JP2011144780A - 内燃機関の可変動弁装置 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、内燃機関の可変動弁装置に関し、共通する変位手段により安価に、複数のカムを個別のタイミングで切り替えることのできる内燃機関の可変動弁装置を提供することを目的とする。
【解決手段】互いに隣接して配置されたプロファイルの異なる第１カム部１４、１８、２２、２６と第２カム部１６、２０、２４、２８とを有する複数のカムをカムシャフト１２に設ける。第１カム部及び第２カム部のいずれかと選択的に接触し、第１カム部又は第２カム部からの作用力をバルブ３６に伝達する伝達部材３０、３４を備える。カムシャフトの軸方向へカムシャフトと伝達部材とを相対的に変位させる変位手段４２を備える。第１カム部の幅に対する第２カム部の幅は、複数のカムにおいて異なっている。
【選択図】図１

Description

この発明は、内燃機関の可変動弁装置に関する。

従来、例えば特許文献１には、プロファイルの異なる第１カム部と第２カム部とを有するカムが設けられたカムキャリアを気筒毎に備え、回転駆動されるカムシャフトに対して各カムキャリアを軸方向に移動させることにより、カムを切り替える内燃機関の動弁機構が開示されている。より具体的には、この従来の動弁機構には、各カムキャリアに電動アクチュエータ等の変位手段が備えられており、個別のタイミングで上記変位手段を動作させて個別にカムキャリアを変位させる。これにより、複数のカムを個別のタイミングで切り替えてバルブのリフト量を変更することができる。

特開２００６−５２０８６９号公報 特開平３−２３６０８号公報 特開２００２−１３８８０８号公報

しかしながら、上記従来の動弁機構では、複数のカムを個別のタイミングで切り替えるために、カムキャリア毎に電動アクチュエータ等の変位手段を必要とする。カムキャリア毎に変位手段を必要とすれば、アクチュエータの数、及びそれに応じたコネクタ数やマイコンポート数の確保と発熱量の制約から電動アクチュエータ等を駆動させるためのＥＤＵも必要となる。そのため、システムが高コスト化するという課題がある。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、共通する変位手段により安価に、複数のカムを個別のタイミングで切り替えることのできる内燃機関の可変動弁装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の可変動弁装置であって、
回転駆動されるカムシャフトと、
互いに隣接して配置されたプロファイルの異なる第１カム部と第２カム部とを有し、前記カムシャフトに設けられた複数のカムと、
前記第１カム部及び前記第２カム部のいずれかと選択的に接触し、前記第１カム部又は前記第２カム部からの作用力をバルブに伝達する伝達部材と、
前記カムシャフトの軸方向に、前記カムシャフトと前記伝達部材とを相対的に変位させる変位手段と、を備え、
前記第１カム部の幅に対する前記第２カム部の幅は、前記複数のカムにおいて異なっていること、を特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、
前記第１カム部の幅は、切替順序が遅いカムほど広く設定されることを特徴とする。

また、第３の発明は、第２の発明において、
前記切替順序は、爆発順序と同じ順序であることを特徴とする。

また、第４の発明は、第１乃至第３の発明のいずれかにおいて、
前記第１カム部及び第２カム部のいずれかは、前記カムシャフトと同軸の円弧状のベース円部からなる休止カム部であることを特徴とする。

また、第５の発明は、第１乃至第４の発明のいずれかにおいて、
前記変位手段は、
前記複数のカムについて前記伝達部材に接触するカム部が前記第１カム部から前記第２カム部に切り替わる変位終了位置まで、前記カムシャフトを変位させ、
前記カムシャフトと共に回転する回転体の外周面に形成され、前記カムシャフトをその軸方向に案内する螺旋状溝と、
前記螺旋状溝に挿脱自在な切替ピンと、
前記切替ピンを前記螺旋状溝に挿入させるアクチュエータと、を有し、
前記螺旋状溝は、
前記カムシャフトが１回転よりも長く回転される間に、前記切替ピンを前記螺旋状溝に挿入させた位置から前記変位終了位置まで、前記カムシャフトを案内すること、を特徴とする。

第１の発明によれば、変位手段により、カムシャフトの軸方向にカムシャフトと伝達部材とを相対的に変位させる。カムシャフトには、隣接したプロファイルの異なる第１カム部と第２カム部とを有する複数のカムが設けられている。伝達部材には、第１カム部及び第２カム部のいずれかが選択的に接触する。そのため、上述のようにカムシャフトの軸方向にカムシャフトと伝達部材とを相対的に変位させることで、伝達部材に接触するカム部を複数のカムにおいて同時に同距離スライドさせることができる。また、第１の発明によれば、第１カム部の幅に対する第２カム部の幅は複数のカムにおいて異なっている。そのため、複数のカムを異なるタイミングで切り替えることができる。このように、本発明によれば、共通する変位手段により複数のカムを順次切り替えることができ、システムの高コスト化を抑制することができる。

第２の発明によれば、第１カム部の幅は切替順序が遅いカムほど広く設定される。このため、本発明によれば、切替順序に従ってカムを順次切り替えることができる。

第３の発明によれば、切替順序を爆発順序と同じ順序とする。このため、本発明によれば、爆発順序に従ってカムを順次切り替えることができる。

第４の発明によれば、第１カム部及び第２カム部のいずれかはカムシャフトと同軸の円弧状のベース円部からなる休止カム部とする。このため、本発明によれば、弁を停止させて各気筒を休止させることができる。

第５の発明によれば、螺旋様溝は、カムシャフトが１回転よりも長く回転される間に、切替ピンを螺旋状溝に挿入させた位置から変位終了位置までカムシャフトを案内する。そのため、カムシャフトが１回転する間に変位終了位置までカムシャフトを案内する螺旋状溝に比して、螺旋状溝の周方向に対する傾斜を緩やかにすることができる。このため、本発明によれば、螺旋状溝の耐久性を高めることができる。

本発明の実施の形態１の内燃機関の可変動弁装置の全体構成を概略的に示す図である。 気筒＃１の二弁駆動ロッカアーム３０をカムシャフト１２の軸方向から見た図である。 本発明の実施の形態２の内燃機関の可変動弁装置の全体構成を概略的に示す図である。 バルブリフトタイミングと休止用螺旋状溝５６によるカムの軸方向へのスライド量との関係を示す図である。 全気筒においてカムの切り替えが完了するまでのカムシャフト１２の変位過程を示す図である。 本発明の実施の形態３において、カムシャフト２回転で４気筒のカムを切り替える第１の例を示す図である。 本発明の実施の形態３において、カムシャフト２回転で４気筒のカムを切り替える第２の例を示す図である。 本発明の実施の形態３において、カムシャフト３回転で４気筒のカムを切り替える例を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

実施の形態１．
［可変動弁装置の全体構成］
図１、図２を用いてシステム構成について説明する。図１は、本発明の実施の形態１の内燃機関の可変動弁装置の全体構成を概略的に示す図である。ここでは、内燃機関１は、４つの気筒（＃１〜＃４）を有し、＃１→＃３→＃４→＃２の順で爆発行程が行われる直列４気筒型エンジンであるものとする。また、内燃機関１の個々の気筒には、２つの吸気バルブと２つの排気バルブとが備わっているものとする。そして、図１に示す構成は、各気筒に配設された２つの吸気バルブ、或いは２つの排気バルブを駆動する機構として機能するものとする。

本実施形態の可変動弁装置１０は、気筒＃１〜＃４に共通するカムシャフト１２を備えている。カムシャフト１２は内燃機関１の静止部材であるカムキャリア（或いはシリンダヘッド等）に周方向に回転可能及び軸方向に変位可能に支持されているものとする。カムシャフト１２は、図示省略するクランクシャフトに対してタイミングチェーンまたはタイミングベルトによって連結され、クランクシャフトの１／２の速度で回転するように構成されている。カムシャフト１２には、気筒毎に主カムと副カムが１つずつ隣接して１対のカムとして設けられている。具体的には、カムシャフト１２には、気筒＃１に対して主カム１４と副カム１６とが、気筒＃２に対して主カム１８と副カム２０とが、気筒＃３に対して主カム２２と副カム２４とが、気筒＃４に対して主カム２６と副カム２８とが隣接してそれぞれ１対のカムとしてカムシャフト１２と一体に形成されている。

図２は、気筒＃１の二弁駆動ロッカアーム３０をカムシャフト１２の軸方向から見た図である。図２に示すように、主カム１４は、カムシャフト１２と同軸の円弧状のベース円部１４ａと、当該ベース円の一部を半径方向外側に向かって膨らませるように形成されたノーズ部１４ｂとを備えた通常カムである。また、本実施形態では、副カム１６は、カムシャフト１２と同軸の円弧状のベース円部のみを有する休止カムとして構成されている。なお、主カム１８、２２、２６も、主カム１４と同様にベース円部とノーズ部とを備えた通常カムである。副カム２０、２４、２８も、副カム１６と同様にベース円部のみを有する休止カムである。

図２に示すように、可変動弁装置１０は、カムシャフト１２と平行に配置されたロッカシャフト３２を備えている。ロッカシャフト３２には、各気筒の二弁駆動ロッカアーム３０が回転自在に取り付けられている。二弁駆動ロッカアーム３０の中央部位には、主カム１４と接することができる位置に、ローラ３４が回転可能に取り付けられている。また、二弁駆動ロッカアーム３０におけるロッカシャフト３２の反対側の端部には、２つのバルブ３６の基端部（詳細には、バルブステムの基端部）が当接している。

ロッカシャフト３２は、ラッシュアジャスタ３８を介して内燃機関１の静止部材であるカムキャリア（或いはシリンダヘッド等）に支持されているものとする。このため、二弁駆動ロッカアーム３０は、ラッシュアジャスタ３８から押し上げ力を受けることによって、主カム１４に向けて付勢されている。また、二弁駆動ロッカアーム３０は、主カム１４がバルブ３６をリフトさせている時は、バルブスプリング４０の付勢力によって主カムに押し付けられることになる。上記のように構成された二弁駆動ロッカアーム３０は、主カム１４の作用力とラッシュアジャスタ３８及びバルブスプリング４０の付勢力との協働により、ロッカシャフト３２を支点として揺動するようになる。二弁駆動ロッカアーム３０が揺動されることにより、バルブ３６は開閉されるようになっている。

なお、気筒＃２〜＃４においても、主カム１４が主カム１８、２２、２６に、副カム１６が副カム２０、２４、２８にそれぞれ置き換わる点を除いて図２と同様の構成を備えている（図１）。同様の構成であるためその説明は省略する。

［本実施形態の特徴的構成］
次に、本実施形態における第１の特徴的構成について説明する。本実施形態における第１の特徴的構成は、気筒＃１〜＃４に共通するカムシャフト１２に設けられた主カム１４、１８、２２、２６のカム幅を不等間隔に設計し、アクチュエータ４２によりカムシャフト１２を軸方向に移動させて、気筒＃１〜＃４のカムを順次切り替える構成にある。

上述したように気筒＃１〜＃４は、＃１→＃３→＃４→＃２の順で爆発行程が行われる。この爆発順序でカムシャフト１２の回転角は９０°ずつ遅れている。具体的には、気筒＃１は図１の紙面の下方に向けてノーズ部が設けられている。気筒＃２は図１の紙面の垂直上方に向けてノーズ部が設けられている。気筒＃３は図１の紙面の垂直下方に向けてノーズ部が設けられている。気筒＃４は図１の紙面の上方に向けてノーズ部が設けられている。カムシャフト１２は図１のＡ方向から見て時計回りに回転する。

主カム及び副カムのカム幅は、各気筒において異なる。主カムのカム幅は、気筒＃１の主カム１４、気筒＃３の主カム２２、気筒＃４の主カム２６、気筒＃２の主カム１８の順に等間隔（１０ｍｍ間隔）で大きく構成されている。また、副カムのカム幅は、気筒＃１の副カム１６、気筒＃３の副カム２４、気筒＃４の副カム２８、気筒＃２の副カム２０の順に等間隔（１０ｍｍ間隔）で小さく構成されている。また、各気筒において主カムと副カムのカム幅の合計、即ち１対のカムのカム幅は同じである。よって、換言すれば主カムのカム幅に対する副カムのカム幅は、複数の１対のカムにおいて異なっている。

図１に示すように、可変動弁装置１０は、カムシャフト１２を、カムシャフト１２の回転軸の軸線方向（カムシャフト１２の軸方向）に移動させるアクチュエータ４２を備えている。アクチュエータ４２として、例えば、直接カムシャフト１２を駆動する電気モータや、油圧によってカムシャフト１２を駆動する油圧アクチュエータが用いられる。アクチュエータ４２は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０からの駆動信号に従って駆動されるようになっている。ＥＣＵ５０は、各種センサの出力値に基づいて内燃機関１の運転状態を制御するための電子制御ユニットである。ＥＣＵ５０は、制御の１つとして、各種センサの出力値に基づいて、主カム（通常カム）による通常運転又は副カム（休止カム）による弁停止運転を決定し、図示省略するクランクポジションセンサ等の出力信号に基づくタイミングでアクチュエータ４２を制御する。クランクポジションセンサは、内燃機関１のクランクシャフトの回転速度を検出するセンサである。

気筒＃１〜＃４それぞれのローラ３４は、通常運転時において、図１に示すように、各気筒において主カムに摺接する位置にある。ＥＣＵ５０は、副カムによる上述の弁停止運転を決定すると、クランクポジションセンサの出力信号に基づいて＃１の主カム１４のベース円部がローラ３４に摺接する時期に、アクチュエータ４２に駆動信号を出力する。アクチュエータ４２は、駆動信号に応じて、カムシャフト１２を図１のＡ方向に変位させる。カムシャフト１２の変位により、気筒＃１〜＃４の主カム及び副カムは同時に同距離変位することとなる。

アクチュエータ４２は、気筒＃１の主カム１４のベース円部がローラ３４に摺接している時期、即ち気筒＃１のバルブ３６が閉弁している時期に、気筒＃１のローラ３４に摺接するカムを主カム１４から副カム１６にスライドさせて切り替えるようにカムシャフト１２を変位させる。

続けて、アクチュエータ４２は、カムシャフト１２の回転角が９０°ずつ遅れた気筒＃３、＃４、＃２においても、主カムのベース円部がローラ３４に摺接している時期、即ち各気筒のバルブ３６が閉弁している時期に、各気筒のローラ３４に摺接するカムを主カムから副カムにスライドさせて切り替えるようカムシャフト１２を変位させる。

その結果、各気筒のローラ３４は、全気筒において主カムに摺接する位置から、全気筒において副カムに摺接する位置までカム上をスライドすることとなる。スライドする距離は各気筒とも同じである。なお、副カムはベース円部のみの休止カムであるため、副カムの作用力がバルブ３６へ伝達される状態とは、バルブ３６が開閉しない状態（弁停止状態）を意味するものとする。

以上のような構成によれば、１つのアクチュエータ４２により、弁停止要求に応じてカムシャフト１２を変位させる。そのため、アクチュエータ数及びアクチュエータを制御するＥＤＵの増大を抑制し、低コスト化を図ることができる。また、上述の構成によれば、カムシャフト１２の変位により全気筒のカムを同時に同距離スライドさせて、主カムのカム幅が狭い順、即ち気筒＃１→＃３→＃４→＃２の順で主カムから副カムに切り替える。そのため、爆発順序に合わせてカムを順次切り替えることができる。さらに、上述の構成によれば、カムシャフト１２の回転角に合わせて、ベース円部でカムをスライドさせる。そのため、各気筒の閉弁期間中に少ない推力で応答性良くカムを切り替えて弁停止を実現することができる。

なお、カムを３次元形状に仕上げることは非常に困難であるのに対し、上述のように通常カムと休止カムの２次元カムとして２次元形状に仕上げることは容易である。また、３次元カムはリフト時にカムシャフト１２をスライドさせるために大きな推力を要するのに対し、２次元カムは軸方向が平面でありスライドが容易である。さらに、２次元カムの摺動面は、平面であり３次元でないため、通常の汎用ロッカアームを使用することができる。

ところで、上述した実施の形態１のシステムにおいては、副カム１６、２０、２４、２８をベース円部のみを有する休止カムとしているが、これらの副カムは主カムと異なるリフト量０以外のカムであってもよい。なお、この点は以下の実施の形態でも同様である。

また、上述した実施の形態１のシステムにおいては、４気筒すべてを休止させることとしているが、少なくともカムの切替時期が異なる２気筒を休止させるものであればよい。この点は以下の実施の形態でも同様である。

また、上述した実施の形態１のシステムにおいては、カムシャフト１２を、タイミングチェーンまたはタイミングベルトに連結させることによりクランクシャフトに連動して回転させることとしているが、カムシャフト１２をクランクシャフトに連動させる手段はこれに限定されるものではない。例えば、まず、カムシャフト１２を中空とし、その軸芯として軸芯部材を挿入する。当該軸芯部材は、カムシャフト１２を周方向に連動させて回転させるように支持し、かつカムシャフト１２を軸方向に変位可能に支持する。そして、軸芯部材を、タイミングチェーンまたはタイミングベルトに連結させてクランクシャフトに連動して回転させることとしてもよい。なおこの点は以下の実施の形態でも同様である。

また、上述した実施の形態１のシステムにおいては、カムシャフト１２を軸方向に変位させて各気筒のローラ３４に摺接するカムをスライドさせることとしているが、変位させる対象はこれに限定されるものではない。例えば、二弁駆動ロッカアーム３０をロッカシャフト３２に軸方向に対して固定し、ロッカシャフト３２を軸方向に変位させることにより、各気筒のローラ３４をカムシャフト１２に設けられたカムに対しスライドさせることとしてもよい。なお、この点は以下の実施の形態でも同様である。

尚、上述した実施の形態１においては、カムシャフト１２が前記第１の発明における「カムシャフト」に、主カム１４、１８、２２、２６が前記第１の発明における「第１カム部」に、副カム１６、２０、２４、２８が前記第１の発明における「第２カム部」に、バルブ３６が前記第１の発明における「バルブ」に、ロッカアーム３０及びローラ３４が前記第１の発明における「伝達部材」に、アクチュエータ４２が前記第１の発明における「変位手段」に、それぞれ対応している。

実施の形態２．
［実施の形態２のシステム構成］
次に、図３〜図５を参照して本発明の実施の形態２について説明する。本実施形態のシステムは図３に示す構成において、螺旋状溝及び主カム、副カムのカム幅を図４〜図５に示すように構成することで実現することができる。

［本実施形態の特徴的構成］
上述した実施の形態１では、カムシャフト１２の回転角に合わせて、ベース円部でカムをスライドさせることで、好適にカムを切り替えることができる。しかしながら、運転状態によってカムシャフト１２の回転数は異なり、モータ等に求められる動作タイミングや推力は異なる。そのため、カムをスライドさせる動作タイミングや推力を制御することは必ずしも容易ではない。そのため、カムシャフト１２の回転数等に寄らず、ベース円部でカムを確実にスライドさせることができれば更に望ましい。

そこで、本実施形態においては、図３に示すようなカムシャフト１２と共に回転する螺旋状溝を用いて、物理的に螺旋状溝に定めたタイミングでカムシャフト１２を変位させてベース円部でカムを確実にスライドさせることとした。

図３は、本発明の実施の形態２の内燃機関の可変動弁装置の全体構成を概略的に示す図である。図３に示す構成のうち図１と同じ構成について同一番号を付してその説明を省略する。図３に示すカムシャフト１２の両端部の外周面には、それぞれ当該カムシャフト１２よりも大きな外径を有する大径部５２、５４が形成されている。大径部５２の周面には周方向に延びる休止用螺旋状溝５６が形成されている。大径部５４の周面には周方向に延びる復帰用螺旋状溝５８が形成されている。復帰用螺旋状溝５８は、休止用螺旋状溝５６とは溝が逆向きに形成されている。

可変動弁装置１０は、休止用螺旋状溝５６に切替ピン６０を挿入させるための休止用アクチュエータ６２を備えている。また、可変動弁装置１０は、復帰用螺旋状溝５８に切替ピン６４を挿入させるための復帰用アクチュエータ６６を備えている。より具体的には、アクチュエータ６２、６６は、ＥＣＵ５０からの指令に基づいてデューティ制御されるソレノイドである。切替ピン６０、６４は、ソレノイドＯＮ時に螺旋状溝５６、５８に向けて押し出され、ソレノイドＯＦＦ時に螺旋状溝５６、５８から引き抜かれる。螺旋状溝５６、５８の幅は、切替ピン６０、６４の外形より若干大きく形成されている。

図４は、バルブリフトタイミングと休止用螺旋状溝５６によるカムの軸方向へのスライド量との関係を示す図である。図５は、全気筒においてカムの切り替えが完了するまでのカムシャフト１２の変位過程を示す図である。図４に示すように、各気筒のバルブリフトタイミングは、カムシャフト１２の回転角で９０度ずつ位相がずれており、各気筒のバルブ３６はオーバラップを伴って＃１→＃３→＃４→＃２の順で開閉される。また、休止用螺旋状溝５６は、カムシャフト１２を１回転させてカムシャフト１２をＡ方向に４０ｍｍ変位させる。そのため、休止用螺旋状溝５６のカムシャフト１２の周方向に対する傾斜は、カムシャフト１２の変位距離４０ｍｍを、カムシャフト１回転分の回転角３６０°で割った０．１１１ｍｍ／°で示される。これは、カムシャフト１２が１°回転することでカムシャフト１２が０．１１１ｍｍ変位する傾斜である。

図４における気筒＃１のバルブの最大リフト時のカムシャフト１２の回転角は０°である。カムシャフト１２の回転角０°において弁停止要求が検出されると、ＥＣＵ５０は、休止用アクチュエータ６２をＯＮとする（図５（Ａ））。休止用アクチュエータ６２がＯＮとされると、切替ピン６０が押し出され、休止用螺旋状溝５６の始端に挿入される（図５（Ａ））。その後、切替ピン６０は、カムシャフト１２が約４５°回転する間に休止用螺旋状溝５６に勘合される（図４）。

休止用螺旋状溝５６は、切替ピン６０が勘合されると、カムシャフト１２の回転力を受けて、カムシャフト１２をＡ方向にスライドさせる（図６（Ａ））。気筒＃１においては、バルブ３６が閉弁された後、カムシャフト１２が約１３５°回転する間に、主カム１４はカムシャフト１２の軸方向に１０ｍｍスライドされる（図４）。１０ｍｍスライドされることで、気筒＃１のローラ３４に摺接するカムは主カム１４から副カム１６に切り替わる。主カム１４のカム幅は、通常運転時にローラ３４と主カム１４が摺接していた変位開始位置から１０ｍｍスライドして副カム１６に切り替わるように設計されている。

図５（Ｂ）に示すように、カムシャフト１２が約１３５°回転した状態において、気筒＃１は休止する。気筒＃２〜＃４においてもそれぞれのローラ３４が主カム１８、２２、２６上を１０ｍｍスライドした状態となる。

また、カムシャフト１２が約１３５°回転すると、気筒＃３のバルブ３６は閉弁される。その後、カムシャフト１２が約２２５°まで回転する間に、気筒＃３の主カム２２は、カムシャフト１２の軸方向にさらに１０ｍｍスライドされる（図４）。つまり、変位開始位置から２０ｍｍスライドされる。２０ｍｍスライドされることで、気筒＃３のローラ３４が摺接するカムは主カム２２から副カム２４に切り替わる。主カム２２のカム幅は、変位開始位置から２０ｍｍスライドされて気筒＃３のローラ３４に摺接するカムが副カム２４に切り替わるように設計されている。

図５（Ｃ）に示すように、カムシャフト１２が約２２５°回転した状態において、気筒＃１、＃３は休止する。気筒＃２、＃４においてもそれぞれのローラ３４が主カム１８、２６上を２０ｍｍスライドした状態となる。

また、カムシャフト１２が約２２５°回転すると、気筒＃４のバルブ３６は閉弁される。その後、カムシャフト１２が約３１５°まで回転する間に、気筒＃４の主カム２６は、カムシャフト１２の軸方向にさらに１０ｍｍスライドされる（図４）。つまり、変位開始位置から３０ｍｍスライドされる。３０ｍｍスライドされることで、気筒＃４のローラ３４が摺接するカムは主カム２６から副カム２８に切り替わる。主カム２６のカム幅は、変位開始位置から３０ｍｍスライドされて気筒＃４のローラ３４に摺接するカムが副カム２８に切り替わるように設計されている。

図５（Ｄ）に示すように、カムシャフト１２が約３１５°回転した状態において、気筒＃１、＃３、＃４は休止する。気筒＃２においてもローラ３４が主カム１８上を３０ｍｍスライドした状態となる。

また、カムシャフト１２が約３１５°回転すると、気筒＃２のバルブ３６は閉弁される。その後、カムシャフト１２が約４０５°まで回転する間に、気筒＃２の主カム１８は、カムシャフト１２の軸方向にさらに１０ｍｍスライドされる。つまり、変位開始位置から４０ｍｍスライドされる。４０ｍｍスライドされることで、気筒＃２のローラ３４が摺接するカムは主カム１８から副カム２０に切り替わる。主カム１８のカム幅は、変位開始位置から４０ｍｍスライドされて気筒＃４のローラ３４に摺接するカムが副カム２０に切り替わるように設計されている。

図５（Ｅ）に示すように、カムシャフト１２が約４０５°回転した状態において、気筒＃１〜＃４はすべて休止する。なお、気筒＃１は、ローラ３４が副カム１６上を４０ｍｍスライドした状態となる、気筒＃３、＃４もそれぞれ副カム２４、２８上を３０ｍｍ、２０ｍｍスライドした状態となる。

以上説明したように、図３〜図５に示す本実施形態の構成によれば、休止用アクチュエータ６２に切替ピン６０を休止用螺旋状溝５６へ挿入させることで、カムシャフト１２の回転力を利用して各気筒のカムをスライドさせることができる。また、各気筒の主カムのカム幅を弁停止順に広く設計して、変位開始位置から副カムに切り替わるまでの距離を長くすることで、１つの休止用アクチュエータ６２と休止用螺旋状溝５６により、各気筒のカムを爆発行程の順に切り替え各気筒を休止状態とすることができる。そのため、アクチュエータ数及びアクチュエータを制御するＥＤＵの増大を抑制し、低コスト化を図ることができる。また、本構成によれば、休止用螺旋状溝５６に定められたカムシャフト１２の回転角に応じた変位量で、確実にカムシャフト１２が変位される。そのため、カムシャフト１２の回転速度によらず、主カムのベース円区間において確実に副カムに切り替えることができる。また、カムシャフト１２の回転力を利用して各気筒の主カムと副カムをスライドさせることができるため、アクチュエータを小型化、低推力化することができる。

なお、図５（Ｅ）に示すように休止状態となった後、ＥＣＵ５０が通常運転要求を検出すると、ＥＣＵ５０は、復帰用アクチュエータ６６をＯＮとする。復帰用アクチュエータ６６が駆動されて、切替ピン６４が復帰用螺旋状溝５８に勘合される。復帰用螺旋状溝５８は、休止用螺旋状溝５６とは、溝の方向が逆に形成されている（図５）。そのため、復帰用螺旋状溝５８は、切替ピン６４が挿入された状態で、カムシャフト１２を図５の左方向に図５（Ｅ）の状態から図５（Ａ）の状態まで変位させる。これにより、気筒＃２→＃４→＃３→＃１の順序で各気筒のローラ３４に摺接するカムが副カムから主カムに切り替わり、通常運転が復帰される。

尚、上述した実施の形態２においては、カムシャフト１２が前記第１の発明における「カムシャフト」に、主カム１４、１８、２２、２６が前記第１の発明における「第１カム部」に、副カム１６、２０、２４、２８が前記第１の発明における「第２カム部」に、バルブ３６が前記第１の発明における「バルブ」に、ロッカアーム３０及びローラ３４が前記第１の発明における「伝達部材」に、螺旋状溝５６、５８、切替ピン６０、６４、アクチュエータ６２、６６が前記第１の発明における「変位手段」にそれぞれ対応している。

実施の形態３．
［実施の形態３のシステム構成］
次に、図６〜図８を参照して本発明の実施の形態３について説明する。本実施形態のシステムは図３に示す構成において、螺旋状溝及び主カム、副カムのカム幅を図６〜図８に示すように構成することで実現することができる。

上述した実施の形態２では、弁停止要求に応じて、切替ピン６０を休止用螺旋状溝５６に勘合させる。カムシャフト１２は、カムシャフト１２の回転力を利用して変位され、カムシャフト１２が１回転する間に気筒＃１〜＃４を休止させることができる。しかしながら、休止用螺旋状溝５６には大きな負荷が加わるため、その耐久性向上が望まれる。そこで、本実施形態においては、カムの切替期間及び切替順序に応じて、螺旋状溝の傾斜を周方向に対して緩やかに設計することとした。

図６は、本発明の実施の形態３において、カムシャフト２回転で４気筒のカムを切り替える第１の例を示す図である。第１の例の構成では、図３における気筒＃２の主カム１８と気筒＃４の主カム２６とのカム幅が置き換えられ、気筒＃２の副カム２０と気筒＃４の副カム２８とのカム幅が置き換えられている。また、休止用螺旋状溝５６、５８がカムシャフト１２を２回転で４気筒のカムを順次切り替えるように構成されている。カムシャフト１２を２回転で４気筒のカムを順次切り替えることとすれば、螺旋状溝の平均した傾斜は、カムシャフト１２の変位距離４０ｍｍをカムシャフト２回転分の回転角７２０°で割った０．０５６ｍｍ／°と表される。これは、カムシャフト１２が１°回転することでカムシャフト１２が０．０５６ｍｍ変位する傾斜である。

図６に示す休止用螺旋状溝５６の構成は、＃１→＃３→＃２→＃４の切替順序で、各気筒のローラ３４に摺接するカムを主カムから副カムに切り替えるものである。また、図４に示すものと同様に、１気筒毎のスライド距離は１０ｍｍであり、各気筒の主カムのベース円部において副カムに切り替えるものである。

図６に示す休止用螺旋状溝５６は、気筒＃１の閉弁期間中であって気筒＃３、＃４の開弁期間中に、気筒＃１のローラ３４に摺接するカムを変位開始位置から１０ｍｍスライドさせて、主カム１４から副カム１６に切り替える。また、気筒＃３の閉弁期間中であって気筒＃４、＃２の開弁期間中に、変位開始位置から２０ｍｍスライドさせて、気筒＃３のローラ３４に摺接するカムを主カム２２から副カム２４に切り替える。さらに、気筒＃２の閉弁期間中であって気筒＃１、＃３の開弁期間中に、気筒＃２のローラ３４に摺接するカムを主カム１８から副カム２０に切り替える。気筒＃２における切り替えの後、気筒＃４の閉弁を待つ。そのため、休止用螺旋状溝５６はカムシャフト１２を軸方向に変位させず周方向に回転するのみの非スライド区間を有する。その後、気筒＃４の閉弁期間中であって気筒＃２、＃１の開弁期間中に、気筒＃４のローラ３４に摺接するカムを主カム２６から副カム２８に切り替える。

図６に示す構成によれば、図４に示す構成に比して休止用螺旋状溝５６の傾斜を周方向に対して緩やかに設定しつつ、各気筒のローラ３４に摺接するカムを主カムのベース円部から副カムのベース円部に順次スライドさせることができる。そのため、螺旋状溝の耐久性を高めつつ、実施の形態１及び２と同様の効果を得ることができる。また、カムシャフト１２のカム幅を広くした構成おいては慣性力が高くなるため本実施形態の構成は特に好適に作用する。

なお、図６に示す休止用螺旋状溝５６を用いる場合には、復帰用螺旋状溝５８も、休止用螺旋状溝５６と同様に螺旋様溝の傾斜を緩やかに設定し、溝は逆向きに形成する。

図７は、本発明の実施の形態３において、カムシャフト２回転で４気筒のカムを切り替える第２の例を示す図である。本構成では、図３における気筒＃１の主カム１４と気筒＃２の主カム１８のカム幅が置き換えられ、気筒＃２の副カム２０と気筒＃４の副カム２８のカム幅が置き換えられている。また、螺旋状溝５６、５８がカムシャフト１２を２回転で４気筒のカムを順次切り替えるように構成されている。

図７に示す休止用螺旋状溝５６の構成は、＃２→＃３→＃４→＃１の切替順序で、各気筒のローラ３４に摺接するカムを主カムから副カムに切り替えるものである。また、図４に示すものと同様に、１気筒毎のカム切替に要するスライド距離は１０ｍｍであり、各気筒の主カムのベース円部において、副カムに切り替えるものである。

図７に示す休止用螺旋状溝５６は、気筒＃２の閉弁期間中であって気筒＃３、＃４の開弁期間中に、気筒＃２のローラ３４に摺接するカムを変位開始位置から１０ｍｍスライドさせて、主カム１８から副カム２０に切り替える。また、気筒＃３の閉弁期間中であって気筒＃４、＃２の開弁期間中に、変位開始位置から２０ｍｍスライドさせて、気筒＃３のローラ３４に摺接するカムを主カム２２から副カム２４に切り替える。さらに、気筒＃４の閉弁期間中であって気筒＃１、＃３の開弁期間中に、気筒＃４のローラ３４に摺接するカムを主カム２６から副カム２８に切り替える。続けて、気筒＃１の閉弁期間中であって気筒＃３、＃４の開弁期間中に、気筒＃１のローラ３４に摺接するカムを主カム１４から副カム１６に切り替える。

図７に示す構成によれば、図４に示す構成に比して休止用螺旋状溝５６の傾斜を周方向に対して緩やかに設定しつつ、各気筒のローラ３４に摺接するカムを主カムのベース円部において副カムに順次スライドさせることができる。よって、図６と同様の効果を得ることができる。また、図７に示す構成によれば、休止用螺旋状溝５６に図６における非スライド区間を有さないため、全気筒が切り替わるまでの期間を図６に示す構成よりも早めることができる。

なお、図７に示す休止用螺旋状溝５６を用いる場合には、復帰用螺旋状溝５８も、休止用螺旋状溝５６と同様に螺旋様溝の傾斜を緩やかに設定し、溝は逆向きに形成する。

図８は、本発明の実施の形態３において、カムシャフト３回転で４気筒のカムを切り替える例を示す図である。本構成では、図３における気筒＃２の主カム１８、副カム２０のカム幅を、気筒＃３の主カム２２、副カム２４のカム幅に変更する。また、気筒＃３の主カム２２、副カム２４のカム幅を、気筒＃４の主カム２６、副カム２８のカム幅に変更する。さらに、気筒＃４の主カム２６、副カム２８のカム幅を、図３における気筒＃２の主カム１８、副カム２０のカム幅に変更する。また、螺旋状溝５６、５８がカムシャフト１２を３回転で４気筒のカムを順次切り替えるように構成されている。カムシャフト１２を３回転で４気筒のカムを順次切り替えることとすれば、螺旋状溝の傾斜は、カムシャフト１２の変位距離４０ｍｍをカムシャフト３回転分の回転角１０８０°で割った０．０３７ｍｍ／°と表される。これは、カムシャフト１２が１°回転することでカムシャフト１２が０．０３７ｍｍ変位する傾斜である。

図８に示す休止用螺旋状溝５６の構成は、＃１→＃２→＃４→＃３の切替順序で、各気筒のローラ３４に摺接するカムを主カムから副カムに切り替えるものである。また、図４と同様に、１気筒毎のカム切替に要するスライド距離は１０ｍｍであり、各気筒の主カムのベース円部において、副カムに切り替えるものである。

図８に示す休止用螺旋状溝５６は、気筒＃１の閉弁期間中であって他３気筒の開弁期間中（約２７０°）に、気筒＃１のローラ３４に摺接するカムを変位開始位置から１０ｍｍスライドさせて、主カム１４から副カム１６に切り替える。また、気筒＃２の閉弁期間中であって他３気筒の開弁期間中に、変位開始位置から２０ｍｍスライドさせて、気筒＃２のローラ３４に摺接するカムを主カム１８から副カム２０に切り替える。さらに、気筒＃４の閉弁期間中であって他３気筒の開弁期間中に、気筒＃４のローラ３４に摺接するカムを主カム２６から副カム２８に切り替える。続けて、気筒＃３の閉弁期間中であって他３気筒の開弁期間中に、気筒＃３のローラ３４に摺接するカムを主カム２２から副カム２４に切り替える。

図８に示す構成によれば、各気筒において主カムのベース円区間約２７０°全体を利用して、緩やかにカムをスライドさせて切り替えることができる。そのため、図６、図７の構成に比してさらに螺旋状溝の耐久性を向上させることができる。

なお、図８に示す休止用螺旋状溝５６を用いる場合には、復帰用螺旋状溝５８も、休止用螺旋状溝５６と同様に螺旋様溝の傾斜が緩やかに設定し、溝は逆向きに形成する。

尚、上述した実施の形態３においては、カムシャフト１２が前記第１の発明における「カムシャフト」に、主カム１４、１８、２２、２６が前記第１の発明における「第１カム部」に、副カム１６、２０、２４、２８が前記第１の発明における「第２カム部」に、バルブ３６が前記第１の発明における「バルブ」に、ロッカアーム３０及びローラ３４が前記第１の発明における「伝達部材」に、螺旋状溝５６、５８が前記第５の発明における「螺旋状溝」に、切替ピン６０、６４が前記第５の発明における「切替ピン」に、アクチュエータ６２、６６が前記第５の発明における「アクチュエータ」に、それぞれ対応している。

１ 内燃機関
１０ 可変動弁装置
１２ カムシャフト
１４ 気筒＃１の主カム
１４ａ ベース円部
１４ｂ ノーズ部
１６ 気筒＃１の副カム
１８ 気筒＃２の主カム
２０ 気筒＃２の副カム
２２ 気筒＃３の主カム
２４ 気筒＃３の副カム
２６ 気筒＃４の主カム
２８ 気筒＃４の副カム
３０ 二弁駆動ロッカアーム
３２ ロッカシャフト
３４ ローラ
３６ バルブ
４２ アクチュエータ
５０ ＥＣＵ
５６ 休止用螺旋状溝
５８ 復帰用螺旋状溝
６０、６４ 切替ピン
６２ 休止用アクチュエータ
６６ 復帰用アクチュエータ

Claims (5)

1. 回転駆動されるカムシャフトと、
   互いに隣接して配置されたプロファイルの異なる第１カム部と第２カム部とを有し、前記カムシャフトに設けられた複数のカムと、
   前記第１カム部及び前記第２カム部のいずれかと選択的に接触し、前記第１カム部又は前記第２カム部からの作用力をバルブに伝達する伝達部材と、
   前記カムシャフトの軸方向に、前記カムシャフトと前記伝達部材とを相対的に変位させる変位手段と、を備え、
   前記第１カム部の幅に対する前記第２カム部の幅は、前記複数のカムにおいて異なっていること、
   を特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
2. 前記第１カム部の幅は、切替順序が遅いカムほど広く設定されることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の可変動弁装置。
3. 前記切替順序は、爆発順序と同じ順序であることを特徴とする請求項２記載の内燃機関の可変動弁装置。
4. 前記第１カム部及び第２カム部のいずれかは、前記カムシャフトと同軸の円弧状のベース円部からなる休止カム部であることを特徴とする請求項１乃至３いずれか１項記載の内燃機関の可変動弁装置。
5. 前記変位手段は、
   前記複数のカムについて前記伝達部材に接触するカム部が前記第１カム部から前記第２カム部に切り替わる変位終了位置まで、前記カムシャフトを変位させ、
   前記カムシャフトと共に回転する回転体の外周面に形成され、前記カムシャフトをその軸方向に案内する螺旋状溝と、
   前記螺旋状溝に挿脱自在な切替ピンと、
   前記切替ピンを前記螺旋状溝に挿入させるアクチュエータと、を有し、
   前記螺旋状溝は、
   前記カムシャフトが１回転よりも長く回転される間に、前記切替ピンを前記螺旋状溝に挿入させた位置から前記変位終了位置まで、前記カムシャフトを案内すること、
   を特徴とする請求項１乃至４いずれか１項記載の内燃機関の可変動弁装置。

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