JP2015232301A - 内燃機関の可変動弁装置 - Google Patents

Abstract

【課題】制御軸の設置スペースを十分に取ることができ、カム切換部材の揺動スペースを大きく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、カムキャリア４を挟んで対向する第１のアーム部５２および第２のアーム部５３を有するカム切換部材５１と、カムキャリア４に対向する第１のアーム部５２の先端部５２ａの内側および第２のアーム部５３の先端部５３ａの内側に設けられた第１の作動ピン５２Ａおよび第２の作動ピン５３Ａと、カム軸３と平行に延びる回転中心軸３Ａを有し、カム切換部材５１を回転中心軸３Ａ周りに揺動させる制御軸５５とを備え、制御軸５５が、カム軸３の回転中心軸３Ａを通る平面に対して、吸気バルブ１３と反対側に設置される。【選択図】図２

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ることにより、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、被係入部を備えており、被係入部は、カムキャリアの外周面に設けられるとともに、回転方向の反対方向に進むに従い軸線方向の一方にずれる第一螺旋溝と、軸線方向の他方にずれる第二螺旋溝とを有する。

また、この可変動弁装置は、間隙をおいてカムキャリアを挟むようにＶ字状に形成された係入部材を備えており、係入部材は、そのＶ字の両先端部の内側に、周方向への回転により第一螺旋溝または第二螺旋溝に択一的に挿入される切換ピンからなる第一係入部および第二係入部を有する。
また、この可変動弁装置は、バルブ側に設けられた回転装置を備えており、回転装置の油圧に基づいて係入部材をその周方向の両側に回転させる。

特開２０１３−１３３８０９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、バルブ側に、係入部材をその周方向の両側に回動させる回動装置を設けているので、バルブを回避した少ない設置スペースで回動装置を設けなければならない。このため、回動装置の設置スペースを十分に取ることができず、係入部材の回動スペースを大きくできない。

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、制御軸の設置スペースを十分に取ることができ、カム切換部材の揺動スペースを大きく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支持されたカム軸と、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第１の側壁および第２の側壁を有する凹形状部と、カムキャリアを挟んで対向する第１のアーム部および第２のアーム部を有するカム切換部材と、カムキャリアに対向する第１のアーム部の先端部の内側に設けられた第1の切換部と、カムキャリアに対向する第２のアーム部の先端部の内側に設けられた第２の切換部と、カム軸と平行に延びる回転中心軸を有し、カム切換部材を回転中心軸周りに揺動させる制御軸とを備え、第１の切換部を第１の側壁に接触させること、若しくは、第２の切換部を第２の側壁に接触させることで、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であって、制御軸が、カム軸の回転中心軸を通る平面に対して、バルブと反対側に設置されるものから構成されている。

このように上記の第１の態様によれば、制御軸が、カム軸の回転中心軸を通る平面に対して、バルブと反対側に設置される。これにより、バルブが設置される空間に制御軸を設置しないようにでき、例えば、ヘッドカバー内の広い設置スペースに制御軸を設置することができる。したがって、カム切換部材の揺動スペースを大きくできる。

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を示す図であり、車両の左右方向で切っ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シリンダヘッドを示す図であり、車両の左右方向で切ったシリンダヘッドの断面図である。 図４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、カムキャリアの側面断面図である。 図６は、図５のＶI−ＶI方向矢視断面図である。 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いて、高速カムへの切換時に、第１のアーム部の第１の接触部が第１のストッパ部に接触した状態を示す図である。 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いて、低速カムへの切換時に第１のアーム部の第１の接触部が第１のストッパ部から離隔する状態を示す図である。 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カムキャリアが第１の位置に切換えられた状態を示す図である。 図１０は、図９のＸ−Ｘ方向矢視断面図である。 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いて、カムキャリアが第１の位置から第２の位置側に移動を開始する状態を示す図である。 図１２は、図１１のＸII−ＸII方向矢視断面図である。 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いて、図１１に示す状態からカムキャリアが第２の位置側にさらに移動する状態を示す図である。 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いて、カムキャリアが第２の位置に切換えられた状態を示す図である。 図１５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１５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およびヘッドカバー１Ａに内蔵されている。シリンダヘッド１は、内燃機関を構成する図示しないシリンダブロックの上部に取付けられており、シリンダヘッド１の上部にはヘッドカバー１Ａが取付けられている。

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機構５とを備えており、可変動弁装置２は、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。

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、排気カム４０および排気バルブ３９等を備えている。

ここで、可変動弁装置２は、吸気側のカム軸３と排気側のカム軸３０との両方に設けられているが、可変動弁装置２は、同一の構成であるため、吸気側のカム軸３の構成を説明し、排気側のカム軸３０の構成の説明は、省略する。また、吸気バルブ１３および排気バルブ３９は、本発明のバルブを構成する。

（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が用いられる。ロッカアーム１１は、アーム基端部１１Ｃの下面に凹部が形成されており、ロッカアーム１１は、ハイドロリックラッシュアジャスタ（ＨＬＡ）１２のピボット１２Ａの上に接触するように設置されている。ロッカアーム１１の中央には、被押し付けローラ１１Ａがピン１１Ｂで支持されている。

被押し付けローラ１１Ａは、ロッカアーム１１の上面から突出しており、被押し付けローラ１１Ａは、カムキャリア４の高速カム４１と低速カム４２とのいずれかに接触する。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の上端に接触する。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、吸気バルブ１３は、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とを閉じる方向に移動されている。

（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。図３において、カム軸３の一端部３ａにはカムスプロケット８が設けられており、カムスプロケット８にはタイミングチェーン９が巻き掛けられている。タイミングチェーン９は、図示しないクランクシャフトの図示しないクランクスプロットに巻き掛けられており、タイミングチェーン９は、クランクシャフトの回転をカム軸３に伝達する。

なお、図１に示すように、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３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毎に設けられている。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。
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３、図５、図６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が設けられている。この位置決め機構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３、図５に示すように、ボール３５は、カムキャリア４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とに嵌合される。

（カムキャリア）
図４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。

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が嵌合されることで、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３、図７、図８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４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。

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、高速カム４１および低速カム４２のベース円部４１Ａ、４２Ａは、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４、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。
ここで、第１の切換カム４３Ａは、本発明の第１の側壁を構成し、第２の切換カム４３Ｂは、本発明の第２の側壁を構成する。

図３、図５、図７、図８に示すように、第１の切換カム４３Ａおよび第２の切換カム４３Ｂのそれぞれは、カム軸３の軸線方向の幅が最小となる最小カム山部４３Ｃを備えており、最小カム山部４３Ｃは、フラット面である。

また、第１の切換カム４３Ａおよび第２の切換カム４３Ｂのそれぞれは、カム軸３の軸線方向の幅が最大となる最大カム山部４３Ｄと、最小カム山部４３Ｃと最大カム山部４３Ｄとの間を連絡する傾斜カム山部４３Ｅとを備えている。

また、第１の切換カム４３Ａの最小カム山部４３Ｃ、最大カム山部４３Ｄおよび傾斜カム山部４３Ｅと、第２の切換カム４３Ｂの最小カム山部４３Ｃ、最大カム山部４３Ｄおよび傾斜カム山部４３Ｅとの位相は、カム軸３の円周方向において、例えば、１８０°ずれている。なお、このずれ角は、これに限定されるものではない。
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。

（カム切換機構）
図１、図２、図５、図６において、カム切換機構５は、カム切換部材５１を備えており、カム切換部材５１は、カムキャリア４を挟んで対向する第１のアーム部５２および第２のアーム部５３を有する。

カム切換部材５１は、カム軸３の軸線方向視においてＶ字形状に形成されており、（図６参照）、カム切換部材５１を構成する第１のアーム部５２および第２のアーム部５３の基端５４は、連続している。

第１のアーム部５２および第２のアーム部５３の基端５４は、制御軸５５に取付けられている。図２において、制御軸５５は、カム軸３、３０と平行に延びる回転中心軸５５Ａを有し、制御軸５５は、カム切換部材５１を回転中心軸５５Ａ周りに揺動させる。

制御軸５５は、ヘッドカバー１Ａに回転自在に取付けられている。ヘッドカバー１Ａの上壁１ａにはラジアル軸受部５６が形成されており、制御軸５５の一端部５５ａは、ラジアル軸受部５６に回転自在に支持される。

制御軸５５の他端部５５ｂにはフランジ形状のスラスト軸受部５５ｃが形成されており、ヘッドカバー１Ａの端部にはスラスト軸受部５７が形成されている。

ヘッドカバー１Ａにはスペーサ６０を介してモータ６１が取付けられており、モータ６１は、制御軸５５の他端部５５ｂに取付けられている。スペーサ６０にはスラスト軸受部６０Ａが形成されており、制御軸５５のスラスト軸受部５５ｃは、スラスト軸受部５７およびスラスト軸受部６０Ａに挟持されている。

これにより、制御軸５５の他端部５５ｂは、スラスト軸受部５７およびスラスト軸受部６０Ａに回転自在に支持されるとともに、ヘッドカバー１Ａに対して前後方向に移動しないように位置決めされる。

このように、本実施形態のヘッドカバー１Ａの上壁１ａには制御軸５５を回転自在に支持するラジアル軸受部５６とスラスト軸受部５５ｃ、６０Ａの２つの軸受部が設けられる。ここで、スペーサ６０は、ヘッドカバー１Ａの一部を構成し、ラジアル軸受部５６およびスラスト軸受部５５ｃ、６０Ａは、本発明の軸受部を構成する。

また、本実施形態の制御軸５５は、ヘッドカバー１Ａの上壁１ａに設置されているため、制御軸５５は、カム軸３の回転中心軸３Ａを通る平面に対して、吸気バルブ１３と反対側に設置される。なお、図示しないが、排気側のカム軸３０の上方にも制御軸が設けられており、この制御軸も吸気側の制御軸５５と同一の構成でヘッドカバー１Ａに回転自在に支持されている。

また、本実施形態のタイミングチェーン９は、カム軸３の一端部３ａに設けられている。また、制御軸５５の軸線方向において、タイミングチェーン９が設置される側と反対側の制御軸５５の他端部５５ｂに、この制御軸５５を駆動するモータ６１が設置される。

ここで、カム軸３の一端部３ａが、本発明のカム軸の軸線方向端部を構成し、制御軸５５の他端部５５ｂが、本発明のタイミングチェーンが設置される側と反対側の制御軸の軸線方向端部を構成する。

図１、図３において、ヘッドカバー１Ａの上部にはハウジング６２が取付けられており、ハウジング６２は、カム軸３の一端部３ａから他端部３ｂに向かって延びている。ハウジング６２の内部にはオイルセパレータ室６３が形成されており、オイルセパレータ室６３は、ハウジング６２の内周面とヘッドカバー１Ａの上面とによって囲まれる空間から構成される。

オイルセパレータ室６３には、例えば、図示しない衝突壁がカム軸３の一端部３ａから他端部３ｂに向かって交互に配置されている。ヘッドカバー１Ａからオイルセパレータ室６３に導入されるブローバイガスは、衝突壁に衝突することでブローバイガスに含まれるオイルが分離される。

オイルが分離されたブローバイガスは、オイルセパレータ室６３から図示しないブローバイガス排出管を通して図示しない吸気管に導入された後、吸気管から燃焼室１６に導入され、燃焼室１６で燃焼される。

ここで、ブローバイガスは、燃焼室１６から内燃機関の図示しないクランクケース内に漏出した未燃焼の混合気や燃焼ガスであり、ブローバイガスは、クランクケースから図示しないブローバイガス導入管を通してオイルセパレータ室６３に導入される。

図１において、ヘッドカバー１Ａの上壁１ａにはオイルセパレータ室６３側に膨れ出る膨出部１ｂが形成されており、制御軸５５は、膨出部１ｂよりもカム軸３側に設置される。これにより、制御軸５５は、ヘッドカバー１Ａおよびハウジング６２によって二重に覆われる。

図１、図２、図６において、カムキャリア４に対向する第１のアーム部５２の先端部の内側には第１の切換ピン５２Ａが設けられており、制御軸５５の回転によりカム切換部材５１が一方向に揺動したときに、第１の切換ピン５２Ａは、ガイド溝４３に挿入される。

カムキャリア４に対向する第２のアーム部５３の先端部の内側には第２の切換ピン５３Ａが設けられており、制御軸５５の回転によりカム切換部材５１が他方向に揺動したときに、第２の切換ピン５３Ａは、ガイド溝４３に挿入される。
図２、図５において、第１の切換ピン５２Ａおよび第２の切換ピン５３Ａは、カム軸３の軸線方向に離隔している。

図５において、カム軸３の軸線方向における第１の切換ピン５２Ａの中心軸と第２の切換ピン５３Ａの中心軸との距離は、高速カム４１の幅方向中心軸と低速カム４２の幅方向中心軸との距離と同じである。

すなわち、カム軸３の軸線方向における第１の切換ピン５２Ａの中心軸と第２の切換ピン５３Ａの中心軸との距離は、高速カム４１と低速カム４２とのピッチと同じである。

図１、図２、図６において、第１のアーム部５２および第２のアーム部５３の外周部にはばね部材５８ａ、５８ｂがそれぞれ設けられており、ばね部材５８ａ、５８ｂは、第１の切換ピン５２Ａと第２の切換ピン５３Ａとが第１のアーム部５２および第２のアーム部５３から抜け出ないように第１の切換ピン５２Ａと第２の切換ピン５３Ａを押し付ける。

図２、図３〜図５において、カムキャリア４の外周部には第１のストッパ部６４Ａおよび第２のストッパ部６４Ｂが設けられている。第１のストッパ部６４Ａおよび第２のストッパ部６４Ｂは、第１の切換カム４３Ａおよび第２の切換カム４３Ｂに対してカムキャリア４の軸線方向外方に設けられており、第１のストッパ部６４Ａおよび第２のストッパ部６４Ｂは、カムキャリア４の半径方向外方に広がるようにフランジ状に形成される。

なお、第１のストッパ部６４Ａおよび第２のストッパ部６４Ｂは、同一形状に形成されており、第１のストッパ部６４Ａおよび第２のストッパ部６４Ｂの半径方向外端の高さは、同一である。

ここで、第１のストッパ部６４Ａおよび第２のストッパ部６４Ｂは、鋳造等によりカムキャリア４と一体成形してもよい。このようにすれば、カムキャリア４の生産性を向上できる。また、第１のストッパ部６４Ａおよび第２のストッパ部６４Ｂは、別部材のストッパ部６４Ａ、６４Ｂをカムキャリア４に後付けしたものでもよい。

第１のストッパ部６４Ａおよび第２のストッパ部６４Ｂは、第１のアーム部５２または第２のアーム部５３が接触して、カムキャリア４をカム軸３の軸線方向に移動することを規制する機能を有する。

具体的には、図２、図９において、第１のアーム部５２の幅方向側面は、第１のストッパ部６４Ａに対向して第１のストッパ部６４Ａに接触する第１の接触部５２Ｂを有する。第１の接触部５２Ｂは、第１のストッパ部６４Ａに対向する第１のアーム部５２の幅方向側面からストッパ部６４Ａ側に突出しており、第１のアーム部５２の先端部５２ａは、幅広に形成される。

第２のアーム部５３は、第２のストッパ部６４Ｂに対向して第２のストッパ部６４Ｂに接触する第１の接触部５３Ｂを有する。第２の接触部５３Ｂは、第１のストッパ部６４Ａに対向する第２のアーム部５３の幅方向側面から第２のストッパ部６４Ｂ側に突出しており、第２のアーム部５３の先端部５３ａは、幅広に形成される。

カム切換部材５１は、制御軸５５の回転により一方向に揺動したときに、第１のアーム部５２の第１の切換ピン５２Ａがガイド溝４３に挿入され、第２のアーム部５３の第２の切換ピン５３Ａがガイド溝４３から離脱される。

また、カム切換部材５１は、制御軸５５の回転により他方向に揺動したときに、第２のアーム部５３の切換ピン５３Ａがガイド溝４３に挿入され、第１のアーム部５２の第１の切換ピン５２Ａがガイド溝４３から離脱される。

図１０に示すように、第１の切換ピン５２Ａがガイド溝４３に挿入されたときに、カム軸３の軸線方向において第１のストッパ部６４Ａと重なるように第１のアーム部５２に第１の接触部５２Ｂが設けられる。

また、第１のストッパ部６４Ａおよび第２のストッパ部６４Ｂの半径方向外端の高さが同一であることから、図１２に示すように、第２の切換ピン５３Ａがガイド溝４３に挿入されたときに、カム軸３の軸線方向において第２のストッパ部６４Ｂと重なるように第２のアーム部５３に第２の接触部５３Ｂが設けられる。

図５において、カム軸３の軸線方向における第１のストッパ部６４Ａと第２のストッパ部６４Ｂとの間の距離Ｌ１は、カム軸３の軸線方向における高速カム４１または低速カム４２の幅Ｌ２と、カム軸３の軸線方向における第１のアーム部５２の先端部５２ａまたは第２のアーム部５３の先端部５３ａの幅Ｌ３とを足した距離に形成される。

なお、切換ピン５２Ａは、本発明の第１の切換部を構成し、切換ピン５３Ａは、本発明の第２の切換部を構成する。また、第１のストッパ部６４Ａは、本発明の第１の規制部を構成し、ストッパ部６４Ｂは、本発明の第２の規制部を構成する。

次に、作用を説明する。
以下、図９〜図１４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９〜図１４において、矢印Ｒ方向がカム軸３の回転方向である。

（高速カム４１による運転）
高速カム４１による運転時には、制御軸５５を一方向に回転させ、カム切換部材５１を一方向に揺動させる。このとき、第１のアーム部５２の第１の切換ピン５２Ａがガイド溝４３に挿入される。

カムキャリア４の第１の切換カム４３Ａは、最大カム山部４３Ｄと最小カム山部４３Ｃとの間を連絡してカム軸３の軸線方向に膨れ出る傾斜カム山部４３Ｅを備えている。これにより、第１の切換ピン５２Ａがガイド溝４３に挿入されると、第１の切換ピン５２Ａが第１の切換カム４３Ａの最小カム山部４３Ｃに接触した後、傾斜カム山部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、第１の切換ピン５２Ａにより第１の切換カム４３Ａが左方に押し付けられることで第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の被押し付けローラ１１Ａに対して円滑に摺動して、被押し付けローラ１１Ａに高速カム４１のベース円部４１Ａが接触した状態となる。

このように第１の切換ピン５２Ａ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５２Ａが第１の切換カム４３Ａの最小カム山部４３Ｃから傾斜カム山部４３Ｅを通して最大カム山部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５、図６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に移動して嵌合した状態となる。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、図９、図１０に示すように低速カム４２への切換えを行うまでの間は、第１の切換ピン５２Ａは、ガイド溝４３の最大カム山部４３Ｄに対向して高速カム４１の位置が保たれ、高速カム４１が作動し続ける。
ここで、カムキャリア４の移動による慣性力によってボール３５が第１の位置決め用溝４６から外れて第１の切換カム４３Ａが切換ピン５２Ａに衝撃を与えるおそれがある。

これに対して、本実施形態の可変動弁装置２によれば、カムキャリア４が、第１の切換カム４３Ａに対してカムキャリア４の軸線方向外方に設けられ、第１のアーム部５２に接触してカムキャリア４をカム軸３の軸線方向に移動することを規制する第１のストッパ部６４Ａを有し、第１のアーム部５２の幅方向側面に、第１のストッパ部６４Ａに接触する第１の接触部５２Ｂが設けられる。

これにより、カムキャリア４が慣性力等によってカム軸３の軸線方向に過度に移動しようとした場合に、第１のアーム部５２の第１の接触部５２Ｂを第１のストッパ部６４Ａに接触させることにより、カムキャリア４がカム軸３の軸線方向に移動することを規制できる（図７、図９参照）。

このため、第１の切換ピン５２Ａがカムキャリア４の第１の切換カム４３Ａから過大な荷重を直接的に受けることを防止できる。したがって、第１の切換ピン５２Ａが破損することを防止しつつ、カムキャリア４がカム軸３の軸線方向に移動することを規制できる。

（低速カム４２による運転）
低速カム４２による運転時には、制御軸５５を他方に回転させ、カム切換部材５１を他方向に揺動させる。このとき、第２のアーム部５３の第２の切換ピン５３Ａがガイド溝４３に挿入され、第１のアーム部５２の第１の切換ピン５２Ａがガイド溝４３から離脱する。

カムキャリア４の第２の切換カム４３Ｂは、最大カム山部４３Ｄと最小カム山部４３Ｃとの間を連絡してカム軸３の軸線方向に膨れ出る傾斜カム山部４３Ｅを備えている。これにより、図１１、図１２に示すように、第２の切換ピン５３Ａがガイド溝４３に挿入されると、カムキャリア４の回転に伴って、図１３に示すように、第２の切換ピン５３Ａが第１の切換カム４３Ａの最小カム山部４３Ｃに接触した後、傾斜カム山部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、第２の切換ピン５３Ａにより第２の切換カム４３Ｂが右方に押し付けられることで第２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の被押し付けローラ１１Ａに対して円滑に摺動して、被押し付けローラ１１Ａに低速カム４２のベース円部４２Ａが接触した状態となる。

このように第２の切換ピン５３Ａ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５３Ａが第２の切換カム４３Ｂの最小カム山部４３Ｃから傾斜カム山部４３Ｅを通して最大カム山部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、このようにカムキャリア４がカム軸３に対して第２の位置に移動するときに、カム軸３側のボール３５が図５、図６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に移動して嵌合した状態となる。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が選択された第２の位置に固定される（図１４参照）。

このとき、図８に示すように、第１のアーム部５２の切換ピン５２Ａは、ガイド溝４３から離脱しており、第１のアーム部５２は、カム軸３の軸線方向において第２のストッパ部６４Ｂから高速カム４１または低速カム４２の幅Ｌ２に相当する距離だけ離れた状態となる。

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、第２の切換ピン５３Ａは、ガイド溝４３の最大カム山部４３Ｄに対向して低速カム４２の位置が保たれ、低速カム４２が作動し続ける。

ここで、カムキャリア４の移動による慣性力によってボール３５が第２の位置決め用溝４７から外れて第２の切換カム４３Ｂが切換ピン５３Ａに衝撃を与えるおそれがある。

これに対して、本実施形態の可変動弁装置２によれば、カムキャリア４が、第２の切換カム４３Ｂに対してカムキャリア４の軸線方向外方に設けられ、第２のアーム部５３に接触してカムキャリア４をカム軸３の軸線方向に移動することを規制する第２のストッパ部６４Ｂを有し、第２のアーム部５３の幅方向側面に、第２のストッパ部６４Ｂに接触する第２の接触部５３Ｂが設けられる。

これにより、カムキャリア４が慣性力等によってカム軸３の軸線方向に過度に移動しようとした場合に、第２のアーム部５３の第２の接触部５３Ｂを第２のストッパ部６４Ｂに接触させることにより、カムキャリア４がカム軸３の軸線方向に移動することを規制できる。

このため、第２の切換ピン５３Ａがカムキャリア４の第２の切換カム４３Ｂから過大な荷重を直接的に受けることを防止できる。したがって、第２の切換ピン５３Ａが破損することを防止しつつ、カムキャリア４がカム軸３の軸線方向に移動することを規制できる。

このように本実施形態の可変動弁装置２は、カムキャリア４がカム軸３に移動することを規制できるので、高速カム４１と低速カム４２とが切換えられる場合に、高速カム４１および低速カム４２を、ロッカアーム１１を介して吸気バルブ１３に安定して接触させることができる。

また、実施形態の可変動弁装置２によれば、第１のアーム部５２および第２のアーム部５３の幅方向側面に、第１の接触部５２Ｂおよび第２の接触部５３Ｂを設けたので、カムキャリア４の移動を規制する専用の部材を新たに設けることを不要にできる。このため、可変動弁装置２の部品点数が増大することを防止して、可変動弁装置２の製造コストを低減できる。

また、本実施形態の可変動弁装置２によれば、第１のストッパ部６４Ａおよび第２のストッパ部６４Ｂを、カムキャリア４の半径方向外方に広がるようにフランジ状に形成した。これにより、カムキャリア４に第１のストッパ部６４Ａおよび第２のストッパ部６４Ｂを容易に形成できる。

また、第１のストッパ部６４Ａおよび第２のストッパ部６４Ｂをフランジ状に形成したので、ガイド溝４３から第１の切換ピン５２Ａおよび第２の切換ピン５３Ａをガイド溝４３から抜くタイミングがずれた場合であっても、第１の切換ピン５２Ａおよび第２の切換ピン５３Ａを第１のストッパ部６４Ａまたは第２のストッパ部６４Ｂに接触させて、カムキャリア４がカム軸３の軸線方向に移動す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、第１の切換ピン５２Ａおよび第２の切換ピン５３Ａがガイド溝４３に挿入されたときに、カム軸３の軸線方向において第１のストッパ部６４Ａと重なるように第１のアーム部５２の幅方向側面に第１の接触部５２Ｂが設けられ、第２のストッパ部６４Ｂと重なるように第２のアーム部５３の幅方向側面に第２の接触部５３Ｂが設けられる。

これにより、第１の切換ピン５２Ａまたは第２の切換ピン５３Ａがガイド溝４３に挿入されたときに、カムキャリア４のカム軸３の軸線方向への移動に伴って、第１の接触部５２Ｂまたは第２の接触部５３Ｂを第１のストッパ部６４Ａまたは第２のストッパ部６４Ｂに確実に接触させることができる。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ことをより効果的に防止できる。

また、本実施形態の可変動弁装置２によれば、カム軸３の軸線方向における第１のストッパ部６４Ａおよび第２のストッパ部６４Ｂの距離Ｌ１が、カム軸３の軸線方向における高速カム４１または低速カム４２の幅Ｌ２と、カム軸３の軸線方向における第１のアーム部５２の先端部５２ａまたは第２のアーム部５３の先端部５３ａの幅Ｌ３とを足した距離に形成される。

第１の切換ピン５２Ａまたは第２の切換ピン５３Ａがガイド溝４３に挿入されたときに、カムキャリア４のカム軸３の軸線方向への移動に伴って、高速カム４１と低速カム４２との切換えを確実に行うことができるとともに、高速カム４１と低速カム４２との切換えを行った後に、第１の接触部５２Ｂまたは第２の接触部５３Ｂを第１のストッパ部６４Ａまたは第２のストッパ部６４Ｂに確実に接触させることができる。

また、本実施形態の可変動弁装置２によれば、制御軸５５を、カム軸３の回転中心軸３Ａを通る平面に対して、吸気バルブ１３と反対側に設置した。これにより、吸気バルブ１３および排気バルブ３９が設置される空間に制御軸５５を設置させないようにでき、ヘッドカバー１Ａ内の広い設置スペースに制御軸５５を設置することができる。したがって、カム切換部材５１の揺動スペースを大きくできる。

また、本実施形態の可変動弁装置２によれば、シリンダヘッド１に、シリンダヘッド１を覆うヘッドカバー１Ａが取付けられ、ヘッドカバー１Ａの上壁１ａに、制御軸５５を回転自在に支持するラジアル軸受部５６およびスラスト軸受部５５ｃ、６０Ａを設けた。

これにより、制御軸５５をヘッドカバー１Ａに取付けた状態で、制御軸５５をヘッドカバー１Ａと共にシリンダヘッド１に取付けることができる。このため、制御軸５５およびヘッドカバー１Ａの組み付け性を向上できる。また、ラジアル軸受部５６およびスラスト軸受部５５ｃ、６０Ａを半割り形状にする必要がないので、ラジアル軸受部５６およびスラスト軸受部５５ｃ、６０Ａの構成を簡素化できる。

また、本実施形態の可変動弁装置２によれば、カム軸３の軸線方向端部に、カム軸３を駆動するタイミングチェーン９を設け、制御軸５５の軸線方向において、タイミングチェーン９が設置される側と反対側の制御軸５５の他端部５５ｂに、制御軸５５を駆動するモータ６１を設置した。

これにより、タイミングチェーン９が設けられていない側の広い設置スペースにモータ６１を設置することができ、モータ６１の設置スペースを十分に取ることができる。これに加えて、モータ６１の設置作業の作業性を向上できる。

また、本実施形態の可変動弁装置２によれば、ヘッドカバー１Ａの上壁１ａに、上壁１ａと共にブローバイガスに含まれるオイルを分離するオイルセパレータ室６３を形成するハウジング６２を設けた。

これに加えて、ヘッドカバー１Ａの上壁１ａにオイルセパレータ室６３に膨れ出る膨出部１ｂを形成し、制御軸５５を、膨出部１ｂよりもカム軸３側に設置した。これにより、制御軸５５をヘッドカバー１Ａおよびハウジング６２によって二重に覆うことができる。このため、モータ６１から制御軸５５に伝達される騒音を抑制できる。

（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１５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、カム切換機構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、１ａ...上壁（ヘッドカバーの上壁）、１ｂ...膨出部、２...可変動弁装置、３，３０...カム軸、３Ａ...回転中心軸（カム軸の回転中心軸）、４，４Ａ...カムキャリア、１３...吸気バルブ（バルブ）、３０...カム軸、３９...排気バルブ（バルブ）、４１...高速カム（第１のカム）、４２...低速カム（第２のカム）４３Ａ...第１の切換カム（第１の側壁）、４３Ｂ...第２の切換カム（第２の側壁）、５１...カム切換部材、５２...第１のアーム部、５２Ａ...第１の切換ピン（第１の切換部）、５２ａ...先端部（第１のアーム部の先端部）、５３...第２のアーム部、５３Ａ...第２の切換ピン（第２の切換部）、５３ａ...先端部（第２のアーム部の先端部）、５５...制御軸、５５Ａ...回転中心軸（制御軸の回転中心軸）、５５ｂ...他端部（タイミングチェーンが設置される側と反対側の制御軸の軸線方向端部）、５５ｃ...スラスト軸受部（軸受部）、５６...ラジアル軸受部（軸受部）、６０...スペーサ（ヘッドカバー）、６０Ａ...スラスト軸受部（軸受部）、６１...モータ、６２...ハウジング、６３...オイルセパレータ室

Claims (4)

1. シリンダヘッドに回転自在に支持されたカム軸と、
   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第１の側壁および第２の側壁を有する凹形状部と、
   前記カムキャリアを挟んで対向する第１のアーム部および第２のアーム部を有するカム切換部材と、
   前記カムキャリアに対向する前記第１のアーム部の先端部の内側に設けられた第1の切換部と、
   前記カムキャリアに対向する前記第２のアーム部の先端部の内側に設けられた第２の切換部と、
   前記カム軸と平行に延びる回転中心軸を有し、前記カム切換部材を前記回転中心軸周りに揺動させる制御軸とを備え、
   前記第１の切換部を前記第１の側壁に接触させること、若しくは、前記第２の切換部を前記第２の側壁に接触させることで、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内燃機関の可変動弁装置であって、
   前記制御軸が、前記カム軸の回転中心軸を通る平面に対して、前記バルブと反対側に設置されることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
2. 前記シリンダヘッドに、前記シリンダヘッドを覆うヘッドカバーが取付けられ、前記ヘッドカバーの上壁に、前記制御軸を回転自在に支持する軸受部が１つ以上設けられ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. 前記カム軸の軸線方向端部に、前記カム軸を駆動するタイミングチェーンが設けられ、
   前記制御軸の軸線方向において、前記タイミングチェーンが設置される側と反対側の前記制御軸の軸線方向端部に、前記制御軸を駆動するモータが設置され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. 前記ヘッドカバーの前記上壁に、前記上壁と共にブローバイガスに含まれるオイルを分離するオイルセパレータ室を形成するハウジングが設けられ、前記ヘッドカバーの前記上壁に前記オイルセパレータ室に向かって膨れ出る膨出部が形成され、
   前記制御軸が、前記膨出部よりも前記カム軸側に設置されることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の内燃機関の可変動弁装置。
   

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