(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気弁の作動角及びバルブリフト量の双方をバルブスプリング反力に抗して増加可能な吸気作動角変更機構と、吸気弁を駆動する吸気駆動軸又は吸気カムシャフトとクランクシャフトにより回転駆動される回転体との相対回転位相を変化させることにより、吸気弁の作動角の中心位相を変化させる吸気位相変更機構と、排気弁を駆動する排気駆動軸又は排気カムシャフトとクランクシャフトにより回転駆動される回転体との相対回転位相を変化させることにより、排気弁の作動角の中心位相を変化させる排気位相変更機構と、を有し、
中負荷域では、吸気上死点付近で吸気弁及び排気弁の双方が開弁する所定量のバルブオーバーラップが与えられ、この中負荷域から極低負荷域への移行時には、上記吸気作動角変更機構と吸気位相変更機構のうちで一方の吸気作動角変更機構を選択的に駆動し、この吸気作動角変更機構により吸気弁の作動角を減少させるとともに、排気位相変更機構により排気弁の作動角の中心位相を進角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】
上記吸気作動角変更機構と吸気位相変更機構と排気位相変更機構とが共通の油圧源からの油圧により駆動され、
かつ、上記中負荷域から極低負荷域への移行時には、排気位相変更機構側に優先的に油圧を供給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】
吸気弁の作動角及びバルブリフト量の双方をバルブスプリング反力に抗して増加可能な吸気作動角変更機構と、吸気弁を駆動する吸気駆動軸又は吸気カムシャフトとクランクシャフトにより回転駆動される回転体との相対回転位相を変化させることにより、吸気弁の作動角の中心位相を変化させる吸気位相変更機構と、排気弁を駆動する排気駆動軸又は排気カムシャフトとクランクシャフトにより回転駆動される回転体との相対回転位相を変化させることにより、排気弁の作動角の中心位相を変化させる排気位相変更機構と、を有し、
中負荷域では、吸気上死点付近で吸気弁及び排気弁の双方が閉弁する所定量のマイナスオーバーラップが与えられ、この中負荷域から極低負荷域への移行時に、上記吸気作動角変更機構と吸気位相変更機構のうちで一方の吸気位相変更機構を選択的に駆動し、この吸気位相変更機構により吸気弁の作動角の中心位相を進角させるとともに、排気位相変更機構により排気弁の作動角の中心位相を遅角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４】
上記吸気作動角変更機構と吸気位相変更機構と排気位相変更機構とが共通の油圧源からの油圧により駆動され、
かつ、上記中負荷域から極低負荷域への移行時には、吸気位相変更機構側に優先的に油圧を供給することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の可変動弁装置。
【請求項５】
上記中負荷域では、吸気弁の作動角が排気弁の作動角よりも小さくなるように設定することを特徴とする請求項３又は４に記載の内燃機関の可変動弁装置。
【請求項６】
排気弁の作動角及びバルブリフト量の双方をバルブスプリング反力に抗して増加可能な排気作動角変更機構と、吸気弁を駆動する吸気駆動軸又は吸気カムシャフトとクランクシャフトにより回転駆動される回転体との相対回転位相を変化させることにより、吸気弁の作動角の中心位相を変化させる吸気位相変更機構と、排気弁を駆動する排気駆動軸又は排気カムシャフトとクランクシャフトにより回転駆動される回転体との相対回転位相を変化させることにより、排気弁の作動角の中心位相を変化させる排気位相変更機構と、を有し、
中負荷域では、吸気上死点付近で吸気弁及び排気弁の双方が閉弁する所定量のマイナスオーバーラップが与えられ、この中負荷域から極低負荷域への移行時には、吸気位相変更機構により吸気弁の作動角の中心位相を進角させるとともに、上記排気作動角変更機構と排気位相変更機構のうちで一方の排気位相変更機構を選択的に駆動し、この排気位相変更機構により排気弁の作動角の中心位相を遅角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７】
中負荷域では排気弁の開時期を下死点前に設定し、この中負荷域から極低負荷域への移行時には、上記排気位相変更機構により排気弁の作動角の中心位相を遅角させることにより、排気弁の開時期を下死点へ向けて遅角させることを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の可変動弁装置。
【請求項８】
中負荷域では排気弁の開時期を下死点近傍に設定し、この中負荷域から極低負荷域への移行時には、上記排気位相変更機構により排気弁の作動角の中心位相を遅角させることにより、排気弁の開時期を下死点から遠ざかるように遅角させることを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の可変動弁装置。
【請求項９】
上記吸気作動角変更機構又は排気作動角変更機構は、クランクシャフトと連動して回転する駆動軸と、この駆動軸の外周に回転可能に外嵌し、バルブスプリング反力に抗して吸気弁又は排気弁を開閉させる揺動カムと、に連携されており、
かつ、上記駆動軸に偏心して設けられた偏心カムと、この偏心カムに回転可能に外嵌するリング状リンクと、上記駆動軸と略平行に延びる制御軸と、この制御軸に偏心して設けられた制御カムと、この制御カムの外周に相対回転可能に外嵌するとともに、一端が上記リング状リンクの先端に連結されたロッカーアームと、このロッカーアームの他端と揺動カムとに連結されたロッド状リンクと、を有していることを特徴とする請求項１〜８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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸排気弁（吸気弁又は排気弁）の作動角を変化させる作動角変更機構と、吸気弁及び排気弁の作動角の中心位相を変化させる一対の位相変更機構と、を備えた内燃機関の可変動弁装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば１９９８年１０月発行のトヨタ・アルテッツァ・新型車解説書には、クランクシャフトと同期して回転するカムプーリと吸気カムシャフトとを相対回転させることにより、吸気弁の作動角の中心位相を変化させる吸気位相変更機構と、クランクシャフトに同期して回転するカムプーリと排気カムシャフトとを相対回転させることにより、排気弁の作動角の中心位相を変化させる排気位相変更機構と、を有する可変動弁装置が開示されている。両位相変更機構ともに、クランクシャフトにより駆動される共通の油圧源としてのオイルポンプから供給される油圧に応じて駆動される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
中負荷域では、吸気上死点付近で吸気弁及び排気弁の双方が開弁する所定量のバルブオーバーラップを与えることにより、所定量の内部ＥＧＲ量を確保し、ポンプロスの低減化及び燃費性能や排気性能の向上を図ることができる。また、中負荷域で吸気弁及び排気弁の双方が閉弁する所定量のマイナスオーバーラップを与えることにより、燃焼室内に排気を封じ込めて、ポンプロスの低減化及び燃費性能の向上等を図ることができる。
【０００４】
一方、アイドル等の極低負荷域では、残留ガスによる燃焼安定性の低下を確実に回避するために、バルブオーバーラップ又はマイナスオーバーラップを無くす（略ゼロとする）必要がある。従って、中負荷域から極低負荷域への移行時（急減速時）には、バルブオーバーラップ又はマイナスオーバーラップを速やかに低減，解消させる必要がある。
【０００５】
本発明の一つの目的は、上記従来装置のように吸気弁及び排気弁の作動角の中心位相を変化させる吸気位相変更機構及び排気位相変更機構に加え、吸気弁又は排気弁の作動角を変化させる作動角変更機構を備えた可変動弁装置において、中負荷域から極低負荷域への移行時に、バルブオーバーラップ又はマイナスオーバーラップを速やかに解消させることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
典型的に、吸排気弁の作動角を変化させる作動角変更機構では、吸排気弁のバルブスプリング反力が常に作用する。従って、作動角を小さくする場合、バルブスプリング反力によりアシストされる形となるため、作動角を大きくする場合に比して、同じ駆動エネルギー（油圧）でも応答性が良い。
【０００７】
また、吸排気弁の作動角の中心位相を変化させる位相変更機構では、吸排気弁を駆動する駆動軸又はカムシャフトに平均トルクが作用する。従って、中心位相を遅角させる場合に、上記の平均トルクによりアシストされる形となり、中心位相を進角させる場合に比して、同じ駆動エネルギー（油圧）でも応答性が良い。
【０００８】
つまり、同じ駆動エネルギーでの応答性を比較すると、典型的には、
（１）作動角変更機構による大作動角化，
（２）位相変更機構による進角化，
（３）位相変更機構による遅角化，
（４）作動角変更機構による小作動角化，
の順に応答性が良くなる傾向にある。
【０００９】
このようなことを勘案して、本発明に係る内燃機関の可変動弁装置では、中負荷域から極低負荷域への移行時に、バルブオーバーラップ又はマイナスオーバーラップを効率よく迅速に低減させるために、位相変更機構と作動角変更機構とを選択的に駆動させている。
【００１０】
すなわち、請求項１に係る発明は、吸気弁の作動角及びバルブリフト量の双方をバルブスプリング反力に抗して増加可能な吸気作動角変更機構と、吸気弁を駆動する吸気駆動軸又は吸気カムシャフトとクランクシャフトにより回転駆動される回転体との相対回転位相を変化させることにより、吸気弁の作動角の中心位相を変化させる吸気位相変更機構と、排気弁を駆動する排気駆動軸又は排気カムシャフトとクランクシャフトにより回転駆動される回転体との相対回転位相を変化させることにより、排気弁の作動角の中心位相を変化させる排気位相変更機構と、を有し、中負荷域では、吸気上死点付近で吸気弁及び排気弁の双方が開弁する所定量のバルブオーバーラップが与えられ、この中負荷域から極低負荷域への移行時には、上記吸気作動角変更機構と吸気位相変更機構のうちで一方の吸気作動角変更機構を選択的に駆動し、この吸気作動角変更機構により吸気弁の作動角を減少させるとともに、排気位相変更機構により排気弁の作動角の中心位相を進角させることを特徴としている。
【００１１】
また、請求項２に係る発明は、上記吸気作動角変更機構と吸気位相変更機構と排気位相変更機構とが共通の油圧源からの油圧により駆動され、かつ、上記中負荷域から極低負荷域への移行時には、排気位相変更機構側に優先的に油圧を供給することを特徴としている。
【００１２】
請求項３に係る発明は、吸気弁の作動角及びバルブリフト量の双方をバルブスプリング反力に抗して増加可能な吸気作動角変更機構と、吸気弁を駆動する吸気駆動軸又は吸気カムシャフトとクランクシャフトにより回転駆動される回転体との相対回転位相を変化させることにより、吸気弁の作動角の中心位相を変化させる吸気位相変更機構と、排気弁を駆動する排気駆動軸又は排気カムシャフトとクランクシャフトにより回転駆動される回転体との相対回転位相を変化させることにより、排気弁の作動角の中心位相を変化させる排気位相変更機構と、を有し、中負荷域では、吸気上死点付近で吸気弁及び排気弁の双方が閉弁する所定量のマイナスオーバーラップが与えられ、この中負荷域から極低負荷域への移行時に、上記吸気作動角変更機構と吸気位相変更機構のうちで一方の吸気位相変更機構を選択的に駆動し、この吸気位相変更機構により吸気弁の作動角の中心位相を進角させるとともに、排気位相変更機構により排気弁の作動角の中心位相を遅角させることを特徴としている。
【００１３】
請求項４に係る発明は、上記吸気作動角変更機構と吸気位相変更機構と排気位相変更機構とが共通の油圧源からの油圧により駆動され、かつ、上記中負荷域から極低負荷域への移行時には、吸気位相変更機構側に優先的に油圧を供給することを特徴としている。
【００１４】
請求項５に係る発明は、上記中負荷域では、吸気弁の作動角が排気弁の作動角よりも小さくなるように設定することを特徴としている。
【００１５】
請求項６に係る発明は、排気弁の作動角及びバルブリフト量の双方をバルブスプリング反力に抗して増加可能な排気作動角変更機構と、吸気弁を駆動する吸気駆動軸又は吸気カムシャフトとクランクシャフトにより回転駆動される回転体との相対回転位相を変化させることにより、吸気弁の作動角の中心位相を変化させる吸気位相変更機構と、排気弁を駆動する排気駆動軸又は排気カムシャフトとクランクシャフトにより回転駆動される回転体との相対回転位相を変化させることにより、排気弁の作動角の中心位相を変化させる排気位相変更機構と、を有し、中負荷域では、吸気上死点付近で吸気弁及び排気弁の双方が閉弁する所定量のマイナスオーバーラップが与えられ、この中負荷域から極低負荷域への移行時には、吸気位相変更機構により吸気弁の作動角の中心位相を進角させるとともに、上記排気作動角変更機構と排気位相変更機構のうちで一方の排気位相変更機構を選択的に駆動し、この排気位相変更機構により排気弁の作動角の中心位相を遅角させることを特徴としている。
【００１６】
請求項７に係る発明は、中負荷域では排気弁の開時期を下死点前に設定し、この中負荷域から極低負荷域への移行時には、上記排気位相変更機構により排気弁の作動角の中心位相を遅角させることにより、排気弁の開時期を下死点へ向けて遅角させることを特徴としている。
【００１７】
請求項８に係る発明は、中負荷域では排気弁の開時期を下死点近傍に設定し、この中負荷域から極低負荷域への移行時には、上記排気位相変更機構により排気弁の作動角の中心位相を遅角させることにより、排気弁の開時期を下死点から遠ざかるように遅角させることを特徴としている。
【００１９】
請求項９に係る発明は、上記吸気作動角変更機構又は排気作動角変更機構は、クランクシャフトと連動して回転する駆動軸と、この駆動軸の外周に回転可能に外嵌し、バルブスプリング反力に抗して吸気弁又は排気弁を開閉させる揺動カムと、に連携されており、かつ、上記駆動軸に偏心して設けられた偏心カムと、この偏心カムに回転可能に外嵌するリング状リンクと、上記駆動軸と略平行に延びる制御軸と、この制御軸に偏心して設けられた制御カムと、この制御カムの外周に相対回転可能に外嵌するとともに、一端が上記リング状リンクの先端に連結されたロッカーアームと、このロッカーアームの他端と揺動カムとに連結されたロッド状リンクと、を有していることを特徴としている。
【００２０】
【発明の効果】
請求項１又は２に係る発明によれば、中負荷域で所定量のバルブオーバーラップが与えられるため、十分な内部ＥＧＲ量が与えられ、ポンプロスの低減化により燃費の向上を図ることができる。そして、このような中負荷域から極低負荷域への移行時にバルブオーバーラップを効率よく速やかに低減することができる。
【００２１】
特に、請求項２に係る発明によれば、作動角変更機構及び位相変更機構が共通の油圧源により駆動される簡素な構造でありながら、中負荷域から極低負荷域への移行時に吸気作動角変更機構及び排気位相変更機構の双方を同時に効率よく駆動することができ、ひいてはバルブオーバーラップを効率よく速やかに低減することができる。
【００２２】
請求項３又は４に係る発明によれば、中負荷域で所定量のマイナスオーバーラップが与えられるため、吸気上死点付近で燃焼室内に排気を封じ込めて、ポンプロスの低減化及び燃費の向上を図ることができる。そして、このような中負荷域から極低負荷域への移行時にマイナスオーバーラップを効率よく速やかに低減することができる。
【００２３】
特に、請求項４に係る発明によれば、作動角変更機構及び位相変更機構が共通の油圧源により駆動される簡素な構造でありながら、中負荷域から極低負荷域への移行時に両位相変更機構を同時に効率よく駆動することができ、ひいてはマイナスオーバーラップを効率よく速やかに低減することができる。
【００２４】
請求項５に係る発明によれば、中負荷域で吸気弁の作動角が相対的に小さく設定されているため、中負荷域から極低負荷域への移行時に、吸気位相変更機構の駆動エネルギーを抑制することができ、この結果、更に効率よくマイナスオーバーラップを低減することができる。
【００２５】
請求項６に係る発明によれば、排気作動角変更機構と吸気位相変更機構と排気位相変更機構とを備えた構成において、中負荷域から極低負荷域への移行時に効率良く速やかにマイナスオーバーラップを低減することができる。
【００２６】
ここで、中負荷域から極低負荷域への移行時つまり減速時には、機関回転数の低下に伴い要求される排気弁開時期が遅角するが、請求項７又は８に係る発明によれば、マイナスオーバーラップを低減するために排気位相変更機構により排気弁の作動角の中心位相を遅角させた際、排気作動角変更機構を駆動することなく、排気弁の開時期が適宜に遅角化されることとなり、更なる燃費の向上を図ることができる。
【００２７】
特に、請求項８に係る発明によれば、中負荷域から極低負荷域への移行時に排気位相変更機構により排気弁の作動角の中心位相を遅角させた場合に、排気弁の開時期が下死点よりも遅角していくこととなり、エンジンブレーキを有効に効かせることができる。
【００２９】
請求項９に係る発明の作動角変更機構では、揺動カムの駆動軸に対する軸心ズレを生じるおそれがなく、制御精度が向上する。また、揺動カムを支持する支軸を駆動軸と別個に設ける必要がないため、部品点数，配置スペースの低減化を図ることができる。更に、作動角変更機構の各部材の連結部が面接触となるため、耐磨耗性に優れており、潤滑も行い易い。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００３１】
先ず、図１〜９を参照して、後述する全実施例に共通する作動角変更機構１及び位相変更機構２の一実施形態について説明する。
【００３２】
作動角変更機構１は、図１〜３に示すように、位相変更機構２を介してクランクシャフトから回転動力が伝達される駆動軸１３と、吸排気弁（吸気弁又は排気弁）１２のバルブリフタ１９を押圧して吸排気弁１２をバルブスプリング反力に抗して開閉させる揺動カム２０と、を機械的に連携するリンク部材２５，１８，２６の姿勢を変化させることにより、吸排気弁１２の作動角の中心角を略一定として、吸排気弁１２の作動角及びバルブリフト量を連続的に変化させる機能を有している。
【００３３】
すなわち、作動角変更機構１は、駆動軸１３に偏心して固定された偏心カム１５と、この偏心カム１５の外周に相対回転可能に外嵌するリング状リンク２５と、駆動軸１３と略平行に気筒列方向へ延びる制御軸１６と、この制御軸１６に偏心して固定された制御カム１７と、この制御カム１７の外周に相対回転可能に外嵌するとともに、一端１８ｂがリング状リンク２５の先端２５ｂに連結ピン２１を介して相対回転可能に連結するロッカーアーム１８と、このロッカーアーム１８の他端１８ｃと揺動カム２０とを機械的に連携するロッド状リンク２６と、を有している。
【００３４】
偏心カム１５の中心Ｘは駆動軸１３の中心Ｙに対して所定量偏心しており、制御カム１７の中心Ｐ１は制御軸１６の中心Ｐ２に対して所定量偏心している。駆動軸１３に外嵌する揺動カム２０のジャーナル部２０ｂと制御軸１６のジャーナル部とは、共通のボルト１４ｃによりシリンダヘッド１１へ締結固定される一対のブラケット１４ａ，１４ｂを介して回転可能に支持されている。
【００３５】
ロッド状リンク２６は、主に機関搭載性を考慮して、ほぼ吸排気弁１２の軸方向に沿うように配設されており、その一端２６ａが連結ピン２８を介してロッカーアーム１８の他端１８ｃに相対回転可能に連結されるとともに、その他端２６ｂが連結ピン２９を介して揺動カム２０に相対回転可能に連結されている。
【００３６】
このような構成により、機関のクランクシャフトと連動して駆動軸１３が回転すると、偏心カム１５を介してリング状リンク２５が実質的に並進移動し、ロッカーアーム１８及びロッド状リンク２６を介して揺動カム２０が揺動して、吸排気弁１２が図外のバルブスプリングのバネ力に抗して開閉駆動される。
【００３７】
また、後述するアクチュエータ３０により制御軸１６を所定の制御範囲内で回動すると、ロッカーアーム１８の揺動中心となる制御カム１７の中心位置Ｐ１が制御軸中心Ｐ２回りに回転変化する。これにより、ロッカーアーム１８を含めたリンク機構２５，１８，２６の姿勢が変化し、吸排気弁１２の作動角及びバルブリフト量が、その位相が略一定のままで連続的に変化する。
【００３８】
このような作動角変更機構１においては、吸排気弁１２を駆動する揺動カム２０が、機関と連動して回転する駆動軸１３の外周に相対回転可能に外嵌しているため、揺動カム２０の駆動軸１３に対する軸心ズレを生じるおそれがなく、制御精度に優れている。また、揺動カム２０を支持する支軸を駆動軸１３と別個に設ける必要がないため、部品点数，配置スペースの低減化を図ることができる。更に、各部材の連結部が面接触となっているため、耐磨耗性に優れており、潤滑も行い易い。
【００３９】
図４は、制御軸１６を所定の制御範囲内で回転駆動する油圧アクチュエータ３０を示している。アクチュエータ３０のシリンダ３９の内部は、ピストン３２の受圧部３２ａを挟んで第１油圧室３３と第２油圧室３４とに隔成されており、これら油圧室３３，３４の油圧に応じてピストン３２が進退駆動される。このピストン３２の先端に設けられたピン３２ｂは、制御軸１６の一端に固定されたディスク１６ａの径方向溝１６ｂにスライド可能に嵌合している。従って、ピストン３２の移動に応じて制御軸１６が回動し、吸排気弁１２の作動角が変化するようになっている。
【００４０】
上記の油圧室３３、３４への供給油圧は、ソレノイドバルブ３１のスプール３５の位置に応じて切り換えられ、このソレノイドバルブ３１は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）としての制御部３からの出力信号によりＯＮ−ＯＦＦ駆動（デューティー制御）される。つまり、機関運転状態に応じて出力信号のデューティー比を変化させることにより、上記スプール３５の位置が切り換えられる。
【００４１】
例えば、スプール３５が図の最も右側に保持されている状態では、第１油圧室３３に接続する第１油路３６と油圧ポンプ９とが連通し、第１油圧室３３へ油圧が供給されると共に、第２油圧室３４に接続する第２油路３７とドレン油路３８とが連通し、第２油圧室３４がドレンされる。このため、アクチュエータ３０のピストン３２は図の左側に押圧、移動される。
【００４２】
一方、スプール３５が図の最も左側に保持されている状態では、第１油路３６とドレン油路３８とが連通して第１油圧室３３がドレンされると共に、第２油路３７と油圧ポンプ９とが連通して第２油圧室３４へ油圧が供給される。このため、ピストン３２は図の右側に押圧、移動される。
【００４３】
更に、スプール３５が中間位置に保持されている状態では、第１油路３６のポート部と第２油路３７のポート部の双方がスプール３５により閉塞される。これにより、第１、第２油圧室３３、３４内の油圧が保持（ロック）され、ピストン３２がその位置に保持される。
【００４４】
このように、アクチュエータ３０のピストン３２を任意の位置に移動、保持することにより、吸排気弁１２の作動角を所定の制御範囲内で任意の作動角に変更、保持することが可能で、油圧を利用した簡素な構造でありながら、制御の自由度が非常に高い。
【００４５】
なお、上記の制御部３は、各種センサから検出又は推定されるエンジン回転数、負荷、水温及び車速等に応じて、上記の作動角変更機構１及び後述する位相変更機構２の制御を行うほか、点火時期制御、燃料供給量制御、過渡時補正制御やフェールセーフ制御等のエンジン制御を行う。
【００４６】
次に、図１及び図５〜９を参照して位相変更機構２について説明する。位相変更機構２は、機関のクランクシャフトと同期して回転駆動される回転体たるタイミングプーリ４０と、このタイミングプーリ４０の内周側に相対回動可能に配設された駆動軸（又は吸排気弁１２を駆動する固定カムが設けられたカムシャフト；以下同様）１３と、の相対回転位相を変化させることにより、吸排気弁１２の作動角及びバルブリフト量が一定のままで吸排気弁１２の作動角の中心位相を変化させる機能を有している。
【００４７】
すなわち、位相変更機構２は、駆動軸１３の端部に固定されてタイミングプーリ４０内に回転自在に収容されたベーン４１と、このベーン４１を油圧によって正逆回動させる油圧回路と、を備えている。
【００４８】
タイミングプーリ４０は、図５にも示すように、外周にタイミングチェーンが噛合する歯部４２ａを有する回転部材４２と、この回転部材４２の前方に配置されてベーン４１を回転自在に収容したハウジング４３と、このハウジング４３の前端開口を閉塞する蓋体たる円板状のフロントカバー４４と、ハウジング４３と回転部材４２との間に配置されてハウジング４３の後端開口を閉塞するほぼ円板状のリアカバー４５とから構成され、これらのハウジング４３，フロントカバー４４，及びリアカバー４５は、ボルト４６によって軸方向から一体的に結合されている。
【００４９】
回転部材４２は、ほぼ円環状を呈し、小径ボルト４６が螺着する雌ねじ孔が前後方向へ貫通形成されていると共に、内部中央位置に後述する通路構成用のスリーブ４７が嵌合する段差形状の嵌合孔４８が形成されている。さらに、前端面には、リアカバー４５が嵌合する円板状の嵌合溝４９が形成されていると共に、嵌合溝４９の外周側所定位置に係合穴５０が形成されている。
【００５０】
ハウジング４３は、前後両端が開口形成された円筒状を呈し、内周面の周方向の９０°位置には４つの隔壁部５１が突設されている。この隔壁部５１は、横断面台形状を呈し、それぞれハウジング４３の軸方向に沿って延びており、各軸方向両側面がハウジング４３の軸方向両側面と略同一面に設定されていると共に、小径ボルト４６が貫通するボルト挿通孔５２が軸方向へ貫通形成されている。さらに、各隔壁部５１の内周面中央位置に軸方向に沿って切欠形成された保持溝５１ａ内にコ字形のシール部材５３と、このシール部材５３を内方へ押圧する板ばね５４とが嵌合保持されている。
【００５１】
フロントカバー４４は、中央に比較的大径なボルト挿通孔５５が穿設されていると共に、ハウジング４３の各ボルト挿通孔５２と対応する位置に４つのボルト孔が穿設されている。
【００５２】
リアカバー４５は、その後面側に、回転部材４２の嵌合溝４９内に嵌合保持される円環部５６を有していると共に、その中央部に、スリーブ４７の小径な円環部５６が嵌入する嵌入孔５７が穿設され、さらにボルト挿通孔５２に対応する位置にボルト孔が同じく形成されている。
【００５３】
ベーン４１は、焼結合金材で一体に形成され、固定ボルト５８によって駆動軸１３の前端部に軸回りに回転可能に固定されており、固定ボルト５８が挿通するボルト挿通孔４１ａを有する円環状の基部５９と、この基部５９の外周面の周方向の９０°位置に一体に設けられた４つの羽根部６０とを備えている。
【００５４】
各羽根部６０は、夫々長方体形状を呈し、ハウジング４３の隣り合う隔壁部５１間に配置されている。各羽根部６０の外周面の中央に形成された保持溝６１には、ハウジング４３の内周面に摺接するコ字形のシール部材６２と、このシール部材６２を外方に押圧する板ばね６３とが夫々嵌着保持されている。
【００５５】
各羽根部６０の両側と各隔壁部５１の両側面との間には、それぞれ進角側油圧室６４と遅角側油圧室６５が隔成されている（図７参照）。
【００５６】
また、１つの羽根部６０には、リアカバー４５の係合穴５０に対応した位置に摺動用孔６６が軸方向に沿って貫通形成されていると共に、側部に遅角側油圧室６５と摺動用孔６６を連通する通孔６７がほぼ周方向に沿って穿設されている。
【００５７】
さらに、１つの羽根部６０の摺動用孔６６には、ロックピン６８が摺動自在に設けられている。このロックピン６８は、中央の中径状の本体６８ａと、この本体６８ａの一側に形成された小径な係合部６８ｂと、他側に形成された段差大径状のストッパ部６８ｃと、から構成されている。
【００５８】
このストッパ部６８ｃの段差面と本体６８ａの外周面と摺動用孔６６の内周面との間に、受圧室６９が形成されていると共に、ロックピン６８とフロントカバー４４との間に、ロックピン６８をリアカバー４５の方向（図８，図９の右方向）へ付勢するばね部材たるコイルスプリング７０が弾装されており、ロックピン６８の係合部６８ｂは、ベーン４１の最大遅角側の回動位置において、リアカバー４５の係合穴５０内に挿入され得るようになっている。
【００５９】
油圧回路は、進角側油圧室６４に対して油圧を給排する第１油圧通路７１と、遅角側油圧室６５に対して油圧を給排する第２油圧通路７２との２系統の油圧通路を有し、両油圧通路７１，７２には、供給通路７３とドレン通路７４とが夫々通路切替用の電磁切替弁７５を介して接続されている。
【００６０】
第１油圧通路７１は、シリンダヘッド１１内から駆動軸１３の軸心内部に形成された第１通路部７１ａと、固定ボルト５８の内部軸線方向を通って頭部内で分岐形成されて第１通路部７１ａと連通する第１油路７１ｂと、この頭部の小径な外周面とベーン４１の基部５９のボルト挿通孔４１ａの内周面との間に形成されて第１油路７１ｂに連通する油室７１ｃと、ベーン４１の基部５９内にほぼ放射状に形成されて油室７１ｃと各進角側油圧室６４とに連通する４本の分岐路７１ｄとから構成されている。
【００６１】
一方、第２油圧通路７２は、シリンダヘッド１１内及び駆動軸１３の内部に形成された第２通路部７２ａと、スリーブ４７の内部にほぼＬ字形状に折曲形成されて第２通路部７２ａと連通する第２油路７２ｂと、回転部材４２の嵌合孔の外周側孔縁に形成されて第２油路７２ｂと連通する４つの油通路溝７２ｃと、リアカバー４５の周方向の約９０°毎の位置に形成されて、各油通路溝７２ｃと遅角側油圧室６５とに連通する４つの油孔７２ｄとから構成されている。
【００６２】
電磁切替弁７５は、４ポート３位置型であって、内部の弁体（スプール）によって各油圧通路７１，７２と供給通路７３，ドレン通路７４とが選択的に連通，遮断されるようになっており、このスプールの位置が上記の制御部３から出力される制御信号のデューティー比を変化させることによって切り替え制御されるようになっている。
【００６３】
なお、この制御部３は、機関回転数を検出するクランク角センサや吸入空気量を検出するエアフローメータからの信号によって現在の運転状態を検出すると共に、クランク角及びカム角センサからの信号によってタイミングプーリと駆動軸１３との相対回動位置を検出している。
【００６４】
機関停止時等の初期状態では、電磁切替弁７５の弁体（スプール）が図６の最も右側に保持される（図６に示す状態）。この場合、供給通路７３と第２油圧通路７２とが連通するとともに、ドレン通路７４と第１油圧通路７１とが連通する。このため、油圧ポンプ９から圧送された油圧は第２油圧通路７２を通って遅角側油圧室６５に供給される一方、進角側油圧室６４には、機関停止時と同じく油圧が供給されず低圧状態に維持される。したがって、ベーン４１は、図７に示すように各羽根部６０が進角側油圧室６４側の各隔壁部５１の一側面に当接した最遅角位置の方向へ付勢され、吸排気弁１２の作動角の中心位相が遅角側に駆動制御される。
【００６５】
また、機関停止時や始動時のように、ベーン４１が図７に示す最遅角位置に保持されており、かつ、遅角側油圧室６５内の油圧が比較的低く、通孔６７から受圧室６９へ供給される油圧よりもコイルスプリング７０のばね力が打ち勝っている状態では、図９に示すように、ロックピン６８の係合部６８ｂがリアカバー４５の係合穴５０内に係合した状態を維持する。したがって、ベーン４１は、この最遅角位置に安定かつ確実に保持されて、遅角側油圧室６５内の油圧の変動や駆動軸１３に発生する正負の変動トルクによる揺動振動の発生を防止でき、ひいては、ベーン４１と隔壁部５１との衝突音を防止できる。一方、遅角側油圧室６５内の油圧が高くなると、同じく受圧室６９内の油圧も高くなってロックピン６８はコイルスプリング７０を圧縮変形させながらばね力に抗して後退動し、係合部６８ｂが係合穴５０から抜け出して係合が解除される（図８参照）。このため、ベーン４１は、自由な回動が許容されることになる。
【００６６】
電磁切替弁７５のスプールが図６の最も左側に保持された状態では、供給通路７３と第１油圧通路７１とが連通し、ドレン通路７４と第２油圧通路７２とが連通する。この結果、遅角側油圧室６５内の油圧が第２油圧通路７２を通ってドレン通路７４からオイルパン内に戻されて遅角側油圧室６５内が低圧になる一方、進角側油圧室６４内に油圧が第１油圧通路７１を経由して供給されて高圧となる。このため、ベーン４１は図７に示す位置から進角側（図７の時計方向）に回転し、吸排気弁１２の作動角中心位相が進角側へ制御される。
【００６７】
電磁切替弁７５のスプールが図６の中間位置に保持された状態では、第１油圧通路７１及び第２油圧通路７２の双方がスプールにより遮断される。この結果、各油圧室３３，３４内の油圧が保持（ロック）されて、ベーン４１がその位置に保持され、吸排気弁１２の作動角中心位相が保持される。
【００６８】
このベーン型の位相変更機構２においては、機関の運転状態に応じて電磁切替弁７５のスプール位置を切り換えることにより、ベーン４１を所望の中間位置に保持することが可能で、油圧を用いた簡素な構造でありながら、吸排気弁１２の作動角中心位相を任意の位相に変更，保持することができる。
【００６９】
このような作動角変更機構１及び位相変更機構２は、互いに干渉することなく配置することが可能で、また、両変更機構１，２共に共通の油圧ポンプ９からの機関油圧により駆動される構成であるため、構成が簡素化される。
【００７０】
以下、図１０〜１３を参照して、本発明の具体的な実施例について説明する。なお、各実施例で共通する構成及び作用効果の説明は適宜省略する。
【００７１】
先ず、図１０を参照して本発明の第１実施例を説明する。この第１実施例では、吸気弁側に上記の作動角変更機構（吸気作動角変更機構）１及び位相変更機構（吸気位相変更機構）２が適用され、排気弁側に位相変更機構（排気位相変更機構）２が適用されている。
【００７２】
そして、中負荷域では、吸気弁の開時期を吸気上死点前、排気弁の閉時期を吸気上死点後に設定して、吸気上死点付近で吸気弁及び排気弁の双方が開弁する所定量ΔＤ１のバルブオーバーラップを確保している。これにより、所定量の内部ＥＧＲ量を確保し、ポンプロスの低減化及び燃費性能の向上を図っている。一方、アイドル状態等の極低負荷域では、内部ＥＧＲ量が大きいと燃焼が不安定となって失火等を引き起こす可能性があるために、オーバーラップを無くし、燃焼の安定化を図る必要がある。
【００７３】
従って、中負荷域からアイドル等の極低負荷域への移行時すなわち急減速時には、素早くオーバーラップを低減，解消する必要がある。そこで、本実施例では、このような移行時に、吸気弁の開時期を吸気上死点近傍へ向けて遅角させるとともに、排気弁の閉時期を吸気上死点近傍へ進角させて、バルブオーバーラップを速やかに低減させる。
【００７４】
ここで、吸気弁の開時期の遅角化には、吸気作動角変更機構により吸気弁の作動角を減少させる手法と、吸気位相変更機構により吸気弁の作動角の中心位相を遅角させる手法と、がある。作動角可変機構により作動角を小さくする場合、バルブスプリング反力によりアシストされる形となるため、小さい油圧（駆動エネルギー）でも十分に応答性が良い。従って、上記の移行時に、吸気作動角可変機構により作動角を減少させて、吸気位相変更機構の駆動を禁止することにより、最小限の油圧（駆動エネルギー）で吸気弁の開時期を速やかに遅角させることができる。
【００７５】
一方、排気弁の閉時期を進角させるためには、排気位相変更機構により排気弁の作動角中心位相を進角させる必要がある。この位相変更機構では、カムシャフト（又は駆動軸）１３に平均トルクが常に加わっているため、進角化には平均トルクに打ち勝つ油圧を必要とする。
【００７６】
従って、上記の移行時に、排気位相変更機構側へ油圧を優先的に供給して駆動エネルギーを集中させることにより、吸気弁の開時期の遅角化と排気弁の閉時期の進角化とを効率的に速やかに行うことができる。
【００７７】
一例として、上記の移行時に、油圧ポンプ９から排気位相変更機構の進角側油圧室６４へ油圧を供給する第１油圧通路７１等の排気進角側油圧供給通路の通路断面積が、油圧ポンプ９から吸気作動角変更機構の小作動角側の油圧室３３又は３４へ油圧を供給する油路３６又は３７等の吸気小作動角側油圧供給通路の通路断面積に比して大きくなるように設定する。
【００７８】
より具体的には、上記の移行時に、排気位相変更機構の電磁切替弁７５に出力される制御信号のデューティー比を最進角側の値（例えば１００％）として、上記排気進角側油圧供給通路の通路断面積を最大とする一方、吸気作動角変更機構のソレノイドバルブ３１に出力される制御信号のデューティー比を最小作動角側の値（例えば０％）とは異なる中間の値として、吸気小作動角側油圧供給通路の通路断面積が相対的に小さくなるように制御する。あるいは、予め排気進角側油圧供給通路の通路断面積を相対的に大きく設定しておいても良い。
【００７９】
次に、図１１を参照して第２実施例を説明する。この第２実施例では、上記の第１実施例と同様、吸気弁側に作動角変更機構１及び位相変更機構２が適用され、排気弁側に位相変更機構２が適用されている。
【００８０】
そして、中負荷域では、吸気弁の開時期を吸気上死点後、排気弁の閉時期を吸気上死点前に設定し、吸気上死点付近で吸気弁及び排気弁の双方が閉弁する所定量ΔＤ２のマイナスオーバーラップを与えている。これにより、吸気上死点付近で排気を燃焼室内に封じ込めて、ポンプロスの低減化及び燃費性能の向上等を図っている。
【００８１】
また、中負荷域から極低負荷域への移行時（急減速時）には、上記の第１実施例と同様、残留ガス量が大きいと燃焼が不安定となるために、マイナスオーバーラップを速やかに低減，解消させる必要がある。そこで、このような移行時には、吸気弁の開時期を吸気上死点へ向けて進角させるとともに、排気弁の閉時期を吸気上死点へ向けて遅角させる。
【００８２】
吸気弁の開時期を進角させるためには、吸気作動角変更機構により作動角を大きくする手法と、吸気位相変更機構により吸気弁の作動角の中心位相を進角させる手法とがある。作動角可変機構により作動角を大きくする場合、バルブスプリング反力に打ち勝つために大きな油圧エネルギーが必要であり、応答性も良くない。一方、吸気位相変更機構により吸気作動角の中心位相を進角させる場合、駆動軸１３の平均トルクに打ち勝つ油圧エネルギーが必要であるが、上記の中負荷域では作動角が比較的小さいため、上記の平均トルクは比較的小さく、進角化に必要な油圧エネルギーも抑制される。
【００８３】
従って、同じ油圧では、吸気作動角変更機構による大作動角化に比して吸気位相変更機構による進角化の応答性が良い。そこで、上記の移行時には、吸気位相変更機構により吸気作動角の中心位相を進角させて、吸気作動角変更機構の駆動を禁止することにより、最小源の油圧で速やかに吸気弁の開時期を進角させることができる。
【００８４】
一方、排気弁の閉時期を遅角させるためには、排気位相変更機構により作動角の中心位相を遅角させる必要がある。この遅角化では、排気カムシャフトに作用する平均トルクによりアシストされる形となるため、上記の吸気位相変更機構による進角化に比して、同じ油圧（エネルギー）では応答性に優れている。
【００８５】
従って、上記の移行時に、吸気位相変更機構側へ優先的に油圧を供給して駆動エネルギーを集中させることにより、吸気弁の開時期の進角化と排気弁の閉時期の遅角化とを同時に並行して速やかに行うことができる。
【００８６】
具体的には、上記の第１実施例と同じように、ソレノイドバルブ３１及び電磁切替弁７５に出力される制御信号のデューティー比を制御する等により、油圧ポンプ９から排気位相変更機構の進角側油圧室６４へ油圧を供給する排気進角側油圧供給通路の通路断面積が、油圧ポンプ９から吸気位相変更機構の遅角側の油圧室３３又は３４へ油圧を供給する吸気遅角側油圧供給通路の通路断面積に比して大きくなるように設定する。
【００８７】
加えて、中負荷域では、吸気弁の作動角が排気弁の作動角よりも小さくなるように設定されている。このため、中負荷域から極低負荷域への移行時に、吸気位相変更機構の駆動エネルギーが相対的に抑制され、更に効率よくマイナスオーバーラップを低減することができる。
【００８８】
次に、図１２を参照して第３実施例を説明する。この第３実施例では、吸気弁側に位相変更機構２が適用され、排気弁側に作動角変更機構１及び位相変更機構２が適用されている。
【００８９】
中負荷域では、第２実施例と同様、吸気弁の開時期を吸気上死点後、排気弁の閉時期を吸気上死点前として、吸気上死点付近で吸気弁及び排気弁の双方が閉弁する所定量ΔＤ２のマイナスオーバーラップが与えられ、ポンプロスの低減化及び燃費性能の向上等を図っている。
【００９０】
また、この中負荷域では、排気弁の開時期が下死点前にある程度進角するように、排気弁の作動角が比較的大きな値に設定されている。
【００９１】
このような中負荷域から極低負荷域への移行時には、上記の第２実施例と同様、燃焼安定性を確実に確保するために、吸気弁の開時期を吸気上死点へ向けて進角させるとともに、排気弁の閉時期を吸気上死点へ向けて遅角させることにより、マイナスオーバーラップを速やかに低減，解消させる。
【００９２】
排気弁の閉時期を遅角させるためには、排気作動角変更機構により排気弁の作動角を大きくする手法と、排気位相変更機構により排気弁の中心角の位相を遅角させる手法があり、両者を比較すると、排気位相変更機構により排気弁の中心角の位相を遅角させる方が少ない油圧で所定の応答性を確保できる。
【００９３】
そこで、中負荷域から極低負荷域への移行時には、吸気位相変更機構により吸気弁の作動角の中心位相を進角させるとともに、排気位相変更機構により排気弁の中心位相を遅角させる。
【００９４】
これら吸気位相変更機構による進角化と排気位相変更機構による遅角化とを比較すると、同じ油圧では上記の平均トルクによりアシストされる遅角化の応答性が相対的に優れている。従って、吸気位相変更機構側へ優先的に油圧を供給して駆動エネルギーを集中させることにより、吸気弁の開時期の進角化と排気弁の閉時期の遅角化とを効率的に速やかに行うことができる。
【００９５】
このように移行時の供給油圧に差を付ける一例として、上記第１，２実施例と同じように、デューティー比を調整する等により、吸気進角側油圧供給通路の通路断面積が、排気遅角側油圧供給通路の通路断面積よりも大きくなるように設定する。
【００９６】
更に言えば、中負荷域から極低負荷域への移行時つまり減速時には、機関回転数の低下に伴って空気量が減り、排気慣性効果により要求される排気弁開時期も遅角化される。ここで本実施例では、上記の減速時に、マイナスオーバーラップを低減させるために排気位相変更機構により排気弁の作動角中心位相を遅角させた際に、排気弁の開時期も下死点へ向けて適宜に遅角化されることになる。つまり、上記の移行時には排気作動角変更機構による作動角の変更を行う必要がないので、余分なエネルギーの消費が抑制される。
【００９７】
次に、図１３を参照して第４実施例を説明する。この第４実施例は、基本的には第３実施例と同様であるが、中負荷域では、排気弁の作動角が上記の第３実施例に比して小さく設定されており、かつ、排気弁の開時期が下死点近傍、詳しくは下死点よりもわずかに遅角した位置に設定されている。
【００９８】
中負荷域から急減速で極低負荷へ移行する際には、上記の第３実施例と同様、排気作動角変更機構により排気弁の作動角を変化させることなく、吸気位相変更機構により吸気弁の作動角中心位相を進角させるとともに、排気位相変更機構により排気弁の作動角中心位相を遅角させる。
【００９９】
これにより、第３実施例と同様、上記の移行時に最も効率的に素早くマイナスオーバーラップを解消できることに加え、排気弁の閉時期の遅角化にともない、排気弁の開時期も下死点から離れるように遅角化されるため、機関回転数の低下に供ってポンプロスによるエンジンブレーキを適宜に与えることができる。
【０１００】
以上のように本発明を具体的な実施例を挙げて説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではない。例えば上記の各実施例では吸気弁又は排気弁のいずれかに作動角変更機構を適用していたが、吸気弁及び排気弁の双方にそれぞれ作動角変更機構を適用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【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斜視対応図。
【図２】上記実施形態の作動角変更機構を示す断面対応図。
【図３】同じく作動角変更機構を示す構成図。
【図４】上記作動角変更機構の油圧アクチュエータ及びソレノイドバルブを示す構成図。
【図５】上記実施形態の位相変更機構を示す分解斜視図。
【図６】上記位相変更機構を示す断面対応図。
【図７】上記位相変更機構の要部を示す断面図。
【図８】上記位相変更機構のロック状態を示す断面図。
【図９】上記位相変更機構のロック解除状態を示す断面図。
【図１０】本発明の第１実施例に係る作用説明図。
【図１１】本発明の第２実施例に係る作用説明図。
【図１２】本発明の第３実施例に係る作用説明図。
【図１３】本発明の第４実施例に係る作用説明図。
【符号の説明】
１…作動角変更機構
２…位相変更機構
１２…吸排気弁
１３…駆動軸又はカムシャフト
１５…偏心カム
１６…制御軸
１７…制御カム
１８…ロッカーアーム
２０…揺動カム
２５…リング状リンク
２６…ロッド状リンク
【図１】
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【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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