(57)【要約】【課題】  カム切替が確実に行われ、かつ騒音の発生ならびにカム切替用の部品、弁および弁周辺の部品の摩耗および破損が防止され、繰り返しの使用に耐えうる耐久性を有する動弁機構、それを備えたエンジン、およびそれを備えた車両を提供する。【解決手段】  円筒状のカムジャーナル３１に複数のカム部３２が設けられる。各カム部３２は一対の低速用カム３２１および高速用カム３２２により構成される。カムジャーナル３１内に円筒状のスライダ３４が大ボール３５および小ボール３６とともにＹ方向に摺動可能に挿入される。スライダ３４は円形の受圧部３４１および円筒状のスライド部３４２により構成される。油圧室３０ａ，３０ｂの中の受圧部３４１の面積はスライド部３４２の断面積より大きく形成される。油圧回路により受圧部３４１に油圧を加え、スライダ３４を移動させる。それに伴って大ボール３５および小ボール３６が移動し高速用カム３２２を突出または格納させる。【選択図】        図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランク軸から伝達される駆動力により駆動され、シリンダヘッドに設けられた弁を駆動する動弁装置であって、
前記クランク軸からの駆動力により回転可能に設けられ、軸方向に延びる内部空間を有する軸部と、
前記軸部の軸方向に所定間隔で設けられ、前記軸部の回転に伴って前記弁を駆動可能に配置された第１および第２の低速用カムと、
前記第１の低速用カムと前記第２の低速用カムとの間から突出する第１の状態と前記第１の低速用カムと前記第２の低速用カムとの間に格納された第２の状態とに移行可能に前記軸部に設けられ、前記第１の状態で前記軸部の回転に伴って前記弁を駆動可能に配置された高速用カムと、
前記軸部の前記内部空間に軸方向に沿った第１の方向および前記第１の方向と逆の第２の方向に移動可能に挿入された可動部材と、
前記可動部材を前記第１の方向へ駆動する第１の駆動機構と、
前記可動部材の前記第１の方向への移動に伴って前記高速用カムを前記第１の状態に切り替える第１の切替機構とを備え、
前記第１の駆動機構は、前記高速用カムを前記第１の状態にするための前記第１の切替機構の駆動力が前記弁を駆動するための最大駆動力以上になるように、前記可動部材に前記第１の方向へ作用する力を与えることを特徴とする動弁装置。
【請求項２】
前記第１の駆動機構は、
前記可動部材に設けられ、前記第１の方向の圧力を受ける第１の受圧部と、
前記第１の受圧部に油圧を加える第１の油圧回路とを含むことを特徴とする請求項１記載の動弁装置。
【請求項３】
前記第１の油圧回路は、前記高速用カムに対して前記高速用カムが突出する方向にさらに油圧を加えることを特徴とする請求項２記載の動弁装置。
【請求項４】
前記第１の受圧部は、前記可動部材の断面積よりも大きな面積を有することを特徴とする請求項２または３記載の動弁装置。
【請求項５】
前記第１および第２の低速用カムは一体的に形成されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の動弁装置。
【請求項６】
前記第１および第２の低速用カムは、前記軸部と一体的に形成されたことを特徴とする請求項５記載の動弁装置。
【請求項７】
前記第１および第２の低速用カムの各々は、ベース円部および第１のカムノーズを有し、
前記第１および第２の低速用カムの前記ベース円部は前記軸部の外周面の一部により構成され、前記第１および第２の低速用カムの前記第１のカムノーズは前記軸部の外周面から突出するように形成されたことを特徴とする請求項６記載の動弁装置。
【請求項８】
前記高速用カムは、前記第１の状態で前記第１の低速用カムと前記第２の低速用カムとの間から突出する第２のカムノーズを有し、
前記第１および第２の低速用カムの前記第１のカムノーズは、前記ベース円部からの移行部分に形成された第１のランプ部と、前記ベース円部への移行部分に形成された第２のランプ部と、前記第１のランプ部と前記第２のランプ部との間に形成された第１のリフト部とを有し、
前記高速用カムの前記第２のカムノーズは、前記ベース円部からの移行部分に形成された第３のランプ部と、前記ベース円部への移行部分に形成された第４のランプ部と、前記第３のランプ部と前記第４のランプ部との間に形成された第２のリフト部とを有し、
前記高速用カムの前記第３のランプ部から前記第２のリフト部への移行点の位相は、前記第１および第２の低速用カムの前記ベース円部から前記第１のランプ部への移行点の位相よりも遅角側にあるとともに、前記第１のランプ部から前記第１のリフト部への移行点の位相よりも進角側にあり、
前記高速用カムの前記第２のリフト部から前記第４のランプ部への移行点の位相は、前記第１および第２の低速用カムの前記第１のリフト部から前記第２のランプ部への移行点の位相よりも遅角側にあるとともに、前記第２のランプ部から前記ベース円部への移行点の位相よりも進角側にあることを特徴とする請求項７記載の動弁装置。
【請求項９】
前記第１の切替機構は、前記可動部材の前記第１の方向への移動に伴って前記高速用カムを前記第１の状態に移行させる第１の球体を含むことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の動弁装置。
【請求項１０】
前記可動部材は、前記第２の状態で前記第１の球体が収納される第１の凹部を有し、前記第１の凹部の縁部の一部に第１の傾斜部が形成され、
前記第１の球体は、前記可動部材の前記第１の方向への移動に伴って前記第１の凹部内から前記第１の傾斜部上を移動することにより前記高速用カムを押し出すことを特徴とする請求項９記載の動弁装置。
【請求項１１】
前記高速用カムは貫通孔を有し、
前記可動部材は、前記貫通孔内に挿入され、
前記第１の球体は、前記貫通孔内において、前記可動部材に対して前記高速用カムが突出する側に配置されたことを特徴とする請求項９または１０記載の動弁装置。
【請求項１２】
前記可動部材を前記第２の方向へ駆動する第２の駆動機構と、
前記可動部材の前記第２の方向への移動に伴って前記高速用カムを前記第２の状態に切り替える第２の切替機構とをさらに備えたことを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の動弁装置。
【請求項１３】
前記第２の駆動機構は、
前記可動部材に設けられ、前記第２の方向の圧力を受ける第２の受圧部と、
前記第２の受圧部に油圧を加える第２の油圧回路とを含むことを特徴とする請求項１２記載の動弁装置。
【請求項１４】
前記第２の油圧回路は、前記高速用カムに対して前記高速用カムが格納する方向にさらに油圧を加えることを特徴とする請求項１３記載の動弁装置。
【請求項１５】
前記第２の駆動機構は、
前記可動部材を前記第２の方向に付勢する弾性部材を含むことを特徴とする請求項１２〜１４のいずれかに記載の動弁装置。
【請求項１６】
前記第２の切替機構は、前記可動部材の前記第２の方向への移動に伴って前記高速用カムを前記第２の状態に移行させる第２の球体を含むことを特徴とする請求項１２〜１５のいずれかに記載の動弁装置。
【請求項１７】
前記可動部材は、前記第１の状態で前記第２の球体が収納される第２の凹部を有し、前記第２の凹部の縁部の一部に第２の傾斜部が形成され、
前記第２の球体は、前記可動部材の前記第２の方向への移動に伴って前記第２の凹部内から前記第２の傾斜部上を移動することにより前記高速用カムを前記第１の低速用カムと前記第２の低速用カムとの間に押し込むことを特徴とする請求項１６記載の動弁装置。
【請求項１８】
前記第１および第２の低速用カムの少なくとも一方は、溝および突起の一方をさらに有し、
前記高速用カムは前記溝および前記突起の他方をさらに有し、
前記突起は前記溝に摺動可能に嵌合されることを特徴とする請求項１〜１７のいずれかに記載の動弁装置。
【請求項１９】
前記シリンダヘッドには複数の弁が設けられ、
前記複数の弁に対応して複数のカム部が設けられ、
前記複数のカム部の各々は、前記第１の低速用カム、前記第２の低速用カムおよび前記高速用カムを含み、
前記軸部の回転に伴って前記複数の弁が順次駆動されるように前記複数のカム部が異なる角度で設けられたことを特徴とする請求項１〜１８のいずれかに記載の動弁装置。
【請求項２０】
往復動可能なピストンを収容するシリンダと、
前記ピストンの往復動に伴って回転するクランク軸と、
前記シリンダ上に設けられるシリンダヘッドと、
前記シリンダヘッドに開閉可能に設けられる弁と、
前記クランク軸から伝達される駆動力により駆動され、前記弁を駆動する動弁装置とを備え、
前記動弁装置は、
前記クランク軸からの駆動力により回転可能に設けられ、軸方向に延びる内部空間を有する軸部と、
前記軸部の軸方向に所定間隔で設けられ、前記軸部の回転に伴って前記弁を駆動可能に配置された第１および第２の低速用カムと、
前記第１の低速用カムと前記第２の低速用カムとの間から突出する第１の状態と前記第１の低速用カムと前記第２の低速用カムとの間に格納された第２の状態とに移行可能に前記軸部に設けられ、前記第１の状態で前記軸部の回転に伴って前記弁を駆動可能に配置された高速用カムと、
前記軸部の前記内部空間に軸方向に沿った第１の方向および前記第１の方向と逆の第２の方向に移動可能に挿入された可動部材と、
前記可動部材を前記第１の方向へ駆動する第１の駆動機構と、
前記可動部材の前記第１の方向への移動に伴って前記高速用カムを前記第１の状態に切り替える第１の切替機構とを備え、
前記第１の駆動機構は、前記高速用カムを前記第１の状態にするための前記第１の切替機構の駆動力が前記弁を駆動するための最大駆動力以上になるように、前記可動部材に前記第１の方向へ作用する力を与えることを特徴とするエンジン。
【請求項２１】
請求項２０記載のエンジンと、
駆動輪と、
前記エンジンにより発生される動力を前記駆動輪に伝達する伝達機構とを備えたことを特徴とする車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンのシリンダヘッドに設けられた弁を駆動するカム切替式動弁装置ならびにそれを備えるエンジンおよび車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、エンジン出力および燃費を向上させるために、エンジンのシリンダ内の吸排気を制御する動弁装置の高性能化が求められている。
【０００３】
吸排気の効率を高めるためには、エンジンの回転数が低い低速域およびエンジンの回転数が高い高速域において、弁のリフト量および開閉タイミングを最適に切替える必要がある。
【０００４】
そのために、低速用カムおよび高速用カムを備えた動弁装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この動弁装置では、高速用カムのカムノーズは低速用カムのカムノーズに比べて突出する。エンジンの回転数が低速域から高速域へ移行する際に、低速用カムから高速用カムへ切替えられる。それにより、低速域では、吸気弁または排気弁のリフト量が小さく、高速域では、吸気弁または排気弁のリフト量が大きくなる。それにより、低速域および高速域で弁のリフト量および開閉タイミングを最適に切替えることが可能となる。
【０００５】
また、低速用カムと高速用カムとの切替を簡単でコンパクトな構造で行うエンジンの動弁装置が提案されている（特許文献２参照）。特許文献２のエンジンの動弁装置においては、カム軸に低速用カムが固定され、この低速用カムに並列してカム軸に相対変位可能に高速用カムが設けられている。カム軸内には、軸方向に往復移動可能に制御軸が設けられている。制御軸の軸方向の移動により高速用カムがカム軸に垂直な方向に突出し、低速用カムと高速用カムとが切替えられる。これにより、切替構造がカム軸と高速用カムとに内蔵され、コンパクトな構造となっている。
【０００６】
さらに、カム軸に一対の低速用カムが設けられ、両低速用カムの間に高速用カムが並設されたカム切替機構が提案されている（特許文献３参照）。
【０００７】
このカム切替機構では、油圧による制御軸（スライダ）の移動力が、吸気弁または排気弁を開くために必要な力よりも小さく設定されている。これにより、吸気弁または排気弁のリフト中に低速用カムと高速用カムとが切り替わることが防止される。その結果、機構の破損および騒音の発生が抑制される。
【特許文献１】特開平１−１３８３１０号公報
【特許文献２】特開平９−２５６８２７号公報
【特許文献３】特開平７−１３３７０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献２のエンジンの動弁装置では、低速用カムおよび高速用カムが吸気弁に対してそれぞれ１つずつ並列に配置されている。これにより、低速用カムまたは高速用カムと吸気弁のリフターとの接触部が、吸気弁のリフターの中心部に対して偏った位置になる。そのため、低速用カムまたは高速用カムから吸気弁のリフターの偏った位置に荷重が加わり、吸気弁がリフトの方向に対して傾く原因となる場合がある。その結果、吸気弁のリフターまたは弁フェースの片側がシリンダヘッドの壁面等に接触し、吸気弁、弁周辺の部品、低速用カムおよび高速用カムの偏摩耗が生じる場合がある。
【０００９】
また、特許文献３のカム切替機構は、油圧による制御軸の移動力が吸気弁または排気弁を開くために必要な力よりも小さく設定される。このため、カム切替動作中に吸気弁または排気弁のリフト動作が開始する場合、切替動作中の制御軸が押し返される。これにより、カム切替動作が確実に行われず、かつ騒音の発生およびカム切替用の部品、吸気弁または排気弁の摩耗および破損が生じやすくなる。
【００１０】
また、特許文献２のエンジンの動弁機構および特許文献３のカム切替機構では、高速用カムの突出は、制御軸の移動力がピンを介して高速カムに伝達されることにより行われる。この場合、ピンの限られた部位が制御軸および高速用カムから集中的に荷重を受けるので、長時間の使用でピンが摩耗する。
【００１１】
本発明の目的は、カム切替が確実に行われ、かつ騒音の発生ならびにカム切替用の部品、弁および弁周辺の部品の摩耗および破損が防止され、繰り返しの使用に耐えうる耐久性を有する動弁機構、それを備えたエンジン、およびそれを備えた車両を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
（１）
第１の発明に係る動弁装置は、クランク軸から伝達される駆動力により駆動され、シリンダヘッドに設けられた弁を駆動する動弁装置であって、クランク軸からの駆動力により回転可能に設けられ、軸方向に延びる内部空間を有する軸部と、軸部の軸方向に所定間隔で設けられ、軸部の回転に伴って弁を駆動可能に配置された第１および第２の低速用カムと、第１の低速用カムと第２の低速用カムとの間から突出する第１の状態と第１の低速用カムと第２の低速用カムとの間に格納された第２の状態とに移行可能に軸部に設けられ、第１の状態で軸部の回転に伴って弁を駆動可能に配置された高速用カムと、軸部の内部空間に軸方向に沿った第１の方向および第１の方向と逆の第２の方向に移動可能に挿入された可動部材と、可動部材を第１の方向へ駆動する第１の駆動機構と、可動部材の第１の方向への移動に伴って高速用カムを第１の状態に切替える第１の切替機構とを備え、第１の駆動機構は、高速用カムを第１の状態にするための第１の切替機構の駆動力が弁を駆動するための最大駆動力以上になるように、可動部材に第１の方向へ作用する力を与えるものである。
【００１３】
この動弁装置においては、軸部に第１および第２の低速用カムが所定間隔で設けられ、第１および第２の低速用カムの間に突出および格納可能に高速用カムが設けられる。軸部内には可動部材が挿入され、可動部材の移動に伴って、高速用カムが第１および第２の状態に切替えられる。第１の状態では、高速用カムは第１の低速用カムと第２の低速用カムとの間から突出し、第２の状態では、高速用カムは第１の低速用カムと第２の低速用カムとの間に格納される。
【００１４】
第１の状態では、高速用カムがシリンダヘッドに設けられた弁を駆動し、第２の状態では、第１および第２の低速用カムがシリンダヘッドに設けられた弁を駆動する。
【００１５】
この場合、第１の駆動機構により可動部材が駆動され、第１の切替機構により高速用カムが第２の状態から第１の状態に切替えられる。第１の駆動機構は、高速用カムを第１の状態にするための第１の切替機構の駆動力が弁を駆動するための最大駆動力以上になるように、可動部材に第１の方向へ作用する力を与える。それにより、第２の状態から第１の状態への移行過程において第１および第２の低速用カムの間から突出する高速用カムが、弁からの反力により押し戻されることが防止される。したがって、第２の状態から第１の状態へのカム切替動作が確実に行われる。その結果、カム切替ミスによる騒音の発生ならびにカム切替用の部品および弁の摩耗および破損が防止される。
【００１６】
また、高速用カムが弁のリフターの中心部に位置すると、第１および第２の低速用カムは弁のリフターの中心部に対して対称的に位置する。それにより、第１の状態においては、高速用カムが弁のリフターの中心部に接触する。また、第２の状態においては、第１および第２の低速用カムが弁のリフターの中心部に対して対称的に接触する。これにより、弁のリフターが第１の低速用カム、第２の低速用カムおよび高速用カムから偏荷重を受けることが防止される。したがって、弁が駆動方向に対して傾斜することが防止される。その結果、弁のリフターまたは弁フェースの片側がシリンダヘッドの壁面等に接触し、弁、弁周辺の部品、第１および第２の低速用カムならびに高速用カムに偏摩耗が生じることが防止される。
【００１７】
（２）
第１の駆動機構は、可動部材に設けられ、第１の方向の圧力を受ける第１の受圧部と、第１の受圧部に油圧を加える第１の油圧回路とを含んでもよい。
【００１８】
この場合、第１の油圧回路により第１の受圧部が第１の方向の圧力を受け、可動部材が第１の方向に移動する。それにより、第２の状態から第１の状態への移行過程においてカム切替動作がより確実に行われる。その結果、カム切替ミスによる騒音の発生ならびにカム切替用の部品および弁の摩耗および破損がより防止される。
【００１９】
（３）
第１の油圧回路は、高速用カムに対して高速用カムが突出する方向にさらに油圧を加えてもよい。
【００２０】
この場合、第１の状態で高速用カムは高速用カムが突出する方向へ油圧を受ける。これにより、高速用カムが第１および第２の低速用カムの間から確実に押し出される。したがって、第２の状態から第１の状態へのカム切替動作がより確実に行われる。その結果、カム切替ミスによる騒音の発生ならびにカム切替用の部品および弁の摩耗および破損がより防止される。
【００２１】
（４）
第１の受圧部は、可動部材の断面積よりも大きな面積を有してもよい。この場合、受圧部はより大きい面積で第１の方向の油圧を受けることができるため、可動部材は第１の方向へ十分な移動力を得る。したがって、第２の状態から第１の状態への移行過程においてカム切替動作がさらに確実に行われる。その結果、カム切替ミスによる騒音の発生ならびにカム切替用の部品および弁の摩耗および破損がさらに防止される。
【００２２】
（５）
第１および第２の低速用カムは一体的に形成されてもよい。この場合、第１および第２の低速用カムを同時に加工することが可能となる。これにより、第１および第２の低速用カムの寸法および形状の誤差が生じることが防止される。その結果、第１および第２の低速用カムにより弁が偏荷重を受けることが防止されるとともに、弁の不正な動きによる騒音の発生ならびに弁および弁周辺の部品の偏摩耗が防止される。また、部品点数の増加を抑制することができる。それにより、動弁装置の分解および組み立てを容易に行うことができ、整備性が向上される。
【００２３】
（６）
第１および第２の低速用カムは、軸部と一体的に形成されてもよい。この場合、第１および第２の低速用カムおよび軸部を同時に加工することが可能となる。これにより、第１の低速用カム、第２の低速用カムおよび軸部の位置精度および同軸精度が向上される。その結果、第１および第２の低速用カムにより弁が偏荷重を受けることがさらに防止されるとともに、弁の不正な動きによる騒音の発生ならびに弁および弁周辺の部品の偏摩耗がさらに防止される。
【００２４】
また、部品点数の増加をより抑制することができる。それにより、動弁装置の分解および組み立てをより容易に行うことができ、整備性がより向上される。
【００２５】
（７）
第１および第２の低速用カムの各々は、ベース円部および第１のカムノーズを有し、第１および第２の低速用カムのベース円部は軸部の外周面の一部により構成され、第１および第２の低速用カムの第１のカムノーズは軸部の外周面から突出するように形成されてもよい。
【００２６】
この場合、第１および第２の低速用カムのベース円部および軸部が共通に形成される。これにより、第１および第２の状態で一体的に形成されたベース円部が共通に弁に作用する。したがって、第１および第２の状態でベース円部の位置および形状が異なることが防止される。その結果、第１および第２の状態で、弁の不正な動きによる騒音の発生が防止される。
【００２７】
（８）
高速用カムは、第１の状態で第１の低速用カムと第２の低速用カムとの間から突出する第２のカムノーズを有し、第１および第２の低速用カムの第１のカムノーズは、ベース円部からの移行部分に形成された第１のランプ部と、ベース円部への移行部分に形成された第２のランプ部と、第１のランプ部と第２のランプ部との間に形成された第１のリフト部とを有し、高速用カムの第２のカムノーズは、ベース円部からの移行部分に形成された第３のランプ部と、ベース円部への移行部分に形成された第４のランプ部と、第３のランプ部と第４のランプ部との間に形成された第２のリフト部とを有し、高速用カムの第３のランプ部から第２のリフト部への移行点の位相は、第１および第２の低速用カムのベース円部から第１のランプ部への移行点の位相よりも遅角側にあるとともに、前記第１のランプ部から前記第１のリフト部への移行点の位相よりも進角側にあり、高速用カムの第２のリフト部から第４のランプ部への移行点の位相は、第１および第２の低速用カムの前記第１のリフト部から前記第２のランプ部への移行点の位相よりも遅角側にあるとともに、第２のランプ部からベース円部への移行点の位相よりも進角側にあってもよい。
【００２８】
この場合、第２の状態では、弁を駆動する部分がベース円部から第１のランプ部を経由して第１のリフト部に移行し、第１のリフト部から第２のランプ部を経由してベース円部へ移行する。
【００２９】
第２の状態から第１の状態への移行過程または第１の状態から第２の状態への移行過程では、弁を駆動する部分がベース円部から第１のランプ部、または第１および第３のランプ部を経由して第２のリフト部に移行し、第２のリフト部から第２のランプ部、または第２および第４のランプ部を経由してベース円部へ移行する。
【００３０】
第１の状態では、弁を駆動する部分がベース円部から第３のランプ部を経由して第２のリフト部に移行し、第２のリフト部から第４のランプ部を経由してベース円部へ移行する。
【００３１】
このように、弁を駆動する部分が常に第１〜第４のランプ部のいずれかを経由するので、第１および第２の低速用カムならびに高速用カムは弁に対して常に円滑に作用する。したがって、第１の低速用カム、第２の低速用カムおよび高速用カムの各々と弁とが互いに衝撃を受けることが防止される。その結果、騒音の発生ならびにカム切替用の部品および弁の摩耗および破損が防止される。
【００３２】
（９）
第１の切替機構は、可動部材の第１の方向への移動に伴って高速用カムを第１の状態に移行させる第１の球体を含んでもよい。
【００３３】
第１の状態への切替動作は、可動部材の移動力が第１の球体を介して高速用カムに伝達されることにより行われる。この場合、第１の球体の移動の際の摩擦は、ピン等の他部品の移動の際の摩擦と比べて小さい。また、第１の球体の接触部が逐次変化するので、第１の球体の一点に対し、長時間にわたって荷重が集中することが抑制される。さらに、第１の球体は高い精度で形成される。これらの結果、長時間の使用でもカム切替用の部品の摩耗および劣化が防止される。
【００３４】
（１０）
可動部材は、第２の状態で第１の球体が収納される第１の凹部を有し、第１の凹部の縁部の一部に第１の傾斜部が形成され、第１の球体は、可動部材の第１の方向への移動に伴って第１の凹部内から第１の傾斜部上を移動することにより高速用カムを押し出してもよい。
【００３５】
この場合、第１の状態で第１の球体が可動部材の第１の凹部に収納される。可動部材の第１の方向への移動に伴って第１の球体が第１の傾斜部上を移動することにより高速用カムを押し出す。これにより、動弁装置が大型化することなく高速用カムを第１および第２の低速用カムの間より押し出すことができる。
【００３６】
さらに、第１の球体が第１の傾斜上を移動する際の転がり摩擦は小さい。また、第１の球体と第１の傾斜部との接触部が逐次変化するので、第１の球体の一点に対し、長時間にわたって荷重が集中することが抑制される。これにより、長時間の使用でもカム切替用の部品の摩耗および劣化が防止される。
【００３７】
（１１）
高速用カムは貫通孔を有し、可動部材は、貫通孔内に挿入され、第１の球体は、貫通孔内において、可動部材に対して高速用カムが突出する側に配置されてもよい。
【００３８】
この場合、可動部材の第１の方向への移動に伴って第１の球体が第１の傾斜部上を移動することにより、高速用カムを押し出す。第１の球体は高速用カムの貫通孔内で移動するので、動弁装置の小型化が妨げられない。
【００３９】
また、高速用カムは可動部材により支持されるため、高速用カムの落脱を防止するための他部品が不要となる。これにより、動弁装置の組み立ておよび分解が容易になり、整備性が向上される。
【００４０】
（１２）
動弁装置は、可動部材を第２の方向へ駆動する第２の駆動機構と、可動部材の第２の方向への移動に伴って高速用カムを第２の状態に切替える第２の切替機構とをさらに備えてもよい。
【００４１】
この場合、可動部材を第２の方向へ移動させることにより高速用カムを第１の状態から第２の状態へ容易に切替えることができる。
【００４２】
（１３）
第２の駆動機構は、可動部材に設けられ、第２の方向の圧力を受ける第２の受圧部と、第２の受圧部に油圧を加える第２の油圧回路とを含んでもよい。
【００４３】
この場合、第２の油圧回路により第２の受圧部が第２の方向の圧力を受け、可動部材が第２の方向に移動する。それにより、高速用カムを第１の状態から第２の状態へより容易に切替えることができる。
【００４４】
（１４）
第２の油圧回路は、高速用カムに対して高速用カムが格納する方向にさらに油圧を加えてもよい。この場合、第２の状態で高速用カムが格納される方向へ油圧を受ける。これにより、高速用カムが第１および第２の低速用カムの間に確実に押し込まれる。したがって、第１の状態から第２の状態へのカム切替動作がより確実に行われる。その結果、カム切替ミスによる騒音の発生ならびにカム切替用の部品および弁の摩耗および破損がより防止される。
【００４５】
（１５）
第２の駆動機構は、可動部材を第２の方向に付勢する弾性部材を含んでもよい。この場合、第１の駆動機構が可動部材を第１の方向へ駆動しない場合には、高速用カムは第２の状態に保持される。これにより、第１および第２の低速用カムにより弁が駆動される。
【００４６】
（１６）
第２の切替機構は、可動部材の第２の方向への移動に伴って高速用カムを第２の状態に移行させる第２の球体を含んでもよい。
【００４７】
第２の状態への切替動作は、可動部材の移動力が第２の球体を介して高速用カムに伝達されることにより行われる。この場合、第２の球体の移動の際の摩擦は、ピン等の他部品の移動の際の摩擦と比べて小さい。また、第２の球体の接触部が逐次変化するので、第２の球体の一点に対し、長時間にわたって荷重が集中することが抑制される。さらに、第２の球体は高い精度で形成される。これらの結果、長時間の使用でもカム切替用の部品の摩耗および劣化が防止される。
【００４８】
（１７）
可動部材は、第１の状態で第２の球体が収納される第２の凹部を有し、第２の凹部の縁部の一部に第２の傾斜部が形成され、第２の球体は、可動部材の第２の方向への移動に伴って第２の凹部内から第２の傾斜部上を移動することにより高速用カムを第１の低速用カムと第２の低速用カムとの間に押し込んでもよい。
【００４９】
この場合、第１の状態で第２の球体が可動部材の第２の凹部に収納される。可動部材の第２の方向への移動に伴って第２の球体が第２の傾斜部上を移動することにより、高速用カムを押し込む。それにより、動弁装置の小型化が妨げられない。
【００５０】
さらに、第２の球体が第２の傾斜部上を移動する際の転がり摩擦は小さい。また、第２の球体と第２の傾斜部との接触部が逐次変化するので、第２の球体の一点に対し、長時間にわたって荷重が集中することが抑制される。これにより、長時間の使用でもカム切替用の部品の摩耗および劣化が防止される。
【００５１】
（１８）
第１および第２の低速用カムの少なくとも一方は、溝および突起の一方をさらに有し、高速用カムは溝および突起の他方をさらに有し、突起は溝に摺動可能に嵌合されてもよい。
【００５２】
この場合、組み立ておよび分解が容易な構造で、高速用カムが突出する方向を規制することができる。これにより、高速用カムは正確に弁を駆動することができる。その結果、弁の不正な動きによる騒音の発生ならびにカム切替用の部品および弁の偏摩耗がより防止される。
【００５３】
（１９）
シリンダヘッドには複数の弁が設けられ、複数の弁に対応して複数のカム部が設けられ、複数のカム部の各々は、第１の低速用カム、第２の低速用カムおよび高速用カムを含み、軸部の回転に伴って複数の弁が順次駆動されるように複数のカム部が異なる角度で設けられてもよい。
【００５４】
この場合、軸部に複数の弁からの反力が時間的に分散されて与えられる。したがって、弁を駆動するためにカム軸に必要とされる駆動力が平準化されて小さくなる。
【００５５】
（２０）
第２の発明に係るエンジンは、往復動可能なピストンを収容するシリンダと、ピストンの往復動に伴って回転するクランク軸と、シリンダ上に設けられるシリンダヘッドと、シリンダヘッドに開閉可能に設けられる弁と、クランク軸から伝達される駆動力により駆動され、弁を駆動する動弁装置とを備え、動弁装置は、クランク軸からの駆動力により回転可能に設けられ、軸方向に延びる内部空間を有する軸部と、軸部の軸方向に所定間隔で設けられ、軸部の回転に伴って弁を駆動可能に配置された第１および第２の低速用カムと、第１の低速用カムと第２の低速用カムとの間から突出する第１の状態と第１の低速用カムと第２の低速用カムとの間に格納された第２の状態とに移行可能に軸部に設けられ、第１の状態で軸部の回転に伴って弁を駆動可能に配置された高速用カムと、軸部の内部空間に軸方向に沿った第１の方向および第１の方向と逆の第２の方向に移動可能に挿入された可動部材と、可動部材を第１の方向へ駆動する第１の駆動機構と、可動部材の第１の方向への移動に伴って高速用カムを第１の状態に切替える第１の切替機構とを備え、第１の駆動機構は、高速用カムを第１の状態にするための第１の切替機構の駆動力が弁を駆動するための最大駆動力以上になるように、可動部材に第１の方向へ作用する力を与えるものである。
【００５６】
このエンジンにおいては、クランク軸から伝達される駆動力により動弁装置が駆動され、動弁装置により弁が駆動される。
【００５７】
動弁装置においては、軸部に第１および第２の低速用カムが所定間隔で設けられ、第１および第２の低速用カムの間に突出および格納可能に高速用カムが設けられる。軸部内には可動部材が挿入され、可動部材の移動に伴って、高速用カムが第１および第２の状態に切替えられる。第１の状態では、高速用カムは第１の低速用カムと第２の低速用カムとの間から突出し、第２の状態では、高速用カムは第１の低速用カムと第２の低速用カムとの間に格納される。
【００５８】
第１の状態では、高速用カムがシリンダヘッドに設けられた弁を駆動し、第２の状態では、第１および第２の低速用カムがシリンダヘッドに設けられた弁を駆動する。
【００５９】
この場合、第１の駆動機構により可動部材が駆動され、第１の切替機構により高速用カムが第２の状態から第１の状態に切替えられる。第１の駆動機構は、高速用カムを第１の状態にするための第１の切替機構の駆動力が弁を駆動するための最大駆動力以上になるように、可動部材に第１の方向へ作用する力を与える。それにより、第２の状態から第１の状態への移行過程において第１および第２の低速用カムの間から突出する高速用カムが、弁からの反力により押し戻されることが防止される。したがって、第２の状態から第１の状態へのカム切替動作が確実に行われる。その結果、カム切替ミスによる騒音の発生ならびにカム切替用の部品および弁の摩耗および破損が防止される。
【００６０】
また、高速用カムが弁のリフターの中心部に位置すると、第１および第２の低速用カムは弁のリフターの中心部に対して対称的に位置する。それにより、第１の状態においては、高速用カムが弁のリフターの中心部に接触する。また、第２の状態においては、第１および第２の低速用カムが弁のリフターの中心部に対して対称的に接触する。これにより、弁のリフターが第１の低速用カム、第２の低速用カムおよび高速用カムから偏荷重を受けることが防止される。したがって、弁が駆動方向に対して傾斜することが防止される。その結果、弁のリフターまたは弁フェースの片側がシリンダヘッドの壁面等に接触し、弁、弁周辺の部品、第１および第２の低速用カムならびに高速用カムに偏摩耗が生じることが防止される。
【００６１】
（２１）
第３の発明に係る車両は、第２の発明に係るエンジンと、駆動輪と、エンジンにより発生される動力を駆動輪に伝達する伝達機構とを備えたものである。
【００６２】
この車両においては、第２の発明に係るエンジンにより発生される動力が、伝達機構により駆動輪に伝達され、駆動輪が駆動される。エンジンにおいては、クランク軸から伝達される駆動力により動弁装置が駆動され、動弁装置により弁が駆動される。
【００６３】
この場合、第２の発明に係るエンジンの動弁装置においては、カム切替動作が確実に行われる。その結果、カム切替ミスによる騒音の発生ならびにカム切替用の部品および弁の摩耗および破損が防止される。
【００６４】
さらに、弁が駆動方向に対して傾斜することが防止される。その結果、弁のリフターまたは弁フェースの片側がシリンダヘッドの壁面等に接触し、弁、弁周辺の部品、第１および第２の低速用カムならびに高速用カムに偏摩耗が生じることが防止される。
【発明の効果】
【００６５】
本発明によれば、カム切替が確実に行われ、かつ騒音の発生が防止されるとともに、カム切替用の部品、弁および弁周辺の部品の摩耗および破損が防止され、繰り返しの使用に耐えうる耐久性が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６６】
以下、本発明の一実施の形態に係るカム切替式動弁装置を有するエンジンについて説明する。なお、本実施の形態においては、直列４気筒型のＤＯＨＣ（ダブルオーバーヘッドカムシャフト）エンジンを説明する。
【００６７】
（１）エンジンの全体の構成
図１は本発明の一実施の形態に係るカム切替式動弁装置を有するエンジンの模式的正面図である。図２は図１に示されるカム切替式動弁装置の模式的上面図である。図３は図１のカム切替式動弁装置を有するエンジンの模式的側面図である。
【００６８】
図１に示すように、エンジン１００は複数のシリンダ１を有する。シリンダ１内にはピストン５が往復動自在に挿入されている。図３に示すように、各シリンダ１の上部のシリンダヘッドに、燃料ガスを吸入する２つの吸気口１０ａおよび燃焼済みガスを排出する２つの排気口１０ｂが設けられている。各吸気口１０ａから上方に延びるように棒状の吸気弁２ａがそれぞれ配置され、各排気口１０ｂから上方に延びるように棒状の排気弁２ｂがそれぞれ配置されている。吸気弁２ａおよび排気弁２ｂの各々は、下端に蓋形状の弁フェース２１を有し、上端にリフター２２を有する。弁フェース２１はシリンダ１の吸気口１０ａまたは排気口１０ｂをシリンダ１の内側から塞ぐように配置されている。
【００６９】
図２に示すように、複数のシリンダ１の上方に共通の一対の動弁装置３ａ，３ｂが設けられている。動弁装置３ａ，３ｂの各々はカムシャフト３０を有する。各カムシャフト３０は、一対のカムシャフトユニット３００およびカムスプロケット３３により構成されている。カムシャフトユニット３００は、フランジ部３１１、カムジャーナル３１および複数のカム部３２を有する。
【００７０】
カムスプロケット３３はカムジャーナル３１の長手方向の中心部にフランジ部３１１を介して設けられている。複数のカム部３２はカムスプロケット３３の両側においてカムジャーナル３１に設けられている。
【００７１】
カムジャーナル３１、フランジ部３１１、カム部３２およびカムスプロケット３３は一体的に回転可能に連結されている。
【００７２】
各カム部３２は各吸気弁２ａまたは各排気弁２ｂのリフター２２に当接する位置に配置されている。各カム部３２は一対の低速用カムおよび高速用カムを有する。カム部３２の詳細な構造については後述する。
【００７３】
動弁装置３ａの各カム部３２が吸気カムに相当し、動弁装置３ｂの各カム部３２が排気カムに相当する。
【００７４】
また、図１および図３に示すように、複数のシリンダ１の下方にクランクシャフト４が配置されている。クランクシャフト４はクランクジャーナル４１およびカム用ドライブスプロケット４３を有する。クランクシャフト４はコンロッド６を介して各シリンダ１内のピストン５と連結されている。
【００７５】
カム用ドライブスプロケット４３はクランクジャーナル４１の長手方向の中心部に設けられている。カム用ドライブスプロケット４３および動弁装置３ａ，３ｂのカムスプロケット３３にはタイミングチェーン７が掛け渡されている。それにより、クランクシャフト４の回転に連動してカムシャフト３０が回転する。
【００７６】
カム用ドライブスプロケット４３およびカムスプロケット３３はクランクシャフト４の回転数とカムシャフト３０の回転数との比が２：１となるように形成されている。
【００７７】
動弁装置３ａのカムシャフト３０が回転することにより、カム部３２が吸気弁２ａのリフター２２を押し下げる。これにより、吸気弁２ａの弁フェース２１がシリンダ１内に押し下げられる。その結果、シリンダ１の吸気口１０ａが開口される。このように、カムシャフト３０の回転に伴い、シリンダ１の吸気口１０ａが周期的に開閉される。
【００７８】
同様に、動弁装置３ｂのカムシャフト３０が回転することにより、カム部３２が排気弁２ｂのリフター２２を押し下げる。これにより、排気弁２ｂの弁フェース２１がシリンダ１内に押し下げられる。その結果、シリンダ１の排気口１０ｂが開口される。このように、カムシャフト３０の回転に伴い、シリンダ１の排気口１０ｂが周期的に開閉される。
【００７９】
（２）動弁装置の構成
次に、図４〜図７を参照して、動弁装置３ａ，３ｂの構造の詳細について説明する。
【００８０】
図４はカムシャフト３０の一部の切欠き分解斜視図である。図５は図１〜図３に示す動弁装置３ａの主として一方のカムシャフトユニット３００およびカムスプロケット３３の断面図である。図６はフランジ部３１１の一部の詳細な構成を示す外観斜視図である。図７はカム部の詳細な構成を示す断面図である。
【００８１】
図４および図５において、矢印Ｘ，Ｙ，Ｚで示すように、互いに直交する３方向をＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向と定義する。以降の図においても同様である。
【００８２】
図４および図５に示すように、カムシャフトユニット３００は、円筒状のカムジャーナル３１、円筒状のスライダ３４、複数のカム部３２、大ボール３５、小ボール３６、棒状のピン３７、環状のクリップ３７ｂおよびスプリング３８により構成される。
【００８３】
Ｙ方向に延びるカムジャーナル３１に複数のカム部３２が設けられる。カムジャーナル３１内にＹ方向に延びるスライダ３４が大ボール３５および小ボール３６とともにＹ方向に摺動可能に挿入される。スライダ３４内にＹ方向に延びるピン３７が挿入される。スライダ３４の一端にクリップ３７ｂが取り付けられる。なお、スライダ３４にはスプリング３８が装着される。
【００８４】
（２−１）カムジャーナル３１およびフランジ部３１１
図４に示すように、Ｙ方向に延びる円筒状のカムジャーナル３１の一端にフランジ部３１１が一体的に設けられている。
【００８５】
カムジャーナル３１およびフランジ部３１１をＹ方向に貫通するように空洞部３１０が設けられている。
【００８６】
カムジャーナル３１は給油口３１ａ、複数の給油口３１ｃおよび複数の給油溝３１ｄを有する。
【００８７】
給油口３１ａは、フランジ部３１１近傍において空洞部３１０に連通しかつカムジャーナル３１を半径方向に貫通するように形成されている。各給油口３１ｃは、隣接するカム部３２間において空洞部３１０に連通しかつカムジャーナル３１を半径方向に貫通するように形成されている。各給油溝３１ｄは、給油口３１ｃにつながるようにカムジャーナル３１の外周面に環状に形成されている。
【００８８】
図６に示すように、フランジ部３１１には、カムジャーナル３１の空洞部３１０に連通する円形の油圧室３０ｂが形成されている。また、フランジ部３１１には、複数の給油口３１ｂが外周面と油圧室３０ｂとを連通させるように等角度間隔で形成されている。
【００８９】
（２−２）カム部３２
図４および図５に示すように、各カム部３２は一対の低速用カム３２１、１つの高速用カム３２２およびボール止め用ワッシャ３５０により構成される。
【００９０】
一対の低速用カム３２１は、Ｙ方向に所定間隔を隔ててカムジャーナル３１に一体的に形成されている。
【００９１】
図７に示すように、各低速用カム３２１は円形のベース円部３２３および略長円形のカムノーズ３２４を有する。ベース円部３２３の円形の外周面およびカムノーズ３２４の略長円形の外周面は連続的に形成されている。
【００９２】
各低速用カム３２１は、ベース円部３２３を貫通する円形の孔部３２１ａを有する。孔部３２１ａはカムジャーナル３１の空洞部３１０（図４）にＹ方向に連通するように形成されている。
【００９３】
一対の低速用カム３２１の一方のカムノーズ３２４の先端部にＵ字状の切り欠き３２１ｂが形成されている。
【００９４】
高速用カム３２２は、略半円形のベース部３２５および略長円形のカムノーズ３２６を有する。カムノーズ３２６の略長円形の外周面は、ベース部３２５の略半円形の外周面と反対方向を向くように形成されている。
【００９５】
ここで、ピン３７の中心軸から高速用カム３２２のカムノーズ３２６の先端部を向く方向をカムノーズ方向Ｔ１と定義する。以降の図においても同様である。
【００９６】
高速用カム３２２は、ベース部３２５を貫通する楕円形の孔部３２２ａを有する。孔部３２２ａはカムジャーナル３１の空洞部３１０および低速用カム３２１の孔部３２１ａに連通するように形成されている。
【００９７】
孔部３２２ａの内周面の互いに対向する位置に大ボール穴３２２Ａおよび小ボール穴３２２Ｂが形成されている。大ボール穴３２２Ａおよび小ボール穴３２２Ｂは略半球状の内面を有する。
【００９８】
また、図４に示すように、孔部３２２ａの内周面において小ボール穴３２２Ｂに隣接する位置に小ボール位置決めピン３２２Ｃが設けられている。小ボール位置決めピン３２２Ｃは孔部３２２ａ内においてカムノーズ方向Ｔ１に突出している。孔部３２２ａの周縁部にボール止め用ワッシャ３５０が取り付けられる。
【００９９】
高速用カム３２２のカムノーズ３２６の上部にピン３２２ｃがＹ方向に突出するように取り付けられている。一対の低速用カム３２１間に高速用カム３２２が挿入される。それにより、ピン３２２ｃの先端部が低速用カム３２１の切り欠き３２１ｂに摺動可能に挿入される（図７参照）。
【０１００】
（２−３）スライダ３４
図４および図５に示すように、スライダ３４はＸＺ平面に平行な円形の受圧部３４１およびＹ方向に延びる円筒状のスライド部３４２により構成される。
【０１０１】
スライダ３４のスライド部３４２は、大ボール３５、小ボール３６およびスプリング３８とともにカムジャーナル３１内の空洞部３１０にＹ方向に摺動可能に挿入される。
【０１０２】
スライダ３４は、受圧部３４１およびスライド部３４２をＹ方向に貫通するオイル孔３４ａを有する。
【０１０３】
スライド部３４２は、スライダ孔３４ｂ、複数のスライダ孔３４ｃ、複数のスライダ穴３４ｄ、複数のスライダ溝３４ｅおよび複数のスライダ溝３４ｆを有する。
【０１０４】
スライダ孔３４ｂは受圧部３４１近傍においてスライド部３４２を半径方向に貫通するように形成されている。スライダ孔３４ｃはオイル孔３４ａに連通するように形成されている。
【０１０５】
スライダ穴３４ｄはスライダ孔３４ｃに対向する位置よりも、受圧部３４１側にずれた位置に形成されている。スライダ穴３４ｄはオイル孔３４ａに連通していない。
【０１０６】
また、スライダ孔３４ｃのフランジ部３１１側の縁部に傾斜部３４Ｃが設けられている。スライダ穴３４ｄのフランジ部３１１と反対側の内面には傾斜部３４Ｄが設けられている。
【０１０７】
スライダ溝３４ｅは隣接するスライダ穴３４ｄを結ぶようにスライド部３４２の外周面に直線状に形成されている。
【０１０８】
スライダ溝３４ｆは隣接するスライダ孔３４ｃ間および隣接するスライダ穴３４ｄ間においてスライド部３４２の外周面に環状に形成されるとともにスライダ溝３４ｅに連通している。
【０１０９】
スライダ３４のスライド部３４２の外周面と、カムジャーナル３１およびフランジ部３１１の空洞部３１０の内周面とは、オイル孔３４ａ、スライダ孔３４ｂ，３４ｃ、スライダ穴３４ｄ、スライダ溝３４ｅおよびスライダ溝３４ｆを除いて互いに液密に接触している。
【０１１０】
スライダ３４の受圧部３４１は、オイル孔３４ａを除いてフランジ部３１１内の油圧室３０ｂを封止するように形成されている。
【０１１１】
スライダ３４のスライド部３４２をカムジャーナル３１およびフランジ部３１１の空洞部３１０に挿入する際には、大ボール３５はスライダ孔３４ｃからオイル孔３４ａにわたる領域に挿入され、小ボール３６はスライダ穴３４ｄに挿入される。
【０１１２】
また、スプリング３８はフランジ部３１１とスライダ３４の受圧部３４１との間に配置される。それにより、スライダ３４がＹ方向と逆の方向に付勢されている。
【０１１３】
（２−４）ピン３７およびクリップ３７ｂ
カムジャーナル３１へのスライダ３４の挿入後に、ピン３７が、スライド部３４２の先端部からスライダ孔３４ｃとスライダ孔３４ｂとの間まで延びるようにオイル孔３４ａに挿入される。ピン３７は外周面に螺旋溝３７ａを有する。ピン３７の外周面と、スライド部３４２のオイル孔３４ａの内周面とは、螺旋溝３７ａを除いて液密に接触する。スライド部３４２の先端部にクリップ３７ｂが取り付けられる。これにより、ピン３７はオイル孔３４ａ内で確実に固定される。
【０１１４】
（２−５）カムシャフト３０の全体構造
図１および図２に示したように、カムシャフト３０は、一対のカムシャフトユニット３００がカムスプロケット３３を介して接合された構造を有する。カムシャフトユニット３００は図４に示す各部品により組み立てられる。
【０１１５】
図５に示すように、各カムシャフトユニット３００において、スライダ３４の受圧部３４１とフランジ部３１１とは対向するように配置されている。
【０１１６】
一対のフランジ部３１１およびカムスプロケット３３は、ボルト３０１により互いに固定されている。スライダ回転方向位置決めピン３０２により一対のフランジ部３１１に対して一対のスライダ３４が回転方向に位置決めされている。スプロケット位置決めピン３０３によりカムスプロケット３３が一対のフランジ部３１１に位置決めされている。
【０１１７】
これにより、カムジャーナル３１、フランジ部３１１、スライダ３４およびカムスプロケット３３が確実に一体的に回転する。
【０１１８】
一対のカムシャフトユニット３００の受圧部３４１間に油圧室３０ａが形成される。一対の受圧部３４１間に油圧室３０ａを確保するために、カムスプロケット３３に突起部３３１が設けられている。
【０１１９】
スライダ３４のスライダ孔３４ｂはカムジャーナル３１の給油口３１ａに連通する。スライダ穴３４ｄ、スライダ溝３４ｅおよびスライダ溝３４ｆは給油口３１ｃに連通する。
【０１２０】
また、高速用カム３２２の孔部３２２ａ（図７参照）は、スライダ３４のスライド部３４２により２つの領域に分断される。孔部３２２ａの２つの領域は互いに連通していない。大ボール３５および小ボール３６はスライド部３４２を挟んでこれらの領域にそれぞれ配置される。大ボール３５は大ボール穴３２２Ａ内に嵌合するように配置され、小ボール３は小ボール穴３２２Ｂ内に嵌合するように配置される。
【０１２１】
孔部３２２ａの大ボール３５を含む領域（以下、大ボール領域と呼ぶ）は、図５の螺旋溝３７ａを介してカムジャーナル３１の給油口３１ａ、スライダ３４のオイル孔３４ａ、および油圧室３０ａに連通する。
【０１２２】
孔部３２２ａの小ボールを含む領域（以下、小ボール領域と呼ぶ）は、カムジャーナル３１の給油口３１ｃ、スライダ３４のスライダ穴３４ｄ、スライダ溝３４ｅおよびスライダ溝３４ｆに連通する。
【０１２３】
カムシャフト３０は、図５に示す軸受５０により回転可能に支持されている。軸受５０には、カムジャーナル３１の給油口３１ａ，３１ｃおよびフランジ部３１１の給油口３１ｂのそれぞれにつながる複数のオイル通路５１ａ，５１ｃおよびオイル通路５１ｂが設けられている。オイル通路５１ａ，５１ｃはカムジャーナル３１の外周面を取り囲むように環状に形成され、オイル通路５１ｂはフランジ部３１１の外周面を取り囲むように環状に形成されている。
【０１２４】
本実施の形態では、油圧室３０ａ内の受圧部３４１の受圧面（以下、第１の受圧面と呼ぶ）の面積は、カムジャーナル３１の断面積よりも大きく設定される。
【０１２５】
また、油圧室３０ｂ内の受圧部３４１の受圧面（以下、第２の受圧面と呼ぶ）の面積は、スライド部３４２の断面積よりも大きく設定される。
【０１２６】
（３）動弁装置３ａの構成および機能
次に、図８〜図１０を参照して、動弁装置３ａの油圧制御およびカム切替動作の詳細について説明する。以下、エンジン１００の回転数が所定値以下の回転数の領域を低速域と呼び、エンジン１００の回転数が所定値よりも高い回転数の領域を高速域と呼ぶ。
【０１２７】
図８（ａ）は低速域における動弁装置３ａの断面図である。図８（ｂ）は低速域におけるカム部３２の断面図である。図９（ａ）は低速域から高速域への移行過程における動弁装置３ａの断面図である。図９（ｂ）は低速域から高速域への移行過程におけるカム部３２の断面図である。図１０（ａ）は高速域における動弁装置３ａの断面図である。図１０（ｂ）は高速域におけるカム部３２の断面図である。
【０１２８】
ここでは、主として一方のカムシャフトユニット３００の動作を説明する。図８〜図１０に示すように、動弁装置３ａは油圧回路９を含む。図８〜１０においては、油圧回路９の働きを明確にするためにオイルの流通路を粗および密のドットパターンで表す。
【０１２９】
油圧回路９は、油圧方向制御弁９０、オイルポンプ９１、オイルタンク９３および配管９００〜９０６により構成される。
【０１３０】
オイルタンク９３には配管９００を介してオイルポンプ９１が接続される。オイルポンプ９１には配管９０１を介して油圧方向制御弁９０が接続される。油圧方向制御弁９０は低速制御弁９０ａおよび高速制御弁９０ｂを有する。
【０１３１】
また、油圧方向制御弁９０には配管９０２，９０３，９０６が接続される。配管９０２は複数の配管９０４および複数の配管９０５に分岐する。図８〜図１０には、１つの配管９０５が示される。配管９０４はオイル通路５１ｂを介して給油口３１ｂに連通する。配管９０５はオイル通路５１ｃを介して給油口３１ｃに連通する。配管９０６はオイルタンク９３へ延びる。
【０１３２】
油圧方向制御弁９０およびオイルポンプ９１は制御装置５００により制御される。制御装置５００は、エンジン１００の回転数を検知することにより低速域と高速域とで油圧方向制御弁９０の切替を行う。低速域と高速域との境界である所定値は予め任意に設定することができる。
【０１３３】
次に、低速域から高速域への移行に伴うカム部３２の切替動作を段階的に説明する。
【０１３４】
低速域では、図８（ａ）に示すように、油圧方向制御弁９０は、低速制御弁９０ａが配管９０１，９０２，９０３，９０６に接続されるように矢印Ｓ１の方向に付勢されている。それにより、オイルタンク９３からオイルポンプ９１により吸い上げられたオイルは、油圧方向制御弁９０の低速制御弁９０ａを介して配管９０２に流入する。
【０１３５】
配管９０２に流入したオイルは、粗いドットパターンで示すように、配管９０４および給油口３１ｂを通して油圧室３０ｂに供給されるとともに、配管９０５および給油口３１ｃを通してスライダ穴３４ｄ、スライダ溝３４ｅ、および高速用カム３２２の孔部３２２ａの小ボール領域に供給される。
【０１３６】
また、給油口３１ａから配管９０３へ流出したオイルは、低速制御弁９０ａおよび配管９０６を介してオイルタンク９３へ戻される。
【０１３７】
この場合、油圧室３０ｂの油圧が高くなることにより、スライダ３４の受圧部３４１の第２の受圧面はＹ方向と逆の方向へ荷重を受ける。また、スライダ３４は、スプリング３８によりカムジャーナル３１およびフランジ部３１１に対してＹ方向と逆の方向へ付勢されている。
【０１３８】
それにより、隣接する一対のカムシャフトユニット３００のスライダ３４の受圧部３４１が互いに近づく方向に作用する。この場合、隣接する受圧部３４１がカムスプロケット３３の突起部３３１に当接することにより受圧部３４１間に油圧室３０ａが確保される。
【０１３９】
また、スライダ穴３４ｄおよび高速用カム３２２の孔部３２２ａの小ボール領域（図８（ｂ））の油圧が高くなることにより、高速用カム３２２はカムノーズ方向Ｔ１と反対の方向に付勢される。
【０１４０】
この場合、大ボール３５は高速用カム３２２の孔部３２２ａ内においてスライダ孔３４ｃ内に嵌合するように位置する。また、小ボール３６は高速用カム３２２の孔部３２２ａ内においてスライダ３４の外周面に接するように位置する。
【０１４１】
このようにして、図８（ｂ）に示すように、高速用カム３２２のカムノーズ３２４が低速用カム３２１間に格納された状態となる。
【０１４２】
次に、低速域から高速域へ移行する過程では、図９（ａ）に示すように、制御装置５００により油圧方向制御弁９０が矢印Ｓ２の方向へ切替えられる。これにより、油圧方向制御弁９０の高速制御弁９０ｂが配管９０１，９０２，９０３，９０６に接続される。このため、オイルタンク９３からオイルポンプ９１により吸い上げられたオイルは、油圧方向制御弁９０の高速制御弁９０ｂを介して配管９０３に流入する。
【０１４３】
配管９０３に流入したオイルは、密なドットパターンで示すように、給油口３１ａを通して油圧室３０ａ、オイル孔３４ａ、スライダ孔３４ｂ、ピン溝３７ａ、スライダ孔３４ｃ、および高速用カム３２２の孔部３２２ａの大ボール領域に供給される。
【０１４４】
また、給油口３１ｂ，３１ｃから流出したオイルは、高速制御弁９０ｂおよび配管９０６を介してオイルタンク９３へ戻される。
【０１４５】
この場合、油圧室３０ａ内の油圧が高くなることより、スライダ３４の受圧部３４１の第１の受圧面はＹ方向への荷重を受ける。受圧部３４１の第１の受圧面が油圧により受けるＹ方向への荷重は、スプリング３８により受けるＹ方向と逆の方向への荷重に比べて十分に大きくなるように設定される。
【０１４６】
それにより、スライダ３４はＹ方向へ移動する。これにより、大ボール３５はスライダ孔３４ｃの傾斜部３４Ｃに沿ってカムノーズ方向Ｔ１へ移動するとともに、高速用カム３２２をカムノーズ方向Ｔ１へ押し出す（図９（ｂ））。
【０１４７】
また、高速用カム３２２の孔部３２２ａの大ボール領域およびスライダ孔３４ｃの油圧が大きくなることにより、高速用カム３２２はカムノーズ方向Ｔ１へ荷重を受ける。
【０１４８】
このとき、小ボール３６は高速用カム３２２の移動に伴いカムノーズ方向Ｔ１へ押し上げられるとともに、スライダ穴３４ｄの傾斜部３４Ｄに沿ってスライダ穴３４ｄ内へ移動する。
【０１４９】
図９（ｂ）に示すように、高速用カム３２２はカムノーズ方向Ｔ１に押し出され、高速用カム３２２のカムノーズ３２６は低速用カム３２１間より突出し始める。
【０１５０】
上記の動作により、図１０（ａ）に示すように、隣接する一対の受圧部３４１間の油圧室３０ａが拡大するとともに油圧室３０ｂが縮小する。その結果、受圧部３４１がフランジ部３１１に当接する。
【０１５１】
この場合、大ボール３５は高速用カム３２２の孔部３２２ａ内においてスライダ３４の外周面に接する。また、小ボール３６は高速用カム３２２の孔部３２２ａ内においてスライダ穴３４ｄ内に嵌合する。
【０１５２】
このようにして、図１０（ｂ）に示すように、高速用カム３２２のカムノーズ３２６は低速用カム３２１間より突出した状態となる。
【０１５３】
ここで、高速用カム３２２をカムノーズ方向Ｔ１へ押し出すための駆動力は、油圧回路９による油圧の大きさ、スライダ３４の受圧部３４１の第１の受圧面の面積、受圧部３４１がスプリング３８から受けるＹ方向と逆の方向への荷重、スライダ３４とカムジャーナル３１との間の摩擦抵抗、および高速用カム３２２と低速用カム３２１との間の摩擦抵抗により決定される。
【０１５４】
油圧回路９による油圧が大きくなると、高速用カム３２２が大ボール３５から受けるカムノーズ方向Ｔ１の荷重は大きくなる。また、スライダ３４の受圧部３４１の第１の受圧面の面積が大きくなると、高速用カム３２２が大ボール３５から受けるカムノーズ方向Ｔ１の荷重は大きくなる。
【０１５５】
本実施の形態では、後述するように、高速用カム３２２をカムノーズ方向Ｔ１へ押し出すための駆動力が吸気弁２ａをリフトさせるために必要な駆動力の最大値以上になるようにスライダ３４にＹ方向に加わる荷重が設定される。
【０１５６】
なお、高速域から低速域への移行に伴うカム部３２の切替動作は、上記とは逆の順序で行われる。
【０１５７】
（４）吸気弁２ａのリフト動作の詳細
次に、各カム部３２の回転動作と吸気弁２ａのリフト動作との関係を説明する。
【０１５８】
図８〜図１０に示すように、低速用カム３２１および高速用カム３２２は、吸気弁２ａのリフター２２と低速用カム３２１および高速用カム３２２の円弧面とが当接するように配置されている。カムシャフト３０が回転することにより、低速用カム３２１のベース円部３２３、および低速用カム３２１のカムノーズ３２４または高速用カム３２２のカムノーズ３２６の円弧面に沿って吸気弁２ａがリフトする。低速用カム３２１のベース円部３２３の円弧面が吸気弁２ａのリフター２２に当接している間、吸気弁２ａのリフト量は０となり、吸気弁２ａは図１のシリンダ１の吸気口１０ａを閉塞している。
【０１５９】
図１１（ａ）〜（ｃ）はクランク角（クランクシャフト４の位相）と吸気弁２ａのリフト量との関係を示した図である。横軸はクランク角を示し、縦軸は吸気弁２ａのリフト量を示す。ａは低速用カム３２１のカムノーズ３２４による弁リフト曲線を示し、ｂは高速用カム３２２のカムノーズ３２６による弁リフト曲線を示す。
【０１６０】
図１１（ａ）は低速域（図８参照）での弁リフト曲線である。図１１（ｂ）は低速域から高速域または高速域から低速域へ移行する過程（図９参照）での弁リフト曲線である。図１１（ｃ）は高速域（図１０参照）での弁リフト曲線である。
【０１６１】
前述したように、クランクシャフト４とカムシャフト３０との回転数の比は２：１である。それにより、クランクシャフト４が７２０°回転するとカムシャフト３０およびカム部３２は３６０°回転する。
【０１６２】
吸気弁２ａのリフター２２とカム部３２との当接点が低速用カム３２１のカムノーズ３２４または高速用カム３２２のカムノーズ３２６の先端に位置する時点におけるクランク角を０°とする。
【０１６３】
図１１（ａ）において、吸気弁２ａのリフター２２とカム部３２との当接点が低速用カム３２１のベース円部３２３から低速用カム３２１のカムノーズ３２４に移行する時点におけるクランク角を−θ１とする。
【０１６４】
吸気弁２ａのリフター２２とカム部３２との当接点が低速用カム３２１のカムノーズ３２４から低速用カム３２１のベース円部３２３に移行する時点におけるクランク角をθ１とする。
【０１６５】
図１１（ｃ）において、吸気弁２ａのリフター２２とカム部３２との当接点が低速用カム３２１のベース円部３２３から高速用カム３２２のカムノーズ３２６に移行する時点におけるクランク角を−θ３とする。
【０１６６】
吸気弁２ａのリフター２２とカム部３２との当接点が高速用カム３２２のカムノーズ３２６から低速用カム３２１のベース円部３２３に移行する時点におけるクランク角をθ３とする。
【０１６７】
図１１（ａ）〜（ｃ）に示すように、弁リフト曲線ａはクランク角−θ１からクランク角−θ２の間でリフト量が緩やかに増加するランプ部Ｒ１を有し、クランク角−θ２からクランク角０°の間でリフト量が大きく増加するリフト部Ｌ１を有する。また、弁リフト曲線ａはクランク角０°からクランク角θ２の間でリフト量が大きく減少するリフト部Ｌ２を有し、クランク角θ２からクランク角θ１の間でリフト量が緩やかに減少するランプ部Ｒ２を有する。ここで、−θ１＜−θ２およびθ２＜θ１である。弁リフト曲線ｂはクランク角−θ３からクランク角−θ４の間でリフト量が緩やかに増加するランプ部Ｒ３を有し、クランク角−θ４からクランク角０°の間でリフト量が大きく増加するリフト部Ｌ３を有する。また、弁リフト曲線ｂはクランク角０°からクランク角θ４の間でリフト量が大きく減少するリフト部Ｌ４を有し、クランク角θ４からクランク角θ３の間でリフト量が緩やかに減少するランプ部Ｒ２を有する。ここで、−θ３＜−θ４およびθ４＜θ３である。
【０１６８】
高速用カム３２２のカムノーズ３２６のランプ部Ｒ３の終点のクランク角−θ４が低速用カム３２１のカムノーズ３２４のランプ部Ｒ１の始点のクランク角−θ１よりも大きくなり、かつランプ部Ｒ１の終点のクランク角−θ２よりも小さくなるようにカムノーズ３２４およびカムノーズ３２６が形成される。すなわち、高速用カム３２２のカムノーズ３２６のランプ部Ｒ３の終点の位相は、低速用カム３２１のカムノーズ３２４のランプ部Ｒ１の始点の位相よりも遅角側となり、かつランプ部Ｒ１の終点の位相よりも進角側となる。
【０１６９】
また、高速用カム３２２のカムノーズ３２６は、ランプ部Ｒ４の始点のクランク角θ４が低速用カム３２１のカムノーズ３２４のランプ部Ｒ２の始点のクランク角θ２よりも大きくなり、かつランプ部Ｒ２の終点のクランク角θ１よりも小さくなるようにカムノーズ３２４およびカムノーズ３２６が形成される。すなわち、高速用カム３２２のカムノーズ３２６のランプ部Ｒ４の始点の位相は、低速用カム３２１のカムノーズ３２４のランプ部Ｒ２の始点の位相よりも遅角側となり、かつランプ部Ｒ２の終点の位相よりも進角側となる。
【０１７０】
なお、高速用カム３２２のカムノーズ３２６は、図１１（ｃ）に示すように、ランプ部Ｒ３の始点ｓのクランク角が−θ３よりも所定値小さくなるように形成され、ランプ部Ｒ４の終点ｅのクランク角がθ３よりも所定値大きくなるように形成される。それにより、ランプ部Ｒ３，Ｒ４の製造時の誤差に対するマージンＭが確保される。
【０１７１】
図８に示したように、低速域では高速用カム３２２のカムノーズ３２６は低速用カム３２１間に格納された状態となる。そのため、図１１（ａ）に示すように、高速用カム３２２の弁リフト曲線ｂは低速用カム３２１の弁リフト曲線ａより下側に位置する。したがって、低速用カム３２１のカムノーズ３２４が吸気弁２ａのリフター２２に作用し、高速用カム３２２のカムノーズ３２６は吸気弁２ａのリフター２２に作用しない。
【０１７２】
低速域では、吸気弁２ａのリフト量は、クランク角−θ１で弁リフト曲線ａに沿って０から正の値へ移行し、ランプ部Ｒ１に沿って緩やかに増加した後、リフト部Ｌ１に沿って大きく増加し、クランク角０°で最大値に達する。その後、リフト量は、リフト部Ｌ２に沿って大きく減少した後、ランプ部Ｒ２に沿って緩やかに減少し、クランク角θ１で０となる。
【０１７３】
図９に示したように、低速域から高速域または低速域から高速域へ移行する過程では、高速用カム３２２のカムノーズ３２６が低速用カム３２１間より突出し始める。そのため、図１１（ｂ）に示すように、弁リフト曲線ｂの中央部が弁リフト曲線ａの中央部より上側に位置し、弁リフト曲線ｂの両端部が弁リフト曲線ａの両端部よりも下側に位置する。したがって、低速用カム３２１のカムノーズ３２４の両端部の領域および高速用カム３２２のカムノーズ３２６の中央部の領域が吸気弁２ａのリフター２２に作用する。
【０１７４】
低速域から高速域または低速域から高速域へ移行する過程では、吸気弁２ａのリフト量は、クランク角−θ１で弁リフト曲線ａに沿って０から正の値に移行し、ランプ部Ｒ１に沿って緩やかに増加し、クランク角−θ１とクランク角−θ２との間のクランク角−θ５から弁リフト曲線ｂのリフト部Ｌ３に沿って大きく増加し、クランク角０°で最大値に達する。その後、リフト量は、弁リフト曲線ｂのリフト部Ｌ４に沿って大きく減少した後、クランク角θ２とクランク角θ１との間のクランク角θ５から弁リフト曲線ａのランプ部Ｒ２に沿って緩やかに減少し、クランク角θ３で０となる。
【０１７５】
図１０に示したように、高速域では、高速用カム３２２のカムノーズ３２６は低速用カム３２１間より突出した状態となる。そのため、図１１（ｃ）に示すように、高速用カム３２２の弁リフト曲線ｂは低速用カム３２１の弁リフト曲線ａより上側に位置する。したがって、高速用カム３２２のカムノーズ３２６が吸気弁２ａのリフター２２に作用し、低速用カム３２１のカムノーズ３２４は吸気弁２ａのリフター２２に作用しない。
【０１７６】
高速域では、吸気弁２ａのリフト量は、クランク角−θ３で弁リフト曲線ｂに沿って０から正の値へ移行し、ランプ部Ｒ３に沿って緩やかに増加した後、リフト部Ｌ３に沿って大きく増加し、クランク角０°で最大値に達する。その後、リフト量は、リフト部Ｌ４に沿って大きく減少した後、ランプ部Ｒ４に沿って緩やかに減少し、クランク角θ３で０となる。
【０１７７】
このように、本実施の形態では、吸気弁２ａのリフト量は、低速域、低速域から高速域への移行過程、高速域、および高速域から低速域への移行過程で０から正の値へ移行する際に、低速用カム３２１のランプ部Ｒ１または高速用カム３２２のランプ部Ｒ３のどちらかに沿って緩やかに増加する。
【０１７８】
また、吸気弁２ａのリフト量は、低速域、低速域から高速域への移行過程、高速域、および高速域から低速域への移行過程で、正の値から０へ移行する際に、低速用カム３２１のランプ部Ｒ２または高速用カム３２２のランプ部Ｒ４のどちらかに沿って緩やかに減少する。
【０１７９】
これらの結果、低速用カム３２１のカムノーズ３２４および高速用カム３２２のカムノーズ３２６が吸気弁２ａのリフター２２に対して常に円滑に作用する。それにより、カム部３２および吸気弁２ａが互いに衝撃を受けることが防止される。その結果、騒音の発生が防止されるとともに、カム切替用の部品および吸気弁２ａの摩耗および破損が防止される。
【０１８０】
（５）複数の吸気弁２ａの一連のリフト動作
次に、図１２〜１４を参照して、複数の吸気弁２ａの一連のリフト動作について説明する。
【０１８１】
図１２（ａ）は、低速域での動弁装置３ａの各カム部３２の角度を示す模式図であり、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）の各カム部３２に対応する吸気弁２ａのリフト動作を示す模式図である。ここで、４個のシリンダ１にそれぞれ対応する複数のカム部３２の各々を区別するためにこれらのカム部３２に符号３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄを付し、４個のシリンダ１にそれぞれ対応する複数の吸気弁２ａの各々を区別するためにこれらの吸気弁２ａに符号２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄを付す。また、カム部３２Ａ，３２Ｂが設けられるカムシャフトユニット３００をカムシャフトユニット３００Ａとし、カム部３２Ｃ，３２Ｄが設けられるカムシャフトユニット３００をカムシャフトユニット３００Ｂとする。
【０１８２】
図１３は低速域でのクランク角と吸気弁２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄのリフト量との関係を示す図である。Ａ１，Ｂ１，Ｃ１，Ｄ１はそれぞれ吸気弁２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄの弁リフト曲線を示す。また、吸気弁２Ａのリフト量が最大値となるクランク角を０°とする。
【０１８３】
図１２に示すように、４組のカム部３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄはカムノーズ３２４の角度が９０°ずつ異なるように設けられている。
【０１８４】
それにより、吸気弁２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄは１８０°ずつ異なるクランク角で吸気弁２Ａ，２Ｄ，２Ｃ，２Ｂの順にリフト動作を行う。
【０１８５】
その結果、図１３に示すように、吸気弁２Ａ，２Ｄ，２Ｃ，２Ｂの弁リフト量が、１８０°ずつ異なるクランク角で順次最大となる。
【０１８６】
ここで、吸気弁２Ａ〜２Ｄのリフト動作により、カムシャフト３０は吸気弁２Ａ〜２Ｄから反力を受ける。このため、カムシャフト３０は吸気弁２Ａ〜２Ｄからの反力に抗するための駆動力を必要とする。
【０１８７】
図１４は、カム切替時においてクランク角と吸気弁２Ａ〜２Ｄをリフトさせる際にカムシャフト３０の各スライダ３４（図５参照）に加わる荷重との関係の一例を示した図である。カム切替時においては吸気弁２Ａ〜２Ｄをリフトさせる際の吸気弁２Ａ〜２Ｄからの反力は各高速用カム３２２および大ボール３５（図５参照）を介してカムシャフトユニット３００Ａ，３００Ｂの各スライダ３４（図５参照）に伝達される。
【０１８８】
Ａ２，Ｂ２はそれぞれ吸気弁２Ａ，２Ｂをリフトさせる際に、カムシャフトユニット３００Ａのスライダ３４に加わる荷重を示し、Ｃ２，Ｄ２はそれぞれ吸気弁２Ｃ，２Ｄをリフトさせる際に、カムシャフトユニット３００Ｂの各スライダ３４に加わる荷重を示す。
【０１８９】
Ｅ１はカムシャフトユニット３００Ａのスライダ３４に加わる荷重Ａ２，Ｂ２の合力を示し，Ｅ２はカムシャフトユニット３００Ｂのスライダ３４に加わる荷重Ｃ２，Ｄ２の合力を示す。
【０１９０】
本実施の形態では、吸気弁２Ａ〜２Ｄのリフト動作が時間的に分散される。それにより、図１４に示すように、荷重Ａ２，Ｂ２の合力Ｅ１および荷重Ｃ２，Ｄ２の合力Ｅ２がそれぞれ平準化されて最大値がＮｓと小さくなる。
【０１９１】
本実施の形態では、低速用カム３２１から高速用カム３２２へと切替える際に高速用カム３２２を一対の低速用カム３２１間から押し出すためにスライダ３４に与えられる駆動力は、吸気弁２Ａ〜２Ｄを駆動（リフト）する際に吸気弁２Ａ〜２Ｄの反力によりカムシャフトユニット３００Ａ，３００Ｂの各スライダ３４に加わる荷重の最大値Ｎｓ以上になるように設定される。低速用カム３２１から高速用カム３２２へと切替える際にスライダ３４に与えられる駆動力は、吸気弁２Ａ〜２Ｄの反力によりカムシャフトユニット３００Ａ，３００Ｂの各スライダ３４に加わる荷重の最大値Ｎｓより大きくなるように設定されることが好ましい。
【０１９２】
すなわち、高速用カム３２２をカムノーズ方向Ｔ１へ押し出すための駆動力が吸気弁２ａをリフトさせるために必要な駆動力の最大値以上になるようにスライダ３４にＹ方向に加わる荷重が設定される（図８〜図１０参照）。
【０１９３】
それにより、低速域から高速域への移行過程において、スライダ３４および大ボール３５の移動に伴い一対の低速用カム３２１の間から押し出される高速用カム３２２が吸気弁２ａまたは排気弁２ｂからの反力により押し戻されることが防止される。したがって、低速域から高速域への移行過程においてカム切替動作が確実に行われる。その結果、カム切替ミスによる騒音の発生が防止され、かつカム切替用の部品および吸気弁２ａの摩耗および破損が防止される。
【０１９４】
なお、本実施の形態の動弁装置３ａでは、吸気弁２ａからカムシャフトユニット３００Ａのスライダ３４に加わる荷重Ａ２，Ｂ２の合力Ｅ１と、吸気弁２ａからカムシャフトユニット３００Ｂのスライダ３４に加わる荷重Ｃ２，Ｄ２の合力Ｅ２とが等しい最大値Ｎｓを有するが、合力Ｅ１と合力Ｅ２とが異なる場合は、合力Ｅ１の最大値および合力Ｅ２の最大値のうちより大きな値を最大値Ｎｓとする。
【０１９５】
（６）車両全体の構成
図１５は、本実施の形態に係るエンジン１００を備えた自動二輪車の模式図である。
【０１９６】
この自動二輪車６００においては、本体フレーム６０１の前端にヘッドパイプ６０２が設けられている。ヘッドパイプ６０２にフロントフォーク６０３が左右方向に揺動可能に設けられている。フロントフォーク６０３の下端に前輪６０４が回転可能に支持されている。ヘッドパイプ６０２の上端にはハンドル６０５が取り付けられている。
【０１９７】
本体フレーム６０１の中央部にはエンジン１００が保持されている。エンジン１００の上部には燃料タンク６０６が設けられ、燃料タンク６０６の後方にはシート６０７が設けられている。
【０１９８】
エンジン１００の後方に延びるように、本体フレーム６０１にリアアーム６０８が接続されている。リアアーム６０８は、後輪６０９および後輪ドリブンスプロケット６１０を回転可能に保持する。エンジン１００の排気口に連通する排気ポートには排気管６１１が接続されている。排気管６１１の後端にマフラー６１２が取り付けられている。
【０１９９】
エンジン１００にドライブシャフト６１３がクランクシャフトに連動するように取り付けられ、ドライブシャフト６１３には後輪ドライブスプロケット６１４が取り付けられている。後輪ドライブスプロケット６１４は、チェーン６１５を介して後輪６０９の後輪ドリブンスプロケット６１０に連結されている。
【０２００】
（７）実施の形態の効果
本実施の形態に係る動弁装置３ａ，３ｂでは、低速用カム３２１から高速用カム３２２へと切替える際に高速用カム３２２を一対の低速用カム３２１間から押し出すための駆動力は、吸気弁２ａおよび排気弁２ｂをリフト動作させるために必要な駆動力の最大値以上になるように設定される。このため、低速域から高速域への移行過程においてスライダ３４および大ボール３５の移動に伴いカムノーズ方向Ｔ１に押し出される高速用カム３２２が、吸気弁２ａまたは排気弁２ｂからの反力により押し戻されることが防止される。したがって、低速域から高速域への移行過程においてカム切替動作が確実に行われる。その結果、カム切替ミスによる騒音の発生が防止されるとともに、カム切替用の部品、吸気弁２ａおよび排気弁２ｂの摩耗および破損が防止される。
【０２０１】
また、スライダ３４の一端の受圧部３４１の第１および第２の受圧面の面積は、スライド部３４２の断面積に比べて大きく設定されている。これにより、スライダ３４はより大きい面積で油圧を受けることができるため、十分な移動力を得る。したがって、低速域から高速域または高速域から低速域への移行過程においてカム切替動作が確実に行われる。その結果、カム切替ミスによる騒音の発生ならびにカム切替用の部品、吸気弁２ａおよび排気弁２ｂの摩耗および破損が防止される。
【０２０２】
また、低速域から高速域への移行過程において高速用カム３２２の孔部３２２ａの大ボール領域にオイルが供給される。これにより、高速用カム３２２がカムノーズ方向Ｔ１へ油圧を受ける。したがって、高速用カム３２２が低速用カム３２１間よりカムノーズ方向Ｔ１へより確実に押し出される。その結果、カム切替動作がより確実に行われる。
【０２０３】
また、高速域から低速域への移行過程において高速用カム３２２の孔部３２２ａの小ボール領域にオイルが供給される。これにより、高速用カム３２２がカムノーズ方向Ｔ１と反対の方向へ油圧を受ける。したがって、高速用カム３２２が低速用カム３２１間にカムノーズ方向Ｔ１と反対の方向へより確実に押し込まれる。その結果、カム切替動作がより確実に行われる。
【０２０４】
さらに、高速用カム３２２の孔部３２２ａの大ボール領域および小ボール領域にはオイルが充填されている。この場合、カム切替動作時にカム切替用の部品の移動が円滑に行われる。また、大ボール３５と高速用カム３２２またはスライダ３４との間あるいは小ボール３６と高速用カム３２２またはスライダ３４との間に隙間ができたとしても、その隙間にオイルが充填されるので、大ボール３５または小ボール３６のがたつきが防止されるとともに、高速用カム３２２のがたつきが防止される。したがって、カム切替動作が静かに行われる。その結果、騒音の発生ならびにカム切替用の部品の摩耗および破損が防止される。
【０２０５】
また、スライダ３４の受圧部３４１とフランジ部３１１との間にスプリング３８が配置される。スライダ３４はスプリング３８によりＹ方向と反対の方向に付勢される。これにより、第１の駆動機構が可動部材を第１の方向へ駆動しない場合には、高速用カムは第２の状態に保持される。したがって、第１および第２の低速用カムにより吸気弁２ａおよび排気弁２ｂが駆動される。
【０２０６】
また、カム切替動作は、スライダ３４の移動力が大ボール３５および小ボール３６を介して高速用カム３２２に伝達されることにより行われる。この場合、大ボール３５および小ボール３６の転がり摩擦は、ピン３７の摺動摩擦に比べて小さい。また、大ボール３５および小ボール３６の接触部は逐次変化するので、大ボール３５および小ボール３６の一点に対し、長時間にわたって荷重が集中することが抑制される。さらに、大ボール３５および小ボール３６は球体であるので、高い精度で形成される。これらの結果、長時間の使用でもカム切替用部品の摩耗および劣化が防止される。
【０２０７】
また、カム部３２は、一対の低速用カム３２１間に高速用カム３２２が挿入された構造を有する。この場合、低速域においては、一対の低速用カム３２１が吸気弁２ａまたは排気弁２ｂのリフター２２の中心部に対して対称的に接触する。また、高速域においては、高速用カム３２２が吸気弁２ａまたは排気弁２ｂのリフター２２の中心部に接触する。これにより、吸気弁２ａまたは排気弁２ｂのリフター２２がカム部３２から偏荷重を受けることが防止される。したがって、吸気弁２ａまたは排気弁２ｂがリフト方向に対して傾斜することが防止される。その結果、吸気弁２ａおよび排気弁２ｂのリフター２２または弁フェース２１の片側がシリンダヘッドの壁面等に接触し、吸気弁２ａ、排気弁２ｂおよび弁周辺の部品に偏摩耗が生じることが防止される。
【０２０８】
また、一対の低速用カム３２１およびカムジャーナル３１が一体的に形成されている。これにより、一対の低速用カム３２１およびカムジャーナル３１を同時に加工することが可能となる。したがって、一対の低速用カム３２１の寸法および形状の誤差が生じることが防止される。また、一対の低速用カム３２１のベース円部３２３とカムジャーナル３１とが共通に形成される。これにより、一対の低速用カム３２１およびカムジャーナル３１の位置精度および同軸精度が向上される。これらの結果、低速用カム３２１により、吸気弁２ａおよび排気弁２ｂが偏荷重を受けることが防止されるとともに、吸気弁２ａおよび排気弁２ｂの不正な動きによる騒音の発生が防止されるとともに、吸気弁２ａ、排気弁２ｂおよび弁周辺の部品の偏摩耗が防止される。
【０２０９】
なお、低速用カムおよびカムジャーナルが別体である場合には、低速用カムをカムジャーナルに圧入および溶接により接合し、高速用カムを取り付けた後に、低速用カムおよび高速用カムの加工を行う必要がある。この場合、整備のために高速用カムを取り外すと、低速用カムが傾斜することがある。そのため、カム部の分解を行うことができず、整備性が悪い。
【０２１０】
これに対して、本実施の形態では、一対の低速用カム３２１およびカムジャーナル３１が一体的に形成されているので、高速用カム３２２を取り外した場合でも、低速用カム３２１の傾斜が生じない。これにより、カムシャフト３０の各部品を容易に分解および組み立てることが可能となる。その結果、カムシャフト３０の整備性が向上される。
【０２１１】
また、高速用カム３２２のカムノーズ３２６のランプ部Ｒ３の終点のクランク角−θ４が低速用カム３２１のカムノーズ３２４のランプ部Ｒ１の始点のクランク角−θ１よりも大きくなり、かつランプ部Ｒ１の終点のクランク角−θ２よりも小さくなるようにカムノーズ３２４およびカムノーズ３２６が形成される。
【０２１２】
これにより、吸気弁２ａおよび排気弁２ｂのリフト量は、低速域、低速域から高速域への移行過程、高速域、および高速域から低速域への移行過程で０から正の値へ移行する際に、低速用カム３２１のランプ部Ｒ１または高速用カム３２２のランプ部Ｒ３のどちらかに沿って緩やかに増加する。
【０２１３】
さらに、高速用カム３２２のカムノーズ３２６のランプ部Ｒ４の始点のクランク角θ４が低速用カム３２１のカムノーズ３２４のランプ部Ｒ２の始点のクランク角θ２よりも大きくなり、かつランプ部Ｒ２の終点のクランク角θ１よりも小さくなるようにカムノーズ３２４およびカムノーズ３２６が形成される。
【０２１４】
これにより、吸気弁２ａおよび排気弁２ｂのリフト量は、低速域、低速域から高速域への移行過程、高速域、および高速域から低速域への移行過程で正から０の値へ移行する際に、低速用カム３２１のランプ部Ｒ２または高速用カム３２２のランプ部Ｒ４のどちらかに沿って緩やかに減少する。
【０２１５】
これらの結果、低速用カム３２１のカムノーズ３２４および高速用カム３２２のカムノーズ３２６が吸気弁２ａおよび排気弁２ｂのリフター２２に対して常に円滑に作用する。それにより、カム部３２と吸気弁２ａおよび排気弁２ｂとが互いに衝撃を受けることが防止される。その結果、騒音の発生が防止されるとともに、カム切替用の部品、吸気弁２ａ、排気弁２ｂおよび弁周辺の部品の摩耗および破損が防止される。
【０２１６】
また、一対の低速用カム３２１の一方は、カムノーズ３２４の先端部にＵ字状の切り欠き３２１ｂを有し、高速用カム３２２はカムノーズ３２６の上部にＹ方向に突起するピン３２２ｃを有する。一対の低速用カム３２１の間に高速用カム３２２が挿入された状態で、ピン３２２ｃの先端部が低速用カム３２１の切り欠き３２１ｂに摺動可能に挿入される。
【０２１７】
これにより、高速用カム３２２の脱着が容易な構造で、高速用カム３２２のカムノーズ方向Ｔ１を、ピン３７の中心軸から低速用カム３２１のカムノーズ３２４の先端部を向く方向に確実に一致させることができる。
【０２１８】
したがって、カム部３２は吸気弁２ａおよび排気弁２ｂに正確なタイミングおよびリフト量でリフト動作を行わせることができる。
【０２１９】
その結果、吸気弁２ａおよび排気弁２ｂの不正な動きによる騒音の発生ならびに吸気弁２ａおよび排気弁２ｂの偏摩耗が防止される。
【０２２０】
なお、上記実施の形態では、（２）動弁装置の構成、（３）動弁装置３ａの構造および機能、（４）吸気弁２ａのリフト動作の詳細、（５）複数の吸気弁２ａの一連のリフト動作において、吸気弁２ａに関連する部分の構成および動作について説明したが、排気弁２ｂに関連する部分の構成および動作については、吸気弁２ａに関連する部分の構成および動作と同様である。
【０２２１】
なお、（５）複数の吸気弁２ａの一連のリフト動作においては、低速域の場合について説明したが、高速域または切替過程においても同様とする。
【０２２２】
（８）他の実施の形態
上記実施の形態では、制御装置５００はエンジン１００の回転数を検知することにより油圧方向制御弁９０の切替を行うが、エンジン１００の温度を検知することにより油圧方向制御弁９０の切替を行ってもよい。
【０２２３】
また、上記実施の形態では、カムシャフト３０から流出したオイルは油圧方向制御弁９０を介して油圧回路９のオイルタンク９３に流入するが、レギュレータまたは他の経路を介してオイルタンク９３に流入するようにしてもよい。
【０２２４】
また、上記実施の形態では、ピン３７の外周面にスライダ孔３４ｃとオイル孔３４ａとを連通させるための経路として螺旋溝３７ａが設けたが、ピン３７の軸方向に直線状に延びる溝等の他の形状の経路を設けてもよい。
【０２２５】
また、上記実施の形態では、低速用カム３２１に切り欠き３２１ｂを設け、高速用カム３２２にピン３２２ｃを設けたが、高速用カム３２２に切り欠き３２１ｂを設け、低速用カム３２１にピン３２２ｃを設けてもよい。
【０２２６】
また、上記実施の形態では、スライダ３４の受圧部３４１の第１および第２の受圧面をスライド部３４２の断面積よりも大きく設定したが、高速用カム３２２を一対の低速用カム３２１間から押し出すための駆動力が、吸気弁２ａおよび排気弁２ｂを駆動するために必要な駆動力の最大値以上になるように設定されている場合には、スライダ３４の受圧部３４１の第１および第２の受圧面はスライド部３４２の断面積より大きくなくてもよい。
【０２２７】
さらに、上記実施の形態では、エンジン１００を自動二輪車に適用した場合について説明したが、エンジン１００を四輪自動車等の他の車両および船舶等に適用してもよい。
【０２２８】
（９）請求項の各構成要素と実施の形態の各部の対応
上記実施の形態においては、クランクシャフト４がクランク軸に相当し、吸気弁２ａおよび排気弁２ｂが弁に相当し、空洞部３１０が内部空間に相当し、カムジャーナル３１が軸部に相当し、一対の低速用カム３２１が第１および第２の低速用カムに相当し、スライダ３４のスライド部３４２が可動部材に相当し、高速域における油圧回路９および受圧部３４１の第１の受圧面が第１の駆動機構に相当し、低速域における油圧回路９および受圧部３４１の第２の受圧面が第２の駆動機構に相当し、大ボール３５が第１の切替機構に相当し、小ボール３６が第２の切替機構に相当する。
【０２２９】
高速域が第１の状態に相当し、低速域が第２の状態に相当し、高速域における油圧回路９が第１の油圧回路に相当し、低速域における油圧回路９が第２の油圧回路に相当し、Ｙ方向が第１の方向に相当し、Ｙ方向と反対の方向が第２の方向に相当する。
【０２３０】
受圧部３４１の第１の受圧面が第１の受圧部に相当し、受圧部３４１の第２の受圧面が第２の受圧部に相当し、カムノーズ３２４が第１のカムノーズに相当し、カムノーズ３２６が第２のカムノーズに相当し、大ボール３５が第１の球体に相当し、スライダ孔３４ｃが第１の凹部に相当し、傾斜部３４Ｃが第１の傾斜部に相当し、孔部３２２ａが貫通孔に相当し、小ボール３６が第２の球体に相当し、スライダ穴３４ｄが第２の凹部に相当し、傾斜部３４Ｄが第２の傾斜部に相当する。
【０２３１】
ランプ部Ｒ１が第１のランプ部に相当し、ランプ部Ｒ２が第２のランプ部に相当し、ランプ部Ｒ３が第３のランプ部に相当し、ランプ部Ｒ４が第４のランプ部に相当し、リフト部Ｌ１，Ｌ２が第１のリフト部に相当し、リフト部Ｌ３，Ｌ４が第２のリフト部に相当し、ピン３２２ｃが突起に相当し、切り欠き３２１ｂが溝に相当し、弾性部材がスプリング３８に相当する。
【０２３２】
後輪６０９が駆動輪に相当し、後輪ドリブンスプロケット６１０、ドライブシャフト６１３、後輪ドライブスプロケット６１４およびチェーン６１５が伝達機構に相当する。
【産業上の利用可能性】
【０２３３】
本発明は、二輪自動車、四輪自動車等のエンジンを備える種々の車両および船舶等に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０２３４】
【図１】本発明の一実施の形態に係るカム切替式動弁装置を有するエンジンの模式的正面図である。
【図２】図１のカム切替式動弁装置の模式的上面図である。
【図３】図１のカム切替式動弁装置を有するエンジンの模式的側面図である。
【図４】カムシャフトの一部の分解斜視図である。
【図５】カムシャフトユニットおよびカムスプロケットの断面図である。
【図６】フランジ部の外観斜視図である。
【図７】カム部の断面図である。
【図８】低速域における動弁装置およびカム部の断面図である。
【図９】低速域から高速域または高速域から低速域への移行過程おける動弁装置およびカム部の断面図である。
【図１０】高速域における動弁装置およびカム部の断面図である。
【図１１】クランク角と吸気弁のリフト量との関係を示した図である。
【図１２】各カム部および各カム部に対応する吸気弁のリフト動作を示す図である。
【図１３】クランク角と各吸気弁のリフト量との関係を示した図である。
【図１４】カム切替時においてクランク角と吸気弁をリフトさせる際にカムシャフトの各スライダに加わる荷重との関係の一例を示した図である。
【図１５】本実施の形態に係るエンジンを備えた自動二輪車の模式図である。
【符号の説明】
【０２３５】
１  シリンダ
１００  エンジン
２ａ  吸気弁
２ｂ  排気弁
２２  リフター
３ａ，３ｂ  動弁装置
３１  カムジャーナル
３２  カム部３２
３２１  低速用カム
３２１ａ，３２２ａ  孔部
３２１ｂ  切り欠き
３２２  高速用カム
３２２ｃ  ピン
３２３  ベース円部
３２４，３２６  カムノーズ
３２５  嵌合部
３４  スライダ
３４ａ  オイル孔３４ａ
３４ｂ，３４ｃ  スライダ孔３４ｂ
３４ｄ  スライダ穴
３４Ｃ，３４Ｄ  傾斜部
３５  大ボール
３６  小ボール
３８  スプリング
４  クランクシャフト
９  油圧回路
６００  車両
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４  ランプ部
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４  リフト部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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