JP4521429B2 - 内燃機関の可変動弁装置及びこれに用いる駆動機構 - 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作動角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などに関する。

この種の従来の可変動弁装置としては、例えば以下の特許文献１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、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手段としてのウォームギア歯車とを介し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及び作動角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、例えば低回転域の場合は、前記電動モータとウォームギア歯車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及び作動角が最小となるように制御される。

一方、低回転域から高回転高負荷域へ移行した場合は、電動モータによりウォームギア歯車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、吸気弁はバルブリフト量と作動角が増大す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。
特開平２００１−３７２０号公報

前記従来の可変動弁装置にあっては、電動モータからの回転駆動力を減速して制御軸の回転制御を行うウォーム歯車機構は、その減速比が図８の破線で示すように、バルブリフト量や作動角のいずれの制御状態に拘わらず常に一定になっているため、車両の常用運転域（実用域）中における制御領域となる小バルブリフト量及び小作動角制御状態では、相対的に減速比が小さくなることから、電動モータの電力消費が大きくなってしまう。

すなわち、前記減速比は、前記電動モータの駆動シャフトの角速度／制御軸の角速度から求められ、この電動モータの回転トルク比に相当し、このトルク比は、電動モータへの供給電流に比例している。したがって、前記従来における小バルブリフト量及び小作動角制御状態では、減速比が向上せず相対的に減速比が小さくなるので、制御軸を回転させる電動モータの回転トルクが大きくなる。

このため、車両の定常運転中における消費電力が多くなってしまい、結果的にオルタネータ等の補機類を駆動する内燃機関の燃費にも影響を与えることになる。

また、電動モータに電力を供給するバッテリーの蓄電量が減少してしまうなどから、電動モータに対する供給電力が小さくなってしまうと、前記車両の常用域における該電動モータの回転作動性が悪化してしまう、といった技術的課題も招来するおそれがある。

さらに、車両の急加速時などにおいて、可変機構により吸気弁の小バルブリフトから大バルブリフトへの変換過程においても減速比が低下せずに一定であることから、該変換に必要な電動モータの総回転数を減少させることができない。したがって、かかる変換時間が長くなってしまい、いわゆる小バルブリフトから大バルブリフトへの作動応答性が低下してしまうおそれがある。

本発明は、前記従来の可変動弁装置の実状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、とりわけ、減速手段が、前記電動モータに連係して、外周に螺合部を有する出力軸と、前記螺合部に螺合して、前記出力軸の回転に伴い該出力軸の軸方向へ移動する移動部材と、一端部が前記移動部材に揺動自在に連係されたリンク部材と、前記リンク部材の他端部に揺動自在に連係され、前記移動部材の軸方向の移動に伴い前記リンク部材から伝達される駆動力によって前記制御軸を回転させる連係部とから構成され、前記可変機構により機関弁のバルブリフト量が最も大きく制御される際に、前記リンク部材と出力軸のなす角度が最も小さく、機関弁のバルブリフト量が最も小さく制御される際に、前記リンク部材と出力軸のなす角度が最も大きくなるように構成したことを特徴としている。

この請求項１の発明によれば、車両の実用域に制御された機関弁の小バルブリフト状態において、リンク部材と出力軸との間のなす角度を大きくしたことから、電動モータによって回転する出力軸の実回転数の割合に対してリンク部材の他端部に連係された連係部の回転角、つまり制御軸の回転角が小さくなる。すなわち、いわゆる減速比が大きくなり、その結果、電動モータの回転トルクが小さくなり、消費電力の低減化が図れる。

一方、かかる小バルブリフト状態から大バルブリフト状態に切り換えられた際には、リンク部材と出力軸との間のなす角度が小さくなることから、いわゆる減速比が小さくなり、出力軸の実回転数の割合に対する制御軸の回転角が大きくなる。このため、電動モータの回転トルクは大きくなるものの、連係部の回転応答性、つまり制御軸による大バルブリフトへの切換応答性が良好になる。この結果、車両の加速性能が向上する。

また、請求項２に記載の発明にあっては、前記減速手段は、前記電動モータに連係して、外周に螺合部を有する出力軸と、前記螺合部に螺合して、前記出力軸の回転に伴い該出力軸の軸方向へ移動し、かつ、伝達ピンを有する移動部材と、一端部が前記制御軸に固定されると共に、他端部に切欠形成されたスリットが前記伝達ピンに連係された連係レバーと、前記移動部材の軸方向の移動に伴い前記連係レバーを介して前記制御軸を回転させるように構成すると共に、前記可変機構によって機関弁のバルブリフト量が最も大きく制御される際に、前記連係レバーと出力軸のなす角度が最も大きく、機関弁のバルブリフト量が最も小さく制御される際に、前記連係レバーと出力軸のなす角度が最も小さくなるように構成したことを特徴としている。

したがって、この発明によれば、車両の実用域に制御された機関弁の小バルブリフト状態において、連係レバーと出力軸との間のなす角度が小さくなるようにしたことで、移動部材の作動が連係レバーの回転に有効に変換されず、減速比が大きくなる。この結果、電動モータの回転トルクが小さくなり、消費電力の低減化が図れる。

一方、かかる小バルブリフト状態から大バルブリフト状態に切り換えられた際には、連係レバーと出力軸との間のなす角度が大きくなることから、移動部材の作動が連係レバーの回転に有効に変換されることとなって、減速比が小さくなり、出力軸の実回転数の割合に対する制御軸の回転角が大きくなる。このため、電動モータの回転トルクは大きくなるものの、制御軸による大バルブリフトへの切換応答性が良好になる。この結果、車両の加速性能が向上する。

以下、本発明に係る可変動弁装置及びこれに用いる駆動機構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および作動角を機関運転状態に応じて可変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機構４と、該可変機構４の作動位置を制御する制御機構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２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が設けられている。

前記制御機構５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に減速して伝達する減速手段である螺子伝達手段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のほぼ軸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に圧入等により固定されている。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によって軸受けされている。

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、その他、機関の水温センサ４３や、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入力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をフィードバック制御している。

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出力軸である螺子軸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が一方側のボールベアリング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３５ｆ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回りの反時計方向及び時計方向の最大回転位置が規制されるようになっている。

そして、前記制御軸３２が、図６に示すように連係アーム４７を介して第１ストッパピン６２によって回転が規制されている位置、つまり、可変機構４が前記駆動機構６を介して吸気弁２，２のバルブリフト量を最小リフト域に保持した位置では、前記リンク部材４８の軸線と螺子軸４５の軸線との間のなす角度θ１が約６５°の最大角度になっているが、ここから制御軸３２が図１に示すように、時計方向に回転して、第２ストッパピン６３によりそれ以上の回転が規制された最大リフトに制御された際における前記リンク部材４８の軸線と螺子軸４５の軸線との間のなす角度θ３が約３５°の最小角度となるように形成されている。

したがって、螺子伝達手段３７の電動モータ３６の回転に対する減速比は、図８に示すように、前記螺子軸４５の軸線とリンク部材４８の軸線との間のなす角度θ（図８の一点鎖線）との関係によって変化し、図８の実線で示すように、なす角度θが前述のように最小リフト時における最大角度θ１では大きくなり、該最小リフトから前記最大リフト時における最小角度θ３までにかけて急激に小さくなる。

具体的に説明すれば、まず、減速比は、前述したように、螺子軸４５の角速度／制御軸３２の角速度によって決定され、前記θが大きい小リフト域では、螺子ナット４６の軸方向の移動がリンク部材４８との関係で制御軸３２の回転に有効に変換されないので、減速比は大きくなるが、θが小さい大リフト域では、螺子ナット４６の軸方向の移動が制御軸３２の回転に有効に変換されることから、減速比は小さくなる。

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、螺子ナット４６の側面が軸方向に衝突係止される直前に、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。その際、螺子ナット４６の可動範囲を確保しつつ螺子ナット４６と螺子軸４５との螺合部位における衝撃荷重の発生を防止できる。

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、機関中回転領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、この回転トルクが螺子軸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に示す位置から左方向へ移動する。したがって、制御軸３２は、制御カム３３を図３に示す位置から時計方向へ回転させて、図４Ａ、Ｂに示すように軸心Ｐ２を少し下方向へ回動させる。このため、ロッカアーム２３は、今度は全体が駆動軸１３方向寄りに移動して他端部２３ｂが揺動カム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。

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Ｌ２は若干大きくなる。

この時点での減速比は、最小リフト領域よりも若干小さくなるが、いまだ螺子軸４５とリンク部材４８との間のなす角度θが比較的大きいことから、減速比も大きくなっており、したがって、電動モータ３６の消費電流は少ない。

さらに、車両の急加速時などにおいて、機関が高回転領域に移行した場合は、この運転状態を前記機関回転数センサ４１などの各センサ類から検出したコントローラ４０からの制御信号によって電動モータ３６がさらに逆回転して螺子軸４５が同方向へさらに回転する。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して、螺子軸４５とリンク部材４８とのなす角度θが十分小さくなる。また、このとき、螺子ナット４６の側面が軸方向に衝突係止される直前に、連係アーム４７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る。その際、螺子ナット４６の可動範囲を確保しつつ衝突による螺子ナット４６の損傷を防止できる。この時点で、螺子ナット４６のそれ以上の移動も規制され、螺子軸４５とリンク部材４８とのなす角度θ３が最小になる。

かかる作動に伴って、制御軸３２は、制御カム３３を図４に示す位置から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、前述のように、車両の実用域である吸気弁２，２の最小リフト域からそれ以上の所定の小リフト域では、螺子伝達手段３７による減速比が十分に大きくなるから、螺子ナット４６とリンク部材４８及び連係アーム４７を介して制御軸３２を回転駆動させるのに必要な電動モータ３６の回転トルクが小さくなる。このため、電動モータ３６による消費電力を十分に低減させることでき、この結果オルタネータ等の補機類を駆動する内燃機関の燃費にも影響を与ることがなくなる。

また、電動モータ３６に電力を供給するバッテリーの蓄電量が減少することがないので、電動モータ３６に対する供給電力量も確保でき、前記車両の常用域における該電動モータ３６の回転作動性の悪化を防止できる。

さらに、吸気弁２，２の小リフト域から大リフト域への変換過程においては、螺子伝達手段３７による減速比が小さくなることから、該変換に必要な電動モータ３６の実回転数を減少させることができ、したがって、かかる変換時間が短くなって、大バルブリフトへの作動応答性の悪化を防止できる。

さらに、この実施形態では、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る。

さらに、両ストッパピン６２，６３により螺子ナット４６の可動範囲を確保しつつ螺子ナット４６と螺子軸４５の螺合部位における衝撃荷重の発生を抑制することができる。

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。

図９は本発明の第２の実施形態を示し、前記螺子伝達手段３７のリンク部材４８を廃止すると共に、連係アーム４７に代えた連係レバー７０を直接螺子ナット４６に連係させたものである。

すなわち、前記連係レバー７０は、軸方向に長い雨滴状に形成され、基部７０ａが制御軸３２の一端部３２ａに固定されていると共に、前記螺子ナット４６の一側部下方まで延出した先端部７０ｂのほぼ中央に細長いスリット７１が長手方向に沿って形成されている。

一方、前記螺子ナット４６は、一側部の軸方向ほぼ中央位置に、伝達ピン７２が回転自在に取り付けられている。この伝達ピン７２は、基端部が螺子ナット４６の半径方向に沿って穿設された支持孔に回転自在に支持されていると共に、先端部に前記スリット７１内に摺動自在に係合する２面幅状の係合面７２ａ、７２ｂが形成されている。

そして、連係レバー７０は、図９に示すように、螺子軸４５に対して軸直角（約９０°）方向に位置した状態で第２ストッパピン６３に突き当たってそれ以上の反時計方向の回転が規制され、この時点で制御軸３２を介して最大リフトに制御するようになっており、したがって、かかる大リフト域で最大の角度（約９０°）とすることにより、前記減速比が最も小さくなるように形成されている。なぜなら、この大きな角度により、螺子ナット４６の動きが連係レバー７０の回転に有効に変換されるからである。

一方、図９の破線で示すように、螺子軸４５に対して所定の傾動角度（約４５°）に位置した状態で第１ストッパピン６２に突き当たってそれ以上の時計方向の回転が規制され、この時点で最小リフトに制御するようになっており、したがって、かかる小リフト域で最小の傾斜角度（約４５°）とすることより、減速比が最も大きくなるように形成されている。なぜなら、傾斜角度が小さくなることで、螺子ナット４６の動きが有効に連係レバー７０の回転に変換されなくなるためである。

したがって、この実施形態によれば、前述と同じく電動モータ３６によって螺子軸４５が正逆回転駆動し、螺子ナット４６が螺子軸４５の左右軸方向へ直線移動すると、伝達ピン７２の移動に伴って連係レバー７０がスリット７１を介して同方向へ回転し、これにより、制御軸３２が、時計あるいは反時計方向へ回転して、吸気弁２，２のバルブリフト量と作動角が大小制御されるわけであるが、小リフト域では、図１０に示すように、減速比が大きくなっていることから、電動モータ３６の消費電力が小さくなる。一方、大リフト域では同図に示すように、減速比が小さくなっていることから、消費電力は大きくなるものの、制御軸３２を介した可変機構４による切換作動応答性が向上する。

したがって、第１実施形態と同様な作用効果が得られると共に、第１実施形態よりも部品点数の削減と構造が簡素化されるため、製造作業や組立作業能率が向上し、コストの低廉化が図れる。

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、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または２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２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）前記連係部は、前記制御軸に固定されて、前記リンク部材との枢支部が制御軸の軸心より偏心した位置に設けられたことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の可変動弁装置。
（ニ）前記可変機構によって機関弁の作動角が最も大きく制御される際に、前記リンク部材と出力軸との間のなす角度が最も小さくなるように形成したことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の可変動弁装置。

この発明によれば、前記減速比を小さくできると共に、入力の大きい最大作動角時に移動部材に作用するラジアル荷重の低減効果を最大に得ることができるので、出力軸や移動部材間の螺合部の耐久性を向上させることができる。
（ホ）前記可変機構によって機関弁の作動角が最も小さく制御される際に、前記リンク部材と出力軸との間のなす角度が最も大きくなるように形成したことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の可変動弁装置。

この発明では、前記減速比を大きくすることができると共に、入力の小さな小リフト領域であるから、前記角度が大きいにも拘わらず、ラジアル荷重を小さくすることができ、出力軸と移動部材との間の螺合部の耐久性に影響を与えることがない。
（ヘ）前記移動部材の軸方向の最大移動を規制する規制機構を設けたことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の可変動弁装置。

この発明によれば、規制機構によって移動部材が軸方向に衝突係止される直前に、移動部材の最大移動位置を規制することから、移動部材の移動範囲を確保しつつ出力軸と移動部材との螺合部位における衝撃荷重の発生を抑制することができる。
（ト）前記移動部材を非回転状態で軸方向へ移動させるようにしたことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の可変動弁装置。

この発明では、移動部材を非回転状態としたことから、出力軸の回転力を軸方向移動力に効率よく変換することができる。
（チ）前記減速手段は、前記電動モータに連係して、外周に螺合部を有する出力軸と、
前記螺合部に螺合して、前記出力軸の回転に伴い該出力軸の軸方向へ移動しかつ側部に伝達ピンを有する移動部材と、
一端部が前記制御軸に固定され、他端部に形成されたスリットが前記伝達ピンに連係した連係レバーとを備え、
前記移動部材の軸方向の移動に伴い前記連係レバーを介して制御軸を回転させるように構成し、
前記可変機構による機関弁の小作動角制御状態において、前記連係レバーと出力軸との間のなす角度を小さくするように形成したことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の可変動弁装置。

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要部斜視図ある。 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。 本駆動機構の図１に示すＢ−Ｂ線展開断面図である。 本実施形態におけるバルブリフト量と減速比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。 第２実施形態におけるバルブリフト量と減速比との関係を示す特性図である。

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…連係アーム（連係部）
４８…リンク部材
４９…雄ねじ部（螺合部）
５５…雌ねじ部
６２…第１ストッパピン（規制機構）
６３…第２ストッパピン（規制機構）
７０…連係レバー
７１…スリット
７２…伝達ピン

Claims (4)

1. 機関運転状態に応じて制御軸が回転して機関弁の少なくともバルブリフト量を可変制御する可変機構と、前記制御軸を電動モータと減速手段とを介して回転制御する駆動機構とを備えた内燃機関の可変動弁装置において、
   前記減速手段は、前記電動モータに連係して、外周に螺合部を有する出力軸と、
   前記螺合部に螺合して、前記出力軸の回転に伴い該出力軸の軸方向へ移動する移動部材と、
   一端部が前記移動部材に揺動自在に連係されたリンク部材と、
   前記リンク部材の他端部に揺動自在に連係され、前記移動部材の軸方向の移動に伴い前記リンク部材から伝達される駆動力によって前記制御軸を回転させる連係部とから構成され、
   前記可変機構によって機関弁のバルブリフト量が最も大きく制御される際に、前記リンク部材と出力軸のなす角度が最も小さく、前記可変機構によって機関弁のバルブリフト量が最も小さく制御される際に、前記リンク部材と出力軸のなす角度が最も大きくな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。
2. 機関運転状態に応じて制御軸が回転して機関弁の少なくともバルブリフト量を可変制御する可変機構と、前記制御軸を電動モータと減速手段とを介して回転制御する駆動機構とを備えた内燃機関の可変動弁装置において、
   前記減速手段は、前記電動モータに連係して、外周に螺合部を有する出力軸と、
   前記螺合部に螺合して、前記出力軸の回転に伴い該出力軸の軸方向へ移動し、かつ、伝達ピンを有する移動部材と、
   一端部が前記制御軸に固定されると共に、他端部に切欠形成されたスリットが前記伝達ピンに連係された連係レバーと、
   前記移動部材の軸方向の移動に伴い前記連係レバーを介して前記制御軸を回転させるように構成すると共に、
   前記可変機構によって機関弁のバルブリフト量が最も大きく制御される際に、前記連係レバーと出力軸のなす角度が最も大きく、機関弁のバルブリフト量が最も小さく制御される際に、前記連係レバーと出力軸のなす角度が最も小さくなるように構成したことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
3. 機関運転状態に応じて制御軸が回転して機関弁の少なくともバルブリフト量を可変制御する可変機構の前記制御軸を電動モータと減速手段とを介して回転制御する内燃機関の可変動弁装置の駆動機構において、
   前記減速手段は、前記電動モータに連係して、外周に螺合部を有する出力軸と、
   前記螺合部に螺合して、前記出力軸の回転に伴い該出力軸の軸方向へ移動する移動部材と、
   一端部が前記移動部材に揺動自在に連係されたリンク部材と、
   前記リンク部材の他端部に揺動自在に連係され、前記移動部材の軸方向の移動に伴い前記リンク部材から伝達される駆動力によって前記制御軸を回転させる連係部とから構成され、
   前記可変機構によって機関弁のバルブリフト量が最も大きく制御される際に、前記リンク部材と出力軸のなす角度が最も小さく、前記可変機構によって機関弁のバルブリフト量が最も小さく制御される際に、前記リンク部材と出力軸のなす角度が最も大きくな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。
4. 機関運転状態に応じて制御軸が回転して機関弁の少なくともバルブリフト量を可変制御する可変機構の前記制御軸を電動モータと減速手段とを介して回転制御する内燃機関の可変動弁装置の駆動機構において、
   前記減速手段は、前記電動モータに連係して、外周に螺合部を有する出力軸と、
   前記螺合部に螺合して、前記出力軸の回転に伴い該出力軸の軸方向へ移動し、かつ、伝達ピンを有する移動部材と、
   一端部が前記制御軸に固定されると共に、他端部に切欠形成されたスリットが前記伝達ピンに連係された連係レバーと、
   前記移動部材の軸方向の移動に伴い前記連係レバーを介して前記制御軸を回転させるように構成すると共に、
   前記可変機構によって機関弁のバルブリフト量が最も大きく制御される際に、前記連係レバーと出力軸のなす角度が最も大きく、機関弁のバルブリフト量が最も小さく制御される際に、前記連係レバーと出力軸のなす角度が最も小さくなるように構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。

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