JP2010031855A - エンジンの動弁装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バルブタイミングの変更に関し動作特性が安定化し、且つ応答性が良好で、装置の大型化及び製造コストの上昇を回避できること。
【解決手段】動弁装置のカムシャフト位相可変装置４２は、クランクシャフトの回転が伝達され、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な従動部材４５と、吸気側カムシャフトと回転一体に設けられ、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４６と、従動部材とガイド部材間に配設された遠心ウェイト４７と、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４８とを有し、ガイド部材４６は、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、従動部材４５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。
【選択図】 図３

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。

一般に、エンジンには吸、排気バルブを、クランクシャフトの回転と同期したタイミング（即ち、クランクシャフトと回転方向の位相が同一のタイミング）で開閉させる動弁装置が設置されている。しかしながら、このような動弁装置を備えたエンジンでは、吸気バルブ及び排気バルブの最適なバルブタイミングが、エンジンの運転状態（例えばエンジン回転数やエンジン負荷）などによって変化することが知られている。そこで、近年、エンジンの運転状態などに応じて吸気バルブ、排気バルブのバルブタイミングを変化させるバルブタイミング可変装置を備えた動弁装置を有するエンジンが提案されている。

上述のバルブタイミング可変装置は、そのほとんどが高圧の作動油を用いるものであり、例えば特許文献１に記載のように、カムシャフトに油路が形成されている。この特許文献１の可変バルブタイミング制御装置では、作動油圧を制御する油圧制御弁を廃止し、カムシャフトに配置されたシャッタバルブを、当該カムシャフトの回転時に生ずる遠心力の作用で作動させて上記油路を開閉し、カムシャフトのクランクシャフトに対する回転方向の位相を変化させて、吸気バルブのバルブタイミングを変更している。

また、機械式のバルブタイミング可変装置も提案されている。このような機械式のバルブタイミング可変装置は、油圧式の場合よりも応答性が優れ、また、オイルポンプが不要なためメカニカルロスを低減でき、更に、作動油の油温や粘度による動作特性の不安定を解消できる等の利点がある。

例えば、特許文献２のバルブタイミング可変制御装置では、カムシャフトが高回転すると端部が拡開するウェイト部を設け、このウェイト部の拡開端部の反対側に爪部を設け、この爪部がカムシャフトの凹部に係止することで、このカムシャフトを軸方向にスライドさせる。カムシャフトには軸方向に２つのカムプロフィールが設けられているので、これらのカムプロフィールが選択されることで吸気バルブ、排気バルブのバルブタイミングが変更される。

また、特許文献３のバルブタイミング制御装置では、カムシャフトが高回転するときに低速用カムシャフトに作用する遠心力によって低速用ウェイトが開いて低速ロックピンが引き抜かれ、ドリブンスプロケット（クランクシャフト）に対してカムシャフトが相対回転した後、高速用ウェイトが開いて高速ロックピンがカムシャフトに挿入され、当該カムシャフトが高速用位相に変更され、これにより吸気バルブのバルブタイミングが変更される。

特開平６−１８５３１６号公報 実開昭６２−１５６１０８号公報 特開２００６−１７０１１７号公報

ところが、特許文献１を含めた油圧式のバルブタイミング可変装置では、作動油の温度や粘度によって動作特性が不安定になり、また、オイルポンプの駆動により油圧を生じさせて動作させるため応答性が低く、更に、カムシャフトに油路が形成されるためカムシャフトが大型化したり、高精度な油路が必要となることから製造コストが上昇してしまう。

また、特許文献２のバルブタイミング可変制御装置では、カムシャフトが軸方向にスライドする方式であるため、このカムシャフトを収容するシリンダヘッド周りの寸法が大きくなり、エンジンの小型化の妨げとなる。

更に、特許文献３のバルブタイミング制御装置では、バルブスプリングの付勢力が吸気カムに作用することで、カムシャフトがドリブンスプロケット（クランクシャフト）に対して相対回転する構成であり、ドリブンスプロケットに対するカムシャフトの相対回転の禁止／許容を切り替えるだけであって、これらに積極的に相対回転を生じさせるものではない。従って、バルブタイミングが能動的に変更されるものではないので、バルブタイミングの切り換えに際し応答遅れが生じやすい。

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し動作特性が安定化し、且つ応答性が良好であると共に、装置の大型化及び製造コストの上昇を回避できる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、上述の事情を考慮してなされたものであり、カムシャフト位相可変装置の作動時（バルブタイミング変更時）における摺動抵抗等のメカニカルロスを低減して、同装置の作動性を向上させることができるエンジンの動弁装置を提供することにある。

本発明に係るエンジンの動弁装置は、請求項１に記載したように、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、前記従動部材とガイド部材間に配設された遠心ウェイトと、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、前記ガイド部材は、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ことを特徴とするものである。

また、本発明に係るエンジンの動弁装置は、請求項９に記載したように、クランクシャフトと、このクランクシャフトにより駆動されてエンジンのバルブを開閉するカムを備えたカムシャフトと、このカムシャフトに設けられ、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において、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により駆動されて、このクランクシャフトに対する回転方向の位相が一定に設けられた従動部材と、前記カムシャフトと一体に回転すると共に、前記従動部材に対して相対回転可能に設けられたガイド部材と、前記従動部材及びガイド部材の相互に対向する面にそれぞれ形成された放射状のガイド溝間に保持されて、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、前記従動部材とガイド部材の少なくとも一方に、これらの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力を与える付勢部材とを有し、前記従動部材とガイド部材のガイド溝は、径方向外方に向かうに従って互いのガイド溝の底部が近づくように形成されると共に、少なくとも一方のガイド溝が径方向に対して周方向一方側に傾斜して形成され、前記遠心ウェイトに遠心力が作用してこの遠心ウェイトが前記ガイド溝内を径方向外方へ移動することにより、前記ガイド部材が、前記付勢部材の付勢力に抗して軸方向に移動すると共に前記従動部材に対して回転方向に相対変位して、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ことを特徴とするものである。

本発明によれば、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、ガイド部材を従動部材に対して相対回転させることで、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構造であり、カムシャフトを軸方向にスライドさせる構造ではないので、シリンダヘッド周りを含めた装置の小型化を実現できる。更に、作動油を一切用いない機械式のカムシャフト位相可変装置であるため、カムシャフトに油室や油路を形成するスペースが不要となり、カムシャフトの大型化に伴う装置の大型化を回避できると共に、油路形成などの機械加工を省略できるので製造コストの上昇を回避できる。

また、クランクシャフトの動力が伝達される従動部材がカムシャフトの軸方向に移動せず、クランクシャフトの動力が直接伝達されないガイド部材がカムシャフトの軸方向に移動してバルブタイミングを変更するので、カムシャフト位相可変装置の作動時に摺動抵抗等のメカニカルロスを低減でき、この結果、カムシャフト位相可変装置の作動性が向上して、高精度な制御を実現できる。

本発明に係るエンジンの動弁装置における一実施の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て示す断面図。 （Ａ）は図３の従動部材を示す正面図、（Ｂ）は図４（Ａ）のＩＶ部の部分拡大図。 （Ａ）は図３のガイド部材を示す正面図、（Ｂ）は図５（Ａ）のＶ−Ｖ線に沿う断面図、（Ｃ）は図４（Ｂ）の模式図。 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。 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。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、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の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とから構成される。

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とから構成される。

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（Ｄｏｕｂｌｅ ＯｖｅｒＨｅａｄ Ｃａｍｓｈａｆｔ）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の図示しない軸受部と、この軸受部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、トルク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の出力を向上させる。

このカムシャフト位相可変装置４２は、従動部材４５、ガイド部材４６、遠心ウェイト４７、付勢部材４８及び筒状部材４９を有して構成され、これらの筒状部材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４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及び図５に示すように、その内周全面に形成されたスプライン溝５０Ｂが、吸気側カムシャフト３７のスプラインキー５０Ａにスプライン結合され、これにより吸気側カムシャフト３７と回転一体で軸方向にスライド自在に設けられる。スプラインキー５０Ａは、吸気側カムシャフト３７の外周面にその軸方向に延在して形成される。更にこのガイド部材４６は、従動部材４５に対して回転方向及び軸方向に相対変位可能に設けられる。

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。更に筒状部材４９は、吸気側カムシャフト３７の軸端に取り付けられて、保持部５３及びストッパ部５４を備える。

更に詳説すると、従動部材４５は、図３及び図４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４（Ｂ））だけ傾斜して形成される。

ガイド部材４６は、図３及び図５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５（Ｂ）の点Ｘ）付近を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Ｒの曲面を介して滑らかに連続している。図５（Ｃ）に示すように、ある点Ｘを通る曲面が所要の曲率Ｒ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。

筒状部材４９は、ボルト５７を用いて吸気側カムシャフト３７の軸端に結合され、この吸気側カムシャフト３７から離れる外方側にストッパ部５４、保持部５３が順次設けられる。保持部５３は、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。また、ストッパ部５４は、スプラインキー５０Ａに沿って移動するガイド部材４６を当接可能とする。このストッパ部５４によってガイド部材４６の摺動範囲が規定される。

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６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７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４）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７（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７（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とのスプライン結合（スプラインキー５０Ａ、スプライン溝５０Ｂ）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６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７（Ｂ）及び（Ｃ）の矢印Ｂ方向の反対方向）に相対回転し、スプライン結合の作用で、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）〜（１３）を奏する。

（１）カムシャフト位相可変装置４２は、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）作動油を一切用いない機械式のカムシャフト位相可変装置４２であるため、吸気側カムシャフト３７に油室や油路を形成するスペースが不要となり、この吸気側カムシャフト３７の大型化に伴う動弁装置３３ひいてはエンジン１６の大型化を回避できる。更に、油路形成などの機械加工を省略できるので、製造コストの上昇を回避できる。

（４）クランクシャフト２５の動力が直接伝達される従動部材４５が吸気側カムシャフト３７の軸方向に移動せず、クランクシャフト２５の動力が直接伝達されないガイド部材４６が吸気側カムシャフト３７の軸方向に移動して、吸気バルブ３１のバルブタイミングを変更する。吸気バルブ３１のバルブタイミングを変更するために上記従動部材４５を吸気側カムシャフト３７の軸方向に移動させると、この従動部材４５においてクランクシャフト２５の動力が直接伝達される箇所に傾きが生じて、メカニカルロスが大きく発生してしまう。これに対し、本実施の形態では、クランクシャフト２５の動力が直接伝達されないガイド部材４６が吸気側カムシャフト３７の軸方向に移動することに加え、このガイド部材４６の内周全面が吸気側カムシャフト３７とスプライン結合（スプラインキー５０Ａ、スプライン溝５０Ｂ）されることから、カムシャフト位相可変装置４２の作動時（バルブタイミング変更時）に上述の傾きが生じ難くなってメカニカルロスを低減でき、この結果、カムシャフト位相可変装置４２の作動性が向上して、高精度な制御を実現できる。

（５）カムシャフト位相可変装置４２の従動部材４５が吸気側カムシャフト３７の軸方向に移動しない構成であることから、クランクシャフト２５の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へ伝達する方式として、クランクシャフト２５に設けられたカムドライブスプロケット３４と、吸気側カムシャフト３７に設けられた吸気側カムドリブンスプロケット３６と、排気側カムシャフト４０に設けられた排気側カムドリブンスプロケット（不図示）とにカムチェーン４１を巻き回して動力を伝達するカムチェーン方式を採用できる。このため、動力伝達方式としてギアトレイン方式を用いる場合に比べ、カムシャフト位相可変装置４２の軽量化を達成できる共に、メカニカルロスの低減も実現できる。

（６）カムシャフト位相可変装置４２では、吸気側カムシャフト３７の軸端側から付勢部材４８、ガイド部材４６、遠心ウェイト４７及び従動部材４５が順次配設されている。このうちの従動部材４５にカムチェーン４１を介してクランクシャフト２５の動力が伝達されるが、この従動部材４５が吸気側カムシャフト３７の軸方向内方側に配置されることで、従動部材４５の吸気側カムドリブンスプロケット３６及びカムチェーン４１等を含む動力伝達系をエンジン１６の中心に寄せて配設できる。このため、上記動力伝達系がエンジン１６の外方へ膨出することを防止でき、エンジン１６の小型化を実現できると共に、このエンジン１６の重量をエンジン１６の中心側に集中させることができる。

（７）従動部材４５、ガイド部材４６のそれぞれに放射状に形成されたガイド溝５１、５２は、径方向外方へ向かうに従って互いのガイド溝底部が近づくように形成されると共に、ガイド部材４６のガイド溝５２が径方向に形成され、従動部材４５のガイド溝５１が径方向に対して周方向一方側に傾斜（角度θ）して形成されている。そして、これらのガイド溝５１、５２間に保持される遠心ウェイト４７が遠心力の作用で移動することで、ガイド部材４６の相対回転を介して、吸気側カムシャフト３７の回転方向の位相をクランクシャフト２５に対して相対的に変化させている。

このため、吸気側カムシャフト３７の回転方向の位相をクランクシャフト２５に対して相対的に変化させるために、ガイド部材４６と吸気側カムシャフト３７との係合部に送りねじ機構（後述）を設ける場合に比べて構造を簡素化でき、従って、信頼性及び耐久性を向上させることができる。

（８）従動部材４５の外周に動力受部として吸気側カムドリブンスプロケット３６が形成されたので、この吸気側カムドリブンスプロケット３６の内周側に、遠心ウェイト４７の最大位置を位置決めするための周壁部５５を形成できる。仮に、ガイド部材４６に周壁部を形成すると、遠心ウェイト４７のストロークを確保する必要上、ガイド部材４６自体が径方向に大型化する。更に、このガイド部材４６には従動部材４５が外嵌されるため、従動部材４５の外形寸法が大きくなり、カムシャフト位相可変装置４２が大型化してしまう。これに対し、従動部材４５に周壁部５５を形成することで、ガイド部材４６側に周壁部を形成する場合に比べて従動部材４５の外形寸法を抑制でき、カムシャフト位相可変装置４２を小型化できる。

（９）従動部材４５の周壁部５５の内壁面５６に沿ってガイド部材４６が摺動するので、この従動部材４５のガイド溝５１とガイド部材４６のガイド溝５２との間に異物の侵入を防止でき、遠心ウェイト４７の摺動抵抗の増大を回避できる。その結果、吸気バルブ３１のバルブタイミング切替特性の変化や、カムシャフト位相可変装置４２の性能劣化を未然に防止できる。

（１０）従動部材４５には、遠心ウェイト４７の受部となる周壁部５５が形成されており、この周壁部５５の軸方向寸法は、遠心ウェイト４７の径よりも長尺に形成する必要がある。従って、仮に従動部材４５のガイド溝５１に勾配α、βを設けると、その分だけ従動部材４５の軸方向寸法が増大することになり、カムシャフト位相可変装置４２が大型化してしまう。これに対し、ガイド部材４６のガイド溝５２に勾配α、βが設けられたことで、従動部材４５の軸方向寸法の増大を防止でき、カムシャフト位相可変装置４２を小型化できる。

（１１）エンジン１６の高回転時における吸気バルブ３１のバルブタイミングは、吸気側カムシャフト３７（つまり吸気カム３５）の位相をエンジン１６の低回転時に比べて遅角側へ変化させて得られる。従って、エンジン高回転時のバルブタイミングからエンジン低回転時のバルブタイミングへ復帰させる際には吸気側カムシャフト３７を進角側へ位相変化させることとなり、吸気側カムシャフト３７を回転方向の慣性力に抗して増速させる必要がある。このためには、遠心ウェイト４７をガイド溝５１及び５２内で従動部材４５及びガイド部材４６の径方向内側へ速く押し戻さなければならない。

本実施の形態のごとく、ガイド部材４６のガイド溝５２の溝底部の勾配が、ガイド部材４６の径方向外側へ向かうに従って急峻になるように構成されたので（勾配α＜勾配β）、遠心ウェイト４７の上述の戻りを速くすることができる。また、付勢部材４８の付勢力が作用するガイド部材４６に、径方向外方へ向かって溝深さが浅くなる勾配を有するガイド溝５２が形成されているので、付勢部材４８の付勢力が強く作用して遠心ウェイト４７の上述の戻りを更に速くすることができる。

（１２）吸気側カムシャフト３７の一端部に筒状部材４９がボルト５７にて結合され、この筒状部材４９の保持部５３とガイド部材４６との間に付勢部材４８が介在されたので、ヘッドカバー１９を取り外し、筒状部材４９を取り外すだけで付勢部材４８を交換できる。この結果、イニシャル荷重の異なる付勢部材４８に交換することで、吸気バルブ３１のバルブタイミング切替特性を容易に変更できる。

（１３）筒状部材４９に形成されたストッパ部５４によりガイド部材４６の摺動範囲が規定されるので、遠心ウェイト４７が、従動部材４５のガイド溝５１とガイド部材４６のガイド溝５２との間でガタツクことを防止できる。更に、遠心ウェイト４７がガイド溝５１やガイド溝５２から飛び出して、従動部材４５とガイド部材４６との間に噛み込まれることを防止でき、これにより、カムシャフト位相可変装置４２のロック（動作不良）を回避できる。

以上、本発明を上記実施の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い。

例えば、従動部材４５のガイド溝５１が、径方向に対して周方向一方側に角度θで傾斜して形成されず、径方向に平行に形成され、且つガイド部材４６の内周面と吸気側カムシャフト３７とがスプライン結合されず、これらの両者間に送りねじ機構が設けられた構成でもよい。この場合、従動部材４５の周壁部５５の内壁面５６とガイド部材４６の外周面との間にセレーションなどが設けられて、従動部材４５とガイド部材４６とが相対回転不能に構成される。従って、この構成によれば、遠心ウェイト４７が遠心力の作用でガイド溝５１、５２間を径方向外方へ移動すると、ガイド部材４６が付勢力４８の付勢力に抗して吸気側カムシャフト３７の軸方向に移動し、このとき送りねじ機構の作用で、吸気側カムシャフト３７が従動部材４５及びガイド部材４６に対して相対回転する。これにより、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、吸気バルブ３１のバルブタイミングが変更されるようにしてもよい。

また、従動部材４５のガイド溝５１に、溝深さの勾配α及びβを設け、ガイド部材４６のガイド溝５２を角度θだけ傾斜して形成してもよい。または、ガイド溝５１とガイド溝５２のいずれか一方に、溝深さの勾配α及びβを設け、且つ角度θの傾斜を設けてもよい。更に、従動部材４５に形成された動力受部はスプロケットに限らず、ベルトプーリまたはギアであってもよい。

更に、上述の実施の形態では、吸気側カムシャフト３７にカムシャフト位相可変装置４２が設置されて、エンジン高回転時に吸気側カムシャフト３７の回転方向の位相をクランクシャフト２５に対し遅角側に変化させ、吸気バルブ３１と排気バルブ３２と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ものを述べた。これに対し、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。

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
３６ 吸気側カムドリブンスプロケット
３７ 吸気側カムシャフト
４０ 排気側カムシャフト
４１ カムチェーン
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
４９ 筒状部材
５０Ａ スプラインキー
５０Ｂ スプライン溝
５１、５２ ガイド溝
５３ 保持部
５５ 周壁部
５６ 内壁面

Claims (9)

1. 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、
   前記従動部材とガイド部材間に配設された遠心ウェイトと、
   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、
   前記ガイド部材は、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ことを特徴とするエンジンの動弁装置。
2. 前記従動部材及びガイド部材は、相互に対向する面に放射状のガイド溝をそれぞれ備え、
   これらのガイド溝は、径方向外方に向かうに従って互いのガイド溝の底部が近づくように形成されると共に、一方の前記ガイド溝が径方向に形成され、他方の前記ガイド溝が径方向に対して周方向一方側に傾斜して形成されたことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの動弁装置。
3. 前記従動部材は、その外周面に形成された動力受部と、この動力受部の内周側に形成された周壁部とを備え、この周壁部の壁面に沿ってガイド部材の外周面が摺接可能に構成されたことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの動弁装置。
4. 前記従動部材のガイド溝は一定の溝深さに形成されると共に、前記ガイド部材のガイド溝は、径方向外方へ向かうに従って溝深さが浅くなる勾配を有して形成されたことを特徴とする請求項２に記載のエンジンの動弁装置。
5. 前記ガイド部材のガイド溝は、径方向外方に向かうに従って溝底部の勾配が急峻になるように構成されたことを特徴とする請求項４に記載のエンジンの動弁装置。
6. 前記従動部材の動力受部は、その外周部にカムチェーンが巻き回されるカムドリブンスプロケットであることを特徴とする請求項３に記載のエンジンの動弁装置。
7. 前記カムシャフト位相可変装置は、カムシャフトの軸端から付勢部材、ガイド部材、遠心ウェイト及び従動部材が順次配設されたことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの動弁装置。
8. 前記カムシャフト位相可変装置は、カムシャフトの軸端に取り付けられる筒状部材を備え、この筒状部材には、ガイド部材との間で付勢部材を保持する保持部が設けられたことを特徴とする請求項７に記載のエンジンの動弁装置。
9. クランクシャフトと、
   このクランクシャフトにより駆動されてエンジンのバルブを開閉するカムを備えたカムシャフトと、
   このカムシャフトに設けられ、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において、
   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により駆動されて、このクランクシャフトに対する回転方向の位相が一定に設けられた従動部材と、
   前記カムシャフトと一体に回転すると共に、前記従動部材に対して相対回転可能に設けられたガイド部材と、
   前記従動部材及びガイド部材の相互に対向する面にそれぞれ形成された放射状のガイド溝間に保持されて、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、
   前記従動部材とガイド部材の少なくとも一方に、これらの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力を与える付勢部材とを有し、
   前記従動部材とガイド部材のガイド溝は、径方向外方に向かうに従って互いのガイド溝の底部が近づくように形成されると共に、少なくとも一方のガイド溝が径方向に対して周方向一方側に傾斜して形成され、
   前記遠心ウェイトに遠心力が作用してこの遠心ウェイトが前記ガイド溝内を径方向外方へ移動することにより、前記ガイド部材が、前記付勢部材の付勢力に抗して軸方向に移動すると共に前記従動部材に対して回転方向に相対変位して、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ことを特徴とするエンジンの動弁装置。

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