JP4061885B2 - 内燃機関の可変動弁装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の可変動弁装置に係り、特にコントロールシャフトを軸方向に移動させることによりコントロールシャフトの軸方向位置に連動してバルブリフト量を連続的に可変とする可変動弁装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の吸気バルブのバルブリフト量を、内燃機関の運転状態に応じて連続的に調整するために、カムノーズの高さが軸方向に次第に高くなる３次元カムを設けたカムシャフトを軸方向に移動させるようにした可変動弁装置が知られている（特開２０００−５４８１４公報）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このようにカムシャフトを軸方向に移動させることによりバルブリフト量を連続的に可変とする可変動弁装置では、３次元カムのカム面が軸方向で傾いているためにバルブリフト量を小さくする方向にスラスト力が発生する。しかも、バルブリフト量が増加するにつれてバルブスプリングの圧縮量が大きくなってバルブスプリングの復元力も次第に大きくなることから、上記スラスト力も大きくなる。
【０００４】
このような可変動弁装置を利用して、スロットルバルブの代わりに吸気バルブのバルブリフト量により内燃機関の吸入空気量を調量しようとする場合、カムシャフトを軸方向に移動させるアクチュエータに高い応答性が要求される。特に油圧アクチュエータを用いる場合には高応答にするためにピストン径の縮小による作動油の流量削減が要求される。しかしピストン径を縮小すると、アクチュエータの出力が上述したスラスト力の増大に対応できなくなってバルブリフト量が大きい方での最低作動油圧が悪化したり、応答性が悪化するおそれがある。
【０００５】
これらの問題を解決するためにアシストスプリングを設けて上述したスラスト力に対抗するアシスト力を発生させることが考えられる。しかし、前述したようにバルブリフト量が大きくなるに従ってスラスト力は大きくなるが、カムシャフトが高リフト側に移動するほどアシストスプリングの付勢力は小さくなるため、アシストスプリングの付勢力を高める必要がある。
【０００６】
しかしながら、このようにアシストスプリングの付勢力を高めた場合、内燃機関の始動時の作動油圧立ち上がり前と内燃機関の停止時の油圧低下中において油圧アクチュエータの油圧が不足してアシストスプリングの付勢力を下回ることがある。この場合には、アシストスプリングの付勢力によってピストンが高リフト側に移動してピストンを低リフト側に保持できなくなってしまい、バルブリフト量が所定の値からずれてしまうという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、低油圧時におけるコントロールシャフトの不安定な動作を招くことなく、応答性の高い内燃機関の可変動弁装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
以下、上記目的を達成するための手段及び作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、コントロールシャフトを軸方向に移動させることにより該コントロールシャフトの軸方向位置に連動してバルブリフト量を連続的に可変とする内燃機関の可変動弁装置であって、前記コントロールシャフトの一部に設けられかつシリンダ内に供給される油圧によって前記コントロールシャフトと一体に移動するピストンと、前記コントロールシャフトに発生するスラスト力に対抗して前記コントロールシャフトの高リフト側への移動を補助するためのアシスト力を付与するアシスト力付与手段とを有する油圧アクチュエータを備え、前記コントロールシャフトの低リフト側において前記アシスト力付与手段のアシスト力を前記コントロールシャフトのスラスト力よりも大きく設定するとともに、低油圧時に前記アシスト力付与手段のアシスト力による前記コントロールシャフトの高リフト側への移動を規制するロック手段を設けたことを特徴とする。
【０００９】
上記の構成によれば、内燃機関の始動時の作動油圧立ち上がり前と内燃機関の停止時の油圧低下中において油圧アクチュエータの油圧が不足してアシスト力付与手段の付勢力を下回ることがある。ところが、この場合には、ロック手段によってコントロールシャフトの高リフト側への移動が規制されるため、コントロールシャフトを低リフト側に保持して不安定な動作を抑制することができ、バルブリフト量を所定の値に保持することができる。又、内燃機関の通常の運転時においてはアシスト力付与手段によってコントロールシャフトの高リフト側への移動を補助するアシスト力が付与されるため、油圧アクチュエータの最低作動油圧を小さな値にすることができ、コントロールシャフトの応答性を向上することができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記ロック手段は、ロック用スプリングの付勢力により前記シリンダ内において前記コントロールシャフトの軸方向とは略直交する方向に突出するロックピンを備え、該ロックピンが前記ピストンに係合することにより前記ピストンの移動を規制するものであることを特徴とする。
【００１１】
上記の構成によれば、油圧アクチュエータの油圧が不足するとロック用スプリングの付勢力によってロックピンが突出してピストンに係合し、ピストンの移動が規制される。そのため、コントロールシャフトの高リフト側への移動が規制され、コントロールシャフトは低リフト側に保持されて不安定な動作が抑制される。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項２において、前記ロック手段は、前記コントロールシャフトの高リフト側への移動時において、前記ロック用スプリングの付勢力に抗して前記ロックピンが前記シリンダから抜け出すように油圧を作用させる油圧室を備えることを特徴とする。
【００１３】
上記の構成によれば、内燃機関の通常運転時においては、作動油圧が上昇して所要の作動油圧が確保されるため、コントロールシャフトの高リフト側への移動時には油圧室に油圧が供給されてロック用スプリングの付勢力に抗してロックピンがシリンダから抜け出してピストンのロックを解除することができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかにおいて、内燃機関のクランクシャフトにより回転駆動されるカムシャフトと、前記カムシャフトに設けられたカムと、前記カムシャフトとは異なる軸にて揺動可能に支持され、入力部と出力部とを有することで前記カムにより入力部が駆動されると出力部にてバルブを駆動する仲介駆動機構と、軸方向への移動量が前記仲介駆動機構の入力部と出力部との相対位相差に連動する前記コントロールシャフトと、前記コントロールシャフトを軸方向に移動することにより前記仲介駆動機構の入力部と出力部との相対位相差を調整する前記油圧アクチュエータと、を備えることにより、前記コントロールシャフトの軸方向位置に連動してバルブリフト量を連続的に可変とすることを特徴とする。
【００１５】
可変動弁装置は、カムシャフト、カム、仲介駆動機構、コントロールシャフト及び油圧アクチュエータを備える構成であってもよい。このような構成においても、前述したロック手段の構成によりコントロールシャフトの高リフト側への移動を規制してコントロールシャフトを低リフト側に保持することができ、コントロールシャフトの不安定な動作を抑制することができる。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかにおいて、軸方向にてカムプロフィールが変化している３次元カムを、軸方向に移動させることによりバルブリフト量を連続的に可変とする可変動弁機構であり、前記コントロールシャフトの軸方向への移動量が前記３次元カムの軸方向への移動量に連動していることを特徴とする。
【００１７】
可変動弁装置は、前記３次元カム及びコントロールシャフトを備える構成であってもよい。このような構成においても、前述したロック手段の構成によりコントロールシャフトの高リフト側への移動を規制してコントロールシャフトを低リフト側に保持することができ、コントロールシャフトの不安定な動作を抑制することができる。
【００１８】
請求項６に記載の発明は、請求項５において、前記コントロールシャフトは前記３次元カムのカムシャフトを兼ねていることを特徴とする。
このようにコントロールシャフトは３次元カムのカムシャフトを兼ねていてもよく、前述したロック手段の構成によりコントロールシャフトの高リフト側への移動を規制してコントロールシャフトを低リフト側に保持することができ、コントロールシャフトの不安定な動作を抑制することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
図１は、上述した発明が適用された可変動弁装置を備えた内燃機関としてのガソリンエンジン（以下、「エンジン」と略す）２及びその制御系統の概略構成を表すブロック図である。
【００２０】
エンジン２は、自動車走行駆動用として自動車に搭載されているものである。このエンジン２は、シリンダブロック４、ピストン（図示略）及びシリンダブロック４上に取り付けられたシリンダヘッド８等を備えている。シリンダブロック４には、複数の気筒、ここでは例えば４つの気筒２ａが形成され、各気筒２ａには、シリンダブロック４、ピストン及びシリンダヘッド８にて区画された燃焼室１０が形成されている。
【００２１】
各燃焼室１０には、それぞれ第１吸気バルブ１２ａ、第２吸気バルブ１２ｂ、第１排気バルブ１６ａ及び第２排気バルブ１６ｂが配置されている。第１吸気バルブ１２ａは第１吸気ポート１４ａを、第２吸気バルブ１２ｂは第２吸気ポート１４ｂを、第１排気バルブ１６ａは第１排気ポート１８ａを、第２排気バルブ１６ｂは第２排気ポート１８ｂを開閉する。
【００２２】
各気筒２ａの第１吸気ポート１４ａ及び第２吸気ポート１４ｂは吸気マニホールド３０内に形成された吸気通路３０ａを介してサージタンク３２に接続されている。各吸気通路３０ａにはそれぞれフューエルインジェクタ３４が配置されて、第１吸気ポート１４ａ及び第２吸気ポート１４ｂに対して燃料を噴射可能としている。
【００２３】
又、サージタンク３２は吸気ダクト４０を介してエアクリーナ４２に連結されている。尚、吸気ダクト４０内にはスロットルバルブは配置されていない。アクセルペダル７４の操作やアイドルスピードコントロール時のエンジン回転数ＮＥに応じた吸入空気量制御は、第１吸気バルブ１２ａ及び第２吸気バルブ１２ｂのバルブリフト量を調整することによりなされる。
【００２４】
これら両吸気バルブ１２ａ，１２ｂの駆動は、図２に示すようにシリンダヘッド８に配置された後述する仲介駆動機構１２０を介して、吸気カムシャフト４５に設けられた吸気カム４５ａのリフト動作が伝達されることにより行われる。この伝達において、後述するリフト量可変アクチュエータ１００の作用により仲介駆動機構１２０によるリフトの伝達状態が調整されることによりバルブリフト量が調整される。吸気カムシャフト４５は、一端に設けられたタイミングスプロケット（タイミングギヤやタイミングプーリでもよい。）とタイミングチェーン４７とを介してエンジン２のクランクシャフト４９の回転と連動している。
【００２５】
尚、図１で示した各気筒２ａの第１排気ポート１８ａを開閉している第１排気バルブ１６ａ、及び第２排気ポート１８ｂを開閉している第２排気バルブ１６ｂは、エンジン２の回転に伴う排気カムシャフト４６（図２）に設けられた排気カム４６ａ（図２）の回転により、一定のバルブリフト量で開閉されている。そして、各気筒２ａの第１排気ポート１８ａ及び第２排気ポート１８ｂは排気マニホルド４８に連結されている。これにより排気を触媒コンバータ５０を介して外部に排出している。
【００２６】
電子制御ユニット（以下、ＥＣＵと称する）６０は、デジタルコンピュータからなり、双方向性バスを介して相互に接続されたＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、各種ドライバ回路、入力ポート及び出力ポート等を備えている。
【００２７】
ＥＣＵ６０の入力ポートへは、アクセル開度センサ７６により出力されるアクセルペダル７４の踏み込み量（以下、「アクセル開度ＡＣＣＰ」と称する）に比例した出力電圧、クランク角センサ８２によりクランクシャフトが３０°回転する毎に出力されるパルス、吸入空気量センサ８４により出力される吸気ダクト４０を流れる吸入空気量ＧＡに対応した出力電圧、エンジン２のシリンダブロック４に設けられた水温センサ８６により出力されるエンジン２の冷却水温度ＴＨＷに応じた出力電圧、排気マニホルド４８に設けられた空燃比センサ８８により出力される空燃比に応じた出力電圧、リフト量可変アクチュエータ１００により移動される後述するコントロールシャフト１３２の軸方向変位を検出するシャフト位置センサ９０により出力される軸方向変位に応じた出力電圧、吸気バルブ１２ａ，１２ｂを仲介駆動機構１２０を介して駆動する吸気カム４５ａのカム角を検出するカム角センサ９２からの出力パルスが入力される。尚、ＥＣＵ６０ではクランク角センサ８２の出力パルスとカム角センサ９２のパルスとに基づいて現在のクランク角が計算され、クランク角センサ８２の出力パルスの頻度からエンジン回転数ＮＥが計算される。
【００２８】
尚、これ以外にＥＣＵ６０の入力ポートには、各種の信号が入力されているが、本実施形態では説明上重要でないので図示省略している。
ＥＣＵ６０の出力ポートは、対応する駆動回路を介して各フューエルインジェクタ３４に接続されている。ＥＣＵ６０はエンジン２の運転状態に応じて各フューエルインジェクタ３４の開弁制御を行い、燃料噴射時期制御や燃料噴射量制御を実行する。
【００２９】
又、ＥＣＵ６０の出力ポートは駆動回路を介してオイルコントロールバルブ（以下、「ＯＣＶ」と称す。）９４に接続され、ＥＣＵ６０は要求吸気量等のエンジン２の運転状態に応じて、ＯＣＶ９４による油圧制御によりリフト量可変アクチュエータ１００を制御している。
【００３０】
ここで、リフト量可変アクチュエータ１００の内部構造を図３，図４に示す。リフト量可変アクチュエータ１００は、ハウジング１０１内部にコントロールシャフトとしての補助シャフト１０２と同軸に形成されたシリンダ１０３を有している。このシリンダ１０３は、補助シャフト１０２側はわずかに径が小さく形成されている。このシリンダ１０３には略円筒状をなすピストン１０４がシリンダ１０３の軸方向に移動可能に配置されている。補助シャフト１０２はピストン１０４を軸方向に貫通するボルト挿通孔１０４ａを介して、図３の右方から貫通している固定ボルト１０５によりピストン１０４に固定され、ピストン１０４と一体に軸方向に移動するようになっている。又、補助シャフト１０２は転がり軸受部１０８を介して前記コントロールシャフト１３２に接続されている。尚、コントロールシャフト１３２とは反対側において、補助シャフト１０２にはストロークセンサコア１０９が設けられ、このストロークセンサコア１０９の先端はハウジング１０１に取り付けられたストロークセンサコイル１１０内に挿入されている。このことによりコントロールシャフト１３２のシャフト位置が検出され、シャフト位置に応じた信号がストロークセンサコイル１１０からＥＣＵ６０に出力される。
【００３１】
シリンダ１０３は前記ピストン１０４によって第１油圧室１０６及び第２油圧室１０７に区画されている。そして、前述したＯＣＶ９４を介して、ＥＣＵ６０が第１油圧室１０６及び第２油圧室１０７に対する油圧の給排を調整することによりピストン１０４全体が軸方向に移動してコントロールシャフト１３２の軸方向位置を調整する。
【００３２】
ＯＣＶ９４は電磁ソレノイド式４ポート３位置切替弁であり、図３において電磁ソレノイドが消磁状態でＯＣＶ９４の左端の通路が連通した状態（以下、「低リフト駆動状態」と称する。）では、第１油圧室内の作動油は排出通路９６を介してオイルパン９７へ戻される。第２油圧室内へは供給通路９５を介してオイルポンプＰから高圧の作動油が供給される。これにより、図３のＬ方向へコントロールシャフト１３２を移動させて仲介駆動機構１２０の機能により吸気バルブ１２ａ，１２ｂのバルブ作用角とバルブリフト量とを小さくすることができる。
【００３３】
又、図３に示すように電磁ソレノイドが１００％励磁されてＯＣＶ９４の右端の通路が連通した状態（以下、「高リフト駆動状態」と称する。）では、第１油圧室内へは供給通路９５を介してオイルポンプＰから高圧の作動油が供給される。第２油圧室内の作動油は排出通路９６を介してオイルパン９７へ戻される。これにより、図３のＨ方向へコントロールシャフト１３２を移動させて仲介駆動機構１２０の機能により吸気バルブ１２ａ，１２ｂのバルブリフト量を大きくすることができる。
【００３４】
更に、電磁ソレノイドへの給電を中程度の状態（以下、「中立状態」と称する）に制御すると、第１及び第２油圧室は供給通路９５にも排出通路９６にも接続されず閉鎖されることになる。これによりコントロールシャフト１３２の軸方向移動は停止して吸気バルブ１２ａ，１２ｂのバルブリフト量を維持することができる。
【００３５】
又、ピストン１０４には第１油圧室１０６側に延びるようにフランジ部１０４ｂが形成されており、第１油圧室１０６内にはピストン１０４と内壁との間にアシスト力付与手段１１１が設けられている。アシスト力付与手段１１１は弾性体の復元力に基づいてアシスト力を発生させるものであり、本実施形態では弾性体としてアシストスプリングが使用されている。このアシストスプリング１１１はコントロールシャフト１３２に発生するスラスト力に対抗してコントロールシャフト１３２の高リフト側への移動を補助するためのアシスト力を付与するようになっている。アシストスプリング１１１のアシスト力はコントロールシャフト１３２の低リフト側において前記コントロールシャフト１３２に発生するスラスト力よりも大きな値に設定されている。
【００３６】
ハウジング１０１には前記ピストン１０４の軸方向と直交する方向に延びるガイドブッシュ１１２が設けられ、同ガイドブッシュ１１２内にはロックピン１１３が摺動可能に配置されている。又、ガイドブッシュ１１２に形成された段差部１１２ａとロックピン１１３に形成された段差部１１３ａとによりガイドブッシュ１１２内には第３油圧室１１４が形成されている。第３油圧室１１４内には前記第１油圧室１０６への油圧の供給と同時に油圧が供給されるようになっている。
【００３７】
又、ハウジング１０１に螺合された栓１１５と前記ロックピン１１３との間には圧縮スプリングよりなるロック用スプリング１１６が介装されている。このロック用スプリング１１６は前記ロックピン１１３を常時第２油圧室１０７側に向けて付勢する。従って、エンジン２の始動時の作動油圧立ち上がり前とエンジン２の停止時の油圧低下中において、第２油圧室１０７及び第３油圧室１１４の油圧が不足してロック用スプリング１１６の付勢力を下回ると、図４に示すようにロックピン１１３が第２油圧室１０７内に突出する。これによりロックピン１１３がピストン１０４に係合してピストン１０４を低リフト側にロックして保持するようになっている。
【００３８】
又、エンジン２の通常運転時においては、ＯＣＶ９４から供給される作動油圧が上昇して所要の作動油圧が確保される。そのため、コントロールシャフト１３２の高リフト側への移動時には第３油圧室１１４に油圧が供給されてロック用スプリング１１６の付勢力を上回り、ロックピン１１３が第２油圧室１０７内から抜け出してピストン１０４のロックが解除される。エンジン２の始動後における通常運転状態において、コントロールシャフト１３２の低リフト側への移動時には第２油圧室１０７に油圧が供給されてロック用スプリング１１６の付勢力を上回り、ロックピン１１３が第２油圧室１０７内から抜け出してピストン１０４のロックが解除される。
【００３９】
上述した関係に基づいて実際に設計したコントロールシャフト１３２のＨ方向移動量に伴うスラスト力とアシストスプリング１１１のアシスト力との関係を図５に示す。すなわち、Ｈ方向でのコントロールシャフト１３２の移動量が「０（ｍｍ）」（Ｌ方向での限界位置）ではアシスト力Ｆａは最大値Ｆａ１となる。コントロールシャフト１３２がＨ方向に移動するほどアシストスプリング１１１が伸張した分だけアシスト力Ｆａは減少し、Ｈ方向の限界位置でアシスト力Ｆａは最小値Ｆａ２となる。後述する仲介駆動機構１２０の作動によって発生するスラスト力Ｆｓ（ただし力の作用方向は前記アシスト力とは逆）はＨ方向でのコントロールシャフト１３２の移動量が「０（ｍｍ）」（Ｌ方向での限界位置）では最小値Ｆｓ１となる。コントロールシャフト１３２がＨ方向に移動するほどスラスト力Ｆｓは増加し、Ｈ方向の限界位置でスラスト力Ｆｓは最大値Ｆｓ２となる。尚、仲介駆動機構１２０により発生するスラスト力Ｆｓの上昇パターンはエンジン２の回転速度によって少し変化する。
【００４０】
次に仲介駆動機構１２０を図６〜図８に従って説明する。仲介駆動機構１２０は、図示中央に設けられた入力部１２２、図示左側に設けられた第１揺動カム１２４（「出力部」に相当する）及び図示右側に設けられた第２揺動カム１２６（「出力部」に相当する）を備えている。これら入力部１２２のハウジング１２２ａ及び揺動カム１２４，１２６の各ハウジング１２４ａ，１２６ａはそれぞれ外径が同じ円柱状をなしている。
【００４１】
図７は各ハウジング１２２ａ，１２４ａ，１２６ａを水平に破断した斜視図である。ここで、入力部１２２のハウジング１２２ａは内部に軸方向に空間を備え、この空間の内周面には軸方向に右ネジの螺旋状に形成されたヘリカルスプライン１２２ｂ（「入力部スプライン」に相当する）が形成されている。又、外周面からは２つのアーム１２２ｃ，１２２ｄが平行に突出形成されている。これらアーム１２２ｃ，１２２ｄの先端部間にはシャフト１２２ｅが掛け渡されている。このシャフト１２２ｅはハウジング１２２ａの軸方向と平行であり、ローラ１２２ｆが回転可能に取り付けられている。
【００４２】
第１揺動カム１２４のハウジング１２４ａは内部に軸方向に空間を備え、この内部空間の内周面には軸方向に左ネジの螺旋状に形成されたヘリカルスプライン１２４ｂ（「出力部スプライン」に相当する）が形成されている。尚、この内部空間は径の小さい中心孔を有するリング状の軸受部１２４ｃにて左端が覆われている。又、外周面からは略三角形状のノーズ１２４ｄが突出形成されている。このノーズ１２４ｄの一辺は凹状に湾曲するカム面１２４ｅとなっている。
【００４３】
第２揺動カム１２６のハウジング１２６ａは内部に軸方向に空間を備え、この内部空間の内周面には軸方向に左ネジの螺旋状に形成されたヘリカルスプライン１２６ｂ（「出力部スプライン」に相当する）が形成されている。尚、この内部空間は径の小さい中心孔を有するリング状の軸受部１２６ｃにて右端が覆われている。又、外周面からは略三角形状のノーズ１２６ｄが突出形成されている。このノーズ１２６ｄの一辺は凹状に湾曲するカム面１２６ｅとなっている。
【００４４】
第１揺動カム１２４及び第２揺動カム１２６は、軸受部１２４ｃ，１２６ｃを外側にして入力部１２２の両端から各端面を同軸上で接触させるように配置され、全体が図６に示すように内部空間を有する略円柱状となる。
【００４５】
入力部１２２及び２つ揺動カム１２４，１２６から構成される内部空間には、スライダギア１２８が配置されている。スライダギア１２８は略円柱状をなし、外周面中央には右ネジの螺旋状に形成された入力用ヘリカルスプライン１２８ａが形成されている。この入力用ヘリカルスプライン１２８ａの左側端部には小径部１２８ｂを挟んで左ネジの螺旋状に形成された第１出力用ヘリカルスプライン１２８ｃが形成されている。又、入力用ヘリカルスプライン１２８ａの右側端部には小径部１２８ｄを挟んで左ネジの螺旋状に形成された第２出力用ヘリカルスプライン１２８ｅが形成されている。尚、これら出力用ヘリカルスプライン１２８ｃ，１２８ｅの外径は、入力用ヘリカルスプライン１２８ａの外径よりも小さく形成されている。
【００４６】
スライダギア１２８の内部には中心軸方向に貫通孔１２８ｆが形成されている。そして、一方の小径部１２８ｄには貫通孔１２８ｆを外周面に開放するための長孔１２８ｇが形成されている。この長孔１２８ｇは周方向に長く形成されている。
【００４７】
このスライダギア１２８の貫通孔１２８ｆ内には図８に示す支持パイプ１３０が周方向において摺動可能に配置されている。図８（Ａ）は平面図、図８（Ｂ）は正面図、図８（Ｃ）は右側面図である。この支持パイプ１３０は、図２に示すように、すべての仲介駆動機構１２０（ここでは４つ）に共通に１本が設けられている。尚、支持パイプ１３０には各仲介駆動機構１２０毎に軸方向に長く形成された長孔１３０ａが開口されている。
【００４８】
更に、支持パイプ１３０内には、軸方向において摺動可能にコントロールシャフト１３２が貫通している。このコントロールシャフト１３２も支持パイプ１３０と同様にすべての仲介駆動機構１２０に共通に１本が設けられている。尚、コントロールシャフト１３２には各仲介駆動機構１２０毎に係止ピン１３２ａが突出している。この係止ピン１３２ａは支持パイプ１３０に形成されている前記長孔１３０ａを貫通している。更にコントロールシャフト１３２の係止ピン１３２ａは、前記スライダギア１２８に形成された周方向の長孔１２８ｇ内にも先端が挿入されている。
【００４９】
支持パイプ１３０に形成された軸方向の長孔１３０ａにより、コントロールシャフト１３２の係止ピン１３２ａは、支持パイプ１３０がシリンダヘッド８に対して固定されていても、軸方向に移動することでスライダギア１２８を軸方向に移動させることができる。更に、スライダギア１２８自体は、周方向の長孔１２８ｇにて係止ピン１３２ａに係止していることにより、係止ピン１３２ａにて軸方向の位置は決定されるが軸周りについては揺動可能となっている。
【００５０】
そして、スライダギア１２８の内で、入力用ヘリカルスプライン１２８ａは入力部１２２内部のヘリカルスプライン１２２ｂに噛み合わされている。又、第１出力用ヘリカルスプライン１２８ｃは第１揺動カム１２４内部のヘリカルスプライン１２４ｂに噛み合わされ、第２出力用ヘリカルスプライン１２８ｅは第２揺動カム１２６内部のヘリカルスプライン１２６ｂに噛み合わされている。
【００５１】
このように構成された各仲介駆動機構１２０は、揺動カム１２４，１２６の軸受部１２４ｃ，１２６ｃ側にて、図２に示したごとく、シリンダヘッド８に形成された立壁部１３６，１３８に挟まれて、軸周りには揺動可能であるが軸方向に移動するのが阻止されている。この立壁部１３６，１３８には、軸受部１２４ｃ，１２６ｃの中心孔に対応した位置に孔が形成され、支持パイプ１３０を貫通固定している。従って、支持パイプ１３０はシリンダヘッド８に対しては固定されて軸方向に移動したり回転したりすることはない。
【００５２】
又、支持パイプ１３０内のコントロールシャフト１３２は支持パイプ１３０内を軸方向に摺動可能に貫通し、一端側にて図３に示すようにリフト量可変アクチュエータ１００の補助シャフト１０２に連結されている。従って、第１油圧室１０６及び第２油圧室１０７に対する油圧調整により、コントロールシャフト１３２の軸方向変位を調整することができる。このことによりコントロールシャフト１３２とスライダギア１２８とを介して、入力部１２２のローラ１２２ｆと揺動カム１２４，１２６のノーズ１２４ｄ，１２６ｄとの相対位相差を調整することができる。すなわちリフト量可変アクチュエータ１００の駆動により、図９〜図１１に示すように吸気バルブ１２ａ，１２ｂのバルブリフト量を連続的に可変とすることができる。
【００５３】
ここで、図９は、リフト量可変アクチュエータ１００によりコントロールシャフト１３２をＨ方向の限界まで移動させた状態の仲介駆動機構１２０の状態を示している。尚、図９〜図１１は第２揺動カム１２６が第１吸気バルブ１２ａを駆動する機構を示しているが、第１揺動カム１２４が第２吸気バルブ１２ｂを駆動する機構も同様であるので、第１揺動カム１２４及び第２吸気バルブ１２ｂの符号を併記して説明する。
【００５４】
図９（Ａ）の状態では吸気カム４５ａのベース円部分（ノーズ４５ｃを除いた部分）が、仲介駆動機構１２０における入力部１２２のローラ１２２ｆに接触している。尚、図示していないがローラ１２２ｆはスプリングにより吸気カム４５ａ側に常に接触するように付勢されている。このとき、揺動カム１２４，１２６のノーズ１２４ｄ，１２６ｄはロッカーアーム１３のローラ１３ａには接触しておらず、ノーズ１２４ｄ，１２６ｄに隣接したベース円部分が接触している。このため、吸気バルブ１２ａ，１２ｂは閉弁状態にある。
【００５５】
吸気カムシャフト４５が回転して吸気カム４５ａのノーズ４５ｃが入力部１２２のローラ１２２ｆを押し下げると、仲介駆動機構１２０内では入力部１２２からスライダギア１２８を介して揺動カム１２４，１２６に揺動が伝達される。揺動カム１２４，１２６はノーズ１２４ｄ，１２６ｄを押し下げるように揺動する。そのため、ノーズ１２４ｄ，１２６ｄに設けられた湾曲状のカム面１２４ｅ，１２６ｅが直ちにロッカーアーム１３のローラ１３ａに接触して、図９（Ｂ）に示すように、カム面１２４ｅ，１２６ｅの全範囲を使用してロッカーアーム１３のローラ１３ａを押し下げる。このことにより、ロッカーアーム１３はアジャスタ１３ｂにて支持された基端部１３ｃ側を中心に揺動し、ロッカーアーム１３の先端部１３ｄは大きくステムエンド１２ｃを押し下げる。こうして吸気バルブ１２ａ，１２ｂは最大のバルブリフト量にて吸気ポート１４ａ，１４ｂを開放状態とする。
【００５６】
図１０はリフト量可変アクチュエータ１００によりコントロールシャフト１３２を図９の状態から少しＬ方向へ戻した場合の仲介駆動機構１２０の状態を示している。
【００５７】
図１０（Ａ）では吸気カム４５ａのベース円部分が、仲介駆動機構１２０における入力部１２２のローラ１２２ｆに接触している。このとき、揺動カム１２４，１２６のノーズ１２４ｄ，１２６ｄはロッカーアーム１３のローラ１３ａには接触しておらず、図９の場合に比較して少しノーズ１２４ｄ，１２６ｄから離れたベース円部分が接触している。このため、吸気バルブ１２ａ，１２ｂは閉弁状態にある。これは仲介駆動機構１２０内でスライダギア１２８が少しＬ方向に移動したため、入力部１２２のローラ１２２ｆと揺動カム１２４，１２６のノーズ１２４ｄ，１２６ｄとの相対位相差が小さくなったためである。
【００５８】
吸気カムシャフト４５が回転して吸気カム４５ａのノーズ４５ｃが入力部１２２のローラ１２２ｆを押し下げると、仲介駆動機構１２０内では入力部１２２からスライダギア１２８を介して揺動カム１２４，１２６に揺動が伝達される。揺動カム１２４，１２６はノーズ１２４ｄ，１２６ｄを押し下げるように揺動する。
【００５９】
上述したように、図１０（Ａ）の状態ではロッカーアーム１３のローラ１３ａはノーズ１２４ｄ，１２６ｄから離れた吸気カム４５ａのベース円部分が接触している。このため、揺動カム１２４，１２６が揺動しても、しばらくはロッカーアーム１３のローラ１３ａはノーズ１２４ｄ，１２６ｄの湾曲状のカム面１２４ｅ，１２６ｅに接触することなくベース円部分に接触した状態を継続する。その後、湾曲状のカム面１２４ｅ，１２６ｅがローラ１３ａに接触して、図１０（Ｂ）に示すようにロッカーアーム１３のローラ１３ａを押し下げる。このことにより、ロッカーアーム１３は基端部１３ｃを中心に揺動する。しかし、ロッカーアーム１３のローラ１３ａが当初、ノーズ１２４ｄ，１２６ｄから離れている分、カム面１２４ｅ，１２６ｅの使用範囲は少なくなる。そのため、ロッカーアーム１３の揺動角度は小さくなり、ロッカーアーム１３の先端部１３ｄによるステムエンド１２ｃの押し下げ量、すなわちリフト量は少なくなる。こうして吸気バルブ１２ａ，１２ｂは最大量よりも小さいバルブリフト量にて吸気ポート１４ａ，１４ｂを開放状態とする。
【００６０】
図１１はリフト量可変アクチュエータ１００によりコントロールシャフト１３２を最大限Ｌ方向へ戻した状態の仲介駆動機構１２０の状態を示している。図１１（Ａ）の状態ではロッカーアーム１３のローラ１３ａにはノーズ１２４ｄ，１２６ｄから大きく離れた吸気カム４５ａのベース円部分が接触している。このため、揺動の全期間、ロッカーアーム１３のローラ１３ａはノーズ１２４ｄ，１２６ｄの湾曲状のカム面１２４ｅ，１２６ｅに接触することなくベース円部分に接触した状態を継続する。すなわち、図１１（Ｂ）に示すように、吸気カム４５ａのノーズ４５ｃが入力部１２２のローラ１２２ｆを最大限に押し下げても、湾曲状のカム面１２４ｅ，１２６ｅはロッカーアーム１３のローラ１３ａを押し下げるために使用されることはない。このことにより、ロッカーアーム１３は基端部１３ｃを中心に揺動することがなくなり、ロッカーアーム１３の先端部１３ｄによるステムエンド１２ｃの押し下げ量、すなわちバルブリフト量は「０」となる。こうして吸気カムシャフト４５が回転しても吸気バルブ１２ａ，１２ｂは吸気ポート１４ａ，１４ｂの閉鎖状態を維持する。
【００６１】
このようにリフト量可変アクチュエータ１００によりコントロールシャフト１３２の軸方向位置を調整することにより、図１２のグラフに実線の曲線で示すように、吸気バルブ１２ａ，１２ｂのバルブリフト量が連続的に調整可能となる。
【００６２】
そして、吸気バルブ１２ａ，１２ｂを開ける場合には、吸気バルブ１２ａ，１２ｂのバルブスプリング１２ｄからは、ロッカーアーム１３を介してアーム１２２ｃとノーズ１２４ｄ，１２６ｄとの間の角度を狭める方向の力が作用するため、スライダギア１２８にはＬ方向に移動するスラスト力が発生している。このため、係止ピン１３２ａを介して、コントロールシャフト１３２をＬ方向に移動させようとするスラスト力Ｆｓが作用する。そして、吸気バルブ１２ａ，１２ｂのバルブリフト量を大きくするほどに、バルブスプリング１２ｄをより圧縮する状態となることから、コントロールシャフト１３２に発生するスラスト力Ｆｓは、Ｈ方向への移動量が大きいほど強くなる。すなわち、図５に示したようになる。
【００６３】
以上説明した本実施形態によれば、以下の効果が得られる。
・ 本実施形態の可変動弁装置においては、コントロールシャフト１３２の軸方向位置を調整するリフト量可変アクチュエータ１００にはコントロールシャフト１３２に発生するスラスト力に対抗してアシスト力を付与するアシストスプリング１１１を設けている。そして、アシストスプリング１１１のアシスト力をコントロールシャフト１３２の低リフト側においてコントロールシャフト１３２のスラスト力よりも大きく設定している。又、リフト量可変アクチュエータ１００には低油圧時にアシストスプリング１１１のアシスト力によるコントロールシャフト１３２の高リフト側への移動を規制するロックピン１１３を設けている。そのため、エンジン２の始動時の作動油圧立ち上がり前とエンジン２の停止時の油圧低下中においてリフト量可変アクチュエータ１００の油圧が不足してアシストスプリング１１１の付勢力を下回ることがある。この場合には、ロックピン１１３によってピストン１０４の移動を規制してコントロールシャフト１３２の高リフト側への移動を規制し、コントロールシャフト１３２を低リフト側に保持して不安定な動作を抑制することができる。よって、バルブリフト量を所定の値に保持することができる。又、エンジン２の通常運転時においてはアシストスプリング１１１によってコントロールシャフト１３２の高リフト側への移動を補助するアシスト力を付与することができるため、リフト量可変アクチュエータ１００の最低作動油圧を小さな値にすることができ、コントロールシャフト１３２の作動応答性を向上することができる。
【００６４】
・ 又、コントロールシャフト１３２の高リフト側への移動時において、ロック用スプリング１１６の付勢力に抗してロックピン１１３が第２油圧室１０７から抜け出すように油圧を作用させる第３油圧室１１４を設けた。そのため、エンジン２の通常運転時において、コントロールシャフト１３２の高リフト側への移動時には第３油圧室１１４に油圧が供給されてロック用スプリング１１６の付勢力に抗してロックピン１１３が第２油圧室１０７から抜け出してピストン１０４のロックを解除することができる。
【００６５】
（第２実施形態）
次に第２実施形態を、図１３に従って説明する。
本実施形態では、吸気バルブ２１２ａ，２１２ｂのバルブ量調整は、前記リフト量可変アクチュエータ１００により、吸気カムシャフト２４５に転がり軸受部２５０ａを介して接続されたコントロールシャフトとしての補助シャフト１０２を軸方向に移動することにより行われる。
【００６６】
吸気カムシャフト２４５は、一端に設けられたタイミングスプロケット（タイミングギヤやタイミングプーリでも良い）２５２を介してエンジンのクランクシャフトの回転と連動する。ところが、補助シャフト１０２は転がり軸受部２５０ａを介して吸気カムシャフト２４５と接続されているので、吸気カムシャフト２４５の回転に対して補助シャフト１０２が連動して回転することはない。補助シャフト１０２は軸方向の移動のみ吸気カムシャフト２４５と一体で移動する。
【００６７】
尚、吸気カムシャフト２４５と接続しているタイミングスプロケット２５２は、エンジンのシリンダブロックに対して回転可能にかつ軸方向へは移動しないように支持されているが、吸気カムシャフト２４５とは中心部にてストレートスプライン機構２５２ａにより接続されていることにより、軸方向での吸気カムシャフト２４５の移動を許容している。
【００６８】
ここで吸気カムシャフト２４５に設けられた吸気カム２４５ａは、軸方向にプロフィールが連続的に変化する３次元カムとして構成されている。具体的には、図示右側ではカムノーズが低く、左側に行くほど次第にカムノーズが高くなるように各吸気カム２４５ａが形成されている。このプロフィールの変化により図１２に示したものと同様にバルブリフト量を可変としている。
【００６９】
３次元カムである吸気カム２４５ａは、図示するようにバルブリフト量を高くする側が図示左側となっているので、吸気バルブ２１２ａ，２１２ｂのバルブスプリング２１２ｄから受ける復元力は、吸気カム２４５ａのカム面により吸気カムシャフト２４５に対してＬ方向のスラスト力を発生させる。そして、図１３に示すようにピストン１０４がＬ方向の限界位置に存在している場合には、前記スラスト力は小さい。ピストン１０４がＨ方向の限界位置に向けて移動される場合には、吸気バルブ２１２ａ，２１２ｂのバルブスプリング２１２ｄから受ける復元力は大きくなりスラスト力も増加する。
【００７０】
以上説明した本実施形態によれば、以下の効果が得られる。
・ 本実施形態の可変動弁装置は、３次元カム２４５ａ及び補助シャフト（コントロールシャフト）１０２を備える構成である。この場合にも、エンジン２の始動時の作動油圧立ち上がり前とエンジン２の停止時の油圧低下中において、ロックピン１１３にてピストン１０４の移動を規制して補助シャフト１０２の高リフト側への移動を規制して不安定な動作を抑制することができる。
【００７１】
・ 本実施形態の可変動弁装置は、補助シャフト１０２は３次元カムのカムシャフト２４５を兼ねている。この場合であっても、ロックピン１１３にてピストン１０４の移動を規制することにより補助シャフト１０２の高リフト側への移動を規制して補助シャフト１０２を低リフト側に保持することができ、補助シャフト１０２の不安定な動作を抑制することができる。
【００７２】
尚、実施形態は上記に限定されず、次のように変更してもよい。
・ 上記各実施形態では、ロックピン１１３の近傍に第３油圧室１１４を形成してロックピン１１３に油圧を作用させてロックピン１１３を第２油圧室１０７から抜き出すように構成した。この第３油圧室１１４に代えて、ロックピン１１３を磁性体により構成するとともにロック用スプリング１１６側に電磁ソレノイドを設け、この電磁ソレノイドの励磁力に基づいてロックピン１１３を第２油圧室１０７から抜き出すように構成してもよい。
【００７３】
・ 上記各実施形態において、ロックピン１１３をピストン１０４の周方向において複数設けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態におけるエンジン及びその制御系統の概略構成を表すブロック図。
【図２】同じくシリンダヘッド部分の構成説明図。
【図３】第１実施形態のリフト量可変アクチュエータの内部構造を示す断面図。
【図４】同じくリフト量可変アクチュエータの内部構造を示す断面図。
【図５】スラスト力及びアシスト力とコントロールシャフトのストロークとの関係を示すグラフ。
【図６】第１実施形態の仲介駆動機構の構成を示す斜視図。
【図７】同じく仲介駆動機構の内部構成を示す部分破断斜視図。
【図８】同じく仲介駆動機構の支持パイプ及びコントロールシャフトの形状説明図。
【図９】第１実施形態の仲介駆動機構によるバルブリフト量調整機能の説明図。
【図１０】同じく仲介駆動機構によるバルブリフト量調整機能の説明図。
【図１１】同じく仲介駆動機構によるバルブリフト量調整機能の説明図。
【図１２】第１実施形態の仲介駆動機構によるバルブリフト量の変化を示すグラフ。
【図１３】第２実施形態の可変動弁機構の構成説明図。
【符号の説明】
１００…リフト量可変アクチュエータ、１０２…補助シャフト（コントロールシャフト）、１０３…シリンダ、１０４…ピストン、１１１…アシストスプリング（アシスト力付与手段）、１１３…ロックピン、１１４…第３油圧室、１１６…ロック用スプリング、４５，２４５…カムシャフト、４５ａ…カム、４９…クランクシャフト、１２０…仲介駆動機構、１３２…コントロールシャフト、２４５ａ…３次元カム。
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の可変動弁装置に係り、特にコントロールシャフトを軸方向に移動させることによりコントロールシャフトの軸方向位置に連動してバルブリフト量を連続的に可変とする可変動弁装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の吸気バルブのバルブリフト量を、内燃機関の運転状態に応じて連続的に調整するために、カムノーズの高さが軸方向に次第に高くなる３次元カムを設けたカムシャフトを軸方向に移動させるようにした可変動弁装置が知られている（特開２０００−５４８１４公報）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このようにカムシャフトを軸方向に移動させることによりバルブリフト量を連続的に可変とする可変動弁装置では、３次元カムのカム面が軸方向で傾いているためにバルブリフト量を小さくする方向にスラスト力が発生する。しかも、バルブリフト量が増加するにつれてバルブスプリングの圧縮量が大きくなってバルブスプリングの復元力も次第に大きくなることから、上記スラスト力も大きくなる。
【０００４】
このような可変動弁装置を利用して、スロットルバルブの代わりに吸気バルブのバルブリフト量により内燃機関の吸入空気量を調量しようとする場合、カムシャフトを軸方向に移動させるアクチュエータに高い応答性が要求される。特に油圧アクチュエータを用いる場合には高応答にするためにピストン径の縮小による作動油の流量削減が要求される。しかしピストン径を縮小すると、アクチュエータの出力が上述したスラスト力の増大に対応できなくなってバルブリフト量が大きい方での最低作動油圧が悪化したり、応答性が悪化するおそれがある。
【０００５】
これらの問題を解決するためにアシストスプリングを設けて上述したスラスト力に対抗するアシスト力を発生させることが考えられる。しかし、前述したようにバルブリフト量が大きくなるに従ってスラスト力は大きくなるが、カムシャフトが高リフト側に移動するほどアシストスプリングの付勢力は小さくなるため、アシストスプリングの付勢力を高める必要がある。
【０００６】
しかしながら、このようにアシストスプリングの付勢力を高めた場合、内燃機関の始動時の作動油圧立ち上がり前と内燃機関の停止時の油圧低下中において油圧アクチュエータの油圧が不足してアシストスプリングの付勢力を下回ることがある。この場合には、アシストスプリングの付勢力によってピストンが高リフト側に移動してピストンを低リフト側に保持できなくなってしまい、バルブリフト量が所定の値からずれてしまうという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、低油圧時におけるコントロールシャフトの不安定な動作を招くことなく、応答性の高い内燃機関の可変動弁装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
以下、上記目的を達成するための手段及び作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、コントロールシャフトを軸方向に移動させることにより該コントロールシャフトの軸方向位置に連動してバルブリフト量を連続的に可変とする内燃機関の可変動弁装置であって、前記コントロールシャフトの一部に設けられかつシリンダ内に供給される油圧によって前記コントロールシャフトと一体に移動するピストンと、前記コントロールシャフトに発生するスラスト力に対抗して前記コントロールシャフトの高リフト側への移動を補助するためのアシスト力を付与するアシスト力付与手段とを有する油圧アクチュエータを備え、前記コントロールシャフトの低リフト側において前記アシスト力付与手段のアシスト力を前記コントロールシャフトのスラスト力よりも大きく設定するとともに、低油圧時に前記アシスト力付与手段のアシスト力による前記コントロールシャフトの高リフト側への移動を規制するロック手段を設けたことを特徴とする。
【０００９】
上記の構成によれば、内燃機関の始動時の作動油圧立ち上がり前と内燃機関の停止時の油圧低下中において油圧アクチュエータの油圧が不足してアシスト力付与手段の付勢力を下回ることがある。ところが、この場合には、ロック手段によってコントロールシャフトの高リフト側への移動が規制されるため、コントロールシャフトを低リフト側に保持して不安定な動作を抑制することができ、バルブリフト量を所定の値に保持することができる。又、内燃機関の通常の運転時においてはアシスト力付与手段によってコントロールシャフトの高リフト側への移動を補助するアシスト力が付与されるため、油圧アクチュエータの最低作動油圧を小さな値にすることができ、コントロールシャフトの応答性を向上することができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記ロック手段は、ロック用スプリングの付勢力により前記シリンダ内において前記コントロールシャフトの軸方向とは略直交する方向に突出するロックピンを備え、該ロックピンが前記ピストンに係合することにより前記ピストンの移動を規制するものであることを特徴とする。
【００１１】
上記の構成によれば、油圧アクチュエータの油圧が不足するとロック用スプリングの付勢力によってロックピンが突出してピストンに係合し、ピストンの移動が規制される。そのため、コントロールシャフトの高リフト側への移動が規制され、コントロールシャフトは低リフト側に保持されて不安定な動作が抑制される。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項２において、前記ロック手段は、前記コントロールシャフトの高リフト側への移動時において、前記ロック用スプリングの付勢力に抗して前記ロックピンが前記シリンダから抜け出すように油圧を作用させる油圧室を備えることを特徴とする。
【００１３】
上記の構成によれば、内燃機関の通常運転時においては、作動油圧が上昇して所要の作動油圧が確保されるため、コントロールシャフトの高リフト側への移動時には油圧室に油圧が供給されてロック用スプリングの付勢力に抗してロックピンがシリンダから抜け出してピストンのロックを解除することができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかにおいて、内燃機関のクランクシャフトにより回転駆動されるカムシャフトと、前記カムシャフトに設けられたカムと、前記カムシャフトとは異なる軸にて揺動可能に支持され、入力部と出力部とを有することで前記カムにより入力部が駆動されると出力部にてバルブを駆動する仲介駆動機構と、軸方向への移動量が前記仲介駆動機構の入力部と出力部との相対位相差に連動する前記コントロールシャフトと、前記コントロールシャフトを軸方向に移動することにより前記仲介駆動機構の入力部と出力部との相対位相差を調整する前記油圧アクチュエータと、を備えることにより、前記コントロールシャフトの軸方向位置に連動してバルブリフト量を連続的に可変とすることを特徴とする。
【００１５】
可変動弁装置は、カムシャフト、カム、仲介駆動機構、コントロールシャフト及び油圧アクチュエータを備える構成であってもよい。このような構成においても、前述したロック手段の構成によりコントロールシャフトの高リフト側への移動を規制してコントロールシャフトを低リフト側に保持することができ、コントロールシャフトの不安定な動作を抑制することができる。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかにおいて、軸方向にてカムプロフィールが変化している３次元カムを、軸方向に移動させることによりバルブリフト量を連続的に可変とする可変動弁機構であり、前記コントロールシャフトの軸方向への移動量が前記３次元カムの軸方向への移動量に連動していることを特徴とする。
【００１７】
可変動弁装置は、前記３次元カム及びコントロールシャフトを備える構成であってもよい。このような構成においても、前述したロック手段の構成によりコントロールシャフトの高リフト側への移動を規制してコントロールシャフトを低リフト側に保持することができ、コントロールシャフトの不安定な動作を抑制することができる。
【００１８】
請求項６に記載の発明は、請求項５において、前記コントロールシャフトは前記３次元カムのカムシャフトを兼ねていることを特徴とする。
このようにコントロールシャフトは３次元カムのカムシャフトを兼ねていてもよく、前述したロック手段の構成によりコントロールシャフトの高リフト側への移動を規制してコントロールシャフトを低リフト側に保持することができ、コントロールシャフトの不安定な動作を抑制することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
図１は、上述した発明が適用された可変動弁装置を備えた内燃機関としてのガソリンエンジン（以下、「エンジン」と略す）２及びその制御系統の概略構成を表すブロック図である。
【００２０】
エンジン２は、自動車走行駆動用として自動車に搭載されているものである。このエンジン２は、シリンダブロック４、ピストン（図示略）及びシリンダブロック４上に取り付けられたシリンダヘッド８等を備えている。シリンダブロック４には、複数の気筒、ここでは例えば４つの気筒２ａが形成され、各気筒２ａには、シリンダブロック４、ピストン及びシリンダヘッド８にて区画された燃焼室１０が形成されている。
【００２１】
各燃焼室１０には、それぞれ第１吸気バルブ１２ａ、第２吸気バルブ１２ｂ、第１排気バルブ１６ａ及び第２排気バルブ１６ｂが配置されている。第１吸気バルブ１２ａは第１吸気ポート１４ａを、第２吸気バルブ１２ｂは第２吸気ポート１４ｂを、第１排気バルブ１６ａは第１排気ポート１８ａを、第２排気バルブ１６ｂは第２排気ポート１８ｂを開閉する。
【００２２】
各気筒２ａの第１吸気ポート１４ａ及び第２吸気ポート１４ｂは吸気マニホールド３０内に形成された吸気通路３０ａを介してサージタンク３２に接続されている。各吸気通路３０ａにはそれぞれフューエルインジェクタ３４が配置されて、第１吸気ポート１４ａ及び第２吸気ポート１４ｂに対して燃料を噴射可能としている。
【００２３】
又、サージタンク３２は吸気ダクト４０を介してエアクリーナ４２に連結されている。尚、吸気ダクト４０内にはスロットルバルブは配置されていない。アクセルペダル７４の操作やアイドルスピードコントロール時のエンジン回転数ＮＥに応じた吸入空気量制御は、第１吸気バルブ１２ａ及び第２吸気バルブ１２ｂのバルブリフト量を調整することによりなされる。
【００２４】
これら両吸気バルブ１２ａ，１２ｂの駆動は、図２に示すようにシリンダヘッド８に配置された後述する仲介駆動機構１２０を介して、吸気カムシャフト４５に設けられた吸気カム４５ａのリフト動作が伝達されることにより行われる。この伝達において、後述するリフト量可変アクチュエータ１００の作用により仲介駆動機構１２０によるリフトの伝達状態が調整されることによりバルブリフト量が調整される。吸気カムシャフト４５は、一端に設けられたタイミングスプロケット（タイミングギヤやタイミングプーリでもよい。）とタイミングチェーン４７とを介してエンジン２のクランクシャフト４９の回転と連動している。
【００２５】
尚、図１で示した各気筒２ａの第１排気ポート１８ａを開閉している第１排気バルブ１６ａ、及び第２排気ポート１８ｂを開閉している第２排気バルブ１６ｂは、エンジン２の回転に伴う排気カムシャフト４６（図２）に設けられた排気カム４６ａ（図２）の回転により、一定のバルブリフト量で開閉されている。そして、各気筒２ａの第１排気ポート１８ａ及び第２排気ポート１８ｂは排気マニホルド４８に連結されている。これにより排気を触媒コンバータ５０を介して外部に排出している。
【００２６】
電子制御ユニット（以下、ＥＣＵと称する）６０は、デジタルコンピュータからなり、双方向性バスを介して相互に接続されたＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、各種ドライバ回路、入力ポート及び出力ポート等を備えている。
【００２７】
ＥＣＵ６０の入力ポートへは、アクセル開度センサ７６により出力されるアクセルペダル７４の踏み込み量（以下、「アクセル開度ＡＣＣＰ」と称する）に比例した出力電圧、クランク角センサ８２によりクランクシャフトが３０°回転する毎に出力されるパルス、吸入空気量センサ８４により出力される吸気ダクト４０を流れる吸入空気量ＧＡに対応した出力電圧、エンジン２のシリンダブロック４に設けられた水温センサ８６により出力されるエンジン２の冷却水温度ＴＨＷに応じた出力電圧、排気マニホルド４８に設けられた空燃比センサ８８により出力される空燃比に応じた出力電圧、リフト量可変アクチュエータ１００により移動される後述するコントロールシャフト１３２の軸方向変位を検出するシャフト位置センサ９０により出力される軸方向変位に応じた出力電圧、吸気バルブ１２ａ，１２ｂを仲介駆動機構１２０を介して駆動する吸気カム４５ａのカム角を検出するカム角センサ９２からの出力パルスが入力される。尚、ＥＣＵ６０ではクランク角センサ８２の出力パルスとカム角センサ９２のパルスとに基づいて現在のクランク角が計算され、クランク角センサ８２の出力パルスの頻度からエンジン回転数ＮＥが計算される。
【００２８】
尚、これ以外にＥＣＵ６０の入力ポートには、各種の信号が入力されているが、本実施形態では説明上重要でないので図示省略している。
ＥＣＵ６０の出力ポートは、対応する駆動回路を介して各フューエルインジェクタ３４に接続されている。ＥＣＵ６０はエンジン２の運転状態に応じて各フューエルインジェクタ３４の開弁制御を行い、燃料噴射時期制御や燃料噴射量制御を実行する。
【００２９】
又、ＥＣＵ６０の出力ポートは駆動回路を介してオイルコントロールバルブ（以下、「ＯＣＶ」と称す。）９４に接続され、ＥＣＵ６０は要求吸気量等のエンジン２の運転状態に応じて、ＯＣＶ９４による油圧制御によりリフト量可変アクチュエータ１００を制御している。
【００３０】
ここで、リフト量可変アクチュエータ１００の内部構造を図３，図４に示す。リフト量可変アクチュエータ１００は、ハウジング１０１内部にコントロールシャフトとしての補助シャフト１０２と同軸に形成されたシリンダ１０３を有している。このシリンダ１０３は、補助シャフト１０２側はわずかに径が小さく形成されている。このシリンダ１０３には略円筒状をなすピストン１０４がシリンダ１０３の軸方向に移動可能に配置されている。補助シャフト１０２はピストン１０４を軸方向に貫通するボルト挿通孔１０４ａを介して、図３の右方から貫通している固定ボルト１０５によりピストン１０４に固定され、ピストン１０４と一体に軸方向に移動するようになっている。又、補助シャフト１０２は転がり軸受部１０８を介して前記コントロールシャフト１３２に接続されている。尚、コントロールシャフト１３２とは反対側において、補助シャフト１０２にはストロークセンサコア１０９が設けられ、このストロークセンサコア１０９の先端はハウジング１０１に取り付けられたストロークセンサコイル１１０内に挿入されている。このことによりコントロールシャフト１３２のシャフト位置が検出され、シャフト位置に応じた信号がストロークセンサコイル１１０からＥＣＵ６０に出力される。
【００３１】
シリンダ１０３は前記ピストン１０４によって第１油圧室１０６及び第２油圧室１０７に区画されている。そして、前述したＯＣＶ９４を介して、ＥＣＵ６０が第１油圧室１０６及び第２油圧室１０７に対する油圧の給排を調整することによりピストン１０４全体が軸方向に移動してコントロールシャフト１３２の軸方向位置を調整する。
【００３２】
ＯＣＶ９４は電磁ソレノイド式４ポート３位置切替弁であり、図３において電磁ソレノイドが消磁状態でＯＣＶ９４の左端の通路が連通した状態（以下、「低リフト駆動状態」と称する。）では、第１油圧室内の作動油は排出通路９６を介してオイルパン９７へ戻される。第２油圧室内へは供給通路９５を介してオイルポンプＰから高圧の作動油が供給される。これにより、図３のＬ方向へコントロールシャフト１３２を移動させて仲介駆動機構１２０の機能により吸気バルブ１２ａ，１２ｂのバルブ作用角とバルブリフト量とを小さくすることができる。
【００３３】
又、図３に示すように電磁ソレノイドが１００％励磁されてＯＣＶ９４の右端の通路が連通した状態（以下、「高リフト駆動状態」と称する。）では、第１油圧室内へは供給通路９５を介してオイルポンプＰから高圧の作動油が供給される。第２油圧室内の作動油は排出通路９６を介してオイルパン９７へ戻される。これにより、図３のＨ方向へコントロールシャフト１３２を移動させて仲介駆動機構１２０の機能により吸気バルブ１２ａ，１２ｂのバルブリフト量を大きくすることができる。
【００３４】
更に、電磁ソレノイドへの給電を中程度の状態（以下、「中立状態」と称する）に制御すると、第１及び第２油圧室は供給通路９５にも排出通路９６にも接続されず閉鎖されることになる。これによりコントロールシャフト１３２の軸方向移動は停止して吸気バルブ１２ａ，１２ｂのバルブリフト量を維持することができる。
【００３５】
又、ピストン１０４には第１油圧室１０６側に延びるようにフランジ部１０４ｂが形成されており、第１油圧室１０６内にはピストン１０４と内壁との間にアシスト力付与手段１１１が設けられている。アシスト力付与手段１１１は弾性体の復元力に基づいてアシスト力を発生させるものであり、本実施形態では弾性体としてアシストスプリングが使用されている。このアシストスプリング１１１はコントロールシャフト１３２に発生するスラスト力に対抗してコントロールシャフト１３２の高リフト側への移動を補助するためのアシスト力を付与するようになっている。アシストスプリング１１１のアシスト力はコントロールシャフト１３２の低リフト側において前記コントロールシャフト１３２に発生するスラスト力よりも大きな値に設定されている。
【００３６】
ハウジング１０１には前記ピストン１０４の軸方向と直交する方向に延びるガイドブッシュ１１２が設けられ、同ガイドブッシュ１１２内にはロックピン１１３が摺動可能に配置されている。又、ガイドブッシュ１１２に形成された段差部１１２ａとロックピン１１３に形成された段差部１１３ａとによりガイドブッシュ１１２内には第３油圧室１１４が形成されている。第３油圧室１１４内には前記第１油圧室１０６への油圧の供給と同時に油圧が供給されるようになっている。
【００３７】
又、ハウジング１０１に螺合された栓１１５と前記ロックピン１１３との間には圧縮スプリングよりなるロック用スプリング１１６が介装されている。このロック用スプリング１１６は前記ロックピン１１３を常時第２油圧室１０７側に向けて付勢する。従って、エンジン２の始動時の作動油圧立ち上がり前とエンジン２の停止時の油圧低下中において、第２油圧室１０７及び第３油圧室１１４の油圧が不足してロック用スプリング１１６の付勢力を下回ると、図４に示すようにロックピン１１３が第２油圧室１０７内に突出する。これによりロックピン１１３がピストン１０４に係合してピストン１０４を低リフト側にロックして保持するようになっている。
【００３８】
又、エンジン２の通常運転時においては、ＯＣＶ９４から供給される作動油圧が上昇して所要の作動油圧が確保される。そのため、コントロールシャフト１３２の高リフト側への移動時には第３油圧室１１４に油圧が供給されてロック用スプリング１１６の付勢力を上回り、ロックピン１１３が第２油圧室１０７内から抜け出してピストン１０４のロックが解除される。エンジン２の始動後における通常運転状態において、コントロールシャフト１３２の低リフト側への移動時には第２油圧室１０７に油圧が供給されてロック用スプリング１１６の付勢力を上回り、ロックピン１１３が第２油圧室１０７内から抜け出してピストン１０４のロックが解除される。
【００３９】
上述した関係に基づいて実際に設計したコントロールシャフト１３２のＨ方向移動量に伴うスラスト力とアシストスプリング１１１のアシスト力との関係を図５に示す。すなわち、Ｈ方向でのコントロールシャフト１３２の移動量が「０（ｍｍ）」（Ｌ方向での限界位置）ではアシスト力Ｆａは最大値Ｆａ１となる。コントロールシャフト１３２がＨ方向に移動するほどアシストスプリング１１１が伸張した分だけアシスト力Ｆａは減少し、Ｈ方向の限界位置でアシスト力Ｆａは最小値Ｆａ２となる。後述する仲介駆動機構１２０の作動によって発生するスラスト力Ｆｓ（ただし力の作用方向は前記アシスト力とは逆）はＨ方向でのコントロールシャフト１３２の移動量が「０（ｍｍ）」（Ｌ方向での限界位置）では最小値Ｆｓ１となる。コントロールシャフト１３２がＨ方向に移動するほどスラスト力Ｆｓは増加し、Ｈ方向の限界位置でスラスト力Ｆｓは最大値Ｆｓ２となる。尚、仲介駆動機構１２０により発生するスラスト力Ｆｓの上昇パターンはエンジン２の回転速度によって少し変化する。
【００４０】
次に仲介駆動機構１２０を図６〜図８に従って説明する。仲介駆動機構１２０は、図示中央に設けられた入力部１２２、図示左側に設けられた第１揺動カム１２４（「出力部」に相当する）及び図示右側に設けられた第２揺動カム１２６（「出力部」に相当する）を備えている。これら入力部１２２のハウジング１２２ａ及び揺動カム１２４，１２６の各ハウジング１２４ａ，１２６ａはそれぞれ外径が同じ円柱状をなしている。
【００４１】
図７は各ハウジング１２２ａ，１２４ａ，１２６ａを水平に破断した斜視図である。ここで、入力部１２２のハウジング１２２ａは内部に軸方向に空間を備え、この空間の内周面には軸方向に右ネジの螺旋状に形成されたヘリカルスプライン１２２ｂ（「入力部スプライン」に相当する）が形成されている。又、外周面からは２つのアーム１２２ｃ，１２２ｄが平行に突出形成されている。これらアーム１２２ｃ，１２２ｄの先端部間にはシャフト１２２ｅが掛け渡されている。このシャフト１２２ｅはハウジング１２２ａの軸方向と平行であり、ローラ１２２ｆが回転可能に取り付けられている。
【００４２】
第１揺動カム１２４のハウジング１２４ａは内部に軸方向に空間を備え、この内部空間の内周面には軸方向に左ネジの螺旋状に形成されたヘリカルスプライン１２４ｂ（「出力部スプライン」に相当する）が形成されている。尚、この内部空間は径の小さい中心孔を有するリング状の軸受部１２４ｃにて左端が覆われている。又、外周面からは略三角形状のノーズ１２４ｄが突出形成されている。このノーズ１２４ｄの一辺は凹状に湾曲するカム面１２４ｅとなっている。
【００４３】
第２揺動カム１２６のハウジング１２６ａは内部に軸方向に空間を備え、この内部空間の内周面には軸方向に左ネジの螺旋状に形成されたヘリカルスプライン１２６ｂ（「出力部スプライン」に相当する）が形成されている。尚、この内部空間は径の小さい中心孔を有するリング状の軸受部１２６ｃにて右端が覆われている。又、外周面からは略三角形状のノーズ１２６ｄが突出形成されている。このノーズ１２６ｄの一辺は凹状に湾曲するカム面１２６ｅとなっている。
【００４４】
第１揺動カム１２４及び第２揺動カム１２６は、軸受部１２４ｃ，１２６ｃを外側にして入力部１２２の両端から各端面を同軸上で接触させるように配置され、全体が図６に示すように内部空間を有する略円柱状となる。
【００４５】
入力部１２２及び２つ揺動カム１２４，１２６から構成される内部空間には、スライダギア１２８が配置されている。スライダギア１２８は略円柱状をなし、外周面中央には右ネジの螺旋状に形成された入力用ヘリカルスプライン１２８ａが形成されている。この入力用ヘリカルスプライン１２８ａの左側端部には小径部１２８ｂを挟んで左ネジの螺旋状に形成された第１出力用ヘリカルスプライン１２８ｃが形成されている。又、入力用ヘリカルスプライン１２８ａの右側端部には小径部１２８ｄを挟んで左ネジの螺旋状に形成された第２出力用ヘリカルスプライン１２８ｅが形成されている。尚、これら出力用ヘリカルスプライン１２８ｃ，１２８ｅの外径は、入力用ヘリカルスプライン１２８ａの外径よりも小さく形成されている。
【００４６】
スライダギア１２８の内部には中心軸方向に貫通孔１２８ｆが形成されている。そして、一方の小径部１２８ｄには貫通孔１２８ｆを外周面に開放するための長孔１２８ｇが形成されている。この長孔１２８ｇは周方向に長く形成されている。
【００４７】
このスライダギア１２８の貫通孔１２８ｆ内には図８に示す支持パイプ１３０が周方向において摺動可能に配置されている。図８（Ａ）は平面図、図８（Ｂ）は正面図、図８（Ｃ）は右側面図である。この支持パイプ１３０は、図２に示すように、すべての仲介駆動機構１２０（ここでは４つ）に共通に１本が設けられている。尚、支持パイプ１３０には各仲介駆動機構１２０毎に軸方向に長く形成された長孔１３０ａが開口されている。
【００４８】
更に、支持パイプ１３０内には、軸方向において摺動可能にコントロールシャフト１３２が貫通している。このコントロールシャフト１３２も支持パイプ１３０と同様にすべての仲介駆動機構１２０に共通に１本が設けられている。尚、コントロールシャフト１３２には各仲介駆動機構１２０毎に係止ピン１３２ａが突出している。この係止ピン１３２ａは支持パイプ１３０に形成されている前記長孔１３０ａを貫通している。更にコントロールシャフト１３２の係止ピン１３２ａは、前記スライダギア１２８に形成された周方向の長孔１２８ｇ内にも先端が挿入されている。
【００４９】
支持パイプ１３０に形成された軸方向の長孔１３０ａにより、コントロールシャフト１３２の係止ピン１３２ａは、支持パイプ１３０がシリンダヘッド８に対して固定されていても、軸方向に移動することでスライダギア１２８を軸方向に移動させることができる。更に、スライダギア１２８自体は、周方向の長孔１２８ｇにて係止ピン１３２ａに係止していることにより、係止ピン１３２ａにて軸方向の位置は決定されるが軸周りについては揺動可能となっている。
【００５０】
そして、スライダギア１２８の内で、入力用ヘリカルスプライン１２８ａは入力部１２２内部のヘリカルスプライン１２２ｂに噛み合わされている。又、第１出力用ヘリカルスプライン１２８ｃは第１揺動カム１２４内部のヘリカルスプライン１２４ｂに噛み合わされ、第２出力用ヘリカルスプライン１２８ｅは第２揺動カム１２６内部のヘリカルスプライン１２６ｂに噛み合わされている。
【００５１】
このように構成された各仲介駆動機構１２０は、揺動カム１２４，１２６の軸受部１２４ｃ，１２６ｃ側にて、図２に示したごとく、シリンダヘッド８に形成された立壁部１３６，１３８に挟まれて、軸周りには揺動可能であるが軸方向に移動するのが阻止されている。この立壁部１３６，１３８には、軸受部１２４ｃ，１２６ｃの中心孔に対応した位置に孔が形成され、支持パイプ１３０を貫通固定している。従って、支持パイプ１３０はシリンダヘッド８に対しては固定されて軸方向に移動したり回転したりすることはない。
【００５２】
又、支持パイプ１３０内のコントロールシャフト１３２は支持パイプ１３０内を軸方向に摺動可能に貫通し、一端側にて図３に示すようにリフト量可変アクチュエータ１００の補助シャフト１０２に連結されている。従って、第１油圧室１０６及び第２油圧室１０７に対する油圧調整により、コントロールシャフト１３２の軸方向変位を調整することができる。このことによりコントロールシャフト１３２とスライダギア１２８とを介して、入力部１２２のローラ１２２ｆと揺動カム１２４，１２６のノーズ１２４ｄ，１２６ｄとの相対位相差を調整することができる。すなわちリフト量可変アクチュエータ１００の駆動により、図９〜図１１に示すように吸気バルブ１２ａ，１２ｂのバルブリフト量を連続的に可変とすることができる。
【００５３】
ここで、図９は、リフト量可変アクチュエータ１００によりコントロールシャフト１３２をＨ方向の限界まで移動させた状態の仲介駆動機構１２０の状態を示している。尚、図９〜図１１は第２揺動カム１２６が第１吸気バルブ１２ａを駆動する機構を示しているが、第１揺動カム１２４が第２吸気バルブ１２ｂを駆動する機構も同様であるので、第１揺動カム１２４及び第２吸気バルブ１２ｂの符号を併記して説明する。
【００５４】
図９（Ａ）の状態では吸気カム４５ａのベース円部分（ノーズ４５ｃを除いた部分）が、仲介駆動機構１２０における入力部１２２のローラ１２２ｆに接触している。尚、図示していないがローラ１２２ｆはスプリングにより吸気カム４５ａ側に常に接触するように付勢されている。このとき、揺動カム１２４，１２６のノーズ１２４ｄ，１２６ｄはロッカーアーム１３のローラ１３ａには接触しておらず、ノーズ１２４ｄ，１２６ｄに隣接したベース円部分が接触している。このため、吸気バルブ１２ａ，１２ｂは閉弁状態にある。
【００５５】
吸気カムシャフト４５が回転して吸気カム４５ａのノーズ４５ｃが入力部１２２のローラ１２２ｆを押し下げると、仲介駆動機構１２０内では入力部１２２からスライダギア１２８を介して揺動カム１２４，１２６に揺動が伝達される。揺動カム１２４，１２６はノーズ１２４ｄ，１２６ｄを押し下げるように揺動する。そのため、ノーズ１２４ｄ，１２６ｄに設けられた湾曲状のカム面１２４ｅ，１２６ｅが直ちにロッカーアーム１３のローラ１３ａに接触して、図９（Ｂ）に示すように、カム面１２４ｅ，１２６ｅの全範囲を使用してロッカーアーム１３のローラ１３ａを押し下げる。このことにより、ロッカーアーム１３はアジャスタ１３ｂにて支持された基端部１３ｃ側を中心に揺動し、ロッカーアーム１３の先端部１３ｄは大きくステムエンド１２ｃを押し下げる。こうして吸気バルブ１２ａ，１２ｂは最大のバルブリフト量にて吸気ポート１４ａ，１４ｂを開放状態とする。
【００５６】
図１０はリフト量可変アクチュエータ１００によりコントロールシャフト１３２を図９の状態から少しＬ方向へ戻した場合の仲介駆動機構１２０の状態を示している。
【００５７】
図１０（Ａ）では吸気カム４５ａのベース円部分が、仲介駆動機構１２０における入力部１２２のローラ１２２ｆに接触している。このとき、揺動カム１２４，１２６のノーズ１２４ｄ，１２６ｄはロッカーアーム１３のローラ１３ａには接触しておらず、図９の場合に比較して少しノーズ１２４ｄ，１２６ｄから離れたベース円部分が接触している。このため、吸気バルブ１２ａ，１２ｂは閉弁状態にある。これは仲介駆動機構１２０内でスライダギア１２８が少しＬ方向に移動したため、入力部１２２のローラ１２２ｆと揺動カム１２４，１２６のノーズ１２４ｄ，１２６ｄとの相対位相差が小さくなったためである。
【００５８】
吸気カムシャフト４５が回転して吸気カム４５ａのノーズ４５ｃが入力部１２２のローラ１２２ｆを押し下げると、仲介駆動機構１２０内では入力部１２２からスライダギア１２８を介して揺動カム１２４，１２６に揺動が伝達される。揺動カム１２４，１２６はノーズ１２４ｄ，１２６ｄを押し下げるように揺動する。
【００５９】
上述したように、図１０（Ａ）の状態ではロッカーアーム１３のローラ１３ａはノーズ１２４ｄ，１２６ｄから離れた吸気カム４５ａのベース円部分が接触している。このため、揺動カム１２４，１２６が揺動しても、しばらくはロッカーアーム１３のローラ１３ａはノーズ１２４ｄ，１２６ｄの湾曲状のカム面１２４ｅ，１２６ｅに接触することなくベース円部分に接触した状態を継続する。その後、湾曲状のカム面１２４ｅ，１２６ｅがローラ１３ａに接触して、図１０（Ｂ）に示すようにロッカーアーム１３のローラ１３ａを押し下げる。このことにより、ロッカーアーム１３は基端部１３ｃを中心に揺動する。しかし、ロッカーアーム１３のローラ１３ａが当初、ノーズ１２４ｄ，１２６ｄから離れている分、カム面１２４ｅ，１２６ｅの使用範囲は少なくなる。そのため、ロッカーアーム１３の揺動角度は小さくなり、ロッカーアーム１３の先端部１３ｄによるステムエンド１２ｃの押し下げ量、すなわちリフト量は少なくなる。こうして吸気バルブ１２ａ，１２ｂは最大量よりも小さいバルブリフト量にて吸気ポート１４ａ，１４ｂを開放状態とする。
【００６０】
図１１はリフト量可変アクチュエータ１００によりコントロールシャフト１３２を最大限Ｌ方向へ戻した状態の仲介駆動機構１２０の状態を示している。図１１（Ａ）の状態ではロッカーアーム１３のローラ１３ａにはノーズ１２４ｄ，１２６ｄから大きく離れた吸気カム４５ａのベース円部分が接触している。このため、揺動の全期間、ロッカーアーム１３のローラ１３ａはノーズ１２４ｄ，１２６ｄの湾曲状のカム面１２４ｅ，１２６ｅに接触することなくベース円部分に接触した状態を継続する。すなわち、図１１（Ｂ）に示すように、吸気カム４５ａのノーズ４５ｃが入力部１２２のローラ１２２ｆを最大限に押し下げても、湾曲状のカム面１２４ｅ，１２６ｅはロッカーアーム１３のローラ１３ａを押し下げるために使用されることはない。このことにより、ロッカーアーム１３は基端部１３ｃを中心に揺動することがなくなり、ロッカーアーム１３の先端部１３ｄによるステムエンド１２ｃの押し下げ量、すなわちバルブリフト量は「０」となる。こうして吸気カムシャフト４５が回転しても吸気バルブ１２ａ，１２ｂは吸気ポート１４ａ，１４ｂの閉鎖状態を維持する。
【００６１】
このようにリフト量可変アクチュエータ１００によりコントロールシャフト１３２の軸方向位置を調整することにより、図１２のグラフに実線の曲線で示すように、吸気バルブ１２ａ，１２ｂのバルブリフト量が連続的に調整可能となる。
【００６２】
そして、吸気バルブ１２ａ，１２ｂを開ける場合には、吸気バルブ１２ａ，１２ｂのバルブスプリング１２ｄからは、ロッカーアーム１３を介してアーム１２２ｃとノーズ１２４ｄ，１２６ｄとの間の角度を狭める方向の力が作用するため、スライダギア１２８にはＬ方向に移動するスラスト力が発生している。このため、係止ピン１３２ａを介して、コントロールシャフト１３２をＬ方向に移動させようとするスラスト力Ｆｓが作用する。そして、吸気バルブ１２ａ，１２ｂのバルブリフト量を大きくするほどに、バルブスプリング１２ｄをより圧縮する状態となることから、コントロールシャフト１３２に発生するスラスト力Ｆｓは、Ｈ方向への移動量が大きいほど強くなる。すなわち、図５に示したようになる。
【００６３】
以上説明した本実施形態によれば、以下の効果が得られる。
・ 本実施形態の可変動弁装置においては、コントロールシャフト１３２の軸方向位置を調整するリフト量可変アクチュエータ１００にはコントロールシャフト１３２に発生するスラスト力に対抗してアシスト力を付与するアシストスプリング１１１を設けている。そして、アシストスプリング１１１のアシスト力をコントロールシャフト１３２の低リフト側においてコントロールシャフト１３２のスラスト力よりも大きく設定している。又、リフト量可変アクチュエータ１００には低油圧時にアシストスプリング１１１のアシスト力によるコントロールシャフト１３２の高リフト側への移動を規制するロックピン１１３を設けている。そのため、エンジン２の始動時の作動油圧立ち上がり前とエンジン２の停止時の油圧低下中においてリフト量可変アクチュエータ１００の油圧が不足してアシストスプリング１１１の付勢力を下回ることがある。この場合には、ロックピン１１３によってピストン１０４の移動を規制してコントロールシャフト１３２の高リフト側への移動を規制し、コントロールシャフト１３２を低リフト側に保持して不安定な動作を抑制することができる。よって、バルブリフト量を所定の値に保持することができる。又、エンジン２の通常運転時においてはアシストスプリング１１１によってコントロールシャフト１３２の高リフト側への移動を補助するアシスト力を付与することができるため、リフト量可変アクチュエータ１００の最低作動油圧を小さな値にすることができ、コントロールシャフト１３２の作動応答性を向上することができる。
【００６４】
・ 又、コントロールシャフト１３２の高リフト側への移動時において、ロック用スプリング１１６の付勢力に抗してロックピン１１３が第２油圧室１０７から抜け出すように油圧を作用させる第３油圧室１１４を設けた。そのため、エンジン２の通常運転時において、コントロールシャフト１３２の高リフト側への移動時には第３油圧室１１４に油圧が供給されてロック用スプリング１１６の付勢力に抗してロックピン１１３が第２油圧室１０７から抜け出してピストン１０４のロックを解除することができる。
【００６５】
（第２実施形態）
次に第２実施形態を、図１３に従って説明する。
本実施形態では、吸気バルブ２１２ａ，２１２ｂのバルブ量調整は、前記リフト量可変アクチュエータ１００により、吸気カムシャフト２４５に転がり軸受部２５０ａを介して接続されたコントロールシャフトとしての補助シャフト１０２を軸方向に移動することにより行われる。
【００６６】
吸気カムシャフト２４５は、一端に設けられたタイミングスプロケット（タイミングギヤやタイミングプーリでも良い）２５２を介してエンジンのクランクシャフトの回転と連動する。ところが、補助シャフト１０２は転がり軸受部２５０ａを介して吸気カムシャフト２４５と接続されているので、吸気カムシャフト２４５の回転に対して補助シャフト１０２が連動して回転することはない。補助シャフト１０２は軸方向の移動のみ吸気カムシャフト２４５と一体で移動する。
【００６７】
尚、吸気カムシャフト２４５と接続しているタイミングスプロケット２５２は、エンジンのシリンダブロックに対して回転可能にかつ軸方向へは移動しないように支持されているが、吸気カムシャフト２４５とは中心部にてストレートスプライン機構２５２ａにより接続されていることにより、軸方向での吸気カムシャフト２４５の移動を許容している。
【００６８】
ここで吸気カムシャフト２４５に設けられた吸気カム２４５ａは、軸方向にプロフィールが連続的に変化する３次元カムとして構成されている。具体的には、図示右側ではカムノーズが低く、左側に行くほど次第にカムノーズが高くなるように各吸気カム２４５ａが形成されている。このプロフィールの変化により図１２に示したものと同様にバルブリフト量を可変としている。
【００６９】
３次元カムである吸気カム２４５ａは、図示するようにバルブリフト量を高くする側が図示左側となっているので、吸気バルブ２１２ａ，２１２ｂのバルブスプリング２１２ｄから受ける復元力は、吸気カム２４５ａのカム面により吸気カムシャフト２４５に対してＬ方向のスラスト力を発生させる。そして、図１３に示すようにピストン１０４がＬ方向の限界位置に存在している場合には、前記スラスト力は小さい。ピストン１０４がＨ方向の限界位置に向けて移動される場合には、吸気バルブ２１２ａ，２１２ｂのバルブスプリング２１２ｄから受ける復元力は大きくなりスラスト力も増加する。
【００７０】
以上説明した本実施形態によれば、以下の効果が得られる。
・ 本実施形態の可変動弁装置は、３次元カム２４５ａ及び補助シャフト（コントロールシャフト）１０２を備える構成である。この場合にも、エンジン２の始動時の作動油圧立ち上がり前とエンジン２の停止時の油圧低下中において、ロックピン１１３にてピストン１０４の移動を規制して補助シャフト１０２の高リフト側への移動を規制して不安定な動作を抑制することができる。
【００７１】
・ 本実施形態の可変動弁装置は、補助シャフト１０２は３次元カムのカムシャフト２４５を兼ねている。この場合であっても、ロックピン１１３にてピストン１０４の移動を規制することにより補助シャフト１０２の高リフト側への移動を規制して補助シャフト１０２を低リフト側に保持することができ、補助シャフト１０２の不安定な動作を抑制することができる。
【００７２】
尚、実施形態は上記に限定されず、次のように変更してもよい。
・ 上記各実施形態では、ロックピン１１３の近傍に第３油圧室１１４を形成してロックピン１１３に油圧を作用させてロックピン１１３を第２油圧室１０７から抜き出すように構成した。この第３油圧室１１４に代えて、ロックピン１１３を磁性体により構成するとともにロック用スプリング１１６側に電磁ソレノイドを設け、この電磁ソレノイドの励磁力に基づいてロックピン１１３を第２油圧室１０７から抜き出すように構成してもよい。
【００７３】
・ 上記各実施形態において、ロックピン１１３をピストン１０４の周方向において複数設けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態におけるエンジン及びその制御系統の概略構成を表すブロック図。
【図２】同じくシリンダヘッド部分の構成説明図。
【図３】第１実施形態のリフト量可変アクチュエータの内部構造を示す断面図。
【図４】同じくリフト量可変アクチュエータの内部構造を示す断面図。
【図５】スラスト力及びアシスト力とコントロールシャフトのストロークとの関係を示すグラフ。
【図６】第１実施形態の仲介駆動機構の構成を示す斜視図。
【図７】同じく仲介駆動機構の内部構成を示す部分破断斜視図。
【図８】同じく仲介駆動機構の支持パイプ及びコントロールシャフトの形状説明図。
【図９】第１実施形態の仲介駆動機構によるバルブリフト量調整機能の説明図。
【図１０】同じく仲介駆動機構によるバルブリフト量調整機能の説明図。
【図１１】同じく仲介駆動機構によるバルブリフト量調整機能の説明図。
【図１２】第１実施形態の仲介駆動機構によるバルブリフト量の変化を示すグラフ。
【図１３】第２実施形態の可変動弁機構の構成説明図。
【符号の説明】
１００…リフト量可変アクチュエータ、１０２…補助シャフト（コントロールシャフト）、１０３…シリンダ、１０４…ピストン、１１１…アシストスプリング（アシスト力付与手段）、１１３…ロックピン、１１４…第３油圧室、１１６…ロック用スプリング、４５，２４５…カムシャフト、４５ａ…カム、４９…クランクシャフト、１２０…仲介駆動機構、１３２…コントロールシャフト、２４５ａ…３次元カム。
Claims (6)
- コントロールシャフトを軸方向に移動させることにより該コントロールシャフトの軸方向位置に連動してバルブリフト量を連続的に可変とする内燃機関の可変動弁装置であって、前記コントロールシャフトの一部に設けられかつシリンダ内に供給される油圧によって前記コントロールシャフトと一体に移動するピストンと、前記コントロールシャフトに発生するスラスト力に対抗して前記コントロールシャフトの高リフト側への移動を補助するためのアシスト力を付与するアシスト力付与手段とを有する油圧アクチュエータを備え、
前記コントロールシャフトの低リフト側において前記アシスト力付与手段のアシスト力を前記コントロールシャフトのスラスト力よりも大きく設定するとともに、低油圧時に前記アシスト力付与手段のアシスト力による前記コントロールシャフトの高リフト側への移動を規制するロック手段を設けた内燃機関の可変動弁装置。 - 請求項１において、
前記ロック手段は、ロック用スプリングの付勢力により前記シリンダ内において前記コントロールシャフトの軸方向とは略直交する方向に突出するロックピンを備え、該ロックピンが前記ピストンに係合することにより前記ピストンの移動を規制するものである内燃機関の可変動弁装置。 - 請求項２において、
前記ロック手段は、前記コントロールシャフトの高リフト側への移動時において、前記ロック用スプリングの付勢力に抗して前記ロックピンが前記シリンダから抜け出すように油圧を作用させる油圧室を備える内燃機関の可変動弁装置。 - 請求項１〜３のいずれかにおいて、
内燃機関のクランクシャフトにより回転駆動されるカムシャフトと、
前記カムシャフトに設けられたカムと、
前記カムシャフトとは異なる軸にて揺動可能に支持され、入力部と出力部とを有することで前記カムにより入力部が駆動されると出力部にてバルブを駆動する仲介駆動機構と、
軸方向への移動量が前記仲介駆動機構の入力部と出力部との相対位相差に連動する前記コントロールシャフトと、
前記コントロールシャフトを軸方向に移動することにより前記仲介駆動機構の入力部と出力部との相対位相差を調整する前記油圧アクチュエータと、
を備えることにより、前記コントロールシャフトの軸方向位置に連動してバルブリフト量を連続的に可変とする内燃機関の可変動弁装置。 - 請求項１〜３のいずれかにおいて、
軸方向にてカムプロフィールが変化している３次元カムを、軸方向に移動させることによりバルブリフト量を連続的に可変とする可変動弁機構であり、
前記コントロールシャフトの軸方向への移動量が前記３次元カムの軸方向への移動量に連動している内燃機関の可変動弁装置。 - 請求項５において、
前記コントロールシャフトは前記３次元カムのカムシャフトを兼ねている内燃機関の可変動弁装置。
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