JP2014163313A - エンジンの動弁装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 弁を開閉させるカムの切り換えが可能とされたエンジンの動弁装置において、部品点数の削減及びエンジンの大型化の回避を図ることを課題とする。
【解決手段】 カムシャフト２を、軸部１０と、該軸部１０上に軸方向に移動可能にスプライン嵌合され、１つの弁についてノーズ部の形状が異なる２つのカム部２２_１、２２_２を隣接させて設けてなるカム要素部２０_１〜２０_４とで構成し、これらのカム要素部２０_１〜２０_４を軸方向に移動させて弁を開閉させるカム部を切り換える操作装置３０_１〜３０_５を、気筒列の前端部及び後端部と、各気筒間位置とに配置する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、車両用等のエンジンの動弁装置、特に弁を開閉させるカムの切り換えが可能な動弁装置に関し、エンジンの動弁装置の技術分野に属する。

エンジンの動弁装置として、１つの弁についてノーズ部の形状が異なる複数のカムを備え、これらのカムのうちから弁を開閉させるカムを選択することにより、吸排気弁の開弁量や開閉弁時期等をエンジンの運転状態に応じて切り換え可能としたものが知られている。

例えば、特許文献１には、カムシャフトを、軸部と、該軸部上に軸方向に摺動可能にスプライン嵌合された筒状のカム要素部とで構成し、このカム要素部の外周に１つの弁についてノーズ部の形状が異なる複数のカムを隣接させて設けると共に、このカム要素部を軸方向に摺動させることにより、弁を開閉させるカムを切り換えるようにしたものが開示されている。

その場合に、この特許文献１の動弁装置においては、前記カム要素部の端面に端面カムを設けると共に、該端面カムの対面位置に対して突入退避可能に設けられて、突入時に端面カムに係合することによりカム要素部を軸方向に押動させる操作部材を備え、これをアクチュエータで作動させることにより、カムの切り換え動作を行うように構成されている。

米国特許公開公報２０１１／０２２６２０５Ａ１

ところで、前記特許文献１に開示された動弁装置では、カム要素部を軸部上で軸方向の両側に移動させるために、該カム要素部の両端面に端面カムを設けると共に、両側の端面カムのそれぞれについて操作部材を備えており、したがって、１つのカム要素部に対して操作部材が２つ必要となり、部品点数が多くなる。

特に、多気筒エンジンにおいては、１本のカムシャフトの軸部に各気筒ごとにカム要素部を設ける場合、カムシャフトの気筒間位置に一方の気筒のカム要素部と他方の気筒のカム要素部をそれぞれ軸方向に移動させる２つの操作部材を配設しなければならず、そのスペースを確保するために気筒間距離が増大し、ひいてはエンジンが大型化することになる。

また、多気筒エンジンにおいて、吸気弁や排気弁が１気筒について２個備えられる４弁式ＤＯＨＣエンジンの場合は、カムシャフトの気筒間位置に２個の操作部材を配設するスペースを確保する必要上、各気筒における２個の吸気弁または２個の排気弁の弁間寸法を詰めざるを得なくなり、吸排気ポートの燃焼室への開口面積が制限されることになる。

さらに、単気筒エンジン、多気筒エンジンに拘わらず、１本のカムシャフトに、１気筒について吸排気弁用等の２つのカム要素部が設けられる場合は、気筒中央部に２個の操作部材が配設されることになり、この場合、２つの弁の弁間距離が長くなり、前記の場合と同様、吸排気ポートの燃焼室への開口面積が制限されることになる。

前記課題を解決するため、本発明は次のように構成したことを特徴とする。

まず、本願の請求項１に記載の発明は、カムシャフトが、軸部と、該軸部に該軸部と一体回転しかつ軸方向に移動可能に嵌合されたカム要素部とでなり、該カム要素部に、１つの弁について共通のベースサークルを有し、かつノーズ部の形状が異なる複数のカム部が隣接して設けられ、該カム要素部を前記軸部上で軸方向に移動させることにより弁を開閉させるカム部を切り換え可能としたエンジンの動弁装置であって、前記カム要素部は１つの軸部に少なくとも２つ備えられ、隣接する２つのカム要素部の互いに対向する一端側の端面に、両カム要素部の近接時にリフト部が軸方向に重なるように位相をずらせて端面カムがそれぞれ設けられていると共に、前記両カム要素部の近接時に前記端面カムの対向面間に突入してこれらの端面カムに係合することにより、両カム要素部を互いに他端側に離間させる作動位置と、両カム要素部の端面カムの対向面間から退避した不作動位置とに移動する操作部材が設けられていることを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、前記請求項１に記載の発明において、前記２つのカム要素部の前記他端側の端面に、それぞれ第２の端面カムが設けられていると共に、前記カム要素部が前記他端側に位置する状態で、前記第２の端面カムの対面位置に突入して係合することにより、該カム要素部を前記一端側に移動させる作動位置と、前記第２の端面カムの対面位置から退避した不作動位置とに移動する第２の操作部材が、２つのカム要素部のそれぞれに備えられていることを特徴とする。

ここで、請求項１における「カム部」には、ノーズ部の形状がベースサークルと一致するもの（リフト量が０のもの）を含む。また、請求項１、２における「隣接する２つのカム要素部」には、多気筒エンジンの各気筒ごとに１つづつ設けられて隣接する２つのカム要素部と、単気筒エンジンまたは多気筒エンジンにおける１つの気筒の２つの弁にそれぞれ設けられた２つのカム要素部とを含む。

さらに、１つのカムシャフトに３つ以上のカム要素部が備えられる場合、「隣接する２つのカム要素部」は複数組存在し、それぞれの組について前記請求項１、２の構成が適用されることになる。その場合、１つの組における第２の端面カムおよび第２の操作部材が、他の組における隣接する２つのカム要素部の互いに対向する端面の端面カム及びこれらの端面カムに係合する操作部材となる。

また、請求項３に記載の発明は、前記請求項１に記載の発明において、前記エンジンは複数の気筒が直列に並ぶ多気筒エンジンであり、前記２つのカム要素部は隣接する２つの気筒にそれぞれ備えられたものであり、前記操作部材は、前記２つの気筒間において、前記２つのカム要素部の対向する端面カムに係合可能に配置されていることを特徴とする。

ここで、３気筒以上のエンジンの場合、請求項３における「隣接する２つの気筒」は複数組存在することになり、それぞれの組について請求項３の構成が適用される。

また、請求項４に記載の発明は、前記請求項３に記載の発明において、気筒列の両端に位置する気筒に備えられた２つの端部配置のカム要素部の前記他端側の端面に、それぞれ第２の端面カムが設けらていると共に、前記端部配置のカム要素部が前記他端側に位置する状態で、前記第２の端面カムの対面位置に突入して係合することにより、該カム要素部を前記一端側に移動させる作動位置と、前記第２の端面カムの対面位置から退避した不作動位置とに移動する第２の操作部材が、２つの端部配置のカム要素部のそれぞれに備えられていることを特徴とする。

前記の構成により、本願各請求項の発明によれば、次の効果が得られる。

まず、請求項１に記載の発明によれば、カムシャフトの軸部に嵌合された２つのカム要素部の互いに対向する一端側の端面にそれぞれ端面カムを設けた構成において、両端面カムの対向面間に突入退避する１つの操作部材を備え、この１つの操作部材により前記２つのカム要素部を互いに離間する方向に移動させるようにしたから、２つのカム要素部の対向面間にそれぞれの端面カムに係合する２つの操作部材を設けた従来の動弁装置に比べて、部品点数が削減されると共に、操作部材を配設するためのスペースを縮小することが可能となる。

また、両端面カムは、両カム要素部の近接時にリフト部が軸方向に重なるように位相をずらしてそれぞれ設けられているので、両端面カムに係合する１つの操作部材を大きくすることなく、両カム要素部を近づけて配置することができ、カムシャフトの軸方向のコンパクト化をより進めることが可能となる。

したがって、例えば多気筒エンジンにおいて気筒間距離を縮小してエンジンの大型化を抑制したり、吸気弁や排気弁が１気筒について２個備えられる４弁式ＤＯＨＣエンジンにおいて吸排気ポートの燃焼室への開口面積を十分に確保することが可能となる。

また、単気筒エンジン、多気筒エンジンに拘わらず、１本のカムシャフトに、１気筒について２つのカム要素部が設けられる場合に、従来の動弁装置に比べて気筒中央部における操作部材の配設スペースを縮小することができ、この場合も、吸排気ポートの燃焼室への開口面積を十分に確保することが可能となる。

また、請求項２に記載の発明にれば、前記２つのカム要素部の他端側の端面にそれぞれ第２の端面カムを設け、この第２の端面カムに係合してカム要素部を一端側に移動させる第２の操作部材を設けたから、請求項１に記載の操作部材により互いに離間する方向に移動した２つのカム要素部を、第２の操作部材により互いに近接するように移動させることが可能となる。

その場合に、第２の端面カムと、その対面位置に対して突入退避する第２の操作部材を用いたことにより、例えば軸方向に作動してカム要素部を他端側の位置から一端側へ押動する操作部材を備える場合に比べて、操作部材を配設するための軸方向のスペースが縮小され、エンジンの全長の増大が抑制されることになる。

そして、請求項３、４に記載の発明によれば、前記請求項１、２に記載の発明の効果が多気筒エンジンにおいて実現される。

本発明の第１実施形態に係る排気側動弁装置の概略の構成を示す側面図である。 図１のｘ方向矢視による同動弁装置の正面図である。 図１のｙ−ｙ線による拡大断面図である。 図１の状態から弁を開閉させるカム部が切り換った状態を示す側面図である。 カム要素部の単体斜視図である。 同、側面図である。 同、正面図である。 弁を開閉させるカム部を第１カム部から第２カム部に切り換えるときの動作を示す図１のｘ_２−ｘ_２、ｘ_４−ｘ_４線で切断した要部正面図である。 同じく第２カム部から第１カム部に切り換えるときの動作を示す図１のｘ_１−ｘ_１、ｘ_３−ｘ_３、ｘ_５−ｘ_５線で切断した要部正面図である。 第１実施形態の変形例を示すカム要素部の単体斜視図である。 第２実施形態の図１と同様の側面図である。 第３実施形態の図１と同様の側面図である。

以下、４気筒、４弁式ＤＯＨＣエンジンの動弁装置を例にとって、本発明の実施形態を説明する。

図１は、本実施の形態に係る動弁装置の排気側の構成を示すもので、図示しないシリンダヘッドに、第１〜第４気筒１_１〜１_４のそれぞれについて２つづつ、合計８つの排気弁Ａ…Ａと、これらの排気弁Ａ…Ａを閉方向に付勢するリターンスプリングＢ…Ｂとが備えられていると共に、シリンダヘッドの上部には、ロッカアームＣ…Ｃを介して前記リターンスプリングＢ…Ｂの付勢力に抗して各排気弁Ａ…Ａを開動させるカムシャフト２が備えられている。

このカムシャフト２は、シリンダヘッドにおける各気筒１_１〜１_４の中心位置に設けられた縦壁部Ｄ…Ｄと各縦壁部Ｄ…Ｄの上部に取り付けられたキャップ部材Ｅ…Ｅとで構成される軸受部Ｆ…Ｆに回転自在に支持されており、図示しないクランクシャフトによりチェーンを介して回転駆動される。

また、カムシャフト２は、軸部１０と、該軸部１０にスプライン嵌合され、該軸部１０と一体回転しかつ軸方向に移動可能とされた第１〜第４カム要素部２０_１〜２０_４とで構成されており、これらのカム要素部２０_１〜２０_４は、各気筒１_１〜１_４に対応させて、前記軸部１０上で列状に配置されている。

そして、各カム要素部２０_１〜２０_４を前記軸部１０上でそれぞれ所定ストローク移動させる電磁式の５つの操作装置３０_１〜３０_５が備えられており、気筒列の第１気筒１_１側を前方として、該気筒列の前端位置に第１操作装置３０_１が、第１、第２気筒間位置に第２操作装置３０_２が、第２、第３気筒間位置に第３操作装置３０_３が、第３、第４気筒間位置に第４操作装置３０_４が、気筒列の後端位置に第５操作装置３０_５がそれぞれ配置されている。

これらの操作装置３０_１〜３０_５は、本体３１と、通電時に該本体３１内に後退した不作動位置から該本体３１から突出した作動位置へ移動する操作部材としてのピン部３２とを有し、図２に示すように、カムシャフト２を挟んで前記ロッカアームＣにおけるカムフォロアＣ’の反対側より所定角度（例えば約３０°）、回転方向Ｘの手前側において、前記ピン部３２がカムシャフト２の軸心を指向するように配置されており、この実施形態の場合、前記軸受部Ｆ…Ｆを構成するキャップ部材Ｅ…Ｅに一体的に形成された台座部Ｇ…Ｇにそれぞれ取り付けられている。

また、前記操作装置３０_１〜３０_５による各カム要素部２０_１〜２０_４の軸方向の移動を所定の２か所で位置決めするため、図３に第１、第２カム要素部２０_１、２０_２を例として示すように、軸部１０と各カム要素部２０_１〜２０_４との嵌合部にディテント機構４０がそれぞれ設けられている。

このディテント機構４０は、軸部１０の外周面から径方向に穿設された孔４１と、該孔４１内に収納されたスプリング４２と、孔４１の開口部に配置され、前記スプリング４２により軸部１０の外周面から径方向の外側へ飛び出すように付勢されたディテントボール４３と、カム要素部２０_１〜２０_４の内周面に軸方向に隣接させて設けられた２か所の周溝４４_１、４４_２とで構成され、前記ディテントボール４３が一方の周溝４４_１に係合したときに、カム要素部２０_１〜２０_４が図１に示す第１位置に、前記ディテントボール４３が他方の周溝４４_２に係合したときに、カム要素部２０_１〜２０_４が図４に示す第２位置に、それぞれ位置決めされるようになっている。

ここで、図１に示すように、第１〜第４カム要素部２０_１〜２０_４が全て第１位置に位置するとき、第１カム要素部２０_１は後方に、第２カム要素部２０_２は前方に、第３カム要素部２０_３は後方に、第４カム要素部２０_４は前方に位置し、したがって、第１、第２カム要素部２０_１、２０_２の対向端面は互いに近接し、第２、第３カム要素部２０_２、２０_３の対向端面は互いに離間し、第３、第４カム要素部２０_３、２０_４の対向端面は互いに近接した状態となる。

また、図４に示すように、第１〜第４カム要素部２０_１〜２０_４が全て第２位置に位置したときは、第１カム要素部２０_１は前方に、第２カム要素部２０_２は後方に、第３カム要素部２０_３は前方に、第４カム要素部２０_４は後方に位置し、したがって、第１、第２カム要素部２０_１、２０_２の対向端面は互いに離間し、第２、第３カム要素部２０_２、２０_３の対向端面は互いに近接し、第３、第４カム要素部２０_３、２０_４の対向端面は互いに離間した状態となる。

次に、図５〜図７により、前記カム要素部２０_１〜２０_４の構成を、第１カム要素部２０_１を例として、さらに詳しく説明する。

このカム要素部２０_１（２０_２〜２０_４）は筒状とされ、その中間部の外周面は前記軸受部Ｆに支持されるジャーナル部２１とされていると共に、その前後両側に当該気筒の２つの排気弁Ａ、Ａ用の作動部２２、２２が設けられており、各作動部２２、２２には、例えば低エンジン回転時用のリフト量が小さな第１カム部２２_１と、例えば高エンジン回転時用のリフト量が大きな第２カム部２２_２とが隣接させて設けられている。

前記第１カム部２２_１と第２カム部２２_２とは、図７に示すように、ベースサークルａが共通で、リフト量が異なるノーズ部ｂ_１、ｂ_２が該ベースサークルａ上に位相を揃えて設けられている。そして、この第１カム部２２_１と第２カム部２２_２とが、２か所の作動部２２、２２において、前後方向に並ぶ順序及びノーズ部ｂ_１、ｂ_２の位相を一致させてそれぞれ設けられている。

その場合に、図１、図４に示すように、第１カム要素部２０_１及び第３カム要素部２０_３においては、第１カム部２２_１が前方、第２カム部２２_２が後方に配置され、第２カム要素部２０_２及び第４カム要素部２０_４においては、第２カム部２２_２が前方、第１カム部２２_１が後方に配置されている。

そして、カム要素部２０_１〜２０_４が前記ディテント機構４０により軸部１０上の第１位置に位置決めされたときは、いずれのカム要素部２０_１〜２０_４においても、２つの第１カム部２２_１、２２_１が対応する気筒の２つのロッカアームＣ、ＣのカムフォロワＣ’、Ｃ’に対応位置し（図１参照）、軸部１０上の第２位置に位置決めされたときは、第２カム部２２_２、２２_２が前記カムフォロワＣ’、Ｃ’に対応位置する（図４参照）ように設定されている。

ここで、この実施形態に係るエンジンは、各気筒の爆発順序が、第１気筒１_１→第３気筒１_３→第４気筒１_４→第２気筒１_２とされており、各カム要素部２０_１〜２０_４の第１カム部２２_１または第２カム部２２_２のノーズ部ｂ_１、ｂ_２が、カムシャフト２の９０°回転ごとに、この順序でカムフォロワＣ’、Ｃ’に対応位置するように、第１〜第４カム要素部２０_１〜２０_４が位相差を設けて前記軸部１０にスプライン嵌合されている。

さらに、前記各カム要素部２０_１〜２０_４には、前後両端に端面カム２３、２３がそれぞれ設けられている。

この前後両端の端面カム２３、２３は、図５〜図７に示すように、カム要素部２０_１（２０_２〜２０_４）の軸方向の中心を通る断面に関して基準面ｃから軸方向の前方または後方に対称的に突出するリフト部ｄを有し、図７に示すように、リフト開始位置ｅからリフト終了位置ｆに至る所定角度範囲α（例えば約１２０°）の間で、回転方向Ｘに対して前記基準面ｃから軸方向のリフト量が次第に増加し、リフト終了位置ｆで基準面ｃに戻るようになっている。

また、前記のように、各カム要素部２０_１〜２０_４が各気筒１_１〜１_４の爆発順序に応じてそれぞれ所定の位相差を設けて軸部１０にスプライン嵌合されていることに伴い、各カム要素部２０_１〜２０_４の互いに対向する端面カム２３、２３もそれぞれ位相差をもって対向し、これにより、図１の符号ア、イ、図４の符号ウで示すように、隣接するカム要素部が近接したときに、対向する端面カム２３、２３のリフト部ｄ、ｄが軸方向にオーバラップするようになっている。

そして、前記第２〜第４操作装置３０_２〜３０_４のピン部３２…３２は、対応する２つのカム要素部の互いに対向する端面カム２３、２３のリフト部ｄ、ｄがオーバラップしている状態で作動位置に突出し、これらの端面カム２３、２３に係合することにより、カム軸２の回転に従って、近接していた２つのカム要素部を互いに離間させる方向にスライドさせるようになっている。

このとき、図１に示す状態では、近接していた第１、第２カム要素部２０_１、２０_２、及び、第３、第４カム要素部２０_３、２０_４は、互いに離間することによりいずれも第１位置から図４に示す第２位置へ移動し、また、図４に示す状態では、近接していた第２、第３カム要素部２０_２、２０_３は、互いに離間することにより第２位置から図１に示す第１位置へ移動する。

一方、第１操作装置３０_１のピン部３２は、図４に示すように、第１カム要素部２０_１が前方の第２位置にある状態で、該第１カム要素部２０_１の前方の端面カム２３に対面する作動位置へ突出することにより該端面カム２３に係合し、カム軸２の回転に従って、第１カム要素部２０_１を後方の第１位置へ移動させる。同様に、第５操作装置３０_５のピン部３２は、第４カム要素部２０_４が後方の第２位置にある状態で、該第４カム要素部２０_４の後方の端面カム２３に対面する作動位置へ突出することにより該端面カム２３に係合し、これを前方の第１位置へ移動させる。

ここで、各操作装置３０_１〜３０_５のピン部３２の作動位置への突出は、第１、第５操作装置３０_１、３０_５にあっては、ピン部３２、３２の指向位置に、第１カム要素部２０_１の前方の端面カム２３または第４カム要素部２０_４の後方の端面カム２３の基準面ｃが位置するタイミングで行われ、第２〜第４操作装置３０_２〜３０_４にあっては、ピン部３２…３２の指向位置に、互いに対向する２つの端面カム２３、２３の両方の基準面ｃ、ｃが位置するタイミングで行われなければならない。

また、このピン部３２の作動位置への突出による各カム要素部２０_１〜２０_４の移動は、ロッカアームＣのカムフォロアＣ’が第１カム部２２_１または第２カム部２２_２のベースサークルａに対応位置しているタイミング、即ち、当該気筒が排気行程以外の行程にあるときに行われなければならない。

そこで、これらの作動タイミングの条件を満足するために、この実施形態では、図７に示すように、第１、第２カム部２２_１、２２_２のノーズ部ｂ_１、ｂ_２の頂部に対し、回転方向Ｘの前方側の所定角度の位置に端面カム２３のリフト開始位置ｅを、回転方向Ｘの後方側の所定角度の位置に端面カム２３のリフト終了位置ｆを設定し、第１、第２カム部２２_１、２２_２のノーズ部ｂ_１、ｂ_２と端面カム２３のリフト部ｄとが重なるような位置関係で設けられている。この場合、図２に示すロッカアームＣのカムフォロアＣ’と操作装置３０_１〜３０_５のピン部３２の位置関係において、各カム要素部２０_１〜２０_４は、排気行程の終了直後に移動することになる。

次に、この実施形態の動作を説明する。

まず、図１に示すように、例えばエンジンの低回転時であって、第１〜第４カム要素部２０_１〜２０_４が第１位置に位置するとき、これらのカム要素部２０_１〜２０_４においては、いずれも、両端の作動部２２、２２におけるリフト量の小さな第１カム部２２_１、２２_１がロッカアームＣ、ＣのカムフォロワＣ’、Ｃ’に対応位置し、カムシャフト２の回転により、前述の順序で、排気行程時に各気筒１_１〜１_４の排気弁Ａ…Ａが相対的に小さな開弁量で開弁する。

この状態から、エンジン回転数の上昇等に伴い、排気弁Ａ…Ａの開弁量を多くするように切り換える場合、この動作は、第２、第４操作装置３０_２、３０_４を通電してピン部３２、３２を不作動位置から作動位置へ突出させることにより行われる。

即ち、まず、第２操作装置３０_２のピン部３２が、第１位置にあって互いに近接した状態にある第１、第２カム要素部２０_１、２０_２の対向する端面カム２３、２３の間に突入し、リフト部ｄ、ｄがオーバラップしているこれらの端面カム２３、２３に係合する。その場合、図８（ａ）に示すように、前記ピン部３２は、第１、第２カム要素部２０_１、２０_２の対向する端面カム２３、２３のリフト量がいずれも０の基準面ｃ、ｃを指向する期間に突入される。

そして、まず、第２気筒１_２の排気行程が終了した後、第２操作装置３０_２のピン部３２の位置に実線で示す第２カム要素部２０_２の前方の端面カム２３のリフト開始位置ｅが到達し、その後、カムシャフト２の回転に従い、前記ピン部３２が該端面カム２３のリフト部ｄに摺接しながら第２カム要素部２０_２を後方へ押し、これを第２位置へスライドさせる。

また、ピン部３２の位置に前記第２カム要素部２０_２の端面カム２３のリフト開始位置が到達した後、カムシャフト２が９０°回転し、第１気筒１_１の排気行程が終了すると、次に、ピン部３２の位置に鎖線で示す第１カム要素部２０_１の後方の端面カム２３のリフト開始位置ｅが到達し、その後、カムシャフト２の回転に従い、前記ピン部３２が該端面カム２３のリフト部ｄに摺接しながら第１カム要素部２０_１を前方へ押し、これを第２位置へスライドさせる。

次に、図８（ｂ）に示すように、第４操作装置３０_４のピン部３２が、第１位置にあって互いに近接した状態にある第３、第４カム要素部２０_３、２０_４の対向する端面カム２３、２３の間に突入し、リフト部ｄ、ｄがオーバラップしているこれらの端面カム２３、２３に係合する。その場合、ピン部３２は、第３、第４カム要素部２０_３、２０_４の対向する端面カム２３、２３のリフト量がいずれも０の基準面ｃ、ｃを指向する期間に突入される。

そして、第３気筒１_３の排気行程が終了した後、第４操作装置３０_４のピン部３２の位置に鎖線で示す第３カム要素部２０_３の後方の端面カム２３のリフト開始位置ｅが到達し、その後、カムシャフト２の回転に従い、前記ピン部３２が該端面カム２３のリフト部ｄに摺接しながら第３カム要素部２０_３を前方へ押し、これを第２位置へスライドさせる。

また、ピン部３２の位置に前記第３カム要素部２０_３の端面カム２３のリフト開始位置ｅが到達した後、カムシャフト２が９０°回転し、第４気筒１_４の排気行程が終了すると、ピン部３２の位置に実線で示す第４カム要素部２０_４の前方の端面カム２３のリフト開始位置ｅが到達し、その後、カムシャフト２の回転に従い、前記ピン部３２が該端面カム２３のリフト部ｄに摺接しながら第４カム要素部２０_４を後方へ押し、これを第２位置へスライドさせる。

以上により、第１〜第４カム要素部２０_１〜２０_４は全て第１位置から第２位置へ移動し、図４に示すように、第１〜第４カム要素部２０_１〜２０_４のいずれにおいても、両端の作動部２２、２２における第２カム部２２_２、２２_２がロッカアームＣ、ＣのカムフォロワＣ’、Ｃ’に対応位置し、排気行程時に各気筒１_１〜１_４の排気弁Ａ…Ａが相対的に大きな開弁量で開弁することになる。

一方、図４に示す各カム要素部２０_１〜２０_４のリフト量が大きな第２カム部２２_２…２２_２がロッカアームＣ…ＣのカムフォロワＣ’…Ｃ’に対応位置する状態から、例えばエンジン回転数の低下に伴い、図１に示すリフト量が小さな第１カム部２２_１…２２_１がカムフォロワＣ’…Ｃ’に対応位置する状態に切り換える動作は、第１、第３、第５操作装置３０_１、３０_３、３０_５を通電し、これらの操作装置３０_１、３０_３、３０_５のピン部３２…３２を不作動位置から作動位置へ突出させることにより行われる。

即ち、まず、図９（ａ）に示すように、第１操作装置３０_１のピン部３２が、第２位置にある第１カム要素部２０_１の前方の端面カム２３の基準面ｃを指向する期間に該端面カム２３の対面位置に突出し、該端面カム２３に係合する。

そして、第１気筒１_１の排気行程が終了した後、前記第１操作装置３０_１のピン部３２の位置に第１カム要素部２０_１の前方の端面カム２３のリフト開始位置ｅが到達し、その後、カムシャフト２の回転に従い、前記ピン部３２が該端面カム２３のリフト部ｄに摺接しながら第１カム要素部２０_１を後方へ押し、これを第１位置へスライドさせる。

また、前記第１操作装置３０_１のピン部３２の位置に第１カム要素部２０_１の端面カム２３のリフト開始位置ｅが到達した後、カムシャフト２が９０°回転し、第３気筒１_３の排気行程が終了すると、図９（ｂ）に示すように、第３操作装置３０_３のピン部３２が第２位置において互いに近接した状態にある第２、第３カム要素部２０_２、２０_３の対向する端面カム２３、２３の間に突入し、リフト部ｄ、ｄがオーバラップしているこれらの端面カム２３、２３に係合する。

その場合、第３操作装置３０_３のピン部３２は、第２、第３カム要素部２０_２、２０_３の対向する端面カム２３、２３のリフト量がいずれも０の基準面ｃ、ｃを指向する期間に突入されるが、対向する第２、第３カム要素部２０_２、２０_３の端面カム２３、２３の位相差は１８０°であるから、図９（ｂ）に符号エ、オで示すように、ピン部３２の指向位置において両端面カム２３、２３とも基準面ｃ、ｃにある期間は２分され、ピン部３２を突入可能な期間が短くなる。

そして、符号エで示す期間に両端面カム２３、２３の間に突入された第３操作装置３０_３のピン部３２の位置に、まず実線で示す第３カム要素部２０_３の前方の端面カム２３のリフト開始位置ｅが到達し、その後、カムシャフト２の回転に従い、前記ピン部３２が該端面カム２３のリフト部ｄに摺接しながら第３カム要素部２０_３を後方へ押し、これを第１位置へスライドさせる。

また、この第３カム要素部２０_３のスライドとほぼ並行して、図９（ｃ）に示すように、第５操作装置３０_５のピン部３２が、第２位置にある第４カム要素部２０_４の後方の端面カム２３の基準面ｃを指向する期間に、該端面カム２３の対面位置に突出し、該端面カム２３に係合する。

そして、第４気筒１_４の排気行程が終了した後、前記第５操作装置３０_５のピン部３２の位置に第４カム要素部２０_４の後方の端面カム２３のリフト開始位置ｅが到達し、その後、カムシャフト２の回転に従い、前記ピン部３２が該端面カム２３のリフト部ｄに摺接しながら該第４カム要素部２０_４を前方へ押し、これを第１位置へスライドさせる。

さらに、図９（ｂ）に示す状態において、前記第３操作装置３０_３のピン部３２の位置に前記第３カム要素部２０_３の端面カム２３のリフト開始位置ｅが到達した後、カムシャフト２が１８０°回転し、第２気筒１_４の排気行程が終了すると、図９（ｄ）に示すように、該第３操作装置３０_３のピン部３２の位置に第２カム要素部２０_２の後方の端面カム２３のリフト開始位置ｅが到達する。

このとき、前記ピン部３２は既に第２、第３カム要素部２０_２、２０_３の対向する端面カム２３、２３の間に突入されているから、カムシャフト２の回転に従い、該ピン部３２は第２カム要素部２０_２の後方の端面カム２３のリフト部ｄに摺接しながら該第２カム要素部２０_２を前方へ押し、これを第１位置へスライドさせる。

これにより、第１〜第４カム要素部２０_１〜２０_４は全て第２位置から第１位置へ移動し、図１に示すように、第１〜第４カム要素部２０_１〜２０_４の両端の作動部２２、２２における第１カム部２２_１、２２_１がロッカアームＣ、ＣのカムフォロワＣ’、Ｃ’に対応位置する状態に戻ることになる。

以上のように、この実施形態によれば、４つの気筒１_１〜１_４にそれぞれ備えられた４つのカム要素部２０_１〜２０_４が５つの操作装置３０_１〜３０_５により操作され、排気弁Ａ…Ａを開閉させるカム部が、リフト量の小さな第１カム部２２_１…２２_１とリフト量の大きな第２カム部２２_２…２２_２との間で切り換えられる。

したがって、カムのリフト量を切り換えるために、各カム要素部ごとに２つずつ操作装置を備える場合に比べて、操作装置の個数が削減されると共に、気筒間寸法の増大ひいてはエンジンの大型化が抑制され、また、各気筒における２個の排気弁の弁間寸法に余裕が生じ、排気ポートの燃焼室への開口面積を大きくすることが可能となる。

また、前述のとおり、図１の符ア、イ図４の符号ウで示すように、隣接するカム要素部が近接したときに、対向する端面カム２３、２３のリフト部ｄ、ｄが軸方向にオーバラップするようになっているから、これらの端面カム２３，２３に係合する前記第２〜第４操作装置３０_２〜３０_４のピン部３２…３２は、その径を大きくすることなく、近接していた２つのカム要素部を互いに離間させる方向にスライドさせることができ、該ピン部３２…３２の小型化が図れると共に、動作の応答性が向上することになる。さらに、第１、第２カム要素部２０_１、２０_２、及び、第３、第４カム要素部２０_３、２０_４は、近接したときに近づくようにレイアウトされることになり、カムシャフト２の軸方向のコンパクト化が一層促進されることになる。

また、以上の説明は、排気側のカムシャフトについてのものであるが、吸気側のカムシャフトにつても全く同様に構成することができ、前記の作用効果が吸気側についても得られる。

また、以上の実施形態では、カム要素部２０_１〜２０_４において、第１カム部２２_１のリフト量を小さく、第２カム部２２_２のリフト量を大きくしたが、これを逆にしてもよく、さらに、図１０に示すカム要素部２０’のように、一方のカム部２２_１’には通常のノーズ部を設けると共に、他方のカム部２２_２’はノーズ部をなくして全体をベースサークルのみで形成し（ノーズ部のリフト量を０とし）、このカム部２２_２’を用いた場合に弁が開閉しないようにしてもよい。これによれば、エンジンの低負荷運転時等における減筒運転が可能となる。

さらに、前記の実施形態では、カム要素部２０_１〜２０_４において、リフト量の小さい第１カム部２２_１とリフト量の大きな第２カム部２２_２の２つを備えたが、本発明はこれに限らず、前記第１カム部２２_１と第２カム部２２_２とに加え、前記のように、ノーズ部をなくして全体をベースサークルのみで形成してリフト量を０とした第３カム部を追加すると共に、操作装置のピン部を小径部と大径部とをテーパ部を介して接続した形状として、各カム要素部を２段階にスライド可能とし、両端面カムの間に、まずピン部の小径部を突入させて１段階スライドさせ、さらにピン部の大径部を突入させて２段階スライドさせて各カム部の切り換え制御を行うようにした複数のカム部を備えるカム要素部にも適応できる。

さらに、本発明は、前記実施形態（以下、「第１実施形態」という）に示す４気筒、４弁式ＤＯＨＣエンジンに限らず、直列６気筒エンジン、Ｖ型多気筒エンジンなどを含め、気筒数及び動弁形式が異なる各種のエンジンに適用可能であり、次に、本発明の他の実施形態について説明する。なお、以下の説明では、第１実施形態の構成と対応する構成については同一の符号を用いる。また、排気側を例として説明するが、吸気側についても同様である。

図１１に示す第２実施形態は、本発明を４気筒２弁式ＤＯＨＣエンジンに適用したもので、この実施形態では、１気筒に排気弁Ａが１つだけ設けられていることに対応させ、カムシャフト２における各カム要素部２０_１〜２０_４に、第１カム部２２_１と第２カム部２２_２とを隣接させてもうけたカム部２２が１つだけ設けられており、この点を除いて、その他の構成は第１実施形態と同様である。

したがって、この実施形態においても、４つのカム要素部２０_１〜２０_４が５つの操作装置３０_１〜３０_５によりスライドされ、排気弁Ａを開閉させるカム部が第１カム部２２_１と第２カム部２２_２との間で切り換えられることになる。

また、図１２に示す第３実施形態は、単気筒ＳＯＨＣエンジンに適用したもので、この実施形態においては、カムシャフト２を構成する軸部１０に、排気弁Ａｅ用のカム要素部２０ｅと吸気弁Ａｉ用のカム要素部２０ｉとが嵌合されており、これのカム要素部２０ｅ，２０ｉには、第１、第２カム部２２_１、２２_２を隣接させて設けた単一のカム部２２と、両端面の端面カム２３、２３とがそれぞれ設けられている。

また、排気弁用カム要素部２０ｅの前方、排気弁用及び吸気弁用カム要素部２０ｅ、２０ｉの間、吸気弁用カム要素部２０ｉの後方に、第１〜第３操作装置３０_１〜３０_３がそれぞれ配置されている。

そして、図示の状態から第２操作装置３０_２のピン部３２を排気弁用及び吸気弁用カム要素部２０ｅ、２０ｉの対向する端面カム２３、２３の間に突入させれば、これらのカム要素部２０ｅ、２０ｉが互いに離間して排気弁Ａｅ及び吸気弁Ａｉをそれぞれ開閉させるカム部が第１カム部２２_１から第２カム部２２_２に切り換わる。

また、排気弁用及び吸気弁用カム要素部２０ｅ、２０ｉが互いに離間した状態で、第１、第３操作装置３０_１、３０_３のピン部３２、３２を突出させれば、これらのピン部３２、３２が排気弁用カム要素部２０ｅの前方の端面カム３２及び吸気弁用カム要素部２０ｉの後方の端面カム３２にそれぞれ係合し、これらのカム要素部２０ｅ、２０ｉを互いに近接させて、排気弁Ａｅ及び吸気弁Ａｉをそれぞれ開閉させるカム部が第２カム部２２_２から第１カム部２２_１に切り換わる。

なお、この第３実施形態は、操作装置を第１、第２実施形態と同様に配置することにより、多気筒ＳＯＨＣエンジンにも適用できる。

以上のように、本発明によれば、車両用等のエンジンの動弁装置において、部品点数の削減及びエンジンの小型化が達成されるので、この種のエンジンの製造技術分野において好適に利用される可能性がある。

２ カムシャフト
１０ 軸部
２０_１〜２０_４ カム要素部
２２_１、２２_２ 第１、第２カム部
２３ 端面カム
３２ 操作部材（ピン部）

Claims (4)

1. カムシャフトが、軸部と、該軸部に該軸部と一体回転しかつ軸方向に移動可能に嵌合されたカム要素部とでなり、
   該カム要素部に、１つの弁について共通のベースサークルを有し、かつノーズ部の形状が異なる複数のカム部が隣接して設けられ、
   該カム要素部を前記軸部上で軸方向に移動させることにより弁を開閉させるカム部を切り換え可能としたエンジンの動弁装置であって、
   前記カム要素部は１つの軸部に少なくとも２つ備えられ、
   隣接する２つのカム要素部の互いに対向する一端側の端面に、両カム要素部の近接時にリフト部が軸方向に重なるように位相をずらせて端面カムがそれぞれ設けられていると共に、
   前記両カム要素部の近接時に前記端面カムの対向面間に突入してこれらの端面カムに係合することにより、両カム要素部を互いに他端側に離間させる作動位置と、両カム要素部の端面カムの対向面間から退避した不作動位置とに移動する操作部材が設けられていることを特徴とするエンジンの動弁装置。
2. 前記請求項１に記載の発明において、
   前記２つのカム要素部の前記他端側の端面に、それぞれ第２の端面カムが設けられていると共に、
   前記カム要素部が前記他端側に位置する状態で、前記第２の端面カムの対面位置に突入して係合することにより、該カム要素部を前記一端側に移動させる作動位置と、前記第２の端面カムの対面位置から退避した不作動位置とに移動する第２の操作部材が、２つのカム要素部のそれぞれに備えられていることを特徴とするエンジンの動弁装置。
3. 前記請求項１に記載の発明において、
   前記エンジンは複数の気筒が直列に並ぶ多気筒エンジンであり、前記２つのカム要素部は隣接する２つの気筒にそれぞれ備えられたものであり、前記操作部材は、前記２つの気筒間において、前記２つのカム要素部の対向する端面カムに係合可能に配置されていることを特徴とするエンジンの動弁装置。
4. 前記請求項３に記載の発明において、
   気筒列の両端に位置する気筒に備えられた２つの端部配置のカム要素部の前記他端側の端面に、それぞれ第２の端面カムが設けらていると共に、
   前記端部配置のカム要素部が前記他端側に位置する状態で、前記第２の端面カムの対面位置に突入して係合することにより、該カム要素部を前記一端側に移動させる作動位置と、前記第２の端面カムの対面位置から退避した不作動位置とに移動する第２の操作部材が、２つの端部配置のカム要素部のそれぞれに備えられていることを特徴とするエンジンの動弁装置。

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