(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気弁又は排気弁の作動角を変化させる作動角変更機構と、上記作動角の中心位相を変化させる位相変更機構と、を有する内燃機関の可変動弁装置において、
上記作動角変更機構及び上記位相変更機構の双方に連携され、これら作動角変更機構及び位相変更機構の作動を相互に、かつ連続的に規制する規制機構を有し、
上記規制機構は、上記作動角変更機構による作動角の変化に応じて、上記中心位相の規制量を連続的に変化させるとともに、上記位相変更機構による中心位相の変化に応じて、上記作動角の規制量を連続的に変化させることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
【請求項２】
吸気弁側に適用される可変動弁装置であって、
上記規制機構により上記作動角の大作動角側が規制されるとともに、上記中心位相の進角側が規制され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】
互いに平行に配設された作動角制御軸及び位相制御軸を有し、作動角制御軸を回動することにより作動角が変化し、位相制御軸を回動することにより中心位相が変化し、
上記規制機構が、上記作動角制御軸及び位相制御軸の一方の制御軸の回転に伴って軸方向へ移動するスライダと、他方の制御軸に設けられたストッパーピンと、を有し、
上記スライダに、上記ストッパーピンに係合する規制カムが形成されてい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】
上記スライダが、上記一方の制御軸の外周にスライド可能に螺合するナット部と、上記他方の制御軸の外周に回転自在及びスライド自在に外嵌するリミッターと、これらナット部とリミッターとを一体的に連結するコネクタと、を有し、
上記リミッターの縁部によって上記規制カムが形成されていることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の可変動弁装置。
【請求項５】
上記作動角変更機構が、クランクシャフトから回転動力が伝達される駆動軸と、この駆動軸に偏心して設けられた駆動偏心カムと、この駆動偏心カムに回転可能に外嵌する第１リンクと、上記作動角制御軸に偏心して設けられた制御カムと、この制御カムに回転可能に外嵌するとともに、一端が上記第１リンクに連結されたロッカーアームと、上記駆動軸に揺動可能に設けられ、上記吸気弁又は排気弁を駆動する揺動カムと、上記ロッカーアームの他端と揺動カムとに連結された第２リンクと、を有することを特徴とする請求項３又は４に記載の内燃機関の可変動弁装置。
【請求項６】
上記位相変更機構は、クランクシャフトと同期して回転するサンギアと、このサンギアの周囲に同軸状に配設され、吸気弁又は排気弁を駆動するカムシャフト又は上記駆動軸と一体的に回転するリングギアと、上記サンギアの外周及びリングギアの内周に噛合する遊星ギアと、この遊星ギアを自転可能に支持するキャリアと、上記位相制御軸に設けられ、上記キャリアの外周に噛合する位相制御ギアと、を有し、
上記位相制御軸を回動することにより、上記キャリアがサンギア周りに回転して、上記遊星ギアがサンギア周りに公転することを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載の内燃機関の可変動弁装置。
【請求項７】
上記規制機構が、上記作動角変更機構による作動角の変更に伴い機関本体に対して変位する第１可動部と、上記位相変更機構による中心位相の変更に伴い機関本体に対して変位する第２可動部と、機関本体に回転自在に支持され、一端が第１可動部に当接可能で、他端が第２可動部に当接可能なレバーと、を有し、
上記作動角及び中心位相の一方の変更に伴って第１可動部又は第２可動部が変位することにより、上記レバーの回転可能範囲が変化して、上記作動角及び中心位相の他方の変更可能範囲が変化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８】
上記レバーを第１可動部又は第２可動部に当接する方向へ付勢する付勢手段を有することを特徴とする請求項７に記載の内燃機関の可変動弁装置。
【請求項９】
上記第１可動部が、作動角の変更時に回転駆動される作動角制御軸の外周より突出する螺旋状の突起部であり、この突起部に、上記レバーの一端部に当接可能なカム面が形成されていることを特徴とする請求項７又は８に記載の内燃機関の可変動弁装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸気弁又は排気弁（吸排気弁）の作動角（の大きさ）を変化させる作動角変更機構と、クランクシャフトの位相に対する吸排気弁の作動角の中心位相（バルブタイミング）を変化させる位相変更機構と、を備えた内燃機関の可変動弁装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の分野では、機関運転条件に応じて吸排気弁のバルブリフト特性を高度に制御し、最適な作動特性を得るために、例えば吸気弁の作動角（及びバルブリフト量）を連続的に変更可能な作動角変更機構と、この作動角の中心位相を連続的に変更可能な位相変更機構と、を併用した可変動弁装置が提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような可変動弁装置を用いた場合、制御の自由度を高め、幅広い運転状況に対応するために、作動角変更機構による作動角の変更範囲及び位相変更機構による中心位相の変更範囲をできるだけ大きく確保したい。また、各変更機構を個々に独立して駆動させたい。
【０００４】
しかしながら、このように変更範囲を大きくすると、排気上死点近傍で吸気弁とピストンとが干渉するおそれがある。具体的には、吸気弁の作動角が大きい状況で、その中心位相を大きく進角させる場合や、中心位相を大きく進角させている状況で、その作動角を過度に増加させる場合のように、大作動角化と進角化とが同時期に行われると、吸気弁とピストンとが干渉するおそれがる。
【０００５】
このような吸気弁とピストンとの干渉を回避するために、現実的には、大作動角化と進角化とが同時期に行われないように制御マップ等が予め設定される。しかしながら、制御のフェール時等には、やはり吸気弁とピストンとが接触する可能性が残されている。このような吸気弁とピストンとが接触する可能性を確実に無くすために、両変更機構による初期の変更範囲を予め狭く設定すると、吸気弁のバルブリフト特性の設定の自由度が低くなり、所期の作動特性が得られない。
【０００６】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、作動角変更機構及び位相変更機構の初期変更範囲を狭めることなく、吸気弁とピストンとの干渉を確実に（機械的に）回避することを一つの目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る内燃機関の可変動弁装置は、吸気弁又は排気弁の作動角を変化させる作動角変更機構と、上記作動角の中心位相を（例えばクランクシャフトの回転位相に対して）変化させる位相変更機構と、を有している。各変更機構は、好ましくは、予め設定された初期の変更範囲内で連続的に変更可能である。位相変更機構としては、後述する実施形態のように遊星ギアを用いたタイプの他、ヘリカルギアを用いるタイプ、あるいはベーンを用いるタイプが挙げられる。
【０００８】
そして、請求項１に係る発明は、上記作動角変更機構及び上記位相変更機構の双方に連携され、これら作動角変更機構及び位相変更機構の作動を相互に、かつ連続的に規制する規制機構を有することを特徴としている。
【０００９】
このような規制機構を設けることにより、各変更機構による作動角や中心位相の初期の変更範囲を予め狭く設定することなく、制御フェール時等にも吸気弁（又は排気弁）とピストンとが干渉する可能性を確実に無くすことができる。従って、バルブリフト特性の設定の自由度を犠牲にすることなく、信頼性を向上することができる。更に言えば、規制機構により変更機構の作動を相互かつ連続的に規制しているため、機関運転状態に応じて実際に規制される変更範囲を最小限に抑制することが可能で、バルブリフト特性の設定の自由度を最大限に確保することができる。
【００１０】
例えば請求項２に係る発明のように吸気弁側に適用される可変動弁装置では、吸気弁の作動角が大きく、かつその中心位相が進角しているときに、吸気弁とピストンとが干渉するおそれがあるので、上記規制機構により作動角の進角側を規制するとともに、上記中心位相の進角側を規制すれば良い。
【００１１】
更に請求項１に係る発明では、上記規制機構は、作動角及び中心位相の設定の自由度を更に向上するために、上記作動角変更機構による作動角の変化に応じて、上記中心位相の規制量を連続的に変化させるとともに、上記位相変更機構による中心位相の変化に応じて、上記作動角の規制量を連続的に変化させる。
【００１２】
請求項３に係る発明では、互いに平行に配設された作動角制御軸及び位相制御軸を有し、作動角制御軸を回動することにより作動角が変化し、位相制御軸を回動することにより中心位相が変化する。そして、上記規制機構が、上記作動角制御軸及び位相制御軸の一方の制御軸の回転に伴って軸方向へ移動するスライダと、他方の制御軸に設けられたストッパーピンと、を有し、上記スライダに、上記ストッパーピンに係合する規制カムが形成されている。
【００１３】
この請求項３に係る発明によれば、規制機構がスライダ及びストッパーピンを主体とする簡素な構成となり、かつ、規制カムのカムプロフィールを適宜に設定することにより、作動角制御軸及び位相制御軸の回動範囲を相互に、かつ連続的に規制することができる。
【００１４】
より具体的には請求項４に係る発明のように、上記スライダが、上記一方の制御軸の外周にスライド可能に螺合するナット部と、上記他方の制御軸の外周に回転自在及びスライド自在に外嵌するリミッターと、これらナット部とリミッターとを一体的に連結するコネクタと、を有し、上記リミッターの縁部によって上記規制カムが形成されている。
【００１５】
請求項５に係る発明では、上記作動角変更機構が、クランクシャフトから回転動力が伝達される駆動軸と、この駆動軸に偏心して設けられた駆動偏心カムと、この駆動偏心カムに回転可能に外嵌する第１リンクと、上記作動角制御軸に偏心して設けられた制御カムと、この制御カムに回転可能に外嵌するとともに、一端が上記第１リンクに連結されたロッカーアームと、上記駆動軸に揺動可能に設けられ、上記吸気弁又は排気弁を駆動する揺動カムと、上記ロッカーアームの他端と揺動カムとに連結された第２リンクと、を有している。
このような構成の作動角変更機構は、吸気弁を押圧する揺動カムが駆動軸と同軸上に配置されているため、揺動カムと駆動軸との軸ズレ等を生じるおそれがなく、制御精度に優れていると共に、第１，第２リンクやロッカーアーム等の各リンク要素を駆動軸の周囲に集約させて、機構のコンパクト化を図ることができる。また、駆動偏心カムと第１リンクとの軸受部や、制御カムとロッカーアームとの軸受部のように、部材間の連結部の多くが面接触となっているため、潤滑が行いやすく、耐久性，信頼性にも優れている。更に、固定カム及びカムシャフトを用いた一般的な内燃機関に適用する場合にも、これら固定カム及びカムシャフトの位置に揺動カム及び駆動軸を配置すれば良く、レイアウトの変更点が非常に少なくて済むため、既存の内燃機関にも容易に適用することができる。そして、吸気弁又は排気弁の作動角及びバルブリフト量を機関運転状態に応じて任意の大きさに連続的に調整できるため、設定の自由度が高く、機関運転状況に応じて燃費や出力等の運転性能を効率的に向上させることができる。
【００１６】
このような構成の作動角変更機構は、吸気弁を押圧する揺動カムが駆動軸と同軸上に配置されているため、揺動カムと駆動軸との軸ズレ等を生じるおそれがなく、制御精度に優れていると共に、第１，第２リンクやロッカーアーム等の各リンク要素を駆動軸の周囲に集約させて、機構のコンパクト化を図ることができる。また、駆動偏心カムと第１リンクとの軸受部や、制御カムとロッカーアームとの軸受部のように、部材間の連結部の多くが面接触となっているため、潤滑が行いやすく、耐久性，信頼性にも優れている。更に、固定カム及びカムシャフトを用いた一般的な内燃機関に適用する場合にも、これら固定カム及びカムシャフトの位置に揺動カム及び駆動軸を配置すれば良く、レイアウトの変更点が非常に少なくて済むため、既存の内燃機関にも容易に適用することができる。そして、吸気弁又は排気弁の作動角及びバルブリフト量を機関運転状態に応じて任意の大きさに連続的に調整できるため、設定の自由度が高く、機関運転状況に応じて燃費や出力等の運転性能を効率的に向上させることができる。
【００１７】
請求項６に係る発明では、上記位相変更機構が、クランクシャフトと同期して回転するサンギアと、このサンギアの周囲に同軸状に配設され、吸気弁又は排気弁を駆動するカムシャフト又は上記駆動軸と一体的に回転するリングギアと、上記サンギアの外周及びリングギアの内周に噛合する遊星ギアと、この遊星ギアを自転可能に支持するキャリアと、上記位相制御軸に設けられ、上記キャリアの外周に噛合する位相制御ギアと、を有している。
従って、クランクシャフトと同期してサンギアが回転すると、このサンギアに噛合する遊星ギアが自転するとともに、遊星ギアに噛合するリングギアが回転して、カムシャフト又は駆動軸が回転駆動される。
【００１８】
従って、クランクシャフトと同期してサンギアが回転すると、このサンギアに噛合する遊星ギアが自転するとともに、遊星ギアに噛合するリングギアが回転して、カムシャフト又は駆動軸が回転駆動される。
【００１９】
そして、機関運転状態に応じて上記位相制御軸を回動することにより、上記キャリアがサンギア周りに回転して、上記遊星ギアがサンギア周りに公転する。この結果、遊星ギアに噛合するリングギアのサンギアに対する位相が変化し、クランクシャフトに対するカムシャフト又は駆動軸の位相が変化して、吸気弁又は排気弁の作動角の中心位相が変化する。
【００２０】
このような構成の位相変更機構では、駆動軸の一端部に遊星ギア機構を設けるという比較的簡素な構造であり、既存の機関にも容易に適用可能で、かつ、中心位相を連続的に変化させることができるため、制御の自由度も高い。
【００２１】
請求項７に係る発明では、上記規制機構が、上記作動角変更機構による作動角の変更に伴い機関本体に対して変位する第１可動部と、上記位相変更機構による中心位相の変更に伴い機関本体に対して変位する第２可動部と、機関本体に回転自在に支持され、一端が第１可動部に当接可能で、他端が第２可動部に当接可能なレバーと、を有し、上記作動角及び中心位相の一方の変更に伴って第１可動部又は第２可動部が変位することにより、上記レバーの回転可能範囲が変化して、上記作動角及び中心位相の他方の変更可能範囲が変化することを特徴としている。
【００２２】
この請求項７に係る発明によれば、第１可動部，第２可動部及びレバーを主体とする比較的簡素な構成の規制機構により、作動角及び中心位相の変更可能範囲を相互に規制することができる。
【００２３】
請求項８に係る発明は、上記レバーを第１可動部又は第２可動部に当接する方向へ付勢する付勢手段を有することを特徴としている。
【００２４】
この請求項８に係る発明によれば、第１可動部又は第２可動部に対するレバーの追従性が良くなり、作動応答性が向上する。
【００２５】
請求項９に係る発明は、上記第１可動部が、作動角の変更時に回転駆動される作動角制御軸の外周より突出する螺旋状の突起部であり、この突起部に、上記レバーの一端部に当接可能なカム面が形成されていることを特徴としている。
【００２６】
この請求項９に係る発明によれば、突起部のカム面によって、比較的簡素な構成で、レバーの一方向の回転可能範囲を連続的に規制することができる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、規制機構を設けることにより、各変更機構による作動角や中心位相の初期の変更範囲を予め狭く設定することなく、制御フェール時等にも吸気弁（又は排気弁）とピストンとが干渉する可能性を確実に無くすことができる。従って、バルブリフト特性の設定の自由度を犠牲にすることなく、信頼性を向上することができる。更に言えば、規制機構により変更機構の作動を相互かつ連続的に規制しているため、機関運転状態に応じて実際に規制される変更範囲を最小限に抑制することが可能で、バルブリフト特性の設定の自由度を最大限に確保することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１実施形態に係る内燃機関の可変動弁装置を示す概略構成図である。この可変動弁装置は、主として吸気弁１の作動角及びバルブリフト量の大きさを連続的に変化させる作動角変更機構１０と、この吸気弁１の作動角の中心位相（バルブタイミング）をクランクシャフトの回転位相に対して変化させる位相変更機構２０と、を備えている。
【００２９】
先ず、作動角変更機構１０の構成について説明すると、吸気弁１の上方には、互いに平行に気筒列方向へ延びる駆動軸１１及び作動角制御軸１２がシリンダヘッド２（図２参照）に回転可能に支持されている。駆動軸１１は、後述する位相変更機構２０を介してクランクシャフト（図示省略）から伝達される回転動力により軸周りに回転駆動される。この駆動軸１１には、各吸気弁１のバルブリフタ１ａに当接してこれを押圧する揺動カム１３が回転可能に外嵌されているとともに、この駆動軸１１に対して偏心する駆動偏心カム１４が各気筒毎に固定されており、この駆動偏心カム１４の外周にはリング状の第１リンク１５が回転可能に外嵌している。また、作動角制御軸１２には、各気筒毎に制御カム１６が偏心して固定されており、この制御カム１６の外周にはロッカーアーム１７が回転可能に外嵌している。ロッカーアーム１７の一端部は第１リンク１５の先端部と連結されており、このロッカーアーム１７の他端部は、ロッド状の第２リンク１８の一端と連結されている。この第２リンク１８の他端部は、揺動カム１３の先端部と連結されている。
【００３０】
このような構成により、クランクシャフトに連動して駆動軸１１が回転すると、駆動偏心カム１４を介して第１リンク１５がほぼ並進作動し、この第１リンク１５に連結するロッカーアーム１７が制御カム１６周りに揺動し、第２リンク１８を介して揺動カム１３が揺動する。この揺動カム１３の揺動動作により吸気弁１のバルブリフタ１ａが押圧され、吸気弁１が開閉作動する。
【００３１】
また、機関運転状態に応じて作動角制御軸１２を回動すると、ロッカーアーム１７の揺動中心となる制御カム１６の位置が変化して、ロッカーアーム１７及びリンク１５，１８の姿勢が変化する。これにより、揺動カム１３の揺動範囲や位相が変化して、主に吸気弁１の作動角の大きさ及びバルブリフト量が変化する。
【００３２】
このような構成の作動角変更機構１０は、吸気弁１のバルブリフタ１ａを押圧する揺動カム１３が駆動軸１１と同軸上に配置されているため、揺動カム１３と駆動軸１１との軸ズレ等を生じるおそれがなく、制御精度に優れていると共に、各リンク要素１５，１７，１８を駆動軸１１の周囲に集約させて、機構のコンパクト化を図ることができる。また、駆動偏心カム１４と第１リンク１５との軸受部や、制御カム１６とロッカーアーム１７との軸受部のように、部材間の連結部の多くが面接触となっているため、潤滑が行いやすく、耐久性，信頼性にも優れている。
【００３３】
更に、固定カム及びカムシャフトを用いた一般的な内燃機関に適用する場合にも、これら固定カム及びカムシャフトの位置に揺動カム１３及び駆動軸１１を配置すれば良く、レイアウトの変更が非常に少なくて済むため、既存の内燃機関にも容易に適用することができる。
【００３４】
そして、吸気弁１の作動角及びバルブリフト量を機関運転状態に応じて任意の大きさに連続的に調整できるため、設定の自由度が高く、機関運転状況に応じて燃費や出力等の運転性能を効果的に向上させることができる。
【００３５】
図２は、遊星ギア２１を利用した位相変更機構２０を示している。スプロケットギア２２は、チェーン又はタイミングベルト（図示省略）を介してクランクシャフトから回転動力が伝達され、クランクシャフトと同期して回転するもので、このスプロケットギア２２にはサンギア２３が一体的に設けられている。一方、上記の駆動軸１１の一端部にはリングギア２４が一体的に設けられ、このリングギア２４は、サンギア２３の周囲に同軸状に配設されている。遊星ギア２１は、キャリア２５に設けられた支持ピン２６周りに自転可能に支持され、周方向に間欠的に４箇所に配設されている。各遊星ギア２１は、サンギア２３の外周及びリングギア２４の内周に噛合している。
【００３６】
キャリア２５の外周には、位相制御軸２８の一端に固定された位相制御ギア２７が噛合している。位相制御軸２８は、上記の駆動軸１１及び作動角制御軸１２と平行に気筒列方向へ延び、シリンダヘッド２に回転可能に支持されている。
【００３７】
このような構成により、クランクシャフトと同期してスプロケットギア２２が回転すると、サンギア２３に噛合する遊星ギア２１が支持ピン２６周りに自転するとともに、遊星ギア２１に噛合するリングギア２４が回転して、駆動軸１１が回転駆動される。なお、４サイクル機関の場合、クランクシャフトに対して駆動軸１１が半分の速度で回転するように、サンギア２３からリングギア２４への減速比が２に設定されている。
【００３８】
また、機関運転状態に応じて位相制御軸２８を回動することにより、位相制御ギア２７を介してキャリア２５がサンギア２３周りに回動して、遊星ギア２１がサンギア２３周りに公転する。これにより、遊星ギア２１に噛合するリングギア２４のサンギア２３に対する位相が変化し、クランクシャフトに対する駆動軸１１の位相が変化して、吸気弁１の作動角の中心位相が変化する。
【００３９】
このような位相変更機構２０では、駆動軸１１の一端部に遊星ギア機構を設けるという比較的簡素な構造であり、既存の機関にも容易に適用可能で、かつ、吸気弁１の作動角の中心位相を連続的に変化させることができるため、設定の自由度も高い。
【００４０】
再び図１を参照して、この可変動弁装置には、作動角変更機構１０の作動角制御軸１２を所定の制御範囲内で回動，保持する作動角アクチュエータ３１と、位相変更機構２０の位相制御軸２８を所定の制御範囲内で回動，保持する位相アクチュエータ３２と、が設けられている。各アクチュエータ３１，３２は、供給される油圧に応じて作動する油圧アクチュエータであり、各アクチュエータ３１，３２への供給油圧は、油圧制御弁等を備えた作動角用油圧装置３３及び位相用油圧装置３４によってそれぞれ切換，調節される。ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）３５は、各種センサにより検出又は推定されるバルブリフト量，負荷，機関回転数，及び油水温等に基づいて、燃料噴射制御等の一般的な機関制御を行う他、油圧装置３３，３４へ制御信号を出力し、これら油圧装置３３，３４の動作を制御している。
【００４１】
図３は、各運転条件における具体的な吸気弁開閉時期の好ましい一設定例を示しており、図中のφは吸気弁の作動角の中心位相を表している。なお、この設定内容は、例えば制御マップの形でＥＣＵ３５のメモリ内に予め格納されている。
【００４２】
アイドル域では、ＩＶＣ（吸気弁閉時期）を下死点近傍として実圧縮比を高め、燃焼を安定させると共に、ｌＶＣ（吸気弁開時期）を上死点より遅らせ、小リフト・小作動角とすることにより、吸気の流速を高めている。これによって、アイドリング時の燃責及び燃焼安定性を著しく向上させることができる。具体的には、中心位相φを（最）遅角位相、吸気作動角を（最）小作動角の設定としている。
【００４３】
Ｒ／Ｌ域（定常走行域）では、ポンピングロスを低減させるため、中心位相φを進角させてｌＶＯをほぼ上死点とし、ＩＶＣを早めて実際の吸入ストロークを減少させている。つまり、上記のアイドル域に比して、主に中心位相φを進角させている。
【００４４】
加速域では、Ｒ／Ｌ域に比して中心位相φを更に進角させるとともに、作動角を若干増大させて、ｌＶＯを上死点前に早め、残留ガスを混合気に混ぜる内部還流効果によって、更なる燃費性能の向上を図っている。
【００４５】
全開域では、低速時と高速時で設定が多少異なるが、上記の加速域に対し、回転数の増加に伴って中心位相φを遅角させるとともに作動角を拡大させて、主に最大出力の向上を図っている。
【００４６】
この図３に示すように、予め設定される制御の内容では、例えば全開域では作動角の増加に伴って中心位相φを遅角させており、作動角と中心位相の進角量とが同時期に過度に大きくなることはない。従って、制御が良好に行われている限り、吸気弁１とピストンとが干渉するおそれはない。
【００４７】
しかしながら、仮に制御フェール時等に作動角と中心位相の進角量とが同時期に過度に大きくなると、吸気弁１とピストンとが干渉する可能性が残されており、このような干渉の可能性を完全に排除するために、本実施形態では、作動角変更機構１０及び位相変更機構２０の双方に連携され、これら変更機構１０，２０の作動を相互に、かつ連続的に規制する規制機構４０を設けている。
【００４８】
この規制機構４０の構成及び作用について、図４〜６を参照して説明する。規制機構４０は、作動角変更機構１０に連動して位相変更機構２０による中心位相の変更範囲を連続的かつ機械的に規制するとともに、位相変更機構２０に連動して作動角変更機構１０による作動角の変更範囲を連続的かつ機械的に規制する機能を有している。
【００４９】
より具体的には、規制機構４０は、互いに平行に配設された作動角制御軸１２及び位相制御軸２８の一方の制御軸（この実施形態では位相制御軸２８）の回転に伴って軸方向へ移動するスライダ４１と、他方の制御軸つまり作動角制御軸１２に設けられ、この作動角制御軸１２の外周より径方向へ突出するストッパーピン４２と、を有している。
【００５０】
スライダ４１は、位相制御軸２８の外周に形成されたネジ部４３にスライド可能に螺合する筒状のナット部４４と、作動角制御軸１２の外周に回転自在及びスライド自在に外嵌する略筒状のリミッター４５と、これらナット部４４とリミッター４５とを一体的に連結するコネクタ４６と、を有している。リミッター４５には、ストッパーピン４２に当接，係合可能な規制カム４７が形成されている。この規制カム４７は、適宜に切り欠かれたリミッター４５の一側縁部によって形成されており、作動角制御軸１２とほぼ平行に延びる第１区間４７ａと、この第１区間４７ａから折曲して適宜に湾曲する第２区間４７ｂと、を有している。つまり、第２区間４７ｂは、スライダ４１の軸方向位置に応じてストッパーピン４２との当接位置が連続的に変化するように湾曲形成されている。
【００５１】
なお、図４及び図５において、作動角制御軸１２を矢印Ｙ１の方向へ回動すると吸気弁の作動角が大きくなり、位相制御軸２８を矢印Ｙ２の方向へ回動すると、吸気弁の作動角の中心位相が進角するとともに、スライダ４１が図の右方向へ移動するように設定されている。また、作動角変更機構１０による吸気弁の最大（初期）変更範囲は、最小作動角Ｑ１から最大作動角Ｑ２までであり、位相変更機構２０による中心位相φの最大（初期）変更範囲は、最遅角位相Ｐ１から最進角位相Ｐ２までである。なお、これらの変更範囲は、例えばネジ部４３の形成範囲等で機械的に規制されている。
【００５２】
このような構成により、ストッパーピン４２と規制カム４７とが互いに当接，係合する位置（規制ラインＬ）に沿って、位相制御軸２８の進角側への回動範囲及び作動角制御軸１２の大作動角側への回動範囲が相互に制限されて、吸気弁の作動角及び中心位相の変更範囲が相互に制限される。この結果、規制ラインＬよりも大作動角側又は進角側の領域αへの移行が機械的に禁止される。
【００５３】
具体的には、図４に示すように中間的な作動角及び中心位相の設定状況では、ストッパーピン４２の大作動角側（矢印Ｙ１）への回動範囲が第２区間４７ｂと当接する位置（図６の符号Ｒ１）までに制限され、このときの作動角Ｑ３までに、作動角の大作動角側への変更範囲が機械的に制限される。つまり、実際の作動角変更範囲が最小作動角Ｑ１から上記の作動角Ｑ３までに制限される。また、スライダ４１の進角側（図の右側）への移動範囲が、第２区間４７ｂがストッパーピン４２に当接する位置（Ｒ１）までに制限され、このときの位相Ｐ３までに、中心位相の進角側への変更範囲が制限される。つまり、実際の位相変更範囲が最遅角位相Ｐ１から上記の位相Ｐ３までに制限される。
【００５４】
図５に示すように中心位相が大きく進角している状況では、ストッパーピン４２の大作動角側への回動範囲が第１区間４７ａと当接する位置（図６の符号Ｒ２）までに制限され、このときの作動角Ｑ４までに、作動角の大作動角側への変更範囲が制限される。一方、スライダ４１の移動が規制されることはないので、中心位相は最遅角位相Ｐ１から最進角位相Ｐ２まで変更可能である。
【００５５】
このように、作動角が大きくなるに従って中心位相の進角側の規制量が連続的に大きくなり、中心位相が大きくなるに従って作動角の大作動角側の規制量が連続的に大きくなるように、規制カム４７、特に第２区間４７ｂのプロフィールが設定されている。
【００５６】
以上のような本実施形態によれば、規制機構４０によって、作動角が大きく進角度合いが大きい領域αへの変更が機械的に確実に禁止されるため、このような領域αで起こり得る吸気弁１とピストンとが干渉するというトラブルを完全に無くすことができ、信頼性に優れている。
【００５７】
言い換えるならば、上記の規制範囲αが、吸気弁とピストンとが干渉するおそれのある範囲にほぼ対応しており、この範囲αを除く全ての領域で、作動角及び中心位相を自由に設定できる。従って、吸気弁とピストンとの干渉を確実に回避しつつ、作動角及び中心位相φの設定の自由度を最大限に確保することができる。
【００５８】
図７〜１０は本発明の第２実施形態に係る可変動弁装置の規制機構５０を示している。なお、上記の第１実施形態と同様、吸気弁側に作動角変更機構１０（図１参照）及び位相変更機構２０が適用されている。以下、上述した第１実施形態と異なる部分について説明し、重複する説明を適宜省略する。
【００５９】
この第２実施形態では、吸気弁の作動角及び中心位相の変更範囲を相互かつ連続的に規制する規制機構５０が、作動角変更機構１０による作動角の変更に伴いシリンダヘッド等の機関本体に対して変位する第１可動部としての突起部５１と、位相変更機構２０による中心位相の変更に伴い機関本体に対して変位する第２可動部としての吸気側ギア５２と、機関本体に固定される支軸５３に回転自在に支持され、一端部が突起部５１のカム面５１ａに当接可能で、他端部が吸気側ギア５２の端面５２ａに当接可能なレバー５４と、を有している。
【００６０】
突起部５１は、作動角変更機構１０の作動角制御軸１２の後端部の外周より径方向外方へ一体的に突出しており、かつ、螺旋状に湾曲する帯状をなしている。この突起部５１の後面がカム面５１ａを構成している。
【００６１】
吸気側ギア５２は、作動角変更機構１０の吸気駆動軸１１の後端部にボールねじ５５を介してスライド可能かつ相対回転可能に外嵌されているとともに、排気側ギア５６及び中間ギア５７を介して排気カムシャフト５８と連結されている。この排気カムシャフト５８は、排気弁を駆動する固定カム５９を有し、プーリ又はスプロケット（図示省略）を介してクランクシャフトと同期して回転するもので、上記の吸気駆動軸１１と平行に気筒列方向へ延在している。この排気カムシャフト５８の後端部に排気側ギア５６が固定されており、この排気側ギア５６と吸気側ギア５２とは同じ歯数に設定されている。これらの排気側ギア５６及び吸気側ギア５２の双方に中間ギア５７が噛合している。
【００６２】
スプリング６０及びプランジャ６１は、レバー５４の一端部を吸気側ギア５２の端面５２ａに当接する方向へ弾性的に付勢している。これにより、レバー５４の一端部が常に吸気側ギア５２の端面５２ａに押し付けられた状態に保持されている。
【００６３】
レバー５４の回転可能範囲は、上記の突起部５１と吸気側ギア５２とにより規制されている。つまり、図７において、レバー５４の反時計方向の回転範囲が突起部５１により規制され、レバー５４の時計方向の回転範囲が吸気側ギア５２により規制されている。
【００６４】
例えば図９に示すように、位相変更機構２０により吸気弁の中心位相を進角させるために、クランクシャフトの回転位相に対して吸気駆動軸１１の回転位相を進角させると、この駆動軸１１が、クランクシャフトと同期して回転する排気カムシャフト５８に対して相対的に進角する。これに対し、吸気側ギア５２は、排気側ギア５６及び中間ギア５７を介して常に排気カムシャフト５８と同じ速度で回転する。従って、排気カムシャフト５８に対する駆動軸１１の進角分、吸気側ギア５２が駆動軸１１に対して相対的に回転し、この回転に伴って吸気側ギア５２が駆動軸１１の軸方向に沿って進角側（この実施形態では後方側）へスライドする。この吸気側ギア５２のスライド動作に伴って、レバー５４の時計方向への回転可能範囲が縮小される。ここで、作動角制御軸１２の大作動角側への回転可能範囲は、突起部５１のカム面５１ａがレバー５４の他端に当接する位置までに規制されているため、この作動角制御軸１２の大作動角側への回転可能範囲も縮小される。このように、位相変更機構２０による中心位相の進角化に伴って、作動角変更機構１０による作動角の大作動角側への変更可能範囲が連続的に縮小される。
【００６５】
一方、図１０に示すように、位相変更機構２０により中心位相を遅角させると、上記の進角時とは逆に、吸気側ギア５２が遅角側（前方側）へ移動し、レバー５４の時計方向の回転可能範囲が拡大される。この結果、作動角制御軸１２の大作動角側への回転可能範囲が拡大され、作動角変更機構１０による作動角の大作動角側への変更可能範囲が連続的に拡大される。
【００６６】
作動角変更機構１０による作動角の変更時も同様であり、作動角制御軸１２を大作動角側へ回動すると、レバー５４の反時計方向への回転可能範囲が縮小して、吸気側ギア５２の進角側へのスライド可能範囲が縮小し、位相変更機構２０による中心位相の進角側への変更可能範囲が縮小される。
【００６７】
このように本実施形態によれば、突起部５１，吸気側ギア５２，及びレバー５４を主体とする比較的簡素な構成の規制機構５０により、吸気弁の作動角及びその中心位相を相互に、かつ連続的に規制することができる。特に、レバー５４の一方向の回転可能範囲を、突起部５１に形成されたカム面５１ａという簡素な構成により連続的に規制することができる。
【００６８】
また、スプリング６０及びプランジャ６１によりレバー５４を弾性的に付勢しているため、吸気側ギア５２（又は突起部５１）に対するレバー５４の追従性が良く、作動応答性に優れている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る内燃機関の可変動弁装置を示す概略構成図。
【図２】上記可変動弁装置の位相変更機構を示す構成図。
【図３】機関運転条件に応じた吸気弁の開閉時期を表す特性図。
【図４】本実施形態の規制機構を示す作用説明図。
【図５】同じく本実施形態の規制機構を示す作用説明図。
【図６】本実施形態に係る吸気弁の作動角及び中心位相の変更範囲を示す特性図。
【図７】本発明の第２実施形態に係る可変動弁装置の規制機構を示す平面対応図。
【図８】図７の規制機構を示す正面対応図。
【図９】第２実施形態に係る位相進角時の態様を示す説明図。
【図１０】第２実施形態に係る位相遅角時の態様を示す説明図。
【符号の説明】
１…吸気弁
１０…作動角変更機構
１２…作動角制御軸
２０…位相変更機構
２８…位相制御軸
４０…規制機構
４１…スライダ
４２…ストッパーピン
４４…ナット部
４５…リミッター
４６…コネクタ
４７…規制カム
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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