JP2009041541A - 内燃機関の可変動弁機構 - Google Patents

Abstract

【課題】作動油の漏れを抑えることができる可変動弁機構を提供する。
【解決手段】内燃機関の燃焼室の弁を開閉駆動するカム軸２と、カム軸２のジャーナル５とすべり接触するジャーナル支持面１２を有するジャーナル軸受３と、カム軸２に接続され、弁の動弁特性が変化するようにカム軸２を油圧で操作する可変バルブタイミング機構６とを備え、ジャーナル軸受３からカム軸２の内部を介して可変バルブタイミング機構６まで作動油流路１３が設けられた可変動弁機構１において、ジャーナル軸受３の内部に、冷媒を含んだ冷却室１５、１６、１７、１８を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、カム軸を操作する油圧装置に対してジャーナル軸受からカム軸内部を経由して作動油を供給する内燃機関の可変動弁機構に関する。

内燃機関の吸気弁あるいは排気弁の動弁特性を変化させる可変動弁機構として、カム軸にカム軸操作装置としてのアクチュエータを接続し、そのアクチュエータによりカムスプロケットに対してカム軸を周方向に回転操作して弁の開閉時期を進角又は遅角させる可変動弁機構が知られている（例えば特許文献１参照）。また、動弁機構のカム等に対して潤滑油を供給するための給油装置として、カム軸を支持するためのジャーナル軸受に潤滑油の流路を形成した装置（例えば特許文献２参照）、あるいは、中空のカム軸の内部を潤滑油の流路として利用する装置が知られている（例えば特許文献３参照）。

特開２００５−３１５１９２号公報 実開昭６０−１６７１１２号公報 特開平１１−３１１１１３号公報

カム軸に油圧式のカム軸操作装置を連結してカム軸を操作する場合、そのカム軸操作装置の動作に必要な作動油の流路を、従来の潤滑油の流路に倣ってジャーナル軸受からカム軸内部を経由して装置内に至るように設けることが考えられる。しかし、そのように作動油流路を形成した場合には、作動油の温度が上昇してその粘度が低下したときに、ジャーナル軸受とカム軸のジャーナルとの隙間からの作動油の漏れ流量が増加し、カム軸操作装置の動作に影響が及ぶおそれがある。

そこで、本発明は、カム軸のジャーナルとジャーナル軸受との隙間からの作動油の漏れ流量を抑えることが可能な内燃機関の可変動弁機構を提供することを目的とする。

本発明の内燃機関の可変動弁機構は、内燃機関の燃焼室の弁を開閉駆動するカム軸と、前記カム軸のジャーナルとすべり接触するジャーナル支持面を有するジャーナル軸受と、前記カム軸に接続され、前記弁の動弁特性が変化するように前記カム軸を油圧で操作するカム軸操作装置とを備え、前記ジャーナル軸受から前記カム軸の内部を介して前記カム軸操作装置まで作動油流路が設けられ、前記ジャーナル軸受の内部には、冷媒を含んだ冷却室が設けられることにより、上述した課題を解決する（請求項１）。

本発明の可変動弁機構によれば、ジャーナル軸受の熱容量が冷媒によって増大し、冷媒を設けない場合と比較してジャーナル軸受の温度が相対的に低下する。これにより、ジャーナル軸受を通過する作動油を冷却してその温度を低下させることができる。よって、作動油の粘度の低下を抑えてジャーナルとジャーナル軸受の隙間からの作動油の漏れ流量を減少させることができる。

本発明の可変動弁機構の一形態において、前記作動油流路は前記ジャーナル軸受を通過する軸受内流路を有し、前記冷媒室は前記軸受内流路の周囲に設けられてもよい（請求項２）。前記冷媒室が前記軸受内流路を挟むように設けられてもよい（請求項３）。これらの形態によれば、軸受内流路を通過する作動油から効率よく熱を奪って作動油の冷却効果を高めることができる。

前記ジャーナル軸受は、前記内燃機関のシリンダヘッドに取り付けられるカムキャリアの一部として設けられた軸受台と、前記軸受台とは別部品として形成されたカムキャップとを相互に組み合わせた構成を有しており、前記軸受内流路が前記カムキャップに設けられてもよい（請求項４）。この形態によれば、カムキャップ内を通過する作動油から冷媒へと効率よく熱を奪って作動油の冷却効果を高めることができる。

さらに、上記の形態においては、前記カムキャップ及び前記軸受台のそれぞれに前記冷媒室が設けられてもよい（請求項５）。カムキャップに加えて、軸受台の内部にも冷媒を収容すれば、作動油からカムキャップに吸収された熱を軸受台へ逃がすとともに、ジャーナルの外周の作動油からも熱を奪うことができる。これにより、ジャーナルとジャーナル支持面との隙間の作動油温度をさらに効率よく低下させることができる。

以上説明したように、本発明の可変動弁機構においては、ジャーナル軸受に冷媒室を設けてその内部に冷媒を収容しているため、ジャーナル軸受の熱容量を増大させて作動油の温度を低下させ、それにより、作動油の粘度の低下を抑えてジャーナルとジャーナル軸受の隙間からの作動油の漏れ流量を減少させることができる。従って、カム軸操作装置に供給される作動油の流量の低下を抑え、カム軸操作装置の動作精度、あるいは動作の信頼性を高め、あるいはそれらの悪化を防止することができる。

図１は、本発明の一形態に係る内燃機関の可変動弁機構の一部を示している。可変動弁機構１は、内燃機関の燃焼室に設けられた弁としての吸気弁（又は排気弁）を駆動するカム軸２と、カム軸２を支持するジャーナル軸受３とを備えている。カム軸２には複数のカムローブ４と複数のジャーナル５とが軸線方向に適宜の間隔を空けて設けられている。カムローブ４は、カム軸２の回転運動を吸気弁等の往復運動に変換する。図１ではカム軸２の軸端部のカムローブ４及びジャーナル５のみが示されている。軸端部のジャーナル５のさらに外側には、カム軸操作装置としての可変バルブタイミング機構６が設けられている。可変バルブタイミング機構６は、カム軸駆動用のタイミングチェーン（不図示）が巻き掛けられるスプロケット７とカム軸２との間に介在し、油圧を利用してカム軸２をスプロケット７に対して周方向に回転操作することにより、弁の開閉時期を変化させる機構である。この種の可変バルブタイミング機構は公知であり、その内部構造の説明は省略する。

ジャーナル軸受３は、軸受台１０と、その軸受台１０とは別部品として形成されたカムキャップ１１とをボルト等の締結部材（不図示）にて相互に連結した構成を有している。軸受台１０は、カム軸２をシリンダヘッド上にて回転可能に支持するためのカムキャリアの一部を構成する。軸受台１０及びカムキャップ１１には、半円筒面状の軸受面１０ａ、１１ａが形成される。軸受台１０とカムキャップ１１とが組み合わされることにより、軸受面１０ａ、１１ａが一つの円筒面を形成するように連続して、カム軸２のジャーナル５とすべり接触するジャーナル支持面１２が形成される。ジャーナル５とジャーナル支持面１２との間には、カム軸２を円滑に回転させるために必要な限度で隙間が存在する。図１では隙間が誇張して描かれている。

可変バルブタイミング機構６に対して作動油を供給するため、可変動弁機構１には、カムキャップ１１からカム軸２の内部を経由して可変バルブタイミング機構６に至る２本の作動油流路１３が設けられている。各作動油流路１３は、カムキャップ１１に設けられた軸受内流路１３ａと、カム軸２の内部を貫く軸内流路１３ｂとを備えている。軸受内流路１３ａは油圧発生源としてのオイルポンプ（不図示）と接続される。カム軸２の回転に関わりなく軸受内流路１３ａから軸内流路１３ｂへと作動油を導入するため、ジャーナル５には２本の油溝１３ｃがカム軸２を一周するように設けられている。軸受内流路１３ａは軸受面１１ａの油溝１３ｃに臨む位置に開口し、軸内流路１３ｂは油溝１３ｃの溝底に開口する。

軸受台１０の内部には冷媒室１５が設けられている。また、カムキャップ１１の軸受内流路１３ａの周囲には冷媒室１６、１７、１８が設けられている。冷媒室１６は軸受内流路１３ａに挟まれた領域に配置され、冷媒室１７、１８は軸受内流路１３ａの外側に配置されている。冷媒室１５〜１８には冷媒２０が収容されている。冷媒２０としては、軸受台１０及びカムキャップ１１を構成する金属材料よりも比熱が大きい物質が使用される。冷媒室１５〜１８を外部に対して密閉する場合、例えば、ナトリウムを冷媒２０として冷媒室１５〜１８に封入することができる。冷媒２０の量は、冷媒室１５〜１８がそれぞれ冷媒２０で満杯にならず、各室１５〜１８の上部に適度なスペースが生じる程度に設定されている。冷媒室１６、１７、１８は互いに接続されてもよいし、互いに独立していてもよい。冷媒室１５〜１８と外部との間で冷媒２０を循環させてもよい。この場合には、例えば内燃機関の冷却水を冷媒２０として冷媒室１５〜１８に流通させてもよい。

以上の可変動弁機構１によれば、ジャーナル軸受３の内部に冷媒２０が収容されているため、冷媒２０を省略した場合と比較してジャーナル軸受３の熱容量を増大させてジャーナル軸受３の温度を相対的に低下させることができる。これにより、ジャーナル軸受３を通過する作動油の冷却効果が高まって作動油の温度が低下する。図２に示すように、作動油の温度（油温）と粘度との間には、油温が上昇するほど粘度が低下する関係が存在する。作動油の温度を低下させることによりその粘度が増加し、ジャーナル５とジャーナル支持面１２との間の隙間からジャーナル軸受３の外部に漏れる作動油の流量が減少する。そのため、可変バルブタイミング機構６に供給される作動油の流量の低下が抑えられる。この結果、可変バルブタイミング機構６によるカム軸２の位相制御の精度、信頼性を向上させ、あるいは精度、信頼性の低下を防止することができる。

本形態では、カムキャップ１１の軸受内流路１３ａを挟むようにして冷媒室１６〜１８を設けているため、軸受内流路１３ａを通過する作動油を冷媒２０にて効率よく冷却して漏れ流量をさらに減少させることができる。加えて、軸受台１０の内部にも冷媒室１５を形成して冷媒２０を収容しているため、作動油からカムキャップ１１に吸収された熱を軸受台１０へ逃がし、かつジャーナル５とジャーナル支持面１２との間の隙間に侵入した作動油からも熱を奪うことができる。これにより、ジャーナル５とジャーナル支持面１２との隙間の作動油温度をさらに効率よく低下させることができる。

本発明は以上の形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、作動油流路はカムキャップを経由する例に限らず、軸受台を経由するように作動油流路を設けてもよい。冷媒室の配置、大きさ、形状は適宜に変更可能である。カムキャップのみに冷媒室を設け、あるいは軸受台のみに冷媒室を設けてもよい。

本発明の一形態に係る内燃機関の可変動弁機構の一部を示す図。 作動油の温度と粘度との関係の一例を示す図。

符号の説明

１ 可変動弁機構
２ カム軸
３ ジャーナル軸受
５ ジャーナル
６ 可変バルブタイミング機構（カム軸操作装置）
１０ 軸受台
１１ カムキャップ
１２ ジャーナル支持面
１３ 作動油流路
１３ａ 軸受内流路
１３ｂ 軸内流路
１５、１６、１７、１８ 冷却室
２０ 冷媒

Claims (5)

1. 内燃機関の燃焼室の弁を開閉駆動するカム軸と、前記カム軸のジャーナルとすべり接触するジャーナル支持面を有するジャーナル軸受と、前記カム軸に接続され、前記弁の動弁特性が変化するように前記カム軸を油圧で操作するカム軸操作装置とを備え、前記ジャーナル軸受から前記カム軸の内部を介して前記カム軸操作装置まで作動油流路が設けられ、前記ジャーナル軸受の内部には、冷媒を含んだ冷却室が設けられていることを特徴とする内燃機関の可変動弁機構。
2. 前記作動油流路は前記ジャーナル軸受を通過する軸受内流路を有し、前記冷媒室は前記軸受内流路の周囲に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の可変動弁機構。
3. 前記冷媒室が前記軸受内流路を挟むように設けられていることを特徴とする請求項２に記載の可変動弁機構。
4. 前記ジャーナル軸受は、前記内燃機関のシリンダヘッドに取り付けられるカムキャリアの一部として設けられた軸受台と、前記軸受台とは別部品として形成されたカムキャップとを相互に組み合わせた構成を有しており、前記軸受内流路が前記カムキャップに設けられていることを特徴とする請求項２又は３に記載の可変動弁機構。
5. 前記カムキャップ及び前記軸受台のそれぞれに前記冷媒室が設けられていることを特徴とする請求項４に記載の可変動弁機構。

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