JP3707236B2 - 可変バルブタイミング装置付ｄｏｈｃ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ＤＯＨＣエンジンに関し、特に、吸排気性の向上及びコンパクト化のためにバルブの挟み角を狭めたもの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、吸気側のカム軸の一端部にアクチュエータを設け、この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。そして、一般に、上記アクチュエータとして、吸気側カム軸の端部に回転一体に連結された内側回動部材と、該内側回動部材に対し相対回転可能に外嵌合されて連結される一方、タイミングプーリに回転一体に連結された外側回動部材とを備え、上記内側回動部材を外側回動部材に対し油圧力によって正逆両側に回動させるようにした油圧式のものが用いられている。
【０００３】
また、吸気バルブと排気バルブとの間のバルブ挟み角を例えば４０度以下に狭めたＤＯＨＣエンジンは従来から知られており、このものでは、バルブが上下方向に延びるように配置されるので、吸気ポート及び排気ポートの形状の自由度が高くなり、そのポート形状の設計により流通抵抗を低減して、特に吸気性の向上を図れるという利点がある。また、バルブ挟み角の狭角化に伴い２本のカム軸同士の間隔が短縮されるので、シリンダヘッドを幅方向に短縮でき、また、タイミングプーリやスプロケットの張り出しが少なくなって、エンジン幅方向のコンパクト化が図られる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来のＶＶＴ付エンジンでは、カム軸の端部にかなり重量のあるＶＶＴを片持ち支持する構造であるので、該ＶＶＴに最も近いカム軸のいわゆる１番ジャーナルの軸受部に大きな負担がかかり易く、バルブ挟み角を狭めたときには、以下のような信頼性の面での不具合が生じる。すなわち、バルブ狭角化に伴いバルブが上下方向に延びるように配置されるため、バルブを開閉作動させるときにカム軸を突き上げるバルブ反力が増大し、このことで、該カム軸に対し作用するタイミングベルトの張力が大きくなって、カム軸自体や軸受部への負担が過大なものになる虞れがある。
【０００５】
また、２本のカム軸同士の間隔が短くなると、カム軸を支持する軸受部がシリンダヘッド上で相対的にエンジンの幅方向内側に配置されることになるので、シリンダヘッドをシリンダブロックに締結するヘッドボルトと上記軸受部との干渉の問題が生じる。そのため、上記１番ジャーナルの軸受部の負担を低減するためにその軸受面の面積を拡大して、面圧を低下させようとしても、上記の干渉の問題を回避しようとすれば、軸受面を十分に拡大することはできない。
【０００６】
これに対し、上記１番ジャーナル部分の軸受径を拡大して軸受面積を増大させることも考えられるが、この場合には、１番ジャーナルの軸受部のみを同一のカム軸を支持する他の軸受部とは別に加工することになり、各軸受部の間で同心度を従来同様に高精度に維持することが難かしい上、生産コストの著しい上昇を招くという不具合がある。
【０００７】
その他、例えば実開昭６３−１１２号公報に開示されるように、カム軸の先端に支持されたＶＶＴを反対側からも回転自在に支持して両持ちの構造とすることも考えられるが、この構造では、エンジンの長手方向の寸法が無用に大きくなるので、近年のエンジンに対するコンパクト化の要請に鑑みると、実現は困難である。
【０００８】
本発明は斯かる諸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を備えかつバルブ挟み角を狭角化したＤＯＨＣエンジンにおいて、ＶＶＴやカム軸軸受部の配置に工夫を凝らし、主にカム軸の１番ジャーナル及びその軸受部に加わる負担を低減することで、生産コストの著しい上昇やエンジン全長の無用の増大を招くことなく、信頼性の向上を図ることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本願の請求項１の発明では、シリンダヘッドの左右両側に配設され、かつクランク軸上の駆動輪に共通の無端伝動部材を介して駆動連結される従動輪が設けられ、クランク軸に同期して駆動されてそれぞれバルブを開閉作動させる第１及び第２の２本のカム軸と、該第１カム軸の端部に設けられ、該第１カム軸と上記従動輪とを相対回転させて、上記第１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を備えた可変バルブタイミング装置付ＤＯＨＣエンジンを前提とする。そして、上記第１及び第２の各カム軸は、シリンダの左右両側に形成されたヘッドボルト孔の中心線方向から見て、該左右各側のヘッドボルト孔の中心線に重なるように配置されており、上記第１カム軸は、無端伝動部材の緩み側スパンが進入する従動輪を有する緩み側のカム軸とする。
【００１０】
また、上記無端伝動部材の緩み側スパンには、該緩み側スパンを押圧して無端伝動部材の張力を調整するテンショナが設けられており、そして、該テンショナにより無端伝動部材に張力を加えたときに、加えない自由状態と較べ、無端伝動部材と各従動輪との係合範囲の変化量が従動輪中心に対する角度範囲で１０°以下になるものとする。
【００１１】
ここで、上記緩み側スパンとは、無端伝動部材が駆動輪と従動輪との間に張られて該駆動輪側から従動輪側へ移動する側のことであり、この緩み側スパンでは、反対に従動輪から駆動輪側へ移動する張り側スパンに較べて無端伝動部材の張力が小さくなる。
【００１２】
したがって、上記請求項１の構成によれば、第１及び第２の２本のカム軸は互いに近くに配置されているので、吸気バルブと排気バルブの間のバルブ挟み角を狭めて、吸排気の流通抵抗の低減、及びエンジン幅方向のコンパクト化が可能になる。しかも、重量の大きいバルブタイミング可変手段が緩み側のカム軸に設けられているので、該バルブタイミング可変手段を反対の張り側のカム軸に設けた場合に較べて、無端伝動部材の張力増大によってカム軸や軸受部にかかる負担を小さくすることができ、よって、信頼性向上が図られる。
【００１３】
特に前記構成では、テンショナにより無端伝動部材に張力を加えたときに、加えない自由状態と較べ、無端伝動部材と各従動輪との係合範囲の変化量が従動輪中心に対する角度範囲で１０°以下になっており、換言すれば、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、自由状態であっても殆ど遊びのない状態になっている。
【００１４】
そのため、テンショナにより張力が加えられた状態で、上記無端伝動部材は緩み側の第１カム軸の従動輪と駆動輪との間に略上下方向に延びるように張られていることになるので、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、第１カム軸及び軸受部の負担はかなり大きくなってしまう。従って、このような場合に、上述の如くカム軸や軸受部への負担を低減する作用が特に有効なものになる。
【００１５】
請求項２記載の発明では、請求項１記載の発明において、テンショナにより無端伝動部材に張力を加えたときに、加えない自由状態と較べ、無端伝動部材と各従動輪との係止範囲の変化量が該各従動輪の係合部の１ピッチ長以下となるものとする。
【００１６】
この場合も、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、第１カム軸及び軸受部の負担がかなり大きくなってしまうので、カム軸や軸受部への負担を低減する作用が特に有効なものになる。また、上記無端伝動部材の遊びが極めて少ないので、従動輪との係合時に１ピッチ長以上ずれることはなく、よって、組み付け時の間違いに起因するバルブタイミングの狂いを回避できるという作用も得られる。
【００１７】
請求項３記載の発明では、請求項１記載の発明において、第１カム軸の従動輪とクランク軸に設けられた駆動輪とに外接する接線の各接点間の長さをＬ１とし、上記テンショナにより無端伝動部材に張力を加えた状態で、上記接線の各接点間に張られた無端伝動部材の長さをＬ２としたとき、該長さＬ１と長さＬ２との差は、上記従動輪の係合部の１ピッチ長以下になるものとする。
【００１８】
すなわち、上記長さＬ１と長さＬ２との差は、従動輪と駆動輪との間に張られた無端伝動部材の自由状態での遊びの長さに相当する。従って、この発明でも、上述の如く、テンショナにより張力が加えられた状態で、上記無端伝動部材が第１カム軸の従動輪とクランク軸の駆動輪との間に略上下方向に延びるように張られていることになり、第１カム軸及び軸受部の負担がかなり大きくなってしまうので、該第１カム軸や軸受部への負担を低減する作用が特に有効なものになる。また、請求項２記載の発明と同様、組み付け時の間違いに起因するバルブタイミングの狂いを回避できる。
【００１９】
請求項４記載の発明では、請求項３記載の発明における無端伝動部材はタイミングベルトであり、バルブタイミング可変手段は、第１カム軸に回転一体に連結された内側回動部材と、該内側回動部材に対し相対回転可能に外嵌合されて連結される一方、上記従動プーリに回転一体に連結されてカム軸軸線方向に延びる円筒状の外側回動部材とを有するものである。そして、上記外側回動部材外周の直径を長さＤ１とし、上記従動プーリの歯底円の直径を長さＤ２とし、上記タイミングベルトの歯たけを長さｔ１としたとき、
Ｄ２−ｔ１≦Ｄ１＜Ｄ２＋ｔ１ の関係が満たされるものとする。
【００２０】
すなわち、上記請求項３の発明では、タイミングベルトの長さが、２つの従動プーリと駆動プーリとの間に張架されたときに自由状態であっても殆ど遊びがない長さなので、タイミングベルトをプーリに係合させて張架する作業は困難なものになるが、これに対し、請求項４の発明では、上記バルブタイミング可変手段の外側回動部材が第１カム軸の従動プーリにカム軸軸線方向に延びるように配設されており、その外周径が上記従動プーリの歯先円の直径よりも小さくかつ歯底円の直径に近い値に設定されているので、上記タイミングベルトを、まず、バルブタイミング可変手段のケーシングに引っかけておいて、該タイミングベルトの歯と従動プーリの歯とを合わせて係合させるようにすれば、上記のタイミングベルトの張架作業を容易に行うことができる。
【００２１】
請求項５記載の発明は、シリンダヘッドの左右両側に配設され、かつクランク軸上の駆動プーリに共通のタイミングベルトを介して駆動連結される従動プーリが設けられ、クランク軸に同期して駆動されてそれぞれバルブを開閉作動させる第１及び第２の２本のカム軸と、該第１カム軸の端部に設けられ、該第１カム軸と上記従動プーリとを相対回転させて、第１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を備えた可変バルブタイミング装置付ＤＯＨＣエンジンを前提とする。そして、上記第１カム軸は、タイミングベルトの緩み側スパンが進入する従動プーリを有する緩み側のカム軸であり、上記タイミングベルトの緩み側スパンには、該緩み側スパンを押圧してタイミングベルトの張力を調整するテンショナが設けられ、該第１カム軸の従動プーリ及び駆動プーリに外接する接線の各接点間の長さをＬ１とし、上記テンショナによりタイミングベルトに張力を加えたときに上記各接点間に張られたタイミングベルトの長さをＬ２としたとき、該長さＬ１と長さＬ２との差はタイミングベルトの歯たけｔ１以下とされている。そして、上記バルブタイミング可変手段は、第１カム軸に回転一体に連結された内側回動部材と、該内側回動部材に対し相対回転可能に外嵌合されて連結される一方、上記従動プーリに回転一体に連結されてカム軸軸線方向に延びる円筒状の外側回動部材とを有し、上記外側回動部材外周の直径を長さＤ１とし、上記従動プーリの歯底円の直径を長さＤ２としたとき、
Ｄ２−ｔ１≦Ｄ１＜Ｄ２＋ｔ１ の関係が満たされる構成とする。
【００２２】
この構成によれば、重量の有るバルブタイミング可変手段が緩み側の第１カム軸に設けられているので、請求項１記載の発明と同様に信頼性向上が図られる。
【００２３】
また、上記請求項２〜４の発明と同様に、タイミングベルトの長さが、２つの従動プーリと駆動プーリとの間に張架されたときに自由状態であっても殆ど遊びがない長さなので、タイミングベルトをプーリに係合させて張架する作業は困難なものになるが、請求項４の発明と同じく、上記タイミングベルトを、まず、バルブタイミング可変手段のケーシングに引っかけておいて、該タイミングベルトの歯と従動プーリの歯とを合わせて係合させるようにすれば、上記のタイミングベルトの張架作業を容易に行うことができる。
【００２４】
請求項６記載の発明では、請求項４又は５のいずれかに記載の発明において、外側回動部材外周の直径Ｄ１と、第１カム軸に設けられた従動プーリの歯底円の直径Ｄ２と、タイミングベルトの歯たけｔ１との間には、
Ｄ２−ｔ１≦Ｄ１＜Ｄ２ の関係が満たされるものとする。
【００２５】
このことで、外側回動部材の外周径が従動プーリの歯底円の直径よりも小さい値に設定されているので、タイミングプーリを外側回動部材に引っかける作業が容易になり、よって、タイミングベルトの張架作業のさらなる容易化が図られる。
【００２６】
【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ＤＯＨＣ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。
【００２７】
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（第１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（第２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。
【００２８】
上記吸気側のカム軸２は、タイミングベルト９の緩み側スパンが進入するカムプーリ５を有する緩み側のカム軸なので、該第１カム軸２に作用するタイミングベルト９の張力は張り側のカム軸３よりも相対的に小さい。そして、本発明では、上記吸気側のカム軸２の端部に後述の如くカム軸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、緩み側スパン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。
【００２９】
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。
【００３０】
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，…の中心線方向から見て、該中心線に重な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。
【００３１】
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、コンパクト化も容易になる。
【００３２】
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がシリンダ中心線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は大きくなり易い。
【００３３】
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っており、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。
【００３４】
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、上記タイミングベルト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であるから、上記タイミングベルト９と各カムプーリ５，６との係合範囲の変化量は、該各カムプーリ５，６の歯（係合部）の１ピッチ長以下となっている。
【００３５】
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。
【００３６】
このように、上記タイミングベルト９は遊びが極めて少ないので、カムプーリ５，６との係合時に１ピッチ長以上ずれることはなく、よって、組み付け時の間違いに起因するバルブタイミングの狂いを回避できる。
【００３７】
次に、上記ＶＶＴ１０の構成について詳細に説明する。
【００３８】
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４よりも先端側の外周部にカムプーリ５が上記カム軸２に対し相対回転可能に取り付けられ、該カムプーリ５の外側には、ＶＶＴ１０が回転一体に連結されている。
【００３９】
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。
【００４０】
また、上記ケーシング３２の外周径の長さＤ１は、カムプーリ５の歯底円の直径を長さＤ２とし、かつタイミングベルト９の歯たけ（歯底から歯先までの厚み）を長さｔ１としたとき、
Ｄ２−ｔ１≦Ｄ１＜Ｄ２
の関係が満たされる。つまり、上記ＶＶＴ１０のケーシング３２の外径Ｄ１がカムプーリ５の歯底円の直径Ｄ２よりも僅かに小さくなるように設定されている。
【００４１】
尚、上記ケーシング３２外周径Ｄ１と、カムプーリ５の歯底円直径Ｄ２と、タイミングベルト９の歯たけｔ１との間の関係としては、
Ｄ２−ｔ１≦Ｄ１＜Ｄ２＋ｔ
の関係が満たされるようにしてもよい。
【００４２】
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。
【００４３】
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、さらに、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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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，…に供給されるようになっている。
【００５０】
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、このドレン孔４０ｆの下方に対向するシリンダヘッドカバー３０の開口部３０ａに続く部位は、上記ＯＣＶ４４からリターンされる戻り油を開口部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とされている。
【００５１】
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が形成されている。
【００５２】
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、図６に示すように、中間部材５２の一方の油路６２に連通して上下方向に延びる油路６５と、上記中間部材５２の他方の油路６４に連通して斜め下方に延びる油路６６とが形成されている。
【００５３】
そして、１番ジャーナルの軸受面４ａには、上記油路６５，６６にそれぞれ連通するようにカム軸２の軸線ｚ１方向に互いに離れて周方向に開口する２つの輪溝（開口溝）６７，６８が形成されるとともに、上記軸受面４ａの軸線ｚ１方向の幅は上記輪溝６７，６８の分だけ大きくされている。このことで、軸受面４ａの面積は輪溝６７，６８が形成されない場合と変わらないので、面圧の上昇が抑えられる。
【００５４】
一方、カム軸２には、軸線ｚ方向に延びていて、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）がカム軸２の１番ジャーナル部の外周面に開口し、上記軸受面４ａに形成された一方の輪溝６７に連通する遅角側の油路（液路）７０が形成されている。さらに、カム軸２には、上記油路７０と同様に一端が上記ロータ３１の油路３１ｂに連通する一方、他端が上記軸受面４ａに形成された他方の輪溝６８に連通する進角側の油路（液路）７１が形成されている。
【００５５】
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。
【００５６】
このように構成されたＶＶＴ付エンジンＥにおいては、例えばアイドル運転状態のようなエンジンＥの極低負領域において、吸気バルブ２３の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を流通して輪溝６７に至り、その輪溝６７に連通されるカム軸２内の遅角側の油路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の作動油圧が増大することで、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、吸気バルブ２３の作動タイミングが遅角側に変更されて、給排気のオーバーラップ量が小さくなる。
【００５７】
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、この油路７１に連通される輪溝６８からカムキャップ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。
【００５８】
反対に、例えばエンジンＥの運転状態が高負荷域にあり、吸気バルブ２３の作動タイミングを進角側に変更して給排気のオーバーラップ量を大きくしたいときには、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ればよい。
【００５９】
上記の構成により、この実施形態１では、バルブ挟み角を狭めたＤＯＨＣエンジンＥにおいて、重量のあるＶＶＴ１０を、吸気側及び排気側の２本のカム軸２，３のうち、タイミングベルト９の張力の上下方向成分が相対的に小さくなる緩み側の吸気側カム軸２に設けたので、張り側の排気側カム軸３に設けた場合に較べてカム軸２や軸受部４，４，…にかかる負担を低減することができ、よって、信頼性向上が図られる。
【００６０】
すなわち、上記エンジンＥにおいては、吸気バルブ２３と排気バルブ２４のバルブ挟み角が３０度と狭く設定されており、上記各バルブ２３，２４がそれぞれ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からカム軸２，３へのバルブ反力の上下方向成分が大きくなる。しかも、上記エンジンＥにおいては、２本のカム軸２，３にそれぞれ設けられたカムプーリ５，６とクランクプーリ８との間で、タイミングベルト９が上下方向に延びるように張られているので、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の上下方向成分も大きくなる。加えて、シリンダブロック１５側に位置固定される初期張力調整用のテンショナ１２を用いているので、タイミングベルト９の張力のピーク値が大きくなり易い。したがって、上記両カム軸２，３、特にベルト張り側に位置する排気側のカム軸３では、バルブ反力が作用したときの負担が極めて大きくなってしまうので、この実施形態では、ＶＶＴ１０を緩み側の吸気側カム軸２に設けて、上記カム軸２及び軸受部４，４，…の負担を低減することの効果は極めて有効なものになるのである。
【００６１】
また、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，…は、互いに同一の軸受径を有するものとしたので、生産コストの著しい上昇を招くことなく、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。
【００６２】
さらに、上記エンジンＥにおいては、上記タイミングベルト９が、２つのカムプーリ５，６とクランクプーリ８との間に張架されたときに殆ど遊びがない長さとされているので、通常、タイミングベルト９をプーリ５，６，８に係合させて張架する作業はかなり困難な作業になる。そこで、この実施形態では、上記ＶＶＴ１０のケーシング３２の外周径Ｄ１をカムプーリ５の歯底円の直径Ｄ２よりも僅かに小さな値としている。このことで、まず、上記タイミングベルト９をＶＶＴ１０のケーシング３２に引っかけ、続いて、該タイミングベルト９の歯の位置とカムプーリ５の歯の位置とを合わせて係合させるようにすれば、タイミングベルト９の張架作業を極めて容易に行うことができる。
（実施形態２）
図１１及び図１２は、本発明の実施形態２に係るＶＶＴ付ＤＯＨＣエンジンＥを示し、このエンジンＥは、ＶＶＴ１０を設ける側のカム軸２をエンジン幅方向外側にオフセット配置するとともに、吸気バルブ２３及び排気バルブ２４をそれぞれロッカーアーム８０，８５を介して駆動するものである。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。
【００６３】
上記図１１において、上記ＶＶＴ１０は、吸気バルブ２３を開閉作動させる吸気側のカム軸２に設けられ、該カム軸２は、実施形態１と同様にタイミングベルト９の張力が相対的に低くなる緩み側に位置づけられている。また、上記吸気側のカム軸２は、シリンダヘッド１に設けられたヘッドボルト孔２０，２０，…よりもエンジン幅方向外側（同図の上側）に配置されていて、ＶＶＴ１０に最も近い１番ジャーナルの軸受部４は、軸受面４ａの軸線ｚ１方向の幅が大きくなるように、エンジンＥの長手方向内側（同図の右側）に拡大されている。
【００６４】
上記吸気側のカム軸２は、図１２にも示すように、ロッカーアーム８０を介して吸気バルブ２３を駆動するものである。上記ロッカーアーム８０は、カム軸２によりローラベアリング８１を介して上方から押圧され、揺動支点８２を支点として上下に動作して、吸気バルブ２３をバルブ軸２３ｂの軸線ｘ１に沿って上下に往復動させる。また、上記ロッカーアーム８０の吸気バルブ２３との当接部分８３は、カム軸２と摺接するローラベアリング８１の位置（摺接位置）よりもエンジン幅方向内側に設けられており、このことで、吸気バルブ２３のバルブ軸２３ｂの軸線ｘ１は、シリンダ中心線ｙに対し約１０°の狭い角度とされている。つまり、上記吸気バルブ２３は上下方向に延びるように配置されており、吸気ポート２７は燃焼室２８から滑らかに上方に延びるように形成されている。
【００６５】
一方、排気バルブ２４を開閉作動させる排気側のカム軸３は、ヘッドボルト孔２０，２０，…に干渉するように配置されていて、吸気側のカム軸２同様、揺動支点８６を支点として動作するロッカーアーム８５を介して排気バルブ２４を駆動するものである。上記ロッカーアーム８５の排気バルブ２４との当接部分８７は、カム軸２と摺接するローラベアリング８８の位置（摺接位置）よりもエンジン幅方向外側に設けられて、排気バルブ２４のバルブ軸２４ｂの軸線ｘ２は、シリンダ中心線ｙに対し約２０°の角度とされている。
【００６６】
したがって、上記実施形態２によれば、上記実施形態１と同様の作用効果が得られる上、ＶＶＴ１０が設けられた吸気側のカム軸２を支持する軸受部４，４，…のうち、最も負担のかかる１番ジャーナルの軸受部４をエンジン長手方向に拡大して、軸受面積を大きくすることで、該軸受面４ａに作用する圧力を低減させて、カム軸３や軸受部４にかかる負担を小さくすることができる。しかも、上記１番ジャーナルの軸受部４をエンジン長手方向の内側に拡大しているので、エンジンＥの長手方向寸法の無用の増大を防止できる。
【００６７】
また、吸気バルブ２３の配置上の自由度が高く、実施形態１よりもさらに上下方向に配置されているので、吸気ポート２７を上記実施形態１よりも滑らかに燃焼室２８に連通するように形成することができ、よって、吸気流通抵抗の低減作用を一層高めることができる。
【００６８】
尚、本発明は上記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。
【００６９】
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。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１〜３記載の発明における可変バルブタイミング装置付ＤＯＨＣエンジンによれば、吸気バルブ及び排気バルブの狭角化により、吸排気の流通抵抗の低減、及びエンジン幅方向のコンパクト化が図られる。しかも、重量の有るバルブタイミング可変手段を緩み側のカム軸に設けることで、無端伝動部材の張力増大によるカム軸や軸受部の負担を低減することができ、よって、信頼性を高めることができる。
【００７１】
しかも、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るので、カム軸や軸受部への負担を低減する効果が特に有効になる。
【００７２】
請求項４記載の発明によれば、タイミングベルトをプーリに係合させて張架する作業の容易化が図られる。
【００７３】
請求項５記載の発明における可変バルブタイミング装置付ＤＯＨＣエンジンによれば、請求項１記載の発明と同様に信頼性向上が図られる上、請求項４記載の発明と同様にタイミングベルトの張架作業の容易化が図られる。
【００７４】
請求項６記載の発明によれば、タイミングベルトの張架作業のさらなる容易化が図られる。
【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】 カムキャップ及び中間部材の構成を示す説明図である。
【図１１】 実施形態２に係る図４相当図である。
【図１２】 実施形態２に係る図５相当図である。
【符号の説明】
Ｅ ＶＶＴ付ＤＯＨＣエンジン
１ シリンダヘッド
２ 吸気側のカム軸（第１カム軸）
３ 排気側のカム軸（第２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
８ クランクプーリ（駆動輪）
９ タイミングベルト（無端伝動部材）
１０ バルブタイミング可変装置（バルブタイミング可変手段）
１２ テンショナ
２０ ヘッドボルト孔
２３ 吸気バルブ
２４ 排気バルブ
２６ バルブリフタ
３２ ＶＶＴのケーシング
６７，６８ 輪溝（開口溝）
７０ 遅角側の油路（液路）
７１ 進角側の油路（液路）
８０，８５ ロッカーアーム
８１，８８ ローラベアリング（カム軸とロッカーアームとの摺接位置）
ｘ１ 吸気バルブのバルブ軸の軸線
ｘ２ 排気バルブのバルブ軸の軸線
ｙ シリンダ中心線
ｚ１ 吸気側のカム軸の軸線
ｚ２ 排気側のカム軸の軸線

Claims (6)

1. シリンダヘッドの左右両側に配設され、かつクランク軸上の駆動輪に共通の無端伝動部材を介して駆動連結される従動輪が設けられ、クランク軸に同期して駆動されてそれぞれバルブを開閉作動させる第１及び第２の２本のカム軸と、
   上記第１カム軸の端部に設けられ、該第１カム軸と上記従動輪とを相対回転させて、上記第１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を備えた可変バルブタイミング装置付ＤＯＨＣエンジンにおいて、
   上記第１及び第２の各カム軸は、シリンダの左右両側に形成されたヘッドボルト孔の中心線方向から見て、該左右各側のヘッドボルト孔の中心線に重なるように配置されており、
   上記第１カム軸は、無端伝動部材の緩み側スパンが進入する従動輪を有する緩み側のカム軸であり、
   上記無端伝動部材の緩み側スパンには、該緩み側スパンを押圧して無端伝動部材の張力を調整するテンショナが設けられており、
   上記テンショナにより無端伝動部材に張力を加えたときに、加えない自由状態と較べ、無端伝動部材と各従動輪との係合範囲の変化量が従動輪中心に対する角度範囲で１０°以下であることを特徴とする可変バルブタイミング装置付ＤＯＨＣエンジン。
2. 請求項１において、
   テンショナにより無端伝動部材に張力を加えたときに、加えない自由状態と較べ、無端伝動部材と各従動輪との係合範囲の変化量が該各従動輪の係合部の１ピッチ長以下であることを特徴とする可変バルブタイミング装置付ＤＯＨＣエンジン。
3. 請求項１において、
   第１カム軸の従動輪とクランク軸の駆動輪とに外接する接線の各接点間の長さをＬ１とし、
   テンショナにより無端伝動部材に張力を加えた状態で、上記各接点間に張られた無端伝動部材の長さをＬ２としたとき、
   上記長さＬ１と長さＬ２との差は、上記従動輪の係合部の１ピッチ長以下であることを特徴とする可変バルブタイミング装置付ＤＯＨＣエンジン。
4. 請求項３において、
   無端伝動部材はタイミングベルトであり、
   バルブタイミング可変手段は、
   第１カム軸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相対回転可能に外嵌合されて連結される一方、上記従動プーリに回転一体に連結されてカム軸軸線方向に延びる円筒状の外側回動部材とを有し、
   上記外側回動部材外周の直径を長さＤ１とし、
   上記従動プーリの歯底円の直径を長さＤ２とし、
   上記タイミングベルトの歯たけを長さｔ１としたとき、
   Ｄ２−ｔ１≦Ｄ１＜Ｄ２＋ｔ１ の関係が満たされている
   ことを特徴とする可変バルブタイミング装置付ＤＯＨＣエンジン。
5. シリンダヘッドの左右両側に配設され、かつクランク軸上の駆動プーリに共通のタイミングベルトを介して駆動連結される従動プーリが設けられ、クランク軸に同期して駆動されてそれぞれバルブを開閉作動させる第１及び第２の２本のカム軸と、
   上記第１カム軸の端部に設けられ、該第１カム軸と上記従動プーリとを相対回転させて、第１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を備えた可変バルブタイミング装置付ＤＯＨＣエンジンにおいて、
   上記第１カム軸は、タイミングベルトの緩み側スパンが進入する従動プーリを有するものであり、
   上記タイミングベルトの緩み側スパンには、該緩み側スパンを押圧してタイミングベル トの張力を調整するテンショナが設けられ、
   上記第１カム軸の従動プーリ及び駆動プーリに外接する接線の各接点間の長さをＬ１とし、上記テンショナによりタイミングベルトに張力を加えたときに上記各接点間に張られたタイミングベルトの長さをＬ２としたとき、上記長さＬ１と長さＬ２との差はタイミングベルトの歯たけｔ１以下とされており、
   上記バルブタイミング可変手段は、
   第１カム軸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相対回転可能に外嵌合されて連結される一方、上記従動プーリに回転一体に連結されてカム軸軸線方向に延びる円筒状の外側回動部材とを有し、
   上記外側回動部材外周の直径を長さＤ１とし、
   上記従動プーリの歯底円の直径を長さＤ２としたとき、
   Ｄ２−ｔ１≦Ｄ１＜Ｄ２＋ｔ１ の関係が満た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ＤＯＨＣエンジン。
6. 請求項４又は５のいずれかにおいて、
   外側回動部材外周の直径Ｄ１と、
   第１カム軸に設けられた従動プーリの歯底円の直径Ｄ２と、
   タイミングベルトの歯たけｔ１との間には、
   Ｄ２−ｔ１≦Ｄ１＜Ｄ２ の関係が満た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ＤＯＨＣエンジン。

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