(57)【要約】【課題】アイドル運転時に吸気バルブのバルブタイミングの進角が必要以上に制限されることを回避する。【解決手段】吸気バルブのバルブタイミングを進角させる際のバルブタイミング可変機構６２の駆動カラー６３の移動方向は、吸気バルブの最大リフト量及び作動角を小とする際のバルブリフト可変機構６１のスライダ２６の移動方向と同じ方向とされる。そして、上記スライダ２６を移動させるためのコントロールシャフト１６と、上記駆動カラー６３を移動させるための駆動パイプ６７とは、連結機構７５を介して一体移動可能に連結される。このため、故障の発生等に起因して、吸気バルブの最大リフト量及び作動角が最大となった状態で、吸気バルブのバルブタイミングが最進角まで進角させられるという状況が生じることはなくなる。更に、そのような状況を想定して、吸気バルブにおけるバルブタイミングの最進角タイミングを進角側について制限する必要もなくなる。【選択図】図６
2008232116.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気バルブを開閉駆動すべく吸気カムシャフトと一体回転する吸気カムと、前記吸気カムシャフトの軸線方向へのスライダの移動を通じて前記吸気バルブの最大リフト量及び作動角を可変とするバルブリフト可変機構と、前記吸気カムシャフトの軸線方向への駆動カラーの移動を通じて前記吸気バルブのバルブタイミングを可変とするバルブタイミング可変機構とを備える内燃機関の可変動弁装置において、
前記バルブタイミング可変機構は、前記吸気バルブの最大リフト量及び作動角を小とする前記スライダの移動方向と同方向に前記駆動カラーを移動させたとき、前記吸気バルブのバルブタイミングを進角させるよう動作するものであり、
前記バルブリフト可変機構のスライダの移動を行うべく前記軸線方向に移動可能に設けられたコントロールシャフトと、前記バルブタイミング可変機構の駆動カラーの移動を行うべく前記軸線方向に移動可能に設けられた駆動シャフトとを一体移動可能に連結した
ことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
【請求項２】
前記駆動カラーは、前記吸気カムの取り付けられた前記吸気カムシャフトと同吸気カムとの間に設けられ、それら吸気カム及び吸気カムシャフトに対し一体回転可能となっており、前記吸気カムと前記吸気カムシャフトとのすくなくとも一方に対しヘリカルスプラインを介して係合されており、
前記ヘリカルスプラインは、前記吸気バルブの最大リフト量及び作動角を小とする前記スライダの移動方向に前記駆動カラーを移動させたとき、前記吸気カムを前記吸気カムシャフトに対し回転方向進角側に相対的に変位させるよう、前記吸気カムシャフトの軸線方向に対し傾斜している
請求項１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、内燃機関の可変動弁装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車用エンジン等の内燃機関としては、吸気バルブを開閉駆動すべく吸気カムシャフトと一体回転する吸気カムと、吸気バルブの最大リフト量及び作動角を可変とするバルブリフト可変機構と、吸気バルブのバルブタイミング（最大リフト量の得られるタイミング）を可変とするバルブタイミング可変機構とを備えたものが知られている。
【０００３】
ここで、上記バルブリフト可変機構としては、例えば、吸気カムシャフトの軸線方向へのスライダの移動を通じて吸気バルブの最大リフト量及び作動角を可変とするものが採用される。一方、上記バルブタイミング可変機構としては、例えば、吸気カムシャフトの軸線方向への駆動カラーの移動を通じて吸気バルブのバルブタイミングを可変とするものが採用される（特許文献１参照）。そして、それらバルブリフト可変機構及びバルブタイミング可変機構をそれぞれ機関運転状態に応じて駆動することにより、内燃機関における吸気バルブのバルブ特性が可変とされる。
【０００４】
図１０は、内燃機関のクランク角の変化に対する吸気バルブ及び排気バルブのリフト量の推移を示すタイミングチャートである。
バルブリフト可変機構を駆動せず、バルブタイミング可変機構のみを駆動すると、同図において、吸気バルブのリフト量の推移は矢印Ｙ１で示されるように変化する。すなわち、吸気バルブの最大リフト量及び作動角を一定とした状態で、同バルブのバルブタイミング、言い換えれば同バルブの最大リフト量となるタイミングが進角側または遅角側に変化する。また、バルブタイミング可変機構を駆動せずバルブリフト可変機構のみ駆動すると、吸気バルブのリフト量の推移は矢印Ｙ２で示されるように変化する。すなわち、吸気バルブのバルブタイミングを一定とした状態で、同バルブの最大リフト量及び作動角が増加側または減少側に変化する。
【０００５】
ところで、吸気バルブにおける最大リフト量、作動角、及びバルブタイミングといったバルブ特性は、機関運転状態に応じて例えば以下のように制御される。
高負荷運転時など内燃機関の吸入空気量の要求値が大であるときには、その要求を満たすべく吸気バルブの最大リフト量及び作動角を最大とし、かつ吸気バルブと排気バルブとのバルブオーバラップが過度に大となって機関運転状態が悪化しないようバルブタイミングを最進角状態よりも遅角側の状態とする。これにより、吸気バルブのリフト量の推移は、図１０の実線Ｌ１で示されるような推移となる。
【０００６】
一方、アイドル運転時など内燃機関の吸入空気量の要求値が小であるときには、その要求に応じて吸気バルブの最大リフト量及び作動角を最小とし、かつ内燃機関のポンピングロス低減を意図して吸気バルブの閉弁タイミングが早くなるようバルブタイミングを最進角状態とする。これにより、吸気バルブのリフト量の推移は、図１０の実線Ｌ２で示されるような推移となる。
【０００７】
なお、アイドル運転時に吸気バルブの閉弁タイミングを早めることで内燃機関のポンピングロスを低減できるのは、次の理由による。すなわち、アイドル運転時に吸気バルブの最大リフト量及び作動角を最小とし、バルブタイミングを進角側に変化させると、吸気行程中に吸気バルブの閉弁タイミングを迎えることになる。そして、この状態にあっては、吸気バルブの閉弁タイミングを早めるほど圧縮行程中に燃焼室に存在するガスの量が少なくなり、圧縮行程での燃焼室内の圧力が低くなることから、内燃機関のポンピングロスが低減される。
【０００８】
従って、内燃機関が高負荷運転からアイドル運転へと変化するときには、吸気バルブのリフト量の推移が実線Ｌ１で示される状態から実線Ｌ２で示される状態へと変化し、吸気バルブの最大リフト量及び作動角が徐々に小となってゆくとともに、吸気バルブのバルブタイミングが徐々に進角側へと移行してゆく。
【０００９】
次に、吸気バルブにおけるバルブタイミングの最進角タイミングの定め方について説明する。
吸気バルブの最大リフト量及び作動角と、吸気バルブのバルブタイミングとを別々に制御する場合、吸気バルブの最大リフト量及び作動角を最大としたとき、吸気バルブがリフトする際に内燃機関の往復運動するピストンと当該吸気バルブとの間隔が短くなり、両者が最も干渉しやすくなる。ピストンと吸気バルブとの間隔は、図１０において、破線Ｌ３と吸気バルブのリフト量の推移（実線）との間隔によって表される。従って、吸気バルブの最大リフト量及び作動角を最大とした状態にあって、吸気バルブのリフト量の推移（実線）が破線Ｌ３との間に必要最小限の間隔を有するよう、吸気バルブのバルブタイミングを進角させたときのバルブタイミング（Ｔ１）が、当該バルブタイミングの最進角タイミングとして定められる。
【００１０】
吸気バルブのバルブタイミングの制御は、機関運転状態に応じて、上記タイミングＴ１とそれよりも遅角側のタイミングとの範囲内で行われる。そして、アイドル運転時には、吸気バルブのバルブタイミングが最進角タイミングである上記タイミングＴ１に制御されるとともに、吸気バルブの最大リフト量及び作動角が最小とされる。その結果、吸気バルブのリフト量の推移は図中の実線Ｌ２で示される推移となる。
【００１１】
上述したように、吸気バルブにおけるバルブタイミングの最進角タイミングを定めれば、吸気バルブの最大リフト量及び作動角がいかなる値であろうと、吸気バルブがリフトする際にピストンと干渉することは確実に回避される。例えば、吸気バルブのバルブタイミングと吸気バルブの最大リフト量及び作動角とを別々に制御している以上、バルブリフト可変機構やバルブタイミング可変機構の故障など、何らかの異常により吸気バルブの最大リフト量及び作動角が最大となった状態で、かつ吸気バルブのバルブタイミングが最進角となる可能性がある。しかし、こうしたときの吸気バルブとピストンとの干渉に関しては、上述したように吸気バルブにおけるバルブタイミングの最進角タイミングを定めることにより回避することができる。
【特許文献１】特開１１−６３１６６公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところで、上述したように吸気バルブの最進角タイミングを定めると、アイドル運転時に吸気バルブの最大リフト量及び作動角を最小としつつ、吸気バルブのバルブタイミングを最進角タイミング（Ｔ１）まで進角させたときには、図１０の破線Ｌ３と吸気バルブのリフト量の推移（実線Ｌ２）との間隔が大きくなる。このことは、アイドル運転時には吸気バルブのバルブタイミングの進角が必要以上に制限されていることを意味する。
【００１３】
アイドル運転時のように吸気バルブの最大リフト量及び作動角が最小とされるような場合、吸気バルブのバルブタイミングを図１０のタイミングＴ１よりも更に進角側のタイミングまで進角させても、吸気バルブがリフトする際にピストンと干渉することはない。このため、アイドル運転時においては、吸気バルブのバルブタイミングを、タイミングＴ１に対し同バルブとピストンとを干渉させないよう進角させたタイミングであって、かつ内燃機関の排気エミッションを良好に維持することの可能なタイミング、例えばタイミングＴ２とすることが可能と考えられる。このとき、吸気バルブのリフト量の推移は図１０に二点鎖線Ｌ４で示されるような推移となり、その二点鎖線Ｌ４と破線Ｌ３との間にある程度の間隔があいた状態となる。そして、このようにアイドル運転時の吸気バルブのバルブタイミング制御を行う方が、内燃機関のポンピングロス低減及び排気エミッション改善にとっては好ましい。
【００１４】
しかし、バルブリフト可変機構やバルブタイミング可変機構の故障などにより、吸気バルブの最大リフト量及び作動角が最大となった状態で、吸気バルブのバルブタイミングが最進角となる可能性もあり、その状況にも対処しようとすると吸気バルブのバルブタイミングの最進角タイミングをタイミングＴ１までに制限せざるを得ない。従って、アイドル運転時に吸気バルブにおけるバルブタイミングの進角による内燃機関のポンピングロス低減という効果が得られにくくなったり、内燃機関の排気エミッションに悪影響が生じたりすることは避けられない。
【００１５】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、アイドル運転時に吸気バルブのバルブタイミングの進角が必要以上に制限されることを回避す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】
【００１６】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明では、吸気バルブを開閉駆動すべく吸気カムシャフトと一体回転する吸気カムと、前記吸気カムシャフトの軸線方向へのスライダの移動を通じて前記吸気バルブの最大リフト量及び作動角を可変とするバルブリフト可変機構と、前記吸気カムシャフトの軸線方向への駆動カラーの移動を通じて前記吸気バルブのバルブタイミングを可変とするバルブタイミング可変機構とを備える内燃機関の可変動弁装置において、前記バルブタイミング可変機構は、前記吸気バルブの最大リフト量及び作動角を小とする前記スライダの移動方向と同方向に前記駆動カラーを移動させたとき、前記吸気バルブのバルブタイミングを進角させるよう動作するものであり、前記バルブリフト可変機構のスライダの移動を行うべく前記軸線方向に移動可能に設けられたコントロールシャフトと、前記バルブタイミング可変機構の駆動カラーの移動を行うべく前記軸線方向に移動可能に設けられた駆動シャフトとを一体移動可能に連結した。
【００１７】
上記構成によれば、コントロールシャフトと駆動シャフトとが一体移動可能に連結されているため、吸気バルブの最大リフト量及び作動角が小となるようバルブリフト可変機構のスライダを移動させたときには、それに伴うバルブタイミング可変機構の駆動カラーの移動を通じて吸気バルブのバルブタイミングが進角する。このように、互いに連結されたコントロールシャフト及び駆動シャフトによるスライダ及び駆動カラーの一体移動を通じて、吸気バルブの最大リフト量及び作動角の減少と吸気バルブのバルブタイミングの進角とが同時に行われる。従って、バルブリフト可変機構とバルブタイミング可変機構とを別々に制御して駆動する場合のように、それら機構の故障等により吸気バルブの最大リフト量及び作動角が最大となった状態で、吸気バルブのバルブタイミングが最進角まで進角させられるという状況は生じない。このため、アイドル運転時に最進角とされる吸気バルブのバルブタイミングを、より進角側に定めたとしても、上記故障等に起因して吸気バルブと内燃機関のピストンとが干渉することもない。従って、アイドル運転時における吸気バルブのバルブタイミングを内燃機関のポンピングロス低減及び排気エミッション改善にとって好ましいタイミングまで進角させることができ、吸気バルブにおけるバルブタイミングの最進角タイミングが必要以上に制限されることを回避できる。
【００１８】
請求項２記載の発明では、請求項１記載の発明において、前記駆動カラーは、前記吸気カムの取り付けられた前記吸気カムシャフトと同吸気カムとの間に設けられ、それら吸気カム及び吸気カムシャフトに対し一体回転可能となっており、前記吸気カムと前記吸気カムシャフトとのすくなくとも一方に対しヘリカルスプラインを介して係合されており、前記ヘリカルスプラインは、前記吸気バルブの最大リフト量及び作動角を小とする前記スライダの移動方向に前記駆動カラーを移動させたとき、前記吸気カムを前記吸気カムシャフトに対し回転方向進角側に相対的に変位させるよう、前記吸気カムシャフトの軸線方向に対し傾斜していることを要旨とした。
【００１９】
上記構成によれば、駆動シャフトを吸気カムシャフトの軸線方向に移動させることにより駆動カラーが上記軸線方向に移動すると、駆動カラーを吸気カムと吸気カムシャフトとのすくなくとも一方に対し係合させるヘリカルスプラインの作用により、吸気カムが吸気カムシャフトに対しその回転方向の進角側もしくは遅角側に相対的に変位する。これにより、吸気バルブのバルブタイミング、言い換えれば最大リフト量の得られるタイミングが的確に進遅角するようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明を自動車用エンジンに適用した一実施形態を図１〜図９に従って説明する。
図１は、エンジン１におけるシリンダヘッド２周りの構造を示す拡大断面図である。このエンジン１においては、シリンダヘッド２、シリンダブロック３、及びピストン５によって燃焼室６が区画され、この燃焼室６には吸気通路７及び排気通路８が各々二つに分岐した状態で接続されている（図１には一方のみ図示）。そして、吸気通路７と燃焼室６との間は吸気バルブ９の開閉動作によって連通・遮断され、排気通路８と燃焼室６との間は排気バルブ１０の開閉動作によって連通・遮断される。なお、これら吸気バルブ９及び排気バルブ１０はそれぞれ各気筒毎に二つずつ設けられている。
【００２１】
シリンダヘッド２には、吸気バルブ９及び排気バルブ１０を駆動するための吸気カムシャフト１１及び排気カムシャフト１２が設けられている。これら吸気カムシャフト１１及び排気カムシャフト１２は、エンジン１のクランクシャフトからの回転伝達によって回転する。また、吸気カムシャフト１１及び排気カムシャフト１２には、それぞれ吸気カム１１ａ及び排気カム１２ａが設けられている。そして、これら吸気カム１１ａ及び排気カム１２ａの吸気カムシャフト１１及び排気カムシャフト１２との一体回転を通じて、吸気バルブ９及び排気バルブ１０が開閉動作する。
【００２２】
エンジン１には、吸気バルブ９のバルブ特性を可変とするバルブ特性可変機構１４が設けられている。このバルブ特性可変機構１４は、吸気バルブ９の最大リフト量及び作動角を可変とするバルブリフト可変機構６１と、吸気バルブ９のバルブタイミング（最大リフト量の得られるタイミング）を可変とするバルブタイミング可変機構６２とを備えている。以下、それらバルブリフト可変機構６１及びバルブタイミング可変機構６２の詳細な構造について個別に説明する。
【００２３】
［バルブリフト可変機構］
バルブリフト可変機構６１は、回転する吸気カム１１ａにより押されて上記吸気カムシャフト１１と平行に延びるロッカシャフト１５及びコントロールシャフト１６の軸線を中心に揺動する入力アーム１７と、この入力アーム１７の揺動に基づき上記軸線を中心に揺動する出力アーム１８とを備えている。入力アーム１７には上記ロッカシャフト１５及びコントロールシャフト１６と平行な中心軸線を有するローラ１９が回転可能に取り付けられている。そして、そのローラ１９が吸気カム１１ａに押しつけられるよう、入力アーム１７がコイルスプリング２０によって吸気カム１１ａ側に付勢されている。また、出力アーム１８は、その揺動時にロッカアーム２１に押しつけられ、同ロッカアーム２１を介して吸気バルブ９をリフトさせる。
【００２４】
このロッカアーム２１の基端部はラッシュアジャスタ２２によって支持され、同ロッカアーム２１の先端部は吸気バルブ９に接触している。また、ロッカアーム２１は吸気バルブ９のバルブスプリング２４によって出力アーム１８側に付勢され、これによりロッカアーム２１の基端部と先端部との間に回転可能に支持されたローラ２３が出力アーム１８に押しつけられている。従って、吸気カム１１ａの回転に基づき入力アーム１７及び出力アーム１８が揺動すると、出力アーム１８がロッカアーム２１を介して吸気バルブ９をリフトさせ、吸気バルブ９の開閉動作が行われる。
【００２５】
なお、吸気バルブ９が開閉駆動（正確にはリフト）されると、その際の反力がバルブリフト可変機構６１の入力アーム１７と出力アーム１８とを互いに接近させようとする方向、言い換えれば上記最大リフト量及び作用角を減少させようとする方向に働くこととなる。従って、バルブリフト可変機構６１における上記最大リフト量及び作用角を減少させる方向への作動は、上記反力に従った方向への作動ということになる。また、バルブリフト可変機構６１における上記最大リフト量及び作用角を増加させる方向への作動は、上記反力に抗した方向への作動ということになる。
【００２６】
次に、バルブリフト可変機構６１における吸気バルブ９の最大リフト量及び作動角を可変とする構造について、図２〜図４を参照して説明する。
図２は、バルブリフト可変機構６１における入力アーム１７及び出力アーム１８の内側の構造を示す破断斜視図である。
【００２７】
バルブリフト可変機構６１は、入力アーム１７及び出力アーム１８の内側に配設された円筒状のスライダ２６を備えており、コントロールシャフト１６の軸線方向についての同スライダ２６の移動を通じて吸気バルブ９の最大リフト量及び作動角を可変とするものである。
【００２８】
上記スライダ２６の内部にはパイプ状に形成された上記ロッカシャフト１５が挿入され、ロッカシャフト１５の内部には上記コントロールシャフト１６が挿入されている。そして、コントロールシャフト１６が軸線方向に移動すると、同シャフト１６に対しピン（図２には図示せず）によって一体移動可能に繋がれたスライダ２６がロッカシャフト１５の軸線方向に変位する。スライダ２６の外壁において、長手方向中央部にはヘリカルスプライン２７を有する入力ギヤ２７ａが固定され、長手方向両端部にはヘリカルスプライン２９を有する出力ギヤ２９ａが固定されている。
【００２９】
一方、図３に示されるように、入力アーム１７の内壁にはヘリカルスプライン２８を有する円環状の内歯ギヤ２８ａが形成され、出力アーム１８の内壁にはヘリカルスプライン３０を有する円環状の内歯ギヤ３０ａが形成されている。そして、入力アーム１７の内歯ギヤ２８ａはスライダ２６の入力ギヤ２７ａ（図２）と噛み合わされ、出力アーム１８の内歯ギヤ３０ａはスライダ２６の出力ギヤ２９ａ（図２）と噛み合わされている。なお、ヘリカルスプライン２７，２８とヘリカルスプライン２９，３０とは、互いに傾斜角が異なっており、例えば互いに歯すじの傾斜方向が逆となっている。
【００３０】
従って、コントロールシャフト１６の軸線方向への移動に基づきスライダ２６がロッカシャフト１５の軸線方向に変位すると、ヘリカルスプライン２７，２９とヘリカルスプライン２８，３０との噛み合いにより、入力アーム１７と出力アーム１８との揺動方向についての相対位置が変更される。このように、入力アーム１７と出力アーム１８との揺動方向についての相対位置が変更されることにより、吸気カム１１ａの回転により入力アーム１７及び出力アーム１８が揺動したときの吸気バルブ９の最大リフト量及び作動角が可変とされる。
【００３１】
具体的には、スライダ２６を図２の矢印Ｌ方向に変位させるほど、入力アーム１７と出力アーム１８との揺動方向についての相対位置が互いに接近するように変更され、吸気バルブ９の最大リフト量及び作動角が小とされる。逆に、コントロールシャフト１６を矢印Ｈ方向に変位させるほど、入力アーム１７と出力アーム１８との揺動方向についての相対位置が互いに離間するように変更され、吸気バルブ９の最大リフト量及び作動角が大とされる。なお、上記矢印Ｌ方向へのスライダ２６の移動は吸気バルブ９をリフトさせる際の反力に基づく力に抗する方向に行われるものであり、上記矢印Ｈ方向へのスライダ２６の移動は上記反力に基づく力に従った方向に行われるものである。
【００３２】
図４は、入力アーム１７、出力アーム１８、スライダ２６及びロッカシャフト１５等の内部構造を示す断面図である。
同図に示されるように、バルブリフト可変機構６１の入力アーム１７及び出力アーム１８は、シリンダヘッド２に設けられた複数の立壁部４５に挟まれた状態となっている。また、同機構１４のロッカシャフト１５及びコントロールシャフト１６は各立壁部４５を貫通するとともに入力アーム１７及び出力アーム１８も貫通している。これら入力アーム１７及び出力アーム１８における上記ロッカシャフト１５及びコントロールシャフト１６の軸線方向についての変位は上記立壁部４５によって規制されている。
【００３３】
コントロールシャフト１６には、同シャフト１６とスライダ２６とを一体移動可能に繋ぐためのピン５１が径方向に挿入されている。このようにコントロールシャフト１６に挿入されたピン５１は、同シャフト１６の外周面から突出した状態となっている。また、ロッカシャフト１５における上記ピン５１に対応する位置には、軸線方向に延びるとともに同ピン５１をロッカシャフト１５の内周面側から外周面側に貫通させるための長穴３３が形成されている。この長穴３３とピン５１とは、上記軸線方向（図中の左右方向）についての相対移動のみ可能となっており、ロッカシャフト１５の周方向についての相対移動は不能となっている。更に、スライダ２６の内周面における上記ピン５１に対応する位置には、周方向に延びてピン５１の先端が挿入される溝３４が形成されている。溝３４内にはブッシュ３５が設けられ、同ブッシュ３５にはピン５１の先端部分が挿入される挿入孔３６が形成されている。そして、ピン５１の先端部分をブッシュ３５の挿入孔３６に挿入することで、スライダ２６がピン５１及びブッシュ３５によってコントロールシャフト１６と一体移動可能に繋がれている。
【００３４】
従って、コントロールシャフト１６が軸線方向に移動すると、それに伴いピン５１がロッカシャフト１５の長穴３３に沿って移動する。その結果、ピン５１がブッシュ３５の外側面を介して溝３４の内側面に押しつけられ、スライダ２６がコントロールシャフト１６の軸線方向に変位する。そして、このスライダ２６の変位を通じて入力アーム１７と出力アーム１８との揺動方向についての相対位置が可変とされ、吸気カム１１ａ（図１）の回転により入力アーム１７及び出力アーム１８が揺動したときの吸気バルブ９の最大リフト量及び作動角が可変とされる。なお、入力アーム１７及び出力アーム１８が揺動するときには、それに伴ってスライダ２６も周方向に揺動（回動）する。このとき、スライダ２６の溝３４の内側面がブッシュ３５の外側面に対して摺動し、両者の間の摩擦力によってブッシュ３５及びピン５１も上記周方向に揺動しようとする。しかし、スライダ２６の揺動につられてのブッシュ３５及びピン５１の揺動は、ロッカシャフト１５の長穴３３の対向する内側面によって規制される。
【００３５】
［バルブタイミング可変機構］
図１に示されるバルブタイミング可変機構６２は、吸気カム１１ａと吸気カムシャフト１１との間に設けられてそれらと一体回転する駆動カラー６３を備えており、吸気カムシャフト１１の軸線方向についての同駆動カラー６３の移動を通じて吸気バルブ９のバルブタイミングを可変とするものである。
【００３６】
上記駆動カラー６３においては、外周面に周方向について等間隔おいて複数のヘリカルスプライン６４が形成されるとともに、内周面に周方向について等間隔をおいて複数のストレート溝６５ａが形成されている。上記ヘリカルスプライン６４は吸気カムシャフト１１の軸線に対し傾斜しており、上記ストレート溝６５ａは同軸線と平行となっている。
【００３７】
吸気カム１１ａにおける駆動カラー６３の挿入された部分の内周面には、吸気カムシャフト１１の軸線に対し上記ヘリカルスプライン６４と同じように傾斜した複数のヘリカル溝６４ａが形成されている。そして、それらヘリカル溝６４ａにはそれぞれ、駆動カラー６３の各ヘリカルスプライン６４が挿入されている。また、吸気カムシャフト１１における駆動カラー６３の挿入された部分の外周面には、吸気カムシャフト１１の軸線に対し平行となる複数のストレートスプライン６５が形成されている。そして、各ストレートスプライン６５は、駆動カラー６３の各ストレート溝６５ａにそれぞれ挿入されている。
【００３８】
駆動カラー６３は、吸気カム１１ａに対しヘリカルスプライン６４及びヘリカル溝６４ａにより係合されており、吸気カムシャフト１１に対してストレートスプライン６５及びストレート溝６５ａにより係合されている。こうした係合により、駆動カラー６３は、吸気カム１１ａ及び吸気カムシャフト１１に対し同シャフト１１の軸線方向に移動移動可能であり、且つそれら吸気カム１１ａ及び吸気カムシャフト１１と一体回転可能となっている。
【００３９】
図５は、バルブタイミング可変機構６２の内部構造を示す断面図である。
同図に示されるように、バルブタイミング可変機構６２は、シリンダヘッド２における各立壁部４５の間に配置されている。立壁部４５には吸気カムシャフト１１と同方向に延びる位置決めパイプ６６が挿入され、位置決めパイプ６６内には吸気カムシャフト１１と同方向に延びる駆動パイプ６７が挿入されている。上記位置決めパイプ６６は立壁部４５に対し同パイプ６６の中心線方向に移動可能かつ中心線回りに回転可能となっており、上記駆動パイプ６７は位置決めパイプ６６に対しその中心線方向に移動可能かつ中心線回りに回転可能となっている。そして、バルブタイミング可変機構６２の駆動カラー６３の取り付けられた吸気カムシャフト１１は、各立壁部４５に挿入された駆動パイプ６７に挿入され、その駆動パイプ６７に対し回転可能な状態となっている。
【００４０】
吸気カム１１ａは、各立壁部４５に挿入された位置決めパイプ６６によって吸気カムシャフト１１の軸線方向両側から挟まれており、それによって同軸線方向についての位置決めがなされている。なお、各位置決めパイプ６６のうち吸気カムシャフト１１の軸線方向両側に位置するものは、同軸線方向についての変位を規制した状態で立壁部４５に取り付けられている。バルブタイミング可変機構６２の駆動カラー６３は、吸気カム１１ａを挟んでいる位置決めパイプ６６内に挿入された駆動パイプ６７によって吸気カムシャフト１１の軸線方向両側から挟まれている。
【００４１】
吸気カム１１ａの回転による吸気バルブ９のリフト時には、その際の反力に基づき吸気カム１１ａとヘリカルスプライン６４及びヘリカル溝６４ａを介して係合される駆動カラー６３に対し吸気カムシャフト１１の軸線方向（図５の矢印方向）への力が働く。従って、各駆動パイプ６７のうち図５の矢印方向の端に位置するものを、上記反力に基づく力よりも大きな力で矢印方向と逆方向に押圧することにより、駆動カラー６３を矢印方向と逆方向（図２の矢印Ｌ方向に対応）に移動させることができる。また、駆動パイプ６７の矢印方向と逆方向への押圧を停止すると、上記反力に基づく力によって駆動カラー６３が矢印方向（図２の矢印Ｈ方向に対応）に移動するようになる。このように駆動カラー６３を吸気カムシャフト１１の軸線方向に移動させると、ヘリカルスプライン６４とヘリカル溝６４ａとの噛み合いにより、吸気カム１１ａが吸気カムシャフト１１に対しその回転方向の進角側または遅角側に変位し、吸気バルブ９のバルブタイミングが進角側または遅角側に可変とされる。
【００４２】
上記駆動カラー６３の移動に伴う吸気バルブ９のバルブタイミングの可変態様は、上記ヘリカルスプライン６４及びヘリカル溝６４ａの傾斜に応じて定められる。この実施形態のヘリカルスプライン６４及びヘリカル溝６４ａに関しては、吸気バルブ９の最大リフト量及び作動角を小とするスライダ２６の移動方向（図２の矢印Ｌ方向）に駆動カラー６３を移動させたとき、吸気カム１１ａを吸気カムシャフト１１に対し回転方向進角側に相対的に変位させるよう、吸気カムシャフト１１の軸線方向に対し傾斜している。なお、図２の矢印Ｌ方向は、図５においては同図の矢印方向と逆の方向となる。
【００４３】
次に、バルブリフト可変機構６１及びバルブタイミング可変機構６２を駆動すべく、上記コントロールシャフト１６及び上記駆動パイプ６７を吸気カムシャフト１１の軸線方向に変位させるための駆動機構、及び、その駆動機構を駆動制御する制御装置について、図６を参照して説明する。
【００４４】
同図に示されるように、バルブタイミング可変機構６２の駆動カラー６３を移動させるための駆動パイプ６７、すなわち矢印Ｈ方向（図５の矢印方向に対応）の端の位置する駆動パイプ６７と、バルブリフト可変機構６１のスライダ２６を移動させるためのコントロールシャフト１６とは、連結機構７５によって一体移動可能に連結されている。上記駆動パイプ６７は連結機構７５に対し同パイプ６７の中心線回りに回転可能な状態で接続されており、上記コントロールシャフト１６は連結機構７５に対し固定されている。従って、バルブタイミング可変機構６２の駆動カラー６３と、バルブリフト可変機構６１のスライダ２６とは、連結機構７５、駆動パイプ６７、及びコントロールシャフト１６によって一体移動可能となっている。
【００４５】
上記駆動カラー６３及びスライダ２６の一体的な移動は、電子制御装置７１によるアクチュエータ７２の駆動制御を通じて、連結機構７５、駆動パイプ６７、及びコントロールシャフト１６を吸気カムシャフト１１の軸線方向に一体移動させることによって実現される。上記電子制御装置７１には、エンジン１の回転速度を検出する回転速度センサ７３や、エンジン１への出力要求を表すアクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルポジションセンサ７４など各種センサが接続されている。そして、電子制御装置７１は、上記各種センサからの検出信号に基づき把握されるエンジン１の運転状態に基づき、吸気バルブ９の最大リフト量、作動角、及びバルブタイミングといったバルブ特性を可変とするためのアクチュエータ７２の駆動制御を行う。
【００４６】
次に、バルブ特性可変機構１４（バルブリフト可変機構６１、バルブタイミング可変機構６２）の駆動による吸気バルブ９の最大リフト量及び作動角、並びに、吸気バルブ９のバルブタイミングといったバルブ特性の変化について、図７〜図９を参照して説明する。これら図７〜図９は、クランク角の変化に対する吸気バルブ及び排気バルブのリフト量の推移を示すタイミングチャートである。
【００４７】
図７においては、スライダ２６と駆動カラー６３とのうち、スライダ２６のみを吸気カムシャフト１１の軸線方向に移動させたと仮定した場合におけるクランク角の変化に対する吸気バルブ９のリフト量の推移の変化が示されている。この図から分かるように、上記のようにスライダ２６を上記軸線方向に移動させることで、吸気バルブ９のリフト量の推移は矢印Ｙ４で示されるように変化する。すなわち、吸気バルブ９のバルブタイミング（最大リフト量の得られるタイミング）を一定とした状態で、吸気バルブ９の最大リフト量及び作動角が増加側または減少側に変化する。
【００４８】
また、図８においては、吸気バルブ９の最大リフト量及び作動角を最大とした状態で、スライダ２６と駆動カラー６３とのうち、駆動カラー６３のみを上記軸線方向に移動させたと仮定した場合におけるクランク角の変化に対する吸気バルブ９のリフト量の推移の変化が示されている。この図から分かるように、上記駆動パイプ６７の軸線方向への移動により駆動カラー６３を上記軸線方向に変位させることで、吸気バルブ９のリフト量の推移は矢印Ｙ３で示されるように変化する。すなわち、吸気バルブ９の最大リフト量及び作動角を一定とした状態で、吸気バルブ９のバルブタイミング（最大リフト量の得られるタイミング）が進角側または遅角側に変化する。
【００４９】
図９において、吸気バルブ９のリフト量の推移（実線）と破線Ｌ３との間隔は、エンジン１の往復動するピストン５と開閉動作する吸気バルブ９との間隔を表している。そして、図８の矢印Ｙ３で示される吸気バルブ９のバルブタイミングの変化範囲における最も進角側のタイミングＴ２は、［背景技術］の欄に記載した最進角タイミング（図１０のＴ１）よりも更に進角側に設定されている。このため、仮に吸気バルブ９の最大リフト量及び作動角を最大とした状態で同バルブ９のバルブタイミングを最進角にすると、吸気バルブ９のリフト量の推移（実線）が上記破線Ｌ３と交差する。
【００５０】
なお、吸気バルブ９のバルブタイミングの最進角タイミングに関しては、駆動カラー６３と吸気カム１１ａとを係合する上記ヘリカルスプライン６４及びヘリカル溝６４ａの吸気カムシャフト１１の軸線方向に対する傾斜態様によって変わってくる。この実施形態では、吸気バルブ９の最大リフト量及び作動角を最大とした状態で、吸気カム１１ａを上記矢印Ｌ方向に最も移動させたとき、吸気バルブ９のリフト量の推移が図８の実線Ｌ６で示されるような推移となるよう、上記ヘリカルスプライン６４及びヘリカル溝６４ａの傾斜が設定されている。
【００５１】
ところで、バルブリフト可変機構６１のスライダ２６と、バルブタイミング可変機構６２の駆動カラー６３とは、コントロールシャフト１６、駆動パイプ６７、及び連結機構７５により、アクチュエータ７２の駆動を通じて吸気カムシャフト１１の軸線方向に一体移動するようになっている。このため、吸気バルブ９の最大リフト量及び作動角と吸気バルブ９のバルブタイミングとは、上記スライダ２６及び駆動カラー６３の一体移動を通じて、同期した状態で変化する。その結果、スライダ２６の上記軸線方向移動に基づく図７の吸気バルブ９の最大リフト量及び作動角の変化と、駆動カラー６３の上記軸方向移動に基づく図８の吸気バルブ９のバルブタイミングの変化とが合成され、吸気バルブ９のリフト量の推移が図９の矢印Ｙ５で示されるように変化する。
【００５２】
より詳しくは、スライダ２６及び駆動カラー６３を図６の矢印Ｈ方向に最も移動させると、吸気バルブ９のリフト量の推移が図９の実線Ｌ７に示される推移となり、吸気バルブ９の最大リフト量及び作動角度が最大になるとともに、吸気バルブ９のバルブタイミングが最も遅角した状態となる。この状態にあって、スライダ２６及び駆動カラー６３を図６の矢印Ｌ方向に移動させると、吸気バルブ９の開弁タイミングが一定に保たれたまま、吸気バルブ９の最大リフト量及び作動角が徐々に小になるとともに、吸気バルブ９のバルブタイミングが徐々に進角する。そして、スライダ２６及び駆動カラー６３が上記矢印Ｌ方向に最も移動したときには、吸気バルブ９のリフト量の推移が実線Ｌ８に示される推移となり、吸気バルブ９の最大リフト量及び作動角度が最小になるとともに、吸気バルブ９のバルブタイミングが最も進角した状態となる。
【００５３】
吸気バルブ９の最大リフト量、作動角、バルブタイミングといったバルブ特性は、電子制御装置７１によるアクチュエータ７２の駆動を通じて、例えば以下のように制御される。
【００５４】
すなわち、エンジン１の高負荷運転時には、吸気バルブ９の最大リフト量及び作動角が最大とされるとともに吸気バルブ９のバルブタイミングが最遅角とされるよう、アクチュエータ７２の駆動によってスライダ２６及び駆動カラー６３が上記矢印Ｈ方向に最も移動させられる。これにより、エンジン１の高負荷運転時には、同エンジン１の吸入空気量に関する要求を満たしつつ、吸気バルブ９と排気バルブ１０とのバルブオーバラップ増大に起因する機関運転状態の悪化が回避される。
【００５５】
また、エンジン１の低負荷運転時、例えばアイドル運転時には、吸気バルブ９の最大リフト量及び作動角が最小とされるとともに吸気バルブ９のバルブタイミングが最進角とされるよう、アクチュエータ７２の駆動によってスライダ２６及び駆動カラー６３が上記矢印Ｌ方向に最も移動させられる。これにより、エンジン１のアイドル運転時には、吸気バルブ９の閉弁タイミングが吸気下死点よりも早められ、同エンジン１のポンピングロス低減が図られる。
【００５６】
ここで、エンジン１の運転状態が高負荷運転からアイドル運転に変化する際には、スライダ２６及び駆動カラー６３が上記矢印Ｌ方向に移動させられ、吸気バルブ９の開弁タイミングが一定に保たれたまま、吸気バルブ９の最大リフト量及び作動角が徐々に小になるとともに、吸気バルブ９のバルブタイミングが徐々に進角する。すなわち、駆動カラー６３が上記矢印Ｌ方向に移動するときに吸気バルブ９の開弁タイミングを一定とした状態で同バルブ９の閉弁タイミングが早められるよう、駆動カラー６３を吸気カム１１ａに係合させるヘリカルスプライン６４及びヘリカル溝６４ａの傾斜が定められている。
【００５７】
また、アイドル運転時における吸気バルブ９のリフト量の推移（実線Ｌ８）は、図１０の実線Ｌ２で示される従来の推移よりも進角側に変化しており、同図の二点鎖線Ｌ４で示される推移と同一となっている。従って、このときの吸気バルブ９のバルブタイミング（タイミングＴ２）は、図９に示される従来のタイミングＴ１に対し吸気バルブ９とピストン５とを干渉させないよう進角させたタイミングであって、かつエンジン１の排気エミッションを良好に維持することの可能なタイミングとされている。すなわち、このときの吸気バルブ９のリフト量の推移が実線Ｌ８で示される推移となるよう、上記ヘリカルスプライン６４及びヘリカル溝６４ａの傾斜が定められている。
【００５８】
アイドル運転時に吸気バルブ９のバルブタイミングを最進角状態とすべく、スライダ２６及び駆動パイプ６７を上記矢印Ｌ方向に最も移動させると、吸気バルブ９のバルブタイミングの進角側への変化だけでなく、吸気バルブ９の最大リフト量及び作動角の減少側への変化も同時に行われる。このため、バルブリフト可変機構６１とバルブタイミング可変機構６２とを別々に制御して駆動する場合のように、それら機構６１，６２での故障の発生等に起因して、吸気バルブ９の最大リフト量及び作動角が最大となった状態で、吸気バルブ９のバルブタイミングが最進角まで進角させられるという状況が生じることはない。従って、アイドル運転時に最進角とされる吸気バルブ９のバルブタイミングを、図９のタイミングＴ１からタイミングＴ２へとより進角側に定めたとしても、上記故障の発生等に起因して吸気バルブ９とピストン５とが干渉することはない。
【００５９】
以上詳述した本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）吸気バルブ９のバルブタイミングを進角させる際のバルブタイミング可変機構６２の駆動カラー６３の移動方向は、吸気バルブ９の最大リフト量及び作動角を小とする際のバルブリフト可変機構６１のスライダ２６の移動方向と同じ方向とされている。そして、バルブリフト可変機構６１のスライダ２６を移動させるためのコントロールシャフト１６と、バルブタイミング可変機構６２の駆動カラー６３を移動させるための駆動パイプ６７とは、連結機構７５を介して一体移動可能に連結されている。このため、バルブリフト可変機構６１とバルブタイミング可変機構６２とを別々に制御して駆動する場合のように、それら機構６１，６２での故障の発生等に起因して、吸気バルブ９の最大リフト量及び作動角が最大となった状態で、吸気バルブ９のバルブタイミングが最進角まで進角させられるという状況が生じることはなくなる。更に、そのような状況を想定して、吸気バルブ９におけるバルブタイミングの最進角タイミングを進角側について制限する必要もなくなる。従って、アイドル運転時に吸気バルブ９のバルブタイミングが最進角タイミングとされるときの当該バルブタイミングが必要以上に制限されることを回避でき、同バルブタイミングをエンジン１のポンピングロス低減及び排気エミッション改善にとって好ましいタイミングまで進角させることができる。
【００６０】
（２）バルブタイミング可変機構６２においては、駆動パイプ６７を吸気カムシャフト１１の軸線方向に移動させることにより駆動カラー６３が上記軸線方向に移動する。そして、駆動カラー６３が上記のように移動すると、同駆動カラー６３を吸気カム１１ａに対し係合させるヘリカルスプライン６４及びヘリカル溝６４ａの作用により、吸気カム１１ａが吸気カムシャフト１１に対しその回転方向の進角側もしくは遅角側に相対的に変位する。これにより、吸気バルブ９のバルブタイミングが的確に進遅角するようになる。
【００６１】
（３）エンジン１の運転状態が高負荷運転からアイドル運転へと変化し、吸気バルブ９の閉弁タイミングを早めるべく同バルブ９のバルブタイミングが進角させられるとき、吸気バルブ９の開弁タイミングが一定となるため、吸気バルブ９と排気バルブ１０とのバルブオーバラップが大となることは抑制される。従って、上記吸気バルブ９のバルブタイミングの進角に伴いバルブオーバラップが大となることを抑制しつつ、同バルブタイミングの進角によって吸気バルブ９の閉弁タイミングを早めることができる。
【００６２】
なお、上記実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。
・吸気バルブ９のバルブタイミング進角時に吸気バルブ９の開弁タイミングを必ずしも一定とする必要はない。
【００６３】
・ヘリカルスプライン６４とヘリカル溝６４ａとの位置関係を逆にしたり、ストレートスプライン６５とストレート溝６５ａとの位置関係を逆にしたりしてもよい。
・バルブタイミング可変機構６２における駆動カラー６３を、吸気カムシャフト１１に対しヘリカルスプライン及びヘリカル溝によって係合させ、吸気カム１１ａに対しストレートスプライン及びストレート溝によって係合させてもよい。
【００６４】
・駆動カラー６３の吸気カムシャフト１１に対する係合と吸気カム１１ａに対する係合との両方をヘリカルスプライン及びヘリカル溝により実現してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本実施形態の可変動弁装置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拡大断面図。
【図２】バルブリフト可変機構の内部構造を示す破断斜視図。
【図３】入力アーム及び出力アームの内部構造を示す破断斜視図。
【図４】入力アーム、出力アーム、スライダ及びロッカシャフト等の内部構造を示す断面図。
【図５】バルブタイミング可変機構の内部構造を示す断面図。
【図６】バルブ特性可変機構を駆動するための駆動機構、及び、その駆動機構を駆動制御する制御装置を示す略図。
【図７】クランク角の変化に対する吸気バルブ及び排気バルブのリフト量の推移を示すタイミングチャート。
【図８】クランク角の変化に対する吸気バルブ及び排気バルブのリフト量の推移を示すタイミングチャート。
【図９】クランク角の変化に対する吸気バルブ及び排気バルブのリフト量の推移を示すタイミングチャート。
【図１０】クランク角の変化に対する吸気バルブ及び排気バルブのリフト量の推移を示すタイミングチャート。
【符号の説明】
【００６６】
１…エンジン、２…シリンダヘッド、３…シリンダブロック、５…ピストン、６…燃焼室、７…吸気通路、８…排気通路、９…吸気バルブ、１０…排気バルブ、１１…吸気カムシャフト、１１ａ…吸気カム、１２…排気カムシャフト、１２ａ…排気カム、１４…バルブ特性可変機構、１５…ロッカシャフト、１６…コントロールシャフト、１７…入力アーム、１８…出力アーム、１９…ローラ、２０…コイルスプリング、２１…ロッカアーム、２２…ラッシュアジャスタ、２３…ローラ、２４…バルブスプリング、２６…スライダ、２７ａ…入力ギヤ、２７…ヘリカルスプライン、２８…ヘリカルスプライン、２８ａ…内歯ギヤ、２９…ヘリカルスプライン、２９ａ…出力ギヤ、３０…ヘリカルスプライン、３０ａ…内歯ギヤ、３３…長穴、３４…溝、３５…ブッシュ、３６…挿入孔、４５…立壁部、５１…ピン、６１…バルブリフト可変機構、６２…バルブタイミング可変機構、６３…駆動カラー、６４…ヘリカルスプライン、６４ａ…ヘリカル溝、６５…ストレートスプライン、６５ａ…ストレート溝、６６…位置決めパイプ、６７…駆動パイプ（駆動シャフト）、７１…電子制御装置、７２…アクチュエータ、７３…回転速度センサ、７４…アクセルポジションセンサ、７５…連結機構。
【図１】
2008232116.tif 000003
【図２】
2008232116.tif 000004
【図３】
2008232116.tif 000005
【図４】
2008232116.tif 000006
【図５】
2008232116.tif 000007
【図６】
2008232116.tif 000008
【図７】
2008232116.tif 000009
【図８】
2008232116.tif 000010
【図９】
2008232116.tif 000011
【図１０】
2008232116.tif 000012