JP4158507B2 - 内燃機関の弁駆動システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の吸気弁又は排気弁を駆動する弁駆動システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般の内燃機関の吸気弁及び排気弁は、内燃機関のクランク軸から取り出された動力によって開閉駆動されている。しかし、近年では電動モータによって吸気弁や排気弁を駆動することが試みられている。例えば特許文献１には、カム軸をモータで駆動して吸気弁を開閉させる弁駆動装置が開示されている。また、ＥＧＲ用の弁を対象としたものであるが、バルブステムに設けたねじ機構を利用してモータの回転を弁の直線的な開閉運動に変換する弁駆動装置も知られている（特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平８−１７７５３６号公報
【特許文献２】
特開平１０−７３１７８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
モータの回転をねじ機構によって弁の開閉運動に変換する装置は、弁を開閉させるために必要なモータの回転量が大きくて効率が悪いため、弁を高速かつ周期的に動作させる必要がある吸気弁や排気弁の駆動装置としては不向きである。
【０００５】
一方、カム軸をモータで回転させる場合には吸気弁や排気弁を効率よく駆動することができる。しかし、車両の動力源として一般に使用される多気筒の内燃機関では、一列に並んだ複数の気筒間でカム軸が共用されている。このような共用されたカム軸をモータで駆動するだけでは、カム軸の動作の変化がそのカム軸によって駆動されるすべの吸気弁や排気弁の動作特性に影響する。従って、モータを制御することによって得られる動作特性の自由度はそれほど高くない。
【０００６】
そこで、本発明は、複数の気筒を有する内燃機関の吸気弁又は排気弁をモータにて効率よく開閉させることができ、かつ、各弁の動作特性に関する自由度を従来よりも高めることができる内燃機関の弁駆動システムを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の内燃機関の第１の弁駆動システムは、複数の気筒を有する内燃機関に適用され、各気筒に設けられた吸気用又は排気用の弁を駆動するための内燃機関の弁駆動システムであって、前記内燃機関の互いに異なる気筒の前記弁をそれぞれ駆動するように設けられた複数の弁駆動装置を有し、各弁駆動装置には、回転運動を発生する駆動源としての電動モータと、前記電動モータの回転運動をカムを利用して駆動対象の弁の開閉運動に変換し伝達する動力伝達機構と、前記弁側から前記カムに加えられるトルクの変動を抑制するトルク変動抑制機構と、が設けられ、前記トルク変動抑制機構は、前記電動モータから前記カムへの運動伝達経路に設けられた回転部材に対して前記カムに加えられるトルクの変動を打ち消す方向の反トルクを加えることにより、上述した課題を解決する（請求項１）。
【０００８】
第１の弁駆動システムによれば、複数の気筒の吸気弁又は排気弁を、複数の弁駆動装置によってそれぞれ互いに独立して開閉駆動することができる。従って、気筒毎の弁の動作特性に関する自由度が高くなる。また、モータの回転運動をカムを利用して吸気弁や排気弁の開閉運動に変換するので、ねじ機構を利用する場合と比較してモータの回転量に対する弁の運動量の割合を大きく取ることができる。つまり、ねじ機構による場合にはねじを最低でも数回転以上させないと弁を十分に開閉させることができないが、カムを利用した場合にはモータの一回転によって運動の一周期が完結するので、モータを最大でも一回転させるだけで吸気弁や排気弁に所定の開閉動作を与えることができる。従って、吸気弁又は排気弁を効率よく駆動することができる。
【００１３】
一般に、カムは吸気弁又は排気弁を閉じる方向に付勢する弁スプリングの反力によってトルクを受けており、そのトルクの大きさ及び方向はカムの位相に応じて変動する。しかし、従来のように多気筒のカムを共通のカム軸で駆動する場合には、気筒毎にカムの周方向の位置がずれているので、いずれかの気筒のカムを介して作用するトルクが、他の気筒のカムを介して作用するトルクによって打ち消され、カム軸に作用するトルクの変動は全体としては抑制される。これに対して、弁駆動装置が互いに異なる気筒の吸気弁又は排気弁を互いに独立して駆動する構成の場合には、カムの回転軸も弁駆動装置毎に分断されるから、向きが異なる複数のカム間におけるトルクの打ち消し効果が期待できない。この発明によれば、弁駆動装置毎にトルク変動抑制機構が設けられているので、カムに加えられるトルクの変動を弁駆動装置毎に抑制し、各弁駆動装置の電動モータに要求される出力を軽減することができる。
【００１４】
また、電動モータからカムへの運動伝達経路に設けられた回転部材に対して、カムに加えられるトルクの変動を打ち消す方向の反トルクがトルク変動抑制機構によって加えられるので、カムから加えられるトルクの変動を抑えることができる。
【００１５】
前記トルク変動抑制機構は、前記回転部材の外周に設けられたカム面と、そのカム面と対向配置されたリフタと、前記リフタを前記カム面に押し付けるばね手段とを備えており、前記回転部材の前記カム面の輪郭は、前記カムによる前記弁のリフト量が最大となる位置にて前記リフタとの前記カム面との接触位置が前記回転部材の半径方向中心側に最も後退するように設定されていてもよい（請求項２）。
【００１６】
吸気弁又は排気弁の弁スプリングからカムに加えられるトルクは、カムによって弁が開かれる過程ではカムを戻す方向に作用し、弁のリフト量が最大となる位置、つまりカムのノーズ部がカムに対する従動節（ロッカーアームや弁そのもの）と接する位置でトルクが一旦失われ、その位置からカムが進んで弁が閉じられる過程でカムを進める方向にトルクが作用する。これに対して、上述した回転部材のカム面とリフタとは、リフト量が最大となる位置でカム面とリフタとの接触位置が半径方向中心側に最も後退するように関係付けられているので、前記のばね手段からリフタを介して回転部材に負荷されるトルクは、弁が開く過程でカムを進める方向に作用し、弁が閉じる方向でカムを戻す方向に作用する。従って、リフタを介して回転部材に加えられるトルクは、カムに加えられるトルクを打ち消す方向の反トルクとして作用する。なお、カムの高回転時には弁側から加えられるトルクの変動が小さくなる。その一方、回転部材によってリフタが半径方向外側に押し出される力は回転部材の回転速度が増加するほど大きくなり、リフタが回転部材を押す力は回転速度が増加するほど小さくなるから、高回転時において回転部材に加えられる反トルクも減少する。これにより、リフタ側から回転部材への過剰なトルクの負荷が防がれる。また、リフタが回転部材を押す力の減少により、回転部材とリフタとの間に働く摩擦力が減少するから、高回転時の摩擦損失を抑えて燃費悪化を防ぐことができる。
【００１７】
本発明の内燃機関の第２の弁駆動システムは、複数の気筒を有する内燃機関に適用され、各気筒に設けられた吸気用又は排気用の弁を駆動するための内燃機関の弁駆動システムであって、前記内燃機関の互いに異なる気筒の前記弁をそれぞれ駆動するように設けられた複数の弁駆動装置を有し、各弁駆動装置には、回転運動を発生する駆動源としての電動モータと、前記電動モータの回転運動をカムを利用して駆動対象の弁の開閉運動に変換し伝達する動力伝達機構と、前記弁側から前記カムに加えられるトルクの変動を抑制するトルク変動抑制機構と、が設けられ、前記カムの回転軸にはカム支持用の軸受と回転自在に嵌合する軸支持部が設けられ、前記軸支持部の前記軸受に対する接触範囲に生じる摩擦抵抗に影響する因子が前記カムの回転軸の周方向に関して不均一に設定されることにより、前記軸支持部と前記軸受とを前記トルク変動抑制機構として機能させることにより、上述した課題を解決する（請求項３）。第２の弁駆動システムによれば、上述した第１の弁駆動システムと共通の効果を達成できる他、カムの回転軸とカム支持用の軸受との間に作用する摩擦抵抗を周方向に関して不均一に設定されているので、カムに加えられるトルクが大きくなる部分では摩擦抵抗を減少させ、カムに加えられるトルクが小さくなる部分では摩擦抵抗を増加させるようにして、電動モータがカムの回転軸を駆動するために必要なトルクの変動を抑えることができる。
【００１８】
摩擦抵抗に影響する因子には種々のものが含まれるが、その典型例としては接触範囲の幅を挙げることができる。すなわち、前記カムの回転軸の軸線方向に関する前記接触範囲の幅を不均一に設定すること（請求項４）により、摩擦抵抗に影響する因子を不均一に設定することができる。接触範囲の幅が大きくなれば摩擦抵抗が増加し、接触範囲の幅が小さくなれば摩擦抵抗が減少する。その他にも、軸支持部の接触範囲の摩擦係数を変える等、種々の手段によって摩擦抵抗を調整することができる。
【００１９】
前記摩擦抵抗が大きくなる部分は、前記カムのノーズ部に対して前記カムの回転軸の回転中心を挟んで反対側に設けられるとよい（請求項５）。前記のように、ノーズ部がカムに対する従動節との接触位置を通過する際にはカムに加えられるトルクが一旦失われる。換言すれば、カムによる弁のリフト量が最大となる位置でカムに加わるトルクは一旦失われる。従って、最大リフト量が与えられる位置の前後においてカムに加わるトルクは比較的大きく変動する。一方、カムのノーズ部が従動節に接する位置の前後では、弁側からノーズ部に加わる反力により、カムの回転軸はカムのノーズ部に対して回転中心を挟んで反対側に押される。従って、カムのノーズ部に対する反対側に摩擦抵抗が大きくなる部分を設けておけば、弁のリフト量が最大となる位置の付近において、カムの回転軸の摩擦抵抗が大きくなる部分が軸受と接してカムの回転軸に作用する摩擦抵抗が増加する。このような摩擦抵抗の増加によりカムに加わるトルクの変動が抑制される。
【００２０】
本発明の内燃機関の第３の弁駆動システムは、複数の気筒を有する内燃機関に適用され、各気筒に設けられた吸気用又は排気用の弁を駆動するための内燃機関の弁駆動システムであって、前記内燃機関の互いに異なる気筒の前記弁をそれぞれ駆動するように設けられた複数の弁駆動装置を有し、各弁駆動装置には、回転運動を発生する駆動源としての電動モータと、前記電動モータの回転運動をカムを利用して駆動対象の弁の開閉運動に変換し伝達する動力伝達機構と、が設けられ、前記カムの回転軸には、前記カムによってもたらされる当該回転軸の回転中心に関する回転質量のアンバランスを相殺するバランス調整手段が設けられ、前記バランス調整手段として、前記カムの回転軸には、前記回転中心よりも前記カムのノーズ部側に偏った位置に当該回転軸の質量を減少させる削除部が設けられ、前記削除部として、前記カムの回転軸の前記回転中心よりも前記ノーズ部側に偏心した穴部が形成され、該穴部が前記カムに対する給油穴として利用されていることにより、上述した課題を解決する（請求項６）。第３の弁駆動システムによれば、上述した第１の弁駆動システムと共通の効果を達成できる。一般に、カムはその回転軸と同軸のベース円の一部を膨らませてノーズ部を形成した形状を有しており、カムの回転軸の回転中心に関する回転質量のバランスはカムのノーズ部の存在によって崩される。しかし、多気筒間で共用されるカム軸であれば、気筒毎にカムが異なる方向を向いているのでカム毎の回転質量のアンバランスが互いに相殺され、全体としてはカム軸の回転質量が回転中心の回りにほどよく釣り合うようになる。これに対して、本発明の第３の弁駆動システムではカムの回転軸が分断されているので、互いに向きが異なる複数のカムの相互作用による回転質量のアンバランスの相殺は期待できない。第３の弁駆動システムでは、弁駆動装置毎にバランス調整手段が設けられているため、カムの回転軸毎にその回転中心に関する回転質量の釣り合いを改善して電動モータに要求される出力を軽減することができる。
【００２１】
回転質量のアンバランスの解消を図ってカムの回転軸に更なるウエイトを追加したならば、回転質量は釣り合っても、カムの回転軸の慣性モーメントが増加し、結果として電動モータに要求されるトルクが増加する。これに対して、第３の弁駆動システムでは、バランス調整手段として、回転中心よりもカムのノーズ部側に偏った位置に回転軸の質量を減少させる削除部が設けられているため、慣性モーメントを増加させることなく回転質量のアンバランスを減少又は解消させることができる。
【００２２】
また、その削除部として、カムの回転軸の回転中心よりもノーズ部側に偏心した穴部が形成され、該穴部がカムに対する給油穴として利用されているから、給油穴をバランス調整手段として活用することができる。なお、カムによってもたらされる回転質量のアンバランスとは、カムのノーズ部への質量の偏りに伴って生じる回転質量のアンバランスを意味する。また、アンバランスの「相殺」は、カムによってもたらされる回転質量のアンバランスを低減すること、及びアンバランスを完全に解消することのいずれの概念も含む。
【００２３】
なお、カムの輪郭は要求されるカムの動作特性に応じて適宜に設定してよい。しかし、本発明の弁駆動システムでは、各弁駆動装置の電動モータの制御によって様々な動作特性を与えることができるので、カムの輪郭はその全周に亘って凸曲面にて構成されたものとすることが好適である（請求項７）。カムの輪郭に部分的に凹曲面、すなわち負の曲率を有する部分が存在すると、その部分を研磨するために半径の小さい砥石を使用する必要が生じ、カムの大量生産への適応性が損なわれるからである。
【００２４】
前記カムの回転軸に永久磁石又は電磁コイルのいずれか一方が設けられ、前記回転軸の周囲に前記永久磁石又は電磁コイルのいずれか他方が設けられることにより、前記カムの回転軸が前記電動モータの回転軸として利用されてもよい（請求項８）。この場合には、電動モータの回転軸（出力軸）からカムの回転軸への回転伝達用のギア列等が不要となる。従って、弁駆動装置の高さを抑えることができる。
【００２８】
本発明の第４の弁駆動システムは、複数の気筒を有する内燃機関に適用され、各気筒に設けられた吸気用又は排気用の弁を駆動するための内燃機関の弁駆動システムであって、前記内燃機関の互いに異なる気筒の前記弁をそれぞれ駆動するように設けられた複数の弁駆動装置を有し、各弁駆動装置には、回転運動を発生する駆動源としての電動モータと、前記電動モータの回転運動をリンクを利用して駆動対象の弁の開閉運動に変換し伝達する動力伝達機構と、が設けられ、前記動力伝達機構は、前記電動モータによって回転駆動される回転部材と、前記回転部材の回転中心から偏心した位置にて前記回転部材と回転自在に連結された第１リンクと、前記第１リンク及び前記弁とそれぞれ回転自在に連結された第２リンクと、前記第１リンクと前記第２リンクとの連結点の位置を変化させる位置調整手段と、を備えたことにより、上述した課題を解決する（請求項９）。第４の弁駆動システムによれば、複数の気筒の吸気弁又は排気弁を、複数の弁駆動装置によってそれぞれ互いに独立して開閉駆動することができる。従って、気筒毎の弁の動作特性に関する自由度が高くなる。また、モータの回転運動をリンクを利用して吸気弁や排気弁の開閉運動に変換するので、ねじ機構を利用する場合と比較してモータの回転量に対する弁の運動量の割合を大きく取ることができる。つまり、ねじ機構による場合にはねじを最低でも数回転以上させないと弁を十分に開閉させることができないが、リンクを利用した場合にはモータの一回転によって運動の一周期が完結するので、モータを最大でも一回転させるだけで吸気弁や排気弁に所定の開閉動作を与えることができる。従って、吸気弁又は排気弁を効率よく駆動することができる。また、回転部材の回転運動が第１リンクを介して第２リンクに伝えられ、第２リンクが第１リンクとの連結点の回りに揺動する。この第２リンクの揺動運動が弁に対して直線的な開閉運動として変換され伝達される。そして、第１リンクと第２リンクとの連結点の位置を変化させることにより、回転部材と第１リンクとの連結点から第２リンクと弁との連結点までの距離を変化させ、それにより弁のリフト量を変化させることができる。
【００２９】
上述した各弁駆動システムは、動力伝達機構がカム又はリンクのいずれを利用するかに拘わりなく、次の態様を含むことができる。
【００３０】
すなわち、上述した各弁駆動システムは、前記複数の弁駆動装置のうち、いずれか一つの弁駆動装置の電動モータが空気圧調整用のポンプの駆動源として利用されてもよい（請求項１０）。この場合には弁駆動装置の電動モータが特定箇所の空気圧調整用の駆動源として兼用されるので、部品点数の削減を図ることができる。
【００３１】
前記ポンプの駆動源として利用される電動モータは、複数の弁駆動装置の中から適宜に選択してよい。好適な一例においては、前記気筒の並び方向に関して最も外側に配置された気筒の弁を駆動する電動モータが前記空気圧調整用のポンプの駆動源として利用される（請求項１１）。そのような電動モータのさらに外側は別の電動モータが配置されないオープンスペースとなるため、他の気筒に対応した電動モータよりもポンプの設置やポンプへ回転運動を取り出すための機構の設置が比較的容易に行える。また、減速時等に一部の気筒で燃焼を停止させる減筒運転を実施する内燃機関においては、そのような減筒の対象（つまり、燃焼停止の対象）となる気筒以外の気筒の吸気弁又は排気弁を駆動する電動モータをポンプの駆動源として利用することが望ましい。減筒運転時にもポンプを作動させて所望の空気圧を得ることができるからである。
【００３２】
空気圧調整用のポンプは様々な目的で使用されてよい。好適な一例では、前記ポンプが、車両のブレーキブースタ用の負圧を生成する手段として設けられる（請求項１２）。この場合には、吸気弁又は排気弁を駆動するための電動モータにより、ブレーキブースタに適切な負圧を作用させることができる。従って、内燃機関の吸気系において十分な負圧が得られない場合、例えば成層燃焼を実現してスロットルバルブの開度を大きく設定する筒内噴射式、又は希薄混合気燃焼方式の内燃機関の場合や、スロットルバルブに代えて吸気弁の開口面積（リフト量と作用角の積）によって吸入空気量を大きく制御する内燃機関においては、吸気弁又は排気弁を駆動する電動モータによって負圧生成用のポンプを駆動することの実用的価値は大きい。
【００３３】
また、内燃機関の燃焼エネルギを利用して始動を行う場合、例えば、内燃機関の停止状態にて膨張行程にある特定の気筒で燃焼を生じさせ、その燃焼で得られるエネルギーを利用して内燃機関を始動させる場合には、その特定の気筒へ空気を充填するためのポンプを本発明の弁駆動装置の電動モータにて駆動してもよい。この場合、ポンプから気筒へ空気を送り込んでもよいし、ポンプにて送られる空気をタンク内に一旦蓄え、始動時にそのタンクから特定の気筒へ空気を送るようにしてもよい。さらに、ブレーキブースタのように負圧が必要な箇所をポンプの吸い込み側と接続し、そのポンプの吐出側をタンクと接続して圧力を蓄え、その蓄えた圧力を始動時の特定の気筒への空気の充填等に使用するようにしてもよい。このような態様では、ポンプが負圧の生成手段及び空気圧を蓄えるための手段として兼用される。
【００３４】
上述した各弁駆動システムにおいては、前記内燃機関のヘッドカバーの上面側の外部に前記電動モータの少なくとも一部が露出してもよい（請求項１３）。このようにすれば、電動モータをヘッドカバー外の空気と触れさせて電動モータからの放熱を促進することができる。そして、電動モータの使用温度域を下げて高温時の出力低下を回避し、定格出力がより小さい電動モータを使用することが可能となる。
【００３５】
内燃機関のヘッドカバーは、動力伝達機構のカムやリンクの機構部分を収容するスペースを覆って、それらの機構部分から供給される潤滑油の飛散を防ぐカバーとして機能する。それゆえに、電動モータの電気的なコネクタ部のように、高温や油が飛散するような劣悪な環境への適応性が低い部分はヘッドカバー内に配置すべきでない。そのような部分をヘッドカバー外に露出させたならば、電動モータが設置された環境に起因して電動モータに不具合が発生する頻度を低下させ、それにより本発明の弁駆動システムの信頼性を高めることができる。
【００３６】
また、前記電動モータが前記内燃機関のヘッドカバーの外部に取り出されて前記ヘッドカバーの上面に配置されてもよい（請求項１４）。これにより、電動モータがヘッドカバーの内部から隔離され、電動モータをヘッドカバー内の高温や油の雰囲気から最大限に保護することができる。また、電動モータの放熱効果も高まる。
【００３７】
さらに、電動モータの少なくとも一部をヘッドカバーの外部に露出させた場合において、前記内燃機関は、前記複数の気筒の並び方向を車両の左右方向に一致させ、かつクランク室側よりもシリンダヘッド側が車両の前方に変位するように前傾させた状態で前記車両に搭載されてもよい（請求項１５）。このように内燃機関を搭載すれば、車両の前進時において内燃機関の周囲に流れ込む空気をヘッドカバー外への電動モータの露出部分に積極的に当てて電動モータの冷却効率を高めることができる。
【００３８】
上述した各弁駆動システムにおいては、前記電動モータを冷却する冷却手段を備えるようにしてもよい（請求項１６）。電動モータを積極的に冷却することにより、電動モータの出力低下が生じる使用温度域の上昇を回避し、より小型の電動モータでも吸気弁又は排気弁を駆動するために十分な出力を発生することができる。
【００３９】
冷却手段は種々の形態で構成してよい。その一例として、前記電動モータの周囲に冷却水通路が設けられ、その冷却水通路が、前記内燃機関における冷却水の循環経路の一部に含まれることにより前記冷却手段が構成されてもよい（請求項１７）。このような冷却手段によれば、内燃機関の冷却水を利用して電動モータを強制的に冷却できるから、周囲の空気との熱交換と比較して電動モータを効率よく冷却できる。特に、前記冷却水の放熱用のラジエータの冷却水出口と前記内燃機関の冷却水入口との間に、前記電動モータの周囲の前記冷却水通路が配置された場合（請求項１８）には、内燃機関との間で熱効果を行う前の温度が最も低い領域の冷却水が電動モータの周囲に導かれる。このため、冷却水による電動モータの冷却効果を最大限に高めることができる。
【００４０】
また、前記冷却手段として、前記電動モータの回転軸上にファンが設けられてもよい（請求項１９）。この場合には、電動モータ自身の出力を利用して電動モータの周囲に空気の流れを形成し、それにより電動モータの冷却効率を高めることができる。
【００４１】
さらに、ヘッドカバー外に電動モータの少なくとも一部を露出させる場合には、さらに内燃機関のヘッドカバーの上方に前記電動モータのコネクタ部を露出させ、各コネクタ部に接続されるべき個別端子部と、所定のモータ制御回路と接続されるべき集合端子部と、これらの端子部を結ぶ電気的配線とが共通の基板上に形成された配線部材を各個別端子部が前記コネクタ部と電気的に接続されるようにして前記ヘッドカバー上に設けられてもよい（請求項２０）。このような構成によれば、配線部材をヘッドカバー上に前記の通りに取り付けるだけで集合端子部から各電動モータのコネクタ部への電気的配線を済ませることができる。配線部材もヘッドカバー上に露出するので、各電動モータへの配線経路がヘッドカバー内の高温に晒されず、電流の熱損失が防がれて電動モータの実出力が向上する。
【００４２】
なお、上述した各弁駆動システムにおいては、複数の弁駆動装置のそれぞれが互いに異なる気筒の吸気弁又は排気弁を駆動すればよく、一部又は全部の弁駆動装置が二以上の気筒の吸気弁又は排気弁を駆動する場合も本発明の範囲に含まれる。特に、吸気弁の開いている期間、又は排気弁の開いている期間が重ならない気筒間であれば、それらの気筒の吸気弁又は排気弁を共通の電動モータにて駆動したとしても、各気筒の吸気弁又は排気弁の動作特性を共通の電動モータにて駆動される吸気弁又は排気弁の動作に影響されることなく変化させることができる。
【００４３】
【発明の実施の形態】
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る弁駆動システムが組み込まれた内燃機関１を示している。内燃機関１は、複数（図では４つ）のシリンダ（気筒）２…２が一方向に並べられ、各シリンダ２にピストン３が上下動自在に装着された多気筒直列式ガソリンエンジンとして構成されている。各シリンダ２の上方には２本の吸気弁４及び２本の排気弁５がそれぞれ設けられており、これらの吸気弁４及び排気弁５がピストン３の上下動に連動して弁駆動システム１０にて開閉駆動されることにより、シリンダ２への吸気及びシリンダ２からの排気が行われる。
【００４４】
弁駆動システム１０は、各シリンダ２の吸気側に１つずつ設けられた弁駆動装置１１Ａ…１１Ａと、各シリンダ２の排気側に１つずつ設けられた弁駆動装置１１Ｂ…１１Ｂとを備えている。これらの弁駆動装置１１Ａ，１１Ｂはいずれもカムを利用して吸気弁４又は排気弁５を駆動するものである。弁駆動装置１１Ａの構成は互いに等しく、また弁駆動装置１１Ｂの構成は互いに等しい。図２は一つのシリンダ２に対応付けて設けられた吸気用及び排気用の弁駆動装置１１Ａ，１１Ｂを示している。なお、弁駆動装置１１Ａ、１１Ｂは互いに類似した構成を有しており、まず吸気側の弁駆動装置１１Ａについて説明する。
【００４５】
吸気側の弁駆動装置１１Ａは、駆動源としての電動モータ（以下、モータと略称することがある。）１２と、モータ１２の回転運動を吸気弁４の直線的な開閉運動に変換する動力伝達機構１３とを備えている。モータ１２には、回転速度の制御が可能なＤＣブラシレスモータ等が使用される。モータ１２には、その回転位置を検出するためのレゾルバ、ロータリエンコーダ等の位置検出センサが内蔵されている。
【００４６】
動力伝達機構１３は、一本のカム軸１４Ａと、モータ１２の回転運動をカム軸１４Ａに伝達するギア列１５と、吸気弁４を駆動するロッカーアーム１６と、カム軸１４Ａとロッカーアーム１６との間に介在される弁特性調整機構１７とを備えている。カム軸１４Ａはシリンダ２毎に独立して設けられている。言い換えれば、シリンダ２毎にカム軸１４Ａは分かれている。ギア列１５は、モータ１２の出力軸（不図示）に取り付けられたモータギア１８の回転を中間ギア１９を介してカム軸１４Ａと一体のカム駆動ギア２０に伝達することにより、モータ１２に同期してカム軸１４Ａを回転させる。
【００４７】
図３及び図４にも示したように、カム軸１４Ａには単一のカム２１Ａが一体に回転可能に設けられている。カム２１Ａはカム軸１４Ａと同軸のベース円の一部を膨らませた板カムの一種として形成されている。全ての弁駆動装置１１Ａの間でカム２１Ａのプロファイル（外周の輪郭）は互いに等しい。カム２１Ａのプロファイルはその全周に亘って負の曲率が生じないように、つまり半径方向外側に向かって凸曲面を描くように設定されている。
【００４８】
ロッカーアーム１６は支軸２２を中心として揺動可能に設けられている。吸気弁４は弁スプリング２３によってロッカーアーム１６側に付勢され、それにより吸気ポートのバルブシート（不図示）に吸気弁４が密着して吸気ポートが閉じられる。ロッカーアーム１６の他端部はアジャスター２４と接している。アジャスター２４がロッカーアーム１６の他端部を押し上げることにより、ロッカーアーム１６はその一端部が吸気弁４の上端部と接触した状態に保たれる。
【００４９】
弁特性調整機構１７は、カム２１Ａの回転運動をロッカーアーム１６に揺動運動として伝達する仲介手段として機能するとともに、カム２１Ａの回転運動とロッカーアーム１６の揺動運動との相関関係を変更することにより吸気弁４のリフト量及び作用角を変化させるリフト量及び作用角変更手段としても機能する。
【００５０】
図５に示すように、弁特性調整機構１７は、支持軸３０と、その支持軸３０の中心部を貫いて配置された操作軸３１と、支持軸３０上に配置された第１リング３２と、その両側に配置された２つの第２リング３３，３３とを備えている。支持軸３０は内燃機関１のシリンダヘッド等に固定的に取り付けられる。操作軸３１は、不図示のアクチュエータにより支持軸３０に対して軸線方向（図６のＲ方向及びＦ方向）に往復駆動される。第１リング３２及び第２リング３３は支持軸３０に対して軸線方向にスライド可能かつ周方向に揺動可能に支持されている。第１リング３２の外周にはローラフォロア３４が回転自在に取り付けられ、第２リング３３の外周にはノーズ３５が形成されている。
【００５１】
図６に示すように、支持軸３０の外周にはスライダ３６が設けられている。スライダ３６は、その周方向に延びる長孔３６ｃが操作軸３１に取り付けられたピン３７と噛み合うことにより、支持軸３０に対して操作軸３１と一体に軸線方向にスライド可能である。なお、支持軸３０にはピン３７の軸線方向の移動を許容する軸線方向の長孔（不図示）が形成されている。スライダ３６の外周には第１のヘリカルスプライン３６ａと、これを挟むように配置された第２のヘリカルスプライン３６ｂ，３６ｂとが一体に設けられている。第２のヘリカルスプライン３６ｂの捻れ方向は第１のヘリカルスプライン３６ａの捻れ方向に対して逆方向である。一方、第１リング３２の内周には第１のヘリカルスプライン３６ａと噛み合うヘリカルスプライン３２ａが形成され、第２リング３３の内周には第２のヘリカルスプライン３６ｂと噛み合うヘリカルスプライン３３ａが形成されている。
【００５２】
図４から明らかなように、弁特性調整機構１７は、そのローラフォロア３４がカム２１Ａに、ノーズ３５が各吸気弁４に対応するロッカーアーム１６の一端部にそれぞれ対向するようにして内燃機関１に取り付けられる。カム２１Ａの回転に伴ってローラフォロア３４がノーズ部２１ａと接触して押し下げられると、ローラフォロア３４を支持する第１リング３２が支持軸３０上で回転し、その回転運動がスライダ３６を介して第２リング３３に伝達されて第２リング３３が第１リング３２と同一方向に回転する。これらの第２リング３２の回転によりノーズ３５がロッカーアーム１６の一端部を押し下げ、それにより吸気弁４が弁スプリング２３に抗して下方に変位して吸気ポートが開かれる。ノーズ部２１ａがローラフォロア３４を乗り越えると弁スプリング２３の力で吸気弁４が押し上げられて吸気ポートが閉じる。このようにしてカム軸１４Ａの回転運動が吸気弁４の開閉運動に変換される。
【００５３】
さらに、弁特性調整機構１７においては、操作軸３１を軸線方向に変位させて図６に矢印Ｒ、Ｆで示したようにスライダ３６を支持軸３０に対してスライドさせると、第１リング３２と第２リング３３とが周方向に関して互いに逆方向に回転する。スライダ３６を矢印Ｆ方向に移動させたときは第１リング３２が矢印Ｐ方向に、第２リング３３が矢印Ｑ方向にそれぞれ回転してローラフォロア３４とノーズ３５との周方向の間隔が増加する。一方、スライダ３６を矢印Ｒ方向に移動させたときは第１リング３２が矢印Ｑ方向に、第２リング３３が矢印Ｐ方向にそれぞれ回転してローラフォロア３４とノーズ３５との周方向の間隔が減少する。ローラフォロア３４とノーズ３５との間隔が増加するほどノーズ３５がロッカーアーム１６を押し下げる量は増加し、これに伴って吸気弁４のリフト量及び作用角も増加する。従って、図６の矢印Ｆ方向に操作軸３１を操作するほど吸気弁４のリフト量及び作用角が増加することになる。
【００５４】
以上のように構成された弁駆動装置１１Ａによれば、モータ１２によりカム軸１４Ａを、内燃機関１のクランク軸の回転速度の半分の速度（以下、これを基本速度と呼ぶ。）で一方向に連続的に駆動することにより、クランク軸からの動力で弁を駆動する一般的な機械式弁駆動装置と同様に、クランク軸の回転に同期して吸気弁４を開閉駆動することができる。また、弁特性調整機構１７により吸気弁４のリフト量及び作用角を変化させることもできる。
【００５５】
さらに、弁駆動装置１１Ａによれば、モータ１２によるカム軸１４Ａの回転駆動の速度を基本速度から変化させることにより、クランク軸の位相とカム軸１４Ａの位相との相対関係を変化させて吸気弁４の動作特性を様々に変化させることができる。この点を図７により説明する。なお、図７の表の「リフト形状」の実線及び仮想線はそれぞれ弁駆動装置１１Ａにて設定された互いに異なる動作特性をそれぞれ示している。また、リフト形状の横軸はクランク角、縦軸はリフト量をそれぞれ示している。
【００５６】
まず、図７に示した動作特性表の▲１▼に示す位相の変化と、▲２▼作用角及びリフト量の変化とは機械的な弁駆動装置においても実現可能である。例えば、クランク軸とカム軸との位相をずらすことにより、動作特性表の▲１▼に示す吸気弁の位相の変化を実現することができる。また、弁特性調整機構１７を利用すれば動作特性表の▲２▼の変化も実現することができる。その一方、モータ１２によってカム軸１４Ａを駆動する場合には、カム軸１４Ａの位相がクランク軸の位相の制限を受けない。従って、モータ１２によるカム軸１４Ａの回転速度を一時的に基本速度よりも増減させることにより、前記▲１▼の位相の変化は容易にこれを実現することができる。また、カム２１Ａが吸気弁４を開く途中でモータ１２を停止させ、その後にモータ１２を逆方向に回転させることにより、前記▲２▼の動作特性を吸気弁４に与えることもできる。
【００５７】
以上の動作特性の変更に加えて、弁駆動装置１１Ａによればさらに図７の動作特性表の▲３▼〜▲８▼に示したように吸気弁４の動作特性を変化させることができる。表の▲３▼はリフト量を一定に維持したまま作用角を変化させた例である。このような動作特性の変化は、吸気弁４が開いている間にカム軸１４Ａを同期速度よりも高い速度で駆動することにより実現される。表の▲４▼は作用角を一定に維持しつつリフト量を変化させた例である。このような変化は、弁特性調整機構１７によってリフト量を変化させる一方で、弁特性調整機構１７のリフト量の変化に伴う作用角の変化を打ち消すようにモータ１２によるカム軸１４Ａの回転速度を調整することによって実現される。
【００５８】
表の▲５▼は吸気弁４のリフト速度を変化させた例である。例えば、カム軸１４Ａをクランク軸の半分の速度で駆動したときの動作特性が▲５▼の実線で示す通りであったとき、仮想線で示した動作特性はモータ１２によるカム軸１４Ａの駆動速度を開く過程で同軸速度よりも速く、閉じる過程では同期速度よりも遅くなるように制御することにより実現される。このような動作特性を与えることにより、吸気弁４を素早く開いて吸入効率を向上させ、かつ、吸気弁４を閉じるときには速度を遅くして着座時（吸気弁４がバルブシートに接する時）の衝撃を和らげることができる。
【００５９】
なお、表の▲５▼のような動作特性は例えばカム２１Ａのプロファイルを調整することによっても実現可能である。しかし、カム２１Ａが開く際の最大加速度を大きくすると、カム２１Ａの最小曲率半径が小さくなり、場合によってはカム２１Ａの一部に負の曲率が与えられた部分が生じる。負の曲率が大きくなる（つまり曲率半径が小さくなる）と、カム２１Ａの外周面を研磨する砥石の半径を減少させる必要がある。しかし、砥石半径が小さいほど砥石の寿命は短くなり、カム２１Ａの量産への適応性が損なわれる。そこで、前記のようにカム２１Ａのプロファイルは全周に亘って凸曲面で構成し、モータ１２の駆動速度の制御によって吸気弁４の開弁速度を高めることにより、カム２１Ａの量産への適応性を高めつつ、吸入効率を向上させることができる。
【００６０】
表の▲６▼は、本来であれば吸気弁４を一回開閉させるべき期間に吸気弁４を２回に分けて開閉させた例である。このような動作特性は、モータ１２によるカム軸１４Ａの回転速度をクランク軸と同一速度に制御することにより実現される。このような動作を吸気弁４に与えることにより、内燃機関１の動作サイクルを４サイクルと２サイクルとの間で切り替えることができる。表の▲７▼は吸気弁４を早期に開くことにより内部ＥＧＲを実現する例である。但し吸気弁４を開け始めてから暫くの間はリフト量を小さく維持している。このような動作特性は、カム軸１４Ａの速度を上げて吸気弁４の開弁時期を早めた後、カム軸１４Ａの回転速度を微速まで低下させるか又はカム軸１４Ａを一時停止させてリフト量の増加を抑え、この状態を所定期間継続した後にカム軸１４Ａを増速してリフト量を増加させることにより実現される。さらに、表の▲８▼はカム軸１４Ａを停止させて吸気弁４を閉じた状態に維持する例である。なお、吸気弁４を開放状態に維持することもできる。
【００６１】
このように、弁駆動装置１１Ａによれば、モータ１２の速度制御と、弁特性調整機構１７によるリフト量及び作用角の変更との組み合わせによって様々な動作特性を吸気弁４に与えることができる。しかも、弁駆動装置１１Ａはシリンダ２毎に独立して設けられており、カム軸１４Ａもシリンダ２毎に独立しているので、吸気弁４の動作特性をシリンダ２毎に独立して最適な状態に設定することができる。これにより、各吸気弁４の動作特性に関する自由度を従来よりも高めることができる。
【００６２】
一方、図２に示すように、排気弁５側の弁駆動装置１１Ｂでは、弁駆動装置１１Ａと異なって、カム軸１４Ｂに２つのカム２１Ｂが設けられ、弁特性調整機構１７が省略され、２つのカム２１Ｂがロッカーアーム１６をそれぞれ直接駆動している。弁駆動装置１１Ｂのこれら以外の部分は弁駆動装置１１Ａと共通であり、そられの共通部分の説明は省略する。カム２１Ｂのプロファイルはカム２１Ａと同様に全周に亘って凸曲面で構成されている。排気弁５に関しても、弁駆動装置１１Ｂのモータ１２によるカム軸１４Ｂの駆動速度を種々変化させることにより、排気弁５の位相や作用角を様々に変化させることができる。弁駆動装置１１Ｂもシリンダ２毎に独立して設けられ、かつカム軸１４Ｂもシリンダ２毎に独立しているので、排気弁５の動作特性をシリンダ２毎に独立して最適な状態に設定することができる。これにより、各排気弁５の動作特性に関する自由度を従来よりも高めることができる。
【００６３】
なお、排気側の弁駆動装置１１Ｂにおいては、弁特性調整機構１７が省略されていても、カム２１Ｂがロッカーアーム１６を押し下げる途中でモータ１２を停止させ、その停止位置からカム軸１４Ｂを逆転させることにより排気弁５のリフト量を変化させることができる。但し、その場合の最大リフト量はカム２１Ｂのノーズ部２１ｂ（図２）がロッカーアーム１６を乗り越える際のリフト量に制限される。このようなモータ１２の逆転によるリフト量の制御は、上述したように吸気側の弁駆動装置１１Ａにおいても実行可能である。
【００６４】
本実施形態の弁駆動システム１０は、吸気弁４及び排気弁５を駆動するための上述した基本的構成の他に幾つかの特徴を有している。以下順に説明する。なお、以下に説明する吸気側の弁駆動装置１１Ａの各種の機構又は構造は、特に断りのない限り排気側の弁駆動装置１１Ｂにも設けられて弁駆動装置１１Ａと同様の作用効果を奏するものである。
【００６５】
（トルク変動抑制機構について）
図８及び図９に示すように、弁駆動装置１１Ａにはトルク変動抑制機構４０が設けられている。トルク変動抑制機構４０は、カム軸１４Ａがシリンダ２毎に独立している（言い換えれば分断されている）ために設けられたものである。カム軸１４Ａには、カム２１Ａのノーズ２１ａが弁スプリング２３の圧縮に伴う反力（以下、圧縮反力と呼ぶ。）で押されることによってトルクが作用する。複数のシリンダ間でカム軸を共用する一般の多気筒式内燃機関では、同一のカム軸上に複数のカムが設けられ、各カムのノーズが周方向にずれている。従って、各カムを介してカム軸に作用するトルクが互いに打ち消し合う効果が生じてトルクの変動は抑えられる。しかし、弁駆動装置１１Ａでは、カム軸１４Ａがシリンダ２毎に分かれているので、いずれかのシリンダ２のカム２１Ａに入力されるトルクの変動を他のシリンダ２のカム２１Ａに入力されるトルクによって打ち消すことができない。そのため、各弁駆動装置１１Ａにトルク変動抑制機構４０を設けている。
【００６６】
トルク変動抑制機構４０は、反位相カム４１と、トルク負荷装置４２とを備えている。反位相カム４１は中間軸４３によって中間ギア１９と同軸に支持されて中間ギア１９と一体に回転可能である。反位相カム４１の外周面はカム面として構成され、そのカム面には、中間軸４３の軸芯と同軸の円弧を描いて延びる円弧部４１ａと、その円弧部４１ａよりも中心側に後退した凹部４１ｂとが形成されている。
【００６７】
トルク負荷装置４２は、反位相カム４１の外周面と対向して配置されたハウジング４４と、そのハウジング４４から反位相カム４１に向かって突出可能な状態でハウジング４４に収容されたリフタ４５と、リフタ４５とハウジング４４との間に圧縮状態で装着されてリフタ４５を反位相カム４１の外周面に押し付けるスプリング４６とを備えている。ハウジング４４は中間軸４３を回転自在に支持するキャップ４７に固定されている。スプリング４６の力でリフタ４５の先端が反位相カム４１の凹部４１ｂの斜面に押し付けられることにより、反位相カム４１にはモータ１２による中間ギア１９の駆動方向と同一方向又は逆方向のトルクがリフタ４５から負荷される。
【００６８】
図９から明らかなように、中間軸４３に対する反位相カム４１の周方向の取付位置は、吸気弁４のリフト量が最大となったとき、すなわちカム２１のノーズ部２１ａが図９の実線位置に達してローラフォロア３４を乗り越えるときにリフタ４５が凹部４１ｂに嵌り込むように調整されている。このようにカム２１の位相と反位相カム４１の位相との関係を設定することにより、弁スプリング２３の圧縮反力によって生じるカム軸１４Ａの駆動トルクの変動を、トルク負荷装置４２から反位相カム４１に負荷されるトルクによって抑制することができる。この点を図１０により説明する。
【００６９】
図１０は、カム２１Ａの位相を横軸に、モータ１２からカム２１Ａまでの駆動経路上の適当な部材、例えばカム軸１４Ａに負荷されるトルクを縦軸にとったきに、弁スプリング２３側及びトルク変動抑制機構４０側からカム軸１４Ａにそれぞれ負荷されるトルクの大きさ及び方向の変化を示している。但し、横軸はトルク＝０を示し、カム軸１４Ａの正転方向（図９の矢印Ｃ方向）と反対方向に負荷されるトルクを正（＋）に、カム軸１４Ａの正転方向に負荷されるトルクを負（−）でそれぞれ表している。また、図１０の縦軸位置は吸気弁４に最大リフト量が与えられる位置を示し、縦軸から右側に離れるほど図９の位置よりもカム２１Ａが正転方向にずれ、縦軸から左側に離れるほど図９の位置よりもカム２１Ａが逆転方向にずれたことを示す。
【００７０】
まず、図１０に実線で示すように、弁スプリング２３側からカム軸１４Ａに負荷されるトルクは、カム２１Ａが最大リフト量を与える位置でほぼ０であり、カム２１Ａが最大リフト量を与える位置よりも逆転方向にずれているときには正の値、カム２１Ａが最大リフト量を与える位置よりも正転方向にずれているときに負の値となる。カム２１Ａが最大リフト量を与える位置よりも逆転方向にずれている状態では弁スプリング２３の圧縮反力がカム２１Ａを逆転させるように作用し、カム２１Ａが最大リフト量を与える位置よりも正転側にずれた状態では弁スプリング２３の圧縮反力がカム２１Ａを正転させるように作用するためである。
【００７１】
一方、図１０に破線で示すように、反位相カム４１側からカム軸１４Ａに負荷されるトルクは、カム２１Ａが最大リフト量を与える位置の付近でほぼ０であり、カム２１Ａが最大リフト量を与える位置よりも逆転方向にずれたときに負の値、カム２１Ａが最大リフト量を与える位置よりも正転方向にずれたときに正の値となる。カム２１Ａが最大リフト量を与える位置よりも逆転方向にずれた状態でリフタ４５が凹部４１ｂに入り込んでいると、スプリング４６の力がリフタ４５を介して反位相カム４１をカム２１Ａの正転方向に対応する方向（図９の矢印Ｄ方向）に押すように作用し、カム２１Ａが最大リフト量を与える位置よりも正転方向にずれた状態でリフタ４５が凹部４１ｂに入り込んでいると、スプリング４６の力がリフタ４５を介して反位相カム４１をカム２１Ａの逆転方向に相当する方向に押すように作用するからである。
【００７２】
このように、弁スプリング２３側から負荷されるトルクと、反位相カム４１側から負荷されるトルクとは互いに逆向きに作用する。従って、弁スプリング２３の反力に起因するカム軸１４Ａの駆動トルクの変動をトルク変動抑制機構４０によって抑制することができる。なお、カム軸１４Ａの回転速度が上昇するに伴ってカム２１Ａの駆動経路上に配置された各部材の慣性力が増大して、弁スプリング２３の反力に起因するトルク変動は相対的に小さくなる。一方、トルク変動抑制機構４０においては、カム軸１４Ａの回転速度が上昇するほど、反位相カム４１がリフタ４５を半径方向外側に押し出す力が大きくなる。これにより、スプリング４６が反位相カム４１に負荷するトルクが小さくなり、上述した弁スプリング２３側から負荷されるトルクの減少との整合性が保たれる。加えて、リフタ４５と反位相カム４１との間に作用する垂直抗力が小さくなるので、リフタ４５と反位相カム４１との間に働く摩擦抵抗が減少する。
【００７３】
以上に説明したように、トルク変動抑制機構４０を設けることにより、各弁駆動装置１１Ａにおけるカム軸１４Ａの駆動トルクの変動を抑え、それによりモータ１２の必要出力を軽減してモータ１２の小型化、軽量化を図ることができる。モータ１２はシリンダ２毎に２つずつ設けられるので、特にシリンダ２の数が増えた場合にはトルク変動抑制機構４０を設けた効果は顕著である。また、高速回転時には弁駆動装置１１Ａ内に生じる摩擦抵抗を減らすことにより、燃費の悪化を抑えることができる。
【００７４】
なお、トルク変動抑制機構４０の構成は一例であり、種々の変形が可能である。例えば、反位相カム４１は中間ギア１９に代え、モータギア１８と同軸に設けてもよい。モータ１２からカム軸１４Ａまでの回転伝達経路のいずれかの位置にトルク変動抑制機構４０からトルクを負荷できればよい。
【００７５】
（カム軸の支持構造について）
図３に示すように、カム軸１４Ａの両端には軸支持部５０，５０がカム２１Ａと一体回転可能に設けられている。これらの軸支持部５０、５０が不図示の軸受に嵌め合わされることにより、カム軸１４Ａがシリンダヘッド上に回転自在に支持される。軸支持部５０の外周面には、軸支持部５０の全幅に亘って伸びる拡大部５１と、拡大部５１よりも狭い縮小部５２とが設けられている。
【００７６】
図９に示すように、拡大部５１はノーズ部２１ａに対して反対側の所定範囲Ｅに形成されている。所定範囲Ｅは図９ではほぼ１８０°に設定されている。このように拡大部５１を設けた場合には、吸気弁４に最大リフト量を与える位置にカム２１Ａが移動したときに、弁スプリング２３の反力によってカム軸１４Ａに負荷される矢印Ｇ方向の荷重が、軸支持部５０の拡大部５１を介してカム軸１４Ａの軸受に受け止められるようになる。
【００７７】
カム軸１４Ａの軸支持部５０の拡大部５１が軸受と接する場合には、縮小部５２が軸受と接する場合よりも接触範囲が拡大してカム軸１４Ａとその軸受との間に働く摩擦抵抗が大きくなる。その一方、図１０からも明らかなように、カム２１Ａが最大リフト量を与えられる位置の近傍まで駆動されると、弁スプリング２３の反力によって生じるカム軸１４Ａのトルクがカム２１Ａの回転方向を問わず０に向かって変化する。このようなトルクの減少に対応して摩擦抵抗が増加することにより、カム軸１４Ａの回転に制動作用が生じ、それによりカム軸１４Ａの駆動トルクの変動を軽減することができる。
【００７８】
なお、カム軸１４Ａと軸受との間の摩擦抵抗の調整は、軸支持部５０の支持範囲（面積）の変化に限らず、軸支持部５０の表面の摩擦係数を変化させることによっても実現できる。摩擦係数の変化は、例えば摩擦抵抗を増加又は減少させる物理的又は化学的な表面処理、摩擦抵抗の異なる部材の固着等の手段によって実現することができる。
【００７９】
（カム軸の質量バランスの調整について）
図９に示すように、カム軸１４Ａにはカム２１Ａに対して潤滑油を供給するための給油穴５３が形成されている。給油穴５３はカム軸１４Ａの回転中心ＲＣに対してカム２１Ａのノーズ２１ａ側に偏心している。このように給油穴５３を偏心させた理由は次の通りである。
【００８０】
弁駆動装置１１Ａでは、シリンダ２毎にカム軸１４Ａが独立しているので、カム軸１４Ａの回転中心ＲＣに関するカム２１Ａの質量のアンバランスを、他のシリンダ２用のカム２１Ａの質量のアンバランスによって相殺してカム軸１４Ａの重心を回転中心ＲＣに関して合わせることができない。回転中心ＲＣを挟んでノーズ部２１ａの反対側にバランス保持用のウエイトを取り付けた場合にはカム軸１４Ａ全体の慣性モーメントが増加してモータ１２の必要出力が増加する。そこで、給油穴５３を偏心させることにより、慣性モーメントを増加させることなく回転中心ＲＣの回りのカム軸１４Ａの質量のアンバランスを低減したものである。このようにして質量のアンバランスを抑えることにより、モータ１２の必要出力を軽減してモータ１２の小型軽量化を図ることができる。
【００８１】
なお、カム軸１４Ａの質量のアンバランスは、給油穴５３の偏心以外の手段によっても実現可能である。例えば、カム２１Ａの幅をノーズ部２１ａ側で減少させ、カム軸１４Ａの回転中心ＲＣよりもノーズ部２１ａ側の表面に切欠を設ける等の手段によってもカム軸１４Ａの回転中心の回りの質量のアンバランスを修正することができる。
【００８２】
（負圧発生装置の設置について）
図１１に示すように、弁駆動システム１０のいずれか一つの弁駆動装置１１Ａ（但し、弁駆動装置１１Ｂでもよい。）には負圧生成装置６０が設けられている。負圧生成装置６０は、内燃機関１が吸気系において十分な負圧が得られない場合に好適に用いられる。例えば、筒内直噴式の内燃機関のように低速時のスロットル開度が比較的大きく制御される場合、あるいは、スロットルバルブが省略され、吸気弁のリフト量制御等によって吸入空気量が調整される場合に負圧生成装置６０が設けられる。また、負圧生成装置６０は、内燃機関１を始動させる力を、スタータモータに依らずシリンダ２内の燃料混合気の燃焼によって得るようにした場合に必要となるシリンダ２への始動着火用の空気の充填に適した構成も備えている。以下、詳細を説明する。
【００８３】
図１１の負圧生成装置６０は、バキュームポンプ６１と、クラッチ６２と、ポンプギア６３とを備えている。図１２に示したように、バキュームポンプ６１の回転部６１ａは電磁クラッチ６２のシャフトフランジ部６２ａと一体回転可能に連結されている。バキュームポンプ６１のポンプハウジング６１ｂは内燃機関１の例えばシリンダヘッド上に固定的に支持される。ポンプギア６３はモータギア１８と噛み合わされるとともに、電磁クラッチ６２のディスク部６２ｂと一体的にシャフトフランジ部６２ａ上を回転自在かつ軸方向に移動可能である。シャフトフランジ部６２ａには電磁コイル６２ｃ及びアーマチャ６２ｄが一体に取り付けられている。電磁コイル６２ｃの励磁によりアーマチャ６２ｄとディスク部６２ｂとが吸着されてポンプギア６４からポンプ回転部６１ａへの回転伝達経路が接続され、モータ１２によってバキュームポンプ６１が駆動される。
【００８４】
バキュームポンプ６１の吸気ポート６１ｃはブレーキブースタ６４と接続され、バキュームポンプ６１の排気ポート６１ｄは蓄圧タンク６５と接続されている。蓄圧タンク６５にはタンク内圧を所定以下に制限するリリーフ弁６６、及びタンク内圧を検出する圧力センサ６７が設けられている。蓄圧タンク６５はさらに制御弁６８を介して内燃機関１のシリンダ２へと接続されている。ブレーキブースタ６４にもその内部の圧力を検出する圧力センサ６９が設けられている。
【００８５】
以上の負圧生成装置６０によれば、圧力センサ６９が検出するブレーキブースタ６４の圧力が所定値以上に上昇し、又は圧力センサ６７が検出する蓄圧タンク６５の圧力が所定値以下に低下した場合に電磁クラッチ６２に通電してモータ１２でバキュームポンプ６１を駆動することにより、ブレーキブースタ６４内の負圧を適正範囲に維持し、かつ、蓄圧タンク６５内に所定レベル以上の圧力を蓄えておくことができる。そして、内燃機関１の始動時に制御弁６８を開くことにより、始動に必要な空気をシリンダ２内に充填することができる。
【００８６】
なお、負圧生成装置６０のバキュームポンプ６１は、弁駆動システム１０を構成する弁駆動装置１１Ａ又は１１Ｂのいずれによっても駆動できる。但し、モータ１２の近傍の空きスペースを考慮すると、シリンダ２の並び方向に関して最も外側に配置された弁駆動装置１１Ａ、又は１１Ｂのモータ１２からバキュームポンプ６１へ回転を取り出すようにすることが望ましい（図１４を参照）。また、内燃機関１が一部のシリンダ２における燃焼を停止させる減筒運転を実施するものであるときは、そのような燃焼停止の対象とならないシリンダ２に対応付けられた弁駆動装置１１Ａ又は１１Ｂに負圧生成装置６０を設けるとよい。
【００８７】
以上のような負圧生成装置６０によれば、吸気弁４又は排気弁５を駆動するモータ１２にてバキュームポンプ６１を駆動するので、負圧の生成やシリンダ２への空気の充填用に別途駆動源を設ける必要がない利点がある。また、負圧の生成と空気の充填（又は蓄圧）とを共通のバキュームポンプ６１にて行うので、それらの処理を別々のポンプ６１で行う場合よりも部品定数が削減され、部品の取り付けに必要なスペースも削減される。
【００８８】
なお、負圧生成用のポンプと、蓄圧タンク６６に圧力を蓄えるためのポンプとを別々に設け、それらのポンプを同一又は互いに異なる電動モータ１２にて駆動するようにしてもよい。負圧の生成又は蓄圧タンクへの圧力充填のいずれか一方のみを目的としてポンプを設けてもよい。
【００８９】
（モータの取付構造について）
図１３に示すように、モータ１２は内燃機関１のヘッドカバー７０の外部の上面に取り付けられている。図１４はヘッドカバー７０上におけるモータ１２の配置を示す平面図、図１５はその側面図である。なお、図１４の左右方向がシリンダ２の並び方向に相当する。図１４及び図１５に示すように、吸気側及び排気側のモータ１２は、ヘッドカバー７０上にシリンダ２毎に設けられた点火コイル部７１…７１を間において対向するように設けられている。点火コイル部７１は不図示の点火プラグに高圧電流を供給するためのものである。弁駆動装置１１Ａ，１１Ｂのそれぞれのカム軸１４Ａ，１４Ｂからロッカーアーム１６までの機構部分はヘッドカバー７０の内部に収容されている。ギア列１５を構成する中間ギア１９の上部がヘッドカバー７０の開口部７０ａから上方に突出して各モータ１２のモータギア１８と噛み合っている。
【００９０】
図１５に示すように、各モータ１２は電気的な結線を行うためのコネクタ１２ａをヘッドカバー７０の真上を向く方向（図１５の矢印Ｋ方向）に対して各シリンダ２の中心側、言い換えれば点火コイル部７１側に幾らか傾けた状態でヘッドカバー７０に取り付けられている。図１４にも示すように、各コネクタ１２ａは配線部材としてのモータバスバー７２と接続されている。モータバスバー７２は、モータ駆動用の不図示のインバータ回路と接続される集合端子部７２ａと、集合端子部７２ａからヘッドカバー７０の中央に向かって延びる幹線部７２ｂと、幹線部７２ｂと交差しかつ吸気側及び排気側のモータ１２の間をシリンダ２の並び方向に沿って延びる分配部７２ｃと、分配部７２ｃから各モータ１２に向かって延びる支線部７２ｄとを有している。幹線部７２ｂ、分配部７２ｃ及び支線部７２ｄは適度な剛性を有する基板に銅製のパターン配線を設けて構成されており、そのパターン配線により、集合端子部７２ａと個別端子部７２ｅとが電気的に接続される。
【００９１】
全てのモータ１２をヘッドカバー７０上に取り付けた後、モータバスバー７２を各支線部７２ｄの先端が各モータ１２のコネクタ１２ａに嵌まり込むようにしてヘッドカバー７０に取り付けることにより、集合端子部７２ａと全てのモータ１２のコネクタ部１２ａとが電気的に接続される。そして、集合端子部７２ａに不図示のインバータ回路からの配線のコネクタ部を取り付けることにより、各モータ１２に対する電気的な接続が完了する。
【００９２】
図１３に示すように、内燃機関１はシリンダ２の並び方向を車両の左右方向と一致させた、いわゆる横置きの姿勢で車両の前部のエンジンルーム７３に搭載されている。車両の前進時（矢印Ｈ方向）にエンジンルーム７３に取り込まれる冷却風をモータ１２に効率よく当てるため、内燃機関１はヘッドカバー７０側をクランク室側よりも車両の前方に変位させた前傾状態でエンジンルーム７３に取り付けられている。
【００９３】
図１６及び図１７に示すように、モータ１２の外周にはウォータージャケット７５が取り付けられている。ウォータージャケット７５には冷却水通路７６が形成されている。冷却水通路７６はモータ１２の周囲に満遍なく巡らされており、その入口７６ａは内燃機関１の冷却水から熱を奪うためのラジエータ７４（図１３参照）の冷却水出口と接続され、冷却水通路７６の出口７６ｂは内燃機関１の冷却水入口と接続される。すなわち、モータ１２の周囲には、ラジエータ７４で冷却された後であって内燃機関１にて加熱される前の最も冷やされている冷却水Ｗが導かれる。これにより、モータ１２の冷却効果を高めることができる。さらに、図１７に示したように、モータ１２の後端（モータギア１８が取り付けられる側に対する反対側）にはモータ１２の出力軸と一体に回転するファン駆動軸１２ｂが突出し、そのファン駆動軸１２ｂには冷却用のファン７７が取り付けられている。これにより、モータ１２自身の回転でモータ１２が冷却される。
【００９４】
以上の構成によれば、エンジンルーム７３の熱やモータ自身の発熱によるモータ１２の温度上昇を抑え、モータ１２の出力を十分に確保しつつモータ１２の小型化を図ることができる。また、モータバスバー７２もヘッドカバー７０外に露出し、かつ、集合端子部７２ａからモータ１２のコネクタ部１２ａまでの配線の距離も比較的短い。従って、モータ１２に関する配線部分の熱損失や発熱が抑えられ、モータ１２の実出力が増加する。
【００９５】
ヘッドカバー７０の内部に収容されたカム軸１４Ａ，１４Ｂから吸気弁４又は排気弁５にかけての機構部分には潤滑油が供給され、ヘッドカバー７０はこうした潤滑油の飛散を防止するカバーとして機能する。従って、ヘッドカバー７０の外部にモータ１２を設置した場合にはモータ１２を潤滑油から保護する効果も得られる。
【００９６】
なお、ウォータージャケット７５には、モータ１２のコネクタ部１２ａを露出させるための開口部、切欠部又はスリット等を設ける必要がある。各モータ１２の冷却水通路７６はラジエータ７４に対して直列に接続されてもよいし、並列に接続されてもよい。
【００９７】
以上の実施形態ではシリンダ２毎に弁駆動装置１１Ａ及び１１Ｂを設けたが、吸気弁４及び排気弁５の開動作の時期が重ならない２以上のシリンダ２間ではカム軸１４Ａ，１４Ｂを共用し、同一のモータ１２によりそれらの吸気弁４及び排気弁５を駆動してもよい。例えば、直列４気筒式の内燃機関１であれば、吸気弁４及び排気弁５の開弁時期がクランク角にして３６０°ずれているシリンダ２同士の間で電動モータ１２及びカム軸１４Ａ，１４Ｂを共用することができる。
【００９８】
なお、電動モータ１２をヘッドカバー７１の外部に完全に露出させる例に限らず、電動モータ１２の一部をヘッドカバー７１の外部に露出させるようにしてもよい。そのような一部が露出する構成であっても、冷却効果やバスバー７２を利用した配線構造は適用可能である。
［第２の実施形態］
【００９９】
図１８及び図１９は本発明の第２の実施形態に係る弁駆動装置１１Ｃを示している。この弁駆動装置１１Ｃはリンクを利用して吸気弁４又は排気弁５を駆動するものである。ここでは吸気弁４を駆動するものとして説明するが、排気弁５を駆動する場合も同様の構成でよい。
【０１００】
弁駆動装置１１Ｃは、駆動源としての電動モータ１２と、そのモータ１２の回転運動を吸気弁４の開閉運動に変換する動力伝達機構１００とを備えている。動力伝達機構１００は、モータ１２によって回転駆動される回転部材としての偏心プレート１０１と、偏心プレート１０１の回転中心から偏心した連結位置に連結ピン１０２を介して回転自在に連結された第１リンク１０３と、吸気弁４の上端部に連結ピン１０４を介して回転自在に連結された第２リンク１０５とを有している。偏心プレート１０１と第１リンク１０３とはモータ１２の回転運動を往復運動に変換するクランク機構として機能し、第１リンク１０３及び第２リンク１０５の組み合わせがリンク部を構成する。
【０１０１】
第１リンク１０３の先端にはガイド筒１０６が設けられ、その内部にはコイルスプリング１０７及びこれを押えるスライダ１０８が収容されている。コイルスプリング１０７はスライダ１０８をガイド筒１０６の内部の端面に押し付けられるよう幾らか圧縮された状態でガイド筒１０６の内部に収容されている。そして、第２リンク１０５の先端はガイド筒１０６の内部に挿入されてスライダ１０８と連結されている。これにより、動力伝達機構１００は、リンク機構の一種であるスライダクランク機構として構成されている。
【０１０２】
次に弁駆動装置１１Ｃの動作を説明する。まず、偏心プレート１０１と第１リンク１０３との連結位置が図１９（ａ）に想像線で示す基準位置にあるときに吸気弁４がバルブシートＶＳに密着しかつスライダ１０８がガイド筒１０６の内部の上端に突き当たっているとすれば、その基準位置から偏心プレート１０１を図１９の時計方向（矢印ＣＷ方向）に回転させることにより、ガイド筒１０６にてスライダ１０８を押し下げ、その動きを第２リンク１０５を介して吸気弁４に伝えて吸気弁４を開くことができる。この場合の吸気弁４のバルブシートＶＳからのリフト量Ｌは基準位置からの偏心プレート１０１の回転角θａに相関し、図１９（ｂ）に示すように回転角θａを大きくすればリフト量Ｌも増加する。
【０１０３】
一方、図１９（ｃ）に示すように、基準位置から偏心プレート１０１を反時計方向（矢印ＣＣＷ方向）に回転させた場合には、スライダ１０８がコイルスプリング１０７を縮めながらガイド筒１０６から離れる。このため、吸気弁４が弁スプリング２３の力でバルブシートＶＳに押し付けられたままの状態で偏心プレート１０１が反時計方向（矢印ＣＣＷ方向）に回転する。このような反時計方向の回転は、連結ピン１０２，１０４の間の距離が、基準位置における連結ピン１０２，１０４の間の距離と一致するまで続けることができる。換言すれば、偏心プレート１０１の回転中心と連結ピン１０４の中心とを結ぶ直線（図１０では一点鎖線で示す）上に連結ピン１０２の中心が移動したときに連結ピン１０２，１０４の距離は最大となるから、この位置を極位置とし、極位置から基準位置までの偏心プレート１０１の回転角をθｂとすれば、極位置から反時計方向に等しい角度θｂだけ偏心プレート１０１が回転するまではスライダ１０８がガイド筒１０６に対してスライドし、吸気弁４は弁スプリング２３の力でバルブシートＶＳに密着した状態（リフト量Ｌ＝０の状態）に保持することができる。なお、連結ピン１０２が極位置に移動したときのコイルスプリング１０７の高さが密着高さよりも大きく確保されるようにガイド筒１０６の長さを定めておく必要がある。
【０１０４】
以上から明らかなように、図１８及び図１９の弁駆動装置１１Ｃにおいては、モータ１２により偏心プレート１０１を基準位置から時計方向にθａ、反時計方向に２θｂ以内の範囲で往復回転させることにより、回転角θａに見合ったリフト量Ｌで吸気弁４を開閉駆動させることができる。また、吸気弁４を開閉する際のモータ１２の回転速度を変化させることにより、吸気弁４の作用角を変化させることもできる。
【０１０５】
さらに、吸気弁４を閉じたままモータ１２を回転させる範囲（極位置から左右にθｂの範囲）を設けているので、モータ１２を比較的広い範囲で往復回転（揺動）させることができる。従って、偏心プレート１０１から吸気弁４に至る間の滑り部分（ピン１０２，１０４による軸受部分とスライダ１０８の摺動部分）の滑り速度が上昇し、それらの滑り部分の油膜形成が促進されて摩擦や摩耗が軽減される。このため、モータ１２が発生すべきトルクが減少し、モータ１２の速度制御も容易となる。
【０１０６】
以上では弁駆動装置１１Ｃが単一の吸気弁４を駆動するものとしたが、弁駆動装置１１Ｃは同一のシリンダ２に対応付けられた複数の吸気弁４又は排気弁５を駆動することができる。また、弁駆動装置１１Ｃは、第１の実施形態における弁駆動装置１１Ａ及び１１Ｂと同様に、互いに異なるシリンダ２の吸気弁４又は排気弁５を駆動するようにして、一つの内燃機関１に複数使用される。
【０１０７】
［第３の実施形態］
図２０は本発明の第３の実施形態に係る弁駆動装置１１Ｄを示している。この弁駆動装置１１Ｄもリンクを利用して吸気弁４又は排気弁５を駆動するものである。ここでは吸気弁４を駆動するものとして説明するが、排気弁５を駆動する場合も同様の構成でよい。なお、図２０において、図１８に示す弁駆動装置１１Ｄと共通する部分には同一符号を付してある。
【０１０８】
図２０の弁駆動装置１１Ｄは、駆動源としての電動モータ１２と、そのモータ１２の回転運動を吸気弁４の開閉運動に変換する動力伝達機構１１０とを備えている。動力伝達機構１１０は、モータ１２によって回転駆動される偏心プレート１０１と、偏心プレート１０１の回転中心から偏心した連結位置に連結ピン１０２を介して回転自在に連結された第１リンク１１１と、第１リンク１１１及び吸気弁４の上端部にそれぞれ連結ピン１１４，１１５を介して回転自在に連結された第２リンク１１２と、一端が連結ピン１１６を介して第２リンク１１２に回転自在に連結された第３リンク１１３と、第３リンク１１３の他端側と偏心ピン１１７を介して回転自在に連結されたコントロール軸１１８とを有している。偏心プレート１０１と第１リンク１１１とはモータ１２の回転運動を往復運動に変換するクランク機構として機能する。コントロール軸１１８は、不図示のアクチュエータにて回転駆動されることにより、周方向に関して適宜の分解能で位置調整可能である。
【０１０９】
以上のように構成された弁駆動装置１１Ｄにおいては、コントロール軸１１８を周方向に関して一定の位置に保持した状態で、モータ１２により偏心プレート１０１を一方向に連続的に回転させることにより、吸気弁４を往復回転させることができる。また、図２０（ｂ）及び（ｃ）の対比から明らかなように、吸気弁４がバルブシートＶＳに密着した状態でコントロール軸１１８を回転させて第３リンク１１３を介して連結ピン１１６の位置を変化させることにより、連結ピン１１４の位置が変化して連結ピン１０２の位相と、連結ピン１０２から連結ピン１１５までの距離との相関関係が変化する。これにより、吸気弁４のリフト量を変化させることができる。
【０１１０】
このように図２０の例ではモータ１２を一方向に連続回転させる構成であって、モータ１２の回転方向の切り替えが不要であるため、特に高回転時におけるモータ１２の制御が容易に行える利点がある。
【０１１１】
以上の弁駆動装置１１Ｄもは同一のシリンダ２に対応付けられた複数の吸気弁４又は排気弁５を駆動することができる。また、弁駆動装置１１Ｄは、第１の実施形態における弁駆動装置１１Ａ及び１１Ｂと同様に、互いに異なるシリンダ２の吸気弁４又は排気弁５を駆動するようにして、一つの内燃機関１に複数使用される。
【０１１２】
［第４の実施形態］
図２１及び図２２は本発明の第４の実施形態の弁駆動装置１１Ｅを示している。
弁駆動装置１１Ｅはカムを利用して吸気弁４又は排気弁５を駆動する点において上述した弁駆動装置１１Ａ、１１Ｂと共通するが、カム軸１２０を電動モータ１２１の一部として機能させる点において異なる。すなわち、弁駆動装置１１Ｅにおいては、カム軸１２０の一つのカム１２２，１２２の間に永久磁石１２３が埋め込まれるとともに、カム軸１２０の周囲に電磁コイル１２４が配置されることにより、カム軸１２０を回転軸（出力軸）として利用した電動モータ１２１が構成されている。カム１２２から吸気弁４又は排気弁５に至る構成は一般のカム式の弁駆動装置と同様でよい。
【０１１３】
このようにカム軸自身を電動モータの回転軸として利用すれば、図２のギア列１５を省略することができる。これにより、吸気弁４及び排気弁５の上方に必要なスペースを削減し、弁駆動装置を含めた内燃機関の全高の増加を抑えることができる。なお、図２３に示すように、カム軸１２０に電磁コイル１２４を埋め込み、その外周に永久磁石１２３を配置して電動モータ１２１を構成してもよい。
【０１１４】
本発明は上述した実施形態に限定されることなく、その技術的範囲に含まれる限りにおいて種々の形態で実施してよい。例えば、上述した第１実施形態にて説明した負圧生成装置、及び電動モータ１２の取付構造に関する各種の特徴はリンクを利用した第２及び第３の実施形態においても適用可能である。
【０１１５】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の内燃機関の弁駆動システムによれば、複数の気筒の吸気弁又は排気弁を、複数の弁駆動装置によってそれぞれ互いに独立して開閉駆動することができるので、気筒毎の弁の動作特性に関する自由度を高めることができ、モータの回転運動をカム又はリンクを利用して吸気弁や排気弁の開閉運動に変換するので、ねじ機構を利用する場合と比較して吸気弁又は排気弁を効率よく駆動することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る弁駆動システムの要部を示す斜視図。
【図２】一つの気筒に対応して設けられた弁駆動装置の構成を示す斜視図。
【図３】弁駆動装置の別方向からの斜視図。
【図４】弁駆動装置のさらに別の方向からの斜視図。
【図５】弁特性調整機構の斜視図。
【図６】弁特性調整機構を一部破断して示す斜視図。
【図７】図２の弁駆動装置によって実現可能な弁の動作特性を表形式で示した図。
【図８】図２の弁駆動装置に設けられるトルク変動抑制機構を示す斜視図。
【図９】図２の弁駆動装置における電動モータから弁までの運動伝達経路を示す図。
【図１０】弁スプリングによって加えられるトルクと、トルク変動抑制機構によって加えられるトルクとの関係を示す図。
【図１１】弁駆動装置に取り付けられた負圧生成装置を示す斜視図。
【図１２】負圧生成装置の構成を示す図。
【図１３】本発明の弁駆動システムが設けられた内燃機関を車両のエンジンルームに搭載した状態を示す図。
【図１４】ヘッドカバーの外部の上面に電動モータを配置した構成を示す図。
【図１５】図１４の構成をヘッドカバーの側方からみた状態を示す図。
【図１６】電動モータに冷却水を導くための構成を示す図。
【図１７】図１６のXVII−XVII線に沿った断面図。
【図１８】リンクを利用して弁を開閉する弁駆動装置を示す図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図。
【図１９】図１９の弁駆動装置の動作を示す図。
【図２０】リンクを利用して弁を開閉する他の弁駆動装置を示す図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）はリフト量を変化させた状態を示す図。
【図２１】カム軸を電動モータの回転軸として兼用した弁駆動装置を示す図。
【図２２】図２１のXXII−XXII線に沿った断面図。
【図２３】図２１に対して電磁コイルと永久磁石とを入れ替えた実施形態を示す図。
【符号の説明】
１ 内燃機関
２ シリンダ（気筒）
４ 吸気弁
５ 排気弁
１０ 弁駆動システム
１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄ，１１Ｅ 弁駆動装置
１２ 電動モータ
１２ａ コネクタ
１２ｂ ファン駆動軸（電動モータの回転軸）
１３ 動力伝達機構
１４Ａ，１４Ｂ カム軸（カムの回転軸）
１５ ギア列
１６ ロッカーアーム
１７ 弁特性調整機構
２１Ａ，２１Ｂ カム
２１ａ，２１ｂ ノーズ部
２３ 弁スプリング
４０ トルク変動抑制機構
４１ 反位相カム（回転部材）
４１ａ カム面の円弧部
４１ｂ カム面の凹部
４２ トルク負荷装置
４５ リフタ
４６ スプリング（ばね手段）
５０ 軸支持部
５１ 拡大部
５２ 縮小部
５３ 給油穴
６０ 負圧生成装置
６１ バキュームポンプ
６２ 電磁クラッチ
６３ ポンプギア
６４ ブレーキブースタ
６５ 蓄圧タンク
７０ ヘッドカバー
７２ モータバスバー（配線部材）
７２ａ 集合端子部
７２ｅ 個別端子部
７３ エンジンルーム
７４ ラジエータ
７５ ウォータージャケット
７６ 冷却水通路
７６ａ 冷却水入口
７６ｂ 冷却水出口
７７ ファン
１００ 動力伝達機構
１０１ 偏心プレート（回転部材）
１０２，１０４ 連結ピン
１０３ 第１リンク（リンク部）
１０５ 第２リンク（リンク部）
１０６ ガイド筒
１０７ コイルスプリング
１０８ スライダ
１１０ 動力伝達機構
１１１ 第１リンク
１１２ 第２リンク
１１３ 第３リンク
１１４，１１５ 連結ピン
１１７ 偏心ピン（位置調整手段）
１１８ コントロール軸（位置調整手段）
１２０ カム軸
１２１ 電動モータ
１２２ カム
１２３ 永久磁石
１２４ 電磁コイル
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の吸気弁又は排気弁を駆動する弁駆動システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般の内燃機関の吸気弁及び排気弁は、内燃機関のクランク軸から取り出された動力によって開閉駆動されている。しかし、近年では電動モータによって吸気弁や排気弁を駆動することが試みられている。例えば特許文献１には、カム軸をモータで駆動して吸気弁を開閉させる弁駆動装置が開示されている。また、ＥＧＲ用の弁を対象としたものであるが、バルブステムに設けたねじ機構を利用してモータの回転を弁の直線的な開閉運動に変換する弁駆動装置も知られている（特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平８−１７７５３６号公報
【特許文献２】
特開平１０−７３１７８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
モータの回転をねじ機構によって弁の開閉運動に変換する装置は、弁を開閉させるために必要なモータの回転量が大きくて効率が悪いため、弁を高速かつ周期的に動作させる必要がある吸気弁や排気弁の駆動装置としては不向きである。
【０００５】
一方、カム軸をモータで回転させる場合には吸気弁や排気弁を効率よく駆動することができる。しかし、車両の動力源として一般に使用される多気筒の内燃機関では、一列に並んだ複数の気筒間でカム軸が共用されている。このような共用されたカム軸をモータで駆動するだけでは、カム軸の動作の変化がそのカム軸によって駆動されるすべの吸気弁や排気弁の動作特性に影響する。従って、モータを制御することによって得られる動作特性の自由度はそれほど高くない。
【０００６】
そこで、本発明は、複数の気筒を有する内燃機関の吸気弁又は排気弁をモータにて効率よく開閉させることができ、かつ、各弁の動作特性に関する自由度を従来よりも高めることができる内燃機関の弁駆動システムを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の内燃機関の第１の弁駆動システムは、複数の気筒を有する内燃機関に適用され、各気筒に設けられた吸気用又は排気用の弁を駆動するための内燃機関の弁駆動システムであって、前記内燃機関の互いに異なる気筒の前記弁をそれぞれ駆動するように設けられた複数の弁駆動装置を有し、各弁駆動装置には、回転運動を発生する駆動源としての電動モータと、前記電動モータの回転運動をカムを利用して駆動対象の弁の開閉運動に変換し伝達する動力伝達機構と、前記弁側から前記カムに加えられるトルクの変動を抑制するトルク変動抑制機構と、が設けられ、前記トルク変動抑制機構は、前記電動モータから前記カムへの運動伝達経路に設けられた回転部材に対して前記カムに加えられるトルクの変動を打ち消す方向の反トルクを加えることにより、上述した課題を解決する（請求項１）。
【０００８】
第１の弁駆動システムによれば、複数の気筒の吸気弁又は排気弁を、複数の弁駆動装置によってそれぞれ互いに独立して開閉駆動することができる。従って、気筒毎の弁の動作特性に関する自由度が高くなる。また、モータの回転運動をカムを利用して吸気弁や排気弁の開閉運動に変換するので、ねじ機構を利用する場合と比較してモータの回転量に対する弁の運動量の割合を大きく取ることができる。つまり、ねじ機構による場合にはねじを最低でも数回転以上させないと弁を十分に開閉させることができないが、カムを利用した場合にはモータの一回転によって運動の一周期が完結するので、モータを最大でも一回転させるだけで吸気弁や排気弁に所定の開閉動作を与えることができる。従って、吸気弁又は排気弁を効率よく駆動することができる。
【００１３】
一般に、カムは吸気弁又は排気弁を閉じる方向に付勢する弁スプリングの反力によってトルクを受けており、そのトルクの大きさ及び方向はカムの位相に応じて変動する。しかし、従来のように多気筒のカムを共通のカム軸で駆動する場合には、気筒毎にカムの周方向の位置がずれているので、いずれかの気筒のカムを介して作用するトルクが、他の気筒のカムを介して作用するトルクによって打ち消され、カム軸に作用するトルクの変動は全体としては抑制される。これに対して、弁駆動装置が互いに異なる気筒の吸気弁又は排気弁を互いに独立して駆動する構成の場合には、カムの回転軸も弁駆動装置毎に分断されるから、向きが異なる複数のカム間におけるトルクの打ち消し効果が期待できない。この発明によれば、弁駆動装置毎にトルク変動抑制機構が設けられているので、カムに加えられるトルクの変動を弁駆動装置毎に抑制し、各弁駆動装置の電動モータに要求される出力を軽減することができる。
【００１４】
また、電動モータからカムへの運動伝達経路に設けられた回転部材に対して、カムに加えられるトルクの変動を打ち消す方向の反トルクがトルク変動抑制機構によって加えられるので、カムから加えられるトルクの変動を抑えることができる。
【００１５】
前記トルク変動抑制機構は、前記回転部材の外周に設けられたカム面と、そのカム面と対向配置されたリフタと、前記リフタを前記カム面に押し付けるばね手段とを備えており、前記回転部材の前記カム面の輪郭は、前記カムによる前記弁のリフト量が最大となる位置にて前記リフタとの前記カム面との接触位置が前記回転部材の半径方向中心側に最も後退するように設定されていてもよい（請求項２）。
【００１６】
吸気弁又は排気弁の弁スプリングからカムに加えられるトルクは、カムによって弁が開かれる過程ではカムを戻す方向に作用し、弁のリフト量が最大となる位置、つまりカムのノーズ部がカムに対する従動節（ロッカーアームや弁そのもの）と接する位置でトルクが一旦失われ、その位置からカムが進んで弁が閉じられる過程でカムを進める方向にトルクが作用する。これに対して、上述した回転部材のカム面とリフタとは、リフト量が最大となる位置でカム面とリフタとの接触位置が半径方向中心側に最も後退するように関係付けられているので、前記のばね手段からリフタを介して回転部材に負荷されるトルクは、弁が開く過程でカムを進める方向に作用し、弁が閉じる方向でカムを戻す方向に作用する。従って、リフタを介して回転部材に加えられるトルクは、カムに加えられるトルクを打ち消す方向の反トルクとして作用する。なお、カムの高回転時には弁側から加えられるトルクの変動が小さくなる。その一方、回転部材によってリフタが半径方向外側に押し出される力は回転部材の回転速度が増加するほど大きくなり、リフタが回転部材を押す力は回転速度が増加するほど小さくなるから、高回転時において回転部材に加えられる反トルクも減少する。これにより、リフタ側から回転部材への過剰なトルクの負荷が防がれる。また、リフタが回転部材を押す力の減少により、回転部材とリフタとの間に働く摩擦力が減少するから、高回転時の摩擦損失を抑えて燃費悪化を防ぐことができる。
【００１７】
本発明の内燃機関の第２の弁駆動システムは、複数の気筒を有する内燃機関に適用され、各気筒に設けられた吸気用又は排気用の弁を駆動するための内燃機関の弁駆動システムであって、前記内燃機関の互いに異なる気筒の前記弁をそれぞれ駆動するように設けられた複数の弁駆動装置を有し、各弁駆動装置には、回転運動を発生する駆動源としての電動モータと、前記電動モータの回転運動をカムを利用して駆動対象の弁の開閉運動に変換し伝達する動力伝達機構と、前記弁側から前記カムに加えられるトルクの変動を抑制するトルク変動抑制機構と、が設けられ、前記カムの回転軸にはカム支持用の軸受と回転自在に嵌合する軸支持部が設けられ、前記軸支持部の前記軸受に対する接触範囲に生じる摩擦抵抗に影響する因子が前記カムの回転軸の周方向に関して不均一に設定されることにより、前記軸支持部と前記軸受とを前記トルク変動抑制機構として機能させることにより、上述した課題を解決する（請求項３）。第２の弁駆動システムによれば、上述した第１の弁駆動システムと共通の効果を達成できる他、カムの回転軸とカム支持用の軸受との間に作用する摩擦抵抗を周方向に関して不均一に設定されているので、カムに加えられるトルクが大きくなる部分では摩擦抵抗を減少させ、カムに加えられるトルクが小さくなる部分では摩擦抵抗を増加させるようにして、電動モータがカムの回転軸を駆動するために必要なトルクの変動を抑えることができる。
【００１８】
摩擦抵抗に影響する因子には種々のものが含まれるが、その典型例としては接触範囲の幅を挙げることができる。すなわち、前記カムの回転軸の軸線方向に関する前記接触範囲の幅を不均一に設定すること（請求項４）により、摩擦抵抗に影響する因子を不均一に設定することができる。接触範囲の幅が大きくなれば摩擦抵抗が増加し、接触範囲の幅が小さくなれば摩擦抵抗が減少する。その他にも、軸支持部の接触範囲の摩擦係数を変える等、種々の手段によって摩擦抵抗を調整することができる。
【００１９】
前記摩擦抵抗が大きくなる部分は、前記カムのノーズ部に対して前記カムの回転軸の回転中心を挟んで反対側に設けられるとよい（請求項５）。前記のように、ノーズ部がカムに対する従動節との接触位置を通過する際にはカムに加えられるトルクが一旦失われる。換言すれば、カムによる弁のリフト量が最大となる位置でカムに加わるトルクは一旦失われる。従って、最大リフト量が与えられる位置の前後においてカムに加わるトルクは比較的大きく変動する。一方、カムのノーズ部が従動節に接する位置の前後では、弁側からノーズ部に加わる反力により、カムの回転軸はカムのノーズ部に対して回転中心を挟んで反対側に押される。従って、カムのノーズ部に対する反対側に摩擦抵抗が大きくなる部分を設けておけば、弁のリフト量が最大となる位置の付近において、カムの回転軸の摩擦抵抗が大きくなる部分が軸受と接してカムの回転軸に作用する摩擦抵抗が増加する。このような摩擦抵抗の増加によりカムに加わるトルクの変動が抑制される。
【００２０】
本発明の内燃機関の第３の弁駆動システムは、複数の気筒を有する内燃機関に適用され、各気筒に設けられた吸気用又は排気用の弁を駆動するための内燃機関の弁駆動システムであって、前記内燃機関の互いに異なる気筒の前記弁をそれぞれ駆動するように設けられた複数の弁駆動装置を有し、各弁駆動装置には、回転運動を発生する駆動源としての電動モータと、前記電動モータの回転運動をカムを利用して駆動対象の弁の開閉運動に変換し伝達する動力伝達機構と、が設けられ、前記カムの回転軸には、前記カムによってもたらされる当該回転軸の回転中心に関する回転質量のアンバランスを相殺するバランス調整手段が設けられ、前記バランス調整手段として、前記カムの回転軸には、前記回転中心よりも前記カムのノーズ部側に偏った位置に当該回転軸の質量を減少させる削除部が設けられ、前記削除部として、前記カムの回転軸の前記回転中心よりも前記ノーズ部側に偏心した穴部が形成され、該穴部が前記カムに対する給油穴として利用されていることにより、上述した課題を解決する（請求項６）。第３の弁駆動システムによれば、上述した第１の弁駆動システムと共通の効果を達成できる。一般に、カムはその回転軸と同軸のベース円の一部を膨らませてノーズ部を形成した形状を有しており、カムの回転軸の回転中心に関する回転質量のバランスはカムのノーズ部の存在によって崩される。しかし、多気筒間で共用されるカム軸であれば、気筒毎にカムが異なる方向を向いているのでカム毎の回転質量のアンバランスが互いに相殺され、全体としてはカム軸の回転質量が回転中心の回りにほどよく釣り合うようになる。これに対して、本発明の第３の弁駆動システムではカムの回転軸が分断されているので、互いに向きが異なる複数のカムの相互作用による回転質量のアンバランスの相殺は期待できない。第３の弁駆動システムでは、弁駆動装置毎にバランス調整手段が設けられているため、カムの回転軸毎にその回転中心に関する回転質量の釣り合いを改善して電動モータに要求される出力を軽減することができる。
【００２１】
回転質量のアンバランスの解消を図ってカムの回転軸に更なるウエイトを追加したならば、回転質量は釣り合っても、カムの回転軸の慣性モーメントが増加し、結果として電動モータに要求されるトルクが増加する。これに対して、第３の弁駆動システムでは、バランス調整手段として、回転中心よりもカムのノーズ部側に偏った位置に回転軸の質量を減少させる削除部が設けられているため、慣性モーメントを増加させることなく回転質量のアンバランスを減少又は解消させることができる。
【００２２】
また、その削除部として、カムの回転軸の回転中心よりもノーズ部側に偏心した穴部が形成され、該穴部がカムに対する給油穴として利用されているから、給油穴をバランス調整手段として活用することができる。なお、カムによってもたらされる回転質量のアンバランスとは、カムのノーズ部への質量の偏りに伴って生じる回転質量のアンバランスを意味する。また、アンバランスの「相殺」は、カムによってもたらされる回転質量のアンバランスを低減すること、及びアンバランスを完全に解消することのいずれの概念も含む。
【００２３】
なお、カムの輪郭は要求されるカムの動作特性に応じて適宜に設定してよい。しかし、本発明の弁駆動システムでは、各弁駆動装置の電動モータの制御によって様々な動作特性を与えることができるので、カムの輪郭はその全周に亘って凸曲面にて構成されたものとすることが好適である（請求項７）。カムの輪郭に部分的に凹曲面、すなわち負の曲率を有する部分が存在すると、その部分を研磨するために半径の小さい砥石を使用する必要が生じ、カムの大量生産への適応性が損なわれるからである。
【００２４】
前記カムの回転軸に永久磁石又は電磁コイルのいずれか一方が設けられ、前記回転軸の周囲に前記永久磁石又は電磁コイルのいずれか他方が設けられることにより、前記カムの回転軸が前記電動モータの回転軸として利用されてもよい（請求項８）。この場合には、電動モータの回転軸（出力軸）からカムの回転軸への回転伝達用のギア列等が不要となる。従って、弁駆動装置の高さを抑えることができる。
【００２８】
本発明の第４の弁駆動システムは、複数の気筒を有する内燃機関に適用され、各気筒に設けられた吸気用又は排気用の弁を駆動するための内燃機関の弁駆動システムであって、前記内燃機関の互いに異なる気筒の前記弁をそれぞれ駆動するように設けられた複数の弁駆動装置を有し、各弁駆動装置には、回転運動を発生する駆動源としての電動モータと、前記電動モータの回転運動をリンクを利用して駆動対象の弁の開閉運動に変換し伝達する動力伝達機構と、が設けられ、前記動力伝達機構は、前記電動モータによって回転駆動される回転部材と、前記回転部材の回転中心から偏心した位置にて前記回転部材と回転自在に連結された第１リンクと、前記第１リンク及び前記弁とそれぞれ回転自在に連結された第２リンクと、前記第１リンクと前記第２リンクとの連結点の位置を変化させる位置調整手段と、を備えたことにより、上述した課題を解決する（請求項９）。第４の弁駆動システムによれば、複数の気筒の吸気弁又は排気弁を、複数の弁駆動装置によってそれぞれ互いに独立して開閉駆動することができる。従って、気筒毎の弁の動作特性に関する自由度が高くなる。また、モータの回転運動をリンクを利用して吸気弁や排気弁の開閉運動に変換するので、ねじ機構を利用する場合と比較してモータの回転量に対する弁の運動量の割合を大きく取ることができる。つまり、ねじ機構による場合にはねじを最低でも数回転以上させないと弁を十分に開閉させることができないが、リンクを利用した場合にはモータの一回転によって運動の一周期が完結するので、モータを最大でも一回転させるだけで吸気弁や排気弁に所定の開閉動作を与えることができる。従って、吸気弁又は排気弁を効率よく駆動することができる。また、回転部材の回転運動が第１リンクを介して第２リンクに伝えられ、第２リンクが第１リンクとの連結点の回りに揺動する。この第２リンクの揺動運動が弁に対して直線的な開閉運動として変換され伝達される。そして、第１リンクと第２リンクとの連結点の位置を変化させることにより、回転部材と第１リンクとの連結点から第２リンクと弁との連結点までの距離を変化させ、それにより弁のリフト量を変化させることができる。
【００２９】
上述した各弁駆動システムは、動力伝達機構がカム又はリンクのいずれを利用するかに拘わりなく、次の態様を含むことができる。
【００３０】
すなわち、上述した各弁駆動システムは、前記複数の弁駆動装置のうち、いずれか一つの弁駆動装置の電動モータが空気圧調整用のポンプの駆動源として利用されてもよい（請求項１０）。この場合には弁駆動装置の電動モータが特定箇所の空気圧調整用の駆動源として兼用されるので、部品点数の削減を図ることができる。
【００３１】
前記ポンプの駆動源として利用される電動モータは、複数の弁駆動装置の中から適宜に選択してよい。好適な一例においては、前記気筒の並び方向に関して最も外側に配置された気筒の弁を駆動する電動モータが前記空気圧調整用のポンプの駆動源として利用される（請求項１１）。そのような電動モータのさらに外側は別の電動モータが配置されないオープンスペースとなるため、他の気筒に対応した電動モータよりもポンプの設置やポンプへ回転運動を取り出すための機構の設置が比較的容易に行える。また、減速時等に一部の気筒で燃焼を停止させる減筒運転を実施する内燃機関においては、そのような減筒の対象（つまり、燃焼停止の対象）となる気筒以外の気筒の吸気弁又は排気弁を駆動する電動モータをポンプの駆動源として利用することが望ましい。減筒運転時にもポンプを作動させて所望の空気圧を得ることができるからである。
【００３２】
空気圧調整用のポンプは様々な目的で使用されてよい。好適な一例では、前記ポンプが、車両のブレーキブースタ用の負圧を生成する手段として設けられる（請求項１２）。この場合には、吸気弁又は排気弁を駆動するための電動モータにより、ブレーキブースタに適切な負圧を作用させることができる。従って、内燃機関の吸気系において十分な負圧が得られない場合、例えば成層燃焼を実現してスロットルバルブの開度を大きく設定する筒内噴射式、又は希薄混合気燃焼方式の内燃機関の場合や、スロットルバルブに代えて吸気弁の開口面積（リフト量と作用角の積）によって吸入空気量を大きく制御する内燃機関においては、吸気弁又は排気弁を駆動する電動モータによって負圧生成用のポンプを駆動することの実用的価値は大きい。
【００３３】
また、内燃機関の燃焼エネルギを利用して始動を行う場合、例えば、内燃機関の停止状態にて膨張行程にある特定の気筒で燃焼を生じさせ、その燃焼で得られるエネルギーを利用して内燃機関を始動させる場合には、その特定の気筒へ空気を充填するためのポンプを本発明の弁駆動装置の電動モータにて駆動してもよい。この場合、ポンプから気筒へ空気を送り込んでもよいし、ポンプにて送られる空気をタンク内に一旦蓄え、始動時にそのタンクから特定の気筒へ空気を送るようにしてもよい。さらに、ブレーキブースタのように負圧が必要な箇所をポンプの吸い込み側と接続し、そのポンプの吐出側をタンクと接続して圧力を蓄え、その蓄えた圧力を始動時の特定の気筒への空気の充填等に使用するようにしてもよい。このような態様では、ポンプが負圧の生成手段及び空気圧を蓄えるための手段として兼用される。
【００３４】
上述した各弁駆動システムにおいては、前記内燃機関のヘッドカバーの上面側の外部に前記電動モータの少なくとも一部が露出してもよい（請求項１３）。このようにすれば、電動モータをヘッドカバー外の空気と触れさせて電動モータからの放熱を促進することができる。そして、電動モータの使用温度域を下げて高温時の出力低下を回避し、定格出力がより小さい電動モータを使用することが可能となる。
【００３５】
内燃機関のヘッドカバーは、動力伝達機構のカムやリンクの機構部分を収容するスペースを覆って、それらの機構部分から供給される潤滑油の飛散を防ぐカバーとして機能する。それゆえに、電動モータの電気的なコネクタ部のように、高温や油が飛散するような劣悪な環境への適応性が低い部分はヘッドカバー内に配置すべきでない。そのような部分をヘッドカバー外に露出させたならば、電動モータが設置された環境に起因して電動モータに不具合が発生する頻度を低下させ、それにより本発明の弁駆動システムの信頼性を高めることができる。
【００３６】
また、前記電動モータが前記内燃機関のヘッドカバーの外部に取り出されて前記ヘッドカバーの上面に配置されてもよい（請求項１４）。これにより、電動モータがヘッドカバーの内部から隔離され、電動モータをヘッドカバー内の高温や油の雰囲気から最大限に保護することができる。また、電動モータの放熱効果も高まる。
【００３７】
さらに、電動モータの少なくとも一部をヘッドカバーの外部に露出させた場合において、前記内燃機関は、前記複数の気筒の並び方向を車両の左右方向に一致させ、かつクランク室側よりもシリンダヘッド側が車両の前方に変位するように前傾させた状態で前記車両に搭載されてもよい（請求項１５）。このように内燃機関を搭載すれば、車両の前進時において内燃機関の周囲に流れ込む空気をヘッドカバー外への電動モータの露出部分に積極的に当てて電動モータの冷却効率を高めることができる。
【００３８】
上述した各弁駆動システムにおいては、前記電動モータを冷却する冷却手段を備えるようにしてもよい（請求項１６）。電動モータを積極的に冷却することにより、電動モータの出力低下が生じる使用温度域の上昇を回避し、より小型の電動モータでも吸気弁又は排気弁を駆動するために十分な出力を発生することができる。
【００３９】
冷却手段は種々の形態で構成してよい。その一例として、前記電動モータの周囲に冷却水通路が設けられ、その冷却水通路が、前記内燃機関における冷却水の循環経路の一部に含まれることにより前記冷却手段が構成されてもよい（請求項１７）。このような冷却手段によれば、内燃機関の冷却水を利用して電動モータを強制的に冷却できるから、周囲の空気との熱交換と比較して電動モータを効率よく冷却できる。特に、前記冷却水の放熱用のラジエータの冷却水出口と前記内燃機関の冷却水入口との間に、前記電動モータの周囲の前記冷却水通路が配置された場合（請求項１８）には、内燃機関との間で熱効果を行う前の温度が最も低い領域の冷却水が電動モータの周囲に導かれる。このため、冷却水による電動モータの冷却効果を最大限に高めることができる。
【００４０】
また、前記冷却手段として、前記電動モータの回転軸上にファンが設けられてもよい（請求項１９）。この場合には、電動モータ自身の出力を利用して電動モータの周囲に空気の流れを形成し、それにより電動モータの冷却効率を高めることができる。
【００４１】
さらに、ヘッドカバー外に電動モータの少なくとも一部を露出させる場合には、さらに内燃機関のヘッドカバーの上方に前記電動モータのコネクタ部を露出させ、各コネクタ部に接続されるべき個別端子部と、所定のモータ制御回路と接続されるべき集合端子部と、これらの端子部を結ぶ電気的配線とが共通の基板上に形成された配線部材を各個別端子部が前記コネクタ部と電気的に接続されるようにして前記ヘッドカバー上に設けられてもよい（請求項２０）。このような構成によれば、配線部材をヘッドカバー上に前記の通りに取り付けるだけで集合端子部から各電動モータのコネクタ部への電気的配線を済ませることができる。配線部材もヘッドカバー上に露出するので、各電動モータへの配線経路がヘッドカバー内の高温に晒されず、電流の熱損失が防がれて電動モータの実出力が向上する。
【００４２】
なお、上述した各弁駆動システムにおいては、複数の弁駆動装置のそれぞれが互いに異なる気筒の吸気弁又は排気弁を駆動すればよく、一部又は全部の弁駆動装置が二以上の気筒の吸気弁又は排気弁を駆動する場合も本発明の範囲に含まれる。特に、吸気弁の開いている期間、又は排気弁の開いている期間が重ならない気筒間であれば、それらの気筒の吸気弁又は排気弁を共通の電動モータにて駆動したとしても、各気筒の吸気弁又は排気弁の動作特性を共通の電動モータにて駆動される吸気弁又は排気弁の動作に影響されることなく変化させることができる。
【００４３】
【発明の実施の形態】
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る弁駆動システムが組み込まれた内燃機関１を示している。内燃機関１は、複数（図では４つ）のシリンダ（気筒）２…２が一方向に並べられ、各シリンダ２にピストン３が上下動自在に装着された多気筒直列式ガソリンエンジンとして構成されている。各シリンダ２の上方には２本の吸気弁４及び２本の排気弁５がそれぞれ設けられており、これらの吸気弁４及び排気弁５がピストン３の上下動に連動して弁駆動システム１０にて開閉駆動されることにより、シリンダ２への吸気及びシリンダ２からの排気が行われる。
【００４４】
弁駆動システム１０は、各シリンダ２の吸気側に１つずつ設けられた弁駆動装置１１Ａ…１１Ａと、各シリンダ２の排気側に１つずつ設けられた弁駆動装置１１Ｂ…１１Ｂとを備えている。これらの弁駆動装置１１Ａ，１１Ｂはいずれもカムを利用して吸気弁４又は排気弁５を駆動するものである。弁駆動装置１１Ａの構成は互いに等しく、また弁駆動装置１１Ｂの構成は互いに等しい。図２は一つのシリンダ２に対応付けて設けられた吸気用及び排気用の弁駆動装置１１Ａ，１１Ｂを示している。なお、弁駆動装置１１Ａ、１１Ｂは互いに類似した構成を有しており、まず吸気側の弁駆動装置１１Ａについて説明する。
【００４５】
吸気側の弁駆動装置１１Ａは、駆動源としての電動モータ（以下、モータと略称することがある。）１２と、モータ１２の回転運動を吸気弁４の直線的な開閉運動に変換する動力伝達機構１３とを備えている。モータ１２には、回転速度の制御が可能なＤＣブラシレスモータ等が使用される。モータ１２には、その回転位置を検出するためのレゾルバ、ロータリエンコーダ等の位置検出センサが内蔵されている。
【００４６】
動力伝達機構１３は、一本のカム軸１４Ａと、モータ１２の回転運動をカム軸１４Ａに伝達するギア列１５と、吸気弁４を駆動するロッカーアーム１６と、カム軸１４Ａとロッカーアーム１６との間に介在される弁特性調整機構１７とを備えている。カム軸１４Ａはシリンダ２毎に独立して設けられている。言い換えれば、シリンダ２毎にカム軸１４Ａは分かれている。ギア列１５は、モータ１２の出力軸（不図示）に取り付けられたモータギア１８の回転を中間ギア１９を介してカム軸１４Ａと一体のカム駆動ギア２０に伝達することにより、モータ１２に同期してカム軸１４Ａを回転させる。
【００４７】
図３及び図４にも示したように、カム軸１４Ａには単一のカム２１Ａが一体に回転可能に設けられている。カム２１Ａはカム軸１４Ａと同軸のベース円の一部を膨らませた板カムの一種として形成されている。全ての弁駆動装置１１Ａの間でカム２１Ａのプロファイル（外周の輪郭）は互いに等しい。カム２１Ａのプロファイルはその全周に亘って負の曲率が生じないように、つまり半径方向外側に向かって凸曲面を描くように設定されている。
【００４８】
ロッカーアーム１６は支軸２２を中心として揺動可能に設けられている。吸気弁４は弁スプリング２３によってロッカーアーム１６側に付勢され、それにより吸気ポートのバルブシート（不図示）に吸気弁４が密着して吸気ポートが閉じられる。ロッカーアーム１６の他端部はアジャスター２４と接している。アジャスター２４がロッカーアーム１６の他端部を押し上げることにより、ロッカーアーム１６はその一端部が吸気弁４の上端部と接触した状態に保たれる。
【００４９】
弁特性調整機構１７は、カム２１Ａの回転運動をロッカーアーム１６に揺動運動として伝達する仲介手段として機能するとともに、カム２１Ａの回転運動とロッカーアーム１６の揺動運動との相関関係を変更することにより吸気弁４のリフト量及び作用角を変化させるリフト量及び作用角変更手段としても機能する。
【００５０】
図５に示すように、弁特性調整機構１７は、支持軸３０と、その支持軸３０の中心部を貫いて配置された操作軸３１と、支持軸３０上に配置された第１リング３２と、その両側に配置された２つの第２リング３３，３３とを備えている。支持軸３０は内燃機関１のシリンダヘッド等に固定的に取り付けられる。操作軸３１は、不図示のアクチュエータにより支持軸３０に対して軸線方向（図６のＲ方向及びＦ方向）に往復駆動される。第１リング３２及び第２リング３３は支持軸３０に対して軸線方向にスライド可能かつ周方向に揺動可能に支持されている。第１リング３２の外周にはローラフォロア３４が回転自在に取り付けられ、第２リング３３の外周にはノーズ３５が形成されている。
【００５１】
図６に示すように、支持軸３０の外周にはスライダ３６が設けられている。スライダ３６は、その周方向に延びる長孔３６ｃが操作軸３１に取り付けられたピン３７と噛み合うことにより、支持軸３０に対して操作軸３１と一体に軸線方向にスライド可能である。なお、支持軸３０にはピン３７の軸線方向の移動を許容する軸線方向の長孔（不図示）が形成されている。スライダ３６の外周には第１のヘリカルスプライン３６ａと、これを挟むように配置された第２のヘリカルスプライン３６ｂ，３６ｂとが一体に設けられている。第２のヘリカルスプライン３６ｂの捻れ方向は第１のヘリカルスプライン３６ａの捻れ方向に対して逆方向である。一方、第１リング３２の内周には第１のヘリカルスプライン３６ａと噛み合うヘリカルスプライン３２ａが形成され、第２リング３３の内周には第２のヘリカルスプライン３６ｂと噛み合うヘリカルスプライン３３ａが形成されている。
【００５２】
図４から明らかなように、弁特性調整機構１７は、そのローラフォロア３４がカム２１Ａに、ノーズ３５が各吸気弁４に対応するロッカーアーム１６の一端部にそれぞれ対向するようにして内燃機関１に取り付けられる。カム２１Ａの回転に伴ってローラフォロア３４がノーズ部２１ａと接触して押し下げられると、ローラフォロア３４を支持する第１リング３２が支持軸３０上で回転し、その回転運動がスライダ３６を介して第２リング３３に伝達されて第２リング３３が第１リング３２と同一方向に回転する。これらの第２リング３２の回転によりノーズ３５がロッカーアーム１６の一端部を押し下げ、それにより吸気弁４が弁スプリング２３に抗して下方に変位して吸気ポートが開かれる。ノーズ部２１ａがローラフォロア３４を乗り越えると弁スプリング２３の力で吸気弁４が押し上げられて吸気ポートが閉じる。このようにしてカム軸１４Ａの回転運動が吸気弁４の開閉運動に変換される。
【００５３】
さらに、弁特性調整機構１７においては、操作軸３１を軸線方向に変位させて図６に矢印Ｒ、Ｆで示したようにスライダ３６を支持軸３０に対してスライドさせると、第１リング３２と第２リング３３とが周方向に関して互いに逆方向に回転する。スライダ３６を矢印Ｆ方向に移動させたときは第１リング３２が矢印Ｐ方向に、第２リング３３が矢印Ｑ方向にそれぞれ回転してローラフォロア３４とノーズ３５との周方向の間隔が増加する。一方、スライダ３６を矢印Ｒ方向に移動させたときは第１リング３２が矢印Ｑ方向に、第２リング３３が矢印Ｐ方向にそれぞれ回転してローラフォロア３４とノーズ３５との周方向の間隔が減少する。ローラフォロア３４とノーズ３５との間隔が増加するほどノーズ３５がロッカーアーム１６を押し下げる量は増加し、これに伴って吸気弁４のリフト量及び作用角も増加する。従って、図６の矢印Ｆ方向に操作軸３１を操作するほど吸気弁４のリフト量及び作用角が増加することになる。
【００５４】
以上のように構成された弁駆動装置１１Ａによれば、モータ１２によりカム軸１４Ａを、内燃機関１のクランク軸の回転速度の半分の速度（以下、これを基本速度と呼ぶ。）で一方向に連続的に駆動することにより、クランク軸からの動力で弁を駆動する一般的な機械式弁駆動装置と同様に、クランク軸の回転に同期して吸気弁４を開閉駆動することができる。また、弁特性調整機構１７により吸気弁４のリフト量及び作用角を変化させることもできる。
【００５５】
さらに、弁駆動装置１１Ａによれば、モータ１２によるカム軸１４Ａの回転駆動の速度を基本速度から変化させることにより、クランク軸の位相とカム軸１４Ａの位相との相対関係を変化させて吸気弁４の動作特性を様々に変化させることができる。この点を図７により説明する。なお、図７の表の「リフト形状」の実線及び仮想線はそれぞれ弁駆動装置１１Ａにて設定された互いに異なる動作特性をそれぞれ示している。また、リフト形状の横軸はクランク角、縦軸はリフト量をそれぞれ示している。
【００５６】
まず、図７に示した動作特性表の▲１▼に示す位相の変化と、▲２▼作用角及びリフト量の変化とは機械的な弁駆動装置においても実現可能である。例えば、クランク軸とカム軸との位相をずらすことにより、動作特性表の▲１▼に示す吸気弁の位相の変化を実現することができる。また、弁特性調整機構１７を利用すれば動作特性表の▲２▼の変化も実現することができる。その一方、モータ１２によってカム軸１４Ａを駆動する場合には、カム軸１４Ａの位相がクランク軸の位相の制限を受けない。従って、モータ１２によるカム軸１４Ａの回転速度を一時的に基本速度よりも増減させることにより、前記▲１▼の位相の変化は容易にこれを実現することができる。また、カム２１Ａが吸気弁４を開く途中でモータ１２を停止させ、その後にモータ１２を逆方向に回転させることにより、前記▲２▼の動作特性を吸気弁４に与えることもできる。
【００５７】
以上の動作特性の変更に加えて、弁駆動装置１１Ａによればさらに図７の動作特性表の▲３▼〜▲８▼に示したように吸気弁４の動作特性を変化させることができる。表の▲３▼はリフト量を一定に維持したまま作用角を変化させた例である。このような動作特性の変化は、吸気弁４が開いている間にカム軸１４Ａを同期速度よりも高い速度で駆動することにより実現される。表の▲４▼は作用角を一定に維持しつつリフト量を変化させた例である。このような変化は、弁特性調整機構１７によってリフト量を変化させる一方で、弁特性調整機構１７のリフト量の変化に伴う作用角の変化を打ち消すようにモータ１２によるカム軸１４Ａの回転速度を調整することによって実現される。
【００５８】
表の▲５▼は吸気弁４のリフト速度を変化させた例である。例えば、カム軸１４Ａをクランク軸の半分の速度で駆動したときの動作特性が▲５▼の実線で示す通りであったとき、仮想線で示した動作特性はモータ１２によるカム軸１４Ａの駆動速度を開く過程で同軸速度よりも速く、閉じる過程では同期速度よりも遅くなるように制御することにより実現される。このような動作特性を与えることにより、吸気弁４を素早く開いて吸入効率を向上させ、かつ、吸気弁４を閉じるときには速度を遅くして着座時（吸気弁４がバルブシートに接する時）の衝撃を和らげることができる。
【００５９】
なお、表の▲５▼のような動作特性は例えばカム２１Ａのプロファイルを調整することによっても実現可能である。しかし、カム２１Ａが開く際の最大加速度を大きくすると、カム２１Ａの最小曲率半径が小さくなり、場合によってはカム２１Ａの一部に負の曲率が与えられた部分が生じる。負の曲率が大きくなる（つまり曲率半径が小さくなる）と、カム２１Ａの外周面を研磨する砥石の半径を減少させる必要がある。しかし、砥石半径が小さいほど砥石の寿命は短くなり、カム２１Ａの量産への適応性が損なわれる。そこで、前記のようにカム２１Ａのプロファイルは全周に亘って凸曲面で構成し、モータ１２の駆動速度の制御によって吸気弁４の開弁速度を高めることにより、カム２１Ａの量産への適応性を高めつつ、吸入効率を向上させることができる。
【００６０】
表の▲６▼は、本来であれば吸気弁４を一回開閉させるべき期間に吸気弁４を２回に分けて開閉させた例である。このような動作特性は、モータ１２によるカム軸１４Ａの回転速度をクランク軸と同一速度に制御することにより実現される。このような動作を吸気弁４に与えることにより、内燃機関１の動作サイクルを４サイクルと２サイクルとの間で切り替えることができる。表の▲７▼は吸気弁４を早期に開くことにより内部ＥＧＲを実現する例である。但し吸気弁４を開け始めてから暫くの間はリフト量を小さく維持している。このような動作特性は、カム軸１４Ａの速度を上げて吸気弁４の開弁時期を早めた後、カム軸１４Ａの回転速度を微速まで低下させるか又はカム軸１４Ａを一時停止させてリフト量の増加を抑え、この状態を所定期間継続した後にカム軸１４Ａを増速してリフト量を増加させることにより実現される。さらに、表の▲８▼はカム軸１４Ａを停止させて吸気弁４を閉じた状態に維持する例である。なお、吸気弁４を開放状態に維持することもできる。
【００６１】
このように、弁駆動装置１１Ａによれば、モータ１２の速度制御と、弁特性調整機構１７によるリフト量及び作用角の変更との組み合わせによって様々な動作特性を吸気弁４に与えることができる。しかも、弁駆動装置１１Ａはシリンダ２毎に独立して設けられており、カム軸１４Ａもシリンダ２毎に独立しているので、吸気弁４の動作特性をシリンダ２毎に独立して最適な状態に設定することができる。これにより、各吸気弁４の動作特性に関する自由度を従来よりも高めることができる。
【００６２】
一方、図２に示すように、排気弁５側の弁駆動装置１１Ｂでは、弁駆動装置１１Ａと異なって、カム軸１４Ｂに２つのカム２１Ｂが設けられ、弁特性調整機構１７が省略され、２つのカム２１Ｂがロッカーアーム１６をそれぞれ直接駆動している。弁駆動装置１１Ｂのこれら以外の部分は弁駆動装置１１Ａと共通であり、そられの共通部分の説明は省略する。カム２１Ｂのプロファイルはカム２１Ａと同様に全周に亘って凸曲面で構成されている。排気弁５に関しても、弁駆動装置１１Ｂのモータ１２によるカム軸１４Ｂの駆動速度を種々変化させることにより、排気弁５の位相や作用角を様々に変化させることができる。弁駆動装置１１Ｂもシリンダ２毎に独立して設けられ、かつカム軸１４Ｂもシリンダ２毎に独立しているので、排気弁５の動作特性をシリンダ２毎に独立して最適な状態に設定することができる。これにより、各排気弁５の動作特性に関する自由度を従来よりも高めることができる。
【００６３】
なお、排気側の弁駆動装置１１Ｂにおいては、弁特性調整機構１７が省略されていても、カム２１Ｂがロッカーアーム１６を押し下げる途中でモータ１２を停止させ、その停止位置からカム軸１４Ｂを逆転させることにより排気弁５のリフト量を変化させることができる。但し、その場合の最大リフト量はカム２１Ｂのノーズ部２１ｂ（図２）がロッカーアーム１６を乗り越える際のリフト量に制限される。このようなモータ１２の逆転によるリフト量の制御は、上述したように吸気側の弁駆動装置１１Ａにおいても実行可能である。
【００６４】
本実施形態の弁駆動システム１０は、吸気弁４及び排気弁５を駆動するための上述した基本的構成の他に幾つかの特徴を有している。以下順に説明する。なお、以下に説明する吸気側の弁駆動装置１１Ａの各種の機構又は構造は、特に断りのない限り排気側の弁駆動装置１１Ｂにも設けられて弁駆動装置１１Ａと同様の作用効果を奏するものである。
【００６５】
（トルク変動抑制機構について）
図８及び図９に示すように、弁駆動装置１１Ａにはトルク変動抑制機構４０が設けられている。トルク変動抑制機構４０は、カム軸１４Ａがシリンダ２毎に独立している（言い換えれば分断されている）ために設けられたものである。カム軸１４Ａには、カム２１Ａのノーズ２１ａが弁スプリング２３の圧縮に伴う反力（以下、圧縮反力と呼ぶ。）で押されることによってトルクが作用する。複数のシリンダ間でカム軸を共用する一般の多気筒式内燃機関では、同一のカム軸上に複数のカムが設けられ、各カムのノーズが周方向にずれている。従って、各カムを介してカム軸に作用するトルクが互いに打ち消し合う効果が生じてトルクの変動は抑えられる。しかし、弁駆動装置１１Ａでは、カム軸１４Ａがシリンダ２毎に分かれているので、いずれかのシリンダ２のカム２１Ａに入力されるトルクの変動を他のシリンダ２のカム２１Ａに入力されるトルクによって打ち消すことができない。そのため、各弁駆動装置１１Ａにトルク変動抑制機構４０を設けている。
【００６６】
トルク変動抑制機構４０は、反位相カム４１と、トルク負荷装置４２とを備えている。反位相カム４１は中間軸４３によって中間ギア１９と同軸に支持されて中間ギア１９と一体に回転可能である。反位相カム４１の外周面はカム面として構成され、そのカム面には、中間軸４３の軸芯と同軸の円弧を描いて延びる円弧部４１ａと、その円弧部４１ａよりも中心側に後退した凹部４１ｂとが形成されている。
【００６７】
トルク負荷装置４２は、反位相カム４１の外周面と対向して配置されたハウジング４４と、そのハウジング４４から反位相カム４１に向かって突出可能な状態でハウジング４４に収容されたリフタ４５と、リフタ４５とハウジング４４との間に圧縮状態で装着されてリフタ４５を反位相カム４１の外周面に押し付けるスプリング４６とを備えている。ハウジング４４は中間軸４３を回転自在に支持するキャップ４７に固定されている。スプリング４６の力でリフタ４５の先端が反位相カム４１の凹部４１ｂの斜面に押し付けられることにより、反位相カム４１にはモータ１２による中間ギア１９の駆動方向と同一方向又は逆方向のトルクがリフタ４５から負荷される。
【００６８】
図９から明らかなように、中間軸４３に対する反位相カム４１の周方向の取付位置は、吸気弁４のリフト量が最大となったとき、すなわちカム２１のノーズ部２１ａが図９の実線位置に達してローラフォロア３４を乗り越えるときにリフタ４５が凹部４１ｂに嵌り込むように調整されている。このようにカム２１の位相と反位相カム４１の位相との関係を設定することにより、弁スプリング２３の圧縮反力によって生じるカム軸１４Ａの駆動トルクの変動を、トルク負荷装置４２から反位相カム４１に負荷されるトルクによって抑制することができる。この点を図１０により説明する。
【００６９】
図１０は、カム２１Ａの位相を横軸に、モータ１２からカム２１Ａまでの駆動経路上の適当な部材、例えばカム軸１４Ａに負荷されるトルクを縦軸にとったきに、弁スプリング２３側及びトルク変動抑制機構４０側からカム軸１４Ａにそれぞれ負荷されるトルクの大きさ及び方向の変化を示している。但し、横軸はトルク＝０を示し、カム軸１４Ａの正転方向（図９の矢印Ｃ方向）と反対方向に負荷されるトルクを正（＋）に、カム軸１４Ａの正転方向に負荷されるトルクを負（−）でそれぞれ表している。また、図１０の縦軸位置は吸気弁４に最大リフト量が与えられる位置を示し、縦軸から右側に離れるほど図９の位置よりもカム２１Ａが正転方向にずれ、縦軸から左側に離れるほど図９の位置よりもカム２１Ａが逆転方向にずれたことを示す。
【００７０】
まず、図１０に実線で示すように、弁スプリング２３側からカム軸１４Ａに負荷されるトルクは、カム２１Ａが最大リフト量を与える位置でほぼ０であり、カム２１Ａが最大リフト量を与える位置よりも逆転方向にずれているときには正の値、カム２１Ａが最大リフト量を与える位置よりも正転方向にずれているときに負の値となる。カム２１Ａが最大リフト量を与える位置よりも逆転方向にずれている状態では弁スプリング２３の圧縮反力がカム２１Ａを逆転させるように作用し、カム２１Ａが最大リフト量を与える位置よりも正転側にずれた状態では弁スプリング２３の圧縮反力がカム２１Ａを正転させるように作用するためである。
【００７１】
一方、図１０に破線で示すように、反位相カム４１側からカム軸１４Ａに負荷されるトルクは、カム２１Ａが最大リフト量を与える位置の付近でほぼ０であり、カム２１Ａが最大リフト量を与える位置よりも逆転方向にずれたときに負の値、カム２１Ａが最大リフト量を与える位置よりも正転方向にずれたときに正の値となる。カム２１Ａが最大リフト量を与える位置よりも逆転方向にずれた状態でリフタ４５が凹部４１ｂに入り込んでいると、スプリング４６の力がリフタ４５を介して反位相カム４１をカム２１Ａの正転方向に対応する方向（図９の矢印Ｄ方向）に押すように作用し、カム２１Ａが最大リフト量を与える位置よりも正転方向にずれた状態でリフタ４５が凹部４１ｂに入り込んでいると、スプリング４６の力がリフタ４５を介して反位相カム４１をカム２１Ａの逆転方向に相当する方向に押すように作用するからである。
【００７２】
このように、弁スプリング２３側から負荷されるトルクと、反位相カム４１側から負荷されるトルクとは互いに逆向きに作用する。従って、弁スプリング２３の反力に起因するカム軸１４Ａの駆動トルクの変動をトルク変動抑制機構４０によって抑制することができる。なお、カム軸１４Ａの回転速度が上昇するに伴ってカム２１Ａの駆動経路上に配置された各部材の慣性力が増大して、弁スプリング２３の反力に起因するトルク変動は相対的に小さくなる。一方、トルク変動抑制機構４０においては、カム軸１４Ａの回転速度が上昇するほど、反位相カム４１がリフタ４５を半径方向外側に押し出す力が大きくなる。これにより、スプリング４６が反位相カム４１に負荷するトルクが小さくなり、上述した弁スプリング２３側から負荷されるトルクの減少との整合性が保たれる。加えて、リフタ４５と反位相カム４１との間に作用する垂直抗力が小さくなるので、リフタ４５と反位相カム４１との間に働く摩擦抵抗が減少する。
【００７３】
以上に説明したように、トルク変動抑制機構４０を設けることにより、各弁駆動装置１１Ａにおけるカム軸１４Ａの駆動トルクの変動を抑え、それによりモータ１２の必要出力を軽減してモータ１２の小型化、軽量化を図ることができる。モータ１２はシリンダ２毎に２つずつ設けられるので、特にシリンダ２の数が増えた場合にはトルク変動抑制機構４０を設けた効果は顕著である。また、高速回転時には弁駆動装置１１Ａ内に生じる摩擦抵抗を減らすことにより、燃費の悪化を抑えることができる。
【００７４】
なお、トルク変動抑制機構４０の構成は一例であり、種々の変形が可能である。例えば、反位相カム４１は中間ギア１９に代え、モータギア１８と同軸に設けてもよい。モータ１２からカム軸１４Ａまでの回転伝達経路のいずれかの位置にトルク変動抑制機構４０からトルクを負荷できればよい。
【００７５】
（カム軸の支持構造について）
図３に示すように、カム軸１４Ａの両端には軸支持部５０，５０がカム２１Ａと一体回転可能に設けられている。これらの軸支持部５０、５０が不図示の軸受に嵌め合わされることにより、カム軸１４Ａがシリンダヘッド上に回転自在に支持される。軸支持部５０の外周面には、軸支持部５０の全幅に亘って伸びる拡大部５１と、拡大部５１よりも狭い縮小部５２とが設けられている。
【００７６】
図９に示すように、拡大部５１はノーズ部２１ａに対して反対側の所定範囲Ｅに形成されている。所定範囲Ｅは図９ではほぼ１８０°に設定されている。このように拡大部５１を設けた場合には、吸気弁４に最大リフト量を与える位置にカム２１Ａが移動したときに、弁スプリング２３の反力によってカム軸１４Ａに負荷される矢印Ｇ方向の荷重が、軸支持部５０の拡大部５１を介してカム軸１４Ａの軸受に受け止められるようになる。
【００７７】
カム軸１４Ａの軸支持部５０の拡大部５１が軸受と接する場合には、縮小部５２が軸受と接する場合よりも接触範囲が拡大してカム軸１４Ａとその軸受との間に働く摩擦抵抗が大きくなる。その一方、図１０からも明らかなように、カム２１Ａが最大リフト量を与えられる位置の近傍まで駆動されると、弁スプリング２３の反力によって生じるカム軸１４Ａのトルクがカム２１Ａの回転方向を問わず０に向かって変化する。このようなトルクの減少に対応して摩擦抵抗が増加することにより、カム軸１４Ａの回転に制動作用が生じ、それによりカム軸１４Ａの駆動トルクの変動を軽減することができる。
【００７８】
なお、カム軸１４Ａと軸受との間の摩擦抵抗の調整は、軸支持部５０の支持範囲（面積）の変化に限らず、軸支持部５０の表面の摩擦係数を変化させることによっても実現できる。摩擦係数の変化は、例えば摩擦抵抗を増加又は減少させる物理的又は化学的な表面処理、摩擦抵抗の異なる部材の固着等の手段によって実現することができる。
【００７９】
（カム軸の質量バランスの調整について）
図９に示すように、カム軸１４Ａにはカム２１Ａに対して潤滑油を供給するための給油穴５３が形成されている。給油穴５３はカム軸１４Ａの回転中心ＲＣに対してカム２１Ａのノーズ２１ａ側に偏心している。このように給油穴５３を偏心させた理由は次の通りである。
【００８０】
弁駆動装置１１Ａでは、シリンダ２毎にカム軸１４Ａが独立しているので、カム軸１４Ａの回転中心ＲＣに関するカム２１Ａの質量のアンバランスを、他のシリンダ２用のカム２１Ａの質量のアンバランスによって相殺してカム軸１４Ａの重心を回転中心ＲＣに関して合わせることができない。回転中心ＲＣを挟んでノーズ部２１ａの反対側にバランス保持用のウエイトを取り付けた場合にはカム軸１４Ａ全体の慣性モーメントが増加してモータ１２の必要出力が増加する。そこで、給油穴５３を偏心させることにより、慣性モーメントを増加させることなく回転中心ＲＣの回りのカム軸１４Ａの質量のアンバランスを低減したものである。このようにして質量のアンバランスを抑えることにより、モータ１２の必要出力を軽減してモータ１２の小型軽量化を図ることができる。
【００８１】
なお、カム軸１４Ａの質量のアンバランスは、給油穴５３の偏心以外の手段によっても実現可能である。例えば、カム２１Ａの幅をノーズ部２１ａ側で減少させ、カム軸１４Ａの回転中心ＲＣよりもノーズ部２１ａ側の表面に切欠を設ける等の手段によってもカム軸１４Ａの回転中心の回りの質量のアンバランスを修正することができる。
【００８２】
（負圧発生装置の設置について）
図１１に示すように、弁駆動システム１０のいずれか一つの弁駆動装置１１Ａ（但し、弁駆動装置１１Ｂでもよい。）には負圧生成装置６０が設けられている。負圧生成装置６０は、内燃機関１が吸気系において十分な負圧が得られない場合に好適に用いられる。例えば、筒内直噴式の内燃機関のように低速時のスロットル開度が比較的大きく制御される場合、あるいは、スロットルバルブが省略され、吸気弁のリフト量制御等によって吸入空気量が調整される場合に負圧生成装置６０が設けられる。また、負圧生成装置６０は、内燃機関１を始動させる力を、スタータモータに依らずシリンダ２内の燃料混合気の燃焼によって得るようにした場合に必要となるシリンダ２への始動着火用の空気の充填に適した構成も備えている。以下、詳細を説明する。
【００８３】
図１１の負圧生成装置６０は、バキュームポンプ６１と、クラッチ６２と、ポンプギア６３とを備えている。図１２に示したように、バキュームポンプ６１の回転部６１ａは電磁クラッチ６２のシャフトフランジ部６２ａと一体回転可能に連結されている。バキュームポンプ６１のポンプハウジング６１ｂは内燃機関１の例えばシリンダヘッド上に固定的に支持される。ポンプギア６３はモータギア１８と噛み合わされるとともに、電磁クラッチ６２のディスク部６２ｂと一体的にシャフトフランジ部６２ａ上を回転自在かつ軸方向に移動可能である。シャフトフランジ部６２ａには電磁コイル６２ｃ及びアーマチャ６２ｄが一体に取り付けられている。電磁コイル６２ｃの励磁によりアーマチャ６２ｄとディスク部６２ｂとが吸着されてポンプギア６４からポンプ回転部６１ａへの回転伝達経路が接続され、モータ１２によってバキュームポンプ６１が駆動される。
【００８４】
バキュームポンプ６１の吸気ポート６１ｃはブレーキブースタ６４と接続され、バキュームポンプ６１の排気ポート６１ｄは蓄圧タンク６５と接続されている。蓄圧タンク６５にはタンク内圧を所定以下に制限するリリーフ弁６６、及びタンク内圧を検出する圧力センサ６７が設けられている。蓄圧タンク６５はさらに制御弁６８を介して内燃機関１のシリンダ２へと接続されている。ブレーキブースタ６４にもその内部の圧力を検出する圧力センサ６９が設けられている。
【００８５】
以上の負圧生成装置６０によれば、圧力センサ６９が検出するブレーキブースタ６４の圧力が所定値以上に上昇し、又は圧力センサ６７が検出する蓄圧タンク６５の圧力が所定値以下に低下した場合に電磁クラッチ６２に通電してモータ１２でバキュームポンプ６１を駆動することにより、ブレーキブースタ６４内の負圧を適正範囲に維持し、かつ、蓄圧タンク６５内に所定レベル以上の圧力を蓄えておくことができる。そして、内燃機関１の始動時に制御弁６８を開くことにより、始動に必要な空気をシリンダ２内に充填することができる。
【００８６】
なお、負圧生成装置６０のバキュームポンプ６１は、弁駆動システム１０を構成する弁駆動装置１１Ａ又は１１Ｂのいずれによっても駆動できる。但し、モータ１２の近傍の空きスペースを考慮すると、シリンダ２の並び方向に関して最も外側に配置された弁駆動装置１１Ａ、又は１１Ｂのモータ１２からバキュームポンプ６１へ回転を取り出すようにすることが望ましい（図１４を参照）。また、内燃機関１が一部のシリンダ２における燃焼を停止させる減筒運転を実施するものであるときは、そのような燃焼停止の対象とならないシリンダ２に対応付けられた弁駆動装置１１Ａ又は１１Ｂに負圧生成装置６０を設けるとよい。
【００８７】
以上のような負圧生成装置６０によれば、吸気弁４又は排気弁５を駆動するモータ１２にてバキュームポンプ６１を駆動するので、負圧の生成やシリンダ２への空気の充填用に別途駆動源を設ける必要がない利点がある。また、負圧の生成と空気の充填（又は蓄圧）とを共通のバキュームポンプ６１にて行うので、それらの処理を別々のポンプ６１で行う場合よりも部品定数が削減され、部品の取り付けに必要なスペースも削減される。
【００８８】
なお、負圧生成用のポンプと、蓄圧タンク６６に圧力を蓄えるためのポンプとを別々に設け、それらのポンプを同一又は互いに異なる電動モータ１２にて駆動するようにしてもよい。負圧の生成又は蓄圧タンクへの圧力充填のいずれか一方のみを目的としてポンプを設けてもよい。
【００８９】
（モータの取付構造について）
図１３に示すように、モータ１２は内燃機関１のヘッドカバー７０の外部の上面に取り付けられている。図１４はヘッドカバー７０上におけるモータ１２の配置を示す平面図、図１５はその側面図である。なお、図１４の左右方向がシリンダ２の並び方向に相当する。図１４及び図１５に示すように、吸気側及び排気側のモータ１２は、ヘッドカバー７０上にシリンダ２毎に設けられた点火コイル部７１…７１を間において対向するように設けられている。点火コイル部７１は不図示の点火プラグに高圧電流を供給するためのものである。弁駆動装置１１Ａ，１１Ｂのそれぞれのカム軸１４Ａ，１４Ｂからロッカーアーム１６までの機構部分はヘッドカバー７０の内部に収容されている。ギア列１５を構成する中間ギア１９の上部がヘッドカバー７０の開口部７０ａから上方に突出して各モータ１２のモータギア１８と噛み合っている。
【００９０】
図１５に示すように、各モータ１２は電気的な結線を行うためのコネクタ１２ａをヘッドカバー７０の真上を向く方向（図１５の矢印Ｋ方向）に対して各シリンダ２の中心側、言い換えれば点火コイル部７１側に幾らか傾けた状態でヘッドカバー７０に取り付けられている。図１４にも示すように、各コネクタ１２ａは配線部材としてのモータバスバー７２と接続されている。モータバスバー７２は、モータ駆動用の不図示のインバータ回路と接続される集合端子部７２ａと、集合端子部７２ａからヘッドカバー７０の中央に向かって延びる幹線部７２ｂと、幹線部７２ｂと交差しかつ吸気側及び排気側のモータ１２の間をシリンダ２の並び方向に沿って延びる分配部７２ｃと、分配部７２ｃから各モータ１２に向かって延びる支線部７２ｄとを有している。幹線部７２ｂ、分配部７２ｃ及び支線部７２ｄは適度な剛性を有する基板に銅製のパターン配線を設けて構成されており、そのパターン配線により、集合端子部７２ａと個別端子部７２ｅとが電気的に接続される。
【００９１】
全てのモータ１２をヘッドカバー７０上に取り付けた後、モータバスバー７２を各支線部７２ｄの先端が各モータ１２のコネクタ１２ａに嵌まり込むようにしてヘッドカバー７０に取り付けることにより、集合端子部７２ａと全てのモータ１２のコネクタ部１２ａとが電気的に接続される。そして、集合端子部７２ａに不図示のインバータ回路からの配線のコネクタ部を取り付けることにより、各モータ１２に対する電気的な接続が完了する。
【００９２】
図１３に示すように、内燃機関１はシリンダ２の並び方向を車両の左右方向と一致させた、いわゆる横置きの姿勢で車両の前部のエンジンルーム７３に搭載されている。車両の前進時（矢印Ｈ方向）にエンジンルーム７３に取り込まれる冷却風をモータ１２に効率よく当てるため、内燃機関１はヘッドカバー７０側をクランク室側よりも車両の前方に変位させた前傾状態でエンジンルーム７３に取り付けられている。
【００９３】
図１６及び図１７に示すように、モータ１２の外周にはウォータージャケット７５が取り付けられている。ウォータージャケット７５には冷却水通路７６が形成されている。冷却水通路７６はモータ１２の周囲に満遍なく巡らされており、その入口７６ａは内燃機関１の冷却水から熱を奪うためのラジエータ７４（図１３参照）の冷却水出口と接続され、冷却水通路７６の出口７６ｂは内燃機関１の冷却水入口と接続される。すなわち、モータ１２の周囲には、ラジエータ７４で冷却された後であって内燃機関１にて加熱される前の最も冷やされている冷却水Ｗが導かれる。これにより、モータ１２の冷却効果を高めることができる。さらに、図１７に示したように、モータ１２の後端（モータギア１８が取り付けられる側に対する反対側）にはモータ１２の出力軸と一体に回転するファン駆動軸１２ｂが突出し、そのファン駆動軸１２ｂには冷却用のファン７７が取り付けられている。これにより、モータ１２自身の回転でモータ１２が冷却される。
【００９４】
以上の構成によれば、エンジンルーム７３の熱やモータ自身の発熱によるモータ１２の温度上昇を抑え、モータ１２の出力を十分に確保しつつモータ１２の小型化を図ることができる。また、モータバスバー７２もヘッドカバー７０外に露出し、かつ、集合端子部７２ａからモータ１２のコネクタ部１２ａまでの配線の距離も比較的短い。従って、モータ１２に関する配線部分の熱損失や発熱が抑えられ、モータ１２の実出力が増加する。
【００９５】
ヘッドカバー７０の内部に収容されたカム軸１４Ａ，１４Ｂから吸気弁４又は排気弁５にかけての機構部分には潤滑油が供給され、ヘッドカバー７０はこうした潤滑油の飛散を防止するカバーとして機能する。従って、ヘッドカバー７０の外部にモータ１２を設置した場合にはモータ１２を潤滑油から保護する効果も得られる。
【００９６】
なお、ウォータージャケット７５には、モータ１２のコネクタ部１２ａを露出させるための開口部、切欠部又はスリット等を設ける必要がある。各モータ１２の冷却水通路７６はラジエータ７４に対して直列に接続されてもよいし、並列に接続されてもよい。
【００９７】
以上の実施形態ではシリンダ２毎に弁駆動装置１１Ａ及び１１Ｂを設けたが、吸気弁４及び排気弁５の開動作の時期が重ならない２以上のシリンダ２間ではカム軸１４Ａ，１４Ｂを共用し、同一のモータ１２によりそれらの吸気弁４及び排気弁５を駆動してもよい。例えば、直列４気筒式の内燃機関１であれば、吸気弁４及び排気弁５の開弁時期がクランク角にして３６０°ずれているシリンダ２同士の間で電動モータ１２及びカム軸１４Ａ，１４Ｂを共用することができる。
【００９８】
なお、電動モータ１２をヘッドカバー７１の外部に完全に露出させる例に限らず、電動モータ１２の一部をヘッドカバー７１の外部に露出させるようにしてもよい。そのような一部が露出する構成であっても、冷却効果やバスバー７２を利用した配線構造は適用可能である。
［第２の実施形態］
【００９９】
図１８及び図１９は本発明の第２の実施形態に係る弁駆動装置１１Ｃを示している。この弁駆動装置１１Ｃはリンクを利用して吸気弁４又は排気弁５を駆動するものである。ここでは吸気弁４を駆動するものとして説明するが、排気弁５を駆動する場合も同様の構成でよい。
【０１００】
弁駆動装置１１Ｃは、駆動源としての電動モータ１２と、そのモータ１２の回転運動を吸気弁４の開閉運動に変換する動力伝達機構１００とを備えている。動力伝達機構１００は、モータ１２によって回転駆動される回転部材としての偏心プレート１０１と、偏心プレート１０１の回転中心から偏心した連結位置に連結ピン１０２を介して回転自在に連結された第１リンク１０３と、吸気弁４の上端部に連結ピン１０４を介して回転自在に連結された第２リンク１０５とを有している。偏心プレート１０１と第１リンク１０３とはモータ１２の回転運動を往復運動に変換するクランク機構として機能し、第１リンク１０３及び第２リンク１０５の組み合わせがリンク部を構成する。
【０１０１】
第１リンク１０３の先端にはガイド筒１０６が設けられ、その内部にはコイルスプリング１０７及びこれを押えるスライダ１０８が収容されている。コイルスプリング１０７はスライダ１０８をガイド筒１０６の内部の端面に押し付けられるよう幾らか圧縮された状態でガイド筒１０６の内部に収容されている。そして、第２リンク１０５の先端はガイド筒１０６の内部に挿入されてスライダ１０８と連結されている。これにより、動力伝達機構１００は、リンク機構の一種であるスライダクランク機構として構成されている。
【０１０２】
次に弁駆動装置１１Ｃの動作を説明する。まず、偏心プレート１０１と第１リンク１０３との連結位置が図１９（ａ）に想像線で示す基準位置にあるときに吸気弁４がバルブシートＶＳに密着しかつスライダ１０８がガイド筒１０６の内部の上端に突き当たっているとすれば、その基準位置から偏心プレート１０１を図１９の時計方向（矢印ＣＷ方向）に回転させることにより、ガイド筒１０６にてスライダ１０８を押し下げ、その動きを第２リンク１０５を介して吸気弁４に伝えて吸気弁４を開くことができる。この場合の吸気弁４のバルブシートＶＳからのリフト量Ｌは基準位置からの偏心プレート１０１の回転角θａに相関し、図１９（ｂ）に示すように回転角θａを大きくすればリフト量Ｌも増加する。
【０１０３】
一方、図１９（ｃ）に示すように、基準位置から偏心プレート１０１を反時計方向（矢印ＣＣＷ方向）に回転させた場合には、スライダ１０８がコイルスプリング１０７を縮めながらガイド筒１０６から離れる。このため、吸気弁４が弁スプリング２３の力でバルブシートＶＳに押し付けられたままの状態で偏心プレート１０１が反時計方向（矢印ＣＣＷ方向）に回転する。このような反時計方向の回転は、連結ピン１０２，１０４の間の距離が、基準位置における連結ピン１０２，１０４の間の距離と一致するまで続けることができる。換言すれば、偏心プレート１０１の回転中心と連結ピン１０４の中心とを結ぶ直線（図１０では一点鎖線で示す）上に連結ピン１０２の中心が移動したときに連結ピン１０２，１０４の距離は最大となるから、この位置を極位置とし、極位置から基準位置までの偏心プレート１０１の回転角をθｂとすれば、極位置から反時計方向に等しい角度θｂだけ偏心プレート１０１が回転するまではスライダ１０８がガイド筒１０６に対してスライドし、吸気弁４は弁スプリング２３の力でバルブシートＶＳに密着した状態（リフト量Ｌ＝０の状態）に保持することができる。なお、連結ピン１０２が極位置に移動したときのコイルスプリング１０７の高さが密着高さよりも大きく確保されるようにガイド筒１０６の長さを定めておく必要がある。
【０１０４】
以上から明らかなように、図１８及び図１９の弁駆動装置１１Ｃにおいては、モータ１２により偏心プレート１０１を基準位置から時計方向にθａ、反時計方向に２θｂ以内の範囲で往復回転させることにより、回転角θａに見合ったリフト量Ｌで吸気弁４を開閉駆動させることができる。また、吸気弁４を開閉する際のモータ１２の回転速度を変化させることにより、吸気弁４の作用角を変化させることもできる。
【０１０５】
さらに、吸気弁４を閉じたままモータ１２を回転させる範囲（極位置から左右にθｂの範囲）を設けているので、モータ１２を比較的広い範囲で往復回転（揺動）させることができる。従って、偏心プレート１０１から吸気弁４に至る間の滑り部分（ピン１０２，１０４による軸受部分とスライダ１０８の摺動部分）の滑り速度が上昇し、それらの滑り部分の油膜形成が促進されて摩擦や摩耗が軽減される。このため、モータ１２が発生すべきトルクが減少し、モータ１２の速度制御も容易となる。
【０１０６】
以上では弁駆動装置１１Ｃが単一の吸気弁４を駆動するものとしたが、弁駆動装置１１Ｃは同一のシリンダ２に対応付けられた複数の吸気弁４又は排気弁５を駆動することができる。また、弁駆動装置１１Ｃは、第１の実施形態における弁駆動装置１１Ａ及び１１Ｂと同様に、互いに異なるシリンダ２の吸気弁４又は排気弁５を駆動するようにして、一つの内燃機関１に複数使用される。
【０１０７】
［第３の実施形態］
図２０は本発明の第３の実施形態に係る弁駆動装置１１Ｄを示している。この弁駆動装置１１Ｄもリンクを利用して吸気弁４又は排気弁５を駆動するものである。ここでは吸気弁４を駆動するものとして説明するが、排気弁５を駆動する場合も同様の構成でよい。なお、図２０において、図１８に示す弁駆動装置１１Ｄと共通する部分には同一符号を付してある。
【０１０８】
図２０の弁駆動装置１１Ｄは、駆動源としての電動モータ１２と、そのモータ１２の回転運動を吸気弁４の開閉運動に変換する動力伝達機構１１０とを備えている。動力伝達機構１１０は、モータ１２によって回転駆動される偏心プレート１０１と、偏心プレート１０１の回転中心から偏心した連結位置に連結ピン１０２を介して回転自在に連結された第１リンク１１１と、第１リンク１１１及び吸気弁４の上端部にそれぞれ連結ピン１１４，１１５を介して回転自在に連結された第２リンク１１２と、一端が連結ピン１１６を介して第２リンク１１２に回転自在に連結された第３リンク１１３と、第３リンク１１３の他端側と偏心ピン１１７を介して回転自在に連結されたコントロール軸１１８とを有している。偏心プレート１０１と第１リンク１１１とはモータ１２の回転運動を往復運動に変換するクランク機構として機能する。コントロール軸１１８は、不図示のアクチュエータにて回転駆動されることにより、周方向に関して適宜の分解能で位置調整可能である。
【０１０９】
以上のように構成された弁駆動装置１１Ｄにおいては、コントロール軸１１８を周方向に関して一定の位置に保持した状態で、モータ１２により偏心プレート１０１を一方向に連続的に回転させることにより、吸気弁４を往復回転させることができる。また、図２０（ｂ）及び（ｃ）の対比から明らかなように、吸気弁４がバルブシートＶＳに密着した状態でコントロール軸１１８を回転させて第３リンク１１３を介して連結ピン１１６の位置を変化させることにより、連結ピン１１４の位置が変化して連結ピン１０２の位相と、連結ピン１０２から連結ピン１１５までの距離との相関関係が変化する。これにより、吸気弁４のリフト量を変化させることができる。
【０１１０】
このように図２０の例ではモータ１２を一方向に連続回転させる構成であって、モータ１２の回転方向の切り替えが不要であるため、特に高回転時におけるモータ１２の制御が容易に行える利点がある。
【０１１１】
以上の弁駆動装置１１Ｄもは同一のシリンダ２に対応付けられた複数の吸気弁４又は排気弁５を駆動することができる。また、弁駆動装置１１Ｄは、第１の実施形態における弁駆動装置１１Ａ及び１１Ｂと同様に、互いに異なるシリンダ２の吸気弁４又は排気弁５を駆動するようにして、一つの内燃機関１に複数使用される。
【０１１２】
［第４の実施形態］
図２１及び図２２は本発明の第４の実施形態の弁駆動装置１１Ｅを示している。
弁駆動装置１１Ｅはカムを利用して吸気弁４又は排気弁５を駆動する点において上述した弁駆動装置１１Ａ、１１Ｂと共通するが、カム軸１２０を電動モータ１２１の一部として機能させる点において異なる。すなわち、弁駆動装置１１Ｅにおいては、カム軸１２０の一つのカム１２２，１２２の間に永久磁石１２３が埋め込まれるとともに、カム軸１２０の周囲に電磁コイル１２４が配置されることにより、カム軸１２０を回転軸（出力軸）として利用した電動モータ１２１が構成されている。カム１２２から吸気弁４又は排気弁５に至る構成は一般のカム式の弁駆動装置と同様でよい。
【０１１３】
このようにカム軸自身を電動モータの回転軸として利用すれば、図２のギア列１５を省略することができる。これにより、吸気弁４及び排気弁５の上方に必要なスペースを削減し、弁駆動装置を含めた内燃機関の全高の増加を抑えることができる。なお、図２３に示すように、カム軸１２０に電磁コイル１２４を埋め込み、その外周に永久磁石１２３を配置して電動モータ１２１を構成してもよい。
【０１１４】
本発明は上述した実施形態に限定されることなく、その技術的範囲に含まれる限りにおいて種々の形態で実施してよい。例えば、上述した第１実施形態にて説明した負圧生成装置、及び電動モータ１２の取付構造に関する各種の特徴はリンクを利用した第２及び第３の実施形態においても適用可能である。
【０１１５】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の内燃機関の弁駆動システムによれば、複数の気筒の吸気弁又は排気弁を、複数の弁駆動装置によってそれぞれ互いに独立して開閉駆動することができるので、気筒毎の弁の動作特性に関する自由度を高めることができ、モータの回転運動をカム又はリンクを利用して吸気弁や排気弁の開閉運動に変換するので、ねじ機構を利用する場合と比較して吸気弁又は排気弁を効率よく駆動することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る弁駆動システムの要部を示す斜視図。
【図２】一つの気筒に対応して設けられた弁駆動装置の構成を示す斜視図。
【図３】弁駆動装置の別方向からの斜視図。
【図４】弁駆動装置のさらに別の方向からの斜視図。
【図５】弁特性調整機構の斜視図。
【図６】弁特性調整機構を一部破断して示す斜視図。
【図７】図２の弁駆動装置によって実現可能な弁の動作特性を表形式で示した図。
【図８】図２の弁駆動装置に設けられるトルク変動抑制機構を示す斜視図。
【図９】図２の弁駆動装置における電動モータから弁までの運動伝達経路を示す図。
【図１０】弁スプリングによって加えられるトルクと、トルク変動抑制機構によって加えられるトルクとの関係を示す図。
【図１１】弁駆動装置に取り付けられた負圧生成装置を示す斜視図。
【図１２】負圧生成装置の構成を示す図。
【図１３】本発明の弁駆動システムが設けられた内燃機関を車両のエンジンルームに搭載した状態を示す図。
【図１４】ヘッドカバーの外部の上面に電動モータを配置した構成を示す図。
【図１５】図１４の構成をヘッドカバーの側方からみた状態を示す図。
【図１６】電動モータに冷却水を導くための構成を示す図。
【図１７】図１６のXVII−XVII線に沿った断面図。
【図１８】リンクを利用して弁を開閉する弁駆動装置を示す図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図。
【図１９】図１９の弁駆動装置の動作を示す図。
【図２０】リンクを利用して弁を開閉する他の弁駆動装置を示す図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）はリフト量を変化させた状態を示す図。
【図２１】カム軸を電動モータの回転軸として兼用した弁駆動装置を示す図。
【図２２】図２１のXXII−XXII線に沿った断面図。
【図２３】図２１に対して電磁コイルと永久磁石とを入れ替えた実施形態を示す図。
【符号の説明】
１ 内燃機関
２ シリンダ（気筒）
４ 吸気弁
５ 排気弁
１０ 弁駆動システム
１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄ，１１Ｅ 弁駆動装置
１２ 電動モータ
１２ａ コネクタ
１２ｂ ファン駆動軸（電動モータの回転軸）
１３ 動力伝達機構
１４Ａ，１４Ｂ カム軸（カムの回転軸）
１５ ギア列
１６ ロッカーアーム
１７ 弁特性調整機構
２１Ａ，２１Ｂ カム
２１ａ，２１ｂ ノーズ部
２３ 弁スプリング
４０ トルク変動抑制機構
４１ 反位相カム（回転部材）
４１ａ カム面の円弧部
４１ｂ カム面の凹部
４２ トルク負荷装置
４５ リフタ
４６ スプリング（ばね手段）
５０ 軸支持部
５１ 拡大部
５２ 縮小部
５３ 給油穴
６０ 負圧生成装置
６１ バキュームポンプ
６２ 電磁クラッチ
６３ ポンプギア
６４ ブレーキブースタ
６５ 蓄圧タンク
７０ ヘッドカバー
７２ モータバスバー（配線部材）
７２ａ 集合端子部
７２ｅ 個別端子部
７３ エンジンルーム
７４ ラジエータ
７５ ウォータージャケット
７６ 冷却水通路
７６ａ 冷却水入口
７６ｂ 冷却水出口
７７ ファン
１００ 動力伝達機構
１０１ 偏心プレート（回転部材）
１０２，１０４ 連結ピン
１０３ 第１リンク（リンク部）
１０５ 第２リンク（リンク部）
１０６ ガイド筒
１０７ コイルスプリング
１０８ スライダ
１１０ 動力伝達機構
１１１ 第１リンク
１１２ 第２リンク
１１３ 第３リンク
１１４，１１５ 連結ピン
１１７ 偏心ピン（位置調整手段）
１１８ コントロール軸（位置調整手段）
１２０ カム軸
１２１ 電動モータ
１２２ カム
１２３ 永久磁石
１２４ 電磁コイル
Claims (20)
- 複数の気筒を有する内燃機関に適用され、各気筒に設けられた吸気用又は排気用の弁を駆動するための内燃機関の弁駆動システムであって、
前記内燃機関の互いに異なる気筒の前記弁をそれぞれ駆動するように設けられた複数の弁駆動装置を有し、各弁駆動装置には、回転運動を発生する駆動源としての電動モータと、前記電動モータの回転運動をカムを利用して駆動対象の弁の開閉運動に変換し伝達する動力伝達機構と、前記弁側から前記カムに加えられるトルクの変動を抑制するトルク変動抑制機構と、が設けられ、
前記トルク変動抑制機構は、前記電動モータから前記カムへの運動伝達経路に設けられ、かつ前記カムの回転軸とは別の軸に設けられた回転部材に対して前記カムに加えられるトルクの変動を打ち消す方向の反トルクを加えることを特徴とする内燃機関の弁駆動システム。 - 前記トルク変動抑制機構は、前記回転部材の外周に設けられたカム面と、そのカム面と対向配置されたリフタと、前記リフタを前記カム面に押し付けるばね手段とを備えており、前記回転部材の前記カム面の輪郭は、前記カムによる前記弁のリフト量が最大となる位置にて前記リフタとの前記カム面との接触位置が前記回転部材の半径方向中心側に最も後退するように設定されている、ことを特徴とする請求項１に記載の弁駆動システム。
- 複数の気筒を有する内燃機関に適用され、各気筒に設けられた吸気用又は排気用の弁を駆動するための内燃機関の弁駆動システムであって、
前記内燃機関の互いに異なる気筒の前記弁をそれぞれ駆動するように設けられた複数の弁駆動装置を有し、各弁駆動装置には、回転運動を発生する駆動源としての電動モータと、前記電動モータの回転運動をカムを利用して駆動対象の弁の開閉運動に変換し伝達する動力伝達機構と、前記弁側から前記カムに加えられるトルクの変動を抑制するトルク変動抑制機構と、が設けられ、
前記カムの回転軸にはカム支持用の軸受と回転自在に嵌合する軸支持部が設けられ、前記軸支持部の前記軸受に対する接触範囲に生じる摩擦抵抗に影響する因子が前記カムの回転軸の周方向に関して不均一に設定されることにより、前記軸支持部と前記軸受とを前記トルク変動抑制機構として機能させることを特徴とする内燃機関の弁駆動システム。 - 前記因子として、前記カムの回転軸の軸線方向に関する前記接触範囲の幅が不均一に設定されていることを特徴とする請求項３に記載の弁駆動システム。
- 前記摩擦抵抗が大きくなる部分が、前記カムのノーズ部に対して前記カムの回転軸の回転中心を挟んで反対側に設けられていることを特徴とする請求項４に記載の弁駆動システム。
- 複数の気筒を有する内燃機関に適用され、各気筒に設けられた吸気用又は排気用の弁を駆動するための内燃機関の弁駆動システムであって、
前記内燃機関の互いに異なる気筒の前記弁をそれぞれ駆動するように設けられた複数の弁駆動装置を有し、各弁駆動装置には、回転運動を発生する駆動源としての電動モータと、前記電動モータの回転運動をカムを利用して駆動対象の弁の開閉運動に変換し伝達する動力伝達機構と、が設けられ、
前記カムの回転軸には、前記カムによってもたらされる当該回転軸の回転中心に関する回転質量のアンバランスを相殺するバランス調整手段が設けられ、
前記バランス調整手段として、前記カムの回転軸には、前記回転中心よりも前記カムのノーズ部側に偏った位置に当該回転軸の質量を減少させる削除部が設けられ、
前記削除部として、前記カムの回転軸の前記回転中心よりも前記ノーズ部側に偏心した穴部が形成され、該穴部が前記カムに対する給油穴として利用されていることを特徴とする内燃機関の弁駆動システム。 - 前記カムの輪郭が全周に亘って凸曲面にて構成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の弁駆動システム。
- 前記カムの回転軸に永久磁石又は電磁コイルのいずれか一方が設けられ、前記回転軸の周囲に前記永久磁石又は電磁コイルのいずれか他方が設けられることにより、前記カムの回転軸が前記電動モータの回転軸として利用されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の弁駆動システム。
- 複数の気筒を有する内燃機関に適用され、各気筒に設けられた吸気用又は排気用の弁を駆動するための内燃機関の弁駆動システムであって、
前記内燃機関の互いに異なる気筒の前記弁をそれぞれ駆動するように設けられた複数の弁駆動装置を有し、各弁駆動装置には、回転運動を発生する駆動源としての電動モータと、前記電動モータの回転運動をリンクを利用して駆動対象の弁の開閉運動に変換し伝達する動力伝達機構と、が設けられ、
前記動力伝達機構は、前記電動モータによって回転駆動される回転部材と、前記回転部材の回転中心から偏心した位置にて前記回転部材と回転自在に連結された第１リンクと、前記第１リンク及び前記弁とそれぞれ回転自在に連結された第２リンクと、前記第１リンクと前記第２リンクとの連結点の位置を変化させる位置調整手段と、を備えたことを特徴とする内燃機関の弁駆動システム。 - 前記複数の弁駆動装置のうち、いずれか一つの弁駆動装置の電動モータが空気圧調整用のポンプの駆動源として利用されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の弁駆動システム。
- 前記気筒の並び方向に関して最も外側に配置された気筒の弁を駆動する電動モータが前記空気圧調整用のポンプの駆動源として利用されていることを特徴とする請求項１０に記載の弁駆動システム。
- 前記ポンプが、車両のブレーキブースタ用の負圧を生成する手段として設けられたものであることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の弁駆動システム。
- 前記内燃機関のヘッドカバーの上面側の外部に前記電動モータの少なくとも一部が露出していることを特徴とする請求項１〜７、９〜１２のいずれか１項に記載の弁駆動システム。
- 前記電動モータが前記内燃機関のヘッドカバーの外部に取り出されて前記ヘッドカバーの上面に配置されていることを特徴とする請求項１３に記載の弁駆動システム。
- 前記内燃機関は、前記複数の気筒の並び方向を車両の左右方向に一致させ、かつクランク室側よりもシリンダヘッド側が車両の前方に変位するように前傾させた状態で前記車両に搭載されていることを特徴とする請求項１３又は１４に記載の弁駆動システム。
- 前記電動モータを冷却する冷却手段を備えたことを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１項に記載の弁駆動システム。
- 前記電動モータの周囲に冷却水通路が設けられ、その冷却水通路が、前記内燃機関における冷却水の循環経路の一部に含まれることにより前記冷却手段が構成されていることを特徴とする請求項１６に記載の弁駆動システム。
- 前記冷却水の放熱用のラジエータの冷却水出口と前記内燃機関の冷却水入口との間に、前記電動モータの周囲の前記冷却水通路が配置されていることを特徴とする請求項１７に記載の弁駆動システム。
- 前記冷却手段として、前記電動モータの回転軸上にファンが設けられていることを特徴とする請求項１６に記載の弁駆動システム。
- 内燃機関のヘッドカバーの上方に前記電動モータのコネクタ部が露出し、各コネクタ部に接続されるべき個別端子部と、所定のモータ制御回路と接続されるべき集合端子部と、これらの端子部を結ぶ電気的配線とが共通の基板上に形成された配線部材が各個別端子部を前記コネクタ部と電気的に接続させるようにして前記ヘッドカバー上に設けられていることを特徴とする請求項１３又は１４に記載の弁駆動システム。
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