JP5035576B2 - 内燃機関の可変動弁装置 - Google Patents

Description

本発明は、バルブを駆動するバルブ駆動出力を連続的に制御する内燃機関の可変動弁装置に関する。

自動車に搭載されるレシプロ式のエンジン（内燃機関）では、エンジンの排出ガスの対策やポンピングロスの改善を図るために、シリンダヘッドに、少なくとも吸気バルブのバルブ特性を連続的に制御する可変動弁装置を搭載することが行われる。
こうした可変動弁装置の多くは、吸入空気量の調整を担うために、バルブリフト量を連続的に変化させる可変動弁機構が用いられる。この可変動弁機構には、カムシャフトに形成されている吸気バルブ用カム（回転カム）のカム変位を受けてバルブ駆動出力を出力させる構造と、得られるバルブ駆動出力（バルブリフト量や開閉タイミングや開弁期間など）を、制御シャフトから入力される回動変位にしたがい連続的に可変させる構造とを組み合わせた装置が用いられる。

多くは、制御シャフトの操作により、最小の低リフトのとき、吸気バルブ用カムのトップ側のカムプロフィルだけを使用して吸気バルブを駆動し、最大の高リフトのとき、吸気バルブ用カムのトップ部からベース円のまでの全域のカムプロフィルを使用して吸気バルブを駆動するといったように、吸気バルブ用カムのカムプロフィルの各部を使い分けて、低リフト域から高リフト域までを連続的に可変させる構造が用いられる（例えば特許文献１を参照）。

特開２００５−２９９５３６号公報

ところで、通常、カムシャフトのカムは、図１５に示されるような車両のある特定の要求運転を考慮して、上り区間ａと下り区間ｂとの全体を規定したバルブリフト曲線のカムプロフィルをもつ。
ところが、可変動弁装置を搭載したエンジンは、スロットルバルブの代わりに可変動弁装置が用いられる。このため、可変動弁装置にも、スロットルバルブで得ていた種々の性能が求められる。具体的には、スロットルバルブで吸入空気量を制御するエンジンでは、スロットルバルブを用いて、車両の市街地走行のときは（負荷：小）、安定して性能が発揮されるよう、低・中負荷の変化に俊敏にエンジン出力を追従させることを行ったり、高速走行や山岳路の走行では（負荷：高）、できるだけエンジン出力を高めることを行ったりしていた。

ところが、通常並みのカムプロファイルとした吸気バルブ用カムを用いた可変動弁装置は、特定の要求運転を考慮したカムのカムプロフィルの各部が使い分けられるだけなので、低・中負荷運転時における低リフトに制御されている際の高応答性が得られず、高負荷運転時における高リフトに制御されている際のエンジン出力特性も十分に得られなかった。

そこで、本発明の目的は、車両の低・中負荷運転時の高応答性能と、車両の高負荷運転時の高出力性能との双方が両立可能な内燃機関の可変動弁装置を提供することにある。

請求項１に記載の発明は、上記目的を達成するために、吸気バルブ用カムを有するカムシャフトと、吸気バルブ用カムを受けてバルブ駆動出力を出力し、当該バルブ駆動出力を、制御アクチュエータの変位にしたがった吸気バルブ用カムのカムプロフィルの各部の使い分けにより、低リフト域から高リフト域まで連続的に可変制御する可変動弁機構と、低リフト域に制御されたときの閉弁特性と、高リフト域に制御されたときの閉弁特性とを、車両の要求運転特性にしたがい変更させる閉弁特性変更手段とを有し、閉弁特性変更手段は、低リフト域に可変するときの制御アクチュエータの単位制御量当たりの閉弁タイミング変化量をＣとし、高リフト域を可変するときの制御アクチュエータの単位制御量当たりの閉弁タイミング変化量をＤとしたとき、閉弁タイミング変化量Ｃ，ＤをＣ＞Ｄに設定させるものとした。

同構成により、低リフト時の閉弁や高リフト時の閉弁において車両の要求運転特性に合わせた適切な閉弁特性が得られる。
好ましくは、閉弁特性は閉弁速度であって、低リフト時の閉弁は、低・中負荷運転に適する遅い閉弁速度の閉弁タイミングで行われ、高リフト時の閉弁は、高負荷運転に適する速い閉弁速度の閉弁タイミングで行える。実際のバルブリフトは複数のカムやロッカアームのてこ比の合成により得られるが、閉弁特性を制御するのはクランクと同調して回転するカムにて最初に設定するのが望ましい。なお、ここでの閉弁速度はバルブのリフトが低下し、バルブシートに着座時点を含む最大バルブリフトの１／３以下のリフト領域の弁速度を指す。

請求項２に記載の発明は、閉弁特性は閉弁速度であって、低リフト域に制御されたときの閉弁速度より前記高リフト域に制御されたときの閉弁速度を早くする。

請求項１の発明によれば、低リフトに制御されるときは、低・中負荷運転に適した閉弁特性で閉弁が行え、可変応答性が高められる。高リフトに制御されるときは、高負荷運転に適した閉弁特性で閉弁が行え、出力が高められ、バルブリフト変化は最適化される。しかも、低リフト〜高リフトに操作する制御シャフトの単位制御角当たりの閉弁タイミング変化量を変更することにより、簡単に低リフト運転時の高応答性と高リフト運転時の高出力性能を確保することができる。

請求項２の発明によれば、低リフト域に制御されたときの閉弁速度より高リフト域に制御されたときの閉弁速度を早くすることにより、低リフト域の運転時は、低・中負荷の変化にエンジン出力を応答性よく追従させることができ、高リフト域の運転時は、閉弁速度の増大によりエンジン出力を高めることができる。それ故、車両の低・中負荷運転時の高応答性能と、車両の高負荷運転時の高出力性能との双方を確保することができる。

本発明の基礎となる技術を説明する実施形態に係る内燃機関の概観を示す斜視図。 図１中のＡ−Ａ線に沿う断面図。 ロッカカバーやタイミングチェーンカバーを取り外して可変動弁装置を露出させた内燃機関の斜視図。 同可変動弁装置をシリンダヘッドから取り外した斜視図。 図３中のＢ−Ｂ線に沿う可変動弁装置の断面図。 図３中のＣ−Ｃ線に沿う可変動弁装置の断面図。 連続可変特性を説明するための線図。 低リフト域および高リフト域とで閉弁速度を変えるカムプロフィルを説明する線図。 可変動弁装置の高リフト時の動きを説明するための断面図。 同じく断面図。 可変動弁装置の低リフト時の動きを説明するための断面図。 同じく断面図。 本発明の一実施形態の要部の技術を説明する線図。 別の発明の実施形態の要部の技術を説明する線図。 通常のエンジンに用いられるカムの特性を説明する線図。

まず、本発明の基礎となる技術を図１〜図１２に示す実施形態から説明する。
図１は、内燃機関、例えば直列４気筒レシプロ式ガソリンエンジンの本体の斜視図、図２は図１中のＡ−Ａ線に沿う断面図、図３は図１中のロッカカバー、タイミングチェーンカバーを取り外したエンジンの斜視図、図４は図３中の動弁系を取り外した分解斜視図、図５は図３中のＢ−Ｂ線に沿う可変動弁装置の断面図、図６は図３中のＣ−Ｃ線に沿う可変動弁装置の断面図、図７はバルブリフト性能の線図、図８はカムバルブリフト曲線の線図、図９〜図１２は可変動弁装置の各部の動き示す断面図をそれぞれ示している。

図１中１は、エンジン本体を構成するシリンダブロック、２は同じくシリンダブロック１の上部に搭載されたシリンダヘッド、３は同じくシリンダヘッド２の上方を覆うロッカカバー、４は同じくシリンダブロック１の下部に設けられたオイルパン、１ａはシリンダブロック１の前部に設けられたタイミングチェーンカバーである。
シリンダブロック１には、図５に示されるようにエンジンの前後方向に沿って４つの気筒６（一部だけ図示）が形成されている。これら気筒６には、ピストン７がそれぞれ往復動可能に収めてある。これらピストン７が、コンロッド８、クランクピン９ａを介して、シリンダブロック１の前後方向に配設されたクランクシャフト９に連結され、ピストン７から伝わる往復運動が回転運動に変換されながらクランクシャフト９へ出力されるようにしている。

シリンダヘッド２の下面には、図５に示されるように４つの気筒６にならってそれぞれ燃焼室１１が形成されている。これら燃焼室１１の両側には、一対の吸気ポート１２、一対の排気ポート１３（いずれも片側だけ図示）が形成してある。シリンダヘッド２の上部中央は前後方向に渡り凹んでいる。そして、凹部２ａの両側がそれぞれ側方に張り出している。また燃焼室１１の両側には、気筒６毎、吸気ポート１２を開閉する吸気バルブ１４、排気ポート１３を開閉する排気バルブ１５が設けられている。なお、吸気バルブ１４、排気バルブ１５は、いずれもバルブスプリング１６によって閉じる方向へ付勢される常閉式である。

シリンダヘッド２の上部に形成された凹部２ａには、図２〜図６に示されるようにＳＯＨＣ式の動弁機構で構成される可変動弁装置２０が搭載されている。この可変動弁装置２０はロッカカバー３内に収められている。可変動弁装置２０には、カムシャフト２６と共に、吸気バルブ１４のバルブ特性を連続的に可変する可変動弁機構２１と、排気バルブ１５を通常の一義的に開閉させるロッカアーム機構２２とを１つに集約してユニットにした構造が用いられている。

すなわち、可変動弁装置２０を説明すると、図１〜図６中２５は保持部材、２６はカムシャフト、２７は排気用ロッカシャフト、２８は吸気用ロッカシャフトを兼ねる制御シャフト、２９は支持シャフトである。各シャフト２６〜２９は、いずれもエンジンの前後方向に延びたシャフト部材で形成される。このうちカムシャフト２６には、図５の一部に示されるように気筒毎に、カム群、例えば吸気用カム２６ａ（吸気バルブ用カムに相当）と、その両側に配置された一対の排気用カム２６ｂ（図５に一部だけ図示）といった３つのカムが形成されている。

保持部材２５は、シリンダヘッド２の上部の各地点、例えば気筒列の最前部、気筒間、最後部にそれぞれ配置される。保持部材２５は、いずれも図６に示されるようにホルダ部３２と、同ホルダ部３２の下端部に組付くキャップ部３３との組み合わせから構成される。そして、カムシャフト２６は、各ホルダ部３２の下端面に形成されたジャーナル面と、キャップ部３３の上面に形成されたジャーナル面との間に挟み込まれて回転自在に支持される。制御シャフト２８は、各ホルダ部３２の中段の吸気側（幅方向一側）で回転自在に支持される。排気用ロッカシャフト２７は、各ホルダ部３２の中段の制御シャフト２８とは反対となる排気側（幅方向他一側）で固定される。さらに支持シャフト２９は、各ホルダ部３２の上部で固定される。各ホルダ部３２の両側には、図６に示されるように排気用ロッカシャフト２７、制御シャフト２８の近辺の地点に位置して、一対の固定座３４が形成される。こうした構造により、シリンダヘッド２に搭載可能なフレーム構造を形成している。

同フレームには、気筒毎に、可変動弁機構２１とロッカアーム機構２２が組み付いている。可変動弁機構２１には、いずれも例えば図５に示されるようにロッカアーム４０、スイングカム５０、センタロッカアーム６０を組み合わせた構造が用いられている。
すなわち、図３および図４に示されるようにロッカアーム４０は、二股に分かれたアーム部材が用いられる。このアーム部材の中央部が図５に示されるように制御シャフト２８に回動自在に支持され、アーム部材の先端部に設けたアジャストスクリュ部４１をフレームの側方へ張り出させ、アーム部材の基端部に設けたニードルローラ４２を支持シャフト２９側へ配置させている。

スイングカム５０は、図３〜図５に示されるように一端部が支持シャフト２９に回動自在に支持され、他端部がロッカアーム４０のニードルローラ４２に向かって突き出る揺動カム部材で形成される。他端面に形成されているカム面５１は、ニードルローラ４２と転接する。揺動カム部材の下部には滑りローラ５２が回転自在に組み込まれている。
センタロッカアーム６０は、図５に示されるように吸気用カム２６ａ、制御シャフト２８、滑りローラ５２で囲まれる地点に配置される。センタロッカアーム６０は、上方の滑りローラ５２へ向かうアーム部６１と、横方向となる制御シャフト２８直下へ向かうアーム部６２とにより、Ｌ形に形成される。アーム部６１の先端面に形成されている斜面６１ａ（例えば制御シャフト側が低、支持シャフト側が高の面）は、スイングカム５０の滑りローラ５２と転接する。アーム部６１，６２の交差する部分に支持されている滑りローラ６３は、吸気用カム２６ａのカム面と転接し、バルブ駆動出力としての吸気用カム２６ａのカム変位がアーム部６１を通じて、スイングカム５０へ出力されるようにしている。

アーム部６２端に屈曲自在に支持されているピン部６４は、制御シャフト２８に形成されている通孔６５に回動自在に差し込まれている。この差込みにより、センタロッカアーム６０は、屈曲点を支点として揺動自在に支持される。このセンタロッカアーム６０の組み込み構造により、制御シャフト２８が回動変位すると、センタロッカアーム３５は、吸気用カム２６ａとの転接位置を変更しながら、カムシャフト１６と交差する方向（進角方向や遅角方向）へ変位する。

この変位により、センタロッカアーム６０から出力されるバルブ駆動出力、例えば吸気バルブ１４のバルブリフト量や開閉タイミングが、同時に連続的に可変される。すなわち、図５に示されるようにカム面５１は、上部側が吸気用カム２６ａのベース円に相当するベース円区間αとし、下部側がベース円区間と連続したリフト区間β（吸気用カム２６ａの上り区間２６ｘと下り区間２６ｙのカムプロフィルとが共通に関与する領域）としてある。

これにより、センタロッカアーム６０の滑りローラ６３が、吸気用カム２６ａの進角方向あるいは遅角方向へ変位すると、スイングカム５０の姿勢が変化して、ニードルローラ４２が揺動するカム面５１の領域が変化する。つまり、ニードルローラ４２が揺動するベース区間αとリフト区間βの比率が変わる。この進角方向の位相変化、遅角方向の位相変化を伴うベース区間α、リフト区間βの比率の変化により、吸気バルブ１４のバルブリフト量が、例えば図７に示されるように吸気用カム２６ａのトップのカムプロフィルがもたらす低リフトＶ１から、吸気用カム２６ａの頂部から基端部までの全体のカムプロフィルがもたらす高リフトＶ７まで連続的に可変される。また同時に吸気バルブ１４の開閉タイミングは、開弁時期よりも閉弁時期が大きく可変される。

つまり、可変動弁機構２１は、低リフト〜高リフトまでをリフト可変範囲として、バルブリフト量や開閉タイミングが連続的に可変できるようにしてある。なお、通孔６５には、ピン部６４の突出し量を調整するためのねじ部材６６が進退可能に螺挿してある（気筒毎のバルブ開閉時期やバルブリフト量の調整のため）。
ロッカアーム機構２２（排気側）は、図５に示されるように一対のロッカアーム６７をもつ（片側しか図示せず）。この一対のロッカアーム６７は、センタロッカアーム３５の両側に位置し、排気用ロッカシャフト２７に回動自在に支持される。そして、一端部に有るローラ部材（図示しない）を排気用カム２６ｂのカム面に転接させ、他端部に有るアジャストスクリュ部６７ａをフレームの側方へ張り出させている。

こうした各構造により、カムシャフト２６、可変動弁機構２１、ロッカアーム機構２２を１つに集約させている。このユニット化された可変動弁装置２０の各固定座３４が、図４および図６に示されるように凹部２ａ（シリンダヘッド２）の底面から突き出ているボス部１７に設置される。そして、各固定座３４は、図３および図６に示されるように該固定座３４およびシリンダヘッド２を通じて、シリンダブロック１へねじ込まれるシリンダヘッドボルト１８により、シリンダヘッド２と一緒に固定される（共締め）。なお、最前部、最後部の保持部材２５については、別の固定ボルト１８ａでもシリンダヘッド２に固定してある。

この可変動弁装置２０の搭載により、図５に示されるように各ロッカアーム４０（吸気用）のアジャストスクリュ部４１は、シリンダヘッド２に組み付けてある吸気バルブ１４のステム端に配置され、排気用ロッカアーム６７のアジャストスクリュ部６７ａは、シリンダヘッド２に組み付けてある排気バルブ１５のステム端に配置される。なお、６８は、スイングカム５０に組み付くプッシャである。同プッシャ６８は、スイングカム５０を介してセンタロッカアーム６０を吸気用カム２６ａへ押し付ける部品である。

またカムシャフト２６の一端部は、例えば図４に示されるようにシリンダヘッド１の凹部２ａを囲う端壁に有る貫通部１ｂを通じて、前方へ突き出る。この突き出たカムシャフト２６の端部には、図１〜図３に示されるようにカムスプロケット７０が設けられる。このカムスプロケット７０とクランクシャフト９の一端部に設けたクランクスプロケット７１間に無端状のタイミングチェーン７２が掛け渡され、カムシャフト２６がクランク出力で回転されるようにしている。

このカムシャフト２６との連携により、低リフト〜高リフトの範囲において、吸入空気が効果的に気筒６内へ吸い込めるよう、例えば図７中のバルブリフト特性に示されるようにＶ１〜Ｖ３など低リフトや中リフトの閉弁は、吸気行程のピストン７が下死点に至る以前のタイミングで行われ、Ｖ４〜Ｖ６など高リフトの閉弁は、吸気行程のピストン７が下死点を通過した以降のタイミングで行われるようにしている。

一方、図３に示されるようにシリンダヘッド１の最前部には、制御シャフト２８を駆動する駆動装置８０が設けられている。駆動装置８０は、可変動弁機構２１と共に可変動弁装置２０を構成する装置で、回転駆動源としての例えば電動モータ８１と、電動モータ８１とは別体な伝達機構、例えばウォームギヤ減速機構８２を組み合わせた構造が用いられる。ウォームギヤ減速機構８２には、例えば扇形のウォームホイールギヤ８３とこれと噛合うウォームシャフトギヤ８４との組み合わせが用いられる。そして、このうちウォームシャフトギヤ８４を含む部分を、ウォームホイールギヤ８３とは別体なウォームシャフトギヤユニット８５としてユニット化してある。

すなわち、扇形のウォームホイールギヤ８３は、図２〜図４に示されるように扇形板状の本体８６の外周縁部に多数のギヤ歯８７を有し、回動中心部に取付座８８を有した板状部品が用いてある。この扇形部品の据付座８８が、最前部のホルダ部３２から前方へ臨む制御シャフト２８の軸端に固定ボルト８９で固定され、ギヤ歯８７をシリンダヘッド２の上方に配置させている。

ウォームシャフトギヤユニット８５は、例えば図２〜図４に示されるようにフレーム９０をもつ。フレーム９０は、シリンダヘッド２の幅方向に延びるベース部９０ａと、同ベース部９０ａの両端部からシリンダヘッド２の前後方向に延びる一対のアーム部９０ｂを有する。アーム部９０ｂの先端部には、それぞれ軸受孔９０ｃ（図２に図示）が形成されている。ウォームシャフトギヤ８４は、中間にウォームギヤ歯８４ａをもつシャフト８４ｂが用いてある。このシャフト８４ｂの両端部がそれぞれ軸受孔９０ｃで回転自在に支持され、一対のアーム部９０ｂ間にウォームギヤ部８４ｂを配置させている。そして、アーム部９０ｂを突き出るシャフト８４ｂの端部には、オルダム継手９１を構成する雄部９１ａおよび雌部９１ｂの一方、例えば雄部９１ａが連結してある。またベース部９０ａの両端部には、シリンダヘッド２に搭載するための設置座９２がそれぞれ形成されている。

これら設置座９２が、図４に示されるように固定用ボルト９３を用いて、最前部のホルダ部３２の上部に形成された受座９４に設置され、ウォームシャフトギヤユニット８５をシリンダヘッド２に横向きに取り付けている。この際、図２に示されるようにウォームシャフトギヤ８４がウォームホイールギヤ８３と噛合う。
これにより、オルダム継手９１の雄部９１ａから入力される制御回転（バルブリフト量や開閉タイミングの要求バルブ特性を定める回転）が、両ギヤ８３，８４の噛合い部９５を通じて、制御シャフト２８へ伝達されるようにしている。具体的には、例えば図２中の矢印で示されるようにウォームホイールギヤ８３が排気用ロッカシャフト２７側へ向かう方向に回動変位すると、高リフト側へ制御するための制御回転が制御シャフト２８へ伝達され、反対にオルダム継手９１側へ向かう方向に回動変位すると、低リフト側へ制御するための制御回転が制御シャフト２８へ伝達される。

ここで、バルブ反力は、可変動弁機構２１の各部の組み付きや設定により、制御シャフト２８に対して、一方の回転方向にしか作用しないようにしてある。ここでは、例えば低リフト方向へだけ、吸気バルブ１４のバルブ反力が作用されるようにしてある。つまり、ウォームシャフトギヤ８４には、軸方向の一方向に対してだけスラスト方向のバルブ反力が作用する。このスラスト方向のバルブ反力を受けるため、図２〜図４に示されるようにウォームシャフトギヤ８４のシャフト部分、例えばオルダム継手９１側のシャフト部分に、１つだけスラスト受け９６が設けてある。

他方、電動モータ８１は、図２および図３に示されるように回転子と固定子（図示しない）とを組み合わせた電動機本体８１ａが用いられている。すなわち、電動モータ８１には、先端部に円柱形の差込み部８１ｄを有し、胴部に取付用ブラケット８１ｂが取り付けられた電動機部８１ａが用いられる。この電動機部８１ａのモータ軸８１ｃが差込み部８１ｄの中央を貫通して前方へ延びている。この前方へ延びたモータ軸８１ｃの先端部には、オルダム継手９１の残る片側の部品、すなわち雌部９１ｂが装着してある。取付け用ブラケット８１ｂは、シリンダヘッド２の側部に形成されたモータ取付面２ｂ（図２に図示）に対し、取り付け可能なＬ字形のブラケット部材から形成される。また差込み部８１ｄは、図１および図２に示されるようにロッカカバー３の側壁に形成された円筒形の差込み口部３ａに差込み可能な形状をなしている。差込み部８１ｄの外周面には、外周面から外側へ突き出るように環状のオイルシール部材９８が装着されている。

これらの構造を用いて、電動モータ８１はウォームシャフトギヤユニット８５に着脱可能に組み付けてある。具体的には、電動モータ８１は、図１および図２に示されるように差込み口部３ａへ差込み部８１ｄを差し込んで、同差込み口部３ａをガイドとして先端の雌部９１ｂをウォームシャフトギヤユニット８５の雄部９１ａに噛合わせ、その後、取付け用ブラケット８１ｂをシリンダヘッド２のモータ取付け面２ｂにボルト止めすることによって、制御シャフト２８と交差する向きに組み付けられる。但し、差込み部８１ｄは、差込み口部３ａへ差し込むと、オイルシール部材９８だけが差込み口部３ａの内面と弾接し、他の外周面部分は差込み口部３ａの内面から離れる（図２）。

吸入空気量の調整を担う可変動弁装置２０には、スロットルバルブを用いたときのような車両の低・中負荷運転時における応答性や、車両の高負荷運転時におけるエンジン出力性を向上させる工夫が採用されている。同工夫には、吸気バルブ１４が低リフト域に制御されるときの閉弁タイミングと、高リフト域に制御されるときの閉弁タイミングとを、車両の要求運転特性にしたがい変更する技術が用いられている。

この技術には、図５に示されるように吸気用カム２６ａの下り区間２６ｙのカムプロフィルの一部を変更させた構造が用いられる。具体的には、吸気用カム２６ａの下り区間２６ｙを形成するカムプロフィルのち、低リフト時の閉弁タイミングで用いる低リフト域Ｓ１のカムプロフィル部分と、高リフト時の閉弁タイミングで用いる高リフト域Ｓ２のカムプロフィル部分との勾配を異ならせた構造が採用されている。

吸気用カム２６ａのバルブリフト曲線を用いて、この勾配の点を説明すると、これには図８で示すような勾配の設定の仕方が用いられている。
すなわち、図８で示される線図には、境界線となるＺ線で、低リフトの閉弁タイミングで用いられる低リフト域Ｓ１と、高リフトの閉弁タイミングで用いられる高リフト域Ｓ２とを分けた吸気用カム２６ａのバルブリフト曲線が示されている。

勾配の設定には、図８に示されるように吸気用カム２６ａの下り区間２６ｙを形成するカムプロフィルのうち、低リフトの閉弁タイミングで用いる低リフト域Ｓ１の勾配Ｅ１を、二点鎖線で示す通常の吸気用カムのときより（図１５の線図に相当）、なだらかにし、反対に、高リフトの閉弁タイミングで用いる高リフト域Ｓ２の勾配Ｅ２を、二点鎖線で示す通常の吸気用カムのときより（図１５の線図に相当）、急な傾斜にする構造が用いられている。これで、低リフト域Ｓ１、高リフト域Ｓ２は、勾配Ｅ１＜Ｅ２となる関係にしてある。

さらに述べれば、所定の地点は図７に示される吸気行程のピストン７が下死点に到達するタイミングと合致する、低リフト域Ｓ１と高リフト域Ｓ２との境界のカムプロフィル上の地点を基準の点Ｇとして、同基準点Ｇを境に低リフト域Ｓ１の傾斜を、例えば通常の吸気用カムのカムプロフィルに対しθ１だけ、なだらかにする。また基準点Ｇを境に高リフト域Ｓ２の傾斜を、例えば通常の吸気用カムのカムプロフィルに対しθ２だけ立ち上げて急勾配にしてある。つまり、勾配Ｅ１＜Ｅ２は、可変動弁装置２０の特有の動きを考慮して、下死点相当の点を基準に定めてある。

つぎに、可変動弁装置２０の作用を通して、上記勾配Ｅ１、Ｅ２の設定から、車両の低・中負荷運転時における高応答性と、車両の高負荷運転時における高エンジン出力性とが確保される点を述べる。
今、カムシャフト２６が、図１および図２中の矢印方向に示されるようにタイミングチェーン７２から伝達されるクランクシャフト９の軸出力によって駆動（回転）されるとする。

このとき、図５に示されるようにセンタロッカアーム６０の滑りローラ６３は、吸気用カム２６ａのカム変位を受けている。これにより、センタロッカアーム６０からは、バルブ駆動出力が出力される。つまり、センタロッカアーム６０は、カム変位にしたがい、ピン部６４を支点として、上下方向へ揺動する。
スイングカム５０の滑りローラ５２は、同滑りローラ５２と転接する斜面６１ａを通じて、センタロッカアーム６０の揺動変位を受けている。このため、スイングカム５０は、斜面６１ａを転がりながら、該斜面６１ａで押し上げられたり下降したりする揺動運動を繰り返す。このスイングカム５０の揺動により、スイングカム６０のカム面５１は上下方向へ往復動する。

このとき、カム面５１は、ロッカアーム４０のニードルローラ４２と転接しているから、カム面５１でニードルローラ４２を周期的に押圧する。この押圧を受けてロッカアーム４０は、制御シャフト２８を支点に揺動され、一対の吸気バルブ１４を開閉させる。
一方、各排気用ロッカアーム６７は、それぞれ排気用カム２６ｂを受けていて、同カム２６ｂのカムプロフィルにならい駆動される。これにより、各排気用ロッカアーム６７は、排気用ロッカシャフト２７を支点に揺動して、それぞれ排気バルブ１５を開閉させる。

このとき、図示しない制御部の指令により、高リフト量にするべく、電動モータ８１が作動したとする。すると、同電動モータ８１の回転が、オルダム継手９１を通じて、ウォームシャフトギヤ８４へ伝わり、同ウォームシャフトギヤ８４と噛合う扇形のウォームホイールギヤ８３を回動変位させる（図２中の高リフト方向）。これにより、電動モータ８１の回転は、減速されながら制御シャフト２８へ伝わり、制御シャフト２８を要求バルブリフトの地点まで回動させる。

この回動変位により、センタロッカアーム６０の位置は変位する。これにより、センタロッカアーム６０の滑りローラ６３は、吸気用カム２６ａ上を回転方向に沿って変位し、図９および図１０に示されるようにスイングカム５０のカム面５１を垂直に近い角度となる姿勢に位置決める。
このカム面５１の姿勢により、カム面５１のニードルローラ４２が行き交う領域（比率）は、高リフト量をもたらす領域に設定される。つまり、短いベース円区間αと長いリフト区間βとなる比率に設定され、この区間α、βをニードルローラ４２が行き交う。

これにより、例えば吸気バルブ１４は、図７中のＶ５やＶ６やＶ７などの特性に示されるように高リフト量に駆動されるとともに、最大リフト時とほぼ同じ開弁時期から開弁するタイミングを保ちつつ、吸気行程の下死点を通過した以降のタイミングで閉弁が行われる。
ここでの閉弁タイミングで用いられる吸気用カム２６ａの高リフト域Ｓ２は、図８に示されるように、勾配が大きいから（傾斜：大）、吸気バルブ１４は閉弁速度が稼げる。この閉弁速度の増大から、吸気バルブ１４は、閉弁位置の直近まで高リフトを保ちながら瞬時に閉じる。

つまり、勾配Ｅ２がもたらす閉弁速度の増大により、吸気バルブ１４は、高リフトに保たれている状態を長く稼いで、吸入空量を増大させるから、エンジン出力を増大させることができる。
これにより、高リフトが多用される高速走行や山岳走行など高負荷運転では、高エンジン出力を得ることができる。特に閉弁速度が速まると、吸気バルブ１４は、エンジンの慣性吸気や吸気脈動のタイミングに合わせた閉弁タイミングで素早い閉弁速度で閉弁が行えるから、エンジン回転領域全般にわたり、過給効果が高められ、エンジン出力の増大が期待できる。

一方、低リフト量にする。このときは、高リフトのときとは反対方向へ電動モータ８１を作動させ、要求バルブリフトを出力する。すると、同電動モータ８１の回転が、オルダム継手９１を通じて、ウォームシャフトギヤ８４へ伝わり、扇形のウォームホイールギヤ８３を反対の方向へ回動変位させる（図２中の低リフト方向）。これにより、電動モータ８１の回転は、減速されながら制御シャフト２８へ伝わり、制御シャフト２８を要求されたバルブ駆動出力、例えば低バルブリフトの地点まで回動させる。

この回動変位により、図１１および図１２に示されるようにセンタロッカアーム６０の支点位置（ピン部６４）は吸気用カム２６ａへ接近する方向に回動変位する。すると、センタロッカアーム６０の滑りローラ６３は、吸気用カム２６ａ上を吸気用カム２６ａの回転方向とは逆側へ変位する。これにより、センタロッカアーム６０と吸気用カム２６ａとの転接位置は、吸気用カム２６ａ上を進角する方向へずれる。

この転接位置の可変により、バルブリフト曲線のトップ位置が進角方向へ移動する。また斜面６３も、センタロッカアーム６０の移動を受けて進角方向へ変位する。このセンタロッカアーム６０の移動により、図１１および図１２に示されるようにスイングカム５０は、カム面５１が下側へ傾く姿勢に変わる。傾きが大きくなるにしたがい、ニードルローラ４２が行き交うカム面５１の領域は、ベース円区間αが次第に長く、リフト区間βが次第に短くなる比率に変わる。この比率の変化により、吸気バルブ１４は、吸気用カム２６ａの全域を用いた駆動から、次第にカムトップでの限定的な駆動に変わる。

これにより、例えば吸気バルブ１４は、図７中のＶ１やＶ２やＶ３などのバルブリフト特性に示されるように低リフトに駆動される。と共に吸気バルブ１４は、最大リフト時とほぼ同じ開弁時期から開弁するタイミングを保ちつつ、吸気行程の下死点以前のタイミングで閉弁される。つまり、車両の低・中負荷運転に適したバルブ特性に制御される。
ここでの閉弁タイミングで用いられる吸気用カム２６ａの低リフト域Ｓ１は、図８に示されるように、勾配が小さい（傾斜：小）。この勾配Ｅ１により、吸気バルブ１４は、図８中の二点鎖線で示されるように吸気用カムのときより閉弁速度は遅くなる。

すなわち、図８中の例えば低リフトで閉弁タイミングがＣ０で運転したときを例に挙げると、緩加速などの何らかの運転状況の変化に追従するために、空気量をわずかに増やすために閉弁タイミングを少し遅らせるために、図示しない制御部の指令により制御シャフトを要求バルブのリフト地点までδ回動すると、図８中の二点鎖線で示されるような下り勾配ではＣ１に閉弁タイミングが変化する。しかし、勾配Ｅ１をなだらかにしたことで、それよりも遅いＣ２に閉弁タイミング変化が確保され、制御応答性が高くなる。すなわち、ドライバーの要求や制御部の指令に素早く対応して、空気量をコントロールすることができ、車両のレスポンス向上だけでなく、刻々と変わる運転環境の変化に伴うエンジン回転の不安定も抑制することができる。さらには、バルブの着座速度が低いので着座騒音も低減され、低・中負荷運転時の静粛性も向上する。

かくして、連続可変時のバルブリフト変化は最適化され、可変動弁装置２０だけで、低・中負荷運転時の高応答性能と、高負荷運転時の高出力性能との双方を確保することができる。しかも、これら性能は、吸気バルブ用カム１４の下り区間２６ｙのカムプロフィルの各部の勾配Ｅ１，Ｅ２（傾斜）を設定するだけで確保できるから、簡単な構造ですむ。特に勾配Ｅ１，Ｅ２は、ピストン７の下死点に相当する地点Ｇを基準として吸気バルブ用カムの下り区間のカムプロフィルの勾配を変更させるだけで、簡単に低リフト運転時の高応答性と高リフト運転時の高出力性能とが確保できる。

そのうえ、吸気バルブ用カム１４の勾配を変える構造は、吸気バルブ用カム１４の上り区間２６ｘと下り区間２６ｙを一種類のスイングカム５０のカム面５１に置き換える可変動弁装置２０に適用すると、バルブリフトや開弁期間を変える主要な構造を変更せずにすむ。このため、スイング式の可変動弁装置２０には負担が少なく最適である。
すなわち、吸気カム２６ａに図１５に示される従来相当のカムプロファイルが適用されると、低リフト時の閉弁が図１５のカムのＬ域で、高リフト時の閉弁がＨ域となり、Ｌ域のカムプロファイル速度がＨ域のカムプロファイル速度よりも速くなり、本願の基礎となる技術とは逆となる。

図１３は、本発明の一実施形態を示す。
本実施形態は、制御シャフト２８の単位制御角当たりの閉弁タイミング変化量に着目して、当該閉弁タイミングを変えることによって、第１の実施形態と同様、低リフト域Ｓ１では閉弁速度を遅らせて吸入空気量を稼ぎ、高リフト域Ｓ２では閉弁速度を早めて吸入空気量を稼ごうとしたものである。

本実施形態は、例えば電動モータ８１の作動の仕方を変えたり、ウォームホイールギヤ８３とウォームシャフトギヤ８４の送り量を変えたりするなどといった手段を講じて、基礎となる技術を説明した実施形態と同様の閉弁タイミングを得ようとしたものである。
すなわち、図１３に示されるように例えば制御シャフト２８の単位制御角デルタΔ１当たりの低リフト域Ｓ１における閉弁タイミング変化量、具体的には下死点以前の閉弁タイミング変化量Ｃを、通常の閉弁タイミング変化量より多くし、制御シャフト２８の単位制御角デルタΔ１当たりの高リフト域Ｓ２における閉弁タイミング変化量、具体的には下死点以降の閉弁タイミング量Ｄを、通常の閉弁タイミング変化量より少なくして、閉弁タイミング変化量Ｃと閉弁タイミング変化量ＤとをＣ＞Ｄの関係に設定したものである。

こうすると、基礎となる技術を説明した実施形態のバルブリフト曲線と同じ特性、すなわち低リフト域Ｓ１は閉弁速度を遅らせ、高リフト域Ｓ２は閉弁速度を早める特性が得られる。
このように制御シャフト２８の単位制御角当たりの閉弁タイミング変化量を変えるという手法を用いても、基礎となる技術を説明した実施形態で用いた勾配の技術と同様となり、容易に有効な閉弁タイミングを得ることができる。

図１４は、別の発明の実施形態を示す。
本実施形態は、吸気用カム２６ａの下り区間２６ｙのカムプロフィルがもたらす加速度に着目して、基礎となる技術を説明した実施形態と同様の閉弁タイミングを得たものである。
すなわち、吸気用カム２６ａの下り区間２６ｙを形成するカムプロフィルは、図１４に示されるように吸気用カム２６ａが回動変位したとき、当該吸気用カム２６ａのトップで生ずるピークの負加速度値Ｑ１が低リフトの閉弁タイミングで用いられる低リフト域Ｓ１のとき減じ、該低リフト域Ｓ１と高リフトの閉弁タイミングで用いられる高リフト域Ｓ２の境界で再び増え、その後の高リフト域Ｓ２で再び減じる特性をなす曲線を採用した。

こうした図１５に示す通常の吸気用カムの加速度曲線とは異なる、負方向に２つ突き出る特性のカム加速度を採用すると、図１８のバルブリフト曲線に示されるように低リフト域Ｓ１には閉弁速度を遅らせる勾配Ｅ１が形成され、高リフト域Ｓ２には閉弁速度を早める勾配Ｅ２が形成されるから、基礎となる技術を説明した実施形態で用いた勾配の技術と同様となる。

それ故、容易に有効な閉弁タイミングを得ることができる。
なお、本発明は上述した一実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施しても構わない。例えば上述した実施形態では、ロッカアーム、スイングカム、センタロッカアームを用いて構成されるカム式の可変動弁装置を用いたが、これに限らず、他の部品の組み合わせで構成される連続可変可能な可変動弁装置に本発明を適用してもよい。

２ シリンダヘッド
１４ 吸気バルブ（バルブ）
２０ 可変動弁装置
２１ 可変動弁機構
２６ カムシャフト
２６ａ吸気用カム（吸気バルブ用カム）
２６ｙ下り区間
２８ 制御シャフト
Ｅ１，Ｅ２ 勾配（閉弁特性変更手段）
Ｓ１ 低リフト域
Ｓ２ 高リフト域

Claims (2)

1. 吸気バルブ用カムを有するカムシャフトと、
   前記吸気バルブ用カムを受けてバルブ駆動出力を出力し、当該バルブ駆動出力を、制御アクチュエータの変位にしたがった前記吸気バルブ用カムのカムプロフィルの各部の使い分けにより、低リフト域から高リフト域まで連続的に可変制御する可変動弁機構と、
   前記低リフト域に制御されたときの閉弁特性と、前記高リフト域に制御されたときの閉弁特性とを、車両の要求運転特性にしたがい変更させる閉弁特性変更手段とを有し、
   前記閉弁特性変更手段は、低リフト域に可変するときの前記制御アクチュエータの単位制御量当たりの閉弁タイミング変化量をＣとし、高リフト域を可変するときの前記制御アクチュエータの単位制御量当たりの閉弁タイミング変化量をＤとしたとき、前記閉弁タイミング変化量Ｃ，ＤをＣ＞Ｄに設定させるものであることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
2. 前記閉弁特性変更手段は、前記低リフト域に制御されたときの閉弁速度より前記高リフト域に制御されたときの閉弁速度を早く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。

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