JP6233386B2 - 可変動弁機構 - Google Patents

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Ｓ字状の溝ｇ１と逆Ｓ字状の溝ｇ２とが合流し、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、Ｓ字状の溝ｇ１にシフトピンＰを挿入し、この溝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、Ｓ字状の溝ｇ１および逆Ｓ字状の溝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、Ｓ字状の溝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、逆Ｓ字状の溝ｇ２と係合させるシフトピンＰとがそれぞれ必要になるので、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。

本発明ではガイド溝を、その幅方向（溝幅方向ともいう）の両側面から互いに向かい合うように一対のガイド部が膨出するＸ字状のものとし、従来例のようなＹ字状のガイド溝に比べて幅を狭くするとともに、そのガイド溝を幅方向に２分割して、カムシャフトの回転する向き（およびその反対の向き）にずらすことによって、前記一対のガイド部の間をシフトピンが通過できるようにした。

具体的に本発明は、円筒状のカムユニットをカムシャフトに外挿し、当該カムユニット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。

そして、前記ガイド溝は、その幅方向の両側面にそれぞれ、互いに向かい合うように膨出した一対のガイド部を有し、そのうちの一側のガイド部によって前記シフトピンを他側に相対移動させることにより、前記カムユニットを一側にスライドさせる一方、他側のガイド部によって前記シフトピンを一側に相対移動させることにより、前記カムユニットを他側にスライドさせるように構成する。

また、前記ガイド溝は幅方向に２分割し、前記一側のガイド部は、カムユニットに対し回動不能に設けられた不動ピースに形成する一方、前記他側のガイド部は、カムユニットに対し回動可能に設けられた可動ピースに形成する。そして、この可動ピースを不動ピースに対して、カムシャフトの回転する向き（以下、カム回転方向前側ともいう）に回動した第１の位置と、反対の向き（以下、カム回転方向後側ともいう）に回動した第２の位置とに変位可能とするとともに、当該可動ピースを前記第１の位置に向かって付勢する付勢手段を設けたものである。

前記のように構成された可変動弁機構では、まず、カムユニットの不動ピースに対して可動ピースが、カムシャフトの回転する向きに回動した第１の位置にあるときに、ガイド溝の一側面にシフトピンを係合させる。こうすると、カムシャフトおよびカムユニットの回転に伴いシフトピンが、前記一側面に沿って摺動しながら一側のガイド部によって他側に相対移動されるようになる。これにより、カムユニットをカム軸方向（溝幅方向と同じである）の一側にスライドさせることができる。

その際、可動ピースは前記第１の位置にあり、この可動ピースに設けられた他側のガイド部は、不動ピースに設けられた一側のガイド部に対して回転方向前側にずれているので、その分、これら一対のガイド部の間隔が広くなっている。よって、ガイド溝の幅を狭くしていても、一対のガイド部の間を通過させてシフトピンを、ガイド溝の幅方向の一側から他側へ相対移動させることができる。

一方、ガイド溝の他側面にシフトピンを係合させると、カムシャフトおよびカムユニットの回転に伴いシフトピンは、当該他側面に沿って摺動しながら他側のガイド部によって一側に相対移動されるようになり、これによりカムユニットをカム軸方向の他側にスライドさせる。また、そうして他側のガイド部をシフトピンが押圧することによって、可動ピースが回転方向後側に回動し、第２の位置に変位する。こうして他側のガイド部が一側のガイド部に対して回転方向の後側にずれる分、それらガイド部同士の間隔が広くなるので、その間を通過させてシフトピンを、ガイド溝の幅方向の他側から一側へ相対移動させることができる。

つまり、Ｘ字状のガイド溝の一側面または他側面にシフトピンを係合させて、ガイド部により一側から他側へ、または他側から一側へシフトピンを相対移動させることにより、カムユニットをカム軸方向に往復スライドさせることができる。よって、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、シフトピンの相対移動に必要なガイド溝の幅（カム軸方向の長さ）は概ねＳ＋Ｄとなり、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、カムユニットのコンパクト化が図られる。

しかも、そのようにしてカムユニットを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、シフトピンの係合するガイド溝の側面が変わるだけであり、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と比べてコストの低減が図られ、カムユニットに可動ピースを設けていてもコストアップは抑制できる。

ここで、前記のように可動ピースを不動ピースに対して回転方向の前側に付勢する付勢手段は、例えばエンジンの潤滑系の油圧を利用して動作するように構成してもよいが、それら可動ピースおよび不動ピースの間にばね部材を介在させて構成してもよい。こうすれば、構造が簡単になってコストアップの抑制に有利になる。

好ましいのは前記一対のガイド部にそれぞれ、膨出端部から回転方向の前側に向かって徐々に膨出量が減少するガイド面部を備えるとともに、互いに向かい合う膨出端部同士の間隔を、ガイド溝の幅方向についてシフトピンの外径よりも狭くすることである。こうすると、ガイド溝の一側または他側の側面においてシフトピンが、ガイド面部によってスムーズに膨出端部まで案内されるとともに、この膨出端部においてシフトピンの中心がガイド溝の幅方向の中央位置を越えて、対向する側面に向かって相対移動しやすくなる。

より好ましいのは、前記カムシャフトまたはカムユニットのいずれか一方には、他方に向かって突出する突部を設け、当該他方には、付勢手段により前記突部に向かって押圧されるようにロック部材を配設して、このロック部材が前記カムユニットのスライドの中央位置において前記突部を乗り越えるように構成することである。こうすれば、カムユニットが例えば一側から他側にスライドするときに、その中央位置を過ぎるとロック部材が突部を乗り越えることになり、その後、カムユニットは前記一側に戻ることなく、他側に向かってスライドするようになる。

本発明に係る可変動弁機構によると、ガイド溝の一側または他側の側面にシフトピンを係合させて、カムユニットを往復スライドさせるように構成したので、従来例のＹ字状のガイド溝のように大きな幅（カム軸方向の長さ）を必要とせず、カムユニットのコンパクト化が図られる。しかも、同じシフトピンによってカムユニットを往復スライドさせることができるので、コストアップも抑制できる。

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。 カムユニットの縦断面図である。 カムユニットの可動ピースの回動によるガイド溝の変化を示す図である。 シフトピンとガイド溝との係合によるカムユニットの一側へのスライドを説明する図である。 カムユニットの他側へのスライドについての図５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を駆動するようになり、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。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おり、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して、低リフト位置または高リフト位置のいずれかに切り替えられる。

また、図４にも示すようにスリーブ４３の軸線Ｘ方向の他側（図４の右側）には縮径部４３ａが形成され、リング状の可動ピース４４が外挿されている。すなわち、スリーブ４３がカムユニット４に対して回動不能な不動ピースであり、これに回動可能に可動ピース４４が組み付けられている。図３に表れているようにスリーブ４３および可動ピース４４の間にはコイルスプリング４５が配設され、そのばね力によって可動ピース４４を、スリーブ４３に対して吸気カムシャフト１２の回転する向き（以下、カム回転方向ともいう）の前側に回動するように付勢している。

詳しくは、スリーブ４３の縮径部４３ａの外周面には周方向に延びる溝４３ｂが開口しており、これに対向して可動ピース４４の内周面に開口する溝４４ａと共に、コイルスプリング４５の収容室が形成されている。そして、コイルスプリング４５の一端部（カム回転方向の前端部）が可動ピース４４側の溝４４ａの一端部に当接する一方、コイルスプリング４５の他端部（カム回転方向後側の端部）はスリーブ４３側の溝４３ｂの他端部に当接し、そのばね力によって可動ピース４４をカム回転方向の前側に付勢している。

そのように構成されたカムユニット４を、吸気カムシャフト１２に沿って軸線Ｘ方向に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４６が設けられている。図２〜４の他、図５にも示すように、ガイド溝４６は、カムユニット４の外周の全周に亘って周方向に延びるように設けられ、その幅方向（軸線Ｘ方向と同じであり、以下、溝幅方向ともいう）の両側面には、互いに向かい合うように側に膨出する一対のガイド部４６ａ，４６ｂが設けられて、概略Ｘ字状をなしている。

すなわち、図２に表れているように、吸気カムシャフト１２の上方には各気筒３毎に、シフトピン５１を進退駆動するアクチュエータ５が配設されて、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、前記ガイド溝４６と係合するようになる。

そうしてシフトピン５１が進出してガイド溝４６の幅方向一側または他側の側面と係合することによって、図６を参照して後述するように、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４６の幅方向にも、即ち斜めに移動するようになる。このとき実際には、シフトピン５１に対してカムユニット４が回転しながら軸線Ｘ方向にスライドする。

例えば図２に表れているようにカムユニット４が低リフト位置にあるときに、アクチュエータ５がオンされると、これにより進出されたシフトピン５１がガイド溝４６の軸線Ｘ方向一側（図２の左側）の側面に係合する。そして、同図に矢印Ｒとして示す吸気カムシャフト１２の回転に伴い、シフトピン５１はガイド溝４６の前記一側面に沿って相対移動するようになり、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。

また、本実施の形態ではガイド溝４６が、カムユニット４のスリーブ４３および可動ピース４４に跨って設けられており、言い換えるとガイド溝４６は、図５に表れているように溝幅方向の中央においてスリーブ４３側（左側）と可動ピース４４側（右側）とに２分割されている。そして、図３などを参照して上述したように可動ピース４４がスリーブ４３に対して回動することによって、ガイド溝４６の両側面の位置の関係が変化するようになっている。

以下、図５、６を参照して説明する場合に便宜上、ガイド溝４６の幅方向（軸線Ｘ方向）の一側および他側をそれぞれ左側および右側と呼称する。まず、図５の中段に示すようにガイド溝４６の左右両側面のガイド部４６ａ，４６ｂはそれぞれ、膨出端部４６ａ１，４６ｂ１からカム回転方向の前側（図の上側）に向かって徐々に膨出量が減少するガイド面部４６ａ２，４６ｂ２を有している。また、互いに向かい合う膨出端部４６ａ１，４６ｂ１の溝幅方向の間隔ｄ０は、シフトピン５１の外径Ｄ（図６の下段を参照）よりも狭くなっている。

但し、図３を参照して上述したようにカムユニット４のスリーブ４３に対して可動ピース４４は回動可能になっており、可動ピース４４は、図５の上段に示すようにスリーブ４３に対してカム回転方向の前側に回動した第１の位置と、反対の後側に回動した第２の位置（図５の下段に示す）との間で回動する。また、可動ピース４４はコイルスプリング４５によってカム回転方向の前側に、即ち前記第１の位置に向かって付勢されている。

このため、図５の上段に表れているように、ガイド溝４６の右側面のガイド部４６ｂの膨出端部４６ｂ１は、左側面のガイド部４６ａの膨出端部４６ａ１よりもカム回転方向の前側に位置している。こうしてカム回転方向の前後にずれているため、互いに向かい合う膨出端部４６ａ１，４６ｂ１同士の間隔ｄは、溝幅方向の間隔ｄ０よりも広くなっており、具体的にはシフトピン５１の外径Ｄよりも広くなっている。

これにより本実施の形態では、以下に図６を参照して説明するが、前記のようにシフトピン５１をガイド溝４６の左右いずれかの側面に係合させて、カムユニット４をスライドさせるときに、そのシフトピン５１が一対のガイド部４６ａ，４６ｂの間（膨出端部４６ａ１，４６ｂ１の間）を通過するようになる。すなわち、例えば図６の上段に示すようにシフトピン５１をガイド溝４６の左側面に係合させると、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、左側のガイド面部４６ａ２に沿って摺動し、図６の中段に示すように膨出端部４６ａ１に至る。

そして、前記のように間隔ｄの広くなっている２つの膨出端部４６ａ１，４６ｂ１の間をシフトピン５１が通過して、図６の下段に示すようにガイド溝４６の右側へと相対移動するのである。このようにガイド溝４６の幅方向にシフトピン５１が相対移動することによってカムユニット４がスライドするが、これにより低リフトカム４１から高リフトカム４２への切り替えを行うためには、それら２つのカム４１，４２同士の間隔Ｓ（軸線Ｘ方向の寸法）だけ、カムユニット４をスライドさせればよい。

すなわち、図６の下段に示すようにカムユニット４の外周面におけるシフトピン５１の右側への相対移動量は、前記２つのカム４１，４２同士の間隔Ｓと同じにすればよいから、シフトピン５１の直径をＤとすれば、前記のようにカムユニット４をスライドさせて、低リフトカム４１から高リフトカム４２に切り替えるためには、ガイド溝４６の幅（軸線Ｘ方向の寸法）が概ねＳ＋Ｄであればよい。

本実施の形態では、そうして低リフトカム４１または高リフトカム４２に切り替えたときにそれぞれ、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はさらに左側に向かってスライドするようになる。

なお、本実施の形態においてガイド溝４６の深さは、前記図３に表れているように、ガイド部４６ｂに相当する部分で最も深くなっており、ここから周方向に離れるに連れて徐々に浅くなっている。カム回転方向の前側に離れるに連れて浅くなっている部分４６ｃが、シフトピン５１をガイド溝４６と係合させるときの導入区間４６ｃであり、反対にカム回転方向の後側に離れるに連れて浅くなっている部分４６ｄは、シフトピン５１をガイド溝４６から後退させる導出区間４６ｄである。

−カム切替機構の動作−
上述したカム切替機構の動作について以下、図６および図７を参照して説明する。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。このとき、図６の上段に表れているように、カムユニット４において可動ピース４４は第１の位置にあり、その右側のガイド部４６ｂは、左側のガイド部４６ａよりもカム回転方向の前側（図６の上側）に位置している。

この状態で高リフトカム４２に切り替えるためにアクチュエータ５をオンすると、そのシフトピン５１が進出して、ガイド溝４６の左側面と係合する。このときシフトピン５１は、比較的浅めに形成された導入区間４６ｃで予め進出させて、その先端をガイド溝４６（導入区間４６ｃ）の底面に押し付けておく。こうすると、吸気カムシャフト１２の回転に連れて徐々にシフトピン５１が進出してゆき、スムーズにガイド溝４６の左側面と係合するようになる。

そして、カムユニット４がさらに回転すると、図６の上段から中段に表れているようにガイド溝４６の左側面のガイド面部４６ａ２をシフトピン５１が摺動して、ガイド部４６ａの膨出端部４６ａ１に至る。この間、実際にはシフトピン５１がガイド面部４６ａ２を介してカムユニット４を左側に押圧し、スライドさせているので、このカムユニット４のスリーブ４３内周において環状溝４３ｃに係合していたロック部材６１（図４の上段を参照）が、環状突部４３ｅによって押し下げられるようになる。

すなわち、図６の中段に表れているようにシフトピン５１がガイド部４６ａの膨出端部４６ａ１に達したときには、そのシフトピン５１の中心がガイド溝４６の幅方向の中央位置を越えて右側に相対移動しており、このときには前記ロック部材６１が環状突部４３ｅを乗り越えている。こうして環状突部４３ｅを乗り越えたロック部材６１は、コイルスプリング６２のばね力によって環状溝４３ｄに嵌り込んでゆくので、カムユニット４はさらに左側に向かってスライドする。

これにより、図６の中段から下段に表れているようにシフトピン５１が、互いに向かい合う膨出端部４６ａ１、４６ｂ１の間を通過して、ガイド溝４６の左側から右側へ相対移動することになる。こうしてカムユニット４が高リフト位置までスライドすると、図示はしないが、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。なお、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。

前記のようにしてガイド溝４６の右側面に相対移動したシフトピン５１は、図６の下段に表れているようにカムユニット４の回転に連れてガイド部４６ｂから離れてゆく。このときアクチュエータ５をオフにすれば、シフトピン５１はガイド溝４６の導出区間４６ｄにおいて徐々に押し戻され、ガイド溝４６と係合しない位置まで後退する。よって、その後、再びアクチュエータ５をオンしてシフトピン５１を進出させるまでは、当該シフトピン５１がガイド溝４６と干渉することはない。

次に、前記のように高リフトカム４２が選択されているときに、これを低リフトカム４１に切り替える動作について、図７を参照して説明する。この図７に関しても、ガイド溝４６の幅方向（軸線Ｘ方向）の一側および他側を便宜上、それぞれ左側および右側と呼称する。まず、カムユニット４が高リフト位置にあるので、アクチュエータ５をオンすると、これにより進出されるシフトピン５１は、図７の上段に示すようにガイド溝４６の右側面と係合するようになる。

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７の中段に示すように、ガイド溝４６の右側面のガイド面部４６ｂ２に沿って摺動するようになり、これによりカムユニット４を右側へ押圧してスライドさせる。このときにシフトピン５１は、ガイド面部４６ｂ２を右側だけでなく、カム回転方向の後側（図７の下側）にも押圧し、これにより可動ピース４４は、コイルスプリング４５のばね力に抗してカム回転方向の後側に回動する。

そうして可動ピース４４が回動すると、図７の下段に示すようにガイド溝４６の右側面のガイド部４６ｂは、左側面のガイド部４６ａよりもカム回転方向後側の第２の位置（図５の下段も参照）に変位する。こうしてカム回転方向の前後にずれているため、互いに向かい合う膨出端部４６ａ１，４６ｂ１同士の間隔が広くなり、その間をシフトピン５１が通過するようになる。

このようにシフトピン５１がガイド部４６ａ，４６ｂの膨出端部４６ａ１，４６ｂ１の間を通過するときには、前記した低リフト位置から高リフト位置への切り替えと同様に、カムユニット４のスリーブ４３の内周において、ロック部材６１が環状突部４３ｅを乗り越えて環状溝４３ｃに嵌り込んでゆく。これによりカムユニット４がさらに右側にスライドするようになり、膨出端部４６ａ１，４６ｂ１の間を通過したシフトピン５１は、ガイド溝４６の左側へ相対移動する。

このようにしてカムユニット４が高リフト位置から低リフト位置までスライドすると、図示はしないが、低リフトカム４１によってロッカアーム１５が押し下げられるようになって、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。なお、前記のようにシフトピン５１が膨出端部４６ａ１，４６ｂ１の間を通過して、右側のガイド面部４６ｂ２を押さなくなれば、可動ピース４４はコイルスプリング４５のばね力によってカム回転方向の前側に回動し、第１の位置に戻る。

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４６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のリフトを低リフトの状態または高リフトの状態に切り替えできる。

そうしてカムユニット４を軸線Ｘ方向の一側、他側にスライドさせるときには、それぞれ、シフトピン５１をガイド溝４６の幅方向の一側面または他側面に係合させて、一側のガイド部４６ａにより一側から他側へ、また、他側のガイド部４６ｂにより他側から一側へ、それぞれシフトピン５１を相対移動させることにより、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ことができる。

このことから、図６を参照して上述したようにカムユニット４のスライド量をＳとし、シフトピン５１の直径をＤとすれば、このシフトピン５１の相対移動に必要なガイド溝４６の幅（軸線Ｘ方向の長さ）は、概ねＳ＋Ｄとなり、従来公知のＹ字状のガイド溝Ｇ（図８を参照）の幅（２×Ｓ＋Ｄ）に比べて小さくなる。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、前記のようにカムユニット４を軸線Ｘ方向の一側に移動させるときと、反対に他側に移動させるときとでは、シフトピン５１の係合するガイド溝４６の側面が一側または他側に変化するだけであり、シフトピン５１は１つでよい。この点で、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が可能であり、カムユニット４に可動ピース４４を設けていてもコストアップにはならない。

また、本実施の形態では、ガイド溝４６の両側面におけるガイド部４６ａ，４６ｂの膨出端部４６ａ１，４６ｂ１同士の間隔（溝幅方向の間隔ｄ０）を、シフトピン５１の外径Ｄよりも狭くしている。このため、シフトピン５１が膨出端部４６ａ１，４６ｂ１に達すれば、その中心がガイド溝４６の幅方向の中央位置を越えることになり、このときにカムユニット４はスライドの中央位置を過ぎるようになる。よって、このときにカムユニット４のロック機構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り、その後、カムユニット４が元の側に戻ることはない。

−他の実施形態−
本発明は、前記実施の形態に記載された構成に限定されるものではない。前記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の外周において軸線Ｘ方向の中央付近にガイド溝４６を設けているが、これに限らず、一側または他側の端部に寄せて設けてもよい。

また、前記実施の形態では、スリーブ４３の外周にガイド溝４６を設けているが、これにも限定されず、スリーブ４３とは別体の円筒状部材の外周にガイド溝４６を設けて、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、カムユニット４のスリーブ４３が不動ピースであり、これに設けた縮径部４３ａに可動ピース４４を外挿しているが、これにも限定されず、例えば不動ピースもスリーブ４３とは別体として、組み付ける構造としてもよい。

さらに、前記実施の形態のカムユニット４では、ガイド溝４６を幅方向の中央で分割しているが、これにも限定されず、中央よりも一側寄りまたは他側寄りの位置で分割してもよい。また、ガイド溝４６の両側面に設けた一対のガイド部４６ａ，４６ｂは、それらの膨出端部４６ａ１，４６ｂ１同士の溝幅方向の間隔ｄ０がシフトピン５１の外径Ｄよりも狭くなっているが、これにも限定されず、溝幅方向の間隔ｄ０がシフトピン５１の外径Ｄよりも広くてもよい。

また、前記実施の形態のカムユニット４では、可動ピース４４をスリーブ４３に対してカム回転方向前側に付勢する付勢手段として、コイルスプリング４５を用いているが、これはコイルスプリング以外のばね部材であってもよいし、ばね部材にも限定されず、例えばエンジン１の潤滑系の油圧を利用して、可動ピース４４をスリーブ４３に対しカム回転方向前側に付勢するように構成してもよい。

さらにまた、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
２ カムハウジング
３ 気筒
４ カムユニット
４１ 低リフトカム
４２ 高リフトカム
４３ スリーブ（不動ピース）
４３ｅ 環状突部（突部）
４５ コイルスプリング（ばね部材）
４６ ガイド溝
４６ａ，４６ｂ ガイド部
４６ａ１，４６ｂ１ 膨出端部
４６ａ２，４６ｂ２ ガイド面部
５ アクチュエータ
５１ シフトピン
６ ロック機構
６１ ロック部材
６２ コイルスプリング（付勢手段）
１０ 吸気バルブ
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）

Claims (4)

1. 円筒状のカムユニットをカムシャフトに外挿し、当該カムユニット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、
   前記ガイド溝はその幅方向の両側面にそれぞれ、互いに向かい合うように膨出した一対のガイド部を有し、そのうちの一側のガイド部によって前記シフトピンを他側に相対移動させることにより、前記カムユニットを一側にスライドさせる一方、他側のガイド部によって前記シフトピンを一側に相対移動させることにより、前記カムユニットを他側にスライドさせるように構成されているとともに、
   前記ガイド溝が幅方向に２分割されていて、前記一側のガイド部が、カムユニットに対し回動不能に設けられた不動ピースに形成されている一方、前記他側のガイド部は、カムユニットに対し回動可能に設けられた可動ピースに形成され、
   前記可動ピースが不動ピースに対して、カムシャフトの回転する向きに回動した第１の位置と、反対の向きに回動した第２の位置とに変位可能とされ、かつ、当該可動ピースを前記第１の位置に向かって付勢する付勢手段が設けられていることを特徴とする可変動弁機構。
2. 請求項１に記載の可変動弁機構において、
   前記付勢手段が、前記可動ピースおよび不動ピースの間に介在されたばね部材によって構成されている、可変動弁機構。
3. 請求項１または２のいずれかに記載の可変動弁機構において、
   前記一対のガイド部はそれぞれ、膨出端部からカムシャフトの回転する向きの前側に向かって徐々に膨出量が減少するガイド面部を備えており、
   互いに向かい合う前記膨出端部同士の間隔は、前記ガイド溝の幅方向について前記シフトピンの外径よりも狭くなっている、可変動弁機構。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の可変動弁機構において、
   前記カムシャフトまたはカムユニットのいずれか一方には、他方に向かって突出する突部が設けられ、
   前記カムシャフトまたはカムユニットの他方には、付勢手段により前記突部に向かって押圧され、前記カムユニットのスライドの中央位置において前記突部を乗り越えるようにロック部材が配設されている、可変動弁機構。

Images