JP4050959B2

JP4050959B2 - 内燃機関の可変動弁装置及び内燃機関の可変動弁装置の駆動機構

Info

Publication number: JP4050959B2
Application number: JP2002235402A
Authority: JP
Inventors: 信中村; 吉彦山田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2002-08-13
Filing date: 2002-08-13
Publication date: 2008-02-20
Anticipated expiration: 2022-08-13
Also published as: JP2004076620A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、機関弁である吸気弁や排気弁の少なくともバルブリフト量などを機関運転状態に応じて可変にできる内燃機関の可変動弁装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の従来の可変動弁装置としては、本出願人が先に出願した特開平２００１−３７２０号公報などに記載されたものがある。
【０００３】
概略を説明すれば、この可変動弁装置は、吸気弁側に適用されたもので、クランク軸の回転に同期して回転する駆動軸の外周に、軸心が駆動軸の軸心から偏心した駆動カムが設けられていると共に、駆動カムの回転力が多節リンク状の伝達手段を介して伝達されて、吸気弁の上端部に有するバルブリフターの上面をカム面が摺接して吸気弁をバルブスプリングのばね力に抗して開作動させる揺動カムを有している。
【０００４】
前記伝達手段は、揺動カムの上方に配置されて制御軸に揺動自在に支持されたロッカアームと、円環状の一端部が駆動カムの外周面に嵌合しかつ他端部がロッカアームの一端部にピンを介して回転自在に連結されたリンクアームと、一端部がロッカアームの他端部にピンを介して回転自在に連結され、他端部が前記揺動カムのカムノーズ部にピンを介して回転自在に連結されたリンクロッドとから構成されている。
【０００５】
また、前記制御軸は、電動モータと、該電動モータの駆動シャフトに設けられた減速機構としてのウォーム歯車機構を介して回転駆動されており、その外周面には、軸心が制御軸の軸心から所定量だけ偏心した制御カムが固定されている。この制御カムは、ロッカアームのほぼ中央に穿設された支持孔内に回転自在に嵌入保持されて、その回転位置に応じてロッカアームの揺動支点を変化させて、揺動カムのカム面のバルブリフター上面に対する転接位置を変化させて、吸気弁のバルブリフト量を可変制御するようになっている。
【０００６】
すなわち、機関運転状態が、低回転低負荷域の場合は、前記電動モータとウォーム歯車機構を介して制御軸を一方向へ回転させて、制御カムも同方向へ回転させることにより、ロッカアームの揺動支点位置を駆動軸より離れる方向へ移動させる。これにより、ロッカアームとリンクロッドとの枢支点が上方に移動して揺動カムのカムノーズ部を引き上げ、これによって揺動カムのバルブリフター上面に対する当接位置がリフト部から離れる方向に移動する。したがって、吸気弁は、そのバルブリフト量が最小となるように制御される。
【０００７】
したがって、機関運転状態に応じて機関性能を十分に発揮させる、つまり燃費や出力の向上などを図ることができる。
【０００８】
一方、高回転高負荷域へ移行した場合は、電動モータによりウォーム歯車機構を介して制御軸が他方向へ回転して、制御カムを同方向へ回転させるため、ロッカアームの揺動支点が駆動軸に近づく方向に移動する。これにより、揺動カムは、リンクロッドなどによって端部が押し下げられて、バルブリフター上面の当接位置がリフト部側に移動するため、吸気弁のバルブリフト量が増加するように制御される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、一般に内燃機関の動弁装置にあっては、機関運転中に、吸気弁や排気弁を開閉作動するカムの作動やバルブスプリングのばね反力などに起因してカムシャフトに正負の回転変動トルク（交番トルク）が発生していることは知られており、かかる交番トルクは、前述の従来の可変動弁装置においても、揺動カムからロッカアームなどの伝達機構を介して制御軸に伝達されている。
【００１０】
そして、この可変動弁装置にあっては、制御軸の回転制御を、電動モータからウォーム歯車機構を介して行っているため、前記交番トルクが制御軸からウォーム歯車機構に伝達されると、このウォーム歯車機構のウォームホィールとウォームギア及び該ウォームギアのギア軸から電動モータの出力シャフトに軸方向の交番荷重（がた付き荷重）として伝達される。
【００１１】
このため、電動モータの出力シャフトに軸方向のガタつきが発生して、該出力シャフトを軸受するボールベアリングに軸方向のガタ付き荷重が発生して、該ボールベアリングの耐久性を低下させるおそれがある。
【００１２】
特に、電動モータのボールベアリングは、電動モータの構造からして、比較的小型のものが使用されていることから、剛性が低く、継続的な軸方向のガタ付き荷重によって耐久性が低下し易い。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記従来の可変動弁装置の技術的課題に鑑みて案出されたもので、請求項１記載の発明にあっては、前記駆動機構は、電動モータと、該電動モータの出力シャフトに連係されて、前記制御軸を回転させる螺子伝達手段とを備え、前記電動モータの出力シャフトと螺子伝達手段との間に、前記出力シャフトと螺子伝達手段を相対的に軸方向への移動を許容しかつ出力シャフトからの回転トルクを前記螺子伝達手段に伝達可能に連結する連結機構を設け、前記螺子伝達手段は、前記連結機構によって出力シャフトに軸方向から連結され、軸受によって回転自在に支持された螺子軸と、前記螺子軸の外周に回転不能に螺合して、該螺子軸の回転運動を直線運動に変換されながら螺子軸の軸方向へ移動可能に設けられた移動部材と、該移動部材の軸方向への移動力を前記制御軸に回転力として伝達するリンク機構と、前記螺子軸を前記軸受の内輪に軸方向から固定する軸方向固定手段と、を備えたことを特徴としている。
【００１４】
したがって、請求項１に記載の発明によれば、機関運転中に発生した交番トルクは、制御軸から螺子伝達手段の螺子軸に軸方向の交番荷重として伝達されるが、この螺子軸から出力シャフトへの軸方向交番荷重の伝達は連結機構によって遮断抑制される。すなわち、螺子軸が軸方向にガタ付いてもそのガタを連結機構が吸収する形になることから、電動モータの出力シャフトへの軸方向荷重伝達は抑制される。
【００１５】
このため、出力シャフトを軸受するボールベアリングなどの軸受には、なんら交番トルクの影響を受けることがなくなる。したがって、軸受での打音の発生を防止できると共に、軸受の耐久性の向上が図れる。
【００１７】
また、この発明によれば、制御軸からリンク機構を介して螺子軸に伝達された軸方向の交番荷重は、軸受によって受ける形になることから、螺子軸は軸受の回転を得るための微少な隙間を介して軸方向へ僅かに移動するに過ぎない。このため、前記連結機構の荷重吸収作用と相俟って電動モータへの交番トルクによる軸方向交番荷重の伝達をより確実に抑制することができる。
請求項２に記載の発明は、可変動弁装置の駆動機構に関し、基本構成は、前記請求項１に記載された発明と同様である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る可変動弁装置の実施形態を図面に基づいて詳述する。
【００１９】
この実施形態では、可変動弁装置を吸気弁側に適用したものであって、１気筒当たり２つの吸気弁を備え、かつ吸気弁のバルリフト量を機関運転状態に応じて可変にするようになっている。
【００２０】
すなわち、第１実施形態における可変動弁装置は、図２〜図５に示すようにシリンダヘッド１に図外のバルブガイドを介して摺動自在に設けられて、バルブスプリング３，３によって閉方向に付勢された一対の吸気弁２，２と、該各吸気弁２，２のバルブリフト量を可変制御する可変機構４と、該可変機構４の作動位置を制御にする制御機構５と、該制御機構５を回転駆動する駆動機構６とを備えている。
【００２１】
前記可変機構４は、シリンダヘッド１上部の軸受１４に回転自在に支持された中空状の駆動軸１３と、該駆動軸１３に圧入等により固設された偏心回転カムである駆動カム１５と、駆動軸１３の外周面に揺動自在に支持されて、各吸気弁２，２の上端部に配設されたバルブリフター１６，１６に摺接して各吸気弁２，２を開作動させる２つの揺動カム１７，１７と、駆動カム１５と揺動カム１７，１７との間に連係されて、駆動カム１５の回転力を揺動カム１７，１７の揺動力として伝達する伝達手段とを備えている。
【００２２】
前記駆動軸１３は、図２にも示すように、機関前後方向に沿って配置されていると共に、一端部に設けられた図外の従動スプロケットや、該従動スプロケットに巻装されたタイミングチェーン等を介して機関のクランク軸から回転力が伝達されており、この回転方向は図１中、時計方向（矢印方向）に設定されている。
【００２３】
前記軸受１４は、図３Ａに示すように、シリンダヘッド１の上端部に設けられて駆動軸１３の上部を支持するメインブラケット１４ａと、該メインブラケット１４ａの上端部に設けられて後述する制御軸３２を回転自在に支持するサブブラケット１４ｂとを有し、両ブラケット１４ａ，１４ｂが一対のボルト１４ｃ，１４ｃによって上方から共締め固定されている。
【００２４】
前記駆動カム１５は、ほぼリング状を呈し、円環状のカム本体と、該カム本体の外端面に一体に設けられた筒状部とからなり、内部軸方向に駆動軸挿通孔が貫通形成されていると共に、カム本体の軸心Ｙが駆動軸１３の軸心Ｘから径方向へ所定量βだけオフセットしている。また、この駆動カム１５は、駆動軸１３に対し前記両バルブリフター１６，１６に干渉しない一方の外側に駆動軸挿通孔を介して圧入固定されていると共に、カム本体の外周面が偏心円のカムプロフィールに形成されている。
【００２５】
前記バルブリフター１６，１６は、有蓋円筒状に形成され、シリンダヘッド１の保持孔内に摺動自在に保持されていると共に、揺動カム１７，１７が摺接する上面が平坦状に形成されている。
【００２６】
前記両揺動カム１７は、図２及び図３に示すように、同一形状のほぼ雨滴状を呈し、円環状のカムシャフト２０の両端部に一体的に設けられていると共に、該カムシャフト２０が内周面を介して駆動軸１３に回転自在に支持されている。また、一端部のカムノーズ部２１側にピン孔が貫通形成されていると共に、下面には、カム面２２が形成され、カムシャフト２０側の基円面と、該基円面からカムノーズ部２１側に円弧状に延びるランプ面と、該ランプ面からカムノーズ部２１の先端側に有する最大リフトの頂面に連なるリフト面が形成されており、該基円面とランプ面及びリフト面が、揺動カム１７の揺動位置に応じて各バルブリフター１６の上面の所定位置に当接するようになっている。
【００２７】
前記伝達手段は、図２〜図５に示すように、駆動軸１３の上方に配置されたロッカアーム２３と、該ロッカアーム２３の一端部２３ａと駆動カム１５とを連係するリンクアーム２４と、ロッカアーム２３の他端部２３ｂと揺動カム１７とを連係するリンクロッド２５とを備えている。
【００２８】
前記ロッカアーム２３は、中央に有する筒状の基部が支持孔を介して後述する制御カム３３に回転自在に支持されている。また、筒状基部の外端部に突設された前記一端部２３ａには、ピン２６が嵌入するピン孔が貫通形成されている一方、基部の内端部に夫々突設された前記他端部２３ｂには、リンクロッド２５の一端部２５ａと連結するピン２７が嵌入するピン孔が形成されている。
【００２９】
前記リンクアーム２４は、比較的大径な円環状の基部２４ａと、該基部２４ａの外周面所定位置に突設された突出端２４ｂとを備え、基部２４ａの中央位置には、前記駆動カム１５のカム本体が回転自在に嵌合する嵌合孔２４ｃが形成されている一方、突出端２４ｂには、前記ピン２６が回転自在に挿通するピン孔が貫通形成されている。
【００３０】
前記リンクロッド２５は、ロッカアーム２３側が凹状のほぼく字形状に形成され、両端部２５ａ，２５ｂには前記ロッカアーム２３の他端部２３ｂと揺動カム１７のカムノーズ部２１の各ピン孔に挿入した各ピン２７，２８の端部が回転自在に挿通するピン挿通孔が貫通形成されている。
【００３１】
なお、各ピン２６，２７，２８の一端部には、リンクアーム２４やリンクロッド２５の軸方向の移動を規制するスナップリングがそれぞれが設けられている。
【００３２】
前記制御機構１９は、駆動軸１３の上方位置に同じ軸受１４に回転自在に支持された制御軸３２と、該制御軸３２の外周に固定されてロッカアーム２３の支持孔に摺動自在に嵌入されて、ロッカアーム２３の揺動支点となる制御カム３３とを備えている。
【００３３】
前記制御軸３２は、図２に示すように、駆動軸１３と並行に機関前後方向に配設されていると共に、所定位置のジャーナル部３２ｂが前記軸受１４のメインブラケット１４ａとサブブラケット１４ｂとの間に回転自在に軸受されている。
【００３４】
前記制御カム３３は、図２〜図５に示すように円筒状を呈し、軸心Ｐ２位置が肉厚部の分だけ制御軸３２の軸心Ｐ１からα分だけ偏倚している。
【００３５】
前記駆動機構６は、図１、図２及び図６、図７に示すように、シリンダヘッド１の後端部に固定されたハウジング３５と、該ハウジング３５の一端部に固定された回転力付与機構である電動モータ３６と、ハウジング３５の内部に設けられて電動モータ３６の回転駆動力を前記制御軸３２に伝達する螺子伝達手段３７とから構成されている。
【００３６】
前記ハウジング３５は、前記制御軸３２の軸方向とほぼ直角方向に沿って配置された円筒部３５ａと、該円筒部３５ａの上端部中央に上方へ突出して、内部に前記制御軸３２の一端部３２ａが臨む膨出部３５ｂと、円筒部３５ａと膨出部３５ｂとの一側部を閉塞する側壁３５ｃとから構成されている。
【００３７】
前記電動モ−タ３６は、比例型のＤＣモータによって構成され、ほぼ円筒状のモータケーシング３８の先端小径部３８ａが前記円筒部３５ａの一端開口部３５ｃに圧入などによって固定されている。また、電動モ−タ３６の出力シャフト３６ａは、モータケーシング３８の先端小径部３８ａ内に設けられたボールベアリング３９によって軸受されている。
【００３８】
また、電動モータ３６は、機関の運転状態を検出するコントローラ４０からの制御信号によって駆動するようになっている。このコントローラ４０は、機関回転数を検出するクランク角センサ４１や、吸入空気量を検出するエアーフローメータ４２、機関の水温を検出する水温センサ４３及び制御軸３２の回転位置を検出するポテンショメータ４４等の各種のセンサからの検出信号をフィードバックして現在の機関運転状態を演算などにより検出して、前記電動モータ３６に制御信号を出力している。
【００３９】
前記螺子伝達手段３７は、図１、図６，図７に示すように、前記ハウジング３５の円筒部３５ａ内に電動モータ３６の出力シャフト３６ａとほぼ同軸上に配置された出力軸である螺子軸４５と、該螺子軸４５の外周に螺合する移動部材である螺子ナット４６と、ハウジング３５内で前記制御軸３２の一端部の外周に固定された連係部である連係アーム４７と、該連係アーム４７と前記螺子ナット４６とを連係するリンク部材４８とから主として構成され、前記連係アーム４７とリンク部材４８によってリンク機構が構成されている。
【００４０】
前記螺子軸４５は、両端部を除く外周面全体に雄ねじ部４９が連続して形成されていると共に、円筒部３５ａの一端開口部３５ｃと他端開口部３５ｄにそれぞれ臨んだ両端部４５ａ、４５ｂが２つのボールベアリング５０、５１によって回転自在に軸受けされている。
【００４１】
前記一方側のボールベアリング５０は、内輪５０ａに螺子軸４５の一端部４５ａが圧入固定、または嵌装されていると共に、外輪５０ｂが前記一端開口部３５ｃの内側に形成された環状溝３５ｆに内部軸方向から圧入固定、または嵌装されている。
【００４２】
前記他方側のボールベアリング５１は、内輪５１ａが螺子軸４５の他端部４５ｂの先端部に螺着された軸方向固定手段であるナット５２によって締めつけ保持されていると共に、外輪５１ｂが他端開口部３５ｄを液密的に閉止する有底碗状のキャップナット５３によってハウジング３５に締めつけ保持されている。
【００４３】
すなわち、前記ナット５２は、一端側の突起部５２ａが他方側ボールベアリング５１の内輪５１ａを右方向に押し付けると共に、螺子軸４５の他端部４５ｂ側に有する段差面４５ｅを左側に締めつけており、その結果、内輪５１ａはナット５２と段差面４５ｅとの間に挟持状態に固定されている。したがって、螺子軸４５は、内輪５１ａと一体的に回転すると共に、軸方向にも一体に固定されている。一方、前記キャップナット５３は、外周面に前記他端開口部３５ｄの内周面に形成された雌ねじに螺合する雄ねじ５３ａが形成されていると共に、円筒状前端部５３ｂによって前記他方側ボールベアリング５１の外輪５１ｂを他端開口部３５ｄの段差部３５ｇに押し付け固定している。したがって、外輪５１ｂの軸方向位置が固定されることになる。
【００４４】
さらに、螺子軸４５の他端部４５ｂ側には、前記ナット５２をスパナなどの所定の治具で締めつける際に、螺子軸４５が回転しないように押さえ治具が係合する回り止め手段である２面幅の係合面４５ｄ、４５ｄが形成されている。なお、この回転防止機構は、係合面４５ｄ、４５ｄのように２面幅に限定されるものではなく、３面以上でもよく、いずれにせよナット５２を締め付ける際の回り止めの構造になっていれば良い。
【００４５】
さらに、螺子軸４５は、一端部４５ａの先端小径軸４５ｃと電動モータ３６の出力シャフト３６ａの先端小径部３６ｂが連結部材５４によって同軸上で軸方向移動可能にセレーション結合されている。
【００４６】
すなわち、前記連結部材５４は、図１及び図６にも示すように、ほぼ円筒状に形成され、内周面にセレーション凹凸５４ａが軸方向に沿って形成されている一方、前記先端小径軸４５ｃと先端小径部３６ｂの外周面に前記連結部材５４のセレーション凹凸５４ａが遊嵌状態で軸方向から嵌合するセレーション凹凸部が軸方向に沿ってそれぞれ形成されている。かかる連結部材５４と小径軸４５ｃ及び小径部３６ｂがセレーション結合されることによって電動モータ３６の回転駆動力を前記螺子軸４５に伝達すると共に、螺子軸４５と出力シャフト３６ａの軸方向の移動を許容している。なお、前記連結部材５４と各セレーション凹凸部によって連結機構を構成している。
【００４７】
なお、図１、図６において小径軸４５ｃ、小径部３６ｂの片方のみが連結部材５４にセレーション圧入されていてもよい。例えば、小径軸４５ｃと連結部材５４がセレーション圧入されていても、小径部３６ｂと連結部材５４が遊嵌状態であれば、小径軸４５ｃと小径部３６ｂの軸方向の移動は許容される。
【００４８】
前記螺子ナット４６は、ほぼ円筒状に形成され、内周面全体に前記雄ねじ部４９に螺合して螺子軸４５の回転力を軸方向への移動力に変換する雌ねじ部５５が形成されていると共に、図７に示すように軸方向のほぼ中央位置の両端部にピン穴５６，５６が直径方向に沿って形成されている。
【００４９】
前記連係アーム４７は、図１及び図２に示すように、ほぼ雨滴状に形成され、大径基部に貫通形成された固定用孔４７ａ内に制御軸３２の一端部３２ａが挿通されていると共に、図外のボルトによって前記一端部３２ａに固定されていると共に、先細り状の先端部４７ｂの幅方向の中央位置にスリット５７が形成されており、また、先端部４７ｂには、制御軸３２方向に沿って連続して貫通した２つのピン孔４７ｃ、４７ｃが形成されている。したがって、このピン孔４７ｃ、４７の軸心Ｚが、制御軸３２の軸心Ｐ１より偏倚している。
【００５０】
前記リンク部材４８は、ほぼＹ字形状に形成され、平板状の一端部５８と二股状の他端部５９、５９とからなり、前記一端部５８は、前記連係アーム４７のスリット５７内に挿通配置されて、前記ピン孔４７ｃ、４７ｃと自身のピン孔５８ａに貫通したピン６０によって連係アーム４７の先端部４７ｂに回転自在に連結されている。一方、二股状の他端部５９，５９は、螺子ナット４６の両側に配置されて、それぞれ対向して貫通形成されたピン孔５９ａ、５９ａと螺子ナット４６のピン穴５６，５６にそれぞれ挿通された２つのピン軸６１、６１によって螺子ナット４６に対して回転自在に連結されている。なお、前記ピン６０は、両端部が連係アーム４７の両ピン孔４７ｃ、４７ｃに固定されて、中央部がリンク部材４８のピン孔５８ａに摺動可能になっている。一方、前記各ピン軸６１，６１は、各外端部が各リンク部材４８のピン孔５９ａ、５９ａに圧入固定され、各内端部が螺子ナット４６のピン穴５６，５６に摺動可能になっている。
【００５１】
また、前記ハウジング３５の側壁３５ｅの内側には、図１及び図６に示すように、前記連係アーム４７を介して制御軸３２の左右の最大回転位置を規制する規制機構である２つの第１、第２ストッパピン６２，６３が設けられている。
【００５２】
前記第１ストッパピン６２は、前記制御軸３２が図１中反時計方向へ回転して前記可変機構４によって吸気弁２，２のバルブリフト量を最小リフトとする側壁３５ｅ位置に固定されている。一方、第２ストッパピン６３は、制御軸３２が図示のように時計方向へ回転して前記バルブリフト量を最大リフトとする側壁３５ｅ位置に固定されており、これら第１，第２ストッパピン６２，６３によって制御軸３２の左右の最小、最大回転位置が規制されるようになっている。
【００５３】
そして、前記制御軸３２が、図６に示すように連係アーム４７を介して第１ストッパピン６２によって回転が規制されている位置、つまり、可変機構４が前記駆動機構６を介して吸気弁２，２のバルブリフト量を最小リフト域に保持した位置では、前記リンク部材４８の軸線と螺子軸４５の軸線との間のなす角度θ１が約６５°の最大角度になっているが、ここから制御軸３２が図１に示すように、時計方向に回転して、第２ストッパピン６３によりそれ以上の回転が規制された最大リフトに制御された際における前記リンク部材４８の軸線と螺子軸４５の軸線との間のなす角度θ３が約３５°の最小角度となるように形成されている。
【００５４】
以下、本実施形態の作用を説明すれば、まず、例えば、機関のアイドリング運転時を含む低回転域には、コントローラ４０からの制御信号によって電動モータ３６に伝達された回転トルクは、螺子軸４５に伝達されて回転すると、この回転に伴って螺子ナット４６が図６に示すように、最大右方向位置に移動し、これによって制御軸３２は、リンク部材４８と連係アーム４７とによって反時計方向に回転駆動され、連係アーム４７の先端部４７ｂの側面が第１ストッパピン６２に当接してそれ以上の回転が規制される。
【００５５】
したがって、制御カム３３は、軸心Ｐ２が図３Ａ、Ｂに示すように制御軸３２の軸心Ｐ１の回りを同一半径で回転して、肉厚部が駆動軸１３から上方向に離間移動する。これにより、ロッカアーム２３の他端部２３ｂとリンクロッド２５の枢支点は、駆動軸１３に対して上方向へ移動し、このため、各揺動カム１７は、リンクロッド２５を介してカムノーズ部２１側が強制的に引き上げられて全体が時計方向へ回動する。
【００５６】
よって、駆動カム１５が回転してリンクアーム２４を介してロッカアーム２３の一端部２３ａを押し上げると、そのバルブリフト量がリンクロッド２５を介して揺動カム１７及びバルブリフター１６に伝達されるが、そのリフト量Ｌ１は充分小さくなる。
【００５７】
したがって、かかる機関の低回転領域では、バルブリフト量が最も小さくなることにより、各吸気弁２の開時期が遅くなり、排気弁とのバルブオーバラップが小さくなる。このため、燃費の向上と機関の安定した回転が得られる。
【００５８】
また、この時点における制御軸３２に作用する正負（＋、−）の交番トルクは、図８のＴ１’で示すように十分小さく、したがって連係アーム４７やリンク部材４８を介して螺子ナット４６に伝達されるトルク荷重も小さいことから、螺子軸４５に対する大きな集中荷重の発生はない。
【００５９】
すなわち、図６に示すように、制御軸３２からリンク部材４８の二股状他端部５９，５９を介して両ピン軸６１，６１に作用する荷重Ｆ１（＋）は、螺子軸４５の軸線方向の荷重Ｆ１ａ（ピン軸に作用する荷重の和）と径方向に作用する荷重Ｆ１ｒに分けられるが、前記Ｆ１ａは、Ｆ１（＋）×ＣＯＳθ１となり、径方向（軸直角荷重）にかかる荷重Ｆ１ｒは、Ｆ１（＋）×ＳＩＮθ１となる。ここで、θ１は大きな値となるので、ＳＩＮθ１も大きくなるが、制御軸３２に作用する変動トルクＴ１’（＋）は小さいので径方向荷重Ｆ１ｒを小さく抑えることができる。
【００６０】
したがって、螺子軸４５と螺子ナット４６との間の摩耗などの発生が防止される。
【００６１】
また、機関中回転領域に移行した場合は、コントローラ４０からの制御信号によって電動モータ３６が逆回転し、この回転トルクが螺子軸４５に伝達されて回転すると、この回転に伴って螺子ナット４６が図６に示す位置から左方向へ移動する。したがって、制御軸３２は、制御カム３３を図３に示す位置から時計方向へ回転させて、図４Ａ、Ｂに示すように軸心Ｐ２を少し下方向へ回動させる。このため、ロッカアーム２３は、今度は全体が駆動軸１３方向寄りにに移動して他端部２３ｂが揺動カム１７のカムノーズ部２１をリンクロッド２５を介して下方へ押圧して該揺動カム１７全体を所定量だけ反時計方向へ回動させる。
【００６２】
よって、駆動カム１５が回転してリンクアーム２４を介してロッカアーム２３の一端部２３ａを押し上げると、そのバルブリフト量がリンクロッド２５を介して揺動カム１７及びバルブリフター１６に伝達されるが、そのリフト量Ｌ２は若干大きくなる。
【００６３】
また、この時点における正負（＋、−）の交番トルクは、図８のＴ２’に示すように最小リフト時の場合よりも比較的大きくなるが、螺子軸４５とリンク部材４８との間のなす角度θが最小リフト時よりも小さくなるので、螺子ナット４６と螺子軸４５との間の大きな集中荷重の発生を回避できる。
【００６４】
さらに、機関高回転領域に移行した場合は、コントローラ４０からの制御信号によって電動モータ３６がさらに逆回転して螺子軸４５が同方向へさらに回転すると、この回転に伴って螺子ナット４６が図１に示すように、左方向へ大きく移動するが、このとき連係アーム４８が第２ストッパピン６３に突き当たった位置でそれ以上の移動が規制され、螺子ナット４６のそれ以上の移動も規制される。したがって、制御軸３２は、制御カム３３を図４に示す位置から時計方向へ回転させて、図５Ａ、Ｂに示すように軸心Ｐ２が下方向へ移動する。このため、ロッカアーム２３は、今度は全体が駆動軸１３方向に移動して他端部２３ｂによって揺動カム１７のカムノーズ部２１をリンクロッド２５を介して下方へ押圧して該揺動カム１７全体を所定量だけ反時計方向へ回動させる。
【００６５】
したがって、揺動カム１７のバルブリフター１６の上面に対するカム面２２の当接位置が、右方向位置（リフト部側）に移動する。このため、吸気弁１２の開作動時に駆動カム１５が回転してロッカアーム２３の一端部２３ａをリンクアーム２４を介して押し上げると、バルブリフター１６に対するそのリフト量Ｌ３は中バルブリフト量Ｌ２よりさらに大きくなる。
【００６６】
よって、かかる高回転領域では、バルブリフト量が最大に大きくなり、各吸気弁２の開時期が早くなると共に、閉時期が遅くなる。この結果、吸気充填効率が向上し、十分な出力が確保できる。
【００６７】
そして、この時点における正負（＋、−）の交番トルクは、図８のＴ３’に示すように、小バルブリフト時及び中バルブリフト時の場合よりも大きくなる。ところが、螺子軸４５とリンク部材４８との間のなす角度θ２が、最小リフト時よりは勿論のこと、中リフト時よりも小さくなるため、前述のように、制御軸３２から連係アーム４７及びリンク部材４８を介して伝達された大きな交番トルクを螺子ナット４６の雌ねじ部５５と螺子軸４５の雄ねじ部４９の円周方向の全域で受けることになるから、かかる入力荷重が円周方向に分散されて集中荷重の発生を十分に回避することができる。
【００６８】
すなわち、リンク部材４８の二股状他端部５９，５９からピン軸６１、６１に作用した交番トルク荷重は、図１に示すように、その反力としてＦ３（＋）と螺子軸４５の径方向にかかる分力Ｆ３ｒ（＋）と螺子軸４５の軸線方向にかかる分力Ｆ３ａ（＋）に分けられるが、前述のように、螺子軸４５とリンク部材４８とのなす角度θ２が十分に小さいことから、螺子軸４５の軸線方向にかかる分力Ｆ３ａが大きくなって、径方向の分力Ｆ３ｒはそれよりも十分に小さくなる。つまり、軸線方向の荷重Ｆ３ａ（＋）（ピン軸６１，６１に作用する荷重の和）は、Ｆ３（＋）×ＣＯＳθ３となり、径方向にかかる荷重Ｆ３ｒは、Ｆ３（＋）×ＳＩＮθ３となる。ここでθ３は、小さい値であるから、ＳＩＮθ３も小さくなるので、制御軸３２に対する大きな交番トルクＴ３’（＋）が作用するにも拘わらず、Ｆ３ｒを小さくすることができる。
【００６９】
つまり、前記大きな軸線方向の分力Ｆ３ａは、前記雌ねじ部５５と雄ねじ部４９の噛み合った複数のねじ山の円周方向の側面全体で受けられることになるから、この分力がねじ山の円周方向の全体に分散される。
【００７０】
したがって、雌ねじ部５５と雄ねじ部４９間での摩耗などの発生を効果的に防止できることから、装置の耐久性の向上が図れる。
【００７１】
特に、前記軸線方向の分力は、一条ではなく連続した螺旋状の雄ねじ部４９と雌ねじ部５５全体で受けるので、分力をさらに大きな範囲で分散させることになるから、摩耗などの発生をさらに防止できる。
【００７２】
また、この実施形態においては、前記交番トルクＴ１’〜Ｔ３’が制御軸３２から螺子軸に軸方向の交番荷重として伝達されるが、螺子軸４５の先端小径軸４５ｃと電動モータ３６の出力シャフト３６ａの先端小径部３６ｂが、連結部材５４を介して互いに軸方向へ自由に移動可能になっていることから、螺子軸４５から出力シャフト３６ａへの前記軸方向の交番荷重の伝達が効果的に遮断ないし抑制される。すなわち、螺子軸４５が前記軸方向交番荷重により軸方向にガタ付いてもそのガタを連結部材５４によって吸収する形になることから、出力シャフト３６ａには伝達されない。
【００７３】
このため、出力シャフト３６ａを軸受するボールベアリング３９や他の電動モータ内部のボールベアリングは、なんら前記交番軸方向荷重の影響を受けることがなくなる。したがって、各ボールベアリング３９での打音の発生を防止できると共に、電動モータ内の各ボールベアリング３９の耐久性の向上が図れる。
【００７４】
ボールベアリング３９での打音について説明すると、ハウジングの外部に露出する電動モータ３６のボールベアリングの打音が耳に付きやすく、同部位の打音の発生を防止できる。
【００７５】
また、ナット５２によってボールベアリング５１の内輪５１ａは螺子軸４５の段差面４５ｅとナット５２の突出部５２ａとの間に挟み込まれた状態となり、これによって螺子軸４５はボールベアリング５１の内輪５１ａに固定された形になる。
【００７６】
したがって、交番トルクＴ１’〜Ｔ３’は、前記螺子軸４５に伝達されて軸方向のボールベアリング５１の内輪５１ａによって受ける形になるが、螺子軸は４５は、ボールベアリング５１の内外輪５１ａ、５１ｂ間で各ボールの回転を得るための微少な隙間を介して軸方向へ僅かに移動するに過ぎないことから、前述の連結部材５４による軸方向の荷重吸収作用と相俟って電動モータ３６への交番トルクの荷重伝達をより確実に遮断することができ、この結果、電動モータ３６側の各ボールベアリング３９でのガタの発生を効果的に防止できる。
【００７７】
なお、ボールベアリング５０の内外輪５０ａ、５０ｂをそれぞれ螺子軸４５とハウジング３５との間に圧入すれば、ボールベアリング５０でのガタの発生防止効果も得ることができる。
【００７８】
さらに、この実施形態では、螺子軸４５や各ボールベアリング５０、５１の組付性も良好になる。すなわち、組み付け時において、まず一方側のボールベアリング５０を、まず螺子軸４５の一端部４５ａ側に形成された段差面４５ｆと環状溝３５ｆの段差面との間に挟み込んで配置し、その後、他方側のボールベアリング５１を他端開口部３５ｄ側の所定位置に挿入配置し、前記ナット５２とキャップナット５３を締めつけることによって全体を一度に組み付けることができる。したがって斯かる組み付け作業能率が向上する。
【００７９】
さらに、前記キャップナット５３によって他端開口部３５ｄが液密的に閉止されているので、ハウジング３５内の潤滑油のリークを防止することができる。
【００８０】
また、螺子ナット４６は、リンク部材４８の二股状の他端部５９，５９と各ピン軸６１，６１によって自由な回転が規制されていることから、螺子軸４５の回転力を効率よく伝達することができる。
【００８１】
さらに、この実施形態では、制御軸３２の過回転を防止するために、第１、第２ストッパピン６２，６３を設けていることから、螺子ナット４６の最大左右移動位置において各ストッパピン６２，６３により前記交番トルクの一方向の荷重入力を抑制できると共に、該螺子ナット４６の過度な移動も防止できる。
【００８２】
また、螺子軸４５の他端部４５ｂにナット５２に締結して、ボールベアリング５１の内輪５１ａをハウジング３５の段差部間に挟持するようにしたため、螺子軸４５の安定かつ円滑な回転を維持しつつ軸方向の不用意な移動を規制できる。
【００８３】
さらに、螺子ナット４６は、ピン穴５６，５６を介してピン軸により軸方向のほぼ中央位置で支持されることから、前記径方向からの入力荷重が作用しても螺子ナット４６に偏荷重が作用しないので、耐久性の低下を防止できる。
【００８４】
図９は本発明の第２の実施形態を示し、駆動機構６の螺子伝達手段３７を、いわゆるボール螺子によって構成したものである。
【００８５】
すなわち、出力軸であるボール螺子軸７０は、外周面に複数のボール７１を転動自在に保持する螺旋状のボール溝７２が連続的に形成されている。
【００８６】
一方、移動部材であるボールナット７３の内周面には、前記ボール溝７２と共同して前記複数のボール７１を円周方向に転動案内する螺旋状のガイド溝７４が形成されていると共に、複数のボール７１の循環列を軸方向の２個所に設定する２つのディフレクタ７５が取り付けられている。つまり、このディフレクタ７５は、前記ボール溝７２とガイド溝７４との間を転動する複数のボール７１を同一溝内に循環させるために、同循環列内に再び戻すようにボール７１を案内するものであり、この循環列を軸方向の２個所に設けたものである。
【００８７】
また、前記ボールナット７３の前記循環列を避けた軸方向のほぼ中央位置に前記ピン孔５６、５６が直径方向に沿って貫通形成され、該ピン孔５６，５６内にリンク部材４８の二股状他端部５９、５９に連結する２つのピン軸６１、６１がボールナット７３の内周面まで挿通配置されている。なお、他の構成、例えば連結部材５４や各ボールベアリング５０，５１の組付構造などは、第１の実施形態と同様である。
【００８８】
したがって、この実施形態によれば、電動モータ３６によってボール螺子軸７０が回転駆動すると、２条の循環列の各ボール７１がボール溝７２内を転動しながらガイド溝７４を介してボールナット７３に直線方向の運動力を付与するため、該ボールナット７３を各ボール７１の転動作用によって左右へ円滑に移動させることができる。
【００８９】
したがって、第１実施形態と同様な作用効果が得られると共に、ボールナット７３の移動応答性が向上し、制御軸３２によるバルブリフトの変換制御応答性も良好になる。
【００９０】
本発明は、前記実施形態の構成に限定されるものではなく、例えば前記連結部材５４と小径軸４５ｃ及び小径部３６ｂとの結合態様を通常のセレーション結合ではなく、図１０に示すように小径軸４５や小径部３６ｂの各外周面に横断面ほぼ矩形状の６つの突起部８０を円周方向へ等間隔に一体に設けかつ軸方向に沿って形成する一方、連結部材５４の内周面に前記各突起部８０が遊嵌状態で嵌合する嵌合溝８１を形成し、これによってスプライン結合させることも可能である。また、図１１に示すように小径軸４５と小径部３６ｂの外周面を横断面六角形状に形成し、これに対応して連結部材５４の内周面も六角形状に形成して互いに遊嵌状態で嵌合させることも可能である。
【００９１】
また、連結機構としては、前述の連結部材５４以外に、小径部３６ｂと小径軸４５ｃと両者間の回転伝達を行う平歯車などを用いて互いに軸方向へ移動可能な状態で連結させるように構成することも可能である。
【００９２】
また、本発明は、吸気弁側の他に排気弁側あるいは両方の弁側に適用することが可能である。
【００９３】
前記各実施形態から把握できる請求項以外の技術的思想について、以下に記載する。
（イ）前記軸方向固定手段は、前記螺子軸の端部に螺着されたナットによって構成し、前記軸受の内輪を前記ナットと螺子軸端部の段差面との間に挟持したことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の可変動弁装置。
【００９４】
この発明によれば、螺子軸をナットによって軸受の内輪に固定するので、該螺子軸の軸方向の移動を、前記軸受のスラスト側の僅かの遊びの範囲内とすることができることから、連結機構の荷重伝達遮断と相俟って電動モータの軸受に対する交番荷重の影響を十分に回避することができる。
（ロ）前記螺子軸の外周面に前記ナットを螺子軸端部に締めつける際に、該螺子軸の連れ回り規制する回転防止機構を設けた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。
【００９５】
この発明によれば、回転防止機構によってナットの締めつけ時において螺子軸の不用意な連れ回りを防止できるので、ナットの締めつけ作業が容易になると共に、確実な締め付けが得られる。
（ハ）前記連結機構を電動モータの出力シャフトと該出力シャフトと同軸上に設けられた螺子軸の先端部との間に介装された円筒状の連結部材と、該連結部材の内周面に形成されたセレーション凹凸及び前記出力シャフト及び螺子軸先端部の各外周面に形成されたセレーション凹凸とから構成し、両セレーション結合のうち少なくとも一方を遊嵌状態に結合させたことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の可変動弁装置。
【００９６】
この発明によれば、螺子軸と電動モータの出力シャフトとを連結部材によって互いに軸方向へ移動可能にセレーション結合したため、このセレーション結合を介して制御軸から螺子軸に伝達された交番荷重を効果的に吸収することができることから、電動モータの軸受に対するかかる交番荷重の影響を確実に回避できる。
（ニ）前記螺子伝達手段の出力軸をボール螺子軸によって形成して、外周面の螺合部を螺旋状のボール溝に形成すると共に、前記移動部材をボール螺子ナットに形成して、内周面に前記ボール溝と共同して複数のボールを転動自在に保持するガイド溝を形成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。
【００９７】
この発明によれば、ボール螺子ナットの駆動手段としてボールを用いていることから、単なる雌雄ねじによる駆動手段の場合に比較して、摺動抵抗が小さくなりボール螺子ナットの移動応答性が向上すると共に、バックラッシの影響が少なくなる。
（ホ）前記可変機構は、機関のクランク軸に同期して回転し、外周に駆動カムが設けられた駆動軸と、支軸に揺動自在に支持されて、カム面がバルブリフター上面を摺接して機関弁を開閉作動させる揺動カムと、一端部が前記駆動カムに機械的に連係し、他端部がリンクロッドを介して揺動カムに連係したロッカアームとを備え、
機関運転状態に応じて前記ロッカアームの揺動支点を変化させることにより、揺動カムのカム面のバルブリフター上面に対する当接位置を変化させて機関弁のバルブリフトを可変にするように構成され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。
（へ）前記螺子軸を収容したハウジングの端部開口部に、前記螺子軸の端部を支持する軸受の外輪を押付け固定する有底碗状のキャップナットを螺着したことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の可変動弁装置。
【００９８】
この発明によれば、キャップナットによって軸受の外輪を押し付けて固定することにより、該軸受の確実な固定状態が得られると共に、螺子軸の軸方向の移動を軸受のスラスト方向の僅かな移動量に押さえることができる。
【００９９】
また、キャップナットによってハウジングの端部開部を閉塞したことから、ハウジング内の潤滑油などの漏れを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に供される駆動機構を示す縦断面図である。
【図２】本実施形態の可変動弁装置の斜視図ある。
【図３】Ａは本実施形態における最小リフト制御時の閉弁作用を示す図２のＡ矢視図、Ｂは同最小リフト制御時の開弁作用を示す図２のＡ矢視図である。
【図４】Ａは本実施形態における中リフト制御時の閉弁作用を示す図２のＡ矢視図、Ｂは同中リフト制御時の開弁作用を示す図２のＡ矢視図である。
【図５】Ａは本実施形態における最大リフト制御時の閉弁作用を示す図２のＡ矢視図、Ｂは同最大リフト制御時の開弁作用を示す図２のＡ矢視図である。
【図６】本実施形態における最小リフト制御時の駆動機構の作動説明図である。
【図７】図１のＢ−Ｂ線から展開した断面図である。
【図８】バルブリフト量と交番トルクとの関係を示す特性図である。
【図９】本発明の第２の実施形態を示す駆動機構の要部縦断面図である。
【図１０】本発明の連結機構の他例を示す拡大横断面図である。
【図１１】同連結機構のさらに異なる例を示す拡大断面図である。
【符号の説明】
２…吸気弁（機関弁）
４…可変機構
６…駆動機構
３２…制御軸
３６…電動モータ
３６ａ…出力シャフト
３６ｂ…小径部
３７…螺子伝達手段
４５…螺子軸
４５ｃ…小径軸
４６…螺子ナット（移動部材）
４７…連係リンク（リンク機構）
４８…リンク部材（リンク機構）
４９…雄ねじ部
５２…ナット（軸方向固定手段）
５３…キャップナット ( ナット )
５４…連結部材（連係機構）
５５…雌ねじ部

Claims

機関運転状態に応じて制御軸が回転して機関弁の作動特性を可変制御する可変機構と、前記制御軸を回転制御する駆動機構とを備えた内燃機関の可変動弁装置において、
前記駆動機構は、電動モータと、該電動モータの出力シャフトに連係されて、前記制御軸を回転させる螺子伝達手段とを備え、
前記電動モータの出力シャフトと螺子伝達手段との間に、前記出力シャフトと螺子伝達手段を相対的に軸方向への移動を許容しかつ出力シャフトからの回転トルクを前記螺子伝達手段に伝達可能に連結する連結機構を設け、
前記螺子伝達手段は、前記連結機構によって出力シャフトに軸方向から連結され、軸受によって回転自在に支持された螺子軸と、
前記螺子軸の外周に回転不能に螺合して、該螺子軸の回転運動を直線運動に変換されながら螺子軸の軸方向へ移動可能に設けられた移動部材と、
該移動部材の軸方向への移動力を前記制御軸に回転力として伝達するリンク機構と、
前記螺子軸を前記軸受の内輪に軸方向から固定する軸方向固定手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
機関運転状態に応じて制御軸が回転して機関弁の作動特性を可変制御する可変機構と、前記制御軸を回転制御する内燃機関の可変動弁装置の駆動機構において、
前記駆動機構は、電動モータと、該電動モータの出力シャフトに連係されて、前記制御軸を回転させる螺子伝達手段と、を備え、
前記電動モータの出力シャフトと螺子伝達手段との間に、前記出力シャフトと螺子伝達手段を相対的に軸方向への移動を許容しかつ出力シャフトからの回転トルクを前記螺子伝達手段に伝達可能に連結する連結機構を設け、
前記螺子伝達手段は、前記連結機構によって出力シャフトに軸方向から連結され、軸受によって回転自在に支持された螺子軸と、
前記螺子軸の外周に回転不能に螺合して、該螺子軸の回転運動を直線運動に変換されながら螺子軸の軸方向へ移動可能に設けられた移動部材と、
該移動部材の軸方向への移動力を前記制御軸に回転力として伝達するリンク機構と、
前記螺子軸を前記軸受の内輪に軸方向から固定する軸方向固定手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置の駆動機構。