JP2006177310A

JP2006177310A - 可変動弁装置

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Publication number: JP2006177310A
Application number: JP2004373670A
Authority: JP
Inventors: Manabu Tateno; 学立野; Shuichi Ezaki; 修一江▲崎▼
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-12-24
Filing date: 2004-12-24
Publication date: 2006-07-06

Abstract

【課題】この発明は、可変動弁装置に関し、より高精度に弁体の開弁特性を機械的に変更可能とし、また、弁体の開弁特性の制御自由度や制御効率をより向上できるようにすることを目的とする。
【解決手段】軸中心と同心の第１のはすば歯車３４が設けられた制御軸２４を備える。カムと弁体との間に介在し、カムの押圧力を弁体に伝達する揺動カムアーム（図１参照）を備える。カム軸により回転可能に支持され、当該カム軸の軸中心と同心であって第１のはすば歯車３４と対となる第２のはすば歯車４４が設けられ、第１のはすば歯車３４および第２のはすば歯車４４を介して制御軸２４の移動に伴って回転することで、カムの回転に対する揺動カムアームの揺動動作を変化させる可変機構（図１参照）を備える。制御軸２４を回転駆動する回転制御アクチュエータ７０と、制御軸２４を軸方向に駆動する軸方向制御アクチュエータ７８とを備える。
【選択図】図３

Description

この発明は、可変動弁装置に係り、特に、弁体の開弁特性を機械的に変更可能な内燃機関の可変動弁装置に関する。

従来、例えば特許文献１には、内燃機関の運転状態に応じて弁体の作用角およびリフト量を機械的に変更する可変動弁装置が開示されている。この可変動弁装置は、弁体を開閉駆動するスイングレバー（ロッカーアーム）と、カム軸に固定されたカムの回転と同期して揺動し、カムの押圧力をスイングレバーに伝達するロッカーレバーを備えている。そして、この装置は、偏心軸（制御軸）を回転駆動することにより、当該偏心軸の回転位置に応じてロッカーレバーの揺動範囲を変更できるように構成されている。ロッカーレバーの揺動範囲が変更されると、それに伴い、弁体の開閉動作が変更される。このため、上記従来の可変動弁装置によれば、偏心軸の回転位置に応じて、弁体の作用角およびリフト量を連続的に変更することができる。

特許第３２４５４９２号

ところで、上述した従来の可変動弁装置では、個々の構成部材の初期公差や組立公差に起因して、弁体の開弁特性（開弁時期、作用角、リフト量など）が気筒間でばらつくことが起こり得る。主として弁体の作用角およびリフト量の制御によって吸入空気量の制御を行う内燃機関では、特に低負荷域、すなわち、弁体の作用角およびリフト量が小さな値に制御される領域において、弁体の作用角およびリフト量の気筒間ばらつきが吸入空気量の制御に与える影響が大きくなる。言い換えれば、そのような低負荷領域では、吸入空気量の気筒間ばらつきをより精度良く低減することが要求される。

また、可変動弁装置では、一般に、制御軸（偏心軸）を駆動するアクチュエータとして、電動モータ、油圧駆動によるアクチュエータ等が使用される。これらのアクチュエータは、出力特性、温度特性、および内燃機関の燃費特性等の諸特性に対して、それぞれ、メリットおよびデメリットを有している。従って、可変動弁装置において、弁体の開弁特性の制御自由度および制御効率を向上させるためには、アクチュエータが有する上記諸特性が考慮されていることが望ましい。

また、上述した従来の可変動弁装置では、偏心軸とカム軸は、シリンダヘッドによって回転可能に支持されている。このため、上記従来の装置において、内燃機関が発する熱によりシリンダヘッドが熱膨脹すると、制御軸（偏心軸）とカム軸との軸間距離が変化する。その結果、ロッカーレバーの姿勢が変化してしまう。つまり、上記従来の可変動弁装置において、シリンダヘッドの熱膨脹が生ずると、上記軸間距離の変化に伴い、弁体の作用角およびリフト量に意図しない変化が生じてしまう。

以上例示的に列挙したような従来の可変動弁装置がかかえる諸々の課題を、制御軸を駆動するアクチュエータの構成およびその制御手法により解決することができれば、例えば、上記気筒間ばらつきの調整のための交換部材が不要となり、また、内燃機関の燃費の低減等を実現することが可能となる。

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、より高精度に弁体の開弁特性を機械的に変更可能とし、また、弁体の開弁特性の制御自由度や制御効率をより向上できるようにした可変動弁装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、カム軸の回転に対する弁体の開弁特性を機械的に変化させる可変動弁装置であって、
軸中心と同心の第１のはすば歯車が設けられた制御軸と、
カムと弁体との間に介在し、前記カムの回転と同期して揺動することにより当該カムの押圧力を前記弁体に伝達する揺動部材と、
前記制御軸とは別の支持軸により回転可能に支持され、当該支持軸の軸中心と同心であって前記第１のはすば歯車と対となる第２のはすば歯車が設けられ、前記第１のはすば歯車および前記第２のはすば歯車を介して前記制御軸の移動に伴って回転することで、前記カムの回転に対する前記揺動部材の揺動動作を変化させる可変機構と、
前記制御軸を回転駆動する第１駆動手段と、
前記制御軸を軸方向に駆動する第２駆動手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、前記第１駆動手段および前記第２駆動手段の一方を、内燃機関の運転状態に応じて前記制御軸を制御する主たる駆動手段とし、
前記第１駆動手段および前記第２駆動手段の他方を、弁体の開弁特性の気筒間ばらつきを調整する気筒間ばらつき調整用駆動手段としたことを特徴とする。

また、第３の発明は、第２の発明において、前記気筒間ばらつき調整用駆動手段に指令を与える気筒間ばらつき制御手段を備え、
前記気筒間ばらつき制御手段は、
前記気筒間ばらつきの量を気筒毎に取得するばらつき量取得手段と、
前記ばらつき量取得手段により取得されたそれぞれの気筒の前記気筒間ばらつき量に基づいて、それぞれの気筒の次回のサイクルにおける弁体の開弁特性を補正する開弁特性補正手段とを含むことを特徴とする。

また、第４の発明は、第３の発明において、前記ばらつき量取得手段は、
それぞれの気筒の排気空燃比に基づいて、それぞれの気筒の吸入空気量ばらつきを算出する吸入空気量ばらつき算出手段とを含み、
前記開弁特性補正手段は、
前記吸入空気量ばらつきに基づいて、それぞれの気筒に対する制御軸移動量の補正量を算出する制御軸補正量算出手段を含み、当該補正量に基づいて、前記次回のサイクルにおける弁体の開弁特性を補正することを特徴とする。

また、第５の発明は、第１乃至第４の発明の何れかにおいて、前記第１駆動手段および前記第２駆動手段の一方を、油圧駆動によるものとし、
前記第１駆動手段および前記第２駆動手段の他方を、電気的駆動によるものとしたことを特徴とする。

第１の発明によれば、制御軸を回転駆動することにより、可変機構の回転角度を変化させることができ、また、制御軸を軸方向に駆動することにより、第１のはすば歯車と第２のはすば歯車との間に相対位置変化を生じさせることで、可変機構の回転角度を変化させることができる。そして、その結果として、カムの回転に対する揺動部材の揺動動作を変化させることができる。このため、本発明によれば、制御軸を周方向およびまたは軸方向に駆動することにより、弁体の開弁特性を変更することが可能となる。つまり、本発明によれば、より高精度に弁体の開弁特性を機械的に変更可能とし、また、弁体の開弁特性の制御自由度や制御効率をより向上させることができる。

第２の発明によれば、気筒間ばらつき調整用駆動手段によって、可変動弁装置の動作中に、気筒間ばらつきを補正することができる。このため、本発明によれば、工場出荷時の弁体の開弁特性の気筒間ばらつきの調整工数を軽減しつつ、弁体の開弁特性を高精度に制御することが可能となる。また、本発明によれば、制御軸を駆動するための主たる駆動手段とは別に、気筒間ばらつきを調整するための駆動手段を備えたことにより、制御軸を駆動するための動力を２つの駆動手段に分散化されるため、より安定かつ良好な制御軸の作動が確保される。

第３の発明によれば、内燃機関のサイクル毎に、弁体の開弁特性の気筒間ばらつきを補正することが可能となる。

第４の発明によれば、排気空燃比を基礎として弁体の開弁特性の気筒間ばらつきに起因する吸入空気量の気筒間ばらつきが算出され、当該吸入空気量の気筒間ばらつきを、制御軸の駆動制御によって補正することができる。

第５の発明によれば、内燃機関の運転条件に応じて、２つの駆動手段を選択することができ、制御軸制御の高応答性の実現と駆動手段の消費電力の低減（燃費低減）をバランス良く実現することができる。

実施の形態１．
［可変動弁装置の構成］
以下、図１乃至図３を参照して、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。本実施形態の可変動弁装置１は、内燃機関の各気筒にそれぞれ配置され、それぞれの気筒の弁体を駆動する可変動弁機構１０を備えている。図１は、本発明の実施の形態１の可変動弁機構１０の構成を示す側面図である。より具体的には、図１は、後述するカム２８が設けられた位置で可変動弁機構１０を切断した断面図である。ここでは、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。そして、図１に示す構成は、単一の気筒に配設された２つの吸気弁、或いは２つの排気弁を駆動する機構として機能するものとする。

図１に示す構成は、吸気弁または排気弁として機能する２つの弁体１２を備えている。弁体１２には、それぞれ弁軸１４が固定されている。弁軸１４の端部は、ロッカーアーム１６の一端に設けられたピボットに接している。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、ロッカーアーム１６は、その付勢力を受けた弁軸１４により上方に付勢されている。ロッカーアーム１６の他端は、ラッシュアジャスタ１８により回動可能に支持されている。ロッカーアーム１６の中央部には、ロッカーローラ２０が配設されている。また、ロッカーローラ２０の上部には、揺動カムアーム２２が配置されている。揺動カムアーム２２に対するロッカーローラ２０の位置は、ロッカーアーム１６が弁軸１４を介してバルブスプリングの付勢力を受け、更に、ロッカーアーム１６がラッシュアジャスタ１８から押し上げ力を受けることによって特定される。

揺動カムアーム２２は、制御軸２４により回転可能であって、制御軸２４の軸方向には移動可能に保持されている。揺動カムアーム２２には、ロッカーローラ２０と接する面として、揺動カム面２６が形成されている。揺動カム面２６は、揺動カムアーム２２の回転中心、すなわち、制御軸２４の軸中心からの距離が一定となるように形成された非作用面２６aと、非作用面２６aから離れた位置ほど制御軸２４の軸中心からの距離が遠くなるように形成された作用面２６bとで構成されている。

また、揺動カム面２６の反対側には、カム２８が固定されたカム軸３０と対向するように、スライド面３２が形成されている。スライド面３２は、揺動カムアーム２２が後述する中間ローラ４８と接するための面であり、その中間ローラ４８が揺動カムアーム２２の先端側から制御軸２４の軸中心側に向かって移動するほど、図１に示す方向におけるカム２８との間隔が徐々に狭まるような曲面で形成されている。

制御軸２４は、カム軸３０に平行となるように、後述する図２に示すシリンダヘッドの軸受け部６２に回転可能に取り付けられている。制御軸２４の外周面には、制御軸２４と同心の第１のはすば歯車３４が設けられている。第１のはすば歯車３４の外径は、制御軸２４の外径より小さくなるように形成されている。そして、制御軸２４には、後述する図２に示す制御軸駆動ユニット６６が接続されており、制御軸２４は、制御軸駆動ユニット６６によって任意の移動量が得られるように周方向の位置および軸方向位置が調整される。尚、第１のはすば歯車３４は、制御軸２４と一体に形成されるものに限らず、制御軸２４に固定されるものであってもよい。

カム軸３０の回転方向は、図１における右回り方向とされている。より具体的には、カム軸３０の回転方向は、上述したスライド面３２が狭まる方向と一致するように構成されている。カム軸３０は、後述する図２に示すシリンダヘッドの軸受け部６４に回転可能に取り付けられている。また、カム軸３０には、可変機構３６が回転可能に取り付けられている。可変機構３６は、制御アーム３８、制御アーム３８に回動可能に保持された揺動ローラアーム４０、および一対のキャップ４２により構成されている。

制御アーム３８には、第１のはすば歯車３４と対となる第２のはすば歯車４４が形成されている。第２のはすば歯車４４は、制御アーム３８の回転中心、すなわち、カム軸３０と同心の円弧に沿って扇状に形成されている。第２のはすば歯車４４は、第１のはすば歯車３４より大径とされている。そして、制御アーム３８は、その第２のはすば歯車４４が第１のはすば歯車３４と対向するように、そのカム軸３０上の位置およびカム軸３０に対する回転位相を調整されている。第２のはすば歯車４４は、第１のはすば歯車３４と噛み合わされ、制御軸２４の駆動力が第１のはすば歯車３４および第２のはすば歯車４４を介して、制御アーム３８に入力されるように構成されている。つまり、第１のはすば歯車３４と第２のはすば歯車４４とにより、制御軸２４の動作と制御アーム３８の回転とを同期させる機構が実現されている。

また、制御アーム３８には、制御アーム３８の回転中心、すなわち、カム軸３０の軸中心から径方向に突出した位置に、揺動支点４６が設けられている。揺動支点４６には、上述した揺動ローラアーム４０が回動可能に保持されている。揺動ローラアーム４０は、中間ローラ４８と、その中間ローラ４８の両端部を保持する２つの側壁５０とにより構成されている。尚、図１においては、説明の便宜上、中間ローラ４８の両端に配置される２つの側壁５０の一方を図示している。

中間ローラ４８は、カム２８と当接するカムローラ５２と、このカムローラ５２と同軸上に配置され、スライド面３２と当接するスライドローラ５４と、これらのローラ５２、５４の中心軸であるローラ軸５６とを備えている。これらのローラ５２、５４は、２つの側壁５０により保持されたローラ軸５６を中心軸として自由に回動することができる。より具体的には、スライドローラ５４は、カムローラ５２の両側に、各々のスライド面３２に対応して設けられている。

可変動弁機構１０は、ロストモーションスプリング５８を備えている。ロストモーションスプリング５８は、圧縮バネであり、その一端が図示しないシリンダヘッド等の静止した部材に固定されている。揺動カムアーム２２には、ロストモーションスプリング５８を掛けるためのバネ座６０が設けられている。バネ座６０は、揺動カムアーム２２の延伸方向と逆方向に延びるように、非作用面２６aの後方に設けられている。揺動カムアーム２２は、ロストモーションスプリング５８からバネ座６０に作用するバネ力によって、スライド面３２側に回転するように付勢されている。このロストモーションスプリング５８の付勢力は、スライド面３２が中間ローラ４８を付勢し、中間ローラ４８をカム２８に押し当てる力として作用する。その結果、可変動弁機構１０は、カム２８と揺動カムアーム２２とが中間ローラ４８を介して機械的に連結された状態に維持されている。

図２は、本実施形態の可変動弁装置１における制御軸２４側の構成とカム軸３０側の構成との関係を説明するための概略構成図である。図２に示すように、上述した第１のはすば歯車３４は右ネジの螺旋状に形成されており、上述した第２のはすば歯車４４は左ネジの螺旋状に形成されている。本実施形態の可変動弁装置１は、制御軸２４を周方向および軸方向に駆動する制御軸駆動ユニット６６を備えている。制御軸駆動ユニット６６は、制御軸２４の一端に取り付けられている。制御軸駆動ユニット６６は、図示しないシリンダヘッドに固定されている。

制御軸２４は、制御軸駆動ユニット６６によって、より具体的には、制御軸駆動ユニット６６が備える軸方向制御アクチュエータ７８（後述する図３参照）によって、その軸方向位置が制御される。つまり、制御軸２４の軸方向位置は、軸方向制御アクチュエータ７８によって規定されることになる。図２においては詳細な記載を省略しているが、カム軸３０は、当該軸方向制御アクチュエータ７８の配置場所の近傍で、軸方向位置が拘束されているものとする。尚、本明細書中において、特に断わりなく「軸方向、或いは軸方向位置」と記載している場合は、互いに平行に配置された制御軸２４およびカム軸３０の軸方向、或いはその軸方向位置を意味しているものとする。

また、カム軸３０には、可変機構３６（制御アーム３８）の両側に接するように、それぞれカム軸フランジ６８が形成されている。このような構成によれば、可変機構３６は、一対のカム軸フランジ６８によってカム軸３０の軸方向位置が拘束される。尚、カム軸フランジ６８は、カム軸３０と一体に形成されるものに限らず、カム軸３０に固定されるものであってもよい。

可変動弁装置１では、第１のはすば歯車３４が形成された制御軸２４と、第２のはすば歯車４４が形成された可変機構３６を支持するカム軸３０とが、同一系統の材質、より具体的には、鉄系の材質で構成されている。このような構成によれば、内燃機関が発する熱による温度変化が生じた場合に、それぞれの軸方向拘束位置に対する制御軸２４とカム軸３０の軸方向の寸法変化量および当該寸法変化の発生方向を同じにすることができる。

図３は、図２に示す制御軸駆動ユニット６６の具体的な構成を説明するための概略構成図である。尚、図３においては、カム軸３０および各気筒に配置される可変動弁機構１０は、制御軸駆動ユニット６６に近接する気筒のはすば歯車３４、４４を除き、すなわち、説明を行ううえで必要となる部分を除き、省略されている。

図３に示すように、制御軸駆動ユニット６６は、制御軸２４を回転駆動するための構成として、回転制御アクチュエータ（電動モータ）７０と、このモータ７０の回転力を制御軸２４に伝達する伝達機構７２とを備えている。伝達機構７２は、ウォームホイール７４とウォームギヤ７６とを有するウォーム機構として構成されている。具体的には、制御軸２４の一端には、その端部近傍における所定の部位に、軸方向に平行なスプラインが形成されている。制御軸２４には、そのスプラインが施された部位に、ウォームホイール７４が取り付けられている。ウォームホイール７４の内部には、スプラインに対応するスプラインが形成されている。ウォームホイール７４には、ウォームギヤ７６が噛み合わされている。ウォームギヤ７６には、モータ７０の出力軸が固定されている。このように、伝達機構７２は、モータ７０の回転力が与えられた場合に、制御軸２４の軸方向の移動を許容しつつ、制御軸２４を回転駆動することが可能となるように構成されている。

また、制御軸駆動ユニット６６は、制御軸２４を軸方向に駆動するための構成として、軸方向制御アクチュエータ７８を備えている。本実施形態の軸方向制御アクチュエータ７８は、油圧により駆動されるアクチュエータであり、軸方向制御アクチュエータ７８の内部には、制御軸２４の端部に固定された可動ピストン８０が配置されている。また、軸方向制御アクチュエータ７８の内部には、可動ピストン８０によりそれぞれ仕切られた第１油圧室８２と第２油圧室８４とが形成されている。第１油圧室８２および第２油圧室８４は、それぞれの第１油路８６および第２油路８８を介して油圧制御弁９０と接続されている。油圧制御弁９０は、内燃機関の図示しない油圧経路の途中に設けられている。油圧制御弁９０は、その内部にスプール弁（図示省略）を備えており、スプール弁の位置を制御することで、第１油圧室８２および第２油圧室８４に供給する油量を調整するものである。このような構成によれば、第１油圧室８２および第２油圧室８４に作用する油圧を油圧制御弁９０によって調整することができ、その結果として、制御軸２４の軸方向位置の制御が可能となる。

制御軸２４における軸方向制御アクチュエータ７８とウォームホイール７４との間には、継ぎ手９２が設置されている。継ぎ手９２は、その内部にベアリング９４を備えており、制御軸２４を、周方向には回転可能であって軸方向には固定状態となるように連結する。このような構成によれば、軸方向制御アクチュエータ７８による制御軸２４の駆動力を第１のはすば歯車３４に伝達することができ、また、モータ７０による制御軸２４の回転トルクを軸方向制御アクチュエータ７８に伝達しないようにすることができる。また、制御軸２４の他端には、制御軸２４の軸方向位置を検出するリフトセンサ９６と、制御軸２４の回転角度を検出する角度センサ９８とが取り付けられている。これらのセンサ出力によれば、制御軸２４の軸方向位置および回転角度に基づいて、制御アーム３８の回転角度を取得することができる。尚、制御アーム３８の回転角度は、角度センサ９８と同様のセンサをカム軸３０の端部に取り付けることによって、直接検出されるものであってもよい。

本実施形態のシステムは、ECU(Electronic Control Unit)１００を備えている。ECU１００には、上述したリフトセンサ９６、角度センサ９８等の各種センサや、モータ７０、油圧制御弁９０等の各種アクチュエータが接続されている。ECU１００は、それらのセンサ出力に基づいて、制御軸２４を周方向および軸方向に駆動することができる。

以上説明した構成によれば、制御軸駆動ユニット６６により制御軸２４を回転駆動することで、はすば歯車３４、４４を介して、制御アーム３８の回転角度を制御軸２４の回転量に応じた量だけ変化させることができる。また、制御アーム３８の軸方向位置は一対のカム軸フランジ６８により拘束されているため、制御軸駆動ユニット６６により制御軸２４を軸方向に駆動することで、はすば歯車３４、４４間に相対的な位置変化を生じさせることができる。これらのはすば歯車３４、４４間に生じた相対位置変化は、両者の相対的な回転角度の変化に変換される。つまり、上記構成によれば、制御軸２４を軸方向に駆動することによっても、制御軸２４の軸方向の移動量に応じて、制御アーム３８の回転角度を変化させることができる。
［可変動弁装置の動作］
次に、図４および図５を参照して、本実施形態の可変動弁装置１の動作を説明する。
図４は、可変動弁装置１が弁体１２に対して小さなリフトを与えるように動作している様子を示している。図５は、可変動弁装置１が弁体１２に対して大きなリフトを与えるように動作している様子を示している。より具体的には、図４（Ａ）および図５（Ａ）は、リフト動作の過程で弁体１２が閉弁している様子を、また、図４（Ｂ）および図５（Ｂ）はリフト動作の過程で弁体１２が開弁している様子を、それぞれ表している。

（１）可変動弁装置のリフト動作
先ず、図４を参照して、可変動弁装置１のリフト動作について説明する。
図４（Ａ）に示す状態は、カム２８の押圧力が中間ローラ４８に作用しておらず、揺動カム面２６とロッカーローラ２０との接触位置P１が、ロストモーションスプリング５８（図１参照）の付勢力によって、非作用面２６a上の所定位置に維持されている状態を示している。本実施形態の可変動弁装置１では、接触位置P１が非作用面２６aに位置しているときに、弁体１２が閉弁状態となるように各構成要素の位置関係が設定されている。

上記の状態において、カム２８の回転に伴ってカムノーズが中間ローラ４８を押圧すると、その力はスライド面３２に伝達される。制御アーム３８は、カム軸３０に回転可能に保持され、かつ、第２のはすば歯車４４および第１のはすば歯車３４（図１参照）を介して制御軸２４に回転が拘束されている。つまり、制御アーム３８は、カム２８の回転に関係なく一定の姿勢で静止している。中間ローラ４８は、その静止している制御アーム３８の揺動支点４６を中心に回転し、スライド面３２上を転動する。カム２８の押圧力が中間ローラ４８を介してスライド面３２に伝達されると、揺動カムアーム２２には、制御軸２４を中心とする図４（Ｂ）における右回り方向の回転が生ずる。この際、揺動カム面２６とロッカーローラ２０との接触位置P１が非作用面２６aである間は、ロッカーアーム１６にカム２８の押圧力が伝達されることはないが、揺動カムアーム２２が更に回転することにより、接触位置P１が作用面２６bにまで及ぶと、ロッカーアーム１６が押し下げられ、弁体１２に開弁方向の動きが与えられる。

図４（Ｂ）に示す状態は、カムノーズの頂部が中間ローラ４８を押圧した状態を示している。ロッカーアーム１６の押し下げ量は、この状態において最大となり、接触位置P１は、揺動カムアーム２２の最も先端側に位置することとなる。一方、与えられたカム２８の押圧力が減少に転ずると、揺動カムアーム２２がそれまでとは反対方向に回転することとなる。その結果、接触位置P１が作用面２６bから非作用面２６aに向かって変化することで、ロッカーアーム１６が押し戻され、その後、弁体１２が閉弁することとなる。可変動弁装置１は、以上説明したように、カム２８の押圧力を、中間ローラ４８を介してスライド面３２に伝達することで弁体１２に対してリフトを与えることができる。

（２）可変動弁装置の作用角およびリフト量の変更動作
図５（Ａ）に示す状態は、図４（Ａ）に示す状態に比して、制御軸２４を周方向または軸方向に駆動して制御アーム３８を図５（Ａ）における右回り方向により大きく回転させた状態を示している。具体的には、本実施形態の構成の場合は、制御軸２４を図１における左回り方向に回転駆動することにより、或いは、制御軸２４を軸方向制御アクチュエータ７８から押し出す方向に駆動することにより、はすば歯車３４、４４を介して、制御アーム３８を図１における右回り方向に回転させることができる。

制御アーム３８が図５（Ａ）における右回り方向に回転すると、揺動支点４６に支持された中間ローラ４８は、スライド面３２およびカム２８との接触を維持しながら制御軸２４に近づく方向に、言い換えれば、カム軸３０の回転方向に移動する。中間ローラ４８が制御軸２４に近づく方向に移動すると、揺動カムアーム２２の揺動中心（制御軸２４の軸中心）から中間ローラ４８とスライド面３２との接触位置P２までの距離が短くなる。

カム２８の押圧力によって中間ローラ４８を介してスライド面３２に変位が与えられた場合に、上記の距離が短くなるほど、揺動カムアーム２２の揺動角度幅が大きくなる。揺動カムアーム２２の揺動角度幅が大きくなると、初期接触位置P１i（カム２８の押圧力が作用していない状態における接触位置P１）が同一であるとした場合に、最終接触位置P１f（カムノーズの頂部が中間ローラ４８と接触した状態における接触位置P１）が揺動カムアーム２２の先端側までより大きく移動することとなる。

また、中間ローラ４８が制御軸２４に近づく方向に移動すると、図５（Ａ）に示すように、揺動カムアーム２２は、揺動カム面２６とロッカーローラ２０との初期接触位置P１iがより作用面２６bに近づく方向に回転する。初期接触位置P１iが作用面２６bにより近い位置にあると、揺動カムアーム２２の揺動角度幅が同一であるとした場合に、最終接触位置P１fが揺動カムアーム２２の先端側までより大きく移動することとなる。

既述した通り、本実施形態の揺動カムアーム２２の作用面２６bは、非作用面２６aから離れた位置ほど制御軸２４の軸中心からの距離が遠くなるように形成されている。このため、最終接触位置P１fが揺動カムアーム２２の先端側までより大きく移動することで、図５（Ｂ）に示すように、弁体１２の押し下げ量、およびその押し下げ期間、すなわち、弁体１２のリフト量および作用角が増大する。このように、本実施形態の可変動弁装置１０によれば、制御軸２４を周方向または軸方向に駆動して制御アーム３８の回転角度を変更することで、揺動カムアーム２２の揺動動作が変更され、その結果として、弁体１２の作用角およびリフト量を連続的に変更することができる。

また、中間ローラ４８が制御軸２４により近い位置とされるほど、クランク角度を基準にした場合における、カム２８が中間ローラ４８を押圧し始めるタイミング（すなわち、揺動カムアーム２２の揺動タイミング）が遅れることになる。この現象は、弁体１２の開弁タイミングを遅角させる要因となる。一方、既述した通り、中間ローラ４８が制御軸２４により近い位置とされるほど、初期接触位置P１iは、作用面２６bにより近づくことになる。この現象は、上記の現象とは逆に、弁体１２の開弁タイミングを進角させる要因となる。このため、本実施形態の可変動弁装置１によれば、上記の２つの要因を考慮して、各構成要素の形状や位置関係を決定することにより、開弁タイミングを一定としつつ、弁体１２の作用角およびリフト量を連続的に変更することが可能となる。

［実施の形態１の特徴部分］
図６は、内燃機関の各気筒に、弁体１２の作用角およびリフト量のばらつきが生じている様子を表した図である。より具体的には、図６は、小作用角設定時における内燃機関の１サイクル中の各気筒のリフト曲線を示している。尚、図６において、「＃１」〜「＃４」は、それぞれ内燃機関の第１気筒〜第４気筒を表しており、また、図６中に実線で表したリフト曲線は、各気筒の実リフト曲線を示し、図６中に一点鎖線で表したリフト曲線は、制御軸２４の制御位置（制御アーム３８の回転角度位置）に基づく狙いのリフト曲線を示している。

図６に示す一例は、第１、第３、および第４気筒における実リフト量が狙いのリフト量より小さくなるようにばらつき、第２気筒における実リフト量が狙いのリフト量より大きくなるようにばらついている状態を示している。このような弁体１２の作用角およびリフト量の気筒間ばらつきは、個々の構成部材の初期公差や組立公差に起因して生ずるものである。このような気筒間ばらつきが存在すると、吸入空気量の気筒間ばらつきが生ずることとなる。そして、本実施形態の可変動弁装置１のように、主として弁体の作用角およびリフト量の制御によって吸入空気量の制御を行う内燃機関では、特に、低負荷域、すなわち、弁体の作用角およびリフト量が小さな値に制御される領域において、上記気筒間ばらつきが吸入空気量の制御に与える影響が大きくなる。より具体的には、上記気筒間ばらつきがあると、低負荷領域ではトルク変動の発生によるドライバビリティの悪化が生じ、アイドル領域では機関回転数が不安定となる。従って、上記の低負荷領域等では、吸入空気量の気筒間ばらつきをより精度良く低減することが要求される。

上記気筒間ばらつきは、通常、工場出荷時において、ばらつきが無くなるように、すなわち、図６に示す実リフト量が狙いリフト量となるように調整がなされる。しかしながら、上述した低負荷領域等のために必要とされるような精密な気筒間ばらつきの合わせ込み作業を、工場出荷時の短時間の間に完全に行うのは困難である。そこで、本実施形態では、工場出荷時の上記気筒間ばらつきの調整工数を軽減するために、工場出荷時に上記気筒間ばらつきの最終的な（微細な）合わせ込み作業を行わないこととしたうえで、弁体１２の作用角およびリフト量を高精度に制御すべく、ECU１００に以下のような制御を実行させることとしている。

図７は、上記の要求を満足するために、本実施の形態１においてECU１００が実行するルーチンのフローチャートである。尚、本ルーチンは、所定のクランク角度毎に（例えば４気筒であれば１８０°CA毎に）周期的に実行されるものとする。また、本ルーチンでは、今回の処理サイクルの制御対象となる気筒を、説明の便宜上、「今回気筒」と称する。

上述したように、本実施形態の可変動弁装置１は、制御軸２４を回転駆動するモータ７０と、当該制御軸２４を軸方向に駆動する軸方向制御アクチュエータ７８とを備えている。本実施形態では、次のようにこれら２つのアクチュエータを使い分けることとしている。すなわち、モータ７０を、弁体１２の作用角およびリフト量が内燃機関の運転状態に応じた値となるように制御軸２４を回転駆動するアクチュエータとして使用するとともに、軸方向制御アクチュエータ７８を、上記気筒間ばらつき調整用アクチュエータとして使用するものとしている。

図７に示すルーチンでは、先ず、内燃機関の前回の１サイクルにおいて、気筒間に所定の実排気A/Fのばらつきがあったか否かが判別される（ステップ１００）。各気筒の実排気A/Fは、排気ガスの空燃比A/Fに対してほぼリニアな出力を発する空燃比センサを、例えば、各気筒の排気マニホールド部にそれぞれ設けることにより検出することが可能である。

上記ステップ１００において、気筒間に実排気A/Fのばらつきが生じていると認められた場合には、実作用角θ_Aが所定値α以下か否かが判別される（ステップ１０２）。より具体的には、実作用角θ_Aの値が、隣接する気筒間で狙いのリフト曲線（図６参照）が重ならない程度の値となっているか否かが判別される。所定値αは、そのような実作用角θ_Aを判別するために予め設定された値である。また、実作用角θ_Aは、上述したリフトセンサ９６や角度センサ９８の出力から得られる制御アーム３８の回転角度に基づいて算出することができる。

上記ステップ１０２において、実作用角θ_A≦所定値αであると判定された場合には、次いで、内燃機関の運転領域がアイドル領域または低負荷率領域であるか否かが、アクセルペダル開度や機関回転数等に基づいて判別される（ステップ１０４）。

上記ステップ１０４において、内燃機関の運転領域がアイドル領域または低負荷率領域であると判定された場合には、すなわち、弁体の作用角およびリフト量の気筒間ばらつきの精密な調整が必要であると判定された場合には、上記ステップ１００において取得された内燃機関の前回の１サイクルにおける全気筒の排気A/Fの平均値AFMが算出される（ステップ１０６）。

次に、内燃機関の前回の１サイクルにおける今回気筒の排気A/Fの値と上記平均値AFMとの空燃比偏差ΔA/Fが算出される（ステップ１０８）。次いで、当該空燃比偏差ΔA/Fに基づいて、今回気筒の吸入空気量偏差ΔGaが算出される（ステップ１１０）。吸入空気量偏差ΔGaは、内燃機関の前回の１サイクルにおける全気筒の吸入空気量の平均値に対する今回気筒の吸入空気量のばらつきを示す値である。つまり、本ステップ１１０において、各気筒の吸入空気量偏差ΔGaを算出することにより、弁体１２の作用角およびリフト量の気筒間ばらつき量に関する情報を取得することができる。

次に、上記吸入空気量偏差ΔGaに基づいて、制御軸２４の今回のスライド量（補正量）β1が算出される（ステップ１１２）。スライド量β1は、今回の処理サイクルにおいて、今回気筒に対して、上記吸入空気量偏差ΔGaに相当する弁体１２の作用角およびリフト量の補正を施すために必要な制御軸２４の操作量である。ECU１００は、吸入空気量偏差ΔGaとスライド量β1との関係を定めたマップを記憶しており、そのようなマップを参照することにより、吸入空気量偏差ΔGaに対応するスライド量β1を算出する。

次に、上記ステップ１１２において今回の処理サイクル中に算出されたスライド量β1によって、以下のステップ１１６で実際に使用されるスライド量βが更新されるとともに、更新されたスライド量βがECU１００のRAMに格納される（ステップ１１４）。

次に、気筒間ばらつき調整用アクチュエータによって、今回気筒の弁体１２の作用角およびリフト量が、当該スライド量βに対応する値分だけ補正される（ステップ１１６）。本ステップ１１６における今回気筒の弁体１２の作用角およびリフト量の補正の実行タイミングは、今回気筒および前回気筒（本ルーチンの前回の処理サイクルの対象気筒）のリフト動作に基づく吸入空気量制御に影響を与えないタイミング、すなわち、前回気筒の閉弁タイミングより後の時点から今回気筒のリフト動作開始初期までのタイミングとされている。

一方、上記ステップ１００において、気筒間に実排気A/Fのばらつきが生じていないと判定された場合には、ECU１００のRAMに記憶されているスライド量βが読み出され（ステップ１１８）、次いで、上記ステップ１１６において、読み出されたスライド量βに基づいて、今回気筒の弁体１２の作用角およびリフト量が補正される。

以上説明した図７に示すルーチンの処理によれば、排気A/Fのばらつきを基礎として取得される前回のサイクルにおける吸入空気量Gaの気筒間ばらつきに基づいて、内燃機関のサイクル毎に、吸入空気量Gaの気筒間ばらつきが打ち消されるように各気筒の弁体１２の作用角およびリフト量が補正される。つまり、上記ルーチンの処理によれば、弁体１２の作用角およびリフト量の機械的な気筒間ばらつきに起因する吸入空気量Gaの気筒間ばらつきを無くすことができる。

このため、本実施形態の可変動弁装置１によれば、工場出荷時の弁体１２の作用角およびリフト量の気筒間ばらつきの調整工数を軽減しつつ、弁体１２の作用角およびリフト量を高精度に制御することができる。また、上記図７に示すルーチンの処理によれば、構成部材の摩耗等の経時変化によって弁体１２の作用角およびリフト量の気筒間ばらつきが後発的に生ずることがあっても、そのような経時変化に伴う気筒間ばらつきに起因する吸入空気量Gaの気筒間ばらつきを補正することができる。

また、本実施形態の可変動弁装置１では、内燃機関の運転状態に応じて行う弁体１２の作用角およびリフト量の通常制御のためのアクチュエータ（モータ７０）によって、上記気筒間ばらつきを調整するのではなく、別途、気筒間ばらつき調整用アクチュエータを備えている。通常制御に加え、気筒間ばらつきの調整を単一のアクチュエータで行うこととすると、制御軸２４への駆動力の伝達部が酷使されることとなり、また、モータであれば、負荷の増大により発熱量が増大し、モータの出力効率が低下してしまう。これに対し、本実施形態の構成によれば、アクチュエータ動力が分散化されるため、より安定かつ良好なアクチュエータの作動を確保することができる。

［軸間距離Lの変化に伴う弁体の作用角およびリフト量の変化の補正手法］
ところで、上述した実施の形態１においては、モータ７０と軸方向制御アクチュエータ７８とを使用目的に応じて使い分けることとしているが、これら２つのアクチュエータの使い分けの態様はこれに限定されるものではない。すなわち、例えば、モータ７０を、弁体１２の作用角およびリフト量を内燃機関の運転状態に応じた値に制御するためのアクチュエータとして使用しつつ、軸方向制御アクチュエータ７８を、温度変化に起因する軸間距離L（図１参照）の変化に伴う弁体１２の作用角およびリフト量の変化を補正するためのアクチュエータとして使用してもよい。

内燃機関が発する熱によって、可変動弁装置１およびそれを支持するシリンダヘッドに温度変化が生ずると、制御軸２４とカム軸３０との軸間距離L（図１参照）が変化する。より具体的には、アルミで作られたシリンダヘッドは、鉄で作られた制御軸２４、カム軸３０、および制御アーム３８などに比して線膨張係数が大きいため、温度上昇に伴って制御軸２４等に比して大きな量の熱膨張を示す。従って、これらの部材の温度が高くなると、軸間距離Lは長くなる。

本実施形態の可変動弁装置１においては、熱膨張により軸間距離Lが長くなると、第１のはすば歯車３４と第２のはすば歯車４４との間でバックラッシュが大きくなる。揺動カムアーム２２は、ロストモーションスプリング５８の付勢力を受けている。このため、バックラッシュが大きくなると、制御アーム３８（可変機構３６）が図１における左回り方向に回転する、すなわち、中間ローラ４８は、制御軸２４から離れる方向に移動する。つまり、軸間距離Lが長くなると、弁体１２の作用角およびリフト量が小さくなるという現象が生ずる。また、軸間距離Lが長くなることは、中間ローラ４８の揺動支点４６の位置が、揺動カムアーム２２の回転中心である制御軸２４の軸中心から離れていくことを意味する。本実施形態の構成の場合は、そのような揺動支点４６の位置変化が生ずることによっても、弁体１２の作用角およびリフト量が小さくなるという現象が生ずる。

そこで、軸方向制御アクチュエータ７８によって、上記軸間距離Lの変化に伴う弁体１２の作用角およびリフト量の変化を打ち消すように制御軸２４のスライド量を制御することとしてもよい。より具体的には、温度上昇に応じて、制御軸２４を軸方向制御アクチュエータ７８から押し出す方向へのスライド量を増加させることとしてもよい。このような手法によれば、アクチュエータの制御によって、軸間距離Lの変化に伴う弁体１２の作用角およびリフト量の変化を補正することが可能となる。

上記の手法によらずに、弁体１２の作用角およびリフト量の上記変化に起因する吸入空気量Gaの変化を補正するには、燃料噴射量の制御等により補正を行う必要が生じ、その結果、そのための適合に多くの工数を要することとなる。これに対し、上記の手法によれば、アクチュエータを使い分けたことにより、軸方向制御アクチュエータ７８の制御量は、軸間距離Lに伴う弁体１２の作用角およびリフト量の変化の補正だけとなり、更に、これにより、回転駆動用アクチュエータ（モータ）７０は温度変化による影響を受けない制御が可能となるため、適合工数が軽減される。また、温度変化に伴う弁体１２の作用角およびリフト量の変化の特性が、非線形となるような場合であっても、アクチュエータを使い分ける上記の手法によれば、容易にその補正をすることができる。

尚、上述した実施の形態１においては、揺動カムアーム２２が前記第１の発明における「揺動部材」に、カム軸３０が前記第１の発明における「支持軸」に、回転制御アクチュエータ（モータ）７０が前記第１の発明における「第１駆動手段」に、軸方向制御アクチュエータ７８が前記第１の発明における「第２駆動手段」に、それぞれ相当している。
また、上述した実施の形態１においては、ECU１００が、図７に示すルーチンの一連の処理を実行することにより前記第３の発明における「気筒間ばらつき制御手段」が、上記ステップ１０６〜１１０の処理を実行することにより前記第３の発明における「ばらつき量取得手段」が、上記ステップ１１２〜１１８の処理を実行することにより前記第３の発明における「開弁特性補正手段」が、それぞれ実現されている。
また、上述した実施の形態１においては、ECU１００が、上記ステップ１１０の処理を実行することにより前記第４の発明における「吸入空気量ばらつき算出手段」が、上記ステップ１１２の処理を実行することにより前記第４の発明における「制御軸補正量算出手段」が、それぞれ実現されている。

実施の形態２．
次に、図８を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。
本実施形態のシステムは、上述した実施の形態１の装置構成を用いて、ECU１００に図７のルーチンに代えて、図８のルーチンを実行させることにより実現されるものである。すなわち、本実施形態のシステムは、内燃機関の運転条件に応じて、制御軸２４を駆動するアクチュエータを選択している点に特徴を有している。

具体的には、軸方向制御アクチュエータ７８は、上記の如く、内燃機関が発生させる油圧により駆動されるものである。エンジン油圧は、機関回転数が高くなるほど高くなるという特性を有している。電動式のアクチュエータであれば、大出力を得ようとすれば、体格の増大や電力消費の増大が伴うが、油圧駆動による軸方向制御アクチュエータ７８によれば、機関回転数が高い領域では、内燃機関が発生させる余剰油圧を利用して、大出力を容易に得ることが可能となる。

一方、本実施形態において制御軸２４の回転駆動に用いるモータ７０によれば、油圧駆動のアクチュエータに比して、高応答であって細かな制御を容易に実現することができる。また、油圧駆動の場合には、低温時にオイルが高粘度となるため、低温時の作動性が良くないが、モータ７０によれば、低温時の作動性を良好に確保することができる。そこで、本実施形態では、以下の図８のような制御をECU１００に実行させることとしている。

図８は、上記の機能を実現するために、本実施の形態２においてECU１００が実行するルーチンのフローチャートである。尚、本ルーチンは、所定のクランク角度毎に周期的に実行されるものとする。

図８に示すルーチンでは、先ず、エンジン冷却水温WTが所定値WT₀以上か否かが判別される（ステップ２００）。その結果、冷却水温WTが比較的高い場合には、以後、油圧駆動による軸方向制御アクチュエータ７８が使用されるように処理が進められ、一方、冷却水温WTが比較的低い場合には、以後、モータ７０が使用されるように処理が進められる。

上記ステップ２００において、冷却水温WT≧WT₀が成立する場合には、次いで、要求作用角θ_Bが所定値θ₀以上か否かが判別される（ステップ２０２）。その結果、大作用角要求が出されている場合には、以後、油圧駆動による軸方向制御アクチュエータ７８が使用されるように処理が進められ、一方、小作用角要求が出されている場合には、以後、モータ７０が使用されるように処理が進められる。

上記ステップ２０２において、要求作用角θ_B≧θ₀が成立する場合には、次いで、エンジン油圧Pが所定値P₀以上か否かが判別される（ステップ２０４）。尚、上記の如く、エンジン油圧Pは機関回転数にほぼ正比例する特性を有しているため、本ステップ２０４において、油圧Pに代えて、機関回転数NEの高低に基づく判別を実行することとしてもよい。

上記ステップ２０４において、エンジン油圧Pが十分に確保されていると判定された場合には、油圧駆動による軸方向制御アクチュエータ７８が最終的に選択される（ステップ２０６）。一方、エンジン油圧Pが比較的不足気味であるような場合には、モータ７０が使用されるように処理が進められることになる。しかし、この場合は、次いで、バッテリー電圧Vが所定値V₀以上か否かが判別される（ステップ２０８）。そして、バッテリー電圧Vが十分な値となっている場合には、モータ７０が最終的に選択されるが（ステップ２１０）、バッテリー電圧Vが比較的不足気味である場合には、内燃機関の運転中には常時発生されているエンジン油圧を用いて必要最低限の作用角およびリフト制御を確保するため、油圧駆動による軸方向制御アクチュエータ７８が最終的に選択される（ステップ２０６）。

以上説明した図８に示すルーチンの処理によれば、以下に列挙する種々の効果を得ることができる。すなわち、上記ルーチンの処理によれば、機関回転数が高い領域では、十分に確保されているエンジン油圧を利用して、弁体１２の作用角およびリフト量の制御を実行することができる。可変動弁装置１では、制御される作用角が大きくなるほど、それに伴い、バルブスプリング等の反力が増大するため、より大きな制御軸駆動力が必要となる。上記ルーチンの処理によれば、高いエンジン油圧による大出力を利用して、大きな消費電力を必要とせずに大作用角制御を容易に実現することが可能となる。尚、可変動弁装置１の構成によれば、軸方向制御アクチュエータ７８と制御軸２４との間にギヤ等が介在していないため、高い伝達効率を得ることができる。

また、上記ルーチンの処理によれば、モータ７０の使用により低温時の作動性を良好に確保することができ、更に、細かな作用角およびリフト量の制御が要求される小作用角制御領域において、モータ７０により高応答かつ細かな制御を容易に実現することができる。また、可変動弁装置１は、同一の弁体１２の作用角およびリフト量を上記の２つのアクチュエータで操作できる構成を有している。そこで、これら２つのアクチュエータを同時に作動させることとすれば、上述したようなそれぞれのアクチュエータの利点を生かして、更に高応答な作用角およびリフト量の制御を実現することができる。

実施の形態３．
次に、図９および図１０を参照して、本発明の実施の形態３について説明する。
図９は、本実施の形態３において用いられる制御軸駆動ユニット１１０の構成を説明するための図である。尚、図９において、上記図１乃至図３に示す構成要素と同一の要素については、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。本実施形態の可変動弁装置は、制御軸駆動ユニット１１０の構成が異なる点を除き、上述した実施の形態１等における可変動弁装置１と同様である。すなわち、制御軸駆動ユニット１１０は、図９に示すように、単一のモータ１１２によって、制御軸２４を周方向および軸方向に駆動できるように構成され、かつ、周方向と軸方向とでギヤ比を異ならせている点に特徴を有している。

具体的には、制御軸駆動ユニット１１０は、モータ１１２と伝達機構７２（本実施形態では、以下、「第１の伝達機構７２」と称する）との間に、第１の動力切替機構１１４を備え、また、モータ１１２と第２の伝達機構１１６との間に、第２の動力切替機構１１８を備えている。第２の伝達機構１１６は、表面にラックギヤが形成され、制御軸２４の一部として構成されたラック軸１２０とピニオンギヤ１２２を有するラックアンドピニオン機構として構成されている。ラック軸１２０は、上述した継ぎ手９２と同様に構成された継ぎ手１２４により、互いに回転可能となるように制御軸２４と一体化されている。尚、第２の伝達機構１１６は、上記のようなラックアンドピニオン機構に限られるものではなく、例えば、クランク機構であってもよい。

第１の動力切替機構１１４は、第１の伝達ギヤ１２６と、第１の出力ギヤ１２８と、一対の電磁石１３０、１３２と、第１の回転体１３４とにより構成されている。第１の伝達ギヤ１２６は、ウォームギヤ７６と同軸上に設けられている。第１の伝達ギヤ１２６には、第１の出力ギヤ１２８が噛み合わされている。第１の出力ギヤ１２８は、モータ１１２の出力軸１３６と同軸上に、ハウジング１３８により回転可能に保持されている。そして、第１の出力ギヤ１２８は、出力軸１３６の軸方向に移動可能となるように構成されている。また、出力軸１３６は、ハウジング１３８により回転可能に支持されており、出力軸１３６には、円盤状に形成された第１の回転体１３４が固定されている。第１の回転体１３４は、磁性材料で構成されている。このため、第１の動力切替機構１１４によれば、電磁石１３０により第１の出力ギヤ１２８を吸引保持することにより、ウォーム機構へのモータ１１２の出力の伝達を切断することができ、また、電磁石１３２により第１の出力ギヤ１２８を吸引保持することにより、ウォーム機構にモータ１１２の出力を伝達させることができる。

第２の動力切替機構１１８は、第２の伝達ギヤ１４０と、第２の出力ギヤ１４２と、一対の電磁石１４４、１４６と、第２の回転体１４８とにより構成されている。第２の伝達ギヤ１４０は、ピニオンギヤ１２２と同軸上に設けられている。また、モータ１１２の出力軸１３６には、第１の回転体１３４と同様に構成された第２の回転体１４８が固定されている。その他の構成および機能については、第１の動力切替機構１１４と同様であるため、ここではその詳細な説明を省略する。

本実施形態の制御軸駆動ユニット１１０では、第１の出力ギヤ１２８と第１の伝達ギヤ１２６とのギヤ比（ウォーム機構側：Hiギヤ）に比して、第２の出力ギヤ１４２と第２の伝達ギヤ１４０とのギヤ比（ラックアンドピニオン機構側：Lowギヤ）が大きくなるように構成されている。

また、制御軸１１０は、出力軸１３６の端部に、モータ１１２の出力軸１３６の回転角度を検出する回転角度センサ１５０を備えている。このような構成によれば、単一の回転角度センサ１５０により、上述したそれぞれの電磁石の開閉状態を検知しながら出力軸１３６の回転角度の情報を得ることで、制御軸２４の周方向および軸方向のそれぞれの変位量を把握することができる。

本実施形態では、上記のように構成された制御軸駆動ユニット１１０を用いて、内燃機関の運転条件に応じて、ウォーム機構およびラックアンドピニオン機構のいずれかを選択する。図１０は、そのような選択を行うために、ECU１００が実行するルーチンのフローチャートである。尚、本ルーチンは、所定のクランク角度毎に周期的に実行されるものとする。

図１０に示すルーチンでは、先ず、エンジン冷却水温WTが所定値WT₁以上か否かが判別される（ステップ３００）。その結果、冷却水温WTが比較的高い場合には、Hiギヤ仕様とされたウォーム機構による回転制御が使用され（ステップ３０２）、一方、冷却水温WTが比較的低い場合には、以後、Lowギヤ仕様とされたラックアンドピニオン機構によるスライド制御が使用されるように処理が進められる。冷却水温WTが比較的低い領域では、オイルが高粘度であるため、可変動弁機構１０の各部の駆動抵抗が増大する、すなわち、大きな駆動力が必要となる。本ルーチンの処理によれば、そのような場合に、Lowギヤ仕様のスライド制御が使用されることで、モータ１１２の省動力化が可能となる。

上記ステップ３００において、冷却水温WT≧WT₁が成立する場合には、次いで、要求作用角θ_Bが所定値θ₁以下か否かが判別される（ステップ３０４）。その結果、小作用角要求が出されている場合には、Hiギヤ仕様とされた回転制御が使用され（ステップ３０２）、一方、大作用角要求が出されている場合には、以後、Lowギヤ仕様とされたスライド制御が使用されるように処理が進められる。本ルーチンの処理によれば、小作用角制御時に比してより大きな駆動力が必要とされる大作用角制御時において、Lowギヤ仕様とされたスライド制御が使用されることで、モータ１１２の省動力化が可能となり、また、小作用角制御時においては、Hiギヤ仕様とされた回転制御によって、モータ１１２の動作をダイレクトに制御軸２４に伝達して制御性の向上を図ることができる。

上記ステップ３０２において、要求作用角θ_B≦θ₁が成立する場合には、次いで、作用角変化量Δθ_B、すなわち、要求作用角θ_Bと現在の実作用角θ_Aとの偏差Δθ_Bが、所定値Δθ₀以上か否かが判別される（ステップ３０６）。その結果、作用角変化量Δθ_Bが比較的大きい場合には、Hiギヤ仕様とされた回転制御が使用され（ステップ３０２）、一方、作用角変化量Δθ_Bが比較的小さい場合には、Lowギヤ仕様とされたスライド制御が最終的に選択される（ステップ３０８）。本ルーチンの処理によれば、作用角変化量Δθ_Bが比較的大きい場合、すなわち、急加速要求が出されているような場合に、Hiギヤ仕様とされた回転制御を使用して、高応答に制御軸２４を駆動することができる。

以上説明した通り、本実施形態の制御軸駆動ユニット１１０によれば、内燃機関の運転条件に応じて、ギヤ比の異なる２つの動力切替機構を選択して制御軸２４を駆動することで、弁体１２の作用角およびリフト量の制御自由度や制御効率をより向上させることができる。また、本実施形態の構成によれば、モータ体格を大きくすることなく、必要な領域で大出力を得ることができるため、アクチュエータの小型化が可能となり、内燃機関への搭載性が向上する。

尚、上述した実施の形態３においては、モータ１１２の駆動力がウォーム機構を介して制御軸２４に伝達されることにより前記第１の発明における「第１駆動手段」が、モータ１１２の駆動力がラックアンドピニオン機構を介して制御軸２４に伝達されることにより前記第１の発明における「第２駆動手段」が、それぞれ実現されている。

［変形例］
ところで、上述した実施の形態１および２においては、油圧駆動による軸方向制御アクチュエータ７８が使用されているが、制御軸２４を軸方向に駆動するためのアクチュエータは、これに限定されるものではなく、例えば、制御軸２４を電気的に駆動するアクチュエータとしては、電磁石を利用した電磁駆動によるアクチュエータであってもよい。また、これ以外にも、内燃機関が発生させる負圧等を利用した負圧ダイアフラムを用いるアクチュエータであってもよい。

また、上述した実施の形態１乃至３においては、カム軸３０上に設けられた一対のカム軸フランジ６８によって、可変機構３６の軸方向位置を拘束することとしている。このような構成によれば、内燃機関が発する熱により各部材に熱膨脹が生じた場合であっても、そのような熱膨脹に起因したはすば歯車３４、４４間の相対位置変化を生じないようにすることが可能となる。しかしながら、本発明におけるはすば歯車３４、４４間の相対位置を調整するための構成を得るという点においては、上記の構成に限らず、可変機構３６の軸方向位置を拘束する一対の位置決め用フランジは、カム軸３０上に設けられたカム軸フランジ６８ではなく、例えば、シリンダヘッドの軸受け部であってもよい。

本発明の実施の形態１の可変動弁機構の構成を示す側面図である。本発明の実施の形態１の可変動弁装置における制御軸側の構成とカム軸側の構成との関係を説明するための概略構成図である。図２に示す制御軸駆動ユニットの具体的な構成を説明するための概略構成図である。図１に示す可変動弁装置が弁体に対して小さなリフトを与えるように動作を行う様子を示す図である。図１に示す可変動弁装置が弁体に対して大きなリフトを与えるように動作を行う様子を示す図である。内燃機関の各気筒に、弁体の作用角およびリフト量のばらつきが生じている様子を表した図である。本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。本発明の実施の形態２において実行されるルーチンのフローチャートである。本発明の実施の形態３において用いられる制御軸駆動ユニットの構成を説明するための図である。本発明の実施の形態３において実行されるルーチンのフローチャートである。

符号の説明

１可変動弁装置
１０可変動弁機構
１２弁体
１６ロッカーアーム
２２揺動カムアーム
２４制御軸
３０カム軸
３４第１のはすば歯車
３６可変機構
３８制御アーム
４４第２のはすば歯車
６６、１１０制御軸駆動ユニット
６８カム軸フランジ
７０回転制御アクチュエータ（モータ）
７８軸方向制御アクチュエータ
１１２モータ
１１４第１の動力切替機構
１１８第２の動力切替機構

Claims

カム軸の回転に対する弁体の開弁特性を機械的に変化させる可変動弁装置であって、
軸中心と同心の第１のはすば歯車が設けられた制御軸と、
カムと弁体との間に介在し、前記カムの回転と同期して揺動することにより当該カムの押圧力を前記弁体に伝達する揺動部材と、
前記制御軸とは別の支持軸により回転可能に支持され、当該支持軸の軸中心と同心であって前記第１のはすば歯車と対となる第２のはすば歯車が設けられ、前記第１のはすば歯車および前記第２のはすば歯車を介して前記制御軸の移動に伴って回転することで、前記カムの回転に対する前記揺動部材の揺動動作を変化させる可変機構と、
前記制御軸を回転駆動する第１駆動手段と、
前記制御軸を軸方向に駆動する第２駆動手段と、
を備えることを特徴とする可変動弁装置。
前記第１駆動手段および前記第２駆動手段の一方を、内燃機関の運転状態に応じて前記制御軸を制御する主たる駆動手段とし、
前記第１駆動手段および前記第２駆動手段の他方を、弁体の開弁特性の気筒間ばらつきを調整する気筒間ばらつき調整用駆動手段としたことを特徴とする請求項１記載の可変動弁装置。
前記気筒間ばらつき調整用駆動手段に指令を与える気筒間ばらつき制御手段を備え、
前記気筒間ばらつき制御手段は、
前記気筒間ばらつきの量を気筒毎に取得するばらつき量取得手段と、
前記ばらつき量取得手段により取得されたそれぞれの気筒の前記気筒間ばらつき量に基づいて、それぞれの気筒の次回のサイクルにおける弁体の開弁特性を補正する開弁特性補正手段とを含むことを特徴とする請求項２記載の可変動弁装置。
前記ばらつき量取得手段は、
それぞれの気筒の排気空燃比に基づいて、それぞれの気筒の吸入空気量ばらつきを算出する吸入空気量ばらつき算出手段とを含み、
前記開弁特性補正手段は、
前記吸入空気量ばらつきに基づいて、それぞれの気筒に対する制御軸移動量の補正量を算出する制御軸補正量算出手段を含み、当該補正量に基づいて、前記次回のサイクルにおける弁体の開弁特性を補正することを特徴とする請求項３記載の可変動弁装置。
前記第１駆動手段および前記第２駆動手段の一方を、油圧駆動によるものとし、
前記第１駆動手段および前記第２駆動手段の他方を、電気的駆動によるものとしたことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の可変動弁装置。