JP2020033953A - 多気筒内燃機関のバルブリフト量可変式動弁装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高低高さが異なる複数の単位カム部を備えたリフト量可変式動弁装置において、構造の簡単化・軽量化を図る。【解決手段】カム軸１を構成する１本の外筒に、各気筒に対応したカム部ユニット５ａ，５ｂ，５ｃを形成している。ロッカーアーム等のバルブ側部材９の幅寸法Ｗとして、第１カム部ユニット５ａでは、高単位カム部６ａの幅はＷ、低単位カム部７ａの幅寸法は２Ｗ、第２及び第３カム部ユニット５ｂ，５ｃでは、高単位カム部６ｂ，６ｃの幅寸法は２Ｗ、低単位カム部７ｂ，７ｃの幅寸法はＷになっている。各カム部ユニット５ａ〜５ｃを一斉に移動させても、バルブ側部材９が単位カム部をスライドするユニットが存在することにより、各カム部ユニット５ａ〜５ｃを一斉にスライドさせて高低単位カム部の切替えを実現できる。【選択図】図２

Description

本願発明は、多気筒内燃機関において、吸気バルブ又は排気バルブ若しくは両方のバルブのリフト量を変更できる動弁装置に関するものである。

内燃機関において、吸気バルブや排気バルブのリフト量を変更できるようにすることが行われており、その例が特許文献１に開示されている。この特許文献１において、カム軸は、芯軸とこれに被嵌したカムキャリア（外筒）とで構成されている。カムキャリアは各気筒ごとに個別に配置されており、各カムキャリアに、回転軸心からの高さが異なる（プロフィールが異なる）２つの単位カム部から成るカム部ユニットを形成して、カムキャリアをアクチュエータ（シフター）で軸方向に移動させることにより、高さが相違する２つの単位カム部を、ロッカーアームのようなバルブ側部材に選択的に当てている。

特許文献１では、各気筒に対応したカムキャリア毎に、一対のガイド溝と、ガイド内を摺動する一対のピンと、該ピンを駆動する一対のアクチュエータとが備えられており、アクチュエータを駆動して何れかのピンを溝の内面に摺接させることにより、任意のカムキャリアを軸方向にスライドさせて、バルブ側部材に当たるカム部を切り替えることができ、その結果、バルブリフト量を変更することができる。

しかし、特許文献１では、カムキャリアは各気筒毎に分断されていて個別にスライド制御されるため、構成部品点数が多くなってコスト及び重量が増加してしまう問題や、カムキャリアの制御のための部材が相当のスペースを取るため、他の部材の配置が非常に厄介になるという問題があった。

この問題点の解消策として、特許文献２では、１つのカムキャリアを複数の気筒に跨がるように形成して、１つのカムキャリアに、各気筒に対応したカム部の組（カム部ユニット）を設けることが開示されている。

特表２００６−５２０８６９号公報 特開２００９−２２８５４３号公報

特許文献２の請求項１には、
「線状の溝と高リフト用カム及び低リフト用カムとが設けられたカムキャリアを有し、電磁ピンを該溝内を摺動させることにより該カムキャリアを軸方向にスライドさせることで該高リフト用及び低リフト用カムを切り替え可能な内燃機関の可変動弁機構であって、前記カムキャリアは、前記内燃機関の複数の気筒に跨るように形成され」、
と記載されているが、これに続いて、
「前記カムキャリアの一気筒に対応する部分に、該カムキャリアを一方向にスライドさせるための第１溝と、該第１溝に挿入される第１電磁ピンと、該第１電磁ピンを駆動する第１アクチュエータとが設けられ、前記カムキャリアの他気筒に対応する部分に、該カムキャリアを該一方向とは反対の他方向にスライドさせるための第２溝と、該第２溝に挿入される第２電磁ピンと、該第２電磁ピンを駆動する第２アクチュエータとが設けられ」、
と記載されており、
「カムキャリアが複数の気筒に跨がるように形成され」と記載されているものの、実施形態同様、１つの気筒に対応する部分と、他の気筒に対応する部分の２つの気筒に跨がる場合を想定していると思われ、２気筒以上の気筒に跨がるキャリアとその駆動方法等は開示示唆されていない。従って、部材点数の低減効果はまだ不十分であった。

本願発明は、このような現状を改善すべく成されたものである。

本願発明は、
「クランク軸に連動して回転するカム軸のうち、複数の気筒毎に対応した複数箇所に、ベース円からの突出高さが異なる単位カム部によって構成されたカム部ユニットが、周方向に位相をずらした状態で配置されていて、
前記各カム部ユニットは、前記カム軸が所定角度回転する間に軸方向に所定寸法だけ移動すると、ロッカーアームその他のバルブ側部材に摺接する駆動単位カム部が切替えられて、バルブのリフト量が変更されるようになっており、
かつ、前記各カム部ユニットを所定寸法だけ同時に移動させて、各カム部ユニットにおける駆動単位カム部の切替えを順次行えるようになっている」
という基本構成になっている。

そして、上記基本構成において、
「前記各カム部ユニットが所定寸法だけ同時に移動するときに、前記バルブ側部材が、必ず隣り合った単位カム部の境界線上において前記ベース円上を通過するように、前記各カム部ユニットにおける各単位カム部の軸方向の幅寸法の比率を設定しており、
これにより、前記バルブ側部材と単位カム部との干渉を起こすことなく、前記駆動単位カム部の切替えが１つのカム部ユニットから他のカム部ユニットに順次行えるようになっている」
という構成になっている。

本願発明において、カム軸の構造としては、１本のカム軸に、各カム部ユニットを一体的に形成してもよいし、カム軸を、１本の芯軸とこれにスライド自在に被嵌した１本の外筒との複合構造に構成して、外筒に単位カム部（カム部ユニット）を形成してもよい。各カム部ユニットをカム軸自体に形成した場合は、カム軸を軸方向にスライドさせることになる。

カム軸動の駆動装置（タイミングギヤ、スプロケット、プーリー等）を軸方向に移動させることは通常許容されないため、駆動装置とカム軸とをスプライン嵌合するなどして、駆動装置とカム軸とが一緒に回転しつつ軸方向のスライドが許容されるように構成したらよい。カム軸を芯材と外筒との二重構造に形成した場合は、外筒のみをスライドさせたらよい。いずれにしても、カム軸又は外筒は、軸受け部及びカムキャップによってスライド自在に抱持される。

カム部ユニットをカム軸の回転に連動してスライドさせる方法としては、特許文献１，２と同様に、案内溝とこれに嵌まったピン、及びピンを案内溝に挿脱させるアクチュエータ（例えば電磁ソレノイドやモータ）とから成る装置を使用できる。

カム部ユニットをスライドさせる手段として案内溝とスライドピンとからなる機構を採用する場合、カム軸が１８０度よりも少ない角度で回転する間に単位カム部間の移行が行われるように設定すると、低い単位カム部から高い単位カム部に移行させるための溝と、高い単位カム部から低い単位カム部に移行させるための溝とを周方向に並べて形成することが可能になるため、１つのスライドピン及びアクチュエータによって、リフト量の変更を行うことが可能になる。

１８０度以上の回転角度の範囲でカム部ユニットのスライドが行われる場合は、カム部ユニットを一方方向に移動させるための溝と、他方に移動させるための溝とを軸方向に離して形成したらよい。

実施形態から理解できるが、各カム部ユニットでの切り換えを完了させるためのカム軸の回転角度は、第１に気筒数に依存し、次に、各カム部ユニットにおける単位カム部の幅寸法とバルブ側部材の幅寸法との関係に依存している。例えば４気筒の場合は、カム軸が１回転する間（３６０度回転する間）に各カム部ユニットの切り換えを終了させることができる。高低２段階の切替えのみでなく、高・中・低の３段階の高さ切り換えも可能である。

本願発明において、各カム部ユニットを一体に移動させつつバルブ側部材に対応した駆動単位カム部を切り換える具体的な構造は、気筒数や爆発の順序（隣り合った各カム部ユニットでの単位カム部の位相角度の大きさ）などで相違する。３気筒及び４気筒の場合を実施形態で例示している。従って、実施形態を参照することにより、本願発明の特徴を容易に理解できるであろう。なお、本願発明での高さの切り換えには、ベース円と同径になっているゼロリフト構造も含まれる。

カム軸には、外周の一部にカム部が形成されており、カム部でない部分は、軸心からの距離が等しい（すなわち真円）のベース円になっている。そして、特許文献１，２は、ロッカーアーム等のバルブ側部材がベース円に摺接している間にカム部の移動を行うようにしているが、３気筒以上の内燃機関では、軸方向から見ると、複数のカム部が殆ど間断なく連続している一方、ロッカーアーム等のバルブ側部材はカム軸と平行に並んでいるため、全てのカム部に対応した箇所においてバルブ側部材をベース円に摺接させつつ、隣り合った単位カム部間の境界線を通過させることは不可能である。

これに対して本願発明では、カム部ユニットの群を、カム軸の回転に連動させて所定寸法だけ軸方向に移動させるにおいて、前記バルブ側部材が、必ず隣り合った単位カム部の境界線上において前記ベース円上を通過するように、前記各カム部ユニットにおける各単位カム部の軸方向の幅寸法の比率を設定しているため、前記バルブ側部材と単位カム部との干渉を起こすことなく、前記駆動単位カム部の切替えが１つのカム部ユニットから他のカム部ユニットに順次行えるようになっており、全気筒に対応したカム部ユニットにおいて、バルブリフト量の切り換えを完了できる。

従って、単位カム部の切り換えを制御するための駆動装置（アクチュエータ）を簡素化して、コストダウンや軽量化に貢献できると共に、他の部材の配置スペースの浸食を無くして、部材配置の設計の自由性も向上できる。特に、カム軸が１８０度よりも少ない回転する範囲内でカム部ユニットのスライドが完了する場合は、駆動装置が溝とピンとからなる構造である場合、高から低への切り換えのための溝と低から高への切り換えのための溝とを周方向に並べて形成できることにより、高から低への切り換えと低から高への切り換えを１種類の駆動装置で行えるため、コストダウンや軽量化の効果に特に優れている。

駆動装置が案内溝とピンとからなる構造である場合、１８０度よりも大きい回転角度で回転する範囲でカム部ユニットのスライドが完了する場合は、高から低への切り換えのための案内溝と、低から高への切り換えのための案内溝とを軸方向に並べることになるが、この場合も、高から低への切り換えと低から高への切り換えを一対の駆動装置で行えるため、コストダウンや軽量化の効果を享受できる。

３気筒内燃機関に適用した第１実施形態を示す図で、（Ａ）は全体の側面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ視図、（Ｃ）は（Ａ）のＣ−Ｃ視図、（Ｄ）は（Ａ）のＤ−Ｄ視図である。 第１実施形態の第１使用例を示す模式図である。 第１実施形態の第２使用例を示す模式図である。 第２実施形態の模式図である。 第２実施形態の模式図である。 第３実施形態の模式図である。 第３実施形態の模式図である。

(1).第１実施形態の構造
次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。まず、図１〜図３に示す第１実施形態を説明する。この実施形態は、３気筒内燃機関に適用している。カム軸１は吸気用又は排気用であり、１本の芯軸２とこれに被嵌した１本の外筒３とを備えており、外筒３は、芯軸２に対して、スプライン嵌合等により、軸方向にスライド自在で一体に回転するように嵌合している。芯軸２のうちタイミイグングチェーンに近い一端部（前端部）には、タイミングチェーンの動力を伝達する駆動装置の一部が取り付くが、図ではこれらの構造は捨象して簡略表示している。

外筒３は複数の軸受け部４を有しており、隣り合った軸受け部４の間に、前から順に、第１カム部ユニット５ａ、第２カム部ユニット５ｂ、第３カム部ユニット５ｃを設けている。各カム部ユニット５ａ，５ｂ，５ｃは、各気筒の吸気及び排気が２弁式であることに対応して、高単位カム部６ａ，６ｂ，６ｃと低単位カム部７ａ，７ｂ，７ｃとの高低２つの単位カム部の対から成っている。

なお、図１（Ｂ）〜（Ｄ）では、単位カム部は１２０°の範囲に形成しているが、実際には９０°の範囲に形成している。従って、各単位カム部の箇所において、ベース円８の広がり範囲は図示の状態よりも周方向に長くなっている。

以下では、３つの気筒を、内燃機関の前端から後端に向けて順に（図１（Ａ）において左から右に向けて順に）、第１気筒、第２気筒、第３気筒と呼ぶこととして、これに対応して、カム部ユニット５ａ，５ｂ，５ｃは、内燃機関の前端から後端に向けて（図１において左から右に向けて）、第１カム部ユニット５ａ、カム部ユニット５ｂ、第３カム部ユニット５ｃと呼ぶこととする。気筒の爆発順序は、第１気筒→第２気筒→第３気筒の順になる。

各カム部ユニット５ａ〜５ｃにおいて、高単位カム部６ａ〜６ｃ及び低単位カム部７ａ〜７ｃは外周の一部に形成されているため、各カム部ユニット５ａ〜５ｃは、各単位カム部６ａ〜６ｃ，７ａ〜７ｃに対応したベース円８を備えている。そして、第１カム部ユニット５ａ、第２カム部ユニット５ｂ、第３カム部ユニット５ｃは、周方向に１２０°間隔で位相がずれている。

第１カム部ユニット５ａは下向きになっているのに対して、第２及び第２カム部ユニット５ｂ，５ｃは斜め上向きになっている。図１では、各カム部ユニット５ａ〜５ｂを構成する単位カム部６ａ〜６ｃ，７ａ〜７ｃの幅寸法の関係を明示するため、便宜的に、一点鎖線により、第２及び第２カム部ユニット５ｂ，５ｃを下向きに表示した状態を表示している。

各カム部ユニット５ａ〜５ｃの単位カム部６ａ〜６ｃ，７ａ〜７ｃによって、ロッカーアームやタペット等のバルブ側部材９が押し下げられる。図１では、バルブ側部材９のうち単位カム部６ａ〜６ｃ，７ａ〜７ｃに摺接する部分を便宜的に横長の白抜き線で表示している（他の図も同様である。）。

バルブ側部材９の軸方向の幅寸法をＷとすると、第１カム部ユニット５ａにおける高単位カム部６ａの幅寸法はＷと略同じ寸法になって、低単位カム部７ａの幅寸法は略２Ｗになっている。他方、第２及び第３のカム部ユニット５ｂ，５ｃでは、高単位カム部６ｂ，６ｃの幅寸法は略２Ｗで、低単位カム部７ｂ，７ｃの幅寸法はＷと略同じ寸法になっている。

外筒３のうち後端部には螺旋溝（ガイド溝）１１を形成しており、電磁ソレノイド等のアクチュエータ１２に設けたピン１３を螺旋溝１１に差し込むことにより、外筒３がその回転によって軸方向にスライドするようになっている。図１（Ａ）に現れている螺旋溝は外筒３を右方向にスライドさせるためのものであり、螺旋溝１１は外周の約１２０°（位相０°から１２０°）の範囲に形成されている。外筒３を左方向にスライドさせる螺旋溝は紙面の奥側に形成されており、これも外周の約１２０°（位相２４０°から３６０°）の範囲に形成されている。

(2).低リフト状態から高リフト状態への切り換えの第１態様
次に、第１実施形態の制御態様を説明する。まず、第１制御態様を、図２を参照して説明する。なお、図では、バルブ側部材９が動いた状態に表示しているが、これは作図上の便宜的な措置であり、実際には、カム軸１が回転してカム部ユニット５ａ〜５ｃが横移動（スライド）する。

また、以下の説明では、バルブ側部材９が移動するという表現を使用するが、これも説明上を判りやすくするための便宜的なものであり、実際には、バルブ側部材９の位置は固定されており、単位カム部が移動する。更に、図２では、各カム部ユニット５ａ〜５ｃは１つずつしか表示していないが、実際には一対ずつ存在している。これらは、図３以下の実施形態も同様である。

本実施形態は３気筒であるため、隣り合ったカム部ユニット５ａ〜５ｃの間には、軸方向から見て約１２０°の位相間隔でベース円８が広がっている。そして、図１では、各カム部ユニット５ａ〜５ｃの低単位カム部７ａ〜７ｃでバルブ側部材９が駆動されるようになっている。すなわち、図２では、低単位カム部７ａ，７ｂ，７ｃが駆動単位カム部になっている。

そして、バルブ側部材９を駆動する単位カム部を低単位カム部７ａ〜７ｃから高単位カム部６ａ〜６ｃに移行させるに当たっては、矢印Ｘで示すように、第１カム部ユニット５ａにおける低単位カム部６ａの頂点がバルブ側部材９に当たっている状態を外筒３のスラド開始の始点（位相角０°＝３６０°）として、この状態から外筒３の右向き移動を開始して、外筒３が１２０度回転する間に、各カム部ユニット５ａ，５ｂ，５ｃを２Ｗだけ移動させることにより、各カム部ユニット５ａ，５ｂ，５ｃの駆動単位カム部が、低単位カム部７ａ，７ｂ，７ｃから高単位カム部６ａ，６ｂ，６ｃに切り替わる。

この外筒３の左向きスライドにおいて、螺旋溝１１は外周の約１２０（位相０°から１２０°）の範囲に形成されているので、第１カム部ユニット５ａでは、外筒３が約６０°回転すると全スライド量（バルブ側部材９の左端部が高単位カム部６ａの左端部に到達するまでの距離（２Ｗ）の１／２の距離だけ移動し、この間でバルブ側部材９と第１カム部ユニット５ａの摺接面はベース円８に移行しきる。

第１カム部ユニット５ａでは、低単位カム部７ａの左右幅は２Ｗで、高単位カム部７ａの幅の略２倍あるため、外筒３が６０度が回転する間では、バルブ側部材９は低単位カム部６ａに当接した状態のままであり、バルブ側部材９が高単位カム部６ａと緩衝することはない。

すなわち、第１カム部ユニット５ａでは、外筒３が横移動を開始してから約６０°の範囲で、バルブ側部材９が、低単位カム部７ａ上を摺接しながら低単位カム部７ａと高単位カム部６ａとの境界線１４ａに向けて相対移動するが、外筒３が６０°を越えて回転してバルブ側部材９が境界線１４ａを超えるときに、バルブ側部材９はベース円８に到達している。

従って、バルブ側部材９が高単位カム部６ａに衝突（干渉）することはなくて、高単位カム部６ａ低単位カム部７ａから高単位カム部６ａへの移行がスムースに行われる。逆に見ると、外筒３が約６０°だけ回転する範囲でバルブ側部材９が低単位カム部７ａから境界線１４を越えて高単位カム部６ａに移行することがないように、低単位カム部７ａの幅寸法Ｗ１とバルブ側部材９の幅寸法Ｗとの関係を設定している。

第２カム部ユニット５ｂは、第１カム部ユニット５ａのカムプロフィールに対して位相が１２０°遅れている。従って、カム部ユニット５ｂが移動開始した時点では、バルブ側部材９はベース円８に摺接しており、外筒３が約６０°回転すると、全スライド量の１／２の距離（バルブ側部材９の軸方向の幅寸法）だけ移動するので、バルブ側部材９は、低単位カム部７ｂと高単位カム部６ｂとの境界線１４ｂを既に通過している。

すなわち、第２カム部ユニット５ｂでは、低単位カム部７ｂがベース円８上を摺接している間に、バルブ側部材９は境界線を１４ｂを越えて高単位カム部６ｂに移行するのであり、従って、バルブ側部材９が高単位カム部６ｂに衝突することはない。そして、残りの６０°回転してＷだけ移動すると、バルブ側部材９は高単位カム部６ｂ上を摺接して、高単位カム部６ｂの左端部に位置してスライドが完了する。

第３カム部ユニット５ｃは、第１カム部ユニット５ａのカムプロフィールに対して位相が２４０°遅れている。従って、外筒３が移動を開始してから約１８０°の間は、バルブ側部材９はベース円８上に摺接した状態になっており、外筒３が約１２０°回転する間に、バルブ側部材９は、ベース円８上を摺接した状態で境界線１４ｃを通過し、高単位カム部６ｃに摺接し得る部位への移動が終了している。従って、バルブ側部材９が高単位カム部６ｃに衝突するようなことはなくて、低単位カム部７ｃから高単位カム部６ｃへの切替えがスムースに行われる。第３カム部ユニット５ｃでは、全体の幅寸法が３Ｗであれば良い。

(3).高リフト状態から低リフト状態への切り換えの第１態様
高リフト状態から低リフト状態への切り換え態様は、図２に矢印Ｙで示す手順で行われる。すなわち、第３カム部ユニット５ｃの箇所においてバルブ側部材９が高単位カム部６ｃの頂点に当たっている状態をスライド開始点として、外筒３が１２０度回転する間に右向きスライドが完了するようになっている。

この場合、第３カム部ユニット５ｃの箇所では、バルブ側部材９が、全スライド量（＝２Ｗ）の１／２、すなわちＷ（バルブ側部材９の軸方向の幅寸法）だけ移動し、外筒３が横移動を開始してから約６０°の範囲で、バルブ側部材９が高単位カム部６ｃ上を摺接していき、外筒３が６０°を越えて回転してバルブ側部材９が境界線１４ｃを越えるときには、バルブ側部材９はベース円８上に到達している。従って、バルブ側部材９は、高単位カム部６ｃから低単位カム部７ｃに落ちることなく、高単位カム部６ｃから低単位カム部７ｃへの切り換えがスムースに行われる。

第１カム部ユニット５ａでは、スライド開始時点では、バルブ側部材９はベース円８に摺接している。そして、高単位カム部６ａの軸方向幅寸法はＷであるが、外筒３が６０°回転した段階で、バルブ側部材９は、高単位カム部６ａと低単位カム部７ａとの境界線１４ａを通過しており、それから低単位カム部７ａへの摺接に移行して６０°回転すると、バルブ側部材９は、低単位カム部７ａを左から右に移行していき、回転開始から１２０度を経過すると、バルブ側部材９は低単位カム部７ａの右端部に到達してスライドは終了する。従って、第１カム部ユニット５ａの箇所でも、バルブ側部材９が低単位カム部７ａに落ち込むような不具合を招来することなく、切り換えはスムースに行われる。

第２カム部ユニット５ｂの箇所では、外筒３の移動が開始してから終了するまで、バルブ側部材９はベース円８に摺接しており、バルブ側部材９は、ベース円８に摺接した状態で、高単位カム部６ｂと低単位カム部７ｂとの境界線１４ｂを通過する。従って、高単位カム部６ｂから低単位カム部７ｂへの切り換えはスムースに行われる。

(4).切替えの第２態様
図３では、第１実施形態における切替えの第２態様を示している。第１態様では、外筒３が１２０°回転する間に切替えが完了したが、この第２態様では、外筒３が２４０°回転する間に、各カム部ユニット５ａ，５ｂ，５ｃの移動が終了するように設定されている。

まず、低単位カム部７ａ，７ｂ，７ｃから高単位カム部６ａ，６ｂ，６ｃへの切替えを説明する。この第２態様では、外筒３の回転は、第２カム部ユニット５ｂのカム部６ｂ，７ｂが真上を向いている状態から開始される。

外筒３の回転開始時点において、第１カム部ユニット５ａでは、単位カム部６ａ，７ａは斜め下方を向いていて、バルブ側部材９はベース円８に当接しており、外筒３が１２０°回転する間に、バルブ側部材９は、低単位カム部７ａを摺接しつつＷの距離を横移動する。

一方、外筒３が１２０°回転すると、バルブ側部材９は低単位カム部７ａと高単位カム部６ａとの境界線１４ａに到達するが、低単位カム部７ａは２Ｗの幅があるため、外筒３が１２０°回転した段階では、バルブ側部材９は低単位カム部７ａから外れて、ベース円８に移行しきっている。従って、バルブ側部材９が高単位カム部６ａに衝突することはなくて、低単位カム部７ａから高単位カム部６ａへの切替えがスムースに行われる。

第２カム部ユニット５ｂの箇所では、既述のとおり、外筒３が回転を開始した時点では、単位カム部６ｂ，７ｂは真上を向いていて、バルブ側部材９はベース円８に当接している。従って、バルブ側部材９は、外筒３の回転に伴ってベース円８を摺接しながら横移動していくが、外筒３が１２０度回転すると、バルブ側部材９は、高単位カム部６ｂと低単位カム部７ｂとの境界線１４ｂを通過しきっており、外筒３が１２０°回転した後は、バルブ側部材９は、ベース円８を経由して高単位カム部６ａに移行し、高単位カム部６ｂを摺接しつつ左方向に横移動していく。

そして、外筒３の２４０°の回転が終了すると、外筒３は高単位カム部６ｂの左端に位置する。従って、第２カム部ユニット５ｂにおける低単位カム部７ｂから高単位カム部６ｂの切替えがスムースに行われる。

第３カム部ユニット５ｃの箇所では、外筒３の回転が開始した時点では、バルブ側部材９は低単位カム部７ｃから外れた後であり、その後、外筒３が２４０°回転する間、バルブ側部材９はずっとベース円８に摺接したままであり、バルブ側部材９は、ベース円８を摺接しつつ、低単位カム部７ｃと高単位カム部６ｃとの境界線１４ｃを通過する。

そして、外筒３が２４０°回転した段階でも、バルブ側部材９はベース円８の左端部に位置している。従って、第３カム部ユニット５ｃの箇所においても、低単位カム部７ｃから高単位カム部６ｃへの切替えはスムースに行われる。

高単位カム部６ａ，６ｂ，６ｃから低単位カム部７ａ，７ｂ，７ｃの切替えは、第１カム部ユニット５ａにおいて単位カム部６ａ，７ａが真上に向いた状態を始点として行われる。

高単位カム部６ａから低単位カム部７ａへの切替えにおいて、外筒３が１２０°回転すると、第１カム部ユニット５ａでは、外筒３が高低単位カム部６ａ，７ａの境界線１４ａを通過しきるが、第１カム部ユニット５ａでは、外筒３が回転を開始してから１２０°の範囲ではバルブ側部材９がベース円８に摺接した状態が保持されるため、バルブ側部材９は、ベース円８に摺接した状態で境界線１４ａを通過する。従って、高単位カム部６ａから低単位カム部７ａへの切替えは、スムースに行われる。

第２カム部ユニット５ｂの箇所では、外筒３が回転を開始した時点では、外筒３は高単位カム部６ｂを外れてベース円８に移行した直後であり、その後は、外筒３が２４０°回転する間中、外筒３はベース円８に摺接した状態で横移動する。従って、バルブ側部材９は、ベース円８を摺接した状態で、高低単位カム部６ｂ，７ｂの境界線１４ｂを通過する。従って、第２カム部ユニット５ｂの箇所でも、高単位カム部６ｂから低単位カム部７ｂへの切替えは支障なくスムースに行われる。

第３カム部ユニット５ｃの箇所では、外筒３が回転を開始した時点でバルブ側部材９はベース円８に当接しており、外筒３の回転に連れて、外筒３は高単位カム部６ｃを摺接しながら横移動する。そして、外筒３が１２０°回転すると、バルブ側部材９は高単位カム部６ｃを外れてベース円８に移行し、その後、高低単位カム部６ｃ，７ｃの境界線１４ｃを通過する。従って、第３カム部ユニット５ｃの箇所でも、高単位カム部６ｃから低単位カム部７ｃへの切替えは、支障なくスムースに行われる。

この第２態様では、外筒３が２４０°が回転する間に切替えが行われるため、外筒３の単位回転角度当たりのバルブ側部材９の移動距離は、第１態様よりも少なくなる。従って、バルブ側部材９とカム部ユニット５ａ，５ｂ，５ｃとの間の滑りを滑らかにできる。また、図１に示した案内溝１１は、低単位カム部７ａ，７ｂ，７ｃから高単位カム部６ａ，６ｂ，６ｃへの切替え用のものと、高単位カム部６ａ，６ｂ，６ｃから低単位カム部７ａ，７ｂ，７ｃへの切替え用のものとは軸方向にずらして形成されるため、２つの案内溝１１の形成位置の自由性が向上する。

第１実施形態は、カム部ユニット５ａ，５ｂ，５ｃの横幅を全体として３Ｗに設定して、外筒３の移動ストロークを２Ｗに設定しているが、高単位カム部６ａ，６ｂ，６ｃを３Ｗの寸法に設定して、外筒３の移動ストロークを３Ｗに設定してもよい。

(5).第２実施形態
図４に示す第２実施形態では、３気筒内燃機関において、バルブリフト量を高・中・低の３段階に切り換えできる動弁装置に適用している。従って、この実施形態では、高単位カム部６ａ〜６ｃと低単位カム部７ａ〜７ｃとの間に、中単位カム部１５ａ〜１５ｃが存在している。

そして、この実施形態では、バルブ側部材９の横幅をＷとしたとき、まず、第１カム部ユニット５ａにおいては、高単位カム部６ａは略２Ｗの幅寸法で、中単位カム部１５ａはＷの幅寸法、低単位カム部７ａの幅寸法は略２Ｗに前提されている。第２カム部ユニット５ｂの箇所では、高単位カム部６ａはＷの幅寸法、中単位カム部１５ａは３Ｗの幅寸法、低単位カム部６ａはＷの幅寸法になっている。更に、第３カム部ユニット５ｃでは、高単位カム部６ａと低単位カム部７ｃとは２Ｗで、中単位カム部１５ｃはＷの幅寸法になっている。

この実施形態では、低単位カム部７ａ〜７ｃから中単位カム部１５ａ〜１５ｃへの移行は、第１カム部ユニット５ａにおいてバルブ側部材９が低単位カム部６ａの頂点に当たっている状態を開始位置として、外筒３が１２０度回転する範囲で行われる。各カム部ユニット５ａ，５ｂ，５ｃの全幅は５Ｗであるので、バルブ側部材９の移動ストロークは４Ｗの寸法になる。

(6).第２実施形態におけるリフト量増加の切替え
この実施形態では、外筒３は、６０°の回転でＷの距離だけ移動する。そして、低単位カム部７ａ，７ｂ，７ｃから中単位カム部１５ａ〜１５ｃへの切替えは、第１カム部ユニット５ａおいて高低単位カム部６ａ，７ａが下向きになっている姿勢を始点として、外筒３が１２０°回転する範囲で行われる。

また、中単位カム部１５ａ〜１５ｃから高単位カム部６ａ，６ｂ，６ｃへの切替えは、第２カム部ユニット５ｂにおいて高低単位カム部６ｂ，７ｂが真下を向いている姿勢を始点として、外筒３が１２０°回転する範囲で行われる。低単位カム部７ａ，７ｂ，７ｃから高単位カム部６ａ，６ｂ，６ｃへの切替えは両者を複合させたものであり、第１カム部ユニット５ａおいて高低単位カム部６ａ，７ａが下向きになっている姿勢を始点として、外筒３が２４０°回転する範囲で行われる。

低単位カム部７ａ，７ｂ，７ｃから中単位カム部１５ａ〜１５ｃへの切替えにおいて、第１カム部ユニット５ａでは、低単位カム部７ａは２Ｗの幅であるため、外筒３が６０°回転すると、バルブ側部材９は低単位カム部７ａの左端に移行するが、この段階ではバルブ側部材９はベース円８に移行している。従って、バルブ側部材９は、ベース円８において、低中単位カム部７ａ，１５ａの境界線１４ａを通過する。従って、低単位カム部７ａから中単位カム部１５ａへの切替えは、支障なくスムースに行われる。

更に、中単位カム部１５ａから高単位カム部６ａに移行するに際しては、バルブ側部材９がベース円８に摺接している状態で開始するが、１２０°回転する間、バルブ側部材９はベース円８に摺接した状態が維持されている。従って、バルブ側部材９は、ベース円８に摺接した状態で、中単位カム部１５ａと高単位カム部６ａとの境界線１６ａを通過する。従って、中単位カム部１５ａから高単位カム部６ａへの切替えは、支障なくスムースに行われる。

第２カム部ユニット５ｂの箇所では、低単位カム部７ｂから中単位カム部１５ｂへの切替えは、バルブ側部材９がベース円８に当たっている状態から開始する。そして、バルブ側部材９がＷだけ移動すると、バルブ側部材９は、低中単位カム部７ｂ，１５ｂの境界線１４ｂを通過しきるが、外筒３が６０°回転するとバルブ側部材９はＷだけ移動するため、低単位カム部７ｂから中単位カム部１５ｂへの切替えはスムースに行われる。

第２カム部ユニット５ｂにおいて、中単位カム部１５ｂから高単位カム部６ｂへの切替えは、バルブ側部材９が中単位カム部１５ｂの中間部に当接した状態から開始されるが、中単位カム部１５ｂは３Ｗの幅があって、外筒３が１２０°回転する範囲で、バルブ側部材９はベース円８に摺接しているため、バルブ側部材９は、ベース円８を摺接しつつ、中高単位カム部１５ｂ，６ｂの境界線１６ｂを通過する。従って、第２カム部ユニット５ｂにおいても、中単位カム部１５ｂから高単位カム部６ｂへの切替えはスムースに行われる。

第３カム部ユニット５ｃの箇所では、低単位カム部７ｃから中単位カム部１５ｃへの切替えは、バルブ側部材９がベース円８に当接している状態から開始するが、外筒３が１２０°回転する範囲では、バルブ側部材９はベース円８に摺接した状態が維持されている。従って、バルブ側部材９は、ベース円８を摺接した状態で低中単位カム部７ｃ，１５ｃの境界線１４ｃを通過する。従って、低単位カム部７ｃから中単位カム部１５ｃへの切替えはスムースに行われる。

第３カム部ユニット５ｃにおいて、中単位カム部１５ｃから高単位カム部６ｃへの切替えは、バルブ側部材９がベース円８に当たっている状態から開始するが、外筒３が６０°回転する間は、バルブ側部材９がベース円８に摺接している状態が維持されている一方、中単位カム部１５ｃはＷの幅であって、外筒３が６０°回転する間にバルブ側部材９は中単位カム部１５ｃを通過してしまうため、バルブ側部材９は、ベース円８を摺接しつつ中高単位カム部１５ｃ，６ｃの境界線１６ｃを通過する。

従って、第３カム部ユニット５ｃにおいても、低単位カム部７ｃから中単位カム部１５ｃへの切替え、及び、中単位カム部１５ｃから高単位カム部６ｃへの切替えはスムースに行われる。

(7).第２実施形態におけるリフト量低下の切替え
第２実施形態において、リフト量を低下させる切替え制御の例は図５に表示している。リフト量増加の切替え制御と裏腹の関係で、高単位カム部６ａ，６ｂ，６ｃから中単位カム部１５ａ〜１５ｃへの切替え、及び、中単位カム部１５ａ〜１５ｃから低単位カム部７ａ，７ｂ，７ｃへの切替えは、それぞれ外筒３を１２０°回転させることによって行われ、高単位カム部６ａ，６ｂ，６ｃから低単位カム部７ａ，７ｂ，７ｃへの切替えは、両者を複合させて、外筒３を２４０°回転させる間に行われる。

高単位カム部６ａ，６ｂ，６ｃから中単位カム部１５ａ〜１５ｃへの切替えは、第１カム部ユニット５ａにおいて単位カム部６ａ，１５ａ，７ａが真下を向いている状態を始点として行われる。

そして、第１カム部ユニット５ａでは、回転開始してから１２０°を経過すると、バルブ側部材９が高単位カム部６ａから外れるが、この時点で、バルブ側部材９はベース円８に移行している。従って、バルブ側部材９はベース円８において、高中単位カム部６ａ，１５ａの境界線１６ａの境界線を通過する。従って、高単位カム部６ａから中単位カム部１５ａへの切替えはスムースに行われる。

第１カム部ユニット５ａにおいて、中単位カム部１５ａから低単位カム部７ａへの切替えが行われている間、バルブ側部材９はベース円８に摺接している。従って、バルブ側部材９は、ベース円８に摺接した状態で、中低単位カム部１５ａ，７ａの境界線１４ａを通過する。従って、中単位カム部１５ａから低単位カム部７ａへの切替えをスムースに行える。

第２カム部ユニット５ｂにおいては、外筒３が回転を開始した時点では、バルブ側部材９はベース円８に当たっており、６０°回転する範囲では、バルブ側部材９がベース円８に摺接している状態が維持される。そして、６０°回転すると、バルブ側部材９は中単位カム部１５ｂに移行する。従って、バルブ側部材９は、ベース円８に摺接した状態では、高中単位カム部６ｂ，１５ｂの境界線１６ｂを通過する。

中単位カム部１５ｂから低単位カム部７ｃへの移行は１２０°の範囲で行われるが、この範囲では、バルブ側部材９はベース円８に摺接している状態が保持されている。従って、第２カム部ユニット５ｂでも、高単位カム部６ｂから中単位カム部１５ｂへの切替え、及び、中単位カム部１５ｂから低単位カム部７ｂへの切替えがスムースに行われる。

第３カム部ユニット５ｃにおいても同様であり、図面から明瞭に把握できるように、バルブ側部材９が高単位カム部６ｃから中単位カム部１５ｃに移行するにおいては、バルブ側部材９は、ベース円８に摺接した状態では、高中低単位カム部１５ｂ，７ｃの境界線１４ｃを通過する。また、中単位カム部１５ｃから低単位カム部７ｃに移行するにおいては、外筒３が６０°回転する間は、バルブ側部材９はベース円８に摺接しているため、バルブ側部材９は、ベース円８を摺接しつつ、中低単位カム部１５ｃ，７ｃの境界線１４ｃを通過する。

(8).第３実施形態
第６，７では、４気筒内燃機関に適用した第３実施形態を示している。この実施形態では、第１〜第４の気筒に対応して第１〜第４のカム部ユニット５ａ〜５ｄを備えており、第１カム部ユニット５ａ〜５ｄは、９０度の位相で順次ずれている。第１カム部ユニット５ａと第２カム部ユニット５ｂとは位相が９０°ずれて、第２カム部ユニット５ｂと第３カム部ユニット５ｃとは位相が１８０°ずれている。第３カム部ユニット５ｃと第４カム部ユニット５ｄとは位相が２７０°（−９０°）ずれて、第４カム部ユニット５ｄと第１カム部ユニット５ａとは、位相が１８０°ずれている。

そして、バルブ側部材９の幅Ｗを基準にして、第１及び第２のカム部ユニット５ａ，５ｂでは、高単位カム部６ａ，６ｂが３Ｗで、低単位カム部７ａ，７ｂが２Ｗとなっており、第３及び第４のカム部ユニット５ｃ，５ｄでは、高単位カム部６ｃ，６ｄがＷで、低単位カム部７ｃ，７ｄが４Ｗになっている。従って、外筒３は４Ｗの寸法だけ移動する。

この実施形態では、低単位カム部７ａ〜７ｄから高単位カム部６ａ〜６ｄへの切替えは、第１カム部ユニット５ａにおいて単位カム部６ａ，７ａが真下を向いている姿勢を始点として行い、外筒３を３６０°回転させることによって行われる。

そして、第１カム部ユニット５ａでは、外筒３が９０度回転した時点で、バルブ側部材９はベース円８に移行する。第３カム部ユニット５ａでは、移行開始から９０度までの範囲ではバルブ側部材９はベース円８を滑り移動し、９０度を経過してから、低単位カム部７ｃを経由して高単位カム部６ａに移行する。第２及び第４のカム部ユニット５ｂ，５ｄでは、バルブ側部材９は移動の開始から終了までベース円８に当たっている。従って、いずれのカム部ユニット５ａ〜５ｄにおいても、バルブ側部材９は、ベース円８を摺接しつつ境界線１４ａ〜１４ｄを通過する。

高単位カム部６ａ〜６ｄから低単位カム部７ａ〜７ｄへの移行は、図７に示すように、バルブ側部材９の動きに示すように、第１カム部ユニット５ａにおいて単位カム部６ａ，７ａが横向きで、第３カム部ユニット５ｃにおいて単位カム部６ｃ，７ｃが上向き姿勢の状態を始点として、３６０°の回転範囲に行われる。

第１カム部ユニット５ａでは、バルブ側部材９はベース円８に当たった状態で開始し、高単位カム部６ａを経由してからベース円８に移行し、次いで、低単位カム部７ａに移行する。そして、バルブ側部材９は、ベース円８を摺接しつつ高低単位カム部６ａ，７ａの境界線１４ａを通過する。

第２カム部ユニット５ｂでは、バルブ側部材９は、高単位カム部６ｂから出発し、ベース円８を経由して低単位カム部７ｂに移行する。そして、バルブ側部材９は、ベース円８を摺接しつつ高低単位カム部６ｂ，７ｂの境界線１４ｂを通過する。

第３及びカム部ユニット５ｃ，５ｄでは、バルブ側部材９は、ベース円８から出発し、バルブ側部材９は、ベース円８を摺接しつつ高低単位カム部６ｂ，７ｂの境界線１４ｃ，１４ｄを通過してから、低単位カム部７ｃ，７ｄに移行する。

(9).その他
以上、３気筒及び直列４気筒の内燃機関に適用した例を説明したが、本願発明は、直列６気筒内燃機関や、Ｖ型６気筒などの他の多気筒内燃機関にも適用できる。外筒のスライド手段としては、実施形態のような案内溝（カム溝）とピンとのみ組み合わせには限らず、ギアのシフターと同様の機構なども採用可能である。

各単位カム部の幅寸法の設定は、バルブ側部材の幅寸法、カム軸の所定の回転角当りの外筒の移動距離、気筒数により、適宜変更可能である。また、カム軸前端にカム位相を可変とするＶＶＴ装置が装着される場合においてもクランク回転に対するカムの回転位相が螺旋溝と一体でずれるだけなので、アクチュエータのピンの出入りタイミングを位相の変化に合わせて変化させることでそのまま成立する。

本願発明は、多気筒内燃機関の動弁装置に具体化できる。従って、産業上利用できる。

１ カム軸
２ 芯軸
３ 外筒
４ 軸受け部
５ａ，５ｂ，５ｃ，７ｄ カム部ユニット
６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ 高単位カム部
７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ 低単位カム部
８ ベース円
９ バルブ側部材（例えばロッカーアーム）
１１ スライド手段を構成する螺旋溝
１２ アクチュエータ
１３ ピン
１４ａ〜１４ｄ，１６ａ〜１６ｄ 単位カム部間の境界線
１５ａ〜１５ｄ 中単位カム部

Claims (1)

1. クランク軸に連動して回転するカム軸のうち、複数の気筒毎に対応した複数箇所に、ベース円からの突出高さが異なる単位カム部によって構成されたカム部ユニットが、周方向に位相をずらした状態で配置されていて、
   前記各カム部ユニットは、前記カム軸が所定角度回転する間に軸方向に所定寸法だけ移動すると、ロッカーアームその他のバルブ側部材に摺接する駆動単位カム部が切替えられて、バルブのリフト量が変更されるようになっており、
   かつ、前記各カム部ユニットを所定寸法だけ同時に移動させて、各カム部ユニットにおける駆動単位カム部の切替えを順次行えるようになっている構成であって、
   前記各カム部ユニットが所定寸法だけ同時に移動するときに、前記バルブ側部材が、必ず隣り合った単位カム部の境界線上において前記ベース円上を通過するように、前記各カム部ユニットにおける各単位カム部の軸方向の幅寸法の比率を設定しており、
   これにより、前記バルブ側部材と単位カム部との干渉を起こすことなく、前記駆動単位カム部の切替えが１つのカム部ユニットから他のカム部ユニットに順次行えるようになっている、
   多気筒内燃機関のバルブリフト量可変式動弁装置。

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