(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
カム軸と常時一体回転される第１カムと、
前記第１カムと同一の動弁系構成部材を押圧し、該第１カムと開弁特性が異なるように設定されると共に前記カム軸に対して所定分周方向に揺動可能とされた第２カムと、
前記第２カムと前記カム軸とを係脱して、該第２カムの該カム軸に対する揺動を許容する第１状態と、該第２カムと該カム軸とが一体回転する第２状態とを切換える切換部材と、
を備え、
前記第２カムの開弁特性が、カム頂部前後でのリフト量に関し、前記第１カムの開弁特性に比して大きくなるように設定されているエンジンの動弁構造において、
前記第２カムの幾学的回転中心からその頂部までの寸法が、前記第１状態で且つ前記第１カムの幾何学的回転中心と前記第２カムの幾何学的回転中心とが一致された状態において、前記第１カムの幾何学的回転中心からその頂部までの寸法よりも短くされている、
ことを特徴とするエンジンの動弁構造。
【請求項２】
カム軸と常時一体回転される第１カムと、
前記第１カムと同一の動弁系構成部材を押圧し、該第１カムと開弁特性が異なるように設定されると共に前記カム軸に対して所定分周方向に揺動可能とされた第２カムと、
前記第２カムと前記カム軸とを係脱して、該第２カムの該カム軸に対する揺動を許容する第１状態と、該第２カムと該カム軸とが一体回転する第２状態とを切換える切換部材と、
を備え、
前記第２カムの開弁特性が、カム頂部前後でのリフト量に関し、前記第１カムの開弁特性に比して大きくなるように設定されているエンジンの動弁構造において、
前記第２カムが、前記カム軸の外周面に対して嵌合されていると共に、該カム軸の軸線に対してわずかに傾斜された該カム軸の外周面に沿って変位可能とされ、
前記第２カムが、前記カム軸の軸線方向のうち、該カム軸の外径の拡径が進行していく方向に向けて付勢されている、
ことを特徴とするエンジンの動弁構造。
【請求項３】
請求項１又は請求項２において、
前記第２カムがカム軸に対して軸方向から取付、取りはずしができるように、該カム軸が軸方向所定位置において分割された分割構成とされている、
ことを特徴とするエンジンの動弁構造。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、
前記第２カムとカム軸とに渡ってスプリングが架設され、
前記第１状態において、前記スプリングの付勢力によって、周方向において第１カムと第２カムとの頂部同士がほぼ一致するように位置決めされている、
ことを特徴とするエンジンの動弁構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸気弁あるいは排気弁の開弁特性を切換つまり変更するようにしたエンジンの動弁構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近のエンジン、特に自動車用エンジンでは、エンジンの広い運転領域に渡って吸気弁あるいは排気弁の開弁特性を最適化するため、可変バルブ機構を有するものが増加する傾向にある。このような可変バルブ機構のなかには、各気筒毎に個々独立して可変バルブ機構を構成するものがある（例えば特開昭６３−４１６０９号公報）、特開平３−４７４１６号公報参照）。この可変バルブ機構にあっては、例えば高速用カムをカム軸に対してスライドさせたり、あるいはピン部材を利用して係脱する等、いずれにしても可変のために、一部のカムの機能を実質的に機能させない状態と機能させる状態との切換が行われる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
２つのカムの一方を機能させる状態と機能させない状態との切換を行う形式の可変バルブ機構として、本出願人は、次のようなものを開発した。すなわち、同一の動弁系構成部材例えばタペットに対して作用する第１、第２の２つのカムを設けて、低速用カムとなる第１カムをカム軸と常時一体回転するように構成し、高速用カムとなる第２カムをカム軸に対して所定分周方向に揺動つまり相対回転可能として取付ける。そして、ピン部材等により、カム軸と第２カムとを係脱させて、第２カムがカム軸に揺動可能な第１状態と、第２カムがカム軸に一体回転する第２状態との切換えを行うようにしている。この第１状態では、第１カムに対応した開弁特性が得られ、第２状態では、第２カムの開弁特性が得られる。
【０００４】
前記第２カムの開弁特性は、第１カムの開弁特性に比して、その頂部高さつまり最大リフトは同じで、最大リフト前後のリフト量が大きくなるように設定されている。これにより、第２カムを機能させる第２状態では、吸気ポ−トあるいは排気ポ−トの最大有効開口面積が得られる時期を、より広いクランク角範囲として、高速運転時での充填量を大きくすることができる。
【０００５】
ところで、第２カムが機能しない第１状態のときは、第２カムは第１カムに連れ回りされるが、このとき、第２カムが大きな振動つまり衝撃を発生し易いということが判明した。このような原因を追求したところ、カム軸に対する第２カムの揺動に起因するものである、ということが判明した。より具体的には、第１状態において、第１カムがその頂部によってタペット等を押圧する付近つまり最大リフト付近となる直前において、第２カムの頂部つまり最大リフトよりも若干手前部分が早くタペット等に当接し、この当接に起因するタペット等からの反力によって、第２カムがカム軸の回転方向とは反対方向に一旦逆転されることになる。そして、逆転された第２カムは、その頂部がタペット等を通り過ぎると、上記反力がなくなるので、再びカム軸と同一方向に回転つまり正転されることになる。そして、上記正転から逆転されて再び正転されるという回転方向の変化は、第２カムのカム軸に対する揺動ストロ−ク端で大きな衝撃を発生させることになる。とりわけ、スプリングによって、カム軸周方向において第２カムの位置決めを行う場合は、このスプリングからの反力もが加味されて、上記衝撃がより大きなものとなる。
【０００６】
本発明は以上のような事情を勘案してなされたもので、カム軸に対して周方向に所定分揺動可能に取付けられると共に、カム軸に対して係脱される第２カムを備えたものを前提として、第２カムがカム軸に対して揺動許可される状態での衝撃発生を防止あるいは抑制できるようにしたエンジンの動弁構造を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明（請求項１に係る発明）にあっては、次のような構成としてある。すなわち、
カム軸と常時一体回転される第１カムと、
前記第１カムと同一の動弁系構成部材を押圧し、該第１カムと開弁特性が異なるように設定されると共に前記カム軸に対して所定分周方向に揺動可能とされた第２カムと、
前記第２カムと前記カム軸とを係脱して、該第２カムの該カム軸に対する揺動を許容する第１状態と、該第２カムと該カム軸とが一体回転する第２状態とを切換える切換部材と、
を備え、
前記第２カムの開弁特性が、カム頂部前後でのリフト量に関し、前記第１カムの開弁特性に比して大きくなるように設定されているエンジンの動弁構造において、
前記第２カムの幾学的回転中心からその頂部までの寸法が、前記第１状態で且つ前記第１カムの幾何学的回転中心と前記第２カムの幾何学的回転中心とが一致された状態において、前記第１カムの幾何学的回転中心からその頂部までの寸法よりも短くされている、
ような構成としてある。上記構成を前提とした好ましい態様は、特許請求の範囲における請求項３以下に記載の通りである。
【０００８】
また、前記目的を達成するため本発明（請求項２に係る発明）にあっては、
カム軸と常時一体回転される第１カムと、
前記第１カムと同一の動弁系構成部材を押圧し、該第１カムと開弁特性が異なるように設定されると共に前記カム軸に対して所定分周方向に揺動可能とされた第２カムと、
前記第２カムと前記カム軸とを係脱して、該第２カムの該カム軸に対する揺動を許容する第１状態と、該第２カムと該カム軸とが一体回転する第２状態とを切換える切換部材と、
を備え、
前記第２カムの開弁特性が、カム頂部前後でのリフト量に関し、前記第１カムの開弁特性に比して大きくなるように設定されているエンジンの動弁構造において、
前記第２カムが、前記カム軸の外周面に対して嵌合されていると共に、該カム軸の軸線に対してわずかに傾斜された該カム軸の外周面に沿って変位可能とされ、
前記第２カムが、前記カム軸の軸線方向のうち、該カム軸の外径の拡径が進行していく方向に向けて付勢されている、
ような構成としてある。上記構成を前提とした好ましい態様は、特許請求の範囲における請求項３以下に記載の通りである。
【０００９】
【発明の効果】
請求項１に記載された発明によれば、第２カムのカム軸に対する揺動が許容された第１状態のとき、第２カムが逆転される現象が防止あるいは低減され、この逆転に起因する衝撃が具体的に防止あるいは抑制されることになる。
また、第２カムを高速用カムとして好適なものとすることができる。
【００１０】
請求項２に記載したような構成とすることにより、第２カムのカム軸に対するほぼ軸線方向のスライドを利用して、請求項１に対応した効果を得ることができる。
【００１１】
請求項３に記載したような構成とすることにより、カム軸に対する第２カムの取付等を容易にする上で、また第１カムをカム軸と別体に形成した後にカム軸へ組みつける場合にも好適となる。
【００１２】
請求項４に記載したような構成とすることにより、第１状態のときに第２カムの勝手な動きをスプリングによって規制しつつ、このスプリングを有する場合に特に大きくなり易かった衝撃を防止あるいは抑制する上で好ましいものとなる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１、図２において、１は吸気弁用カム軸、２は低速用カムとしての第１カム、３は高速用カムとしての第２カムである。各カム２、３は、それぞれ同一の動弁系構成部材としての例えばタペット４を押圧するようになっている。
【００１４】
第１カム２および第２カム３の各開弁特性の一例が、図４に示される。すなわち、第２カム３の開弁特性は、第１カム２の開弁特性に比して、その頂部高さつまり最大リフトがわずかに小さく、かつ最大リフト前後でのリフト量が大きくなるようにされている。これにより、第２カム３は、吸気ポ−トの最大有効開口面積となるリフト量領域が、第１カム２に比して大きく拡大されている。
【００１５】
第１カム２は、カム軸１に一体形成されて、当該カム軸１と常時一体回転される。第２カム３は、第１カム２の直側方に位置されて、カム軸１に対して周方向に相対回転可能に取付けられ、その所定以上の揺動は、スプリング５を利用して規制されている。すなわち、カム軸１の外周面には凹部６が形成される一方、第２カム３の内面には凹部７が形成され、この両凹部６と７とに跨がってスプリング５が配設されている。
【００１６】
凹部６と７との周方向長さは同一とされ、またカム軸１側の凹部６は略半円弧状とされている。前記スプリング５は、略Ｕ字状とされて、凹部６の内面に沿うように配設されると共に、その各自由端部が凹部７内に延在されている。そして、スプリング５の各自由端部は、その開口間隔が狭くなるように若干弾性変形された状態で凹部７内に突出されている。これにより、第２カム３に外力が作用しない限り、第２カム３はカム軸１に対して所定の回転位相となるように位置決めされ、この位置決めされた状態では、第１カム２の頂部と第２カム３の頂部とが一致するように設定されている。
【００１７】
第２カム３をカム軸１と係脱させるため、係脱用部材としてのピン部材１１が設けられている。すなわち、カム軸１の外周面には、前記凹部６とは径方向反対側端部においてシリンダ状の凹部１２形成され、この凹部１２に対応して第２カム３の内周面にはシリンダ状の凹部１３が形成されている。そして、前記ピン部材１１は、前記各凹部１２、１３に対して摺動自在に嵌合可能とされている。
【００１８】
前記凹部１３内にはスプリング１４が配置されると共に、押圧子１５が摺動自在に配置されている。このスプリング１４によって、押圧子１５を介して、ピン部材１１が凹部１２内に向けて付勢されている。図１の状態では、スプリング１４に抗して、ピン部材１１が凹部１２と１３とに跨がって位置された状態であり、このときは、第２カム３はカム軸１に対して一体回転される第２状態となる。図５は、スプリング１４によって、ピン部材１１が全て凹部１２内に位置された状態であり、このときは、第２カム２がカム軸１に対して揺動可能な第１状態となる。
【００１９】
カム軸１内には、油圧通路１６が形成されており、この油圧通路１６は、ピン部材１１の背面に臨むように凹部１２内に連通されている。これにより、油圧通路１６より油圧供給されると、ピン部材１１が、スプリング１４に抗して変位されて、凹部１２と１３とに跨がって位置する第２状態となる。上記油圧供給を解放することにより、ピン部材１１は、スプリング１４によって全て凹部１２内に位置された第１状態となる。
【００２０】
前記油圧の供給と解放との切換は、エンジンの状態に応じて行われ、例えばエンジン回転数が所定回転数未満の低回転領域では、油圧が解放されて第１状態とされ、このときは第１カム２の開弁特性となる。また、エンジン回転数が上記所定回転数以上になると、油圧供給されて第２状態とされ、このときは第２カム３の開弁特性となる。
【００２１】
ここで、第１状態を示す図５において、第１カム２の頂部がタペット４に当接する最大リフト付近のとき、第２カム３はその頂部がタペット４に当接しないようにされている。
【００２２】
上記所定の寸法設定は、種々考えられるが、図１〜図５の例では、次のようにしてある。すなわち、第１カム２の幾何学的中心（実施例ではカム軸１の軸線となる）からその頂部（最大リフト位置）までの寸法が、第２カム３の対応する寸法よりも若干大きくされている（図４の開弁特性をも参照）。つまり、第２カム３をカム軸１に取付けた状態で、第１カム２と第２カム３の頂部同士を整合させたとき、カム軸１に対する第２カム３の径方向隙間分をも勘案して第２カム３の頂部がもっともカム軸１の軸線から離れるようにしたときでも（第２カム３の最大リフトが大きくなるように上記隙間分だけ変位させても）、第１カム２の頂部の方が第２カム３の頂部よりもタペット４に近い位置となるように設定されている。
【００２３】
図６は、前記所定の寸法設定の別の例を示すものである。本実施例では、第２カム３の内面形状をわずかな楕円形状３ａとしてある（図１〜図５の例では円形）。この楕円形状は、特定方向つまりカム軸１の軸線から第２カム３の最大リフト方向に伸びる方向に長軸となるように設定されている。つまり、第２カム３は、上記特定方向におけるカム軸１に対する変位量が、当該特定方向と直交する方向におけるカム軸１に対する変位量よりも大きくなるように設定されている。これにより、第２カム３は、タペット４側からの反力を受けたときに、上記楕円の長軸方向において退出して、第２カム３の実質的な頂部高さが低くなるように（最大リフトが小さくなるように）されている。なお、第２カム３の内面を円形とし、カム軸１の外周面を楕円形状として、上記の場合と同様の作用を得ることができる。
【００２４】
図７は、前記特定寸法設定のさらに別の例を示すものである。本実施例では、カム軸１の第２カム３に対する嵌合面（外周面）が、カム軸１の軸線と若干傾斜されたテ−パ面１ａとされている。また、第２カム３は、このテ−パ面１ａに沿ってスライド可能とされている。上記テ−パ面１ａの傾斜方向は、第１カム２に近づくにつれてタペット４に近づく方向となるように設定されている。尚、図７は、油圧の作用に伴い、ピン部材１１がスプリング１４に抗して変位し、第２カム３とカム軸１とを一体化させた第２状態を示している。
【００２５】
第２カム３は、スプリング２１によって、第１カム２に近づく方向、つまり第２カム３の最大リフトが増大する方向に付勢されている。なお、上記テ−パ面１ａの傾斜に伴って、カム軸１が、第２カム付近でかつ第１カム２とは反対側において、分割されており、分割されたカム軸１の一方が符号１Ａで、他方が符号１Ｂで示される。そして、前記スプリング２１のバネ座２２が、各カム２、３が位置しない側の分割カム軸１Ｂ側にフランジ状として形成されている。
【００２６】
本実施例では、第１状態において、第２カム３がタペット４に当接して該タペット４側からの反力を受けると、その反力の一部は、カム軸１のテ−パ面１ａの傾斜に基づき、第２カム３を図７の右方に移動させる力に変換され、第２カム３は、スプリング２１の付勢力に抗して変位しつつ、タペット４側からの反力の作用方向に変位する。このため、第２カム３を、リフト量を少なくしてタペット４をリフトさせるまでに至らないようにすることができることになり、第２カム３がタペット４側から逆転力を受けることが防止される。なお、第１カム２をカム軸１とは別体に形成する場合は、カム軸１の上記分割を利用して、嵌合形式でもってカム軸１（１Ａ）に取付けることができる。
【００２７】
図８は、直列４気筒エンジン用で、かつ各気筒が吸気弁をそれぞれ２つ有する場合に用いるカム軸１が簡略的に示される。この図８では、カム軸１が、図中一点鎖線で示す位置でもって分割されている。この図８の例では、図７に示すようなテ−パ面１ａを形成する場合に利用でき、また第１カム２をカム軸１と別体に形成する場合に利用できる。なお、図８では、第１カム２と第２カム３とを区別するために、第２カム３をハッチングを付して示してある。
【００２８】
以上実施例について説明したが、本発明は排気弁用のカム軸にも同様に適用できる。また、動弁系構成部材としては、第１カム２、第２カム３により押圧されるものであれば、ロッカアーム等適宜の部材とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示すもので、第２カムが第２状態にあるときを示し、図２のＸ１−Ｘ１線相当断面図。
【図２】図１のＸ２−Ｘ２線相当断面図。
【図３】図１の上面図。
【図４】図１に示されるカムの開弁特性例を示す図。
【図５】第２カムが第１状態にあるときを示すもので、図１に対応した断面図。
【図６】本発明の他の実施例を示すもので、図１に対応した断面図。
【図７】本発明のさらに別の例を示すもので、図２に対応した断面図。
【図８】カム軸を分割構成する場合の例を示す簡略図。
【符号の説明】
１：カム軸
１ａ：テ−パ面（カム軸に対する傾斜軸線を有する）
１Ａ：カム軸の分割体
１Ｂ：カム軸の分割体
２：第１カム
３：第２カム
３ａ：第２カムの内面（楕円形状）
４：タペット（動弁系構成部材）
５：スプリング
１１：ピン部材（係脱部材）
２１：スプリング（第２カムのカム軸方向付勢用）
【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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