JP5859493B2 - 内燃機関の油路構造 - Google Patents

Description

本発明は、可変バルブタイミング機構と可変バルブリフト機構とを備える内燃機関の油路構造に関する。

自動車のエンジンにおいては、出力および燃費の向上や有害排出ガス成分の低減等を実現すべく、運転状態に応じて吸排気バルブのリフト量や開弁タイミングを変化させる可変動弁装置を搭載したもの（開弁特性可変型内燃機関）が増加している。可変動弁装置としては、バルブリフトを段階的あるいは無段階に可変制御する可変バルブリフト装置（Variable valve Lift Control device：以下、ＶＬＣと記す）が従来より存在する他、カム位相（開弁タイミング）を連続的に可変制御するバルブタイミングコントロール装置（Variable Timing Control device：以下、ＶＴＣと記す）も出現している。

ＶＬＣ機構としては、カムシャフトに動弁特性の異なる複数のカムを形成するとともに、各カムに対応させて複数のロッカアームを設け、バルブに連結させるロッカアームを選択的に切り換えるものが知られている。このような切換型のＶＬＣ機構では、作動油でピンを駆動することにより、互いに隣接するロッカアーム同士の連結・切り離しを行うようにし、作動油の給排をリニアソレノイド駆動のスプール弁等による油圧切換弁を用いて、ピンへの油圧の供給と遮断とを切り換えることが一般的である。

また、ＶＴＣ機構としては、クランクシャフトにより回転駆動されるハウジングと、カムシャフトの一端に固定されるとともにハウジングに相対回転変位可能に収容されてハウジングとの間に進角用油圧室と遅角用油圧室とを画成するロータとを有し、進角用油圧室および遅角用油圧室に対する作動油（油圧）の給排によってハウジングとロータとを相対的に回転変位させることにより、クランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相を変化させる油圧式のカム位相可変アクチュエータ（以下、ＶＴＣアクチュエータと云う）を用いたものが知られている。この種のＶＴＣ機構では、進角用油圧室および遅角用油圧室に対する作動油の給排をリニアソレノイド駆動のスプール弁等による油圧制御弁によって制御することが一般的である。

ＶＬＣ機構およびＶＴＣ機構は共に油圧で駆動されており、両者を備える内燃機関の油路構造として、作動油の供給源となるオイルポンプに接続する共通油路をシリンダブロックからシリンダヘッドにかけて形成し、それぞれ共通油路から分岐する、ＶＬＣ用の油圧切換弁に至る切換用油路とＶＴＣ用の油圧制御弁に至る位相制御用油路とを、それぞれシリンダヘッド内に形成したものが公知である（特許文献１参照）。

特許第３３５５１６５号公報

特許文献１に開示された油路構造では、共通油路を長くすることができるため、油路延長を短くして内燃機関をコンパクトにすることができる。ところが、ＶＬＣ用の油圧切換弁が作動すると、ＶＴＣ用の油路に圧力変化（圧力波）が生じ、圧力変化がＶＴＣ機構（ＶＴＣアクチュエータ）の作動に影響を与える虞がある。

本発明は、このような背景に鑑みなされたもので、ＶＬＣ機構を作動させてもＶＴＣ機構の作動に影響を与えない内燃機関の油路構造を提供することを目的とする。

このような課題は、本発明の一側面によれば、カムシャフト（９、１０）の一端に設けられ、進角用油圧室（３３）および遅角用油圧室（３４）の少なくとも一方に常時油圧を加えることで、クランクシャフト（５）に対する前記カムシャフトの相対位相を変更する可変バルブタイミング機構（１５、１６）と、油圧の導入および遮断を切り換えることで機関弁（７、８）のリフト量を変更する可変バルブリフト機構（１９、２０）とを備える内燃機関（１）の油路構造であって、機関本体（６）に設けられたメインギャラリ（１１０）と、前記メインギャラリ（１１０）の一端側から延びて前記可変バルブタイミング機構（１５、１６）に接続する第１油路（１１８）と、前記メインギャラリ（１１０）の他端側から延びて前記可変バルブリフト機構（１９、２０）に接続し、油圧切換弁（２６）が設けられた第２油路（１１９）とを有する構成とすることで達成される。

このように、第１油路（１１８）がメインギャラリの一端側に接続するように形成され、第２油路（１１９）がメインギャラリの他端側に接続するように形成されたことにより、油圧切換弁（２６）の作動によって発生した圧力変化が比較的大断面のメインギャラリ（１１０）で減衰するため、圧力変化が可変バルブタイミング機構（１５、１６）に伝わることを抑制できる。

また、本発明の一側面によれば、前記第２油路（１１９）から分岐し、前記カムシャフト（９、１０）のジャーナル軸受に至るカムシャフト潤滑油路（１１９Ｃ、１１９Ｄ）をさらに有する構成とすることができる。

この構成によれば、油圧切換弁で発生した圧力変化は、カムシャフト潤滑油路に伝達してメインギャラリに伝達しにくくなる、すなわちカムシャフト潤滑油路に逃げるため、圧力変化が可変バルブタイミング機構（１５、１６）に伝わることを一層効果的に抑制できる。

また、本発明の一側面によれば、前記第２油路（１１９）における前記カムシャフト潤滑油路（１１９Ｃ、１１９Ｄ）への分岐部よりも前記メインギャラリ（１１０）側の位置にオリフィス（１１９ｏ）が形成された構成とすることができる。

この構成によれば、オリフィスよりも下流側の油圧切換弁で発生した圧力変化は第２油路から抜けにくくなり、圧力変化をメインギャラリに伝達しにくくすることができる。

また、本発明の一側面によれば、前記メインギャラリ（１１０）は、長手方向について油路断面積が変化する形状を呈する構成とすることができる。

この構成によれば、油圧切換弁の作動によって発生した圧力変化をメインギャラリにおいて効果的に減衰させることができる。

また、本発明の一側面によれば、前記メインギャラリ（１１０）から延びてオイルジェット（１０５）に接続するオイルジェット油路（１１５）をさらに有する構成とすることができる。

この構成によれば、メインギャラリに伝達した圧力変化は、オイルジェットに逃げて減衰されるため、圧力変化が可変バルブタイミング機構（１５、１６）に伝わることを一層効果的に抑制できる。

また、本発明の一側面によれば、前記第１油路（１１８）は、前記メインギャラリ（１１０）から前記可変バルブタイミング機構（１５、１６）のみに接続する構成とすることができる。

この構成によれば、第１油路における圧力損失を抑制できるため、可変バルブタイミング機構の作動を良好にすることができる。

また、本発明の一側面によれば、前記メインギャラリ（１１０）への油流入口（１１０Ａ）が前記第１油路（１１８）側に設けられている構成とすることができる。

この構成によれば、機関始動時に可変バルブリフト機構に比べて早期に作動油を必要とする可変バルブタイミング機構に早急に作動油を供給することができ、可変バルブタイミング機構の作動を良好にすることができる。

このように本発明によれば、ＶＬＣ機構を作動させてもＶＴＣ機構の作動に影響を与えない内燃機関の油路構造を提供することができる。

実施形態に係るエンジンの要部を示す透視斜視図 図１に示すエンジンに用いられるバルブタイミング機構の概要を示す模式図 図１に示す油圧制御弁の異なる２つの作動状態を示す断面図 図１に示すＶＬＣ機構を一部破断して示す斜視図 図１に示すＶＬＣ機構の断面図 図１に示すエンジンの油路構造を示す斜視図 図１に示すエンジンの油路構造を示す模式図

以下、図面を参照して、本発明に係る内燃機関の油路構造の一実施形態について詳細に説明する。

図１に示されているように、本実施形態のカム位相可変型内燃機関（以下、エンジン１と記す）は、自動車に搭載されるＤＯＨＣ４バルブ型の４サイクル直列４気筒ガソリンエンジンである。エンジン１は、４つのシリンダ（図示省略）が形成されたシリンダブロック２を有する。各シリンダにはピストン３が上下方向に摺動自在に収容されている。ピストン３はコネクティングロッド４によってシリンダブロック２の下部に回転自在に設けられたクランクシャフト５に連結されている。

シリンダブロック２の上部にはシリンダの上端を閉じるシリンダヘッド６が取り付けられている。シリンダヘッド６には各気筒について吸気バルブ７および排気バルブ８が２個ずつ設けられている。シリンダヘッド６の上部には吸気バルブ７および排気バルブ８を開閉するための吸気カムシャフト９および排気カムシャフト１０が回転可能に取り付けられている。

クランクシャフト５の一端にはクランクシャフト５と一体に回転するクランクスプロケット１１が取り付けられている。吸気カムシャフト９の一端には吸気カムスプロケット１２が取り付けられており、排気カムシャフト１０の一端には排気カムスプロケット１３が取り付けられている。クランクスプロケット１１、吸気カムスプロケット１２および排気カムスプロケット１３には無端チェーン１４が掛け渡されており、無端チェーン１４によってクランクスプロケット１１の回転が吸気カムスプロケット１２と排気カムスプロケット１３とに伝達される。クランクスプロケット１１のスプロケット径が吸気および排気カムスプロケット１２、１３のスプロケット径の１／２であることにより、吸気、排気の両カムシャフト９、１０はクランクシャフト５の１／２の回転速度をもって回転駆動される。

吸気カムシャフト９の一端には吸気側ＶＴＣアクチュエータ１５が取り付けられて、排気カムシャフト１０の一端には排気側ＶＴＣアクチュエータ１６が取り付けられている。また、吸気カムシャフト９の他端には吸気側カム角センサ１７が設置され、排気カムシャフト１０の他端には排気側カム角センサ１８が設置されている。吸気カムシャフト９と吸気バルブ７との間には吸気側ＶＬＣ機構１９が介装され、排気カムシャフト１０と排気バルブ８との間には排気側ＶＬＣ機構２０が介装されている。

シリンダブロック２の下部にはオイルポンプ２１が取り付けられている。オイルポンプ２１は、ベルト式伝動機構２２によってクランクシャフト５に連結され、クランクシャフト５によって回転駆動される。オイルポンプ２１は、油圧源であって、シリンダブロック２の下部に取り付けられたオイルパン２３からオイルを汲み上げ、オイルをエンジン１の各所に潤滑等のために送り出す。

シリンダブロック２およびシリンダヘッド６には、各種摺動部分に潤滑油を供給するとともに、ＶＴＣアクチュエータ１５、１６やＶＬＣ機構１９、２０などにオイルポンプ２１からの作動油（エンジンオイル）を供給するための供給油路２４が形成されている。また、シリンダヘッド６における両カムシャフト９、１０の一端側には電磁式の２つの油圧制御弁２５が装着されており、これらの油圧制御弁２５が作動することによって供給油路２４を流れる作動油のＶＴＣアクチュエータ１５、１６に対する供給形態が切り換えられる。また、シリンダヘッド６における両カムシャフト９、１０の他端側には電磁式の２つの油圧切換弁２６が装着されており、これらの油圧切換弁２６が作動することによって供給油路２４を流れる作動油のＶＬＣ機構１９、２０に対する供給状態が切り換えられる。

車室内には、各種センサ（両カム角センサ１７、１８、図示しないアクセルセンサ、吸気量センサ、クランク角センサ等）の出力情報に基づき、エンジン１に付設された各種被制御装置（油圧制御弁２５、油圧切換弁２６、図示しない燃料噴射弁や点火コイル等）の制御量を決定して駆動電流を出力するエンジンＥＣＵ３０が設置されている。

次に、両ＶＴＣアクチュエータ１５、１６の構成について説明する。両ＶＴＣアクチュエータ１５、１６は、概ね同一の構成を有しているため、以下では、排気側ＶＴＣアクチュエータ１６を取り上げて説明する。図２に示すように、ＶＴＣアクチュエータ１６は、外周部に排気カムスプロケット１３を一体に形成された略円筒状のハウジング３１と、ハウジング３１内に回転変位可能に収容され且つ排気カムシャフト１０と一体回転するように排気カムシャフト１０に連結されたロータ３２とを有する。ロータ３２の外周面にはベーン３５が突出形成されており、ベーン３５の回転方向両側でハウジング３１との間に、進角用油圧室３３および遅角用油圧室３４が画成されている。

進角用油圧室３３が油圧供給側に、遅角用油圧室３４がドレン側に設定されると、進角用油圧室３３の容積増大と遅角用油圧室３４の容積減少のもとに、ロータ３２がハウジング３１に対して図４で見て時計廻り方向に回転変位する。これにより、排気バルブ８の開閉タイミングが進角側にシフトされる。これに対し、遅角用油圧室３４が油圧供給側に、進角用油圧室３３がドレン側に設定されると、遅角用油圧室３４の容積増大と進角用油圧室３３の容積減少のもとに、ロータ３２がハウジング３１に対して図４で見て反時計廻り方向に回転変位する。これにより、排気バルブ８の開閉タイミングが遅角側にシフトされる。このようにして、クランクシャフト５に対する排気カムシャフト１０の回転位相が可変制御される。

排気側ＶＴＣアクチュエータ１６では、機関始動時のポンピングロスを低減すべく、ロータ３２は、図示されていないばねによって進角を増大する側に付勢されている。これにより、排気側ＶＴＣアクチュエータ１６は、エンジン１のイグニッションスイッチ（図示省略）がオフの機関停止時には、進角用油圧室３３の容積が最大になる最進角位置をデフォルト位置とする。一方、吸気側ＶＴＣアクチュエータ１５では、機関始動時のポンピングロスを低減すべく、ロータ３２は、図示されていないばねによって遅角を増大する側に付勢されている。これにより、吸気側ＶＴＣアクチュエータ１５は、エンジン１のイグニッションスイッチ（図示省略）がオフの機関停止時には、遅角用油圧室３４の容積が最大になる最遅角位置をデフォルト位置とする。なお、ＶＴＣアクチュエータ１５、１６について、より詳細な説明が必要ならば、特開２０１０−１９０１５９号公報を参照されたい。

次に、油圧制御弁２５の詳細を、図３を参照して説明する。シリンダヘッド６の上下方向中間部には、シリンダヘッド６の外面から内側に延在する円形横断面形状の２つのバルブ装着孔３６が形成されている。バルブ装着孔３６には、油圧制御弁２５がそれぞれ挿入される。油圧制御弁２５は同一の構成を有するため、以下では、排気側の油圧制御弁２５を取り上げて説明する。バルブ装着孔３６にはバルブハウジング４１のポート形成円筒部４２が挿入されている。

ポート形成円筒部４２の下側部には、作動油供給ポート４３と、ドレンポート４４とが形成されている。作動油供給ポート４３は前述の供給油路２４と連通しており、油圧源であるオイルポンプ２１により加圧された作動油が作動油供給ポート４３に供給される。ドレンポート４４はシリンダヘッド６に形成されたドレン油路２９と連通している。ドレン油路２９はオイルポンプ２１に向けて開放されており、ドレンポート４４からドレン油路２９に流れた作動油は重力による流れによってオイルパン２３に戻される。

ポート形成円筒部４２の上側部には、出力ポートとして、進角用出力ポート４５と遅角用出力ポート４６とが形成されている。進角用出力ポート４５は、シリンダヘッド６に形成された進角用油路２４Ａと連通し、進角用油路２４Ａによって進角用油圧室３３に接続されている。遅角用出力ポート４６は、シリンダヘッド６に形成された遅角用油路２４Ｂと連通し、遅角用油路２４Ｂによって遅角用油圧室３４に接続されている。

ポート形成円筒部４２にはスプール弁体４７がポート形成円筒部４２の軸線方向（図３で見て左右水平方向）に摺動可能に設けられている。スプール弁体４７は、４個のランド部４７Ａ〜４７Ｄを軸線方向に間隔をおいて有し、ランド部４７Ｂと４７Ｃとの間に作動油供給ポート４３と常時連通の作動油供給溝部４８を画定している。さらに、スプール弁体４７は、中空構造になっていてドレンポート４４と常時連通の内部ドレン通路５０を有する。内部ドレン通路５０は、スプール弁体４７に径方向に貫通形成された孔４７Ｅ、４７Ｆによってランド部４７Ａと４７Ｂとの間およびランド部４７Ｃと４７Ｄとの間に画定されたドレン溝部５１、５２にそれぞれ連通している。

バルブハウジング４１がバルブ装着孔３６よりもシリンダヘッド６の側方へ突出している部分には、電磁コイル５３およびプランジャ５４を含む一般的構造のリニアソレノイド５５が構成されている。スプール弁体４７はロッド５６によってプランジャ５４と一体に連結されており、リニアソレノイド５５によって軸線方向に駆動されることにより、スプール弁体４７のポート形成円筒部４２内における軸線方向位置が制御される。

図３（Ａ）に示されている状態では、作動油供給溝部４８が進角用出力ポート４５に連通し、ドレン溝部５２が遅角用出力ポート４６に連通しており、進角用油路２４Ａによって進角用油圧室３３に作動油が供給されると共に、遅角用油路２４Ｂによって遅角用油圧室３４の作動油の排出が行われる。

一方、図３（Ｂ）に示されている状態では、作動油供給溝部４８が遅角用出力ポート４６に連通し、ドレン溝部５１が進角用出力ポート４５に連通しており、遅角用油路２４Ｂによって遅角用油圧室３４に作動油が供給されると共に、進角用油路２４Ａによって進角用油圧室３３の作動油の排出が行われる。

このように、排気側ＶＴＣアクチュエータ１６は、進角用油圧室３３および遅角用油圧室３４の少なくとも一方に常時油圧を加えることで、クランクシャフト５に対する排気カムシャフト１０の相対位相を変更する可変バルブタイミング機構である。

機関停止によってオイルポンプ２１による作動油供給動作が停止すると、ＶＴＣアクチュエータ１６の進角用油圧室３３、遅角用油圧室３４および進角用油路２４Ａ、遅角用油路２４Ｂにある作動油は、重力によって油圧制御弁２５のドレンポート４４からオイルパン２３に抜け落ちる。機関停止時にはＶＴＣアクチュエータ１６は、デフォルト位置によって最進角状態にあるから、次回の機関始動時には、最初に、遅角用油路２４Ｂによって遅角用油圧室３４に作動油を供給し、進角用油路２４Ａによって進角用油圧室３３の作動油を排出し、進角を減少させる制御が行われる。

次に、両ＶＬＣ機構１９、２０の構成について説明する。両ＶＬＣ機構１９、２０は、概ね同一の対応する構成を有しているため、以下では、排気側ＶＬＣ機構２０を取り上げて説明する。図４に示すように、排気側ＶＬＣ機構２０は、１つの気筒に対応する２つの排気バルブ８を駆動するためのものであり、排気カムシャフト１０と、シリンダヘッド６に回転不能に支持されたロッカシャフト６１と、主ロッカアーム６２と、左右一対の従ロッカアーム６３、６４とを有している。排気バルブ８は、開弁方向および閉弁方向の直線状に変位可能にシリンダヘッド６に支持されており、シリンダヘッド６との間に介装されたバルブスプリング６５によって閉弁方向に常時付勢されている。以下の説明では、図４に示すようにロッカシャフト６１の延在方向を左右方向とする。

図５に併せて示すように、主ロッカアーム６２および従ロッカアーム６３、６４は、基端側に断面円形状の貫通孔であるシャフト挿通孔６６、６７、６８を形成され、シャフト挿通孔６６、６７、６８にロッカシャフト６１が挿通されることによって、ロッカシャフト６１にそれぞれ回動可能に支持されている。主ロッカアーム６２は、左右の従ロッカアーム６３、６４の間に配置され、ワッシャを介して互いに摺接している。

主ロッカアーム６２および従ロッカアーム６３、６４は、それぞれシャフト挿通孔６６、６７、６を回動中心として排気バルブ８側に向けて延出した先端を有している。従ロッカアーム６３、６４の先端には、排気バルブ８のステムの上端に当接するタペット調整ねじ６９が進退可能に螺着されている。主ロッカアーム６２および従ロッカアーム６３、６４の長手方向における中間部には、シャフト挿通孔６６、６７、６８と平行の軸線を有するピン孔７１、７２、７３が互いに同軸となり得る位置に形成されている。

図５に主に示すように、主ロッカアーム６２のピン孔７１は、主ロッカアーム６２を左右方向に貫通し、従ロッカアーム６３、６４のピン孔７２、７３は主ロッカアーム側に開口し、他端が底壁によって閉塞されている。ピン孔７１、７２、７３のそれぞれは、軸線方向における中間部にて段違いに拡径されており、排気カムシャフト１０に転接する後述するローラ７５、７６、７７を受容し得るようになっている。ピン孔７１、７２、７３のそれぞれには、両端が開口した円筒管であるスリーブ７９、８０、８１が圧入されている。各スリーブの外周面には、ベアリングを介してローラ７５、７６、７７が回転可能に支持されている。

従ロッカアーム６３、６４のそれぞれには、ピン孔７２、７３の底壁近傍と、シャフト挿通孔６７、６８とを連通する作動油路８２、８３が形成されている。また、従ロッカアーム６３、６４のそれぞれには、シャフト挿通孔６７、６８からローラ７６、７７に向けて貫通する潤滑油路８４、８５が形成されている。作動油路８２、８３のシャフト挿通孔６７、６８側の開口端は、シャフト挿通孔６７、６８の周方向に延在する作動油溝８６、８７の底部に連通している。潤滑油路８４、８５のシャフト挿通孔６７、６８側の開口端は、シャフト挿通孔６７、６８の周方向に延在する潤滑油溝８８、８９の底部に連通している。主ロッカアーム６２には、シャフト挿通孔６６からローラ７５に向けて貫通する潤滑油路９０が形成されている。潤滑油路９０のシャフト挿通孔６６側の開口端は、シャフト挿通孔６６の周方向に延在する潤滑油溝９１の底部に連通している。

ロッカシャフト６１の内部には、それぞれ軸線方向に延在するシャフト内低リフト油路９２およびシャフト内高リフト油路９３が形成されている。シャフト内低リフト油路９２は、シリンダヘッド６内に形成された低リフト用油路２４Ｃ（図７参照）に接続している。シャフト内高リフト油路９３は、シリンダヘッド６内に形成された高リフト用油路２４Ｄ（図７参照）に接続している。

低リフト用油路２４Ｃおよび高リフト用油路２４Ｄは、油圧切換弁２６（図１）に接続しており、油圧切換弁２６の作動によって供給油路２４を流れる作動油の排気側ＶＬＣ機構２０に対する供給状態が切り換えられる。油圧切換弁２６は、シリンダヘッド６の外面から内側に延在する円形横断面形状の２つのバルブ装着孔３７（図６参照）に挿入されている。油圧切換弁２６は、先に説明した油圧制御弁２５と同様の構成を有するため、詳細な説明は省略するが、出力ポートとして、図３の進角用出力ポート４５および遅角用出力ポート４６の代わりに、低リフトポートおよび高リフトポートを有しており、低リフトポートが低リフト用油路２４Ｃ（図７）に接続し、高リフトポートが高リフト用油路２４Ｄ（図７）に接続している。

図５に戻り、シャフト内低リフト油路９２およびシャフト内高リフト油路９３のそれぞれからは、ロッカシャフト６１の外周面に開口する径方向油路が形成されており、これらの径方向油路を介して、シャフト内低リフト油路９２が作動油溝８６および潤滑油溝８８、８９、９１に連通し、シャフト内高リフト油路９３が作動油溝８７および潤滑油溝８８、８９、９１に連通している。これにより、シャフト内低リフト油路９２から作動油路８２にオイルが供給され、シャフト内高リフト油路９３から作動油路８３にオイルが供給され、シャフト内低リフト油路９２およびシャフト内高リフト油路９３から各潤滑油路８４、８５、９０にオイルが供給される。

右従ロッカアーム６３のスリーブ８０内には第１切換ピン９４が、主ロッカアーム６２のスリーブ７９内には第２切換ピン９５が、左従ロッカアーム６４のスリーブ８１には第３切換ピン９６が、それぞれスリーブ８０、７９、８１の軸線方向に摺動自在に挿入されている。第１切換ピン９４には、右従ロッカアーム６３のピン孔７３の底壁と対向する端部にばね受孔９７が形成されている。ばね受孔９７の底部とピン孔７３の底壁との間には圧縮コイルばね９８が介装され、第１切換ピン９４は左方（ピン孔７３から突出する側）に常時付勢されている。

作動油路８２、８３のいずれにもオイルが供給されていない状態では、図５に示すように、圧縮コイルばね９８の付勢力によって第１切換ピン９４、第２切換ピン９５、第３切換ピン９６は左方へと移動し、第３切換ピン９６が左従ロッカアーム６４のピン孔７３の底壁に突き当たった状態となる。この状態では、第１切換ピン９４が右従ロッカアーム６３内のみに配置され、第２切換ピン９５が主ロッカアーム６２内のみに配置され、第３切換ピン９６が左従ロッカアーム６４内のみに配置され、３つのロッカアーム６２、６３、６４の連結が解除された状態となり、各ロッカアーム６２、６３、６４はそれぞれ独立して回動する。また、作動油路８２にオイルが供給された状態では、圧縮コイルばね９８の付勢力に加えて第１切換ピン９４を左方へと押圧する油圧がアシスト力として加わり、図５の状態になる。以下、作動油路８２、８３のいずれにもオイルが供給されていない状態および作動油路８２にオイルが供給された状態を低リフトモードと呼ぶ。

作動油路８３にオイルが供給された場合は、図４に示すように、オイルが第３切換ピン９６を右方へと押圧し、圧縮コイルばね９８の付勢力に抗して第１切換ピン９４、第２切換ピン９５、第３切換ピン９６が右方へと移動し、第１切換ピン９４が右従ロッカアーム６３のピン孔７２の底壁に突き当たった状態となる。この状態では、第２切換ピン９５が右従ロッカアーム６３と主ロッカアーム６２を跨ぐ位置に配置され、且つ第３切換ピン９６が主ロッカアーム６２と左従ロッカアーム６４とを跨ぐ位置に配置され、３つのロッカアーム６２、６３、６４が互いに連結された状態となり、一体に回動する。以下、作動油路８３にオイルが供給された状態を高リフトモードと呼ぶ。

排気カムシャフト１０は、主ロッカアーム６２のローラ７５を押圧する高リフト用カム９９と、従ロッカアーム６３、６４のローラ７６、７７を押圧する低リフト用カム１００、１０１とを有している。

低リフトモードでは、高リフト用カム９９および低リフト用カム１００、１０１が各ロッカアーム６２、６３、６４を押圧し、回動させる。このとき、主ロッカアーム６２は、従ロッカアーム６３、６４と連結されていないため、従ロッカアーム６３、６４が低リフト用カム１００、１０１によって直接に駆動され、排気バルブ８を開閉する。一方、各ロッカアーム６２、６３、６４が互いに連結された高リフトモードでは、従ロッカアーム６３、６４が主ロッカアーム６２および第２、第３切換ピン９５、９６を介して高リフト用カム９９に間接的に駆動され、排気バルブ８を開閉する。

前述したように、シャフト内低リフト油路９２から作動油路８２へは、圧縮コイルばね９８による駆動をアシストするものである。したがって、排気側ＶＬＣ機構２０は基本的に、シャフト内高リフト油路９３から作動油路８３への油圧の導入および遮断を切り換えることで排気バルブ８のリフト量を変更する可変バルブリフト機構である。

次に、このように構成されたエンジン１の油路構造について図６および図７を参照して説明する。なお、図６は、シリンダブロック２やシリンダヘッド６を透視して、空間である油路を実体的に示した図である。説明の便宜上、方向を示すときは図６中に矢印で示した方向を用いるものとする。図７では、シリンダブロック２とシリンダヘッド６との間に設置されるガスケット１０２よりも上側の油路がシリンダヘッド６に形成され、ガスケット１０２よりも下側の油路がシリンダブロック２に形成されたことを意味している。

図６および図７に示すように、シリンダブロック２内には、クランクシャフト５（図１）と平行に延びるようにメインギャラリ１１０が形成されている。メインギャラリ１１０は、シリンダブロック２を鋳造する際に軸方向に２分割された中子によって鋳抜かれることにより形成され、軸方向の両端部で断面積が最も大きく、軸方向の中央部で断面積が最も小さくなるテーパー形状とされている。メインギャラリ１１０は、最も断面積が小さい中央部においても供給油路２４の他の油路に比べて断面積が大きくなる大きさに形成されている。

オイルポンプ２１から送られたオイルは、シリンダブロック２の一方の側面からシリンダブロック２内に形成された第１ブロック内油路１１１を通ってオイルフィルタ１０３に送られる。オイルフィルタ１０３を通過したオイルは、シリンダブロック２の下面からシリンダヘッド６内に形成された第２ブロック内油路１１２を通ってオイルクーラ１０４に送られる。オイルクーラ１０４を通過したオイルは、シリンダブロック２の後面からシリンダヘッド６内に形成された第３ブロック内油路１１３を通ってメインギャラリ１１０に送られる。第３ブロック内油路１１３のメインギャラリ１１０に対する接続部、すなわちメインギャラリ１１０へのオイルの流入口１１０Ａは、メインギャラリ１１０の左端寄りの位置とされている。

メインギャラリ１１０の下部には、クランクシャフト５（図１）の各ジャーナル５Ａ〜５Ｅ（図７参照）に潤滑油を供給するための５つのクランクシャフト潤滑油路１１４がクランク軸方向に所定の間隔をおいて接続している。ジャーナル５Ａ〜５ＥをＶＴＣアクチュエータ１５、１６が設けられた側から順に第１ジャーナル５Ａ〜第５ジャーナル５Ｅとすると、各クランクシャフト潤滑油路１１４は、対応する１つのジャーナル５Ａ〜５Ｅに接続している。クランクシャフト５のピン５Ｆ〜５ＩをＶＴＣアクチュエータ１５、１６が設けられた側から順に第１ピン５Ｆ〜第４ピン５Ｉとすると、第２ジャーナル５Ｂに接続するクランクシャフト潤滑油路１１４は、第１および第２ピン５Ｆ、５Ｇに至るように形成され、第４ジャーナル５Ｄに接続するクランクシャフト潤滑油路１１４は、第３および第４ピン５Ｈ、５Ｉに至るように形成されている。

また、メインギャラリ１１０の下部には、ピストン３（図１）を冷却すべくピストン３の下面に向けてオイルを噴射するオイルジェット１０５に接続する４つのオイルジェット油路１１５がクランク軸方向に所定の間隔をおいて接続している。メインギャラリ１１０のクランク軸方向中央付近の側部には、吸排気通路に跨るように設けられるターボチャージャ１０６に潤滑油を供給するターボチャージャ油路１１６が接続している。さらに、メインギャラリ１１０の左端には、チェーンテンショナ１０７にオイルを供給するテンショナ油路１１７が成形されている。各クランクシャフト潤滑油路１１４には適宜の大きさのオリフィス１１４ｏが形成されており、これにより供給油圧が調整されている。

シリンダブロック２およびシリンダヘッド６の右壁には、一端がメインギャラリ１１０の右端に接続し、他端が両ＶＴＣアクチュエータ１５、１６に接続するＶＴＣ油路１１８が形成されている。一方、シリンダブロック２およびシリンダヘッド６の左壁には、一端がメインギャラリ１１０の左端に接続し、他端が両ＶＬＣ機構１９、２０に接続するＶＬＣ油路１１９が形成されている。ＶＴＣ油路１１８およびＶＬＣ油路１１９にも、上流端に適宜の大きさのオリフィス１１８ｏ、１１９ｏが形成されている。

ＶＴＣ油路１１８は、メインギャラリ１１０から上方へ延びる１本のＶＴＣ共通油路１１８Ａと、ＶＴＣ共通油路１１８Ａから前後に分岐した２本の吸気ＶＴＣ用油路１１８Ｂおよび排気ＶＴＣ用油路１１８Ｃとを有している。吸気ＶＴＣ用油路１１８Ｂおよび排気ＶＴＣ用油路１１８Ｃは、それぞれ油圧制御弁２５を経由した後、前述した進角用油路２４Ａおよび遅角用油路２４Ｂに分かれる。このようにＶＴＣ油路１１８は、メインギャラリ１１０から油圧制御弁２５を介してＶＴＣアクチュエータ１５、１６のみに（可変バルブタイミング機構のみに）接続している。

ＶＬＣ油路１１９は、メインギャラリ１１０から上方へ延びる１本のＶＬＣ共通油路１１９Ａと、ＶＬＣ共通油路１１９Ａから後方、上方および前方の３方に分岐したＶＬＣ用分岐油路１１９Ｂ、吸気カムシャフト潤滑油路１１９Ｃおよび排気カムシャフト潤滑油路１１９Ｄを有している。吸気および排気カムシャフト９、１０を支持するカムジャーナル軸受をＶＴＣアクチュエータ１５、１６が設けられた側から順に第１〜第５とすると、吸気および排気カムシャフト潤滑油路１１９Ｃ、１１９Ｄは、それぞれ第５カムジャーナル軸受の軸受面に至っている。

図７に示すように、吸気および排気カムシャフト９、１０には、それぞれシャフト内油路９Ａ、１０Ａが形成されている。吸気および排気カムシャフト潤滑油路１１９Ｃ、１１９Ｄの下流端は、図６に示すように第５カムジャーナル軸受の軸受面に半円状に形成された周方向溝とされており、第５カムジャーナル軸受からシャフト内油路９Ａ、１０Ａに導入された潤滑油が第２〜第４カムジャーナルの軸受面に供給される。一方、第１カムジャーナルの軸受部には、ＶＴＣアクチュエータ１５、１６に作動油を供給する進角用油路２４Ａおよび遅角用油路２４Ｂの下流端が、第１カムジャーナル軸受の軸受面に円環状に形成された周方向溝とされており、この周方向溝が第１カムジャーナル軸受へ潤滑油を供給する油路を兼ねるため、シャフト内油路９Ａ、１０Ａからは潤滑油は供給されない。なお、前述した、ＶＴＣ油路１１８がＶＴＣアクチュエータ１５、１６のみに接続するとの表現は、このようにして結果的に他の目的に利用されることは除外した意味で用いている。

図７に示すように、吸気カムシャフト潤滑油路１１９Ｃからは、シリンダヘッド６に取り付けられる負圧ポンプ１０８（図７）および燃料ポンプ（図７）へそれぞれ潤滑油を供給する負圧ポンプ潤滑油路１１９Ｅおよび燃料ポンプ潤滑油路１１９Ｆが分岐している。ＶＬＣ用分岐油路１１９Ｂは、２つの油圧切換弁２６に接続しており、各油圧切換弁２６から前述した低リフト用油路２４Ｃおよび高リフト用油路２４Ｄがそれぞれロッカシャフト６１に向けて延びている。

吸気カムシャフト潤滑油路１１９Ｃ、排気カムシャフト潤滑油路１１９Ｄ、負圧ポンプ潤滑油路１１９Ｅおよび燃料ポンプ潤滑油路１１９Ｆには、それぞれ適宜の大きさのオリフィス１１９Ｃｏ、１１９Ｄｏ、１１９Ｅｏ、１１９Ｆｏが形成され、供給油圧を調整されている。

このように構成されたエンジン１によれば、エンジンＥＣＵ３０によって次のようなカム位相可変制御が行われる。すなわち、エンジンＥＣＵ３０は、入力インタフェースを介して入力したアクセル開度や吸気量、冷却水温等の各種運転情報の他、吸気側カム角センサ１７や排気側カム角センサ１８の検出信号に基づいて、両カムシャフト９、１０の目標カム位相をそれぞれ設定し、出力インタフェースを介して両ＶＴＣアクチュエータ１５、１６に駆動信号を出力する。また、エンジンＥＣＵ３０は、各種入力情報に基づいて吸排気バルブ７、８の目標リフト量を設定し、出力インタフェースを介して両ＶＬＣ機構１９、２０に駆動信号を出力する。

前述したように、両ＶＴＣアクチュエータ１５、１６は、進角用油圧室３３および遅角用油圧室３４の少なくとも一方に常時油圧が加えられており、ＶＬＣ機構１９、２０への作動油の供給を切り換えるために油圧切換弁２６が作動すると、ＶＴＣ油路１１８に圧力変化（圧力波）が生じ、この圧力変化がＶＴＣアクチュエータ１５、１６の作動に影響を与えることがある。ところが、本実施形態では、ＶＴＣ油路１１８がメインギャラリ１１０の一端側に接続するように形成され、ＶＬＣ油路１１９がメインギャラリ１１０の他端側に接続するように形成されたことにより、比較的大断面のメインギャラリ１１０で圧力変化が減衰され、圧力変化がＶＴＣアクチュエータ１５、１６に伝わることが抑制される。特に、メインギャラリ１１０が長手方向について断面積が変化する形状を呈していることから、メインギャラリ１１０において圧力変化が効果的に減衰される。

また、吸気および排気カムシャフト９、１０のジャーナル軸受に至る吸気および排気カムシャフト潤滑油路１１９Ｃ、１１９ＤがＶＬＣ油路１１９から分岐しているため、油圧切換弁２６で発生した圧力変化が、吸気および排気カムシャフト潤滑油路１１９Ｃ、１１９Ｄに伝達し、メインギャラリ１１０に伝達しにくくなるため、ＶＴＣアクチュエータ１５、１６により一層伝わりにくくなる。

さらに、ＶＬＣ油路１１９における吸気および排気カムシャフト潤滑油路１１９Ｃ、１１９Ｄへの分岐部よりもメインギャラリ１１０側であるその上流端にオリフィス１１９ｏが形成されているため、オリフィス１１９ｏよりも下流側で発生した圧力変化はＶＬＣ油路１１９から抜けにくくなり、メインギャラリ１１０により一層伝達しにくくなる。

本実施形態ではさらに、オイルジェット１０５に接続するオイルジェット油路１１５がメインギャラリ１１０から延びているため、メインギャラリ１１０に伝達した圧力変化がオイルジェット１０５の存在によって減衰されるため、ＶＴＣアクチュエータ１５、１６により一層伝わりにくくなっている。

また、本実施形態ではＶＴＣ油路１１８がメインギャラリ１１０からＶＴＣアクチュエータ１５、１６のみに接続するため、ＶＴＣ油路１１８での圧力損失が少なく、ＶＴＣアクチュエータ１５、１６の作動が良好になる。加えて、メインギャラリ１１０へのオイルの流入口１１０ＡがＶＴＣ油路１１８側に設けられているため、機関始動時にＶＬＣ機構１９、２０に比べて早期に作動油を必要とするＶＴＣアクチュエータ１５、１６に早急に作動油が供給されることから、ＶＴＣアクチュエータ１５、１６の作動が良好になる。

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、一例として車載用として内燃機関の説明を行ったが、船舶用や発電用などにも広く適用することができる。また、各部材や部位の具体的構成や配置、数量などは、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の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。

１ エンジン
２ シリンダブロック（機関本体）
５ クランクシャフト
６ シリンダブロック
７ 吸気バルブ
８ 排気バルブ
９ 吸気カムシャフト
１０ 排気カムシャフト
１５ 吸気側ＶＴＣアクチュエータ
１６ 排気側ＶＴＣアクチュエータ
１９ 吸気側ＶＬＣ機構
２０ 排気側ＶＬＣ機構
２４ 供給油路
２５ 油圧制御弁
２６ 油圧切換弁
２９ ドレン油路
３３ 進角用油圧室
３４ 遅角用油圧室
１０５ オイルジェット
１１０ メインギャラリ
１１０Ａ 流入口
１１５ オイルジェット油路
１１８ ＶＴＣ油路（第１油路）
１１９ ＶＬＣ油路（第２油路）
１１９Ｃ 吸気カムシャフト潤滑油路
１１９Ｃｏ オリフィス
１１９Ｄ 排気カムシャフト潤滑油路
１１９Ｄｏ オリフィス

Claims (5)

1. カムシャフトの一端に設けられ、進角用油圧室および遅角用油圧室の少なくとも一方に油圧を加え、クランクシャフトに対する前記カムシャフトの相対位相を変更する可変バルブタイミング機構と、
   油圧の導入および遮断を切り換えることで機関弁のリフト量を変更する可変バルブリフト機構と
   を備える内燃機関の油路構造であって、
   機関本体に設けられたメインギャラリと、
   前記メインギャラリの一端側から延びて前記可変バルブタイミング機構に接続する第１油路と、
   前記メインギャラリの他端側から延びて前記可変バルブリフト機構に接続し、油圧切換弁が設けられた第２油路と、
   前記第２油路から分岐し、前記カムシャフトのジャーナル軸受に至るカムシャフト潤滑油路とを有し、
   前記第２油路における前記カムシャフト潤滑油路への分岐部よりも前記メインギャラリ側の位置にオリフィスが形成されたことを特徴とする内燃機関の油路構造。
2. 前記メインギャラリは、長手方向について油路断面積が変化する形状を呈することを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の油路構造。
3. 前記メインギャラリから延びてオイルジェットに接続するオイルジェット油路をさらに有することを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の油路構造。
4. 前記第１油路は、前記メインギャラリから前記可変バルブタイミング機構のみに接続することを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の内燃機関の油路構造。
5. 前記メインギャラリへの油流入口が前記第１油路側に設けられていることを特徴とする、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の内燃機関の油路構造。

Images