特許 7354645 カム切換機構および内燃機関

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-09-25

(45)【発行日】2023-10-03

(54)【発明の名称】カム切換機構および内燃機関

(51)【国際特許分類】

   F01L 13/00 20060101AFI20230926BHJP

   F02D 13/02 20060101ALI20230926BHJP

【ＦＩ】

F01L13/00 301V

F01L13/00 301W

F02D13/02 G

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2019135477

(22)【出願日】2019-07-23

(65)【公開番号】P2021017872

(43)【公開日】2021-02-15

【審査請求日】2022-06-03

(73)【特許権者】

【識別番号】000000011

【氏名又は名称】株式会社アイシン

(74)【代理人】

【識別番号】100104433

【弁理士】

【氏名又は名称】宮園 博一

(72)【発明者】

【氏名】藤本 精一

(72)【発明者】

【氏名】小▲崎▼ 友裕

(72)【発明者】

【氏名】深尾 友晶

(72)【発明者】

【氏名】奥出 竜騎

【審査官】平井 功

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－２３２３２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－１０６１７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－１２４７５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－２０６７６６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０２Ｄ １３／００－２８／００

Ｆ０１Ｌ １３／００－１３／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

吸気弁を開閉する第１カムおよび第２カムを備え、
前記第１カムにより、前記吸気弁をピストンが下死点から上死点に移動する間における前記下死点と前記上死点との中間の位相よりも進角側で閉じる開閉タイミングに設定し、前記第２カムにより、前記吸気弁を前記中間の位相よりも遅角側で閉じる開閉タイミングに設定するとともに、前記第１カムと前記第２カムとを切り換え可能に構成され、
前記第２カムは、バルブ開閉タイミングの位相において、前記吸気弁の開弁時における位置と前記吸気弁の閉弁時における位置とが互いに近傍の位置になるように構成されている、カム切換機構。

【請求項2】

前記第２カムは、前記吸気弁を、前記上死点の近傍で開く開閉タイミングに設定するように構成されている、請求項１に記載のカム切換機構。

【請求項3】

少なくとも、出力トルクの発生要求が解除されてインジェクタからの燃料噴射が停止された期間、または、燃焼室に燃料を供給して最初に点火するまでの期間において、前記第２カムにより前記吸気弁を開閉するように構成されている、請求項１または２に記載のカム切換機構。

【請求項4】

前記出力トルクの発生要求が解除されて前記インジェクタからの燃料噴射が停止された期間において前記第２カムにより前記吸気弁を開閉する場合には、前記出力トルクの発生要求が解除された直後の前記燃焼室内の点火がオフになるタイミングで、前記第１カムから前記第２カムに切り換えるように構成されている、請求項３に記載のカム切換機構。

【請求項5】

前記第１カムおよび前記第２カムは、前記吸気弁と排気弁とが同時に開くことがないように、前記吸気弁の開閉タイミングを設定するように構成されている、請求項１～４のいずれか１項に記載のカム切換機構。

【請求項6】

吸気弁および排気弁が設けられた内燃機関本体と、
前記吸気弁を開閉する吸気側カム切換機構とを備え、
前記吸気側カム切換機構は、前記吸気弁をピストンが下死点から上死点に移動する間における前記下死点と前記上死点との中間の位相よりも進角側で閉じる開閉タイミングに設定する第１カムと、前記吸気弁を前記中間の位相よりも遅角側で閉じる開閉タイミングに設定する第２カムとを含み、前記第１カムと前記第２カムとを切り換え可能に構成され、
前記第２カムは、バルブ開閉タイミングの位相において、前記吸気弁の開弁時における位置と前記吸気弁の閉弁時における位置とが互いに近傍の位置になるように構成されている、内燃機関。

【請求項7】

吸気弁を開閉する第１カムおよび第２カムを備え、
前記第１カムにより、前記吸気弁をピストンが下死点から上死点に移動する間における前記下死点と前記上死点との中間の位相よりも進角側で閉じる開閉タイミングに設定し、前記第２カムにより、前記吸気弁を前記中間の位相よりも遅角側で閉じる開閉タイミングに設定するとともに、前記第１カムと前記第２カムとを切り換え可能に構成され、
前記第２カムは、前記吸気弁を、前記上死点の近傍で閉じる開閉タイミングに設定するように構成されている、カム切換機構。

【請求項8】

吸気弁を開閉する第１カムおよび第２カムを備え、
前記第１カムにより、前記吸気弁をピストンが下死点から上死点に移動する間における前記下死点と前記上死点との中間の位相よりも進角側で閉じる開閉タイミングに設定し、前記第２カムにより、前記吸気弁を前記中間の位相よりも遅角側で閉じる開閉タイミングに設定するとともに、前記第１カムと前記第２カムとを切り換え可能に構成され、
前記第１カムは、前記吸気弁を、前記下死点よりも遅角側で閉じる開閉タイミングに設定するように構成され、
前記吸気弁を、前記上死点の近傍で開くとともに、前記下死点よりも進角側で閉じる開閉タイミングに設定する小型カムをさらに備え、
前記小型カムと前記第１カムと前記第２カムとを切り換え可能に構成されている、カム切換機構。

【請求項9】

吸気弁および排気弁が設けられた内燃機関本体と、
前記吸気弁を開閉する吸気側カム切換機構とを備え、
前記吸気側カム切換機構を設ける場合には、前記吸気側カム切換機構は、前記吸気弁をピストンが下死点から上死点に移動する間における前記下死点と前記上死点との中間の位相よりも進角側で閉じる開閉タイミングに設定する第１カムと、前記吸気弁を前記中間の位相よりも遅角側で閉じる開閉タイミングに設定する第２カムとを含み、前記第１カムと前記第２カムとを切り換え可能に構成され、
前記第２カムは、前記吸気弁を、前記上死点の近傍で閉じる開閉タイミングに設定するように構成されている、内燃機関。

【請求項10】

吸気弁および排気弁が設けられた内燃機関本体と、
前記吸気弁を開閉する吸気側カム切換機構とを備え、
前記吸気側カム切換機構を設ける場合には、前記吸気側カム切換機構は、前記吸気弁をピストンが下死点から上死点に移動する間における前記下死点と前記上死点との中間の位相よりも進角側で閉じる開閉タイミングに設定する第１カムと、前記吸気弁を前記中間の位相よりも遅角側で閉じる開閉タイミングに設定する第２カムとを含み、前記第１カムと前記第２カムとを切り換え可能に構成され、
前記第１カムは、前記吸気弁を、前記下死点よりも遅角側で閉じる開閉タイミングに設定するように構成され、
前記吸気弁を、前記上死点の近傍で開くとともに、前記下死点よりも進角側で閉じる開閉タイミングに設定する小型カムをさらに備え、
前記小型カムと前記第１カムと前記第２カムとを切り換え可能に構成されている、内燃機関。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、カム切換機構および内燃機関に関し、特に、吸気弁および排気弁の少なくとも一方を開閉するカム切換機構および内燃機関に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、吸気弁を開閉するカム切換機構を備える内燃機関が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

【0003】

上記特許文献１には、吸気弁を開閉するカムを切り換えるカム切換機構を備える内燃機関が開示されている。カム切換機構は、カムを切り換えることにより、吸気弁が開かれる位相幅を制御するように構成されている。なお、内燃機関は、吸気弁および排気弁が開かれている位相幅が約９０度から１８０度程度である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１３－１４４９４５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記特許文献１に記載の内燃機関では、吸気弁および排気弁が開かれている位相幅が約９０度から１８０度程度であり比較的小さいため、気筒内において長く吸気が密閉され、気筒内が大きな負圧になりやすい。このため、スロットルバルブ以降（下流側）の吸気通路も大きな負圧になりやすく、吸気通路の下流側に吸気を吸い込む際に、スロットルバルブによる抵抗（ポンピングロス）が大きくなるという問題点がある。

【0006】

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、ポンピングロスを低減することが可能なカム切換機構および内燃機関を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するために、この発明の第１の局面におけるカム切換機構は、吸気弁を開閉する第１カムおよび第２カムを備え、第１カムにより、吸気弁をピストンが下死点から上死点に移動する間における下死点と上死点との中間の位相よりも進角側で閉じる開閉タイミングに設定し、第２カムにより、吸気弁を上記中間の位相よりも遅角側で閉じる開閉タイミングに設定するとともに、第１カムと第２カムとを切り換え可能に構成され、第２カムは、バルブ開閉タイミングの位相において、吸気弁の開弁時における位置と吸気弁の閉弁時における位置とが互いに近傍の位置になるように構成されている。

【0008】

この発明の第１の局面によるカム切換機構では、上記のように構成することによって、第１カムおよび第２カムを設ける場合には、極めて遅い位相で吸気弁を閉じる第２カムに切り換えることにより、吸気弁を、ピストンが下死点から上死点に移動する間における下死点と上死点との中間の位相よりも遅角側で閉じることができる。すなわち、吸気弁を極めて遅くに閉じることができる。このため、気筒内に流入した吸気の大部分を、ピストンの上昇時に吸気通路側に吹き戻すことができるので、気筒内が負圧になるのを抑制することができる。すなわち、スロットルバルブ以降（下流側）の吸気通路が負圧になるのも抑制することができる。その結果、吸気通路の下流側に吸気を吸い込む際に、ポンピングロス（スロットルバルブによる抵抗）を低減することができる。また、従来より、触媒性能を効果的に発揮することが望まれている。触媒性能は、触媒を通過する酸素量が大きくなるほど、触媒の熱劣化が発生しやすくなるため、低下する。上記のように、ピストンの上昇時に吸気を吸気通路側に吹き戻すことができると、触媒側に流れる酸素量を低減することができるので、触媒の熱劣化（性能低下）を抑制することができる。また、吸気を吸気通路側に吹き戻すことができると、吸気通路内で吸気および燃料を効果的に温度上昇（霧化）させることができるので、燃料の噴射量を低減（リッチスパイクを軽減）することができる。

【0012】

上記第１の局面によるカム切換機構において、好ましくは、第２カムは、吸気弁を、上死点の近傍で開く開閉タイミングに設定するように構成されている。

【0013】

このように構成すれば、吸気弁を、ピストンが下降を開始してから上昇を完了するまでの略全位相で開いたままとすることができるので、気筒内が負圧になるのをより抑制することができる。このため、ポンピングロス（スロットルバルブによる抵抗）をより低減することができるとともに、触媒性能をより効果的に発揮することができる。

【0014】

上記第１の局面によるカム切換機構において、好ましくは、少なくとも、出力トルクの発生要求が解除されてインジェクタからの燃料噴射が停止された期間（燃料カット時）、または、燃焼室に燃料を供給して最初に点火するまでの期間（エンジン始動時）において、第２カムにより吸気弁を開閉するように構成されている。

【0015】

このように構成すれば、燃料カット時や、エンジン始動時において、ポンピングロス（スロットルバルブによる抵抗）を低減することができるとともに、触媒性能を効果的に発揮することができる。

【0016】

この場合、好ましくは、出力トルクの発生要求が解除されてインジェクタからの燃料噴射が停止された期間において第２カムにより吸気弁を開閉する場合には、出力トルクの発生要求が解除された直後の燃焼室内の点火がオフになるタイミングで、第１カムから第２カムに切り換えるように構成されている。

【0017】

このように構成すれば、燃料カットが開始されるタイミングに合わせた適切なタイミングにより、第１カムから第２カムに切り換えることができる。このため、燃料カットが開始された直後においても、適切に、ポンピングロス（スロットルバルブによる抵抗）を低減することができるとともに、触媒性能を効果的に発揮することができる。

【0018】

上記第１の局面によるカム切換機構において、好ましくは、第１カムおよび第２カムは、吸気弁と排気弁とが同時に開くことがないように、吸気弁の開閉タイミングを設定するように構成されている。

【0019】

このように構成すれば、バルブオーバーラップを確実に防止することができるので、吸気が排気側に流れるのを確実に防止することができる。

【0022】

この発明の第２の局面における内燃機関は、吸気弁および排気弁が設けられた内燃機関本体と、吸気弁を開閉する吸気側カム切換機構とを備え、吸気側カム切換機構は、吸気弁をピストンが下死点から上死点に移動する間における下死点と上死点との中間の位相よりも進角側で閉じる開閉タイミングに設定する第１カムと、吸気弁を上記中間の位相よりも遅角側で閉じる開閉タイミングに設定する第２カムとを含み、第１カムと第２カムとを切り換え可能に構成され、第２カムは、バルブ開閉タイミングの位相において、吸気弁の開弁時における位置と吸気弁の閉弁時における位置とが互いに近傍の位置になるように構成されている。

【0023】

この発明の第２の局面による内燃機関では、上記のように構成することによって、上記第１の局面のカム切換機構と同様に、ポンピングロスを低減することができる。
この発明の第３の局面におけるカム切換機構は、吸気弁を開閉する第１カムおよび第２カムを備え、第１カムにより、吸気弁をピストンが下死点から上死点に移動する間における下死点と上死点との中間の位相よりも進角側で閉じる開閉タイミングに設定し、第２カムにより、吸気弁を中間の位相よりも遅角側で閉じる開閉タイミングに設定するとともに、第１カムと第２カムとを切り換え可能に構成され、第２カムは、吸気弁を、上死点の近傍で閉じる開閉タイミングに設定するように構成されている。
この発明の第３の局面におけるカム切換機構では、上記のように構成することによって、上記第１の局面のカム切換機構と同様に、ポンピングロスを低減することができる。また、より効果的に、気筒内に流入した吸気を、吸気通路側に吹き戻すことができる。このため、ポンピングロス（スロットルバルブによる抵抗）をより低減することができるとともに、触媒性能をより効果的に発揮することができる。
この発明の第４の局面におけるカム切換機構は、吸気弁を開閉する第１カムおよび第２カムを備え、第１カムにより、吸気弁をピストンが下死点から上死点に移動する間における下死点と上死点との中間の位相よりも進角側で閉じる開閉タイミングに設定し、第２カムにより、吸気弁を中間の位相よりも遅角側で閉じる開閉タイミングに設定するとともに、第１カムと第２カムとを切り換え可能に構成され、第１カムは、吸気弁を、下死点よりも遅角側で閉じる開閉タイミングに設定するように構成され、吸気弁を、上死点の近傍で開くとともに、下死点よりも進角側で閉じる開閉タイミングに設定する小型カムをさらに備え、小型カムと第１カムと第２カムとを切り換え可能に構成されている。
この発明の第４の局面におけるカム切換機構では、上記のように構成することによって、上記第１の局面のカム切換機構と同様に、ポンピングロスを低減することができる。また、小型カムにより、車両の駆動状況に応じてより適切な（細かな）カムの切り換えを行うことができるようになるので、ポンピングロス（スロットルバルブによる抵抗）をより低減することができるとともに、触媒性能をより効果的に発揮することができる。
この発明の第５の局面における内燃機関は、吸気弁および排気弁が設けられた内燃機関本体と、吸気弁を開閉する吸気側カム切換機構とを備え、吸気側カム切換機構を設ける場合には、吸気側カム切換機構は、吸気弁をピストンが下死点から上死点に移動する間における下死点と上死点との中間の位相よりも進角側で閉じる開閉タイミングに設定する第１カムと、吸気弁を中間の位相よりも遅角側で閉じる開閉タイミングに設定する第２カムとを含み、第１カムと第２カムとを切り換え可能に構成され、第２カムは、吸気弁を、上死点の近傍で閉じる開閉タイミングに設定するように構成されている。
この発明の第５の局面における内燃機関では、上記のように構成することによって、上記第１の局面のカム切換機構と同様に、ポンピングロスを低減することができる。また、より効果的に、気筒内に流入した吸気を、吸気通路側に吹き戻すことができる。このため、ポンピングロス（スロットルバルブによる抵抗）をより低減することができるとともに、触媒性能をより効果的に発揮することができる。
この発明の第６の局面における内燃機関は、吸気弁および排気弁が設けられた内燃機関本体と、吸気弁を開閉する吸気側カム切換機構とを備え、吸気側カム切換機構を設ける場合には、吸気側カム切換機構は、吸気弁をピストンが下死点から上死点に移動する間における下死点と上死点との中間の位相よりも進角側で閉じる開閉タイミングに設定する第１カムと、吸気弁を中間の位相よりも遅角側で閉じる開閉タイミングに設定する第２カムとを含み、第１カムと第２カムとを切り換え可能に構成され、第１カムは、吸気弁を、下死点よりも遅角側で閉じる開閉タイミングに設定するように構成され、吸気弁を、上死点の近傍で開くとともに、下死点よりも進角側で閉じる開閉タイミングに設定する小型カムをさらに備え、小型カムと第１カムと第２カムとを切り換え可能に構成されている。
この発明の第６の局面における内燃機関では、上記のように構成することによって、上記第１の局面のカム切換機構と同様に、ポンピングロスを低減することができる。また、小型カムにより、車両の駆動状況に応じてより適切な（細かな）カムの切り換えを行うことができるようになるので、ポンピングロス（スロットルバルブによる抵抗）をより低減することができるとともに、触媒性能をより効果的に発揮することができる。

【0024】

なお、本出願では、上記カム切換機構および内燃機関において、以下のような構成も考えられる。

【0025】

（付記項１）
すなわち、上記カム切換機構および内燃機関において、第２カムは、内燃機関本体の燃焼室に燃料を供給して点火した後の吸気工程および圧縮工程に相当するピストンの移動タイミングにおいて、吸気弁が開状態に保持されるように、吸気弁の開閉タイミングを設定するように構成されている。

【0026】

このように構成すれば、吸気工程および圧縮工程に相当するピストンの移動タイミングにおいて、吸気弁を、より長い位相幅にわたり開き続けて、ポンピングロス（スロットルバルブによる抵抗）を低減することができるとともに、触媒性能を効果的に発揮することができる。

【0027】

（付記項２）
また、上記カム切換機構および内燃機関において、第２カムは、吸気弁の開閉タイミングにおいて、吸気弁の開弁期間の角度幅が３６０度となるように構成されている。

【0028】

このように構成すれば、吸気弁が移動する際に、気筒内（スロットルバルブ以降（下流側）の吸気通路）に負圧が発生するのを確実に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0029】

【図1】第１実施形態によるエンジンの構成を示した図である。

【図2】第１実施形態によるエンジンのカム切換機構を模式的に示した正面図および側面図である。

【図3】第１実施形態によるエンジンの第１カム使用時の吸気弁および排気弁のバルブタイミングを示した図である。

【図4】第１実施形態によるエンジンの第２カム使用時の吸気弁および排気弁のバルブタイミングを示した図である。

【図5】第１実施形態のエンジンの吸気弁のバルブ位相とバルブリフト量との関係を示した図である。

【図6】エンジンから排出されるアクセルのオンオフと、点火時期と、カム切換と、スロットル開度と、燃料噴射と、Ｏ_２排出量との関係について説明するための図である。

【図7】第２実施形態によるエンジンのカム切換機構を模式的に示した正面図および側面図である。

【図8】第２実施形態のエンジンの吸気弁のバルブ位相とバルブリフト量との関係を示した図である。

【図9】第１実施形態の変形例によるエンジンの構成を示した図である。

【図10】第１実施形態の変形例によるエンジンの第２カムおよび第４カム使用時の吸気弁および排気弁のバルブタイミングを示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0030】

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。

【0031】

［第１実施形態］
図１～図６を参照して、第１実施形態によるエンジン１（内燃機関の一例）の構成について説明する。

【0032】

図１に示すように、第１実施形態のエンジン１は、エンジン本体２（特許請求の範囲の「内燃機関本体」の一例）と、ＥＣＵ（Ｅｎｇｉｎｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）３と吸気側カム切換機構４（特許請求の範囲の「カム切換機構」の一例）とを備えている。

【0033】

エンジン本体２は、シリンダブロック２１と、シリンダブロック２１の上部に取り付けられるシリンダヘッド２２とを含んでいる。シリンダブロック２１は、燃焼室２３が内側に設けられた気筒２４を有している。エンジン本体２内には、クランクシャフト（図示せず）が設けられている。また、エンジン本体２には、吸気弁２５ａおよび排気弁２５ｂが設けられている。

【0034】

エンジン本体２には、上流側から吸気管４ａが接続されるとともに、下流側から排気管４ｂが接続されている。吸気管４ａは、吸気弁２５ａを介して燃焼室２３に吸気を供給するように構成されている。排気管４ｂは、排気弁２５ｂを介して燃焼室２３から排出された排気（排気ガス）を外部（大気）に放出するように構成されている。排気管４ｂには、触媒Ｃが設けられている。

【0035】

エンジン１は、クランクシャフトの動力により、タイミングチェーン（図示せず）を介して、吸気側カムシャフト２６ａおよび排気側カムシャフト２６ｂを回転させることによって、吸気弁２５ａおよび排気弁２５ｂをそれぞれ所定のバルブタイミングにより開閉するように構成されている。

【0036】

各図（図１、図２、図７および図９）では、吸気側カムシャフト２６ａおよび排気側カムシャフト２６ｂの軸方向（延びる方向）を、Ｓ方向として図示している。

【0037】

ＥＣＵ３は、吸気側カム切換機構４に所定の駆動信号を送信して、第１カム４２ａと第２カム４２ｂとを切り換える制御を行うように構成されている。

【0038】

（吸気側カム切換機構の構成）
図２に示すように、吸気側カム切換機構４は、動力伝達部４１と、第１カム４２ａと、第２カム４２ｂとを備えている。なお、第２カム４２ｂは、側面視で（吸気側カムシャフト２６ａの軸方向から見て）、第１カム４２ａよりも大きく形成されている。

【0039】

〈動力伝達部の構成〉
動力伝達部４１は、第１カム４２ａと第２カム４２ｂとを切り換え可能に構成されている。動力伝達部４１は、第１カム４２ａと第２カム４２ｂとを切り換えて、第１カム４２ａと第２カム４２ｂとの一方の動力を吸気弁２５ａに伝達するように構成されている。

【0040】

動力伝達部４１は、第１カム４２ａにより駆動される第１ロッカーアーム４１ａと、第２カム４２ｂにより駆動される第２ロッカーアーム４１ｂと、第１ロッカーアーム４１ａおよび第２ロッカーアーム４１ｂを連結して両者の駆動を同期させる連結部（図示せず）とを備えている。なお、第１ロッカーアーム４１ａおよび第２ロッカーアーム４１ｂは、共通のシャフト４３に回動可能に支持されている。

【0041】

第１ロッカーアーム４１ａは、一端において吸気弁２５ａを直接支持している。したがって、吸気弁２５ａは、通常、第１ロッカーアーム４１ａを介して、第１カム４２ａにより駆動されるように構成されている。また、吸気側カム切換機構４は、ＥＣＵ３（図１参照）から所定の駆動信号を受信した場合、連結部により第１ロッカーアーム４１ａおよび第２ロッカーアーム４１ｂを連結して、第２カム４２ｂにより吸気弁２５ａを駆動する状態に切り換えるように構成されている。

【0042】

〈第１カムの構成〉
第１カム４２ａは、エンジン１が駆動され、車両が通常の運転状態にある場合に、動力伝達部４１を介して吸気弁２５ａを駆動させるように構成されている。第１カム４２ａは、図３に示すように、吸気弁２５ａを、上死点の近傍で開くとともに、ピストンＰが下死点から上死点に移動する間における下死点と上死点との中間の位相αよりも進角側で閉じる開閉タイミングに設定するように構成されている。

【0043】

具体例として、第１カム４２ａのカムプロファイルは、ＩＶＯが約ＴＤＣ０度に設定されている。また、第１カム４２ａのカムプロファイルは、ＩＶＣが約ＡＢＤＣ４５度に設定されている。

【0044】

なお、上記ＩＶＯは、Ｉｎｔａｋｅ Ｖａｌｖｅ Ｏｐｅｎを省略した記載である。また、上記ＴＤＣは、Ｔｏｐ Ｄｅａｄ Ｃｅｎｔｅｒを省略した記載である。また、上記ＩＶＣは、Ｉｎｔａｋｅ Ｖａｌｖｅ Ｃｌｏｓｅを省略した記載である。また、上記ＡＢＤＣは、Ａｆｔｅｒ Ｂｏｔｔｏｍ Ｄｅａｄ Ｃｅｎｔｅｒを省略した記載である。

【0045】

図５に示すように、第１カム４２ａは、ＩＶＯ（約ＡＢＤＣ４５度）と、ＩＶＣ（約ＴＤＣ０度）との中間の位相で、吸気弁２５ａのバルブリフト量が最大値Ｒ２に瞬間的に到達するように構成されている。すなわち、第１カム４２ａは、吸気弁２５ａをバルブリフト量が最大値Ｒ２となる状態を保持（キープ）するように構成されていない。

【0046】

したがって、第１カム４２ａは、概して、側面視で（吸気側カムシャフト２６ａの軸方向から見て）、円形状部分と、円形状部分の外周側に設けられた三角形状部分とを組み合わせた形状に形成されている（図２参照）。

【0047】

〈第２カムの構成〉
図１に示すエンジン１は、出力トルクの発生要求が解除されてインジェクタからの燃料噴射が停止された期間（車両の停止時を含む）において、第２カム４２ｂにより吸気弁２５ａを開閉するように構成されている。なお、出力トルクの発生要求が解除されたとは、要するに、アクセルがオフになったことを意味する。

【0048】

ここで、図６に示すように、エンジン１は、出力トルクの発生要求が解除された直後（アクセルがオフにされた直後）の燃焼室２３内の点火がオフになるタイミング（燃料カットのタイミング）で、吸気側カム切換機構４により、第１カム４２ａから第２カム４２ｂに切り換えるように構成されている。これにより、エンジン１から排出される酸素量は、略ゼロとなるように低減される。なお、第１カム４２ａから第２カム４２ｂに切り換えられる際に、わずかに酸素が排気側に排出されるが、以降は酸素が排気側に排出されることはない。

【0049】

また、エンジン１は、出力トルクの発生要求が解除された直後（アクセルがオフにされた直後）に、インジェクタからの燃料噴射をオフにするように構成されている。また、エンジン１は、出力トルクの発生要求が解除された直後（アクセルがオフにされた直後）に、スロットルの開度を小さくするように構成されている。

【0050】

また、エンジン１は、燃焼室２３に燃料を供給して最初に点火するまでの期間において、第２カム４２ｂにより吸気弁２５ａを開閉するように構成されている。要するに、エンジン１は、車両の始動時において、第２カム４２ｂにより吸気弁２５ａを開閉するように構成されている。

【0051】

図４に示すように、第２カム４２ｂは、吸気弁２５ａを、ピストンＰが下死点から上死点に移動する間における下死点と上死点との中間の位相αよりも遅角側で閉じる開閉タイミングに設定するように構成されている。詳細には、第２カム４２ｂは、吸気弁２５ａを、上死点の近傍（上死点を含む）で閉じる開閉タイミングに設定するように構成されている。また、第２カム４２ｂは、吸気弁２５ａを、上死点の近傍で開く開閉タイミングに設定するように構成されている。すなわち、第２カム４２ｂは、吸気弁２５ａをピストンＰが上死点から再び上死点に移動するまでの間において開いたままとする開閉タイミングに設定するように構成されている。

【0052】

具体例として、第２カム４２ｂのカムプロファイルは、ＩＶＯおよびＩＶＣが、ともに約ＴＤＣ０度に設定されている。したがって、第２カム４２ｂは、吸気弁２５ａの開閉タイミングにおいて、吸気弁２５ａの開弁期間の角度幅が３６０度となるように構成されている。

【0053】

要するに、第２カム４２ｂは、エンジン本体２の燃焼室２３に燃料を供給して点火した後の吸気工程および圧縮工程に相当するピストンＰの移動タイミングにおいて、吸気弁２５ａが開状態に保持されるように、吸気弁２５ａの開閉タイミングを設定するように構成されている。

【0054】

図５に示すように、第２カム４２ｂは、第１カム４２ａのバルブリフト量が最大値Ｒ２をとる位相から、所定の位相間隔だけ、バルブリフト量を最大値Ｒ２に保持（キープ）するように構成されている。

【0055】

したがって、第２カム４２ｂは、概して、側面視で（吸気側カムシャフト２６ａの軸方向から見て）、円形状部分と、円形状部分の外周側に設けられた台形状部分とを組み合わせた形状に形成されている（図２参照）。

【0056】

図３および図４に示すように、排気弁２５ｂを駆動させるカム５（図１参照）は、排気弁２５ｂを、ピストンＰが上死点から下死点に移動する間における上死点と下死点との中間の位相βよりも遅角側で開くとともに、上死点の近傍で閉じる開閉タイミングに設定するように構成されている。

【0057】

具体例として、カム５のカムプロファイルは、ＥＶＯが約ＢＢＤＣ４５度に設定されている。また、カム５のカムプロファイルは、ＥＶＣが約ＴＤＣ０度に設定されている。

【0058】

なお、上記ＥＶＯは、Ｅｘｈａｕｓｔ Ｖａｌｖｅ Ｏｐｅｎを省略した記載である。また、上記ＢＢＤＣは、Ｂｅｆｏｒ Ｂｏｔｔｏｍ Ｄｅａｄ Ｃｅｎｔｅｒを省略した記載である。また、上記ＥＶＣは、Ｅｘｈａｕｓｔ Ｖａｌｖｅ Ｃｌｏｓｅを省略した記載である。

【0059】

したがって、図１に示す第１カム４２ａおよび第２カム４２ｂは、吸気弁２５ａと排気弁２５ｂとが同時に開くことが（略）ないように、吸気弁２５ａの開閉タイミングを設定するように構成されている。すなわち、エンジン１は、吸気弁２５ａと排気弁２５ｂとのバルブオーバーラップが（略）ないように構成されている。なお、バルブタイミングにおいて、排気弁２５ｂが閉じられてから吸気弁２５ａが開かれるまでの角度幅（位相幅）は、（略）０度である。すなわち、エンジン１は、排気弁２５ｂが閉じられた直後に吸気弁２５ａが開かれるように構成されている。

【0060】

（第１実施形態の効果）
第１実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

【0061】

第１実施形態では、上記のように構成することによって、第１カム４２ａおよび第２カム４２ｂ（吸気側カム切換機構４）を設けて、極めて遅い位相で吸気弁２５ａを閉じる第２カム４２ｂに切り換えることにより、吸気弁２５ａを、ピストンＰが下死点から上死点に移動する間における下死点と上死点との中間の位相よりも遅角側で閉じることができる。すなわち、吸気弁２５ａを極めて遅くに閉じることができる。このため、気筒２４内に流入した吸気の大部分を、ピストンＰの上昇時に吸気通路側に吹き戻すことができるので、気筒２４内が負圧になるのを抑制することができる。すなわち、スロットルバルブ以降（下流側）の吸気通路が負圧になるのも抑制することができる。その結果、吸気通路の下流側に吸気を吸い込む際に、ポンピングロス（スロットルバルブによる抵抗）を低減することができる。また、従来より、触媒性能を効果的に発揮することが望まれている。触媒性能は、触媒Ｃを通過する酸素量が大きくなるほど、触媒Ｃの熱劣化が発生しやすくなるため、低下する。上記のように、ピストンＰの上昇時に吸気を吸気通路側に吹き戻すことができると、触媒Ｃ側に流れる酸素量を低減することができるので、触媒Ｃの熱劣化（性能低下）を抑制することができる。また、吸気を吸気通路側に吹き戻すことができると、吸気通路内で吸気および燃料を効果的に温度上昇（霧化）させることができるので、燃料の噴射量を低減（リッチスパイクを軽減）することができる。なお、気筒２４内が負圧になるのを抑制することができると、クランクケース内から、ピストンＰと気筒２４の内表面との間を介して、クランケース側からエンジンオイルが燃焼室２３内に浸入することを抑制することができる。その結果、エンジンオイルが減少するのを抑制することができる。

【0062】

第１実施形態では、上記のように、第２カム４２ｂは、吸気弁２５ａを、上死点の近傍で閉じる開閉タイミングに設定するように構成されている。これによって、より効果的に、気筒２４内に流入した吸気を、吸気通路側に吹き戻すことができる。このため、ポンピングロス（スロットルバルブによる抵抗）をより低減することができるとともに、触媒性能をより効果的に発揮することができる。

【0063】

第１実施形態では、上記のように、第２カム４２ｂは、吸気弁２５ａを、上死点の近傍で開く開閉タイミングに設定するように構成されている。これによって、吸気弁２５ａを、ピストンＰが下降を開始してから上昇を完了するまでの略全位相で開いたままとする（開き続ける）ことができるので、気筒２４内が負圧になるのをより抑制することができる。このため、ポンピングロス（スロットルバルブによる抵抗）をより低減することができるとともに、触媒性能をより効果的に発揮することができる。

【0064】

第１実施形態では、上記のように、少なくとも、出力トルクの発生要求が解除されてインジェクタからの燃料噴射が停止された期間（燃料カット時）、または、燃焼室２３に燃料を供給して最初に点火するまでの期間（エンジン始動時）において、第２カム４２ｂにより吸気弁２５ａを開閉するように構成されている。これによって、燃料カット時や、エンジン始動時において、ポンピングロス（スロットルバルブによる抵抗）を低減することができるとともに、触媒性能を効果的に発揮することができる。

【0065】

第１実施形態では、上記のように、出力トルクの発生要求が解除されてインジェクタからの燃料噴射が停止された期間において第２カム４２ｂにより吸気弁２５ａを開閉する場合には、出力トルクの発生要求が解除された直後の燃焼室２３内の点火がオフになるタイミングで、（吸気側カム切換機構４により）第１カム４２ａから第２カム４２ｂに切り換えるように構成されている。これによって、燃料カットが開始されるタイミングに合わせた適切なタイミングにより、第１カム４２ａから第２カム４２ｂに切り換えることができる。このため、燃料カットが開始された直後においても、適切に、ポンピングロス（スロットルバルブによる抵抗）を低減することができるとともに、触媒性能を効果的に発揮することができる。

【0066】

第１実施形態では、上記のように、第１カム４２ａおよび第２カム４２ｂは、吸気弁２５ａと排気弁２５ｂとが同時に開くことがないように、吸気弁２５ａの開閉タイミングを設定するように構成されている。これによって、バルブオーバーラップを確実に防止することができるので、吸気が排気側に流れるのを確実に防止することができる。

【0067】

第１実施形態では、上記のように、第２カム４２ｂは、エンジン本体２の燃焼室２３に燃料を供給して点火した後の吸気工程および圧縮工程に相当するピストンＰの移動タイミングにおいて、吸気弁２５ａが開状態に保持されるように、吸気弁２５ａの開閉タイミングを設定するように構成されている。これによって、吸気工程および圧縮工程に相当するピストンＰの移動タイミングにおいて、吸気弁２５ａを、より長い位相幅にわたり開き続けて、ポンピングロス（スロットルバルブによる抵抗）を低減することができるとともに、触媒性能を効果的に発揮することができる。

【0068】

第１実施形態では、上記のように、第２カム４２ｂは、吸気弁２５ａの開閉タイミングにおいて、吸気弁２５ａの開弁期間の角度幅が３６０度となるように構成されている。これによって、吸気弁２５ａが移動する際に、気筒２４内（スロットルバルブ以降（下流側）の吸気通路）に負圧が発生するのを確実に防止することができる。

【0069】

［第２実施形態］
図７および図８を参照して、第２実施形態について説明する。この第２実施形態では、上記第１実施形態の構成に加えて、吸気側カム切換機構２０４（特許請求の範囲の「カム切換機構」の一例）が小型カム４２ｃをさらに備える例について説明する。なお、図中において、上記第１実施形態と同様の構成には、同じ符号を付して図示する。

【0070】

図７に示すように、第２実施形態によるエンジン２０１（特許請求の範囲の「内燃機関」の一例）は、第１カム４２ａと、第２カム４２ｂと、小型カム４２ｃと、動力伝達部２４１とを含む吸気側カム切換機構２０４を備えている。なお、動力伝達部２４１については、第１実施形態の動力伝達部４１と同様の仕組みを有する構成であるため説明を省略する。

【0071】

図８に示すように、小型カム４２ｃは、吸気弁２５ａを、上死点の近傍で開く開閉タイミングに設定するように構成されている。また、小型カム４２ｃは、吸気弁２５ａを、第１カム４２ａよりも進角側で閉じるように閉じる開閉タイミングに設定するように構成されている。また、小型カム４２ｃのバルブリフト量の最大値Ｒ１は、第１カム４２ａのバルブリフト量の最大値Ｒ２よりも小さい。

【0072】

第２実施形態のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。

【0073】

（第２実施形態の効果）
第２実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

【0074】

第２実施形態では、上記第１実施形態と同様に、ポンピングロス（スロットルバルブによる抵抗）をより低減することができるとともに、触媒性能をより効果的に発揮することができる。

【0075】

第２実施形態では、上記のように、第１カム４２ａは、吸気弁２５ａを、下死点よりも遅角側で閉じる開閉タイミングに設定するように構成され、吸気弁２５ａを、上死点の近傍で開くとともに、下死点よりも進角側で閉じる開閉タイミングに設定する小型カム４２ｃをさらに含み、小型カム４２ｃと第１カム４２ａと第２カム４２ｂとを切り換え可能に構成されている。これによって、小型カム４２ｃにより、車両の駆動状況に応じてより適切な（細かな）カムの切り換えを行うことができるようになるので、ポンピングロス（スロットルバルブによる抵抗）をより低減することができるとともに、触媒性能をより効果的に発揮することができる。

【0076】

第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

【0077】

［変形例］
今回開示された実施形態は、全ての点で例示であり制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更（変形例）が含まれる。

【0078】

たとえば、上記第１および第２実施形態では、吸気弁側のみにカム切換機構（吸気側カム切換機構）を設けた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、図９および図１０に示す第１実施形態の変形例のエンジン３０１（特許請求の範囲の「内燃機関」の一例）のように、排気弁２５ｂ側にもカム切換機構（排気側カム切換機構７（特許請求の範囲の「カム切換機構」の一例））を設けてもよい。一例として、エンジン３０１を以下のように構成する。

【0079】

エンジン３０１は、動力伝達部７１と、第３カム７２ａと、第４カム７２ｂとを含む排気側カム切換機構７を備えている。動力伝達部７１は、第１実施形態の動力伝達部４１と同様の構成である。すなわち、動力伝達部７１は、ロッカーアーム７１ａとロッカーアーム７１ｂとを含んでおり、ロッカーアーム７１ａとロッカーアーム７１ｂとは、共通のシャフト７３に回動可能に支持されている。第３カム７２ａは、排気弁２５ｂを、ピストンＰが上死点から下死点に移動する間における上死点と下死点との中間の位相よりも遅角側で開くとともに、上死点の近傍で閉じる開閉タイミングに設定するように構成されている。すなわち、第３カム７２ａは、第１実施形態の排気弁２５ｂのカム５と同様のバルブタイミングに設定する構成である。第４カム７２ｂは、排気弁２５ｂを、上死点の近傍で開くとともに、上死点の近傍で閉じる開閉タイミング（ＥＶＯおよびＥＶＣが、ともに約ＴＤＣ０度）に設定するように構成されている。要するに、第４カム７２ｂは、エンジン本体２の燃焼室２３に燃料を供給して点火した後の燃焼工程および排気工程に相当するピストンＰの移動タイミングにおいて、排気弁２５ｂが開状態に保持されるように、排気弁２５ｂの開閉タイミングを設定するように構成されている。

【0080】

したがって、第４カム７２ｂは、排気弁２５ｂの開閉タイミングにおいて、排気弁２５ｂの開弁期間の角度幅が３６０度となるように構成されている。排気側カム切換機構７を設けることによって、上死点から次の上死点までの略全位相で排気弁２５ｂを開いたままとする（開き続ける）第４カム７２ｂに切り換えることにより、排気弁２５ｂを、ピストンＰが下降を開始してから上昇を完了するまでの略全位相で開いたままとする（開き続ける）ことができるので、気筒２４内が負圧になるのを抑制することができる。このため、スロットルバルブ以降（下流側）の吸気通路が負圧になるのも抑制することができるので、ポンピングロスを低減することができる。

【0081】

また、上記第１および第２実施形態では、吸気側カム切換機構を備える例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、上記排気側カム切換機構を備えているならば、吸気側カム切換機構を備えていなくてもよい。

【0082】

また、上記第１および第２実施形態では、吸気弁と排気弁とのバルブオーバーラップがない例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、吸気弁と排気弁とのバルブオーバーラップがあってもよい。

【0083】

また、上記第１および第２実施形態では、第２カムにより吸気弁を閉じるタイミングを、上死点近傍とした例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、第２カムにより吸気弁を閉じるタイミングを、上死点近傍としなくてもよい。

【0084】

また、上記第１および第２実施形態では、吸気側カム切換機構により切り換えるカムの数を２つまたは３つとした例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、気側カム切換機構により切り換えるカムの数を４つ以上としてもよい。

【0085】

また、上記第１および第２実施形態では、吸気側カム切換機構の第２カムの最大リフト量を、第１カムの最大リフト量と同じにした例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、第２カムの最大リフト量を、第１カムの最大リフト量よりも大きくしてもよいし、小さくしてもよい。

【0086】

また、上記第１および第２実施形態では、吸気側カム切換機構の第２カムを、最大リフト量で所定の位相幅の間、保持（キープ）するように構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、吸気側カム切換機構の第２カムを、最大リフト量で所定の位相幅の間、保持することなく、第１カムと同様に（図５参照）、瞬間的に最大リフト量となるように構成してもよい。

【符号の説明】

【0087】

１、２０１、３０１ エンジン（内燃機関）
２ エンジン本体（内燃機関本体）
４、２０４ 吸気側カム切換機構（カム切換機構）
７ 排気側カム切換機構（カム切換機構）
２３ 燃焼室
２５ａ 吸気弁
２５ｂ 排気弁
４２ａ 第１カム
４２ｂ 第２カム
４２ｃ 小型カム
７２ａ 第３カム
７２ｂ 第４カム
Ｐ ピストン

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】