(57)【要約】【課題】この発明は、可変動弁装置に関し、バルブスプリングによって閉弁方向に付勢されるバルブを押動するカムが設けられたカム軸を、モータにより回転駆動する可変動弁装置において、簡素な構成を用いて、異常発生時にバルブとピストンとの干渉を確実に解消することを目的とする。【解決手段】バルブスプリング１７によって閉弁方向に付勢されるバルブ１２を押動するカム１８等が設けられたカム軸２２等を、モータ３０等により駆動する。カム１８等とバルブ１２との間に、カム１８等と当接するバルブリフタ１６を備える。バルブリフタ１６は、カム軸２２等の軸方向から見て、カム１８等のノーズ先端部１８cとの接線方向が、バルブステム１４の軸線と直交する方向に対して傾斜するように形成された頂面１６aを備える。【選択図】図５
2008133770.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バルブスプリングによって閉弁方向に付勢されるバルブを押動するカムが設けられたカム軸を、モータにより駆動する可変動弁装置であって、
前記カムと前記バルブとの間に、当該カムと当接するバルブリフタを備え、
前記バルブリフタは、前記カム軸の軸方向から見て、前記カムのノーズ先端部との接線方向が、バルブステムの軸線と直交する方向に対して傾斜するように形成された頂面を備えることを特徴とする可変動弁装置。
【請求項２】
前記接線の傾斜方向は、前記カムの正転時における前記カムと前記バルブリフタとの接触点の進行方向に向かうにつれ、当該接線と前記バルブリフタの底面との距離が小さくなる方向であることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の可変動弁装置。
【請求項３】
前記頂面は、前記カム軸の軸方向から見て、前記カム側に凸となる凸曲面状に形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の可変動弁装置。
【請求項４】
前記カム側に凸となる凸曲面状に形成された前記頂面において前記バルブリフタの底面からの高さが最も高くなる頂点と、前記ノーズ先端部と前記バルブリフタとの接触点とが、前記カム軸の軸方向から見て、離間するように構成されていることを特徴とする請求項３記載の可変動弁装置。
【請求項５】
前記カム側に凸となる凸曲面状に形成された前記頂面は、前記バルブリフタの中心軸上で当該バルブリフタの底面からの高さが最も高くなるように形成されており、
前記カム軸は、前記カム軸の軸方向から見て、前記カム軸の中心軸と前記バルブリフタの中心軸とが交差しないように配置されていることを特徴とする請求項３または４記載の可変動弁装置。
【請求項６】
前記カム軸は、前記カム軸の軸方向から見て、前記カム軸の中心軸が前記バルブステムの軸線と交差するように配置されており、
前記カム側に凸となる凸曲面状に形成された前記頂面は、前記バルブリフタの底面からの高さが最も高くなる頂点が、前記カム軸の軸方向から見て、前記バルブステムの軸線に対してオフセットされた位置となるように形成されていることを特徴とする請求項３または４記載の可変動弁装置。
【請求項７】
前記頂面は、前記カム軸の軸方向から見て、一定の勾配を有する傾斜面であることを特徴とする請求項１または２記載の可変動弁装置。
【請求項８】
前記モータが前記カム軸を駆動する際に当該モータに与える指令値が所定値に達したときに、当該モータへの電力供給を停止する電力供給制御手段を更に備えることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項記載の可変動弁装置。
【請求項９】
前記カム軸の駆動トルクを低減させる低減トルクを発生するトルク低減機構を更に備え、
前記トルク低減機構は、前記低減トルクが前記バルブスプリングの付勢力に基づいて前記カム軸に作用するトルクに比して小さくなるように構成されていることを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項記載の可変動弁装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関のバルブを駆動する可変動弁装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１には、モータによってバルブを開閉駆動する弁駆動システムを有する内燃機関が開示されている。この従来の弁駆動システムでは、カム軸の回転とクランク軸の回転との同期制御に異常が発生した場合には、ロストモーション機構を用いてバルブの開閉動作を停止させるか、或いは、小さなリフト量でバルブを駆動するための低リフトカムに切り換えることによって、退避走行を可能にしている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−５４７３２号公報
【特許文献２】実開平６−８７６０５号公報
【特許文献３】特開２００４−２２５５６２号公報
【特許文献４】特開２００４−２２５６１０号公報
【特許文献５】特許第３３５９５２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来の弁駆動システムのようにカム軸を電動駆動するシステムの一態様として、バルブリフタを介してカムがバルブを駆動する方式の可変動弁装置が知られている。そのような方式の可変動弁装置では、可変動弁装置に異常が発生し、カムのノーズ先端部がバルブリフタに当接した状態でモータの駆動が停止されることがあると、バルブのリフト量が最大リフトとなる状態で開いたままとなる可能性がある。そして、そのような状況が生ずると、最大リフト状態で停止したままのバルブと、往復運動を続けているピストンとの干渉が生じ得る。
【０００５】
上記の干渉を回避する目的のみで、上記従来の弁駆動システムが備える退避制御のための機構、すなわち、バルブの開閉動作を停止させる機構や低リフトカムに切り換える機構を備えることは、カム軸をモータによって回転駆動する方式の可変動弁装置において、いたずらに装置構成を複雑化させてしまう。また、上記の退避制御のための機構を用いる方式では、カム軸とクランク軸との同期制御の異常を検知した後に上記退避制御に切り換えられるまでの移行期間中に、バルブとピストンとの干渉が生じ得る。
【０００６】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、バルブスプリングによって閉弁方向に付勢されるバルブを押動するカムが設けられたカム軸を、モータにより回転駆動する可変動弁装置において、簡素な構成を用いて、異常発生時にバルブとピストンとの干渉を確実に解消し得る可変動弁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】
【０００７】
第１の発明は、バルブスプリングによって閉弁方向に付勢されるバルブを押動するカムが設けられたカム軸を、モータにより駆動する可変動弁装置であって、
前記カムと前記バルブとの間に、当該カムと当接するバルブリフタを備え、
前記バルブリフタは、前記カム軸の軸方向から見て、前記カムのノーズ先端部との接線方向が、バルブステムの軸線と直交する方向に対して傾斜するように形成された頂面を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、第２の発明は、第１の発明において、前記接線の傾斜方向は、前記カムの正転時における前記カムと前記バルブリフタとの接触点の進行方向に向かうにつれ、当該接線と前記バルブリフタの底面との距離が小さくなる方向であることを特徴とする。
【０００９】
また、第３の発明は、第１または第２の発明において、前記頂面は、前記カム軸の軸方向から見て、前記カム側に凸となる凸曲面状に形成されていることを特徴とする。
【００１０】
また、第４の発明は、第３の発明において、前記カム側に凸となる凸曲面状に形成された前記頂面において前記バルブリフタの底面からの高さが最も高くなる頂点と、前記ノーズ先端部と前記バルブリフタとの接触点とが、前記カム軸の軸方向から見て、離間するように構成されていることを特徴とする。
【００１１】
また、第５の発明は、第３または第４の発明において、前記カム側に凸となる凸曲面状に形成された前記頂面は、前記バルブリフタの中心軸上で当該バルブリフタの底面からの高さが最も高くなるように形成されており、
前記カム軸は、前記カム軸の軸方向から見て、前記カム軸の中心軸と前記バルブリフタの中心軸とが交差しないように配置されていることを特徴とする。
【００１２】
また、第６の発明は、第３または第４の発明において、前記カム軸は、前記カム軸の軸方向から見て、前記カム軸の中心軸が前記バルブステムの軸線と交差するように配置されており、
前記カム側に凸となる凸曲面状に形成された前記頂面は、前記バルブリフタの底面からの高さが最も高くなる頂点が、前記カム軸の軸方向から見て、前記バルブステムの軸線に対してオフセットされた位置となるように形成されていることを特徴とする。
【００１３】
また、第７の発明は、第１または第２の発明において、前記頂面は、前記カム軸の軸方向から見て、一定の勾配を有する傾斜面であることを特徴とする。
【００１４】
また、第８の発明は、第１乃至第７の発明の何れかにおいて、前記モータが前記カム軸を駆動する際に当該モータに与える指令値が所定値に達したときに、当該モータへの電力供給を停止する電力供給制御手段を更に備えることを特徴とする。
【００１５】
また、第９の発明は、第１乃至第８の発明の何れかにおいて、前記カム軸の駆動トルクを低減させる低減トルクを発生するトルク低減機構を更に備え、
前記トルク低減機構は、前記低減トルクが前記バルブスプリングの付勢力に基づいて前記カム軸に作用するトルクに比して小さくなるように構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
第１の発明によれば、カムのノーズ先端部がバルブリフタの頂面と接した状態でモータによるカム軸の駆動が停止されることがあっても、バルブスプリングの付勢力がカムを上方に突き上げる方向だけでなく、カムを回転させる方向にも作用することとなる。このため、本発明によれば、異常発生時にバルブが開弁状態のままとなることを良好に回避することができ、バルブとピストンとの干渉を確実に回避することができる。
【００１７】
第２の発明によれば、カムのノーズ先端部がバルブリフタの頂面と接した状態でモータによるカム軸の駆動が停止されることがあっても、カムは正転方向に逃がされるようになる。このため、本発明によれば、異常発生後の最始動時に、カムとピストンとの同期を取り易くすることができ、バルブとピストンとの干渉の可能性を低減することができるようになる。また、始動直後の必要電力の低減も期待することができるようになる。
【００１８】
第３乃至第７の発明によれば、カムのノーズ先端部がバルブリフタの頂面と接した状態でモータによるカム軸の駆動が停止されることがあっても、バルブスプリングの付勢力がカムを上方に突き上げる方向だけでなく、カムを回転させる方向にも作用することとなる。このため、本発明によれば、異常発生時にバルブが開弁状態のままとなることを良好に回避することができ、バルブとピストンとの干渉を確実に回避することができる。
【００１９】
第８の発明によれば、モータにカム軸の駆動力が残った状態となるような異常が可変動弁装置に生じた場合であっても、バルブスプリングの付勢力がカムを回転させるトルクに変換されることが許容される。このため、バルブとピストンとの干渉を確実に回避することができる。
【００２０】
第９の発明によれば、カム軸の駆動トルクを低減させるためのトルク低減機構を備える可変動弁装置において、十分なバルブスプリングの付勢力を、カムを回転させるトルクとして確保することができ、これにより、バルブとピストンとの干渉を確実に回避することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
実施の形態１．
［可変動弁装置の構成］
以下、図１乃至図３を参照して、本発明の実施の形態１の可変動弁装置１０の基本構成を説明する。
図１は、本発明の実施の形態１の可変動弁装置１０の構成を示す斜視図である。図１に示す可変動弁装置１０は、内燃機関のバルブを駆動するための装置である。ここでは、内燃機関は、直列４気筒型エンジンとして構成されているものとする。図１において、＃１〜＃４は、それぞれ内燃機関の第１気筒〜第４気筒を表している。この内燃機関における爆発順序は、一般的な内燃機関と同様に、＃１→＃３→＃４→＃２であるものとする。尚、本実施形態では、可変動弁装置１０が各気筒の吸気弁を駆動する装置として機能するものとし、図１においては排気弁側の構成についてはその図示を省略している。しかし、可変動弁装置１０は、吸気弁に代えて、或いは吸気弁に加え、各気筒の排気弁を駆動する装置として構成されていてもよい。
【００２２】
図１に示す構成は、吸気弁として機能する２つのバルブ１２を気筒毎に備えている。バルブ１２には、それぞれバルブステム１４が固定されている。バルブステム１４の上端部には、バルブリフタ１６が取り付けられている。バルブステム１４には、バルブスプリング１７（図５参照）の付勢力が作用しており、バルブステム１４は、その付勢力によって閉弁方向に付勢されている。本実施形態の可変動弁装置１０は、バルブリフタ１６の頂面１６aの形状と、バルブリフタ１６と後述するカム１８、２０との配置関係に特徴を有している。その特徴部分については、図５を参照して後述する。
【００２３】
それぞれのバルブリフタ１６の上部には、対応するカム１８または２０が配置されている。図１に示すように、ここでは、＃１および＃４気筒に配置されたバルブリフタ１６に対応するカムを、カム１８と称し、＃２および＃３気筒に配置されたバルブリフタ１６に対応するカムを、カム２０と称して区別している。＃１気筒および＃４気筒に対応するカム１８は、カム軸２２に固定されている。＃２および＃３気筒に対応するカム２０は、カム軸２２とは互いに回転可能であって、かつ、当該カム軸２２と同軸上に配置されたカム軸２４に固定されている。つまり、図１に示す構成では、爆発時期が３６０°CAだけ異なる気筒毎にカム軸が共用されている。そして、それらのカム軸、すなわち、＃１および＃４気筒に対応するカム軸２２と、＃２および＃３気筒に対応するカム軸２４とは、互いに独立して周方向に回転動作または揺動動作が可能となるように構成されている。尚、カム軸２２およびカム軸２４は、図示しないシリンダヘッド等の支持部材によって回転可能に支持されている。
【００２４】
一方のカム軸２２には、第１のドリブンギヤ２６が同軸上に固定されている。第１のドリブンギヤ２６には、第１の出力ギヤ２８が噛み合わされている。第１の出力ギヤ２８は、第１のモータ３０の出力軸に固定されている。第１のモータ３０は、回転速度および回転量の制御が可能なサーボモータである。この第１のモータ３０としては、例えばＤＣブラシレスモータ等が好ましく用いられる。第１のモータ３０には、その回転位置（回転角度）を検出するためのレゾルバ、ロータリーエンコーダ等の回転角検出センサが内蔵されている。このような構成によれば、第１のモータ３０のトルクを、これらのギヤ２６および２８を介してカム軸２２に伝達することができる。
【００２５】
他方のカム軸２４には、第２のドリブンギヤ３２が同軸上に固定されている。第２のドリブンギヤ３２には、中間ギヤ３４を介して、第２の出力ギヤ３６が噛み合わされている。第２の出力ギヤ３６は、第２のモータ３８の出力軸に固定されている。第２のモータ３８の具体的な構成は、上記第１のモータ３０と同様である。このような構成によれば、第２のモータ３８のトルクを、これらのギヤ３２、３４、および３６を介してカム軸２４に伝達することができる。
【００２６】
図１に示すシステムは、ECU(Electronic Control Unit)４０を備えている。ECU４０には、クランク角センサやカム角センサ等の図示を省略する各種センサや、第１のモータ３０、第２のモータ３８等の各種アクチュエータが接続されている。ECU４０は、それらのセンサ出力に基づいて、第１のモータ３０および第２のモータ３８の回転速度および回転量を制御することができる。より具体的には、カム軸２２等が一方向に連続的に駆動されるように、モータ３０等に駆動指令を与えることにより、カム軸２２等を回転動作させることができる。また、ECU４０は、バルブ１２の開弁期間中にモータ３０等の回転方向が逆転するように、モータ３０等に駆動指令を与えることにより、カム軸２２等を揺動動作させることができる。
【００２７】
図２は、図１に示すカム軸２２の詳細な構成を説明するために、カム軸２２をその軸方向から見た図である。上述したように、カム軸２２には、カム１８（＃１）とカム１８（＃４）とが固定されている。図２に示すように、＃１気筒用のカム１８（＃１）は、プロフィールの異なる２つのカム面１８a、１８bを有している。一方のカム面であるベース円部１８aは、カム軸２２の中心からの距離が一定となるように形成されている。他方のカム面であるノーズ部１８bは、カム軸２２の中心からの距離が次第に大きくなり、頂部１８c（ノーズ先端部１８c）を越えた後に当該距離が次第に小さくなるように形成されている。また、＃４気筒用のカム１８（＃４）についても、カム１８（＃１）と同様のベース円部１８aとノーズ部１８bを有している。そして、カム１８（＃１）の頂部１８cとカム１８（＃４）の頂部１８cとは、カム軸２２の周方向に互いに１８０°ずれるようにして配置されている。ここでは、その詳細な説明を省略するが、＃２気筒と＃３気筒に対応するカム軸２４においても、カム２０（＃２）とカム２０（＃３）とは、カム軸２２の場合と同様に構成されているものとする。
【００２８】
図３は、カム１８によってバルブリフタ１６が駆動される様子を示す模式図である。尚、ここでは、カム１８側の構成を利用して説明を行うが、カム２０側の構成についても同様である。また、本明細書中においては、図３以降の図面においても、カム１８側の構成とカム２０側の構成とに実質的な差異がない場合には、何れか一方のみの説明のみを行い、他方の説明は省略することがある。
【００２９】
図３に示すように、カム１８とバルブ１２（図１参照）との間には、カム１８と当接するバルブリフタ１６が配置される。バルブリフタ１６は、カム１８と当接する頂面１６aを備えている。カム１８のベース円部１８aとバルブリフタ１６とが当接している場合には、バルブスプリング１７の付勢力により、バルブシート（図示せず）にバルブが密着してポートが閉じられる。
【００３０】
第１のモータ３０の回転運動が上記のギヤ２６、２８を介してカム軸２２に伝達されると、カム軸２２と一体にカム１８が回転し、ノーズ部１８bがバルブリフタ１６を乗り越える間にバルブリフタ１６が押し下げられ、バルブ１２がバルブスプリング１７の付勢力に抗してリフト（開弁）する。
【００３１】
また、図３（Ａ）および図３（Ｂ）は、カム１８の２つの駆動モードを示している。その駆動モードの１つである正転駆動モードは、第１のモータ３０を一方向に連続回転させることにより、図３（Ａ）に示すようにカム１８を、最大リフト位置、すなわち、カム１８のノーズ先端部１８c（頂部１８c）がバルブリフタ１６と接する位置を越えて、正転方向に連続的に回転させる駆動モードである。また、もう一方の駆動モードである揺動駆動モードは、正転駆動モードにおける最大リフト位置に達する前に第１のモータ３０の回転方向を切り換えることにより、図３（Ｂ）に示すようにカム１８を往復運動させる駆動モードである。
【００３２】
正転駆動モードでは、カム１８の回転速度を制御することでバルブ１２の作用角が制御される。また、揺動駆動モードでは、カム１８の回転速度とともに、カム１８が揺動する角度範囲を制御することで、バルブ１２の作用角および最大リフト量を制御することができる。
【００３３】
［本実施形態の特徴部分］
次に、図４および図５を参照して、本実施形態の特徴部分について説明する。
図４は、本実施形態の可変動弁装置１０の構成との対比のために参照する一般的な形状のバルブリフタを有する可変動弁装置Ａを示す図であり、カム軸の軸方向から見た図である。本実施形態の可変動弁装置１０と対比される可変動弁装置Ａは、図４に示すように、バルブステムの軸線と直交する平面状となるように形成された一般的な頂面を有するバルブリフタを備えている。
【００３４】
カム軸の回転とクランク軸の回転との非同期等の何らかの異常が可変動弁装置Ａに発生した場合には、モータが停止されることがある。モータが停止状態にあると、カムとバルブリフタとの間のフリクション、モータとカム軸間に配置されるギヤの噛み合わせのフリクション、およびモータのイナーシャといったカム軸の回転の抵抗となる要素はあるものの、カム軸は、基本的には回転自在の状態となる。従って、可変動弁装置Ａに異常が発生した際に、ノーズ先端部以外のノーズ部でカムがバルブリフタに接している状態（例えば、図３（Ｂ）に示すような状態）であれば、バルブスプリング反力によってカムが回転させられて、バルブは閉弁状態に戻されるようになる。
【００３５】
しかしながら、バルブリフタの頂面がこのような平面形状である場合において、図４に示すように、カムのノーズ先端部がバルブリフタの頂面と当接した状態でモータによるカム軸の駆動が停止された状態になると、バルブのリフト量が最大リフトとなる状態で開いたままとなってしまう可能性がある。
【００３６】
上記のような状況が生ずる理由は、図４に示す構成の場合には、カムのノーズ先端部がバルブリフタの頂面と当接する際に、ノーズ先端部と頂面との接線の方向がバルブステムの軸線と直交する方向となることで、バルブスプリング反力（図４中の矢印参照）はカム軸を上方に突き上げる方向にのみ作用し、カムを回転させる方向には作用しないためである。また、上記のような状況が生ずる構成としては、バルブリフタの頂面が平面である場合に限らず、仮に頂面が平面以外の曲面であっても、カムのノーズ先端部とバルブリフタの頂面とが接した際の接線の方向がバルブステムの軸線と直交する方向となる構成である限り該当することとなる。
【００３７】
上記のような状況が生ずることがあると、開弁状態のままとなるバルブと、往復運動を続けているピストンとの干渉が生じ得る。そこで、本実施形態では、以下の図５に示す構成を用いて、バルブが最大リフト状態で停止しないようにした。
【００３８】
図５は、本実施形態の特徴的な構成を説明するための図であり、カム軸２２の軸方向から見た図である。図５に示すように、本実施形態では、カム軸２２の軸方向から見て、カム１８のノーズ先端部１８cとバルブリフタ１６の頂面１６aとの接線方向が、バルブステム１４の軸線と直交する方向に対して傾斜するように、バルブリフタ１６の頂面１６aの形状が決定されているとともに、バルブリフタ１６とカム軸２２との配置関係が調整されている。
【００３９】
そして、その接線の傾斜方向は、カム１８の正転時におけるカム１８とバルブリフタ１６との接触点の進行方向（図５における左方向）に向かうにつれ、当該接線とバルブリフタ１６の底面１６bとの距離が小さくなる方向となるように、バルブリフタ１６の頂面１６aの形状が決定されているとともに、バルブリフタ１６とカム軸２２との配置関係が調整されている。
【００４０】
上述した頂面１６aの形状と上記配置関係の具体的な一例として、本実施形態では、図５に示すように、カム軸２２の軸方向から見て、バルブリフタ１６の頂面１６aをカム１８側に凸となる凸曲面状に、より具体的には、円筒状に形成するようにした。そして、頂面１６aにおいて底面１６bからの高さが最も高くなる頂点と、ノーズ先端部１８cと頂面１６aとの接触点Pとが、カム軸２２の軸方向から見て離間するようにすべく、カム軸２２の中心軸をバルブリフタ１６の中心軸に対してオフセットさせて配置するようにした。更に付け加えると、本実施形態では、上記凸曲面状に形成された頂面１６aを、バルブリフタ１６の中心軸上でバルブリフタ１６の高さが最も高くなるように形成し、また、カム軸２２を、カム軸２２の軸方向から見て、カム軸２２の中心軸がバルブリフタ１６の中心軸から離れるように配置するようにした。
【００４１】
また、図５に示す構成では、バルブリフタ１６の中心軸に対するカム軸２２の中心軸のオフセット方向が、カム１８の正転時におけるカム１８とバルブリフタ１６との接触点Pの進行方向側となるように、バルブリフタ１６に対するカム軸２２の配置が調整されている。
【００４２】
また、本実施形態では、動弁系の実動時に、上記接線方向が上述した方向を常に維持できるようにすべく、バルブリフタ１６がカム１８に対して回転するのを防止する廻り止め機構を備えている。ここでは、詳細な図示は省略することとするが、そのような廻り止め機構は、例えば、以下のような構成で実現することができる。すなわち、バルブステムの軸線と直交方向を向くピンをバルブリフタに貫通させるようにする。そして、バルブリフタの周辺部材であるシリンダヘッドに、バルブステムの軸線方向に延びるようにピンの案内溝を形成し、その案内溝にピンを係合させるようにする。
【００４３】
以上説明したように、図５に示す構成では、カム軸２２の軸方向から見て、カム１８のノーズ先端部１８cとバルブリフタ１６の頂面１６aとの接線方向が、バルブステム１４の軸線と直交する方向に対して傾斜するように、バルブリフタ１６の頂面１６aの形状が決定されているとともに、バルブリフタ１６とカム軸２２との配置関係が調整されている。このような構成によれば、モータの停止時に、カム１８のノーズ先端部１８cがバルブリフタ１６の頂面１６aに接した状態になっても、バルブスプリング反力がカム１８を上方に突き上げる方向だけでなく、カム１８を回転させる方向にも作用することとなる。
【００４４】
つまり、上記の構成によれば、カム１８に作用するバルブスプリング反力には、バルブステム１４の軸線方向の成分だけではなく、バルブステム１４の軸線方向に対して傾いた分解成分（図５に示す矢印参照）が存在することとなる。その結果、カム１８が回転することで、バルブが閉弁方向に動作することとなる。
【００４５】
このため、本実施形態の構成によれば、従来技術が備えるような退避制御のための機構に頼ることなく、簡素な構成を用いて、異常発生時にバルブ１２とピストンとの干渉を機械的に確実に回避させることが可能となる。また、カム軸２２とクランク軸との同期制御の異常が検知された際にそのような退避制御に切り換えられるまでの移行期間中に、バルブとピストンとの干渉が生ずることも回避することができる。
【００４６】
また、上述した図５に示す構成では、上記接線の傾斜方向が、カム１８の正転時におけるカム１８とバルブリフタ１６との接触点の進行方向（図５における左方向）に向かうにつれ、当該接線とバルブリフタ１６の底面１６bとの距離が小さくなる方向となるように、バルブリフタ１６の頂面１６aの形状が決定されているとともに、バルブリフタ１６とカム軸２２との配置関係が調整されている。より具体的には、そのような構成は、バルブリフタ１６の中心軸に対するカム軸２２の中心軸のオフセット方向が、カム１８の正転時におけるカム１８とバルブリフタ１６との接触点Pの進行方向側となるように、バルブリフタ１６に対するカム軸２２の配置が調整されていることによって実現されている。
【００４７】
このような構成によれば、カム１８のノーズ先端部１８cがバルブリフタ１６の頂面１６aに接した状態でモータが停止されることがあった場合に、カム１８は正転方向に逃がされるようになる。その結果、そのような逃がし動作後における最終的なカム１８の停止位置は、正常時におけるバルブ１２のリフト動作の終了直後の位置となる。このようなカム１８の逃がし方向への配慮がなされると、以下に示すような優れた効果を奏することができる。
【００４８】
すなわち、本実施形態のように２つのモータ３０、３８で分担して全気筒の吸気弁を駆動する構成の場合において、異常発生後の再始動時にカム１８を回転させる際に、次回のバルブリフトの開始までに、カム角で60°程度の余裕ができることとなる。その60°程度の区間でカム角の位相判定を行うことで、ピストン位相との同期を取り、バルブ１２とピストンとの干渉の可能性を低減することができるようになる。また、その60°程度の区間で十分にカム１８の回転速度を高めて、カム１８に運動エネルギを与えることができるので、始動直後の必要電力の低減も期待することができるようになる。
【００４９】
ところで、上述した実施の形態１においては、カム軸２２の軸方向から見て、バルブリフタ１６の頂面１６aをカム１８側に凸となる凸曲面状に、より具体的には、円筒状に形成するようにし、かつ、上記凸曲面状に形成された頂面１６aを、バルブリフタ１６の中心軸上でバルブリフタ１６の高さが最も高くなるように形成し、また、カム軸２２を、カム軸２２の軸方向から見て、カム軸２２の中心軸がバルブリフタ１６の中心軸から離れるように配置するようにしている。しかしながら、本発明におけるバルブリフタの頂面形状、およびバルブリフタとカム軸との配置関係は、カム軸の軸方向から見て、カムのノーズ先端部とバルブリフタの頂面との接線方向が、バルブステムの軸線と直交する方向に対して傾斜するようにするための配慮がなされていれば、上述した図５に示す構成に限定されるものではなく、例えば、以下の図６または図７に示すような構成であってもよい。
【００５０】
図６は、バルブリフタの頂面形状、およびバルブリフタとカム軸との配置関係についての第１変形例を示す図である。図６に示す構成では、カム軸２２の軸方向から見て、バルブステム１４の軸線（すなわち、バルブリフタ４２の中心軸）の延長線上に、カム軸２２の中心軸が位置するように、カム軸２２が配置されている。また、バルブリフタ４２の頂面４２aは、カム軸２２の軸方向から見て、カム１８側に凸となる凸曲面状に、より具体的には、円筒状に形成するようにしている。
【００５１】
ただし、上述した図５に示す構成とは異なり、凸曲面状に形成された頂面４２aは、バルブリフタ４２の底面４２bからの高さが最も高くなる頂点が、カム軸２２の軸方向から見て、バルブステム１４の軸線（すなわち、バルブリフタ４２の中心軸）に対してオフセットされた位置となるように形成されている。
【００５２】
また、図６に示す構成では、バルブリフタ１６の中心軸に対する頂面４２aの頂点のオフセット方向が、カム１８の正転時におけるカム１８とバルブリフタ１６との接触点Qの進行方向と逆方向（図６における右方向）となるように、頂面４２aの形状が決定されている。このようなオフセット方向とすることで、カム１８のノーズ先端部１８cがバルブリフタ４２の頂面４２aに接した状態でモータが停止されることがあった場合に、カム１８は正転方向に逃がされるようになる。
尚、バルブリフタ４２の廻り止め機構は、既述した構成と同様とすることができる。
【００５３】
図７は、バルブリフタの頂面形状についての第２変形例を示す図である。図７に示す構成では、バルブリフタ４４の頂面４４aは、カム軸２２の軸方向から見て、一定の勾配を有する傾斜面となるように形成されている。また、この頂面４４aの傾斜方向は、カム１８の正転時におけるカム１８とバルブリフタ４４との接触点Rの進行方向に向かうにつれ、バルブリフタ４４の底面４４bに対する距離が小さくなる方向とされている。このような傾斜方向とすることで、カム１８のノーズ先端部１８cがバルブリフタ４４の頂面４４aに接した状態でモータが停止されることがあった場合に、カム１８は正転方向に逃がされるようになる。
尚、バルブリフタ４４の廻り止め機構は、既述した構成と同様とすることができる。
【００５４】
実施の形態２．
次に、図８を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。
本実施形態のシステムは、図１乃至図３、および図５に示すハードウェア構成を用いて、ECU４０に後述する図８に示すルーチンを実行させることにより実現することができるものである。
【００５５】
［実施の形態２の特徴部分］
可変動弁装置１０に生じた異常の態様が、モータの電源が完全にオフ状態となるものであった場合には、上述した図５に示す構成を採用することで、バルブスプリング反力によってカム１８等が回転されることで、バルブ１２とピストンとの干渉を確実に回避することができる。しかしながら、異常の態様によっては、電源が完全にはオフ状態とはならずに、モータがカム１８を駆動する力が残った状態となり得る。このような状態では、カム１８がバルブ１２を押し付けた状態で、モータによるカム軸２２の駆動トルクと、バルブスプリング１７の付勢力に基づいてカム軸２２に作用するトルクとが釣り合うこととなり、バルブ１２がリフトした状態で停止してしまう。
【００５６】
その結果、バルブ１２とピストンとの干渉が生ずる可能性がある。そこで、本実施形態では、上記のような態様での異常発生時においても、バルブ１２とピストンとの干渉を確実に回避できるようにすべく、カム１８を電動駆動する際の駆動反力が所定値以上となったときは、より具体的には、ECU４０がモータに与える電流指令値（トルク指令値）が所定値に達したときは、モータへの電力供給を停止するようにした。
【００５７】
図８は、上記の機能を実現するために、ECU４０が実行するルーチンのフローチャートである。図８に示すルーチンでは、先ず、カム軸２２が停止状態にあるか否かが、カム角センサの出力に従って判別される（ステップ１００）。その結果、カム軸２２が停止状態にあると判定された場合には、次いで、ECU４０がモータに与える電流指令値が取得される（ステップ１０２）。
【００５８】
次に、上記ステップ１０２において取得された電流指令値が所定値以上であるか否かが判別される（ステップ１０４）。カム軸２２が停止状態にあり、かつ、モータに電力が供給されている状態では、カム１８がバルブ１２をリフトさせている状態でカム１８の位置が保持されることになる。この際のリフト量がある一定量より大きくなると、バルブ１２と往復運動を続けているピストンとの干渉が生ずる可能性がある。カム１８がバルブ１２を押す際のバルブスプリング反力に起因する駆動反力は、バルブ１２のリフト量が大きくなるにつれ、バルブスプリング反力が大きくなるため大きくなる。従って、カム１８の電流指令値は、バルブ１２のリフト量が大きくなるにつれ大きな値となる。本ステップ１０４における所定値は、バルブ１２とピストンとの干渉が生ずる程度にまでバルブ１２のリフト量が大きくなっているか否かを判別できるような値に設定されている。
【００５９】
上記ステップ１０４において、電流指令値が上記所定値以上であると判定された場合には、モータへの電力供給が停止される（ステップ１０６）。
【００６０】
以上説明した図８に示すルーチンによれば、カム軸２２が停止状態にある状況下で、カム１８の電流指令値が所定値以上になっていることで、バルブ１２とピストンとの干渉のおそれがあると判断される場合には、モータへの電力供給が停止される。つまり、バルブスプリング１７の付勢力がカム１８を回転させるトルクに変換されることが許容される。また、本実施形態のバルブリフタ１６の形状、およびバルブリフタ１６とカム軸２２との配置関係は、上記図５と同様に構成されている。このため、上記のようにモータへの電力供給が停止された状態にさえすれば、モータの停止時に、カム１８のノーズ部１８bと頂面１６aとの接触点の位置に関係なく、バルブ１２がリフト状態に維持されるのを回避することができる。このように、本実施形態の制御によれば、可変動弁装置１０の異常の態様によらずに、バルブ１２とピストンとの干渉を確実に回避することができる。
【００６１】
尚、上述した実施の形態２においては、ECU４０が上記図８に示すルーチンの処理を実行することにより、前記第８の発明における「電力供給制御手段」が実現されている。
【００６２】
実施の形態３．
次に、図９乃至図１１を参照して、本発明の実施の形態３について説明する。
図９は、本発明の実施の形態３の可変動弁装置５０が備えるトルク低減機構５２の構成を説明するための図である。より具体的には、図９（Ａ）は、可変動弁装置５０をカム軸２２の軸方向から見た図を示し、図９（Ｂ）は、可変動弁装置５０を図９（Ａ）における矢視Ａの方向から見た図を示す。尚、図９において、上記図１に示す構成要素と同一の要素については、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
【００６３】
本実施形態の可変動弁装置５０は、図９に示すトルク低減機構５２を備えている点を除き、上述した実施の形態１の可変動弁装置１０と同様に構成されている。トルク低減機構５２は、モータ３０等によってカム軸２２等を駆動する際の駆動トルクを低減させるための低減トルクを生じさせる機構である。トルク低減機構５２は、図９に示すように、反位相カム５４と、その反位相カム５４にバネ５６の付勢力を与える付勢機構５８とを備えている。トルク低減機構５２は、可変動弁装置５０が備える２つのカム軸２２、２４の端部に、それぞれ設けられている。このようなトルク低減機構５２の構成は公知であるため、ここではその詳細な説明を省略するものとする。
【００６４】
図１０は、図９に示すトルク低減機構５２と同様の構成を有するトルク低減機構における低減トルクの一般的な設定を説明するための図である。図１０中に実線で示す波形は、そのようなトルク低減機構が利用されない場合において、カム軸が一回転する間のカム軸の駆動トルクの変化を示している。このカム軸の駆動トルクは、カムとバルブリフタとの間のフリクションなどを除き、バルブスプリングの付勢力に基づいてカム軸に作用するトルクが主となる。このため、カム軸の駆動トルクは、カムが回転してバルブスプリング力に抗しながらバルブを押し下げていくに従って徐々に増加していき、最大リフト位置の手前で最大値を示す。カム軸の駆動トルクは、その後は減少に転じ、最大リフト位置では瞬間的にゼロになる。最大リフト位置を越えた後は、バルブスプリング反力がカムの回転を助勢する。このため、カム軸トルクは、負の値となり、一旦、負のピーク値に達した後に、バルブが閉じられていくにつれゼロに近づいていく。
【００６５】
トルク低減機構が発する低減トルクは、一般的には、上記のようなカム軸の駆動トルクを低減させるべく、図１０中に破線で示す波形で表したように、バルブスプリングの付勢力に基づいてカム軸に作用するトルクとは逆向きのトルクとして与えられる。つまり、これらのトルクは、図１０に示すように、互いに打ち消し合うように作用する。このような低減トルクの設定は、反位相カム５４のプロフィールとバネ５６の付勢力とを適当に調整することにより実現される。このような低減トルクが与えられると、モータによる最終的なカム軸の駆動トルクは、カムが任意の回転位置にあるときで理論上は差し引きゼロ（フリクション分を除く）となる。
【００６６】
その結果、以上説明したような一般的な設定でトルク低減機構が用いられている場合には、カムのノーズ部の如何なる位置でバルブリフタと接していても、つまり、カムのノーズ先端部がバルブリフタと接する場合以外であっても、カムを閉弁方向に回転させるトルクがカム軸に生じないことになり、バルブがリフトした状態でカムが停止する可能性がある。このため、バルブとピストンとの干渉が懸念される。
【００６７】
図１１は、本実施形態のトルク低減機構５２が発する低減トルクの設定を説明するための図である。本実施形態では、上記の問題を解消するために、トルク低減機構５２が発する低減トルクを図１１に示すような設定とした。より具体的には、図１１に示すように、トルク低減機構５２が発する低減トルクが、バルブスプリング１７の付勢力に基づいてカム軸２２に作用するトルクよりも小さくなるように設定するようにした。このような設定によれば、上記カム軸作用トルクと低減トルクとの合成値である差し引きトルク（図１１中に太い破線で示す波形）が、カム１８の回転に反発する方向に作用するようになる。つまり、十分なバルブスプリング１７の付勢力を、カム１８を回転させるトルクとして確保することができる。
【００６８】
更に付け加えると、その差し引きトルクが、カムとバルブリフタとの間のフリクション、モータとカム軸間に配置されるギヤの噛み合わせのフリクション、およびモータのイナーシャといったカム軸の回転の抵抗となる要素を足し合わせた値より少し大きくなるように、トルク低減機構５２が付与する低減トルクが決定されている。
【００６９】
上記図１１に示す設定を採用した場合であっても、最大リフト位置付近で上記差し引きトルクがゼロになる箇所が存在することになる。そこで、本実施形態では、上述実施の形態１と同様に、バルブリフタ１６の頂面１６aの形状、およびバルブリフタ１６とカム軸２２との配置関係を、上述した図５に示すように構成するようにしている。このため、上記差し引きトルクがゼロとなる箇所であっても、バルブスプリング反力をカム１８を回転させるトルクに振り分けることが可能となる。
【００７０】
以上説明した本実施形態の構成によれば、カム軸２２等の駆動トルクの低減を目的にトルク低減機構５２を備えている可変動弁装置５０においても、簡素な構成を用いて、異常発生時のカム１８等の停止位置に関係なしに、バルブ１２とピストンとの干渉を確実に回避させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の実施の形態１の可変動弁装置の構成を示す斜視図である。
【図２】図１に示すカム軸の詳細な構成を説明するために、カム軸をその軸方向から見た図である。
【図３】カムによってバルブリフタが駆動される様子を示す模式図である。
【図４】本発明の実施の形態１の可変動弁装置の構成との対比のために参照する一般的な形状のバルブリフタを有する可変動弁装置Ａを示す図である。
【図５】本発明の実施の形態１の特徴的な構成を説明するための図である。
【図６】バルブリフタの頂面形状、およびバルブリフタとカム軸との配置関係についての第１変形例を示す図である。
【図７】バルブリフタの頂面形状についての第２変形例を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態２において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図９】本発明の実施の形態３の可変動弁装置が備えるトルク低減機構の構成を説明するための図である。
【図１０】図９に示すトルク低減機構と同様の構成を有するトルク低減機構における低減トルクの一般的な設定を説明するための図である。
【図１１】本発明の実施の形態３のトルク低減機構が発する低減トルクの設定を説明するための図である。
【符号の説明】
【００７２】
１０、５０  可変動弁装置
１２  バルブ
１４  バルブステム
１６、４２、４４  バルブリフタ
１６a、４２a、４４a  頂面
１６b、４２b、４４b  底面
１７  バルブスプリング
１８、２０  カム
１８a  ベース円部
１８b  ノーズ部
１８c  ノーズ先端部（頂部）
２２、２４  カム軸
３０、３８  モータ
４０  ECU(Electronic Control Unit)
５２  トルク低減機構
５４  反位相カム
５６  バネ
５８  付勢機構
【図１】
2008133770.tif 000003
【図２】
2008133770.tif 000004
【図３】
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【図４】
2008133770.tif 000006
【図５】
2008133770.tif 000007
【図６】
2008133770.tif 000008
【図７】
2008133770.tif 000009
【図８】
2008133770.tif 000010
【図９】
2008133770.tif 000011
【図１０】
2008133770.tif 000012
【図１１】
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