JP2008286120A - 可変動弁機構の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】可変動弁機構を駆動する回転直動変換機構のねじ部について局部的な摩耗を抑えることのできる可変動弁機構の制御装置を提供する。
【解決手段】外周面にねじが設けられたサンシャフトと、内周面にねじが設けられたナットと、サンシャフトのねじ及びナットのねじに螺合するねじが設けられたプラネタリシャフトとを有し、ナットの回転運動をサンシャフトの直線運動に変換する回転直動変換機構１００で可変動弁機構２０は駆動される。ナットは電動モータ６２にて回転され、そのナットの回転に伴って変化するサンシャフトの位置に応じて吸気バルブ１０の最大リフト量は変更される。制御装置２００は、最大リフト量が機関運転状態に基づいて設定される目標値となるように電動モータ６２を制御する。そして、機関運転状態の変化に伴う最大リフト量の変更が終了したときの当該最大リフト量の値が所定値を超えている場合には、電動モータ６２を往復動させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、可変動弁機構の制御装置に関する。

従来、内燃機関に設けられた吸気バルブや排気バルブといった機関バルブについてその最大リフト量を可変とする可変動弁機構が種々提案されている。
例えば、特許文献１に記載の可変動弁機構では、カムシャフトのカムに当接する第１部材と、機関バルブ用のロッカアームに当接する第２部材とを備え、それら第１部材と第２部材との相対位相を変更することにより、機関バルブの最大リフト量及び開弁期間を変更するようにしている。また、この可変動弁機構は、第１部材と第２部材との相対位相を変更するための制御軸を備えており、この制御軸をその軸方向に直線運動させることにより上記相対位相が変更される。

他方、上記制御軸を直線運動させるための機構としては、例えば特許文献２に記載されるような回転直動変換機構を採用することができる。
この機構は、外周面にねじが設けられたサンシャフトと、内周面にねじが設けられたナットと、サンシャフトの外周面及びナットの内周面との間に介在されて上記各ねじに螺合するねじが設けられたプラネタリシャフトとを備えている。そして、上記ナットを回転させるとプラネタリシャフトは自転するとともにサンシャフトの周りを公転し、すなわちプラネタリシャフトはサンシャフトの周りを遊星運動し、同プラネタリシャフトのねじに螺合したサンシャフトがその軸方向に直線運動するようになっている。

こうした遊星運動を利用した機構では、ラックアンドピニオンのような回転直動変換機構と比較して、減速比を大きくすることができるため、サンシャフトの移動量を微細に調整することができる。そこで、上記サンシャフトを上記制御軸に接続し、上記ナットの回転量をアクチュエータで制御するようにすれば、上述したような可変動弁機構による最大リフト量の変更を精密に行うことが可能になる。
特開２００１−２６３０１５号公報 特開平１０−１９６７５７号公報

上述したような可変動弁機構では、機関運転中において、バルブスプリングの反力が第２部材を介して制御軸に作用する。そのため、上述したような回転直動変換機構を組み合わせる場合には、バルブスプリングの反力が制御軸を介してサンシャフトに作用し、同サンシャフトにはその反力に起因する軸方向の力が付与される。従って、機関運転中にあっては、サンシャフトのねじがプラネタリシャフトのねじに押し付けられ、それら各ねじの接触部には押圧力が働くことになる。

ところで、最大リフト量が一定の値に保持されているときには、サンシャフトのねじとプラネタリシャフトのねじとの接触箇所が変化しないため、同一の接触箇所に対して上記押圧力が継続して作用するようになる。

ここで、可変動弁機構によって可変とされる最大リフト量が大きくされるほど上記反力は増大して上記押圧力も増大する。そのため、ある程度大きな一定の値に最大リフト量が保持されると、サンシャフトのねじとプラネタリシャフトのねじとが接触する箇所であってその位置が変化しない接触箇所に対して大きな押圧力が継続して作用するようになり、その接触箇所のねじ部に局部的な摩耗が発生してしまうおそれがある。

この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、可変動弁機構を駆動する回転直動変換機構のねじ部についてその局部的な摩耗を抑えることのできる可変動弁機構の制御装置を提供することにある。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、外周面にねじが設けられたサンシャフトと、内周面にねじが設けられたナットと、前記サンシャフトの外周面と前記ナットの内周面との間に介在されて前記サンシャフトのねじ及び前記ナットのねじに螺合するねじが設けられたプラネタリシャフトとを有し、前記ナットの回転運動を前記サンシャフトの直線運動に変換する回転直動変換機構と、前記ナットを回転させるアクチュエータと、前記ナットの回転に伴って変化する前記サンシャフトの位置に応じて機関バルブの最大リフト量を変更する可変動弁機構とを備え、前記最大リフト量が機関運転状態に基づいて設定される目標値となるように前記アクチュエータの駆動を制御する制御装置であって、機関運転状態の変化に伴う前記最大リフト量の変更が終了したときの当該最大リフト量の値が所定値を超えている場合には前記アクチュエータを往復動させることをその要旨とする。

同構成によれば、機関運転状態の変化に伴う最大リフト量の変更が終了したときの同最大リフト量の値が所定値を超えている場合には、回転直動変換機構を駆動するアクチュエータが往復動される。従って、バルブスプリングの反力が比較的大きくなる状態において、サンシャフトのねじとプラネタリシャフトのねじとの接触箇所が変化しなくなる状態になるときには、その接触箇所が変化するようにアクチュエータが駆動される。そのため、大きな押圧力が同一の接触箇所に付与されることを抑えることができ、これにより可変動弁機構を駆動する回転直動変換機構のねじ部についてその局部的な摩耗を抑えることができるようになる。なお、同構成における上記所定値としては、回転直動変換機構のねじ部に局部的な摩耗が発生する程度にバルブスプリングの反力が大きくなる最大リフト量を設定することが望ましい。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の可変動弁機構の制御装置において、前記往復動の実行に際しては、前記目標値が周期的に増減されることをその要旨とする。
同構成によれば、最大リフト量の目標値が周期的に増減されることにより、その目標値の変化に追従して最大リフト量が増減するようにアクチュエータは往復動される。従って、同構成によれば、目標値の増減量に合わせてアクチュエータを往復動させることができるようになる。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の可変動弁機構の制御装置において、前記アクチュエータは電動モータであって、前記往復動の実行に際しては、前記最大リフト量を前記目標値に保持するために前記電動モータに供給される保持電力が周期的に増減されることをその要旨とする。

同構成によれば、最大リフト量を目標値に保持するために電動モータに供給される保持電力が周期的に増減される。従って、同構成によっても、アクチュエータを往復動させることができるようになる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の可変動弁機構の制御装置において、前記往復動は、前記目標値を中心にして前記最大リフト量が大きくなる側と小さくなる側とに交互に変化するように行われることをその要旨とする。

同構成によれば、アクチュエータの往復動に伴って変化する吸入空気量についてその平均値を、そうした往復動を行わない場合にあって最大リフト量が一定の目標値に保持されるときに得られる吸入空気量に極力近づけることができるようになる。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の可変動弁機構の制御装置において、前記往復動は、前記プラネタリシャフトが少なくとも１回転以上自転するように行われることをその要旨とする。

同構成によれば、アクチュエータが往復動されることにより、プラネタリシャフトの外周がサンシャフトに対して少なくとも１周以上回転するようになる。そのため、プラネタリシャフトのねじに生じる局部的な摩耗を適切に抑えることができるようになる。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の可変動弁機構の制御装置において、前記往復動は、前記プラネタリシャフトが少なくとも１回転以上公転するように行われることをその要旨とする。

同構成によれば、アクチュエータが往復動されることにより、サンシャフトの外周をプラネタリシャフトが少なくとも１周以上回転するようになる。そのため、サンシャフトのねじに生じる局部的な摩耗を適切に抑えることができるようになる。

請求項７に記載の発明は、請求項１から４のいずれか１項に記載の可変動弁機構の制御装置において、前記プラネタリシャフトは、前記サンシャフトの円周方向に等角度にて複数配設されており、その配設本数を「ｎ」とした場合に、前記往復動は、前記プラネタリシャフトの公転角度が少なくとも「３６０／ｎ」°以上となるように行われることをその要旨とする。

同構成によれば、アクチュエータの往復動によって、個々のプラネタリシャフトが少なくとも「３６０／ｎ」°以上公転されることにより、サンシャフトのねじと個々のプラネタリシャフトのねじとが接触する接触箇所は、サンシャフトのねじの外周全体において変化するようになる。従って、サンシャフトのねじに生じる局部的な摩耗を適切に抑えることができるようになる。また、同構成によれば、請求項６に記載の構成、すなわちプラネタリシャフトを少なくとも１回転以上公転させる場合と比較して、アクチュエータの往復動の量が小さくなる。そのため、同アクチュエータの往復動に伴う最大リフト量の変化量も小さくなり、これによりアクチュエータを往復動させたときの吸入空気量の変化量をより小さくすることも可能になる。

以下、本発明にかかる可変動弁機構の制御装置を具体化した一実施形態について、図１〜図８を併せ参照して説明する。
図１及び図２に示すように、車両に搭載される内燃機関は４つの気筒を有しており、そのシリンダヘッド２には、それら気筒に対応した機関バルブである一対の吸気バルブ１０及び排気バルブ１５が往復動可能にそれぞれ設けられている。シリンダヘッド２には、それら吸気バルブ１０と排気バルブ１５とに対応して吸気弁駆動機構４０と排気弁駆動機構４５とがそれぞれ設けられている。

排気弁駆動機構４５には、各排気バルブ１５に対応してラッシュアジャスタ１７が設けられるとともに、このラッシュアジャスタ１７と排気バルブ１５との間にはロッカアーム１８が架設されている。ロッカアーム１８は、その一端がラッシュアジャスタ１７に支持されるとともに他端が排気バルブ１５の基端部に当接されている。また、シリンダヘッド２に回転可能に支持された排気カムシャフト７には複数の排気用カム８が形成されており、それら排気用カム８の外周面はロッカアーム１８に設けられたローラ１８ａに当接されている。排気バルブ１５にはリテーナ１５ａが設けられるとともに、このリテーナ１５ａとシリンダヘッド２との間にはバルブスプリング１６が設けられている。このバルブスプリング１６の付勢力によって排気バルブ１５は閉弁方向に付勢されている。そしてこれにより、ロッカアーム１８のローラ１８ａは排気用カム８の外周面に押圧されている。機関運転時に排気用カム８が回転すると、ロッカアーム１８はラッシュアジャスタ１７により支持される部分を支点として揺動する。その結果、排気バルブ１５はロッカアーム１８によって開閉駆動されるようになる。

一方、吸気弁駆動機構４０には、排気側と同様にバルブスプリング１１、リテーナ１０ａ、ロッカアーム１２、ローラ１２ａ及びラッシュアジャスタ１３が設けられている。また、シリンダヘッド２に回転可能に支持された吸気カムシャフト５には複数の吸気用カム６が形成されている。

一方、吸気弁駆動機構４０には、排気弁駆動機構４５とは異なり、吸気用カム６とロッカアーム１２との間に吸気バルブ１０のバルブ特性を変更する可変動弁機構２０が設けられている。この可変動弁機構２０は入力部２３と一対の出力部２４とを有しており、これら入力部２３及び出力部２４はシリンダヘッド２に固定された支持パイプ２２に揺動可能に支持されている。ロッカアーム１２は、吸気バルブ１０の基端部及びラッシュアジャスタ１３によって出力部２４側に付勢されており、そのローラ１２ａが出力部２４の外周面に当接されている。また、入力部２３とシリンダヘッド２との間には、スプリング１４が設けられており、このスプリング１４の付勢力によって入力部２３に設けられたローラ２３ｂが吸気用カム６に付勢されている。

機関運転時に吸気用カム６が回転すると、同吸気用カム６はローラ２３ｂに摺接しつつ入力部２３を押圧し、これにより出力部２４が支持パイプ２２の周方向に揺動するようになる。そして出力部２４が揺動すると、ロッカアーム１２はラッシュアジャスタ１３により支持される部分を支点として揺動する。その結果、吸気バルブ１０はロッカアーム１２によって開閉駆動されるようになる。

次に、図３を参照して可変動弁機構２０の構造について詳述する。
同図３に示されるように、入力部２３は各出力部２４の間に設けられており、これら入力部２３と出力部２４との内部には略円筒状の連通空間が形成されている。また、入力部２３の内周面にはヘリカルスプライン２３ａが形成されるとともに、出力部２４の内周面にはこの入力部２３のヘリカルスプライン２３ａと逆向きに傾斜するヘリカルスプライン２４ａが形成されている。

入力部２３と出力部２４との内部に形成された空間には、略円筒状のスライダギア２６が設けられている。このスライダギア２６の外周面の中央部分には、入力部２３のヘリカルスプライン２３ａに噛合するヘリカルスプライン２６ａが形成されるとともに、その外周面の両端部には出力部２４のヘリカルスプライン２４ａに噛合するヘリカルスプライン２６ｂが形成されている。

また、この略円筒状のスライダギア２６の内壁には、その円周方向に沿って延びる溝２９が形成されており、この溝２９にはブッシュ２８が嵌合されている。尚、このブッシュ２８は、溝２９の伸びる方向に沿って同溝２９の内周面を摺動することができるであるが、スライダギア２６の軸方向における変位は規制されている。

スライダギア２６の内部に形成された貫通空間には、支持パイプ２２が挿入されている。また、上記支持パイプ２２には、その軸方向に沿って駆動可能なコントロールシャフト２１が挿入されている。支持パイプ２２の管壁にはその軸方向に延びる長孔２２ａが形成されている。また、スライダギア２６とコントロールシャフト２１との間には、長孔２２ａを通じてスライダギア２６とコントロールシャフト２１とを連結する係止ピン２７が設けられている。この係止ピン２７の一端がコントロールシャフト２１に形成された凹部（図示略）に挿入されるとともに、他端がブッシュ２８に形成された貫通孔２８ａに挿入されている。

こうした可変動弁機構２０にあって、コントロールシャフト２１がその軸方向に沿って一方の方向に変位すると、これに連動してスライダギア２６も軸方向に変位する。スライダギア２６の外周面に形成されたヘリカルスプライン２６ａ、２６ｂは、入力部２３及び出力部２４の内周面に形成されたヘリカルスプライン２３ａ、２４ａとそれぞれ噛合っているため、スライダギア２６がその軸方向に駆動すると、入力部２３と出力部２４とは逆の方向に回転する。その結果、入力部２３と出力部２４との相対位相差が大きくなって、ロッカアーム１２の揺動量が増大することにより、吸気バルブ１０の最大リフト量及び開弁期間が増大し、内燃機関の吸入空気量は増量される。逆に、コントロールシャフト２１がその軸方向に沿って他方の方向に変位すると、入力部２３と出力部２４との相対位相差が小さくなって、ロッカアーム１２の揺動量が減少することにより、吸気バルブ１０の最大リフト量及び開弁期間は減少し、内燃機関の吸入空気量は減量される。

先の図２に示すように、コントロールシャフト２１の基端部（図２の右側）には、回転直動変換機構１００が接続されており、この回転直動変換機構１００には、アクチュエータである電動モータ６２が接続されている。この電動モータ６２には、同電動モータ６２に供給される電力を制御する駆動回路６３が接続されており、この駆動回路６３は、制御装置２００に接続されている。

回転直動変換機構１００は、電動モータ６２の回転運動をコントロールシャフト２１の軸方向への直線運動に変換する機構であり、電動モータ６２を正回転させたり、逆回転させたりすると、その回転が回転直動変換機構１００によってコントロールシャフト２１の往復動に変換される。

図４に、回転直動変換機構１００の破断斜視図を示す。また、図５に、回転直動変換機構についてその軸方向に直交する断面図を示す。この回転直動変換機構１００は、外周面にねじが設けられたサンシャフト１１０、サンシャフト１１０の外側に配設されて内周面にねじが設けられたナット１２０を備えている。また、サンシャフト１１０の外周面とナット１２０の内周面との間に介在されてサンシャフト１１０のねじ及びナット１２０のねじに螺合するねじが設けられた複数のプラネタリシャフト１３０等も配設されている。

上記サンシャフト１１０の一端は前記ナット１２０から突出しており、同ナット１２０の回転運動がサンシャフト１１０の直線運動に変換されることにより、その突出量は変化する。

サンシャフト１１０の外周面には、互いに離間した平歯車１１１及び平歯車１１２が設けられている。さらに、サンシャフト１１０の外周面にあって平歯車１１１及び平歯車１１２の間には、同サンシャフト１１０の軸方向に伸びる雄ねじ１１３が形成されている。この雄ねじ１１３は、例えば多条の右ねじとされている。

前記プラネタリシャフト１３０は円柱形状をなしており、その軸方向にはサンシャフト１１０の雄ねじ１１３と螺合するねじ１３３が形成されている。このねじ１３３は、例えば１条の左ねじとされている。また、図５に示すように、プラネタリシャフト１３０はサンシャフト１１０の外周面を囲むようにその円周方向に等角度にて複数（本実施形態では９本）配設されている。また、このプラネタリシャフト１３０の両端には、上記平歯車１１１に噛み合う平歯車１３１と、上記平歯車１１２に噛み合う平歯車１３２とがそれぞれ設けられている。

前記ナット１２０の内周面にはプラネタリシャフト１３０のねじ１３３に螺合する雌ねじ１２３が形成されており、その雌ねじ１２３は、例えば雄ねじ１１３とは異なる条数であって多条の左ねじとされている。

また、同ナット１２０の内周面には、上述した平歯車１３１に噛み合うリングギア１２１と平歯車１３２に噛み合うリングギア１２２とが設けられている。これらリングギア１２１、１２２は環状に形成されており、それらの外周面はナット１２０の内周面に固定されている。また、リングギア１２１の内周面には上記平歯車１３１に噛み合う平歯の内歯が、リングギア１２２の内周面には上記平歯車１３２に噛み合う平歯の内歯がそれぞれ形成されている。

このように構成された回転直動変換機構１００では、ナット１２０を回転可能且つ軸方向への移動が不可となるように支持し、サンシャフト１１０を回転不能且つ軸方向への移動が可能なように支持することで次のような作動態様が得られる。

すなわち、ナット１２０を回転させると、プラネタリシャフト１３０はナット１２０の雌ねじ１２３及びサンシャフト１１０の雄ねじ１１３と螺合しながら、サンシャフト１１０の周りを自転及び公転する。こうしたプラネタリシャフト１３０の遊星運動により、サンシャフト１１０は、同回転直動変換機構１００の減速比及び各ねじの条数に応じて決定されるリードにて、その軸方向に直線運動する。

また、上記回転直動変換機構１００では、ナット１２０に固定されたリングギア１２１がプラネタリシャフト１３０に設けられた平歯車１３１にかみ合い、同平歯車１３１がサンシャフト１１０に設けられた平歯車１１１にかみ合うようになっている。また、ナット１２０に固定されたリングギア１２２がプラネタリシャフト１３０に設けられた平歯車１３２にかみ合い、同平歯車１３２がサンシャフト１１０に設けられた平歯車１１２にかみ合うようになっている。そのため、当該回転直動変換機構１００の減速比は、サンシャフト１１０、ナット１２０、及びプラネタリシャフト１３０に設けられた各歯車同士の噛み合いによって決定される。従って、サンシャフト１１０、ナット１２０、あるいはプラネタリシャフト１３０に設けられた各ねじの実際の有効径が、ねじの加工精度に起因してばらついたり、螺合するねじ同士の接触面の摩耗等によって変化したりする場合であっても、そうした有効径の影響を受けることなく、当該回転直動変換機構１００の減速比は安定した一定の値に維持される。そのためナット１２０が１回転したときのサンシャフト１１０のストローク量、すなわちリードも安定した一定の値に維持されるようになり、高いリード精度が確保される。また、ねじの螺合による駆動力伝達のみならず、歯車同士の噛み合いによっても駆動力の伝達が行われるため、同駆動力の伝達効率は高くなる。

また、こうした遊星運動を利用した回転直動変換機構１００では、ラックアンドピニオンのような回転直動変換機構と比較して、減速比を大きくすることができるため、サンシャフト１１０の移動量を微細に調整することができるため、可変動弁機構２０によるバルブ特性の変更を精密に行うことも可能になる。

この回転直動変換機構１００のサンシャフト１１０が、上記コントロールシャフト２１に接続されており、ナット１２０が上記電動モータ６２に接続されている。これにより、ナット１２０は電動モータ６２によって回転されるとともに、上記可変動弁機構２０は、ナット１２０の回転に伴って変化するサンシャフト１１０の位置に応じて吸気バルブ１０のバルブ特性（最大リフト量及び開弁期間）を変更する機構となっている。

上記電動モータ６２には、位置センサ６４が設けられている。この位置センサ６４は、電動モータ６２のロータと一体回転する多極マグネットの磁気変化を利用してそのロータの回転位相変化に応じた信号を出力する。ここで、上記コントロールシャフト２１は、電動モータ６２のロータの回転により往復動されるため、ロータの回転位相変化を示す位置センサ６４の出力信号は、コントロールシャフト２１の位置情報である移動量を示すものになる。また、コントロールシャフト２１が移動することで吸気バルブ１０の最大リフト量及び開弁期間は変更される。従って、位置センサ６４の出力信号に基づいて吸気バルブ１０の最大リフト量についてその実値（以下、最大リフト量ＶＬという）が検出される。

上記制御装置２００には、上記位置センサ６４や、アクセルペダルの操作量を検出するアクセルセンサ７０、及びクランクシャフトの回転位相を検出するクランク角センサ７１等、機関運転状態を検出する各種センサが接続されている。そして、制御装置２００は、そうした各種センサによって検出される運転状態に基づいて上記最大リフト量の目標値（以下、目標最大リフト量ＶＬｐという）を設定し、最大リフト量ＶＬが目標最大リフト量ＶＬｐと一致するように電動モータ６２の駆動を制御する。なお、本実施形態では、電動モータ６２に対して電圧をパルス状に供給するようにしており、基本的には、パルス状に供給される電圧のデューティ比を変更することにより電動モータ６２の発生トルクが変更され、パルスの発生周期を変更することにより電動モータ６２の回転速度が変更される。

ところで、上記可変動弁機構２０では、機関運転中において、バルブスプリング１１の反力が出力部２４及びスライダギア２６を介してコントロールシャフト２１に作用する。そのため、バルブスプリング１１の反力がコントロールシャフト２１を介してサンシャフト１１０にも作用し、同サンシャフト１１０にはその反力に起因する軸方向の力が付与される。従って、機関運転中にあっては、サンシャフト１１０の雄ねじ１１３がプラネタリシャフト１３０のねじ１３３に押し付けられ、それら各ねじの接触部には押圧力が働くようになる。

ここで、吸気バルブ１０の最大リフト量が一定の値に保持されているときには、サンシャフト１１０の雄ねじ１１３とプラネタリシャフト１３０のねじ１３３との接触箇所が変化しないため、同一の接触箇所に対して上記押圧力が継続して作用するようになる。また、最大リフト量が大きくなるほどバルブスプリング１１の圧縮量が増大して上記反力は増加することから、上記押圧力は、最大リフト量が大きくされるほど大きくなる。そのため、最大リフト量がある程度大きな一定の値に保持されると、サンシャフト１１０の雄ねじ１１３とプラネタリシャフト１３０のねじ１３３とが接触する箇所であってその位置が変化しない接触箇所に対して大きな押圧力が継続して作用するようになり、その接触箇所のねじ部に局部的な摩耗が発生してしまうおそれがある。

そこで、本実施形態では、機関運転状態が変化して目標最大リフト量ＶＬｐが変更され、その変更された目標最大リフト量ＶＬｐに向けての最大リフト量ＶＬの変更が終了したときの当該最大リフト量ＶＬの値に対して、図６に示すような判定値αを予め設定するようにしている。この判定値αは、プラネタリシャフト１３０のねじ１３３に局部的な摩耗が発生する程度にバルブスプリング１１の反力が大きくなる最大リフト量ＶＬの値とされている。

そして、最大リフト量ＶＬの変更が終了したときの当該最大リフト量ＶＬの値が判定値αに満たない値になっている場合には（時刻ｔ１）、その最大リフト量ＶＬが保持されるように電動モータ６２の駆動を制御する。

一方、最大リフト量ＶＬの変更が終了したときの当該最大リフト量ＶＬの値が判定値α以上の値になっている場合には（時刻ｔ２）、その最大リフト量ＶＬが周期的に変動するように電動モータ６２を往復動させる揺らぎ制御を実行する。

このように、バルブスプリング１１の反力が比較的大きくなる状態において、最大リフト量ＶＬの変更が終了してサンシャフト１１０の雄ねじ１１３とプラネタリシャフト１３０のねじ１３３との接触箇所が変化しなくなる状態になるときには、その接触箇所が変化するように電動モータ６２を往復動させるようにしている。こうした往復動により、大きな押圧力が同一の接触箇所に付与されることが抑えられ、これによりプラネタリシャフト１３０のねじ１３３についてその局部的な摩耗が抑えられることとなる。

なお、電動モータ６２が往復動されて最大リフト量ＶＬが増減されると内燃機関の吸入空気量は変化するが、最大リフト量ＶＬが上記判定値α以上になっているときには吸入空気量がある程度以上多くなっており、そうした状態においては最大リフト量ＶＬの変化に対する吸入空気量の変化割合は少なくなる。従って、電動モータ６２の往復動によって吸入空気量が変化するとしても、その変化量が機関運転状態に悪影響を与えない程度の量となるように電動モータ６２を往復動させることは可能である。

図７に、上記揺らぎ制御の処理手順を示す。なお、この処理は上記制御装置２００によって所定周期毎に繰り返し実行される。
本処理が開始されるとまず、機関運転状態の変化に伴う最大リフト量ＶＬの変更途中であるか否かが判定される（Ｓ１００）。ここでは、機関運転状態が変化して目標最大リフト量ＶＬｐが変更され、その変更された目標最大リフト量ＶＬｐに向けて最大リフト量ＶＬが変更されている最中であるか否かが判断される。

そして、最大リフト量ＶＬの変更途中である場合には（Ｓ１００：ＹＥＳ）、現在の可変動弁機構２０の作動状態が最大リフト量ＶＬの変更途中であり、サンシャフト１１０の雄ねじ１１３とプラネタリシャフト１３０のねじ１３３との接触箇所は、電動モータ６２の回転によって変化している。そのため、ねじ１３３に局部的な摩耗が生じるおそれはないとして、本処理は一旦終了される。

一方、最大リフト量ＶＬの変更途中ではない場合には（Ｓ１００：ＮＯ）、目標最大リフト量ＶＬｐに向けての最大リフト量ＶＬの変更は終了しているため、サンシャフト１１０の雄ねじ１１３とプラネタリシャフト１３０のねじ１３３との接触箇所が変化しなくなる状態となっていると判断される。

次に、変更の完了した最大リフト量ＶＬが上記判定値α以上であるか否かが判定される（Ｓ１１０）。そして、最大リフト量ＶＬが判定値αに満たない場合には（Ｓ１１０：ＮＯ）、現在発生している反力程度では、ねじ１３３に摩耗が生じるおそれはないとして、本処理は一旦終了される。

一方、最大リフト量ＶＬが判定値α以上である場合には（Ｓ１１０：ＹＥＳ）、サンシャフト１１０の雄ねじ１１３とプラネタリシャフト１３０のねじ１３３との接触箇所が変化しなくなる状況にあって、バルブスプリング１１の反力が大きくなっているため、ねじ１３３に局部的な摩耗が生じるおそれがある。そこで、電動モータ６２を往復動させるための上記揺らぎ制御が行われて（Ｓ１２０）、本処理は一旦終了される。

この揺らぎ制御が実行されると、図８に示すように、目標最大リフト量ＶＬｐが周期的に増減される。このように目標最大リフト量ＶＬｐが増減されると、その目標最大リフト量ＶＬｐの変化に追従して最大リフト量ＶＬが変化するように電動モータ６２は駆動される。この場合、電動モータ６２は、最大リフト量ＶＬが増減するように往復動されるため、サンシャフト１１０の雄ねじ１１３とプラネタリシャフト１３０のねじ１３３との接触箇所が変化するようになる。従って、バルブスプリング１１の反力に起因する大きな押圧力が同一の接触箇所に付与されるといったことが抑えられ、これによりねじ１３３における局部的な摩耗の発生が抑えられるようになる。

上記揺らぎ制御による目標最大リフト量ＶＬｐの周期的な増減に際しては、機関運転状態に基づいて設定された目標最大リフト量ＶＬｐを中心にして、最大リフト量ＶＬが大きくなる側と小さくなる側とに交互に変化するように、目標最大リフト量ＶＬｐは増減される。より具体的には、目標最大リフト量ＶＬｐを振幅量ＡＭをもって変動させるようにしており、最大リフト量ＶＬが大きくなる側に目標最大リフト量ＶＬｐを変化させるときの最大変更量は「振幅量ＡＭ／２」とされている。同様に、最大リフト量ＶＬが小さくなる側に目標最大リフト量ＶＬｐを変化させるときの最大変更量も「振幅量ＡＭ／２」とされている。このようにして目標最大リフト量ＶＬｐが増減されることにより、電動モータ６２の往復動に伴って変化する吸入空気量についてその平均値は、揺らぎ制御を行わない場合にあって最大リフト量ＶＬが一定の目標最大リフト量ＶＬｐに保持されるときに得られる吸入空気量に極力近づくようになる。

また、上記振幅量ＡＭは、次のような値に設定されている。すなわち、電動モータ６２の往復動によって、プラネタリシャフト１３０が同一方向に少なくとも１回転以上自転するようにすれば、プラネタリシャフト１３０の外周はサンシャフト１１０に対して少なくとも１周以上回転するようになり、プラネタリシャフト１３０のねじ１３３に生じる局部的な摩耗を適切に抑えることができる。そこで、上記振幅量ＡＭとしては、プラネタリシャフト１３０が１回転自転するのに要する値に若干の余裕代を加算した量が設定されている。

また、目標最大リフト量ＶＬｐを周期的に増減させるときの変動周期ｆは、次のような点を考慮して設定されている。まず、目標最大リフト量ＶＬｐの変動に追従するように最大リフト量ＶＬは変更されるのであるが、変動周期ｆが速すぎると電動モータ６２の往復動の速度が速くなるため、電動モータ６２自体や電動モータ６２に供給される電力を制御する装置等の温度が過度に上昇してしまうおそれがある。逆に、変動周期ｆが遅すぎると、サンシャフト１１０の雄ねじ１１３とプラネタリシャフト１３０のねじ１３３との接触箇所が変化する速度は過度に遅くなり、ねじ１３３の局部的な摩耗を十分に抑えることができなくなるおそれがある。従って、上記変動周期ｆとしては、上述したような電動モータ６２等の過熱を抑えつつ、ねじ１３３の局部的な摩耗を十分に抑えることができる程度の周期に設定されている。

以上説明したように、本実施形態によれば、次のような作用効果を得ることができる。
（１）外周面に雄ねじ１１３が設けられたサンシャフト１１０と、内周面に雌ねじ１２３が設けられたナット１２０と、上記雄ねじ１１３及び上記雌ねじ１２３に螺合するねじ１３３が設けられたプラネタリシャフト１３０とを有し、ナット１２０の回転運動をサンシャフト１１０の直線運動に変換する回転直動変換機構１００を備えるようにしている。また、ナット１２０を回転させる電動モータ６２を備えるとともに、そのナット１２０の回転に伴って変化するサンシャフト１１０の位置に応じて吸気バルブ１０の最大リフト量ＶＬを変更する可変動弁機構２０を備えるようにしている。そして、最大リフト量ＶＬが機関運転状態に基づいて設定される目標最大リフト量ＶＬｐとなるように電動モータ６２の駆動を制御するようにしている。こうした構成を備える可変動弁機構２０の制御装置において、機関運転状態の変化に伴う最大リフト量ＶＬの変更が終了したときの当該最大リフト量ＶＬの値が判定値αを超えている場合には、電動モータ６２を往復動させるようにしている。従って、バルブスプリング１１の反力が比較的大きくなる状態において、サンシャフト１１０の雄ねじ１１３とプラネタリシャフト１３０のねじ１３３との接触箇所が変化しなくなる状態になるときには、その接触箇所が変化するように電動モータ６２が駆動される。そのため、大きな押圧力が同一の接触箇所に付与されることを抑えることができ、これにより可変動弁機構２０を駆動する回転直動変換機構１００のねじ部についてその局部的な摩耗を抑えることができるようになる。

（２）電動モータ６２を往復動させる際には、目標最大リフト量ＶＬｐを周期的に増減させるようにしている。従って、そうした目標最大リフト量ＶＬｐの増減量に合わせて電動モータ６２を往復動させることができるようになる。

（３）機関運転状態に基づいて設定された目標最大リフト量ＶＬｐを中心にして最大リフト量ＶＬが大きくなる側と小さくなる側とに交互に変化するように電動モータ６２を往復動させるようにしている。従って、電動モータ６２の往復動に伴って変化する吸入空気量についてその平均値を、そうした往復動を行わない場合にあって最大リフト量ＶＬが一定の目標最大リフト量ＶＬｐに保持されるときに得られる吸入空気量に極力近づけることができるようになる。

（４）電動モータ６２を往復動させる際には、プラネタリシャフト１３０が少なくとも１回転以上自転するようにその往復動の量を設定するようにしている。従って、プラネタリシャフト１３０のねじ１３３に生じる局部的な摩耗を適切に抑えることができるようになる。

なお、上実施形態は以下のように変更して実施することもできる。
・上記実施形態では、揺らぎ制御の実行時にあって電動モータ６２を往復動させるために、目標最大リフト量ＶＬｐを周期的に増減させるようにした。この他、目標最大リフト量ＶＬｐについては機関運転状態に基づいて設定された一定の値に維持しつつ、最大リフト量ＶＬを目標最大リフト量ＶＬｐに保持するために電動モータ６２に供給される保持電力を周期的に増減させるようにしてもよい。例えば、図９に示すように、最大リフト量ＶＬを目標最大リフト量ＶＬｐに保持するために必要な保持デューティ比ＨＤを、所定値Ａだけ増加させた後、所定値Ｂだけ減少させるといった処理を繰り返し行うようにしてもよい。この場合にも、揺らぎ制御の実行時にあって電動モータ６２を往復動させることができる。

ちなみに、電動モータ６２に供給される電圧や電流を変更することで同電動モータ６２の駆動を制御する場合には、揺らぎ制御の実行時にあって、電圧や電流を周期的に増減させることにより、電動モータ６２を往復動させることができる。

・上記実施形態では、上記揺らぎ制御の実行条件として、最大リフト量の実値（最大リフト量ＶＬ）が判定値α以上であることを条件の１つにした。ここで、機関運転状態の変化に伴う最大リフト量の変更が終了したときには、最大リフト量の実値がその目標値である目標最大リフト量ＶＬｐと一致する。そこで、最大リフト量の実値に代えて、目標最大リフト量ＶＬｐが上記判定値α以上であることを、揺らぎ制御の実行条件の１つにするようにしてもよい。

この場合には、例えば、図１０に示す揺らぎ処理のように、まず、機関運転状態に基づいて設定された目標最大リフト量ＶＬｐが上記判定値α以上であるか否かを判定する（Ｓ２００）。そして、目標最大リフト量ＶＬｐが判定値α以上である場合には（Ｓ２００：ＹＥＳ）、上記ステップＳ１００と同様な処理、すなわち機関運転状態の変化に伴う最大リフト量ＶＬの変更途中であるか否かを判定する（Ｓ２１０）。そして、最大リフト量ＶＬの変更途中ではない場合には（Ｓ２１０：ＮＯ）、上記揺らぎ制御を実行する（Ｓ２２０）、といった処理手順を採用することも可能である。

・揺らぎ制御により目標最大リフト量ＶＬｐを周期的に増減させる際には、最大リフト量ＶＬが大きくなる側に目標最大リフト量ＶＬｐを変化させるときの最大変更量と、最大リフト量ＶＬが小さくなる側に目標最大リフト量ＶＬｐを変化させるときの最大変更量とが同じになるようにした。この他、最大リフト量ＶＬが大きくなる側に目標最大リフト量ＶＬｐを変化させるときの最大変更量と、最大リフト量ＶＬが小さくなる側に目標最大リフト量ＶＬｐを変化させるときの最大変更量とを異ならせるようにしてもよい。この場合でも、少なくともねじ１３３の局部的な摩耗の発生についてはこれを抑えることができる。

・揺らぎ制御の実行に際しては、プラネタリシャフト１３０が少なくとも１回転以上自転するように電動モータ６２を往復動させるようにした。
この他、プラネタリシャフト１３０が少なくとも１回転以上公転するように電動モータ６２を往復動させるようにしてもよい。すなわち、上記振幅量ＡＭとして、プラネタリシャフト１３０が１回転公転するのに要する値に若干の余裕代を加算した量を設定するようにしてもよい。この場合には、電動モータ６２が往復動されることにより、サンシャフト１１０の外周をプラネタリシャフト１３０が少なくとも１周以上回転するようになる。そのため、サンシャフト１１０の雄ねじ１１３に生じる局部的な摩耗を適切に抑えることができるようになる。

また、上記実施形態のように、サンシャフト１１０の円周方向に等角度にてプラネタリシャフト１３０が複数配設されている場合には、図１１に示すように、プラネタリシャフト１３０の配設本数を「ｎ」として、プラネタリシャフト１３０の公転角度が少なくとも「３６０／ｎ」°以上となるように電動モータ６２を往復動させるようにしてもよい。すなわち、上記振幅量ＡＭとして、個々のプラネタリシャフト１３０が「３６０／ｎ」°以上公転するのに要する値に若干の余裕代を加算した量を設定するようにしてもよい。例えば、上記実施形態においては、プラネタリシャフト１３０が少なくとも（３６０／９＝４０°）以上公転するように電動モータ６２を往復動させるようにしてもよい。この場合には、電動モータ６２が往復動されて、個々のプラネタリシャフト１３０が少なくとも「３６０／ｎ」°以上公転されることにより、サンシャフト１１０の雄ねじ１１３と個々のプラネタリシャフト１３０のねじ１３３とが接触する接触箇所は、同雄ねじ１１３の外周全体において変化するようになる。従って、サンシャフト１１０の雄ねじ１１３に生じる局部的な摩耗を適切に抑えることができるようになる。また、この場合には、上述したようにプラネタリシャフト１３０を少なくとも１回転以上公転させる場合と比較して、振幅量ＡＭが小さくなるため、揺らぎ制御実行中の最大リフト量ＶＬの変化量も小さくなる。従って、揺らぎ制御実行中の吸入空気量の変化量をより小さくすることも可能である。

・上記回転直動変換機構１００が備えるプラネタリシャフト１３０の本数は、適宜変更することができる。
・上記回転直動変換機構１００では、ナット１２０とプラネタリシャフト１３０とが噛み合う歯車と、プラネタリシャフト１３０とサンシャフト１１０とが噛み合う歯車とをそれぞれ設けるようにしたが、そうした歯車を省略するようにしてもよい。

・上記位置センサ６４は、磁気変化を利用して電動モータ６２のロータの回転位相変化を検出する磁気センサであったが、この他のセンサ（例えば光学式のセンサ等）を用いるようにしてもよい。

・電動モータ６２のロータの回転位相変化に基づいてコントロールシャフト２１の移動量を検出するようにしたが、コントロールシャフト２１の移動量を直接検出するようにしてもよい。

・上記可変動弁機構２０は、電動モータ６２で駆動される機構であったが、この他のアクチュエータで可変動弁機構２０が駆動される場合であっても、本発明は同様に適用することができる。

・上記実施形態では、可変動弁機構２０にて吸気バルブ１０のバルブ特性を変更するようにしたが、排気バルブ１５のバルブ特性を変更する場合、あるいは吸気バルブ１０及び排気バルブ１５のバルブ特性を変更する場合にも同様に適用することができる。

本発明にかかる制御装置を具体化した一実施形態にあって、これが適用される内燃機関の吸・排気弁駆動機構の構成を説明する縦断面図。 同実施形態における吸・排気弁駆動機構の配置構造を示す平面図。 同実施形態における可変動弁機構の破断斜視図。 同実施形態における回転直動変換の破断斜視図。 同実施形態における回転直動変換機構についてその軸方向に直交する断面図。 同実施形態の揺らぎ制御による最大リフト量の変化態様を示すタイミングチャート。 同実施形態における揺らぎ処理の手順を示すフローチャート。 図５のＺ部拡大図。 同実施形態の変形例における保持デューティ比の変化態様を示すタイムチャート。 同実施形態の変形例における揺らぎ処理の手順を示すフローチャート。 同実施形態の変形例において電動モータの往復動量を示すための回転直動変換機構の断面図。

符号の説明

２…シリンダヘッド、５…吸気カムシャフト、６…吸気用カム、７…排気カムシャフト、８…排気用カム、１０…吸気バルブ、１０ａ…リテーナ、１１…バルブスプリング、１２…ロッカアーム、１２ａ…ローラ、１３…ラッシュアジャスタ、１４…スプリング、１５…排気バルブ、１５ａ…リテーナ、１６…バルブスプリング、１７…ラッシュアジャスタ、１８…ロッカアーム、１８ａ…ローラ、２０…可変動弁機構、２１…コントロールシャフト、２２…支持パイプ、２２ａ…長孔、２３…入力部、２３ａ…ヘリカルスプライン、２３ｂ…ローラ、２４…出力部、２４ａ…ヘリカルスプライン、２６…スライダギア、２６ａ…ヘリカルスプライン、２６ｂ…ヘリカルスプライン、２７…係止ピン、２８…ブッシュ、２８ａ…貫通孔、２９…溝、４０…吸気弁駆動機構、４５…排気弁駆動機構、６２…電動モータ、６３…駆動回路、６４…位置センサ、７０…アクセルセンサ、７１…クランク角センサ、１００…回転直動変換機構、１１０…サンシャフト、１１１…平歯車、１１２…平歯車、１１３…雄ねじ、１２０…ナット、１２１…リングギア、１２２…リングギア、１２３…雌ねじ、１３０…プラネタリシャフト、１３１…平歯車、１３２…平歯車、１３３…ねじ、２００…制御装置。

Claims (7)

1. 外周面にねじが設けられたサンシャフトと、内周面にねじが設けられたナットと、前記サンシャフトの外周面と前記ナットの内周面との間に介在されて前記サンシャフトのねじ及び前記ナットのねじに螺合するねじが設けられたプラネタリシャフトとを有し、前記ナットの回転運動を前記サンシャフトの直線運動に変換する回転直動変換機構と、前記ナットを回転させるアクチュエータと、前記ナットの回転に伴って変化する前記サンシャフトの位置に応じて機関バルブの最大リフト量を変更する可変動弁機構とを備え、前記最大リフト量が機関運転状態に基づいて設定される目標値となるように前記アクチュエータの駆動を制御する制御装置であって、
   機関運転状態の変化に伴う前記最大リフト量の変更が終了したときの当該最大リフト量の値が所定値を超えている場合には前記アクチュエータを往復動させる
   ことを特徴とする可変動弁機構の制御装置。
2. 前記往復動の実行に際しては、前記目標値が周期的に増減される
   請求項１に記載の可変動弁機構の制御装置。
3. 前記アクチュエータは電動モータであって、
   前記往復動の実行に際しては、前記最大リフト量を前記目標値に保持するために前記電動モータに供給される保持電力が周期的に増減される
   請求項１に記載の可変動弁機構の制御装置。
4. 前記往復動は、前記目標値を中心にして前記最大リフト量が大きくなる側と小さくなる側とに交互に変化するように行われる
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の可変動弁機構の制御装置。
5. 前記往復動は、前記プラネタリシャフトが少なくとも１回転以上自転するように行われる
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の可変動弁機構の制御装置。
6. 前記往復動は、前記プラネタリシャフトが少なくとも１回転以上公転するように行われる
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の可変動弁機構の制御装置。
7. 前記プラネタリシャフトは、前記サンシャフトの円周方向に等角度にて複数配設されており、その配設本数を「ｎ」とした場合に、前記往復動は、前記プラネタリシャフトの公転角度が少なくとも「３６０／ｎ」°以上となるように行われる
   請求項１から４のいずれか１項に記載の可変動弁機構の制御装置。

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