JP2015206341A - 内燃機関の可変動弁装置 - Google Patents

Abstract

【課題】切換ピンおよびカムキャリアの凹形状部の側壁が磨耗することを防止して、切換ピンおよびカムキャリアの耐久性が悪化することを防止できる内燃機関の可変動弁装置を提供すること。【解決手段】可変動弁装置２は、カム切換部５が、カムキャリア４の外周面に形成され、カム軸３の軸線方向に幅が変化するようにカム軸３の軸線方向に対向する第１の切換カム４３Ａと第２の切換カム４３Ｂとを有するガイド溝４３と、ガイド溝４３に挿入される先端部５１ｂを有し、カム軸３の軸線方向に移動自在な切換ピン５１とを含んで構成される。これにより、切換ピン５１をガイド溝４３に抜き差しすることを不要にでき、切換ピン５１と第１の切換カム４３Ａと第２の切換カム４３Ｂとが磨耗することを防止できる。【選択図】図４

Description

本発明は、バルブ作動特性の互いに異なる複数個のカムを備えるカムキャリアをカム軸の軸線方向に移動させる内燃機関の可変動弁装置に関する。

従来、内燃機関の可変動弁装置としては、バルブ作動特性の異なる複数のカムを外周に備えるカムキャリアを、カム軸の軸線方向に移動させてバルブを作動させるカムを切換える可変動弁装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

この可変動弁装置は、カムキャリアの半径方向に往復動作可能に設けられた切換ピンを、カムキャリアの外周に形成された螺旋状のガイド溝に抜き差しすることでカムキャリアを軸線方向に移動させる。

特許第４３３０６１８号公報

しかしながら、上記従来の可変動弁装置にあっては、切換ピンを、カムキャリアの外周に形成された螺旋状のガイド溝に抜き差しするので、切換ピンをガイド溝に抜き差しする度に切換ピンの先端がガイド溝の側壁を齧るようにガイド溝の側壁に対して摺動する。
このため、切換ピンおよびガイド溝の側壁の磨耗が増大してしまい、切換ピンおよびカムキャリアの耐久性が悪化するおそれがある。

本発明は、上記のような問題点に着目してなされたものであり、切換ピンおよびカムキャリアの凹形状部の側壁が磨耗することを防止して、切換ピンおよびカムキャリアの耐久性が悪化することを防止できる内燃機関の可変動弁装置を提供することを目的とするものである。

本発明の第１の態様は、シリンダヘッドに回転自在に軸支されたカム軸と、カム軸に対して同軸となるように設けられ、カム軸と一体に回転し、かつカム軸の軸線方向に移動自在であり、外周面にバルブの作動特性が異なるように形成された第１のカムおよび第２のカムが隣接して設置されたカムキャリアと、カムキャリアをカム軸の軸線方向に移動させてバルブを作動させる第１のカムおよび第２のカムを切換えるカム切換部とを備えた内燃機関の可変動弁装置であって、カム切換部が、カムキャリアの外周面に形成され、カム軸の軸線方向に幅が変化するようにカム軸の軸線方向に対向する一対の側壁を有する凹形状部と、凹形状部に挿入される先端部を有し、カム軸の軸線方向に移動自在な切換ピンとを含んで構成され、切換ピンが、一対の側壁をそれぞれ押圧することにより、カムキャリアをカム軸の軸線方向に移動させるものから構成されている。

本発明の第２の態様としては、カム切換部が、カム軸の軸線方向に沿って延在してシリンダヘッドに取付けられたハウジングと、ハウジングの内部に設けられ、切換ピンの基部を保持してカム軸の軸線方向に移動自在なピストンと、ハウジングの内部に設けられ、ピストンを挟んでカム軸の軸線方向に配置される第１の油圧室および第２の油圧室と、第１の油圧室および第２の油圧室に調圧した油圧を供給するオイルコントロールバルブとを含んで構成され、オイルコントロールバルブから第１の油圧室および第２の油圧室に供給される油圧差により、切換ピンをカム軸の軸線方向に移動させてもよい。

本発明の第３の態様としては、ピストンが、第１の油圧室に連通する第１の開口および第２の油圧室に連通する第２の開口を有し、ハウジングが、カム軸の軸線方向に沿って延在し、第１の開口よりも長径の第１のリリーフ孔およびカム軸の軸線方向に沿って延在し、第２の開口よりも長径の第２のリリーフ孔を有し、ピストンがカム軸の軸線方向に移動するときに、第１の開口および第１のリリーフ孔が連通し、第２の開口および第２のリリーフ孔が連通してもよい。

本発明の第４の態様としては、カムキャリアは、第１のカムによってバルブを作動させる第１の位置と、第２のカムによってバルブを作動させる第２の位置とに移動自在であり、互いに対向する一対の側壁のうち一方が、カムキャリアを第１の位置に移動させる第１の切換カムであり、一対の側壁のうちの他方が、カムキャリアを第２の位置に移動させる第２の切換カムから構成され、カムキャリアが第１の位置と第２の位置とに位置しない状態において、第１の開口および第１のリリーフ孔が連通し、第２の開口および第２のリリーフ孔が連通してもよい。

このように上記の第１の態様によれば、カム切換部が、カムキャリアの外周面に形成され、カム軸の軸線方向に幅が変化するようにカム軸の軸線方向に対向する一対の側壁を有する凹形状部と、凹形状部に挿入される先端部を有し、カム軸の軸線方向に移動自在な切換ピンとを含んで構成される。

このため、切換ピンの先端部が凹形状部に挿入された状態で切換ピンの先端部が一対の側壁をそれぞれ押圧することにより、カムキャリアをカム軸の軸線方向に移動させることができる。したがって、切換ピンを凹形状部に抜き差しすることを不要にでき、切換ピンと一対の側壁とが磨耗することを防止できる。この結果、切換ピンおよびカムキャリアの耐久性を向上できる。

上記の第２の態様によれば、オイルコントロールバルブからハウジング内の第１の油圧室および第２の油圧室に供給される油圧差により、切換ピンをカム軸の軸線方向に移動させる。このため、油圧を利用してカムキャリアをカム軸の軸線方向に移動でき、カムキャリアをカム軸の軸線方向に移動させるカム切換部の構成を簡素化できる。
また、ハウジングがカム軸の軸線方向に沿って延在するので、シリンダヘッドの高さが高くなることを防止でき、結果的に内燃機関の高さが高くなることを防止できる。

上記の第３の態様によれば、ピストンがカム軸の軸線方向に移動するときに、第１の開口および第１のリリーフ孔が連通し、第２の開口および第２のリリーフ孔が連通する。このため、切換ピンの先端部がカムキャリアによってカム軸の軸線方向の一方に過大な荷重を受けた場合に、第１の油圧室の油圧を第１の開口から第１のリリーフ孔を介してリリーフして、第１の油圧室の油圧を下げることができる。

また、切換ピンの先端部がカムキャリアによってカム軸の軸線方向の他方に過大な荷重を受けた場合に、第２の油圧室の油圧を第２の開口から第２のリリーフ孔を介してリリーフして、第２の油圧室の油圧を下げることができる。
この結果、切換ピンがカムキャリアから受ける衝撃を緩和でき、切換ピンを保護することができる。

上記の第４の態様によれば、カムキャリアが第１の位置に移動する前において、切換ピンの先端部がカムキャリアによってカム軸の軸線方向の一方に過大な荷重を受けた場合に、第１の油圧室の油圧を第１の開口から第１のリリーフ孔を介してリリーフして、第１の油圧室の油圧を下げることができる。

また、カムキャリアが第２の位置に移動する前において、切換ピンの先端部がカムキャリアによってカム軸の軸線方向の他方に過大な荷重を受けた場合に、第２の油圧室の油圧を第２の開口から第２のリリーフ孔を介してリリーフして、第２の油圧室の油圧を下げることができる。

また、カムキャリアが第１の位置に移動した状態において、第１の開口と第１のリリーフ孔との連通が遮断されるので、第１の油圧室の油圧を高くして切換ピンによりカムキャリアを第１の位置に安定して保持できる。

さらに、カムキャリアが第２の位置に移動した状態において、第２の開口と第２のリリーフ孔との連通が遮断されるので、第２の油圧室の油圧を高くして切換ピンによりカムキャリアを第２の位置に安定して保持できる。

図１は、本発明の実施形態に係る内燃機関の可変動弁装置を備えたシリンダヘッドの断面図である。 図２は、本発明の実施形態に係る内燃機関の可変動弁装置の分解斜視図である。 図３は、本発明の実施形態に係るカムキャリアの外観斜視図である。 図４は、本発明の実施形態に係る内燃機関の可変動弁装置におけるカムキャリアおよびカム軸の側面断面図である。 図５は、本発明の実施形態に係る内燃機関の可変動弁装置におけるカム軸、カムキャリアおよびバルブ切換部の側面断面図である。 図６は、本発明の実施形態に係る内燃機関の可変動弁装置における油圧回路を示す図であり、オイルコントロールバルブが第１の油圧室に油圧を供給する状態を示す。 図７は、本発明の実施形態に係る内燃機関の可変動弁装置における油圧回路を示す図であり、オイルコントロールバルブが第２の油圧室に油圧を供給する状態を示す。 図８は、本発明の実施形態に係る内燃機関の可変動弁装置におけるカムキャリアが第１の位置（高速カムを選択した位置）に設置された状態を示す正面図である。 図９は、本発明の実施形態に係る内燃機関の可変動弁装置における切換ピンの移動時の状態を示す正面図である。 図１０は、本発明の実施形態に係る内燃機関の可変動弁装置におけるカムキャリアが第２の位置（低速カムを選択した位置）に向けて移動開始した状態を示す正面図である。 図１１は、本発明の実施形態に係る内燃機関の可変動弁装置におけるカムキャリアが第２の位置（低速カムを選択した位置）に設置された状態を示す正面図である。 図１２は、本発明の実施形態に係る内燃機関の可変動弁装置におけるカムキャリアの側面に切換ピンが接触した状態を示す上面図である。 図１３は、本発明の実施形態に係る内燃機関の可変動弁装置におけるカムキャリアの側面に切換ピンが接触した状態を示す側面図である。 図１４は、本発明のその他の実施形態に係る内燃機関の可変動弁装置における第２のカムが休止カムである場合のカムキャリアの斜視図である。

以下、本発明に係る内燃機関の可変動弁装置の実施形態について、図面を用いて説明する。
図１〜図１４は、本発明に係る一実施形態の内燃機関の可変動弁装置を示す図である。

まず、構成を説明する。
（可変動弁装置の概略構成）
図１に示すように、内燃機関の可変動弁装置２は、シリンダヘッド１およびシリンダヘッド１に対向して設けられたヘッドカバー１Ａに内蔵されている。なお、本実施形態のシリンダヘッド１は、ヘッドカバー１Ａを含んで構成される。

図２に示すように、可変動弁装置２は、カム軸３と、カムキャリア４と、カムキャリア４の上方に設置されたカム切換部５とを備えており、吸気バルブ１３のリフト状態を変化させるためにカムの切換えを行う。また、図１に示すように、シリンダヘッド１は、排気バルブ側のカム軸３０や排気カム４０等を備えている。

（ロッカアーム）
図１、図２において、本実施形態の可変動弁装置２は、カムキャリア４の回転に伴い揺動するタイプのロッカアーム１１が用いられている。このロッカアーム１１は、アーム基端部１１Ｃの下面に形成された凹部が、ハイドロリックラッシュアジャスタ（ＨＬＡ）１２のピボット１２Ａの上に当接するように設置されている。ロッカアーム１１の中央には、被押圧ローラ１１Ａがピン１１Ｂで軸支されている。

被押圧ローラ１１Ａは、ロッカアーム１１の上面から突出しており、カムキャリア４の第１のカムを構成する高速カム４１と第２のカムを構成する低速カム４２とのいずれかに当接する。ここで、高速カム４１は、本発明の第１のカムを構成し、低速カム４２は、本発明の第２のカムを構成する。

ロッカアーム１１の他端部側のアーム先端部１１Ｄの下面は、吸気バルブ１３の上端に当接する。なお、吸気バルブ１３は、シリンダヘッド１に対して軸線方向に進退可能に設けられており、バルブスプリング１４により引き上げる方向、すなわち、吸気バルブ１３によって開閉される吸気ポート１５と燃焼室１６とを閉じる方向に付勢されている。

（カム軸）
図１において、カム軸３は、シリンダヘッド１の上部に設置された軸受部となるロアカムハウジング６とアッパカムハウジング７とに回転自在に支持されている。カム軸３は、図示しないチェーンやベルト等により図示しないクランクシャフトと連動して回転するように連動部分を備えている。

なお、ロアカムハウジング６とアッパカムハウジング７は、ヘッドカバー１Ａで覆われてシリンダヘッド１内に内蔵されている。また、カム軸３の回転数は、クランクシャフトの回転数の１／２となるように設定されている。

本実施形態の可変動弁装置２において、カム軸３は、内燃機関の一部を構成するシリンダヘッド１を有する内燃機関の前後方向（図２、図４の紙面上の左右方向）に沿って延びるように設置されている。

図４において、吸気バルブ１３は、２本１組で１つの燃焼室１６毎に設けられており、本実施形態の内燃機関は、例えば、４気筒エンジンであれば、吸気バルブ１３は、４組で８本設けられる。
図２に示すように、カム軸３における長さ方向の所定領域の外周面には、軸線方向に所定の幅寸法を持つスプライン外歯３１が周回して形成されている。

図２、図４、図５に示すように、カム軸３におけるスプライン外歯３１が形成された領域の軸線方向に隣接する近傍の領域には位置決め機構３２が設けられており、位置決め機構３２は、カム軸３に対して半径方向に沿って凹むように形成された収納凹部３３と、収納凹部３３内に収納されるスプリング３４と、収納凹部３３内に収納されてカム軸３の表面から一部が突出するように設置されたボール３５とを備えている。

図４、図５に示すように、ボール３５は、後述するカムキャリア４側に設けられた第１の位置決め用溝４６と第２の位置決め用溝４７とに係止される。

（カムキャリア）
図２、図５において、カムキャリア４は、カム軸３を取り囲むように円筒状に形成されており、カムキャリア４の内周面にはカム軸３のスプライン外歯３１と噛み合うスプライン内歯４５が形成されている。このため、カム軸３とカムキャリア４とは、一体に回転するとともに、カムキャリア４がカム軸３に対して軸線方向に移動自在となる。

また、カムキャリア４の内周面におけるスプライン内歯４５が形成された領域に隣接する領域には第１の位置決め用溝４６と第２の位置決め用溝４７が周回するように形成されている（図３参照）。

これらの第１の位置決め用溝４６および第２の位置決め用溝４７は、カム軸３側に設けられた位置決め機構３２のボール３５が係止されることで、カムキャリア４を第１の位置と第２の位置との間をクリック動作により位置決めさせる。

図２〜図５において、カムキャリア４は、周面にバルブ作動特性の異なる、高速カム４１および低速カム４２が軸線方向に並んで一体に設けられている。なお、高速カム４１と低速カム４２との一体構成体は、所定間隔を隔てて一対が設置されている。

一対の高速カム４１が選択される場合は、それぞれの高速カム４１が、ロッカアーム１１の上方に位置し、一対の低速カム４２が選択される場合は、それぞれの低速カム４２が、ロッカアーム１１の上方に位置する。

すなわち、高速カム４１同士の間隔、低速カム４２同士の間隔、および吸気バルブ１３同士の間隔は、同一に設定されている。そして、カムキャリア４は、高速カム４１によって吸気バルブ１３を作動させる第１の位置と、低速カム４２によって吸気バルブ１３を作動させる第２の位置とに移動自在である。

図３に示すように、高速カム４１は、基礎となるベース円部４１Ａと、ベース円部４１Ａよりも半径方向外側に突出したノーズ部４１Ｂとを備える。低速カム４２は、基礎となる高速カム４１のベース円部４１Ａと同じ半径のベース円部４２Ａと、ベース円部４２Ａより半径方向外側に向けて高速カム４１のノーズ部４１Ｂよりも半径方向への突出寸法が低く形成されたノーズ部４２Ｂとを備えている。

すなわち、本実施形態の高速カム４１のノーズ部４１Ｂのカム山は、低速カム４２のノーズ部４２Ｂのカム山よりも大きく形成されており、高速カム４１のノーズ部４１Ｂの突出寸法は、低速カム４２のノーズ部４２Ｂの突出寸法よりも大きい。

このため、高速カム４１が吸気バルブ１３を開放する場合には、低速カム４２が吸気バルブ１３を開放する場合に比べて吸気バルブ１３の開放時間を長くでき、燃焼室１６により大きくの吸入空気を吸気できる。

したがって、カムキャリア４は、高速カム４１が吸気バルブ１３を開放する第１の位置に切換えられると、低速カム４２が吸気バルブ１３を開放する第２の位置に切換えられた場合に比べて、内燃機関の出力が増大するように吸気バルブ１３の作動特性が変更される。

図４に示すように、これら高速カム４１および低速カム４２は、軸線方向に沿って隣接して設置されており、ベース円部４１Ａ、４２Ａが軸線方向に面一に形成された連続面となっている。

また、高速カム４１と低速カム４２のノーズ部４１Ｂ、４２Ｂは、ほぼ同位相となる方向に設置されている。これら高速カム４１と低速カム４２は、カム軸３に対する設置状態により、図示しないクランクシャフトの動作に伴って動作する吸気バルブ１３のリフトタイミングが規定される。

図２、図３、図５に示すように、カムキャリア４の外周面には、本発明の凹形状部を構成するガイド溝４３が周回して連続するように形成されている。このガイド溝４３において、互いに対向する一対の側壁のうち一方は、カムキャリア４を第１の位置に移動させる第１の切換カム４３Ａであり、一対の側壁のうちの他方は、カムキャリア４を第２の位置に移動させる第２の切換カム４３Ｂである。

すなわち、第１の切換カム４３Ａおよび第２の切換カム４３Ｂは、本発明の一対の側壁を構成するものであり、第１の切換カム４３Ａは、対向する一対の側壁のうち一方を構成し、第２の切換カム４３Ｂは、対向する一対の側壁のうち他方を構成する。

図３、図４、図６、図７に示すように、ガイド溝４３は、溝幅が最大となる最大溝幅部４３Ｃと、溝幅が最小となる最小溝幅部４３Ｄと、最大溝幅部４３Ｃと最小溝幅部４３Ｄとの間を連絡する溝幅変化部４３Ｅとを備えている。

最小溝幅部４３Ｄは、後述する切換ピン５１の先端部５１ｂが通過可能な溝幅である。最大溝幅部４３Ｃは、最小溝幅部４３Ｄを中心として溝幅方向の両外側に切換ピン５１の先端部５１ｂが通過可能な空間を有する溝幅に形成されている。
このように本実施形態のガイド溝４３は、カム軸３の軸線方向に幅が変化するよう構成される。

（カム切換部）
図５〜図７において、カム切換部５は、カム軸３の軸線方向に沿って延在してヘッドカバー１Ａに取付けられたハウジング５２と、ハウジング５２の内部に設けられ、切換ピン５１の基部５１ａを保持してカム軸３の軸線方向に移動自在なピストン５３とを備えている。

また、切換ピン５１の先端部５１ｂは、ガイド溝４３に挿入されており、切換ピン５１の先端部５１ｂにおけるカム軸３の軸線方向両端部は、第１の切換カム４３Ａおよび第２の切換カム４３Ｂに対向している。
このため、切換ピン５１は、カム軸３の軸線方向に移動自在であり、第１の切換カム４３Ａおよび第２の切換カム４３Ｂに接触自在である。

ハウジング５２の内部には油圧室５４、５５が設けられており、油圧室５４、５５は、ピストン５３を挟んでカム軸３の軸線方向に配置される。ここで、油圧室５４は、本発明の第１の油圧室を構成し、油圧室５５は、本発明の第２の油圧室を構成する。

ハウジング５２には油孔５２Ａ、５２Ｂが形成されており、油孔５２Ａ、５２Ｂは、油圧室５４、５５の上部に位置している。
油圧室５４にはコイルスプリング５６が収容されており、コイルスプリング５６は、ピストン５３を油圧室５５に向かって付勢している。このため、切換ピン５１は、コイルスプリング５６の付勢力が作用する状態において、第１の切換カム４３Ａに接触する。

ピストン５３には開口５３ａが形成されており、開口５３ａは、油圧室５４に連通している。ピストン５３には開口５３ｂが形成されており、開口５３ｂは、油圧室５５に連通している。ここで、開口５３ａは、本発明の第１の開口を構成し、開口５３ｂは、本発明の第２の開口を構成する。

ハウジング５２にはリリーフ孔５２Ｃが形成されており、リリーフ孔５２Ｃは、カム軸３の軸線方向に沿って延在し、開口５３ａよりも長径に形成されている。ハウジング５２にはリリーフ孔５２Ｄが形成されており、リリーフ孔５２Ｄは、カム軸３の軸線方向に沿って延在し、開口５３ｂよりも長径に形成されている。

リリーフ孔５２Ｃは、ピストン５３がカム軸３の軸線方向に移動するときに、開口５３ａに連通し、リリーフ孔５２Ｄは、ピストン５３がカム軸３の軸線方向に移動するときに、開口５３ｂに連通する。

本実施形態のカム切換部５は、カムキャリア４が高速カム４１によって吸気バルブ１３を作動させる第１の位置に位置しない状態と、カムキャリア４が低速カム４２によって吸気バルブ１３を作動させる第２の位置に位置しない状態とにおいて、開口５３ａとリリーフ孔５２Ｃとが連通し、開口５３ｂとリリーフ孔５２Ｄとがそれぞれ連通する。ここで、リリーフ孔５２Ｃは、本発明の第１のリリーフ孔を構成し、リリーフ孔５２Ｄは、第２のリリーフ孔を構成する。

カム切換部５は、油圧回路５７を備えており、油圧回路５７は、ヘッドカバー１Ａに形成され、油孔５２Ａを通して油圧室５４に連通するオイル通路５８と、ヘッドカバー１Ａに形成され、油孔５２Ｂを通して油圧室５５に連通するオイル通路５９とを備えている。

オイル通路５８は、オイルポンプ６６の図示しないオイル通路に連通しており、オイル通路５８にはオイルポンプ６６からオイルが供給される。なお、オイルポンプ６６は、クランクシャフトの回転によって駆動される機械式のオイルポンプから構成されてもよく、電動ポンプから構成されてもよい。

図６、図７において、油圧回路５７は、オイルコントロールバルブ（以下、単にＯＣＶという）６０を備えており、ＯＣＶ６０のオイル通路は、オイル通路５８およびオイル通路５９に連通している。ＯＣＶ６０は、スリーブ６１の内部にスプール６２が設けられた４ポートスプール弁から構成されており、４つのポート６０ａ〜６０ｄを備えている。

スリーブ６１の内部にはスプール６２を挟んでコイルスプリング６３および電磁ソレノイド６４が設けられている。ＯＣＶ６０は、電磁ソレノイド６４が励磁されると、コイルスプリング６３の付勢力に抗してコイルスプリング６３を圧縮する方向にスプール６２を押圧する。このとき、図６に示すように、スプール６２が移動してポート６０ａとポート６０ｃとが連通されるとともに、ポート６０ｂとポート６０ｄとが連通される。

これにより、オイル通路５８から油孔５２Ａを通して油圧室５４に高圧のオイルが導入され、コイルスプリング５６の付勢力と油圧によりピストン５３が図６中、左方に移動する。このとき、オイル通路５９が低圧となるため、ピストン５３の左方への移動に伴って油圧室５５のオイルが油孔５２Ｂを通してオイル通路５９に排出される。

一方、ＯＣＶ６０は、コイルスプリング６３によってスプール６２が付勢されると、図７に示すように、スプール６２が電磁ソレノイド６４の方向に移動してポート６０ａとポート６０ｄとが連通されるとともに、ポート６０ｂとポート６０ｃとが連通される。

これにより、オイル通路５９から油孔５２Ｂを通して油圧室５５に高圧のオイルが導入され、ピストン５３がコイルスプリング５６の付勢力に抗して図７中、右方に移動する。このとき、オイル通路５８が低圧となるため、ピストン５３の右方への移動に伴って油圧室５４のオイルが油孔５２Ａを通してオイル通路５８に排出される。

また、カム切換部５の油圧回路５７は、ヘッドカバー１Ａに形成され、リリーフ孔５２Ｃに連通するリリーフ通路６７と、ヘッドカバー１Ａに形成され、リリーフ孔５２Ｄおよびリリーフ通路６７にそれぞれ連通するリリーフ通路６８とを有している。

また、ヘッドカバー１Ａにはドレイン通路６９が形成されており、ドレイン通路６９は、オイル通路５９およびリリーフ通路６７に連通する。

オイル通路５８には油圧調整弁６５が設けられており、油圧調整弁６５は、ハウジング６５Ａの内部にオイル通路６５ａを有し、オイル通路６５ａにはボール６５Ｂとコイルスプリング６５Ｃとが設置される。コイルスプリング６５Ｃは、ボール６５Ｂをオイルポンプ６６側に付勢することにより、弁座６５ｂを閉止する。

油圧調整弁６５は、オイルポンプ６６からオイルが供給されると、コイルスプリング６５Ｃの付勢力に抗してボール６５Ｂが弁座６５ｂから離隔する。これにより、オイルポンプ６６からＯＣＶ６０にオイルが供給される。

また、油圧調整弁６５は、油圧室５４または油圧室５５の油圧が急激に上昇すると、ボール６５Ｂが弁座６５ｂを閉止することにより、オイル通路５８またはオイル通路５９の油圧を高圧に維持する。

また、ドレイン通路６９には油圧調整弁７０が設けられている。油圧調整弁７０は、ハウジング７０Ａの内部にオイル通路７０ａを有し、オイル通路７０ａにボール７０Ｂとコイルスプリング７０Ｃとが設置される。

コイルスプリング７０Ｃは、ボール７０Ｂをハウジング５２側（オイルの流れ方向上流側）に付勢して弁座７０ｂを閉止している。コイルスプリング７０Ｃのばね力は、油圧調整弁６５がオイルポンプ６６とＯＣＶ６０との連通を遮断した状態で油圧室５４または油圧室５５の圧力が一定の圧力以上となった状態で、弁座７０ｂを開放するばね力に設定される。

したがって、本実施形態のカム切換部５は、油圧調整弁７０が閉弁された状態でＯＣＶ６０から油圧室５４、５５に供給される油圧差により、切換ピン５１をカム軸３の軸線方向に移動させることができる。

切換ピン５１がカム軸線方向に移動すると、切換ピン５１の先端部５１ｂが第１の切換カム４３Ａまたは第２の切換カム４３Ｂに接触してカムキャリア４をカム軸３の軸線方向に沿って移動させる。
ここで、本実施形態の油圧調整弁６５、７０およびＯＣＶ６０は、ヘッドカバー１Ａの内部に形成されてもよく、シリンダヘッド１の外部に設けられてもよい。

次に、作用を説明する。
以下、図６〜図１３に基づいて本実施形態に係る可変動弁装置２の高速カム４１と低速カム４２への切換えの動作について説明する。図８〜図１３において、矢印Ｒ方向がカム軸３の回転方向である。

（エンジン停止時）
エンジン停止時には、オイルポンプ６６が駆動されないため、油圧室５４および油圧室５５の油圧が低圧となり、ピストン５３がコイルスプリング５６によって図６中、左方に付勢される。

このとき、切換ピン５１がガイド溝４３内において左方に移動してガイド溝４３の第１の切換カム４３Ａに当接し、カムキャリア４を左方に移動させ、高速カム４１のベース円部４１Ａとロッカアーム１１の被押圧ローラ１１Ａとが接触する状態となる。したがって、エンジン始動開始後には高速カム４１によって吸気バルブ１３が開閉駆動される。

（高速カム４１による運転）
高速カム４１による運転時には、ＯＣＶ６０の電磁ソレノイド６４が励磁されると、コイルスプリング６３の付勢力に抗してスプール６２が押圧される。このため、コイルスプリング５６が圧縮される方向にスプール６２が移動してポート６０ａとポート６０ｃとが連通されるとともに、ポート６０ｂとポート６０ｄとが連通される。

これにより、オイル通路５８から油孔５２Ａを通して油圧室５４に高圧のオイルが導入され、ピストン５３が図６、図８中、左方に移動し、切換ピン５１が図６、図８中、左方に移動する。このとき、オイル通路５９が低圧となるため、ピストン５３の左方への移動に伴って油圧室５５のオイルが油孔５２Ｂを通してオイル通路５９に排出される。

カムキャリア４は、最大溝幅部４３Ｃと最小溝幅部４３Ｄとの間を連絡してカムキャリア４の回転方向に膨出する溝幅変化部４３Ｅを備えているので、ピストン５３が図６、図８中、左方に移動すると、切換ピン５１の先端部５１ｂが第１の切換カム４３Ａの最大溝幅部４３Ｃを通して溝幅変化部４３Ｅに接触してカムキャリア４に軸線方向左方の力が作用する。

このため、カムキャリア４は、切換ピン５１により第１の切換カム４３Ａが左方に押圧されることで第１の位置まで移動する。このとき、低速カム４２のベース円部４２Ａおよび高速カム４１のベース円部４１Ａがロッカアーム１１の被押圧ローラ１１Ａに対して円滑に摺動して、被押圧ローラ１１Ａに高速カム４１のベース円部４１Ａが接触した状態となる。

具体的には、図１２に示すように、カムキャリア４の最大溝幅部４３Ｃは、最小溝幅部４３Ｄを中心としてその両外側（カムキャリア４の軸線方向の両外側）に切換ピン５１の先端部５１ｂが通過可能な空間を有する溝幅に形成される。

カムキャリア４が第２の位置から第１の位置に切換えられる場合には、カムキャリア４の回転により切換ピン５１の先端部５１ｂがＬ１で示すように最大溝幅部４３Ｃに接触した後、Ｌ２で示すように溝幅変化部４３Ｅに移動する。

次いで、切換ピン５１の先端部５１ｂがＬ３で示すように溝幅変化部４３Ｅに接触することでカムキャリア４が第１の位置に移動する。そして、切換ピン５１の先端部５１ｂがＬ４で示すように、最小溝幅部４３Ｄに到達すると、カムキャリア４の第１の位置への移動が完了する。

このように切換ピン５１をカム軸３の軸線方向に移動させることにより、切換ピン５１の先端部５１ｂが最大溝幅部４３Ｃから溝幅変化部４３Ｅを通して最小溝幅部４３Ｄに接触してカムキャリア４を第１の位置に移動させる。

また、このようにカムキャリア４がカム軸３に対して第１の位置に移動するときに、カム軸３側のボール３５が図４に示す第２の位置決め用溝４７から外れて、第１の位置決め用溝４６に移動して係合した状態となる。この結果、カムキャリア４は、カム軸３に対して高速カム４１が選択された第１の位置に固定される。

また、このように高速カム４１が選択されてカムキャリア４が第１の位置にある場合において、低速カム４２への切換えを行うまでの間は、切換ピン５１の先端部５１ｂは、ガイド溝４３の最小溝幅部４３Ｄを通過するような設置となっている。

このような設置により、切換ピン５１の先端部５１ｂが第１の切換カム４３Ａおよび第２の切換カム４３Ｂに接触しないため、高速カム４１の位置が保たれ、高速カム４１が作動し続ける。

（低速カム４２による運転）
高速カム４１が選択されている状態から低速カム４２が選択される状態（第２の位置）に切換える場合は、ＯＣＶ６０の電磁ソレノイド６４の励磁を停止する。このとき、スリーブ６２がコイルスプリング６３に付勢されてポート６０ａとポート６０ｄとが連通されるとともに、ポート６０ｂとポート６０ｃとが連通される。

これにより、オイル通路５９から油孔５２Ｂを通して油圧室５５に高圧のオイルが導入され、ピストン５３がコイルスプリング６３の付勢力に抗して図７、図９中、右方に移動する。このとき、オイル通路５８が低圧となるため、ピストン５３の右方への移動に伴って油圧室５４のオイルが油孔５２Ａを通してオイル通路５８に排出される。

カムキャリア４は、最大溝幅部４３Ｃと最小溝幅部４３Ｄとの間を連絡してカムキャリア４の回転方向に膨出する溝幅変化部４３Ｅを備えているので、ピストン５３が右方に移動すると、切換ピン５１の先端部５１ｂが第２の切換カム４３Ｂの最大溝幅部４３Ｃを通して溝幅変化部４３Ｅに接触してカムキャリア４に軸線方向右方の力が作用する。

このため、カムキャリア４は、図１０に示す状態を経て、第２の位置まで移動する。このとき、高速カム４１のベース円部４１Ａおよび低速カム４２のベース円部４２Ａがロッカアーム１１の被押圧ローラ１１Ａに対して円滑に摺動して、図１１に示すように被押圧ローラ１１Ａに低速カム４２のベース円部４２Ａが接触した状態となる。

このようにカムキャリア４がカム軸３に対して変位するときに、カム軸３側のボール３５が図４に示す第１の位置決め用溝４６から外れて、第２の位置決め用溝４７に移動して係合した状態となる。この結果、カムキャリア４は、カム軸３に対して低速カム４２が選択された位置（第２の位置）で固定される。

具体的には、図１２に示すように、カムキャリア４が第１の位置から第２の位置に切換えられる場合には、カムキャリア４の回転により切換ピン５１の先端部５１ｂがＲ１で示すように最大溝幅部４３Ｃに接触した後、Ｒ２で示すように溝幅変化部４３Ｅに移動する。

次いで、切換ピン５１の先端部５１ｂがＲ３で示すように溝幅変化部４３Ｅに接触することでカムキャリア４が第２の位置に移動する。そして、切換ピン５１の先端部５１ｂがＲ４で示すように、最小溝幅部４３Ｄに到達すると、カムキャリア４の第２の位置への移動が完了する。

このように切換ピン５１をカム軸３の軸線方向に移動させることにより、切換ピン５１の先端部５１ｂが最大溝幅部４３Ｃから溝幅変化部４３Ｅを通して最小溝幅部４３Ｄに接触してカムキャリア４を第２の位置に移動させる。

また、このように低速カム４２が選択されてカムキャリア４が第２の位置にある場合において、高速カム４１への切換えを行うまでの間は、切換ピン５１の先端部５１ｂは、ガイド溝４３の最小溝幅部４３Ｄを通過するような設置となっている。このような設置により、切換ピン５１の先端部５１ｂが第１の切換カム４３Ａおよび第２の切換カム４３Ｂに接触しないため、低速カム４２の位置が保たれ、低速カム４２が作動し続ける。

ここで、図１０に示すように、切換ピン５１の先端部５１ｂが第２の切換カム４３Ｂに接触するときに、油圧室５４においてオイルポンプ６６の油圧荷重Ｆ１がピストン５３に作用し、カムキャリア４からの荷重Ｆ２が切換ピン５１に作用する。油圧荷重Ｆ１と荷重Ｆ２とを比較すると、Ｆ１＜Ｆ２となるため、切換ピン５１がカムキャリア４によって図１０中、左方に押し戻されるがおそれがある。

これに対して、本実施形態の油圧回路５７は、ＯＣＶ６０とオイルポンプ６６との間に油圧調整弁６５が設けられている。これにより、カムキャリア４によりピストン５３が図１０中、左方に押圧されて油圧室５４が瞬間的に高圧になると、オイル通路５９の油圧の上昇によってボール６５Ｂが弁座６５ｂを閉止する（図６参照）。このため、切換ピン５１がカムキャリア４によって押し戻されることを防止できる。

ここで、低速カム４２（第２の位置）から高速カム４１（第１の位置）にカム位置が切換えられる場合も、カムキャリア４によりピストン５３が右方に押圧されて油圧室５５が瞬間的に高圧になると、オイル通路５８の油圧の上昇によってボール６５Ｂが弁座６５ｂを閉止する。このため、切換ピン５１がカムキャリア４によって押し戻されることを防止できる。

一方、例えば、第１の位置から第２の位置にカムキャリア４が移動する際に、図１２、図１３に示すように、ＯＣＶ６０の油圧制御により切換ピン５１の移動開始時期が最大溝幅部４３Ｃに接触する移動開始時期（Ｒ１で示す）ではなく、溝幅変化部４３Ｅに接触する移動開始時期（Ｒ３で示す）であると、切換ピン５１の先端部５１ｂがカム軸３の軸線方向に対して急傾斜する溝幅変化部４３Ｅに接触することになる。
この状態では、切換ピン５１の先端部５１ｂがカム軸３の軸線方向と略直交する最大溝幅部４３Ｃに接触したときに比べてカムキャリア４から過大な荷重を受けてしまうことになる。

本実施形態の可変動弁装置２は、移動開始時期において切換ピン５１の先端部５１ｂが溝幅変化部４３Ｅに接触すると、油圧室５５が瞬間的に高圧となり、油圧室５５のオイルが開口５３ｂからリリーフ孔５２Ｄを通してリリーフ通路６８にリリーフされる。これにより、油圧室５５の油圧が低下してカムキャリア４から受ける過大な荷重を吸収して切換ピン５１を保護できる。

また、カムキャリア４が第２の位置に移動したときにはピストン５３によって開口５３ｂが閉止されて開口５３ｂとリリーフ孔５２Ｄとの連通が遮断される。これにより、油圧室５５の油圧を高圧に維持できる。

なお、カムキャリア４が第２の位置から第１の位置に移動を開始する移動開始時期において切換ピン５１の先端部５１ｂが溝幅変化部４３Ｅに接触した場合も、オイルを開口５３ａからリリーフ孔５２Ｃを通してリリーフ通路６７にリリーフできる。

また、本実施形態の可変動弁装置２は、ドレイン通路６９には油圧調整弁７０が設けられているため、オイル通路５８、５９およびリリーフ通路６７、６８のいずれかに排出されるオイルは、油圧調整弁７０を通してドレイン通路６９に排出される。

油圧調整弁７０は、油圧回路５７内の油圧が所定油圧以上に上昇したときに開弁してオイルをドレインし、油圧回路５７内の油圧が所定油圧未満のときには閉弁して油圧回路５７を高圧に維持する。このため、切換ピン５１が正常に作動してカムキャリア４を第１の位置と第２の位置とに切換える状態において、オイルポンプ６６の仕事量を軽減できる。これにより、エンジンの燃費向上を図ることができるとともに、オイルポンプ６６の小型化を図ることができる。

このように本実施形態の可変動弁装置２は、カム切換部５が、カムキャリア４の外周面に形成され、カム軸３の軸線方向に幅が変化するようにカム軸３の軸線方向に対向する第１の切換カム４３Ａと第２の切換カム４３Ｂとを有するガイド溝４３と、ガイド溝４３に挿入される先端部５１ｂを有し、カム軸３の軸線方向に移動自在な切換ピン５１とを含んで構成される。

これに加えて、カム切換部５が、カム軸３の軸線方向に沿って延在してヘッドカバー１Ａに取付けられたハウジング５２と、ハウジング５２の内部に設けられ、切換ピン５１の基部５１ａを保持してカム軸３の軸線方向に移動自在なピストン５３と、ハウジング５２の内部に設けられ、ピストン５３を挟んでカム軸３の軸線方向に配置される油圧室５４、５５と、油圧室５４、５５に調圧した油圧を供給するＯＣＶ６０とを含んで構成され、ＯＣＶ６０から油圧室５４、５５に供給される油圧差により、切換ピン５１をカム軸３の軸線方向に移動させる。

ここのため、切換ピン５１の先端部５１ｂがガイド溝４３に挿入された状態で切換ピン５１の先端部５１ｂが第１の切換カム４３Ａと第２の切換カム４３Ｂをそれぞれ押圧することにより、カムキャリア４をカム軸３の軸線方向に移動させることができる。

したがって、切換ピン５１の先端部５１ｂをガイド溝４３に抜き差しすることを不要にでき、切換ピン５１と第１の切換カム４３Ａと第２の切換カム４３Ｂとが磨耗することを防止できる。この結果、切換ピン５１およびカムキャリア４の耐久性を向上できる。

また、本実施形態の可変動弁装置２によれば、カム切換部５が、ＯＣＶ６０からハウジング５２の油圧室５４、５５に供給される油圧差により、切換ピン５１をカム軸３の軸線方向に移動させる。

このため、油圧を利用してカムキャリア４をカム軸３の軸線方向に移動でき、カムキャリア４をカム軸３の軸線方向に移動させるカム切換部５の構成を簡素化できる。

また、ハウジング５２がカム軸３の軸線方向に沿って延在するので、シリンダヘッド１の高さが高くなることを防止でき、結果的にエンジンの高さが高くなることを防止できる。

また、本実施形態の可変動弁装置２によれば、ピストン５３が、油圧室５４に連通する開口５３ａおよび油圧室５５に連通する開口５３ｂを有し、ハウジング５２が、カム軸３の軸線方向に沿って延在し、開口５３ａよりも長径のリリーフ孔５２Ｃおよびカム軸３の軸線方向に沿って延在し、開口５３ｂよりも長径のリリーフ孔５２Ｄを有し、ピストン５３がカム軸３の軸線方向に移動するときに、開口５３ａおよびリリーフ孔５２Ｃを連通させ、開口５３ｂおよびリリーフ孔５２Ｃを連通させる。

これに加えて、カムキャリア４は、高速カム４１によって吸気バルブ１３を作動させる第１の位置と、低速カム４２によって吸気バルブ１３を作動させる第２の位置とに移動自在であり、第１の切換カム４３Ａによりカムキャリア４を第１の位置に移動させ、第２の切換カム４３Ｂによりカムキャリア４を第２の位置に移動させる。

そして、カムキャリア４が第１の位置と第２の位置とに位置しない状態において、開口５３ａおよびリリーフ孔５２Ｃを連通させ、開口５３ｂおよびリリーフ孔５２Ｄを連通させる。

これにより、カムキャリア４が第１の位置に移動する前において、切換ピン５１の先端部５１ｂがカムキャリア４によってカム軸３の軸線方向の一方に過大な荷重を受けた場合に、開口５３ａおよびリリーフ孔５２Ｃが連通し、開口５３ｂおよびリリーフ孔５２Ｄを連通させることができる。

このため、切換ピン５１の先端部５１ｂがカムキャリア４によってカム軸３の軸線方向の一方に過大な荷重を受けた場合に、油圧室５４の油圧を開口５３ａからリリーフ孔５２Ｃを介してリリーフして、油圧室５４の油圧を下げることができる。

また、カムキャリア４が第２の位置に移動する前において、切換ピン５１の先端部５１ｂがカムキャリア４によってカム軸３の軸線方向の他方に過大な荷重を受けた場合に、油圧室５５の油圧を開口５３ｂからリリーフ孔５２Ｄを介してリリーフして、油圧室５５の油圧を下げることができる。
この結果、切換ピン５１がカムキャリア４から受ける衝撃を緩和でき、切換ピン５１を保護することができる。

また、カムキャリア４が第１の位置に移動した状態において、開口５３ａとリリーフ孔５２Ｃとの連通を遮断するので、油圧室５４の油圧を高くして切換ピン５１によりカムキャリア４を第１の位置に安定して保持できる。

さらに、カムキャリア４が第２の位置に移動した状態において、開口５３ｂとリリーフ孔５２Ｄとの連通を遮断するので、油圧室５５の油圧を高くして切換ピン５１によりカムキャリア４を第２の位置に安定して保持できる。

（その他の実施形態）
以上、実施形態について説明したが、この発明はこれに限定されるものではない。例えば、本実施形態では、本発明を、高速カム４１と低速カム４２の２段可変動弁装置に適用したが、図１４に示すカムキャリア４Ａのように、第２のカムをリフト量０となる周面を有する休止カム４８とすれば、バルブ休止機能も実現することができる。このような構成とすれば、カム切換部５の構造を簡素化でき、吸気バルブ１３を休止させることができる。

本発明の実施形態を開示したが、当業者によっては本発明の範囲を逸脱することなく変更が加えられうることは明白である。すべてのこのような修正および等価物が次の請求項に含まれることが意図されている。

１…シリンダヘッド、１Ａ…ヘッドカバー（シリンダヘッド）、２…可変動弁装置、３，３０…カム軸、４，４Ａ…カムキャリア、５…カム切換部、１３…吸気バルブ（バルブ）、４１…高速カム（第１のカム）、４２…低速カム（第２のカム）、４３…ガイド溝（凹形状溝）、４３Ａ…第１の切換カム（側壁）、４３Ｂ…第２の切換カム（側壁）、４８…休止カム（第２のカム）、５１…切換ピン、５１ａ…基部、５１ｂ…先端部、５２…ハウジング、５２Ｃ…リリーフ孔（第１のリリーフ孔）、５２Ｄ…リリーフ孔（第２のリリーフ孔）、５３…ピストン、５３ａ…開口（第１の開口）、５３ｂ…開口（第２の開口）、５４…油圧室（第１の油圧室）、５５…油圧室（第２の油圧室）、６０…オイルコントロールバルブ

Claims (4)

1. シリンダヘッドに回転自在に軸支されたカム軸と、
   前記カム軸に対して同軸となるように設けられ、前記カム軸と一体に回転し、かつ前記カム軸の軸線方向に移動自在であり、外周面にバルブの作動特性が異なるように形成された第１のカムおよび第２のカムが隣接して設置されたカムキャリアと、
   前記カムキャリアを前記カム軸の軸線方向に移動させて前記バルブを作動させる前記第１のカムおよび前記第２のカムを切換えるカム切換部とを備えた内燃機関の可変動弁装置であって、
   前記カム切換部が、前記カムキャリアの外周面に形成され、前記カム軸の軸線方向に幅が変化するように前記カム軸の軸線方向に対向する一対の側壁を有する凹形状部と、前記凹形状部に挿入される先端部を有し、前記カム軸の軸線方向に移動自在な切換ピンとを含んで構成され、
   前記切換ピンが、前記一対の側壁をそれぞれ押圧することにより、前記カムキャリアを前記カム軸の軸線方向に移動させることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
2. 前記カム切換部が、前記カム軸の軸線方向に沿って延在して前記シリンダヘッドに取付けられたハウジングと、前記ハウジングの内部に設けられ、前記切換ピンの基部を保持して前記カム軸の軸線方向に移動自在なピストンと、
   前記ハウジングの内部に設けられ、前記ピストンを挟んで前記カム軸の軸線方向に配置される第１の油圧室および第２の油圧室と、
   前記第１の油圧室および前記第２の油圧室に調圧した油圧を供給するオイルコントロールバルブとを含んで構成され、
   前記オイルコントロールバルブから前記第１の油圧室および前記第２の油圧室に供給される油圧差により、前記切換ピンを前記カム軸の軸線方向に移動させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の可変動弁装置。
3. 前記ピストンが、前記第１の油圧室に連通する第１の開口および前記第２の油圧室に連通する第２の開口を有し、
   前記ハウジングが、前記カム軸の軸線方向に沿って延在し、前記第１の開口よりも長径の第１のリリーフ孔および前記カム軸の軸線方向に沿って延在し、前記第２の開口よりも長径の第２のリリーフ孔を有し、
   前記ピストンが前記カム軸の軸線方向に移動するときに、前記第１の開口および前記第１のリリーフ孔が連通し、前記第２の開口および前記第２のリリーフ孔が連通することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の可変動弁装置。
4. 前記カムキャリアは、前記第１のカムによって前記バルブを作動させる第１の位置と、前記第２のカムによって前記バルブを作動させる第２の位置とに移動自在であり、
   互いに対向する一対の側壁のうち一方が、前記カムキャリアを前記第１の位置に移動させる第１の切換カムであり、前記一対の側壁のうちの他方が、前記カムキャリアを前記第２の位置に移動させる第２の切換カムから構成され、
   前記カムキャリアが前記第１の位置と前記第２の位置とに位置しない状態において、前記第１の開口および前記第１のリリーフ孔が連通し、前記第２の開口および前記第２のリリーフ孔が連通することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の可変動弁装置。
   

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