JP2005351154A - 内燃機関の可変動弁機構 - Google Patents

Abstract

【課題】 この発明は、内燃機関の可変動弁機構に関し、内燃機関への搭載性を悪化させることなく、複数の弁体の作用角およびまたはリフト量の制御自由度を向上させることを目的とする。
【解決手段】 複数の弁体の作用角およびリフト量を所定の可変範囲内で変化させるべく、回転位置および軸方向の位置が調整される単一の制御軸１６を備える。個々の気筒に配置される一方の弁体の作用角およびリフト量を制御軸１６の回転位置に応じて変更する第１の可変機構１８を備える。他方の弁体の作用角およびリフト量を制御軸１６の軸方向の位置に応じて変更する第２の可変機構２０を備える。制御軸１６を周方向および軸方向に対して、同時にまたは独立して駆動する制御軸位置調整手段２２を備える。
【選択図】 図１

Description

この発明は、内燃機関の可変動弁機構に係り、特に、カム軸の回転と同期して開閉する弁体の作用角およびまたはリフト量を変化させることのできる内燃機関の可変動弁機構に関する。

従来、例えば、特開平７−６３０２３号公報には、弁体の作用角およびリフト量を変化させることのできる可変動弁機構を備える内燃機関が開示されている。この可変動弁機構は、弁体を開閉駆動するスイングレバー（ロッカーアーム）と、カムの回転と同期して揺動し、カムの押圧力をスイングレバーに伝達するロッカーレバー（揺動アーム）を備えている。そして、この機構は、制御軸の回転位置に応じてロッカーレバーの揺動範囲を変更可能に構成されている。このため、上記従来の可変動弁機構によれば、制御軸の回転位置に応じて弁体の作用角およびリフト量を連続的に変更することができる。

特開平７−６３０２３号公報 特開２００１−２６３０１５号公報 特開２００３−２３９７１２号公報 特開２００２−３７１８１６号公報 特開２００２−５４４６６号公報

上述した従来技術では、複数の弁体を駆動する可変機構に対して１つの制御軸が共用されている。従って、それらの弁体は、単一の制御軸の位置調整に基づく特性で作用角およびリフト量が同時に変更されることとなる。このように構成された従来の可変動弁機構において、弁体毎に、或いは、気筒毎に制御軸の位置調整を行うことができれば、弁体の作用角およびリフト量の制御自由度を更に向上させることができる。しかしながら、上記従来の技術によれば、それを実現するためには、弁体毎（気筒毎）に２組の制御軸および可変機構を備える必要がある。このため、内燃機関への可変動弁機構の搭載性が悪化してしまう。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、内燃機関への搭載性を悪化させることなく、複数の弁体の作用角およびまたはリフト量の制御自由度を向上し得る内燃機関の可変動弁機構を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、複数の弁体の作用角およびまたはリフト量を所定の可変範囲内で変化させるべく位置が調整される単一の制御軸と、
前記弁体の少なくとも１つとカムとの間に介在し、当該少なくとも１つの弁体の作用角およびまたはリフト量を前記制御軸の回転位置に応じて変更する第１の可変機構と、
前記弁体の少なくとも他の１つとカムとの間に介在し、当該少なくとも他の１つの弁体の作用角およびまたはリフト量を前記制御軸の軸方向の位置に応じて変更する第２の可変機構と、
前記制御軸を周方向および軸方向に対して、同時にまたは独立して駆動する制御軸位置調整手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、前記制御軸位置調整手段は、
前記制御軸に駆動力を与えるアクチュエータと、
前記制御軸が軸方向に移動できる状態で当該制御軸に係合され、前記アクチュエータが発生する駆動力を伝達することにより前記制御軸を回転させる第１の伝達機構と、
前記制御軸が周方向に移動できる状態で当該制御軸に係合され、前記アクチュエータが発生する駆動力を伝達することにより前記制御軸を軸方向に移動させる第２の伝達機構とを備えることを特徴とする。

また、第３の発明は、第１または第２の発明において、前記アクチュエータは、単一のモータであり、
前記制御軸位置調整手段は、
前記モータと前記第１の伝達機構との間に介在し、所定の指令に基づき、前記モータから前記第１の伝達機構に駆動力を伝達または切断する第１の動力切替機構と、
前記モータと前記第２の伝達機構との間に介在し、所定の指令に基づき、前記モータから前記第２の伝達機構に駆動力を伝達または切断する第２の動力切替機構とを備えることを特徴とする。

また、第４の発明は、第１乃至第３の発明の何れかにおいて、前記第２の伝達機構は、前記制御軸が周方向に移動できる状態で当該制御軸と連結する連結手段を備え、
前記第２の伝達機構が、前記連結手段を介して、前記制御軸における前記第１の伝達機構が係合される部位に比して当該制御軸の何れか一方の端部側に配置されていることを特徴とする。

また、第５の発明は、第１乃至第４の発明の何れかにおいて、前記第１の可変機構は、
カムの回転と同期して揺動することにより当該カムの押圧力を前記弁体に伝達する第１の揺動アームと、前記制御軸の径方向に突出して設けられた制御アームと、前記制御アームに回動可能に支持されカムの押圧力を前記第１の揺動アームに伝達する回動アームとを備える機構であって、
前記制御軸および前記制御アームの一方に、当該制御軸の軸方向に対して形成された第１の溝と、
一端が前記制御軸および前記制御アームの他方に挿入され、他端が前記第１の溝に挿入される第１のピンとを備えることを特徴とする。

また、第６の発明は、第１乃至第５の発明の何れかにおいて、前記第２の可変機構は、
前記制御軸に回動可能に支持されカムの押圧力が入力される入力アームと、前記制御軸に回動可能に支持され前記入力アームを介してカムの押圧力を前記弁体に伝達する出力アームと、前記入力アームと前記出力アームとの間に介在し前記制御軸の軸方向の変位に応じて前記入力アームと前記出力アームとの相対角度を変化させる介在部材とを備える機構であって、
前記制御軸および前記介在部材の一方に、当該制御軸の周方向に対して形成された第２の溝と、
一端が前記制御軸および前記介在部材の他方に挿入され、他端が前記第２の溝に挿入される第２のピンとを備えることを特徴とする。

第１の発明によれば、内燃機関が備える複数の弁体の一部が第１の可変機構によって作用角およびまたはリフト量が変更され、残りの弁体が第２の可変機構によって作用角およびまたはリフト量が変更される。このように、本発明によれば、単一の制御軸の位置調整により得られる弁体の作用角およびまたはリフト量の変更を、弁体毎に、或いは気筒毎に独立して行うことができる。このため、本発明によれば、内燃機関への搭載性を悪化させることなく、複数の弁体の作用角およびまたはリフト量の制御自由度が向上した可変動弁機構を実現することができる。

第２の発明によれば、第１の伝達機構によってアクチュエータの駆動力を制御軸に回転力として伝達させることができ、また、第２の伝達機構によって上記駆動力を制御軸に軸方向の駆動力として伝達させることができる。

第３の発明によれば、単一のモータによって、制御軸を周方向および軸方向に対して、同時または独立して駆動することが可能となる。このため、本発明によれば、更に搭載性の優れた可変動弁機構を実現することができる。

第４の発明によれば、アクチュエータの駆動力を、連結手段を介して、制御軸の軸方向の駆動力のみとして各可変機構に伝達させることができ、また、上記駆動力を、第１の伝達機構を介して、制御軸の周方向の駆動力のみとして各可変機構に伝達させることができる。このため、本発明によれば、第１の伝達機構および第２の伝達機構の構成を複雑化させることなく、アクチュエータの駆動力を制御軸の周方向および軸方向に変換して伝達する機構を実現することができる。

第５の発明によれば、第１の可変機構に対して制御軸の軸方向の駆動力を作用させずに周方向の駆動力のみを伝達させる機能を、簡素な構成により実現することができる。

第６の発明によれば、第２の可変機構に対して制御軸の周方向の駆動力を作用させずに軸方向の駆動力のみを伝達させる機能を、簡素な構成により実現することができる。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における可変動弁機構１０が内燃機関１に搭載された状態を示す図である。図１は、内燃機関１を上方から見下ろした平面図である。ここでは、可変動弁機構１０を直列４気筒エンジンに適用した例を示している。内燃機関の個々の気筒には、２つの吸気弁と２つの排気弁とが備わっているものとする。そして、本実施形態の可変動弁機構１０は、各気筒に備えられて吸気弁として機能する弁体を駆動するものとする。尚、図１において、排気弁を駆動する動弁機構については、図示が省略されているが、もちろん、排気側に対しても、本実施形態の可変動弁機構１０を適用することとしてもよい。

図１に示すように、本実施形態の可変動弁機構１０は、図示しないクランクシャフトと同期して回転するカムシャフト１２を備えている。カムシャフト１２には、内燃機関１の気筒毎に設けられたカム１４が固定されている。また、可変動弁機構１０は、１本の制御軸１６を備えている。制御軸１６には、第１の可変機構１８と第２の可変機構２０とが取り付けられている。第１の可変機構１８は、制御軸１６の回転位置に応じて弁体の作用角およびリフト量を変更する機構であり、第２の可変機構２０は、制御軸１６の軸方向の位置に応じて弁体の作用角およびリフト量を変更する機構である。図１に示す構成では、個々の気筒が備える一方の弁体を第１の可変機構１８が開閉駆動し、また、個々の気筒が備える他方の弁体を第２の可変機構２０が開閉駆動するように構成されている。制御軸１６の一端には、制御軸１６を周方向（回転方向）および軸方向に、同時にまたは独立して位置調整を行う制御軸位置調整手段２２が配置されている。

図２は、図１に示す制御軸位置調整手段２２の詳細構造を示す図である。図２に示すように、制御軸位置調整手段２２は、制御軸１６の駆動源として、制御軸１６を回転駆動する第１のモータ２４と、制御軸１６を軸方向に駆動する第２のモータ２６とを備えている。更に、制御軸位置調整手段２２は、第１のモータ２４の回転力を制御軸１６に伝達する第１の伝達機構２８と、第２のモータ２６の回転力を制御軸１６に伝達する第２の伝達機構３０とを備えている。

第１の伝達機構２８は、ウォームホイール３２とウォームギヤ３４を有するウォーム機構として構成されている。具体的には、制御軸１６の一端には、その端部近傍における所定の部位に、制御軸１６の軸方向に平行なスプライン３６が形成されている。制御軸１６には、そのスプライン３６が施された部位において、ウォームホイ−ル３２が取り付けられている。ウォームホイール３２の内部には、スプライン３６と同様のスプラインが形成されている。ウォームホイール３２には、ウォームギヤ３４が噛み合わされている。ウォームギヤ３４には、第１のモータ２４の出力軸が固定されている。このように、第１の伝達機構２８は、第１のモータ２４の回転力が与えられた場合に、制御軸１６の軸方向の移動を許容しつつ、制御軸１６を回転駆動することが可能となるように構成されている。

第２の伝達機構３０は、表面にラックギヤが形成されたラック軸３８とピニオンギヤ４０を有するラックアンドピニオン機構として構成されている。具体的には、スプライン３６が施された側の制御軸１６の端部には、継ぎ手４２を介してラック軸３８が取り付けられている。ラック軸３８は、継ぎ手４２により、制御軸１６に対して回転可能に連結されている。ラック軸３８には、ピニオンギヤ４０が噛み合わされている。ピニオンギヤ４０には、第２のモータ２６の出力軸が固定されている。このように、第２の伝達機構３０は、第２のモータ２６の回転力が与えられた場合に、制御軸１６の回転方向の移動を許容しつつ、制御軸１６を軸方向に移動させることが可能となるように構成されている。

上記のように構成された制御軸位置調整手段２２によれば、第１のモータ２４および第２のモータ２６を所定の指令に基づいてそれぞれ駆動することにより、制御軸１６を周方向および軸方向に、同時にまたは独立して位置調整を行うことができる。また、本実施形態の制御軸位置調整手段２２において、第２の伝達機構３０は、第１の伝達機構２８に対して、継ぎ手４２を介して制御軸１６の端部側に配置されている。言い換えれば、第２の伝達機構３０は、第１の可変機構１８および第２の可変機構２０に対し、それらの可変機構との間に第１の伝達機構２８を介在させるようにして配置されている。このため、上述した簡素な構成（スプライン３６、継ぎ手４２を用いた手法）によって、第１の伝達機構２８および第２の伝達機構３０の構成を複雑化させることなく、周方向および軸方向に対する制御軸１６の位置調整が可能となる。

次に、図３乃至図７を参照して、本実施形態の可変動弁機構１０において用いられる第１の可変機構１８と第２の可変機構２０の具体的な構成について説明する。
図３は、図１に示す可変動弁機構１０の組み付け状態を示す斜視図である。図３に示すように本実施形態の可変動弁機構１０は、第１の可変機構１８により一方の弁体４４を開閉駆動し、また、第２の可変機構２０により他方の弁体４６を開閉駆動するように構成されている。制御軸１６は、シリンダヘッド（ここでは、軸受け４８として概念的に示す）により、回転可能に、かつ軸方向の移動可能に保持されている。軸受け４８は、各気筒間にそれぞれ配置されている。

第１の可変機構１８により開閉駆動される弁体４４には、弁軸５０が固定されている。弁軸５０の端部は、ロッカーアーム５２の一端に接している。弁軸５０には、図示しないバルブスプリングの付勢力が作用しており、ロッカーアーム５２は、その付勢力を受けた弁軸５０により上方に付勢されている。ロッカーアーム５２の他端は、ラッシュアジャスタ５４により回動可能に支持されている。ラッシュアジャスタ５４によれば、ロッカーアーム５２の高さ方向の位置を油圧により自動調整することにより、タペットクリアランスを自動調整することができる。ロッカーアーム５２の上方には、その中央部に配設されたロッカーローラ５６（図４（Ｂ）参照）を介して、第１の揺動アーム５８が配置されている。

第２の可変機構２０により開閉駆動される弁体４６には、弁軸５０が固定されており、以下、第１の可変機構１８と同様に、第２の可変機構２０は、ロッカーアーム５２とラッシュアジャスタ５４を備えている。そして、そのロッカーアーム５２の上方には、第２の揺動アーム６０が配置されている。

図４は、図３に示す第１の可変機構１８の詳細構造を説明するための図である。より具体的には、図４（Ａ）は、第１の可変機構１８の分解斜視図であり、図４（Ｂ）は、第１の可変機構１８の主要部を示す断面図である。図４（Ａ）に示すように、第１の揺動アーム５８には、制御軸１６が挿入される２つの軸受け部６２、６４が設けられている。また、第１の揺動アーム５８には、それらの軸受け部６２、６４に挟まれた位置にローラ当接面６６が設けられている。

図４（Ｂ）に示すように、ローラ当接面６６の背面には、上述したロッカーローラ５６に接する面として、揺動カム面６８が形成されている。揺動カム面６８は、第１の揺動アーム５８の回転中心、すなわち、制御軸１６の軸中心からの距離が一定となるように形成された非押圧部７０と、非押圧部７０から離れた位置ほど制御軸１６の軸中心からの距離が遠くなるように形成された押圧部７２とで構成されている。

第１の可変機構１８は、制御アーム７４を備えている。制御アーム７４には、貫通孔７６が設けられており、その貫通孔７６には制御軸１６が挿入されている。また、第１の可変機構１８は、制御軸１６による軸方向の駆動力を受け止めず、制御軸１６による回転方向の駆動力のみを受け止めるための構成として、伝達ピン７８とブッシュ８０とを備えている。貫通孔７６の表面には、制御軸１６の軸方向に溝８２が形成されている。制御軸１６には、伝達ピン用穴８４が設けられている。更に、制御軸１６には、後述する第２の可変機構２０において用いられる伝達ピン用穴８６が形成されている。伝達ピン用穴８４は、伝達ピン７８の一端が挿入されており、伝達ピン７８の他端は、ブッシュ８０を介して制御アーム７４の溝８２に挿入されている。このように、伝達ピン７８とブッシュ８０を用いた簡素な構成により、制御軸１６の軸方向に対しては、制御アーム７４と制御軸１６とを互いに移動自在とすることができ、制御軸１６の周方向に対しては、制御アーム７４と制御軸１６とを一体で回動自在とすることができる。

制御アーム７４には、制御軸１６の径方向に突出した位置に回転軸８８が設けられている。回転軸８８には、揺動ローラアーム９０が回動可能に保持されている。揺動ローラアーム９０は、カム１４に当接するカム当接ローラ９２と、ローラ当接面６６に当接するスライドローラ９４とを備えている。カム当接ローラ９２およびスライドローラ９４は、それぞれ揺動ローラアーム９０により保持された状態で自由に回動することができる。

第１の揺動アーム５８は、ローラ当接面６６の後端部において、上述したロストモーション機構９６により付勢されている。このロストモーション機構９６の付勢力は、ローラ当接面６６がスライドローラ９４を上方に付勢する力として、更には、カム当接ローラ９２をカム１４に押し当てる力として作用する。その結果、第１の可変機構１８は、カム１４との間で機械的に連結された状態に維持されている。

上述した状態において、カム１４の回転に伴ってカムノーズがカム当接ローラ９２を押圧すると、その力はスライドローラ９４を介してローラ当接面６６に伝達される。スライドローラ９４は、ローラ当接面６６の上を転動しながらカム１４の押圧力を第１の揺動アーム５８に伝え続けることができる。その結果、第１の揺動アーム５８には、制御軸１６を中心とする回転が生ずる。この際、揺動カム面６８とロッカーローラ５６との接触点が非押圧部７０である間は、ロッカーアーム５２にカム１４の押圧力が伝達されることはないが、第１の揺動アーム５８が更に回転することにより、上記接触点が押圧部７２にまで及ぶと、ロッカーアーム５２が押し下げられ、弁体４４に開弁方向の動きが与えられる。一方、与えられたカム１４の押圧力が減少に転ずると、第１の揺動アーム５８がそれまでとは反対方向に回転することとなる。その結果、上記接触点が押圧部７２から非押圧部７０に向かって変化することで、ロッカーアーム５２が押し戻され、その後、弁体４４が閉弁することとなる。第１の可変機構１８は、以上説明したように、カム１４の押圧力を、カム当接ローラ９２およびスライドローラ９４を介してローラ当接面６６に伝達することで弁体４４を作動させることができる。

以上のように構成された第１の可変機構１８において、制御軸位置調整手段２２によって制御軸１６が回転駆動されることで制御アーム７４の回転位置が変化すると、カム当接ローラ９２とカム１４との当接位置、およびスライドローラ９４とローラ当接面６６との当接位置が変化する。その結果、制御軸１６を中心とする第１の揺動アーム５８の回転角度が変化し、揺動カム面６８とロッカーローラ５６との接触点が変化する。ここでは、カム１４の押圧力が作用していない状態における上記接触点を、第１の揺動アーム５８における「初期接触位置」と称する。具体的には、第１の揺動アーム５８は、制御軸１６が図４（Ｂ）における左回り方向に回転するほど、上記初期接触位置が押圧部７２から離れる方向により大きく回転し、また、制御軸１６が図４（Ｂ）における右回り方向に回転するほど、上記初期接触位置が押圧部７２に近づく方向により大きく回転する。

第１の可変機構１８において、上述したように、制御軸１６の回転位置を変更することで初期接触位置が変化すると、カム１４の動作に伴ってロッカーアーム５２が弁体４４を押し下げるタイミングおよび弁体４４の押し下げ量が変化する。このため、本実施形態の第１の可変機構１８によれば、制御軸１６の回転位置に応じて、弁体４４の作用角およびリフト量を連続的に変更することができる。

図５は、図３に示す第２の可変機構２０の詳細構造を説明するための図である。より具体的には、図５（Ａ）は、第２の可変機構２０の分解斜視図であり、図５（Ｂ）は、第２の可変機構２０の組み付け状態を示す断面図である。尚、図５（Ｂ）は、制御軸１６に挿入される伝達ピン９８の軸線と制御軸１６の軸線とを結ぶことで形成される平面で、第２の可変機構２０を切断した断面図である。

図５（Ａ）に示すように、第２の可変機構２０の主要部は、円筒部材１００、スライダギヤ１０２、および第２の揺動アーム６０により構成されている。これらの部材は、それぞれ制御軸１６により回転可能に保持されている。本実施形態の機構では、円筒部材１００は、第１の可変機構１８における第１の揺動アーム５８の軸受け６４と一体で構成されている。より詳細に説明すると、第２の可変機構２０は、本来的には、カム１４と当接する伝達部材であって、スライダギヤ１０２を介して当該カム１４の押圧力を第２の揺動アーム６０に伝える伝達部材を備える必要がある。本実施形態の機構では、第１の可変機構１８の構成を用いることにより、すなわち、制御軸１６との間で回転位置が固定された制御アーム７４と、制御アーム７４に回転可能に保持される揺動ローラアーム９０と、揺動ローラアーム９０に当接するローラ当接面６６を有する第１の揺動アーム５８と、第１の揺動アーム５８と一体化された円筒部材１００とにより、そのような機能を有する伝達部材が実現されている。

スライダギヤ１０２は、大径部１０２aと小径部１０２bとを備えている。大径部１０２aの外周面には、図５（Ａ）に示すように、左ネジの螺旋状に形成されたヘリカルスプラインが施されている。円筒部材１００の内周面には、大径部１０２aと対応して、左ネジの螺旋状に形成されたヘリカルスプラインが施されており、スライダギヤ１０２と円筒部材１００とは、それらのヘリカルスプラインが噛み合わされるように構成されている。つまり、スライダギヤ１０２と円筒部材１００とは、スライダギヤ１０２が円筒部材１００に挿入された際に、スライダギヤ１０２の挿入量が大きいほど、その挿入方向に対する左回り方向にスライダギヤ１０２がより大きく回転するように構成されている。

また、小径部１０２bの外周面には、右ネジの螺旋状に形成されたヘリカルスプラインが施されている。第２の揺動アーム６０には、小径部１０２bと対応して、右ネジの螺旋状に形成されたヘリカルスプラインが施されており、スライダギヤ１０２と第２の揺動アーム６０とは、それらのヘリカルスプラインが噛み合わされるように構成されている。つまり、スライダギヤ１０２と第２の揺動アーム６０とは、スライダギヤ１０２が第２の揺動アーム６０に挿入された際に、スライダギヤ１０２の挿入量が大きいほど、その挿入方向に対する右回り方向にスライダギヤ１０２がより大きく回転するように構成されている。

また、第２の揺動アーム６０は、上述したロッカーローラ５６に接する面として、第１の揺動アーム５８における揺動カム面６８と同様に形成された揺動カム面１０４を備えている。すなわち、揺動カム面１０４は、制御軸１６の軸中心からの距離が一定となるように形成された非押圧部１０６と、非押圧部１０６から離れた位置ほど制御軸１６の軸中心からの距離が遠くなるように形成された押圧部１０８とで構成されている。

また、第２の可変機構２０は、制御軸１６の回転方向に対する駆動力を受け止めず、制御軸１６の軸方向に対する駆動力のみを受け止めるための構成として、伝達ピン９８とブッシュ１１０とを備えている。図５（Ｂ）に示すように、スライダギヤ１０２の大径部１０２aの内周面には、その内周方向に溝１１２が形成されている。伝達ピン９８の一端は、伝達ピン用穴８６に挿入されており、伝達ピン９８の他端は、ブッシュ１１０を介して溝１１２に挿入されている。このように、伝達ピン９８とブッシュ１１０を用いた簡素な構成により、制御軸１６の周方向に対しては、スライダギヤ１０２と制御軸１６とを互いに回動自在とすることができ、制御軸１６の軸方向に対しては、スライダギヤ１０２と制御軸１６とを一体で移動可能とすることができる。

更に、第２の可変機構２０は、所定の厚さを有するシム１１４を有している。シム１１４は、各気筒間で制御軸１６を保持する軸受け部４８と第１の可変機構１８との間に、およびその軸受け部４８と第２の可変機構２０との間にそれぞれ配置されている。このため、制御軸１６が軸方向に駆動された場合に、第１の可変機構１８および第２の可変機構２０（スライダギヤ１０２、その他伝達ピン、ブッシュ等を除く）がその軸方向に移動するのを規制することができる。

以上のように構成された本実施形態の第２の可変機構２０においても、上記の如く、第１の揺動アーム５８がロストモーション機構９６により付勢されていることにより、ローラ当接面６６を介してカム１４との間で機械的に連結された状態に維持されている。このような状態において、カム１４の回転に伴ってカムノーズがカム当接ローラ９２を押圧すると、その力はスライドローラ９４、ローラ当接面６６を介して第１の揺動アーム５８に伝達される。そして、第１の揺動アーム５８からスライダギヤ１０２を介して第２の揺動アーム６０に伝達される。その後にロッカーアーム５２を介して弁体４６を開閉させる動作については、上述した第１の可変機構１８の場合と同様であるため、その詳細な説明を省略する。

第２の可変機構２０において、制御軸位置調整手段２２によって制御軸１６が軸方向に駆動されると、当該軸方向位置が固定された円筒部材１００および第２の揺動アーム６０に対して、スライダギヤ１０２がそれらの内部を回転しながら移動する。その結果、円筒部材１００と第２の揺動アーム６０との間には、相対的な回転が生ずることとなる。具体的には、制御軸１６が図５（Ｂ）に示す押し出し方向に大きく移動するほど、制御軸位置調整手段２２側から見て、スライダギヤ１０２は円筒部材１００に対して右回りに大きく回転し、かつ、第２の揺動アーム６０はスライダギヤ１０２に対して右回り方向に大きく回転する。つまり、制御軸１６が上記押し出し方向に大きく移動するほど、第２の揺動アーム６０は、揺動カム面１０４とロッカーアーム５２との接触点（第２の揺動アーム６０における初期接触位置）が押圧部１０８から離れる方向により大きく回転する。一方、制御軸１６が図５（Ｂ）に示す引き戻し方向に大きく移動するほど、第２の揺動アーム６０は、上記接触点が押圧部１０８に近づく方向により大きく回転する。

上記のように、第２の可変機構２０によれば、制御軸１６を軸方向に変位させることにより、その変位量に応じて初期接触位置を変更することができる。従って、本実施形態の第２の可変機構２０によれば、制御軸１６の軸方向の位置に応じて、弁体４６の作用角およびリフト量を連続的に変更することができる。尚、本実施形態の第２の可変機構２０によれば、シム１１４の厚さを所望の厚さに調整することにより、所望の初期接触位置が得られるように第２の揺動アーム６０と円筒部材１００との相対角度を設定することができる。

次に、図６を参照して、本実施形態の可変動弁機構１０により実現される好適な弁体４４、４６の制御例について説明する。
図６は、弁体４４、４６を好適に制御するために、本実施形態において用いられる制御の一例を示すタイミングチャートである。より具体的には、図６（Ａ）は、第１の可変機構１８により制御される弁体４４の作用角およびリフト量を示し、図６（Ｂ）は、第２の可変機構２０により制御される弁体４６の作用角およびリフト量を示し、図６（Ｃ）は、第１のモータ２４が正転運転または逆転運転されるタイミングを示し、図６（Ｄ）は、第２のモータ２６が正転運転または逆転運転されるタイミングを示している。尚、図６において、第１のモータ２４および第２のモータ２６の正転方向は、それらのモータから制御軸１６に駆動力が与えられた際に、弁体４４、４６が大作用角および大リフト量側に向けて制御される方向であるものとする。

本実施形態の可変動弁機構１０は、各気筒に配置された第１の可変機構１８および第２の可変機構２０に対して、単一のカム１４を共用し、当該カム１４の押圧力が第１の可変機構１８および第２の可変機構２０に伝達されるように構成されている。このため、図６に示すように、第１のモータ２４が正転方向に駆動されることで制御軸１６が回転駆動されると、第１の可変機構１８および第２の可変機構２０が同時に制御されることとなる。その結果、弁体４４および弁体４６は、共に大作用角および大リフト量側に制御される。すなわち、図６に示す「両弁制御期間」が、それに相当している。本実施形態の可変動弁機構１０は、この両弁制御期間においては、制御軸１６の回転位置を変更、つまり、第１のモータ２４を正転または逆転方向に駆動することにより、弁体４４および弁体４６の作用角およびリフト量を変化させている。

図６に示す「片弁制御期間」は、弁体４４を大作用角および大リフト量に固定した状態で、弁体４６の作用角およびリフト量を連続的に変化させる期間を示している。このような制御は、以下の手順で第２のモータ２６を制御することにより実現することができる。すなわち、弁体４４および弁体４６を大作用角および大リフト量に固定した状態から、第１のモータ２４を停止状態としたままで第２のモータ２６を逆転方向に駆動することとすれば、弁体４６の作用角およびリフト量を、単独で小作用角および小リフト量に変更することが可能となる。また、第１のモータ２４を停止状態としたままで第２のモータ２６を正転方向に駆動することとすれば、弁体４６の作用角およびリフト量を、単独で大作用角および大リフト量に変更することができる。このような制御によれば、２つの弁体の作用角およびリフト量を同時期に異なるものとすることができ、その結果として、制御軸１６の位置調整によって吸気時にスワール流やタンブル流を生じさせることが可能となる。

また、本実施形態の第１の可変機構１８において、第１のモータ２４を逆転駆動して制御軸１６を小作用角および小リフト量側に大きく回転させることとすれば、第１の揺動アーム５８が非押圧部７０のみで揺動する状態を実現できる、すなわち、弁体４４の開閉動作を休止させることができる。そのうえで、第２の可変機構２０において、制御軸１６の軸方向の位置を変更して弁体４６を所望の作用角およびリフト量とすることとすれば、制御軸１６の位置調整による片弁休止運転を実現することができる。

以上説明した通り、本実施形態の可変動弁機構１０によれば、制御軸位置調整手段２２により、単一の制御軸１６を周方向および軸方向に、同時にまたは独立して位置調整を行うことができる。このため、本実施形態の機構によれば、制御軸１６の回転位置に応じて制御される第１の可変機構１８と、制御軸１６の軸方向の位置に応じて制御される第２の可変機構２０とを備えたことにより、制御軸１６の位置調整により得られる作用角およびリフト量の変更を、弁体毎に独立して行うことができる。このため、搭載性を悪化させることなく、複数の弁体の作用角およびリフト量の制御自由度が向上した可変動弁機構を実現することができる。

ところで、上述した実施の形態１においては、個々の気筒に備わる弁体毎に第１の可変機構１８および第２の可変機構２０を切り替えて配置することとしているが、本発明の可変動弁機構の適用例はこれに限定されるものではない。すなわち、例えば、第１の可変機構と第２の可変機構を、気筒毎に異なるように配置することとしてもよい。このような構成によれば、制御軸の位置調整による気筒休止運転を実現することができる。

また、上述した実施の形態１においては、個々の気筒において、第１の可変機構１８および第２の可変機構２０に対して、単一のカム１４を共用し、当該カム１４の押圧力が第１の可変機構１８および第２機構２０に伝達されるように構成されているが、本発明はこのような構成に限定されるものではない。すなわち、第１の可変機構および第２の可変機構のそれぞれに対してカムを備え、第２の可変機構における円筒部材が第１の可変機構における第１の揺動アームと別体で構成され、かつ、当該円筒部材とカムとが当接可能に構成されたものであってもよい。このような構成によれば、第１の可変機構と第２の可変機構とを、制御軸の周方向および軸方向に対する位置調整に応じて、２つの弁体を完全に独立して制御することが可能となる。

また、上述した実施の形態１においては、第１のモータ２４または第２のモータ２６により制御軸１６が駆動される例を示したが、本発明のアクチュエータはこれに限定されるものではなく、例えば、アクチュエータは油圧を利用して制御軸を駆動するものであってもよい。また、制御軸を軸方向に駆動する機構は、上述したラックアンドピニオン機構に限られるものではなく、例えば、クランク機構であってもよい。

尚、上述した実施の形態１においては、第１のモータ２４および第２のモータ２６が、前記第２の発明における「アクチュエータ」に相当している。
また、上述した実施の形態１においては、継ぎ手４２が、前記第４の発明における「連結手段」に相当している。
また、上述した実施の形態１においては、揺動ローラアーム９０、溝８２、および伝達ピン７８が、前記第５の発明における「回動アーム」、「第１の溝」、および「第１のピン」にそれぞれ相当している。
また、上述した実施の形態１においては、第１の揺動アーム５８と一体化された円筒部材１００、第２の揺動アーム６０、スライダギヤ１０２、溝１１２、および伝達ピン９８が、前記第６の発明における「入力アーム」、「出力アーム」、「介在部材」、「第２の溝」、および「第２のピン」にそれぞれ相当している。

実施の形態２．
次に、図７および図８を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。
図７は、本実施形態において用いられる制御軸位置調整手段１２０の構成を説明するための図である。本実施形態の可変動弁機構は、制御軸位置調整手段１２０の構成が異なる点を除き、上述した実施の形態１における可変動弁機構１０と同様である。すなわち、本実施形態の制御軸位置調整手段１２０は、図７に示すように、１つのモータ１２２によって制御軸１６を周方向および軸方向に駆動できるように構成されている点を特徴としている。具体的には、制御軸位置調整手段１２０は、モータ１２２と第１の伝達機構２８との間に、第１の動力切替機構１２４を備え、また、モータ１２２と第２の伝達機構３０との間に、第２の動力切替機構１２６を備えている。

第１の動力切替機構１２４は、第１の伝達ギヤ１２８と、第１の出力ギヤ１３０と、一対の電磁石１３２、１３４と、第１の回転体１３６とにより構成されている。第１の伝達ギヤ１２８は、ウォームギヤ３４と同軸上に設けられている。第１の伝達ギヤ１２８には、第１の出力ギヤ１３０が噛み合わされている。第１の出力ギヤ１３０は、モータ１２２の出力軸１３８と同軸上に、ハウジング１４０により回転可能に保持されている。第１の出力ギヤ１３０は、出力軸１３８の軸方向の移動が可能となるように構成されている。また、モータ１２２の出力軸１３８は、ハウジング１４０により回転可能に支持されている。出力軸１３８には、円盤状に形成された第１の回転体１３６が固定されている。第１の回転体１３６は、磁性材料で構成されている。

ハウジング１４０には、第１の動力切断用電磁石１３２と第１の動力伝達用電磁石１３４とが対向して取り付けられている。第１の出力ギヤ１３０は、電磁石１３２と電磁石１３４との間に配置されている。第１の回転体１３６は、第１の出力ギヤ１３０と電磁石１３４との間に配置されている。第１の動力切断用電磁石１３２は、外部から電流が供給されることにより励磁され、第１の出力ギヤ１３０を引き寄せて保持することができる。第１の動力伝達用電磁石１３４は、外部から電流が供給されることにより励磁され、第１の出力ギヤ１３０を第１の回転体１３６に引き寄せて保持することができる。

第２の動力切替機構１２６は、第２の伝達ギヤ１４２と、第２の出力ギヤ１４４と、第２の動力切断用電磁石１４６および第２の動力伝達用電磁石１４８と、第２の回転体１５０とにより構成されている。第２の伝達ギヤ１４２は、ピニオンギヤ４０と同軸上に設けられている。また、モータ１２２の出力軸１３８には、第１の回転体１３６と同様に構成された第２の回転体１５０が固定されている。その他の構成および機能については、第１の動力切替機構１２４と同様であるため、ここではその詳細な説明を省略する。尚、第１の動力切替機構１２４、或いは第２の動力切替機構１２６において、第１の出力ギヤ１３０と第１の伝達ギヤ１２８とのギヤ比、或いは第２の出力ギヤ１４４と第２の伝達ギヤ１４２とのギヤ比を、それぞれ適宜変更することにより、第１の可変機構１８、或いは第２の可変機構２０を制御する際の適正な制御軸１６の移動量を確保するための調整が可能である。

また、制御軸位置調整手段１２０は、モータ１２２の出力軸１３８の回転角度を検出する回転角度センサ１５２を備えている。回転角度センサ１５２は、出力軸１３８の端部に組み込まれている。このような構成によれば、単一の回転角度センサ１５２により、上述したそれぞれの電磁石の開閉状態を検知しながら出力軸１３８の回転角度の情報を得ることで、制御軸１６の周方向および軸方向のそれぞれの変位量を把握することができる。

次に、図８を参照して、上述した図６に示す弁体４４、４６の制御の一例を、本実施形態の制御軸位置調整手段１２０を用いて行う場合の動作について説明する。
図８は、図７に示す制御軸位置調整手段１２０の動作を説明するためのタイミングチャートである。尚、図８において、モータ１２２の正転方向は、モータ１２２から制御軸１６に駆動力が与えられた際に、弁体４４、４６が大作用角および大リフト量側に向けて制御される方向であるものとする。

図８に示すように、機関の始動後に作用角およびリフト量の変更を開始するまでの間は、それぞれの動力切替機構において、動力切断用の電磁石１３２、１４６が通電状態とされる。その結果、第１の出力ギヤ１３０および第２の出力ギヤ１４４は、それぞれ電磁石１３２、１４６により保持される。この際、第１の出力ギヤ１３０の位置が電磁石１３２により固定されることで、制御軸１６の周方向の位置が固定された状態となり、また、第２の出力ギヤ１４４についても同様で、制御軸１６の軸方向の位置が固定された状態となる。すなわち、このような状態では、モータ１２２は、第１の伝達機構２８および第２の伝達機構３０のそれぞれとの間で、連結が解除された状態となっている。

図８に示す両弁制御を行う場合には、第１の動力切替機構１２４において、動力伝達用の電磁石１３４が通電状態とされる。その結果、第１の出力ギヤ１３０が第１の回転体１３６に保持される、すなわち、モータ１２２と第１の伝達機構２８とが連結された状態とされる。この際、第２の動力切替機構１２６においては、動力切断用の電磁石１４６が通電状態とされることで、モータ１２２と第２の伝達機構３０との連結が解除された状態とされる。尚、この際、制御軸１６は、第２の伝達機構３０を介して第２の動力切断用電磁石１４６によってその軸方向の位置が固定されているため、制御軸１６が軸方向に変位することはない。

上記のように各電磁石が制御された状態において、モータ１２２が正転駆動されると、制御軸１６の回転駆動のみが行われることとなり、その結果、図８に示すように、弁体４４および弁体４６の作用角およびリフト量が大作用角および大リフト量側に変更される。また、上記のように各電磁石が制御された状態において、モータ１２２を逆転駆動されると、弁体４４および弁体４６の作用角およびリフト量が小作用角および小リフト量側に変更される。

図８に示す片弁制御を行う場合には、第１の動力切替機構１２４において、動力切断用の電磁石１３２が通電状態とされ、第２の動力切替機構１２６において、動力伝達用の電磁石１４８が通電状態とされる。すなわち、モータ１２２と第２の伝達機構３０とが連結された状態とされる。尚、この際、制御軸１６は、第１の伝達機構２８を介して第１の動力切断用電磁石１３２によってその周方向の位置が固定されているため、制御軸１６が周方向に変位することはない。

上記のように各電磁石が制御された状態において、モータ１２２が逆転駆動されると、制御軸１６は軸方向にのみ駆動されることとなり、その結果、弁体４６の作用角およびリフト量が単独で小作用角および小リフト量側に変更される。また、上記のように各電磁石が制御された状態において、モータ１２２が正転駆動されると、弁体４６の作用角およびリフト量が単独で大作用角および大リフト量側に変更される。

以上説明した通り、本実施形態の制御軸位置調整手段１２０によれば、所定の指令に基づいてそれぞれの電磁石の開閉制御することにより、単一のモータ１２２によって制御軸１６を周方向および軸方向に駆動することができる。このため、本実施形態の構成によれば、実施の形態１の構成に比して、内燃機関１への搭載性が更に向上した可変動弁機構を実現することができる。

本発明の実施の形態１における可変動弁機構が内燃機関に搭載された状態を示す図である。 図１に示す制御軸位置調整手段の詳細構造を示す図である。 図１に示す可変動弁機構の組み付け状態を示す斜視図である。 図３に示す第１の可変機構の詳細構造を説明するための図である。 図３に示す第２の可変機構の詳細構造を説明するための図である。 本発明の実施の形態１において用いられる弁体制御の一例を示すタイミングチャートである。 本発明の実施の形態２において用いられる制御軸位置調整手段の構成を説明するための図である。 図７に示す制御軸位置調整手段の動作を説明するためのタイミングチャートである。

符号の説明

１ 内燃機関
１０ 可変動弁機構
１４ カム
１６ 制御軸
１８ 第１の可変機構
２０ 第２の可変機構
２２、１２０ 制御軸位置調整手段
２４ 第１のモータ
２６ 第２のモータ
２８ 第１の伝達機構
３０ 第２の伝達機構
４２ 継ぎ手
４４、４６ 弁体
７８、９８ 伝達ピン
８２、１１２ 溝
１２２ モータ
１２４ 第１の動力切替機構
１２６ 第２の動力切替機構

Claims (6)

1. 複数の弁体の作用角およびまたはリフト量を所定の可変範囲内で変化させるべく位置が調整される単一の制御軸と、
   前記弁体の少なくとも１つとカムとの間に介在し、当該少なくとも１つの弁体の作用角およびまたはリフト量を前記制御軸の回転位置に応じて変更する第１の可変機構と、
   前記弁体の少なくとも他の１つとカムとの間に介在し、当該少なくとも他の１つの弁体の作用角およびまたはリフト量を前記制御軸の軸方向の位置に応じて変更する第２の可変機構と、
   前記制御軸を周方向および軸方向に対して、同時にまたは独立して駆動する制御軸位置調整手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の可変動弁機構。
2. 前記制御軸位置調整手段は、
   前記制御軸に駆動力を与えるアクチュエータと、
   前記制御軸が軸方向に移動できる状態で当該制御軸に係合され、前記アクチュエータが発生する駆動力を伝達することにより前記制御軸を回転させる第１の伝達機構と、
   前記制御軸が周方向に移動できる状態で当該制御軸に係合され、前記アクチュエータが発生する駆動力を伝達することにより前記制御軸を軸方向に移動させる第２の伝達機構とを備え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機構。
3. 前記アクチュエータは、単一のモータであり、
   前記制御軸位置調整手段は、
   前記モータと前記第１の伝達機構との間に介在し、所定の指令に基づき、前記モータから前記第１の伝達機構に駆動力を伝達または切断する第１の動力切替機構と、
   前記モータと前記第２の伝達機構との間に介在し、所定の指令に基づき、前記モータから前記第２の伝達機構に駆動力を伝達または切断する第２の動力切替機構とを備え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機構。
4. 前記第２の伝達機構は、前記制御軸が周方向に移動できる状態で当該制御軸と連結する連結手段を備え、
   前記第２の伝達機構が、前記連結手段を介して、前記制御軸における前記第１の伝達機構が係合される部位に比して当該制御軸の何れか一方の端部側に配置されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の内燃機関の可変動弁機構。
5. 前記第１の可変機構は、
   カムの回転と同期して揺動することにより当該カムの押圧力を前記弁体に伝達する第１の揺動アームと、前記制御軸の径方向に突出して設けられた制御アームと、前記制御アームに回動可能に支持されカムの押圧力を前記第１の揺動アームに伝達する回動アームとを備える機構であって、
   前記制御軸および前記制御アームの一方に、当該制御軸の軸方向に対して形成された第１の溝と、
   一端が前記制御軸および前記制御アームの他方に挿入され、他端が前記第１の溝に挿入される第１のピンとを備えることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の可変動弁機構。
6. 前記第２の可変機構は、
   前記制御軸に回動可能に支持されカムの押圧力が入力される入力アームと、前記制御軸に回動可能に支持され前記入力アームを介してカムの押圧力を前記弁体に伝達する出力アームと、前記入力アームと前記出力アームとの間に介在し前記制御軸の軸方向の変位に応じて前記入力アームと前記出力アームとの相対角度を変化させる介在部材とを備える機構であって、
   前記制御軸および前記介在部材の一方に、当該制御軸の周方向に対して形成された第２の溝と、
   一端が前記制御軸および前記介在部材の他方に挿入され、他端が前記第２の溝に挿入される第２のピンとを備えることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項記載の内燃機関の可変動弁機構。

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