(57)【要約】【課題】制御上用いないバルブタイミングとなるように誤った指示が出力されることがあっても、吸気弁とピストンとの干渉を確実に防止し得る装置を提供する。【解決手段】リフト・作動角可変機構（１）と、位相可変機構（２１）とを備え、位相可変機構（２１）と一体で第１のストッパ（３６Ａ）を、リフト・作動角可変機構（１）と一体で第２のストッパ（３９）をそれぞれ設け、第１のストッパ（３６Ａ）はリフト中心角の位相が進角するほど第２のストッパ（３９）に近づき、第２のストッパ（３９）はリフト・作動角が大きくなるほど第１のストッパ（３６Ａ）に近づき、かつ、リフト中心角の位相とリフト・作動角とのいずれの組合せでも、吸排気弁の少なくとも一方とピストンとが干渉する前に、２つのストッパ（３６Ａ、３９）同士が当接するように２つのストッパ（３６Ａ、３９）の位置と形状とを設定する。【選択図】図４
2010106743.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸排気弁の少なくとも一方のリフト・作動角を同時にかつ連続的に拡大、縮小可能なリフト・作動角可変機構と、
カム軸を含み吸排気弁の少なくとも一方のリフト中心角の位相を進遅させる位相可変機構と
を備え、
前記位相可変機構と一体で第１のストッパを、前記リフト・作動角可変機構と一体で第２のストッパをそれぞれ設け、
前記第１のストッパは前記リフト中心角の位相が進角するほど前記第２のストッパに近づき、前記第２のストッパは前記リフト・作動角が大きくなるほど前記第１のストッパに近づき、かつ、前記リフト中心角の位相と前記リフト・作動角とのいずれの組合せでも、吸排気弁の少なくとも一方とピストンとが干渉する前に、前記２つのストッパ同士が当接するように前記２つのストッパの位置と形状とを設定することを特徴とするエンジンの可変動弁装置。
【請求項２】
前記位相可変機構を、サンギア、プラネットピニオン、プラネットキャリア、リングギアからなる遊星歯車機構と、前記リフト中心角の位相を進遅させ得るアクチュエータとから構成し、
前記サンギア、プラネットキャリア、リングギアのいずれか一つを固定することで、エンジンのクランク軸からの動力をこの遊星歯車機構を介して前記カム軸へ動力伝達すると共に、この遊星歯車機構による減速を用いて前記カム軸の回転速度を前記クランク軸の回転速度の半分にすることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの可変動弁装置。
【請求項３】
前記位相可変機構を、サイドギア、ピニオンメート、キャリア、リングギアからなる差動歯車装置と、前記リフト中心角の位相を進遅させ得るアクチュエータとから構成し、
前記サイドギア、リングギアのいずれか一つを固定することで、エンジンのクランク軸からの動力をこの差動歯車装置を介してカム軸へ動力伝達すると共に、この差動歯車装置による減速を用いて前記カム軸の回転速度を前記クランク軸の回転速度の半分にすることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの可変動弁装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、エンジン（内燃機関）の可変動弁装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの可変動弁装置として、吸気弁のリフト・作動角を同時にかつ連続的に拡大、縮小可能なリフト・作動角可変機構と、カム軸を含み吸気弁のリフト中心角の位相を進遅させる位相可変機構とを備えるものがある（特許文献１参照）。このものによれば、ピストンと干渉しない範囲で、吸気弁のリフト・作動角とリフト中心角の位相との組合せを任意に設定することができる。
【特許文献１】特開２００２−２５６９０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上記特許文献１の技術では、リフト・作動角制御用アクチュエータと、位相制御用アクチュエータとを例えばモータで構成し、このモータにエンジンコントロールユニットから制御信号を与えることで、運転条件に応じた最適な吸気弁のリフト・作動角と運転条件に応じた最適な吸気弁のリフト中心角の位相とが得られるようにしている。
【０００４】
この場合に、吸気弁のリフト・作動角が大きくかつそのリフト中心角の位相が大きく進角するバルブタイミングとすることは制御上していない。これは、このとき吸排気弁のオーバーラップが付きすぎ、燃焼室内の残ガス量が多くなり失火する事態が生じ得るので、これを避けるためである。
【０００５】
しかしながら、吸気弁のリフト・作動角と、吸気弁のリフト中心角の位相とは別々のアクチュエータで制御することから、それぞれのアクチュエータとしては吸気弁のリフト・作動角が大きい状態、吸気弁のリフト中心角の位相が大きく進角した状態を再現できるため、大リフト・作動角かつ大進角のバルブタイミングにすることがハードウエアとしてできてしまう。つまり、制御上用いないバルブタイミングであっても、制御エラー、ハーネス断線等により、制御上実際に用いるバルブタイミングと異なるバルブタイミングとなって吸気弁がピストンに近づき吸気弁とピストンとが干渉する事態が考えられる。
【０００６】
こうした事態に備えるには、ピストン冠面に設けているバルブリセスを、燃焼室内に下降してくる吸気弁に備えてより深くしておくことである。
【０００７】
しかしながら、バルブリセスを深くしたのでは燃焼室形状の凹凸が大きくなることによる表面積の増大を招き、熱損失が増大し、燃費が悪化してしまう。
【０００８】
そこで本発明は、制御上用いないバルブタイミングとなるように上記のリフト・作動角制御用アクチュエータや位相制御用アクチュエータに対して誤った指示が出力されることがあっても、吸気弁とピストンとの干渉を確実に防止し得る装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものでない。
【００１０】
本発明は、吸排気弁の少なくとも一方のリフト・作動角を同時にかつ連続的に拡大、縮小可能なリフト・作動角可変機構（１）と、カム軸を含み吸排気弁の少なくとも一方のリフト中心角の位相を進遅させる位相可変機構（２１）とを備え、前記位相可変機構（２１）と一体で第１のストッパ（３６Ａ）を、前記リフト・作動角可変機構（１）と一体で第２のストッパ（３９）をそれぞれ設け、前記第１のストッパ（３６Ａ）は前記リフト中心角の位相が進角するほど前記第２のストッパ（３９）に近づき、前記第２のストッパ（３９）は前記リフト・作動角が大きくなるほど前記第１のストッパ（３６Ａ）に近づき、かつ、前記リフト中心角の位相と前記リフト・作動角とのいずれの組合せでも、吸排気弁の少なくとも一方とピストンとが干渉する前に、前記２つのストッパ（３６Ａ、３９）同士が当接するように前記２つのストッパ（３６Ａ、３９）の位置と形状とを設定する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、吸排気弁の少なくとも一方のリフト・作動角を同時にかつ連続的に拡大、縮小可能なリフト・作動角可変機構と、カム軸を含み吸排気弁の少なくとも一方のリフト中心角の位相を進遅させる位相可変機構とを備え、前記位相可変機構と一体で第１のストッパを、前記リフト・作動角可変機構と一体で第２のストッパをそれぞれ設け、前記第１のストッパは前記リフト中心角の位相が進角するほど前記第２のストッパに近づき、前記第２のストッパは前記リフト・作動角が大きくなるほど前記第１のストッパに近づき、かつ、前記リフト中心角の位相と前記リフト・作動角とのいずれの組合せでも、吸排気弁の少なくとも一方とピストンとが干渉する前に、前記２つのストッパ同士が当接するように前記２つのストッパの位置と形状とを設定するので、バルブタイミングの制御において大リフト・作動角かつ大進角のバルブタイミングにするような制御上のエラーやハーネス断線等が生じても、吸気弁とピストンが干渉する前に、２つのストッパ同士が機械的に当接し、当接した状態では、吸排気弁の少なくとも一方のリフト中心角の位相がそれ以上は進角せず、かつ吸排気弁の少なくとも一方のリフト・作動角がそれ以上大きくならないことから、ピストン冠面に穿設するバルブリセスを深くしておく必要がなくなり（浅くすることが可能となり）、燃費を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、この発明の好ましい実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１３】
図１は、エンジンの吸気弁側可変動弁装置の構成を示す斜視図であり、可変動弁装置は、吸気弁のリフト・作動角を変化させるリフト・作動角可変機構１と、そのリフトの中心角の位相（図示せぬクランク軸に対する位相）を進角もしくは遅角させる位相可変機構２１とが組み合わされて構成されている。
【００１４】
まず、リフト・作動角可変機構１を図２をも参照して説明する。図２において左側は吸気弁のリフト・作動角が最小であるときの揺動カムの最小揺動時の様子を、同じく図２において右側は吸気弁のリフト・作動角が最小であるときの揺動カムの最大揺動時の様子を示している。なお、リフト・作動角可変機構１は、本出願人が先に提案したものであるが、例えば特開平１１−１０７７２５号公報等によって公知となっているので、その概要のみを説明する。
【００１５】
リフト・作動角可変機構１は、シリンダヘッド（図示せず）に摺動自在に設けられた吸気弁１１と、シリンダヘッド上部のカムブラケット（図示せず）に回転自在に支持された駆動軸２と、この駆動軸２に、圧入等により固定された偏心カム３と、上記駆動軸２の上方位置に同じカムブラケットによって回転自在に支持されるとともに駆動軸２と平行に配置された制御軸１２と、この制御軸１２（中心はＰ２）の偏心カム部１８（中心はＰ１）に揺動自在に支持されたロッカアーム６と、各吸気弁１１の上端部に配置されたタペット１０に当接する揺動カム９とを備えている。上記偏心カム３とロッカアーム６とはリンクアーム４によって連係されており、ロッカアーム６と揺動カム９とは、リンク部材８によって連係されている。
【００１６】
上記駆動軸２は、後述するように、タイミングチェーンないしはタイミングベルトを介して機関のクランク軸によって駆動されるもので、カム軸として機能している。
【００１７】
上記偏心カム３は、円形外周面を有し、該外周面の中心が駆動軸２の軸心から所定量だけオフセットしているとともに、この外周面に、リンクアーム４の環状部が回転可能に嵌合している。
【００１８】
上記ロッカアーム６は、略中央部が上記偏心カム部１８によって揺動可能に支持されており、その一端部に、連結ピン５を介して上記リンクアーム４のアーム部が連係しているとともに、他端部に、連結ピン７を介して上記リンク部材８の上端部が連係している。上記偏心カム部１８は、制御軸１２の軸心から偏心しており、従って、制御軸１２の角度位置に応じてロッカアーム６の揺動中心は変化する。
【００１９】
上記揺動カム９は、駆動軸２の外周に嵌合して回転自在に支持されており、側方へ延びた端部に、連結ピン１７を介して上記リンク部材８の下端部が連係している。この揺動カム９の下面には、駆動軸２と同心状の円弧をなす基円面と、該基円面から所定の曲線を描いて延びるカム面と、が連続して形成されており、これらの基円面ならびにカム面が、揺動カム９の揺動位置に応じてタペット１０の上面に当接するようになっている。
【００２０】
すなわち、上記基円面はベースサークル区間として、リフト量がゼロとなる区間であり、揺動カム９が揺動してカム面がタペット１０に接触すると、徐々にリフトしていくことになる。なお、ベースサークル区間とリフト区間との間には若干のランプ区間が設けられている。
【００２１】
上記制御軸１２は、図１に示すように、一端部に設けられたリフト・作動角制御用アクチュエータ１３によって所定角度範囲内で回転するように構成されている。このリフト・作動角制御用アクチュエータ１３は、例えばウォームギア１５を介して制御軸１２を駆動するサーボモータ等からなり、エンジンコントロールユニット１９からの制御信号によって制御されている。なお、制御軸１２の回転角度は、制御軸センサ１４によって検出される。
【００２２】
リフト・作動角可変機構１の作用を説明する。駆動軸２が回転すると、偏心カム３のカム作用によってリンクアーム４が上下動し、これに伴ってロッカアーム６が揺動する。このロッカアーム６の揺動は、リンク部材８を介して揺動カム９へ伝達され、該揺動カム９が揺動する。この揺動カム９のカム作用によって、タペット１０が押圧され、吸気弁１１がリフトする。
【００２３】
ここで、リフト・作動角制御用アクチュエータ１３を介して制御軸１２の角度が変化すると、ロッカアーム６の初期位置が変化し、ひいては揺動カム９の初期揺動位置が変化する。
【００２４】
例えば偏心カム部１８が図１の上方へ位置しているとすると、ロッカアーム６は全体として上方へ位置し、揺動カム９の連結ピン１７側の端部が相対的に上方へ引き上げられた状態となる。つまり、揺動カム９の初期位置は、そのカム面がタペット１０から離れる方向に傾く。従って、駆動軸２の回転に伴って揺動カム９が揺動した際に、基円面が長くタペット１０に接触し続け、カム面がタペット１０に接触する期間は短い。従って、リフト量が全体として小さくなり、かつその開時期から閉時期までの角度範囲つまり作動角も縮小する（図２参照）。
【００２５】
逆に、偏心カム部１８が図１の下方へ位置しているとすると、ロッカアーム６は全体として下方へ位置し、揺動カム９の連結ピン１７側の端部が相対的に下方へ押し下げられた状態となる。つまり、揺動カム９の初期位置は、そのカム面がタペット１０に近付く方向に傾く。従って、駆動軸２の回転に伴って揺動カム９が揺動した際に、タペット１０と接触する部位が基円面からカム面へと直ちに移行する。従って、リフト量が全体として大きくなり、かつその作動角も拡大する。
【００２６】
上記の偏心カム部１８の初期位置は連続的に変化させ得るので、これに伴って、バルブリフト特性は、連続的に変化する。つまり、リフトならびに作動角を、両者同時に、連続的に拡大，縮小させることができる。各部のレイアウトによるが、例えば、リフト・作動角の大小変化に伴い、吸気弁１１の開時期と閉時期とがほぼ対称に変化する。
【００２７】
次に、位相可変機構２１は、従来装置（特開２００２−２５６９０５号公報）においては上記駆動軸２の前端部に設けられたスプロケットと、このスプロケットと上記駆動軸２とを、所定の角度範囲内において相対的に回転させる位相制御用アクチュエータとから構成されている。上記スプロケットは、図示せぬタイミングチェーンもしくはタイミングベルトを介して、クランク軸に連動している。上記位相制御用アクチュエータは、例えば油圧式、電磁式などの回転型アクチュエータからなり、エンジンコントロールユニット１９からの制御信号によって制御されている。この位相制御用アクチュエータの作用によって、スプロケットと駆動軸２とが相対的に回転し、バルブリフトにおけるリフト中心角が遅進する。つまり、リフト特性の曲線自体は変わらずに、全体が進角もしくは遅角するようになっている。
【００２８】
さて、吸気弁１１のリフト・作動角が大きくかつそのリフト中心角の位相が大きく進角するバルブタイミングとすることは制御上していない。これは、このとき吸排気弁のオーバーラップが付きすぎ、燃焼室内の残ガス量が多くなり失火する事態が生じ得るので、これを避けるためである。
【００２９】
しかしながら、吸気弁１１のリフト・作動角はリフト・作動角制御用アクチュエータ１３で、吸気弁１１のリフト中心角の位相は位相制御用アクチュエータで制御することから、それぞれのアクチュエータとしては吸気弁１１のリフト・作動角が大きい状態、吸気弁１１のリフト中心角の位相が大きく進角した状態を再現できるため、大リフト・作動角かつ大進角のバルブタイミングにすることがハードウエアとしてできてしまう。つまり、制御上用いないバルブタイミングであっても、エンジンコントロールユニット１９における制御エラー、ハーネス断線等により、制御上実際に用いるバルブタイミングと異なるバルブタイミングとなって吸気弁１１がピストンに近づき吸気弁１１とピストンとが干渉する事態が考えられる。
【００３０】
こうした事態に備えるには、ピストン冠面に設けているバルブリセス（窪み）を、燃焼室内に下降してくる吸気弁に備えてより深くしておくことであるが、バルブリセスを深くすると、燃焼室形状の凹凸が大きくなることによる表面積の増大を招き、熱損失が増大し、燃費が悪化してしまう。
【００３１】
そこで本発明では、大リフト・作動角と大進角とが共存しないように第１のストッパと第２のストッパとからなる機械的ストッパを新たに設ける。すなわち、位相可変機構２１と一体で第１のストッパを、リフト・作動角可変機構１と一体で第２のストッパをそれぞれ設け、第１のストッパは吸気弁１１のリフト中心角の位相が進角するほど第２のストッパに近づき、第２のストッパは吸気弁１１のリフト・作動角が大きくなるほど第１のストッパに近づき、かつ、吸気弁１１のリフト中心角の位相と吸気弁１１のリフト・作動角とのいずれの組合せでも、吸気弁１１とピストンとが干渉する前に、２つのストッパ同士が当接するように２つのストッパの位置と形状とを設定する。
【００３２】
具体的には、位相可変機構２１は従来装置（特開２００２−２５６９０５号公報）とは異なるものとする。すなわち、位相可変機構２１をサンギア、プラネットピニオン、プラネットキャリア、リングギアからなる遊星歯車機構と、吸気弁１１のリフト中心角の位相を進遅させ得るアクチュエータとから構成し、プラネットキャリアを固定することで、エンジンのクランク軸からの動力をこの遊星歯車機構を介して駆動軸２（カム軸）へ動力伝達すると共に、この遊星歯車機構による減速を用いてカム軸の回転速度をクランク軸の回転速度の半分にする。そして、プラネットキャリアに第１のストッパを、リフト・作動角可変機構１の制御軸１２に第２のストッパを設け、２つのストッパ同士を、吸気弁１１とピストンが干渉する前に当接させ、当接した状態では、吸気弁１１のリフト中心角の位相がそれ以上は進角せず、かつ吸気弁１１のリフト・作動角がそれ以上大きくならないようにする。これにより、バルブタイミングの制御においてどのような制御上のエラーが生じても、吸気弁１１とピストンが干渉する前に、２つのストッパ同士が当接することから、ピストン冠面に穿設するバルブリセスを浅くすることが可能となり、燃費を向上させることができる。
【００３３】
なお、位相可変機構を遊星歯車機構と、吸気弁のリフト中心角の位相を進遅させ得るアクチュエータとから構成するものは、特許第２９８４７４５号や米国特許４７４７３７５号で公知である。しかしながら、これら公知の技術では、制御エラーによっては制御上用いないバルブタイミングとなり吸気弁とピストンとが干渉することがあり得る、という本発明の課題は解決できない。
【００３４】
次に、本実施形態の位相可変機構２１を、図３、図４を参照しながら説明する。なお、図１では位相可変機構２１を便宜上の理由からブロックで示したが、実際には図１において駆動軸２、制御軸１２の後端部（図１で左端部）とセンサ１４、１６の間に設けられるものである。
【００３５】
図３は本実施形態の位相可変機構２１の概略断面図、図４は図３のＡ−Ａ線で見た矢視図である。図４左には大リフト・作動角時の、図４右には小リフト・作動角時の挙動を示している。
【００３６】
位相可変機構２１は、サンギア２３、リングギア２４、これらと噛み合うプラネットピニオン２５、プラネットキャリア２６からなる遊星歯車機構２２と、プラネットキャリア２６を所定の角度範囲内において相対的に回転させる位相制御用アクチュエータ４１とから構成されている。
【００３７】
まず、遊星歯車機構２２では、図３に示したように、リングギア２４が駆動軸２の後端（左端）にボルト２７によって固定され、このリングギア２４に対してサンギア２３が回転可能に設けられている。このサンギア２３にはプラネットキャリア２６の後背部にまで延びる延設部を介して左端にスプロケット３１が一体で設けられ、このスプロケット３１と図示しないクランクスプロケットとにチェーン３２を掛け回すことで、スプロケット３１（つまりサンギア２３）がクランク軸により回転駆動される。リングギア２４とサンギア２３との間の潤滑のため、オイル孔２８、２９が設けられている。
【００３８】
プラネットキャリア２６は、リングギア２４の後方において駆動軸２に直交する方向にかつ図４に示したようにほぼリング状に形成され、リング状の中心を駆動軸２の軸心と一致させている。そして、プラネットキャリア２６の外周にウォームギア４２と、このウォームギア４２を駆動するモータ４３とからなる位相制御用アクチュエータ４１が設けられている。つまり、プラネットキャリア２６の外周にはウォームギア４２と噛み合う歯が形成されている。
【００３９】
モータへ４３の非通電時にはプラネットキャリア２６が固定される。このとき、クランク軸に対する駆動軸２（カム軸）の位相が定まる。クランク軸からの回転力はサンギア２３、プラネットピニオン２５、リングギア２４、駆動軸２の順に伝わる。従って、スプロケット３１、サンギア２３、プラネットピニオン２５、リングギア２４の歯数を調整することで、クランク軸の１／２の回転速度で駆動軸２（カム軸）を回転させることができる。
【００４０】
一方、モータ４３への通電を行い、プラネットキャリア２６を所定角度範囲内で回転させることで、クランク軸に対する駆動軸２の位相が変化する。すなわち、プラネットキャリア２６の回転量は位相制御用アクチュエータ４１によって制御され、位相制御用アクチュエータ４１はエンジンコントロールユニット１９からの制御信号によって制御される。
【００４１】
例えば、プラネットキャリア２６が図４で時計方向に回転すれば、クランク軸と駆動軸２とが相対的に回転し、バルブリフトにおける吸気弁のリフト中心角が進角する。この状態で今度はプラネットキャリア２６が図４で反時計方向に回転すれば、バルブリフトにおける吸気弁のリフト中心角が遅角して元の位置に戻る。つまり、吸気弁のリフト特性の曲線自体は変わらずに、全体が進角もしくは遅角する。また、この変化も、連続的に得ることができる。この位相可変機構２１の制御状態は、駆動軸２の回転位置に応答する駆動軸センサ１６によって検出される。
【００４２】
なお、リフト・作動角可変機構１ならびに位相可変機構２１の制御としては、各センサ１４，１６の検出に基づくクローズドループ制御に限らず、運転条件に応じて単にオープンループ制御するようにしても良い。
【００４３】
次に、本実施形態の位相可変機構２１とリフト・作動角可変機構１とに設けられる機械的ストッパについて説明する。
【００４４】
プラネットキャリア２６の外周から駆動軸２方向にリングギア２４の前面（図３で右側）まで延びる延長部２６Ａと、この延長部の先端に位置するフランジ部２６Ｂとが設けられ、このフランジ部２６Ｂによってリングギア２４の前面に位置する支持部材３５とプラネットキャリア２６とが固定されている。支持部材３５はプラネットキャリア２６と同じく駆動軸２に直交する方向に設けられている。
【００４５】
そして、この支持部材３５の前面にさらにプラネットキャリア２６の外径よりも小さな外径を有する所定厚さのリング状部材３６が固定され、図４に示したようにリング状部材３６の中心を駆動軸２の軸心と一致させている。ここで、図４においてＣが駆動軸２の軸心を通る線である。このリング状部材３６に図４において上方に膨らんだ形状の突起部３６Ａ（第１のストッパ）が形成されている。
【００４６】
一方、制御軸１２の後端部には円盤状部材３８が固定され、この円盤状部材３８より後方（図３で左方）に突出するピン３９（第２のストッパ）が円盤状部材３８の軸から偏心させて設けられている。
【００４７】
突起部３６Ａを有するリング状部材３６はプラネットキャリア２６と一体動するため、プラネットキャリア２６が図４において時計方向に回転してクランク軸に対する駆動軸２の位相が進角するほど突起部３６Ａはピン３９に近づく。また、ピン３９は制御軸１２が図４で時計方向に回転して吸気弁のリフト・作動角が大きくなるほど突起部３６Ａに近づく。ということは、所定の進角量かつ所定のリフト・作動角のとき突起部３６Ａとピン３９とが互いに当接することになり、突起部３６Ａとピン３９とが当接状態になった後には、それ以上プラネットキャリア２６を時計方向に回転させる（進角させる）ことも、制御軸１２を時計方向に回転させる（吸気弁のリフト・作動角を大きくする）こともできないこととなる。従って、いずれのリフト・作動角と進角量（位相）の組み合わせにおいても、吸気弁１１とピストンとが干渉する前に、突起部３６Ａとピン３９とが当接するように、リング状部材３６における突起部３６Ａの位置及び形状と、円盤状部材３８におけるピン３９の位置及び形状とを予め定めておけば、吸気弁とピストンとの干渉を防ぐことができる。
【００４８】
このように本実施形態は、大リフト・作動角と大進角とが共存しないように、突起部３６Ａとピン３９とからなる機械的ストッパを設けたものである。このため、制御エラー、ハーネス断線により、制御上用いないリフト・作動角と進角量との組み合わせとするように、エンジンコントロールユニット１９からリフト・作動角制御用アクチュエータ１３及びモータ４３（位相制御用アクチュエータ４１）に誤った制御信号が出力されることがあっても、突起部３６Ａとピン３９とが当接する位置までしか、リフト・作動角を大きくしたり進角量を大きくしたりすることができないため、吸気弁１１とピストンとの干渉を確実に防ぐことができる。
【００４９】
さらに述べると、大リフト・作動角時の場合、図４左側に示したようにピン３９が左にずれるため、プラネットキャリア２６の時計方向への回転に大幅に制限がかかることになる。これに対して、小リフト・作動角時の場合、図４左側に示したようにピン３９が右にずれるため、プラネットキャリア２６の時計方向への回転制限が緩和され、進角量を増やすことができる。なお、図４においては、機械的ストッパ（３６Ａ、３９）の位置関係がよくわかるように、リフト・作動角可変機構１を構成する部材を重ねて示している。
【００５０】
このように、本実施形態では、新たに設けた機械的ストッパ（３６Ａ、３９）により図５に示したように吸気弁のリフト中心角（図では単に「中心角」と表記）と吸気弁のリフト・作動角（図では単に「作動角」と表記）とが共に大きな領域での境界（斜めの実線で示す）を機械的に規制することができることになった。
【００５１】
なお、図５ではリフト中心角とリフト・作動角が共に大きな領域での境界が斜めの直線で示されているが、これに限られるものでない。すなわち、機械的ストッパのプロフィル（突起部３６Ａ、ピン３９の輪郭や形状）を変更することで、リフト中心角とリフト・作動角が共に大きな領域での特性を望みのものにすることができる。例えば、バルブピストン干渉限界線を書き入れてみると、この線は図６に示したように下に凸の曲線となる。従って、リフト中心角とリフト・作動角が共に大きな領域での境界はこの曲線に対して余裕代を持たせた曲線とすればよいこととなる。そして、当該曲線は、図７に示したように突起部３６Ａのプロフィルを設定し直すことによって得ることができる。また、図８に示したように制御軸１２の側も、ピン３９に代えて突起部４０Ａを有する円盤状部材４０とすることによって得ることができる。すなわち、円盤状部材３８とピン３９に代えて、突起部４０Ａを有する円盤状部材４０を制御軸１２の後端に固定し、この円盤状部材の突起部４０Ａとプラネットキャリア２６側の突起部３６Ａとを当接させ、このとき、図６に示したバルブピストン干渉限界線に対して余裕代を持たせた曲線が得られるようにするのである。
【００５２】
ここで、本実施形態の作用効果を説明する。
【００５３】
本実施形態（請求項１に記載の発明）によれば、吸気弁１１のリフト・作動角を同時にかつ連続的に拡大、縮小可能なリフト・作動角可変機構１と、カム軸を含み吸気弁１１のリフト中心角の位相を進遅させる位相可変機構２１とを備え、位相可変機構２１と一体で第１のストッパである突起部３６Ａを、制御軸１２（リフト・作動角可変機構１）と一体で第２のストッパであるピン３９をそれぞれ設け、突起部３６Ａは吸気弁１１のリフト中心角の位相が進角するほどピン３９に近づき、ピン３９は吸気弁１１のリフト・作動角が大きくなるほど突起部３６Ａに近づき、かつ、吸気弁１１のリフト中心角の位相と吸気弁１１のリフト・作動角とのいずれの組合せでも、吸気弁１１とピストンとが干渉する前に、突起部３６Ａとピン３９とが互いに当接するように突起部３６Ａ及びピン３９の位置と形状とを設定するので、バルブタイミングの制御において大リフト・作動角かつ大進角のバルブタイミングにするような制御上のエラーやハーネス断線等が生じても、吸気弁１１とピストンが干渉する前に、突起部３６Ａとピン３９とが機械的に当接し、当接した状態では、吸気弁１１のリフト中心角の位相がそれ以上は進角せず、かつ吸気弁１１のリフト・作動角がそれ以上大きくならないことから、ピストン冠面に穿設するバルブリセスを浅くすることが可能となり、燃費を向上させることができる。
【００５４】
次に、図９、図１０は第２、第３の実施形態の位相可変機構５１、６１の概略断面図で、第１実施形態の図３と置き換わるものである。ただし、制御軸１２と、機械的ストッパについては、第１実施形態と同様に設ければよいので、省略して示していない。
【００５５】
まず図９から説明すると、第２実施形態は、位相可変機構５１を、サンギア２３、リングギア２４、これらと噛み合うプラネットピニオン２５、プラネットキャリア２６からなる遊星歯車機構５２と、ウォームギア４２、モータからなる位相制御用アクチュエータ４１とから構成している点で第１実施形態と同じであるが、プラネットキャリア２６とリングギア２４の立場が第１実施形態と逆転し、プラネットキャリア２６が駆動軸２に固定され、リングギア２４が位相制御用アクチュエータ４１により駆動されるようになっている。
【００５６】
具体的に説明する。サンギア２３には前端（図９で右端）と後端（図９で左端）にそれぞれ軸部２３Ａ、２３Ｂが設けられ、サンギア全体としては、駆動軸２の後端（左端）に駆動軸２と同軸の位置に設けられている。サンギア２３後端の軸部２３Ｂはカバー５３により、サンギア２３前端の軸部２３Ａは駆動軸２により回転自在に支持されている。この軸部２３Ａと駆動軸２との摺動部には、オイルを供給するためのオイル孔５４が連通している。
【００５７】
このサンギア２３にプラネットピニオン２５が噛み合い、プラネットキャリア２６は第１実施形態と相違してリングギア２４の前方（図９で右方）に設けられ、駆動軸２に固定されている。
【００５８】
プラネットピニオン２５の外側にリングギア２４が位置し、リングギア２４の外周にウォームギア４２と、このウォームギア４２を駆動するモータ４３とからなる位相制御用アクチュエータ４１が設けられている。つまり、リングギア２４の外周にはウォームギア４２と噛み合う歯が形成されている。
【００５９】
このため、モータへ４３の非通電時にはリングギア２４が固定される。このとき、クランク軸に対する駆動軸２（カム軸）の位相が定まる。一方、モータ４３への通電を行い、リングギア２４を所定角度範囲内で回転させることで、クランク軸に対する駆動軸２の位相が変化する。すなわち、リングギア２４の回転量が位相制御用アクチュエータ４１によって制御され、位相制御用アクチュエータ４１はエンジンコントロールユニット１９からの制御信号によって制御される。
【００６０】
そして、第２実施形態では、第１実施形態で説明した突起部３６Ａ（第１のストッパ）を有するリング状部材３６がこのリングギア２４と一体動するように、リングギア２４に対して突起部３６Ａ（第１のストッパ）を有するリング状部材３６が設けられる。一方、制御軸１２の後端部には、第１実施形態で説明したように、円盤状部材３８が固定され、この円盤状部材３８後方に突出するピン３９（第２のストッパ）が円盤状部材３８の軸から偏心させて設けられる。
【００６１】
次に、図１０に移ると、第３実施形態では、位相可変機構６１を、サンギア２３、リングギア２４、これらと噛み合うプラネットピニオン２５、プラネットキャリア２６からなる第１の遊星歯車機構６２と、位相制御用アクチュエータとから構成している点で第１実施形態と同じであるが、第１実施形態のウォームギア４２とモータ４３とからなる位相制御用アクチュエータに代えて、第２の遊星歯車機構６３と、この第２の遊星歯車機構６３を駆動するモータ７１とからなる位相制御用アクチュエータとしたものである。
【００６２】
具体的に説明する。第２の遊星歯車機構６３も、サンギア（モータ軸７１Ａ）、リングギア（モータハウジング６６に形成）、これらと噛み合うプラネットピニオン６４、プラネットキャリア６５からなり、モータ７１はモータ軸７１Ａと電磁ソレノイド７１Ｂとから構成されている。ただし、このモータ７１は、プラネットキャリア６５を所定角度範囲内で回転させるためのものである。
【００６３】
サンギアとしてのモータ軸７１Ａが駆動軸２の後端に、ボルト２７から少し離して駆動軸２と同軸の位置に設けられ、モータ軸７１Ａの前端に設けられているギア７２とプラネットピニオン６４が噛み合い、このプラネットピニオン６４の外周にリングギアが位置している。このリングギアはモータハウジング６６と一体で設けられている。
【００６４】
第２の遊星歯車機構６３のプラネットキャリア６５は、第１の遊星歯車機構６２のプラネットキャリア２６と共通である。すなわち、第１の遊星歯車機構６２のプラネットキャリア２６には、リングギア２４に沿って駆動軸２と直交する方向へ延びる延設部２６Ｃと、この延設部２６Ｃからサンギア２３とリングギア２４の間を駆動軸方向後端に向かいスプロケット３１の後背部まで延びる延設部２６Ｄと、この延設部２６Ｄより駆動軸２と直交する方向に駆動軸２から少し離れる延設部２６Ｅとが連続して設けられ、この延設部２６Ｅに第２の遊星歯車機構６３のプラネットキャリア６５が固定されている。
【００６５】
電磁ソレノイド７１Ｂへの非通電時には第２の遊星歯車機構６３のプラネットキャリア６５が、従って第１の遊星歯車機構６２のプラネットキャリア２６が固定される。一方、電磁ソレノイド７１Ｂへの通電を行うと、第２の遊星歯車機構６３のプラネットキャリア６５がモータ軸７１Ａを中心にして所定角度回転する。すると、第１の遊星歯車機構６２のプラネットキャリア２６が第２の遊星歯車機構６３のプラネットキャリア６５と同じだけ回転し、クランク軸に対する駆動軸２（カム軸）の位相が変化する。すなわち、プラネットキャリア２６の回転量はモータ７１によって制御され、モータ７１はエンジンコントロールユニット１９からの制御信号によって制御される。
【００６６】
このように構成される位相可変機構６１と制御軸１２とに対して機械的ストッパを設ける方法は第１実施形態と同じである。図１０においては、チェーンケース７３と第１の遊星歯車機構６２のリングギア２４上面との間にスペースが設けられていないが、実際には、チェーンケース７３とリングギア２４上面との間に適当なスペースを確保し、このスペースに図３で説明したのと同様にして、第１実施形態で説明した突起部３６Ａ（第１のストッパ）を有するリング状部材３６がプラネットキャリア２６と一体動するように、プラネットキャリア２６に対して突起部３６Ａ（第１のストッパ）を有するリング状部材３６が設けられる。一方、制御軸１２の後端部には、第１実施形態で説明したように、円盤状部材３８が固定され、この円盤状部材３８後方に突出するピン３９（第２のストッパ）が円盤状部材３８の軸から偏心させて設けられる。
【００６７】
第２、第３の実施形態（請求項１、２に記載の発明）によっても、第１実施形態と同様の作用効果が得られる。
【００６８】
次に、図１１、図１２は第４、第５の実施形態の位相可変機構８１、１０１の概略断面図で、第１実施形態の図３と置き換わるものである。
【００６９】
第４実施形態は、位相可変機構８１を、２つのサイドギア、２つのピニオンメート、キャリア、リングギアからなる差動歯車装置８２と、吸気弁のリフト中心角の位相を進遅させ得るアクチュエータ９１とから構成し、リングギアを固定することで、エンジンのクランク軸からの動力をこの差動歯車装置８２を介して駆動軸２（カム軸）へ動力伝達すると共に、この差動歯車装置８２による減速を用いて駆動軸２（カム軸）の回転速度をクランク軸の回転速度の半分にし、さらにこうした位相可変機構８１と制御軸１２とに対して本発明の機械的ストッパを設けるものである。
【００７０】
同様にして、第５の実施形態は、位相可変機構１０１を、２つのサイドギア、２つのピニオンメート、キャリア、リングギアからなる差動歯車装置１０２と、吸気弁のリフト中心角の位相を進遅させ得るアクチュエータ（９３）とから構成し、一方のサイドギアを固定することで、エンジンのクランク軸からの動力をこの差動歯車装置１０２を介して駆動軸２（カム軸）へ動力伝達すると共に、この差動歯車装置１０２による減速を用いて駆動軸２（カム軸）の回転速度をクランク軸の回転速度の半分にし、さらにこうした位相可変機構１０１と制御軸１２とに対して本発明の機械的ストッパを設けるものである。
【００７１】
まず第４実施形態の図１１から説明すると、差動歯車装置８２は、図で上下方向に位置する２つのピニオンメート８３、８４と、これら２個のピニオンメート８３、８４を支持すると共に全体としてはリング状に形成されるキャリア８５（図では棒状で略記）と、各ピニオンメート８３、８４といずれも噛み合う２つのサイドギア８６、８７とから構成されている。
【００７２】
この場合に、第４実施形態では、一方のサイドギア８６を駆動軸２の後端に固定し、他方のサイドギア８７にスプロケット８８を固定し、このスプロケット８８と図示しないクランクスプロケットとにチェーン８９を掛け回してクランク軸によりスプロケット８８を回転駆動する。
【００７３】
また、キャリア８５の外周に設けられているリングギア９０にはギア９２が噛み合わされ、このギア９２はモータ９３のモータ軸９３Ａに取付けられている。このモータ９３は、キャリア８５を所定角度範囲内で回転させるためのものである。すなわち、ギア９２とモータ９３とから位相制御用アクチュエータ９１が構成されている。
【００７４】
モータへ９３の非通電時にはキャリア８５が固定される。このとき、クランク軸に対する駆動軸２（カム軸）の位相が定まる。クランク軸からの回転力はスプロケット８８、サイドギア８７、ピニオンメート８３、８４、サイドギア８６、駆動軸２の順に伝わる。従って、スプロケット８８、サイドギア８７、ピニオンメート８３、８４、サイドギア８６の歯数を調整することで、クランク軸の１／２の回転速度で駆動軸２を回転させることができる。
【００７５】
一方、モータ９３への通電を行い、キャリア８５を所定の角度回転させることで、クランク軸に対する駆動軸２の位相が変化する。すなわち、キャリア８５の回転量はモータ９３によって制御され、モータ９３はエンジンコントロールユニット１９からの制御信号によって制御される。
【００７６】
このように構成される位相可変機構８１と制御軸１２とに対し、次のように本発明の機械的ストッパを設ける。すなわち、ギア９２の後端に、図８に示したと同等の突起部９４Ａ（第１のストッパ）を有する円盤状部材９４をモータ軸９３Ａと同軸上に取付ける。一方、制御軸１２の後端にも図８に示したと同等の突起部９５Ａ（第２のストッパ）を有する円盤状部材９５を取付ける。そして、吸気弁のリフト中心角の位相と吸気弁のリフト・作動角とのいずれの組合せでも、吸気弁とピストンとが干渉する前に、２つの突起部９４Ａ、９５Ａが互いに当接するように２つの突起部９４Ａ、９５Ａの位置と形状とを設定する。
【００７７】
次に、第５実施形態の図１２を説明する。第５実施形態は、キャリア８５の外周にスプロケット１０３を固定し、このスプロケット１０３と図示しないクランクスプロケットとにチェーン１０４を掛け回してクランク軸によりスプロケット１０３を回転駆動する。また、サイドギア８７とモータ９３の軸９３Ａとを固定する。
【００７８】
モータへ９３の非通電時にはサイドギア８７が固定される。このとき、クランク軸に対する駆動軸２（カム軸）の位相が定まる。クランク軸からの回転力はスプロケット１０４、キャリア８５、ピニオンメート８６、８７、サイドギア８６、駆動軸２の順に伝わる。従って、スプロケット１０４、キャリア８５、ピニオンメート８６、８７、サイドギア８６、８７の歯数を調整することで、クランク軸の１／２の回転速度で駆動軸２を回転させることができる。
【００７９】
一方、モータ９３への通電を行い、サイドギア８７を所定の角度回転させることで、クランク軸に対する駆動軸２の位相が変化する。すなわち、サイドギア８７の回転量はモータ９３によって制御され、モータ９３はエンジンコントロールユニット１９からの制御信号によって制御される。
【００８０】
このように構成される差動歯車装置１０２と制御軸１２とに対し、次のように本発明の機械的ストッパを設ける。すなわち、モータ軸９３Ａに図８に示したと同等の突起部９４Ａ（第１のストッパ）を有する円盤状部材９４を取付ける。一方、制御軸１２の後端にも図８に示したと同等の突起部９５Ａ（第２のストッパ）を有する円盤状部材９５を取付ける。そして、吸気弁のリフト中心角の位相と吸気弁のリフト・作動角とのいずれの組合せでも、吸気弁とピストンとが干渉する前に、２つの突起部９４Ａ、９５Ａが互いに当接するように２つの突起部９４Ａ、９５Ａの位置と形状とを設定する。
【００８１】
第４、第５の実施形態（請求項１、３に記載の発明）によっても、第１実施形態と同様の作用効果が得られる。
【００８２】
実施形態では吸気弁側にリフト・作動角可変機構及び位相可変機構を備えさせる場合で説明したが、これに限られるものでなく、排気弁側にリフト・作動角可変機構及び位相可変機構を備えさせる場合や吸気弁側と排気弁側の両方にリフト・作動角可変機構及び位相可変機構を備えさせる場合にも本発明を適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】可変動弁装置の斜視図。
【図２】吸気弁のリフト・作動角が最小であるときの最小揺動時、最大揺動時の様子を示すリフト・作動角可変機構の概略断面図。
【図３】第１実施形態の位相可変機構の概略断面図。
【図４】図３のＡ−Ａ線で見た矢視図。
【図５】可変動弁装置の作動範囲を示す特性図。
【図６】可変動弁装置の作動範囲を示す特性図。
【図７】機械的ストッパのプロフィルを説明する概略図。
【図８】機械的ストッパのプロフィルを説明する概略図。
【図９】第２実施形態の位相可変機構の概略断面図。
【図１０】第３実施形態の位相可変機構の概略断面図。
【図１１】第４実施形態の位相可変機構の概略断面図。
【図１２】第５実施形態の位相可変機構の概略断面図。
【符号の説明】
【００８４】
１  リフト・作動角可変機構
２  駆動軸（カム軸）
１２  制御軸
１３  リフト・作動角制御用アクチュエータ
２１  位相可変機構
２２  遊星歯車機構
３６  リング状部材
３６Ａ  突起部（第１のストッパ）
３８  円盤状部材
３９  ピン（第２のストッパ）
４０  円盤状部材
４０Ａ  突起部（第２のストッパ）
４１  位相制御用アクチュエータ
５１  位相可変機構
５２  遊星歯車機構
６１  位相可変機構
６２  第１の遊星歯車機構
６３  第２の遊星歯車機構
７１  モータ（位相制御用アクチュエータ）
８１  位相可変機構
８２  差動歯車装置
９１  位相制御用アクチュエータ
９４  円盤状部材
９４Ａ  突起部（第１のストッパ）
９５  円盤状部材
９５Ａ  突起部（第２のストッパ）
【図１】
2010106743.tif 000003
【図２】
2010106743.tif 000004
【図３】
2010106743.tif 000005
【図４】
2010106743.tif 000006
【図５】
2010106743.tif 000007
【図６】
2010106743.tif 000008
【図７】
2010106743.tif 000009
【図８】
2010106743.tif 000010
【図９】
2010106743.tif 000011
【図１０】
2010106743.tif 000012
【図１１】
2010106743.tif 000013
【図１２】
2010106743.tif 000014