JP2010084526A - 内燃機関の動弁装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 カムシャフトのトルク変動を低速回転領域から高速回転領域まで効果的に低減する。
【解決手段】 直列に並ぶＮ個の気筒にそれぞれ設けられる複数の機関弁を開閉駆動する複数の動弁カム３１Ａ〜３１Ｃが形成されたカムシャフト２０に、複数の機関弁２０，２２から作用する反力によりトルク変動が生じたとき、そのトルク変動を低減すべくトルク低減機構がカムシャフト２０に加えるキャンセルトルクを、複数の機関弁２０，２１の各バルブリフト曲線を合成した合成バルブリフト曲線を、θ＝３６０°÷Ｎ÷２で算出される角度θだけ位相をずらした第１キャンセルリフト曲線で与えるので、内燃機関の高速回転時の慣性力に起因するトルク変動の増大を抑制し、低速回転領域から高速回転領域までの広い領域でカムシャフト２０のトルク変動を最小限に抑えることができる。
【選択図】 図６

Description

本発明は、直列に並ぶＮ個の気筒にそれぞれ設けられた複数の機関弁と、前記複数の機関弁を開閉駆動する複数の動弁カムが形成されたカムシャフトと、前記複数の機関弁からの反力により前記カムシャフトに生じるトルク変動を低減するキャンセルトルクを該カムシャフトに加えるトルク低減機構とを備える内燃機関の動弁装置に関する。

内燃機関のカムシャフトに設けた動弁カムで機関弁を開閉駆動すると、機関弁の弁ばねの反力が動弁カムに作用するためにカムシャフトにトルク変動が発生する。このカムシャフトのトルク変動を低減すべく、カムシャフトにトルクキャンセルカムを設け、トルクキャンセルカムに付勢部材を弾発的に当接させることで、前記カムシャフトのトルク変動をキャンセルするトルクを発生させるものが、下記特許文献１により公知である。前記トルクキャンセルカムからカムシャフトに加えられるトルクのカーブは、動弁カムからカムシャフトに加えられるトルクのカーブを反転させたものとされる。
特公昭６２−０４８１０５号公報

ところで、上記従来のものは、内燃機関の低・中速回転領域ではカムシャフトのトルク変動を低減することが可能であるが、内燃機関の高速回転領域では付勢部材からトルクキャンセルカムが受ける慣性力が増大するためにカムシャフトのトルク変動の低減効果が低くなり、逆にカムシャフトのトルク変動が増加する可能性があった。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、カムシャフトのトルク変動を低速回転領域から高速回転領域まで効果的に低減することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、直列に並ぶＮ個の気筒にそれぞれ設けられた複数の機関弁と、前記複数の機関弁を開閉駆動する複数の動弁カムが形成されたカムシャフトと、前記複数の機関弁からの反力により前記カムシャフトに生じるトルク変動を低減するキャンセルトルクを該カムシャフトに加えるトルク低減機構とを備える内燃機関の動弁装置において、前記トルク低減機構が前記カムシャフトに加えるキャンセルトルクは、前記複数の機関弁の各バルブリフト曲線を合成した合成バルブリフト曲線を、θ＝３６０°÷Ｎ÷２で算出される角度θだけ位相をずらした第１キャンセルリフト曲線で与えられることを特徴とする内燃機関の動弁装置が提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記トルク低減機構は、前記カムシャフトに設けられて前記第１キャンセルリフト曲線に対応するプロファイルを有するトルクキャンセルカムと、前記トルクキャンセルカムに弾発的に当接する付勢部材とで構成されることを特徴とする内燃機関の動弁装置が提案される。

また請求項３に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、α＝３６０°÷Ｎ÷２÷２としたとき、前記キャンセルトルクは、前記第１キャンセルリフト曲線と、前記第１キャンセルリフト曲線を角度αだけ遅角した第２キャンセルリフト曲線と、前記第１キャンセルリフト曲線を角度αだけ進角した第３キャンセルリフト曲線とを合成したもので与えられることを特徴とする内燃機関の動弁装置が提案される。

また請求項４に記載された発明によれば、請求項３の構成に加えて、前記トルク低減機構は、前記カムシャフトに設けられて前記第１キャンセルリフト曲線に対応するプロファイルを有する第１トルクキャンセルカムと、前記第１トルクキャンセルカムに弾発的に当接する第１付勢部材と、前記カムシャフトに設けられて前記第２キャンセルリフト曲線に対応するプロファイルを有する第２トルクキャンセルカムと、前記第２トルクキャンセルカムに弾発的に当接する第２付勢部材と、前記カムシャフトに設けられて前記第３キャンセルリフト曲線に対応するプロファイルを有する第３トルクキャンセルカムと、前記第３トルクキャンセルカムに弾発的に当接する第３付勢部材とで構成されることを特徴とする内燃機関の動弁装置が提案される。

また請求項５に記載された発明によれば、請求項４の構成に加えて、前記第２、第３トルクキャンセルカムは共用される単一部材であり、前記第１付勢部材は前記機関弁に略対向する第１の方向から前記第１トルクキャンセルカムを付勢し、前記第２、第３付勢部材は前記第１の方向に対して直交する方向の両側から共用される前記第２、第３トルクキャンセルカムをそれぞれ付勢することを特徴とする内燃機関の動弁装置が提案される。

また請求項６に記載された発明によれば、請求項５の構成に加えて、前記第１〜第３付勢部材のうち、前記機関弁に略対向する側に配置される付勢部材は、カムホルダと協働して前記カムシャフトを支持するカムキャップに支持されることを特徴とする内燃機関の動弁装置が提案される。

また請求項７に記載された発明によれば、請求項４の構成に加えて、前記第１〜第３トルクキャンセルカムは共用される単一部材であることを特徴とする内燃機関の動弁装置が提案される。

尚、実施の形態の吸気バルブ２０および排気バルブ２２は本発明の機関弁に対応し、実施の形態の第１〜第３トルクキャンセルカム３２Ａ〜３２Ｃは本発明のトルクキャンセルカムに対応し、実施の形態のトルクキャンセルアーム３８および第１〜第３トルクキャンセルピストン５１Ａ〜５１Ｃは本発明の付勢部材に対応する。

請求項１の構成によれば、直列に並ぶＮ個の気筒にそれぞれ設けられた複数の機関弁を開閉駆動する複数の動弁カムが形成されたカムシャフトに、複数の機関弁から作用する反力によりトルク変動が生じたとき、そのトルク変動を低減すべくトルク低減機構がカムシャフトに加えるキャンセルトルクを、複数の機関弁の各バルブリフト曲線を合成した合成バルブリフト曲線を、θ＝３６０°÷Ｎ÷２で算出される角度θだけ位相をずらした第１キャンセルリフト曲線で与えるので、内燃機関の高速回転時の慣性力に起因するトルク変動の増大を抑制し、低速回転領域から高速回転領域までの広い領域でカムシャフトのトルク変動を最小限に抑えることができる。

また請求項２の構成によれば、トルク低減機構を、カムシャフトに設けられてキャンセルリフト曲線に対応するプロファイルを有するトルクキャンセルカムと、トルクキャンセルカムに弾発的に当接する付勢部材とで構成したので、簡単な構造でカムシャフトにキャンセルトルクを加えることができる。

また請求項３の構成によれば、α＝３６０°÷Ｎ÷２÷２としたとき、キャンセルトルクを、第１キャンセルリフト曲線と、第１キャンセルリフト曲線を角度αだけ遅角した第２キャンセルリフト曲線と、第１キャンセルリフト曲線を角度αだけ進角した第３キャンセルリフト曲線とを合成したもので与えるので、第１キャンセルリフト曲線により低減したカムシャフトのトルク変動を、第２、第３キャンセルリフト曲線により更に低減し、特に高速回転領域におけるカムシャフトのトルク変動をより一層効果的に低減することができる。

また請求項４の構成によれば、第１キャンセルリフト曲線に対応するプロファイルを有する第１トルクキャンセルカムに第１付勢部材を弾発的に当接させ、第２キャンセルリフト曲線に対応するプロファイルを有する第２トルクキャンセルカムに第２付勢部材を弾発的に当接させ、第３キャンセルリフト曲線に対応するプロファイルを有する第３トルクキャンセルカムに第３付勢部材を弾発的に当接させるので、単純な構造で高速回転領域におけるカムシャフトのトルク変動を低減することができる。

また請求項５の構成によれば、第２、第３トルクキャンセルカムを共用される単一部材で構成したので、それらを２個の部材で構成する場合に比べて部品点数を削減することができる。しかも第１付勢部材は機関弁に略対向する第１の方向から第１トルクキャンセルカムを付勢し、第２、第３付勢部材は第１の方向に対して直交する方向の両側から共用される第２、第３トルクキャンセルカムをそれぞれ付勢するので、第１付勢部材の付勢力を機関弁からの反力でキャンセルし、かつ第２、第３付勢部材の付勢力を相互にキャンセルすることで、カムシャフトのジャーナル部に作用するフリクションを低減することができる。

また請求項６の構成によれば、第１〜第３付勢部材のうち、機関弁に略対向する側に配置される付勢部材を、カムホルダと協働してカムシャフトを支持するカムキャップに支持したので、第１付勢部材を支持するための特別の部材が不要にしながら、第１付勢部材の支持剛性を充分に確保することができる。

また請求項７の構成によれば、第１〜第３トルクキャンセルカムを共用される単一部材で構成したので、それらを２個の部材あるいは３個の部材で構成する場合に比べて部品点数を大幅に削減することができる。

以下、本発明の実施の形態を添付の図面に基づいて説明する。

図１〜図７は本発明の第１の実施の形態を示すもので、図１は内燃機関のシリンダヘッドの平面図、図２は図１の２−２線断面図、図３は図１の３−３線断面図、図４は図１の４−４線断面図、図５は動弁カムの形状およびトルクキャンセルカムの形状を示す図、図６は動弁カムおよびトルクキャンセルカムのリフト量、リフト速度およびリフト加速度を示すグラフ、図７はトルクキャンセルカムによりキャンセルした後のトルクを各回転数毎に示すグラフである。

図１〜図３に示すように、直列３気筒内燃機関Ｅは、シリンダブロック１１と、その上面に結合されたシリンダヘッド１２と、その上面に結合されたヘッドカバー１３とを備えており、シリンダブロック１１に形成したシリンダボア１４に摺動自在に嵌合するピストン１５の上面に臨むシリンダヘッド１２の下面に燃焼室１６が区画される。シリンダヘッド１２には、燃焼室１６に連なる吸気ポート１７および排気ポート１８が形成されており、吸気ポート１７の下流端に形成された吸気バルブ孔１９が吸気バルブ２０のバルブヘッド２０ａで開閉されるとともに、排気ポート１８の上流端に形成された排気バルブ孔２１が排気バルブ２２のバルブヘッド２２ａで開閉される。吸気バルブ２０のバルブステム２０ｂはシリンダヘッド１２に設けたバルブガイド２３に摺動自在に嵌合し、バルブスプリング２４で閉弁方向に付勢される。また排気バルブ２２のバルブステム２２ｂはシリンダヘッド１２に設けたバルブガイド２５に摺動自在に嵌合し、バルブスプリング２６で閉弁方向に付勢される。前記吸気バルブ２０および前記排気バルブ２２は、各気筒に２個ずつ設けられる。

次に、吸気側および排気側の動弁機構の構造を説明するが、両動弁機構の構造は実質的に同一であるため、排気側の動弁機構の構造を例にとって説明する。

シリンダヘッド１２の上面に一体に設けられたカムホルダ２７と、その上面に２本のボルト２８で締結されたカムキャップ２９Ａ（２９Ｂ）との間にカムシャフト３０が回転自在に支持される。カムシャフト３０には、合計６個の排気バルブ２２に対応する合計６個の動弁カム３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃと、１個のトルクキャンセルカム３２とが設けられる。カムシャフト３０の下方に配置されるロッカーアーム３３は、その一端がシリンダヘッド１２に設けた油圧タペット３４に支持されるとともに、その他端が排気バルブ２２のバルブステム２２ｂに当接し、ロッカーアーム３３の中間部に軸支されたローラ３５が動弁カム３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃに当接する。

トルクキャンセルカム３２のカム形状は、各気筒の動弁カム３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃの概ね卵形のカム形状の位相を１２０°ずつずらしたもので、概ね角を丸めた三角形状となる（図５参照）。

一対のカムキャップ２９Ａは、それらの端部から相互に接近するように延びる軸支持部２９ａを備えており、両軸支持部２９ａ間に架設されてボルト３６で固定されたピン３７を介してトルクキャンセルアーム３８の中間部が揺動自在に枢支される。シリンダヘッド１２の上面から上向きに突出するガイド筒３９に摺動自在に嵌合するトルクキャンセルピストン４０がスプリング４１で上向きに付勢されており、トルクキャンセルアーム３８の一端に軸支したローラ４２がトルクキャンセルカム３２に当接し、トルクキャンセルアーム３８の他端に軸支したローラ４３がトルクキャンセルピストン３９に当接する。

図１〜図４に示すように、シリンダヘッド１２のカムホルダ２７に形成した油路Ｐ１に供給されたオイルは、カムキャップ２９Ａに形成した油路Ｐ２，Ｐ３を経てピン３７の内部を軸方向に貫通する油路Ｐ４に供給され、そこからピン３７を径方向に貫通する油孔Ｐ５を経てトルクキャンセルアーム３８とピン３７との摺動面を潤滑する。また油孔Ｐ５を出たオイルはトルクキャンセルアーム３８の内部に形成された油路Ｐ６を経てローラ４３およびトルクキャンセルピストン４０の摺動面を潤滑した後、ガイド筒３９の内部のスプリング４１を潤滑して排出される。

次に、上記構成を備えた本発明の第１の実施の形態の作用を説明する。

図６（Ａ）は３個の動弁カム３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃのバルブリフト量を示すグラフであって、動弁カム３１Ａのバルブリフト量は一点鎖線で、動弁カム３１Ｂのバルブリフト量は二点鎖線で、動弁カム３１Ｃのバルブリフト量は破線で示されており、これら三つのバルブリフト量は１２０°の位相差を持つ同一形状である。

一方、実線はトルクキャンセルカム３２のキャンセルリフト量であり、３個の動弁カム３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃのリフト量を合成したものと同一形状である。但し、トルクキャンセルカム３２のキャンセルリフト量のラインは、３個の動弁カム３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃのバルブリフト量を合成したラインを、角度θ＝６０°進角したものとなっている。

直列に配置された気筒数をＮ（実施の形態ではＮ＝３）とすると、前記角度θは、
θ＝３６０°÷Ｎ÷２＝３６０°÷３÷２＝６０°
で与えられる。

図６（Ｂ）は、３個の動弁カム３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃおよびトルクキャンセルカム３２のリフト速度のグラフであり、図６（Ｃ）は、３個の動弁カム３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃおよびトルクキャンセルカム３２のリフト加速度のグラフである。図６（Ａ）のバルブリフト量のラインおよびキャンセルリフト量のラインは殆ど上下対称であり、図６（Ｂ）のバルブリフト速度のラインおよびキャンセルリフト速度のラインは概ね上下対称であるが、図６（Ｃ）のバルブリフト加速度のラインおよびキャンセルリフト加速度のラインは上下非対称になっていることが分かる。

図７は、３個の動弁カム３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃによりカムシャフト３０に作用するトルク（一点鎖線）と、トルクキャンセルカム３２によりカムシャフト３０に作用するキャンセルトルク（二点鎖線）とを合成した合成トルク（実線）を、内燃機関Ｅの各回転数毎に示すもので、図７（Ａ）は２０００ｒｍ、図７（Ｂ）は４０００ｒｐｍ、図７（Ｃ）は７０００ｒｐｍにそれぞれ対応する。

図７（Ａ）に示す２０００ｒｍの低速回転領域では実線で示す合成トルクは大幅に低減しており、図７（Ｂ）に示す４０００ｒｍの中速回転領域では実線で示す合成トルクはかなり低減しており、図７（Ｃ）に示す７０００ｒｍの高速回転領域では実線で示す合成トルクは殆ど低減していない。

図１９は前記図６に対応する従来例、図２０は前記図７に対応する従来例である。

この従来例は、図１９（Ａ）に示すように、３個の動弁カム３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃのバルブリフト量（それぞれ一点鎖線、二点鎖線および破線参照）を合成したラインを上下反転したものを、トルクキャンセルカム３２のキャンセルリフト量（実線参照）として設定したものである。

図７（実施の形態）および図２０（従来例）を比較すると明らかなように、低速回転領域および中速回転領域では実施の形態は従来例と比べてカムシャフト３０のトルク低減効果に顕著な差はないが、高速回転領域では実施の形態は従来例と比べてカムシャフト３０のトルクのピーク値が約２０％低減していることが分かる。

図８〜図１１は本発明の第２の実施の形態を示すもので、図８は動弁カムの位相と第１〜第３トルクキャンセルカムの位相との関係を示す図、図９は第１〜第３トルクキャンセルカムの位相および第１〜第３付勢手段の関係を示す図、図１０はトルクキャンセルカムによりキャンセルした後のトルクを各回転数毎に示すグラフ、図１１はベースライン、３０°進角ライン、６０°進角ライン、９０°進角ラインの説明図である。

第１の実施の形態では３個の気筒に対して１個のトルクキャンセルカム３２が設けられているが、図８に示すように、第２の実施の形態では、３個の気筒のそれぞれに第１〜第３トルクキャンセルカム３２Ａ〜３２Ｃが設けられる。

第１トルクキャンセルカム３２Ａ（図８（Ｃ）参照）は第１の実施の形態のトルクキャンセルカム３２と同じ機能を発揮するもので、そのキャンセルリフト量のラインは、３個の動弁カム３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ（図８（Ａ）参照）のバルブリフト量を合成したラインを、角度θ＝６０°進角したものとなっている。

第２トルクキャンセルカム３２Ｂ（図８（Ｂ）参照）のキャンセルリフト量のラインは、第１トルクキャンセルカム３２Ａのキャンセルリフト量のラインを角度α（実施の形態ではα＝３０°）だけ遅角したものであり、また第３トルクキャンセルカム３２Ｃ（図８（Ｄ）参照）のキャンセルリフト量のラインは、第１トルクキャンセルカム３２Ａのキャンセルリフト量のラインを角度α（実施の形態ではα＝３０°）だけ進角したものである。

直列に配置された気筒数をＮ（実施の形態ではＮ＝３）とすると、前記角度αは、
α＝３６０°÷Ｎ÷２÷２＝３６０°÷３÷２÷２＝３０°
で与えられる。よって、図１１から明らかなように、３個の動弁カム３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃのバルブリフト量を合成したライン（実線参照）を基準とすると、第３トルクキャンセルカム３２Ｃのキャンセルリフト量のライン（二点鎖線参照）は角度θ＋α＝９０°進角し、第１トルクキャンセルカム３２Ａのキャンセルリフト量のライン（破線参照）は角度θ＝６０°進角し、第２トルクキャンセルカム３２Ｂのキャンセルリフト量のライン（一点鎖線参照）は角度θ−α＝６０°−３０°＝３０°進角したものとなる。

尚、図１１において、実際の特性ラインは連続する波形の曲線となるが、便宜的に連続する折れ線で表している。

図９に示すように、第１〜第３トルクキャンセルカム３２Ａ〜３２Ｃのトルクキャンセルピストン５１Ａ〜５１Ｃを同一位相（例えば、下向き）に設けると、第１トルクキャンセルカム３２Ａ（図９（Ｂ）参照）の位相に対して、第２、第３トルクキャンセルカム３２Ｂ，３２Ｃ（図９（Ｃ）および（Ａ）参照）は両側にそれぞれ３０°ずつ遅角および進角している。

図１０は、３個の動弁カム３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃにより作用するトルクおよびθ（＝６０°）進角した第１トルクキャンセルカム３２Ａにより作用するトルクの合力（二点鎖線）と、第２、第３トルクキャンセルカム３２Ｂ，３２Ｃにより作用する二つのトルク（一点鎖線）を合成した合成トルク（実線）とを、内燃機関Ｅの各回転数毎に示すもので、図１０（Ａ）は２０００ｒｍ、図１０（Ｂ）は４０００ｒｐｍ、図１０（Ｃ）は７０００ｒｐｍにそれぞれ対応する。

上記前者のトルク（二点鎖線）と、上記後者のトルク（一点鎖線）とは、振幅および位相が概ね同一であって符号が逆になっているため、それらが効率的にキャンセルし合って合成トルク（実線）は、第１の実施の形態に比べて大幅に低減し、特に高速回転領域でのトルク低減効果が顕著なものとなる。よって、第１の実施の形態では高速回転領域でのトルク低減効果が不充分であったものが、第２の実施の形態では全ての回転領域で充分なトルク低減効果を得ることができる。

図１２〜図１５は本発明の第３の実施の形態を示すもので、図１２は内燃機関のシリンダヘッドの平面図、図１３は図１２の１３−１３線断面図、図１４は図１２の１４−１４線断面図、図１５は図１２の１５−１５線断面図である。

以下、上述した第２の実施の形態の原理を適用した第３の実施の形態を、第１の実施の形態との相違点を中心として説明する。図１２〜図１５において説明のない部分の構造および作用は、第１の実施の形態と同じである。第３の実施の形態の動弁機構の構造は、吸気側と排気側とで実質的に同一であるため、吸気側の動弁機構を例にとって構造を説明する。

第１の実施の形態では、カムシャフト３０を支持するカムキャップ２９Ａ，２９Ｂが３個に分割されていたが、第３の実施の形態のカムキャップ２９Ｃは３個の気筒について１個に纏められており、６本のボルト２８でカムホルダ２７に固定される。カムキャップ２９Ｃは３個のカムキャップ本体部２９ｂと、それらを接続する２個のブリッジ部２９ｃとで構成される。トルクキャンセルカムは、第２の実施の形態の第１トルクキャンセルカム３２Ａに対応するもの（図１４参照）と、第２の実施の形態の第２、第３トルクキャンセルカム３２Ｂ，３２Ｃを共用化したもの（図１５参照）との、合計２個がカムシャフト３０に固定される。

図１４から明らかなように、第１トルクキャンセルカム３２Ａを付勢する第１トルクキャンセルピストン５１Ａは、カムキャップ２９Ｃのブリッジ部２９ｃに一体に形成されたガイド筒５２に摺動自在に嵌合し、スプリング５３で下向きに付勢されて第１トルクキャンセルカム３２Ａに当接する。

図１５から明らかなように、第２トルクキャンセルカム３２Ｂと共通の第３トルクキャンセルカム３２Ｃを付勢する第３トルクキャンセルピストン５１Ｃは、カムキャップ２９Ｃのブリッジ部２９ｃに一体に形成されたガイド筒５４に摺動自在に嵌合し、スプリング５５で下向きに付勢されて第３トルクキャンセルカム３２Ｃに当接する。また第３トルクキャンセルカム３２Ｃと共通の第２トルクキャンセルカム３２Ｂを付勢する第２トルクキャンセルピストン５１Ｂは、シリンダヘッド１２に形成されたガイド筒５６に摺動自在に嵌合し、スプリング５７で上向きに付勢されて第２トルクキャンセルカム３２Ｂに当接する。

尚、第１〜第３トルクキャンセルカム３２Ａ〜３２Ｃの表面と、それらに当接する第１〜第３トルクキャンセルピストン５１Ａ〜５１Ｃ８の表面とには、摩擦係数を低減すべくＤＬＣ（ダイヤモンド・ライク・コーティング）処理が施される。

第１トルクキャンセルピストン５１Ａは第１トルクキャンセルカム３２Ａの頂点を付勢しているのに対し（図１４参照）、第３トルクキャンセルピストン５１Ｃはそれよりも３０°進角した第３トルクキャンセルカム３２Ｃ（＝第２トルクキャンセルカム３２Ｂ）を付勢し、かつ第２トルクキャンセルピストン５１Ｂはそれよりも３０°遅角した第２トルクキャンセルカム３２Ｂ（＝第３トルクキャンセルカム３２Ｃ）を付勢している（図１５参照）。従って、第１〜第３トルクキャンセルカム３２Ａ〜３２Ｃに対するキャンセルトルクの入力状態は、図８〜図１１で説明した第２の実施の形態と同じになり、第２の実施の形態と同様の作用効果を達成することができる。

しかも第３の実施の形態によれば、第２の実施の形態の作用効果に加えて、以下のような更なる作用効果を達成することができる。

即ち、第１〜第３トルクキャンセルカム３２Ａ〜３２Ｃのうちの第２、第３トルクキャンセルカム３２Ｂ，３２Ｃを一部材として共通化したので、その分だけ部品点数を削減することができる。また第１トルクキャンセルカム３２Ａには吸気バルブ２０あるいは排気バルブ２２から上向きの反力が加わるが、その反力を第１トルクキャンセルピストン５１Ａによる下向きの荷重で打ち消すことができ、しかも共用される第２、第３トルクキャンセルカム３２Ｂ，３２Ｃに対して相互に対向するように配置された第２、第３トルクキャンセルピストン５１Ｂ，５１Ｃから入力される荷重は相互に打ち消し合うので、カムホルダ２７およびカムキャップ２９Ｃに支持されたカムシャフト３０のジャーナル部の摩擦力を低減することができる。

次に、図１６に基づいて本発明の第４の実施の形態を説明する。

第３の実施の形態では、第１〜第３トルクキャンセルカム３２Ａ〜３２Ｃのうち、第２、第３トルクキャンセルカム３２Ｂ，３２Ｃを一部材として共通化しているが、第４の実施の形態では第１〜第３トルクキャンセルカム３２Ａ〜３２Ｃを一部材として共通化している。そして一部材である第１〜第３トルクキャンセルカム３２Ａ〜３２Ｃに第１〜第３トルクキャンセルピストン５１Ａ〜５１Ｃを三つの方向から当接させている。

この第４の実施の形態によれば、トルクキャンセルカムの数を１個に抑えて部品点数を削減しながら、３個のトルクキャンセルカム３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃを有する第２の実施の形態と同様にカムシャフト３０のトルクを低速回転領域から高速回転領域まで大幅に低減することができる。

図１７は、内燃機関Ｅの回転数に対するカムシャフト３０のトルクを、キャンセラ無し（◆参照）、図１９および図２０で説明した従来例のリフトライン反転（■参照）、第１の実施の形態（▲参照）および第２〜第４の実施の形態（△参照）について示すものである。

■で示すリフトライン反転は、◆で示すキャンセラ無しに比べて、約６０００ｒｐｍ未満の回転数でカムシャフトトルクが低減しているが、約６０００ｒｐｍ以上の領域でカムシャフトトルクが増加している。

▲で示す第１の実施の形態は、キャンセラ無しに比べて、２０００ｒｐｍで−８２％、４０００ｒｐｍで−４２％、６０００ｒｐｍで−１７％のカムシャフトトルクの低減が達成されており、特に低・中速回転領域での効果が顕著である。

△で示す第２〜第４の実施の形態は、キャンセラ無しに比べて、２０００ｒｐｍで−７９％、４０００ｒｐｍで−８１％、６０００ｒｐｍで−７８％のカムシャフトトルクの低減が達成されており、全ての回転領域での効果が顕著である。

次に、図１８に基づいて本発明の第５の実施の形態を説明する。

第５の実施の形態は直列４気筒内燃機関Ｅ（Ｎ＝４）に対応するものである。

第５の実施の形態では、第１トルクキャンセルカム３２Ａのキャンセルリフト量のラインを決定すべく、４個の動弁カムのバルブリフト量を合成したライン（ベースライン）を進角させる角度θは、Ｎ＝４とすることで、
θ＝３６０°÷Ｎ÷２＝３６０°÷４÷２＝４５°
で与えられる。

第２、第３トルクキャンセルカム３２Ｂ，３２Ｃのキャンセルリフト量のラインを決定すべく、第１トルクキャンセルカム３２Ａのキャンセルリフト量のラインを進角および遅角する角度αは、
α＝３６０°÷Ｎ÷２÷２＝３６０°÷４÷２÷２＝２２．５°
で与えられる。

よって、ベースラインを基準とすると、第３トルクキャンセルカム３２Ｃのキャンセルリフト量のラインは角度θ＋α＝４５°＋２２．５°＝６７．５°進角し、第１トルクキャンセルカム３２Ａのキャンセルリフト量のラインは角度θ＝４５°進角し、第２トルクキャンセルカム３２Ｂのキャンセルリフト量のラインは角度θ−α＝４５°−２２．５°＝２２．５°進角したものとなる。

図１８において、４個の動弁カムのバルブリフト量を合成したライン（実線で示すベースライン）に対して位相が１８０°ずれた位置は、同じベースラインであるため、第３の実施の形態の如く吸気バルブ２０あるいは排気バルブ２２からカムシャフト３０が受ける荷重を、第１キャンセルピストン５１Ａの荷重で相殺し、カムシャフト３０のフリクションを有効に低減しようとしても、それは不可能である。但し、第１キャンセルピストン５１Ａの荷重の代わりに、ベースライン（実線参照）に対して位相が１５７．５°ずれた第２キャンセルピストン５１Ｂの荷重（一点鎖線参照）、あるいは位相が２０２．５°ずれた第３キャンセルピストン５１Ｃの荷重（二点鎖線参照）を用いれば、カムシャフト３０のフリクションをある程度低減することができる。

同様に、例えば第３キャンセルリフト量のライン（二点鎖線参照）に対して位相が１８０°ずれた位置は、同じ第３キャンセルリフト量のラインであるため、第３の実施の形態の如く第３キャンセルピストン５１Ｃからカムシャフト３０が受ける荷重を、第２キャンセルピストン５１Ｂの荷重で相殺し、カムシャフト３０のフリクションを有効に低減しようとしても、それは不可能である。但し、第２キャンセルピストン５１Ｂの荷重の代わりに、第３キャンセルリフト量のライン（二点鎖線参照）に対して位相が１５７．５°ずれたベースラインの荷重（実線参照）、あるいは位相が２０２．５°ずれた第１キャンセルピストン５１Ａの荷重（破線参照）を用いれば、カムシャフト３０のフリクションをある程度低減することができる。

尚、図１８において、実際の特性ラインは連続する波形の曲線となるが、便宜的に連続する折れ線で表している。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明を逸脱することなく種々の設計設定を行うことが可能である。

例えば、実施の形態では直列３気筒内燃機関Ｅ（Ｎ＝３）および直列４気筒内燃機関Ｅ（Ｎ＝４）を例示したが、本発明は３気筒および４気筒筒以外の直列内燃機関に対して適用することができ、Ｖ型内燃機関の各バンクに対しても適用することができる。

また実施の形態ではトルクキャンセルカム３２のキャンセルリフト量のラインを、３個の動弁カム３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃのバルブリフト量を合成したラインを角度θだけ進角させているが、角度θだけ遅角させても同様の効果を得ることができる。

また実施の形態ではトルクキャンセルアーム４０や第１、第３トルクキャンセルピストン５１Ａ，５１Ｃをカムキャップ２９Ａ，２９Ｃに支持しているが、それをシリンダヘッド１２やヘッドカバー１３に支持しても良い。

第１の実施の形態に係る内燃機関のシリンダヘッドの平面図 図１の２−２線断面図 図１の３−３線断面図 図１の４−４線断面図 動弁カムの形状およびトルクキャンセルカムの形状を示す図 動弁カムおよびトルクキャンセルカムのリフト量、リフト速度およびリフト加速度を示すグラフ トルクキャンセルカムによりキャンセルした後のトルクを各回転数毎に示すグラフ 第２の実施の形態に係る動弁カムの位相と第１〜第３トルクキャンセルカムの位相との関係を示す図 第１〜第３トルクキャンセルカムの位相および第１〜第３付勢手段の関係を示す図 トルクキャンセルカムによりキャンセルした後のトルクを各回転数毎に示すグラフ ベースライン、３０°進角ライン、６０°進角ライン、９０°進角ラインの説明図 第３の実施の形態に係る内燃機関のシリンダヘッドの平面図 図１２の１−１３線断面図 図１２の１４−１４線断面図 図１２の１５−１５線断面図 第４の実施の形態に係る第１〜第３トルクキャンセルカムの位相および第１〜第３付勢手段の関係を示す図 第１〜第４の実施の形態の効果を示すグラフ 第５の実施の形態の説明図 動弁カムおよびトルクキャンセルカムのリフト量、リフト速度およびリフト加速度を示す、従来例のグラフ トルクキャンセルカムによりキャンセルした後のトルクを各回転数毎に示す、従来例のグラフ

符号の説明

２０ 吸気バルブ（機関弁）
２２ 排気バルブ（機関弁）
２７ カムホルダ
２９Ｃ カムキャップ
３０ カムシャフト
３１Ａ 動弁カム
３１Ｂ 動弁カム
３１Ｃ 動弁カム
３２ トルクキャンセルカム
３２Ａ 第１トルクキャンセルカム（トルクキャンセルカム）
３２Ｂ 第２トルクキャンセルカム（トルクキャンセルカム）
３２Ｃ 第３トルクキャンセルカム（トルクキャンセルカム）
３８ トルクキャンセルアーム（付勢部材）
５１Ａ 第１トルクキャンセルピストン（付勢部材）
５１Ｂ 第２トルクキャンセルピストン（付勢部材）
５１Ｃ 第３トルクキャンセルピストン（付勢部材）

Claims (7)

1. 直列に並ぶＮ個の気筒にそれぞれ設けられた複数の機関弁（２０，２２）と、前記複数の機関弁（２０，２２）を開閉駆動する複数の動弁カム（３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ）が形成されたカムシャフト（３０）と、前記複数の機関弁（２０，２２）からの反力により前記カムシャフト（３０）に生じるトルク変動を低減するキャンセルトルクを該カムシャフト（３０）に加えるトルク低減機構とを備える内燃機関の動弁装置において、
   前記トルク低減機構が前記カムシャフト（３０）に加えるキャンセルトルクは、前記複数の機関弁（２０，２２）の各バルブリフト曲線を合成した合成バルブリフト曲線を、θ＝３６０°÷Ｎ÷２で算出される角度θだけ位相をずらした第１キャンセルリフト曲線で与えられることを特徴とする内燃機関の動弁装置。
2. 前記トルク低減機構は、前記カムシャフト（３０）に設けられて前記第１キャンセルリフト曲線に対応するプロファイルを有するトルクキャンセルカム（３２）と、前記トルクキャンセルカム（３２）に弾発的に当接する付勢部材（３８）とで構成されることを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の動弁装置。
3. α＝３６０°÷Ｎ÷２÷２としたとき、前記キャンセルトルクは、前記第１キャンセルリフト曲線と、前記第１キャンセルリフト曲線を角度αだけ遅角した第２キャンセルリフト曲線と、前記第１キャンセルリフト曲線を角度αだけ進角した第３キャンセルリフト曲線とを合成したもので与えられることを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の動弁装置。
4. 前記トルク低減機構は、前記カムシャフト（３０）に設けられて前記第１キャンセルリフト曲線に対応するプロファイルを有する第１トルクキャンセルカム（３２Ａ）と、前記第１トルクキャンセルカム（３２Ａ）に弾発的に当接する第１付勢部材（５１Ａ）と、前記カムシャフト（３０）に設けられて前記第２キャンセルリフト曲線に対応するプロファイルを有する第２トルクキャンセルカム（３２Ｂ）と、前記第２トルクキャンセルカム（３２Ｂ）に弾発的に当接する第２付勢部材（５１Ｂ）と、前記カムシャフト（３０）に設けられて前記第３キャンセルリフト曲線に対応するプロファイルを有する第３トルクキャンセルカム（３２Ｃ）と、前記第３トルクキャンセルカム（３２Ｃ）に弾発的に当接する第３付勢部材（５１Ｃ）とで構成されることを特徴とする、請求項３に記載の内燃機関の動弁装置。
5. 前記第２、第３トルクキャンセルカム（３２Ｂ，３２Ｃ）は共用される単一部材であり、前記第１付勢部材（５１Ａ）は前記機関弁（２０，２２）に略対向する第１の方向から前記第１トルクキャンセルカム（３２Ａ）を付勢し、前記第２、第３付勢部材（５１Ｂ，５１Ｃ）は前記第１の方向に対して直交する方向の両側から共用される前記第２、第３トルクキャンセルカム（３２Ｂ，３２Ｃ）をそれぞれ付勢することを特徴とする、請求項４に記載の内燃機関の動弁装置。
6. 前記第１〜第３付勢部材（５１Ａ〜５１Ｃ）のうち、前記機関弁（２０，２２）に略対向する側に配置される付勢部材（５１Ａ，５１Ｃ）は、カムホルダ（２７）と協働して前記カムシャフト（３０）を支持するカムキャップ（２９Ｃ）に支持されることを特徴とする、請求項５に記載の内燃機関の動弁装置。
7. 前記第１〜第３トルクキャンセルカム（３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ）は共用される単一部材であることを特徴とする、請求項４に記載の内燃機関の動弁装置。

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