JP2005291172A - カム装置およびカム装置の従動節駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 回転カムによって揺動し、この揺動により従動節を変位させる揺動カムを用いて、上記従動節の変位行程長を変更可能なカム装置において、揺動カムの揺動中心の位置を移動して従動節の変位行程長が小さくなるように変更した場合でも、上記従動節の着座速度を従来よりも小さく押さえる。
【解決手段】 回転カム５によって揺動し、この揺動により従動節９を変位させる揺動カム７を用いて、上記従動節９の変位行程長を変更可能なカム装置１において、上記揺動カム７の揺動加速度が、ゼロまたは負の値にあるときに、上記従動節９がリフトするように構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、カム装置およびカム装置の従動節駆動方法に係り、特に、回転カムと従動節との間に設けられた揺動カムによって、カム装置の従動節のストロークを変更可能なものに関する。

従来、エンジンの回転力によって回転する回転カム（動節）によって揺動し、この揺動によってバルブ（上記エンジンの吸気バルブや排気バルブ）をリフトさせる揺動カムを備えていると共に、この揺動カムの揺動中心の位置を上記回転バルブのタペット面に対して平行に移動させることによって、上記バルブのストロークを変更可能なカム装置が知られている（たとえば、特許文献１）。
特開平６−７４０１１号公報

ところで、従来のカム装置は、高速回転するエンジンに使用されるもの（高速回転用カム装置）であるので、吸排気バルブがスムーズに運動できるように、上記回転カムの基礎曲線（プロフィール）が形成されている。

ここで、上記排気バルブがフルストロークする場合（変位行程長が最長である場合）における上記従来のカム装置の排気バルブのリフト速度について説明する。

図１６は、従来のカム装置における回転カムの回転角度θｔと排気バルブのリフト量ｙｔとの関係を示す図であり、図１７は、図１６に示すＸＶＩＩ部の拡大図である。

なお、図１６の横軸は、回転カムの回転角度θｔを示し、縦軸は排気バルブのリフト量ｙｔを示す。また、グラフＧ５００は、上記排気バルブがフルストロークする場合における上記排気バルブのリフト状態を示し、グラフＧ５０２は、上記排気バルブのストローク量を少なくした場合における上記排気バルブのリフト状態を示す。

排気バルブが着座している状態（リフトしていない状態）Ｐ５００から上記排気バルブがリフトし始めるときにおける上記排気バルブの速度の絶対値は小さい。この後、上記排気バルブの速度の絶対値は徐々に大きくなり（グラフＧ５００の傾きが徐々に大きくなり）、変曲点Ｐ５０２で極大値になり、この極大値になった後、上記排気バルブの速度の絶対値は徐々に小さくなり、頂点Ｐ５０４で「０」になる。

上記「０」になった後、上記排気バルブの速度の絶対値は徐々に大きくなり（グラフＧ５００の傾きが徐々にマイナス方向に大きくなり）、変曲点Ｐ５０６で極大値になり、この極大値になった後、上記排気バルブの速度の絶対値は徐々に小さくなり、ポイントＰ５０８で「０」になる。このポイントＰ５０８では、排気バルブは着座している。

なお、上記ポイントＰ５００からＰ５０４までの間における上記排気バルブの速度は正（＋）であり、上記ポイントＰ５０４からＰ５０８までの間における上記排気バルブの速度は負（−）であるものとする。

また、排気バルブがフルストロークしている状態においては、上記回転カムの基礎曲線にしたがって、上記揺動カムが揺動し、上記回転カムのリフト量を上記揺動カムがほぼそのまま上記排気バルブに伝達するので、図１８に示すように、上記排気バルブが着座するときの移動速度（着座速度）は小さくなっている。

一方、上記排気バルブのリフト量を少なくした場合においては、上記回転カムと上記揺動カムとの間で上記回転カムのリフト量がそのまま上記揺動カムに伝達されないので、つまり、上記回転カムの基礎曲線の裾野がなくなった状態で上記揺動カムが揺動されるので、グラフＧ５０２に示すように、上記排気バルブが着座するポイントＰ５１０では、上記排気バルブの着座速度の絶対値は、上記ポイントＰ５０８の箇所よりも大きくなっている。

すなわち、上記従来のカム装置では、揺動カムの揺動中心の位置を移動して、排気バルブのストロークをフルストロークよりも小さくなるように変更した場合、上記排気バルブの着座速度が大きくなるという問題がある。

上記問題は、吸気ハルブにおいても同様に発生する問題であり、さらに、エンジンの吸排気バルブ以外の従動節を備え、回転カムのプロフィールが上述のように滑らかに形成された高速回転用カム装置においても同様に発生する問題である。

なお、バルブ等の従動節の着座速度が大きいと、上記従動節が着座するときに接するフレーム（たとえばエンジンにおいてはシリンダーブロック）と上記従動節とに、上記従動節の着座によって大きな衝撃力がかかり、着座時に音の発生があり、上記フレームや上記従動節の耐久性が低下するものである。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、回転カムによって揺動し、この揺動により従動節を変位させる揺動カムを用いて、上記従動節の変位行程長を変更可能なカム装置およびカム装置の従動節駆動方法において、揺動カムの揺動中心の位置を移動して従動節の変位行程長が小さくなるように変更した場合でも、上記従動節の着座速度を従来よりも小さく押さえることができるカム装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、回転カムによって揺動し、この揺動により従動節を変位させる揺動カムを用いて、上記従動節の変位行程長を変更可能なカム装置において、上記揺動カムの揺動加速度が、ゼロまたは負の値にあるときに、上記従動節がリフトするように構成されているカム装置である。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のカム装置において、上記揺動カムの揺動中心を、ほぼ水平に移動することによって、上記従動節の変位行程長が変更可能なように構成されているカム装置である。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のカム装置において、上記揺動中心の位置にかかわらず、ある所定の領域では、上記揺動カムが上記回転カムに対して等速カムを構成しているカム装置である。

請求項４に記載の発明は、請求項２または請求項３に記載のカム装置において、上記従動節側輪郭部には、上記タペット面に接触する円弧状輪郭部が形成されており、上記揺動カムの回転加速度が正の値にあるときには、上記円弧状の輪郭部が上記タペット面に接触し、上記従動節がリフトしないように構成されているカム装置である。

請求項５に記載の発明は、請求項２または請求項３に記載のカム装置において、上記従動節は、ロッカーアームを介して、上記揺動カムによってリフトするように構成されているカム装置である。

請求項６に記載の発明は、請求項１に記載のカム装置において、上記揺動カムは上記回転カムに接触する回転カム側輪郭部と上記従動節のタペット面に接触する従動節側輪郭部とを備えおり、ある所定の領域で上記回転カム側輪郭部が上記回転カムに対し等速カムを構成していると共に、上記回転カム側輪郭部と上記回転カム側輪郭部との相対的な位相を変更および連結する機構を備え、この機構によって、上記揺動カムの揺動加速度がゼロまたは負の値にあるときに上記従動節がリフトするように構成されているカム装置である。

請求項７に記載の発明は、回転カムによって揺動し、この揺動により従動節を変位させる揺動カムを用いて、上記従動節の変位行程長を変更可能なカム装置の従動節駆動方法において、上記揺動カムの揺動加速度がゼロまたは負の値にあるときに、上記従動節がリフトするカム装置の従動節駆動方法である。

本発明によれば、回転カムによって揺動し、この揺動により従動節を変位させる揺動カムを用いて、上記従動節の変位行程長を変更可能なカム装置およびカム装置の従動節駆動方法において、揺動カムの揺動中心の位置を移動して従動節の変位行程長が小さくなるように変更した場合でも、上記従動節の着座速度を従来よりも小さく押さえることができるという効果を奏する。

［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係るカム装置１の概略構成を示す図である。

カム装置１は、たとえば、４サイクルエンジン等の内燃機関の吸気弁（吸気バルブ）や排気弁（排気バルブ）を動作（リフト；変位）させるためのものであり、揺動カム７を備えている。

回転中心軸ＣＬ１を回転中心にしてフレーム（シリンダヘッドやシリンダーブロック）３に対し回転自在な回転カム（動節）５により、上記回転中心軸ＣＬ１と平行に延伸している揺動中心ＣＬ３を中心にして揺動カム７が揺動し、この揺動によってバルブ（従動節；吸排気バルブ）９を、上記フレーム３に対して、直線的に変位（リフト）させることができるようになっている。

また、たとえば、上記回転カム５は、上記４サイクルエンジンのクランクシャフトから回転力を得て回転するようになっており、上記回転カム５および上記揺動カム７は、図１の紙面に垂直な方向に所定の厚さを備えた板カム等の平面カムによって構成されている。

上記バルブ９は、上記揺動カム７と係合している平面状のタペット面１１を備えており、このタペット面１１は、上記バルブ９の移動方向（リフト方向）に対して直角になっている。

また、上記バルブ９は、圧縮バネ１３によって（フレーム３とバルブ９との間に設けられた圧縮バネ１３によって）、着座するように（図１の上方に向かうように）付勢されている。

上記揺動カム７の揺動中心ＣＬ３の位置を、たとえば、上記バルブ９の平面状のタペット面１１に対してほぼ平行に直線的に（たとえば水平に）、しかも上記フレーム３に対して相対的に移動させることによって、上記バルブ９のストローク（変位行程長；最大リフト量）を変更可能なようになっている。

より詳しく説明すると、上記揺動カム７の揺動中心ＣＬ３は、揺動カム支持部材（図示せず）に対して回動自在に支持されている。この揺動カム支持部材が、図示しないガイド部材を介し上記フレーム３に対して、直線的に移動できるようになっている。また、上記揺動カム支持部材は、図示しないリニアモータ等のアクチュエータによって移動し位置決めされた後、図示しないリターダ等のブレーキ手段で保持されて上記フレーム３に対して固定されるようになっている。

また、上記揺動カム７は、図示しない付勢手段（たとえばネジリコイルバネ等のバネ）により、上記揺動カム支持部材に対して、時計回りに回動するように付勢されている。

そして、揺動カム７の揺動中心ＣＬ３の位置にかかわらず、また、揺動中心ＣＬ３を中心とした揺動カム７の揺動角度にかかわらず、上記回転カム５と上記揺動カム７とが互いに常に接触し、上記揺動カム７と上記バルブ９のタペット面１１とが互いに常に接触するように構成されている。

図１に示す状態では、バルブ９のストロークは最大になっており、上記揺動カム７の揺動中心ＣＬ３の位置を、たとえば、矢印ＡＲ３の方向（回転カム５から離れる方向）に移動することによって、上記揺動カム７によって変位するバルブ９のストローク（変位行程長；最大リフト量）が小さくなるようになっている。

また、図１に示す状態では、バルブ９のリフト量は「０」であり、図１に示す状態から、回転カム５が矢印ＡＲ１の方向に回転し、揺動カム７が時計周りの方向に、後述する角度α７だけ揺動したときに、この揺動によって、バルブ９が矢印ＡＲ５の方向に移動し始め、リフトが始まるようになっている。

なお、図１に示すように、バルブ９のストロークが最大になる位置に上記揺動カム７の揺動中心ＣＬ３が位置しており、かつ、バルブ９がリフトし始めるような姿勢（揺動角度）にある上記揺動カム７を、揺動中心ＣＬ３を中心にして反時計回りに角度α７だけ回動させた状態を、以下「揺動カム基準状態」という場合がある。

次に、回転カム５、揺動カム７のプロフィールについて説明する。

図２は、回転カム５、揺動カム７のプロフィールについて説明する図であり、図１と同じ状態を示している。

回転カム５のプロフィールは、揺動カム７と接触する輪郭部１５によって形成されている。

上記輪郭部１５は、上記回転カム５が回転しても上記揺動カム７が揺動しないような円弧状の輪郭部（以下、「非揺動輪郭部」）１７と、上記回転カム５の回転で上記揺動カム７を揺動させることができる輪郭部（以下、「揺動輪郭部」）１９とによって構成されている。

なお、上記非揺動輪郭部１７は、回転カム５の回転中心ＣＬ１を中心とした中心角β１に応じた部位に形成されており、上記揺動輪郭部１９は、回転カム５の回転中心ＣＬ１を中心とした中心角β３に応じた部位に形成されている。

揺動カム７のプロフィールは、上記回転カム５と接触する回転カム側輪郭部２１と、上記タペット面１１と接触するバルブ側輪郭部（従動節側輪郭部）２３とによって形成されている。

上記回転カム側輪郭部２１は、詳しくは後述する等速カムをある所定の領域で形成しており、揺動カム７の揺動中心ＣＬ３を中心とした中心角α１に応じた部位に形成されている。

上記バルブ側輪郭部２３は、上記揺動カム７が回転しても上記バルブ９がリフトしないような円弧状の輪郭部（以下、「非リフト輪郭部」）２５と、上記揺動カム７の回転で上記バルブ９をリフトさせることができる輪郭部（以下、「リフト輪郭部」）２７とによって構成されている。

非リフト輪郭部２５は、揺動カム７の回転中心ＣＬ３を中心とした中心角α３に応じた部位に形成されている。なお、非リフト輪郭部２５は、回転中心ＣＬ３を中心とした中心角α７に応じた第１の輪郭部２５Ａと、この第１の輪郭部２５Ａと隣接し、回転中心ＣＬ３を中心とした中心角α９に応じた第２の輪郭部２５Ｂとによって形成されている。

また、リフト輪郭部２７は、揺動カム７の回転中心ＣＬ３を中心とした中心角α５に応じた部位に形成されている。

なお、上記非リフト輪郭部２５と上記リフト輪郭部２７とは、互いに隣接して設けられており、時計回りで順に、上記第２の輪郭部２５Ｂ、上記第１の輪郭部２５Ａ、上記リフト輪郭部２７が設けられている。

一方、上記回転カム側輪郭部２１は、上記非リフト輪郭部２５や上記リフト輪郭部２７から離反して設けられている。

等速カムを形成している上記回転カム側輪郭部２１について詳しく説明する。

図６、図８は、揺動カム７の揺動角度と、回転カム５と揺動カム７との接触点との関係を示す図であり、図７は、図６における揺動カム７の揺動角度と、回転カム５と揺動カム７との接触点との関係を示すグラフである。

なお、図６に破線で示した揺動カム７の姿勢ＰＳ１は、カム装置１が図１に示す状態（揺動カム基準状態）における揺動カム７の姿勢を示し、図６に実線で示した揺動カム７の姿勢ＰＳ３は、図１に示す状態から図１に示す矢印ＡＲ３の方向に揺動カムの揺動中心ＣＬ３を移動して、バルブ９のストローク量を「０」にした状態における揺動カム７の姿勢を示している。

上記揺動カム７がＰＳ１の姿勢であるときにおける、接触点（回転カム５と揺動カム７との接触点）Ｓ１と、上記揺動カム７の揺動中心ＣＬ３との間における距離（上記タペット面１１と直交する方向の距離）と、上記揺動カム７がＰＳ３の姿勢にあるときにおける、接触点（回転カム５と揺動カム７との接触点）Ｓ３と、上記揺動カム７の揺動中心ＣＬ３との間における距離（上記タペット面１１と直交する方向の距離；バルブ９のリフト方向の距離）とが、「ａ」または「ａ」にごく近い値になって互いにほぼ等しくなり、さらに、上記揺動カム７がＰＳ１の姿勢にあるときから、時計回りに回動してＰＳ３の姿勢になるまでの間においても、接触点（回転カム５と揺動カム７との接触点）と、上記揺動カム７の揺動中心ＣＬ３との間における距離（上記タペット面１１と直交する方向の距離）も常に「ａ」または「ａ」にごく近い値になるように、上記回転カム側輪郭部２１が形成されている。

上記距離が、「ａ」または「ａ」にごく近い値であり常にほぼ一定であるので、図７に示すように、揺動カム７の揺動角度（揺動カム７の姿勢がＰＳ１のときの揺動角度を「０」とした場合の揺動角度）θｃと、接触点の変位量（揺動カム７の姿勢がＰＳ１のときの変位量を「０」とした場合の変位量）とはほぼ比例する。

したがって、上記揺動カム７が上記回転カム５に対して等速カムを構成しているので、バルブ９のストロークを変更すべく、揺動カム７の揺動中心ＣＬ３を、タペット面１１に対して平行移動しても、回転カム５に対する揺動カム７の揺動特性は変化しないようになっている。

また、図８に実線で示した揺動カム７の姿勢ＰＳ５は、カム装置１が図１に示す状態（バルブ９のストロークは最大であり、バルブ９のリフト量は「０」である状態）における揺動カム７の姿勢を示し、図８に二点鎖線で示した揺動カム７の姿勢ＰＳ７は、図１に示す状態から図１に示す矢印ＡＲ１の方向に回転カム５を回転して、揺動カム７を最大に揺動させた状態における揺動カム７の姿勢を示している。

上記揺動カム７がＰＳ５の姿勢であるときにおける、接触点（回転カム５と揺動カム７との接触点）Ｓ５と、上記揺動カム７の揺動中心ＣＬ３との間における距離（上記タペット面１１と直交する方向の距離）と、上記揺動カム７がＰＳ７の姿勢にあるときにおける、接触点（回転カム５と揺動カム７との接触点）Ｓ７と、上記揺動カム７の揺動中心ＣＬ３との間における距離（上記タペット面１１と直交する方向の距離）とが、ほぼ「ａ」になって互いに等しくなり、さらに、上記揺動カム７がＰＳ５の姿勢にあるときから、反時計回りに回動してＰＳ７の姿勢になるまでの間においても、接触点（回転カム５と揺動カム７との接触点）と、上記揺動カム７の揺動中心ＣＬ３との間における距離（上記タペット面と直交する方向の距離）も常にほぼ「ａ」になるように、上記回転カム側輪郭部２１が形成されている。

したがって、上記揺動カム７の揺動中心ＣＬ３の位置をタペット面１１に平行に移動させるので、上記揺動中心ＣＬ３の位置を変えても、上記揺動カム７の揺動角に対するバルブ９のリフト特性も変化しないようになっている。

次に、回転カム５の回転角度に対する揺動カム７の揺動角度とバルブ９のリフト量とについて説明する。

図９は、回転カム５の回転角度に対する揺動カム７の揺動角度とバルブ９のリフト量との関係を示す図であり、図１０は、図９におけるＸ部の拡大図であり、バルブ９が緩やかに着座することを示す図である。

なお、図９の横軸は、回転カム５の回転角度θｓを示しているが、回転カム５の角速度はほぼ一定であるので、図９の横軸が、時刻ｔの経過を示しているものとして捉えてもよい。

また、図９（ａ）の縦軸は、揺動カム７の揺動角度θを示している。縦軸の角度「０」は、揺動カム７が図１に示す上記揺動カム基準状態にあるときの角度を示し、上記揺動カム基準状態から揺動カム７が反時計回りに回動すると、揺動カム７の揺動角度が正の値になり、上記揺動カム基準状態から揺動カム７が時計回りに回動すると、揺動カム７の揺動角度が負の値になるものとする。

さらに、図９（ｂ）の縦軸は、バルブ９のリフト量を示している。

まず、バルブ９のストロークが最大である場合における回転カム５の回転角度と揺動カム７の揺動角度θとの関係について説明する。

図９（ａ）に示すグラフＧ１は、バルブ９のストロークが最大である場合における回転カム５の回転角度と揺動カム７の揺動角度θとの関係について示すグラフである。上記グラフＧ１は、後述する時刻ｔ５（揺動カム７の揺動角度が最大になる時刻）を示す直線（縦軸に平行な直線）に対して、線対称の形状になっている。

まず、図１に示すように、回転カム５の非揺動輪郭部１７と揺動カム７の回転カム側輪郭部２１とが互いに接触している状態から、回転カム５が矢印ＡＲ１の方向に回転し、時刻ｔ１が到来すると、回転カム５の非揺動輪郭部１７に代わって、揺動輪郭部１９が回転カム側輪郭部２１に接触し始め、揺動カム７が揺動カム基準状態（揺動角度が「０」である状態）から揺動し始める。

回転カム５が、さらに、矢印ＡＲ１の方向に回転すると、揺動輪郭部１９と回転カム側輪郭部２１との接触により、時刻ｔ３が到来するまでは、揺動カム７の揺動角度θは正の角加速度（ｄ^２θ／ｄｔ^２＞０）で増加し、時刻ｔ３において、揺動カム７の角加速度は「０」になる。

さらに、時刻ｔ３の到来後、時刻ｔ５が到来するまでは、揺動カム７の揺動角度θは負の角加速度（ｄ^２θ／ｄｔ２＜０）で増加し、時刻ｔ５において、揺動カム７の揺動角度θは最大になり、時刻ｔ５の到来後、時刻ｔ７が到来するまでは、揺動カム７の揺動角度θは、負の角加速度（ｄ^２θ／ｄｔ^２＜０）で減少し、時刻ｔ７において、揺動カム７の角加速度は「０」になる。

そして、時刻ｔ７の到来後、時刻ｔ９が到来するまでは、揺動カム７の揺動角度θは正の角加速度（ｄ^２θ／ｄｔ^２＞０）で減少し、時刻ｔ９において、揺動カム７の揺動角度は「０」になる。

時刻ｔ９の到来後は、回転カム５の非揺動輪郭部１７と揺動カム７の回転カム側輪郭部２１とが互いに接触するようになる。なお、時刻がさらに経過すれば、再び、回転カム５の揺動輪郭部１９と揺動カム７の回転カム側輪郭部２１とが互いに接触し、上記揺動カム７の揺動が繰り返される。

ここで、揺動カム７の角加速度が正の値から負の値になり、そして再び正の値になる理由は、上記従来のカム装置と同様に、高速回転する回転カム５による衝撃を少なくして、揺動カム７がスムーズに回転し、さらには、バルブ９がスムーズにリフトするようにするためである。

バルブ９のストロークが最大である場合における揺動カム７の揺動角度θとバルブ９のリフト量の関係について説明する。

図９（ｂ）に示すグラフＧ３は、バルブ９のストロークが最大である場合における揺動カム７の揺動角度θとバルブ９のリフト量との関係について示すグラフである。なお、上記グラフＧ３や後述するグラフＧ７やＧ１１は、後述する時刻ｔ５（揺動カム７の揺動角度が最大になる時刻）を示す直線（縦軸に平行な直線）に対して、線対称の形状になっている。

まず、時刻ｔ１が到来し、揺動カム７が揺動カム基準状態（揺動角度が「０」である状態）から揺動し始める。

続いて、時刻ｔ１の到来後、時刻ｔ３が到来するまでは、揺動カム７の揺動角度θは正の角加速度で増加するが、揺動カム７の揺動角度θが増加しても、バルブ９はリフトしない。

この理由は、時刻ｔ１と時刻ｔ３との間では、揺動カム７の揺動角度θが増加しても、揺動カム７の揺動中心ＣＬ３を中心とした円弧状の上記第１の輪郭部２５Ａ（図２参照）が、タペット面１１に接触し続けているからである。すなわち、時刻ｔ１と時刻ｔ３の間では、揺動カム７が揺動してもバルブ９がリフトしないような空走区間が設けられているからである。

そして、時刻ｔ３が到来すると、図３（バルブ９がリフトし始める状態、バルブ９が着座したときの状態を示す図）に示すように、揺動カム７が角度α７だけ回動した状態になり、上記第１の輪郭部２５Ａに代えて、リフト輪郭部２７（図２参照）が上記タペット面１１に接触し始めるようになり、バルブ９がリフトを開始する。

続いて、揺動カム７の揺動と同様に、時刻ｔ５が到来したとき、図４に示すようにバルブ９のリフト量が最大になり、時刻ｔ７が到来したときに、バルブ９は着座する。なお、時刻ｔ１と時刻ｔ３との間における場合と同様に、時刻ｔ７と時刻ｔ９との間における場合もバルブ９は着座したままである。

また、時刻ｔ３やこの直後においては、揺動カム７の揺動速度（ｄθ／ｄｔ）が「０」ではなく、ある程度の大きさになっているが、上記リフト輪郭部２７の形状を調整してあることによって、上記バルブ９の移動速度が緩やかに増えるようにチューニングされている。

また、時刻ｔ７の直前においても、同様に、バルブ９の移動速度が緩やかに減少するようになっている。したがって、バルブ９の着座時に発生する衝撃が小さくなっている。

次に、バルブ９のストロークを変更してある程度小さくした場合における回転カム５の回転角度と揺動カム７の揺動角度とバルブ９のリフト量との関係について説明する。

図９（ａ）に示すグラフＧ５は、バルブ９のストロークを変更してある程度小さくした場合における回転カム５の回転角度と揺動カム７の揺動角度との関係を示すグラフであり、グラフＧ７は、揺動カム７の揺動角度θとバルブ９のリフト量との関係を示すグラフである。

なお、グラフＧ５は、上記グラフＧ１を図９（ａ）の下方向に平行移動したものである。このように表される理由は、上述したように、バルブ９のストロークを変更すべく、揺動カム７の揺動中心ＣＬ３を、タペット面１１に対して平行移動しても、回転カム５に対する揺動カム７の揺動特性は変化しないようになっているからである。

なお、図１に示す揺動カム基準状態から、バルブ９のストロークを小さくすべく揺動カム７の揺動中心ＣＬ３が回転カム５の回転中心ＣＬ１からは離れるように揺動カム７の揺動中心ＣＬ３を移動し固定すると、上述したように揺動カム７が時計回りに付勢されているので、揺動カム７の揺動角度は「０」よりも小さくなる。

したがってグラフＧ５における時刻ｔ１においては、揺動カム７の揺動角度は負の値になっており、この状態においては、上記第２の輪郭部２５Ｂが、上記タペット面１１に接触している。なお、上記第２の輪郭部２５Ｂは、上記第１の輪郭部２５Ａと同様に円弧状に形成されているので、上記第２の輪郭部２５Ｂが、上記タペット面１１に接触している状態では、揺動カム７の揺動角度にかかわらず、バルブ９はリフトしていない。

回転カム５が回転し、時刻ｔ１が到来すると、揺動カム７は揺動し始める。

続いて、回転カム５がさらに回転し、上記時刻ｔ３よりも遅く上記時刻ｔ５よりも早い時刻ｔ１１が到来すると、グラフＧ７で示すように、バルブ９がリフトし始める。つまり、グラフＧ５では、時刻ｔ１１で揺動カム７が角度α７だけ回動しているからである。

この後、グラフＧ１と同様に時刻５でバルブ９のリフト量が極大になり、さらに、時刻ｔ５よりも遅く時刻ｔ７よりも早い時刻ｔ１３で、揺動カム７が角度α７だけ回動している状態になり、グラフＧ３で示す場合と同様に、バルブ９は小さな速度で着座する。

さらに、バルブ９のストロークを小さくすると、揺動カム７の揺動状態は、グラフＧ９で示すようになる。なお、グラフＧ９もグラフＧ７と同様に、グラフＧ１を下方向に平行移動して得られるものである。また、グラフＧ９に対応するバルブ９のリフト量は、図９（ｂ）にグラフＧ１１で表されている。

また、さらに、バルブ９のストロークを小さくすると、揺動カム７の揺動状態は、グラフＧ１３で示すようになる。グラフＧ１３では、揺動カムの揺動角度の最大値が「α７」であるので、揺動カム７の揺動（回転カム５の回転）によっては、バルブ９はリフトしない。

なお、図５は、揺動カム７が揺動してもバルブ９がリフトしないように揺動カム７の回動中心ＣＬ３を移動位置決めした場合（グラフＧ１３に示す場合）において、図９に示す時刻ｔ５における回転カム５、揺動カム７、バルブ９の状態を示す図である。

図５に示す状態では、揺動カム７の揺動角度が最大になっているにもかかわらず、第１の輪郭部２５Ａとタペット面１１とが接触している状態であり、バルブ９はリフトしていない。

なお、図示してはいないが、グラフＧ１３の時刻ｔ１では、揺動カム７の揺動角度が、負の値で最も小さくなっているが、この状態においても、タペット面１１と、第２の輪郭部２５Ｂとが接触しているので、バルブ９はリフトしていない。

カム装置１によれば、上記揺動カム７の揺動加速度が正の値にあるときには、空走区間を設けることにより、上記バルブ９がリフトしないように構成されており、また、バルブ９が着座するときには、上記揺動カム７のリフト輪郭部２７の形状を、上記バルブ９の移動速度が緩やかに減少するようにチューニングしてあるので、上記バルブの着座速度を従来よりも小さく押さえることができる。

そして、上記バルブ９が着座するときに接するフレーム（たとえばエンジンにおいてはシリンダーブロック）３と上記バルブ９とに、上記バルブ９の着座によって大きな衝撃力がかかることを抑制でき、着座時の音の発生を小さくすることができ、上記フレーム３や上記バルブ９の耐久性が低下することを抑制することができる。

また、カム装置１によれば、揺動カム７の揺動中心ＣＬ３の位置を移動してバルブ９の変位行程長（ストローク）が小さくなるように変更した場合でも、すなわち、バルブ９の変位行程長にかかわらず、上記揺動カム７の揺動加速度がゼロまたは負の値にあるときに上記バルブ９がリフトするように構成されているので、上記バルブ９の着座速度を従来よりも小さく押さえることができる。

つまり、たとえば、バルブ９のストロークを小さくしグラフＧ５やＧ７に示すような稼動状態にした場合でも、時刻ｔ１３と時刻ｔ７との間では、揺動カム７の揺動加速度が負であるので、グラフＧ５の時刻ｔ１３における揺動カム７の揺動速度の絶対値が、グラフＧ１の時刻ｔ９における揺動カム７の揺動速度の絶対値よりも、小さくなっており、グラフＧ７の時刻ｔ１３におけるバルブ９の着座速度の絶対値が、グラフＧ３の時刻ｔ９におけるバルブ９の着座速度の絶対値よりも小さくなる。

また、カム装置１によれば、上記揺動カム７の揺動加速度がゼロ（「０」）の値にあるときに、ストロークが最大になっているバルブ９がリフトし始めるように構成され、また、上記揺動カム７の揺動加速度がゼロ（「０」）の値にあるときに、ストロークが最大になっているバルブ９が着座するように構成されているので、カム装置全体の構成を小型化することができる。

つまり、ストロークが最大になっているバルブ９が、たとえば、時刻ｔ１よりも僅かに遅い時刻t１５からリフトし始めるように構成されているとすると、時刻ｔ１と時刻ｔ１５との間が空走区間になり、バルブ９が時刻t１からリフトし始めるように構成されている場合に比べ、バルブ９のストロークが小さくなり、この小さくなることを回避するためにカム装置を大きくしなければならないことになるものである。

なお、カム装置１において、上記揺動カム７の揺動加速度がゼロの値の近傍の正の値、たとえば、時刻ｔ９よりも僅かに遅い時刻ｔ１７（図９（ａ）参照）で着座するように構成してもよい。

このように構成しても、上記時刻ｔ１７では、上記揺動カム７の揺動加速度がゼロに近いので、バルブ９の着座時の速度を小さくすることができる。

［第２の実施形態］
図１１は、本発明の第２の実施形態に係るカム装置１ａの概略構成を示す図である。

第２の実施形態に係るカム装置１ａは、ロッカーアーム３１を用いると共に、揺動カム７の揺動中心軸ＣＬ３を、ほぼ直線的に移動させている点が、上記第１の実施形態に係るカム装置１とは異なり、その他の点は、第１の実施形態に係るカム装置１と同様に構成されている。

すなわち、カム装置１ａは、回転カム５と揺動カム７とバルブ９ａを備えていると共に、ロッカーアーム３１を備えており、バルブ９ａは、ロッカーアーム３１を介して、揺動カム７でリフトするようになっている。

直方体状のロッカーアーム３１の長手方向の基端部側は、フレーム３に対して、回動中心軸ＣＬ５を中心に回動自在に支持されており、長手方向の先端部側はバルブ９ａのロッド先端部（バルブ９ａの弁体とは反対側に位置している部分）に接触している。

また、ロッカーアーム３１の、上記バルブ９ａが接触している側とは反対側の部位３１Ａは、上記ロッカーアーム３１の長手方向において曲率半径の大きな円弧状（ほぼ直線状）に形成されている。

この円弧状に形成されている部位３１Ａに、上記揺動カム７（バルブ側輪郭部２３）が接触するようになっている。

そして、バルブ９ａのストロークを変更する場合には、揺動カム７の揺動中心ＣＬ３を、上記部位３１Ａに対してほぼ平行に、すなわち、ほぼ直線状に移動するようになっている。

本実施形態のように、揺動カム７の揺動中心ＣＬ３を、完全な直線ではなく、ほぼ直線的に移動することによっても、第１の実施形態に係るカム装置１と同様に、バルブ９ａの着座速度を小さくすることができる。

［第３の実施形態］
図１２は、本発明の第３の実施形態に係るカム装置１ｂの概略構成を示す図である。

第２の実施形態に係るカム装置１ｂは、揺動カムが、回転カム側部材３９と、この回転カム側部材３９とは別部材で構成されたリフトカム側部材４１とによって構成されていると共に、揺動カムの揺動中心ＣＬ３が移動しないようになっている点が、上記第１の実施形態に係るカム装置１とは異なり、その他の点は、第１の実施形態に係るカム装置１と同様に構成されている。

なお、図１２に示す状態は、第１の実施形態における図１に相当し、図１２に示す状態が、第３の実施形態における揺動カム基準状態であるものとする。

上記回転カム側部材３９は、第１の実施形態に係る揺動カム７の回転カム側輪郭部２１と同じ輪郭を備え、上記揺動中心ＣＬ３を中心にして揺動するようになっている。

上記リフトカム側部材４１は、第１の実施形態に係る揺動カム７のバルブ側輪郭部２３と同じ輪郭を備え、上記揺動中心ＣＬ３を中心にして揺動するようになっている。

また、回転カム側部材３９と、上記リフトカム側部材４１とを、回転カム側部材３９、上記リフトカム側部材４１の揺動角度にかかわらず、一時的に一体的に固定することができるように、リターダ等で構成された固定手段が設けられている。

そして、図１２に示す状態から回転カム５が回転し、回転カム５で上記回転カム側部材３９が角度「α７」だけ揺動したとき（図１３に示す状態になったとき；図９の時刻ｔ３に相当するとき）に、上記固定手段で回転カム側部材３９と上記リフトカム側部材４１とが一体的に固定され、バルブ９のリフトが開始されるようになっている。

この後は、さらに回転カム５が回転すると、図１４に示すように、バルブ９のリフト量が最大になり、さらに回転カム５が回転すると再び図１３に示す状態になり、バルブ９が着座する。この着座のときに、上記固定手段による固定がなくなるようになっている。

また、バルブ９のストロークを小さくする場合には、図１３に示す角度α７の値を大きくすればよい。

上記角度α７をさらに大きくすることによって、図１５に示すように、バルブ９のストロークを「０」にすることができる。

すなわち、上記カム装置１ｂは、上述したような固定手段を備えていることにより、上記回転カム側輪郭部と上記回転カム側輪郭部との相対的な位相を変更および連結可能する機構を備えているということができ、この機構によって、上記揺動カムの揺動加速度がゼロまたは負の値にあるときに上記バルブ９がリフトするようになっている。

本発明の第１の実施形態に係るカム装置の概略構成を示す図である。 第１の実施形態に係るカム装置の動作を示す図である。 第１の実施形態に係るカム装置の動作を示す図である。 第１の実施形態に係るカム装置の動作を示す図である。 第１の実施形態に係るカム装置の動作を示す図である。 揺動カムの揺動角度と、回転カムと揺動カムとの接触点との関係を示す図である。 図６における揺動カムの揺動角度と、回転カムと揺動カムとの接触点との関係を示すグラフである。 揺動カムの揺動角度と、回転カムと揺動カムとの接触点との関係を示す図である。 回転カムの回転角度に対する揺動カムの揺動角度とバルブのリフト量との関係を示す図である。 図９におけるＸ部の拡大図あり、バルブが緩やかに着座することを示す図である。 本発明の第２の実施形態に係るカム装置の概略構成を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係るカム装置の概略構成を示す図である。 第３の実施形態に係るカム装置の動作を示す図である。 第３の実施形態に係るカム装置の動作を示す図である。 第３の実施形態に係るカム装置の動作を示す図である。 従来のカム装置における回転カムの回転角度と排気バルブのリフト量との関係を示す図である。 図１６に示すＸＶＩＩ部の拡大図である。

符号の説明

１、１ｂ、１ｃ カム装置
３ フレーム
５ 回転カム
７ 揺動カム
９ バルブ
１１ タペット面

Claims (7)

1. 回転カムによって揺動し、この揺動により従動節を変位させる揺動カムを用いて、上記従動節の変位行程長を変更可能なカム装置において、
   上記揺動カムの揺動加速度が、ゼロまたは負の値にあるときに、上記従動節がリフトするように構成されていることを特徴とするカム装置。
2. 請求項１に記載のカム装置において、
   上記揺動カムの揺動中心を、ほぼ水平に移動することによって、上記従動節の変位行程長が変更可能なように構成されていることを特徴とするカム装置。
3. 請求項１に記載のカム装置において、
   上記揺動中心の位置にかかわらず、ある所定の領域では、上記揺動カムが上記回転カムに対して等速カムを構成していることを特徴とするカム装置。
4. 請求項２または請求項３に記載のカム装置において、
   上記従動節側輪郭部には、上記タペット面に接触する円弧状輪郭部が形成されており、上記揺動カムの回転加速度が正の値にあるときには、上記円弧状の輪郭部が上記タペット面に接触し、上記従動節がリフトしないように構成されていることを特徴とするカム装置。
5. 請求項２または請求項３に記載のカム装置において、
   上記従動節は、ロッカーアームを介して、上記揺動カムによってリフトするように構成されていることを特徴とするカム装置。
6. 請求項１に記載のカム装置において、
   上記揺動カムは上記回転カムに接触する回転カム側輪郭部と上記従動節のタペット面に接触する従動節側輪郭部とを備えおり、ある所定の領域で上記回転カム側輪郭部が上記回転カムに対し等速カムを構成していると共に、上記回転カム側輪郭部と上記回転カム側輪郭部との相対的な位相を変更および連結する機構を備え、この機構によって、上記揺動カムの揺動加速度がゼロまたは負の値にあるときに上記従動節がリフトするように構成されていることを特徴とするカム装置。
7. 回転カムによって揺動し、この揺動により従動節を変位させる揺動カムを用いて、上記従動節の変位行程長を変更可能なカム装置の従動節駆動方法において、
   上記揺動カムの揺動加速度がゼロまたは負の値にあるときに、上記従動節がリフトすることを特徴とするカム装置の従動節駆動方法。

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