(57)【要約】【課題】同一の気筒に設けられた複数の気筒開閉用の弁の動弁特性に関する自由度を従来よりも高めることが可能な内燃機関の動弁装置を提供する。【解決手段】同一のカム軸２０に設けられ、同一の気筒１に配置された吸気弁２を開閉駆動する第１のカム２１及び第２のカム２２と、カム軸２０を駆動するモータ１２と、を備えたエンジン１００の動弁装置１１において、第２のカム２２はカム軸２０に回転自在に設けられ、第２のカム２２のノーズ２２ａと第１のカム２１のノーズ２１ａとが同一方向を向く第１の位置Ｐ１にて第２のカム２２が吸気弁２を開閉駆動する同期駆動モード、及び第２のカム２２のノーズ２２ａと第１のカム２１のノーズ２１ａとが互いに異なる方向を向く第２の位置Ｐ２において第２のカム２２が吸気弁２を開閉駆動する非同期駆動モードのそれぞれでモータ１２の動作を制御可能なモータ制御装置５０を備える。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一のカム軸に設けられ、同一の気筒に配置された複数の気筒開閉用の弁手段のうち互いに異なる弁手段を開閉駆動する複数のカムと、前記カム軸を駆動する電動機と、を備えた内燃機関の動弁装置において、
前記複数のカムのうちの一のカムは、前記カム軸の回りを回転して前記一のカムのノーズ部と前記複数のカムのうちの他のカムのノーズ部とが同一方向を向く第１の位置と前記一のカムのノーズ部と前記他のカムのノーズ部とが互いに異なる方向を向く第２の位置とに切り替え可能なように前記カム軸に回転自在に設けられ、
前記一のカムが前記第１の位置において前記弁手段を開閉駆動するように前記電動機を動作させる同期駆動モード、及び前記一のカムが前記第２の位置において前記弁手段を開閉駆動するように前記電動機を動作させる非同期駆動モードのそれぞれの駆動モードにて前記電動機の動作を制御可能な電動機制御手段を備えていることを特徴とする内燃機関の動弁装置。
【請求項２】
前記電動機制御手段は、前記内燃機関の運転状態に応じて前記電動機の駆動モードを前記同期駆動モード又は前記非同期駆動モードに切り替えることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の動弁装置。
【請求項３】
前記同期駆動モードとして、前記カム軸をまず所定方向に回転させ、その後前記弁手段のリフト中に前記カム軸の回転方向を切り替える正揺動駆動モードが設定されるとともに、前記非同期駆動モードとして、前記カム軸をまず前記所定方向と反対の逆方向に回転させ、その後前記弁手段のリフト中に前記カム軸の回転方向を切り替える逆揺動駆動モードが設定され、
前記一のカムが前記第１の位置よりも前記カム軸の回りを前記逆方向側に回転しないように前記一のカムの前記カム軸回りの回転を阻止するストッパ手段と、前記カム軸が前記逆方向に回転しているときに前記一のカムに前記一のカムを前記所定方向に回転させる力が作用した場合、前記一のカムが前記第２の位置に達するまで変形するとともに、前記一のカムを前記所定方向に回転させる力が取り除かれた場合に前記一のカムが前記第１の位置に戻るように前記一のカムを前記逆方向に付勢するばね手段と、を備え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動弁装置。
【請求項４】
前記ばね手段の変形量の上限値を変更する変形量変更手段をさらに備えていることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の動弁装置。
【請求項５】
前記カム軸と前記一のカムとの間に設けられ、前記一のカムが前記カム軸の回りを所定方向に回転することは許容し、前記一のカムが前記カム軸の回りを前記所定方向とは反対の逆方向に回転することは阻止するワンウェイクラッチをさらに備え、
前記電動機制御手段は、前記カム軸を前記所定方向に回転させ、その後前記弁手段のリフト中に前記カム軸の回転方向を切り替える揺動駆動モードで前記電動機を動作させることが可能であるとともに、前記非同期駆動モードでは、前記一のカムに対して前記一のカムを前記カム軸の回りに前記所定方向に回転させる力が作用し、前記一のカムが前記カム軸の回りを前記所定方向に回転して前記第２の位置に到達するまで前記カム軸を前記逆方向に回転させ、それ以降に前記揺動駆動モードで前記電動機を動作させ、前記同期駆動モードでは、前記一のカムに対して前記一のカムを前記カム軸の回りに前記所定方向に回転させる力が作用し、前記一のカムが前記カム軸の回りを前記所定方向に回転して前記第１の位置に到達するまで前記カム軸を前記逆方向に回転させ、その以降に前記揺動駆動モードで前記電動機を動作させ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、内燃機関の動弁装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動モータ（電動機）の回転運動をカム又はリンクによって吸気用又は排気用の弁の開閉運動に変換してこれらの弁を開閉駆動する動弁装置が知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１８３６１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の動弁装置では、同一気筒に設けられた複数の吸気用又は排気用の弁（以降、気筒開閉用の弁と呼ぶこともある。）をカム軸に設けられた単一のカムによって開閉駆動している。そのため、同一気筒に設けられたこれら気筒開閉用の弁の動弁特性（開閉タイミング、リフト量など）に関する自由度はそれほど高くない。
【０００５】
そこで、本発明は、同一の気筒に設けられた複数の気筒開閉用の弁の動弁特性に関する自由度を従来よりも高めることが可能な内燃機関の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】
【０００６】
本発明の内燃機関の動弁装置は、同一のカム軸に設けられ、同一の気筒に配置された複数の気筒開閉用の弁手段のうち互いに異なる弁手段を開閉駆動する複数のカムと、前記カム軸を駆動する電動機と、を備えた内燃機関の動弁装置において、前記複数のカムのうちの一のカムは、前記カム軸の回りを回転して前記一のカムのノーズ部と前記複数のカムのうちの他のカムのノーズ部とが同一方向を向く第１の位置と前記一のカムのノーズ部と前記他のカムのノーズ部とが互いに異なる方向を向く第２の位置とに切り替え可能なように前記カム軸に回転自在に設けられ、前記一のカムが前記第１の位置において前記弁手段を開閉駆動するように前記電動機を動作させる同期駆動モード、及び前記一のカムが前記第２の位置において前記弁手段を開閉駆動するように前記電動機を動作させる非同期駆動モードのそれぞれの駆動モードにて前記電動機の動作を制御可能な電動機制御手段を備えていることにより、上述した課題を解決する（請求項１）。
【０００７】
本発明の内燃機関の動弁装置によれば、一のカムの位置を切り替えることにより、この一のカムによって開閉駆動される弁手段の動弁特性と他のカムによって開閉駆動される弁手段の動弁特性とを相違させたり、同一に設定したりできる。例えば、一のカムと他のカムとが同一形状を有している場合、同期駆動モードで電動機を動作させることにより、一のカムによって開閉駆動される弁手段の動弁特性と他のカムによって開閉駆動される弁手段の動弁特性とを同一に設定できる。一方、非同期駆動モードで電動機を動作させることにより、一のカムによって開閉駆動される弁手段の動弁特性と他のカムによって開閉駆動される弁手段の動弁特性とを相違させることができる。そのため、同一の気筒に配置されたこれらの弁手段の動弁特性に関する自由度を高めることができる。
【０００８】
本発明の一形態において、前記電動機制御手段は、前記内燃機関の運転状態に応じて前記電動機の駆動モードを前記同期駆動モード又は前記非同期駆動モードに切り替えてもよい（請求項２）。この場合、内燃機関の運転状態に応じて同一気筒に配置された複数の弁手段の動弁特性を変更できる。例えば、一のカムによって開閉駆動される弁手段の開弁タイミングと他のカムによって開閉駆動される弁手段の開弁タイミングをずらすことにより、気筒内への吸気の流れを偏らせて気筒内にスワール流などの旋回流を発生させることができる。このスワール流は内燃機関の燃焼改善に影響を与えることが知られているので、内燃機関の運転状態に応じてスワール流の発生を制御することにより、内燃機関の燃焼を改善できる。
【０００９】
本発明の一形態においては、前記同期駆動モードとして、前記カム軸をまず所定方向に回転させ、その後前記弁手段のリフト中に前記カム軸の回転方向を切り替える正揺動駆動モードが設定されるとともに、前記非同期駆動モードとして、前記カム軸をまず前記所定方向と反対の逆方向に回転させ、その後前記弁手段のリフト中に前記カム軸の回転方向を切り替える逆揺動駆動モードが設定され、前記一のカムが前記第１の位置よりも前記カム軸の回りを前記逆方向側に回転しないように前記一のカムの前記カム軸回りの回転を阻止するストッパ手段と、前記カム軸が前記逆方向に回転しているときに前記一のカムに前記一のカムを前記所定方向に回転させる力が作用した場合、前記一のカムが前記第２の位置に達するまで変形するとともに、前記一のカムを前記所定方向に回転させる力が取り除かれた場合に前記一のカムが前記第１の位置に戻るように前記一のカムを前記逆方向に付勢するばね手段と、を備えていてもよい（請求項３）。電動機を正揺動駆動モードで動作させた場合、ストッパ手段により一のカムが第１の位置よりも逆方向に回転することを阻止できるので、一のカムによって開閉駆動される弁手段の動弁特性と他のカムによって開閉駆動される弁手段の動弁特性とを同一に設定できる。一方、電動機を逆揺動駆動モードで動作させた場合は、一のカムが第２の位置まで所定方向に回転し、その後ばね手段によって回転が止められるので、一のカムは第２の位置において弁手段の開閉駆動を行う。そのため、一のカムによって開閉駆動される弁手段の動弁特性と他のカムによって開閉駆動される弁手段の動弁特性とを相違させることができる。したがって、これらの弁手段の動弁特性に関する自由度を高めることができる。
【００１０】
この場合、前記ばね手段の変形量の上限値を変更する変形量変更手段をさらに備えていてもよい（請求項４）。ばね手段の変形量の上限値を変化させることにより、ばね手段によって一のカムの回転が止められる位置を変化させることができる。すなわち、第２の位置を変化させることができる。そのため、同一気筒に配置されたこれらの弁手段の動弁特性に関する自由度をさらに高めることができる。
【００１１】
本発明の一形態においては、前記カム軸と前記一のカムとの間に設けられ、前記一のカムが前記カム軸の回りを所定方向に回転することは許容し、前記一のカムが前記カム軸の回りを前記所定方向とは反対の逆方向に回転することは阻止するワンウェイクラッチをさらに備え、前記電動機制御手段は、前記カム軸を前記所定方向に回転させ、その後前記弁手段のリフト中に前記カム軸の回転方向を切り替える揺動駆動モードで前記電動機を動作させることが可能であるとともに、前記非同期駆動モードでは、前記一のカムに対して前記一のカムを前記カム軸の回りに前記所定方向に回転させる力が作用し、前記一のカムが前記カム軸の回りを前記所定方向に回転して前記第２の位置に到達するまで前記カム軸を前記逆方向に回転させ、それ以降に前記揺動駆動モードで前記電動機を動作させ、前記同期駆動モードでは、前記一のカムに対して前記一のカムを前記カム軸の回りに前記所定方向に回転させる力が作用し、前記一のカムが前記カム軸の回りを前記所定方向に回転して前記第１の位置に到達するまで前記カム軸を前記逆方向に回転させ、その以降に前記揺動駆動モードで前記電動機を動作させてもよい（請求項５）。非同期駆動モードへの切替時に、このように一のカムの位置を第２の位置に切り替えることにより、その以降の揺動駆動モードにおいては、一のカムによって開閉駆動される弁手段の動弁特性と他のカムによって開閉駆動される弁手段の動弁特性とを相違させることができる。また、同期駆動モードへの切替時に、このように一のカムの位置を第１の位置に切り替えることにより、それ以降の揺動駆動モードにおいては、一のカムによって開閉駆動される弁手段の動弁特性と他のカムによって開閉駆動される弁手段の動弁特性とを同一に設定できる。そのため、同一気筒に配置された複数の弁手段の動弁特性の自由度を高めることができる。
【発明の効果】
【００１２】
以上に説明したように、本発明によれば、同一のカム軸に設けられた複数のカムのうちの一のカムのノーズ部を他のカムのノーズ部とは異なる方向に向かせた状態でこれらのカムによって弁手段を開閉駆動できる。また、これらのカムのノーズ部をそれぞれ同一方向に向かせた状態でもこれらのカムによって各弁手段を開閉駆動できる。そのため、これら複数のカムによって開閉駆動される各弁手段の動弁特性の自由度を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
（第１の形態）
図１は本発明の第１の形態に係る動弁装置が組み込まれた４サイクルの多気筒レシプロ式内燃機関（以降、エンジンと記述することもある。）を示している。なお、図１では、エンジン１００のうちの一つの気筒１を拡大して示している。エンジン１００は車両に走行用動力源として搭載されるもので、エンジン１００の一つの気筒１には、気筒１を開閉する弁手段として吸気弁２及び排気弁３がそれぞれ２本ずつ設けられている。２本の吸気弁２は共通の動弁装置１１Ａにて開閉駆動され、排気弁３は別の動弁装置１１Ｂにて開閉駆動される。図示を省略した他の気筒に関しても同様に吸気弁及び排気弁が互いに異なる動弁装置１１Ａ、１１Ｂにて開閉駆動される。吸気側の動弁装置１１Ａと排気側の動弁装置１１Ｂとは基本的に同一の構成を有しており、以下では吸気側の動弁装置１１Ａについて説明する。
【００１４】
吸気側の動弁装置１１Ａは、駆動源としての電動機（以下、モータと呼ぶ。）１２と、モータ１２の回転運動を伝達する伝達機構としてのギア列１３と、ギア列１３から伝達された回転運動を吸気弁２の直線的な開閉運動に変換するカム機構１４とを備えている。モータ１２には、回転速度の制御が可能なＤＣブラシレスモータ等が使用される。モータ１２には、その回転位置を検出するためのレゾルバ、ロータリエンコーダ等の位置検出センサ５４が内蔵されている。ギア列１３は、モータ１２の出力軸（不図示）に取り付けられたモータギア１５の回転を中間ギア１６を介してカム駆動ギア１７に伝達する。ギア列１３はモータギア１５とカム駆動ギア１７とが互いに等しい速度で回転するように構成されてもよいし、モータギア１５に対してカム駆動ギア１７を増速又は減速させるように構成されてもよい。
【００１５】
図２にも示したように、カム機構１４は、カム駆動ギア１７と同軸かつ一体回転可能に設けられたカム軸２０と、カム軸２０にカム軸２０と一体回転するように設けられた第１のカム２１と、カム軸２０に回転自在に設けられた第２のカム２２と、各カム２１、２２に対応してロッカーアーム軸２３の回りに揺動可能に支持された一対のロッカーアーム２４とを備えている。第１のカム２１及び第２のカム２２は、カム軸２０と同軸の円弧状のベース円２１ｂ、２２ｂの一部を変形方向外側に向かって膨らませてノーズ２１ａ、２２ａを形成した板カムの一種としてそれぞれ形成されている（図４参照）。第１のカム２１のプロファイルはその全周に亘って負の曲率が生じないように、つまり半径方向外側に向かって凸曲面を描くように設定されている。第２のカム２２も、第１のカム２１と同一のプロファイルを有している。なお、このように各カム２１、２２がカム軸２０にそれぞれ設けられることにより、第１のカム２１が本発明の他のカムに相当し、第２のカム２２が本発明の一のカムに相当する。
【００１６】
図３及び図４を参照して第２のカム２２について説明する。なお、図３は、カム軸２０の拡大図を、図４はカム軸２０の斜視図をそれぞれ示している。第２のカム２２は不図示の軸受を介してカム軸２０に設けられている。そのため、第２のカム２２は、図４に矢印Ｆ及び矢印Ｒで示したようにカム軸２０の回りを左右に回転できる。なお、以降図４に矢印Ｆで示した方向を正方向と呼び、矢印Ｒで示した方向を逆方向と呼ぶ。また、矢印Ｆ方向への回転を正回転と呼び、矢印Ｒ方向への回転を逆回転と呼ぶ。図３及び図４に示したように、第２のカム２２の側面のうち第１のカム２１と対向する側面には突出部３０が設けられている。また、カム軸２０には、第２のカム２２のノーズ２２ａが第１のカム２１のノーズ２１ａと同一方向を向く位置（以降、第１の位置と呼ぶ。）Ｐ１（図７参照）よりも逆方向Ｒ側に第２のカム２２がカム軸２０の回りを回転しないように、突出部３０と接触して第２のカム２２の逆方向Ｒへの回転を阻止するストッパ手段としてのストッパ３１が設けられている。
【００１７】
カム軸２０の外周には、ばね手段としてのトーションスプリング３２が設けられている。図３に示したようにトーションスプリング３２の一端３２ａは第２のカム２２に固定され、他端３２ｂはカム軸２０に固定されている。このトーションスプリング３２は、第２のカム２２がカム軸２０の回りを正方向Ｆ側に回転する際に弾性エネルギを蓄えるべく捩れ変形し、第２のカム２２を逆方向Ｒ側に付勢するように設けられている。そのため、第２のカム２２にこのカム２２を正方向Ｆに回転させる力が作用した場合、第２のカム２２はトーションスプリング３２の変形量が上限に達するまでカム軸２０の回りを正回転する。その後、第２のカム２２を正方向Ｆに回転させる力が取り除かれるとトーションスプリング３２に蓄えられた弾性エネルギにより、第２のカム２２はカム軸２０の回りを逆回転して第１の位置Ｐ１に戻される。
【００１８】
図２に戻ってカム機構１４の説明を続ける。第１のカム２１及び第２のカム２２は、ロッカーアーム２４の一端部２４ａと対向する。各吸気弁２はバルブスプリング２５の圧縮反力によってロッカーアーム２４側に付勢され、それらにより吸気ポートのバルブシート（不図示）に吸気弁２が密着して吸気ポートが閉じられる。ロッカーアーム２４の他端部２４ｂはアジャスター２６と接している。アジャスター２６がロッカーアーム２４の他端部２４ｂを押し上げることにより、ロッカーアーム２４はその一端部２４ａが吸気弁２の上端部と接触した状態に保たれる。
【００１９】
以上のカム機構１４においては、モータ１２の回転運動がギア列１３を介してカム軸２０に伝達されると、カム軸２０に設けられた第１のカム２１及び第２のカム２２が回転する。そして、これらのカム２１、２２のノーズ２１ａ、２２ａがロッカーアーム２４を乗り越える間にロッカーアーム２４がロッカーアーム軸２３の回りに一定範囲で揺動する。これにより、ロッカーアーム２４の一端部２４ａが押し下げられ、吸気弁２がバルブスプリング２５に抗して開閉駆動される。
【００２０】
動弁機構１１Ａには、トルク低減機構４０が設けられている。トルク低減機構４０は、バルブスプリング２５が吸気弁２を閉方向に押し戻す力に基づいてカム機構１４に作用するトルク（バルブスプリングトルクと呼ぶ。）を低減するために設けられている。トルク低減機構４０は、カム軸２０と一体に回転可能な反位相カム４１と、その反位相カム４１と対向して配置されたトルク付加装置４２とを備えている。反位相カム４１にはバルブスプリングトルクに基づいた形状のカム面が形成されており、このカム面にトルク付加装置４２からバルブスプリングトルクと逆位相で相補的な力が付加されることで、カム機構１４に作用するバルブスプリングトルクが低減される。
【００２１】
図１に示すように、動弁装置１１Ａ、１１Ｂのモータ１２の動作は電動機制御手段としてのモータ制御装置５０により制御される。モータ制御装置５０は、マイクロプロセッサとその動作に必要な主記憶装置等の周辺部品とを備えたコンピュータユニットである。モータ制御装置５０はそのＲＯＭに記憶された弁制御プログラムに従って各モータ１２の動作を制御する。なお、図１では一つの気筒１の動弁装置１１Ａ、１１Ｂを示しているが、モータ制御装置５０は他の気筒１の動弁装置１１Ａ、１１Ｂに対しても共用されてもよい。また、気筒１毎又は動弁装置１１毎にモータ制御装置５０が設けられてもよい。モータ制御装置５０は動弁装置１１Ａ、１１Ｂの制御専用に設けられてもよいし、他の用途と併用されてもよい。例えば、内燃機関の燃料噴射量などを制御するエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）をモータ制御装置として兼用してもよい。
【００２２】
モータ制御装置５０には、情報入力手段として、アクセルペダルの開度に対応した信号を出力するアクセル開度センサ５１、吸入空気量に対応した信号を出力するエアフローメータ５２、クランク軸の角度に対応した信号を出力するクランク角センサ５３等が接続されている。なお、モータ１２の制御には、これらのセンサによる実測値に代えて所定の関数式やマップから求めた値を使用してもよい。また、モータ１２に内蔵された位置検出センサ５４の出力信号もモータ制御装置５０に入力される。
【００２３】
次に、モータ制御装置５０によるモータ１２の制御について説明する。なお、以下では、一つの気筒１の吸気弁２を駆動するためのモータ１２の制御について説明するが、他の吸気弁２を駆動するモータ１２の制御についても同様である。
【００２４】
モータ１２の駆動モードには、カム軸２０がまず正回転するようにモータ１２を動作させ、その後第１のカム２１及び第２のカム２２による吸気弁２のリフト途中にカム軸２０が逆回転するようにモータ１２の回転方向を切り替える正揺動駆動モードと、カム軸２０がまず逆回転するようにモータ１２を動作させ、その後少なくとも第１のカム２１によって吸気弁２がリフトされている途中にカム軸２０が正回転するようにモータ１２の回転方向を切り替える逆揺動駆動モードとがある。
【００２５】
図５及び図６を参照して各駆動モードについて説明する。図５は、正揺動駆動モードにおけるクランク角θ、吸気弁２のリフト量ｙ、及びカム軸２０の回転数（以下、カム軸回転数と略称することもある。）Ｎｃの対応関係の一例を示している。図６は、逆揺動駆動モードにおけるクランク角θ、吸気弁２のリフト量ｙ、及びカム軸回転数Ｎｃの対応関係の一例を示している。リフト量ｙは、上側ほど開方向に増加することを示す。カム軸回転数Ｎｃは、回転数Ｎｃ＝０を挟んで上側が正回転、下側が逆回転を示している。また、回転数Ｎｃ＝０よりも上側ほど正回転の回転数が増加し、回転数Ｎｃ＝０よりも下側ほど逆回転の回転数が増加する。
【００２６】
図５に示したように、正揺動駆動モードでは、カム軸２０が停止している状態（カム軸回転数Ｎｃが０の状態）からカム軸２０を正回転させ、リフト開始位置Ｐｓにおいてカム軸回転数Ｎｃが所定速度Ｎａに達するようにカム軸回転数Ｎｃを上昇させる。その後、暫く所定速度Ｎａでカム軸２０を正回転させる。なお、所定速度Ｎａは、エンジン１００の運転状態に対応して吸気弁２が適切に開閉駆動するようにエンジン１００の運転状態などに基づいて適宜に設定される。第１切替位置Ｐａに到達した時点でカム軸回転数Ｎｃを減少させ、リフト量ｙが最大値となる位置Ｐｐにてカム軸回転数Ｎｃを０としてカム軸２０を一旦停止状態とさせた後は、カム軸２０の回転方向を逆方向Ｒに切り替えてカム軸回転数Ｎｃを徐々に増加させる。そして、カム軸２０の逆方向への回転数が所定速度Ｎａに達した第２切替位置Ｐｂからリフト終了位置Ｐｅまでカム軸２０を逆方向に所定速度Ｎａで回転させ、リフト終了位置Ｐｅでカム軸２０の減速を開始してその後にカム軸２０を停止させる。
【００２７】
正揺動駆動モードでは、第２のカム２２にロッカーアーム２４から第２のカム２２を逆方向Ｒに回転させる力が作用するが、第２のカム２２はストッパ３１によって第１の位置Ｐ１よりも逆方向Ｒ側への回転を阻止される。この場合、図７に示したように、第２のカム２２は、そのノーズ２２ａを第１のカム２１のノーズ２１ａと同一方向に向けた状態で第１のカム２１と同一の動作をする。そのため、図５に示したように、第１のカム２１によって開閉駆動される吸気弁（以下、第１吸気弁と呼ぶこともある。）２Ａ、及び第２のカム２２によって開閉駆動される吸気弁（以下、第２吸気弁と呼ぶこともある。）２Ｂの開閉タイミング、リフト量の変化を同一に設定できる。言い換えると、第１吸気弁２Ａと第２吸気弁２Ｂの動弁特性を同一に設定できる。したがって、図５に示したように、第１吸気弁２ＡのリフトカーブＬ１と第２吸気弁２ＢのリフトカーブＬ２は同一になる。
【００２８】
次に、逆揺動駆動モードについて説明する。図６に示したように、逆揺動駆動モードでは、カム軸２０が停止している状態からカム軸２０を逆回転させ、リフト開始位置Ｐｓにおいてカム軸回転数Ｎｃが所定速度Ｎａに達するようにカム軸回転数Ｎｃを上昇させる。その後、暫く所定速度Ｎａでカム軸２０を逆回転させる。第１切替位置Ｐａに到達した時点でカム軸回転数Ｎｃを減少させ、リフト量ｙが最大値となる位置Ｐｐにてカム軸回転数Ｎｃを０としてカム軸２０を一旦停止状態とさせた後は、カム軸２０の回転方向を正方向Ｆに切り替えてカム軸回転数Ｎｃを徐々に増加させる。そして、カム軸２０の正方向Ｆへの回転数が所定速度Ｎａに達した第２切替位置Ｐｂからリフト終了位置Ｐｅまでカム軸２０を正方向に所定速度Ｎａで回転させ、リフト終了位置Ｐｅでカム軸２０の減速を開始してその後にカム軸２０を停止させる。
【００２９】
逆揺動駆動モードでは、第２のカム２２にロッカーアーム２４から第２のカム２２を正方向Ｆに回転させる力が作用する。この場合、第２のカム２２は、トーションスプリング３２の変形量が上限に達するまでカム軸２０の回りを正回転する。そのため、図８に示したように第１のカム２１がロッカーアーム２４の押し下げを開始しても、第２のカム２２はトーションスプリング３２の変形量が上限に達するまでロッカーアーム２４を押し下げない。すなわち、第２吸気弁２Ｂは、トーションスプリング３２の変形量が上限に達するまで開弁されない。トーションスプリング３２の変形量が上限に達するとトーションスプリング３２によって第２のカム２２の正回転が阻止されるので、第２のカム２２によって第２吸気弁２Ｂが開弁され始める。従って、逆揺動駆動モードにおいて第２のカム２２は、ノーズ２２ａが第１のカム２１のノーズ２１ａとは異なる方向を向いている位置Ｐ２から第２吸気弁２Ｂの開弁を開始する。そのため、逆揺動駆動モードでは、図６に示したように第２吸気弁２Ｂの開閉タイミング、リフト量、作用角などの動弁特性を、第１吸気弁２Ａの動弁特性と相違させることができる。なお、図６の線Ｌ３が第１吸気弁２Ａのリフトカーブを示し、線Ｌ４が第２吸気弁２Ｂのリフトカーブを示している。なお以降、第２のカム２２のノーズ２２ａが第１のカム２１のノーズ２１ａとは異なる方向を向いているときの第２のカム２２の位置、言い換えるとトーションスプリング３２の変形量が上限に達し、トーションスプリング３２によって第２のカム２２の正方向Ｆへの回転が阻止されたときの第２のカムの位置を第２の位置Ｐ２と呼ぶ（図８参照）。
【００３０】
図９は、モータ制御装置５０がモータ１２の動作を制御するために実行するモータ制御ルーチンを示している。図９の制御ルーチンは、エンジン１００の運転中に所定の周期で繰り返し実行される。
【００３１】
図９の制御ルーチンにおいてモータ制御装置５０は、まずステップＳ１１でエンジン１００の回転数及びエンジン１００のトルクなどエンジン１００の運転状態を取得する。エンジン１００の回転数は、例えばクランク角センサ５３の出力信号を参照して割り出す。エンジン１００のトルクは、アクセル開度センサ５１の出力信号及びエアフローメータ５２の出力信号に基づいて推定する。
【００３２】
次のステップＳ１２においてモータ制御装置５０は、モータ１２を逆揺動駆動モードで動作させるか否か判定する。逆揺動駆動モードでモータ１２を動作させた場合、図６に示したように第２吸気弁２Ｂの開弁タイミングを第１吸気弁２Ａの開弁タイミングよりも遅らせることができる。第１吸気弁２Ａのみが開弁している期間は、気筒２内に第１吸気弁２Ａによって開閉される吸気ポートからしか吸気が流入しないため、吸気を気筒２内に偏って流入させ、気筒２内にスワール流を形成できる。そこで、エンジン１００の運転状態が、気筒２内にスワール流の形成が必要な運転状態である場合に逆揺動駆動モードに切り替えると判断する。なお、気筒２内にスワール流の形成が必要な運転状態としては、例えば空燃比がストイキよりもリーン側に設定され、かつエンジン１００が略定常に運転される定常リーン運転が設定される。
【００３３】
モータ１２を逆揺動駆動モードで動作させると判断した場合はステップＳ１３に進み、モータ制御装置５０はモータ１２を逆揺動駆動モードで動作させる。既に逆揺動駆動モードでモータ１２が動作していた場合は、その駆動モードを継続する。その後、今回の制御ルーチンを終了する。
【００３４】
一方、モータ１２を逆揺動駆動モードで動作させない、すなわちモータ１２を正揺動駆動モードで動作させると判断した場合はステップＳ１４に進み、モータ制御装置５０はモータ１２を正揺動駆動モードで動作させる。既に正揺動駆動モードでモータ１２が動作していた場合は、その駆動モードを継続する。その後、今回の制御ルーチンを終了する。
【００３５】
以上に説明したように、この形態では、正揺動駆動モードでモータ１２を動作させることによって第１吸気弁２Ａの動弁特性と第２吸気弁２Ｂの動弁特性とを同一に設定でき、逆揺動駆動モードでモータ１２を動作させることによって第１吸気弁２Ａの動弁特性と第２吸気弁２Ｂの動弁特性とを相違させることができる。そのため、同一の気筒１に配置された吸気弁２Ａ、２Ｂの動弁特性の自由度を高めることができる。また、モータ１２に駆動モードを切り替えることによって気筒２内への吸気の流れを制御し、気筒２内の吸気の流動状態を制御できる。そこで、エンジン１００の運転状態に応じてモータ１２の駆動モードを切り替え、そのときの運転状態において燃料混合気の燃焼が促進されるような吸気の流動状態を気筒２内に形成することで、エンジン１００の燃焼を改善できる。なお、上述したように各カムが動作することで、本形態では、正揺動駆動モードが同期駆動モードに相当し、逆揺動駆動モードが非同期駆動モードに相当する。
【００３６】
正揺動駆動モードでカム軸２０の回転を切り替えるタイミングは、エンジン１００の運転状態に応じて適宜変更してよい。カム軸２０の回転方向を切り替えるタイミングを変化させることにより吸気弁２のリフト量の最大値を変化させることができる。例えば、カム軸２０の回転方向の切り替えを吸気弁２のリフト量が最大リフト量となる位置、すなわちカム２１、２２のノーズ２１ａ、２２ａの頂点が相手側の部品（動弁装置１１Ａではロッカーアーム２４）と接する位置に達する前に行うことで、吸気弁２のリフト量の最大値を最大リフト量以下に調整することができる。そこで、例えばエンジン１００に要求される出力が増加するほど、吸気弁２のリフト量の最大値が最大リフト量に近付くようにカム軸２０の回転を切り替えるタイミングを変化させてもよい。
【００３７】
逆揺動駆動モードにおいても同様に、カム軸２０の回転を切り替えるタイミングをエンジン１００の運転状態に応じて適宜変更してよい。例えば、第２のカム２２が第２の位置Ｐ２に達する前にカム軸２０の回転を切り替えることで、第１吸気弁２Ａのみを開弁させることができる。この場合、第２吸気弁２Ｂによって開閉される吸気ポートからの吸気の流入を止めることができるので、第２吸気弁２Ｂを開弁させる場合よりも強いスワール流を形成できる。
【００３８】
次に、図１０を参照して第１の形態の変形例を説明する。図１０は、この変形例のカム軸２０を拡大して示している。すなわち、図１０は図３に対応している。この変形例において上述した第１の形態と共通の部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。図１０に示したように、この変形例では動弁装置１１Ａが、カム軸２０上を図１０の左右方向にスライド可能、かつカム軸２０と一体に回転するように設けられるリング部材６０と、リング部材６０をスライドさせてリング部材６０の位置を変更するアクチュエータ６１とを備えており、トーションスプリング３２の他端３２ｂがリング部材６０に固定されている。
【００３９】
この変形例では、リング部材６０の位置を変化させることにより、トーションスプリング３２の初期たわみの量を調整できる。例えば図１０に点線で示したように、リング部材６０を第２のカム２２から離す、すなわちリング部材６０を図１０の右側にスライドさせることにより、トーションスプリング３２の初期たわみの量を増加させることができる。トーションスプリング３２の初期たわみの量はトーションスプリング３２の変形量の上限値と相関を有しており、初期たわみを増加させることによって変形量の上限値を上昇させることができる。すなわち、リング部材６０の位置を変更することにより、トーションスプリング３２の変形量の上限値を変更して第２の位置Ｐ２を変更できる。リング部材６０を図１０の右側にスライドさせるほどトーションスプリング３２の変形量の上限値が上昇するため、リング部材６０を図１０の右側にスライドさせるほど第２の位置Ｐ２を逆方向Ｒ側に移動させることができる。
【００４０】
アクチュエータ６１の動作はモータ制御装置５０によって制御されており、エンジン１００の運転状態に応じてリング部材６０の位置が調整されるように制御される。第２の位置Ｐ２を変化させて第２吸気弁２Ｂの開弁タイミング及びリフト量を変化させることにより、第２吸気弁２Ｂによって開閉される吸気ポートから流入する吸気の量及び吸気が気筒１内に流入するタイミングを調整し、気筒１内に形成されるスワール流の強さを制御できる。そこで、例えばエンジン１００の運転状態に応じて気筒２内に適切な強さのスワール流が形成されるようにリング部材６０の位置を調整する。
【００４１】
この変形例によれば、第２の位置Ｐ２を変更できるので、同一の気筒１に配置された吸気弁２Ａ、２Ｂの動弁特性の自由度をさらに高めることができる。また、エンジン１００の運転状態に応じて気筒２内に形成されるスワール流の強さを制御できるので、エンジン１００の燃焼をさらに改善できる。なお、アクチュエータ６１によってリング部材６０の位置を変化させることによりトーションスプリング３２の変形量の上限値を変更できるので、リング部材６０及びアクチュエータ６１が本発明の変形量変更手段に相当する。
【００４２】
（第２の形態）
図１１〜図１３を参照して本発明の第２の形態に係る動弁装置を説明する。なお、本形態において第１の形態と共通の部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。図１１は、第２の形態に係る動弁装置１１Ｃのカム軸２０の斜視図を示している。図１１に示したように、この形態ではカム軸２０と第２のカム２２との間にワンウェイクラッチ７０が設けられている点が第１の形態と異なる。このワンウェイクラッチ７０は、第２のカム２２がカム軸２０の回りを正方向Ｆに回転することは許容し、第２のカム２２がカム軸２０の回りを逆方向Ｒに回転することは阻止するように設けられている。すなわち、第２のカム２２は、カム軸２０の回りを正方向Ｆのみに回転可能なようにカム軸２０に設けられている。なお、第１のカム２１は、第１の形態と同様にカム軸２０と一体回転するようにカム軸２０に設けられている。
【００４３】
本形態のモータ１２の駆動モードには、第２のカム２２の位置を第１のカム２１のノーズ２１ａと第２のカム２のノーズ２２ａとが同一方向を向く第１の位置Ｐ１に変更して正揺動駆動モードでモータ１２の動作を制御する同期駆動モードと、第２のカム２２の位置を第１のカム２１のノーズ２１ａと第２のカム２のノーズ２２ａとが同一方向を向く第１の位置Ｐ１に変更して正揺動駆動モードでモータ１２の動作を制御する同期駆動モードと、第２のカム２２の位置を第２のカム２２のノーズ２２ａと第１のカム２１のノーズ２１ａとが互いに異なる方向を向く第２の位置Ｐ２に変更して揺動駆動モードでモータ１２の動作を制御する非同期駆動モードとがある。
【００４４】
図１２（ａ）〜（ｅ）は、第２のカム２２の位置を第２の位置Ｐ２に変更するときの手順を示している。なお、第２の位置Ｐ２は、エンジン１００の運転状態に応じて適宜変更してよい。第１の形態に示したように第１吸気弁２Ｂの開弁タイミング及びリフト量を変更することにより、気筒１内に形成されるスワール流の強さを制御できる。そこで、例えば、エンジン１００の運転状態に応じた適切な強さのスワール流が気筒２内に形成されるように、エンジン１００の運転状態に応じて第２の位置Ｐ２を変更する。
【００４５】
図１２（ａ）は、モータ１２を同期駆動モードで駆動させている場合、すなわち第１のカム２１のノーズ２１ａと第２のカム２のノーズ２２ａとが同一方向を向いている場合の各カム２１、２２の状態を示している。図１２（ａ）に示した状態から第２のカム２２の位置を第２の位置Ｐ２に変更する場合、まず図１２（ｂ）に示したようにカム軸２０を逆回転させ、各カム２１、２２のノーズ２１ａ、２２ａの逆方向Ｒ側の面をロッカーアーム２４にそれぞれ接触させる。その後、図１２（ｃ）に示したようにさらにカム軸２０を逆回転させる。このとき、第１のカム２１はカム軸２０と一体に逆方向Ｒに回転するが、第２のカム２２はロッカーアーム２４によって正方向Ｆに押されるので、カム軸２０の回りを正方向Ｆに回転する。カム軸２０の逆回転は、第２のカム２２が第２の位置Ｐ２に達するまで行われる。このようにモータ１２の動作を制御することで、第２のカム２２の位置を第２の位置Ｐ２に変更して第２のカム２２のノーズ２２ａと第１のカム２１のノーズ２１ａとを互いに異なる方向に向かせることができる。そのため、第１のカム２１と第２のカム２２との間に位相差を発生させることができる。
【００４６】
第２のカム２２の位置を第２の位置Ｐ２に変更した後は、図１２（ｄ）に示したようにカム軸２０を正回転させる。その後、図１２（ｅ）に示したようにモータ１２を正揺動駆動モードで動作させ、第１のカム２１及び第２のカム２２によって第１吸気弁２Ａ及び第２吸気弁２Ｂを開閉駆動する。この場合、第１のカム２１のノーズ２１ａと第２のカム２２のノーズ２２ａとが互いに異なる方向を向いているので、第１吸気弁２Ａの動弁特性と第２吸気弁２Ｂの動弁特性とを相違させることができる。なお、この正揺動駆動モード時に第２のカム２２がロッカーアーム２４によって逆方向Ｒに押されても、ワンウェイクラッチ７０が第２のカム２２の逆方向Ｒへの回転を阻止するので、第２のカム２２は第２の位置Ｐ２を維持する。
【００４７】
同期駆動モードでモータ１２を動作させるべく第２のカム２２の位置を第１の位置Ｐ１に戻す場合は、カム軸２０を逆回転させ、図１２（ｃ）に示した操作を第２のカム２２が第１の位置Ｐ１に達するまで行えばよい。
【００４８】
図１３は、モータ制御装置５０が動弁装置１１Ｃのモータ１２の動作を制御するために実行するモータ制御ルーチンを示している。図１３の制御ルーチンは、エンジン１００の運転中に所定の周期で繰り返し実行されている。なお、図１３において図９と同一の処理には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００４９】
図１３の制御ルーチンにおいてモータ制御装置５０は、まずステップＳ１１でエンジン１００の運転状態を取得する。次のステップＳ２１においてモータ制御装置５０は、取得したエンジン１００の運転状態に基づいてモータ１２の駆動モードを非同期駆動モードに切り替えるか否か判定する。非同期駆動モードでモータ１２を動作させた場合、例えば第１吸気弁２Ａの開弁タイミングと第２吸気弁２Ｂの開弁タイミングとをずらして気筒１内にスワール流を形成できる。そこで、エンジン１００の運転状態が定常リーン運転の場合にモータ１２の駆動モードを非同期駆動モードに切り替えると判断する。
【００５０】
モータ１２の駆動モードを非同期駆動モードに切り替えると判断した場合はステップＳ２２に進み、モータ制御装置５０は図１２（ａ）〜（ｄ）に示した操作を行って第２のカム２２の位置を第２の位置Ｐ２に変更し、以降正揺動駆動モードでモータ１２を動作させる。すなわち、非同期駆動モードでモータ１２を動作させる。モータ制御装置５０は、図１２（ａ）〜（ｄ）の操作を行っているときにエンジン１００の燃焼変動及びトルクショックなどが発生しないように第１のカム２１の作用角を調整したり、さらにエンジン１００のＥＣＵを介して気筒１内に供給される燃料量の調整、及び点火時期の調整などを行ってもよい。なお、既にモータ１２が非同期駆動モードで動作していた場合は、図１２（ａ）〜（ｄ）に示した操作は行わずに非同期駆動モードを継続する。その後、今回の制御ルーチンを終了する。
【００５１】
一方、モータ１２の駆動モードを非同期駆動モードに切り替えない、すなわち同期駆動モードでモータ１２の動作を制御すると判断した場合はステップＳ２３に進み、モータ制御装置５０は、まず第２のカム２２の位置が第１の位置Ｐ１に達するまでカム軸２０を逆回転させ、その後正揺動駆動モードでモータ１２を動作させる。すなわち、同期駆動モードでモータ１２を動作させる。この処理でもステップＳ２２と同様に、モータ制御装置５０は、エンジン１００の燃焼変動及びトルクショックなどが発生しないように第１のカム２１の作用角を調整したり、気筒１内に供給される燃料量の調整、及び点火時期の調整などを行ってもよい。なお、既にモータ１２が同期駆動モードで動作していた場合は、第２のカム２２の位置を第１の位置Ｐ１に変更しなくてもよいため、カム軸２０を逆回転させることなく同期駆動モードを継続する。その後、今回の制御ルーチンを終了する。
【００５２】
以上に説明したように、この第２の形態では、第１吸気弁２Ａの動弁特性と第２吸気弁２Ｂの動弁特性とを同一に設定する同期駆動モード、及び第１吸気弁２Ａの動弁特性と第２吸気弁２Ｂの動弁特性とを相違させる非同期駆動モードによってモータ１２の動作を制御できるので、同一の気筒１に配置された吸気弁２Ａ、２Ｂの動弁特性の自由度を高めることができる。また、エンジン１００の運転状態に応じて気筒１内に形成されるスワール流の強さを変更できるので、エンジン１００の燃焼を改善できる。なお、本形態においても、各駆動モードにおいてカム軸２０の回転方向を切り替えるタイミングをエンジン１００の運転状態に応じて適宜変更してよい。この場合、エンジン１００の運転状態に応じて各吸気弁２のリフト量の最大値を適切に調整できる。
【００５３】
本発明は、上述した形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、本発明の動弁装置が組み込まれるエンジン１００の同一気筒に配置される吸気弁の数は２個に限定されない。３個以上の吸気弁が同一気筒に配置されていてもよい。また、本発明の動弁装置は、同一気筒に配置された複数の排気弁を開閉駆動する動弁装置に適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の第１の形態に係る動弁装置が組み込まれたエンジンの要部を示す斜視図。
【図２】図１のカム機構の詳細を示す図。
【図３】図１のカム軸を拡大して示す図。
【図４】図１のカム軸の斜視図。
【図５】正揺動駆動モードにおけるクランク角、吸気弁のリフト量、及びカム軸の回転数の対応関係の一例を示す図。
【図６】逆揺動駆動モードにおけるクランク角、吸気弁のリフト量、及びカム軸の回転数の対応関係の一例を示す図。
【図７】正揺動駆動モード時において各カムがロッカーアームを押し下げるときの各カムの状態を示す図。
【図８】逆揺動駆動モード時において各カムがロッカーアームを押し下げるときの各カムの状態を示す図。
【図９】図１のモータ制御装置が実行するモータ制御ルーチンを示すフローチャート。
【図１０】第１の形態の変形例を示す図。
【図１１】本発明の第２の形態に係る動弁装置の要部を示す図。
【図１２】第２の形態において第２のカムを第２の位置に変更するときの手順を示す図で、（ａ）は第２のカムが第１の位置にある状態の各カムの状態を示し、（ｂ）はカム軸を逆回転させているときの各カムの状態を示し、（ｃ）は第２のカムを第２の位置に変更しているときの各カムの状態を示し、（ｄ）は第２のカムが第２の位置にある状態でカム軸を正回転させているときの各カムの状態を示し、（ｅ）は第２のカムが第２の位置にある状態においてモータを正揺動駆動モードで動作させているときの各カムの状態を示している。
【図１３】第２の形態のモータ制御装置が実行するモータ制御ルーチンを示すフローチャート。
【符号の説明】
【００５５】
１  気筒
２  吸気弁（弁手段）
１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ  動弁装置
１２  モータ（電動機）
２０  カム軸
２１  第１のカム（他のカム）
２２  第２のカム（一のカム）
５０  モータ制御装置（電動機制御手段）
６０  リング部材（変形量変更手段）
６１  アクチュエータ（変形量変更手段）
７０  ワンウェイクラッチ
Ｆ  正方向（所定方向）
Ｒ  逆方向
Ｐ１  第１の位置
Ｐ２  第２の位置
【図１】
2007146688.tif 000003
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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