JP4412318B2 - 弁駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は電動モータを利用して内燃機関の気筒に設けられた弁を駆動する弁駆動装置に関する。

弁駆動装置として、電動モータを利用して内燃機関の気筒に設けられた弁を開閉駆動するものが広く知られている。このような弁駆動装置は、ピストンと弁との干渉を回避する観点から、クランク軸の回転とカムの回転とを高い精度で同期させる必要がある。そのような同期が何らかの原因で崩れた場合、即ちクランク軸の回転とカムの回転とが非同期の場合に、弁への動力の伝達を遮断して弁の開閉運動を停止させる、又は高リフト用のカムと低リフト用のカムとをそれぞれ準備して非同期の場合に使用するカムを低リフト用のカムに切替えて弁のリフト量を低リフト化する弁駆動装置がある（特許文献１）。

特開２００５−０５４７３２号公報

しかしながら、特許文献１の装置では、弁のリフト量を低リフトにするために低リフト用のカムを準備し、高リフト用のカムから低リフト用のカムへのカムの切替えを実現する機構を設けなければならない。また、弁の開閉運動を停止させるために弁への動力の伝達を遮断する機構を設ける必要がある。従って、特許文献１の装置は、装置の複雑化とコスト高とを招くおそれがある。

また、クランク軸の回転とカムの回転との同期が異常か正常かに関わらず、弁の動作範囲の制限が必要になる場合もある。このような場合に特許文献１の装置を適用すると、弁の動作範囲が制限されるもののカム自体は自由に回転できるので電動モータは回転し続ける。そのため、例えば電動モータから弁に至るモータ駆動系に異常が生じると、その異常を助長させるおそれがある。

そこで、本発明は、カムの回転を機械的に制限できる弁駆動装置を提供することを第１の目的とし、カムの回転を制限することによりピストンと弁との干渉を防止できる弁駆動装置を提供することを第２の目的とする。

本発明の第１の弁駆動装置は、電動モータの回転運動をカムを介して内燃機関の気筒に設けられた弁の開閉運動に変換して伝達する動力伝達機構と、前記電動モータから前記弁までの運動伝達経路に設けられ、かつ前記カムの回転を前記弁の最大リフト量が得られる範囲よりも狭い所定角度範囲に制限可能な回転角度制限機構と、を備え、前記内燃機関は車両に走行用動力源として搭載され、前記内燃機関に異常が生じた場合に前記車両の走行速度が制限された退避走行を行うことができるように、前記カムを一回転内で揺動させて前記弁のリフト量を制限する制限揺動モードを実行可能なモータ制御手段を更に備え、前記所定角度範囲が前記制限揺動モードの揺動範囲よりも大きい範囲に設定されていることにより、上述した課題を解決する（請求項１）。

この弁駆動装置によれば、回転角度制限機構によって弁の最大リフト量が得られる範囲よりも狭い所定角度範囲にカムの回転角度が機械的に制限することができる。その制限によって、カムは自由に回転することができないので、電動モータが回り続ける過回転を防止することもできる。所定角度範囲は最大リフト量が得られる範囲よりも狭ければよい。従って、所定角度範囲に制限することには、回転角度制限機構にてカムを動かなくする、換言すれば回転角度制限機構にて回転中のカムを停止させることも含まれる。また、この弁駆動装置によれば、回転角度制限機構による所定角度範囲が制限揺動モードの揺動範囲よりも大きいため、回転角度制限機構にてカムの回転を制限したうえで、制限揺動モードによって退避走行を行うことができる。つまり、回転角度制限機構にてカムの回転を制限したときに内燃機関の出力が不十分となって車両が走行不能となることがないので、内燃機関の異常に対して的確に対処することができる。

回転角度制限機構はカムの回転を機械的に制限できるものであれば、その構成に特段の制限はない。例えば、前記回転角度制限機構は、前記運動伝達経路に設けられた回転部材の回転中心よりも半径方向外側に位置するようにして前記回転部材に設けられた回転規制部と、前記回転規制部の通過範囲に干渉する制限位置と前記通過範囲から離れた非制限位置との間で移動可能な可動部材と、を備えてもよい（請求項２）。また、本発明に係る動力伝達機構がバルブリフタやロッカーアームのように、前記カムと前記弁との間に介在し前記弁の開閉運動と同期して運動する介在部材を有している場合には、前記回転角度制限機構は、前記介在部材に設けられた運動規制部と、前記運動規制部の通過範囲に干渉する制限位置と前記通過範囲から離れた非制限位置との間で移動可能な可動部材と、を備えていてもよい（請求項６）。これらの態様によれば、可動部材が非制限位置から制限位置へ移動することにより、可動部材が回転規制部の通過範囲に又は運動規制部の通過範囲に干渉して回転部材の自由な回転又は介在部材の自由な運動を阻止することができる。これにより、動力伝達機構による電動モータの回転運動の伝達が運動伝達経路内で制限されるため、カムの回転角度を制限することができる。

第１の弁駆動装置の一態様においては、前記内燃機関は前記気筒として複数の気筒を、前記弁として前記複数の気筒毎に配置された複数の弁を有するとともに、前記動力伝達機構は前記カムとして前記複数の弁のそれぞれに対応する複数のカムを、前記電動モータとして前記複数のカムのうちの一部のカムの駆動源として設けられた第１の電動モータと前記複数のカムのうちの残りのカムの駆動源として設けられた第２の電動モータとを有しており、前記回転角度制限機構として、前記第１の電動モータを駆動源とした前記一部のカムの回転を前記所定角度範囲に制限可能な第１の機構部と、前記第２の電動モータを駆動源とした前記残りのカムの回転を前記所定角度範囲に制限可能な第２の機構部とが一体化された回転角度制限ユニットが設けられてもよい（請求項３）。この態様では、互いに異なる複数の気筒毎に設けられたカムの回転を一つの回転角度制御ユニットで制限できる。そのため、カム毎に回転角度制限機構を設ける態様と比べて、搭載スペースを節約できる利点がある。

第１の弁駆動装置の一態様においては、前記回転角度制限機構として、前記所定角度範囲が互いに相違する複数の回転角度制限機構が設けられていてもよい（請求項４）。この態様によれば、複数の回転角度制限機構を選択的に作動させることにより、カムの回転角度の制限にバリエーションを与えることができる。この態様においては、前記複数の回転角度制限機構の少なくとも一つは、前記所定角度範囲が前記内燃機関のピストンと前記弁とが干渉しない範囲に設定されてもよい（請求項５）。この場合、所定角度範囲がピストンと弁とが干渉しない範囲に設定された回転角度制限機構を作動させることにより、ピストンと弁との干渉（バルブスタンプ）を確実に防止することができる。

第１の弁駆動装置の一態様においては、前記電動モータへ供給される電流又は電流と相関する物理量が前記電動モータの駆動トルクの増加に伴って所定値を超えた場合に前記電動モータへの電流の供給を停止するモータ制御手段を更に備えてもよい（請求項７）。回転角度制限機構にてカムの回転が制限された場合には電動モータの駆動トルクが増加する。この態様によれば、電動モータの駆動トルクが所定値を超えた場合に電流供給が停止されるので、回転角度制限機構によるカムの回転制限と連動して電動モータを停止させることができる。

第１の弁駆動装置の一態様においては、前記内燃機関は前記気筒として複数の気筒を、前記弁として前記複数の気筒毎に配置された複数の弁を有するとともに、前記制限揺動モードは、前記複数の気筒のうちの一部の気筒に関して異常が生じた場合に、前記一部の気筒のみを休止させて前記退避走行を行うことができるように前記揺動範囲が設定されてもよい（請求項８）。この場合は、一部の気筒のみを休止させる運転、即ち減筒運転にて車両の退避走行を行うことができる。

第１の弁駆動装置の一態様においては、前記内燃機関は複数の走行用動力源の一つとして車両に搭載されるとともに、前記車両は前記内燃機関以外の走行用動力源のみで走行可能に構成されており、前記回転角度制限機構は前記弁が所定位置で停止するように前記カムの回転を制限してもよい（請求項９）。この態様に係る車両はいわゆるハイブリッド車両として知られ、内燃機関以外の走行用動力源としてモータジェネレータ等の電動の動力源が設けられる。この態様によれば、何らかの異常が生じた場合に回転角度制限機構にて弁を所定位置で機械的に停止させることにより内燃機関を停止させ、その後、走行用動力源を内燃機関以外の走行用動力源に切り替えて車両の走行を継続することができる。弁を停止させる所定位置は適宜に定めてよい。例えばポンピングロスを低減できる位置に弁が停止するようにカムの回転を制限してもよいし、前記弁が全閉状態又は所定リフト以上となる位置で停止するように前記カムの回転を制限してもよい（請求項１０）。

本発明の第２の弁駆動装置は、電動モータの回転運動をカムを介して内燃機関の気筒に設けられた弁の開閉運動に変換して伝達する動力伝達機構と、前記電動モータから前記カムまでの運動伝達経路に設けられ、かつ前記カムの回転を前記内燃機関のピストンと前記弁とが干渉しないように設定された所定角度範囲に制限可能な回転角度制限機構と、前記内燃機関のクランク軸の回転と前記カムの回転とが非同期である場合に、前記カムの回転が所定角度範囲に制限されるように前記回転角度制限機構を制御する制限機構制御手段と、前記カムが前記所定角度範囲内で揺動するように前記電動モータを制御する制限揺動モードと、前記カムが前記所定角度範囲を超えて揺動するように前記電動モータを制御する通常揺動モードと、前記カムが一方向に回転するように前記電動モータを制御する正転モードとを含む複数のモードのなかから一のモードを選択して実行可能なモータ制御手段と、を備え、前記モータ制御手段は、前記内燃機関のクランク軸の回転と前記カムの回転とが非同期である場合に、前記複数のモードのなかから前記制限揺動モードを選択して実行することにより、上述した課題を解決する（請求項１１）。

この弁駆動装置によれば、回転角度制限機構によってカムの回転角度を制限できる。その制限の下では、カムの回転がピストンと弁とが干渉しないように設定された所定角度範囲を超えることはない。従って、カムの回転角度を制限する必要がある場合、例えばクランク軸の回転とカムの回転とが非同期の場合に回転角度制限機構によってカムの回転角度を制限することで、ピストンと弁との干渉を防止することができる。クランク軸の回転とカムの回転とが非同期になると、ピストンと弁とが干渉する危険性がある。この弁駆動装置によれば、これらの回転が非同期である場合に、制限機構制御手段にてカムの回転が所定角度範囲に制限される。これにより、ピストンと弁との干渉を回避することができるようになる。また、この弁駆動装置によれば、クランク軸の回転とカムの回転とが非同期のときに、カムの回転角度が所定角度範囲内で揺動するようにモータ制御手段にて制御されたうえで、回転角度制限機構にてカムの回転角度が制限される。そのため、仮にモータ制御手段に制御エラーが発生しても、回転角度制限機構の制限によりカムの回転が所定角度範囲を超えることがない。つまり、制限揺動モードによる制限と回転角度制限機構による制限とが二重に働くことになる。従って、ピストンと弁との干渉が確実に回避されるので信頼性が向上する。回転角度制限機構の構成に特段の制限はない。その一態様としては、前記回転角度制限機構は、前記運動伝達経路に設けられた回転部材の回転中心よりも半径方向外側に位置するようにして前記回転部材に設けられた回転規制部と、前記回転規制部の通過範囲に干渉する制限位置と前記通過範囲から離れた非制限位置との間で移動可能な可動部材と、を備えていてもよい（請求項１２）。この態様によれば、可動部材が非制限位置から制限位置へ移動することにより、可動部材が回転規制部の通過範囲に干渉して回転部材の自由な回転を阻止することができる。これにより、動力伝達機構による電動モータの回転運動の伝達が運動伝達経路内で制限されるため、カムの回転角度を制限することができる。

回転部材は、運動伝達経路に設けられたものであれば十分である。例えば、電動モータからカムが設けられたカム軸までの間にギア列等の伝達機構が設けられている場合には、そのギア列を構成するギアを回転部材として設けてもよい。また、そのギアと一体回転するギア軸に別部品としての回転部材を設けるようにしてもよい。更に、前記動力伝達機構は前記カムが設けられたカム軸を有し、前記回転部材は前記カム軸と一体回転可能に設けられていてもよい（請求項１３）。この場合、回転部材の自由な回転を阻止することでカム軸の回転が制限される。これによりカム軸に設けられたカムの回転が制限される。この態様においては、回転部材に設けられる回転規制部として、前記回転部材の周方向に延びるようにして前記回転部材に形成され、かつ前記可動部材を挿入可能な大きさの溝部が設けられていてもよい（請求項１４）。この場合には、溝部が予め形成された回転部材を一体成型したり、回転部材に溝部を形成する加工を施すことにより容易に回転規制部を実現できる。

更にまた、前記電動モータは出力軸を有するとともに、前記動力伝達機構は前記カムが設けられたカム軸を有し、前記回転部材として、前記出力軸又は前記カム軸が設けられていてもよい（請求項１５）。この場合、回転部材として電動モータの出力軸やカム軸が利用される。そのため、別部品として回転部材を用意する必要がなく、部品点数を削減できる。

本発明の第１又は第２の弁駆動装置の一態様において、前記内燃機関は前記気筒として複数の気筒を備え、前記弁として前記複数の気筒毎に配置された複数の弁が設けられ、前記カムとして前記複数の弁のそれぞれを駆動する複数のカムが設けられ、前記動力伝達機構は前記電動モータの回転運動を前記複数のカムを介して前記複数の弁のそれぞれの開閉運動に変換して伝達するように構成され、かつ前記回転角度制限手段は前記複数のカムの回転を制限可能に構成されていてもよい（請求項１６）。この態様によれば、回転角度制限機構を回転を制限するカム毎に設ける場合と比べて、回転角度制限機構の数を減らすことができるので、コスト削減に貢献できる利点がある。

本発明の第１又は第２の弁駆動装置の一態様において、前記回転角度制限機構は、前記内燃機関の運転に伴って生成された油圧を利用して前記制限位置と前記非制限位置との間で前記可動部材を移動させる油圧機構を更に備えてもよい（請求項１７）。この態様によれば、内燃機関にて生成される油圧を利用するため、可動部材の駆動に電力等の動力源を必要としない。そのため、エネルギー効率よく可動部材を駆動することができる。この態様においては、前記油圧機構は、前記可動部材を前記制限位置に付勢する付勢手段を備えるとともに前記油圧を供給することにより前記制限位置から前記非制限位置へ前記可動部材を移動させてもよいし（請求項１８）、これとは反対に、前記油圧機構は、前記可動部材を前記非制限位置に付勢する付勢手段を備えるとともに前記油圧を供給することにより前記非制限位置から前記制限位置へ前記可動部材を移動させてもよい（請求項１９）。前者の油圧機構によれば、油圧の有無によらず可動部材を制限位置に保持できるため、油圧が低い状態でもカムの回転を制限することが可能である。後者の油圧機構は、いわゆるハイブリッド車両に搭載される内燃機関のように始動時の回転速度が高い内燃機関や、高回転高負荷領域を多用する内燃機関への適用に適している。

本発明の第１又は第２の弁駆動装置の一態様において、前記回転角度制限機構は、電磁力を利用して前記制限位置と非制限位置との間で前記可動部材を移動させる電磁駆動機構を更に備えてもよい（請求項２０）。この態様によれば、内燃機関の運転状態に拘わらず可動部材を確実に駆動できる利点がある。

本発明の第１又は第２の弁駆動装置の一態様において、前記動力伝達機構は前記カムが設けられたカム軸を有し、前記回転角度制限機構は、前記可動部材が前記カム軸の軸線に対して平行な方向に移動するように構成されてもよい（請求項２１）。この態様によれば、可動部材がカム軸の軸線と平行に移動するため、その軸線と垂直な方向に関する回転角度制限機構の寸法の増大を抑制できる。また、本発明の第１又は第２の弁駆動装置の一態様において、前記動力伝達機構は前記カムが設けられたカム軸を有し、前記回転角度制限機構は、前記可動部材が前記カム軸の軸線に対して垂直な方向に移動するように構成されてもよい（請求項２２）。この態様によれば、可動部材がカム軸の軸線に対して垂直な方向に移動するため、その軸線と平行な方向に関する回転角度制限機構の寸法の増大を抑制できる。

以上説明したように、本発明の第１の弁駆動装置によれば、回転角度制限機構が運動伝達経路に設けられているので、カムの回転を機械的に制限できる。また、第２の弁駆動装置によれば、カムの回転が内燃機関のピストンと弁とが干渉しないように設定された所定角度範囲に制限されるので、ピストンと弁との干渉を回避できる。

（第１の形態）
図１は本発明の第１の形態に係る弁駆動装置が適用された内燃機関の要部を模式的に示している。内燃機関１は車両に走行用動力源として搭載されるもので、４つの気筒２が一列に配置された直列４気筒型内燃機関である。なお図１では、説明を簡略化するため２番目の気筒２及び３番目の気筒２の吸気側を示し、１番目及び４番目の気筒の図示を省略している。各気筒２には、気筒２を開閉する吸気弁３が設けられるとともに、不図示の排気弁も設けられている。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。吸気弁３はバルブスプリング４の圧縮反力によってバルブフェースが吸気ポートのバルブシートに密着する方向に付勢されている。また、各気筒２には、コネクティングロッド７を介してクランク軸６に連結されたピストン５が往復運動可能な状態で設けられている。

内燃機関１には図示した吸気弁３の開閉を担当する可変動弁機構１０が設けられている。図示を省略した１番目及び４番目の気筒の吸気弁の開閉は、可変動弁機構１０と同様の構成を有した動弁機構にて行われる。また、排気弁の開閉についても、これらの機構と同様の機構にて行われている。

可変動弁機構１０は、電動モータ１２と、電動モータ１２の回転運動をカム１５２を介して吸気弁３の開閉運動に変換して伝達する動力伝達機構１３とを有している。電動モータ１２には、回転速度の制御が可能なＤＣブラシレスモータ等が使用される。電動モータ１２には、その回転位置を検出するためのレゾルバ、ロータリエンコーダ等の位置検出センサ３３が内蔵されている。動力伝達機構１３は、ギア列１４とカム機構１５とを備えている。ギア列１４は電動モータ１２の出力軸１２ａの一体に回転するモータギア１４１と、このモータギア１４１と噛み合うカム駆動ギア１４２とを有する。カム機構１５は、カム駆動ギア１４２と同軸かつ一体回転可能に設けられたカム軸１５１を備えており、そのカム軸１５１には２番目の気筒２及び３番目の気筒２のそれぞれに設けられた吸気弁３を開閉するためのカム１５２が一体回転可能に設けられている。図示された２つのカム１５２はノーズの頂点が周方向に互いに１８０°ずれるようにしてカム軸１５１にそれぞれ設けられている。そのため、２番目の気筒２の吸気弁３及び３番目の気筒２の吸気弁３の開弁時期は互いに重ならない。なお図示を省略した１番目の気筒の吸気弁及び４番目の気筒の吸気弁の開弁時期も互いに重ならないようになっている。

可変動弁機構１０は、カム１５２の回転角度を制限するための回転角度制限機構１６を更に備えている。回転角度制限機構１６はカム軸１５１に一体回転可能に設けられた回転部材としての円板状のフランジ１６１と、そのフランジ１６１に対して進退する可動部材としてのストッパピン１６２と、そのストッパピン１６２を駆動する駆動手段として設けられた油圧機構１６３とを備えている。図２はフランジ１６１を正面から示した拡大図である。この図にも示すように、フランジ１６１には、その回転中心Ｃよりも半径方向外側に位置する回転規制部（溝部）としての溝状長穴１６１ａが設けられている。溝状長穴１６１ａはフランジ１６１の周方向に延びるように円弧状に形成されており、ストッパピン１６２を挿入可能な大きさを有している。図１に示すように、ストッパピン１６２は、図１の実線で示した制限位置と破線で示した非制限位置との間で移動できる。制限位置ではストッパピン１６２が溝状長穴１６１ａに挿入されるので溝状長穴１６１ａの通過範囲に干渉する。一方、非制限位置では、ストッパピン１６２はその通過範囲から離れることになる。

そのようなストッパピン１６２の動作を実現するため、油圧機構１６３はオイルポンプ（不図示）からの油圧が導かれる円筒状の油圧室１６３ａと、その油圧室１６３ａと連通する供給通路１６３ｂと、油圧室１６３ａへの油圧の供給及びその遮断とを切替える手段として供給通路１６３ｂに設けられた電磁弁１６３ｃとを備えている。ストッパピン１６２は油圧室１６３ａ内を摺動する鍔状のピストン部１６２ａを有しており、ストッパピン１６２は油圧室１６３ａ内に設けられたスプリング１６３ｄの圧縮反力によって制限位置側に付勢されている。これにより、電磁弁１６３ｃにて供給通路１６３ｂが開かれると、油圧室１６３ａに油圧が導かれる。その油圧がストッパピン１６２のピストン部１６２ａに作用することで、ストッパピン１６２はスプリング１６３ｄの反力に抗して制限位置から非制限位置へ移動する。一方、電磁弁１６３ｃにて供給通路１６３ｂが閉じられると、油圧の供給が遮断されるのでストッパピン１６２はスプリング１６３ｄの圧縮反力によって非制限位置から制限位置へ移動する。

図２に示すように、溝状長穴１６１ａの周方向の両端とフランジ１６１の回転中心Ｃとを結んだ中心角αは、後述する制限揺動モード時のカム軸１５１の揺動角範囲βと等しいか又はこれよりも大きく設定されている。但し、中心角αの上限は内燃機関１のピストン５と吸気弁３とが干渉しない限度で適宜に設定される。従って、回転角度制限機構１６によってストッパピン１６２が溝状長穴１６１ａに挿入されて制限位置に保持されることにより、フランジ１６１が角度αを超えて回転することが阻止される。即ち、カム軸１５１の回転が角度αを上限とした角度範囲に制限されるようになる。

図１に示すように、可変動弁機構１０の電動モータ１２及び回転角度制限機構１６の電磁弁１６３ａのそれぞれの動作は、内燃機関１の運転状態を適正に制御するために設けられたエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）３０にて制御される。ＥＣＵ３０は、マイクロプロセッサとその動作に必要な主記憶装置等の周辺部品とを備えたコンピュータユニットである。ＥＣＵ３０はそのＲＯＭに記憶された弁制御プログラムに従って各種の制御を実行する。ＥＣＵ３０には、内燃機関１のクランク軸６の角度に対応した信号を出力するクランク角センサ３１、カム軸１５１の角度に対応した信号を出力するカム角センサ３２などが接続されている。また、電動モータ１２に内蔵された位置検出センサ３３の出力信号もＥＣＵ３０に入力される。

まず、電動モータ１２の基本的な制御について説明する。ＥＣＵ３０は所定の制御則に従って内燃機関１の運転状態に適した電動モータ１２の駆動モードを選択し、選択した駆動モードに対応する形態で吸気弁３が開閉駆動されるように電動モータ１２の動作を制御する。これによってＥＣＵ３０はモータ制御手段として機能する。ＥＣＵ３０が実行する駆動モードには、カム１５２が連続して一方向に回転するように電動モータ１２を制御する正転モードと、カム１５２の回転方向を１回転内で正方向と逆方向とに切替えながらカム１５２（カム軸１５１）を揺動させる揺動モードとが含まれる。正転モードはクランク軸の回転動力を利用して吸気弁を開閉させる従来の動弁機構と同様な駆動モードである。即ち、カム１５２のプロファイルに対応した吸気弁３の動作が実現される。揺動モードでは、カム１５２の回転方向が１回転内で切替えられるので、カム１５２を揺動させる角度範囲（揺動角範囲）を適宜に設定することにより、吸気弁３のリフト量を自由に調整できる。

本実施形態では、上記の揺動モードとして、揺動角範囲の大きさが互いに異なる二つの揺動モードが用意されている。一つは、上述した溝状長穴１６１ａの中心角αを上限とした角度範囲内で揺動させる制限揺動モードである。即ち、制限揺動モードではその揺動角範囲βと上記中心角αとの関係がβ≦αとなる。上述した中心角αの上限はピストンと吸気弁３とが干渉しない限度で設定されているので、制限揺動モードが正常に実行される場合には、たとえクランク軸６の回転とカム軸１５１の回転とが非同期であっても吸気弁３とピストン５とが干渉するバルブスタンプは生じない。もう一つは、中心角αを上限とした角度範囲を超えてカム１５２を揺動させる通常揺動モードである。このモードの揺動角範囲βと中心角αとの関係は、β＞αとなる。従って、クランク軸６の回転とカム軸１５１の回転とが非同期の場合には、バルブスタンプが生じる可能性がある。そのため、通常揺動モードはこれらの同期が保持されている場合に実行される。

次に、これらの駆動モードの存在を前提として、ＥＣＵ３０が実行する各種の制御について説明する。

（フェールセーフ制御）
内燃機関１が正常に運転されるためには、クランク軸６の回転とカム軸１５１の回転とを同期させる必要がある。その同期は、ＥＣＵ３０がクランク軸に設けられたクランク角センサ３１の出力信号とカム軸１５１に設けられたカム角センサ３２の出力信号とを参照して、電動モータ１２の動作を制御することにより実現されている。何らかの要因で内燃機関１に異常が発生した故障時には、これらの同期が崩れる場合があり得る。非同期の状態で何らかの故障対策が行われたり、内燃機関１の運転が続行されると、バルブスタンプが生じるおそれがある。そこでＥＣＵ３０は故障時におけるバルブスタンプを回避するための以下のフェールセーフ制御を実行する。

図３はフェールセーフ制御の制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンのプログラムはＥＣＵ３０によって予め保持されており、ＥＣＵ３０はこれを適宜に読み出して繰り返し実行する。まず、ＥＣＵ３０はステップＳ１においてクランク角センサ３１及びカム角センサ３２のそれぞれからの出力信号に基づいて、クランク軸の回転位置とカム軸１５１の回転位置とを検出する。次に、ＥＣＵ３０はステップＳ２において、クランク軸６の回転とカム軸１５１の回転とが同期しているか否かをステップＳ１の検出結果に基づいて確認する。その結果、これらが同期していない非同期の場合は、ステップＳ３に進み、これらの同期が確認された場合にはステップＳ７に進む。

ステップＳ３では、内燃機関１に何らかの異常が発生したことを運転者に報知するため、警告アラーム等の警告情報を出力させる。次に、ステップＳ４では、電動モータ１２の駆動モードとして制限揺動モードを選択して実行する。続いて、ステップＳ５にて回転角度制限機構１６の油圧機構１６３をＯＦＦにする。即ち、ＥＣＵ３０は油圧機構１６３の油圧室１６３ａへの油圧の供給を停止することによりストッパピン１６２が制限位置に切替えられるように電磁弁１６３ｃを制御する。そしてステップＳ５において、カム１５２の動作が停止するように電動モータ１２を制御して、今回のルーチンを終了する

一方、ステップＳ７では、同期が確認できているので、正転モード又は通常揺動モードによる運転を許容し、続くステップＳ８にて油圧機構１６３をＯＮにする。即ち、ＥＣＵ３０は油圧機構１６３の油圧室１６３ａへ油圧を供給することによりストッパピン１６２が非制限位置に切替えられるように電磁弁１６３ｃを制御する。そして今回のルーチンを終了する。

図３の制御が実行されることにより、故障を原因としてクランク軸６とカム軸１５１とが非同期になった場合には制限揺動モードによってカム軸１５１の揺動角が制限され、更にその上で、回転角度制限機構１６によってストッパピン１６２が制限位置に切替えられる。そのため、万が一何らかの理由で制限揺動モードによる制御にエラーが生じることによりカム１５２の揺動角が大きくなった場合でも、ピストン５と吸気弁３とが干渉しないように回転角度制限機構１６によってカム１５２の回転角度が物理的に制限される。従って、バルブスタンプを確実に回避することができ信頼性が向上する。

（始動制御）
クランク軸とカム軸１５１との同期が確認されない状態で、正転モード又は通常揺動モードによって内燃機関１を始動すると、ピストンが上死点付近で停止している場合もあるのでバルブスタンプが生じるおそれがある。そこで、始動時におけるバルブスタンプを防止するため図４の始動制御を実行する。図４は、始動制御の制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンのプログラムはＥＣＵ３０によって予め保持されており、ＥＣＵ３０はこれを適宜に読み出して実行する。まず、ＥＣＵ３０はステップＳ１１で、電動モータ１２とカム軸１５１との互いの位置関係を適合させるため、初期位相合わせを実施する。初期位相合わせはカム角センサ３２及び電動モータ１２に内蔵された位置検出センサ３３の出力信号を参照してクランク軸６が停止した状態で行われる。その際には、停止したピストン５と吸気弁３との干渉を防止するため、電動モータ１２は制限揺動モードにて駆動される。

次に、ステップＳ１２では、図示しない始動モータを駆動してクランク軸６の回転を開始させる。そして、続くステップＳ１３では、クランク角センサ３１及びカム角センサ３２のそれぞれからの出力信号に基づいて、クランク軸の回転位置とカム軸１５１の回転位置とを検出する。次に、ＥＣＵ３０はステップＳ１４において、クランク軸の回転とカム軸１５１の回転とが同期しているか否かをステップＳ１３の検出結果に基づいて確認する。その結果、これらの同期が確認された場合にはステップＳ１５に進み、これらが同期していない非同期の場合は、ステップＳ１７に進む。

ステップＳ１５では、油圧機構１６３をＯＮにする。即ち、ＥＣＵ３０は油圧機構１６３の油圧室１６３ａへ油圧を供給してストッパピン１６２が非制限位置に切替えられるように電磁弁１６３ｃを制御する。そして、次のステップＳ１６で制限揺動モードから正転モード又は通常揺動モードへ切替えて内燃機関１を始動する。その後今回のルーチンを終了する。一方、ステップ１７では、油圧機構１６３をＯＦＦにする。即ち、ＥＣＵ３０は油圧機構１６３の油圧室１６３ａへの油圧の供給が停止されてストッパピン１６２が制限位置に切替えられるように電磁弁１６３ｃを制御する。次いで、ステップＳ１８で制限揺動モードによる運転を継続し、ステップＳ１３に戻る。

図４の制御が実行されることにより、クランク軸６とカム軸１５１との同期が確認されていない非同期の場合には、制限揺動モードによってカム軸１５１の揺動角が制限され、更にその上で回転角度制限機構１６によってストッパピン１６２が制限位置に保持される。よって、始動時におけるバルブスタンプを確実に回避することができる。

（弁停止制御）
ＥＣＵ３０は内燃機関１の燃費向上等のため、いわゆる減筒運転を実施している。ここでは減筒運転に関する具体的説明は省略するが、ＥＣＵ３０は減筒運転の実施にあたり、吸気弁３を停止させる気筒でのバルブスタンプを防止するため図５の弁停止制御を実行する。このルーチンのプログラムはＥＣＵ３０によって予め保持されており、ＥＣＵ３０はこれを適宜に読み出して実行する。まず、ＥＣＵ３０はステップＳ２１で、駆動モードを制限揺動モードに切替える。次にステップＳ２２で、油圧機構１６３をＯＦＦにする。即ち、ＥＣＵ３０は油圧機構１６３の油圧室１６３ａへの油圧の供給が停止されてストッパピン１６２が制限位置に切替えられるように電磁弁１６３ｃを制御する。そして、ステップＳ２３において、ＥＣＵ３０は吸気弁３の開閉運動が停止するように、電動モータ１２への通電を遮断して今回のルーチンを終了する。

ステップＳ２３において、ＥＣＵ３０が電動モータ１２の通電を遮断してから吸気弁３が完全に停止するまではカム軸１５１が惰性で回転して、クランク軸６とカム軸１５１とが非同期となる。しかし、その前にステップＳ２１において制限揺動モードに切替えられているので、バルブスタンプが回避される。しかも、制限揺動モードに切替えられた後には回転角度制限機構１６によってストッパピン１６２が制限位置に保持されるので、仮に、吸気弁３を停止させる際に制御エラーが生じた場合でも、バルブスタンプを確実に回避することができる。

なお、弁を停止させた気筒の運転を復帰させる処理は、図４に示した始動制御と同様の処理を実行すればよい。具体的には、図４のステップＳ１２を省略した処理を実行することにより、運転を復帰できる。

第１の形態において、可変動弁機構１０とＥＣＵ３０とが組み合わされたものが本発明の弁駆動装置に相当する。また、ＥＣＵ３０が図３のステップＳ５及びステップＳ８を、図４のステップＳ１５及びステップＳ１７を、図５のステップＳ２２を、図９のステップＳ５及びステップＳ８を、それぞれ実行することにより、ＥＣＵ３０は制限機構制御手段として機能する。

（第２の形態）
次に本発明の第２の形態を説明する。図６は第２の形態に係る弁駆動装置が適用された内燃機関の要部を模式的に示し、図７は図６の内燃機関を同図の矢印VII-VIIの方向から見た状態を拡大して示している。これらの図に示すように、内燃機関５１は図１の内燃機関１と同様に走行用動力源として車両に搭載された直列４気筒型内燃機関である。４つ（図６では２つのみを示す）の気筒５２のそれぞれには、吸気弁５３が２本ずつ不図示の排気弁が２本ずつ設けられている。吸気弁５３はそのステム５３ａ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５３ａの軸線方向に往復運動可能に設けられている。吸気弁５３はバルブスプリング（不図示）の圧縮反力によってバルブフェースが吸気ポートのバルブシートに密着する方向に付勢されている。また、詳細な図示は省略するが、図１の形態と同様に、各気筒５２にはコネクティングロッドを介してクランク軸に連結されたピストンが往復運動可能な状態で設けられている。

内燃機関５１には、吸気弁５３の開閉のために第１の可変動弁機構６０Ａ及び第２の可変動弁機構６０Ｂが設けられている。一方の可変動弁機構６０Ａは外側の２気筒、即ち１番目及び４番目の気筒５２の吸気弁５３の開閉を担当し、他方の可変動弁機構６０Ｂは内側の２気筒、即ち２番目及び３番目の気筒５３の開閉を担当する。なお、図６では３番目及び４番目の気筒５２に関する図示を省略している。可変動弁機構６０Ａは、電動モータ６２Ａと、この電動モータ６２Ａの回転運動を後述するカム６５２Ａを介して吸気弁５３の開閉運動に変換して伝達する動力伝達機構６３Ａとを有している。可変動弁機構６０Ｂも同様に、電動モータ６２Ｂと、この電動モータ６２Ｂの回転運動を後述するカム６５２Ｂを介して吸気弁５３の開閉運動に変換して伝達する動力伝達機構６３Ｂとを有する。各カム６５２Ａ、６５２Ｂと各吸気弁５３との間には介在部材としてのバルブリフタ５５が介在している。

第１の電動モータ６２Ａ及び第２の電動モータ６２Ｂは互いに同一の構成を有し、例えば回転速度の制御が可能なＤＣブラシレスモータ等が使用される。また、第１の形態と同様に、各電動モータ６２Ａ、６２Ｂはその回転位置を検出するためのレゾルバ、ロータリエンコーダ等の位置検出センサ３３を内蔵する。

動力伝達機構６３Ａは、ギア列６４Ａとカム機構６５Ａとを備えている。ギア列６４Ａは電動モータ６２Ａの出力軸と一体回転するモータギア６４１Ａと、このモータギア６４１Ａと噛み合うカム駆動ギア６４２Ａとを有する。カム機構６５Ａは、カム駆動ギア６４２Ａと同軸かつ一体回転可能に設けられたカム軸６５１Ａを備えており、そのカム軸６５１Ａには１番目及び４番目の気筒５２の吸気弁５３を開閉するためのカム６５２Ａが一体回転可能に設けられている。

一方、動力伝達機構６３Ｂも動力伝達機構６３Ａと同様にギア列６４Ｂとカム機構６５Ｂとを備えている。ギア列６４Ｂはモータギア６４１Ｂとカム駆動ギア６４２Ｂとの間に中間ギア６４３Ｂが介在する点を除き動力伝達機構６３Ａのギア列６４Ａと同一の構成を有している。また、カム機構６５Ｂは、カム駆動ギア６４２Ｂと同軸かつ一体回転可能に設けられるとともに、動力伝達機構６３Ａのカム軸６５１Ａの外周に同軸的に組み合わされる中空軸状のカム軸６５１Ｂを備えている。そのカム軸６５１Ｂには２番目及び３番目の気筒５２の吸気弁５３を開閉するためのカム６５２Ｂが一体回転可能に設けられている。

内燃機関５１には、カム６５２Ａ及びカム６５２Ｂのそれぞれの回転角度を制限する手段として回転角度制限ユニット７０が設けられている。回転角度制限ユニット７０は、カム６５２Ａの回転を制限する回転角度制限機構としての第１の機構部６６Ａと、カム６５２Ｂの回転を制限する回転角度制限機構としての第２の機構部６６Ｂとが一体化されている。機構部６６Ａは、カム軸６５１Ａに一体回転可能に設けられた回転部材としての円板状のフランジ６６１Ａと、そのフランジ６６１Ａに対して進退する可動部材としてのストッパピン６６２Ａとを備える。第２機構部６６Ｂも同様に、カム軸６５１Ｂに一体回転可能に設けられた回転部材としてのフランジ６６１Ｂと、そのフランジ６６１Ｂに対して進退する可動部材としてのストッパピン６６２Ｂとを備える。

フランジ６６１Ａには、図７にも示すように回転規制部（溝部）としての二つの溝状長穴６６３Ａが互いに１８０°ずれるようにして設けられている。各溝状長穴６６３Ａはフランジ６６１Ａの周方向に延びるように円弧状に形成されており、ストッパピン６６２Ａを挿入可能な大きさを有している。また、フランジ６６１Ｂにも、フランジ６６１Ａと同様の二つの溝状長穴６６３Ｂが設けられており、各溝状長穴６６３Ｂはストッパピン６６２Ｂを挿入可能な大きさを有している。

これらのストッパピン６６２Ａ、６６２Ｂは油圧を利用した油圧機構７２にて図６に示す制限位置と図８に示す非制限位置との間で駆動される。制限位置ではストッパピン６６２Ａが溝状長穴６６３Ａに、ストッパピン６６２Ｂが溝状長穴６６３Ｂにそれぞれ挿入されるので、ストッパピン６６２Ａが溝状長穴６６３Ａの通過範囲に、ストッパピン６６２Ｂが溝状長穴６６３Ｂの通過範囲にそれぞれ干渉する。これにより、各カム６５２Ａ、６５２Ｂの回転が制限される。一方、非制限位置では、ストッパピン６６２Ａが溝状長穴６６３Ａの通過範囲から、ストッパピン６６２Ｂが溝状長穴６６３Ｂの通過範囲からそれぞれ離れることになる。これにより各カム６６２Ａ、６６２Ｂの回転の制限が解除される。

油圧機構７２には内燃機関５１を駆動源とするオイルポンプ（不図示）にて生成された油圧、つまり内燃機関５１の運転に伴って生成される油圧が供給される。油圧機構７２はストッパピン６６２Ａが収められる油圧室７２１ａ及びストッパピン６６２Ｂが収められる油圧室７２１ｂがそれぞれ形成されたハウジング７２１と、各油圧室７２１ａ、７２１ｂに連通する供給通路７２２と、各油圧室７２１ａ、７２１ｂへの油圧の供給及びその遮断とを切替える手段として供給通路７２２に設けられた電磁弁７２３とを備えている。ストッパピン６６２Ａは油圧室７２１ａ内を摺動する鍔状のピストン部６６４Ａを有しており、その油圧室７２１ａ内に設けられた付勢手段としてのスプリング７２４の圧縮反力によって制限位置側に付勢されている。一方、ストッパピン６６２Ｂも同様に油圧室７２１ｂ内を摺動する鍔状のピストン部６６４Ｂを有しており、その油圧室７２１ｂ内に設けられた付勢手段としてのスプリング７２４の圧縮反力によって制限位置側に付勢されている。これにより、電磁弁７２３にて供給通路７２２が開かれると、各油圧室７２１ａ、７２１ｂに油圧がそれぞれ導かれる。これらの油圧がストッパピン６６２Ａのピストン部６６４Ａに、ストッパピン６６２Ｂのピストン部６６４Ｂにそれぞれ作用することで、各ストッパピン６６２Ａ、６６２Ｂはスプリング７２４の反力に抗して制限位置から非制限位置へ移動する。一方、電磁弁７２３にて供給通路７２２が閉じられると油圧の供給が遮断されるので、各ストッパピン６６２Ａ、６６２Ｂはスプリング７２４の圧縮反力によって非制限位置から制限位置へ移動する。

図９はフランジ６６１Ａの正面図である。なお、フランジ６６１Ｂもフランジ７７１Ａと同一構成を有するため図９を代用する。この図に示すように、各溝状長穴６６３Ａ、６６３Ｂの周方向の両端と回転中心Ｃとを結んだ中心角αは第１の形態のフランジ１６１（図２参照）と同様に設定されている。即ち、中心角αの上限は内燃機関５１の不図示のピストンと吸気弁５３とが干渉しない限度で適宜に設定される。従って、回転角度制限ユニット７０によって、ストッパピン６６２Ａが溝状長穴６６３Ａに、ストッパピン６６２Ｂが溝状長穴６６３Ｂにそれぞれ挿入されて制限位置に保持されることにより、各カム軸６５１Ａ、６５１Ｂの回転が角度αを上限とした角度範囲に制限される。言い換えれば、各カム６５２Ａ、６５２Ｂが角度αを上限とした角度範囲に制限される。これにより、各ストッパピン６６２Ａ、６６２Ｂが制限位置に保持された場合には、ピストンと吸気弁５３との干渉（バルブスタンプ）を防止することができる。また、各溝状長穴６６３Ａ、６６３Ｂは互いに１８０°ずれた状態で一つのフランジに設けられているので、カムを一回転内で揺動させる揺動モードを行う際にカムの向きを問わずにカムの回転を制限できる。

第２の形態に係る各電動モータ６２Ａ、６２Ｂ、回転角度制限ユニット７０の油圧機構７２についても図６に示すＥＣＵ３０にて第１の形態で説明した方法と同様の方法で制御することができる。それにより、図６に示すＥＣＵ３０も本発明に係るモータ制御手段及び制限機構制御手段としてそれぞれ機能する。なお、図示を省略したが、ＥＣＵ３０には第１の形態と同様にクランク角センサ及びカム角センサの信号がそれぞれ入力される。

本発明は以上の各形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の形態にて実施できる。上述した各形態では回転規制部としての溝状長穴の中心角α（図２及び図９）の上限をピストンと吸気弁とが干渉しない範囲に設定することにより、カムの回転をその干渉が生じない角度範囲に制限しているが、最大リフト量が得られる範囲よりも狭いことを限度として、その干渉の発生の有無とは別の観点でその角度範囲を設定することもできる。

例えば、上述した内燃機関は車両に走行用動力源として搭載されるが、その車両が内燃機関に異常が生じた場合に走行速度が制限された退避走行を行うことができる場合には、カムの回転の制限により退避走行が妨げられないようにしてもよい。具体的には、上述した制限揺動モードの揺動範囲を退避走行可能な範囲に設定し、かつ溝状長穴の中心角αをその揺動範囲よりも大きく設定すればよい。図１０はこのような退避走行を行う場合にＥＣＵ３０が実行する制御ルーチンの一例を示している。この図に示すように、まずステップＳ５１でＥＣＵ３０が内燃機関に異常が発生したか否かを判定し、異常が発生した場合にはステップＳ５２に進み、そうでない場合には以後の処理をスキップして今回のルーチンを終了する。ステップＳ５２では、電動モータの駆動モードとして退避走行が可能な揺動範囲に設定された制限揺動モードを選択しその制限揺動モードが実行されるように電動モータを制御する。続くステップＳ５３では、カムの回転が制限されるように回転角度制限機構を操作して、今回のルーチンを終了する。図１０の制御によれば、回転角度制限機構の制限範囲内でカムが揺動するので退避走行を続行することができる。また、内燃機関の一部の気筒に関して異常が生じた場合には、その一部の気筒のみを休止させて退避走行ができるような場合には、カムの回転角度の制限により減筒運転による退避走行が妨げられないように、回転角度制限機構による制限範囲を設定することもできる。具体的には、制限揺動モードの揺動範囲を減筒運転による退避走行が可能な範囲に設定し、かつ溝状長穴の中心角αをその揺動範囲よりも大きく設定すればよい。

第１の形態では、内燃機関１が車両の走行用動力源として設けられていることを前提としているが、車両が内燃機関１とともに他の走行用動力源としてモータジェネレータを備えたいわゆるハイブリット車両への本発明の適用を妨げるものではない。ハイブリット車両の詳細な説明は他に譲るが、ハイブリット車両への適用を前提とした場合には、図３に示したフェールセーフ制御の内容が特徴的なものとなる。図１１は、ハイブリッド車両への適用を前提としたフェールセーフ制御の制御ルーチンの一例を示したフローチャートである。なお、図１１において、図３に示された処理と同一処理については同一の符号を付して重複する説明を省略する。

図１１に示すように、ステップＳ６でカムが停止された後、ＥＣＵ３０はステップＳ３１において走行用動力源としての内燃機関１の使用を中止し、モータジェネレータのみを走行用動力源とした走行モードに切替える。これにより、内燃機関１に異常が発生した場合でも車両走行を続けることができる。そして続くステップＳ３２でプログラムのリセット等に代表される故障回復処理を実行してステップＳ１に戻る。その回復処理の結果、同期が確保された場合には、ステップＳ７及びステップＳ８の処理を実行し、ステップＳ３３において、通常の走行モード、即ち内燃機関１及びモータジェネレータを所定の制御則に従って使い分ける走行モードに復帰させる。なお、内燃機関１を再始動する場合には、図４の制御を用いることができる。その際には、モータジェネレータが始動モータとして機能する。図１１の制御によれば、走行を継続したままで故障回避が可能になるとともに、その走行継続中にバルブスタンプを確実に回避することができる。なお、図１１の制御は第２の形態にも適用可能である。

また、ハイブリッド車両に適用した場合には、回転角度制限機構は吸気弁が所定位置で停止するようにカムの回転を制限してもよい。つまり、回転角度制限機構が制限する角度範囲を０に設定することもできる。言い換えれば、回転角度制限機構にてカムをロックすることもできる。これにより、何らかの異常が生じた場合に回転角度制限機構にて吸気弁を所定位置で機械的に停止させることにより内燃機関を停止させ、その後、走行用動力源をモータジェネレータに切り替えて車両の走行を継続することができる。吸気弁を停止させる所定位置は適宜に定めてよい。例えばポンピングロスを低減できる位置に弁が停止するようにカムの回転を制限してもよいし、吸気弁が全閉状態又は所定リフト以上となる位置で停止するようにカムの回転を制限してもよい。

回転角度制限機構の構成は、上述した各形態に制限されない。第１の形態では、回転規制部としての溝状長穴１６１ａが凹部、可動部材としてのストッパピン１６２が凸部として実施され、凹部と凸部とが噛み合うことにより回転部材の回転を阻止する。しかし、これら凹部と凸部との関係を入れ変えることは容易である。つまり、回転が阻止される側を凸部とし、回転を阻止する側を凹部としてもよい。また、凸部と凸部とを干渉させる形態でもよい。また、カム軸１５１に回転部材を設けるだけでなく、カム軸１５１そのものを回転部材として利用してもよい。更に、カム軸の他、電動モータからカムまでの運動伝達経路に設けられた部材を回転部材として利用してもよい。また、電動モータから弁までの運動伝達経路に設けられた部材の動作が回転運動でなく直線運動であっても、その部材の動作を制限することでカムの回転を制限することも可能である。要はカム軸の回転角度が所定角度範囲に物理的に制限できる機構であればよい。第２の形態もこれらと同様のことが言える。例えば、図１２〜図１６に示した各種形態を具体的に例示できる。

図１２に示す形態は、カム軸１５１を回転部材として設けるとともに、カム軸１５１の外周面に回転規制部（溝部）としての湾曲溝１５１ａを設けたものである。湾曲溝１５１ａは、カム軸１５１の回転中心Ｃよりも半径方向外側に位置しており、湾曲溝１５１ａはストッパピン１６２を挿入可能な大きさを有している。ストッパピン１６２を駆動する油圧機構１６３の構成は図１に示したものと同様でよい。これにより、図１に示した形態と同様の機能を発揮できる。なお、図１２に示したストッパピン１６２の実線の位置が制限位置で、破線の位置が非制限位置である。

また、図１３Ａ及び図１３Ｂに示すように図１２の形態を具体化してもよい。図１３Ａ及び図１３Ｂは、図６に示す第２の形態の変形例に相当し、図１３Ａが制限位置の状態を図１３Ｂが非制限位置の状態をそれぞれ示している。以下では図６と同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。この変形例は、各カム軸６５１Ａ、６５１Ｂの軸線に対して垂直の方向に各ストッパピン６６２Ａ、６６２Ｂを移動させる油圧機構７２′を備えた回転角度制限ユニット７０′が設けられている。カム軸６５１Ａの外周面及びカム軸６５１Ｂの外周面にそれぞれ回転規制部（溝部）としての湾曲溝６５３が形成されており、各カム軸６５１Ａ、６５１Ｂは回転部材に相当する。ハウジング７２１′には、ストッパピン６６２Ａが収容される油圧室７２１′ａと、ストッパピン６６２Ｂが収容される油圧室７２１′ｂとがそれぞれ形成される。これにより、第２の形態と同等の機能を発揮でき、特に各カム軸６５１Ａ、６５１Ｂの軸線と平行な方向に関する回転角度制限ユニット７０′の寸法の増大を抑制できる。

図１４に示す形態は、電動モータ１２の出力軸１２ａを回転部材として設けるとともに、その出力軸１２ａの外周に回転規制部としての突起１２ｂを設けたものである。ストッパピン１６２を駆動する油圧機構１６３の構成は図１に示したものと同様でよい。この突起１２ｂの大きさを適宜調整することによりカム軸１５１の回転角度が制限されるので、図１に示した形態と同様の機能を発揮できる。但し、その調整にはカム軸１５１と電動モータ１２の出力軸との速比を考慮する必要がある。カム軸１５１の回転が電動モータ１２の出力軸１２ａの回転よりも減速する場合には、突起１２ｂの周方向の長さを速比に応じて増加させる必要がある。それを増加させた結果、突起１２ｂが出力軸１２ａを一巡するような速比の場合にはこの形態を実現することはできない。なお、第２の形態の回転角度制限ユニット７０の代りに、電動モータの出力軸を図１４のように構成して回転角度制限機構を実現することもできる。

図１５に示す形態は、動力伝達機構１３のギア列１４がモータギア１４１とカム駆動ギア１４２との間に設けられてこれらと互いに噛み合う中間ギア１４３を有し、その中間ギア１４３と一体回転する中間軸１４４が設けられている。そして、中間軸１４４に回転部材としてのフランジ２６１が設けられるとともに、そのフランジ２６１に回転中心よりも半径方向外側に位置する回転規制部としての溝状長穴２６１ａが設けられている。中間軸１４４とカム軸１５１との速比が１であれば、フランジ２６１及び溝状長穴２６１ａのそれぞれの構成は図１及び図２に示したものと同一でよい。その速比が１以外であれば、その速比を考慮して溝状長穴２６１ａの周方向の幅（角度）を調整する必要がある。また、図１２と同様に、中間軸１４４そのものを回転部材として利用し、中間軸１４４に図１２と同様の湾曲溝を回転規制部として設けることもできる。また、中間軸１４４に図１４と同様の突起を回転規制部として設けることもできる。これらの形態においては、ストッパピン１６２を駆動する油圧機構１６３の構成は図１に示したものと同様でよい。以上によって、中間軸１４４の回転角度が制限されることにより、カム軸１５１の回転角度も制限されるので、図１に示した形態と同様の機能を発揮できる。

図１６に示す形態は、第２の形態の変形例に相当する。図１６ではカム６５２Ａにて駆動される吸気弁５３に適用した場合を一例として示す。図１６の形態は、介在部材としてのバルブリフタ５５の側面に運動規制部としての長穴５５ａを形成し、その長穴５５ａに挿入されるストッパピン６６２を進退させることにより、回転角度制限機構を実現したものである。ストッパピン６６２の制限位置と非制限位置との間での移動は回転角度制限ユニット７０の油圧機構７２と同様の油圧機構７２″にて行われる。即ち、油圧機構７２″はストッパピン６６２が収められる油圧室７２１ａが形成されたハウジング７２１″を備えており、ストッパピン６６２は付勢手段としてのスプリング７２４の圧縮反力によって制限位置側に付勢されている。これにより、不図示の電磁弁にて供給通路７２２が開かれると、油圧室７２１ａに油圧が導かれて、その油圧がストッパピン６６２のピストン部６６４に作用する。こうして、ストッパピン６６２はスプリング７２４の反力に抗して制限位置から非制限位置へ移動する。一方、電磁弁で供給通路７２２が閉じられると油圧の供給が遮断されるので、ストッパピン６６２はスプリング７２４の圧縮反力によって非制限位置から制限位置へ移動する。ストッパピン５６２がバルブリフタ５５の長穴５５ａに挿入されると、バルブリフタ５５の動作範囲が長穴５５ａの形成範囲内に制限される。それにより、バルブリフタ５５と接触するカム６５２Ａの回転角もバルブリフタ５５の動作範囲の制限に伴って制限される。長穴５５ａの長手方向（図１６の上下方向）の幅を適宜設定することで、カムの回転を制限する範囲を自由に設定することができる。

なお、上述した各形態では、回転角度制限機構は少なくとも一つのカムに対して一つ設けられているが、その角度範囲が互いに相違する複数の回転角度制限機構を設けることもできる。これらの回転角度制限機構を状況に応じて択一的に使用することにより、少なくとも一つのカムの回転に対して様々な角度範囲の制限を行うことができるようになる。この場合には、これらの回転角度制限機構の少なくとも一つを、カムの回転を制限する角度範囲がピストンと吸気弁とが干渉しない範囲に設定されたものとしてよい。その回転角度制限機構を複数の制限機構から選択することによりバルブスタンプを回避することが可能となる。

また、上述した各形態のＥＣＵ３０は、電動モータの破損等の不具合を防止することを主目的として、電動モータの供給される電流又は電流と相関する物理量が所定値を超えた場合に電動モータへの電流の供給を停止するモータ制御手段として機能してもよい。このような機能は電動モータにて弁を駆動する駆動装置に設けられることが多い。カムの回転が回転角度制限機構にて機械的に制限されると電動モータの駆動トルクが増加する。その増加に伴い電動モータへ供給される電流又は電流と相関する物理量が所定値を超えた場合には電動モータへの電流の供給が停止される。従って、この機能を利用することにより、回転角度制限機構の導入に伴って電動モータを停止させる制御ロジックを別途準備する必要がないという利点がある。なお所定値は適宜設定してよいが、例えば電動モータの定格電流の２倍程度に相当する値を設定できる。

また、上述した各形態の油圧機構は油圧の供給により制限位置から非制限位置へ切り替えているが、これとは反対に図１７に示すように油圧の供給により非制限位置から制限位置へ切り替えることも可能である。図１７に示す形態は第２の形態の変形例に相当し、第２の形態と同一構成には同一符号を付して説明を省略する。この油圧機構８２は回転角度制限ユニット８０に組み込まれ、各ストッパピン６６２Ａ、６６２Ｂが油圧機構７２（図６参照）に対して逆向きに設定されるとともに、スプリング７２４も各ストッパピン６６２Ａ、６６２Ｂに対して逆向きに付勢するようになっている。このスプリング７２４によって各ストッパピン６６２Ａ、６６２Ｂは非制限位置側に付勢されている。油圧機構８２はストッパピン６６２Ａが収められる油圧室８２１ａ及びストッパピン６６２Ｂが収められる油圧室８２１ｂがそれぞれ形成されたハウジング８２１と、各油圧室８２１ａ、８２１ｂに連通する供給通路８２２とを備えている。供給通路８２２には内燃機関５１にて生成された油圧が導かれ、その供給通路を開閉する第１の形態と同一の電磁弁７２３が設けられている。これにより、電磁弁７２３にて供給通路８２２が開かれると、各油圧室８２１ａ、８２１ｂに油圧がそれぞれ導かれる。これらの油圧がストッパピン６６２Ａのピストン部６６４Ａに、ストッパピン６６２Ｂのピストン部６６４Ｂにそれぞれ作用することで、各ストッパピン６６２Ａ、６６２Ｂはスプリング７２４の反力に抗して図１７の実線で示す非制限位置から破線で示す制限位置へ移動する。一方、電磁弁７２３にて供給通路８２２が閉じられると油圧の供給が遮断されるので、各ストッパピン６６２Ａ、６６２Ｂはスプリング７２４の圧縮反力によって制限位置から非制限位置へ移動する。油圧機構８２は、いわゆるハイブリッド車両に搭載される内燃機関のように始動時の回転速度が高い内燃機関や、高回転高負荷領域を多用する内燃機関への適用に適している。

上述した各形態では、可動部材の駆動手段として、油圧を利用する油圧機構１６３、７２、７２′、７２″、８２を設けたが、可動部材を移動できる形態であればどのような手段で実現してもよい。例えば、電磁力を利用して可動部材を制限位置と非制限位置との間で移動させる得る駆動手段を用いてもよい。そのような電磁力を利用した駆動手段の一例を図１８に示す。図１８の形態は第２の形態の変形例に相当し、第２の形態と同一構成には同一符号を付して説明を省略する。この電磁駆動機構９２は回転角度制限ユニット９０に組み込まれる。各ストッパピン６６２Ａ、６６２Ｂは摺動自在かつスプリング７２４にて実線で示す制限位置側に付勢された状態でハウジング９２１に収容され、そのハウジング９２１には電流の供給により磁力を発生するソレノイド９２２が設けられている。ソレノイド９２２に電流が供給されると、各ストッパピン６６２Ａ、６６２Ｂは制限位置からスプリング７２４の圧縮反力に抗して破線で示す非制限位置へ移動する。一方、電流の供給が停止されると、各ストッパピン６６２Ａ、６６２Ｂはスプリング７２４の圧縮反力により非制限位置から制限位置へ移動する。これにより、ソレノイド９２２への電流供給を制御することで、上述した油圧機構と同等に機能させることができる。なお、電磁力を利用する場合には、各ストッパピン６６２Ａ、６６２Ｂの少なくとも一部が磁性体で構成される必要がある。

第２の形態及びその変形例では、電動モータ６２Ａを駆動源としたカムの回転を制限する第１の機構部６６Ａと、電動モータ６２Ｂを駆動源としたカムの回転を制限する第２の機構部６６Ｂとを一体化した回転角度制限ユニット７０、７０′、８０、９０を設けたが、これらの機構部６６Ａ、６６Ｂを一体化することは必須ではなく、これらを別体に設けてそれぞれを回転角度制限機構として機能させても構わない。

以上の説明では、専ら吸気弁の開閉を担当する可変動弁機構について説明したが、図示しない排気弁を担当する可変動弁機構についても以上の説明が当てはまる。従って、本発明の適用によって排気弁を駆動するカムの回転角度を制限することができる。また排気弁の開閉を担当する可変動弁機構を第１又は第２の形態と同様に構成することで、ピストンと排気弁との干渉を回避できる。

本発明の第１の形態に係る弁駆動装置が適用された内燃機関の要部を模式的に示した模式図。 図１に示された回転角度制限機構のフランジを正面から示した図。 フェールセーフ制御の制御ルーチンの一例を示すフローチャート。 始動制御の制御ルーチンの一例を示すフローチャート。 弁停止制御の制御ルーチンの一例を示すフローチャート。 第２の形態に係る弁駆動装置が適用された内燃機関の要部を模式的に示した図。 図６の内燃機関を同図の矢印VII-VIIの方向から見た状態を拡大して示した図。 図６の形態の非制限位置の状態を示した図。 第２の形態に係るフランジの正面図。 退避走行を行う場合にＥＣＵが実行する制御ルーチンの一例を示したフローチャート。 ハイブリッド車両への適用を前提としたフェールセーフ制御の制御ルーチンの一例を示したフローチャート。 回転角度制限機構の各種形態の第１の例を示した図。 図１２の回転角度制限機構を第２の形態の変形例として具体化した形態を示し、制限位置の状態を示した図。 図１２の回転角度制限機構を第２の形態の変形例として具体化した形態を示し、非制限位置の状態を示した図。 回転角度制限機構の各種形態の第２の例を示した図。 回転角度制限機構の各種形態の第３の例を示した図。 回転角度制限機構の各種形態の第４の例を示した図。 油圧機構の他の形態を適用した第２の形態の変形例を示した図。 油圧機構と置換可能な電磁駆動機構の一例を示した図。

符号の説明

１、５１ 内燃機関
２、５２ 気筒
３、５３ 吸気弁（弁）
１２、６２Ａ、６２Ｂ 電動モータ
１２ａ 出力軸（回転部材）
１２ｂ 突起（回転規制部）
１３、６３Ａ、６３Ｂ 動力伝達機構
１６ 回転角度制限機構
３０ ＥＣＵ（制限機構制御手段、モータ制御手段）
５５ バルブリフタ（介在部材）
５５ａ 長穴（運動規制部）
６６Ａ 機構部（第１の機構部、回転角度制限機構）
６６Ｂ 機構部（第２の機構部、回転角度制限機構）
７０、７０′、８０、９０ 回転角度制限ユニット
９２ 電磁駆動機構
１４４ 中間軸（回転部材）
１５１、６５１Ａ、６５１Ｂ カム軸（回転部材）
１５１ａ、６５３ 湾曲溝（回転規制部、溝部）
１５２、６５２Ａ、６５２Ｂ カム（回転部材）
１６１、２６１、６６１Ａ、６６１Ｂ フランジ（回転部材）
１６１ａ、２６１ａ、６６３Ａ、６６３Ｂ 溝状長穴（回転規制部、溝部）
１６２、６６２、６６２Ａ、６６２Ｂ ストッパピン（可動部材）
１６８ｄ、７２４ スプリング（付勢手段）

Claims (22)

1. 電動モータの回転運動をカムを介して内燃機関の気筒に設けられた弁の開閉運動に変換して伝達する動力伝達機構と、前記電動モータから前記弁までの運動伝達経路に設けられ、かつ前記カムの回転を前記弁の最大リフト量が得られる範囲よりも狭い所定角度範囲に制限可能な回転角度制限機構と、を備え、
   前記内燃機関は車両に走行用動力源として搭載され、
   前記内燃機関に異常が生じた場合に前記車両の走行速度が制限された退避走行を行うことができるように、前記カムを一回転内で揺動させて前記弁のリフト量を制限する制限揺動モードを実行可能なモータ制御手段を更に備え、
   前記所定角度範囲が前記制限揺動モードの揺動範囲よりも大きい範囲に設定されていることを特徴とする弁駆動装置。
2. 前記回転角度制限機構は、前記運動伝達経路に設けられた回転部材の回転中心よりも半径方向外側に位置するようにして前記回転部材に設けられた回転規制部と、前記回転規制部の通過範囲に干渉する制限位置と前記通過範囲から離れた非制限位置との間で移動可能な可動部材と、を備えていることを特徴とする請求項１に記載の弁駆動装置。
3. 前記内燃機関は前記気筒として複数の気筒を、前記弁として前記複数の気筒毎に配置された複数の弁を有するとともに、前記動力伝達機構は前記カムとして前記複数の弁のそれぞれに対応する複数のカムを、前記電動モータとして前記複数のカムのうちの一部のカムの駆動源として設けられた第１の電動モータと前記複数のカムのうちの残りのカムの駆動源として設けられた第２の電動モータとを有しており、
   前記回転角度制限機構として、前記第１の電動モータを駆動源とした前記一部のカムの回転を前記所定角度範囲に制限可能な第１の機構部と、前記第２の電動モータを駆動源とした前記残りのカムの回転を前記所定角度範囲に制限可能な第２の機構部とが一体化された回転角度制限ユニットが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の弁駆動装置。
4. 前記回転角度制限機構として、前記所定角度範囲が互いに相違する複数の回転角度制限機構が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の弁駆動装置。
5. 前記複数の回転角度制限機構の少なくとも一つは、前記所定角度範囲が前記内燃機関のピストンと前記弁とが干渉しない範囲に設定されていることを特徴とする請求項４に記載の弁駆動装置。
6. 前記動力伝達機構は、前記カムと前記弁との間に介在し前記弁の開閉運動と同期して運動する介在部材を有しており、
   前記回転角度制限機構は、前記介在部材に設けられた運動規制部と、前記運動規制部の通過範囲に干渉する制限位置と前記通過範囲から離れた非制限位置との間で移動可能な可動部材と、を備えていることを特徴とする請求項１に記載の弁駆動装置。
7. 前記電動モータへ供給される電流又は電流と相関する物理量が前記電動モータの駆動トルクの増加に伴って所定値を超えた場合に前記電動モータへの電流の供給を停止するモータ制御手段を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の弁駆動装置。
8. 前記内燃機関は前記気筒として複数の気筒を、前記弁として前記複数の気筒毎に配置された複数の弁を有するとともに、
   前記制限揺動モードは、前記複数の気筒のうちの一部の気筒に関して異常が生じた場合に、前記一部の気筒のみを休止させて前記退避走行を行うことができるように前記揺動範囲が設定されていることを特徴とする請求項１に記載の弁駆動装置。
9. 前記内燃機関は複数の走行用動力源の一つとして車両に搭載されるとともに、前記車両は前記内燃機関以外の走行用動力源のみで走行可能に構成されており、
   前記回転角度制限機構は前記弁が所定位置で停止するように前記カムの回転を制限することを特徴とする請求項１に記載の弁駆動装置。
10. 前記回転角度制限機構は前記弁が全閉状態又は所定リフト以上となる位置で停止するように前記カムの回転を制限することを特徴とする請求項９に記載の弁駆動装置。
11. 電動モータの回転運動をカムを介して内燃機関の気筒に設けられた弁の開閉運動に変換して伝達する動力伝達機構と、前記電動モータから前記カムまでの運動伝達経路に設けられ、かつ前記カムの回転を前記内燃機関のピストンと前記弁とが干渉しないように設定された所定角度範囲に制限可能な回転角度制限機構と、前記内燃機関のクランク軸の回転と前記カムの回転とが非同期である場合に、前記カムの回転が所定角度範囲に制限されるように前記回転角度制限機構を制御する制限機構制御手段と、前記カムが前記所定角度範囲内で揺動するように前記電動モータを制御する制限揺動モードと、前記カムが前記所定角度範囲を超えて揺動するように前記電動モータを制御する通常揺動モードと、前記カムが一方向に回転するように前記電動モータを制御する正転モードとを含む複数のモードのなかから一のモードを選択して実行可能なモータ制御手段と、を備え、
    前記モータ制御手段は、前記内燃機関のクランク軸の回転と前記カムの回転とが非同期である場合に、前記複数のモードのなかから前記制限揺動モードを選択して実行することを特徴とする弁駆動装置。
12. 前記回転角度制限機構は、前記運動伝達経路に設けられた回転部材の回転中心よりも半径方向外側に位置するようにして前記回転部材に設けられた回転規制部と、前記回転規制部の通過範囲に干渉する制限位置と前記通過範囲から離れた非制限位置との間で移動可能な可動部材と、を備えていることを特徴とする請求項１１に記載の弁駆動装置。
13. 前記動力伝達機構は前記カムが設けられたカム軸を有し、前記回転部材は前記カム軸と一体回転可能に設けられていることを特徴とする請求項１２に記載の弁駆動装置。
14. 前記回転規制部として、前記回転部材の周方向に延びるようにして前記回転部材に形成され、かつ前記可動部材を挿入可能な大きさの溝部が設けられていることを特徴とする請求項１３に記載の弁駆動装置。
15. 前記電動モータは出力軸を有するとともに、前記動力伝達機構は前記カムが設けられたカム軸を有し、
    前記回転部材として、前記出力軸又は前記カム軸が設けられていることを特徴とする請求項１２に記載の弁駆動装置。
16. 前記内燃機関は前記気筒として複数の気筒を備え、前記弁として前記複数の気筒毎に配置された複数の弁が設けられ、前記カムとして前記複数の弁のそれぞれを駆動する複数のカムが設けられ、前記動力伝達機構は前記電動モータの回転運動を前記複数のカムを介して前記複数の弁のそれぞれの開閉運動に変換して伝達するように構成され、かつ前記回転角度制限手段は前記複数のカムの回転を制限可能に構成されていることを特徴とする請求項１又は１１に記載の弁駆動装置。
17. 前記回転角度制限機構は、前記内燃機関の運転に伴って生成された油圧を利用して前記制限位置と前記非制限位置との間で前記可動部材を移動させる油圧機構を更に備えることを特徴とする請求項２又は１２に記載の弁駆動装置。
18. 前記油圧機構は、前記可動部材を前記制限位置に付勢する付勢手段を備えるとともに前記油圧を供給することにより前記制限位置から前記非制限位置へ前記可動部材を移動させることを特徴とする請求項１７に記載の弁駆動装置。
19. 前記油圧機構は、前記可動部材を前記非制限位置に付勢する付勢手段を備えるとともに前記油圧を供給することにより前記非制限位置から前記制限位置へ前記可動部材を移動させることを特徴とする請求項１７に記載の弁駆動装置。
20. 前記回転角度制限機構は、電磁力を利用して前記制限位置と非制限位置との間で前記可動部材を移動させる電磁駆動機構を更に備えることを特徴とする請求項２又は１２に記載の弁駆動装置
21. 前記動力伝達機構は前記カムが設けられたカム軸を有し、前記回転角度制限機構は、前記可動部材が前記カム軸の軸線に対して平行な方向に移動するように構成されていることを特徴とする請求項２又は１２に記載の弁駆動装置。
22. 前記動力伝達機構は前記カムが設けられたカム軸を有し、前記回転角度制限機構は、前記可動部材が前記カム軸の軸線に対して垂直な方向に移動するように構成されていることを特徴とする請求項２又は１２に記載の弁駆動装置。

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