JP5907090B2 - エンジンの動弁装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両用等のエンジンの動弁装置、特に弁を開閉させるカムの切り換えが可能な動弁装置に関し、エンジンの動弁装置の技術分野に属する。

エンジンの動弁装置として、１つの弁についてノーズ部の形状が異なる複数のカムを備え、これらのカムのうちから弁を開閉させるカムを選択することにより、吸排気弁の開弁量や開閉弁時期等をエンジンの運転状態に応じて切り換え可能としたものが知られている。

例えば、特許文献１には、カムシャフトを、軸部と、該軸部上に軸方向に摺動可能にスプライン嵌合された筒状のカム要素部とで構成し、このカム要素部の外周に１つの弁についてノーズ部の形状が異なる複数のカムを隣接させて設けると共に、このカム要素部を軸方向に摺動させることにより、弁を開閉させるカムを切り換えるようにしたものが開示されている。

その場合に、この特許文献１の動弁装置においては、前記カム要素部の両端面に端面カムを設けると共に、これらの端面カムの対面位置に対して突出退避可能に設けられて、突出時に端面カムに係合することによりカム要素部を軸方向の両側にそれぞれ押動させる例えばピン部材でなる操作ピンを備え、これをアクチュエータで作動させることにより、カムの切り換え動作を行うように構成されている。

米国特許公開公報２０１１／０２２６２０５Ａ１

ところで、近年、上記のような動弁装置を備えたエンジンにおいて、運転状態に応じた最適なカムへの切り換えを、エンジンの低回転時のみならず燃焼サイクル時間の短いエンジンのより高回転時においても行いたいという要望、つまり、カムの切り換えを瞬時に行いたいという要望がある。

その場合、特許文献１に開示された動弁装置では、操作ピンが突出可能なタイミングは、該操作ピンの指向位置に端面カムの基準面（リフト部でない部位）が位置する短い時間内に限られている。このため、燃焼サイクル時間の短いエンジンの高回転時においては、操作ピンの突出可能な時間はさらに短くなるので、アクチュエータを大型化することにより該操作ピンの突出速度を高速化する必要がある。

しかしながら、特許文献１に開示された動弁装置では、カム要素部の両側の端面カムのそれぞれにアクチュエータを備えているので、アクチュエータを大型化すると隣接するアクチュエータが互いに干渉するという問題を生じる。また、アクチュエータの干渉を回避するために各気筒間の距離を拡大すると、エンジンの全長の増大が必要になるという問題を生じる。

この発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、エンジンの全長の増大を抑制しながら、カムの切り換えを瞬時に行うことができる、エンジンの動弁装置を、得ることを目的とする。

前記課題を解決するため、本願発明は次のように構成したことを特徴とする。

まず、本願の請求項１に記載の発明は、カムシャフトが、軸部と、該軸部に該軸部と一体回転しかつ軸方向に移動可能に嵌合されたカム要素部とでなり、該カム要素部に、１つの弁について共通のベースサークルを有し、かつノーズ部の形状が異なる複数のカム部が隣接して設けられ、該カム要素部を前記軸部上で軸方向に移動させることにより弁を開閉させるカム部を切り換え可能としたエンジンの動弁装置であって、前記カム要素部は１つの軸部に少なくとも２つ備えられ、隣接する２つのカム要素部の互いに対向する一端側の端面に、両カム要素部の近接時にリフト部が軸方向に重なるように位相をずらせて端面カムがそれぞれ設けられていると共に、前記両カム要素部の近接時に前記端面カムの対向面間に突出してこれらの端面カムに係合することにより、これらの両カム要素部を互いに他端側に離間させる作動位置と、前記両カム要素部の端面カムの対向面間から退避した不作動位置とに移動する操作ピンが設けられており、前記端面カムは、カム軸の回転に従ってリフト部が基準面から軸方向に次第に突出し、所定のリフト終了位置で段落ち面を介して前記基準面に戻る形状とされ、前記操作ピンは、カム軸の回転方向の進み側の面の形状が、前記端面カムのリフト終了位置における前記段落ち面の形状に、対応する形状に形成されていることを特徴とする。

ここで、請求項１における「カム部」には、ノーズ部の形状がベースサークルと一致するもの（リフト量が０のもの）を含む。また、「隣接する２つのカム要素部」には、多気筒エンジンの各気筒ごとに１つずつ設けられて隣接する２つのカム要素部と、単気筒エンジンまたは多気筒エンジンにおける１つの気筒の２つの弁にそれぞれ設けられた２つのカム要素部とを含む。

また、請求項２に記載の発明は、前記請求項１に記載の発明において、前記エンジンは複数の気筒列に並ぶ多気筒エンジンであり、前記２つのカム要素部は隣接する２つの気筒にそれぞれ備えられたものであり、前記操作ピンは、前記２つの気筒列間において、前記２つのカム要素部の対向する端面カムに係合可能に配置されており、さらに、気筒列の両端に位置する気筒に備えられた２つの端部配置のカム要素部の前記他端側の端面にも、それぞれ端面カムが設けられていると共に、前記端部配置のカム要素部が前記他端側に位置する状態で、前記端面カムの対面位置に突出して係合することにより、該カム要素部を前記一端側に移動させる作動位置と、前記端面カムの対面位置から退避した不作動位置とに移動する操作ピンが、２つの端部配置のカム要素部のそれぞれに備えられていることを特徴とする。

ここで、１つのカムシャフトに３つ以上のカム要素部が備えられる場合、「隣接する２つのカム要素部」は複数組存在し、それぞれの組について前記請求項１、２の構成が適用されることがある。その場合、１つの組における第２の端面カム及び第２の操作部材が、他の組における隣接する２つのカム要素部の互いに対向する端面の端面カム及びこれらの端面カムに係合する第１の操作部材となる。

さらに、３気筒以上のエンジンの場合、請求項２における「隣接する２つの気筒」は複数組存在することになり、それぞれの組について請求項２の構成が適用される。

また、請求項３に記載の発明は、前記請求項１又は２に記載の発明において、前記操作ピンは、円筒状の基準面を有し、前記回転方向の進み側及び戻り側の両側面が、前記基準面より除肉された形状にそれぞれ形成されていることを特徴とする。

また、請求項４に記載の発明は、前記請求項１〜３に記載のいずれか１つの発明において、前記操作ピンは、作動位置に移動するとき、該操作ピンが対向する前記端面カムのリフト部の外周面に押圧状態で摺接したのちに、前記端面カムのリフト終了位置における前記段落ち面に突出されることを特徴とする。

前記の構成により、本願各請求項の発明によれば、次の効果が得られる。

まず、請求項１に記載の発明によれば、操作ピンのカム軸の回転方向の進み側の形状を該操作ピンが対向する端面カムのリフト終了位置における段落ち面の形状に対応する形状に形成することにより、操作ピンを作動位置に突出可能な範囲を拡大できる。つまり、該操作ピンが端面カムのリフト部が無い基準面を指向する範囲に加えて、端面カムのリフト終了位置における段落ち面を指向するタイミングにも該操作ピンを作動位置に突出させることができる。つまり、操作ピンを作動位置へ突出させるタイミングを早くできる。

さらに、操作ピンの形状を端面カムのリフト終了位置における段落ち面の形状に略一致するように形成することにより、操作ピンが小型化されると共に該操作ピンの重量が低減されるので、該操作ピンの応答性を向上させて高速化を図ることができる。

したがって、本発明によれば、操作ピンの作動位置への突出可能なタイミングを早めることができると共に、該操作ピンの応答性も向上できるので、エンジン高回転時における燃焼サイクル時間の短い場合であっても、操作ピンを作動位置に速やかに突出させて、カムの切り換えを瞬時に行うことができる。

また、操作ピンを駆動するアクチュエータを大型化することなく、カムの切り換えを瞬時に行うことができるので、エンジンの全長の増大を抑制できる。

また、請求項２に記載の発明によれば、前記請求項１に記載の発明の効果が多気筒エンジンにおいて実現できる。

また、請求項３に記載の発明によれば、操作ピンのカム軸の回転方向の進み側及び回転方向の遅れ側の両面の形状を、円筒状の基準面を有する操作ピンから除肉するように形成することにより、操作ピンをさらに小型化することができる。これにより、操作ピンの軽量化を図れるので、操作ピンの応答性をさらに向上させることができる。したがって、エンジンの全長の増大を抑制しながら、エンジンのより高回転時においても、カムの切り換えを瞬時に行うことができるようになる。

また、請求項４に記載の発明によれば、操作ピンが端面カムのリフト部を指向するときに、操作ピンを端面カムの外周部に予め押圧状態で摺接させておくことにより、その後カム軸の回転に従い、操作ピンが端面カムのリフト終了位置における段落ち面を指向するとすぐに、操作ピンを作動位置へ速やかに突出させることができる。これにより、操作ピンを駆動するアクチュエータへの突出信号の出力されたのちに、操作ピンが作動位置へ突出するまでの応答遅れを低減させることができる。したがって、エンジンのさらに高回転時においても、カムの切り換えを瞬時に行うことができるようになる。

すなわち、本発明によるエンジンの動弁装置よれば、エンジンの全長の増大を抑制しながら、カムの切り換えを瞬時に行うことができる。

本発明に係る排気側動弁装置の概略の構成を示す側面図である。 図１のｘ方向矢視による同動弁装置の正面図である。 図１のｙ−ｙ線による拡大断面図である。 図１の状態から作動するカム部が切り替わった状態を示す側面図である。 カム要素部の単体斜視図である。 同、側面図である。 同、正面図である。 操作ピンの底面図である。 操作ピンを作動位置へ突出させたときの端面カムとの位置関係を示す、端面カムの円周に沿って展開した要部拡大展開図である。 操作ピンの突出可能範囲を示す図９と同様の要部展開図である。 作動するカム部を第１カム部から第２カム部に切り換えるときの動作を示す図１のｘ２−ｘ２、ｘ４−ｘ４線で切断した要部正面図である。 同じく第２カム部から第１カム部に切り換えるときの動作を示す図１のｘ１−ｘ１、ｘ３−ｘ３、ｘ５−ｘ５線で切断した要部正面図である。 他の実施形態に係る操作ピンの動作を示す図１のｘ方向矢視による要部正面図である。 他の実施形態に係る図９と同様の要部展開図である。 他の実施形態に係る図９と同様の要部展開図である。

以下、吸気弁、排気弁が１気筒についてそれぞれ２個備えられる４気筒、４弁式ＤＯＨＣエンジンの動弁装置を例にとって、本発明の実施形態を説明する。

図１は、本実施の形態に係る動弁装置の排気側の構成を示すもので、図示しないシリンダヘッドに、第１〜第４気筒１_１〜１_４のそれぞれについて２つずつ、合計８つの排気弁Ａ…Ａと、これらの排気弁Ａ…Ａを閉方向に付勢するリターンスプリングＢ…Ｂとが備えられていると共に、シリンダヘッドの上部には、ロッカアームＣ…Ｃを介して前記リターンスプリングＢ…Ｂの付勢力に抗して各排気弁Ａ…Ａを開動させるカムシャフト２が備えられている。

このカムシャフト２は、シリンダヘッドにおける各気筒１_１〜１_４の中心位置に設けられた縦壁部Ｄ…Ｄと各縦壁部Ｄ…Ｄの上部に取り付けられたキャップ部材Ｅ…Ｅとで構成される軸受部Ｆ…Ｆに回転自在に支持されており、図示しないクランクシャフトによりチェーンを介して回転駆動される。

また、カムシャフト２は、軸部１０と、該軸部１０にスプライン嵌合され、該軸部１０と一体回転し且つ軸方向に移動可能とされた第１〜第４カム要素部２０_１〜２０_４とで構成されており、これらのカム要素部２０_１〜２０_４は、各気筒１_１〜１_４に対応させて、前記軸部１０上で列状に配置されている。

そして、各カム要素部２０_１〜２０_４を前記軸部１０上でそれぞれ所定ストローク移動させる電磁式の５つの操作装置３０_１〜３０_５が備えられており、気筒列の第１気筒１_１側を前方として、該気筒列の前端位置に第１操作装置３０_１が、第１、第２気筒間位置に第２操作装置３０_２が、第２、第３気筒間位置に第３操作装置３０_３が、第３、第４気筒間位置に第４操作装置３０_４が、気筒列の後端位置に第５操作装置３０_５がそれぞれ配置されている。

こられの操作装置３０_１〜３０_５は、本体３１と、通電時に該本体３１内に後退した不作動位置から該本体３１から突出した作動位置へアクチュエータにより移動する操作ピン３２とを有し、図２に示すように、カムシャフト２を挟んで前記ロッカアームＣにおけるカムフォロワＣ’の反対側より所定角度（例えば約３０°）、回転方向Ｘの手前側において、前記操作ピン３２がカムシャフト２の軸芯を指向するように配置されており、この実施形態の場合、前記軸受部Ｆ…Ｆを構成するキャップ部材Ｅ…Ｅに一体的に形成された台座部Ｇ…Ｇにそれぞれ取り付けられている。

また、前記操作装置３０_１〜３０_５による各カム要素部２０_１〜２０_４の軸方向の移動を所定の２か所で位置決めするため、図３に第１、第２カム要素部２０_１、２０_２を例として示すように、軸部１０と各カム要素部２０_１〜２０_４との嵌合部にディテント機構４０がそれぞれ設けられている。

このディテント機構４０は、軸部１０の外周面から径方向に穿設された孔４１と、該孔４１内に収納されたスプリング４２と、孔４１の開口部に配置され、前記スプリング４２により軸部１０の外周面から径方向の外側へ飛び出すように付勢されたディテントボール４３と、カム要素部２０_１〜２０_４の内周面に軸方向に隣接させて設けられた２か所の周溝４４_１、４４_２とで構成され、前記ディテントボール４３が一方の周溝４４_１に係合したときに、カム要素部２０_１〜２０_４が図１に示す第１位置に、前記ディテントボール４３が他方の周溝４４_２に係合したときに、カム要素部２０_１〜２０_４が図４に示す第２位置に、それぞれ位置決めされるようになっている。

ここで、図１に示すように、第１〜第４カム要素部２０_１〜２０_４が全て第１位置に位置するとき、第１カム要素部２０_１は後方に、第２カム要素部２０_２は前方に、第３カム要素部２０_３は後方に、第４カム要素部２０_４は前方に位置し、したがって、第１、第２カム要素部２０_１、２０_２の対向端面は互いに近接し、第２、第３カム要素部２０_２、２０_３の対向端面は互いに離間し、第３、第４カム要素部２０_３、２０_４の対向端面は互いに近接した状態となる。

また、図４に示すように、第１〜第４カム要素部２０_１〜２０_４が全て第２位置に位置するとき、第１カム要素部２０_１は前方に、第２カム要素部２０_２は後方に、第３カム要素部２０_３は前方に、第４カム要素部２０_４は後方に位置し、このとき、第１、第２カム要素部２０_１、２０_２の対向端面は互いに離間し、第２、第３カム要素部２０_２、２０_３の対向端面は互いに近接し、第３、第４カム要素部２０_３、２０_４の対向端面は互いに離間した状態となる。

次に、図５〜図７により、前記カム要素部２０_１〜２０_４の構成を、第１カム要素部２０_１を例として、さらに詳しく説明する。

このカム要素部２０_１（２０_２〜２０_４）は筒状とされ、その中間部の外周面は前記軸受部Ｆに支持されるジャーナル部２１とされていると共に、その前後両側に当該気筒の２つの排気弁Ａ、Ａ用の作動部２２、２２が設けられており、各作動部２２、２２には、例えば低エンジン回転時用のリフト量が小さな第１カム部２２_１と、例えば高エンジン回転時用のリフト量が大きな第２カム部２２_２とが隣接させて設けられている。

前記第１カム部２２_１と第２カム部２２_２とは、図７に示すように、ベースサークルａが共通で、リフト量が異なるノーズ部ｂ_１、ｂ_２が該ベースサークルａ上に位相を揃えて設けられている。そして、この第１カム部２２_１と第２カム部２２_２とが、２か所の作動部２２、２２において、前後方向に並ぶ順序及びノーズ部ｂ_１、ｂ_２の位相を一致させてそれぞれ設けられている。

その場合に、図１、図４に示すように、第１カム要素部２０_１及び第３カム要素部２０_３においては、第１カム部２２_１が前方、第２カム部２２_２が後方に配置され、第２カム要素部２０_２及び第４カム要素部２０_４においては、第２カム部２２_２が前方、第１カム部２２_１が後方に配置されている。

そして、カム要素部２０_１〜２０_４が前記ディテント機構４０により軸部１０上の第１位置に位置決めされたときは、いずれのカム要素部２０_１〜２０_４においても、２つの第１カム部２２_１、２２_１が対応する気筒の２つのロッカアームＣ、ＣのカムフォロワＣ’、Ｃ’に対応位置し（図１参照）、軸部１０上の第２位置に位置決めされたときは、第２カム部２２_２、２２_２が前記カムフォロワＣ’、Ｃ’に対応位置する（図４参照）ように設定されている。

ここで、この実施形態に係るエンジンでは、各気筒の爆発順序が、第１気筒１_１→第３気筒１_３→第４気筒１_４→第２気筒１_２とされており、各カム要素部２０_１〜２０_４の第１カム部２２_１又は第２カム部２２_２のノーズ部ｂ_１、ｂ_２が、カムシャフト２の９０°回転ごとに、この順序でカムフォロワＣ’、Ｃ’に対応位置するように、第１〜第４カム要素部２０_１〜２０_４が位相差を設けて前記軸部１０にスプライン嵌合されている。

さらに、前記各カム要素部２０_１〜２０_４には、前後両端に端面カム２３、２３がそれぞれ設けられている。

この前後両端の端面カム２３、２３は、図５〜図７に示すように、カム要素部２０_１（２０_２〜２０_４）の軸方向の中心を通る断面に関して基準面ｃから軸方向の前方または後方に対称的に突出するリフト部ｄを有し、図７に示すように、リフト開始位置ｅからリフト終了位置ｆに至る所定角度範囲α（例えば約１２０°）の間で、回転方向Ｘに対して前記基準面ｃから軸方向のリフト量が次第に増加し、リフト終了位置ｆを超えると段落ち面ｇを介して基準面ｃに戻るようになっている。

また、前記のように、各カム要素部２０_１〜２０_４が各気筒１_１〜１_４の爆発順序に応じてそれぞれ所定の位相差を設けて軸部１０にスプライン嵌合されていることに伴い、各カム要素部２０_１〜２０_４の互いに対向する端面カム２３、２３もそれぞれ位相差をもって対向し、これにより、図１の符合ア、イ、図４の符合ウで示すように、隣接するカム要素部が近接したときに、対向する端面カム２３、２３のリフト部ｄ、ｄが軸方向にオーバラップするようになっている。

そして、前記第２〜第４操作装置３０_２〜３０_４の操作ピン３２…３２は、対応する２つのカム要素部の互いに対向する端面カム２３、２３のリフト部ｄ、ｄがオーバラップしている状態で作動位置に突出し、これらの端面カム２３、２３に係合することにより、カムシャフト２の回転に従って、近接していた２つのカム要素部を互いに離間させる方向にスライドさせるようになっている。

このとき、図１に示す状態では、近接していた第１、第２カム要素部２０_１、２０_２、及び第３、第４カム要素部２０_３、２０_４は、互いに離間することにより、いずれも第１から図４に示す第２位置へ移動し、また図４に示す状態では、近接していた第２、第３カム要素部２０_２、２０_３は、互いに離間することにより、第２位置から図１に示す第１位置へ移動する。

一方、第１操作装置３０_１の操作ピン３２は、図４に示すように、第１カム要素部２０_１が前方の第２位置にある状態で、該第１カム要素部２０_１の前方の端面カム２３に対面する作動位置へ突出することにより該端面カム２３に係合し、カムシャフト２の回転に従って、第１カム要素部２０_１を後方の第１位置へ移動させる。同様に、第５操作装置３０_５の操作ピン３２は、第４カム要素部２０_４が後方の第２位置にある状態で、該第４カム要素部２０_４の後方の端面カム２３に対面する作動位置へ突出することにより該端面カム２３に係合し、これを前方の第１位置へ移動させる。

次に、図８〜図１０により、前記操作ピン３２の構成を説明する。

図８に示すように、操作ピン３２は、円筒状の基準面３２_０と、該操作ピン３２の下部に前記円筒状の基準面３２_０から除肉により形成された一対の除肉部３２_１、３２_２と、を有している。除肉部３２_１、３２_２は、操作ピン３２の中心軸から距離Ｌ２離れており、操作ピン３２の半径Ｌ２よりも距離Ｓだけ短い位置に形成されている。

また、図９に示すように、除肉部３２_１、３２_２の形状は端面カム２３のリフト終了位置ｆにおける段落ち面ｇに対応する形状となっており、具体的には除肉部３２_１の形状は端面カム２３のリフト終了位置ｆにおける段落ち面ｇと略一致する形状に形成されている。さらに、操作ピン３２は、本体３１に対する廻り止め機構により、操作ピン３２の指向する位置に到達した端面カム２３の段落ち面ｇに前記除肉部３２_１が一致するように規制されている。つまり、除肉部３２_１は回転方向Ｘの進み側に位置し、除肉部３２_２は回転方向Ｘの遅れ側に位置している。

これにより、前記除肉部３２_１を備えた操作ピン３２を作動位置への突出可能なタイミングは、図９に破線で示す端面カム２３との当接部が基準面３２_０である場合のタイミングに比べて、距離Ｓをカム軸が回転に要する時間だけ早めることができる。

このため、図１０に示すように、操作ピン３２を作動位置へ突出できる期間は、操作ピン３２の指向位置に、端面カム２３の基準面ｃが位置する期間の他、段落ち面ｇが位置する期間も加えられる。つまり、操作ピン３２に除肉部３２_１を形成することにより、操作ピン３２を作動位置へ移動可能な期間は、図１０に示すＲ１からＲ２へ距離Ｓをカム軸が回転する時間だけ、操作ピン３２を突出可能なタイミングを早める方向に拡大できる。

さらに、除肉部３２_１に加えて除肉部３２_２を形成しているので、円筒状の操作ピンを採用する場合に比べて、操作ピン３２をさらに軽量化することができる。これにより、操作ピンの応答性をさらに高速化できる。

ここで、各操作装置３０_１〜３０_５の操作ピン３２の作動位置への突出は、第１、第５操作装置３０_１、３０_５にあっては、操作ピン３２、３２の指向位置に、第１カム要素部２０_１の前方の端面カム２３又は第４カム要素部２０_４の後方の端面カム２３の基準面ｃ又は段落ち面ｇが位置するタイミングで行われ、第２〜第４操作装置３０_２〜３０_４にあっては、操作ピン３２…３２の指向位置に、互いに対向する２つの端面カム２３、２３の両方の基準面ｃ、ｃが位置するタイミング、又は一方の基準面ｃと他方の段落ち面ｇとが位置するタイミングで行われる。

また、この操作ピン３２の作動位置への突出による各カム要素部２０_１〜２０_４の移動は、ロッカアームＣのカムフォロアＣ’が第１カム部２２_１又は第２カム部２２_２のベースサークルａに対応位置しているタイミング、即ち、当該気筒が排気行程以外の行程にあるときに行われる。

そこで、これらの作動タイミングの条件を満足するために、図７に示すように、第１、第２カム部２２_１、２２_２のノーズ部ｂ_１、ｂ_２の頂部に対し、回転方向Ｘの前方側の所定角度の位置に端面カム２３のリフト部ｄの開始位置ｅを、回転方向Ｘの後方側の所定角度の位置に端面カム２３のリフト部ｄの終了位置ｆを設定し、第１、第２カム部２２_１、２２_２のノーズ部ｂ_１、ｂ_２と端面カム２３のリフト部ｄとが重なるような位置関係で設けられている。この場合、図２に示すロッカアームＣのカムフォロワＣ’と操作装置３０_１〜３０_５の操作ピン３２の位置関係において、各カム要素部２０_１〜２０_４は、排気行程の終了直後に移動することになる。

次に、この実施形態の動作を説明する。

まず、図１に示すように、例えばエンジンの低回転時であって、第１〜第４カム要素部２０_１〜２０_４が第１位置に位置するとき、これらのカム要素部２０_１〜２０_４においては、いずれも、両端の作動部２２、２２におけるリフト量の小さな第１カム部２２_１、２２_１がロッカアームＣ、ＣのカムフォロワＣ’、Ｃ’に対応位置し、カム軸の回転により、前述の順序で、排気行程時に各気筒１_１〜１_４の排気弁Ａ…Ａが相対的に小さな開弁量で開弁する。

この状態から、エンジン回転数の上昇等に伴い、排気弁Ａ…Ａの開弁量を多くするように切り換える場合、この動作は、第２、第４操作装置３０_２、３０_４を通電して操作ピン３２、３２を不作動位置から作動位置へ突出させることにより行われる。

即ち、まず、第２操作装置３０_２の操作ピン３２が、第１位置にあって互いに近接した状態にある第１、第２カム要素部２０_１、２０_２の対向する端面カム２３、２３の間に突出し、リフト部ｄ、ｄがオーバラップしているこれらの端面カム２３、２３に係合する。その場合、この実施形態ではエンジンの高回転時における短時間内にカムの切り換えを行えるように出来るだけ早いタイミングで操作ピン３２を作動位置へ突出させるように設定されており、図１１（ａ）に示すように、該操作ピン３２は、第１カム要素部２０_１の段落ち面ｇが該操作ピン３２の指向する位置に到達するタイミングに、突出される。なお、このとき、該操作ピン３２が指向する位置には、第２カム要素部２０_２の基準面ｃが位置しており、操作ピン３２の前記突出可能なタイミングを満足している。

そしてまず、第２気筒１_２の排気行程が終了した後、第２操作装置３０_２の操作ピン３２の位置に実線で示す第２カム要素部２０_２の前方の端面カム２３のリフト開始位置ｅが到達し、その後、カム軸の回転に従い、前記操作ピン３２が該端面カム２３のリフト部ｄに摺接しながら第２カム要素部２０_２を後方へ押し、これを第２位置へスライドさせる。

また、操作ピン３２が前記第２カム要素部２０_２の端面カム２３のリフト開始位置ｅに達した後、カム軸が９０°回転し、第１気筒１_１の排気行程が終了すると、操作ピン３２は、次に、鎖線で示す第１カム要素部２０_１の後方の端面カム２３のリフト開始位置ｅに達し、その後、カム軸の回転に従い、該端面カム２３のリフト部ｄに摺接しながら第１カム要素部２０_１を前方へ押し、これを第２位置へスライドさせる。

次に、第４操作装置３０_４の操作ピン３２が、第１位置にあって互いに近接した状態にある第３、第４カム要素部２０_３、２０_４の対向する端面カム２３、２３の間に突出し、リフト部ｄ、ｄがオーバラップしているこれらの端面カム２３、２３に係合する。その場合も同様に、出来るだけ早いタイミングで操作ピン３２を作動位置へ突出させるために、図１１（ｂ）に示すように、該操作ピン３２は、第４カム要素部２０_４の段落ち面ｇが該操作ピン３２の指向する位置に到達するタイミングに、突出される。なお、ことのき、該操作ピン３２が指向する位置には、第３カム要素部２０_３の基準面ｃが位置している。

そして、第３気筒１_３の排気行程が終了した後、第４操作装置３０_４の操作ピン３２の位置に鎖線で示す第３カム要素部２０_３の後方の端面カム２３のリフト開始位置ｅが到達し、カム軸の回転に従い、前記操作ピン３２が該端面カム２３のリフト部ｄに摺接しながら第３カム要素部２０_３を前方へ押し、これを第２位置へスライドさせる。

また、操作ピン３２の位置に前記第３カム要素部２０_３の端面カム２３のリフト開始位置ｅが到達した後、カム軸が９０°回転し、第４気筒１_４の排気行程が終了すると、操作ピン３２の位置に実線で示す第４カム要素部２０_４の前方の端面カム２３のリフト開始位置ｅが到達し、その後、カム軸の回転に従い、前記操作ピン３２が該端面カム２３のリフト部ｄに摺接しながら第４カム要素部２０_４を後方へ押し、これを第２位置へスライドさせる。

以上により、第１〜第４カム要素部２０_１〜２０_４は全て第１位置から第２位置へ移動し、図４に示すように、第１〜第４カム要素部２０_１〜２０_４のいずれにおいても、両端の作動部２２、２２における第２カム部２２_２、２２_２がロッカアームＣ、ＣのカムフォロワＣ’、Ｃ’に対応位置し、排気行程時に各気筒１_１〜１_４の排気弁Ａ…Ａが相対的に大きな開弁量で開弁することになる。

一方、図４に示す各カム要素部２０_１〜２０_４のリフト量が大きな第２カム部２２_２…２２_２がロッカアームＣ…ＣのカムフォロワＣ’…Ｃ’に対応位置する状態から、例えばエンジン回転数の低下に伴い、図１に示すリフト量が小さな第１カム部２２_１…２２_１がカムフォロワＣ’…Ｃ’に対応位置する状態に切り換える動作は、第１、第３、第５操作装置３０_１、３０_３、３０_５を通電し、これらの操作装置３０_１、３０_３、３０_５の操作ピン３２…３２を不作動位置から作動位置へ突出させることにより行われる。

即ち、まず、第１操作装置３０_１の操作ピン３２が、第２位置にある第１カム要素部２０_１の前方の端面カム２３の対面位置に突出し、該端面カム２３に係合する。その場合、出来るだけ早いタイミングで操作ピン３２を作動位置へ突出させるために、図１２（ａ）に示すように、該操作ピン３２は、第１カム要素部２０_１の段落ち面ｇが該操作ピン３２の指向する位置に到達するタイミングに、突出される。

そして、第１気筒１_１の排気行程が終了した後、前記第１操作装置３０_１の操作ピン３２の位置に第１カム要素部２０_１の前方の端面カム２３のリフト開始位置ｅが到達し、その後、カム軸の回転に従い、前記操作ピン３２が該端面カム２３のリフト部ｄに摺接しながら第１カム要素部２０_１を後方へ押し、これを第１位置へスライドさせる。

また、前記第１操作装置３０_１の操作ピン３２の位置に第１カム要素部２０_１の端面カム２３のリフト開始位置ｅが到達した後、カム軸が９０°回転し、第３気筒１_３の排気行程が終了すると、第３操作装置３０_３の操作ピン３２が第２位置において互いに近接した状態にある第２、第３カム要素部２０_２、２０_３の対向する端面カム２３、２３の間に突出し、リフト部ｄ、ｄがオーバラップしているこれらの端面カム２３、２３に係合する。

その場合、第３操作装置３０_３の操作ピン３２は、第２、第３カム要素部２０_２、２０_３の対向する端面カム２３、２３のリフト量がいずれも０の基準面ｃ、ｃを指向する期間、又は一方のカム要素部の対向する端面カム２３の基準面ｃと他方のカム要素部の対向する端面カム２３の段落ち面ｇとを指向する期間に突出可能であるが、対向する第２、第３カム要素部２０_２、２０_３の端面カム２３、２３の位相差は１８０°であるから、図１２（ｂ）に符号エ、オで示すように、操作ピン３２の指向位置において両端面カム２３、２３とも基準面ｃ、ｃ及び段落ち面ｇ、ｇにある期間は２分され、操作ピン３２を突出可能な期間が短くなる。

そして、出来るだけ早いタイミングで操作ピン３２を作動位置へ突出させるために、該操作ピン３２は、符合エに示す第２カム要素部の段落ち面ｇが該操作ピン３２の指向する位置に到達するタイミングに、突出される。そして、第３気筒１_３の排気行程が終了した後、両端面カム２３、２３の間に突出された第３操作装置３０_３の操作ピン３２の位置に、まず実線で示す第３カム要素部２０_３の前方の端面カム２３のリフト開始位置ｅが到達し、その後、カム軸の回転に従い、前記操作ピン３２が該端面カム２３のリフト部ｄに摺接しながら該第３カム要素部２０_３を後方へ押し、これを第１位置へスライドさせる。

また、この第３カム要素部２０_３のスライドとほぼ並行して、第５操作装置３０_５の操作ピン３２が、該端面カム２３の対面位置に突出し、該端面カム２３に係合する。その場合も同様に、出来るだけ早いタイミングで操作ピン３２を作動位置へ突出させるために、図１２（ｃ）に示すように、該操作ピン３２は、第４カム要素部２０_４の段落ち面ｇが該操作ピン３２の指向する位置に到達するタイミングに、突出される。

そして、第４気筒１_４の排気行程が終了した後、前記第５操作装置３０_５の操作ピン３２の位置に第４カム要素部２０_４の後方の端面カム２３のリフト開始位置ｅが到達し、その後、カム軸の回転に従い、前記操作ピン３２が該端面カム２３のリフト部ｄに摺接しながら該第４カム要素部２０_４を前方へ押し、これを第１位置へスライドさせる。

さらに、図１２（ｂ）に示す状態において、前記第３操作装置３０_３の操作ピン３２の位置に前記第３カム要素部２０_３の端面カム２３のリフト開始位置ｅが到達した後、カム軸が１８０°回転し、第２気筒１_２の排気行程が終了すると、図１２（ｄ）に示すように、該第３操作装置３０_３の操作ピン３２の位置に第２カム要素部２０_２の後方の端面カム２３のリフト開始位置ｅが到達する。

このとき、前記操作ピン３２は既に第２、第３カム要素部２０_２、２０_３の対向する端面カム２３、２３の間に突出されているから、カム軸の回転に従い、該操作ピン３２は第２カム要素部２０_２の後方の端面カム２３のリフト部ｄに摺接しながら該第２カム要素部２０_２を前方へ押し、これを第１位置へスライドさせる。

以上により、第１〜第４カム要素部２０_１〜２０_４は全て第２位置から第１位置へ移動し、図１に示すように、第１〜第４カム要素部２０_１〜２０_４の両端の作動部２２、２２における第１カム部２２_１、２２_１がロッカアームＣ、ＣのカムフォロワＣ’、Ｃ’に対応位置する状態に戻ることになる。

以上のように、この実施形態によれば、４つの気筒１_１〜１_４にそれぞれ備えられた４つのカム要素部２０_１〜２０_４が５つの操作装置３０_１〜３０_５により操作され、排気弁Ａ…Ａを開閉させるカム部が、リフト量の小さな第１カム部２２_１…２２_１とリフト量の大きな第２カム部２２_２…２２_２との間で切り換えられることになる。

また、操作ピン３２のカム軸の回転方向Ｘの進み側の下部側面に端面カム２３の段落ち面ｇに対応する除肉部３２_１を形成したことにより、該操作ピン３２が端面カム２３の基準面ｃを指向する期間に加え、端面カム２３の段落ち面ｇを指向する期間にも、操作ピン３２を作動位置へ突出させることができる。これにより、操作ピン３２の形状を単なる円筒状に形成する場合に比べて、操作ピン３２の作動位置への突出可能期間を早める方向に拡大できる。

しかも、除肉部３２_１、３２_２を基準面３２_０から除肉して形成することにより、操作ピン３２の軽量化が図れるので、操作ピン３２の応答性を向上させて高速化が図れる。

したがって、この実施形態によれば、操作ピン３２の突出可能期間を早める方向に拡大できると共に、操作ピン３２を駆動するアクチュエータを大型化することなく操作ピン３２の応答性を向上できるので、燃焼サイクル時間の短いエンジンの高回転時における操作ピン３２の突出可能な時間が短い場合であっても、操作ピン３２を作動位置へ突出させることができる。即ち、エンジンの全長の増大を抑制しながら、カムの切り換えを瞬時に行うことができる。

次に、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態は上述した実施形態の動弁装置と同じ構成を有し、操作ピン３２の突出時の動作のみ異なる。図１３を参照して、操作ピン３２の突出時の動作について説明する。

図１３（ａ）に示すように、操作ピン３２は第２位置に位置するカム要素部２０_１の端面カム２３のリフト量が０の基準面ｃを指向する位置において、不作動位置に退避している。その後、カム軸の回転に従い、図１３（ｂ）に示すように、操作ピン３２は端面カム２３のリフト部ｄを指向する期間に通電されて、作動位置へ向けて突出される。このとき、カム要素部２０_１は第２位置に位置しているので該操作ピン３２は端面カム２３のリフト部ｄの外周面を指向する位置関係にある。このため、操作ピン３２は、端面カム２３のリフト部ｄの外周面によって作動位置への移動が制限されて、不作動位置と作動位置との間に位置することになる。つまり、操作ピン３２は端面カム２３に係合しておらず、排気弁Ａを開動させているカム要素部２０_１はカム軸方向に移動することはない。

さらなるカム軸の回転に従い、図１３（ｃ）に示すように、操作ピン３２は端面カム２３のリフト部ｄの外周面を摺動しリフト終了位置ｆに至る。そして、リフト終了位置ｆを超えると、操作ピン３２の作動位置への移動を制限していたリフト部ｄの外周面との摺接がなくなり、操作ピン３２は端面カム２３の段落ち面ｇへ落ち込むように速やかに不作動位置へ移動する。

したがって、第２実施形態によれば、操作ピン３２の突出タイミングをさらに早めることができる。つまり、操作ピン３２の突出可能な期間を、端面カム２３の段落ち面ｇからさらに回転方向Ｘの進み側のリフト部ｄへ早めることができる。また、操作ピン３２は端面カム２３のリフト部ｄの外周面に押圧させながら摺動するので、リフト終了位置ｆを超えたのちに、速やかに端面カム２３の段落ち面ｇに落ち込むように作動位置へ移動させることができる。

これにより、操作ピン３２を駆動するアクチュエータへの突出信号の出力されたのちに、操作ピン３２が作動位置へ突出するまでの応答遅れを低減させることができる。即ち、第２実施形態によれば、エンジンのさらに高回転時における操作ピン３２の突出可能な時間がさらに短い場合でも、操作ピン３２を作動位置へ突出させることができる。

また、以上の実施形態では、操作ピン３２を該操作ピン３２のカム軸の回転方向Ｘの両側面に平坦な除肉部３２_１、３２_２を形成することにより構成したが、例えば図１４に示すように、回転方向Ｘの進み側及び遅れ側の両側部を基準面３２_０から縮小した楕円に形成したり、図１５に示すように、回転方向Ｘに対して傾斜した段落ち面ｇに対応するように、回転方向Ｘに対して傾斜した平坦な除肉部を形成することにより構成できる。

要するに、回転方向Ｘの進み側方向における、操作ピン３２の中心軸と除肉部３２_１との間の距離を操作ピン３２の半径に比べて低減するように、対向する端面カム２３の段落ち面ｇに対応する除肉部３２_１を形成することにより、本発明を容易に構成できる。また、除肉部３２_２を除肉部３２_１と同一形状に形成する必要はなく、操作ピン３２の強度を確保しながら軽量化を図れる程度に形成すればよい。

なお、以上の説明は、排気側のカムシャフトについてのものであるが、吸気側のカムシャフトについても全く同様に構成することができ、前記の作用効果が吸気側についても得られる。

また、以上の実施形態では、カム要素部２０_１〜２０_４において、第１カム部２２_１のリフト量を小さく、第２カム部２２_２のリフト量を大きくしたが、これを逆にしてもよく、さらに、一方のカム部２２_１’には通常のノーズ部を設けると共に、他方のカム部２２_２’はノーズ部をなくして全体をベースサークルのみで形成し（ノーズ部のリフト量を０とし）、このカム部２２_２’を用いた場合に弁が開閉しないようにしてもよい。これによれば、エンジンの低負荷運転時等に減筒運転が可能となる。

さらに、前記の実施形態では、カム要素部２０_１〜２０_４において、リフト量の小さい第１カム部２２_１とリフト量の大きい第２カム部２２_２の２つを備えているが、これに限らず、前記第１カム部２２_１と第２カム部２２_２とに加えて、前記のようにノーズ部をなくして全体をベースサークルのみで形成しノーズ部のリフト量を０とした第３カム部を追加し、操作装置のピン部を、２段階に各カム要素部をスライドするように、小径部と大径部とをテーパ部を介して接続した形状とし、両端面カムの間にピン部の小径部を突入させて１段階スライドさせ、さらにピン部の大径部を突入させて２段階スライドさせて各カム部を切り換え制御する複数のカム部を備えるカム要素部にも適用できる。

また、前記の実施形態では、４気筒、４弁式ＤＯＨＣエンジンに適用した例を示したが、これに限らず、単気筒エンジン、直列６気筒エンジン、Ｖ型多気筒エンジンなどを含め、気筒数及び動弁形式が異なる各種のエンジンに適用可能である。

なお、本発明は、以上の実施形態に示すものに限らず、特許請求の範囲に記載された本発明の精神および範囲から逸脱することなく、各種変形および変更を行うことも可能である。

以上のように、本発明によれば、車両用等のエンジンの動弁装置において、エンジンへの全長の増大を抑制しながら、カムの切り換えを瞬時に行うことが可能となるので、この種のエンジン製造技術分野において好適に利用される可能性がある。

２ カムシャフト
１０ 軸部
２０_１〜２０_４ カム要素部
２２_１、２２_２ 第１、第２カム部
２３ 端面カム
３２ 操作ピン

Claims (4)

1. カムシャフトが、軸部と、該軸部に該軸部と一体回転しかつ軸方向に移動可能に嵌合されたカム要素部とでなり、該カム要素部に、１つの弁について共通のベースサークルを有し、かつノーズ部の形状が異なる複数のカム部が隣接して設けられ、該カム要素部を前記軸部上で軸方向に移動させることにより弁を開閉させるカム部を切り換え可能としたエンジンの動弁装置であって、
   前記カム要素部は１つの軸部に少なくとも２つ備えられ、隣接する２つのカム要素部の互いに対向する一端側の端面に、両カム要素部の近接時にリフト部が軸方向に重なるように位相をずらせて端面カムがそれぞれ設けられていると共に、
   前記両カム要素部の近接時に前記端面カムの対向面間に突出してこれらの端面カムに係合することにより、これらの両カム要素部を互いに他端側に離間させる作動位置と、前記両カム要素部の端面カムの対向面間から退避した不作動位置とに移動する操作ピンが設けられており、
   前記端面カムは、カム軸の回転に従ってリフト部が基準面から軸方向に次第に突出し、所定のリフト終了位置で段落ち面を介して前記基準面に戻る形状とされ、
   前記操作ピンは、カム軸の回転方向の進み側の面の形状が、前記端面カムのリフト終了位置における前記段落ち面の形状に、対応する形状に形成されていることを特徴とするエンジンの動弁装置。
2. 前記エンジンは複数の気筒列に並ぶ多気筒エンジンであり、
   前記２つのカム要素部は隣接する２つの気筒にそれぞれ備えられたものであり、
   前記操作ピンは、前記２つの気筒列間において、前記２つのカム要素部の対向する端面カムに係合可能に配置されており、
   さらに、気筒列の両端に位置する気筒に備えられた２つの端部配置のカム要素部の前記他端側の端面にも、それぞれ端面カムが設けられていると共に、
   前記端部配置のカム要素部が前記他端側に位置する状態で、前記端面カムの対面位置に突出して係合することにより、該カム要素部を前記一端側に移動させる作動位置と、前記端面カムの対面位置から退避した不作動位置とに移動する操作ピンが、２つの端部配置のカム要素部のそれぞれに備えられている、
   請求項１に記載のエンジンの動弁装置。
3. 前記操作ピンは、円筒状の基準面を有し、前記回転方向の進み側及び戻り側の両側面が、前記基準面より除肉された形状にそれぞれ形成されている、
   請求項１又は２に記載のエンジンの動弁装置。
4. 前記操作ピンは、作動位置に移動するとき、該操作ピンが対向する前記端面カムのリフト部の外周面に押圧状態で摺接したのちに、前記端面カムのリフト終了位置における前記段落ち面に突出される、
   請求項１〜３のいずれか１つに記載のエンジンの動弁装置。

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