JP2018009467A - 可変動弁機構 - Google Patents

Abstract

【課題】カムユニット４の外周に設けたガイド溝４４にシフトピン５１を係合させて、軸線Ｘ方向にスライドさせる可変動弁機構において、カムユニット４をコンパクト化する。【解決手段】ガイド溝４４を、周方向の一側から他側に向かってカム軸方向の一側から他側に向かう斜行部位４５ａを有する第１の溝部４５と、反対にカム軸方向の他側から一側に向かう斜行部位４６ａを有する第２の溝部４６と、によって構成する。斜行部位４５ａ，４６ａの交差する部位の周方向の一側に近接させて、シフトピン５１を案内するガイドプレート４７を配設し、その周方向の一端部（基端部４７ａ）をガイド溝４４の中央からカム軸方向の一側にオフセットさせて、ガイド溝４４の底部に軸支させる。ガイドプレート４７の一端部よりも周方向の他側において第１の溝部４５に、シフトピン５１を押し出すように周方向の一側に向かって徐々に浅くなる浅溝区間（導出区間４５ｂ）を形成する。【選択図】図５

Description

本発明は、例えばエンジンの動弁系などに用いられる可変動弁機構に関し、特に、カムシャフトに外挿したカムユニットを軸方向（カム軸方向）にスライドさせて、複数のカムのうちのいずれかを選択するようにしたカム切替方式のものに関する。

従来よりエンジンの吸気バルブや排気バルブのリフト特性を変更可能な可変動弁機構としては、バルブタイミングを連続的に変更可能なＶＶＴ（Variable Valve Timing）が広く用いられている。また、例えば特許文献１に記載されているように、複数のカムが設けられたカムキャリア（カムユニット）をカムシャフトに外挿し、その軸方向（カム軸方向）にスライドさせることにより、いずれかのカムを選択するようにしたカム切替方式のものも公知である。

前記従来例の可変動弁機構においては、カムキャリアの外周に螺旋状のガイド溝を設けて、その外方からサーボ機構の係合要素（以下、シフトピンという）を係合させるようにしている。こうすると、カムシャフトと一体にカムキャリアが回転するときに、相対的にはそのガイド溝に沿ってシフトピンが移動するようになり、このことによって実際には、そのガイド溝とシフトピンとの係合が維持されるように、カムキャリアがカム軸方向にスライドする。

詳しくは図８に示すように、前記従来例のガイド溝Ｇは、カムキャリアＣの外周においてそれぞれ周方向に延びるように形成された第１および第２の２つの溝部ｇ１，ｇ２が合流し、全体としてＹ字状に形成されている。そして、この図８の左側にカムキャリアＣを移動させるときには、図の左側の第１の溝部ｇ１にシフトピンＰを挿入し、この第１の溝部ｇ１に沿ってシフトピンＰを相対的には図の右側に移動させるようにする。

特開２０１０−５２０３９５号公報

ところで、エンジンの動弁系にはコンパクト化の要請があるところ、前記従来例のカムキャリアＣではＹ字状のガイド溝Ｇの幅が大きくなり易いことが、コンパクト化の障害になっていた。すなわち、図９には展開図で示すように、Ｙ字状のガイド溝Ｇは、第１および第２の溝部ｇ１，ｇ２によってそれぞれカムを切り替えるためのスライド量をＳとし、シフトピンＰの直径をＤとすると、少なくとも２×Ｓ＋Ｄの幅が必要になるからである。

また、前記従来例では、カムキャリアＣを左側に移動させるために、第１の溝部ｇ１に係合させるシフトピンＰと、カムキャリアＣを右側に移動させるために、第２の溝部ｇ２と係合させるシフトピンＰとが別々に必要になるので、２個のサーボ機構が必要であったり、或いは１個のサーボ機構で２つのシフトピンＰを動作させるために、その構造が複雑になったりして、コストアップを招くという難もある。

そこで、本発明の目的は、エンジンなどの可変動弁機構においてコストアップを抑制しながら、カムユニットのコンパクト化を図ることにある。

本発明は、円筒状のカムユニットをカムシャフトに外挿し、その外周に設けたガイド溝に外方からシフトピンを係合させて、カムシャフトの回転に伴いその軸方向（カム軸方向）にスライドさせることにより、当該カムユニットに設けられた複数のカムのうちのいずれかを選択可能とした可変動弁機構を対象とする。また、前記カムシャフトの回転によって前記カムユニットは、その周方向の一側から他側に回転するものとする。

そして、前記ガイド溝には、前記カムユニットの外周において周方向に延びるとともに、周方向の一側から他側に向かってカム軸方向の一側から他側に向かう斜行部位を有する第１の溝部と、同様に周方向に延びるとともに、その一側から他側に向かってカム軸方向の他側から一側に向かう斜行部位を有する第２の溝部とを備えて、これら第１および第２の溝部を互いに斜行部位において交差させる。

また、その交差する部位の周方向の一側に近接させて、前記シフトピンをカム軸方向に案内するガイドプレートを周方向に延びるように配設し、その他端側の部分がカム軸方向に揺動するように、一端部を前記ガイド溝の底部に軸支する。さらに、この一端部をガイド溝の中央からカム軸方向の一側にオフセットさせるとともに、当該一端部よりも周方向の他側において前記第１の溝部には、係合するシフトピンを押し出すように周方向の一側に向かって徐々に浅くなる浅溝区間を形成する。

前記のように構成された可変動弁機構では、カムユニット外周のガイド溝における第１の溝部にシフトピンが係合した場合、このカムシャフトの回転に伴いシフトピンが第１の溝部の斜行部位を周方向の他側から一側まで通過する際に、カム軸方向については他側から一側に向かうようになる。そして、このときに実際には、シフトピンに対して相対的にカムユニットがカム軸方向の一側から他側に向かってスライドすることになる。

そうして第１の溝部の斜行部位を通過する際にシフトピンは、第２の溝部と交差する部位の近傍でガイドプレートと接触し、その一側面に沿ってカム軸方向の一側に案内される。そして、そのガイドプレートの一端部よりも手前（即ち周方向の他側）においてシフトピンは、第１の溝部に形成されている浅溝区間から押し出されるので、ガイドプレートの一端部と干渉することはない。

同様に第２の溝部に係合した場合、シフトピンはカムユニットの回転に伴い斜行部位を周方向の他側から一側まで通過する際に、カム軸方向については一側から他側に向かうようになり、これにより実際にはカムユニットが、カム軸方向の他側から一側に向かってスライドする。そうして第２の溝部の斜行部位を通過する際にシフトピンは、第１の溝部と交差する部位の近傍からガイドプレートの他側面に沿ってカム軸方向の他側に案内される。

ここで、前記ガイドプレートの一端部が、ガイド溝の中央からカム軸方向の一側にオフセットしているので、その他側にはシフトピンの通過する溝幅を確保しやすい。つまり、ガイドプレートの一端部をカム軸方向の一側にオフセットさせることによって、ガイド溝の溝幅を拡げることなく、そのカム軸方向の他側にはシフトピンの通過する溝幅を確保することが可能になる。

このように第１および第２の溝部が斜行部位において交差したＸ字状のガイド溝によって、シフトピンをカム軸方向の一側または他側に向かうように案内し、これによりカムユニットをカム軸方向の一側および他側にスライドさせることができる。このときにシフトピンは、カムユニットの外周においてカム軸方向に相対移動し、その一側および他側に往復することになるので、そのために必要なガイド溝の幅（カム軸方向の長さ）は、カムユニットのスライド量をＳとし、シフトピンの直径をＤとすれば、概ねＳ＋Ｄとなる。

よって、上述したように少なくとも２×Ｓ＋Ｄの長さが必要な従来例に比べて、ガイド溝の幅を狭くすることができる。しかも、そのガイド溝の底部に軸支するガイドプレートの一端部をカム軸方向の一側にオフセットさせているので、カム軸方向の他側にはシフトピンの通過する溝幅を確保しながら、ガイド溝の幅をさらに狭くすることが可能になって、カムユニットのコンパクト化が図られる。

また、前記のようにカムユニットをカム軸方向の一側に移動させるときと、反対の他側に移動させるときとでは、ガイド溝における第１および第２の溝部のいずれかにシフトピンを係合させればよく、このシフトピンは１つでよいので、２つのシフトピンが必要な従来例（特許文献１）に比べて、コストの低減が図られる。

ところで、そのようにシフトピンをガイド溝に係合させて、カムユニットをカム軸方向にスライドさせ、カムを切り替えるようにした場合に、このシフトピンが電磁ソレノイドによって動作されるものであれば、それが浅溝区間においてガイド溝から押し出されるときに、電磁ソレノイドに生じる誘導電流が変化することにより、カムの切り替えを判定することができる。

しかしながら、前記構成のように１つのシフトピンをＸ字状のガイド溝と係合させて、カムユニットをカム軸方向の一側および他側の双方にスライドさせるようにした場合は、前記の誘導電流の変化によってシフトピンがガイド溝から押し出されたことは判定できるものの、第１および第２のいずれの溝部から押し出されたか、即ちカムがどちらに切り替えられたのか判定することが難しい。

この点について好ましいのは、前記構成のように第１の溝部には、シフトピンを押し出すための浅溝区間をガイドプレートの一端部よりも周方向の一側に形成する一方、第２の溝部には、ガイドプレートの一端部よりも周方向の一側にシフトピンを押し出すための浅溝区間を形成することである。こうすれば、シフトピンが第１および第２の溝部の浅溝区間においてそれぞれ押し出されるときに、カムシャフトの周方向の位置の差が大きくなることから、両者を区別して判定することが可能になる。

すなわち、シフトピンをガイド溝の第１の溝部に係合させて、カムユニットをスライドさせるときに比べて、第２の溝部に係合させてカムユニットをスライドさせるときの方が、シフトピンのガイド溝から押し出されるタイミングが遅角側になるので、このことによってカムユニットがカム軸方向の一側または他側のいずれにスライドしたか、即ちカムがどちらに切り替えられたか区別して判定することができる。

以上、説明したように本発明に係る可変動弁機構は、ガイド溝を構成する第１または第２の溝部のいずれかにシフトピンを係合させて、カムユニットをカム軸方向の一側および他側に往復スライドさせるようにしたので、従来例のＹ字状のガイド溝のように大きな溝幅（カム軸方向の長さ）を必要としない。しかも、ガイドプレートの一端部がガイド溝の中央からカム軸方向の一側にオフセットしているので、他側にはシフトピンの通過する溝幅を確保しながら、ガイド溝の幅を狭くすることができる。これにより、カムユニットのコンパクト化が図られる。また、同じシフトピンでカムユニットを一側および他側の双方にスライドさせることができるので、コストアップを抑制できる。

本発明の実施の形態に係る可変動弁機構を装備したエンジンの動弁系の概略構成図である。 所定気筒における吸気側の動弁系を拡大して示す斜視図である。 吸気カムシャフトに外挿されたカムユニットの横断面図である。 ガイド溝、ガイドプレートおよびロック機構を示すカムユニットの縦断面図である。 （ａ）はカム切替機構の要部を模式的に示す拡大図であり、（ｂ）はガイド溝の展開図である シフトピンがガイド溝の第２の溝部に係合するときについて示す図５（ｂ）相当図である。 シフトピンがガイド溝の第１の溝部に係合するときの図６相当図である。 従来例のカムキャリアに設けられたＹ字状のガイド溝を示す斜視図である。 従来例のガイド溝に必要な幅を表した展開図である。

以下、本発明をエンジンの動弁系に適用した実施の形態について、図面を参照して説明する。本実施の形態のエンジン１は、一例として直列４気筒のガソリンエンジン１であって、図１には模式的に示すように第１〜第４の４つの気筒３（＃１〜＃４）がシリンダブロック（図示せず）の長手方向、即ちエンジン１の前後方向（矢印で示す図１の左右方向）に並んでいる。

図１には上方から見て示すように、エンジン１の上部（シリンダヘッド）にはカムハウジング２が配設されて、吸気バルブ１０および排気バルブ１１の動弁系を収容している。すなわち、図１には破線で示すように、エンジン１の前後方向に一列に並んで設けられた４つの気筒３のそれぞれに、２つの吸気バルブ１０および２つの排気バルブ１１が設けられており、それらが吸気カムシャフト１２および排気カムシャフト１３によって駆動されるようになっている。

それら吸気カムシャフト１２および排気カムシャフト１３の前端（図１の左端）部にはそれぞれ、バルブタイミングを連続的に変更可能なＶＶＴ（Variable Valve Timing）１４が設けられている。さらに、吸気カムシャフト１２には気筒３毎に、吸気バルブ１０を駆動するカム４１，４２（図２を参照）を切り替えて、そのリフト特性を変更するカム切替機構（本発明の可変動弁機構）が設けられている。

一例として第２気筒３（＃２）について図２に拡大して示すように、各気筒３毎の２つの吸気バルブ１０にそれぞれ対応して、プロフィールの異なる２つのカム４１，４２が設けられており、そのいずれかがロッカアーム１５を介して吸気バルブ１０を駆動するようになっている。２つのカム４１，４２は、吸気カムシャフト１２の軸線Ｘの方向（カム軸方向）に隣接して設けられ、図２では左側（一側）のカム４１が相対的にカムロブの小さな低リフトカム４１であり、右側（他側）のカム４２が相対的にカムロブの大きな高リフトカム４２である。

これら低リフトカム４１および高リフトカム４２のベース円は同径であり、互いに連続する円弧面として形成されている。図２においては、低リフトカム４１に切り替えられた状態を示しており、そのベース円区間にロッカアーム１５のローラ１５ａが当接して、吸気バルブ１０のバルブスプリング１０ａの反力によって押し付けられている。このようにベース円区間にロッカアーム１５のローラ１５ａが当接している状態では、吸気バルブ１０はリフトしていない。

そして、矢印Ｒの向きに吸気カムシャフト１２が回転することによって、図示はしないが、低リフトカム４１のカムロブがローラ１５ａを押圧し、ロッカアーム１５を押し下げるようになる。これによりロッカアーム１５は、カムロブのプロフィールに従って吸気バルブ１０を駆動することになり、バルブスプリング１０ａの反力に抗して吸気バルブ１０が、図２に仮想線で示すようにリフトする。

−カム切替機構の全体構成−
本実施の形態では、前記のようにロッカアーム１５を介して吸気バルブ１０をリフトさせるカムを、前記の低リフトカム４１または高リフトカム４２のいずれかに切り替えるようになっている。すなわち、前記図２の他、図３および図４にも示すように、２つのカム４１，４２は一体としてリング状に形成され、円筒状のスリーブ４３の軸線Ｘ方向の端部に嵌合されて、カムユニット４を構成している。そして、そのカムユニット４（スリーブ４３）が吸気カムシャフト１２にスライド可能に外挿されている。

図３には、軸線Ｘに直交する横断面で示すように、カムユニット４のスリーブ４３の内周にはスプラインの内歯が形成され、吸気カムシャフト１２の外周に形成されたスプラインの外歯と噛み合っている。つまり、カムユニット４（スリーブ４３）は吸気カムシャフト１２に対しスプライン結合されていて、これと一体に回転するとともに、軸線Ｘの方向にはスライドする。図４に表れているようにカムユニット４は、低リフトカム４１の選択される低リフト位置と、高リフトカム４２の選択される高リフト位置との間でスライドする。

そのようにカムユニット４をスライドさせるために、当該カムユニット４の外周には、以下に述べるようにシフトピン５１の係合されるガイド溝４４が設けられている。前記図３の他、図５（ａ）には拡大して、また、同図（ｂ）には展開図で示すように、ガイド溝４４は、カムユニット４の周方向（図５（ｂ）の上下方向）に延びていて、その幅方向（軸線Ｘ方向であり、以下、溝幅方向ともいう）に狭い部位が設けられて、概略Ｘ字状をなしている。

そして、そのガイド溝４４にシフトピン５１を係合させることができるよう、吸気カムシャフト１２の上方には、図２に表れているように各気筒３毎にアクチュエータ５が配設され、例えば軸線Ｘ方向に延びるステー５２によってカムハウジング２に支持されている。このアクチュエータ５は、電磁ソレノイドによってシフトピン５１を進退駆動するものであり、そのオン状態ではシフトピン５１が進出してガイド溝４４に係合する。

すなわち、シフトピン５１が進出してガイド溝４４の溝幅方向一側または他側の側面に係合することによって、図６、７も参照して以下に説明するように、吸気カムシャフト１２の回転に伴い、カムユニット４の外周面において相対的にはシフトピン５１が周方向に移動しながら、ガイド溝４４の溝幅方向にも（即ち斜めに）移動するようになる。このとき実際にはカムユニット４が回転しながら軸線Ｘ方向にスライドする。

−ガイド溝およびガイドプレート−
詳しくは図５（ｂ）に示すようにガイド溝４４は、カムユニット４の外周において周方向に延びるとともに、その一側から他側に向かって（即ち図２には矢印Ｒとして示すカムユニット４の回転する向きに）溝幅方向の一側から他側に（各図の左側から右側に）向かう斜行部位４５ａを有する第１の溝部４５を備えている。また、ガイド溝４４は、同様に周方向に延びるとともに、周方向の一側から他側に向かって溝幅方向の他側から一側に向かう斜行部位４６ａを有する第２の溝部４６も備えている。

それら２つの溝部４５，４６は一体的に一つのガイド溝４４を構成するとともに、それぞれの斜行部位４５ａ，４６ａにおいて交差して概略Ｘ字状をなしている。そして、同図に示すように、このようなガイド溝４４における溝幅方向の一側面、即ち第２の溝部４６にシフトピン５１が係合すると、吸気カムシャフト１２の回転に伴いシフトピン５１は、第２の溝部４６に沿って相対移動するようになる。

すなわち、吸気カムシャフト１２の回転に伴いカムユニット４は周方向の一側から他側に回転するので、図５（ｂ）や図６（ａ）に示すようにシフトピン５１は図の下側に相対移動して、斜行部位４６ａに至る。そして、その斜行部位４６ａを下側に向かう際に、図６（ｂ）、（ｃ）に示すようにシフトピン５１は、軸線Ｘ方向の一側から他側に（図の左側から右側に）向かうようになり、これにより実際にはカムユニット４を図の左側に押圧してスライドさせる。

反対に、ガイド溝４４の溝幅方向の他側面、即ち第１の溝部４５にシフトピン５１が係合すれば、吸気カムシャフト１２の回転に伴いシフトピン５１は、図７（ａ）に示すように第１の溝部４５に沿って図の下側に相対移動するようになる。そして、斜行部位４５ａを通過する際にシフトピン５１は、図７（ｂ）、（ｃ）に示すように軸線Ｘ方向の他側から一側に（図の右側から左側に）移動し、これにより実際にはカムユニット４を図の右側に押圧してスライドさせる。

そうして第１および第２の溝部４５，４６（それらの斜行部位４５ａ，４６ａ）が交差する部位の周方向の一側に近接して、シフトピン５１を軸線Ｘ方向に案内するガイドプレート４７が配設されている。前記図３に表れているようにガイドプレート４７は、ガイド溝４４の底面に概ね沿うように湾曲しながら周方向に延びていて、その周方向の一側の端部、即ち基端部４７ａが支軸４８によって、カムユニット４のスリーブ４３に回転可能に支持されている。

このように基端部４７ａが軸支されているガイドプレート４７は、周方向の他側（先端側）の部分がガイド溝４４の溝幅方向に傾斜するように、基端部４７ａの周りに揺動する。例えば図６に表れているようにガイドプレート４７の先端側（図の上側）が溝幅方向の一側（図の左側）に傾斜していると、前記したようにガイド溝４４の第２の溝部４６に沿って移動するシフトピン５１は、第１の溝部４５と交差する部位を通過した後に、ガイドプレート４７の他側面（右側面）に沿って溝幅方向の他側（図の右側）へ案内されるようになる。

ここで、前記図５〜７に表れているようにガイドプレート４７の基端部４７ａは、本実施の形態ではガイド溝４４の溝幅方向の中央から一側（図の左側）にオフセットして配置されている。このため、基端部４７ａが支軸４８の嵌挿されている分、大きくなっていても、溝幅方向において基端部４７ａの他側面とガイド溝４４の他側面との間には比較的大きな間隔があり、前記図６（ｃ）に示すようにシフトピン５１が通過可能になっている。

一方、図７に表れているようにガイドプレート４７の先端側（図の上側）が溝幅方向の他側（図の右側）に傾斜していると、同図（ａ）に示すようにガイド溝４４の第１の溝部４５に沿って移動するシフトピン５１は、第２の溝部４６と交差する部位を通過した後に、同図（ｂ）に示すようにガイドプレート４７の一側面（左側面）に沿って、溝幅方向の一側（図の左側）へ案内されるようになる。

この場合は、前記のようにガイドプレート４７の基端部４７ａが溝幅方向の一側（図の左側）にオフセットしているため、ガイド溝４４の一側面との間にはシフトピン５１の通過できる間隔（溝幅）は残されていない。そこで、本実施の形態ではガイドプレート４７の基端部４７ａの手前（周方向の他側）にシフトピン５１の導出区間４５ｂ（図５（ｂ）などに斜線を入れて示す）を設けて、第１の溝部４５からシフトピン５１を押し出すようにしている。

すなわち、前記の図３に表れているように、ガイド溝４４の第１の溝部４５の深さは、ガイドプレート４７の近傍において徐々に変化している。ガイドプレート４７の先端側が位置しているのは第１の溝部４５の斜行部位４５ａであり、その周方向一側（図３の右側）に連続する区間では第１の溝部４５の深さが、周方向の一側に向かって（即ちガイドプレート４７の基端部４７ａに向かって）徐々に浅くなっている。

このように徐々に浅くなる区間が、シフトピン５１の先端を徐々に第１の溝部４５から押し出す導出区間４５ｂ（浅溝区間）であり、ここにおいてシフトピン５１は第１の溝部４５から押し出され、アクチュエータ５内に後退するようになる。図５などに表れているように第１の溝部４５の導出区間４５ｂは、ガイドプレート４７の基端部４７ａよりも周方向の他側（図５〜７の上側）に形成されているので、ここでシフトピン５１を押し出せば、ガイドプレート４７の基端部４７ａと干渉することはない。

そうして第１の溝部４５の導出区間４５ｂが、ガイドプレート４７の基端部４７ａよりも周方向の他側（図５〜７の上側）に設けられているのに対して、第２の溝部４６の導出区間４６ｂは、ガイドプレート４７の基端部４７ａよりも周方向の一側（図５〜７の下側）に形成されている。すなわち、前記したようにガイドプレート４７の基端部４７ａとガイド溝４４の他側面との間には、シフトピン５１の通過できる溝幅が残されており、ここに導出区間４６ｂが形成されている。

詳細は図示しないが、この導出区間４６ｂも前記第１の溝部４５の導出区間４５ｂと同じく、第２の溝部４６の斜行部位４６ａの周方向一側に連続して形成され、その溝の深さが周方向の一側に向かって徐々に浅くなっている。このため、アクチュエータ５をオフにしておけば、シフトピン５１の先端が導出区間４６ｂにおいて徐々に第２の溝部４６から押し出され、アクチュエータ５内に後退するようになる。

−カム切替機構の動作−
次に、主に図６、７を参照して、上述したカム切替機構の動作によるカム４１，４２の切り替えについて説明する。なお、説明の便宜上、各図の左側であるガイド溝４４の溝幅方向一側（軸線Ｘ方向の一側）を単に左側と呼び、各図の右側であるガイド溝４４の溝幅方向他側（軸線Ｘ方向の他側）を単に右側と呼ぶことにする。

まず、エンジン１の運転中に、図２を参照して上述したように低リフトカム４１が選択されているときには、これによりロッカアーム１５を介して駆動される吸気バルブ１０のリフト量および作用角が相対的に小さなものとなっている。そして、高リフトカム４２に切り替えるためにアクチュエータ５をオンすると、シフトピン５１が進出して、図６（ａ）に示すようにガイド溝４４の左側面、言い換えると第２の溝部４６に係合する。

そして、吸気カムシャフト１２およびカムユニット４の回転に伴いシフトピン５１は、図６に表れているように第２の溝部４６に沿って移動し、その斜行部位４６ａを通過する際にガイドプレート４７を介して、カムユニット４を左側にスライドさせる。これによりカムユニット４が高リフト位置にスライドすると、ローラ１５ａの押し付けられる高リフトカム４２によって、ロッカアーム１５が押し下げられるようになり、吸気バルブ１０は大きなリフト量および作用角で動作する。

そうしてカムユニット４が低リフト位置から高リフト位置にスライドする間、ロッカアーム１５のローラ１５ａは、低リフトカム２１および高リフトカム４２のベース円区間に押し付けられている。また、そのようなカムユニット４のスライドの間、図６（ｂ）に表れているようにシフトピン５１はガイドプレート４７の右側面に沿って移動し、その後、図６（ｃ）に示すようにガイドプレート４７の基端部４７ａとガイド溝４４（第２の溝部４６）の右側面との間を通過する。

ここには、第２の溝部４６の深さが周方向の一側に向かって徐々に浅くなる導出区間４６ｂが形成されているので、アクチュエータ５をオフにしていればシフトピン５１は、導出区間４６ｂにおいて徐々にガイド溝４４から押し出される。このようにシフトピン５１が押し出されるときには、アクチュエータ５の電磁ソレノイドにおいて誘導電流が発生するので、これに基づいてカムユニット４のスライド、即ち高リフトカム４２への切り替えが完了したことを判定できる。

次に、そのようにして高リフトカム４２が選択されているときに、アクチュエータ５がオンされると、進出したシフトピン５１はガイド溝４４の右側面、即ち第１の溝部４５と係合することになる。そして、図７に表れているようにシフトピン５１は、第１の溝部４５に沿って移動し、その斜行部位４５ａを通過する際にガイドプレート４７を介して、カムユニット４を右側に押圧し、低リフト位置までスライドさせる。

このときにシフトピン５１は、図７（ｂ）に表れているようにガイドプレート４７の左側面に沿って移動するようになるが、このガイドプレート４７の中間部から基端部４７ａの手前まで、第１の溝部４５には導出区間４５ｂが形成されているので、図７（ｃ）に示すようにシフトピン５１は導出区間４５ｂにおいて第１の溝部４５から押し出されるようになる。よって、シフトピン５１がガイドプレート４７の基端部４７ａと干渉するおそれはない。

また、そうして導出区間４５ｂにおいて押し出されるシフトピン５１がアクチュエータ５内に後退するときには、電磁ソレノイドにおいて誘導電流が発生するので、これに基づいてカムユニット４のスライド、即ち低リフトカム４１への切り替えが完了したことを判定できる。このようにして低リフトカム４１に切り替われば、吸気バルブ１０は再び小さなリフト量および作用角で動作するようになる。

−ロック機構−
なお、本実施の形態では、上述したようにカム４１，４２を切り替えたときのカムユニット４の位置（低リフト位置、高リフト位置）を保持するためのロック機構６が設けられている。すなわち、前記の図４に表れているようにカムユニット４のスリーブ４３の内周面には、軸線Ｘ方向（図４の左右方向）の中央付近に２つの環状溝４３ｃ，４３ｄが並んで形成され、その間に残存するように形成される環状突部４３ｅが軸線Ｘ方向のほぼ中央に位置している。

そして、カムユニット４が前記低リフト位置または高リフト位置にあるときに、前記の環状溝４３ｃ，４３ｄにそれぞれ係合するように、吸気カムシャフト１２には、その外周において出没可能にロック部材６１が配設されている。例えばロック部材６１はロックボールであり、吸気カムシャフト１２の外周面に開口する断面円形状の孔部１２ａに収容されて、コイルスプリング６２によって外方に押圧されている。つまり、ロック部材６１は、吸気カムシャフト１２の孔部１２ａから径方向外方に対向するスリーブ４３の内周面に向かって押し付けられている。

この構成により、図４の上段に示すようにカムユニット４が軸線Ｘ方向他側（図４の右側）の低リフト位置にあるときには、ロック部材６１が環状溝４３ｃに係合する一方、図４の下段に示すようにカムユニット４が軸線Ｘ方向一側（図４の左側）の高リフト位置にあるときには、ロック部材６１が環状溝４３ｄに係合する。また、図６を参照して前述したようにカムユニット４が低リフト位置から高リフト位置にスライドするとき、ロック機構６においてはロック部材６１が環状突部４３ｅを乗り越えることになる。

すなわち、カムユニット４のスライドに伴いロック部材６１は、まず、環状突部４３ｅに押し下げられ、コイルスプリング６２のばね力に抗して下方に移動して、環状溝４３ｃから離脱する。そして、図示しないが、カムユニット４が低リフト位置および高リフト位置の中央位置を通過するときに、ロック部材６１が環状突部４３ｅを乗り越えて、その後はコイルスプリング６２のばね力によって環状溝４３ｄに嵌り込んでゆく。これにより、カムユニット４はさらにスライドするようになる。

以上、説明したように本実施の形態に係る可変動弁機構によると、低リフトカム４１および高リフトカム４２を有するカムユニット４を吸気カムシャフト１２に外挿し、このカムユニット４の外周に設けたガイド溝４４にシフトピン５１を係合させることによって軸線Ｘ方向の一側、他側にスライドさせるようにしている。これにより、低リフトカム４１、高リフトカム４２のいずれかを選択して、吸気バルブ１０のリフト特性を低リフトまたは高リフトに切り替えることができる。

そうしてシフトピン５１を係合させるガイド溝４４は、第１および第２の溝部４５，４６が互いに斜行部位４５ａ，４６ａにおいて交差してＸ字状をなしている。このため、ガイド溝４４にシフトピン５１を係合させて、前記のようにカムユニット４を軸線Ｘ方向の一側および他側に往復スライドさせるとき、当該カムユニット４の外周において相対的にはシフトピン５１がガイド溝４４の溝幅方向（軸線Ｘ方向）の他側および一側に往復するようになる。

このことから、図５（ａ）に表れているようにカムユニット４のスライド量（高リフトカム４２および低リフトカム４１の間隔）をＳとし、シフトピンの直径をＤとすれば、カムユニット４の外周において必要なガイド溝４４の溝幅は、概ねＳ＋Ｄでよく、従来公知のＹ字状のガイド溝Ｇ（図８を参照）の幅（２×Ｓ＋Ｄ）に比べて狭くなる。よって、カムユニット４のコンパクト化が図られる。

しかも、本実施の形態では、ガイド溝４４に配設するガイドプレート４７の基端部４７ａを、溝幅方向の中央から一側（図５〜７の左側）にオフセットさせているので、反対の他側（同右側）にはガイド溝４４の他側面との間にシフトピン５１の通過する間隔（溝幅）を確保しながら、ガイド溝４４全体の溝幅をさらに狭くすることができ、その分、さらにコンパクト化が図られている。

また、前記のようにカムユニット４を軸線Ｘ方向の一側および他側に移動させるときには、ガイド溝４４の幅方向にシフトピン５１が往復するだけなので、このシフトピン５１は１つでよく、２つのシフトピンが必要なもの（図８、９を参照して上述した従来例）に比べてコストダウンも図られる。その上さらに、その１つのシフトピン５１がガイド溝４４から押し出されるときに、アクチュエータ５の電磁ソレノイドに生じる誘導電流の変化によって、カム４１，４２の切り替えを区別して判定することができる。

すなわち、シフトピン５１がガイド溝４４（第１または第２の溝部４５，４６の導出区間４５ｂ，４６ｂ）から押し出され、アクチュエータ５内に後退するときには、電磁ソレノイドに生じる誘導電流が変化するので、これによりカムユニット４のスライドの完了を判定することができる。本実施の形態では、上述したように第１の溝部４５の導出区間４５ｂをガイドプレート４７の基端部４７ａよりも周方向の他側に形成し、一方、第２の溝部４６の導出区間４６ｂは基端部４７ａよりも周方向の一側に形成している。

このように第１の溝部４５の導出区間４５ｂが、第２の溝部４６の導出区間４６ｂよりもカムユニット４の周方向一側に設けられているので、シフトピン５１が押し出されるタイミングが遅角側になる。つまり、高リフトカム４２への切り替えの際には、低リフトカム４１への切り替えに比べて、前記のように電磁ソレノイドの誘導電流が変化するタイミングが遅角側になるので、エンジン１のクランク角センサからの信号に基づいて、両者を区別して判定することができる。

−他の実施形態−
上述した実施の形態はあくまで例示に過ぎず、本発明の構成は勿論、用途などについても限定することを意図しない。例えば前記実施の形態では、カムユニット４のスリーブ４３の外周にガイド溝４４を形成しているが、これに限らず、スリーブ４３とは別体の円筒状部材の外周にガイド溝４４を形成して、この円筒状部材をスリーブ４３の一側または他側の端部に連結してもよい。この場合は、低リフトカム４１、高リフトカム４２およびスリーブ４３に加えて、前記円筒状部材も含めてカムユニット４が構成される。

また、前記実施の形態では第１および第２の溝部４５，４６によって一体的にガイド溝４４を構成し、ガイドプレート４７の基端部４７ａは溝幅方向の一側（エンジン１の前側）にオフセットさせているが、これにも限定されず、ガイドプレート４７の基端部４７ａは溝幅方向の他側（エンジン１の後側）にオフセットさせてもよい。

さらに、前記実施の形態では、エンジン１のＤＯＨＣタイプの動弁系において吸気バルブ１０のリフト特性を切り替えるカム切替機構について説明しているが、これにも限定されず、排気バルブ１１のリフト特性を切り替えるカム切替機構にも本発明を適用することができる。また、ＤＯＨＣタイプの動弁系にも限定されず、本発明は、例えばＳＯＨＣタイプの動弁系にも適用可能である。

本発明は、カム切替方式の可変動弁機構において、カムユニットをコンパクトに構成できるので、例えば自動車に搭載されるエンジンに適用して効果が高い。

１ エンジン
４ カムユニット
４１、４２ 複数のカム
４４ ガイド溝
４５ 第１の溝部
４５ａ 斜行部位
４５ｂ 導出部（浅溝区間）
４６ 第２の溝部
４６ａ 斜行部位
４７ ガイドプレート
４７ａ 基端部（一端部）
５ アクチュエータ
５１ シフトピン
１２ 吸気カムシャフト
Ｘ 吸気カムシャフトの軸線（カム軸方向）
Ｒ カムユニットの回転する方向（周方向）

Claims (1)

1. 円筒状のカムユニットをカムシャフトに外挿し、その外周に設けたガイド溝に外方からシフトピンを係合させて、カムシャフトの回転に伴いカム軸方向にスライドさせることにより、当該カムユニットに設けられた複数のカムのうちのいずれかを選択可能とした可変動弁機構であって、
   前記カムシャフトの回転により前記カムユニットは、その周方向の一側から他側に回転するものであり、
   前記ガイド溝は、
   前記カムユニットの外周において周方向に延びるとともに、周方向の一側から他側に向かってカム軸方向の一側から他側に向かう斜行部位を有する第１の溝部と、
   前記カムユニットの外周において周方向に延びるとともに、周方向の一側から他側に向かってカム軸方向の他側から一側に向かう斜行部位を有する第２の溝部と、を備えており、
   前記第１および第２の溝部が互いに斜行部位において交差するとともに、この交差する部位の周方向の一側に近接して、前記シフトピンをカム軸方向に案内するガイドプレートが配設され、
   前記ガイドプレートは周方向に延びていて、その他側の部分がカム軸方向に揺動するように、周方向の一端部において前記ガイド溝の底部に軸支されるとともに、この一端部がガイド溝の中央からカム軸方向の一側にオフセットされており、
   前記ガイドプレートの一端部よりも周方向の他側において前記第１の溝部には、係合するシフトピンを押し出すように周方向の一側に向かって徐々に浅くなる浅溝区間が形成されていることを特徴とする可変動弁機構。

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