JP2013227888A - エンジンのカムシフティング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】構成の簡単化と装置の小型化を図り、エンジンへの搭載性を向上できるエンジンのカムシフティング装置を提供する。
【解決手段】吸気カムシャフト１に設けられたカムスリーブ２０と、このカムスリーブ２０の外周に並設されたカム部２１ａ，２１ｂと、カムスリーブ２０を一方側へシフトする第１シフト案内部２２と、この第１シフト案内部２２と重複して形成され且つカムスリーブ２０を他方側へシフトする第２シフト案内部２３と、第１，第２シフト案内部２２，２３に夫々係合可能なアウタピン４２及びインナピン４３と、これらピン４２，４３の基端部に夫々設けられ且つ磁界が作用する面の極性が異なる永久磁石４５，４６と、これら永久磁石４５，４６に対応して設けられた励磁コイル４４と、励磁コイル４４の通電方向を切換えて励磁コイル４４の磁界方向を変更するピン制御手段５０を備えた。
【選択図】 図２

Description

本発明は、エンジンのカムシフティング装置に関し、特に動弁系のバルブ特性が異なる複数のカム部を備えたカムスリーブを軸方向へシフトさせることによりバルブ特性を変更可能なエンジンのカムシフティング装置に関する。

従来より、高速運転時の追従性や許容回転数の向上を狙いとして、吸気バルブ又は排気バルブを駆動するカムシャフトに低速用カム及び高速用カムを一体形成し、エンジンの運転状態、例えばエンジン負荷やエンジン回転数によって各バルブのバルブ開閉タイミングやバルブリフト量を変更するバルブ特性可変機構が知られている。このようなバルブ特性可変機構では、エンジンの運転状態に応じて、カムシャフトを軸方向にシフトすることによりバルブを駆動するカムを軸方向に切換える形式や、低速用及び高速用カムとバルブとの間に駆動力伝達経路を切換え可能な切換機構を設け、バルブを駆動するカムを切換機構により切換える形式等によってバルブタイミングやバルブリフト量を変更している。

特許文献１のバルフ駆動装置は、動弁系のバルブ特性が異なる複数のカム部を備え且つ片側部分と他側部分とが夫々独立して軸方向へシフト可能なカムシャフトと、このカムシャフトの片側部分と他側部分との連結部分表面に形成された切替ゲート部と、軸心方向に突出可能なインナピン及びこのインナピンと同軸状のアウタピンとを備え、切替ゲート部にアウタピンと係合可能な第１溝部とこの第１溝部に重複し且つ第１溝部よりも深く凹入されてインナピンと係合可能な第２溝部を形成し、これら第１，第２溝部が、インナピンと第２溝部との係合によってカムシャフトの片側部分が片方へシフトしたとき、片側部分に形成された第２溝部と他側部分に形成された第２溝部とが周方向に連なりインナピンと他側部分に形成された第２溝部との係合によってカムシャフトの他側部分が片方へシフトし、アウタピンと第１溝部との係合によってカムシャフトの他側部分が他方へシフトしたとき、他側部分に形成された第１溝部と片側部分に形成された第１溝部とが周方向に連なりアウタピンと片側部分に形成された第１溝部との係合によってカムシャフトの片側部分が他方へシフトするように構成されている。

この特許文献１に開示される技術は、インナピンとアウタピンによってカムシャフトを部分的且つ時系列的に独立して軸方向にシフトするため、カムシャフトを軸方向一方側にシフトするための駆動力を小さくでき、バルブ駆動装置の小型化を図ることができる。
しかし、特許文献１のバルブ駆動装置では、カムシャフトが分割されているため、カムシャフトの構造自体が複雑化し、しかも、部分的とはいってもカムシャフト自体を軸方向へシフトするため、装置が大掛かりになることは避けられない。

特許文献２の内燃機関のバルブ機構には、カムシャフトに回転不能且つ軸方向にシフト可能に設けられた複数のカムキャリアと、これらカムキャリアの外周に並設され且つ動弁系のバルブ特性が異なる２つのカム部と、カムキャリアを軸方向一方側へ軸部材に対してシフトする第１軸方向曲線部と、カムキャリアを軸方向他方側へ軸部材に対してシフトする第２軸方向曲線部と、第１，第２軸方向曲線部に夫々係合可能な駆動ピンを備えた第１，第２電動アクチュエータとを備え、第１，第２電動アクチュエータの駆動ピンを先端側へ選択的に突出させてカムキャリアを軸方向へシフトさせることによりバルブ特性を変更可能な構成が開示されている。

ＤＥ １０２００７０６２２３４ Ａ１ 特表２００６−５２０８６９号公報

特許文献２の内燃機関のバルブ機構は、バルブ特性が異なる２つのカム部を備えたカムキャリアによる軸方向のシフトにより動弁系のバルブ特性を変更するため、特許文献１の技術に比べて、カムシャフト構造を簡単化できると共にバルブ特性変更のための駆動力を小さくすることができ、これに伴い電動アクチュエータの小型化を図ることができる。
しかし、特許文献２のバルブ機構であっても、動弁系のバルブ特性を変更するカムシフティング装置として構成の簡単化と装置の小型化は十分ではなく、更に改善の余地がある。

即ち、特許文献２のカムキャリア上には、バルブ特性が異なる２つのカム部に加えて、低速側カムにシフトするための第１軸方向曲線部と高速側カムにシフトするための第２軸方向曲線部とが両側部分に夫々設けられているため、カムキャリアの軸方向長さが長くなり、カムキャリアの表面積の増加に伴いその重量も増加し、気筒数が増加したとき、カムシャフトの外周の大半がカムキャリアにより覆われ、結果的に小型化の効果が目減りする虞がある。また、カムキャリアをシフトするための電動アクチュエータはバルブ特性が異なるカム部の数（軸方向曲線部）に対応した数だけ必要になり、製造コストや電動アクチュエータの配置スペース確保等の問題を招く虞もある。

本発明の目的は、構成の簡単化と装置の小型化を図り、エンジンへの搭載性を向上できるエンジンのカムシフティング装置を提供することである。

請求項１のエンジンのカムシフティング装置は、エンジンの出力軸と同期回転する軸部材と、この軸部材に回転不能且つ軸方向にシフト可能に設けられたカムスリーブと、このカムスリーブの外周に並設され且つ動弁系のバルブ特性が異なる複数のカム部と、前記カムスリーブを前記軸方向一方側へ軸部材に対してシフトする第１シフト案内部と、この第１シフト案内部と重複して形成され且つ前記カムスリーブを前記軸方向他方側へ軸部材に対してシフトする第２シフト案内部と、前記第１，第２シフト案内部に夫々係合可能なインナピン及びこのインナピンと同軸状のアウタピンとを備え、前記インナピンとアウタピンを先端側へ選択的に突出させて前記カムスリーブを前記軸方向へシフトさせることによりバルブ特性を変更可能なエンジンのカムシフティング装置であって、前記インナピンとアウタピンの基端部に夫々設けられ且つ磁界の作用する面の極性が異なるインナピン側永久磁石及びアウタピン側永久磁石と、前記インナピン側永久磁石及びアウタピン側永久磁石に対応して設けられた励磁コイルと、前記インナピンとアウタピンの突出動作を制御するためのピン制御手段であって、前記励磁コイルの通電方向を切換えて励磁コイルの磁界方向を変更するピン制御手段を備えたことを特徴としている。

このエンジンのカムシフティング装置では、動弁系のバルブ特性が異なる複数のカム部を備えたカムスリーブを軸方向一方側へ軸部材に対してシフトする第１シフト案内部と、この第１シフト案内部と重複して形成され且つカムスリーブを軸方向他方側へ軸部材に対してシフトする第２シフト案内部と、第１，第２シフト案内部に夫々係合可能なインナピン及びこのインナピンと同軸状のアウタピンとを備えているため、カムスリーブの軸方向長さを短縮化できる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記インナピンの基端側部分がアウタピンの基端部よりも基端側へ突出状に形成され、前記インナピン側永久磁石とアウタピン側永久磁石との間に前記励磁コイルを配置し、前記ピン制御手段が、前記インナピンを突出させるとき、前記インナピン側永久磁石を吸引し、前記アウタピンを突出させるとき、前記アウタピン側永久磁石を反発させるように前記励磁コイルの磁界方向を変更することを特徴としている。

請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記インナピン側永久磁石とアウタピン側永久磁石との基端側に前記励磁コイルを配置し、前記ピン制御手段が、前記インナピンを突出させるとき、前記インナピン側永久磁石を反発させ、前記アウタピンを突出させるとき、前記アウタピン側永久磁石を反発させるように前記励磁コイルの磁界方向を変更することを特徴としている。

請求項４の発明は、請求項１〜３の何れか１項の発明において、前記第１シフト案内部が前記アウタピンを案内し、前記第２シフト案内部が前記インナピンを案内し且つ前記第１シフト案内部よりもインナピンの突出方向に深く凹入され、前記第１，第２シフト案内部は、少なくとも前記軸方向一方側に案内壁部を備え且つ前記軸部材の回転方向において案内されるピンを基端側に後退させる上り斜面を夫々有することを特徴としている。

請求項５の発明は、請求項４の発明において、前記インナピンとアウタピンの基端側に配置され且つ前記励磁コイルの通電を遮断したとき、前記上り斜面によって基端側に後退されたピンを永久磁石を介して退避位置に保持する磁性体製保持部材を設けたことを特徴としている。

請求項６の発明は、請求項２の発明において、前記インナピンの基端側に、前記励磁コイルに直列接続されると共にこの励磁コイルの励磁方向と逆方向に励磁する補助励磁コイルを配置し、前記ピン制御手段が、前記インナピンを突出させるとき、前記励磁コイルが前記インナピン側永久磁石を吸引し、前記補助励磁コイルが前記インナピン側永久磁石を反発させるように前記励磁コイルと補助励磁コイルの磁界方向を変更することを特徴としている。

請求項７の発明は、請求項４の発明において、前記カムスリーブと軸部材との間に、カムスリーブの前記軸方向一方側シフト位置と他方側シフト位置とを保持するディテント機構を設け、前記第１シフト案内部の片側の案内壁部が円周上の一部のみに形成されたことを特徴としている。

請求項１の発明によれば、カムスリーブの軸方向長さを短縮化できるため、カムスリーブの軽量化と小型化とを図ることができ、単一の励磁コイルでインナピンとアウタピンとを選択的に突出させるため、励磁コイルの軸直交方向の配置スペースを小型化できる。
これにより、構成の簡単化と装置の小型化を図り、エンジンへの搭載性を向上することができる。

請求項２の発明によれば、カムシフティング装置における励磁コイルの巻回径方向のスペースを小さくできる。
請求項３の発明によれば、カムシフティング装置における軸直交方向のスペースを小さくできる。

請求項４の発明によれば、インナピン及びアウタピンの基端側への後退動作を軸部材の駆動を利用して機械的に行なうことができる。
請求項５の発明によれば、励磁コイルの通電を行なうことなく、後退位置においてインナピン及びアウタピンを保持することができ、省電力化を図ることができる。

請求項６の発明によれば、インナピンの突出動作初期の推進力を増加できるため、インナピンの突出ストロークがアウタピンの突出ストロークよりも大きな場合でも、確実にインナピンを突出することができる。
請求項７の発明によれば、ディテント機構を備えているため、第１シフト案内部の片側の案内壁部を円周全体に亙って形成する必要がなく、カムスリーブを一層小型化及び軽量化することができる。

本発明の実施例１に係るカムシフティング装置を備えたエンジンのカムシャフト周りの説明図である。 低速運転状態のときのカムシフティング装置の要部縦断面図である。 第１，第２シフト案内部の２回転相当の展開図である。 図１のIV−IV線断面図である。 図３のV−V線断面図である。 図３のVI−VI線断面図である。 図３のVII−VII線断面図である。 図３のVIII−VIII線断面図である。 図３のIX−IX線断面図である。 図３のX−X線断面図である。 図３のXI−XI線断面図である。 図３のXII−XII線断面図である。 図３のXIII−XIII線断面図である。 図３のXIV−XIV線断面図である。 図３のXV−XV線断面図である。 第２実施例に係る切換機構の縦断面図であって、（ａ）は励磁コイルの通電遮断状態を示す図、（ｂ）はインナピンの突出状態を示す図、（ｃ）はアウタピンの突出状態を示す図である。 第３実施例に係る切換機構の縦断面図であって、（ａ）は励磁コイルの通電遮断状態を示す図、（ｂ）はインナピンの突出状態を示す図、（ｃ）はアウタピンの突出状態を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態について実施例に基づいて説明する。
尚、本実施例では、４つのシリンダボアを有するシリンダブロック上にシリンダヘッドを取り付け、このシリンダヘッドに燃焼室に連通する吸気ポートと排気ポートとが形成された４気筒直列エンジンに適用した例について説明する。

以下、本発明の実施例１について図１〜図１５に基づいて説明する。
図１，図２に示すように、本実施例のエンジンは、エンジンのクランクシャフト（図示略）と連結され同期回転する吸気カムシャフト１（軸部材）と、吸気ポートを開閉する吸気バルブ２と、エンジンのクランクシャフトと連結され同期回転する排気カムシャフト（図示略）と、排気ポートを開閉する排気バルブ（図示略）と、カムシフティング装置３等を備えている。吸気カムシャフト１及び排気カムシャフトは、夫々気筒列方向に延びるように平行状に配置され、複数のカムシャフト軸受によって軸支されている。
吸気側動弁系と排気側動弁系とは左右対称の構造であるため、以下、吸気側動弁系について説明する。また、説明の便宜上、図において矢印ＬＲ方向を、夫々左右方向として説明する。

吸気バルブ２は、例えば、気筒（燃焼室）毎に２つづつ設けられている。
各吸気バルブ２は、シリンダヘッド４に固着されたバルブガイド５内にバルブステム２ａが挿通され、このバルブステム２ａの上端に分割コレット６を介して上側スプリングリテーナ７ａが嵌合されている。上側スプリングリテーナ７ａとシリンダヘッド４に固定された下側スプリングリテーナ７ｂとの間にバルブスプリング８が張架されている。

図１に示すように、吸気カムシャフト１の右側下方には、吸気カムシャフト１と平行に延びるロッカーシャフト９が設けられている。このロッカーシャフト９には、各吸気バルブ２に対応して左右方向に延びる複数のロッカーアーム１０が揺動自在に設けられている。
ロッカーアーム１０の左端（揺動端）は押圧部１１を介してバルブステム２ａの上端に圧接し、右端は部分球面状のピボット受部１０ａを介して球状のピボット１２に当接している。ロッカーアーム１０の中間部、所謂ロッカーシャフト９の左側部分には、吸気カムシャフト１に平行な回動軸を有するローラフォロア１３が回転自在に枢支されている。

図２に示すように、吸気カムシャフト１には、各吸気バルブ２（ローラフォロア１３）に対応した位置に、軸方向に延びるスプライン１ａと、軸心方向へ凹入した筒状の凹部１ｂとが形成されている。凹部１ｂには、圧縮コイルスプリング１４と、この圧縮コイルスプリング１４によって径方向外側へ付勢される鋼球１５が格納されている。

次に、カムシフティング装置３について説明する。
図２に示すように、カムシフティング装置３は、筒状のカムスリーブ２０と、切換機構４０と、ピン制御手段５０等によって構成されている。

図２に示すように、カムスリーブ２０には、軸方向右側部分に形成された低速用カム部２１ａと、この低速用カム部２１ａの左側に並設され且つ低速用カム部２１ａよりもバルブリフト量が大きなプロフィールを備えた高速用カム部２１ｂと、この高速用カム部２１ｂよりも左側部分に形成された第１シフト案内部２２と、この第１シフト案内部２２に重複するように設けられた第２シフト案内部２３と、内周部に凹入した低速用凹部２４ａ及び高速用凹部２４ｂ等が一体形成されている。

カムスリーブ２０は、内周にスプライン１ａと嵌合可能なスプライン２０ａが形成され、吸気カムシャフト１に対して回転不能且つ軸方向にスライド可能に構成されている。
このカムスリーブ２０は、鋼球１５が低速用凹部２４ａに係合しているとき、低速用カム部２１ａがローラフォロア１３に当接する低速運転状態に保持され、鋼球１５が高速用凹部２４ｂに係合しているとき、高速用カム部２１ｂがローラフォロア１３に当接する高速運転状態に保持される。これにより、エンジンが高速高負荷運転時、カムスリーブ２０を右方向へシフトし、バルブリフト量を大きく且つバルブタイミングを進角させ、エンジンが低速低負荷運転時、カムスリーブ２０を左方向へシフトし、バルブリフト量を小さく且つバルブタイミングを遅角させている。尚、鋼球１５と圧縮コイルスプリング１４と低速用凹部２４ａと高速用凹部２４ｂとが、本発明のディテント機構Ｄに相当する。

図３〜図６に示すように、第１シフト案内部２２は、カムスリーブ２０の外周から深さαだけ軸心方向に凹入して基本断面が略コ字状に形成され、底壁部２５と、底壁部２５の左端から立設した左壁部２６（案内壁部）と、底壁部２５の右端から立設した右壁部２７とを備えている。左壁部２６は、円周上の一部、例えば略半分（１８０°の範囲）のみに形成され、周方向の両端部が右壁部２７の周方向の両端部と軸方向において夫々対面するように設けられている。尚、図３は、第１，第２シフト案内部２２，２３の２回転（０°〜７２０°）相当の展開図を示している。

左壁部２６は、吸気カムシャフト１の回転方向リーディング側部分に形成された誘導部２６ａと、トレーディング側部分に形成された下り傾斜部２６ｂとを備え、誘導部２６ａと下り傾斜部２６ｂとの間は吸気カムシャフト１の軸直交状に構成されている。誘導部２６ａは、トレーディング側程軸方向の幅が厚くなるように形成されている。
右壁部２７は、吸気カムシャフト１の回転方向リーディング側部分に形成された上り傾斜部２７ａと、トレーディング側部分に形成され誘導部２６ａに平行状に形成された誘導部２７ｂとを備え、上り傾斜部２７ａと誘導部２７ｂとの間は吸気カムシャフト１の軸直交状に構成されている。誘導部２７ｂは、トレーディング側程軸方向の幅が狭くなるように構成されている。これにより、底壁部２５のリーディング側部分は、トレーディング側部分に比べて左側位置に配置されている。

図３〜図６に示すように、第２シフト案内部２３は、底壁部２５から深さβだけ軸心方向に凹入して基本断面が略コ字状に形成され、底壁部２５よりも軸方向の幅が狭く設定された底壁部２８と、底壁部２８の左端から立設した左壁部２９と、底壁部２８の右端から立設した右壁部３０（案内壁部）とを備えている。
底壁部２８は、吸気カムシャフト１の回転方向リーディング側部分に形成され且つ上り傾斜部２７ａのトレーディング側近傍位置に設けられた下り傾斜部２８ａと、トレーディング側部分に形成され且つ下り傾斜部２６ｂのリーディング側近傍位置に設けられた上り傾斜部２８ｂとを備えている。底壁部２８は、左壁部２６が形成された部分では左壁部２６に隣接状に並設されると共に右壁部２７が形成された部分では右壁部２７に隣接状に並設され、誘導部２６ａと誘導部２７ｂとの間においてストレート状に連なるように構成されている。これにより、底壁部２８のリーディング側部分は、トレーディング側部分に比べて右側位置に配置されている。

次に、切換機構４０について説明する。
図２に示すように、切換機構４０は、筒状の磁性体製、例えばスチール製ケーシング４１と、アウタピン４２と、このアウタピン４２に挿通可能且つ同軸状のインナピン４３と、励磁コイル４４等を備えた電動アクチュエータである。
ケーシング４１は、アウタピン４２とインナピン４３と励磁コイル４４等を収容可能に構成され、先端部分がＯリング１８を介してヘッドカバー１７に装着されている。ケーシング４１の基端部には、インナピン４３を退避位置に保持する保持部４１ａ（磁性体製保持部材）が設けられている。

アウタピン４２は、ケーシング４１の先端部からカムスリーブ２０に対して進退自在に設けられ、第１シフト案内部２２に進入可能に構成されている。
アウタピン４２の先端部は、径方向外側に張り出した環状に形成され、アウタピン４２が第１シフト案内部２２に進入したとき、第１シフト案内部２２の左壁部２６に軸方向に対して係合可能に構成されている。アウタピン４２の基端部には、環状のアウタ側永久磁石４５が装着されている。このアウタ側永久磁石４５は、励磁コイル４４の磁界が作用する基端側面がＳ極、先端側面がＮ極になるように配置されている。アウタピン４２とアウタ側永久磁石４５の軸心部分には、基端から先端に亙ってストレート状に連通する連通開口が形成されている。

図２に示すように、インナピン４３は、アウタピン４２よりも軸心方向長さが長く形成され、その基端側部分がアウタピン４２の基端側部分よりも基端側へ突出するように構成されている。インナピン４３は、アウタピン４２の連通開口に進退自在に挿通され、第２シフト案内部２３に進入可能に構成されている。
インナピン４３の先端部は、インナピン４３が第２シフト案内部２３に進入したとき、第２シフト案内部２３の右壁部３０に軸方向に対して係合可能に構成されている。インナピン４３の基端部には、環状のインナ側永久磁石４６が装着されている。このインナ側永久磁石４６は、励磁コイル４４の磁界が作用する先端側面がＮ極、基端側面がＳ極になるように配置されている。

励磁コイル４４は、筒状の磁性体製芯金４７と、この芯金４７に巻回されたコイル４８とを備えている。芯金４７は、アウタ側永久磁石４５とインナ側永久磁石４６の間にインナピン４３を挿通した状態で設置されている。芯金４７の先端及び基端には、径方向外側へ張り出した環状の着座部４７ａ（磁性体製保持部材），４７ｂが一体形成されている。これにより、励磁コイル４４への通電方向切換えにより、インナピン４３を突出させるとき、アウタピン４２を基端側へ退避でき、アウタピン４２を突出させるとき、インナピン４３を基端側へ退避することができる。

図２に示すように、ピン制御手段５０は、コイル４８に通電する電流の方向を切換え可能に構成されている。ピン制御手段５０は、スイッチ機構５１を備え、運転状態判定手段（図示略）から高速高負荷運転状態の指令を受けたとき、通電遮断状態から図２に示す通電状態に切換え、インナピン４３を突出させ、アウタピン４２を退避させる。また、ピン制御手段５０は、低速低負荷運転状態の指令を受けたとき、スイッチ機構５１によって通電遮断状態から図２とは逆の通電状態に切換え、アウタピン４２を突出させ、インナピン４３を退避させる。

次に、図２，図７〜図１５に基づき、実施例に係るカムシフティング装置３の作動について説明する。
まず、低速運転状態から高速運転状態へのシフト動作について説明する。
図２に示すように、低速運転状態のとき、鋼球１５が低速用凹部２４ａに係合し、カムスリーブ２０は左側位置に保持されている。通電遮断状態では、アウタ側永久磁石４５が着座部４７ａに吸着し、インナ側永久磁石４６が保持部４１ａに吸着しているため、アウタピン４２とインナピン４３は、右壁部２７の上端と底壁部２８（底壁部２５）とから夫々所定距離基端側へ離隔している。この状態から高速高負荷運転状態の指令に基づき、ピン制御手段５０がスイッチ機構５１を図２に示す通電状態に切換える。

コイル４８への通電によって励磁コイル４４の先端側磁極がＮ極、基端側磁極がＳ極になるため、アウタ側永久磁石４５は励磁コイル４４に吸引されて着座部４７ａとの吸着状態を維持し、インナ側永久磁石４６は励磁コイル４４に吸引されて保持部４１ａから先端側へ離脱する。
図７に示すように、インナ側永久磁石４６が先端側へ吸引されるため、インナピン４３は先端側に突出して第２シフト案内部２３に進入を開始する。このとき、インナピン４３の先端部は、下り傾斜部２８ａに沿って進出し、第２シフト案内部２３に進入する。

図８に示すように、インナピン４３による第２シフト案内部２３への進入完了後、インナピン４３の先端部が案内壁部である右壁部３０に係合する。
第２シフト案内部２３（底壁部２８）のリーディング側部分がトレーディング側部分に比べて右側位置に配置されているため、吸気カムシャフト１の回転力によりインナピン４３から右壁部３０に右方向の応力が作用し、鋼球１５と低速用凹部２４ａとの係合が解除されてカムスリーブ２０が右側へスライドする。

図９に示すように、鋼球１５が高速用凹部２４ｂに係合すると、カムスリーブ２０によるスライド動作が停止され、高速運転状態へのシフトが完了し、コイル４８への通電が遮断される。インナピン４３は突出しているため、底壁部２８に当接した摺動状態を維持している。

図１０に示すように、吸気カムシャフト１の回転によりインナピン４３の先端部が上り傾斜部２８ｂに到達したとき、インナピン４３は上り傾斜部２８ｂに沿って基端側へ後退し、底壁部２５の高さ位置まで押し上げられる。このとき、インナ側永久磁石４６は保持部４１ａに近接しているため、インナ側永久磁石４６が保持部４１ａに吸着し、インナピン４３は退避位置に保持される。

次に、高速運転状態から低速運転状態へのシフト動作について説明する。
図１１に示すように、高速運転状態のとき、鋼球１５が高速用凹部２４ｂに係合し、カムスリーブ２０は右側位置に保持されている。通電遮断状態では、低速運転状態のときと同様に、アウタ側永久磁石４５が着座部４７ａに吸着し、インナ側永久磁石４６が保持部４１ａに吸着しているため、アウタピン４２とインナピン４３は、左壁部２６の上端と底壁部２５とから夫々所定距離基端側へ離隔している。この状態から低速低負荷運転状態の指令に基づき、ピン制御手段５０がスイッチ機構５１を図２とは逆の通電状態に切換える。

コイル４８への通電によって励磁コイル４４の先端側磁極がＳ極、基端側磁極がＮ極になるため、インナ側永久磁石４６は励磁コイル４４に反発されて保持部４１ａとの吸着状態を維持し、アウタ側永久磁石４５も励磁コイル４４に反発されて着座部４７ａから先端側へ離脱する。
図１２に示すように、アウタ側永久磁石４５が先端側へ反発されるため、アウタピン４２は先端側に突出して第１シフト案内部２２に進入を開始する。このとき、アウタピン４２の先端部は、下り傾斜部２６ｂに沿って進出し、第１シフト案内部２２に進入する。

図１３に示すように、アウタピン４２による第１シフト案内部２２への進入完了後、アウタピン４２の先端部が誘導部２６ａを介して案内壁部である左壁部２６に係合する。
第１シフト案内部２２（底壁部２５）のリーディング側部分がトレーディング側部分に比べて左側位置に配置されているため、吸気カムシャフト１の回転力によりアウタピン４２から左壁部２６に左方向の応力が作用し、鋼球１５と高速用凹部２４ｂとの係合が解除されてカムスリーブ２０が左側へスライドする。

図１４に示すように、鋼球１５が低速用凹部２４ａに係合すると、カムスリーブ２０によるスライド動作が停止され、低速運転状態へのシフトが完了し、コイル４８への通電が遮断される。アウタピン４２は突出しているため、底壁部２５に当接した摺動状態を維持している。

図１５に示すように、吸気カムシャフト１の回転によりアウタピン４２の先端部が上り傾斜部２７ａに到達したとき、アウタピン４２は上り傾斜部２７ａに沿って基端側へ後退し、右壁部２７の上端高さ位置まで押し上げられる。このとき、アウタ側永久磁石４５は着座部４７ａに近接しているため、アウタ側永久磁石４５が着座部４７ａに吸着し、アウタピン４２は退避位置に保持される。

次に、実施例に係るカムシフティング装置３の作用・効果について説明する。
このカムシフティング装置３によれば、カムスリーブ２０の軸方向長さを短縮化できるため、カムスリーブ２０の軽量化と小型化とを図ることができ、単一の励磁コイル４４でインナピン４３とアウタピン４２とを選択的に突出させるため、励磁コイル４４の軸直交方向の配置スペースを小型化できる。これにより、構成の簡単化と装置の小型化を図り、エンジンへの搭載性を向上することができる。

インナピン４３の基端側部分がアウタピン４２の基端部よりも基端側へ突出状に形成され、インナ側永久磁石４６とアウタ側永久磁石４５との間に励磁コイル４４を配置し、ピン制御手段５０が、インナピン４３を突出させるとき、インナ側永久磁石４６を吸引し、アウタピン４２を突出させるとき、アウタ側永久磁石４５を反発させるように励磁コイル４４の磁界方向を変更するため、カムシフティング装置３における励磁コイル４４の巻回径方向のスペースを小さくできる。

第１シフト案内部２２がアウタピン４２を案内し、第２シフト案内部２３がインナピン４３を案内し且つ第１シフト案内部２２よりもインナピン４３の突出方向に深く凹入され、第１，第２シフト案内部２２，２３は、少なくとも軸方向一方側に案内壁部としての左壁部２６及び右壁部３０を備え且つ吸気カムシャフト１の回転方向において案内されるピン４２，４３を基端側に後退させる上り斜面部２７ａ，２８ｂを夫々有する。これにより、アウタピン４２及びインナピン４３の基端側への後退動作を軸部材の駆動を利用して機械的に行なうことができる。

アウタピン４２とインナピン４３の基端側に配置され且つ励磁コイル４４の通電を遮断したとき、上り斜面部２７ａ，２８ｂによって基端側に後退されたピン４２，４３を永久磁石４５，４６を介して退避位置に保持する着座部４７ａ及び保持部４１ａを設けているため、励磁コイル４４の通電を行なうことなく、後退位置においてアウタピン４２及びインナピン４３を保持することができ、省電力化を図ることができる。

カムスリーブ２０と吸気カムシャフト１との間に、カムスリーブ２０の軸方向一方側シフト位置と他方側シフト位置とを保持するディテント機構を設け、第１シフト案内部２２の片側の案内壁部２６が円周上の一部のみに形成されているため、ディテント機構によって第１シフト案内部２２の左壁部２６を円周全体に亙って形成する必要がなく、カムキャリア２０を一層小型化及び軽量化することができる。

次に、実施例２に係る切換装置４０Ａについて図１６（ａ）〜図１６（ｃ）に基づいて説明する。 尚、前記実施例１と異なる構成についてのみ説明し、実施例１と同一の部材には同一の符号を付して説明を省略する。

この切換装置４０Ａは、アウタ側永久磁石４５Ａとインナ側永久磁石４６Ａとの基端側に励磁コイル４４を配置し、ピン制御手段５０が、インナピン４３Ａを突出させるとき、インナ側永久磁石４６Ａを反発させ、アウタピン４２Ａを突出させるとき、アウタ側永久磁石４５Ａを反発させるように励磁コイル４４の磁界方向を変更可能に構成されている。

アウタピン４２Ａの基端部分には、インナ側永久磁石４６Ａが進退可能な筒状容積室４２ａが形成されている。アウタピン４２Ａの基端部には、環状のアウタ側永久磁石４５Ａが装着されている。このアウタ側永久磁石４５Ａは、励磁コイル４４の磁界が作用する基端側面がＳ極、先端側面がＮ極になるように配置されている。アウタピン４２Ａとアウタ側永久磁石４５Ａの軸心部分には、基端から先端に亙ってストレート状に連通する連通開口が形成されている。

インナピン４３Ａは、アウタピン４２Ａの軸心方向長さと同じ長さに形成され、アウタピン４２Ａの連通開口に進退自在に挿通されている。インナピン４３Ａの基端部には、環状のインナ側永久磁石４６Ａが装着されている。このインナ側永久磁石４６Ａは、励磁コイル４４の磁界が作用する基端側面がＮ極、先端側面がＳ極になるように配置されている。

図１６（ａ）に示すように、通電遮断状態では、アウタ側永久磁石４５Ａとインナ側永久磁石４６Ａは着座部４７ａに吸着した退避位置に保持されている。
高速運転状態へシフトするとき、ピン制御手段５０は、励磁コイル４４の先端側磁極がＮ極、基端側磁極がＳ極になるようにコイル４８に通電している。
図１６（ｂ）に示すように、アウタ側永久磁石４５Ａは励磁コイル４４に吸引されて着座部４７ａとの吸着状態を維持し、インナ側永久磁石４６Ａは励磁コイル４４に反発されて着座部４７ａから先端側へ突出する。

低速運転状態へシフトするとき、ピン制御手段５０は、励磁コイル４４の先端側磁極がＳ極、基端側磁極がＮ極になるようにコイル４８に通電している。
図１６（ｃ）に示すように、インナ側永久磁石４６Ａは励磁コイル４４に吸引されて着座部４７ａとの吸着状態を維持し、アウタ側永久磁石４５Ａは励磁コイル４４に反発されて着座部４７ａから先端側へ突出する。
この切換装置４０Ａによれば、カムシフティング装置における軸直交方向のスペースを小さくすることができる。

次に、実施例３に係る切換装置４０Ｂについて図１７（ａ）〜図１７（ｃ）に基づいて説明する。 尚、前記実施例１と異なる構成についてのみ説明し、実施例１と同一の部材には同一の符号を付して説明を省略する。

この切換装置４０Ｂは、インナピン４３の基端側に、励磁コイル４４に直列接続されると共にこの励磁コイル４４の励磁方向と逆方向に励磁する補助励磁コイル４９を配置し、ピン制御手段５０が、インナピン４３を突出させるとき、励磁コイル４４がインナ側永久磁石４６を吸引し、補助励磁コイル４９がインナ側永久磁石４６を反発させるように励磁コイル４４と補助励磁コイル４９の磁界方向を変更可能に構成されている

励磁コイル４４は、筒状の磁性体製芯金４７と、この芯金４７に巻回されたコイル４８ａとを備えている。励磁コイル４４の基端側には、インナ側永久磁石４６を介して補助励磁コイル４９が配置されている。補助励磁コイル４９は、筒状の磁性体製芯金５５と、この芯金５５に巻回されたコイル４８ｂとを備えている。コイル４８ｂは、コイル４８ａに連なると共にコイル４８ａの巻回方向と逆方向になるように巻回されている。
芯金５５の先端には、径方向外側へ張り出した環状の着座部５５ａが一体形成されている。

図１７（ａ）に示すように、通電遮断状態では、アウタ側永久磁石４５は着座部４７ａに吸着し、インナ側永久磁石４６は着座部５５ａに吸着した退避位置に保持されている。
高速運転状態へシフトするとき、ピン制御手段５０は、励磁コイル４４の先端側磁極がＮ極、基端側磁極がＳ極（補助励磁コイル４９の先端側磁極がＳ極、基端側磁極がＮ極）になるようにコイル４８ａ，４８ｂに通電している。
図１７（ｂ）に示すように、アウタ側永久磁石４５は励磁コイル４４に吸引されて着座部４７ａとの吸着状態を維持し、インナ側永久磁石４６は励磁コイル４４に吸引且つ補助励磁コイル４９に反発されて着座部５５ａから離脱し着座部４７へ吸着される。

低速運転状態へシフトするとき、ピン制御手段５０は、励磁コイル４４の先端側磁極がＳ極、基端側磁極がＮ極（補助励磁コイル４９の先端側磁極がＮ極、基端側磁極がＳ極）になるようにコイル４８ａ，４８ｂに通電している。
図１７（ｃ）に示すように、インナ側永久磁石４６Ａは補助励磁コイル４９に吸引且つ励磁コイル４４に反発されて着座部５５ａに吸着され、アウタ側永久磁石４５Ａは励磁コイル４４に反発されて着座部４７ａから先端側へ突出する。
この切換装置４０Ｂによれば、インナピンの突出動作初期の推進力を増加できるため、インナピン４３の突出ストロークがアウタピン４２の突出ストロークよりも大きな場合でも、確実にインナピン４３を突出することができる。

次に、前記実施例を部分的に変更した変形例について説明する。
１〕前記実施例においては、第１シフト案内部の左壁部と右壁部とを円周上の一部のみに夫々形成した例を説明したが、何れか一方の壁部を全周に亙って形成しても良い。また、第１シフト案内部の左壁部と右壁部とを全周に亙って形成することにより、走行振動によるカムスリーブの誤作動等を防止することが可能である。

２〕前記実施例においては、低速用カム部と高速用カム部との２つのバルブ特性を備えたカムシフティング装置の例を説明したが、３つ以上のバルブ特性の異なるカム部を設けることも可能である。この場合、カム部に応じたシフト案内部を形成し、少なくとも１つのシフト案内部を別のシフト案内部に重複して形成する。

３〕前記実施例においては、４気筒直列エンジンの例を説明したが、エンジンの型式や気筒数に拘わらず何れのエンジンにも適用可能であり、タペットを用いたダイレクト駆動式動弁系にも適用することができる。
４〕その他、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく、前記実施例に種々の変更を付加した形態で実施可能であり、本発明はそのような変更形態も包含するものである。

本発明は、動弁系のバルブ特性が異なる複数のカム部を備えたカムスリーブを軸方向へシフトさせることによりバルブ特性を変更可能なエンジンのカムシフティング装置において、単一の励磁コイルでインナピンとアウタピンとを選択的に突出させることにより、構成の簡単化と装置の小型化を図り、エンジンへの搭載性を向上することができる。

１ 吸気カムシャフト
３ カムシフティング装置
２０ カムスリーブ
２１ａ 低速用カム部
２１ｂ 高速用カム部
２２ 第１シフト案内部
２３ 第２シフト案内部
２６ 左壁部
３０ 右壁部
４０，４０Ａ， 切換機構
４０Ｂ
４１ａ 保持部
４２ アウタピン
４３ インナピン
４４ 励磁コイル
４５，４５Ａ アウタ側永久磁石
４６，４６Ａ インナ側永久磁石
４７ａ 着座部
４９ 補助励磁コイル
５０ ピン制御手段
５５ａ 着座部
Ｄ ディテント機構

Claims (7)

1. エンジンの出力軸と同期回転する軸部材と、この軸部材に回転不能且つ軸方向にシフト可能に設けられたカムスリーブと、このカムスリーブの外周に並設され且つ動弁系のバルブ特性が異なる複数のカム部と、前記カムスリーブを前記軸方向一方側へ軸部材に対してシフトする第１シフト案内部と、この第１シフト案内部と重複して形成され且つ前記カムスリーブを前記軸方向他方側へ軸部材に対してシフトする第２シフト案内部と、前記第１，第２シフト案内部に夫々係合可能なインナピン及びこのインナピンと同軸状のアウタピンとを備え、前記インナピンとアウタピンを先端側へ選択的に突出させて前記カムスリーブを前記軸方向へシフトさせることによりバルブ特性を変更可能なエンジンのカムシフティング装置であって、
   前記インナピンとアウタピンの基端部に夫々設けられ且つ磁界が作用する面の極性が異なるインナピン側永久磁石及びアウタピン側永久磁石と、
   前記インナピン側永久磁石及びアウタピン側永久磁石に対応して設けられた励磁コイルと、
   前記インナピンとアウタピンの突出動作を制御するためのピン制御手段であって、前記励磁コイルの通電方向を切換えて励磁コイルの磁界方向を変更するピン制御手段を備えたことを特徴とするエンジンのカムシフティング装置。
2. 前記インナピンの基端側部分がアウタピンの基端部よりも基端側へ突出状に形成され、前記インナピン側永久磁石とアウタピン側永久磁石との間に前記励磁コイルを配置し、
   前記ピン制御手段が、前記インナピンを突出させるとき、前記インナピン側永久磁石を吸引し、前記アウタピンを突出させるとき、前記アウタピン側永久磁石を反発させるように前記励磁コイルの磁界方向を変更することを特徴とする請求項１に記載のエンジンのカムシフティング装置。
3. 前記インナピン側永久磁石とアウタピン側永久磁石との基端側に前記励磁コイルを配置し、
   前記ピン制御手段が、前記インナピンを突出させるとき、前記インナピン側永久磁石を反発させ、前記アウタピンを突出させるとき、前記アウタピン側永久磁石を反発させるように前記励磁コイルの磁界方向を変更することを特徴とする請求項１に記載のエンジンのカムシフティング装置。
4. 前記第１シフト案内部が前記アウタピンを案内し、
   前記第２シフト案内部が前記インナピンを案内し且つ前記第１シフト案内部よりもインナピンの突出方向に深く凹入され、
   前記第１，第２シフト案内部は、少なくとも前記軸方向一方側に案内壁部を備え且つ前記軸部材の回転方向において案内されるピンを基端側に後退させる上り斜面を夫々有することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のエンジンのカムシフティング装置。
5. 前記インナピンとアウタピンの基端側に配置され且つ前記励磁コイルの通電を遮断したとき、前記上り斜面によって基端側に後退されたピンを永久磁石を介して退避位置に保持する磁性体製保持部材を設けたことを特徴とする請求項４に記載のエンジンのカムシフティング装置。
6. 前記インナピンの基端側に、前記励磁コイルに直列接続されると共にこの励磁コイルの励磁方向と逆方向に励磁する補助励磁コイルを配置し、
   前記ピン制御手段が、前記インナピンを突出させるとき、前記励磁コイルが前記インナピン側永久磁石を吸引し、前記補助励磁コイルが前記インナピン側永久磁石を反発させるように前記励磁コイルと補助励磁コイルの磁界方向を変更することを特徴とする請求項２に記載のエンジンのカムシフティング装置。
7. 前記カムスリーブと軸部材との間に、カムスリーブの前記軸方向一方側シフト位置と他方側シフト位置とを保持するディテント機構を設け、
   前記第１シフト案内部の片側の案内壁部が円周上の一部のみに形成されたことを特徴とする請求項４に記載のエンジンのカムシフティング装置。