(57)【要約】【課題】作用部材がカムの保持領域に押しつけられた状態において、減速機構のギヤの歯打ち音が発生することを抑制することができる内燃機関の可変動弁装置を提供する。【解決手段】可変動弁装置１００のカム５３０には、コントロールシャフト３４０を軸方向に変位させて最大リフト量を変更する際にローラ３４１が当接する領域であり、カム５３０の回転方向の一方に向かって径が漸増するようにカム面が傾斜している変更領域が設けられている。カム５３０には、コントロールシャフト３４０の軸方向における位置を保持して最大リフト量を保持する際にローラ３４１が当接する領域である保持領域が設けられている。保持領域では、コントロールシャフト３４０の軸力によって、カム５３０に、減速機構２２０を構成する複数のギヤ同士を噛み合った状態にしつつ同ギヤを回転させない範囲のトルクが生じるように、カム面が傾斜している。【選択図】図３
2016033341.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向における位置に基づいて機関バルブの最大リフト量を定めるコントロールシャフトと、前記コントロールシャフトに取り付けられた作用部材と、前記作用部材と当接して前記コントロールシャフトの軸方向における位置を変更するカムと、複数のギヤを組み合わせた減速機構を介してモータの回転を減速させて前記カムを回動させるアクチュエータと、を備え、バルブスプリングからの反力により、前記コントロールシャフトに軸力が作用する内燃機関の可変動弁装置であって、
前記カムに、前記コントロールシャフトを軸方向に変位させて最大リフト量を変更する際に前記作用部材が当接する領域であり、前記カムの回転方向の一方に向かって径が漸増するようにカム面が傾斜している変更領域と、前記コントロールシャフトの軸方向における位置を保持して最大リフト量を保持する際に前記作用部材が当接する領域であり、前記コントロールシャフトの軸力によって、同カムに、前記減速機構を構成する複数のギヤ同士を噛み合った状態にしつつ同ギヤを回転させない範囲のトルクが生じるようにカム面が傾斜している保持領域と、が設けられている内燃機関の可変動弁装置。
【請求項２】
前記保持領域では、前記カムの回転方向における前記一方に向かって径が漸増するように前記カム面が傾斜している
請求項１に記載の内燃機関の可変動弁装置。
【請求項３】
前記カムは、保持する最大リフト量の異なる複数の前記保持領域と、各保持領域の間をつなぐ複数の前記変更領域とを有しており、
前記カムを回動させて前記作用部材が当接する保持領域を切り替えることにより、最大リフト量を選択的に切り替える内燃機関の可変動弁装置であり、
最大リフト量が大きいときに前記作用部材が当接する保持領域ほど、同保持領域における前記カム面の傾斜角度が小さい
請求項１又は請求項２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】
この発明は、機関バルブの最大リフト量を可変設定する内燃機関の可変動弁装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、機関バルブの最大リフト量を可変設定するための可変動弁装置が内燃機関に実用化されている。例えば、特許文献１に記載の可変動弁装置は、軸方向における位置に基づいて機関バルブの最大リフト量を定めるコントロールシャフトと、同シャフトの位置を変更するカムと、カムを回転させるアクチュエータを備えている。
【０００３】
また、特許文献１には、カムのカム面に、回転方向の一方に向かってカム径が漸増する変更領域に加えて、カム径が変化しない保持領域を設けることが開示されている。
そして、特許文献１に記載の可変動弁装置は、機関バルブのバルブスプリングの反力により、コントロールシャフトに軸力が生じ、カムシャフトに取り付けられた作用部材であるローラがカム面に押し付けられる構造になっている。
【０００４】
この可変動弁装置では、機関バルブの最大リフト量を変更する際には、カムを回転させてローラを変更領域上で移動させる。また、機関バルブの最大リフト量を保持する際に、ローラが保持領域内に位置するようにカムの位相を操作する。作用部材であるローラがカムの保持領域に押しつけられている状態においては、カムシャフトの軸力がカム面に対して垂直に作用するため、カムにはコントロールシャフトの軸力によるトルクは作用しにくい。そのため、特許文献１に記載の可変動弁装置によれば、コントロールシャフトの軸力によってカムが回転してしまうことを抑制し、最大リフト量を保持しやすくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−３３９９５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、カムを駆動するアクチュエータとして、複数のギヤを組み合わせて構成した減速機構をモータに取り付けたものを採用し、モータの回転を、減速機構を介して減速することもできる。
【０００７】
機関バルブのバルブスプリングの反力により、作用部材であるローラがカムの保持領域に押しつけられている状態においては、上述したように、カムシャフトの軸力がカム面に対して垂直に作用するため、カムにはコントロールシャフトの軸力によるトルクは作用しにくい。そのため、このときには、減速機構を構成しているギヤ同士のバックラッシにより、ギヤ同士の間に隙間が生じやすく、コントロールシャフトの軸力の変動等によるカムの振動に伴ってギヤの歯打ち音が発生するおそれがある。
【０００８】
この発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、作用部材がカムの保持領域に押しつけられた状態において、減速機構のギヤの歯打ち音が発生することを抑制することが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】
【０００９】
上記課題を解決するための内燃機関の可変動弁装置は、軸方向における位置に基づいて機関バルブの最大リフト量を定めるコントロールシャフトと、コントロールシャフトに取り付けられた作用部材と、作用部材と当接してコントロールシャフトの軸方向における位置を変更するカムと、複数のギヤを組み合わせた減速機構を介してモータの回転を減速させてカムを回動させるアクチュエータと、を備え、バルブスプリングからの反力により、コントロールシャフトに軸力が作用するものである。そして、この内燃機関の可変動弁装置では、カムに、コントロールシャフトを軸方向に変位させて最大リフト量を変更する際に作用部材が当接する領域であり、カムの回転方向の一方に向かって径が漸増するようにカム面が傾斜している変更領域と、コントロールシャフトの軸方向における位置を保持して最大リフト量を保持する際に作用部材が当接する領域であり、コントロールシャフトの軸力によって、同カムに、減速機構を構成する複数のギヤ同士を噛み合った状態にしつつ同ギヤを回転させない範囲のトルクが生じるようにカム面が傾斜している保持領域と、が設けられている。
【００１０】
上記構成によれば、バルブスプリングからの反力により、作用部材が保持領域に押しつけられている状態において、作用部材を介してカムに作用するコントロールシャフトの軸力がカムの回転方向に分解されて、その分力によるトルクがカムに生じるようになる。そして、このトルクの大きさが、減速機構を構成する複数のギヤ同士を噛み合った状態にしつつ同ギヤを回転させない範囲に収まるように、保持領域におけるカム面の傾斜角度が設定されている。そのため、この可変動弁装置では、このトルクによっては最大リフト量は変化しない一方で、減速機構を構成しているギヤ同士が係合した状態が維持されやすくなり、バックラッシによるギヤの歯打ち音が抑制される。したがって、作用部材がカムの保持領域に押しつけられた状態において、減速機構のギヤの歯打ち音が発生することを抑制することができる。
【００１１】
保持領域としては、例えば、カムの回転方向における前記一方に向かって径が漸増するようにカム面が傾斜しているものを採用可能である。
こうした構成を採用すれば、一方向にカムを回転させている間は、保持領域を通過するように作用部材が移動したとしても、コントロールシャフトが一方向に変位しつづけることになるため、最大リフト量の変更に際しても可変動弁装置の挙動が安定する。
【００１２】
カムとしては、例えば、保持する最大リフト量の異なる複数の保持領域と、各保持領域の間をつなぐ複数の変更領域とを有しているものを採用可能である。こうしたカムを備える可変動弁装置では、カムを回動させて作用部材が当接する保持領域を切り替えることにより、最大リフト量が選択的に切り替えられる。そこで、こうしたカムを備える可変動弁装置では、最大リフト量が大きいときに作用部材が当接する保持領域ほど、同保持領域におけるカム面の傾斜角度が小さくなっていることが望ましい。
【００１３】
最大リフト量が大きいときほど、バルブスプリングからの反力によるコントロールシャフトの軸力は大きくなる。そのため、最大リフト量が大きいときに作用部材が当接する保持領域ほど、同保持領域に作用するコントロールシャフトの軸力は大きくなる。
【００１４】
これに対して、上記構成のように、最大リフト量が大きいときに作用部材が当接する保持領域ほど前記カム面の傾斜角度を小さくすれば、作用する軸力の大きさの違いによって、カムに生じるトルクの大きさに違いが生じてしまうことを緩和することができる。
【００１５】
要するに、コントロールシャフトの軸力が変化することにより、カムに生じるトルクの大きさが変化してしまうことを抑制することができるため、最大リフト量を変化させずに減速機構のギヤ同士を係合させた状態を維持しやすくなる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】可変動弁装置の一実施形態が適用される内燃機関のシリンダヘッド周りの構造を示す断面図。
【図２】可変機構部の破断斜視図。
【図３】可変動弁装置の駆動部の模式図。
【図４】可変動弁装置に設けられたカムのカムプロファイルを示す図。
【図５】カム面における位相と径との関係を示すグラフ。
【図６】カム面にローラが当接している状態を示す模式図。
【図７】カムに作用する力を説明する模式図。
【図８】別の実施形態における可変動弁装置の駆動部の模式図。
【図９】別の実施形態におけるカム面における位相と径との関係を示すグラフ。
【図１０】別の実施形態におけるカム面における位相と径との関係を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、内燃機関の可変動弁装置にかかる一実施形態について、図１〜図７を参照して説明する。
図１に示すように、内燃機関１０は、シリンダブロック１１と、シリンダブロック１１の上方に載置されたシリンダヘッド２０とを備えている。シリンダブロック１１の内部には、気筒数に応じた円筒状のシリンダ１２が形成されており、各シリンダ１２には、ピストン１３が摺動可能に収容されている。シリンダブロック１１の上部にはシリンダヘッド２０が組み付けられており、シリンダ１２の内周面、ピストン１３の上面及びシリンダヘッド２０の下面によって燃焼室１４が区画形成されている。
【００１８】
シリンダヘッド２０には、吸気通路３０及び燃焼室１４に連通する吸気ポート２１や、排気通路４０及び燃焼室１４に連通する排気ポート２２が形成されている。吸気ポート２１には、燃焼室１４と吸気ポート２１とを連通したり、遮断したりする機関バルブとしての吸気バルブ３１が設けられている。排気ポート２２には、燃焼室１４と排気ポート２２とを連通したり、遮断したりする機関バルブとしての排気バルブ４１が設けられている。各バルブ３１，４１はバルブスプリング２４によって閉弁方向に付勢されている。
【００１９】
シリンダヘッド２０の内部には、各バルブ３１，４１に対応してラッシュアジャスタ２５が設けられている。ラッシュアジャスタ２５と各バルブ３１，４１との間には、ロッカアーム２６が設けられている。ロッカアーム２６は、一端がラッシュアジャスタ２５に支持されており、他端が各バルブ３１，４１の端部に当接されている。
【００２０】
さらに、シリンダヘッド２０には、各バルブ３１，４１を駆動する吸気カムシャフト３２及び排気カムシャフト４２がそれぞれ回転可能に支持されている。吸気カムシャフト３２には吸気カム３２ａが形成されており、排気カムシャフト４２には排気カム４２ａが形成されている。排気カム４２ａの外周面には、排気バルブ４１に当接しているロッカアーム２６のローラ２６ａが当接している。これにより、機関運転中に排気カムシャフト４２が回転すると、排気カム４２ａの作用により、ラッシュアジャスタ２５によって支持された部分を支点としてロッカアーム２６が揺動する。そしてロッカアーム２６の揺動により、排気バルブ４１が開閉動作する。
【００２１】
一方、吸気バルブ３１に当接するロッカアーム２６と吸気カム３２ａとの間には、吸気バルブ３１のバルブ特性を変更する可変機構部３００が気筒毎に設けられている。この可変機構部３００は可変動弁装置１００の一部を構成しており、入力アーム３１１と出力アーム３２１とを有している。これら入力アーム３１１及び出力アーム３２１は、シリンダヘッド２０に固定された支持パイプ３３０を中心に揺動可能に支持されている。ロッカアーム２６は、バルブスプリング２４の付勢力によって出力アーム３２１側に付勢され、ロッカアーム２６の中間部分に設けられたローラ２６ａが出力アーム３２１の外周面に当接している。
【００２２】
また、可変機構部３００の外周面には突起３１３が設けられており、この突起３１３には、シリンダヘッド２０内に固定されたスプリング５０の付勢力が作用する。このスプリング５０の付勢力により、入力アーム３１１の先端に設けられたローラ３１１ａが吸気カム３２ａの外周面に常時当接している。これにより、機関運転中に吸気カムシャフト３２が回転すると、吸気カム３２ａの作用により、可変機構部３００が支持パイプ３３０を中心に揺動する。そして、出力アーム３２１によってロッカアーム２６が押圧されることにより、ラッシュアジャスタ２５によって支持されている部分を支点としてロッカアーム２６が揺動する。このロッカアーム２６の揺動により、吸気バルブ３１が開閉動作する。
【００２３】
支持パイプ３３０には、その軸方向に沿って移動可能なコントロールシャフト３４０が挿入されている。可変機構部３００は、コントロールシャフト３４０を軸方向に変位させることにより、支持パイプ３３０を中心とした入力アーム３１１と出力アーム３２１との相対位相差、すなわち図１に示す角度θを変更する。
【００２４】
次に、図２を参照して、可変機構部３００の構成をさらに詳しく説明する。
図２に示すように、可変機構部３００には、入力部３１０を挟んで両側に出力部３２０が配設されている。入力部３１０及び出力部３２０の各ハウジング３１４、３２３は、それぞれ中空円筒形状に形成されており、それらの内部には支持パイプ３３０が挿通されている。
【００２５】
入力部３１０のハウジング３１４の内周には、ヘリカルスプライン３１２が形成されている。一方、各出力部３２０のハウジング３２３の内周には、入力部３１０のヘリカルスプライン３１２に対して歯筋の傾斜方向が逆向きのヘリカルスプライン３２２が形成されている。
【００２６】
入力部３１０及び２つの出力部３２０の各ハウジング３１４、３２３によって形成される一連の内部空間には、スライダギヤ３５０が配設されている。このスライダギヤ３５０は、中空円筒状に形成されており、支持パイプ３３０の外周面上において、支持パイプ３３０の軸方向に往復動可能、且つ支持パイプ３３０の軸回りに相対回動可能に配設されている。
【００２７】
スライダギヤ３５０の軸方向中央部の外周面には、入力部３１０のヘリカルスプライン３１２に噛み合うヘリカルスプライン３５１が形成されている。一方、スライダギヤ３５０の軸方向両端部の外周面には、出力部３２０のヘリカルスプライン３２２に噛み合うヘリカルスプライン３５２がそれぞれ形成されている。
【００２８】
支持パイプ３３０の内部には、同支持パイプ３３０の軸方向に移動可能なコントロールシャフト３４０が設けられている。支持パイプ３３０には、貫通孔が設けられており、この貫通孔を通じて、コントロールシャフト３４０とスライダギヤ３５０とがピンで係合されている。ピンはスライダギヤ３５０の内周面に設けられた溝に係合されているため、スライダギヤ３５０は、支持パイプ３３０及びコントロールシャフト３４０に対して回動可能であり、かつコントロールシャフト３４０の軸方向への移動に合わせて支持パイプ３３０上で軸方向に移動可能になっている。
【００２９】
このように構成された可変機構部３００では、コントロールシャフト３４０が軸方向に移動すると、このコントロールシャフト３４０の移動に連動してスライダギヤ３５０も軸方向に移動する。このスライダギヤ３５０の外周面に形成されたヘリカルスプライン３５１，３５２は、歯筋の傾斜方向がそれぞれ異なっている。このため、スライダギヤ３５０が軸方向に移動すると、これらヘリカルスプライン３１２，３２２を介してスライダギヤ３５０に噛合している入力部３１０と出力部３２０とがそれぞれ逆の方向に回動する。その結果、入力アーム３１１と出力アーム３２１との相対位相差が変更され、吸気バルブ３１のバルブ特性である最大リフト量及び開弁期間が変更される。
【００３０】
具体的には、図２における矢印Ｈｉで示す方向にコントロールシャフト３４０を移動させると、コントロールシャフト３４０とともにスライダギヤ３５０も同じ方向に移動する。これに伴って入力アーム３１１と出力アーム３２１との相対位相差、すなわち図１に示した角度θが大きくなり、吸気バルブ３１の最大リフト量ＶＬ及び開弁期間がともに大きくなって燃焼室１４に吸入される空気量（吸入空気量）が増大する。一方、図２における矢印Ｌｏで示す方向にコントロールシャフト３４０を移動させると、コントロールシャフト３４０とともにスライダギヤ３５０も同じ方向に移動して、入力アーム３１１と出力アーム３２１との相対位相差、すなわち図１に示した角度θが小さくなる。これにより、吸気バルブ３１の最大リフト量ＶＬ及び開弁期間がともに小さくなって吸入空気量が減少する。
【００３１】
すなわち、コントロールシャフト３４０の移動方向のうち、矢印Ｈｉで示す方向が最大リフト量が大きくなる方向であり、矢印Ｌｏで示す方向が最大リフト量が小さくなる方向である。
【００３２】
なお、コントロールシャフト３４０には、吸気バルブ３１を付勢するバルブスプリング２４からの反力により、矢印Ｌｏの方向の軸力が作用する。
次に、コントロールシャフト３４０を軸方向に移動させる駆動部の構成を説明する。
【００３３】
図３に示すように、可変動弁装置１００の駆動部は、コントロールシャフト３４０の端部に取り付けられた作用部材としてのローラ３４１が当接するカム５３０と、減速機構２２０を介して電動式のモータ２１０の回転を減速させてカム５３０を回動させるアクチュエータ２００と、を備えている。モータ２１０には、同モータ２１０の回転角度を検出する回転角度センサ２１１が設けられている。
【００３４】
減速機構２２０は、複数のギヤが組み合わされて構成されている。上述したように、コントロールシャフトには矢印Ｌｏの方向の軸力が作用するため、カム５３０のカム面にローラ３４１が押し付けられた状態になっている。なお、カム５３０には、減速機構２２０を構成する複数のギヤのうち、末端に位置するギヤ２２０ａが接続されている。
【００３５】
モータ２１０が駆動されると、減速機構２２０を構成する複数のギヤのうち、モータ２１０に直接接続されたギヤ２２０ｂが回動し、減速機構２２０を構成する各ギヤが回動するため、カム５３０が回動する。その結果、カム面におけるローラ３４１が当接する部分が変化し、ローラ３４１が当接している部分のカム径（カム５３０の回転中心Ｃからカム面までの半径）の変化に合わせて、軸方向にコントロールシャフト３４０が変位する。
【００３６】
モータ２１０には、モータ２１０の駆動を制御するモータ用制御装置１５０が接続されている。モータ２１０は、モータ用制御装置１５０からの駆動信号に応じて回転角度が制御される。モータ用制御装置１５０は、内燃機関１０の運転状態を制御する機関用制御装置１２０に接続されている。
【００３７】
機関用制御装置１２０には、アクセル操作量センサ１１１によって検出されるアクセルペダル１１０の操作量であるアクセル操作量ＡＣＣＰや、クランク角センサ１１２によって検出されるクランク角などが入力される。そして、機関用制御装置１２０は、例えば、アクセル操作量ＡＣＣＰ及びクランク角から算出される機関回転速度ＮＥなどに基づいて要求吸入空気量を算出し、要求吸入空気量に見合った吸入空気量を得るために必要な吸気バルブ３１の最大リフト量を算出する。そしてその算出された最大リフト量を目標リフト量ＶＬｐとして設定する。このようにして目標リフト量ＶＬｐが設定されると、モータ用制御装置１５０では、目標リフト量ＶＬｐに対応するカム５３０の目標回転位相Ｋｐが算出され、カム５３０の回転位相が、その算出された目標回転位相Ｋｐに一致するようにモータ２１０の回転角度を制御する。
【００３８】
また、モータ用制御装置１５０は、回転角度センサ２１１にて検出されるモータ２１０の回転角度からカム５３０の実際の回転位相を算出し、その算出された回転位相Ｋから最大リフト量ＶＬの現状値を算出する。そして、モータ用制御装置１５０は、算出された最大リフト量ＶＬの現状値を機関用制御装置１２０に送信する。
【００３９】
次に、コントロールシャフト３４０を変位させるカム５３０のカムプロファイルの設定態様について、図４及び図５を参照して詳細に説明する。なお、図４及び図５は、本実施形態におけるカム５３０のカムプロファイルの設定態様を模式的に示したものであり、説明の便宜上、実際よりも位相の変化に対する径の変化率などを誇張して図示している。
【００４０】
図４に示すように、カム５３０では、第１位相Ｒ１〜第６位相Ｒ６の領域が最大リフト量ＶＬを制御するときに使用する制御領域になっている。目標リフト量ＶＬｐに対応するカム５３０の目標回転位相Ｋｐは、カム５３０の回転位相を制御することにより、ローラ３４１が当接する位置がこの制御領域内で変化するように設定される。
【００４１】
制御領域内におけるカム面には、曲面状であり、カム５３０の回転方向の一方に向かって径が漸増するように傾斜した形状の変更領域（第２位相Ｒ２〜第３位相Ｒ３、及び第４位相Ｒ４〜第５位相Ｒ５）が設けられている。これにより、これら変更領域では、カム５３０の径が位相の変化に伴って線形に変化するようになっている。また、こうした変更領域は、コントロールシャフト３４０を軸方向に変位させて最大リフト量ＶＬを変更する際に、ローラ３４１が当接する領域である。
【００４２】
また、制御領域のカム面には、曲面状であり、上記変更領域におけるカム径の傾きよりも小さい傾きでカム５３０の回転方向の一方に向かって径が漸増するように傾斜した形状の保持領域（第１位相Ｒ１〜第２位相Ｒ２、第３位相Ｒ３〜第４位相Ｒ４、及び第５位相Ｒ５〜第６位相Ｒ６）も設けられている。これにより、これら保持領域では、カム５３０の径が位相の変化に伴って、上記変更領域における径の変化率よりも小さい変化率で線形に変化する。また、こうした保持領域は、コントロールシャフト３４０の軸方向における位置を保持して最大リフト量ＶＬを保持する際に、ローラ３４１が当接する領域である。
【００４３】
なお、以下の説明では、カム５３０の回転方向について、ローラ３４１の当接する位置が第１位相Ｒ１から第２位相Ｒ２、第３位相Ｒ３へと変化する方向（図４において右回り（時計回り）にカム５３０を回転させる方向）を、カム５３０の回転方向の一方である回転位相を大きくする方向と定義する。
【００４４】
カム５３０が上述したカムプロファイルを有しているため、ローラ３４１の当接する位置を第１位相Ｒ１〜第６位相Ｒ６の範囲内で変化させるように、カム５３０の回転位相が変化すると、吸気バルブ３１の最大リフト量ＶＬは、次のように変化する。
【００４５】
ローラ３４１の当接する位置を、第１位相Ｒ１〜第２位相Ｒ２の区間で変化させるように、カム５３０の回転位相を変化させており、カム５３０の回転位相を大きくしているときには、図５に示すように、ローラ３４１が当接している部分のカム５３０の径が徐々に増大することになる。しかし、この区間では、カム５３０の径の変化率α１がごく小さくされているため、このときは、コントロールシャフト３４０はほとんど変位せず、最大リフト量ＶＬはほとんど変化しない。そのため、ローラ３４１が第１位相Ｒ１〜第２位相Ｒ２の区間に位置している場合には、最大リフト量ＶＬは第１リフト量ＶＬ１に保持される。なお、この第１リフト量ＶＬ１は、最大リフト量ＶＬの最小値である。
【００４６】
ローラ３４１の当接する位置を、第２位相Ｒ２〜第３位相Ｒ３の区間で変化させるように、カム５３０の回転位相を変化させており、カム５３０の回転位相を大きくしているときには、ローラ３４１が当接している部分のカム５３０の径が上記変化率α１よりも大きい変化率βで徐々に増大することになる。このときには、コントロールシャフト３４０が、最大リフト量ＶＬが大きくなる方向に徐々に変位することにより、最大リフト量ＶＬが第１リフト量ＶＬ１から徐々に大きくなっていく。
【００４７】
ローラ３４１の当接する位置を、第３位相Ｒ３〜第４位相Ｒ４の区間で変化させるように、カム５３０の回転位相を変化させており、カム５３０の回転位相を大きくしているときにも、ローラ３４１が当接している部分のカム５３０の径が徐々に増大することになる。しかし、この区間におけるカム５３０の径の変化率α２もごく小さくされているため、このときにも、コントロールシャフト３４０はほとんど変位せず、最大リフト量ＶＬはほとんど変化しない。そのため、ローラ３４１が第３位相Ｒ３〜第４位相Ｒ４の区間に位置している場合には、最大リフト量ＶＬが、上記第１リフト量ＶＬ１よりも大きい第２リフト量ＶＬ２に保持される。
【００４８】
ローラ３４１の当接する位置を、第４位相Ｒ４〜第５位相Ｒ５の区間で変化させるように、カム５３０の回転位相を変化させており、カム５３０の回転位相を大きくしているときには、ローラ３４１が当接している部分のカム５３０の径が変化率βで徐々に増大することになる。このときには、コントロールシャフト３４０が最大リフト量ＶＬが大きくなる方向に徐々に変位することにより、最大リフト量ＶＬが第２リフト量ＶＬ２から徐々に大きくなっていく。
【００４９】
また、ローラ３４１の当接する位置を、第５位相Ｒ５〜第６位相Ｒ６の区間で変化させるように、カム５３０の回転位相を変化させており、カム５３０の回転位相を大きくしているときにも、ローラ３４１が当接している部分のカム５３０の径が徐々に増大することになる。しかし、この区間におけるカム５３０の径の変化率α３もごく小さくされているため、このときにも、コントロールシャフト３４０はほとんど変位せず、最大リフト量ＶＬはほとんど変化しない。そのため、ローラ３４１が第５位相Ｒ５〜第６位相Ｒ６の区間に位置している場合には、最大リフト量ＶＬが、上記第２リフト量ＶＬ２よりも大きい第３リフト量ＶＬ３に保持される。なお、この第３リフト量ＶＬ３は、最大リフト量ＶＬの最大値である。
【００５０】
なお、吸気バルブ３１の最大リフト量ＶＬが、第１リフト量ＶＬ１、第２リフト量ＶＬ２、第３リフト量ＶＬ３の順に大きくなるにつれて、吸気バルブ３１の開弁時期が進角方向に変化するとともに閉弁時期が遅角方向に変化することにより、吸気バルブ３１の開弁期間が長くなる。
【００５１】
本実施形態における可変動弁装置では、吸気バルブ３１の目標リフト量ＶＬｐとして、上述した第１リフト量ＶＬ１、第２リフト量ＶＬ２、及び第３リフト量ＶＬ３のいずれかが機関運転状態に応じて選択される。そして、機関運転状態に応じてカム５３０を回動させてローラ３４１が当接する保持領域を切り替えることにより、保持される吸気バルブ３１の最大リフト量ＶＬが３段階に選択的に切り替えられる。このように、本実施形態における可変動弁装置は、予め設定された複数のバルブ特性の中からいずれかのバルブ特性を選択することによりバルブ特性を多段階に変更する多段可変式の動弁装置となっている。
【００５２】
次に、各保持領域におけるカム面の傾斜角度の設定態様について図６及び図７を参照して更に詳しく説明する。
図６に示すように、コントロールシャフト３４０には、吸気バルブ３１を付勢するバルブスプリング２４からの反力により、軸力Ｆ１が作用する。上述したように、カム５３０は保持領域においてもわずかに傾斜しているため、図６のようにカム５３０における保持領域にローラ３４１が当接している状態の場合、カム５３０とローラ３４１との接触点Ｘは、カム５３０の回転中心Ｃからずれた状態になる。
【００５３】
図７は、このときにカム５３０に作用する力の関係を模式的に示している。この図７では、説明の便宜上、カム５３０のカム面の傾きなどを誇張して示している。図７に示すように、カム５３０とローラ３４１との接触点Ｘは、カム５３０の回転中心Ｃとローラ３４１の回転中心Ｃ２とを結ぶ直線上からずれた位置にある。そのため、ローラ３４１を通じて入力される軸力Ｆ１によってカム５３０に付与される力Ｆ１’は、カム５３０の回転中心Ｃに向かう方向の分力Ｆ２とその分力Ｆ２と垂直な方向の分力Ｆ３とに分解できる。カム５３０の回転中心Ｃは支持されており、移動しないため、カム５３０の回転中心Ｃに向かう方向の分力Ｆ２はカム５３０の回転中心Ｃからの反力Ｆ５によって相殺される。一方、カム５３０の回転中心Ｃに向かう方向の分力Ｆ２と垂直な方向の分力Ｆ３はカム５３０を回転させようとするトルクとして作用する。
【００５４】
各保持領域におけるカム面の傾斜角度は、分力Ｆ３によってカム５３０に生じるトルクが、減速機構２２０を構成する複数のギヤ同士を噛み合った状態にしつつ減速機構２２０を構成するギヤのうちモータ２１０に直接接続されているギヤ２２０ｂを回転させない範囲に収まるように、設定されている。すなわち、ここでは、各保持領域におけるカム面の傾斜角度は、分力Ｆ３によってカム５３０に生じるトルクが、減速機構２２０を構成する複数のギヤ同士を噛み合った状態にしつつ同ギヤを回転させない範囲に収まるように、設定されている。すなわち、保持領域を構成する第１位相Ｒ１〜第２位相Ｒ２の区間、第３位相Ｒ３〜第４位相Ｒ４の区間、及び第５位相Ｒ５〜第６位相Ｒ６の区間において、上記トルクが減速機構２２０を構成するギヤを噛み合った状態にしつつギヤ２２０ｂを回転させない範囲に収まるように、カム５３０の径の変化率α１，α２，α３の大きさが設定されている。
【００５５】
なお、最大リフト量ＶＬが大きいときほど、バルブスプリング２４からの反力によるコントロールシャフト３４０の軸力Ｆ１は大きくなる。そのため、最大リフト量ＶＬが大きいときにローラ３４１が当接する保持領域ほど、同保持領域に作用するコントロールシャフト３４０の軸力Ｆ１は大きくなる。すなわち、第１位相Ｒ１〜第２位相Ｒ２の区間、第３位相Ｒ３〜第４位相Ｒ４の区間、第５位相Ｒ５〜第６位相Ｒ６の区間の順で、作用するコントロールシャフト３４０の軸力Ｆ１が大きくなる。
【００５６】
これに対して、本実施形態では、最大リフト量ＶＬが大きいときにローラ３４１が当接する保持領域ほど、カム５３０のカム面の傾斜角度を小さくしている。すなわち、この可変動弁装置では、第１位相Ｒ１〜第２位相Ｒ２の区間、第３位相Ｒ３〜第４位相Ｒ４の区間、第５位相Ｒ５〜第６位相Ｒ６の区間の順で、各区間におけるカム５３０の径の変化率α１，α２，α３が小さくなっている（α１＞α２＞α３）。
【００５７】
なお、各保持領域におけるカム面の傾斜角度の大きさは、保持領域毎で作用するコントロールシャフト３４０の軸力Ｆ１の大きさが異なっていても、カム５３０に作用する分力Ｆ３の大きさが同程度となるように設定している。
【００５８】
次に、本実施形態の作用を説明する。
各保持領域におけるカム面の傾斜角度がごく小さいため、ローラ３４１が保持領域に押しつけられている状態では、分力Ｆ３によってカム５３０にトルクが生じても、コントロールシャフト３４０の変位量が保持され、最大リフト量ＶＬが保持される。
【００５９】
また、図７に示すように、分力Ｆ３によってカム５３０にトルクが生じていることにより、減速機構２２０を構成しているギヤ同士の間の隙間がなくなり、ギヤ同士が係合した状態が維持されやすい。したがって、コントロールシャフト３４０の軸力Ｆ１の変動が生じたとしても、こうして減速機構２２０のギヤ同士が係合することによって生じるギヤのフリクションＦ４によって、カム５３０の動きが抑制される。
【００６０】
上述した内燃機関１０の可変動弁装置１００によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）コントロールシャフト３４０の軸力Ｆ１によって、カム５３０に、減速機構２２０を構成する複数のギヤ同士を噛み合った状態にしつつ同ギヤを回転させない範囲のトルクが生じるように、カム面を傾斜させて保持領域を設けている。このため、コントロールシャフト３４０の軸力Ｆ１によりカム５３０に生じるトルクによっては最大リフト量ＶＬは変化しない。そのため、最大リフト量ＶＬを保持するときには、モータ２１０を駆動する必要がなく、消費電力を抑制することができる。
【００６１】
（２）ローラ３４１が保持領域に押し付けられている場合には、小さなトルクではあるもののカム５３０にトルクが生じているため、減速機構２２０を構成しているギヤ同士が係合した状態が維持されやすくなり、バックラッシによるギヤの歯打ち音が抑制される。したがって、ローラ３４１がカム５３０の保持領域に押しつけられた状態において、減速機構２２０のギヤの歯打ち音が発生することを抑制することができる。
【００６２】
（３）保持領域では、変更領域におけるカム面の傾斜方向と同じ方向にカム面が傾斜しており、一方に向かって径が漸増している。このため、一方向にカム５３０を回転させている間は、保持領域を通過するようにローラ３４１が移動したとしても、コントロールシャフト３４０が一方向に変位しつづけることになる。したがって、最大リフト量ＶＬの変更に際しても可変動弁装置１００の挙動が安定する。
【００６３】
（４）最大リフト量ＶＬが大きいときにローラ３４１が当接する保持領域ほどカム面の傾斜角度を小さくしている。このため、保持領域毎でカム５３０に作用する軸力Ｆ１の大きさの違いによって、カム５３０に生じるトルクの大きさに違いが生じてしまうことを緩和することができる。要するに、コントロールシャフト３４０の軸力Ｆ１が変化することにより、カム５３０に生じるトルクの大きさが変化してしまうことを抑制することができるため、最大リフト量ＶＬを変化させずに減速機構２２０のギヤ同士を係合させた状態を維持しやすくなる。
【００６４】
なお、上述の実施形態は以下のように変更して実施することもできる。
・図８に示すように、カム５３０とコントロールシャフト３４０との配設態様が上記実施形態で示した態様とは異なる可変動弁装置６００を採用することもできる。ここでは、可変機構部３００における各ヘリカルスプライン３１２，３２２，３５１，３５２の歯筋の傾斜方向が上記実施形態とはそれぞれ反対になっている。そのため、この可変機構部３００では、コントロールシャフト３４０の移動方向と最大リフト量の変化との関係が上記実施形態とは反対になっている。すなわち、図８に示す可変機構部３００では、コントロールシャフト３４０が図８における矢印Ｌｏの方向に変位したときに最大リフト量が減少し、コントロールシャフト３４０が図８における矢印Ｈｉの方向に変位したときに最大リフト量が増大する。
【００６５】
この形態の可変動弁装置６００は、ホルダ３４７と同ホルダ３４７の移動を案内するガイド３４８とを備えている。ホルダ３４７はガイド３４８に沿って往復移動可能になっている。このホルダ３４７には、コントロールシャフト３４０に向けて延びる接続軸３４０ａが取り付けられている。この接続軸３４０ａの端部には、連結部３４５を介して、コントロールシャフト３４０の上記接続軸３４０ａ側の端部が連結されている。ホルダ３４７の内部にはカム５３０が配置されており、ホルダ３４７にはカム５３０のカム面が当接するローラ３４６が回転可能に取り付けられている。本形態では、このローラ３４６が、コントロールシャフト３４０に取り付けられるとともにカム５３０のカム面に押し付けられる方向に付勢された作用部材として機能する。
【００６６】
こうした可変動弁装置６００においても、上記実施形態のカム５３０と同様にカムプロファイルを設定することにより、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
・図９に示すように、変更領域（図９では位相Ｒ１３以前の区間と位相Ｒ１４以降の区間として例示）におけるカム５３０の径の変化の方向と、保持領域（図９では位相Ｒ１３〜位相Ｒ１４の区間として例示）におけるカム５３０の径の変化の方向とを、異なる方向にしてもよい。この場合にも、保持領域にローラ３４１が当接した状態で、カム５３０に作用する分力Ｆ２によるトルクの大きさが、減速機構２２０を構成する複数のギヤ同士を噛み合った状態にしつつ同ギヤを回転させない範囲に収まるように、保持領域におけるカム面の傾斜角度を設定する。こうした形態によっても、上記実施形態で得ることのできる効果（１）、（２）、（４）と同様の効果を得ることができる。
【００６７】
・図１０に示すように、保持領域（図９では位相Ｒ２３〜位相Ｒ２４の区間として例示）において、カム５３０の回転方向の一方に向かって径が漸減した後に漸増するように、カム面を傾斜させてもよい。この場合にも、保持領域にローラ３４１が当接した状態で、カム５３０に作用する分力Ｆ２によるトルクの大きさが、減速機構２２０を構成する複数のギヤ同士を噛み合った状態にしつつ同ギヤを回転させない範囲に収まるように、保持領域におけるそれぞれの傾斜面の傾斜角度を設定する。こうした形態によっても、上記実施形態で得ることのできる効果（１）、（２）、（４）と同様の効果を得ることができる。
【００６８】
・カム５３０のカム面に平面状の保持領域を形成してもよい。この形態では、保持領域におけるカム５３０の径の変化率が位相によって連続的に変化することになり、保持領域におけるカム５３０の径が曲線状に変化する。そして、こうした形態においても、保持領域にローラ３４１が当接した状態で、カム５３０に作用する分力Ｆ２によるトルクの大きさが、減速機構２２０を構成する複数のギヤ同士を噛み合った状態にしつつ同ギヤを回転させない範囲に収まるように、保持領域におけるカム面の傾斜角度を設定する。これにより、上記実施形態で得ることのできる効果（１）、（２）、（４）と同様の効果を得ることができる。さらに最大リフト量を増大させる方向にカム５３０を回転させたときに、ローラ３４１が当接する位置の径が保持領域の全域に亘って増加し続けるようにカム面の傾斜角度を設定すれば、上記実施形態で得ることのできる効果（３）と同様の効果も得ることができる。
【００６９】
・可変動弁装置１００は、吸気バルブ３１の最大リフト量ＶＬを３段階に変更する装置であったが、そうした最大リフト量ＶＬの変更段数は適宜変更することができる。すなわち、カム５３０のカム面における保持領域の数は、４つ以上であってもよいし、２つ以下であってもよい。
【００７０】
・カム５３０のカム面では、保持領域の位相や変更領域の位相は自由に設定可能である。
・また、複数の保持領域におけるカム面の傾斜角度を同じ大きさにすることも可能である。特に各保持領域で作用するコントロールシャフト３４０の軸力の大きさの差が小さい場合には、傾斜角度が同じであっても生じるトルクの大きさに大きな差は生じない。そのため、各保持領域におけるカム面の傾斜角度を同じ大きさにしてもよい。
【００７１】
・カム５３０の回転位相を変更するためのアクチュエータ２００として、油圧式のモータなど、電動式のモータ２１０以外のモータを備えたものも採用可能である。
・可変動弁装置１００は、吸気バルブ３１の動弁系に設けられていたが、排気バルブ４１の動弁系に設けられていてもよい。
【符号の説明】
【００７２】
１０…内燃機関、２４…バルブスプリング、３１…吸気バルブ、４１…排気バルブ、１００…可変動弁装置、２００…アクチュエータ、２１０…モータ、２２０…減速機構、２２０ａ，２２０ｂ…ギヤ、３４０…コントロールシャフト、３４１…ローラ、５３０…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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