JP5494944B2 - 可変動弁装置付エンジン - Google Patents

Description

本発明は、カムの位相を変更可能なカム位相可変機構を備えたエンジンに関するものである。

近年、バルブの開閉時期（カムの位相）を変化させる可変動弁装置として、カム位相可変機構を備えたエンジンが増加してきている。カム位相可変機構は、例えばベーン式アクチュエータが用いられ、カムシャフトの端部に配置されている。カムシャフトは、シャフト部材に別体のカム山部を回動可能に嵌め合わせて組み立てられており、ベーン式アクチュエータによりシャフト部材に固定される固定のカム山部と別体のカム山部との相対位相を可変させることで、カム山部により駆動されるバルブの開閉時期を可変可能にしている（特許文献１）。

特開２００９−１４４５２１号公報

上記特許文献１の可変動弁装置付エンジンでは、作動油の供給源からシリンダヘッド、カムシャフトに夫々形成された油路を介してベーン式アクチュエータに作動油が供給される。この油路は、ベーンを選択的に左右回転可能とするために、進角用及び遅角用の２系統が備えられている。また、上記ベーン式アクチュエータは進角室及び遅角室が夫々複数設けられているので、これらの複数の油室までに２系統の油路を夫々分岐させる必要がある。したがって、分岐する２系統の油路を確保するために、ベーン式アクチュエータの厚さやカムシャフトの径を大きくしなければならず、ベーン式アクチュエータの大型化や重量が増加する虞がある。逆に、油路を設けるスペースを抑えようとすると油路の径を小さくしなければならず、作動油の最大供給量が抑えられベーン式アクチュエータの応答性が低下する虞がある。

本発明の目的は、カムシャフトに備えられたベーン式アクチュエータへの油路を十分に確保しつつ、カムシャフト及びベーン式アクチュエータのコンパクト化を可能とした可変動弁装置付エンジンを提供することにある。

請求項１の発明は、中空のアウタカムシャフトと該アウタカムシャフトに挿入されたインナカムシャフトとを有する２重構造のカムシャフトを備え、カムシャフトの一端側に固定されたベーン式油圧アクチュエータにより、カムシャフトに支持されるバルブ駆動用カムの位相を可変させる可変動弁装置エンジンにおいて、カムシャフトの一端側に設けられたカムジャーナルの端面に、ベーン式油圧アクチュエータを固定するフランジが一体化して形成されるとともに、フランジのフランジ面に、ベーン式油圧アクチュエータ内の油室への油路を分岐する油溝が設けられていることを特徴とする。
また、請求項２の発明は、請求項１において、ベーン式油圧アクチュエータは、油室に連通する油孔を有し、フランジに固定される板状部材を備え、フランジ面に設けられた油溝は、油孔に接続するように円環状に形成されることを特徴とする。

また、請求項３の発明は、請求項１又は２において、板状部材のフランジ面との当接面とは反対側の面に円環状に形成された油溝が設けられ、該油溝がベーン式油圧アクチュエータへの進角油路及び遅角油路のいずれか一方の一部を構成し、カムジャーナルのフランジ面に設けられた油溝が進角油路及び遅角油路の他方の一部を構成することを特徴とする。
また、請求項４の発明は、請求項３において、エンジンのシリンダヘッドにカムシャフトを回動可能に支持するカムホルダを備え、フランジ面に設けられた油溝は、アウタカムシャフトに設けられた油孔、及び、カムホルダに形成された油溝を介して、シリンダヘッドに形成された進角油路及び遅角油路のいずれか他方の油路を構成することを特徴とする。
また、請求項５の発明は、請求項２から４のいずれか１項において、フランジ面に設けられた油溝は、ベーン式油圧アクチュエータのベーンロータの回動を規制するロックピンの先端が挿入される、板状部材に設けられた穴に連通することを特徴とする。

また、請求項６の発明は、請求項１から５のいずれか１項において、進角油路が、遅角油路よりも圧損が少なくなるように形成されていることを特徴とする。

本発明の請求項１の可変動弁装置付エンジンによれば、２重構造のカムシャフトの一端側に設けられたカムジャーナルの先端のフランジ面に、ベーン式油圧アクチュエータへの油路を分岐する油溝が設けられるので、ベーン式油圧アクチュエータの油室へ繋がる油路の配置を設計する際の自由度を向上させることができ、設計の容易化を図ることができる。また、油室へ繋がる油路を設ける部位、例えばベーン式油圧アクチュエータやカムシャフトといった可動部をコンパクト化することができ、エンジンのコンパクト化及び重量低減を図ることができる。
本発明の請求項２の可変動弁装置付エンジンによれば、フランジ面に円環状に形成された油溝によって、ブーム式油圧アクチュエータの複数の油室への油路を分岐することができる。

本発明の請求項３の可変動弁装置付エンジンによれば、ベーン式油圧アクチュエータへの遅角油路及び進角油路が板状部材を挟んで両面に別々に設けられ、これらの２系統の油路を同一面に設ける場合よりも、油路面積を大きく確保することができる。したがって、油室への単位時間あたりの供給可能な油量を増加させて、ベーン式油圧アクチュエータの作動応答性を十分に確保することができる。それに加え、２系統の油路を同一面に設けないことで、油溝が設けられるカムジャーナル先端のフランジ部及び前記板状部材をコンパクトに設計することができ、各部品の小型化、さらにいえば、エンジンの小型化を図ることができる。
本発明の請求項４の可変動弁装置付エンジンによれば、カムホルダに形成された油溝、アウタカムシャフトに設けられた油孔、フランジ面に設けられた油溝により、ベーン式油圧アクチュエータ内の油室への進角油路または遅角油路を構成することができる。
本発明の請求項５の可変動弁装置付エンジンによれば、フランジ面に設けられた油溝に油が供給されると、板状部材に設けられた穴に油が供給されて、ロックピンの先端を押し戻し、ベーンロータの回動の規制を解除することができる。

本発明の請求項６の可変動弁装置付エンジンによれば、進角油路は遅角油路より圧損が少ないので、ベーン式油圧アクチュエータの遅角側への作動より進角側への作動を迅速に行うことができる。例えばエンジンの始動時に吸気バルブを進角させるように構成した場合には、始動時に迅速に吸気バルブを進角させて始動性を向上させることができる。

本実施形態に係るエンジンにおけるシリンダヘッド内の構造を示す上面図である。 吸気カムシャフトの構造を示す断面図である。 第２のカム位相可変機構の構造及びカムシャフトへの取付け状態を示す説明図である。

以下、図面に基づき本発明の一実施形態について説明する。
図１は本実施形態の可変動弁装置付エンジン（以下、単にエンジン１という）のシリンダヘッド２内の構造を示す上面図である。図２は、吸気カムシャフト４の後端部の構造を示す断面図である。
本実施形態のエンジン１は、ＤＯＨＣ式の動弁機構を有する直列３気筒のエンジンである。図１に示すように、シリンダヘッド２の内部に回転自在に支持された排気カムシャフト３及び吸気カムシャフト４（本願のカムシャフトに該当する）には、夫々カムスプロケット５、６が接続され、これらのカムスプロケット５、６はチェーン７を介して図示しないクランクシャフトに連結されている。

エンジン１の１つの気筒８には、２つの吸気バルブ９、１０と図示しない２つの排気バルブとが設けられている。２つの吸気バルブ９、１０は、吸気カムシャフト４に交互に配置された第１の吸気カム１１及び第２の吸気カム１２により駆動される。詳しくは、２つの吸気バルブのうち第１の吸気バルブ９は第１の吸気カム１１に、第２の吸気バルブ１０は第２の吸気カム１２により駆動される。一方、２つの排気バルブは、排気カムシャフト３に固定された排気カム１３により駆動される。

図２に示すように、吸気カムシャフト４は、中空のアウタカムシャフト２１とアウタカムシャフト２１に挿入されたインナカムシャフト２２とを備えた２重構造となっている。アウタカムシャフト２１及びインナカムシャフト２２は、若干の隙間を有しつつ同心上に配置され、エンジン１のシリンダヘッド２に形成された複数のカムホルダ２３に回動可能に支持されている。

アウタカムシャフト２１には、第１の吸気カム１１が固定されている。また、アウタカムシャフト２１には回動可能に第２の吸気カム１２が支持されている。第２の吸気カム１２は、アウタカムシャフト２１が挿入される略円筒状の支持部１２ａと、支持部１２ａの外周から突出した第２の吸気バルブ１０を駆動するカム山部１２ｂとから構成されている。第２の吸気カム１２とインナカムシャフト２２とは固定ピン２４により固定されている。固定ピン２４は、第２の吸気カム１２の支持部１２ａ、アウタカムシャフト２１及びインナカムシャフト２２を貫通しており、アウタカムシャフト２１には固定ピン２４が通過する長孔２５が周方向に延びて形成され、インナカムシャフト２２に設けられた孔には略隙間なく挿入されるとともに、両端部がかしめられて支持部１２ａに固定されている。よって、第１の吸気カム１１はアウタカムシャフト２１の回転により駆動し、第２の吸気カム１２はインナシャフト２２の回転により第１の吸気カム１１に対して位相可変する構成となっている。

図１に示すように、吸気カムシャフト４には、第１のカム位相可変機構３０及び第２のカム位相可変機構３１が設けられている。第１のカム位相可変機構３０及び第２のカム位相可変機構３１は、例えば公知のベーン式油圧アクチュエータが用いられている。ベーン式油圧アクチュエータは、詳しくは後述するように円筒状のハウジング４０内にベーンロータ４１が回動可能に設けられて構成されており、ハウジング４０内への作動油の供給に応じて、ハウジング４０に対するベーンロータ４１の回転角度を可変させる機能を有する。なお、第２のカム位相可変機構３１が本願のカム位相可変機構に該当する。

第１のカム位相可変機構３０は吸気カムシャフト４の前端部に設けられている。詳しくは、第１のカム位相可変機構３０のハウジングにカムスプロケット６が固定されているとともに、第１のカム位相可変機構３０のベーンロータにアウタカムシャフト２１が固定されている。
第２のカム位相可変機構３１は、吸気カムシャフト４の後端部に設けられている。詳しくは、第２のカム位相可変機構３１のハウジング４０とアウタカムシャフト２１が固定されているとともに、第２のカム位相可変機構３１のベーンロータ４１にはインナカムシャフト２２が固定されている。

したがって、第１のカム位相可変機構３０は、カムスプロケット６に対するアウタカムシャフト２１の回転角を可変させる機能を有する一方、第２のカム位相可変機構３１は、アウタカムシャフト２１に対するインナカムシャフト２２の回転角を可変させる機能を有する。即ち、第１のカム位相可変機構３０は、排気バルブの開閉時期に対して第１の吸気バルブ１１及び第２の吸気バルブ１２全体の開閉時期を可変させる機能を有するとともに、第２のカム位相可変機構３１は、第１の吸気バルブ１１の開閉時期と第２の吸気バルブ１２の開閉時期との差を可変させるスプリット可変機能を有する。

シリンダヘッド２には、アウタカムシャフト２１の実回転角を検出する第１のカムセンサ３２と、第１のカム位相可変機構３０への作動油を制御する第１のＯＣＶ３３とが設けられている。第１のカムセンサ３２は、第１のＯＣＶ３３の制御、即ち第１のカム位相可変機構３０の作動制御に用いられる。
シリンダヘッド２の後部には、第２のカム位相可変機構３１への作動油を制御する第２のＯＣＶ３４と、第２のカム位相可変機構３１のベーンロータ４１と固定されるインナカムシャフト２２の回転角を検出する第２のカムセンサ３５とが取り付けられている。

第２のカムセンサ３５は、第２のカム位相可変機構３１のベーンロータ４１に固定されている後述するカバー４２に面して配置されており、カバー４２の実回転角を検出することで、インナカムシャフト２２の実回転角を検出する。
したがって、第２のカムセンサ３５により、第１のカムセンサ３２によって検出されたアウタカムシャフト２１の回転角との差に基づいて、アウタカムシャフト２１とインナカムシャフト２２との実回転角差を検出することが可能となり、この実回転角差が第２のＯＣＶ３４の制御、即ち第２のカム位相可変機構３１の作動制御に用いられる。

次に、カム位相可変機構の構造、及びカムシャフトへの取付構造を、図２とともに図３を用いて説明する。
図３は、第２のカム位相可変機構３１の組み立て、及び吸気カムシャフト４への取付要領を示す斜視図である。
図２及び図３に示すように、第２のカム位相可変機構３１は、ハウジング４０、ベーンロータ４１、カバー４２、進角付勢スプリング４３、ロックピン４４を備えて構成されている。ハウジング４０は、両端が開口し筒状部材である本体部４５と、この両端を覆う２枚のプレート４６、４７とをボルト４８によって固定して構成されており、内部にベーンロータ４１を収納する空間が形成されている。ベーンロータ４１は、３個の扇形状の羽根部４１ａを備えており、ハウジング４０内で左右に所定の角度回転可能なように羽根部４１ａの大きさが設定されている。ベーンロータ４１の３つの羽根部４１ａの両脇に夫々作動油が供給される空間である油室が形成されており、羽根部４１ａの右側の空間が遅角油室４９、左側の空間が進角油室５０である。遅角油室４９に作動油が供給されるとベーンロータ４１は図３に示すように左方向に回転し、インナカムシャフト２２が遅角方向に回転する。また、進角油室５０に作動油が供給されるとベーンロータ４１は図３に示すように右方向に回転しインナカムシャフト２２が進角方向に回転する。

カバー４２はハウジング４０の外周を覆い、ベーン４１とインナカムシャフトとを固定するボルト５１によって共締めされている。進角付勢スプリング４３は、ハウジング４０とカバー４２との間に設けられ、ハウジング４０に対してカバー４２の回転を、図３左側、即ち進角側に付勢する機能を有する。
ロックピン４４は、ベーンロータ４１に設けられた収納穴４１ｂに収納され、プレート４６に向かって付勢されている。そして、ベーンロータ４１が最進角位置であるときにプレート４６に設けられた穴５２に先端が挿入され、ベーンロータ４１の回転を規制する機能を有している。

第２のカム位相可変機構３１の進角油室５０へは、第２のＯＣＶ３４からシリンダヘッド２、アウタカムシャフト２１及びプレート４６に形成された進角油路６０を介して作動油が供給される。第２のカム位相可変機構３１の遅角油室４９へは、第２のＯＣＶ３４からシリンダヘッド２、アウタカムシャフト２１及びプレート４６に形成された遅角油路６１を介して作動油が供給される。

本実施形態では、特に、アウタカムシャフト２１の後端部、詳しくはカムホルダ２３に支持されるカムジャーナル部２１ａで若干拡径しており、その後端にフランジ６２が一体化して設けられている。フランジ６２は、ハウジング４０を構成するプレート４６（板状部材）に図示しないボルトによって固定されている。更に、プレート４６の内側（油室側）の面４６ａに進角油路６０を分岐する分岐油路となる油溝６３、６４が設けられる一方、フランジ６２のプレート４６との当接面であるフランジ面６２ａには、遅角油路６１を分岐する分岐油路となる油溝６５が設けられている。

詳しくは、プレート４６の内側（油室側）の面４６ａには、インナカムシャフト２２が挿入される穴６６の周囲に、円環状の油溝６３が設けられている。更にこの円環状の油溝６３から外径方向に延びる３個の油溝６４が設けられ、この油溝６４は先端が３つの進角油室５０に面して開口するように配置されている。更に、プレート４６には、３つの遅角油室６１に面して貫通した３つの油孔６７が形成されているとともに、円環状の油溝６３に接続する２つの油孔６８が貫通して設けられている。

フランジ面６２ａには、円環状の油溝６３に接続する２つの油孔６８に一致させて油孔６９が夫々設けられ、この油孔６９がカムホルダ２３に形成された油溝７０を介して、シリンダヘッド２に形成された進角油路６０と接続している。また、フランジ面６２ａには、遅角油室５０に連通したプレート４６の３つの油孔６７に接続するように、円環状の油溝６５が設けられている。円環状の油溝６５は、アウタカムシャフト２１に形成された油孔７１、カムホルダ２３に形成された油溝７２を介して、シリンダヘッド２に形成された遅角油路６１と連通しているとともに、ロックピン４４の先端が挿入されるプレート４６の穴５２に連通するように形成されている。したがって、遅角油路６１に作動油が供給されると、穴５２内に作動油が供給され、ロックピン４４をベーンロータ４１側に押し戻し、ロックピン４４による規制が解除され、ベーンロータ４１が回転可能となる。

以上のような構成により、本実施形態では、第２のカム位相可変機構３１の３つの進角油室５０には、シリンダヘッド２、カムホルダ２３、カムジャーナル部２１ａ、フランジ６２及びプレート４６に夫々形成された進角油路６０を通過して作動油が供給される。また、第２のカム位相可変機構３１の３つの遅角油室４９には、シリンダヘッド２、カムホルダ２３、カムジャーナル部２１ａ、フランジ６２及びプレート４６に夫々形成された遅角油路６１を通過して作動油が供給される。特に、プレート４６に進角油路６０を分岐させる分岐油路として円環状の油溝６３が設けられる一方、フランジ６２に遅角油路６１を分岐させる分岐油路として円環状の油溝６５が設けられている。

このように、フランジ６２をカムジャーナル部２１ａと一体化し、進角油路６０及び遅角油路６１の２系統の油路のうち１系統の油路の分岐油路となる円環状の溝６５をフランジ面６２ａに設けることで、例えば２系統の油路の分岐油路をいずれもプレート４６に設ける場合よりも油路の設計自由度が向上し、プレート４６の厚さを抑えて第２のカム位相可変機構３１のコンパクト化を図ることができる。特に、プレート４６を挟んで両側に夫々１系統ずつ分岐油路を設けることで、同一面に２系統の分岐油路を設ける場合よりも、油路面積を大きく確保することができる。したがって、各油室４９、５０への単位時間あたりの供給可能な油量を増加させて、第２のカム位相可変機構３１の作動応答性、即ち可変応答性を十分に確保することができる。

更に、本実施形態では、カムジャーナル部２１ａへの遅角油路６１の流入口７４とロックピン解除油孔７３とが周方向に近接して配置されており、流入口７４とロックピン解除油孔７３との間の油路が極力短くなるように設定されている。したがって、遅角油路６１に作動油が供給された場合に、迅速にロックピン４４が挿入されている穴５２に作動油が供給され、ロックピン４４の解除作動が迅速かつ確実に行われる。

また、本実施形態では、遅角油路６１よりも進角油路６０が優先して設定されている。詳しくは、遅角油路６１に対して進角油路６０の曲りが少なくかつ短く設定されている。このようにすることで、遅角油路６１よりも進角油路６０での圧損が低くなり、進角側への作動を遅角側への作動よりも迅速に行うことができる。また、進角油路６１の油路径を遅角油路６０の油路径よりも大きく設定しても、進角側への作動を迅速にすることができる。そして、所定の運転状態、例えば始動時に第２のカム位相可変機構３１によって第２の吸気バルブ１０を進角させることで、進角側への作動が迅速に行われ、始動性を向上させることができる。

本実施形態では、第２のカム位相可変機構３１に対して本発明を適用しているが、第１のカム位相可変機構３０に対しても適用することができる。第１のカム位相可変機構３０に関しては、ハウジング４０にカムスプロケット６を固定する必要があるが、プレート４６をカムスプロケット６と一体化した構造とし、その外周部にチェーン７を掛け回すような構造にすればよい。

１ エンジン
４ 吸気カムシャフト
２１ アウタカムシャフト
２１ａ カムジャーナル部
３１ 第２のカム位相可変機構
４６ プレート
６０ 進角油路
６１ 遅角油路
６２ フランジ
６２ａ フランジ面
６５ 油溝

Claims (6)

1. 中空のアウタカムシャフトと該アウタカムシャフトに挿入されたインナカムシャフトとを有する２重構造のカムシャフトを備え、前記カムシャフトの一端側に固定されたベーン式油圧アクチュエータにより、前記カムシャフトに支持されるバルブ駆動用カムの位相を可変させる可変動弁装置付エンジンにおいて、
   前記カムシャフトの一端側に設けられたカムジャーナルの端面に、前記ベーン式油圧アクチュエータを固定するフランジが一体化して形成されるとともに、
   前記フランジのフランジ面に、前記ベーン式油圧アクチュエータ内の油室への油路を分岐する油溝が設けられていることを特徴とする可変動弁装置付エンジン。
2. 前記ベーン式油圧アクチュエータは、前記油室に連通する油孔を有し、前記フランジに固定される板状部材を備え、
   前記フランジ面に設けられた油溝は、前記油孔に接続するように円環状に形成されることを特徴とする請求項１に記載の可変動弁装置付エンジン。
3. 前記板状部材の前記フランジ面との当接面とは反対側の面に円環状に形成された油溝が設けられ、該油溝が前記ベーン式油圧アクチュエータへの進角油路及び遅角油路のいずれか一方の一部を構成し、
   前記フランジ面に設けられた油溝が前記進角油路及び遅角油路の他方の一部を構成することを特徴とする請求項１又は２に記載の可変動弁装置付エンジン。
4. 前記エンジンのシリンダヘッドに前記カムシャフトを回動可能に支持するカムホルダを備え、
   前記フランジ面に設けられた油溝は、前記アウタカムシャフトに設けられた油孔、及び、前記カムホルダに形成された油溝を介して、前記シリンダヘッドに形成された前記進角油路及び遅角油路のいずれか前記他方の油路を構成することを特徴とする請求項３に記載の可変動弁装置付エンジン。
5. 前記フランジ面に設けられた油溝は、前記ベーン式油圧アクチュエータのベーンロータの回動を規制するロックピンの先端が挿入される、前記板状部材に設けられた穴に連通することを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の可変動弁装置付エンジン。
6. 前記進角油路は、前記遅角油路よりも圧損が少なくなるように形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の可変動弁装置付エンジン。

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