JP5901315B2

JP5901315B2 - 内燃機関

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Publication number: JP5901315B2
Application number: JP2012018514A
Authority: JP
Inventors: 白井　克彦; 克彦白井
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2012-01-31
Filing date: 2012-01-31
Publication date: 2016-04-06
Anticipated expiration: 2032-01-31
Also published as: JP2013155709A

Description

本発明は、気筒休止システムを備えた内燃機関に関するものである。

従来より、走行に必要なトルクが小さい低負荷運転時に、一部のシリンダの燃焼サイクルを休止して燃費を改善する、すなわち運転する気筒を一時的に減らして燃費を向上させる、いわゆる気筒休止システムが知られている（例えば、特許文献１を参照）。気筒休止システムの一例として、カムシャフトとカムとの接続及び非接続を切り換えるクラッチ機構をカムシャフトに内蔵しておき、このクラッチ機構を制御することでカムシャフトとカムとの接続状態を切り換えるようにしたものが考えられている。すなわち、休止させる気筒のカムとカムシャフトとを非接続状態にしてバルブの動作を止めるとともに、燃料噴射（及びこれに伴う吸気、燃焼）を止めるようにしている。

ところが、このようなものであると、カムシャフトの径が大きくなってカムシャフトとカムとの摺動面積が大きくなり、減筒運転時における摺動抵抗が大きくなるという問題が生じる。

実開昭６０−１７３６４５号

本発明は、減筒運転時におけるカムシャフトとカムとの摺動抵抗を大きくすることなく、比較的簡単な構造で気筒休止システムを実現できる内燃機関を提供することを目的としている。

本発明は、以上のような課題を解決するために、次のような構成を採用したものである。すなわち、本発明に係る内燃機関は、全体が回転して全気筒のバルブを駆動する状態と、一部が切り離され当該一部が回転せず当該一部と係わり合う一部の気筒のバルブを駆動しない状態とを切り換えることができるカムシャフトを備えるものであって、前記カムシャフトは、クランクシャフトから回転駆動力の伝達を受けるドライブ側シャフトと、前記ドライブ側シャフトから回転駆動力の伝達を受けるドリブン側シャフトと、前記ドリブン側シャフトと一体的に回転するとともに、前記ドライブ側シャフト及びドリブン側シャフトに対し相対的に軸線方向に沿って変位可能であるドリブンピースと、前記ドライブ側シャフトの軸端部及び当該軸端部と向かい合う前記ドリブンピースの軸端部に跨って設けられ、ドリブンピースの軸端部がドライブ側シャフトの軸端部に近接したときに係わり合ってドリブンピースのドライブ側シャフトに対する軸線回りの相対的な角度差をなくする爪クラッチと、前記ドリブン側シャフト及び前記ドリブンピースと一体的に回転するとともに、前記ドライブ側シャフト、ドリブン側シャフト及びドリブンピースに対し相対的に軸線方向に沿って変位可能であり、ドリブンピースのドライブ側シャフトに対する軸線回りの相対的な角度差をなくした後にドライブ側シャフトに対してキー結合またはスプライン結合するとともに、ドライブ側シャフトから離間してキー結合またはスプライン結合を解消しつつドリブンピースを軸線方向に沿って変位させてドライブ側シャフトから離間させることで回転駆動力の伝達を遮断することができるスリーブとを具備している。

このようなものであれば、カムシャフトを切り離し状態にすることで、休止する気筒に対応するカムを完全に停止させることができる。そのため、従来のものに比べて、減筒運転時におけるカムとカムシャフトとの摺動抵抗を低減することができる。そして、比較的簡単な構造で気筒休止システムを実現でき、燃費を向上させることができる。

前記スリーブの外周面には、周方向に沿って延伸するとともに、当該スリーブの回転に伴い軸線方向の位置が徐々に変位する凹溝が形成されており、アクチュエータから突出する突起が前記凹溝に係わり合うことで前記スリーブが軸線方向に沿って前記ドライブ側シャフトから離間する側に変位するものであり、前記凹溝は、ドリブン側シャフトに組み付けられているあるカムのカムノーズから、当該ドリブン側シャフトが回転駆動力の伝達を受けて回転する方向に沿って次にバルブに接触するカムローブの裾までの間の角度の範囲に亘って延伸しているものが好ましい。

ここで「カムノーズ」とは、カムローブ（カム山）の最高点（頂点）を指し、カムがバルブを駆動するとき、タペットやロッカーアームに接して最大バルブリフトとなる部分である。

本発明は、以上のような構成であるから、減筒運転時におけるカムシャフトとカムとの摺動抵抗を大きくすることなく、比較的簡単な構造で気筒休止システムを実現することができる。

本発明の適用対象となる車両用内燃機関の概要を示す図。同内燃機関の要部を示す図。同内燃機関の各気筒の行程を説明する図。同内燃機関の制御を司る制御部のハードウェア資源構成を示す図。同内燃機関の吸気カムシャフトの作動を説明する図。同内燃機関の吸気カムシャフトの作動を説明する図。同内燃機関の吸気カムシャフトの作動を説明する図。同内燃機関のスリーブの作動を説明する図５対応図。同内燃機関のスリーブの作動を説明する図６対応図。同内燃機関の吸気カムシャフトの作動を説明する図。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態の適用対象である車両用内燃機関１の概要を示す。本実施形態における内燃機関１は、例えば直列４気筒のダブルオーバーヘッドカムシャフト（ＤＯＨＣ）形式のガソリンエンジンであり、同図では、４気筒あるうちの任意の１気筒の概略構成を示している。

この内燃機関１は、シリンダブロックとシリンダヘッド５とを備えてなり、シリンダブロックは、ピストン７が往復動作するシリンダボア９を備え、シリンダヘッド５は燃焼室１１を備える。シリンダヘッド５には、吸気ポート１３と排気ポート１５とが形成してあり、吸気ポート１３と排気ポート１５とは、燃焼室１１の天井部分のほぼ中央に取り付けられる点火プラグ１７を中心として対向配置されて、１気筒あたりそれぞれ２ヶ所で燃焼室１１に通じるように開口するものである。

吸気ポート１３は、吸気バルブ１９により閉止され、吸気カムシャフト２１が回転することにより吸気バルブ１９が作動して開放される。一方、排気ポート１５は、排気バルブ２３により閉止され、排気カムシャフト２５が回転することにより排気バルブ２３が作動して開放されるものである。換言すれば、各気筒２７は、点火プラグ１７が設けられた位置を境に配置された一対の吸気バルブ１９と、一対の排気バルブ２３とを備えてなる。これら吸気バルブ１９は、吸気カムシャフト２１に設けられた吸気カム２９にその上部がそれぞれ摺接しており、吸気カムシャフト２１の回転により吸気カム２９の回転に応じて所定のタイミングで開閉する。また、これら排気バルブ２３は、排気カムシャフト２５に設けられた排気カム３１にその上部がそれぞれ摺接しており、排気カムシャフト２５の回転により排気カム３１の回転に応じて所定のタイミングで開閉する。なお、本実施形態における内燃機関１では、クランクスプロケット３３、吸気側スプロケット３５及び排気側スプロケット３７にタイミングチェーン３９を巻き掛け、このタイミングチェーン３９によりクランクシャフト４１からもたらされる回転駆動力を吸気側スプロケット３５を介して吸気カムシャフト２１に伝達するとともに、前記回転駆動力を排気側スプロケット３７を介して排気カムシャフト２５に伝達するようにしている。

吸気カムシャフト２１は、図２に示すように、クランクシャフト４１から回転駆動力の伝達を受けるドライブ側シャフト４３と、前記ドライブ側シャフト４３から回転駆動力の伝達を受けるドリブン側シャフト４５と、前記ドライブ側シャフト４３及びドリブン側シャフト４５に対し相対的に軸線方向に沿って変位可能であるドリブンピース４７と、前記ドライブ側シャフト４３の軸端部及び当該軸端部と向かい合う前記ドリブンピース４７の軸端部に跨って設けられる爪クラッチ５０と、前記ドリブン側シャフト４５及び前記ドリブンピース４７と一体的に回転するとともに、前記ドライブ側シャフト４３、ドリブン側シャフト４５及びドリブンピース４７に対し相対的に軸線方向に沿って変位可能なスリーブ４９とを備えたものである。そして、この吸気カムシャフト２１は、ドライブ側シャフト４３とドリブン側シャフト４５とがドリブンピース４７及びスリーブ４９を介して機械的に接続される接続状態と、ドライブ側シャフト４３とドリブン側シャフト４５とが機械的に切り離された切り離し状態とをとり得る。

ドライブ側シャフト４３は、軸状をなすもので、一端側が前記吸気側スプロケット３５に取り付けられ、固定されている。ドライブ側シャフト４３の他端側には、ドリブンピース４７と連結するための爪クラッチ５０を形成するカム面５１を備えている。また、このドライブ側シャフト４３の外周面には、スリーブ４９と連結するための突起５３が設けられている。この突起５３は、ドライブ側シャフト４３に対するスリーブ４９の軸心方向への移動を許容しつつ回転動作を抑制するものであり、具体的には、前記カム面５１の基端部分よりも一端側に設けられ、前記ドライブ側シャフト４３の軸方向に伸びる横断面視矩形状をなすキーである。ドライブ側シャフト４３には、第１気筒２７ａの吸気カム２９ａと、第２気筒２７ｂの吸気カム２９ｂとが設けられている。

ドリブン側シャフト４５は、前記ドライブ側シャフト４３と同じ径を有する軸状をなすもので、一端側がシリンダヘッド５に取り付けられ、固定されている。ドリブン側シャフト４５の他端側には、弾性体を介してドリブンピース４７が配される。詳述すれば、ドリブン側シャフト４５の他端側は、このドリブン側シャフト４５とドリブンピース４７との間に配される前記弾性体である圧縮コイルスプリング５５の一端側を受けるようになっている。また、このドリブン側シャフト４５の外周面には、スリーブ４９と連結するための突起５７が設けられている。この突起５７は、ドリブン側シャフト４５に対するスリーブ４９の軸心方向への移動を許容しつつ回転動作を抑制するものであり、具体的には、ドリブン側シャフト４５の他端側に設けられ、前記ドリブン側シャフト４５の軸方向に伸びる横断面視矩形状をなすキーである。ドリブン側シャフト４５には、第３気筒２７ｃの吸気カム２９ｃと、第４気筒２７ｃの吸気カム２９ｃとが設けられている。

ドリブンピース４７は、前記ドリブン側シャフト４５と一体的に回転するもので、ドライブ側シャフト４３とドリブン側シャフト４５との間に配されている。ドリブンピース４７は、前記ドライブ側シャフト４３及びドリブン側シャフト４５と同じ径を有する軸状をなすもので、スリーブ４９の内部に軸方向に移動可能に配されている。ドリブンピース４７の一端側は、前記圧縮コイルスプリング５５の他端側を受けるようになっている。一方、ドリブンピース４７の他端側には、ドライブ側シャフト４３と連結するための爪クラッチ５０を構成するカム面５９を備えている。また、このドリブンピース４７の外周面には、スリーブ４９と連結するための突起６１が設けられている。この突起６１は、ドリブンピース４７とスリーブ４９との軸心方向への相対移動を許容しつつ回転動作を抑制するものであり、具体的には、ドリブンピース４７の軸方向に伸びる横断面視矩形状をなすキーである。このドリブンピース４７の外周面には、スリーブ４９から軸方向に所定以上突出しないようにするための位置決め用突部６３が設けられている。この位置決め用突部６３は、ドリブンピース４７とスリーブ４９との軸心方向への相対位置を規定するものであり、具体的には、前記突起６１と軸心を挟んで反対側に設けられ、この軸心に直交する方向に突出するものである。

爪クラッチ５０は、前記ドライブ側シャフト４３の軸端部及び当該軸端部と向かい合う前記ドリブンピース４７の軸端部に跨って設けられるもので、ドリブンピース４７の軸端部がドライブ側シャフト４３の軸端部に近接したときに係わり合ってドリブンピース４７のドライブ側シャフト４３に対する軸線回りの相対的な角度差をなくすものである。この爪クラッチ５０は、例えばスパイラル爪と呼ばれ、定められた位置方向の回転しかドリブン側シャフト４５側に伝達せず、逆回転では空回りになるもので、連結時に軸方向への移動を位相合わせ回転に変えることができるものである。

スリーブ４９は、ドライブ側シャフト４３、ドリブン側シャフト４５及びドリブンピース４７の外周の一部または全部を覆うように設けられるもので、ドリブンピース４７のドライブ側シャフト４３に対する軸線回りの相対的な角度差をなくした後にドライブ側シャフト４３に対してキー結合するとともに、ドライブ側シャフト４３から離間してキー結合を解消することで回転駆動力の伝達を遮断することができるものである。このスリーブ４９は、内部にこれらドライブ側シャフト４３の他端側、ドリブン側シャフト４５の他端側及びドリブンピース４７を収容可能な空間６５を備えた筒状をなすもので、前記ドリブン側シャフト４５の一端側が取り付けられるシリンダヘッド５に弾性体を介して配されている。詳述すれば、スリーブ４９の一端側は、このスリーブ４９とシリンダヘッド５との間に配される前記弾性体である圧縮コイルスプリング６７の一端側を受けるようになっている。

このスリーブ４９の内周には、ドライブ側シャフト４３、ドリブン側シャフト４５及びドリブンピース４７にそれぞれ設けられた突起５３、５７、６１が係わり合うことの可能な溝６９が設けられている。この溝６９は、スリーブ４９の軸方向に伸びる横断面視矩形状をなすキー溝である。また、スリーブ４９の内周には、前記ドリブンピース４７の位置決め用突部６３が係わり合うことが可能な位置決め凹部７１が設けられている。この位置決め凹部７１は、軸方向に伸びる長孔状のもので、ドリブンピース４７の位置決め用突部６３の一端側が係わり合う第１の壁部７３と、前記位置決め用突部６３の他端側が係わり合う第２の壁部７５とを備えている。

さらに、スリーブ４９の外周面には、図８及び図９に示すように、周方向に沿って延伸するとともに、当該スリーブ４９の回転に伴い軸線方向の位置が徐々に変位する凹溝７７が形成されており、アクチュエータから突出する突起が前記凹溝７７に係わり合うことで前記スリーブ４９が軸線方向に沿って前記ドライブ側シャフト４３から離間する側に変位するようになっている。この凹溝７７は、図１０に示すように、ドリブン側シャフト４５に組み付けられている第３気筒２７ｃの吸気カム２９ｃのカムノーズ２８ｃから、当該ドリブン側シャフト４５が回転駆動力の伝達を受けて回転する方向に沿って次に吸気バルブ１９に接触する第４気筒２７ｄの吸気カム２９ｄのカムローブ３０ｄの裾までの間の角度の範囲に亘って延伸している。この凹溝７７は、一端側から基端側までがスリーブ４９に対して傾斜して設けられたものであり、具体的には、周方向には２２５°の範囲に亘って、かつ、軸方向にはスリーブ４９を移動させるのに必要な所定距離に亘って形成されたものである。なお、この所定距離、換言すれば前記切り離し状態と接続状態とにおけるスリーブ４９の軸方向への変位量は、ドリブンピース４７の軸方向への変位量よりも大きく設定されている。

アクチュエータは、前記凹溝７７に突没可能な前記突起である制御用ロッド７９を備えたものであり、凹溝７７に係わり合う係合位置と、凹溝７７と係わらない非係合位置との間で操作可能なものである。本実施形態では、アクチュエータとして、電磁コイルに通電することによって吸引されるとともに、通電を解除することによって元の位置に引き戻されるプランジャを備えたプル型のソレノイド８１を用いている。このプランジャが、本発明の突起（制御用ロッド７９）として機能する。

排気カムシャフト２５は、吸気カムシャフト２１に平行に配されるものであり、一端側が前記排気側スプロケット３７に取り付けられているとともに他端側が前記シリンダヘッド５に取り付けられ、固定されたものである。この排気カムシャフト２５は、第１気筒２７ａの排気カム３１ａと、第２気筒２７ｂの排気カム３１ｂと、第３気筒２７ｃの排気カム３１ｃと、第４気筒２７ｄの排気カム３１ｄとが設けられている通常のものである。

この内燃機関１は、各気筒２７と、燃料を噴射するインジェクタ８５と、各気筒２７に吸気を供給するための吸気系路８７と、各気筒２７から排気を排出するための排気系路８９とを具備する。

吸気系路８７は、外部から空気を取り入れて気筒２７の吸気ポート１３へと導く。吸気系路８７上には、エアクリーナ９１、スロットルバルブ９３、サージタンク９５を、上流からこの順序に配置している。また、スロットルバルブ９３を迂回するバイパス通路９７が存在しており、このバイパス通路９７に、アイドルスピードコントロールバルブ９９を設けている。

排気系路８９は、気筒２７内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を気筒２７の排気ポート１５から外部へと導く。この排気系路８９上には、三元触媒１０１を配置している。

この４気筒内燃機関１では、図３に示すように、第１気筒２７ａの膨張行程と第４気筒２７ｄの膨張行程、及び第２気筒２７ｂの膨張行程と第３気筒２７ｃの膨張行程とがそれぞれ３６０°ＣＡ（クランク角度）の位相差を伴って等間隔で訪れ、第１気筒２７ａのピストン７と第４気筒２７ｄのピストン７、及び第２気筒２７ｂのピストン７と第３気筒２７ｃのピストン７とが完全に同期して進退動作する。

内燃機関１の制御を司る制御部たるＥＣＵ１０３は、図４に示すように、プロセッサ１０５、メモリ１０７、入力インターフェース１０９、出力インターフェース１１１等を有したマイクロコンピュータシステムである。

入力インターフェース１０９には、サージタンク９５内の圧力すなわち吸気管内圧力を検出するための吸気圧センサ１１３から出力される吸気圧信号ａ、吸気温センサ１１５から出力される吸気温信号ｂ、内燃機関１の冷却水温を検出するための水温センサ１１７から出力される水温信号ｃ、Ｏ₂センサ１１９から出力される電流信号ｄ、スロットルバルブ９３の開閉状態を検出するためのスロットルポジションセンサ１２１から出力されるスロットル開度信号ｅ、エンジン回転数を検出するクランク角センサ１２３から出力されるエンジン回転数信号ｆ、気筒２７の圧縮上死点を検出するためのカム角センサ１２５から出力されるカム角信号ｇ等が入力される。

クランク角センサ１２３、カム角センサ１２５について補足する。クランク角センサ１２３は、例えば、１０°ＣＡ間隔で回転数信号を出力するものである。具体的には、クランクシャフト４１の軸端部に固着した回転体の外周に外歯を突設し、その外歯に対面するように電磁ピックアップを設置したもので、その外歯が周方向に沿って１０°ＣＡ間隔で間欠的に配置してある。クランクシャフト４１の回転に伴って外歯が電磁ピックアップの近傍を通過したとき、電磁ピックアップがエンジン回転数信号ｆとなるパルス信号を出力する。このパルス信号の間隔から、エンジン回転数を算出することができる。ちなみに、クランク角センサ１２３は、所定のタイミングで無信号出力となるように構成されている。これは、回転体の外歯が一部欠損していることによる。したがって、その欠損位置を基準としたクランクシャフト４１の現在の回転角度を検知することも可能である。

また、カム角センサ１２５は、吸気カムシャフト２１の近傍に配設されており、例えば各気筒２７の圧縮上死点に対応してパルス信号であるカム角信号ｇを出力する。具体的には、吸気カムシャフト２１の軸端部に固着した回転体から突起を突設し、その突起に対面するように電磁ピックアップ近傍を通過するように配置してある。吸気カムシャフト２１の回転に伴って突起が電磁ピックアップの近傍を通過したとき、この電磁ピックアップがカム角信号ｇとなるパルス信号を出力する。（本実施形態では、第１気筒２７ａの圧縮上死点のタイミングでパルス信号を出力し、その後、１８０°ＣＡ、３６０°ＣＡ、５４０°ＣＡの間隔をあけてそれぞれ訪れる第２気筒２７ｂ、第４気筒２７ｄ、第３気筒２７ｃの圧縮上死点のタイミングで再びパルス信号を出力する。そして、第３気筒２７ｃの圧縮上死点のタイミングの後、再度第１気筒２７ａの圧縮上死点のタイミングが訪れるまでの位相差は、１８０°ＣＡである。

出力インターフェース１１１からは、インジェクタ８５に対して燃料噴射信号ｈ、点火プラグ１７に対して点火信号ｉ、アイドルスピードコントロールバルブ９９の開度操作信号ｊ、ソレノイド８１に対してスリーブ操作信号ｋ等を出力する。

プロセッサ１０５は、予めメモリ１０７に格納されているプログラムを解釈、実行して、内燃機関１の運転を制御する。プロセッサ１０５は、内燃機関１の運転制御に必要な各種情報を入力インターフェース１０９を介して取得し、それらに基づいて燃料噴射時期や点火時期等を演算する。そして、演算結果に対応した各種制御信号を出力インターフェース１１１を介してインジェクタ８５や点火プラグ１７に印加する。

次に、吸気カムシャフト２１の切り離し状態と接続状態との間の作動について説明する。

まず、高負荷運転時等においては、図５及び図８に示すように、吸気カムシャフト２１を接続状態にしておく。すなわち、ソレノイド８１に通電して制御用ロッド７９であるプランジャをソレノイド８１本体側に吸引させることにより、制御用ロッド７９とスリーブ４９の凹溝７７との係わり合いを解除しておく。この状態においては、シリンダヘッド５とスリーブ４９との間に配される圧縮コイルスプリング６７の圧縮状態が解放されて反発するとともに、ドリブン側シャフト４５とドリブンピース４７との間に配される圧縮コイルスプリング５５の圧縮状態が解放されて反発する。このように圧縮コイルスプリング６７、５５によって付勢されたスリーブ４９とドリブンピース４７を介して、吸気カムシャフト２１のドライブ側シャフト４３とドリブン側シャフト４５とが接続された状態となっている。

この接続状態から、低負荷運転時等において、気筒休止システムを実行して燃費を向上させたい場合には、吸気カムシャフト２１を切り離し状態にする。すなわち、第３気筒２７ｃの吸気カム２９ｃ及び第４気筒２７ｄの吸気カム２９ｄが取り付けられるドリブン側シャフト４５と、第１気筒２７ａの吸気カム２９ａ及び第２気筒２７ｂの吸気カム２９ｂが取り付けられるドライブ側シャフト４３との接続状態を断つことで、第３気筒２７ｃの吸気カム２９ｃ及び第４気筒２７ｄの吸気カム２９ｄの運転を休止し、第３気筒２７ｃの吸気バルブ１９及び第４気筒２７ｄの吸気バルブ１９の動作を一時的に止める。具体的には、ソレノイド８１への通電を解除して制御用ロッド７９であるプランジャの吸引状態を解除させることにより、制御用ロッド７９とスリーブ４９の凹溝７７とを係わり合わせる。凹溝７７の一端側で係わり合った制御用ロッド７９は、この凹溝７７に沿って他端側へと相対的に移動することになり、図６及び図９に示すように、スリーブ４９をシリンダヘッド５側へと移動させる。その際、シリンダヘッド５とスリーブ４９との間に配された圧縮コイルスプリング６７が付勢力に抗して縮むこととなる。また、ドリブンピース４７は、ドリブン側シャフト４５側へと移動されるので、ドリブン側シャフト４５とドリブンピース４７との間に配された圧縮コイルスプリング５５が付勢力に抗して縮むこととなる。以上のように、スリーブ４９が移動手段である制御用ロッド７９によりドライブ側シャフト４３から引き抜かれることに伴って、ドリブンピース４７とドライブ側シャフト４３との噛み合いが外れることとなる。

この切り離し状態から、高負荷運転時等において、気筒休止システムを停止させたい場合には、吸気カムシャフト２１を接続状態にする。すなわち、第３気筒２７ｃの吸気カム２９ｃ及び第４気筒２７ｄの吸気カム２９ｄが取り付けられるドリブン側シャフト４５と、第１気筒２７ａの吸気カム２９ａ及び第２気筒２７ｂの吸気カム２９ｂが取り付けられるドライブ側シャフト４３とを接続させることで、第１〜第４気筒２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２７ｄの全ての吸気カム２９ａ、２９ｂ、２９ｃ、２９ｄを運転させて、第１〜第４気筒２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２７ｄの全ての吸気バルブ１９を動作させる。具体的には、ソレノイド８１に通電し制御用ロッド７９であるプランジャを吸引させることにより、制御用ロッド７９とスリーブ４９の凹溝７７との係わり合いを非係合状態とする。すると、シリンダヘッド５とスリーブ４９との間に配された圧縮コイルスプリング６７の反発力によりスリーブ４９がシリンダヘッド５から離れる方向に移動するとともに、ドリブン側シャフト４５とドリブンピース４７との間に配された圧縮コイルスプリング５５の反発力によりドリブンピース４７がドリブン側シャフト４５から離れる方向に移動する。その際、ドリブンピース４７は、位置決め用突部６３が第１の壁部７３に当たりながらドライブ側シャフト４３側へと移動される。そして、図７に示すように、ドライブ側シャフト４３とドリブンピース４７に跨って形成された爪クラッチ５０が連結し、ドライブ側シャフト４３とドリブンピース４７の位相が合わされた後、図５に示すように、前記ドライブ側シャフト４３の突起５３がドリブンピース４７の溝６９に係合することとなる。このようにして、連結されるべき軸同士の位相を合わせた後に、スリーブ４９に対する回転移動を不能にする突起５３と溝６９との結合作業を行うので、ドライブ側シャフト４３とドリブン側シャフト４５とをスムーズに連結させることができる。そして、ドライブ側シャフト４３の突起５３がドリブンピース４７の溝６９に係合された後は、ドライブ側シャフト４３の駆動力がスリーブ４９を介してドリブン側シャフト４５に伝わるので、ドライブ側シャフト４３とドリブン側シャフト４５とは同期して回転することとなる。すなわち、ドライブ側シャフト４３からドリブン側シャフト４５への正方向への動力伝達は、主としてスリーブ４９を介して行われ、一部がドライブ側シャフト４３とドリブンピース４７とに跨って設けられた爪クラッチ５０を介して行われる。

しかして、本実施形態の制御装置たるＥＣＵ１０３は、運転状態を検知して、気筒休止システムを作動／休止させたい場合に、吸気カムシャフト２１を切り離し状態／接続状態にするべく、ソレノイド８１にスリーブ操作信号ｋを印加する。

第１、第２、第４及び第３気筒の順番に爆発する４気筒の内燃機関１において、吸気カムシャフト２１を接続状態から切り離し状態にする場合には、第３及び第４気筒２７ｃ、２７ｄの吸気バルブ１９に駆動力が必要とされない時期にスリーブ４９を移動させる。具体的には、図３に示すように、第３気筒２７ｃの吸気行程の途中でソレノイド８１の制御用ロッド７９がスリーブ４９の凹溝７７に係合し始めるように制御する。その際、第３気筒２７ｃでは、ピストン７が上死点から下死点へと移動する中間地点に位置し、吸気バルブ１９が最大限に開いた状態となっており、この吸気バルブ１９に設けられたバルブスプリングは圧縮されている。一方、第４気筒２７ｄでは、ピストン７が下死点から上死点へと移動する中間地点に位置し、吸気バルブ１９は閉じられた状態となっている。この状態から一定時間、制御用ロッド７９を突出させておくと、固定された制御用ロッド７９が凹溝７７に案内されることとなり、スリーブ４９がドリブン側シャフト４５側へと移動する。その際、図１０に示すように、スリーブ４９の凹溝７７が周方向に２２５°に亘って形成されているため、図３に示すように、４５０°ＣＡ分移動したところでスリーブ４９は固定される。

一方、吸気カムシャフト２１を切り離し状態から接続状態にする場合には、各気筒２７のいずれの運転状態においても、ソレノイド８１の制御用ロッド７９とスリーブ４９の凹溝７７との係合を解除するように当該制御用ロッド７９を没入させてよい。

このように、本実施形態の内燃機関１は、全体が回転して全気筒２７の吸気バルブ１９を駆動する状態と、一部が切り離され当該一部が回転せず当該一部と係わり合う一部の気筒２７の吸気バルブ１９を駆動しない状態とを切り換えることができる吸気カムシャフト２１を備えるものであって、前記吸気カムシャフト２１が、クランクシャフト４１から回転駆動力の伝達を受けるドライブ側シャフト４３と、前記ドライブ側シャフト４３から回転駆動力の伝達を受けるドリブン側シャフト４５と、前記ドリブン側シャフト４５と一体的に回転するとともに、前記ドライブ側シャフト４３及びドリブン側シャフト４５に対し相対的に軸線方向に沿って変位可能であるドリブンピース４７と、前記ドライブ側シャフト４３の軸端部及び当該軸端部と向かい合う前記ドリブンピース４７の軸端部に跨って設けられ、ドリブンピース４７の軸端部がドライブ側シャフト４３の軸端部に近接したときに係わり合ってドリブンピース４７のドライブ側シャフト４３に対する軸線回りの相対的な角度差をなくする爪クラッチ５０と、前記ドリブン側シャフト４５及び前記ドリブンピース４７と一体的に回転するとともに、前記ドライブ側シャフト４３、ドリブン側シャフト４５及びドリブンピース４７に対し相対的に軸線方向に沿って変位可能であり、ドリブンピース４７のドライブ側シャフト４３に対する軸線回りの相対的な角度差をなくした後にドライブ側シャフト４３に対してキー結合するとともに、ドライブ側シャフト４３から離間してキー結合を解消することで回転駆動力の伝達を遮断することができるスリーブ４９とを具備しているので、休止する気筒２７に対応する吸気カムシャフト２１及び吸気カム２９を完全に停止させることができる。すなわち、休止させたい吸気バルブ１９に接続される吸気カムシャフト２１を部分的に切り離すことができるため、従来のものに比べて減筒運転時におけるカムとカムシャフトとの摺動抵抗を減らしつつ、走行に必要なトルクが小さい状況で一部の気筒２７の燃焼サイクルを休止して燃費を向上させることができる。なお、本実施形態においては、アクセルペダルが踏み込まれる高負荷運転時や交差点を通過中等、運転パターンが不均一になる際には、このような気筒休止システムが作動しない。そして、気筒休止システム作動中に高負荷運転や不均一運転を検知すると、休止していた第３及び図４気筒２７ｃ、２７ｄの吸気バルブ１９が動き始めることとなる。

特に、本実施形態においては、ドリブンピース４７及びスリーブ４９がドライブ側シャフト４３から切り離された状態から接続状態へ移行する際に、位相合わせ用の噛み合い部である爪クラッチ５０が噛み合った後、ドライブ側シャフト４３の突起５３とスリーブ４９の溝６９とが係合し、ドライブ側シャフト４３とドリブン側シャフト４５とが完全に連結されるようになっている。これは、連結時に第３気筒２７ｃの吸気バルブ１９が閉じる方向に動く際、これらの吸気バルブ１９のバルブスプリングから第３気筒２７ｃの吸気カム２９ｃが駆動力を受けてドリブン側シャフト４５が逆方向に駆動されてしまい、ドリブンピース４７とドライブ側シャフト４３との噛み合い部が両者を引き離してしまうという不具合の発生を防ぐためである。

なお、本実施形態においては、吸気カムシャフト２１を切り離し状態と接続状態とを取り得るように構成するとともに、排気カムシャフト２５は通常の構成のものであるため、減筒運転時に休止している第３及び第４気筒２７ｃ、２７ｄのシリンダ内に未燃焼ガスが溜まった状態になることを防ぐことができる。

また、前記スリーブ４９の外周に、制御用ロッド７９が係合可能な凹溝７７が設けられており、前記制御用ロッド７９とスリーブ４９の凹溝７７とが係合することにより前記接続状態から切り離し状態へと移行させるものであるので、比較的簡単な構造で吸気カムシャフト２１の接続状態と切り離し状態とを切り替えることができる。

特に、本実施形態においては、スリーブ４９に設けられた凹溝７７が周方向に２２５°に亘って形成されたものであるので、制御用ロッド７９に負担がかかりにくい。すなわち、第１、第２、第４及び第３気筒の順番に爆発する４気筒の内燃機関１において、切り離されている第３及び第４気筒２７ｃ、２７ｄの吸気バルブ１９に駆動力の必要のない時期、具体的には第３気筒２７ｃの吸気カム２９ｃの下り側から第４気筒２７ｄの上りまでの間、言い換えれば、第３気筒２７ｃの吸気行程の途中から第４気筒の排気行程が始まる直前までの間に対応するように凹溝７７が形成されている。すなわち、スリーブ４９に設けた凹溝７７は、ドリブン側シャフト４５の第３の吸気カム２９ｃのカムローブ３０ｃの頂上（カムノーズ２８ｃ）に対応する位置からドリブン側シャフト４５の次の第４の吸気カム２９ｄのカムローブ３０ｄの裾に対応する位置までの間に設けられている。そのため、制御用ロッド７９に負担がかかりにくい範囲に凹溝７７を設定でき、耐久性を向上させることができる。また、制御用ロッド７９の出入りと吸気カム２９の回転を利用してスリーブ４９を移動させるため、簡単な機構で気筒休止システムが実現できる。なお、スリーブ４９に設けられた凹溝７７は周方向に２２５°よりも小さいものであってもよいが、凹溝７７の全長を可及的に大きくすることで、凹溝７７の傾斜度合いを緩めることができ、制御用ロッド７９に負担がかかりにくいものとすることができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。

本発明の内燃機関は、気筒休止システムを採用できるものであればどのようなものであってもよく、上述した直列４気筒のものには限られない。

本発明のカムシャフトは、上述した吸気カムシャフトに適用されるものに限られず、排気カムシャフトに適用されるものであってもよい。

また、爪クラッチは、ドライブ側シャフト及びドリブンピースの軸の位相を合わせることができるものであればどのようなものであってもよく、上述した態様には限られない。

制御用ロッドは、電動または油圧アクチュエータで突没動作可能なものであればどのようなものであってもよく、ソレノイドのプランジャには限られない。また、スリーブの移動手段は、制御用ロッドと溝には限られず、溝が設けられていないスリーブをソレノイド等のアクチュエータによって動かしてもよい。

ドライブ側シャフト、ドリブン側シャフト及びドリブンピースに設けられスリーブの内周に設けられた溝と係合する突起は、上述した態様には限られない。例えば、ドライブ側シャフト、ドリブン側シャフト及びドリブンピース側に溝を設けるとともに、スリーブの内周に突起を設けるようにしてもよいし、１本の溝の代わりに軸のまわりに等ピッチで直接キーを削り出したスプラインを採用することもできる。このようなものであれば、軸（ドライブ側シャフト、ドリブン側シャフト及びドリブンピース）とボス（スリーブ）とが軸方向に相対移動可能であるとともに、１本の溝と突起との係合よりも伝達トルクを大きくすることができる。

スリーブは、接続状態においてドライブ側シャフト、ドリブン側シャフト及びドリブンピースを相対回転不能に連結することができるものであればどのようなものであってもよく、上述したようなドライブ側シャフト、ドリブン側シャフト及びドリブンピースを外周から覆う円筒形状のものには限られず、ドライブ側シャフト、ドリブン側シャフト及びドリブンピースを側方から連結するチャンネル状のものや、ドライブ側シャフト、ドリブン側シャフト及びドリブンピースを内部（連結されるべき端面同士）で連結するブロック状のものであってもよい。

凹溝は、ドリブン側シャフトに組み付けられている第４気筒の吸気カムのカムノーズから、当該ドリブン側シャフトが回転駆動力の伝達を受けて回転する方向に沿って次に吸気バルブに接触する第３気筒の吸気カムのカムローブの裾までの間の角度の範囲、具体的には４５°の範囲に亘って延伸しているものであってもよい。

その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

本発明は、車両等に搭載される内燃機関に適用することができる。

１…内燃機関
２８…カムノーズ
３０…カムローブ
４１…クランクシャフト
４３…ドライブ側シャフト
４５…ドリブン側シャフト
４７…ドリブンピース
４９…スリーブ
５０…爪クラッチ
７７…凹溝
７９…制御用ロッド（突起）

Claims

全体が回転して全気筒のバルブを駆動する状態と、一部が切り離され当該一部が回転せず当該一部と係わり合う一部の気筒のバルブを駆動しない状態とを切り換えることができるカムシャフトを備える内燃機関であって、
前記カムシャフトは、
クランクシャフトから回転駆動力の伝達を受けるドライブ側シャフトと、
前記ドライブ側シャフトから回転駆動力の伝達を受けるドリブン側シャフトと、
前記ドリブン側シャフトと一体的に回転するとともに、前記ドライブ側シャフト及びドリブン側シャフトに対し相対的に軸線方向に沿って変位可能であるドリブンピースと、
前記ドライブ側シャフトの軸端部及び当該軸端部と向かい合う前記ドリブンピースの軸端部に跨って設けられ、ドリブンピースの軸端部がドライブ側シャフトの軸端部に近接したときに係わり合ってドリブンピースのドライブ側シャフトに対する軸線回りの相対的な角度差をなくする爪クラッチと、
前記ドリブン側シャフト及び前記ドリブンピースと一体的に回転するとともに、前記ドライブ側シャフト、ドリブン側シャフト及びドリブンピースに対し相対的に軸線方向に沿って変位可能であり、ドリブンピースのドライブ側シャフトに対する軸線回りの相対的な角度差をなくした後にドライブ側シャフトに対してキー結合またはスプライン結合するとともに、ドライブ側シャフトから離間してキー結合またはスプライン結合を解消しつつドリブンピースを軸線方向に沿って変位させてドライブ側シャフトから離間させることで回転駆動力の伝達を遮断することができるスリーブと
を具備している内燃機関。
前記スリーブの外周面には、周方向に沿って延伸するとともに、当該スリーブの回転に伴い軸線方向の位置が徐々に変位する凹溝が形成されており、
アクチュエータから突出する突起が前記凹溝に係わり合うことで前記スリーブが軸線方向に沿って前記ドライブ側シャフトから離間する側に変位するものであり、
前記凹溝は、ドリブン側シャフトに組み付けられているあるカムのカムノーズから、当該ドリブン側シャフトが回転駆動力の伝達を受けて回転する方向に沿って次にバルブに接触するカムローブの裾までの間の角度の範囲に亘って延伸している請求項１記載の内燃機関。