JP3740834B2 - 可変バルブタイミング装置付エンジン - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カム軸に対するスプロケットやタイミングプーリ等の回転位相を変えて、バルブの開閉タイミングを変更するようにした可変バルブタイミング装置（以下、ＶＶＴという）付エンジンに関し、特に、該ＶＶＴに作動液を供給する液圧経路の構成の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、この種のＶＶＴ付エンジンとして、例えば、特開平９−２５０３１０号公報に開示されるように、エンジンの吸気側のカム軸の一端部に油圧アクチュエータを設け、この油圧アクチュエータによりタイミングプーリとカム軸とを相対的に回動させるようにしたものが知られている。このものでは、油圧アクチュエータの油圧室に対し作動油圧を供給する経路として、一端がカム軸の一端面に開口する一方、他端がＶＶＴに最も近いいわゆる１番ジャーナルのジャーナル面に開口する一対の油路を形成するとともに、上記１番ジャーナルの軸受部の軸受面に、上記一対の油路に個別に連通するように全周に亘って開口する一対の開口溝を形成し、この開口溝から上記一対の油路を介して油圧アクチュエータの油圧室に作動油圧を供給するようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来のＶＶＴ付エンジンでは、１番ジャーナルの潤滑のためにジャーナル面と軸受面との間に漏れる僅かな作動油を利用しているが、カム軸の端部にかなり重量のあるＶＶＴを片持ち支持しているので、カム軸が微視的には上下方向に撓み易い。そして、カム軸の撓みによって上記１番ジャーナルにおけるカム軸と軸受部との間のクリアランスが増大すると、作動油の漏れ量が多くなって作動油圧が低下し、ＶＶＴの作動応答性を十分に確保できなくなるという不具合が生じる。
【０００４】
特に、吸気バルブと排気バルブとの間のバルブ挟み角が狭く設定された狭角型のエンジンでは、バルブを開閉作動させる際にカム軸へ作用するバルブ反力によりカム軸が下方から突き上げられることから、上記の不具合が著しい。
【０００５】
本発明は斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ＶＶＴに対し作動油圧を供給する油圧経路の構成に工夫を凝らし、作動油圧の低下を防止して、ＶＶＴの高い作動応答性を確保することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の解決手段では、バルブタイミング可変手段に最も近い端部側軸受部の軸受面に形成する液圧経路の開口溝を、カム軸が撓んでも軸受面との間のクリアランスが広がらない位置に配置した。
【０００７】
具体的には、請求項１記載の発明では、シリンダヘッドに軸受部によりそれぞれ支持され、吸気バルブを開閉作動させる吸気側カム軸と、排気バルブを開閉作動させる排気側カ ム軸と、該吸気側カム軸の端部側にある端部側軸受部よりも先端側のカム軸に設けられ、無端伝動部材を介してクランク軸上の駆動輪に駆動連結された従動輪と、上記吸気側のカム軸及び従動輪にそれぞれ連結され、進角側又は遅角側液圧室への作動液の供給により該カム軸と従動輪とを相対回転させて、当該カム軸のクランク軸に対する回転位相を変更するバルブタイミング可変手段と、該バルブタイミング可変手段の進角側又は遅角側液圧室に作動液を供給切替えする液圧供給手段とを備えた可変バルブタイミング装置付エンジンを前提とする。そして、上記液圧供給手段は、上記吸気側カム軸内に形成され、かつ一端が上記バルブタイミング可変手段の進角側液圧室に接続される一方、他端がカム軸の外周面に開口する第１液路と、上記吸気側カム軸内に形成され、かつ一端が上記バルブタイミング可変手段の遅角側液圧室に接続される一方、他端が上記第１液路の開口端よりも先端側のカム軸外周面に開口する第２液路と、上記端部側軸受部の軸受面にカム軸の軸心に対してバルブと反対側に略半周に亘って形成され、上記第１液路の開口端に連通する第１開口溝と、上記端部側軸受部の軸受面に上記第１開口溝の直径方向反対側に略半周に亘って形成され、上記第２液路の開口端に連通する第２開口溝とを備えている構成とする。
【０００８】
この構成によれば、吸気側カム軸の端部側にある端部側軸受面に形成される一対の開口溝のうち、より吸気バルブに近い側に形成されて第１液路に連通する第１開口溝は、カム軸軸心に対しバルブと反対の側（上側）に配置されているので、上記カム軸がバルブからの反力により突き上げられて撓むことにより、上記第１開口溝の近傍ではカム軸の外周面と軸受面との間のクリアランスは広がらず、むしろ狭くなる。一方、上記端部側軸受部のカム軸先端側に形成されて第２液路に連通する第２開口溝は、径方向に上記第１開口溝の反対側（下側）に配置されているので、上記カム軸が無端伝動部材からの張力の作用を受けて撓むことにより、上記第２開口溝の近傍でもカム軸の外周面と軸受面との間のクリアランスはむしろ狭くなる。
【０００９】
したがって、カム軸の撓みに起因する作動液の漏れが十分に抑制されるので、バルブタイミング可変手段に供給する作動液圧を十分に確保することができ、よって、可変バルブタイミング装置の高い作動応答性を確保することができる。
【００１０】
また、一般に、無端伝動部材からカム軸へ作用する張力は比較的変動が少ないので、第２開口溝の近傍では、上記張力の作用によりカム軸外周面と軸受面との間のクリアランスが常に狭められ、作動液の漏れが十分に抑制される。一方、カム軸に作用するバルブ反力の変動は極めて大きいので、その辺動に伴い、第１開口溝の近傍におけるカム軸外周面と軸受面との間のクリアランスが変動してしまい、作動液の漏れを抑制する作用は相対的に小さくなる。
【００１１】
これに対し、本発明では、バルブタイミング可変手段を吸気側カム軸に設けるとともに、上記第２開口溝に連通するカム軸内の第２液路を上記バルブタイミング可変手段の遅角側液圧室に連通したので、吸気バルブの開閉作動タイミングの遅角側への変更、即ち吸気バルブ及び排気バルブのバルブオーバーラップを小さくする側へのバルブタイミングの変更の際の高い応答性を確保することができる。よって、例えばエンジン回転数が急速に低下したときでも、直ちにバルブオーバーラップを小さくすることができるので、エンジン安定性を確保することができる。
【００１２】
また、通常、吸気バルブは排気バルブに比べてリフト量が大きいので、吸気側カム軸へのバルブ反力は排気側カム軸よりも大きくなり易い。そこで、該吸気側カム軸に対して、上記上段の作用がより有効になる。
【００１３】
請求項２記載の発明では、請求項１記載の発明における端部側軸受部は、シリンダヘッド上面に設けられた下側軸受部と、該下側軸受部の上部に結合された上側軸受部とで構成されており、バルブタイミング可変手段が設けられているカム軸により開閉作動されるバルブは、バルブ軸のシリンダボア軸線に対する傾き角が２０°以下とする。
【００１４】
このことで、バルブタイミング可変手段が設けられているカム軸により開閉作動されるバルブは上下方向に延びるように配置されているので、カム軸に作用するバルブ反力の上下方向成分が大きくなり易い。しかも、端部側軸受部は上下２つの部材を結合したものなので、上下方向の微視的な変形量は一体形成されたものよりも大きくなり易い。つまり、カム軸と端部側軸受部との間での作動液の漏れ量が比較的大きくなり易い構成なので、請求項１記載の発明による作用が特に有効なものになる。
【００１５】
請求項３記載の発明では、請求項１又は２に記載の発明におけるカム軸は、吸気バルブを開閉作動させる吸気側カム軸と、排気バルブを開閉作動させる排気側カム軸とからなり、上記吸気側及び排気側カム軸は共通の無端伝動部材を介してクランク軸に駆動連結されており、上記２本のカム軸上の各従動輪と無端伝動部材との係合範囲は、いずれも従動輪中心に対し１２０度以内の角度範囲とされている。
【００１６】
このことで、無端伝動部材は、２つの従動輪とクランク軸に設けられた駆動輪との間に張架されたときに、該２つの従動輪間で略水平に延びるように張られているので、該各従動輪との係合範囲が従動輪中心に対して１２０度以内であれば、各従動輪と駆動輪との間では略上下方向に延びるように張られていることになる。そのため、上記無端伝動部材から各従動輪に対し作用する力の上下方向成分が大きくなり易く、カム軸の上下方向の撓みも大きくなり易い。従って、このような場合に請求項１記載の発明の如くカム軸と端部側軸受部との間での作動液の漏れを抑制できることが特に有効になる。
【００１７】
請求項４記載の発明では、請求項１〜３のいずれか１つに記載の発明において、バルブタイミング可変手段が設けられたカム軸を支持する全ての軸受部は、互いに同一の軸受径を有するものとする。このことで、全ての軸受部を同時に加工することができるので、各軸受部間の同心度を高精度のものとすることができ、かつ生産コストの上昇を招くこともない。
【００１８】
請求項５記載の発明では、請求項１記載の発明における端部側軸受部の上部には、第１又は第２開口溝を介してカム軸側へ供給される作動液圧を調整するコントロールバルブが、カム軸と直交する向きに延びて一体的に取り付けられているものとする。
【００１９】
このことで、コントロールバルブからカム軸までの液路の最短化によって、作動液圧の制御における応答性を高めることができる。しかも、剛性の高いコントロールバルブを端部側軸受部にかつ一体的にカム軸と直交する向きに延びるように取り付けることで、該端部側軸受部全体の剛性を高めることができ、よって、軸受面とカム軸外周面との間の作動液の漏れ量を低減できる。
【００２０】
請求項６記載の発明では、請求項１記載の発明において、端部側軸受部よりも先端側のカム軸外周に全周に亘って大径部が形成されている一方、上記端部側軸受部のカム軸先端側の側面には、上記カム軸外周の大径部に摺接してカム軸の軸線方向への移動を規制する移動規制部が第２開口溝に対応する周方向範囲に設けられているものとする。
【００２１】
このことで、カム軸の大径部と端部側軸受部の移動規制部との間を通る作動液量が低下し、第２開口溝からカム軸外周面と軸受面との間のクリアランスを通ってカム軸先端側に漏出する作動液の漏れ量が低減するので、このことによっても作動液圧の低下を抑制することができる。よって、バルブタイミング可変手段の応答性をより高めることが可能になる。
【００２２】
請求項７記載の発明では、請求項１記載の発明におけるバルブタイミング可変手段は、カム軸の端部に回転一体に連結された内側回動部材と、該記内側回動部材に対しカム軸の軸線回りに相対回転可能に外嵌合されて連結される一方、従動輪に回転一体に連結された外側回動部材とを備えている。そして、上記内側回動部材の外周面に径方向外側に突出するベーンが設けられる一方、上記外側回動部材の内周面に径方向内側に突出する突出壁部が設けられており、進角側又は遅角側液圧室が上記ベーンと突出壁部との間に周方向に交互に区画形成されている構成とする。
【００２３】
このことで、バルブタイミング可変手段の構成が具体化される。そして、エンジン始動時には、上記バルブタイミング可変手段の各液圧室に十分な液圧を供給することができないので、クランク軸側からの入力によって従動輪が回転するときに内側回動部材の回転が外側回動部材の回転に対して遅れ勝ちになり、吸気バルブの開閉作動タイミングが作動液圧の制御とは無関係に遅角側に変化する。つまり、作動液圧を十分に確保できないエンジン始動時においても、吸気バルブ及び排気バルブのバルブオーバーラップが小さくなり、エンジンの始動性を安定確保できる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基いて説明する。
（実施形態１）
図１〜図３は、本発明の実施形態に係る可変バルブタイミング装置（以下、ＶＶＴという）付エンジンＥを示し、このエンジンＥは直列４気筒ガソリンエンジンであって、４つの気筒が車幅方向に一列に並ぶように車両のエンジンルーム内に横置き配置されるものである。
【００２５】
上記図２において、１はシリンダヘッドであり、このシリンダヘッド１の上部には、吸気バルブを開閉作動させる吸気側のカム軸（同図の上側のカム軸）２と、排気バルブを開閉作動させる排気側のカム軸（同図の下側のカム軸）３とが、それぞれ５カ所の軸受部４，４，…により回転可能に支持されている。上記２本のカム軸２，３のエンジン前側の端部（同図の左端部）には、図３に示すように、それぞれカムプーリ（従動輪）５，６が取り付けられ、該２つのカムプーリ５，６と、クランク軸７に嵌合されたクランクプーリ（駆動輪）８との間にはタイミングベルト（無端伝動部材）９が張架されていて、このタイミングベルト９を介してクランク軸７の回転力がカムプーリ５，６に伝達され、２本のカム軸２，３が回転駆動されるようになっている。
【００２６】
上記吸気側のカム軸２は、タイミングベルト９の張力が張り側よりも相対的に小さくなる緩み側スパン（図３の左側）に位置づけられ、その端部には後述の如くカム軸２とカムプーリ５とを油圧力により相対回転させて、カム軸２のクランク軸７に対する回転位相を変更するバルブタイミング可変手段としてのＶＶＴ１０（図６参照）が設けられている。また、上記タイミングベルト９の張り側スパン（図３の右側）にはアイドラプーリ１１が設けられる一方、緩み側にはベルト張力を調整するテンショナ１２が設けられている。このテンショナ１２は、テンショナスプリング１３により支点１４を中心に同図の右側に付勢されたもので、タイミングベルト９を上記カムプーリ５，６及びクランクプーリ８に取り付ける時にシリンダブロック１５にボルト１６により位置固定される初期張力調整用のものである。
【００２７】
尚、図２における１７，１７，…は、燃焼室に連通されていて、図示しない点火プラグが装着されるプラグホールである。
【００２８】
上記吸気側及び排気側の２本のカム軸２，３同士の間隔は、吸気側カムプーリ５の直径の１．１倍以下とされている。具体的には、上記吸気側及び排気側の２本のカム軸２，３は、図４に示すように、シリンダヘッド１に形成されたヘッドボルト孔２０，２０，…の中心位置にかかるようにエンジン幅方向（同図の上下方向）に互いに近づいて配置されている。上記ヘッドボルト孔２０，２０，…は、シリンダヘッド１をシリンダブロック１５の上面に締結するシリンダボルトが螺合されるもので、１つのシリンダボア（同図に仮想線で示す）の周りに等間隔に４つづつ配置されるように形成されたものである。また、２１，２１，…，２２，２２，…は、それぞれ吸気側及び排気側のバルブ駆動系が収容される孔部である。
【００２９】
この孔部２１，２２には、図５に示すように、それぞれ吸気バルブ２３及び排気バルブ２４を閉状態になる側（同図の上側）に付勢するバルブスプリング２５と、バルブ軸の先端に連結されて上記バルブスプリング２５による押圧付勢力を受けるバケット型のバルブリフタ２６とが収容されている。また、上記吸気バルブ２３は、吸気ポート２７と燃焼室２８とを開閉する傘部２３ａと、該傘部２３ａから図の上方に延び、スリーブを介して上記孔部２１内に至るバルブ軸２３ｂとにより構成されており、一方、上記排気バルブ２４は、吸気バルブ２３と同様に傘部２４ａとバルブ軸２４ｂとにより構成されている。そして、上記両バルブ２３，２４は、それぞれバルブリフタ２６を介してカム軸２，３により直接駆動され、中心軸線ｘ１，ｘ２に沿って往復動するようになっており、このものでは、ロッカーアームを用いたものに較べてカム軸２，３へのバルブ反力を小さくすることができる。
【００３０】
また、上記吸気バルブ２３及び排気バルブ２４は、それぞれ中心軸線ｘ１，ｘ２がシリンダボアの軸線ｙに対し互いに反対の側に約１５度傾斜して配置されていて、それらの間の挟み角が約３０°と狭く設定されている。すなわち、上記吸気バルブ２３及び排気バルブ２４はそれぞれ上下方向に延びるように配置されており、吸気ポート２７が燃焼室２８から滑らかに上方に延びるように形成されていて、吸気の流通抵抗の低減が図られている。また、バルブ２３，２４が上下方向に延びるように配置されているので、該バルブ２３，２４を開閉作動させるときにカム軸２，３に作用するバルブ反力の上下方向成分が大きくなり易い。
【００３１】
上記タイミングベルト９は、図３に示すように、吸気側及び排気側の２つのカムプーリ５，６の間で略水平に延びる一方、上記各カムプーリ５，６とクランクプーリ８との間では上下方向に延びるように張られており、上記各カムプーリ５，６との係合範囲はテンショナ１２により張力を加えられた状態でいずれもプーリ中心に対して約１１０度の角度範囲とされている。そのため、上記タイミングベルト９から各カムプーリ５，６に対して作用する力は、それぞれ同図に実線の矢印で示すように上下方向成分が大きくなり易く、このことによって、同図に破線の矢印で示すようにバルブからの反力がカム軸２，３に作用したときに、該カム軸２，３及び軸受部４，４，…にかかる負担はかなり大きくなる。特に、ベルト張り側に位置する排気側のカムプーリ６では、タイミングベルト９から排気側のカム軸３に作用する力は、該排気側カム軸３に作用するバルブ反力と略正反対の向きになるので、カム軸３及び軸受部４，４，…の負担は極めて大きい。
【００３２】
また、上記タイミングベルト９は、２つのカムプーリ５，６及びクランクプーリ８に張架されたときに、テンショナ１２により張力を加えられていない自由状態であっても殆ど遊びのないような長さを有している。すなわち、テンショナ１２により張力を加えた状態と加えない自由状態との間で、上記タイミングプーリ９と各カムプーリ５，６との係合範囲の変化量は、プーリ中心に対する角度範囲で１０°以下になっている。言い換えると、各カムプーリ５，６の歯数が３６なので、上記タイミングプーリ９と各カムプーリ５，６との係合範囲の変化量はプーリの歯の１ピッチ長以下となる。
【００３３】
より詳しくは、上記吸気側のカムプーリ５及びクランクプーリ８に外接する接線（同図に仮想線で示す）の各接点Ｐ１，Ｐ２長さをＬ１とし、テンショナ１２によりタイミングベルト９に張力を加えた状態で、上記接点Ｐ１と接点Ｐ２との間のタイミングベルト９の長さをＬ２とすれば、上記長さＬ１と長さＬ２との差は、上記カムプーリ５の歯の１ピッチ長以下になっている。
【００３４】
次に、上記ＶＶＴ１０の構成について図６〜図１０に基づいて詳細に説明する。
【００３５】
図６に示すように、シリンダヘッド１の上部に設けられたシリンダヘッドカバー３０（図１参照）の内部において、吸気側のカム軸２の先端部（同図の左側の端部）には、１番ジャーナルの軸受部（端部側軸受部）４よりも先端側の外周部にカムプーリ５がカム軸２に対し相対回転可能に取り付けられ、該カムプーリ５よりも外側のカム軸先端側には、ＶＶＴ１０が回転一体に連結されている。
【００３６】
上記ＶＶＴ１０は、上記カム軸２の端面に回転一体に連結されたロータ（内側回動部材）３１と、そのロータ３１に対し相対的に所定角度だけ回動可能に連結される一方、上記カムプーリ５に回転一体に連結された円筒状のケーシング（外側回動部材）３２とを備えている。上記ロータ３１は、図７及び図８に示すように、円筒状のボス部の外周部から径方向外方に突出する４つのベーンが概ね等間隔に設けられたもので、座金部材３３及びボルト３４によりカム軸２に取り付けられて一体回転するようになっている。一方、上記ケーシング３２は中空円筒状に形成され、円盤状の蓋部材３５と共にボルト３６により上記カムプーリ５に一体的に取り付けられ、このカムプーリ５と一体回転するようになっている。
【００３７】
上記ロータ３１及びケーシング３２は、カム軸２の軸線ｚ１を中心とする同心位置に位置づけられ、ロータ３１のベーンとケーシング３２の突出壁部とが周方向に交互に配置されており、各ベーンの先端面がケーシング３２の内周面に摺接する一方、各突出壁部の先端面がロータ３１のボス部の外周面に摺接している。すなわち、上記カムプーリ５、ロータ３１及びケーシング３２の間には、ロータ３１のベーンとケーシング３２の突出壁部とにより周方向に並んで８つの受圧室（液圧室）１０ａ，１０ｂ，１０ａ，１０ｂ，…が区画形成されている。
【００３８】
上記図７及び図８において、３７，３７，…はベーン及び突出壁部の各先端面に設けられたオイルシールである。また、図６において、３２ａはケーシング３２と蓋部材３５との間のオイル漏れを防止するための環状のオイルシールであり、更に、３２ｂは上記ケーシング３２とカムプーリ５との間でのオイル漏れを防止するための環状のオイルシールである。
【００３９】
尚、上記カムプーリ５は、内周側部材５ａに外周側部材５ｂを嵌合したものであり、該外周側部材５ｂは精密な歯形を有するように焼結により成型されている。そのため、上記オイルシール３２ｂをケーシング３２とカムプーリ５の外周側部材５ｂとの間に設けたのでは相性が悪く、オイル漏れの生じる虞れがある。そこで、上記オイルシール３２ｂは、ケーシング３２とカムプーリ５の内周側部材５ａとの間をシールするように内周側に設けられている。
【００４０】
上記８つの受圧室１０ａ，１０ｂ，１０ａ，１０ｂ，…のうち、ロータ３１の各ベーンに対しカム軸２の回転側に位置づけられた４つの受圧室（遅角側受圧室）１０ａ，１０ａ，…は、それぞれロータ３１のボス部内に形成された油路３１ａに連通されており、この油路３１ａを介して供給される作動油圧が増大すれば、ロータ３１がケーシング３２に対しカム軸２の回転と反対側に回動され、これにより、吸気バルブ２３の作動タイミングが遅角側に変更される。
【００４１】
一方、上記ロータ３１の各ベーンに対して遅角側受圧室１０ａ，１０ａ，…の反対側に位置づけられた４つの受圧室（進角側受圧室）１０ｂ，１０ｂ，…は、それぞれ、ロータ３１のボス部内に形成された油路３１ｂに連通されており、この油路３１ｂを介して供給される作動油圧が増大すれば、ロータ３１はケーシング３２に対しカム軸２の回転する側に回動され、吸気バルブ２３の作動タイミングが進角側に変更される。
【００４２】
上述の如きＶＶＴ１０の作動油圧の制御は、この実施形態では、エンジンＥのシリンダヘッドカバー３０の上面に配置された電磁式のオイルコントロールバルブ（以下ＯＣＶという）４４により行われる。すなわち、作動油は、シリンダブロック１５内のオイルギャラリ（図示せず）から、図１に示すように、オイルジョイント３８と、エンジン外周に設けられたオイルパイプ３９とを経由して、シリンダヘッドカバー３０上面に設けられたバルブケース４０に送られる。そして、図６に示すように、オイルジョイント４１を介してユニオンボルト４２内の油路に至り、ここからオイルフィルタ４３を介して上記ＯＣＶ４４に供給される。
【００４３】
上記ＯＣＶ４４は、図９に示すように、コイル４５及びプランジャ４６を有する電磁ソレノイド４７と、一端部が上記プランジャ４６に連結される一方、他端部がスプリング４８により押圧されるスプール４９と、該スプール４９を収容するケーシング５０とを備え、図示しないコントロールユニットからの出力信号を印加された電磁ソレノイド４７により上記スプール４９の位置が高精度にデューティ制御されて、供給される作動油の流量及び方向を制御するものである。尚、同図において、５０ａは、ケーシング５０に形成され、供給される圧油を受け入れる供給ポート、５０ｂ，５０ｂはＶＶＴ１０側に接続されて作動油を給排する一対のアクチュエータポートであり、さらに、５０ｃ，５０ｃはＶＶＴ１０側から戻ってきた戻り油を排出するドレンポートである。
【００４４】
そして、上記ＯＣＶ４４により油圧制御された作動油は、後述の中間部材５２及び軸受部４内に形成された油路によりカム軸２に供給され、そのカム軸２内に形成された油路を流通してＶＶＴ１０の各油圧室１０ａ，１０ｂ，…に供給される。上記ＯＣＶ４４、及び該ＯＣＶ４４とＶＶＴ１０とを接続する油路により液圧供給手段が構成されている。
【００４５】
詳しくは、図６に示すように、上記バルブケース４０には、カム軸間方向に延びてＯＣＶ４４を収容する配設孔４０ａが形成され、その配設孔４０ａに直交して略水平方向に延びるように形成されたインレット孔４０ｂに上記ユニオンボルト４２やオイルフィルタ４３が内設されている。また、上記バルブケース４０の配設孔４０ａを隔てた反インレット孔側には、上下方向に延びて下面に開口する嵌挿部４０ｃと、その嵌挿部４０ｃを配設孔４０ａに連通する２つのポート４０ｄ，４０ｅとが形成されている。さらに、配設孔４０ａの側方から下方に亘って、シリンダヘッドカバー３０上面に臨んで開口するドレン孔４０ｆが形成されており、そのドレン孔４０ｆの下方で、シリンダヘッドカバー３０の開口部３０ａに続く部位には、上記ＯＣＶ４４からリターンされる戻り油を上記開口部３０ａからシリンダブロック内に還流させるドレン受け部３０ｂが形成されている。
【００４６】
上記中間部材５２は、図１０に示すように逆Ｔ字形状とされ、上端部がシリンダヘッドカバー３０の開口部３０ａを貫通して上方に突出して、バルブケース４０の嵌挿部４０ｃに嵌挿される一方、下端部が１番ジャーナルの軸受部４の上面に取り付け固定されている。すなわち、吸気側のカム軸２を支持する軸受部４，４，…は、それぞれシリンダヘッド１の上面に設けられた半割状の下側軸受部５３（図４参照）と、この下側軸受部５３の上面に配設され、セットボルト５４，５４により下側軸受部５３に締結された半割状のカムキャップ（上側軸受部）５５とにより構成されている。そして、上記軸受部４，４，…には互いに同一の軸受径を有する軸受面４ａ，４ａ，…が形成されている。
【００４７】
また、上記下側軸受部５３のカム軸先端側の側面には、軸受面４ａの端縁部に沿って半周状にスラスト規制部（移動規制部）５３ａが形成されており、このスラスト規制部５３ａがカム軸２の外周に全周に亘って形成された大径部２ａに摺接して、カム軸２の軸線ｚ１方向への移動を規制するようになっている。
【００４８】
上記中間部材５２には、図６にも示すように、バルブケース４０の嵌挿部４０ｃに嵌挿された状態で２つのポート４０ｄ，４０ｅのうちの一方４０ｄによりＯＣＶ４４に連通する横向きの油路６１と、この油路６１に連通して斜め下方に延びる油路６２と、上記他方のポート４０ｅによりＯＣＶ４４に連通する横向きの油路６３と、この油路６３に連通して上下方向に延びる油路６４とが形成されている。また、１番ジャーナルのカムキャップ５５には、中間部材５２の一方の油路６２に連通して斜め下方に延び、下側軸受部５３との接合面に開口する油路６５と、上記中間部材５２の他方の油路６４に連通して上下方向に延び、軸受面４ａの上側に開口する油路６６と、この油路６６の開口部を含んで軸受面４ａの上側略半周に対応するように開口する半円周状の第１開口溝６８とが形成されている。
【００４９】
さらに、上記下側軸受部５３には、カムキャップ５５の第１開口溝６８に対しカム軸先端側に離れた位置で軸受面４ａの下側略半周に対応するように開口する半円周状の第２開口溝６７が形成され、この開口溝６７の端部が上記カムキャップ５５側の油路６５に連通されている（図１０参照）。また、１番ジャーナルの軸受面４ａの軸線ｚ１方向の幅は上記開口溝６７，６８の分だけ大きくされていて、軸受面４ａの面積は開口溝６７，６８が形成されない場合と変わらないので、軸受面４ａの面圧は他の軸受部４，４，…と略同等になっている。
【００５０】
一方、カム軸２には、ＶＶＴ１０の遅角側受圧室１０ａ，１０ａ，…に連通された遅角側の油路（第２液路）７０と、進角側受圧室１０ｂ，１０ｂ，…に連通された進角側の油路（第１液路）７１とがカム軸軸線ｚ１方向に延びるように形成されている。上記遅角側の油路７０は、一端（図６の左側端）がカム軸２の端面に開口し、ＶＶＴ１０のロータ３１の油路３１ａに連通する一方、他端（同図の右側端）は、カム軸２内で該カム軸２を直径方向に貫通する貫通通路７０ａを介して、カム軸２の１番ジャーナル部の外周面に開口し、上記軸受面４ａの下側に形成された第２開口溝６７に連通する。上記貫通通路７０ａは、カム軸２の外周面において直径方向に対向した２カ所開口しているので、カム軸２の回転位置によらず常に上記第２開口溝６７に連通される。
【００５１】
また、上記進角側の油路７１は、同様に、一端が上記ロータ３１の油路３１ｂに連通する一方、他端が貫通通路７１ａを介して上記軸受面４ａに形成された第１開口溝６８に連通される。
【００５２】
尚、上記図６において、７３はカム軸２に設けられたセンシングプレート、７４はシリンダヘッドカバー３０に設けられたカムアングルセンサである。また、ＶＶＴ１０をカム軸２に固定するボルト３４内には、該ＶＶＴ１０から漏れた作動油をシリンダヘッド１内に還流させるリターン通路７５が形成され、上記の漏れ油をカム軸２内を介してシリンダヘッド１のリターン通路７６へ導き、シリンダブロック１５内に還流させる。さらに、カムプーリ５とカムキャップ５２及びシリンダヘッド１との間には、オイルシール７７が介設されている。
【００５３】
このように構成されたＶＶＴ付エンジンＥにおいて、吸気バルブ２３の開閉作動タイミングを遅角側に変更するときには、ＯＣＶ４４のデューティ制御により遅角側の受圧室１０ａ，１０ａ，…への作動油圧を増大させる。すなわち、オイルギャラリ側から供給される作動油は、図６に矢印で示すように、ＯＣＶ４４からバルブケース４０のポート４０ｄ、中間部材５２の油路６１，６２及びカムキャップ５５の油路６５を流通して開口溝６７に至り、その開口溝６７に連通されるカム軸２側の貫通通路７０ａから油路７０を流通して、ロータ３１の油路３１ａから４つの遅角側受圧室１０ａ，１０ａ，…に分配供給される。これにより、各遅角側受圧室１０ａの作動油圧が増大して、ロータ３１がケーシング３２に対しカム軸２の回転と反対側に回動される。
【００５４】
その際、進角側受圧室１０ｂ，１０ｂ，…から排出された作動油は、ロータ３１内の油路３１ｂを経て、同図に矢印で示すようにカム軸２内の進角側の油路７１を流通し、貫通通路７１ａから開口溝６８を経てカムキャップ５５内の油路６６に流通する。そして、中間部材５２の油路６４，６３及びバルブケース４０のポート４０ｅを通ってＯＣＶ４４に戻り、ドレン孔４０ｆから排出されて、シリンダヘッドカバー３０のドレン受け部３０ｂから開口部３０ａを介してシリンダブロック１５側に還流される。
【００５５】
反対に、吸気バルブ２３の作動タイミングを進角側に変更するときには、ＯＣＶ４４のデューティ制御により、上記と反対の作動油の流れによって進角側受圧室１０ｂ，１０ｂ，…の作動油圧を増大させる。
【００５６】
具体的に、この実施形態のＶＶＴ付エンジンＥでは、例えば図１１に示す運転領域に対応してバルブタイミングを変更するようにしている。すなわち、アイドリング時を含む軽負荷域（同図の I の領域）では、吸気バルブ２３の開閉作動タイミングを遅角側に変更して、バルブオーバーラップ量を小さくすることにより、吸気側への吹き返しを少なくさせて、エンジン安定性及び燃費の向上を図る。
【００５７】
また、中負荷低回転領域（同図の II の領域）では、吸気バルブ２３の開閉作動タイミングを進角側に変更して、バルブオーバーラップ量を大きくすることにより、シリンダ内部における排気還流率を高め、かつ機械的損失を低減するようにして、排気中のＮＯｘ及びＨＣの低減を図る。さらに、高負荷低中回転領域（同図の III の領域）では、吸気バルブ２３の開閉作動タイミングを進角側に変更して、該吸気バルブ２３を早めに閉じるようにし、このことで、体積効率の向上により低中速トルクを高める。さらにまた、高負荷高回転領域（同図の IV の領域）では、吸気バルブ２３の開閉作動タイミングを遅角側に変更して、該吸気バルブ２３の閉じるタイミングを遅くするようにし、このことで、体積効率の向上により最高出力を高めるようにしている。
【００５８】
加えて、エンジン水温が低い時やエンジン始動時及び停止時には、吸気バルブ２３の開閉作動タイミングを最大限に進角側に変更してバルブオーバーラップをなくすことで、吸気側への吹き返しを最大限に抑制し、エンジン安定性の向上、始動性の確保及び燃費の向上を図るようにしている。しかも、上記エンジン始動時においては、ＶＶＴ１０側へ十分な作動油圧を供給することができないため、クランク軸７側からの入力によってカムプーリ５が回転するとき、ロータ３１の回転はケーシング３２の回転に対し遅れ勝ちになる。つまり、エンジン始動時には、吸気バルブ２３の開閉作動タイミングは上記の制御とは無関係に遅角側に変化する傾向があるので、作動油圧を十分に確保できないエンジン始動時においてもバルブオーバーラップを確実に小さくすることができ、よって、エンジンの始動性を安定確保できる。
【００５９】
尚、上記図１１における I，II，III，IV の４つの領域以外の運転領域では、バルブタイミングは上記進角側及び遅角側の中間に制御される。
【００６０】
上記の構成により、この実施形態１のＶＶＴ付エンジンＥによれば、カム軸２の先端側にタイミングベルト９の張力が下向きに作用する一方、反対側にバルブ反力が上向きに作用する１番ジャーナルの軸受部４において、上記カム軸２内の油路７０に連通されて作動油を吸排する第２開口溝６７を軸受面４ａのカム軸先端側で下側略半周に亘って形成している。このため、この第２開口溝６７の近傍では、上記カム軸２がタイミングベルト９からの張力の作用により下側に撓むことにより、カム軸２の外周面と軸受面４ａとの間のクリアランスはむしろ狭くなり、カム軸２の撓みに起因する作動油の漏れを十分に抑制できる。同様に、上記１番ジャーナルの軸受部４において、第１開口溝６８をバルブに近い側で上側略半周に亘って形成しているので、この第１開口溝６８の近傍でも、上記カム軸２がバルブ反力により撓んだときにカム軸２外周面と軸受面４ａとの間のクリアランスをむしろ狭めることができ、作動油の漏れを抑制できる。
【００６１】
つまり、カム軸２の撓みに起因する作動油の漏れを十分に抑制して、ＶＶＴ１０に供給する作動油圧を確保することで、ＶＶＴ１０の高い作動応答性を確保できる。
【００６２】
また、上記タイミングベルト９からカム軸２へ作用する張力は比較的変動が少ないので、上述の如く第２開口溝６７からの作動油の漏れが常に十分に抑制される一方、上記カム軸２に作用するバルブ反力の変動は極めて大きいので、上記第１開口溝６８の近傍では、カム軸２の外周面と軸受面４ａとの間のクリアランスが変動してしまい、作動液の漏れを抑制する効果は相対的に小さくなる。そこで、この実施形態では、ＶＶＴ１０を吸気側のカム軸２に設けるとともに、カム軸２内の遅角側油路７０を上記第２開口溝６７に連通している。
【００６３】
このことで、吸気バルブ２３の開閉作動タイミングの遅角側への変更、即ちバルブオーバーラップを小さくする側へのバルブタイミングの変更の際の制御応答性を高く確保することができ、例えば、車両の減速に伴いエンジン回転数が急速に低下したときでも、ＶＶＴ１０の作動により直ちにバルブオーバーラップを小さくすることができるので、エンジンＥの失火等の発生を防止してエンジン安定性を確保することができる。
【００６４】
さらに、この実施形態１では、カム軸２の外周に設けられた大径部２ａに摺接して該カム軸２の軸線ｚ１方向への移動を阻止するスラスト規制部５３ａが下側軸受部５３に形成されていて、第２開口溝６７からカム軸２の外周面と軸受面４ａとの間のクリアランスを通る作動油の漏れ量を上記大径部２ａとスラスト規制部５３ａとの間で低減することができるので、このことによっても作動油圧の低下を抑制することができ、ＶＶＴ１０の制御応答性をより高めることができる。
【００６５】
さらにまた、この実施形態１に係るエンジンＥにおいては、吸気バルブ２３が上下方向に延びるように配置されていて、カム軸２に作用するバルブ反力の上下方向成分が大きくなり易く、しかも、軸受部４が下側軸受部５３とカムキャップ５５の上下２つの部材により構成されていて、微視的な変形量が大きくなり易い。その上、タイミングベルト９が各カムプーリ５，６とクランクプーリ８との間で略上下方向に延びるように張られているので、上記タイミングベルト９から各カムプーリ５，６へ作用する力の上下方向成分も大きくなり易い。つまり、上述の如く１番ジャーナルの軸受部４において、カム軸２に大きな撓みが生じ易い構造になっている。従って、特にこのような構成のエンジンＥに対して、上述の如き第１及び第２の２つの開口溝６８，６７の配置により、カム軸２及び軸受部４の隙間からの作動油の漏れを抑制することの効果が特に有効になる。
【００６６】
加えて、この実施形態１では、上記ＶＶＴ１０を設けた吸気側カム軸２を支持する全ての軸受部４，４，…を互いに同一の軸受径を有するものとしたので、例えば、負担のかかる１番ジャーナルの軸受部４の軸受径をそれ以外の４つの軸受部４，４，…の軸受径よりも大きくして軸受面積を広げる場合のように生産コストの著しい上昇を招くことがなく、また、各軸受部４の間の同心度を容易に維持することができる。
（実施形態２）
図１２及び図１３は、本発明の実施形態２に係るＶＶＴ付エンジンＥを示し、このエンジンＥは、オイルコントロールバルブ（ＯＣＶ）４４を、カム軸２の１番ジャーナルの軸受部４のカムキャップ５５′に一体的に設けたものである。尚、この実施形態２におけるエンジンＥの主要な構成は実施形態１の場合と同様なので、以下、同様の部分には同一の符号を付して、異なる部分のみを説明する。
【００６７】
上記エンジンＥにおいては、図１２に示すように、シリンダヘッドカバー３０の一部を、１番ジャーナルの軸受部４のカムキャップ５５′が該シリンダヘッドカバー３０の外部に配置されるように切り欠いている。一方、上記カムキャップ５５′よりもエンジン長手方向の先端側（図１２の左側）には、ＶＶＴ１０の上方を覆うようにベルトカバーアッパー８０を設け、このベルトカバーアッパー８０とベルトカバーロア８１とにより上記ＶＶＴ１０を収納している。
【００６８】
上記カムキャップ５５′の上部には、図１３にも示すように、カム軸２と直交する方向に延びる配設孔８２が形成され、該配設孔８２にＯＣＶ４４のケーシング５０が収容されている。また、上記配設孔８２の上方のカムキャップ５５′には、ユニオンボルト４２を収容するインレット孔８３が上記配設孔８２と平行に延びるように形成され、該インレット孔８３と配設孔８２とは上下方向に延びる油路８４により互いに連通されている。
【００６９】
そして、この実施形態２では、上記実施形態１と同様にシリンダブロック１５側から送給された作動油は、ユニオンボルト４２内の油路と油路８４とを通ってＯＣＶ４４に供給され、該ＯＣＶ４４で油圧制御された後、カムキャップ５５′内の油路６６又は油路６５のいずれか一方を流通して、第１開口溝６８又は第２開口溝６７を介してカム軸２側に供給されるようになっている。
【００７０】
尚、上記図両図において、３０ｃはカムキャップ５５′と接合されるシリンダヘッドカバー３０のシール面である。また、図１３において、８６はＯＣＶ４４のからの漏れ油をシリンダブロック１５側に還流させるドレン孔である。
【００７１】
したがって、この実施形態２によれば、ＯＣＶ４４からカム軸２までの油路６５，６６の最短化によって、作動油圧の制御応答性を高めることができる。しかも、高剛性のＯＣＶ４４をカムキャップ５５′に一体的に取り付けることで、１番ジャーナルの軸受部４の剛性を全体として高めることができ、よって、軸受面４ａとカム軸２の外周面との間の作動油の漏れ量を一層低減できる。
【００７２】
尚、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、その他種々の実施形態を包含するものである。すなわち、上記各実施形態では、クランク軸７からの回転入力をタイミングベルト９及びカムプーリ５，６によりカム軸２，３に伝達するようにしているが、これに限らず、例えば、チェーン及びスプロケットにより伝達するようにしてもよい。
【００７３】
また、ＶＶＴの構成としては、油圧力によりカム軸２，３の軸線ｚ１，ｚ２方向に進退するピストン部材を設け、このピストン部材の上記軸線ｚ１，ｚ２方向の相対変位をヘリカルスプラインにより回転方向の相対変位に変換して、カム軸２，３とカムプーリ５，６とを相対回転させるものとしてもよい。
【００７４】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の発明における可変バルブタイミング装置付エンジンによれば、バルブタイミング可変手段に最も近い端部側軸受部に形成する液圧経路の２つの開口溝を、それぞれ、カム軸が撓んでも軸受面との間のクリアランスが拡がらない位置に配置したので、カム軸の撓みに起因する作動液の漏れを十分に抑制して、上記バルブタイミング可変手段への作動液圧を十分に確保することができる。よって、可変バルブタイミング装置の高い作動応答性を確保することができる。
【００７５】
また、吸気バルブの作動タイミングの遅角側への変更の際の高い応答性を確保することができるので、エンジン回転数が急速に低下したときでも、エンジン安定性を確保できる。
【００７６】
請求項２記載の発明では、カム軸へのバルブ反力の上下方向成分が大きくなり易く、かつ軸受部の上下方向の微視的変形量が大きくなり易い構成、つまり、カム軸と軸受部との間での作動液の漏れ量が比較的大きくなり易い構成なので、請求項１記載の発明による効果が特に有効なものになる。
【００７７】
請求項３記載の発明では、無端伝動部材から各従動輪に作用する力の上下方向成分が大きくなり易い構成なので、請求項１記載の発明による効果が特に有効になる。
【００７８】
請求項４記載の発明によれば、生産コストの上昇を抑えつつ各軸受部間の同心度を高精度のものとすることができる。
【００７９】
請求項５記載の発明によれば、作動油圧の制御応答性を一層高めることができる。しかも、軸受部全体の剛性を高めて、軸受面とカム軸外周面との間の作動液の漏れ量を低減できる。
【００８０】
請求項６記載の発明によれば、第２開口溝からカム軸先端側に漏出する作動液の漏れ量を低減できる。
【００８１】
請求項７記載の発明によれば、作動液圧を十分に確保できないエンジン始動時においてバルブオーバーラップが小さくなり、エンジンの始動性を安定確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態１に係るエンジンＥの構成を示す上面図である。
【図２】 図１のエンジンＥのシリンダヘッド上部の構成を示す上面図である。
【図３】 カムプーリ及びクランクプーリにタイミングベルトを張架した構成を示すエンジンＥの正面図である。
【図４】 ２本のカム軸を省略して、軸受部とヘッドボルト孔との位置関係を示す図２の拡大図である。
【図５】 バルブの配置を示す説明図である。
【図６】 ＶＶＴの構成を示すための図１の VI-VI 線における断面図である。
【図７】 図６の VII-VII 線におけるＶＶＴの断面図である。
【図８】 図６の VIII-VIII 線におけるＶＶＴの断面図である。
【図９】 ＯＣＶの構成を示す説明図である。
【図１０】 カムキャップと中間部材の構成、及びその内部に形成された油路と開口溝との連通状態を示す説明図である。
【図１１】 バルブタイミング制御の基準となるエンジンの運転領域を示す説明図である。
【図１２】 実施形態２に係る図６相当図である。
【図１３】 図１２の XIII-XIII 線におけるカムキャップの断面図である。
【符号の説明】
Ｅ ＶＶＴ付エンジン
１ シリンダヘッド
２ 吸気側のカム軸
２ａ カム軸の大径部
３ 排気側のカム軸
４ 軸受部
４ａ 軸受面
５，６ カムプーリ（従動輪）
７ クランク軸
９ タイミングベルト（無端伝動部材）
１０ 可変バルブタイミング装置（バルブタイミング可変手段）
１０ａ 遅角側の受圧室（遅角側液圧室）
１０ｂ 進角側の受圧室（進角側液圧室）
２３ 吸気バルブ
２４ 排気バルブ
３１ ＶＶＴのロータ（内側回動部材）
３２ ＶＶＴのケーシング（外側回動部材）
４４ オイルコントロールバルブ
５３ 下側軸受部
５３ａ スラスト規制部（移動規制部）
５５ カムキャップ（上側軸受部）
６７ 第２開口溝
６８ 第１開口溝
７０ 遅角側の油路（第２液路）
７１ 進角側の油路（第１液路）
ｘ１ 吸気バルブのバルブ軸の軸線
ｙ シリンダボア軸線

Claims (7)

1. シリンダヘッドに軸受部によりそれぞれ支持され、吸気バルブを開閉作動させる吸気側カム軸と、排気バルブを開閉作動させる排気側カム軸と、
   上記吸気側カム軸の端部側にある端部側軸受部よりも先端側のカム軸に設けられ、無端伝動部材を介してクランク軸上の駆動輪に駆動連結された従動輪と、
   上記吸気側のカム軸及び従動輪にそれぞれ連結され、進角側又は遅角側液圧室への作動液の供給により該カム軸と従動輪とを相対回転させて、当該カム軸のクランク軸に対する回転位相を変更するバルブタイミング可変手段と、
   上記バルブタイミング可変手段の進角側又は遅角側液圧室に作動液を供給切替えする液圧供給手段とを備えた可変バルブタイミング装置付エンジンにおいて、
   上記液圧供給手段は、
   上記吸気側カム軸内に形成され、かつ一端が上記バルブタイミング可変手段の進角側液圧室に接続される一方、他端がカム軸の外周面に開口する第１液路と、
   上記吸気側カム軸内に形成され、かつ一端が上記バルブタイミング可変手段の遅角側液圧室に接続される一方、他端が上記第１液路の開口端よりも先端側のカム軸外周面に開口する第２液路と、
   上記端部側軸受部の軸受面にカム軸の軸心に対してバルブと反対側に略半周に亘って形成され、上記第１液路の開口端に連通する第１開口溝と、
   上記端部側軸受部の軸受面に上記第１開口溝の直径方向反対側に略半周に亘って形成され、上記第２液路の開口端に連通する第２開口溝と
   を備えていることを特徴とする可変バルブタイミング装置付エンジン。
2. 請求項１において、
   端部側軸受部は、シリンダヘッド上面に設けられた下側軸受部と、該下側軸受部の上部に結合された上側軸受部とで構成されており、
   バルブタイミング可変手段が設けられているカム軸により開閉作動されるバルブは、バルブ軸のシリンダボア軸線に対する傾き角が２０°以下とされていることを特徴とする可変バルブタイミング装置付エンジン。
3. 請求項１又は２において、
   カム軸は、吸気バルブを開閉作動させる吸気側カム軸と、排気バルブを開閉作動させる排気側カム軸とからなり、
   上記吸気側及び排気側カム軸は共通の無端伝動部材を介してクランク軸に駆動連結されており、
   上記２本のカム軸上の各従動輪と無端伝動部材との係合範囲は、いずれも従動輪中心に対し１２０度以内の角度範囲とされていることを特徴とする可変バルブタイミング装置付エンジン。
4. 請求項１〜３のうちのいずれか１つにおいて、
   バルブタイミング可変手段が設けられたカム軸を支持する全ての軸受部は、互いに同一の軸受径を有することを特徴とする可変バルブタイミング装置付エンジン。
5. 請求項１において、
   端部側軸受部の上部には、第１又は第２開口溝を介してカム軸側へ供給される作動液圧を調整するコントロールバルブが、カム軸と直交する向きに延びて一体的に取り付けられていることを特徴とする可変バルブタイミング装置付エンジン。
6. 請求項１において、
   端部側軸受部よりも先端側のカム軸外周に全周に亘って大径部が形成されている一方、
   上記端部側軸受部のカム軸先端側の側面には、上記カム軸外周の大径部に摺接してカム軸の軸線方向への移動を規制する移動規制部が、第２開口溝に対応する周方向範囲に設けられていることを特徴とする可変バルブタイミング装置付エンジン。
7. 請求項１において、
   バルブタイミング可変手段は、
   カム軸の端部に回転一体に連結された内側回動部材と、
   上記内側回動部材に対しカム軸の軸線回りに相対回転可能に外嵌合されて連結される一方、従動輪に回転一体に連結された外側回動部材とを備えており、
   上記内側回動部材の外周面に径方向外側に突出するベーンが設けられる一方、上記外側回動部材の内周面に径方向内側に突出する突出壁部が設けられており、
   進角側又は遅角側液圧室が上記ベーンと突出壁部との間に周方向に交互に区画形成されていることを特徴とする可変バルブタイミング装置付エンジン。

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