JP2008180214A - 内燃機関のカム軸トルク低減機構 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、可変動弁機構を備える内燃機関のカム軸トルク低減機構に関し、カム軸と、カム軸の駆動機構との間に作用するカム軸トルクを十分に小さくすることを目的とする。
【解決手段】内燃機関の各気筒に対応するカム２２，２４，２６を備えるカム軸２０を設ける。カム２２，２４，２６により駆動される弁体のピークリフト量を可変とする可変動弁機構を設ける。カム軸２０に低減トルクカム面２８を装着する。低減トルクカム面２８にスプリング力を与えて、カム２２，２４，２６からカム軸２０に加えられるトルクに対して逆位相を示す大リフト対応低減トルクを発生させる。
【選択図】図１

Description

この発明は、内燃機関のカム軸トルク低減機構に係り、特に、可変動弁機構を備える内燃機関においてカム軸の駆動機構に作用するトルクを低減するうえで好適なカム軸トルク低減機構に関する。

従来、特開２００３−２３９７１２号公報に開示されるように、可変動弁機構を備える内燃機関が知られている。上記従来の可変動弁機構は、カムと弁体との間に配置され、カムの回転に伴って弁体に生ずるリフト量を変化させることができる。このような可変動弁機構によれば、内燃機関の運転状態に応じて、弁体のリフト量を常に最適化することができる。このため、上記従来の内燃機関によれば、リフト量が常に一定である場合に比して、優れた運転特性を実現することができる。

特開２００３−２３９７１２号公報 特開２０００−２５７４０８号公報 特開平７−２５９５１９号公報 特開２０００−３３７１１４号公報

内燃機関に可変動弁機構を組み込むと、必然的に、カムと弁体との間で作動する慣性部品の数が増加する。それらの慣性部品も、弁体と同様にカムの押圧力で作動させることが必要である。このため、可変動弁機構を用いる内燃機関では、そのような機構を用いない場合に比して、カム軸に作用するトルクが大きくなり易い。

また、可変動弁機構には、それらの慣性部品の一部を、閉弁時において基準位置に維持しておくためのバネ部材（以下、「ロストモーションスプリング」と称する）が組み込まれることがある。この場合、弁体を開弁させるためには、ロストモーションスプリングのバネ力に抗って上記の慣性部品を動かすことが必要である。この点においても、可変動弁機構を備える内燃機関においては、カム軸に作用するトルクが大きくなり易い。

更に、可変動弁機構を備える内燃機関においては、運転状態に応じてリフト量を変化させることができるため、小リフトの要求に制約されることなく大リフト時のリフト量を決めることが可能である。このため、このような内燃機関において実現されるピークリフト量の最大値は、通常の内燃機関で実現されるピークリフト量の最大値に比して大きくなるのが通常である。

弁体は、バルブスプリングによって閉弁位置に押圧されている。弁体が開弁方向に変位する際には、バルブスプリングの反力が、下変動弁機構及びカムを介してカム軸にトルクを与える。バルブスプリングの反力は、弁体のリフト量が大きいほど大きくなる。このため、可変動弁機構が大リフト運転を行う際には、その反力に起因するカム軸トルクが、特に大きくなり易い。

以上の理由により、可変動弁機構を備える内燃機関においては、通常の内燃機関に比して、カム軸に作用するトルクが大きくなり易い。特に、そのトルクは、可変動弁機構が大リフト状態で作動する際には、通常の内燃機関において生ずるトルクと比べて、かなり大きなものとなり易い。

カム軸は、一般に、チェーンやタイミングベルトを用いた駆動機構によって駆動される。それらの駆動機構にかかる負担を下げるためには、カム軸とチェーン等との間に作用するトルク、つまり、カムを介してカム軸に入力されるトルクが小さいほど望ましい。この点、可変動弁機構を備える従来の内燃機関の構成は、カム軸の駆動機構に大きな負担をかけ易い特性を有するものであった。

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、可変動弁機構を含む内燃機関において、カム軸と、カム軸の駆動機構との間に作用するカム軸トルクを十分に小さくすることのできる内燃機関のカム軸トルク低減機構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、内燃機関のカム軸トルク低減機構であって、
内燃機関の各気筒に対応するカムを備えるカム軸と、
前記カムにより駆動される弁体のピークリフト量を可変とする可変動弁機構と、
前記ピークリフト量を最大とする大リフト状態で前記可変動弁機構が作動する際に前記カムを介して前記カム軸に入力されるトルクに対して逆位相を示す大リフト対応低減トルクを、何れの気筒の弁体動作にも影響を与えることなく前記カム軸に加える低減トルク発生手段と、
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、
前記低減トルク発生手段は、
前記カム軸が前記大リフト対応低減トルクを受ける大リフト対応状態と、前記カム軸が前記大リフト対応低減トルクに比して小さな低減トルクを受ける、或いは低減トルクを受けない非大リフト対応状態との何れかを、選択的に実現する低減トルク可変機構と、
前記可変動弁機構が前記大リフト状態で作動している場合に前記大リフト対応状態の実現を指令し、当該可変動弁機構が、前記大リフト状態に比して小さなピークリフト量を発生させる非大リフト状態で作動している場合に前記非大リフト対応状態の実現を指令する切換指令手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第３の発明は、第２の発明において、
前記低減トルク可変機構は、
前記カム軸が縦断する気筒の数と同数のノーズを有する低減トルクカム面と、
前記カム軸と同心に設けられた円筒面と、
前記カム軸に対して垂直な方向での往復運動が可能であり、かつ、前記往復運動に伴う変位量に対応する押圧力を前記カム軸の方向に向けて発生する押圧機構と、
前記押圧機構を、その先端が前記低減トルクカム面に接する位置と、その先端が前記円筒面に接する位置との間で移動させる押圧機構移動手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第４の発明は、第３の発明において、
前記低減トルクカム面と前記円筒面とは、前記カム軸に、並んで配置されており、
前記低減トルク可変機構は、前記低減トルクカム面と前記円筒面とを連続的につなげる中間面を含み、
前記押圧機構移動手段は、前記押圧機構を前記カム軸に沿ってスライドさせるスライド機構を含むことを特徴とする。

また、第５の発明は、第４の発明において、前記円筒面は、前記低減トルクカム面の最小半径と実質的に等しい半径を有することを特徴とする。

また、第６の発明は、第４の発明において、前記円筒面は、前記低減トルクカム面の最大半径と実質的に等しい半径を有することを特徴とする。

また、第７の発明は、第２の発明において、
前記低減トルク可変機構は、
前記カム軸が縦断する気筒の数と同数のノーズを有する低減トルクカム面と、
前記低減トルクカム面に先端部を接触させた状態で、前記カム軸に対して垂直な方向に往復運動することができ、かつ、前記往復運動に伴う変位量に対応する押圧力を前記低減トルクカム面に加える押圧機構と、
前記押圧機構が発生する押圧力の基準値を調整する押圧力調整機構と、
を備えることを特徴とする。

また、第８の発明は、第７の発明において、
前記押圧機構は、前記低減トルクカム面側の端部が可動端とされ、かつ、その他端が固定端とされるバネ部材を備え、
前記押圧力調整機構は、前記バネ部材の固定端の位置を前記カム軸に対して垂直な方向に変位させることのできるカム機構を備えることを特徴とする。

また、第９の発明は、第７又は第８の発明において、
前記可変動弁機構は、回動可能に保持された制御軸と、当該制御軸の回転位置に応じて前記弁体のピークリフト量を変化させる揺動機構とを備え、
前記低減トルクカム面は、前記カム軸に設けられ、
前記押圧機構は、前記低減トルクカム面と前記制御軸との間に設けられ、
前記押圧力調整機構は、前記制御軸の回転位置に応じて、前記押圧力の基準値を変化させることを特徴とする。

また、第１０の発明は、第９の発明において、前記押圧力調整機構は、前記制御軸が、前記ピークリフト量が大きくなる方向に回転するほど、前記押圧力の基準値を大きくすることを特徴とする。

また、第１１の発明は、第７乃至第９の発明の何れかにおいて、前記低減トルクカム面、前記押圧機構、及び前記押圧力調整機構の組が、単一のカム軸に対して、その長手方向に並んで複数設けられていることを特徴とする

また、第１２の発明は、第３乃至第６の発明の何れかにおいて、前記低減トルクカム面、前記円筒面、前記押圧機構、及び前記押圧機構移動手段の組が、単一のカム軸に対して、その長手方向に並んで複数設けられていることを特徴とする。

第１の発明によれば、カム軸に対して、大リフト対応低減トルクを加えることができる。大リフト対応低減トルクは、可変動弁機構が大リフト状態で作動する際にカム軸がカムから受けるトルクと逆位相を示す。逆位相のトルクがカム軸に加えられると、それらのトルクは互いに打ち消し合う。このため、カム軸と、カム軸駆動機構との間に作用するトルクは、カムを介してカム軸に加えられるトルクに比して小さなものとなる。従って、本発明によれば、可変動弁機構が大リフト状態で作動する際に、カム軸と、カム軸の駆動機構との間に作用するカム軸トルクを、つまり、それらの間に作用する最大のカム軸トルクを、十分に小さくすることができる。

第２の発明によれば、可変動弁機構が大リフト状態で作動している場合には、カム軸に、大リフト対応低減トルクを加えることができる。また、可変動弁機構が非大リフト状態で作動している場合には、カム軸に加わる低減トルクを、大リフト対応低減トルクに比して小さくすること、或いは消滅させることができる。非大リフト状態の下でカム軸に大リフト対応低減トルクが加わるとすれば、その影響により、カム軸の駆動の要するエネルギが不必要に増大する。本発明によれば、非大リフト状態において、カム軸に過大な低減トルクが加わるのを回避することができ、その結果として、内燃機関の燃費特性を改善することができる。

第３の発明によれば、押圧機構が低減トルクカム面に接する状態（第１状態）と、押圧機構が円筒面に接する状態（第２状態）とを選択的に実現することができる。カム軸が１回転する間には、カムからカム軸にトルクが入力されるトルクが、気筒数と同じ回数だけ周期的変動を示す。上記第１状態の下では、低減トルクカム面からカム軸に伝わるトルクは、カム軸が１回転する間に、低減トルクカム面のノーズ数と同じ回数だけ、つまり、カムからカム軸に伝えられるトルクと同じ回数だけ周期的変動を示す。このため、本発明によれば、上記第１状態を実現することにより、カムを介してカム軸に加えられるトルクに対して逆位相を示す大リフト対応低減トルクを発生させることができる。他方、上記第２状態の下では、カム軸が回転しても、カム軸に低減トルクは入力されない。このため、本発明によれば、上記第２状態を実現することで、非大リフト対応状態を実現することができる。

第４の発明によれば、低減トルクカム面と円筒面とが、中間面により連続的に構成されている。このため、本発明によれば、押圧機構が低減トルクカム面に接する状態と、押圧機構が円筒面に接する状態とを、押圧機構をスライドさせるだけで切り換えることができる。

第５の発明によれば、円筒面が、低減トルクカム面の最小半径と実質的に等しい半径を有している。このような構成によれば、押圧機構が円筒面に接する場合に、押圧機構から円筒面、つまり、カム軸に加えられる押圧力を小さく抑えることができる。このため、本発明によれば、非大リフト状態の下でカム軸に作用するフリクションを抑えることができ、内燃機関に良好な燃費特性を与えることができる。

第６の発明によれば、円筒面が、低減トルクカム面の最大小半径と実質的に等しい半径を有している。このような構成によれば、押圧機構を、円筒面に接する位置から、低減トルクカム面に接する位置まで、容易にスライドさせることができる。可変動弁機構が非大リフト状態から大リフト状態に変化した際に、押圧機構のスライド動作がその変化に追従できないとすると、カムからカム軸に加えられるトルクだけが増大して、低減トルクが増大しない事態が生ずる。この場合、カム軸とカム軸駆動機構との間には、一時的に大きなカム軸トルクが作用することになる。本発明によれば、押圧機構の追従性を高めることができ、カム軸トルクの一時的な増大を十分に抑えることができる。

第７の発明によれば、低減トルクカム面がカム軸と共に回転することにより、カムからカム軸に加えられるトルクと逆位相の低減トルクをカム軸に与えることができる。また、押圧機構が発する押圧力の基準値を変化させることにより、カム軸に伝わる低減トルクの大きさを変化させることができる。従って、本発明によれば、大リフト対応低減トルクと、それに比して小さな低減トルクとを選択的に発生させることができる。

第８の発明によれば、カム機構を回動させることにより、バネ部材の固定端の位置を変化させることができる。バネ部材の固定端の位置が変わると、押圧機構から低減トルクカム面に与えられる押圧力が変化する。このため、本発明によれば、カム軸に加えられる低減トルクの大きさを、容易に変化させることができる。

第９の発明によれば、押圧機構が発する押圧力の基準値を、制御軸の回転位置により変化させることができる。このため、本発明によれば、弁体の開弁に伴う反力を打ち消すための逆位相トルクの大きさと、弁体のピークリフトとを、制御軸の回転位置を制御するだけで、同時に制御することができる。

第１０の発明によれば、制御軸の回転位置を制御するだけで、カム軸に伝わる逆位相トルクの大きさを、弁体のピークリフトの大きさ、つまり、弁体の開弁に伴う反力の大きさに合わせて増減させることができる。

第１１又は第１２の発明によれば、弁体の開弁に伴う反力を相殺するための逆位相トルクを、複数箇所に分散させてカム軸に加えることができる。このため、本発明によれば、逆位相トルクの印加に起因するカム軸の負担を軽減させることができる。

実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
（特徴部分の構成）
図１は、本発明の実施の形態１のカム軸トルク低減機構の主要部の構成を説明するための図である。本実施形態のカム軸トルク低減機構は、カム軸ハウジング１０を備えている。カム軸ハウジング１０は、Ｖ型６気筒式内燃機関の一方のバンクにおいて用いられる部材、つまり、直列に配置される３つの気筒に対応して用いられる部材である。以下、それら３つの気筒を、図１における左下側から順に、便宜上♯１、♯３、♯５気筒と称する。

カム軸ハウジング１０は、シリンダブロックと、ヘッドカバーとの間に挟まれた状態で用いられる。カム軸ハウジング１０は、シリンダヘッド及びヘッドカバーの外形と同じ形状に設けられた外枠部１２と、３つの橋渡し部１４，１６，１８とで構成されている。橋渡し部１４は、♯１気筒と♯３気筒との間に、橋渡し部１６は、♯３気筒と♯５気筒との間に、また、橋渡し部１８は、♯５気筒の外側に、それぞれ設けられている。

カム軸ハウジング１０は、カム軸２０を回動可能に保持している。カム軸２０は、♯１、♯３及び♯５気筒を縦断するように設けられており、それぞれの気筒に対応する位置にカム２２，２４，２６を備えている。３つのカム２２，２４，２６は、それぞれ、１２０°ずつ位相がずれた位置にノーズのピークを有している。

カム軸２０の一端には、図示しないプーリーが装着される。このプーリーは、チェーン或いはタイミングベルトを含む駆動機構を介してクランク軸に連結される。カム軸２０は、その駆動機構によって、クランク軸の１／２の速度で回転するように駆動される。

カム軸２０の他端近傍には、低減トルクカム面２８が設けられている。低減トルクカム面２８は、カム軸２０が縦断する気筒の数と同数のカムノーズ、つまり、３つのカムノーズを備えている。低減トルクカム面２８は、正三角形の頂点を円弧状に面取りすることで得られるような形状を有しており、その３つの辺の中央部が、３つのカム２２，２４，２６のノーズピークと一致するように設けられている。

図２は、上述した低減トルクカム面２８の周辺の構造を説明するための斜視図である。また、図３は、図２に示す構成をIII矢視で示した図（側面図）である。これらの図に示すように、本実施形態のカム軸トルク低減機構は、リフタ３０と、スプリング３２を備えている。

リフタ３０の先端には、ローラ３４が装着されている。リフタ３０は、ローラ３４が低減トルクカム面２８に接触するように、ヘッドカバー或いはカム軸ハウジング１０に組み付けられる。より具体的には、ヘッドカバー或いはカム軸ハウジングには、図３中に符号３６を付して示すようなスプリング取り付け部３６が固定され、リフタ３０及びスプリング３２は、その内部に摺動可能な状態で保持される。

図２及び図３に示す構成によれば、低減トルクカム面２８は、スプリング３２のバネ力を受けながら、カム軸２０と共に回動することができる。図３は、ローラ３４が低減トルクカム面２８の一辺の中央部に接している状態を示している。スプリング３２は、この状態で最も伸張した状態となる。また、この状態では、スプリング３２のバネ力の方向が、カム軸２０の中心と重なるため、そのバネ力は、カム軸２０に対して何らトルクを与えない。

カム軸２０が図３に示す位置から回転する場合、ローラ３４は、低減トルクカム面３８に沿ってノーズピークに向かって転動する。この際、スプリング３２のバネ力は、カム軸２０の回転を妨げる方向（正方向）のトルクを生じさせる。カム軸２０が更に回転すると、ローラ３４は、ノーズピークに達する。この時点では、バネ力の方向が再びカム軸２０の中心と重なるため、バネ力に起因するトルクは再びゼロとなる。

カム軸２０が更に回転すると、ローラ３４は、低減トルクカム面２８のノーズピークを超えて、隣の辺の中央部に向かって転動する。この際、スプリング３２のバネ力は、カム軸２０の回転を進める方向（負方向）のトルクを生じさせる。以後、ローラ３４が、隣の辺の中央部に達すると、バネ力に起因するトルクは再び消滅する。以下、低減トルクカム面２８がスプリング３２のバネ力を受けてカム軸２０に加えるトルクを「大リフト対応低減トルク」と称する。

上述した大リフト対応低減トルクは、ローラ３４が、低減トルクカム面２８の一辺の中央部に接する位置から、隣の辺の中央部に接する位置に転動する間に、つまり、カム軸２０が１２０°回転する間に、１周期の増減を示す。このため、図２及び図３に示す構成によれば、カム軸２０が１回転する間に、３周期の増減を示す低減トルクをカム軸２０に与えることができる。

（可変動弁機構の構成及び機能）
本実施形態のシステムは、内燃機関の個々の気筒に配置される弁体のリフト量を変化させる可変動弁機構を備えている。図４は、♯１、♯３及び♯５気筒のそれぞれに対応して設けられる可変動弁機構４０の全体構成を表した斜視図である。

可変動弁機構４０は、２つの弁体４２を備えている。弁体４２の上には、それぞれ、ロッカーアーム４４の一端が載せられている。ロッカーアーム４４の他端は、ラッシュアジャスタ４６により支持されている。

ロッカーアーム４４の上には、それぞれ、揺動アーム４８が配置されている。２つの揺動アーム４８の間には、制御アーム５０が配置されている。更に、一方の揺動アーム４８に隣接する位置には、大作用角アーム５２が配置されている。大作用角アーム５２には、大作用角ローラ５４が回動可能に保持されている。

上述した２つの揺動アーム４８、制御アーム５０、及び大作用角アーム５２は、何れも貫通孔を有している。それらの貫通孔には、制御軸５６が挿入されている。揺動アーム４８及び大作用角アーム５２は、制御軸５６を揺動軸としてそれぞれ揺動することができる。他方、制御アーム５０は、制御軸５６に固定されている。

図５は、図４に示す可変動弁機構４０を、V矢視で表した図（側面図）である。図５に示すように、制御アーム５０には、リンク機構５８を介して中間アーム６０の一端が連結されている。中間アーム６０は、制御軸５６の下側を回り込むように、２つの揺動アーム４８の間を円弧状に延在しており、その他端にはカムローラ６２を備えている。カムローラ６２は、個々の気筒のカム２２，２４，２６と接触して、カム２２，２４，２６からの押圧力を可変動弁機構４０に伝達するための部材である。

カムローラ６２の両側には、スライダローラ６４がそれぞれ配置される（図５と共に図４を参照）。スライダローラ６４は、カムローラ６２に連結された状態で、揺動アーム４８のスライド面に沿って転動することができる。このため、カム２２，２４，２６からカムローラ６２に加えられる押圧力は、スライダローラ６４を介して揺動アーム４８に伝達される。その結果、カム２２，２４，２６の回転動作は揺動アーム４８の揺動動作に変換され、更には、弁体４２の開閉動作に変換される。

図５に示すように、弁体４２には、バルブスプリング力が作用している。このバルブスプリング力は、常に弁体４２を閉弁方向に付勢している。従って、カム２２，２４，２６がカムローラ６２を押し下げて弁体４２にリフトを与えている際には、バルブスプリング力に起因する反力が、カム２２，２４，２６に作用する。

また、本実施形態において、揺動アーム４８には、図５に示すようにロストモーションスプリング力が作用している。ロストモーションスプリングは、揺動アーム４８をスライダローラ６４の方向に押し付けるためのスプリングである。このため、カム２２，２４，２６が揺動アーム４８を開弁方向に回動させている間は、ロストモーションスプリング力がカム２２，２４，２６に作用する。

以上説明した通り、本実施形態のシステムでは、弁体４２が開弁方向にリフトしている間は、カム２２，２４，２６に対して、バルブスプリング力及びロストモーションスプリング力が作用する。そして、それらの力は、カム２２，２４，２６のノーズピークがカムローラ６２を乗り越えるまでは、カム軸２０の回転を妨げる方向（正方向）のトルクを発生し、ノーズピークがカムローラ６２を乗り越えた後は、カム軸２０の回転を促進する方向（負方向）のトルクを発生する。

カム２２，２４，２６のノーズは、上述した通り、１２０°ずつ位相がずれた位置に設けられている。このため、カム軸２０には、各気筒の弁体４２を開閉させるのに伴って、１２０°を１周期として増減するトルクが加えられる。換言すると、カム軸２０には、１回転の間に、３周期の増減を示すトルクがカム２２，２４，２６から加えられる。

本実施形態における可変動弁機構４０は、制御軸４０を回すことにより、弁体４２に生ずるリフトピーク量を変化させることができる。以下、可変動弁機構４０がリフトピーク量を最大とする運転を「大リフト運転」と、また、リフトピーク量を最小とする運転を「小リフト運転」と、更に、ピークリフト量をそれらの間の値とする運転を「中リフト運転」と、それぞれ称する。

本実施形態における可変動弁機構４０は、また、所定の切り換え操作を行うことにより、２つの弁体４２のうち一方だけを、大リフト運転に固定し、他方の弁体４２のリフト量だけを変化させる状態を作り出すことができる。以下、このような運転を、「片弁大リフト固定運転」と称す。尚、可変動弁機構を用いて２つの弁体４２のリフト量を変化させること、及び片弁大リフト固定運転を実現することは、公知の技術であり、かつ、本発明における主要部ではないため、ここでは、それらについての詳細な説明は省略する。

［実施の形態１の特徴的動作］
図６は、本実施形態のカム軸トルク低減機構の特徴的な動作を説明するためのタイミングチャートである。より具体的には、図６（Ａ）は、大リフト運転時にカム２２，２４，２６からカム軸２０に入力されるトルク（以下「大リフト時トルク７０」と称す）の波形と、小リフト運転時にカム２２，２４，２６からカム軸２０に入力されるトルク（以下「小リフト時トルク７２」と称す）の波形とを示す。また、図６（Ｂ）は、低減トルクカム面２８からカム軸２０に加えられる大リフト対応低減トルク７４の波形を示す。更に、図６（Ｃ）は、大リフト時トルク７０と大リフト対応低減トルク７４との合成トルク（以下「大リフト時合成トルク７６」と称す）の波形を示す。

本実施形態において、可変動弁機構４０は、大リフト運転時には、各気筒における作用角が１２０°以上となるようにカム２２，２４，２６の押圧力を弁体４２に伝達する。このため、大リフト時トルク７０は、カム２２，２４，２６が弁体４２にリフトを与え始めた後（−１８０°，−６０°，６０°参照）、６０°の期間だけ正の領域で変化し、弁体４２のリフトがピークに達する時点（−１２０°，０°，１２０°参照）でゼロとなる。その後、大リフト時トルク７０は、６０°の期間だけ負の領域で変化し、弁体４２が閉じるタイミング（−６０°，６０°，１８０°参照）でゼロとなる。

可変動弁機構４０は、大リフト状態から小リフト状態に変化するにあたって、リフト量と共に作用角を縮小させる。このため、小リフト運転時には、大リフト運転時の１２０°以上に比して、作用角は十分に小さな値（６０°程度）となる。その結果、小リフト時トルク７２は、カム２２，２４，２６が弁体４２にリフトを与え始めた後（−１８０°，−６０°，６０°参照）、３０°程度の間だけ正の領域で変化し、一旦ゼロとなった後、３０°程度の期間だけ負の領域で変化する。

カム２２，２４，２６からカム軸２０に入力されるトルクは、バルブスプリング力やロストモーションスプリング力が大きいほど大きなものとなる。また、大リフト時には機関の高回転領域を使い、可変動弁機構の慣性力が大きくなる。このため、大リフト時トルク７０のピーク値は、小リフト時トルク７２のピーク値に比して大きな値となる。

図６（Ａ）には、カム軸２０とその駆動機構との間に発生させることのできる許容トルクの幅を一点鎖線によって示している。図６（Ａ）に示すように、小リフト時トルク７２のピーク値は、その許容トルクに比して十分に小さな値である。一方、大リフト時トルク７０のピーク値は、その許容トルクを超える値にまで増大する。このため、大リフト時トルク７０が、そのままチェーン等の駆動機構に作用するとすれば、その駆動機構には、過大な負荷が加わることになる。

本実施形態において、カム軸２０には、カム２２，２４，２６を介してトルクが加えられると共に、低減トルクカム面２８を介して大リフト対応低減トルク７４が加えられる。従って、カム軸２０と、これを駆動するチェーン等との間には、それらの合成トルクが作用する。

低減トルクカム面２８から入力される大リフト対応低減トルク７４は、上述した通り、１２０°の周期で増減する。特に、本実施形態において、低減トルクカム面２８とカム軸２０との相対位置は、大リフト運転の際にカム２２，２４，２６の何れかが弁体４２にリフトを与え始める位置（−１８０°，−６０°，６０°）で、３つのノーズピークの何れかがローラ３４に接するように設計されている。換言すると、低減トルクカム面２８は、大リフト運転の際に、弁体４２のリフトがピークに達する位置（−１２０°，０°，１２０°）で、何れかの辺の中央部がローラ３４に接するようにカム軸２０に装着されている。

このため、大リフト対応低減トルク７４は、図６（Ｂ）に示す−１８０°、−６０°或いは６０°の位置（ノーズピークがローラ３４と接する位置）でゼロとなり、その後、急激に負の方向に変化する。また、大リフト対応低減トルク７４は、図６（Ｂ）に示す−１２０°、０°、１２０°の位置（辺の中央部がローラ３４と接する位置）でゼロに復帰し、その後、比較的緩やかに正の方向に変化する。つまり、本実施形態において、大リフト対応低減トルク７４は、大リフト時トルク７０に対して、ほぼ逆の位相による増減を示す。

逆位相のトルクは互いに打ち消し合う。このため、図６（Ｃ）に示すように、それらを合成した結果である大リフト時合成トルク７６は、大リフト時トルク７０に比して十分に小さなものとなる。特に、本実施形態では、大リフト時合成トルク７６のピーク値が、許容トルクに収まるように、大リフト対応低減トルク７４の位相及びピーク値を設定している。このため、本実施形態の機構によれば、大リフト運転の際に、チェーン等の駆動機構に、過大なカム軸トルクが加わるのを確実に回避することができる。

カム２２，２４，２６からカム軸に加わるトルクは、大リフト運転時、かつ高回転時において最大となる。このため、大リフト運転時にチェーン等に加わるカム軸トルクが許容範囲に収まっていれば、如何なる運転状態の下でもカム軸トルクが許容範囲から外れることはない。従って、本実施形態の機構によれば、全ての運転領域において、カム軸２０と、その駆動機構との間に過大なカム軸トルクが作用するのを確実に回避することができる。

チェーン等の駆動機構とカム軸２０との間に生ずるカム軸トルクを低減させる手法としては、例えば、一の気筒のカムからカム軸に正のトルクが加えられる際に、他の気筒のカムがカム軸に負のトルクを与えるように、それらのカムの機構を調整するという手法も考えられる。しかしながら、一の気筒のカムも他の気筒のカムも、それぞれの気筒において弁体を駆動する役割を担っている。このようなカム、つまり、個々の気筒の弁体動作に影響を与えるカムの機構の調整は、弁体の動作に関する要求のため、自由に行うことができない。

これに対して、本実施形態のカム軸トルク低減機構は、何れの気筒の弁体動作にも影響を与えることがない低減トルクカム面２８により低減トルクを発生させることとしている。このため、本実施形態の機構によれば、気筒間での同期を取るための調整が不要であり、設計上、高い自由度を確保することが可能である。

更に、一の気筒のカムと他の気筒のカムに、それぞれ正負のトルクを同時に発生させるための調整は、通常、カム軸上に１８０°位相の異なる一対のカムが存在する場合に可能となる。このため、このような調整の施された機構を、例えば、３気筒式の内燃機関において実現することは極めて困難である。これに対して、本実施形態のトルク低減機構は、そのような制約を受けることがなく、上述した実施の形態１に示したように、３気筒式の内燃機関においても容易に実現することが可能である。

ところで、上述した実施の形態１においては、カム軸トルク低減機構をＶ型６気筒の内燃機関に適用することとしているが、この機構を適用する内燃機関の形式は、これに限定されるものではない。すなわち、本実施形態のカム軸トルク低減機構は、直列３気筒の内燃機関に適用することとしてもよい。また、低減トルクカム面２８のノーズ数を５つにしたうえで、Ｖ型１０気筒の内燃機関、或いは直列５気筒の内燃機関に、本実施形態と同様のカム軸トルク低減機構を組み込むこととしてもよい。尚、この点については、以下に説明する他の実施形態についても同様である。

また、上述した実施の形態１においては、大リフト対応低減トルク７４を、低減トルクカム面２８及びスプリング３２によって発生させることとしているが、大リフト対応低減トルク７４を発生させる機構はこれに限定されるものではない。すなわち、大リフト対応低減トルク７４は、カム軸２０の周辺に配置した磁性体の引力や斥力を利用して発生させることとしても、或いは、カム軸２０に連結した電動機を利用して発生させることとしてもよい。

尚、上述した実施の形態１においては、図２及び図３に示す機構が前記第１の発明における「低減トルク発生手段」に相当している。

実施の形態２．
［実施の形態２の構成］
次に、図７乃至図１２を参照して本発明の実施の形態２について説明する。図７は、本発明の実施の形態２の主要部の構成を説明するための図である。図７に示すように、本実施形態のカム軸トルク低減機構は、低減トルクカム面２８の隣に、中間面８０及び円筒面８２を備えている。図７に示す構成は、この点を除いて図１に示す構成と同様である。

円筒面８２は、カム軸２０と同心の筒状部材であり、低減トルクカム面２８の最小半径と同じ半径を有している。つまり、円筒面８２は、カム軸２０の中心から低減トルクカム面２８の各辺中央部までの長さと等しい半径を有する円筒状の部材である。

中間面８０は、低減トルクカム面２８と円筒面８２とを連続的につなげるための部材である。具体的には、中間面８０は、低減トルクカム面２８と接する部位においては、低減トルクカム面２８と同じ形状、つまり、正三角形の３つの頂点に面取りを施すことで得られる形状の断面を有している。中間面８０の断面形状は、円筒面８２に近づくに連れて円筒面８２の断面形状に近づき、円筒面８２に接する位置において、円筒面８２と同じ半径を有する円形になる。

図８は、本実施形態における低減トルクカム面２８の周辺を拡大して表した斜視図である。図８に示すように、低減トルクカム面２８の近傍には、リフタ８４とホルダ８６が配置されている。ホルダ８６の内部には、スプリング８８が挿入されている。ホルダ８６は、実施の形態１におけるリフタ３０と同様に、カム軸ハウジング１０或いはヘッドカバーに支持される。

図９は、図８に示す構成をIX矢視で表した平面図である。ホルダ８６には、電動機或いは油圧駆動機構等のアクチュエータ（図示省略）が連結されている。ホルダ８６は、そのアクチュエータによって駆動されることにより、カム軸２０と平行な方向に変位することができる。

図１０は、図８に示す構成をX矢視で表した側面図である。図１０に示すように、リフタ８４の先端には、ボール９０が装着されている。ボール９０は、リフタ８４に保持された状態で、自由に回転することができる。

図９及び図１０に示す状態において、ボール９０は、スプリング８８によって低減トルクカム面２８に押し付けられている。ホルダ８６が、図９における下方から上方に向かって移動する際に、ボール９０は、低減トルクカム面２８及び中間面８０の上を転がって円筒面８２に接する位置まで移動することができる。

ボール９０が低減トルクカム面２８に接している場合は、カム軸２０の回転に伴って、ボール９０は、低減トルクカム面２８の表面上を転がる。この際、リフタ８４は、スプリング８８を伸縮させながら往復運動する。また、この際、カム軸２０には、低減トルクカム面２８を介して、実施の形態１で説明したのと同様の大リフト対応低減トルクが作用する。

ホルダ８６が、低減トルクカム面２８側から円筒面８２に向かって移動するに連れて、カム軸２０の回転に伴うリフタ８４の往復運動幅が小さくなる。その結果、ホルダ８６が円筒面８２側に移動するに従って、カム軸２０が受ける低減トルクのピーク値は小さくなる。そして、ボール９０が円筒面８２に接する状態では、カム軸２０の回転に伴うリフタ８４の往復運動が消滅し、カム軸２０が低減トルクを受けない状態となる。

［実施の形態２の動作］
図１１は、本実施形態において用いられる内燃機関の運転状態マップを示す。図１１において、横軸は機関回転数を示し、また、縦軸は機関負荷を示している。図１１中に符号９２を付して示す線は内燃機関のトルク特性を示す。トルク特性９２に囲まれた領域内に記された実線９４は、片弁固定領域の境界線を示す。また、符号９６を付して示す曲線は、低減機構切り換え線を示す。

本実施形態における内燃機関は、片弁固定領域９４の外側では、各気筒が備える２つの弁体４２を、同じリフト量および作用角で開閉させる。図１１中に示す「小」「小」は、２つの弁体４２が共に小リフト運転で駆動される領域を表している。また、「中」「中」及び「大」「大」は、それぞれ、２つの弁体４２が中リフト運転、或いは大リフト運転で駆動される領域を表している。

片弁固定領域９４の内部では、２つの弁体４２のうち一方が大リフト運転に固定され、他方の弁体だけが、機関回転数及び機関負荷に応じて、小リフト運転又は中リフト運転で駆動される。

低減機構切り換え線９６は、上述した規則に従って弁体４２が駆動された場合に、カム２２，２４，２６からカム軸２０に加えられるトルクが、判定値内に収まる領域と、判定値を超える領域とを区分している。より具体的には、低減機構切り換え線９６は、カム軸２０とチェーン等の駆動機構との間に作用するカム軸トルクを小さくするうえで、大リフト対応低減トルクをカム軸２０に加えた方が有利な領域と、低減トルクを消滅させた方が有利な領域とを区分するように定められている。以下、低減トルク切り換え線９６より低負荷低回転の領域を「低減トルク消滅領域」と、低減トルク切り換え線９６より高負荷高回転の領域を「低減トルク発生領域」と、それぞれ称する。

［実施の形態２における制御］
図１２は、内燃機関の運転状態に併せてカム軸トルク低減機構の状態を制御するために、本実施形態において実行されるルーチンの内容を説明するための図である。本実施形態のシステムは、ホルダ８６を駆動するアクチュエータを制御するために、図示しないECU(Electronic Control Unit)を備えている。図１２に示すルーチンは、そのECUにおいて実行される。

図１２に示すにルーチンでは、先ず、低減トルクカム面２８等の各面と、ボール９０等の揺動部との目標相対位置が割り出される（ステップ１００）。ECUには、機関回転数及び機関負荷を検知するためのセンサ出力が供給されている。また、ECUには、機関回転数と機関負荷との関係で、上述した「低減トルク消滅領域」及び「低減トルク発生領域」を定めたマップが記憶されている。ここでは、そのマップに従って、現在の運転状態が低減トルク消滅領域に属していると判断されると、ボール９０が円筒面８２に接する位置が、各面と揺動部との目標相対位置とされる。他方、上記のマップに従って、現在の運転状態が低減トルク発生領域に属していると判断されると、ボール９０が低減トルクカム面２８に接する位置が、両者の目標相対位置とされる。

上記の処理が終わると、次に、各面と揺動部との相対位置が目標に一致するように、ホルダ８６が駆動され、かつ、保持される（ステップ１１０）。具体的には、低減トルク消滅領域においては、ボール９０が円筒面８２に接するようにホルダ８６の位置が調整される。また、低減トルク発生領域では、ボール９０が低減トルクカム面２８に接するようにホルダ８６の位置が調整される。

以上の処理が行われることにより、本実施形態の機構によれば、カム軸２０に、カム２２，２４，２６から大きなトルクが入力される状況下（低減トルク発生領域）では、実施の形態１の場合と同様の大リフト対応低減トルクをカム軸２０に加えることができる。この場合、カム２２，２４，２６から入力されるトルクと大リフト対応低減トルクとが打ち消し合い、チェーン等の駆動機構に作用するカム軸トルクは許容トルクより小さなものとなる。

また、カム２２，２４，２６からカム軸２０に加えられるトルクが小さい状況下（低減トルク消滅領域）では、ボール９０を円筒面８２に接触させることにより、低減トルクを消滅させることができる。この領域では、カム２２，２４，２６からカム軸２０に加えられるトルクが十分に小さいため、低減トルクを発生させると、カム軸トルクが却って大きなものとなる。上記の処理によれば、そのような事態の発生を確実に回避することで、内燃機関の燃費特性を改善するうえで有利な状況を作り出すことができる。

以上説明した通り、本実施形態のカム軸トルク低減機構によれば、内燃機関の弁体４２に比較的大きなリフト量が与えられる場合に、カム軸トルクが許容トルクを超えるのを回避することができ、かつ、弁体４２に比較的小さなリフト量が与えられる場合に、カム軸トルクが、低減トルクによって無駄に大きくされるのを防ぐことができる。このため、本実施形態の機構によれば、チェーン等の駆動機構の負担を実施の形態１と同様に低減することができると共に、実施の形態１の場合に比して、内燃機関の燃費特性を向上させることができる。

ところで、上述した実施の形態２においては、内燃機関の運転領域を、「低減リフト消滅領域」と「低減トルク発生領域」の２つに区分し、ボール９０を、低減トルクカム面２８及び円筒面８２の何れかに選択的に接触させることとしているが、本発明の制御手法はこれに限定されるものではない。

図１３は、内燃機関の運転領域を、「低減リフト消滅領域」と「低減トルク可変領域」と「低減トルク発生領域」の３つに区分する例を説明するための図である。図１３の内容は、第２の低減機構切り換え線９８が追記されている点を除いて図１１に示す内容と同じである。

第２の低減機構切り換え線９８は、上述した「低減トルク可変領域」と「低減トルク発生領域」とを区分するための線である。低減トルク可変領域は、内燃機関の運転状態に応じて、各気筒の弁体４２に与えられるリフト量が、比較的大きく変更される領域である。この領域においては、弁体４２の駆動に伴ってカム２２，２４，２６からカム軸２０に加えられるトルクにも顕著な変化が生ずる。他方、本実施形態のカム軸トルク低減機構によれば、ボール９０を、中間面８０のどの位置に接触させるかに応じて、カム軸２０に加えられる低減トルクの大きさを変化させることができる。このため、低減トルク可変領域においては、ボール９０が中間面８０に接触する範囲内で、ホルダ８６の位置を、カム２２，２４，２６からカム軸２０に加えられるトルクの大きさに応じて、具体的には、機関回転数及び機関負荷に応じて調整することとしてもよい。このような制御を行うこととすれば、上述した実施の形態２の場合に比して、カム軸トルクの平均値を更に下げることができ、内燃機関の燃費特性を更に改善することができる。

また、上述した実施の形態２においては、図８乃至図１０に示す機構を用いることにより低減トルクを発生させ、かつ、その大きさを変化させることとしているが、この機能を実現するための構成はこれに限定されるものではない。すなわち、カム軸２０の端部に電動機を連結して、電動機への通電を制御することにより、所望の大きさの低減トルクを所望の位相で発生させることとしてもよい。この点は、以下に説明する実施の形態３においても同様である。

ところで、上述した実施の形態２においては、図８乃至図１０に示す機構が前記第１の発明における「低減トルク発生手段」、及び前記第２の発明における「低減トルク可変機構」に相当している。また、ホルダ８６のアクチュエータを制御するECUが図１２に示すルーチンを実行することにより前記第２の発明における「切換指令手段」が実現されている。

また、上述した実施の形態２においては、ボール９０、リフタ８４及びスプリング８８が前記第３の発明における「押圧機構」に相当している。更に、ホルダ８６及びこれを駆動するアクチュエータが前記第３の発明における「押圧機構移動手段」、及び前記第４の発明における「スライド機構」に相当している。

実施の形態３．
次に、図１４乃至図１６を参照して本発明の実施の形態３について説明する。図１４は、本実施形態のカム軸トルク低減機構の構成を説明するための斜視図である。図１５は、図１４に示す機構をXV矢視で表した平面図である。また、図１６は、図１４に示す構成をXVI矢視で表した側面図である。

図１４乃至図１６に示す構成は、中間面１２０の形状、及び円筒面１２２の大きさが異なる点を除いて、上述した実施の形態２の構成（図８乃至図１０参照）と同様である。以下、本実施形態における構成要素のうち、実施の形態２における構成要素と同一のものについては、共通する符号を付してその説明を省略又は簡略する。

本実施形態のカム軸トルク低減機構において、円筒面１２２は、低減トルクカム面２８の最大径と等しい径を有している。すなわち、円筒面１２２は、カム軸２０の中心から低減トルクカム面２８のノーズピークまでの長さと等しい半径を有している。

中間面１２０は、低減トルクカム面２８と円筒面１２２とを連続的につなげるための部材である。具体的には、中間面１２０は、低減トルクカム面２８と接する部位においては、低減トルクカム面２８と同じ形状、つまり、正三角形の３つの頂点に面取りを施すことで得られる形状の断面を有している。中間面１２０の断面形状は、円筒面１２２に近づくに連れて円筒面１２２の断面形状に近づき、円筒面１２２に接する位置において、円筒面１２２と同じ半径を有する円形になる。

本実施形態の構成によれば、実施の形態２の場合と同様に、内燃機関の運転状態に合わせてホルダ８６の位置をスライドさせることにより、ボール９０が低減トルクカム面２８に接する状態と、ボール９０が円筒面に接する状態とを切り換えることができる。更には、ボール９０を中間面１２０上の任意の位置に接触させることができる。このため、本実施形態の構成によっても、実施の形態２の場合と同様の機能を実現することができる。

［実施の形態２と実施の形態３の比較］
次に、実施の形態２の機構と、実施の形態３の機構との相違について説明する。図８乃至図１０に示すように、実施の形態２のカム軸トルク低減機構では、円筒面８２の半径が、低減トルクカム面２８の最小半径に一致している。他方、図１４乃至図１６に示すように、実施の形態３のカム軸トルク低減機構では、円筒面１２２の半径が低減トルクカム面２８の最大半径に一致している。

実施の形態２の構成においてボール９０が円筒面８２に接触している場合と、実施の形態３の構成においてボール９０が円筒面１２２に接している場合とを比較すると、スプリング８８のバネ力は、前者の場合においてより小さなものとなる。このため、低減トルク消滅領域においてカム軸２０が受ける外力は、実施の形態２の場合に、実施の形態３の場合に比して小さくなる。

内燃機関のフリクションを低減してその燃費特性を改善するためには、カム軸２０に加わる外力は小さいほど好ましい。この点、実施の形態２の構成は、実施の形態３の構成に比して好適である。従って、内燃機関のフリクションを減らして、その燃費特性を改善する観点からすれば、実施の形態２の構成は、実施の形態３の構成に比して優れている。

一方、実施の形態３の構成は、以下に説明するように、可変動弁機構４０の変化に対して良好な応答性を確保し易い点、及びシステムのフェールセーフを実現し易い点において実施の形態２の構成に比して優れている。

すなわち、実施の形態３の構成では、ボール９０が円筒面１２２に接している場合に、スプリング８８は最も縮小した状態を維持する。従って、ボール９０の接触位置が、円筒面１２２から低減トルクカム面２８に向かって移動する際に、スプリング８８は、平均的には延びる方向に変化する。このため、実施の形態３の構成によれば、低減トルクを発生させない状態から大リフト対応低減トルクを発生させる状態への変化を、高い応答性の下に生じさせることができる。他方、実施の形態２の構成は、上記の理由と逆の理由により、低減トルクが生じていない状態から大リフト対応低減トルクを発生させる状態への変化を迅速に生じさせ難い特性を有している。

内燃機関において加速要求が生じた後、可変動弁機構４０が、小リフト運転から大リフト運転に切り替わった後に、大リフト対応低減トルクが迅速に立ち上がらないとすると、一時的に過大なカム軸トルクが発生する事態が生じ得る。このような事態の発生を回避する意味では、大リフト対応低減トルクを迅速に立ち上げることのできる実施の形態３の構成が、実施の形態２の構成に比して優れている。

また、ホルダ８６のアクチュエータに異常が発生して、ホルダ８６の位置が保持できなくなった場合、実施の形態３の構成によれば、ボール９０は、スプリング８８のバネ力により、低減トルクカム面２８に接する位置に移動する。この場合、カム軸トルク低減機構が大リフト対応トルクを発生するため、如何なるリフト量が採用されても過大なカム軸トルクの発生は防止することができる。他方、実施の形態２の構成によれば、ホルダ８６の保持力が消滅すると、ボール９０は、円筒面８２に接する位置に移動する。この場合、大リフト運転時には、チェーン等の駆動機構に過大なカム軸トルクが作用する。以上の理由により、フェールセーフの観点からも、実施の形態３の構成は実施の形態２の構成に比して優れている。

ところで、上述した実施の形態３においては、図１４乃至図１６に示す機構が前記第１の発明における「低減トルク発生手段」、及び前記第２の発明における「低減トルク可変機構」に相当している。

実施の形態４．
次に、図１７を参照して本発明の実施の形態４について説明する。図１７は、本発明の実施の形態４のカム軸トルク低減機構の構成を説明するための図である。本実施形態のカム軸トルク低減機構は、スプリング取り付け部３６が、スペーサ１３０を介してカム機構１３２に接している点を除いて、実施の形態１の機構と同様の構成を有している。以下、図１７に示す構成要素のうち、実施の形態１において説明した要素（図２及び図３参照）と同一の構成要素については、共通する符号を付してその説明を省略又は簡略する。

図１７（Ａ）は、スペーサ１３０がカム機構１３２のノーズに接している状態を示す。以下、この状態を「伸縮状態」と称す。図１７（Ｂ）は、スペーサ１３０が、カム機構１３２の基準円に接している状態を示す。以下、この状態を「基準状態」と称す。図１７（Ａ）及び図１７（Ｂ）において、スプリング３２は、自然長の状態で表されているが、現実には、スプリング取り付け部３６の内部に収納される。このため、図１７（Ａ）に示す伸縮状態におけるスプリング３６は、図１７（Ｂ）に示す基準状態の場合に比して、縮小した状態となる。

カム軸２０は、スプリング３６が縮小しているほど、低減トルクカム面２８の回転に伴ってピーク値の大きな低減トルクを受ける。従って、本実施形態のカム軸トルク低減機構は、図１７（Ａ）に示す縮小状態においてピーク値の大きな低減トルクを発生し、図１７（Ｂ）に示す基準状態においてピーク値の小さな低減トルクを発生する。

本実施形態において、カム機構１３２には、図示しないアクチュエータが連結されている。また、本実施形態のシステムは、そのアクチュエータを制御するECUを備えている。本実施形態におけるECUは、実質的に、上述した実施の形態２又は３の場合と同様の処理を行う。

より具体的には、本実施形態におけるECUは、内燃機関の運転状態が、上述した低減トルク消滅領域に属する場合には、図１７（Ｂ）に示す基準状態が実現されるようにカム機構１３２を駆動する。また、内燃機関の運転状態が、上述した低減トルク発生領域に属する場合には、図１７（Ａ）に示す縮小状態が実現されるようにカム機構１３２を駆動する。

以上の処理が実行される結果、本実施形態のカム軸トルク低減機構によれば、弁体４２のリフト量が小さく制御される低負荷低回転領域において、小さな低減トルクをカム軸２０に与えることができる。また、弁体４２に大きなリフト量が与えられる高負荷高回転領域では、大きな低減トルクをカム軸２０に与えることができる。このため、本実施形態のカム軸トルク低減機構によれば、実施の形態２又は３の場合と同様に、低負荷低回転領域において内燃機関のフリクションが不要に大きくなるのを防ぎつつ、大リフト運転時において過大なカム軸トルクが発生するのを確実に回避することができる。

ところで、上述した実施の形態４においては、ローラ３４、リフタ３０、スプリング３２、スプリング取り付け部３６及びスペーサ１３０が、前記第７の発明における「押圧機構」に、カム機構１３２が前記第７の発明における「押圧力調整機構」に、それぞれ相当している。また、ここでは、スプリング３２が、前記第８の発明における「バネ部材」に相当している。

実施の形態５．
［実施の形態５の構成］
（全体の構成）
次に、図１８乃至図２０を参照して本発明の実施の形態５について説明する。以下、図１８乃至図２０に示す構成要素のうち、実施の形態１乃至４において説明したものと同一のものについては、共通する符号を付してその説明を省略又は簡略する。

図１８は、本実施形態のカム軸トルク低減機構が搭載されたカム軸ハウジング１０の斜視図である。カム軸ハウジング１０は、実施の形態１の場合と同様に、Ｖ型６気筒式内燃機関の一方のバンクにおいて用いられる部材である。ここでは、便宜上、橋渡し部１４及び１６によって区分された３つの領域が、それぞれ、左下側から順に、内燃機関の♯１、♯３、♯５気筒に対応しているものとする。

カム軸ハウジング１０には、カム軸２０が回転可能に搭載されている。カム軸２０は、カム２２，２４，２６と共に、♯１、♯３及び♯５気筒のそれぞれに対応する低減トルクカム面１４０，１４２，１４４を備えている。低減トルクカム面１４０，１４２，１４４は、それぞれ、実施の形態１における低減トルクカム面２８と同様に（図１、図２、図３参照）、３つのカムピークを等間隔で有している。

カム軸ハウジング１０には、カム軸２０と平行に、制御軸５６が搭載されている。制御軸５６は、３つの気筒を縦断するように設けられている。制御軸５６には、♯１、♯３、及び♯５気筒のそれぞれに対応する位置に可変動弁機構４０が装着されている。可変動弁機構４０の下部には、図１８には表れていないが、実施の形態１の場合と同様に、気筒毎に２つの弁体（吸気弁）が設けられている（図４参照）。

可変動弁機構４０は、制御軸５６の回転位置に応じて、弁体のピークリフトを変化させることができる。より具体的には、可変動弁機構４０は、制御軸５６の回転位置が一方の変位端に位置する場合に、大リフト運転の状態となり、制御軸５６が、他方の変位端に向けて回動されることにより、弁体のピークリフト量を減少させる。そして、可変動弁機構４０は、制御軸５６の回転位置が他方の変位端に達すると、小リフト運転の状態となる。

制御軸５６は、気筒毎に、押圧力調整カム１４６，１４８又は１５０を備えている。押圧力調整カム１４６，１４８，１５０は、低減トルクカム面１４０，１４２，１４４のそれぞれと対応する位置に設けられており、何れも同じ位相にカムノーズを有している。

押圧力調整カム１４６と低減トルクカム面１４０との間には、押圧機構１５２が配置されている。同様に、押圧力調整カム１４８，１５０と低減トルクカム面１４２，１４４との間には、それぞれ、押圧機構１５４，１５６が配置されている。押圧機構１５２，１５４，１５６の構成及び動作は、後に図２０を参照して詳細に説明する。

（カム軸の駆動機構）
カム軸ハウジング１０には、カム軸逆転駆動歯車１５８が搭載されている。また、カム軸２０には、カム軸逆転シザーズ歯車１６０が装着されている。

図１９は、カム軸逆転駆動歯車１５８とカム軸逆転シザーズ歯車１６０の周辺を、図１８中に示すXIX矢視で表した図である。図１９に示すように、カム軸逆転駆動歯車１５８は、制御軸５６の上方において、回転可能に保持されている。また、カム軸逆転駆動歯車１５８は、チェーン（図示せず）等を介してクランク軸に連結されており、内燃機関の運転中は、クランク軸と同じ方向に回転する。

カム軸逆転シザーズ歯車１６０は、カム軸逆転駆動歯車１５８と噛み合うように構成されている。これらの歯車１５８，１６０によれば、内燃機関の運転中に、カム軸２０を、クランク軸２０と反対の方向に回転させることができる。

図１８に示すカム軸ハウジング１０は、上述した通り、Ｖ型６気筒式内燃機関の一方のバンク（便宜上、左バンクとする）において用いられる。可変動弁機構４０は、左バンクと同様に右バンクにも搭載される。左バンクの気筒の特性と、右バンクの気筒の特性を合わせるうえでは、左右のバンク構造を対称化することが望ましい。

このため、左バンクにおいて、カム軸２０が、可変動弁機構４０（制御軸５６）の左側に位置するとすれば、右バンクは、カム軸が、可変動弁機構（制御軸）の右側に位置するように構成することが望ましい。

左右のバンクがそれぞれ備えるカム軸をクランク軸により駆動する方法としては、それらのカム軸を、チェーン等で単純にクランク軸に連結することが考えられる。この場合、左右のカム軸は、何れもクランク軸と同じ方向に回転することになる。

カム軸と可変動弁機構が左右のバンクにおいて対称に配置された状態で、左右のカム軸が同じ方向に回転すると、一方のバンクでは、カムのノーズが、可変動弁機構４０のカムローラ６２（図５参照）に上側から接近し、その下側から抜けるという状態が形成される。そして、他方のバンクでは、カムのノーズが、カムローラ６２に下側から接近して、その上側に抜けるという状態が形成される。

可変動弁機構４０は、制御軸５６の回転に伴って、カム軸２０に対するカムローラ６２の上下方向位置を変化させ、その結果、弁体４２に与えるリフトピークを変化させる。左右のカム軸が共にクランク軸と同じ方向に回転する内燃機関では、例えば、カムローラ６２の相対位置が上方にシフトすると、一方のバンクでは、カムローラ６２がカムにより押圧され始めるクランク角が進角し、他方のバンクではそのクランク角が遅角する。つまり、この場合、リフト量の変化に伴って、弁体の開弁位相が、左右のバンクにおいて異なる方向に変化する。

本実施形態のシステムは、上述した通り、左バンクのカム軸２０を、クランク軸と反対の向きに回転させる。そして、このシステムにおいて、右バンクのカム軸は、クランク軸と同じ方向に回動される。つまり、本実施形態のシステムでは、カム軸と可変動弁機構の配置に加えて、カム軸の回転方向も、左右のバンクにおいて対称とされている。このため、このシステムによれば、左右のバンクにおいて、リフト量の変更に合わせて、弁体の開弁位相を同様に変化させることができる。

（特徴部分の構成）
図２０は、♯１気筒に配置された低減トルクカム面１４０、押圧機構１５２、及び押圧力調整カム１４６の周辺を拡大して表した図である。より具体的には、図２０（Ａ）は、大リフト運転時の状態を示す拡大図である。また、図２０（Ｂ）は小リフト運転時の状態を示す拡大図である。♯３気筒及び♯５気筒の状態も、♯１気筒の状態と同じであるため、ここでは、それらの代表例として、♯１気筒の状態を説明する。

図２０に示すように、押圧機構１５２は、リフタ１６０とスペーサ１６２を備えている。リフタ１６０の先端には、ローラ１６４が装着されている。スペーサ１６２には、スプリングが内蔵されている。押圧機構１５２は、ローラ１６４を介してスプリングの反力を低減トルクカム面１４０に伝える。

低減トルクカム面１４０の位相は、実施の形態１乃至４（低減トルクカム面２８）の場合と同様に、弁体の開弁に伴うカム軸トルクを打ち消す低減トルクを発生するように調整されている（図６（Ｂ）参照）。本実施形態では、３つの低減トルクカム面１４０，１４２，１４４が、それぞれ低減トルクを受け、それらの合成力がカム軸２０に伝達される。このような構成によれば、個々の低減トルクカム面１４０，１４２，１４４に要求される低減トルクが、実施の形態１乃至４において低減トルクカム面２８に要求される低減トルクの１／３となる。

押圧機構１５２，１５４，１５６に作用する応力は、低減トルクカム面１４０，１４２，１４４に伝わる低減トルクが小さいほど小さくなる。このため、本実施形態の構成、つまり、低減トルクの発生機構を気筒毎に設ける構成によれば、リフタ１６０やスペーサ１６２に要求される剛性を、実施の形態１乃至４の場合（リフタ３０、スプリング取り付け部３６）に比して十分に下げることができる。

上述した通り、本実施形態のシステムでは、押圧機構１５２，１５４，１５６が、低減トルクカム面１４０，１４２，１４４と制御軸５６との間に配置されている。このような配置を実現するため、本実施形態では、押圧機構１５２，１５４，１５６が、実施の形態１乃至４の場合（リフタ３０、スプリング取り付け部３６）に比して小型化されている。

この点で、本実施形態のシステムは、実施の形態１乃至４の場合に比して、押圧機構１５２，１５４，１５６のそれぞれに、高い剛性を付与し難いという特性を有している。その一方で、本実施形態のシステムは、低減トルクを３つの低減トルク発生機構で分担して発生することにより、押圧機構１５２，１５４，１５６に要求される剛性を十分に低下させている。このため、本実施形態の構成によれば、押圧機構１５２，１５４，１５６を小型化しつつ、剛性面での要求を満たすことができる。

図２０（Ａ）に示すように、押圧力調整カム１４６は、大リフト運転時に、カムノーズがスペーサ１５２を押圧するように駆動される。また、図２０（Ｂ）に示すように、押圧力調整カム１４６は、小リフト運転時に、カムの基準面がスペーサ１６２に接するように駆動される。

図２０（Ａ）の状態では、図２０（Ｂ）に示す状態に比して、スペーサ１６２の位置がカム軸２０側にシフトしている。このため、押圧機構１５２は、大リフト運転時に、小リフト運転時に比して大きな低減トルクを低減トルクカム面１４０に伝達する。カム軸２０が、弁体の開弁に伴って受けるトルクは、弁体のリフト量が大きいほど大きくなる。本実施形態のシステムによれば、そのトルクの増減に合わせて、低減トルクを増減させることができ、全リフト領域において、カム軸２０に加わる合成トルクを十分に小さくすることができる。

また、本実施形態のシステムは、低減トルクの基準値を変化させるための押圧力調整カム１４６，１４８，１５０を、制御軸５６により駆動することとしている。上述した実施の形態４のシステムでは、制御軸５６を駆動するための機構の他に、カム機構１３２を駆動するためのアクチュエータが必要である。本実施形態のシステムは、そのようなアクチュエータが不要となる点において、実施の形態４のシステムに比して、低コスト化や軽量化が容易であるという特性を有している。

ところで、上述した実施の形態４では、カム軸トルク低減機構（低減トルクカム面１４０，１４２，１４４、押圧機構１５２，１５４，１５６、及び押圧力調整カム１４６，１４８，１５０）を気筒毎に配置することとしているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、押圧力調整カムが制御軸５６に設けられており、押圧機構が制御軸５６とカム軸２０との間に配置されていれば、その数は一つであってもよい。

また、上述した実施の形態４では、押圧機構１５２，１５４，１５６の位置を変えることでカム軸低減トルクの大きさを変化させるカム軸トルク低減機構を、カム軸２０に沿って複数配置することとしているが、この発明はこれに限定されるものではない。すなわち、カム軸２０に沿って複数配置されるカム軸トルク低減機構の構成は、実施の形態１乃至３の構成の何れであっても良い。

尚、上述した実施の形態４においては、可変動弁機構４０の揺動アーム４８、制御アーム５０、大作用角アーム５２等が前記第９の発明における「揺動機構」に相当している。また、押圧力調整カム１４６，１４８，１５０が前記第９の発明における「押圧力調整機構」に相当している。

本発明の実施の形態１のカム軸トルク低減機構の主要部の構成を説明するための図である。 本発明の実施の形態１における低減トルクカム面の周辺の構造を説明するための斜視図である。 図２に示す構成をIII矢視で示した側面図である。 本実施形態における内燃機関が備える可変動弁機構の斜視図である。 図４に示す可変動弁機構をV矢視で表した側面図である。 本発明の実施の形態１のカム軸トルク低減機構の特徴的な動作を説明するためのタイミングチャートである。 本発明の実施の形態２のカム軸トルク低減機構の主要部の構成を説明するための図である。 本発明の実施の形態２における低減トルクカム面の周辺の構造を説明するための斜視図である。 図８に示す構成をIX矢視で示した平面図である。 図８に示す構成をX矢視で示した側面図である。 本発明の実施の形態２において用いられる内燃機関の運転状態マップを示す。 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２の変形例において用いられる内燃機関の運転状態マップを示す。 本発明の実施の形態３における低減トルクカム面の周辺の構造を説明するための斜視図である。 図１４に示す構成をXV矢視で示した平面図である。 図１４に示す構成をXVI矢視で示した側面図である。 本発明の実施の形態４のカム軸トルク低減機構の特徴部の構造を説明するための図である。 本発明の実施の形態５のカム軸トルク低減機構が搭載されたカム軸ハウジングの斜視図である。 本発明の実施の形態５が備えるカム軸逆転駆動歯車とカム軸逆転シザーズ歯車の周辺を、図１８中に示すXIX矢視で表した図である。 ♯１気筒に配置された低減トルクカム面、押圧機構、及び押圧力調整カムの周辺を拡大して表した図である。

符号の説明

１０ カム軸ハウジング
２０ カム軸
２２，２４，２６ カム
２８；１４０，１４２，１４４ 低減トルクカム面
３０；１６０ リフタ
３２ スプリング
３４；１６４ ローラ
４０ 可変動弁機構
７０ 大リフト時トルク
７４ 大リフト対応低減トルク
７６ 大リフト時合成トルク
８０；１２０ 中間面
８２；１２２ 円筒面
９０ ボール
１３０ スペーサ
１３２ カム機構
１４６，１４８，１５０ 押圧力調整カム
１５２，１５４，１５６ 押圧機構

Claims (12)

1. 内燃機関の各気筒に対応するカムを備えるカム軸と、
   前記カムにより駆動される弁体のピークリフト量を可変とする可変動弁機構と、
   前記ピークリフト量を最大とする大リフト状態で前記可変動弁機構が作動する際に前記カムを介して前記カム軸に入力されるトルクに対して逆位相を示す大リフト対応低減トルクを、何れの気筒の弁体動作にも影響を与えることなく前記カム軸に加える低減トルク発生手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関のカム軸トルク低減機構。
2. 前記低減トルク発生手段は、
   前記カム軸が前記大リフト対応低減トルクを受ける大リフト対応状態と、前記カム軸が前記大リフト対応低減トルクに比して小さな低減トルクを受ける、或いは低減トルクを受けない非大リフト対応状態との何れかを、選択的に実現する低減トルク可変機構と、
   前記可変動弁機構が前記大リフト状態で作動している場合に前記大リフト対応状態の実現を指令し、当該可変動弁機構が、前記大リフト状態に比して小さなピークリフト量を発生させる非大リフト状態で作動している場合に前記非大リフト対応状態の実現を指令する切換指令手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１記載の内燃機関のカム軸トルク低減機構。
3. 前記低減トルク可変機構は、
   前記カム軸が縦断する気筒の数と同数のノーズを有する低減トルクカム面と、
   前記カム軸と同心に設けられた円筒面と、
   前記カム軸に対して垂直な方向での往復運動が可能であり、かつ、前記往復運動に伴う変位量に対応する押圧力を前記カム軸の方向に向けて発生する押圧機構と、
   前記押圧機構を、その先端が前記低減トルクカム面に接する位置と、その先端が前記円筒面に接する位置との間で移動させる押圧機構移動手段と、
   を備えることを特徴とする請求項２記載の内燃機関のカム軸トルク低減機構。
4. 前記低減トルクカム面と前記円筒面とは、前記カム軸に、並んで配置されており、
   前記低減トルク可変機構は、前記低減トルクカム面と前記円筒面とを連続的につなげる中間面を含み、
   前記押圧機構移動手段は、前記押圧機構を前記カム軸に沿ってスライドさせるスライド機構を含むことを特徴とする請求項３記載の内燃機関のカム軸トルク低減機構。
5. 前記円筒面は、前記低減トルクカム面の最小半径と実質的に等しい半径を有することを特徴とする請求項４記載の内燃機関のカム軸トルク低減機構。
6. 前記円筒面は、前記低減トルクカム面の最大半径と実質的に等しい半径を有することを特徴とする請求項４記載の内燃機関のカム軸トルク低減機構。
7. 前記低減トルク可変機構は、
   前記カム軸が縦断する気筒の数と同数のノーズを有する低減トルクカム面と、
   前記低減トルクカム面に先端部を接触させた状態で、前記カム軸に対して垂直な方向に往復運動することができ、かつ、前記往復運動に伴う変位量に対応する押圧力を前記低減トルクカム面に加える押圧機構と、
   前記押圧機構が発生する押圧力の基準値を調整する押圧力調整機構と、
   を備えることを特徴とする請求項２記載の内燃機関のカム軸トルク低減機構。
8. 前記押圧機構は、前記低減トルクカム面側の端部が可動端とされ、かつ、その他端が固定端とされるバネ部材を備え、
   前記押圧力調整機構は、前記バネ部材の固定端の位置を前記カム軸に対して垂直な方向に変位させることのできるカム機構を備えることを特徴とする請求項７記載の内燃機関のカム軸トルク低減機構。
9. 前記可変動弁機構は、回動可能に保持された制御軸と、当該制御軸の回転位置に応じて前記弁体のピークリフト量を変化させる揺動機構とを備え、
   前記低減トルクカム面は、前記カム軸に設けられ、
   前記押圧機構は、前記低減トルクカム面と前記制御軸との間に設けられ、
   前記押圧力調整機構は、前記制御軸の回転位置に応じて、前記押圧力の基準値を変化させることを特徴とする請求項７又は８記載のカム軸トルク低減機構。
10. 前記押圧力調整機構は、前記制御軸が、前記ピークリフト量が大きくなる方向に回転するほど、前記押圧力の基準値を大きくすることを特徴とする請求項９記載のカム軸トルク低減機構。
11. 前記低減トルクカム面、前記押圧機構、及び前記押圧力調整機構の組が、単一のカム軸に対して、その長手方向に並んで複数設けられていることを特徴とする請求項７乃至１０の何れか１項記載のカム軸トルク低減機構。
12. 前記低減トルクカム面、前記押圧機構、及び前記押圧力調整機構の組が、単一のカム軸に対して、その長手方向に並んで複数設けられていることを特徴とする請求項３乃至６の何れか１項記載のカム軸トルク低減機構。

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