(57)【要約】【課題】この発明は、内燃機関の動弁装置に関し、複数のモータを用いてカムの駆動を行う動弁装置において、カム駆動の自由度を向上することを目的とする。【解決手段】＃１および＃４気筒で共用された吸気カム軸２０＃１４および排気カム軸４８＃１４と機械的に連結された吸気側モータ２６＃１４および排気側モータ５２＃１４をそれぞれ備える。また、＃２および＃３気筒で共用された吸気カム軸２０＃２３および排気カム軸４８＃２３と機械的に連結された吸気側モータ２６＃２３および排気側モータ５２＃２３をそれぞれ備える。吸気カム軸２０＃１４と排気カム軸４８＃１４とを連結させるための第１クラッチ４４を備える。吸気カム軸２０＃２３と排気カム軸４８＃２３とを連結させるための第３クラッチ６０を備える。＃１および＃４気筒と、＃２および＃３気筒との間で、それぞれのカム軸を連結させるための第２クラッチ５４を備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのカムと機械的に連結されたモータを複数個備え、当該複数のモータによって各気筒に配置された前記カムを駆動する内燃機関の動弁装置であって、
前記複数のモータの少なくとも２つを連結しまたはその連結を解除するカム駆動態様切換手段を備えることを特徴とする内燃機関の動弁装置。
【請求項２】
前記複数のモータのそれぞれは、内燃機関の爆発間隔が略等間隔となる１または複数の気筒のカムと機械的に連結されていることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の動弁装置。
【請求項３】
前記モータの駆動系に異常が生じたか否かを判別するモータ異常判別手段を更に備え、
前記カム駆動態様切換手段は、前記異常の検出時には、当該異常の生じたモータに対応するカムが別のモータで駆動されるようにカム駆動の態様を切り換えることを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の動弁装置。
【請求項４】
前記カム駆動態様切換手段は、前記別のモータの駆動力を前記異常の生じたモータに対応するカムに伝達するためのクラッチを備えることを特徴とする請求項３記載の内燃機関の動弁装置。
【請求項５】
前記クラッチは、内燃機関の所定の順序でバルブの開弁期間が到来するように、前記クラッチの接続タイミングを定めるタイミング決定機構を備えることを特徴とする請求項４記載の内燃機関の動弁装置。
【請求項６】
前記カム駆動態様切換手段は、内燃機関が備える前記カムの中から内燃機関の爆発間隔が略等間隔となる１または複数の気筒のカムを選択するカム選択手段を備え、前記異常の検出時には、前記カム選択手段により選択された前記カムが、正常なモータによって駆動されるようにカム駆動の態様を切り換えることを特徴とする請求項３乃至５の何れか１項記載の内燃機関の動弁装置。
【請求項７】
前記カム駆動態様切換手段は、前記異常の検出時には、当該異常の生じたモータに対応するカムと同じ気筒に配置されたカムに対応する正常なモータの駆動力が、前記異常の生じたモータの駆動と関係しない別の気筒のカムの駆動に用いられるようにカム駆動の態様を切り換えることを特徴とする請求項３記載の内燃機関の動弁装置。
【請求項８】
前記カム駆動態様切換手段は、吸気側のモータと排気側のモータとを連結しまたはその連結を解除する切換機構を備えており、吸気側のすべての前記モータまたは排気側のすべての前記モータに異常が検出された場合に、吸気側および排気側のうちの正常な側の少なくとも１つのモータの駆動力が、吸気側および排気側のうちの異常な側のカムの駆動に用いられるようにカム駆動の態様を切り換えることを特徴とする請求項３記載の内燃機関の動弁装置。
【請求項９】
前記モータに電力を供給するバッテリの負荷状態を検知するバッテリ負荷検知手段を更に備え、
前記カム駆動態様切換手段は、前記バッテリの負荷が大きいと判断される場合には、１つの前記カムに対して少なくとも２つの前記モータの駆動力が伝達されるようにカム駆動の態様を切り換えることを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の動弁装置。
【請求項１０】
前記モータの負荷状態を検知するモータ負荷検知手段を更に備え、
前記カム駆動態様切換手段は、前記モータの負荷が大きいと判断される場合には、１つの前記カムに対して少なくとも２つの前記モータの駆動力が伝達されるようにカム駆動の態様を切り換えることを特徴とする請求項１または２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】
この発明は、内燃機関の動弁装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１には、電動モータによりカムの駆動を行う内燃機関の動弁装置が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１７１９３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来の動弁装置において、一本のカム軸に固定されたすべてのカムを１つのモータで駆動させる場合には、モータの駆動系に故障が生じた場合には、カムの駆動が不能となる。また、上記従来の可変動弁装置において、バルブの開弁特性の制御自由度を向上させるべく、例えば気筒毎にカム駆動用のモータを備えている場合には、モータの駆動系に故障が生じた場合には、残された正常なモータを用いた内燃機関の減筒運転によって車両の退避走行を行うことを余儀なくされていた。
【０００５】
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、複数のモータを用いてカムの駆動を行う動弁装置において、カム駆動の自由度を向上し得る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】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、少なくとも１つのカムと機械的に連結されたモータを複数個備え、当該複数のモータによって各気筒に配置された前記カムを駆動する内燃機関の動弁装置であって、
前記複数のモータの少なくとも２つを連結しまたはその連結を解除するカム駆動態様切換手段を備えることを特徴とする。
【０００７】
また、第２の発明は、第１の発明において、前記複数のモータのそれぞれは、内燃機関の爆発間隔が略等間隔となる１または複数の気筒のカムと機械的に連結されていることを特徴とする。
【０００８】
また、第３の発明は、第１または第２の発明において、前記モータの駆動系に異常が生じたか否かを判別するモータ異常判別手段を更に備え、
前記カム駆動態様切換手段は、前記異常の検出時には、当該異常の生じたモータに対応するカムが別のモータで駆動されるようにカム駆動の態様を切り換えることを特徴とする。
【０００９】
また、第４の発明は、第３の発明において、前記カム駆動態様切換手段は、前記別のモータの駆動力を前記異常の生じたモータに対応するカムに伝達するためのクラッチを備えることを特徴とする。
【００１０】
また、第５の発明は、第４の発明において、前記クラッチは、内燃機関の所定の順序でバルブの開弁期間が到来するように、前記クラッチの接続タイミングを定めるタイミング決定機構を備えることを特徴とする。
【００１１】
また、第６の発明は、第３乃至第５の発明の何れかにおいて、前記カム駆動態様切換手段は、内燃機関が備える前記カムの中から内燃機関の爆発間隔が略等間隔となる１または複数の気筒のカムを選択するカム選択手段を備え、前記異常の検出時には、前記カム選択手段により選択された前記カムが、正常なモータによって駆動されるようにカム駆動の態様を切り換えることを特徴とする。
【００１２】
また、第７の発明は、第３の発明において、前記カム駆動態様切換手段は、前記異常の検出時には、当該異常の生じたモータに対応するカムと同じ気筒に配置されたカムに対応する正常なモータの駆動力が、前記異常の生じたモータの駆動と関係しない別の気筒のカムの駆動に用いられるようにカム駆動の態様を切り換えることを特徴とする。
【００１３】
また、第８の発明は、第３の発明において、前記カム駆動態様切換手段は、吸気側のモータと排気側のモータとを連結しまたはその連結を解除する切換機構を備えており、吸気側のすべての前記モータまたは排気側のすべての前記モータに異常が検出された場合に、吸気側および排気側のうちの正常な側の少なくとも１つのモータの駆動力が、吸気側および排気側のうちの異常な側のカムの駆動に用いられるようにカム駆動の態様を切り換えることを特徴とする。
【００１４】
また、第９の発明は、第１または第２の発明において、前記モータに電力を供給するバッテリの負荷状態を検知するバッテリ負荷検知手段を更に備え、
前記カム駆動態様切換手段は、前記バッテリの負荷が大きいと判断される場合には、１つの前記カムに対して少なくとも２つの前記モータの駆動力が伝達されるようにカム駆動の態様を切り換えることを特徴とする。
【００１５】
また、第１０の発明は、第１または第２の発明において、前記モータの負荷状態を検知するモータ負荷検知手段を更に備え、
前記カム駆動態様切換手段は、前記モータの負荷が大きいと判断される場合には、１つの前記カムに対して少なくとも２つの前記モータの駆動力が伝達されるようにカム駆動の態様を切り換えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
第１の発明によれば、それぞれのモータにより駆動されるカムの数を切り換え可能とすることができる。このため、本発明によれば、カム駆動の自由度を向上させることができる。
【００１７】
第２の発明によれば、内燃機関の減筒運転時に、複数のモータ間の連結またはその連結の解除によって、減筒運転を行う気筒のカムを駆動するモータの選択が可能となる。内燃機関の爆発間隔が略等間隔となる１または複数の気筒を利用することとすれば、内燃機関のトルク変動を最小限に抑えた減筒運転を行うことが可能となる。本発明によれば、そのような減筒運転を行うためのカム駆動の自由度を向上させることができる。
【００１８】
第３の発明によれば、モータの駆動系に異常が生じた場合に、別のモータによって当該異常の生じたカムの気筒の運転を継続させることができる。
【００１９】
第４の発明によれば、クラッチの結合または解放により、異常の生じたモータに対応するカムへの別のモータ駆動力の伝達を制御することができる。
【００２０】
第５の発明によれば、クラッチの結合時に、各気筒のカム駆動の適切な順序を確保することができる。
【００２１】
第６の発明によれば、モータの駆動系に異常が生じた際に、内燃機関のトルク変動を最小限に抑えた減筒運転を行うことができる。
【００２２】
第７の発明によれば、減筒運転時に、運転が行われない気筒のカムと機械的に連結された正常なモータの駆動力を、運転が行われる気筒のカム駆動をアシストするために利用することができる。
【００２３】
第８の発明によれば、吸気側および排気側の何れか一方の全モータに異常が生じた場合であって、吸気側および排気側のうちの正常な側のモータの駆動力を、それらのうちの異常な側のカム駆動のために利用することで、内燃機関の運転を継続させることができる。
【００２４】
第９の発明によれば、バッテリの負荷が大きいと判断される場合に、各モータ同士が他のモータのカム駆動を互いにアシストし合うようにすることができる。その結果、それぞれのカム軸の駆動に必要な各モータの駆動トルクのピーク値を下げることができ、バッテリの負荷が大きい状況下においても、要求通りの駆動トルクが得られるカム駆動を確保することができる。
【００２５】
第１０の発明によれば、モータの負荷が大きいと判断される場合に、各モータ同士が他のモータのカム駆動を互いにアシストし合うようにすることができ、各モータの負荷を低減させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
実施の形態１．
［可変動弁装置の構成］
以下、図１乃至図５を参照して、本発明の実施の形態１の可変動弁装置１０の構成を説明する。
先ず、図１は、本発明の実施の形態１の可変動弁装置１０の構成を説明するための斜視図である。本実施形態の可変動弁装置１０は、直列４気筒型の内燃機関に適用されている。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。本実施形態で用いられる内燃機関の爆発順序は、一般的な内燃機関と同様に、＃１→＃３→＃４→＃２であるものとする。
【００２７】
本実施形態では、内燃機関の個々の気筒に、２つの吸気弁と２つの排気弁とが備わっているものとする。可変動弁装置１０は、各気筒の吸気弁を駆動するための構成と、各気筒の排気弁を駆動するための構成とを備えているが、それらは同様であるため、ここでは、吸気側の構成を例にとって説明を行うものとする。
【００２８】
図１に示すように、内燃機関の各気筒には、２つの吸気弁１２がそれぞれ配置されている。吸気弁１２には、それぞれ弁軸１４が固定されている。弁軸１４の上端部には、バルブリフター１６が取り付けられている。弁軸１４には、図示しないバルブスプリングの付勢力が作用しており、吸気弁１２は、その付勢力によって閉弁方向に付勢されている。それぞれのバルブリフター１６の上部には、対応する吸気カム１８が配置されている。
【００２９】
＃１気筒および＃４気筒に対応する吸気カム１８＃１、１８＃４は、吸気カム軸２０＃１４に固定されている。＃２および＃３気筒に対応する吸気カム１８＃２、１８＃３は、吸気カム軸２０＃１４とは互いに回転可能であって、かつ、当該吸気カム軸２０＃１４と同軸上に配置された吸気カム軸２０＃２３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吸気カム軸が共用されている。このような構成によって、吸気カム軸２０＃１４と吸気カム軸２０＃２３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っている。尚、吸気カム軸２０＃１４および吸気カム軸２０＃２３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。
【００３０】
一方の吸気カム軸２０＃１４には、ドリブンギヤ２２が同軸上に固定されている。ドリブンギヤ２２には、出力ギヤ２４が噛み合わされている。出力ギヤ２４は、吸気カム軸２０軸＃１４を駆動するための吸気側モータ２６＃１４の出力軸と同軸上に固定されている。吸気側モータ２６＃１４には、その出力軸の回転位置を検出するための位置検出センサが内蔵されている。このような構成によれば、吸気カム１８＃１および１８＃４と吸気側モータ２６＃１４とを、ギヤ２２および２４を介して機械的に連結することができ、後述するＥＣＵ９０の指令に基づき、吸気側モータ２６＃１４のトルクを吸気カム軸２０＃１４に伝達することができる。
【００３１】
他方の吸気カム軸２０＃２３には、ドリブンギヤ２８が同軸上に固定されている。ドリブンギヤ２８には、中間ギヤ３０を介して、出力ギヤ３２が噛み合わされている。出力ギヤ３２は、吸気カム軸２０＃２３を駆動するための吸気側モータ２６＃２３の出力軸と同軸上に固定されている。吸気側モータ２６＃２３には、その出力軸の回転位置を検出するための位置検出センサが内蔵されている。このような構成によれば、吸気カム１８＃２および１８＃３と吸気側モータ２６＃２３とを、ギヤ２８、３０、および３２を介して機械的に連結することができ、後述するＥＣＵ９０の指令に基づき、吸気側モータ２６＃２３のトルクを吸気カム軸２０＃２３に伝達することができる。
【００３２】
図２は、図１に示す吸気カム１８＃１および１８＃４の詳細な構成を説明するために、吸気カム軸２０＃１４をその軸方向から見た図である。上述したように、吸気カム軸２０＃１４には、吸気カム１８＃１と吸気カム１８＃４とが固定されている。図２に示すように、＃１気筒用の吸気カム１８＃１は、プロフィールの異なる２つの吸気カム面１８＃１a、１８＃１bを有している。一方の吸気カム面である非作用面１８＃１a（ベース円部）は、吸気カム軸２０＃１４の中心からの距離が一定となるように形成されている。他方の吸気カム面である作用面１８＃１bは、吸気カム軸２０＃１４の中心からの距離が次第に大きくなり、頂部１８＃１c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気筒用の吸気カム１８＃４についても、吸気カム１８＃１と同様の非作用面１８＃４aと作用面１８＃４bを有している。そして、吸気カム１８＃１の頂部１８＃１cと吸気カム１８＃４の頂部１８＃４cとは、吸気カム軸２０＃１４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気筒に対応する吸気カム軸２０＃２３の構成についても、吸気カム軸２０＃１４と同様であるものとする。
【００３３】
図３は、図１に示す可変動弁装置１０が備えるカム駆動態様切換機構４０の構成を説明するための図である。尚、図３においては、中間ギヤ３０の図示を省略している。
本実施形態の可変動弁装置１０は、内燃機関が備える複数のカム軸（吸気カム軸２０＃１４等）のそれぞれを駆動するためのモータ（吸気側モータ２６＃１４等）を切り換えるカム駆動態様切換機構４０を備えている。以下、カム駆動態様切換機構４０の構成を詳述する。
【００３４】
＃１および＃４気筒に対応する吸気カム軸２０＃１４と同軸上に固定されたドリブンギヤ２２には、伝達ギヤ４２が噛み合わされている。伝達ギヤ４２の一方は、第１クラッチ４４を介して、伝達ギヤ４６に対向している。伝達ギヤ４６には、＃１および＃４気筒に対応する排気カム軸４８＃１４と同軸上に固定されたドリブンギヤ５０が噛み合わされている。ドリブンギヤ５０には、第１クラッチ４４の解放時に排気カム軸４８＃１４を駆動するための排気側モータ５２＃１４の出力軸が噛み合わされている。
【００３５】
伝達ギヤ４２の他方は、第２クラッチ５４を介して、伝達ギヤ５６に対向している。伝達ギヤ５６には、＃２および＃３気筒に対応する排気カム軸４８＃２３と同軸上に固定されたドリブンギヤ５８が噛み合わされている。ドリブンギヤ５８には、第２クラッチ５４の解放時に排気カム軸４８＃２３を駆動するための排気側モータ５２＃２３の出力軸が（より詳細には、図３においては図示省略する中間ギヤを介して）噛み合わされている。
【００３６】
伝達ギヤ５６の他方は、第３クラッチ６０を介して、伝達ギヤ６２に対向している。伝達ギヤ６２には、＃２および＃３気筒に対応する吸気カム軸２０＃２３と同軸上に固定されたドリブンギヤ２８が噛み合わされている。ドリブンギヤ２８には、第３クラッチ６０の解放時に吸気カム軸２０＃２３を駆動するための吸気側モータ２６＃２３の出力軸が（より詳細には、図３においては図示省略する中間ギヤ３０を介して）噛み合わされている。
【００３７】
本実施形態のカム駆動態様切換機構４０は、同じ気筒の吸気カム軸と排気カム軸とがクラッチを介して連結可能となるように構成されている。これは、図３において、第１クラッチ４４およびその他のギヤ４６等を介して吸気カム軸２０＃１４および排気カム軸４８＃１４を連結可能としていることにより、また、第３クラッチ６０およびその他のギヤ６２等を介して吸気カム軸２０＃２３および排気カム軸４８＃２３を連結可能としていることにより、実現されている。
【００３８】
このような構成によれば、吸気側または排気側の何れか１つのモータを用いて、減筒運転（本実施形態の構成では２気筒運転）を実施することが可能となる。このような構成が採用されていなければ、吸気側および排気側のモータの駆動系に故障等の異常が生じた際の退避走行時に、当該異常の生じた気筒の運転を断念するしかなくなる。これに対し、上記の構成によれば、吸気側および排気側のモータのうちの異常の生じていないモータを用いて、その気筒の運転を継続した退避走行を行うことができるようになる。更に、本実施形態の可変動弁装置１０では、上述したように、内燃機関の爆発間隔が等間隔となる気筒群毎に、吸気カム軸および排気カム軸を共用している。このため、内燃機関のトルク変動を最小限に抑えつつ、そのような減筒運転を実施することができる。
【００３９】
図４は、図３に示す第１〜第３クラッチ４４等の具体的な構成を説明するための図である。図４（Ｂ）は、図４（Ａ）をクラッチの中心軸の軸方向から見た図を示している。上述した第１〜第３クラッチ４４等は、それぞれ図４に示すように構成されているため、ここでは、第１クラッチ４４を例にとって説明を行うものとする。
【００４０】
図４（Ａ）に示すように、第１クラッチ４４は、内燃機関が発生させる油圧の制御によって結合と解放が行われるものであり、対向する２つの円板６４Ａおよび６４Ｂを備えている。円板６４Ａは伝達ギヤ４２と同軸上に、円板６４Ｂは伝達ギヤ４６と同軸上に、それぞれ固定されている。円板６４Ａの内部には、円板６４Ｂ側に開口部を有する油圧室６６が形成されており、油圧室６６内には、ピストン６８が嵌め込まれている。油圧室６６には、内燃機関のオイルポンプにより油圧の供給を受ける油路７０が連通している。油路７０の途中には、油圧室６６内の油圧を制御するための電磁弁７２が配置されている。
【００４１】
円板６４Ｂの内部には、円板６４Ａ側に開口部を有するピン穴７４が形成されており、ピン穴７４の内部には、その奥側からリターンスプリング７６と結合ピン７８とが配置されている。ピストン６８と結合ピン７８は、円板６４Ａおよび６４Ｂの回転軸を中心とする同じ円弧状に配置されている。このため、円板６４Ａおよび６４Ｂの相対的な回転角度が所定の角度となったときに、ピストン６８の位置と結合ピン７８の位置とが一致するようになっている。
【００４２】
上記の構成によれば、ピストン６８の位置と結合ピン７８の位置とが一致したとき、油圧室６６内の油圧がピストン６８を押す力よりも、リターンスプリング７６が結合ピン７８を押す力の方が大きければ、結合ピン７８は、ピストン６８を油圧室６６の奥に押し込むようにして油圧室６６の内部に進入する。その結果、第１クラッチ４４は、結合ピン７８によって結合状態となる。一方、リターンスプリング７６が結合ピン７８を押す力よりも、油圧室６６内の油圧がピストン６８を押す力の方が大きくなれば、ピストン６８が結合ピン７８を油圧室６６から押し出すこととなり、第１クラッチ４４は、解放状態となる。
【００４３】
図５は、第１〜第３クラッチ４４等を接続するタイミングを説明するための図である。より具体的には、図５（Ａ）は、第１クラッチ４４の接続タイミングを示している。第１クラッチ４４は、＃１および＃４気筒に対応する吸気カム軸２０＃１４と、＃１および＃４気筒に対応する排気カム軸４８＃１４とを連結させるためのクラッチである。従って、吸気カム軸２０＃１４と排気カム軸４８＃１４とを連結させた状態で、吸気弁１２の開弁期間と排気弁の開弁期間との位相関係が所定の順序を満たす関係となるように、第１クラッチ４４の接続タイミングを決定する必要がある。そこで、図５（Ａ）に示すように、＃１気筒に対応する吸気カム１８＃１および排気カム８０＃１のそれぞれのカムノーズ部が同一方向を向いたタイミング（より詳細には、所望のバルブオーバーラップ期間が得られるタイミング）で、第１クラッチ４４が接続されるような円板６４Ａと円板６４Ｂとの相対的な回転角度が得られるように、これらの円板６４Ａ等がそれぞれの伝達ギヤ４６等と組み合わされている。
【００４４】
図５（Ｂ）は、第３クラッチ６０の接続タイミングを示している。第３クラッチ６０は、＃２および＃３気筒に対応する吸気カム軸２０＃２３と、＃２および＃３気筒に対応する排気カム軸４８＃２３とを連結させるためのクラッチである。これらの＃２および＃３気筒に対応するカム軸についても、上記の＃１および＃４気筒に対応するカム軸の場合と同様に、吸気カム軸２０＃２３と排気カム軸４８＃２３とを連結させた状態で、吸気弁１２の開弁期間と排気弁の開弁期間との位相関係が所定の順序を満たす関係となるように、第３クラッチ６０の接続タイミングを決定する必要がある。そこで、図５（Ｂ）に示すように、＃２気筒に対応する吸気カム１８＃２および排気カム８０＃２のそれぞれのカムノーズ部が同一方向を向いたタイミング（より詳細には、所望のバルブオーバーラップ期間が得られるタイミング）で、第３クラッチ６０が接続されるような円板６４Ａと円板６４Ｂとの相対的な回転角度が得られるように、これらの円板６４Ａ等がそれぞれの伝達ギヤ６２等と組み合わされている。
【００４５】
また、第２クラッチ５４は、＃１および＃４気筒と、＃２および＃３気筒との間で、それぞれのカム軸を連結させるためのクラッチである。従って、それらのカム軸を連結させた状態で、＃１および＃４気筒と、＃２および＃３気筒との間で、吸気弁１２（または排気弁）の開弁期間の位相関係が所定の順序を満たす関係となるように、第２クラッチ５４の接続タイミングを決定する必要がある。そこで、図５（Ａ）および図５（Ｂ）に示すように、第３気筒の吸気カム１８＃３の頂部１８＃３cが第１気筒の吸気カム１８＃１の頂部１８＃１cに対してカム角で９０°だけ遅角側のタイミングで、つまり、内燃機関の爆発順序が既述した＃１→＃３→＃４→＃２を満たすことができるようなタイミングで、第２クラッチ５４が接続されるような円板６４Ａと円板６４Ｂとの相対的な回転角度が得られるように、これらの円板６４Ａ等がそれぞれの伝達ギヤ５６等と組み合わされている。
【００４６】
図１に示すシステムは、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)９０を備えている。ＥＣＵ９０には、上述したセンサに加え、内燃機関の冷却水温度を検出するための水温センサ９２、車両のアクセルペダルの開度を検出するためのアクセル開度センサ９４、および、上記モータ２６＃１４等の温度をそれぞれ検出するためのモータ温度センサ９６等の各種のセンサが接続されている。また、ＥＣＵ９０は、モータ２６＃１４等に電力を供給するバッテリ９８の電圧を検出できるように構成されている。また、ＥＣＵ９０には、上記モータ２６＃１４等、および、第１〜第３クラッチ４４等の結合または解放を制御する上記電磁弁７２等の各種のアクチュエータが接続されている。
【００４７】
以上説明した可変動弁装置１０によれば、ＥＣＵ９０が、吸気カム軸２０＃１４等が一方向に連続的に駆動されるように、モータ２６＃１４等に駆動指令を与えることにより、吸気カム軸２０＃１４等を回転動作させることができる。また、ＥＣＵ９０が、吸気弁１２等の開弁動作中にモータ２６＃１４等の回転方向が逆転するように、モータ２６＃１４等に与える駆動指令を変更することにより、吸気カム軸２０＃１４等を揺動動作させることができる。その結果、吸気弁１２等の開弁特性（リフト量、作用角、開弁時期など）を任意の値に制御することができる。
【００４８】
また、以上説明したカム駆動態様切換機構４０によれば、ＥＣＵ９０による電磁弁７２の制御によって、第１〜第３クラッチ４４等をすべて結合状態にすれば、すべてのモータ２６＃１４等によって、すべてのカム軸２０＃１４等を駆動することができ、また、モータ２６＃１４等のうちの少なくとも１つのモータが作動可能であれば、すべてのカム軸２０＃１４等を駆動することができるようになる。更に、作動させるモータと結合状態とするクラッチを任意に変更することにより、電動駆動の可変動弁装置１０におけるバルブ駆動の自由度を向上させることができる。
【００４９】
以上の図４および図５を参照して説明した上記の第１〜第３クラッチ４４等の構成によれば、内燃機関が油圧を発生させていない停止時には、油圧室６６内に油圧が生じていないため、第１クラッチ４４等は結合状態になる。そして、内燃機関の始動後の油圧が十分に立ち上がっていない期間は、第１クラッチ４４等は結合状態に維持される。内燃機関の極低温始動時には、カム軸のジャーナル部とその軸受とのクリアランスが小さく、また、潤滑油が高粘度化しているため、カム軸の摺動抵抗が大きくなり、カム軸の必要駆動力が増大する。このため、通常使用域で最適化された駆動力を有するモータでは、カム軸の駆動が困難となり、始動時間の長時間化をもたらし、最悪の場合には、始動不能に陥ることも考えられる。
【００５０】
このような場合に、上記の第１〜第３クラッチ４４等の構成によれば、内燃機関の始動時には、すべてのクラッチ４４等が結合された状態となる。このため、始動時には、すべてのモータ２６＃１４等によって、すべてのカム軸２０＃１４等が駆動されることとなる。カムノーズがバルブリフター１６に当接していない状態、すなわち、カム１８のベース円部（図２参照の１８＃１a参照）がバルブリフター１６と接している状態では、そのような状態にあるカム軸と機械的に連結されたモータは、その時点では、駆動力をあまり発する必要がない。上記のように、複数のモータの駆動力を１つのカムに加えることとすると、そのような駆動力に余裕のある状態のモータで、他のモータによる他のカム軸の駆動をアシストすることが可能となる。これにより、クラッチ４４等をすべて解放したときに比して、クラッチ４４等をすべて連結したときの方が、すべてのモータ２６＃１４等が発生させる駆動力をより有効利用できるようになり、大きな駆動力を確保することができるとともに、それぞれのモータの負荷低減を図ることもできる。
【００５１】
また、上記の第１〜第３クラッチ４４等の構成によれば、内燃機関の始動後に油圧が十分なレベルにまで立ち上がると、クラッチ４４等が解放されることとなり、カム軸毎に高い自由度でのバルブの駆動ができるようになる。また、油圧が十分に立ち上がった後であって、電磁弁７２を適宜制御することにより、クラッチ４４等の結合または解放を任意に行うこともできる。尚、ここでは、油圧で制御されるクラッチ４４等を用いることとしているが、このような構成に限らず、電磁力によって結合ピンの抜き差しを行うようなものであってもよい。このような構成によれば、内燃機関が駆動されていない状態においても、クラッチの結合または解放が可能となり、高い自由度を得ることができる。
【００５２】
［可変動弁装置１０を用いた制御の具体例］
次に、上記の可変動弁装置１０の構成を活用する制御の好適な具体例について説明を行う。
（モータ駆動系の異常時の制御）
ここでは、モータの駆動系の異常とは、モータ本体、モータの駆動装置、或いはモータの制御部に生じた故障等の異常を意味しているものとする。以下の説明では、それらの異常のことを、単に「モータの異常」と略することがある。
【００５３】
１．何れか１つのモータに異常が生じた場合
図６は、可変動弁装置１０が備えるモータの駆動系に異常が生じた際に、ＥＣＵ９０が実行するルーチンのフローチャートである。図６に示すルーチンでは、先ず、異常の生じたモータが１つであるか否かが判別される（ステップ１００）。モータに異常が生じているかどうかは、例えば、モータ２６＃１４等に内蔵された回転位置を検出するセンサの出力に基づいて判断することができる。
【００５４】
上記ステップ１００において、異常の生じたモータが１つであると判定された場合には、現在、各モータに所定値以上の高い駆動トルクが要求されているか否かが判別される（ステップ１０２）。具体的には、本ステップでは、残された正常なモータで全気筒運転を行う際に発生させ得るトルクより高いトルクが各モータに要求されているか否かが判別される。
【００５５】
上記ステップ１０２において、そのような高い駆動トルクが要求されていないと判断された場合には、すべてのクラッチ４４等を結合状態として、残された正常なモータですべてのカム軸を駆動しながら全気筒運転が実行される（ステップ１０４）。
【００５６】
一方、上記ステップ１０２において、高い駆動トルクが要求されていると判断された場合には、吸気側および排気側のそれぞれのモータが正常である２つの気筒を選択して、減筒運転が実行される（ステップ１０６）。この場合に、本実施形態の可変動弁装置１０の構成によれば、内燃機関の爆発間隔が等間隔となる２つの気筒が選択されることとなる。これにより、内燃機関のトルク変動を最小限に抑えた減筒運転を実施することができる。また、この際、故障した吸気側（または排気側）のモータに対応する排気側（または吸気側）のモータの駆動は停止される。
【００５７】
２．何れか２つのモータに異常が生じた場合
図７は、可変動弁装置１０が備えるモータの駆動系に異常が生じた際に、ＥＣＵ９０が実行するルーチンのフローチャートである。図７に示すルーチンでは、先ず、異常の生じたモータが２つであるか否かが判別され（ステップ２００）、異常の生じたモータが２つである場合には、吸気側または排気側のすべてのモータに異常が生じたか否かが判別される（ステップ２０２）。
【００５８】
上記ステップ２０２において、吸気側または排気側のすべてのモータに異常が生じたと判定された場合であって、高い駆動トルクがモータに要求されていないと判定された場合には（ステップ２０４）、すべてのクラッチ４４等を結合状態として、残された正常なモータですべてのカム軸を駆動しながら全気筒運転が実行される（ステップ２０６）。
【００５９】
一方、上記ステップ２０４において、高い駆動トルクが要求されていると判定された場合には、吸気側および排気側のうちの残された正常な側の２つのモータで減筒運転が実行される（ステップ２０８）。この場合には、以下のようなクラッチの接続手法を用いるのが好適である。具体的には、吸気側の２つのモータが故障している場合には、第２クラッチ５４のみ（または第１クラッチ４４および第２クラッチ５４）を結合状態とすることで、排気カム軸４８＃１４を排気側モータ５２＃１４で駆動させることができ、吸気カム軸２０＃１４を排気側モータ５２＃２３で駆動させることができる。また、排気側の２つのモータに異常が生じている場合には、第２クラッチ５４のみ（または第２クラッチ５４および第３クラッチ６０）を結合状態とすることで、吸気側の２つのモータ２６＃１４等で、吸気カム軸２０＃２３および排気カム軸４８＃２３を駆動させることができる。
【００６０】
このようなクラッチの接続手法によれば、減筒運転時に、燃焼が行われない気筒に対応するカム軸の無駄な駆動を減らして、モータの駆動負荷を低減させることができる（例えば、排気側の２つのモータで＃１および＃４気筒で減筒運転を行う場合には、それらのモータで＃２および＃３気筒で減筒運転をさせようとする場合に比して、吸気カム軸２０＃２３の無駄な駆動を無くすことができる）。
【００６１】
また、図７に示すルーチンでは、上記ステップ２０２において、吸気側または排気側のすべてのモータに異常が生じたのではないと判定された場合には、異常の生じた２つのモータが同じ気筒群を駆動する２つのモータであるか否かが判別される（ステップ２１０）。その結果、同じ気筒群を駆動する２つのモータに異常が生じていると判定された場合であって、高い駆動トルクがモータに要求されていないと判定された場合には（ステップ２１２）、すべてのクラッチ４４等を結合状態として、残された正常なモータですべてのカム軸を駆動しながら全気筒運転が実行される（ステップ２１４）。
【００６２】
一方、上記ステップ２１２において、高い駆動トルクが要求されていると判定された場合には、残された同じ気筒群の正常な２つのモータで減筒運転が実行される（ステップ２１６）。この場合には、２つのモータ間で他のモータの駆動をアシストさせるべく、それらの正常な２つのモータで駆動される伝達ギヤ間の結合または解放を担うクラッチ、すなわち、第１クラッチ４４または第３クラッチ６０を結合させるようにしてもよい。
【００６３】
また、図７に示すルーチンでは、上記ステップ２１０において、同じ気筒群を駆動する２つのモータに異常が生じたのではないと判定された場合、すなわち、吸気側および排気側のモータのそれぞれ１つづつに異常が生じたと判断できる場合には、次いで、高い駆動トルクが要求されているか否かが判別される（ステップ２１８）。その結果、高い駆動トルクが要求されていないと判定された場合には、すべてのクラッチ４４等を結合状態として、残された正常なモータですべてのカム軸を駆動しながら全気筒運転が実行される（ステップ２２０）。
【００６４】
一方、上記ステップ２２０において、高い駆動トルクが要求されていると判定された場合には、＃１および＃４気筒からなる気筒群と＃２および＃３気筒からなる気筒群の何れか一方を選択して、減筒運転が実行される（ステップ２２２）。この際、異常の生じた２つのモータが吸気側モータ２６＃１４と排気側モータ５２＃２３の組み合わせである場合には、モータの駆動負荷を低減させるためには、第２クラッチ５４および第３クラッチ６０を結合状態として、＃２および＃３気筒からなる気筒群を選択して減筒運転を行うのが好適である。尚、異常の生じた２つのモータが吸気側モータ２６＃２３と排気側モータ５２＃１４の組み合わせである場合には、何れの気筒群を選択しても駆動するカム軸の数に変化はないので、どちらかの気筒群を任意に選択すればよい。
【００６５】
３．何れか３つのモータに異常が生じた場合
図８は、可変動弁装置１０が備えるモータの駆動系に異常が生じた際に、ＥＣＵ９０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、異常の生じたモータが３つであるか否かが判別される（ステップ３００）。その結果、異常の生じたモータが３つであると判定された場合には、＃１および＃４気筒からなる気筒群と、＃２および＃３気筒からなる気筒群の何れか一方を選択して、残されたモータで駆動可能な運転範囲内で減筒運転が実行される（ステップ３０２）。このように、本実施形態の可変動弁装置１０の構成によれば、残された正常なモータが１つであっても、退避走行が可能となり、また、可変動弁装置１０を備える車両の駆動システムがハイブリッドシステムであれば、車両走行用モータに電力を供給するバッテリを上記の減筒運転によって充電させることで、車両走行用モータによる退避走行をすることも可能となる。
【００６６】
（バッテリ負荷の大きい場合の制御）
図９は、バッテリ負荷の状態に応じてカム軸の駆動態様を変更するために、ＥＣＵ９０が実行するルーチンのフローチャートである。図９に示すルーチンでは、先ず、バッテリ９８の電圧が検出される（ステップ４００）。次いで、検出されたバッテリ電圧が所定値以上か否か、すなわち、現在のバッテリ負荷が大きいか否かが判別される（ステップ４０２）。
【００６７】
上記ステップ４０２において、バッテリ電圧が所定値以下でないと判定された場合には、第１〜第３クラッチ４４等をすべて解放状態に維持して、可変動弁装置１０が備えるそれぞれのモータ２６＃１４等を用いて、対応するそれぞれのカム軸２０＃１４等が独立して駆動される（ステップ４０４）。
【００６８】
一方、上記ステップ４０２において、バッテリ電圧が所定値以下であると判定された場合には、電磁弁７２の制御によって第１〜第３クラッチ４４等をすべて結合状態として、すべてのモータ２６＃１４等を用いて、すべてのカム軸２０＃１４等が連動するようにして駆動される（ステップ４０６）。
【００６９】
以上説明した図９に示すルーチンによれば、各モータの駆動トルクのピーク値に対応する電力を供給することができない程度にまでバッテリ９８の電圧が低下した場合であっても、すべてのモータ２６＃１４等を用いて、すべてのカム軸２０＃１４等が駆動されるようにクラッチ４４等を切り換えることにより、各モータ同士が他のモータのカム駆動を互いにアシストし合うようにすることができる。その結果、それぞれのカム軸の駆動に必要な各モータの駆動トルクのピーク値を下げることができ、上記のようなバッテリ電圧の低下時にも、要求通りの駆動トルクが得られるカム駆動を確保することができる。
【００７０】
（モータ負荷の大きい場合の制御）
図１０は、バッテリ負荷の状態に応じてカム軸の駆動態様を変更するために、ＥＣＵ９０が実行するルーチンのフローチャートである。図１０に示すルーチンでは、先ず、モータ負荷に関する情報が取得される（ステップ５００）。
【００７１】
具体的には、モータ負荷が大きい場合とは、例えば、既述したように、内燃機関が極低温状態にある場合である。それ以外にも、モータ温度が高い場合も該当する。モータ温度が高い場合には、モータの駆動力やモータの回転数が低下するからである。また、例えば車両のユーザから高い加速要求が出された際のように、可変動弁装置１０のカム駆動に高い応答性が要求された場合も、モータ負荷が大きい場合に該当する。以上のようなモータ負荷に関する情報は、水温センサ９２の出力に基づいて内燃機関の温度状態を検知することにより、或いは、モータ温度センサ９６の出力に基づいてモータ２６＃１４等の温度状態を検知することにより、或いは、アクセル開度センサ９４の出力に基づいてアクセル開度の踏み込み速度や踏み込み量からユーザの加速要求を検知することにより、取得することができる。
【００７２】
次に、モータ負荷が大きいか否かが上記のモータ負荷に関する情報に基づいて判別される（ステップ５０２）。その結果、モータ負荷が比較的小さいと判定された場合には、第１〜第３クラッチ４４等をすべて解放状態に維持して、可変動弁装置１０が備えるそれぞれのモータ２６＃１４等を用いて、対応するそれぞれのカム軸２０＃１４等が独立して駆動される（ステップ５０４）。
【００７３】
一方、上記ステップ５０２において、モータ負荷が比較的大きいと判定された場合には、電磁弁７２の制御によって第１〜第３クラッチ４４等をすべて結合状態として、すべてのモータ２６＃１４等を用いて、すべてのカム軸２０＃１４等が連動するようにして駆動される（ステップ５０６）。
【００７４】
以上説明した図１０に示すルーチンによれば、モータ負荷が大きいような上記の状況下においても、すべてのモータ２６＃１４等を用いて、すべてのカム軸２０＃１４等が駆動されるようにクラッチ４４等を切り換えることにより、各モータ同士が他のモータのカム駆動を互いにアシストし合うようにすることができ、各モータの負荷を低減させることができる。
【００７５】
尚、上述した実施の形態１においては、カム駆動態様切換機構４０が前記第１の発明における「カム駆動態様切換手段」に相当している。
また、ＥＣＵ９０が上記ステップ１００、２００、または３００の処理を実行することにより前記第３の発明における「モータ異常判別手段」が実現されている。
また、カム駆動態様切換機構４０において、内燃機関の所定の順序で吸気弁１２等の開弁期間が到来するタイミングで、第１〜第３クラッチ４４等が接続されるような円板６４Ａと円板６４Ｂとの相対的な回転角度が得られるように、これらの円板６４Ａ等がそれぞれの伝達ギヤ６２等と組み合わされていることにより、前記第５の発明における「タイミング決定機構」が実現されている。
また、ＥＣＵ９０が上記ステップ１０６の処理を実行することにより前記第６の発明における「カム選択手段」が実現されている。また、カム駆動態様切換機構４０において、第１クラッチ４４または第３クラッチ６０により吸気側モータ２６と排気側モータ５２とが機械的に連結できるように構成されていることにより前記第８の発明における「切換機構」が実現されている。
また、ＥＣＵ９０が、上記ステップ４００の処理を実行することにより前記第９の発明における「バッテリ負荷検知手段」が、上記ステップ５００の処理を実行することにより前記第１０の発明における「モータ負荷検知手段」が、それぞれ実現されている。
【００７６】
実施の形態２．
次に、図１１を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。
図１１は、本発明の実施の形態２の可変動弁装置１００が備えるカム駆動態様切換機構１１０の構成を説明するための図である。尚、図１１における可変動弁装置１００は、カム駆動態様切換機構の構成が異なっている点を除き、上述した実施の形態１における可変動弁装置１０と同様に構成されているものとする。また、上記の図１では、＃２および＃３気筒の吸気カム軸２０＃２３と吸気側モータ２６＃２３との間に、中間ギヤ３０が介在されているが、図１１に示す構成では、説明の便宜上、中間ギヤ３０が介在していないものとする（排気側も同様）。
【００７７】
本実施形態のカム駆動態様切換機構１１０は、吸気側の２つのモータ間、および、排気側の２つのモータ間で、それぞれ互いに他のカム軸の駆動を補えるように構成されている。具体的には、図１１に示すように、＃１および＃４気筒に対応する吸気カム軸２０＃１４を駆動する吸気側モータ２６＃１４の出力軸と、＃２および＃３気筒に対応する吸気カム軸２０＃２３を駆動する吸気側モータ２６＃２３の出力軸との間には、それらの出力軸を連結させるための吸気側クラッチ１１２が配置されている。この吸気側クラッチ１１２の具体的な構造は、上記図４に示す構造と同様である。
【００７８】
吸気側クラッチ１１２は、吸気カム軸２０＃１４と吸気カム軸２０＃２３を連結させた状態で、＃１および＃４気筒と、＃２および＃３気筒との間で、吸気弁１２の開弁期間の位相関係が所定の順序が得られる関係となるように、吸気側クラッチ１１２の接続タイミングを決定する必要がある。そこで、上記図５と同様の考えに基づいて、第３気筒の吸気カム１８＃３の頂部１８＃３cが第１気筒の吸気カム１８＃１の頂部１８＃１cに対してカム角で９０°だけ遅角側のタイミングで、つまり、内燃機関の爆発順序が既述した＃１→＃３→＃４→＃２を満たすことができるようなタイミングで、吸気側クラッチ１１２が接続されるような円板６４Ａと円板６４Ｂとの相対的な回転角度が得られるように、これらの円板６４Ａ等と各出力軸との取り付け角度が決定されている。
【００７９】
また、＃１および＃４気筒に対応する排気カム軸４８＃１４を駆動する排気側モータ５２＃１４の出力軸と、＃２および＃３気筒に対応する排気カム軸４８＃２３を駆動する排気側モータ５２＃２３の出力軸との間には、それらの出力軸を連結させるための排気側クラッチ１１４が配置されている。この排気側クラッチ１１４の具体的な構造についても、上記図４に示す構造と同様であり、また、上記の吸気側クラッチ１１２と同様の考えに基づいて、排気側クラッチ１１４を接続する際の２つのカム軸の位相関係が決定されている。
【００８０】
以上説明した可変動弁装置１００によれば、通常運転時は、吸気側クラッチ１１２および排気側クラッチ１１４を解放状態として、吸気弁１２等の開弁特性を高い自由度で可変制御することができる。そして、モータの駆動系に異常が生じた場合には、例えば、以下のような制御を行うのが好適である。
【００８１】
すなわち、可変動弁装置１００が備えるモータ２６＃１４等の何れか１つに異常が生じた場合において、各モータに高い駆動トルクが要求されていないような運転条件であれば、吸気側クラッチ１１２および排気側クラッチ１１４の何れかを結合状態とすることにより、異常の生じたモータに対応するカム軸を正常なモータで駆動させるようにするのがよい。そして、各モータに高い駆動トルクが要求されているような運転条件であれば、異常の生じたモータに対応する気筒群の正常なモータを停止させることとし、正常なモータが残された方の気筒群で減筒運転を行うようにするのがよい。この場合に、可変動弁装置１００においても、爆発間隔が等間隔となる気筒群毎にカム軸が共用されているため、トルク変動を抑えた減筒運転が可能となる。
【００８２】
また、バッテリ負荷の大きい場合、或いはモータ負荷の大きい場合においては、上述した実施の形態１の制御例と同様に、吸気側クラッチ１１２および排気側クラッチ１１４を結合状態として、各モータ同士で他のモータのカム駆動を互いにアシストし合うようにするのが好適である。
【００８３】
尚、本実施形態のカム駆動態様切換機構１１０の構成は、吸気側および排気側の何れか一方のカム軸をモータにより電動駆動するようにした可変動弁装置に適用するうえで、好適なものである。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明の実施の形態１の可変動弁装置の構成を説明するための斜視図である。
【図２】図１に示す吸気カムの詳細な構成を説明するために、吸気カム軸をその軸方向から見た図である。
【図３】図１に示す可変動弁装置が備えるカム駆動態様切換機構の構成を説明するための図である。
【図４】図３に示す第１〜第３クラッチの具体的な構成を説明するための図である。
【図５】第１〜第３クラッチを接続するタイミングを説明するための図である。
【図６】本発明の実施の形態１においてＥＣＵ９０が実行するルーチンのフローチャートである。
【図７】本発明の実施の形態１においてＥＣＵ９０が実行するルーチンのフローチャートである。
【図８】本発明の実施の形態１においてＥＣＵ９０が実行す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１においてＥＣＵ９０が実行するルーチンのフローチャートである。
【図１０】本発明の実施の形態１においてＥＣＵ９０が実行するルーチンのフローチャートである。
【図１１】本発明の実施の形態２の可変動弁装置が備えるカム駆動態様切換機構の構成を説明するための図である。
【符号の説明】
【００８５】
１０、１００  可変動弁装置
１２  吸気弁
１８  吸気カム
２０  吸気カム軸
２６  吸気側モータ
４０、１１０  カム駆動態様切換機構
４４  第１クラッチ
４８  排気カム軸
５２  排気側モータ
５４  第２クラッチ
６０  第３クラッチ
６４Ａ、６４Ｂ  円板
６６  油圧室
６８  ピストン
７０  油路
７２  電磁弁
７４  ピン穴
７６  リターンスプリング
７８  結合ピン
８０  排気カム
９０  ＥＣＵ
１１２  吸気側クラッチ
１１４  排気側クラッチ
【図１】
2007146714.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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