(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の駆動軸に同期して回転する駆動カム軸と、
前記駆動カム軸と同心で前記駆動カム軸に対して相対的に回転可能なカムピースと、
制御スリーブに設けられた偏心孔の中心と前記駆動カム軸の中心とを偏心することにより、前記駆動カム軸が１回転する間の前記カムピースの回転速度を変更する可変速度カム機構と、
前記制御スリーブの回転を制御するアクチュエータと、
前記制御スリーブに対し、前記制御スリーブの一方の回転方向に回転力を付与する回転力付与手段とを備え、
前記回転力付与手段は、前記制御スリーブと前記制御スリーブを支持する支持部材とを接続する弾性部材であることを特徴とする可変動弁装置。
【請求項２】
前記回転力付与手段は、前記カムピースに形成された従動カムロブが駆動するバルブの作用角が縮小する方向に回転力を付与することを特徴とする請求項１記載の可変動弁装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可変動弁装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関に装着される吸気弁又は排気弁を駆動するカムの動作を制御する可変動弁機構が知られている。これまで多くの可変動弁機構が開発されており、バルブの開閉タイミングやリフト量を制御する手段にもバリエーションが見られるようになってきた。このような可変動弁機構の中には、カムの作用角を可変制御する機構が知られている。例えば、特許文献１には、駆動軸に連結されたスリーブのフランジ部とカムシャフトのフランジ部との間に環状ディスクを介在させ、環状ディスクの中心を偏心させて不等速回転させることにより、バルブの作用角を変更する可変動弁装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３３６６５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の特許文献１のように、カムにリンクする制御スリーブの偏心孔（特許文献１の環状ディスクに相当）をカムシャフトの中心軸に対して偏心させる機構により、等速回転するカムシャフトの回転速度を変更する場合、カムシャフトにはトルクが生じる。この偏心を維持する場合や偏心量を増加する場合には、トルクに打ち勝つ駆動力が必要である。また、制御スリーブの偏心孔を即座に偏心させる場合にも大きな駆動力が必要である。このような制御スリーブの偏心孔の偏心が即座に行われないと、バルブが開閉するタイミングが不適切となり、例えばキックダウンの要求時などにドライバが要求する応答性が得られなくなる。
【０００５】
本発明は、上記の課題を鑑み、作用角を可変制御する可変動弁装置において、偏心孔が設けられた制御スリーブの駆動に関わるアクチュエータの負荷を軽減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる課題を解決する本発明の可変動弁装置は、内燃機関の駆動軸に同期して回転する駆動カム軸と、前記駆動カム軸と同心で前記駆動カム軸に対して相対的に回転可能なカムピースと、制御スリーブに設けられた偏心孔の中心と前記駆動カム軸の中心とを偏心することにより、前記駆動カム軸が１回転する間の前記カムピースの回転速度を変更する可変速度カム機構と、前記制御スリーブの回転を制御するアクチュエータと、前記制御スリーブに対し、前記制御スリーブの一方の回転方向に回転力を付与する回転力付与手段とを備え、前記回転力付与手段は、前記制御スリーブと前記制御スリーブを支持する支持部材とを接続する弾性部材であることを特徴とする。上記構成によると、制御スリーブが上記の回転方向に回転する場合に、回転力付与手段がアクチュエータを補助する。これにより、アクチュエータに要求される駆動力を低減し、アクチュエータの駆動負荷を軽減することができる。この結果、アクチュエータによる駆動速度が向上できる。
【０００７】
上記の可変動弁装置において、前記回転力付与手段は、前記カムピースに形成された従動カムロブが駆動するバルブの作用角が縮小する方向に回転力を付与することとしてもよい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、作用角を可変制御する可変動弁装置において、偏心孔が設けられた制御スリーブの駆動に関わるアクチュエータの負荷を軽減することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施例の可変動弁装置を示した説明図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面を示した図である。
【図３】駆動カム軸の中心と偏心孔の中心を偏心した場合の駆動カム軸とカムピースとの回転位相の関係を示した図である。
【図４】図３中のリフト区間における吸気弁のリフトカーブを示した図である。
【図５】制御ローラが制御スリーブに対して加える力を示した図である。
【図６】吸気弁の開弁期間を示す図である。（ａ）は大作用角、（ｂ）は小作用角の状態を示している。
【図７】他の実施例の可変速度カム機構を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。
【実施例】
【００１１】
図１は本実施例の可変動弁装置１００を示した説明図である。可変動弁装置１００は、内燃機関に組みつけられて、内燃機関に装着されるバルブ、例えば吸気弁、排気弁のいずれか、または両方を駆動して作用角を変更する。本実施例において、内燃機関は、一例として、気筒毎に吸気弁と排気弁とを２つずつ備える４バルブ直列４気筒のエンジンとする。また、本実施例では、可変動弁装置１００が内燃機関の吸気弁の作用角を変更するものとする。ただし、本実施例において、内燃機関のバルブや気筒の数はいくつであっても構わない。また、可変動弁装置１００が排気弁の作用角を変更するものとしてもよい。
【００１２】
図１に示すように、可変動弁装置１００は駆動カム軸１１を備えている。駆動カム軸１１はタイミングプーリ１２およびタイミングチェーン（図示していない）を介して内燃機関のクランク軸（図示していない）と連結されている。駆動カム軸１１はクランク軸に同期して回転する。駆動カム軸１１はクランク軸の１／２の速度で回転するように構成されている。駆動カム軸１１とタイミングプーリ１２との間には、クランク軸の回転に対する駆動カム軸１１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１３が介在している。
【００１３】
駆動カム軸１１には、内燃機関の気筒毎にカムピース１４が取り付けられている。カムピース１４は中空円筒形状であり、カムピース１４の内側を駆動カム軸１１が貫通している。カムピース１４は駆動カム軸１１によって支持されている。さらに、カムピース１４は駆動カム軸１１と同軸上を、駆動カム軸１１に対して相対的に回転可能に取り付けられている。カムピース１４には、吸気弁（図示していない）を駆動するための従動カムロブ１５が、吸気弁毎に形成されている。従動カムロブ１５は駆動カム軸１１と同軸のベース円を有するベース部とベース円より径方向外側に吸気弁のリフト量だけ突出したノーズ部とを備えている。従動カムロブ１５の先端には吸気弁毎にロッカーアーム（図示していない）が設けられている。従動カムロブ１５のノーズ部がロッカーアームに当接するタイミングで吸気弁が開弁する。
【００１４】
さらに、可変動弁装置１００は可変速度カム（ＶＶＣ）機構２０を備えている。図２は図１のＡ−Ａ断面を示した図である。Ａ−Ａ断面は可変速度カム機構２０の断面に相当する。図２に示すように、可変速度カム機構２０は、制御スリーブ２１、リンク機構２２、制御シャフト２３を備えている。
【００１５】
制御スリーブ２１は円盤状の部材である。制御スリーブ２１は、その中心軸（以下、「スリーブ中心」という）２１ａが駆動カム軸１１の中心軸（以下、「カム中心」という。）１１ａに偏心して設けられている。制御スリーブ２１の外周には歯車が形成されており、この歯車に制御シャフト２３の歯車がかみ合わされている。制御シャフト２３が回転することにより、制御スリーブ２１は、スリーブ中心２１ａを中心に回転する。制御スリーブ２１には偏心孔２４が設けられている。偏心孔２４の中心２４ａは、スリーブ中心２１ａから偏心して形成されている。制御スリーブ２１が１回転する間に、偏心孔２４の中心２４ａがカム中心１１ａと一致する位相がある。制御スリーブ２１は、駆動カム軸１１などとともににハウジング１６に支持されている。なお、このハウジング１６はシリンダヘッド（図示していない）等に固定されている。
【００１６】
リンク機構２２は、カム中心１１ａを回転中心とする４節リンク機構である。リンク機構２２の第１節２２１は、駆動カム軸１１に設けられたアームである。リンク機構２２の第２節２２２は、第１節２２１における駆動カム軸１１の反対側の端部に回転自在に連結されている。リンク機構２２の第３節２２３は、カムピース１４に設けられたアームである。また、この第３節２２３は、駆動カム軸１１の回転方向Ｂの前方に位置する。リンク機構２２の第４節２２４は、第３節２２３のカムピース１４の反対の端部に回転自在に連結されている。第２節２２２と第４節２２４の端部は回転自在に制御ローラ２２５の中心軸（以下、「ローラ中心」という。）２２５ａと連結されている。制御ローラ２２５は、偏心孔２４の壁面２４１に接触したまま、回転するように形成されている。
【００１７】
また、図２に示すように、可変動弁装置１００は制御シャフト２３を回転させることにより制御スリーブ２１の回転を制御するアクチュエータ１７を備えている。アクチュエータ１７は、例えば、正方向および逆方向に回転可能なモータとしてもよい。また、可変動弁装置１００は、ねじりバネ１８を備えている。ねじりバネ１８は、制御スリーブ２１とハウジング１６とを接続する弾性部材である。ねじりバネ１８は、その巻回部がスリーブ中心２１ａ周りに配置され、一端が制御スリーブ２１の一部に固定されている。ねじりバネ１８の他端は、ハウジング１６に固定されている。ねじりバネ１８は、制御スリーブ２１に対して、駆動カム軸１１の回転方向Ｂに回転力を付与するように、可変動弁装置１００に装着されている。
【００１８】
次に、可変動弁装置１００により吸気弁の作用角を変更する動作について説明する。リンク機構２２の第１節２２１が駆動カム軸１１に設けられているため、リンク機構２２は、駆動カム軸１１の回転に伴い、偏心孔２４の周りを回転する。また、リンク機構２２の第３節２２３がカムピース１４に設けられているため、リンク機構２２が回転すると、カムピース１４が回転する。すなわち、リンク機構２２を介して、駆動カム軸１１の回転がカムピース１４へ伝達される。
【００１９】
このとき、カム中心１１ａと偏心孔２４の中心２４ａが一致している場合、駆動カム軸１１が１回転する間のローラ中心２２５ａとカム中心１１ａとの距離ｄが一定である。この場合、カムピース１４が等速で回転する。
【００２０】
一方、制御スリーブ２１が回転して、偏心孔２４の中心２４ａとカム中心１１ａとが偏心すると、カム中心１１ａと偏心孔２４の中心２４ａが不一致になる。この場合、駆動カム軸１１が１回転する間に、ローラ中心２２５ａとカム中心１１ａとの距離ｄが変化する。この場合、ローラ中心２２５ａとカム中心１１ａとの距離ｄが短くなる期間では、第３節２２３が回転方向前方に向かって回転するため、カムピース１４の回転速度が駆動カム軸１１の回転速度よりも速くなる。反対に、ローラ中心２２５ａとカム中心１１ａとの距離ｄが長くなる期間では、第３節２２３が回転方向後方に向かって回転するため、カムピース１４の回転速度が駆動カム軸１１の回転速度よりも遅くなる。このように、制御スリーブ２１に設けられた偏心孔２４の中心とカム中心１１ａとを偏心することにより、駆動カム軸が１回転する間にカムピース１４の回転速度が変化する。
【００２１】
図３はカム中心１１ａと偏心孔２４の中心２４ａを偏心した場合の駆動カム軸１１とカムピース１４との回転位相の関係を示した図である。図４は図３中のリフト区間における吸気弁のリフトカーブを示した図である。図３，４に示すように、カムピース１４の回転速度が速くなるタイミングで従動カムロブ１５が吸気弁に作用すると、吸気弁の作用角が縮小する。反対に、カムピース１４の回転速度が遅くなるタイミングで従動カムロブ１５が吸気弁に作用すると、吸気弁の作用角が拡大する。
【００２２】
図５は、制御ローラ２２５が制御スリーブ２１に対して加える力Ｆを示した図である。図５に示すように、制御ローラ２２５は、駆動カム軸１１からの回転力と、吸気弁の閉弁方向に付勢するスプリングからの反力とを受ける。このため、制御ローラ２２５は、偏心孔２４の法線方向に制御スリーブ２１に対して力Ｆを加える。スリーブ中心２１ａと偏心孔２４の中心２４ａとが偏心して形成されているため、制御ロータ２２５が制御スリーブ２１に加える力が制御スリーブ２１にトルクを与える。このトルクの向きは、駆動カム軸１１が１回転する間に逆転するため、制御スリーブ２１が振動するようになる。しかし、制御スリーブ２１は、制御シャフト２３および制御シャフト２３を回転させるアクチュエータ１７により拘束されているので、その振動が抑制される。アクチュエータ１７は、制御シャフト２３を回転して制御スリーブ２１の回転を制御し、スリーブ中心２１ａと偏心孔２４の中心２４ａとの偏心量を制御して、吸気弁の作用角を制御する。吸気弁の作用角の要求に応じて、アクチュエータ１７は、スリーブ中心２１ａと偏心孔２４の中心２４ａとの偏心量に応じた駆動力を発生する。
【００２３】
ねじりバネ１８は、駆動カム軸１１の回転方向Ｂに制御スリーブ２１に回転力を付与しているため、アクチュエータ１７が制御スリーブ２１を回転方向Ｂへ回転することを補助する。アクチュエータ１７が回転方向Ｂへ制御スリーブ２１を回転させる場合、ねじりバネ１８は、アクチュエータ１７に要求される駆動力を低減し、アクチュエータ１７の負荷を軽減する。さらに、ねじりバネ１８を設けたことにより、回転方向Ｂへ制御スリーブ２１が回転するのが容易になるので、迅速に目標とする位置へ制御スリーブ２１を移動できる。この結果、制御スリーブ２１を回転方向Ｂへ回転する駆動速度が、アクチュエータ１７単独による場合に比べて向上する。
【００２４】
また、このねじりバネ１８が制御スリーブ２１へ付与する回転力の方向は、吸気弁の作用角が縮小される方向と一致するようにしてもよい。これにより、吸気弁の作用角を縮小する動作の駆動速度が向上する。ここで、作用角との関係で駆動速度の向上についての効果を説明する。図６は、吸気弁の開弁期間を示す図である。図６（ａ）は大作用角、図６（ｂ）は小作用角の状態を示している。図６中において、上死点（ＴＤＣ）から下死点（ＢＤＣ）へ向かう期間には筒内に吸気が取り込まれ、下死点（ＢＤＣ）から上死点（ＴＤＣ）へ向かう期間には、筒内に取り込んだ吸気を排出する。したがって、図６（ｂ）に示すように、小作用角では吸気排出期間がほぼないため、筒内に確保する空気量が増加する。これにより、加速時など、多くの空気が必要な場合は作用角を小さくする。すなわち、本実施例の可変動弁装置１００は、作用角を縮小する駆動速度が速いため、加速時の応答性が優れているといえる。
【００２５】
また、アクチュエータ１７に故障が生じた場合、制御スリーブ２１の回転を制御する手段が失われ、吸気弁の開閉するタイミングが制御不能に陥ることが考えられる。しかしながら、ねじりバネ１８が、吸気弁の作用角を縮小する方向に制御スリーブ２１へ回転力を付与することにより、アクチュエータ１７が故障した場合にも、駆動カム軸１１に対するカムピース１４の位置が固定される。アクチュエータ１７が故障した場合、ねじりバネ１８が吸気弁の作用角を縮小する方向に制御スリーブ２１へ回転力を付与する。この結果、図６（ｂ）を示して上記で説明したように、吸気弁の作用角が筒内に吸気を確保する状態で安定するので、内燃機関が停止した場合にも始動することが可能である。これにより、例えば、可変動弁装置１００を備える内燃機関が車両に搭載されたエンジンである場合、アクチュエータ１７の故障時でも、エンジンを停止して再始動を行うことにより、退避走行を行うことができる。
【００２６】
上記、実施例の構成は、図７に示すように、ねじりバネ１８に代えて、制御スリーブ２１とハウジング１６とを接続するようにスプリング１１８を備えてもよい。なお、ねじりバネ１８やスプリング１１８はその他の弾性部材に代替してもよい。また、このねじりバネ１８やスプリング１１８が制御スリーブ２１へ付与する回転力の方向は、上記実施例の回転方向Ｂと反対の回転方向としてもよい。この場合、吸気弁の作用角を拡大する場合にアクチュエータの負荷を低減し、制御スリーブ２１の移動速度を向上する。
【００２７】
上記実施例は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、さらに本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。
【符号の説明】
【００２８】
１１  駆動カム軸
１４  カムピース
１６  ハウジング
１７  アクチュエータ
１８  ねじりバネ（回転力付与手段、弾性部材の一例）
２０  可変速度カム機構
２１  制御スリーブ
２４  偏心孔
１００  可変動弁装置
１１８  スプリング（回転力付与手段、弾性部材の一例）
【図１】
0005835070.tif 000002
【図２】
0005835070.tif 000003
【図３】
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【図４】
0005835070.tif 000005
【図５】
0005835070.tif 000006
【図６】
0005835070.tif 000007
【図７】
0005835070.tif 000008