JP2015143484A - 内燃機関の油圧回路 - Google Patents

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Abstract

【課題】ＶＶＴに油圧を供給するための専用ポンプを備えた内燃機関の油圧回路において、ＶＶＴの負荷を低減して、大型化および高油圧化を要することなくＶＶＴを応答性よく作動させることができるようにする。
【解決手段】ＶＶＴ２３，２４に油圧を供給するための専用ポンプとして第２のオイルポンプ２１を備えた油圧回路において、ロータと、エンジンの停止時にロータが最進角状態に保持されるようにするためのリターンスプリングとを排気側ＶＶＴ２４が有しており、ロータが連結された排気側カムシャフト２６から第２のオイルポンプ２１の駆動力を得るようにすることにより、リターンスプリングの付勢力により、排気側ＶＶＴ２４の作動に必要なトルクの増大を低減できるようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の油圧回路に関し、特に、吸排気バルブの開閉タイミングを運転状態に応じて最適に制御する可変バルブタイミング機構を備えた内燃機関の油圧回路に用いて好適なものである。
一般に、内燃機関（例えば、自動二輪車、船外機、スノーモービル等に用いられる４サイクルエンジン）には、エンジン底部に設けられたオイルパンからその上方の各機構部にオイルを供給するためのオイルポンプが設けられている。具体的には、オイルポンプから圧送されたオイルは、シリンダヘッドを介してカムシャフトへ、あるいは、クランクシャフトへと供給される。これにより、カムシャフトやクランクシャフト等の各機構部がオイルにより潤滑および冷却される。
図５は、当該エンジンにおけるオイルの経路を示した図である。図５に示すように、オイルパン１１に蓄えられたオイルは、オイルポンプ１２により吸引されて、オイルフィルタ１３を介してメインギャラリ１４に圧送される。その後、オイルはメインギャラリ１４から種々の各機構部１５に供給され、最後に自重により落下してオイルパン１１に戻る。
ところで、可変バルブタイミング機構（ＶＶＴ：Variable Valve Timing）と呼ばれる制御機構がエンジンに設けられることがある。ＶＶＴは、カムの吸排気バルブの開閉タイミングを運転状態に応じて最適に制御することにより、低中速域でのトルク向上と高速域での出力向上との両立、Ｎｏｘの低減、燃費の向上などを図るために用いられる。吸排気バルブの開閉タイミングをコントロールするための油圧の制御は、オイルコントロールバルブ（ＯＣＶ：Oil Control Valve）によって行われる。
図６は、ＶＶＴを備えたエンジンのオイルの経路を示した図である。図６に示すように、メインギャラリ１４から種々の各機構部１５の他にＶＶＴ（ＯＣＶ）１６に対してもオイルが供給され、そのオイルの油圧によって吸排気バルブの開閉タイミングが制御される。
ここで、各機構部１５に対する油圧を確保しつつＶＶＴ１６も応答性よく作動させるためには、ＶＶＴ１６がない場合に比べてメインギャラリ１４の油圧を大きくする必要がある。そのためには、元圧であるオイルポンプ１２の油圧を大きくしなければならない。しかし、そうするとオイルポンプ１２の容量が大きくなってポンプスペースが拡大し、エンジンが大型化してしまうという問題があった。
これに対して、オイルポンプ１２とは別にＶＶＴ１６のための専用ポンプを設けることで、全体として必要な油圧を低減し、エンジンの小型化を図ることができることが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載されたエンジンの油圧回路では、クランクシャフトと同期して駆動される第１油圧ポンプと第２油圧ポンプとを備える。第１油圧ポンプは、第１リリーフバルブで所定圧に調圧されたオイルをエンジンのメインギャラリに供給する。一方、第２油圧ポンプは、メインギャラリからオイルを吸い込みバルブ制御装置に供給する。すなわち、第２油圧ポンプがＶＶＴ専用ポンプに相当する。
メインギャラリ１４からＶＶＴ１６へ油圧を供給するための専用ポンプを設ける場合、同じメインギャラリ１４から別の油圧供給先であるシリンダヘッド付近に専用ポンプを搭載すると、配管を短くすることができることから、圧力降下を抑止できて好ましい。その場合、専用ポンプを駆動するための動力を、シリンダヘッドに納められたカムシャフトから得ることが考えられる。すなわち、カムシャフトは、クランクシャフトからタイミングチェーンにより伝えられる動力によって回転しており、この回転を利用して専用ポンプの動力を得るのである。なお、ＶＶＴのための専用ポンプではないが、カムシャフトからオイルポンプの動力を得ること自体は従来知られている（例えば、特許文献２参照）。
特許第３５０７６４９号公報 特許第３３６８７８５号公報
しかしながら、ＶＶＴの専用ポンプに対する動力をカムシャフトから得る場合は、少なくともその動力の分だけカムシャフトの駆動力が増大し、その分、ＶＶＴの作動に必要なトルクが増大する。そのため、カムシャフトの回転位相を変更するために要するＶＶＴの負荷が大きくなってしまう。その結果、ＶＶＴを応答性よく作動させるためには、ＶＶＴ自体の駆動力を上げる必要があり、ＶＶＴの大型化および高油圧化が必要となって好ましくない。
本発明は、このような問題を解決するために成されたものであり、ＶＶＴに油圧を供給するための専用ポンプを備えた内燃機関の油圧回路において、ＶＶＴの負荷を低減して、大型化および高油圧化を要することなくＶＶＴを応答性よく作動させることができるようにすることを目的とする。
上記した課題を解決するために、本発明では、オイルパンからメインギャラリにオイルを供給する第１のオイルポンプの他に、ＶＶＴにオイルを供給する専用ポンプとしての第２のオイルポンプを備えた内燃機関の油圧回路において、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一方に連結されて回転するロータと、内燃機関の停止時にロータが最大位相角状態に保持されるように付勢するためのリターンスプリングとを可変バルブタイミング機構が有しており、ロータが連結されたカムシャフトから第２のオイルポンプの駆動力を得るようにしている。
上記のように構成した本発明によれば、リターンスプリングの付勢力により、ＶＶＴの作動に必要なトルクの増大を低減することができる。これにより、カムシャフトの回転位相を変更するために要するＶＶＴの負荷を低減して、大型化および高油圧化を要することなくＶＶＴを応答性よく作動させることができる。
本実施形態による内燃機関の油圧回路の概略構成例を示す模式図である。 ＯＣＶと排気側ＶＶＴとの間における油路構成を示す側断面図である。 排気側ＶＶＴの内部構成を示す平断面図である。 本実施形態による内燃機関の油圧回路の他の構成例を示す模式図である。 エンジンにおけるオイルの経路を示した図である。 ＶＶＴを用いたエンジンにおけるオイルの経路を示した図である。
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本実施形態による内燃機関の油圧回路の概略構成例を示す模式図である。なお、この図１において、図５に示した符号と同一の符号を付したものは同一の機能を有するものである。
図１において、第１のオイルポンプ１２は、オイルパン１１からオイルを吸引し、オイルフィルタ１３を介してメインギャラリ１４に当該オイルを供給する。すなわち、オイルパン１１に蓄えられたオイルは、第１のオイルポンプ１２により吸引されて、オイルフィルタ１３を介してメインギャラリ１４に圧送される。その後、オイルはメインギャラリ１４から種々の各機構部１５に供給され、最後に自重により落下してオイルパン１１に戻る。
また、第２のオイルポンプ２１は、メインギャラリ１４からオイルを吸引し、ＯＣＶ２２を介して排気側ＶＶＴ２４に当該オイルを供給する。排気側ＶＶＴ２４は、クランクシャフト（図示せず）に対する排気側カムシャフト２６の回転位相を進角側および遅角側に変更することにより、排気側カムシャフト２６によって開閉駆動される排気バルブ（何れも図示せず）のバルブタイミングを制御する。
吸気側カムシャフト２５および排気側カムシャフト２６はそれぞれ、吸気側シリンダヘッド２７および排気側リンダヘッド２８により回転可能に支持されている。本実施形態では、排気側カムシャフト２６に排気側ＶＶＴ２４が設けられている。また、第２のオイルポンプ２１は、排気側カムシャフト２６に接続され、当該排気側カムシャフト２６から第２のオイルポンプ２１の駆動力を得るように構成している（これについての詳細は後述する）。
図２は、ＯＣＶ２２と排気側ＶＶＴ２４との間における油路構成を示す側断面図である。また、図３は、排気側ＶＶＴ２４の内部構成を示す平断面図である。図２に示すように、排気側ＶＶＴ２４は、ハウジング３１、ロータ３２、リターンスプリング３３およびギヤ３４を備えている。ロータ３２は、排気側カムシャフト２６に連結されて回転する。
図３に示すように、ハウジング３１は、ロータ３２が備える４つの突起状のベーンが挿入される４つの空間を有している。そして、ロータ３２のベーンが矢印Ａに示す範囲で進角側および遅角側に回動可能に構成されている。４つの空間はそれぞれ、ロータ３２のベーンによって進角油圧室３５ａおよび遅角油圧室３５ｂに分けられている。進角油圧室３５ａおよび遅角油圧室３５ｂのそれぞれは、図２に示すように、進角油路３７および遅角油路３８によってＯＣＶ２２に連通している。ＯＣＶ２２は、進角油圧室３５ａおよび遅角油圧室３５ｂに対するオイルの給排状態を切り替えている。
例えば、ＯＣＶ２２から進角油路３７を介して進角油圧室３５ａにオイルが供給されるとともに、遅角油圧室３５ｂから遅角油路３８を介してＯＣＶ２２にオイルが戻されて、進角油圧室３５ａに油圧がかけられたとする。この場合、ロータ３２は、進角油圧室３５ａ内の油圧に基づく付勢力により、進角側（遅角油圧室３５ｂ側）に回転する。図３は、進角油圧室３５ａに油圧がかけられてロータ３２のベーンが最進角側に移動した状態を示している。
ロータ３２が進角側に回転することにより、排気側カムシャフト２６の回転位相が変更される。その結果、排気側カムシャフト２６によって開閉駆動される排気バルブ（図示せず）のバルブタイミングが、同じ位相分だけ現状よりも進角される。
一方、ＯＣＶ２２から遅角油路３８を介して遅角油圧室３５ｂにオイルが供給されるとともに、進角油圧室３５ａから進角油路３７を介してＯＣＶ２２にオイルが戻されて、遅角油圧室３５ｂに油圧がかけられたとする。この場合、ロータ３２は、遅角油圧室３５ｂ内の油圧に基づく付勢力により、遅角側（進角油圧室３５ａ側）に回転する。
ロータ３２が遅角側に回転することにより、排気側カムシャフト２６の回転位相が変更される。その結果、排気側カムシャフト２６によって開閉駆動される排気バルブ（図示せず）のバルブタイミングが、同じ位相分だけ現状よりも遅角される。なお、ＯＣＶ２２によって進角油圧室３５ａおよび遅角油圧室３５ｂに対する油圧が保持されると、排気側カムシャフト２６の回転位相もそのまま保持される。
リターンスプリング３３は、コイル状に構成されており、図３に示すように、その一端がボディ固定フック３３ａによりハウジング３１に固定され、他端がロータ固定フック３３ｂによりロータ３２に固定されている。これにより、リターンスプリング３３は、エンジンの停止時（油圧がかけられていないとき）にロータ３２が最進角状態（図３に示す状態）に保持されるように付勢している。
ギヤ３４にはタイミングベルト（図示せず）が掛けられ、クランクシャフトからタイミングベルトおよびギヤ３４を介して排気側カムシャフト２６に回転力が伝達されるようになっている。
本実施形態では、吸気側カムシャフト２５および排気側カムシャフト２６のうち、ロータ３２が連結された排気側カムシャフト２６に第２のオイルポンプ２１を接続し、排気側カムシャフト２６から第２のオイルポンプ２１の駆動力を得るようにしている。すなわち、排気側カムシャフト２６は、クランクシャフトからタイミングベルトを介して回転力の伝達を受けて回転する。第２のオイルポンプ２１は、この排気側カムシャフト２６の回転力を動力として駆動し、メインギャラリ１４からオイルを吸引してＯＣＶ２２に供給する。
このように構成した本実施形態によれば、リターンスプリング３３の付勢力により、排気側ＶＶＴ２４の作動に必要なトルクの増大を低減することができる。これにより、排気側カムシャフト２６の回転位相を変更するために要する排気側ＶＶＴ２４の負荷を低減して、大型化および高油圧化を要することなく排気側ＶＶＴ２４を応答性よく作動させることができる。
なお、上記実施形態では、ロータ３２およびリターンスプリング３３を有する排気側ＶＶＴ２４が排気側カムシャフト２６に設けられ、排気側カムシャフト２６から第２のオイルポンプ２１の駆動力を得る例について説明したが、本発明はこれに限定されない。
例えば、図４に示すように、吸気側カムシャフト２５および排気側カムシャフト２６の両方にＶＶＴ２３，２４を備えた構成としてもよい。この場合、第２のオイルポンプ２１は、メインギャラリ１４からオイルを吸引し、ＯＣＶ２２を介して吸気側ＶＶＴ２３および排気側ＶＶＴ２４に当該オイルを供給する。吸気側ＶＶＴ２３および排気側ＶＶＴ２４は、クランクシャフト（図示せず）に対する吸気側カムシャフト２５および排気側カムシャフト２６の回転位相を進角側および遅角側に変更することにより、吸気側カムシャフト２５および排気側カムシャフト２６によって開閉駆動される吸気バルブおよび排気バルブ（何れも図示せず）のバルブタイミングを制御する。
図４に示す吸気側ＶＶＴ２３も、ロータと、エンジンの停止時にロータが最遅角状態に保持されるように付勢するためのリターンスプリングとを備えている。この場合も、排気側ＶＶＴ２４が接続された排気側カムシャフト２６から第２のオイルポンプ２１の駆動力を得るようにする。なお、吸気側ＶＶＴ２３が接続された吸気側カムシャフト２５から第２のオイルポンプ２１の駆動力を得るようにしてもよい。吸気側カムシャフト２５から第２のオイルポンプ２１の駆動力を得る場合、第２のオイルポンプ２１は吸気側カムシャフト２５に接続するのが好ましい。
また、吸気側カムシャフト２５にのみ吸気側ＶＶＴ２３を備えた構成としてもよい。この場合、第２のオイルポンプ２１は、吸気側カムシャフト２５に接続され、メインギャラリ１４からオイルを吸引し、ＯＣＶ２２を介して吸気側ＶＶＴ２３に当該オイルを供給する。そして、吸気側ＶＶＴ２３が接続された吸気側カムシャフト２５から第２のオイルポンプ２１の駆動力を得る。
また、上記実施形態では、第２のオイルポンプ２１がメインギャラリ１４からオイルを吸引して排気側ＶＶＴ２４（図４の場合はＶＶＴ２３，２４の両方）に供給する例について説明したが、第２のオイルポンプ２１がオイルを吸引する場所はメインギャラリ１４に限定されない。例えば、第２のオイルポンプ２１は、第１のオイルポンプ１２の下流からオイルを吸引するようにしてもよいし、オイルパン１１からオイルを吸引するようにしてもよい。ここで、オイルパン１１より上部にある第１のオイルポンプ１２の下流からオイルを吸引した方が、オイルパン１１からオイルを吸引するよりも第２のオイルポンプ２１に必要となる油圧が低くて済む。この点で、第１のオイルポンプ１２の下流からオイルを吸引する方が好ましい。
その他、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
１２ 第１のオイルポンプ
１４ メインギャラリ
２１ 第２のオイルポンプ
２２ ＯＣＶ
２３ 吸気側ＶＶＴ
２４ 排気側ＶＶＴ
２５ 吸気側カムシャフト
２６ 排気側カムシャフト
３２ ロータ
３３ リターンスプリング

Claims (2)

  1. 内燃機関のクランクシャフトに対する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一方の回転位相を変更することにより、上記吸気側カムシャフトおよび上記排気側カムシャフトによって開閉駆動される吸気バルブおよび排気バルブの少なくとも一方のバルブタイミングを変更する可変バルブタイミング機構を備えた内燃機関の油圧回路であって、
    オイルパンからメインギャラリにオイルを供給する第１のオイルポンプと、
    上記可変バルブタイミング機構にオイルを供給する第２のオイルポンプとを備え、
    上記可変バルブタイミング機構は、上記吸気側カムシャフトおよび上記排気側カムシャフトの少なくとも一方に連結されて回転するロータと、
    上記内燃機関の停止時に上記ロータが最大位相角状態に保持されるように付勢するためのリターンスプリングとを有し、
    上記ロータが連結されたカムシャフトから上記第２のオイルポンプの駆動力を得るようにしたことを特徴とする内燃機関の油圧回路。
  2. 上記ロータが上記排気側カムシャフトに連結され、上記第２のオイルポンプの駆動力を上記排気側カムシャフトから得るようにしたことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の油圧回路。
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