(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクチュエータにより駆動される制御軸の回転位置に応じて吸気弁又は排気弁のバルブリフト特性が連続的に変化する内燃機関の可変動弁装置であって、
上記制御軸に設けられたストッパと、ハウジングに移動可能に設けられたプランジャと、上記プランジャを突出姿勢へ向かう突出方向へ付勢する付勢手段と、を有し、ストッパが突出姿勢のプランジャに突き当てられることによって、制御軸の回転位置を、その回転可能範囲の両端を除く中間位置に保持する中間保持機構を備え、
かつ、上記ハウジングに、機関作動油が圧送される油圧室が形成され、この油圧室内の油圧が上記プランジャを突出方向と反対方向へ押圧するように設定されていることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
【請求項２】
上記油圧室へ機関作動油を圧送する供給油路に、油圧室から供給油路上流側への逆流を防止する逆止弁が配設されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の可変動弁装置。
【請求項３】
上記油圧室内の機関作動油を排出する排出油路と上記供給油路とを切り換える電磁弁と、機関運転状態に応じて電磁弁の動作を制御する制御手段と、を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の可変動弁装置。
【請求項４】
上記ストッパとプランジャとの接触位置が制御軸の中心に対してオフセットしていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の可変動弁装置。
【請求項５】
上記ストッパとプランジャとの接触位置がプランジャの突出位置にかかわらずプランジャの中央近傍となるように、上記プランジャの冠面に接触するストッパの外周が所定のカムプロフィールを有するカム面をなしていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか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、吸気弁や排気弁のバルブリフト特性を連続的に変更可能な内燃機関の可変動弁装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、アクチュエータにより駆動される制御軸の回転位置に応じて吸気弁や排気弁のバルブリフト特性、具体的にはバルブリフト量と作動角の双方を連続的に変更可能な可変動弁装置が記載されている。このような可変動弁装置では、機関停止状態のようなアクチュエータの作動が停止している状態での制御軸の回転位置は、バルブスプリング反力等によって、通常、その回転可能範囲の両端の限界位置の一方である最小リフト位置となる。従って、機関始動用のバルブリフト特性に対応する制御軸の回転位置が、回転可能範囲の一方の限界位置つまり最小リフト位置（又は最大リフト位置）を除く中間位置である場合、例えば機関始動前に制御軸を最小リフト位置から中間位置まで回転駆動する等の対策が必要となり、始動応答性の低下やアクチュエータの大型化等を招くおそれがある。
【０００３】
そこで、上記の特許文献１では、機関停止状態のようにアクチュエータの非作動時には、制御軸を所定の中間位置に保持するための中間保持機構を設けている。この機構は、制御軸に設けられたストッパ（位置規制カム）と、コイルスプリングによって突出方向へ付勢されるプランジャと、を備えており、ストッパが突出姿勢にあるプランジャに突き当たることによって、制御軸の回転位置を所定の中間位置に保持するようになっている。
【特許文献１】特開２００３−２６９１２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記の特許文献１のものでは、機関運転中には、アクチュエータにより制御軸を中間位置よりも小リフト・作動角側へ回転駆動するときに、プランジャをコイルスプリングの反力に抗して反突出方向へ押し下げる必要があり、その分、駆動力が増大し、損失の増加やアクチュエータの大型化等を招いてしまう。また、例えば最小リフトの設定を使用するアイドル運転からの機関停止時に、アクチュエータの作動停止直後にコイルスプリングのバネ力により急激にリフト・作動角が増大し、例えば可変動弁装置を吸気弁側に適用している場合には、機関停止直前に吸入空気量が一時的に増大して不快なトルク変動を招くおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、アクチュエータにより駆動される制御軸の回転位置に応じて吸気弁又は排気弁のバルブリフト特性が連続的に変化する内燃機関の可変動弁装置であって、上記制御軸に設けられたストッパと、ハウジングに移動可能に設けられたプランジャと、上記プランジャを突出姿勢へ向かう突出方向へ付勢する付勢手段と、を有し、ストッパが突出姿勢のプランジャに突き当てられることによって、制御軸の回転位置を、その回転可能範囲の両端を除く中間位置に保持する中間保持機構を備え、かつ、上記ハウジングに、機関作動油が圧送される油圧室が形成され、この油圧室内の油圧が上記プランジャを突出方向と反対方向へ押圧するように設定されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、機関運転中には、所定圧の機関作動油が油圧室へ圧送されているために、この油圧室内の油圧によって、プランジャを突出方向と反対側に待避した待避姿勢に保持することができる。従って、機関運転中に制御軸を回転駆動する際に、ストッパによりプランジャをコイルスプリングの反力に抗して反突出方向へ押し下げなければならない状況を回避し、あるいはその駆動力を著しく低減することができ、駆動損失の低減化やアクチュエータの小型化等を図ることができる。
【０００７】
一方、機関停止時には、制御軸を駆動するアクチュエータや機関作動油を圧送するオイルポンプ等が停止し、油圧室内の圧力が低下し、この圧力の低下に伴ってプランジャが徐々に突出方向へ移動し、最終的には最も突出した突出姿勢に保持される。従って、油圧室内のない従来例に比して機関停止直後にプランジャが急激に突出方向へ移動することを抑制し、これに起因してリフト作動角が急激に増大することを回避又は抑制することができ、かつ、次回の機関始動時には、突出姿勢のプランジャによって制御軸を中間位置に保持して、機関始動性を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の好ましい実施の形態を図面を参照して説明する。図４は、本発明の一実施例に係る内燃機関の可変動弁装置として、内燃機関の吸・排気弁（吸気弁又は排気弁）４の作動角及びバルブリフト量の双方を連続的に変更可能なリフト作動角可変機構（ＶＥＬ）１を簡略的に示す斜視図である。なお、この機構１自体は既に公知であるため、ここでは簡単な説明にとどめる。
【０００９】
リフト・作動角可変機構１は、機関出力軸であるクランクシャフト（図示せず）により回転駆動される駆動軸６に偏心して設けられる偏心カム７と、油圧駆動式や電動式のアクチュエータ１６により回転位置が変更・保持される制御軸８と、この制御軸８に偏心して設けられる制御偏心カム９と、この制御偏心カム９に揺動可能に取り付けられるロッカアーム１０と、駆動軸６に揺動可能に取り付けられる揺動カム１２と、偏心カム７とロッカアーム１０の一端とを連係する第１リンク１３と、ロッカアーム１０の他端と揺動カム１２の先端とを連係する第２リンク１４と、を有している。
【００１０】
クランクシャフトの回転に連動して駆動軸６が回転すると、偏心カム７のカム作用によって第１リンク１３，ロッカアーム１０，第２リンク１４を介して揺動カム１２が所定の揺動範囲内を揺動して、バルブリフタ１１を介して吸・排気弁４をバルブスプリング反力に抗して押し下し、吸・排気弁４を開閉作動させる。また、エンジンコントロールユニット１７からの制御信号によってアクチュエータ１６により制御軸８の角度位置を変更すると、ロッカアーム１０の揺動支点である制御偏心カム９の位置が変化し、揺動カム１２の初期位相（揺動角）が変化して、吸・排気弁４のバルブリフト量（最大リフト量）及び作動角の双方が連続的に拡大又は縮小する。つまり、アクチュエータ１６により駆動される制御軸８の回転位置に応じて吸・排気弁４のバルブリフト特性が連続的に変化する。特に、このリフト・作動角可変機構１にあっては、リフト・作動角の大小変化に伴い、吸・排気弁４の開時期と閉時期とがほぼ対称に変化し、つまりリフト中心角は実質的に変化しない。
【００１１】
制御部としてのエンジンコントロールユニット１７は、各種制御処理を記憶及び実行するものであり、クランク角センサ１８等により検出される機関回転数、負荷、油水温等に基づいて、上記のリフト・作動角可変機構１の他、燃料噴射弁や点火プラグ等へ制御信号を出力し、その動作を制御する。リフト・作動角可変機構１の制御としては、実際のリフト・作動角あるいは位相を検出するセンサを設けて、クローズドループ制御するようにしても良く、あるいは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。
【００１２】
このようなリフト・作動角可変機構１は、コンパクトで機関搭載性に優れ、既存の直動型の動弁系に対して少ない設計変更で容易に適用できる。また、バネやスプリングのない機械的なリンク列で構成されているために損失が少なく、しかも、その摺動部分の多くが面接触であるために、信頼性・耐久性に優れ、潤滑も行い易い。
【００１３】
図１〜図３は、本実施例の要部をなす中間保持機構２０を示している。図１はプランジャ２２が最も待避方向（図の下方向）に位置する待避姿勢、図２はプランジャ２２が最も突出方向（図の上方向）に位置する突出姿勢、図３はプランジャ２２が待避姿勢と突出姿勢の中間に位置する状態を示している。なお、制御軸８が図の反時計回りの大リフト（作動角）方向Ｆ１へ回転するとリフト・作動角が大きくなり、時計回りの小リフト方向へ回転するとリフト・作動角が小さくなる。
【００１４】
この中間保持機構２０は、制御軸８に設けられたストッパ２１と、ハウジング２３に往復移動可能に支持される有底筒状のプランジャ２２と、このプランジャ２２を突出姿勢（図２参照）へ向かう突出方向（図の上方向）へ付勢する付勢手段としてのコイルスプリング２４と、を有しており、ストッパ２１が図２に示す突出姿勢のプランジャ２２に突き当てられることによって、制御軸８の回転位置を、その回転可能範囲の両端を除く中間位置に保持するものである。そして、ハウジング２３に、内燃機関の油圧システムから機関作動油が圧送される油圧室２５が形成され、この油圧室２５の油圧がプランジャ２２を突出方向と反対方向へ押圧するように設定されている。プランジャ２２には、油圧室２５内の油圧が待避方向へ作用する受圧面が形成されたフランジ部２２Ａが形成されている。
【００１５】
周知のように、内燃機関の油圧システムでは、内燃機関の出力軸（クランクシャフト）によって回転駆動されるオイルポンプ２６により吐出される機関作動油が、オイルギャラリを経て多数の潤滑部位や油圧アクチュエータへ圧送され、その一つとして、上記の油圧室２５へ供給油路２７を通して機関作動油が圧送される。この供給油路２７には、油圧室２５から供給油路２７の上流側（オイルポンプ２６側）への逆流を防止する逆止弁２８が介装されている。また、油圧室２５から機関作動油をオイルパン２９側へ排出する排出油路３０と、上記の供給油路２７とを切り換える電磁弁３１が設けられている。後述するように電磁弁３１の動作は制御手段としての上記エンジンコントロールユニット１７により制御される。
【００１６】
ストッパ２１は、制御軸８から径方向外方へ張り出すように制御軸８に固定又は一体形成されている。プランジャ２２の冠面２２Ａに当接するストッパ２１の外周には、適宜なカムプロフィールを有するカム面２１Ａが形成されている。このカム面２１Ａは、制御軸８が大作動角側へ回転するに従ってカム高さが短くなってプランジャ２２から離間し、制御軸８が小作動角側へ回転するに従ってカム高さが高くなってプランジャ２２に接近するように設定されている。そして、このカム面２１Ａとプランジャ２２の冠面２２Ａとの接触位置３２は、制御軸８の回転位置やプランジャ２２の突出位置にかかわらずプランジャ冠面２２Ａのほぼ中央近傍に維持され、かつ、制御軸８の中心（軸心）８Ａに対して所定量Δαだけオフセットしている。
【００１７】
また、制御軸８を回転可能に支持するシリンダブロック側の制御軸ハウジング３３には、ストッパ２１の大作動角側の端面２１Ｂが突き当てられる突き当て面３３Ａが設定されている。そして、ストッパ２１の端面２１Ｂが突き当て面３３Ａに突き当てられる最大リフト位置と、ストッパ２１のカム面２１Ａが待避姿勢（図１参照）にあるプランジャ２２の冠面２２Ａに突き当てられる最小リフト位置と、が制御軸８の回転可能範囲の両端の限界位置に相当する。
【００１８】
以上のような本実施例によれば、機関運転中には、図１に示すように、所定圧の機関作動油が油圧室２５へ供給され、この油圧室２５内の油圧によって、コイルスプリング２４の付勢力に抗してプランジャ２２が突出方向と反対側に待避し、この実施例では図１に示すように最も待避側に位置する待避姿勢に保持される。従って、機関運転中に制御軸８を回転駆動する際、より具体的には制御軸８を中間位置よりも小リフト作動角側（図１の反時計方向）へ回転駆動する際にも、最小リフト位置となるまで、ストッパ２１がプランジャ２２に突き当てられることがなく、非接触状態に保たれる。従って、上記従来例のようにプランジャをコイルスプリングの反力に抗して反突出方向（図１の下方向）へ押し下げなければならない状況を回避でき、また、仮に本実施例のようにプランジャ２２が待避姿勢まで戻されていなくても、その駆動力を著しく低減することができる。従って、機関運転中における制御軸８の駆動力を有効に低減することができ、ひいては駆動応答性の向上やアクチュエータ１６の小型化，低出力化等を図ることができる。
【００１９】
一方、機関停止直後では、制御軸８を駆動するアクチュエータ１７の作動が停止するとともに、機関回転の停止に伴ってオイルポンプ２６の作動が停止するものの、本実施例では供給油路２７に逆止弁２８が設けられているために、機関停止直後に油圧室２５内の油圧が急激に低下することはなく、油圧室２５とプランジャ２２との摺接部分等から機関作動油が漏れ出すことによって、油圧室２５内の油圧が徐々に低下していき、これに伴って図３に示すようにプランジャ２２がコイルスプリング２４の付勢力によって徐々に突出していき、最終的には図２に示すようにプランジャ２２が最も突出した突出姿勢に保持されることとなる。従って、機関停止直後にプランジャ２２が急激に突出方向へ移動することがなく、これに起因してリフト作動角が急激に増大して不快なトルク変動を招くことがない。しかも、機関停止中にプランジャ２２が可及的に突出姿勢に保持されるために、次回の機関始動時には、突出姿勢のプランジャ２２によって制御軸８を所期の中間位置に保持することができ、機関始動性を向上することができる。そして、このような作用効果を、既存の油圧システムを利用した簡素な構造で実現することができ、その適用が極めて容易である。
【００２０】
また、ハウジング２３とプランジャ２２との摺接部分に必要に応じてゴムシール等を配設して、そのシール性能を高めることによって、上記の逆止弁２８による油圧保持効果を更に高めることができる。
【００２１】
図５は、電磁弁３１の切換制御の流れを示すフローチャートである。本ルーチンは機関始動時にエンジンコントロールユニット１７により実行される。先ずステップ１では、実作動角を読み込む。この実作動角は、例えば回転角センサ（図示せず）により検出される制御軸８の角度から求められる。ステップ２では、目標となる狙い作動角（つまり、制御軸８が中間位置にあるときの作動角）と実作動角とがずれている場合、そのずれ分を補正するように、アクチュエータ１６を駆動制御する。ステップ３では、再び実作動角を読み込む。ステップ４では、この実作動角と、上記の目標作動角又はその付近の値である想定作動角との偏差を算出する。ステップ５では、この偏差が所定の判定値より大きいかを判定する。上記偏差が判定値よりも大きければ、異常・フェール状態であると判定して、ステップ６へ進み、電磁弁３１を閉として、供給油路２７を遮断し、油圧室２５と排出通路３０とを連通させる。一方、上記偏差が判定値以下であれば、正常状態であると判定して、ステップ７へ進み、電磁弁３１を開として、油圧室２５と供給油路２７を連通状態とし、排出通路３０を遮断する。
【００２２】
このように本実施例では、制御軸８が最小リフト・作動角位置で固着するなどの理由によって機関始動が困難となるようなリフト・作動角変更機構１の異常時すなわちフェール時には、電磁弁３１により油圧室２５内の機関作動油を排出通路３０を通して強制的に排出することによって、油圧室２５内の油圧を確実になくし、コイルスプリング２４のバネ力によって制御軸８の回転位置を速やかに始動に適した中間位置へ戻すことができる。このように中間保持機構２０に電磁弁３１を追加するという簡便な手法によって、リフト・作動角変更機構１のフェールセーフ機能を追加することができる。
【００２３】
また、本実施例では、ストッパ２１とプランジャ２２との接触位置３２が制御軸８の中心８Ａに対して所定量Δαだけオフセットしている。このオフセット量Δαがプランジャ２２から制御軸８へ作用するトルクの腕長さとなるために、適切なオフセット量Δαを確保することによって、プランジャ２２による制御軸８の回転位置保持機能をより一層向上させることができる。
【００２４】
ストッパ２１プランジャ２２との接触位置３２が、プランジャ２２の突出位置にかかわらずプランジャ２２の冠面２２Ａの中央近傍となるように、プランジャ２２と接触するストッパ２１の外周が所定のカムプロフィールを有するカム面２１Ａに設定されている。従って、プランジャ２２により制御軸８の回転位置を安定して規制することができるとともに、カム面２１Ａからプランジャ２２に作用する倒れ方向の力を軽減し、ハウジング２３との間の、いわゆるかじり現象の発生を抑制することができる。
【００２５】
以上のように本発明を具体的な実施例に基づいて説明してきたが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変形・変更を含むものである。
【００２６】
例えば、簡素化のために電磁弁３１や逆止弁２８を省略することもできる。例えば、逆止弁２８を省略すると、機関停止時、つまりオイルポンプ２６の作動停止時に、油圧室２５の油圧の低下度合いは大きくなるものの、プランジャ２２が急激に突出方向へ移動するようなことがなく、これに起因してリフト作動角が急激に増大することがない場合には、逆止弁２８を省略しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施例に係る中間保持機構で、プランジャが待避姿勢の状態を示す断面対応図。
【図２】上記実施例に係る中間保持機構で、プランジャが突出姿勢の状態を示す断面対応図。
【図３】上記実施例に係る中間保持機構で、プランジャが待避姿勢と突出姿勢の中間の状態を示す断面対応図。
【図４】本発明に係る可変動弁装置の一例としてのリフト・作動角変更機構を簡略的に示す斜視図。
【図５】上記実施例の機関始動時の電磁弁の切換制御の流れを示すフローチャート。
【符号の説明】
【００２８】
１…リフト・作動角変更機構（可変動弁装置）
４…吸・排気弁
８…制御軸
１６…アクチュエータ
１７…エンジンコントロールユニット（制御手段）
２０…中間保持機構
２１…ストッパ
２２…プランジャ
２３…ハウジング
２４…コイルスプリング（付勢手段）
２５…油圧室
２７…供給油路
２８…逆止弁
３０…排出油路
３１…電磁弁
【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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