JP2006097580A - 可変動弁機構 - Google Patents

Abstract

【課題】可動部変位軸を電動モータによって回動させて可動部を変位させる可変動弁機構において、可動部変位軸を過度な捩り応力が発生することなく、回動させることができると共に、電動モータが故障したとき、可動部をデフォルト位置に移動でき、よって吸気バルブなどのリフト量を必要なだけ確保できる可変動弁機構を提供する。
【解決手段】吸気側回転カム６０と、吸気側回転カム６０で駆動される可動部６４ａ〜６４ｄと、可動部６４ａ〜６４ｄで開閉される吸気バルブ１６と、可動部６４ａ〜６４ｄを変位させる可動部変位軸６６とからなる可変動弁機構において、可動部６４ａ〜６４ｄを変位させる吸気側可動部変位軸６６にそれぞれ複数個（４個）の電動モータ６８を接続し、４個の電動モータ６８によって可動部変位軸６６を回動させる。
【選択図】図２

Description

この発明は可変動弁機構、より具体的には内燃機関の可変動弁機構に関する。

内燃機関の可変動弁機構としては例えば、特許文献１記載の技術が知られている。特許文献１に記載される技術にあっては、吸気カムシャフトに接続された回転カムの回転に応じて中間カムおよびロッカアームなどの可動部が移動し、それに伴って吸気バルブが開閉されるように構成すると共に、車両の運転状態に応じて前記した中間カムを電動モータによって変位させ、回転カムと中間カムとの当接位置を移動させることで、吸気バルブのリフト量が所期の値となるようにしている。

しかしながら、特許文献１記載の内燃機関の可変動弁機構にあっては、可動部（中間カム）を変位させるためのアクチュエータとして１個の電動モータを使用する構成であるため、その電動モータが故障した場合など、可動部を変位させることができなくなり、運転状態に応じた吸気バルブのリフト量とすることができず、燃費が低下するなどの不都合が生じていた。

さらに、前記した可動部は可動部変位軸に接続されて変位されると共に、電動モータはその可動部変位軸の端部に接続されるように構成している。従って、可動部変位軸が電動モータによって回転させられたとき、可動部変位軸に過度な捩り応力が発生し、可動部変位軸が破損してしまうおそれがあった。

そこで、１個の電動モータが可動部変位軸の中央部においてウォームギヤなどの減速機構を介して可動部に接続されると共に、可動部には可動部（正確には可動部のロッカアーム）が所定の位置（デフォルト位置）となる方向へ付勢するスプリングを備えるようにした技術が提案されている（例えば、非特許文献１参照）。尚、所定の位置（デフォルト位置）とは、例えば内燃機関の低負荷時に必要な吸気バルブのリフト量を確保できる可動部の位置を意味する。
特開２００３−３４３２２８号公報（段落００４５、図６） ビー・エム・ダブリュー株式会社、バルブトロニック（登録商標）、［ｏｎｌｉｎｅ］、ビー・エム・ダブリュー株式会社ホームページ、Ｐｒｏｄｕｃｔｓ、ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ、［２００４年９月１７日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.bmw.co.jp/Product/Innovation/bmwpower＞

非特許文献１記載の内燃機関の可変動弁機構にあっては、電動モータが可動部変位軸の中央部に接続されるため、可動部変位軸に過度な捩り応力が発生し難く、また電動モータが故障した場合であっても、可動部がスプリングによって強制的にデフォルト位置に移動させられるため、内燃機関の低負荷時において必要な吸気バルブのリフト量を確保することが可能となる。

しかしながら、スプリングの付勢力が常に可動部にかかる構成であるため、可動部を変位させる電動モータの出力トルクを大きく設定する必要があり、電動モータが大型化するなどの不具合が生じていた。

また、上記したいずれの技術においても、可動部を１個の電動モータによって変位させる構成であるため、冬期における車両始動時であって、その電動モータが氷結したときなどには十分な出力トルクを得ることができないという不都合が生じていた。

従って、この発明の目的は上記した課題を解決し、可動部変位軸を電動モータによって回転させて可動部を変位させる可変動弁機構において、可動部変位軸を過度な捩り応力が発生することなく、回転させることができると共に、電動モータが故障したとき、可動部を、電動モータが大型化することなく、デフォルト位置に移動でき、よって吸気バルブなどのリフト量を必要なだけ確保できるようにした可変動弁機構を提供することにある。

また、冬期における車両始動時において、電動モータが氷結した場合などでも、可動部変位軸を回転させるのに十分な出力トルクを得ることができ、可動部変位軸に接続された可動部を変位できるようにした可変動弁機構を提供することにある。

上記の目的を解決するために、請求項１にあっては、回転カムと、前記回転カムで駆動される可動部と、前記可動部で開閉される弁と、前記可動部を変位させる可動部変位軸とから少なくともなる可変動弁機構において、前記可動部変位軸に複数個の電動モータを接続し、前記複数個の電動モータによって前記可動部変位軸を回転させるように構成した。

請求項２にあっては、前記複数個の電動モータは、前記可動部変位軸の両端にそれぞれ接続されるように構成した。

請求項３にあっては、前記可動部変位軸が軸方向に分割された複数個の軸片からなると共に、前記複数個の電動モータは前記複数個の軸片のそれぞれに接続されるように構成した。

請求項４にあっては、前記複数個の電動モータは、前記複数個の軸片の両端にそれぞれ接続されるように構成した。

請求項５にあっては、前記電動モータは、２極ｎステータ構造（ｎ≧２）を備えるように構成した。

請求項６にあっては、内燃機関の吸気弁および排気弁の少なくともいずれかであるように構成した。

請求項１に係る可変動弁機構にあっては、可動部を変位させる可動部変位軸に複数個の電動モータを接続し、複数個の電動モータによって可動部変位軸を回転させるように構成したので、過度な捩り応力が発生することなく可動部変位軸を回転させることができると共に、複数個の電動モータのうち、いずれかの電動モータが故障した場合であっても、残余の正常な電動モータによって可動部変位軸を回転させて可動部をデフォルト位置に移動でき、よって吸気バルブのリフト量を必要なだけ確保することができる。

また、冬期における車両始動時において、電動モータが氷結した場合などでも、複数個の電動モータを最大トルクで駆動させることで、可動部変位軸を回転させるのに十分な出力トルクを得ることができ、可動部変位軸に接続された可動部を変位させることができる。

請求項２に係る可変動弁機構にあっては、複数個の電動モータは可動部変位軸の両端にそれぞれ接続されるように構成したので、上記した効果に加え、可動部変位軸を回転させたとき、過度な捩り応力が可動部変位軸に発生することを一層よく防止することができる。

請求項３に係る可変動弁機構にあっては、可動部変位軸が軸方向に分割された複数個の軸片からなると共に、複数個の電動モータは複数個の軸片のそれぞれに接続されるように構成したので、請求項１に記載した効果に加え、複数個の電動モータのうち、いずれかの電動モータが故障した場合でも、正常な電動モータが接続された軸片にあっては通常通り回転させることができ、これにより可動部は適宜位置に変位させられ、運転状態に応じた吸気バルブのリフト量を得ることができる。

具体的には、複数個の電動モータのうち、いずれかの電動モータが故障した場合、故障した電動モータが接続された軸片は、他の正常な電動モータあるいはリターンスプリングなどによって回転させられて可動部をデフォルト位置に移動させることができる。即ち、故障した電動モータが接続された軸片に対応する気筒にあっては、可動部がデフォルト位置にあるため、例えば内燃機関の低負荷時に必要な吸気バルブのリフト量を確保することができる。

一方、残余の正常な電動モータのみが接続された軸片は通常通り回転させられて可動部を運転状態に応じた適宜な位置に変位させることができる。即ち、正常な電動モータのみが接続された軸片に対応する気筒にあっては、可動部が通常通りに変位させられるため、運転状態に応じた吸気バルブのリフト量を得ることができる。

請求項４に係る可変動弁機構にあっては、複数個の電動モータは、複数個の軸片の両端にそれぞれ接続されるように構成したので、請求項３に記載した効果に加え、軸片を回転させたとき、過度な捩り応力が軸片に発生することを一層よく防止することができる。

請求項５に係る可変動弁機構にあっては、電動モータは、２極ｎステータ構造（ｎ≧２）を備えるように構成したので、上記した効果に加え、比較的小型でありながら高トルクを出力することができ、よって電動モータを複数個備える構成であっても、容易に可変動弁機構に組み込むことができる。

請求項６に係る可変動弁機構にあっては、前記弁は、内燃機関の吸気弁および排気弁の少なくともいずれかであるように構成したので、上記した効果に加え、内燃機関の吸気弁（吸気バルブ）および排気弁（排気バルブ）のいずれにおいても運転状態に応じたリフト量を得ることができる。

以下、添付図面に即してこの発明に係る可変動弁機構の最良の実施の形態について説明する。

図１は、この発明の第１実施例に係る可変動弁機構を備えた内燃機関を示す概略図である。

図１において、符合１０は内燃機関（以下「エンジン」という）を示し、エンジン１０は４サイクル４気筒のＤＯＨＣ型ガソリンエンジンからなる。エンジン１０は吸気管１２を備え、吸気管１２においてエアクリーナ（図示せず）から吸入された空気は吸気マニホルド１４を流れ、各気筒において２個の吸気バルブ１６が開弁されるとき、燃焼室（図１で図示せず）に流入する。

また吸気管１２には、スロットルバルブ１８が配置される。尚、スロットルバルブ１８には、ＥＣＵ（Electronic Control Unit。電子制御ユニット）２０の出力によって動作するステッピングモータからなるアクチュエータ２２が接続される。尚、このスロットルバルブ１８は通常時において全開開度となるように設定されており、よって燃焼室への吸入空気量は吸気バルブ１６のリフト量によって調整される。

４個のシリンダ（気筒）２４の吸気ポートの付近には、インジェクタ（燃料噴射弁）２６が配置される。インジェクタ２６には燃料供給管（図示せず）を介して燃料タンク（図示せず）に貯留されたガソリン燃料が圧送されると共に、駆動回路２８を通じてＥＣＵ２０に接続される。ＥＣＵ２０から開弁時間を示す駆動信号が駆動回路２８に供給されると、インジェクタ２６は開弁し、開弁時間に応じたガソリン燃料を吸入された空気に噴射する。噴射されたガソリン燃料は、流入した空気と混合して混合気を形成する。

吸気バルブ１６の付近には、点火プラグ３０が配置される。点火プラグ３０はイグナイタなどからなる点火装置３２を介してＥＣＵ２０に接続され、点火装置３２はＥＣＵ２０からの点火信号に応じて燃焼室に臨む電極間に火花放電を生じ、混合気を着火して燃焼させる。

燃焼によって生じたガス（排ガス）は、各気筒において２個の排気バルブ３６が開弁するとき、排気マニホルド３８に流れる。排気マニホルド３８は下流で集合して排気管４０に接続される。排ガスは排気マニホルド３８および排気管４０を流れ、図示しない触媒装置で浄化された後、エンジンの外部に排出される。

エンジン１０のクランクシャフト（図示せず）の付近にはクランク角センサ（図で「ＥＮＧ回転数」と示す）４４が配置され、気筒判別信号と、各気筒のＴＤＣ（上死点）あるいはその付近のクランク角度を示すＴＤＣ信号と、ＴＤＣ信号間隔を６個に細分したクランク角度３０度ごとにクランク角度信号とを出力する。それらの出力はＥＣＵ２０に入力される。

ＥＣＵ２０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ、入力回路、出力回路、およびカウンタを備えるマイクロコンピュータから構成される。ＥＣＵ２０は入力信号の中、クランク角度信号をカウントしてエンジン回転数（ＥＮＧ回転数）を算出（検出）する。

エンジン１０が搭載される車両の運転席（図示せず）の床面にはアクセルペダル（図示せず）が配置されると共に、その付近にはアクセル開度センサ（図で「アクセル開度」と示す）４６が設けられ、運転者のアクセルペダル踏み込み量を示すアクセル開度に応じた信号を出力する。その出力もＥＣＵ２０に入力される。

また、エンジン１０の吸気管１２にはエアフローメータ５０が配置され、エンジン負荷を示す吸入空気量に応じた信号を出力する。また、排気管４０には空燃比センサ５２が配置され、排ガス中の実空燃比に応じた信号を出力する。これらセンサ群の出力もＥＣＵ２０に入力される。

尚、ＥＣＵ２０には、水温センサなどの各種センサから出力される信号も入力されるが、図示の簡略化のため省略した。

ＥＣＵ２０は、上記したＥＮＧ回転数、アクセル開度などの信号に基づいて車両の運転状態（高負荷、低負荷など）を検出すると共に、検出された運転状態に応じた吸気バルブ１６のリフト量を算出する。

吸気バルブ１６には可変動弁機構５６が接続される。可変動弁機構５６（正確には可変動弁機構５６の電動モータ（後述）の駆動回路）には、前記算出されたリフト量に応じた信号がＥＣＵ２０から供給される。これによって、可変動弁機構５６が駆動し（正確には可変動弁機構５６の可動部（後述）が変位し）、よって吸気バルブ１６は算出されたリフト量、別言すれば運転状態に応じたリフト量で開閉させられる。

図２は、エンジン１０のシリンダヘッド付近であって可変動弁機構５６を中心にして示す模式図であり、図３は図２のIII−III線拡大部分断面図である。

可変動弁機構５６は吸気カムシャフト６０と、吸気カムシャフト６０に接続されると共に、側面視楕円形（別言すれば、カム形状）を呈する複数個、具体的には８個の吸気側回転カム６２と、吸気側回転カム６２に当接して駆動される複数個、具体的には４個の可動部６４と、各可動部６４で開閉させられる吸気バルブ１６と、可動部６４を変位させる可動部変位軸（コントロールシャフト）６６と、可動部変位軸６６に接続される複数個（４個）の電動モータ、より具体的には２極２ステータ構造の比較的小型の電動モータ６８（図３で図示せず）とを備える。尚、４個の可動部６４は、図２において右側から順に、第１の可動部６４ａ、第２の可動部６４ｂ、第３の可動部６４ｃ、第４の可動部６４ｄとする。

尚、排気バルブ３６には可変動弁機構が接続されない。従って、排気バルブ３６は、排気カムシャフト７０に接続されて側面視楕円形（別言すれば、カム形状）を呈する複数個（８個）の排気側回転カム７２が回転することによって、排気側回転カム７２の突起部７２１が排気バルブ３６のステムエンド３６１に当接したとき、図３において下方へ移動させられて開弁する。これにより、排気マニホルド３８と燃焼室７６が連通し、排ガスが排出される。

以下、可変動弁機構５６の各要素の構成および動作を詳説する。

吸気カムシャフト６０はエンジン１０のクランクシャフト（図示せず）と、タイミングチェーン（図示せず）などを介して接続される。これにより、吸気カムシャフト６０および吸気側回転カム６２はクランクシャフトの回転運動が伝達されて回転させられる。

第１から第４の可動部６４ａ〜６４ｄはそれぞれ、２個のローラ８２を有するロッカアーム８４と、ロッカアーム８４をロッカアーム回転軸８４１で回転可能に支持する支持部材８６とを備える。

ロッカアーム８４のローラ８２は、前記した吸気側回転カム６２に当接する位置に配置される。またロッカアーム８４であって、ローラ８２の反対側の部位は、吸気バルブ１６のステムエンド１６１に当接される。これによって吸気バルブ１６は、吸気側回転カム６２が回転することでロッカアーム８４がロッカアーム回転軸８４１を中心に移動し、開閉される。

吸気バルブ１６の開閉動作について、図４を参照して具体的に説明する。

図４は、吸気バルブ１６が開弁したときの状態を示す、図３と同様な拡大部分断面図である。

吸気側回転カム６２が図の矢印Ａ方向に回転し、吸気側回転カム６２の突起部６２１がロッカアーム８４（具体的にはロッカアーム８４のローラ８２）に当接すると、ロッカアーム８４はロッカアーム回転軸８４１を中心に図４において時計回り（矢印Ｂで示す）に回転（移動）させられる。これにより吸気バルブ１６は下方（矢印Ｃで示す）へ移動させられ、よって吸気バルブ１６が開弁する。これによって吸気マニホルド１４と燃焼室７６が連通し、混合気が流入する。

可変動弁機構５６の構成および動作の説明を続ける。

図５は、可動部変位軸６６、第１から第４の可動部６４ａ〜６４ｄ、および電動モータ６８を示す斜視図である。

前記した支持部材８６は、図２および図５によく示すように、可動部変位軸６６によって連結されて固定されると共に、可動部変位軸６６には４個の電動モータ６８が接続される。４個の電動モータ６８は、図２および図５に示す如く、第１の可動部６４ａと第２の可動部６４ｂの間、第３の可動部６４ｃと第４の可動部６４ｄの間、および可動部変位軸６６の両端にそれぞれ接続（配置）される。

これにより、可動部変位軸６６が各電動モータ６８によって可動部変位軸回転軸６６１を中心にして回転すると、それに伴って支持部材８６も同様に、可動部変位軸回転軸６６１を中心にして回転する。

次いで、その電動モータ６８について説明する。

図６は電動モータ６８の斜視図、図７は図６に示す電動モータの分解縮小斜視図である。

尚、この実施例において、電動モータ６８としては２極２ステータ構造のトルクモータ（据え付けられた位置で限られた動作範囲で主としてトルクを発生することを目的とする電動機）を使用すると共に、図示の如き特徴的な構造を備えたものを使用する。

電動モータ６８は、ロータ９２と、ステータ（より具体的にはステータコア）９４と、ボビン（コイルボビン）９６に巻回されるコイル９８と、それらを被覆するカバー１００とを備える。尚、図６などでコイル９８の導線の太さは誇張して示す。

ロータ９２は円筒状を呈し、その外周にはＮ極、Ｓ極の２極からなる永久磁石９２１が配置（形成）される。永久磁石９２１の内側には積層鋼板からなるロータコア９２２が配置されると共に、その内側（センタ）には上記した可動部変位軸６６が接続される。永久磁石９２１は例えば、ネオジウム系やサマリウム・コバルト系などの希土類磁石あるいはフェライト系の磁石からなる。

ステータ９４は２個のステータ片、即ち、第１ステータ半部９４１と第２ステータ半部９４２とに分割されてなる。第１、第２ステータ半部９４１，９４２は圧粉磁心、即ち、透磁率の高いフェライト系の粉末を絶縁性バインダと共に加熱・圧縮して成型される。第１、第２ステータ半部９４１，９４２はそれぞれ平面視リング状の本体部と、それから突出させられる突出部とからなり、組み合わされるとき、その間にボビン９６に巻回されたコイル９８を収容する。

ボビン９６は樹脂などの絶縁材から製作されると共に、第１、第２ステータ半部９４１，９４２の形状に合わせて図示のように円形な形状に形成され、その中央に円形の孔９６１が穿設される。ボビン９６には、導線からなるコイル９８が巻回される。尚、図示は省略するが、ボビン９６はコイル９８が巻回された上から樹脂がポッティングされて固定される。

ボビン９６は、その中央孔９６１を第１、第２ステータ半部９４１，９４２の２個の突出部で形成される円柱に挿入することで、その間に収容される。外周に永久磁石９２１が形成されたロータ９２は、組み合わされた２個の第１、第２ステータ半部９４１，９４２とボビン９６を貫通するように、２個の突出部で形成される孔に回転自在に配置（収容）される。

ボビン９６が円形形状に形成されると共に、同様の形状（リング状）の第１、第２ステータ半部９４１，９４２の中心と同心の円柱に挿入されることから、組み合わされた第１、第２ステータ半部９４１，９４２の内部に収容されたとき、コイル９８はロータ９２と同心となる。

そしてカバー１００は、ロータ９２、ステータ９４、およびコイル９８が巻回されたボビン９６を被覆するように配置される。尚、カバー１００には、前述したＥＣＵ２０からの信号が供給される電動モータの駆動回路（図示せず）と接続可能なピン１０２を備えたコネクタ１０４が形成される。また、カバー１００には、可動部変位軸６６が挿通されるべき挿通孔１００１が穿設される。

図６などに示す電動モータ（トルクモータ）６８において、コイル９８は、図示しない交流電源から通電されて励磁されると、第１、第２ステータ半部９４１，９４２のそれぞれに回転磁界を形成し、ロータ９２を回転させるが、図示の電動モータ６８にあっては、磁路がコイル９８を覆う（囲む）ように構成したので、磁路を短縮できてステータ９４を小型軽量にでき、この実施例のように電動モータを複数個備える構成であっても、スペースが制約されるシリンダヘッド付近（可変動弁機構５６）に容易に組み込むことができる。

尚、図示した電動モータ６８の詳細は、本出願人が別途提出した出願（特願２００４−２５３８６２）に詳細に記載されているので、これ以上の説明は省略する。

次いで、可動部６４の可動部変位軸６６による変位（移動）について説明する。図８は、可動部６４が可動部変位軸６６によって最も左方に移動させられたときの状態を示す、図３と同様な拡大部分断面図である。

可動部変位軸６６が各電動モータ６８によって、可動部変位軸回転軸６６１を中心に図８において反時計回りに回転させられると、それに伴って支持部材８６も同様に可動部変位軸回転軸６６１を中心に図８の矢印Ｄ方向へ回転（移動）させられる。支持部材８６が移動させられると、支持部材８６によって回転可能に支持されるロッカアーム８４も矢印Ｅ方向に移動させられる。

このようにしてロッカアーム８４が最も左方に移動させられると、図８に示すように、ロッカアーム８４のローラ８２は吸気側回転カム６２の突起部６２１に当接しない位置に移動させられる。即ち、ロッカアーム８４は、吸気側回転カム６２の回転によって回転（移動）させられることがなくなる。従って、吸気バルブ１６も図８において下方へ移動させられず、吸気バルブ１６は開弁されない。このように、吸気カムシャフト６０の吸気側回転カム６２の回転に拘らず、吸気バルブ１６を閉弁させた状態を維持することが可能となる。

以上のように、ロッカアーム８４を、可動部変位軸６６を回転させることで移動させ、吸気側回転カム６２（正確には、吸気側回転カム６２の突起部６２１）とロッカアーム８４（正確には、吸気側回転カム６２のローラ８２）との当接位置を移動させることで、吸気バルブ１６のリフト量を調整することが可能となる。

即ち、ＥＣＵ２０は、前述の如く算出された吸気バルブ１６のリフト量に応じた信号を電動モータの駆動回路に供給し、各電動モータ６８を駆動させる。その電動モータ６８の駆動によって可動部変位軸６６は回転させられてロッカアーム８４を移動させると共に、ロッカアーム８４が移動することで吸気側回転カム６２とロッカアーム８４との当接位置は移動させられる。前記当接位置が移動させられると、吸気バルブ１６の下方への移動量を変化させることができる、換言すれば、吸気バルブ１６のリフト量を変化させる（調整する）ことができ、吸気バルブ１６のリフト量を車両の運転状態に応じた値とすることができる。

次いで、上記した可変動弁機構５６において、複数の電動モータ６８のうち、いずれかの電動モータが故障した場合などの動作について説明する。

ＥＣＵ２０は各電動モータの駆動回路からの信号などによって複数の電動モータ６８のうち、いずれかの電動モータが故障したことを検出した場合、残余の正常な電動モータの駆動回路に対してロッカアーム８４をデフォルト位置に戻すための信号を供給する。

上記した信号が供給された正常な電動モータ６８の駆動回路は、正常な電動モータ６８を駆動させ、それによって可動部変位軸６６を回転させてロッカアーム８４をデフォルト位置（所定の位置）まで移動させる。

ロッカアーム８４がデフォルト位置にあるとき、吸気側回転カム６２が回転して吸気側回転カム６２の突起部６２１がロッカアーム８４のローラ８２に当接すると、ロッカアーム８４はロッカアーム回転軸８４１を中心に回転（移動）させられる。これによって吸気バルブ１６は下方へ移動させられ、吸気バルブ１６が開弁する。このようにして複数の電動モータ６８のうち、いずれかの電動モータが故障した場合であっても、吸気バルブ１６のリフト量を必要な量（例えば、エンジンの低負荷時に必要な吸気バルブのリフト量）だけ確保することができる。

次いで、冬期における車両始動時において、電動モータが氷結した場合などの動作について説明する。

ＥＣＵ２０は各電動モータの駆動回路からの信号などによって電動モータ６８が氷結などによって十分な出力トルクを得ることができないことを検出した場合、４個の電動モータの駆動回路に対して最大トルクを出力するための信号を供給する。

上記のように構成したので、冬期における車両始動時において、電動モータ６８が氷結した場合などでも、４個の電動モータ６８を最大トルクで駆動させることで可動部変位軸６６を回転させるのに十分な出力トルクを得ることができ、可動部変位軸６６に接続された第１から第４の可動部６４ａ〜６４ｄを適宜な位置に変位させることができる。

このように、この発明の第１実施例に係る可変動弁機構にあっては、可動部６４を変位させる可動部変位軸６６に４個の電動モータ６８を接続し、４個の電動モータ６８によって可動部変位軸６６を回転させるように構成したので、過度な捩り応力が発生することなく可動部変位軸６６を回転させることができると共に、複数個の電動モータ６８のうち、いずれかの電動モータが故障した場合であっても、残余の正常な電動モータによって可動部６４、正確にはロッカアーム８４をデフォルト位置に移動でき、吸気バルブ１６のリフト量を必要なだけ確保することができる。

また、冬期における車両始動時において、電動モータ６８が氷結した場合などでも、４個の電動モータ６８を最大トルクで駆動させることで、可動部変位軸６６を回転させるのに十分な出力トルクを得ることができ、可動部変位軸６６に接続された可動部６４を変位させることができる。

また、複数個の電動モータ６８は可動部変位軸６６の両端にそれぞれ接続されるように構成したので、可動部変位軸６６を回転させたとき、過度な捩り応力が可動部変位軸６６に発生することを一層よく防止することができる。

また、複数個の電動モータ６８は、２極ｎステータ構造（ｎ≧２）を備えるように構成したので、比較的小型でありながら高トルクを出力することができ、よって電動モータを複数個備えるような構成であっても、容易に可変動弁機構５６に組み込むことができる。

また、エンジンの吸気バルブ１６に可変動弁機構弁５６を接続するように構成したので、エンジンの吸気バルブ１６において運転状態に応じたリフト量を得ることができる。

次いで、この発明の第２実施例に係る可変動弁機構について説明する。

図９はエンジン１０のシリンダヘッド付近であって第２実施例に係る可変動弁機構５６１を中心にして示す、図２と同様な模式図であり、図１０は可動部変位軸６６、第１から第４の可動部６４ａ〜６４ｄ、および電動モータ６８を示す、図５と同様な斜視図である。

第１実施例と相違する点に焦点をおいて説明すると、可動部変位軸６６は、図９によく示すように、軸方向に２分割される。即ち、可動部変位軸６６は軸方向に分割された複数個、具体的には２個の軸片６６ａ，６６ｂからなるように構成される。

また、４個の電動モータ６８は、２個の軸片６６ａ，６６ｂの両端にそれぞれに接続される。

第２実施例においては上記の如く構成したことで、複数個の電動モータ６８のうち、いずれかの電動モータが故障したとき、故障した電動モータが接続された軸片と、正常な電動モータのみが接続された軸片とに分けて回転させることが可能となる。

即ち、第２実施例に係る可変動弁機構５６１にあっては、可動部変位軸６６が軸方向に分割された複数個（２個）の軸片６６ａ，６６ｂからなると共に、４個の電動モータ６８は２個の軸片６６ａ，６６ｂのそれぞれに接続されるように構成したので、４個の電動モータ６８のうち、いずれかの電動モータが故障した場合でも、正常な電動モータが接続された軸片にあっては通常通り回転させることができ、これにより可動部６４、正確にはロッカアーム８４は適宜位置に変位させられ、運転状態に応じた吸気バルブ１６のリフト量を得ることができる。

具体的には、４個の電動モータ６８のうち、いずれかの電動モータが故障した場合、故障した電動モータが接続された軸片は、他の正常な電動モータによって回転させられて可動部６４、正確にはロッカアーム８４をデフォルト位置に移動させることができる。即ち、故障した電動モータが接続された軸片に対応する気筒にあっては、可動部６４がデフォルト位置にあるため、必要な吸気バルブ１６のリフト量を確保することができる。

一方、残余の正常な電動モータのみが接続された軸片は通常通り回転させられて可動部６４、正確にはロッカアーム８４を運転状態に応じた適宜な位置に変位させることができる。即ち、正常な電動モータのみが接続された軸片に対応する気筒にあっては、可動部が通常通りに変位させられるため、運転状態に応じた吸気バルブ１６のリフト量を得ることができる。

また、４個の電動モータ６８は、２個の軸片６６ａ，６６ｂの両端にそれぞれ接続されるように構成したので、軸片６６ａ，６６ｂを回転させたとき、過度な捩り応力が軸片６６ａ，６６ｂに発生することを一層よく防止することができる。

次いで、この発明の第３実施例に係る可変動弁機構について説明する。

図１１はエンジン１０のシリンダヘッド付近であって第３実施例に係る可変動弁機構５６２を中心にして示す、図２と同様な模式図であり、図１２は可動部変位軸６６、第１から第４の可動部６４ａ〜６４ｄ、および電動モータ６８を示す、図５と同様な斜視図である。

第１および第２実施例と相違する点に焦点をおいて説明すると、第２実施例では可動部変位軸６６を２個に分割するように構成したのに対し、第３実施例では４個に分割するように構成した。換言すれば、可動部変位軸６６をシリンダ２４と同じ個数となるように分割し、１シリンダにつき１個の軸片６６Ａ，６６Ｂ，６６Ｃ，６６Ｄを備えるように構成した。

また、４個の電動モータ（図１１で見えず）は、４個の軸片６６Ａ，６６Ｂ，６６Ｃ，６６Ｄのそれぞれに接続されると共に、図１２に示す如く、第１から第４の可動部６４ａ，６４ｂ，６４ｃ，６４ｄの支持部材８６の間に接続（配置）される。

第１から第４の可動部６４ａ，６４ｂ，６４ｃ，６４ｄの支持部材８６付近には、複数個（２個）のリターンスプリング１０８がそれぞれ配置される。

第１の可動部６４ａの支持部材８６付近に配置される２個のリターンスプリング１０８の一方は、軸片６６Ａを可動部変位軸回転軸６６Ａ１を中心に図１２において時計回り（矢印Ｆで示す）に、第１の可動部６４ａ（正確には第１の可動部６４ａのロッカアーム８４）がデフォルト位置となる方向へ付勢するように構成される。他方のリターンスプリング１０８は、軸片６６Ａを可動部変位軸回転軸６６Ａ１を中心に図１２において反時計回り（矢印Ｇで示す）に、第１の可動部６４ａ（正確には第１の可動部６４ａのロッカアーム８４）がデフォルト位置となる方向へ付勢するように構成される。

尚、第２から第４の可動部６４ｂ，６４ｃ，６４ｄの支持部材８６付近にそれぞれ配置される２個のリターンスプリング１０８についても、第１の可動部６４ａの２個のリターンスプリング１０８と同様に構成される。

第３実施例においては上記の如く構成したことで、複数個の電動モータ６８のうち、いずれかの電動モータが故障したとき、故障した電動モータが接続された軸片と、正常な電動モータが接続された軸片とに分けて回転させることが可能になると共に、軸片を個別に回転させることでシリンダを個別に運転状態に応じた吸気バルブのリフト量とすることができる。

即ち、第３実施例に係る可変動弁機構５６２にあっては、可動部変位軸６６が軸方向に分割された複数個（４個）の軸片６６Ａ，６６Ｂ，６６Ｃ，６６Ｄからなると共に、４個の電動モータ６８は軸片６６Ａ，６６Ｂ，６６Ｃ，６６Ｄのそれぞれに接続されるように構成したので、４個の電動モータ６８のうち、いずれかの電動モータが故障した場合でも、正常な電動モータが接続された軸片にあっては通常通り回転させることができ、これにより可動部６４、正確にはロッカアーム８４は適宜位置に変位させられ、運転状態に応じた吸気バルブ１６のリフト量を得ることができる。

具体的には、４個の電動モータ６８のうち、いずれかの電動モータが故障した場合、故障した電動モータが接続された軸片は、リターンスプリング１０８によって回転させられて可動部６４（正確には可動部６４のロッカアーム８４）をデフォルト位置に移動させることができる。即ち、故障した電動モータが接続された軸片に対応する気筒にあっては、可動部６４がデフォルト位置にあるため、必要な吸気バルブ１６のリフト量を確保することができる。

一方、正常な電動モータが接続された軸片は通常通り回転させられて可動部６４、正確にはロッカアーム８４を運転状態に応じた適宜な位置に変位させることができる。即ち、正常な電動モータが接続された軸片に対応する気筒にあっては、可動部が通常通りに変位させられるため、運転状態に応じた吸気バルブ１６のリフト量を得ることができる。

次いで、この発明の第４実施例に係る可変動弁機構について説明する。

図１３は、エンジン１０のシリンダヘッド付近であって第４実施例に係る可変動弁機構を中心にして示す、図２と同様な模式図であり、図１４は図１３のXIV−XIV線拡大部分断面図である。

第１から第３実施例と相違する点に焦点をおいて説明すると、第４実施例に係る可変動弁機構にあっては、可変動弁機構が吸気バルブ１６だけではなく、排気バルブ３６にも接続されるように構成した。

以下、排気側の可変動弁機構５６３の構成および動作を説明する。

排気側の可変動弁機構５６３は排気カムシャフト７０と、排気カムシャフト７０に接続されると共に、側面視楕円形（別言すれば、カム形状）を呈する複数個、具体的には８個の排気側回転カム７２と、排気側回転カム７２に当接して駆動される複数個、具体的には４個の排気側可動部１６４と、各排気側可動部１６４で開閉させられる排気バルブ３６と、排気側可動部１６４を変位させる排気側可動部変位軸（可動部変位軸。コントロールシャフト）１６６と、排気側可動部変位軸１６６に接続される複数個（４個）の電動モータ、より具体的には、吸気側と同様な２極２ステータ構造の比較的小型の電動モータ１６８（図１４で図示せず）とを備える。尚、４個の排気側可動部１６４は、図１３において右側から順に、第１の排気側可動部１６４ａ、第２の排気側可動部１６４ｂ、第３の排気側可動部１６４ｃ、第４の排気側可動部１６４ｄとする。

第１から第４の排気側可動部１６４ａ〜１６４ｄはそれぞれ、２個のローラ１８２を有する排気側ロッカアーム１８４と、排気側ロッカアーム１８４をロッカアーム回転軸１８４１で回転可能に支持する支持部材１８６とを備える。

排気側ロッカアーム１８４のローラ１８２は、前記した排気側回転カム７２に当接する位置に配置される。また排気側ロッカアーム１８４であって、ローラ１８２の反対側の部位は、排気バルブ３６のステムエンド３６１に当接される。これによって排気バルブ３６は、吸気側同様、排気側回転カム７２が回転することで排気側ロッカアーム１８４が排気側ロッカアーム回転軸１８４１を中心に移動し、開閉される。

具体的には、排気側回転カム７２が図１４の矢印Ｈ方向に回転し、排気側回転カム７２の突起部７２１が排気側ロッカアーム１８４（具体的には排気側ロッカアーム１８４のローラ１８２）に当接すると、排気側ロッカアーム１８４は排気側ロッカアーム回転軸１８４１を中心に図１４において反時計回り（矢印Ｉで示す）に回転（移動）させられる。これにより排気バルブ３６は下方（矢印Ｊで示す）へ移動させられ、よって排気バルブ３６が開弁する。

尚、その他の排気側の可変動弁機構５６３の構成および動作は、第１実施例に係る吸気側の可変動弁機構５６と略同一であるので、説明を省略する。

第４実施例においては上記の如く構成したことで、エンジンの吸気バルブ１６だけでなく、排気バルブ３６についても運転状態に応じたリフト量を得ることができる。

以上の如く、この発明の第１から第４実施例にあっては、回転カム（吸気側回転カム６２、排気側回転カム７２）と、前記回転カムで駆動される可動部（可動部６４、排気側可動部１６４）と、前記可動部で開閉される弁（吸気バルブ１６、排気バルブ３６）と、前記可動部を変位させる可動部変位軸（可動部変位軸６６、排気側可動部変位軸１６６）とから少なくともなる可変動弁機構（５６，５６１，５６２，５６３）において、前記可動部変位軸に複数個の電動モータ（６８，１６８）を接続し、前記複数個の電動モータによって前記可動部変位軸を回転させるように構成した。

また、この発明の第１、第２および第４実施例にあっては、前記複数個の電動モータ（６８，１６８）は、前記可動部変位軸（６６，１６６）の両端にそれぞれ接続されるように構成した。

また、この発明の第２および第３実施例にあっては、前記可動部変位軸（６６）が軸方向に分割された複数個の軸片（軸片６６ａ，６６ｂあるいは軸片６６Ａ，６６Ｂ，６６Ｃ，６６Ｄ）からなると共に、前記複数個の電動モータ（６８）は前記複数個の軸片のそれぞれに接続されるように構成した。

また、この発明の第２実施例にあっては、前記複数個の電動モータ（６８）は、前記複数個の軸片（６６ａ，６６ｂ）の両端にそれぞれ接続されるように構成した。

また、この発明の第１から第４実施例にあっては、前記電動モータ（６８，１６８）は、２極ｎステータ構造（ｎ≧２）を備えるように構成した。

また、前記弁は、内燃機関の吸気弁（吸気バルブ１６）および排気弁（排気バルブ３６）の少なくともいずれかであるように構成した。

尚、上記において可変動弁機構のアクチュエータとして電動モータ６８，１６８を使用すると共に、その電動モータ６８，１６８として特徴的な構造のトルクモータを使用したが、この発明に係る可変動弁機構はそれに限られるものではなく、アクチュエータとしてどのようなものでも使用することができる。

また、電動モータ６８，１６８を２極２ステータとして構成したが、ロータ９２の軸方向に同一構造のステータ９４を、位相を９０度ずらせて積層することで２極４ステータとすることも可能である。さらに、その上に同一構造のステータを、位相を１２０度ずらせて積層することで、２極６ステータとすることも可能である（その場合、三相モータとなる）。さらには、位相をずらせつつ多数のステータ９４を積層することができる。その意味から、特許請求の範囲では「２極ｎステータ構造（ｎ≧２）のモータ」と記載した。

また、ステータ９２を２個のステータ片（ステータ半部）に分割したが、組み合わせられるとき、その間にコイルを収容可能であれば、３個以上のステータ片に分割することも可能である。

また、電気モータ６８は可動部変位軸６６あるいは排気側可動部変位軸１６６にそれぞれ４個接続されるように構成したが、それに限られるものではなく、２個または３個、あるいは５個以上であってもよいことはいうまでもない。

また、第４実施例において、第１実施例の排気バルブ３６に可変動弁機構５６３を接続するように構成したが、第２および第３実施例の排気バルブ３６に可変動弁機構を接続する構成、即ち、排気側可動部変位軸１６６が軸方向に分割された複数個の軸片からなると共に、複数個の電動モータ１６８は複数個の軸片のそれぞれに接続される構成であってもよいことはいうまでもない。

また、第４実施例において、吸気側の可変動弁機構５６と排気側の可変動弁機構５６３を略同一の形状となるように構成したが、排気側回転カム７２あるいは排気側可動部１６４の形状を吸気側回転カム６２あるいは吸気側の可動部６４のそれと適宜相違させてもよい。

また、第４実施例にあっては、エンジンの負荷に基づき、エンジンの運転を気筒の全てを運転する全筒運転とその一部の運転を休止する休筒運転の間で切り換えて燃料消費量を低減させる気筒休止エンジンにも応用可能である。

即ち、ＥＣＵ２０によって休筒運転をする必要があることを検出したとき、休筒運転すべき気筒に対応する電動モータ６８，１６８を駆動して可動部６４および排気側可動部１６４を移動させる、正確には、ロッカアーム８４のローラ８２および排気側ロッカアーム１８４のローラ１８２を吸気側回転カム６２および排気側回転カム７２に当接しない位置に移動させる。これにより、ロッカアーム８４および排気側ロッカアーム１８４は、吸気側回転カム６２および排気側回転カム７２によって回転（移動）させられることがなく、よって吸気バルブ１６および排気バルブ３６は開弁されずに閉弁状態を維持できるので、気筒休止エンジンにも応用できる。

この発明の第１実施例に係る可変動弁機構を備えた内燃機関を示す概略図である。 図１に示すエンジンのシリンダヘッド付近であって可変動弁機構を中心にして示す模式図である。 図２のIII−III線拡大部分断面図である。 図２に示す吸気バルブが開弁したときの状態を示す、図３と同様な拡大部分断面図である。 図２に示す可動部変位軸、可動部、および電動モータを示す斜視図である。 図２に示す電動モータの斜視図である。 図６に示す電動モータの分解縮小斜視図である。 図２に示すロッカアームが最も左方に移動させられたときの状態を示す、図３と同様な拡大部分断面図である。 この発明の第２実施例に係る可変動弁機構を中心にして示す、図２と同様な模式図である。 図９に示す可動部変位軸、可動部、および電動モータを示す、図５と同様な斜視図である。 この発明の第３実施例に係る可変動弁機構を中心にして示す、図２と同様な模式図である。 図１１に示す可動部変位軸、可動部、および電動モータを示す、図５と同様な斜視図である。 この発明の第４実施例に係る可変動弁機構を中心にして示す、図２と同様な模式図である。 図１３のXIV−XIV線拡大部分断面図である。

符号の説明

１６ 吸気バルブ（弁）
３６ 排気バルブ（弁）
５６ （第１、第４実施例の）可変動弁機構
６２ 吸気側回転カム（回転カム）
６４ 可動部
６６ 可動部変位軸
６６ａ，６６ｂ （第２実施例の）軸片
６６Ａ，６６Ｂ，６６Ｃ，６６Ｄ （第３実施例の）軸片
６８ （吸気側の）電動モータ
７２ 排気側回転カム（回転カム）
１６４ 排気側可動部（可動部）
１６６ 排気可動部変位軸（可動部変位軸）
１６８ （排気側の）電動モータ
５６１ （第２実施例の）可変動弁機構
５６２ （第３実施例の）可変動弁機構
５６３ （第４実施例の排気側の）可変動弁機構

Claims (6)

1. 回転カムと、前記回転カムで駆動される可動部と、前記可動部で開閉される弁と、前記可動部を変位させる可動部変位軸とから少なくともなる可変動弁機構において、前記可動部変位軸に複数個の電動モータを接続し、前記複数個の電動モータによって前記可動部変位軸を回転させるように構成したことを特徴とする可変動弁機構。
2. 前記複数個の電動モータは、前記可動部変位軸の両端にそれぞれ接続されることを特徴とする請求項１記載の可変動弁機構。
3. 前記可動部変位軸が軸方向に分割された複数個の軸片からなると共に、前記複数個の電動モータは前記複数個の軸片のそれぞれに接続されることを特徴とする請求項１記載の可変動弁機構。
4. 前記複数個の電動モータは、前記複数個の軸片の両端にそれぞれ接続されることを特徴とする請求項３記載の可変動弁機構。
5. 前記電動モータは、２極ｎステータ構造（ｎ≧２）を備えることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の可変動弁機構。
6. 前記弁は、内燃機関の吸気弁および排気弁の少なくともいずれかであることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の可変動弁機構。
   

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