JP2015229970A - 内燃機関の可変動弁装置 - Google Patents

Abstract

【課題】切換ピンの位置をカム軸の軸線方向に保持して、カムキャリアをカム軸の軸線方向に正確に移動させることが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】カム切換部５は、ピストン５３に係合可能な係止部材８３、８４を有し、係止部材８３、８４をピストン５３に係合してピストン５３の移動を阻止する係合位置と、ピストン５３との係合が解除される係合解除位置とに移動させる係止機構８０を備える。また、係止機構８０は、ハウジング５２に形成され、係止部材８３、８４を収容するとともに係合位置または係合解除位置の一方から他方に向かって係止部材８３、８４の基部８３ａ、８４ａに油圧を作用させる係止部材収容室８５、８６と、係合位置または係合解除位置の他方から一方に向かって係止部材８３、８４を付勢するコイルスプリング８７、８８と、を有する。【選択図】図２

Description

本発明は、バルブの作動特性が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、バルブの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（特許文献１参照）。

この可変動弁装置は、カム軸を取り囲むように円筒状に形成され、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なバルブの作動特性が異なる低速カムと高速カムと、軸線方向の端面に軸線方向に高低差を有する端部カム面が周回する形状に形成されているカムキャリアとを備えている。

また、可変動弁装置は、カムキャリアの軸線方向両側に、カム軸の軸線方向に沿って往復運動可能な一対のピストンを備えており、それぞれのピストンの先端部が端部カム面を押圧することにより、カムキャリアを軸線方向に移動させて低速カムと高速カムとを切換える。

特開２０１３−１９３０７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、ピストンの先端部が端部カム面を押圧することにより、カムキャリアを軸線方向に移動させるが、ピストンの位置を軸線方向において保持する機構を備えていない。

このため、カム軸の軸線方向においてカムキャリアから切換ピンに大きな荷重が加わった場合に、ピストンをカム軸の軸線方向の一定の位置に保持することができない。したがって、カムキャリアをカム軸の軸線方向に正確に移動させることができないおそれがある。

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、切換ピンの位置をカム軸の軸線方向に保持して、カムキャリアをカム軸の軸線方向に正確に移動させることが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、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、バルブの作動特性が互いに異なる第１カムおよび第２カムが外周面に隣接して設置されたカムキャリアと、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、前記シリンダヘッドに設けられ、前記カムキャリアが前記カム軸の軸線方向に移動して前記第１カムまたは前記第２カムの一方が前記バルブに作用するよう、前記切換ピンの先端部を前記一対の側壁の一方に押し付けて前記切換ピンを前記カム軸の軸線方向に移動させるアクチュエータと、を備えた内燃機関の可変動弁装置であって、前記アクチュエータは、前記切換ピンを保持するピストンと、前記ピストンを前記カム軸の軸線方向に移動可能に収容するピストン収容室が形成され、前記シリンダヘッドに取付けられたハウジングと、前記ピストン収容室の一端部側と他端部側に形成され、それぞれオイルが出入りする第１油圧室および第２油圧室と、前記ピストンに係合可能な係止部材を有し、該係止部材を、前記ピストンに係合して前記ピストンの移動を阻止する係合位置と、前記ピストンとの係合が解除される係合解除位置とに移動させる係止機構とを備えるものから構成されている。

本発明の第２態様としては、前記係止機構は、前記ハウジングに形成され、前記係止部材を収容するとともに前記係合位置または前記係合解除位置の一方から他方に向かって前記係止部材の基部に油圧を作用させる係止部材収容室と、前記係合位置または前記係合解除位置の他方から一方に向かって前記係止部材を付勢する付勢部材と、を有することが好ましい。

本発明の第３態様としては、前記係止機構は、前記ピストンの移動範囲の始端位置に配置された第１係止機構と、前記ピストンの移動範囲の終端位置に配置された第２係止機構とを有し、前記第１係止機構または前記第２係止機構の一方の前記係止部材を前記係合位置に向かって移動させるとき、前記第１係止機構または前記第２係止機構の他方の前記係止部材を前記係合解除位置に向かって移動させ、前記ピストンは、該ピストンが前記始端位置にあるとき前記第１係止機構の前記係止部材が係合可能な第１係合孔と、前記ピストンが前記終端位置にあるときに前記第２係止機構の前記係止部材が係合可能な第２係合孔とを有することが好ましい。

本発明の第４態様としては、前記第１係止機構の前記係止部材収容室を前記第１油圧室または前記第２油圧室の一方に連通し、前記第２係止機構の前記係止部材収容室を前記第１油圧室または前記第２油圧室の他方に連通したことが好ましい。

本発明の第５態様としては、前記第１係止機構の前記係止部材収容室と前記第２係止機構の前記係止部材収容室は、前記係止部材の先端部よりも大径に形成され、前記カム軸の軸線方向視でＶ字型に配置されるとともに、前記カム軸の軸線方向にオフセットして配置されたことが好ましい。

このように上記の第１態様によれば、係止機構の係止部材を係合位置に移動させることで、カムキャリアから大きな荷重が加わった場合に切換ピンを保持するピストンが軸線方向に移動することが係止部材により阻止されるので、カム軸の軸線方向における切換ピンの位置を保持することができる。したがって、切換ピンの位置をカム軸の軸線方向に保持して、カムキャリアをカム軸の軸線方向に正確に移動させることができる。

上記の第２態様によれば、係止部材収容室において係止部材の基部に油圧を作用させることで係止部材を係合位置または係合解除位置の一方から他方に移動させることができる。また、係止部材への油圧を解除することで、付勢部材により係止部材を係合位置または係合解除位置の他方から一方に移動させることができる。また、係合位置または係合解除位置の他方から一方に係止部材を移動させるための油圧経路を不要にすることができるので、アクチュエータをコンパクトで簡易な構成にすることができる。

上記の第３態様によれば、第１係止機構によりピストンを始端位置に保持でき、第２係止機構によりピストンを終端位置に保持できるので、切換ピンを保持するピストンを始端位置および終端位置に正確に保持することができる。また、第１係止機構または第２係止機構の一方の係止部材を係合位置に向かって移動させるとき、第１係止機構または第２係止機構の他方の係止部材を係合解除位置に向かって移動させるので、ピストンの始端位置および終端位置での保持を迅速に行うことができる。

上記の第４態様によれば、第１油圧室または第２油圧室の一方の油圧が第１係止機構の係止部材収容室に作用し、第１油圧室または第２油圧室の他方の油圧が第２係止機構の係止部材収容室に作用するので、ピストンの移動に連動して第１係止機構のまたは第２係止機構の係止部材を移動させることができる。また、ピストンの移動に連動して第１係止機構または第２係止機構の係止部材を移動させることができるので、第１係止機構および第２係止機構の係止部材を移動させるための油圧経路とピストンを移動させるための油圧経路とを共有することができるので、アクチュエータをコンパクトで簡易な構成にすることができる。

上記の第５態様によれば、第１係止機構および第２係止機構において、係止部材収容室を係止部材の先端部よりも大径に形成することで、係止部材の基部の油圧の受圧面積を増大させることができる。また、第１係止機構の係止部材収容室と第２係止機構の係止部材収容室を、カム軸の軸線方向視でＶ字型に配置するとともに、カム軸の軸線方向にオフセットして配置することで、第１係止機構の係止部材収容室と第２係止機構の係止部材収容室とを、互いに干渉することを防止しつつカム軸の軸線方向にコンパクトに配置することができる。

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カムキャリア、カム軸およびアクチュエータの断面図である。 図３は、本発明の実施形態に係る内燃機関の可変動弁装置の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のアクチュエータの分解斜視図である。 図５（ａ）は、本発明の実施形態に係るアクチュエータおよびカムキャリアの上面図である。図５（ｂ）は、本発明の実施形態に係るアクチュエータの内部構造およびカムキャリアの上面図である。図５（ｃ）は、本発明の実施形態に係るアクチュエータおよびカムキャリアの図５（ａ）、図５（ｂ）のＩ−Ｉ方向矢視断面図である。図５（ｄ）は、本発明の実施形態に係るアクチュエータおよびカムキャリアの図５（ａ）、図５（ｂ）のＩＩ−ＩＩ方向矢視断面図である。 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る。 図７（ａ）〜図７（ｄ）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いて、カムキャリアが第２位置（第２カムを選択した位置）に向けて移動する状態を示す側面図である。図７（ｅ）〜図７（ｈ）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いて、カムキャリアが第１位置（第１カムを選択した位置）に向けて移動する状態を示す側面図である。 図８（ａ）〜図８（ｄ）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いて、カムキャリアが第２位置（第２カムを選択した位置）に向けて移動する状態を示す上面図である。

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８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、内燃機関としてのエンジン１０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を備えており、このヘッドカバー１Ａに可変動弁装置２を備えている。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。

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、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、アーム先端部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カム４１と第２カム４２（図２参照）とのいずれかに当接する。

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、エンジン１０の前後方向（図１の紙面手前奥方向）に沿って延びるように設置されている。すなわち、エンジン１０の前後方向がカム軸３の軸線方向となる。

図２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、本実施形態のエンジン１０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。

カム軸３の軸線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。

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。

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位置決め用溝４６と第２位置決め用溝４７とに係止される。

（カムキャリア）
図２、図３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位置決め用溝４６と第２位置決め用溝４７が周回するように形成されている。

これらの第１位置決め用溝４６および第２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位置と第２位置との間をクリック動作により位置決めさせる。

カムキャリア４は、周面にバルブの作動特性の異なる、第１カム４１および第２カム４２が軸線方向に並んで一体に設けられている。第１カム４１と第２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。第１カム４１は、本発明の第１カムを構成し、第２カム４２は、本発明の第２カムを構成する。

一対の第１カム４１が選択される場合は、それぞれの第１カム４１が、ロッカアーム１１の上方に位置し、一対の第２カム４２が選択される場合は、それぞれの第２カム４２が、ロッカアーム１１の上方に位置する。

すなわち、第１カム４１同士の間隔、第２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、第１カム４１によって吸気バルブ１３を作動させる第１位置と、第２カム４２によって吸気バルブ１３を作動させる第２位置とに移動自在である。

図３に示すように、第１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。第２カム４２は、基礎となる第１カム４１のベース円部４１Ａと同じ半径のベース円部４２Ａのみを備えており、ノーズ部は備えていない。

すなわち、本実施形態の第２カム４２はベース円部４２Ａのみを備えているため、第２カム４２は、吸気バルブ１３をリフトしない。

したがって、カムキャリア４が第２位置に切換えられた気筒が気筒休止状態となるように、吸気バルブ１３の作動特性が変更される。

図３に示すように、これら第１カム４１および第２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、第１カム４１は、カム軸３に対するノーズ部４１Ｂの周方向の設置状態により、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を規定している。

図３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位置に移動させる第１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位置に移動させる第２切換カム４３Ｂである。

すなわち、第１切換カム４３Ａおよび第２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との間を連絡する傾斜部４３Ｅとを備えている。

ここで、最大溝幅部４３Ｃ、最小溝幅部４３Ｄおよび傾斜部４３Ｅは、第１切換カム４３Ａおよび第２切換カム４３Ｂの対向面を含んだガイド溝４３のカム軸３の軸線方向の幅を指す。

また、本実施形態の傾斜部４３Ｅは、カム軸３の軸線方向に対して第１切換カム４３Ａおよび第２切換カム４３Ｂの傾斜面を含んでおり、最大溝幅部４３Ｃは、カム軸３の軸線方向と略直交する方向の第１切換カム４３Ａおよび第２切換カム４３Ｂのフラット面を含む。

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２、図４において、カム切換部５は、ハウジング５２と、このハウジング５２の内部に設けられたピストン５３とを備えている。ハウジング５２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に取付けられている。

ピストン５３には切換ピン５１の基部５１ａが固定されている。切換ピン５１は、先端部５１ｂが下方を向いてカム軸３の軸線方向に直交する姿勢でピストン５３に設けられている。カム切換部５は、本発明のアクチュエータを構成している。

また、切換ピン５１は、ガイド溝４３に挿入される先端部５１ｂを有し、この先端部５１ｂにおけるカム軸３の軸線方向両端部は、第１切換カム４３Ａおよび第２切換カム４３Ｂに対向している。切換ピン５１は、ピストン５３とともにカム軸３の軸線方向に移動自在であり、第１切換カム４３Ａおよび第２切換カム４３Ｂに接触自在となっている。

ハウジング５２の内部にはピストン収容室７０および油圧室５４、５５が設けられており、ピストン収容室７０にはピストン５３が移動可能に収容されている。油圧室５４、５５は、ピストン５３を挟んでピストン収容室７０の一端部側と他端部側に形成され、それぞれオイルが出入りする。ここで、油圧室５４は、本発明の第１油圧室を構成し、油圧室５５は、本発明の第２油圧室を構成する。

ハウジング５２には油孔５２Ａ、５２Ｂが形成されている。油孔５２Ａは、油圧室５４の上部に位置しており、油圧室５４に連通するとともにハウジング５２の上面に開口している。油孔５２Ｂは、油圧室５５の上部に位置しており、油圧室５５に連通するとともにハウジング５２の上面に開口している。

油圧室５４にはコイルスプリング５６が収容されており、このコイルスプリング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切換カム４３Ａに接触する。

図６において、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。なお、ヘッドカバー１Ａとオイル通路５８、５９との位置関係は、図示省略する。

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。

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、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、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６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。

一方、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が圧縮される方向にスプール６２を押圧する。このとき、スプール６２がコイルスプリング６３の圧縮方向に移動して、図６に示すようにポート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、油圧室５４の高圧のオイルとコイルスプリング５６の付勢力がピストン５３に作用し、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。

本実施形態の可変動弁装置２は、カム切換部５のピストン５３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をカム軸３の軸線方向に移動させて切換ピン５１の先端部５１ｂを第１切換カム４３Ａまたは第２切換カム４３Ｂに押し付ける。

これにより、カムキャリア４をカム軸３の軸線方向に移動させて、吸気バルブ１３を作動させる第１カム４１および第２カム４２を切換える。

図６において、ＯＣＶ６０のポート６０ｂにはドレイン通路６８が連通しており、ドレイン通路６８には油圧調整弁６５が設けられている。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をオイル通路５９、６８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、油圧回路５７内の油圧が一定油圧以上となると、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、ＯＣＶ６０のポート６０ｂからドレイン通路６８にオイルをドレインする。

（ピストンの係止機構）
上記のように、可変動弁装置２においては、ピストン５３に保持された切換ピン５１の先端部５１ｂを第１切換カム４３Ａまたは第２切換カム４３Ｂに押し付けることで、カムキャリア４をカム軸３の軸線方向に移動させて、吸気バルブ１３を作動させる第１カム４１および第２カム４２を切換えている。

このため、カムキャリア４がカム軸３の軸線方向に移動するとき、カムキャリア４からの荷重がピストン５３に作用するため、ピストン５３がカムキャリア４により押し戻されてしまうおそれがある。

そこで、可変動弁装置２のカム切換部５には、図２、図４、図５に示すように、切換ピンを保持するピストン５３の位置をカム軸３の軸線方向に保持するための係止機構８０が設けられている。

係止機構８０は、ピストン５３の移動範囲の始端位置Ａに配置された第１係止機構８１と、ピストン５３の移動範囲の終端位置Ｂに配置された第２係止機構８２とから構成されている。ここで、ピストン５３の移動範囲の始端位置Ａは、ピストン５３がコイルスプリング５６の付勢力によって配置される位置であり、ピストン５３の移動範囲の終端位置Ｂは、ピストン５３が油圧室５５のオイルの油圧によって配置される位置である。

第１係止機構８１および第２係止機構８２は、係止部材８３、８４と、この係止部材８３、８４を収容する係止部材収容室８５、８６と、係止部材８３、８４を付勢するコイルスプリング８７、８８とをそれぞれ備えている。

また、ピストン５３の上面には係合孔７３、７４が形成されている。係合孔７３は、ピストン５３が始端位置Ａにあるとき第１係止機構８１の係止部材８３が係合可能な位置に形成されている。係合孔７４は、ピストン５３が終端位置Ｂにあるとき第２係止機構８２の係止部材８４が係合可能な位置に形成されている。係合孔７３は本発明の第１係合孔を構成し、係合孔７４は本発明の第２係合孔を構成する。

係止部材８３、８４は、全体として円筒形状に形成されており、先端部８３ｂ、８４ｂと、先端部８３ｂ、８４ｂよりも大径に形成された基部８３ａ、８４ａとを備えている。係止部材８３、８４の先端部８３ｂ、８４ｂは係合孔７３、７４に係合可能にそれぞれ形成されている。

具体的には、係止部材８３の先端部８３ｂ、８４ｂは、先端に行くに従い縮径するテーパー形状に形成されている。また、係合孔７３、７４は、係止部材８３、８４の先端部８３ｂ、８４ｂのテーパー形状に一致するよう、奥に行くに従い縮径するテーパー形状に形成されている。

係止部材収容室８５、８６は、ハウジング５２内に円筒径状に形成されており、ハウジング５２内でピストン収容室７０に向かって延在する姿勢でそれぞれ配置されている。係止部材収容室８５、８６は、ハウジング５２の上面から切削加工等により形成されている。係止部材収容室８５、８６の上端は、不図示のボルト等によりそれぞれ封止されている。

係止部材収容室８５、８６は、図２、図５（ｃ）、図５（ｄ）に示すように、係止部材８３、８４の先端部８３ｂ、８４ｂよりも大径にそれぞれ形成されている。具体的には、係止部材収容室８５、８６の直径は、係止部材８３、８４の基部８３ａ、８４ａの直径と等しく形成されている。

また、係止部材収容室８５と係止部材収容室８６は、図４、図５（ｃ）、図５（ｄ）に示すように、カム軸３の軸線方向視でＶ字型に配置されるとともに、図２、図４、図５（ａ）に示すように、カム軸３の軸線方向にオフセットして配置されている。本実施形態では、係止部材収容室８５はカム軸３の軸線方向後側に配置され、係止部材収容室８６はカム軸３の軸線方向前側に配置されている。

係止部材収容室８５、８６は、係止部材８３、８４を、ピストン５３に係合してピストン５３の移動を阻止する係合位置と、ピストン５３との係合が解除される係合解除位置との間で移動可能にそれぞれ収容している。

コイルスプリング８７、８８は、係止部材収容室８５、８６の上部、すなわち基部８３ａ、８４ａ側に収容されており、係止部材８３、８４が係合位置に向かうように係止部材８３、８４をそれぞれ付勢している。

係止部材収容室８５、８６は、係止部材８３、８４が係合解除位置に向かうように、係止部材８３、８４の基部８３ａ、８４ａに油圧を作用させるようになっている。

具体的には、ハウジング５２の内部には、図２に示すオイル連通路７１、７２が形成されており、オイル連通路７１は、係止部材収容室８５と油圧室５５とを連通し、オイル連通路７２は、係止部材収容室８６と油圧室５４とを連通している。

これにより、油圧室５４の油圧はオイル連通路７２を通して係止部材収容室８６にも作用し、油圧室５５の油圧はオイル連通路７１を通して係止部材収容室８５にも作用する。

このため、油孔５２Ａを通して油圧室５４に高圧のオイルが導入されると、このオイルはオイル連通路７２を通して係止部材収容室８６にも導入され、係止部材８４をコイルスプリング８８に向かって押し上げるように、係止部材８４の基部８４ａに作用する。

一方、油孔５２Ｂを通して油圧室５５に高圧のオイルが導入されると、このオイルはオイル連通路７１を通して係止部材収容室８５にも導入され、係止部材８３をコイルスプリング８７に向かって押し上げるように、係止部材８３の基部８３ａに作用する。

したがって、係止部材８３は油圧室５５に供給される油圧に連動して係合位置から係合解除位置に向かって移動し、係止部材８４は油圧室５４に供給される油圧に連動して係合位置から係合解除位置に向かって移動する。

また、係止部材収容室８５に高圧の油圧が導入されるときは係止部材収容室８６の油圧が低圧となり、係止部材収容室８６に高圧の油圧が導入されるときは係止部材収容室８５の油圧が低圧となる。

したがって、係止部材８３がコイルスプリング８７の付勢力により係合位置に向かって移動するとき、係止部材８４は係止部材収容室８６の油圧により係合解除位置に向かって移動する。
また、係止部材８４がコイルスプリング８８の付勢力により係合位置に向かって移動するとき、係止部材８３は係止部材収容室８５の油圧により係合解除位置に向かって移動する。

次に、作用を説明する。
以下、図６〜図８に基づいて本実施形態に係る可変動弁装置２の第１カム４１と第２カム４２への切換え動作について説明する。図７、図８において、カム軸３の回転方向を矢印Ｒで示し、係合位置にある係止部材８３、８４に「Ｌ」の文字を付し、係合解除位置にある係止部材８３、８４に「Ｕ」の文字を付している。

（エンジン始動時）
図６において、エンジン始動時にはオイルポンプ６６の発生する油圧が低いため、油圧室５４および油圧室５５の油圧が低圧となる。このため、ピストン５３は、コイルスプリング５６の左方向への付勢力によって、移動範囲の始端位置Ａである図６中、左方の位置に配置される。

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切換カム４３Ａに当接し、カムキャリア４を左方に移動させ、第１カム４１が吸気バルブ１３のロッカアーム１１に配置される。したがって、エンジン始動時には第１カム４１によって吸気バルブ１３が開閉駆動される。

また、エンジン停止時およびエンジン停止中も同様に、油圧室５４および油圧室５５の油圧が低圧となる。このため、エンジン始動時と同様に、第１カム４１が吸気バルブ１３のロッカアーム１１に配置される。

（第１カム４１から第２カム４２への切換動作）
図７（ａ）、図８（ａ）のようにカムキャリア４が第１位置にあり第１カム４１が選択されている状態では、係止部材８３、８３には低圧の油圧が供給されており、ピストン５３が始端位置Ａに配置されているため、係止部材８３がピストン５３の係合孔７３に対して係合状態となり、係止部材８４がピストン５３の係合孔７４に対して係合解除状態となっている。

この状態から図７（ｄ）、図８（ｄ）のようにカムキャリア４が第２位置にあり第２カム４２が選択される状態に切換える場合は、図６において、ＯＣＶ６０の電磁ソレノイド６４の励磁を停止する。

このとき、スプール６２がコイルスプリング６３に付勢されて電磁ソレノイド６４の方向に移動する。このため、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ることで、係止部材８３はピストン５３の係合孔７３に対して係合解除状態となり、ピストン５３はコイルスプリング６３の付勢力に抗して、図７（ａ）、図８（ａ）に示す始端位置Ａから図７（ｂ）、図８（ｂ）に示す終端位置Ｂ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コイルスプリング６３が圧縮されるとともに、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。

ピストン５３が図７（ｂ）、図８（ｂ）に示す終端位置Ｂに移動すると、係止部材８４がピストン５３の係合孔７４に対して係合状態となり、係止部材８３がピストン５３の係合孔７３に対して係合解除状態となる。

また、カムキャリア４の回転に伴い、図７（ｃ）、図８（ｃ）に示すように、ピストン５３に固定された切換ピン５１が第２切換カム４３Ｂの最大溝幅部４３Ｃを通して傾斜部４３Ｅに接触し、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、切換ピン５１により第１切換カム４３Ａが右方に押圧されることで、図７（ｄ）、図８（ｄ）に示す第２位置に移動し、第２カム４２が吸気バルブ１３のロッカアーム１１に配置される。

これにより、エンジン１０において、ベース円部４２Ａのみからなる第２カム４２に切換えられることで、カムキャリア４が第２位置に切換えられた気筒が気筒休止運転を行うように吸気バルブ１３の作動特性が変更される。

また、切換ピン５１とカムキャリア４が図７（ｃ）、図８（ｃ）の位置にあるとき、切換ピン５１には、オイルポンプ６６の油圧による油圧荷重Ｆ１が右方に作用しており、カムキャリア４からの荷重Ｆ２が左方に作用している。このとき、係止部材８４がピストン５３の係合孔７４に対して係合状態となっているため、カムキャリア４がカム軸３に対して移動するときに、カムキャリア４からの荷重Ｆ２によって切換ピン５１が左方に移動することはない。

また、カムキャリア４が第２位置に移動した後は、カム軸３側のボール３５が第１位置決め用溝４６から外れて第２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に対して第２カム４１が選択された第２位置で固定される。

（第２カム４２から第１カム４１への切換動作）
第１カム４１による運転時には、図６に示す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。このとき、コイルスプリング６３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ることで、係止部材８４はピストン５３の係合孔７４に対して係合解除状態となり、油圧室５４の高圧のオイルとコイルスプリング６３の付勢力とによって、ピストン５３および切換ピン５１が図７（ｅ）に示す終端位置Ｂから図７（ｆ）に示す始端位置Ａ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のオイルが開口５３ｂを通してオイル通路５９に排出される。

ピストン５３が図７（ｆ）に示す始端位置Ａに移動すると、係止部材８４がピストン５３の係合孔７４に対して係合解除状態となり、係止部材８３がピストン５３の係合孔７３に対して係合状態となる。

また、カムキャリア４の回転に伴い、図７（ｇ）に示すように、ピストン５３に固定された切換ピン５１が第１切換カム４３Ａの最大溝幅部４３Ｃを通して傾斜部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切換カム４３Ａが左方に押圧されることで、図７（ｈ）に示す第１位置に移動し、第１カム４２が吸気バルブ１３のロッカアーム１１に配置される。

これにより、エンジン１０において、ベース円部４１Ａとノーズ部４１Ｂからなる第１カム４１に切換えられることで、全気筒運転、即ち通常運転を行うように吸気バルブ１３の作動特性が変更される。

また、切換ピン５１とカムキャリア４が図７（ｇ）の位置にあるとき、切換ピン５１には、オイルポンプ６６の油圧による油圧荷重Ｆ１が左方に作用しており、カムキャリア４からの荷重Ｆ２が右方に作用している。

このとき、係止部材８３がピストン５３の係合孔７３に対して係合状態となっているため、カムキャリア４がカム軸３に対して移動するときに、カムキャリア４からの荷重Ｆ２によって切換ピン５１が右方に移動することはない。

また、カムキャリア４が第１位置に移動した後は、カム軸３側のボール３５が第２位置決め用溝４７から外れて第１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に対して第１カム４１が選択された第１位置で固定される。

なお、本実施形態の可変動弁装置２は、油圧室５５、５４に供給される油圧に連動して、係止部材８３、８４を係合位置から係合解除位置に向かって移動させている。このため、係止部材８３、８４は、カム軸３の軸線方向への油圧荷重Ｆ１が作用している状態で、係合孔７３、７４から抜けて係合解除位置に向かって移動する。

したがって、係止部材８３、８４の先端部８３ｂ、８４ｂおよび係合孔７３、７４のテーパー角度が適切な角度より小さい場合、油圧荷重Ｆ１による係合孔７３、７４との摩擦力により、係止部材８３、８４の先端部８３ｂ、８４ｂが係合孔７３、７４から抜け出ることができないおそれがある。

一方、係止部材８３、８４の先端部８３ｂ、８４ｂおよび係合孔７３、７４のテーパー角度が適切な角度より大きい場合、カムキャリア４からの荷重Ｆ２の放射方向成分によって、係止部材８３、８４の先端部８３ｂ、８４ｂが係合孔７３、７４から抜け出てしまうおそれがある。

したがって、係止部材８３、８４の先端部８３ｂ、８４Ｂおよび係合孔７３、７４のテーパー角度は、油圧荷重Ｆ１が作用しているとき係止部材８３、８４の先端部８３ｂ、８４ｂが係合孔７３、７４から抜け出ることができ、かつ、カムキャリア４からの荷重Ｆ２が作用しているとき係止部材８３、８４の先端部８３ｂ、８４ｂが係合孔７３、７４から抜け出ないような適切な角度に設定されている。

このように本実施形態の可変動弁装置２において、カム切換部５は、ピストン５３に係合可能な係止部材８３、８４を有し、係止部材８３、８４をピストン５３に係合してピストン５３の移動を阻止する係合位置と、ピストン５３との係合が解除される係合解除位置とに移動させる係止機構８０を備えている。

これにより、係止機構８０の係止部材８３、８４を係合位置に移動させることで、カムキャリア４から大きな荷重が加わった場合に切換ピン５１を保持するピストン５３が軸線方向に移動することが係止部材８３、８４により阻止されるので、カム軸３の軸線方向における切換ピン５１の位置を保持することができる。

したがって、切換ピンの位置をカム軸の軸線方向に保持して、カムキャリアをカム軸の軸線方向に正確に移動させることができる。

また、本実施形態の可変動弁装置２において、係止機構８０は、ハウジング５２に形成され、係止部材８３、８４を収容するとともに係合位置または係合解除位置の一方から他方に向かって係止部材８３、８４の基部８３ａ、８４ａに油圧を作用させる係止部材収容室８５、８６と、係合位置または係合解除位置の他方から一方に向かって係止部材８３、８４を付勢するコイルスプリング８７、８８と、を有する。

これにより、係止部材収容室８５、８６において係止部材８３、８４の基部８３ａ、８４ａに油圧を作用させることで係止部材８３、８４を係合位置または係合解除位置の一方から他方に移動させることができる。また、係止部材８３、８４への油圧を解除することで、付勢部材により係止部材８３、８４を係合位置または係合解除位置の他方から一方に移動させることができる。また、係合位置または係合解除位置の他方から一方に係止部材８３、８４を移動させるための油圧経路を不要にすることができるので、アクチュエータをコンパクトで簡易な構成にすることができる。

また、本実施形態の可変動弁装置２において、係止機構８０は、ピストン５３の移動範囲の始端位置Ａに配置された第１係止機構８１と、ピストン５３の移動範囲の終端位置Ｂに配置された第２係止機構８２とを有し、第１係止機構８１または第２係止機構８２の一方の係止部材８３、８４を係合位置に向かって移動させるとき、第１係止機構８１または第２係止機構８２の他方の係止部材８３、８４を係合解除位置に向かって移動させている。

また、ピストン５３は、ピストン５３が始端位置Ａにあるとき第１係止機構８１の係止部材８３が係合可能な係合孔７３と、ピストン５３が終端位置Ｂにあるときに第２係止機構８２の係止部材８４が係合可能な係合孔７４とを有する。

これにより、第１係止機構８１によりピストン５３を始端位置Ａに保持でき、第２係止機構８２によりピストン５３を終端位置Ｂに保持できるので、切換ピン５１を保持するピストン５３を始端位置Ａおよび終端位置Ｂに正確に保持することができる。

また、第１係止機構８１または第２係止機構８２の一方の係止部材８３、８４を係合位置に向かって移動させるとき、第１係止機構８１または第２係止機構８２の他方の係止部材を係合解除位置に向かって移動させるので、ピストン５３の始端位置Ａおよび終端位置Ｂでの保持を迅速に行うことができる。

また、本実施形態の可変動弁装置２は、第１係止機構８１の係止部材収容室８５を第１油圧室または第２油圧室の一方に連通し、第２係止機構８２の係止部材収容室８６を第１油圧室または第２油圧室の他方に連通した。

これにより、第１油圧室または第２油圧室の一方の油圧が第１係止機構８１の係止部材収容室８５に作用し、第１油圧室または第２油圧室の他方の油圧が第２係止機構８２の係止部材収容室８６に作用するので、ピストン５３の移動に連動して第１係止機構８１のまたは第２係止機構８２の係止部材８３、８４を移動させることができる。

また、ピストン５３の移動に連動して第１係止機構８１または第２係止機構８２の係止部材８３、８４を移動させることができるので、第１係止機構８１および第２係止機構８２の係止部材８３、８４を移動させるための油圧経路とピストン５３を移動させるための油圧経路とを共有することができるので、アクチュエータをコンパクトで簡易な構成にすることができる。

また、本実施形態の可変動弁装置２は、第１係止機構８１の係止部材収容室８５と第２係止機構８２の係止部材収容室８６は、係止部材８３、８４の先端部よりも大径に形成され、カム軸３の軸線方向視でＶ字型に配置されるとともに、カム軸３の軸線方向にオフセットして配置されている。

これにより、第１係止機構８１および第２係止機構８２において、係止部材収容室８５、８６を係止部材８３、８４の先端部よりも大径に形成することで、係止部材８３、８４の基部８３ａ、８４ａの油圧の受圧面積を増大させることができる。

また、第１係止機構８１の係止部材収容室８５と第２係止機構８２の係止部材収容室８６を、カム軸３の軸線方向視でＶ字型に配置するとともに、カム軸３の軸線方向にオフセットして配置することで、第１係止機構８１の係止部材収容室８５と第２係止機構８２の係止部材収容室８６とを、互いに干渉することを防止しつつカム軸３の軸線方向にコンパクトに配置することができる。

（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、ベース円部４２Ａからなる第２カム４２に切換えて気筒休止機能を実現する可変動弁装置に適用したが、第１カム４１とカムプロファイルの異なるノーズ部を第２カム４２に設けることで、２段可変動弁装置も実現することができる。

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…カムキャリア、５…カム切換部（アクチュエータ）、１０…エンジン（内燃機関）、１３…吸気バルブ（バルブ）、４１…第１カム、４２…第２カム、４３…ガイド溝（凹形状部）、４３Ａ…第１切換カム（一対の側壁のうちの一方）、４３Ｂ…第２切換カム（一対の側壁のうちの他方）、５１…切換ピン、５１ｂ…先端部、５２…ハウジング、５３…ピストン、５４…油圧室（第１油圧室）、５５…油圧室（第２油圧室）、７０…ピストン収容室、７３…係合孔（第１係合孔）、７４…係合孔（第２係合孔）、８０…係止機構、８１…第１係止機構、８２…第２係止機構、８３、８４…係止部材、８３ａ、８４ａ…基部、８３ｂ、８４ｂ…先端部、８５、８６…係止部材収容室、８７、８８…コイルスプリング（付勢部材）、Ａ…始端位置、Ｂ…終端位置

Claims (5)

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、バルブの作動特性が互いに異なる第１カムおよび第２カムが外周面に隣接して設置されたカムキャリアと、
   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、
   前記シリンダヘッドに設けられ、前記カムキャリアが前記カム軸の軸線方向に移動して前記第１カムまたは前記第２カムの一方が前記バルブに作用するよう、前記切換ピンの先端部を前記一対の側壁の一方に押し付けて前記切換ピンを前記カム軸の軸線方向に移動させるアクチュエータと、を備えた内燃機関の可変動弁装置であって、
   前記アクチュエータは、
   前記切換ピンを保持するピストンと、
   前記ピストンを前記カム軸の軸線方向に移動可能に収容するピストン収容室が形成され、前記シリンダヘッドに取付けられたハウジングと、
   前記ピストン収容室の一端部側と他端部側に形成され、それぞれオイルが出入りする第１油圧室および第２油圧室と、
   前記ピストンに係合可能な係止部材を有し、該係止部材を、前記ピストンに係合して前記ピストンの移動を阻止する係合位置と、前記ピストンとの係合が解除される係合解除位置とに移動させる係止機構とを備えることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
2. 前記係止機構は、
   前記ハウジングに形成され、前記係止部材を収容するとともに前記係合位置または前記係合解除位置の一方から他方に向かって前記係止部材の基部に油圧を作用させる係止部材収容室と、
   前記係合位置または前記係合解除位置の他方から一方に向かって前記係止部材を付勢する付勢部材と、を有す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. 前記係止機構は、
   前記ピストンの移動範囲の始端位置に配置された第１係止機構と、前記ピストンの移動範囲の終端位置に配置された第２係止機構とを有し、
   前記第１係止機構または前記第２係止機構の一方の前記係止部材を前記係合位置に向かって移動させるとき、前記第１係止機構または前記第２係止機構の他方の前記係止部材を前記係合解除位置に向かって移動させ、
   前記ピストンは、
   該ピストンが前記始端位置にあるとき前記第１係止機構の前記係止部材が係合可能な第１係合孔と、
   前記ピストンが前記終端位置にあるときに前記第２係止機構の前記係止部材が係合可能な第２係合孔とを有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関の可変動弁装置。
4. 前記第１係止機構の前記係止部材収容室を前記第１油圧室または前記第２油圧室の一方に連通し、前記第２係止機構の前記係止部材収容室を前記第１油圧室または前記第２油圧室の他方に連通した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。
5. 前記第１係止機構の前記係止部材収容室と前記第２係止機構の前記係止部材収容室は、前記係止部材の先端部よりも大径に形成され、前記カム軸の軸線方向視でＶ字型に配置されるとともに、前記カム軸の軸線方向にオフセットして配置されたことを特徴とする請求項３または請求項４に記載の内燃機関の可変動弁装置。

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