JP4197022B2 - カムキャップ - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の吸気カムシャフト用カムキャップ部と排気カムシャフト用カムキャップ部とを一体に設けたカムキャップに関する。

内燃機関の吸気カムシャフトや排気カムシャフトを、シリンダヘッドやカムハウジング上に形成されたジャーナル軸受上に保持するためのカムキャップとして、吸気カムシャフト用カムキャップ部と排気カムシャフト用カムキャップ部とを一体化したカムキャップが提案されている（例えば特許文献１参照）。この特許文献１では、カムキャップにおいて、シリンダヘッドカバーに配置した１つのオイルコントロールバルブ（特許文献１では「油圧制御弁」）との間で作動油の給排を仲介する油路を形成することにより、一方のカムシャフト側のみにオイルコントロールバルブにて調圧された作動油を供給している。この作動油により一方のカムシャフトの先端に設けた可変バルブタイミング機構を駆動して、吸気バルブあるいは排気バルブのバルブタイミングを調節可能としている。尚、本明細書で「調圧」とは油圧の高低調節のみでなく、油圧のオン・オフ調節も含む概念である。
特開２００３−２２７３２１号公報（第３−５頁、図１〜４）

このようなカムキャップ構成にて吸気バルブと排気バルブとの両方のバルブタイミングを調節しようとすると、上述したカムキャップとは対称な形状の別のカムキャップを加えて、シリンダヘッドカバーに増設したもう１つのオイルコントロールバルブとの間で作動油の給排を仲介する油路を形成することになる。

この構成において、１つのシリンダヘッドカバー上に配置した２つのオイルコントロールバルブ用の油路と、２つのカムキャップに形成した油路との間の油路接続は、油路接続面を相互に当接し圧着することでなされる。しかし２つのオイルコントロールバルブ側の各油路接続面は１つのシリンダヘッドカバーに形成されているが、カムキャップ側の油路接続面は２つのカムキャップに分かれている。したがってシリンダヘッドカバー側での２つの油路接続面間の位置関係は高精度に設定できたとしても、カムキャップ側の油路接続面は２つのカムキャップに分かれているため、２つの油路接続面間の位置精度を上げることは困難である。したがって油路接続面同士の密着性が低下するおそれがある。

同一のカムキャップに２つのオイルコントロールバルブとの間で作動油の給排を仲介する油路を形成することが考えられる。この場合においても、吸気カムシャフト用カムキャップ部と排気カムシャフト用カムキャップ部とのそれぞれに油路と油路接続面とを形成することになる。しかし２つのカムキャップ部を形成することにより長尺化しているカムキャップはそれだけ低剛性となっており、カムキャップの製造時には２つの油路接続面間の位置精度が高くても、シリンダヘッドやカムハウジング上へボルト締結する際の歪みによる２つの油路接続面間の位置精度が低下するおそれがある。

本発明は、内燃機関の吸気カムシャフト用カムキャップ部と排気カムシャフト用カムキャップ部とを一体に設けたカムキャップにおいて、剛性を高めることにより、内燃機関への取り付け後においても２つの油路接続面間の位置精度を高く維持できるようにすることを目的とするものである。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載のカムキャップは、内燃機関の吸気カムシャフト用カムキャップ部と排気カムシャフト用カムキャップ部とを一体に設けたカムキャップであって、各カムキャップ部にカムシャフト用軸受面とは反対側に突出して設けられ、オイルコントロールバルブのポートに接続する油路が開口するシリンダヘッドカバー側の油路接続面と連結して、シリンダヘッドカバー側の油路と各カムキャップ部側の油路とを接続する油路接続面を形成している２つの接続部と、前記２つの接続部の間を連結する壁部と、前記壁部内に設けられて前記２つの接続部内の供給油路を結ぶ作動油供給分配油路と、前記作動油供給分配油路に接続して形成されることで、外部からの作動油を前記作動油供給分配油路に供給する作動油導入油路とを備え、前記壁部の上縁部は一直線状に形成されているとともに、該上縁部は下側の厚さよりも直径が大きい円柱状に形成されて前記２つの接続部の間を接続し、該上縁部内には前記作動油供給分配油路の全体が各カムキャップ部のカムシャフト用軸受面よりも高い位置に一直線状に形成されて、前記２つの接続部内の供給油路を結んでいることを特徴とする。

２つの接続部の間は壁部にて連結されている。この壁部の存在によりカムキャップ全体の剛性が高められている。このことにより内燃機関への取り付け後においても２つの油路接続面間の位置精度を高く維持できる。

更に、この壁部内には作動油供給分配油路が２つの接続部内の供給油路を結ぶように形成されている。このため壁部を軽量化することができるので、壁部を設けてカムキャップ全体の剛性を高めても、重量増加を抑制できる。
特に壁部の上縁部は一直線状に形成することで、剛性もより高くなり、作動油供給分配油路も容易に形成することができる。
また、上述したように壁部の上縁部を形成することにより、壁部の重量の割には剛性を高くできる。更に作動油供給分配油路の全体が各カムキャップ部のカムシャフト用軸受面よりも高い位置に一直線状に形成されているので、ドリル加工などにて形成する際にカムシャフト用軸受面への穿孔到達を考慮することなく加工が容易となる。

請求項２に記載のカムキャップでは、請求項１において、前記壁部は、前記２つの接続部の間も含めた前記２つのカムキャップ部の間を全て連結していることを特徴とする。
壁部は、２つのカムキャップ部の間において接続部側のみに設けても良いが、２つの接続部の間も含めた２つのカムキャップ部の間を全て連結するように形成しても良い。このことによっても、作動油供給分配油路の存在により重量増加を抑えて剛性を高めることができる。

更に、壁部が２つのカムキャップ部の間を全て連結しているために、シリンダヘッドカバー内に生じた油飛沫が、この壁部により移動が阻止されてブローバイガスとして排出される油量が低減する。したがって作動油の消費量を抑制できる。

請求項３に記載のカムキャップでは、請求項１又は２において、前記作動油導入油路は、前記壁部内に形成されて、下端部がカムキャップ底面に開口し、上端部が前記作動油供給分配油路の中間に接続することを特徴とする。

このように作動油供給分配油路ばかりか、作動油導入油路についても壁部内に形成することにより、両方の接続部に容易に作動油を供給できる。
請求項４に記載のカムキャップでは、請求項１〜３のいずれか１項において、前記２つの接続部には、各々、前記オイルコントロールバルブに作動油を供給する前記供給油路と、前記オイルコントロールバルブにより調圧された作動油が給排される調圧油路とが、前記油路接続面に開口した状態で形成され、前記調圧油路の下端は各カムキャップ部のカムシャフト用軸受面に開口していることを特徴とする。

このように油路が形成されているので、各接続部の油路接続面をシリンダヘッドカバー側の油路接続面に連結することで、作動油供給分配油路及び供給油路からオイルコントロールバルブに作動油を供給できる。そしてオイルコントロールバルブの調圧により作動油を調圧油路から吸気カムシャフト及び排気カムシャフト内の油路に供給あるいは排出できる。こうして各カムシャフトに取り付けられた可変バルブタイミング機構を油圧駆動して、吸気バルブと排気バルブとのバルブタイミングを調節することができる。

請求項５に記載のカムキャップでは、請求項４において、前記調圧油路は前記接続部に各２つ設けられていると共に、前記オイルコントロールバルブは、前記供給油路の作動油を、前記２つの調圧油路の一方へ選択的に供給し、他方からは作動油を排出させる機能を有することを特徴とする。

このようにして２つのオイルコントロールバルブの油圧駆動に必要な油路を、１つのカムキャップに集中して形成することができるので、他のカムキャップ、あるいはシリンダヘッドやカムハウジングにオイルコントロールバルブ用の油路を設ける必要がなく、構成がコンパクトで油路形成も容易である。

［実施の形態１］
図１は上述した発明が適用されたカムキャップ２の平面図(Ａ)及び正面図(Ｂ)を表し、図２は右側面図(Ａ)及び図１でのＸ−Ｘ断面図(Ｂ)を表している。図３はカムキャップ２の斜視図、図４は内燃機関に適用した状態を示す要部破断斜視図である。

カムキャップ２は、アルミニウム合金などの金属の鋳造体を研削加工にて仕上げられたものであり、排気カムシャフト用カムキャップ部４（図１左側部分）と吸気カムシャフト用カムキャップ部６（図１右側部分）とを一体に設けている。各カムキャップ部４，６にはそれぞれ半円筒状のカムシャフト用軸受面４ａ，６ａが形成されている。カムシャフト用軸受面４ａ，６ａは、カムキャップ２がカムハウジング７側にボルト締結（シリンダヘッドに直接締結しても良い）されると、カムハウジング７側に形成されたカムシャフト用軸受面７ａとの間で、図３に破線にて示したごとく排気カムシャフト８及び吸気カムシャフト１０を回転可能に支持する。尚、カムハウジング７への固定は２つのボルト挿通孔２ａ，２ｂを挿通させた各ボルトＢｔをカムハウジング７側の螺入孔７ｂに螺合することにより行われる。他の３つのボルト挿通孔２ｃ，２ｄ，２ｅは、同一位置に形成されているカムハウジング７のボルト挿通孔と共にボルトをシリンダヘッドまで挿通させるものであり、このシリンダヘッドに形成されている螺入孔にボルトを螺合することで、カムキャップ２と共にカムハウジング７の固定も実行される。又、カムキャップ２の取り付け時には、各カムシャフト８，１０とカムシャフト用軸受面４ａ，６ａ，７ａとの間に金属製の滑り軸受１２，１４が配置される。

各カムキャップ部４，６には接続部１６，１８が、カムシャフト用軸受面４ａ，６ａとは反対側に突出して形成されている。接続部１６，１８の先端には油路接続面１６ａ，１８ａが形成されている。この油路接続面１６ａ，１８ａは、図４に示したシリンダヘッドカバー２０側の接続部、すなわちシリンダヘッドカバー２０の下面に下垂状態に形成されている接続部２２の先端（下端）にある油路接続面２２ｂに接続されるが、この油路接続面２２ｂとほぼ同一外形とされている。

シリンダヘッドカバー２０の接続部２２における油路接続面２２ｂは、油路開口部分以外は完全な平面である。しかしカムキャップ２の接続部１６，１８における油路接続面１６ａ，１８ａについては、油路２４，２６，２８，３０，３２，３４の開口部の縁部及び油路接続面１６ａ，１８ａ全体の縁部は、他の部分よりも高くされて堤状をなしている。このことにより油路接続面１６ａ，１８ａにはガスケット収納溝１６ｂ，１８ｂが形成されている。このガスケット収納溝１６ｂ，１８ｂに各油路２４，２６，２８，３０，３２，３４の開口部を囲む形状のガスケットが配置される。このことにより図４のごとくカムキャップ２の２つの接続部１６，１８と、シリンダヘッドカバー２０の２つの接続部２２とを接続した場合に、油路同士の接続面から作動油が漏れないようにオイルシールがなされる。

カムキャップ２においては、カムキャップ部４，６間には壁部３６が上方に立ち上がるように一体形成されている。そして壁部３６の最高部位３６ａの高さ位置は、２つの接続部１６，１８に至る。本実施の形態では、油路接続面１６ａ，１８ａよりわずかに下の位置まで至っている。すなわち壁部３６は２つの接続部１６，１８の間も含めた２つのカムキャップ部４，６の間を全て連結している。

そして壁部３６の上縁部３６ｂは一直線状に形成されていて、この上縁部３６ｂは、壁部３６において上縁部３６ｂよりも下側の厚さよりも直径が大きい円柱状に形成されている。この上縁部３６ｂが接続部１６，１８間を接続するとともに、上縁部３６ｂ内には作動油供給分配油路３８が一直線状に形成されて、２つの接続部１６，１８内の供給油路２４，３０を結んでいる。この作動油供給分配油路３８は、全体がカムキャップ部４，６のカムシャフト用軸受面４ａ，６ａよりも高い位置に形成されている。尚、作動油供給分配油路３８は鋳抜き又はドリル加工にて一直線状に形成されているが、両端にはプラグ３８ａ，３８ｂが打ち込まれており、両端から作動油が漏れないようにされている。

壁部３６には、上端部にて作動油供給分配油路３８に直交状態で接続する作動油導入油路４０が形成されている。この作動油導入油路４０は下端部がカムキャップ２の底面２ｆに開口している。この作動油導入油路４０は図４に示したごとくにカムハウジング７に取り付けられることで、下端部においてカムハウジング７（シリンダヘッドでも良い）側から作動油の供給を受けて、作動油供給分配油路３８にポンプ圧に昇圧された作動油を供給する。このことにより作動油供給分配油路３８を介して接続部１６，１８の供給油路２４，３０に作動油を供給する。尚、本実施の形態では作動油導入油路４０の位置にてオイルフィルタを配置するために作動油導入油路４０自体と、作動油導入油路４０の外周部４０ａが大径でかつ先端が先鋭状に形成されている。オイルフィルタを配置しなければ、上縁部３６ｂと同じ径の作動油導入油路４０と外周部４０ａとを形成すれば良い。

供給油路２４，３０は、シリンダヘッドカバー２０側の各接続部２２に対してはそれぞれの供給油路２２ａ（図４）に接続される。尚、図４ではシリンダヘッドカバー２０における一方側の接続部２２のみ示しているが、もう１つの接続部についても同様な構成である。供給油路２２ａはオイルコントロールバルブ（以下「ＯＣＶ」と略す）の装着部４２の装着穴４２ｃに装着されるＯＣＶの供給ポートに作動油を供給する。尚、図４ではＯＣＶ装着前の装着穴４２ｃの状態を表している。ＯＣＶは電磁バルブとして構成された流路切換弁であり、１つの供給ポート、２つの調圧ポート及び２つの排出（ドレン）ポートを備えている。供給ポートを２つの調圧ポートの一方に選択的に接続し、他方の調圧ポートは排出ポートに接続する機能を果たす。各調圧ポートは、装着穴４２ｃ内に開口する接続部２２における２つの調圧油路に接続されており、この２つの調圧油路は、カムキャップ２の接続部１６，１８における調圧油路２６，２８，３２，３４に接続されている。したがってＯＣＶの油路切り換え制御により、作動油を調圧油路２６，３２と調圧油路２８，３４とのいずれかに選択的に供給することができる。

そしてＯＣＶの排出ポートは装着穴４２ｃにおける排出口４２ａ，４２ｂに接続されてシリンダヘッドカバー２０の下側の空間に開放されている。このため作動油が供給されなかった方の調圧油路２６，３２又は調圧油路２８，３４の作動油は、シリンダヘッドカバー２０の接続部２２とＯＣＶとを介して、いずれかの排出口４２ａ，４２ｂからシリンダヘッドカバー２０内へ、図４にて矢線にて示すごとく排出（ドレン）される。

調圧油路２６，２８，３２，３４の下端部はカムシャフト用軸受面４ａ，６ａに開口している。そして更に各滑り軸受１２，１４、各カムシャフト８，１０の周溝８ａ，１０ａ、及び各カムシャフト８，１０内の調圧油路８ｂ，８ｃ，１０ｂ，１０ｃを介して各可変バルブタイミング機構（以下「ＶＶＴ」と略す）４４，４６（図３）の進角油圧室と遅角油圧室とに接続されている。したがって各ＯＣＶの制御により、各接続部１６，１８の調圧油路２６，２８，３２，３４に対して選択的に一方側へ作動油を供給し、他方側の作動油を排出することにより、ＶＶＴ４４，４６を駆動して、各カムシャフト８，１０の回転位相をクランクシャフトに対してずらすことができる。このことにより、吸気バルブタイミングや排気バルブタイミングを進角させたり遅角させたりすることができる。

以上説明した本実施の形態１によれば、以下の効果が得られる。
（イ）．接続部１６，１８も含めた２つのカムキャップ部４，６の間は壁部３６にて連結されている。したがって排気カムシャフト用カムキャップ部４と吸気カムシャフト用カムキャップ部６とを一体に設けたカムキャップ２において、その剛性を高めることができ、内燃機関への取り付け後においても２つの油路接続面１６ａ，１８ａ間の位置精度を高く維持できる。このためカムキャップ２側の油路接続面１６ａ，１８ａとシリンダヘッドカバー２０側の油路接続面２２ｂとの間のシール性が高くなってオイル漏れを防止できるので、ＶＶＴ４４，４６の応答性を向上できたり、オイル漏れによるＶＶＴ４４，４６の制御異常を防止できる。

この壁部３６内には作動油供給分配油路３８が２つの接続部１６，１８内の供給油路２４，３０を結ぶように形成されている。このことにより壁部３６を軽量化することができる。しかも、壁部３６の上縁部３６ｂは下側の厚さよりも直径が大きい円柱状に形成され、この円柱状部分に作動油供給分配油路３８が一直線状に形成されていることから、壁部３６の重量の割には剛性を高くできる。したがって重量増加を抑えて剛性を高めることができる。

（ロ）．壁部３６は、最高部位３６ａよりも下の領域では、接続部１６，１８も含めた２つのカムキャップ部４，６の間を全て連結していて隙間は存在しない。
シリンダヘッドカバー２０の下面側には金属板２０ａに覆われたブローバイガスルーム２０ｂが存在するが、上述した壁部３６は、このブローバイガスルーム２０ｂと、タイミングチェーンが存在する側（図４ではカムキャップ２よりも右側）との間にある。したがって壁部３６は、ブローバイガスルーム２０ｂに対して排気カムシャフト用カムキャップ部４から吸気カムシャフト用カムキャップ部６に至るまで隙間なく形成された高い障壁となっている。このため内燃機関運転時にオイル飛沫がブローバイガスルーム２０ｂ側に飛散するのを壁部３６が阻止できるので、ブローバイガスとして排出される油量が低減することから、オイル消費抑制効果が生じる。

（ハ）．作動油供給分配油路３８が形成されている上縁部３６ｂは一直線状に形成されているので、作動油供給分配油路３８は直線状に形成すれば良く、鋳抜きやドリルなどで容易に形成することができる。しかもこの作動油供給分配油路３８は、全体が各カムキャップ部４，６のカムシャフト用軸受面４ａ，６ａよりも高い位置に形成されているので、ドリル加工などで形成する際にカムシャフト用軸受面４ａ，６ａに開口してしまうことはなく容易に形成できる。

（ニ）．作動油導入油路４０は壁部３６内に形成されて、作動油供給分配油路３８の中間に接続している。このことにより２つの接続部１６，１８側へ作動油を容易に供給することができる。

（ホ）．各接続部１６，１８では各２つの調圧油路２６，２８，３２，３４が設けられていると共に、各ＯＣＶは、各供給油路２４，３０の作動油を、この各２つの調圧油路２６，２８，３２，３４の一方へ選択的に供給し、他方からは作動油を排出させる機能を有している。このことにより、２つのＯＣＶの油圧駆動に必要な油路２４，２６，２８，３０，３２，３４を、カムキャップ２に集中して形成することができるので、他のカムキャップ、あるいはシリンダヘッドやカムハウジング７にＯＣＶ用の油路を設ける必要がなく、構成がコンパクトで油路形成も容易である。

［その他の実施の形態］
（ａ）．前記実施の形態において、図示したごとく壁部３６は円柱形の上縁部３６ｂよりも下側の部分も存在したが、作動油の飛び散りが他の部材により防止されていれば、上縁部３６ｂより下の壁部３６は、作動油導入油路４０の外周部４０ａを除いて設けなくても良い。上縁部３６ｂが接続部１６，１８間を接続し、更に外周部４０ａが上縁部３６ｂを補強しているので、カムキャップ２の剛性は維持でき、内燃機関の軽量化にも貢献できる。

（ｂ）．上縁部３６ｂは直線状に形成されていたが、中央部を上方に湾曲するように突出することで、更にカムキャップ２の補強効果を生じさせても良い。作動油供給分配油路３８については直線状に形成すれば良い。

実施の形態１のカムキャップの平面図及び正面図。 実施の形態１のカムキャップの右側面図及び図１のＸ−Ｘ断面図。 実施の形態１のカムキャップの斜視図。 実施の形態１のカムキャップを内燃機関に適用した状態を示す要部破断斜視図。

符号の説明

２…カムキャップ、２ａ，２ｂ…ボルト挿通孔、２ｃ，２ｄ，２ｅ…ボルト挿通孔、２ｆ…底面、４…排気カムシャフト用カムキャップ部、４ａ…カムシャフト用軸受面、６…吸気カムシャフト用カムキャップ部、６ａ…カムシャフト用軸受面、７…カムハウジング、７ａ…カムシャフト用軸受面、７ｂ…螺入孔、８…排気カムシャフト、８ａ…周溝、８ｂ，８ｃ…調圧油路、１０…吸気カムシャフト、１０ａ…周溝、１０ｂ，１０ｃ…調圧油路、１２，１４…滑り軸受、１６，１８…接続部、１６ａ，１８ａ…油路接続面、１６ｂ，１８ｂ…ガスケット収納溝、２０…シリンダヘッドカバー、２０ａ…金属板、２０ｂ…ブローバイガスルーム、２２…接続部、２２ａ…供給油路、２２ｂ…油路接続面、２４，３０…供給油路、２６，２８，３２，３４…調圧油路、３６…壁部、３６ａ…最高部位、３６ｂ…上縁部、３８…作動油供給分配油路、３８ａ，３８ｂ…プラグ、４０…作動油導入油路、４０ａ…外周部、４２…装着部、４２ａ，４２ｂ…排出口、４２ｃ…装着穴、４４，４６…ＶＶＴ、Ｂｔ…ボルト。

Claims (5)

1. 内燃機関の吸気カムシャフト用カムキャップ部と排気カムシャフト用カムキャップ部とを一体に設けたカムキャップであって、
   各カムキャップ部にカムシャフト用軸受面とは反対側に突出して設けられ、オイルコントロールバルブのポートに接続する油路が開口するシリンダヘッドカバー側の油路接続面と連結して、シリンダヘッドカバー側の油路と各カムキャップ部側の油路とを接続する油路接続面を形成している２つの接続部と、
   前記２つの接続部の間を連結する壁部と、
   前記壁部内に設けられて前記２つの接続部内の供給油路を結ぶ作動油供給分配油路と、
   前記作動油供給分配油路に接続して形成されることで、外部からの作動油を前記作動油供給分配油路に供給する作動油導入油路とを備え、
   前記壁部の上縁部は一直線状に形成されているとともに、該上縁部は下側の厚さよりも直径が大きい円柱状に形成されて前記２つの接続部の間を接続し、該上縁部内には前記作動油供給分配油路の全体が各カムキャップ部のカムシャフト用軸受面よりも高い位置に一直線状に形成されて、前記２つの接続部内の供給油路を結んでいることを特徴とするカムキャップ。
2. 請求項１において、前記壁部は、前記２つの接続部の間も含めた前記２つのカムキャップ部の間を全て連結していることを特徴とするカムキャップ。
3. 請求項１又は２において、前記作動油導入油路は、前記壁部内に形成されて、下端部がカムキャップ底面に開口し、上端部が前記作動油供給分配油路の中間に接続することを特徴とするカムキャップ。
4. 請求項１〜３のいずれか１項において、前記２つの接続部には、各々、前記オイルコントロールバルブに作動油を供給する前記供給油路と、前記オイルコントロールバルブにより調圧された作動油が給排される調圧油路とが、前記油路接続面に開口した状態で形成され、前記調圧油路の下端は各カムキャップ部のカムシャフト用軸受面に開口していることを特徴とするカムキャップ。
5. 請求項４において、前記調圧油路は前記接続部に各２つ設けられていると共に、前記オイルコントロールバルブは、前記供給油路の作動油を、前記２つの調圧油路の一方へ選択的に供給し、他方からは作動油を排出させる機能を有することを特徴とするカムキャップ。

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