(57)【要約】【課題】簡易な構造、制御で吸気バルブとピストンとの干渉を規制する。【解決手段】吸気カム２ａのクランクシャフト７に対する位相を可変するカム軸位相可変機構１１と、吸気バルブ８の開弁時期より閉弁時期を大きく変化させて、吸気バルブ８のリフト量と開弁期間とを一義的に連続可変する可変バルブリフト機構１２と、カム軸位相可変機構１１により位相を最進角位置に制御し、かつ可変バルブリフト機構１２によりリフト量を最大値に制御している状態で、吸気バルブ８がエンジン１のピストン４５に干渉しないように設定する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気カムのクランクシャフトに対する位相を可変するカム軸位相可変機構と、
前記吸気バルブの開弁時期より閉弁時期を大きく変化させて、前記吸気バルブのリフト量と開弁期間とを一義的に連続可変する可変バルブリフト機構とを備え、
前記カム軸位相可変機構により前記位相を最進角位置に制御し、かつ前記可変バルブリフト機構により前記リフト量を最大値に制御している状態で、前記吸気バルブが前記内燃機関のピストンに干渉しないように設定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】
前記可変バルブリフト機構は、
前記カム軸位相可変機構により前記位相を最進角位置に制御し、かつ前記可変バルブリフト機構により前記リフト量を最大値に制御している状態での上死点におけるリフト量を超えないように前記吸気バルブのリフト量と開弁期間とを一義的に設定す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】
前記カム軸位相可変機構は油圧アクチュエータにより作動される一方、
前記可変バルブリフト機構は電動アクチュエータにより作動されることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の可変動弁装置。
【請求項４】
前記カム軸位相可変機構に設けられ、前記吸気カムの位相を進角側に保持する保持手段を更に備えたことを特徴とする請求項１から３の何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、内燃機関の吸気バルブのリフト量及び開閉時期を変更可能な可変動弁装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、内燃機関（エンジン）の吸排気バルブのリフト量を変化させる可変バルブリフト機構、吸排気バルブの開閉時期（位相）を変化させる可変バルブタイミング機構が知られている。そして、近年では、燃費や出力性能を更に向上させるために、これらの可変バルブリフト機構及び可変バルブタイミング機構の両方を備えたエンジンが増加している。
【０００３】
このように可変バルブリフト機構及び可変バルブタイミング機構を備えたエンジンでは、単にこれらの機構を組み合わせただけでは、リフト量や開閉時期を大きく変化させたときに、上死点付近で吸排気バルブとピストンとが干渉する虞がある。
そこで、吸排気バルブとピストンとが干渉しないように、可変バルブリフト機構や可変バルブタイミング機構の作動規制を行う技術が開発されている（特許文献１）。特許文献１では、可変バルブリフト機構によるリフト量の変化を規制する規制手段と、可変バルブタイミング機構による開閉時期の変化を規制する規制手段を備え、リフト量に応じて開閉時期を規制したり、開閉時期に応じてリフト量を規制したりする。
【特許文献１】特開２００８−１１５７７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に記載の技術では、可変バルブタイミング機構及び可変バルブリフト機構の両方に新たに規制手段を設けなければならず構造が複雑化するとともに、開閉時期に応じて連続的にリフト量を大きく確保しようとすると、可変バルブタイミング機構及び可変バルブリフト機構とを協調して規制制御する必要があり、制御が複雑化してしまうといった問題点がある。
【０００５】
本発明の目的は、可変バルブタイミング機構及び可変バルブリフト機構を備えた内燃機関において、簡易な構造、制御で吸気バルブとピストンとの干渉を規制できる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】
【０００６】
上記目的を達成するため、請求項１の発明は、内燃機関の吸気カムのクランクシャフトに対する位相を可変するカム軸位相可変機構と、吸気バルブの開弁時期より閉弁時期を大きく変化させて、吸気バルブのリフト量と開弁期間とを一義的に連続可変する可変バルブリフト機構とを備え、カム軸位相可変機構により位相を最進角位置に制御し、かつ可変バルブリフト機構によりリフト量を最大値に制御している状態で、吸気バルブが内燃機関のピストンに干渉しないように設定することを特徴とする。
【０００７】
また、請求項２の発明は、請求項１において、可変バルブリフト機構は、カム軸位相可変機構により位相を最進角位置に制御し、かつ可変バルブリフト機構によりリフト量を最大値に制御している状態での上死点におけるリフト量を超えないように吸気バルブのリフト量と開弁期間とを一義的に設定することを特徴とする。
また請求項３の発明は、請求項１または２において、カム軸位相可変機構は油圧アクチュエータにより作動される一方、可変バルブリフト機構は電動アクチュエータにより作動されることを特徴とする。
【０００８】
また、請求項４の発明は、請求項１から３の何れかにおいて、カム軸位相可変機構に設けられ、吸気カムの位相を進角側に保持する保持手段を更に備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の請求項１の内燃機関の可変動弁装置によれば、可変バルブリフト機構は、開弁時期を大きく変動させずにリフト量を変化させるので、カム軸位相可変機構による位相の最進角位置を設定するだけでピストンと吸排気バルブとの干渉が回避可能となる。したがって、可変バルブリフト機構に規制手段を設ける必要がなく、可変バルブリフト機構とカム軸位相可変機構とを協調して規制する必要もないので、可変バルブリフト機構及びカム軸位相可変機構の両方を備えたエンジンにおいて、簡易な構造、制御により吸気バルブとピストンとの干渉を防止することができる。
【００１０】
また、カム軸位相可変機構の最進角位置においても、可変バルブリフト機構が作動可能であり、閉弁期間を変化させることができるので、燃費を改善することができる。
本発明の請求項２の内燃機関の可変動弁装置によれば、可変バルブリフト機構の吸気バルブのリフト量と開弁期間の設定は、カム軸位相可変機構による最進角制御と可変バルブリフト機構によるリフト量の最大値制御との状態における上死点でのリフト量を基準にして設定することにより、可変バルブリフト機構にて吸気バルブの開弁時期が進角したとしてもピストンとの干渉を防止することができる。
【００１１】
本発明の請求項３の内燃機関の可変動弁装置によれば、可変バルブリフト機構は電動アクチュエータにより作動するので、冷態始動時のように油温が低下している場合や、低回転時のように油圧が十分に上昇していない場合でもリフト量を正確に制御可能である。したがって、低温、低回転時においても燃費の改善を図ることができる。
また、バルブのリフト量は空気量に大きく関係するため、可変バルブリフト機構には非常に高い可変応答性が必要であり、電動アクチュエータ化が適している。
【００１２】
本発明の請求項４の内燃機関の可変動弁装置によれば、低回転時のように油圧が低下した場合でも、保持手段によって吸気バルブの位相が進角側に付勢されるので、可変バルブリフト機構によりバルブリフト量と吸気バルブの閉弁時期を変化させることで燃費の改善を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
図１は本実施形態の可変動弁装置を備えたエンジン１の概略構成図である。
本実施形態のエンジン１は、ＤＯＨＣ式の動弁機構を有している。エンジン１の吸気カムシャフト２及び排気カムシャフト３の前端には、夫々タイミングプーリ４、５が接続され、これらのタイミングプーリ４、５はタイミングベルト６を介してクランクシャフト７に連結されている。クランクシャフト７の回転に伴ってタイミングプーリ４、５と共に吸気シャフト２及び排気カムシャフト３が回転駆動され、この吸気カムシャフト２に備えられた吸気カム２ａにより吸気バルブ８が、排気カムシャフト３に備えられた排気カム３ａより排気バルブ９が開閉駆動される。
【００１４】
吸気バルブ８を駆動する動弁機構に本実施形態の可変動弁装置が採用されている。可変動弁装置は、後述するカム軸位相可変機構１１及び可変バルブリフト機構１２を備えている。
図２は、カム軸位相可変機構構８の内部構造図である。以下、図１と合わせて、カム軸位相可変機構構８について説明する。
【００１５】
カム軸位相可変機構１１は、吸気カムシャフト２と吸気側のタイミングプーリ４との間に設けられており、例えば特開２０００−２７６０９号公報や特許第３８４６６０５号公報に記載されているようなベーン式カム軸位相可変機構が採用される。
図２に示すように、カム軸位相可変機構１１は、タイミングプーリ４に設けたハウジング１３内にベーンロータ１４を回動可能に設け、そのベーンロータ１４に吸気カムシャフト２を連結して構成されている。
【００１６】
カム軸位相可変機構構１１には、吸気カムシャフト２内に形成された油路を介してオイルコントロールバルブ（以下、ＯＣＶという）１５が接続され、エンジン１のオイルポンプ１６から供給される作動油を、ＯＣＶ１５の切換に応じてベーンロータ１４とハウジング１３との間に形成された油室１７に供給してベーンロータ１４を回動させることで、タイミングプーリ４に対する吸気カムシャフト２の位相角、即ち、吸気バルブ８の開閉時期を連続的に調整可能となっている。
【００１７】
また、カム軸位相可変機構１１は、ロックピン１８と、スプリング１９（付勢手段）を備えている。ロックピン１８は、ベーンロータ１４に設けられた嵌合孔２０に挿入してベーンロータ１４の回動を規制する機能を有しており、ベーンロータ１４の最進角位置を設定する。スプリング１９は、ハウジング１３とベーンロータ１４との間に設けられ、ベーンロータ１４を進角方向に付勢する。
【００１８】
図３は、可変バルブリフト機構１２の該略構造図である。以下、図１と合わせて、可変バルブリフト機構１２の構造について説明する。
可変バルブリフト機構１２の構造は、例えば特開２００５−２９９５３６号公報に記載されており、詳細な構造については省略するが、図３に示すように、吸気カムシャフト２と吸気バルブ８を駆動するロッカアーム３０との他にセンタロッカアーム３１及びスイングカム３２が設けられている。そして、吸気カムシャフト２の回転駆動によりロッカアーム３０を上下動する際に、電動モータ３３によりロッカシャフト３４を駆動してセンタロッカアーム３１の支点位置を移動させることで、吸気バルブ８の最大リフト量を変化させることができるとともに、最大リフト量と最小リフト量まで、開弁時期を略一定に保ちながらリフト量の減少に伴って閉弁時期を進角させる。即ち、可変バルブリフト機構１２は、吸気カムシャフト２及びロッカアーム３０に、センタロッカアーム３１、スイングカム３２を組み合わせた単一の機構であって、吸気バルブ８のリフト量と開弁期間とを一義的に連続可変する機能を有する。
【００１９】
ＥＣＵ４０は、図示しない入出力装置、ＲＯＭ，ＲＡＭ等の記憶装置、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等を備ており、エンジン１の総合的な制御を行う。
ＥＣＵ４０の入力側には、クランク角を検出するクランク角センサ４１、図示しないスロットルバルブの開度を検出するスロットルセンサ４２等の各種センサが接続されている。又、ＥＣＵ４０の出力側には、上記ＯＣＶ１５、電動モータ３３の他に、燃料噴射弁４３、点火プラグ４４等が接続されている。ＥＣＵ４０は、各センサからの検出情報に基づいて点火時期及び燃料噴射量等を決定し、点火プラグ４４や燃料噴射弁４３を駆動制御する。又、予め設定されたマップに従って、エンジン回転速度及びスロットル開度から吸気バルブ８のリフト量及び目標位相角を算出し、電動モータ３３及びＯＣＶ１５を駆動して実際のリフト量及び位相角が目標値となるように制御する。
【００２０】
図４は、吸気バルブ８のリフト量及びリフトタイミングを示すグラフである。図中には、更にエンジン１のピストン４５上端の軌跡が記されている。
可変バルブリフト機構１２は、前述のように、吸気バルブ８の開弁期間と位相とを一義的に連続可変する特性を有しており、図４中のａ−ｂ−ｃに示すように、リフト量低下に伴って開弁期間が減少する。この吸気バルブ８の開弁期間は、開弁時期を略一定とした上で閉弁時期が変更することで増減する。
【００２１】
一方、カム軸位相可変機構１１は、図４中のａ−Ａに示すように、リフト量及び開弁期間はそのままに、開弁時期及び閉弁時期をスライドする形で、位相を可変制御する。
また、カム軸位相可変機構１１に備えられたロックピン１８は、吸気バルブ８の開弁時期の最進角を保持する（保持手段）。特に吸気バルブ８のリフト量が最大値に制御された場合に吸気バルブ８とピストン４５とが干渉しないように最進角位置が設定され規制される（図中ａ）。なお、規制される進角位置は、カム軸位相可変機構１１の機構上で最も進角できる位置、または機構に関係なくロックピンで保持されそれ以上進角できない位置でもよい。
したがって、本実施形態のエンジン１では、カム軸位相可変機構１１の最進角が規制されるだけで、可変バルブリフト機構１２を制御して如何にリフト量を変化させても、ピストン４５への干渉が確実に防止される。このように、本実施形態では、開弁期間と位相とを一義的に連続可変する可変バルブリフト機構１２とカム軸位相可変機構１１とを組み合わせることで、可変バルブリフト機構１２に規制手段を新たに設ける必要がなく、また可変バルブリフト機構１２における規制制御を行う必要もなく、簡易な構造及び制御で吸気バルブ８とピストン４５との干渉を防止することができる。
【００２２】
また、カム軸位相可変機構１１において進角規制が行われたとしても、可変バルブリフト機構１２によるリフト量の増減に拘わらず開弁時期が最進角位置近辺に保持されるので、燃費の低下を防止することができる。また、カム軸位相可変機構１１における進角規制が行われても、可変バルブリフト機構１２の制御によりリフト量とともに閉弁時期を変化させることができる。例えば、高負荷高回転時に吸気バルブ８の閉弁時期を遅くすることで、リフト量の増加と相まって、吸気充填効率が向上し、出力性能を向上させることができる。一方。低負荷低回転時には、閉弁時期を早くすることで、燃費性能を向上させることができる。
【００２３】
更に、可変バルブリフト機構１２は電動アクチュエータにより作動するので、冷態始動時のように油温が低下している場合や、低回転時のように油圧が十分に上昇していない場合でも、可変バルブリフト機構１２を正確に作動させることができる。したがって、低温、低回転時における燃費の改善を図ることができる。
また、エンジン出力はバルブのリフト量に大きく依存するため、バルブリフト量はアクセルに連動して動作するよう応答性が必要であり、電動化したほうが良い。
【００２４】
特に、ポンプロスを低減するために、スロットルバルブの代わりに空気量を制御するために可変バルブリフト機構を用いる場合には、可変バルブリフト機構には非常に高い可変応答性が必要であり、電動アクチュエータ化が適している。
更に、位相可変機構と協調制御すると応答性の遅い油圧アクチュエータに合わせる必要があり、スロットルバルブによる補正制御も必要となるため、ポンプロスを十分低減できずに燃費効果が低下する。また、スロットルバルブ、位相可変、リフト可変の協調制御となり、制御が難しく、燃焼変動に伴う振動や排ガス悪化も生じる。
【００２５】
また、カム軸位相可変機構１１には、進角側に付勢するスプリング１９が備えられているので、冷態始動時のように油温が低下している場合や、低回転時のように油圧が十分に上昇していない場合でも、進角側に制御できる。さらにロックピン１８が作動しない場合でも進角側に制御できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本実施形態の可変動弁装置を備えたエンジンの概略構造図である。
【図２】カム軸位相可変機構の構造図である。
【図３】可変バルブリフト機構の構造図である。
【図４】吸気バルブのリフト量及びリフトタイミングを示すグラフである。
【符号の説明】
【００２７】
１  エンジン  
８  吸気バルブ
１１  カム軸位相可変機構
１２  可変バルブリフト機構
１８  ロックピン
１９  スプリング
３３  電動モータ
４０  ＥＣＵ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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