JP2019157661A

JP2019157661A - 内燃機関

Info

Publication number: JP2019157661A
Application number: JP2018041739A
Authority: JP
Inventors: 広岡　久人; Hisato Hirooka; 久人広岡; 隆宜荒井; Takanobu Arai
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-03-08
Filing date: 2018-03-08
Publication date: 2019-09-19

Abstract

【課題】オイルポンプを用いることなく内燃機関の動弁機構をオイルで潤滑する。【解決手段】内燃機関１、１’は、カムシャフト３のカム３１がバルブスプリング５の付勢力に抗してバルブリフタ４を介してバルブステム２１を押圧するように構成された直打式動弁機構を備える。また、内燃機関１、１’は、カムシャフトを支持する軸受部の周囲に形成された第１空間１４と、バルブスプリングが配置されると共にオイルを保持する第２空間１５と、第１空間と第２空間とを連通させる連通路１６とを有する。第１空間及び第２空間は隔壁によって密閉され、第２空間のオイルがバルブリフタによって連通路を通って第１空間に噴出される。【選択図】図１

Description

本発明は内燃機関に関する。

内燃機関には、吸気弁及び排気弁を駆動する動弁機構が設けられる。動弁機構は複数の摺動部を有し、動弁機構を作動させるためには動弁機構をオイルで潤滑する必要がある。

特許文献１に記載の内燃機関では、動弁機構として、カムシャフトのカムがバルブリフタを介してバルブステムを押圧するように構成された直打式動弁機構が設けられている。また、カムシャフトの周囲には、カムノーズの先端部をオイルに浸漬させるオイル溜まりが形成されている。

斯かる内燃機関では、カムシャフトが回転すると、カムノーズによってオイル溜まりのオイルが跳ね上げられ、バルブリフタ及びバルブリフタのガイド穴にオイルが供給される。また、カムシャフトの周囲の空間と、バルブスプリングが配置された空間とを連通させる連通孔を通してオイルがバルブステムにも供給される。

特開２００２−２１５２２号公報

しかしながら、連通孔を通してバルブステムに供給されたオイルは、オイル溜まりに戻ることなくオイルパンに回収される。また、カムシャフトの周囲の空間が密閉されていないため、カムノーズによって跳ね上げられたオイルの一部が空間外に漏出する。

このため、動弁機構にオイルを供給し続けるためには、オイルポンプを用いてオイル溜まりにオイルを補充する必要がある。このことは、オイルポンプの軽量化を妨げ、内燃機関の重量及びコストの増大をもたらす。

そこで、上記課題に鑑みて、本発明の目的は、オイルポンプを用いることなく内燃機関の動弁機構をオイルで潤滑することにある。

上記課題を解決するために、本発明では、カムシャフトのカムがバルブスプリングの付勢力に抗してバルブリフタを介してバルブステムを押圧するように構成された直打式動弁機構を備える内燃機関において、前記カムシャフトを支持する軸受部の周囲に形成された第１空間と、前記バルブスプリングが配置されると共にオイルを保持する第２空間と、前記第１空間と前記第２空間とを連通させる連通路とを有し、前記第１空間及び前記第２空間は隔壁によって密閉され、該第２空間のオイルが前記バルブリフタによって前記連通路を通って前記第１空間に噴出されることを特徴とする、内燃機関が提供される。

本発明によれば、オイルポンプを用いることなく内燃機関の動弁機構をオイルで潤滑することができる。

図１は、本発明の第一実施形態に係る内燃機関の概略的な側面部分断面図を示す。図２は、本発明の第一実施形態に係る内燃機関の概略的な部分平面図である。図３は、本発明の第二実施形態に係る内燃機関の動弁機構を概略的に示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。

＜第一実施形態＞
最初に、図１及び図２を参照して本発明の第一実施形態について説明する。図１は、本発明の第一実施形態に係る内燃機関１の概略的な側面部分断面図を示す。内燃機関１には、吸気弁側及び排気弁側のそれぞれにカムシャフトが設けられる。すなわち、内燃機関１は、いわゆるＤＯＨＣ（Double Over Head Camshaft）型の内燃機関である。

図１には、吸気弁２の周囲の断面のみが示される。内燃機関１は、吸気弁２を駆動する動弁機構を備える。吸気弁２は動弁機構によって吸気弁２のバルブステム２１の軸線方向に往復動する。動弁機構は、カムシャフト３、バルブリフタ４及びバルブスプリング５を含む。

バルブリフタ４は、円筒形状を有し、ガイド穴４１に沿って摺動可能である。バルブリフタ４の内面には、バルブステム２１の端部が当接する。また、バルブステム２１の端部にはコッタ６によってスプリングリテーナ７が装着される。バルブスプリング５はスプリングリテーナ７とスプリングシート８との間でバルブステム２１の軸線方向に延在する。

バルブステム２１はバルブガイド９によって摺動自在に支持される。バルブスプリング５は吸気弁２をカムシャフト３側に付勢する。この結果、吸気弁２のバルブヘッド２２が吸気ポート１０の端部を閉じる。

カムシャフト３は、カムシャフト３の回転運動を吸気弁２の直線運動に変換するカム（カムロブ）３１を有する。カム３１はカムシャフト３の軸部３２に固定される。カムシャフト３の回転によってカム３１がバルブリフタ４に接触すると、カムシャフト３の回転力がカム３１を介してバルブリフタ４に伝達される。この結果、バルブリフタ４及び吸気弁２がカムシャフト３から離れるようにバルブステム２１の軸線方向に移動し、バルブヘッド２２が吸気ポート１０の端部を開く。

本実施形態における動弁機構は、カム３１がバルブスプリング５の付勢力に抗してバルブリフタ４を介してバルブステム２１を押圧するように構成された直打式動弁機構である。なお、直打式動弁機構は直動式動弁機構とも称される。

カムシャフト３の端部にはカムプーリが配置される。カムプーリはタイミングベルト又はタイミングチェーンを介してクランクシャフトに連結される。このことによって、クランクシャフトの回転に伴いカムシャフト３が回転し、吸気弁２の開閉が行われる。

図２は、本発明の第一実施形態に係る内燃機関１の概略的な部分平面図である。本実施形態では、内燃機関１は直列４気筒の内燃機関である。各気筒には二つの排気弁と二つの吸気弁２とが設けられる。カムシャフト３は、吸気弁２の上方に配置され、第１気筒部３４、第２気筒部３５、第３気筒部３６及び第４気筒部３７を含む。第１気筒部３４、第２気筒部３５、第３気筒部３６及び第４気筒部３７は、それぞれ、二つの吸気弁２に対応する二つのカム３１と、二つのカム３１の間に形成されたカムジャーナル３３とを有する。

第１気筒部３４、第２気筒部３５、第３気筒部３６及び第４気筒部３７は、それぞれ、シリンダヘッド１１に取り付けられたカムキャップ１２によって覆われる。カムキャップ１２は軽量化のために円筒形状を有する。カムキャップ１２は二本のボルトに２０よってシリンダヘッド１１に固定される。カムジャーナル３３は、シリンダヘッド１１及びカムキャップ１２によって形成された軸受部によって支持される。この軸受部は滑り軸受として機能する。

図２には、カムプーリ側の第１気筒部３４にのみカムキャップ１２が装着され、第２気筒部３５、第３気筒部３６及び第４気筒部３７のカムキャップが外された状態のカムシャフト３が示されている。シリンダヘッド１１とカムキャップ１２との間はシール部材によってシールされる。

本実施形態では、第１気筒部３４と第２気筒部３５との間の軸部３２、第２気筒部３５と第３気筒部３６との間の軸部３２、及び第３気筒部３６と第４気筒部３７との間の軸部３２のシリンダヘッド１１側に、シリンダヘッド１１をシリンダブロックに固定するヘッドボルトが設けられる。この場合、軸部３２のシリンダヘッド１１側をシリンダヘッド１１の隔壁によって覆うことができない。

このため、本実施形態では、軸部３２のシリンダヘッド１１側を覆うために、ヘッドボルトの締結後に半円弧状の密閉部材１３が設置される。また、軸部３２のカムキャップ１２側は、カムシャフト３の軸線方向に延在するカムキャップ１２の隔壁によって覆われる。なお、軸部３２全体が一対の密閉部材１３によって覆われてもよい。また、ヘッドボルトが軸部３２のシリンダヘッド１１側に位置しない場合、シリンダヘッド１１の隔壁によって軸部３２のシリンダヘッド１１側が覆われてもよい。

図１に示されるように、内燃機関１は、カムシャフト３を支持する軸受部の周囲に形成された第１空間１４と、オイルを保持する第２空間１５と、第１空間１４と第２空間１５とを連通させる連通路１６とを有する。第２空間１５は、カムシャフト３側のバルブステム２１の周囲に形成され、第２空間１５にはバルブスプリング５が配置される。第１空間１４と第２空間１５とはバルブリフタ４によって隔てられる。

本実施形態では、カムキャップ１２によって覆われる領域が第１空間１４に相当する。また、第１空間１４と第２空間１５との間には、二つの連通路１６が形成される。なお、連通路の数は二以外であってもよい。

動弁機構は、第２空間１５に保持されたオイルによって潤滑される。具体的には、バルブステム２１及びバルブリフタ４の外周は第２空間１５のオイルに浸漬することで潤滑される。また、カムシャフト３の回転によってバルブリフタ４がカムシャフト３から離れるように移動すると、バルブリフタ４は第２空間１５のオイルを押圧する。この結果、第２空間１５のオイルがバルブリフタ４によって連通路１６を通って第１空間１４に噴出される。

第１空間１４に噴出されたオイルは、カムシャフト３によって攪拌され、カムジャーナル３３を支持する軸受部と、カム３１とバルブリフタ４との摺動部とを飛沫潤滑する。カムシャフト３による攪拌によって第１空間１４のオイルの一部は連通路１６を通って第２空間１５に回収される。また、内燃機関１の停止時、すなわちカムシャフト３の停止時には、第１空間１４のオイルが重力によって第２空間１５に回収される。本実施形態では、気筒軸線が略鉛直方向に延在するように内燃機関１が車両に搭載される。このことによって、オイルの回収を促進することができる。

また、第１空間１４及び第２空間１５は、シリンダヘッド１１、カムキャップ１２及び密閉部材１３によって密閉される。このため、第１空間１４及び第２空間１５は大気から遮断され、第１空間１４及び第２空間１５からのオイルの漏出を防止することができる。このため、動弁機構にオイルを供給するために、オイルポンプによってオイルを補充する必要がない。したがって、本実施形態では、オイルポンプを用いることなく動弁機構をオイルで潤滑することができる。

また、第２空間１５のオイルには吸気弁２から熱が伝達される。このため、低温時に内燃機関１が始動された場合であっても、早期にオイルを加熱して摺動部の機械抵抗を低下させることができる。また、第１空間１４においてオイルが攪拌されると、オイルに気泡が混入し、オイルの体積が増える。このことによって、第１空間１４内の摺動部をより効果的に飛沫潤滑することができる。

なお、排気弁を駆動する動弁機構も、吸気弁２を駆動する動弁機構と同様の構成を有し、同様の方法によってオイルで潤滑される。

＜第二実施形態＞
第二実施形態における内燃機関の構成は、以下に説明する点を除いて、基本的に第一実施形態における内燃機関と同様である。このため、以下、本発明の第二実施形態について、第一実施形態と異なる部分を中心に説明する。

図３は、本発明の第二実施形態に係る内燃機関１’の動弁機構を概略的に示す図である。第二実施形態では、カムシャフト３’を支持する軸受部１７が二つのカム３１の外側に設けられる。カム３１とバルブリフタ４との摺動部と比べて、軸受部１７には高い負荷が掛かる。このため、軸受部１７の機械抵抗を低下させるためには、軸受部１７にオイルを安定して供給する必要がある。

第二実施形態では、第１空間１４側の連通路１６’の開口が軸受部１７に向けられる。この場合、オイルが連通路１６’から軸受部１７に向かって噴出される。このため、軸受部１７に安定してオイルを供給することができる。

また、軸受部１７として転がり軸受を用いることが好ましい。このことによって、軸受部１７が飛沫潤滑される場合であっても、軸受部１７の機械抵抗を効果的に低下させることができる。

以上、本発明に係る好適な実施形態を説明したが、本発明はこれら実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載内で様々な修正及び変更を施すことができる。例えば、カム３１とバルブリフタ４との間又はバルブリフタ４とバルブステム２１との間にシムが挿入されてもよい。

また、連通路１６、１６’はバルブリフタ４内に形成されてもよい。この場合、バルブリフタ４がカムシャフト３から離れるときの抵抗を低減することができる。また、第二実施形態において、二つのカム３１の間に軸受部１７が設けられる場合であっても、第１空間１４側の連通路１６’の開口を軸受部１７に向けることができる。

１、１’ 内燃機関
２吸気弁
３カムシャフト
３１カム
４バルブリフタ
５バルブスプリング
１１シリンダヘッド
１２カムキャップ
１４第１空間
１５第２空間
１６、１６’ 連通路

Claims

カムシャフトのカムがバルブスプリングの付勢力に抗してバルブリフタを介してバルブステムを押圧するように構成された直打式動弁機構を備える内燃機関において、
前記カムシャフトを支持する軸受部の周囲に形成された第１空間と、
前記バルブスプリングが配置されると共にオイルを保持する第２空間と、
前記第１空間と前記第２空間とを連通させる連通路と
を有し、
前記第１空間及び前記第２空間は隔壁によって密閉され、該第２空間のオイルが前記バルブリフタによって前記連通路を通って前記第１空間に噴出されることを特徴とする、内燃機関。