれはない。
【００３９】
しかしながら、仮に制御フェール時等に作動角と中心位相の進角量とが同時期に過度に大きくなると、吸気弁１とピストンとが干渉する可能性が残されている。このような干渉の可能性を完全に排除するために、本実施形態では、図３〜５に示すように、位相変更機構２０の作動に機械的に連動し、中心位相の進角度合いが所定位相Ｐ３よりも大きい場合に、作動角が所定値Ｑ３を越えて拡大することを機械的に禁止，規制する作動角規制体としてのストッパー４１と、作動角変更機構１０の作動に機械的に連動し、作動角が所定値Ｑ３よりも大きい場合に、中心位相の所定位相Ｐ３を越える進角を規制する位相規制体としてのアーム４２と、を有している。
【００４０】
アーム４２は、上記の作動角制御軸１２に固定又は一体的に形成され、この作動角制御軸１２と一体的に回転するもので、作動角制御軸１２の外周より放射状に張り出した所定厚さの略扇状をなしている。
【００４１】
ストッパー４１は、駆動軸１１の外周にスライド可能に外嵌されており、上記のヘリカルギア２１と一体的に駆動軸１１に沿ってスライドする位相制御スライダ４３の一部を構成している。つまり、位相制御スライダ４３は、駆動軸１１内にスライド可能に配設された筒状のカラー４４と、このカラー４４の一端に固定ボルト４５で固定されるとともに、ヘリカルギア２１の一端に固定ピン４６で固定されたジョイント４７と、カラー４４の他端に固定ボルト４８で固定されるとともに、ストッパー４１の内周凹部に嵌合する連結ピン４９と、を有している。
【００４２】
ストッパー４１には、シリンダヘッド２に設けられた径方向位置決め突起部３に嵌合可能な位置決め凹部４１ａが形成されているとともに、アーム４２の回転範囲を規制する段部４１ｂが形成されている。また、固定ボルト４５，４８及びカラー４４は、油圧室２５への油路を確保するように中空状に形成されている。更に、連結ピン４９が径方向に挿通する駆動軸１１の径方向孔１１ａは、連結ピン４９の軸方向の移動を許容するように、軸方向にも延長形成されている。なお、カラー４４はヘリカルギア２１とともに回転するが、連結ピン４９はカラー４４に対して相対回転可能に連結されている。
【００４３】
次に、図３〜５を参照して、本実施形態の作用，効果について詳述する。なお、位相制御スライダ４３が図３，４（Ａ）の左方向へスライド移動すると、吸気弁１の作動角の中心位相が進角し、作動角制御軸１２及びアーム４２が図３，４（Ｂ）の時計周り方向に回転すると、吸気弁の作動角が拡大するように設定されている。吸気弁１の作動角の中心位相が所定位相Ｐ３（図５参照）よりも進角している進角状態では、図３（Ａ）に示すように、ストッパー４１の段部４１ｂがアーム４２の回転範囲まで軸方向へ入り込んでおり、このストッパー４１によって、アーム４２及び作動角制御軸１２の大作動角側（時計周り方向）への回転範囲が制限される。この結果、作動角変更機構１０による作動角の変更可能範囲が最小作動角Ｑ１から所定値Ｑ３までに制限され、この所定値Ｑ３を越えて拡大することが機械的に禁止，規制される。
【００４４】
一方、中心位相が所定位相Ｐ３よりも遅角している遅角状態では、図４（Ａ）に示すように、ストッパー４１の段部４１ｂがアーム４２の回転範囲よりも右側へ外れた位置へ待避することとなり、このストッパー４１によりアーム４２の回転範囲が規制されることはない。従って、作動角変更機構１０により吸気弁の作動角を最小作動角Ｑ１から最大作動角Ｑ２までの全範囲にわたって変更可能である。
【００４５】
また、吸気弁１の作動角が所定値Ｑ３よりも大きい大作動角状態では、図４（Ａ）に示すように、アーム４２の一部がストッパー４１のスライド範囲まで入り込むこととなり、このストッパー４１の端面がアーム４２に当接する位置までに、ストッパー４１の作動角拡大方向（図の左方向）へのスライド移動が機械的に禁止，規制される。従って、このような大作動角状態では、アーム４２によって、ストッパー４１を含む位相制御スライダ４３のスライド範囲が制限されて、中心位相の変更可能範囲が最遅角位相Ｐ１から所定位相Ｐ３までに制限され、この所定位相Ｐ３を越える中心位相の進角が機械的に禁止，規制される。
【００４６】
一方、作動角が所定値Ｑ３よりも小さい小作動角の状態では、図３（Ｂ）に示すように、アーム４２がストッパー４１のスライド範囲から外れた位置に待避されるため、このアーム４２によりストッパー４１のスライド範囲が制限されることはない。このため、位相変更機構２０により中心位相を最遅角位相Ｐ１から最進角位相Ｐ２までの全範囲にわたって変更可能である。
【００４７】
以上のように、本実施形態によれば、作動角や中心位相の変更に応じて機械的に作動（回転又はスライド）するアーム４２及びストッパー４１を利用した簡素な構造で、両者４１，４２の移動範囲を相互に制限することにより、作動角が所定値Ｑ３よりも大きい大作動角状態と中心位相が所定位相Ｐ３よりも進角している進角状態とが同時に表れる事態、つまり図５の斜線αで示す領域へ移行する事態を、機械的に確実に禁止することができる。従って、制御フェール時等においても、吸気弁１とピストンとが干渉する可能性を完全に無くすことができる。
【符号の説明】
【００４８】
１…吸気弁
１０…作動角変更機構
１２…作動角制御軸
２０…位相変更機構
２１…ヘリカルギア
４１…ストッパー（作動角規制体）
４２…アーム（位相規制体）
４３…位相制御スライダ
【図１】
2010133421.tif 000003
【図２】
2010133421.tif 000004
【図３】
2010133421.tif 000005
【図４】
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【図５】
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