JP2010196488A - 可変動弁装置付エンジン - Google Patents

Abstract

【課題】吸気カムシャフトの部品構造の複雑化を抑制しつつ摺動部に潤滑油を供給可能とする。
【解決手段】１つの気筒に第１の吸気バルブ１２及び第２の吸気バルブ１３を備え、吸気カムシャフト２が第１の吸気バルブ１２を駆動する第１の吸気カム１０を備えた第１の吸気カムシャフト２１と第２の吸気バルブ１３を駆動する第２の吸気カム１１を備えた第２の吸気カムシャフト２２とにより構成されるとともに、第１の吸気カムシャフト２１と第２の吸気カムシャフト２２との回転位相を可変するカム位相可変機構２０を備えた可変動弁装置付エンジンにおいて、第１の吸気カムシャフト２１は中空状に形成される一方、第２の吸気カムシャフト２２は第１の吸気カムシャフト２１に隙間５８を持って挿入されて同軸上に配置され、該隙間５８を潤滑油通路として用いて第１の吸気カムシャフト２１とカムジャーナル２３ｂとの摺動部に連通する。
【選択図】図３

Description

本発明は、吸気カムの位相を変更可能なカム位相可変機構を備えた可変動弁装置付エンジンに関するものである。

従来より、吸排気バルブの開閉時期（カムの位相）を変化させるカム位相可変機構を備えた可変動弁装置付エンジンが知られている。更に、１つの気筒に吸気バルブが複数備えられたエンジンに上記カム位相可変機構を採用し、エンジンの負荷及び回転速度に応じて複数の吸気バルブの一部のみ開閉時期を変化させる技術が開発されている。
このように複数の吸気バルブのうち一部のみ開閉時期を可変するエンジンは、例えば吸気カムシャフトを２本備え、エンジンの運転状態に基づいてカム位相可変機構により一方の吸気カムシャフトの位相を変化させて一部の吸気バルブの開閉時期を遅角させることで、他方の吸気カムシャフトにより駆動される遅角制御しない吸気バルブと合わせて吸気バルブ全体の開弁時間を延長可能としている（特許文献１）。

特開平３−２０２６０２号公報

特許文献１に記載されているようなエンジンでは、カム位相可変機構として、例えばベーン式油圧アクチュエータが用いられている。カム位相可変機構は、カムシャフトの先端に配置され、カムシャフト及びこのカムシャフトを支持するカムジャーナル（軸受け部）に形成された油路を介して作動油が供給されて作動する。
このように油路が形成されたカムジャーナルでは、この油路からカムシャフトとの間隙に作動油が浸透することによって、カムシャフトとの摺動面を潤滑させることができる。

しかしながら、カムシャフトを支持する他のカムジャーナルとの摺動面にも、潤滑油を供給する必要がある。そこで、例えばカムシャフトに潤滑油を供給するための油路を形成すればよいが、カムシャフトの部品製造工程が増加し、部品コストが上昇してしまうといった問題点がある。
本発明の目的は、カム位相可変機構により一部の吸気バルブの開閉時期を可変可能な可変動弁装置エンジンにおいて、吸気カムシャフトの部品構造の複雑化を抑制しつつ吸気カムシャフトの摺動部に潤滑油を供給可能な可変動弁装置付エンジンを提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１の発明は、１つの気筒に第１の吸気バルブ及び第２の吸気バルブを備え、吸気カムシャフトが第１の吸気バルブの駆動用カムを備えた第１の吸気カムシャフトと第２の吸気バルブの駆動用カムを備えた第２の吸気カムシャフトとにより構成されるとともに、第１の吸気カムシャフトと第２の吸気カムシャフトとの回転位相を可変するカム位相可変機構を備えた可変動弁装置付エンジンにおいて、第１の吸気カムシャフトは中空状に形成される一方、第２の吸気カムシャフトは第１の吸気カムシャフトに隙間を持って挿入されて同軸上に配置され、該隙間は潤滑油通路として用いられ、第１の吸気カムシャフトと該第１の吸気カムシャフトを回転可能に支持するカムジャーナルとの摺動部に連通す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、第２の吸気バルブの駆動用カムは、第１の吸気カムシャフトに回転可能に支持され、潤滑油通路は、第１の吸気カムシャフトと第２の吸気バルブの駆動用カムとの摺動部に連通することを特徴とする。
また、請求項３の発明は、請求項１または２において、第１の吸気カムシャフトの一端にはカム位相可変機構が配置されるとともに、第１の吸気カムシャフトの他端を閉塞する閉塞部材を備えたことを特徴とする。

また、請求項４の発明は、請求項３において、閉塞部材は、第１の吸気カムシャフトの端部を摺動可能に覆うとともに、第２の吸気カムシャフトに固定されて回転し第２の吸気カムシャフトの回転角検出用の被検出体を兼ね、潤滑油通路は、第１の吸気カムシャフトと閉塞部材との摺動部に連通す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、第１の吸気カムシャフトと第２の吸気カムシャフトとは隙間を有して同軸上に配置され、この隙間が潤滑油通路として利用されるので、カム軸受を有するシリンダヘッドや吸気カムシャフトに新たに潤滑油通路を設けるように部品加工する必要がないので、部品コストを抑制して、第１の吸気カムシャフトとカムジャーナルとの摺動部に潤滑油が供給可能となる。

本発明の請求項２の可変動弁装置付エンジンによれば、潤滑油通路を介して、第１の吸気カムシャフトと第２の吸気バルブの駆動用カムとの摺動部に潤滑油が供給可能となる。 本発明の請求項３の可変動弁装置付エンジンによれば、中空状の第１の吸気カムシャフトの一端はカム位相可変機構により閉塞される一方、他端は閉塞部材により閉塞される。したがって、第１の吸気カムシャフトの両端が閉塞され、吸気カムシャフト内に両端から漏れのない潤滑油通路を形成させることができる。

本発明の請求項４の可変動弁装置付エンジンによれば、カムシャフトの端部を覆う閉塞部材が、第２の吸気カムシャフトの回転角検出用の被検出体として用いられるので、部品点数を抑制することができる。また、閉塞部材と第１の吸気カムシャフトとの摺動部に潤滑油が供給されて潤滑性を確保することができる。

本実施形態の可変動弁装置付エンジンの概略構成図である。 エンジンの動弁機構の該略構造図である。 本発明の第１の実施形態に係る吸気カムシャフトの構造を示す縦断面図である。 第２の吸気カムの取付部の構造を示す上面図である。 第２の吸気カムの取付部の構造を示す断面図である。 カム位相可変機構の作動設定に用いられるマップである。 本発明の第２の実施形態に係る吸気カムシャフトの構造を示す縦断面図である。

以下、図面に基づき本発明の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１の概略構成図である。
図１に示すように、本実施形態のエンジン１は、ＤＯＨＣ式の動弁機構を有しており、エンジン１の吸気カムシャフト２及び排気カムシャフト３の前端には、夫々カムスプロケット４、５が接続され、これらのカムスプロケット４、５はチェーン６を介してクランクシャフト７に連結されている。クランクシャフト７の回転に伴ってカムスプロケット４、５と共に吸気カムシャフト２及び排気カムシャフト３が回転駆動され、この吸気カムシャフト２に備えられた吸気カム１０、１１により吸気バルブ１２、１３が、排気カムシャフト３に備えられた排気カム１４、１５により排気バルブ１６、１７が開閉駆動される。

図２は、本発明の第１の実施形態に係るエンジン１の動弁機構の該略構造図である。
図２に示すように、吸気カムシャフト２の前端部には、可変動弁装置として、カム位相可変機構２０が設けられている。
エンジン１の１つの気筒には、２つの吸気バルブ（第１の吸気バルブ１２、第２の吸気バルブ１３）と２つの排気バルブ１６、１７とが設けられている。第１の吸気バルブ１２及び第２の吸気バルブ１３は燃焼室１８の中央部より吸気側にクランク軸方向に前後に並んで配置される一方、２つの排気バルブ１６、１７は燃焼室１８の中央部より排気側にクランク軸方向に前後に並んで配置される。第１の吸気バルブ１２は第１の吸気カム１０に、第２の吸気バルブ１３は第２の吸気カム１１によって駆動される。第１の吸気カム１０及び第２の吸気カム１１は、第１の吸気バルブ１２及び第２の吸気バルブ１３の配置に伴って、吸気カムシャフト２に交互に配置される。

図３〜図５は、吸気バルブの動弁機構の構造図であり、図３は吸気カムシャフト２の構造を示す縦断面図、図４は第２の吸気カム１１の取付部の構造を示す上面図、図５は同断面図である。
図３〜５に示すように、吸気カムシャフト２は、中空状の第１の吸気カムシャフト２１と第１の吸気カムシャフト２１に挿入された第２の吸気カムシャフト２２とを備えた２重構造となっている。第１の吸気カムシャフト２１及び第２の吸気カムシャフト２２は、隙間を有しつつ略同心上に配置され、エンジン１のシリンダヘッドに形成されたカムジャーナル２３ａ、２３ｂに回動可能に支持されている。第１の吸気カムシャフト２１には、第１の吸気カム１０が固定されている。また、第１の吸気カムシャフト２１には回動可能に第２の吸気カム１１が支持されている。第２の吸気カム１１は、第１の吸気カムシャフト２１が挿入される略円筒状の支持部１１ａと支持部１１ａの外周から突出し第２の吸気バルブ１３を駆動するカム部１１ｂとから構成されている。第２の吸気カム１１と第２の吸気カムシャフト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１１の支持部１１ａ、第１の吸気カムシャフト２１及び第２の吸気カムシャフト２２を貫通しており、第２の吸気カムシャフト２２に設けられた孔に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１１ａに固定されている。第１の吸気カムシャフト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ている。

カム位相可変機構２０は、公知のベーン式アクチュエータが採用され、カムスプロケット４と一体化したハウジング３０内にベーンロータ３１が回動可能に設けられて構成されている。ハウジング３０は第１の吸気カムシャフト２１に固定される一方、ベーンロータ３１は、ボルト３２によって第２の吸気カムシャフト２２に固定されている。
カムジャーナル２３ａは軸方向に幅広に形成され、軸方向に並んで３つの油路５５ａ〜５５ｃが形成されている。これらの３つの油路５５ａ〜５５ｃのうち、２つの油路５５ａ、５５ｂは第１の吸気カムシャフト２１に形成された２つの油路５６ａ、５６ｂを介してカム位相可変機構２０の遅角側油室、進角側油室に連通している。一方、油路５５ｃは、第１の吸気カムシャフト２１に形成した連通路５７を介して、第１の吸気カムシャフト２１と第２の吸気カムシャフト２２との間の隙間５８と連通している。また、第１の吸気カムシャフト２１には、カムジャーナル２３ｂに面した位置で開口し隙間５８と連通するように連通路５９が夫々設けられている。

カムジャーナル２３ａに形成された油路５５ａ、５５ｂにはオイルコントロールバルブ（以下、ＯＣＶという）３４が接続されている。図１に示すように、カム位相可変機構２０は、エンジン１のオイルポンプ３５からＯＣＶ３４の切換に応じて作動油が供給されてベーンロータ３１を回動することで、カムスプロケット４に対する第２の吸気カムシャフト２２の位相角、即ち、第２の吸気バルブ１３の開閉時期を連続的に調整可能となっている。一方、第１の吸気カムシャフト２１はカムスプロケット４と固定しているので、第１の吸気カムシャフト２１の位相角、即ち第１の吸気バルブ１３の開閉時期は一定である。

第２の吸気バルブ１３の開閉時期を遅角させると、第１の吸気バルブ１２の開弁時期と第２の吸気バルブ１３の閉弁時期との間の期間である吸気バルブの開弁期間が大きくなる。逆に第２の吸気バルブ１３の開閉時期を進角させると吸気バルブの開弁期間が小さくなる。
また、油路５５ｃにも作動油が潤滑油として供給される。

カムジャーナル２３ａに制御用油路５５ａ、５５ｂと潤滑用油路５５ｃを集中して配置することで、カム軸を保持するシリンダヘッドの油路も集約することができる。油路の配置は潤滑用油路５５ｃは他の潤滑が必要なカムジャーナル２３ｂに近い側に配置されるので、エンジン始動直後の潤滑遅れが短縮される。さらに、制御用油路５５ａ、５５ｂをカム位相可変機構２０に近い側に配置し、可変応答性を少しでも高める配慮をしており、制御用油路５５ｂを制御用油路５５ａと潤滑用油路５５ｃに間に配置することで、カム位相可変機構２０にカム駆動トルク変動が加わった場合のベーン油室へのジャーナルクリアランスを介しての空気混入が抑制され、カム位相可変機構２０の高い制御性が維持できる利点にも配慮している。そして、このことはカム駆動トルクに対してのカム位相可変機構２０のベーン室の大きさ、すなわちトルク容量を必要最小に設定できるため、可変応答性が高められ、エンジンのもつ高い燃費特性を引き出しやすい。

第１の吸気カムシャフト２１の後端には、位相角センサ用ターゲット（閉塞部材）７０が固定されている。位相角センサ用ターゲット７０は、第１の吸気カムシャフト２１の後端を覆う蓋としての機能を有するとともに、その外周には、外方に突出した突出部（被検出体）７０ａが設けられている。位相角センサ用ターゲット７０は第２の吸気カムシャフト２２の後端にボルト７１によって締結され、第１の吸気カムシャフト２１とは摺動する構造になっている。

エンジン１のシリンダヘッドには、回転する突出部７０ａの通過を検出できるように近接センサ７２が設けられている。近接センサ７２は、突出部７０ａが通過するタイミングで検出信号を発生し、ＥＣＵ４０に出力する。
ＥＣＵ４０は、図示しない入出力装置、ＲＯＭ，ＲＡＭ等の記憶装置、中央処理装置（ＣＰＵ）等を備ており、エンジン１の総合的な制御を行う。

ＥＣＵ４０の入力側には、エンジン１のクランク角を検出するクランク角センサ４１、図示しないスロットルバルブの開度を検出するスロットルセンサ４２等の各種センサが接続されている。又、ＥＣＵ４０の出力側には、上記ＯＣＶ３４の他に、燃料噴射弁４３、点火プラグ４４等が接続されている。ＥＣＵ４０は、各センサからの検出情報に基づいて点火時期及び燃料噴射量等を決定し、点火プラグ４４や燃料噴射弁４３を駆動制御する。また、ＥＣＵ４０は、各センサからの検出情報に基づいて、ＯＣＶ３４を駆動制御、即ち第１のカム位相可変機構２０を作動制御する。特にＥＣＵ４０は、近接センサ７２とクランク角センサ４１との検出タイミングの差から第２の吸気カムシャフト２２の実位相角を求める。そして、第２の吸気カムシャフト２２の実位相角を、エンジンの負荷Ｌや回転速度Ｎといったエンジンの運転状態に基づく設定値と一致するようにＯＣＶ３４を制御する。

図６は、カム位相可変機構２０の作動設定に用いられるマップの一例である。
ＥＣＵ４０は、図６に示すように、低負荷低回転時には第２の吸気バルブ１３の開閉時期を遅角側に制御して吸気バルブの開弁期間を大きくし、高負荷または高回転となるに従って開弁期間が小さくなるようにカム位相可変機構２０を作動制御する。
これにより、低負荷低回転時では、第２の吸気バルブ１３の閉弁時期を遅角させて開弁期間が大きくなるので、ポンピングロスが大幅に低減され、燃費を大幅に向上させることができる。一方、高負荷または高回転時では、第２の吸気バルブ１３の閉弁時期が低負荷低回転時より進角し、例えば圧縮行程の前半、即ちピストンによる吸気の吸気ポートへの押し戻しが生じる付近で第２の吸気バルブ１３を閉弁とすることで、吸気の充填効率が高められ、出力を確保することができる。

特に、本実施形態では、吸気カムシャフト２が二重構造となっており、第１の吸気カムシャフト２１と第２の吸気カムシャフト２２との間に軸方向に延びる隙間５８が形成されている。そして、この隙間５８を第１の吸気カムシャフト２１とカムジャーナル２３ｂとの摺動部への潤滑油通路として利用している。また、第１の吸気カムシャフト２１と第２の吸気カム１１との摺動部も長孔２５を介して隙間５８から潤滑油が導入される。このように、本実施形態では、吸気カムシャフト２に潤滑油通路を新たに設ける必要がなく、第１の吸気カムシャフト２１の摺動面に潤滑油を供給することができるので、吸気カムシャフト２の追加工を減らし部品コストの低減を図ることができる。

加えて、カムジャーナル２３ａに制御用油路５５ａ、５５ｂと潤滑用油路５５ｃを集中して配置することで、カム軸を保持するシリンダヘッドの油路も特定箇所に集約することができる。これによりシリンダヘッドの油路加工時間が短縮でき、加工穴などの漏れ確認などの検査工程も容易となる。さらに、カム軸方向の長い加工がシリンダヘッドに不要となるので、加工時間だけでなく、工具の耐久性も高まり、全体で大幅なコスト低減ができる。

また、第１の吸気カムシャフト２１の後端には、位相角センサ用ターゲット７０が設けられ、これが隙間５８からの潤滑油の漏れを防止する蓋としても利用される。したがって、部品点数を低減させることができる。位相角センサ用ターゲット７０は、第１の吸気カムシャフト２１と摺動する構造となっており、この摺動部分にも隙間５８から潤滑油が供給される。

図７は、本発明の第２の実施形態に係る吸気カムシャフトの構造を示す縦断面図である。
図７に示すように、本実施形態では、位相角センサ用ターゲット７０がカム位相可変機構２０の先端に配置され、ボルト３２によってベーンロータ３１とともに締結されている。一方、第１の吸気カムシャフト２１の後端は栓８０によって封印されている。

このような構造により吸気カムシャフト２の後端部近傍に近接センサ７２が配置できない場合でも本発明を実現することができる。

１ エンジン
１１ 第２の吸気カム
１２ 第１の吸気バルブ
１３ 第２の吸気バルブ
２０ カム位相可変機構
２１ 第１の吸気カムシャフト
２２ 第２の吸気カムシャフト
２３ｂ カムジャーナル
４０ ＥＣＵ
５８ 隙間
７０ 位相角センサ用ターゲット
７０ａ 突出部

Claims (4)

1. １つの気筒に第１の吸気バルブ及び第２の吸気バルブを備え、吸気カムシャフトが前記第１の吸気バルブの駆動用カムを備えた第１の吸気カムシャフトと前記第２の吸気バルブの駆動用カムを備えた第２の吸気カムシャフトとにより構成されるとともに、前記第１の吸気カムシャフトと前記第２の吸気カムシャフトとの回転位相を可変するカム位相可変機構を備えた可変動弁装置付エンジンにおいて、
   前記第１の吸気カムシャフトは中空状に形成される一方、前記第２の吸気カムシャフトは前記第１の吸気カムシャフトに隙間を持って挿入されて同軸上に配置され、該隙間は潤滑油通路として用いられ、
   前記潤滑油通路は、前記第１の吸気カムシャフトと該第１の吸気カムシャフトを回転可能に支持するカムジャーナルとの摺動部に連通することを特徴とする可変動弁装置付エンジン。
2. 前記第２の吸気バルブの駆動用カムは、前記第１の吸気カムシャフトに回転可能に支持され、
   前記潤滑油通路は、前記第１の吸気カムシャフトと前記第２の吸気バルブの駆動用カムとの摺動部に連通す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. 前記第１の吸気カムシャフトの一端に前記カム位相可変機構が配置されるとともに、前記第１の吸気カムシャフトの他端を閉塞する閉塞部材を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の可変動弁装置付エンジン。
4. 前記閉塞部材は、前記第１の吸気カムシャフトの端部を摺動可能に覆うとともに、前記第２の吸気カムシャフトに固定されて回転し前記第２の吸気カムシャフトの位相角検出用の被検出体を兼ね、
   前記潤滑油通路は、前記第１の吸気カムシャフトと前記閉塞部材との摺動部に連通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。

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