JP4207868B2 - 直線運動機構及び同機構を用いた内燃機関の可変動弁機構 - Google Patents

Description

本発明は、可動部材を直線運動させるとともに、その可動部材の移動位置に対する基準位置を学習する直線運動機構、及び同機構を用いて機関バルブのバルブ特性を変更する内燃機関の可変動弁機構に関する。

吸気バルブや排気バルブのリフト量や開弁期間等々、機関バルブのバルブ特性を内燃機関の運転状態に応じて変更する可変動弁機構が従来から提案されている。
例えば、特許文献１に記載の可変動弁機構では、カムシャフトの軸方向にカムプロフィールが変化する、いわゆる三次元カムを備え、この三次元カムを備えるカムシャフトをその軸方向に移動させて機関バルブのバルブ特性を変更するようにしている。

ここで、可変とされるバルブ特性を制御するためには、三次元カムを備えるカムシャフトの移動位置を検出する必要があり、そのような移動位置はカムシャフトの原点位置、すなわち基準位置を学習し、該基準位置からのカムシャフトの移動量を把握することにより検出することができる。

そこで、上記特許文献１に記載のものでは、カムシャフトを軸方向に移動させ、その一端が内燃機関に固定された部材に当接する位置、換言すればカムシャフトの軸方向への移動がストッパ機構によって規制されているときの同カムシャフトの位置を、該カムシャフトの基準位置として学習するようにしている。このようにいわゆるストッパ機構によってカムシャフトの移動を規制し、その規制された位置を基準位置として学習するようにすれば、同基準位置を再現性よく学習することができる。
特開２０００−５４８１４号公報

ところで、上記特許文献１に記載のものでは基準位置の学習に際し、カムシャフトの移動を確実に規制するために、いわゆるストッパ機構を用いているようにしている。そのため、カムシャフトがストッパ機構に当接する際、打音が発生しやすいといった問題が生じてしまう。

ちなみに、カムシャフトを軸方向に移動させてバルブ特性を変更する上記可変動弁機構に限らず、可動部材を直線運動させるとともに、該可動部材の移動位置に対する基準位置を同様な態様で学習する直線運動機構であれば、同じような問題が生じるおそれがある。

本発明は、こうした従来の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、可動部材の移動を規制するストッパ機構を設けることなく、同可動部材の基準位置を再現性よく学習することのできる直線運動機構及び同機構を用いた内燃機関の可変動弁機構を提供することにある。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、可動部材を直線運動させるとともに、該可動部材の移動位置に対する基準位置を学習する学習手段を備える直線運動機構であって、回転駆動力源からの回転運動を往復直線運動に変換して前記可動部材に伝達するリンク機構を備え、前記往復直線運動の運動方向が反転する反転位置を前記可動部材の直線運動におけるストローク端として設定し、その反転位置を前記基準位置として学習することをその要旨とする。

同構成によれば、上記リンク機構によって回転駆動力源からの回転運動が往復直線運動に変換され、可動部材に伝達される。ここで、往復直線運動では運動方向が反転する反転位置が存在し、その反転位置の範囲内で直線運動は行われる。従って、同反転位置を上記可動部材の直線運動におけるストローク端として設定することにより、同可動部材は自ずとその反転位置を超えて移動することができなくなり、その反転位置を上記基準位置として学習することにより、上述したようなストッパ機構を設けることなく、同可動部材の基準位置を再現性よく学習することができるようになる。なお、上記回転駆動力源としてはモータなどが挙げられる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の直線運動機構において、前記リンク機構は、回転運動を往復直線運動に変換するとともに、リンク上の一点が近似直線運動となる機構であり、前記一点が前記可動部材に接続されることをその要旨とする。

上記構成によれば、同可動部材の直線運動性が好適に確保されるようになり、直線運動をする可動部材の移動方向に対するぶれを抑制することができるようになる。そのため、同可動部材の移動位置を精密に制御することができるようになる。また、同可動部材の移動中におけるぶれを抑えるために同可動部の支持機構を設ける場合であっても、該可動部材の移動方向と支持機構との軸心ずれを抑制することができるようになり、可動部材と支持機構との間の摩擦力、構成部材の摩耗、上記回転駆動力源に対する負荷等を抑えることができるようになる。

上記リンク機構にあって、リンク上の一点が近似直線運動となる機構としては、請求項３に記載の発明によるように、略Ｔ字形状のリンクを有するロバートの近似直線運動機構を採用することができる。ここで同構成では、前記可動部材がその直線運動におけるストロークの中点に位置しているときに、略Ｔ字形状の上記リンクにあって略円弧状に移動する２つの端点を結ぶ直線と前記可動部材の移動方向とが略平行となるように、該リンクと可動部材とを接続するようにしている。そのため、略Ｔ字形状のリンクにあって近似直線運動となる一点の運動軌跡について、可動部材の移動方向に対するぶれ量を好適に抑えることができるようになり、同可動部材の直線運動性をさらに好適に確保することができるようになる。従って、請求項２に記載の作用効果をさらに高めることができるようになる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の直線運動機構において、ギアを介して減速された前記回転駆動力源の回転力が前記往復直線運動に変換されることをその要旨とする。

同構成によれば、回転駆動力源の回転トルクがギアによって増大されるため、回転駆動力源の回転力を直接往復直線運動に変換する場合と比較して、より出力の小さい回転駆動力源を採用することができ、もって同回転駆動力源を小型化することができるようになる。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の直線運動機構において、前記ギアは、ウォーム・ギアであることをその要旨とする。
同構成では、他のギア形式と比べて減速比の大きいウォーム・ギアを用いるようにしている。そのため、可動部材の移動位置をより精密に制御することができるようになる。また、回転駆動力源の駆動力を用いることなく、可動部材の位置を所定の位置に保持することができるようになる。また、請求項４に記載の作用効果をさらに高めることができる。

なお、請求項６に記載の発明によるように、内燃機関のバルブ駆動機構に設けられたシャフトを軸方向に移動することにより機関バルブのバルブ特性を変更する内燃機関の可変動弁機構において、前記シャフトを移動させる機構として、請求項１〜５のいずれか１項に記載の直線運動機構を用いることにより、そのような可変動弁機構において請求項１〜５のいずれか１項に記載の作用効果を得ることができる。

以下、本発明に係る直線運動機構及び同機構を用いた内燃機関の可変動弁機構についてそれを具体化した一実施形態を、図１〜図７を併せ参照して説明する。
図１は、本実施形態におけるエンジン１の構成を示している。なお、本実施形態では、吸気ポートに燃料を噴射供給するポート噴射型のエンジンを想定しているが、燃焼室に燃料を直接噴射する筒内噴射型のエンジンに対しても同様に本発明は適用することができる。

＜エンジンの構成＞
エンジン１は、シリンダ１１やピストン１２等を有するエンジン本体１Ａ、機関バルブである吸気バルブ２１及び排気バルブ２２等を有するシリンダヘッド１Ｈ、及びエンジン１のバルブ特性を変更する可変動弁機構３等を備えて構成されている。

エンジン本体１Ａにおいて、シリンダ１１の内部には、ピストン１２が往復移動可能に収容されている。このピストン１２は、コネクティングロッド１３を介してクランクシャフトに連結されている。

シリンダ１１の周囲には、エンジン１の冷却水を流通させるためのウォータジャケット１１Ｗが形成されている。
エンジン１においては、シリンダ１１の内周面、ピストン１２の頂面、及びシリンダヘッド１Ｈにより囲まれた領域に燃焼室１４が形成されている。

シリンダヘッド１Ｈには、吸入空気を燃焼室１４内へ流入させるための吸気ポート１ＨＩ、及び排気を燃焼室１４内から流出させるための排気ポート１ＨＥが設けられている。
シリンダヘッド１Ｈの燃焼室１４側には、混合気を点火するイグニッションプラグ１５が配設されている。イグニッションプラグ１５は、混合気の着火に必要な高電圧を発生するイグナイタ１５Ｉに接続されている。

吸気ポート１ＨＩには、エンジン１外部から燃焼室１４へ吸入空気を流通させるための吸気管１ＰＩが接続されている。これら吸気ポート１ＨＩや吸気管１ＰＩ等によってエンジン１の吸気通路は構成されている。

吸気管１ＰＩには、吸入空気を浄化するエアクリーナ１６、及び吸入空気の流量を調整するスロットル弁１７が配設されている。スロットル弁１７は、スロットルモータ１７Ｍによる弁軸の駆動を通じてその開度が変更される。

吸気ポート１ＨＩは、シリンダヘッド１Ｈに配設された吸気側の機関バルブである吸気バルブ２１を通じて開閉される。この吸気ポート１ＨＩの吸気バルブ２１よりも上流側には、同吸気ポート１ＨＩへ燃料を噴射するインジェクタ１８が設けられている。

排気ポート１ＨＥには、燃焼室１４からエンジン１外部へ排気を流通させるための排気管１ＰＥが接続されている。この排気ポート１ＨＥは、シリンダヘッド１Ｈに配設された排気側の機関バルブである排気バルブ２２を通じて開閉される。

上記吸気バルブ２１のバルブリフト量や開弁期間といったバルブ特性は、後述する可変動弁機構３の作動を通じて変更することが可能になっている。なお、以下では、吸気バルブ２１が開弁している間に回転するクランク角をバルブ作用角という。ちなみに、このバルブ作用角は吸気バルブ２１の開弁期間に一致するため、同バルブ作用角は可変動弁機構３によって変更されることになる。

エンジン１の各種制御は電子制御装置７によって行われる。この電子制御装置７は、エンジン１の制御に関する各種処理を実行するＣＰＵ、制御用のプログラムやその制御に必要な情報を記憶するメモリ、外部との信号の入出力を司る入力ポート及び出力ポートを備えて構成されている。電子制御装置７の入力ポートには、エンジン１の運転状態を検出する以下の各センサが接続されている。

まず、エンジン水温センサ７１は、エンジン１の冷却水の温度（エンジン水温ＴＨｗ）を検出する。クランク角センサ７２は、クランクシャフトの回転位相（クランク角ＣＡ）を検出し、この検出信号に基づいてクランクシャフトの回転速度（機関回転速度Ｎｅ）が算出される。エアフロメータ７５は、エンジン１内に吸入された空気量（吸入空気量ＧＡ）を検出する。車速センサ７６は、車両の駆動輪の回転速度（車速Ｓｐ）を検出する。アクセルセンサ７７は、車両のアクセルペダルの操作量（アクセル操作量Ａｃｃｐ）を検出する。そしてスロットル開度センサ７８は、スロットル弁１７の開度（スロットル開度ＴＡ）を検出する。

電子制御装置７の出力ポートには、イグナイタ１５Ｉ、スロットルモータ１７Ｍ、インジェクタ１８、及び可変動弁機構３等が接続されている。そして、電子制御装置７は、これら各装置を上記各センサによって検出される機関運転状態に基づいて制御する。

＜可変動弁機構の構成＞
次に、可変動弁機構３の構成及び駆動態様について、図２〜図４を参照して説明する。
可変動弁機構３は、バルブ駆動機構４、同バルブ駆動機構の作動を調整するコントロールシャフト４６、並びにスライドアクチュエータ５０等から構成されている。このバルブ駆動機構４の構成について、図２及び図３を参照して説明する。

図２に、可変動弁機構３の配設されたエンジン１上部の断面構造を示す。
エンジン１のシリンダヘッド１Ｈには、クランクシャフトに駆動連結された吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４が、回転可能に軸支されている。

排気カムシャフト２４の下方には、ローラ２６ａを備えるローラロッカアーム２６が配設されている。このローラ２６ａは、排気カムシャフト２４に設けられた排気カム２８に当接されており、排気カム２８の回転位相に応じて同排気カム２８からの押圧を受ける。

ローラロッカアーム２６の一端は、シリンダヘッド１Ｈに固定されたラッシュアジャスタ２９に支持され、もう一端は、排気バルブ２２上端のタペット２２ａに当接されている。このローラロッカアーム２６のタペット２２ａ側の端部（タペット側端部２６ｔ）は、排気バルブ２２の弁ばね２２ｂによって付勢されている。これにより、ローラ２６ａは、排気カム２８に常時当接される。そして排気バルブ２２は、上記態様をもって配設されたローラロッカアーム２６を介して排気カム２８の押圧を受け、常に一定のバルブリフト量及び開弁期間で開閉される。

一方、吸気バルブ２１側においては、吸気カムシャフト２３に設けられた吸気カム２７とローラロッカアーム２５との間に可変動弁機構３の一部を構成するバルブ駆動機構４が介設されている。

ローラロッカアーム２５は、ローラ２５ａを備えて排気カムシャフト２４の下方に配設されている。このローラロッカアーム２５の一端は、シリンダヘッド１Ｈに固定されたラッシュアジャスタ２９に支持され、もう一端は、吸気バルブ２１上端のタペット２１ａに当接されている。このローラロッカアーム２５のタペット２１ａ側の端部（タペット側端部２５ｔ）は、吸気バルブ２１の弁ばね２１ｂによって付勢されている。これにより、ローラ２５ａは、バルブ駆動機構４に常時当接される。

吸気バルブ２１は、ローラロッカアーム２５に加え、バルブ駆動機構４を介して吸気カム２７の押圧が伝達されるようになっている。
バルブ駆動機構４は、シリンダヘッド１Ｈに固定された支持パイプ４１と、同支持パイプ４１に配設された入力部４２及び揺動カム４３とを備えて構成されている。

入力部４２及び揺動カム４３は、支持パイプ４１上に同支持パイプ４１の軸心を中心として揺動可能に配設された円筒状のハウジング４２ａ、４３ａをそれぞれ備えている。なお、このバルブ駆動機構４では、エンジン１の気筒に設けられた２つの吸気バルブ２１に対応して、１つの入力部４２と２つの揺動カム４３とが対になって設けられている。

入力部４２のハウジング４２ａには、入力アーム４２ｂが径方向に突出形成されている。
入力アーム４２ｂの先端部には、吸気カム２７に当接されるローラ４２ｃが回転可能に軸支されている。また、入力アーム４２ｂの先端部は、圧縮状態で配設されたばね４４によって、ローラ４２ｃが吸気カム２７へ押しつけられるように付勢されている。

揺動カム４３のハウジング４３ａには、出力アーム４３ｂがその径方向に突出形成されている。この出力アーム４３ｂの一面は、凹状に湾曲するカム面４３ｃとなっている。
カム面４３ｃは、ハウジング４３ａのベース円部分、即ち出力アーム４３ｂが突出形成された部分以外のハウジング４３ａの外周面に連続して滑らかに接続されており、カム面４３ｃ及びハウジング４３ａのベース円部分は、ローラロッカアーム２５のローラ２５ａに当接されている。

図３に、バルブ駆動機構４の斜視断面構造を示す。
バルブ駆動機構４には、入力部４２を間に挟んで２つの揺動カム４３が配設されている。

入力部４２及び揺動カム４３の各ハウジング４２ａ、４３ａは、それぞれ中空円筒形状に形成されており、それらの内部には支持パイプ４１が挿通されている。
入力部４２のハウジング４２ａ内周には、右ねじの螺旋状に形成されたヘリカルスプライン４２ｄが形成されている。一方、揺動カム４３のハウジング４３ａ内周には、左ねじの螺旋状に形成されたヘリカルスプライン４３ｄが形成されている。

入力部４２及び２つの揺動カム４３の各ハウジング４２ａ、４３ａによって形成される一連の内部空間には、外周面にギアが形成されたスライダであるスライダギア４５が配設されている。このスライダギア４５は、略中空円柱状に形成されており、支持パイプ４１上に、同支持パイプ４１の軸方向に往復移動可能、且つその軸回りに相対回動可能に外嵌されている。

スライダギア４５の軸方向中央部の外周面には、右ねじの螺旋状に形成されたヘリカルスプライン４５ａが形成されている。このヘリカルスプライン４５ａは、入力部４２のハウジング４２ａ内周に形成されたヘリカルスプライン４２ｄと噛合わされている。これらヘリカルスプライン４５ａ及びヘリカルスプライン４２ｄによって第１スプライン機構が構成されており、第１部材である入力部４２はスライダギア４５に対し、この第１スプライン機構にて係合されている。

一方、スライダギア４５の軸方向両端部の外周面には、左ねじの螺旋状に形成されたヘリカルスプライン４５ｂがそれぞれ形成されている。このヘリカルスプライン４５ｂは、揺動カム４３のハウジング４３ａ内周に形成されたヘリカルスプライン４３ｄと噛合わされている。これらヘリカルスプライン４５ｂ及びヘリカルスプライン４３ｄによって、第１スプライン機構とはねじれ角の異なる第２スプライン機構が構成されており、第２部材である２つの揺動カム４３はスライダギア４５に対し、この第２スプライン機構にて係合されている。

スライダギア４５外周のヘリカルスプライン４５ａと各ヘリカルスプライン４５ｂとの間には、これらヘリカルスプライン４５ａ、４５ｂに比して小さい外径に形成された小径部４５ｃがそれぞれ形成されている。一方の小径部４５ｃには、周方向に延びる長穴４５ｄが形成されている。

支持パイプ４１の内部には、その軸方向へ摺動可能に挿通されたシャフトであり、直線運動をするコントロールシャフト４６が設けられている。このコントロールシャフト４６は、スライドアクチュエータ５０の作動により、支持パイプ４１に対して軸方向（矢印Ｒ方向や矢印Ｌ方向）へ往復移動することが可能となっている。

このスライドアクチュエータ５０には、電子制御装置７によって制御される駆動用モータ５１や、同駆動用モータ５１の回転運動を直線運動に変換してコントロールシャフト４６を移動させる直線運動機構等が備えられており、駆動用モータ５１の回転位相の制御を通じてコントロールシャフト４６の位置は制御される。なお、本実施形態では、駆動用モータ５１としてサーボモータを用いるようにしているが、このような電動式のモータのみならず、例えば油圧式のモータ等を用いることもできる。

また、スライドアクチュエータ５０には、コントロールシャフト４６の位置、具体的には基準位置からの移動量を検出するための位置検出センサ５５が配設されており、その検出信号は電子制御装置７に入力される。この位置検出センサ５５によって可変動弁機構３の作動状態、すなわち可変とされる吸気バルブ２１の実際のバルブ特性が検出される。なお、本実施形態では、上記位置検出センサ５５によって駆動用モータ５１の回転位相を検出するようにしているが、他の態様をもってコントロールシャフト４６の移動位置を検出するようにしてもよい。

先の図３に示したコントロールシャフト４６には、係止ピン４６ａがその径方向に突出形成されている。この係止ピン４６ａは、支持パイプ４１に形成されたその軸方向に延びる長穴を介して、上記長穴４５ｄに挿通されている。これにより、支持パイプ４１に対するスライダギア４５の回動を許容しつつも、その軸方向への往復移動に応じてスライダギア４５を軸方向に移動させることができるようになっている。

以上のように構成されたバルブ駆動機構４では、スライドアクチュエータ５０によるコントロールシャフト４６の軸方向への移動に応じて、吸気バルブ２１のバルブリフト量及びバルブ作用角といったバルブ特性を連続的に可変とすることができる。

すなわち、先の図２に示されるように、バルブ駆動機構４（可変動弁機構３）においては、吸気カムシャフト２３に設けられた吸気カム２７からのバルブ駆動力を入力部４２にて受け、そのバルブ駆動力をスライダギア４５を介して揺動カム４３に伝達される。そして、揺動カム４３に伝達されたバルブ駆動力はローラロッカアーム２５を介して吸気バルブ２１へ伝達される。また、スライダギア４５をその軸方向に移動させて入力部４２と揺動カム４３との回転位相差を変更することにより、吸気バルブ２１のバルブ特性が変更される。より詳細には、支持パイプ４１の軸心回りにおける入力アーム４２ｂと出力アーム４３ｂとの相対位置を変更してローラロッカアーム２５の揺動態様を変更することにより、図４に示すように、吸気バルブ２１のバルブリフト量及びバルブ作用角といったバルブ特性が連続的に変更される。そしてこのようにバルブリフト量及びバルブ作用角が可変とされる。

上述したような可変動弁機構３によるバルブ特性の変更は、電子制御装置７による制御を通じて行われる。すなわち、電子制御装置７は、吸気バルブ２１のバルブ特性を機関運転状態に応じたものに設定するべく、アクセル操作量Ａｃｃｐや機関回転速度Ｎｅといった機関運転状態に基づいてバルブ作用角の目標値である目標作用角Ｐを算出する。そして、位置検出センサ５５によって検出される実際のバルブ作用角である実作用角Ｒが目標作用角Ｐに近づくように上記駆動用モータ５１の駆動量をフィードバック制御する。

次に、上記スライドアクチュエータ５０の構造について図５を併せ参照して説明する。
この図５に示されるように、スライドアクチュエータ５０は、回転駆動源である駆動用モータ５１、回転運動を往復直線運動に変換する直線運動機構、駆動用モータ５１の回転力を減速して直線運動機構に伝達するためのウォーム・ギア７０等から構成されている。また、直線運動機構は回転運動を往復直線運動に変換するための第１リンク機構８０、及び可動リンク上の一点が近似直線運動となる、いわゆるロバートの近似直線運動機構９０等から構成されている。

駆動用モータ５１の出力軸には、ウォーム・ギア７０を構成するウォーム７０ａが設けられており、このウォーム７０ａにはウォームホイール７０ｂが噛み合わされている。ウォームホイール７０ｂにあって軸方向に直交する面、すなわちその径方向の面７０ｃにはピン１０１が設けられており、また、可動部材であるコントロールシャフト４６の一端にもピン１０２が設けられている。そして、直線形状のアーム８０ａの一端はピン１０１を介してウォームホイール７０ｂに接続されており、同アーム８０ａの他端はピン１０２を介してコントロールシャフト４６の一端に接続されている。これらウォーム７０ａ及びアーム８０ａ等によって上記第１リンク機構８０は構成されている。

また、上記近似直線運動機構９０は、略Ｔ字形状のＴ字リンク９１、及び略直線形状の第２リンク９２及び第３リンク９３から構成されている。
Ｔ字リンク９１は、直線形状の第１アーム９１ａと、同第１アーム９１ａに一端が固定されるとともに該第１アーム９１ａに略直交する第２アーム９１ｂとから構成されている。この第２アーム９１ｂの他端は、ピン１０２を介してコントロールシャフト４６の一端に接続されている。なお、ロバートの近似直線運動機構９０においては、この第２アーム９１ｂの他端の運動軌跡、換言すればピン１０２の運動軌跡が近似直線運動となる。

Ｔ字リンク９１を構成する上記第１アーム９１ａの一端は、ピン１０３を介して上記第２リンク９２の一端に接続されており、該第２リンク９２の他端はピン１０４を介してシリンダヘッド１Ｈ等に適宜固定されている。また、第１アーム９１ａの他端は、ピン１０５を介して上記第３リンク９３の一端に接続されており、該第３リンク９３の他端はピン１０６を介してシリンダヘッド１Ｈ等に適宜固定されている。

ちなみに、この図５に示されるように、上記支持パイプ４１はブロック２００によってシリンダヘッド１Ｈに適宜固定されている。
このように構成されるスライドアクチュエータ５０では、駆動用モータ５１の駆動によりウォームホイール７０ｂが回転すると、その回転運動は第１リンク機構８０によって直線運動に変換され、その変換された直線運動はピン１０２を介してコントロールシャフト４６に伝達される。これによりコントロールシャフト４６はその軸方向に移動される。また、ウォームホイール７０ｂが半回転（１８０°）回転する毎に直線運動の運動方向は反転する。すなわちウォームホイール７０ｂの回転運動は往復直線運動に変換されてコントロールシャフト４６に伝達される。

図６は、駆動用モータ５１が駆動されるときの近似直線運動機構９０の揺動態様、及びコントロールシャフト４６の一端に設けられた上記ピン１０２の運動軌跡を模式的に示している。

同図６において、上記ピン１０１が先の図５に示す点Ｂの位置にあるときの近似直線運動機構９０の状態を実線にて、ピン１０１が先の図５に示す点Ｃの位置にあるときの近似直線運動機構９０の状態を一点鎖線にて、ピン１０１が先の図５に示す点Ａの位置にあるときの近似直線運動機構９０の状態を二点鎖線にて示す。なお、点Ａは、ピン１０１とバルブ駆動機構４との間の距離が最も短くなる点であり、点Ｃは、ピン１０１とバルブ駆動機構４との間の距離が最も長くなる点である。また、点Ｂは、コントロールシャフト４６がその往復直線運動におけるストロークの中点に位置しているときのピン１０１の位置である。より詳しくは、コントロールシャフト４６が上記中点に位置しているとき、Ｔ字リンク９１にあって略円弧状に移動する２つの端点（すなわちピン１０３とピン１０５とに相当）を結ぶ直線とコントロールシャフト４６の移動方向とが略平行となるように、Ｔ字リンク９１とコントロールシャフト４６とを接続したときのピン１０１の位置である。

この図６に示されるように、ピン１０１が点Ａ及び点Ｃの位置にあるとき、ピン１０２の位置は、往復直線運動の運動方向が反転する各反転位置になり、これら反転位置の範囲内でピン１０２は直線運動を繰り返す。

そこで、本実施形態では、ピン１０１が点Ｃの位置にあるときのピン１０２の位置、すなわちコントロールシャフト４６の駆動用モータ５１側への移動（図５や図６に示す矢印Ｒ方向への移動）にあってその移動方向が反転する反転位置を、コントロールシャフト４６の直線運動における矢印Ｒ方向へのストローク端として設定するようにしている。このようにストローク端を設定すると、コントロールシャフト４６は自ずと上記反転位置を超えて移動することができなくなる。そして、このように設定されたストローク端（反転位置）を上述した基準位置として学習するようにしている。そのため、従来のようなストッパ機構を設けることなく、コントロールシャフト４６の基準位置を再現性よく学習することができるようになる。なお、上記基準位置の学習は、上記ストローク端（反転位置）での位置検出センサ５５の検出値を電子制御装置７内のメモリ等に記憶し、同検出値をコントロールシャフト４６の移動量制御における原点位置として設定することにより行われる。これら位置検出センサ５５や電子制御装置７等は上記学習手段を構成している。

また、本実施形態では直線運動機構として、回転運動を往復直線運動に変換するとともに、リンク上の一点が近似直線運動となる機構（近似直線運動機構９０）を採用し、その一点をコントロールシャフト４６の一端（ピン１０２）に接続するようにしている。そのため、ピン１０２の往復直線運動についてその直線運動性が十分に確保され、もってコントロールシャフト４６の直線運動性も十分に確保される。従って、直線運動をするコントロールシャフト４６の移動方向に対するぶれを抑制することができるようになる。そのため、駆動用モータ５１の回転量とコントロールシャフト４６の軸方向への移動量とのずれが抑えられ、もって同コントロールシャフト４６の移動位置を精密に制御することができるようになる。

また、コントロールシャフト４６を上記支持パイプ４１の内部に挿通し、該支持パイプ４１を上記ブロック２００で固定することにより、コントロールシャフト４６の移動中におけるぶれを抑えるようにしているが、本実施形態では近似直線運動機構９０を用いることにより、コントロールシャフト４６の移動方向に対するぶれが抑制される。そのため、コントロールシャフト４６の移動方向と、支持パイプ４１やブロック２００といった支持機構との軸心ずれを抑制することができるようになり、コントロールシャフト４６と支持パイプ４１との間の摩擦力、コントロールシャフト４６や支持パイプ４１の摩耗、駆動用モータ５１に対する負荷等を抑えることができるようになる。

さらに、コントロールシャフト４６がその往復直線運動におけるストロークの中点に位置しているときに、Ｔ字リンク９１にあって略円弧状に移動する２つの端点を結ぶ直線（第１アーム９１ａに相当）とコントロールシャフト４６の移動方向とが略平行となるように、Ｔ字リンク９１とコントロールシャフト４６とを接続するようにしている。この場合のピン１０２の近似直線運動についてその運動軌跡の拡大図を、図７に線Ｌ１で示す。

他方、図７に線Ｌ２で示される運動軌跡の拡大図は、コントロールシャフト４６が上記ストローク端に位置しているときに、第２アーム９１ｂとコントロールシャフト４６の移動方向とが略平行となるように、Ｔ字リンク９１とコントロールシャフト４６とを接続する場合の軌跡を示している。これら線Ｌ１及び線Ｌ２に示されるように、第２アーム９１ｂとコントロールシャフト４６の移動方向とが略平行となるときのコントロールシャフト４６の位置によって、ピン１０２の移動方向に対するぶれ量αは変化し、線Ｌ２と比較して線Ｌ１のぶれ量αは小さくなる。すなわち線Ｌ１の状態では、コントロールシャフト４６の移動方向に対するぶれ量は小さくなる。そこで、本実施形態ではこの点も考慮して、ピン１０２の運動軌跡が上記線Ｌ１となるように、第２アーム９１ｂとコントロールシャフト４６の移動方向とが略平行となるときのコントロールシャフト４６の位置を設定するようにしている。そのため、Ｔ字リンク９１にあって近似直線運動となる一点（ピン１０２）の運動軌跡について、コントロールシャフト４６の移動方向に対するぶれ量を抑えることができるようになり、同コントロールシャフト４６の直線運動性をさらに確実に確保することができるようになる。従って、近似直線運動機構９０を用いることにより得られる上記作用効果をさらに高めることができるようになる。

また、ギアを介して減速された駆動用モータ５１の回転力を往復直線運動に変換するようにしている。そのため、ギアによって駆動用モータ５１の回転トルクが増大され、同駆動用モータ５１の回転力を直接往復直線運動に変換する場合と比較して、出力がより小さい駆動用モータ５１を採用することができるようになる。そしてこれにより、駆動用モータ５１を小型化することができるようになる。

また、上記ギアとしてウォーム・ギア７０を用いるようにしている。このウォーム・ギア７０は、他のギア形式と比べて減速比が非常に大きいといった特徴がある。そのため、ウォーム・ギアよりも減速比の小さい他のギア形式を用いる場合と比較して、より駆動用モータ５１を小型化することができる。また、駆動用モータ５１の回転量に対するコントロールシャフト４６の移動量がより小さくなるため、その位置制御の分解能を高めることができ、同コントロールシャフト４６の移動位置をより精密に制御することができるようになる。

他方、コントロールシャフト４６には上記スライダギア４５等を介して、吸気カム２７や弁ばね２１ｂからの反力に起因する軸方向への付勢力が作用する。ここで、上記ウォーム・ギア７０は減速比が非常に大きいため、コントロールシャフト４６の移動に伴う上記ウォームホイール７０ｂの回転は非常に困難であり、上記付勢力に起因するコントロールシャフト４６の軸方向への移動は同ウォーム・ギア７０によって規制される。従って、駆動用モータ５１の駆動力を用いることなく、すなわちコントロールシャフト４６の位置を保持するためのモータ保持電流を消費することなく、コントロールシャフト４６の位置を所定の位置に保持することができるようになる。そして、このようにエンジン１での電力消費量を低減させることができるため、例えばエンジン１の要求電力量を確保するために行われるアイドルアップ等の回数も低減され、これにより燃費等を向上させることができるようになる。

以上説明したように、本実施形態によれば次のような効果を得ることができる。
（１）駆動用モータ５１からの回転運動を往復直線運動に変換してコントロールシャフト４６に伝達するリンク機構（直線運動機構）を備え、往復直線運動の運動方向が反転する反転位置をコントロールシャフト４６の直線運動におけるストローク端として設定するようにしている。また、その反転位置をコントロールシャフト４６の移動位置に対する基準位置として学習するようにもしている。従って、従来のようなストッパ機構を設けることなく、コントロールシャフト４６の基準位置を再現性よく学習することができるようになる。

（２）回転運動を往復直線運動に変換するとともに、リンク上の一点が近似直線運動となる機構として上記直線運動機構を構成し、その一点をコントロールシャフト４６に接続するようにしている。従って、コントロールシャフト４６の直線運動性が好適に確保されるようになり、直線運動をするコントロールシャフト４６の移動方向に対するぶれを抑制することができるようになる。そのため、コントロールシャフト４６の移動位置を精密に制御することができるようになる。また、コントロールシャフト４６の移動中における傾きやぶれを抑えるために可動部材の支持機構を設ける場合であっても、同可動部材の移動方向と支持機構との軸心ずれを抑制することができるようになり、該可動部材と支持機構との間の摩擦力、構成部材の摩耗、上記回転駆動力源に対する負荷等を抑えることができるようになる。

（３）リンク上の一点が近似直線運動となる上記機構として、略Ｔ字形状のリンクを有するロバートの近似直線運動機構を用いるようにしている。ここで本実施形態では、コントロールシャフト４６がその直線運動におけるストロークの中点に位置しているときに、略Ｔ字形状の上記リンクにあって略円弧状に移動する２つの端点を結ぶ直線（第１アーム９１ａ）とコントロールシャフト４６の移動方向とが略平行となるように、該リンクとコントロールシャフト４６とを接続するようにしている。そのため、略Ｔ字形状のリンクにあって近似直線運動となる一点の運動軌跡について、コントロールシャフト４６の移動方向に対するぶれ量を好適に抑えることができるようになり、同コントロールシャフト４６の直線運動性をさらに好適に確保することができるようになる。従って、上記（２）に記載の作用効果をさらに高めることができるようになる。

（４）ギアを介して減速された駆動用モータ５１の回転力を往復直線運動に変換するようにしている。そのため、駆動用モータ５１の回転力を直接往復直線運動に変換する場合と比較して、出力がより小さい駆動用モータ５１を採用することができ、もって同駆動用モータ５１を小型化することができるようになる。

（５）上記ギアとして、減速比の大きいギア形式であるウォーム・ギア７０を用いるようにしている。そのため、コントロールシャフト４６の移動位置をより精密に制御することができるようになる。また、駆動用モータ５１の駆動力を用いることなく、コントロールシャフト４６の移動位置を所定の位置に保持することができるようになる。また、上記（４）に記載の作用効果をさらに高めることができるようになる。

なお、上記実施形態は以下のように変更して実施することもできる。
・上記実施形態において、近似直線運動機構９０を省略するようにしてもよい。この場合でも上記（１）、（４）及び（５）に記載の効果を得ることができる。

・上記実施形態では、駆動用モータ５１の回転力を減速させるためにウォーム・ギア７０を用いるようにしたが、その他のギア形式を用いるようにしてもよい。この場合でも上記（１）〜（４）に記載の効果を得ることができる。

・上記実施形態において、駆動用モータ５１の回転力を減速させるためのギアを省略し、ウォームホイール７０ｂに相当する回転体を駆動用モータ５１で直接回転させるようにしてもよい。この場合でも上記（１）〜（３）に記載の効果を得ることができる。

・上記実施形態では、いわゆるロッカアーム式の動弁系を備えるとともに、そのロッカアームの揺動態様を変更する可変動弁機構３を備える内燃機関に本発明を適用する場合について説明した。この他にも、内燃機関のバルブ駆動機構に設けられたシャフトを軸方向に移動することにより機関バルブのバルブ特性を変更する可変動弁機構であれば、本発明は同様に適用することができる。例えば、カムシャフトの軸方向にカムプロフィールが変化する、いわゆる三次元カムを備え、この三次元カムを吸気カムシャフトの軸方向に移動させて吸気バルブのバルブ特性を変更する可変動弁機構にも、本発明は同様に適用することができる。また、可変動弁機構が同三次元カムを用いたものである場合には、吸気バルブを吸気カムシャフトにより直接開閉駆動する直動式の動弁系を備える内燃機関にも本発明は同様に適用することができる。

・上記実施形態やその変形例と同様な態様によって機関バルブである排気バルブ２２のバルブ特性が変更される内燃機関であっても、本発明は同様に適用することができる。また、吸気バルブ２１及び排気バルブ２２のバルブ特性が変更される内燃機関であっても、本発明は同様に適用することができる。

・上記実施形態では、本発明にかかる直線運動機構を内燃機関の可変動弁機構に適用した場合について説明したが、適用対象はこのような可変動弁機構に限られるものではない。要は、可動部材を直線運動させるとともに、該可動部材の移動位置に対する基準位置を学習する直線運動機構であれば、本発明は同様に適用することができる。そしてその場合であっても、上記実施形態に準ずる作用効果を得ることができる。

・上記近似運動機構として他の近似運動機構、例えばワットの近似直線運動機構やチェビシェフの近似直線機構等を用いるようにしてもよい。
・また、上記実施形態では、回転駆動力源からの回転運動を往復直線運動に変換して前記可動部材に伝達するリンク機構の一部に上記近似直線運動機構を設けるようにしたが、これに代えて厳正直線運動機構を設けるようにしてもよい。

本発明にかかる直線運動機構の一実施形態について、その機構が適用される内燃機関の構成を示す概略図。 同実施形態における可変動弁機構の構成を示す構成図。 同実施形態におけるバルブ駆動機構の構造を示す斜視断面図。 同実施形態の可変動弁機構によるバルブリフト量及びバルブ作用角の可変設定態様を示す図。 同実施形態において、直線運動機構を備えるスライドアクチュエータの構成を示す概略図。 同実施形態における近似直線運動機構９０の揺動態様、及びコントロールシャフトの一端に設けられたピンの運動軌跡を示す模式図。 ピンの近似直線運動についてその運動軌跡を拡大して示す模式図。

符号の説明

１…エンジン、１Ａ…エンジン本体、１Ｈ…シリンダヘッド、１ＨＥ…排気ポート、１ＨＩ…吸気ポート、１ＰＥ…排気管、１ＰＩ…吸気管、３…可変動弁機構、４…バルブ駆動機構、７…電子制御装置、１１…シリンダ、１１Ｗ…ウォータジャケット、１２…ピストン、１３…コネクティングロッド、１４…燃焼室、１５…イグニッションプラグ、１５Ｉ…イグナイタ、１６…エアクリーナ、１７…スロットル弁、１７Ｍ…スロットルモータ、１８…インジェクタ、２１…吸気バルブ、２１ａ…タペット、２１ｂ…弁ばね、２２…排気バルブ、２２ａ…タペット、２２ｂ…弁ばね、２３…吸気カムシャフト、２４…排気カムシャフト、２５…ローラロッカアーム、２５ａ…ローラ、２６…ローラロッカアーム、２６ａ…ローラ、２７…吸気カム、２８…排気カム、２９…ラッシュアジャスタ、４１…支持パイプ、４２…入力部、４２ａ…ハウジング、４２ｂ…入力アーム、４２ｃ…ローラ、４２ｄ…ヘリカルスプライン、４３…揺動カム、４３ａ…ハウジング、４３ｂ…出力アーム、４３ｃ…カム面、４３ｄ…ヘリカルスプライン、４４…ばね、４５…スライダギア、４５ａ…ヘリカルスプライン、４５ｂ…ヘリカルスプライン、４５ｃ…小径部、４５ｄ…長穴、４６…コントロールシャフト、４６ａ…係止ピン、５０…スライドアクチュエータ、５１…駆動用モータ、５５…位置検出センサ、７０…ウォーム・ギア、７０ａ…ウォーム、７０ｂ…ウォームホイール、７０ｃ…面、７１…エンジン水温センサ、７２…クランク角センサ、７５…エアフロメータ、７６…車速センサ、７７…アクセルセンサ、７８…スロットル開度センサ、８０…第１リンク機構、８０ａ…アーム、９０…近似直線運動機構、９１…Ｔ字リンク、９１ａ…第１アーム、９１ｂ…第２アーム、９２…第２リンク、９３…第３リンク、１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６…ピン、２００…ブロック。

Claims (6)

1. 可動部材を直線運動させるとともに、該可動部材の移動位置に対する基準位置を学習する学習手段を備える直線運動機構であって、
   回転駆動力源からの回転運動を往復直線運動に変換して前記可動部材に伝達するリンク機構を備え、
   前記往復直線運動の運動方向が反転する反転位置を前記可動部材の直線運動におけるストローク端として設定し、その反転位置を前記基準位置として学習する
   ことを特徴とする直線運動機構。
2. 前記リンク機構は、回転運動を往復直線運動に変換するとともに、リンク上の一点が近似直線運動となる機構であり、前記一点が前記可動部材に接続される
   請求項１に記載の直線運動機構。
3. 前記リンク機構にあって、リンク上の一点が近似直線運動となる機構は、略Ｔ字形状のリンクを有するロバートの近似直線運動機構であり、
   前記可動部材がその直線運動におけるストロークの中点に位置しているときに、略Ｔ字形状の前記リンクにあって略円弧状に移動する２つの端点を結ぶ直線と前記可動部材の移動方向とが略平行となるように、前記リンクと前記可動部材とは接続されてなる
   請求項２に記載の直線運動機構。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の直線運動機構において、
   ギアを介して減速された前記回転駆動力源の回転力が前記往復直線運動に変換される
   ことを特徴とする直線運動機構。
5. 前記ギアは、ウォーム・ギアである
   請求項４に記載の直線運動機構。
6. 内燃機関のバルブ駆動機構に設けられたシャフトを軸方向に移動することにより機関バルブのバルブ特性を変更する内燃機関の可変動弁機構において、
   前記シャフトを移動させる機構として、請求項１〜５のいずれか１項に記載の直線運動機構を用いた
   ことを特徴とする内燃機関の可変動弁機構。

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