JP2015132197A - 内燃機関の可変動弁装置 - Google Patents

Abstract

【課題】機関バルブの最大リフト量の変更開始直後における電源電圧の低下を抑えることのできる内燃機関の可変動弁装置を提供する。
【解決手段】この装置は、２つのバンクを有する内燃機関に適用される。軸方向における移動位置の変更を通じて機関バルブの最大リフト量を定めるコントロールシャフトと、移動位置を変更するためのカムと、コントロールシャフトに設けられてカムのカム面に押し付けられた状態のローラと、カムの回転位相を変更する電動機とを備える変更装置がバンク毎に設けられる。各バンクのカム１３５Ｌ，１３５Ｒのカム面に、回転位相の一方向への変化に伴ってカム径が漸増する第１変更領域が設けられる。第１変更領域の最小位相（第２回転位相Ｒ２）から同最小位相と最大位相（第３回転位相Ｒ３）との間の中間位相ＲＭＥまでの範囲のカムプロフィールが、一方のバンクのカム１３５Ｌと他方バンクのカム１３５Ｒとで異なる。
【選択図】図４

Description

本発明は、機関バルブの最大リフト量を可変設定する内燃機関の可変動弁装置に関するものである。

近年、機関バルブの最大リフト量を可変設定するための可変動弁装置を内燃機関に設けることが実用されている（特許文献１参照）。
特許文献１に記載の可変動弁装置は、機関バルブの最大リフト量を変更するべく作動する可変機構を備えている。可変機構にはコントロールシャフトが設けられており、同シャフトの軸方向における移動位置の変更を通じて可変機構の作動状態が変化するようになっている。

また上記可変動弁装置は、上記コントロールシャフトの軸方向における移動位置を変更するためのカムと、同カムを回転させる電動機とを備えている。さらに上記可変動弁装置は、機関バルブのバルブスプリングの反力によって、作用部（詳しくは、コントロールシャフトに連結されてカムに当接するローラ）がカムのカム面に押し付けられる構造になっている。この可変動弁装置では、電動機の作動を通じてカムを回転させて、バルブスプリングの付勢力に抗してローラをコントロールシャフトともども移動させることにより、機関バルブの最大リフト量が変更される。

特開２００４−３３９９５１号公報

通常、電動機は作動開始直後において大電流を消費する。そのため、Ｖ型の気筒配列の内燃機関などの２つのバンクを有する内燃機関において、各バンクに可変動弁装置が設けられている場合には、機関バルブの最大リフト量を変更する際に、各バンクの電動機の作動が同時に開始されて、それら電動機によって同時に大電流が消費されるようになってしまう。このとき可変動弁装置の消費電流量が多くなるために電源電圧の低下を招くおそれがあり、これは可変動弁装置の応答速度の低下などといった種々の不都合を招く一因になってしまう。

本発明は、そうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、機関バルブの最大リフト量の変更開始直後における電源電圧の低下を抑えることのできる内燃機関の可変動弁装置を提供することにある。

上記課題を達成するための内燃機関の可変動弁装置は、２つのバンクを有する内燃機関に適用される。そして可変動弁装置では、軸方向における移動位置の変更を通じて機関バルブの最大リフト量を定めるコントロールシャフトと、前記移動位置を変更するためのカムと、前記コントロールシャフトに設けられて前記カムのカム面に押し付けられる方向に付勢された作用部と、前記カムの回転位相を変更するべく作動する電動機とを備える変更装置が前記２つのバンクに各別に設けられている。前記カム面に、前記回転位相の一方向への変化に伴ってカム径が漸増する変更領域が形成されている。そして、前記変更領域における前記カム径が最も小さい回転位相を最小位相とし、前記変更領域における前記カム径が最も大きい回転位相を最大位相とすると、前記最小位相から同最小位相と前記最大位相との間の中間位相までの範囲における前記カムのカムプロフィールが前記２つのバンクのうちの一方に設けられたカムと他方に設けられたカムとで異なっている。

上記可変動弁装置において、機関バルブの最大リフト量の変更開始直後における電源電圧の低下を抑えるためには、各バンクに設けられた電動機の消費電流量を加算した値のピークを小さくすることが有効である。

上記可変動弁装置によれば、内燃機関の各バンクに設けられたカムのカムプロフィールが異なるため、機関バルブの最大リフト量の変更に際して、カムのカム面と前記作用部との接触部分が最小位相から最大位相に向けて変化する態様でカムの回転位相を変更するべく電動機の作動を開始したときに、直後において上記接触部分に作用する力が各バンクのカムで異なる大きさになる。そのため、電動機の作動開始直後において消費電流量が急増してピークを迎えるタイミングを各バンクの電動機で異なるタイミングにすることが可能になる。したがって、消費電流量がピークを迎えるタイミングが両バンクの電動機で同一になるものと比較して、それら電動機の消費電流量を加算した値のピークを小さくすることができ、機関バルブの最大リフト量の変更直後における電源電圧の低下を抑えることができる。

一実施形態の可変動弁装置が適用される内燃機関の一部構成を示す部分断面図。 可変機構の斜視構造を内部構造とともに示す破断斜視図。 変更装置の概略構成を示す略図。 変更装置のカムのカム線図およびカムプロファイルを示す図。 カムの回転位相と電動機の回転位相と機関バルブの最大リフト量との関係を示すグラフ。 （ａ）〜（ｃ）コントロールシャフトの変位量と電動機の消費電流量との関係の一例を示すタイミングチャート。 他の実施形態の可変動弁装置におけるカムの回転位相と電動機の回転位相と機関バルブの最大リフト量との関係を示すグラフ。

以下、内燃機関の可変動弁装置の一実施形態について説明する。
本実施形態の内燃機関はＶ型の気筒配列のものであり、以下に記載する構成要素は内燃機関の各バンクに設けられている。以下では、それら構成要素のうちの一方のバンクに設けられたものには符号の末尾に「Ｌ」を付し、他方のバンクに設けられたものには符号の末尾に「Ｒ」を付して説明する。なお各バンクは基本構造が同一であるため、それらを区別する必要がない場合には、符号の末尾に「Ｌ」および「Ｒ」のいずれも付与せず、一方のみを説明する。

図１に示すように、内燃機関１０のシリンダブロック１１の内部には円筒形状をなすシリンダ１２が形成されており、シリンダ１２の内部にはピストン１３が収容されている。シリンダブロック１１にはシリンダヘッド２０が組み付けられている。内燃機関１０の内部には、シリンダ１２の内周面とピストン１３の頂面とシリンダヘッド２０とによって燃焼室１４が区画形成されている。

シリンダヘッド２０には、燃焼室１４に連通される吸気通路２１と排気通路２２とが、燃焼室１４に対して二つずつ形成されている。なお、これら吸気通路２１および排気通路２２が燃焼室１４に対して一つずつ形成されてもよい。上記吸気通路２１と燃焼室１４との接続部分には吸気ポート２３が形成されており、排気通路２２と燃焼室１４との接続部分には排気ポート２４が形成されている。

吸気ポート２３には吸気バルブ３１が配置されている。吸気バルブ３１は、吸気ポート２３の開口を開閉することにより、燃焼室１４と吸気通路２１との間を連通したり遮断したりする。吸気バルブ３１は、バルブスプリング３２によって吸気ポート２３を塞ぐ方向、すなわち閉弁方向に付勢されている。また排気ポート２４には排気バルブ４１が配置されている。排気バルブ４１は、排気ポート２４の開口を開閉することにより、燃焼室１４と排気通路２２との間を連通したり遮断したりする。排気バルブ４１は、バルブスプリング４２によって排気ポート２４を塞ぐ方向、すなわち閉弁方向に付勢されている。

吸気バルブ３１および排気バルブ４１の上端にはそれぞれロッカアーム５１の一端が接しており、各ロッカアーム５１の他端はシリンダヘッド２０内に配設されたラッシュアジャスタ５２によって支持されている。各ロッカアーム５１にはローラ５１ａが回転可能な状態で取り付けられている。

シリンダヘッド２０には、吸気バルブ３１を開閉駆動するための吸気カムシャフト３３と排気バルブ４１を開閉駆動するための排気カムシャフト４３とが回転可能な状態で配設されている。吸気カムシャフト３３の外周面には吸気カム３４が形成され、排気カムシャフト４３の外周面には排気カム４４が形成されている。

排気カム４４の外周面は、排気バルブ４１の端部に当接しているロッカアーム５１のローラ５１ａに当接している。そのため、排気カムシャフト４３が回転すると、ロッカアーム５１がラッシュアジャスタ５２によって支持された部分を支点として揺動するようになる。これにより、ロッカアーム５１における排気バルブ４１側の端部がシリンダブロック１１に向けて回動して、排気バルブ４１がシリンダ１２内に押し下げられることにより、排気バルブ４１が開弁する。

一方、吸気バルブ３１の端部に接しているロッカアーム５１と吸気カム３４との間には、吸気バルブ３１のバルブ特性の一つである最大リフト量を変更する可変機構６０が配設されている。なお、可変機構６０は、吸気カム３４と同吸気カム３４に接しているロッカアーム５１との間だけに配設することに限らず、排気カム４４と同排気カム４４に接しているロッカアーム５１との間に配接されてもよいし、排気カム４４側にのみ配接されてもよい。上記可変機構６０や同機構６０を有する変更装置１００も内燃機関１０のバンク毎に設けられている。

可変機構６０は、シリンダヘッド２０に固定された支持パイプ６１を備えている。この支持パイプ６１の外周面には、入力アーム６２と出力アーム６３とが支持パイプ６１を中心にした搖動可能な状態で取り付けられている。吸気バルブ３１に当接しているロッカアーム５１は上記バルブスプリング３２によって出力アーム６３に向けて付勢されている。またローラ５１ａは出力アーム６３の外周面に当接している。

可変機構６０には突起部６４が形成されている。この突起部６４は、シリンダヘッド２０内に取り付けられたスプリング２５によって付勢されている。これにより入力アーム６２のローラ６２ａは吸気カム３４の外周面に対して常に接している。

可変機構６０では、内燃機関１０が運転されて吸気カムシャフト３３が回転すると、支持パイプ６１を揺動中心にして入力アーム６２と出力アーム６３とが揺動する。そして、出力アーム６３の揺動によってロッカアーム５１が押圧されることにより、ロッカアーム５１がラッシュアジャスタ５２によって支持された部分を支点として揺動する。これにより、ロッカアーム５１における吸気バルブ３１側の端部がシリンダブロック１１に向けて回動して、吸気バルブ３１がシリンダ１２内に押し下げられることにより、吸気バルブ３１が開弁する。

支持パイプ６１の内部にはコントロールシャフト６５が配設されている。このコントロールシャフト６５は、上記支持パイプ６１の中心軸が延びる方向（軸方向）に延設されて、支持パイプ６１の内部において軸方向に移動可能な状態で配設されている。

可変機構６０では、上記コントロールシャフト６５の軸方向における移動位置を変更することにより、吸気カム３４によって入力アーム６２が押圧されていない状態での支持パイプ６１を中心とした入力アーム６２の揺動位置と出力アーム６３の揺動位置との差（図１に示す角度θ）が変化する。上記可変機構６０では、上記角度θが大きくなるほど、出力アーム６３の揺動による吸気バルブ３１の押し下げ量が大きくなるため、同吸気バルブ３１の最大リフト量も大きくなる。

以下、上記可変機構６０の構成について詳細に説明する。
図２に示すように、可変機構６０は、前記入力アーム６２が一体形成された入力部７０と、入力部７０を間に挟む位置に設けられた二つの出力部８０とを備えている。入力部７０のハウジング７１および各出力部８０のハウジング８１は、中空の円筒形状に形成されており、前記支持パイプ６１の外周面を覆うように取り付けられている。

上記入力部７０のハウジング７１の内周面にはヘリカルスプライン７２が形成されている。また、各出力部８０のハウジング８１の内周面には、上記入力部７０のヘリカルスプライン７２と歯筋が逆向きのヘリカルスプライン８２が形成されている。

入力部７０のハウジング７１の内周面および各出力部８０のハウジング８１の内周面によって区画形成される空間には、中空の円筒形状に形成されたスライダギヤ９０が配接されている。このスライダギヤ９０は、支持パイプ６１の外周面において、同支持パイプ６１の軸方向における往復移動が可能な状態であり、且つ支持パイプ６１の中心軸を回転中心として同支持パイプ６１と相対回転可能な状態で配接されている。

スライダギヤ９０の外周面において、上記軸方向における中央部分にはヘリカルスプライン９１が形成されており、上記軸方向における両端部にはそれぞれヘリカルスプライン９２が形成されている。そして、上記中央部分のヘリカルスプライン９１が入力部７０のヘリカルスプライン７２と噛み合った状態になっており、両端部分のヘリカルスプライン９２が各出力部８０のヘリカルスプライン８２と噛み合った状態になっている。

支持パイプ６１の内部には、その軸方向の移動位置を変更可能な状態でコントロールシャフト６５が挿通されている。このコントロールシャフト６５には、スライダギヤ９０が、支持パイプ６１の中心軸を中心とする相対回転が可能な状態であって且つ同コントロールシャフト６５とともに軸方向へ移動可能な状態で配設されている。

可変機構６０では、コントロールシャフト６５を軸方向に移動させると、スライダギヤ９０も軸方向に移動するようになる。スライダギヤ９０の外周面に形成されたヘリカルスプライン９１とヘリカルスプライン９２とは歯筋の形成方向が互いに異なっており、これらヘリカルスプライン９１，９２の各々が入力部７０のヘリカルスプライン７２や出力部８０のヘリカルスプライン８２に噛み合っている。そのため、スライダギヤ９０が軸方向に移動すると、入力部７０と出力部８０とは、支持パイプ６１を中心として互いに逆の方向に相対回転するようになる。その結果、入力アーム６２と出力アーム６３との回転位置の差（図１の角度θ参照）が変化して、吸気バルブ３１の最大リフト量が変更される。

例えば、図２に矢印Ｈｉで示す方向にコントロールシャフト６５を移動させると、スライダギヤ９０も矢印Ｈｉ方向に移動する。これに伴い入力アーム６２と出力アーム６３との回転位置の差が大きくなり、吸気バルブ３１の最大リフト量が大きくなって、内燃機関１０の吸入空気量が多くなる。一方、図２に矢印Ｌｏで示す方向にコントロールシャフト６５を移動させると、スライダギヤ９０も矢印Ｌｏ方向に移動する。これによって、入力アーム６２と出力アーム６３との回転位置の差が小さくなり、吸気バルブ３１の最大リフト量が小さくなって、内燃機関１０の吸入空気量が少なくなる。

以下、可変動弁装置を構成する各変更装置１００について詳細に説明する。
図３に示すように、変更装置１００は、電動機１１０、電動機１１０の回転速度を減速する減速部１２０、減速部１２０の回転運動をコントロールシャフト６５の直線運動に変換する変換部１３０を備えている。電動機１１０には、同電動機１１０の回転位相を検出するための回転位相センサ１００Ａが設けられている。

減速部１２０は複数の歯車等を備えている。減速部１２０の入力軸には電動機１１０の出力軸が接続されており、同減速部１２０の出力軸には上記変換部１３０に設けられたカム１３５が接続されている。

上記変換部１３０はホルダ１３１を備えている。ホルダ１３１はコントロールシャフト６５の端部に一体に設けられており、同ホルダ１３１にはローラ１３６が回転可能に取り付けられている。ローラ１３６は、減速部１２０の出力軸によって回転駆動されるカム１３５のカム面が当接した状態になっている。本実施形態では、ローラ１３６が、コントロールシャフト６５に設けられるとともにカム１３５のカム面に押し付けられる方向に付勢された作用部に相当する。

変更装置１００では、カム装置の原動節として機能するカム１３５が回転すると、同カム１３５の運動が伝達される従動節としてのホルダ１３１がガイド１３２に沿って移動するようになるため、これに伴ってコントロールシャフト６５の移動位置が軸方向に変化するようになる。

上記電動機１１０には、その作動を制御する制御部としてのモータ用制御装置１１０Ｃが接続されている。電動機１１０は、モータ用制御装置１１０Ｃから出力される作動信号に応じて回転位相が制御される。モータ用制御装置１１０Ｃには、内燃機関１０の運転状態を制御する機関用制御装置１０Ｃが接続されている。

機関用制御装置１０Ｃには、アクセル操作量センサによって検出されるアクセル操作量や、クランク角センサによって検出されるクランク角などが入力される。そして、機関用制御装置１０Ｃは、例えば、上記アクセル操作量やクランク角から算出される機関回転速度などに基づいて機関運転状態に応じた吸入空気量の制御要求値（要求吸入空気量）を算出するとともに、要求吸入空気量が得られる吸気バルブ３１の最大リフト量を算出する。そしてその算出された最大リフト量を目標リフト量ＶＬｐとして設定する。

このようにして目標リフト量ＶＬｐが設定されると、モータ用制御装置１１０Ｃは、目標リフト量ＶＬｐと実際の最大リフト量ＶＬとを一致させるように電動機１１０の作動制御を実行する。なお本実施形態では、吸気バルブ３１の最大リフト量と電動機１１０の回転位相との関係が一義的に定まる。そのため、電動機１１０の作動制御では、回転位相センサ１００Ａにより検出される電動機１１０の回転位相が吸気バルブ３１の最大リフト量ＶＬを示す値として用いられる。上記電動機１１０の作動制御では、基本的に、回転位相センサ１００Ａにより検出される電動機１１０の回転位相とそのときどきの目標リフト量ＶＬｐに対応する上記電動機１１０の回転位相（目標回転位相）とが一致するように、それら回転位相の偏差に基づいて、電動機１１０の発生動力がフィードバック制御される。

なお本実施形態では、内燃機関１０の周辺機器として、機関出力軸によって駆動される機関駆動式の発電機１５と同発電機１５による発電電力の一部を蓄えるバッテリ１６とが設けられている。上記電動機１１０は、上記バッテリ１６からの電力供給によって作動するようになっている。

ここで、上記電動機１１０は、その作動開始直後において大電流を消費する。本実施形態では、内燃機関１０の各バンクに変更装置１００が設けられている。そのため、仮に目標リフト量ＶＬｐの変化に際して吸気バルブ３１の最大リフト量ＶＬを変更するべく電動機１１０Ｌ，１１０Ｒの作動を同時に開始するようにすると、それら電動機１１０Ｌ，１１０Ｒによって同時に大電流が消費されるようになる。この場合、可変動弁装置の消費電流量が多くなるためにバッテリ１６の電圧低下を招くおそれがある。こうしたバッテリ電圧の低下は、機関システムの不安定化や、可変動弁装置の応答速度の低下による内燃機関１０の燃費性能の低下などを招く一因になるため好ましくない。

この点をふまえて本実施形態では、内燃機関１０の一方のバンクに設けられたカム１３５Ｌのカムプロフィールと他方のバンクに設けられたカム１３５Ｒのカムプロフィールとを異なる形状に形成している。

以下、それらカム１３５Ｌ，１３５Ｒの形状について詳細に説明する。
図４に示すように、カム１３５のカム面には、平面形状に形成された三つの保持領域（第１回転位相Ｒ１〜第２回転位相Ｒ２の領域、第３回転位相Ｒ３〜第４回転位相Ｒ４の領域、および第５回転位相Ｒ５〜第６回転位相Ｒ６の領域）が間隔をおいて設けられている。各保持領域は、詳しくは、その回転方向の両端部分におけるカム径（詳しくは、カム１３５の回転中心からカム面までの距離）が等しくなる平面形状に形成されている。

ここで上記可変機構６０（図３）の出力部８０には、バルブスプリング３２の反力が作用するため、入力アーム６２と出力アーム６３との回転位置の差（前記角度θ）を小さくしようとする力が作用する。したがって、スライダギヤ９０やコントロールシャフト６５には、吸気バルブ３１の最大リフト量が小さくなる方向（図２や図３に矢印Ｌｏで示す方向）の軸力が作用する。変更装置１００では、そうした軸力によってローラ１３６がカム１３５のカム面に押し付けられた状態になっている。

そうした軸力がカム面におけるカム径が徐々に変化する領域に作用すると、同軸力の分力が発生するようになる。そして、この軸力の分力は、カム径が小さくなる方向にカム１３５を回転させるように作用する。

上記カム１３５（図４）のカム面の保持領域は平面形状に形成されている。そのため、同領域におけるカム１３５の回転位相範囲（第１回転位相Ｒ１〜第２回転位相Ｒ２の領域、または第３回転位相Ｒ３〜第４回転位相Ｒ４の領域、または第５回転位相Ｒ５〜第６回転位相Ｒ６の領域）における中央位相においてカム径が最も短くなるとともに、同中央位相から離れるのに伴ってカム径が徐々に大きくなっている。そのため、カム１３５のカム面においてローラ１３６が当接する部分（作用部分）が保持領域であるときには、同領域の中央位相から上記作用部分が離れると、同作用部分を中央位相に戻すように上記軸力の分力が作用するようになる。したがって、カム１３５の作用部分を保持領域で保持する場合には、上記軸力の分力を利用することができ、その保持のために電動機１１０から発生させる動力を小さく抑えることができる。本実施形態では、カム１３５の作用部を保持領域で保持する場合に、電動機１１０への通電が遮断されて同電動機１１０の発生動力が「０」にされる。

またカム１３５のカム面において、各保持領域の間には、カム１３５の回転位相が一方向に変化するのに伴ってカム径が次第に大きくなる形状の変更領域（第２回転位相Ｒ２〜第３回転位相Ｒ３の領域、および第４回転位相Ｒ４〜第５回転位相Ｒ５の領域）が形成されている。

カム１３５のカム面の第２回転位相Ｒ２〜第３回転位相Ｒ３の領域（第１変更領域）は、カム径が最も小さい回転位相（第２回転位相Ｒ２）を最小位相とし、カム径が最も大きい回転位相（第３回転位相Ｒ３）を最大位相とすると、最小位相から同最小位相と最大位相との間の中間位相ＲＭＥまでの範囲におけるカムプロフィールが一方のバンクのカム１３５Ｌと他方のバンクのカム１３５Ｒとで異なる。

具体的には、図４に実線で示すように、カム１３５Ｌのカム面は、その第１変更領域の全体が回転位相の増加に比例してカム径が大きくなる形状に形成されている。これに対して、カム１３５Ｒのカム面の各部は、次のような形状に形成されている。まず、図４に一点鎖線で示すように、第２回転位相Ｒ２から所定位相ＲＭＳまでの間はカム径が等しい曲面形状に形成されており、所定位相ＲＭＳから中間位相ＲＭＥまでの間は回転位相の増加に比例してカム径が大きくなる形状に形成されている。また、図４に実線で示すように、中間位相ＲＭＥから第３回転位相Ｒ３までの間はカム１３５Ｌのカム面と同一の形状に形成されている。

なお、カム１３５の作用部分が変更領域であるときにも、上記軸力の分力が、カム径が小さくなる方向にカム１３５を回転させるように作用する。そのため、作用部分のカム径が大きくなる方向（上り方向）にカム１３５を回転させるときには、上記軸力の分力に抗してカム１３５を回転させるべく、電動機１１０に比較的大きい動力を発生させる必要がある。その一方で、作用部のカム径が小さくなる方向（下り方向）にカム１３５を回転させるときには、上記軸力の分力がカム１３５の回転をアシストするように作用するため、電動機１１０の発生動力を小さく抑えることが可能になる。

またカム１３５のカム面には、保持領域の他にも、カム径が等しい曲面形状に形成された領域（第１回転位相Ｒ１以前の領域、および第６回転位相Ｒ６以降の領域）が設けられている。本実施形態の変更装置１００では、この領域にローラ１３６が当接しないように電動機１１０の作動制御が実行される。

次に、カム１３５の回転位相とコントロールシャフト６５の移動位置との関係について説明する。なお以下の説明では、カム１３５の回転位相が第１回転位相Ｒ１、第２回転位相Ｒ２、第３回転位相Ｒ３といった順に変化する方向（図４における右回り［時計回り］にカム１３５を回転させる方向）を、回転位相が大きくなる方向とする。

また各保持領域におけるカム径やコントロールシャフト６５の変位量は同領域の位相範囲において前記中央位相に近づくほど小さくなる。そうした各保持領域の位相範囲におけるカム径の差やコントロールシャフト６５の変位量の差は小さいため、便宜上、図４では変動領域におけるコントロールシャフト６５の変位量をそれぞれ一定の値（０、Ｌ１、またはＬ２）で示している。

三つの保持領域のうちのカム１３５の回転位相が第１回転位相Ｒ１より大きく第２回転位相Ｒ２以下の領域（第１保持領域）であるときは、コントロールシャフト６５の変位量が「０」に保たれる。なお、この変位量はコントロールシャフト６５の軸方向における基準位置からの移動量であり、カム１３５の作用部分（詳しくは、ローラ１３６との接触部分）が第１保持領域であるときにはコントロールシャフト６５の軸方向の位置が基準位置になり、変位量は「０」になる。

二つの変更領域のうちのカム１３５Ｌ，１３５Ｒの回転位相が第２回転位相Ｒ２よりも大きく第３回転位相Ｒ３未満の領域（前記第１変更領域）であるときには、カム１３５Ｌ，１３５Ｒの回転位相とコントロールシャフト６５の移動位置との関係が内燃機関１０の各バンクの変更装置１００Ｌ，１００Ｒで異なる。

具体的には、図４に実線で示すように、内燃機関１０の一方のバンクの変更装置１００Ｌでは、コントロールシャフト６５の変位量が「０」を始点として、カム１３５Ｌの回転位相の増加に比例して大きくなる。一方、図４に一点鎖線で示すように、内燃機関１０の他方のバンクの変更装置１００Ｒにおいて、カム１３５Ｒの回転位相が第２回転位相Ｒ２から所定位相ＲＭＳまでの間ではコントロールシャフト６５の変位量が「０」に保たれ、所定位相ＲＭＳから中間位相ＲＭＥまでの間ではカム１３５Ｒの回転位相の増加に比例して線形に大きくなる。また図４に実線で示すように、カム１３５Ｒの回転位相が中間位相ＲＭＥから第３回転位相Ｒ３までの間では、カム１３５Ｒの回転位相の増加に比例して線形に大きくなる。なお、カム１３５Ｒの回転位相の増加に対するコントロールシャフト６５の変位量の相対増加速度（図４のグラフの傾き）は、所定位相ＲＭＳから中間位相ＲＭＥまでの間ではカム１３５Ｌの第１変更領域における増加速度よりも大きく、中間位相ＲＭＥから第３回転位相Ｒ３までの間ではカム１３５Ｌの第１変更領域における増加速度と等しい。

三つの保持領域のうちのカム１３５の回転位相が第３回転位相Ｒ３以上であり第４回転位相Ｒ４以下の領域（第２保持領域）であるときには、コントロールシャフト６５の変位量は一定の変位量である第１変位量Ｌ１に保たれる。

二つの変更領域のうちのカム１３５の回転位相が第４回転位相Ｒ４より大きく第５回転位相Ｒ５未満の領域（第２変更領域）であるときには、コントロールシャフト６５の変位量は、カム１３５の回転位相が大きくなるのに伴って第１変位量Ｌ１を始点として線形に大きくなる。

三つの保持領域のうちのカム１３５の回転位相が第５回転位相Ｒ５以上であり第６回転位相Ｒ６以下の領域（第３保持領域）であるときには、コントロールシャフト６５の変位量は、第１変位量Ｌ１よりも大きい一定の変位量である第２変位量Ｌ２に保たれる。

カム１３５のカム面は上述したカムプロファイルを有しているため、カム１３５の回転位相の変化に伴って吸気バルブ３１の最大リフト量ＶＬは以下に記載するように変化する。

図５に示すように、各変更装置１００では電動機１１０の回転位相が大きくなるのに伴ってカム１３５の回転位相も次第に大きくなる。
カム１３５の回転位相が第１保持領域（第１回転位相Ｒ１〜第２回転位相Ｒ２）になると、コントロールシャフト６５の変位量が「０」に保たれて、吸気バルブ３１の最大リフト量ＶＬが第１リフト量ＶＬ１に保たれる。なお第１リフト量ＶＬ１は、可変設定される最大リフト量ＶＬの最小値である。

カム１３５の回転位相が第１変更領域（第２回転位相Ｒ２〜第３回転位相Ｒ３）になると、一方のバンクの変更装置１００Ｌでは、図５に実線で示すように、カム１３５Ｌの回転位相が大きくなるのに伴ってコントロールシャフト６５の変位量が次第に大きくなり、吸気バルブ３１の最大リフト量ＶＬが第１リフト量ＶＬ１を始点に徐々に大きくなる。他方のバンクの変更装置１００Ｒでは、図５に一点鎖線で示すように、カム１３５Ｒの回転位相が第２回転位相Ｒ２から所定位相ＲＭＳまでの間では吸気バルブ３１の最大リフト量ＶＬが第１リフト量ＶＬ１に保たれる。また、上記回転位相が所定位相ＲＭＳから中間位相ＲＭＥまでの間では吸気バルブ３１の最大リフト量ＶＬが、カム１３５Ｒの回転位相の増加に比例して線形に大きくなる。さらに、カム１３５Ｒの回転位相が中間位相ＲＭＥから第３回転位相Ｒ３までの間では、図５に実線で示すように、吸気バルブ３１の最大リフト量ＶＬがカム１３５Ｒの回転位相の増加に比例して線形に大きくなる。なお、カム１３５Ｒの回転位相の増加に対する吸気バルブ３１の最大リフト量ＶＬの増加速度（図５のグラフの傾き）は、所定位相ＲＭＳから中間位相ＲＭＥまでの間ではカム１３５Ｌの第１変更領域における増加速度よりも大きく、中間位相ＲＭＥから第３回転位相Ｒ３までの間ではカム１３５Ｌの第１変更領域における増加速度と等しい。

カム１３５の回転位相が第２保持領域（第３回転位相Ｒ３〜第４回転位相Ｒ４）になると、コントロールシャフト６５の変位量が第１変位量Ｌ１に保たれて、吸気バルブ３１の最大リフト量ＶＬが第１リフト量ＶＬ１よりも大きい第２リフト量ＶＬ２に保たれる。

また、カム１３５の回転位相が第２変更領域（第４回転位相Ｒ４〜第５回転位相Ｒ５）であるときには、カム１３５の回転位相が大きくなるのに伴ってコントロールシャフト６５の変位量が次第に大きくなり、吸気バルブ３１の最大リフト量ＶＬが第２リフト量ＶＬ２を始点に徐々に大きくなる。

さらにカム１３５の回転位相が第３保持領域（第５回転位相Ｒ５〜第６回転位相Ｒ６）になると、コントロールシャフト６５の変位量が第２変位量Ｌ２で保たれて、吸気バルブ３１の最大リフト量ＶＬは第２リフト量ＶＬ２よりも大きい第３リフト量ＶＬ３に保たれる。なお第３リフト量ＶＬ３は、可変設定される最大リフト量ＶＬの最大値である。

なお、各保持領域における吸気バルブ３１の最大リフト量ＶＬは、同領域のカム１３５の位相範囲において前記中央位相に近づくほど小さくなる。そうした各保持領域の位相範囲における吸気バルブ３１の最大リフト量ＶＬの差は小さいため、便宜上、図５では変動領域における吸気バルブ３１の最大リフト量ＶＬをそれぞれ一定の値（ＶＬ１、ＶＬ２またはＶＬ３）で示している。

本実施形態の変更装置１００では、吸気バルブ３１の目標リフト量ＶＬｐとして、上述した第１リフト量ＶＬ１、第２リフト量ＶＬ２、および第３リフト量ＶＬ３のいずれかが機関運転状態に応じて選択される。そして、選択された最大リフト量に変更して保持することにより、吸気バルブ３１の最大リフト量ＶＬを三段階に変更するようにしている。

以下、各カム１３５Ｌ，１３５Ｒのカム面における第２変更領域のカムプロフィールを異なる形状に形成することによる作用について説明する。
本実施形態の可変動弁装置では、目標リフト量ＶＬｐが第１リフト量ＶＬ１から第２リフト量ＶＬ２に切り替えられるときに、内燃機関１０の各バンクに設けられた各電動機１１０Ｌ，１１０Ｒの消費電流量が最も多くなる。そして、吸気バルブ３１の最大リフト量ＶＬの変更開始直後におけるバッテリ１６の電圧低下を抑えるためには、このときの各電動機１１０Ｌ，１１０Ｒの消費電流量を加算した値のピークを小さくすることが有効である。

図６に示すように、目標リフト量ＶＬｐが第１リフト量ＶＬ１から第２リフト量ＶＬ２に切り替えられると（時刻ｔ１）、カム１３５Ｌ，１３５Ｒのカム面とローラ１３６との接触部分が第２回転位相Ｒ２から第３回転位相Ｒ３に向けて変化する態様でカム１３５Ｌ，１３５Ｒの回転位相を変更するべく、電動機１１０Ｌ，１１０Ｒの作動が開始される。

本実施形態では、内燃機関１０の各バンクに設けられたカム１３５Ｌ，１３５Ｒのカムプロフィールが異なるため、直後において上記接触部分に作用する力が各バンクのカム１３５Ｌ，１３５Ｒで異なる大きさになる。詳しくは、内燃機関１０の一方のバンクの変更装置１００Ｌでは、図６（ａ）中に実線で示すように、電動機１１０Ｌの作動開始直後からコントロールシャフト６５の変位量が大きくなるため、上記接触部分に比較的大きい力が作用するようになる。これに対して、他方のバンクの変更装置１００Ｒでは、図６（ａ）中に一点鎖線で示すように、電動機１１０Ｒの作動開始直後においてはコントロールシャフト６５の変位量が「０」で保持されるために上記接触部分に作用する力は小さい（時刻ｔ１〜ｔ２）。その後においてカム１３５Ｒの回転位相が所定位相ＲＭＳより大きくなると（時刻ｔ２以降）、コントロールシャフト６５の変位量が大きくなるために上記接触部分に作用する力も大きくなる。

そのため、図６（ｂ）に示すように、一方のバンクの電動機１１０Ｌでは作動開始（時刻ｔ１）とともに消費電流量が急増してピークを迎えるのに対して、図６（ｃ）に示すように、他方のバンクの電動機１１０Ｒでは作動開始から若干の時間をおいた後（時刻ｔ２）に消費電流量が急増してピークを迎えるようになる。

このように本実施形態では、電動機１１０Ｌ，１１０Ｒの作動開始直後において消費電流量が急増してピークを迎えるタイミングが各バンクの電動機１１０Ｌ，１１０Ｒで異なるタイミングになる。そのため、消費電流量がピークを迎えるタイミングが両バンクの電動機で同一になるものと比較して、それら電動機１１０Ｌ，１１０Ｒの消費電流量を加算した値のピークを小さくすることができる。したがって、吸気バルブ３１の最大リフト量ＶＬの変更開始直後におけるバッテリ１６の電圧低下を抑えることができる。

なお、各バンクに設けられたカムのカムプロフィールが同一の装置であっても、各電動機の作動制御を異なる実行態様で実行して各電動機の作動開始タイミングをずらすことにより、消費電力量がピークを迎えるタイミングをずらして、バッテリ１６の電圧低下を抑えることは可能になる。ただし、この場合には電動機の作動制御の制御構造が煩雑になるばかりか、単に作動開始タイミングをずらすと吸気バルブ３１の最大リフト量ＶＬの実際値と目標値とがずれた状態が長くなってしまい、内燃機関１０の出力性能の低下を招いてしまう。

本実施形態によれば、各カム１３５Ｌ，１３５Ｒのカムプロフィールを変更することによって消費電力量がピークを迎えるタイミングをずらすことができるため、各電動機１１０Ｌ，１１０Ｒの作動制御の制御構造の煩雑化を抑えることができる。しかも、カム１３５Ｌ，１３５Ｒの回転位相が中間位相ＲＭＥ以上になってコントロールシャフト６５の変位量が第１変位量Ｌ１になると（時刻ｔ３以降）、各カム１３５Ｌ，１３５Ｒのカムプロフィールが同一の形状になる。そのため、単に各電動機の作動開始タイミングをずらす装置のように吸気バルブ３１の最大リフト量ＶＬの実際値と目標値とがずれた状態が不要に長くならず、内燃機関１０の出力性能の低下が抑えられる。

以上説明したように、本実施形態によれば、以下に記載する効果が得られるようになる。
（１）吸気バルブ３１の最大リフト量ＶＬの変更開始直後におけるバッテリ１６の電圧低下を抑えることができる。

なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
・図７に示すように、各バンクのカムのカム面の第１変更領域全体を、一方のバンクのカム２３５Ｌと他方のバンクのカム２３５Ｒとで異なる形状に形成してもよい。具体的には、カム２３５Ｌのカム面の第１変更領域を、カム２３５Ｌの回転位相の増加に比例してカム径が大きくなる形状に形成してもよい。また、カム２３５Ｒのカム面の第１変更領域を、第２回転位相Ｒ２から所定位相ＲＭＳまでの間はカム径が等しい曲面形状に形成し、所定位相ＲＭＳから第３回転位相Ｒ３までの間は回転位相の増加に比例してカム径が大きくなる形状に形成してもよい。

・カム１３５Ｌ，１３５Ｒのカム面の第２変更領域におけるカムプロフィールを、第１変更領域と同様の態様で、一方のバンクのカム１３５Ｌと他方のバンクのカム１３５Ｒとで異なる形状に形成してもよい。

・コントロールシャフト６５に、ローラ１３６を連結することに代えて、円板形状の部材を固定してもよい。また、コントロールシャフト６５の端部をカム１３５との接触に適した形状に形成して、同端部を、カム１３５のカム面に押し付けられる方向に付勢された作用部とすることができる。

・カム１３５のカム面の各保持領域を、平面形状に形成することに代えて、カム径が等しい曲面形状に形成してもよい。
・上記実施形態の可変動弁装置は、カムのカム面に保持領域が設けられていない可変動弁装置にも、その構成を適宜変更したうえで適用することができる。

１０…内燃機関、１０Ｃ…機関用制御装置、１１…シリンダブロック、１２…シリンダ、１３…ピストン、１４…燃焼室、１５…発電機、１６…バッテリ、１７…オイルパン、１８…オイルポンプ、２０…シリンダヘッド、２１…吸気通路、２２…排気通路、２３…吸気ポート、２４…排気ポート、２５…スプリング、３１…吸気バルブ、３２，４２…バルブスプリング、３３…吸気カムシャフト、３４…吸気カム、４１…排気バルブ、４３…排気カムシャフト、４４…排気カム、５１…ロッカアーム、５１ａ…ローラ、５２…ラッシュアジャスタ、６０…可変機構、６１…支持パイプ、６２…入力アーム、６２ａ…ローラ、６３…出力アーム、６４…突起部、６５…コントロールシャフト、７０…入力部、７１，８１…ハウジング、７２，８２，９１，９２…ヘリカルスプライン、８０…出力部、９０…スライダギヤ、１００，１００Ｌ，１００Ｒ…変更装置、１００Ａ…回転位相センサ、１１０、１１０Ｌ，１１０Ｒ…電動機、１１０Ｃ…モータ用制御装置、１２０…減速部、１３０…変換部、１３１…ホルダ、１３２…ガイド、１３５、１３５Ｌ，１３５Ｒ，２３５Ｌ，２３５Ｒ…カム、１３６…ローラ。

Claims (1)

1. ２つのバンクを有する内燃機関に適用され、軸方向における移動位置の変更を通じて機関バルブの最大リフト量を定めるコントロールシャフトと、前記移動位置を変更するためのカムと、前記コントロールシャフトに設けられて前記カムのカム面に押し付けられる方向に付勢された作用部と、前記カムの回転位相を変更するべく作動する電動機とを備える変更装置が前記２つのバンクに各別に設けられた内燃機関の可変動弁装置において、
   当該可変動弁装置は、
   前記カム面に、前記回転位相の一方向への変化に伴ってカム径が漸増する変更領域が形成され、
   前記変更領域における前記カム径が最も小さい回転位相を最小位相とし、前記変更領域における前記カム径が最も大きい回転位相を最大位相とすると、前記最小位相から同最小位相と前記最大位相との間の中間位相までの範囲における前記カムのカムプロフィールが前記２つのバンクのうちの一方に設けられたカムと他方に設けられたカムとで異なる
   ことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。