JP4177425B2 - 内燃機関の可変動弁装置の駆動機構 - Google Patents

Description

本発明は、機関弁である吸気弁や排気弁の少なくともバルブリフト量を機関運転状態に応じて可変にできる内燃機関の可変動弁装置に関する。

この種の従来の可変動弁装置としては、本出願人が先に出願した以下の特許文献１などに記載されたものがある。

概略を説明すれば、この可変動弁装置は、吸気弁側に適用されたもので、クランク軸の回転に同期して回転する駆動軸の外周に、軸心が駆動軸の軸心から偏心した駆動カムが設けられていると共に、駆動カムの回転力が多節リンク状の伝達手段を介して伝達されて、吸気弁の上端部に有するバルブリフターの上面をカム面が摺接して吸気弁をバルブスプリングのばね力に抗して開作動させる揺動カムを有している。

前記伝達手段は、揺動カムの上方に配置されて制御軸に揺動自在に支持されたロッカアームと、円環状の一端部が駆動カムの外周面に嵌合しかつ他端部がロッカアームの一端部にピンを介して回転自在に連結されたリンクアームと、一端部がロッカアームの他端部にピンを介して回転自在に連結され、他端部が前記揺動カムのカムノーズ部にピンを介して回転自在に連結されたリンクロッドとから構成されている。

また、前記制御軸は、駆動機構である例えば電動モータと該電動モータの駆動シャフトに設けられた減速機構としての螺子伝達機構とによって回転駆動されており、その外周面には、軸心が制御軸の軸心から所定量だけ偏心した制御カムが固定されている。この制御カムは、ロッカアームのほぼ中央に穿設された支持孔内に回転自在に嵌入保持されて、その回転位置に応じてロッカアームの揺動支点を変化させて、揺動カムのカム面のバルブリフター上面に対する転接位置を変化させて、吸気弁のバルブリフト量を可変制御するようになっている。

すなわち、機関運転状態が、低回転域の場合は、前記電動モータと螺子伝達機構を介して制御軸を一方向へ回転させて、制御カムも同方向へ回転させることにより、ロッカアームの揺動支点位置を駆動軸より離れる方向へ移動させる。これにより、ロッカアームとリンクロッドとの枢支点が上方に移動して揺動カムのカムノーズ部を引き上げ、これによって揺動カムのバルブリフター上面に対する当接位置がリフト部から離れる方向に移動する。したがって、吸気弁は、そのバルブリフト量が最小となるように制御される。

したがって、機関運転状態に応じて機関性能を十分に発揮させる、つまり燃費や出力の向上などを図ることができる。

一方、中回転域から高回転域へ移行した場合は、電動モータにより螺子伝達機構を介して制御軸が他方向へ回転して、制御カムを同方向へ回転させるため、ロッカアームの揺動支点が駆動軸に近づく方向に移動する。これにより、揺動カムは、リンクロッドなどによって端部が押し下げられて、バルブリフター上面の当接位置がリフト部側に移動するため、吸気弁のバルブリフト量が増加するように制御される。

また、前記従来の可変動弁装置は、前記制御軸の正逆回転方向の最大回転（最小、最大リフト制御位置）を規制するために、アクチュエータプレートの内面に、外周に円筒状のゴム材が固着された第１，第２のストッパ部材が設けられ、制御軸が正逆方向へ大きく回転すると、該制御軸の端部に固定されたアームのいずれか一方の側面が第１、第２ストッパ部材に当接してそれ以上の回転を規制し、これによって螺子伝達機構の過度な作動を防止するようになっている。
特開平２００２−１５５７１６号公報

ところで、一般に内燃機関の動弁装置にあっては、機関運転中に、吸気弁や排気弁を開閉作動するカムの作動やバルブスプリングのばね反力などに起因してカムシャフトに正負の回転変動トルク（交番トルク）が発生していることは知られており、かかる交番トルクは、前述の従来の可変動弁装置においても、揺動カムからロッカアームなどの伝達機構を介して制御軸に伝達されている。

すなわち、制御軸にも交番トルクが発生し、制御軸を小リフト側に回転させようとする正のトルクと大リフト側に回転させようとする負のトルクが繰り返されており、機関運転中には、それに電動モータのトルクが打ち勝って目標リフト量に制御するようになっている。

そして、機関を停止する際には、電動モータのトルク発生がなくなるが、前記交番トルクが正のトルクの瞬間に停止した場合は制御軸が最小バルブリフト側へ最大に回転して前記アームが前記第１ストッパ部材に当接した状態で機関が停止される可能性があった。

この場合、機関を再始動する際には、第１ストッパ部材によって規制された制御軸の回転位置が最小リフト位置になっていることから、機関再始動におけるクランキング時の燃焼が悪化して、良好な始動性を得ることができず、たとえ第１ストッパ部材の外周のゴム材によって高リフト側へ僅かに戻されているとしても、良好な始動性を得るまでに戻されていない。

特に、前記第１ストッパ部材のゴム材は、螺子伝達機構内の潤滑油などに常時晒されていることから、いわゆるゴムのへたり現象が発生して弾性反力が低下し、したがって、制御軸を高リフト側へ十分に戻すことは困難である。

このように、制御軸は、機関停止時には、最小リフト位置あるいはこの位置付近となる一方向の最大回転位置に保持された状態になる場合があるから、フリクションの高い機関始動時に吸入混合気が不足して機関の再始動が困難になる可能性があった。

しかも、第１、第２ストッパ部材は、外周にゴム材を設けてアームとの間の緩衝作用を得るようになっているものの、かかるゴム材は剛弾性力になっており、緩衝ストロークが短いことから、効果的な緩衝作用が得られない。

本発明は、前記従来の可変動弁装置の技術的課題に鑑みて案出されたもので、請求項１記載の発明にあっては、機関弁のバルブリフト量を可変にする可変リフト機構を制御する内燃機関の可変動弁装置の駆動機構であって、機関運転状態に応じて出力軸が回転駆動される電動モータと、該電動モータの出力軸の回転力が軸方向の移動力に変換されて、該移動することによって前記可変リフト機構によるバルブリフト量を可変にする移動部材と、該移動部材が最小リフト側への最大移動位置を規制機構によって規制される際に緩衝作用を行う金属ばね部材と、を備え、機関の停止時に、前記可変リフト機構の最小リフト側に前記移動部材が移動して、前記規制機構によって前記移動部材の最大移動位置が規制される際に、前記金属ばね部材のばね反力によって機関の再始動が可能なバルブリフト領域へ前記移動部材を移動させるようにしたことを特徴としている。

請求項２に記載の発明にあっては、機関運転状態に応じて出力軸が回転駆動される電動モータと、該電動モータの出力軸の回転力が軸方向の移動力に変換されて、該移動によって前記可変リフト機構のバルブリフト量を可変させる移動部材と、前記移動部材が最小リフト側への最大移動位置に移動する際に緩衝作用を行う金属ばね部材と、を備え、機関停止時に、前記可変リフト機構の最小リフト側となる方向へ前記移動部材が移動した際に、前記金属ばね部材の付勢力によって、前記可変リフト機構が最小リフトから僅かに高リフト側となるように、前記移動部材を移動させるように形成したことを特徴としている。

以下、本発明に係る可変動弁装置の実施形態を図面に基づいて詳述する。

この実施形態では、可変動弁装置を吸気弁側に適用したものであって、１気筒当たり２つの吸気弁を備え、かつ吸気弁のバルリフト量を機関運転状態に応じて可変にするようになっている。

すなわち、第１実施形態における可変動弁装置は、図２〜図５に示すようにシリンダヘッド１に図外のバルブガイドを介して摺動自在に設けられて、バルブスプリング３，３によって閉方向に付勢された一対の吸気弁２，２と、該各吸気弁２，２のバルブリフト量を可変制御する可変リフト機構４と、該可変リフト機構４の作動位置を制御にする制御機構５と、該制御機構５を回転駆動する駆動機構６とを備えている。

前記可変リフト機構４は、シリンダヘッド１上部の軸受１４に回転自在に支持された中空状の駆動軸１３と、該駆動軸１３に圧入等により固設された偏心回転カムである駆動カム１５と、駆動軸１３の外周面に揺動自在に支持されて、各吸気弁２，２の上端部に配設されたバルブリフター１６，１６に摺接して各吸気弁２，２を開作動させる２つの揺動カム１７，１７と、駆動カム１５と揺動カム１７，１７との間に連係されて、駆動カム１５の回転力を揺動カム１７，１７の揺動力として伝達する伝達手段とを備えている。

前記駆動軸１３は、図２にも示すように、機関前後方向に沿って配置されていると共に、一端部に設けられた図外の従動スプロケットや、該従動スプロケットに巻装されたタイミングチェーン等を介して機関のクランク軸から回転力が伝達されており、この回転方向は図１中、時計方向（矢印方向）に設定されている。

前記軸受１４は、図３Ａに示すように、シリンダヘッド１の上端部に設けられて駆動軸１３の上部を支持するメインブラケット１４ａと、該メインブラケット１４ａの上端部に設けられて後述する制御軸３２を回転自在に支持するサブブラケット１４ｂとを有し、両ブラケット１４ａ，１４ｂが一対のボルト１４ｃ，１４ｃによって上方から共締め固定されている。

前記駆動カム１５は、ほぼリング状を呈し、円環状のカム本体と、該カム本体の外端面に一体に設けられた筒状部とからなり、内部軸方向に駆動軸挿通孔が貫通形成されていると共に、カム本体の軸心Ｙが駆動軸１３の軸心Ｘから径方向へ所定量βだけオフセットしている。また、この駆動カム１５は、駆動軸１３に対し前記両バルブリフター１６，１６に干渉しない一方の外側に駆動軸挿通孔を介して圧入固定されていると共に、カム本体の外周面が偏心円のカムプロフィールに形成されている。

前記バルブリフター１６，１６は、有蓋円筒状に形成され、シリンダヘッド１の保持孔内に摺動自在に保持されていると共に、揺動カム１７，１７が摺接する上面が平坦状に形成されている。

前記両揺動カム１７は、図２及び図３に示すように、同一形状のほぼ雨滴状を呈し、円環状のカムシャフト２０の両端部に一体的に設けられていると共に、該カムシャフト２０が内周面を介して駆動軸１３に回転自在に支持されている。また、一端部のカムノーズ部２１側にピン孔が貫通形成されていると共に、下面には、カム面２２が形成され、カムシャフト２０側の基円面と、該基円面からカムノーズ部２１側に円弧状に延びるランプ面と、該ランプ面からカムノーズ部２１の先端側に有する最大リフトの頂面に連なるリフト面が形成されており、該基円面とランプ面及びリフト面が、揺動カム１７の揺動位置に応じて各バルブリフター１６の上面の所定位置に当接するようになっている。

前記伝達手段は、図２〜図５に示すように、駆動軸１３の上方に配置されたロッカアーム２３と、該ロッカアーム２３の一端部２３ａと駆動カム１５とを連係するリンクアーム２４と、ロッカアーム２３の他端部２３ｂと揺動カム１７とを連係するリンクロッド２５とを備えている。

前記ロッカアーム２３は、中央に有する筒状の基部が支持孔を介して後述する制御カム３３に回転自在に支持されている。また、筒状基部の外端部に突設された前記一端部２３ａには、ピン２６が嵌入するピン孔が貫通形成されている一方、基部の内端部に夫々突設された前記他端部２３ｂには、リンクロッド２５の一端部２５ａと連結するピン２７が嵌入するピン孔が形成されている。

前記リンクアーム２４は、比較的大径な円環状の基部２４ａと、該基部２４ａの外周面所定位置に突設された突出端２４ｂとを備え、基部２４ａの中央位置には、前記駆動カム１５のカム本体が回転自在に嵌合する嵌合孔２４ｃが形成されている一方、突出端２４ｂには、前記ピン２６が回転自在に挿通するピン孔が貫通形成されている。

前記リンクロッド２５は、ロッカアーム２３側が凹状のほぼく字形状に形成され、両端部２５ａ，２５ｂには前記ロッカアーム２３の他端部２３ｂと揺動カム１７のカムノーズ部２１の各ピン孔に挿入した各ピン２７，２８の端部が回転自在に挿通するピン挿通孔が貫通形成されている。

なお、各ピン２６，２７，２８の一端部には、リンクアーム２４やリンクロッド２５の軸方向の移動を規制するスナップリングがそれぞれ設けられている。

前記制御機構１９は、駆動軸１３の上方位置に同じ軸受１４に回転自在に支持された制御軸３２と、該制御軸３２の外周に固定されてロッカアーム２３の支持孔に摺動自在に嵌入されて、ロッカアーム２３の揺動支点となる制御カム３３とを備えている。

前記制御軸３２は、図２に示すように、駆動軸１３と並行に機関前後方向に配設されていると共に、所定位置のジャーナル部３２ｂが前記軸受１４のメインブラケット１４ａとサブブラケット１４ｂとの間に回転自在に軸受されている。

前記制御カム３３は、図２〜図５に示すように円筒状を呈し、軸心Ｐ２位置が肉厚部の分だけ制御軸３２の軸心Ｐ１からα分だけ偏倚している。

前記駆動機構６は、図１、図２及び図６、図７に示すように、シリンダヘッド１の後端部に固定されたハウジング３５と、該ハウジング３５の一端部に固定された回転力付与機構である電動モータ３６と、ハウジング３５の内部に設けられて電動モータ３６の回転駆動力を前記制御軸３２に伝達する螺子伝達手段３７とから構成されている。

前記ハウジング３５は、前記制御軸３２の軸方向とほぼ直角方向に沿って配置された円筒部３５ａと、該円筒部３５ａの上端部中央に上方へ突出して、内部に前記制御軸３２の一端部３２ａが臨む膨出部３５ｂと、円筒部３５ａと膨出部３５ｂとの一側部を閉塞する側壁３５ｃとから構成されている。

前記電動モ−タ３６は、比例型のＤＣモータによって構成され、ほぼ円筒状のモータケーシング３８の先端小径部３８ａが前記円筒部３５ａの一端開口部３５ｃに圧入固定されている。また、電動モ−タ３６の駆動シャフト３６ａは、モータケーシング３８の先端小径部３８ａ内に設けられたボールベアリング３９によって軸受されている。

また、電動モータ３６は、機関の運転状態を検出するコントローラ４０からの制御信号によって駆動するようになっている。このコントローラ４０は、機関回転数を検出するクランク角センサ４１や吸入空気量を検出するエアーフローメータ４２、機関の水温を検出する水温センサ４３及び制御軸３２の回転位置を検出するポテンショメータ４４等の各種のセンサからの検出信号をフィードバックして現在の機関運転状態を演算などにより検出して、前記電動モータ３６に制御信号を出力している。

前記螺子伝達手段３７は、図１、図６，図７に示すように、前記ハウジング３５の円筒部３５ａ内に電動モータ３６の駆動シャフト３６ａとほぼ同軸上に配置された螺子軸４５と、該螺子軸４５の外周に螺合する移動部材である螺子ナット４６と、ハウジング３５内で前記制御軸３２の一端部の外周に固定された連係部である連係アーム４７と、該連係アーム４７と前記螺子ナット４６とを連係するリンク部材４８とから主として構成されている。

前記螺子軸４５は、両端部を除く外周面全体に螺合部である雄ねじ部４９が連続して形成されていると共に、円筒部３５ａの一端開口部３５ｃと他端開口部３５ｄにそれぞれ臨んだ両端部４５ａ、４５ｂがボールベアリング５０、５１によって回転自在に軸受けされている。

また、螺子軸４５の他端部４５ｂの先端部には、螺子軸４５を円筒部３５ａ内に保持するナット５２が螺着されており、このナット５２は、一端側の突起部５２ａが一方側ボールベアリング５１の内輪５１ａを螺子軸４５の他端部４５ｂ側に有する段差部に押し付けて固定すると共に、螺子軸４５と一体的に回転するようになっている。また、前記円筒部３５ａの他端開口部３５ｄは、碗状のキャップ５３が螺着されており、このキャップ５３の円筒状前端部によって前記一方側ボールベアリング５１の外輪５１ｂを他端開口部３５ｄの段差部３５ｈに押し付け固定している。

なお、螺子軸４５の他端部４５ｂ側には、前記ナット５２をスパナなどの所定の治具で締めつける際に、螺子軸４５が回転しないように押さえ治具が係合する２面幅の係合面４５ｄ、４５ｄが形成されている。

さらに、螺子軸４５は、一端部４５ａの先端小径軸４５ｃと電動モータ３６の駆動シャフト３６ａの先端小径部３６ｂが円筒状の連結部材５４によって同軸上で軸方向移動可能にセレーション結合されている。

すなわち、前記先端小径軸４５ｃと先端小径部３６ｂの外周面にセレーション凹凸部が軸方向に沿って形成されている一方、前記連結部材５４の内周面に前記セレーション凹凸部に遊嵌状態で嵌合するセレーション部が軸方向に沿って形成され、かかるセレーション結合によって電動モータ３６の回転駆動力を前記螺子軸４５に伝達すると共に、螺子軸４５の軸方向の僅かな移動を許容している。

前記螺子ナット４６は、ほぼ円筒状に形成され、内周面全体に前記雄ねじ部４９に螺合して螺子軸４５の回転力を軸方向への移動力に変換する雌ねじ部５５が形成されていると共に、図７に示すように軸方向のほぼ中央位置の両端部にピン穴５６，５６が直径方向に沿って形成されている。

前記連係アーム４７は、図１及び図２に示すように、ほぼ雨滴状に形成され、大径基部に貫通形成された固定用孔４７ａ内に制御軸３２の一端部３２ａが挿通されていると共に、図外のボルトによって前記一端部３２ａに固定されていると共に、先細り状の先端部４７ｂの幅方向の中央位置にスリット５７が形成されており、また、先端部４７ｂには、制御軸３２方向に沿って連続して貫通した２つのピン孔４７ｃ、４７ｃが形成されている。したがって、このピン孔４７ｃ、４７の軸心Ｚが、制御軸３２の軸心Ｐ１より偏倚している。

前記リンク部材４８は、ほぼＹ字形状に形成され、平板状の一端部５８と二股状の他端部５９、５９とからなり、前記一端部５８は、前記連係アーム４７のスリット５７内に挿通配置されて、前記ピン孔４７ｃ、４７ｃと自身のピン孔５８ａに貫通したピン６０によって連係アーム４７の先端部４７ｂに回転自在に連結されている。一方、二股状の他端部５９，５９は、螺子ナット４６の両側に配置されて、それぞれ対向して貫通形成されたピン孔５９ａ、５９ａと螺子ナット４６のピン穴５６，５６にそれぞれ挿通された２つのピン軸６１、６１によって螺子ナット４６に対して回転自在に連結されている。なお、前記ピン６０は、両端部が連係アーム４７の両ピン孔４７ｃ、４７ｃに固定されて、中央部がリンク部材４８のピン孔５８ａに摺動可能になっている。一方、前記各ピン軸６１，６１は、各外端部が各リンク部材４８のピン孔５９ａ、５９ａに圧入固定され、各内端部が螺子ナット４６のピン穴５６，５６に摺動可能になっている。

また、前記ハウジング３５の側壁３５ｅの内側には、図１及び図６に示すように、前記連係アーム４７を介して制御軸３２の左右の最大回転位置を規制する規制機構である２つの第１、第２ストッパピン６２，６３が設けられている。

すなわち、前記第１ストッパピン６２は、前記制御軸３２が図１中反時計方向へ回転して前記可変リフト機構４によって吸気弁２，２のバルブリフト量を最小リフトとする側壁３５ｅ位置に固定されている。一方、第２ストッパピン６３は、制御軸３２が図示のように時計方向へ回転して前記バルブリフト量を最大リフトとする側壁３５ｅ位置に固定されており、これら第１，第２ストッパピン６２，６３によって制御軸３２の左右の最小、最大回転位置が規制されるようになっている。

また、前記ハウジング円筒部３５ａの各開口部３５ｃ、３５ｄの各内側に、段差部３５ｆ、３５ｇがそれぞれ形成されていると共に、該各段差部３５ｆ、３５ｇに金属ばね部材であるコイルスプリング６４、６５がそれぞれ設けられている。

この各コイルスプリング６４，６５は、ほぼ截頭円錐状に形成され、大径部６４ａ、６５ａ側が前記各段差部３５ｆ、３５ｇの隅部に当接していると共に、該各大径部６４ａ、６５ａの外周面を介してそれぞれが軸方向へ摺動可能になっている。また、各コイルスプリング６４，６５は、図１及び図６に示すように、前記連係アーム４７が左右方向へ最大に回転して第１、第２ストッパピン６２、６３に当接する直前に先端側の小径部６４ｂ、６５ｂが螺子ナット４６の各前後端面に当接して該螺子ナット４６にばね力を付与するようになっている。したがって、この各コイルスプリング６４，６５は、螺子ナット４６の左右方向側の最大移動付近位置以外の通常の移動位置では、該螺子ナット４６とは離間してなんらばね付勢力を付与しないようになっている。また、この各コイルスプリング６４，６５は、ハウジング３５の円筒部３５ｂ内に満たされた潤滑油に浸された状態になっている。

さらに、前記各段差部３５ｆ、３５ｇの内方側の位置には、前記各コイルスプリング６４，６５の内方への最大移動を規制して抜け出しを防止する抜けだし防止機構であるストッパリング６６，６７が円筒部３５ａの内周にそれぞれ嵌着固定されている。

以下、本実施形態の作用を説明すれば、まず、例えば、機関のアイドリング運転時を含む低回転運転領域には、コントローラ４０からの制御信号によって電動モータ３６に伝達された回転トルクは、螺子軸４５に伝達されて回転すると、この回転に伴って螺子ナット４６が図６に示すように、最大右方向位置に移動し、これによって制御軸３２はリンク部材４８と連係アーム４７とによって反時計方向に回転駆動され、連係アーム４７の先端部４７ｂの側面が第１ストッパピン６２に当接してそれ以上の回転が規制される。このとき、螺子ナット４６の一端面が第１コイルスプリング６４の小径部６４ｂに押圧して圧縮変形する。

したがって、制御カム３３は、軸心Ｐ２が図３Ａ、Ｂに示すように制御軸３２の軸心Ｐ１の回りを同一半径で回転して、肉厚部が駆動軸１３から上方向に離間移動する。これにより、ロッカアーム２３の他端部２３ｂとリンクロッド２５の枢支点は、駆動軸１３に対して上方向へ移動し、このため、各揺動カム１７は、リンクロッド２５を介してカムノーズ部２１側が強制的に引き上げられて全体が時計方向へ回動する。

よって、駆動カム１５が回転してリンクアーム２４を介してロッカアーム２３の一端部２３ａを押し上げると、そのバルブリフト量がリンクロッド２５を介して揺動カム１７及びバルブリフター１６に伝達されるが、そのリフト量Ｌ１は充分小さくなる。

したがって、かかる機関の低回転領域では、バルブリフト量が最も小さくなることにより、各吸気弁２の開時期が遅くなり、排気弁とのバルブオーバラップが小さくなる。このため、燃費の向上と機関の安定した回転が得られる。

また、この時点における制御軸３２に作用する正負（＋、−）の交番トルクは、図８のＴ１’で示すように十分小さく、したがって連係アーム４７やリンク部材４８を介して螺子ナット４６に伝達されるトルク荷重も小さいことから、螺子軸４５に対する大きな集中荷重の発生はない。

そして、前記連係アーム４７が第１ストッパピン６２に当接される直前には、第１コイルスプリング６４の小径部６４ｂが図６の一点鎖線で示すように、螺子ナット４６の一端面に当接してばね反力を付与する。このため、第１ストッパピン６２に対する連係アーム４７の十分な緩衝作用が得られ、両者の衝突を確実に回避することができる。

また、機関低回転領域から車両の急加速などにおいて、低回転域から高回転域に移行した場合は、コントローラ４０からの制御信号によって電動モータ３６が逆回転して螺子軸４５が同方向へさらに回転すると、この回転に伴って螺子ナット４６が図１に示すように、左方向へ大きく移動する。このとき、連係アーム４８が第２ストッパピン６３に突き当たった位置でそれ以上の移動が規制され、螺子ナット４６が第２コイルスプリング６５を圧縮変形させながらそれ以上の移動も規制される。したがって、制御軸３２は、制御カム３３を図４に示す位置を経てさらに時計方向へ回転させて、図５Ａ、Ｂに示すように軸心Ｐ２が下方向へ移動する。このため、ロッカアーム２３は、今度は全体が駆動軸１３方向に移動して他端部２３ｂによって揺動カム１７のカムノーズ部２１をリンクロッド２５を介して下方へ押圧して該揺動カム１７全体を所定量だけ反時計方向へ回動させる。

したがって、揺動カム１７のバルブリフター１６の上面に対するカム面２２の当接位置が、右方向位置（リフト部側）に移動する。このため、吸気弁１２の開作動時に駆動カム１５が回転してロッカアーム２３の一端部２３ａをリンクアーム２４を介して押し上げると、バルブリフター１６に対するそのリフト量Ｌ３は図４に示す中バルブリフト量Ｌ２よりさらに大きくなる。

よって、かかる高回転領域では、バルブリフト量が最大に大きくなり、各吸気弁２の開時期が早くなると共に、閉時期が遅くなる。この結果、吸気充填効率が向上し、十分な出力が確保できる。

そして、この時点における正負（＋、−）の交番トルクは、図８のＴ３’に示すように小バルブリフト時の場合のＴ１’や中バルブリフト時の場合のＴ２’よりも大きくなる。

また、前記連係アーム４７が第２ストッパピン６３に当接される直前には、第２コイルスプリング６５の小径部６５ｂが図１の一点鎖線で示すように、螺子ナット４６の他端面に当接してばね反力を付与する。このため、第２ストッパピン６３に対する連係アーム４７の十分な緩衝作用が得られ、両者の衝突を確実に回避することができる。

さらに、車両のイグニッションキーをオフにして機関を停止させる際には、電動モータによるトルク発生がなくなり、その停止直前の交番トルクＴ１’によって制御軸３２が可変リフト機構４を介して吸気弁２，２を最小リフト側へ制御させる一方向へ回転する可能性がある。その場合、これに伴って螺子ナット４６が、前記最小リフト制御と同じく、図６に示すように螺子軸４５に沿って右方向へ直線移動し、これによって連係アーム４７が第１ストッパピン６２に当接してそれ以上の同方向の回転が規制される直前に、螺子ナット４６は第１コイルスプリング６４の小径部６４ｂに当接してばね反力を受ける。このため、前記螺子ナット４６が、反対方向（図中左方向）に押し戻されることから、連係アーム４７は第１ストッパピン６２による規制を受けずに、時計方向へ回転する形になる。この結果、可変リフト機構４により小リフトから僅かに高リフト側へ制御される状態になる。

したがって、第１コイルスプリング６４と第２コイルスプリング６５などの簡単な構造によって連係アーム４７と第１、第２ストッパピン６２、６３との緩衝効果が得られる。しかも、機関停止時には、第１コイルスプリング６４のばね力によって僅かに高いリフト側へ制御されることから、フリクションが高く必要混合気量の多い冷機時においても機関の再始動性が良好になる。

特に、コイルスプリング６４，６５を用いることによって、該コイルスプリング６４，６５の伸縮量が大きい、つまり伸び量が大きくなることから、前記機関停止時における螺子ナット４６の戻される量が大きくなる。したがって、十分な緩衝作用と機関のさらに良好な再始動性が得られる。

また、螺子ナット４６は、リンク部材４８の二股状の他端部５９，５９と各ピン軸６１，６１によって自由な回転が規制されていることから、螺子軸４５の回転力を効率よく伝達することができる。

さらに、この実施形態では、前述のように制御軸３２の過回転を防止するために、第１、第２ストッパピン６２，６３を設けていることから、螺子ナット４６の最大左右移動位置において各ストッパピン６２，６３により前記交番トルクの一方向の荷重入力を抑制できると共に、該螺子ナット４６の過度な移動も防止でき、もって螺子ナット４６と螺子軸４５の間のねじ部の耐久性を高めることもできる。

また、螺子軸４５の他端部４５ｂにナット５２に締結して、ボールベアリング５１の内輪５１ａをナット５２と螺子軸４５の段差部間に挟持するようにしたため、螺子軸４５の安定かつ円滑な回転を維持しつつ軸方向の不用意な移動を規制できる。

さらに、螺子ナット４６は、ピン穴５６，５６を介してピン軸により軸方向のほぼ中央位置で支持されることから、前記径方向からの入力荷重が作用しても螺子ナット４６に偏荷重が作用しないので、ねじ部の耐久性の低下を防止できる。

図９は本発明の第２の実施形態を示し、駆動機構６の螺子伝達手段３７を、いわゆるボール螺子によって構成したものである。

すなわち、出力軸であるボール螺子軸７０は、外周面に複数のボール７１を転動自在に保持する螺旋状のボール溝７２が連続的に形成されている。

一方、移動部材であるボールナット７３の内周面には、前記ボール溝７２と共同して前記複数のボール７１を円周方向に転動案内する螺旋状のガイド溝７４が形成されていると共に、複数のボール７１の循環列を軸方向の２個所に設定する２つのディフレクタ７５が取り付けられている。つまり、このディフレクタ７５は、前記ボール溝７２とガイド溝７４との間を転動する複数のボール７１を同一溝内に循環させるために、同循環列内に再び戻すようにボール７１を案内するものであり、この循環列を軸方向の２個所に設けたものである。

また、前記ボールナット７３の前記循環列を避けた軸方向のほぼ中央位置に前記ピン孔５６、５６が直径方向に沿って貫通形成され、該ピン孔５６，５６内にリンク部材４８の二股状他端部５９、５９に連結する２つのピン軸６１、６１がボールナット７３の内周面まで挿通配置されている。

また、第１、第２ストッパピン６２，６３や第１、第２コイルスプリング６４，６５などの他の構成は第１の実施形態と同様である。

したがって、この実施形態によれば、電動モータ３６によってボール螺子軸７０が回転駆動すると、２条の循環列の各ボール７１がボール溝７２内を転動しながらガイド溝７４を介してボールナット７３に直線方向の運動力を付与するため、該ボールナット７３を各ボール７１の転動作用によって左右へ円滑に移動させることができる。したがって、対称的に配置された２条の循環列により、ボールナット７３の姿勢が安定し、該ボールナット７３の移動応答性が良好になり、制御軸３２によるバルブリフトの変換応答性も向上する。

しかも、前述のように第１、第２コイルスプリング６４，６５のばね作用によって前記ボール螺子機構の特有の作動中におけるいわゆるしぶり現象を抑制することができる。

すなわち、例えば高回転時などにおいて、ボール螺子軸７０が図９中反時計方向へ回転すると、ボールナット７３は左方向へ押し出され、最大移動位置で連係アーム４７の側面が前記第２ストッパピン６３に直接当接すると、リンク部材４８の動きが急激に止まってボールナット７３の左方向の移動も急激に停止させられる。ここで、ボール螺子軸７０は慣性力をもって勢い良く回転していることから、各ボール７１をボール溝７２の一側面であるＡ１面とＡ２面によって衝撃的に左に押し出す。この結果、各ボール７１は、ボールナット７３のガイド溝７４から該ガイド溝７４の溝縁７４ａに乗り上げようとする。したがって、各ボール７１はボール溝７２の溝縁７２ａとガイド溝７４の溝縁７４ａとの間で、強く押さえ付けられて、いわゆるしぶり現象が発生し易くなる。特に、リード角が小さい場合は、くさび効果も働いて、より強いしぶり現象が発生する。

しかし、この実施形態では、各コイルスプリング６４，６５によって前記各ストッパピン６２，６３での規制前に、前述のような緩衝作用が働くため、前記しぶり現象を効果的に防止することができる。

また、前記ピン孔５６，５６を直径方向へ貫通形成することができるので、孔開け作業が容易になると共に、各ピン軸６１，６１をボールナット７３の内周面まで挿通できることから、この結合強度が高くなる。この結果、ボールナット７３の外径を大きくせずに可及的に小さくすることができる。逆に、ボールナット７３の外径が一定であれば、その内径を大きくしてボール螺子軸７０の外径を大きくできるので、該ボール螺子軸７０の強度や剛性を高くすることが可能になる。
図１０は本発明の第３の実施形態を示し、この実施形態では、金属ばね部材として、第１コイルスプリング６４に代えて金属製のウエーブスプリング８０によって構成すると共に、さらに制御軸３２を高リフト側へ回転付勢する付勢機構８１を設けたものである。

具体的に説明すれば、前記ウエーブスプリング８０は、円環状に形成され、螺子ナット４６の電動モータ３６側の端部に軸方向に沿って取り付けられたほぼ円筒状のリテーナ８２に支持されている。このリテーナ８２は、一端部８２ａが螺子ナット４６の一端部内周面に形成された環状溝４６ａ内に係合しつつ軸方向へ摺動自在に取り付けられていると共に、フランジ状に形成された他端部８２ｂと螺子ナット４６の一端面との間にウエーブスプリング８０を保持するようになっている。したがって、このウエーブスプリング８０は、リテーナ８２を介して螺子ナット４６と一緒に軸方向へ移動可能になっていると共に、リテーナ８２の他端部８２ｂと螺子ナット４６との間で軸方向へ伸縮変形可能になっている。

前記付勢機構８１は、前記ハウジング３５の内部に設けられたケーシング８３の内部の摺動用孔８３ａ内に摺動自在に設けられたプランジャ８４と、該プランジャ８４と摺動用孔８３ａの底面との間に弾装されて、プランジャ８４を前方へ付勢するコイルばね８５とから構成されている。前記プランジャ８４は、先端部８４ａが制御軸３２の端部３２ａ外周面に突設された突起部８６の外面に弾接して制御軸３２を常時図中時計方向、つまり高リフト側へ制御する方向へ押し付けるようになっている。一方、前記コイルばね８５は、そのばね力がウエーブスプリング８０よりも十分に小さく設定されている。なお、他の構成は第１の実施形態と同様である。

したがって、この実施形態によれば、前述のように機関停止時において、制御軸３２が交番トルクによって最小リフト側、つまり図中反時計方向へ回転した場合、連係アーム４８が第１ストッパピン６２に衝突する直前（ΔＬの隙間）に、プランジャ８４を介してコイルばね８５のばね力によって制御軸３２の急激な反時計方向の回転が阻止されると共に、螺子ナット４６が右方向へ移動すると、リテーナ８２の他端部８２ｂがボールベアリング５０の端面に当接してウエーブスプリング８０を圧縮変形させ、このばね反力によって連係アーム４８と第１ストッパピン６２との緩衝作用を得ることができる。

しかも、特に前記ウエーブスプリング８０のばね反力によって螺子ナット４６を左方向へ僅かに押し戻して連係アーム４８を介して制御軸３２を高リフト側へ回転させることから、機関の再始動性が良好になる。このように、金属スプリングを２つ併用することで、効果を高めることができる。

本発明は、前記実施形態の構成に限定されるものではなく、例えば電動モータ３６の配置はエンジンルームのレイアウトによって自由に変更でき、図２に示す右側ではなく反対の左側にしてもよい。また、前記ボール７１の循環列を２条以上に形成することも可能である。さらに、回転付与機構としては電動モータの他に、油圧モータなどであってもよい。また、本発明は、吸気弁側の他に排気弁側あるいは両方の弁側に適用することが可能である。

前記各実施形態から把握できる請求項以外の技術的思想について、以下に記載する。

（イ） 前記可変リフト機構は、機関のクランク軸に同期して回転し、外周に駆動カムが設けられた駆動軸と、支軸に揺動自在に支持されて、カム面がバルブリフター上面を摺接して機関弁を開閉作動させる揺動カムと、一端部が前記駆動カムに機械的に連係し、他端部がリンクロッドを介して揺動カムに連係したロッカアームとを備え、
機関運転状態に応じて前記ロッカアームの揺動支点を変化させることにより、揺動カムのカム面のバルブリフター上面に対する当接位置を変化させて機関弁のバルブリフトを可変にするように構成されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の可変動弁装置。
（ロ）前記出力軸をボール螺子軸によって形成して、外周面の螺合部を螺旋状のボール溝に形成すると共に、前記移動部材をボール螺子ナットに形成して、内周面に前記ボール溝と共同して複数のボールを転動自在に保持するガイド溝に形成したことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関の可変動弁装置。

この発明によれば、ボール螺子ナットの駆動手段としてボールを用いていることから、単なる雌雄螺子による駆動手段の場合に比較して、移動応答性が向上すると共に、バックラッシの影響が少なくなる。
（ハ）前記コイルスプリングは、ハウジング内に潤滑油に浸たされた状態に配置したことを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の可変動弁装置。

この発明によれば、コイルスプリングを潤滑油に浸した状態に配置したことから、潤滑油の作用によって該コイルスプリングの伸縮変形する際に発生する線間打音、つまりコイル間での摩擦による異音の発生を防止することができる。
（ニ）ハウジング内に、金属ばね部材の軸方向の移動を規制する抜けだし防止機構を設けたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の内燃機関の可変動弁装置。

この発明によれば、金属ばね部材をハウジング内からの不用意な脱落を確実に防止することが可能になる。

本発明の第１の実施形態に供される駆動機構を示す縦断面図である。 本実施形態の可変動弁装置の斜視図ある。 Ａは本実施形態における最小リフト制御時の閉弁作用を示す図２のＡ矢視図、Ｂは同最小リフト制御時の開弁作用を示す図２のＡ矢視図である。 Ａは本実施形態における中リフト制御時の閉弁作用を示す図２のＡ矢視図、Ｂは同中リフト制御時の開弁作用を示す図２のＡ矢視図である。 Ａは本実施形態における最大リフト制御時の閉弁作用を示す図２のＡ矢視図、Ｂは同最大リフト制御時の開弁作用を示す図２のＡ矢視図である。 本実施形態における最小リフト制御時の駆動機構の作動説明図である。 本駆動機構の平面展開図である。 バルブリフト量と交番トルクとの関係を示す特性図である。 本発明の第２の実施形態を示す駆動機構の要部縦断面図である。 本発明の第３の実施形態を示す駆動機構の要部縦断面である。

符号の説明

１…シリンダヘッド
２…吸気弁（機関弁）
４…可変リフト機構
６…駆動機構
１３…駆動軸
１５…駆動カム
１７…揺動カム
３２…制御軸
３３…制御カム
３６…電動モータ（回転力付与機構）
３７…螺子伝達手段
４５…螺子軸（出力軸）
４６…螺子ナット（移動部材）
４７…連係リンク（連係部）
４８…リンク部材
４９…雄ねじ部（螺合部）
５５…雌ねじ部
６１…第１ストッパピン（規制機構）
６２…第２ストッパピン（規制機構）
６３…第１コイルスプリング（金属ばね部材）
６４…第２コイルスプリング（金属ばね部材）
８０…ウエーブスプリング（金属ばね部材）

Claims (2)

1. 機関弁のバルブリフト量を可変にする可変リフト機構を制御する内燃機関の可変動弁装置の駆動機構であって、
   機関運転状態に応じて出力軸が回転駆動される電動モータと、
   該電動モータの出力軸の回転力が軸方向の移動力に変換されて、該移動することによって前記可変リフト機構によるバルブリフト量を可変にする移動部材と、
   該移動部材が最小リフト側への最大移動位置を規制機構によって規制される際に緩衝作用を行う金属ばね部材と、
   を備え、
   機関の停止時に、前記可変リフト機構の最小リフト側に前記移動部材が移動して、前記規制機構によって前記移動部材の最大移動位置が規制される際に、前記金属ばね部材のばね反力によって機関の再始動が可能なバルブリフト領域へ前記移動部材を移動させるようにしたことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置の駆動機構。
2. 機関弁のバルブリフト量を可変にする可変リフト機構を制御する内燃機関の可変動弁装置の駆動機構であって、
   機関運転状態に応じて出力軸が回転駆動される電動モータと、
   該電動モータの出力軸の回転力が軸方向の移動力に変換されて、該移動によって前記可変リフト機構のバルブリフト量を可変させる移動部材と、
   前記移動部材が最小リフト側への最大移動位置に移動する際に緩衝作用を行う金属ばね部材と、を備え、
   機関停止時に、前記可変リフト機構が最小リフト側となる方向へ前記移動部材が移動した際に、前記金属ばね部材の付勢力によって、前記可変リフト機構が最小リフトから僅かに高リフト側となるように、前記移動部材を移動させるように形成したことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置の駆動機構。

Images