(57)【要約】【課題】ポンピングロスの低減化を図りつつ有効圧縮比の低下を抑制できることによって燃焼の悪化を抑制すると共に、燃費の向上が図れる可変動弁装置を提供する。【解決手段】シリンダヘッドの軸受部に回転自在に支持された制御軸２５を回転制御することにより、吸気弁２のバルブリフト量と作動角及びピークリフト位相を変化させるようになっている。前記制御軸の移動位置を電動モータ３５の回転により螺子伝達機構３６を介して変化させるアクチュエータ２７を有し、前記電動モータの回転角に対する前記制御軸の移動位置変化の割合が、前記ピークリフト位相の遅角側に対して進角側で小さくなるように設定した。【選択図】図１
2010053761.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御軸の移動位置に応じて吸気弁の少なくともピークリフト位相を変化させる可変機構と、
前記制御軸の移動位置を駆動モータの回転により減速機構を介して変化させるアクチュエータとからなり、
前記駆動モータの回転角に対する前記制御軸の移動位置変化の割合が、前記ピークリフト位相の遅角側に対して進角側で小さくなるように設定したことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関の可変動弁装置において、
前記可変機構が吸気弁のピークリフト位相を進角側へ制御した場合には、吸気弁の作動角が減少す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。
【請求項３】
請求項１に記載の内燃機関の可変動弁装置において、
前記可変機構が吸気弁のピークリフト位相を変化させた場合でも、吸気弁の作動角が変化しない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。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関の可変動弁装置において、
前記制御軸の移動する位置は、前記駆動モータの回転に対する前記制御軸の回転角であることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
【請求項５】
前記制御軸の移動する位置は、前記駆動モータの回転に対する制御軸の軸方向の移動量であることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
【請求項６】
駆動モータの回転により減速機構を介して制御軸を移動させることにより吸気弁の少なくともピークリフト位相を変化させる可変動弁装置のアクチュエータにおいて、
前記駆動モータの回転角に対する前記制御軸の移動位置変化の割合が、前記ピークリフト位相の遅角側に対して進角側で小さくなるように設定したことを特徴とする可変動弁装置のアクチュエータ。
【請求項７】
請求項６に記載の可変動弁装置のアクチュエータにおいて、
前記減速機構は、
前記駆動モータに連係されて、外周にねじ部が形成された出力軸と、
前記出力軸の外周に設けられて、該出力軸の回転に伴い前記ねじ部を介して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、
一端部が前記リンク部材の他端部に回転自在に連係し、他端部が前記制御軸に連係したアーム部材と、
を備え、
前記移動部材の最大一方向の移動位置で前記吸気弁のピークリフト位相が最進角側に制御され、最大他方向の移動位置で最遅角側に制御されることを特徴とする可変動弁装置のアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機関運転状態に応じて吸気弁のピークリフト位相を進角側あるいは遅角側に可変制御する内燃機関の可変動弁装置及び該可変動弁装置のアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の従来の内燃機関の可変動弁装置としては、種々提供されているが、その一つとして本出願人が先に出願した以下の特許文献１、２に記載されたものがある。
【０００３】
この可変動弁装置は、駆動カムが一体に設けられた駆動軸と、前記駆動カムの回転により揺動するロッカアームと、該ロッカアームの揺動運動によりリンク部材を介して揺動して吸気弁を開閉作動させる揺動カムとを備えている。また、アクチュエータによって制御軸を正逆回転させることによりサポートアームを上下方向へ回動させ、これによって、前記吸気弁のピークリフト位相と作動角(開弁期間)を可変制御するようになっている。
【０００４】
すなわち、前記制御軸を一方向に回転させると、吸気弁のピークリフト位相が進角側に制御されると共に、作動角が減少する。つまり、吸気弁の開時期(ＩＶＯ)の進角側へ小さく変化すると共に、閉時期(ＩＶＣ)が進角側へ急激に大きく変化してピストンの下死点よりも十分に早くなる。これによって、ポンピングロスが大幅に低減して燃費の向上が図れる。
【特許文献１】特開平１１−２６４３０７号公報(図１０)
【特許文献２】特開２００５−１１３７００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、前記特許文献１の技術は、前述のように、吸気弁の閉時期(ＩＶＣ)が十分早くなるので、ポンピングロスが大きく低減するものの、有効圧縮比が低下して燃焼が悪化してしまうおそれがある。
【０００６】
一方、特許文献２の技術は、制御軸を一方向に回転させて作動角を小さく変化させても吸気弁のピークリフト位相が殆ど変化しないか、あるいは逆方向の遅角側に変化する。
【０００７】
つまり、吸気弁の閉時期(ＩＶＣ)の進角制御が不十分であり、また開時期(ＩＶＯ)が大きく遅角側に制御されてしまうことから、ポンピングロスが十分に低減されず、燃費の向上が十分に得られないといった技術的課題を招来している
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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に記載の発明は、制御軸の移動位置に応じて吸気弁の少なくともピークリフト位相を変化させる可変機構と、前記制御軸の移動位置を駆動モータの回転により減速機構を介して変化させるアクチュエータとからなり、
前記駆動モータの回転角に対する前記制御軸の移動位置変化の割合が、前記ピークリフト位相の遅角側に対して進角側で小さくなるように設定したことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、駆動モータの回転角(θｍ)に対する制御軸の位置変化がピークリフト位相の進角側で相対的に小さくなることから、ピークリフト位相の進角側の制御を相対的に細かくすることができる。このため、ポンピングロスの大幅な低減化が図れ、かつ有効圧縮比の低下を抑制でき、燃焼悪化を抑制できるので燃費を良好にできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明に係る内燃機関の可変動弁装置及びこれに適用されたアクチュエータの各実施形態を図面に基づいて詳述する。この実施形態の可変動弁装置は、１気筒あたり２つの吸気弁を備えた多気筒内燃機関に適用されている。
【００１１】
〔第１の実施形態〕
前記可変動弁装置は、図１〜図４に示すように、機関本体であるシリンダヘッド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、吸気ポートを開閉する一気筒当たり２つの吸気弁３，３と、機関前後方向に沿って配置された内部中空状の駆動軸４と、該駆動軸４の外周に気筒毎に一つずつ固設された駆動カム５と、各吸気弁３，３の上端部に配設されたフォロアである各スイングアーム６、６を介して各吸気弁３，３を開作動させる一対の揺動カム７，７と、駆動カム５と揺動カム７，７との間を連係し、駆動カム５の回転力を揺動運動に変換して揺動カム７，７の揺動力（開弁力）として伝達する伝達機構８と、後述する制御軸２５を回転駆動させて、前記伝達機構８のロッカアーム１５の揺動支点を可変にして各吸気弁３，３のバルブリフト量やピークリフト位相及び作動角を機関運転状態に応じて可変制御する制御機構９とを備えている。なお、前記駆動軸４と駆動カム５、揺動カム７，７及び伝達機構８などによって可変機構が構成されている。
【００１２】
前記吸気弁３，３は、バルブスプリング１０，１０のばね力によって図外の吸気ポートの各開口端を閉塞する方向に付勢されている。
【００１３】
前記駆動軸４は、両端部がシリンダヘッド１の上部に設けられた後述する軸受部１１によって回転自在に軸支されていると共に、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シャフトから回転力が伝達されて、図２及び図３の矢印時計方向に回転するようになっている。
【００１４】
前記駆動カム５は、図３及び図４に示すように、ほぼ円盤状に形成されて、両揺動カム７，７の間に配置されていると共に、外周面が偏心円のカムプロフィールに形成されて、軸心Ｙが駆動軸４の軸心Ｘから径方向へ所定量だけオフセットしており、前記駆動軸５に対し一体的に固定されている。
【００１５】
前記各スイングアーム６は、一端部６ａの凹状下面が前記各吸気弁３のステムエンドに当接していると共に、他端部６ｂの球面状下面がシリンダヘッド１の保持穴１ｃ内に保持された油圧ラッシアジャスタ１３に当接支持されて、この油圧ラッシアジャスタ１３の球状先端部を枢支点として揺動するようになっている。また、スイングアーム６は、中空状のほぼ中央位置に各揺動カム７が当接するローラ１４が回転自在に支持されている。
【００１６】
前記油圧ラッシアジャスタ１３は、その構造が一般的なものであって、前記保持穴１ｃに挿通固定された有底円筒状のボディ１３ａと、該ボディ１３ａ内から上方へ摺動自在に設けられて、球状の先端部が前記スイングアーム６の他端部６ｂに下方から当接したプランジャ１３ｂとを備え、ボディ１３ａの内底部とプランジャ１３ｂの隔壁との間に隔成された図外の高圧室にリザーバ内の油圧を、チェック弁を介して適宜供給することによりプランジャ１３ｂの先端部とスイングアーム６の他端部との間の隙間（揺動カム７のカム面７ｂとローラ１４の間）を常に零にするようになっている。
【００１７】
前記各揺動カム７は、図３及び図４に示すように、同一形状のほぼ雨滴状を呈し、基端部７ａ側の支持孔を介して前記駆動軸４の外周面に揺動自在に支持されている。また、各揺動カム７の下面には、前記カム面７ｂがそれぞれ形成され、基端部７ａ側の基円面と、該基円面からカムノーズ部７ｃ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７ｃの先端側に有する最大リフトの頂面に連なるリフト面とが形成されている。前記基円面とランプ面、リフト面及び頂面とが、揺動カム７の揺動位置に応じて各スイングアーム６のローラ１４の外周面の変位した位置に当接するようになっている。
【００１８】
また、この各揺動カム７は、ローラ１４との接点が前記カム面７ｂにおけるリフト面側に移動して吸気弁３，３を開作動させるが、この揺動カム７の揺動方向が前記駆動軸４の回転方向と同一に設定されている。
【００１９】
さらに、各揺動カム７の前記カムノーズ部７ｃ側には、後述するリンクロッド１７の他端部と連結するピン２０が挿通されるピン孔が両側面方向へ貫通形成されている。
【００２０】
前記伝達機構８は、図２〜図４に示すように、駆動軸４の上方に機関巾方向に沿って配置されたロッカアーム１５と、該ロッカアーム１５と前記駆動カム５とを連係するリンクアーム１６と、ロッカアーム１５と前記両揺動カム７、７のカムノーズ部７ｃ、７ｃとを連係する一対のリンクロッド１７、１７と、を備えている。
【００２１】
前記ロッカアーム１５は、図２〜図４に示すように、全体が側面ほぼヘ字形状に形成され、一端部１５ａが単一な円筒状に形成されている共に、他端部がほぼ並行な三つ叉状に分岐形成され、中央の第１凸部１５ｂと両側の第２凸部１５ｃ、１５ｃとから構成されている。
【００２２】
前記一端部１５ａは、円筒状に形成されて内部に後述する制御カム２６が回転自在に嵌合する支持孔２１が横方向に貫通形成されている。この支持孔２１は、従来技術のものよりも比較的小さく形成され、したがって、ロッカアーム一端部１５ａの外径も十分小さく形成されている。また、前記支持孔２１は、その内径ｄが後述する制御カム２６やジャーナル部３２の外径よりも僅かに大きく形成されている。
【００２３】
前記各他端部は、第１凸部１５ｂが先端円弧状に形成されていると共に、この両側に所定の隙間を介して配置された第２凸部１５ｃ、１５ｃの先端部がほぼ上下に長い長方体状に形成されていると共に、それぞれ横方向に３つの連結ピン２２ａ、２２ｂ、２２ｂを挿通するピン孔がほぼ同心上に貫通形成され、第２凸部１５ｃ、１５ｃ側のピン孔は上下方向に長い長孔状に形成されている。
【００２４】
前記リンクアーム１６は、比較的大径な円環部１６ａと、該円環部１６ａの外周面所定位置に突設された前記突出端１６ｂとを備え、円環部１６ａの中央位置には、前記駆動カム５の外周面を回転自在に嵌合支持する嵌合孔１６ｃが形成されている。また、前記突出端１６ｂは、先端部側が二股状に形成されて、前記ロッカアーム他端部の第１凸部１５ｂを挟み込む状態で配置されていると共に、ピン孔２３ａを介して前記連結ピン２２ａに回転自在に連結されている。
【００２５】
前記各リンクロッド１７は、プレス成形によって一体に形成され、横断面ほぼコ字形状に形成されていると共に、内側がコンパクト化を図るために、ほぼ円弧状に折曲形成されている。また、リンクロッド１７は、上側の二股状の各一端部１７ａ、１７ａが前記ロッカアーム他端部の各第２凸部１５ｃ、１５ｃをそれぞれ挟み込む状態で配置されて、前記連結ピン２２ｂ、２２ｂを介して前記ロッカアーム他端部の各第２凸部１５ｃ、１５ｃにそれぞれ回転自在に連結されている。また、リンクロッド１７の各他端部１７ｂ、１７ｂは、各揺動カム７、７のカムノーズ部７ｃ、７ｃを挟み込むように配置されていると共に、横方向から貫通形成された図外の各ピン孔に挿通した前記ピン２０、２０を介して回転自在に連結されている。
【００２６】
なお、前記各連結ピン２０，２０，２２ａは、両端部に嵌着されたスナップリングや両端部のカシメ加工などによって抜け止めされている。
【００２７】
また、前記ロッカアーム他端部の第２凸部１５ｃ、１５ｃと各リンクロッド１７、１７の一端部１７ａ、１７ａとの間には、組立時になどにおいて、前記各吸気弁３，３のリフト量を微調整するリフト調整機構が設けられている。
【００２８】
このリフト調整機構は、前記ロッカアーム他端部の第２凸部１５ｃ、１５ｃの上下方向に前記ピン孔を横断する形で形成された雌ねじ孔と、該雌ねじ孔の下方から螺着された図外の調整ねじと、雌ねじ孔の上方から螺着されたロックねじ２４とから構成されている。そして、前記各調整ねじのねじ込み量によって前記連結ピン２２ｂ、２２ｂを上下移動させてロッカアーム他端部に対するリンクロッド１７、１７の回動支点位置を調整して各吸気弁３，３のリフト量を微調整するようになっている。すなわち、前記連結ピン２２ｂ、２２ｂは、連結ピン２２ａとほぼ同心であるが、かかるリフト調整機構によって長孔であるピン孔の範囲内を微調整可能になっている。
【００２９】
前記軸受部１１は、図２、図３に示すように、シリンダヘッド１のアッパデッキ上面に載置固定された支持枠(ロアーラダー)２と、該支持枠２の上面に機関前後方向の等間隔位置に載置固定されたメインブラケット(アッパラダー)２８と、該各メインブラケット２８の上面にそれぞれ載置固定されたサブブラケット(キャップ)２９とを備えている。また、前記各メインブラケット２８とサブブラケット２９とは、左右の前記ボルト挿通孔にそれぞれ挿通された複数の軸受ボルト３０によって共締めにより支持枠２上に重合状態に固定されており、該支持枠２とメインブラケット２８との間に、互いに半円弧状の軸受溝を介して前記駆動軸４を回転自在に支持している。
【００３０】
前記制御機構９は、図１、図２に示すように、駆動軸４の上方位置に該駆動軸４と平行に配置された制御軸２５と、該制御軸２５の外周に一体に固定されてロッカアーム１５の揺動支点となる制御カム２６と、前記制御軸２５を回転制御するアクチュエータ２７と、を備えている。
【００３１】
前記制御軸２５は、図１に示すように、３６０°未満の回転範囲内で回転制御され、比較的小径に形成された軸部３１と、外周の軸方向の所定位置に一体に形成された複数のジャーナル部３２と、を備え、該各ジャーナル部３２が前記軸受部１１のメインブラケット２８とサブブラケット２９との間に回転自在に支持されている。なお、前記制御カム２６も制御軸２５の一部を構成している。
【００３２】
前記軸部３１は、その外径が後述する制御カム２６やジャーナル部３２の各外径よりも小径に形成されていると共に、内部軸心位置に油通路４１が軸方向に沿って形成されている。
【００３３】
前記ジャーナル部３２は、図１〜図４に示すように、外径が軸部３１よりも大径に形成されて、その軸心Ｚが軸部３１の軸心よりも一方向へ偏心している。また、ジャーナル部３２の軸方向の幅Ｔ１は、前記ロッカアーム１５の一端部１５ａの幅長さＷよりも僅かに大きく形成されている。
【００３４】
また、最前端側のジャーナル部３２には、前記アクチュエータ２７側との連係部である連係軸３３が軸方向から一体にジャーナル部３２と同軸に連結されている。この連係軸３３は、外径がジャーナル部３２の外径よりも小さく設定されていると共に、先端部には、フランジ状のアーム部材である連係アーム３４が固定されている。
【００３５】
一方、前記制御カム２６は、軸方向の幅長さＴ２が前記ジャーナル部３２の幅長さＴ１とほぼ同一の円柱状に形成されていると共に、その外径ｄがジャーナル部３２の外径とほぼ同じ大きさであり、前記ロッカアーム１５の支持孔２１の内周面との間に微小隙間を介して摺動し得る大きさに設定されている。また、制御カム２６は、中心である軸心が前記軸部３１の軸心を挟んでジャーナル部３２の軸心Ｚと反対側に偏心しており、したがって、前記ジャーナル部３２の軸心Ｚから前記偏心量に対して約２倍の大きな偏心量をもって偏心している。この大きな偏心量はロッカアーム１５の揺動中心を任意の位置に大きく移動させたい場合に必要となる。これにより、ピークリフト位相を大きく変化できる。
【００３６】
また、前記各ジャーナル部３２と各制御カム２６との間の距離(スパン)Ｓは、図１に示すように、いずれの箇所もほぼ同一に設定されていると共に、前記ロッカアーム１５の一端部１５ａの巾Ｗよりも大きく設定されている。
【００３７】
前記アクチュエータ２７は、図１及び図５、図６に示すように、シリンダヘッド１の後端部に固定された駆動モータである電動モータ３５と、該電動モータ３５の回転駆動力を前記制御軸２５に伝達する減速機構である螺子伝達機構３６と、前記電動モータ３３の回転を制御するコントロールユニット３７と、から構成されている。
【００３８】
前記電動モ−タ３５は、比例型のＤＣモータによって構成され、機関の運転状態を検出する前記コントロールユニット３７からの制御信号によって駆動するようになっている。
【００３９】
前記コントロールユニット３７は、機関回転数を検出するクランク角センサや、吸入空気量を検出するエアーフローメータ、機関の水温を検出する水温センサ及び制御軸２５の回転位置を検出するポテンショメータ５０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、前記電動モータに制御信号を出力している。
【００４０】
前記螺子伝達機構３６は、電動モータ３５のモータ軸に連結されて回転力が伝達される出力軸である螺子軸３８と、該螺子軸３８の外周に螺合状態に設けられて、螺子軸３８の正逆回転に伴って軸方向へ直線移動する移動部材である螺子ナット３９と、から主として構成され、前記螺子ナット３９は、リンク部材４０を介して前記連係アーム３４に回動自在に連結されている。
【００４１】
前記螺子軸３８は、ハウジング４１内で前記制御軸６にほぼ垂直でかつ前記電動モータ３５のモータ軸３５ａとほぼ同軸上に配置されて、両端部を除く外周面全体に螺合部である雄ねじ部３８ａが連続して形成されていると共に、両端部がボールベアリング４２、４３によって回転自在に軸受けされている。
【００４２】
さらに、螺子軸３８は、一端部の先端小径軸と電動モータ３５のモータ軸３５ａの先端小径部が円筒状の連結部材４４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。
【００４３】
前記螺子ナット３９は、ほぼ円筒状に形成され、内周面全体に前記雄ねじ部３８ａに螺合して螺子軸３８の回転力を軸方向への移動力に変換する雌ねじ部３９ａが形成されている。
【００４４】
そして、螺子ナット３９は、図５に示す最大右方向の移動位置で前記制御軸６を矢印方向(反時計方向)へ回転させて吸気弁３、３を最小リフト(最小作動角)側に制御し、図６に示す最大左方向の移動位置で制御軸６を矢印方向(時計方向)へ回転させて吸気弁３，３を最大リフト(最大作動角)側に制御するようになっている。
【００４５】
また、前記ハウジング４１の側壁の内側には、前記連係アーム３４を介して制御軸２５の左右の最大回転位置を規制する２つの第１、第２ストッパピン４５，４６が設けられている。
【００４６】
さらに、前記ハウジング４１の内部には、前記螺子ナット３９の軸方向の前後端に対応する位置に、コイルスプリング４７、４８がそれぞれ設けられている。この各コイルスプリング４７，４８は、ほぼ截頭円錐状に形成され、前記連係アーム３４が左右方向へ最大に回転して第１、第２ストッパピン４５、４６に当接する直前に先端側の小径部が螺子ナット３９の各前後端面に当接して該螺子ナット３９にばね力を付与するようになっている。
【００４７】
以下、可変動弁装置の作動について説明すると、例えば、機関のアイドリング運転時などの低回転域では、コントロールユニット３７からの制御信号によって電動モータ３５が回転駆動し、この回転トルクが螺子軸３８に伝達されて、螺子ナット３９を介して連係アーム３４及び連係軸３３が回転してジャーナル部３２に伝達されて、このジャーナル部３２が一方向へ所定量回転駆動される。
【００４８】
したがって、ジャーナル部３２と制御カム２６が、図３Ａ、Ｂに示すように偏心状態で一緒に同方向へ回動して図示の位置に保持され、制御カム２６の軸心がジャーナル部３２の軸心Ｚの回りを同一半径で回転して、制御カム２６のジャーナル部３２の外径から突出した外端部が駆動軸４から左上方向に離間移動する。
【００４９】
これにより、ロッカアーム１５の全体が、図３Ａ、Ｂに示すように、駆動軸４の軸心Ｘとジャーナル部３２の軸心Ｚを通る直線Ｃに対して左方向へ傾く。よって、ロッカアーム１５の他端部と各リンクロッド１７、１７の枢支点であるピン２２、２２は、駆動軸４に対して上方向へ移動する。このため、各揺動カム７は、各リンクロッド１７を介して各カムノーズ部７ｃ側が強制的に引き上げられる。
【００５０】
これによって、駆動カム５が回転してリンクアーム１６を介してロッカアーム１５の他端部の第１凸部１５ｂを引き下げて吸気弁３を開弁させると、図３Ｂに示すように、そのカムリフト量がリンクロッド１７を介して揺動カム７からスイングアーム６のニードルローラ１４に伝達され、そのバルブリフト量が十分小さくなる。
【００５１】
したがって、かかる機関の低回転領域では、各吸気弁３のバルブリフト量Ｌと作動角が図７に示すように十分に小さなリフトカーブ特性となる。このピークリフトの瞬間は、駆動カム５の軸心Ｙ方向とリンクアーム１６の軸間方向が一致した瞬間(図３Ｂ参照)となり、図７に示す最大ピーク点ａとなる。
【００５２】
よって、各吸気弁３の閉時期が十分に早くなり、ポンピングロスが大幅に低下する。このため、燃費の向上が期待できる。
【００５３】
さらに、例えば、機関高回転領域に移行した場合は、コントロールユニット３７からの制御信号によって電動モータ３５が逆回転してボール螺子軸３８を同方向へ回転させると、この回転に伴ってボールナット３９が他方向へ移動する。これにより、図４に示すように、ジャーナル部３２を介して軸部３１及び制御カム２６を他方向(反時計方向)へ回転させて、該制御カム２６の軸心を右下方向(駆動軸４側)へ移動させてほぼ前記直線Ｃ近傍に位置させる。
【００５４】
このため、ロッカアーム１５は、図４Ａ、Ｂに示すように、今度は全体が右方向に回動して、ロッカアーム１５の他端部によって各揺動カム７のカムノーズ部７ｃを、各リンクロッド１７を介して下方へ押圧して該揺動カム７全体を所定量だけ時計方向へ回動させる。
【００５５】
したがって、各揺動カム７のスイングアーム６のローラ１３に対するカム面７ｂの当接位置がカムノーズ部７ｃ側（リフト部側）に移動する。このため、吸気弁３の開作動時に駆動カム５が回転してロッカアーム１５の他端部を、リンクアーム１６を介して引き下げると、スイングアーム６の揺動量は十分に大きくなる。
【００５６】
よって、かかる高回転領域では、図７に示すように、バルブリフト量Ｌ１及び作動角が最大のリフトカーブ特性となる。このピークリフトの瞬間は、駆動カム５の軸心Ｙ方向とリンクアーム１６の軸間方向が一致した瞬間となり(図４Ｂ参照)、図７に示す最大ピーク点ｂとなる。
【００５７】
したがって、各吸気弁３の開時期が早くなり、排気弁とのオーバーラップが大きくなると共に、閉時期が遅くなる。この結果、吸気充填効率が向上して十分な出力が確保できる。
【００５８】
ここで、前記ピークリフト時のリンクアーム１６の角度であるが、最大リフトの図４Ｂに示す角度、すなわち図７のピーク点ｂと、最小リフトの図３Ｂに示す角度、すなわちピーク点ａとでは位相が異なっており、最小リフトの方のピーク点ａが反時計方向に位相がずれている。したがって、駆動カム４の回転方向が図３、図４に示すように時計方向であることを考えると、ピークリフトとなる駆動軸４(駆動カム５)の位相は、最小リフトの方が最大リフトよりβだけ進角する。これは、最小リフトの方がリンクアーム１６の角度が駆動軸４の回転方向に対して進角するからである。
【００５９】
図８は前記電動モータ３５の１回転当たりの制御軸２５の回転角の特性(ｄθｃｓ／ｄθｍ)を示している。ここで、θｃｓは制御軸２５の回転角、θｍは電動モータ３５のモータ軸３５ａの回転角であって、ｄθｃｓ／ｄθｍが小さいと、電動モータ３５の単位角度当たりの制御軸２５の変換角度が小さいことを意味し、より細かな制御軸２５の駆動制御が可能になる。
【００６０】
前述した吸気弁３，３が小作動角になると、ｄθｃｓ／ｄθｍが小さくなるのは、図５から分かるように、リンク部材４０が立った姿勢になることから、電動モータ３５の回転に伴って螺子ナット３９が軸方向に移動しても制御軸２５の回転には変換されにくくなるからである
逆に大作動角になると、図６に示すように、リンク部材４０が倒れて寝てくるようになることから、電動モータ３５の回転に伴って螺子ナット２９が軸方向に移動する場合に、制御軸２５の回転に有効に変換され易くなり、この結果、ｄθｃｓ／ｄθｍが大きくなるのである。
【００６１】
一方、既に説明したが、前記最大リフトＬ１から最小リフトＬまで連続的に変化するピークリフト位相ｂ−ａ特性や吸気弁３，３の開時期(ＩＶＯ)と閉時期(ＩＶＣ)の特性を、図８に基づいて具体的に説明する。
【００６２】
すなわち、最大リフト(最大作動角)から最小リフト(最小作動角)に変化するにつれて吸気弁３，３の開時期(ＩＶＯ)の変化は小さく、閉時期(ＩＶＣ)の変化は急激に進角するようになっている。このようにＩＶＣがピストン下死点よりも十分に早くなることから、ポンピングロスが大幅に低減して燃費低減が期待することができる。
【００６３】
ところが、前記ＩＶＣが十分に早くなることから、有効圧縮比が低減して燃焼の悪化が発生し易くなる。ここで、ＩＶＣを燃焼が悪化する直前まで進角できれば良好な燃費を実現できるが、ＩＶＣの進角が不十分であれば、燃費効果が小さくなり、ＩＶＣの過度な進角であれば燃焼悪化を招くおそれがある。
【００６４】
そこで、本実施形態では、電動モータ３５の回転角(θｍ)に対する制御軸２５の回転位置(θｃｓ)変化、つまりｄθｃｓ／ｄθｍがピークリフト位相進角側で相対的に小さくなるので、ピークリフト位相の進角側の制御を相対的に細かくすることができる。すなわち、実質のθｃｓ制御分解を細かくすることができ、したがって、この細かな制御によって、燃焼の悪化を抑制しつつＩＶＣを最大限進角させて燃費を可及的に良好にすることが可能になる。
【００６５】
特に、吸気弁３，３のＩＶＯの変化を抑制しつつＩＶＣを大きく進角変化させることができるので、ポンピングロスを十分に低減しながら燃費も十分に低減できる。しかも、吸気弁３，３のＩＶＣの制御性がよく、このＩＶＣの過進角による燃焼悪化を抑制しつつ進角させることができるので、燃費を極限まで低減させることが可能になる。
【００６６】
また、前記第１、第２コイルスプリング４７，４８のばね力によって螺子ナット３９の最大軸方向の移動位置時に、該螺子ナット３９に反力を付与するようになっている。すなわち、第１コイルスプリング４７によって螺子ナット３９が最小作動角(最小リフト)より僅かに大きな作動角(リフト)方向へ機械的に付勢されるため、モータ制御が困難な例えば冷機始動時などで機械的に最小作動角より僅かに大きな作動角に安定するので、始動に必要な吸入空気量を確保し、もって良好な始動性などを得ることができる。
【００６７】
一方、第２コイルスプリング４８も同じく螺子ナット３９が最大作動角(最大リフト)より僅かに小さな作動角(リフト)方向へ機械的に付勢されるため、過度な動弁フリクションによる機関回転の不安定を防止して、冷機始動時などで良好な始動性などを得ることができる。
【００６８】
〔第２の実施形態〕
図９及び図１０は第２の実施形態を示し、例えば特開２００１−２４８４１０号公報に記載された遊星歯車を用いたバルブタイミング制御機構、つまり吸気弁３，３の開閉時期(ピークリフト位相)を可変にする可変機構に、図１、図５、図６に示す制御機構９の制御軸２５やアクチュエータ２７を適用したものである。
【００６９】
構造を簡単に説明すると、外周側に配置された円環状のプーリ５１は、外周にタイミングベルトの歯５１ａを有すると共に、内周に平歯車状の内歯５１ｂが形成されている。この内歯５１ｂには、キャリア５２に軸５２ａを介して取り付けられた２個の遊星歯車５３が噛み合わされていると共に、この各遊星歯車５３には、中央に位置するサンギア５４が噛み合わされている。
【００７０】
前記キャリア５２は出力軸５５に結合されている一方、前記サンギア５４は前記制御軸２５が軸方向から結合されている。前記出力軸５５は、外周に一気筒当たり２つの駆動カム５７ａが設けられたカムシャフト５７が軸方向から結合されている。
【００７１】
前記各遊星歯車５３は、外周に前記内歯５１ｂに噛合する外歯５３ａが形成されている一方、前記サンギア５４の外周には、前記外歯５３ａに噛み合う外周歯５４ａが形成されている。
【００７２】
したがって、前記プーリ５１が図外のタイミングベルトによってクランクシャフトから回転力が伝達されて回転すると、各遊星歯車５３が外歯５３ａに噛み合った内歯５１ｂとサンギア５４の内周歯５４ａの噛み合いに拘束されつつ回転して、前記キャリア５２を回転させる。このキャリア５２の回転に伴い出力軸５５を介してカムシャフト５７(駆動カム５７ａ)が回転して吸気弁３、３を開閉作動させる。
【００７３】
前記制御軸２５は、第１の実施形態と同じアクチュエータ２７によって回転制御されるようになっており、前記サンギア５４と一体となってプーリ５１とカムシャフト５７の相対回転位相を変換するようになっており、前記制御軸２５の回転よってサンギア５４の回転位置を制御して前記キャリア５２を介してカムシャフト５７をプーリ５１に対して増減速を行い吸気弁３，３の開閉時期を図１１に示すように最大進角側から最大遅角側まで連続に制御するようになっている。ここで、作動角は不変のままピークリフト位相が制御される。
【００７４】
すなわち、電動モータ３５が一方向へ回転して螺子ナット３９が図５に示す右方向位置になると、図９に示す制御軸２５を時計方向に回転させる。そうすると、キャリア５２が時計方向(プーリ５１の回転方向)に回転することから、吸気弁３，３のピークリフト位相は進角する(図１１の実線)。
【００７５】
一方、電動モータ３５が他方向に回転して螺子ナット３９が図６に示す左方向位置になると、図９に示す制御軸２５を反時計方向に回転させる。そうすると、キャリア５２が反時計方向(プーリ５１と逆回転方向)に回転することから、前記ピークリフト位相は遅角する(図１１の破線)。
【００７６】
図１２は制御軸２５の回転角度位相と吸気弁３，３のバルブタイミング及び電動モータ３５の回転角(θｍ)に対する制御軸２５の回転位置変化、つまりｄθｃｓ／ｄθｍの特性を示す。
【００７７】
吸気弁３，３のピークリフト位相が進角すると、ＩＶＯも進角するので排気弁とのオーバーラップが増加する。そうすると、内部ＥＧＲが増加するので、ポンピングロスが減少して燃費が向上する。一方、過度にＩＶＯが進角すると、過度の内部ＥＧＲによって燃焼の悪化が発生するおそれがある。
【００７８】
しかし、本実施形態でも進角側のｄθｃｓ／ｄθｍが減少するため、制御軸２５の回転角位相を細かに制御できるので、第１の実施形態と同様に、燃焼悪化を抑制しつつ最大限燃費を向上させることが可能になる。
【００７９】
さらに、前記アクチュエータ２７が回転作動するのは、位相変化制御する場合のみであるので、一定走行の位相保持の場合は回転作動が抑制されるので、電動モータ３５の消費電力を抑制することができる。したがって、この点からも燃費の向上が図れる。
【００８０】
〔第３の実施形態〕
図１３及び図１４は第３の実施形態を示し、これは特開２０００−８０９０７号公報に記載されたバルブリフト可変機構を用いて吸気弁３，３のピークリフト位相を変化させるもので、外周に３次元カム６１、６１が設けられたカムシャフト６０を軸方向へ左右に移動させることによって球面ピボット６２，６２とバルブリフタ６３、６３を介して各吸気弁３，３のリフト量及びバルブタイミングを可変にするようになっている。
【００８１】
前記カムシャフト６０は、図外のプーリなどを介してクランクシャフトから伝達された回転力によって回転駆動されるようになっている。
【００８２】
前記各３次元カム６１、６１は、図１５に示すように、外周面に小リフトカム面６１ａと大リフトカム面６１ｂが形成されてこれらが連続的に繋がっている。
【００８３】
また、前記制御軸２５は、カムシャフト６０に対して複数の係止用ボール６４を介して軸方向から連結されて、カムシャフト６０を軸方向へ移動させるようになっていると共に、前記係止用ボール６４によってカムシャフト６０の回転を阻害しないようになっている。
【００８４】
アクチュエータ２７から制御軸２５の伝達経路は、図１４に示すように構成されている。すなわち、前記制御軸２５と直交する方向へ配置されて回動可能に設けられた伝達軸７１と、該伝達軸７１と制御軸２５との間に介装されて、伝達軸７１の回転運動を軸方向の直線運動に変換して前記制御軸２５に伝達する伝達アーム７２とを備えている。
【００８５】
前記伝達軸７１は、機関の幅方向に配設されて、一端部が前記連係アーム３４に圧入固定されていると共に、伝達アーム７２が配置された部位の両側部に図外の軸受に回転自在に支持されるジャーナル部７１ａ、７１ａが形成されている。
【００８６】
前記伝達アーム７２は、側面からみてほぼ雨滴状に形成されて、前記制御軸２５の先端部に径方向から突設されたピン２５ａが係合するスリット状の係合溝７２ａが形成されている。
【００８７】
そして、図１３に示すように、伝達軸７１がアクチュエータ２７によって反時計方向に回転して実線の図示位置に回転制御されると、伝達アーム７２を介して制御軸２５が図示のような最大右方向の位置に移動する。これによってカムシャフト６０が球面ピボット６２，６２を介して右方向へ移動する。そうすると、３次元カム６１，６１の大リフトカム面６１ｂ、６１ｂで各吸気弁３，３を開閉作動させることになり、そのバルブリフト特性が大リフト、大作動角になる。
【００８８】
逆に、伝達軸７１がアクチュエータ２７によって時計方向に回転して一点鎖線の図示位置に回転制御されると、伝達アーム７２を介して制御軸２５が図示のような最大左方向の位置に移動する。これによってカムシャフト６０が球面ピボット６２，６２を介して左方向へ移動する。そうすると、３次元カム６１，６１の小リフトカム面６１ａ、６１ａで各吸気弁３，３を開閉作動させることになり、そのバルブリフト特性が小リフト、小作動角になる。
【００８９】
そして、図１５(図１３の矢視Ｂ)に示すように、前記小リフトカム面６１ａ、６１ａのピークリフト部は、大リフトカム面６１ｂ、６１ｂのピークリフト部に対してカムシャフト６０の回転方向(矢印方向)に進角している。図１６のピークリフト位相に示すように、小作動角(小リフト)に向かうにつれて進角する特性になっている。したがって、前記第１の実施形態と同様になっている。
【００９０】
また、前記アクチュエータ２７は、第１の実施形態と同様にピークリフト位相進角側で前記電動モータ３５の回転に対する伝達軸７１の変換角度が小さくなっている。
【００９１】
さらに、伝達軸７１の変換角度と制御軸２５の軸方向位置Ｌｃｓとの関係をみてみる。図１３に示すように、最遅角側では、伝達アーム７２が立った状態になっており、伝達軸７１の位相変換は有効にＬｃｓの移動に変換されるが、最進角側では伝達アーム７２が傾倒しているので、Ｌｃｓの移動がしにくくなっている。
【００９２】
したがって、本実施形態におけるｄＬｃｓ／ｄθｍは、進角側でアクチュエータ２７及び伝達機構により２重に小さくなることになり、図１６に示すｄＬｃｓ／ｄθｍ特性となる。つまり、進角側で制御軸２５の変換量が十分小さくなるので、ピークリフト位相の進角側の制御を一層細かにでき、燃焼の悪化を抑制しつつ燃費をさらに良好にすることが可能になる。
【００９３】
本発明は、各実施形態の構成に限定されるものではなく、制御軸の位置(位相や軸方向の移動量)を変換する可変機構であれば、いずれのものにも適用できる。また、前記減速機構の螺子伝達機構は雌雄ねじ溝間にボールを介在させるボール螺子機構としてもよい。
【００９４】
さらに、各実施形態では、制御軸の位置を検出するポジションセンサとして、該制御軸の回転位相の検出、あるいは制御軸の軸方向位置と対応する伝達軸の回転位相を検出するものを示したが、他の方式であってもよい。例えば、電動モータのモータ軸の回転を一定角度毎に回転方向とパルスを検出して、カウンターを併用してモータ軸の総回転角度を検出し、それを制御軸の位置に換算するものであってもよい。この場合、ピークリフト位相が進角側で、同一制御軸位置変換量に対するパルス数が増加するので、制御軸の位置センシング精度も進角側で向上する、したがって、進角側においてより細かな制御が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】本実施形態の可変動弁装置に供される制御軸と制御カム及び制御機構を示す斜視図である。
【図２】本実施形態の可変動弁装置の要部斜視図である。
【図３】Ａは本実施形態の可変動弁装置による小リフト制御時における吸気弁の閉作動状態を示す作用説明図、Ｂは同小リフト制御時における吸気弁の開作動状態を示す作用説明である。
【図４】Ａは本実施形態の可変動弁装置による最大リフト制御時における吸気弁の閉作動状態を示す作用説明図、Ｂは同最大リフト制御時における吸気弁の開作動状態を示す作用説明である。
【図５】本実施形態に供されるアクチュエータによる最小リフト・作動角制御を示す断面図である。
【図６】本実施形態に供されるアクチュエータによる最大リフト・作動角制御を示す断面図である。
【図７】本実施形態の吸気弁のピークリフト位相と作動角を示す特性図である。
【図８】本実施形態における電動モータの単位回転角度当たりの制御軸の変換角度などを示す特性図である。
【図９】第２の実施形態を示す要部側面図である。
【図１０】図９のＡ−Ａ線断面図である。
【図１１】本実施形態おける吸気弁のバルブリフト、バルブタイミング特性図である。
【図１２】本実施形態における電動モータの単位回転角度当たりの制御軸の変換角度などを示す特性図である。
【図１３】第３の実施形態を示す要部側面図である。
【図１４】本実施形態に供される制御機構を示す要部斜視図である。
【図１５】本実施形態に供されるカムシャフト及び３次元カムを示す図１３のＢ矢視図である。
【図１６】本実施形態における電動モータの単位回転角度当たりの伝達軸の変換角度との関係を示す特性図である。
【符号の説明】
【００９６】
１…シリンダヘッド
２…吸気弁
３…駆動軸
４…駆動カム
５…駆動カム
７…揺動カム
８…伝達機構
９…制御機構
２５…制御軸
２６…制御カム
２７…アクチュエータ
３４…連係アーム(アーム部材)
３５…電動モータ(駆動モータ)
３６…螺子伝達機構(減速機構)
３７…コントローラ
３８…螺子軸(出力軸)
３９…螺子ナット
４０…リンク部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2010053761.tif 000010
【図９】
2010053761.tif 000011
【図１０】
2010053761.tif 000012
【図１１】
2010053761.tif 000013
【図１２】
2010053761.tif 000014
【図１３】
2010053761.tif 000015
【図１４】
2010053761.tif 000016
【図１５】
2010053761.tif 000017
【図１６】
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