(57)【要約】【課題】バルブの開弁特性を変更可能であり、且つ加工が容易なカムシャフト及びその組立方法を提供する。【解決手段】筒状のアウターシャフト１１に固定された第１カム１２と、アウターシャフト１１の外側に第１カム１２に隣接して配置され、インナーシャフト２１に固定された第２カム２２とを備え、弁（２）のリフト量を最大リフト量に維持する第１円弧部３５及び第２円弧部４５が、第１カム１２及び第２カム２２に、互いにオーバーラップするように形成され、弁を開駆動するための開弁リフトカーブ３６及び弁を閉駆動するための閉弁リフトカーブ４７の少なくとも一方が、第１カム１２及び第２カム２２の一方のみに形成される。カムフォロア７に接触しないカーブ面３７に精密な加工を施して閉弁リフトカーブ４７を形成する必要、或いは精密加工により第２カム２２に開弁リフトカーブ３６を形成する必要がなく、加工が容易である。【選択図】図３
2018071350.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状のアウターシャフトと、
前記アウターシャフトに固定された第１カムと、
前記アウターシャフトの内部に回転可能に設けられたインナーシャフトと、
前記アウターシャフトの外側に前記第１カムに隣接して配置され、前記インナーシャフトに固定された第２カムとを備え、
弁のリフト量を最大リフト量に維持する円弧部が、前記第１カム及び前記第２カムの両方に、互いにオーバーラップするように形成され、
前記弁を開駆動するための開弁リフトカーブ及び前記弁を閉駆動するための閉弁リフトカーブの少なくとも一方が、前記第１カム及び前記第２カムの一方のみに形成されていることを特徴とするカムシャフト。
【請求項２】
前記開弁リフトカーブが、前記第１カム及び前記第２カムの一方のみに形成され、
前記閉弁リフトカーブが、前記第１カム及び前記第２カムの他方のみに形成されていることを特徴とする請求項１に記載のカムシャフト。
【請求項３】
前記第２カムが、環状をなして前記インナーシャフトの外周面に固定された環状部と、前記環状部から径方向外側に突出し、前記開弁リフトカーブ及び前記閉弁リフトカーブの一方及び前記円弧部を形成するカム山部とを有し、
前記アウターシャフトには、周方向に延びて前記第２カムの前記環状部を挿通可能なスリットが形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のカムシャフト。
【請求項４】
前記第１カムが、前記スリットの一端において前記第２カムの前記カム山部の端面に周方向に対向する第１対向面を有することを特徴とする請求項３に記載のカムシャフト。
【請求項５】
前記第２カムが、前記環状部から径方向外側に突出し、前記開弁リフトカーブ及び前記閉弁リフトカーブの一方に連続してベース円の周方向の一部を形成する円弧状ベース円部を更に有し、
前記第１カムが、前記スリットの他端において前記第２カムの前記円弧状ベース円部の端面に周方向に対向する第２対向面を有することを特徴とする請求項４に記載のカムシャフト。
【請求項６】
前記スリットに前記第２カムの前記環状部を挿入する第１ステップと、
前記アウターシャフトの内部に前記インナーシャフトを挿入し、前記インナーシャフトを前記環状部の内部に挿通させる第２ステップと、
前記環状部を前記インナーシャフトに固定する第３ステップと、を含むことを特徴とする請求項３〜請求項５のいずれかに記載のカムシャフトの組立方法。
【請求項７】
第３ステップでは、遅くとも前記第２ステップの前に加熱しておいた前記第２カムを収縮させる焼き嵌めを行うことを特徴とする請求項６に記載のカムシャフトの組立方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、互いに隣接して配置された２つのカムの相対回転角度を変更することでバルブの開弁特性を変更可能なカムシャフトに関する。
【背景技術】
【０００２】
内側及び外側に２重構造とされ、連結手段によって互いに相対回動可能に連結されたインナーシャフト及びアウターシャフトと、インナーシャフトに固定された第１カムと、アウターシャフトに固定された第２カムとを備えたカムシャフトが公知である（特許文献１参照）。このカムシャフトでは、エンジンのクランクシャフトの駆動力がトルク伝達手段を介してインナーシャフトに伝達され、連結手段がアウターシャフトをインナーシャフトに対して回転駆動することにより、第２カムの第１カムに対する位相（即ち、回転角度）が変化する。つまり、第１カムがクランクシャフトに対して回転角度を固定された固定カムになり、第２カムがクランクシャフトに対して回転角度を可変とされた可動カムになっている。
【０００３】
このような２重構造のカムシャフトについて、互いに隣接して配置された固定カム及び可動カムを同一の弁に作用させることで、可動カムの固定カムに対する回転角度に応じて変化する合成プロフィールを、１つのカムの可変プロフィールとして使用することが提案されている（特許文献２参照）。この場合、最大リフト量の領域が固定カム及び可動カムの両方に円弧状に形成され、これらの円弧状の領域は、可動カムが固定カムに対して最大角度まで回転した時でも途切れることなく連続する態様で設けられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−５３０４１２号公報
【特許文献２】特開２０１６−１０９１３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、固定カムに対して可動カムが回転した場合、可動カムの回転方向側では可動カムのリフトカーブ（半径が変化する傾斜面）によってカムプロフィールが形成され、その反対側では固定カムのリフトカーブによってカムプロフィールが形成される。しかしながら、従来の２重構造のカムシャフトでは、第１カム及び第２カムが、例えば同一のカムにより、それぞれ独立したカムとして形成されており、全てのカムの外周面を全体的に高精度に加工する必要があった。
【０００６】
本発明は、このような背景に鑑み、互いに隣接して配置された２つのカムの相対回転角度を変更することでバルブの開弁特性を変更可能であり、且つ加工が容易なカムシャフト及びその組立方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このような課題を解決するために、本発明に係るカムシャフト（１）のある実施形態は、筒状のアウターシャフト（１１）と、前記アウターシャフトに固定された第１カム（１２）と、前記アウターシャフトの内部に回転可能に設けられたインナーシャフト（２１）と、前記アウターシャフトの外側に前記第１カムに隣接して配置され、前記インナーシャフトに固定された第２カム（２２）とを備え、弁（２）のリフト量を最大リフト量に維持する円弧部（３５、４５）が、前記第１カム及び前記第２カムの両方に、互いにオーバーラップするように形成され、前記弁を開駆動するための開弁リフトカーブ（３６）及び前記弁を閉駆動するための閉弁リフトカーブ（４７）の少なくとも一方が、前記第１カム及び前記第２カムの一方のみに形成されていることを特徴とする。ここで、円弧部が互いにオーバーラップするとは、第１カムと第２カムとが最大角度まで相対回転した時でも途切れることなく連続することを意味する。また、弁を開駆動するため或いは閉駆動するためのリフトカーブとは、弁を駆動するための部材（カムフォロア）を接触させ、接触によって動作を案内する面を意味する。
【０００８】
この構成によれば、互いに隣接して配置された第１カム及び第２カムの相対回転角度を変更することでバルブの開弁特性を変更可能である。また、開弁リフトカーブ又は閉弁リフトカーブが形成されない面は高精度の加工を要しない。そのため、カムの加工が容易である。
【０００９】
本発明の他の実施形態は、上記構成において、前記開弁リフトカーブ（３６）が、前記第１カム及び前記第２カムの一方のみ（１２）に形成され、前記閉弁リフトカーブ（４７）が、前記第１カム及び前記第２カムの他方（２２）のみに形成されていることを特徴とする。
【００１０】
この構成によれば、開弁リフトカーブ又は閉弁リフトカーブが形成されない面が第１カム及び前記第２カムのそれぞれに設けられる。そのため、開弁リフトカーブ又は閉弁リフトカーブが第１カム及び第２カムの両方に設けられる場合に比べ、カムの加工が容易になる。また、開弁リフトカーブ又は閉弁リフトカーブが第１カム及び第２カムの両方に設けられる場合に比べ、第１カムと第２カムとの組付けに高い精度が要求されないため、第２カムの組付けが容易である。
【００１１】
本発明の他の実施形態は、上記構成において、前記第２カム（２２）が、環状をなして前記インナーシャフト（２１）の外周面に固定された環状部（４１）と、前記環状部から径方向外側に突出し、前記開弁リフトカーブ及び前記閉弁リフトカーブの一方（４７）及び前記円弧部（４５）を形成するカム山部（４３）とを有し、前記アウターシャフト（１１）には、周方向に延びて前記第２カムの前記環状部を挿通可能なスリット（１１ａ）が形成されていることを特徴とする。
【００１２】
この構成によれば、第２カムが、環状部を介してインナーシャフトの外周面に全周に亘って固定される。そのため、第２カムをインナーシャフトに強固に固定できる。なお、アウターシャフトに周方向に延びるスリットが形成されることで、第２カムのインナーシャフトへの固定が可能になり、第２カムの位置決めが容易になる。
【００１３】
本発明の他の実施形態は、上記構成において、前記第１カム（１２）が、前記スリット（１１ａ）の一端において前記第２カム（２２）の前記カム山部（４３）の端面に周方向に対向する第１対向面（３８）を有することを特徴とする。
【００１４】
この構成によれば、第２カムと第１カムとの位相を揃える側への相対回転を第１対向面により規制することができる。また、組立時に、第２カムのカム山部を第１対向面に当接させて位置決めすることもできる。
【００１５】
本発明の他の実施形態は、上記構成において、前記第２カム（２２）が、前記環状部（４１）から径方向外側に突出し、前記開弁リフトカーブ及び前記閉弁リフトカーブの一方（４７）に連続してベース円（３０）の周方向の一部を形成する円弧状ベース円部（４２）を更に有し、前記第１カム（１２）が、前記スリットの他端において前記第２カムの前記円弧状ベース円部の端面に周方向に対向する第２対向面（３９）を有することを特徴とする。
【００１６】
この構成によれば、第２カムと第１カムとの位相をずらす側への相対回転を第２対向面により規制することができる。また、組立時に、第２カムの円弧状ベース円部を第２対向面に当接させて位置決めすることもできる。
【００１７】
また、本発明のある実施形態は、上記構成のカムシャフト（１）の組立方法であって、前記スリット（１１ａ）に前記第２カム（２２）の前記環状部（４１）を挿入する第１ステップと、前記アウターシャフト（１１）の内部に前記インナーシャフト（２１）を挿入し、前記インナーシャフトを前記環状部の内部に挿通させる第２ステップと、前記環状部を前記インナーシャフトに固定する第３ステップと、を含むことを特徴とする。
【００１８】
この構成によれば、第２カムを所定の位置に配置した状態でアウターシャフトの内部にインナーシャフトを挿入することで、第２カムとインナーシャフトとの位置決め及び組立を容易にできる。
【００１９】
本発明の他の実施形態は、上記構成において、第３ステップでは、遅くとも前記第２ステップの前に加熱しておいた前記第２カム（２２）を収縮させる焼き嵌めを行うことを特徴とする。
【００２０】
この構成によれば、冷し嵌めのためにインナーシャフトを冷却により収縮させる必要がなく、第２カムがインナーシャフトに固定された後にインナーシャフトが軸方向に収縮しないため、インナーシャフトの所定の軸方向位置に第２カムを固定できる。また、ピン等の固定部材を使用する必要やピン挿入孔を加工する必要がないため、加工及び組立が容易である。
【発明の効果】
【００２１】
このように本発明によれば、互いに隣接して配置された２つのカムの相対回転角度を変更することでバルブの開弁特性を変更可能であり、且つ加工が容易なカムシャフト及びその組立方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】実施形態に係る吸気カムシャフトの概略構成図
【図２】図１に示される吸気カムシャフトの要部斜視図
【図３】図１に示される吸気カムシャフトの要部の分解斜視図
【図４】図１に示される吸気カムシャフトによるバルブリフト特性を示すグラフであり、（Ａ）開弁位相の変更、（Ｂ）開弁角度範囲の変更を示す。
【図５】図１に示される吸気カムシャフトの組立手順の説明図
【図６】変形例に係る吸気カムシャフトの要部斜視図
【図７】他の変形例に係る吸気カムシャフトの要部断面図
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００２４】
図１は、実施形態に係る吸気カムシャフト１の概略構成を示す縦断面図である。図１に示されるように、本発明に係る吸気カムシャフト１は、自動車のエンジンルームに縦置きに搭載される直列４気筒ＤＯＨＣガソリンエンジン（以下、単にエンジンという）に使用される。エンジンは、各気筒に２つの吸気バルブ２及び２つの排気バルブを備えた４バルブエンジンである。吸気バルブ２は、吸気ロッカーアーム３を介して吸気カムシャフト１により駆動され、排気バルブは、排気ロッカーアームを介して排気カムシャフトにより駆動される。
【００２５】
吸気カムシャフト１は、気筒列方向に延在する筒状のアウターシャフト１１を有している。アウターシャフト１１には、各気筒につき１つ、合計４つの吸気カム（カムローブ、以下、第１カム１２という。）が固定されている。また、アウターシャフト１１には、互いに隣接する第１カム１２の間の３箇所と、４つの第１カム１２の軸方向両側の２箇所と、後端の１箇所との合計６箇所に、軸受によって軸支されるカムジャーナル１３が設けられている。図１においては、わかり易いようにカムジャーナル１３を拡径して示しているが、カムジャーナル１３は、アウターシャフト１１の円筒状の外周面に、隣接する部分と同一径に形成された領域である。アウターシャフト１１の軸線は、吸気カムシャフト１の軸線１Ｘ（図２）に一致する。カムジャーナル１３及びアウターシャフト１１のカムジャーナル１３が設けられた部分には、径方向に貫通するオイル供給孔１３ａが形成されている。
【００２６】
アウターシャフト１１の軸方向の一端である前端（図の左端）には、フロントＶＴＣ１４（Valve Timing Control）が組み込まれた吸気スプロケット１５が設けられている。吸気スプロケット１５には、クランクシャフトの前端に固定されたスプロケットにより駆動されるチェーン１６が巻き掛けられる。吸気スプロケット１５は、チェーン１６を介してクランクシャフトにより、クランクシャフトの回転速度の１／２の回転速度をもってクランクシャフトと同期して回転駆動される。クランクシャフトの動力をアウターシャフト１１に伝達する動力伝達手段として、チェーン１６の代わりにベルトやギヤ列等が用いられてもよい。
【００２７】
フロントＶＴＣ１４は、吸気スプロケット１５が一体に設けられたハウジング１７と、アウターシャフト１１の前端に固定され、ハウジング１７に収容されたロータ１８と、ロータ１８から放射状に延び、ハウジング１７内に形成される油圧室１７ａを、吸気バルブ２の開タイミングを進める進角室と、吸気バルブ２の開タイミングを遅らせる遅角室とに区画するベーン１９とを有する公知の構成のものである。フロントＶＴＣ１４は、進角室又は遅角室に油圧を供給されることにより、ハウジング１７に対するベーン１９の回転位置を変化させる。これにより、フロントＶＴＣ１４は、吸気スプロケット１５に対するアウターシャフト１１及び第１カム１２の回転位置を変化させる。
【００２８】
アウターシャフト１１の内部には、インナーシャフト２１がアウターシャフト１１と同軸に、即ち吸気カムシャフト１の軸線１Ｘ（図２）上に回転可能に設けられている。インナーシャフト２１には、各気筒において対応する第１カム１２に隣接して配置された合計４つの吸気カム（カムローブ、以下、第２カム２２という。）が固定されている。第２カム２２のインナーシャフト２１に対する固定構造や固定手順については後述する。また、インナーシャフト２１には、軸方向においてカムジャーナル１３に対応する部分のうち、互いに隣接する第１カム１２の間の３箇所と、４つの第１カム１２の軸方向の両側（２箇所）との合計５箇所に、アウターシャフト１１によって軸支されるインナージャーナル２３が外周面から突出するように一体形成されている。
【００２９】
インナーシャフト２１の軸方向の後端（図の右端）には、リヤＶＴＣ２４が設けられている。リヤＶＴＣ２４は、最も後端に設けられたカムジャーナル１３に固定されたハウジング２７と、インナーシャフト２１の右端に固定され、ハウジング２７に収容されたロータ２８と、ロータ２８から放射状に延び、ハウジング２７内に形成される油圧室２７ａを、吸気バルブ２の開弁角度範囲を拡大させる拡大室と、吸気バルブ２の開弁角度範囲を縮小させる縮小室とに区画するベーン２９とを有する公知の構成のものである。リヤＶＴＣ２４は、最も後端に設けられたカムジャーナル１３に形成された作動油路１３ｂから拡大室又は縮小室に油圧を供給されることにより、ハウジング２７に対するベーン２９の回転位置を変化させる。これにより、リヤＶＴＣ２４は、アウターシャフト１１及び第１カム１２に対するインナーシャフト２１及び第２カム２２の回転位置を変化させる。
【００３０】
吸気ロッカーアーム３は、吸気ロッカーシャフト４により軸支される基端３ａを有し、揺動端に吸気バルブ２のステムエンドに当接するタペットアジャスタスクリュ６が設けられたスイングアーム型のロッカーアームである。吸気ロッカーアーム３の揺動端には、２つの吸気バルブ２のうち、対応する吸気バルブ２のステムエンドに当接する２つのタペットアジャスタスクリュ６が設けられている。吸気ロッカーアーム３の基端３ａと揺動端との間の中間部には、気筒列方向に延びる同一軸線上に互いに隣接して配置されたローラからなる２つのカムフォロア７が回転可能に設けられている。２つのカムフォロア７は、第１カム１２に対応する位置と第２カム２２に対応する位置とに配置されている。他の実施形態では、単一のカムフォロア７が、第１カム１２及び第２カム２２の両方に対応する位置に設けられてもよい。
【００３１】
図２は、吸気カムシャフト１の要部斜視図であり、（Ａ）では、アウターシャフト１１及びインナーシャフト２１を、第１カム１２に対して軸方向両側に示し、（Ｂ）では、アウターシャフト１１及びインナーシャフト２１を、第１カム１２に対して手前側で省略している。図３は、図２（Ａ）に示される吸気カムシャフト１の要部の分解斜視図である。吸気カムシャフト１は、図２（Ａ）に矢印で示されるように前から見て反時計回りに回転駆動される。
【００３２】
図２及び図３に示されるように、第１カム１２は、アウターシャフト１１の外側に環状に形成された第１カム後部１２ｒと、第１カム後部１２ｒに連続してアウターシャフト１１の外側に円弧状に形成された第１カム前部１２ｆとから構成される。第１カム後部１２ｒは、環状をなしてアウターシャフト１１の外周面に固定され、ベース円３０を外周面に形成する環状ベース円部３２と、環状ベース円部３２から径方向外側に突出する第１カム山部３３とにより構成される。第１カム前部１２ｆは、環状ベース円部３２の周方向の一部と、これに連続する第１カム山部３３の周方向一部とにより構成される。
【００３３】
第１カム山部３３の突出端の外周面には、吸気カムシャフト１の軸線１Ｘを中心とする円弧状を呈し、吸気バルブ２のリフト量を最大リフト量に維持する第１円弧部３５が形成されている。第１カム山部３３における第１円弧部３５の回転方向側の外周面には、吸気バルブ２を開駆動するための開弁リフトカーブ３６が形成されている。開弁リフトカーブ３６は、ベース円３０及び第１円弧部３５に連続し、半径がベース円３０の半径から第１円弧部３５の半径まで徐々に拡大する傾斜面である。
【００３４】
開弁リフトカーブ３６及び第１円弧部３５は、カムフォロア７（図１）に接触し、吸気バルブ２のバルブリフトを規定する面である。そのため、開弁リフトカーブ３６及び第１円弧部３５は、正確なカムプロフィールを生成するために、精密な加工が施されて形成されている。一方、第１カム山部３３の第１円弧部３５の回転方向と相反する側のカーブ面３７は、半径を変化させる傾斜面であるが、カムフォロア７に接触することはない。そのため、このカーブ面３７に精密な加工は施されていない。
【００３５】
第１カム１２は、本実施形態ではアウターシャフト１１と別体に形成され、冷し嵌め、焼き嵌め、接着若しくは溶接によってアウターカムに固定される。他の実施形態では、第１カム１２がアウターシャフト１１に一体に形成されてもよい。
【００３６】
アウターシャフト１１における第１カム前部１２ｆに軸方向に一致し且つ第１カム前部１２ｆが設けられない部分には、周方向に延びる円弧状のスリット１１ａが形成されている。スリット１１ａは、第１カム前部１２ｆの前後方向の厚みと略同じ幅を有し、第１カム前部１２ｆが設けられない部分の周方向の全長に亘って形成されている。即ち、スリット１１ａの延在方向の両端は、第１カム前部１２ｆの周方向の端部に一致している。
【００３７】
第２カム２２は、環状をなしてインナーシャフト２１の外周面に固定された環状部４１と、環状部４１から径方向外側に円弧状に突出し、ベース円３０の周方向の一部を外周面に形成する円弧状ベース円部４２と、環状部４１から径方向外側に突出する第２カム山部４３とを有している。第２カム２２は、環状部４１と第２カム山部４３とを有することにより、概ねｄ字形状（或いはｂ字形状）を呈している。第２カム２２は、アウターシャフト１１のスリット１１ａに挿通可能な幅及び外径を有している。第２カム２２は、環状部４１が径方向の外側からスリット１１ａに挿入されてアウターシャフト１１の内部に配置され、インナーシャフト２１に固定された状態で、円弧状ベース円部４２及び第２カム山部４３をスリット１１ａからアウターシャフト１１の外側に突出させている。即ち、第２カム２２は、第１カム前部１２ｆに対して周方向に隣接して配置され、第１カム１２の第１カム後部１２ｒに対して軸線１Ｘ方向に隣接して配置される。
【００３８】
第２カム山部４３の突出端の外周面には、吸気カムシャフト１の軸線１Ｘを中心とし且つ第１円弧部３５と同じ半径を有する円弧状を呈し、吸気バルブ２のリフト量を最大リフト量に維持する第２円弧部４５が形成されている。第２カム山部４３における第２円弧部４５の回転方向と相反する側の外周面には、吸気バルブ２を閉駆動するための閉弁リフトカーブ４７が形成されている。閉弁リフトカーブ４７は、第２円弧部４５及びベース円３０に連続し、半径が第２円弧部４５の半径からベース円３０の半径まで徐々に縮小する傾斜面である。
【００３９】
第２円弧部４５及び閉弁リフトカーブ４７は、カムフォロア７（図１）に接触し、吸気バルブ２のバルブリフトを規定する面である。そのため、第２円弧部４５及び閉弁リフトカーブ４７は、正確なカムプロフィールを生成するために、精密な加工が施されて形成されている。
【００４０】
図３に示されるように、第２カム山部４３の第２円弧部４５側の端部には、吸気カムシャフト１の軸線１Ｘを通る平面上に延在する第１端面４８が形成されている。円弧状ベース円部４２の第２カム山部４３と相反する側の端部には、吸気カムシャフト１の軸線１Ｘを通る平面上に延在する第２端面４９が形成されている。
【００４１】
第１カム前部１２ｆにおける第１カム山部３３側の端部には、吸気カムシャフト１の軸線１Ｘを通る平面上に延在し、第１端面４８に周方向に対向する第１対向面３８が形成されている。第１対向面３８は、第２カム山部４３の第１端面４８に当接することで、第２カム２２の回転方向への相対回転を阻止するストッパ面として機能する。図２（Ｂ）に示されるように、第１カム前部１２ｆにおける環状ベース円部３２側の端部には、吸気カムシャフト１の軸線１Ｘを通る平面上に延在し、第２端面４９に周方向に対向する第２対向面３９が形成されている。第２対向面３９は、円弧状ベース円部４２の第２端面４９に当接することで、第２カム２２の回転方向と相反する方向への相対回転を阻止するストッパ面として機能する。
【００４２】
即ち、第２カム２２は、第１端面４８が第１カム１２の第１対向面３８に当接する回転位置と、第２端面４９が第１カム１２の第２対向面３９に当接する回転位置との間で回転可能である。第２カム２２は、第１端面４８を第１対向面３８に当接させる回転位置にある時に、第２円弧部４５の略全体を第１円弧部３５にオーバーラップさせ、第２端面４９を第２対向面３９に当接させる回転位置にある時に、第２円弧部４５の第１端面４８側の一部のみを第１円弧部３５にオーバーラップさせる。
【００４３】
図４は、上記構成の吸気カムシャフト１によるバルブリフト特性を示すグラフであり、（Ａ）は、フロントＶＴＣ１４による開弁位相の変更の態様を示し、（Ｂ）は、リヤＶＴＣ２４による開弁角度範囲の変更の態様を示している。なお、グラフの横軸には、リフトタイミングをクランク角度単位で示し、縦軸にバルブリフト量を示している。
【００４４】
図４（Ａ）に示されるように、フロントＶＴＣ１４が、遅角室に油圧を供給され、吸気スプロケット１５に対してアウターシャフト１１を遅角させている時には、図２に示される第１カム１２が回転方向と相反する側に駆動されて遅角側の回転位置にある。この時、吸気バルブ２のリフト量は想像線で示されるように変化する。なお、この状態では、リヤＶＴＣ２４は、縮小室に油圧を供給され、吸気バルブ２の開弁角度範囲を縮小させている。即ち、図２に示される第２カム２２が前から見て反時計回りに駆動されて第１カム１２に対して進角し、第１端面４８を第１対向面３８に当接させている。
【００４５】
フロントＶＴＣ１４が、進角室に油圧を供給され、吸気スプロケット１５にしてアウターシャフト１１を進角させると、図２に示される第１カム１２が回転方向に駆動されて進角側の回転位置へ移動する。これにより、吸気バルブ２のリフトカーブは、実線で示されるように進角側に移動し、吸気バルブ２の開駆動及び閉駆動のタイミングが早くなる。
【００４６】
この状態において、リヤＶＴＣ２４が拡大室に油圧を供給され、吸気バルブ２の開弁角度範囲を拡大させると、図２に示される第２カム２２が第１カム１２に対して回転方向と相反する側に駆動され、第２端面４９を第２対向面３９に当接させる遅角側の回転位置へ移動する。これにより、想像線で示される吸気バルブ２のリフトカーブは、実線のカーブで示されるように、リフト量が最大リフト量に維持される期間を長くして、閉弁タイミングのみを遅らせるように変化する。つまり、吸気バルブ２が早いタイミングで開駆動され、遅いタイミングで閉駆動されることにより、吸気バルブ２の開弁期間が長くなる。
【００４７】
このように、吸気カムシャフト１は、アウターシャフト１１に対するインナーシャフト２１の回転位置を変化させるようにリヤＶＴＣ２４により駆動される。そして、吸気バルブ２のリフト量を最大リフト量に維持する第１円弧部３５及び第２円弧部４５が、第１カム１２及び第２カム２２に、互いにオーバーラップするように形成されている。そのため、吸気バルブ２の開弁期間を所望に変更することが可能である。
【００４８】
次に、図５を参照して、吸気カムシャフト１の組立方法について説明する。図５（Ａ）に示されるように、アウターシャフト１１、第１カム１２、インナーシャフト２１、第２カム２２を用意する。なお、図５（Ａ）には、１つの第１カム１２がアウターシャフト１１に固定されている状態を示している。アウターシャフト１１にはスリット１１ａを形成しておく。最初に、第１カム１２を、冷し嵌め、焼き嵌め、接着若しくは溶接等の適宜の方法によりアウターシャフト１１に固定する。又は、第１カム１２がアウターシャフト１１に一体形成される場合には、切削等により第１カム１２を予め形成しておく。
【００４９】
次に、図５（Ｂ）に示されるように、第２カム２２の環状部４１をアウターシャフト１１のスリット１１ａに外側から挿入し、第２カム２２をアウターシャフト１１に対して軸線方向の適切な位置に配置する。この際、全ての第２カム２２の第２カム山部４３を、対応する第１カム１２の第１対向面３８に当接させる。これにより、全てに第２カム２２の位置決めが容易に行われる。或いは、全ての第２カム２２の円弧状ベース円部４２を第２対向面３９（図２（Ｂ）参照）に当接させることで位置決めを行ってもよい。なお、軸方向に互いに隣接する第１カム１２の位相は実際には異なるが、図５では、理解を容易にするため、互いに隣接する第１カム１２を同一の位相に示している。
【００５０】
第２カム２２の環状部４１をアウターシャフト１１のスリット１１ａに挿入する前には、焼き嵌めにより第２カム２２をインナーシャフト２１に固定するために、第２カム２２を予め加熱し、環状部４１の孔を大きくしておく。その後、アウターシャフト１１の内部にインナーシャフト２１を挿入し、インナーシャフト２１を第２カム２２の環状部４１に挿通させ、環状部４１をインナーシャフト２１の外周面に固定する。環状部４１のインナーシャフト２１に対する固定は、第２カム２２を冷却して環状部４１を収縮させる焼き嵌めにより行う。これにより、吸気カムシャフト１の組立作業が完了する。
【００５１】
以上のように構成され、組み立てられる吸気カムシャフト１によれば、次のような作用効果が得られる。即ち、図３に示されるように、吸気バルブ２を開駆動するための開弁リフトカーブ３６が第１カム１２のみに形成され、吸気バルブ２を閉駆動するための閉弁リフトカーブ４７が第２カム２２のみに形成されている。そのため、第１カム１２のカーブ面３７に精密加工を施して閉弁リフトカーブ４７を形成する必要がなく、精密加工により第２カム２２に開弁リフトカーブ３６を形成する必要もない。従って、第１カム１２及び第２カム２２の加工が容易である。
【００５２】
第１カム１２及び第２カム２２の両方に開弁リフトカーブ３６又は閉弁リフトカーブ４７が設けられると、第１カム１２と第２カム２２との組付けに高い精度が要求されることになる。本実施形態では、開弁リフトカーブ３６が第１カム１２のみに形成され、閉弁リフトカーブ４７が第２カム２２のみに形成され、吸気カムシャフト１が上記のように組み立てられるため、第２カム２２の組付けが容易である。
【００５３】
図２及び図３に示されるように、第２カム２２は、環状をなしてインナーシャフト２１の外周面に固定された環状部４１と、環状部４１から径方向外側に突出し、閉弁リフトカーブ４７及び第２円弧部４５を形成する第２カム山部４３とを有している。アウターシャフト１１には、周方向に延びて第２カム２２の環状部４１を挿通可能なスリット１１ａが形成されている。そのため、第２カム２２が、環状部４１を介してインナーシャフト２１の外周面に全周に亘って固定され、インナーシャフト２１に強固に固定される。なお、アウターシャフト１１に周方向に延びるスリット１１ａが形成されることで、第２カム２２のインナーシャフト２１への固定が可能になり、第２カム２２の位置決めが容易になる。
【００５４】
図３に示されるように、第１カム１２は、スリット１１ａの回転方向側の一端において第２カム２２の第２カム山部４３の第１端面４８に周方向に対向する第１対向面３８を有している。そのため、第２カム２２と第１カム１２との位相を揃える側への相対回転を第１対向面３８により規制することができる。また、組立時に、第２カム２２の第２カム山部４３を第１対向面３８に当接させて位置決めすることもできる。
【００５５】
第２カム２２は、環状部４１から径方向外側に突出し、閉弁リフトカーブ４７に連続してベース円３０の周方向の一部を形成する円弧状ベース円部４２を有している。図２（Ｂ）に示されるように、第１カム１２は、スリット１１ａの回転方向と相反する側の一端において第２カム２２の円弧状ベース円部４２の第２端面４９に周方向に対向する第２対向面３９を有している。そのため、第２カム２２と第１カム１２との位相をずらす側への相対回転を第２対向面３９により規制することができる。また、組立時に、第２カム２２の円弧状ベース円部４２を第２対向面３９に当接させて位置決めすることもできる。
【００５６】
吸気カムシャフト１を組み立てる際には、図５（Ｂ）に示されるように、スリット１１ａに第２カム２２の環状部４１を挿入し、アウターシャフト１１の内部にインナーシャフト２１を挿入し、インナーシャフト２１を環状部４１の内部に挿通させ、環状部４１をインナーシャフト２１に固定する。そのため、第２カム２２とインナーシャフト２１との位置決め及び組立が容易である。
【００５７】
環状部４１のインナーシャフト２１への固定は、遅くともインナーシャフト２１を環状部４１に挿入する前に第２カム２２を加熱しておき、第２カム２２を冷却によって収縮させる焼き嵌めにより行う。そのため、冷し嵌めのためにインナーシャフト２１を冷却して収縮させる必要がなく、環状部４１の固定後の冷却によってインナーシャフト２１が軸方向に収縮することないため、インナーシャフト２１の所定の軸方向位置に第２カム２２を固定できる。また、ピン等の固定部材を使用する必要や固定部材の挿入孔を加工する必要がないため、加工及び組立が容易である。
【００５８】
次に、図６を参照して変形例に係る吸気カムシャフト１について説明する。なお、上記実施形態と形態又は機能が同一又は同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。以下に示す他の変形例においても同様とする。
【００５９】
本変形例では、第１カム１２が、円弧状の第１カム前部１２ｆを有しておらず、第２カム２２が、環状に形成されている。第２カム２２の環状部４１の外周面にベース円３０が形成されており、第２カム山部４３の外周面には、吸気バルブ２のリフト量を最大リフト量に維持する第２円弧部４５、吸気バルブ２を閉駆動するための閉弁リフトカーブ４７、及び、半径が変化する傾斜面からなるカーブ面４６が形成されている。カーブ面４６は、カムフォロア７に接触することはないため、精密な加工は施されない。上記実施形態と同様に、第１カム１２のカーブ面３７も、カムフォロア７に接触することはないため、精密な加工は施されない。従って、第１カム１２及び第２カム２２の加工が容易である。
【００６０】
第２カム２２のインナーシャフト２１への固定は、ピン５０により行われる。即ち、アウターシャフト１１の第１カム１２に隣接する位置には、径方向に貫通し、周方向にピン５０の直径よりも長い１対の長孔１１ｂが形成されている。また、インナーシャフト２１に、ピン５０を圧入可能なピン挿入孔２１ａが径方向に貫通するように形成され、環状の第２カム２２にも、ピン５０を圧入可能な１対のピン挿入孔２２ａが径方向に貫通するように形成されている。第２カム２２のピン挿入孔２２ａは、カーブ面４６及びベース円３０に開口する位置に配置されている。第２カム２２にアウターシャフト１１が挿入された状態で、これらのピン挿入孔２１ａ、２２ａにピン５０が圧入されることにより、第２カム２２がアウターシャフト１１の外側に配置された状態でアウターシャフト１１に対して長孔１１ｂの範囲で回転可能にインナーシャフト２１に固定される。
【００６１】
このような構成においても、第１カム１２のカーブ面３７に精密加工を施して閉弁リフトカーブ４７を形成する必要がなく、第２カム２２のカーブ面４６に精密加工を施して開弁リフトカーブ３６を形成する必要がないため、第１カム１２及び第２カム２２の加工が容易である。
【００６２】
次に、図７を参照して他の変形例に係る吸気カムシャフト１について説明する。
【００６３】
本変形例では、第１カム１２が、円弧状の第１カム前部１２ｆを有しておらず、円弧状に形成された第２カム２２が、ピン５０によってインナーシャフト２１に固定されている。第２カム２２は、外周面がベース円３０の周方向の一部を形成する円弧状ベース円部４２と、円弧状ベース円部４２に連続する第２カム山部４３とを有している。第２カム山部４３の外周面は、吸気バルブ２のリフト量を最大リフト量に維持する第２円弧部４５、及び吸気バルブ２を閉駆動するための閉弁リフトカーブ４７が形成されている。第１カム１２の外周面には、ベース円３０、開弁リフトカーブ３６、第１円弧部３５及びカーブ面３７が形成されている。
【００６４】
アウターシャフト１１の第１カム１２に隣接する位置には、径方向に貫通し、周方向に長い１対の長孔１１ｂが形成され、インナーシャフト２１には、ピン５０を圧入可能なピン挿入孔２１ａが径方向に貫通するように形成されている。円弧状の第２カム２２には、ピン５０を圧入可能なピン挿入孔２２ａが、ベース円３０に開口するように貫通形成されている。第２カム２２がアウターシャフト１１に径方向に押し付けられた状態で、これらのピン挿入孔２１ａ、２２ａにピン５０が圧入されることにより、第２カム２２がアウターシャフト１１に対して長孔１１ｂの範囲で回転可能にインナーシャフト２１に固定される。
【００６５】
このような構成においても、第１カム１２のカーブ面３７に精密加工を施して閉弁リフトカーブ４７を形成する必要がなく、第２カム２２に開弁リフトカーブ３６を形成する必要がないため、第１カム１２及び第２カム２２の加工が容易である。
【００６６】
以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。例えば、上記実施形態では、一例として吸気カムシャフト１としてカムシャフトの説明を行ったが、排気シャフトや、ＳＯＨＣエンジンのカムシャフトに適用することも可能である。また、上記実施形態では、吸気カムシャフト１が吸気ロッカーアーム３を介して吸気バルブ２を駆動しているが、バルブリフタやプッシュロッド等を介してバルブを駆動してもよい。この他、各部材や部位の具体的構成や配置、数量、手順など、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば適宜変更可能である。一方、上記実施形態に示した各構成要素は必ずしも全てが必須ではなく、適宜選択することができる。
【符号の説明】
【００６７】
１      吸気カムシャフト
１Ｘ    軸線
２      吸気バルブ
３      吸気ロッカーアーム
７      カムフォロア
１１    アウターシャフト
１１ａ  スリット
１２    第１カム
２１    インナーシャフト
２２    第２カム
３０    ベース円
３５    第１円弧部
３６    開弁リフトカーブ
３８    第１対向面
３９    第２対向面
４１    環状部
４２    円弧状ベース円部
４３    第２カム山部
４５    第２円弧部
４７    閉弁リフトカーブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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