JP5516493B2 - 内燃機関の可変動弁装置 - Google Patents

Description

この発明は、内燃機関の可変動弁装置に係り、特に、駆動カム軸が一回転する間の従動カムロブの回転速度を変更可能とする内燃機関の可変動弁装置に関する。

従来、例えば特許文献１には、バルブを駆動する従動カムロブが固定された駆動カム軸を電動モータによって回転駆動する構成を備える内燃機関の可変動弁装置が開示されている。この従来の可変動弁装置は、電動モータの回転速度を制御するモータ制御装置を備えている。このような構成によれば、モータ制御装置によって電動モータの回転速度を変化させることにより、駆動カム軸が一回転する間の従動カムロブの回転速度を増減することができ、内燃機関の運転中にバルブの作用角を変更することが可能である。

特開２００５−１８０２３８号公報

上述した従来の可変動弁装置の構成とは異なり、タイミングチェーンまたはベルトを介して伝達されるクランク軸の回転力（トルク）によって駆動カム軸を駆動する一般的な構成を採用する可変動弁装置において、駆動カム軸が一回転する間の従動カムロブの回転速度を変更可能とする可変速度カム（ＶＶＣ）機能を実現する構成を構築することが考えられる。

ここで、内燃機関における吸気弁の作用角の制御として、例えば、低回転低負荷領域では吸気弁の遅閉じによるアトキンソンサイクル化のために吸気弁の作用角を大きくし、低回転高負荷領域では上記低回転低負荷時よりも吸気弁の作用角を小さくする設定を備えることがある。このような設定を有している場合には、加速時に低回転低負荷領域から低回転高負荷領域に移行する際には、吸気弁の閉じ時期を早めて内燃機関の実圧縮比を高めるべく、吸気弁の作用角が大作用角状態から小作用角状態に切り替えられることになる。このため、上記設定を有している場合には、加速時に吸気弁の作用角を大作用角状態から小作用角状態に切り替える際の応答性が良好なものになっていることが要求される。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、クランク軸の回転力によって駆動カム軸を駆動する構成を用いて可変速度カム機能を実現する際に、大作用角状態から小作用角状態へのバルブの作用角の切り替えの応答性を良好に確保し得る内燃機関の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、内燃機関の可変動弁装置であって、
クランク軸の回転力を利用して回転駆動される駆動カム軸と、
前記駆動カム軸と同心であって、当該駆動カム軸に回転自在に支持された従動カムロブと、
前記駆動カム軸を覆うように形成された軌道面を有するガイド部材と、
前記駆動カム軸および前記従動カムロブのそれぞれに連結され、前記軌道面と接触する接触部材を有し、前記接触部材の位置変化に伴って前記駆動カム軸に対する前記従動カムロブの回転角度を変化させるリンク機構と、
前記駆動カム軸が一回転する間、前記軌道面と前記接触部材との接触が維持されるようにする接触維持手段と、
前記ガイド部材を、前記駆動カム軸の軸線と直交する平面上において一方向に付勢する付勢部材と、
前記ガイド部材を、前記付勢部材による当該ガイド部材の付勢方向およびその逆方向に移動させるアクチュエータと、を備え、
前記付勢方向に前記ガイド部材が移動した際に、前記従動カムロブにより開閉駆動されるバルブのリフト期間中に前記駆動カム軸に対する前記従動カムロブの相対的な回転速度が高くなるように構成されていることを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、
前記付勢方向は、水平方向よりも鉛直方向下側に向いた方向であることを特徴とする。

また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記付勢方向は、前記可変動弁装置を搭載する内燃機関のシリンダ軸線の上方から下方に向かう方向であり、
前記リンク機構は、
前記駆動カム軸の軸中心から径方向に離れた位置において当該駆動カム軸に設けられたカム軸側回転支点を中心として当該駆動カム軸に回転自在に連結されたカム軸側リンク部材と、
前記駆動カム軸の軸中心から径方向に離れた位置において前記従動カムロブに設けられたカムロブ側回転支点を中心として当該従動カムロブに回転自在に連結されたカムロブ側リンク部材と、
を含み、
前記接触部材は、前記カム軸側リンク部材の他端と前記カムロブ側リンク部材の他端との連結部に配置され、前記軌道面上を転動する制御ローラであり、
前記カムロブ側リンク部材は、前記カム軸側リンク部材との間に前記制御ローラを介在させた状態で当該カム軸側リンク部材よりも前記駆動カム軸の回転方向前方側に配置されており、
前記アクチュエータは、前記駆動カム軸の軸方向から見て、前記軌道面の中心点が前記駆動カム軸の軸線の法線方向かつシリンダ軸線方向に沿って移動するように前記ガイド部材を移動させるものであって、
前記軌道面は、円周面であり、
前記軌道面における前記シリンダ軸線の上方側の区間において当該軌道面と前記制御ローラとが接する際に、前記バルブのリフト区間が到来するように構成されていることを特徴とする。

カムロブにより開閉駆動されるバルブのリフト期間中に駆動カム軸に対する従動カムロブの相対的な回転速度が高くなると、バルブの作用角が小さくなる。第１の発明では、付勢部材によるガイド部材の付勢方向にガイド部材が移動した際に、バルブのリフト期間中に駆動カム軸に対する従動カムロブの相対的な回転速度が高くなるように構成されている。このため、バルブの作用角を大作用角状態から小作用角状態に切り替える際に、付勢部材の付勢力が、アクチュエータによるガイド部材の移動をアシストする方向に作用することになる。これにより、本発明によれば、クランク軸の回転力によって駆動カム軸を駆動する構成を用いて可変速度カム機能を実現する可変動弁装置において、大作用角状態から小作用角状態へのバルブの作用角の切り替えの応答性を良好に確保することが可能となる。

第２の発明によれば、付勢部材によるガイド部材の付勢方向が、水平方向よりも鉛直方向下側に向いた方向とされている。これにより、バルブの作用角を大作用角状態から小作用角状態に切り替える際に、ガイド部材の自重が、アクチュエータによるガイド部材の移動をアシストする方向に作用することになる。このため、本発明によれば、可変速度カム機能を実現する可変動弁装置において、ガイド部材の自重をも利用して、大作用角状態から小作用角状態へのバルブの作用角の切り替えの応答性を更に良好に確保することが可能となる。

第３の発明によれば、軌道面におけるシリンダ軸線の上方側の区間において当該軌道面と制御ローラとが接する際にバルブのリフト区間が到来するように構成されている。これにより、ガイド部材が上記付勢方向（すなわち、シリンダ軸線の上方から下方に向かう方向）に移動した際に、バルブのリフト区間において、駆動カム軸に対する従動カムロブの相対的な回転速度が高められ、バルブの作用角が小さくなる。つまり、本発明によれば、大作用角状態から小作用角状態へのバルブの作用角の切り替えの応答性を良好に確保できるようにする可変動弁装置の好適な構成例を提供することができる。

本発明の実施の形態１の可変動弁装置の全体構成を概略的に示す斜視図である。 図１に示す可変動弁装置が備える駆動カム軸周りの構成を説明するための図である。 可変動弁装置を、図１に示すＡ−Ａ線で切断した断面図である。 図１における矢視Ｂ方向から可変動弁装置を見た斜視図である。 ガイド部材の支持構造を説明するための図である。 アクチュエータの具体的な構成を説明するための図である。 ガイド部材の変位に伴う可変動弁装置の動作を説明するための模式図である。 ガイド部材の変位に伴う吸気弁の作用角の変化、および、ガイド部材の変位に伴う（基準状態時の値に対する）駆動カム軸と従動カムロブとの回転角度θの差（変化）を表した図である。 内燃機関の運転領域と可変動弁装置による吸気弁の開弁特性の設定との関係の一例を表した図である。

実施の形態１．
［可変動弁装置の構成］
図１は、本発明の実施の形態１の可変動弁装置１０の全体構成を概略的に示す斜視図である。図２は、図１に示す可変動弁装置１０が備える駆動カム軸１２周りの構成を説明するための図である。尚、図１においては、後述するリターンスプリング４４の図示を省略している。

本実施形態の可変動弁装置１０は、内燃機関に搭載され、吸気弁または排気弁を駆動する装置として機能するものである。ここでは、可変動弁装置１０が吸気弁を駆動する装置として適用された例について説明する。また、可変動弁装置１０は、一例として、４つの気筒（＃１〜＃４）を有する直列４気筒型の内燃機関に適用されているものとする。

図１、２に示すように、可変動弁装置１０は、駆動カム軸１２を備えている。駆動カム軸１２は、タイミングプーリー１４およびタイミングチェーン等（図示省略）を介してクランク軸（図示省略）と連結され、クランク軸の１／２の速度で回転するように構成されている。図２に示すように、駆動カム軸１２とタイミングプーリー１４との間には、クランク軸の回転に対する駆動カム軸１２の回転位相を変更可能とする可変バルブタイミング（ＶＶＴ）機構１６が介在している。

図２に示すように、駆動カム軸１２には、気筒毎にカムピース１８が取り付けられている。カムピース１８は、駆動カム軸１２と同心であって当該駆動カム軸１２によって回転自在に支持されている。カムピース１８には、バルブ（図示省略）を駆動するための従動カムロブ１８ａが２つ形成されている。

また、駆動カム軸１２には、気筒毎に、駆動カム軸１２の径方向外側に突出した駆動アーム部２０ａを有する駆動アーム２０が取り付けられている。駆動アーム２０は、所定の固定部材（図示省略）を用いて駆動カム軸１２に一体的に固定されている。更に、カムピース１８には、同一気筒のための駆動アーム２０に近い方の従動カムロブ１８ａの近傍に、駆動カム軸１２の径方向外側に突出した従動アーム部１８ｂが一体的に形成されている。

図３および図４を新たに加えて説明を継続する。
図３は、可変動弁装置１０を、図１に示すＡ−Ａ線で切断した断面図である。図４は、図１における矢視Ｂ方向から可変動弁装置１０を見た斜視図である。尚、図３においては、リンクプレート３４の一部の図示を省略しており、図４においては、ガイド部材３６の図示を省略している。

図３、４に示すように、駆動アーム部２０ａには、カム軸側回転軸２２を介して、駆動リンク２４の一端が回転自在に連結されている。また、従動アーム部１８ｂには、カムロブ側回転軸２６を介して、従動リンク２８の一端が回転自在に連結されている。ここでは、カム軸側回転軸２２の中心点を、「カム軸側回転支点」と称し、カムロブ側回転軸２６の中心点を、「カムロブ側回転支点」と称する。

駆動リンク２４の他端と従動リンク２８の他端とは、制御ローラ側回転軸３０を介して連結されている。制御ローラ側回転軸３０上における駆動リンク２４と従動リンク２８との間の部位には、制御ローラ３２とリンクプレート３４とが介在している。ここでは、駆動リンク２４と従動リンク２８との連結部である制御ローラ側回転軸３０の中心点を、「制御回転支点」と称する。

このように、本実施形態の可変動弁装置１０は、駆動カム軸１２の軸中心を共通の回転中心とする駆動アーム部２０ａおよび従動アーム部１８ｂと、駆動リンク２４と従動リンク２８とによって、図３に示すようにパンタグラフ状（菱形状）に連結された四節リンクであるリンク機構３５を備えている。また、図３に示すように、本実施形態では、従動リンク２８は、駆動リンク２４との間に制御ローラ３２を介在させた状態で当該駆動リンク２４に対して駆動カム軸１２の回転方向前方側に配置されている。

リンクプレート３４は、図４に示すように、環状に形成された２つのプレート部が同心となるように折り曲げられることにより成形されている。そして、リンクプレート３４は、その内部に駆動カム軸１２が貫通され、かつ、制御ローラ３２を外側から挟み込むようにした状態で、制御ローラ側回転軸３０上に配置されている。

リンクプレート３４の外周側には、図３に示すように、駆動カム軸１２が内部を貫通するリンクプレート３４を更に覆うように、ガイド部材３６の軌道面３６ａ１が配置されている。本実施形態の軌道面３６ａ１は、より具体的には円周面によって構成されている。また、上記制御ローラ３２は、駆動カム軸１２の回転と連動して軌道面３６ａ１上を転動できるように、軌道面３６ａ１と接する位置で制御ローラ側回転軸３０によって回転自在に支持されている。

更に、図３に示すように、リンクプレート３４の内側には、制御ローラ３２以外にも、軌道面３６ａ１と接する位置に、２つの保持ローラ３８が保持用回転軸４０を介して回転自在に取り付けられている。より具体的には、制御ローラ３２に加えて２つの保持ローラ３８を含めた３つのローラ３２、３８間の配置が駆動カム軸１２を中心として等角度間隔となるように、これらの３つのローラ３２、３８がリンクプレート３４に取り付けられている。このような構成によって、リンクプレート３４に取り付けられた制御ローラ３２の、軌道面３６ａ１に対する位置が規定されている。このため、制御ローラ３２は、駆動カム軸１２の回転に伴い、軌道面３６ａ１に常に接した状態で当該軌道面３６ａ１上を転動するようになる。そして、制御ローラ３２の位置が規定された結果、駆動リンク２４および従動リンク２８を介して、駆動カム軸１２に対する従動カムロブ１８ａの相対的な回転角度θも特定されることになる。

ガイド部材３６は、図１に示すように、気筒毎に、上記軌道面３６ａ１を有する環状部３６ａを備えている。各気筒の環状部３６ａは、架橋部３６ｂを介して橋渡されることによって一体的に連結されている。本実施形態の可変動弁装置１０は、ガイド部材３６を、以下の図５および図６を参照して示すように、図３における上下方向（すなわち、シリンダ軸線の上下方向）に往復移動させるための構成を備えている。

図５は、ガイド部材３６の支持構造を説明するための図である。より具体的には、図５（Ａ）は、＃２気筒のガイド部材３６の環状部３６ａ周りの構成（＃３気筒も同様）を、図３と同じ方向から見た図であり、図５（Ｂ）は、アクチュエータ４６の作用角可変カム４８周りの構成を、図１における矢視Ｃの方向から見た図である。

図５に示すように、＃２および＃３気筒のガイド部材３６の環状部３６ａの外周の両側には、フランジ部３６ａ２がそれぞれ形成されている。各フランジ部３６ａ２には、シリンダ軸線と平行な軸線を中心とする貫通穴３６ａ３が形成されている。これらの貫通穴３６ａ３には、気筒の上方側（図５の上方側）から挿入されたボルト４２が貫通している。

各ボルト４２は、図示省略するシリンダヘッド（もしくはカムキャリア）にねじ込まれて固定されている。各ボルト４２の頭部に設けられたフランジ部４２ａと、ガイド部材３６側の各フランジ部３６ａ２との間には、リターンスプリング４４が介在している。＃２気筒の環状部３６ａと＃３気筒の環状部３６ａとを橋渡しする架橋部３６ｂには、アクチュエータ４６が備える作用角可変カム４８が接している。

上記のような構成によれば、リターンスプリング４４のバネ荷重によって、ガイド部材３６がシリンダ軸線の上方から下方に向かう方向に付勢される。そして、このバネ荷重は、アクチュエータ４６の作用角可変カム４８によって受け止められることとなる。このような構成によって、ガイド部材３６は、図３における上下方向（すなわち、気筒の上下方向）への移動自在な態様であって、図３における左右方向および駆動カム軸１２の軸方向への移動が拘束される態様で支持されている。

図６は、アクチュエータ４６の具体的な構成を説明するための図である。より具体的には、図６（Ａ）は、アクチュエータ４６を、図１における矢視Ｃの方向から見た図であり、図６（Ｂ）および（Ｃ）は、アクチュエータ４６を、図６（Ａ）における矢視Ｄの方向から見た図である。尚、図１、並びに図６（Ｂ）および（Ｃ）では、モータ５０およびウォームギヤ５２の図示を省略している。

アクチュエータ４６は、図６（Ａ）に示すように、電動モータ（以下、単に「モータ」）５０と、当該モータ５０の出力軸に固定されたウォームギヤ５２と、当該ウォームギヤ５２と噛み合わされたウォームホイール５４とを備えている。そして、図６（Ｂ）に示すように、ウォームホイール５４には、当該ウォームホイール５４と同心の制御軸５６が固定されている。制御軸５６には、ガイド部材３６の並行する２つの架橋部３６ｂに対応して、２つの作用角可変カム４８が固定されている。尚、モータ５０は、内燃機関が備える図示省略のＥＣＵ（Electronic Control Unit）の指令に基づいて駆動される。更に、制御軸５６の近傍には、制御軸５６の回転角度を検出することにより吸気弁の作用角を取得するための作用角センサ５８が配置されている。

上述したように、ガイド部材３６（の架橋部３６ｂ）は、リターンスプリング４４によって作用角可変カム４８に向けて付勢されている。このようにガイド部材３６が作用角可変カム４８に向けて付勢されている状態においてモータ５０によって作用角可変カム４８の回転角度を調整することにより、図３中に示す移動方向（本実施形態では、シリンダ軸線方向と一致）にガイド部材３６が変位する。より具体的には、図６（Ｂ）は、制御軸５６に対してガイド部材３６の架橋部３６ｂが最も離れるように作用角可変カム４８がモータ５０により回転駆動された状態を示している。この状態では、ガイド部材３６が所定の移動範囲内において、図３における上方向（すなわち、内燃機関の気筒の上方向）に最も変位することになる。一方、図６（Ｃ）は、制御軸５６に対してガイド部材３６の架橋部３６ｂが最も近づくように作用角可変カム４８がモータ５０により回転駆動された状態を示している。この状態では、ガイド部材３６が上記移動範囲内において、図３における下方向（すなわち、内燃機関の気筒の下方向）に最も変位することになる。

上記の構成を有するアクチュエータ４６およびリターンスプリング４４を備えていることにより、モータ５０によって作用角可変カム４８の回転角度を制御することで、ガイド部材３６の位置を上記移動範囲内において任意の位置に調整することができる。より具体的には、上記アクチュエータ４６およびリターンスプリング４４を備える構成によれば、駆動カム軸１２の軸方向から見て、円周面である軌道面３６ａ１の中心点と駆動カム軸１２の中心点とが一致した状態を基準状態として、軌道面３６ａ１の中心点が駆動カム軸１２の軸線の法線方向かつシリンダ軸線方向に沿って移動するように（すなわち、図３における上下方向に）ガイド部材３６を移動させることができる。尚、図３は、上記基準状態時と比べて、軌道面３６ａ１が図３における下方向（気筒の下方向）に移動した時のものであり、図５は、上記基準状態時と比べて、軌道面３６ａ１が図３における上方向（気筒の上方向）に移動した時のものである。

更に、本実施形態の可変動弁装置１０は、ガイド部材３６の軌道面３６ａ１におけるシリンダ軸線の上方側の区間において当該軌道面３６ａ１と制御ローラ３２とが接する際に、吸気弁のリフト区間が到来するように構成されている点に特徴を有している。

［可変動弁装置の動作］
次に、図７および図８を参照して、本実施形態の可変動弁装置１０の動作について説明する。
図７は、ガイド部材３６の変位に伴う可変動弁装置１０の動作を説明するための模式図である。また、図８は、ガイド部材３６の変位に伴う吸気弁の作用角の変化、および、ガイド部材３６の変位に伴う（上記基準状態時の値に対する）駆動カム軸１２と従動カムロブ１８ａとの回転角度θの差（変化）を表した図である。

図７中に示す駆動カム軸１２の回転方向に駆動カム軸１２が回転すると、駆動カム軸１２の回転力が、駆動カム軸１２に一体的に固定された駆動アーム部２０ａを介して、駆動リンク２４に伝達される。駆動リンク２４に伝達された駆動カム軸１２の回転力は、制御ローラ側回転軸３０および従動リンク２８を介して、従動アーム部１８ｂと一体的に形成された従動カムロブ１８ａに伝達される。このように、駆動カム軸１２の回転力は、リンク機構３５を介して従動カムロブ１８ａに伝達されることになる。

その結果、駆動カム軸１２の回転と同期して、リンク機構３５の各要素および従動カムロブ１８ａが駆動カム軸１２と同一方向に回転することになる。この際、既述したように、制御ローラ３２は、軌道面３６ａ１に常に接した状態で当該軌道面３６ａ１上を転動することになる。

図７（Ｂ）に示す状態は、駆動カム軸１２の中心点と軌道面３６ａ１の中心点とが一致している状態（上記基準状態）であり、また、本実施形態の軌道面３６ａ１は、円周面である。このため、駆動カム軸１２の回転に伴って制御ローラ３２が軌道面３６ａ１上を一回転する間に、駆動カム軸１２の回転中心と制御ローラ３２の回転中心との距離に変化はなく、駆動カム軸１２に対する従動カムロブ１８ａの相対的な回転角度θに変化はない。従って、図７（Ｂ）に示す基準状態時には、従動カムロブ１８ａは、駆動カム軸１２と等速で一回転することになる。

次に、図７（Ａ）に示す状態は、図７（Ｂ）に示す基準状態時と比べて、軌道面３６ａ１が図７における下方向（気筒の下方向）に上記移動範囲内で最も移動した状態を示している。この状態では、制御ローラ３２が軌道面３６ａ１のほぼ上半分側に位置している時に、駆動カム軸１２の回転中心と制御ローラ３２の回転中心との距離が上記基準状態の時よりも狭められることになる。この上半分の区間において上記距離が狭められると、上記基準状態時に比べて、駆動カム軸１２に対する従動カムロブ１８ａの相対的な回転角度θが拡大することになる。駆動カム軸１２の回転方向は、図７における時計回りである。従って、この上半分の区間において回転角度θが拡大すると、上記基準状態時と比べ、従動カムロブ１８ａの回転位置が駆動カム軸１２の回転方向の前方側に進められることになる。ここでは、上記基準状態時よりも上記回転角度θが拡大することにより、このような作用の生ずる区間のことを、「増速区間」と称する。

一方、図７（Ｃ）に示す状態は、図７（Ｂ）に示す基準状態時と比べて、軌道面３６ａ１が図７における上方向（気筒の上方向）に上記移動範囲内で最も移動した状態を示している。この状態では、制御ローラ３２が軌道面３６ａ１のほぼ上半分側に位置している時に、駆動カム軸１２の回転中心と制御ローラ３２の回転中心との距離が上記基準状態の時よりも広げられることになる。この上半分の区間において上記距離が広げられると、上記基準状態時に比べて、駆動カム軸１２に対する従動カムロブ１８ａの相対的な回転角度θが減少することになる。その結果、上記基準状態時と比べ、従動カムロブ１８ａの回転位置が駆動カム軸１２の回転方向の後方側に遅らされることになる。ここでは、上記基準状態時よりも上記回転角度θが減少することにより、このような作用の生ずる区間のことを、「減速区間」と称する。

（吸気弁の作用角について）
上述したように、本実施形態の可変動弁装置１０は、ガイド部材３６の軌道面３６ａ１におけるシリンダ軸線の上方側の区間において当該軌道面３６ａ１と制御ローラ３２とが接する際に、吸気弁のリフト区間が到来するように構成されている。また、図７（Ａ）および図７（Ｃ）に示すガイド部材３６の制御状態において、図７中における駆動カム軸１２の中心点を通る水平線と軌道面３６ａ１とが交わる点付近を制御ローラ３２が通過する際に、駆動カム軸１２の中心点と制御ローラ３２の中心点との距離が上記基準状態時の値と等しくなり、これにより、上記回転角度θが上記基準状態時の値と等しくなるタイミング（以下、このようなタイミングのことを、「等回転角度タイミング」と称する）が存在する。本実施形態では、アクチュエータ４６によってガイド部材３６を上記移動範囲内において下方向に移動させた場合に減速区間から増速区間に切り換わる方（すなわち、図７における左側）の等回転角度タイミングと、吸気弁の開き時期ＩＶＯとが（ほぼ）一致するように、軌道面３６ａ１に対する制御ローラ３２の位置が設定されている。

以上の設定を有する本実施形態の可変動弁装置１０によれば、軌道面３６ａ１が図７（Ａ）に示すように下方向に移動した場合には、吸気弁の開き側のリフト区間では、駆動カム軸１２に対して前方に進みながら従動カムロブ１８ａが回転することになる。このため、駆動カム軸１２に対する相対的な従動カムロブ１８ａの回転速度が図７（Ｂ）に示す基準状態時（等速時）と比べて増加することになる。このため、この場合には、図８（Ａ）中に「増速時リフト（小作用角）」と付して示すように、上記基準状態時の「等速時リフト」と比べて、吸気弁のリフト量が最大リフト量に早く到達するようになる。また、この場合には、制御ローラ３２が軌道面３６ａ１の真上位置を通過した後（吸気弁の開弁後にカム角度でほぼ９０°、クランク角度でほぼ１８０°ＣＡを経過した後）は、駆動カム軸１２に対する従動カムロブ１８ａの相対的な回転速度が減少し始める。従って、作用角が１８０°ＣＡを越える一般的な設定の吸気弁の場合には、吸気弁の閉じ時期付近では、「等速時リフト」と比べて、吸気弁の加速度（負の値）が小さくなる。しかしながら、吸気弁の開弁後に制御ローラ３２が軌道面３６ａ１の真上位置に到達するまでの区間において従動カムロブ１８ａの回転速度が高められている影響が大きいため、吸気弁の閉じ時期についても「等速時リフト」時と比べて早くなる。これにより、吸気弁の作用角を等速時リフトと比べて小さくすることができる。

また、本実施形態における可変動弁装置１０によれば、軌道面３６ａ１が図７（Ｃ）に示すように上方向に移動した場合には、吸気弁の開き側のリフト区間では、駆動カム軸１２に対して後方に遅れながら従動カムロブ１８ａが回転することになる。このため、駆動カム軸１２に対する相対的な従動カムロブ１８ａの回転速度が図７（Ｂ）に示す基準状態時（等速時）と比べて減少することになる。このため、この場合には、図８（Ａ）中に「減速時リフト（大作用角）」と付して示すように、上記基準状態時の「等速時リフト」と比べて、吸気弁のリフト量が最大リフト量に到達するタイミングが遅くなる。また、上記「増速時リフト」に対して上述したものとは逆の理由により、吸気弁の閉じ時期についても「等速時リフト」時と比べて遅くなる。これにより、吸気弁の作用角を等速時リフトと比べて大きくすることができる。

また、本実施形態における可変動弁装置１０では、上記のように、図７における左側の等回転角度タイミングと、吸気弁の開き時期ＩＶＯとが（ほぼ）一致するように、軌道面３６ａ１に対する制御ローラ３２の位置が設定されている。このような設定によれば、アクチュエータ４６により制御される軌道面３６ａ１の位置にかかわらず、吸気弁の開き時期における従動カムロブ１８ａの上記回転角度θを（ほぼ）一定に揃えることができる。これにより、図８（Ａ）に示すように、吸気弁の開き時期を一定（もしくは実質的に一定）としつつ作用角を変更すること（すなわち、位相連成）が可能となる。

以上説明したように、本実施形態の可変動弁装置１０によれば、アクチュエータ４６によって作用角可変カム４８を回転駆動して軌道面３６ａ１をシリンダ軸線方向に沿って上下に移動させることにより、駆動カム軸１２の回転中心と制御ローラ３２の回転中心との距離が変化し、駆動カム軸１２と従動カムロブ１８ａとの回転角度θが変化する。また、軌道面３６ａ１の移動量が大きいほど、上記回転角度θの変化量が大きくなる。その結果、アクチュエータ４６による作用角可変カム４８の回転位置（ガイド部材３６の軌道面３６ａ１の制御位置）に応じて、駆動カム軸１２が一回転する間の従動カムロブ１８ａの回転速度を連続的に増減することができる。これにより、作用角可変カム４８の回転位置（軌道面３６ａ１の制御位置）に応じて、吸気弁の作用角を連続的に可変することができるようになる。

［実施の形態１における特徴的な構成とその効果］
先ず、内燃機関の運転領域との関係における本実施形態の可変動弁装置１０の使用例について説明する。
図９は、内燃機関の運転領域と可変動弁装置１０による吸気弁の開弁特性の設定との関係の一例を表した図である。

図９に示す設定においては、高回転数領域では、中作用角（図８（Ａ）に示す等速時リフト）が吸気弁の開弁特性として設定されている。この等速時リフトは、吸気弁の加速度が高くなる高回転数領域において、当該加速度を吸気弁の運動性等を考慮した規定の範囲内に収めつつ、高回転数時に求められる高出力要求を満足するように設定されたものである。より具体的には、等速時リフトは、凸形状の従動カムロブ１８ａを用いて、吸気弁の遅閉じによるアトキンソンサイクルを採用する場合の最大出力相当の作用角として設定されたものである。そのうえで、図９に示す設定においては、低回転高負荷領域では、小作用角（図８（Ａ）に示す増速時リフト）が吸気弁の開弁特性として設定されている。また、低回転低負荷領域では、大作用角（図８（Ａ）に示す減速時リフト）が吸気弁の開弁特性として設定されている。

図９に示すような、運転領域に応じた吸気弁の開弁特性の設定によれば、高回転時には、加工性の良い凸形状の従動カムロブ１８ａを利用して広めの作用角に設定された等速時リフトを用いて、高回転時における高出力要求を満足させることができる。そのうえで、吸気弁の加速度の制限が高回転時と比べて相対的に緩くなる低回転時には、吸気弁のリフト区間における従動カムロブ１８ａの回転速度の調整を行うようにすることで、以下に示すような性能要求を満足することが可能となる。すなわち、低回転高負荷時には、増速時リフトを用いることにより、開き側において吸気弁の速度が等速時リフト時と比べて高くなる。これにより、吸気弁の閉じ時期が早くなり、吸気下死点に近づくので十分な空気量を素早く燃焼室内に供給できるようになるので、低中速トルクを向上させることができる。また、低回転低負荷時には、減速時リフトを用いることにより、等速時リフト時に比べて、吸気弁がゆっくりと開くようになる。このため、吸気弁の閉じ時期が遅くなり、一度吸った空気を戻すことで少ない空気量で運転する、いわゆるアトキンソンサイクルとなる。また、吸気が絞られることによって吸気流速が上昇し、燃焼を改善することができる。

上記図９に示すような設定を有している場合において、加速時に低回転低負荷領域から低回転高負荷領域に移行する際には、図８（Ａ）に示すように、吸気弁の閉じ時期を早めて内燃機関の実圧縮比を高めるべく、吸気弁の作用角が大作用角状態（減速時リフト）から小作用角状態（増速時リフト）に切り替えられることになる。このため、加速時には、吸気弁の作用角を大作用角状態（減速時リフト）から小作用角状態（増速時リフト）に切り替える際の応答性が良好なものになっていることが要求される。

このような要求を満たすために、本実施形態の可変動弁装置１０は、上述した特徴的な構成を有している。すなわち、ガイド部材３６の軌道面３６ａ１におけるシリンダ軸線の上方側の区間において当該軌道面３６ａ１と制御ローラ３２とが接する際に、吸気弁のリフト区間が到来するように構成されている。このように構成しておくことで、ガイド部材３６が下方に移動（偏芯）した際に、増速時リフトが得られるようになる。

このような構成とは異なり、ガイド部材３６が上方に移動（偏芯）した際に増速時リフトが得られるようになっていると、加速時には、リターンスプリング４４のバネ荷重に対抗しながら、ガイド部材３６を押し上げるべく作用角可変カム４８が駆動されることになる。このため、小作用角状態（増速時リフト）への切り替えを行う加速時の応答性確保という点において不利となる。これに対し、本実施形態の構成によれば、小作用角状態（増速時リフト）への切り替えを行う加速時に、リターンスプリング４４のバネ荷重が作用角可変カム４８の回転をアシストする方向に作用することになる。このため、本構成によれば、加速時の可変動弁装置１０の応答性を良好に確保することが可能となる。

また、本実施形態の可変動弁装置１０では、ガイド部材３６の往復移動方向が内燃機関のシリンダ軸線方向と同じ方向とされている。その結果、車両に対する内燃機関の搭載に関して、鉛直線に対するシリンダ軸線の傾斜角が９０°よりも小さな角度とされている場合（すなわち、水平対向型エンジンを除く一般的な内燃機関の場合）には、増速時リフトを得るべくガイド部材３６が下方に移動した際に、ガイド部材３６の自重が作用角可変カム４８の回転をアシストする方向に作用することになる。この点においても、本実施形態の構成によれば、加速時の可変動弁装置１０の応答性を良好に確保することが可能となる。

ところで、上述した実施の形態１においては、駆動カム軸１２の軸方向から見て、円周面である軌道面３６ａ１の中心点と駆動カム軸１２の中心点とが一致した状態を基準位置として、軌道面３６ａ１の中心点が駆動カム軸１２の軸線の法線方向かつシリンダ軸線方向に移動するように（図３等における上下方向に）ガイド部材３６を移動させるアクチュエータ４６を備えるようにしている。言い換えれば、駆動カム軸１２の回転中心に対するガイド部材３６の軌道面３６ａ１の中心点のオフセット量（偏心量）を変更するようにしている。しかしながら、本発明において駆動カム軸に対する従動カムロブの回転角度を変化させるためのガイド部材の往復移動方向は、必ずしも上記に限定されるものではなく、駆動カム軸の軸線と直交する平面方向であればよい。

また、上述した実施の形態１の可変動弁装置１０は、ガイド部材３６の往復移動方向が内燃機関のシリンダ軸線方向と同じ方向とされ、かつ、リターンスプリング４４のバネ荷重が、シリンダ軸線の上方から下方に向かう方向に作用するように構成されている。このような構成によれば、車両に対する内燃機関の搭載に関して、鉛直線に対するシリンダ軸線の傾斜角が９０°よりも小さな角度とされている場合（すなわち、水平対向型エンジンを除く一般的な内燃機関の場合）には、増速時リフトを得るべくガイド部材３６が下方に移動した際に、ガイド部材３６の自重が作用角可変カム４８の回転をアシストする方向に作用するように構成することができる。しかしながら、付勢部材の付勢方向にガイド部材が移動した際に、バルブのリフト期間中に駆動カム軸に対する従動カムロブの回転速度が高くなるように構成したうえで、ガイド部材の自重をアクチュエータの駆動をアシストする力として利用するための構成は、上記の例に限定されるものではない。すなわち、例えば、水平対向型の内燃機関に本発明の可変動弁装置が搭載される場合には、ガイド部材の往復移動方向を鉛直方向と同じ方向とし、かつ、付勢部材の付勢方向を鉛直下向きに設定したものであってもよい。

また、上述した実施の形態１においては、軌道面３６ａ１をそれぞれ有する各気筒用の環状部３６ａを架橋部３６ｂによって橋渡して一体的に形成されたガイド部材３６を備えた構成において、隣接する気筒（ここでは＃２気筒と＃３気筒）の環状部３６ａの周辺にリターンスプリング４４を備え、かつ、これらの環状部３６ａを橋渡しする架橋部３６ｂに対してアクチュエータ４６を備えるようにしている。しかしながら、本発明におけるガイド部材の構成、更にはアクチュエータおよび付勢部材の配置場所は、上記に限定されるものではない。すなわち、例えば、気筒毎に、軌道面を有するガイド部材、並びにアクチュエータおよび付勢部材を備えるものであってもよい。

また、上述した実施の形態１においては、吸気弁を駆動する装置として可変動弁装置１０を備えるようにしている。しかしながら、本発明の可変動弁装置の適用対象は、吸気弁に限られない。すなわち、本発明の可変動弁装置は、排気弁の作用角を大作用角状態から小作用角状態に切り替える際の応答性が良好なものになっていることが要求される場合には、排気弁を駆動する装置としても好適なものである。

また、上述した実施の形態１においては、従動リンク２８が、駆動リンク２４との間に制御ローラ３２を介在させた状態で当該駆動リンク２４よりも駆動カム軸１２の回転方向前方側に配置されており、かつ、図７（Ａ）に示すように軌道面３６ａ１が下方向に移動した時の増速区間が、従動カムロブ１８ａのリフト区間と重なるように設定されている。しかしながら、本発明における可変動弁装置は、このような構成に限定されるものではない。すなわち、例えば、カムロブ側リンク部材（従動リンク）とカム軸側リンク部材（駆動リンク）との間に制御ローラを介在させた状態で当該カム軸側リンク部材よりも駆動カム軸の回転方向後方側にカムロブ側リンク部材を配置させたうえで、軌道面におけるシリンダ軸線の下方側の区間において当該軌道面と前記制御ローラとが接する際に、バルブのリフト区間が到来するように構成し、かつ、付勢部材によるガイド部材の付勢方向をシリンダ軸線の上方から下方に向かう方向としてもよい。このような構成によっても、大作用角状態から小作用角状態へのバルブの作用角の切り替えの応答性を良好に確保することが可能となる。

尚、上述した実施の形態１においては、リンクプレート３４および保持ローラ３８が前記第１の発明における「接触維持手段」に、リターンスプリング４４が前記第１の発明における「付勢部材」に、それぞれ相当している。
また、上述した実施の形態１においては、駆動リンク２４が前記第３の発明における「カム軸側リンク部材」に、従動リンク２８が前記第３の発明における「カムロブ側リンク部材」に、それぞれ相当している。

１０ 可変動弁装置
１２ 駆動カム軸
１４ タイミングプーリー
１６ ＶＶＴ機構
１８ カムピース
１８ａ 従動カムロブ
１８ｂ 従動アーム部
２０ 駆動アーム
２０ａ 駆動アーム部
２２ カム軸側回転軸
２４ 駆動リンク
２６ カムロブ側回転軸
２８ 従動リンク
３０ 制御ローラ側回転軸
３２ 制御ローラ
３４ リンクプレート
３５ リンク機構
３６ ガイド部材
３６ａ ガイド部材の環状部
３６ａ１ ガイド部材の環状部の軌道面
３６ａ２ ガイド部材の環状部のフランジ部
３６ａ３ ガイド部材の環状部の貫通穴
３６ｂ ガイド部材の架橋部
３８ 保持ローラ
４０ 保持用回転軸
４２ ボルト
４２ａ ボルトのフランジ部
４４ リターンスプリング
４６ アクチュエータ
４８ 作用角可変カム
５０ モータ
５２ ウォームギヤ
５４ ウォームホイール
５６ 制御軸
５８ 作用角センサ

Claims (3)

1. クランク軸の回転力を利用して回転駆動される駆動カム軸と、
   前記駆動カム軸と同心であって、当該駆動カム軸に回転自在に支持された従動カムロブと、
   前記駆動カム軸を覆うように形成された軌道面を有するガイド部材と、
   前記駆動カム軸および前記従動カムロブのそれぞれに連結され、前記軌道面と接触する接触部材を有し、前記接触部材の位置変化に伴って前記駆動カム軸に対する前記従動カムロブの回転角度を変化させるリンク機構と、
   前記駆動カム軸が一回転する間、前記軌道面と前記接触部材との接触が維持されるようにする接触維持手段と、
   前記ガイド部材を、前記駆動カム軸の軸線と直交する平面上において一方向に付勢する付勢部材と、
   前記ガイド部材を、前記付勢部材による当該ガイド部材の付勢方向およびその逆方向に移動させるアクチュエータと、を備え、
   前記付勢方向に前記ガイド部材が移動した際に、前記従動カムロブにより開閉駆動されるバルブのリフト期間中に前記駆動カム軸に対する前記従動カムロブの相対的な回転速度が高くなるように構成されていることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
2. 前記付勢方向は、水平方向よりも鉛直方向下側に向いた方向であることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の可変動弁装置。
3. 前記付勢方向は、前記可変動弁装置を搭載する内燃機関のシリンダ軸線の上方から下方に向かう方向であり、
   前記リンク機構は、
   前記駆動カム軸の軸中心から径方向に離れた位置において当該駆動カム軸に設けられたカム軸側回転支点を中心として当該駆動カム軸に回転自在に連結されたカム軸側リンク部材と、
   前記駆動カム軸の軸中心から径方向に離れた位置において前記従動カムロブに設けられたカムロブ側回転支点を中心として当該従動カムロブに回転自在に連結されたカムロブ側リンク部材と、
   を含み、
   前記接触部材は、前記カム軸側リンク部材の他端と前記カムロブ側リンク部材の他端との連結部に配置され、前記軌道面上を転動する制御ローラであり、
   前記カムロブ側リンク部材は、前記カム軸側リンク部材との間に前記制御ローラを介在させた状態で当該カム軸側リンク部材よりも前記駆動カム軸の回転方向前方側に配置されており、
   前記アクチュエータは、前記駆動カム軸の軸方向から見て、前記軌道面の中心点が前記駆動カム軸の軸線の法線方向かつシリンダ軸線方向に沿って移動するように前記ガイド部材を移動させるものであって、
   前記軌道面は、円周面であり、
   前記軌道面における前記シリンダ軸線の上方側の区間において当該軌道面と前記制御ローラとが接する際に、前記バルブのリフト区間が到来するように構成されていることを特徴とする請求項２記載の内燃機関の可変動弁装置。

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