JP2009133297A - 開弁特性可変型動弁装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ギア機構のバックラッシ除去機能及びフェールセーフ機能の双方が実現されると共に、部品点数の削除及び省スペース化を図ることができるようにする。
【解決手段】コントロールシャフト２０をその動作方向に付勢するリターンスプリング１０１を設け、このばねの付勢力が、ギア５１〜５３間のバックラッシを除去するようにギアを付勢すると同時に、フェール時にデフォルト位置（最大リフト位置）にコントロールシャフトが復帰するようにそのコントロールシャフトを付勢するものとする。特に、ばねの付勢力が、バルブを閉鎖方向に付勢するバルブスプリングの付勢力と逆向きにコントロールシャフトに作用するように設定する。
【選択図】図８

Description

本発明は、運転状態に応じてバルブのリフト量などの開弁特性を変更可能とした開弁特性可変型動弁装置に関するものである。

近年、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関では、出力及び燃費の向上や有害排出ガス成分の低減等を図るべく、種々の開弁特性可変型動弁装置を搭載したものが増えている。この開弁特性可変型動弁装置としては、運転状況に応じて低速型カムと高速型カムとを切り換えるものが従来より存在するが、近年では過渡特性の更なる向上やスロットルレス化等を実現すべく、開弁特性（バルブリフトやバルブタイミング）を連続的に変化させるものも出現している。

この種の開弁特性可変型動弁装置においては、バルブの開弁特性を変更する制御部材を電動モータなどの駆動源を備えたアクチュエータで駆動するようにしており、駆動源の駆動力は、減速用のギア機構などを介して制御部材に伝達されるが、このギア機構においては、動弁カムの動作に伴うバルブの開閉時のトルク変動が原因で、ギア機構内のバックラッシに起因する衝突音が発生することから、このギア機構内のバックラッシを除去するようにした技術が知られている（特許文献１参照）。
特開２００１−２６３０１４号公報

しかるに、開弁特性可変型動弁装置においては、電動モータなどの駆動源自体あるいはこれを制御する制御回路などに失陥が発生すると、制御部材の駆動によるバルブのリフト量の変更が困難となるが、失陥発生時の制御部材の位置によってはエンジンの適切な動作に支障を来すことから、失陥が発生すると所要のリフト量を確保可能なデフォルト位置に制御部材を自然に復帰させるようにしたフェールセーフ機能が望まれる。

しかしながら、バックラッシ除去機能とフェールセーフ機能とは目的が異なることから、各々の目的に応じた最適な動作特性が得られるように構成しようとすると、通常、各機能を実現する構造を個別に設けることになり、このために部品点数が増加すると共に大きな配置スペースを確保する必要が生じる不都合があった。

本発明は、このような発明者の知見に基づいて案出されたものであり、その主な目的は、ギア機構のバックラッシ除去機能及びフェールセーフ機能の双方が実現されると共に、部品点数の削除及び省スペース化を図ることができるように構成された開弁特性可変型動弁装置を提供することにある。

このような課題を解決するために、第１の発明による開弁特性可変型動弁装置においては、吸気または排気を行うバルブ（２）の開弁特性を変更する制御部材（コントロールシャフト２０、ギアリンク２１、及びローラリンク２２）と、この制御部材を駆動する駆動源（電動モータ４１）と、この駆動源の駆動力を前記制御部材に伝達する複数のギア（リンク駆動用ギア５１〜５３）を備えた動力伝達手段とを有し、前記制御部材（コントロールシャフト２０）をその動作方向に付勢するばね（１０１・１１１・１３１）が設けられ、このばねの付勢力が、前記ギア間のバックラッシを除去するように前記ギアを付勢すると同時に、フェール時にデフォルト位置に前記制御部材が復帰するようにその制御部材を付勢するようにしたものとした。

これによると、ギア機構のバックラッシ除去機能及びフェールセーフ機能の双方が単一のばねで実現されるため、部品点数の削除及び省スペース化を図ることができる。

第２の発明は、第１の発明による前記開弁特性可変型動弁装置において、前記ばねの付勢力が、前記バルブを閉鎖方向に付勢するバルブスプリングの付勢力と逆向きに前記制御部材に作用するように設定された構成とする。

これによると、制御部材に作用するバルブスプリングの付勢力に抗して制御部材を常時、デフォルト位置に向けて付勢された状態に保持することができ、さらにバルブの開閉動作に応じたトルク変動に伴って制御部材に生じるマイナストルクの作用を打ち消すことができ、これによりギア間のバックラッシによるガタの発生を確実に回避することができる。

なお、フェールセーフにおいては、エンジンの適切な動作を確保するために、バルブが適度に開閉可能な状態とする必要があり、フェール時に制御部材を復帰させるデフォルト位置は、バルブにおいて所要のリフト量を確保可能な位置、例えばバルブのリフト量が最大となる位置とすると良い。

また、バルブスプリングの付勢力が制御部材に作用する方向や、制御部材に発生するマイナストルクの方向は、バルブスプリング、動弁カム、及び制御部材などで構成される動弁系の機構学的な条件、例えばバルブスプリングの付勢力や動弁カムの押圧力が入力される制御部材上の作用点と制御部材の回動支点との相対的な位置関係などに応じて変化し、この機構学的な条件を適切に設定することで、制御部材上でのバルブスプリングの付勢力の作用方向やマイナストルクの発生方向を、最大リフト位置に向けたばね付勢力と逆向きにすることができる。

第３の発明による開弁特性可変型動弁装置は、カムシャフト（４）の駆動力を用いて、吸気または排気を行うバルブ（２）を開閉するロッカアーム（６）と、前記カムシャフトと前記ロッカアームとの間に介装されたローラリンク（２２）と、前記ローラリンクを揺動自在に支持するとともに、所定の旋回軸を中心に旋回するコントロールシャフト（２０）とを有し、前記コントロールシャフトを旋回させることによって、前記ローラリンクの前記ロッカアームに対する相対位置を変化させ、低リフト特性と高リフト特性との間でバルブの開弁特性を連続的に可変制御する開弁特性可変型動弁装置であって、バルブの開弁特性が高リフト特性となる旋回方向に前記コントロールシャフトを付勢する弾性手段（１０１・１１１・１３１）を有することを特徴とする。

これによると、コントロールシャフトは一方向に付勢されて位置が安定し、また当該コントロールシャフトを旋回させるための駆動手段に加わる力が一方向となる。これにより、駆動手段とコントロールシャフトとがギア結合している場合には、バックラッシによるギアのあばれが防止される。また、バルブの開弁特性が高リフト特性となる方向へのコントロールシャフトの移動が円滑かつ容易に行われるようになる。

第４の発明は、第３の発明による前記開弁特性可変型動弁装置において、前記コントロールシャフトに加わるトルクは、各燃焼サイクルにおいて、平均するとバルブの開弁特性が高リフト特性となる方向となることを特徴とする。

これによると、コントロールシャフトが当該コントロールシャフトの駆動手段より駆動力を受けない場合には、コントロールシャフトはバルブの開弁特性が高リフト特性となる方向に移動するようになる。

第５の発明は、第３の発明または第４の発明による前記開弁特性可変型動弁装置において、前記コントロールシャフトに加わるトルクは、常にバルブの開弁特性が高リフト特性となる方向となることを特徴とする。

これによると、コントロールシャフトには常に一方向のトルクが加えられるため、当該コントロールシャフトを旋回させるための駆動手段とコントロールシャフトとがギア結合している場合には、バックラッシによるギアのあばれが防止される。

このように本発明によれば、ばねの付勢力が、ギア間のバックラッシを除去するようにギアを付勢すると同時に、フェール時にデフォルト位置に制御部材が復帰するようにその制御部材を付勢するようにしたため、ギア機構のバックラッシ除去機能及びフェールセーフ機能の双方が単一のばねで実現され、部品点数の削除及び省スペース化を図る上で大きな効果が得られる。

以下、本発明を車両用エンジンに適用した実施の形態を、図面を参照しながら説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係るエンジンの上部を示す斜視図である。図２は、図１に示したエンジンの開弁特性可変型動弁装置を示す斜視図である。図３は、図２に示した開弁特性可変型動弁装置の動作状況を示す縦断面図である。

このエンジンは、図１に示すように、自動車に搭載される直列４気筒エンジンであり、シリンダヘッド１には、各気筒５ごとに２つずつの排気用のバルブ２を備え、このバルブ２を駆動する動弁機構として、カム３を備えたカムシャフト４と、バルブ２及びカム３間に介装されたロッカアーム６と、バルブ２を閉鎖方向に常時付勢するバルブスプリング７とが設けられている。

なお、吸気側にも、各気筒ごとに２つずつの吸気用のバルブ８が設けられると共に、このバルブを駆動する動弁装置として、図示しないが、カムシャフト、ロッカアーム、及びバルブスプリングが設けられている。

カムシャフト４は、カムホルダ１１により回転自在に支持されている。このカムホルダ１１は、動弁室１０を各気筒５ごとに仕切るように設けられており、シリンダヘッド１の上面にボルトにて締結固定される。

このエンジンには、排気用のバルブ２のリフト量を可変制御する開弁特性可変型動弁装置が搭載されている。この開弁特性可変型動弁装置は、動弁室１０の上側を覆うように設けられたベースプレート１３の上面に設置されたアクチュエータ１４と、このアクチュエータ１４により駆動されるリンク機構とを有している。なお、同様の機構による開弁特性可変型動弁装置を吸気用のバルブ８に適用することも可能である。

開弁特性可変型動弁装置のリンク機構は、図２に示すように、横方向に延在するコントロールシャフト（制御部材）２０と、カムホルダ１１に回動可能に支持されると共にコントロールシャフト２０を旋回可能に保持するギアリンク（制御部材）２１と、コントロールシャフト２０に揺動可能に保持されると共に、遊端側をカム３及びロッカアーム６間に介装されたローラリンク（制御部材）２２とを有している。

ローラリンク２２は各気筒ごとに設けられており、ギアリンク２１の回動に伴うコントロールシャフト２０の旋回に応じて連動動作し、これによるローラリンク２２の揺動支点の変位に応じてバルブ２のリフト量を変化させるようになっている。コントロールシャフト２０はリンクホルダ３０を介してカムホルダ１１に旋回可能に支持されている。なお、ギアリンク２１及びローラリンク２２の回動中心線は互いに平行となっている。

ギアリンク２１は、カムホルダ１１に設けられた支軸２３周りに回動するアーム部２４と、このアーム部２４の遊端側から周方向に円弧状に延出されて、アクチュエータ１４側のギアに噛み合うギア部２５とを有しており、アクチュエータ１４の駆動力により回動動作する。またアーム部２４の遊端側には、コントロールシャフト２０を回動可能に保持するシャフトホルダ２６が形成されている。

ローラリンク２２は、コントロールシャフト２０に嵌合して揺動支点となる基部２８と、この基部２８から延出された１対のアーム部２９とを有している。アーム部２９の先端には、カムシャフト４のカム３に転接するローラ３１と、ロッカアーム６のスリッパ面に転接するローラシャフト３２とを有している。

ロッカアーム６は、カムホルダ１１に保持されたロッカシャフト３４に回転自在に支持される基部３５と、この基部３５から延出された１対のアーム部３６とを有しており、この１対のアーム部３６にはそれぞれ、図３に示すように、バルブ２のステムエンド３７を押圧するチップ部３８と、その位置を調整するアジャストスクリュ３９とが設けられている。

このように構成された開弁特性可変型動弁装置においては、ギアリンク２１が、支軸２３（図２参照）を中心にして回動するのに伴ってローラリンク２２の揺動支点となるコントロールシャフト２０が変位することでバルブ２のリフト量が変化し、ギアリンク２１の回動角度位置（リンク角）に応じて、バルブ２のリフト量を無段階に調整することができる。

アイドル運転時等にバルブリフトを低減させる場合には、ギアリンク２１を図３（Ａ）に示す最小リフト位置（例えばリンク角＝０度）とし、この場合、ローラリンク２２の揺動支点となるコントロールシャフト２０が、ロッカアーム６の上方に位置し、カム３によってローラ３１が押し下げられても、矢印で示すようにローラシャフト３２がスリッパ面３３に沿って転動することで、ロッカアーム６の揺動量（すなわち、バルブ２のリフト量）が小さくなる。

一方、高負荷運転時等にバルブリフトを増大させる場合には、ギアリンク２１を図３（Ｂ）に示す最大リフト位置（例えばリンク角＝６０度）とし、この場合、ローラリンク２２の揺動支点となるコントロールシャフト２０が、ロッカアーム６の側方に位置し、カム３によってローラ３１が押し下げられると、スリッパ面３３に沿ったローラシャフト３２の転動が殆ど起こらないことから、バルブ２のリフト量が大きくなる。

図４は、図１に示したアクチュエータ１４の要部断面図である。図５は、図４のＶ−Ｖ線で切断した断面図である。図６は、図４のVI−VI線で切断した断面図である。

アクチュエータ１４は、図４に示すように、ギアリンク２１を駆動する電動モータ（駆動源）４１と、この電動モータ４１の運動をギアリンク２１に伝達するリンク駆動用ギア機構４２と、ギアリンク２１の角度位置（リンク角）を検出するポジションセンサ４３（図１参照）と、ギアリンク２１の運動をポジションセンサ４３に伝達するセンサ検出用ギア機構４４とを有している。

電動モータ４１は、ブラシレスモータであり、エンジンＥＣＵにおいて、運転者によるスロットルペダルの踏込量や冷却水温等、種々の運転情報に基づいて設定されたバルブ２の目標リフト量、すなわちギアリンク２１の回動角度位置（リンク角）にポジションセンサ４３の検出位置が一致するように電動モータ４１の駆動電流が制御される。

リンク駆動用ギア機構４２は、図５に示すように、電動モータ４１の出力軸４５に設けられた第１ギア５１と、この第１ギア５１に歯合する第２ギア５２と、この第２ギア５２に同軸的且つ相対回転不能に設けられた第３ギア５３とを有しており、この第３ギア５３がギアリンク２１に歯合することで、電動モータ４１の駆動力が２段階に減速されてギアリンク２１に伝達される。

リンク駆動用の第２ギア５２及び第３ギア５３は、シャフト５５で連結されており、このシャフト５５は、軸受５６・５７を介してハウジング４７に支持されている。

図６に示すように、センサ検出用ギア機構４４は、ギアリンク２１に歯合する第１ギア６１と、この第１ギア６１に同軸的且つ相対回転不能に設けられた第２ギア６２と、この第２ギア６２に歯合する第３ギア６３とを有しており、この第３ギア６３と一体的に、ポジションセンサ４３の検出部材６５に係合するセンサ係合部材６６が回転することで、ポジションセンサ４３によりギアリンク２１の角度位置（リンク角）が検出される。

ポジションセンサ４３は、いわゆるホールセンサであり、ハウジング内に、検出部材６５の回転を検出するためのホール素子、永久磁石、及び制御基板などが収容されている。

センサ検出用の第１ギア６１及び第２ギア６２は、シャフト６８で連結されており、このシャフト５５は、軸受６９を介してハウジング４７に支持されている。センサ検出用の第３ギア６３はシャフト７１の一端側に連結され、シャフト７１の他端側にはセンサ係合部材６６が連結されており、このシャフト７１は、軸受７２を介してハウジング４７に支持されている。

図２に示したように、コントロールシャフト２０を支持するリンクホルダ３０は、コントロールシャフト２０を保持するシャフト保持部８１と、このシャフト保持部８１から延出された１対のアーム部８２とを有しており、この１対のアーム部８２が、カムホルダ１１を両側から挟み込む態様で配置されて、カムホルダ１１に設けられた支軸８３により回動可能に支持されている。この支軸８３は、ギアリンク２１の支軸２３と同軸となっている。

図７は、図１に示したエンジンの開弁特性可変型動弁装置に設けられるリターンスプリングを示す斜視図である。図８は、図７に示したリターンスプリングの作用を説明する模式的な斜視図である。

図１に示したように、コントロールシャフト２０は複数のリンクホルダ３０によりカムホルダ１１に旋回可能に支持されており、このうちの端部のリンクホルダ３０には、図７に示すように、コントロールシャフト２０を最大リフト位置（デフォルト位置、図３（Ｂ）参照）に向けて付勢するリターンスプリング１０１が設けられている。

このリターンスプリング１０１は、ねじりコイルばねであり、リンクホルダ３０を回転自在に支持する支軸８３と同軸的に設けられており、その一端１０１ａが、リンクホルダ３０のアーム部８２に係止されると共に、他端１０１ｂが、図示しない支持部材に固定された係止部材１０２に係止されて、リンクホルダ３０を介してコントロールシャフト２０を常時、最大リフト位置に向けて付勢している。

このリターンスプリング１０１の付勢力により、電動モータ４１やその制御回路などに失陥が発生したフェール時には、コントロールシャフト２０が最大リフト位置に移動して、十分なリフト量が確保されるため、エンジンの動作に支障を来すことを避けることができ、フェールセーフが実現される。

またコントロールシャフト２０に作用するばね付勢力は、図８に示すように、ギアリンク２１からリンク駆動用の第３ギア５３及び第２ギア５２を経て第１ギア５１に至るギア列、及びギアリンク２１からセンサ検出用の第１ギア６１及び第２ギア６２を経て第３ギア６３に至るギア列に作用し、これらのギア列の各ギアが一方向に付勢され、各ギア間のバックラッシが除去される。

特に図３に示したように、バルブスプリング７の付勢力がロッカアーム６及びそのスリッパ面に転接するローラシャフト３２を介してローラリンク２２に作用し、このローラリンク２２に作用するバルブスプリング７の付勢力は、図８に示すように、コントロールシャフト２０を低リフト側に旋回させる向きに作用する。

またカム３に転接するローラリンク２２のローラ３１は、カム３の乗り上げ時に押圧され、この押圧力がローラリンク２２を介してコントロールシャフト２０に作用し、コントロールシャフト２０上での負荷トルクが、カム３の回転に応じて一定周期で変動するが、負荷トルクが落ち込む際に通常とは逆向きのトルク、いわゆるマイナストルクが発生し、このマイナストルクはコントロールシャフト２０を低リフト側に旋回させる向きに作用する。

このようにコントロールシャフト２０には低リフト側に旋回させる向きの力が作用するが、リターンスプリング１０１の付勢力が十分に大きいため、コントロールシャフト２０は高リフト側に付勢された状態に保持され、ギア間のバックラッシによるガタの発生を回避することができる。

＜第２実施形態＞
次に第２実施形態について説明する。第２実施形態は、第１実施形態とリターンスプリングの構成においてのみ相違するため、第１実施形態と同一の構成については同一符号を付して説明を省略し、相違点のみについて詳述する。
図９は、第２実施形態に係るエンジンの開弁特性可変型動弁装置に設けられるリターンスプリングを示す斜視図である。図１０は、図９に示したリターンスプリングの動作状況を示す側面図である。

コントロールシャフト２０を最大リフト位置（デフォルト位置）に向けて付勢するリターンスプリング１１１を備えたスプリングユニット１１２が設けられている。

リターンスプリング１１１は、圧縮コイルばねであり、ガイドシャフト１１３に沿って移動可能に嵌装されたスライダ１１４と、端部の係止フランジ１１５との間に圧縮状態で介装されている。スライダ１１４にはピン１１６が嵌挿され、このピン１１６は、連結シャフト１１７を介して相互に連結された１対のガイドプレート１１８・１１９のガイド孔１１８ａ・１１９ａに嵌合している。ガイドシャフト１１３は、図示しない支持部材に固定されたリテーナ１２０に保持されており、一方のガイドプレート１１９はリンクホルダ３０に対して固定されている。

このスプリングユニット１１２においては、図１０（Ａ）に示す最小リフト位置と図１０（Ｂ）に示す最大リフト位置との間でコントロールシャフト２０が旋回すると、これに応じてリンクホルダ３０も回動し、さらにこれに連動してガイドプレート１１８・１１９が回動する。このとき、ガイド孔１１８ａ・１１９ａに沿ってピン１１６が移動すると同時に、スライダ１１４がガイドシャフト１１３に沿って移動する。

このようにコントロールシャフト２０が最小リフト位置と最大リフト位置との間で旋回するのに応じてスライダ１０４が変位するが、この間、リターンスプリング１１１は、圧縮状態に保持され、常時、リターンスプリング１１１の付勢力がコントロールシャフト２０を最大リフト位置に向けて付勢する向きに作用する。

このリターンスプリング１１１の付勢力により、前記の例と同様に、フェール時に、コントロールシャフト２０が最大リフト位置（デフォルト位置）に移動してフェールセーフが実現され、またギアリンク２１、リンク駆動用ギア５１〜５３、及びセンサ検出用ギア６１〜６３で構成されるギア列におけるバックラッシが除去される。

＜第３実施形態＞
次に第３実施形態について説明する。第３実施形態は、第１実施形態とリターンスプリングの構成においてのみ相違するため、第１実施形態と同一の構成については同一符号を付して説明を省略し、相違点のみについて詳述する。
図１１は、本発明の第３実施形態に係るエンジンの上部を示す斜視図である。図１２は、図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ線で切断した断面図である。

図１１に示すように、ベースプレート１３の気筒列方向における両端部のそれぞれにはスプリングユニット１３０が設けられている。図１２に示すように、スプリングユニット１３０は、圧縮コイルばねであるリターンスプリング１３１と、ハウジング１３２と、リテーナ１３３と、プランジャ１３４とを有している。

ハウジング１３２は、プランジャ１３４が摺動自在に内嵌するガイド孔１３５を有し、ベースプレート１３の上面にボルト１４８により固定されている。ハウジング１３２がベースプレート１３に固定された状態で、ベースプレート１３のガイド孔１３５と相対する部分には、プランジャ１３４が遊嵌する貫通孔１３６が形成されている。ガイド孔１３５のベースプレート１３側と異なる側には、ガイド孔１３５と同軸の雌ねじ孔１３７が形成されている。

リテーナ１３３は、円柱状の雄ねじ部１３８と、雄ねじ部１３８の一端に設けられた頭部１３９と、雄ねじ部１３８の他端に雄ねじ部１３８と同軸に設けられたスプリング係止部１４０と、スプリング係止部１４０の先端側にスプリング係止部１４０と同軸に設けられたスプリングガイド部１４１とを有する。雄ねじ部１３８は、ガイド孔１３５の雌ねじ孔１３７と螺合する。リテーナ１３３は、雄ねじ部１３８と雌ねじ孔１３７との螺合により、ハウジング１３２に対して挿入深さを調節可能に固定されている。頭部１３９は、リテーナ１３３のハウジング１３２に対する最大挿入深さを規定する。また、頭部１３９には、リテーナ１３３をハウジング１３２に対して進退させるために、レンチ等の工具が係合する六角部１４９が形成されている。

スプリング係止部１４０は雄ねじ部１３８に比べて小径に形成されており、リターンスプリング１３１の上端を係止する。スプリングガイド部１４１はスプリング係止部１４０に比べて小径に形成されており、その直径はリターンスプリング１３１の内径と概ね一致し、リターンスプリング１３１の倒れを防止する。

プランジャ１３４は、有底円筒形状を呈し、円筒部１４４の外径は概ねガイド孔１３５の内径と一致し、円筒部１４４の内径は概ねリターンスプリング１３１の外形と一致する。プランジャ１３４は、円筒部１４４の内部および底部１４５の円筒部側の面により形成されるリターンスプリング１３１の座部１４６を有する。プランジャ１３４は、円筒部１４４の内部にリターンスプリング１３１を受容し、座部１４６においてリターンスプリング１３１の下端と当接している。

プランジャ１３４は、ガイド孔１３５に内嵌されるとともに、リターンスプリング１３１によりハウジング１３２の下方に向けて付勢され、底部１４５の外面（下面）がリンクホルダ３０のシャフト保持部８１に当接している。なお、プランジャ１３４の軸線方向にリンクホルダ３０のシャフト保持部８１が位置せず、コントロールシャフト２０の側周部が露出している部分が位置する場合には、当該部分にコントロールシャフト２０に対して回転自在な円筒状のカラー１４７を設け、カラー１４７の外周面にプランジャ１３４の底部１４５の外面を当接させてもよい（図１１参照）。このようにして、コントロールシャフト２０は、リンクホルダ３０のシャフト保持部８１またはカラー１４７を介して、スプリングユニット１３０（リターンスプリング１３１）により高リフト特性側に付勢されている。スプリングユニット１３０の付勢力はリテーナ１３３の雌ねじ孔１３７に対する挿入長さを調節することにより調節可能である。

ハウジング１３２のガイド孔１３５はベースプレートに対して所定角度傾斜しており、コントロールシャフト２０が最大リフト位置から最小リフト位置まで移動する間に描く円弧軌跡と、リターンスプリング１３１の軸線方向（伸縮方向）が概ね一致する（重なる）。このため、コントロールシャフト２０の位置が変化してもプランジャ１３４の底部１４５の外面と、リンクホルダ３０のシャフト保持部８１またはカラー１４７との接触は常に維持される。

以上のように第３実施形態を構成することで、第１および第２実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

次に、各実施形態に共通する作用効果について説明する。図１３は、実施形態に係るコントロールシャフトに加わるトルクを示すグラフである。図１４は、実施形態に係るバルブリフト量を示すグラフである。

図１３に示すように、リターンスプリング１０１，１１１，１３１を設けない場合には、コントロールシャフト２０にはバルブの開弁特性が低リフト特性となる方向のトルクが加わる。この理由は、上述したように、バルブスプリング７の付勢力がロッカアーム６及びローラリンク２２を介してコントロールシャフト２０に作用することと、カム３から受ける負荷トルクの変動に伴うトルクが発生することとによる。

このトルクは、各燃焼サイクル間のバルブ２の開閉に伴い最大値２０１および最小値２０２の間で振動する。そのため、コントロールシャフト２０に加わるトルクを各燃焼サイクル毎に平均したトルク２０３は、低リフト特性となる方向のトルクとなる。

これに対して、各実施形態では、リターンスプリング１０１，１１１，１３１を設けてコントロールシャフト２０に高リフト特性となる方向のトルクを加える。結果として、コントロールシャフト２０に加わるトルクが最大値２０４および最小値２０５の間で振動するようにする。

コントロールシャフト２０に加わるトルクをこのようにすることによって、各燃焼サイクル毎に平均したトルク２０６は、高リフト特性となる方向のトルクとなり、開弁特性可変型動弁装置に失陥が発生した場合にコントロールシャフト２０は高リフト特性となる位置（最大リフト位置）に移動するようになりフェールセーフ機能が実現される。

また、コントロールシャフト２０に加わるトルクは常に高リフト特性となる方向に加わる、すなわちトルクの最大値２０４が０をまたぐことがなく、逆方向のトルクが発生することがない。これにより、ギアリンク２１、リンク駆動用ギア５１〜５３、及びセンサ検出用ギア６１〜６３で構成されるギア列におけるバックラッシが除去される。

また、各実施形態では、コントロールシャフト２０をその両端部付近においてバルブの高リフト特性となる方向に付勢するため、各シリンダにおけるバルブリフトの均一化が図れる。

図１４に示すように、リターンスプリング１０１，１１１，１３１を設けない場合には（図中の折れ線３０１）、両端に配置された第１および第４シリンダのバルブリフトは第２および第３シリンダに比べて小さくなる。この理由は、上述したように、コントロールシャフト２０には低リフト特性となる方向のトルクが加わっているためである。コントロールシャフト２０の第２および第３シリンダに対応する位置はアクチュエータ１４に連結されたギアリンク２１により位置が固定されているが、コントロールシャフト２０の第１および第４シリンダに対応する末端位置は、低リフト特性となる方向のトルクを受けて低リフト側へと変形している。

これに対して、各実施形態のようにリターンスプリング１０１，１１１，１３１によりコントロールシャフト２０の両端部付近に付勢力を加えた場合には（図中の折れ線３０２）、コントロールシャフト２０の第１および第４シリンダに対応する末端位置において、低リフト特性となる方向のトルクに抗する高リフト特性となる方向のトルクが加えられるため、コントロールシャフト２０の変形が緩和される。これにより各気筒間でのバルブリフトが均一となる。なお、高リフト特性となる方向にコントロールシャフト２０を付勢するため、全ての気筒でバルブリフトはリターンスプリングを設けない場合（３０１）に比べて大きくなる。

本発明の第１実施形態に係るエンジンの上部を示す斜視図である。 図１に示したエンジンの開弁特性可変型動弁装置を示す斜視図である。 図２に示した開弁特性可変型動弁装置の動作状況を示す縦断面図である。 図１に示したアクチュエータの要部断面図である。 図４のＶ−Ｖ線で切断した断面図である。 図４のVI−VI線で切断した断面図である。 図１に示したエンジンの開弁特性可変型動弁装置に設けられるリターンスプリングを示す斜視図である。 図７に示したリターンスプリングの作用を説明する模式的な斜視図である。 本発明の第２実施形態に係るエンジンの開弁特性可変型動弁装置に設けられるリターンスプリングを示す斜視図である。 図９に示したリターンスプリングの動作状況を示す側面図である。 本発明の第３実施形態に係るエンジンの上部を示す斜視図である。 図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ線で切断した断面図である。 実施形態に係るコントロールシャフトに加わるトルクを示すグラフである。 実施形態に係るバルブリフトを示すグラフである。

符号の説明

２ バルブ
１４ アクチュエータ
２０ コントロールシャフト（制御部材）
２１ ギアリンク（制御部材）
２２ ローラリンク（制御部材）
４１ 電動モータ（駆動源）
４２ リンク駆動用ギア機構
４３ ポジションセンサ
４４ センサ検出用ギア機構
５１〜５３ リンク駆動用ギア
６１〜６３ センサ検出用ギア
１０１・１１１・１３１ リターンスプリング

Claims (5)

1. 吸気または排気を行うバルブの開弁特性を変更する制御部材と、この制御部材を駆動する駆動源と、この駆動源の駆動力を前記制御部材に伝達する複数のギアを備えた動力伝達手段とを有し、
   前記制御部材をその動作方向に付勢するばねが設けられ、このばねの付勢力が、前記ギア間のバックラッシを除去するように前記ギアを付勢すると同時に、フェール時にデフォルト位置に前記制御部材が復帰するようにその制御部材を付勢するようにしたことを特徴とする開弁特性可変型動弁装置。
2. 前記ばねの付勢力が、前記バルブを閉鎖方向に付勢するバルブスプリングの付勢力と逆向きに前記制御部材に作用するように設定されたことを特徴とする、請求項１に記載の開弁特性可変型動弁装置。
3. カムシャフトの駆動力を用いて、吸気または排気を行うバルブを開閉するロッカアームと、
   前記カムシャフトと前記ロッカアームとの間に介装されたローラリンクと、
   前記ローラリンクを揺動自在に支持するとともに、所定の旋回軸を中心に旋回するコントロールシャフトと
   を有し、
   前記コントロールシャフトを旋回させることによって、前記ローラリンクの前記ロッカアームに対する相対位置を変化させ、低リフト特性と高リフト特性との間でバルブの開弁特性を連続的に可変制御する開弁特性可変型動弁装置であって、
   バルブの開弁特性が高リフト特性となる方向に前記コントロールシャフトを付勢する弾性手段を有することを特徴とする開弁特性可変型動弁装置。
4. 前記コントロールシャフトに加わるトルクは、各燃焼サイクルにおいて、平均するとバルブの開弁特性が高リフト特性となる方向となることを特徴とする、請求項３に記載の開弁特性可変型動弁装置。
5. 前記コントロールシャフトに加わるトルクは、常にバルブの開弁特性が高リフト特性となる方向となることを特徴とする、請求項３または請求項４に記載の開弁特性可変型動弁装置。

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