JP6713707B2 - 内燃機関 - Google Patents

Description

本願発明は、吸気弁又は排気弁の開閉タイミングを油圧で制御可能な内燃機関に関するものである。

車両用等の内燃機関では、吸気弁と排気弁とのうちいずれか一方又は両方の開閉タイミングを制御することが行われている。このバルブタイミングの制御方法の一つとして、カムシャフトをチェーンスプロケットに対して進角制御したり遅角制御したりすることが行われているが、このカムシャフトの制御方式として、潤滑油を利用して油圧によって制御する油圧式ＶＶＴ方式と、電動モータで制御する電動ＶＶＴとが知られている。油圧式ＶＶＴ方式の一例が特許文献１に開示されている。

特開２０００−１９９４１７号公報

さて、上記のとおり、カムシャフトを制御してバルブタイミングを調節する場合、駆動源で見ると油圧式と電動式とに分けられて、制御対象で見ると、吸気弁用カムシャフトのみを制御する場合と、吸気弁用カムシャフト及び排気弁用カムシャフトの両方を制御する場合、及び排気弁用カムシャフトのみを制御する場合とに分けられる。

そして、内燃機関は、燃費や出力等の目標性能によって、吸気弁用カムシャフトのみを制御する方式や、吸気弁用カムシャフトと排気弁用カムシャフトとの両方を制御する方式などがあり、方式が異なるとシリンダヘッド及びカムキャップの構造を変更していた。従って、カムシャフトの回転制御の方式が異なる内燃機関ごとに、シリンダヘッドの製造ラインを構成しており、このため、内燃機関の種類を増やすとそれに比例して製造コスト及び管理コストが嵩むという問題があった。

本願発明は、この問題を改善することを目的とするものである。

本願発明は、
「チェーンスプロケットを介して駆動される吸気弁用カムシャフト及び排気弁用カムシャフトと、前記吸気弁用カムシャフト及び排気弁用カムシャフトの一端寄り部位をシリンダヘッドに回転自在に保持する端部カムキャップと、前記シリンダヘッドに固定されて前記両カムシャフトや端部カムキャップを覆うヘッドカバーとを備えており、
前記シリンダヘッドのうち一方のカムシャフトの近傍でかつ前記端部カムキャップと重なる部位に、カムシャフトを前記チェーンスプロケットに対して油圧によって相対回転させることによりバルブタイミングを制御するためのヘッド内蔵オイル通路が開口している一方、
前記端部カムキャップには、前記チェーンスプロケットに対する他方のカムシャフトの相対回転を制御するためのブリッジ状オイル通路が、前記ヘッド内蔵オイル通路と連通するように設けられている」
という基本構成になっている。

そして、上記基本構成おいて、
「前記ブリッジ状オイル通路は、前記ヘッド内蔵オイル通路に連通して前記カムシャフトよりも高い位置まで延びる第１部分と、前記第１部分の上端に連通して他方のカムシャフトに向けて延びる第２部分と、前記第２部分に連通して前記シリンダヘッドに向かう第３部分とから成っていて、前記第２部分は、前記端部カムキャップに上から重なった状態に前記ヘッドカバーによって押さえ保持されたパイプ状部材によって形成されており、
前記パイプ状部材に受けた上向き突起と前記ヘッドカバーに設けた下向き突起とを当接させているか、又は、前記パイプ状部材とヘッドカバーとのうち一方に設けた位置決め突起を他方に設けた位置決め穴に嵌め合わせている」
という構成が付加されている。

本願発明では、カムシャフトの制御態様は、進角制御のみを行う場合と、遅角制御のみを行う場合、及び、進角制御と遅角制御との両方を行える場合を含んでいる。

本願発明では、吸気弁用カムシャフト及び排気弁用カムシャフトのうち、一方のカムシャフトを油圧で進角制御したり遅角制御したりする場合は、ブリッジ状オイル通路を有する端部カムキャップではなくて、一方のカムシャフトの一端部に設けた制御装置に連通した油圧通路を有する端部カムキャップを使用したらよい。

他方、吸気弁用カムシャフトは電動ＶＶＴで制御して、排気弁用カムシャフトは油圧式ＶＶＴで制御するというように、一方のカムシャフトは電動式ＶＶＴで制御して、他方のカムシャフトは油圧式ＶＶＴで制御する方式があるが、この場合は、本願発明の端部カムキャップを使用することにより、シリンダヘッドの構造は変更することなく、他方のカムシャフトを油圧式ＶＶＴで制御することができる。

また、一方のカムシャフトは制御せずに、他方のカムシャフトのみを油圧式ＶＶＴで制御する場合も、本願発明の端部カムキャップを装着したらよい。なお、吸気弁用カムシャフトと排気弁用カムシャフトとの両方を電動式ＶＶＴで制御する場合は、ヘッド内蔵オイル通路の出口を塞ぐ端部カムキャップを使用して、オイルコントロールバルブ（ＯＣＶ）は取り外したらよい。

このように、本願発明では、シリンダヘッドの構造は変更することなく、端部カムキャップを付け替えるだけで、油圧で制御されるカムシャフトを選択的に切り替えることができるため、バルブタイミング方式が異なる複数種類の内燃機関を品揃えするにおいて、シリンダヘッドを共通化できる。これにより、バルブタイミングの制御態様が異なる複数種類の内燃機関を用意するにおいて、シリンダヘッドの製造コストや管理コストを抑制することができる。

特に、吸気弁用カムシャフトのみを油圧式ＶＶＴで制御する仕様と、吸気弁用カムシャフトは電動式ＶＶＴで制御して排気弁用カムシャフトは油圧式ＶＶＴで制御する仕様とに変更する場合に有益である。なお、本願発明は、既存の内燃機関のバルブタイミング制御方式の変更にも対応可能であり、この点も本願発明の利点である。

本願発明のようにパイプ状部材を付加してブリッジ状オイル通路を形成すると、端部カムキャップの設計の自由性を向上できる。

実施形態の斜視図である。 実施形態の平面図である。 実施形態の分離平面図である。 実施形態の分離正面図である。 施形態の端部カムキャップを示す図で、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面 図、（Ｃ）は底面図である。

次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。以下の実施形態では、方向を特定するため前後・左右の文言を使用するが、前後方向はクランク軸線方向であり、フロントカバー（チェーンカバー）を設けた部分を前としている。左右方向は、クランク軸線方向から見て、シリンダボアと直交した方向である。念のため、図２に方向を明示している。

(1).実施形態の概略
本実施形態において、内燃機関の基本構成は従来と同様であり、例えば図４から最も容易に理解できるように、内燃機関は、シリンダヘッド１と吸気弁用カムシャフト２及び排気弁用カムシャフト３とを備えており、両カムシャフト２，３の前端寄り部位（一端寄り部位）は、フロントカムキャップ（端部カムキャップ）４によって回転自在に保持されている。フロントカムキャップ４は、例えばアルミのダイキャスト品又は鋳造品である。

本実施形態では、ブリッジ状オイル通路の一部をパイプ状部材５で構成しており、パイプ状部材５の左右両端部５ａが、ガスケット６を介してフロントカムキャップ４の左右端部に重なっている。動弁室はヘッドカバー７で覆われているが、パイプ状部材５は、ヘッドカバー７によってフロントカムキャップ４に押さえ保持されている。敢えて述べるまでもないが、ヘッドカバー７は、その周囲の部分がボルトでシリンダヘッド１の外周部に固定されている。

シリンダヘッド１には、図２，３にも示すように、カムシャフト２，３の前端寄り部位の下半部が嵌まるフロント軸受部８ａ，８ｂや、カムシャフト２，３における中途部の下半部が嵌まる中間軸受部９、及びカムシャフト２，３における後端部の下半部が嵌まるリア軸受部（図示せず）が形成されており、フロントカムキャップ４及び図示しない他のカムキャップには、カムシャフト２，３の上半部に被さる下向き開口の凹所１０ａ，１０ｂが形成されている。図２において、両カムシャフト２，３に形成しているカムは、符号１１で示している。

シリンダヘッド１のうち中間軸受部９に対応した箇所には、点火プラグ装着穴１２が形成されており、点火プラグ装着穴１２を挟んだ左右両側に、前後２つずつのバルブ配置穴１３が開口している。フロントカムキャップ４は、シリンダヘッド１の前端部の上面に重ね配置されており、左右方向に並んだ４本のボルト１４（図１参照）によって、シリンダヘッド１に固定されている。図３では、フロントカムキャップ４を固定するためのねじ穴が符号１５で表示されている。

カムシャフト２，３の前端部には、電動式ＶＶＴギア１６ａ、油圧式ＶＶＴ１７ａを介してチェーンスプロケット１６，１７が取付けられており、両チェーンスプロケット１６，１７にタイミングチェーン１８が巻き掛けられている。

図２に模式的に示すように、吸気側のチェーンスプロケット１６の手前には電動式ＶＶＴギア１６ａを配置し、排気側のチェーンスプロケット１７の手前には油圧式ＶＶＴ１７ａを配置しており、これらはフロントカバー１９で覆われている。電動式ＶＶＴギア１６ａは図示しない電動モータで駆動されるが、電動モータは、フロントカバー１９の前面に配置されており、従って、電動モータの回転軸はフロントカバー１９を貫通している。

他方、排気弁用カムシャフト３の回転制御装置は油圧式を採用しており、潤滑油の圧送タイミングを調節することにより、排気バルブの開閉タイミングを、基準状態から進角させたり遅角させたり制御することができる。

(2).油圧通路
図２，３に示すように、シリンダヘッド１の前部のうち、吸気弁用カムシャフト２（一方のカムシャフト）の左外側には、ヘッド内蔵オイル通路２１，２２の出口が開口している。ヘッド内蔵オイル通路２１，２２はシリンダヘッド１の前面に開口しており、シリンダヘッド１の前面に、フィルター付きのオイルコントロールバルブ（ＯＣＶ）２３を配置している。このオイルコントロールバルブ２３でオイルの圧送を制御することにより、排気弁用カムシャフト３を進角させたり遅角させたり制御することができる。ヘッド内蔵オイル通路２１は２本あるが、一方は進角用通路、他方は遅角用通路である。

図５に明示するように、フロントカムキャップ４は、凹所１０ａ，１０ｂの箇所で前後巾が大きくなっており、４本のボルト１４が嵌まるように４つの取付け穴２４が左右方向に並んで形成されている。図５（Ｂ）において、吸気側凹所１０ａに内向きのリブ２５を設けているが、これは、吸気弁用カムシャフト２の前後方向のずれを阻止するためのものである。

図５（Ｃ）に示すように、フロントカムキャップ４の左右凹所１０ａ，１０ｂには、カムシャフト２，３の潤滑のため円弧状溝２６が形成されており、左右の円弧状溝２６は連通路２７を介して１つの中間凹部２８に集合している。そして、図３に示すように、シリンダヘッド１のうち左右のフロント軸受部８ａ，８ｂの間の部位には、フロントカムキャップ４の中間凹部２８と重なる潤滑送油穴２９が形成されている。

従って、潤滑用のオイルは、潤滑送油穴２９からフロント軸受部８ａ，８ｂに供給されるが、カムシャフト２，３には、円弧状溝２６に連通した環状溝と、環状溝に連通した状態で軸心部に長く延びるように形成された分配通路とを設けており、潤滑油は、フロント軸受部８ａ，８ｂの箇所から円弧状溝２６を介して分配通路に供給されて、各中間軸受部とリア軸受部とに供給される。各軸受部で潤滑に供されたオイルは動弁室内に流れ落ちていく。フロント軸受部８ａ，８ｂの箇所では、前後端から動弁室等に漏洩していく。

フロントカムキャップ４のうち吸気側凹所１０ａの箇所に第１ランド部３０を上向きに突設しており、第１ランド部３０の上面に、ヘッド内蔵オイル通路２１，２２と連通したブリッジ状オイル通路第１部分３１，３２が開口している。

他方、フロントカムキャップ４のうち排気側凹所１０ｂの箇所には、第２ランド部３３が上向きに突設されており、第２ランド部３３に形成した上向き開口のドリル穴３４ａ，３４ｂと側面視傾斜姿勢の斜めドリル穴３５ａ，３５ｂとにより、凹所１０ａ，１０ｂに開口したブリッジ状オイル通路第３部分３６，３７（図５（Ｃ）参照）が形成されている。第２ランド部３３には、斜めドリル穴３５ａ，３５ｂを空けるための後ろ向き突出部３８が形成されており、斜めドリル穴の３５ａ，３５ｂ上端部はプラグで塞がれている。

２つのブリッジ状オイル通路第３部分３６，３７は、前後に隔てて凹所１０ｂに開口しており、排気弁用カムシャフト３に形成されたオイル通路を介して、油圧式ＶＶＴ１７ａのオイル入口とオイル出口とに連通している。そして、フロントカムキャップ４の２つのランド部３０，３３に、パイプ状部材５の左右端部がガスケット６を介して重ねて配置されており、パイプ状部材５に設けたブリッジ状オイル通路第２部分３９，４０が、ブリッジ状オイル通路第１部分３１，３２とドリル穴３４ａ，３４ｂ，３５ａ，３５ｂを経由して、ブリッジ状オイル通路第３部分３６，３７に連通している。ブリッジ状オイル通路第３部分３９，４０は、水平状の部分と、その左右端部に繋がった下向き開口部分とから成っている。

例えば図４に示すように、パイプ状部材５の左右端部５ａには上向き突起４１が形成されており、ヘッドカバー７に形成した下向き突起４２が、フロントカムキャップ４の上向き突起４１に当接している。パイプ状部材５とフロントカムキャップ４との間にはガスケット６が存在しているが、ガスケット６は、パイプ状部材５とフロントカムキャップ４とのうち一方に形成されたガスケット溝に嵌まり込んで、適切なシール性が保持されている。このため、ヘッドカバー７で押さえただけであってもシール性は確保されていると共に、ランド部３０，３３とパイプ状部材５の端部５ａとをピンで連結したりボルトで締結したりすることにより、パイプ状部材５はずれ不能に保持される。

パイプ状部材５とヘッドカバー７とのうち、一方には位置決め突起を、他方には位置決め凹部を形成して、それら突起と凹部とを嵌め合わせることも可能である。或いは、パイプ状部材５を鋼管やアルミ管で形成して、その端部をフロントカムキャップ４に強制嵌合させてもよい。

(3).まとめ
本実施形態のシリンダヘッド１は、元々は、吸気弁用カムシャフト２を油圧式ＶＶＴで制御することを想定して設計されている。従って、吸気弁用カムシャフト２の制御を油圧で行う場合は、吸気弁用カムシャフト２の制御のためのオイル通路を形成したフロントカムキャップが使用される。

他方、本実施形態のフロントカムキャップ４を使用するときは、既述のとおり、吸気弁用カムシャフト２は電動式ＶＶＴによって進角・遅角が制御されて、排気弁用カムシャフト３は、ヘッド内蔵オイル通路２１、ブリッジ状オイル通路３１，３２，３９，４０，３６，３７を経由して送られたオイルにより、排気弁用カムシャフト３の前端部に設けた油圧式ＶＶＴ１７ａによって進角したり遅角したり制御される。

従って、ａ）吸気弁の開閉タイミングを油圧式ＶＶＴ１７ａで制御して、排気弁の開閉タイミングは制御しない使用の内燃機関、ｂ）吸気弁の開閉タイミングを電動式ＶＶＴ（１６ａ）で制御して、排気弁の開閉タイミングは油圧式ＶＶＴ１７ａで制御する方式の内燃機関、ｃ）吸気弁の開閉タイミングは油圧式ＶＶＴ１７ａで制御して、排気弁の開閉タイミングは電動式ＶＶＴ（１６ａ）で制御する方式の内燃機関、の３種類の内燃機関で２種類のシリンダヘッド１を共用することができる。このため、内燃機関の品揃えを豊富化してユーザーのきめ細かい要請に応えつつ、シリンダヘッド１の製造コストや管理コストを抑制することができる。

本願発明は、上記の実施形態の他にも様々に具体化できる。例えば、オイルフィルターの配置位置やオイルコントロールバルブの配置位置などは、任意に設定できる。ヘッド内蔵オイル通路は、排気弁用カムシャフト（或いは排気側軸受部）の近傍に設けることも可能である。）。

１ シリンダヘッド
２ 吸気弁用カムシャフト（一方のカムシャフト）
３ 排気弁用カムシャフト（他方のカムシャフト）
４ フロントカムキャップ（端部カムキャップ）
５ パイプ状部材
６ ガスケット
８ａ，８ｂ フロント軸受部
１０ａ，１０ｂ フロントカムキャップの凹所
１６，１７ チェーンスプロケット
１６ａ 電動式ＶＶＴギア
１７ａ 油圧式ＶＶＴ
１８ タイミングチェーン
１０ フロントカバー
２１ ヘッド内蔵オイル通路
２３ オイルコントロールバルブ（ＯＣＶ）
３１，３２，３９，４０，３６，３７ ブリッジ状オイル通路
４１ パイプ状部材に設けた上向き突起
４２ ヘッドカバーに設けた下向き突起
４４，４５，４６，４７，４８，５０ ブリッジ状オイル通路

Claims (1)

1. チェーンスプロケットを介して駆動される吸気弁用カムシャフト及び排気弁用カムシャフトと、前記吸気弁用カムシャフト及び排気弁用カムシャフトの一端寄り部位をシリンダヘッドに回転自在に保持する端部カムキャップと、前記シリンダヘッドに固定されて前記両カムシャフトや端部カムキャップを覆うヘッドカバーとを備えており、
   前記シリンダヘッドのうち一方のカムシャフトの近傍でかつ前記端部カムキャップと重なる部位に、カムシャフトを前記チェーンスプロケットに対して油圧によって相対回転させることによりバルブタイミングを制御するためのヘッド内蔵オイル通路が開口している一方、
   前記端部カムキャップには、前記チェーンスプロケットに対する他方のカムシャフトの相対回転を制御するためのブリッジ状オイル通路が、前記ヘッド内蔵オイル通路と連通するように設けられている構成であって、
   前記ブリッジ状オイル通路は、前記ヘッド内蔵オイル通路に連通して前記カムシャフトよりも高い位置まで延びる第１部分と、前記第１部分の上端に連通して他方のカムシャフトに向けて延びる第２部分と、前記第２部分に連通して前記シリンダヘッドに向かう第３部分とから成っていて、前記第２部分は、前記端部カムキャップに上から重なった状態に前記ヘッドカバーによって押さえ保持されたパイプ状部材によって形成されており、
   前記パイプ状部材に受けた上向き突起と前記ヘッドカバーに設けた下向き突起とを当接させているか、又は、前記パイプ状部材とヘッドカバーとのうち一方に設けた位置決め突起を他方に設けた位置決め穴に嵌め合わせている、
   内燃機関。

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