(57)【要約】【課題】エンジンへの搭載性が改善されたエンジンの動弁装置を提供する。【解決手段】カム要素の内周面に凸部５５を介して軸方向に第１凹溝５１及び第２凹溝５２を設け、カム要素が軸方向に移動される前は第１凹溝５１に嵌合し、カム要素が軸方向に移動された後は第２凹溝５２に嵌合する嵌合部材を備える。第２凹溝５２は凸部５５を乗り越えた嵌合部材４３ｉｉと接触して押圧力をカム要素に付与する傾斜面５４を有する。軸方向カムの突出量を第１凹溝５１に嵌合している嵌合部材４３ｉの中心Ｘｉと第２凹溝５２に嵌合している嵌合部材４３ｉｉｉの中心Ｘｉｉｉとの間の軸方向距離Ｌよりも小さい値に設定する。【選択図】図８
2014152653.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの運転状態に応じて吸排気弁の動弁特性を切り替え可能なエンジンの動弁装置であって、
エンジンのクランク軸に連動して回転するカム軸と、
前記カム軸に対し軸方向に移動可能に外嵌されてカム軸と一体回転すると共に、前記クランク軸の軸方向に沿って連設されたカムプロファイルが相互に異なる第１カム及び第２カムを含むカム要素と、
前記カム要素の軸方向の一端側に設けられ、軸方向の突出量が周方向に沿って変化する軸方向カムを含む端面カム部材と、
前記端面カム部材の軸方向カムに接触する接触位置と接触しない非接触位置との間で移動可能に設けられ、前記接触位置に移動した状態で前記カム要素に軸方向の第１押圧力を付与して前記カム要素を軸方向に移動させる強制移動部材と、
前記カム要素の内周面における前記第１カム及び第２カムに対応する位置に、前記カム要素の周方向に沿って形成され、径方向内側に突出する凸部を介して軸方向に区画された第１凹溝及び第２凹溝と、
前記カム軸の外周面から径方向外側に突出するように付勢された状態で前記カム軸に設けられ、前記カム要素が前記強制移動部材によって軸方向に移動される前の状態で前記第１凹溝に嵌合する一方、前記カム要素が軸方向に移動された後の状態で前記第２凹溝に嵌合する嵌合部材とを備え、
前記第２凹溝は、前記カム要素が前記第１押圧力によって軸方向に所定量移動されたときに、前記凸部を乗り越えた前記嵌合部材と接触することにより、前記第１押圧力と同じ軸方向成分を有する第２押圧力を前記カム要素に付与する傾斜面を有し、
前記軸方向カムの軸方向の突出量が、前記第１凹溝に嵌合している状態の前記嵌合部材の中心と、前記第２凹溝に嵌合している状態の前記嵌合部材の中心との間の軸方向距離よりも小さい値に設定されていることを特徴とするエンジンの動弁装置。
【請求項２】
請求項１に記載のエンジンの動弁装置において、
前記軸方向カムの軸方向の突出量が、前記第１凹溝に嵌合している状態の前記嵌合部材の中心と、前記凸部を乗り越えて前記傾斜面と接触し始めた状態の前記嵌合部材の中心との間の軸方向距離よりも大きい値に設定されていることを特徴とするエンジンの動弁装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のエンジンの動弁装置において、
前記傾斜面は、前記カム要素の軸心に対して３０°〜４５°の傾斜角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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの動弁装置に関し、詳しくは、エンジンへの搭載性が改善されたエンジンの動弁装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジンの運転状態に応じて吸排気弁のリフト量や開閉タイミング等の動弁特性を切り替えることが可能に構成されたエンジンの動弁装置が知られている。この動弁装置は、エンジンのクランク軸に連動して回転するカム軸と、このカム軸に対し軸方向に移動可能に外嵌されてカム軸と一体回転するカム要素とを備える。カム要素はクランク軸の軸方向に沿って連設されたカムプロファイルが相互に異なる複数のカムを含み、吸気弁又は排気弁毎に設けられる。カム要素が軸方向に移動してカムフォロワを押圧するカムが切り替わることにより吸排気弁の動弁特性がカムプロファイルに応じて切り替わる。
【０００３】
特許文献１に開示される動弁装置は、カム要素を軸方向に移動させる手段として、カム要素の軸方向の一端側に設けられ、軸方向の突出量が周方向に沿って変化する軸方向カムを含む端面カム部材と、この端面カム部材の軸方向カムに接触する接触位置と接触しない非接触位置との間で移動可能に設けられ、接触位置に移動した状態で前記カム要素に軸方向の押圧力を付与して前記カム要素を軸方向に移動させる操作ピンとを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許公開公報２０１１／０２２６２０５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
カム要素を軸方向に移動させるためにカム要素の軸方向の一端側に端面カム部材を設けると、端面カム部材の軸方向カムの軸方向の突出量だけ、相互に隣接するカム要素間の軸方向距離を長くしなければならない。そのため、動弁装置を、相互に隣接するバルブ間の軸方向距離（バルブピッチ）や相互に隣接する気筒間の軸方向距離（気筒ピッチ）が比較的長い大型のエンジンにしか搭載できず、エンジンの小型化が図れないという問題がある。
【０００６】
そこで、本発明は、相互に隣接するカム要素間の軸方向距離が短くされて、エンジンへの搭載性が改善されたエンジンの動弁装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するためのものとして、本発明は、エンジンの運転状態に応じて吸排気弁の動弁特性を切り替え可能なエンジンの動弁装置であって、エンジンのクランク軸に連動して回転するカム軸と、前記カム軸に対し軸方向に移動可能に外嵌されてカム軸と一体回転すると共に、前記クランク軸の軸方向に沿って連設されたカムプロファイルが相互に異なる第１カム及び第２カムを含むカム要素と、前記カム要素の軸方向の一端側に設けられ、軸方向の突出量が周方向に沿って変化する軸方向カムを含む端面カム部材と、前記端面カム部材の軸方向カムに接触する接触位置と接触しない非接触位置との間で移動可能に設けられ、前記接触位置に移動した状態で前記カム要素に軸方向の第１押圧力を付与して前記カム要素を軸方向に移動させる強制移動部材と、前記カム要素の内周面における前記第１カム及び第２カムに対応する位置に、前記カム要素の周方向に沿って形成され、径方向内側に突出する凸部を介して軸方向に区画された第１凹溝及び第２凹溝と、前記カム軸の外周面から径方向外側に突出するように付勢された状態で前記カム軸に設けられ、前記カム要素が前記強制移動部材によって軸方向に移動される前の状態で前記第１凹溝に嵌合する一方、前記カム要素が軸方向に移動された後の状態で前記第２凹溝に嵌合する嵌合部材とを備え、前記第２凹溝は、前記カム要素が前記第１押圧力によって軸方向に所定量移動されたときに、前記凸部を乗り越えた前記嵌合部材と接触することにより、前記第１押圧力と同じ軸方向成分を有する第２押圧力を前記カム要素に付与する傾斜面を有し、前記軸方向カムの軸方向の突出量が、前記第１凹溝に嵌合している状態の前記嵌合部材の中心と、前記第２凹溝に嵌合している状態の前記嵌合部材の中心との間の軸方向距離よりも小さい値に設定されていることを特徴とするエンジンの動弁装置である（請求項１）。
【０００８】
本発明によれば、エンジンの運転状態に応じて吸排気弁の動弁特性を切り替え可能なエンジンの動弁装置において、嵌合部材と第１凹溝及び第２凹溝とにより、カム要素に連接された第１カム及び第２カムをカムフォロワに対して位置決めするためのディテント機構が構成される。
【０００９】
例えば第１カムから第２カムへの切り替えが行われる場合を考える。まず、端面カム部材の軸方向カムと強制移動部材との接触により、カム要素に軸方向の第１押圧力が付与されてカム要素が軸方向に移動される。これにより、第１凹溝に嵌合していた嵌合部材が第１凹溝から抜け出て凸部を乗り越え、第２凹溝の傾斜面と接触する。次に、この嵌合部材と傾斜面との接触により、前記第１押圧力と同じ軸方向成分を有する第２押圧力がカム要素に付与されてカム要素が引き続き軸方向に移動される。これにより、嵌合部材は前記第２押圧力を発生させつつ傾斜面から第２凹溝に移動して第２凹溝に嵌合する。そのため、第２カムがカムフォロワに対して位置決めされ、カムの切り替えが終了する。
【００１０】
つまり、カムの切り替え時、ディテント機構の嵌合部材は切り替え元の第１カムに対応する第１凹溝から切り替え先の第２カムに対応する第２凹溝に相対移動するが、その相対移動の途中で、その相対移動の推進力となる押圧力が、軸方向カムと強制移動部材との接触により発生する第１押圧力から、嵌合部材と傾斜面との接触により発生する第２押圧力に移行する。これにより、前記嵌合部材が第１凹溝から第２凹溝に相対移動する期間の全部に亘って第１押圧力を発生させる必要がなくなり、前記期間の初期のみ第１押圧力を発生させればよくなる。そのため、本発明では、軸方向カムの軸方向の突出量（つまり軸方向カムの操作量）が、第１凹溝に嵌合している状態の嵌合部材の中心と第２凹溝に嵌合している状態の嵌合部材の中心との間の軸方向距離（これを「凹溝ピッチ」という）よりも小さい値に設定されている。
【００１１】
従来は、ディテント機構の嵌合部材が第１凹溝から第２凹溝に相対移動する期間の全部に亘って第１押圧力を発生させる必要があったので、軸方向カムの軸方向の突出量が凹溝ピッチと同じ値に設定されていた。その結果、相互に隣接するカム要素間の軸方向距離が長くなり、動弁装置をバルブピッチや気筒ピッチが比較的長い大型のエンジンにしか搭載できなかった。
【００１２】
これに対し、本発明では、軸方向カムの軸方向の突出量を凹溝ピッチよりも小さい値に設定できるので、相互に隣接するカム要素間の軸方向距離を短くでき、動弁装置をバルブピッチや気筒ピッチが比較的短い小型のエンジンにも搭載できる。
【００１３】
以上により、本発明によれば、エンジンの運転状態に応じて吸排気弁の動弁特性を切り替え可能なエンジンの動弁装置において、カム要素を軸方向に移動させるためにカム要素の軸方向の一端側に端面カム部材が設けられていても、相互に隣接するカム要素間の軸方向距離が短くなり、エンジンへの搭載性が改善される。
【００１４】
本発明において、好ましくは、前記軸方向カムの軸方向の突出量が、前記第１凹溝に嵌合している状態の前記嵌合部材の中心と、前記凸部を乗り越えて前記傾斜面と接触し始めた状態の前記嵌合部材の中心との間の軸方向距離よりも大きい値に設定されている（請求項２）。
【００１５】
前記請求項１に係る発明では、軸方向カムの軸方向の突出量の最大値が規定されるのに対し、この請求項２に係る発明では、軸方向カムの軸方向の突出量の最小値が規定される。すなわち、前記最小値は、第１凹溝に嵌合している状態の嵌合部材の中心と、第１凹溝と第２凹溝との間の凸部を乗り越えて第２凹溝の傾斜面と接触し始めた状態（つまり第２押圧力が発生し始めた状態）の嵌合部材の中心との間の軸方向距離（これを「第２押圧力発生所要距離」という）である。
【００１６】
この構成によれば、ディテント機構の嵌合部材が第１凹溝から第２凹溝に相対移動する期間中、嵌合部材と傾斜面との接触により第２押圧力が発生するまでは、必ず軸方向カムと強制移動部材との接触により第１押圧力が発生しているので、カムの切り替え時に第２押圧力が未だ発生していないのに第１押圧力の発生が終了するという問題が生じず、第１押圧力から第２押圧力への移行が確実に行われて、カム要素が円滑に連続して移動される。
【００１７】
本発明において、好ましくは、前記傾斜面は、前記カム要素の軸心に対して３０°〜４５°の傾斜角に形成されている（請求項３）。
【００１８】
この構成によれば、傾斜面とカム要素の軸心とがなす角度が３０°以上なので、十分大きい第２押圧力が発生し、カムの切り替えが短時間で終了する。また、傾斜面とカム要素の軸心とがなす角度が４５°以下なので、第２押圧力発生所要距離が十分短くなり、軸方向カムの軸方向の突出量がより一層小さくなる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明は、エンジンの運転状態に応じて吸排気弁の動弁特性を切り替え可能なエンジンの動弁装置において、カム要素を軸方向に移動させるためにカム要素の軸方向の一端側に端面カム部材が設けられていても、相互に隣接するカム要素間の軸方向距離が短くなり、エンジンへの搭載性が改善されるから、カムを切り替えるカムシフト機構を具備する動弁装置の技術の発展向上に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態に係るエンジンの動弁装置の正面図である。
【図２】図１の矢印Ａから見た前記動弁装置の排気カムシャフト及び操作ピン駆動装置の側面図である。
【図３】前記排気カムシャフトのカム軸及びカム要素の拡大断面図である。
【図４】前記カム要素の内周面に形成された凹溝及び傾斜面を示す部分拡大図である。
【図５】前記カム要素及び端面カム部材の模式図である。
【図６】前記カム要素及び端面カム部材の側面図である。
【図７】前記カム要素及び端面カム部材の斜視図である。
【図８】凹溝ピッチ及び第２押圧力発生所要距離の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面に基いて本発明の実施形態を説明する。
【００２２】
（１）全体構成
本実施形態において、本発明は、図１に示すエンジンの動弁装置１に適用されている。図１に示す動弁装置１は、排気弁２用の動弁装置であって、スイングアーム式のロッカーアーム３を備える。ロッカーアーム３は、バルブクリアランスを自動調整するラッシュアジャスタ４で支持された支点３ａと、排気カムシャフト５のカム６で押圧されるカムフォロワ７が設けられた力点３ｂと、排気弁２を押圧する作用点３ｃとを有する。動弁装置１はエンジンのシリンダヘッド（図示せず）に配設されている。
【００２３】
図２に示すように、本実施形態に係るエンジンＥは、図外のクランク軸の延びる方向に４つの気筒Ｃ（第１気筒Ｃ１〜第４気筒Ｃ４）が直列に配置された直列４気筒エンジンである。また、エンジンＥは、１つの気筒Ｃあたり２つの吸気弁（図示せず）及び２つの排気弁２が設けられた多弁式エンジンである。
【００２４】
動弁装置１は、エンジンＥの運転状態に応じて、排気カムシャフト５のカム６を切り替えることにより、排気弁２のリフト量や開閉タイミング等の動弁特性を切り替えることが可能に構成されている。なお、本発明は、吸気弁用の動弁装置にも適用可能であるが、本実施形態では、排気弁２用の動弁装置に適用した場合を例にして説明する。
【００２５】
排気カムシャフト５は、クランク軸に連動して回転するカム軸８と、このカム軸８に対し、スプライン９ａ，９ｂ（図４及び図５参照）を介してクランク軸の軸方向（図２の左右方向）に移動可能に外嵌されてカム軸８と一体回転するカム要素１０とを備える。カム要素１０は軸方向に沿って連設されたカムプロファイルが相互に異なるＡカム６Ａ及びＢカム６Ｂを含み、排気弁２毎に設けられている。カム要素１０が軸方向に移動してロッカーアーム３のカムフォロワ７を押圧するカム６が切り替わることにより排気弁２の動弁特性がカムプロファイルに応じて切り替わる。
【００２６】
前述したように、本実施形態では、１つの気筒Ｃあたり２つの排気弁２が設けられているので、カム要素１０もまた１つの気筒Ｃあたり２つのカム要素１０が設けられている。２つの排気弁２に対応する２つのカム要素１０は所定の間隔を空けて軸方向に並んで設けられ、軸方向に延びる円筒状の延長部１１で相互に連結されている。本実施形態では、この２つのカム要素１０が相互に連結されたものをカムユニット１２と称する。つまり、１つの気筒Ｃあたり１つのカムユニット１２が設けられている。
【００２７】
図３に示すように、カムユニット１２は前記延長部１１においてシリンダヘッドに立設された軸受部３０により軸方向に移動可能かつ周方向に回転可能に軸受けされている。すなわち軸受部３０は２つのカム要素１０間に配置されている。軸受部３０は、シリンダヘッドに一体形成された支持壁３１と、この支持壁３１に締結固定されたカムキャップ３２とで構成されている。
【００２８】
カム要素１０ないしカムユニット１２を軸方向に移動させる手段として、図４〜図７に示すように、カム要素１０の軸方向の一端側（カムユニット１２でいえばカムユニット１２の軸方向の両端側）に端面カム部材１３が設けられている。この端面カム部材１３は軸方向の突出量が周方向に沿って変化する軸方向カム１３ａを含んでいる。また、図２及び図５に示すように、前記端面カム部材１３に対して進出及び後退が可能な強制移動部材としての操作ピン２１が備えられている。この操作ピン２１は操作ピン駆動装置としての電磁弁（ソレノイドバルブ）２０のプランジャである。そのため、操作ピン２１は、電磁弁２０のＯＮ又はＯＦＦにより、端面カム部材１３の軸方向カム１３ａに接触する接触位置と接触しない非接触位置との間で移動可能に設けられている。前記電磁弁２０はシリンダヘッドに組み付けられて位置が固定されている。
【００２９】
例えば電磁弁２０がＯＮになると、操作ピン２１が端面カム部材１３に対して進出して軸方向カム１３ａに接触する状態となる（接触位置）。このとき、操作ピン２１は、軸方向カム１３ａの軸方向の突出量がゼロである基部に接触する。その後、カム要素１０の回転に伴い軸方向カム１３ａと操作ピン２１との接触点が軸方向カム１３ａの軸方向の突出量が大きい頂部に移動する。これにより、操作ピン２１は位置が固定されているから、カム要素１０が操作ピン２１から軸方向の押圧力（すなわち第１押圧力）を付与されて操作ピン２１から離間する側へ軸方向に移動される。軸方向カム１３ａの軸方向の突出量Ｋ（図５参照）は軸方向カム１３ａの操作量に相当する。一方、電磁弁２０がＯＦＦになると、操作ピン２１が端面カム部材１３から後退して軸方向カム１３ａに接触しない状態となる（非接触位置）。
【００３０】
図３に示すように、本実施形態に係る動弁装置１には、カム要素１０に連接されたＡカム６Ａ及びＢカム６Ｂをロッカーアーム３のカムフォロワ７に対して位置決めするためのディテント機構４０が設けられている。このディテント機構４０は、カム軸８の外周面から径方向外側に突出するように付勢された状態で前記カム軸８に設けられた嵌合部材としてのボール部材４３と、カム要素１０の内周面における前記Ａカム６Ａ及びＢカム６Ｂに対応する位置に、カム要素１０の周方向に沿って形成されたＡ凹溝５１及びＢ凹溝５２とを有する。
【００３１】
前記ボール部材４３は、カム軸８に径方向に形成された深穴４１に収容されたスプリング４２により径方向外側に付勢されている。前記凹溝５１，５２は、図４に示すように、径方向内側に突出する凸部５５を介して軸方向に区画されている。前記凹溝５１，５２は、カム要素１０の軸方向の移動によりカム６が切り替えられたときに前記ボール部材４３が嵌合し得る大きさに形成され、その幅や深さや断面形状等が相互に同じに形成されている。
【００３２】
本実施形態では、カム要素１０が操作ピン２１によって軸方向に移動される前の状態でボール部材４３が嵌合する凹溝（Ａ凹溝５１又はＢ凹溝５２）を第１凹溝と称し、カム要素１０が軸方向に移動された後の状態でボール部材４３が嵌合する凹溝（Ｂ凹溝５２又はＡ凹溝５１）を第２凹溝と称する。
【００３３】
カム要素１０ないしカムユニット１２を軸方向に移動させてカム６を切り替えるとき、ディテント機構４０のボール部材４３が切り替え元のカム（Ａカム６Ａ又はＢカム６Ｂ）に対応する第１凹溝（Ａ凹溝５１又はＢ凹溝５２）から抜け出て、切り替え先のカム（Ｂカム６Ｂ又はＡカム６Ａ）に対応する第２凹溝（Ｂ凹溝５２又はＡ凹溝５１）に嵌合することにより、カム要素１０ないしカムユニット１２の軸方向の移動が規制され、カム６がカムフォロワ７に対して位置決めされる。
【００３４】
例えば、図３及び図５は、Ｂカム６Ｂがカムフォロワ７を押圧している状態を示している（なお、図３及び図５は、後述する「第３カムユニット」を示している。）。このとき、カムユニット１２は、図３及び図５において左に移動しており、右側のカム要素１０が軸受部３０に近接している。ディテント機構４０のボール部材４３は、スプリング４２による外方への付勢力によりＢカム６Ｂに対応するＢ凹溝５２に嵌合している（すなわちＢ凹溝５２が第１凹溝である）。この状態から、図５の左の電磁弁２０がＯＮになって、カムユニット１２が図３及び図５において右に移動すると、カムフォロワ７を押圧するカム６がＢカム６ＢからＡカム６Ａに切り替わる。このとき、図３及び図５において左側のカム要素１０が軸受部３０に近接し、ディテント機構４０のボール部材４３は、Ｂ凹溝５２から抜け出てＡカム６Ａに対応するＡ凹溝５１に相対移動し、スプリング４２による外方への付勢力によりＡ凹溝５１に嵌合する（すなわちＡ凹溝５１が第２凹溝である）。この逆の動作もこれに準じて同様である。
【００３５】
（２）特徴的構成
図４に示すように、カム要素１０の内周面に２つの凹溝５１，５２に対応して２つの傾斜面５３，５４が周方向に形成されている。２つの傾斜面５３，５４は２つの凹溝５１，５２間に形成されている。Ａ傾斜面５３はＡ凹溝５１に連続して形成され、Ｂ傾斜面５４はＢ凹溝５２に連続して形成されている。
【００３６】
つまり、図３及び図５を参照して前述したように、Ｂカム６ＢからＡカム６Ａへのカム６の切り替え時、Ｂ凹溝５２が第１凹溝であり、Ａ凹溝５１が第２凹溝である場合は、第２凹溝であるＡ凹溝５１に連続してＡ傾斜面５３が形成されている。逆に、Ａカム６ＡからＢカム６Ｂへのカム６の切り替え時、Ａ凹溝５１が第１凹溝であり、Ｂ凹溝５２が第２凹溝である場合は、第２凹溝であるＢ凹溝５２に連続してＢ傾斜面５４が形成されている。
【００３７】
２つの傾斜面５３，５４は、その幅や傾斜角（傾斜面５３，５４とカム要素１０の軸心とがなす角度）や断面形状等が相互に鏡像のように対称に形成されている。そのため、２つの傾斜面５３，５４が交わる稜線である凸部５５は、軸方向において、２つの凹溝５１，５２間の中間に位置している。
【００３８】
カム６の切り替え時、第１凹溝５１又は５２から抜け出たディテント機構４０のボール部材４３は、第２凹溝５２又は５１に嵌合するまでの期間中、スプリング４２による外方への付勢力により前記傾斜面５３，５４と連続して接触し、前記傾斜面５３，５４は前記ボール部材４３から外方への付勢力を連続して受ける。これにより、前記期間の前半部（概ねボール部材４３が凸部５５を乗り越える前）は、ボール部材４３と傾斜面５３又は５４との接触により、操作ピン２１と軸方向カム１３ａとの接触によりカム要素１０に付与される軸方向の第１押圧力と反対の軸方向成分（すなわち操作ピン２１へ近接する側への軸方向成分）を有する押圧力がカム要素１０に付与される。一方、前記期間の後半部（概ねボール部材４３が凸部５５を乗り越えた後）は、ボール部材４３と傾斜面５４又は５３との接触により、前記第１押圧力と同じ軸方向成分（すなわち操作ピン２１から離間する側への軸方向成分）を有する押圧力（すなわち第２押圧力）がカム要素１０に付与される。
【００３９】
図８を参照してさらに詳しく説明する。図８は図４をさらに拡大し模式的に描いたものである。この図８において、符号４３ｉは、Ａ凹溝５１に嵌合しているボール部材、符号４３ｉｉは、Ａ凹溝５１から抜け出て凸部５５を乗り越えた直後のボール部材、符号４３ｉｉｉは、凸部５５を乗り越えたあとＢ凹溝５２に嵌合しているボール部材を示し、符号Ｘｉ，Ｘｉｉ，Ｘｉｉｉは、それぞれのボール部材４３ｉ，４３ｉｉ，４３ｉｉｉの中心を示す。
【００４０】
図８において、Ａ凹溝５１に嵌合しているボール部材（４３ｉ）が、Ａ凹溝５１から抜け出て凸部５５を乗り越え（４３ｉｉ）、Ｂ凹溝５２に嵌合する（４３ｉｉｉ）場合、つまりＡカム６ＡからＢカム６Ｂへの切り替えが行われる場合を考える。なお、図８では、便宜上、ボール部材４３がカム要素１０に対して左から右へ移動するように描いているが、実際はカム要素１０がボール部材４３に対して右から左へ移動する。
【００４１】
この場合、カム要素１０の軸方向の移動距離は、切り替え元の第１凹溝５１と切り替え先の第２凹溝５２との間の軸方向距離（すなわち凹溝ピッチ）Ｌに等しい。ここで、前記凹溝ピッチＬは、図示したように、第１凹溝５１に嵌合している状態のボール部材４３ｉの中心Ｘｉと、第２凹溝５２に嵌合している状態のボール部材４３ｉｉｉの中心Ｘｉｉｉとの間の軸方向距離であると定義される。
【００４２】
図８において、ボール部材４３ｉｉの位置は、第２押圧力発生開始位置である。すなわち、第２押圧力発生開始位置は、Ａカム６ＡからＢカム６Ｂへの切り替え時、切り替え先の第２凹溝５２に連続するＢ傾斜面５４とボール部材４３との接触により第２押圧力（第１押圧力と同様、操作ピン２１から離間する側への軸方向成分を有する押圧力）が発生するボール部材４３の位置のうち最も切り替え元の第１凹溝５１に近い位置である。換言すれば、第２押圧力発生開始位置は、図８において凸部５５を左から右へ乗り越えてＢ傾斜面５４と接触し始めた状態にあるボール部材４３ｉｉの位置である。
【００４３】
本実施形態においては、第２押圧力発生開始位置は、図８においてボール部材４３が凸部５５を左から右へ乗り越えた直後に、始めて、ボール部材４３ｉｉの中心Ｘｉｉからボール部材４３ｉｉと傾斜面５４との接触点に降ろした線分が傾斜面５４に対して垂直となる位置であると規定される。前記線分が傾斜面５４に対して垂直となることにより、カム６の切り替え期間の後半部において、第１押圧力と同じ軸方向成分を有する第２押圧力が発生する。
【００４４】
第１凹溝５１に嵌合している状態のボール部材（４３ｉ）が前記第２押圧力発生開始位置（４３ｉｉ）まで相対移動する軸方向距離（すなわち第２押圧力発生所要距離）は、（Ｌ／２）＋Ｌ’で与えられる。ここで、（Ｌ／２）は、第１凹溝５１に嵌合している状態のボール部材（４３ｉ）が凸部５５の軸方向の位置まで相対移動する軸方向距離である（前述したように、凸部５５は軸方向において２つの凹溝５１，５２間の中間に位置している。）。また、Ｌ’は、凸部５５の軸方向の位置にあるボール部材４３が第２押圧力発生開始位置（４３ｉｉ）まで相対移動する軸方向距離である。ここで、Ｌ’は、ボール部材４３の直径をφ、傾斜面５４の傾斜角（傾斜面５４とカム要素１０の軸心とがなす角度）をθとした場合に、（φ／２）×ｓｉｎθで与えられる。すなわち、前記第２押圧力発生所要距離は、図示したように、第１凹溝５１に嵌合している状態のボール部材４３ｉの中心Ｘｉと、前記凸部５５を乗り越えてＢ傾斜面５４と接触し始めた状態のボール部材４３ｉｉの中心Ｘｉｉとの間の軸方向距離であると定義される。
【００４５】
そして、本実施形態では、前記端面カム部材１３の軸方向カム１３ａの軸方向の突出量Ｋ（図５参照）が、前記凹溝ピッチＬよりも小さい値に形成されている。すなわち、軸方向カム１３ａの操作量は、最大でも、前記凹溝ピッチＬ未満の値に設定されている。
【００４６】
また、本実施形態では、前記端面カム部材１３の軸方向カム１３ａの軸方向の突出量Ｋが、前記第２押圧力発生所要距離（Ｌ／２）＋Ｌ’よりも大きい値に形成されている。すなわち、軸方向カム１３ａの操作量は、最小でも、前記第２押圧力発生所要距離（Ｌ／２）＋Ｌ’以上の値に設定されている。
【００４７】
また、本実施形態では、傾斜面５３，５４の傾斜角θが３０°に設定されている。すなわち、傾斜面５３，５４は、カム要素１０の軸心に対して３０°の角度に形成されている。
【００４８】
また、本実施形態では、前記端面カム部材１３に対して操作ピン２１を進出及び後退させる電磁弁２０が、相互に隣接する２つのカムユニット１２で共有化されている。
【００４９】
すなわち、図２に示すように、第１気筒Ｃ１のカムユニット（「第１カムユニット」という。以下これに準じて同じ。）１２と第２カムユニット１２とで１つの電磁弁（第１カムユニット１２を図２において右に移動させ、第２カムユニット１２を左に移動させる電磁弁）２０を共有し、第２カムユニット１２と第３カムユニット１２とで１つの電磁弁（第２カムユニット１２を図２において右に移動させ、第３カムユニット１２を左に移動させる電磁弁）２０を共有し、第３カムユニット１２と第４カムユニット１２とで１つの電磁弁（第３カムユニット１２を図２において右に移動させ、第４カムユニット１２を左に移動させる電磁弁）２０を共有している。
【００５０】
なお、第１カムユニット１２を図２において左に移動させる電磁弁２０及び第４カムユニット１２を右に移動させる電磁弁２０はそれぞれ単独で設けられている。すなわち、本実施形態に係る４気筒エンジンＥにおいて計５つの電磁弁２０が設けられている（図２において右から順に「第１電磁弁２０」…「第５電磁弁２０」という。また、その操作ピンを右から順に「第１操作ピン２１」…「第５操作ピン２１」という。）。
【００５１】
また、図２には、１つの気筒Ｃあたり相互に隣接する２つの排気弁２間の軸方向距離、つまりバルブピッチと、相互に隣接する気筒Ｃ間の軸方向距離、つまり気筒ピッチとが併せて示されている。
【００５２】
（３）カムの切り替え動作
例えば、図２は、全ての電磁弁２０がＯＦＦであり、全ての操作ピン（プランジャ）２１が端面カム部材１３から後退（図２において上方に移動）している状態を示している。また、第１カムユニット１２は図２において左に移動し、第２カムユニット１２は右に移動し、第３カムユニット１２は左に移動し、第４カムユニット１２は右に移動している。これにより全気筒ＣにおいてＢカム６Ｂがカムフォロワ７を押圧している。つまり、相互に隣接するカムユニット１２は、図２において左右が逆に配置されている。そして、第１カムユニット１２と第２カムユニット１２との軸方向の間隔が狭くなり、第２カムユニット１２と第３カムユニット１２との軸方向の間隔が広くなり、第３カムユニット１２と第４カムユニット１２との軸方向の間隔が狭くなっている。
【００５３】
この状態から、第２電磁弁２０と第４電磁弁２０とがＯＮになり、第２操作ピン２１と第４操作ピン２１とが図２において下方に移動すると、第２操作ピン２１は第１カムユニット１２の左の端面カム部材１３の軸方向カム１３ａ及び第２カムユニット１２の右の端面カム部材１３の軸方向カム１３ａと接触し、第１カムユニット１２を右に、第２カムユニット１２を左に移動させ、第４操作ピン２１は第３カムユニット１２の左の端面カム部材１３の軸方向カム１３ａ及び第４カムユニット１２の右の端面カム部材１３の軸方向カム１３ａと接触し、第３カムユニット１２を右に、第４カムユニット１２を左に移動させる。これにより全気筒ＣにおいてＢカム６ＢからＡカム６Ａへの切り替えが行われる。そして、第１カムユニット１２と第２カムユニット１２との軸方向の間隔が広くなり、第２カムユニット１２と第３カムユニット１２との軸方向の間隔が狭くなり、第３カムユニット１２と第４カムユニット１２との軸方向の間隔が広くなる。
【００５４】
このとき、各カムユニット１２のディテント機構４０のボール部材４３は、Ｂカム６Ｂに対応するＢ凹溝５２からＡカム６Ａに対応するＡ凹溝５１まで相対移動する。そして、本実施形態では、端面カム部材１３の軸方向カム１３ａの軸方向の突出量Ｋ（図５参照）が、凹溝ピッチＬよりも小さい値に形成されているが、第２押圧力発生所要距離（Ｌ／２）＋Ｌ’よりも大きい値に形成されているので、前記ボール部材４３の相対移動の期間中、第１凹溝５２から抜け出たボール部材４３が少なくとも第２押圧力発生開始位置に到達するまでは、第２操作ピン２１及び第４操作ピン２１と軸方向カム１３ａとの接触により第１押圧力が発生し、この第１押圧力によって各カムユニット１２が第２操作ピン２１及び第４操作ピン２１から離間する側へ移動される。
【００５５】
次いで、前記ボール部材４３の相対移動の期間中、前記第２押圧力発生開始位置を通過したボール部材４３が第２凹溝５１に到達するまでは、第２凹溝５１に連続するＡ傾斜面５３において第２押圧力が発生するから、ボール部材４３とＡ傾斜面５３との接触により第２押圧力が発生し、この第２押圧力によって各カムユニット１２が引き続き第２操作ピン２１及び第４操作ピン２１から離間する側へ移動される。Ａ傾斜面５３は第２凹溝５１に連続して形成されているので、ボール部材４３は第２押圧力を発生させつつＡ傾斜面５３から第２凹溝５１に移動して第２凹溝５１に嵌合する。これにより、Ａカム６Ａがカムフォロワ７に位置決めされ、カム６の切り替えが終了する。
【００５６】
（４）作用等
以上のように、本実施形態では、エンジンＥのクランク軸に連動して回転するカム軸８と、カム軸８に対し軸方向に移動可能に外嵌されてカム軸８と一体回転すると共に、クランク軸の軸方向に沿って連設されたカムプロファイルが相互に異なるＡカム６Ａ及びＢカム６Ｂを含むカム要素１０とを有し、エンジンＥの運転状態に応じて、排気カムシャフト５のカム６を切り替えることにより、排気弁２の動弁特性を切り替え可能なカムシフト機構を具備するエンジンＥの動弁装置１において、次のような構成を採用した。
【００５７】
カム要素１０の軸方向の一端側に、軸方向の突出量が周方向に沿って変化する軸方向カム１３ａを含む端面カム部材１３を設けた。端面カム部材１３の軸方向カム１３ａに接触する接触位置と接触しない非接触位置との間で移動可能に設けられ、接触位置に移動した状態でカム要素１０に軸方向の第１押圧力を付与してカム要素１０を軸方向に移動させる強制移動部材としての操作ピン２１を備えた。
【００５８】
カム要素１０の内周面におけるＡカム６Ａ及びＢカム６Ｂに対応する位置に、カム要素１０の周方向に沿って形成され、径方向内側に突出する凸部５５を介して軸方向に区画されたＡ凹溝５１及びＢ凹溝５２と、カム軸８の外周面から径方向外側に突出するように付勢された状態でカム軸８に設けられ、カム要素１０が操作ピン２１によって軸方向に移動される前の状態で第１凹溝としてのＡ凹溝５１又はＢ凹溝５２に嵌合する一方、カム要素１０が軸方向に移動された後の状態で第２凹溝としてのＢ凹溝５２又はＡ凹溝５１に嵌合するボール部材４３とを備えた。
【００５９】
第２凹溝としてのＢ凹溝５２又はＡ凹溝５１は、カム要素１０が第１押圧力によって軸方向に所定量移動されたときに、凸部５５を乗り越えたボール部材４３と接触することにより、第１押圧力と同じ軸方向成分を有する第２押圧力をカム要素１０に付与するＢ傾斜面５４又はＡ傾斜面５３を有している。
【００６０】
そして、軸方向カム１３ａの軸方向の突出量Ｋが、第１凹溝としてのＡ凹溝５１又はＢ凹溝５２に嵌合している状態のボール部材４３の中心と、第２凹溝としてのＢ凹溝５２又はＡ凹溝５１に嵌合している状態のボール部材４３の中心との間の軸方向距離（凹溝ピッチ）Ｌよりも小さい値に設定した。
【００６１】
本実施形態によれば、カム要素１０の軸方向の一端側に、軸方向の突出量が周方向に沿って変化する軸方向カム１３ａを含む端面カム部材１３が設けられたエンジンＥの動弁装置１において、ボール部材４３とＡ凹溝５１及びＢ凹溝５２とにより、カム要素１０に連接されたＡカム６Ａ及びＢカム６Ｂをカムフォロワ７に対して位置決めするためのディテント機構４０が構成される。
【００６２】
例えば、図８に示したように、Ａカム６ＡからＢカム６Ｂへの切り替えが行われる場合、まず、端面カム部材１３の軸方向カム１３ａと操作ピン２１との接触により、カム要素１０に軸方向の第１押圧力が付与されてカム要素１０が軸方向に移動される。これにより、第１凹溝（Ａ凹溝）５１に嵌合していたボール部材４３が第１凹溝５１から抜け出て凸部５５を乗り越え、第２凹溝（Ｂ凹溝）５２のＢ傾斜面５４と接触する。次に、このボール部材４３とＢ傾斜面５４との接触により、第１押圧力と同じ軸方向成分を有する第２押圧力がカム要素１０に付与されてカム要素１０が引き続き軸方向に移動される。これにより、ボール部材４３は第２押圧力を発生させつつＢ傾斜面５４から第２凹溝５２に移動して第２凹溝５２に嵌合する。そのため、Ｂカム６Ｂがカムフォロワ７に対して位置決めされ、カム６の切り替えが終了する。
【００６３】
つまり、Ａカム６ＡからＢカム６Ｂへのカム６の切り替え時、ディテント機構４０のボール部材４３は切り替え元のＡカムすなわち第１カム６Ａに対応する第１凹溝５１から切り替え先のＢカムすなわち第２カム６Ｂに対応する第２凹溝５２に相対移動するが、その相対移動の途中で、その相対移動の推進力となる押圧力が、軸方向カム１３ａと操作ピン２１との接触により発生する第１押圧力から、ボール部材４３とＢ傾斜面５４との接触により発生する第２押圧力に移行する。これにより、ボール部材４３が第１凹溝５１から第２凹溝５２に相対移動する期間の全部に亘って第１押圧力を発生させる必要がなくなり、前記期間の初期のみ第１押圧力を発生させればよくなる。そのため、本実施形態では、軸方向カム１３ａの軸方向の突出量（つまり軸方向カム１３ａの操作量）Ｋを、第１凹溝５１に嵌合している状態のボール部材４３ｉの中心Ｘｉと第２凹溝５２に嵌合している状態のボール部材４３ｉｉｉの中心Ｘｉｉｉとの間の軸方向距離（つまり凹溝ピッチ）Ｌよりも小さい値に設定している。
【００６４】
従来は、ディテント機構４０のボール部材４３が第１凹溝５１から第２凹溝５２に相対移動する期間の全部に亘って第１押圧力を発生させる必要があったので、軸方向カム１３ａの軸方向の突出量Ｋを凹溝ピッチＬと同じ値に設定していた。その結果、相互に隣接するカム要素１０間の軸方向距離が長くなり、動弁装置１をバルブピッチや気筒ピッチが比較的長い大型のエンジンにしか搭載できなかった。
【００６５】
これに対し、本実施形態では、軸方向カム１３ａの軸方向の突出量Ｋを凹溝ピッチＬよりも小さい値に設定できるので、相互に隣接するカム要素１０間の軸方向距離を短くでき、動弁装置１をバルブピッチや気筒ピッチが比較的短い小型のエンジンＥにも搭載できる。
【００６６】
以上により、本実施形態によれば、エンジンＥの運転状態に応じて排気弁２の動弁特性を切り替え可能なエンジンＥの動弁装置１において、カム要素１０を軸方向に移動させるためにカム要素１０の軸方向の一端側に端面カム部材１３が設けられていても、相互に隣接するカム要素１０間の軸方向距離が短くなり、エンジンＥへの搭載性が改善される。
【００６７】
また、本実施形態では、軸方向カム１３ａの軸方向の突出量Ｋが、第１凹溝としてのＡ凹溝５１又はＢ凹溝５２に嵌合している状態のボール部材４３の中心と、凸部５５を乗り越えてＢ傾斜面５４又はＡ傾斜面５３と接触し始めた状態のボール部材４３の中心との間の軸方向距離（第２押圧力発生所要距離）（Ｌ／２）＋Ｌ’よりも大きい値に設定した。
【００６８】
この構成によれば、ディテント機構４０のボール部材４３が第１凹溝（Ａ凹溝５１又はＢ凹溝５２）から第２凹溝（Ｂ凹溝５２又はＡ凹溝５１）に相対移動する期間中、ボール部材４３とＢ傾斜面５４又はＡ傾斜面５３との接触により第２押圧力が発生するまでは、必ず軸方向カム１３ａと操作ピン２１との接触により第１押圧力が発生しているので、カム６の切り替え時に第２押圧力が未だ発生していないのに第１押圧力の発生が終了するという問題が生じず、第１押圧力から第２押圧力への移行が確実に行われて、カム要素１０が円滑に連続して移動される。
【００６９】
また、本実施形態では、前記傾斜面５３，５４は、カム要素１０の軸心に対して３０°の角度θに形成されている。
【００７０】
この構成によれば、傾斜面５３，５４とカム要素１０の軸心とがなす角度θが３０°なので、十分大きい第２押圧力が発生し、カム６の切り替えが短時間で終了する。
【００７１】
なお、傾斜面５３，５４とカム要素１０の軸心とがなす角度θを３０°を超えて大きくすると、より一層第２押圧力が大きくなり、カム６の切り替えがより一層短時間で終了するので好ましいが、その上限は４５°とする。傾斜面５３，５４とカム要素１０の軸心とがなす角度θが４５°以下であれば、第２押圧力発生所要距離（Ｌ／２）＋Ｌ’が十分短くなり、軸方向カム１３ａの軸方向の突出量Ｋがより一層小さくなるからである。すなわち、Ｌ’は（φ／２）×ｓｉｎθで与えられるところ、θを４５°以下とすることによりｓｉｎθの値が小さくなり、最終的に（Ｌ／２）＋Ｌ’の値が小さくなるからである。
【００７２】
また、本実施形態では、端面カム部材１３に対して操作ピン２１を進出及び後退させる電磁弁２０が、相互に隣接する２つのカムユニット１２で共有化されている。つまり、相互に隣接する２つのカムユニット１２間に電磁弁２０を２つ配置するのではなく１つだけ配置している。これによっても、相互に隣接するカムユニット１２間の軸方向距離を短くでき、動弁装置１を気筒ピッチが比較的短い小型のエンジンにも搭載できる。
【００７３】
なお、前記実施形態では、本発明を排気弁２用の動弁装置１に適用したが、これに代えて又はこれと共に、本発明を吸気弁用の動弁装置に適用してもよい。
【００７４】
また、図８において、凹溝ピッチＬの算出及び第２押圧力発生所要距離（Ｌ／２）＋Ｌ’の算出に際し、電磁弁２０をＯＮとしたときの操作ピン２１と軸方向カム１３ａとの最初の接触位置のバラツキや、ボール部材４３の直径φのバラツキ等、公差や製造誤差を考慮して算出してもよい。
【符号の説明】
【００７５】
１          動弁装置
２          排気弁
５          排気カムシャフト
６          カム
６Ａ        Ａカム（第１カム又は第２カム）
６Ｂ        Ｂカム（第１カム又は第２カム）
８          カム軸
１０        カム要素
１３        端面カム部材
１３ａ      軸方向カム
２０        電磁弁
２１        操作ピン（強制移動部材）
４０        ディテント機構
４３        ボール部材（嵌合部材）
５１        Ａ凹溝（第１凹溝又は第２凹溝）
５２        Ｂ凹溝（第１凹溝又は第２凹溝）
５３        Ａ傾斜面（傾斜面）
５４        Ｂ傾斜面（傾斜面）
５５        凸部
Ｅ          エンジン
Ｋ          軸方向カムの軸方向の突出量
Ｌ          凹溝ピッチ
【図１】
2014152653.tif 000003
【図２】
2014152653.tif 000004
【図３】
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【図４】
2014152653.tif 000006
【図５】
2014152653.tif 000007
【図６】
2014152653.tif 000008
【図７】
2014152653.tif 000009
【図８】
2014152653.tif 000010