(57)【要約】【課題】機関始動時の筒内の残留ガスを少なくして排気エミッション性能と始動性の向上を図り得る可変動弁システムを提供する。【解決手段】  機関運転状態に応じて排気弁の作動角を可変制御する排気ＶＥＬ１と、排気弁の開閉時期を可変制御する排気ＶＴＣ２と、吸気弁の作動角を可変制御する吸気ＶＴＣ３と、を備えている。機関停止時(始動初期)には、排気ＶＥＬ１が、排気弁を小作動角・リフトに保持し、排気ＶＴＣ２が、コイルスプリングのばね力によって最遅角側に保持して、排気弁の閉時期（ＥＶＣ１）がピストンの下死点に十分に近い位置、つまり上死点からθＥＶＣ１分だけ僅かに遅れた位置に保持している。さらに吸気ＶＴＣ３が、コイルスプリングのばね力によって吸気弁の開閉時期を最進角側に保持している。【選択図】図１１
2009156029.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関の運転状態に応じて排気弁の少なくとも作動角を可変制御する第１可変機構と、
機関の運転状態に応じて前記排気弁の開閉時期を可変制御する第２可変機構と、を備え、
機関の停止時に、前記第２可変機構によって前記排気弁の開閉時期を遅角側に制御すると共に、前記第１可変機構によって前記排気弁の作動角を小作動角側に制御して、前記排気弁の閉時期をピストン上死点に対して機関始動可能な位置に近づけるように制御したことを特徴とする内燃機関の可変動弁システム。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関の可変動弁システムにおいて、
前記第１可変機構は、機関の停止時に前記排気弁の作動角が自動的に小作動角側になるように構成されていることを特徴とする内燃機関の可変動弁システム。
【請求項３】
請求項１に記載の内燃機関の可変動弁システムにおいて、
前記第２可変機構は、機関の停止時に前記排気弁の開閉時期が自動的に遅角側となるように構成されていることを特徴とする内燃機関の可変動弁システム。
【請求項４】
請求項３に記載の内燃機関の可変動弁システムにおいて、
前記第２可変機構は、前記排気弁の開閉時期を遅角側に付勢する付勢部材を備えていることを特徴とする内燃機関の可変動弁システム。
【請求項５】
請求項１または請求項３に記載の内燃機関の可変動弁システムにおいて、
前記第２可変機構は、機関によって駆動されるオイルポンプから吐出される油圧によって作動し、機関の始動時に、機関の停止時の排気弁の開閉時期を維持させる拘束手段を備えていることを特徴とする内燃機関の可変動弁システム。
【請求項６】
請求項１に記載の内燃機関の可変動弁システムにおいて、
前記第１可変機構は、作動角の変化に伴いリフト量も変化させることを特徴とする内燃機関の可変動弁システム。
【請求項７】
請求項１に記載の内燃機関の可変動弁システムにおいて、
前記機関は、圧縮着火式エンジンであることを特徴とする内燃機関の可変動弁システム。
【請求項８】
請求項１に記載の内燃機関の可変動弁システムにおいて、
機関は、火花点火式エンジンあるいは火花点火式を併用した圧縮着火式エンジンであることを特徴とする内燃機関の可変動弁システム。
【請求項９】
機関の運転状態に応じて排気弁の少なくとも作動角を可変制御する第１可変機構と、
機関の運転状態に応じて前記排気弁の開閉時期を進角あるいは遅角側に可変制御する第２可変機構と、を備え、
前記第１可変機構と第２可変機構の非作動時に、前記第２可変機構によって前記排気弁の開閉時期を最遅角位置または最遅角の近傍に自動的に変化させると共に、前記第１可変機構によって排気弁の作動角を最小作動角位置または最小作動角位置の近傍に自動的に変化させるように構成したことを特徴とする内燃機関の可変動弁システム。
【請求項１０】
請求項９の内燃機関の可変動弁システムにおいて、
前記第１可変機構は、非作動時に、前記排気弁の作動角が機械的に最小作動角となるように変化させるように構成したことを特徴とする内燃機関の可変動弁システム。
【請求項１１】
請求項９に記載の内燃機関の可変動弁システムにおいて、
前記第２可変機構は、非作動時に、前記排気弁の開閉時期が機械的に最遅角となるように変化させるように構成したことを特徴とする内燃機関の可変動弁システム。
【請求項１２】
請求項１に記載の内燃機関の可変動弁システムにおいて、
前記第２可変機構は、前記排気弁の開閉時期を遅角側に付勢する付勢部材を備えていることを特徴とする内燃機関の可変動弁システム。
【請求項１３】
請求項１１に記載の内燃機関の可変動弁システムにおいて、
前記第２可変機構は、機関によって駆動されるオイルポンプから吐出される油圧によって作動し、機関の始動時に、機関停止時の前記排気弁の開閉時期を維持させる拘束手段を備えていることを特徴とする内燃機関の可変動弁システム。
【請求項１４】
請求項９に記載の内燃機関の可変動弁システムにおいて、
前記機関は、圧縮着火式エンジンであることを特徴とする内燃機関の可変動弁システム。
【請求項１５】
請求項９に記載の内燃機関の可変動弁システムにおいて、
機関は、火花点火式エンジンあるいは火花点火式を併用した圧縮着火式エンジンであることを特徴とする内燃機関の可変動弁システム。
【請求項１６】
排気弁の少なくとも作動角を制御する第１可変機構の作動と、前記排気弁の開閉時期を制御する第２可変機構の作動をそれぞれ制御する内燃機関の可変動弁システムに用いられるコントローラであって、
機関の始動時に、前記第１可変機構によって前記排気弁の作動角を小作動角側に制御すると共に、前記第２可変機構によって前記排気弁の開閉時期を遅角側に制御して、前記排気弁の閉時期を、ピストン上死点に対して機関始動可能な位置に近づけるように制御したことを特徴とする内燃機関の可変動弁システムに用いられるコントローラ。
【請求項１７】
請求項１６に記載の内燃機関の可変動弁システムに用いられるコントローラにおいて、
前記第１可変機構と第２可変機構は、それぞれの作動位置が機関の始動後も始動時の状態を維持することを特徴とする内燃機関の可変動弁システムに用いられるコントローラ。
【請求項１８】
請求項１７に記載の内燃機関の可変動弁システムに用いられるコントローラにおいて、
前記第１可変機構は、電動によって駆動されることを特徴とする内燃機関の可変動弁システムのコントローラ。
【請求項１９】
請求項１６に記載の内燃機関の可変動弁システムに用いられるコントローラにおいて、
機関は、圧縮着火式エンジンであることを特徴とする内燃機関の可変動弁システムに用いられるコントローラ。
【請求項２０】
請求項１６に記載の内燃機関の可変動弁システムに用いられるコントローラにおいて、
該コントローラは、エンジンコントロールユニットの中に組み込まれたことを特徴とする内燃機関の可変動弁システムに用いられるコントローラ。
【請求項２１】
機関の運転状態に応じて排気弁の少なくとも作動角を可変制御する第１可変機構と、
機関の運転状態に応じて前記排気弁のリフト位相を可変制御する第２可変機構と、を備え、
機関の停止時に、前記第１可変機構が最大作動角よりも所定量小作動角側のデフォルト作動角位置に自動的に保持され、前記第２可変機構が最進角位置より所定量遅角したデフォルト位相位置に自動的に保持されるように構成し、
かつ機関の始動初期に、前記第１可変機構をデフォルト作動角位置付近に、前記第２可変機構を前記デフォルト位相位置付近にそれぞれ制御する制御信号をコントローラから出力することを特徴とする内燃機関の可変動弁システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機関の低温始動時(冷機始動時)における始動性の向上と機関の諸性能の向上などを図り得る内燃機関の可変動弁システム及び該可変動弁システムに用いられるコントローラに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の例えばガソリン仕様の内燃機関の可変動弁システムとしては、本出願人が先にした以下の特許文献１に記載されたものが知られている。
【０００３】
概略を説明すれば、この可変動弁システムは、機関性能を向上させるために、機関運転状態に応じて排気弁の作動角を変化する作動角可変機構と、同じく排気弁の開閉時期を進角側あるいは遅角側に制御するリフト位相可変機構を備えている。
【０００４】
そして、冷機始動時には、リフト位相可変機構によって排気弁のリフト位相を最進角側に制御すると共に、作動角可変機構によって排気弁の作動角を最小作動角に制御する。これによって、機関始動時の排気弁の閉時期(ＥＶＣ)を早めて、筒内(燃焼室)の残留ガスを増加させることにより、機関の暖機性能を向上させるようになっている。
【特許文献１】特開２００１−３５５４６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記従来の可変動弁システムにあっては、前述のように、冷機始動時に、排気弁の閉時期を早めて燃焼室の残留ガスを増加させて暖機性能を向上させるようになっているものの、前記排気弁の閉時期が過度に早くなってしまった場合には、燃焼室の残留ガスが増加して、冷機始動時の燃焼が悪化してしまうおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、前記従来の可変動弁装置の技術的課題に鑑みて案出したもので、請求項１に記載の内燃機関の可変動弁システムの発明は、機関の停止時に、第２可変機構によって排気弁の開閉時期を遅角側に制御すると共に、第１可変機構によって前記排気弁の作動角を小作動角側に制御して、前記排気弁の閉時期をピストン上死点に対して機関始動可能な位置に近づけるように制御したことを特徴としている。
【０００７】
請求項９に記載の発明は、前記第１可変機構と第２可変機構の非作動時に、前記第２可変機構によって前記排気弁の開閉時期を最遅角位置または最遅角の近傍に自動的に変化させると共に、前記第１可変機構によって排気弁の作動角を最小作動角位置または最小作動角位置の近傍に自動的に変化させるように構成したことを特徴としている。
【０００８】
請求項１６に記載の内燃機関の可変動弁システムに用いられるコントローラの発明は、機関の始動時に、前記第１可変機構によって前記排気弁の作動角を小作動角側に制御すると共に、前記第２可変機構によって前記排気弁の開閉時期を遅角側に制御して、前記排気弁の閉時期を、ピストン上死点に対して機関始動可能な位置に近づけるように制御したことを特徴としている。
【０００９】
請求項２１に記載の内燃機関の可変動弁システムの発明は、機関の停止時に、前記第１可変機構が最大作動角よりも所定量小作動角側のデフォルト作動角位置に自動的に保持され、前記第２可変機構が最進角位置より所定量遅角したデフォルト位相位置に自動的に保持されるように構成し、かつ機関の始動初期に、前記第１可変機構をデフォルト作動角位置付近に、前記第２可変機構を前記デフォルト位相位置付近にそれぞれ制御する制御信号をコントローラから出力することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１に記載の発明によれば、機関始動時に予め排気弁の閉時期が、ピストン上死点に対して過度に進角しない位置にあることから、筒内の残留ガス量が過度に増加することなく適度な量とすることができる。したがって、冷機始動時において良好な燃焼を得ることができ、この結果、始動性の向上が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明に係る内燃機関の可変動弁システム及びこの可変動弁システムに用いられるコントローラの各実施例を図面に基づいて詳述する。
【００１２】
この実施例は、火花点火式ガソリン仕様のいわゆる４サイクル内燃機関に適用したものを示している。すなわち、この内燃機関は、図１に示すように、一般的な構造であって、シリンダブロック０１とシリンダヘッド０２との間にピストン０３を介して燃焼室０４が形成されていると共に、前記シリンダヘッド０２のほぼ中央位置に点火プラグ０５が設けられている。また、前記シリンダブロック０１には、ウォータジャケット内の水温を検出する水温センサ０６が取り付けられていると共に、シリンダヘッド０２には、燃焼室０４内に燃料を噴射する燃料噴射弁０７が設けられている。
【００１３】
さらに、シリンダヘッド０２の内部に形成された吸気ポート０８や排気ポート０９を開閉する吸気弁４及び排気弁５がそれぞれ摺動自在に設けられていると共に、前記吸気弁４側と排気弁５側には、可変動弁システムが設けられている。
【００１４】
前記可変動弁システムは、図２〜図４に示すように、内燃機関の両排気弁５，５のバルブリフト及び作動角（開期間）を制御する第１可変機構である排気ＶＥＬ１と、排気弁５，５の開閉時期(バルブタイミング)を制御する第２可変機構である排気ＶＴＣ２と、吸気弁４の開閉時期を制御する吸気ＶＴＣ３と、を備えている。また、前記排気ＶＥＬ１と排気ＶＴＣ２及び吸気ＶＴＣ３は、後述するコントローラ２２によって機関運転状態に応じてそれぞれの作動が制御されるようになっている。
【００１５】
前記排気ＶＥＬ１は、本出願人が先に出願した例えば特開２００３−１７２１１２号公報(吸気弁側に適用)などに記載されたものと同様の構成であるから、図２に基づいて簡単に説明すると、シリンダヘッドＳの上部の軸受に回転自在に支持された中空状の駆動軸６と、該駆動軸６の外周面に圧入等により固設された駆動カム７と、駆動軸６の外周面に揺動自在に支持されて、各排気弁５，５の上端部に配設された各バルブリフター８、８の上面に摺接して各排気弁５，５を開作動させる２つの揺動カム９，９と、駆動カム７と揺動カム９，９との間に介装されて、駆動カム７の回転力を揺動運動に変換して揺動カム９，９に揺動力として伝達する伝達機構とを備えている。
【００１６】
前記駆動軸６は、一端部に設けられたタイミングスプロケット３３を介して前記クランクシャフトから図外のタイミングチェーンによって回転力が伝達されており、この回転方向は図１中、時計方向（矢印方向）に設定されている。
【００１７】
前記駆動カム７は、ほぼリング状を呈し、内部軸方向に形成された駆動軸挿通孔を介して駆動軸６に貫通固定されていると共に、カム本体の軸心が駆動軸６の軸心から径方向へ所定量だけオフセットしている。
【００１８】
前記両揺動カム９は、図２〜図４などにも示すように、円筒状のカムシャフト１０の両端部に一体的に設けられていると共に、該カムシャフト１０が内周面を介して駆動軸６に回転自在に支持されている。また、下面にベースサークル面やランプ面及びリフト面からなるカム面９ａが形成されており、該ベースサークル面とランプ面及びリフト面が、揺動カム９の揺動位置に応じて各バルブリフター８の上面の所定位置に当接するようになっている。
【００１９】
前記伝達機構は、駆動軸６の上方に配置されたロッカアーム１１と、該ロッカアーム１１の一端部１１ａと駆動カム７とを連係するリンクアーム１２と、ロッカアーム１１の他端部１１ｂと揺動カム９とを連係するリンクロッド１３とを備えている。
【００２０】
前記ロッカアーム１１は、中央に有する筒状の基部が支持孔を介して後述する制御カムに回転自在に支持されていると共に、一端部１１ａがピン１４によってリンクアーム１２に回転自在に連結されている一方、他端部１１ｂがリンクロッド１３の一端部１３ａにピン１５を介して回転自在に連結されている。
【００２１】
前記リンクアーム１２は、円環状の基端部１２ａの中央位置に有する嵌合孔に前記駆動カム７のカム本体が回転自在に嵌合している一方、基端部１２ａから突出した突出端１２ｂが前記ピン１４によってロッカアーム一端部１１ａに連結されている。
【００２２】
前記リンクロッド１３は、他端部１３ｂがピン１６を介して揺動カム９のカムノーズ部に回転自在に連結されている。
【００２３】
また、駆動軸６の上方位置に同じ軸受部材に制御軸１７が回転自在に支持されていると共に、該制御軸１７の外周に前記ロッカアーム１１の支持孔に摺動自在に嵌入されて、ロッカアーム１１の揺動支点となる制御カム１８が固定されている。
【００２４】
前記制御軸１７は、駆動軸６と並行に機関前後方向に配設されていると共に、駆動機構１９によって回転制御されている。一方、前記制御カム１８は、円筒状を呈し、軸心位置が制御軸１７の軸心から所定分だけ偏倚している。
【００２５】
前記駆動機構１９は、図外のハウジングの一端部に固定された電動モータ２０と、ハウジングの内部に設けられて電動モータ２０の回転駆動力を前記制御軸１７に伝達するボール螺子伝達手段２１とから構成されている。
【００２６】
前記電動モ−タ２０は、比例型のＤＣモータによって構成され、機関運転状態を検出する制御機構であるコントローラ２２からの制御信号によって駆動するようになっている。
【００２７】
前記ボール螺子伝達手段２１は、電動モータ２０の駆動シャフトとほぼ同軸上に配置されたボール螺子軸２３と、該ボール螺子軸２３の外周に螺合する移動部材であるボールナット２４と、前記制御軸１７の一端部に直径方向に沿って連結された連係アーム２５と、該連係アーム２５と前記ボールナット２４とを連係するリンク部材２６とから主として構成されている。
【００２８】
前記ボール螺子軸２３は、両端部を除く外周面全体に所定幅のボール循環溝が螺旋状に連続して形成されていると共に、一端部にモータ駆動軸を介して連結され電動モータ２０によって回転駆動されるようになっている。
【００２９】
前記ボールナット２４は、ほぼ円筒状に形成され、内周面に前記ボール循環溝と共同して複数のボールを転動自在に保持するガイド溝が螺旋状に連続して形成されていると共に、各ボールを介してボール螺子軸２３の回転運動をボールナット２４に直線運動に変換しつつ軸方向の移動力が付与されるようになっている。また、このボールナット２４は、付勢手段であるコイルスプリング３０のばね力によって電動モータ２０側（最小リフト側）に付勢されている。したがって、機関停止時には、かかるボールナット２４が、前記コイルスプリング３０のばね力によってボール螺子軸２３の軸方向に沿って最小リフト側に移動するようになっている。
【００３０】
前記コントローラ２２は、エンジンコントロールユニット(ＥＣＵ)の内部に組み込まれており、現在の機関回転数Ｎ（ｒｐｍ）を検出するクランク角センサからのクランク角信号や機関回転数信号、アクセル開度センサ、車速センサ、ギア位置センサ、前記水温センサ０６などから各種情報信号から現在の機関運転状態を検出している。また、駆動軸６の回転角度を検出する駆動軸角度センサ２８からの検出信号や、前記制御軸１７の回転位置を検出するポテンショメータ２９からの検出信号を入力して、前記スプロケット３３と駆動軸６との相対回転角度や各排気弁５，５のバルブリフト量や作動角を検出するようになっている。
【００３１】
以下、前記排気ＶＥＬ１の基本作動を説明すると、所定の運転領域で、前記コントローラ２２からの制御電流によって一方向へ回転駆動した電動モータ２０の回転トルクによってボール螺子軸２３が一方向へ回転すると、ボールナット２４がコイルスプリング３０のばね力にアシストされながら最大一方向（電動モータ２０に接近する方向）へ直線状に移動し、これによって制御軸１７がリンク部材３９と連係アーム２５を介して一方向へ回転する。
【００３２】
したがって、制御カム１８は、図３Ａ、Ｂ（リアビュー）に示すように、軸心が制御軸１７の軸心の回りを同一半径で回転して、肉厚部が駆動軸６から上方向に離間移動する。これにより、ロッカアーム１１の他端部１１ｂとリンクロッド１３の枢支点は、駆動軸６に対して上方向へ移動し、このため、各揺動カム９は、リンクロッド１３を介してカムノーズ部側が強制的に引き上げられて全体が図３に示す反時計方向へ回動する。
【００３３】
よって、駆動カム７が回転してリンクアーム１２を介してロッカアーム１１の一端部１１ａを押し上げると、そのリフト量がリンクロッド１３を介して揺動カム９及びバルブリフター１６に伝達され、これによって、排気弁５，５は、そのバルブリフト量が図５のバルブリフト曲線で示すように小リフト（Ｌ１）になり、その作動角Ｄ１（クランク開弁期間の半分）が小さくなる。
【００３４】
なお、ここで、前記揺動カム９とバルブリフター１６との間には、バルブクリアランスが存在し、バルブリフト量はカムリフト量よりバルブクリアランス分だけ小さくなっている。また、前記バルブリフトの開時期から閉時期までが作動角となっている。
【００３５】
別の運転状態では、コントローラ２２からの制御信号によって電動モータ２０が他方向へ回転して、この回転トルクがボール螺子軸２３に伝達されて回転すると、この回転に伴ってボールナット２４がコイルスプリング３０のばね力に抗して反対方向へ直線移動する。これにより、制御軸１７が、図３中、反時計方向へ所定量だけ回転駆動する。
【００３６】
このため、制御カム１８は、軸心が制御軸１７の軸心から所定量だけ下方の回転角度位置に保持され、肉厚部が下方へ移動する。このため、ロッカアーム１１は、全体が図２の位置から時計方向へ移動して、これによって各揺動カム９がリンク部材１３を介してカムノーズ部側が強制的に押し下げられて、全体が時計方向へ僅かに回動する。
【００３７】
したがって、駆動カム７が回転してリンクアーム１２を介してロッカアーム１１の一端部１１ａを押し上げると、そのリフト量がリンクロッド１３を介して各揺動カム９及びバルブリフター８に伝達され、排気弁５，５のリフト量が図５に示すように、中リフト（Ｌ２）になり、作動角Ｄ２も大きくなる。これによって、排気弁５，５の閉時期が遅角側の下死点近傍に制御されることから、燃焼室０４内の残留ガスが低減して冷機始動性が向上する。
【００３８】
また、例えば高回転高負荷領域に移行した場合などは、コントローラ２２からの制御信号によって電動モータ２０がさらに他方向に回転し、制御軸１７は、制御カム１８をさらに図３中、反時計方向へ回転させて、図４Ａ、Ｂに示すように軸心を下方向へ回動させる。このため、ロッカアーム１１は、全体がさらに駆動軸６方向寄りに移動して他端部１１ｂが揺動カム９のカムノーズ部を、リンクロッド１３を介して下方へ押圧して該揺動カム９全体を所定量だけさらに時計方向へ回動させる。
【００３９】
よって、駆動カム７が回転してリンクアーム１２を介してロッカアーム１１の一端部１１ａを押し上げると、そのリフト量がリンクロッド１３を介して揺動カム９及びバルブリフター８に伝達されるが、そのバルブリフト量は図５に示すようにＬ２からＬ３に連続的に大きくなる。その結果、高回転域での排気効率を高め、もって出力を向上させることができる。
【００４０】
すなわち、排気弁５，５のリフト量は、機関の運転状態に応じて小リフトのＬ１から大リフトＬ３まで連続的に変化するようになっており、したがって、各排気弁５，５の作動角も小リフトＤ１から大リフトのＤ３まで連続的に変化する。
【００４１】
また、機関の停止時には、前述したように、ボールナット２４がコイルスプリング３０のばね力によって電動モータ２０側へ付勢されて自動的に移動することから、小作動角Ｄ１及び小リフトＬ１域に安定に保持される。これによって、動弁フリクションが低減し、この点からも良好な始動性が得られる。
【００４２】
一方、前記排気ＶＴＣ２は、いわゆるベーンタイプのものであって、図６〜図８に示すように、機関のクランクシャフトによって回転駆動されて、この回転駆動力を前記駆動軸６に伝達するタイミングスプロケット３３と、前記駆動軸６の端部に固定されてタイミングスプロケット３３内に回転自在に収容されたベーン部材３２と、該ベーン部材３２を油圧によって正逆回転させる油圧回路とを備えている。
【００４３】
前記タイミングスプロケット３３は、前記ベーン部材３２を回転自在に収容したハウジング３４と、該ハウジング３４の前端開口を閉塞する円板状のフロントカバー３５と、ハウジング３４の後端開口を閉塞するほぼ円板状のリアカバー３６とから構成され、これらハウジング３４及びフロントカバー３５，リアカバー３６は、４本の小径ボルト３７によって駆動軸６の軸方向から一体的に共締め固定されている。
【００４４】
前記ハウジング３４は、前後両端が開口形成された円筒状を呈し、内周面の周方向の約９０°位置に４つの隔壁であるシュー３４ａが内方に向かって突設されている。
【００４５】
この各シュー３４ａは、横断面ほぼ台形状を呈し、ほぼ中央位置に前記各ボルト３７の軸部が挿通する４つのボルト挿通孔３４ｂが軸方向へ貫通形成されていると共に、各内端面に軸方向に沿って切欠形成された保持溝内に、コ字形のシール部材３８と該シール部材３８を内方へ押圧する図外の板ばねが嵌合保持されている。
【００４６】
前記フロントカバー３５は、円盤プレート状に形成されて、中央に比較的大径な支持孔３５ａが穿設されていると共に、外周部に前記各シュー３４ａの各ボルト挿通孔３４ｂに対応する位置に図外の４つのボルト孔が穿設されている。
【００４７】
前記リアカバー３６は、後端側に前記タイミングチェーンが噛合する歯車部３６ａが一体に設けられていると共に、ほぼ中央に大径な軸受孔３６ｂが軸方向に貫通形成されている。
【００４８】
前記ベーン部材３２は、中央にボルト挿通孔を有する円環状のベーンロータ３２ａと、該ベーンロータ３２ａの外周面の周方向のほぼ９０°位置に一体に設けられた４つのベーン３２ｂとを備えている。
【００４９】
前記ベーンロータ３２ａは、前端側の小径筒部が前記フロントカバー３５の支持孔３５ａに回転自在に支持されている一方、後端側の小径な円筒部が前記リアカバー３６の軸受孔３６ｂに回転自在に支持されている。
【００５０】
また、ベーン部材３２は、前記ベーンロータ３２ａのボルト挿通孔に軸方向から挿通した固定ボルト３９によって駆動軸６の前端部に軸方向から固定されている。
【００５１】
前記各ベーン３２ｂは、その内の３つが比較的細長い長方体形状に形成され、他の１つの幅長さが大きな台形状に形成されて、前記３つのベーン３２ｂはそれぞれの幅長さがほぼ同一に設定されているのに対して１つのベーン３２ｂはその幅長さが前記３つのものよりも大きく設定されて、ベーン部材３２全体の重量バランスが取られている。
【００５２】
また、各ベーン３２ｂは、各シュー３４ａ間に配置されていると共に、各外面の軸方向に形成された細長い保持溝内に前記ハウジング３４の内周面に摺接するコ字形のシール部材４０及び該シール部材４０をハウジング３４の内周面方向に押圧する板ばねが夫々嵌着保持されている。また、各ベーン３２ｂの前記駆動軸６の回転方向と反対側のそれぞれの一側面には、ほぼ円形状の２つの凹溝３２ｃがそれぞれ形成されている。
【００５３】
また、この各ベーン３２ｂの両側と各シュー３４ａの両側面との間に、それぞれ４つの進角側油圧室４１と遅角側油圧室４２がそれぞれ隔成されている。
【００５４】
前記油圧回路は、図６に示すように、前記各進角側油圧室４１に対して作動油の油圧を給排する第１油圧通路４３と、前記各遅角側油圧室４２に対して作動油の油圧を給排する第２油圧通路４４との２系統の油圧通路を有し、この両油圧通路４３，４４には、供給通路４５とドレン通路４６とが夫々通路切り換え用の電磁切換弁４７を介して接続されている。前記供給通路４５には、オイルパン４８内の油を圧送する一方向のオイルポンプ４９が設けられている一方、ドレン通路４６の下流端がオイルパン４８に連通している。
【００５５】
前記第１、第２油圧通路４３，４４は、円柱状の通路構成部３９の内部に形成され、この通路構成部３９は、一端部が前記ベーンロータ３２ａの小径筒部から内部の支持穴３２ｄ内に挿通配置されている一方、他端部が前記電磁切換弁４７に接続されている。
【００５６】
また、前記通路構成部３９の一端部の外周面と支持穴１４ｄの内周面との間には、各油圧通路４３，４４の一端側間を隔成シールする３つの環状シール部材２７が嵌着固定されている。
【００５７】
前記第１油圧通路４３は、前記支持穴３２ｄの駆動軸６側の端部に形成された油室４３ａと、ベーンロータ３２ａの内部にほぼ放射状に形成されて油室４３ａと各進角側油圧室４１とを連通する４本の分岐路４３ｂとを備えている。
【００５８】
一方、第２油圧通路４４は、通路構成部３９の一端部内で止められ、該一端部の外周面に形成された環状室４４ａと、ベーンロータ３２の内部にほぼＬ字形状に折曲形成されて、前記環状室４４ａと各遅角側油圧室４２と連通する第２油路４４ｂとを備えている。
【００５９】
前記電磁切換弁４７は、４ポート３位置(ポジション)型であって、内部の弁体が各油圧通路４３、４４と供給通路４５及びドレン通路４６とを相対的に切り替え制御するようになっていると共に、前記コントローラ２２からの制御信号によって切り替え作動されるようになっている。
【００６０】
この排気ＶＴＣ２の電磁切換弁４７は、制御電流が作用しない場合に、供給通路４５が遅角側油圧室４２に連通する第２油圧通路４４と連通し、ドレン通路４６が進角側油圧室４１と連通する前記第１油圧通路４３に連通するようになっている。また、電磁切換弁４７内のコイルスプリングによって機械的にかかるポジションとなるように形成されている。
【００６１】
このコントローラ２２は、排気ＶＥＬ１と共通のものであって、機関運転状態を検出すると共に、クランク角センサ２７及び駆動軸角度センサ２８からの信号によってタイミングスプロケット３３と駆動軸６との相対回転位置を検出している。
【００６２】
また、前記ベーン部材３２とハウジング３４との間には、このハウジング３４に対してベーン部材３２の回転を拘束及び拘束を解除する拘束手段であるロック機構が設けられている。このロック機構は、図６に示すように、前記幅長さの大きな１つのベーン３２ｂとリアカバー３６との間に設けられ、前記ベーン３２ｂの内部の駆動軸６の軸方向に沿って形成された摺動用穴５０と、該摺動用穴５０の内部に摺動自在に設けられた有蓋円筒状のロックピン５１と、前記リアカバー３６に有する固定孔内に固定された横断面カップ状の係合穴構成部５２に設けられて、前記ロックピン５１のテーパ状先端部５１ａが係脱する係合穴５２ａと、前記摺動用穴５０の底面側に固定されたスプリングリテーナ５３に保持されて、ロックピン５１を係合穴５２ａ方向へ付勢するばね部材５４とから構成されている。
【００６３】
また、前記係合穴５２ａには、図外の油孔を介して前記遅角側油圧室４２内の油圧あるいはオイルポンプ４９の油圧が直接供給されるようになっている。
【００６４】
そして、前記ロックピン５１は、前記ベーン部材３２が最遅角側に回転した位置で、先端部５１ａが前記ばね部材５４のばね力によって係合穴５２ａに係合してタイミングスプロケット３１と駆動軸６との相対回転をロックする。また、前記遅角側油圧室４２から係合穴５２ａ内に供給された油圧あるいはオイルポンプ４９の油圧によって、ロックピン５１が後退移動して係合穴５２ａとの係合が解除されるようになっている。
【００６５】
また、前記各ベーン３２ｂの一側面と該一側面に対向する各シュー３４ａの対向面との間には、ベーン部材３２を遅角側へ回転付勢する付勢部材である一対のコイルスプリング５５、５６が配置されている。
【００６６】
このコイルスプリング５５，５６は、図７、図８では、両者が重なるように見えるが、実際にはそれぞれ独立して形成されて互いに並列に配置されていると共に、それぞれの軸方向の長さ（コイル長）は、前記ベーン３２ｂの一側面とシュー３４ａの対向面との間の長さよりも大きく設定されて、両者とも同一の長さに設定されている。
【００６７】
各コイルスプリング５５，５６は、最大圧縮変形時にも互いが接触しない軸間距離をもって並設されていると共に、各一端部がベーン３２ｂの凹溝３２ｃに嵌合する図外の薄板状のリテーナを介して連結されている。
【００６８】
以下、排気ＶＴＣ２の基本的な動作を説明すると、まず、機関停止時には、コントローラ２２から電磁切換弁４７に対する制御電流の出力が停止されて、弁体がコイルスプリング５５，５６によって機械的に図７に示すデフォルト位置になり、供給通路４５と遅角側の第２油圧通路４４とが連通されると共に、ドレン通路４６と第１油圧通路４３が連通される。また、かかる機関が停止された状態ではオイルポンプ４９の油圧が作用せず供給油圧も０になる。
【００６９】
したがって、ベーン部材３２は、図７に示すように、前記各コイルスプリング５５，５６のばね力によって最遅角側に回転付勢されて１つの幅広ベーン３２ｂの一端面が対向する１つのシュー３４ａの一側面に当接する、と同時に前記ロック機構のロックピン５１の先端部５１ａが係合穴５２ａ内に係入して、ベーン部材３２をかかる最遅角位置に安定に保持する。すなわち、最遅角位置に排気ＶＴＣ２が機械的に安定するデフォルト位置になっていると共に、このデフォルト位置で、後述する図１２に示すように、前記各排気弁５，５の閉時期をピストン上死点に対して機関始動可能な位置となっている。
【００７０】
ここで、デフォルト位置とは、非作動時、つまり、制御信号が発せられない場合にメカニカルに自動的に安定する位置のことである。
【００７１】
次に、機関始動時、つまりイグニッションスイッチをオン操作して、スタータモータを回転駆動させてクランクシャフトをクランキング回転させると、電磁切換弁４７にコントローラ２２から制御信号が出力されるようになる。しかしながら、この始動直後の時点では、まだオイルポンプ４９の吐出油圧が十分に上昇していないことから、ベーン部材３２は、ロック機構と各コイルスプリング５５，５６のばね力とによって最遅角側に保持されている。
【００７２】
このとき、コントローラ２２から出力された制御信号によって電磁切換弁４７が供給通路４５と第２油圧通路４４を連通させると共に、ドレン通路４６と第１油圧通路４３とを連通させている。そして、オイルポンプ４９から圧送された油圧の油圧上昇とともに第２油圧通路４４を通って遅角側油圧室４２に供給される一方、進角側油圧室４１には、機関停止時と同じく油圧が供給されずにドレン通路４６から油圧がオイルパン４８内に開放されて低圧状態を維持している。
【００７３】
ここで、油圧が上昇した後は、電磁切換弁４７による自在のベーン位置制御ができるようになる。すなわち、遅角側油圧室４２の油圧の上昇に伴ってロック機構の係合穴５２ａ内の油圧も高まってロックピン５１が後退移動し、先端部５１ａが係合穴５２ａから抜け出してハウジング３４に対するベーン部材３２の相対回転を許容するため、自在なベーン位置制御が可能になる。
【００７４】
例えば、暖機完了後のアイドリング状態では、電磁切換弁４７が供給通路４５と第２油圧通路４４を連通させると共に、ドレン通路４６と第１油圧通路４３を連通させる。したがって、ベーン部材３２は、遅角側油圧室４２内の高圧化に伴い各コイルスプリング５５，５６のばね力とともに、図７の位置が維持されて駆動軸６がタイミングスプロケット３３に対して遅角側に相対回転した状態となっている。
【００７５】
その後、例えば所定の低回転中負荷域に移行すると、コントローラ３９からの制御信号によって電磁切換弁４７が作動して、供給通路４５と第１油圧通路４３を連通させる一方、ドレン通路４６と第２油圧通路４４を連通させる。
【００７６】
したがって、今度は遅角側油圧室４２内の油圧が第２油圧通路４４を通ってドレン通路４６からオイルパン４８内に戻され、該遅角側油圧室４２内が低圧になる一方、進角側油圧室４１内に油圧が供給されて高圧となる。
【００７７】
したがって、ベーン部材３２は、かかる進角側油圧室４１内の高圧化によって各コイルスプリング５５，５６のばね力に抗して図中時計方向へ回転して図８に示す位置に相対回転して、タイミングスプロケット３３に対する駆動軸６の相対回転位相を進角側に変換する。また、電磁切換弁４７のポジションを中立ポジションにすることで、任意の相対回転位相に保持できる。
【００７８】
さらに、機関の低回転域から通常の中回転域、さらに高回転域に移行すると、電磁切換弁４７を前述の暖機完了後のアイドリング運転状態と同様の制御を行うことで、ベーン部材３２は、進角側油圧室４１に供給された油圧が低下して、逆に遅角側油圧室４２の油圧が上昇し、各コイルスプリング５５，５６のばね力との合成力によって、タイミングスプロケット３３と駆動軸６の相対回転位相を遅角側に変換する（図７参照）。
【００７９】
次に、前記吸気ＶＴＣ３について説明すると、これは図９、図１０に示すように、基本構成は、前記図６〜図８に示す排気ＶＴＣ２と同様にベーンタイプのものであるから、簡単に説明すると、吸気カムシャフト５９の端部に配置されてクランクシャフトから回転駆動力が伝達されるタイミングスプロケット６０と、該タイミングスプロケット６０の内部に回転自在に収容されたベーン部材６１と、該ベーン部材６１を油圧によって正逆回転させる油圧回路とを備えている。
【００８０】
前記タイミングスプロケット６０は、前記ベーン部材６１を回転自在に収容したハウジング６２と、図外のフロントカバー及びリアカバーなどから構成され、これらが４本の小径ボルト６３によって軸方向から一体的に共締め固定されている。前記ハウジング６２は、内周面の周方向の約９０°位置に４つのシュー６２ａが内方に向かって突設されている。なお、リアカバーの外周には、タイミングチェーンが巻回される歯車６０ａが設けられていることは排気ＶＴＣ２と同様である。
【００８１】
前記ベーン部材６１は、中央にボルト挿通孔を有する円環状のベーンロータ６１ａと、該ベーンロータ６１ａの外周面の周方向のほぼ９０°位置に一体に設けられた４つのベーン６１ｂとを備えている。
【００８２】
また、ベーン部材６１は、前記ベーンロータ６１ａのボルト挿通孔に軸方向から挿通した固定ボルト６４によって排気カムシャフト５９の前端部に軸方向から固定されている。また、前記各ベーン６１ｂの両側と各シュー６２ａの両側面との間に、それぞれ４つの進角室６５と遅角室６６がそれぞれ隔成されている。
【００８３】
前記油圧回路は、基本的に排気ＶＴＣ２のものと同様であるが、前述の３ポジション(図６参照)が左右で逆となっており、前記各進角室６５に油圧を給排する第１油圧通路と、前記各遅角室６６に油圧を給排する第２油圧通路との２系統の油圧通路を有し、この両油圧通路には、供給通路とドレン通路とが夫々通路切り換え用の電磁切換弁を介して接続されている。
【００８４】
前記電磁切換弁は、内部の弁体が各油圧通路と供給通路及びドレン通路とを相対的に切り替え制御するようになっていると共に、前記同じコントローラ２２からの制御信号によって切り替え作動されるようになっている。
【００８５】
この吸気ＶＴＣ３側の電磁切換弁は、制御電流が作用していない場合に、供給通路が進角側油圧室６５につながる第１油圧通路と連通し、ドレン通路が遅角側油圧室６６につながる第２油圧通路に連通するようになっている。また、電磁切換弁内のコイルスプリングによって機械的にかかるポジションになるようになっている。
【００８６】
また、幅広のベーン６１ｂとリアカバーとの間には、ロックピン６７や係合穴などから構成されて、ベーン部材６１をハウジング６２にロックするロック機構が設けられている。なお、このロック機構は、機関の停止時などでベーン部材６１が最進角側に位置した場合（図９に示す位置）に、スプリングのばね力でロックピン６７が係合穴に係合してベーン部材６１の自由な回転を規制して安定保持するようになっている。
【００８７】
さらに、前記各ベーン６１ｂの一側面と該一側面に対向する各シュー６２ａの対向面との間には、ベーン部材６１を進角側へ回転付勢する付勢部材である２つの第２コイルスプリング６８，６９がそれぞれ配置されている。この両コイルスプリング６８，６９は、例えば機関始動前や始動直後などにおいてオイルポンプからの供給油圧が０あるいは所定以下の低い場合にベーン部材６１を図９に示す時計方向に付勢して排気側カムシャフトを最進角方向へ回転させるようになっている。
【００８８】
以下、本実施例の作用について説明する。機関の始動前、つまり機関停止後には、吸気ＶＴＣ３のベーン部材６１は、各ばね部材６８，６９のばね力及びロック機構のロックピン６７によって図９に示す回転位置に機械的に安定に保持されるように構成され、したがって、各吸気弁４，４は、その開閉時期が最進角側に安定保持されている。
【００８９】
一方、排気ＶＴＣ２のベーン部材３２は、前述のように各コイルスプリング５５，５６のばね力及びロック機構によって図７に示す回転位置に機械的に安定に保持されように構成され、したがって、各排気弁５，５は、その開閉時期が最遅角側に機械的に安定保持されている。さらに、各排気弁５，５は、排気ＶＥＬ１のコイルスプリング３０のばね力によってその作動角が小作動角Ｄ１（リフトＬ１）の位置に機械的に安定保持されている。
【００９０】
したがって、この時点では、図１１に示すように、排気弁５，５と吸気弁４，４とのバルブオーバーラップが形成されていないと共に、排気弁５，５の閉時期（ＥＶＣ１）がピストンの下死点に十分に近い位置、つまり上死点からθＥＶＣ１分だけ僅かに進んだ位置に保持されている。また、各排気弁の開時期（ＥＶＯ１）は下死点から十分に遅れた位置に保持されている。一方、吸気弁４，４は、前記第２コイルスプリング６８，６９のばね力とロック機構とによって開時期(ＩＶＯ１)が上死点からθＩＶＯ１の角度だけ進角した最進角位置に保持され、閉時期(ＩＶＣ１)も下死点付近まで進角した位置に保持されている。なお、図中α１は排気弁５，５のリフト位相、β１は吸気弁４，４のリフト位相を示している。これらの位置が、可変動弁システムが非作動、つまり、制御信号が出力されなかった場合に、メカ的に安定するデフォルト位置になっている。
【００９１】
この状態で、機関を始動させると、この始動初期の時点では油圧が低いことから排気弁５，５は、その開閉時期が前述のように、各コイルスプリング５５，５６のばね力とロック機構とによって最遅角側に保持された状態を維持し、吸気弁４、４も第２コイルスプリング６８，６９のばね力とロック機構とによって最進角側に保持されている。
【００９２】
つまり、機関の始動初期は、機関温度が低いため、燃焼室０４内に残留ガスが多いと燃焼不良となり円滑な始動ができなくなるが、本実施例では、前記図１１に示す開閉時期に設定したため、残留ガスを少なくすることができる。
【００９３】
すなわち、排気弁５，５の閉時期(ＥＶＣ１)が上死点に近いため、燃焼室０４内に残される残留ガスが少なくなり、これによって、燃焼が改善される。
【００９４】
また、残留ガスが減少する分、新気(混合気)を多く吸入することができるため、冷機始動時のエンジンフリクション増加に見合う出力トルクを高めることができ、この点からも燃焼及び始動性が改善される。
【００９５】
また、排気弁５，５の開時期(ＥＶＯ)が下死点を過ぎて遅延しているので、十分な燃焼期間を確保できるので、機関から排出される排気エミッションを低減させることが可能になる。この結果、排気下流側の触媒が冷えていて転化率が低い場合でも、テールパイプからの排気エミッションを低減させることができる。
【００９６】
しかも、排気ＶＥＬ１によって排気弁５，５の作動角及びリフトがそれぞれ最小になっているので、動弁系のフリクションが低減し、この点からもクランキング時に機関回転をスムーズな立ち上がらせることができる。
【００９７】
このように、かかる機関始動初期では、燃焼が良好になることからスムーズな始動を実現することができる。
【００９８】
一方、吸気弁４，４は、開時期(ＩＶＯ１)が前述のように、上死点の近傍に位置していることから吸気の吸入遅れがなくなるため、吸気の充填効率を高めることができる。また、吸入開始時期が遅れずに済むので、吸気充填効率をさらに高めることが可能になる。
【００９９】
なお、ここで、吸気弁４，４の閉時期(ＩＶＣ)を下死点付近とした場合に、開時期(ＩＶＯ)が上死点よりも乖離してしまうような小作動角に設定されている場合には、吸気側にも前述のようなＶＥＬを設けて吸気弁４，４の作動角を増加側に調整することもできる。このようにすれば、ＩＶＯを上死点に近づけることができる。
【０１００】
その後、暖機完了後の低・中負荷域になった場合には、前記各油圧回路の油圧も高くなると、各ロック機構のロックが解除されており、各ベーン部材３２の自由な相対回転が許容されて、排気側では、ベーン部材３２が進角側に回転制御されて、図１２に示すように、排気弁５，５の閉弁時期(ＥＶＣ２)を上死点よりθＥＶＣ２だけ早めると共に、開時期(ＥＶＯ２)を下死点よりもある程度早められる。このとき、排気ＶＥＬ１によって中作動角Ｄ２（中リフトＬ２）に制御される。
【０１０１】
このように、閉時期(ＥＶＣ)を上死点よりも早めていることから、燃焼ガスを十分に排出しないうちに排気弁５，５を閉じるので、多量の残留ガスが燃焼室０４内に残る。このため、この残留ガスの増加によってポンピングロスが低減すると共に、燃焼室０４内の混合気の比熱比も上昇して燃費が向上する。また、多量の残留ガスによって燃焼室０４内の温度を制御することで、自着火燃焼をさせて、さらに燃費を向上させることもできる。
【０１０２】
なお、このように多量の残留ガスを燃焼室０４内に入れる方法としては、前記ＥＶＣを十分に早める方法以外に、ＥＶＣを上死点を越えて大きく遅らせることにより、吸気弁４，４の開時期(ＩＶＯ)との間のバルブオーバーラップを増加させる方法もあるが、この方法では、排気ガスを一度吸気弁系に逆流させ、その後再度燃焼室０４内に吸入することになるので、燃焼室０４内の残留ガス量の制御精度が悪い。その上、再吸入される排気ガスの温度が低下してしまうので、燃焼が悪化し易いという問題がある。
【０１０３】
これに対して、前述のような、排気弁５，５の閉時期（ＥＶＣ）を早めて行う方法では、排出する既燃ガス(残留ガス)を排気行程の途中で排気弁５，５を閉じることにより燃焼室０４内に封じ込める制御をするため、ダイレクトに残留ガスを制御することができる。したがって、かかる制御性が良好になると共に、温度低下がしにくいので燃焼面でも有利となる。
【０１０４】
一方、排気弁４，４の開時期(ＥＶＯ２)は、前述のように、下死点に対してある程度早められることから、排気損失が低減されて出力トルクを確保できると共に、勢いよく流出した高温な既燃ガスが排出ガスとして下流側の触媒に到達し、該触媒を速やかに加熱して浄化性能を高めることが可能になる。
【０１０５】
また、この時点では、排気ＶＥＬ１によって中作動角Ｄ２（中リフトＬ２）に制御されていることから、排気ＶＴＣ２の作動と共に前述の開閉時期を実現している。
【０１０６】
前記吸気側では、ベーン部材６１が図１０に示すように、遅角側に回転制御されて、吸気弁４，４の開閉時期が図１２に示すように、遅角側に制御される。つまり、開時期(ＩＶＯ２)は、上死点よりもθＩＶＯ２分だけ遅角した位置になり、ピストンがある程度下降した位置、すなわち、燃焼室０４内の圧力（筒内圧）が下がった時点で吸気弁４，４を開くので、燃焼室０４内の残留ガスが吸気系に逆流するのを抑制できる。
【０１０７】
ここで、θＩＶＯ２がθＥＶＣ２とほぼ同じか、大きい場合は、前記抑制効果が大きくなる。
【０１０８】
吸気弁４，４の閉時期（ＩＶＣ）は、図１２に示すＩＶＣ２の位置であり、下死点に対して乖離していることからポンピングロスを低減し、燃費が向上していると共に、燃焼室０４内の残留ガスが多いこと自体もポンピングロスのさらなる低減につながるので、燃費が向上する。
【０１０９】
さらに、前記ＥＶＣ２を上死点よりも早めて残留ガスを多くし、かつ高精度制御することによって圧縮上死点でのガス温度を所定の温度に制御し、その際、予め吸気行程中に、燃料噴射弁０７から燃料を噴射しておけば、点火プラグ０５に依らない自着火を実現することが可能になり、いわゆるガソリン予混合圧縮着火の内燃機関にも適用できる。
【０１１０】
すなわち、前記ガソリン予混合圧縮着火の内燃機関とは、例えば、田端  道彦「ガソリンＨＣＣＩ燃焼技術と燃焼センシング」、２００４年１２月１０日、自動車技術会Ｎｏ．１７−０４シンポジウム「未来を担うガソリンエンジン」にて発表されており、本実施例をこの内燃機関に適用することが可能である。
【０１１１】
したがって、この内燃機関によれば、空燃比をリーン化しても均質予混合燃焼であるから(成層リーン燃焼ではないので、)ＮＯｘの増大を抑制しつつリーン燃焼によって、さらに燃費の向上効果を高めることが可能になる。
【０１１２】
機関の負荷(トルク)をやや増加させたい場合には、吸気弁４，４の閉時期(ＩＶＣ２)を下死点側に近づけて吸気充填効率を高めたり、あるいは、排気弁５，５の閉時期(ＥＶＣ２)を遅らせて残留ガスを減らしてトルク向上に寄与すればよい。この場合、残留ガスが減少するので、圧縮着火がしにくくなるため点火プラグ０５による火花点火式に切り換えたり、あるいは併用することも可能である。
【０１１３】
次に、車両の加速時などで大アクセル開度に移行した場合は、排気弁５，５の作動角を中作動角Ｄ２から大作動角Ｄ３に切り換えると共に、排気弁５，５側の開閉時期を最進角付近からやや遅角側に制御する(リフト位相α２→α３に変更)。
【０１１４】
すなわち、前記大作動角Ｄ３への切り換えと共に、図１３に示すように、排気弁５，５の閉時期(ＥＶＣ３)を上死点付近まで遅角制御し、かつ、開時期(ＥＶＯ３)をさらに進角制御する。このように、閉時期(ＥＶＣ３)を遅角制御することによって燃焼室０４内の残留ガスが低減されて、その分、新気の充填効率が向上する。さらに開時期(ＥＶＯ３)が進角するので、高負荷による排気ガス量の増大化による、排気損失の増大を抑制することができ、機関の出力トルクを向上させることが可能になる。
【０１１５】
また、吸気弁４，４側では、吸気ＶＴＣ３によって進角制御され、図１３に示すように、吸気弁４，４の閉時期(ＩＶＣ３)が下死点付近になって吸気充填効率が向上して一層の出力トルクの向上が図れる。この場合は、燃焼圧力も高く、圧縮着火では不安定になるおそれがあるので、点火プラグ０５による燃焼として、安定的に大きな出力トルクを発生させてもよい。
【０１１６】
以下、本実施例におけるコントローラ２２による具体的な制御を図１４に基づいて説明する。
【０１１７】
まず、ステップ１では、イグニッションキーがオフになっているか否かを判断し、オンになっている場合はリターンするが、オフになっている場合はステップ２に進む。
【０１１８】
このステップ２では、ＥＣＵが機関停止信号、つまり燃料噴射弁０７への通電を遮断して燃料カットすると共に、コントローラ２２による前記排気ＶＥＬ１，ＶＴＣ２、吸気ＶＴＣ３への通電(制御信号)を停止させる。これによって、機関の回転を低下させる。
【０１１９】
続いて、ステップ３に移行し、ここでは、各機構１〜３などへの制御信号の停止に伴って各コイルスプリング３０、５５，５６、６８，６９のばね力などによって前記ボールナット２４や各ベーン部材３２，６１を機械的かつ自動的に前述したデフォルト位置切り換え移動させる。
【０１２０】
つまり、排気ＶＥＬ１は、ばね部材３０やバルブスプリングのばね反力によって最小リフト位置に安定的に保持し、排気ＶＴＣ２は、コイルスプリング５５，５６やバルブスプリングのばね反力によって、排気弁５，５の開閉時期を最遅角側に移動させてロック機構によって安定保持し、さらに吸気ＶＴＣ３によって吸気弁４，４の開閉時期を最進角側に移動させてロック機構によって安定保持する。
【０１２１】
なお、前記排気ＶＥＬ１や排気ＶＴＣ２は、例えば、前記ばね部材３０やコイルスプリング５５，５６がなくても、バルブスプリングのばね反力によってそれぞれ最小リフトや最遅角側に移動させることができるが、前記各スプリングによって強制的に移動させるので、より安定かつ確実な制御が可能になる。
【０１２２】
但し、吸気ＶＴＣ３では、バルブスプリングのばね力に抗してベーン部材を最進角側へ移動させるのでコイルスプリング６８，６９のばね力は必要になる。
【０１２３】
次に、ステップ４で、機関を完全に停止させる。
【０１２４】
ステップ５以下では、機関再始動を行った場合の制御を示し、まずステップ５において、イグニッションキーがオンされたか否かを判断する。
【０１２５】
未だオンされていない場合は、リターンするがオンされたと判断した場合は、ステップ６においてクランキングが開始される。そして、前記ステップ３で予定のデフォルト位置になっていない場合でも、このクランキング中にデフォルト位置に近づけることができる。すなわち、デフォルト位置が機械的に安定する位置であるため、クランキング中に自動的にデフォルト位置に近づいて行くのである。
【０１２６】
さらに、ステップ７では、各排気ＶＥＬ１と排気ＶＴＣ２及び吸気ＶＴＣ３の電動モータ２０や各電磁切換弁４７に制御信号を出力して、前記デフォルト位置となるように制御する。クランキング時は油圧回路の油圧が低いとか、各部の機械的なフリクションが大きいなどの問題はあるが、各機構は既に目標のデフォルト位置付近にあり、要求変換量も小さいことから、速やかに変換させることが可能である。
【０１２７】
ここで、制御目標位置は確実にデフォルト位置である必要はなく、僅かにずれた位置であっても良い。例えば、排気ＶＥＬ１は電動によって作動することから冷機時でも変換し易いので、例えば、デフォルトの最小作動角・リフトではなく、やや作動角やリフトが大きい位置を制御目標としてもよい。これによれば、排気ＶＥＬ１に用いられた制御軸１７の最大回転位置を規制するストッパに摩耗が生じた場合であっても、適切な作動角・リフト制御が可能になるといったメリットもある。あるいは、機関温度により制御目標を変えて良い。
【０１２８】
ステップ８では、所定のクランキング回転数に達したか否かを判断し、まだ達していないと判断した場合は、ステップ７に戻るが、達していると判断した場合は、ステップ９に移行する。
【０１２９】
このステップ９では、燃料噴射弁０７からの所定量の燃料噴射や点火プラグ０５への点火制御などを行って完爆制御を行う。この際、前述のように、燃焼室０４内の残留ガスが比較的少なく、排気エミッションも低減した安定的な始動燃焼が得られる。同時に、排気弁４，４の小作動角・小リフト制御によって動弁系のフリクションが低いことから、機関回転がスムーズに立ち上がる。
【０１３０】
次に、ステップ１０において、完爆後、所定時間が経過したか否かをタイマーなどによって判断し、所定時間経過したと判断した場合は、ステップ１１に移行する。なお、前記所定時間は、クランキング開始からでも、完爆制御開始からの時間でもよい。あるいは、前記水温センサ０６が検出した機関温度によってこの時間を補正してもよく、高温なら短時間、低温なら長時間とする補正を行う。また、機関温度がまだ低い場合は、排気弁４，４の開時期(ＥＶＯ)をやや早めて触媒の温度上昇を促進させることも可能である。
【０１３１】
前記所定時間が経過した場合は、ステップ１１で、アクセル開度量や機関回転数、機関温度などによって現在の機関運転状態を検出する。
【０１３２】
その後、機関温度が上昇して暖機完了した後は、機関運転状態に応じて、前記排気ＶＥＬ１，ＶＴＣ２，吸気ＶＴＣ３によって排気弁５，５や吸気弁４，４の開閉時期、作動角・リフト量を前述の図１２、図１３に示したような制御を行う。
【０１３３】
また、前記コントローラ２２は、ＥＣＵ(エンジンコントロールユニット)に組み込まれていることから、前述のように、ＥＣＵがクランキング信号を出力した後、即座に可変動弁システムの切り換え信号を出力することができ、通信遅れがなくなるので、各排気ＶＥＬ１や排気ＶＴＣ２、吸気ＶＴＣ２の切り換え作動応答性が向上する。
【０１３４】
〔第２実施例〕
図１５は本発明の第２実施例を示し、排気ＶＥＣ１のボール螺子手段２１は、前記コイルスプリング３０の他に、最大リフト方向へ付勢する第２コイルスプリング３０’が設けられ、機関停止時は、ボールナット２４が、前記両コイルスプリング３０、３０’の対向するばね力によって中立位置に保持されるようになっている。したがって、機関停止時には、排気弁５，５は、ほぼ中作動角・中リフト量に安定に保持されることになる。他の構成は、前記第１の実施例と同様である。
【０１３５】
よって、この実施例によれば、図１１における排気弁５，５の閉弁時期(ＥＶＣ１)をさらに上死点に近づけることができることから、より一層燃焼室０４内の残留ガスを低減させることが可能になる。この結果、機関の始動性をさらに向上させることができる。
【０１３６】
本発明は、前記各実施例の構成に限定されるものではなく、通常の火花点火式以外に、前述したガソリン予混合圧縮着火エンジンに適用することも可能である。
【０１３７】
また、ディーゼルエンジンのような圧縮着火式エンジンに適用することも可能であり、このエンジンに適用すれば、始動時に燃焼室０４内の残留ガスを少なくすることができるので、前記実施例と同様の冷機始動時の燃焼向上などの作用効果が得られる。
【０１３８】
また、第２可変機構において、必ずしもロック機構がなくとも付勢スプリングだけで、遅角側に安定させることもできる。
【０１３９】
なお、前記第２実施例では、第１可変機構である排気ＶＥＬ１により排気弁４，４の中作動角・中リフトがデフォルト位置になっているが、排気ＶＴＣ２の方もベーンの両側に付勢スプリングを設けて中間位相をデフォルト位置にすることも可能である。
【０１４０】
また、前記排気ＶＥＬ１は、前記実施例では連続的に制御するものを示したが、これに限定されず、段階的に制御するものであってもよい。
【０１４１】
また、排気ＶＴＣ２や吸気ＶＴＣ３のアクチュエータを油圧式ではなく、例えば特開２００２−２２７６１５号公報に記載されているような電動式とすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１４２】
【図１】本発明の可変動弁システムが適用される内燃機関を示す概略図である。
【図２】本発明の第１実施例の可変動弁システムを示す要部斜視図である。
【図３】Ａ及びＢは吸気ＶＥＬによる小リフト制御時の作動説明図である。
【図４】Ａ及びＢは同吸気ＶＥＬによる最大リフト制御時の作動説明図である。
【図５】本実施例における吸気弁のバルブリフト量と作動角及びバルブタイミング特性図である。
【図６】本実施例に供される吸気ＶＴＣの縦断面図である。
【図７】同吸気ＶＴＣによる最大遅角制御状態を示す図６のＡ−Ａ線断面図である。
【図８】同吸気ＶＴＣによる最大進角制御状態を示す図６のＡ−Ａ線断面図である。
【図９】吸気ＶＴＣのフロントカバーを外した最進角制御状態を示す正面図である。
【図１０】同吸気ＶＴＣのフロントカバーを外した最遅角制御状態を示す正面図である。
【図１１】本実施例における機関始動初期における排気弁の作動角・リフトと、排気弁と吸気弁の開閉時期特性を示す概念図である。
【図１２】本実施例における機関低・中負荷時における排気弁の作動角・リフトと、排気弁と吸気弁の開閉時期特性を示す概念図である。
【図１３】本実施例における機関高負荷時における排気弁の作動角・リフトと、排気弁と吸気弁の開閉時期特性を示す概念図である。
【図１４】本実施例に供されるコントローラによる制御フローチャート図である。
【図１５】第２の実施例の可変動弁システムを示す要部斜視図である。
【符号の説明】
【０１４３】
１…排気ＶＥＬ（第１可変機構）
２…排気ＶＴＣ（第２可変機構）
３…吸気ＶＴＣ（第３可変機構）
４…吸気弁
５…排気弁
６…駆動軸
２０…電動モータ
２２…コントローラ
３０…コイルスプリング
３２…ベーン部材
３３…タイミングスプロケット
４１…進角側油圧室
４２…遅角側油圧室
５５，５６…ばね部材（付勢部材）
５９…吸気カムシャフト
６８，６９…コイルスプリング(付勢部材)
【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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【図１４】
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【図１５】
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