(57)【要約】【課題】ポンピングロスの低減を図りながら出力性能を確保でき且つ十分な耐久性を確保可能な内燃機関の可変動弁装置を提供する。【解決手段】クランク軸の回転によって駆動され、吸気行程で吸気弁の開閉を行うカムと、内燃機関の運転状態に応じてカムによる吸気弁の開弁量を変更する開弁量変更手段とを備え、開弁量変更手段は、内燃機関の出力上昇に応じて吸気弁の開弁量を増大させ、機関回転速度が最高出力機関回転速度Ｎｅ１となるときに開弁量を最大とし、機関回転速度が該最高出力機関回転速度Ｎｅ１を越えると開弁量を徐々に減少させて出力を低下させるようにする（破線）。【選択図】　　　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室に流入する空気の連通及び遮断を行う吸気弁と、前記燃焼室から排出される排気の連通及び遮断を行う排気弁とを備え、少なくとも前記吸気弁の弁開閉度合いを可変制御可能な内燃機関の可変動弁装置において、
クランク軸の回転によって駆動され、吸気行程で前記吸気弁の開閉を行うカムと、
内燃機関の運転状態に応じて前記カムによる前記吸気弁の開弁量を変更する開弁量変更手段とを備え、
前記開弁量変更手段は、内燃機関の出力上昇に応じて前記吸気弁の開弁量を増大させ、機関回転速度が最高出力機関回転速度となるときに前記開弁量を最大とし、機関回転速度が該最高出力機関回転速度を越えると前記開弁量を徐々に減少させることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
【請求項２】
前記カムは、クランク軸の回転によって周期的に揺動して前記吸気弁の開閉を行う揺動カムであって、
前記開弁量変更手段は、内燃機関の運転状態に応じて前記揺動カムの揺動支点の位置を変更することにより前記吸気弁の開弁量を変更することを特徴とする、請求項１記載の内燃機関の可変動弁装置。
【請求項３】
前記カムは、前記吸気弁の開弁初期から開弁量が大きくなるようカムプロフィールが設定されていることを特徴とする、請求項１または２記載の内燃機関の可変動弁装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の可変動弁装置に係り、詳しくは、内燃機関の運転状態に応じて吸気弁の開弁量（バルブリフト）を変更する技術に関する。
【０００２】
【関連する背景技術】
内燃機関のうち例えばガソリンエンジンでは、吸気通路に設けられたスロットル弁によって吸入空気量を制御していることや吸気弁の開弁量（バルブリフト）に制限があることから、吸気弁を開弁して吸気を行う際において燃焼室内が負圧となりポンピングロスが大きく発生するという問題がある。そして、この問題は、エンジン回転速度が大きくなるほど顕著である。
【０００３】
また、下記特許文献１には、低速低負荷域でバルブリフト量を小さくするとともに、高速高負荷でバルブリフト量を大きくする点が開示されている。
また、最近では、スロットル弁を廃止して吸気弁の開度変更によって吸入吸気量を調節する技術も開発されており、これにより、ポンピングロスの大幅な低減が図られている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−１０７７２５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記特許文献１のように吸気弁の開弁度合いを変更する場合、エンジン低回転時には吸気弁のバルブリフトが小さく或いは開弁期間が短く設定されることになるが、この際、ポンピングロスを極力少なくするためには、吸気弁のバルブリフトをできるだけ大きく設定するのがよい。これを実現するためには、吸気弁の最大バルブリフト時におけるバルブリフトカーブが太るよう、換言すれば、バルブリフトの立ち上がりと立ち下がりとを共に急にすることによって、最大バルブリフト時のバルブリフト加速度を大きく設定するのがよい。
【０００６】
しかしながら、バルブリフト加速度を大きくすると、高回転時において動弁装置の各部にかかる負荷が大きくなり、一般には出力性能を確保すべくエンジンが最高出力を発揮するエンジン回転速度のときにバルブリフトが最大、即ちバルブリフト加速度が最大に到達するように吸気弁を可変制御しているため、エンジン回転速度が当該最高出力エンジン回転速度以上になると、バルブリフト加速度が極めて大きくなり、動弁装置の各部にかかる負荷が過大となるという問題がある。
【０００７】
このように動弁装置の各部にかかる負荷が過大になると、エンジンの劣化が早まり、耐久性に劣ることになり好ましいことではない。
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、ポンピングロスの低減を図りながら出力性能を確保でき且つ十分な耐久性を確保可能な内燃機関の可変動弁装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、請求項１の内燃機関の可変動弁装置では、燃焼室に流入する空気の連通及び遮断を行う吸気弁と、前記燃焼室から排出される排気の連通及び遮断を行う排気弁とを備え、少なくとも前記吸気弁の弁開閉度合いを可変制御可能な内燃機関の可変動弁装置において、クランク軸の回転によって駆動され、吸気行程で前記吸気弁の開閉を行うカムと、内燃機関の運転状態に応じて前記カムによる前記吸気弁の開弁量を変更する開弁量変更手段とを備え、前記開弁量変更手段は、内燃機関の出力上昇に応じて前記吸気弁の開弁量を増大させ、機関回転速度が最高出力機関回転速度となるときに前記開弁量を最大とし、機関回転速度が該最高出力機関回転速度を越えると前記開弁量を徐々に減少させることを特徴としている。
【０００９】
即ち、開弁量変更手段により、全負荷状態においては内燃機関の回転上昇に応じて吸気弁の開弁量が増大することになるが、機関回転速度が最高出力機関回転速度となるときに開弁量が最大とされ、機関回転速度が最高出力機関回転速度を越えると開弁量は徐々に減少させられる。
従って、最高出力機関回転速度となるときに開弁量（バルブリフト）を最大として出力性能を確保できるとともに、最高出力機関回転速度以上の領域において開弁量（バルブリフト）を徐々に減少させることにより、動弁装置の各部にかかる負荷が過大となることが防止され、内燃機関の耐久性が確保される。
【００１０】
また、請求項２の内燃機関の可変動弁装置では、前記カムは、クランク軸の回転によって周期的に揺動して前記吸気弁の開閉を行う揺動カムであって、前記開弁量変更手段は、内燃機関の運転状態に応じて前記揺動カムの揺動支点の位置を変更することにより前記吸気弁の開弁量を変更することを特徴としている。
従って、簡単な構成にして吸気弁の開弁量（バルブリフト）が容易にして確実に変更可能とされる。
【００１１】
また、請求項３の内燃機関の可変動弁装置では、前記カムは、前記吸気弁の開弁初期から開弁量が大きくなるようカムプロフィールが設定されていることを特徴としている。
従って、吸気弁の開弁量（バルブリフト）が開弁初期から大きくなり、故に吸入空気量が増大することになり、ポンピングロスがさらに低減されるとともに出力性能がさらに向上する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１を参照すると、車両に搭載された本発明に係る内燃機関の可変動弁装置の概略構成図が示されており、以下同図に基づいて本発明に係る可変動弁装置の構成を説明する。
【００１３】
エンジン（内燃機関）としては、火花点火式ガソリンエンジンが採用され、各気筒のシリンダ１０内にはピストン１２が嵌装されている。
エンジンのシリンダヘッドには、燃焼室１３と吸気ポート１４との連通及び遮断を行う吸気バルブ１５と、燃焼室１３と排気ポート１６との連通及び遮断を行う排気バルブ１７とが各気筒毎にそれぞれ設けられており、これら吸気バルブ１５と排気バルブ１７とは動弁装置２０によって開閉作動させられる。
【００１４】
同図に示すように、動弁装置２０は、エンジン回転に同期してカムシャフト２２とカムシャフト２６とが回転すると、カムシャフト２２に形成されたカム２４が吸気バルブ１５の頭部を押圧して吸気バルブ１５を開閉弁し、カムシャフト２６に形成されたカム２８が排気バルブ１７の頭部を押圧して排気バルブ１７を開閉弁するように構成されている。
【００１５】
詳しくは、吸気バルブ１５とカムシャフト２２との間には、ロッカアーム３０と揺動カム４０とが介装されており、当該動弁装置２０は、カムシャフト２２が回転すると、カム２４がローラ４４を介して揺動カム４０の揺動カム面４２を揺動支点４１回りに揺動させ、当該揺動カム面４２がローラ３２を介してロッカアーム３０を支点３１回りに揺動させることで、吸気バルブ１５の頭部を押圧し吸気バルブ１５の開閉を行うよう構成されている。
【００１６】
また、揺動カム４０の揺動支点４１周りにはローラ４５が外嵌されており、当該ローラ４５と偏心ローラ５２とが当接するようにして偏心ローラユニット（開弁量変更手段）５０が設けられている。偏心ローラユニット５０は、シャフト５４周りに偏心して偏心ローラ５２が設けられ、さらに、シャフト５４をウォームギヤ６２を介してステップモータ６０により回転可能に構成されている。つまり、偏心ローラユニット５０は、ステップモータ６０によってウォームギヤ６２が回転すると、シャフト５４とともに偏心ローラ５２が回転し、当該偏心ローラ５２が揺動カム４０のローラ４５を押圧して揺動支点４１を偏倚させるように構成されている。
【００１７】
揺動支点４１が偏倚すると、揺動カム４０の揺動カム面４２とロッカアーム３０のローラ３２との当接状態が変化して吸気バルブ１５の頭部の押圧の度合いが変化することになり、これにより吸気バルブ１５のバルブリフト（開弁量）が変化する。
また、シリンダヘッドには燃焼室１３に臨んで点火プラグ７０が設けられており、点火プラグ７０は点火コイル７２に接続されている。
【００１８】
また、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ等）、ＣＰＵ等を備えたＥＣＵ（電子コントロールユニット）８０が設けられており、このＥＣＵ８０により、エンジンを含めた可変動弁装置の総合的な制御が行われる。
ＥＣＵ８０の入力側には、クランク角センサ８２等の各種センサ類が接続されており、これらセンサ類からの検出情報が入力する。なお、クランク角センサ８２からのクランク角情報に基づいてエンジン回転速度Ｎｅが算出される。
【００１９】
一方、ＥＣＵ８０の出力側には、上述のステップモータ６０、点火コイル７２等の各種出力デバイスが接続されている。
以下、このように構成された可変動弁装置の作用について説明する。
本発明に係る可変動弁装置では、スロットルバルブの代わりに吸気バルブ１５によって吸入空気量を調節するようにしており、これにより特に低負荷時におけるポンピングロスの低減が図られている。即ち、可変動弁装置では、低負荷でエンジン出力が小さく、エンジン回転速度Ｎｅが低いときにはバルブリフトを小さく設定し、エンジン出力、即ちエンジン回転速度Ｎｅの上昇に伴い、ステップモータ６０を作動させ偏心ローラユニット５０をさせてバルブリフトを大きくするようにしている。つまり、図２を参照すると、高出力時のバルブリフト（ａ）と低出力時のバルブリフト（ｂ）とが示されているが、このように低出力時にはバルブリフトを小さくして吸入空気量を少なくし、高出力時にはバルブリフトを大きくして吸入空気量を増大させるようにし、エンジンの最高出力時においてバルブリフトが最大となるようにしている。
【００２０】
また、当該可変動弁装置では、吸気バルブ１５の開弁初期から吸入空気量が極力多くなるように揺動カム４０の揺動カム面４２のカムプロフィールが設定されている。つまり、図２中には一般的なカムプロフィールの場合のバルブリフトが併せて破線で示されているが、当該可変動弁装置では、吸気バルブ１５のバルブリフトカーブが太るように揺動カム面４２のカムプロフィールが設定されている。即ち、図２（ａ）を参照すると、バルブリフト加速度が一点鎖線で併せて示されているが、このように、吸気バルブ１５は開弁初期からバルブリフト加速度が比較的大きくなるように設定されている。
【００２１】
これにより、図２（ａ）に示すように、高出力時のバルブリフトが全体として大きくなり吸入空気量が増加し、エンジンの出力性能が向上する。また、図２（ｂ）に示すように、低リフト制御時においても、バルブリフト量が大きくなり、ポンピングロスがさらに低減される。
ところで、このように吸気バルブ１５のバルブリフトカーブが太るように揺動カム面４２のカムプロフィールを設定し、吸入空気量が極力多くなるようにバルブリフト加速度を大きくすると、動弁装置の各部にかかる負荷はエンジン回転速度Ｎｅの上昇に応じて増加するため、エンジン出力が最高出力に達した後、即ちエンジン回転速度Ｎｅが最高出力エンジン回転速度Ｎｅ１を越えた後においても引き続き増加し続けることになり、当該動弁装置の各部にかかる負荷が極めて大きくなる可能性がある。
【００２２】
そこで、本発明に係る動弁装置では、エンジン出力が最高出力に達した後、即ちエンジン回転速度Ｎｅが最高出力エンジン回転速度Ｎｅ１を越えた後には、偏心ローラユニット５０を逆転させてバルブリフトを徐々に低下させるようにし、バルブリフト加速度が低下するようにしている。つまり、図３を参照すると、エンジン回転速度Ｎｅとエンジン出力との関係が示されているが、同図に示すように、エンジン回転速度Ｎｅが最高出力エンジン回転速度Ｎｅ１を越えた後には、バルブリフトを徐々に低下させて吸入吸気量を低減させ、点線で示すようにエンジン出力を低下させるようにしている。なお、エンジン回転速度Ｎｅが最高出力エンジン回転速度Ｎｅ１に達した後は通常使用する回転領域ではないため（所謂レッドゾーン）、エンジン出力が低下しても何ら問題はない。
【００２３】
これにより、動弁装置の各部にかかる負荷が極めて大きくなることが防止され、エンジンの耐久性が確保される。
このように、本発明の動弁装置では、吸気バルブ１５によって吸入空気量を調節するようにし、吸気バルブ１５のバルブリフトカーブを太らせて全体として吸入空気量を増大させるようにするとともに最高出力時においてバルブリフトが最大となるようにし、さらに、エンジン回転速度Ｎｅが最高出力エンジン回転速度Ｎｅ１を越えた後にはバルブリフトを徐々に低下させるようにしている。
【００２４】
従って、ポンピングロスの低減を図り且つエンジンの出力性能を確保しながら、エンジン回転速度Ｎｅが最高出力エンジン回転速度Ｎｅ１を越えた後のバルブリフト加速度のさらなる増大を防止して動弁装置の各部にかかる負荷の過大を防止でき、エンジンの耐久性を確保することが可能である。
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
【００２５】
例えば、上記実施形態では、開弁量変更手段の一例として揺動カム４０の揺動支点４１を偏倚させる場合を示したが、開弁量変更手段はこれに限られるものではなく、揺動カムの揺動量或いは揺動範囲を変更するようなものであってもよいし、回転式のカムを切換える一般的な方式のものであっても本発明を十分適用可能である。
【００２６】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明の請求項１の内燃機関の可変動弁装置によれば、内燃機関の出力上昇に応じて吸気弁の開弁量を増大させ、最高出力機関回転速度以上の領域では開弁量（バルブリフト）を徐々に減少させるようにしたので、ポンピングロスの低減を図り且つ出力性能を確保しながら、動弁装置の各部にかかる負荷のさらなる増大を防止でき、内燃機関の耐久性を確保することができる。
【００２７】
また、請求項２の内燃機関の可変動弁装置によれば、揺動カムの揺動支点の位置を変更して吸気弁の開弁量を変更するようにしたので、簡単な構成にして吸気弁の開弁量（バルブリフト）を容易にして確実に変更することができる。
また、請求項３の内燃機関の可変動弁装置によれば、開弁初期から開弁量が大きくなるよう吸気弁のカムプロフィールを設定するようにしたので、吸気弁の開弁量（バルブリフト）を開弁初期から大きくして吸入空気量を増大させるようにでき、ポンピングロスをさらに低減でき、出力性能をさらに向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】車両に搭載された本発明に係る内燃機関の可変動弁装置の概略構成図である。
【図２】高出力時のバルブリフト（ａ）と低出力時のバルブリフト（ｂ）とを示す図である。
【図３】エンジン回転速度Ｎｅとエンジン出力との関係を示す図であって、本発明の作用効果を説明する図である。
【符号の説明】
１５　吸気バルブ
２０　動弁装置
３０　ロッカアーム
４０　揺動カム
４１　揺動支点
４２　揺動カム面
５０　偏心ローラユニット（開弁量変更手段）
８０　ＥＣＵ（電子コントロールユニット）
８２　クランク角センサ
【図１】
2004100649.tif 000003
【図２】
2004100649.tif 000004
【図３】
2004100649.tif 000005