JP2009008050A - 内燃機関の可変動弁装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、小バルブリフト領域の制御応答性を確保しながら、伝達機構のギヤ同士の打音の発生が効果的に抑えられる内燃機関の可変動弁装置を提供する。
【解決手段】本発明の可変動弁装置は、バルブ駆動出力を連続的に可変制御する可変範囲の一部において、伝達機構８２のギヤ８３にバックラッシュを詰める付勢力を与えるバックラッシュ詰め機構１００を設けた。同構成により、大きな打音が発生しやすい可変領域だけ、伝達機構８２のギヤ８３，８４間のバックラッシュを詰め、他部可変領域ではバックラッシュを詰める付勢力から開放させて、制御応答性を確保しながら、伝達機構８２のギヤ同士の打音の発生を抑えるようにした。
【選択図】図２

Description

本発明は、吸気バルブや排気バルブを駆動するバルブ駆動出力を連続的に制御する内燃機関の可変動弁装置に関する。

自動車に搭載されるレシプロ式のエンジン（内燃機関）では、エンジンの排出ガスの対策やポンピングロスの改善を図るために、シリンダヘッドに、少なくとも吸気バルブのバルブ特性を連続的に制御する可変動弁装置を搭載することが行われる。
こうした可変動弁装置の多くは、吸入空気量の調整を担うために、少なくともバルブリフト量を連続的に変化させる可変動弁機構が用いられる。多くは、カムシャフトに形成されている吸気用カムのカム変位を受けてバルブ駆動出力を出力させる構造と、得られるバルブ駆動出力（バルブリフト量や開閉タイミングや開弁期間など）を、制御シャフトから入力される回動変位にしたがい連続的に可変させる構造とを組み合わせた装置が用いられる（例えば特許文献１を参照）。

特に、可変動弁機構では、バルブ反力に勝る駆動力でバルブ駆動出力の可変が行えるよう、制御シャフトの回動変位には、電動モータなど駆動源から出力される制御回転を伝達機構、例えばウォームギヤ機構といったギヤの噛合いを用いた減速機構を用いて、高トルクの出力で制御シャフトを駆動することが行われる（特許文献２を参照）。
ところで、ギヤの噛合いには、円滑にギヤ歯を噛み合わせるためのバックラッシュが設定されている。このバックラッシュは、ギヤ同士の打音を抑えるよう適切に設定される。しかし、可変動弁機構の場合、伝達機構には、可変動弁機構を通じて吸気バルブ側からバルブ反力が作用する。バルブ反力は、バルブ開閉に伴い変動するだけでなく、高バルブリフトになるほど大きい。しかも、高バルブリフトが多用されるエンジンの高回転数域は、高速で伸縮を繰り返すバルブスプリングや高速回転によるバルブ振動などの影響が作用するために、他の領域に比べ、大きな打音が発生しやすい。

このため、可変動弁機構は、他の機構とは異なり、かなり大きなギヤの打音が発生しやすい。
一般のギヤを用いた伝達構造では、このような場合、こうした打音の発生を抑制するためにバックラッシュを詰める構造を設けることが行われる。
そこで、可変動弁装置でも、例えば特許文献２にも開示されているようにコイルスプリングを用いて、常時、一方のギヤを、該ギヤと噛合う他方のギヤへ付勢して、ギヤ歯間のバックラッシュを詰める技術が用いられている。
特開２００５−２９９５３６号公報 特開２００７− ２６８６号公報

ところで、実用上、可変動弁装置の制御の応答性は、バルブリフトが大リフトで制御されているエンジンの高負荷、高回転運転時よりも、小リフトで制御されている中・低負荷、中・低回転運転時の応答性が求められる。特に小バルブリフト領域における制御の応答性は、重要であり、ドライバーの要求や制御部の指令に素早く対応したり、刻々と変わる運転環境の変化に伴うエンジン回転の不安定も抑制することが求められる。

ところが、特許文献２のように可変範囲の全域で、バックラッシュを詰める付勢力を加えると、高バルブリフト領域はその付勢力によりギヤ同士の打音の発生は抑えられるものの、小バルブリフト領域ではその付勢力が可変制御に影響を与える。具体的には、バックラッシュを詰める付勢力が、細かな可変制御応答性が求められる制御シャフトを動きにくくしてしまう。この結果、小バルブリフト領域での制御応答性を低下させてしまう。

通常、この対策として、小バルブリフト領域の制御応答性を高めるために、制御回転を出力する電動モータ（駆動源）を、出力の大きなモータに変更する措置が講じられる。
しかし、これでは、小バルブリフト領域の制御応答性が高められるものの、大型の電動モータの使用が余儀なくされるために、かなりのコストの負担が強いられる。しかも、同電動モータの採用は、可変動弁装置の高重量化や大型化をきたし、ＮＶＨや搭載の問題となる。

そこで、本発明の目的は、小バルブリフト領域の制御応答性を確保しながら、伝達機構のギヤ同士の打音の発生が効果的に抑えられる内燃機関の可変動弁装置を提供することにある。

請求項１に記載の発明は、上記目的を達成するために、バルブ駆動出力を可変制御する可変範囲の一部において、伝達機構のギヤにバックラッシュを詰める付勢力を与えるバックラッシュ詰め手段を設けた。
同構成により、大きな打音が発生しやすい可変領域だけ、伝達機構のギヤ同士間のバックラッシュを詰めるのを可能とする。

請求項２に記載の発明は、可変範囲の他部において、バックラッシュ詰め手段による付勢力を与えなくともよいように、バルブリフトによる最大荷重が制御シャフトを一方向に回動するように設定した。
請求項３に記載の発明は、効果的に、打音発生の抑制と制御応答性の向上とを両立させるよう、バックラッシュ詰め手段には、低バルブリフト〜高バルブリフト範囲のうちの高バルフリフト域において、バックラッシュを詰める付勢力を与える構成を採用した。

請求項４に記載の発明は、簡単な構成でバックラッシュ詰め手段がすむよう、伝達機構は、制御シャフトに設けたウォームホイールギヤと、ウォームホイールギヤと噛合い、制御回転をウォームホイールギヤへ伝えるウォームシャフトギヤとを有したウォームギヤ減速機構で構成し、バックラッシュ詰め手段には、高バルブリフト域に設定されると、付勢力を高めながら、ウォームホイールギヤのギヤ歯をウォームシャフトギヤのギヤ歯へ押し付ける押圧機構部を採用した。

請求項５に記載の発明は、一層、簡単な構造ですむよう、押圧機構部には、ウォームホイールギヤの回動支点部に巻回され、高バルブリフト域に設定されると、ウォームホイールギヤの回動変位に追従して縮む方向へ弾性変位し、ウォームホイールギヤのギヤ歯をウォームシャフトギヤのギヤ歯に押し付けるトグルばね部材を有した構成を採用した。

請求項１の発明によれば、大きな打音が発生しやすい一部の可変領域のときだけ、伝達機構にバックラッシュを詰める付勢力を作用させることが可能となる。これにより、一部以外の可変領域は、バックラッシュを詰める付勢力から開放される。
したがって、可変動弁装置における制御応答性を確保しながら、伝達機構のギヤ同士の打音の発生を抑えることが可能となる。しかも、可変動弁機構は、別途、大容量の駆動源を用いずにすむので、可変動弁装置の軽量化およびコンパクト化が確保できる。

請求項２の発明によれば、可変領域の他部においてバルブリフトによる最大荷重が制御シャフトを一方向に回動させる設定としたため、制御シャフトが反対方向に回動することを抑制し、バックラッシュを詰める付勢力を作用させずとも、ギヤ同士の打音の発生を抑えることができる。
請求項３の発明によれば、高バルブリフト域だけを重点に、バックラッシュを詰める付勢力を作用させる構成としたことにより、効果的に、ギヤ同士における打音の発生防止と、小バルブリフト領域における制御応答性の向上とが図れる。

請求項４の発明によれば、バックラッシュ詰め手段は、制御シャフトの駆動に有利でかつ部品点数が少なくてすむウォーム減速機構に押圧機構部を組み付ける構造を採用することにより、簡単な構成ですむ。
請求項５の発明によれば、バックラッシュ詰め手段は、トグルばね部材をウォームホイールギヤの回動支点部に巻回するという構成でよく、一層、簡単な構造ですむ。

以下、本発明を図１〜図１０および図１３に示す第１の実施形態にもとづいて説明する。
図１は、内燃機関、例えば直列４気筒レシプロ式ガソリンエンジンの本体の斜視図、図２は図１中のＡ−Ａ線に沿う断面図、図３は図１中のロッカカバー、タイミングチェーンカバーを取り外したエンジンの斜視図、図４は図３中の動弁系を取り外した分解斜視図、図５は図３中のＢ−Ｂ線に沿う可変動弁装置の断面図、図６は図３中のＣ−Ｃ線に沿う可変動弁装置の断面図、図７〜図１０はバックラッシュを詰める各部の構造をそれぞれ示している。

図１中１は、エンジン本体を構成するシリンダブロック、２は同じくシリンダブロック１の上部に搭載されたシリンダヘッド、３は同じくシリンダヘッド２の上方を覆うロッカカバー、４は同じくシリンダブロック１の下部に設けられたオイルパン、１ａはシリンダブロック１の前部に設けられたタイミングチェーンカバーである。
シリンダブロック１には、図５に示されるようにエンジンの前後方向に沿って４つの気筒６（一部だけ図示）が形成されている。これら気筒６には、ピストン７がそれぞれ往復動可能に収めてある。これらピストン７が、コンロッド８、クランクピン９ａを介して、シリンダブロック１の前後方向に配設されたクランクシャフト９に連結され、ピストン７から伝わる往復運動が回転運動に変換されながらクランクシャフト９へ出力されるようにしている。

シリンダヘッド２の下面には、図５に示されるように４つの気筒６にならってそれぞれ燃焼室１１が形成されている。これら燃焼室１１の両側には、一対の吸気ポート１２、一対の排気ポート１３（いずれも片側だけ図示）が形成してある。シリンダヘッド２の上部中央は前後方向に渡り凹んでいる。そして、凹部２ａの両側がそれぞれ側方に張り出している。また燃焼室１１の両側には、気筒６毎に、吸気ポート１２を開閉する吸気バルブ１４、排気ポート１３を開閉する排気バルブ１５が設けられている。なお、吸気バルブ１４、排気バルブ１５は、いずれもバルブスプリング１６（図５のみに図示）によって閉じる方向へ付勢される常閉式である。

シリンダヘッド２の上部に形成された凹部２ａには、図２〜図６に示されるようにＳＯＨＣ式の動弁機構で構成される可変動弁装置２０が搭載されている。この可変動弁装置２０はロッカカバー３内に収められている。可変動弁装置２０には、カムシャフト２６と共に、吸気バルブ１４のバルブ特性を連続的に可変する可変動弁機構２１と、排気バルブ１５を通常の一義的に開閉させるロッカアーム機構２２とを１つに集約してユニットにした構造が用いられている。

すなわち、可変動弁装置２０を説明すると、図１〜図６中２５は保持部材、２６はカムシャフト、２７は排気用ロッカシャフト、２８は吸気用ロッカシャフトを兼ねる制御シャフト、２９は支持シャフトである。各シャフト２６〜２９は、いずれもエンジンの前後方向に延びたシャフト部材で形成される。このうちカムシャフト２６には、図５の一部に示されるように気筒毎に、カム群、例えば吸気用カム２６ａ（本願のバルブ駆動用カムに相当）と、その両側に配置された一対の排気用カム２６ｂ（図５に一部だけ図示）といった３つのカムが形成されている。

保持部材２５は、シリンダヘッド２の上部の各地点、例えば気筒列の最前部、気筒間、最後部にそれぞれ配置される。保持部材２５は、いずれも図６に示されるようにホルダ部３２と、同ホルダ部３２の下端部に組付くキャップ部３３との組み合わせから構成される。そして、カムシャフト２６は、各ホルダ部３２の下端面に形成されたジャーナル面と、キャップ部３３の上面に形成されたジャーナル面との間に挟み込まれて回転自在に支持される。制御シャフト２８は、各ホルダ部３２の中段の吸気側（幅方向一側）で回転自在に支持される。排気用ロッカシャフト２７は、各ホルダ部３２の中段の制御シャフト２８とは反対となる排気側（幅方向他一側）で固定される。さらに支持シャフト２９は、各ホルダ部３２の上部で固定される。各ホルダ部３２の両側には、図６に示されるように排気用ロッカシャフト２７、制御シャフト２８の近辺の地点に位置して、一対の固定座３４が形成される。こうした構造により、シリンダヘッド２に搭載可能なフレームを形成している。

同フレームには、気筒毎に、可変動弁機構２１とロッカアーム機構２２が組み付いている。可変動弁機構２１には、いずれも例えば図５に示されるようにロッカアーム４０、スイングカム５０（揺動カム）、センタロッカアーム６０（伝達アーム）を組み合わせた構造が用いられている。
すなわち、図３および図４に示されるようにロッカアーム４０は、二股に分かれたアーム部材が用いられる。このアーム部材の中央部が図５に示されるように制御シャフト２８に回動自在に支持され、アーム部材の先端部に設けたアジャストスクリュ部４１をフレームの側方へ張り出させ、アーム部材の基端部に設けたニードルローラ４２を支持シャフト２９側へ配置させている。

スイングカム５０は、図３〜図５に示されるように一端部が支持シャフト２９に回動自在に支持され、他端部がロッカアーム４０のニードルローラ４２に向かって突き出る揺動カム部材で形成される。他端面に形成されているカム面５１は、ニードルローラ４２と転接する。揺動カム部材の下部には滑りローラ５２が回転自在に組み込まれている。
センタロッカアーム６０は、図５に示されるように吸気用カム２６ａ、制御シャフト２８、滑りローラ５２で囲まれる地点に配置される。センタロッカアーム６０は、上方の滑りローラ５２へ向かうアーム部６１と、横方向となる制御シャフト２８直下へ向かうアーム部６２とにより、Ｌ形に形成される。アーム部６１の先端面に形成されている斜面６１ａ（例えば制御シャフト側が低、支持シャフト側が高の面）は、スイングカム５０の滑りローラ５２と転接する。アーム部６１，６２の交差する部分に支持されている滑りローラ６３は、吸気用カム２６ａのカム面と転接し、バルブ駆動出力となる吸気用カム２６ａのカム変位がアーム部６１を通じて、スイングカム５０へ出力されるようにしている。アーム部６２端に屈曲自在に支持されているピン部６４は、制御シャフト２８に形成されている通孔６５に回動自在に差し込まれている。この差込みにより、センタロッカアーム６０は、屈曲点を支点として揺動自在に支持される。このセンタロッカアーム６０の組み込み構造により、制御シャフト２８が回動変位すると、センタロッカアーム３５は、吸気用カム２６ａとの転接位置を変更しながら、カムシャフト１６と交差する方向（進角方向や遅角方向）へ変位する。

この変位により、センタロッカアーム６０から出力されるバルブ駆動出力、例えば吸気バルブ１４のバルブリフト量や開閉タイミングが、同時に連続的に可変される。すなわち、カム面５１は、上部側が吸気用カム２６ａのベース円に相当するベース円区間とし、下部側がベース円区間に連続したリフト区間（吸気用カム２６ａのリフト域のカム形状に相当）としてある。これにより、センタロッカアーム６０の滑りローラ６３が吸気用カム２６ａの進角方向あるいは遅角方向へ変位すると、スイングカム５０の姿勢が変化して、ニードルローラ４２が揺動するカム面５１の領域が変化する。つまり、ニードルローラ４２が揺動するベース区間とリフト区間の比率が変わる。この進角方向の位相変化、遅角方向の位相変化を伴うベース区間、リフト区間の比率の変化を用いて、吸気バルブ１４のバルブリフト量が、吸気用カム２６ａの頂部のカム形状がもたらす低バルブリフトから、吸気用カム２６ａの頂部から基端部までのカム形状がもたらす高バルブリフトまで連続的に可変される。また同時に吸気バルブ１４の開閉タイミングは、開弁時期よりも閉弁時期が大きく可変されるようにしてある。

つまり、可変動弁機構２１は、低バルブリフト〜高バルブリフトまでをリフト可変範囲として、バルブリフト量や開閉タイミングが連続的に可変できるようにしてある。なお、通孔６５には、ピン部６４の突出し量を調整するためのねじ部材６６が進退可能に螺挿してある（気筒毎のバルブ開閉時期やバルブリフト量の調整のため）。
ロッカアーム機構２２（排気側）は、図５に示されるように一対のロッカアーム６７をもつ（片側しか図示せず）。この一対のロッカアーム６７は、センタロッカアーム３５の両側に位置し、排気用ロッカシャフト２７に回動自在に支持される。そして、一端部に有るローラ部材（図示しない）を排気用カム２６ｂのカム面に転接させ、他端部に有るアジャストスクリュ部６７ａをフレームの側方へ張り出させている。

こうした各構造により、カムシャフト２６、可変動弁機構２１、ロッカアーム機構２２を１つに集約させている。このユニット化された可変動弁装置２０の各固定座３４が、図４および図６に示されるように凹部２ａ（シリンダヘッド２）の底面から突き出ているボス部１７に設置される。そして、各固定座３４は、図３および図６に示されるように該固定座３４およびシリンダヘッド２を通じて、シリンダブロック１へねじ込まれるシリンダヘッドボルト１８により、シリンダヘッド２と一緒に固定される（共締め）。なお、最前部、最後部の保持部材２５については、別の固定ボルト１８ａでもシリンダブヘッド２に固定してある。

この可変動弁装置２０の搭載により、図５に示されるように各ロッカアーム４０（吸気用）のアジャストスクリュ部４１は、シリンダヘッド２に組み付けてある吸気バルブ１４のステム端に配置され、排気用ロッカアーム６７のアジャストスクリュ部４１は、シリンダヘッド２に組み付けてある排気バルブ１５のステム端に配置される。なお、６８は、スイングカム５０に組み付くプッシャである。同プッシャ６８は、スイングカム５０を介してセンタロッカアーム６０を吸気用カム２６ａへ押し付ける部品である。

またカムシャフト２６の一端部は、例えば図４に示されるようにシリンダヘッド１の凹部２ａを囲う端壁に有る貫通部１ｂを通じて、前方へ突き出る。この突き出たカムシャフト２６の端部には、図１〜図３に示されるようにタイミング部品であるカムスプロケット７０が設けられる。このカムスプロケット７０とクランクシャフト９の一端部に設けたクランクスプロケット７１間に無端状のタイミングチェーン７２が掛け渡され、カムシャフト２６がクランク出力で回転されるようにしている。

図３に示されるようにシリンダヘッド１の最前部には、制御シャフト２８を駆動する駆動装置８０が設けられている。この駆動装置８０は、可変動弁機構２１と共に可変動弁装置２０を構成する装置で、例えば駆動源としての電動モータ８１と、電動モータ８１とは別体な伝達機構、例えばウォームギヤ減速機構８２を組み合わせた構造が用いられる。ウォームギヤ減速機構８２には、例えば扇形のウォームホイールギヤ８３とこれと噛合うウォームシャフトギヤ８４との組み合わせが用いられる。そして、このうちウォームシャフトギヤ８４を含む部分を、ウォームホイールギヤ８３とは別体なウォームシャフトギヤユニット８５としてユニット化してある。

すなわち、扇形のウォームホイールギヤ８３は、図２〜図４に示されるように扇形板状の本体８６の外周縁部に多数のギヤ歯８７を有し、回動中心部に取付座８８を有した板状部品が用いてある。この扇形部品の取付座８８が、最前部のホルダ部３２（保持部材２５）から前方へ突き出ている制御シャフト２８の軸端に固定ボルト８９で固定され、ギヤ歯８７をシリンダヘッド２の上方に配置させている。

ウォームシャフトギヤユニット８５は、例えば図２〜図４に示されるようにフレーム９０をもつ。フレーム９０は、シリンダヘッド２の幅方向に延びるベース部９０ａと、同ベース部９０ａの両端部からシリンダヘッド２の前後方向に延びる一対のアーム部９０ｂを有する。アーム部９０ｂの先端部には、それぞれ軸受面９０ｃ（図２に図示）が形成されている。ウォームシャフトギヤ８４は、中間にウォームギヤ歯８４ａをもつシャフト部８４ｂが用いてある。このシャフト部８４ｂの両端部がそれぞれ軸受面９０ｃで回転自在に支持され、軸受面９０ｃ間にウォームギヤ部８４ｂを配置させている。そして、アーム部９０ｂを突き出るシャフト部８４ｂの一方には、オルダム継手９１を構成する雄部９１ａおよび雌部９１ｂの一方、例えば雄部９１ａが連結してある。またベース部９０ａの両端部には、シリンダヘッド２に搭載するための設置座９２がそれぞれ形成されている。

これら設置座９２が、図４に示されるように固定用ボルト９３を用いて、最前部のホルダ部３２（保持部材２５）の上部、具体的には制御シャフト２８の直上となる部分に形成された受座９４に設置され、ウォームシャフトギヤユニット８５をシリンダヘッド２に横向きに取り付けている。この取り付けの際、図２に示されるようにウォームシャフトギヤ８４がウォームホイールギヤ８３と噛合う。特にウォームシャフトギヤユニット８５は、ウォームシャフトギヤ８４とウォームホイールギヤ８３とが噛合う噛合い部９５の地点より、オルダム継手９１側が低くなるよう、シリンダヘッド２側へ下降させた傾斜姿勢で組み付けてある。これにより、オルダム継手９１の雄部９１ａから入力される制御回転（バルブリフト量や開閉タイミングの要求バルブ特性を定める回転）が、両ギヤ８３，８４の噛合い部９５を通じて、制御シャフト２８へ伝達されるようにしている。これで、例えば図２中の矢印で示されるようにウォームホイールギヤ８３が排気用ロッカシャフト２７側へ向かう方向に回動変位するときは、高バルブリフト側へ制御する制御回転が制御シャフト２８へ伝達され、反対にオルダム継手９１側へ向かう方向に回動変位するときは、低バルブリフト側へ制御する制御回転が制御シャフト２８へ伝達されるようにしてある。

ここで、制御シャフト２８は、可変動弁機構２１の各部の組み付きにより、可変動弁機構２１から伝わるバルブ反力（スプリング反力）が一回転方向、例えば低バルブリフト方向へだけ作用するように設定されている。これにより、ウォームシャフトギヤ８４には、軸方向の一方向にだけしかバルブ反力が作用しない構造にしている。このバルブ反力を受けるために、オルダム継手９１側のシャフト部分にはスラスト受け部９６が設けられている。具体的には、スラスト受け部９６は、フランジ形状に形成され、オルダム継手９１側のアーム部９０ｂと隣接した地点に配置してある。このスラスト受け部９６は、アーム部９０ｂに形成されたスラスト面９７（図２に図示）で摺動自在に受け止められる。これで、バルブ反力がもたらすスラスト力が、オルダム継手９１側へ伝わらないようにしている。

またウォームホイールギヤ８３とウォームシャフトギヤ８４とが噛合う各ギヤ歯８４ａ，８７の向きは、バルブ反力によって、ウォームホイールギヤ８３自身に保持部材２５へ向かわせる力を生じさせる斜め方向の向きに設定されている。これにより、制御シャフト２８は、軸方向一方向にだけスラスト力が作用する構造にしている。また制御シャフト２８に作用するスラスト力（一方向）は、図示しないが制御シャフト２８の一端部、例えばウォームホイールギヤ８３側の端部に形成されたスラスト面と、最前部のホルダ部３２（保持部材２５）の前面に形成されたスラスト受け部とがなす受け構造によって受け止めている。

電動モータ８１は、図２および図３に示されるように通常の回転子と固定子（図示しない）とを組み合わせた電動機本体８１ａが用いられている。すなわち、電動モータ８１には、先端部に円柱形の差込み部８１ｄを有し、胴部に取付用ブラケット８１ｂが取り付けられた電動機部８１ａが用いられる。そして、電動機部８１ａのモータ軸８１ｃが差込み部８１ｄの中央を貫通して前方へ延びている。この前方へ延びたモータ軸８１ｃの先端部に、オルダム継手９１の残る片側の部品、すなわち雌部９１ｂが装着してある。

取付け用ブラケット８１ｂは、シリンダヘッド２の側部に形成されたモータ取付面２ｂ（図２に図示）に対し、取り付け可能なＬ字形のブラケット部材から形成される。また差込み部８１ｄは、図１および図２に示されるようにロッカカバー３の側壁に形成された円筒形の差込み口部３ａに差込み可能な形状をなしている。差込み部８１ｄの外周面には、外周面から外側へ突き出るように環状のオイルシール部材９８が装着されている。

これらの構造を用いて、電動モータ８１はウォームシャフトギヤユニット８５に組み付けてある。すなわち、電動モータ８１は、図２および図３に示されるように差込み口部３ａへ差込み部８１ｄを差し込んで、同差込み口部３ａをガイドとして先端の雌部９１ｂをウォームシャフトギヤユニット８５の雄部９１ａに噛合わせ、その後、取付け用ブラケット８１ｂをシリンダヘッド２のモータ取付け面２ｂにボルト止めすることによって、ウォームシャフトギヤユニット８５に着脱可能に組み付けてある。なお、図２に示されるように差込み部８１ｄは、差込み口部３ａへ差し込むと、オイルシール部材９８だけが差込み口部３ａの内面と弾接し、他の差込み部８１ｄの外周面は差込み口部３ａの内面から離れる。

一方、ウォームギヤ減速機構８２（伝達機構）には、噛合い部９５に生ずるバックラッシュを詰めるバックラッシュ詰め機構１００（本願のバックラッシュ詰め手段、押圧機構部に相当）が組み込まれている。このバックラッシュ詰め機構１００には、低バルブリフト〜高バルブリフトまでのリフト可変範囲のうちの一部だけにバックラッシュを詰める付勢力を与える構造が用いられている。具体的には、高バルブリフト域だけに付勢力を付与する構造が用いてある。同バックラッシュ詰め機構１００の構造が図７〜図１１に示されている。

同構造には、図７〜図９に示されるように制御シャフト２８の駆動に有利（高トルク）で、かつ部品点数が少なくてすむという機能をもつウォーム減速機構８２に、コンパクトにトグルばね部材１０１を組み付けた構造が用いられている。すなわち、図８に示されるようにトグルばね部材１０１は、例えば素線を環状に複数状巻回して、素線の両端部１０１ａを直径方向へ並行に突き出したスプリング部品で、自由状態（端部１０１ａに外力が加わらない状態）から、片方の端部１０１ａに外力を加えると、巻回したコイル部分１０１ｂがねじれ方向に弾性変位して、弾性変位に応じたスプリング力が発生する。このトグルばね部材１０１のコイル部分１０１ｂが、図７に示されるようにウォームホイールギヤ８３の回動支点部、例えばウォームホイールギヤ８３の取付座８８の裏面に形成された環状のボス部８８ａ（制御シャフト端と突き当たる部分をなす）の周りに巻回されるように組み付く。そして、ウォームホイールギヤ８３の回動方向に並行に配置される両端部１０１ａのうちの一方、例えば電動モータ８１側の端部１０１ａが、ウォームホイールギヤ８３の本体８６の裏面に固定、ここでは例えば裏面に形成した固定孔８６ａに差込むことによって固定してある。また残る端部１０１ａは、取付座８８の裏面で、コイル部分１０１ｂの一部（下側）を囲うように形成した円弧形の壁部８８ｂにより係止され、トグルばね部材１０１の全体をほぼ自由状態に保たせている。この残る端部１０１ｂが、外力を受ける外力入力部１０３となる。

この外力入力部１０３に対応して、図２および図７に示されるように保持部材２５のうち、ウォームホイールギヤ８３に臨む面をなす、ホルダ部３２の前面には、当該端部１０１ｂと当接可能な当接部１０４が設けられている。当接部１０４は、例えばホルダ部３２の前面から突き出た突起から形成される。同当接部１０４は、所定の地点、具体的には低バルブリフト〜高バルブリフトまでのリフト可変範囲内を回動変位するウォームホイールギヤ８３のうち、例えばバルブ反力の小さい低バルブリフト域や中バルブリフト域では、外力入力部１０３（端部１０１ｂ）と当接せず、図１０に示されるようにバルブ反力の大きい高バルブリフト域に至ると、外力入力部１０３と当接する地点に配置されている。この当接部１０４により、トグルばね部材１０１は、高バルブリフト量の区間になると、縮む方向の弾性変位が始まり、それ以降、高バルブリフトの終わりまで、その弾性変位が進むようにしてある。

つまり、トグルばね部材１０１は、吸気バルブ１４のバルブリフト量を連続的に可変するリフト可変領域のうち、例えば高バルブリフト量の区間の領域に設定されるときだけ、ウォームホイールギヤ８３のギヤ歯８７の歯面を、ウォームシャフトギヤ８４のウォームギヤ歯８４ａの歯面に押し付ける力（付勢力）が加わるように組み込んである。
つぎに、このように構成された可変動弁装置２０の作用について説明する。

今、カムシャフト２６が、図１および図２中の矢印方向に示されるようにタイミングチェーン７２から伝達されるクランクシャフト９の軸出力によって駆動（回転）されるとする。
このとき、図５に示されるようにセンタロッカアーム６０の滑りローラ６３は、吸気用カム２６ａのカム変位を受けている。これにより、センタロッカアーム６０からは、バルブ駆動出力が出力される。つまり、センタロッカアーム６０は、カム変位にしたがい、ピン部６４を支点として、上下方向へ揺動する。

スイングカム５０の滑りローラ５２は、同滑りローラ５２と転接する斜面６１ａを通じて、センタロッカアーム６０の揺動変位を受けている。このため、スイングカム５０は、斜面６１ａを転がりながら、該斜面６１ａで押し上げられたり下降したりする揺動運動を繰り返す。このスイングカム５０の揺動により、スイングカム５０のカム面５１は上下方向へ往復動する。

このとき、カム面５１は、ロッカアーム４０のニードルローラ４２と転接しているから、カム面５１でニードルローラ４２を周期的に押圧する。この押圧を受けてロッカアーム４０は、制御シャフト２８を支点に揺動され、一対の吸気バルブ１４を開閉させる。
一方、各排気用ロッカアーム６７は、それぞれ排気用カム２６ｂを受けていて、同カム２６ｂのカム形状にならい駆動される。これにより、各排気用ロッカアーム６７は、排気用ロッカシャフト２７を支点に上下方向へ揺動して、それぞれ排気バルブ１５を開閉させる。

このとき、図示しない制御部の指令により、高バルブリフト量にするべく、電動モータ８１が作動したとする。すると、同電動モータ８１の回転が、オルダム継手９１を通じて、ウォームシャフトギヤ８４へ伝わり、同ウォームシャフトギヤ８４と噛合う扇形のウォームホイールギヤ８３を回動変位させる（図２中の高リフト方向）。これにより、電動モータ８１の回転は、減速されながら制御シャフト２８へ伝わり、制御シャフト２８を要求バルブ特性の地点まで回動させる。この回動変位により、センタロッカアーム６０の位置は変位する。これにより、センタロッカアーム６０の滑りローラ６３は、吸気用カム２６ａ上を回転方向に沿って変位し、図５に示されるようにスイングカム５０のカム面５１を垂直に近い角度となる姿勢に位置決める。

このカム面５１の姿勢により、カム面５１のニードルローラ４２が行き交う領域（比率）は、高バルブリフト量をもたらす領域に設定される。例えば最も短いベース円区間と最も長いリフト区間となる比率に設定される。これにより、例えば吸気バルブ１４は、最大のバルブリフト量を確保するように駆動される。
ここで、トグルばね部材１０１は、ウォームホイールギヤ８３が、低バルブリフト、中バルブリフトの区間までは、図９に示されるように当接部１０４に到達しないため、自由な状態のままが保たれる。この間は、ウォームギヤ減速機構８２には、バックラッシュを詰める付勢力は与えられないが、ウォームホイールギヤ８３が高バルブリフトの区間に入ると、その時点から、図２および図１０に示されるようにトグルばね部材１０１の外力入力部１０３がシリンダヘッド２側に有る当接部１０４と突き当たる。

そのときから、図１０（ａ），（ｂ）に示されるようにトグルばね部材１０１は弾性変位（縮む方向）が始まる。同弾性変位は、バルブリフト量が増えるにしたがい（ウォームホイールギヤ８３の回動変位が進むにしたがい）、増大する。そして、この弾性変位で得られたトグルばね部材１０１の弾性力が、高バルブリフト域へ変位したウォームホイールギヤ８３へ入力される。この弾性力により、ウォームホイールギヤ８３は、ウォームシャフトギヤ８４と密接する方向に付勢され、ウォームホイールギヤ８３のギヤ歯８７の歯面を、ウォームシャフトギヤ８４のウォームギヤ歯８４ａの歯面に押し付ける。これで、噛合い部９５におけるギヤ歯８７とウォームギヤ歯８４ａ間のバックラッシュ（隙間）は詰められる。

これにより、大きな打音が発生しやすい可変領域、特に可変動弁機構２１へ伝わる高バルブ反力や、高速で伸縮を繰り返すバルブスプリング１６やバルブ振動などが作用する高バルブリフト領域で生ずる大打音の発生は抑えられる。
一方、低バルブリフト量にするとする。このときは、高バルブリフトのときとは反対方向へ電動モータ８１を作動させる。すると、同電動モータ８１の回転が、オルダム継手９１を通じて、ウォームシャフトギヤ８４へ伝わり、扇形のウォームホイールギヤ８３を反対の方向へ回動変位させる（図２中の低リフト方向）。これにより、電動モータ８１の回転は、減速されながら制御シャフト２８へ伝わり、制御シャフト２８を要求バルブ特性、例えば低バルブリフトの地点まで回動させる。

この回動変位により、センタロッカアーム６０の支点位置（ピン部６４）は吸気用カム２６ａへ接近する方向に回動変位する。すると、センタロッカアーム６０の滑りローラ６３は、吸気用カム２６ａ上を回転方向前側へ変位する。これにより、センタロッカアーム６０と吸気用カム２６ａとの転接位置は、吸気用カム２６ａ上を進角する方向へずれる。この転接位置の可変により、バルブリフト曲線のＴＯＰ位置が進角方向へ移動する。また斜面６３も、センタロッカアーム６０の移動を受けて進角方向へ変位する。このセンタロッカアーム６０の移動により、スイングカム５０は、カム面５１が下側へ傾く姿勢に変わる。傾きが大きくなるにしたがい、ニードルローラ４２が行き交うカム面５１の領域は、ベース円区間が次第に長く、リフト区間が次第に短くなる比率に変わる。この比率の変化により、吸気バルブ１４は、吸気用カム２６ａのリフト区間の全域を用いた駆動から、次第にリフト区間の頂部へ移行した部分で限定的に駆動される状態に変わる。

これにより、バルブ駆動出力となる吸気バルブ１４の開閉タイミングとバルブリフト量は、制御シャフト２８から入力される回動変位にしたがい、最大バルブリフト時とほぼ同じ開弁時期から開弁するタイミングを保ちつつ、閉弁時期を大きく変化させながら連続的に可変制御される。
このとき、トグルばね部材１０１の外力入力部１０３は、図９（ａ），（ｂ）に示されるよう当接部１０４から離れた地点に配置されたままである。低バルブリフト領域や中バルブリフト領域の間は、その状態が継続される（高バルブリフトになるまで突き当たらない）。このため、要求バルブ特性が当該可変領域に求められている間は、ウォームホイールギヤ８３にはバックラッシュを詰める付勢力は作用しない。

つまり、ギヤ同士の打音が小さい小可変領域（バルブ反力などが小のため）や中可変領域は、バックラッシュを詰める付勢力から開放される。これにより、小可変領域、特に細かな制御が求められる小バルブリフトや中バルブリフトといった可変領域では、良好な制御の応答性が確保される。
したがって、可変動弁装置２０は、小可変領域の制御応答性を確保しながら、大きな打音の発生を抑えることができる。しかも、制御シャフト２８を駆動する電動モータ８１（駆動源）は、大容量の大型モータに変更せずにすむので、可変動弁装置２０は、軽量化およびコンパクト化が保てる利点もある。特に高バルブリフト域だけを重点に、バックラッシュを詰める付勢力を作用させると、効果的に、ギヤ同士での打音の発生防止と、小可変領域における制御応答性の向上の双方を図ることができる。

しかも、伝達機構には、制御シャフト２８の駆動に有利でかつ部品点数が少なくてすむウォームギヤ減速機構８２を採用し、同減速機構８２にバックラッシュ詰め機構１００を組み付ける構造を採用すると、簡単な構造ですむ。特にバックラッシュ詰め機構１００として、ウォームホイールギヤ８３の回動支点部にトグルばね部材１０１を組み付ける構造を用いると、ウォームギヤ減速機８２の構造を利用した簡単な構造ですむ。

減速機構だけでなく、バックラッシュ詰め機構１００にもタイミングチェーン７２に付着している潤滑油が遠心力により飛び散り供給されるので、トグルばね部材１０１の組み付け部の摩耗が抑制され、ばねの接触部位の摩擦係数も安定するため、安定したばね力が発揮され、効果が維持される。
なお、図１３に示されるように、スイングカム５０が開弁方向に揺動する際に揺動支点Ｓ１に作用する荷重Ｗ１やスイングカム５０が閉弁方向に揺動する際に揺動支点Ｓ１に作用する荷重の方向が、同図の荷重Ｗ１，Ｗ２の軌跡に示されるようにいずれも制御シャフト２８の回転方向が同じ方向に設定してある。これにより、スイングカム５０が開弁方向に揺動するときや、スイングカム５０が閉弁方向に揺動するとき、揺動支点Ｓ１に生ずる荷重の制御シャフト２８に対する回転方向は、制御シャフト２８に対して時計方向回りの一方向となり、制御シャフト２８が逆方向に回転することを抑制することができる。このため、制御シャフト２８はバルブリフトにより一方向に付勢されることとなり、バックラッシュ詰め機構１００を作用させる必要がなくなる。また、荷重Ｗ１，Ｗ２が全て制御シャフト２８を同じ方向に回転させるように設定せずとも、最大荷重Ｗ３が制御シャフトを一方向に回転させるように設定するだけでもよい。

図１１および図１２は、本発明の第２の実施形態を示す。
本実施形態は、バックラッシュ詰め機構１００として、第１の実施形態のようなトグルばね部材１０１を用いたのではなく、例えばピストン式のプッシャ機構１１０を用いた構造を採用したものである。
同プッシャ機構１１０には、例えば図１１および図１２に示されるようにウォームシャフトギヤユニット８５のフレーム９０に、ピストンプッシャ部１１１を組み付け、ウォームホイールギヤ８３の前面に当接部１１２を突設した構造が用いてある。

具体的には、ピストンプッシャ部１１１は、例えば図１２に示されるようにアーム部９０ｂの片側に形成された筒形の本体部１１５と、同本体部１１５内に直列状に収められた進退可能なピストン１１６、当該ピストン１１６を突出方向へ押圧するコイルスプリング部材１１８、当該コイルスプリング部材１１８の弾性力を調整するためのねじ式のアジャスタ部１１９を組み合わせた構造が用いられる。このピストンプッシャ部１１１は、ウォームホイールギヤ８３の当接部１１２に対して、本体部１１５から突き出たピストン１１６の先端部が向き合うよう、横向き（ウォームホイールギヤ８３と並行な向き）に配置されている。

また本体部１１５から突き出たピストン１１６の先端部とウォームホイールギヤ８３の当接部１１２とは、第１の実施形態と同様、低バルブリフト〜高バルブリフトまでのリフト可変範囲内を回動変位するウォームホイールギヤ８３のうち、例えばバルブ反力の小さい低バルブリフト域や中バルブリフト域では、図１２中の実線に示されるように当接せず、バルブ反力の大きい高バルブリフト域に至ると、図１２中の二点鎖線に示されるように当接するように設定されている。これにより、ピストンプッシャ部１１１は、高バルブリフト量の区間になると、コイルスプリング部材１１８の縮む方向の弾性変位が始まり、それ以降、高バルブリフトの終わりまでは、コイルスプリング部材１１８の縮む方向の弾性変位を伴いながらピストン１１６が退避動するようにしてある。これで、ピストンプッシャ部１１１は、吸気バルブ１４のバルブリフト量を連続的に可変するリフト可変領域のうち、例えば高バルブリフト量の区間の領域に設定されるときだけ、ウォームホイールギヤ８３のギヤ歯８７の歯面を、ウォームシャフトギヤ８４のウォームギヤ歯８４ａの歯面に押し付ける力（付勢力）が加わる構造にしている。なお、図１２中、１２０は本体部１１５から前方へ突き出るピストン１１６を規制するためのクリップ部材を示す。

このようにして第１の実施形態と同様の効果を奏する。但し、図１１および図１２において、第１の実施形態と同じ部分には同一符号を付してその説明を省略した。
なお、本発明は上述したいずれの実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々可変して実施しても構わない。例えば上述した実施形態では、吸気バルブのバルブ特性を連続的に可変する可変動弁装置に本発明を適用したが、これに限らず、排気バルブのバルブ特性を連続的に可変する可変動弁装置に本発明を適用してもよい。また、上述した一実施形態では、リフト量と開閉タイミングを同時に変更できるもので説明したが、一方のみを変更するもの、例えば、不等速継手を用いて開閉タイミングを変更する可変動弁装置にも適用することができる。

本発明の第１の実施形態に係る内燃機関の概観を示す斜視図。 図１中のＡ−Ａ線に沿う断面図。 ロッカカバーやタイミングチェーンカバーを取り外して可変動弁装置を露出させた内燃機関の斜視図。 同可変動弁装置をシリンダヘッドから取り外した斜視図。 図３中のＢ−Ｂ線に沿う可変動弁装置の断面図。 図３中のＣ−Ｃ線に沿う可変動弁装置の断面図。 バックラッシュ詰め機構を説明するための斜視図。 同機構の主要部を分解した分解斜視図。 低バルブリフトに設定されたときのバックラッシュ詰め機構の挙動を説明するための図。 高バルブリフトに設定されたときのバックラッシュ詰め機構の挙動を説明するための図。 本発明の第２の実施形態の要部となる、異なるバックラッシュ詰め機構を示す分解斜視図。 同バックラッシュ詰め機構の挙動を説明するための一部断面化した側面図。 低バルブリフトに設定されたときの図３中のＢ−Ｂ線に沿う可変動弁装置の断面図。

符号の説明

２ シリンダヘッド
１４ 吸気バルブ
２０ 可変動弁装置
２１ 可変動弁機構
２６ カムシャフト
２６ａ吸気用カム（バルブ駆動用カム）
２８ 制御シャフト
８１ 電動モータ（駆動源）
８２ ウォームギヤ減速機構（伝達機構）
８３ ウォームホイールギヤ
８４ ウォームシャフトギヤ
１００バックラッシュ詰め機構（バックラッシュ詰め手段、押圧機構部）
１０１トグルばね部材
１０４当接部。

Claims (5)

1. バルブ駆動用カムを有するカムシャフトと、
   前記カムシャフトのカム変位を受けてバルブ駆動出力を出力し、制御シャフトから入力される回動変位にしたがい当該バルブ駆動出力を所定の可変範囲において可変制御させる可変動弁機構と、
   駆動源から出力される制御回転をギヤの噛合いにより前記制御シャフトへ伝える伝達機構と、
   前記伝達機構に設けられ、前記可変範囲の一部において、当該伝達機構のギヤにバックラッシュを詰める付勢力を与えるバックラッシュ詰め手段と
   を具備したことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
2. 前記内燃機関に揺動自在に設けられ、バルブを駆動するカム面を有する揺動カムと、
   前記揺動カムと前記カムとの間に介在され、前記カムの変位を前記揺動カムに伝達する伝達アームとを備え、
   前記制御シャフトは、内燃機関に回動可能に設けられ、前記伝達アームを揺動自在に支持し、かつ回動変位により該伝達アームの前記カムと当接する位置を変更可能とし、該位置変更により前記バルブのバルブ特性を制御し、
   前記可変範囲の他部において、バルブリフト中に前記伝達アームより受ける最大荷重が前記制御シャフトを一方向に回動させる荷重となるように設定したことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の可変動弁装置。
3. 前記可変動弁機構は、前記制御シャフトからの回動変位にしたがい、低バルブリフト〜高バルブリフト範囲でバルブリフト量の可変制御が行われ、
   前記伝達機構は、前記制御シャフトへ要求バルブリフト量を設定する制御回転を伝え、
   前記バックラッシュ詰め手段は、前記低バルブリフト〜高バルブリフト範囲のうちの高バルフリフト域において、前記バックラッシュを詰める付勢力を与えるものである
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関の可変動弁装置。
4. 前記伝達機構は、前記制御シャフトに設けたウォームホイールギヤと、前記ウォームホイールギヤと噛合い、前記制御回転を前記ウォームホイールギヤへ伝えるウォームシャフトギヤとを有したウォームギヤ減速機構で構成され、
   前記バックラッシュ詰め手段は、前記ウォームギヤ減速機に組み付けられ、前記高バルブリフト域に設定されると、付勢力を高めながら、前記ウォームホイールギヤのギヤ歯を前記ウォームシャフトギヤのギヤ歯へ押し付ける押圧機構部を有して構成される
   ことを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の可変動弁装置。
5. 前記押圧機構部は、前記ウォームホイールギヤの回動支点部に巻回され、高バルブリフト域に設定されると、前記ウォームホイールギヤの回動変位に追従して縮む方向へ弾性変位し、前記ウォームホイールギヤのギヤ歯を前記ウォームシャフトギヤのギヤ歯に押し付けるトグルばね部材を有して構成される
   ことを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の可変動弁装置。

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