(57)【要約】【課題】モータの消費電力及び発熱量を抑制しつつ、反力の作用に起因する制御軸の回転を抑制可能な技術を提供する。【解決手段】カムとバルブとの間に介在する制御軸を回転させることにより、カムの回転位置に対するバルブのリフト量を変化させることで、バルブの作用角を変化させる内燃機関の可変動弁装置において、電動モータの出力軸に取り付けられたウォームと噛み合いつつ摺動するウォームホイールの歯面において、作用角が大作用角領域Ａｈｉｇｈに属する時にウォームと噛み合う部分は、作用角が小作用角領域Ａｌｏｗに属する時にウォームと噛み合う部分に比べて摩擦係数が大きくなるように形成される。【選択図】図７
2010116906.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カムとバルブとの間に介在する制御軸を回転させることにより、カムの回転位置に対するバルブのリフト量を変化させることで、バルブの作用角を変化させる内燃機関の可変動弁装置において、
出力軸を有し、該出力軸を回転駆動させるモータと、
前記モータの出力軸に取り付けられたウォーム及び該ウォームと噛み合いつつ摺動する歯面を有するウォームホイールからなるウォームギヤを含んで構成され、モータの駆動力を出力軸から該ウォームギヤを介して前記制御軸に伝達させることで該制御軸を回転させる伝達装置と、
を備え、
前記ウォームホイールの歯面において、作用角が所定の大作用角領域に属する時にウォームと噛み合う部分は、作用角が該大作用角領域よりも小さい所定の小作用角領域に属する時にウォームと噛み合う部分に比べて、摩擦係数が大きいことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
【請求項２】
前記伝達装置の構成部材であって、作用角の変化に伴って動作する部材である動作部と、
バルブの作用角が可変領域内の上限値となる時に前記動作部に当接する上限側制限部と、該可変範囲内の下限値となる時に該動作部に当接する下限側制限部とを有し、該上限側制限部及び下限側制限部によって該動作部の可動範囲を制限する制限手段と、を更に備え、
前記ウォームホイールの歯面において、作用角が前記大作用角領域のうち前記上限値より小さく且つ該上限値近傍の領域である所定の上限値近傍領域に属する時にウォームと噛み合う部分と、前記小作用角領域のうち前記下限値より大きく且つ該下限値近傍の領域である所定の下限値近傍領域に属する時にウォームと噛み合う部分との何れも、作用角が該大作用角領域のうち該上限値近傍領域を除いた領域に属する時にウォームと噛み合う部分に比べて、摩擦係数が大きい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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の吸気弁又は排気弁のリフト特性を変更可能な可変動弁装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
カムとバルブとの間に介在する制御軸をモータで回転させることにより、カムの回転位置に対するバルブのリフト量を変化させることで、バルブの作用角を変化させる内燃機関の可変動弁装置が公知である。この種の可変動弁装置では、モータの駆動力をその出力軸から制御軸へと伝達させる伝達装置を備える。伝達装置としては、モータの出力軸に取り付けられたウォーム、及び該ウォームに噛み合いつつ摺動する歯面を有するウォームホイールからなるウォームギヤを介してモータの駆動力を制御軸に伝達させる機構が多く採用されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ところで、バルブの作用角は制御軸の回転角度に応じて変化するところ、この制御軸は、制御軸に揺動可能に支持された揺動アームをカムに押し当てる方向に付勢するロストモーションスプリングや、ロッカーアームを揺動アームに押し当てる方向に付勢するバルブスプリング等からの力が作用する。以下、制御軸に作用する力のうち、バルブスプリング、ロストモーションスプリング等の付勢力に例示されるようなモータの駆動力以外の力を「反力」と総称する。
【０００４】
制御軸への反力は、ウォームギヤにおけるウォームとウォームホイールとを摺動させようと働く。そして、この反力に対抗しきれずにウォームとウォームホイールとが摺動してしまうと制御軸の回転角度が変化し、バルブの作用角がその目標値（制御値）からずれてしまう。このように、反力に起因する制御軸の回転を抑制する方法としては、モータの駆動力（トルク）を制御する方法が考えられるものの、この方法ではモータの消費電力の増大、或いはモータによる発熱量の増大を招いてしまう。
【特許文献１】特開２００５−６１２４２号公報
【特許文献２】特開２０００−２３０６０８号公報
【特許文献３】特開２００５−２４８８７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記した実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、カムとバルブとの間に介在する制御軸を回転させることによりバルブの作用角を変化させる内燃機関の可変動弁装置において、モータの消費電力及び発熱量を抑制しつつ、反力の作用に起因する制御軸の回転を抑制可能な技術の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を達成するために本発明による内燃機関の可変動弁装置は、以下の手段を採用した。すなわち、本発明による内燃機関の可変動弁装置は、
カムとバルブとの間に介在する制御軸を回転させることにより、カムの回転位置に対するバルブのリフト量を変化させることで、バルブの作用角を変化させる内燃機関の可変動弁装置において、
出力軸を有し、該出力軸を回転駆動させるモータと、
前記モータの出力軸に取り付けられたウォーム及び該ウォームと噛み合いつつ摺動する歯面を有するウォームホイールからなるウォームギヤを含んで構成され、モータの駆動力を出力軸から該ウォームギヤを介して前記制御軸に伝達させることで該制御軸を回転させ
る伝達装置と、
を備え、
前記ウォームホイールの歯面において、作用角が所定の大作用角領域に属する時にウォームと噛み合う部分は、作用角が該大作用角領域よりも小さい所定の小作用角領域に属する時にウォームと噛み合う部分に比べて、摩擦係数が大きいことを特徴とする。
【０００７】
カムとバルブとの間に介在する制御軸を変位させることで、カムの回転位置に対するバルブのリフト量を変更することができる。これにより、バルブが開く時期を変更するこができるため、バルブの作用角を変更することができる。バルブの作用角は、バルブが開いているときのクランク角度の変化量としても良いし、このクランク角度に代えてカムシャフトの回転角度としても良い。以下、作用角といった場合には、このバルブの作用角を指すものとする。
【０００８】
バルブの作用角の大きさと制御軸に作用する反力の大きさの関係について着目すると、作用角が大きくなるほどバルブスプリングやロストモーションスプリングから制御軸へと作用する反力の大きさが増大する。また、ウォームギヤの逆効率（制御軸側からの入力をモータの出力軸側に出力するときの効率）について考えると、この逆効率が低いほど、より大きな反力が制御軸に作用してもウォームホイールとウォームとの摺動することがない。つまり、ウォームギヤの逆効率が低いほど、より大きな反力に抗して制御軸の回転角度を目標値に保持することができる。
【０００９】
そこで、本発明においてはこれらの特性に着目し、ウォームと噛み合うウォームホイールの歯面の摩擦係数を部分的に変更することとした。具体的には、作用角の可変領域内を、作用角が比較的に大きい所定の大作用角領域と、該大作用角領域よりも小さい所定の小作用角領域に区分する。上述したように、バルブの作用角が大きいほど制御軸に作用する反力も大きくなるため、作用角が大作用角領域に属する時には、反力も比較的大きくなるといえる。本発明においては、所定の大作用角領域を、制御軸に所定以上の反力が作用する領域として定めることができる。
【００１０】
そして、本構成によれば、ウォームホイールの歯面のうち、作用角が大作用角領域に属する時にウォームと噛み合う部分が、作用角が小作用角領域に属する時にウォームと噛み合う部分に比べて、その摩擦係数が大きくなるように形成される。ここで、より大きな摩擦係数を有する歯面がウォームと噛み合う時ほど、ウォームギヤの逆効率が低くなる。そのため、この構成によれば、制御軸に作用する反力が小さい時（作用角が小作用角領域に属する時）に比べて、該反力が大きい時（作用角が大作用角領域に属する時）の方が、ウォームギヤの逆効率を低くすることができる。従って、制御軸への反力が大きくなる状況下においても、モータの消費電力及び発熱量を抑制しつつ、反力に起因する制御軸の回転挙動を抑制することができる。
【００１１】
また、本発明において、作用角の変化に伴って動作する部材である動作部と、バルブの作用角が可変領域内の上限値となる時に前記動作部に当接する上限側制限部と、該可変範囲内の下限値となる時に該動作部に当接する下限側制限部とを有し、該上限側制限部及び下限側制限部によって該動作部の可動範囲を制限する制限手段と、を更に備えても良い。
【００１２】
動作部は、伝達装置を構成する部材（例えば、ウォームギヤ等）、制御軸を構成する部材に例示されるように、作用角の変化に応じて動作する部材である。制限手段の下限側制限部は、動作部が作用角の小さくなる方向へ回転しすぎないように、作用角が小さくなる方向の回転角度を制限する。そして、動作部が下限側制限部に当接しているときには作用角が下限値となる。一方、制限手段の上限側制限部は、動作部が作用角の大きくなる方向へ回転しすぎないように、作用角が大きくなる方向の回転角度を制限する。動作部が上限
側制限部に当接しているときには作用角が上限値となる。以上のように、下限側制限部及び上限側制限部によって動作部の可動範囲が制限される。尚、上限側制限部及び下限側制限部は、内燃機関の非作動部に固定しておくことができる。
【００１３】
このように構成される制限手段は、モータが万が一故障したときのフェイルセーフ機構として機能する。しかし、上限側制限部や下限側制限部に対して動作部が勢い良く衝突すると、その衝撃によって以下の不具合が生じ得る。例えば、伝達装置を構成する部材（ウォームギヤ、並びにその他のギヤ等）と制御軸との締結に緩みが生じたり、ギヤが損傷するおそれがある。
【００１４】
そこで、前記ウォームホイールの歯面において、作用角が前記大作用角領域のうち前記上限値より小さく且つ該上限値近傍の領域である所定の上限値近傍領域に属する時にウォームと噛み合う部分と、前記小作用角領域のうち前記下限値より大きく且つ該下限値近傍の領域である所定の下限値近傍領域に属する時にウォームと噛み合う部分との何れも、作用角が該大作用角領域のうち該上限値近傍領域を除いた領域に属する時にウォームと噛み合う部分に比べて、摩擦係数が大きいと良い。
【００１５】
これにより、作用角の変化に伴って動作部が上限側制限部、或いは下限側制限部に当接する（衝突する）直前の速度を充分に低減することができる。その結果、上限側制限部や下限側制限部に対して動作部が勢い良く衝突することが抑制され、その衝撃が緩和される。従って、伝達装置と制御軸との締結の緩みやギヤの損傷等を確実に抑制することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、カムとバルブとの間に介在する制御軸を回転させることによりバルブの作用角を変化させる内燃機関の可変動弁装置において、モータの消費電力及び発熱量を抑制しつつ、反力の作用に起因する制御軸の回転を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。尚、本実施の形態に記載されている構成要素の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に特定的な記載がない限りは、発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００１８】
＜実施例１＞
［システムの構成］
図１は、実施例１のシステム構成を説明するための図である。本実例１のシステムは、内燃機関１を備えている。内燃機関１は、複数の気筒２を有している。図１には、複数気筒のうちの１気筒のみを示している。
【００１９】
内燃機関１は、内部にピストン３を有するシリンダブロック４を備えている。ピストン３は、クランク機構を介してクランクシャフト５と接続されている。クランクシャフト５の近傍には、クランク角センサ６が設けられている。クランク角センサ６は、クランクシャフト５の回転角度（すなわち、クランク角）を検出するように構成されている。
【００２０】
シリンダブロック４の上部にはシリンダヘッド８が組み付けられている。ピストン３上面からシリンダヘッド８までの空間は燃焼室１０を形成している。
【００２１】
シリンダヘッド８は、燃焼室１０に通じる吸気ポート１２を備えている。この吸気ポー
ト１２と燃焼室１０との接続部には吸気バルブ１４が設けられている。本実施例１のシステムは、気筒２毎に設けられた複数の吸気ポート１２に対応して複数の吸気バルブ１４を備えている。図１には、吸気ポート１２と吸気バルブ１４とをそれぞれ１つずつ示している。吸気バルブ１４と吸気カム軸１５に設けられた吸気カム１６との間には、可変動弁装置１８が設けられている。可変動弁装置１８は、吸気バルブ１４の開弁特性を機械的に変更可能に構成されている。なお、可変動弁装置１８の詳細については後述する。
【００２２】
また、シリンダヘッド８は、燃焼室１０に通じる排気ポート２８を備えている。排気ポート２８と燃焼室１０との接続部には排気バルブ２９が設けられている。
【００２３】
また、本実施例のシステムは、電子制御装置としてのＥＣＵ６０を備えている。ＥＣＵ６０の出力側には、可変動弁装置１８等が接続されている。ＥＣＵ６０の入力側には、クランク角センサ６の他、運転者がアクセルペダル２３を踏み込んだ量に応じた電気信号を出力するアクセル開度センサ２４等が接続されている。ＥＣＵ６０は、各センサの出力に基づいて、燃料噴射制御や点火時期制御のような内燃機関１全体の制御を実行する。
【００２４】
また、ＥＣＵ６０は、クランク角センサ６の出力に基づいて、機関回転数を算出する。さらに、ＥＣＵ６０は、アクセル開度センサ２４の出力に基づいて、機関負荷を算出する。また、ＥＣＵ６０には、バッテリ２５が接続されており、このバッテリ２５から後述する電動モータ８６へ電力が供給される。
【００２５】
［可変動弁装置の構成］
図２は、図１に示すシステムにおいて、可変動弁装置１８の構成を説明するための斜視図である。
【００２６】
図２に示すように、吸気カム軸１５には、１気筒当たり２つの吸気カム１６，１７が設けられている。そして、主カムである第１吸気カム１６を中心にして、２つの吸気バルブ１４Ｌ，１４Ｒが左右対称に配置されている。第１吸気カム１６と吸気バルブ１４Ｌ，１４Ｒとの間には、第１吸気カム１６の回転運動に各吸気バルブ１４Ｌ，１４Ｒのリフト運動を連動させる可変動弁機構４０Ｌ，４０Ｒがそれぞれ設けられている。一方、第２吸気カム１７は、第１吸気カム１６との間で、第２吸気バルブ１４Ｒを挟むようにして配置されている。第２吸気カム１７と第２吸気バルブ１４Ｒとの間には、第２吸気カム１７の回転運動に第２吸気バルブ１４Ｒのリフト運動を連動させる固定動弁機構７０が設けられている。本可変動弁装置１８は、第２吸気バルブ１４Ｒのリフト連動の連動先を、可変動弁機構４０Ｒと固定動弁機構７０との間で選択的に切り換えることができるように構成されている。なお、本実施例では、固定動弁機構７０の説明は省略する。
【００２７】
［可変動弁機構の構成］
図３は、図２に示す可変動弁装置１８における可変動弁機構４０の構成を説明するための図である。具体的には、図３は、可変動弁機構４０を吸気カム軸１５の軸方向から見た図である。尚、左右の可変動弁機構４０Ｌ，４０Ｒは、基本的には、第１吸気カム１６に対して対称形であるので、ここでは左右の可変動弁機構４０Ｌ，４０Ｒを区別することなくその構成を説明する。また、本明細書および図面では、左右の可変動弁機構４０Ｌ，４０Ｒを区別しないときには、単に可変動弁機構４０と表記する。同様に、可変動弁機構４０Ｌ，４０Ｒの各構成部品や吸気バルブ１４Ｌ，１４Ｒ等の対称に配置されている部品については、特に区別をする必要がある時以外は、左右を区別するＬ、Ｒの記号は付けないものとする。
【００２８】
図３に示すように、ロッカーアーム３５は吸気バルブ１４によって支持されている。可変動弁機構４０は、第１吸気カム１６とロッカーアーム３５との間に介在している。可変
動弁機構４０は、第１吸気カム１６の回転運動とロッカーアーム３５の揺動運動との連動状態を連続的に変化させるように構成されている。
【００２９】
可変動弁機構４０は、吸気カム軸１５と平行に配置された制御軸４１を有している。制御軸４１は、回転駆動可能に構成されている。また、図３に示すように、制御軸４１には、制御アーム４２がボルト４３によって固定されている。制御アーム４２の一部は、制御軸４１の径方向に突出している。制御アーム４２の突出部には、中間アーム４４がピン４５によって取り付けられている。ピン４５は、制御軸４１の中心から偏心した位置に配置されている。よって、中間アーム４４は、ピン４５を中心にして揺動するように構成されている。中間アーム４４の先端部には、後述するローラ５２，５３が回転可能に設けられている。
【００３０】
制御軸４１には、揺動カムアーム５０が揺動可能に支持されている。揺動カムアーム５０は、第１吸気カム１６に対向する側に、スライド面５０ａを有している。スライド面５０ａは、第２ローラ５３に接触するように形成されている。スライド面５０ａは、第２ローラ５３が揺動カムアーム５０の先端側から制御軸４１の軸中心側に向かって移動するほど、第１吸気カム１６との間隔が徐々に狭まるような曲面で形成されている。また、揺動カムアーム５０は、スライド面５０ａの反対側に、揺動カム面５１を有している。揺動カム面５１は、揺動カムアーム５０の揺動中心からの距離が一定となるように形成された非作用面５１ａと、非作用面５１ａから離れた位置ほど制御軸４１の軸中心からの距離が遠くなるように形成された作用面５１ｂとで構成されている。
【００３１】
スライド面５０ａと第１吸気カム１６の周面との間には、第１ローラ５２と第２ローラ５３が配置されている。より具体的には、第１ローラ５２は、第１吸気カム１６の周面と接触するように配置されている。また、第２ローラ５３は、揺動カムアーム５０のスライド面５０ａに接触するように配置されている。第１ローラ５２と第２ローラ５３とは、上記中間アーム４４の先端部に固定された連結軸５４によって回転自在に支持されている。中間アーム４４は、ピン４５を支点として揺動するので、これらのローラ５２，５３もピン４５から一定距離を保ちながらスライド面５０ａおよび第１吸気カム１６の周面に沿って揺動する。
【００３２】
また、揺動カムアーム５０には、バネ座５０ｂが形成されている。このバネ座５０ｂには、ロストモーションスプリング３８の一端が掛けられている。ロストモーションスプリング３８の他端は、内燃機関１の静止部位に固定されている。ロストモーションスプリング３８は圧縮バネである。ロストモーションスプリング３８から受ける付勢力により、揺動カムアーム５０のスライド面５０ａが第２ローラ５３に押し当てられ、更に、第１ローラ５２が第１吸気カム１６に押し当てられる。これにより、第１ローラ５２及び第２ローラ５３は、スライド面５０ａと第１吸気カム１６の周面とに両側から挟み込まれた状態で位置決めされる。
【００３３】
揺動カムアーム５０の下方には、上記ロッカーアーム３５が配置されている。ロッカーアーム３５には、揺動カム面５１に対向するようにロッカーローラ３６が設けられている。ロッカーローラ３６は、ロッカーアーム３５の中間部に回転自在に取り付けられている。ロッカーアーム３５の一端は、バルブ１４のバルブシャフト１４ａによって支持されており、ロッカーアーム３５の他端は、油圧式ラッシュアジャスタ３７によって回転自在に支持されている。リフト作動の際、バルブシャフト１４ａは、バルブスプリング１４ｂによって、閉方向、すなわち、ロッカーアーム３５を押し上げる方向に付勢されている。ロッカーローラ３６は、この付勢力と油圧式ラッシュアジャスタ３７によって揺動カムアーム５０の揺動カム面５１に押し当てられている。
【００３４】
上述した可変動弁機構４０の構成によれば、第１吸気カム１６の回転に伴って、第１吸気カム１６の押圧力が第１ローラ５２及び第２ローラ５３を介してスライド面５０ａに伝達される。その結果、揺動カム面５１とロッカーローラ３６との接点が非作用面５１ａから作用面５１ｂにまで及ぶと、ロッカーアーム３５が押し下げられ、バルブ１４が開弁する。
【００３５】
また、可変動弁機構４０の構成によれば、制御軸４１の回転角度を変化させると、スライド面５０ａ上における第２ローラ５３の位置が変化し、リフト動作時の揺動カムアーム５０の揺動範囲が変化する。より具体的には、制御軸４１を図３における反時計回り方向に回転させると、スライド面５０ａ上における第２ローラ５３の位置が揺動カムアーム５０の先端側に移動する。そうすると、第１吸気カム１６の押圧力が伝達されることで揺動カムアーム５０が揺動動作を開始した後に、現実にロッカーアーム３５が押圧され始めるまでに要する揺動カムアーム５０の回転角度は、制御軸４１が図３における反時計回り方向に回転するほど大きくなる。つまり、制御軸４１を図３における反時計回り方向に回転させることにより、バルブ１４の作用角及びリフト量を小さくすることができる。逆に、制御軸４１を時計回り方向に回転させることにより、バルブ１４の作用角及びリフト量を大きくすることができる。
【００３６】
［伝達装置の構成］
図４は、本実施例に係る伝達装置８０の概略構成図である。本実施例では、電動モータ８６により制御軸４１が駆動される。そして、電動モータ８６からの駆動力を制御軸４１へ伝達するために伝達装置８０が備わる。
【００３７】
ここで、制御軸４１の一端には、該制御軸４１の中心軸を中心として揺動する扇形ギヤ８１が固定されている。この扇形ギヤ８１の回転角度と、制御軸４１の回転角度とは等しくなる。この扇形ギヤ８１は、減速ギヤ８２と噛み合っている。
【００３８】
減速ギヤ８２の中心には、制御軸４１と平行に配置される連結軸８３の一端が接続されている。減速ギヤ８２は、連結軸８３の中心軸を中心として回転する。また、連結軸８３の他端は、ウォームホイール８４の中心に接続されている。ウォームホイール８４は、連結軸８３を中心として回転する。つまり、減速ギヤ８２と連結軸８３とウォームホイール８４とは、回転角度が等しくなる。
【００３９】
そして、ウォームホイール８４はウォーム８５と噛み合っている。ウォーム８５はその軸方向に螺旋状に刻まれたギヤ歯を有する。また、ウォーム８５は、電動モータ８６の出力軸（破線にて図示）に取り付けられており、該電動モータ８６と同じ速度で回転する。そして、ウォーム８５が回転駆動されると、ウォームホイール８４の歯面がウォーム８５に噛み合いつつ摺動することによって制御軸４１が回転又は回動する。
【００４０】
以上のように、伝達装置８０は、扇形ギヤ８１、減速ギヤ８２、連結軸８３、ウォームホイール８４、ウォーム８５により構成されている。また、ウォームホイール８４とウォーム８５とからなる歯車対を「ウォームギヤ８９」と称する。本実施例では、電動モータ８６の駆動力がその出力軸からウォームギヤ８９を介して制御軸４１へと伝達され、該制御軸４１が回転駆動される。
【００４１】
ウォームホイール８４には、該ウォームホイールの回転角度を測定する第１センサ９１が備わる。第１センサ９１は、連結軸８３及び減速ギヤ８２の回転角度を測定しているともいえる。第１センサ９１の出力信号は、ＥＣＵ６０に入力される。ＥＣＵ６０は、第１センサ９１の出力信号に基づいてウォームホイール８４の回転角度や制御軸４１の回転角度等を測定する。
【００４２】
ＥＣＵ６０は、吸気バルブ１４の作用角を内燃機関１の運転状態に応じて定められた目標作用角となるように、電動モータ８６を制御する。図５は、目標作用角と制御軸４１の回転角度との関係を例示したマップである。図示のように、バルブの作用角は制御軸４１の回転角度に対して一意に決定される。従って、ＥＣＵ６０は、電動モータ８６によって制御軸４１の回転角度を図５のマップに従って制御することで作用角を目標作用角と一致させることができる。本実施例において、ＥＣＵ６０は、第１センサ９１により測定される回転角度に基づいて作用角のフィードバック制御を行う。作用角のフィードバック制御は、第１センサ９１により測定される作用角が目標作用角となるように、電動モータ８６の駆動力（駆動トルク）を制御する。
【００４３】
ここで、吸気バルブ１４の作用角は、或る定められた範囲内で制御されるようになっている。この範囲を作用角の可変領域とすると、図中の符号θｍａｘ、θｍｉｎの夫々は、作用角の可変領域内における上限値、下限値を表している。つまり、吸気バルブ１４の目標作用角は、下限値θｍｉｎ〜上限値θｍａｘの範囲内で設定され、作用角はこの範囲内で制御されるといえる。この図において、上限値θｍａｘ、及び下限値θｍｉｎは、内燃機関１の運転状態を正常に保つことができる作用角の最大値及び最小値となるように定められている。
【００４４】
本実施例では、万が一電動モータ８６が故障したとしても、作用角が確実に下限値θｍｉｎ〜上限値θｍａｘの範囲内に制限されるように、扇形ギヤ８１の回転角度を制限する下限側制限部８７と、上限側制限部８８とを備える。
【００４５】
図６は、扇形ギヤ８１と下限側制限部８７及び上限側制限部８８との関係を示した図である。下限側制限部８７及び上限側制限部８８は、夫々シリンダヘッド８の非作動部に固定されている。下限側制限部８７は、扇形ギヤ８１が作用角の小さくなる方向へ回転しすぎないように、作用角が小さくなる方向の回転角度を制限する。扇形ギヤ８１が下限側制限部８７に当接しているときには、作用角が下限値θｍｉｎとなる。一方、上限側制限部８８は、扇形ギヤ８１が作用角の大きくなる方向へ回転しすぎないように、作用角が大きくなる方向の回転角度を制限する。扇形ギヤ８１が上限側制限部８８に当接しているときには、作用角が上限値θｍａｘとなる。以上のように、下限側制限部８７及び上限側制限部８８によって扇形ギヤ８１の可動範囲が制限される。なお、本実施例においては下限側制限部８７及び上限側制限部８８が本発明における制限手段を構成する。また、本実施例においては扇形ギヤ８１が本発明における動作部に相当する。
【００４６】
ところで、制御軸４１には、伝達装置８０を介して伝達される電動モータ８６の駆動力の他、ロストモーションスプリング３８、バルブスプリング１４ｂの付勢力が反力として作用する。本明細書において、制御軸４１に作用する力のうち、電動モータ８６からの駆動力以外の力を「反力」と称する。本実施例ではロストモーションスプリング３８やバルブスプリング１４ｂから制御軸４１に作用する付勢力が反力に該当するため、以下この反力を「スプリング反力」と称することとする。制御軸４１に作用したスプリング反力は、伝達装置８０を介して電動モータ８６の出力軸へと伝達される。そして、スプリング反力によって電動モータ８６の出力軸が回転してしまうと制御軸４１の回転角度が変化してしまい、作用角が目標作用角から外れてしまう。
【００４７】
上記不具合を解消するために、本実施例では減速ギヤ８２を利用して、制御軸４１側から電動モータ８６の出力軸に作用する回転トルクを低減させているものの、作用角が比較的大きな領域で制御されている時には特にスプリング反力が大きくなるため制御軸４１が回転し易くなる。このような状況下においてもスプリング反力による制御軸４１の回転を防止する方策の一例として、電動モータ８６の出力軸に作用したスプリング反力を打ち消
すように電動モータ８６の駆動トルクを調整する制御（以下、「軸角度ずれ防止制御」という）が挙げられる。この軸角度ずれ防止制御によれば、スプリング反力による制御軸４１の回転を防止することができるものの、電動モータ８６の消費電力の増大、発熱量の増大を招く。
【００４８】
ここで、制御軸４１と扇形ギヤ８１との回転角度は等しく、この扇形ギヤ８１は、減速ギヤ８２と噛み合っている。また、減速ギヤ８２と連結軸８３とウォームホイール８４とは回転角度が等しい。また、バルブの作用角は制御軸４１の回転角度に対して一意に決定される（図５参照）。以上のことから、作用角が変化すれば、ウォームホイール８４の歯面のうちウォーム８５と噛み合う部分（箇所）が変化する。
【００４９】
そこで、本実施例では、電動モータ８６の消費電力及び発熱量を抑制しつつ、スプリング反力による制御軸４１の回転を抑制するため、ウォームホイール８４の歯面の摩擦係数μを、対応する作用角の大きさに応じて変更し、ウォームギヤ８９の逆効率（制御軸４１側からの入力を電動モータ８６の出力軸側に出力するときの効率）を調節することとした。
【００５０】
図７は、本実施例におけるウォームホイール８４の歯面の摩擦係数μを説明するための図である。（ａ）は、作用角の可変領域内における区分を説明する図である。（ｂ）は、ウォームホイール８４を連結軸８３の軸方向から見た模式図である。（ａ）に示した符号θｂは基準作用角を表す。この基準作用角θｂは、制御軸４１に作用するスプリング反力が規定値に到達するときの作用角であり、実験等の経験則に基づいて定めることができる。この規定値は、軸角度ずれ防止制御に係る消費電力が予め設定されている許容値（例えば、２５Ｗ程度）に到達するときのスプリング反力として求めておく。以下、作用角の可変領域のうち、基準作用角θｂ〜上限値θｍａｘの領域を大作用角領域Ａｈｉｇｈと称し、下限値θｍｉｎ〜基準作用角θｂの領域を小作用角領域Ａｌｏｗと称する。
【００５１】
次に（ｂ）を参照して、ウォームホイール８４の歯面の摩擦係数μについて説明する。符号ＷＧＰｍｉｎ、ＷＧＰｂ、ＷＧＰｍａｘの夫々は、作用角が下限値θｍｉｎ、基準作用角θｂ、上限値θｍａｘの夫々となる時にウォーム８５と噛み合う部分の歯面位置を表す。ここで、ウォームホイール８４の歯面のうち、ＷＧＰｍｉｎ〜ＷＧＰｂで挟まれた部分を「小作用角対応歯面部ＷＧＡｌｏｗ」とし、ＷＧＰｂ〜ＷＧＰｍａｘで挟まれた範囲の部分を「大作用角対応歯面部ＷＧＡｈｉｇｈ」とする。そうすると、ウォームホイール８４の歯面において、大作用角対応歯面部ＷＧＡｈｉｇｈは作用角が大作用角領域Ａｈｉｇｈに属する時にウォーム８５と噛み合う部分に相当し、小作用角対応歯面部ＷＧＡｌｏｗは作用角が小作用角領域Ａｌｏｗに属する時にウォーム８５と噛み合う部分に相当する。
【００５２】
ここで、大作用角対応歯面部ＷＧＡｈｉｇｈの摩擦係数μを「μｈｉｇｈ」、小作用角対応歯面部ＷＧＡｌｏｗの摩擦係数μを「μｌｏｗ」とすると、本実施例では摩擦係数μｈｉｇｈが摩擦係数μｌｏｗよりも大きくなるように（μｈｉｇｈ＞μｌｏｗ）、ウォームホイール８４の歯面を形成する。ここでは、ウォームホイール８４の歯面を樹脂により形成し、小作用角対応歯面部ＷＧＡｌｏｗに比べて大作用角対応歯面部ＷＧＡｈｉｇｈの表面を粗く形成することで、双方の摩擦係数に差を設けるようにした。
【００５３】
その結果、大作用角対応歯面部ＷＧＡｈｉｇｈがウォーム８５と噛み合う時、すなわち作用角が大作用角領域Ａｈｉｇｈに属する時において、ウォームギヤ８９の逆効率を低くすることができる。そうすると、作用角が小作用角領域Ａｌｏｗに属する時に比べて大作用角領域Ａｈｉｇｈに属する時の方が制御軸４１に作用するスプリング反力が増大しても、上記逆効率が低減される分だけウォーム８５とウォームホイール８４のとの摺動が抑制
される。
【００５４】
ここで、スプリング反力が制御軸４１に作用した際に、如何に大きなスプリング反力に抗して作用角を目標作用角に保持できるかどうかの程度を表す指標を「作用角保持度合い」と定義する。大作用角対応歯面部ＷＧＡｈｉｇｈにおける摩擦係数μｈｉｇｈは、作用角保持度合いが充分に高められるように予め実験等の経験則に基づいて求めておくことができる。また、例えば、上述したように軸角度ずれ防止制御に係る消費電力を充分に小さいと判断できるレベルに維持できるように摩擦係数μｈｉｇｈを設定すると良い。
【００５５】
以上のように、本実施例に係る内燃機関の可変動弁装置によれば、作用角が大作用角領域Ａｈｉｇｈに属する時のように制制御軸４１に対してより大きなスプリング反力が作用する状況下においても作用角保持度合いを好適に高めることができ、以って電動モータ８６の消費電力及び発熱量を抑制しつつスプリング反力に起因する制御軸４１の回転挙動を確実に抑制することができる。
【００５６】
＜実施例２＞
実施例２について説明する。本実施例の基本的なシステム構成は実施例１と同等である。図８は、本実施例におけるウォームホイール８４の歯面の摩擦係数を説明するための図である。（ａ）は、作用角の可変領域内における区分を説明する図である。（ｂ）は、ウォームホイール８４を連結軸８３の軸方向から見た模式図である。ここでは、図７との相違点を中心に説明する。
【００５７】
上述の如く、扇形ギヤ８１の可動回転範囲を制限する下限側制限部８７と上限側制限部８８とは、電動モータ８６が万が一に故障したときのフェイルセーフ機構として機能することになる。もしそのようになっても作用角が確実に下限値θｍｉｎ〜上限値θｍａｘの範囲内に制限されるからである。しかし、下限側制限部８７や上限側制限部８８に対して動作部としての扇形ギヤ８１が勢い良く衝突すると、その衝撃に起因した扇形ギヤ８１と制御軸４１との締結の緩み、或いは伝達装置８０を構成する各種ギヤの歯面の損傷等が懸念される。
【００５８】
そこで、（ａ）に示すように、本実施例では、作用角の可変領域内を実施例１（図７）と比較して更に細かく区分する。先ず、大作用角領域Ａｈｉｇｈは、作用角が上限値θｍａｘよりも僅かに小さい上限値近傍基準作用角θｂｈを基準として、作用角が該上限値近傍基準作用角θｂｈよりも大きい領域と小さい領域とに区分される。以下、前者を「上限値近傍領域Ａｎｍａｘ」と称し、後者を「一般大作用角領域Ａｎｈｉｇｈ」と称する。ここで、上限値近傍領域Ａｎｍａｘは、上限値θｍａｘよりも小さく且つ該上限値θｍａｘ近傍の領域である。
【００５９】
次に、小作用角領域Ａｌｏｗは、作用角が下限値θｍｉｎよりも僅かに大きい下限値近傍基準作用角θｂｌを基準として、作用角が該下限値近傍基準作用角θｂｌよりも小さい領域と大きい領域とに区分される。以下、前者を「下限値近傍領域Ａｎｍｉｎ」と称し、後者を「一般小作用角領域Ａｎｌｏｗ」と称する。ここで、下限値近傍領域Ａｎｍｉｎは、下限値θｍｉｎよりも大きく且つ該下限値θｍｉｎ近傍の領域である。以上のことから、本実施例における作用角の可変領域は、下限値θｍｉｎ側から上限値θｍａｘ側に向かって、下限値近傍領域Ａｎｍｉｎ、一般小作用角領域Ａｎｌｏｗ、一般大作用角領域Ａｎｈｉｇｈ、上限値近傍領域Ａｎｍａｘの順に区分されている。
【００６０】
次に（ｂ）を参照して、ウォームホイール８４の歯面の摩擦係数μについて説明する。符号ＷＧＰｂｈ、ＷＧＰｂｌの夫々は、作用角が上限値近傍基準作用角θｂｈ、下限値近傍基準作用角θｂｌの夫々となる時にウォーム８５と噛み合う部分の歯面位置を表す。
【００６１】
ウォームホイール８４の歯面のうち、ＷＧＰｍｉｎ〜ＷＧＰｂｌで挟まれた部分を「下限値近傍対応歯面部ＷＧＡｎｍｉｎ」、ＷＧＰｂｌ〜ＷＧＰｂで挟まれた部分を「一般小作用角対応歯面部ＷＧＡｎｌｏｗ」、ＷＧＰｂ〜ＷＧＰｂｈで挟まれた部分を「一般大作用角対応歯面部ＷＧＡｎｈｉｇｈ」、ＷＧＰｂｈ〜ＷＧＰｍａｘで挟まれた範囲の部分を「上限値近傍対応歯面部ＷＧＡｎｍａｘ」とする。そうすると、ウォームホイール８４の歯面において、下限値近傍対応歯面部ＷＧＡｎｍｉｎ、一般小作用角対応歯面部ＷＧＡｎｌｏｗ、一般大作用角対応歯面部ＷＧＡｎｈｉｇｈ、上限値近傍対応歯面部ＷＧＡｎｍａｘの夫々は、作用角が下限値近傍領域Ａｎｍｉｎ、一般小作用角領域Ａｎｌｏｗ、一般大作用角領域Ａｎｈｉｇｈ、上限値近傍領域Ａｎｍａｘの夫々に属する時にウォーム８５と噛み合う部分に相当する。
【００６２】
各歯面部における摩擦係数μの違いについて説明する。下限値近傍対応歯面部ＷＧＡｎｍｉｎ、一般小作用角対応歯面部ＷＧＡｎｌｏｗ、一般大作用角対応歯面部ＷＧＡｎｈｉｇｈ、上限値近傍対応歯面部ＷＧＡｎｍａｘにおける夫々の摩擦係数μを「μｎｍｉｎ」、「μｎｌｏｗ」、「μｎｈｉｇｈ」、「μｎｍａｘ」とすると、本実施例ではμｎｍａｘとμｎｍｉｎとの何れも、μｎｈｉｇｈよりも大きく、μｎｈｉｇｈはμｎｌｏｗよりも大きくなるようにウォームホイール８４の歯面を形成することとした。
【００６３】
本実施例では、一般小作用角対応歯面部ＷＧＡｎｌｏｗにおける摩擦係数μｎｌｏｗに比べて、一般大作用角対応歯面部ＷＧＡｎｈｉｇｈにおける摩擦係数μｎｈｉｇｈを大きく設定することの技術的意義は実施例１と同様である。すなわち、作用角が一般小作用角領域Ａｎｌｏｗに属する時に比べて一般大作用角領域Ａｎｈｉｇｈに属する時におけるウォームギヤ８９の逆効率を低減し、後者の作用角保持度合いを高めることにある。
【００６４】
一方、一般大作用角対応歯面部ＷＧＡｎｈｉｇｈにおける摩擦係数μｎｈｉｇｈに比べて、上限値近傍対応歯面部ＷＧＡｎｍａｘにおける摩擦係数μｎｍａｘと下限値近傍対応歯面部ＷＧＡｎｍｉｎにおける摩擦係数μｎｍｉｎとの何れも大きく設定することの技術的意義は、下限側制限部８７や上限側制限部８８に対して動作部としての扇形ギヤ８１が衝突するときの衝突速度を低減することにある。そのため、摩擦係数μｎｍａｘ及びμｎｍｉｎは、μｎｈｉｇｈに比して著しく増大させることとした。
【００６５】
本実施例における摩擦係数μｎｍａｘ（μｎｍｉｎ）は、上限側制限部８８（下限側制限部８７）に対する扇形ギヤ８１の衝突速度が予め設定される規定衝突速度を超えないように設定される。具体的には、摩擦係数μｎｍａｘは上限値θｍａｘと上限値近傍基準作用角θｂｈとの差（つまり、上限値近傍領域Ａｎｍａｘの幅）、ＥＣＵ６０が電動モータ８６に作用角を変化させる変化速度（以下、「作用角の変化速度」という）等に基づき決定することができる、また、摩擦係数μｎｍｉｎは下限値θｍｉｎと下限値近傍基準作用角θｂｌとの差（つまり、下限値近傍領域Ａｎｍｉｎの幅）、作用角の変化速度等に基づいて決定することができる。
【００６６】
例えば他の条件が等しい場合、作用角の変化速度が速いほど扇形ギヤ８１の動作速度が速いことを意味する。するため、扇形ギヤ８１の衝突速度を規定衝突速度以下とするには摩擦係数μｎｍａｘ及びμｎｍｉｎをより高くすると良い。また、上限値近傍領域Ａｎｍａｘの幅が狭いほど、より少ない領域で扇形ギヤ８１の動作速度を低減する必要が生じるので、摩擦係数μｎｍａｘをより高くすると良い。同様に、下限値近傍領域Ａｎｍｉｎの幅が狭いほど、より少ない領域で扇形ギヤ８１の動作速度を低減する必要が生じるので、摩擦係数μｎｍｉｎをより高くすると良い。
【００６７】
上記の事項は、上限値近傍領域Ａｎｍａｘの幅や下限値近傍領域Ａｎｍｉｎの幅を、摩
擦係数μｎｍａｘ、μｎｍｉｎ、作用角の変化速度等の特性に基づいて設定することができることを意味する。つまり、他の条件が等しければ、摩擦係数μｎｍａｘが高いほどより少ない領域で扇形ギヤ８１の動作速度を低減することができるため、上限値近傍領域Ａｎｍａｘの幅をより狭く設定することができる。また、同様に、摩擦係数μｎｍｉｎが高いほど下限値近傍領域Ａｎｍｉｎの幅をより狭く設定しても良い。
【００６８】
以上のように、本実施例における内燃機関の可変動弁装置によれば、扇形ギヤ８１が下限側制限部８７や上限側制限部８８に当接（衝突する）直前に、該扇形ギヤ８１の衝突速度を充分に低減することができる。その結果、下限側制限部８７や上限側制限部８８に対して扇形ギヤ８１が勢い良く衝突することが抑制され、その衝撃が緩和される。従って、この衝撃に起因した扇形ギヤ８１と制御軸４１との締結の緩み、伝達装置８０を構成する各種ギヤにおける歯面の損傷等を確実に抑制できる。
【００６９】
尚、本実施例においては、摩擦係数μｎｍａｘ及びμｎｍｉｎを等しくしているが、双方が異なる値をとっても構わない。また、下限側制限部８７や上限側制限部８８は、扇形ギヤ８１の可動範囲を制限しているが、その代わりに伝達装置８０を構成する他のギヤ（例えば、ウォームギヤ８９、減速ギヤ８２等）や、制御軸４１の可動範囲を制限しても良いのは勿論である。その場合、可動範囲の制限対象となる部材が本発明における動作部に相当する。その他、本発明の本旨を逸脱しない範囲内において上記の実施形態には種々の変更を加え得る。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】実施例のシステム構成を説明するための図である。
【図２】図１に示すシステムにおいて、可変動弁装置の構成を説明するための斜視図である。
【図３】図２に示す可変動弁装置における可変動弁機構の構成を説明するための図である。
【図４】実施例に係る伝達装置の概略構成図である。
【図５】目標作用角と制御軸の回転角度との関係を例示したマップである。
【図６】扇形ギヤと下限側制限部及び上限側制限部との関係を示した図である。
【図７】実施例１におけるウォームホイールの歯面の摩擦係数μを説明するための図である。（ａ）は、作用角の可変領域内における区分を説明する図である。（ｂ）は、ウォームホイールを連結軸の軸方向から見た模式図である。
【図８】実施例２におけるウォームホイールの歯面の摩擦係数μを説明するための図である。（ａ）は、作用角の可変領域内における区分を説明する図である。（ｂ）は、ウォームホイールを連結軸の軸方向から見た模式図である。
【符号の説明】
【００７１】
１     内燃機関
１２   吸気ポート
１４   吸気バルブ
１４ｂ バルブスプリング
１５   吸気カム軸
１６   第１吸気カム
１７   第２吸気カム
１８   可変動弁装置
２３   アクセルペダル
２４   アクセル開度センサ
２５   バッテリ
３８   ロストモーションスプリング
４０   可変動弁機構
４１   制御軸
５０   揺動カムアーム
６０   ＥＣＵ
８０   伝達装置
８１   扇形ギヤ
８２   減速ギヤ
８３   連結軸
８４   ウォームホイール
８５   ウォーム
８６   電動モータ
８７   下限側制限部
８８   上限側制限部
８９   ウォームギヤ
９１   第１センサ
【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】
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