(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁駆動源から出力される回転運動を複数の気筒のそれぞれに設けられた気筒毎の運動変換装置により直線運動に変換し、該直線運動を利用して各気筒の弁を駆動する動弁装置において、
前記弁駆動源として、開弁期間が重ならない複数の気筒によって構成される気筒群に対して共用される電動モータを備えている多気筒内燃機関用の動弁装置。
【請求項２】
前記電動モータの回転を前記気筒群のそれぞれの運動変換装置の回転体に伝達する伝達機構を備えた請求項１の多気筒内燃機関用の動弁装置。
【請求項３】
前記気筒群のそれぞれの弁を駆動する際に発生する駆動トルクを低減するトルク低減機構が前記気筒群に対して共用されるように設けられている請求項１又は２の動弁機構。
【請求項４】
前記伝達機構には、前記気筒群のそれぞれの運動変換装置の回転体を相互に連結する伝達軸が設けられ、前記電動モータが前記伝達軸に対して回転伝達可能に接続されている請求項２の動弁装置。
【請求項５】
前記内燃機関は、外側の一対の気筒間の爆発間隔がクランク角にして３６０°ずれるように爆発順序が設定された等間隔爆発式の直列４気筒４サイクル内燃機関として構成され、前記電動モータとして、前記外側の一対の気筒によって構成される第１の気筒群のそれぞれの運動変換装置に対して共用される第１の電動モータと、内側の一対の気筒によって構成される第２の気筒群のそれぞれの運動変換装置に対して共用される第２の電動モータとが設けられ、前記伝達機構として、前記第１の電動モータの回転運動を前記第１の気筒群のそれぞれの運動変換装置の回転体に伝達する第１の伝達機構と、前記第２の電動モータの回転運動を前記第２の気筒群のそれぞれの運動変換装置の回転体に伝達する第２の伝達機構と、が設けられている請求項２の動弁装置。
【請求項６】
前記第１の伝達機構には前記第１の気筒群のそれぞれの運動変換装置の回転体を相互に連結する第１の伝達軸が、前記第２の伝達機構には前記第２の気筒群のそれぞれの運動変換装置の回転体を相互に連結する第２の伝達軸が設けられ、前記第２の伝達軸が前記第１の伝達軸の外周側に同軸的に配置され、前記第１の電動モータが前記第１の伝達軸に対して回転伝達可能に接続され、前記第２の電動モータが前記第２の伝達軸に対して回転伝達可能に接続されている請求項５の動弁装置。
【請求項７】
前記内燃機関が等間隔爆発式の６気筒４サイクル内燃機関として構成され、爆発間隔がクランク角にして３６０°ずれる気筒毎に気筒群が構成され、各気筒群毎に前記電動モータ及び前記伝達機構が設けられている請求項２の動弁装置。
【請求項８】
前記運動変換装置としてカム機構が設けられ、前記回転体が前記カム機構のカムである請求項２〜６のいずれか一項の動弁装置。
【請求項９】
前記電動モータの回転速度及び回転方向の少なくともいずれか一方を変化させることにより前記気筒群のそれぞれの弁の動作特性を制御する制御装置をさらに備えている請求項１の多気筒内燃機関用の動弁装置。
【請求項１０】
前記電動モータから出力される回転運動を前記弁の直線運動に変換するカム機構を有し、前記制御装置は、前記カム機構のカムが回転速度を変化させつつ同一方向に連続的に回転し、かついずれかの弁のリフト量が最大となるときに当該弁を駆動するカムの回転速度が最大又は最小となるように前記電動モータを制御する請求項９の動弁装置。
【請求項１１】
前記電動モータから出力される回転運動を前記弁の直線運動に変換するカム機構を有し、前記気筒群は２つの気筒によって構成され、前記制御装置は、前記気筒群の一方の気筒にて前記カム機構のカムが弁に与え得るリフト量が最大となる位置と、同一気筒群の他方の気筒にてカムが弁に与え得るリフト量が最大となる位置とに挟まれた範囲内で前記電動モータが揺動し、かつその揺動量が変化するように前記電動モータを制御する請求項９の動弁装置。
【請求項１２】
前記制御装置は、前記電動モータの揺動中の回転速度をさらに変化させる請求項１１の動弁装置。
【請求項１３】
前記制御装置は、前記気筒群のカムのノーズ部の頂点を挟んだ両側が前記弁の駆動に交替的に使用されるように前記電動モータを制御する請求項１１又は１２の動弁装置。
【請求項１４】
前記制御装置は、内燃機関の減筒運転が要求された場合、前記気筒群の一方の気筒の弁が開閉し、同一気筒群の他方の気筒の弁が閉状態に保持される範囲内で前記電動モータを揺動させる請求項９の動弁装置。
【請求項１５】
開弁期間が重ならない複数の気筒によってそれぞれ構成される複数の気筒群の各々に前記弁駆動源として前記電動モータが設けられ、前記制御装置は、内燃機関の減筒運転が要求された場合、一つの気筒群の一方の気筒の弁が開閉し、同一気筒群の他方の気筒の弁が閉状態に保持される範囲内で少なくとも一つの電動モータを揺動させる請求項９の動弁装置。
【請求項１６】
開弁期間が重ならない複数の気筒によってそれぞれ構成される複数の気筒群の各々に前記弁駆動源として前記電動モータが設けられ、前記制御装置は、内燃機関の減筒運転が要求された場合、同一の電動モータで駆動される全ての弁が閉じる位置にて一部の電動モータを停止させる請求項９に記載の動弁装置。
【請求項１７】
前記制御装置は、内燃機関の減筒運転が要求された場合、前記弁が閉じた状態に保持される気筒数が全気筒数よりも少ない範囲で変化するように各電動モータを制御する請求項１５又は１６の動弁装置。
【請求項１８】
前記制御装置は、内燃機関の減筒運転が要求された場合、前記弁が閉じた状態に保持される気筒数が全気筒数よりも少ない範囲で変化するように、かつ前記弁が開閉する気筒にて当該弁のリフト量及び作用角の少なくともいずれか一方が変化するように各電動モータを制御する請求項１５又は１６の動弁装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多気筒内燃機関に適用されて該内燃機関の各気筒に設けられた弁を開閉駆動する動弁装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の吸気弁又は吸気弁のうち少なくともいずれか一方の弁をステッピングモータにて回転駆動する動弁装置が知られている（例えば特公平１−１６９６４号公報参照）。また、弁毎に電動モータ及びその回転運動を弁の直線運動に変換するカム機構を設けた動弁装置も知られている（例えば実開平２−２７１２３号公報参照）。その他に、本発明に関連する先行技術文献として特表２００２−５００３１１号公報が存在する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
多気筒内燃機関において複数の気筒間で弁駆動源としての電動モータを共用した場合、電動モータの制御によっていずれか一つの弁の動作特性を変化させると、その弁と開弁期間が重なる他の弁の動作特性が影響を受けることがあり、動作特性の制御の自由度が低くなる。一方、弁毎に電動モータを設けた場合には動作特性を弁毎に柔軟に変化させることができるが、電動モータの個数が増加して動弁装置が大型化し、車両への搭載時の制約が大きくなる。
【０００４】
そこで、本発明は弁の動作特性の制御の自由度が高くかつ小型化が可能な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】
【０００５】
上述した目的を達成するため、本発明の一態様に係る多気筒内燃機関用の動弁装置は、弁駆動源から出力される回転運動を複数の気筒のそれぞれに設けられた気筒毎の運動変換装置により直線運動に変換し、該直線運動を利用して各気筒の弁を開閉駆動する動弁装置であって、前記弁駆動源として、開弁期間が重ならない複数の気筒によって構成される気筒群に対して共用される電動モータを備えている。
【０００６】
上記の動弁装置によれば、複数の気筒間で弁駆動源としての電動モータが共用されているので、各気筒毎に電動モータを分けて設けた場合と比較すれば動弁装置が小型化され、車両搭載時の制約が緩和される。また、電動モータが共用される気筒群の気筒間では開弁期間が重ならず、各弁の開弁期間の間に全ての弁が閉じている期間が存在する。従って、電動モータの回転速度や回転方向に変化を与えることにより、同一気筒群に含まれる全ての気筒のうちいずれかの気筒の弁（吸気弁又は排気弁）の動作特性を変化させた場合、その弁が閉じてから次の気筒の弁が開くまでの期間（全ての弁が閉じている期間）を利用して、電動モータの回転に関し、先に与えた変化を打ち消すようなさらなる変化を電動モータに与えることにより、先に開かれた弁の動作特性の変化が次に開かれるべき弁の動作特性に与える影響をなくすことができる。例えば、いずれかの弁の開弁期間に電動モータを加速してその弁の作用角を減少させた場合には、次の弁が開かれるまでの間にその加速に見合った分だけ電動モータを減速することにより、次の弁が開き始める位置のずれをなくし、その次の弁に対しても、先の弁と同様な、あるいは、その次の弁に固有の作用角の変化を電動モータの制御によって与えることができる。その他にも電動モータの停止、逆転等を組み合わせていずれかの弁の動作特性を変化させた場合でも、次の弁が開くまでの間にその変化を打ち消すように電動モータの回転を制御することにより、各弁の動作特性が他の弁の動作特性に影響を与えないように各弁の動作を制御することができる。これにより、各気筒に関する動作特性の制御の自由度を高く維持できる。なお、ここでいう回転速度の変化は、回転速度を零に制御すること、つまり電動モータの回転を停止させることも含む概念である。
【０００７】
本発明の動弁装置の一形態において、前記電動モータの回転を前記気筒群のそれぞれの運動変換装置の回転体に伝達する伝達機構をさらに備えてもよい。また、本発明の動弁装置の一形態においては、前記気筒群のそれぞれの弁を駆動する際に発生する駆動トルクを低減するトルク低減機構が前記気筒群に対して共用されるように設けられてもよい。気筒群間で電動モータを共用した場合、各気筒の弁を駆動する際に電動モータの回転抵抗として発生する駆動トルクも共通のトルク低減機構によって一括的に弱めることができる。そして、トルク低減機構を共用化することにより、動弁装置の大型化を防止して車両搭載時の制約をさらに緩和することができる。
【０００８】
前記伝達機構には、前記気筒群のそれぞれの運動変換装置の回転体を相互に連結する伝達軸が設けられ、前記電動モータが前記伝達軸に対して回転伝達可能に接続されてもよい。これにより、電動モータと伝達軸とを接続するだけで複数の気筒のそれぞれの運動変換装置へ回転運動を等しく伝達することができる。
【０００９】
本発明において、前記内燃機関は、外側の一対の気筒間の爆発間隔がクランク角にして３６０°ずれるように爆発順序が設定された等間隔爆発式の直列４気筒４サイクル内燃機関として構成されてもよい。この場合、前記電動モータとして、前記外側の一対の気筒によって構成される第１の気筒群のそれぞれの運動変換装置に対して共用される第１の電動モータと、内側の一対の気筒によって構成される第２の気筒群のそれぞれの運動変換装置に対して共用される第２の電動モータとが設けられ、前記伝達機構として、前記第１の電動モータの回転運動を前記第１の気筒群のそれぞれの運動変換装置の回転体に伝達する第１の伝達機構と、前記第２の電動モータの回転運動を前記第２の気筒群のそれぞれの運動変換装置の回転体に伝達する第２の伝達機構とが設けられることにより、本発明の一形態に係る動弁装置を実現することができる。なお、この形態において、４サイクル式の意義はクランク角が二回転する間に吸入、圧縮、膨張、排気の各行程を順次実施する運転状態が実現されるものであればよく、弁の動作特性の制御によりクランク軸の一回転の間に上述した四行程を実施するいわゆる２サイクル動作へ切り替え可能であっても、４サイクル動作が実現される場合が一部にでも存在する限りその範疇に含まれるものである。
【００１０】
さらに、上記の形態において、前記第１の伝達機構には前記第１の気筒群のそれぞれの運動変換装置の回転体を相互に連結する第１の伝達軸が、前記第２の伝達機構には前記第２の気筒群のそれぞれの運動変換装置の回転体を相互に連結する第２の伝達軸が設けられ、前記第２の伝達軸が前記第１の伝達軸の外周側に同軸的に配置され、前記第１の電動モータが前記第１の伝達軸に対して回転伝達可能に接続され、前記第２の電動モータが前記第２の伝達軸に対して回転伝達可能に接続されてもよい。これにより、第１の気筒群の気筒が第２の気筒群によって相互に離された構成であっても、第１の電動モータの回転運動を第１の気筒群のそれぞれの気筒の運動変換装置へ伝達できる。また、第２の気筒群に関してはその外周側を第２の電動モータと接続してこれに回転運動を伝達することができる。
【００１１】
本発明の一形態において、前記内燃機関は等間隔爆発式の６気筒４サイクル内燃機関として構成されてもよい。この場合、爆発間隔がクランク角にして３６０°ずれる気筒毎に気筒群が構成され、各気筒群毎に前記電動モータ及び前記伝達機構が設けられてもよい。このような形態によれば同一気筒群の各弁の開弁期間の間に、いずれも弁も閉じてる期間を十分に確保して本発明を実現することができる。但し、各弁の作用角によっては、爆発間隔が３６０°よりも小さいクランク角だけ離れている２以上の気筒同士を同一気筒群に含めてもよい。４サイクルの意義は上記と同様である。
【００１２】
本発明の動弁装置の一形態においては、運動変換装置として例えばカム機構を設け、そのカム機構のカムが運動変換装置の回転体に相当するものとしてもよい。つまり、開弁期間が重ならない気筒のそれぞれに設けられた弁駆動用のカムを共通の電動モータにて駆動することにより、本発明の一形態に係る動弁装置を実現することができる。
【００１３】
本発明の一形態において、動弁装置は、前記電動モータの回転速度及び回転方向の少なくともいずれか一方を変化させることにより前記気筒群のそれぞれの弁の動作特性を制御する制御装置をさらに備えてもよい。開弁期間が重ならない複数の気筒によってそれぞれ構成される複数の気筒群の各々に弁駆動源として電動モータが設けられる場合は、前記制御装置は各電動モータの回転速度及び回転方向の少なくともいずれか一方を変化させることにより前記気筒群のそれぞれの弁の動作特性を制御してもよい。
【００１４】
さらに、上記の形態において、動弁装置は、各電動モータから出力される回転運動を前記弁の直線運動に変換するカム機構を有し、前記制御装置は、前記カム機構のカムが回転速度を変化させつつ同一方向に連続的に回転し、かついずれかの弁のリフト量が最大となるときに当該弁を駆動するカムの回転速度が最大又は最小となるように前記電動モータを制御してもよい。この場合、回転速度の変化によって弁の作用角を変化させることができる。しかも、作用角の変更によって得られる弁のリフト量の変化に対して、そのリフト量が最大となるときに回転速度も最大又は最小となるよう回転速度の変化を制御することにより、作用角の調整範囲を最大限に拡大することができる。なお、複数の気筒群にそれぞれ対応して複数の電動モータが設けられる場合に、制御装置は少なくとも一つの電動モータを上記のように制御すればよい。
【００１５】
また、上記の形態において、動弁装置は前記電動モータから出力される回転運動を前記弁の直線運動に変換するカム機構を有し、前記気筒群は２つの気筒によって構成され、前記制御装置は、前記気筒群の一方の気筒にて前記カム機構のカムが弁に与え得るリフト量が最大となる位置と、同一気筒群の他方の気筒にてカムが弁に与え得るリフト量が最大となる位置とに挟まれた範囲内で前記電動モータが揺動し、かつその揺動量が変化するように前記電動モータを制御してもよい。この形態によれば、カムを揺動させることにより、各気筒における弁のリフト量の最大値をカムによって与え得る最大のリフト量又はそれよりも小さい範囲に制御することができる。また、電動モータの揺動量を変化させることによりリフト量の最大値を連続的に変化させることができる。なお、複数の気筒群にそれぞれ対応して複数の電動モータが設けられ、それぞれの気筒群が２つの気筒によって構成される場合、制御装置は各電動モータを上記のように制御してもよい。
【００１６】
上記の形態において、前記制御装置は、前記電動モータの揺動中の回転速度をさらに変化させてもよい。揺動中の回転速度を変化させることにより、弁の作用角を連続的に変化させることができる。これにより、吸気弁を制御する場合にはリフト量及び作用角をいずれも小さく変化させて吸気量を絞るような動作特性を吸気弁に与え、それによりスロットル弁のような吸気絞り弁の開度を開けてポンピングロスを低減させることができる。なお、複数の気筒群に対応して複数の電動モータが設けられる場合、制御装置は各電動モータの揺動中の回転速度をさらに変化させてもよい。
【００１７】
また、揺動制御を実施する場合において、前記制御装置は、前記気筒群のカムのノーズ部の頂点を挟んだ両側が前記弁の駆動に交替的に使用されるように前記電動モータを制御してもよい。揺動制御を行う場合にはカムのノーズ部の頂点に対する一方の側のみで各気筒の弁を開閉させることができるが、その場合にはカムの潤滑や摩耗が弁の駆動に利用される側に偏る。これに対してノーズ部の頂点に対する両側を交替的に弁の駆動に使用すれば、潤滑や摩耗の偏りを抑えることができる。なお、ここでいう交替的の意味は、適宜の周期でノーズ部の一方の側と他方の側とが交互に弁の駆動に使用されればよい趣旨であり、弁を一回開閉する毎にカムの両側を交互に使用する場合に限らない。交替の周期は揺動回数、時間等の適宜のパラメータに基づいて定めてよい。複数の気筒群に対応して複数の電動モータが設けられる場合、制御装置は各気筒群のカムが上記のように使用されるように各電動モータを制御してもよい。
【００１８】
本発明の動弁装置の一形態において、前記制御装置は、内燃機関の減筒運転が要求された場合、前記気筒群の一方の気筒の弁が開閉し、同一気筒群の他方の気筒の弁が閉状態に保持される範囲内で前記電動モータを揺動させてもよい。このような範囲で電動モータを揺動させることにより、一方の気筒で燃焼を実施しつつ他方の気筒の燃焼を停止させて減筒運転を実現することができる。この場合、機械的な弁停止機構を設ける必要がなく、動弁装置の構成を簡素化することができる。なお、開弁期間が重ならない複数の気筒によってそれぞれ構成される複数の気筒群の各々に前記弁駆動源として電動モータが設けられる形態において、前記制御装置は、内燃機関の減筒運転が要求された場合、一つの気筒群の一方の気筒の弁が開閉し、同一気筒群の他方の気筒の弁が閉状態に保持される範囲内で少なくとも一つの電動モータを揺動させてもよい。
【００１９】
また、複数の気筒群の各々に弁駆動源として電動モータが設けられる形態において、前記制御装置は、内燃機関の減筒運転が要求された場合、同一の電動モータで駆動される全ての弁が閉じる位置にて一部の電動モータを停止させてもよい。同一気筒群においては各気筒の弁の開弁期間が重ならないので、いずれの気筒の弁も閉じている範囲があり、その範囲内の適当な位置で電動モータを停止させることにより当該気筒群のいずれの気筒においても燃焼を停止させることができる。このような制御を一部の電動モータに対して実施し、他の電動モータについては弁を開閉するようにその動作を制御すれば減筒運転が実現される。
【００２０】
また、上記の形態において、前記制御装置は、内燃機関の減筒運転が要求された場合、前記弁が閉じた状態に保持される気筒数が全気筒数よりも少ない範囲で変化するように各電動モータを制御してもよい。上述した形態に関して説明したように、電動モータを揺動させ、あるいは停止させることにより同一気筒群の一つの気筒のみ、又は複数の気筒の燃焼を停止させることができる。このような燃焼停止制御を適宜に組み合わせることにより、燃焼停止となる気筒数を全気筒数よりも少ない範囲で適宜に変化させて内燃機関の減筒運転時の運転状態を柔軟に制御することができる。
【００２１】
さらに、上記の形態において、前記制御装置は、内燃機関の減筒運転が要求された場合、前記弁が閉じた状態に保持される気筒数が全気筒数よりも少ない範囲で変化するように、かつ前記弁が開閉する気筒にて当該弁のリフト量及び作用角の少なくともいずれか一方が変化するように各電動モータを制御してもよい。この場合には、燃焼停止となる気筒数を全気筒数よりも少ない範囲で適宜に変化させるとともに、燃焼を実施する気筒における弁のリフト量や作用角を変化させることにより、その気筒における吸気効率や排気効率を変化させて内燃機関の運転状態をさらに柔軟に制御することができる。例えば吸気弁の作用角やリフト量を変化させてポンピングロスやエンジンブレーキ力を細かく制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の動弁装置の一形態を示す斜視図。
【図２Ａ】本発明が適用される内燃機関の気筒毎の開弁期間とクランク角との関係を示す図。
【図２Ｂ】開弁期間が重ならない第１の気筒群における開弁期間とクランク角との関係を示す図。
【図２Ｃ】開弁期間が重ならない第２の気筒群における開弁期間とクランク角との関係を示す図。
【図３】図１の動弁装置の分解斜視図。
【図４】図１の動弁装置の断面図。
【図５】同一気筒群のカムを重ねて示す図。
【図６】トルク低減機構を示す図。
【図７】トルク低減機構に設けられた反位相カムを示す図。
【図８】図１の動弁装置によって実現可能な弁の動作特性の変化を示す図。
【図９】バルブスプリングによって加えられるバルブスプリングトルクとトルク低減機構によって加えられる反位相トルクとクランク角との関係を示す図。
【図１０】図１の動弁装置の一形態において、電動モータの制御装置としてエンジンコントロールユニットが設けられた例を示す図。
【図１１】吸気弁の作用角が減少するように電動モータを制御したときのカム速度と吸気弁のリフト量とクランク角との関係の一例を示す図。
【図１２】吸気弁のリフト量が最大となる位置でカム速度が最大となるように速度変化の位相を変化させた例を示す図。
【図１３】逆位相でカム速度を変化させた例を示す図。
【図１４Ａ】カムを揺動させて２つの気筒の吸気弁を開閉させる様子を示す図。
【図１４Ｂ】カムを揺動させて２つの気筒の吸気弁を開閉させる様子を示す図。
【図１４Ｃ】カムを揺動させて２つの気筒の吸気弁を開閉させる様子を示す図。
【図１５】カムを揺動させて２つの気筒の吸気弁を開閉させるときのカム角、カム速度、及び吸気弁のリフト量とクランク角との関係を示す図。
【図１６】カムを揺動させて一方の気筒の吸気弁を開閉させつつ他方の気筒の吸気弁を閉状態で停止させるときのカム角、カム速度、及び吸気弁のリフト量とクランク角との関係を示す図。
【図１７Ａ】一部の気筒の吸気弁を停止させつつ残りの気筒の吸気弁を開閉させる場合の停止気筒と動作気筒との組み合わせの例を示す図。
【図１７Ｂ】一部の気筒の吸気弁を停止させつつ残りの気筒の吸気弁を開閉させる場合の停止気筒と動作気筒との組み合わせの例を示す図。
【図１７Ｃ】一部の気筒の吸気弁を停止させつつ残りの気筒の吸気弁を開閉させる場合の停止気筒と動作気筒との組み合わせの例を示す図。
【図１８】Ｖ型６気筒の内燃機関に本発明の動弁装置を適用した例を示す図。
【図１９Ａ】図１８の内燃機関において基本作用角が２４０°ＣＡの場合の各弁のリフト量とクランク角との対応関係を示す図。
【図１９Ｂ】図１８の内燃機関において基本作用角が１８０°ＣＡの場合の各弁のリフト量とクランク角との対応関係を示す図。
【図２０】Ｖ型６気筒の内燃機関に本発明の動弁装置を適用した他の例を示す図。
【図２１】直列６気筒の内燃機関の気筒配置と気筒番号の一例を示す図。
【図２２Ａ】図２０の内燃機関において基本作用角が２４０°ＣＡの場合の各弁のリフト量とクランク角との対応関係を示す図。
【図２２Ｂ】図２０の内燃機関において基本作用角が１８０°ＣＡの場合の各弁のリフト量とクランク角との対応関係を示す図。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
図１は本発明をレシプロ型の４サイクル内燃機関に適用した一形態を示している。内燃機関１Ａは４つの気筒２が一列に配置された直列４気筒型である。図１では各気筒２をそれらの並び方向一端から他端側に向かって＃１〜＃４の番号を付して区別している。一般に直列４気筒の４サイクル内燃機関１Ａでは、外側の一対の気筒（＃１、＃４）２の爆発間隔が３６０°ＣＡ（クランク角を意味する。以下同じ。）ずらされ、内側の一対の気筒（＃２、＃３）の爆発時期が＃１の気筒２の爆発時期を基準として１８０°ＣＡ、５４０°ＣＡずらされることにより１８０°ＣＡ毎の等間隔爆発が実現されている。なお、＃２の気筒２と＃３の気筒２との爆発時期の前後は適宜に定めてよいが、ここでは＃３の気筒２の爆発時期が＃２の気筒２の爆発時期よりも先として説明する。従って、内燃機関１Ａにおける爆発順序は＃１→＃３→＃４→＃２となる。
【００２３】
各気筒２には２本の吸気弁３が設けられている。排気弁については図示を省略している。吸気弁３は動弁装置１０によって開閉駆動される。周知のように、吸気弁３はそのステム３ａが不図示のシリンダヘッドのステムガイドに通されることによりステム３ａの軸線方向に往復運動可能に設けられている。図４に示したように吸気弁３の上端にはバルブリフター４が吸気弁３と一体的に往復運動可能に取り付けられている。そのバルブリフター４とシリンダヘッドとの間にはバルブスプリング５が装着される。吸気弁３はバルブスプリング５の圧縮に対する反発力によってバルブフェース３ｂが吸気ポートのバルブシートに密着する方向（閉弁方向）に付勢されている。動弁装置１０はそのバルブスプリングの力に抗して吸気弁３を開弁方向に駆動する。
【００２４】
図２Ａは各気筒２の吸気弁３のリフト量（閉弁状態を基準としたときの開弁方向への変位量）とクランク角との対応関係を示している。各吸気弁３の作用角（開弁している期間をクランク角で表わした値）は内燃機関１Ａの仕様によって適宜に調整され、また可変動弁機構を備えた動弁装置では内燃機関１Ａの運転状態によっても作用角は変化するが、一般的には吸気弁３の作用角は２４０°ＣＡ程度に設定される。このような作用角の設定によれば、図２Ｂに示したように外側の一対の気筒（＃１、＃４）間では吸気弁の開弁期間が互いに重ならず、図２Ｃに示したように内側の一対の気筒（＃２、＃３）間では吸気弁の開弁期間が互いに重ならない。そこで、図１に示すように、本形態の動弁装置１０では、外側の一対の気筒２を第１の気筒群、内側の一対の気筒２を第２の気筒群としてそれぞれ区別し、気筒群毎に弁駆動源として第１の電動モータ１１及び第２の電動モータ１２を設けている。
【００２５】
図３及び図４は動弁装置１０の詳細を示している。これらの図に示すように、動弁装置１０は、上述した電動モータ１１、１２の他に、吸気弁３毎に設けられた運動変換装置としてのカム機構１３と、電動モータ１１、１２の回転運動を対応する気筒群のカム機構１３にそれぞれ伝達する第１及び第２の伝達機構１４、１５とを備えている。カム機構１３は全て同一構成である。カム機構１３は回転体としてのカム１６を有し、そのカム１６により吸気弁３の上端のバルブリフター４を押し込んで吸気弁３を開弁方向に駆動する。つまり、バルブリフター４はカム１６に対する従動節として機能する。カム１６の外周のプロファイルは、図５に示したようにベース円１６ａの一部にこれを膨らませたノーズ部１６ｂが設けられた周知の形状に設定される。ノーズ部１６ｂによりバルブリフター４が押し込まれる。
【００２６】
第１の伝達機構１４は、外側の気筒（＃１及び＃４）のそれぞれのカム１６を相互に連結するカムシャフト（第１の伝達軸）１７と、そのカムシャフト１７に対して電動モータ１１の回転を伝達する減速機構１８とを有している。減速機構１８は電動モータ１１の出力軸１１ａに組み合わされるモータギア１９と、カムシャフト１７の一端に一体回転可能に取り付けられてモータギア１９と噛み合うドリブンギア２０とを有している。カムシャフト１７は＃１気筒のカム１６を駆動する第１軸部２１と、＃４気筒のカム１６を駆動する第２軸部２２とを組み合わせた連結構造を有している。第１軸部２１には＃２気筒、及び＃３気筒の上方を通過して＃４気筒まで延びる連結軸部２３が同軸かつ一体に形成されている。その連結軸部２３の先端の軸継部２４が第２軸部２２の軸継穴２５に同軸的に嵌ることにより両軸部２１、２２が同軸的に連結される。軸継部２４と軸継穴２５との間にはスプライン等の回り止め手段が施され、それにより第１軸部２１と第２軸部２２とは一体回転可能に連結される。なお、連結軸部２３は第１軸部２１及び第２軸部２２よりも小径である。カム１６は第１軸部２１及び第２軸部２２に対して一体に形成されているが、カム１６をこれらの軸部２１、２２とは別部品として形成して軸部２１、２２に圧入、焼きばめ等の固定手段を利用して固定してもよい。
【００２７】
一方、第２の伝達機構１５は、内側の気筒（＃２及び＃３）のそれぞれのカム１６を相互に連結するカムシャフト（第２の伝達軸）３０と、そのカムシャフト３０に対して電動モータ１２の回転を伝達する減速機構３１とを有している。減速機構３１は電動モータ１２の出力軸１２ａに組み合わされるモータギア３２と、そのモータギア３２と噛み合う中間ギア３３と、カムシャフト３０の中間部に一体回転可能に設けられて中間ギア３３と噛み合うドリブンギア３４とを有している。カムシャフト３０は軸方向に延びる貫通孔３０ａを備えた中空軸状に形成され、その外周にカム１６が一体に形成されている。カムシャフト３０の貫通孔３０ａにはカムシャフト１７の連結軸部２３が回転自在に挿入される。これによりカムシャフト３０はカムシャフト１７の外周に回転自在な状態で同軸的に配置される。なお、カムシャフト３０の外径はカムシャフト１７の第１軸部２１及び第２軸部２２の外径と同じである。カム１６はカムシャフト３０とは別部品として形成してカムシャフト３０に圧入、焼きばめ等の固定手段を利用して固定してもよい。ドリブンギア３４についても同様である。
【００２８】
同一気筒群における一の気筒（＃１又は＃３）のカム１６と、他の一の気筒（＃４又は＃２）のカム１６とはそれぞれのノーズ部１６ｂの頂点１６ｃが周方向に互いに１８０°ずれるようにしてカムシャフト１７又は３０に連結されている。これらの２気筒間では吸気弁３の開弁時期が３６０°ＣＡずれるためである。この結果、図５から明らかなようにカムシャフト１７、３０のそれぞれの周方向に関して、カム１６のノーズ部１６ｂが重複しない範囲Ｘが生じる。なお、ベース円１６ａの直径はバルブリフター４との間に適当な隙間（バルブクリアランス）が生じるように設定される。なお、カム機構１３をクランクケース側に設けてそこで得られた直線運動をプッシュロッド等の運動伝達部材により吸気弁３に伝達するようにしてもよい。つまり、内燃機関１ＡはＯＨＣ形式に限らず、ＯＨＶ形式でもよい。
【００２９】
伝達機構１４、１５にはそれぞれトルク低減機構４０が設けられている。図６に詳しく示したように、トルク低減機構４０は、反位相カム４１と、その反位相カム４１の外周に摩擦による負荷を加えるトルク負荷装置４２とを備えている。なお、図６は＃２気筒及び＃３気筒用のトルク低減機構４０を示すが、＃１気筒及び＃４気筒用のトルク低減機構４０も同一構成である。反位相カム４１はカムシャフト１７の第２軸部２２の端部、及びカムシャフト３０の端部にそれぞれ一体回転可能に設けられている。反位相カム４１はこれらのシャフト１７、３０に対して一体成形されてもよいし、シャフト１７、３０に対して別部品として形成されて圧入、焼きばめ等の固定手段によりシャフト１７、３０に固定されてもよい。反位相カム４１の外周面はカム面として構成されている。そのカム面のプロファイルは図７に示すようにベース円４１ａの一部に一対の凹部４１ｂを設けた形状に設定される。凹部４１ｂはそれらの底４１ｃが周方向に１８０°離れるように設けられている。
【００３０】
図６に戻って、トルク負荷装置４２は反位相カム４１の外周面と対向して配置されたリフタ４３と、そのリフタ４３の外側に配置されたばね受け４４と、リフタ４３とばね受け４４との間に装着されてリフタ４３を反位相カム４１に向かって付勢するコイルスプリング４５とを備えている。リフタ４３の先端にはローラ４６が回転自在に取り付けられ、このローラ４６がコイルスプリング４５の反発力で反位相カム４１の外周面に押し付けられている。
【００３１】
カムシャフト１７の反位相カム４１に対応するリフタ４３は、その反位相カム４１に設けられた一方の凹部４１ｂの底４１ｃにローラ４６が接したときにそのカムシャフト１７に設けられた＃１気筒用のカム１６のノーズ部１６ｂの頂点１６ｃが＃１気筒用のバルブリフター４に接し、他方の凹部４１ｂの底４１ｃにローラ４６が接したときにそのカムシャフト１７に設けられた＃４気筒用のカム１６のノーズ部１６ｂの頂点１６ｃが＃３気筒用のバルブリフター４の凹部４１ｂの底４１ｃに接するようにカムシャフト１７の周方向に関して位置決めされている。また、カムシャフト３０の反位相カム４１に対応するリフタ４３は、その反位相カム４１に設けられた一方の凹部４１ｂの底４１ｃにローラ４６が接したときにそのカムシャフト３０に設けられた＃３気筒用のカム１６のノーズ部１６ｂの頂点１６ｃが＃３気筒用のバルブリフター４に接し、他方の凹部４１ｂの底４１ｃにローラ４６が接したときにそのカムシャフト３０に設けられた＃２気筒用のカム１６のノーズ部１６ｂの頂点１６ｃが＃２気筒用のバルブリフター４の凹部４１ｂの底４１ｃに接するようにカムシャフト３０の周方向に関して位置決めされている。
【００３２】
以上のように構成された動弁装置１０によれば、電動モータ１１、１２によりそれぞれのカムシャフト１７、３０を内燃機関１Ａのクランク軸の回転速度の半分の速度（以下、これを基本速度と呼ぶ。）で一方向に連続的に駆動することにより、クランク軸からの動力で弁を駆動する一般的な機械式の動弁装置と同様にクランク軸の回転に同期して吸気弁３を開閉駆動することができる。
【００３３】
また、動弁装置１０によれば、電動モータ１１、１２によるカムシャフト１７、３０の回転速度を基本速度から変化させることにより、クランク角とカム１６の位相との相対関係を変化させて吸気弁３の動作特性を図８のＡ〜Ｇに示すように様々に変化させることができる。なお、図８の「リフト形状」の実線はカムシャフト１７、３０を基本速度で連続回転させた場合の吸気弁３の動作特性を、仮想線は電動モータ１１、１２の速度制御によって実現される変更後の吸気弁３の動作特性をそれぞれ示している。リフト形状の横軸はクランク角、縦軸はリフト量をそれぞれ示している。
【００３４】
まず、図８のＡの動作特性の変化は、吸気弁３が閉じている間にカムシャフト１７、３０を基本速度に対して加速又は減速してクランク角とカム１６の位相との相対関係を変化させることにより実現することができる。吸気弁３が開弁している間にカムシャフト１７、３０を基本速度に対して加速又は減速すれば図８のＣのように作用角を変化させることができる。
【００３５】
また、図８のＢは、吸気弁３のリフト量を最大リフト量、すなわち、ノーズ部１６ｂの頂点１６ｃがバルブリフター４と接する位置で得られる吸気弁３のリフト量よりも小さく制限した例である。このようなリフト量の変化はカム１６が吸気弁３を開く途中で電動モータ１１、１２を停止させ、その後にモータ１１、１２を逆方向に回転させることにより実現される。この場合はカム１６の正転駆動によって吸気弁３を押し開き、ノーズ部１６ｂの頂点１６ｃがバルブリフター４に達する前にカム１６を逆転駆動して吸気弁３を閉弁方向に戻すことになる。吸気弁３の作用角はモータ１１、１２の正転速度及び逆転速度によって適宜に変化させることができるので、図８のＤに示すように作用角を変化させることなくリフト量のみを変化させることもできる。
【００３６】
図８のＥは、カムシャフト１７、３０を一方向に連続回転させつつその回転速度を吸気弁３が開いている途中で加速し、その加速に伴って生じたクランク角とカム１６との位相のずれを打ち消すように吸気弁３が閉じている途中のカムシャフト１７、３０の回転速度を減速することにより、吸気弁３の作用角を同一に維持しつつリフト速度を変化させた例である。図８Ｅの動作特性を与えることにより、吸気弁３を素早く開いて吸入効率を向上させ、かつ、吸気弁３を閉じるときにはその速度を遅くして着座時（吸気弁３がバルブシートに接する時）の衝撃を和らげることができる。
【００３７】
図８のＦは、カムシャフト１７、３０を基本速度に対して２倍、つまりクランク軸と等しい回転速度で駆動することにより吸気弁３を一回開閉させるべき期間に吸気弁３を２回に分けて開閉させて内燃機関１Ａの動作サイクルを４サイクルから２サイクルへと切り替えた例である。さらに、図８のＧは内燃機関１Ａにて成層燃焼が実施されている場合に、これに対応して吸気弁３を早期に開くようにした例である。但し、吸気弁３を開け始めてから暫くの間はリフト量を小さく維持している。このような動作特性は、吸気弁３が閉じている間にカムシャフト１７、３０の速度を基本速度よりも高めて吸気弁３の開弁時期を早めた後、カムシャフト１７、３０の回転速度を微速まで低下させるか又はカムシャフト１７、３０を一時停止させてリフト量の増加を抑え、この状態を所定期間継続した後にカムシャフト１７、３０を増速してリフト量を増加させることにより実現される。さらに、表のＨはカムシャフト１７、３０を停止させて吸気弁３を閉じた状態に維持する例である。なお、ノーズ部１６ｂがバルブリフター４を押している状態でカムシャフト１７、３０を停止することにより吸気弁３を開放状態に維持することもできる。
【００３８】
このように、本形態の動弁装置１０によれば、電動モータ１１、１２によるカムシャフト１７、３０の駆動速度の制御によって吸気弁３に様々な動作特性を与えることができる。しかも、カムシャフト１７、３０の周囲には上述したようにノーズ部１６ｂが重ならない範囲Ｘが生じているので電動モータ１１によって駆動される＃１気筒及び＃４気筒間において吸気弁３の開弁期間が重ならず、電動モータ１２によって駆動される＃２気筒及び＃３気筒間においても吸気弁３の開弁期間が重ならない。このため、例えば電動モータ１１の速度制御によって＃１気筒又は＃４気筒のいずれか一方の気筒の吸気弁３の動作特性を変化させた結果として、クランク角とカム１６の位相との相対関係がカムシャフト１７、３０を基本速度で連続駆動した場合の当該関係からずれたとしても、そのカムシャフト１７の範囲Ｘがバルブリフター４側に向けられている間、つまり＃１気筒及び＃４気筒のそれぞれのカムシャフト１７の全てのカム１６のベース円１６ａがバルブリフター４上を通過している間に上記の相対関係のずれを打ち消すように電動モータ１１の速度を調整すれば、一方の気筒における吸気弁３の動作特性の変化が他方の気筒における吸気弁３の動作特性に与える影響をなくし、他方の気筒の吸気弁３の動作特性を任意に制御できるようになる。＃２気筒及び＃３気筒の間についても同様である。
【００３９】
ちなみに、全ての気筒２のカム１６を共通の電動モータにて駆動した場合には、上述した範囲Ｘが存在せず、各吸気弁３の開弁期間が他の吸気弁３の開弁期間と必ず重複するために、各吸気弁３の作用角を変化させることができないし、カムシャフト１７、３０の逆転駆動も不可能である。従って、図８のＡ及びＥ以外についてはこれらを実現することができない。従って、動弁装置１０によれば、全ての気筒２の吸気弁３を同一の電動モータで駆動する構成と比して吸気弁３の動作特性の自由度を高めることができる。しかも、気筒毎に電動モータを設ける場合と比べてモータ数が減少するので動弁装置１０を小型化でき、部品点数も減るのでコスト面でも有利である。
【００４０】
さらに、本形態の動弁装置１０においては、伝達機構１４、１５のそれぞれにトルク低減機構４０が設けられているので、電動モータ１１、１２に加わる駆動トルクを低減して電動モータ１１、１２に要求される定格トルクを小さくでき、これにより電動モータ１１、１２を小型化して動弁装置１０をよりコンパクトに構成することができる。図９はバルブスプリング５によってカムシャフト１７又は３０に与えられるバルブスプリングトルク（実線）と、トルク低減機構４０によってカムシャフト１７又は３０に与えられる反位相トルク（破線）とクランク角との関係を示している。但し、横軸はトルク＝０を示し、カム１６の正転方向と反対方向に負荷されるトルクを正（＋）に、カム１６の正転方向に負荷されるトルクを負（−）でそれぞれ表している。また、図９はカムシャフト１７、３０を基本速度で正転方向に連続的に駆動している場合の例である。
【００４１】
まず、図９に実線で示すように、バルブスプリングトルクはカム１６が吸気弁３に対して最大リフト量を与える位置でほぼ０であり、最大リフト量を与える位置よりも前、つまり吸気弁３が開いている途中はバルブスプリング５の反発力がカム１６を逆転方向に押し戻すように作用するために正の値、最大リフト量を与える位置よりも後、つまり吸気弁３が閉じている途中はバルブスプリング５の反発力がカム１６を正転方向に押し進めるように作用するために負の値となる。一方、図９に破線で示すように、反位相トルクについては最大リフト位置でほぼ０であり、それよりも前の位置では負の値、最大リフト量を与える位置よりも後の位置では正の値となる。吸気弁３が開いている途中ではリフタ４３が凹部４１ｂ内を底４１ｃに向かって進み、コイルスプリング４５の反発力がリフタ４３を介して反位相カム４１を正転方向に進めるように作用し、吸気弁３が閉じている途中ではリフタ４３が凹部４１ｂ内を底４１ｃから離れるように移動し、コイルスプリング４５の反発力がリフタ４３を介して反位相カム４１を逆転方向に押し戻すように作用するためである。
【００４２】
このように、カム１６側からカムシャフト１７、３０に負荷されるバルブスプリングトルク、すなわちバルブスプリング５からバルブリフター４及びカム１６を介してカムシャフト１７、３０に負荷されるトルクと、反位相カム４１側からカムシャフト１７、３０に負荷される反位相トルク、すなわちトルク負荷装置４２のコイルスプリング４５からリフタ４３及び反位相カム４１を介してカムシャフト１７、３０に負荷されるトルクとは互いに逆向きに作用して互いに打ち消し合うようになる。これらのバルブスプリングトルクと反位相トルクとを合成したトルクが電動モータ１１、１２に駆動トルクとして負荷されることにより、電動モータ１１、１２に負荷される駆動トルクが低減され、その結果、電動モータ１１、１２に要求される定格トルクを減少させてそれらの小型化を図ることができる。しかも、反位相カム４１はカムシャフト１７、３０毎に設けられており、一つの反位相カム４１が二つの気筒２に対して共用されているので、気筒２毎に反位相カムを設ける場合と比べてトルク低減機構も小型化され、それにより動弁装置１０をさらにコンパクトに構成することができる。なお、上記ではカムシャフト１７、３０を基本速度で連続回転させる場合について説明したが、速度や回転方向を変化させた場合でもバルブスプリングトルクと反位相トルクとの関係は互いに逆位相となり、駆動トルクの低減効果が同様に発揮される。なお、上記では反位相トルクにて打ち消すべき対象としてバルブスプリングトルクのみを考慮したが、カム１６等の慣性によって生じるトルクをさらに考慮して反位相トルクを設定してもよい。
【００４３】
次に、図１０〜図１７Ｃを参照して電動モータ１１、１２の制御をより詳細に説明する。なお、以下では、図１０に示すように電動モータ１１、１２の動作が電子制御ユニット（ＥＣＵ）６によって制御されるものとして説明する。電子制御ユニット６はマイクロプロセッサ及びその動作に必要なメモリ等の周辺部品を備えたコンピュータユニットである。電子制御ユニット６は電動モータ１１、１２の制御のための専用ユニットとして設けられてもよいし、他の用途と兼用されるユニット（例えばエンジンコントロールユニット）として設けられてもよい。図１０においてＥＣＵ６以外の構成は図１と同じである。
【００４４】
また、以下では第１の気筒群（＃１気筒及び＃４気筒）に対応する電動モータ１１の制御について説明するが、特に断りのない限り第２の気筒群（＃２、＃３）に対応する電動モータ１２についても同様の制御が実行可能である。さらに、以下の説明では、カム１６及びカムシャフト１７を上述した基本速度で一方向に連続的に駆動したときに、＃１気筒及び＃４気筒の吸気弁３が図２Ｂに示したように３６０°ＣＡ間隔で開閉し、かつそれぞれの吸気弁３の作用角が２４０°ＣＡ（以下、これを基本作用角と呼ぶ。）になるものと仮定し、この状態を基準としてリフト量や作用角の変化を説明する。つまり、吸気弁３の作用角が２４０°ＣＡとなるようにカム１６のプロファイルが設計されているものとする。図１１、図１２、図１５及び図１６に破線で示すリフト量の波形はいずれもカム速度を上述した基本速度に固定したときのものである。図中においてクランク角のＣＡの表記は省略している。
【００４５】
［可変作用角制御等］
ＥＣＵ６は、カムシャフト１７が同一方向に連続的に回転しかつその回転速度が適宜に変化するように電動モータ１１の回転を制御して、吸気弁３の作用角やリフト量の変化特性を変更することができる。その一例を図１１に示す。図１１はカムシャフト１７を一定方向に連続的に回転させて吸気弁３を開閉駆動する間に、電動モータ１１の出力軸１１ａの回転速度を３６０°ＣＡ周期で変化させて吸気弁３の作用角を変化させたときのカム速度（カム１６の回転速度）及び吸気弁３のリフト量とクランク角との関係を示している。この例では、吸気弁３が開いている間にカム速度が最大となるようにカム速度を３６０°ＣＡ周期で変化させている。しかも、吸気弁３が開き始める時期ｔ１から閉じる時期ｔ２までの間において、カム速度が基本速度よりも高い範囲Ｓ１の面積が、カム速度が基本速度よりも小さい範囲Ｓ２の面積よりも大きくなるようにカム速度を変化させている。これにより、吸気弁３の作用角が基本作用角よりも減少する。なお、カム速度が最大となる位置はカム速度を基本速度に固定したときに吸気弁３のリフト量が最大となる位置に合わせてある。また、カム速度の波形はカム速度が最大となる位置を軸として左右対称である。
【００４６】
図１２は、カム１６のノーズ頂点１６ｃがバルブリフター４に乗り上げて吸気弁３のリフト量が最大リフト量となる位置（最大リフト位置）でカム速度が最大となるように図１１のカム速度変化の位相を変化させた例を示している。このような位相変化を与えることにより、図１１の範囲Ｓ２がより小さくなるか又は消滅する。このため、基本作用角に対する作用角の減少量が拡大する。範囲Ｓ２が消滅するように制御すれば減少量を最も大きくとることができる。
【００４７】
図１３の例では、吸気弁３が開いている間にカム速度が最小となるようにカム速度を３６０°ＣＡ周期で変化させている。つまり、図１１のカム速度の変化に対して基本速度を軸として上下方向に対称的にカム速度を変化させている。従って、吸気弁３が開き始める時期ｔ１から閉じる時期ｔ２までの間において、カム速度が基本速度よりも高い範囲Ｓ１の面積が、カム速度が基本速度よりも小さい範囲Ｓ２の面積よりも小さくなる。これにより、吸気弁３の作用角が基本作用角よりも増加する。なお、図１３の例においてさらにカム速度の最小値が吸気弁３の最大リフト位置と一致するようにカム速度変化の位相を変化させてもよい。このようにすれば、基本作用角に対する作用角の増加量を拡大することができる。
【００４８】
以上の他にも、例えば吸気弁３のリフト量が増加している間にカム速度を加速し、リフト量が減少している間にカム速度を減速することにより、作用角を基本作用角に一致させるか、又は両者の差を抑えつつリフト量変化の波形を最大リフト位置の前後で非対称に設定することができる。以上の動作制御を３６０°ＣＡ周期で行うことにより、＃１気筒及び＃４気筒のそれぞれに設けられた吸気弁３の作用角又はリフト特性を変化させることができる。カム速度の変化が３６０°ＣＡ周期であるため、一方の気筒における吸気弁３の動作特性の変化が他方の気筒における吸気弁３の動作特性の変化に影響を与えることもない。
【００４９】
［可変リフト制御］
ＥＣＵ６は吸気弁３が開いている間にカム１６の回転方向が切り替わるように電動モータ１１の出力軸１１ａを揺動させること、つまり適当な回転角毎に出力軸１１ａの回転方向を交互に切り替えることにより、吸気弁３のリフト量の最大値を変化させることができる。この場合のカム１６の動作の一例を図１４Ａ〜図１４Ｃに示す。なお、図１４Ａ〜図１４Ｃでは＃１気筒のカム１６及びバルブリフター４を実線で、＃４のカム１６及びバルブリフター４を破線でそれぞれ示している。揺動制御時には、例えば図１４Ａに矢印Ａで示す方向にカム１６を回転させて＃１気筒のカム１６のノーズ部１６ｂでバルブリフター４を押し下げ、そのカム１６のノーズ頂点１６ｃがバルブリフター４に達する前にカム１６の回転方向を矢印Ｂ方向に反転させる。その後、図１４Ｂに示すようにバルブリフター４上を図５の範囲Ｘが通過するようにカム１６の回転方向を維持する。この後もカム１６の回転方向を維持して図１４Ｃに示すように＃４気筒のカム１６のノーズ部１６ｂで＃４気筒のバルブリフター４を押し下げる。そして、＃４気筒のカム１６のノーズ頂点１６ｃがバルブリフター４に達する前にカム１６の回転方向を矢印Ａ方向に再度反転させる。このような揺動運動を繰り返すことにより、＃１及び＃４気筒のそれぞれの吸気弁３のリフト量の最大値を最大リフト量よりも小さく制限しつつ各気筒の吸気弁３を順次開閉駆動させることができる。
【００５０】
図１５は上述した揺動制御を実施した場合のカムの回転角（カム角）、カム速度、及び吸気弁３のリフト量とクランク角との対応関係の一例を示す。なお、カム角はベース円１６ａの中心及びノーズ頂点１６ｃを通過する直線とベース円１６ａとの交点がバルブリフター４と向かい合っている状態を基準として、＃１気筒のカム１６のノーズ部１６ｂがバルブリフター４を押し下げる方向に回転する場合、つまり図１４の矢印Ａ方向を正にとっている。カム速度の正負についても同様である。
【００５１】
図１５の例では、＃１気筒のカム１６のベース円１６ａがバルブリフター４と対向している間（クランク角が０°ＣＡ〜６０°ＣＡの間）にカム１６を加速し、そのノーズ部１６ｂがバルブリフター４を押し始めた時点、つまり吸気弁３がリフトを開始した時点から暫くの間は基本速度でカム１６を回転させている（図１４Ａの矢印Ａ方向の回転に対応）。その後、吸気弁３がリフトしている途中でカム１６の減速を開始し、その後にカムを一旦停止させ（図１５においてカム速度＝０となり、＃１気筒のリフト量が最大となる位置）、さらにカム１６の回転方向を逆転させている。逆転開始後は基本速度までカム速度を増速し、吸気弁３が閉じるまでその回転速度を維持している（図１４Ａの矢印Ｂ方向の回転に対応）。このような制御によりカム角が１８０°よりも小さい範囲でカム１６が揺動し、＃１気筒の吸気弁３のリフト量の最大値が最大リフト量よりも小さく制限される。
【００５２】
揺動制御時における吸気弁３のリフト量の最大値は、カム１６を揺動させる範囲を変えることによって適宜に変化させることができる。図１５において吸気弁３のリフト開始時からカム速度＝０となるまでのカム１６の回転角度（揺動量）が大きいほどリフト量の最大値が増加し、反対に揺動量が小さいほどリフト量の最大値が減少する。揺動範囲は＃１及び＃４気筒のそれぞれにおける最大リフト位置、つまり＃１気筒及び＃４気筒のそれぞれのカム１６のノーズ頂点１６ｃがバルブリフター４に乗り上げる位置に挟まれた範囲内で適宜に調整してよい。
【００５３】
一方、揺動制御時の吸気弁３の作用角は、揺動中のカム１６の回転速度を調整することにより、基本作用角に対して大小いずれの側にも適宜に変化させることができる。図１５の例では基本作用角よりも小さく制御している。リフト量を最大リフト量よりも小さく制限した場合には、これに併せて作用角を基本作用角よりも小さく制御することにより、吸気弁３のバルブ開口面積（リフト量を示す波形とクランク角を示す横軸とで囲まれた部分の面積）を小さくして吸気量を制限することができる。内燃機関１Ａの低負荷低回転時にこのような制御を行えば、内燃機関１Ａの吸気系に設けられるスロットル弁の開度を増加させてポンピングロスを低減することができる。
【００５４】
＃１気筒の吸気弁３の作用角を基本作用角に対して変化させた場合、＃４気筒の吸気弁３のリフト開始までカム速度を基本速度に保持すると、作用角が変化した影響で＃４気筒の吸気弁３のリフト開始時期が本来予定していた時期、つまり＃１気筒の吸気弁３のリフト開始位置から３６０°ＣＡ離れた時期からずれる。そのため、図１５では＃１気筒の吸気弁３のリフト終了後、＃４気筒の吸気弁３のリフト開始までの間にカム速度を基本速度に対して一旦減速して＃４気筒の吸気弁３のリフト開始位置を４２０°ＣＡに一致させている。＃４気筒の吸気弁３のリフト開始後におけるカム１６の速度制御は、＃１気筒のときと回転方向が異なるのみで速度の値は同じである。
【００５５】
図１５の例では各気筒に設けられたカム１６のノーズ頂点１６ｃに対する一方の側のみを利用して吸気弁３を開閉制御している。カム１６とバルブリフター４との間の潤滑の偏りやカム１６の摩耗を均等に進行させるためにはカム１６のノーズ頂点１６ｃを挟んだ両側（図１４ＡのＣ１、Ｃ２）が吸気弁３の駆動に利用されるように適当な期間毎にカム１６の揺動範囲を切り替えてもよい。切り替えの周期は時間、揺動回数等のパラメータによって定めてよい。但し、切り替えを行う際にはカム１６のノーズ頂点１６ｃがバルブリフター４を乗り越える必要がある。電動モータ１１の揺動制御と、電動モータ１１を一方向に連続回転させる制御とを内燃機関１Ａの運転状態に応じて使い分けるような場合、例えば低負荷低回転時には電動モータ１１によりカム１６を揺動させ、高負荷高回転時には電動モータ１１によりカム１６を一定方向に連続回転させる場合には、その連続回転を挟んだ前後でカム１６の使用範囲を切り替えることができる。
【００５６】
［減筒運転制御］
内燃機関の減速運転時や低負荷運転時等には、一部の気筒の吸気弁を閉状態で停止させることにより、当該気筒における燃焼を停止させる減筒運転が要求されることがある。クランク軸の回転を弁に伝える機械式の動弁装置においてそのような減筒運転を実現するためには特殊な弁停止機構が必要とされる。しかしながら、本形態の動弁装置１０によれば、同一の電動モータ１１、１２にてそれぞれ駆動されるカム１６の組に上述した範囲Ｘが存在するため、ＥＣＵ６によって電動モータ１１、１２の揺動又は停止させることにより容易に減筒運転を実現することができる。以下、幾つかの例を説明する。
【００５７】
図１６は電動モータ１１の揺動を利用して＃４気筒の燃焼を停止させる例である。この例では、＃１気筒の吸気弁３のリフト終了までは図１５と同様にカム速度及びカム角が制御される。＃１気筒の吸気弁３のリフト終了後はカム１６を減速し、＃１気筒に関する電動モータ１１の制御周期の終点（３６０°ＣＡ）でカム１６を停止させる。この時点ではカム角＝０であり、＃１気筒及び＃４気筒のカム１６はいずれもベース円１６ａがバルブリフター４と対向した位置にある。この状態から＃４気筒に関する電動モータ１１の制御周期の終点（７２０°ＣＡ）までカム１６を停止させ、その後は再び図１６に示す通りに＃１気筒の吸気弁３をリフトさせる。以上の制御により、＃１気筒の吸気弁３を開閉動作させる一方で＃４気筒の吸気弁３を閉状態で停止させることができる。＃４気筒の吸気弁３を動作させ、＃１気筒の吸気弁３を閉状態で停止させることも可能である。
【００５８】
また、０°ＣＡ〜７２０°ＣＡの間に亘って、上述した範囲Ｘがバルブリフター４と対向している状態、つまり同一気筒群の吸気弁がいずれも閉じている状態で電動モータ１１を停止させることにより、図１７Ａに示したように同一気筒群の気筒（例えば＃１気筒及び＃４気筒）の吸気弁３をいずれも停止させることができる。この場合、他の気筒群（＃２気筒及び＃３気筒）のそれぞれのカム１６を電動モータ１２で駆動してそれらの気筒の吸気弁３を開閉させることにより、２気筒のみを燃焼停止状態に保持し、残る２気筒で３６０°ＣＡ間隔で燃焼を行わせることができる。勿論、＃２気筒及び＃３気筒の吸気弁３が何れも閉じる位置で電動モータ１２を停止させる一方、＃１気筒及び＃４気筒のカム１６を電動モータ１１で駆動してそれらの気筒の吸気弁３を開閉させてもよい。
【００５９】
その他にも、電動モータ１１又は１２の揺動と、停止とを組み合わせることにより、減筒運転が要求された場合の停止気筒数を全気筒数よりも小さい範囲（１〜３）で適宜に変更することができる。例えば図１７Ｂは＃１気筒のみ燃焼を停止させた例、図１７Ｂは＃１気筒及び＃３気筒の燃焼をそれぞれ停止させた例である。燃焼を停止させる気筒数及び気筒番号は内燃機関１Ａの運転状態に応じて適宜に選択してよい。このように燃焼停止の対象となる気筒を比較的自由に選べることから減筒運転中におけるポンピングロスを低減し、高効率が得られる動作点で内燃機関１Ａを運転させることが可能となる。その結果として燃費向上が期待できる。さらに、一部の気筒の燃焼が停止している状態で、燃焼を行っている気筒の吸気弁３の作用角やリフト量を上記の制御によって適宜に変化させてもよい。この場合には、燃焼実施中の気筒のカム１６を基本速度で連続回転させた場合と比較して内燃機関１Ａのポンピングロスをより細かく制御できるようになり、エンジンブレーキ力を細かく調整できる等の効果が得られる。
【００６０】
以上においては、吸気弁３の動作特性をカム１６の回転速度や回転方向と関連付けて説明したが、電動モータ１１、１２とカム１６との間の減速比や回転方向の対応関係を考慮すれば、各図に示したカム１６の回転速度や回転方向を電動モータ１１、１２の出力軸１１ａ、１２ａの回転速度及び回転方向にそれぞれ置き換えることができる。その置き換えられた出力軸１１ａ、１２ａの速度、回転方向に従ってＥＣＵ６が電動モータ１１、１２の動作を制御することにより、上述した各種の吸気弁３の動作特性の変化を実現することができる。例えば、内燃機関１Ａの運転状態とカム１６の動作を特定する情報、つまりはカム１６の回転速度、回転方向、カム１６の動作制御モード（一方向へ連続回転させる制御モード及び揺動制御モード）の区別、揺動制御モード時における揺動範囲（回転方向の切り替え位置となるカム角や揺動角度によって特定される）とを対応付けたマップをＥＣＵ６のＲＯＭに予め用意しておき、内燃機関１Ａに設けられている各種のセンサの情報から運転状態を判別し、その判別結果に応じたカム１６の駆動条件を特定し、これを出力軸１１ａ、１２ａの動作条件に置き換えて電動モータ１１、１２を制御することにより、上述した作用角、リフト特性、リフト量の最大値、燃焼停止気筒数といった各種の動作特性の変化を実現することができる。この場合、クランク角センサやカム角センサを利用してクランク角やカムシャフト１７、３０の回転位置を検出して電動モータ１１、１２の動作をフィードバック制御してもよい。
【００６１】
本発明は上述した形態に限らず、種々の形態にて実施することができる。例えば、本発明は直列４気筒の内燃機関に限らず、複数の気筒を弁の開弁期間が重ならない気筒毎に気筒群として区別できる限りは適用することができる。図１８はＶ型６気筒の内燃機関１Ｂに本発明の動弁装置５０を適用した例を示す。この例の内燃機関１Ｂにおいては一方のバンク５１に＃１、＃３、＃５の気筒２が、他方のバンク５２に＃２、＃４、＃６の気筒２がそれぞれ直列に配置されており、それらの爆発順序は気筒番号順、すなわち＃１→＃２→＃３→＃４→＃５→＃６である。しかも、バンク角は６０°であり、それにより１２０°ＣＡ毎の等間隔爆発が実現されている。
【００６２】
このような内燃機関１Ｂに適用される動弁装置５０においては、爆発間隔が３６０°ＣＡ離れている気筒同士を同一気筒群にまとめることにより、三つの電動モータ５３、５４、５５によって各気筒の弁を駆動することができる。この場合、基本作用角が２４０°ＣＡであれば、図１９Ａに示すように各吸気弁のリフト量とクランク角とが対応付けられる。従って、図１８では、＃１気筒及び＃４気筒が第１の気筒群に、＃２気筒及び＃５気筒が第２の気筒群に、＃３気筒及び＃６気筒が第３の気筒群にそれぞれ区別されてそれぞれの気筒群に対応して第１〜第３の電動モータ５３、５４、５５が設けられている。
【００６３】
第１の電動モータ５３の回転運動はギア列５６及びカムシャフト５７からなる伝達機構５８を介して＃１気筒及び＃４気筒のカム１６に伝達され、第２の電動モータ５４の回転運動はギア列５９及びカムシャフト６０からなる伝達機構６１を介して＃２気筒及び＃５気筒のカム１６に伝達され、第３の電動モータ５５の回転運動はギア列６２及びカムシャフト６３からなる伝達機構６４を介して＃３気筒及び＃６気筒のカム１６に伝達される。＃２気筒及び＃５気筒用のカムシャフト６０は図３及び図４のカムシャフト１７と同様の連結構造とされ、カムシャフト５７及び６３はカムシャフト６０の外周に同軸かつ回転自在に組み合わされる中空軸構造とされている。カムシャフト５７、６０、６３はバンク５１、５２の間に配置され、それらのカムシャフト５７、６０、６３上のカム１６の回転が不図示の従動節の直線運動に変換され、それらの従動節の往復運動がプッシュロッド等の運動伝達部材を介して吸気弁等の弁に往復運動として伝達される。つまり、図１８の内燃機関１ＢはＯＨＶ形式である。
【００６４】
以上の場合でも、各気筒群の弁の開弁期間が図２Ａの例と同様に互いに重複しないので、各弁の動作特性の自由度を高めつつ電動モータの個数を減らして動弁装置の小型化を図ることができる。また、同一気筒群のカム１６は上記の通りに制御することができる。なお、図１８の例においても、カムシャフト５７、６０、６３毎にトルク低減機構４０を設けることができる。
【００６５】
なお、図１８では２気筒ずつ気筒群を構成しているが、基本作用角を１８０°ＣＡに設定した場合には図１９Ｂに示すように＃１気筒、＃３気筒及び＃５気筒間において開弁期間が重ならず、＃２気筒、＃４気筒及び＃６気筒間において開弁期間が重ならない。この場合には、＃１気筒、＃３気筒及び＃５気筒によって第１の気筒群を、＃２気筒、＃４気筒及び＃６気筒によって第２の気筒群をそれぞれ構成して本発明を適用すればよい。すなわち、バンク毎に気筒群を構成して本発明を適用することができる。
【００６６】
図２０はＶ型６気筒の内燃機関に本発明を適用した他の例を示す。この例では、一対のバンク５１、５２のそれぞれのカムキャリア７１、７２に吸気弁３を駆動するための２本のカムシャフト７３、７４と、排気弁（不図示）を駆動するための１本のカムシャフト７５とが回転自在に取り付けられている。カムシャフト７３、７４は互いに同軸に配置されている。なお、図ではバンク５１のカムシャフト７４をカムキャリア７１から取り外した状態で示しているが、実際には反対側のカムキャリア７２のカムシャフト７４と同様に、カムキャリア７１上でもカムシャフト７３、７４は同軸的に配置される。
【００６７】
一方のカムシャフト７３には、同一バンク内において隣接する二つの気筒２に対応する吸気弁３をそれぞれ駆動するためのカム１６が一体回転可能に設けられ、他方のカムシャフト７４には同一バンク内の残りの一つの気筒２に対応する吸気弁３を駆動するためのカム１６が一体回転可能に設けられている。一方のカムシャフト７４は第１の伝達機構１４を介して第１の電動モータ１１により回転駆動され、他方のカムシャフト７５は第２の伝達機構１５を介して第２の電動モータ１２により回転駆動される。なお、排気用のカムシャフト７５には同一バンク内の全ての気筒の排気弁を駆動するためのカム７６が一体回転可能に設けられ、そのカムシャフト７５は伝達機構７７を介して単一の電動モータ７８により回転駆動される。同一バンク内における各気筒２のカム１６の位相は１２０°ずつずれているので、第１の電動モータ１１を揺動運動させることにより、二つの気筒２の吸気弁３の動弁特性をそれぞれ独立して制御し、第２の電動モータ１２により残りの一つの気筒２の吸気弁３の動弁特性を他の二つの気筒２の吸気弁３のそれに対して独立して制御することができる。
【００６８】
さらに、本発明は直列６気筒、あるいはＶ型８気筒、Ｖ型１２気筒の内燃機関にもこれを適用することができる。図２１に示したように、直列６気筒の内燃機関１Ｃにおいて、気筒２の番号を一端から他端まで順に＃１〜６と定め、それらの気筒間における爆発順序が＃１→＃５→＃３→＃６→＃２→＃４、各吸気弁の基本作用角が２４０°ＣＡとすれば、各吸気弁のリフト量とクランク角との関係は図２２Ａに示すようになる。この場合には、＃１気筒と＃６気筒とによって第１の気筒群を、＃２気筒と＃５気筒とによって第２の気筒群を、＃３気筒と＃４気筒とによって第３の気筒群をそれぞれ構成して本発明を適用することができる。直列６気筒の内燃機関１Ｃにおいて各吸気弁の基本作用角が１８０°ＣＡに設定されている場合には、各吸気弁のリフト量とクランク角との関係が図２２Ｂに示すようになる。この場合には＃１気筒、＃２気筒及び＃３気筒によって第１の気筒群を、＃４気筒、＃５気筒及び＃６気筒によって第２の気筒群をそれぞれ構成して本発明を適用することができる。爆発順序が＃１→＃４→＃２→＃６→＃３→＃５の場合も同様である。
【００６９】
Ｖ型８気筒の内燃機関への適用においては、それぞれのバンクに４つずつ気筒が並ぶので、各バンクをそれぞれ直列４気筒の内燃機関と同一視して上記の形態を適用すればよい。Ｖ型１２気筒の内燃機関においては、それぞれのバンクに６つずつ気筒が並ぶので、各バンクをそれぞれ直列６気筒の内燃機関と同一視して本発明を適用すればよい。なお、６気筒の内燃機関において可変気筒制御を実施する場合には燃焼停止対象の気筒数を１〜５の間で選択でき、８気筒の内燃機関において可変気筒制御を実施する場合には燃焼停止対象の気筒数を１〜７の間で選択できる。１２気筒の内燃機関において可変気筒制御を実施する場合には燃焼停止対象の気筒数を１〜１１の間で選択できる。
【００７０】
以上のように、本発明では、一つの電動モータで開弁制御する気筒数とその組み合わせ方及び電動モータの個数は作用角の調整可能な角度との関係で開弁期間が重ならないように、言い換えれば作用角に変化を与えたとしても同一気筒群内で開弁期間が相互に重なることがないように定めればよく、電動モータの数、気筒の数及びそれらのレイアウト、一つの電動モータにて制御される気筒の組み合わせは上記に開示した実施の形態に限定されるものではない。
【００７１】
以上の形態では吸気弁３を例に挙げたが、排気弁についても同様に本発明を適用できる。排気弁を本発明に従って制御することにより、各気筒の排気効率を変化させて内燃機関の運転状態を柔軟に制御できるようになる。勿論、吸気弁及び排気弁の双方を本発明に従って制御してもよい。減速機構１８、３１は本発明の実施形態において必ずしも採用しなくてもよく、電動モータ１１、１２の出力軸１１ａ、１２ａとカムシャフト１７、３０と直結してもよい。電動モータ１１、１２の速度制御を容易にするためには減速機構１８、３１の減速比を互いに等しく設定することが望ましい。トルク低減機構４０は本発明の実施の形態において必ずしもこれを設けなくてもよい。トルク低減機構４０を設ける場合、その反位相カム４１は必ずしもカムシャフト１７、３０に設ける必要はなく、減速機構１８、３１等の中間軸に設けてもよい。但し、その場合、反位相カム４１の回転速度はカムシャフト１７、３０の回転速度に対して整数倍に設定する必要がある。運動変換装置はカム機構１３に限らず、スライダクランク機構等のリンク機構でもよい。この場合にはリンク機構の回転入力部分に設けられる回転体を電動モータにて駆動すればよい。
【００７２】
以上説明したように、本発明の動弁装置によれば、各気筒の弁の動作特性についてその制御の自由度を高めることができる。しかも、各気筒毎に電動モータを分けて設けた場合と比較して動弁装置を小型化し、車両搭載時の制約を緩和できる。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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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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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１７Ｃ】
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【図１８】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２Ａ】
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【図２２Ｂ】
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