JP3917772B2 - 内燃機関の可変動弁装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸・排気弁の開閉時期あるいはバルブリフト量を機関運転状態に応じて可変制御可能な内燃機関の可変動弁装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
吸気弁や排気弁の開閉時期やバルブリフトを可変制御する装置は、従来から種々の形式のものが提供されているが、その一つとして特開平６−１８５３２１号公報に記載されているように、不等速軸継手の原理を応用したものが知られている。これは、機関の回転に同期して回転する駆動軸の外周に、各気筒毎に分割した円筒状のカムシャフトを設け、かつ該カムシャフト端部のフランジ部と駆動軸側のフランジ部とにそれぞれ半径方向に沿った係合溝を形成すると共に、両フランジ部間に介在する環状ディスクに各係合溝に係合する一対のピンを設ける構成としてある。上記環状ディスクを制御ハウジングでもって回転自在に保持すると共に、該制御ハウジングを介して環状ディスクをカムシャフトに対し偏心させることができるようにしてあり、その偏心量を制御することにより、駆動軸とカムシャフトとの相対回転角速度を変化させるようになっている。
【０００３】
また、前記制御ハウジングは、円形のカム嵌合孔に回転可能に嵌合した偏心カムによって軸直角方向に揺動可能に支持されており、前記偏心カムは、制御シャフトに一体に設けられている。前記制御シャフトは、回転位置がＤＣサーボモータによって制御されることにより、前記制御ハウジングを揺動させるようになっている。
【０００４】
そして、前記ＤＣサーボモータは、制御シャフトと制御ハウジング及び環状ディスクを介して駆動軸とカムシャフトと角速度を機関運転状態に応じて変化させて、吸気弁の開閉時期（バルブタイミング）の進角側から遅角側までの全領域を可変制御するようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の装置にあっては、吸気弁の進角側から遅角側の全てのバルブタイミング領域をＤＣサーボモータのみによって可変制御しているため、機関作動中に斯かる電動モータの電気系統の故障が発生して作動不能（スティック）になった場合は、制御シャフトの回転角度位置を制御できなくなり、この結果、機関運転状態に応じた吸気弁のバルブタイミングを可変制御できなくなる。
【０００６】
特に、ＤＣサーボモータのスティック時期が、機関高回転高負荷域に制御される吸気弁の進角側の開弁域である場合は、この進角側開弁領域で制御シャフトの回転がスティックされると、低回転低負荷域での機関性能が大巾に低下するばかりか、機関停止後の再始動時における十分なクランキング出力が得られず、該再始動が困難になる。また、たとえ再始動が可能になったとしても、アイドル運転時の回転の不安定化や燃費の悪化を招来する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記従来装置の問題点に鑑みて案出されたもので、請求項１記載の発明は、機関のクランク軸によって回転駆動する駆動軸と該駆動軸の回転力によって機関弁を開閉作動させるカムとの相対回転位相あるいは相対回転角速度を可変にする可変機構と、機関運転状態に応じて前記可変機構の作動を制御シャフトを介して電動アクチュエータにより制御する制御機構とを備え、前記可変機構の作動を制御することにより機関弁の開閉時期及びバルブリフトを可変制御する内燃機関の可変動弁装置において、前記電動アクチュエータと制御シャフトとの間に、電動アクチュエータの作動不能時に制御シャフトを所定の中間回動位置に保持させる回転制御機構を設け、該回転制御機構は、油圧を介して駆動され、前記制御シャフトを中間回動位置に戻した後、前記制御シャフトを機械的に保持させることを特徴としている。
【０００８】
したがって、本発明によれば、電動アクチュエータによって制御シャフトの回転角度制御を行うことを前提として、該電動アクチュエータの電気系統の故障時には、油圧を介して駆動する回動制御機構によって制御シャフトの回転角度位置を、ほぼ中間回転位置、つまり機関弁の中間所定範囲のリフト領域に保持制御するため、特に機関始動性の悪化やアイドル運転時の機関回転の不安定化等を防止できる。
【０００９】
請求項２に記載の発明にあっては、前記回転制御機構は、前記制御シャフトの一端部に設けられて、電動アクチュエータの回転力を伝達する伝達体と、該伝達体の内部に設けられて、制御シャフトの端部に前記伝達体に対して相対回転可能に設けられ、半径方向に突出する羽根部を備えた回転体と、前記羽根部が嵌入して、該羽根部によって周方向に隔成された伝達体内の油圧室と、該油圧室に油圧を給排する油圧回路と、前記油圧室に対して前記油圧回路を介して連通する受圧室に供給された油圧と付勢部材のばね力との相対関係によって前記回転体と伝達体とを連結ロックあるいは該ロックを解除するロックピンとを備え、前記ロックピンのロック解除時に、前記油圧室内の油圧によって回転体を一方向へ回転させて制御シャフトを一方向へ回転させることにより、前記可変機構の作動を制御するようにしたことを特徴としている。
【００１０】
本発明によれば、電動アクチュエータの他に、回動制御機構によって所定のリフト領域に制御シャフトを回動制御することができるため、例えば機関弁の最大リフト領域を、回動制御機構のみで制御させるようにすれば、電動アクチュエータの制御範囲内で故障が発生しても機関の始動性などの悪影響が回避できる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、前記油圧室を、回転体を挟んだ両側の第１油圧室と第２油圧室とによって構成すると共に、前記油圧回路の油圧を前記第１，第２油圧室に給排して回転体の回動位置を制御することを特徴としている。
【００１２】
本発明によれば、回動制御機構によって機関弁の例えば最大リフトと最小リフトの２形態のバルブリフト制御などが可能になる。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、前記電動アクチュエータによる機関弁のリフト制御領域を、機関低回転低負荷域から中回転中負荷域における中間リフト領域に設定する一方、前記回動制御機構によるリフト制御領域を、機関弁の最小リフト領域と最大リフト領域に設定したことを特徴としている。
【００１４】
本発明によれば、回動制御機構によって機関弁の特定リフト領域、つまり最大リフト領域と最小リフト領域となるように制御シャフトの回動位置制御を行うようにしたので、電動アクチュエータのリフト制御領域での作動不良が発生しても、可動制御機構のロック作用と相俟って、機関始動性などに影響することはない。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、前記電動アクチュエータによる機関弁のリフト制御領域を、機関低回転低負荷域から高回転高負荷域に設定する一方、該電動アクチュエータの作動不良時における前記回転制御機構によるリフト制御領域を、機関弁の最小リフト領域と最大リフト領域に設定したことを特徴としている。
【００１６】
本発明によれば、電磁アクチュエータによる制御シャフトの制御領域（回転角度範囲）を機関低回転低負荷域から高回転高負荷域の全領域に設定したため、機関運転の全領域において制御シャフトを連続的に回転制御することができる。また、電磁アクチュエータが故障したときには回転制御機構によって制御シャフトの回転角度の位置を機関が始動し得る制御領域内に保持制御する。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、前記付勢部材とロックピン及び受圧室を、前記回転体の羽根部内に形成すると共に、前記該ロックピンを羽根部内の摺動孔から伝達体の内周面方向へ進出自在に設けたことを特徴としている。
【００１８】
本発明によれば、回動制御機構のコンパクト化が図れる。
【００１９】
請求項７に記載の発明は、前記機関弁の高リフト側の回転体の作動角を、機関弁の小リフトおよび弁停止側の回転体の作動角よりも大きく設定したことを特徴としている。
【００２０】
本発明によれば、機関弁の高リフト側では高いポンプ吐出圧を利用して回転体を回動させることができるため、この領域での回転体の作動角を大きくすれば、広い領域で回転体の良好な回動応答性が得られることになる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の内燃機関の可変動弁装置の実施形態を図面に基づいて説明する。 図４は本発明が適用される可変動弁装置の基本構造を示し、吸気弁のバルブリフトを可変制御するものである。概略を説明すれば、シリンダヘッド５０に図外のバルブガイドを介して摺動自在に設けられた一対の吸気弁５１と、シリンダヘッド５０上に機関前後方向に沿って延設され、機関のクランク軸によって回転駆動する中空状の駆動軸５２と、該駆動軸５２の外周面に圧入などによって固設された１つの駆動カム５３と、前記駆動軸５２の外周面に揺動自在支持されて、各吸気弁５１をバルブリフター５５を介して夫々開閉作動させる一対の揺動カム５４と、該揺動カム５４の前記バルブリフター５５の上面５５ａに対する摺動位置を可変にする可変機構５６と、該可変機構５６を機関運転状態に応じて作動制御する制御機構１とから構成されている。前記駆動軸５２は、シリンダヘッド５０の上端部に設けられ軸受部６０によって回転自在に支持されている。
【００２２】
前記可変機構５６は、一端部５７ａが前記駆動カム５３に回転自在に連係したリンクアーム５７と、前記駆動軸５２の上方に配置されて、一端部５８ａがリンクアーム５７の他端部５７ｂに連係し、他端部５８ｂが前記一対のリンク部材５６を介して前記一方の揺動カム５４に連係したロッカアーム５８と、シリンダヘッド５０上に駆動軸５２と平行に配置された制御シャフト２と、該制御シャフト２の所定位置に固定されて、ロッカアーム５８の中央孔に回転自在に配置された制御カム７とから構成され、この偏心カム７の回転位置によってロッカアーム５８の揺動支点位置を変化させるようになっている。
【００２３】
前記制御シャフト２は、前記軸受部６０の上端部にブラケット６１を介して駆動軸５２と並行に軸受けされている。一方偏心カム６１は、ロッカアーム５８の揺動支点を変化させて揺動カム５４のカム面５４ａのバルブリフター５５の上面５５ａに対する摺動位置を変化させて、吸気弁５１のバルブリフト量を可変制御するようになっている。
【００２４】
前記制御機構１は、図３に示すように、前記制御シャフト２の他端部２ａに配置された平歯車状のドリブンギア３と、シリンダヘッド上に固定されて、制御シャフト２と平行に設けられた電動アクチュエータであるＤＣサーボモータ４と、該ＤＣサーボモータ４の駆動シャフト４ａに固定されて前記ドリブンギア３に噛合するドライブギア５と、前記ＤＣサーボモータ４を正逆回転制御するコンピュータ内蔵のコントローラ６とから構成されている。
【００２５】
前記ＤＣサーボモータ４は、コントローラ６から出力されたパルス制御信号に基づいて正逆回転してドライブギア５及びドリブンギア３を介して制御シャフト２の回動位置制御を行っている。
【００２６】
前記コントローラ６は、クランク角センサやエアーフローメータ及び水温センサ等の各種のセンサ類からの検出信号に基づいて機関運転状態を検出し、この信号と前記制御シャフト２の回動位置検出センサが検出した検出信号に基づいてＤＣサーボモータ４にパルス制御信号を出力している。
【００２７】
そして、前記ドリブンギア３の内部に回転制御機構８が設けられている。この回転制御機構８は、図１に示すように、伝達体である前記ドリブンギア３と、該ドリブンギア３のロータハウジング９内に軸心方向に貫通形成された摺動用孔１０の周方向の９０°位置に正面ほぼ扇状に切欠された４つの空間部１１，１２，１３，１４と、前記ロータハウジング９内に回動自在に設けられて、径方向に４枚の羽根部１７，１８，１９，２０を有する回転体１５とを備えている。
【００２８】
具体的に説明すれば、前記回転体１５は、摺動用孔１０内に回転自在に収納されたロータ１６の端部が前記制御シャフト２の他端部２ａに連結されていると共に、ロータ１６の外周面の１８０°位置に前記対向する２つの空間部１１，１２内に収納された前記一対の第１，第２羽根部１７，１８が固定されている。また、ロータ１６の該各羽根部１７，１８から９０°の角度位置に比較的薄肉な前記第３羽根部１９と厚肉な第４羽根部２０が各対応する第３，第４空間部１３，１４内を回転摺動自在に設けられている。
【００２９】
さらに、前記第１，第２羽根部１７，１８と該羽根部１７，１８の両側面が対向するロータハウジング９の各隔壁９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄの各内端面との間には、夫々対向する第１油圧室２１ａ，２１ｂと第２油圧室２２ａ，２２ｂが隔成されている。また、該各油圧室２１ａ，２１ｂ、２２ａ，２２ｂには、図２に示す油圧回路２３によって油圧が交番に給排されるようになっている。
【００３０】
また、第３羽根部１９の両側と該両側に対向する各隔壁９ａ，９ｄの内周面との間には、一対の中立用スプリング２４，２５が断接されており、この両中立用スプリング２４，２５のばね力によって第３羽根部１９を介して回転体１５を回動中間位置に保持するようになっている。
【００３１】
さらに、第４羽根部２０は、正面ほぼ長方形状に形成され、内部に受圧室２６が形成されていると共に、中央の軸直角方向及び先端部中央に形成されたピン摺動穴２７及び貫通孔２８にはロックピン２９が回転体１５の径方向に沿って進退自在に設けられている。このロックピン２９は、フランジ状の基端部２９ａが受圧室２６に連通する前記ピン摺動穴２７内を摺動すると共に、先端部２９ｂが貫通孔２８から第４空間部１４の円弧状内周面の周方向の中央位置に穿設されたロック溝３０内に係脱自在に設けられている。また、ピン摺動穴２７内には、ロックピン２９をロック溝３０方向に付勢する押圧スプリング３１が弾装されている。
【００３２】
前記油圧回路２３は、図２に示すように前記各油圧室２１ａ，２１ｂ、２２ａ，２２ｂに油圧を相対的に供給する供給通路３２と、該供給通路３２の上流側に設けられてオイルパン３３内の作動油を吸入して供給通路３２に吐出するオイルポンプ３４と、供給通路３２の下流側で２つに分岐されて、各油圧室２１ａ，２１ｂ、２２ａ，２２ｂに連通する分岐通路３５，３６と、該分岐通路３５，３６と供給通路３２との間に介装された三方向型の電磁切換弁３７と、該電磁切換弁３７を介して各分岐通路３５，３６と相対的に連通，遮断される排出通路４７とから主として構成されている。前記分岐通路３５，３６は、図１に示すようにその下流側がさらにロータ１６及び第１，第２羽根部１７，１８内で対称に分岐した各一対の第１通路部３５ａ，３５ｂと第２通路部３６ａ，３６ｂが形成され、該第１通路部３５ａ，３５ｂが第１油圧室２１ａ，２１ｂに連通し、第２通路部３６ａ，３６ｂが第２油圧室２２ａ，２２ｂに夫々連通している。
【００３３】
尚、前記供給通路３２のオイルポンプ３４と電磁切換弁３７との間に接続されたパイロット通路４５には、圧力調整弁４６が設けられている。
【００３４】
また、この油圧回路２３は、図２に示すように前記第４羽根部２０内の受圧室２６に油圧を給排する回路も備えており、前記分岐通路３５からさらに分岐した分岐路３８，３９の下流側の合流通路４０が受圧室２６に連通していると共に、合流通路４０の受圧室２６下流側にドレン通路４１が設けられている。また、前記両分岐路３８，３９には、合流通路４０からの作動油の逆流を規制するチェック弁４２，４３がそれぞれ設けられていると共に、ドレン通路４１には電磁開閉弁４４が設けられている。また、前記分岐路３８，３９は、ロータ１６内で各一方側の第１通路部３５ｂと第２通路部３６ａから分岐している。
【００３５】
また、前記電磁切換弁３７及び電磁開閉弁４４は、前記コントローラ６から出力された制御信号によって作動制御されるようになっている。
【００３６】
そして、前記ＤＣサーボモータ４による制御シャフト２の回動角度制御範囲は、図９に示すように偏心カム７を介して機関の定常運転領域に使用される図外の吸気弁の所定角度範囲を有する中間リフト領域となる回転角度範囲εに設定されている。一方、前記回転体１５の回転による制御シャフト２の回転角度制御範囲は、同図に示すように、機関のアイドル運転などの低回転無負荷域に使用される吸気弁の極低リフト域および零リフト域となる回転角度範囲δ１と、高回転高負荷域に使用される吸気の所定の高いリフト域から最大リフト域となる回転角度範囲δ２となるように設定されている。
【００３７】
以下、本実施形態の作用を説明すれば、機関の定常運転時（低回転低負荷域から中回転中負荷域）には、コントローラ６から電磁切換弁３７に信号が出力されて供給通路３２を遮断すると共に、油圧が供給されていた第１，第２のいずれかの油圧室２１ａ，ｂ、２２ａ，ｂと排出通路４７を連通させて、該油圧室２１ａ，ｂ、２２ａ，ｂ内の油圧をオイルパン３３内に排出させる。このため、両油圧室２１ａ，ｂ、２２ａ，ｂと受圧室２６の全体が低圧となり、回転体１５は、図１に示すように中立用コイルスプリング２４，２５のばね力によって中間回転位置に保持される一方、ロックピン２９は、押圧スプリング３１のばね力によって進出動して先端部２９ｂがロック溝３０内に係入する。したがって、ドリブンギア３は、制御シャフト２に連結ロックされて一体的に回転し、ＤＣサーボモータ４からドライブギア５を介して伝達された回転力を制御シャフト２に伝達する。このため、かかる運転域ではＤＣサーボモータ４によって偏心カム７を図９のε角度範囲内で回転制御して、吸気弁の開閉時期及びバルブリフトを現在の運転状態に応じた所望の特性に制御することができる。
【００３８】
また、機関の吸気弁のバルブリフトを極低リフトあるいは１気筒当たり２つの吸気弁のうち１つの吸気弁の作動を停止させるような零リフト制御を行う場合は、コントローラ６からの出力信号によって電磁切換弁３７が図６に示すように供給通路３２と第１分岐通路３５を連通させる一方、第２分岐通路３６と排出通路４７を連通させる。このため、図５に示すように第１通路部３５ａ，３５ｂを介して両第１油圧室２１ａ，２１ｂ内に油圧が供給されると共に、一方の分岐路３９からチェック弁４３を通って受圧室２６内に油圧が供給される。したがって、ロックピン２９は、図５に示すように受圧室２６の高圧化に伴って基端部２９ａが押圧されてピン摺動穴２７内に後退動するため、先端部２９ｂがロック溝３０内から抜け出てロックが解除される。と同時に、回転体１５は、第１油圧室２１ａ，２１ｂ内の高圧化によって第１，第２羽根部１７，１８を介して全体が図示のように時計方向へ回転して制御シャフト２を同方向に回転させる。これにより、偏心カム７は、図９に示す回動角度範囲δ１を回動して最終的に一方向へ最大に回転する。このため、可変機構５６を介して吸気弁５１を極低リフト特性から弁停止状態に制御することができる。
【００３９】
また、かかる極低リフトから弁停止までの制御を油圧を利用して行うため、電動に比較して制御の安全性が図れる。
【００４０】
次に、前述の定常運転域から高回転高負荷域に移行した場合は、コントローラ６からの制御信号によって電磁切換弁３７が図８に示すように供給通路３２と第２分岐通路３６を連通させると共に、第１分岐通路３５と排出通路４７とを連通させる。このため、第１油圧室２１ａ，ｂが低圧になる一方、第２油圧室２２ａ，ｂが高圧になると共に、今度は他方の分岐路３８からチェック弁４２を介して受圧室２６内に油圧が供給されて高圧化する。
【００４１】
したがって、ロックピン２９は、図８に示すようにロック溝３０から抜け出してロックが解除されると同時に、第１，第２羽根部１７，１８が他方の中立用スプリング２５のばね力に抗して図示のように反時計方向へ回転して、制御シャフト２を同方向へ回転させる。これにより、偏心カム７は、図９に示すように回動角度範囲δ２を回動して他方向へ最大に回転するため、吸気弁が最大のリフトになるように制御される。この結果、吸気充填効率の向上による機関出力を向上させることができる。
【００４２】
また、かかる高回転領域では、ポンプ吐出圧も高くなるため、回転体１５の回転制御速度も速くなり、高リフト側の制御応答性が向上する。
【００４３】
そして、前記定常運転域、つまり制御シャフト２の回転角度位置がＤＣサーボモータ４によって制御されている際に、電気系統の故障によりＤＣサーボモータ４の作動が停止してしまった場合は、制御シャフト２は、図９に示す回転角度εの範囲内でロックされることになる。つまり、この時点では、ロックピン２９がロック溝３０内に係入してドリブンギア３と制御シャフト２とを連結しているため、ＤＣサーボモータ４による回転角度範囲ε内でロックされるのである。そして、この角度範囲εであれば、機関の再始動時におけるクランキング出力を十分に確保できるため、該再始動性に悪影響がなく、また、アイドル運転時の回転の不安定化なども防止できる。
【００４４】
換言すれば、始動時のクランキング出力を十分に確保できない吸気弁の最大リフト域の制御を回転制御機構８によって制御するようにしたため、かかる最大リフト域でＤＣサーボモータ４が作動不良になってスティックされても、十分な機関出力が得られるばかりか、定常運転域に移行した場合は制御シャフト２は回転角度位置がεの範囲内でのスティック位置となり、さらに機関停止後の再始動時には、εの回転角度位置内のスティック位置での始動となるため、始動性に悪影響が生じないのである。
【００４５】
図１０は本発明の第２の実施形態を示しており、これはＤＣサーボモータ４による吸気弁のリフト制御領域を、機関低回転低負荷域から高回転高負荷域までの全制御領域に設定したものであって、すなわち、全リフト制御領域を制御シャフト２により偏心カム７全角度範囲ψの回転角度制御によって行うように設定した。また、回転体１５は、第１の実施形態と同じく構成されており、ＤＣサーボモータ４に故障が発生した場合のみ第１油圧室２１ａ，２１ｂまたは第２油圧室２２ａ，２２ｂに油圧が導入され回転駆動されるものである。上記構成によればＤＣサーボモータ４が故障していない通常の運転では、図２に示す電磁切換弁３７および電磁開閉弁４４が図に示す位置に保持され、第１分岐通路３５および第２分岐通路３６には油圧が供給されず、第１油圧室２１ａ，２１ｂおよび第２油圧室２２ａ，２２ｂの油圧をドレン通路４１からオイルパン３３に排出される。これにより第１通路部３５ａと第２通路部３６ａには油圧が導入されず、ロックピン２９が押圧スプリング３１によりロック溝３０内に係止される。従って機関の全運転領域においてＤＣサーボモータ４の回転駆動力が前記ロックピン２９を介して回転体１５に伝達され、可変動弁装置のバルブリフト制御が連続的に行われることとなる。
【００４６】
そして、例えば機関の高速高負荷運転領域における最大バルブリフト制御領域δ２においてＤＣサーボモータ４が故障したときには、電磁開閉弁４４が合流通路４０とドレン通路４１との流通を遮断するとともに、前記電磁切換弁３７が分岐通路３５と供給通路３２とを連通して第１油圧室２１ａ，２１ｂに油圧を導入する。これによりロックピン２９が押圧スプリング３１のスプリング力に抗してロック溝３０から離脱し、回転体１５を時計方向に回動させる。また、この状態で機関が定常運転に移行した場合は、油圧室２１ａ，２１ｂへの油圧の供給が遮断，排出されるため、ロックピン２９がロック溝３０内に係合する。これにより、バルブタイミングが機関の定常運転時に支障をきたさない運転領域に固定される。
【００４７】
また、機関の低速低負荷運転領域における最小バルブリフト制御領域δ１においてＤＣサーボモータ４が故障したときには、電磁開閉弁４４が合流通路４０とドレン通路４１との流通を遮断するとともに、前記電磁切換弁３７が分岐通路３６と供給通路３２とを連通して第２油圧室２２ａ，２２ｂに油圧を導入する。これによりロックピン２９が押圧スプリング３１のスプリング力に抗してロック溝３０から離脱し、回転体１５を反時計方向に回動させる。
【００４８】
本発明は、前記実施形態の構成に限定されるものではなく、例えば可変機構として別異の機構のものであってもよく、また、本装置を排気弁側に設けることも可能である。
【００４９】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、電動アクチュエータの電気系統の故障などによって作動不良になってしまった場合には、回動制御機構によって制御シャフトの回転角度位置がほぼ中間回転位置に保持制御されるため、たとえ機関弁の最大リフト位置制御中に電動アクチュエータが作動不良になっても、必ず中間リフト制御位置に保持されるので、機関再始動性の悪化やアイドル回転の不安定化などを防止できる。
【００５０】
請求項２に記載の発明によれば、回動制御機構によって機関弁の最大リフト領域を制御させれば、電動アクチュエータがたとえ作動不良を起こしても、最大リフト制御が可能になり、機関の十分な出力を確保できると共に、最大リフト域における電動アクチュエータの作動不良が一掃されるため、機関の再始動性の悪化やアイドル回転の不安定化などを防止できる。
【００５１】
請求項３記載の発明によれば、回転制御機構によって機関弁の例えば少なくとも最大リフトと最小リフトの２つの形態のバルブリフト制御が可能になる。
【００５２】
請求項４記載の発明にあっては、電動アクチュエータによる機関弁にバルブリフト制御を中間リフト領域としたため、この時点での電動アクチュエータの作動不良が発生したとしても、この時点で回動制御機構によってロックされるので、機関再始動性に大きな影響が生じない。
【００５３】
請求項５記載の発明によれば、電磁アクチュエータによって機関運転の全領域において制御シャフトを連続的に回転制御できることは勿論のこと、該電磁アクチュエータが故障した際には、回転制御機構によって制御シャフトの回転角度位置を機関弁のほぼ中間リフト領域に制御するため、機関始動性などに悪影響がなくなる。
【００５４】
請求項６記載の発明によれば、回動制御機構のコンパクト化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示す図２のＡ−Ａ線断面図。
【図２】本実施形態の要部斜視図。
【図３】本実施形態に供される油圧回路を示す概略図。
【図４】本実施形態の可変動弁装置の基本構成を示す正面図。
【図５】本実施形態の最小リフト域制御の作用説明図。
【図６】同油圧回路の作用説明図。
【図７】本実施形態による最大リフト域制御の作用説明図。
【図８】同油圧回路の作用説明図。
【図９】制御シャフトの回転角度制御範囲を示す特性図。
【図１０】本発明の第２の実施形態による制御シャフトの回転角度制御範囲を示す特性図。
【符号の説明】
１…制御機構
２…制御シャフト
３…ドリブンギア（伝達体）
４…ＤＣサーボモータ（電動アクチュエータ）
５…ドライブギア
６…コントローラ
７…偏心カム
８…回転制御機構
１５…回転体
１７，１８，１９，２０…羽根部
２１ａ，ｂ…第１油圧室
２２ａ，ｂ…第２油圧室
２９…ロックピン
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸・排気弁の開閉時期あるいはバルブリフト量を機関運転状態に応じて可変制御可能な内燃機関の可変動弁装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
吸気弁や排気弁の開閉時期やバルブリフトを可変制御する装置は、従来から種々の形式のものが提供されているが、その一つとして特開平６−１８５３２１号公報に記載されているように、不等速軸継手の原理を応用したものが知られている。これは、機関の回転に同期して回転する駆動軸の外周に、各気筒毎に分割した円筒状のカムシャフトを設け、かつ該カムシャフト端部のフランジ部と駆動軸側のフランジ部とにそれぞれ半径方向に沿った係合溝を形成すると共に、両フランジ部間に介在する環状ディスクに各係合溝に係合する一対のピンを設ける構成としてある。上記環状ディスクを制御ハウジングでもって回転自在に保持すると共に、該制御ハウジングを介して環状ディスクをカムシャフトに対し偏心させることができるようにしてあり、その偏心量を制御することにより、駆動軸とカムシャフトとの相対回転角速度を変化させるようになっている。
【０００３】
また、前記制御ハウジングは、円形のカム嵌合孔に回転可能に嵌合した偏心カムによって軸直角方向に揺動可能に支持されており、前記偏心カムは、制御シャフトに一体に設けられている。前記制御シャフトは、回転位置がＤＣサーボモータによって制御されることにより、前記制御ハウジングを揺動させるようになっている。
【０００４】
そして、前記ＤＣサーボモータは、制御シャフトと制御ハウジング及び環状ディスクを介して駆動軸とカムシャフトと角速度を機関運転状態に応じて変化させて、吸気弁の開閉時期（バルブタイミング）の進角側から遅角側までの全領域を可変制御するようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の装置にあっては、吸気弁の進角側から遅角側の全てのバルブタイミング領域をＤＣサーボモータのみによって可変制御しているため、機関作動中に斯かる電動モータの電気系統の故障が発生して作動不能（スティック）になった場合は、制御シャフトの回転角度位置を制御できなくなり、この結果、機関運転状態に応じた吸気弁のバルブタイミングを可変制御できなくなる。
【０００６】
特に、ＤＣサーボモータのスティック時期が、機関高回転高負荷域に制御される吸気弁の進角側の開弁域である場合は、この進角側開弁領域で制御シャフトの回転がスティックされると、低回転低負荷域での機関性能が大巾に低下するばかりか、機関停止後の再始動時における十分なクランキング出力が得られず、該再始動が困難になる。また、たとえ再始動が可能になったとしても、アイドル運転時の回転の不安定化や燃費の悪化を招来する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記従来装置の問題点に鑑みて案出されたもので、請求項１記載の発明は、機関のクランク軸によって回転駆動する駆動軸と該駆動軸の回転力によって機関弁を開閉作動させるカムとの相対回転位相あるいは相対回転角速度を可変にする可変機構と、機関運転状態に応じて前記可変機構の作動を制御シャフトを介して電動アクチュエータにより制御する制御機構とを備え、前記可変機構の作動を制御することにより機関弁の開閉時期及びバルブリフトを可変制御する内燃機関の可変動弁装置において、前記電動アクチュエータと制御シャフトとの間に、電動アクチュエータの作動不能時に制御シャフトを所定の中間回動位置に保持させる回転制御機構を設け、該回転制御機構は、油圧を介して駆動され、前記制御シャフトを中間回動位置に戻した後、前記制御シャフトを機械的に保持させることを特徴としている。
【０００８】
したがって、本発明によれば、電動アクチュエータによって制御シャフトの回転角度制御を行うことを前提として、該電動アクチュエータの電気系統の故障時には、油圧を介して駆動する回動制御機構によって制御シャフトの回転角度位置を、ほぼ中間回転位置、つまり機関弁の中間所定範囲のリフト領域に保持制御するため、特に機関始動性の悪化やアイドル運転時の機関回転の不安定化等を防止できる。
【０００９】
請求項２に記載の発明にあっては、前記回転制御機構は、前記制御シャフトの一端部に設けられて、電動アクチュエータの回転力を伝達する伝達体と、該伝達体の内部に設けられて、制御シャフトの端部に前記伝達体に対して相対回転可能に設けられ、半径方向に突出する羽根部を備えた回転体と、前記羽根部が嵌入して、該羽根部によって周方向に隔成された伝達体内の油圧室と、該油圧室に油圧を給排する油圧回路と、前記油圧室に対して前記油圧回路を介して連通する受圧室に供給された油圧と付勢部材のばね力との相対関係によって前記回転体と伝達体とを連結ロックあるいは該ロックを解除するロックピンとを備え、前記ロックピンのロック解除時に、前記油圧室内の油圧によって回転体を一方向へ回転させて制御シャフトを一方向へ回転させることにより、前記可変機構の作動を制御するようにしたことを特徴としている。
【００１０】
本発明によれば、電動アクチュエータの他に、回動制御機構によって所定のリフト領域に制御シャフトを回動制御することができるため、例えば機関弁の最大リフト領域を、回動制御機構のみで制御させるようにすれば、電動アクチュエータの制御範囲内で故障が発生しても機関の始動性などの悪影響が回避できる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、前記油圧室を、回転体を挟んだ両側の第１油圧室と第２油圧室とによって構成すると共に、前記油圧回路の油圧を前記第１，第２油圧室に給排して回転体の回動位置を制御することを特徴としている。
【００１２】
本発明によれば、回動制御機構によって機関弁の例えば最大リフトと最小リフトの２形態のバルブリフト制御などが可能になる。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、前記電動アクチュエータによる機関弁のリフト制御領域を、機関低回転低負荷域から中回転中負荷域における中間リフト領域に設定する一方、前記回動制御機構によるリフト制御領域を、機関弁の最小リフト領域と最大リフト領域に設定したことを特徴としている。
【００１４】
本発明によれば、回動制御機構によって機関弁の特定リフト領域、つまり最大リフト領域と最小リフト領域となるように制御シャフトの回動位置制御を行うようにしたので、電動アクチュエータのリフト制御領域での作動不良が発生しても、可動制御機構のロック作用と相俟って、機関始動性などに影響することはない。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、前記電動アクチュエータによる機関弁のリフト制御領域を、機関低回転低負荷域から高回転高負荷域に設定する一方、該電動アクチュエータの作動不良時における前記回転制御機構によるリフト制御領域を、機関弁の最小リフト領域と最大リフト領域に設定したことを特徴としている。
【００１６】
本発明によれば、電磁アクチュエータによる制御シャフトの制御領域（回転角度範囲）を機関低回転低負荷域から高回転高負荷域の全領域に設定したため、機関運転の全領域において制御シャフトを連続的に回転制御することができる。また、電磁アクチュエータが故障したときには回転制御機構によって制御シャフトの回転角度の位置を機関が始動し得る制御領域内に保持制御する。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、前記付勢部材とロックピン及び受圧室を、前記回転体の羽根部内に形成すると共に、前記該ロックピンを羽根部内の摺動孔から伝達体の内周面方向へ進出自在に設けたことを特徴としている。
【００１８】
本発明によれば、回動制御機構のコンパクト化が図れる。
【００１９】
請求項７に記載の発明は、前記機関弁の高リフト側の回転体の作動角を、機関弁の小リフトおよび弁停止側の回転体の作動角よりも大きく設定したことを特徴としている。
【００２０】
本発明によれば、機関弁の高リフト側では高いポンプ吐出圧を利用して回転体を回動させることができるため、この領域での回転体の作動角を大きくすれば、広い領域で回転体の良好な回動応答性が得られることになる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の内燃機関の可変動弁装置の実施形態を図面に基づいて説明する。 図４は本発明が適用される可変動弁装置の基本構造を示し、吸気弁のバルブリフトを可変制御するものである。概略を説明すれば、シリンダヘッド５０に図外のバルブガイドを介して摺動自在に設けられた一対の吸気弁５１と、シリンダヘッド５０上に機関前後方向に沿って延設され、機関のクランク軸によって回転駆動する中空状の駆動軸５２と、該駆動軸５２の外周面に圧入などによって固設された１つの駆動カム５３と、前記駆動軸５２の外周面に揺動自在支持されて、各吸気弁５１をバルブリフター５５を介して夫々開閉作動させる一対の揺動カム５４と、該揺動カム５４の前記バルブリフター５５の上面５５ａに対する摺動位置を可変にする可変機構５６と、該可変機構５６を機関運転状態に応じて作動制御する制御機構１とから構成されている。前記駆動軸５２は、シリンダヘッド５０の上端部に設けられ軸受部６０によって回転自在に支持されている。
【００２２】
前記可変機構５６は、一端部５７ａが前記駆動カム５３に回転自在に連係したリンクアーム５７と、前記駆動軸５２の上方に配置されて、一端部５８ａがリンクアーム５７の他端部５７ｂに連係し、他端部５８ｂが前記一対のリンク部材５６を介して前記一方の揺動カム５４に連係したロッカアーム５８と、シリンダヘッド５０上に駆動軸５２と平行に配置された制御シャフト２と、該制御シャフト２の所定位置に固定されて、ロッカアーム５８の中央孔に回転自在に配置された制御カム７とから構成され、この偏心カム７の回転位置によってロッカアーム５８の揺動支点位置を変化させるようになっている。
【００２３】
前記制御シャフト２は、前記軸受部６０の上端部にブラケット６１を介して駆動軸５２と並行に軸受けされている。一方偏心カム６１は、ロッカアーム５８の揺動支点を変化させて揺動カム５４のカム面５４ａのバルブリフター５５の上面５５ａに対する摺動位置を変化させて、吸気弁５１のバルブリフト量を可変制御するようになっている。
【００２４】
前記制御機構１は、図３に示すように、前記制御シャフト２の他端部２ａに配置された平歯車状のドリブンギア３と、シリンダヘッド上に固定されて、制御シャフト２と平行に設けられた電動アクチュエータであるＤＣサーボモータ４と、該ＤＣサーボモータ４の駆動シャフト４ａに固定されて前記ドリブンギア３に噛合するドライブギア５と、前記ＤＣサーボモータ４を正逆回転制御するコンピュータ内蔵のコントローラ６とから構成されている。
【００２５】
前記ＤＣサーボモータ４は、コントローラ６から出力されたパルス制御信号に基づいて正逆回転してドライブギア５及びドリブンギア３を介して制御シャフト２の回動位置制御を行っている。
【００２６】
前記コントローラ６は、クランク角センサやエアーフローメータ及び水温センサ等の各種のセンサ類からの検出信号に基づいて機関運転状態を検出し、この信号と前記制御シャフト２の回動位置検出センサが検出した検出信号に基づいてＤＣサーボモータ４にパルス制御信号を出力している。
【００２７】
そして、前記ドリブンギア３の内部に回転制御機構８が設けられている。この回転制御機構８は、図１に示すように、伝達体である前記ドリブンギア３と、該ドリブンギア３のロータハウジング９内に軸心方向に貫通形成された摺動用孔１０の周方向の９０°位置に正面ほぼ扇状に切欠された４つの空間部１１，１２，１３，１４と、前記ロータハウジング９内に回動自在に設けられて、径方向に４枚の羽根部１７，１８，１９，２０を有する回転体１５とを備えている。
【００２８】
具体的に説明すれば、前記回転体１５は、摺動用孔１０内に回転自在に収納されたロータ１６の端部が前記制御シャフト２の他端部２ａに連結されていると共に、ロータ１６の外周面の１８０°位置に前記対向する２つの空間部１１，１２内に収納された前記一対の第１，第２羽根部１７，１８が固定されている。また、ロータ１６の該各羽根部１７，１８から９０°の角度位置に比較的薄肉な前記第３羽根部１９と厚肉な第４羽根部２０が各対応する第３，第４空間部１３，１４内を回転摺動自在に設けられている。
【００２９】
さらに、前記第１，第２羽根部１７，１８と該羽根部１７，１８の両側面が対向するロータハウジング９の各隔壁９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄの各内端面との間には、夫々対向する第１油圧室２１ａ，２１ｂと第２油圧室２２ａ，２２ｂが隔成されている。また、該各油圧室２１ａ，２１ｂ、２２ａ，２２ｂには、図２に示す油圧回路２３によって油圧が交番に給排されるようになっている。
【００３０】
また、第３羽根部１９の両側と該両側に対向する各隔壁９ａ，９ｄの内周面との間には、一対の中立用スプリング２４，２５が断接されており、この両中立用スプリング２４，２５のばね力によって第３羽根部１９を介して回転体１５を回動中間位置に保持するようになっている。
【００３１】
さらに、第４羽根部２０は、正面ほぼ長方形状に形成され、内部に受圧室２６が形成されていると共に、中央の軸直角方向及び先端部中央に形成されたピン摺動穴２７及び貫通孔２８にはロックピン２９が回転体１５の径方向に沿って進退自在に設けられている。このロックピン２９は、フランジ状の基端部２９ａが受圧室２６に連通する前記ピン摺動穴２７内を摺動すると共に、先端部２９ｂが貫通孔２８から第４空間部１４の円弧状内周面の周方向の中央位置に穿設されたロック溝３０内に係脱自在に設けられている。また、ピン摺動穴２７内には、ロックピン２９をロック溝３０方向に付勢する押圧スプリング３１が弾装されている。
【００３２】
前記油圧回路２３は、図２に示すように前記各油圧室２１ａ，２１ｂ、２２ａ，２２ｂに油圧を相対的に供給する供給通路３２と、該供給通路３２の上流側に設けられてオイルパン３３内の作動油を吸入して供給通路３２に吐出するオイルポンプ３４と、供給通路３２の下流側で２つに分岐されて、各油圧室２１ａ，２１ｂ、２２ａ，２２ｂに連通する分岐通路３５，３６と、該分岐通路３５，３６と供給通路３２との間に介装された三方向型の電磁切換弁３７と、該電磁切換弁３７を介して各分岐通路３５，３６と相対的に連通，遮断される排出通路４７とから主として構成されている。前記分岐通路３５，３６は、図１に示すようにその下流側がさらにロータ１６及び第１，第２羽根部１７，１８内で対称に分岐した各一対の第１通路部３５ａ，３５ｂと第２通路部３６ａ，３６ｂが形成され、該第１通路部３５ａ，３５ｂが第１油圧室２１ａ，２１ｂに連通し、第２通路部３６ａ，３６ｂが第２油圧室２２ａ，２２ｂに夫々連通している。
【００３３】
尚、前記供給通路３２のオイルポンプ３４と電磁切換弁３７との間に接続されたパイロット通路４５には、圧力調整弁４６が設けられている。
【００３４】
また、この油圧回路２３は、図２に示すように前記第４羽根部２０内の受圧室２６に油圧を給排する回路も備えており、前記分岐通路３５からさらに分岐した分岐路３８，３９の下流側の合流通路４０が受圧室２６に連通していると共に、合流通路４０の受圧室２６下流側にドレン通路４１が設けられている。また、前記両分岐路３８，３９には、合流通路４０からの作動油の逆流を規制するチェック弁４２，４３がそれぞれ設けられていると共に、ドレン通路４１には電磁開閉弁４４が設けられている。また、前記分岐路３８，３９は、ロータ１６内で各一方側の第１通路部３５ｂと第２通路部３６ａから分岐している。
【００３５】
また、前記電磁切換弁３７及び電磁開閉弁４４は、前記コントローラ６から出力された制御信号によって作動制御されるようになっている。
【００３６】
そして、前記ＤＣサーボモータ４による制御シャフト２の回動角度制御範囲は、図９に示すように偏心カム７を介して機関の定常運転領域に使用される図外の吸気弁の所定角度範囲を有する中間リフト領域となる回転角度範囲εに設定されている。一方、前記回転体１５の回転による制御シャフト２の回転角度制御範囲は、同図に示すように、機関のアイドル運転などの低回転無負荷域に使用される吸気弁の極低リフト域および零リフト域となる回転角度範囲δ１と、高回転高負荷域に使用される吸気の所定の高いリフト域から最大リフト域となる回転角度範囲δ２となるように設定されている。
【００３７】
以下、本実施形態の作用を説明すれば、機関の定常運転時（低回転低負荷域から中回転中負荷域）には、コントローラ６から電磁切換弁３７に信号が出力されて供給通路３２を遮断すると共に、油圧が供給されていた第１，第２のいずれかの油圧室２１ａ，ｂ、２２ａ，ｂと排出通路４７を連通させて、該油圧室２１ａ，ｂ、２２ａ，ｂ内の油圧をオイルパン３３内に排出させる。このため、両油圧室２１ａ，ｂ、２２ａ，ｂと受圧室２６の全体が低圧となり、回転体１５は、図１に示すように中立用コイルスプリング２４，２５のばね力によって中間回転位置に保持される一方、ロックピン２９は、押圧スプリング３１のばね力によって進出動して先端部２９ｂがロック溝３０内に係入する。したがって、ドリブンギア３は、制御シャフト２に連結ロックされて一体的に回転し、ＤＣサーボモータ４からドライブギア５を介して伝達された回転力を制御シャフト２に伝達する。このため、かかる運転域ではＤＣサーボモータ４によって偏心カム７を図９のε角度範囲内で回転制御して、吸気弁の開閉時期及びバルブリフトを現在の運転状態に応じた所望の特性に制御することができる。
【００３８】
また、機関の吸気弁のバルブリフトを極低リフトあるいは１気筒当たり２つの吸気弁のうち１つの吸気弁の作動を停止させるような零リフト制御を行う場合は、コントローラ６からの出力信号によって電磁切換弁３７が図６に示すように供給通路３２と第１分岐通路３５を連通させる一方、第２分岐通路３６と排出通路４７を連通させる。このため、図５に示すように第１通路部３５ａ，３５ｂを介して両第１油圧室２１ａ，２１ｂ内に油圧が供給されると共に、一方の分岐路３９からチェック弁４３を通って受圧室２６内に油圧が供給される。したがって、ロックピン２９は、図５に示すように受圧室２６の高圧化に伴って基端部２９ａが押圧されてピン摺動穴２７内に後退動するため、先端部２９ｂがロック溝３０内から抜け出てロックが解除される。と同時に、回転体１５は、第１油圧室２１ａ，２１ｂ内の高圧化によって第１，第２羽根部１７，１８を介して全体が図示のように時計方向へ回転して制御シャフト２を同方向に回転させる。これにより、偏心カム７は、図９に示す回動角度範囲δ１を回動して最終的に一方向へ最大に回転する。このため、可変機構５６を介して吸気弁５１を極低リフト特性から弁停止状態に制御することができる。
【００３９】
また、かかる極低リフトから弁停止までの制御を油圧を利用して行うため、電動に比較して制御の安全性が図れる。
【００４０】
次に、前述の定常運転域から高回転高負荷域に移行した場合は、コントローラ６からの制御信号によって電磁切換弁３７が図８に示すように供給通路３２と第２分岐通路３６を連通させると共に、第１分岐通路３５と排出通路４７とを連通させる。このため、第１油圧室２１ａ，ｂが低圧になる一方、第２油圧室２２ａ，ｂが高圧になると共に、今度は他方の分岐路３８からチェック弁４２を介して受圧室２６内に油圧が供給されて高圧化する。
【００４１】
したがって、ロックピン２９は、図８に示すようにロック溝３０から抜け出してロックが解除されると同時に、第１，第２羽根部１７，１８が他方の中立用スプリング２５のばね力に抗して図示のように反時計方向へ回転して、制御シャフト２を同方向へ回転させる。これにより、偏心カム７は、図９に示すように回動角度範囲δ２を回動して他方向へ最大に回転するため、吸気弁が最大のリフトになるように制御される。この結果、吸気充填効率の向上による機関出力を向上させることができる。
【００４２】
また、かかる高回転領域では、ポンプ吐出圧も高くなるため、回転体１５の回転制御速度も速くなり、高リフト側の制御応答性が向上する。
【００４３】
そして、前記定常運転域、つまり制御シャフト２の回転角度位置がＤＣサーボモータ４によって制御されている際に、電気系統の故障によりＤＣサーボモータ４の作動が停止してしまった場合は、制御シャフト２は、図９に示す回転角度εの範囲内でロックされることになる。つまり、この時点では、ロックピン２９がロック溝３０内に係入してドリブンギア３と制御シャフト２とを連結しているため、ＤＣサーボモータ４による回転角度範囲ε内でロックされるのである。そして、この角度範囲εであれば、機関の再始動時におけるクランキング出力を十分に確保できるため、該再始動性に悪影響がなく、また、アイドル運転時の回転の不安定化なども防止できる。
【００４４】
換言すれば、始動時のクランキング出力を十分に確保できない吸気弁の最大リフト域の制御を回転制御機構８によって制御するようにしたため、かかる最大リフト域でＤＣサーボモータ４が作動不良になってスティックされても、十分な機関出力が得られるばかりか、定常運転域に移行した場合は制御シャフト２は回転角度位置がεの範囲内でのスティック位置となり、さらに機関停止後の再始動時には、εの回転角度位置内のスティック位置での始動となるため、始動性に悪影響が生じないのである。
【００４５】
図１０は本発明の第２の実施形態を示しており、これはＤＣサーボモータ４による吸気弁のリフト制御領域を、機関低回転低負荷域から高回転高負荷域までの全制御領域に設定したものであって、すなわち、全リフト制御領域を制御シャフト２により偏心カム７全角度範囲ψの回転角度制御によって行うように設定した。また、回転体１５は、第１の実施形態と同じく構成されており、ＤＣサーボモータ４に故障が発生した場合のみ第１油圧室２１ａ，２１ｂまたは第２油圧室２２ａ，２２ｂに油圧が導入され回転駆動されるものである。上記構成によればＤＣサーボモータ４が故障していない通常の運転では、図２に示す電磁切換弁３７および電磁開閉弁４４が図に示す位置に保持され、第１分岐通路３５および第２分岐通路３６には油圧が供給されず、第１油圧室２１ａ，２１ｂおよび第２油圧室２２ａ，２２ｂの油圧をドレン通路４１からオイルパン３３に排出される。これにより第１通路部３５ａと第２通路部３６ａには油圧が導入されず、ロックピン２９が押圧スプリング３１によりロック溝３０内に係止される。従って機関の全運転領域においてＤＣサーボモータ４の回転駆動力が前記ロックピン２９を介して回転体１５に伝達され、可変動弁装置のバルブリフト制御が連続的に行われることとなる。
【００４６】
そして、例えば機関の高速高負荷運転領域における最大バルブリフト制御領域δ２においてＤＣサーボモータ４が故障したときには、電磁開閉弁４４が合流通路４０とドレン通路４１との流通を遮断するとともに、前記電磁切換弁３７が分岐通路３５と供給通路３２とを連通して第１油圧室２１ａ，２１ｂに油圧を導入する。これによりロックピン２９が押圧スプリング３１のスプリング力に抗してロック溝３０から離脱し、回転体１５を時計方向に回動させる。また、この状態で機関が定常運転に移行した場合は、油圧室２１ａ，２１ｂへの油圧の供給が遮断，排出されるため、ロックピン２９がロック溝３０内に係合する。これにより、バルブタイミングが機関の定常運転時に支障をきたさない運転領域に固定される。
【００４７】
また、機関の低速低負荷運転領域における最小バルブリフト制御領域δ１においてＤＣサーボモータ４が故障したときには、電磁開閉弁４４が合流通路４０とドレン通路４１との流通を遮断するとともに、前記電磁切換弁３７が分岐通路３６と供給通路３２とを連通して第２油圧室２２ａ，２２ｂに油圧を導入する。これによりロックピン２９が押圧スプリング３１のスプリング力に抗してロック溝３０から離脱し、回転体１５を反時計方向に回動させる。
【００４８】
本発明は、前記実施形態の構成に限定されるものではなく、例えば可変機構として別異の機構のものであってもよく、また、本装置を排気弁側に設けることも可能である。
【００４９】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、電動アクチュエータの電気系統の故障などによって作動不良になってしまった場合には、回動制御機構によって制御シャフトの回転角度位置がほぼ中間回転位置に保持制御されるため、たとえ機関弁の最大リフト位置制御中に電動アクチュエータが作動不良になっても、必ず中間リフト制御位置に保持されるので、機関再始動性の悪化やアイドル回転の不安定化などを防止できる。
【００５０】
請求項２に記載の発明によれば、回動制御機構によって機関弁の最大リフト領域を制御させれば、電動アクチュエータがたとえ作動不良を起こしても、最大リフト制御が可能になり、機関の十分な出力を確保できると共に、最大リフト域における電動アクチュエータの作動不良が一掃されるため、機関の再始動性の悪化やアイドル回転の不安定化などを防止できる。
【００５１】
請求項３記載の発明によれば、回転制御機構によって機関弁の例えば少なくとも最大リフトと最小リフトの２つの形態のバルブリフト制御が可能になる。
【００５２】
請求項４記載の発明にあっては、電動アクチュエータによる機関弁にバルブリフト制御を中間リフト領域としたため、この時点での電動アクチュエータの作動不良が発生したとしても、この時点で回動制御機構によってロックされるので、機関再始動性に大きな影響が生じない。
【００５３】
請求項５記載の発明によれば、電磁アクチュエータによって機関運転の全領域において制御シャフトを連続的に回転制御できることは勿論のこと、該電磁アクチュエータが故障した際には、回転制御機構によって制御シャフトの回転角度位置を機関弁のほぼ中間リフト領域に制御するため、機関始動性などに悪影響がなくなる。
【００５４】
請求項６記載の発明によれば、回動制御機構のコンパクト化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示す図２のＡ−Ａ線断面図。
【図２】本実施形態の要部斜視図。
【図３】本実施形態に供される油圧回路を示す概略図。
【図４】本実施形態の可変動弁装置の基本構成を示す正面図。
【図５】本実施形態の最小リフト域制御の作用説明図。
【図６】同油圧回路の作用説明図。
【図７】本実施形態による最大リフト域制御の作用説明図。
【図８】同油圧回路の作用説明図。
【図９】制御シャフトの回転角度制御範囲を示す特性図。
【図１０】本発明の第２の実施形態による制御シャフトの回転角度制御範囲を示す特性図。
【符号の説明】
１…制御機構
２…制御シャフト
３…ドリブンギア（伝達体）
４…ＤＣサーボモータ（電動アクチュエータ）
５…ドライブギア
６…コントローラ
７…偏心カム
８…回転制御機構
１５…回転体
１７，１８，１９，２０…羽根部
２１ａ，ｂ…第１油圧室
２２ａ，ｂ…第２油圧室
２９…ロックピン
Claims (6)
- 機関のクランク軸によって回転駆動する駆動軸と該駆動軸の回転力によって機関弁を開閉作動させるカムとの相対回転位相あるいは相対回転角速度を可変にする可変機構と、
機関運転状態に応じて前記可変機構の作動を制御シャフトを介して電動アクチュエータにより制御する制御機構と、を備え、
前記可変機構の作動を制御することにより機関弁の開閉時期あるいはバルブリフトを可変制御する内燃機関の可変動弁装置において、
前記電動アクチュエータと制御シャフトとの間に、電動アクチュエータの作動不能時に制御シャフトを所定の中間回動位置に保持させる回転制御機構を設け、該回転制御機構は、油圧を介して駆動され、前記制御シャフトを中間回動位置に戻した後、前記制御シャフトを機械的に保持させることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。 - 前記回転制御機構は、前記制御シャフトの一端部に設けられて、電動アクチュエータの回転力を伝達する伝達体と、
該伝達体の内部に設けられて、制御シャフトの端部に前記伝達体に対して相対回転可能に設けられ、半径方向に突出する羽根部を備えた回転体と、
前記羽根部が嵌入して、該羽根部によって周方向に隔成された伝達体内の油圧室と、
該油圧室に油圧を給排する油圧回路と、
前記油圧室に対して前記油圧回路を介して連通する受圧室に供給された油圧と付勢部材のばね力との相対関係によって前記回転体と伝達体とを連結ロックあるいは該ロックを解除するロックピンとを備え、
前記ロックピンのロック解除時に、前記油圧室内の油圧によって回転体を一方向へ回転させて制御シャフトを一方向へ回転させることにより、前記可変機構の作動を制御するようにしたことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の可変動弁装置。 - 前記油圧室を回転体を挟んだ両側の第１油圧室と第２油圧室とによって構成すると共に、前記油圧回路の油圧を前記第１，第２油圧室に給排して回転体の回動位置を制御することを特徴とする請求項２記載の内燃機関の可変動弁装置。
- 前記電動アクチュエータによる機関弁のリフト制御領域を、機関低回転低負荷域から中回転中負荷域における中間リフト領域に設定する一方、前記回動制御機構によるリフト制御領域を、機関弁の最小リフト領域と最大リフト領域に設定したことを特徴とする請求項２〜３のいずれかに記載の内燃機関の可変動弁装置。
- 前記電動アクチュエータによる機関弁のリフト制御領域を、機関低回転低負荷域から高回転高負荷域に設定する一方、該電動アクチュエータの作動不良時における前記回転制御機構によるリフト制御領域を、機関弁の最小リフト領域と最大リフト領域に設定したことを特徴とする請求項２〜３のいずれかに記載の内燃機関の可変動弁装置。
- 前記付勢部材とロックピン及び受圧室を、前記回転体の羽根部内に形成すると共に、前記該ロックピンを羽根部内の摺動孔から伝達体の内周面方向へ進出自在に設けたことを特徴とする請求項３記載の内燃機関の可変動弁装置。
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