JP6233387B2 - 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係る。

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は、各気筒毎に吸気バルブおよび排気バルブを２つずつ備える多気筒エンジンに搭載され、その各気筒毎に吸気カムシャフトに外挿されたカムキャリアには、２つの吸気バルブのそれぞれに対応して大、中、小の３つのカムが設けられている。そして、そのカムキャリアをカム軸方向にスライドさせて、前記の小カムを選択する低リフト位置と、中カムを選択する中リフト位置と、大カムを選択する高リフト位置とのいずれかに切り替えるようになっている。

特表２０１０−５２０３９５号公報

ところで、近年では車両への搭載性を高めるべく、エンジンにはコンパクト化の要請が高くなっており、その全長を短縮するために、動弁系の最前部（カム軸方向一側の端部）において吸気カムシャフトを保持する１番ジャーナルと、第１気筒の前側（カム軸方向一側）の吸気バルブを駆動するカムとの間隔が非常に狭くなっている。

このため、前記従来例のようにカムキャリアをスライドさせて、カム軸方向の３つの位置に切り替えることにより、吸気バルブのリフト特性を３段階に切り替えるようにすると、そのためのカムキャリアのスライド量が大きくなることによって、第１気筒のカムキャリアが１番ジャーナルと干渉するおそれがある。

かかる実状を考慮して本発明の目的は、エンジンの動弁系の一端部のスペースが狭小な場合でも、カムユニット（カムキャリア）のスライドによって吸気バルブのリフト特性を３段階に切り替えできるようにすることにある。

本発明では、第１気筒のカム軸方向一側の吸気バルブに対応する第１のカムユニットを、他側の吸気バルブに対応する第２のカムユニットと切り離し、この第２のカムユニットにより３段階の切り替えを行いながら、第１のカムユニットによる切り替えは２段階として、そのスライド量を小さくした。

具体的に本発明は、各気筒毎に２つの吸気バルブを備える多気筒エンジンに搭載され、吸気カムシャフトに外挿したカムユニットをカム軸方向にスライドさせることによって、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し、前記吸気バルブを駆動するようにした可変動弁機構を対象とし、前記エンジンには、前記カム軸方向の一側から他側に向かって順番に、第１および第２の少なくとも２つの気筒が設けられているものとする。

そして、前記第１気筒のカム軸方向一側の吸気バルブを駆動するための複数のカムが設けられた第１のカムユニットと、この第１のカムユニットをスライドさせて、前記複数のカムのいずれかを選択する２つの位置に切り替える第１のスライド機構とを備える。また、前記第１気筒のカム軸方向他側の吸気バルブを駆動するための複数のカム、前記第２気筒のカム軸方向一側の吸気バルブを駆動するための複数のカム、および、当該第２気筒のカム軸方向他側の吸気バルブを駆動するための複数のカム、が設けられた第２のカムユニットと、この第２のカムユニットをスライドさせて、前記各吸気バルブ毎に前記複数のカムのいずれかを選択する３つの位置に切り替える第２のスライド機構と、を備えるものとする。

前記のように構成された可変動弁機構においては、第１のスライド機構によって第１のカムユニットを２つの位置のいずれかにスライドさせ、複数（例えば２つ）のカムのうちのいずれかを選択することにより、第１気筒の一側の吸気バルブのリフト特性を２段階に切り替えることができる。また、第２のスライド機構によって第２のカムユニットを３つの位置のいずれかにスライドさせて、第１気筒の他側の吸気バルブおよび第２気筒の２つの吸気バルブのそれぞれに対し、複数（例えば２つまたは３つ）のカムのうちのいずれかを選択することにより、これらの吸気バルブのリフト特性を３段階に切り替えることができる。

つまり、第１気筒については一側の吸気バルブのリフト特性を２段階に切り替えるとともに、他側の吸気バルブのリフト特性は３段階に切り替えることで、両者を併せた第１気筒全体としては、吸気バルブのリフト特性を３段階に切り替えできる。しかも、前記第１のカムユニットは２つの位置の間でスライドさせるので、３つの位置の間でスライドさせるのに比べればスライド量を小さくすることができ、１番ジャーナルとの干渉を阻止できる。

好ましいのは、第１気筒と第２気筒とで吸気バルブのリフト特性を揃えるために、第２気筒の一側の吸気バルブのリフト特性は３段階でなく、２段階に切り替えるようにすることである。そのためには、第２気筒の一側の吸気バルブを駆動する複数のカムとして、第１気筒の一側の吸気バルブを駆動するのと同じプロフィールのカムを備えればよい。

具体的には、前記第１のカムユニットには、小カムと、これよりも大きな大カムとを設ける。一方、第２のカムユニットには、第１気筒および第２気筒のそれぞれの他側の吸気バルブに対応して、前記小カムおよび大カムと、それらの中間の大きさの中カムとを設けるとともに、第２気筒の一側の吸気バルブに対応して前記小カムおよび大カムを設ければよい。

すなわち、前記第２のカムユニットにおいて第２気筒の一側の吸気バルブに対応して、前記小カムまたは大カムの一方を２つ、他方を１つ設けるのであれば、第１気筒および第２気筒のそれぞれの他側の吸気バルブに対応して前記中カムが選択される位置において、第２気筒の一側の吸気バルブに対応して前記一方のカムが選択されるようにすればよい。

或いは、前記第２のカムユニットにおいて第２気筒の一側の吸気バルブに対応して、前記小カムおよび大カムを１つずつ設けるのであれば、そのうちの一方のカム幅を他方よりも広く（例えば２倍と）する。そして、第１気筒および第２気筒のそれぞれの他側の吸気バルブに対応して前記中カムが選択される位置において、第２気筒の一側の吸気バルブに対応して前記幅の広い一方のカムが選択されるようにすればよい。

また、好ましくは前記第１および第２のスライド機構によって、前記第１および第２のカムユニットを互いに同期してスライドさせることであり、こうすれば、第１気筒および第２気筒における各吸気バルブのリフト特性を全て同じタイミングで切り替えることができる。よって、吸気バルブのリフト特性を切り替える際に、気筒間の吸気充填量のばらつきが大きくなることを抑制できる。

また、好ましいのは、前記第１のカムユニットがカム軸方向一側および他側の２つの位置のうち、他側の位置にあり、かつ、前記第２のカムユニットが、カム軸方向一側、他側およびその中間の３つの位置のうち、中間の位置にあるときに、両者の間には所定の隙間（例えばカムユニットの寸法公差の２倍に相当する隙間）が形成されるようにすることである。

こうすると、第１のカムユニットが一側の位置に切り替えられているときには、第２のカムユニットの位置によらず両者は干渉しない。また、第１のカムユニットが他側の位置に切り替えられていても、第２のカムユニットが中間または他側の位置に切り替えられていれば、両者は干渉しない。よって、第１および第２のスライド機構によってそれぞれ、前記のように第１および第２のカムユニットをスライドさせて、吸気弁のリフト特性を切り替えることができる。

一方で、仮に第１のスライド機構が故障して、第１のカムユニットがカム軸方向他側の位置に停止したままとなったときには、前記第２のスライド機構によって第２のカムユニットを中間の位置からスライドさせて、カム軸方向一側の位置に切り替えることにより、当該第２のカムユニットによって前記第１のカムユニットを押圧し、前記カム軸方向一側の位置に切り替えることができる。つまり、第１のスライド機構の故障に対するフェールセーフが図られる。

本発明に係る可変動弁機構によると、エンジンの第１気筒における他側の吸気バルブを駆動するためのカムを切り離して、第２気筒に対応する第２のカムユニットと一体化し、この第２のカムユニットのスライドによってリフト特性を３段階に切り替える一方、第１気筒の一側の吸気バルブを駆動するための第１のカムユニットは２段階の切り替えとして、そのスライド量を小さくすることができる。よって、エンジンの動弁系の一端部のスペースが狭小な場合でも、カムユニットのスライドによって吸気バルブのリフト特性を３段階に切り替えることができる。

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。 吸気側の動弁系の基本構成を示す斜視図である。 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。 同カムユニットの構造を示す部分断面図である。 シフトピンとガイド溝との係合によってカムユニットをスライドさせるカム切替機構の基本的な構成および動作を説明する図である。 第１および第２のカムユニットの構成を模式的に示す図であって、低リフトの状態を示す。 中リフトの状態を示す図６相当図である。 高リフトの状態を示す図６相当図である。 カムの切り替えによる吸気弁のリフト特性の変化を示す図である。 フェールセーフの動作を説明する図である。

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。なお、以下ではエンジン１の前後方向を単に前後方向と呼ぶ。

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。また、吸気カムシャフト１２の前端部を保持する１番ジャーナル１６は、大きな負荷がかかることから、２番ジャーナル１７および３番ジャーナル１８よりも幅が広くなっている。さらに、吸気カムシャフト１２には各気筒３毎に、吸気バルブ１０を駆動するカム４０〜４２（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３気筒３（＃３）について図２に拡大して示すように、各気筒３毎に吸気カムシャフト１２の軸線Ｘの方向（カム軸方向であり、以下では前後方向と呼ぶこともある）に並ぶ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つまたは３つのカム４０〜４２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。なお、以下では相対的に小さな小カムを低リフトカム４０と呼び、相対的に大きな大カムを高リフトカム４２と呼び、それらの中間の中カムを中リフトカム４１と呼ぶ。

例えば前記図２に表れているように第３気筒３（＃３）においては、エンジン１の前側（図２において左側であり、軸線Ｘ方向の一側）の吸気バルブ１０に対応して、２つの低リフトカム４０および１つの高リフトカム４２が前後に並んで設けられている。また、後側（図２において右側であり、軸線Ｘ方向の他側）の吸気バルブ１０に対応して、低リフトカム４０，中リフトカム４１、および高リフトカム４２が前後に並んで設けられている。

これら低リフトカム４０、中リフトカム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４０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４０のカムロブがローラ１５ａを押圧し、ロッカアーム１５を押し下げることになる。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。

−カム切替機構の基本的な構成および動作−
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４０、中リフトカム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つまたは３つのカム４０〜４２は一体として形成され、円筒状のスリーブ４３の軸線Ｘ方向の端部に嵌合されている。そして、そのスリーブ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（前後方向）にはスライドするようになっている。

そのようにカムユニット４をスライドさせるために、その外周には、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４５が設けられている。すなわち、本実施の形態においては前記スリーブ４３の軸線Ｘ方向の中間部分に、高リフトカム４２のカムロブよりも外径の大きな円環状の大径部材４４が嵌合され、その外周には全周に亘って周方向に延びるガイド溝４５が設けられている。

一方、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１つまたは２つ配設され、エンジン１の前後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４５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４５と係合することにより、以下に図５も参照して説明するように、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、軸線Ｘ方向にも、即ち図４に矢印で示すように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方向にスライドし、低リフト位置、中リフト位置および高リフト位置のいずれかに切り替えられる。

詳しくは、まず、図４に示すようにガイド溝４５は、スリーブ４３の大径部材４４における軸線Ｘ方向の一側寄りおよび他側寄り（前側寄りおよび後側寄り）において、それぞれ周方向に直線的に延びる直溝部４５ａ，４５ｂと、これらの直溝部４５ａ，４５ｂ同士を繋ぐＳ字状の湾曲溝部４５ｃ、４５ｄとからなる。そして、図２に表れているように低リフトカム４０が選択されているとき（カムユニット４が低リフト位置にあるとき）には、前側の直溝部４５ａと後側のアクチュエータ５のシフトピン５１とが対向している。

この状態で前記後側のアクチュエータ５がオンされると、図５の上段に示すように進出したシフトピン５１がガイド溝４５の前側の直溝部４５ａと係合する。そして、図２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、前側の直溝部４５ａに沿って移動し、図５の中段に示すように湾曲溝部４５ｃに至る。この湾曲溝部４５ｃに沿ってシフトピン５１は、相対的には後側に移動することにより、実際にはカムユニット４を前側に押圧してスライドさせる。

そうしてカムユニット４が前側にスライドし、図５の下段に示すようにシフトピン５１が後側の直溝部４５ｂに到達すると、カムユニット４は中リフト位置に切り替えられるので、ここでシフトピン５１を後退させて、ガイド溝４５との係合を解除する。中リフト位置では、前側の吸気バルブ１０に対応して２つの小リフトカム４０のうち後側のものが選択され、後側の吸気バルブ１０に対応して中リフトカム４０が選択される。これにより、気筒３全体としては小リフトの状態と大リフトの状態との中間の中リフトの状態となる。

このようにしてカムユニット４が中リフト位置に切り替えられた後に、今度は前側（軸線Ｘ方向一側）のアクチュエータ５をオンして、前記と同様にシフトピン５１を進出させれば、図示はしないが、このシフトピン５１が前側の直溝部４５ａと係合し、ガイド溝４５の湾曲形状に沿って後側の直溝部４５ｂまで相対移動するようになる。これにより実際にはカムユニット４が前側にスライドして、高リフト位置に切り替えられる。

なお、そのようにして低リフト位置から中リフト位置、或いは中リフト位置から高リフト位置に切り替えるときのカムユニット４のスライド量Ｓ（図４に示す）は、低リフトカム４０、中リフトカム４１および高リフトカム４２のそれぞれの間隔と同じである。また、図示はしないがカムユニット４と吸気カムシャフト１２との間には、前記低リフト位置、中リフト位置または高リフト位置のそれぞれにおいてカムユニット４の位置を保持するための機構が設けられている。

さらに、詳しい説明は省略するが、カムユニット４が前記の高リフト位置にあるときに前側のアクチュエータ５をオンして、そのシフトピン５１をガイド溝４５の後側の直溝部４５ｂに係合させることにより、カムユニット４を後側にスライドさせて中リフト位置に戻すことができる。同様に、その中リフト位置にあるカムユニット４のガイド溝４５に、後側のアクチュエータ５のシフトピン５１を係合させることによって、カムユニット４を低リフト位置に戻すことができる。

−第１および第２気筒のカム切替機構−
次に、本実施の形態の特徴的な構成として、第１気筒３（＃１）および第２気筒３（＃２）のカム切替機構について説明する。本実施の形態のエンジン１は、車両への搭載性を高めるためにその全長を極力、短縮したものであり、そのために、吸気カムシャフト１２の最前部を保持する１番ジャーナル１６（図１を参照）と、第１気筒３（＃１）の前側の吸気バルブ１０との間隔が非常に狭くなっている。

このため、上述したカムユニット４を第１気筒３（＃１）にも備えて、吸気カムシャフト１２に沿ってスライドさせることにより、低リフト位置、中リフト位置および高リフト位置のいずれかに切り替えるようにすると（即ち３段階に切り替えようとすると）、そのためのスライド量が大きくなってしまい、カムユニット４が１番ジャーナル１６と干渉するおそれがあった。

この点に着目して本実施の形態では、第１気筒３（＃１）の前側の吸気バルブ１０のみに対応する第１のカムユニット６を設け、後側の吸気バルブ１０を駆動するためのカム７０〜７２は、第２気筒３（＃２）に対応する第２のカムユニット７と一体化した。そして、この第２のカムユニット７は、上述した第３気筒３（＃３）などのカムユニット４と同様に３段階の切り替えとする一方、第１のカムユニット６による切り替えは２段階として、そのスライド量を小さくした。

すなわち、図６には模式的に第１および第２のカムユニット６，７を示すように、第１のカムユニット６は、上述した第３気筒３（＃３）のカムユニット４における後側の部分を切り離して、前側および中央の部分を残したような構造になっている。このカムユニット６のスリーブ６３の前端部には、第１気筒３（＃１）の前側の吸気バルブ１０を駆動するための低リフトカム６０および高リフトカム６２が嵌合されている。

なお、第１のカムユニット６におけるスリーブ６３の基本的な構造は、上述した第３気筒３（＃３）などのスリーブ４３と同様であり、吸気カムシャフト１２にスプライン結合されているとともに、大径部材４４と同様の大径部材６４が嵌合されていて、その外周にはガイド溝４５と同じ形状のガイド溝６５が形成されている。また、低リフトカム６０および高リフトカム６２はそれぞれ低リフトカム４０および高リフトカム４２と同じものである。

そして、そのガイド溝６５にシフトピン５１を係合させることによって、第１のカムユニット６をスライドさせ、低リフト位置または高リフト位置に切り替えることができる。言い換えると、ガイド溝６５およびシフトピン５１（アクチュエータ５）が、第１のカムユニット６をスライドさせて、低リフト位置または高リフト位置に切り替える第１のスライド機構を構成している。

一方、第２のカムユニット７は、前記のように切り離したカムユニット４の後側の部分を、上述した第３気筒３（＃３）のカムユニット４に付加したような構造であり、吸気カムシャフト１２にスプライン結合されたスリーブ７３は、第１気筒３（＃１）の後側の部分から第２気筒３（＃２）に亘っている。このスリーブ７３は、そして、第１気筒３（＃１）および第２気筒３（＃２）の間において、エンジン１の２番ジャーナル１７によって保持されている。

そして、スリーブ７３の前端部には、第１気筒３（＃１）の後側の吸気バルブ１０を駆動するための低リフトカム７０、中リフトカム７１および高リフトカム７２が嵌合されている。これらの低リフトカム７０、中リフトカム７１および高リフトカム７２もそれぞれ、カムユニット４の低リフトカム４０、中リフトカム４１および高リフトカム４２と同じものである。

また、スリーブ７３の前後方向における概ね中央部分には、第２気筒３（＃２）の前側の吸気バルブ１０を駆動するための２つの低リフトカム７０および１つの高リフトカム７２が前後に並んで設けられ、スリーブ７３の後端部には、第２気筒３（＃２）の後側の吸気バルブ１０を駆動するための低リフトカム７０、中リフトカム７１および高リフトカム７２が前後に並んで設けられている。

なお、第１気筒３（＃１）および第２気筒３（＃２）のカムは、吸気バルブ１０の開閉タイミングに対応して異なる位相で設けられているが、図６においては低リフトカム６０，７０、中リフトカム７１、高リフトカム６２，７２の区別が付きやすいように、即ち説明の便宜上、それらのカム６０，６２，７０，７１，７２を同位相の状態で示している。以下の図７、８においても同様である。

さらに、スリーブ７３の外周にもスリーブ４３，６３と同様の大径部材７４が嵌合され、その外周にはガイド溝４５,６５と同じ形状のガイド溝７５が形成されている。このガイド溝７５にシフトピン５１を係合されれば、第２のカムユニット７をスライドさせて、低リフト位置、中リフト位置または高リフト位置に切り替えることができる。言い換えると、ガイド溝７５およびシフトピン５１（アクチュエータ５）が、第２のカムユニット７をスライドさせて、低リフト位置、中リフト位置または高リフト位置に切り替える第２のスライド機構を構成している。

このように本実施の形態では、第１および第２のカムユニット６，７をそれぞれスライドさせるためのガイド溝６５，７５の形状が同じなので、それらにシフトピン５１を係合させると、第１および第２のカムユニット６，７は互いに同期してスライドする。よって、第１気筒３（＃１）および第２気筒３（＃２）の吸気バルブ１０のリフト特性が同じタイミングで切り替えられ、その切り替えの際に気筒間の吸気充填量のばらつきが大きくなることを抑制できる。

また、前記第２のカムユニット７の３段階の切り替えのためのスライド量は、第１のカムユニット６の２段階の切り替えのためのスライド量Ｓの２倍なので、前記のように同期して動作させるためには、両者の間に適切な間隔が必要となる。本実施の形態では、図７に表れているように、第１のカムユニット６が低リフト位置にあり、第２のカムユニット７が中リフト位置にあるときに、両者の間には接触しない最小限の隙間Ｃ（例えば、寸法公差の２倍に相当する隙間）が形成されるようになっている。

−第１および第２気筒におけるカム切替機構の動作−
以下に、前記第１および第２のカムユニット６，７のスライド、即ち、第１および第２気筒３におけるカム切替機構の動作について、前記図６の他、図７〜９も参照して説明する。なお、図２〜５を参照して上述した第３気筒３（＃３）のカムユニット４と同じ動作については簡略に説明する。

まず、エンジン１の運転中に低リフト状態になっているときには、図６に表れているように、第１および第２のカムユニット６，７はいずれも低リフト位置にある。すなわち、図９の上段に示すように第１気筒３（＃１）および第２気筒３（＃２）の吸気バルブ１０は全て低リフト状態になっている。なお、図９において左側のリフトカーブＥｘは、排気バルブ１１についてのもので、右側のリフトカーブＩｎが、吸気バルブ１０についてのものである。

その低リフト状態で第２気筒３（＃２）の後側のアクチュエータ５をオンして、図６には黒矢印で示すようにシフトピン５１を進出させ、第２のカムユニット７のガイド溝７５の前側の直溝部に係合させると、図５を参照して上述した第３気筒３（＃３）のカムユニット４と同様にシフトピン５１は、吸気カムシャフト１２および第２のカムユニット７の回転に伴い、ガイド溝７５の湾曲形状に沿って相対移動するようになる。

これにより、実際には第２のカムユニット７が前側にスライドして、図７に示す中リフト位置に切り替えられる。この中リフト位置では、第１気筒３（＃１）の後側の吸気バルブ１０に対応して中リフトカム７１が選択されるとともに、第２気筒３（＃２）の前側および後側の吸気バルブ１０にそれぞれ対応して、低リフトカム７０および中リフトカム７１が選択される。

よって、図９の中段に模式的に示すように第１気筒３（＃１）および第２気筒３（＃２）において、前側の吸気バルブ１０は低リフト状態になり、後側の吸気バルブ１０は中リフト状態になる。つまり、第１気筒３（＃１）および第２気筒３（＃２）のそれぞれが、全体としては小リフトの状態と大リフトの状態との中間のリフト状態となる。なお、そうして第１のカムユニット６が低リフト位置にあり、かつ、第２のカムユニット７が中リフト位置にあるときに、両者の間には隙間Ｃが形成され、互いに干渉することはない。

次に、前記中リフトの状態で第１気筒３（＃１）のアクチュエータ５と、第２気筒３（＃２）の前側のアクチュエータ５とをオンして、図７に黒矢印で示すようにシフトピン５１を進出させる。こうすると、それぞれのシフトピン５１が第１および第２のカムユニット６，７のガイド溝６５，７５と係合することにより、第１および第２のカムユニット６，７が同期して前側にスライドし、それぞれ、高リフト位置に切り替えられる。

これにより図８に示すように、第１のカムユニット６において、即ち第１気筒３（＃１）の前側の吸気バルブ１０に対応して、高リフトカム６２が選択されるとともに、第２のカムユニット６においても、第１気筒３（＃１）の後側の吸気バルブ１０、および第２気筒３（＃２）の前側並びに後側の吸気バルブ１０に対応して、高リフトカム７２が選択される。よって、図９の下段に模式的に示すように第１気筒３（＃１）および第２気筒３（＃２）の吸気バルブ１０は全て高リフト状態になる。

なお、詳しい説明は省略するが、上述したように高リフト状態になっているときに、これを中リフト状態、さらには低リフト状態に切り替える動作については、前記と反対のものとなる。すなわち、例えば図８においてシフトピン５１を第１および第２のカムユニット６，７のガイド溝７５の後側の直溝部に係合させることにより、図７を参照して上述した中リフトの状態に切り替えることができる。

−フェールセーフ−
次に、第１のカムユニット６をスライドさせるためのアクチュエータ５が故障した場合のフェールセーフについて、図１０を参照して説明する。まず、前記の図６に表れているように第１および第２のカムユニット６，７がいずれも低リフト位置にあるときには、第１気筒３（＃１）および第２気筒３（＃２）の吸気バルブ１０が全て低リフト状態になっている（図９の上段を参照）。

このとき、図１０の上段に示すように第１のカムユニット６に対応するアクチュエータ５が故障して、第１のカムユニット６をスライドさせることができなくなったとする（同図にはアクチュエータ５に「×」印を付加して示す）。この結果、第１気筒３（＃１）の前側の吸気バルブ１０が低リフト状態のままになってしまうと、後側の吸気バルブ１０を高リフト状態にしても、第１気筒３（＃１）への吸気の充填効率が不足することになる。

これに対して本実施の形態では、第２のカムユニット７に対応するアクチュエータ５を動作させて、中リフト位置に切り替えると、図７を参照して上述したように第１のカムユニット６との間には隙間Ｃが形成されるだけになる。よって、ここからさらに前側に第２のカムユニット７をスライドさせて、高リフト位置に切り替えれば、図１０の下段に示すように第１のカムユニット６も前側にスライドし、高リフト位置に切り替わるのである。

以上、説明したように本実施の形態に係るエンジン１では、車両への搭載性を高めるために全長を極力、短縮した結果として、吸気カムシャフト１２の最前部を保持する１番ジャーナル１６と、第１気筒３（＃１）の前側の吸気バルブ１０との間隔が非常に狭くなっている。そこで、上述したように第１気筒３（＃１）の前側の吸気バルブ１０に対応する第１のカムユニット６は、低リフトおよび高リフトの２段階の切り替えとし、そのためのスライド量Ｓを小さくして、１番ジャーナル１６との干渉を阻止している。

一方、第１気筒３（＃１）の後側の吸気バルブ１０を駆動するためのカム７０〜７２は、第２気筒３（＃２）の２つの吸気バルブ１０に対応する第２のカムユニット７と一体化している。そして、この第２のカムユニット７のスライドによって、第１気筒３（＃１）および第２気筒３（＃２）の後側の吸気バルブ１０を低リフト、中リフトおよび高リフトの３段階に切り替えることで、第１気筒３（＃１）においても３段階の切り替えを実現できる。

よって、エンジン１の動弁系を収容するカムハウジング２の前端部のスペースが狭小な場合でも、気筒３毎のカムユニット４，６，７のスライドによって吸気バルブ１０のリフト特性を３段階に切り替えることができる。

−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、第２のカムユニット７のスライドによって、第２気筒３（＃２）の前側の吸気バルブ１０のリフト特性を高低２段階に切り替えるように、２つの低リフトカム７０および１つの高リフトカム７２を設けているが、これに限定されない。

すなわち、第２のカムユニット７において第２気筒３（＃２）の前側の吸気バルブ１０を駆動するためのカムの種類は、第１のカムユニット６のカムと同じであればよく、例えば１つの低リフトカム７０および２つの高リフトカム７２を設けてもよい。また、前記の実施形態において低リフトカム４０，６０，７０はいずれもゼロリフトであってもよい。

また、前記実施の形態では、カムユニット４，６，７をスライドさせるためのガイド溝４５を、２つの直溝部４５ａ，４５ｂと２つの湾曲溝部４５ｃ、４５ｄとからなるものとしているが、これにも限定されず、例えば、特許文献１に記載されているＹ字状のガイド溝など、公知の種々の形状のガイド溝を設けてもよい。また、ガイド溝にも限定されず、シフトピン５１と係合してカムユニット４，６，７をスライドさせるような形状のガイド部を設けてもよい。

さらに、前記実施の形態ではフェールセーフのために、図７に表れているように、第１のカムユニット６が高リフト位置にあって、第２のカムユニット７が中リフト位置にあるときに、この両者の間に接触しない最小限の隙間Ｃが形成されるようにしているが、これにも限定されず、もっと広い隙間Ｃが形成されるようにしてもよい。第１のカムユニット６のアクチュエータ５が故障した場合のフェールセーフを考慮すれば、隙間Ｃの広さは、カムユニット４，６，７の１回のスライド量Ｓの半分未満であればよい。

また、前記実施の形態では、エンジン１の前端部に近い第１気筒３（＃１）の前側の吸気バルブ１０に対応して、２段切り替えの第１のカムユニット６を設けているが、これにも限定されず、反対にエンジン１の後端部に近い第４気筒３（＃４）の後側の吸気バルブ１０に対応して、２段切り替えのカムユニットを設け、前側の吸気バルブ１０を駆動するためのカムは、第３気筒３（＃３）のカムユニット４と一体化してもよい。

本発明は、エンジンの動弁系の一端部のスペースが狭小な場合でも、カム切替方式の可変動弁機構によって３段階のカム切り替えを実現できるので、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
３（＃１） 第１気筒
３（＃２） 第２気筒
５ アクチュエータ
５１ シフトピン（第１および第２のスライド機構）
６ 第１のカムユニット
６０ 低リフトカム（小カム）
６２ 高リフトカム（大カム）
６５ ガイド溝（第１のスライド機構）
７ 第２のカムユニット
７０ 低リフトカム（小カム）
７１ 中リフトカム（中カム）
７２ 高リフトカム（大カム）
７５ ガイド溝（第２のスライド機構）
１０ 吸気バルブ
１２ 吸気カムシャフト
Ｃ 第１および第２のカムユニットの間の隙間
Ｘ 吸気カムシャフトの軸線（カム軸方向、エンジン前後方向）

Claims (4)

1. 各気筒毎に２つの吸気バルブを備える多気筒エンジンに搭載され、吸気カムシャフトに外挿したカムユニットをカム軸方向にスライドさせることによって、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し、前記吸気バルブを駆動するようにした可変動弁機構であって、
   前記エンジンには、前記カム軸方向の一側から他側に向かって順番に第１および第２の少なくとも２つの気筒が設けられており、
   前記第１気筒のカム軸方向一側の吸気バルブを駆動するための複数のカムが設けられた第１のカムユニットと、
   当該第１のカムユニットをスライドさせて、前記複数のカムのいずれかを選択する２つの位置に切り替える第１のスライド機構と、
   前記第１気筒のカム軸方向他側の吸気バルブを駆動するための複数のカム、前記第２気筒のカム軸方向一側の吸気バルブを駆動するための複数のカム、および、当該第２気筒のカム軸方向他側の吸気バルブを駆動するための複数のカム、が設けられた第２のカムユニットと、
   当該第２のカムユニットをスライドさせて、前記各吸気バルブ毎に前記複数のカムのいずれかを選択する３つの位置に切り替える第２のスライド機構と、を備え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、
   前記第１のカムユニットには、小カムと、これよりも大きな大カムとが設けられ、
   前記第２のカムユニットには、第１気筒および第２気筒のそれぞれのカム軸方向他側の吸気バルブに対応して、前記小カムおよび大カムと、それらの中間の大きさの中カムとが設けられるとともに、前記第２気筒のカム軸方向一側の吸気バルブに対応して前記小カムおよび大カムが設けられている、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、
   前記第１および第２のスライド機構は、互いに同期して前記第１および第２のカムユニットをスライドさせるように構成されている、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、
   前記第１のカムユニットがカム軸方向一側および他側の２つの位置のうち、他側の位置にあり、かつ、前記第２のカムユニットが、カム軸方向一側、他側およびその中間の３つの位置のうち、中間の位置にあるときに、それら第１および第２のカムユニットの間に所定の隙間が形成されており、
   前記第２のスライド機構によって第２のカムユニットが前記中間の位置からスライドされて、前記カム軸方向一側の位置に切り替えられると、当該第２のカムユニットによって前記第１のカムユニットが押圧されることにより、前記カム軸方向一側の位置に切り替えられるように構成されている、可変動弁機構。

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