JP5994875B2

JP5994875B2 - エンジンの動弁装置

Info

Publication number: JP5994875B2
Application number: JP2015018520A
Authority: JP
Inventors: 周一横田
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 2015-02-02
Filing date: 2015-02-02
Publication date: 2016-09-21
Anticipated expiration: 2031-06-23
Also published as: JP2015083842A

Description

本発明は、クランクシャフトに対するカムシャフトの回転方向の位相を変化させるカムシャフト位相可変装置を備えて、吸気バルブ、排気バルブのバルブタイミングを変更可能なエンジンの動弁装置に関する。

従来、この種のエンジンの動弁装置は、本願と同一の出願人が過去に出願した特許文献１のようなエンジンの動弁装置が開示されている。この動弁装置におけるカムシャフト位相可変装置１００は、図１２に示すように、吸気側カムシャフト１０１と相対回転可能で軸方向に相対移動不可能な従動部材１０２と、吸気側カムシャフト１０１に回転一体に設けられ、従動部材１０２に対して回転方向及び軸方向に相対変位可能なガイド部材１０３と、従動部材１０２とガイド部材１０３間に配置された遠心ウェイト１０４と、従動部材１０２及びガイド部材１０３を互いに接近する方向に付勢する付勢部材１０５とを有して構成される。

そして、ガイド部材１０３は、遠心ウェイト１０４が遠心力の作用で付勢部材１０５の付勢力に抗して径方向外方へ移動することで、従動部材１０２に対して回転方向及び軸方向に相対変位し、クランクシャフトに対する吸気側カムシャフト１０１の回転方向の位相を相対的に変化させるようにしている。また、このカムシャフト位相可変装置１００は、エンジンの回転数に伴う遠心力に応じて円滑に作動させる必要があるため、作動に関する重要部材であるガイド部材１０３は、吸気側カムシャフト１０１との結合に高精度なスプライン結合が適用されている。このスプライン結合は、ガイド部材１０３の内周面に形成されたスプライン溝１０６Ｂを、吸気側カムシャフト１０１のスプラインキー１０６Ａに結合させて、ガイド部材１０３を吸気側カムシャフト１０１と回転一体で、且つ軸方向に移動可能に構成する。

さらに、特許文献２の内燃機関の可変動弁装置が開示されている。この動弁装置は、カムシャフトに軸方向移動可能に支承される可動部材が、アクチュエータの作動および作動停止を切換制御することで機関弁の作動特性を変化させるようにした内燃機関の可変動弁装置であって、カムシャフト２９にその軸を通過して径方向に貫通するガイド孔６３を設け、連結ピン６５が前記ガイド孔６３に挿通され、可動部材５２の内面に設けられた連結孔６４に前記連結ピン６５を係合させて、前記可動部材５２とカムシャフト２９とを回転一体に構成する技術が記載されている。

特開２０１０−３１８５５号公報特開２０１０−１５６２３９号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載された発明は、スプライン結合を構成するスプラインキー１０６Ａ及びスプライン溝１０６Ｂは、高精度に製造するためには凹凸を極小に形成する必要があるため、ガイド部材１０３及び吸気側カムシャフト１０１を製造するに当たり、製造コストが上昇してしまう。また、特許文献２に記載された発明は、カムシャフト２９に設けられたガイド孔６３に挿通する連結ピン６５は円柱体で可動部材５２の連結孔６４に挿通し端部をリテーナ７３ａで覆って固定され、可動部材５２と連結ピン６５は互いに軸方向に離反する機能は備えられていないので、カムシャフト位相可変装置を高精度に且つ円滑に作動させることができない。

本発明の目的は、上述の事情を考慮してなされたものであり、バルブタイミングの変更に関するカムシャフト位相可変装置の動作特性を高精度に且つ円滑に作動させると共に応答性が良好なエンジンの動弁装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、カムシャフト位相可変装置を簡易な構成で装置の小型化を図り製造コストを低減できると共にエンジンの動弁装置を提供することにある。

本発明は、クランクシャフトと、このクランクシャフトに同期して回転し、エンジンのバルブを開閉させるカムシャフトと、前記クランクシャフトに対する前記カムシャフトの回転方向の位相を相対的に変化させるカムシャフト位相可変装置とを有するエンジンの動弁装置であって、前記カムシャフト位相可変装置は、前記クランクシャフトの回転が伝達され、前記カムシャフトに対して回転方向に相対変位可能で軸方向に相対変位不能な従動部材と、前記カムシャフトと回転一体に設けられ、前記従動部材に対して回転方向及び軸方向に相対変位可能なガイド部材と、前記従動部材の前記ガイド部材と対向する面に形成したガイド溝と、前記ガイド部材の前記従動部材と対向する面に形成したガイド溝との間に保持されて、前記従動部材の回転を前記ガイド部材へ伝達する遠心ウェイトと、前記従動部材及びガイド部材を互いに接近する方向に付勢する付勢部材とを有し、前記カムシャフトには、その軸を通過して径方向に貫通する貫通孔が設けられ、軸端に平面部を備えた突起が形成された係合軸が前記貫通孔に挿通され、前記係合軸は前記カムシャフトの貫通孔内で回転可能に設けられ、前記係合軸は貫通孔への挿通状態で、前記突設された突起が前記ガイド部材の内周面に対向して設けられた平面部を備えた係合溝に前記突起の平面部と前記係合溝の平面部とを面接触させて係合することにより、前記ガイド部材は前記カムシャフトに対して回転一体、摺動自在に構成され、前記遠心ウェイトが遠心力の作用で前記付勢部材の付勢力に抗して前記ガイド溝に案内されて径方向外方へ移動することに伴い前記ガイド部材も、前記カムシャフトの軸方向に沿って前記従動部材から離反する方向に移動することで、前記従動部材に対して回転方向及び軸方向に相対変位し、前記クランクシャフトに対する前記カムシャフトの回転方向の位相を相対的に変化させるように構成されたものである。

本発明によれば、ガイド部材は、遠心ウェイトが遠心力の作用で付勢部材の付勢力に抗してカムシャフトの軸方向に沿って従動部材から離反する方向に移動することで、ガイド部材が従動部材に対して回転方向及び軸方向に相対変位して、クランクシャフトに対するカムシャフトの回転方向の位相を相対的に変化させる。このため、簡単な構造で確実にバルブタイミングを変更でき、バルブタイミングの変更に関し動作特性が安定化して信頼性が向上すると共に、応答性も向上する。

また、カムシャフトの貫通孔に挿通された係合軸がカムシャフトの貫通孔内で回転可能に設けられるので、前記係合軸の軸端の平面部を備えた突起が、ガイド部材の内周面に設けられた平面部を備えた係合溝に係合して、ガイド部材がカムシャフトに回転一体及び摺動自在に構成されたので、スプライン構造と比較して簡易な構成になるため、装置の製造コストを低減できる。

本発明に係るエンジンの動弁装置における一実施形態が適用されたエンジンを搭載する自動二輪車を示す左側面図。図１のエンジンを示す縦断面図。図２におけるエンジンの動弁装置の一部であるカムシャフト位相可変装置の周囲を拡大し、図８のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図。図３のカムシャフト位相可変装置を示す分解斜視図。（Ａ）は図３及び図４の従動部材を示す正面図、（Ｂ）は図５（Ａ）のＶ部の部分拡大図。（Ａ）は図３及び図４のガイド部材を示す正面図、（Ｂ）は図６（Ａ）のＶＩ−ＶＩ線に沿う断面図、（Ｃ）は図６（Ｂ）の模式図。（Ａ）は、図３及び図４の係合軸の係合状態を示す断面図、（Ｂ）は図７（Ａ）の係合軸の変形形態における係合状態を示す断面図。図３のＶＩＩＩ矢視図。図８のＩＸ−ＩＸ線に沿う断面図。図３のカムシャフト位相可変装置におけるエンジン低回転時の遠心ウェイトの位置を示す動作説明図で、（Ａ）は図８のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図、（Ｂ）は従動部材を示す正面図、（Ｃ）はガイド部材を示す正面図。図３のカムシャフト位相可変装置におけるエンジン高回転時の遠心ウェイトの位置を示す動作説明図で、（Ａ）は図８のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図、（Ｂ）は従動部材を示す正面図、（Ｃ）はガイド部材を示す正面図。従来のエンジンの動弁装置におけるカムシャフト位相可変装置の周囲を示す断面図。

以下、本発明を実施するための実施形態を図面に基づき説明する。
図１は、本発明に係るエンジンの動弁装置における一実施形態が適用されたエンジンを搭載する自動二輪車を示す左側面図である。図２は、図１のエンジンを示す縦断面図である。図３は、図２におけるエンジンの動弁装置の一部であるカムシャフト位相可変装置の周囲を拡大して示す断面図である。

図１に示すように、自動二輪車１は車体フレーム２を有し、その前方にヘッドパイプ３が設けられる。ヘッドパイプ３には、図示しないサスペンション機構を内装し、前輪４を回動自在に支持する左右一対のフロントフォーク５やハンドルバー６等から構成されるステアリング機構７が設けられ、ハンドルバー６により前輪４が左右に回動自在に操舵される。

一方、車体フレーム２は、例えばツインチューブ型のもので、ヘッドパイプ３の直後で左右方向に拡開された後、互いに平行に後斜下方に延びる左右一対のタンクレールを兼ねたメインフレーム８と、これらのメインフレーム８の後端部に接続され、略上下方へ向かって延びる左右一対のセンターフレーム９と、これらのセンターフレーム９の後上端から後方に延びる左右一対のシートレール１０とを有して構成される。

メインフレーム８の上方には燃料タンク１１が配置され、シートレール１０の上方には運転シート１２が配置される。また、センターフレーム９の略中央下部にはピボット軸１３が架設され、このピボット軸１３にスイングアーム１４がピボット軸１３廻りにスイング自在に枢着されると共に、このスイングアーム１４の後端に後輪１５が回動自在に軸支される。そして、前輪４と後輪１５間の車体中央下部で、燃料タンク１１下方にエンジン１６が配置される。

さらに、この自動二輪車１は車体の前部が流線形のカウリング１７で覆われており、走行中の空気抵抗低減と、走行風圧からのライダの保護とが図られている。また、車両の進行方向に向かって左側のセンターフレーム９下部にはサイドスタンド１８が設けられる。

図２に示すように、エンジン１６は４サイクル並列四気筒エンジンであり、主にヘッドカバー１９、シリンダヘッド２０、シリンダブロック２１、そしてエンジンケース２２から外形が構成される。このエンジンケース２２は分割式であり、例えば図における上下方向に三分割され、シリンダブロック２１が一体に形成されたアッパーエンジンケース２２Ａと、センターエンジンケース２２Ｂと、ロアーエンジンケース２２Ｃとを有して構成される。

シリンダブロック２１は直立よりやや前傾して配置され、アッパーエンジンケース２２Ａとセンターエンジンケース２２Ｂとの合わせ面内側に軸受部２４がそれぞれ上下に分割して形成される。これらの軸受部２４に、エンジン１６の幅方向に延びるクランクシャフト２５が回転自在に支持される。

クランクシャフト２５には、コンロッド２６の大端部２６Ａが連結され、また、コンロッド２６の小端部２６Ｂにはピストン２７が連結される。そして、シリンダブロック２１内にはピストン２７が、図における略上下方向に摺動自在に収納される。また、シリンダヘッド２０とピストン２７との間の空間には燃焼室２８が形成され、その中央部には外方から点火プラグ２９がねじ結合される。

ピストン２７の往復ストロークはクランクシャフト２５により回転運動に変換され、センターエンジンケース２２Ｂとロアーエンジンケース２２Ｃとによって形成される空間内の図示しないクラッチ機構およびミッション機構を経てドライブチェーン３０（図１参照）を介して駆動輪である後輪１５に伝達される。

上記エンジン１６は、また、シリンダヘッド２０の内部に配設された吸気バルブ３１、排気バルブ３２を開閉駆動する動弁装置３３を備える。この動弁装置３３は、本実施の形態ではＤＯＨＣ（ＤｏｕｂｌｅＯｖｅｒＨｅａｄＣａｍｓｈａｆｔ）型式である。

この動弁装置３３は、カムドライブスプロケット３４を回転一体に備えた前述のクランクシャフト２５と、シリンダヘッド２０及びヘッドカバー１９間に配設されると共に、吸気カム３５が一体に形成され、吸気側カムドリブンスプロケット３６を備える吸気側カムシャフト３７と、シリンダヘッド２０及びヘッドカバー１９間に配設されると共に、排気カム３８が一体に形成され、図示しない排気側カムドリブンスプロケットを回転一体に備えた排気側カムシャフト４０と、カムドライブスプロケット３４と吸気側カムドリブンスプロケット３６及び排気側カムドリブンスプロケット（不図示）とに巻き回されて、クランクシャフト２５の回転駆動力を吸気側カムシャフト３７及び排気側カムシャフト４０へ伝達し、これらのカムシャフト３７及び４０をクランクシャフト２５に同期して回転させるカムチェーン４１と、吸気側カムシャフト３７と吸気側カムドリブンスプロケット３６との間に配設されたカムシャフト位相可変装置４２とを有して構成される。

吸気側カムシャフト３７及び排気側カムシャフト４０は、車両幅方向に延びると共に、それぞれが車両前後方向に離間して平行に配置される。これらの吸気側カムシャフト３７及び排気側カムシャフト４０は、シリンダヘッド２０の軸受部３９と、この軸受部３９に取り付けられたカムハウジング４３により回転自在に軸支される。また、シリンダヘッド２０及びシリンダブロック２１には、車両の進行方向へ向かって右側、即ちサイドスタンド１８とは反対側の端部に、カムチェーン４１を収容するカムチェーン室４４が形成される。

カムチェーン４１が巻き回される排気側カムドリブンスプロケット（不図示）が排気側カムシャフト４０と回転一体に設けられることから、この排気側カムシャフト４０の排気カム３８は、クランクシャフト２５により駆動されて、このクランクシャフト２５と回転方向に同一の位相で回転駆動され、排気バルブ３２を開閉駆動する。

また、吸気側カムシャフト３７と吸気側カムドリブンスプロケット３６との間に設けられた前記カムシャフト位相可変装置４２は、クランクシャフト２５に対する吸気側カムシャフト３７の回転方向の位相を相対的に変化させるものである。従って、吸気側カムシャフト３７の吸気カム３５は、クランクシャフト２５により駆動されて、このクランクシャフト２５と回転方向に同一の位相または異なった位相で回転駆動され、吸気バルブ３１を開閉駆動する。尚、カムチェーン４１は、チェーンガイド（不図示）に案内されると共に、チェーンテンショナ（不図示）によりその緩みが抑制される。

さて、図３に示すカムシャフト位相可変装置４２は、エンジン１６の運転状態に応じて、吸気バルブ３１と排気バルブ３２の少なくとも一方（本実施の形態では吸気バルブ３１）のバルブタイミングを制御して、吸気バルブ３１の開時期と排気バルブ３２の開時期とが重なるバルブオーバーラップを調整するものである。例えば、エンジン１６の高回転時には、バルブオーバーラップを小さく設定して吸気の吹き抜けを防止し、出力及び燃費を向上させると共に、排気中への有害物質の排出を抑制する。また、エンジン１６の低回転時にはバルブオーバーラップを大きく設定して、吸気の慣性を利用して吸気効率を高め、エンジン１６のトルクを向上させる。

このカムシャフト位相可変装置４２は、図３及び図４に示すように、従動部材４５、ガイド部材４６、遠心ウェイト４７、付勢部材４８及びサークリップ４９を有して構成され、これらのサークリップ４９、付勢部材４８、ガイド部材４６、遠心ウェイト４７、従動部材４５が吸気側カムシャフト３７の軸端側から順次配設される。

従動部材４５は、図３及び図５に示すように、外周面に動力受部としての前記吸気側カムドリブンスプロケット３６が形成され、カムチェーン４１を介してクランクシャフト２５の回転が伝達されて駆動され、このクランクシャフト２５に対する回転方向の位相が一定（つまり同一）に設けられる。更にこの従動部材４５は、吸気側カムシャフト３７に対して回転方向に相対変位可能で、軸方向に相対変位不能に設けられる。

また、ガイド部材４６は、図３、図６及び図７（Ａ）に示すように、係合軸６０を介して吸気側カムシャフト３７に回転一体に構成される。つまり、図４にも示すように、吸気側カムシャフト３７には、その軸Ｏを通過して径方向に貫通する貫通孔６１が形成されている。また、前記係合軸６０には両軸端にカムシャフトの軸方向と平行な平面部を備えた突起６２が設けられ、この係合軸６０が吸気側カムシャフト３７の貫通孔６１に挿通される。この挿通状態では、係合軸６０の両突起６２が吸気側カムシャフト３７から突設される。そして、この両突起６２が、ガイド部材４６の内周面に対向して設けられた一対のカムシャフトの軸方向と平行な平面部を備えた係合溝６３のそれぞれに係合される。

このように、吸気側カムシャフト３７の貫通孔６１に挿通された係合軸６０の平面部を備えた突起６２がガイド部材４６の平面部を備えた係合溝６３に面接触係合することで、ガイド部材４６は、吸気側カムシャフト３７と回転一体で、且つ吸気側カムシャフト３７の軸Ｏ方向に摺動自在に設けられる。更に、このガイド部材４６は、従動部材４５に対し回転方向及び軸方向に相対変位可能に設けられる。尚、図７中の二点鎖線は、ガイド部材４６の破断箇所を示す。

遠心ウェイト４７は、図３に示すように、従動部材４５とガイド部材４６のそれぞれのガイド溝５１、５２（後述）間に保持されて、従動部材４５の回転をガイド部材４６へ伝達する。また付勢部材４８は、従動部材４５とガイド部材４６の少なくとも一方（本実施の形態ではガイド部材４６）に、これらの従動部材４５及びガイド部材４６を互いに接近する方向に付勢する付勢力を与える。更に、サークリップ４９は、吸気側カムシャフト３７軸端に取り付けられて付勢部材４８を保持する。

更に詳説すると、従動部材４５は、図３及び図５に示すように、吸気側カムドリブンスプロケット３６の内周側に周壁部５５が形成され、この周壁部５５の内壁面５６にガイド部材４６の外周面が軸方向に摺接可能に設けられる。また、この従動部材４５には、周壁部５５の内側部分でガイド部材４６に対向する面に、放射状のガイド溝５１が複数形成される。このガイド溝５１は、遠心ウェイト４７を案内するものであり、溝深さが一定に形成されると共に、従動部材４５の径方向に対し周方向一方側に角度θ（図５（Ｂ））だけ傾斜して形成される。

ガイド部材４６は、図３及び図６に示すように、従動部材４５と対向する面に放射状のガイド溝５２が複数形成される。このガイド溝５２は、遠心ウェイト４７を案内するものであり、ガイド部材４６の径方向に沿って形成される。また、このガイド溝５２には、ガイド部材４６の径方向外方へ向かうに従って溝深さが浅くなる勾配が設けられると共に、この勾配は、ガイド部材４６の径方向外方へ向かうに従って急峻になるように構成される。つまり、ガイド溝５２の溝深さの勾配は、ガイド部材４６の径方向内側が勾配αであり、外側が勾配β（β＞α）に設定される。勾配αと勾配βは、ガイド溝５２の底部のある一点（図６（Ｂ）の点Ｘ）付近で滑らかに変化するように構成されている。このガイド溝５２の勾配α及びβによって、従動部材４５のガイド溝５１とガイド部材４６のガイド溝５２とは、径方向外側へ向かうに従って互いの溝底部が接近するように構成される。

具体的には、ガイド部材４６のガイド溝５２は、径方向内側の勾配αの平面が径方向外側の勾配βの平面に所要の曲率Ｐの曲面を介して滑らかに連続している。図６（Ｃ）に示すように、ある点Ｘを通る曲面が所要の曲率Ｐで形成される曲面形状となっており、この曲面の両側（径方向内側と径方向外側）が勾配αと勾配βの平面状に構成されている。

図３に示す遠心ウェイト４７は、鋼やタングステンなどのように比重の大きな材料にて構成され、ボール形状に形成される。また、付勢部材４８は、本実施の形態では皿ばねが用いられているが、波板ばね、渦巻ばね（竹の子ばね）等であってもよい。更に、サークリップ４９は、図３及び図８に示すように、吸気側カムシャフト３７の軸端に結合され、付勢部材４８の座面５８を支持して、ガイド部材４６との間で付勢部材４８を保持する。これにより、付勢部材４８の付勢力がガイド部材４６に付与される。

図３及び図９に示すように、吸気側カムシャフト３７には、その軸Ｏ方向に沿って、この軸Ｏを通る中心部分にオイル通路６５が形成されると共に、このオイル通路６５に連通して導入通路６６及び支流通路６７が、吸気側カムシャフト３７の軸Ｏに直交して形成される。導入通路６６は、内側端がオイル通路６５に開口すると共に、外側端が、吸気側カムシャフト３７用の軸受部３９及びカムハウジング４３にリング状に形成されたオイル溝６８に開口する。また、支流通路６７は、内側端がオイル通路６５に開口すると共に、外側端が、吸気側カムシャフト３７の外周面におけるガイド部材４６との摺動面に開口される。

軸受部３９及びカムハウジング４３のオイル溝６８に導入されたエンジンオイルは、矢印Ｍに示すように、オイル溝６８から導入通路６６を経てオイル通路６５内へ流入し、矢印Ｎに示すように、オイル通路６５から支流通路６７を経てカムシャフト位相可変装置４２（特に、ガイド部材４６と吸気側カムシャフト３７との摺動面、並びにガイド溝５１及び５２内の遠心ウェイト４７等）へ供給されて、このカムシャフト位相可変装置４２を潤滑する。その後、エンジンオイルは、図３及び図５（Ａ）に示す従動部材４５のガイド溝５１に形成されたオイル排出孔６９を経て、カムシャフト位相可変装置４２外へ排出される。

このオイル排出孔６９は、従動部材４５に形成された複数のガイド溝５１のうち、従動部材４５の周方向で略等間隔に位置する数個（例えば３個）のガイド溝５１の径方向内側位置に貫通して形成される。また、図９に示すように、吸気側カムシャフト３７の軸Ｏを通る中央部分に形成されたオイル通路６５は、支流通路６７よりも吸気側カムシャフト３７の軸端側で、この吸気側カムシャフト３７の軸Ｏを通過してその径方向に配置された前記係合軸６０によって閉塞される。従って、オイル通路６５は、吸気側カムシャフト３７の軸端側に専用のオイルプラグが不要になる。

このように構成されたカムシャフト位相可変装置４２では、遠心ウェイト４７に遠心力が作用して、この遠心ウェイト４７が従動部材４５、ガイド部材４６のそれぞれのガイド溝５１、５２内を径方向外方へ移動する。これにより、ガイド部材４６は、付勢部材４８の付勢力に抗して、吸気側カムシャフト３７の軸方向に沿って従動部材４５から離反する方向に移動すると共に、従動部材４５のガイド溝５１の傾斜（角度θ）の作用で、従動部材４５に対して回転方向に相対変位する。この結果、クランクシャフト２５に対する吸気側カムシャフト３７の回転方向の位相が相対的に変化して、吸気側カムシャフト３７の吸気カム３５による吸気バルブ３１のバルブタイミングが変更される。

次に、作用を説明する。
図１０に示すように、エンジン１６が低回転域にあるときには、遠心ウェイト４７に作用する遠心力が小さく、この遠心ウェイト４７はガイド部材４６のガイド溝５２の勾配αと付勢部材４８の付勢力との作用で、ガイド溝５１及び５２の径方向内側端の初期位置に留まる。このため、吸気側カムシャフト３７は、吸気側カムドリブンスプロケット３６つまりクランクシャフト２５と回転方向の位相が同一となり、この吸気側カムシャフト３７に一体に形成された吸気カム３５は、組み付け時の位相で吸気バルブ３１を駆動する。これにより、吸気バルブ３１と排気バルブ３２は、バルブオーバーラップの大きな低中速用バルブタイミングとなり、中速トルクが向上する。

図１１に示すように、エンジン１６が高回転域に至ると、遠心ウェイト４７に作用する遠心力が大きくなり、この遠心ウェイト４７は従動部材４５のガイド溝５１とガイド部材４６のガイド溝５２内を径方向外方へ向かって移動する。これにより、ガイド部材４６は、ガイド溝５２の勾配α及びβの作用で、付勢部材４８の付勢力に抗して、吸気側カムシャフト３７の軸方向外方側（矢印Ａ方向）へ移動する。このとき、従動部材４５のガイド溝５１には径方向に対して周方向一方側に角度θ（図５）の傾斜が設けられているので、ガイド部材４６は、ガイド溝５１の傾斜方向（図１１（Ｂ）及び（Ｃ）の矢印Ｂ方向）に従動部材４５に対して上記角度θだけ相対回転する。なお、図１１（Ｂ）及び（Ｃ）の矢印Ｂ方向の反対方向が、吸気側カムシャフト３７の回転方向Ｒである。

これにより、吸気側カムシャフト３７は、ガイド部材４６との平面部を備えた係合軸６０及び平面部を備えた係合溝６３による面接触結合の作用で、クランクシャフト２５に対して回転方向の位相が変化する。このときの吸気側カムシャフト３７の位相の変化は、吸気側カムシャフト３７の回転方向Ｒの反対方向（遅角側）である。従って、この吸気側カムシャフト３７に一体に形成された吸気カム３５は、組み付け時の位相よりも遅角側へ変化した位相で吸気バルブ３１を駆動する。この結果、吸気バルブ３１と排気バルブ３２は、バルブオーバーラップが小さな高速用バルブタイミングとなり、エンジン１６の出力及び燃費が向上し、有害物質の排出が抑制される。

エンジン１６の回転数が低下すると、遠心ウェイト４７に作用する遠心力が小さくなるため、遠心力によってガイド部材４６を矢印Ａ方向に移動させる力よりも付勢部材４８による付勢力の方が勝り、付勢部材４８の付勢力の作用でガイド部材４６が従動部材４５側へ移動し、遠心ウェイト４７がガイド溝５１及び５２の径方向内側へ移動して、ガイド部材４６及び遠心ウェイト４７は、やがて図１０に示す原位置に復帰する。遠心ウェイト４７の原位置への復帰に伴い、ガイド部材４６は、従動部材４５に対して進角側（図１１（Ｂ）及び（Ｃ）の矢印Ｂ方向の反対方向）に相対回転し、係合軸６０及び係合溝６３の作用で、吸気側カムシャフト３７はクランクシャフト２５に対して進角側へ位相を変化させる。この結果、吸気バルブ３１と排気バルブ３２は、バルブオーバーラップが大きな低中速用バルブタイミングとなり、前述のごとく中速トルクが向上する。

以上のように構成されたことから、本実施の形態によれば、次の効果（１）〜（８）を奏する。
（１）カムシャフト位相可変装置４２は、図３に示すように、遠心ウェイト４７が遠心力の作用で付勢部材４８の付勢力に抗して移動することで、ガイド部材４６が従動部材４５に対して回転方向に変位して、クランクシャフト２５に対する吸気側カムシャフト３７の回転方向の位相を相対的に変化させる。このため、簡単な構造で確実に吸気バルブ３１のバルブタイミングを変更でき、バルブタイミングの変更に関し動作特性が安定化して信頼性が向上すると共に、応答性も向上する。

（２）ガイド部材４６を従動部材４５に対して相対回転させることで、クランクシャフト２５に対する吸気側カムシャフト３７の回転方向の位相を相対的に変化させる構造であり、吸気側カムシャフト３７を軸方向にスライドさせる構造ではないので、シリンダヘッド２０周りを含めた動弁装置３３ひいてはエンジン１６の小型化を実現できる。

（３）吸気側カムシャフト３７の貫通孔６１に挿通された係合軸６０の両軸端の平面部を備えた突起６２が、ガイド部材４６の内周面に形成された平面部を備えた係合溝６３に係合して、ガイド部材４６が吸気側カムシャフト３７に回転一体に構成されている。このため、吸気側カムシャフト３７とガイド部材４６とをスプライン結合させる場合と比較して、吸気側カムシャフト３７とガイド部材４６との結合が簡易な構成になるため、カムシャフト位相可変装置４２（ひいては動弁装置３３）の製造コストを低減できる。

（４）係合軸６０が吸気側カムシャフト３７の貫通孔６１内で回転可能であるため、図３及び図４に示すように、係合軸６０の両軸端の平面部を備えた突起６２とガイド部材４６の平面部を備えた係合溝６３とを常に面接触させることができ、これらの突起６２と係合溝６３との間の接触面圧を安定化できる。また、係合軸６０が吸気側カムシャフト３７とは別部材にて構成されるので、この係合軸６０を耐磨耗性に優れた材料で構成できる。これらの結果、吸気側カムシャフト３７とガイド部材４６との結合部分の耐磨耗性及び摺動性を向上させることができる。

（５）係合軸６０は、吸気側カムシャフト３７の軸Ｏを通過し、係合軸６０の両軸端に設けられた突起６２をガイド部材４６の係合溝６３に係合させる。このため、係合軸６０の両突起６２は、図７（Ａ）に示すように、吸気側カムシャフト３７の回転に伴いその回転方向Ｒに同じ角度だけ、吸気側カムシャフト３７の軸Ｏに対称に傾倒する。この結果、係合軸６０の両突起６２は、ガイド部材４６の係合溝６３に対して同時に且つ同一の応力をガイド部材４６へ伝達させることになるので、カムシャフト位相可変装置４２を高精度に且つ円滑に作動させることができる。

（６）従来の図１２に示すカムシャフト位相可変装置１００のように、ガイド部材１０３と吸気側カムシャフト１０１とをスプラインキー１０６Ａ及びスプライン溝１０６Ｂによりスプライン結合し、且つオイル通路１０８の軸端をオイルプラグとして機能するボルト１０７により閉塞する構造と比較すると、本実施形態では次の利点がある。つまり、図３に示すように、係合軸６０を用いて、ガイド部材４６と吸気側カムシャフト３７とを結合させ、且つオイル通路６５を閉塞するので、このオイル通路６５を閉塞するためのオイルプラグが不要になり、簡素な構造のカムシャフト位相可変装置４２及び動弁装置３３を実現できる。

（７）従来のカムシャフト位相金装置１００におけるオイル通路１０８の閉塞は、吸気側カムシャフト１０１の軸端に、オイルプラグとして機能するボルト１０７が螺装されていたが、この構造では、ボルト１０７が緩みシール性が低下することを防止するために、ボルト１０７の軸長を長く設定して、吸気側カムシャフト１０１に螺装させる必要がある。このため、オイル通路１０８に連通してカムシャフト位相可変装置１００へエンジンオイルを導く支流通路１０９は、ボルト１０７の径方向外側に設けること以外できず、カムシャフト位相可変装置１００へ供給するエンジンオイル量が不足する恐れがある。

これに対し、本実施形態のカムシャフト位相可変装置４２では、図３に示すように、係合軸６０が吸気側カムシャフト３７の径方向に挿通されて、この吸気側カムシャフト３７に設けられたオイル通路６５を閉塞するので、吸気側カムシャフト３７の軸Ｏの中心部分にオイル通路６５を形成するに十分なスペースを確保できる。従って、このスペースにオイル通路６５を形成することで、カムシャフト位相可変装置４２に十分な量のエンジンオイルを供給できる。

（８）吸気側カムシャフト３７のオイル通路６５から支流通路６７（図３、図９）を経てカムシャフト位相可変装置４２内へ導入されたエンジンオイルは、カムシャフト位相可変装置４２の従動部材４５のガイド溝５１に貫通して形成されたオイル排出孔６９を経て外部へ排出される。このオイル排出孔６９がガイド溝５１における内径側に形成されたので、従動部材４５のガイド溝５１とガイド部材４６のガイド溝５２との間に支流通路６７を経て導入されたエンジンオイルを、遠心ウェイト４７に油圧が作用する前に排出できる。この結果、支流通路６７を経てガイド溝５１、５２間に導入されたエンジンオイルの油圧が遠心ウェイト４７に作用することで生ずるカムシャフト位相可変装置４２の作動特性の変化を未然に防止できる。しかも、このエンジンオイルによって遠心ウェイト４７を、ガイド溝５１、５２間のいずれの位置にあっても良好に潤滑できる。

以上、本発明を上記実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々変形することができる。例えば、排気側カムシャフト４０に、カムシャフト位相可変装置４２と同様なカムシャフト位相可変装置を設置し、エンジン高回転時に排気側カムシャフト４０の回転方向の位相をクランクシャフト２５に対し進角側に変化させて、吸気バルブ３１と排気バルブ３２のバルブタイミングを、バルブオーバーラップの小さな高速用バルブタイミングに変更するように構成してもよい。

また、これらの吸気側カムシャフト３７と排気側カムシャフト４０の両者にカムシャフト位相可変装置を設置して、エンジン高回転時に吸気バルブ３１と排気バルブ３２のバルブタイミングを、バルブオーバーラップの小さな高速用バルブタイミングに変更するように構成してもよい。

更に、図７（Ｂ）に示すように、カムシャフト位相可変装置４２のガイド部材４６から吸気側カムシャフト３７へ伝達される伝達動力が小さな場合には、係合軸６０の一軸端のみに突起６２を設けてもよい。

１６エンジン
２５クランクシャフト
３１吸気バルブ
３２排気バルブ
３３動弁装置
３５吸気カム
３７吸気側カムシャフト
４２カムシャフト位相可変装置
４５従動部材
４６ガイド部材
４７遠心ウェイト
４８付勢部材
５１、５２ガイド溝
６０係合軸
６１貫通孔
６２突起
６３係合溝
６５オイル通路
６７支流通路
Ｏ軸

Claims

クランクシャフトと、
このクランクシャフトに同期して回転し、エンジンのバルブを開閉させるカムシャフトと、
前記クランクシャフトに対する前記カムシャフトの回転方向の位相を相対的に変化させるカムシャフト位相可変装置とを有するエンジンの動弁装置であって、
前記カムシャフト位相可変装置は、
前記クランクシャフトの回転が伝達され、前記カムシャフトに対して回転方向に相対変位可能で軸方向に相対変位不能な従動部材と、
前記カムシャフトと回転一体に設けられ、前記従動部材に対して回転方向及び軸方向に相対変位可能なガイド部材と、
前記従動部材の前記ガイド部材と対向する面に形成したガイド溝と、前記ガイド部材の前記従動部材と対向する面に形成したガイド溝との間に保持されて、前記従動部材の回転を前記ガイド部材へ伝達する遠心ウェイトと、
前記従動部材及びガイド部材を互いに接近する方向に付勢する付勢部材とを有し、
前記カムシャフトには、その軸を通過して径方向に貫通する貫通孔が設けられ、軸端に平面部を備えた突起が形成された係合軸が前記貫通孔に挿通され、前記係合軸は前記カムシャフトの貫通孔内で回転可能に設けられ、前記係合軸は貫通孔への挿通状態で、前記突設された突起が前記ガイド部材の内周面に対向して設けられた平面部を備えた係合溝に前記突起の平面部と前記係合溝の平面部とを面接触させて係合することにより、前記ガイド部材は前記カムシャフトに対して回転一体、摺動自在に構成され、
前記遠心ウェイトが遠心力の作用で前記付勢部材の付勢力に抗して前記ガイド溝に案内されて径方向外方へ移動することに伴い前記ガイド部材も、前記カムシャフトの軸方向に沿って前記従動部材から離反する方向に移動することで、前記従動部材に対して回転方向及び軸方向に相対変位し、前記クランクシャフトに対する前記カムシャフトの回転方向の位相を相対的に変化させるように構成されたエンジンの動弁装置。