JP2007056811A - 内燃機関の給油構造 - Google Patents

Abstract

【課題】油圧式の可変バルブタイミング機構３０を有する内燃機関１において、比較的簡素な構成で、可変バルブタイミング機構３０へ十分かつ安定した油圧を供給できるようにする。
【解決手段】オイル貯留部１４内のオイルを単一のオイルポンプ５１で吸引してシリンダブロック３側へ導く共通油路５３と、この共通油路５３からシリンダブロック３内部とシリンダヘッド２内の動弁機構４５側と可変バルブタイミング機構３０側とにそれぞれ個別に導く３系統の油路５４，５５，５６とを有する。動弁機構４５側へ向かう油路５５の上流端および可変バルブタイミング機構３０側へ向かう油路５６の上流端が、シリンダブロック３内部へ向かう油路５４と共通油路５３との接続部分５９の近傍に接続されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、油圧式の可変バルブタイミング機構を有する内燃機関の給油構造に関する。

内燃機関には、吸気カムシャフトおよび排気カムシャフトの少なくともいずれか一方にバルブタイミングを可変とする油圧式可変バルブタイミング機構が搭載されたものがある（例えば特許文献１参照。）。

この可変バルブタイミング機構は、カムシャフトの一端側に設けられていて、この可変バルブタイミング機構の進角側油圧室と遅角側油圧室とに供給する油圧をオイルコントロールバルブによって切り換えることによってバルブタイミングを変更するように構成されている。

一般的に、内燃機関では、底部に設けられるオイルパン（オイル貯留部）内のオイルをオイルポンプで汲み上げて、シリンダブロック側とシリンダヘッド側との２系統に分けて供給するような給油構造が設けられている。なお、シリンダブロック内部やシリンダヘッド内部を潤滑したオイルは、オイルパンに戻されるので、内燃機関内で閉ループのオイル循環が行われる。

シリンダブロックには、メインギャラリーと呼ばれるオイル油路が設けられており、このメインギャラリーからクランクジャーナルやオイルジェット等にオイルがそれぞれ供給される。一方、シリンダヘッド内に供給されるオイルは、シリンダヘッド内で分流されて動弁機構や上記可変バルブタイミング機構等へ供給される。

ところで、オイルポンプで汲み上げたオイルは、シリンダブロックの途中まで一本の共通油路を通じて供給されて、その途中でメインギャラリー側とシリンダヘッド側とに分岐する油路へ分流され、シリンダヘッド内においてさらに動弁機構側と可変バルブタイミング機構側とに分岐する油路へ分流される。

このような給油構造の場合、例えば内燃機関の低回転域等においてオイルポンプの吐出圧変動や動弁機構側へ向かう油路内の油圧変動が発生したときに、その油圧変動が可変バルブタイミング機構側へ向かう油路内の油圧に影響しやすくなるために、可変バルブタイミング機構に供給される油圧が不十分かつ不安定になるおそれがある。これに対し、可変バルブタイミング機構にオイルを供給する専用の油路とオイルポンプとを設置することが考えられている（例えば、特許文献２参照。）。
特開平５−８６９１３号公報 特開２００１−３４２８１２号公報

上記従来例では、可変バルブタイミング機構専用の油路とオイルポンプとを備えるので、内燃機関の設備コストが嵩むとともに、重量増加ならびにサイズアップが懸念される。

なお、上記のような専用のオイルポンプを用いずに、既存のオイルポンプを大容量化することも可能であるが、その場合には、高回転時にポンプ駆動力が増大する等、内燃機関のフリクションが増加して性能低下につながるといったことが懸念される。

本発明は、油圧式の可変バルブタイミング機構を有する内燃機関の給油構造において、比較的簡素な構成で、可変バルブタイミング機構へ十分かつ安定した油圧を供給できるようにすることを目的としている。

本発明は、吸気側カムシャフトおよび排気側カムシャフトの少なくともいずれか一方に油圧式の可変バルブタイミング機構を設けた内燃機関の給油構造であって、オイル貯留部内のオイルを単一のオイルポンプで吸引してシリンダブロック側へ導く共通油路と、この共通油路から前記シリンダブロック内部とシリンダヘッド内の動弁機構側と可変バルブタイミング機構側とにそれぞれ個別に導く３系統の油路とを有し、前記動弁機構側へ向かう油路の上流端および前記可変バルブタイミング機構側へ向かう油路の上流端が、シリンダブロック内部へ向かう油路と前記共通油路との接続部分の近傍に接続されていることを特徴としている。

この構成によれば、単一のオイルポンプを用いて、３系統に分岐した油路を設けているだけなので、構成が簡素で済む。しかも、動弁機構側へ向かう油路と可変バルブタイミング機構側へ向かう油路とを別々にしたうえで、これら両油路の各上流端を、前記共通油路とシリンダブロック内部側へ向かう油路との接続部分の近傍に接続しているから、仮に内燃機関の低回転域等においてオイルポンプの吐出圧変動や動弁機構側へ向かう油路内の油圧変動が発生しても、その油圧変動が可変バルブタイミング機構側へ向かう油路内の油圧に影響することが抑制または防止されることになる。

これにより、内燃機関の低回転域等においても、可変バルブタイミング機構に供給する油圧が安定することになり、可変バルブタイミング機構を安定的に作動させることが可能になる。

さらに、可変バルブタイミング機構側へ向かう油路を、前記共通油路とシリンダブロック内部側へ向かう油路との接続部分の近傍に接続していることによって、可変バルブタイミング機構側へ向かう油路を可及的に長く確保することが可能になる。これにより、当該油路の容積を可及的に大きくすることが可能になり、可変バルブタイミング機構側に対して供給する十分な油圧を確保することが可能になる。

好ましくは、上記動弁機構側へ向かう油路の上流端および前記可変バルブタイミング機構側へ向かう油路の上流端を合流して、その合流部分の上流端を前記所定部位に接続する構成とすることができる。

この構成によれば、前記動弁機構側へ向かう油路および前記可変バルブタイミング機構側へ向かう油路の設置が比較的容易に行えるようになる。

好ましくは、上記動弁機構側へ向かう油路および前記可変バルブタイミング機構側へ向かう油路の各一部は、シリンダブロックの壁部外側に着脱可能に取り付けられるタイミングチェーンカバーの内面に一体形成される溝と、その溝に開口側を閉塞するように取り付けられるプレートとで囲む孔状の空間から構成されたものとすることができる。

この構成によれば、タイミングチェーンカバーを成形品とする場合に、前記溝を型からの転写で簡単に得ることが可能となり、例えばシリンダブロックに孔をあけるような場合に比べて製造が簡単になるうえ、油路の引き回しの自由度が向上して油路長を長くすることが可能になる。

本発明によれば、従来例のようにオイルポンプを増設せずに比較的簡素な構成を保ちながら、可変バルブタイミング機構側へ十分かつ安定した油圧を供給することが可能になる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１から図７に本発明の一実施形態を示している。

本発明に係る内燃機関の給油構造の説明に先立ち、当該給油構造の適用対象となる内燃機関を図３に示して説明する。

図３には、自動車等の車両に搭載される内燃機関（エンジンともいう）の概略構成を示している。ここでの内燃機関１は、例えば直噴式４気筒ガソリンエンジンとされているが、図３には説明の都合上、１気筒のみを示している。

図３に示す内燃機関１は、シリンダヘッド２とシリンダブロック３とピストン４とで区画する燃焼室５に、吸入系および吸気ポート２ａから導入される空気と燃料噴射弁６から直接的に噴射される燃料とからなる所定割合の混合気を、点火プラグ７で点火して燃焼させることにより、ピストン４からコネクティングロッド８を介してクランクシャフト９を回転させるようにしており、燃焼後の排気ガスを排気ポート２ｂから排気系へ排出させるようになっている。

シリンダヘッド２には、吸気ポート２ａを開閉する吸気弁１０と、排気ポート２ｂを開閉する排気弁１１とがそれぞれ配置されているとともに、吸気弁１０をリフトさせる吸気側カムシャフト１２および排気弁１１をリフトさせる排気側カムシャフト１３が搭載されている。

吸気側カムシャフト１２および排気側カムシャフト１３は、図４に示すように、クランクシャフト９によりタイミングチェーン（あるいはタイミングベルト）２１を介して回転駆動される。

タイミングチェーン２１は、吸気側カムシャフト１２の軸方向一端に付設されるタイミングギア２２と、排気側カムシャフト１３の軸方向一端に設けられているタイミングギア２３と、クランクシャフト９の軸方向一端側に設けられているタイミングギア２４とに巻き掛けられている。このタイミングチェーン２１の張力は、チェーンテンショナ２５によって自動的に調整されるようになっている。

これらタイミングチェーン２１、三つのタイミングギア２２〜２４が、クランクシャフト９から各カムシャフト１２，１３への動力伝達系を構成している。

そして、この実施形態では、吸気側カムシャフト１２のみに油圧式の可変バルブタイミング機構（ＶＶＴ）３０が付設されている。

この可変バルブタイミング機構３０は、必要に応じて吸気側カムシャフト１２の位相を連続可変することにより吸気弁１０のバルブタイミング（開き、閉じ）を制御するものであり、例えばベーン型アクチュエータからなる。

このベーン型アクチュエータからなる油圧式の可変バルブタイミング機構３０は、図５に示すように、吸気側カムシャフト１２の軸方向一端側のタイミングギア２２と一体回転可能に固定されるハウジング３１と、このハウジング３１の内部に円周方向で相対的に揺動可能に収納されかつ吸気側カムシャフト１２と一体に固定されるベーンロータ３２と、ハウジング３１の前面にボルト等の締結具３４で取り付けられる前蓋３３とを備えている。

ハウジング３１の内周の円周方向複数箇所（図では四箇所）には、径方向外向きに陥没する凹部３１ａ・・・が設けられており、また、ベーンロータ３２の外周の円周方向複数箇所（凹部３１ａと同数）には、径方向外向きに突出するベーン３２ａ・・・が設けられている。

このハウジング３１の各凹部３１ａ内にベーンロータ３２の各ベーン３２ａが円周方向揺動可能に挿入されており、必要に応じて凹部２１ａ内においてベーン３２ａの円周方向両側に、進角油圧室および遅角油圧室（符号省略）が確保される。

これらいずれか一方の油圧室内に対する油圧供給を、オイルコントロールバルブ（ＯＣＶ）３５でもって制御することにより、吸気側カムシャフト１２を進角側または遅角側に駆動するようになっている。

このオイルコントロールバルブ３５の動作は、内燃機関１の運転状況に応じて制御装置４０により制御される。この制御装置４０は、一般的に公知のＥＣＵ（Electronic Control Unit）からなる。

なお、上述したタイミングチェーン２１、タイミングギア２２〜２４、ならびに可変バルブタイミング機構３０等は、一般的に、シリンダブロック３の前壁外側に配置されるが、これらはシリンダブロック３の前壁に取り付けられるタイミングチェーンカバー２６でもって隠蔽保護されるようになっている。

次に、上述した内燃機関１における給油構造を、図１および図２に示して説明する。

図１および図２に示すように、内燃機関１では、そのシリンダブロック３の底部に設けられるオイルパン（オイル貯留部）１４内のオイルを単一のオイルポンプ（ＯＰ）５１で汲み上げてオイルフィルタ（ＯＦ）５２を通してから、主としてシリンダブロック３側とシリンダヘッド２側とに分けて供給するようになっている。

なお、シリンダブロック３やシリンダヘッド２の各部を潤滑したオイルは、オイルパン１４に戻されるので、内燃機関１内で単一の閉ループでのオイル循環が行われるようになっている。

オイルポンプ５１は、クランクシャフト９により図示していない適宜のベルト等を介して回転駆動されるようになっている。

具体的に、上記給油構造は、オイルポンプ５１で汲み上げてオイルフィルタ５２を通したオイルをシリンダブロック３側へ導入する共通油路５３と、この共通油路５３から３系統に分岐する第１、第２、第３油路５４，５５，５６とを含んで構成されている。

共通油路５３は、詳しく図示していないがシリンダブロック３の内部において上下方向に沿って設けられている。

第１油路５４は、シリンダブロック３内部において横方向（気筒配列方向）に沿って設けられるメインギャラリーと呼ばれるものであり、この第１油路５４からは図示していないが複数箇所のクランクシャフトジャーナルや気筒毎のオイルジェット等にオイルがそれぞれ供給されるようになっている。

第２油路５５は、シリンダヘッド２内の動弁機構４５（図１のみ記載）側にオイルを導入するものである。なお、この第２油路５５の途中には、チェーンテンショナ２５にオイルを供給する油路５７が接続されている。

なお、動弁機構４５とは、吸気弁１０および排気弁１１に関連する図示省略のロッカアームやラッシュアジャスタ等や、吸気側カムシャフト１２および排気側カムシャフト１３のジャーナル等を含む。

第３油路５６は、シリンダヘッド２内のオイルコントロールバルブ３５を通じて可変バルブタイミング機構３０側にオイルを導入するものである。

なお、オイルコントロールバルブ３５の下流は、可変バルブタイミング機構３０の進角油圧室および遅角油圧室（符号省略）へそれぞれ図示していない油路を通じて接続されており、必要に応じて各油圧室に適宜の油圧を供給するようになっている。

そして、図１に示す例では、第２油路５５の上流端および第３油路５６の上流端は、合流されていて、その合流部分５８の上流端が、第１油路５４と共通油路５３との接続部分５９の近傍に接続されている。

この合流部分５８は、この実施形態では、前記接続部分５９の近傍でそれよりも下流側に配置されている。但し、合流部分５８を前記接続部分５９の近傍でそれよりも上流側に配置するようにしてもよい。

このような給油構造であるが、要するに、オイルポンプ５１下流で、まずシリンダブロック３側とシリンダヘッド２側との２系統に分岐されてから、この分岐直後でシリンダヘッド２側に向かう経路がさらに動弁機構４５側と可変バルブタイミング機構３０側との２系統に分岐されるようになっている。

ところで、上記第２、第３油路５５，５６において共通油路５３から分岐直後の部分は、シリンダブロック３内部ではなくタイミングチェーンカバー２６の内面に設けられているので、図６および図７に示して説明する。

つまり、タイミングチェーンカバー２６の内面には、その厚み方向に突出するリブ状壁部２６ａにより溝２６ｂが設けられており、この溝２６ｂの開口側には、蓋状のプレート２７が取り付けられている。このプレート２７で溝２６ｂの開口を閉塞することによって、溝２６ｂとプレート２７とで囲む孔状の空間が第２油路５５，第３油路５６とされるようになっている。

なお、図４および図６に示すように、溝２６ｂの下端側合流部分の下端部は、プレート２７の下端に設けられている貫通孔２７ａおよびシリンダブロック３の前壁に設けられている貫通孔３ａを介してシリンダブロック３内部の共通油路５３に連通連結されるようになっている。また、溝２６ｂの上端二股部分は、プレート２７の上端に設けられている貫通孔２７ｂ，２７ｃおよびシリンダヘッド２に設けられている貫通孔２ｄ，２ｅを介して第２油路５５および第３油路５６におけるシリンダヘッド２内部に配置される部分（図２参照）等に連通連結されるようになっている。

このような給油構造を有する内燃機関１は、クランクシャフト９の回転に伴いタイミングチェーン２１を介して吸気側カムシャフト１２および排気側カムシャフト１３が回転駆動されるとともに、オイルポンプ５１が駆動されると、このオイルポンプ５１によってオイルパン１４内のオイルが汲み上げられてオイルフィルタ５２で濾過されてから、共通油路５３に導入されることになる。

この共通油路５３に導入されたオイルは、第１油路５４を通じてクランクシャフトジャーナル部やオイルジェットによる気筒内の潤滑が行われる他、第２油路５５を通じて動弁機構４５を構成する各部の潤滑が行われるとともに、第３油路５６を通じてオイルコントロールバルブ３５を通じて可変バルブタイミング機構３０への油圧供給が行われる。

以上説明したように、この実施形態の給油構造では、単一のオイルポンプを用いて、３系統に分岐した油路を設けているだけなので、構成が簡素で済み、内燃機関１の設備コストを抑制するうえで有利となる。

しかも、オイルポンプ５１の吐出側の共通油路５３からシリンダブロック３の領域で動弁機構４５側へ向かう第２油路５５と可変バルブタイミング機構３０側へ向かう第３油路５６とに分岐したうえで、第２油路５５と第３油路５６との上流側合流部分５８を、シリンダブロック３内部側へ向かう第１油路５４と共通油路５３との接続部分５９の近傍に接続している。

つまり、別々の第２、第３油路５５，５６でもって動弁機構４５側と可変バルブタイミング機構３０側とにオイルを個別に供給させるようにしている。これにより、仮に内燃機関１の低回転域等においてオイルポンプ５１の吐出圧変動や動弁機構４５側へ向かう第２油路５５における油圧変動が発生しても、その油圧変動が可変バルブタイミング機構３０側へ向かう第３油路５６の油圧に影響することが抑制または防止されることになる。そのため、内燃機関１の低回転域等においても、可変バルブタイミング機構３０に対する供給油圧が安定化するので、可変バルブタイミング機構３０を安定的に作動させることが可能になる。

さらに、可変バルブタイミング機構３０側へ向かう第３油路５６を、シリンダブロック内部側へ向かう第１油路５４の共通油路５３に対する接続部分５９の近傍に接続していることによって、可変バルブタイミング機構３０側へ向かう第３油路５６を可及的に長く確保することが可能になる。これにより、この第３油路５６の容積を可及的に大きくすることが可能になるので、可変バルブタイミング機構３０側に対して供給する十分な油圧を確保することが可能になるとともに、油圧印加を素早く行えるようになり、応答性が向上する。

特に、可変バルブタイミング機構３０では、内燃機関１のアイドリング回転時において吸気側カムシャフト１２を進角制御することがあり、また、内燃機関１を停止するときに吸気側カムシャフト１２を最遅角に制御することがあるが、上述したように可変バルブタイミング機構３０に対して十分な油圧をレスポンスよく供給できるようになることによって、前述のような制御を正確かつ迅速に行えるようになり、好ましい。

以下、本発明の他の実施形態を説明する。

（１）上記実施形態では、可変バルブタイミング機構３０を吸気側のみに付設した例を挙げたが、排気側のみに付設したものや、吸気側と排気側との両方にそれぞれ付設したものにも本発明を適用できる。

（２）上記実施形態では、内燃機関１として直噴式ガソリンエンジンを例に挙げたが、ディーゼルエンジンやガスエンジン等の希薄燃焼エンジンにも本発明を適用できる。

（３）上記実施形態では、第２、第３油路５５，５６の一部をタイミングチェーンカバー２６の内面に設けた例を挙げているが、シリンダブロック３の内部に形成してもよく、そのようなものも本発明に含む。

本発明に係る内燃機関の給油構造の一実施形態を模式的に示す概念図である。 図１に示す給油構造の配管を立体的に示す斜視図である。 図１に示す給油構造が適用される内燃機関を示す概略構成図である。 図３の内燃機関のクランクシャフトからカムシャフトへの動力伝達系を模式的に示す側面図である。 図３の可変バルブタイミング機構を示す斜視図である。 図４の内燃機関に付設されるタイミングチェーンケースの内面を示す正面図である。 図６の（７）−（７）線断面の矢視図である。

符号の説明

１ 内燃機関
２ シリンダヘッド
３ シリンダブロック
１４ オイルパン
２１ タイミングチェーン
２６ タイミングチェーンカバー
２６ａ リブ状壁部
２６ｂ 第２、第３油路の一部を形成する溝
２７ 第２、第３油路の一部を形成するプレート
３０ 可変バルブタイミング機構
３５ オイルコントロールバルブ
４０ 制御装置
４５ 動弁機構
５１ オイルポンプ
５２ オイルフィルタ
５３ 共通油路
５４ 第１油路
５５ 第２油路
５６ 第３油路

Claims (3)

1. 吸気側カムシャフトおよび排気側カムシャフトの少なくともいずれか一方に油圧式の可変バルブタイミング機構を設けた内燃機関の給油構造であって、
   オイル貯留部内のオイルを単一のオイルポンプで吸引してシリンダブロック側へ導く共通油路と、この共通油路から前記シリンダブロック内部とシリンダヘッド内の動弁機構側と可変バルブタイミング機構側とにそれぞれ個別に導く３系統の油路とを有し、
   前記動弁機構側へ向かう油路の上流端および前記可変バルブタイミング機構側へ向かう油路の上流端が、シリンダブロック内部へ向かう油路と前記共通油路との接続部分の近傍に接続されていることを特徴とする内燃機関の給油構造。
2. 請求項１において、前記動弁機構側へ向かう油路の上流端および前記可変バルブタイミング機構側へ向かう油路の上流端は、合流されていて、その合流部分の上流端が前記所定部位に接続されていることを特徴とする内燃機関の給油構造。
3. 請求項１または２において、前記動弁機構側へ向かう油路および前記可変バルブタイミング機構側へ向かう油路の各一部は、シリンダブロックの壁部外側に着脱可能に取り付けられるタイミングチェーンカバーの内面に一体形成される溝と、その溝に開口側を閉塞するように取り付けられるプレートとで囲む孔状の空間から構成されていることを特徴とする内燃機関の給油構造。
   

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