JP4227901B2 - 可変動弁装置 - Google Patents

Description

本発明は、バルブの開弁特性を機械機構によって変更可能な可変動弁装置に関し、特に、バルブの開弁特性を変化させる制御軸と制御軸を回転駆動するアクチュエータがギヤ機構を介して接続されている可変動弁装置に関する。

従来、例えば、特許文献１に開示されるように、エンジンの運転状況に応じてバルブの作用角及びリフト量を変更する可変動弁装置が知られている。特許文献１に記載される可変動弁装置は、偏心したロッカーシャフト（制御軸）によってロッカーアームを回動可能に支持するとともに、バルブを開閉駆動するスイングカムをロッカーアームによって回動駆動するように構成したものである。この可変動弁装置では、ロッカーシャフトの回転位置によってバルブの作用角及びリフト量を変更することが可能になっており、ロッカーシャフトはギヤ機構を介してモータ（アクチュエータ）により回転駆動できるようになっている。ギヤ機構としてはウォームギヤ機構が用いられ、ウォームギヤ側にモータの出力軸が接続され、ウォームホイール側にロッカーシャフトが接続されている。
特開平７−２９３２１６号公報 特開平７−６３０２３号公報 実開平２−３９５０５号公報

上記の従来技術において、ロッカーシャフトにはスイングカムをロッカーアーム側に常に隙間無く押し当てておくためのコイルバネが装着されている。コイルバネはバルブの作用角及びリフト量を減少させる側にスイングカムを付勢しており、その反力がロッカーシャフトに作用している。コイルバネからの反力によってロッカーシャフトには常に一定方向への捻りモーメントが作用し、この捻りモーメントはロッカーシャフトを介してウォームホイールに入力されている。ウォームギヤ機構は逆入力に対するセルフロック機能を有するため、捻りモーメントの入力によるウォームホイールの回転はウォームギヤによって受け止められ、ウォームホイールはウォームギヤに密着した状態で静止している。

バルブが一定の開弁特性に維持される場合、上記のようにウォームホイールとウォームギヤが密着した静止状態が続くことになる。この状態でバルブの作用角及びリフト量を増大させる側にモータを作動させると、ウォームホイールとウォームギヤが密着していることからギヤ機構には静止摩擦が発生する。静止摩擦はギヤ機構の作動時に歯車間に作用する動摩擦に比較して大きく、モータには静止摩擦に打ち勝つだけの大きな駆動トルクが要求される。その結果、モータの消費電力が増大し、また、駆動力の大きい大型のモータが必要になってしまう。また、開弁特性の変更要求に対して速やかに応答できない可能性もある。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、制御軸を回転駆動してバルブの開弁特性を変化させる際にアクチュエータに要求される駆動トルクを低減できるようにした可変動弁装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記目的を達成するため、カム軸の回転に対するバルブの開弁特性を制御軸の回転位置に応じて変化させる可変機構と、前記制御軸とギヤ機構を介して接続されたアクチュエータとを備え、前記アクチュエータにより前記制御軸を回転駆動することで前記開弁特性を変化させる可変動弁装置において、
前記制御軸を一方向に回転駆動して前記開弁特性を一定の状態から変化させる際、前記ギヤ機構に作用する摩擦を静止摩擦から動摩擦に変化させてから、前記アクチュエータにより前記制御軸を前記一方向に回転駆動することを特徴としている。

また、第２の発明は、第１の発明において、前記開弁特性が一定の状態が所定時間継続した後で前記開弁特性を一定の状態から変化させる場合に限り、前記ギヤ機構に作用する摩擦を静止摩擦から動摩擦に変化させることを特徴としている。

また、第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記開弁特性を前記バルブの作用角及びリフト量が増大する側に変化させる場合に限り、前記ギヤ機構に作用する摩擦を静止摩擦から動摩擦に変化させることを特徴としている。

また、第４の発明は、第１乃至第３の何れか一つの発明において、前記アクチュエータを一旦反転させることにより、前記ギヤ機構に作用する摩擦を静止摩擦から動摩擦に変化させることを特徴としている。

また、第５の発明は、第１乃至第３の何れか一つの発明において、前記ギヤ機構を振動させる振動手段を前記アクチュエータとは別に備え、
前記振動手段により前記ギヤ機構を振動させることにより、前記ギヤ機構に作用する摩擦を静止摩擦から動摩擦に変化させることを特徴としている。

第１の発明によれば、バルブの開弁特性を一定の状態から変化させる際のアクチュエータによる制御軸の回転駆動は、ギヤ機構に作用する摩擦を静止摩擦から動摩擦に変化させてから、或いは変化させると同時に行われる。このため、静止摩擦が作用している状態で制御軸を回転駆動する場合に比較して、アクチュエータに要求される駆動トルクは低減される。その結果、アクチュエータの応答性が向上するとともに、アクチュエータの消費エネルギの低減とアクチュエータの小型化も可能になる。

なお、ギヤ機構に作用する摩擦を静止摩擦から動摩擦に変化させる処理（摩擦低減処理）を実行するには、そのためのエネルギが必要となる。第２の発明によれば、摩擦低減処理の実行が開弁特性が一定の状態が所定時間継続した場合に限られることで、摩擦低減処理の実行に伴う消費エネルギの増大が防止される。なお、前記所定時間は、例えば、ギヤ機構の油膜切れが静止摩擦の増大の一原因であることから、油膜切れが生じる時間を考慮して決定すればよい。

動弁装置には、ロストモーションスプリングやバルブスプリング等の一又は複数のスプリングが備えられるが、通常、これらスプリングの反力は何れもバルブの作用角及びリフト量を減少させる側に作用している。スプリングの反力は制御軸からギヤ機構に入力されており、ギヤ機構の各歯車はスプリングの反力に抗するように、バルブの作用角及びリフト量を増大させるときの噛み合い関係で噛み合っている。このため、開弁特性をバルブの作用角及びリフト量が増大する側に変化させる場合には、ギヤ機構の歯車間に静止摩擦が発生するのに対し、開弁特性をバルブの作用角或いはリフト量が減少する側に変化させる場合には、ギヤ機構の歯車間には静止摩擦は発生しない。したがって、第３の発明によれば、摩擦低減処理の実行が開弁特性をバルブの作用角或いはリフト量が増大する側に変化させる場合に限られることで、摩擦低減処理の実行に伴う消費エネルギの増大が防止される。

また、第４の発明によれば、アクチュエータの回転方向の制御によって摩擦低減処理が実行されるので、制御装置の制御プログラムの変更で対応できるという効果がある。

また、第５の発明によれば、アクチュエータとは別に設けられた振動手段によって摩擦低減処理が実行されるので、アクチュエータによる制御軸の回転駆動と同時にギヤ機構に作用する摩擦を静止摩擦から動摩擦に変化させることが可能になり、開弁特性を変化させる際の応答性を向上させることができる。

実施の形態１．
以下、図１乃至図５を参照して、本発明の実施の形態１について説明する。
図１は、本発明の実施の形態１にかかる可変動弁ユニット１の構成を示す側面図である。本可変動弁ユニット１はロッカーアーム方式の機械式動弁機構を有し、カム軸１０の回転運動がカム軸１０に設けられたカム１２によってロッカーアーム４の揺動運動に変換され、ロッカーアーム４に支持されるバルブ２の上下方向への往復運動に変換される。本可変動弁ユニット１では、カム１２によって直接、ロッカーアーム４を駆動するのではなく、カム１２とロッカーアーム４との間に、カム１２のプロフィール変化にロッカーアーム４の揺動運動を連動させる連動機構（可変機構）１４を介在させている。本可変動弁ユニット１は、この連動機構１４を可変制御することでカム１２のプロフィール変化とロッカーアーム４の揺動運動との連動状態を連続的に変化させることができ、これによりロッカーアーム４の揺動量や揺動タイミングを変化させて、バルブ２の作用角及びリフト量を連続的に変更できるようになっている。

連動機構１４は、第１アーム１８、第２アーム２０、及び第３アーム２２の三つのアームと制御軸１６とから構成されている。第１アーム１８は第２アーム２０の一端に制御軸１６によって回転自在に連結されている。制御軸１６はカム軸１０に平行に配置された静止軸であり、第２アーム２０はこの制御軸１６にピンの圧入或いはボルト結合によって一体的に固定され、制御軸１６から突出した状態で空間内の位置を固定されている。第３アーム２２は第２アーム２０の他端にピン２４によって回転自在に連結され、先端を斜め下方に向けた状態で第２アーム２０との連結点から垂れ下がっている。第３アーム２２の先端には選択ローラ２８が回転自在に取り付けられており、第３アーム２２はこの選択ローラ２８を介して第１アーム１８に接触している。

第１アーム１８は、制御軸１６から離れた位置に制御軸１６に直交するように配置された受動アーム１８１と、受動アーム１８１に対して制御軸１６の軸方向にずらして配置された従動カム１８２とから構成されている。受動アーム１８１と従動カム１８２とは一体化され、従動カム１８２を制御軸１６によって回転自在に支持されることで、制御軸１６の回りを一体的に回転できるようになっている。なお、図１では省略しているが、従動カム１８２は受動アーム１８１の両側に一対設けられ（図１では、奥側の従動カム１８２のみ図示され手前側の従動カムは省略されている）、一つの受動アーム１８１とその両側の従動カム１８２，１８２とで第１アーム１８が構成されている。

受動アーム１８１は、制御軸１６に対して第３アーム２２が配置される側に延びるアーム部１８１ａと、逆側に延びるアーム部１８１ｂとから構成されている。アーム部１８１ａには、第３アーム２２の先端に位置する選択ローラ２８に対向するように、受動面１８１ｃが形成されている。他方のアーム部１８１ｂには、空間内に一端を固定されたロストモーションスプリング３０の他端が掛けられている。ロストモーションスプリング３０は圧縮バネであり、受動アーム１８１は、制御軸１６を中心にして受動面１８１ｃを選択ローラ２８に押し付ける方向に回転するよう付勢されている。受動アーム１８１と第３アーム２２とは、これら受動面１８１ｃと選択ローラ２８との間で接触している。

従動カム１８２は、異なるプロフィールを有する２つの面１８２ａ，１８２ｂを有している。その一方の面である非作用面１８２ａは、制御軸１６の軸心からの距離を一定に形成されている。他方の面である作用面１８２ｂは、非作用面１８２ａから見てロストモーションスプリング３０の付勢力による第１アーム１８の回転方向（図１中では制御軸１６を中心にして反時計回り方向）に設けられている。作用面１８２ｂは非作用面１８２ａと連続するように接続されるとともに、前記回転方向に向けて制御軸１６の軸心からの距離が次第に遠くなるよう形成されている。

連動機構１４は、第１アーム１８の従動カム１８２がロッカーアーム４のロッカーローラ６に接触し、第３アーム２２がカム１２に接触するように配置されている。第３アーム２２の中間部、すなわち、ピン２４と選択ローラ２８との間にはカムローラ２６が回転自在に取り付けられており、カム１２はこのカムローラ２６に接触している。ロッカーローラ６はロッカーアーム４の中間部に回転自在に取り付けられている。ロッカーローラ６を挟んだロッカーアーム４のカム軸１０側の端部にはバルブ２が取り付けられ、他端は油圧ラッシャアジャスタ８によって回動自在に支持されている。バルブ２は図示しないバルブスプリングによって、閉方向、すなわち、ロッカーアーム４を押し上げる方向に付勢されており、この付勢力によってロッカーローラ６が第１アーム１８の従動カム１８２に押し当てられている。なお、可変動弁ユニット１には、二つの従動カム１８２，１８２のそれぞれに対応してロッカーアーム４とバルブ２が配置されており、可変動弁ユニット１は、二つのバルブ２，２を同時に駆動するように構成されている（後述する図２参照）。

上記のような構成により、カム軸１０の回転に伴うカム１２のプロフィール変化は、先ず、カム１２に接触するカムローラ２６を介して第３アーム２２に入力される。第３アーム２２は、空間内の位置を固定された第２アーム２０にピン結合されているので、入力されるカム１２のプロフィール変化に応じてピン２４を中心にして揺動する。第３アーム２２の揺動運動は、選択ローラ２８を介して第１アーム１８の受動アーム１８１に入力される。受動アーム１８１の受動面１８１ｃは、ロストモーションスプリング３０の付勢力によって常に選択ローラ２８に押し付けられているので、受動アーム１８１は第３アーム２２の揺動運動に応じて制御軸１６を中心にして揺動する。これにより、受動アーム１８１と一体化された従動カム１８２も制御軸１６を中心にして回動する。

具体的には、先ず、カム軸１０が図１に示す状態から時計回りに回転すると、カムローラ２６のカム１２上での接触位置は非作用面１２ａから作用面１２ｂへと移っていく。相対的に第３アーム２２はカム１２によって押し下げられていき、受動アーム１８１は選択ローラ２８によって押し下げられる。これにより、受動アーム１８１と一体の従動カム１８２は制御軸１６を中心にして時計回り方向に回動する。カム軸１０がさらに回転し、カムローラ２６のカム１２上での接触位置が作用面１２ｂの頂部を過ぎると、今度はロストモーションスプリング３０による付勢力によって受動アーム１８１は上方に押し上げられていく。これにより、従動カム１８２は制御軸１６を中心にして反時計回り方向に回動する。

このように従動カム１８２が制御軸１６を中心にして回動することで、従動カム１８２のロッカーローラ６との接触位置が変化することになる。ロッカーローラ６が非作用面１８２ａに接触している場合には、非作用面１８２ａは制御軸１６の軸心から表面までの距離が一定であるので、その接触位置にかかわらずロッカーローラ６の空間内での位置は変化しない。したがって、ロッカーアーム４は揺動することがなく、バルブ２は一定位置に保持される。本可変動弁ユニット１では、ロッカーローラ６が非作用面１８２ａに接触しているとき、バルブ２が閉弁状態になるように各部位の位置関係が調整されている。

そして、従動カム１８２の時計回り方向への回動により、ロッカーローラ６との接触位置が非作用面１８２ａから作用面１８２ｂに切り換わると、ロッカーアーム４は作用面１８２ｂのプロフィール変化に応じて押し下げられ、油圧ラッシャアジャスタ８による支持点を中心に時計回り方向へ揺動する。これにより、バルブ２はロッカーアーム４によって押し下げられ、開弁する。逆に、従動カム１８２の反時計回り方向への回動により、ロッカーローラ６との接触位置が作用面１８２ｂから非作用面１８２ａに切り換わるときには、バルブスプリングの付勢力によってバルブ２は押し戻され、閉弁する。以下、従動カム１８２上の非作用面１８２ａから作用面１８２ｂに切り換わる位置をリフト開始位置という。

バルブ２のリフトは、カムローラ２６がカム１２の作用面１２ｂの頂部に接触したときに最大となり、その時点における従動カム１８２のロッカーローラ６との接触位置（以下、最終接触位置）によってリフト量が決まる。また、従動カム１８２のロッカーローラ６との接触位置がリフト開始位置を超えている期間（以下、リフト期間）が、バルブ２の作用角に対応する。上記の最終接触位置及びリフト期間は、カムローラ２６がカム１２の非作用面１２ａに接触しているときの、従動カム１８２のロッカーローラ６との接触位置（以下、初期接触位置）によって変化し、この初期接触位置はカム１２、ロッカーアーム、第１アーム１８、第２アーム２０、及び第３アーム２２の位置関係によって幾何学的に決まる。したがって、この位置関係を変更できれば、ロッカーアーム４の揺動量や揺動タイミングを変更し、バルブ２の作用角及びリフト量を変更することが可能になる。

可変動弁ユニット１では、制御軸１６の回転角度を調整可能にして第２アーム２０の設置角度を可変にすることで、バルブ２の作用角及びリフト量の連続的な変更を実現している。つまり、制御軸１６が回転すると、制御軸１６に固定された第２アーム２０も制御軸１６の軸心を中心にして傾斜し、その傾斜角度に応じて先端のピン２４とカム軸１０との距離が変化する。このピン２４とカム軸１０との距離の変化に伴い、第３アーム２２のカムローラ２６は、カム１２の周面に沿うようにカム軸１０の周方向に移動する。図１に示す場合では、制御軸１６が反時計回り方向に回転し、ピン２４とカム軸１０との距離が遠くなったときには、カムローラ２６はカム１２の周囲を時計回り方向に移動する。逆に制御軸１６が時計回り方向に回転し、ピン２４とカム軸１０との距離が近くなったときには、カムローラ２６はカム１２の周囲を反時計回り方向に移動する。

ピン２４とカムローラ２６の位置が変化することで、第３アーム２２の位置及び傾斜角度も変化し、その先端の選択ローラ２８の位置も変わる。これにより、選択ローラ２８に受動面１８１ｃを押し当てられている受動アーム１８１の傾斜角度が変化し、その結果、従動カム１８２の制御軸１６回りの回転角度が変化して、従動カム１８２のロッカーローラ６との初期接触位置が変化する。図１に示す場合では、制御軸１６が反時計回り方向に回転すると、第３アーム２２は反時計回り方向に傾斜し、選択ローラ２８は制御軸１６の回りを時計回り方向に移動する。その結果、従動カム１８２は受動アーム１８１の傾斜角度の変化に伴い制御軸１６の回りを時計回り方向に回動し、従動カム１８２のロッカーローラ６との初期接触位置は作用面１８２ｂから遠ざかる方向に変化する。逆に、制御軸１６が時計回り方向に回転すると、第３アーム２２は時計回り方向に傾斜し、選択ローラ２８は制御軸１６の回りを反時計回り方向に移動する。その結果、従動カム１８２は制御軸１６の回りを反時計回り方向に回動し、初期接触位置は作用面１８２ｂに近づく方向に変化する。

前述のように、ロッカーローラ６が到達できる作用面１８２ｂ上の最終接触位置、及びロッカーローラ６がリフト開始位置を越えているリフト期間は、従動カム１８２のロッカーローラ６との初期接触位置によって決まる。初期接触位置が作用面１８２ｂから遠くなると、最終接触位置は非作用面１８２ｂに近くなってリフト期間も短くなる。その結果、バルブ２のリフト量、作用角ともに小さくなる。逆に、初期接触位置が作用面１８２ｂに近くなると、最終接触位置は非作用面１８２ｂから遠くなってリフト期間も長くなる。その結果、バルブ２のリフト量、作用角ともに大きくなる。本可変動弁ユニット１によれば、制御軸１６を反時計回り方向に回転させることで、バルブ２の作用角及びリフト量をともに小さくすることができ、制御軸１６を時計回り方向に回転させることで、バルブ２の作用角及びリフト量をともに大きくすることができる。また、バルブ２の作用角及びリフト量は、制御軸１６の回転角度に応じて連続的に変更することができる。

次に、上述の可変動弁ユニット１がエンジンに搭載されたときの全体構成について説明する。図２は、可変動弁ユニット１のエンジンへの具体的な適用例を示すカムハウジング内の斜視図である。ここでは、直列４気筒エンジンに適用した場合を示している。ただし、第３気筒及び第４気筒に備えられる可変動弁ユニットは図示を省略し、第１気筒及び第２気筒に備えられる可変動弁ユニット１のみ図示している。なお、図２中では第１気筒用の可変動弁ユニット１には符号１Ａを付記し、第２気筒用の可変動弁ユニット１には符号１Ｂを付記している。

可変動弁ユニット１Ａ，１Ｂは、一つの制御軸１６を共用している。図中省略されている第３気筒及び第４気筒の可変動弁ユニットも同一の制御軸１６を共用している。これにより、一つの制御軸１６の回転角度を制御することで、４気筒全ての可変動弁ユニット１を同時に制御して、全バルブ２の作用角及びリフト量を同時に変更できるようになっている。制御軸１６の回転駆動はアクチュエータとしてのモータ４０によって行われる。制御軸１６の一端にはウォームホイール４４が固定され、モータ４０の出力軸に固定されたウォームギヤ４６が噛み合わされている。ウォームホイール４４とウォームギヤ４６とでウォームギヤ機構４２が構成されている、モータ４０の回転がウォームギヤ４６を介してウォームホイール４４に入力されることで、制御軸１６の回転角度が変更され、全バルブ２の作用角及びリフト量の変更が同時に実現される。モータ４０の回転は、エンジンに備えられる制御装置（ＥＣＵ）４８によって制御される。本実施の形態では、各可変動弁ユニット１と、それらで共用される制御軸１６、制御軸１６を駆動するためのモータ４０並びにウォームギヤ機構４２、及びモータ４０を制御する制御装置４８によって、エンジンの可変動弁装置が実現されている。

なお、制御軸１６はカムハウジングに取り付けられる支持部材３４，３６によって回転自在に支持されている。これら支持部材３４，３６はカム軸１０を支持する支持部材としての機能も有し、さらに、ロストモーションスプリング３０の一端を固定するための固定具としての機能も有している。また、カム軸１０には、クランク軸に対する位相角を変化させることでバルブ２の開閉タイミングを可変制御する図示しないバルブタイミング可変装置が備えられている。バルブタイミング可変装置は可変動弁装置とともに制御装置４８によって協調制御されている。

本実施形態の可変動弁装置では、各可変動弁ユニット１において、ロストモーションスプリング３０の反力が第１アーム１８の受動アーム１８１に常時作用している。また、第１アーム１８の従動カム１８２には、ロッカーローラ６を介して図示しないバルブスプリングの反力が常時作用している。これらのスプリング反力の作用によって、第１アーム１８は図１中において制御軸１６を中心に反時計回り方向に付勢され、受動面１８１ｃを介して選択ローラ２８を押圧している。選択ローラ２８に加えられた第１アーム１８からの荷重は第３アーム２２に伝わり、第３アーム２２をカムローラ２６とカム１２との接点を支点にして反時計回り方向に回転させるように作用する。これにより、第３アーム２２とピン２４によって連結される第２アーム２０には、制御軸１６の中心方向に押し付ける荷重が第３アーム２２から加えられる。第２アーム２０は制御軸１６に固定されているので、第２アーム２０に加えられる荷重によって制御軸１６には反時計回り方向の捻りモーメントが作用する。この捻りモーメントの作用方向は、バルブ２の作用角及びリフト量を減少させるように制御軸１６を回転駆動する方向である。

制御軸１６に作用する捻りモーメントは、制御軸１６の端部に設けられたウォームホイール４４からウォームギヤ機構４２に入力される。ウォームギヤ機構４２は逆入力に対するセルフロック機能を有するため、捻りモーメントの入力によるウォームホイール４４の回転はウォームギヤ４６によって受け止められ、ウォームホイール４４はウォームギヤ４６に密着した状態で静止している。図３はモータ４０が作動していないときのウォームホイール４４とウォームギヤ４６との噛み合い部を拡大して示す図である。図３において、大作用角・大リフトと付記された矢印で示す回転方向が、バルブ２の作用角及びリフト量を増大させる場合のウォームホイール４４、ウォームギヤ４６のそれぞれの回転方向であり、小作用角・小リフトと付記された矢印で示す回転方向が、バルブ２の作用角及びリフト量を減少させる場合のウォームホイール４４、ウォームギヤ４６のそれぞれの回転方向である。この図に示すように、ウォームホイール４４とウォームギヤ４６は、ロストモーションスプリング３０等の反力に抗するように、バルブ２の作用角及びリフト量を増大させるときの噛み合い関係で噛み合っている。

図３に示す状態からウォームギヤ４６を小作用角・小リフト方向に回転させる場合、ウォームギヤ４６はウォームホイール４４との間のバックラッシュ分回転してからウォームホイール４４に接触し、ウォームホイール４４を小作用角・小リフト方向に回転駆動する。このためウォームギヤ４６は回転している状態でウォームホイール４４に接触することになり、このとき、ウォームギヤ４６とウォームホイール４４との間には動摩擦が発生する。これに対し、図３に示す状態からウォームギヤ４６を大作用角・大リフト方向に回転させる場合には、ウォームギヤ４６はウォームホイール４４と接触した状態で回転を始めることになり、ウォームギヤ４６はウォームホイール４４と密着した状態からウォームホイール４４を大作用角・大リフト方向に回転駆動する。このためウォームギヤ４６への駆動トルクの入力直後は、ウォームギヤ４６とウォームホイール４４との間には静止摩擦が発生する

静止摩擦は動摩擦よりも大きいため、上記のようにウォームギヤ４６を大作用角・大リフト方向に回転させる場合には、ウォームギヤ４６を駆動するモータ４０にはウォームギヤ４６を小作用角・小リフト方向に回転させる場合に比較して大きな駆動トルクが要求される。モータ４０に要求される駆動トルクが大きくなると、その分、モータ４０の消費電力が増大してしまう。また、大作用角・大リフト方向への開弁特性の変更要求に対して速やかに応答できない可能性もある。そこで、本実施形態の可変動弁装置では、モータ４０を制御する制御装置４８は、バルブ２の開弁特性の変更要求に対し、単に要求された方向にウォームギヤ４６を回転させるようモータ４０を制御するのではなく、以下に説明する制御ルーチンに従いモータ４０を制御するようにしている。

図４は本実施形態の可変動弁装置において制御装置４８により実行されるモータ制御ルーチンのフローチャートである。まず、ステップ１００では、制御装置４８はバルブ２の開弁特性の変更要求の有無について判定する。変更要求が有った場合にはステップ１０２に進み、さらに、その変更要求が大作用角・大リフト方向への開弁特性の変更要求か、或いは、小作用角・小リフト方向への開弁特性の変更要求かについて判定する。

ステップ１０２の判定の結果、変更要求が大作用角・大リフト方向である場合には、制御装置４８は、現在のバルブ２の開弁特性（作用角・リフト方向）が一定のまま所定期間継続されていたか否かについて判定する（ステップ１０４）。判定基準となる所定期間は、歯車間の油膜切れを考慮して決定する。歯車間に油膜が形成されている場合と油膜が切れている場合とでは、歯車間に作用する静止摩擦の大きさには差が有り、油膜が切れるに従い静止摩擦は増大する。そこで、油膜切れがある程度進んだと考えられる所定時間が経過した場合には、ステップ１０６の処理を実行する。

ステップ１０６では、制御装置４８は、変更要求に応じてそのままモータ４０を大作用角・大リフト方向に回転させるのではなく、一旦、小作用角・小リフト方向にモータ４０を反転させる。これにより、ウォームホイール４４に密着していたウォームギヤ４６は、一旦、ウォームホイール４４から離れることになる。このときのモータ４０の回転量は、ウォームギヤ４６の回転がウォームホイール４４との間のバックラッシュ内に収まるように設定するのが望ましい。

そして、ステップ１０６の処理によりウォームギヤ４６を一旦ウォームホイール４４から離した後、制御装置４８は、今度は変更要求どおりにモータ４０を大作用角・大リフト方向に回転させる（ステップ１０８）。これにより、ウォームギヤ４６は回転している状態でウォームホイール４４に接触し、ウォームホイール４４を大作用角・大リフト方向に回転駆動することになる。このように、ウォームギヤ４６が回転しながらウォームホイール４４に接触することで、ウォームギヤ４６とウォームホイール４４との間に作用する摩擦は静止摩擦ではなく動摩擦となる。

この結果、本実施形態の可変動弁装置においてバルブ２の開弁特性を大作用角・大リフト方向に変更する際に要求されるモータ４０の駆動力は、図５に示すグラフのようになる。図５は、ステップ１０６の処理（摩擦低減処理）を行った場合（図５中に実線で示す）と、変更要求に応じてそのままモータ４０を大作用角・大リフト方向に回転させた場合（図５中に破線で示す）とでモータ４０の駆動力の時間変化を比較したグラフである。この図に示すように、ステップ１０６の摩擦低減処理を実行してウォームギヤ機構４２に作用する摩擦を静止摩擦から動摩擦に変化させることで、静止摩擦が作用している状態でモータ４０を回転させるよりも、必要な駆動力は大幅に低減される。これにより、モータ４０の消費電力が低減されるとともに、大作用角・大リフト方向への開弁特性の変更要求に対して速やかに応答することが可能になる。

なお、ステップ１０４の判定の結果、現在のバルブ２の開弁特性の継続時間が未だ所定時間に達していないと判定された場合には、ステップ１０６の摩擦低減処理を実行することなくステップ１０８に進む。これにより、制御装置４８は、ウォームホイール４４にウォームギヤ４６が密着した状態でモータ４０を大作用角・大リフト方向に回転させる。このとき、ウォームギヤ機構４２には静止摩擦が作用するが、歯車間に油膜が保たれているために油膜切れ状態で回転させる場合に比較して静止摩擦の大きさは小さい。逆に、ステップ１０６の摩擦低減処理を実行する場合には、モータ４０を一旦反転させる分、電力を余計に消費することになる。したがって、静止摩擦の小さい状況では敢えてそのままモータ４０を大作用角・大リフト方向に回転させることで、全体として消費電力を抑えることができる。

また、ステップ１０２の判定の結果、変更要求が小作用角・小リフト方向である場合には、そのままモータ４０を小作用角・小リフト方向に回転させる（ステップ１１０）。前述のように、小作用角・小リフト方向にウォームギヤ４６を回転させるときにウォームギヤ機構４０に作用する摩擦は動摩擦であるので、モータ４０に要求される駆動力は小さく消費電力も少ない。

以上のように、バルブ２の開弁特性の変更時に図４のモータ制御ルーチンが実行されることで、特に大作用角・大リフト方向への変更時においてモータ４０に要求される駆動トルクを低減することができる。したがって、本実施形態の可変動弁装置によれば、消費電力を低減できるとともに、モータ４０は駆動トルクの小さいものでよいことから、より小型のモータ４０を採用することも可能になる。

実施の形態２．
次に、図６を用いて本発明の実施の形態２について説明する。
本実施形態の可変動弁装置は、実施の形態１の可変動弁装置と同様に、図１及び図２に示す構成を基本構成としている。本実施形態の可変動弁装置と実施の形態１との相違点は、ウォームギヤ機構４２に作用する摩擦を低減させるための手段にある。実施の形態１ではモータ４０の回転制御によってウォームギヤ機構４２に作用する摩擦を低減させているのに対し、本実施形態ではモータ４０の回転制御は従来どおり行いながら、以下に説明する別の手段によってウォームギヤ機構４２に作用する摩擦を低減させている。

図６は本実施形態にかかるモータ４０の出力軸４０ａの構造を示す概略図である。この図に示すように、出力軸４０ａは、そのウォームギヤ４６が固定されている部位よりも基端側をカムハウジング（図示略）に固定された軸受け５２と支持部材５４とによって回転自在に支持されている。支持部材５４とモータ４０との間にはスプリング５６が挟み込まれており、出力軸４０ａの基端部はこのスプリング５６に通されている。出力軸４０ａの先端部はカムハウジングに固定された油圧シリンダ５０内に挿入されている、この油圧シリンダ５０内にはオイルポンプ６２に繋がる油圧管６０が接続されている。油圧管６０の途中には電磁弁６４が設けられており、電磁弁６４の開閉制御によって油圧シリンダ５０内の油圧を制御することができるようになっている。

電磁弁６４の制御は制御装置４８によって行われる。制御装置４８は、大作用角・大リフト方向へのバルブ２の開弁特性の変更要求があり、且つ、現在のバルブ２の開弁特性が所定期間継続されていた場合には、周期的なオン／オフ信号を電磁弁６４に入力する。制御装置４８からの信号により電磁弁６４は周期的に開閉を繰り返し、これにより油圧シリンダ５０内の油圧は周期的に変動する。油圧シリンダ５０には出力軸４０ａの先端部が軸方向に挿入されているので、油圧シリンダ５０内の油圧の変動は軸方向への押圧力の変動として出力軸４０ａに作用する。この油圧シリンダ５０から受ける押圧力の変動とスプリング５６からの付勢力とを受けて出力軸４０ａは軸方向に振動する。本実施形態では、油圧シリンダ５０、スプリング５６、オイルポンプ６２、及び電磁弁６４によって、ウォームギヤ機構４２を振動させる振動手段が構成されている。

出力軸４０ａが軸方向に振動することで出力軸４０ａと一体のウォームギヤ４６も軸方向に振動し、ウォームギヤ４６はウォームホイール４４に対して接触と離隔を周期的に繰り返すようになる。なお、電磁弁６４により制御される油圧の変動量は、ウォームギヤ４６の振動の振幅がウォームホイール４４との間のバックラッシュ内に収まるように設定するのが望ましい。このようにウォームギヤ４６が振動することで、ウォームギヤ機構４２に作用する摩擦は静止摩擦から動摩擦へと変化する。制御装置４８は、ウォームギヤ機構４２に振動を入力した後或いは入力と同時に、モータ４０を大作用角・大リフト方向に回転させる。

上記のように本実施形態の可変動弁装置では、ウォームギヤ機構４２への振動の入力によってウォームギヤ機構４２に作用する摩擦を低減させている。これによれば、実施の形態１と同様、大作用角・大リフト方向への変更時においてモータ４０に要求される駆動トルクを低減することができ、モータ４０の消費電力を低減することができる。さらに、モータ４０の制御によるウォームギヤ機構４２の回転駆動と、電磁弁６４の制御によるウォームギヤ機構４２への振動の入力とを独立して行うことができるので、バルブ２の開弁特性の変更要求があった場合に、ウォームギヤ４６を振動させると同時にウォームギヤ４６を大作用角・大リフト方向へ回転させることも可能である。したがって、本実施形態の可変動弁装置によれば、大作用角・大リフト方向への開弁特性の変更要求に対してより速やかに応答することが可能になる。

その他．
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、次のように変形して実施してもよい。

上述の実施の形態では、モータ４０と制御軸１６との間にウォームギヤ機構４２が配置されている場合について説明したが、他のギヤ機構が配置される可変動弁装置にも本発明を適用することは可能である。特に、セルフロック機能を備えたギヤ機構であれば、本発明を適用することの効果は大きい。

また、実施の形態２では油圧によってウォームギヤ機構４２を振動させているが、油圧以外の他の手段、例えば、超音波振動子等を用いてもよい。振動の入力先はウォームギヤ４６に限らずウォームホイール４４でもよい。ウォームギヤ４６とウォームホイール４４との間に相対的な振動が生じればよい。

本発明の実施の形態１にかかる可変動弁ユニットの構成を示す側面図である。 図１に示す可変動弁ユニットのエンジンへの具体的な適用例を示す斜視図である。 図２に示すウォーム機構の歯車間の噛み合い部を拡大して示す図である 本発明の実施の形態１において実行されるモータ制御ルーチンのフローチャートである。 摩擦低減処理を実行した場合としない場合とでモータの駆動力の時間変化を比較したグラフである。 本発明の実施の形態２にかかる振動装置の構造を示す概略図である。

符号の説明

１，１Ａ，１Ｂ 可変動弁ユニット
２ バルブ
４ ロッカーアーム
６ ロッカーローラ
８ 油圧ラッシャアジャスタ
１０ カム軸
１２ カム
１２ａ 非作用面
１２ｂ 作用面
１４ 連動機構
１６ 制御軸
１８ 第１アーム
１８１ 受動アーム
１８１ａ アーム部
１８１ｂ アーム部
１８１ｃ 受動面
１８２ 従動カム
１８２ａ 非作用面
１８２ｂ 作用面
２０ 第２アーム
２２ 第３アーム
２４ ピン
２６ カムローラ
２８ 選択ローラ
３０ ロストモーションスプリング
３４，３６ 支持部材
４０ モータ
４０ａ 出力軸
４２ ウォームギヤ機構
４４ ウォームホイール
４６ ウォームギヤ
５０ 油圧シリンダ
５６ スプリング
６２ オイルポンプ
６４ 電磁弁

Claims (3)

1. カム軸の回転に対するバルブの開弁特性を制御軸の回転位置に応じて変化させる可変機構と、前記制御軸とギヤ機構を介して接続されたアクチュエータとを備え、前記アクチュエータにより前記制御軸を回転駆動することで前記開弁特性を変化させる可変動弁装置において、
   前記制御軸を一方向に回転駆動して前記開弁特性を一定の状態から変化させる際、前記アクチュエータを一旦反転させることにより前記ギヤ機構に作用する摩擦を静止摩擦から動摩擦に変化させてから、前記アクチュエータにより前記制御軸を前記一方向に回転駆動することを特徴とする可変動弁装置。
2. 前記開弁特性が一定の状態が所定時間継続した後で前記開弁特性を一定の状態から変化させる場合に限り、前記アクチュエータを一旦反転させることを行うことを特徴とする請求項１記載の可変動弁装置。
3. 前記開弁特性を前記バルブの作用角及びリフト量が増大する側に変化させる場合に限り、前記アクチュエータを一旦反転させることを行うことを特徴とする請求項１又は２記載の可変動弁装置。

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