JP7239630B2 - エンジン - Google Patents

Description

本願発明は、ＶＶＴ装置（可変バルブタイミング装置）を備えたエンジンに関するものである。

ガソリンエンジンやディーゼルエンジンにおいて、吸気バルブや排気バルブの開閉タイミングをＶＶＴ装置によって変えることは広く行われている。ＶＶＴ装置の構造や配置態様は様々であり、その例として特許文献１，２には、電動式ＶＶＴ装置を備えたエンジンにおいて、タイミングチェーンを覆うチェーンカバーに、シリンダヘッドの上面よりも高くはみ出た上支持部を設けて、この上支持部にＶＶＴ装置を固定することが開示されている。

正確に述べると、チェーンカバーの上支持部は、ＶＶＴ装置における本体ケースの後ろ向き突部が前側から嵌入する位置決め穴を設けて、本体ケースをチェーンカバーに正確に位置決めした状態で、本体ケースの露出部をボルトでチェーンカバーの上支持部に固定している。

他方、ヘッドカバーの前端部はチェーンカバーに上から重なっているが、チェーンカバーに上支持部を設けると、チェーンカバーにおける上支持部の上面は上向きに膨れたアーチ形状になるため、ヘッドカバーの前端部は、シリンダヘッドの上面から上向きにせり上がりつつ上向きに凹んだアーチ形状になり、これらアーチ形状の部分を上下に重ねた状態で両者がボルトで締結されている。

ヘッドカバーは、シリンダヘッドの上面とチェーンカバーの上面とに重なるが、アーチ形状での重ね合わせは形状が複雑化してシール性が悪化する問題がある。そこで、例えば特許文献３，４のように、アーチ形状を前提としてシール性を確保するための技術が提案されている。

特開２０１７－０４４０７５号公報 特開２０１７－２１８９２３号公報 特開２０１５－０３１１８３号公報 特開２０１１－１２７４５５号公報

ＶＶＴ装置のスプロケットはカム軸と同心に保持する必要があり、従って、ＶＶＴ装置をチェーンカバーの上支持部で位置決めすることは必要である。しかし、特許文献１，２のようにＶＶＴ装置をチェーンカバーの上支持部に固定した構造では、既述のとおり、ヘッドカバーの前端部をシリンダヘッドの上面から上向きにせり上げねばならず、すると、せり上がり部とアーチ部とをスムースに繋げるためにはアーチ状部の左右両端に平坦部が必要であり、この平坦部の分だけヘッドカバーとチェーンカバーとが幅広になってしまうおそれがある。

つまり、アーチ状部の左右幅は、他の部材との関係で詰められないため、アーチ状部の左右外側に余分に平坦部を形成して、ヘッドカバーとシリンダヘッドとチェーンカバーとを滑らかに連続させねばならず、その結果、エンジンの前部の左右幅が必要以上に拡大してしまうおそれがあった。

そして、ＶＶＴ装置をチェーンカバーの上支持部で位置決めすることは必要であるが、従来は、ＶＶＴ装置の位置決めの必要性からヘッドカバー等がアーチ形状になってシール性を確保し難いのであり、ＶＶＴ装置の位置決めの確実性とヘッドカバーとチェーンカバーとの間のシール性の確保とを両立し難かった。

本願発明は、このような現状を改善しようとするものである。

本願発明は、
「シリンダヘッドより高い位置にカムハウジングを介して回転自在に保持されたカム軸と、
クランク軸線方向から見て前記シリンダヘッドの前側に配置されてクランク軸の回転を前記カム軸に伝達するタイミングチェーンと、
前記タイミングチェーンを覆って前記シリンダヘッドの前面に重ね固定されたチェーンカバーと、
前記カム軸を覆って前記シリンダヘッドの上面に固定されたヘッドカバーと、
前記クランク軸の回転に対する前記カム軸の回転位相を変えるＶＶＴ装置とを備えており、
前記ＶＶＴ装置は、前記カム軸と同心に配置されて前記タイミングチェーンが巻き掛けられたスプロケットと、前記スプロケットを回転自在に保持する本体ケースとを備えている」
という基本構成になっている。

そして、上記基本構成において、
「前記チェーンカバーは、前記スプロケットの前側に位置した上支持部を有し、前記上支持部に、前記ＶＶＴ装置における本体ケースの後ろ向き突部が前側からずれ不能に嵌入する位置決め穴を形成している一方、
前記ヘッドカバーには、前記チェーンカバーにおける上支持部の前側に位置した前壁が形成されており、前記前壁に、前記ＶＶＴ装置の本体ケースにおける後ろ向き突部がクリアランスを持って嵌入するＶＶＴ取付け穴が形成されて、前記ＶＶＴ装置が前記ヘッドカバーにおける前壁の前面にボルトで固定されており、
かつ、前記ヘッドカバーにおける前壁の下面は、前記チェーンカバーに設けた前向きフランジにシール材を介して密接している」
という構成が付加されている。

ヘッドカバーにおける前壁の下端面は、シリンダヘッドの上面と同一面を成した一直線に形成されているのが理想的であるが、ＶＶＴ装置との干渉などがあるため、クランク軸線方向から見て多少は下向きに膨れた形状にならざるを得ない場合もある。この場合も、前壁の左右端部の下端面はシリンダヘッドの上面と同一面に設定されるため、ヘッドカバーの側壁の下端面と前壁の下端面とを滑らかに連続させて、チェーンカバーのフランジとの重合面を滑らかに変化させることができる。

本願発明では、ＶＶＴ装置の本体ケースはチェーンカバーの上支持部に形成された位置決め穴に密嵌しているため、スプロケットとカム軸とが同心になるように正確に位置決めできる。従って、カム軸の位相の制御（バルブの開閉タイミングの制御）を高い精度で円滑に行える。

ヘッドカバーの前端には前壁が形成されていることから、特許文献１，２のような複雑なアーチ形状の部分は存在しておらず、前壁の左右端部の下端面はシリンダヘッドの上面と同一面に設定できるため、前壁が一直線でなくて下向きに膨れた形状であっても形状の変化は緩やかであり、従って、シール材を使用してしっかりとシールできる。

そして、アーチ形状の部分が存在しないため、ヘッドカバーでは、側壁の下端面と前壁の下端面とが滑らかに連続している。従って、ヘッドカバーの前壁とチェーンカバーの上支持部とを左右外側に張り出す必要はないのであり、これにより、エンジンの前部が幅広になることを防止できる。

そして、ＶＶＴ装置の本体ケースはヘッドカバーの前壁に固定されているが、本体ケースは、前壁に設けた取付け穴にクリアランスをもって嵌入しているため、シール材の圧縮量のバラツキによってヘッドカバーの高さが多少変化しても、その変化を吸収してしっかりと固定できる。

従って、本願発明では、ＶＶＴ装置を正確に位置決めすることと、高いシール性を確保しつつＶＶＴ装置をしっかりと固定することとを同時に達成できると共に、エンジンの大型化防止にも貢献できる。

（Ａ）は実施形態の正面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ－Ｂ視断面図である。 ヘッドカバーとチェーンカバーとを分離した正面図である。 部分平面図である。 図１の IV-IV視断面図である。

次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は、自動車用ガソリンエンジンに適用している。本願では方向を特定するため前後・左右の文言を使用しているが、請求項でも定義しているように、前後方向はクランク軸線方向で、左右方向はクランク軸線及びシリンダボア軸線と直交した方向である。前と後ろは、タイミングチェーンが配置されている側を前、ミッションケースが配置されている側を後ろとしている。

(1).基本構造
図１に示すように、エンジンは、シリンダブロック１とその上面に固定されたシリンダヘッド２、シリンダブロック１及びシリンダヘッド２の前面に固定されたチェーンカバー（フロントカバー）３、シリンダヘッド２の上面に重ね固定されたヘッドカバー４を備えている。

図１に点線で示すように、シリンダヘッド２よりも高い位置に、吸気弁用カム軸５と排気弁用カム軸６とが配置されている。また、図４に一部だけを示すように、ヘッドカバー４で囲われた内部にカムハウジング７が配置されており、カムハウジング７に形成した軸受け部８とその下面にボルトで重ね固定されたカムキャップ９とにより、カム軸５，６が回転自在に保持されている。

図示は省略するが、カムハウジング７は複数対の足部を有しており、足部がシリンダヘッド２の底面に容設したホス体が固定されている。前端に位置した軸受け部８及びカムキャップ９の前面は、シリンダヘッド２の前面に揃えられている。図１に示すように、チェーンカバー３の左右側部には、シリンダヘッド２及びシリンダブロック１に固定するためのボルト挿通穴１０が、上下方向に飛び飛びで多数形成されている。

敢えて述べるまでもないが、シリンダヘッド２には、吸気弁の対と排気弁の対とがスライド自在に保持されており、吸気弁及び排気弁は、カム軸５，６に形成されたカム部によって直接に又はロッカアームを介して開閉される。

図２に明示するように、チェーンカバー３には、シリンダヘッド２よりも上に突出した上支持部１２が形成されており、この上支持部１２に、吸気弁用カム軸５と同心のＶＶＴ位置決め穴１３と、排気弁用カム軸６と同心のカム角度センサ位置決め穴１４とが開口している。

他方、ヘッドカバー４は下向きに開口したトレー状に形成されており、従って、図１（Ａ）や図２に示すように、ヘッドカバー４は、シリンダヘッド２の上面に重なる左右の側壁１５と、左右の側壁の後端に連続した後ろ壁（図示せず）と、左右側壁１５及び天板の前端に一体に繋がった前壁１６とを備えており、前壁１６はチェーンカバー３の上支持部１２の前面に重なっている（前壁１６と上支持部１２の間に隙間があってもよい。）。

ヘッドカバー４の前壁１６には、チェーンカバー３の上支持部１２に対応して、ＶＶＴ取付け穴１７が吸気弁用カム軸５と同心に開口していると共に、ＯＣＶ一体型油圧ＶＶＴ装置取付け穴１８が排気用カム軸６と同心に空いている。そして、ヘッドカバー４の前壁１６に、電動式ＶＶＴ装置１９とＯＣＶ一体型油圧ＶＶＴ装置２０とがボルト２１，２２で固定されている。

(2).ＶＶＴ装置
図４に示すように、電動式ＶＶＴ装置１９は、タイミングチェーン２３が巻き掛けられたスプロケット２４を有するロータ２５と、ロータ２５の前半部が回転自在に嵌まった中継軸２６と、モータで制御される可変機構部２７が内蔵された本体ケース２８とを備えている。

本体ケース２８は、ヘッドカバー４の下向き前壁１６及びチェーンカバー３の上支持部１２に嵌入した後ろ向き突部（小径部）２８ａと、前壁１６の前面に重なる露出部（大径部）２８ｂとを有している。後ろ向き突部２８ａは円形であり、上支持部１２のＶＶＴ位置決め穴１３には密嵌して、前壁１６のＶＶＴ取付け穴１７には若干のクリアランスを持って嵌まっている（遊嵌している。）。他方、露出部２８ｂは、周方向に離れた３か所においてボルト２１によってヘッドカバー４の前壁１６に固定されている。

ヘッドカバー４のうち上端部と側端部とには、ボルト２１が螺合する雌ねじを形成するための内向きボス部２９が形成されて、前壁１６の下端部には、下端に位置したボルト２１が螺合する雌ねじを形成するための前向きボス部３０が形成されている。図１，３に示すように、本体ケース２８の露出部２８ｂの斜め上部には、ケーブルを接続するためのコネクタ受け部３１を設けている。

図４に示すように、ロータ２５の後半部には、吸気弁用カム軸５の前端部が駆動部３２を介して吸気弁用カム軸５の前端部が嵌入して、ロータ２５の前半部には既述の中継軸２６が嵌入している。中継軸２６は、所定の角度だけ回転するように、ロッド３３を介して可変機構部２７に取付けられている。

駆動部３２は複数の部材からなっていて、ロータ２５及び吸気弁用カム軸５と一緒に回転しつつ、中継軸２６の回転操作により、駆動部３２を介して吸気弁用カム軸５がロータ２５に対して相対回転し得る。従って、中継軸２６を介して可変機構部２７によって駆動部３２を操作すると、吸気弁用カム軸５がクランク軸に対して進角したり遅角したりして、吸気バルブの開閉タイミングが変化する。ロータ２５の前端部は、オイルシール３４を介して本体ケース２８の小径部２８ａに回転自在に保持されている。

(2).まとめ
ヘッドカバー４の側壁１５と後ろ壁とはボルト（図示せず）の群によってシリンダヘッド２の上面に固定されている。他方、ヘッドカバー４の前壁１６は、図１（Ｂ）に示すように、チェーンカバー３の上支持部１２から前向きに突設されたフランジ３５の上面にシール材３６を介して当接している。ヘッドカバー４の下面には、シール材３６が充填される環状溝３７を全周に亙って形成している。シール材３６は、液状のものをディスペンサーで塗布してから固まらせて形成されているが、Ｏリング等の軟質材よりなるリング体も使用できる。

ヘッドカバー４のフランジ３５は、ＶＶＴ装置１９を回避するように形成されているため、ＶＶＴ装置１９の下方部で最も低くなるように正面視で下向きに膨れた形状になっている。従って、ヘッドカバー４における前壁１６の下端も、下向きに膨れた形状になっている。

そして、フランジ３５の左右両端部３５ａはシリンダヘッド２の上面と同じ高さの平坦部になっているが、電動式ＶＶＴ装置１９の大部分はシリンダヘッド２よりも高い位置に配置されているため、ヘッドカバー４の前壁１６がシリンダヘッド２よりも下方に膨れた量は、シリンダヘッド２からヘッドカバー４の上端までの高さ寸法に比べて遥かに小さい。従って、前壁１６の下端とチェーンカバー３のフランジ３５とが下向きに膨れてはいるものの、その膨れ量は従来のアーチ形状に比べて僅かであり、このため、シール材３６をフランジ３５に均等に当てて、高いシール性を確保できる。

また、フランジ３５の左右両端部３５ａはシリンダヘッド２の上面２ａと同じ高さになっているため、フランジ３５とシリンダヘッド２とヘッドカバー４との三者の間のシール性も確保できる。また、ヘッドカバー４に前壁１６が存在することにより、ヘッドカバー４の剛性が格段に向上するため、前壁１６とフランジ３５をボルトで固定しなくても高いシール性を確保できる（但し、ボルトで締結することは排除しない。）。

さて、チェーンカバー３の上支持部１２に電動式ＶＶＴ装置１９を固定して、上支持部１２の上面にヘッドカバー４の天板を重ねる構成であると、図１（Ａ）に一点鎖線で示すように、ヘッドカバー４の側端部４ａと上支持部１２の側端部１２ａとをシリンダヘッド２の上面からせり上げねばならず、すると、シリンダヘッド２の側端部４ａと上支持部１２の側端部１２ａとを左右外側に張り出すことにより、それら側端部４ａ，１２ａを平坦状に形成して安定して連続したシール面を形成せねばならず、このため、エンジンの前端部が必要以上に広がってエンジンが大型化するおそれがある。

これに対して本実施形態では、ヘッドカバー４における前壁１６の側端部１６ａの下面とフランジ３５の側端部３５ａの上面とはシリンダヘッド２の上面と同じ高さであるため、側端部１６ａ，３５ａを左右外側に張り出さなくても、側端部１６ａ，３５ａを平坦に形成しつつ、前壁１６とフランジ３５とを下向きに膨らんだ形状に形成して、スムースに連続するシール面を形成できる。従って、エンジンの前部が必要以上に幅広になることを防止できる。

そして、電動式ＶＶＴ装置１９を構成する本体ケース２８の小径部２８ａが、チェーンカバー３における上支持部１２のＶＶＴ位置決め穴１３によって正確に位置決めされた状態で、本体ケース２８の露出部２８ｂがヘッドカバー４の前壁１６に固定されているが、本体ケース２８の小径部２８ａは前壁１６のＶＶＴ取付け穴１７に遊嵌しているため、シール材３６の潰し量の違いによってヘッドカバー４の高さに多少の誤差が生じても、その誤差を吸収した状態で固定できる。

従って本実施形態では、ヘッドカバー４とチェーンカバー３及びシリンダヘッド２とのシール性を確保しつつ、電動式ＶＶＴ装置１９を高い精度で固定することができ、かつ、エンジンの大型化も防止できる。

以上、本願発明の実施形態を説明したが、本願発明は他にも様々に具体化できる。例えば、位置決め穴やＶＶＴ取付け穴の大きさは、ＶＶＴ装置の種類に応じて任意に設定できる。カム角度センサをヘッドカバーの天板に配置することも可能であり、この場合は、フランジはＶＶＴ装置の箇所のみで下向きに膨れた形状になる。実施形態では、排気側のＶＶＴ装置は油圧式に構成したが、排気側のＶＶＴ装置も電動式を採用して本願発明を適用することは可能である。

本願発明は、ＶＶＴ装置を備えたエンジンに具体化できる。従って、産業上利用できる。

２ シリンダヘッド
３ チェーンカバー
４ ヘッドカバー
５ 吸気弁用カム軸
６ 排気弁用カム軸
７ カムハウジング
９ カムキャップ
１２ チェーンカバーの上支持部
１３ ＶＶＴ位置決め穴
１６ ヘッドカバーの前壁
１７ ＶＶＴ取付け穴
１９ 電動式ＶＶＴ装置
２１ ＶＶＴ装置を締結するボルト
２３ タイミングチェーン
２４ スプロケット
２５ ロータ
２８ 本体ケース
２８ａ 後ろ向き突部（小径部）
２８ｂ 露出部（大径部）
３５ フランジ
３６ シール材
３７ 環状溝

Claims (1)

1. シリンダヘッドより高い位置にカムハウジングを介して回転自在に保持されたカム軸と、
   クランク軸線方向から見て前記シリンダヘッドの前側に配置されてクランク軸の回転を前記カム軸に伝達するタイミングチェーンと、
   前記タイミングチェーンを覆って前記シリンダヘッドの前面に重ね固定されたチェーンカバーと、
   前記カム軸を覆って前記シリンダヘッドの上面に固定されたヘッドカバーと、
   前記クランク軸の回転に対する前記カム軸の回転位相を変えるＶＶＴ装置とを備えており、
   前記ＶＶＴ装置は、前記カム軸と同心に配置されて前記タイミングチェーンが巻き掛けられたスプロケットと、前記スプロケットを回転自在に保持する本体ケースとを備えている構成であって、
   前記チェーンカバーは、前記スプロケットの前側に位置した上支持部を有し、前記上支持部に、前記ＶＶＴ装置における本体ケースの後ろ向き突部が前側からずれ不能に嵌入する位置決め穴を形成している一方、
   前記ヘッドカバーには、前記チェーンカバーにおける上支持部の前側に位置した前壁が形成されており、前記前壁に、前記ＶＶＴ装置の本体ケースにおける後ろ向き突部がクリアランスを持って嵌入するＶＶＴ取付け穴が形成されて、前記ＶＶＴ装置が前記ヘッドカバーにおける前壁の前面にボルトで固定されており、
   かつ、前記ヘッドカバーにおける前壁の下面は、前記チェーンカバーに設けた前向きフランジにシール材を介して密接している、
   エンジン。
   

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