(57)【要約】【課題】可変動弁装置を備えるエンジンのシリンダヘッドの小型化を図る。【解決手段】内燃機関１００のクランク軸１１４に連動して回転する駆動軸１１を備え、駆動軸１１の回転運動を第１リンク１４及び第１ロッカアーム１６、第２リンク１７を介して揺動運動に変換して吸気弁１２５を開閉する。同様に駆動軸１１の回転運動を第３リンク２４及び第２ロッカアーム２７、第４リンク２８を介して揺動運動に変換して排気弁１２６を開閉する。【選択図】図２
2010209893.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気弁及び排気弁のリフト・作動角を連続的に変更可能な可変動弁装置であって、
第１偏心カム及び第２偏心カムが設けられ、前記内燃機関のクランク軸に連動して回転する駆動軸と、
前記駆動軸に平行に設けられる回転可能な第１制御軸と、
揺動中心が前記第１制御軸の軸心に対して偏心するように、その第１制御軸に揺動自在に支持される第１ロッカアームと、
前記第１偏心カムに回転自在に支持されるともに前記第１ロッカアームに連結されて、その第１ロッカアームを揺動させる第１リンクと、
前記第１ロッカアームに連結される第２リンクと、
前記駆動軸に回転自在に支持されるとともに、前記第２リンクに連結されて揺動し、前記吸気弁及び前記排気弁の一方を開閉する第１揺動カムと、
前記駆動軸に平行に設けられる回転可能な第２制御軸と、
揺動中心が前記第２制御軸の軸心に対して偏心するように、その第２制御軸に揺動自在に支持される第２ロッカアームと、
前記第２偏心カムに回転自在に支持されるとともに前記第２ロッカアームに連結され、その第２ロッカアームを揺動させる第３リンクと、
前記第２ロッカアームに連結される第４リンクと、
前記駆動軸に平行に設けられた支持軸に回転自在に支持されるとともに、前記第４リンクに連結されて揺動し、前記吸気弁及び前記排気弁の他方を開閉する第２揺動カムと、
前記第１制御軸を所定の回転範囲内で回転させる第１アクチュエータと、
前記第２制御軸を所定の回転範囲内で回転させる第２アクチュエータと、
を備えることを特徴とする可変動弁装置。
【請求項２】
請求項１に記載した可変動弁装置であって、
前記内燃機関のクランク軸に対する前記駆動軸の相対位相角を変化させる位相可変機構を備える
ことを特徴とする可変動弁装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載した可変動弁装置であって、
前記第１揺動カムは前記吸気弁を開閉するとともに、前記第２揺動カムは前記排気弁を開閉し、
前記吸気弁のリフト・作動角の拡大に従って、前記吸気弁の開時期が遅角する
ことを特徴とする可変動弁装置。
【請求項４】
請求項３に記載した可変動弁装置であって、
前記吸気弁のリフト・作動角の拡大に従って前記駆動軸の中心と前記第１ロッカアームの揺動中心との間の距離が短くなることで、前記吸気弁のリフト・作動角の拡大に従って前記吸気弁の開時期が遅角する
ことを特徴とする可変動弁装置。
【請求項５】
請求項３又は４に記載した可変動弁装置であって、
前記吸気弁のリフト・作動角が所定のリフト・作動角より大きくなったときに、リフト・作動角の拡大に従って前記吸気弁の開時期が遅角する
ことを特徴とする可変動弁装置。
【請求項６】
請求項１から５までのいずれか１つに記載した可変動弁装置であって、
前記第１揺動カムは前記吸気弁を開閉するとともに、前記第２揺動カムは前記排気弁を開閉し、
前記吸気弁のリフト・作動角が拡大するときに、吸気弁のリフト作動角中心は遅角側へ移動するとともに、リフト・作動角の拡大に対するリフト作動角中心の遅角側への移動量は、リフト・作動角が所定のリフト・作動角より小さい側の範囲に比べ、リフト・作動角が所定のリフト・作動角より大きい側の範囲で増大する
ことを特徴とする可変動弁装置。
【請求項７】
請求項１から６までのいずれか１つに記載した可変動弁装置の制御装置であって、
低負荷運転時には、吸気弁開時期を上死点近傍かつ上死点より遅角側に設定するとともに、排気弁閉時期が吸気弁開時期よりも遅角するように前記排気弁のリフト作動角を制御する
ことを特徴とする可変動弁装置の制御装置。
【請求項８】
請求項１から７までのいずれか１つに記載した可変動弁装置の制御装置であって、
低負荷運転からの加速時には、吸気弁開時期を上死点近傍かつ上死点より遅角側に設定するとともに、排気弁閉時期が上死点近傍となるように前記排気弁のリフト作動角を制御する
ことを特徴とする可変動弁装置の制御装置。
【請求項９】
請求項１から６までのいずれか１つに記載した可変動弁装置の制御装置であって、
低負荷運転時には、吸気弁開時期を上死点近傍かつ上死点より遅角側に設定するとともに、排気弁閉時期が吸気弁開時期よりも遅角するように前記排気弁のリフト作動角を大きくし、
低負荷運転からの加速時には、吸気弁開時期を上死点近傍かつ上死点より遅角側に設定するとともに、排気弁閉時期が上死点近傍となるように前記排気弁のリフト作動角を小さくする
ことを特徴とする可変動弁装置の制御装置。
【請求項１０】
請求項１から９までのいずれか１つに記載した可変動弁装置の制御装置であって、
前記可変動弁装置は、前記内燃機関のクランク軸に対する前記駆動軸の相対位相角を変化させる位相可変機構を備え、
冷間時に、前記駆動軸を、前記内燃機関のクランク軸に対して進角させる
ことを特徴とする可変動弁装置の制御装置。
【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及びその制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の動弁装置として、吸気弁及び排気弁をそれぞれ専用のカム軸で独立に駆動するものがある。（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１５７０８８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、前述した従来の動弁装置は、カム軸が２本となり、クランク軸の回転をカム軸に伝えるためのチェーン等の配置スペースが、カム軸が１本の場合と比較して大きくなり、シリンダヘッドが大型化するという問題点があった。
【０００５】
本発明はこのような従来の問題点に着目してなされたものであり、シリンダヘッドの小型化を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。
【０００７】
本発明は、内燃機関（１００）の吸気弁（１２５）及び排気弁（１２６）のリフト・作動角を連続的に変更可能な可変動弁装置（１０）であって、第１偏心カム（１３）及び第２偏心カム（２３）が設けられ、内燃機関（１００）のクランク軸（１１４）に連動して回転する駆動軸（１１）と、駆動軸（１１）に略平行に設けられる回転可能な第１制御軸（１５）と、揺動中心が第１制御軸（１５）の軸心に対して偏心するように、その第１制御軸（１５）に揺動自在に支持される第１ロッカアーム（１６）と、第１偏心カム（１３）に回転自在に支持されるともに第１ロッカアーム（１６）に連結されて、その第１ロッカアーム（１６）を揺動させる第１リンク（１４）と、第１ロッカアーム（１４）に連結される第２リンク（１７）と、駆動軸（１１）に回転自在に支持されるとともに、第２リンク（１７）に連結されて揺動し、吸気弁（１２５）及び排気弁（１２６）の一方を開閉する第１揺動カム（１２）と、駆動軸（１１）に略平行に設けられる回転可能な第２制御軸（２５）と、揺動中心が第２制御軸（２５）の軸心に対して偏心するように、その第２制御軸（２５）に揺動自在に支持される第２ロッカアーム（２７）と、第２偏心カム（２３）に回転自在に支持されるとともに第２ロッカアーム（２７）に連結され、その第２ロッカアーム（２７）を揺動させる第３リンク（２４）と、第２ロッカアーム（２７）に連結される第４リンク（２８）と、駆動軸（１１）に平行に設けられた支持軸（２１）に回転自在に支持されるとともに、第４リンク（２８）に連結されて揺動し、吸気弁（１２５）及び排気弁（１２６）の他方を開閉する第２揺動カム（２２）と、第１制御軸（１５）を所定の回転範囲内で回転させる第１アクチュエータ（１８）と、第２制御軸（２５）を所定の回転範囲内で回転させる第２アクチュエータ（２９）と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、クランク軸によって駆動される軸を駆動軸のみとし、この駆動軸の回転運動を複数のリンクを介して揺動運動に変換して吸気弁及び排気弁のそれぞれを駆動させた。これにより、吸気カム軸と、排気カム軸の２本をクランク軸によって駆動する場合と比べて、シリンダヘッドの小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】エンジンの概略構成図である。
【図２】可変動弁機構の斜視図である。
【図３】吸気リフト・作動角可変機構を駆動軸方向から見たときの図である。
【図４】排気リフト・作動角可変機構を駆動軸方向から見たときの図である。
【図５】吸気弁のフルリフト（最大作動角）時及び（最小作動角）時における吸気揺動カムの最小揺動時及び最大揺動時の位置を示す図である。
【図６】図５（Ａ）〜（Ｄ）の骨組みを抜き出して模式的に表した図である。
【図７】吸気リフト・作動角可変機構の骨組みを模式的に表した図である。
【図８】最小作動角時及び最大作動角時の吸気リフト・作動角可変機構の骨組みを模式的に表した図である。
【図９】支点間距離Ｄが相違する２つの可変動弁機構の骨組みを模式的に表した図である。
【図１０】吸気弁のバルブリフト特性を示した図である。
【図１１】低回転低負荷で運転しているときと、そこから急加速がされたときに求められる吸気弁及び排気弁のバルブリフト特性を示した図である。
【図１２】全負荷で運転しているときに、エンジン回転速度が低回転から高回転に移行したときに求められる吸気弁及び排気弁のバルブリフト特性を示した図である。
【図１３】第２実施形態による可変動弁機構の斜視図である。
【図１４】第２実施形態による排気リフト・作動角可変機構を駆動軸方向から見たときの図である。
【図１５】第２実施形態による可変動弁機構によって実現できるバルブタイミング特性を示した図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面等を参照して本発明の実施形態について説明する。
【００１１】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態によるエンジンの概略構成図である。
【００１２】
エンジン１００は、シリンダブロック１１０と、シリンダブロック１１０の頂部を覆うシリンダヘッド１２０と、コントローラ１３０と、を備える。
【００１３】
シリンダブロック１１０には、複数のシリンダ１１１が形成される。シリンダ１１１には、ピストン１１２が摺動自在に嵌合する。ピストン１１２は、コンロッド１１３によってクランク軸１１４に連結される。
【００１４】
シリンダヘッド１２０には、燃焼室１２１の頂壁に開口する吸気通路１２２及び排気通路１２３の一部が形成され、燃焼室１２１の頂壁中心に点火栓１２４が設けられる。また、シリンダヘッド１２０には、吸気通路１２２の開口を開閉する一対の吸気弁１２５と、排気通路１２３の開口を開閉する一対の排気弁１２６とが設けられる。さらに、シリンダヘッド１２０には、吸気弁１２５及び排気弁１２６の開閉時期を任意に時期に設定できる可変動弁機構１０が設けられる。可変動弁機構１０の構成については後述する。
【００１５】
コントローラ１３０は、中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。
【００１６】
コントローラ１３０には、エンジン１００の運転状態を検出する各種センサからの信号が入力される。
【００１７】
図２は、本実施形態による可変動弁機構１０の斜視図である。
【００１８】
図２に示すように、可変動弁機構１０は、吸気リフト・作動角可変機構１と、排気リフト・作動角可変機構２と、位相可変機構４と、を備える。
【００１９】
吸気リフト・作動角可変機構１は、吸気弁１２５のリフト・作動角を連続的に変化させる。排気リフト・作動角可変機構２は、排気弁１２６のリフト・作動角を連続的に変化させる。位相可変機構４は、吸気弁１２５及び排気弁１２６のリフト中心角（吸気弁１２５及び排気弁１２６が最大リフトを迎えるクランク角度位置）の位相を連続的に進角又は遅角させる。
【００２０】
まず初めに、図２及び図３を参照して、吸気リフト・作動角可変機構の構成について説明する。
【００２１】
吸気リフト・作動角可変機構１は、駆動軸１１と、吸気揺動カム１２と、吸気偏心カム１３と、第１吸気リンク１４と、第１制御軸１５と、吸気ロッカアーム１６と、第２吸気リンク１７と、第１制御軸回転アクチュエータ１８と、を備える。
【００２２】
駆動軸１１は、吸気弁１２５の上方に気筒列方向に設けられ、シリンダヘッド１２０に回転自在に支持される。駆動軸１１は、一端部に設けられたスプロケットを介して、図示しないベルトやチェーンでクランク軸１１４と連係され、クランク軸１１４に連動して軸周りに回転する。
【００２３】
吸気揺動カム１２は、駆動軸１１に回転自在に設けられる。一対の吸気揺動カム１２は、互いに円筒等で同位相に固定される。一対の揺動カムを特に区別する必要があるときは、後述する第２吸気リンク１７によって揺動される側を吸気揺動カム１２−１といい、他方を吸気揺動カム１２−２という。この吸気揺動カム１２が駆動軸１１を中心として所定の回転範囲で揺動（上下動）することによって、その下方に位置する吸気弁１２５のバルブリフタが押圧され、吸気弁１２５が下方にリフトする。
【００２４】
吸気偏心カム１３は、駆動軸１１に一体形成された円形のカムである。吸気偏心カム１３の中心Ｐ4（図３参照）は駆動軸１１の軸心Ｐ3（図３参照）から所定量だけ偏心している。吸気偏心カム１３は、吸気揺動カム１２から軸方向に所定の距離だけ離れた位置に固定される。
【００２５】
第１吸気リンク１４は、円環状の基部１４ａと、基部の一部から突設された突出部１４ｂとを備える。円環状の基部１４ａは、吸気偏心カム１３に回転自在に嵌合する。突出部１４ｂは、連結ピン５１を介して後述する吸気ロッカアーム１６の第１アーム１６ａに連結する。
【００２６】
第１制御軸１５は、クランク形状をしており、駆動軸１１の斜め上方に駆動軸１１と略平行に設けられ、シリンダヘッド１２０に回転自在に支持される。第１制御軸１５は、第１制御軸自身を支える主軸部１５ａと、その主軸部１５ａの軸心から所定量だけ偏心した点に軸心がある偏心軸部１５ｂと、主軸部１５ａと偏心軸部１５ｂとを接続する接続部１５ｃと、を備える。
【００２７】
吸気ロッカアーム１６は、第１制御軸１５の偏心軸部１５ｂに回転自在に設けられる。吸気ロッカアーム１６は、吸気揺動カム１２のカムノーズ方向側に形成される第１アーム１６ａと、吸気揺動カム１２のカムノーズ方向に突設される第２アーム１６ｂと、を備える。
【００２８】
第２吸気リンク１７は、吸気ロッカアーム１６と吸気揺動カム１２−１とを連結する。第２吸気リンク１７は、両端部に二股状の軸受部を有する。第２吸気リンク１７の一端部１７ａと吸気ロッカアーム１６の第２アーム１６ａとが連結ピン５２を介して連結する。第２吸気リンク１７の他端部１７ｂと吸気揺動カム１２−１のカムノーズとが連結ピン５３を介して連結する。
【００２９】
第１制御軸回転アクチュエータ１８は、第１制御軸１５の一端部に設けられ、第１制御軸１５の主軸部１５ａを所定回転角度範囲内で回転させる。第１制御軸回転アクチュエータ１８は、コントローラ１３０からの制御信号に基づいて制御される。
【００３０】
図３は、吸気リフト・作動角可変機構１を駆動軸方向から見たときの図である。
【００３１】
図３に示すように、吸気揺動カム１２には、基円面１２ａと、基円面１２ａからカムノーズの先端縁側に円弧状に延びるカム面１２ｂとが形成される。基円面１２ａとカム面１２ｂとが、吸気揺動カム１２の揺動位置に応じてバルブリフタに当接する。
【００３２】
なお、図３において、Ｐ1は、第１制御軸１５の偏心軸部１５ｂの軸心である。Ｐ2は、第１制御軸１５の主軸部１５ａの軸心である。Ｐ3は、駆動軸１１の軸心である。Ｐ4は、吸気偏心カム１３の中心、すなわち、吸気ロッカアーム１６の揺動中心である。Ｐ5は、第１吸気リンク１４と吸気ロッカアーム１６の第１アームとを連結する連結ピン５１の軸心である。Ｐ6は、吸気ロッカアーム１６の第２アームと第２吸気リンク１７の一端部とを連結する連結ピン５２の軸心である。Ｐ7は、第２吸気リンク１７と吸気揺動カム１２−１とを連結する連結ピン５３の軸心である。
【００３３】
続いて、図２及び図４を参照して、排気リフト・作動角可変機構２の構成について説明する。
【００３４】
まず、図２を参照して説明する。排気リフト・作動角可変機構２は、駆動軸１１と、第１制御軸１５と、支持軸２１と、排気揺動カム２２と、第１排気偏心カム２３と、第１排気リンク２４と、第２制御軸２５と、第２排気偏心カム２６と、排気ロッカアーム２７と、第２排気リンク２８と、第２制御軸回転アクチュエータ２９と、を備える。
【００３５】
駆動軸１１及び第１制御軸１５については、前述したので説明を省略する。
【００３６】
支持軸２１は、駆動軸１１と平行に設けられ、シリンダヘッド１２０に支持される。
【００３７】
排気揺動カム２２は、支持軸２１に回転自在に設けられる。一対の排気揺動カム２２は、互いに円筒等で同位相に固定される。一対の排気揺動カム２２を特に区別する必要があるときは、後述する第２排気リンク２８によって揺動される側を排気揺動カム２２−１といい、他方を排気揺動カム２２−２という。
【００３８】
第１排気偏心カム２３は、駆動軸１１に一体形成された円形のカムである。第１排気偏心カム２３の中心Ｐ13（図４参照）は、駆動軸１１の軸心Ｐ2から所定量だけ偏心している。第１排気偏心カム２３は、一対の吸気揺動カム１２を挟むように吸気偏心カム１３の反対側に設けられ、吸気揺動カム１２から軸方向に所定の距離だけ離れた位置に固定される。
【００３９】
第１排気リンク２４は、円環状の基部２４ａと、基部２４ａの一部から突設された突出部２４ｂとを備える。円環状の基部２４ａは、第１排気偏心カム２３の外周に回転自在に嵌合する。突出部２４ｂは、連結ピン５４を介して後述する排気ロッカアーム２７の第１アーム２７ｂに連結する。
【００４０】
第２制御軸２５は、駆動軸１１の斜め上方、かつ、駆動軸１１に対して第１制御軸１５の反対側に設けられる。第２制御軸２５は、駆動軸１１と略平行に設けられ、シリンダヘッド１２０に回転自在に支持される。
【００４１】
第２排気偏心カム２６は、第２制御軸２５に一体形成された円形のカムである。第２排気偏心カム２６の中心Ｐ9（図４参照）は、第２制御軸２５の軸心Ｐ8（図４参照）から所定量だけ偏心している。
【００４２】
排気ロッカアーム２７は、中央に形成される基部２７ａと、基部２７ａから左右に延びる第１アーム２７ｂ及び第２アーム２７ｃと、を備える。中央部に形成される基部２７ａは、第２排気偏心カム２６の外周面に回転自在に嵌合する。第１アーム２７ｂは、連結ピン５４を介して第１排気リンク２４の突出部２４ｂと連結する。第２アーム２７ｃは、連結ピン５５を介して後述する第２排気リンク２８に連結される。
【００４３】
第２排気リンク２８は、排気ロッカアーム２７と排気揺動カム２２−１とを連結する。第２排気リンク２８は、両端部に二股状の軸受部を有する。第２排気リンク２８の一端部２８ａと排気ロッカアーム２７の第２アーム２７ｂとが連結ピン５５を介して連結する。第２排気リンク２８の他端部２８ｂと排気揺動カム２２−１のカムノーズとが連結ピン５６を介して連結する。
【００４４】
第２制御軸回転アクチュエータ２９は、第２制御軸２５の一端部に設けられ、第２制御軸２５を所定回転角度範囲内で回転させる。第２制御軸回転アクチュエータ２９は、コントローラ１３０からの制御信号に基づいて制御される。
【００４５】
図４は、排気リフト・作動角可変機構２を駆動軸方向から見たときの図である。
【００４６】
図４に示すように、排気揺動カム２２には、基円面２２ａと、基円面２２ａからカムノーズの先端縁側に円弧状に延びるカム面２２ｂとが形成される。基円面２２ａとカム面２２ｂとが、排気揺動カム２２の揺動位置に応じてバルブリフタに当接する。
【００４７】
図４において、Ｐ8は、第２制御軸２５の軸心である。Ｐ9は、第２排気偏心カム２６の中心、すなわち、排気ロッカアーム２７の揺動中心である。Ｐ10は、支持軸２１の軸心である。Ｐ11は、排気ロッカアーム２７の第２アーム２７ｃと第２排気リンク２８とを連結する連結ピン５５の軸心である。Ｐ12は、第２排気リンク２８と排気揺動カム２２とを連結する連結ピン５６の軸心である。Ｐ13は、第１排気偏心カム２３の中心である。
【００４８】
最後に、図２を参照して位相可変機構４の構成及び作用について説明する。
【００４９】
位相可変機構４は、位相角制御アクチュエータ４１と、油圧装置４２と、を備える。
【００５０】
位相角制御アクチュエータ４１は、駆動軸１１の一端に設けられ、スプロケット２４２と駆動軸１１とを所定の角度範囲内において相対的に回転させる。
【００５１】
油圧装置４２は、エンジン１００の運転状態を検出するコントローラ３００からの制御信号に基づいて、位相角制御アクチュエータ４１を制御する。
【００５２】
油圧装置４２による位相角制御アクチュエータ４１への油圧制御によって、スプロケット２４２と駆動軸１１とが相対的に回転し、吸気弁１２５及び排気弁１２６のリフト中心角が同じ角度だけ進角又は遅角する。
【００５３】
次に、吸気リフト・作動角可変機構１の作用について図２、図５〜図１０を参照して説明する。
【００５４】
まず図２を参照して説明する。
【００５５】
吸気リフト・作動角可変機構１は図２のように構成され、駆動軸１１がクランク軸１１に連動して回転すると、吸気偏心カム１３及びその外周に回転自在に嵌合している第１吸気リンク１４を介して、吸気ロッカアーム１６が偏心軸部１５ｂの軸心Ｐ1を中心として揺動する。吸気ロッカアーム１６の揺動は、第２吸気リンク１７を介して吸気揺動カム１２へ伝達され、吸気揺動カム１２が所定角度範囲内で揺動する。この吸気揺動カム１２が揺動、すなわち上下動することで、バルブリフタ１２５ａが押圧され、吸気弁１２５が下方にリフトする。
【００５６】
ここで、第１制御軸回転アクチュエータ１８によって、第１制御軸１５を所定の回転角度範囲内で回転させると、吸気ロッカアーム１６の揺動支点となる偏心軸部１５ｂの軸心Ｐ1も回転変位する。そうすると、エンジン本体に対する吸気ロッカアーム１６の支持位置が変化する。これにより、吸気揺動カム１２の初期揺動位置が変化し、吸気揺動カム１２とバルブリフタ１２５ａとの初期接触位置が変化する。その結果、クランク軸１１４の一回転あたりの吸気揺動カム１２の揺動角は常に一定なので、以下で説明する図５及び図６のように最大リフト量（作動角）が変化する。
【００５７】
図５（Ａ）及び図５（Ｂ）は、吸気弁１２５の最大作動角（フルリフト）時における吸気揺動カム１２の最小揺動時及び最大揺動時の位置を示す図である。図５（Ｃ）及び図５（Ｄ）は、吸気弁１２５の最小作動角（ゼロリフト）時における吸気揺動カム１２の最小揺動時及び最大揺動時の位置を示す図である。
【００５８】
図６は、発明の理解を容易にするために、図５（Ａ）〜（Ｄ）から軸心Ｐ１〜Ｐ７と、各軸心を結ぶ直線と、を抜き出した図である。
【００５９】
図５（Ａ）（Ｂ）又は図６（Ａ）（Ｂ）に示すように、偏心軸部１５ｂの軸心Ｐ1が、主軸部１５ａの軸心Ｐ2の上方に位置しているときは、後述する最小作動角よりも吸気ロッカアーム１６が全体として上方へ位置し、それにより、第２吸気リンク１７が起きた状態となる。
【００６０】
そのため、第２吸気リンク１７と連結する吸気揺動カム１２のカムノーズがゼロリフト時と比べて下方へ押し下げられる。その結果、カム面１２ｂが最小作動角よりもバルブリフタ１２５ａに近付く方向に傾く（図５（Ａ）、図６（Ａ）参照）。
【００６１】
そうすると、吸気揺動カム１２の初期位置は、駆動軸１１の回転に伴って吸気揺動カム１２が揺動した際に、バルブリフタ１２５ａと接触する部位が基円面１２ａからカム面１２ｂへと直ちに移行する。これにより、最小作動角よりも吸気弁１２５の最大リフト量が大きくなる（図５（Ｂ）、図６（Ｂ）参照）。その結果、吸気弁１２５の開時期から閉時期までのクランク角度区間、つまり吸気弁１２５の作動角も拡大する。
【００６２】
一方、図５（Ｃ）（Ｄ）又は図６（Ｃ）（Ｄ）に示すように、第１制御軸１５を回転させて偏心軸部１５ｂの軸心Ｐ1を主軸部１５ａの軸心Ｐ2の左下方に位置させると、吸気ロッカアーム１６は全体として下方に位置し、それにより、第２吸気リンク１７が最大作動角よりも寝た状態となる。
【００６３】
そのため、第２吸気リンク１７と連結する吸気揺動カム１２のカムノーズがフルリフト時と比べて上方に引き上げられる。その結果、カム面１２ｂが最大作動角よりもバルブリフタ１２５ａから離れる方向に傾く（図５（Ｃ）、図６（Ｃ）参照）。
【００６４】
そうすると、吸気揺動カム１２の初期位置は、駆動軸１１の回転に伴って吸気揺動カム１２が揺動した際に、基円面１２ａが長くバルブリフタ１２５ａに接触し続け、カム面１２ｂがバルブリフタ１２５ａに接触する期間が短くなる。これにより、最大作動角よりも吸気弁１２５の最大リフト量が小さくなる（図５（Ｄ）、図６（Ｄ）参照）。その結果、吸気弁１２５の作動角も縮小する。
【００６５】
図７は、吸気リフト・作動角可変機構１の軸心Ｐ１〜Ｐ７と各軸心を結ぶ直線とを抜き出した図である。図７において、破線は最小作動角を示し、実線は最大作動角を示す。
【００６６】
なお、以下では、偏心軸部１５ｂの軸心Ｐ1と、駆動軸１１の軸心Ｐ3と、を結ぶ線分を「線分Ｐ1Ｐ3」という。また、軸心Ｐ1と、軸心Ｐ3と、の距離を「支点間距離Ｄ」という。さらに、線分Ｐ1Ｐ3と、図中に点線で示した軸心Ｐ３を通る仮想線Ｌと、がなす角を「支点間角度θ」という。
【００６７】
図７に示すように、作動角を変化させるべく、第１制御軸１５を所定の回転角度範囲内で回転させて、偏心軸部１５ｂの軸心Ｐ1を、主軸部１５ａの軸心Ｐ2を中心とする円上を移動させると、支点間角度θが変化するとともに、支点間距離Ｄも変化する。
【００６８】
すなわち、本実施形態による吸気リフト・作動角可変機構１によれば、リフト・作動角を最小作動角から最大作動角へ変化させると、支点間角度θは徐々に増加してθｍｉｎからθｍａｘへと変化する。
【００６９】
一方で、支点間距離Ｄは、最小作動角から中間作動角までは徐々に増加していき、ＤｍｉｎからＤｍａｘへと変化する。そして、中間作動角から最大作動角までは徐々に減少していき、ＤｍａｘからＤｍｉｎへと変化して最小作動角時の支点間距離と同じ長さに戻る。
【００７０】
以下では、図８を参照して、支点間距離Ｄを同じ長さに維持したまま支点間角度θを変化させることによって生じる作用を説明する。続いて、図９を参照して、支点間角度θを同じ角度に維持したまま支点間距離Ｄを変化させることによって生じる変化を説明する。
【００７１】
図８（Ａ）は、最小作動角時を示した図である。図８（Ｂ）は、最大作動角時を示した図である。
【００７２】
図８（Ａ）及び図８（Ｂ）に示すように、支点間距離Ｄを同じ長さに維持したまま支点間角度θをθｍｉｎからθｍａｘへと変化させると（θｍｉｎ＜θｍａｘ）、軸心Ｐ1は、軸心Ｐ3を中心とする円周Ｃ1を下方から上方へと移動する。一方で、軸心Ｐ7は、軸心Ｐ3を中心とする円周Ｃ2を上方から下方へと移動する。つまり、吸気揺動カム１２のカムノーズに連結された連結ピン５３（軸心Ｐ7）の位置が下方に移動する。
【００７３】
そうすると、吸気揺動カム１２のバルブリフタ１２５ａとの初期接触位置が、吸気揺動カム１２の基円面側からカム面側に移動する。その結果、吸気弁１２５の作動角が拡大する。
【００７４】
このように、支点間距離Ｄを同じ長さに維持したまま支点間角度θを大きくすると、吸気弁１２５の作動角は拡大する。
【００７５】
図９は、支点間距離Ｄが相違する２つの可変動弁機構の図である。図９（Ａ）及び図９（Ｂ）の支点間角度θは同じであるが、図９（Ａ）の支点間距離Ｄ１は、図９（Ｂ）の支点間距離Ｄ２より短い（Ｄ１＜Ｄ２）。
【００７６】
図９（Ａ）及び図９（Ｂ）に示すように、支点間距離Ｄを長くすると、支点間距離Ｄが短いときよりも偏心軸部１５ｂの軸心Ｐ1が上方に位置する。そうすると、吸気ロッカアーム１６の第１アーム１６ａ（軸心Ｐ５）と、第２アーム１６ｂ（軸心Ｐ６）とが下方に位置することになる。
【００７７】
これにより、第２吸気リンク１７と吸気揺動カム１２のカムノーズとを連結する連結ピン５３の軸心Ｐ7が相対的に下方に押し下げられるので、吸気揺動カム１２のバルブリフタ１２５ａとの初期接触位置が、吸気揺動カム１２の基円面側からカム面側に移動する。その結果、吸気弁１２５の作動角が拡大する。
【００７８】
このように、支点間角度θを同じ角度に維持したまま支点間距離Ｄを長くすると、吸気弁１２５の作動角は拡大する。
【００７９】
このように、本実施形態による吸気リフト・作動角可変機構１は、支点間角度θと支点間距離Ｄとを変化させることによって、吸気弁１２５の作動角を変化させている。
【００８０】
図１０は、吸気リフト・作動角可変機構１によるバルブリフト特性を示した図である。
【００８１】
図１０に示すように、本実施形態による吸気リフト・作動角可変機構１によれば、作動角を最小作動角から最大作動角へと変化させていったときに、最小作動角から所定の作動角までは、従来通り作動角が大きくなるとともに吸気弁開時期（ＩＶＯ）が進角する。しかし、所定の角度から最大作動角までは、作動角を大きくしつつ吸気弁開時期を遅角させることができる。
【００８２】
これは、作動角を最小作動角から最大作動角へと変化させたときに、支点間距離Ｄが、最小作動角から中間作動角までは徐々に増加していくが、中間作動角から最大作動角までは徐々に減少していくためである。
【００８３】
つまり、作動角を最小作動角から最大作動角へと変化させると、支点間角度θが増加することによって作動角が拡大するため、吸気弁開時期が進角する。また、最小作動角から中間作動角までは、支点間距離Ｄも長くなり、これによっても作動角が拡大するため、吸気弁開時期が進角する。
【００８４】
このように、最小作動角から中間作動角までは、支点間角度θと支点間距離Ｄとが、共に増加していくため、作動角が大きくなるとともに吸気弁開時期が進角する。
【００８５】
しかし、中間作動角から最大作動角までは、支点間角度θは増加していくものの、支点間距離Ｄは短くなっていく。そのため、支点間角度θの増加によって吸気弁開時期が進角する一方で、支点間距離Ｄの減少によってその分吸気弁開時期が遅角する。
【００８６】
したがって、中間作動角から最大作動角までは、作動角を大きくしつつ吸気弁開時期を遅角させることができる。そして、吸気弁のリフト・作動角が拡大するときに、吸気弁のリフト作動角中心は遅角側へ移動するとともに、リフト・作動角の拡大に対するリフト作動角中心の遅角側への移動量は、リフト・作動角が所定のリフト・作動角より小さい側の範囲に比べ、リフト・作動角が所定のリフト・作動角より大きい側の範囲で増大する開時期が遅角する。このように、本実施形態による吸気リフト・作動角可変機構１は、最大作動角時に吸気弁開時期が遅角するバルブ特性となっている。
【００８７】
次に、排気リフト・作動角可変機構２の作用について図２を参照して説明する。
【００８８】
排気リフト・作動角可変機構２は図２のように構成され、駆動軸１１がクランク軸１１４に連動して回転すると、第１排気偏心カム２３及びその外周に回転自在に嵌合している第１排気リンク２４を介して、排気ロッカアーム２７が第２排気偏心カム２６の中心Ｐ9を揺動支点として揺動する。排気ロッカアーム２７の揺動は、第２排気リンク２８を介して排気揺動カム２２へ伝達され、排気揺動カム２２が所定角度範囲内で揺動する。この排気揺動カム２２が揺動、すなわち上下動することで、バルブリフタ１２６ａが押圧され、排気弁１２６が下方にリフトする。
【００８９】
ここで、第２制御軸回転アクチュエータ２９によって、第２制御軸２５を所定の回転角度範囲内で回転させると、排気ロッカアーム２７の揺動支点となる第２排気偏心カム２６の中心Ｐ9も回転変位する。
【００９０】
そうすると、軸心Ｐ１１の位置が変位して第２排気リンク２８の姿勢が変化し、排気揺動カム２２のカムノーズが上方に引き上げられ、又は引き下げられる。そのため、排気揺動カム２２の初期揺動位置が変位し、排気揺動カム２２とバルブリフタ１２６ａとの初期接触位置が変位する。これにより、クランク軸一回転当たりの排気揺動カム２２の揺動角は常に一定なので、排気弁１２６の最大リフト量（作動角）が変化する。
【００９１】
また、排気リフト・作動角可変機構２の場合は、第２制御軸２５を回転させて軸心Ｐ11の位置を変位させることで、単純に排気揺動カム２２のカムノーズを連続的に引き上げ、又は引き下げていくだけなので、排気弁１２６のリフト量が変化しても、リフト中心角は変化しない。
【００９２】
図１１は、低回転低負荷で運転しているときと、そこから急加速がされたときに求められる吸気弁１２５及び排気弁１２６のバルブリフト特性を示した図である。図１１（Ａ）は、低回転低負荷で運転しているときのバルブリフト特性を示す。図１１（Ｂ）は、低回転全負荷で運転しているとき、すなわち、低回転低負荷で運転していたときにアクセルペダルが踏み込まれ、急加速しているときのバルブリフト特性を示す。
【００９３】
図１１（Ａ）に示すように、低回転低負荷で運転しているときは、吸気弁１２５のリフト作動角を小さくして吸入空気量を絞る必要がある。そして、排気弁１２６のリフト作動角を大きくして吸気弁１２５とのバルブオーバーラップを拡大し、内部還流による燃費の向上を図ることが望ましい。
【００９４】
一方で、図１１（Ｂ）に示すように、低回転全負荷で運転しているときは、出力の向上を図るために吸気弁１２５のリフト作動角を拡大する必要があるとともに、内部還流を停止するために排気弁１２６のリフト作動角をやや縮小する必要がある。
【００９５】
ここで、本実施形態による可変動弁機構１０によれば、吸気弁１２５のバルブリフト特性として、リフト作動角を拡大させたときに、吸気弁開時期はほとんど変化させず、吸気弁閉時期のみを遅角させることができる。一方で、排気弁１２６のバルブリフト特性として、リフト中心角を一定に維持したままリフト作動角を拡大又は縮小することができる。そのため、本実施形態による可変動弁機構１０によれば、位相制御を実施しなくとも、第１制御軸回転アクチュエータ１８及び第２制御軸回転アクチュエータ２９を制御するだけで、低回転低負荷時及び低回転全負荷時において、図１１に示すよう最適なバルブタイミングを実現できる。
【００９６】
図１２は、全負荷で運転しているときに、エンジン回転速度が低回転から高回転に移行したときに求められる吸気弁１２５及び排気弁１２６のバルブリフト特性を示した図である。図１２（Ａ）は、低回転全負荷で運転しているときのバルブリフト特性を示す。図１２（Ｂ）は、高回転全負荷のときのバルブリフト特性を示す。
【００９７】
図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）に示すように、低回転全負荷運転から高回転全負荷運転に移行したときは、出力の向上を図るために吸気弁１２５のリフト・作動角を拡大して吸入空気量を増やす必要がある。また、排気弁１２６のリフト・作動角を拡大して吸気弁１２５とのバルブオーバーラップを設定し、高速時のガス交換に最適なバルブタイミングにする必要がある。
【００９８】
本実施形態による可変動弁機構１０によれば、位相制御を実施しなくとも、第１制御軸回転アクチュエータ１８及び第２制御軸回転アクチュエータ２９を制御するだけで、低回転低負荷時及び低回転全負荷時において、図１２に示すよう最適なバルブタイミングを実現できる。
【００９９】
以上説明した本実施形態によれば、ベルトやチェーンを介してクランク軸１１４によって駆動される軸を駆動軸１１のみとした。これにより、吸気カム軸と、排気カム軸の２本をクランク軸１１４によって駆動する従来例と比べて、シリンダヘッド１２０の小型化を図ることができる。
【０１００】
また、位相制御を実施しなくても、吸気弁１２５及び排気弁１２６のリフト・作動角を独立に制御するだけで、低回転低負荷運転から急加速したときや、低回転全負荷運転から高回転全負荷運転に移行したときにおいて、運転状態に応じた最適なバルブタイミングを実現できる。そのため、油圧制御のため応答性の遅い位相制御を実施する場合よりも制御応答性が向上するので、エンジン１００のレスポンスを向上させることができる。
【０１０１】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について、図１３及び図１４を参照して説明する。本発明の第２実施形態は、吸気弁１２５のリフト・作動角を拡大させたときにリフト中心角が変化しない点で、第１実施形態と相違する。以下、その相違点について説明する。なお、前述した第１実施形態と同様の機能を果たす部分には、同一の符号を用いて重複する説明を適宜省略する。
【０１０２】
図１３は、本発明の第２実施形態による可変動弁機構１０の斜視図である。図１４は、本発明の第２実施形態による可変動弁機構１０を駆動軸方向から見たときの図である。
【０１０３】
図１３及び図１４に示すように、本実施形態による可変動弁機構１０の吸気リフト・作動角可変機構１は、第１制御軸１５がクランク状ではなく棒状となっている点で第１実施形態と相違する。また、第１制御軸１５に偏心カム１５１が一体形成され、この偏心カム１５１に吸気ロッカアーム１６が回転自在に設けられている点で第１実施形態と相違する。さらに、吸気ロッカアーム１６の第１アーム１６ａと第２アーム１６ｂとが、軸方向と垂直に左右に延びている点で第１実施形態と相違する。
【０１０４】
このような構成とすることで、第１制御軸１５を回転させて軸心Ｐ1の位置を変位させることで、単純に吸気揺動カム１２のカムノーズが連続的に引き上げられ、又は引き下げられるだけなので、吸気弁１２５のリフト量及び作動角が変化しても、リフト中心角は変化しない。
【０１０５】
図１５は、本実施形態による可変動弁機構１０によって実現できるバルブタイミング特性を示した図である。図１５（Ａ）は、低回転低負荷で運転しているときのバルブタイミング特性である。図１５（Ｂ）は、低回転低負荷運転から急加速されたとき（低回転全負荷）のバルブタイミング特性である。図１５（Ｃ）は、冷機時のバルブタイミング特性である。
【０１０６】
図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）に示すように、本実施形態の吸気リフト・作動角可変機構１は、リフト・作動角を変化させてもリフト中心角は変化しない。そのため、低回転低負荷時には吸入空気量を絞るために小作動角にする必要があり、吸気弁開時期が上死点よりも遅角側となる。そこで、排気弁１２６のリフト作動角を拡大して排気弁閉時期を吸気弁開時期よりも遅角させる。これにより、内部還流を実施して燃費を向上できる。
【０１０７】
また、急加速時には、吸気弁１２５のリフト作動角を拡大して出力の向上を図るとともに、内部還流を停止するために排気弁１２６のリフト作動角を縮小させる。
【０１０８】
図１５（Ｃ）に示すように、冷機時は、燃焼効率が悪く、フリクションも大きくなるため吸気弁１２５のリフト・作動角を拡大させるとともに、内部還流量を減少させるため位相可変機構４による位相制御を実施して排気弁閉時期が上死点近傍となるようにバルブタイミングを制御する。
【０１０９】
以上説明した本実施形態によれば、第１実施形態と同様に、ベルトやチェーンを介してクランク軸１１４によって駆動される軸を駆動軸１１のみとしたので、シリンダヘッド１２０の小型化を図ることができる。
【０１１０】
なお、本発明は上記の実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【０１１１】
例えば、上記各実施形態で説明した吸気リフト・作動角可変機構１を排気側に設け、排気リフト・作動角可変機構２を吸気側に設けても良い。
【０１１２】
また、第２制御軸２５をクランク状としても良い。
【符号の説明】
【０１１３】
１０    可変動弁機構（可変動弁装置）
１１    駆動軸
１２    吸気揺動カム（第１揺動カム）
１３    吸気偏心カム（第１偏心カム）
１４    第１吸気リンク（第１リンク）
１５    第１制御軸
１６    吸気ロッカアーム（第１ロッカアーム）
１７    第２吸気リンク（第２リンク）
１８    第１制御軸回転アクチュエータ（第１アクチュエータ）
２１    支持軸
２２    排気揺動カム（第２揺動カム）
２３    第１排気偏心カム（第２偏心カム）
２４    第１排気リンク（第３リンク）
２５    第２制御軸
２７    排気ロッカアーム（第２ロッカアーム）
２８    第２排気リンク（第４リンク）
２９    第２制御軸回転アクチュエータ（第２アクチュエータ）
１００    エンジン（内燃機関）
１１４    クランク軸
【図１】
2010209893.tif 000003
【図２】
2010209893.tif 000004
【図３】
2010209893.tif 000005
【図４】
2010209893.tif 000006
【図５】
2010209893.tif 000007
【図６】
2010209893.tif 000008
【図７】
2010209893.tif 000009
【図８】
2010209893.tif 000010
【図９】
2010209893.tif 000011
【図１０】
2010209893.tif 000012
【図１１】
2010209893.tif 000013
【図１２】
2010209893.tif 000014
【図１３】
2010209893.tif 000015
【図１４】
2010209893.tif 000016
【図１５】
2010209893.tif 000017