JP6350187B2

JP6350187B2 - エンジンの動弁装置

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Publication number: JP6350187B2
Application number: JP2014205121A
Authority: JP
Inventors: 伊藤　啓介; 啓介伊藤; 正成坪内
Original assignee: Suzuki Motor Co Ltd
Current assignee: Suzuki Motor Co Ltd
Priority date: 2014-10-03
Filing date: 2014-10-03
Publication date: 2018-07-04
Anticipated expiration: 2034-10-03
Also published as: CN105484821B; JP2016075193A; CN105484821A

Description

本発明は、クランクシャフトに対する吸気カムまたは排気カムの回転方向の位相を変化させる位相可変装置を備えて、吸気バルブと排気バルブのバルブタイミングを変更可能とするエンジンの動弁装置に関する。

特許文献１及び２に開示されたエンジンの動弁装置には、エンジンの運転状態に応じ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変化させることで、エンジンの運転状態に応じて吸気バルブと排気バルブのバルブタイミングを変更するバルブタイミング可変装置としてのカムシャフト位相可変装置が提案されている。

このカムシャフト位相可変装置では、カムシャフトに対し回転方向に相対変位可能な従動部材と、カムシャフトに回転一体に設けられたガイド部材との間に複数の遠心ウェイトが介在され、各遠心ウェイトは、従動部材とガイド部材の互いに対向する面に放射状に複数形成されたガイド溝のそれぞれに配設されている。

このうち、一方の例えば従動部材のガイド溝は、従動部材の径方向に対し傾斜して設けられている。従って、遠心ウェイトが遠心力の作用で両ガイド溝内を従動部材及びガイド部材の径方向に移動したとき、ガイド部材が従動部材に対して相対回転し、これにより、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が変化し、吸気バルブと排気バルブのバルブタイミングが変更される。

特開２０１３−７２９３号公報特開２０１０−３１８５５号公報

ところが、吸気バルブと排気バルブのバルブタイミングをエンジン回転数に応じて高精度に変更するためには、複数の遠心ウェイトのそれぞれが、複数のガイド溝のそれぞれ内を同時に移動する必要がある。このため、従動部材とガイド部材のそれぞれのガイド溝には高い加工精度が要求される。

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、バルブタイミングをエンジン回転数に応じて高精度に切り換えることができると共に、このバルブタイミングの切換に関し動作特性が安定化し且つ応答性を向上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に記載のように、クランクシャフトにより回転し、エンジンのバルブを開閉させるカムを備えたカムシャフトと、前記クランクシャフトに対する前記カムの回転方向の位相を相対的に変化させる位相可変装置と、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且つ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捩りスプラインを介して一体回転可能に連結され、前記従動部材に対して軸方向に相対変位可能で且つ回転方向に相対変位不能なガイド部材と、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、前記従動部材及び前記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、前記捩りスプラインは、前記カムシャフトに一体に設けられた捩りスプラインキーと、前記ガイド部材の内周に設けられて前記捩りスプラインキーに噛み合う捩りスプライン溝とを備えてなり、前記従動部材と前記ガイド部材の互いに対向する面には、前記遠心ウェイトの移動を案内するガイド溝が、前記従動部材と前記ガイド部材の径方向に直線状に延在して形成され、前記ガイド部材は、前記遠心ウェイトが遠心力の作用で移動することで、前記付勢部材の付勢力の作用下で前記従動部材に対して軸方向に相対変位し、前記捩りスプラインは、前記従動部材に対する前記ガイド部材の軸方向の相対変位を、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相対変位に変換して、前記クランクシャフトに対する前記カム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２に記載のように、エンジンの吸気バルブ及び排気バルブと、クランクシャフトにより回転し、前記吸気バルブ、前記排気バルブをそれぞれ開閉する吸気カム及び排気カムが設けられたカムシャフトと、前記クランクシャフトに対する前記吸気カムまたは前記排気カムの回転方向の位相を相対的に変化させる位相可変装置と、を有するエンジンの動弁装置であって、前記カムシャフトは、前記吸気カムが設けられた吸気カム側軸部と、前記排気カムが設けられた排気カム側軸部とを有してなり、これらの両軸部が回転方向に相対変位可能に構成され、前記位相可変装置は、前記クランクシャフトの回転が伝達され、前記排気カム側軸部または前記吸気カム側軸部に固定して設けられた従動部材と、前記吸気カム側軸部または排気カム側軸部と捩りスプラインを介して一体回転可能に連結され、前記従動部材に対して軸方向に相対変位可能で且つ回転方向に相対変位不能なガイド部材と、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、前記従動部材及び前記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、前記捩りスプラインは、吸気カム側軸部または排気カム側軸部に一体に設けられた捩りスプラインキーと、前記ガイド部材の内周に設けられて前記捩りスプラインキーに噛み合う捩りスプライン溝とを備えてなり、前記従動部材と前記ガイド部材の互いに対向する面には、前記遠心ウェイトの移動を案内するガイド溝が、前記従動部材と前記ガイド部材の径方向に直線状に延在して形成され、前記ガイド部材は、前記遠心ウェイトが遠心力の作用で移動することで、前記付勢部材の付勢力の作用下で前記従動部材に対して軸方向に相対変位し、前記捩りスプラインは、前記従動部材に対する前記ガイド部材の軸方向の相対変位を、前記クランクシャフトに対する前記吸気カム側軸部または前記排気カム側軸部の回転方向の相対変位に変換して、前記クランクシャフトに対する前記吸気カムまたは前記排気カム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。

請求項１に記載の本発明によれば、遠心ウェイトがエンジン回転数に応じて生ずる遠心力の作用で移動したとき、ガイド部材は従動部材に対して回転方向に相対変位せず、軸方向にのみ相対変位するので、このガイド部材の相対変位が容易になる。そして、このガイド部材は捩りスプラインを介してカムシャフトに連結されているので、上述の従動部材に対するガイド部材の軸方向の相対変位が捩りスプラインにより、クランクシャフトに対するカムシャフトの回転方向の相対変位に変換されて、クランクシャフトに対するカムの回転方向の位相が相対的に変化する。

このように、ガイド部材の軸方向の相対変位が容易になされて、カムシャフトが回転方向に円滑に相対変位するので、バルブタイミングをエンジン回転数に応じて高精度に切り換えることができる。しかも、作動油を用いることなくバルブタイミングを切り換えることができるので、バルブタイミングの切換に関し動作特性が安定化し、且つ応答性も向上する。

また、請求項２に記載の本発明によれば、遠心ウェイトがエンジン回転数に応じて生ずる遠心力の作用で移動したとき、ガイド部材は従動部材に対して回転方向に相対変位せず、軸方向にのみ相対変位するので、このガイド部材の相対変位が容易になる。そして、このガイド部材は捩りスプラインを介して吸気カム側軸部または排気カム側軸部に連結されているので、上述の従動部材に対するガイド部材の軸方向の相対変位が捩りスプラインにより、クランクシャフトに対する吸気カム側軸部または排気カム側軸部の回転方向の相対変位に変換されて、クランクシャフトに対するカムの回転方向の位相が相対的に変化する。

このように、ガイド部材の軸方向の相対変位が容易になされて、吸気カム側軸部または排気カム側軸部が回転方向に円滑に相対変位するので、バルブタイミングをエンジン回転数に応じて高精度に切り換えることができる。しかも、作動油を用いることなくバルブタイミングを切り換えることができるので、バルブタイミングの切換に関し動作特性が安定化し、且つ応答性も向上する。

本発明に係るエンジンの動弁装置における第１実施形態が適用されたＳＯＨＣ型式の動弁装置を、カムシャフトの軸心に直交する方向で切断し、シリンダヘッド等と共に示す断面図。図１の動弁装置において吸気バルブ、排気バルブ及びロッカアームなどを除き、シリンダヘッド等と共に示す斜視図。図２の動弁装置の一部及びシリンダヘッド等を示す平面図。図３のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図。図２〜図４におけるカムシャフト及び位相可変装置を示す斜視図。図５のカムシャフト及び位相可変装置を分解して示す斜視図。図５のカムシャフト及び位相可変装置を分解して示す側面図。図５のカムシャフト及び位相可変装置を示す側面図。図８のＩＸ−ＩＸ線に沿う断面図。図８及び図９における排気カム側軸部と位相可変装置の従動部材とを示し、（Ａ）が排気カム側軸部を示す斜視図、（Ｂ）が従動部材を示す正面図。（Ａ）は図８及び図９の従動部材を示す正面図、（Ｂ）は図１１（Ａ）のＸＩＢ−ＸＩＢ線に沿う断面図。（Ａ）は、図８及び図９のガイド部材を示す正面図、（Ｂ）は、図１２（Ａ）のＸＩＩＢ−ＸＩＩＢ線に沿う断面図。（Ａ）は図１２（Ａ）のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線に沿う断面図、（Ｂ）は図１３（Ａ）の一部を拡大して示す断面図、（Ｃ）は図１３（Ｂ）の部分拡大図。図８及び図９の位相可変装置におけるエンジン低回転時域での遠心ウェイトの位置を示す動作説明図。図８及び図９の位相可変装置におけるエンジン高回転域での遠心ウェイトの位置を示す動作説明図。本発明に係るエンジンの動弁装置における第２実施形態が適用されたＤＯＨＣ型式の動弁装置の一部を示す断面図。

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。
［Ａ］第１実施形態（図１〜図１５）
図１は、本発明に係るエンジンの動弁装置における第１実施形態が適用されたＳＯＨＣ型式の動弁装置を、カムシャフトの軸心に直交する方向で切断し、シリンダヘッド等と共に示す断面図である。また、図２は、図１の動弁装置において吸気バルブ、排気バルブ及びロッカアームなどを除き、シリンダヘッド等と共に示す斜視図である。更に、図３は、図２の動弁装置の一部及びシリンダヘッド等を示す平面図である。

図１に示す４サイクル単気筒エンジン１０には、シリンダブロック１に接合されたシリンダヘッド１１内にＳＯＨＣ（シングルオーバーヘッドカムシャフト）方式の動弁装置１２が装備されている。この動弁装置１２は、それぞれ１本の吸気バルブ１３及び排気バルブ１４と、吸気カム１５及び排気カム１６が設けられた１本のカムシャフト１７と、それぞれ１本の吸気ロッカアーム１８及び排気ロッカアーム１９と、後述の位相可変装置４４（図２及び図３）と、を有して構成される。

カムシャフト１７に設けられた位相可変装置４４の従動部材４５（後述）に、図２及び図３に示すカムドリブンスプロケット２０が形成される。このカムドリブンスプロケット２０は、図示しないカムチェーンを介して、クランクシャフト５（図１）に設けられたカムドライブスプロケット（不図示）に作動的に連結される。これにより、クランクシャフト５の回転がカムチェーンを介してカムシャフト１７に伝達されて、カムシャフト１７が回転する。このカムシャフト１７に吸気カム１５及び排気カム１６が軸方向に並列して設けられ、例えば排気カム１６がカムドリブンスプロケット２０側に位置づけられる。

ここで、図１に示すシリンダブロック１には、ピストン２が摺動状態で往復運動するシリンダボア３が形成される。ピストン２の往復運動は、コンロッド４を介してクランクシャフト５に伝達されて回転運動に変換される。

吸気ロッカアーム１８及び排気ロッカアーム１９は、それぞれがロッカシャフト２４に軸支されて揺動可能に設けられ、一端にローラ２２が、他端にアジャストスクリュー２３がそれぞれ配設される。吸気ロッカアーム１８は、ローラ２２が吸気カム１５に接触して転動可能に設けられ、アジャストスクリュー２３が吸気バルブ１３に当接する。また、排気ロッカアーム１９は、ローラ２２が排気カム１６に接触して転動可能に設けられ、アジャストスクリュー２３が排気バルブ１４に当接する。

従って、カムシャフト１７の回転により吸気カム１５及び排気カム１６が回転すると、吸気カム１５のカムプロフィールに沿って吸気ロッカアーム１８のローラ２２が転動することで吸気ロッカアーム１８が揺動し、この吸気ロッカアーム１８のアジャストスクリュー２３が吸気バルブ１７を開閉駆動する。と同時に、排気カム１６のカムプロフィールに沿って排気ロッカアーム１９のローラ２２が転動することで排気ロッカアーム１９が揺動し、この排気ロッカアーム１９のアジャストスクリュー２３が排気バルブ１４を開閉駆動する。

尚、図１中の符号２５はアジャストナット、符号２６はバルブスプリングをそれぞれ示す。また、符号２１は、シリンダヘッド１１に取り付けられて排気バルブ１３、吸気バルブ１４のそれぞれのステムの移動を案内するステムガイドを示す。

図４に示すように、上述のように構成された動弁装置１２のカムシャフト１７には、カムドリブンスプロケット２０側の一端部に第１ボールベアリング２７が配設され、他端部に第２ボールベアリング２８が配設される。これらの第１ボールベアリング２７及び第２ボールベアリング２８は、シリンダヘッド１１の上部に設けられたカムシャフトハウジング２９に保持されることで、カムシャフト１７を回転自在に支持する。

図４及び図５に示すように、吸気カム１５及び排気カム１６が設けられたカムシャフト１７は、図６及び図７に示すように、吸気カム１５が一体に形成された吸気カム側軸部３１と、排気カム１６が一体に形成された排気カム側軸部３２とを有してなる。図８及び図９に示すように、吸気カム側軸部３１の軸部３１Ａが排気カム側軸部３２内に挿入されることで、この軸部３１Ａの外側に排気カム側軸部３２が同軸状態で配置される。このようにして、吸気カム側軸部３１と排気カム側軸部３２とは、回転方向に相対変位可能に構成される。

但し、吸気カム側軸部３１と排気カム側軸部３２との回転方向の相対変位は、後述の所定範囲においてのみ許容される。つまり、図５〜図８に示すように、吸気カム側軸部３１は、前記軸部３１Ａと、この軸部３１Ａよりも拡径で吸気カム１５が形成されたカム形成部３１Ｂとが一体成形されている。この吸気カム側軸部３１のカム形成部３１Ｂに係止ピン３３が、吸気カム側軸部３１の軸心Ｏに平行で軸部３１Ａへ向かって突設されている。また、排気カム側軸部３２には、排気カム１６の側面に、吸気カム側軸部３１と排気カム側軸部３２との組付状態で係止ピン３３を係止する係止溝３４が形成されている。

排気カム側軸部３２内に同軸状態で配置された吸気カム側軸部３１は排気カム側軸部３２に対して回転方向に相対変位するとき、吸気カム側軸部３１の係止ピン３３が排気カム側軸部３２の係止溝３４の両溝端面３５に当接することで、排気カム側軸部３２に対する吸気カム側軸部３１の回転方向の相対変位が規制される。

一方、図３に示すように、カムシャフトハウジング２９には複数、例えば４つのボルト挿通孔３６が、カムシャフトハウジング２９及びシリンダヘッド１１に貫通して形成されている。このボルト挿通孔３６に図示しないヘッド締付ボルトが挿通されることで、カムシャフトハウジング２９が一体成形されたシリンダヘッド１１がシリンダブロック１と共に、図示しないクランクケースに締め付け固定される。

カムシャフトハウジング２９には、図３及び図４に示すように、ボルト挿通孔３６の少なくとも１つに連通するオイル導入溝３７が形成される。また、図４及び図９に示すように、吸気カム側軸部３１には、軸心Ｏに沿って延びるメインオイル溝３８が形成されると共に、このメインオイル溝３８に連通するサブオイル溝３９が、吸気カム側軸部３１の径方向に延在して形成される。メインオイル溝３８がオイル導入溝３７に連通する。また、サブオイル溝３９の排出口４０は、吸気カム側軸部３１の軸部３１Ａの外周面、つまり排気カム側軸部３２との摺接面４１に形成された環状溝４２に連通する。

従って、図３及び図４に示すように、ボルト挿通孔３６内を上昇した潤滑オイルは、カムシャフトハウジング２９のオイル導入溝３７を経て吸気カム側軸部３１のメインオイル溝３８へ供給され、更に吸気カム側軸部３１のサブオイル溝３９から環状溝４２内へ供給されて、相対回転可能な吸気カム側軸部３１と排気カム側軸部３２とを潤滑する。

ところで、図４、図５、図８及び図９に示すように、カムシャフト１７には吸気カム１５、排気カム１６及び位相可変装置４４が順次設けられる。この位相可変装置４４は、クランクシャフト５に対する吸気カム１５または排気カム１６（本実施形態では吸気カム１５）の回転方向の位相を相対的に変化させるものであり、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を有して構成される。

本実施形態では、排気カム１６は、クランクシャフト５と回転方向に同一の位相で回転駆動されて排気バルブ１４を開閉する。これに対し、吸気カム１５は、位相可変装置４４によって、クランクシャフト５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て、吸気バルブ１３を開閉する。この位相可変装置４４によって、吸気バルブ１３のバルブタイミングは、エンジン１０の運転状態に応じて制御され、吸気バルブ１３の開時期と排気バルブ１４の開時期とが重なるバルブオーバーラップが調整される。

例えば、位相可変装置４４は、エンジン１０の高回転域では、吸気バルブ１３と排気バルブ１４の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、排気中の有害物質の排出を抑制する。また、位相可変装置４４は、エンジン１０の低回転域では、吸気バルブ１３と排気バルブ１４のバルブオーバーラップを大きく設定し、吸気の慣性を利用して吸気効率を高め、エンジン１０のトルクを向上させる。

従動部材４５は、図９及び図１１に示すように、外周面にカムドリブンスプロケット２０が形成され、カムチェーンを介してクランクシャフト５の回転が伝達されて駆動され、このクランクシャフト５に対して回転方向の位相が一定（つまり同一）に設けられる。更に、図１２にも示すように、従動部材４５の内周面に嵌合溝５３が形成されると共に、排気カム側軸部３２の一端部に嵌合凸部５４が形成される。これらのカム溝５３と嵌合凸部５４とが嵌合することで、従動部材４５は排気カム側軸部３２に固定して設けられる。

また、ガイド部材４６は、図４、図６、図７及び図９に示すように、捩り係合機構としての捩りスプライン５５（捩りスプラインキー５５Ａ及び捩りスプライン溝５５Ｂ）を介して吸気カム側軸部３１に一体回転可能に連結される。つまり、吸気カム側軸部３１の軸部３１Ａには、吸気カム側軸部３１の側面視でこの吸気カム側軸部３１の軸心Ｏに対し周方向一方側に捩り角度θ（図７）だけ捩られた捩りスプラインキー５５Ａが一体に形成される。また、ガイド部材４６の内周には、図１２（Ａ）及び図１３（Ａ）に示すように、捩りスプラインキー５５Ａに噛み合う捩りスプライン溝５５Ｂが形成されている。

ガイド部材４６の捩りスプライン溝５５Ｂが吸気カム側軸部３１の捩りスプラインキー５５Ａに噛み合うことで、ガイド部材４６は、吸気カム側軸部３１と一体回転可能に連結されると共に、従動部材４５に対し軸方向（吸気カム側軸部３１の軸心Ｏ方向）に相対変位可能に構成される。この従動部材４５に対するガイド部材４６の軸方向の相対変位は、捩りスプライン５５の作用で、クランクシャフト５に対する吸気カム側軸部３１の回転方向の相対変位に変換される。

遠心ウェイト４７は、図６、図７及び図９に示すように円柱形状に形成され、従動部材４５とガイド部材４６のそれぞれ複数のガイド溝５１、５２（後述）間に１個ずつ保持されて複数設けられ、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、吸気カム側軸部３１の軸部３１Ａの軸端に取り付けられ、ワッシャ５０を介して付勢部材４８を保持する。

更に詳説すると、従動部材４５には、図９及び図１１に示すように、カムドリブンスプロケット２０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、円柱形状の遠心ウェイト４７を案内するものであり、この遠心ウェイト４７の形状に対応して、図１１に示すように断面矩形状の平溝形状に形成される。また、このガイド溝５１は、溝深さが一定に形成されると共に、従動部材４５の径方向に沿って直線状に延在して形成される。

ガイド部材４６は、図９、図１２及び図１３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、この遠心ウェイト４７の形状に対応して、図１２に示すように断面矩形状の平溝形状に形成される。また、このガイド溝５２は、ガイド部材４６の径方向に沿って直線上に延在して形成される。遠心ウェイト４７を保持する従動部材４５のガイド溝５１とガイド部材４６のガイド溝５２とが共にそれぞれの径方向に沿って直線状に形成されることで、ガイド部材４６は、従動部材４５に対し回転方向に相対変位不能に構成される。

また、ガイド部材４６のガイド溝５２には、特に図１３に示すように、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１３（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１３（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、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の平面に構成されている。

尚、従動部材４５のガイド溝５１に、従動部材４５の径方向へ向かうに従って溝深さが浅くなる勾配が設けられ、この勾配が、従動部材４５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てもよく、更に、ガイド部材４６のガイド溝５２が溝深さ一定に形成されてもよい。

図４及び図９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、吸気カム側軸部３１の軸部３１Ａの軸端に結合され、ワッシャ５０を介し付勢部材４８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。

このように構成された位相可変装置４４では、図９に示すように、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と、ガイド部材４６は、付勢部材４８の付勢力に抗して、カムシャフト１７の吸気カム側軸部３１の軸心Ｏ方向に沿って従動部材４５から離反する方向に移動する。また、遠心ウェイト４７に作用する遠心力が減少して、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内を径方向内方へ移動すると、ガイド部材４６は、付勢部材４８の付勢力によって、カムシャフト１７の吸気カム側軸部３１の軸心Ｏ方向に沿って従動部材４５に接近する方向に移動する。

捩りスプライン５５は、ガイド部材４６が従動部材４５から離反または接近する方向の移動を、吸気カム側軸部３１が排気カム側軸部３２及び従動部材４５に対して、つまりクランクシャフト５に対して回転する回転方向の変位に変換する。この結果、クランクシャフト５に対する吸気カム１５の回転方向の位相が相対的に変化し、この吸気カム１５により吸気バルブ１３の開時期が変更される。

次に、作用を説明する。
図１４に示すように、エンジン１０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、カムシャフト１７の吸気カム側軸部３１は、カムドリブンスプロケット２０（つまりクランクシャフト５）と回転方向の位相が同一となり、この吸気カム側軸部３１に一体に形成された吸気カム１５は、組み付け時の位相で吸気バルブ１３を駆動する。これにより、吸気バルブ１３と排気バルブ１４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１５に示すように、エンジン１０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、カムシャフト１７の吸気カム側軸部３１における軸心Ｏに沿う外方側（矢印Ａ方向）へ移動する。

このとき、ガイド部材４６とカムシャフト１７の吸気カム側軸部３１とが捩りスプライン５５を介して連結されているので、吸気カム側軸部３１は、排気カム側軸部３２及び従動部材４５（つまりクランクシャフト５）に対して、捩りスプライン５５における捩りスプラインキー５５Ａの捩り角度θ分だけ、図１５（Ｂ）及び（Ｃ）の矢印Ｂ方向へ相対回転する。尚、図１５（Ｂ）及び（Ｃ）の矢印Ｂ方向の反対方向が、クランクシャフト５の駆動力によるカムシャフト１７の回転方向である。

これにより、カムシャフト１７の吸気カム側軸部３１は、クランクシャフト５に対して、回転方向の位相がカムシャフト１７の回転方向Ｒと反対方向（遅角側）に変化する。従って、この吸気カム側軸部３１に一体に形成された吸気カム１５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１３を駆動する。この結果、吸気バルブ１３と排気バルブ１４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１０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１０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による付勢力が勝り、この付勢部材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１４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が従動部材４５に接近する方向に軸方向に移動することで、捩りスプライン５５の作用で、カムシャフト１７の吸気カム側軸部３１は、排気カム側軸部３２及び従動部材４５（つまりクランクシャフト５）に対して進角側（図１５（Ｂ）及び（Ｃ）の矢印Ｂと反対方向）に相対回転して、吸気カム１５の位相をクランクシャフト５に対して進角側へ変化させる。この結果、吸気バルブ１３と排気バルブ１４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、前述の如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、本第１実施形態によれば、次の効果（１）〜（４）を奏する。
（１）図４及び図９に示すように、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間を、エンジン回転数に応じて生ずる遠心力の作用で移動したとき、ガイド部材４６が従動部材４５に対して回転方向に相対変位せず、軸方向に相対変位する。このため、遠心ウェイト４７とガイド溝５１及び５２との間で摩擦力が減少して遠心ウェイト４７の移動が容易になり、複数の遠心ウェイト４７が同時に確実に移動するので、従動部材４５に対するガイド部材４６の軸方向への相対変位も容易になる。

そして、このガイド部材４６は、捩りスプライン５５を介してカムシャフト１７の吸気カム側軸部３１に連結されているので、上述の従動部材４５に対するガイド部材４６の軸方向の相対変位が、捩りスプライン５５によって、従動部材４５及び排気カム側軸部３２（つまりクランクシャフト５）に対する吸気カム側軸部３１の回転方向の相対変位に変換されて、クランクシャフト５に対する吸気カム１５の回転方向の位相が相対的に変化する。

このように、従動部材４５に対するガイド部材４６の軸方向の相対変位が容易になされて、捩りスプライン５５により、吸気カム１５が設けられた吸気カム側軸部３１が、クランクシャフト５に対し回転方向に円滑に相対変位するので、吸気バルブ１３と排気バルブ１４のバルブタイミングを、エンジン回転数に応じて高精度に切り換えることができる。しかも、作動油を用いることなくバルブタイミングを切り換えることができるので、バルブタイミングの切換に関し動作特性が安定化し、且つ応答性も向上する。

（２）図９、図１１及び図１２に示すように、遠心ウェイト４７が円柱形状に形成され、従動部材４５、ガイド部材４６のそれぞれのガイド溝５１、５２が遠心ウェイト４７の円柱形状に対応して断面矩形状の平溝形状に形成されている。このため、ガイド溝５１及び５２の加工が容易になってコストを低減できると共に、これらガイド溝５１及び５２の加工精度を向上させることができる。

（３）図７及び図９に示すように、従動部材４５に対するガイド部材４６の軸方向の相対変位を、捩りスプライン５５が、クランクシャフト５に対する吸気カム側軸部３１の回転方向の相対変位に変換することによって、クランクシャフト５に対する吸気カム１５の回転方向の位相が相対的に変化する。従って、捩りスプライン５５の捩りスプラインキー５５Ａにおける捩り角度θを変更することで、クランクシャフト５に対する吸気カム１５の回転方向の相対変位の程度を調整でき、この結果、吸気バルブ１３と排気バルブ１４のバルブタイミングの変更の程度を調整できる。

（４）位相可変装置４４は、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間を遠心力の作用で移動することで、ガイド部材４６が、付勢部材４８の付勢力の作用下で従動部材４５及び排気カム側軸部３２に対して軸方向に変位し、捩りスプライン５５が、従動部材４５及び排気カム側軸部３２に対するガイド部材４６の軸方向変位を、排気カム側軸部３２に対する吸気カム側軸部３１の回転方向変位に変換して、吸気カム側軸部３１に設けられた吸気カム１５のクランクシャフト５に対する回転方向の位相を相対的に変化させる。このため、吸気カム１５及び排気カム１６が設けられた１本のカムシャフト１７を備えるＳＯＨＣ形式の動弁装置１２においても、吸気カム１５及び排気カム１６の作動中に、吸気バルブ１３と排気バルブ１４のバルブタイミングを確実に変更することができる。

［Ｂ］第２実施形態（図１６）
図１６は、本発明に係るエンジンの動弁装置における第２実施形態が適用されたＤＯＨＣ型式の動弁装置の一部を示す断面図である。この第２実施形態において、第１実施形態と同様な部分については、同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。

本第２実施形態における動弁装置６０が第１実施形態と異なる点は、１本のカムシャフトに吸気カムを、他の一本のカムシャフトに排気カムをそれぞれ備えるＤＯＨＣ（ダブルオーバーヘッドカムシャフト）型式の動弁装置であり、この動弁装置６０に位相可変装置４４が適用されている。

つまり、吸気バルブ６１を開閉駆動する吸気カム６２が一体に形成された吸気カムシャフト６３に、位相可変装置４４が適用される。具体的には、位相可変装置４４は、クランクシャフト５の回転が伝達され、吸気カムシャフト６３に対して回転方向に相対変位可能で且つ軸方向に相対変位不能な従動部材４５と、吸気カムシャフト６３に捩りスプライン５５を介して一体回転可能に連結され、従動部材４５に対して軸方向に相対変位可能で且つ回転方向に相対変位不能なガイド部材４６と、従動部材４５のガイド溝５１とガイド部材４６のガイド溝５２間に配設された円柱形状の遠心ウェイト４７と、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部材４８と、を有して構成される。

そして、ガイド部材４６は、遠心ウェイト４７が遠心力の作用でガイド溝５１、５２間を、従動部材４５及びガイド部材４６の径方向に移動することで、付勢部材４８の付勢力の作用下で従動部材４５に対して軸方向に相対変位する。捩りスプライン５５（捩りスプラインキー５５Ａ及び捩りスプライン溝５５Ｂ）は、従動部材４５に対するガイド部材４６の軸方向の相対変位を、クランクシャフト５に対する吸気カムシャフト６３の回転方向の相対変位に変換する。これにより、クランクシャフト５に対する吸気カム６２の回転方向の位相が相対的に変化して、吸気バルブと排気バルブのバルブタイミングが変更される。

この第２実施形態においても、従動部材４５のガイド溝５１は、ガイド部材４６のガイド溝５２と同様に、従動部材４５、ガイド部材４６の径方向に直線状に延在して形成され、更に、円柱形状の遠心ウェイト４７に対応して断面矩形状の平溝形状に形成されたので、第１実施形態の効果（１）〜（３）と同様な効果を奏する。

以上、本発明の実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。

例えば、第１実施形態において、符号３１を、排気カムが一体に設けられた排気カム側軸部とし、符号３２を、吸気カムが一体に設けられた吸気カム側軸部とし、吸気カム側軸部が従動部材４５に固定され、排気カム側軸部が、捩りスプライン５５を介してガイド部材４６に一体回転可能に連結され、これにより、位相可変装置４４が、例えばエンジン１０の高回転域で、クランクシャフト５に対する排気カムの回転方向の位相を進角側に変化させて、吸気バルブ１３と排気バルブ１４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構成されてもよい。

また、第２実施形態においては、吸気カムシャフト６３に代えて排気カムシャフトに位相可変装置４４を適用し、エンジン１０の高速回転域で、排気カムシャフトの回転方向の位相をクランクシャフト５に対して進角側に変化させて、吸気バルブ１３と排気バルブ１４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。

５クランクシャフト
１０エンジン
１２動弁装置
１３吸気バルブ
１４排気バルブ
１５吸気カム
１６排気カム
１７カムシャフト
３１吸気カム側軸部
３２排気カム側軸部
４４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サークリップ
５１、５２ガイド溝
５５捩りスプライン（捩り係合機構）
５５Ａ捩りスプラインキー
５５Ｂ捩りスプライン溝
６０動弁装置
６２吸気カム
６３吸気カムシャフト
θ 捩り角度

Claims

クランクシャフトにより回転し、エンジンのバルブを開閉させるカムを備えたカムシャフトと、
前記クランクシャフトに対する前記カムの回転方向の位相を相対的に変化させる位相可変装置と、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且つ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捩りスプラインを介して一体回転可能に連結され、前記従動部材に対して軸方向に相対変位可能で且つ回転方向に相対変位不能なガイド部材と、
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、
前記従動部材及び前記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、
前記捩りスプラインは、前記カムシャフトに一体に設けられた捩りスプラインキーと、前記ガイド部材の内周に設けられて前記捩りスプラインキーに噛み合う捩りスプライン溝とを備えてなり、
前記従動部材と前記ガイド部材の互いに対向する面には、前記遠心ウェイトの移動を案内するガイド溝が、前記従動部材と前記ガイド部材の径方向に直線状に延在して形成され、
前記ガイド部材は、前記遠心ウェイトが遠心力の作用で移動することで、前記付勢部材の付勢力の作用下で前記従動部材に対して軸方向に相対変位し、
前記捩りスプラインは、前記従動部材に対する前記ガイド部材の軸方向の相対変位を、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相対変位に変換して、前記クランクシャフトに対する前記カム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。
エンジンの吸気バルブ及び排気バルブと、
クランクシャフトにより回転し、前記吸気バルブ、前記排気バルブをそれぞれ開閉する吸気カム及び排気カムが設けられたカムシャフトと、
前記クランクシャフトに対する前記吸気カムまたは前記排気カムの回転方向の位相を相対的に変化させる位相可変装置と、を有するエンジンの動弁装置であって、
前記カムシャフトは、前記吸気カムが設けられた吸気カム側軸部と、前記排気カムが設けられた排気カム側軸部とを有してなり、これらの両軸部が回転方向に相対変位可能に構成され、
前記位相可変装置は、
前記クランクシャフトの回転が伝達され、前記排気カム側軸部または前記吸気カム側軸部に固定して設けられた従動部材と、
前記吸気カム側軸部または排気カム側軸部と捩りスプラインを介して一体回転可能に連結され、前記従動部材に対して軸方向に相対変位可能で且つ回転方向に相対変位不能なガイド部材と、
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、
前記従動部材及び前記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、
前記捩りスプラインは、吸気カム側軸部または排気カム側軸部に一体に設けられた捩りスプラインキーと、前記ガイド部材の内周に設けられて前記捩りスプラインキーに噛み合う捩りスプライン溝とを備えてなり、
前記従動部材と前記ガイド部材の互いに対向する面には、前記遠心ウェイトの移動を案内するガイド溝が、前記従動部材と前記ガイド部材の径方向に直線状に延在して形成され、
前記ガイド部材は、前記遠心ウェイトが遠心力の作用で移動することで、前記付勢部材の付勢力の作用下で前記従動部材に対して軸方向に相対変位し、
前記捩りスプラインは、前記従動部材に対する前記ガイド部材の軸方向の相対変位を、前記クランクシャフトに対する前記吸気カム側軸部または前記排気カム側軸部の回転方向の相対変位に変換して、前記クランクシャフトに対する前記吸気カムまたは前記排気カム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。
前記遠心ウェイトは円柱形状に形成され、従動部材及びガイド部材の互いに対向する面に形成されて前記遠心ウェイトの移動を案内するガイド溝は、前記遠心ウェイトの形状に対応して断面矩形状に形成されたことを特徴とする請求項１または２に記載のエンジンの動弁装置。
前記従動部材及び前記ガイド部材は、互いに対向する面に、複数の遠心ウェイトのそれぞれの移動を案内する複数のガイド溝が、径方向に直線状に延在して放射状に形成され、
前記従動部材と前記ガイド部材の一方の前記ガイド溝は一定の溝深さに形成され、他方の前記ガイド溝は、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１乃至３のいずれか１項に記載のエンジンの動弁装置。