JP2008157195A - エンジンの可変動弁装置 - Google Patents

Abstract

【課題】可変動弁機構を用いてエンジンブレーキ力を変更できるようにする。
【解決手段】 複数のカムからひとつのカムを選択して排気弁を駆動することで排気弁のリフト量を変更する第１の可変動弁機構１１と、カムスプロケットに対する排気カムシャフトの位相を通常の運転状態に対応した位相とエンジンブレーキ状態に対応した位相との間で変更しうる第２の可変動弁機構１２と、エンジンブレーキ要求時に、排気カムシャフトの位相をエンジンブレーキ状態に対応した位相となるように第２の可変動弁機構１２を制御するとともに、要求エンジンブレーキ力に応じたバルブリフト量となるように第１の可変動弁機構１１の作動を制御する制御手段１８とを有するように構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、バルブタイミングを変更できるようにした、エンジンの可変動弁装置に関するものである。

従来より、エンジンブレーキ装置の１つとして、アクセルオフ時に排気通路内の開閉弁を閉じることで排気の圧力を高めてエンジンブレーキ能力を増大させるようにした排気ブレーキ装置が広く実用化されている。
また、これ以外にも、アクセルオフ時に排気弁を通常の排気タイミングと異なるタイミングで開閉することでシリンダ内の圧力状態をコントロールしてエンジンブレーキ能力を増大させるようにした圧縮圧開放型エンジン補助ブレーキ装置（いわゆるパワータード）が開発，実用化されている。

ここで、排気弁を用いた圧縮圧開放型エンジン補助ブレーキ装置の作動原理を簡単に説明すると、このブレーキ装置の作動時には、燃料噴射を停止するとともに、排気弁を以下のように開閉駆動する。
すなわち、吸気行程時には通常通り吸気弁を開いて吸気を取り入れる。次に、圧縮行程時にも通常運転時通り吸気弁及び排気弁をともに閉じて、シリンダ内の吸気を圧縮する。このときの圧縮力がエンジンの回転を妨げる力として作用する。

次に、圧縮行程から膨張行程に移行する直前に（即ち、上死点近傍において）、排気弁を開いて、圧縮された吸気を排気弁を介して排気ポートに排出する。そして、排気弁を開いたまま膨張行程を行い、このとき排気弁側から空気を吸い込む。
その後、膨張行程から排気行程にかけて排気弁を閉じ、吸排気弁がともに閉じた状態で排気行程を実行する。したがって、上述の圧縮行程と同様に、ピストンに圧縮力が作用して、エンジンの回転が妨げられる。そして、その後ピストンが再び上死点近傍に達すると、吸気弁を開いて圧縮空気を逃がし、再び吸気行程を開始する。

そして、このような圧縮行程及び排気行程でのブレーキ力が連続してピストンに作用することにより、エンジンブレーキ能力が大幅に増大する。言い換えれば、エンジンに負の仕事としてポンプ作動を行なわせることにより、車両の運動エネルギを吸収して制動力に変換するのである。なお、このようにエンジンにより吸収されて、制動力（エンジンブレーキ力）として作用する力を吸収馬力という。

また、上述ではクランクシャフト１回転（３６０°）毎に、１回のブレーキ力が作用する２サイクル型のパワータードの作用を説明したが、クランクシャフト２回転（７２０°）毎、１回のブレーキ力が作用する４サイクル型のパワータードも知られている。
ところで、上述したような圧縮圧開放型エンジン補助ブレーキ装置（パワータード）とは別に、エンジン性能向上を図る目的で吸気弁や排気弁の開閉タイミングやリフト量を変更するようにした可変動弁機構又は可変バルブタイミング機構（以下、ＶＶＴ機構という）が種々開発されている。

このようなＶＶＴ機構の一例としては、カムシャフトにバルブ開閉タイミングやバルブリフト量の異なる複数のカム（即ち、カムプロフィールの異なる複数のカム）及び各カムにそれぞれ追従するロッカアームを装備して、いずれか一つのロッカアームを選択して使用することで吸排気弁の開閉タイミングを段階的に変更できるようにしたロッカアーム切り換え式（又はカム切り換え式）のＶＶＴ機構が知られている。

また、これ以外にも、クランクシャフトに対するカム及びカムシャフトの位相を連続的に変更して、吸排気弁の開閉タイミングを進角又は遅角させるようにしたＶＶＴ機構が広く知られている。具体的には、例えば下記の特許文献１に開示されているように、カムシャフトとカムスプロケットとをヘリカルスプラインを介して結合し、カムシャフトの端部をカムスプロケットに対して前後進させることでカムスプロケットとカムシャフトとの位相を変更するようにした技術が知られている。

また、これ以外にも、位相変更式ＶＶＴ機構として、特許文献２及び３に開示されているようなベーン式ＶＶＴ機構も広く知られている。このベーン式ＶＶＴ機構では、カムスプロケットの内周面側に径方向に伸びる複数の壁面有するハウジングを形成するとともに、カムシャフトの端部に羽部（ベーン）をそなえたロータを設け、ベーンが壁面間に位置するようにロータがハウジング内に収納されて構成されている。

また、上記のベーンとハウジングの壁面とで区画される空間には油圧室が形成され、この油圧室への作動油の給排状態を制御することで、ハウジングの壁面間でベーンが移動しうる範囲内で、カムスプロケットに対するカムシャフトの位相を進角又は遅角させることができ、これにより弁の開閉タイミングを変更することができる。
そして、上記特許文献２及び３には、このようなベーン式ＶＶＴ機構を用いて圧縮圧開放型エンジン補助ブレーキ装置（パワータード）を構成した技術が開示されている。具体的には、ドライバのアクセルオフを検出すると燃料噴射を停止するとともに、ＶＶＴ機構により排気弁の開閉タイミングを約１８０°程度進角させる。これにより、圧縮行程上死点近傍で排気弁が開き、エンジンを上述したような２サイクル型のパワータードとして作動させることができる。

また、特許文献４には、カム切り換え式のＶＶＴ機構と位相変更式ＶＶＴ機構とを吸気弁側に設け、フューエルカット時にカム切り換え式ＶＶＴ機構により吸気弁のリフト量及び開弁時間を低減するとともに、位相変更式ＶＶＴ機構により吸気弁の開弁時期を、排気弁の開弁時期と重なるように進角させる技術が開示されている。
特開昭５７−２４４３１号公報 特開２００４−１０８２１７号公報 特開平１−９２５０４号公報 特開平１０−１１５２３４号公報

しかしながら、特許文献１〜３に開示されたような位相変更式ＶＶＴ機構では、排気弁の開弁タイミングを変更することができるものの、排気弁のカムリフト特性自体は変更できないため、エンジンブレーキ力を変更することができないという課題がある。
特に、荷物積載時と空車時とで車両重量が大幅に異なるトラック等の商用車では、積載状態に応じて要求されるエンジンブレーキ力が大きく異なり、要求エンジンブレーキ力に応じて実エンジンブレーキ力を可変化させたいという要望がある。

なお、位相変更式ＶＶＴ機構を用いて、排気弁の開弁時期を圧縮行程の上死点近傍で調整することでエンジンブレーキ力を可変化することも考えられるが、このような制御は中間位相を使用することになるため、特に油圧の位相変更式ＶＶＴ機構ではレスポンスと位相保持能力において確実性に欠ける。
また、特許文献４に開示された技術では、エンジンブレーキ力が必要なときに、カム切り換え式ＶＶＴ機構と位相変更式ＶＶＴ機構とにより、吸気弁のリフト量と開弁タイミングとを切り換えているが、車両に要求されるエンジンブレーキ力に応じて実際のエンジンブレーキ力を変更することはできない。

本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、ＶＶＴ機構を用いてエンジンブレーキ力を変更できるようにした、エンジンの可変動弁装置を提供することを目的とする。

このため、本発明のエンジンの可変動弁装置は、カムプロフィールの異なる複数のカムからひとつのカムを選択して、該選択されたカムのカムプロフィールに応じて排気弁を駆動することで該排気弁のリフト量を変更しうる第１の可変動弁機構と、カムスプロケットと排気カムシャフトとの間に介装され、該カムスプロケットに対する該排気カムシャフトの位相を通常の運転状態に対応した位相とエンジンブレーキ状態に対応した位相との間で変更しうる第２の可変動弁機構と、エンジンブレーキ要求時に、該排気カムシャフトの位相がエンジンブレーキ状態に対応した位相となるように第２の可変動弁機構の作動を制御するとともに、該エンジンを搭載した車両に要求されるエンジンブレーキ力に応じたリフト量となるように該第１の可変動弁機構の作動を制御する制御手段とを有することを特徴としている（請求項１）。

また、該車両の重量を検出又は推定する重量検出手段をそなえ、該制御手段は、該エンジンブレーキ要求時には、該重量検出手段で得られた該車両の重量に応じて該複数のカムからひとつのカムを選択するのが好ましい（請求項２）。
また、該複数のカムは、カムリフト量が相対的に小さい第１のカムと、カムリフト量が第１のカムよりも大きい第２のカムの２つのカムを有し、該第１のカムは、該排気カムシャフトの位相が通常の運転状態に対応した位相のときに該エンジンの運転に最適なカムプロフィールに形成され、該第２のカムは、該排気カムシャフトの位相がエンジンブレーキ状態に対応した位相のときに最大エンジンブレーキ力が得られるようなカムプロフィールに形成されているのが好ましい（請求項３）。

また、該第１のカムと該第２のカムとでは、開弁タイミングは該第２のカムの方が早くなるように各カムプロフィールが形成されているのが好ましい（請求項４）。
また、該制御手段は、該排気カムシャフトの位相が通常の運転状態に対応した位相のときには該エンジンの負荷又は回転数に応じて該複数のカムを切り換えるのが好ましい（請求項５）。

また、該エンジンブレーキ状態に対応した位相が、圧縮行程末期又は膨張行程初期に該排気弁が開弁を開始するような位相であるのが好ましい（請求項６）。

本発明の可変動弁装置によれば、エンジンブレーキ要求時には、第２の可変動弁機構により排気カムシャフトの位相がエンジンブレーキ状態に対応した位相となり、さらに、第１の可変動弁機構により車両に要求されるエンジンブレーキ力に応じたリフト量となるようにカムが切り換えられる。これにより車速や積載量等種々の走行条件に応じてエンジンブレーキ力を変更することができる（請求項１）。

また、エンジンブレーキ要求時には、車両の重量に応じてエンジンブレーキ力を変更することができるので、トラック等の積載重量が大きく変動する車両に好適な可変動弁装置を提供することができる。具体的には、車重が重いときには吸収馬力が大きくなるように排気弁のリフト量が大きくなるカムを使用することによりエンジンブレーキ力が増大し、車重が軽いときには、車重が重いときに比べて排気弁のリフト量が少なくなるカムを使用することにより、過大なエンジンブレーキ力を抑制でき、エンジンブレーキ作動時の違和感を低減できる利点がある。（請求項２）。

また、第１のカムのカムプロフィールを、排気カムシャフトの位相が通常の運転状態に対応した位相のときに最適となるよう形成するとともに、第２のカムのカムプロフィールを、エンジンブレーキ状態に対応した位相のときに最大エンジンブレーキ力が得られるように形成することで、エンジンブレーキ力を変更できるようにしながら、通常運転時のドライバビリティを損なうことがないという利点がある（請求項３）。

また、第１のカムの開弁タイミングよりも第２のカムの開弁タイミングが早くなるように２つのカムのカムプロフィールを形成することで、第１のカムよりも第２のカムのほうが吸収馬力が大きくなり、排気ブレーキ力を高めることができる（請求項４）。
また、排気カムシャフトの位相が通常の運転状態に対応した位相のときには、エンジンの負荷又は回転数に応じてカムリフト量の小さい第１のカムとカムリフト量の大きい第２のカムとを切り換えるので、エンジンの運転状態に応じて低燃費運転モードと高出力運転モードとを切り換えることができる（請求項５）。

また、該エンジンブレーキ状態に対応した位相が、圧縮行程末期又は膨張行程初期に該排気弁が開弁を開始するような位相とすることにより、２サイクル型の圧縮圧開放型エンジンブレーキ補助装置を容易に実現することができる（請求項６）。

以下、図面により、本発明の一実施形態に係るエンジンの可変動弁装置について説明すると、図１はその要部構成について示す模式的なブロック図、図３は第１の可変動弁機構の一例を示す模式図、図２は第２の可変動弁機構について説明する図、図４は本発明の一実施形態に係るエンジンの可変動弁装置の作用について説明するカムリフト線図、図６はその作用について説明するフローチャートである。

図１に示すように、エンジン１には、吸気弁及び排気弁２（図３参照）のリフト量を変更可能なロッカアーム切り換え式（又はカム切り換え式）の可変動弁機構（第１の可変動弁機構又は第１のＶＶＴ機構）１１と、吸気弁及び排気弁２の開閉タイミングを変更可能な位相変更式の可変動弁機構（第２の可変動弁機構又は第２のＶＶＴ機構）１２とがそれぞれ設けられている。

また、図２に示すように、位相変更式ＶＶＴ機構１２は排気弁のバルブタイミングを変更する排気側ＶＶＴ機構（排気ＶＶＴ）１２ａと吸気弁のバルブタイミングを変更する吸気側ＶＶＴ機構（吸気ＶＶＴ）１２ｂとから構成されており、これらの排気ＶＶＴ１２ａと吸気ＶＶＴ１２ｂとの作動を独立して制御できるように構成されている。
同様に、図３に示すように、ロッカアーム切り換え式可変動弁機構１１についても排気弁２のバルブタイミングを変更する排気側ＶＶＴ機構（排気ＶＶＴ）と吸気弁のバルブタイミングを変更する吸気側ＶＶＴ機構（吸気ＶＶＴ）とから構成されており、これらの排気ＶＶＴと吸気ＶＶＴとの作動を独立して制御できるように構成されている。

なお、本実施形態では吸気及び排気の両方にＶＶＴ機構１１，１２を設けているが、ＶＶＴ機構１１，１２は少なくとも排気側に設けられていればよく、吸気側には設けなくてもよい。また、以下では、同じ部材について吸気側と排気側とで区別する場合には符号の末尾にそれぞれａ，ｂを付し、吸排気の区別を省略する場合には、数字のみの符号で示す。

そして、本実施形態においては、エンジンブレーキの要求時には、燃料噴射を休止するとともに、位相変更式ＶＶＴ機構１２ａを作動させて排気弁の作動タイミングを変更することにより、エンジン１を圧縮圧開放型エンジン補助ブレーキ装置（いわゆるパワータード）として作動させて、エンジンブレーキ力を得るようになっている。
さて、この位相変更式ＶＶＴ機構１２はいわゆるベーン式のＶＶＴ機構であって、図２に示すように、クランクシャフト３により回転駆動されるカムスプロケット４（４ａ，４ｂ）と、エンジン１の吸気弁及び排気弁を開閉駆動するカム（図示略）を有するカムシャフト５（５ａ，５ｂ）と、カムスプロケット４に対する該カムシャフト５の位相を通常の運転状態に対応した位相からエンジンブレーキ状態に対応した位相までの間で変更しうる位相変更機構６（６ａ，６ｂ）とを有している。また、位相変更機構６は、カムスプロケット４とカムシャフト５との間に介装されており、加圧された作動油（作動流体）の給排状態に応じてカムシャフト５を連続的に進角させたり遅角させたりすることができるように構成されている。

また、本実施形態においては、カムシャフト５の位相が最遅角のときに、エンジン１の通常運転に適した排気弁の作動タイミングとなるように設定されており、この状態から、カムシャフト５をカムスプロケット４に対して最大で約９０°（クランクシャフト角度で約１８０°）進角させることで、エンジンブレーキ状態に対応した排気弁作動タイミングに変更することができるようになっている。

これにより、図４に示すように、カムシャフト５の最進角時には、圧縮行程末期に排気弁が開弁するとともに、排気行程初期に排気弁が閉弁することになり、排気弁の開閉タイミングをエンジンブレーキ状態に対応した位相に変更することができる。
なお、最大進角時の排気弁の開弁開始タイミングは圧縮行程末期に限定されず、圧縮行程末期から膨張行程初期までの間であればよく、吸収馬力が最大となる時期が好ましい。また、同様に排気弁の閉弁タイミングは排気行程初期に限定されず、膨張行程末期から排気行程初期までの間であればよい。

また、本実施形態では、圧縮行程上死点近傍で排気弁を開弁駆動するのに必要なカムシャフト駆動トルクを発生することができる油圧を位相変更機構６に供給可能に構成されており、排気弁の開閉タイミングを圧縮行程上死点近傍まで確実に進角させることができるようになっている。
図２に示すように、排気側のスプロケット４ａと、吸気側のスプロケット４ｂとはタイミングベルト７を介してエンジン１のクランクシャフト３に接続されており、クランクシャフト３が２回転するとカムスプロケット４及びカムシャフト５が１回転するようにクランクシャフト７の速度が半分に減速されてカムスプロケット４に伝達されるようになっている。なお、タイミングベルト（タイミングチェーン）７にはテンショナ８によって適当なテンションが与えられている。

そして、上記の位相変更機構６により、排気側スプロケット４ａと排気カムシャフト５ａとの相対位相及び吸気側スプロケット４ｂと吸気カムシャフト５ｂとの相対位相をそれぞれ独立して変更することで、クランクシャフト３の回転位相に対して排気弁及び吸気弁の開閉タイミングを変更・調整できるようになっている。また、位相変更機構６は、最遅角時には、カムスプロケット４とカムシャフト５との相対位相を最遅角位相に保持するロック機構（図示省略）が設けられている。

なお、タイミングベルト７の進行方向へのカムシャフト５の位相変更が進角側への位相変更となり、タイミングベルト７の進行方向とは逆方向への位相変更が遅角側への位相変更となる。
また、位相変更機構６の構成についてはすでに広く公知のものであり、例えば、上述した特許文献２及び３に開示されたものと同様に構成されているので、詳しい説明を省略する。

次に、ロッカアーム切り換え式ＶＶＴ機構（第１のＶＶＴ機構）１１について図３及び図４を用いて簡単に説明すると、このＶＶＴ機構１１では、排気カムとして比較的バルブリフトの小さいカムプロフィールを有する第１のカム１３と、第１カムよりはバルブリフト量の大きいカムプロフィールを有する第２のカム１４とを有している。
また、カムシャフト５に近接した位置には、上記カムシャフト５と平行にロッカシャフト２１が設けられており、このロッカシャフト２１に第１〜第３のロッカアーム１５〜１７が回動自在に軸支されている。

このうち、第１のロッカアーム１５及び第２のロッカアーム１６には、その一端部にローラ１５Ａ，１６Ａが介装されており、このローラ１５Ａ，１６Ａを介して第１，第２のロッカアーム１５，１６がカム１３，１４に当接するようになっている。そして、カムシャフト５が回転することにより、各ロッカアーム１５，１６がカム１３，１４の形状に応じて揺動するようになっている。

また、第３のロッカアーム１７は図示するように第１のロッカアーム１５と第２のロッカアーム１６との間に配設されており、その先端部が排気弁２に当接している。したがって、この第３のロッカアーム１７が揺動することにより、排気弁２が開閉駆動されようになっている。
また、第１〜第３のロッカアーム１５〜１７内には、第３のロッカアーム１７と一体に揺動するロッカアームを切り換える切換機構１９が設けられており、この切換機構１９により、第１のロッカアーム１５と第３のロッカアーム１７とが一体になって揺動駆動される第１のモードと、第２のロッカアーム１６と第３のロッカアーム１７とが一体になって揺動駆動される第２のモードとが切り換えられるようになっている。

そして、エンジンの運転状態に応じてロッカアームを切り換えることにより（つまり、排気弁２を駆動するカムを切り換えることにより）、排気弁２のバルブリフト量を変更するようになっている。
ここで、切替機構１９は作動油の給排状態に応じて進退する油圧ピストン２０を有しており、この油圧ピストン２０の位置を切り換えることで第１〜第３のロッカアーム１５〜１７の係合状態が切り換えられるようなっている。図３に示す状態（破線参照）では、第２のロッカアーム１６と第３のロッカアーム１７とが係合した状態となっており、この状態から油圧ピストン２０の図中右側端部に作動油を供給することにより、油圧ピストン２０が左側に移動し（二点鎖線参照）、第２のロッカアーム１６と第３のロッカアーム１７との係合が解除されるようになっている。また、このときには第１のロッカアーム１５と第３のロッカアーム１７とが係合するようになっている。なお、この切替機構１９はその構造及び作動を概念的に簡略化して示すものであって、詳細な構成については省略する。

また、上述のようなロッカアーム式ＶＶＴ機構１１については、図３に示すような構成に限定されず、種々の公知の技術が適用可能である。例えば特開２００１−４１０１７号公報や、特開２００５−１０５９５３号公報に開示された技術を適用可能である。
さて、次に本発明の要部について説明すると、図１に示すように、このエンジン１が搭載される車両には、当該車両の速度を検出する車速センサ（車速検出手段）４０と、アクセルのオンオフを検出するアイドルスイッチ４１と、カムシャフト６の位相を検出するカム各センサ４２が設けられており、これらのセンサ４０〜４２はいずれもＥＣＵ１８の入力側に接続されている。

ここで、アイドルスイッチ４１はエンジンブレーキ要求の有無を検出するための手段であって、アクセルペダル開度が全閉となると、アイドルスイッチ４１がオンとなりエンジンブレーキ要求があったと判定するようになっている。
なお、エンジンブレーキ要求を検出することができれば、アイドルスイッチ４１に代えて他のセンサを適用してもよい。例えば、アクセル開度センサやブレーキスイッチを用いてもよいし、ドライバの操作によりオンオフ操作されるエンジンブレーキスイッチを用いてもよい。

また、上述のセンサ以外にも車両の重量を検出する重量センサ（重量検出手段）４３が設けられており、この重量センサ４３もＥＣＵ１８に接続されている。また、本実施形態では車両として積載量に応じて車両重量が大きく変動するトラックが適用されており、この重量センサ４３からの情報により、現在の積載荷重を判定することができるようになっている。

なお、重量検出手段４３としてはこのような重量センサにのみ限定されるものではなく、例えば特開２００１−３０４９４８号公報に開示されたような、車両の加速度に基づいて重量を推定するような技術を適用してもよい。
また、ＥＣＵ１８の出力側には、ロッカアーム切り換え式ＶＶＴ機構１１及び位相変更式ＶＶＴ１２が接続されており、各センサ４０〜４３からの情報に基づいて、各ＶＶＴ機構１１，１２に対する制御信号を設定して各ＶＶＴ機構１１，１２の作動を制御するようになっている。

ところで、排気カムとして設けられた２つのカム１３，１４は、単に第２のカム１４のリフト量を第１のカムのリフト量よりも相対的に大きく設定しただけのものではない。すなわち、第１のカム１３は、エンジンの通常運転時（エンジンブレーキ非作動時）に効率よく運転が行われるようなカムプロフィールに形成されている。具体的には、エンジン１の低速から中速域にかけて、排気行程時における排気効率が最適となるようにカムプロフィールが形成されている（図４の線Ａ参照）。

一方、第２のカム１４は、位相変更式ＶＶＴ機構１２により排気弁の作動タイミングを略１８０°進角させたとき、すなわちエンジンブレーキの作動時に、最大エンジンブレーキ力が得られるようなカムプロフィールに設定されている（図４の線Ｂ参照）。
そして、エンジンブレーキ力を作用させるべく位相変更式ＶＶＴ機構１２によりカムシャフト５の位相を最進角させた状態において、ロッカアーム切り換え式ＶＶＴ機構１１によりカム１３，１４（又はロッカアーム１５，１６）を切り換えることで、エンジンブレーキ力を変更するようになっている。

より具体的には、ＥＣＵ１８では、アクセルオフ等によりエンジンブレーキ要求が検出されると、位相変更式ＶＶＴ機構１２を最進角させるとともに、車両に要求されるエンジンブレーキ力を求め、この要求エンジンブレーキ力に応じてロッカアーム切り換え式ＶＶＴ機構１１を制御してカム１３，１４を切り換えるようになっている。
また、本実施形態では、車両に要求されるエンジンブレーキ力を車重に基づいて求める（或いは設定する）ようになっている。これは、車重が大きくなるほど慣性が大きくなり、強いエンジンブレーキ力が必要とされるからであって、本実施形態では、重量センサ４３で得られる車重が所定の閾値以上である場合には、要求エンジンブレーキ力を「大」、車重が所定の閾値未満である場合には、要求エンジンブレーキ力を「小」と判定するようになっている。

そして、要求エンジンブレーキ力が「大」であれば（すなわち、車重が所定の閾値以上であれば）、エンジンブレーキ作動時に第２のカム１４及び第２のロッカアーム１６が選択され、要求エンジンブレーキ力が「小」であれば（車重が所定の閾値未満であれば）、第１のカム１３及び第１のロッカアーム１５が選択されるようになっている。
これにより、車両に荷物を積載して車重が増大している場合には、アクセルオフで強いエンジンブレーキ力を得ることができ（大きな吸収馬力を得ることができ）、荷物の積載量が少ない場合には、アクセルオフで相対的に弱めのエンジンブレーキ力を得ることができる。このように、本装置では、車両に要求されるエンジンブレーキ力を可変化することができ、これにより、車両の安全性を大幅に向上させることができる。

なお、上述では車両に要求されるエンジンブレーキ力を車重に応じて求めるとともに、この要求エンジンブレーキ力に基づいて２つのカム１３，１４から１つのカムを選択しているが、これ以外のパラメータに基づいて要求エンジンブレーキ力を求めてもよい。例えば車速センサ４０で得られる車速に応じて要求エンジンブレーキ力を設定してもよい。この場合、所定車速以上に達すると要求エンジンブレーキ力を「大」と設定し、アクセルオフ時に、大きなエンジンブレーキ力が得られるように第２のカム１４に切り換えるようにすればよい。また、車速と車重との２つのパラメータに基づいて、エンジンブレーキ力の設定を変更するようにしてもよい。

また、通常運転時には、ロッカアーム切り換え式の可変動弁機構１１は、一般的な可変動弁機構と同様にその作動が制御されるようになっている。つまり、ＥＣＵ１８ではいずれも図示しないエンジン回転数センサ及びアクセル開度センサからエンジン回転数及びエンジン負荷を求め、低負荷，低回転領域では第１のカム１３を選択し、高負荷，高回転領域では第２のカム１４を選択するようになっている。この場合、第２のカム１４は、エンジン１の高負荷，高回転領域で最適な排気効率が得られるようなカムプロフィールとして形成されたものではないが、第１のカム１３よりもカムリフト量が大きいため、第１のカム１３を選択するよりも第２のカム１４を選択した方が高回転時又は高負荷時においては排気効率を高めることができる。

ところで、ロッカアーム切り換え式可変動弁機構１１として、単に従来の公知のＶＶＴ機構をそのまま適用してしまうと、第２のカムで通常運転を行なっている状態でアクセルオフ→エンジンブレーキ作動時となる場合には、一旦アクセルオフに伴い第１のカム１３に切り換えられる場合がある。
そして、その後要求エンジンブレーキ力が大の場合には、ロッカアーム切り換え式可変動弁機構１１により再び第２のカム１４へ切り換えられると同時に、位相変更式可変動弁機構１２によりカムシャフト５の位相を最進角させることになる。

この場合、ロッカアーム切り換え式可変動弁機構１１では第２のカム１４→第１のカム１３→第２のカム１４と切り換えが連続して実行されるが、第１のカム１３への切り換えは不要な動作であり、レスポンス遅れを生じる原因となる。
このため、第２のカム１４で運転している状態でエンジンブレーキの作動要求があったときには、要求されるエンジンブレーキ力が「大」であれば、第１のカム１３への切り替えが禁止されるようになっている。

これにより、第２のカム１４での運転時にアクセルオフによりエンジンブレーキが作動する場合には、要求エンジンブレーキ力が「大」であると、ロッカアーム切り換え式可変動弁機構１１を作動させることなく、位相変更式可変動弁機構１２によりカムシャフト５を進角させるのみで大きなエンジンブレーキ力を得ることができる。
さらには、本実施形態では、第１のカム１３と第２のカム１４とでは、図４に示すように、開弁タイミングは第２のカム１４の方が早くなるように設定され、且つ閉弁タイミングは同時となるように各カムプロフィールが形成されている。これは、第２のカム１４の開弁タイミングを早めることで排気ブレーキ力をさらに高めることができるからである。

本発明の一実施形態に係るエンジンの可変動弁装置は上述のように構成されているので、その作用を図６のフローチャートを用いて簡単に説明すると以下のようになる。
まず、ステップＳ１において重量センサ４３から車両の重量を読み込み、次に、ステップＳ２でエンジンブレーキ要求の有無を判定する。なお、ここではアイドルスイッチ４１がオン（アクセルがオフ）のときエンジンブレーキ要求ありと判定し、アイドルスイッチ４１がオフ（アクセルがオン）のときエンジンブレーキ要求なしと判定する。

ここで、アクセルオン、すなわちエンジンブレーキ要求なしであれば、ステップＳ７以降に進み、通常運転が行われる。すなわち、この場合にはステップＳ７でエンジン回転数及びエンジン負荷を読み込むとともに、このエンジン回転数及びエンジン負荷に応じたカムを選択し、このカムに対応したロッカアームと第３のロッカアーム１７とが係合するようにロッカアーム切り換え式可変動弁機構１１が制御される。

また、ステップＳ８において、カムシャフト５の位相が最遅角となるように位相変更式可変動弁機構１２が制御される。これにより、通常運転時には、吸気，圧縮，膨張，排気の４行程からなるエンジン運転が実行されるとともに、エンジン回転数や負荷に応じて、カム（ロッカアーム）が切り換えられ、排気弁２のリフト量が変更される。
具体的には低回転及び低負荷の運転領域では、排気効率が最適となるようなカムプロフィールを有する第１のカム１３が選択され低燃費運転モードとなり、高回転域又は高負荷域では比較的バルブリフトが大きい第２のカムが選択されて高出力運転モードとなる。したがって、エンジン１の通常運転時には低燃費運転と高出力運転とを両立することができる。

一方、ステップＳ２でアクセルオフ、すなわちエンジンブレーキ要求ありと判定された場合にはステップＳ３に進み、ステップＳ１で得られた現在の車両重量が所定値（閾値）以上か否かを判定する。
そして、車両重量が所定値以上であれば、ステップＳ５に進んで第２のカム１４が選択される。この場合、第２のロッカアーム１６と第３のロッカアーム１７とが係合するようにロッカアーム切り換え式可変動弁機構１１が制御される。

また、車両重量が所定値未満であれば、ステップＳ４において第１のカム１３が選択される。そして、この場合には、第１のロッカアーム１５と第３のロッカアーム１７とが係合するようにロッカアーム切り換え式可変動弁機構１１が制御される。
次に、ステップＳ６に進み、カムシャフト５の位相が最進角となるように位相変更式可変動弁機構１２が制御される。これにより、圧縮行程から膨張行程にかけて排気弁２が開弁して、カムのリフト量に応じたエンジンブレーキ力を得ることができる。

以上により、本装置によれば、エンジンブレーキ作動時（パワータード作動時）には、簡素な構成で排気弁２のリフト量を車両重量に応じて変更することができる。すなわち、車重が重いときには排気弁２のリフト量を増大させることで吸収馬力を増大させることができる。これにより、制動性能が向上し、車両の安全性が大幅に向上する。また、車重が軽いときには、排気弁のリフト量が少なくなるので、過大なエンジンブレーキ力を抑制でき、エンジンブレーキ作動時のフィーリングの向上（違和感の低減）を図ることができる。

また、通常運転時には、エンジンの負荷又は回転数に応じてカム１３，１４を切り換えるので、エンジン１の運転状態に応じて低燃費運転モードと高出力運転モードとを切り換えることができる。
また、エンジンブレーキ状態に対応した位相を、図４に示すように、圧縮行程末期又は膨張行程初期に排気弁２が開弁するような位相とすることにより、エンジンブレーキ作動時にクランク角３６０°で１回の２サイクル型のエンジンブレーキ装置を容易に実現することができる。

また、第１のカム１３のカムプロフィールを、カムシャフト５の位相が通常の運転状態に対応した位相のときに最適となるよう形成するとともに、第２のカム１４のカムプロフィールを、エンジンブレーキ状態に対応した位相のときに最大エンジンブレーキ力が得られるように形成しているので、エンジンブレーキ力を変更できるようにしながら、通常運転時のドライバビリティの低下防止と、吸収馬力の大幅な向上とを両立させることができる。

なお、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、第２の可変動弁機構１２については、カムシャフトの位相を変更可能であればベーン式以外の機構を適用してもよく、例えばヘリカルスプライン式の可変動弁機構を適用してもよい。
また、本実施形態では、アイドルスイッチ４１によるアクセルのオンオフ判定のみでエンジンブレーキを作動させるか否かを決定し可変動弁機構を制御していたが、エンジンブレーキ要求を検出することができれば、アイドルスイッチ４１に代えて他のセンサを適用してもよい。例えば、アクセル開度センサやブレーキスイッチを用いてもよいし、ドライバの操作によりオンオフ操作されるエンジンブレーキスイッチを用いてもよい。

例えばエンジンブレーキスイッチを組み合わせた場合、エンジンブレーキスイッチによりエンジンブレーキをオンとした場合にのみ、アイドルスイッチ４１によるエンジンブレーキ要求を許容する構成にすればよい。このように構成すれば、惰性走行したい場合などエンジンブレーキが不要となるときにはエンジンブレーキスイッチをオフとすることでエンジンブレーキを非作動とすることができ、また、エンジンブレーキが必要となるときにはエンジンブレーキスイッチをオンとすることでエンジンブレーキを作動させることができるなど、ドライバがエンジンブレーキの作動態様を選択することができる。さらに、エンジンブレーキスイッチはエンジンブレーキによる制動力の強弱をドライバが好みに応じて選択できるようにしてもよい。

本発明の一実施形態に係るエンジンの可変動弁装置の要部構成について示す模式的なブロック図である。 本発明の一実施形態に係るエンジンの可変動弁装置が適用されるエンジンの動弁系につて示す図であって、第２の可変動弁機構について説明する図である。 本発明の一実施形態に係るエンジンの可変動弁装置の要部構成を示す模式図であって第１の可変動弁機構の一例を示す図である。 本発明の一実施形態に係るエンジンの可変動弁装置の作用について説明するカムリフト線図である。 本発明の一実施形態に係るエンジンの可変動弁装置の要部構成について示す模式的なブロック図である。

符号の説明

１ エンジン
２ 排気弁
３ クランクシャフト
４ カムスプロケット
５ カムシャフト
６ 位相変更機構
１１ ロッカアーム切り換え式可変動弁機構（第１の可変動弁機構）
１２ 位相変更式可変動弁機構（第２の可変動弁機構）
１３ 第１のカム
１４ 第２のカム
１５ 第１のロッカアーム
１６ 第２のロッカアーム
１７ 第３のロッカアーム
１８ ＥＣＵ（制御手段）
４３ 重量センサ（重量検出手段）

Claims (6)

1. カムプロフィールの異なる複数のカムからひとつのカムを選択して、該選択されたカムのカムプロフィールに応じて排気弁を駆動することで該排気弁のリフト量を変更しうる第１の可変動弁機構と、
   カムスプロケットと排気カムシャフトとの間に介装され、該カムスプロケットに対する該排気カムシャフトの位相を通常の運転状態に対応した位相とエンジンブレーキ状態に対応した位相との間で変更しうる第２の可変動弁機構と、
   エンジンブレーキ要求時に、該排気カムシャフトの位相がエンジンブレーキ状態に対応した位相となるように第２の可変動弁機構の作動を制御するとともに、該エンジンを搭載した車両に要求されるエンジンブレーキ力に応じたリフト量となるように該第１の可変動弁機構の作動を制御する制御手段とを有する
   ことを特徴とする、エンジンの可変動弁装置。
2. 該車両の重量を検出又は推定する重量検出手段をそなえ、
   該制御手段は、エンジンブレーキ要求時には、該重量検出手段で得られた該車両の重量に応じて該複数のカムからひとつのカムを選択する
   ことを特徴とする、請求項１記載のエンジンの可変動弁装置。
3. 該複数のカムは、カムリフト量が相対的に小さい第１のカムと、カムリフト量が第１のカムよりも大きい第２のカムの２つのカムを有し、
   該第１のカムは、該排気カムシャフトの位相が通常の運転状態に対応した位相のときに該エンジンの運転に最適なカムプロフィールに形成され、
   該第２のカムは、該排気カムシャフトの位相がエンジンブレーキ状態に対応した位相のときに最大エンジンブレーキ力が得られるようなカムプロフィールに形成されている
   ことを特徴とする、請求項１又は２記載のエンジンの可変動弁装置。
4. 該第１のカムと該第２のカムとでは、
   開弁タイミングは該第２のカムの方が早くなるように各カムプロフィールが形成されている
   ことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項記載のエンジンの可変動弁装置。
5. 該制御手段は、該排気カムシャフトの位相が通常の運転状態に対応した位相のときには
   該エンジンの負荷又は回転数に応じて該複数のカムを切り換える
   ことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項記載のエンジンの可変動弁装置。
6. 該エンジンブレーキ状態に対応した位相が、
   圧縮行程末期又は膨張行程初期に該排気弁が開弁を開始するような位相である
   ことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項記載のエンジンの可変動弁装置。

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