JP7028010B2 - 内燃機関の動弁装置 - Google Patents

Description

本開示は内燃機関の動弁装置に係り、特に、内燃機関の吸気弁または排気弁（これらを総称してエンジンバルブという）を開閉するための動弁装置に関する。

かかる動弁装置においては、クランクシャフトによりカムシャフトが回転駆動され、カムシャフトに設けられたカムが、バルブスプリングの付勢力に抗じてエンジンバルブを開弁するようになっている。

エンジンバルブの開閉時、カムシャフトには、バルブスプリングの付勢力により、カムシャフトを回転方向反対側すなわち逆転方向に押し戻そうとする開弁時トルク（これを正トルクとする）と、カムシャフトを回転方向すなわち正転方向に押し進めようとする閉弁時トルク（これを負トルクとする）とが交互に発生する。このトルク変動に起因して、カムシャフトの回転変動が生じ、この回転変動に起因して、例えばカムシャフトに設けられたギヤと、これに噛合されてクランクシャフトからの回転駆動力を伝達するギヤとの間でラトル音（歯打音）が発生するなどの問題がある。

そこで従来は、カムシャフトに、その変動トルクを打ち消すような逆位相のキャンセルトルクを発生させるためのキャンセルカムを設けている（例えば特許文献１－３参照）。

特開２０１０－８４５２６号公報 特開平７－３３２０２６号公報 特開平６－４２３１４号公報

しかし、エンジンバルブのバルブタイミングを可変にする可変機構が設けられた場合、カムシャフトに発生する変動トルクの位相が変化するため、キャンセルカムの位相を一定にした状態では、必ずしも満足なトルクキャンセル効果を得られない。

そこで本開示は、上記事情に鑑みて創案され、その目的は、エンジンバルブのバルブタイミングを可変にする可変機構が設けられた場合でも十分なトルクキャンセル効果を得ることができる内燃機関の動弁装置を提供することにある。

本開示の一の態様によれば、
内燃機関のクランクシャフトにより回転駆動されるカムシャフトであって、バルブスプリングの付勢力に抗じてエンジンバルブを開弁するカムを有するカムシャフトと、
クランク位相に対する前記エンジンバルブのバルブタイミングを可変にするように構成された第１可変機構と、
前記カムシャフトに設けられ、前記エンジンバルブの開閉により前記カムシャフトに発生する変動トルクを打ち消すようなキャンセルトルクを前記カムシャフトに発生させるキャンセルカムと、
クランク位相に対する前記キャンセルカムの位相を可変にするように構成された第２可変機構と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の動弁装置が提供される。

好ましくは、前記キャンセルカムが複数設けられる。

好ましくは、前記カムシャフトは、外側カムシャフトと、前記外側カムシャフトに相対回転可能に且つ同軸に挿入された内側カムシャフトと、を有し、
前記外側カムシャフトおよび前記内側カムシャフトの一方に前記カムが固設され、他方に前記キャンセルカムが固設され、
前記第２可変機構は、前記外側カムシャフトおよび前記内側カムシャフトを含む。

好ましくは、前記第１可変機構は、プロファイルの異なる複数の前記カムと、複数の前記カムのうちの一部を選択的に前記エンジンバルブに連結する切替可能なロッカーアームと、を含む。

好ましくは、前記動弁装置は、前記第１可変機構および前記第２可変機構を制御するように構成され、前記エンジンバルブのバルブタイミングの変更に応じて前記キャンセルカムの位相を変更する制御ユニットをさらに備える。

本開示によれば、エンジンバルブのバルブタイミングを可変にする可変機構が設けられた場合でも十分なトルクキャンセル効果を得ることができる。

動弁装置の概略縦断面図である。 図１のＩＩ－ＩＩ断面図である。 動弁装置の概略平面図である。 バルブタイミングの変化の様子を示すバルブリフト線図である。 キャンセルカムのプロファイルを示す図である。 キャンセルカムのカムリフト線図である。 気筒毎の変動トルクとトータルトルクを示すグラフである。 キャンセルカム毎のキャンセルトルクとトータルキャンセルトルクを示すグラフである。 キャンセルカムが無い場合のトータルトルクと、キャンセルカムが有る場合の総合トルクとを示すグラフである。 第１可変機構が第１状態のときの各気筒のカムリフト量と、トータルトルクとを示すグラフである。 第１可変機構が第２状態のときの各気筒のカムリフト量と、トータルトルクとを示すグラフである。 第１可変機構が第１状態のときと第２状態のときとでトータルトルクを比較したグラフである 第１可変機構が第１状態のときのトータルトルクと、これを打ち消すのに最適な位相位置のトータルキャンセルトルクと、これらを足し合わせた総合トルクとを示すグラフである。 第１状態に最適なトータルキャンセルトルクを第２状態のときに与えた場合の総合トルクを示すグラフである。 第２状態のときのトータルトルクと、第２状態のときに本実施形態により発生される最適なトータルキャンセルトルクと、これらを足し合わせた総合トルクとを示すグラフである。

以下、添付図面を参照して本開示の実施形態を説明する。

図１～図３に本実施形態の動弁装置を示す。図１は動弁装置の概略縦断面図、図２は図１のＩＩ－ＩＩ断面図、図３は動弁装置の概略平面図である。

本実施形態の内燃機関（エンジン）は、トラック、バス等の大型車両に搭載される多気筒ディーゼルエンジンであり、具体的には直列６気筒ディーゼルエンジンである。但し車両およびエンジンの用途、種類等は限定されず任意である。

クランクシャフト（図示せず）からの回転駆動力が、ギヤ機構からなる動力伝達機構（図示せず）を通じてカムシャフト１に伝達される。本実施形態のエンジンはＤＯＨＣ（Ｄｏｕｂｌｅ ＯｖｅｒＨｅａｄ Ｃａｍｓｈａｆｔ）エンジンであり、カムシャフト１は、吸気弁を開閉駆動するための吸気カムシャフトである。但し付加的または代替的に、本開示を、排気弁（図示せず）を駆動するための排気カムシャフトに適用してもよい。吸気弁および排気弁を総称してエンジンバルブという。

便宜上、カムシャフト１の中心軸Ｃ１の方向（軸方向）における一端側（図１の左側）を前、他端側（図１の右側）を後とする。これら前後方向は、エンジンおよび車両の前後方向と一致する（エンジンは縦置きされる）。但し必ずしも一致しなくてもよい。

動弁装置は、バルブスプリング２の付勢力に抗じて吸気弁３を開弁するカム４Ａ，４Ｂ，４Ｃを有するカムシャフト１と、クランク位相に対する吸気弁３のバルブタイミングを可変にするように構成された第１可変機構５と、カムシャフト１に設けられ、吸気弁３の開閉によりカムシャフト１に発生する変動トルクを打ち消すようなキャンセルトルクをカムシャフト１に発生させるキャンセルカム６Ａ，６Ｂと、クランク位相に対するキャンセルカム６Ａ，６Ｂの位相を可変にするように構成された第２可変機構７とを備える。

吸気弁３は１気筒当たりに二つ設けられ、これら二つの吸気弁３がバルブブリッジ８により同時に開閉されるようになっている。吸気弁３の開弁時には、三つのカム４Ａ，４Ｂ，４Ｃの一部およびロッカーアーム９により、バルブブリッジ８が、バルブスプリング２の付勢力に抗じて下方（図３の紙面厚さ方向裏側に向かう方向）に押し下げられる。他方、吸気弁３の閉弁時には逆に、バルブスプリング２の付勢力によってバルブブリッジ８が上方（図３の紙面厚さ方向表側に向かう方向）に押し上げられる。

カムシャフト１は、中空管状の外側カムシャフト１０と、外側カムシャフト１０に相対回転可能にかつ同軸に挿入された内側カムシャフト１１とを有する。内側カムシャフト１１は中実であるが、中空であってもよい。カムシャフト１は、下側のカムキャリア１２と、上側のシリンダヘッド１３との間に挟まれてラジアル方向に回転可能に支持される。外側カムシャフト１０には、これらカムキャリア１２およびシリンダヘッド１３を軸方向に挟んでカムシャフト１をスラスト方向に位置決めするフランジ１４，１５が設けられる。

カムキャリア１２およびシリンダヘッド１３の後方に位置するカムシャフト１の後端部において、外側カムシャフト１０には、前述の動力伝達機構の最終ギヤ１６が噛合される入力ギヤ１７が設けられる。外側カムシャフト１０は、この入力ギヤ１６を通じて、クランクシャフトからの回転駆動力を受ける。

本実施形態において、吸気弁３を開弁するカムは、１気筒当たりに三つのカムすなわち第１カム４Ａ、第２カム４Ｂおよび第３カム４Ｃを含む。これら三つのカム４Ａ，４Ｂ，４Ｃは第１可変機構５を構成し、吸気弁３のバルブタイミングおよび作用角の両方を三段階に切り替えるようになっている。カム４Ａ，４Ｂ，４Ｃは外側カムシャフト１０に固設される。

また第１可変機構５は、ロッカーアーム９を含み、ロッカーアーム９は、三つのカム４Ａ，４Ｂ，４Ｃにそれぞれ対応した１気筒当たりに三つのロッカーアームすなわち第１ロッカーアーム９Ａ、第２ロッカーアーム９Ｂおよび第３ロッカーアーム９Ｃを含む。これらロッカーアーム９Ａ，９Ｂ，９Ｃは前後方向に互いに隣接され、共通のロッカーシャフト１８に回動可能に支持される。Ｃ２はロッカーシャフト１８の中心軸を示す。これらカムおよびロッカーアームの軸方向の配列順序は任意であるが、本実施形態では後方から順に第２、第１、第３とされる。

ロッカーアーム９Ａ，９Ｂ，９Ｃにはロッカーローラ１９が回転可能に設けられ、ロッカーローラ１９はカム４Ａ，４Ｂ，４Ｃに常時当接される。また、第１ロッカーアーム９Ａのみに、バルブブリッジ８の上面部に係合される延在部２０が設けられる。第１ロッカーアーム９Ａに対する第２および第３ロッカーアーム９Ｂ，９Ｃの連結状態を切り替えることにより、バルブタイミング等を三段階に切り替えるようになっている。

ロッカーアーム９Ａ，９Ｂ，９Ｃの内部には、これらの連結状態を切り替えるための四つのピン２１Ａａ，２１Ａｂ，２１Ｂ，２１Ｃが軸方向移動可能に設けられている。また第２ロッカーアーム９Ｂの内部には、四つのピン２１Ａａ，２１Ａｂ，２１Ｂ，２１Ｃを纏めて前方に付勢可能なバネ２２が設けられている。ピン２１Ａａ，２１Ａｂ，２１Ｂ，２１Ｃの位置は、第１および第３ロッカーアーム９Ａ，９Ｃの内部にそれぞれ設けられた第１および第３油圧通路２３Ａ，２３Ｃに油圧が給排されることにより、制御される。

第１可変機構５は、吸気弁３のバルブタイミングおよび作用角の両方を、図４に示すような三つの状態、すなわち第１状態Ｓ１、第２状態Ｓ２および第３状態Ｓ３の何れかに段階的に切り替えるように構成されている。ここでバルブタイミングには、エンジンバルブが開弁を開始する開タイミングと、エンジンバルブが閉弁を終了する閉タイミングとの両方が含まれる。また作用角とは、エンジンバルブが開弁している（すなわちバルブリフト量ＶＬがゼロより大きくなっている）クランク位相期間またはカム位相期間をいう。

本実施形態では、第１状態Ｓ１から第３状態Ｓ３に向かうにつれ、最大バルブリフト期間（バルブリフト量ＶＬが最大バルブリフト量ＶＬｍａｘとなっている期間）が遅角側に次第に延長されるように、第１～第３状態Ｓ１～Ｓ２が設定されている。開タイミングα１から最大バルブリフト量開始タイミングα２までのバルブリフトカーブは、何れの状態でも同じである。最大バルブリフト量開始タイミングα２以降、第１状態Ｓ１では即座に閉弁が開始され、第２状態Ｓ２では最大バルブリフト量ＶＬｍａｘが第２所定期間Δα２だけ維持された後に閉弁が開始され、第３状態Ｓ３では最大バルブリフト量ＶＬｍａｘがさらに長い第３所定期間Δα３だけ維持された後に閉弁が開始される。そして第１状態Ｓ１の閉タイミングはα３、第２状態Ｓ２の閉タイミングはより遅いα４、第３状態Ｓ３の閉タイミングはさらに遅いα５とされる。第１状態Ｓ１の作用角はα１～α３までの期間、第２状態Ｓ２の作用角はより長いα１～α４までの期間、第３状態Ｓ３の作用角はさらに長いα１～α５までの期間である。従って本実施形態では、開タイミングが一定とされる一方で、閉タイミングと作用角が三段階に変化させられる。

第１～第３ロッカーアーム９Ａ，９Ｂ，９Ｃの外形状は同じである。これに対し、第１～第３カム４Ａ，４Ｂ，４Ｃのカムプロファイルは、それぞれ第１～第３状態Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３に対応した異なるカムプロファイルに設定されている。

第１状態Ｓ１で吸気弁２を駆動する場合、第１油圧通路２３Ａに油圧が供給され、第３油圧通路２３Ｃから油圧が排出される。すると、ピン２１Ａａ，２１Ａｂが互いに離反するように前後方向に移動され、ピン２１Ｂがバネ２２の付勢力に抗じて後方に押し付けられ、ピン２１Ｃが前方に押し付けられる。すると、ピン２１Ａａの後端面とピン２１Ａｂの前端面とが、第１ロッカーアーム９Ａの後端面と前端面に面一に配置され、ピン２１Ｂの前端面が第２ロッカーアーム９Ｂの前端面に面一に配置され、ピン２１Ｃの後端面が第３ロッカーアーム９Ｃの後端面に面一に配置される。これにより第１ロッカーアーム９Ａは、第２ロッカーアーム９Ｂおよび第３ロッカーアーム９Ｃと非連結の状態となり、第１カム４Ａの動作のみが第１ロッカーアーム９Ａを通じて吸気弁２に伝達される。そして他の第２および第３ロッカーアーム９Ｂ，９Ｃは単に第２および第３カム４Ｂ，４Ｃの動作に追従して空振り動作（ロストモーション）するだけとなる。

次に、第２状態Ｓ２で吸気弁２を駆動する場合、第１油圧通路２３Ａおよび第３油圧通路２３Ｃから油圧が排出される。すると、ピン２１Ｂがバネ２２により前方に押されて第１ロッカーアーム９Ａ内に挿入され、第２ロッカーアーム９Ｂが第１ロッカーアーム９Ａに連結される（図３の状態）。他方、残りのピン２１Ａａ，２１Ａｂ，２１Ｃはピン２１Ｂにより前方に押し出され、ピン２１Ａｂとピン２１Ｃは第１状態Ｓ１のときと同じ位置に位置される。これにより、第１ロッカーアーム９Ａと第３ロッカーアーム９Ｃは非連結の状態となる。従って吸気弁２は、一体となった第１および第２ロッカーアーム９Ａ，９Ｂを介して、実質的に第２カム４Ｂによって開閉駆動される。

次に、第３状態Ｓ３で吸気弁２を駆動する場合、第３油圧通路２３Ｃに油圧が供給され、第１油圧通路２３Ａから油圧が排出される。すると、ピン２１Ｃが油圧により後方に押されて第１ロッカーアーム９Ａ内に挿入され、第３ロッカーアーム９Ｃが第１ロッカーアーム９Ａに連結される。他方、残りのピン２１Ａａ，２１Ａｂ，２１Ｂは、バネ２２の付勢力に抗じてピン２１Ｃにより後方に押し出され、ピン２１Ａａとピン２１Ｂは第１状態Ｓ１のときと同じ位置に位置される。これにより、第１ロッカーアーム９Ａと第２ロッカーアーム９Ｂは非連結の状態となる。従って吸気弁２は、一体となった第１および第３ロッカーアーム９Ａ，９Ｃを介して、実質的に第３カム４Ｃによって開閉駆動される。

本実施形態において、キャンセルカムは複数設けられ、具体的には二つのキャンセルカム、すなわち後側の第１キャンセルカム６Ａと前側の第２キャンセルカム６Ｂとが設けられる。これら第１および第２キャンセルカム６Ａ，６Ｂは、外側カムシャフト１０の外周部に相対回転可能に嵌合されると共に、圧入ピン２４によって内側カムシャフト１１に固設されている。なお外側カムシャフト１０における圧入ピン２４の貫通部は周方向に延びた長穴とされる。

これらキャンセルカム６Ａ，６Ｂも、カム４Ａ，４Ｂ，４Ｃと同様、カムシャフト１（具体的には内側カムシャフト１１）の回転時に、それぞれキャンセル用であるロッカーアーム２５Ａ，２５Ｂおよびバルブブリッジ２６Ａ，２６Ｂを介してスプリング２７Ａ，２７Ｂを押し下げることにより、カムシャフト１に対するキャンセルトルクを発生させる。かかるトルクキャンセル機構は、前述の吸気弁駆動機構とほぼ同様に構成され、違いは吸気弁２が無いことだけである。従って吸気弁駆動機構の部品を流用してトルクキャンセル機構を安価に製造できる。

キャンセル用第１および第２ロッカーアーム２５Ａ，２５Ｂは、前述の第１ロッカーアーム９Ａと同様に構成され、ロッカーローラ１９および延在部２０を有し、共通のロッカーシャフト１８に回動可能に支持される。これらロッカーアーム２５Ａ，２５Ｂは互いに連結されず、個別に動作する。各キャンセルカム６Ａ，６Ｂに対して二つずつ、キャンセル用第１および第２スプリング２７Ａ，２７Ｂがそれぞれ設けられる。これらスプリング２７Ａ，２７Ｂは、キャンセル用第１および第２バルブブリッジ２６Ａ，２６Ｂと、カムキャリア１２の上面部との間に挟まれて設置される。スプリング２７Ａ，２７Ｂの外寸はバルブスプリング２の外寸とほぼ同様であり、バルブブリッジ２６Ａ，２６Ｂは前述のバルブブリッジ８と同じである。従って部品共通化によるコスト低減が可能である。キャンセルカム６Ａ，６Ｂがスプリング２７Ａ，２７Ｂを圧縮し、スプリング２７Ａ，２７Ｂによって押し戻されるときにカムシャフト１に正トルクが付与され、キャンセルカム６Ａ，６Ｂがスプリング２７Ａ，２７Ｂを伸長させ、スプリング２７Ａ，２７Ｂにより押し進められるときにカムシャフト１に負トルクが付与される。

本実施形態の場合、前方から順に＃１気筒～＃６気筒が配置され、各気筒の吸気弁２の開閉に対応してカムシャフト１には、１エンジンサイクル（＝７２０°クランク位相）当たりに６回（＝Ｎ回、Ｎは気筒数）の周期的な変動トルクが発生する。この変動トルクを打ち消す逆位相のキャンセルトルクも６回発生させればよいため、原理的には、６個（Ｎ個）のカムロブ部を有する一つのキャンセルカムをカムシャフト１に設ければよい。

但しこうすると、キャンセルカムの短い全周に６個という多くのカムロブ部を加工しなければならないため、カムロブ部の加工が困難か実質的に不可能となる問題がある。そこで本実施形態では、１本のカムシャフト１に対しキャンセルカムを複数、具体的には二つ（ｎ＝２）設け、各キャンセルカムに３回（＝Ｎ／ｎ回）ずつキャンセルトルクを発生させるようにしている。これにより、一つのキャンセルカムに加工するカムロブ部の数を半分（３個＝Ｎ／ｎ個）に減少させ、カムロブ部の加工を容易にすることができる。

図５には、第１キャンセルカム６Ａのカムプロファイルを示す。また図６には、第１キャンセルカム６Ａのカムリフト線図を示す。第１キャンセルカム６Ａは、ベース円２８から半径方向外側に突出された、周方向等間隔（１２０°＝３６０／（Ｎ／２）°のカム位相間隔）で同形状の三つのカムロブ部２９を有する。第１キャンセルカム６Ａは、これらカムロブ部２９でスプリング２７Ａを押し下げる度に正のキャンセルトルクを発生させる。第２キャンセルカム６Ｂも第１キャンセルカム６Ａと同じカムプロファイルを有する。第１キャンセルカム６Ａと第２キャンセルカム６Ｂは、互いに６０°（＝３６０／（Ｎ／２）／２°）カム位相だけずれた状態で、内側カムシャフト１１に固設されており、両者で６０°カム位相間隔、すなわち１２０°クランク位相間隔のキャンセルトルクを発生させる。

ところで本実施形態では、クランク位相に対するキャンセルカム６Ａ，６Ｂの位相を可変にするための第２可変機構７が設けられている。以下、この第２可変機構７の構成について説明する。

図１および図２に示すように、第２可変機構７は、外側カムシャフト１０の後端部に形成されたハウジング３０と、内側カムシャフト１１の後端部に形成されハウジング３０内に相対回転可能に収容されたロータ３１とを有する。

図２に示すように、ハウジング３０には半径方向内側に突出する複数（４つ）のハウジングベーン３２が周方向等間隔で形成され、これらハウジングベーン３２の間に油圧室３３が形成される。他方、ロータ３１には半径方向外側に突出する複数（４つ）のロータベーン３４が周方向等間隔で形成され、これらロータベーン３４は各油圧室３３を、カムシャフト回転方向Ｒの前後に仕切る。仕切られた油圧室３３のうち、回転方向後方に位置するのは進角室３５であり、回転方向前方に位置するのは遅角室３６である。

進角室３５の油圧が遅角室３６の油圧より高くなると、ロータ３１がハウジング３０に対し進角動作され、クランク位相に対するキャンセルカム６Ａ，６Ｂの位相は進角される。他方、遅角室３６の油圧が進角室３５の油圧より高くなると、ロータ３１がハウジング３０に対し遅角動作され、クランク位相に対するキャンセルカム６Ａ，６Ｂの位相は遅角される。

進角室３５の油圧と遅角室３６の油圧が等しく保持されると、ロータ３１はハウジング３０に対し相対回転せず一定位置に保持される。従って、クランク位相に対するキャンセルカム６Ａ，６Ｂの位相も一定に保持される。

内側カムシャフト１１の内部には、進角室３５に連通された進角用オイル通路３７と、遅角室３６に連通された遅角用オイル通路３８とが形成される。シリンダヘッド１３の内部には、進角用オイル通路３７をオイルギャラリ４１に連通させるための進角用オイル供給穴３９が形成される。カムキャリア１２の内部には、遅角用オイル通路３８をオイルギャラリ４１に連通させるための遅角用オイル供給穴４０が形成される。オイルギャラリ４１は、シリンダブロックの内部に形成され高圧オイルを貯留する空間である。

進角用オイル供給穴３９および遅角用オイル供給穴４０には、オイルギャラリ４１内の高圧オイルが、オイルコントロールバルブ（ＯＣＶという）４２を介して選択的に供給される。ＯＣＶ４２は、制御ユニット、回路要素（circuitry）もしくはコントローラとしての電子制御ユニット（ＥＣＵという）１００により制御される。ＥＣＵ１００はエンジンの制御を司るもので、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポートおよび記憶装置等を含む。

キャンセルカム６Ａ，６Ｂの位相進角時、ＥＣＵ１００は、進角用オイル供給穴３９に油圧を供給し、遅角用オイル供給穴４０から油圧を排出するよう、ＯＣＶ４２を制御する。他方、キャンセルカム６Ａ，６Ｂの位相遅角時、ＥＣＵ１００は、遅角用オイル供給穴４０に油圧を供給し、進角用オイル供給穴３９から油圧を排出するよう、ＯＣＶ４２を制御する。

キャンセルカム６Ａ，６Ｂの位相を一定に保持する時、ＥＣＵ１００は、進角用オイル供給穴３９と遅角用オイル供給穴４０の両方に油圧を供給するよう、ＯＣＶ４２を制御する。

なお前述の第１～第３状態Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３の切り替えに際して、第１油圧通路２３Ａおよび第３油圧通路２３Ｃへの油圧給排を切り替えることも、ＥＣＵ１００が図示しない切替弁を制御することで行う。

次に、本実施形態の作動を説明する。

＃１気筒から＃６気筒までの各気筒の吸気弁開閉毎に、カムシャフト１（外側カムシャフト１０）に発生させられる変動トルクは、図７に線ａで示す通りとなる。各変動トルクに関して、吸気弁３の開弁時に、カム４Ａがバルブスプリング２の付勢力に抗じて吸気弁３を押し下げると、カムシャフト１（外側カムシャフト１０）には、これを押し戻そうとする、回転方向Ｒと反対方向の正のトルクが発生させられる。また吸気弁３の閉弁時には、逆にバルブスプリング２が、カム４Ａおよびカムシャフト１（外側カムシャフト１０）を回転方向Ｒに押し進めようとするため、カムシャフト１には回転方向Ｒと同一方向の負のトルクが発生させられる。

これら気筒毎の変動トルクを足し合わせると、図７に線ｂで示すようなトータルトルクとなる。なおここでは前提として、第１可変機構５は第１状態Ｓ１に設定されているものとする。

他方、第１および第２キャンセルカム６Ａ，６Ｂによりそれぞれカムシャフト１（内側カムシャフト１１）に発生させられる変動トルクすなわちキャンセルトルクは、図８に線ｃ、ｄで示す通りとなる。キャンセルトルクの正負については前述した通りである。またこれらキャンセルトルクｃ、ｄを足し合わせると、図８に線ｅで示すようなトータルキャンセルトルクとなる。

図７および図８を見比べると分かるように、トータルキャンセルトルクｅはトータルトルクｂよりクランク位相が６０°ずれており、逆位相である。従ってトータルキャンセルトルクｅによりトータルトルクｂを打ち消すことができ、吸気弁３の開閉に起因するカムシャフト１のトルク変動を抑制することができる。

図９に、キャンセルカム６Ａ，６Ｂが無い場合のトータルトルクｂを示す。また図９に、キャンセルカム６Ａ，６Ｂが有る場合のトータルトルク、すなわちトータルトルクｂとトータルキャンセルトルクｅとを足し合わせた結果としての総合トルクｆを示す。この図から分かるように、カムシャフト１のトルク変動を大幅に抑制することができる。

このようにカムシャフト１のトルク変動を抑制することで、カムシャフト１の回転変動を抑制することができる。そしてカムシャフト１に設けられた入力ギヤ１７と、これに噛合される最終ギヤ１６との間で発生するラトル音（歯打音）を低減することができる。一般的に、このラトル音低減のためシザースギヤを設けることがあるが、本実施形態ではこのシザースギヤも省略できるため、製造コストを低減できる。

ところで、第１可変機構５の状態が変化すると、バルブタイミングおよび作用角が変化し、変動トルクの位相位置が変化する。従って、キャンセルカム６Ａ，６Ｂの位相位置を一定位置に固定した状態では、第１可変機構５の全ての状態で、必ずしも満足なトルクキャンセル効果を得ることができない。

そこで本実施形態では、第２可変機構７を設け、これによりキャンセルカム６Ａ，６Ｂの位相位置を変化させられるようにした。これにより、第１可変機構５の状態変化に追従してキャンセルカム６Ａ，６Ｂの位相位置を変化させ、十分なトルクキャンセル効果を得ることが可能となる。

以下、この点について詳述する。図１０は、第１可変機構５が第１状態Ｓ１のときの各気筒（＃１～＃６気筒）のカムリフト量ｇと、吸気弁開閉のみに起因するカムシャフト１のトータルトルクｈとを示す。ここでトータルトルクｈにはキャンセルトルクが含まれない。

図１１も同様に、第１可変機構５が第２状態Ｓ２のときの各気筒（＃１～＃６気筒）のカムリフト量ｉと、吸気弁開閉のみに起因するカムシャフト１のトータルトルクｊとを示す。

前者のトータルトルクｈと後者のトータルトルクｊとを一図に纏めると、図１２に示す如くなる。図から、第２状態Ｓ２のときのトータルトルクｊは、第１状態Ｓ１のときのトータルトルクｈより若干進角側にずれているのが分かる。

図１３は、図１０に示した第１状態Ｓ１のときのトータルトルクｈと、これを打ち消すのに最適な位相位置のトータルキャンセルトルクｋと、これらを足し合わせた総合トルクｌとを示す。見られるように、トータルトルクｈは総合トルクｌに変化し、トルク変動は大幅に抑制されている。この場合、図示するような位相位置のトータルキャンセルトルクｋが得られるように、第２可変機構７がＥＣＵ１００により制御される。

しかし仮に、第１状態Ｓ１に最適なトータルキャンセルトルクｋを第２状態Ｓ２のときに与えてしまうと、図１４に示すように、トルク変動が悪化してしまうことがある。図１４には、当該トータルキャンセルトルクｋと、図１１に示した第２状態Ｓ２のときのトータルトルクｊと、これらを足し合わせた総合トルクｍとを示す。見られるように、トータルトルクｊは総合トルクｍに変化し、トルク変動は大幅に増大していることが分かる。

そこで本実施形態では、第２状態Ｓ２のときにはこれに最適なトータルキャンセルトルクが発生するよう、第２可変機構７がＥＣＵ１００により制御される。

図１５には、第２状態Ｓ２のときのトータルトルクｊと、第２状態Ｓ２のときに本実施形態により発生されるトータルキャンセルトルクｎと、これらを足し合わせた総合トルクｏとを示す。見られるように、トータルトルクｊから６０°クランク位相だけずれた逆位相のトータルキャンセルトルクｎが発生されている。そしてトータルトルクｊは総合トルクｏに変化し、トルク変動は大幅に抑制されている。この場合、図示するような位相位置のトータルキャンセルトルクｎが得られるように、第２可変機構７がＥＣＵ１００により制御される。

このように本実施形態によれば、吸気弁３のバルブタイミングを可変にする第１可変機構５が設けられた場合でも十分なトルクキャンセル効果を得ることができる。

なお、ここでは第１状態Ｓ１と第２状態Ｓ２の場合のみを説明したが、第３状態Ｓ３の場合でも同様である。

ところで、吸気弁開閉に基づくトルク変動がカムシャフト１（外側カムシャフト１０）に生じると、これに起因して進角室３５の油圧が変動し、トルク変動と同位相の油圧脈動が、オイルギャラリ４１からＯＣＶ４２側の通路に発生する。そしてこの油圧脈動が、オイルギャラリ４１を経て、これに繋がる別のオイル供給部４３（図１参照）にも伝達され、そのオイル供給部４３に影響を及ぼす可能性がある。

しかし、本実施形態によれば、第１可変機構５が何れの状態でも、吸気弁開閉に基づくトルク変動を抑制できるため、かかる油圧脈動を抑制し、別のオイル供給部４３への影響を低減することが可能である。

以上の説明から理解されるように、第２可変機構７は外側カムシャフト１０および内側カムシャフト１１を含む。第１可変機構５は、外側カムシャフト１０に固設されプロファイルの異なる複数のカム４Ａ，４Ｂ，４Ｃと、複数のカム４Ａ，４Ｂ，４Ｃのうちの一部を選択的に吸気弁３に連結する切替可能なロッカーアーム９とを含む。ＥＣＵ１００は、第１可変機構５および第２可変機構７を制御するように構成され、吸気弁３のバルブタイミングの変更に応じてキャンセルカム６Ａ，６Ｂの位相を変更する。

以上、本開示の実施形態を詳細に述べたが、本開示は他の実施形態や変形例によっても実施可能である。

（１）上記実施形態では、第１可変機構５を三段階に切替可能なものとしたが、二段階、四段階以上または無段階に切替可能なものとしてもよい。また第１可変機構５の構成は任意に変更可能であり、電磁駆動式や空圧式のものであってもよい。

（２）上記実施形態では、最も後方に位置する＃６気筒のカム４Ａ，４Ｂ，４Ｃの直前、あるいは＃５気筒と＃６気筒のカム４Ａ，４Ｂ，４Ｃの間に、二つのキャンセルカム６Ａ，６Ｂを設けた。しかしながら、キャンセルカムの数は任意であり、問題なくカムロブが加工できる等、制約がなければキャンセルカムを一つとしてもよい。逆に、キャンセルカムを三つ以上としてもよい。またキャンセルカムは、これが設けられるカムシャフトの気筒数と等しい合計数のカムロブを有するのがよく、例えばＶ型ＤＯＨＣ６気筒エンジンなら一本のカムシャフト当たりに３個（＝Ｎ／２個）のカムロブを有するのがよい。キャンセルカムの設置位置も任意である。

（３）上記実施形態では、キャンセルカム６Ａ，６Ｂによるキャンセルトルクを発生させるために、ロッカーアーム２５Ａ，２５Ｂ、バルブブリッジ２６Ａ，２６Ｂおよびスプリング２７Ａ，２７Ｂを備えたトルクキャンセル機構を用いた。しかしながら、当該機構は適宜変更可能である。

（４）上記実施形態では、第１可変機構５の切り替えとは別個独立に無段階に切替可能な第２可変機構７を設けた。しかしながら、第２可変機構は第１可変機構の切り替えと連動して切替可能であってもよく、第１可変機構と共通化されてもよい。また第２可変機構は段階的に切替可能であってもよい。

（５）上記実施形態では、エンジンバルブ（吸気弁３）の閉タイミングを可変としたが、開タイミングを可変としたり、開タイミングと閉タイミングの両方を可変としたりすることが可能である。この際、作用角は可変であっても一定であってもよい。

（６）外側および内側カムシャフト１０，１１と、カム４Ａ，４Ｂ，４Ｃおよびキャンセルカム６Ａ，６Ｂとの関係を逆にしてもよい。すなわち、内側カムシャフト１１にカム４Ａ，４Ｂ，４Ｃを固設し、外側カムシャフト１０にキャンセルカム６Ａ，６Ｂを固設してもよい。この場合、入力ギヤ１６を内側カムシャフト１１に設けてもよい。

本開示の実施形態は前述の実施形態のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本開示の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本開示に含まれる。従って本開示は、限定的に解釈されるべきではなく、本開示の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。

１ カムシャフト
２ バルブスプリング
３ 吸気弁
４Ａ，４Ｂ，４Ｃ カム
５ 第１可変機構
６Ａ，６Ｂ キャンセルカム
７ 第２可変機構
９ ロッカーアーム
１０ 外側カムシャフト
１１ 内側カムシャフト
１００ 電子制御ユニット

Claims (5)

1. 内燃機関のクランクシャフトにより回転駆動されるカムシャフトであって、バルブスプリングの付勢力に抗じてエンジンバルブを開弁するカムを有するカムシャフトと、
   クランク位相に対する前記エンジンバルブのバルブタイミングを可変にするように構成された第１可変機構と、
   前記カムシャフトに設けられ、前記エンジンバルブの開閉により前記カムシャフトに発生する変動トルクを打ち消すようなキャンセルトルクを前記カムシャフトに発生させるキャンセルカムと、
   クランク位相に対する前記キャンセルカムの位相を可変にするように構成された第２可変機構と、
   を備えたことを特徴とする内燃機関の動弁装置。
2. 前記キャンセルカムが複数設けられる
   請求項１に記載の内燃機関の動弁装置。
3. 前記カムシャフトは、外側カムシャフトと、前記外側カムシャフトに相対回転可能に且つ同軸に挿入された内側カムシャフトと、を有し、
   前記外側カムシャフトおよび前記内側カムシャフトの一方に前記カムが固設され、他方に前記キャンセルカムが固設され、
   前記第２可変機構は、前記外側カムシャフトおよび前記内側カムシャフトを含む
   請求項１または２に記載の内燃機関の動弁装置。
4. 前記第１可変機構は、プロファイルの異なる複数の前記カムと、複数の前記カムのうちの一部を選択的に前記エンジンバルブに連結する切替可能なロッカーアームと、を含む
   請求項１～３のいずれか一項に記載の内燃機関の動弁装置。
5. 前記第１可変機構および前記第２可変機構を制御するように構成され、前記エンジンバルブのバルブタイミングの変更に応じて前記キャンセルカムの位相を変更する制御ユニットをさらに備える
   請求項１～４のいずれか一項に記載の内燃機関の動弁装置。

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