(57)【要約】【課題】バルブ特性を容易に多段可変させることのできる内燃機関の可変動弁装置を提供する。【解決手段】内燃機関の可変動弁装置は、吸気バルブ３１のバルブ特性を変更する可変機構部３００と、可変機構部３００を作動させるコントロールシャフト３４０と、コントロールシャフト３４０を軸方向に移動させるカム５３０と、カム５３０を回動させる電動式のモータ２１０と、モータ２１０の駆動力をカム５３０に伝達する歯車機構２２０とを備える。そして、歯車機構２２０の第２歯車２２２に係合して第２歯車２２２の回動を規制するロック機構６００を設ける。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のバルブ特性を変更する可変機構部と、前記可変機構部を作動させるコントロールシャフトと、前記コントロールシャフトを軸方向に移動させるカムと、前記カムを回動させる電動モータと、前記電動モータの駆動力を前記カムに伝達する歯車機構とを備え、前記カムの回転位相を制御することにより前記バルブ特性の可変制御を行う内燃機関の可変動弁装置であって、
前記歯車機構の歯車に係合して同歯車の回動を規制するロック機構を備える
ことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
【請求項２】
前記ロック機構は、前記歯車機構を構成する歯車のうちで半径が最も大きい歯車に係合する
請求項１に記載の内燃機関の可変動弁装置。
【請求項３】
前記歯車機構は、前記電動モータの回転を減速して前記カムに伝達する複数の歯車を備えた減速機構であり、
前記ロック機構は、前記減速機構が備える歯車のうちで前記カムの回転軸に設けられた歯車とは異なる歯車に係合する
請求項１に記載の内燃機関の可変動弁装置。
【請求項４】
前記ロック機構は、前記歯車に係合する係合部材と、同係合部材と前記歯車との係合及び係合解除を行う電磁アクチュエータとを有する
請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の可変動弁装置。
【請求項５】
前記電磁アクチュエータが通電状態のときに、前記係合部材と前記歯車との係合が解除される
請求項４に記載の内燃機関の可変動弁装置。
【請求項６】
前記係合部材は、前記歯車に係合する先端部を有したアームであり、前記電磁アクチュエータは、前記アームを吸引する電磁石である
請求項４または５に記載の内燃機関の可変動弁装置。
【請求項７】
前記電磁アクチュエータは、プランジャを出入りさせる電磁ソレノイドであり、前記プランジャを前記係合部材として利用する
請求項４または５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、機関バルブのバルブ特性を変更する可変動弁装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１に記載されているように、吸気バルブや排気バルブといった機関バルブのバルブ特性を機関運転状態に応じて変更する可変動弁装置が知られている。
この特許文献１に記載の可変動弁装置は、内燃機関のバルブ特性を変更する可変機構部（同文献における仲介駆動機構）と、可変機構部を作動させるコントロールシャフトと、コントロールシャフトを軸方向に移動させる勾玉状のカムと、カムを回動させるモータと、モータの駆動力をカムに伝達する減速ギヤとを備えている。そして、カムの回転位相を制御することによりバルブ特性の可変制御を行うようにしている。
【０００３】
ここで、上記コントロールシャフトには、機関バルブを付勢するバルブスプリングの反力に起因して軸方向の力（以下、軸力という）が加わり、この軸力がカム面に作用することにより、カムには回転モーメントが発生する。そのため、カムを使ってコントロールシャフトを移動させる機構では、モータを駆動停止するとカムが回動し、バルブ特性は変化する。こうしたバルブ特性の変化を抑えるためには、上記回転モーメントに抗する力をモータから発生させる必要がある。従って、カムを回動させるモータとして電動モータを使用する場合には、バルブ特性の変化を抑えるためにモータに対して保持電流を供給する必要がある。
【０００４】
そこで、同文献１に記載の装置では、カムのプロファイルとして、コントロールシャフトの変位量が変化する区間と同変位量が一定になる区間とを設けている。つまり、コントロールシャフトの変位量が変化することでバルブ特性が変化する変化領域と、コントロールシャフトの変位量が一定で変化せずバルブ特性が一定値に保持される保持領域とをカム面に設けている。
【０００５】
この保持領域のカム面、つまりカムの回転中心からの距離が一定となっているカム面を使用しているときには、軸力に起因した上記回転モーメントの発生が抑制されるため、カムの回動が抑えられる。従って、モータを駆動停止しても、バルブ特性は、保持領域に対応したバルブ特性に維持される。そのため、例えば上述したような保持電流の低減を図ることも可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−３３９９５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上述した保持領域をカム面に複数設けるようにすれば、複数の異なったバルブ特性を保持することができるようになり、バルブ特性を多段階に変更することができるようになる。
【０００８】
しかし、カム面には限りがあるため、保持領域を複数設けるにしても設定可能な数には限界がある。従って、カム面に複数の保持領域を形成することによりバルブ特性を多段可変させるという態様では、バルブ特性の可変段数を増やすことが難しい。なお、こうした問題は、特許文献１に記載されている勾玉形状のカムだけでなく、他の形状を有したカムであってもそのカム面には限りがあるため、同様に起こり得る。
【０００９】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、バルブ特性を容易に多段可変させることのできる内燃機関の可変動弁装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
上記課題を解決する内燃機関の可変動弁装置は、内燃機関のバルブ特性を変更する可変機構部と、前記可変機構部を作動させるコントロールシャフトと、前記コントロールシャフトを軸方向に移動させるカムと、前記カムを回動させる電動モータと、前記電動モータの駆動力を前記カムに伝達する歯車機構とを備え、前記カムの回転位相を制御することにより前記バルブ特性の可変制御を行う内燃機関の可変動弁装置であって、前記歯車機構の歯車に係合して同歯車の回動を規制するロック機構を備えることとした。
【００１１】
上記構成では、モータの駆動力をカムに伝達する歯車機構を備えるようにしている。そして、歯車機構が有する歯車の回動を規制するロック機構を備えている。このロック機構によって歯車の回動が規制されると、カムの回動も規制されるため、コントロールシャフトの移動も規制される。従って、可変機構部によって変更されるバルブ特性を、ロック機構によって歯車の回動が規制された時点でのバルブ特性に保持することができる。そのため、例えばバルブ特性を保持するために必要な電動モータの保持電流を低減させることも可能になる。
【００１２】
また、ロック機構を歯車機構の歯車に係合させることにより、同歯車の回動を規制するようにしている。従って、保持可能なバルブ特性の数、つまりバルブ特性の可変段数は、歯車の歯数に応じたものとなり、バルブ特性を容易に多段可変させることができるようになる。
【００１３】
上記可変動弁装置において、前記ロック機構は、前記歯車機構を構成する歯車のうちで半径が最も大きい歯車に係合することが好ましい。これは次の理由による。
すなわち、歯車の回転軸に作用する回転力を「ＦＳ」、歯車の半径（回転中心から歯先までの距離）を「Ｒ」、歯車の外周面において接線方向に作用する力であって歯車の回動を規制するために必要な抗力（回転力ＦＳに抗する力）を「Ｆ１」とする。この場合、「ＦＳ＝Ｒ×Ｆ１」という式が成り立つときには、抗力Ｆ１によって歯車の回転が止まる。ここで、上記式から分かるように、半径Ｒが大きくなるほど、より少ない抗力Ｆ１で歯車の回動を規制することができる。そこで、同構成では、歯車機構を構成する歯車のうちで半径が最も大きい歯車にロック機構を係合させるようにしている。従って、歯車の回動を規制するために必要な抗力Ｆ１を十分に小さくすることができる。その結果、例えば歯車の回動を規制しているときにロック機構に作用する負荷を小さくすることができる。
【００１４】
また、歯車機構を構成する歯車のうちで半径が最も大きい歯車は、一般に、歯車機構を構成する歯車のうちで歯数が最も多い歯車になる。従って、同構成では、歯車機構を構成する歯車のうちで歯数が最も多い歯車にロック機構が係合することにもなる。ここでロック機構が係合する歯車の歯数が多くなるほど、バルブ特性の可変段数は多くなる。そのため同構成によれば、ロック機構を歯数の少ない歯車に係合させる場合と比較して、バルブ特性をより細かく変更することが可能になり、バルブ特性を変更する際の制御精度も向上するようになる。
【００１５】
上記可変動弁装置において、前記歯車機構は、前記電動モータの回転を減速して前記カムに伝達する複数の歯車を備えた減速機構であり、前記ロック機構は、前記減速機構が備える歯車のうちで前記カムの回転軸に設けられた歯車とは異なる歯車に係合することが好ましい。
【００１６】
上記減速機構では、電動モータからカムに向かうほど歯車の減速比は大きくなる。そのため、歯車の外周面において接線方向に作用する力であって歯車の回転方向に作用する力は、カムに近い歯車ほど大きくなる。従って、歯車の回動を規制するために必要な上記抗力Ｆ１は、カムに近い歯車ほど大きくなり、減速機構が備える歯車のうちでカムの回転軸に設けられた歯車での抗力Ｆ１が最も大きくなる。そこで、同構成では、減速機構が備える歯車のうちでカムの回転軸に設けられた歯車とは異なる歯車、つまり抗力Ｆ１が最も大きくなる歯車とは異なる歯車にロック機構を係合させるようにしている。従って、ロック機構に対して最も大きい抗力Ｆ１が作用することを抑えることができるようになり、例えばカムの回転軸に設けられた歯車にロック機構を係合させる場合と比較して、ロック機構に作用する負荷を軽減することができる。
【００１７】
なお、上述したように、上記抗力Ｆ１はカムに近い歯車ほど大きくなるため、逆にいえば電動モータに近い歯車ほど上記抗力Ｆ１は小さくなり、減速機構が備える歯車のうちで電動モータの回転軸に設けられた歯車での抗力Ｆ１が最も小さくなる。従って、ロック機構に作用する負荷を小さくするという点においては、「カムの回転軸に設けられた歯車とは異なる歯車」、つまり同構成においてロック機構を係合させる歯車は、できる限り電動モータに近い歯車にすることが好ましく、可能であれば電動モータの回転軸に設けられた歯車にロック機構を係合させるようにすると、ロック機構に作用する負荷をできる限り小さくすることができる。
【００１８】
上記可変動弁装置において、前記ロック機構は、前記歯車に係合する係合部材と、同係合部材と前記歯車との係合及び係合解除を行う電磁アクチュエータとを有することが好ましい。
【００１９】
さらに、上記可変動弁装置において、前記電磁アクチュエータが通電状態のときに、前記係合部材と前記歯車との係合が解除されることが好ましい。同構成によれば、電磁アクチュエータ及び電動モータへの通電を行うことで、歯車を回動させることができるようになり、バルブ特性を変更するときの電磁アクチュエータ及び電動モータの通電状態を同一にすることができる。
【００２０】
上記可変動弁装置において、前記係合部材は、前記歯車に係合する先端部を有したアームであり、前記電磁アクチュエータは、前記アームを吸引する電磁石であることが好ましい。
【００２１】
また、上記可変動弁装置において、前記電磁アクチュエータは、プランジャを出入りさせる電磁ソレノイドであり、前記プランジャを前記係合部材として利用することが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】可変動弁装置の一実施形態が適用されるエンジンのシリンダヘッド周りの構造を示す断面図。
【図２】可変機構部の破断斜視図。
【図３】可変動弁装置の模式図。
【図４】カムプロファイルを示す図。
【図５】（Ａ）は、バルブ特性を保持するときのロック機構の動作状態を示す模式図、（Ｂ）は、バルブ特性を変更するときのロック機構の動作状態を示す模式図。
【図６】歯車に作用する力を示す模式図。
【図７】同実施形態の変形例におけるロック機構の模式図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、内燃機関の可変動弁装置の一実施形態について、図１〜図６を参照して説明する。
図１に示すように、内燃機関１は、シリンダブロック１０と、シリンダブロック１０の上方に載置されたシリンダヘッド２０とを備えている。
【００２４】
シリンダブロック１０の内部には、気筒数に応じた円筒状のシリンダ１１が形成されており、各シリンダ１１には、ピストン１２が摺動可能に収容されている。シリンダブロック１０の上部にはシリンダヘッド２０が組み付けられており、シリンダ１１の内周面、ピストン１２の上面及びシリンダヘッド２０の下面によって燃焼室１３が区画形成されている。
【００２５】
シリンダヘッド２０には、燃焼室１３に連通する吸気ポート２１及び排気ポート２２が形成されている。吸気ポート２１は吸気通路３０の一部を構成している。また、排気ポート２２は排気通路４０の一部を構成している。
【００２６】
吸気ポート２１には、燃焼室１３と吸気ポート２１とを連通・遮断する機関バルブとしての吸気バルブ３１が設けられている。排気ポート２２には、燃焼室１３と排気ポート２２とを連通・遮断する機関バルブとしての排気バルブ４１が設けられている。各バルブ３１、４１はバルブスプリング２４によって閉弁方向に付勢されている。
【００２７】
また、シリンダヘッド２０の内部には、各バルブ３１、４１に対応してラッシュアジャスタ２５が設けられている。そして、このラッシュアジャスタ２５と各バルブ３１、４１との間にはロッカアーム２６が架設されている。ロッカアーム２６は、一端がラッシュアジャスタ２５に支持されており、他端が各バルブ３１、４１の端部に当接されている。
【００２８】
更に、シリンダヘッド２０には、各バルブ３１、４１を駆動する吸気カムシャフト３２及び排気カムシャフト４２がそれぞれ回転可能に支持されている。吸気カムシャフト３２には吸気カム３２ａが形成されており、排気カムシャフト４２には排気カム４２ａが形成されている。排気カム４２ａの外周面は、排気バルブ４１に当接しているロッカアーム２６のローラ２６ａに当接されている。これにより、機関運転中に排気カムシャフト４２が回転すると、排気カム４２ａの作用により、ラッシュアジャスタ２５によって支持された部分を支点としてロッカアーム２６が揺動する。そしてロッカアーム２６の揺動により、排気バルブ４１が開弁方向にリフトされる。
【００２９】
一方、吸気バルブ３１に当接するロッカアーム２６と吸気カム３２ａとの間には、吸気バルブ３１のバルブ特性を変更する可変機構部３００が各気筒毎に設けられている。この可変機構部３００は可変動弁装置の一部を構成する機構であり、入力アーム３１１と出力アーム３２１とを有している。これら入力アーム３１１及び出力アーム３２１はシリンダヘッド２０に固定された支持パイプ３３０を中心に揺動可能に支持されている。ロッカアーム２６は、バルブスプリング２４の付勢力によって出力アーム３２１側に付勢され、ロッカアーム２６の中間部分に設けられたローラ２６ａが出力アーム３２１の外周面に当接されている。
【００３０】
また、可変機構部３００の外周面には突起３１３が設けられており、この突起３１３には、シリンダヘッド２０内に固定されたスプリング５０の付勢力が作用する。このスプリング５０の付勢力により、入力アーム３１１の先端に設けられたローラ３１１ａが吸気カム３２ａの外周面に当接している。これにより、機関運転中に吸気カムシャフト３２が回転すると、吸気カム３２ａの作用により、可変機構部３００は支持パイプ３３０を中心に揺動する。そして、出力アーム３２１によってロッカアーム２６が押圧されることにより、ラッシュアジャスタ２５によって支持されている部分を支点としてロッカアーム２６が揺動する。このロッカアーム２６の揺動により、吸気バルブ３１は開弁方向にリフトされる。
【００３１】
上記支持パイプ３３０には、その軸方向に沿って移動可能なコントロールシャフト３４０が挿入されている。可変機構部３００は、コントロールシャフト３４０を軸方向に変位させることにより、支持パイプ３３０を中心とした入力アーム３１１と出力アーム３２１との相対位相差、即ち図１に示す角度θを変更する。
【００３２】
次に、図２を参照して、可変機構部３００の構成を更に詳しく説明する。
この図２に示すように、可変機構部３００には、入力部３１０を挟んで両側に出力部３２０が配設されている。
【００３３】
入力部３１０及び出力部３２０の各ハウジング３１４、３２３は、それぞれ中空円筒形状に形成されており、それらの内部には支持パイプ３３０が挿通されている。
入力部３１０のハウジング３１４の内周には、ヘリカルスプライン３１２が形成されている。一方、各出力部３２０のハウジング３２３の内周には、入力部３１０のヘリカルスプライン３１２に対して歯筋が逆向きのヘリカルスプライン３２２が形成されている。
【００３４】
入力部３１０及び２つの出力部３２０の各ハウジング３１４、３２３によって形成される一連の内部空間には、スライダギヤ３５０が配設されている。このスライダギヤ３５０は、中空円筒状に形成されており、支持パイプ３３０の外周面上において、支持パイプ３３０の軸方向に往復動可能、且つ支持パイプ３３０の軸回りに相対回動可能に配設されている。
【００３５】
スライダギヤ３５０の軸方向中央部の外周面には、入力部３１０のヘリカルスプライン３１２に噛み合うヘリカルスプライン３５１が形成されている。一方、スライダギヤ３５０の軸方向両端部の外周面には、出力部３２０のヘリカルスプライン３２２に噛み合うヘリカルスプライン３５２がそれぞれ形成されている。
【００３６】
支持パイプ３３０の内部には、同支持パイプ３３０の軸方向に移動可能なコントロールシャフト３４０が設けられている。このコントロールシャフト３４０とスライダギヤ３５０とはピンで係合されており、支持パイプ３３０に対してスライダギヤ３５０は回動可能、かつコントロールシャフト３４０の軸方向への移動に合わせてスライダギヤ３５０も軸方向に移動する。
【００３７】
このように構成された可変機構部３００では、コントロールシャフト３４０が軸方向に移動すると、このコントロールシャフト３４０の移動に連動してスライダギヤ３５０も軸方向に移動する。このスライダギヤ３５０の外周面に形成されたヘリカルスプライン３５１、３５２は、歯筋の形成方向がそれぞれ異なっており、入力部３１０及び出力部３２０の内周面に形成されたヘリカルスプライン３１２、３２２とそれぞれ噛合している。そのため、スライダギヤ３５０が軸方向に移動すると、入力部３１０と出力部３２０はそれぞれ逆の方向に回動する。その結果、入力アーム３１１と出力アーム３２１との相対位相差が変更され、吸気バルブ３１のバルブ特性である最大リフト量及び開弁期間が変更される。具体的には、図２に示す矢印Ｈｉ方向にコントロールシャフト３４０を移動させると、コントロールシャフト３４０とともにスライダギヤ３５０が矢印Ｈｉ方向に移動する。これに伴って入力アーム３１１と出力アーム３２１との相対位相差、即ち図１に示した角度θが大きくなり、吸気バルブ３１の最大リフト量ＶＬ及び開弁期間ＩＮＣＡＭが大きくなって吸入空気量が増大する。一方、図２に示す矢印Ｌｏ方向にコントロールシャフト３４０を移動させると、コントロールシャフト３４０とともにスライダギヤ３５０が矢印Ｌｏ方向に移動するのに伴って入力アーム３１１と出力アーム３２１との相対位相差は小さくなる。これにより、吸気バルブ３１の最大リフト量ＶＬ及び開弁期間ＩＮＣＡＭが小さくなって吸入空気量は減少する。
【００３８】
次に、コントロールシャフト３４０を軸方向に移動させる駆動部の構成を説明する。
図３に示すように、駆動部は、電動式のモータ２１０、モータ２１０の回転速度を減速する歯車機構２２０、歯車の回転運動をコントロールシャフト３４０の直線運動に変換する変換機構５００等で構成されている。
【００３９】
モータ２１０は、モータ用制御装置１５０に接続されており、このモータ用制御装置１５０からの駆動信号に応じて回転角度や回転速度が制御される。
歯車機構２２０は、モータ２１０の回転軸に設けられた第１歯車２２１、第１歯車に噛み合う第２歯車２２２、第２歯車２２２の回転軸に設けられた第３歯車２２３、及び第３歯車２２３に噛み合う第４歯車２２４にて構成されている。
【００４０】
第１歯車２２１及び第２歯車２２２は１段目の歯車対になっており、第３歯車２２３及び第４歯車２２４は２段目の歯車対になっている。そして、第１歯車２２１の歯数をＺ１、第２歯車２２２の歯数をＺ２、第３歯車２２３の歯数をＺ３、第４歯車２２４の歯数をＺ４とすると、本実施形態では、「Ｚ２＞Ｚ１」、「Ｚ４＞Ｚ３」となっている。こうした歯数の大小関係により、歯車機構２２０は、モータ２１０の回転速度を減速する機構になっており、その減速比は「（Ｚ２／Ｚ１）×（Ｚ４／Ｚ３）」となる。
【００４１】
また、第１歯車２２１〜第４歯車２２４のうちで第２歯車２２２は、歯数が最も多く、かつ半径（歯車の回転中心から歯先までの距離）が最も大きい歯車となっている。
変換機構５００は、ガイド５２０に沿って往復移動するホルダ５１０を備えている。ホルダ５１０には、コントロールシャフト３４０に向かって延びる接続軸５１１が設けられており、この接続軸５１１及びコントロールシャフト３４０は、連結部材４００によって連結されている。ホルダ５１０の内部には、カム５３０が設けられている。カム５３０の回転軸には上記第４歯車２２４が設けられており、第４歯車２２４の回転に同期してカム５３０は回動する。また、ホルダ５１０には、カム５３０のカム面が接触するローラ５４０が回転可能に設けられている。そしてカム５３０が回動することにより、従動節（カムの運動が伝達される部材）であるホルダ５１０が変位する。
【００４２】
図４に示すように、上記カム５３０は、回転角度が増加するに伴ってホルダ５１０の変位量が線形に増加するカムプロファイルを有しており、半径が徐々に増大する勾玉形状のカムになっている。
【００４３】
ここで、上記可変機構部３００の出力部３２０には、バルブスプリング２４からの反力が作用するため、入力アーム３１１と出力アーム３２１との相対位相差を小さくしようとする力がかかる。従って、スライダギヤ３５０やコントロールシャフト３４０には、最大リフト量ＶＬが小さくなる方向（図３に示す矢印Ｌｏ方向）に軸力が作用する。このようにしてコントロールシャフト３４０に軸力が作用すると、連結部材４００及び接続軸５１１を介してホルダ５１０にも同様な軸力が作用し、この軸力によってローラ５４０とカム５３０とは接触した状態に維持される。
【００４４】
このように構成された駆動部では、カム５３０の回動に伴ってコントロールシャフト３４０は軸方向に移動する。例えば、図３に示すように、カム５３０が矢印Ｈ方向に回動し、ホルダ５１０のローラ５４０が、カム５３０において半径が最も大きいカム面に接触すると、コントロールシャフト３４０は、図３に示す矢印Ｈｉ方向の最大移動位置にまで移動する。これにより、吸気バルブ３１の最大リフト量ＶＬ及び開弁期間ＩＮＣＡＭは最も大きくなる。
【００４５】
一方、図３に示すように、カム５３０が矢印Ｌ方向に回動し、ホルダ５１０のローラ５４０が、カム５３０において半径が最も小さいカム面に接触すると、コントロールシャフト３４０は、図３に示す矢印Ｌｏ方向の最大移動位置にまで移動する。これにより、吸気バルブ３１の最大リフト量ＶＬ及び開弁期間ＩＮＣＡＭは最も小さくなる。
【００４６】
このようにカム５３０を回動させてその回転位相を制御することにより、バルブ特性の可変制御が行われる。
また、歯車機構２２０の近傍には、歯車機構２２０を構成する各歯車のうちで半径が最も大きい第２歯車２２２に係合して同第２歯車２２２の回動を規制するロック機構６００が設けられている。
【００４７】
このロック機構６００には、歯車に係合する係合部材としてのアーム６１０が設けられている。アーム６１０は棒状の磁性体（例えば防錆処理等が施された鉄など）で構成されており、同アーム６１０の中央付近に設けられた回動軸６２０を中心にして揺動可能に支持されている。
【００４８】
アーム６１０の先端部６１０ａは屈曲されており、この先端部６１０ａは、第２歯車２２２の歯に係合する。
アーム６１０において、先端部６１０ａの反対側の端部（以下、末端部という）６１０ｂには、第２歯車２２２の歯底に向けて先端部６１０ａを付勢するスプリング６３０が設けられている。また、末端部６１０ｂの近傍には、スプリング６３０の付勢力に抗して同末端部６１０ｂを吸引する電磁アクチュエータとしての電磁石６４０が設けられている。電磁石６４０は、モータ用制御装置１５０に接続されており、このモータ用制御装置１５０によって電磁石６４０の通電状態及び非通電状態が制御される。
【００４９】
図５（Ａ）に示すように、電磁石６４０が非通電状態のときには、スプリング６３０の付勢力により、アーム６１０の先端部６１０ａは第２歯車２２２の歯と係合する。これによりアーム６１０と第２歯車２２２とが係合する。一方、図５（Ｂ）に示すように、電磁石６４０が通電状態のときには、アーム６１０の末端部６１０ｂが吸引されるため、アーム６１０は、先端部６１０ａが第２歯車２２２の歯から離れる方向に回動し、これによりアーム６１０と第２歯車２２２との係合が解除される。
【００５０】
このように電磁石６４０の通電及び非通電を切り替えることにより、アーム６１０と第２歯車２２２との係合及び係合解除が行われる。
内燃機関１の各種制御は、機関用制御装置１００によって行われる。この機関用制御装置１００には、各種センサが接続されている。例えば、機関用制御装置１００には、アクセルペダルの操作量（アクセル操作量ＡＣＣＰ）を検出するアクセルセンサ１１１や、内燃機関１の吸気通路３０に設けられたスロットルバルブの開度（スロットル開度ＴＡ）を検出するスロットルセンサ１１２が接続されている。また、機関用制御装置１００には、吸気通路３０を介して燃焼室１３に吸入される空気の量、すなわち吸入空気量ＧＡを検出するエアフロメータ１１３や、内燃機関１のクランクシャフトの回転角を検出するクランク角センサ１１４等も接続されている。そして、機関用制御装置１００及びモータ用制御装置１５０は通信線で接続されており、互いに通信を行う。
【００５１】
機関用制御装置１００は、上記の各種センサから出力された信号等に基づいて機関運転状態を把握する。そして、把握した機関運転状態に基づいて燃料噴射制御や点火時期制御といった各種機関制御を行う。
【００５２】
また、機関用制御装置１００は、モータ用制御装置１５０との通信を介して吸気バルブ３１のバルブ特性を可変制御する。すなわち、機関用制御装置１００は、機関運転状態に基づいて最大リフト量ＶＬの目標値である目標リフト量ＶＬｐを算出する。この目標リフト量ＶＬｐは、通信線を介してモータ用制御装置１５０に入力される。モータ用制御装置１５０は、目標リフト量ＶＬｐと実際の最大リフト量ＶＬとが一致するように、カム５３０の回転位相を制御する。
【００５３】
次に、上記構成を備える可変動弁装置により得られる作用を説明する。
先の図５（Ａ）に示したように、モータ用制御装置１５０によって電磁石６４０が非通電状態にされたときには、アーム６１０と第２歯車２２２とが係合する。この係合により、第２歯車２２２の回動は規制され、これによりカム５３０の回動も規制される。このようにしてカム５３０の回動が規制されると、上記軸力に起因したコントロールシャフト３４０の移動も規制されるため、吸気バルブ３１の最大リフト量ＶＬは、ロック機構６００により第２歯車２２２の回動が規制された時点での最大リフト量ＶＬに保持される。このように電磁石６４０が非通電状態のときには、バルブ特性が一定値に保持される。
【００５４】
なお、ロック機構６００によって第２歯車２２２の回動を規制することにより、吸気バルブ３１のバルブ特性は一定値に保持される。そのため、モータ２１０に保持電流を流さなくても、吸気バルブ３１のバルブ特性を一定値に保持することができる。そこで、ロック機構６００によって第２歯車２２２の回動が規制されているとき、つまり電磁石６４０への通電が停止されているときには、モータ２１０への通電が停止される。
【００５５】
一方、先の図５（Ｂ）に示したように、モータ用制御装置１５０によって電磁石６４０が通電状態にされたときには、アーム６１０と第２歯車２２２との係合が解除される。この係合解除により、歯車機構２２０の各歯車は回動可能になるため、モータ２１０への通電を行うことにより、吸気バルブ３１の最大リフト量ＶＬは変更可能になる。
【００５６】
そこで、電磁石６４０及びモータ２１０に対して通電を行うことにより吸気バルブ３１の最大リフト量ＶＬを変更する。そして、その最大リフト量ＶＬの変更が完了したときには、電磁石６４０への通電を停止して第２歯車２２２の回動を規制することにより、変更後の最大リフト量ＶＬを保持するとともに、モータ２１０への通電を停止する。
【００５７】
ここで、ロック機構６００を第２歯車２２２の歯に係合させることにより、第２歯車２２２の回動を規制して吸気バルブ３１の最大リフト量ＶＬを一定値に保持している。従って、保持可能な最大リフト量ＶＬの数、つまり最大リフト量ＶＬの可変段数は、第２歯車２２２の歯数に応じた段数になり、アーム６１０が係合する第２歯車２２２の歯を異ならせることにより、保持可能な最大リフト量ＶＬを多段階に変更することが可能になる。
【００５８】
なお、最大リフト量ＶＬの可変段数は、第２歯車２２２の歯数を増やすことによって容易に増やすことも可能である。
また、ロック機構６００は、歯車機構２２０を構成する各歯車のうちで半径が最も大きい第２歯車２２２に係合するようにしている。これにより次の作用が得られる。
【００５９】
図６に一般的な歯車を示す。この図６に示すように、歯車８００の回転軸８１０に作用する回転力を「ＦＳ」、歯車８００の半径（回転中心から歯先までの距離）を「Ｒ」、歯車の外周面において接線方向に作用する力であって歯車の回動を規制するために必要な抗力（前記回転力ＦＳに抗する力）を「Ｆ１」とする。この場合、「ＦＳ＝Ｒ×Ｆ１」という式が成り立つときには、抗力Ｆ１によって歯車８００の回転は止まる。ここで、「ＦＳ＝Ｒ×Ｆ１」という式から分かるように、半径Ｒが大きくなるほど、より少ない抗力Ｆ１で歯車８００の回動を規制することができる。そこで、本実施形態では、歯車機構２２０を構成する各歯車のうちで半径が最も大きい第２歯車２２２にロック機構６００を係合させるようにしている。従って、第２歯車２２２の回動を規制するために必要な抗力Ｆ１を十分に小さくすることができる。その結果、例えば第２歯車２２２の回動を規制しているときにロック機構６００に作用する負荷を小さくすることができる。
【００６０】
また、歯車機構を構成する歯車のうちで半径が最も大きい歯車は、一般に、歯車機構を構成する歯車のうちで歯数が最も多い歯車になる。従って、本実施形態では、歯車機構２２０を構成する各歯車のうちで歯数が最も多い第２歯車２２２にロック機構６００が係合する。ここでロック機構６００が係合する歯車の歯数が多くなるほど、バルブ特性（最大リフト量ＶＬ）の可変段数は多くなる。そのため本実施形態によれば、ロック機構６００を歯数の少ない歯車に係合させる場合と比較して、バルブ特性をより細かく変更することが可能になり、バルブ特性を変更する際の制御精度も向上する。
【００６１】
また、ロック機構６００は、第２歯車２２２に係合するアーム６１０と、アーム６１０及び第２歯車２２２の係合及び係合解除を行う電磁石６４０とを有しており、電磁石６４０が通電状態のときに、アーム６１０と第２歯車２２２との係合が解除されるようになっている。従って、電磁石６４０及びモータ２１０への通電を行うことで、第２歯車２２２を回動させることができるようになり、バルブ特性を変更するときの電磁石６４０及びモータ２１０の通電状態を同一にすることができる。
【００６２】
ちなみに、上述した従来技術のように、コントロールシャフトの変位量が変化することでバルブ特性が変化する変化領域と、コントロールシャフトの変位量が一定で変化せずバルブ特性が一定値に保持される保持領域とをカム面に設ける場合には、次のような不都合の発生も懸念される。すなわち、従来技術では、カム面とコントロールシャフトの末端に従動節であるホルダが設けられており、このホルダに設けられたローラとカム面とが接触するようになっている。ここで、カムの回動中心とローラの回転中心とがずれていたり、振動によってカムが揺動したりすると、保持領域から変化領域へのカムの回動が生じやすくなるため、一定値に保持されていたバルブ特性が変化してしまうおそれがある。この点、本実施形態の可変動弁装置では、ロック機構６００によって第２歯車２２２の回動を規制することにより、バルブ特性を一定値に保持するようにしている。従って、カム５３０の回動中心とローラ５４０の回転中心とがずれていたり、カム５３０に振動が伝わったりしても、第２歯車２２２の状態を回動が規制された状態に維持することが可能であり、バルブ特性を一定値に保持し続けることができる。
【００６３】
以上説明したように、本実施形態によれば、次の効果を得ることができる。
（１）吸気バルブ３１のバルブ特性を変更する可変機構部３００と、モータ２１０の駆動力をカム５３０に伝達する歯車機構２２０とを備えており、カム５３０の回転位相を制御することにより吸気バルブ３１のバルブ特性を可変制御するようにしている。そして、歯車機構２２０の第２歯車２２２に係合して同第２歯車２２２の回動を規制するロック機構６００を備えるようにしている。
【００６４】
従って、可変機構部３００によって変更されるバルブ特性を、ロック機構６００によって第２歯車２２２の回動が規制された時点でのバルブ特性に保持することができる。そのため、例えば吸気バルブ３１のバルブ特性を保持するために必要なモータ２１０の保持電流を低減させることも可能になる。
【００６５】
また、保持可能なバルブ特性の数、つまりバルブ特性の可変段数は、第２歯車２２２の歯数に応じたものとなるため、吸気バルブ３１のバルブ特性を容易に多段可変させることができるようになる。
【００６６】
（２）歯車機構２２０を構成する各歯車のうちで半径が最も大きい第２歯車２２２にロック機構６００を係合させるようにしている。従って、第２歯車２２２の回動を規制するために必要な抗力Ｆ１を十分に小さくすることができる。その結果、例えば第２歯車２２２の回動を規制しているときにロック機構６００に作用する負荷を小さくすることができる。また、歯車機構２２０を構成する各歯車のうちで歯数が最も多い第２歯車２２２にロック機構６００を係合させるようにしている。そのため、ロック機構６００を、より歯数の少ない歯車に係合させる場合と比較して、吸気バルブ３１のバルブ特性を細かく変更することが可能になり、バルブ特性を変更する際の制御精度も向上するようになる。
【００６７】
（３）電磁石６４０が通電状態のときに、第２歯車２２２に係合するアーム６１０と第２歯車２２２との係合が解除されるようにしている。従って、電磁石６４０及びモータ２１０への通電を行うことで、第２歯車２２２を回動させることができるようになり、バルブ特性を変更するときの電磁石６４０及びモータ２１０の通電状態を同一にすることができる。
【００６８】
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施することもできる。
・ロック機構６００を、第２歯車２２２に係合させるようにしたが、他の歯車と係合させるようにしてもよい。この場合でも、少なくとも上記（２）以外の効果を得ることができる。
【００６９】
・歯車機構２２０の構造は、適宜変更することができる。ここで、同歯車機構２２０は、電動式のモータ２１０の回転を減速してカム５３０に伝達する複数の歯車を備えた減速機構であった。こうした減速機構では、モータ２１０からカム５３０に向かうほど歯車の減速比は大きくなる。そのため、歯車の外周面において接線方向に作用する力であって歯車の回転方向に作用する力（上記抗力Ｆ１の逆方向に作用する力）は、カム５３０に近い歯車ほど大きくなる。従って、歯車の回動を規制するために必要な上記抗力Ｆ１は、カム５３０に近い歯車ほど大きくなり、減速機構が備える歯車のうちでカム５３０の回転軸に設けられた歯車での抗力Ｆ１が最も大きくなる。そこで、減速機構が備える歯車のうちでカム５３０の回転軸に設けられた歯車とは異なる歯車、つまり抗力Ｆ１が最も大きくなる歯車とは異なる歯車にロック機構６００を係合させるようにするとよい。この場合には、ロック機構６００に対して最も大きい抗力Ｆ１が作用することを抑えることができるようになり、例えばカム５３０の回転軸に設けられた歯車にロック機構６００を係合させる場合と比較して、ロック機構６００に作用する負荷を軽減することができる。
【００７０】
なお、上述したように、上記抗力Ｆ１はカム５３０に近い歯車ほど大きくなるため、逆にいえばモータ２１０に近い歯車ほど上記抗力Ｆ１は小さくなり、減速機構が備える歯車のうちでモータ２１０の回転軸に設けられた歯車での抗力Ｆ１が最も小さくなる。従って、ロック機構６００に作用する負荷を小さくするという点においては、「カム５３０の回転軸に設けられた歯車とは異なる歯車」、つまりロック機構６００を係合させる歯車は、できる限りモータ２１０に近い歯車にすることが好ましい。可能であればモータ２１０の回転軸に設けられた歯車にロック機構６００を係合させるようにすると、ロック機構６００に作用する負荷をできる限り小さくすることができる。
【００７１】
・電磁石６４０が通電状態のときに、アーム６１０と第２歯車２２２との係合が解除されるようにしたが、電磁石６４０が非通電状態のときに、アーム６１０と第２歯車２２２との係合が解除されるようにロック機構６００の構造を変更してもよい。この変形例は、例えば、上記スプリング６３０に替えて、第２歯車２２２の歯から離れる方向にアーム６１０の先端部６１０ａを付勢するスプリングを設ける。そして、アーム６１０の先端部６１０ａを吸引することができる位置に電磁石６４０を配設することにより具現化できる。この変形例でも、上記（３）以外の効果を得ることができる。
【００７２】
・ロック機構６００は、アーム６１０や電磁石６４０などで構成されていたが、この他の構成を用いて、歯車機構２２０の歯車に係合して同歯車の回動を規制するようにしてもよい。そうした一例を図７に示す。
【００７３】
図７に示すように、電磁石６４０に替えて、プランジャ（可動鉄芯）７１０を出入りさせる電磁ソレノイド７００を設け、この電磁ソレノイド７００への通電状態をモータ用制御装置１５０にて制御する。そして、第２歯車２２２の歯に係合する係合部材として、プランジャ７１０を利用する。この変形例において、通電停止時にはプランジャ７１０を突出させる一方、通電時にはプランジャ７１０を引き込む電磁ソレノイド７００を使用する場合には、電磁ソレノイド７００への通電を停止することでプランジャ７１０を突出させて、同プランジャ７１０を第２歯車２２２の歯に係合させる。一方、電磁ソレノイド７００への通電を行うことで、同図７に二点鎖線にて示すように、プランジャ７１０を引き込み、同プランジャ７１０と第２歯車２２２との係合を解除する。こうした変形例でも、上記実施形態に準じた作用効果を得ることができる。なお、通電停止時にはプランジャ７１０を引き込む一方、通電時にはプランジャ７１０を突出させる電磁ソレノイドを使用してもよい。
【００７４】
・ロック機構６００にて歯車の回動を規制するときには、モータ２１０への通電を停止するようにした。この他、ロック機構６００にて歯車の回動を規制しているときに、モータ２１０に対してバルブ特性を保持するための保持電流を供給し、これにより例えばロック機構６００に作用する係合負荷を抑えるようにしてもよい。この場合でも、ロック機構６００による歯車の回動規制は行われるため、カム５３０に発生する回転モーメントの一部はロック機構６００によって受け止められる。従って、バルブ特性を保持するに際し、ロック機構６００による歯車の回動規制を行わない場合と比較して、モータ２１０に供給する保持電流を低減することができる。
【００７５】
・上記カム５３０は、勾玉形状のカムであったが、コントロールシャフトを軸方向に移動させるカムであれば、他の形状のカムでよい。
・上記可変機構部３００は、吸気バルブ３１の最大リフト量及び開弁期間を変更可能な機構であった。この他、最大リフト量のみを変更可能な機構、あるいは開弁期間のみを変更可能な機構であっても、本発明は同様に適用することができる。また、最大リフト量や開弁期間とは異なるバルブ特性（例えば開弁時期や閉弁時期など）を変更する可変機構部でもよい。また、排気バルブ４１のバルブ特性を変更する可変機構部でもよい。
【符号の説明】
【００７６】
１…内燃機関、１０…シリンダブロック、１１…シリンダ、１２…ピストン、１３…燃焼室、２０…シリンダヘッド、２１…吸気ポート、２２…排気ポート、２４…バルブスプリング、２５…ラッシュアジャスタ、２６…ロッカアーム、２６ａ…ローラ、３０…吸気通路、３１…吸気バルブ、３２…吸気カムシャフト、３２ａ…吸気カム、４０…排気通路、４１…排気バルブ、４２…排気カムシャフト、４２ａ…排気カム、５０…スプリング、１００…機関用制御装置、１１１…アクセルセンサ、１１２…スロットルセンサ、１１３…エアフロメータ、１１４…クランク角センサ、１５０…モータ用制御装置、２１０…モータ、２２０…歯車機構、２２１…第１歯車、２２２…第２歯車、２２３…第３歯車、２２４…第４歯車、３００…可変機構部、３１０…入力部、３１１…入力アーム、３１１ａ…ローラ、３１２…ヘリカルスプライン、３１３…突起、３１４…ハウジング、３２０…出力部、３２１…出力アーム、３２２…ヘリカルスプライン、３２３…ハウジング、３３０…支持パイプ、３４０…コントロールシャフト、３５０…スライダギヤ、３５１…ヘリカルスプライン、３５２…ヘリカルスプライン、４００…連結部材、５００…変換機構、５１０…ホルダ、５１１…接続軸、５２０…ガイド、５３０…カム、５４０…ローラ、６００…ロック機構、６１０…アーム、６１０ａ…先端部、６１０ｂ…末端部、６２０…回動軸、６３０…スプリング、６４０…電磁石、７００…電磁ソレノイド、７１０…プランジャ、８００…歯車、８１０…回転軸。
【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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