JP2008057516A - カム位相可変型内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】 オイルポンプの小型化等を実現したカム位相可変型内燃機関を提供する。
【解決手段】 エンジンＥでは、クランクシャフト１０の前端側にＶＴＣのクランク側油圧アクチュエータ２１が設置され、吸気カムシャフト４の前端側に吸気カム側油圧アクチュエータ２２が設置されている。クランク側油圧アクチュエータ２１は、図示しない油圧制御電磁弁から供給された油圧によって作動し、クランクシャフト１０とクランクスプロケット９との間の角度位相を変更させる。また、吸気カム側油圧アクチュエータ２２も、図示しない油圧制御電磁弁から供給された油圧によって作動し、吸気カムシャフト４とカムスプロケット６との間の角度位相を変更させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、カム位相可変型内燃機関に係り、詳しくは、オイルポンプの小型化等を実現する技術に関する。

４サイクルガソリンエンジン（以下、単にエンジンと記す）では、出力および燃費の向上や有害排出ガス成分の低減等を図るべく、種々の可変動弁機構を搭載したものが多くなっている。可変動弁機構としては、低速型カムと高速型カムとを用いるものが従来より存在するが、近年ではカム位相とバルブリフトとを個別に制御することで過渡特性の更なる向上やスロットルレス化等を実現したものが主流となってきている。カム位相の制御に供されるカム位相制御装置は、シリンダヘッドにおけるカムシャフトの端部付近に設置された油圧アクチュエータや、油圧アクチュエータへの供給油圧（エンジン油圧）を制御する油圧制御電磁弁等から構成されている（特許文献１，２参照）。
特開２００２−２８５８７２号公報 特開平８−１７０５０７号公報

上述したカム位相制御装置は、油圧アクチュエータがシリンダヘッドに設置されていることに起因する以下のような問題を有していた。通常、エンジン油圧を発生するオイルポンプは、クランクシャフトの近傍に設置されていることから、シリンダヘッド側の油圧アクチュエータとの高低差（すなわち、エンジン油圧の圧損）が大きくなることが避けられない。したがって、油圧アクチュエータを円滑に駆動するためには、オイルポンプとして吐出能力が大きい大型のものが必要となり、エンジンの体格や重量の増加を余儀なくされていた。また、オイルポンプの駆動に大きな動力が必要となるため、動力性能や燃費を低下させる要因ともなっていた。

本発明は、上記状況に鑑みなされたものであり、オイルポンプの小型化等を実現したカム位相可変型内燃機関を提供することを目的とする。

請求項１の発明に係るカム位相可変型内燃機関は、クランクシャフトに連結されたクランク側回転部材の回転力を、吸気カムシャフトに連結された吸気カム側回転部材と、排気カムシャフトに連結された排気カム側回転部材とに巻掛式動力伝達部材を介して伝達する内燃機関であって、前記クランクシャフトと同軸に設置され、前記吸気カムシャフトと排気カムシャフトとの少なくとも一方の角度位相を制御すべく、前記クランクシャフトと前記クランク側回転部材との間の角度位相を変更させるクランク側油圧アクチュエータを備えたことを特徴とする。

また、請求項２の発明は、請求項１に記載のカム位相可変型内燃機関において、前記吸気カムシャフトと前記排気カムシャフトとに同一の巻掛式動力伝達部材が巻き掛けられ、前記吸気カム側回転部材と前記吸気カムシャフトとの間の角度位相を変更させる吸気カム側油圧アクチュエータと、前記排気カム側回転部材と前記排気カムシャフトとの間の角度位相を変更させる排気カム側油圧アクチュエータとのどちらか一方を備えたことを特徴とする。

また、請求項３の発明は、請求項１に記載のカム位相可変型内燃機関において、吸気カム側回転部材に巻き掛けられる吸気側巻掛式動力伝達部材と、排気カム側回転部材に巻き掛けられる排気側巻掛式動力伝達部材とを有し、前記クランク側油圧アクチュエータは、前記吸気側巻掛式動力伝達部材が巻き掛けられるクランク側回転部材と、前記排気側巻掛式動力伝達部材が巻き掛けられるクランク側回転部材とのどちらか一方または双方に対して設置されたことを特徴とする。

また、請求項４の発明は、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のカム位相可変型内燃機関において、前記巻掛式動力伝達部材を覆うとともに、前記クランク側油圧アクチュエータを収容するアクチュエータ収容部が外側に突出した伝達部材カバーと、前記伝達部材カバーの外側に設置され、前記クランクシャフトに連結された補器駆動用プーリとを備え、前記補器駆動用プーリには、前記伝達部材カバーのアクチュエータ収容部が進入する凹部が形成されたことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、クランクシャフトの付近に設置されたオイルポンプとクランク側油圧アクチュエータとの高低差が小さくなるため、オイルポンプとして吐出能力が小さい小型のものが採用できるようになり、エンジンの体格や重量の軽減が図れる他、オイルポンプの駆動に要する動力も小さくなって動力性能や燃費を低下が抑制される。また、請求項２の発明によれば、吸気側のカム位相と排気側のカム位相とを個別に可変制御できるようになる。また、請求項３の発明によれば、カム側油圧アクチュエータを用いることなく、吸気側のカム位相と排気側のカム位相とのどちらか一方あるいは双方を可変制御できる。また、請求項４の発明によれば、クランク側油圧アクチュエータを設けることによるエンジン全長の増大を抑制することができる他、アクチュエータ収容部が外側に突出することによって伝達部材カバーの剛性向上も図られる。

以下、図面を参照して、本発明に係るカム位相可変型内燃機関の実施形態およびその変形例を詳細に説明する。

［実施形態］
図１は実施形態に係るエンジンの要部透視斜視図であり、図２は実施形態に係るエンジンの前端部を示す要部拡大縦断面図である。

≪実施形態の構成≫
＜全体構成＞
図１に示すエンジン（カム位相可変型内燃機関）Ｅは、４サイクル直列４気筒ガソリンエンジンであり、シリンダヘッド１に、各気筒２つずつの吸気バルブ２と排気バルブ３とを吸気カムシャフト４および排気カムシャフト５によってそれぞれ駆動するＤＯＨＣ４バルブ型の動弁機構を備えている。両カムシャフト４，５は、吸気カムスプロケット（吸気カム側回転部材）６、排気カムスプロケット（吸気カム側回転部材）７、カムチェーン（巻掛式動力伝達部材）８、およびクランクスプロケット（クランク側回転部材）９を介して、クランクシャフト１０によって１／２の回転速度をもって回転駆動される。クランクシャフト１０は、コネクティングロッド１１を介してピストン１２に連結されるとともに、チェーン１３を介して斜め下方のオイルポンプ１４を駆動する。

＜油圧アクチュエータの配置＞
実施形態のエンジンＥでは、クランクシャフト１０の前端側にＶＴＣのクランク側油圧アクチュエータ２１が設置され、吸気カムシャフト４の前端側に吸気カム側油圧アクチュエータ２２が設置されている。クランク側油圧アクチュエータ２１は、図示しない油圧制御電磁弁から供給された油圧によって作動し、クランクシャフト１０とクランクスプロケット９との間の角度位相を変更させる。また、吸気カム側油圧アクチュエータ２２も、図示しない油圧制御電磁弁から供給された油圧によって作動し、吸気カムシャフト４とカムスプロケット６との間の角度位相を変更させる。

図２に示すように、エンジンＥの前面にはカムチェーンカバー（伝達部材カバー）３１が取り付けられており、このカムチェーンカバー３１には、クランク側油圧アクチュエータ２１を収容するアクチュエータ収容部３２が前方に突設されている。そして、クランクシャフト１０の前端には補器駆動用プーリ３３が締結されており、この補器駆動用プーリ３３にはカムチェーンカバー３１のアクチュエータ収容部３２が進入する凹部３４が形成されている。なお、クランクシャフト１０には、クランク側油圧アクチュエータ２１にエンジンオイルを供給する進角側油路３５と遅角側油路３６とが形成されている。

≪実施形態の作用≫
実施形態では、エンジンＥの運転状態（始動、低速低負荷走行、高速高負荷走行等）に応じて吸排気カムの位相を変更する場合、油圧制御電磁弁によってクランク側油圧アクチュエータ２１と吸気カム側油圧アクチュエータ２２とに対するエンジンオイルの給排を適宜行う。すると、クランク側油圧アクチュエータ２１の作動によって吸排気カムスプロケット６，７と両カムシャフト４，５との間の角度位相が同一方向に変化する一方、吸気カム側油圧アクチュエータ２２の作動によって吸気カムスプロケット６と吸気カムシャフト４との間の角度位相が反対方向に変化するため、吸排気カムの位相が自由に変更される。

この際、クランク側油圧アクチュエータ２１とオイルポンプ１４とが略同一の高さに位置しているため、クランク側油圧アクチュエータ２１側へのエンジンオイルの供給に関してはエンジン油圧の圧損が殆ど起こらず、オイルポンプ１４として吐出能力が小さい小型のものが採用可能となった。これにより、本実施形態では、エンジンの体格や重量の増加が抑制されるとともに、エンジンＥの動力性能や燃費の向上を図ることができた。また、本実施形態では、カムチェーンカバー３１のアクチュエータ収容部３２が進入する凹部３４を補器駆動用プーリ３３に設けるようにしたため、エンジンＥの全長を短くすることができ、自動車のエンジンルームへの搭載性等も向上した。

［変形例］
次に、図面を参照して、本発明のいくつかの変形例を説明する。なお、各変形例におけるエンジンの全体構成は上述した実施形態と略同様であり、主にクランク側油圧アクチュエータの配置等が異なっている。

≪第１変形例≫
図３は第１変形例に係るエンジンにおける油圧アクチュエータ配置図であり、図４は図３中のＩＶ矢視図である。
図３，図４に示すように、第１変形例のエンジンＥでは、吸気カムスプロケット６が吸気カムチェーン４１を介して吸気側クランクスプロケット４３に駆動され、排気カムスプロケット７が排気カムチェーン４２を介して排気側クランクスプロケット４４に駆動される構成が採られている。第１変形例のクランク側油圧アクチュエータ２１は、吸気カムチェーン４１が巻き掛けられる吸気側クランクスプロケット４３と、クランクシャフト１０との間の角度位相を変更する。

第１変形例では、シリンダヘッド１に取り付けられるカム側油圧アクチュエータを用いることなく、吸気カムの位相のみを自由に変更できるようになった。また、圧油をシリンダヘッド１側に供給する必要がないため、オイルポンプ１４としてより小型のものが採用できるようになった。また、吸気側クランクスプロケット４３が排気側クランクスプロケット４４の外側に配置されるとともに、クランク側油圧アクチュエータ２１が吸気側クランクスプロケット４３の更に外側に配置されているため、クランクシャフト１０の軸方向におけるエンジンＥの大型化が抑制される。

≪第２変形例≫
図５は第２変形例に係るエンジンにおける油圧アクチュエータ配置図であり、図６は図５中のＶＩ矢視図である。
図５，図６に示すように、第２変形例のエンジンＥにおいても、第１変形例と同様に、吸気カムスプロケット６が吸気カムチェーン４１を介して駆動され、排気カムスプロケット７が排気カムチェーン４２を介して駆動される構成が採られている。ところが、第２変形例では、吸気側クランクスプロケット４３とクランクシャフト１０との間の角度位相を変更する第１クランク側油圧アクチュエータ２１Ａと、排気側クランクスプロケット４４とクランクシャフト１０との間の角度位相を変更する第２クランク側油圧アクチュエータ２１Ｂとが設置されている。本変形例では、やはりシリンダヘッド１に取り付けられるカム側油圧アクチュエータを用いることなく、吸排気カムの位相を自由に変更できるようになった。また、第１変形例と同様に、圧油をシリンダヘッド１側に供給する必要がないため、オイルポンプ１４としてより小型のものが採用できるようになった。

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や変形例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、上記実施形態や変形例は本発明を直列４気筒ＤＯＨＣガソリンエンジンに適用したものであるが、Ｖ型エンジンやディーゼルエンジン等にも当然に適用可能である。また、上記実施形態や変形例では巻掛式動力伝達部材としてスプロケットに巻き掛けられるカムチェーンを用いたが、プーリに巻き掛けられるタイミングベルトを採用してもよい。また、上記実施形態ではクランク側油圧アクチュエータと排気カム側油圧アクチュエータとを用いたが、排気カム側油圧アクチュエータに代えて吸気カム側油圧アクチュエータを用いるようにしてもよい。その他、エンジンや動弁機構の具体的構成等についても、本発明の主旨を逸脱しない範囲であれば適宜変更可能である。

実施形態に係るエンジンの要部透視斜視図である。 実施形態に係るエンジンの前端部を示す要部拡大縦断面図である。 第１変形例に係るエンジンにおける油圧アクチュエータ配置図である。 図３中のＩＶ矢視図である。 第２変形例に係るエンジンにおける油圧アクチュエータ配置図である。 図５中のＶＩ矢視図である。

符号の説明

４ 吸気カムシャフト
５ 排気カムシャフト
６ 吸気カムスプロケット（吸気カム側回転部材）
７ 排気カムスプロケット（排気カム側回転部材）
９ クランクスプロケット（クランク側回転部材）
１０ クランクシャフト
１４ オイルポンプ
２１ クランク側油圧アクチュエータ
２１Ａ 第１クランク側油圧アクチュエータ
２１Ｂ 第２クランク側油圧アクチュエータ
２２ 吸気カム側油圧アクチュエータ
３１ カムチェーンカバー（伝達部材カバー）
３２ アクチュエータ収容部
３３ 補器駆動用プーリ
３４ 凹部
４１ 吸気カムチェーン（吸気側巻掛式動力伝達部材）
４２ 排気カムチェーン（排気側巻掛式動力伝達部材）
４３ 吸気側クランクスプロケット（クランク側回転部材）
４４ 排気側クランクスプロケット（クランク側回転部材）
Ｅ エンジン

Claims (4)

1. クランクシャフトに連結されたクランク側回転部材の回転力を、吸気カムシャフトに連結された吸気カム側回転部材と、排気カムシャフトに連結された排気カム側回転部材とに巻掛式動力伝達部材を介して伝達する内燃機関であって、
   前記クランクシャフトと同軸に設置され、前記吸気カムシャフトと排気カムシャフトとの少なくとも一方の角度位相を制御すべく、前記クランクシャフトと前記クランク側回転部材との間の角度位相を変更させるクランク側油圧アクチュエータを備えたことを特徴とするカム位相可変型内燃機関。
2. 前記吸気カムシャフトと前記排気カムシャフトとに同一の巻掛式動力伝達部材が巻き掛けられ、
   前記吸気カム側回転部材と前記吸気カムシャフトとの間の角度位相を変更させる吸気カム側油圧アクチュエータと、前記排気カム側回転部材と前記排気カムシャフトとの間の角度位相を変更させる排気カム側油圧アクチュエータとのどちらか一方を備えたことを特徴とする、請求項１に記載のカム位相可変型内燃機関。
3. 吸気カム側回転部材に巻き掛けられる吸気側巻掛式動力伝達部材と、排気カム側回転部材に巻き掛けられる排気側巻掛式動力伝達部材とを有し、
   前記クランク側油圧アクチュエータは、前記吸気側巻掛式動力伝達部材が巻き掛けられるクランク側回転部材と、前記排気側巻掛式動力伝達部材が巻き掛けられるクランク側回転部材とのどちらか一方または双方に対して設置されたことを特徴とする、請求項１に記載のカム位相可変型内燃機関。
4. 前記巻掛式動力伝達部材を覆うとともに、前記クランク側油圧アクチュエータを収容するアクチュエータ収容部が外側に突出した伝達部材カバーと、
   前記伝達部材カバーの外側に設置され、前記クランクシャフトに連結された補器駆動用プーリと
   を備え、
   前記補器駆動用プーリには、前記伝達部材カバーのアクチュエータ収容部が進入する凹部が形成されたことを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のカム位相可変型内燃機関。

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