(57)【要約】【課題】本発明は、内燃機関と独立した駆動源によりカムを回転又は揺動させる内燃機関の動弁システムにおいて、駆動源とカムとの間に介在するギア機構のバックラッシュに起因した不具合を低減可能な技術の提供を課題とする。【解決手段】本発明は、内燃機関と独立してカムを回転或いは揺動させるモータと、モータの発生トルクをカムに伝達するギア機構と、を備えた内燃機関の動弁システムにおいて、ギア機構の噛み合い部においてバックラッシュに起因した歯打ちが発生し得る時に、モータの回転速度を増速させることにより歯打ちの発生を回避するようにした。【選択図】図４
2009002198.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関と独立してカムを回転或いは揺動させる駆動源と、
前記駆動源の発生トルクを前記カムへ伝達するギア機構と、
前記駆動源から前記ギア機構へ入力されるトルクの方向と前記カムから前記ギア機構へ入力されるトルクの方向との相対関係が変化する時に、前記駆動源の回転速度を増速又は減速させる制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の動弁システム。
【請求項２】
前記カムを一方向へ連続的に回転させる正転駆動モードにおいて、前記制御手段は、前記駆動源から前記ギア機構へ入力されるトルクの方向と前記カムから前記ギア機構へ入力されるトルクの方向との相対関係が変化する時に、前記駆動源の回転速度を増速させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の動弁システム。
【請求項３】
前記制御手段は、前記カムにより開閉駆動されるバルブのリフト量が最大リフト量に到達した時に、前記駆動源から前記ギア機構へ入力されるトルクの方向と前記カムから前記ギア機構へ入力されるトルクの方向との相対関係が変化するとみなすことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の動弁システム。
【請求項４】
前記制御手段は、前記駆動源の回転速度を増速させた後であって前記カムにより開閉駆動されるバルブの閉弁前に、前記駆動源の回転速度を減速させることを特徴とする請求項２又は３に記載の内燃機関の動弁システム。
【請求項５】
前記カムを一方向へ所定量回転させた後に逆転させる揺動駆動モードにおいて、前記制御手段は、前記駆動源から前記ギア機構へ入力されるトルクの方向と前記カムから前記ギア機構へ入力されるトルクの方向との相対関係が変化する時に、前記駆動源の回転速度を減速させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の動弁システム。
【請求項６】
前記制御手段は、前記駆動源の回転方向が逆転する時に、前記駆動源から前記ギア機構へ入力されるトルクの方向と前記カムから前記ギア機構へ入力されるトルクの方向との相対関係が変化するとみなすことを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の動弁システム。
【請求項７】
前記制御手段は、前記駆動源の回転速度を減速させた後であって前記カムにより開閉駆動されるバルブの閉弁前に、前記駆動源の回転速度を増速させることを特徴とする請求項５又は６に記載の内燃機関の動弁システム。
【請求項８】
前記内燃機関と独立してカムを回転或いは揺動させる駆動源が複数存在する場合に、個々の駆動源毎に該駆動源からギア機構へ入力されるトルクの方向とカムからギア機構へ入力されるトルクの方向との相対関係が変化するタイミングを記憶する記憶手段を更に備え、
前記制御手段は、前記記憶手段に記憶されたタイミングに基づいて各駆動源の回転速度を増速又は減速させることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の内燃機関の動弁システム。
【請求項９】
前記カムの回転位置を検出する第１センサと、
前記駆動源の回転位置を検出する第２センサと、
前記駆動源を揺動させた時の前記第１センサ及び前記第２センサの検出値に基づいて前記ギア機構のバックラッシュ量を取得する取得手段と、
を更に備えることを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載に内燃機関の動弁システム。
【請求項１０】
前記制御手段は、前記駆動源から前記ギア機構へ入力されるトルクの方向と前記カムから前記ギア機構へ入力されるトルクの方向との相対関係が変化する時の駆動源の増速量又は減速量を、機関回転速度に応じて変更することを特徴とする請求項１〜９の何れか１項に記載の内燃機関の動弁システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関と独立した駆動源により回転又は揺動されるカムを備えた動弁システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、内燃機関と独立した駆動源によりカムを回転又は揺動することにより吸排気バルブを開閉駆動する動弁システムが提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
【特許文献１】特開２００４−１８３６１２号公報
【特許文献２】特開平１１−３３６５１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上記した内燃機関の動弁システムにおいて、駆動源とカムとの間にギア機構が介在する場合は、ギア機構の噛み合い部における歯間の隙間（バックラッシュ）に起因した歯同士の衝突（歯打ち）を発生する可能性がある。これに対し、シザーズギアのようなギア機構を用いる方法が考えられるが、フリクションの増加やギアの摩耗が懸念される。
【０００４】
本発明は、上記したような種々の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、内燃機関と独立した駆動源によりカムを回転又は揺動させる内燃機関の動弁システムにおいて、ギア機構のバックラッシュに起因した不具合を低減可能な技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記した課題を解決するために、内燃機関と独立した駆動源と、駆動源の発生トルクをカムに伝達するギア機構と、を備えた内燃機関の動弁システムにおいて、ギア機構の噛み合い部においてバックラッシュに起因した歯打ちが発生し得る時に、駆動源の回転速度を増速又は減速させるようにした。
【０００６】
詳細には、本発明に係る内燃機関の動弁システムは、内燃機関と独立してカムを回転又は揺動させる駆動源と、前記駆動源と前記カムとの間に介在するギア機構と、前記駆動源から前記ギア機構へ入力されるトルクの方向と前記カムから前記ギア機構へ入力されるトルクの方向との相対関係が変化する時に前記駆動源の回転速度を増速又は減速させる制御手段と、を備えるようにした。
【０００７】
内燃機関と独立した駆動源によりカムを駆動する方法としては、カムを一方向（正転方向）へ連続的に回転させる方法（正転駆動モード）と、カムを正転方向へ所定量回転させた後に逆転させる方法（揺動駆動モード）とが考えられる。
【０００８】
正転駆動モードにおいては、内燃機関の吸排気バルブがリフトし始めてから最大リフト量に到達するまでの期間は、バルブスプリングの付勢力がカムを逆転させるように作用する。このため、吸排気バルブがリフトし始めてから最大リフトに到達するまでの期間にカムからギア機構へ入力されるトルクは、ギア機構を逆転させる方向に作用する。
【０００９】
また、吸排気バルブが最大リフト量に到達してから閉弁するまでの期間は、バルブスプリングの付勢力がカムを正転させるように作用する。このため、吸排気バルブが最大リフトに到達してから閉弁するまでの期間にカムからギア機構へ入力されるトルクは、ギア機構を正転させる方向に作用する。
【００１０】
よって、吸排気バルブが最大リフト量に到達した時にカムからギア機構へ入力されるトルクの方向が逆転する。一方、駆動源からギア機構へ入力されるトルクは常にギア機構を正転させる方向へ作用する。
【００１１】
その結果、正転駆動モードにおいては、吸排気バルブが最大リフト量に到達した時に、駆動源からギア機構へ入力されるトルクの方向とカムからギア機構へ入力されるトルクの方向との相対関係が変化することになる。
【００１２】
このように駆動源からギア機構へ入力されるトルクの方向とカムからギア機構へ入力されるトルクの方向との相対関係が変化すると、カムの回転速度が駆動源の回転速度を上回る。このため、カム側のギアが駆動源側のギアに対して正転方向へバックラッシュ分だけ進角して歯打ちを発生させる。その際、カムと駆動源の相対的な速度差が大きければ、歯打ちの衝撃が大きくなる。
【００１３】
上記した歯打ちの衝撃を緩和する方法としては、駆動源からギア機構へ入力されるトルクの方向とカムからギア機構へ入力されるトルクの方向との相対関係が変化する時に、駆動源の回転速度を増速させる方法が考えられる。
【００１４】
その際の増速方法としては、（１）カムの回転速度未満となる範囲内で駆動源の回転速度が可及的に高くなるように増速させる方法と、（２）カムの回転速度以上となる範囲内で駆動源の回転速度が可及的に低くなるように増速させる方法を例示することができる。
【００１５】
上記した（１）の方法により駆動源の回転速度が増速された場合は、駆動源側ギアに対するカム側ギアの進角速度が可及的に低くなる。このため、カム側ギアが駆動源側ギアに対してバックラッシュ分だけ進角した時に、双方の歯が穏やかに接触する。その結果、バックラッシュに起因した歯打ちの衝撃が緩和される。
【００１６】
尚、上記した駆動源の増速は、バルブが閉弁されるまで継続されてもよく、若しくはカム側ギアが駆動源側ギアに対してバックラッシュ分だけ進角した時に終了されてもよい。
【００１７】
バックラッシュ量は、カムの回転位置を変化させることなく駆動源が回転可能な量（角度）に相当する。よって、カムの回転位置を検出するセンサ（第１センサ）と駆動源の回転位置を検出するセンサ（第２センサ）を備えた動弁システムにおいて、カムの回転停止時に駆動源を揺動させるとともに、その際の第１及び第２センサの検出値を参照することによりバックラッシュ量を求めることができる。
【００１８】
また、上記した（２）の方法により駆動源の回転速度が増速された場合は、駆動源側ギアの回転速度がカム側ギアの回転速度以上となる。このため、カム側ギアが駆動源側ギアに対して進角しなくなる。よって、バックラッシュに起因した歯打ちが発生しなくなる。
【００１９】
但し、上記した（２）の方法が採用された場合は、カムにより開閉駆動されるバルブの閉弁時期が目標閉弁時期より早くなる可能性がある。そこで、上記した（２）の方法が採用される場合には、バルブが閉弁する前に駆動源の回転速度を減速させてもよい。
【００２０】
ところで、駆動源の回転速度が減速されると、カム側ギアの回転速度が駆動源側ギアの回転速度を上回って歯打ちを発生させる可能性がある。よって、駆動源の回転速度を減速させるタイミングは、バルブが閉弁する直前（言い換えれば、バルブのリフト量が少ない時）が好ましい。これは、バルブが閉弁する直前はバルブスプリングからカムへ作用するトルクが小さくなり、歯打ちの衝撃が小さくなるからである。
【００２１】
次に、揺動駆動モードにおいては、吸排気バルブがリフトし始めてから最大リフト量に到達する前に駆動源の回転方向が逆転される。このため、カムからギア機構へ入力されるトルクは常にギア機構を逆転させる方向へ作用する。これに対し、駆動源からギア機構へ入力されるトルクの方向は、駆動源の回転方向が反転する時に逆転することになる。
【００２２】
従って、揺動駆動モードにおいては、駆動源の回転方向が逆転する時に、駆動源からギア機構へ入力されるトルクの方向とカムからギア機構へ入力されるトルクの方向との相対関係が変化することになる。
【００２３】
このように駆動源からギア機構へ入力されるトルクの方向とカムからギア機構へ入力されるトルクの方向との相対関係が変化すると、駆動源の回転速度がカムの回転速度を上回る。このため、駆動源側ギアの回転位置は、カム側ギアの回転位置に対して逆転方向へバックラッシュ分だけ進角する。その際、カムと駆動源の相対的な速度差が大きければ、歯打ちの衝撃が大きくなる。
【００２４】
上記した歯打ちの衝撃を緩和する方法として、駆動源からギア機構へ入力されるトルクの方向とカムからギア機構へ入力されるトルクの方向との相対関係が変化する時に、駆動源の回転速度を減速させる方法が考えられる。
【００２５】
その際の減速方法としては、（３）カムの回転速度より高くなる範囲内で駆動源の回転速度が可及的に低くなるように減速させる方法と、（４）カムの回転速度以下となる範囲内で駆動源の回転速度が可及的に高くなるように減速させる方法を例示することができる。
【００２６】
上記した（３）の方法により駆動源の回転速度が減速された場合は、カム側ギアに対する駆動源側ギアの進化速度が可及的に低くなる。このため、バックラッシュに起因した歯打ちの衝撃が緩和される。
【００２７】
尚、上記した駆動源の減速は、バルブが閉弁されるまで継続されてもよく、若しくは逆転方向において駆動源側ギアがカム側ギアに対してバックラッシュ分だけ進角した時に終了されてもよい。
【００２８】
上記した（４）の方法により駆動源の回転速度が減速された場合は、カム側ギアの回転速度が駆動源側ギアの回転速度以上となる。このため、駆動源側ギアがカム側ギアに対して進角しなくなる。よって、バックラッシュに起因した歯打ちが発生しなくなる。
【００２９】
但し、上記した（４）の方法が採用された場合は、カムにより開閉駆動されるバルブの閉弁時期が目標閉弁時期より遅くなる可能性がある。そこで、上記した（４）の方法が採用される場合には、バルブが閉弁する前に駆動源の回転速度を増速させるようにしてもよい。
【００３０】
ところで、駆動源の回転速度が増速されると、駆動源側ギアがカム側ギアに対して急速に進角して歯打ちを発生させる可能性がある。カム側ギアの回転速度は、バルブのリフト量が少なくなるほど遅くなる。よって、駆動源の回転速度を増速させるタイミングは、バルブのリフト量が比較的多い時が好ましい。
【００３１】
以上述べたように、駆動源からギア機構へ入力されるトルクの方向とカムからギア機構へ入力されるトルクの方向との相対関係が変化する時に駆動源の回転速度が増速又は減速されると、ギア機構のバックラッシュに起因した歯打ちの衝撃を緩和又は防止することが
可能となる。
【００３２】
また、カム及びカム側ギアの回転速度は機関回転数に応じて変化する。このため、上記した（１）〜（４）の方法における駆動源の増速量又は減速量も機関回転数に応じて変更されることが好ましい。具体的には、カム及びカム側ギアの回転速度は機関回転数に略比例して高くなるため、駆動源の増速量又は減速量も機関回転数が高くなるほど多くされることが好ましい。
【００３３】
本発明に係る内燃機関の動弁システムにおいて、内燃機関の吸気バルブおよび／または排気バルブが複数の駆動源によって回転又は揺動される場合は、駆動源からギア機構へ入力されるトルクの方向とカムからギア機構へ入力されるトルクの方向との相対関係が変化するタイミングやギア機構のバックラッシュ量等を、駆動源毎に記憶する記憶手段を更に備えるようにしてもよい。この場合、制御手段は、記憶手段に記憶されたタイミングやバックラッシュ量に基づいて各駆動源の回転速度を好適に増速又は減速させることが可能になる。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、内燃機関と独立した駆動源によりカムを回転又は揺動させる内燃機関の動弁システムにおいて、駆動源とカムとの間に介在するギア機構のバックラッシュに起因した不具合を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。
【００３６】
＜実施例１＞
先ず、本発明の第１の実施例について図１〜図７に基づいて説明する。図１は、本発明に係る内燃機関の動弁システムの概略構成を示す図である。
【００３７】
図１に示す内燃機関１は、４ストローク・サイクルの火花点火式内燃機関（ガソリンエンジン）である。内燃機関１は、４つの気筒２を備えている。気筒２内には、ピストン３が摺動自在に内装されている。ピストン３は、コネクティングロッド４を介してクランクシャフト５と連結されている。
【００３８】
気筒２の内部は、吸気ポート６及び排気ポート７と連通している。気筒２内における吸気ポート６の開口端は、吸気バルブ８により開閉される。気筒２内における排気ポート７の開口端は、排気バルブ９により開閉される。吸気バルブ８と排気バルブ９は、吸気側駆動機構１０と排気側駆動機構１１とにより各々開閉駆動される。
【００３９】
前記吸気ポート６は、吸気通路６０と連通している。前記吸気通路６０には、燃料噴射弁１２が取り付けられている。前記排気ポート７は、排気通路７０と連通している。前記排気通路７０は、図示しない排気浄化装置や消音器と接続されている。
【００４０】
前記吸気通路６０へ取り込まれた吸気は、吸気ポート６へ導かれる。吸気ポート６へ導かれた吸気は、吸気バルブ８の開弁時に気筒２内へ吸入される。その際、燃料噴射弁１２から吸気ポート６へ噴射された燃料も吸気とともに気筒２内へ吸入される。
【００４１】
気筒２内に導かれた燃料及び吸気（混合気）は、点火プラグ１３が発生する火花を火種として燃焼される。気筒２内で燃焼されたガス（既燃ガス）は、排気バルブ９の開弁時に排気ポート７へ排出される。排気ポート７０へ排出された既燃ガスは、排気通路７０を介して大気中へ排出される。
【００４２】
このように構成された内燃機関１には、ＥＣＵ１４が併設されている。ＥＣＵ１４は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ等から構成される電子制御ユニットである。ＥＣＵ１４には、クランクポジションセンサ１５、水温センサ１６、イグニッションスイッチ１７等の各種センサと電気的に接続されている。
【００４３】
ＥＣＵ１４は、前記した各種センサの測定値に基づいて燃料噴射弁１２、点火プラグ１３、吸気側駆動機構１０、及び排気側駆動機構１１を電気的に制御する。
【００４４】
ここで、図２、図３に基づいて吸気側駆動機構１０及び排気側駆動機構１１の構成を説明する。図２は吸気側駆動機構１０の構成を示す図である。図２中の＃１〜♯４は、内燃機関１の１番気筒から４番気筒を各々示している。１番気筒（＃１）から４番気筒（＃４）の燃焼順序は、１番気筒（＃１）→３番気筒（＃３）→４番気筒（＃４）→２番気筒（＃２）である。
【００４５】
１番気筒（＃１）〜４番気筒（＃４）の各々には、２つの吸気バルブ８が設けられている。吸気バルブ８のステム基端には、バルブリフタ８０が取り付けられている。吸気バルブ８は吸気側バルブスプリング８８によって閉弁方向へ付勢されており、その付勢力によってバルブリフタ８０が第１吸気カム８１又は第２吸気カム８２に押し付けられている。
【００４６】
第１吸気カム８１は、１番気筒（＃１）及び４番気筒（＃４）の吸気バルブ８を開閉駆動させるカムであり、第１吸気カムシャフト８３に固定されている。第２吸気カム８２は、２番気筒（＃２）及び３番気筒（＃３）の吸気バルブ８を開閉駆動するカムであり、第２吸気カムシャフト８４に固定されている。すなわち、本実施例では、燃焼時期が３６０°ＣＡ異なる２つの気筒が１本の吸気カムシャフトを共用するように構成されている。
【００４７】
第１吸気カムシャフト８３と第２吸気カムシャフト８４は、同軸に配置されるとともに、互いに独立して周方向へ回転或いは揺動可能に内燃機関１に支持されている。
【００４８】
第１吸気カムシャフト８３の一端には、第１被動ギア８５が固定されている。第１被動ギア８５は、第１モータ１８の出力軸に固定された第１駆動ギア１９と噛合している。以下では、第１被動ギア８５及び第１駆動ギア１９を第１ギア機構と総称する。
【００４９】
この場合、第１モータ１８の回転トルクは、第１ギア機構を介して第１吸気カムシャフト８３へ伝達される。よって、第１モータ１８は、第１ギア機構を介して第１吸気カムシャフト８３を周方向へ回転或いは揺動させることができる。
【００５０】
第２吸気カムシャフト８４の外周面の一部には、第２被動ギア８６が同軸に固定されている。第２被動ギア８６は、中間ギヤ８７と噛合している。中間ギヤ８７は、第２モータ２１の出力軸に固定された第２駆動ギア２２と噛合している。以下では、第２被動ギア８６、中間ギヤ８７、及び第２駆動ギア２２を第２ギア機構と総称する。第２ギア機構による減速比は、前述した第１ギア機構と同等であるものとする。
【００５１】
この場合、第２モータ２１の回転トルクは、第２ギア機構を介して第２吸気カムシャフト８４へ伝達される。よって、第２モータ２１は、第２ギア機構を介して第２吸気カムシャフト８４を周方向へ回転或いは揺動させることができる。
【００５２】
尚、第１モータ１８は、出力軸の回転位置を検出する第１レゾルバ２０を備えており、第１レゾルバ２０の検出信号がＥＣＵ１４へ入力されるようになっている。第２モータ２１は、出力軸の回転位置を検出する第２レゾルバ２３を備えており、第２レゾルバ２３の
検出信号がＥＣＵ１４へ入力されるようになっている。
【００５３】
また、第１吸気カムシャフト８３には、該第１吸気カムシャフト８３の回転位置を検出する第１カムポジションセンサ３０が取り付けられている。第２吸気カムシャフト８４には、該第２吸気カムシャフト８４の回転位置を検出する第２カムポジションセンサ３１が取り付けられている。第１カムポジションセンサ３０及び第２カムポジションセンサ３１の検出信号は、ＥＣＵ１４へ入力されるようになっている。
【００５４】
次に、排気側駆動機構１１の構成について図３に基づいて説明する。図３において、１番気筒（＃１）〜４番気筒（＃４）の各々には、２つの排気バルブ９が設けられている。排気バルブ９のステム基端には、バルブリフタ９０が取り付けられている。排気バルブ９は、排気側バルブスプリング９４によって閉弁方向へ付勢されており、その付勢力によってバルブリフタ９０が排気カム９１に押し付けられている。
【００５５】
全気筒の排気カム９１は、１本の排気カムシャフト９２に固定されている。排気カムシャフト９２の一端には、第３被動ギア９３が固定されている。第３被動ギア９３は、第３モータ２４の出力軸に取り付けられた第３駆動ギア２５と噛合している。以下では、第３被動ギア９３及び第３駆動ギア２５を第３ギア機構と総称する。
【００５６】
この場合、第３モータ２４の回転トルクは、第３駆動ギア２５及び第３被動ギア９３を介して排気カムシャフト９２に伝達される。よって、第３モータ２４は、第３ギア機構を介して排気カムシャフト９２を周方向へ回転或いは揺動させることができる。
【００５７】
また、第３モータ２４は、出力軸の回転位置を検出する第３レゾルバ２６を備えており、第３レゾルバ２６の検出信号がＥＣＵ１４へ入力されるようになっている。排気カムシャフト９２には、該排気カムシャフト９２の回転位置を検出する第３カムポジションセンサ３２が取り付けられている。第３カムポジションセンサ３２の検出信号は、ＥＣＵ１４へ入力されるようになっている。
【００５８】
上記した吸気側駆動機構１０及び排気側駆動機構１１において、第１モータ１８、第２モータ２１、及び第３モータ２４は、本発明に係る駆動源に相当する。第１カムポジションセンサ３０、第２カムポジションセンサ３１、及び第３カムポジションセンサ３２は、本発明に係る第１センサに相当する。第１レゾルバ２０、第２レゾルバ２３、及び第３レゾルバ２６は、本発明に係る第２センサに相当する。
【００５９】
このように構成された動弁系では、ＥＣＵ１４は、内燃機関１の運転条件に応じて、正転駆動モードと揺動駆動モードを選択することが可能である。
【００６０】
正転駆動モードでは、ＥＣＵ１４は、各モータを一方向へ連続的に回転させることにより、吸排気バルブを開閉駆動する。その際、ＥＣＵ１４は、各モータの回転速度を調整することにより、吸排気バルブの開閉タイミングや作用角を変更することができる。
【００６１】
一方、揺動駆動モードでは、ＥＣＵ１４は、各モータを正転方向と逆転方向へ揺動させることにより、吸排気バルブを開閉駆動する。詳細には、ＥＣＵ１４は、先ず各カムシャフトを正転方向へ回転させることにより吸排気バルブを開弁動作させ、吸排気バルブのリフト量が最大リフト量に到達する前にカムシャフトを逆回転させることにより吸排気バルブを閉弁動作させる。その際、ＥＣＵ１４は、各モータの揺動速度や揺動タイミングを調整することにより吸排気バルブの開閉タイミングや作用角を変更することができるとともに、各モータの正転方向への回転量を変更することにより吸排気バルブのリフト量も変更することができる。
【００６２】
ところで、上記した吸気側駆動機構１０及び排気側駆動機構１１は、モータとカムシャフトとの間にギア機構が介在しているため、ギア機構の噛み合い部におけるバックラッシュに起因した歯打ちが発生する可能性がある。
【００６３】
ここで、ギア機構のバックラッシュに起因した歯打ちの発生メカニズムと抑制方法について、第１ギア機構を例に挙げて説明する。
【００６４】
例えば、正転駆動モードにおいては、１番気筒（＃１）又は４番気筒（＃４）の吸気バルブ８がリフトし始めてから最大リフト量に到達するまでの期間（以下、「開弁動作期間」と称する）は、吸気側バルブスプリング８８の付勢力が第１吸気カムシャフト８３（第１吸気カム８１）を逆転させるように作用する。このため、開弁動作期間に第１吸気カムシャフト８３から第１ギア機構へ入力されるトルクは、第１ギア機構を逆転させる方向に作用する。
【００６５】
また、１番気筒（＃１）又は４番気筒（＃４）の吸気バルブ８が最大リフト量に到達してから閉弁するまでの期間（以下、「閉弁動作期間」と称する）は、吸気側バルブスプリング８８の付勢力が第１吸気カムシャフト８３（第１吸気カム８１）を正転させるように作用する。このため、閉弁動作期間に第１吸気カムシャフト８３から第１ギア機構へ入力されるトルクは、第１ギア機構を正転させる方向に作用する。
【００６６】
よって、１番気筒（＃１）又は４番気筒（＃４）の吸気バルブ８が最大リフト量に到達した時に、第１吸気カムシャフト８３から第１ギア機構へ入力されるトルクの方向が反転することになる。これに対し、第１モータ１８から第１ギア機構へ入力されるトルクは、常に第１ギア機構の正転方向へ作用する。
【００６７】
その結果、正転駆動モードにおいては、１番気筒（＃１）又は４番気筒（＃４）の吸気バルブ８が最大リフト量に到達した時に、第１モータ１８から第１ギア機構へ入力されるトルクの方向と第１吸気カムシャフト８３から第１ギア機構へ入力されるトルクの方向との相対関係が変化することになる。
【００６８】
このように第１モータ１８から第１ギア機構へ入力されるトルクの方向と第１吸気カムシャフト８３から第１ギア機構へ入力されるトルクの方向との相対関係が変化すると、第１吸気カムシャフト８３の回転速度が第１モータ１８の回転速度を上回る。このため、第１被動ギア８５の回転位置は、第１駆動ギア１９の回転位置に対して正転方向にバックラッシュ分だけ進角する。
【００６９】
図４は、第１駆動ギア１９と第１被動ギア８５の噛み合い部を示す図である。図４（ａ）は吸気バルブ８が最大リフト量に到達する前（開弁動作期間）の状態を示し、図４（ｂ）は吸気バルブ８が最大リフト量に到達した後（閉弁動作期間）の状態を示している。
【００７０】
開弁動作期間中は、第１モータ１８から第１駆動ギア１９へ正転方向のトルクが作用するとともに、第１吸気カムシャフト８３から第１被動ギア８５へ逆転方向のトルクが作用する。このため、第１駆動ギア１９の正転方向に位置する歯面と第１被動ギア８５の逆転方向に位置する歯面とが接触した状態となる。
【００７１】
吸気バルブ８が最大リフト量に到達すると、第１吸気カムシャフト８３から第１被動ギア８５へ入力されたトルクの方向が逆転方向から正転方向へ反転する。このため、第１被動ギア８５が正転方向へ回転する速度は、第１駆動ギア１９が正転方向へ回転する速度を上回る。
【００７２】
その結果、吸気バルブ８が最大リフト量に到達した直後の閉弁動作期間では、第１被動ギア８５が第１駆動ギア１９に対して正転方向へバックラッシュ分だけ進角する。その際、第１駆動ギア１９と第１被動ギア８５の速度差が大きければ、第１被動ギア８５の正転方向に位置する歯面が第１駆動ギア１９の逆転方向に位置する歯面と勢いよく衝突（歯打ち）して振動や騒音を発生させる。
【００７３】
そこで、本実施例の内燃機関の動弁システムでは、ＥＣＵ１４は、正転駆動モードにおいて、吸気バルブ８が最大リフト量に到達した時に第１モータ１８の回転速度を増速させるようにした。
【００７４】
具体的には、ＥＣＵ１４は、第１駆動ギア１９の回転速度が第１被動ギア８５の回転速度以上となるように第１モータ１８の回転速度を増速させる。その際、第１駆動ギア１９の回転速度が第１被動ギア８５の回転速度に対して過剰に高くされると第１モータ１８の消費電力が増加してしまう。よって、第１駆動ギア１９の回転速度は第１被動ギア８５の回転速度と同等又は若干早い速度まで増速されることが好ましい。
【００７５】
尚、第１被動ギア８５の回転速度は、第１吸気カムシャフト８３の回転速度（言い換えれば、第１吸気カム８１）の回転速度と同等である。第１吸気カムシャフト８３の回転速度は、機関回転数に略比例して変化する。よって、ＥＣＵ１４は、第１駆動ギア１９の増速量を機関回転速度が高くなるほど多くさせることが望ましい。
【００７６】
このように吸気バルブ８のリフト量が最大リフト量に到達した時に第１モータ１８の回転速度が増速されると、第１被動ギア８５の回転速度が第１駆動ギア１９の回転速度を上回らなくなる。このため、吸気バルブ８のリフト量が最大リフト量に到達した後も前述した図４（ａ）の状態が維持される。その結果、第１ギア機構のバックラッシュに起因した歯打ちが発生しなくなる。
【００７７】
ところで、上記したように第１モータ１８の回転速度が増速されると、図５に示すように、吸気バルブ８の閉弁時期ＩＶＣが目標閉弁時期ＩＶＣｔｒｇより早くなる。そこで、ＥＣＵ１４は、吸気バルブ８が閉弁する前に第１モータ１８の回転速度を減速させるようにしてもよい。
【００７８】
但し、第１モータ１８の回転速度が不用意に減速されると、第１被動ギア８５の回転速度が第１駆動ギア１９の回転速度を上回って歯打ちを発生させることが懸念される。よって、第１モータ１８の回転速度を減速させる時期は、吸気バルブ８のリフト量が所定量以下に減少した時期が好ましい。
【００７９】
吸気バルブ８のリフト量が少ない時は、吸気側バルブスプリング８８から第１吸気カムシャフト８３を介して第１被動ギア８５へ入力されるトルクが小さくなる。よって、吸気バルブ８のリフト量が少ない時は第１被動ギア８５の回転速度が低くなる。第１被動ギア８５の回転速度が低い時に第１モータ１８（第１駆動ギア１９）の回転速度が減速されると、歯打ちの衝撃が緩和される。
【００８０】
次に、揺動駆動モードにおいては、１番気筒（＃１）又は４番気筒（＃４）の吸気バルブ８がリフトし始めてから第１モータ１８の回転方向が反転するまでの期間（以下、「正転期間」と称する）は、第１モータ１８から第１駆動ギア１９へ入力されるトルクが第１駆動ギア１９の正転方向に作用する。
【００８１】
また、第１モータ１８の回転方向が反転してから１番気筒（＃１）又は４番気筒（＃４
）の吸気バルブ８が閉弁するまでの期間（以下、「逆転期間」と称する）は、第１モータ１８から第１駆動ギア１９へ入力されるトルクが第１駆動ギア１９の逆転方向へ作用する。
【００８２】
これに対し、吸気バルブ８が開弁し始めてから閉弁し終わるまでの期間に第１吸気カムシャフト８３から第１被動ギア８５へ入力されるトルクは、常に第１被動ギア８５を逆転させるように作用する。
【００８３】
よって、揺動駆動モードでは、第１モータ１８の回転方向が反転される時に、第１モータ１８から第１ギア機構へ入力されるトルクの方向と第１吸気カムシャフト８３から第１ギア機構へ入力されるトルクの方向との相対関係が変化することになる。
【００８４】
このように第１モータ１８から第１ギア機構へ入力されるトルクの方向と第１吸気カムシャフト８３から第１ギア機構へ入力されるトルクの方向との相対関係が変化すると、第１モータ１８の回転速度が第１吸気カムシャフト８３の回転速度を上回る。このため、第１駆動ギア１９の回転位置が第１被動ギア８５の回転位置に対してバックラッシュ分だけ逆転方向に進角する。
【００８５】
図６は、第１駆動ギア１９と第１被動ギア８５の噛み合い部を示す図である。図６（ａ）は第１モータ１８の回転方向が反転する前（正転期間）の状態を示し、図６（ｂ）は第１モータ１８の回転方向が反転した後（逆転期間）の状態を示している。
【００８６】
正転期間中は第１モータ１８から第１駆動ギア１９へ正転方向のトルクが作用するとともに、第１吸気カムシャフト８３から第１被動ギア８５へ逆転方向のトルクが作用する。このため、第１駆動ギア１９の正転方向に位置する歯面と第１被動ギア８５の逆転方向に位置する歯面とが接触した状態となる。
【００８７】
第１モータ１８の回転方向が反転されると、第１駆動ギア１９及び第１被動ギア８５の回転方向も反転する。第１駆動ギア１９及び第１被動ギア８５の回転方向が反転した直後は、第１駆動ギア１９の回転速度（逆転速度）は第１モータ１８によって即座に高められるが、第１被動ギア８５の回転速度（逆転速度）は第１駆動ギア１９の逆転速度に追従しきれない。このため、第１モータ１８の回転方向が反転した直後は、第１駆動ギア１９の回転速度（逆転速度）が第１被動ギア８５の回転速度（逆転速度）を上回る。
【００８８】
その結果、第１モータ１８の回転方向が反転された直後の逆転期間では、第１駆動ギア１９が第１被動ギア８５に対して逆転方向へバックラッシュ分だけ進角する。その際、第１駆動ギア１９と第１被動ギア８５の回転速度差が大きければ、第１駆動ギア１９の逆転方向に位置する歯面が第１被動ギア８５の正転方向に位置する歯面と勢いよく衝突（歯打ち）して振動や騒音を発生する。
【００８９】
そこで、本実施例の内燃機関の動弁システムでは、ＥＣＵ１４は、揺動駆動モードにおいて、第１モータ１８の回転方向が反転する時に第１モータ１８の回転速度（逆転速度）を減少させるようにした。
【００９０】
具体的には、ＥＣＵ１４は、第１駆動ギア１９の回転速度（逆転速度）が第１被動ギア８５の回転速度（逆転速度）以下となるように第１モータ１８の回転速度（逆転速度）を減速させる。
【００９１】
尚、第１モータ１８の回転方向が反転された直後の第１被動ギア８５の回転速度（逆転速度）は、第１吸気カムシャフト８３の正転方向へ働く慣性力が大きくなるほど遅くなる
。第１吸気カムシャフト８３の正転方向へ働く慣性力は、機関回転数に略比例して大きくなる。よって、ＥＣＵ１４は、第１駆動ギア１９の減速量を機関回転速度が高くなるほど多くさせることが望ましい。
【００９２】
このように第１モータ１８の回転方向が反転される時に該第１モータ１８の回転速度が減速されると、第１駆動ギア１９の回転速度（逆転速度）が第１被動ギア８５の回転速度（逆転速度）を上回らなくなる。このため、第１モータ１８の回転方向が反転した後も図６（ａ）の状態が維持される。その結果、第１ギア機構のバックラッシュに起因した歯打ちが発生しなくなる。
【００９３】
ところで、上記したように第１モータ１８の回転速度が減速されると、図７に示すように、吸気バルブ８の閉弁時期ＩＶＣが目標閉弁時期ＩＶＣｔｒｇより遅くなる。そこで、ＥＣＵ１４は、吸気バルブ８が閉弁する前に第１モータ１８の回転速度を増速させるようにしてもよい。
【００９４】
但し、第１モータ１８の回転速度が不用意に増速されると、第１駆動ギア１９が第１被動ギア８５に対して急速に進角して歯打ちを発生させることが懸念される。よって、第１モータ１８の回転速度を増速させる時期は、吸気バルブ８のリフト量が所定量より多い時期が好ましい。
【００９５】
吸気バルブ８のリフト量が多い時は、吸気側バルブスプリング８８から第１吸気カムシャフト８３を介して第１被動ギア８５へ入力されるトルクが大きくなる。このため、第１被動ギア８５の回転速度（逆転速度）が比較的高くなる。第１被動ギア８５の回転速度（逆転速度）が高い時に第１モータ１８（第１駆動ギア１９）の回転速度（逆転速度）が増速されると、歯打ちの衝撃が緩和される。
【００９６】
以上述べた実施例によれば、第１モータ１８から第１ギアへ入力されるトルクの方向と第１吸気カムシャフト８３から第１ギア機構へ入力されるトルクの方向との相対関係が変化した時に第１モータ１８の回転速度を増速又は減速させることにより、第１ギア機構のバックラッシュに起因した歯打ちの発生を回避することが可能となる。
【００９７】
尚、本実施例では、第１ギア機構のバックラッシュに起因した歯打ちの衝撃を緩和する例について述べたが、第２ギア機構及び第３ギア機構についても同様の方法に従ってバックラッシュに起因した歯打ちの発生を回避することが可能である。
【００９８】
＜実施例２＞
次に、本発明の第２の実施例について図８〜図９に基づいて説明する。ここでは、前述した第１の実施例と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。
【００９９】
前述した第１の実施例では、モータからギア機構へ入力されるトルクの方向とカムシャフトからギア機構へ入力されるトルクの方向との相対関係が変化した時に、ギア機構の歯打ちが発生しないようにモータの回転速度を制御する例について述べた。
【０１００】
これに対し、本実施例では、本実施例ではモータからギア機構へ入力されるトルクの方向とカムシャフトからギア機構へ入力されるトルクの方向との相対関係が変化した時に、ギア機構の歯打ちは許容するとともに歯打ちの衝撃を緩和させる例について述べる。ここでは、前述した第１の実施例と同様に第１ギア機構を例に挙げる。
【０１０１】
先ず、正転駆動モードにおいては、ＥＣＵ１４は、吸気バルブ８のリフト量が最大リフト量に達した時に、第１吸気カムシャフト８３の回転速度未満となる範囲内で第１モータ
１８の回転速度が可及的に高くなるように第１モータ１８の回転速度を増速させる。
【０１０２】
このように第１モータ１８の回転速度が増速された場合は、第１駆動ギア１９と第１被動ギア８５との回転速度差が極めて小さくなる。言い換えれば、第１駆動ギア１９に対する第１被動ギア８５の進角速度が極めて低くなる。
【０１０３】
従って、第１ギア機構は、前述した図４（ａ）の状態から図４（ｂ）の状態へ穏やかに移行することになる。その結果、第１被動ギア８５が第１駆動ギア１９に対して正転方向へバックラッシュ分だけ進角した時に、第１被動ギア８５の歯面と第１駆動ギア１９の歯面とは穏やかに接触する。
【０１０４】
尚、第１モータ１８の回転速度の増速は、吸気バルブ８が閉弁するまで継続されてもよいが、第１被動ギア８５が第１駆動ギア１９に対してバックラッシュ分だけ進角した時点で終了されることが好ましい。これは、吸気バルブ８の閉弁時期が目標閉弁時期より早くなることを回避するためである。
【０１０５】
ここで、第１ギア機構のバックラッシュ量を取得する方法について述べる。図８は、第１ギア機構のバックラッシュ量を検出する方法を示す図である。
【０１０６】
ＥＣＵ１４は、内燃機関１の始動直前や運転停止後のように第１吸気カムシャフト８３が回転停止している時に第１モータ１８を少量揺動させ、その際の第１レゾルバ２０と第１カムポジションセンサ３０の検出値をモニタする。
【０１０７】
具体的には、ＥＣＵ１４は、第１モータ１８が正転方向へ回転された場合に、第１カムポジションセンサ３０の検出値が変化し始める時（言い換えれば、第１吸気カムシャフト８３が正転し始める時）の第１レゾルバ２０の検出値Ｍａ２を取得する。
【０１０８】
また、ＥＣＵ１４は、第１モータ１８が逆転方向へ回転された場合に、第１カムポジションセンサ３０の検出値が変化し始める時（言い換えれば、第１吸気カムシャフト８３が逆転し始める時）の第１レゾルバ２０の検出値Ｍａ１を取得する。
【０１０９】
ＥＣＵ１４は、前記した２つの検出値Ｍａ１，Ｍａ２の差△Ｍａ（＝Ｍａ２−Ｍａ１）を演算し、その演算結果△Ｍａを第１ギア機構のバックラッシュ量Ａｂ１として記憶する。
【０１１０】
尚、各カムシャフトにカムポジションセンサが取り付けられていない場合には、ＥＣＵ１４は、カムポジションセンサの検出値の代わりに各モータの要求駆動トルクを用いてもよい。
【０１１１】
具体的には、ＥＣＵ１４は、図９に示すように、第１モータ１８が正転方向へ回転された場合に該第１モータ１８の要求駆動トルクが増加し始める時の第１レゾルバ２０の検出値Ｍａ２と、第１モータ１８が逆転方向へ回転された場合に該第１モータ１８の要求駆動トルクが増加し始める時の第１レゾルバ２０の検出値Ｍａ１とを取得するようにしてもよい。
【０１１２】
ところで、吸気バルブ８がリフトしている時にバックラッシュ量の取得が行われると、吸気側バルブスプリング８８の反力によって第１吸気カムシャフト８３が回転してしまうため、正確なバックラッシュ量を取得することが困難となる。よって、上記したようなバックラッシュ量の取得は、１番気筒（＃１）及び４番気筒（＃４）の吸気バルブ８が閉弁状態（吸気バルブ８のリフト量が零）となる回転領域で行うことが好ましい。
【０１１３】
尚、ＥＣＵ１４は、第２ギア機構及び第３ギア機構についても同様にしてバックラッシュ量を取得し、各バックラッシュ量をＥＣＵ１４のバックアップＲＡＭ等に記憶しておくようにしてもよい。
【０１１４】
但し、第２ギア機構は第２駆動ギア２２と第２被動ギア８６との間に中間ギア８７が介在するため、ＥＣＵ１４は、第２駆動ギア２２と中間ギア８７との噛み合い部におけるバックラッシュ量と、中間ギア８７と第２被動ギア８６との噛み合い部におけるバックラッシュ量との総和を取得することが好ましい。前記したバックラッシュ量の総和は、前述した方法と同様の方法によって取得可能である。
【０１１５】
また、ＥＣＵ１４は、各ギア機構のバックラッシュ量に加え、各ギア機構においてバックラッシュが発生する時の各モータの回転位置（或いは各カムシャフトの回転位置）も記憶しておくようにしてもよい。この場合、ＥＣＵ１４は、各レゾルバの検出値が記憶された回転位置と一致した時点で第１モータ１８の回転速度を変更すればよい。
【０１１６】
上記した種々の方法によりバックラッシュ量が求められている場合は、ＥＣＵ１４は、第１モータ１８の増速を開始した時点から第１モータ１８の回転量と第１吸気カムシャフト８３の回転量との差の演算を開始し、その差が前記差△Ｍａと等しくなった時点で第１モータ１８の増速を終了（第１モータ１８の回転速度を通常の回転速度に復帰）させればよい。
【０１１７】
次に、揺動駆動モードにおいては、ＥＣＵ１４は、第１モータ１８の回転方向が反転する時に、第１吸気カムシャフト８３の回転速度以上となる範囲内で第１モータ１８の回転速度が可及的に低くなるように、第１モータ１８の回転速度を減速させる。
【０１１８】
このように第１モータ１８の回転速度が減速された場合は、第１駆動ギア１９と第１被動ギア８５との回転速度差が極めて小さくなる。言い換えれば、逆転方向における第１被動ギア８５に対する第１駆動ギア１９の進角速度が極めて低くなる。
【０１１９】
従って、第１ギア機構は、前述した図６（ａ）の状態から図６（ｂ）の状態へ穏やかに移行することになる。その結果、第１駆動ギア１９が第１被動ギア８５に対して逆転方向へバックラッシュ分だけ進角した時に、第１駆動ギア１９の歯面と第１被動ギア８５の歯面とは穏やかに接触する。
【０１２０】
尚、第１モータ１８の回転速度の減速は、吸気バルブ８が閉弁するまで継続されてもよいが、第１駆動ギア１９が第１被動ギア８５に対してバックラッシュ分だけ進角した時点で終了されることが好ましい。これは、吸気バルブ８の閉弁時期が目標閉弁時期より遅くなることを避けるためである。
【０１２１】
以上述べた第２の実施例によれば、第１モータ１８から第１ギア機構へ入力されるトルクの方向と第１吸気カムシャフト８３から第１ギア機構へ入力されるトルクの方向との相対関係が変化した時に第１モータ１８の回転速度を増速又は減速させることにより、第１ギア機構のバックラッシュに起因した歯打ちの衝撃を緩和することが可能となる。
【０１２２】
尚、本実施例では、第１ギア機構のバックラッシュに起因した歯打ちの衝撃を緩和する例について述べたが、第２ギア機構及び第３ギア機構についても同様の方法に従ってバックラッシュに起因した歯打ちの衝撃を緩和することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１２３】
【図１】内燃機関の動弁システムの概略構成を示す図である。
【図２】吸気側駆動機構の構成を示す図である。
【図３】排気側駆動機構の構成を示す図である。
【図４】正転駆動モードにおけるバックラッシュ発生メカニズムを説明する図である。
【図５】第１モータの回転速度が増速された時の吸気バルブの閉弁時期を示す図である。
【図６】揺動駆動モードにおけるバックラッシュ発生メカニズムを説明する図である。
【図７】第１モータの回転速度が減速された時の吸気バルブの閉弁時期を示す図である。
【図８】第１ギア機構のバックラッシュ量を取得する第１の方法を示す図である。
【図９】第１ギア機構のバックラッシュ量を取得する第２の方法を示す図である。
【符号の説明】
【０１２４】
１・・・・・内燃機関
２・・・・・気筒
６・・・・・吸気ポート
７・・・・・排気ポート
８・・・・・吸気バルブ
９・・・・・排気バルブ
１０・・・・吸気側駆動機構
１１・・・・排気側駆動機構
１２・・・・燃料噴射弁
１３・・・・点火プラグ
１４・・・・ＥＣＵ
１８・・・・第１モータ
２４・・・・第２モータ
６０・・・・吸気通路
７０・・・・排気通路
８０・・・・バルブリフタ
８１・・・・第１吸気カム
８２・・・・第２吸気カム
８３・・・・第１吸気カムシャフト
８４・・・・第２吸気カムシャフト
８８・・・・吸気側バルブスプリング
９０・・・・バルブリフタ
９１・・・・排気カム
９２・・・・排気カムシャフト
９４・・・・排気側バルブスプリング
【図１】
2009002198.tif 000003
【図２】
2009002198.tif 000004
【図３】
2009002198.tif 000005
【図４】
2009002198.tif 000006
【図５】
2009002198.tif 000007
【図６】
2009002198.tif 000008
【図７】
2009002198.tif 000009
【図８】
2009002198.tif 000010
【図９】
2009002198.tif 000011