JP5105130B2 - 内燃機関の可変動弁装置 - Google Patents

Description

本発明は、カム位相変更装置により、一対の吸気バルブまたは一対の排気バルブを駆動する一対のカムのうち一方のカムの位相を他方のカムに対し変更する内燃機関の可変動弁装置に関する。

自動車に搭載されるレシプロ式のエンジン（内燃機関）では、エンジンの排出ガスの対策やポンピングロスの改善を図るために、シリンダヘッドに可変動弁装置を搭載することが行なわれつつある。
可変動弁装置には、エンジンで多く採用されているマルチバルブ（一対の吸気バルブ、一対の排気バルブ）のバルブ間の位相を可変させて、マルチバルブの開いている期間を変更させる構造がある。例えば一対の吸気バルブまたは一対の排気バルブを駆動する一対のカムのうち、一方のカムに対し他方のカムの位相を可変する構造がある。

多くは、特許文献１，２に開示されているようにクランク出力で駆動されるシャフト部材の外側に、一対の吸気バルブまたは一対の排気バルブの配置にならい、固定式の第１カムと、シャフト軸心周りに回動可能に嵌められた可動式の第２カムとを設け、可動ベーン機構などカム位相変更装置で、可動式の第２カムの位相を固定式の第１カムを基準に対して位相させる構造が用いられる。つまり、第２カムの位相が、カム位相変更装置により第１カムを基準に変位されるにしたがい、一対の吸気バルブまたは一対の排気バルブの開いている期間が大きく変更される。ところで、シャフト部材上の第２カムの支持は、カム幅寸法に依存するうえ、第２カムとシャフト部材との間には、第２カムを回動変位可能にする微小なクリアランスが存在するため、加わる荷重によりミスアライメントが生じやすい。

そこで、第２カムには、安定性を保つために中空のボス部を形成した部品、例えばカムローブを用いて、同ボス部をシャフト部材の外側に嵌めることで、第２カムの姿勢を安定に保つことが行なわれている。
ところが、第１カムや第２カムが配置されるシリンダヘッドの気筒の頭上のスペースは限られている。
そのため、一方のカムに対し他方のカムを位相させる可変動弁装置では、特許文献１，２のようにボス部は、第２カムのカム幅方向の両側でなく、第２カムの第１カム側の側部から張り出る片側構造を採用して、第２カムの安定性を保つことが行なわれる。

特開２００９−１４４５２１号公報 特開２００９−１４４５２２号公報

ところが、このボス部は、荷重が片側から加わるためミスアライメントを生じやすく、第２カムの幅方向の片側に倒れる挙動は避けられない。このミスアライメントは、所定の許容範囲内であれば問題はない。
しかし、ボス部が付いた第２カムは、シャフト部材とは別体な部品なので、シャフト部材に組み付く際、多くの公差がシャフト部材との間で生じやすい。このため、第２カムは、公差の影響を受けて、許容範囲を超えるようなミスアライメント生じることがある。ミスアライメントが生じると、片当たりが生じる。例えば第２カムの角部がタペットなどの従動子の当り面と当接したり、第２カムやボス部の支持面の端の角部がカムシャフト部材の外周面と当接したりする。このため、接触する部品間の面圧が過度に上昇して、フリクションの増大を招いたり、部品の偏磨耗を招いたりする。可変動弁装置は、こうしたフリクションの増大や偏磨耗の発生を受けると、所定のエンジン性能が確保できなくなる。また過度なフリクションの増大や偏磨耗はエンジンの破損に繋がるおそれがある。

そこで、ミスアライメントを減らすためにボス部の全長を延ばすことが考えられる。しかし、第１カム、第２カムは、気筒の頭上に組み付く一対の吸気バルブまたは一対の排気バルブの配列にならい配置されるので、第１カムと第２カムとの間の寸法は限られており、ボス部を安定性が確保されるまで延ばすことは難しい。そのため、特許文献１、２ではボス部は、第２カムの幅方向より短いか同じ全長寸法に制約されている事情にあり、安定性の点に難がある。これを無視してボス部の全長を延長すると、第１カムや第２カムや吸気バルブ（または排気バルブ）までも影響を与えてしまうという問題が生じる。

ところで、具体的にはカムシャフトとして、上記特許文献１，２に示すようなパイプ部材で形成されたアウタカムシャフト内にインナカムシャフトを回動可能に収めたシャフト部材、アウタカムシャフトの外周部に設けた固定式の第１カム、アウタカムシャフトの軸心周りに回動自在に設けた可動式の第２カム、第２カムとインナカムシャフトとをアウタカムシャフトとインナカムシャフトとの相対変位を許しながら接続する接続部材を組み合わせた組立構造式のカムシャフト、いわゆる組立カムシャフトが用いられる。そして、シャフト部材の端部に、回転ベーンなどカム位相変更装置を連結することで、アウタカムシャフトとインナカムシャフトとの相対変位から、第１カムを基準に第２カムの位相の変更が行なえるようにしている。

こうした可変動弁装置は、できるだけ簡便な設備や作業で、組立カムシャフトとカム位相変更装置とを連結することが求められる。このためには、組立カムシャフトとカム位相変更装置とを連結する際に、組立カムシャフトを所定の姿勢に保つことが要求される。
本発明の目的は、第２カムの片側から張り出るボス部で、第１カムや第２カムに影響を与えずに、第２カムのミスアライメントが十分に抑えられ、さらには簡便な設備や作業で組立容易な内燃機関の可変動弁装置を提供することにある。

請求項１に記載の発明は、上記目的を達成するために、一気筒に対して設けられた一対の吸気バルブのバルブ間の位相または一対の排気バルブのバルブ間の位相を可変する内燃機関の可変動弁装置であって、前記内燃機関のクランク出力により駆動され、前記一対の吸気バルブの一方または前記一対の排気バルブの一方を駆動する第１カムが形成されたシャフト部材、及び、前記吸気バルブの他方または前記排気バルブの他方を駆動する第２カムを有し、前記シャフト部材の外側に当該シャフト部材の周方向に変位可能に嵌められたカムローブからなる組立カムシャフトと、前記第２カムの位相を前記第１カムに対して変更するカム位相変更装置とを備え、前記カムローブには、前記シャフト部材の外側に嵌められる中空のボス部を有し、前記ボス部は、前記第２カムのカム幅方向の前記第１カムとは反対側となる片側から、前記第２カムのカム幅寸法よりも長く張り出すように設けられるとともに、可変すべきカム位相を伝える制御部材と繋がる接続部材を有し、前記接続部材が、前記ボス部において前記カム山部と反対の端部に寄せた位置に配置されることを特徴とする。

請求項２に記載の発明では、請求項１において、前記接続部材は、前記第２カムに従いバルブを駆動する部材よりもカム軸方向に離れた位置に配置されることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２において、前記シャフト部材は、アウタカムシャフト内に前記制御部材としてのインナカムシャフトを回動可能に収めて構成され、前記組立カムシャフトは、前記第１カムが前記アウタカムシャフトの外周部に設けられ、前記第２カムを有する前記カムローブが前記アウタカムシャフトの外周部に回動可能に設けられるとともに、前記接続部材が前記アウタカムシャフトと前記インナカムシャフトとの相対変位を許しながら前記第２カムと前記インナカムシャフトとを接続してなり、前記カム位相変更装置は、前記シャフト部材の端部に連結されて前記アウタカムシャフトと前記インナカムシャフトとを相対変位させるものであって、前記カムローブに、前記組立カムシャフトを所定の姿勢に配置するための被保持部を設け、前記シャフト部材の端部と前記カム位相変更装置とを連結するとき、前記被保持部を用いて前記組立カムシャフトを所定の姿勢に配置すると、前記接続部材が前記インナカムシャフトの回り止めとして機能するよう構成したことを特徴とする。

請求項４に記載の発明では、請求項３において、前記被保持部は、前記ボス部に設けられることを特徴とする。
請求項５に記載の発明では、請求項４において、前記被保持部は、前記ボス部の外周部に、当該ボス部のクランプを可能とする少なくとも一対の平面部を形成してなることを特徴とする。

請求項６に記載の発明では、請求項４において、前記接続部材は、前記シャフト部材の直径方向から挿入され、前記ボス部、前記アウタカムシャフト、前記インナカムシャフトを貫通して、前記カムローブと前記インナカムシャフトとを接続するピン状部材から構成され、前記ピン状部材の貫通端となる前記ボス部の相対向する各外周部分には、それぞれ前記ピン部材が出入りする出入口を有した平面な座面が設けられ、前記被保持部は、前記ボス部の前記座面を流用して構成されることを特徴とする。

請求項７に記載の発明では、請求項１乃至６のいずれか一つにおいて、前記シャフト部材は、前記気筒の頭上に回転自在に配置され、前記第１カムと前記第２カムとは、気筒の頭上で隣接して配置され、前記隣接した第１カムと第２カムとの間のシャフト部分の少なくとも一部が前記気筒の頭上で回転自在に支持されるジャーナルとしてあることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、第２カムの片側のボス部は、第１カムや第２カムに影響を与えずに、第２カムの幅寸法よりも長い寸法で張り出すことができ、ボス部のミスアライメントが十分に抑えられる。これにより、第２カムのミスアライメントは抑えられ、シャフト部材上における第２カムの安定性が増す。
つまり、第１カムや第２カムのレイアウトに影響を与えずに、第２カムの片側から張り出るボス部だけで、第２カムの過度のミスアライメントが抑えられる。これにより、常に第２カムのミスアライメントを許容範囲内に収めることができ、可変動弁装置におけるフリクションの増大や偏磨耗の発生が抑えられ、エンジン性能のばらつきを抑えることができる。

しかも、接続部材で、可変すべきカム位相を伝える制御部材とカムローブのボス部とをつなげる可変動弁装置の場合でも、十分に第２カムのミスアライメントを抑えることができる。
請求項２の発明によれば、さらに接続部材は、第２カムに従いバルブを駆動する部材よりも外側に配置されるため、例えば接続部材が片側に飛び出したり外れたりした場合に、上記バルブを駆動する部材と噛み合う危険性を避けることができ、エンジンの致命的な破損を避けることができる。

請求項３の発明によれば、組立カムシャフトとカム位相変更装置とを連結する際に、第２カムを有するカムローブに設けた被保持部を用いて組立カムシャフトを所定の姿勢に配置すると、第２カムとつながる接続部材の動きは規制され、第２カムとつながるインナシャフトに回り止めが施される。
従って、インナカムシャフトとカム位相変更装置との連結は、組立カムシャフトを所定の姿勢に配置する被保持部をそのままインナカムシャフトの回り止めに流用させるという簡単な回り止め構造、容易な作業で行なえる。しかも、同連結は、負担を強いるような専用の保持装置やインナカムシャフトの押え部の形成をしなくてすむので、カム組立て時の作業性、市場でのメンテナンス性が向上する。そのうえ、連結の際、アウタカムシャフトには外力が加わらないので、アウタカムシャフトの変形や撓みを伴わない。

請求項４の発明によれば、さらに簡単に第２カムを有するカムローブに被保持部を形成することができる。
請求項５の発明によれば、さらに簡単な構造で汎用機器による保持が可能となる。
請求項６の発明によれば、被保持部は、カムローブとインナカムシャフトとをピン部材で接続する構造の一部であるカムローブの一対の座面をもつボス部をそのまま流用して構成されるから、既存の部品をそのまま流用した簡単な構造ですむ。

請求項７の発明によれば、さらに第２カムは、空いている第１カムと第２カムとの間を利用して直近位置から支えられるから、シャフト部材の撓みを要因とした第２カムのミスアライメントも抑えることができ、気筒上部の限られたスペースを十分に活用して、第２カムの安定性を十分に確保できる。

本発明に係る可変動弁装置を、同装置を搭載した内燃機関のシリンダヘッドと共に示す平面図である。 図１中のI−I線に沿う可変動弁装置の断面図である。 同可変動弁装置の構造を示す斜視図である。 同じく分解斜視図である。 図２中のII−II線に沿う断面図である。 同可変動弁装置の可変特性を示す線図である。 同可変動弁装置の第２カムのミスアライメント発生具合を従来と対比して説明する断面図である。 カムシャフトとカム位相変更装置とが連結されるときを説明する斜視図である。 同じく断面図である。

以下、本発明を図１〜図９に示す一実施形態にもとづいて説明する。
図１は内燃機関、例えば３気筒（複数気筒）のレシプロエンジン（以下、単にエンジンという）の平面を示し、図２は図１中のI−I線に沿う断面を示していて、同図中１は同エンジンのシリンダブロック、２は同シリンダブロック１の頭部に搭載されたシリンダヘッドを示している。
このうちシリンダブロック１には、図１および図２に示されるようにエンジンの前後方向に沿って３つの気筒３（一部気筒だけ図示）が形成されている。これら各気筒３内に、クランクシャフト（図示しない）からコンロッド（図示しない）を介して分かれた各ピストン４（図２だけに図示）が往復動可能に収められる。

シリンダヘッド２の下面には、各気筒３に対応してそれぞれ燃焼室５が形成されている。各燃焼室５には、吸気を行なう一対の吸気ポート７（２個）、排気を行なう一対の排気ポート（図示しない）が開口している。各吸気ポート７には、ステム端にそれぞれタペット９（従動子）が装着された一対の吸気バルブ１０（２個：複数）が設けられている。そして、各タペット９のバルブ当り面９ａがシリンダヘッド２の上部に臨む。各排気ポート（図示しない）には、同様にタペットが付いた一対の排気バルブ（２個：複数：いずれも図示しない）が設けられる。これら吸気バルブ１０、排気バルブ（図示しない）にて、吸気ポート７、排気ポート（図示しない）が開閉される。さらに各燃焼室５には、図示はしないが点火プラグがそれぞれ設けられる。

図１に示されるようにシリンダヘッド２の上部左右には、クランクシャフトの軸出力で駆動される吸気側の動弁装置６ａ、同じく排気側の動弁装置６ｂが設けられていて、各気筒３で所定の燃焼サイクル（吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程の４サイクル）が繰り返し行なわれるようにしている。これら動弁装置６ａ，６ｂのうち、排気側の動弁装置６ｂには、通常の一対の排気カム１４を一体に形成（例えば削り出し加工により形成）したカムシャフト１３が用いられる。このカムシャフト１３が、気筒３が並ぶ方向に回転自在に組み付けられ、各排気カム１４のカム面を排気バルブ(図示しない)の基端部に当接させている。これで、各排気カム１３のカムの動きをそれぞれ排気バルブ（図示しない）へ伝える。

また吸気側の動弁装置６ａには、排気側のカムシャフト１３とは異なり、図２乃至図４に示されるような別体な部材を組み付けて構成されるカムシャフト１５（本願のシャフト部材に相当）が用いられている。このカムシャフト１５を用いて、スプリット式の可変動弁装置１２を構成している。

図２乃至図４には、可変動弁装置１２の１気筒分の可変構造が示されている。同図を参照して、可変動弁装置１２の構造を説明すると、カムシャフト１５の端部は、シリンダヘッド２の端部に設けた軸受部１８ａで回転自在に支持され、カムシャフト１５の中間部は、シリンダヘッド２の各部に設けた軸受部１８ｂでそれぞれ回転自在に支持される。なお、軸受部１８ａ，１８ｂは、いずれもシリンダヘッド２側に形成された軸受台１６ａ、同軸受台１６ａと組み合う軸受キャップ１６ｂで構成されるものである。カムシャフト１５には、各気筒３に設けた一対の吸気バルブ１０に対応して、一対（２個：複数）の吸気カム１９がそれぞれ設けられている。吸気カム１９は、いずれも、基準位相を定める固定カム２０（本願の第１カムに相当）と可動側となるカムローブ２２との組み合わせが用いられている。

特にカムシャフト１５には二重シャフトを用いられている。この二重シャフトの端部にカム位相変更装置２５が設けられる。つまり、カム位相変更装置２５によって、二重シャフトの内・外シャフトの相対変位させることにより、それぞれ固定カム２０に対しカムローブ２２を位相させる構造としている（本願の組立カムシャフトに相当）。

すなわちカムシャフト１５は、例えば図２乃至図４に示されるように中空のパイプ部材で構成されたアウタカムシャフト１５ａ内に、制御部材であるところの中実のシャフト部材で構成されたインナカムシャフト１５ｂ（制御部材）を回動可能に収めて構成される。なお、アウタカムシャフト１５ａとインナカムシャフト１５ｂとの間には、両シャフト１５ａ，１５ｂを相対変位可能するためクリアランスが存在している。このアウタカムシャフト１５ａ、インナカムシャフト１５ｂの端部、ここでは一方の端部が、アウタカムシャフト１５ａ端に取着されたブラケット３７を介して、シリンダヘッド２の端部の軸受部１８ａで回転自在に支持される。また、アウタカムシャフト１５ａの中間部は、タペット９，９間に設置した中間の軸受部１８ｂに回転自在に支持される。これで、両シャフト１５ａ，１５ｂ共、同一軸心を中心に回転できるようにしている。そして、アウタカムシャフト１５ａに、一対(２個)の吸気カム１９がそれぞれ設けられている。

固定カム２０は、いずれの気筒３共、図２乃至図４に示されるように板カムで構成される。同板カムがアウタカムシャフト１５ａの外周部に取着、例えば圧入により固定される。これで左側のタペット９の直上に固定カム２０を配置してある。この固定カム２０の外周部に形成されているカム山部が左側のタペット９のバルブ当り面９ａと当接し、同カム山部のカム変位が左側の吸気バルブ１０に伝わり、同吸気バルブ１０を駆動する。

カムローブ２２は、いずれの気筒３共、板カムで形成されたカム山部２２ａ（本願の第２カムに相当）を有している。このカム山部２２ａには、カム山部２２ａの安定性を確保するため、中空、例えば円筒形のボス部２２ｂが組み合わさり、カムローブ全体を構成している。カム山部２２ａは、ボス部２２ｂと共に、アウタカムシャフト１５ａの外側に周方向に変位自在に嵌められ、固定カム２０ｂと隣接した位置、すなわち右側のタペット９の直上に配置させている。このカム山部２２ａが右側のタペット９のバルブ当り面９ａと当接し、カム山部２２ａのカム変位が右側の吸気バルブ１０に伝わり、同吸気バルブ１０を駆動する。また図５は図２中のII−II線に沿う断面であるが、同図に示されるようにボス部２２ｂの外径寸法Ｄ１は、カム山部２２ａのベース円Ｄ２よりも小さい寸法に定められていて（Ｄ１＜Ｄ２）、ボス部２２ｂとタペット９とが当らずにすむ構造にしてある。ボス部２２ｂについての詳細は後述する。

また図５に示されるように各ボス部２２ｂとその内側のインナカムシャフト部材１５ｂ部分との相互は、例えばこれらを貫通するピン状部材、例えば圧入ピン２７（本願の接続部材に相当）の圧入によって連結される。さらに圧入ピン２７が通過するアウタカムシャフト１５ａの各周壁部分には、圧入ピン２７を逃がす長孔、例えば遅角方向に延びる長孔２８が形成されていて、インナカムシャフト１５ｂをアウタカムシャフト１５ａに対して相対変位させると、例えば各カム山部２２ａの位相が、基準となる各固定カム２０から大きく遅角した位相まで可変できるようにしている。なお、２７ａは、圧入ピン２７が圧入されるインナカムシャフト１５ｂ部分、ボス部２２ｂの周壁部分に設けた圧入孔を示す（図４）。

特にボス部２２ｂは、部品の変形なく圧入ピン２７の圧入を行なう場合に備えて、図３および図４に示されるように圧入ピン２７の貫通端となるボス部２２ｂの各外周面部分（相対向する部分）には、平面な座部分、すなわち圧入孔２７ａの出入口を有した一対の平面な座面２９が形成してある。

カム位相変更装置２５には、例えば図２乃至図４に示されるようにカムシャフト１５の一端部から、内外の両シャフト１５ａ，１５ｂを相対駆動させる油圧式の回転ベーン機構２６が用いられる。この回動ベーン機構２６には、例えば複数の遅角室３０を周方向沿いに有する円筒形のハウジング３１内に、軸部３２の外周部から放射状に複数のベーン３３が突き出たベーン部３４を回動自在に収め、各ベーン３３で各遅角室３０内を仕切る構造が用いられる。なお、ハウジング３１の外周部にはタイミングスプロケット３９が設けられている。同スプロケット３９は、タイミングチェーン４０を介して、クランクシャフト（図示しない）につながるものである。

ハウジング３１は、固定ボルト３６によって、アウタカムシャフト１５ａ端のブラケット３７に連結され、ベーン部３４の軸部３２は、固定ボルト３８によって、インナカムシャフト１５ｂの軸端に連結される。これにより、ベーン３３が遅角室３０内を回動変位すると、インナカムシャフト１５ｂがアウタカムシャフト１５ａに対して相対的に変位する。

すなわち、カム山部２２ａのカム位相は、ハウジング３１とベーン部３４との間をむすぶように設けた戻り用スプリング部材４２（図２だけに図示）の付勢力により、基準となる固定カム２０のカム位相に揃えられる。また各遅角室３０は、ハウジング３１やブラケット３７や軸受部１８ａに形成された各種油路４３（図２に一部しか図示せず）を介して、オイルコントロールバルブ４４（以下、ＯＣＶ４４という）、油圧供給部４４（例えばオイルを供給するオイルポンプを有して装置で構成）に接続されていて、各遅角室３０内にオイルが供給されるとインナカムシャフト１５ｂが駆動され、カムローブ２２が固定カム２０から遅角方向へ変位する構造にしてある。

これにより、図６に示されるようにカム山部２２ａによるスプリット可変が行なえる。すなわち、クランクシャフトからの軸出力は、タイミングチェーン４０、タイミングスプロケット３９、ハウジング３１、ブラケット３７を経て、アウタカムシャフト１５ａに伝わり、固定カム２０を回転駆動させ、タペット９を介して左側の吸気バルブ１０ａを開閉させる。ここで、ＯＣＶ４４から油圧出力が無いと、戻り用スプリング部材４２の付勢力により、カム山部２２ａは、図６中のＡ状態の如く固定カム２０のカム位相に揃えられているから、右側の吸気バルブ１０ｂは、左側の固定カム２０と同じ位相を保ったまま開閉される。

またＯＣＶ４４を通じて、油圧供給部４５の油圧が遅角室３０内へ供給されると、供給油圧に従い、ベーン３３は遅角室３０内を当初位置から遅角側へ変位する。このとき油圧の出力制御により、例えばベーン３３が遅角室３０内の途中まで変位すると、インナカムシャフト１５ｂは、途中位置まで遅角方向に変位する。このときの変位が圧入ピン２７を介してカムローブ２２に伝わり、カムローブ２２を遅角方向に変位させる。すると、図６中のＢ状態に示されるように基準となる左側の吸気バルブ１０ａの開閉時期はそのまま変わらず、右側の吸気バルブ１０ｂの開閉時期だけが変わる。

また油圧の出力制御により、ベーン３３を最遅角位置まで変位させると、図６中のＣ状態に示されるように基準となる左側の吸気バルブ１０ａの開閉時期はそのままに変わらずに、右側の吸気バルブ１０ｂの開閉時期は、左側の吸気バルブ１０ａの開閉時期と交錯した状態を保ちながら、左側の吸気バルブ１０ａから最も遅角した時期で開閉する。つまり、基準となる固定カム２０に対するカム山部２２ａの位相により、図６中に示されるように左右の吸気バルブ１０ａ，１０ｂの開弁期間は、最も小さい開弁期間αから最も大きい開弁期間βまでの範囲内で可変される。
こうした可変動弁装置１２におけるカム山部２２ａの安定性を確保するために、ボス部２２ｂの形成には以下のような工夫が施されている。

・固定カム２０ａとカム山部２２ａとの間のシャフト部分の少なくとも一部をカムジャーナル１７ａ（本願のジャーナルに相当）にし、タペット９間に設置した軸受部１８ｂでアウタカムシャフト１５ａの中間部を回転自在に支持させるという、気筒頭上のスペースを利用したアウタカムシャフト１５ａの支持により、気筒頭上におけるアウタカムシャフト１５ａの撓みを抑えつつ、側方にスペースを確保する構造。
・ボス部２２は、上記構造により確保される気筒側方のスペースへ張り出すよう、固定カム２０ａの反対側、すなわちカム山部２２ａの固定カム２０ａとは反対側となる片側から張り出させる構造。
・図２および図４に示されるように上記ボス部２２ｂの全長Ｂを、安定性が確保される地点まで延長、具体的にはカム山部２２ａのカム幅Ａの寸法よりも長く固定カム２０の反対側へ張り出させる構造。
・圧入ピン２７をカム山部２２ａから遠ざかる側の端部に配置する構造。
・圧入ピン２７を、バルブを駆動する部材であるタペット９（被駆動部材）よりも外側（タペット９よりもカム軸方向に離れた地点）に配置する構造。

同構造によれば、ボス部２２ｂは、固定カム２０とカム山部２２ａの間ではなく、固定カム２０とは反対側に張り出すから、所定にレイアウトされている固定カム２０やカム山部２２ａに影響を与えずに長くできる（延長）。特にボス部２２ｂの全長Ｂは、荷重を受けるカム山部２２ａのカム幅Ａの寸法よりも長く張り出す寸法にしてあるから、ボス部２２ｂのミスアライメント（倒れ）は抑えられ、アウタカムシャフト１５ａ上における安定性が増加する。すなわち、図７（ａ）に示されるようにボス部２２ｂがカム山部２２ａのカム幅寸法より短い（あるいは同じ）カムローブ２２だと、ボス部２２ｂは不安定で、部品公差や組付公差など公差の影響で、許容範囲を超えるまで傾き（図７中のθ１）、当該倒れがもたらすミスアライメントによりカム山部２２ａの角部がタペット９の当たり面９ａと片当たりすることがあるが、ボス部２２ｂの全長Ｂがカム山部２２ａのカム面のカム幅寸法Ａよりも長いと（Ａ＜Ｂ）、ミスアライメントが抑えられ、ボス部２２ｂの安定性が格段に増し、同じように公差の影響を受けても、図７（ｂ）に示されるようにカム山部２２ａのミスアライメント（倒れ）は十分に抑えられる（図７中のθ２＜θ１）。

それ故、固定カム２０、カム山部２２ａのレイアウトに影響を与えずに、カム山部２２ａの片側から張り出たボス部２２ｂだけで、カム山部２２ａの過度のミスアライメント（倒れ）が抑えられる。これにより、常にカム山部２２ａのミスアライメントを許容範囲内に収めることができ、カム山部２２ａのミスアライメントを要因としたフリクションの増大や偏磨耗の発生を防ぎ、可変性能のばらつきが抑えられる。

また可変すべきカム位相をカムローブ２２に伝えるため、ボス部２２ｂとインナカムシャフト１５ｂ（制御部材）とを圧入ピン２７（接続部材）でつなげた構造の場合、圧入ピン２７を、ボス部２２においてカム山部２２ａから遠ざかる側の端部に配置、具体的には図２乃至図４に示されるように、カム山部２２ａと反対の端側に寄せたＣ＞Ｄなる地点、かつ、バルブを駆動する部材であるタペット９（被駆動部材）の外側に配置するだけで、十分にカム山部２２ａのミスアライメントを抑える効果を確保できる。

特に圧入ピン２７が、何らかの不具合により抜け出てきた場合、タペット９の上方に圧入ピンが配置されていると、カム山部２２aと異なるタイミングで圧入ピン自体がタペット９を駆動したり、脱落して挟まったりすることになり、バルブとピストンの干渉などの大きな不具合に繋がる可能性があるが、圧入ピン２７をバルブを駆動する部材であるタペット９（被駆動部材）の外側に配置することで、大きな不具合に至る可能性を大幅に低下できる。なお、バルブを駆動する部材が、タペット９でなく、ローラを組み込んだロッカアームの場合でも、同じ効果が得られる。

また、特に隣接する固定カム２０とカム山部２２ａとの間のアウタカムシャフト１５ａ部分をカムジャーナル１７ａとして、同カムジャーナル１７ａを気筒２の頭上の軸受部１８ｂで回転自在に支持する構造を用いると、カム山部２２ａは直近位置から支えられるから、アウタカムシャフト１５ａの撓みを要因としたカム山部２２ａのミスアライメントも抑えることができる。しかも、気筒３の頭上のスペースを利用したアウタカムシャフト１５ａの支持は、側方に、ボス部２０ｂの張り出させるスペースが確保されるから、気筒３の頭上の限られたスペースを十分に活用しながら、カム山部２２ａの安定性を十分に確保できる利点もある。

ところで、一方、こうした可変動弁装置１２のカムシャフト１５は、アウタカムシャフト１５ａ内にインナカムシャフト１５ｂを回動自在に収めるという特有な構造のため、インナカムシャフト１５ｂは回動変位しやすい。このため、カムシャフト１５のインナカムシャフト１５ｂの端部とカム位相変更装置２５とを連結する際、作業がしにくい難点をもっている。

そこで、カムシャフト１５には、簡便な作業で、インナカムシャフト１５ｂの回り止めが行なえる工夫が施してある。これは、図３および図４に示されるように各カムローブ２２に、二重シャフトからなるカムシャフト１５の端部とカム位相変更装置２５とを連結する作業を行なう際、カムシャフト１５の全体を所定の姿勢に配置するために、汎用機器による保持を可能にした被保持部５２を設け、同被保持部５２による保持がそのままインナカムシャフト１５ｂの回り止めとして利用されるようにしたものである。

具体的には被保持部５２は、いずれもカム山部２２ａのミスアライメントの発生を抑制するために形成したボス部２２ｄに設けてある。この被保持部５２は、ボス部２２ｂの相対向する外周部分に、一対の平行な平面部５３（二面幅）を形成してなる。これで、一対の平面部５３の有るボス部分は、汎用機器であるクランプ機器によって両側からクランプ可能にしてある。このボス部２２ｂで行なわれるクランプにて、カムシャフト１５の全体が所定の姿勢に保たれるようにしている。これによって、組立て時の作業性や市場でのメンテナンス性の向上が図れる。また、カム山部２２ａと離れた位置に被保持部５２を設けたので市場でのメンテナンス時にカム山やタペットに誤って傷を付ける可能性も大きく低減できる。

ここで、図２に示されるようなボス部２２ｂとインナカムシャフト１５ｂとを圧入ピン２７の圧入や挿通によって連結する構造は、汎用機器で所定位置にまで圧入ピン２７を挿入させるため、通常、上記のように圧入ピン２７の貫通端となるボス部２２ｂの相対向する各外周部分には、圧入ピン２７が出入りする出入口（圧入孔２７ａと連通するもの）を有する一対の座面２９が形成してある。このような場合は、別途、平面部５３を形成せずに、当該座面２９をそのまま平面部５３（被保持部５２）として流用する。こうすると、別途、一対の平面部５３を形成する必要がなく、また、ボス部２２ｂの長さを短く設定することができ重量やスペース的にも有利である。さらに、圧入ピン２７によりクランプされたボス部２２ｂの変形を抑制することもできる。本実施形態は、この一対の座面２９から平面部５３を構成した例を挙げている。

こうした被保持部５２を用いると、図８および図９に示されるように容易にカムシャフト１５の端部とカム位相変更装置２５の出力部との連結が行なえる。
すなわち、図３に示される可変動弁アッセンブリを組み立てるべく、カム組み立て時、カムシャフト１５の端部とカム位相変更装置２５の出力部とを連結するときは、図８および図９に示されるように図示しない汎用機器にて、アウタカムシャフト１５ａの外周部に組み付けてある各カムローブ２２の一対の平面部５３をクランプして、カムシャフト１５の全体を、連結に適した所定の姿勢に配置する。このカムシャフト１５のカムピース３７側の端部にカム位相変更装置２５を配置し、カム位相変更装置２５のハウジング３１の軸心部に形成されているボルト孔４７と、インナカムシャフト１５ｂの軸端に形成されているねじ孔１５ｃとを位置決めする。ハウジング３１の外周部に形成されている複数のボルト孔４８とカムピース３７の外側に張り出ているアーム部３７ａに形成されているねじ孔３７ｃとを位置決める。この後、各ボルト孔４８から固定ボルト３６をねじ込むと、カム位相変更装置２５とアウタカムシャフト１５ａ端とは連結される。またハウジング３１の中心のボルト孔４７から、インナカムシャフト１５ｂのねじ孔１５ｃへ固定ボルト３８をねじ込む。

このとき、圧入ピン２７は、カムローブ２２のボス部２２ｂに接続されているから、平面部５３での保持によってその動きが規制される。また圧入ピン２７は、回動可能に収められていたインナカムシャフト１５ｂに接続されているから、圧入ピン２７の規制により、インナカムシャフト１５ｂには回り止めが施される。この回り止めにより、固定ボルト３８は、図３に示されるようにインナカムシャフト１５ｂのねじ孔１５ｃにねじ込まれ、カム位相変更装置２５のベーン部３４がインナカムシャフト１５ｂの端部に連結される。

このように、被保持部５２は、カムシャフト１５を所定の姿勢に配置するのに用いる部品として利用されるだけでなく、そのままインナカムシャフト１５ｂの回り止めにも流用されるから、特殊な保持装置を用いず、インナカムシャフト１５ｂとカム位相変更装置２５とを連結させることができる。しかも、別途、回り止めの作業は不要となるから、容易に連結が行なえる。そのうえ、連結の際は、アウタカムシャフト１５ａには外力が加わらずにすむので、アウタカムシャフト１５ａの変形や撓みを伴わずにすみ、アウタカムシャフト１５ａとシリンダヘッド２のジャーナル軸受部１８ｂとの間でのフリクション増加や、カム（カム山部２２ａ）とタペットとの間でのフリクション増加を抑制できる。それによって、フリクションによる各部品の異常磨耗や、異常磨耗による部品の破損、さらにはエンジン破損を防止することができる。

また被保持部５２は、ボス部２２ａが形成されているカムローブ２２だと、ボス部２２ｂに形成するという簡単な構造ですむ。しかも、ボス部２２ｂの外周部に一対の平面部５３を形成して被保持部５２とすると、汎用機器による保持に適した構造にできる。多気筒エンジンで複数のカムローブ２２にそれぞれ被保持部５２を有すると、カムを回転させることもなしに、いずれかの気筒の被保持部５２に汎用機器で対応することが可能となり、メンテナンスや組み立てが容易となる。

特にボス部２２ｂの外周部に既に一対の座面２９が形成されている場合については、同座面２９をそのまま平面部５３に流用でき、一切の加工を必要とせずに、既存の部品から被保持部５２が構成できる利点がある。
さらには、カムローブ２２のボス部２２ｂの外周部の一対の平面部５３もしくは圧入ピン２７の圧入孔２７ａを基準にカム山部２２ａを形成しておけば、カム組み立て時のカム山部２２ａの組み付け方向の精度を平面部５３もしくは圧入孔２７ａで検査確認することができ、カムシャフト１５の生産性が高められる。

以上で本発明に係る内燃機関の可変動弁装置の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限られるものではない。
例えば、上記実施形態では、一対の吸気バルブを駆動する一対の吸気カムの位相を可変する可変動弁装置に本発明を適用したが、これに限らず、一対の排気バルブを駆動する一対の排気カムの位相を可変する可変動弁装置に本発明を適用してもよい。この場合、吸気バルブが排気バルブに変わり、吸気カムが排気カムに変わるだけである。また、従来の位相可変機構（両弁同時に位相可変する機構）と併用する構造としても良い。この場合、タイミングスプロケットはどちらの位相可変機構に取り付けてもよい。

また、上記実施形態では、一対の平面部から被保持部を構成する例を挙げたが、これに限らず、カムローブの保持や回り止めができるのであれば、二対や三対の平面部や他の構造から被保持部を構成してもよい。

３ 気筒
１２ 可変動弁装置
１５ カムシャフト（シャフト部材）
１５ａ アウタカムシャフト
１５ｂ インナカムシャフト（制御部材）
１７ａ カムジャーナル（ジャーナル）
１９ 一対の吸気カム
２０ 固定カム（第１カム）
２２ カムローブ
２２ａ カム山部（第２カム）
２２ｂ ボス部
２５ カム位相変更装置
２７ 圧入ピン（接続部材）
２９ 座面
５２ 被保持部
５３ 平面部

Claims (7)

1. 一気筒に対して設けられた一対の吸気バルブのバルブ間の位相または一対の排気バルブのバルブ間の位相を可変する内燃機関の可変動弁装置であって、
   前記内燃機関のクランク出力により駆動され、前記一対の吸気バルブの一方または前記一対の排気バルブの一方を駆動する第１カムが形成されたシャフト部材、及び、前記吸気バルブの他方または前記排気バルブの他方を駆動する第２カムを有し、前記シャフト部材の外側に当該シャフト部材の周方向に変位可能に嵌められたカムローブからなる組立カムシャフトと、
   前記第２カムの位相を前記第１カムに対して変更するカム位相変更装置とを備え、
   前記カムローブには、前記シャフト部材の外側に嵌められる中空のボス部を有し、
   前記ボス部は、前記第２カムのカム幅方向の前記第１カムとは反対側となる片側から、前記第２カムのカム幅寸法よりも長く張り出すように設けられるとともに、可変すべきカム位相を伝える制御部材と繋がる接続部材を有し、
   前記接続部材が、前記ボス部において前記カム山部と反対の端部に寄せた位置に配置されることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
2. 前記接続部材は、前記第２カムに従いバルブを駆動する部材よりもカム軸方向に離れた位置に配置されることを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の可変動弁装置。
3. 前記シャフト部材は、アウタカムシャフト内に前記制御部材としてのインナカムシャフトを回動可能に収めて構成され、前記組立カムシャフトは、前記第１カムが前記アウタカムシャフトの外周部に設けられ、前記第２カムを有する前記カムローブが前記アウタカムシャフトの外周部に回動可能に設けられるとともに、前記接続部材が前記アウタカムシャフトと前記インナカムシャフトとの相対変位を許しながら前記第２カムと前記インナカムシャフトとを接続してなり、前記カム位相変更装置は、前記シャフト部材の端部に連結されて前記アウタカムシャフトと前記インナカムシャフトとを相対変位させるものであって、
   前記カムローブに、前記組立カムシャフトを所定の姿勢に配置するための被保持部を設け、
   前記シャフト部材の端部と前記カム位相変更装置とを連結するとき、前記被保持部を用いて前記組立カムシャフトを所定の姿勢に配置すると、前記接続部材が前記インナカムシャフトの回り止めとして機能するよう構成したことを特徴とする、請求項１または２記載の内燃機関の可変動弁装置。
4. 前記被保持部は、前記ボス部に設けられることを特徴とする、請求項３に記載の内燃機関の可変動弁装置。
5. 前記被保持部は、前記ボス部の外周部に、当該ボス部のクランプを可能とする少なくとも一対の平面部を形成してなることを特徴とする、請求項４に記載の内燃機関の可変動弁装置。
6. 前記接続部材は、前記シャフト部材の直径方向から挿入され、前記ボス部、前記アウタカムシャフト、前記インナカムシャフトを貫通して、前記カムローブと前記インナカムシャフトとを接続するピン状部材から構成され、
   前記ピン状部材の貫通端となる前記ボス部の相対向する各外周部分には、それぞれ前記ピン部材が出入りする出入口を有した平面な座面が設けられ、
   前記被保持部は、前記ボス部の前記座面を流用して構成されることを特徴とする、請求項４に記載の内燃機関の可変動弁装置。
7. 前記シャフト部材は、前記気筒の頭上に回転自在に配置され、
   前記第１カムと前記第２カムとは、気筒の頭上で隣接して配置され、
   前記隣接した第１カムと第２カムとの間のシャフト部分の少なくとも一部が前記気筒の頭上で回転自在に支持されるジャーナルとしてあることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか一つに記載の内燃機関の可変動弁装置。

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