JP2007132325A - 内燃機関の可変動弁装置 - Google Patents

内燃機関の可変動弁装置 Download PDF

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Abstract

【課題】アクチュエータの過度の回転によるウォームギヤ機構のロックや破損、及び制御軸の回し過ぎによる可変動弁装置の破損を防止できる構造を提供する。
【解決手段】アクチュエータ１０にウォームギヤ２０を接続し、制御軸１３２にウォームホイール３０を接続する。ウォームホイール３０には、制御軸１３２の必要回転範囲θAを含む所定の角度範囲θWHEELにのみウォームギヤ２０と噛み合う歯３２を設け、所定角度範囲θWHEELの外ではウォームホイール３０とウォームギヤ２０との噛み合いが外れるようにする。
【選択図】図５

Description

本発明は、バルブの最大リフト量を可変機構によって変更可能な可変動弁装置に関し、特に、可変機構を操作する制御軸と制御軸を回転駆動するアクチュエータとがウォームギヤ機構を介して接続されている可変動弁装置に関する。
従来、例えば、特許文献１に開示されるように、エンジンの運転状況に応じてバルブの最大リフト量や開閉時期を変更する可変動弁装置が知られている。特許文献１に記載される可変動弁装置は、制御軸の回転位置に応じてバルブの最大リフト量や開閉時期を可変にする可変機構と、制御軸の回転位置を制御するアクチュエータとを備えている。アクチュエータは、ウォームギヤ機構のウォームギヤ側に接続され、制御軸はそのウォームホイール側に接続されている。これにより、アクチュエータの回転はウォームギヤ機構で減速されてから制御軸に入力されるようになっている。
上記従来の可変動弁装置には、制御軸の正逆の最大回転位置を規制する規制機構が設けられている。この規制機構は、ウォームホイールと一体に回転する規制ピンと、ウォームギヤ機構の収容カバーに固定された規制部材とから構成されている。規制ピンが規制部材に当接することでウォームホイールのそれ以上の回転は防止され、制御軸の最大回転位置が規制される。また、規制部材には弾性体が一体に固定され、規制ピンの衝突時の衝撃を緩衝している。
特開２０００−２３４５０７号公報 特開２００２−３４９２１５号公報
しかしながら、上記従来の可変動弁装置では、システムフェール等によりアクチュエータが制限量を超えて回転してしまう可能性がある。この場合、ウォームホイールは規制機構によってその最大回転位置が直接的に規制されるものの、ウォームギヤの最大回転位置はウォームホイールによって間接的にしか規制することができない。このため、ウォームギヤのねじ込み作用によってウォームギヤがウォームホイールに過度に噛み込み、ウォームギヤ機構がロック或いは破損するおそれがある。
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、可変機構を操作する制御軸と制御軸を回転駆動するアクチュエータがウォームギヤ機構を介して接続されている可変動弁装置に関し、アクチュエータの過度の回転によるウォームギヤ機構のロックや破損、及び制御軸の回し過ぎによる可変動弁装置の破損を防止できる構造を提供することを目的とする。
第１の発明は、上記目的を達成するため、バルブの最大リフト量を制御軸の回転位置に応じて変化させる可変機構と、前記制御軸にウォームギヤ機構を介して接続されたアクチュエータとを備え、前記アクチュエータにより前記ウォームギヤ機構を介して前記制御軸を回転駆動することで、前記バルブの最大リフト量を変化させる内燃機関の可変動弁装置において、
前記ウォームギヤ機構は、前記アクチュエータに接続されるウォームギヤと、前記制御軸に接続されるウォームホイールとを含み、
前記ウォームホイールは、前記制御軸の必要回転範囲を含む所定の角度範囲にのみ前記ウォームギヤと噛み合う歯を有し、前記所定角度範囲の外では前記ウォームギヤとの噛み合いが外れるように形成されていることを特徴としている。
第２の発明は、第１の発明において、
前記制御軸の必要回転範囲は、前記バルブの最大リフト量が最小設定値になる回転位置から、最大設定値になる回転位置までの回転範囲であり、
前記制御軸が前記最小設定値に対応する回転位置を超えて小リフト方向に回転したときには、前記バルブの最大リフト量が前記内燃機関の運転状態を適正に維持できる限界吸入空気量を確保するのに必要な最小限界値に達する前に、前記ウォームホイールと前記ウォームギヤとの噛み合いが外れるように前記所定角度範囲が設定されていることを特徴としている。
第３の発明は、第１の発明において、
前記制御軸の必要回転範囲は、前記バルブの最大リフト量が最小設定値になる回転位置から、最大設定値になる回転位置までの回転範囲であり、
前記制御軸が前記最大設定値に対応する回転位置を超えて大リフト方向に回転したときには、前記バルブの最大リフト量が前記バルブとピストンとの衝突を回避できる最大限界値に達する前に、前記ウォームホイールと前記ウォームギヤとの噛み合いが外れるように前記所定角度範囲が設定されていることを特徴としている。
第４の発明は、第１の発明において、
前記可変機構は、
カム軸に平行に配置された軸を中心として揺動する揺動部材と、
前記揺動部材に形成され、前記バルブを支持するバルブ支持部材に接触して前記バルブをリフト方向に押圧する揺動カム面と、
前記揺動部材にカムと対向して形成されたスライド面と、
前記カムと前記スライド面との間に挟まれた中間部材と、
前記制御軸の回転に連動させて前記スライド面上での前記中間部材の位置を変化させる連動機構とを含み、
前記制御軸が必要回転範囲を超えて回転したときには、前記中間部材の前記スライド面上での位置が前記スライド面の末端に達する前に、前記ウォームホイールと前記ウォームギヤとの噛み合いが外れるように前記所定角度範囲が設定されていることを特徴としている。
第５の発明は、第１乃至第４の何れか１つの発明において、
前記ウォームホイールの過回転により前記ウォームホイールと前記ウォームギヤとの噛み合いが外れたとき、前記ウォームホイールの歯が前記ウォームギヤに係合する側に前記ウォームホイールを付勢する付勢手段を備えることを特徴としている。
第６の発明は、第５の発明において、
前記付勢手段は、
前記ウォームホイールの大リフト方向への回転量に応じたバネ力で前記ウォームホイールを小リフト方向へ付勢する第１のバネと、
前記ウォームホイールの小リフト方向への回転量に応じたバネ力で前記ウォームホイールを大リフト方向へ付勢する第２のバネと、
を含むことを特徴としている。
第７の発明は、第１乃至第６の何れか１つの発明において、
前記制御軸の回転位置に応じた信号を出力する回転位置センサと、
前記回転位置センサの信号に基づいて、前記制御軸の回転位置を目標回転位置に一致させるように前記アクチュエータを制御する制御手段と、
前記制御軸が回転したときに所定の基準回転位置の前後で信号が変化するスイッチと、
前記制御軸が前記基準回転位置にあるときに前記回転位置センサから出力されるべき信号と、前記スイッチの信号が変化したときに前記回転位置センサから実際に出力された信号とのずれに基づいて、前記回転位置センサの信号を補正する補正手段と、
をさらに備えることを特徴としている。
第８の発明は、第１乃至第６の何れか１つの発明において、
前記制御軸の回転位置に応じた信号を出力する回転位置センサと、
前記回転位置センサの信号に基づいて、前記制御軸の回転位置を目標回転位置に一致させるように前記アクチュエータを制御する制御手段と、
前記アクチュエータに供給される動力の大きさと前記回転位置センサの信号との対応関係に基づいて、前記回転位置センサの信号を補正する補正手段と、
をさらに備えることを特徴としている。
また、第９の発明は、上記目的を達成するため、アクチュエータの回転をギヤ機構により減速し、減速した回転を駆動軸から出力する駆動装置において、
前記ウォームギヤ機構は、前記アクチュエータに接続されるウォームギヤと、前記駆動軸に接続されるウォームホイールとを含み、
前記ウォームホイールは、前記駆動軸の必要回転範囲を含む所定の角度範囲にのみ前記ウォームギヤと噛み合う歯を有し、前記所定角度範囲の外では前記ウォームギヤとの噛み合いが外れるように形成されていることを特徴としている。
第１０の発明は、第９の発明において、
前記ウォームホイールの過回転により前記ウォームホイールと前記ウォームギヤとの噛み合いが外れたとき、前記ウォームホイールの歯が前記ウォームギヤに係合する側に前記ウォームホイールを付勢する付勢手段を備えることを特徴としている。
第１の発明によれば、ウォームホイールはその所定角度範囲にのみウォームギヤと噛み合う歯を有しているので、システムフェール等によりアクチュエータが制限量を超えて回転した場合には、ウォームホイールとウォームギヤとの接点が前記所定角度範囲を超えることで両者の噛み合いが外れる。これにより、ウォームギヤからウォームホイールへの回転の入力は遮断され、ウォームギヤのねじ込み作用によるウォームギヤ機構のロックや破損、或いは制御軸の回し過ぎによる可変動弁装置の破損は防止される。
第２の発明によれば、システムフェール等によりアクチュエータが制限量を超えて回転し、制御軸がバルブの最大リフト量の最小設定値に対応する回転位置を超えて小リフト方向に回転してしまったとしても、バルブの最大リフト量が最小限界値に達する前にウォームホイールとウォームギヤとの噛み合いが外れることで、制御軸のそれ以上の回転は防止される。これにより、バルブの最大リフト量が最小限界値を超えて小さくなることは防止され、内燃機関の運転状態を適正に維持できる限界吸入空気量を確保することができる。
第３の発明によれば、システムフェール等によりアクチュエータが制限量を超えて回転し、制御軸がバルブの最大リフト量の最大設定値に対応する回転位置を超えて大リフト方向に回転してしまったとしても、バルブの最大リフト量が最大限界値に達する前にウォームホイールとウォームギヤとの噛み合いが外れることで、制御軸のそれ以上の回転は防止される。これにより、バルブの最大リフト量が最大限界値を超えて大きくなることは防止され、バルブとピストンとの衝突を回避することができる。
第４の発明によれば、システムフェール等によりアクチュエータが制限量を超えて回転し、制御軸が必要回転範囲を超えて回転してしまったとしても、中間部材のスライド面上での位置がスライド面の末端に達する前にウォームホイールとウォームギヤとの噛み合いが外れることで、制御軸のそれ以上の回転は防止される。これにより、中間部材がスライド面の末端を越えてしまい、カムとスライド面との間から中間部材が脱落してしまうことを防止することができる。
第５の発明によれば、ウォームホイールとウォームギヤとの噛み合いが外れた場合でも、ウォームホイールの歯はウォームギヤに係合しているので、ウォームギヤを逆方向に回転させることで再びウォームホイールをウォームギヤに噛み合わせることができる。これにより、再びウォームギヤ機構を介して制御軸を回転させることが可能になり、可変動弁装置の運転を速やかに再開することができる。
第６の発明によれば、ウォームホイールを付勢する手段としてバネを用いることで、ウォームホイールをその回転量に応じた付勢力で回転方向と逆方向に付勢することができる。これにより、ウォームホイールがウォームギヤに噛み合っているときに両者の間に過剰な力が作用することを防止することができ、ウォームホイールとウォームギヤとの噛み合いが外れたときには、両者を確実に係合させることができる。
第７の発明によれば、回転位置センサの信号に基づいてアクチュエータを制御する際、スイッチの信号の変化を基準にして信号の補正が行われるので、回転位置センサの信号のずれの影響による制御軸の回転位置のずれを防止することができる。これにより、電圧降下等の影響により回転位置センサの信号のずれが生じた場合でも、その影響により制御軸が必要回転範囲を超えて回転してしまうことは防止される。
第８の発明によれば、回転位置センサの信号に基づいてアクチュエータを制御する際、アクチュエータに供給される動力の大きさを基準にして信号の補正が行われるので、信号のずれの影響による制御軸の回転位置のずれを防止することができる。これにより、電圧降下等の影響により回転位置センサの信号のずれが生じた場合でも、その影響により制御軸が必要回転範囲を超えて回転してしまうことは防止される。
また、第９の発明によれば、ウォームホイールはその所定角度範囲にのみウォームギヤと噛み合う歯を有しているので、システムフェール等によりアクチュエータが制限量を超えて回転した場合には、ウォームホイールとウォームギヤとの接点が前記所定角度範囲を超えることで両者の噛み合いが外れる。これにより、ウォームギヤからウォームホイールへの回転の入力は遮断され、ウォームギヤのねじ込み作用によるウォームギヤ機構のロックや破損、或いは駆動軸の回し過ぎによる駆動対象の破損は防止される。なお、第９の発明にかかる駆動装置は、内燃機関の可変動弁装置のみならず、その駆動対象が入力軸（駆動軸）の回転範囲に制限のある機構や装置であるならば広く適用可能である。
第１０の発明によれば、ウォームホイールとウォームギヤとの噛み合いが外れた場合でも、ウォームホイールの歯はウォームギヤに係合しているので、ウォームギヤを逆方向に回転させることで再びウォームホイールをウォームギヤに噛み合わせることができる。これにより、再びウォームギヤ機構を介して制御軸を回転させることが可能になり、駆動対象の運転を速やかに再開することができる。
実施の形態１．
以下、図１乃至図７Ｂを用いて本発明の実施の形態１について説明する。
［本実施形態の可変動弁装置の全体構成］
図１は、本発明の実施の形態１としての可変動弁装置の全体構成を説明するための斜視図である。図１に示すように、本実施形態にかかる可変動弁装置１００は、カムシャフト１２０と吸気バルブ１０４との間に介在し、カム１２２の回転運動と吸気バルブ１０４の上下運動とを連動させている。可変動弁装置１００は、カムシャフト１２０に平行に配置された制御軸１３２を有し、この制御軸１３２の回転位置を変化させることで、カム１２２の回転運動と吸気バルブ１０４の上下運動とを連動状態を変化させ、ひいては吸気バルブ１０４の作用角及び最大リフト量を変化させることができる。
なお、図１では省略しているが、内燃機関には気筒毎に可変動弁装置１００が備えられている。例えば、直列４気筒エンジンの場合であれば、４つの可変動弁装置１００がカムシャフト１２０に沿って直列に配置されることになる。制御軸１３２はカムシャフト１２０に平行に一本のみ配置され、各気筒の可変動弁装置１００はこの一本の制御軸１３２を共用している。これにより、一つの制御軸１３２の回転位置を制御することで、４気筒全ての可変動弁装置１００を同時に制御して、全吸気バルブ１０４の作用角及び最大リフト量を同時に変更できるようになっている。
制御軸１３２の回転駆動はアクチュエータとしてのモータ１０によって行われる。制御軸１３２の端部にはウォームホイール３０が固定され、このウォームホイール３０にモータ１０の出力軸１２に固定されたウォームギヤ２０が噛み合わされている。ウォームホイール３０とウォームギヤ２０とでギヤ機構（ウォームギヤ機構）が構成されている、モータ１０の回転がウォームギヤ２０を介してウォームホイール３０に入力されることで、制御軸１３２の回転位置が変更され、全吸気バルブ１０２の作用角及び最大リフト量の変更が同時に実現される。なお、本実施形態にかかる可変動弁装置１００は、上記のギヤ機構、特に、ウォームホイール３０の構成に特徴がある。その詳細については、後述するものとする。
モータ１０の回転は、内燃機関を総合的に制御しているＥＣＵ（Electronic Control Unit）６０によって制御される。ＥＣＵ６０は、リフトセンサ５０から出力される信号を基準信号として、モータ１０の回転量を制御している。リフトセンサ５０は、制御軸１３２の末端に取り付けられた回転位置センサであり、制御軸１３２の回転位置に応じた信号を出力している。
［可変動弁装置の詳細構成］
次に、可変動弁装置１００の構成を詳細に説明する。
図２は、図１において制御軸１３２の軸線に平行にＡ方向から可変動弁装置１００を見た図である。図２に示すように、この可変動弁装置１００では、吸気バルブ１０４はロッカーアーム１１０によって支持されている。カム１２２とロッカーアーム１１０との間には、カム１２２の回転運動にロッカーアーム１１０の揺動運動を連動させる可変機構１３０が配置されている。可変機構１３０は、カム１２２の回転運動とロッカーアーム１１０の揺動運動との連動状態を連続的に変化させることができる機構である。可変動弁装置１００は、この可変機構１３０を可変制御することによりロッカーアーム１１０の揺動量や揺動タイミングを変化させて、最大リフト量、作用角、バルブタイミングといった吸気バルブ１０４の開弁特性を連続的に変更できるようになっている。
可変機構１３０は、前述の制御軸１３２を含んでいる。制御軸１３２には制御アーム１６２が固定されている。制御アーム１６２は制御軸１３２の径方向に突出しており、その突出部に弧状のリンクアーム１６４が取り付けられている。リンクアーム１６４の一方の端部はピン１６６によって制御アーム１６２に回転自在に連結されている。ピン１６６の位置は制御軸１３２の中心から偏心しており、このピン１６６がリンクアーム１６４の揺動支点となる。
また、制御軸１３２には、揺動カムアーム１５０が揺動可能に支持されている。この揺動カムアーム１５０は、制御アーム１６２を挟むようにして一対配置されている。本実施形態にかかる内燃機関は、図２では省略しているが、個々の気筒に２つの吸気バルブ１０４を備えている。このため、可変動弁装置１００は２つの吸気バルブ１０４を駆動するように構成され、各吸気バルブ１０２に対応して揺動カムアーム１５０が設けられている。
揺動カムアーム１５０は、その先端をカム１２２の回転方向の上流側に向けて配置されている。本実施形態では、図中に矢印で示すようにカムシャフト１２０は時計周り方向に回転している。揺動カムアーム１５０のカム１２２に対向する側には、後述する第２ローラ１７４に接触するスライド面１５６が形成されている。スライド面１５６はカム１２２側に緩やかに湾曲するとともに、揺動中心である制御軸１３２の中心から遠くなるほどカム１２２の中心からの距離が大きくなるように形成されている。
揺動カムアーム１５０のスライド面１５６とは逆の側には、揺動カム面１５２（１５２ａ，１５２ｂ）が形成されている。揺動カム面１５２はプロフィールの異なる非作用面１５２ａと作用面１５２ｂから構成されている。そのうち非作用面１５２ａはカム基礎円の周面であり、制御軸１３２の中心からの距離を一定に形成されている。他方の面である作用面１５２ｂは揺動カムアーム１５０の先端側に設けられ、非作用面１５２ａに滑らかに連続するように接続されるとともに、揺動カムアーム１５０の先端に向けて制御軸１３２の中心からの距離（すなわち、カム高さ）が次第に大きくなるよう形成されている。本明細書では、非作用面１５２ａと作用面１５２ｂの双方を区別しないときには、単に揺動カム面１５２と表記する。
揺動カムアーム１５０のスライド面１５６とカム１２２の表面との間には、第１ローラ１７２と第２ローラ１７４が配置されている。第１ローラ１７２と第２ローラ１７４は、ともに前述のリンクアーム１６４の先端部に固定された連結軸１７６によって回転自在に支持されている。第２ローラ１７４は揺動カムアーム１５０毎に設けられ、第１ローラ１７２はこれら一対の第２ローラ１７４の間に配置されている。第１ローラ１７２はカム１２２に接触し、第２ローラ１７４は対応する揺動カムアーム１５０のスライド面１５６に接触している。リンクアーム１６４はピン１６６を支点として揺動できるので、これらローラ１７２，１７４もピン１６６から一定距離を保ちながらスライド面１５６及びカム１２２の表面に沿って揺動することができる。本実施形態では、制御アーム１６２及びリンクアーム１６４により、制御軸１３２の回転に連動させてスライド面１５６上での第２ローラ１７４の位置を変化させる連動機構が構成されている。
また、揺動カムアーム１５０にはバネ座１５８が形成されている。このバネ座１５８には、他端を内燃機関の静止部位に固定されたロストモーションスプリング１６８が掛けられている。本実施形態にかかるロストモーションスプリング１６８は圧縮バネであり、ロストモーションスプリング１６８からの付勢力は、スライド面１５６を第２ローラ１７４に押し当てる付勢力として作用し、さらに、第２ローラ１７４と同軸一体の第１ローラ１７２をカム１２２に押し当てる付勢力として作用する。これにより、第１ローラ１７２及び第２ローラ１７４は、スライド面１５６とカム１２２とに両側から挟みこまれて位置決めされている。
揺動カムアーム１５０の下方には、前述のロッカーアーム１１０が配置されている。ロッカーアーム１１０には、揺動カム面１５２に対向するようにロッカーローラ１１２が配置されている。ロッカーローラ１１２はロッカーアーム１１０の中間部に回転自在に取り付けられている。ロッカーアーム１１０の一端には吸気バルブ１０４を支持するバルブシャフト１０２が取り付けられ、ロッカーアーム１１０の他端は油圧ラッシャアジャスタ１０６によって回動自在に支持されている。バルブシャフト１０２は図示しないバルブスプリングによって、閉方向、すなわち、ロッカーアーム１１０を押し上げる方向に付勢されており、この付勢力と油圧ラッシャアジャスタ１０６によってロッカーローラ１１２は揺動カムアーム１５０の揺動カム面１５２に押し当てられている。
［可変動弁装置の動作］
（１）可変動弁装置のリフト動作
図３を参照して可変動弁装置１００によるリフト動作について説明する。図３中、（Ａ）はリフト動作の過程で吸気バルブ１０４が閉弁しているときの可変動弁装置の状態を、また、（Ｂ）はリフト動作の過程で吸気バルブ１０４が最大に開弁しているときの可変動弁装置の状態を、それぞれ表している。
可変動弁装置１００では、カム１２２の回転運動は、先ず、カム１２２に接触する第１ローラ１７２に入力される。第１ローラ１７２は同軸一体に設けられた第２ローラ１７４とともにピン１６６を中心に揺動し、その運動は第２ローラ１７４を支持している揺動カムアーム１５０のスライド面１５６に入力される。スライド面１５６はロストモーションスプリングの付勢力によって常に第２ローラ１７４に押し当てられているので、揺動カムアーム１５０は第２ローラ１７４を介して伝達されるカム１２２の回転に応じて制御軸１３２を中心にして揺動する。
具体的には、図３の（Ａ）に示す状態からカムシャフト１２０が回転すると、図３の（Ｂ）に示すように、第１ローラ１７２のカム１２２上での接触位置は、カム１２２の頂部へと近づいていく。相対的に第１ローラ１７２はカム１２２によって押し下げられ、揺動カムアーム１５０はそのスライド面１５６を第１ローラ１７２と一体の第２ローラ１７４によって押し下げられる。これにより、揺動カムアーム１５０は制御軸１３２を中心にして図中、時計回り方向に回動する。
揺動カムアーム１５０の回動によりロッカーローラ１１２の揺動カム面１５２上での接触位置が非作用面１５２ａから作用面１５２ｂに切り換わると、ロッカーアーム１１０は作用面１５２ｂの制御軸１３２の中心からの距離に応じて押し下げられ、油圧ラッシャアジャスタ１０６による支持点を中心に時計回り方向へ揺動する。これにより、吸気バルブ１０４はロッカーアーム１１０によって押し下げられ、開弁する。そして、図３の（Ｂ）に示すように、第１ローラ１７２のカム１２２上での接触位置がカム１２２の頂部に達したとき、揺動カムアーム１５０の回動量は最大になり、吸気バルブ１０４のリフト量も最大になる。
カムシャフト１２０がさらに回転し、第１ローラ１７２のカム面１２４上での接触位置がカム１２２の頂部を過ぎると、今度はロストモーションスプリングとバルブスプリングによる付勢力によって、揺動カムアーム１５０は制御軸１３２を中心にして図中、反時計回り方向に回動する。揺動カムアーム１５０が反時計回り方向に回動することで、ロッカーローラ１１２の揺動カム面１５２上での接触位置は非作用面１５２ａ側へ移動する。これにより、吸気バルブ１０４のリフト量は減少していき、やがて、図３の（Ａ）に示すように、ロッカーローラ１１２の揺動カム面１５２上での接触位置が作用面１５２ｂから非作用面１５２ａに切り換わったところで、吸気バルブ１０４のリフト量はゼロとなる。つまり、吸気バルブ１０４は閉弁する。
（２）可変動弁装置のリフト量変更動作
次に、図４を参照して可変動弁装置１００のリフト量変更動作について説明する。図４中、（Ａ）は可変動弁装置１００が吸気バルブ１０４（図中では省略）に対して大きなリフトを与えるように動作する場合の最大リフト時の可変動弁装置１００の状態を、また、（Ｂ）は可変動弁装置１００が吸気バルブ１０４に対して小さなリフトを与えるように動作する場合の最大リフト時の可変動弁装置１００の状態を、それぞれ表している。
図４の（Ａ）に示すリフト量から図４の（Ｂ）に示すリフト量に最大リフト量を変更する場合、図４の（Ａ）に示す状態において制御軸１３２をカムシャフト１２０の回転方向と逆方向（図中、反時計回り方向）に回転駆動し、図４の（Ｂ）に示す回転角度に制御アーム１６２を回転させる。制御アーム１６２の回転に伴い、第２ローラ１７４はスライド面１５６に沿って制御軸１３２から遠ざかる方向に移動し、同時に、第１ローラ１７２はカム１２２に沿ってその回転方向の上流側に移動する。制御アーム１６２及びリンクアーム１６４により、制御軸１３２の回転に連動させてスライド面１５６上での第２ローラ１７４の位置を変化させる連動機構が構成されている。
第２ローラ１７４が制御軸１３２から遠ざかる方向に移動することで、揺動カムアーム１５０の揺動中心から第２ローラ１７４のスライド面１５６上での接触位置Ｐ２までの距離が長くなり、揺動カムアーム１５０の揺動角幅は減少する。揺動カムアーム１５０の揺動角幅は揺動中心から振動の入力点である接触位置Ｐ２までの距離に反比例するからである。揺動カムアーム１５０の揺動角幅が減少する結果、ロッカーローラ１１２が到達できる最終接触位置Ｐ３は作用面１５２ｂ上を非作用面１５２ａ側に移動することになり、吸気バルブ１０４の最大リフト量は減少する。また、ロッカーローラ１１２が作用面１５２ｂ上に位置している期間（角度）が、吸気バルブ１０４の作用角となるが、最終接触位置Ｐ３が非作用面１５２ａ側に移動することで、吸気バルブ１０４の作用角も減少する。
逆に、図４の（Ｂ）に示すリフト量から図４の（Ａ）に示すリフト量に最大リフト量を変更する場合は、図４の（Ｂ）に示す状態において制御軸１３２をカムシャフト１２０の回転方向と同方向（図中、時計回り方向）に回転駆動し、図４の（Ａ）に示す回転角度に制御アーム１６２を回転させる。これにより、第２ローラ１７４が制御軸１３２に近づく方向に移動し、揺動カムアーム１５０の揺動中心から第２ローラ１７４のスライド面１５６上での接触位置Ｐ２までの距離が短くなり、揺動カムアーム１５０の揺動角幅は増大する。揺動カムアーム１５０の揺動角幅が増大する結果、ロッカーローラ１１２が到達できる最終接触位置Ｐ３は作用面１５２ｂの先端側に移動することになり、吸気バルブ１０４の最大リフト量及び作用角は増大する。
［ウォームギヤ機構の詳細構成］
次に、モータ１０の駆動力を制御軸１３２に伝達するギヤ機構（ウォームギヤ機構）の構成を詳細に説明する。
図５は、図１において制御軸１３２の軸線に平行にＢ方向（図２乃至図４とは逆の方向）からウォームギヤ機構を見た図である。ウォームギヤ機構は、前述のようにモータ出力軸１２に固定されたウォームギヤ２０と、制御軸１３２に固定されたウォームホイール３０とからなる。図５において、制御軸１３２が時計回り方向に回転するほど吸気バルブ１０４の最大リフト量は小さく変更され、制御軸１３２が反時計回り方向に回転するほど吸気バルブ１０４の最大リフト量は大きく変更される。以下では、制御軸１３２の時計回り方向の回転を小リフト方向への回転と言い、反時計回り方向の回転を大リフト方向への回転と言う。
本実施形態にかかるウォームホイール３０は、一般的なウォームホイールの形状である円形ではなく、扇型に形成されている。このため、ウォームホイール３０の歯３２は、限定された角度範囲θWHEELにのみ形成され、この限定された角度範囲θWHEEL内でのみウォームギヤ２０のネジ山２２と噛み合うようになっている。言い換えれば、この角度範囲θWHEELの外では、ウォームホイール３０とウォームギヤ２０との噛み合いが外れるようになっている。
上記の角度範囲θWHEELには、制御軸１３２の必要回転範囲θA、つまり、吸気バルブ１０４の最大リフト量が最小設定値になる回転位置から、最大設定値になる回転位置までの回転範囲が含まれている。ウォームホイール３０の小リフト方向への回転により、ウォームホイール３０のウォームギヤ２０との接点（ウォームギヤ２０の軸線と直交し、ウォームホイール３０の中心と最短の軸間距離を結んだ線上の接点）ＰWORMが、必要回転範囲θAの小リフト側境界BMINに達したとき、図４の（Ｂ）に示すように、吸気バルブ１０４の最大リフト量は最小設定値となる。一方、ウォームホイール３０の大リフト方向への回転により、上記の接点が必要回転範囲θAの大リフト側境界BMAXに達したとき、図４の（Ａ）に示すように、吸気バルブ１０４の最大リフト量は最大設定値となる。
上記の角度範囲θWHEELには、必要回転範囲θAの両外側にそれぞれ設定された調整代θB1，θB2も含まれている。これら調整代θB1，θB2は、各部品の寸法誤差により生じる必要回転範囲θAの設計値と実際値とのずれを吸収するために設定されたものであり、その値は部品公差に基づいて計算されている。必要回転範囲θAにこれら調整代θB1，θB2を加えた角度範囲が、制御軸１３２の正常作動範囲となる。ＥＣＵ６０は、制御軸１３２がこの正常作動範囲内で回転するようにモータ１０の回転を制御している。
また、上記の角度範囲θWHEELには、各調整代θB1，θB2の外側に設定された余裕範囲θC1，θC2も含まれている。これら余裕範囲θC1，θC2は、上記の接点ＰWORMが制御軸１３２の正常作動範囲を外れてからウォームホイール３０が回転しなくなるまでの角度範囲である。制御軸１３２が正常作動範囲を超えて大リフト方向に回転したときには、接点ＰWORMは余裕範囲θC1に突入し、やがて余裕範囲θC1を超えたときにウォームホイール３０とウォームギヤ２０とが噛み合わなくなり、ウォームギヤ２０は空転するようになる。逆に制御軸１３２が正常作動範囲を超えて小リフト方向に回転したときには、接点ＰWORMは余裕範囲θC2に突入し、やがて余裕範囲θC2を超えたときにウォームホイール３０とウォームギヤ２０とが噛み合わなくなり、ウォームギヤ２０は空転するようになる。
上記の各余裕範囲θC1，θC2は、例えば、リフトセンサ５０の信号のずれを考慮して設定されている。ＥＣＵ６０はリフトセンサ５０の信号から制御軸１３２の回転位置を把握しているので、リフトセンサ５０の信号にずれがある場合には、最大リフト量が最小設定値或いは最大設定値になる回転位置まで制御軸１３２を回転させようとした場合に、上記の正常作動範囲を僅かに超えてしまう場合が有りうるからである。しかし、余裕範囲θC1，θC2を大きくとり過ぎると、システムフェール等によりモータ１０が異常回転を起こした場合には、制御軸１３２の回し過ぎによって可変動弁装置１００の破損を招くおそれがある。そこで、本実施形態にかかるウォームホイール３０では、上記の各余裕範囲θC1，θC2は次のように設定されている。
まず、大リフト側の余裕範囲θC1は、吸気バルブ１０４の最大リフト量の最大限界値に基づいて設定されている。吸気バルブ１０４の最大リフト量が大きくなるほど、開弁時の吸気バルブ１０４とピストン（図示略）とのクリアランスは小さくなっていく。上記の最大限界値とは、吸気バルブ１０４とピストンとの衝突を回避できる最大リフト量の限界値である。余裕範囲θC1は、制御軸１３２が正常作動範囲を超えて大リフト方向に回転したとき、最大リフト量が上記の最大限界値に達する前に、ウォームホイール３０とウォームギヤ２０との噛み合いが外れるように設定されている。
一方、小リフト側の余裕範囲θC2は、吸気バルブ１０４の最大リフト量の最小限界値に基づいて設定されている。吸気バルブ１０４の最大リフト量が小さくなるほど、燃焼室内に吸入される空気量は減少していく。上記の最小限界値とは、内燃機関の運転状態を適正に維持できる限界吸入空気量を確保するのに必要な最大リフト量の限界値である。余裕範囲θC2は、制御軸１３２が正常作動範囲を超えて小リフト方向に回転したとき、最大リフト量が上記の最小限界値に達する前に、ウォームホイール３０とウォームギヤ２０との噛み合いが外れるように設定されている。
各余裕範囲θC1，θC2は、スライド面１５６上での第２ローラ１７４の位置も考慮して設定されている。制御軸１３２が大リフト方向に回転したとき、第２ローラ１７４はスライド面１５６上をその先端位置に向けて移動し、制御軸１３２が大リフト方向に回転したとき、第２ローラ１７４はスライド面１５６上をその後端位置に向けて移動する。このとき、制御軸１３２の過度の回転によって第２ローラ１７４がスライド面１５６の末端を超えてしまった場合には、カム１２２と揺動カムアーム１５０との間から第１ローラ１７２及び第２ローラ１７４が脱落してしまう。そこで、各余裕範囲θC1，θC2は、制御軸１３２が正常作動範囲を超えて回転したとき、第２ローラ１７４のスライド面１５６上での位置がスライド面１５６の末端に達する前に、ウォームホイール３０とウォームギヤ２０との噛み合いが外れるように設定されてもいる。
また、本実施形態にかかるギヤ機構には、ウォームホイール３０の小リフト方向への回転を規制するための緩衝装置４０が付設されている。緩衝装置４０は、ウォームホイール３０の回転面内においてウォームホイール３０に対して小リフト方向に配置され、内燃機関の静止部位にスプリング４２を介して固定されている。そして、図５中に点線で示すようにウォームホイール３０が小リフト方向へ回転したとき、上記の接点ＰWORMが小リフト側の余裕範囲θC2に突入する前後において、ウォームホイール３０が緩衝装置４０の頭部に当接するようになっている。
［ギヤ機構の作用及び効果］
次に、図６Ａ及び図６Ｂを参照して、上記のように構成されたギヤ機構の作用及び効果について説明する。
まず、システムフェール等によるモータ１０の異常回転によって制御軸１３２が正常作動範囲を超えて大リフト方向へ回転した場合について説明する。上述のように、ウォームホイール３０の歯３２は限定された角度範囲θWHEELにのみ形成されており、しかも、この角度範囲θWHEELに含まれる大リフト側余裕範囲θC1は、吸気バルブ１０４の最大リフト量がその最大限界値に達する前にウォームホイール３０とウォームギヤ２０との噛み合いが外れるように設定されている。したがって、制御軸１３２が正常作動範囲を超えて大リフト方向へ回転したときには、吸気バルブ１０４の最大リフト量が最大限界値に達する前に、図６Ａに示すようにウォームホイール３０とウォームギヤ２０との噛み合いが外れて制御軸１３２のそれ以上の回転は防止される。これにより、吸気バルブ１０４の最大リフト量が最大限界値を超えて大きくなることは防止され、吸気バルブ１０４とピストンとの衝突を回避することができる。
次に、制御軸１３２が正常作動範囲を超えて小リフト方向へ回転した場合について説明する。上述のように、ウォームホイール３０の歯３２が形成されている角度範囲θWHEELに含まれる小リフト側余裕範囲θC2は、吸気バルブ１０４の最大リフト量がその最小限界値に達する前にウォームホイール３０とウォームギヤ２０との噛み合いが外れるように設定されている。したがって、制御軸１３２が正常作動範囲を超えて小リフト方向へ回転したときには、吸気バルブ１０４の最大リフト量が最小限界値に達する前に、図６Ｂに示すようにウォームホイール３０とウォームギヤ２０との噛み合いが外れて制御軸１３２のそれ以上の回転は防止される。これにより、吸気バルブ１０４の最大リフト量が最小限界値を超えて小さくなることは防止され、内燃機関の運転状態を適正に維持できる限界吸入空気量を確保することができる。
ところで、上述のようにウォームホイール３０とウォームギヤ２０との噛み合いが外れることで、制御軸１３２の過度の回転に伴う不具合を防止することができるものの、ウォームホイール３０がウォームギヤ２０から外れたままでは、制御軸１３２の回転位置を制御することができない。フェール状態から復帰して可変動弁装置１００の運転を再開するためには、制御軸１３２の回転を制御できるように、再びウォームホイール３０をウォームギヤ２０に噛み合わせる必要がある。この点に関し、本実施形態にかかるギヤ機構によれば、以下に説明するように、ウォームホイール３０がウォームギヤ２０に噛み合った状態へ容易に復帰することが可能になっている。
制御軸１３２には、ロストモーションスプリングやバルブスプリングの反力によって生じるトルクが常に作用している。このトルクは、吸気バルブ１０４を閉じる方向、言い換えれば、制御軸１３２を小リフト方向へ回転させる方向に作用し、制御軸１３２の回転位置が大リフト側にあるほど、その大きさは大きくなる。したがって、制御軸１３２の大リフト方向への過回転によりウォームホイール３０とウォームギヤ２０との噛み合いが外れた状態では、ウォームホイール３０には小リフト方向のトルクＴａが作用することになる。このトルクＴａの作用により、図６Ａに示すように、ウォームホイール３０は常にウォームギヤ２０に押し付けられ、ウォームホイール３０の歯３２とウォームギヤ２０のネジ山２２とが係合した状態が維持される。これにより、モータ１０を小リフト方向へ回転させることで、ウォームホイール３０の歯３２をウォームギヤ２０のネジ山２２によって引き込み、再びウォームホイール３０をウォームギヤ２０に噛み合わせることが可能になる。本実施形態では、ロストモーションスプリング及びスプリングが本発明にかかる「第１のバネ」に相当している。
一方、制御軸１３２が小リフト方向に回転したときには、ロストモーションスプリングやバルブスプリングの反力によって生じるトルクは減少する。その反面、ウォームホイール３０が緩衝装置４０に当接することにより、緩衝装置４０の反力によって生じるトルクが制御軸１３２に作用するようになる。緩衝装置４０によるトルクの大きさは、スプリング４２の縮み量に比例し、制御軸１３２の回転位置が小リフト側にあるほど大きくなる。したがって、制御軸１３２の小リフト方向への過回転によってウォームホイール３０とウォームギヤ２０との噛み合いが外れた状態では、ウォームホイール３０には大リフト方向のトルクＴｂが作用することになる。このトルクＴｂの作用により、図６Ｂに示すように、ウォームホイール３０は常にウォームギヤ２０に押し付けられ、ウォームホイール３０の歯３２とウォームギヤ２０のネジ山２２とが係合した状態が維持される。これにより、モータ１０を大リフト方向へ回転させることで、ウォームホイール３０の歯３２をウォームギヤ２０のネジ山２２によって引き込み、再びウォームホイール３０をウォームギヤ２０に噛み合わせることが可能になる。本実施形態では、緩衝装置４０のスプリング４２が本発明にかかる「第２のバネ」に相当している。
以上のように、本実施形態にかかるギヤ機構によれば、制御軸１３２の大リフト方向への回転時にはロストモーションスプリングやバルブスプリングの反力を利用し、小リフト方向への回転時にはスプリング４２を用いた緩衝装置４０の反力を利用して、ウォームホイール３０をその回転量に応じた付勢力で回転方向と逆方向に付勢することができる。これにより、ウォームホイール３０がウォームギヤ２０に噛み合っているときに両者の間に過剰な力が作用することを防止することができ、ウォームホイール３０とウォームギヤ２０との噛み合いが外れたときには、両者を確実に係合させることができる。
実施の形態２．
次に、図７Ａ、図７Ｂ及び図８を参照して本発明の実施の形態２について説明する。
本実施形態にかかる可変動弁装置は、実施の形態１にかかる可変動弁装置の構成を基本構成とし、新たにリフトセンサ５０の信号のずれを補正するための構成を追加したことを特徴としている。なお、各図中、実施の形態１と同一の要素については同一の符号を付し、その説明は省略または簡略するものとする。
図７Ａは、本実施形態においてウォームギヤ機構を図１のＢ方向から見た図であり、実施の形態１における図５に相当する図である。図７Ａに示すように、緩衝装置４０にはレバー４４が新たに設けられている。このレバー４４は緩衝装置４０に固定され、ウォームホイール３０が緩衝装置４０に当接したときには、ウォームホイール３０の回転量に応じて緩衝装置４０と一体となって変位する。
レバー４４の移動軌跡上には基準スイッチ６２が配置されている。基準スイッチ６２はＥＣＵ６０に接続され、その信号は常にＥＣＵ６０に出力されている。基準スイッチ６２の信号は、レバー４４の当接によってオフからオンに切り替わる。図７Ａ中では、ウォームホイール３０の小リフト方向への回転により、ウォームホイール３０が緩衝装置４０に当接したときの回転位置を“Ａ”とする。ウォームホイール３０がこの回転位置Ａにあり、破線で示す位置に緩衝装置４０及びレバー４４がある場合、基準スイッチ６２の信号はオフとなる。そして、ウォームホイール３０がさらに小リフト方向に回転し、その回転位置が図７Ａ中の“Ｂ”の位置に達し、実線で示すようにレバー４４が基準スイッチ６２に接触したとき、基準スイッチ６２の信号はオンとなる。なお、回転位置Ｂは、制御軸１３２が正常作動範囲内にあるときに実現されるように設定されている。
図７Ｂは、ウォームホイール３０が小リフト方向にさらに回転し、ウォームホイール３０とウォームギヤ２０との噛み合いが外れた状態を示している。この状態ではウォームホイール３０の回転位置は図７Ｂ中の“Ｃ”の位置になる。図７Ｂ中に“Ｂ”で示すウォームホイール３０の回転位置は、図７Ａ中の位置Ｂに対応し、そのときの緩衝装置４０及びレバー４４の位置を破線で示している。ウォームホイール３０が回転位置Ｂから回転位置Ｃまで回転するまでの間、基準スイッチ６２はレバー４４に押され続けているので、基準スイッチ６２の信号はオンに維持される。
図８は、ウォームホイール３０の回転位置に対する基準スイッチ６２の信号の変化と、リフトセンサ５０の信号の変化とを対応させて示す図である。ウォームホイール３０の回転位置は、吸気バルブ１０４の最大リフト量に一対一で対応している。基準スイッチ６２の信号は、上述のとおり、ウォームホイール３０の回転位置が位置Ｂよりも大リフト側のときにはオフであり、位置Ｂよりも小リフト側のときにはオンになる。一方、リフトセンサ５０の信号は、ウォームホイール３０の回転位置に比例して変化し、回転位置が大リフト側になるほど大きくなる。ＥＣＵ６０は、リフトセンサ５０の信号から現時点におけるウォームホイール３０の回転位置（制御軸１３２の回転位置）を把握し、その回転位置が内燃機関の運転状態等から決まる目標回転位置に一致するようにモータ１０の回転を制御している。
基準スイッチ６２は、その信号がオン／オフで切り替わるだけの簡素な構成であり、その取り付けが確実であるならばウォームホイール３０の回転位置に対して信号のずれが生じることはない。しかし、リフトセンサ５０に関しては、電圧降下等の影響によって信号にずれが生じる可能性がある。例えば、図８に示すように、二点鎖線で示す設計上の信号に対し、実際の信号は実線のように小リフト側にシフトしている場合がある。このようにリフトセンサ５０の信号にずれが生じていると、その信号に基づいて制御される吸気バルブ１０４の最大リフト量に狂いが生じることになる。
そこで、ＥＣＵ６０は、基準スイッチ６２の信号を基準にしてリフトセンサ５０の信号を補正することとしている。具体的には、基準スイッチ６２の信号がオフからオンに切り替わったときのリフトセンサ５０の信号を測定し、その信号と設計上の信号とのずれ（図８中に示す“信号ずれ”）を補正信号としてリフトセンサ５０の信号を補正するようにしている。これにより、補正後のリフトセンサ５０の信号は設計上の信号に一致するようになり、正確な位置情報に基づいて制御軸１３２の回転位置を制御することが可能になる。
以上のように、本実施形態によれば、リフトセンサ５０の信号に基づいてモータ１０の回転を制御する際、基準スイッチ６２の信号の変化を基準にしてリフトセンサ５０の信号が補正されるので、リフトセンサ５０の信号のずれの影響による制御軸１３２の回転位置のずれを防止することができる。これにより、電圧降下等の影響によりリフトセンサ５０の信号のずれが生じた場合でも、その影響により吸気バルブ１０４の最大リフト量の制御に狂いが生じること防止される。また、リフトセンサ５０の信号のずれが元で制御軸１３２をその正常作動範囲を超えて回転させてしまうことも防止される。
実施の形態３．
次に、図９を参照して本発明の実施の形態３について説明する。
本実施形態にかかる可変動弁装置は、実施の形態１にかかる可変動弁装置の構成をそのまま用い、新たな構成を追加することなくリフトセンサ５０の信号のずれを補正可能にしたことを特徴としている。
図９は、ウォームホイール３０の回転位置に対するモータ１０への供給電流の大きさの変化と、リフトセンサ５０の信号の変化とを対応させて示す図である。図９中の横軸に示す回転位置Ａ、Ｂ、Ｃは、それぞれ実施の形態２で例示したウォームホイール３０の回転位置Ａ、Ｂ、Ｃに対応している。図９に示すように、モータ供給電流は、ウォームホイール３０の回転位置が小リフト側になるにつれて次第に減少していく。これは、ロストモーションスプリングやバルブスプリングの反力の減少に伴って、モータ１０に要求される駆動力も減少することによる。しかし、ウォームホイール３０の回転位置が回転位置Ａよりも小リフト側になると、モータ供給電流は、逆に次第に増大していく。これは、回転位置Ａよりも小リフト側では、緩衝装置４０の反力がウォームホイール３０に作用するようになるからである。
モータ供給電流は、モータ１０に要求される駆動力に比例し、モータ１０に要求される駆動力は制御軸１０の回転位置によって決まる。モータ供給電流と駆動力との関係、要求駆動力と制御軸１０の回転位置との関係をともに不変であるとすれば、モータ供給電流と制御軸１０の回転位置（ウォームホイール３０の回転位置）との関係も不変であるとみなすことができる。本実施形態では、モータ供給電流を基準信号として用いることで、リフトセンサ５０の信号のずれを補正するようにしている。以下、本実施形態にかかるリフトセンサ５０の信号の補正方法について説明する。
モータ供給電流は、ウォームホイール３０が回転位置Ａにあるとき、つまり、ウォームホイール３０が緩衝装置４０に当接したときに最小値となる。そして、ウォームホイール３０がさらに小リフト方向に回転し、その回転位置が回転位置Ｂになったときには、モータ供給電流は最小値よりもΔＡだけ上昇する。ＥＣＵ６０は、この電流差ΔＡを基準にしてリフトセンサ５０の信号を補正する。具体的には、モータ供給電流が最小値から電流差ΔＡだけ上昇したときのリフトセンサ５０の信号を測定し、その信号と設計上の信号とのずれ（図９中に示す“信号ずれ”）を補正信号としてリフトセンサ５０の信号を補正するようにしている。これにより、補正後のリフトセンサ５０の信号は設計上の信号に一致するようになり、正確な位置情報に基づいて制御軸１３２の回転位置を制御することが可能になる。
以上のように、本実施形態によれば、リフトセンサ５０の信号に基づいてモータ１０の回転を制御する際、モータ供給電流の変化を基準にしてリフトセンサ５０の信号が補正されるので、実施の形態２と同様、リフトセンサ５０の信号のずれの影響による制御軸１３２の回転位置のずれを防止することができる。さらに、本実施形態によれば、基準スイッチを新たに設けることなく、実施の形態２と同様の効果を得ることができるという利点もある。
その他．
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の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形して実施することができる。例えば、上記実施の形態では、本発明の可変動弁装置を吸気バルブに適用しているが、本発明の可変動弁装置は排気バルブに適用することもできる。
本発明の実施の形態１としての可変動弁装置の全体構成を説明するための斜視図である。 可変動弁装置を図１のＡ方向から見た図である。 可変動弁装置のリフト動作を示す図であり、（Ａ）はバルブの閉弁時、（Ｂ）はバルブの開弁時を示している。 可変動弁装置の最大リフト量の変更動作を示す図であり、（Ａ）は大リフト時、（Ｂ）は小リフト時を示している。 ウォームギヤ機構を図１のＢ方向から見た図である。 図５の構成において制御軸が正常作動範囲を超えて大リフト方向へ回転したときの状態を示す図である。 図５の構成において制御軸が正常作動範囲を超えて小リフト方向へ回転したときの状態を示す図である。 本発明の実施の形態２においてウォームギヤ機構を図１のＢ方向から見た図である。 図７Ａの構成において制御軸が正常作動範囲を超えて小リフト方向へ回転したときの状態を示す図である。 ウォームホイールの回転位置に対する基準スイッチの信号の変化とリフトセンサの信号の変化とを対応させて示す図である。 ウォームホイールの回転位置に対するモータ供給電流の大きさの変化とリフトセンサの信号の変化とを対応させて示す図である。
符号の説明
１０ モータ
２０ ウォームギヤ
２２ ネジ山
３０ ウォームホイール
３２ 歯
４０ 緩衝装置
４２ スプリング
４４ レバー
５０ リフトセンサ
６０ ＥＣＵ
６２ 基準スイッチ
１００ 可変動弁装置
１０４ 吸気バルブ
１２０ カムシャフト
１２２ カム
１３０ 可変機構
１３２ 制御軸
１５０ 揺動カムアーム
１５２ａ，１５２ｂ 揺動カム面
１５６ スライド面
１６２ 制御アーム
１６４ リンクアーム
１６８ ロストモーションスプリング
１７０ 第１ローラ
１７２ 第２ローラ
θWHEEL 歯が形成されている角度範囲
θA 制御軸の必要回転範囲
θB1，θB2 調整代
θC1，θC2 余裕範囲
ＰWORM ウォームホイールのウォームギヤとの接点

Claims (10)

  1. バルブの最大リフト量を制御軸の回転位置に応じて変化させる可変機構と、前記制御軸にウォームギヤ機構を介して接続されたアクチュエータとを備え、前記アクチュエータにより前記ウォームギヤ機構を介して前記制御軸を回転駆動することで、前記バルブの最大リフト量を変化させる内燃機関の可変動弁装置において、
    前記ウォームギヤ機構は、前記アクチュエータに接続されるウォームギヤと、前記制御軸に接続されるウォームホイールとを含み、
    前記ウォームホイールは、前記制御軸の必要回転範囲を含む所定の角度範囲にのみ前記ウォームギヤと噛み合う歯を有し、前記所定角度範囲の外では前記ウォームギヤとの噛み合いが外れるように形成されていることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
  2. 前記制御軸の必要回転範囲は、前記バルブの最大リフト量が最小設定値になる回転位置から、最大設定値になる回転位置までの回転範囲であり、
    前記制御軸が前記最小設定値に対応する回転位置を超えて小リフト方向に回転したときには、前記バルブの最大リフト量が前記内燃機関の運転状態を適正に維持できる限界吸入空気量を確保するのに必要な最小限界値に達する前に、前記ウォームホイールと前記ウォームギヤとの噛み合いが外れるように前記所定角度範囲が設定されてい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装置。
  3. 前記制御軸の必要回転範囲は、前記バルブの最大リフト量が最小設定値になる回転位置から、最大設定値になる回転位置までの回転範囲であり、
    前記制御軸が前記最大設定値に対応する回転位置を超えて大リフト方向に回転したときには、前記バルブの最大リフト量が前記バルブとピストンとの衝突を回避できる最大限界値に達する前に、前記ウォームホイールと前記ウォームギヤとの噛み合いが外れるように前記所定角度範囲が設定されてい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装置。
  4. 前記可変機構は、
    カム軸に平行に配置された軸を中心として揺動する揺動部材と、
    前記揺動部材に形成され、前記バルブを支持するバルブ支持部材に接触して前記バルブをリフト方向に押圧する揺動カム面と、
    前記揺動部材にカムと対向して形成されたスライド面と、
    前記カムと前記スライド面との間に挟まれた中間部材と、
    前記制御軸の回転に連動させて前記スライド面上での前記中間部材の位置を変化させる連動機構とを含み、
    前記制御軸が必要回転範囲を超えて回転したときには、前記中間部材の前記スライド面上での位置が前記スライド面の末端に達する前に、前記ウォームホイールと前記ウォームギヤとの噛み合いが外れるように前記所定角度範囲が設定されてい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装置。
  5. 前記ウォームホイールの過回転により前記ウォームホイールと前記ウォームギヤとの噛み合いが外れたとき、前記ウォームホイールの歯が前記ウォームギヤに係合する側に前記ウォームホイールを付勢する付勢手段を備えることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の内燃機関の可変動弁装置。
  6. 前記付勢手段は、
    前記ウォームホイールの大リフト方向への回転量に応じたバネ力で前記ウォームホイールを小リフト方向へ付勢する第１のバネと、
    前記ウォームホイールの小リフト方向への回転量に応じたバネ力で前記ウォームホイールを大リフト方向へ付勢する第２のバネと、
    を含むことを特徴とする請求項５記載の内燃機関の可変動弁装置。
  7. 前記制御軸の回転位置に応じた信号を出力する回転位置センサと、
    前記回転位置センサの信号に基づいて、前記制御軸の回転位置を目標回転位置に一致させるように前記アクチュエータを制御する制御手段と、
    前記制御軸が回転したときに所定の基準回転位置の前後で信号が変化するスイッチと、
    前記制御軸が前記基準回転位置にあるときに前記回転位置センサから出力されるべき信号と、前記スイッチの信号が変化したときに前記回転位置センサから実際に出力された信号とのずれに基づいて、前記回転位置センサの信号を補正する補正手段と、
    をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の内燃機関の可変動弁装置。
  8. 前記制御軸の回転位置に応じた信号を出力する回転位置センサと、
    前記回転位置センサの信号に基づいて、前記制御軸の回転位置を目標回転位置に一致させるように前記アクチュエータを制御する制御手段と、
    前記アクチュエータに供給される動力の大きさと前記回転位置センサの信号との対応関係に基づいて、前記回転位置センサの信号を補正する補正手段と、
    をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の内燃機関の可変動弁装置。
  9. アクチュエータの回転をウォームギヤ機構により減速し、減速した回転を駆動軸から出力する駆動装置において、
    前記ウォームギヤ機構は、前記アクチュエータに接続されるウォームギヤと、前記駆動軸に接続されるウォームホイールとを含み、
    前記ウォームホイールは、前記駆動軸の必要回転範囲を含む所定の角度範囲にのみ前記ウォームギヤと噛み合う歯を有し、前記所定角度範囲の外では前記ウォームギヤとの噛み合いが外れるように形成されていることを特徴とする駆動装置。
  10. 前記ウォームホイールの過回転により前記ウォームホイールと前記ウォームギヤとの噛み合いが外れたとき、前記ウォームホイールの歯が前記ウォームギヤに係合する側に前記ウォームホイールを付勢する付勢手段を備えることを特徴とする請求項９記載の駆動装置。
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