(57)【要約】【課題】１つの位相可変機構で吸排気弁のバルブオーバーラップ量の制御する。【解決手段】吸気カムシャフト１には、遊星歯車機構３が設けられている。排気カムシャフト２には、クランクシャフトに対する排気カムシャフト２の回転位相を変更する位相可変機構４が設けられている。そして、排気カムシャフト２の位相が進角した際には、吸気カムシャフト１の位相が遅角するよう構成されている。これによって、１つの位相可変機構４で吸気弁と排気弁のバルブオーバーラップ量の制御が可能となる。【選択図】図１
2010185330.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランクシャフトに連動して回転する吸気カムシャフト及び排気カムシャフトを有し、前記吸気カムシャフト及び前記排気カムシャフトのいずれか一方のカムシャフトにクランクシャフトに対する当該カムシャフトの回転位相を変更する位相可変機構が設けられた内燃機関の可変動弁装置において、
前記吸気カムシャフト及び前記排気カムシャフトのうちの一方のカムシャフトの回転位相が進角した際には、他方のカムシャフトの回転位相が遅角するよう構成され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】
前記吸気カムシャフト及び前記排気カムシャフトのいずれか一方のカムシャフトに前記位相可変機構が設けられ、他方のカムシャフトに差動歯車機構が設けられ、
前記差動歯車機構は、３つの軸から構成され、第１軸と第２軸の位相差により第３軸の位相が決まるように構成されたものであって、
前記差動歯車機構の第１軸がクランクシャフトと同期して回転し、第２軸が前記位相可変機構が設けられた一方のカムシャフトと同期して回転し、第３軸が該差動歯車機構の設けられた他方のカムシャフトと同期して回転するよう構成されてい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。
【請求項３】
前記吸気カムシャフト及び前記排気カムシャフトのいずれか一方のカムシャフトに前記位相可変機構が設けられ、他方のカムシャフトに遊星歯車機構が設けられ、
前記遊星歯車機構は、キャリアがクランクシャフトと同期して回転し、インターナルギアが位相可変機構が設けられた一方のカムシャフトと同期して回転し、サンギアが該遊星歯車機構が設けられた他方のカムシャフトと同期して回転するよう構成されてい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。
【請求項４】
前記吸気カムシャフトの位相可変量が、前記排気カムシャフトの位相可変量よりも大きいことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の可変動弁装置。
【請求項５】
前記排気カムシャフトに前記位相可変機構が設けられてい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。
【請求項６】
前記排気カムシャフトの位相可変量が、前記吸気カムシャフトの位相可変量よりも大きいことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の可変動弁装置。
【請求項７】
前記吸気カムシャフトに前記位相可変機構が設けられていることを特徴とする請求項１〜３及び６のいずれか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する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、吸気カムシャフト及び排気カムシャフトのいずれか一方の回転位相のみを変更する第１のバルブタイミング可変機構と、吸気カムシャフト及び排気カムシャフトの双方の回転位相を同時に変更する第２のバルブタイミング可変機構と、を有する内燃機関が開示されている。この特許文献１においては、２つのバルブタイミング可変機構を用いて、吸気弁と排気弁のバルブオーバーラップ量を制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１４１３１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような特許文献１においては、吸気弁と排気弁のバルブオーバーラップ量を制御するために、２つのバルブタイミング可変機構を備える必要があるという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
そこで、本発明は、吸気カムシャフト及び排気カムシャフトのいずれか一方のカムシャフトにクランクシャフトに対する当該カムシャフトの回転位相を変更する位相可変機構が設けられた内燃機関の可変動弁装置において、前記吸気カムシャフト及び前記排気カムシャフトのうちの一方のカムシャフトの回転位相が進角した際には、他方のカムシャフトの回転位相が遅角するよう構成されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、１つの位相可変機構で吸気弁と排気弁のバルブオーバーラップ量の制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明に係る内燃機関の可変動弁装置の第１実施形態における要部を模式的に示した説明図
【図２】遊星歯車機構の基本構成の概略を模式的に示した説明図。
【図３】遊星歯車機構を模式的に示した説明図
【図４】遊星歯車機構の分解斜視図。
【図５】比較例１における吸排気弁のバルブリフト特性を示す説明図。
【図６】比較例２における吸排気弁のバルブリフト特性を示す説明図。
【図７】本発明の第１実施形態おけるバルブリフト特性を示す説明図。
【図８】本発明に係る内燃機関の可変動弁装置の第２実施形態における要部を模式的に示した説明図。
【図９】本発明の第２実施形態におけるバルブリフト特性を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【０００９】
図１は、本発明に係る内燃機関の可変動弁装置の要部を模式的に示した説明図である。
【００１０】
内燃機関は、クランクシャフト（図示せず）に連動して回転する吸気カムシャフト１及び排気カムシャフト２を有している。吸気カムシャフト１の一端には、遊星歯車機構３が設けられている。排気カムシャフト２の一端には、位相可変機構４と、排気カムシャフト２にボルト５により締結固定され、排気カムシャフト２と一体に回転するギア６と、が設けられている。
【００１１】
位相可変機構４は、例えば特開２００７−１７０１８０号公報等によって既に公知となっているものであって、排気カムシャフト２の一端に設けられたスプロケット７（クランクシャフトと１／２同期回転）と、このスプロケット７と排気カムシャフト２とを所定の角度範囲内において相対的に回転させる位相制御用アクチュエータ８と、から大略構成されている。位相制御用アクチュエータ８は、油圧式の回転型アクチュエータからなっている。そして、この位相制御用アクチュエータ８の作用によって、スプロケット７と排気カムシャフト２とが相対的に回転し、スプロケット７と排気カムシャフト２との間の位相を変更することで、バルブリフトにおけるリフト中心角が連続的に遅進する。尚、位相制御用アクチュエータ８を電磁式の回転型アクチュエータとすることも可能である。
【００１２】
遊星歯車機構３は、図２に示すように、第１の軸であるキャリア１１と、第２の軸であるインターナルギア１２及び第３の軸であるサンギア１３と、から大略構成されている。キャリア１１とインターナルギア１２の位相によりサンギア１３の位相を制御することができる。つまり、このような１つの遊星歯車機構３と１つの位相可変機構４を用いることで、２つの軸の位相を変化させることが可能となる。
【００１３】
図３及び図４を用いて遊星歯車機構３について詳述する。遊星歯車機構３は、吸気カムシャフト１にボルト１４（図１を参照）により締結固定され、吸気カムシャフト１と一体に回転するサンギア１３と、排気カムシャフト２と同期回転するインターナルギア１２と、インターナルギア１２の内周に噛合するとともにサンギア１３の外周に噛合する複数のプラネタリギア１５と、これらプラネタリギア１５を自転（軸回転）可能に支持するとともに、プラネタリギア１５とともにサンギア１３周りに回転可能なキャリヤ１１ａ、１１ｂと、を有している。
【００１４】
そして、この第１実施形態においては、遊星歯車機構３のキャリア１１が位相可変機構４のスプロケット７と同期回転すると共に、遊星歯車機構３のインターナルギア１２が、排気カムシャフト２に固定されたギア６と同期回転するよう構成されている。
【００１５】
吸気カムシャフト１がクランクシャフトに対して進角すると、インターナルギア１２が図３にて時計回りに回転する。キャリア１１は固定されているのでプラネタリギア１５が時計回りに自転し、サンギア１３が反時計回りに回転する。よって、インターナルギア１２とサンギア１３が反対方向に回転し、吸気カムシャフト１と排気カムシャフト２が反対方向に回転する。
【００１６】
例えば、遊星歯車機構３の減速比が「３」の場合、インターナルギア１２とサンギア１３のギアの端数の差により、インターナルギア１２が１ｄｅｇ回転した際にサンギア１３は３ｄｅｇ回転することとなる。従って、遊星歯車機構３を吸気側に設けた第１実施形態においては、吸気カムシャフト１を１ｄｅｇ進角させると、インターナルギア１２がプラネタリギア１５に対して１ｄｅｇ進角し、サンギア１３は３ｄｅｇ遅角し、排気カムシャフト２は３ｄｅｇ遅角する。
【００１７】
上述した特許文献１にも記載のあるように、バルブオーバーラップ量の制御はエンジンの性能向上のためには欠かせない技術である。低速低負荷時には吹き戻しを防止するために小バルブオーバーラップ、高負荷時には掃気を行うために大バルブオーバーラップと幅広いバルブオーバーラップ量制御領域が必要である。
【００１８】
図５は１つの位相可変機構で吸排気弁の位相が同方向へ移動する比較例１を示し、図６は１つの位相可変機構で吸気弁のみの位相が移動する比較例２を示している。
【００１９】
比較例１の場合では、１つの位相可変機構でバルブオーバーラップ量の制御は不可能である。
【００２０】
一方、比較例２の場合のように、吸排気弁いずれかの位相を移動させる場合、バルブオーバーラップ量の制御は可能であるが、バルブオーバーラップ量を確保するためには、吸気弁を進角または排気弁を遅角させる必要があり、ピストンの上死点位置でのバルブのリフト量を大きくせざるを得ない。そのため、バルブオーバーラップ量の拡大を行おうとすると、ピストン上死点時のバルブリフトが大きくなってしまいピストンリセスの増加による燃焼室形状の悪化をもたらしたり、バルブオーバーラップ量の応答速度が遅く過渡性能の悪化をもたらすという問題がある。
【００２１】
しかしながら、この第１実施形態のように、１つの位相可変機構４と１つの遊星歯車機構３とを組み合わせることで、吸排気弁の位相を逆方向に動かすことが可能となり、ピストン上死点位置のバルブリフト量を大きくすることなく、バルブオーバーラップ量を確保することができる。加えて、吸気弁と排気弁が逆位相に移動することで、バルブオーバーラップ量の応答速度の向上が図れ、定常燃費、過渡性能の向上を図ることができる。
【００２２】
また、上述した第１実施形態のように、遊星歯車機構３が吸気カムシャフト１に設けられている場合、排気カムシャフト２の位相を変化させると、吸気カム（図示せず）の位相が増速されて逆方向に移動する。つまり、図７に示すように、排気カム（図示せず）の位相制御幅に比べて、吸気カムの位相制御幅を大きくすることができる。換言すれば、この第１実施形態においては、吸気弁のバルブリフト中心角の移動量を排気弁のバルブリフト中心角の移動量よりも大きくすることができる。これにより、吸気弁閉弁時期の制御幅が大きくなり、吸入空気量の制御幅が大きくなるので、機関回転数、負荷により最適な吸気弁閉時期を設定することが可能となり、燃費、出力の向上を図ることができる。
【００２３】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。尚、上述した第１実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２４】
この第２実施形態は、遊星歯車機構が排気カムシャフト２に設けられ、位相可変機構４が吸気カムシャフト１に設けられたものである。
【００２５】
このような第２実施形態においても、１つの位相可変機構４と１つの遊星歯車機構３とを組み合わせることで、吸排気弁の位相を逆方向に動かすことが可能となっているので、ピストン上死点位置のバルブリフト量を大きくすることなく、バルブオーバーラップ量を確保することができると共に、吸気弁と排気弁が逆位相に移動することで、バルブオーバーラップ量の応答速度の向上が図れ、定常燃費、過渡性能の向上を図ることができる。
【００２６】
そして、この第２実施形態のように、遊星歯車機構３が排気カムシャフト２に設けられている場合、吸気カムシャフト１の位相を変化させると、排気カムの位相が増速されて逆方向に移動する。つまり、図９に示すように、吸気カム（図示せず）の位相制御幅に比べて、排気カムの位相制御幅を大きくすることができる。換言すれば、この第２実施形態においては、排気弁のバルブリフト中心角の移動量を吸気弁のバルブリフト中心角の移動量よりも大きくすることができる。
【００２７】
また、吸気カムの位相制御を直接位相可変機構４により制御することができるので、遊星歯車機構３のバックラッシ等の影響を受けず、高精度な吸気リフト開閉制御が可能である。特に、低回転時の吸入空気量のばらつきを抑えることが可能となり、静粛性、燃費の向上を図ることができる。
【００２８】
尚、遊星歯車機構３は、差動歯車機構の中で、減速比（増速比）を小さくすることが可能な機構であり、本発明に適した差動歯車機構である。
【００２９】
また、上述した実施形態においては、差動歯車機構の一例として遊星歯車機構３を用いた例を示したが、位相可変機構４と組み合わせる差動歯車機構は、遊星歯車機構３に限定されるものではなく、例えばボール減速機等を用いることも可能である。ボール減速機についても、基本的には、上述した図２に示すような機構となっており、第１の軸と、第２の軸の位相により第３の軸の位相を制御することができるので、１つの位相可変機構４と組み合わせることで、２つの軸の位相を変化させることが可能である。
【００３０】
上述した実施形態から把握し得る本発明の技術的思想について、その効果とともに列記する。
【００３１】
（１）  クランクシャフトに連動して回転する吸気カムシャフト及び排気カムシャフトを有し、前記吸気カムシャフト及び前記排気カムシャフトのいずれか一方のカムシャフトにクランクシャフトに対する当該カムシャフトの回転位相を変更する位相可変機構が設けられた内燃機関の可変動弁装置において、前記吸気カムシャフト及び前記排気カムシャフトのうちの一方のカムシャフトの回転位相が進角した際には、他方のカムシャフトの回転位相が遅角するよう構成されている。
【００３２】
これによって、１つの位相可変機構で吸気弁と排気弁のバルブオーバーラップ量の制御が可能となる。また、吸気カムシャフト及び排気カムシャフトのうちの一方のカムシャフトにのみ位相可変機構を設けた場合に比べ、バルブオーバーラップ制御領域の拡大や、バルブオーバーラップ制御速度の向上が図れ、定常燃費、過渡性能向上を図ることができる
（２）  前記（１）に記載の内燃機関の可変動弁装置において、前記吸気カムシャフト及び前記排気カムシャフトのいずれか一方のカムシャフトに前記位相可変機構が設けられ、他方のカムシャフトに差動歯車機構が設けられ、前記差動歯車機構は、３つの軸から構成され、第１軸と第２軸の位相差により第３軸の位相が決まるように構成されたものであって、前記差動歯車機構の第１軸がクランクシャフトと同期して回転し、第２軸が前記位相可変機構が設けられた一方のカムシャフトと同期して回転し、第３軸が該差動歯車機構の設けられた他方のカムシャフトと同期して回転するよう構成されている。
【００３３】
第１軸と第２軸の位相差で第３軸の位相を制御することが可能であり、１つの位相可変機構を用いて、吸気カムシャフト、排気カムシャフトの双方の位相を変化させることができる。
【００３４】
（３）  前記（１）に記載の内燃機関の可変動弁装置において、前記吸気カムシャフト及び前記排気カムシャフトのいずれか一方のカムシャフトに前記位相可変機構が設けられ、他方のカムシャフトに遊星歯車機構が設けられ、前記遊星歯車機構は、キャリアがクランクシャフトと同期して回転し、インターナルギアが位相可変機構が設けられた一方のカムシャフトと同期して回転し、サンギアが該遊星歯車機構が設けられた他方のカムシャフトと同期して回転するよう構成されている。
【００３５】
キャリアとインターナルギアの位相差でサンギアの位相を制御することが可能であり、１つの位相可変機構を用いて、吸気カムシャフト、排気カムシャフトの双方の位相を変化させることができる。
【００３６】
（４）  前記（１）〜（３）のいずれかに記載の内燃機関の可変動弁装置において、前記吸気カムシャフトの位相可変量が、前記排気カムシャフトの位相可変量よりも大きい。吸気カムシャフトの位相変化量が排気カムシャフトの位相変化量よりも大きくなることで、ＩＶＣ制御幅が拡大し、ポンプロスの低減が可能になる。
【００３７】
（５）前記（１）〜（４）のいずれかに記載の内燃機関の可変動弁装置において、前記排気カムシャフトに前記位相可変機構が設けられている。排気カムシャフトに位相可変機構を設けることで、吸気カムシャフトの位相変化量を排気カムシャフトの位相変化量よりも大きくすることができる。
【００３８】
（６）  前記（１）〜（３）のいずれかに記載の内燃機関の可変動弁装置において、前記排気カムシャフトの位相可変量が、前記吸気カムシャフトの位相可変量よりも大きい。排気カムシャフトの位相変化量が吸気カムシャフトの位相変化量よりも大きくなることで、排気カムシャフト側でオーバーラップ制御が可能である。一般的に、排気弁はバルブリフト量が小さく、バルブ径も小さいので、吸気弁でオーバーラップを取った場合に比べ、ピストンリセスを低減することができる。
【００３９】
（７）  前記（１）〜（３）及び（６）のいずれかに記載の内燃機関の可変動弁装置において、前記吸気カムシャフトに前記位相可変機構が設けられている。吸気カムシャフトに位相可変機構を設けることで、排気カムシャフトに設けられた歯車機構に存在するバックラッシ量の影響をうけず、吸気弁の閉弁時期のばらつきを抑え吸入空気量のばらつきを抑えることができる。
【符号の説明】
【００４０】
１…吸気カムシャフト
２…排気カムシャフト
３…遊星歯車機構
４…位相可変機構
【図１】
2010185330.tif 000003
【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】
2010185330.tif 000008
【図７】
2010185330.tif 000009
【図８】
2010185330.tif 000010
【図９】
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