JP4343396B2 - エンジンの可変バルブタイミング機構 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、4サイクルエンジンのバルブタイミングを制御するための可変バルブタイミング機構(VVT)に関する。
【0002】
【従来の技術】
4サイクルエンジンの動弁系としてカム機構が用いられる。DOHC型複数気筒エンジンの場合、吸・排気用の2本のカム軸が備わる。各カム軸は、気筒ごとに設けたジャーナル軸受部でカムキャップによりシリンダヘッドに回転可能に保持され、ヘッドカバーで覆われる。これらのカム軸にスプロケットやカムチェーン等の回転伝達系を介してクランク軸から回転駆動力が伝達され、クランク軸に同期してカム軸が回転する。
【0003】
この場合、クランク軸からカム軸への回転伝達系上にクランク軸回転に対するカム軸回転の位相をずらせて吸気バルブおよび排気バルブの開閉タイミングを制御するためのVVT(可変バルブタイミング機構)が装着される。このVVTは、油圧機構によりカム軸の位相を進角または遅角させるものであり、電磁ソレノイド型の切換弁により油圧方向が切換えられる。
【0004】
このVVT(可変バルブタイミング機構)の本体部は、カム軸端部に装着された回転軸部とその端部の円筒状のハウジング部からなり、ハウジング部内にベーンで仕切られた進角側の油圧室と遅角側の油圧室が形成され、一方の油圧室にオイルを供給してカム軸の位相を変化させる。
【0005】
このような可変バルブタイミング機構の本体部を吸気カム軸および排気カム軸の両方に設けたエンジンにおいて、基準の設定バルブタイミングに対し、吸気側は進角側に調整し、排気側は遅角側に調整してカム角の位相を制御する。この場合、吸気側をクランク軸と連結してこれと同方向に回転させ、この吸気側可変バルブタイミング機構の本体部と排気側可変バルブタイミング機構の本体部とを連結して回転駆動している。このため、吸気側可変バルブタイミング機構の本体部の回転軸部には、クランク軸とカムチェーンで連結された駆動スプロケットが装着される。吸気側および排気側可変バルブタイミング機構の本体部の両回転軸部に連結スプロケットが装着され、これらが連結チェーンで連結され排気側可変バルブタイミング機構の本体部が回転駆動される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の可変バルブタイミング機構においては、排気側カム軸を遅角側すなわちエンジンによる回転方向と逆方向に位相をずらしてカム角調整整を行うため、吸気側に比べ作動力を大きくする必要があり、このため、本体部の油圧室の受圧面積を大きくする必要がある。一方、構造のコンパクト化やタンブル流発生による燃焼効率を上げるためにバルブ挟み角を小さくした場合、両カム軸間の間隔が狭まる。
【0007】
このような場合、可変バルブタイミング機構の本体部同士の干渉をさけるために、特にクランク軸と連結された吸気側の駆動スプロケットは、その外径が大きいため、この駆動スプロケットと排気側可変バルブタイミング機構のハウジング部との干渉を避けて且つその受圧面積を大きくするために、排気側可変バルブタイミング機構のハウジング部を軸方向に長くしなければならない。このため、エンジン全長が長くなって大型化する。また、カム軸先端に片持ち梁状にオーバーハングして装着した可変バルブタイミング機構の本体部によるカム軸に対するモーメントが大きくなり、回転負荷が大きくなるとともに、カム軸を支持するジャーナル軸受部の負担が増加する。
【0008】
本発明は上記従来技術を考慮したものであって、吸気側および排気側のVVTをスペース的にコンパクトに配設してエンジンの小型化を図るとともに、オーバーハングのモーメントによるジャーナル軸受部に対する負担を軽減させたエンジンの可変バルブタイミング機構の提供を目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明では、吸気カム軸と排気カム軸を有し、各カム軸の端部に可変バルブタイミング機構の本体部を装着し、各可変バルブタイミング機構の本体部は回転軸部とその端部の円筒状のハウジング部とを含み、該ハウジング部内にベーンで仕切られた進角側および遅角側の油圧室を有し、両可変バルブタイミング機構の本体部の回転軸部間に回転伝達手段を設けるとともに、一方の可変バルブタイミング機構の本体部の回転軸部にクランク軸から回転駆動力を受ける回転駆動手段が装着されたエンジンの可変バルブタイミング機構において、前記回転駆動手段を吸気カム軸側可変バルブタイミング機構のハウジング部に隣接して装着し、前記回転伝達手段を前記回転駆動手段よりカム軸方向に関し内側の位置に配設し、前記回転駆動手段よりカム軸方向に関し外側の位置に排気カム軸側可変バルブタイミング機構のハウジング部を配設し、前記各カム軸の軸方向から見て、前記吸気カム軸側可変バルブタイミング機構の回転駆動手段と排気カム軸側可変バルブタイミング機構のハウジング部をオーバーラップさせ、かつ排気カム軸側可変バルブタイミング機構のハウジング部の外径(D)を吸気カム軸側可変バルブタイミング機構のハウジング部の外径より大きく設定したことを特徴とするエンジンの可変バルブタイミング機構を提供する。
【0010】
この構成によれば、吸気カム軸側可変バルブタイミング機構の回転駆動手段と排気カム軸側可変バルブタイミング機構のハウジング部をオーバーラップして配設するため、排気カム軸側可変バルブタイミング機構のハウジング部が吸気カム軸側可変バルブタイミング機構の回転駆動手段と干渉することなく、その並列する軸方向の外側に装着される。このため、排気カム軸側可変バルブタイミング機構のハウジング部を軸方向に長くすることなく、吸気カム軸側可変バルブタイミング機構のハウジング部より径を広げることによりハウジング部の油圧室の受圧面積を大きくして駆動力を高めることができる。したがって、エンジン全長は長くならず、またオーバーハングのモーメントによるカム軸のジャーナル軸受部に対する負担が軽減される。
【0011】
請求項2記載の発明は、前記排気カム軸側可変バルブタイミング機構のハウジング部の軸方向の幅を吸気カム軸側可変バルブタイミング機構のハウジング部の軸方向の幅より大きく設定したものである。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図1〜図3はそれぞれ本発明の実施の形態に係る可変バルブタイミング機構を備えたエンジン前端部の平面図、正面図および側面図である。
【0014】
このエンジン1は、DOHC型多気筒4バルブエンジンであり、不図示のクランク軸を車体前後方向に配設したシリンダヘッド2の前端部を示す。この前端部の第1気筒の中央に点火プラグ装着用のプラグホール3が形成され、その周囲に2つの吸気バルブ孔4および2つの排気バルブ孔5が設けられる。吸気バルブ孔4及び排気バルブ孔5の上側にはそれぞれ吸気カム軸6および排気カム軸7が並列して設けられる。これらの吸気カム軸6および排気カム軸7には、それぞれ各バルブに対応してカム8が装着される。これらのカム軸6,7の前端部にはVVT(可変バルブタイミング機構)9が取付けられる。VVT9は、後述のように、吸気側可変バルブタイミング機構の本体部10と排気側可変バルブタイミング機構の本体部11とにより構成される。このVVT9を含むシリンダヘッド2の上面がヘッドカバー12(図2、図3)で覆われる。図1はヘッドカバーを省略した図であり、図示したシリンダヘッド2の外周縁がヘッドカバーとの合面13であり、この合面13に沿ってゴムシール(不図示)を介してヘッドカバー12が取付けられる。
【0015】
吸気カム軸6および排気カム軸7はそれぞれ、VVT9に隣接した位置の#1ジャーナル軸受部14および2番目の#2ジャーナル軸受部15、さらに各カム軸に沿って各気筒位置に設けられた不図示の#3,#4,…ジャーナル軸受部によりシリンダヘッド2にその下半分側が回転可能に支持される。これらのジャーナル軸受部の上半分側がカムキャップ(不図示)で覆われ、ボルトによりシリンダヘッド2に対し各カム軸6,7を回転可能に保持する。図1では、#2ジャーナル軸受部15の両側にカムキャップ取付け用のボルト孔16が形成され、#1ジャーナル軸受部14には、吸・排気一体型のカムキャップ17(図中太線)が取付けられる。
【0016】
シリンダヘッド2は、各気筒の周囲4ヵ所に設けたヘッドボルト孔18(図1)を通してヘッドボルト19(図3)によりシリンダボディ(不図示)に連結される。このヘッドボルト19の上側に各カム軸6,7が配設される。各カム軸6,7の前端部側の#1ジャーナル軸受部14は、それぞれ吸気側可変バルブタイミング機構の本体部10および排気側可変バルブタイミング機構の本体部11を片持ち梁状に支持するため、軸方向の幅が広い。この幅広の#1ジャーナル軸受部14にカムキャップ17が取付けられる。このカムキャップ17は、吸・排気一体型であり、各カム軸の#1ジャーナル軸受部14の両側のボルト孔20および吸・排気カム軸間の連結部21に設けたボルト孔22を通してボルトによりシリンダヘッド2に固定される。このカムキャップ17の吸気側および排気側のそれぞれの台座23にカム角センサ24が装着される。台座23は、図2および図3に示すように、カム角センサ24への電気配線の接続等のために、弾性シール材47を介してヘッドカバー12の外部に露出する。
【0017】
各カム軸6,7の#1、#2ジャーナル軸受部14,15の間にはシャッター30が装着される。このシャッター30は、カム角センサ24の検出対象となる回転体であり、例えば4本の放射状突起により構成される。
【0018】
次にVVT9について説明する。吸気側可変バルブタイミング機構の本体部10に駆動スプロケット31が装着され、カムチェーン32を介して不図示のクランク軸上のスプロケットに連結される。この駆動スプロケット31と同軸に連結スプロケット33が装着され、連結チェーン34を介して排気側可変バルブタイミング機構の本体部11の連結スプロケット35に連結される。両連結スプロケット33,35間の連結チェーン34の内側にはテンショナー36が装着される。テンショナー36は2個のボルト孔37を通してカムキャップ17の前面中央部の凹部17a内の#1ジャーナル軸受部14と並列した位置でシリンダヘッド2に固定される。このような回転伝達系により、クランク軸の回転がカムチェーン32を介して吸気側可変バルブタイミング機構の本体部10の駆動スプロケット31に伝達され、さらに連結スプロケット33,35および連結チェーン34を介して排気側可変バルブタイミング機構の本体部11に伝達される。
【0019】
吸気側および排気側の各可変バルブタイミング機構の本体部10,11はそれぞれ例えば進角側の第1油圧室38および遅角側の第2油圧室39を備え、いずれか一方に油圧を供給することによりそれぞれのカム軸6,7を前記各スプロケットを介した可変バルブタイミング機構の本体部の回転軸部に対し位相を進角側または遅角側にずらせる。これにより、クランク角に対するカム軸6,7の位相を調整してバルブタイミングを制御する。
【0020】
第1油圧室38および第2油圧室39間は不図示のベーンで仕切られ、このベーンに対し第1油圧室38側または第2油圧室39側から油圧が作用することにより、カム軸を油圧の作用方向に回転させる。したがって、油圧が一定の場合、ベーンの受圧面積により回転作用力が定まり、受圧面積が大きいほど回転作用力は大きくなる。このようなベーンを複数枚放射状に設け、それぞれのベーンの両側に第1油圧室38および第2油圧室39を設けてもよい。
【0021】
第1油圧室38および第2油圧室39へ供給する油圧の切換えは、吸気側および排気側それぞれの可変バルブタイミング機構の本体部10,11に備えた電磁ソレノイド型の切換弁40で行う。油圧駆動用のオイルは、図2および図4に示すように、オイル通路41からフィルター42を通して左右に分岐し、この分岐通路46を通してそれぞれ吸気側可変バルブタイミング機構の本体部10および排気側可変バルブタイミング機構の本体部11の各切換弁40に供給される。各切換弁40で切換えられたオイルは、図4に示すように、第1オイル通路43または第2オイル通路44を通して各可変バルブタイミング機構の本体部の第1油圧室38または第2油圧室39に供給され各カム軸6,7を進角または遅角させる。
【0022】
オイルの分岐通路46はさらに各切換弁40の手前で分岐して潤滑オイル通路45を形成し、各カム軸6,7にオイルを供給するとともに、カムキャップ17にオイルを供給してスラスト面の潤滑を行う。
【0023】
図3に示すように、排気カム軸7(吸気カム軸6も同様、以下同じ)の#1ジャーナル軸受部14の両側にスラスト軸受48が形成され、この部分のカム軸を支持するシリンダヘッド2およびカムキャップ17を介してスラスト力を受けて軸方向の位置を固定する。カム軸7内にはその中心に沿ってオイル通路50が設けられる。前述のフィルター42(図2、図4)を通したオイルの分岐通路46は、オイル通路45を通して、カム軸7内のオイル通路50に連通し、各ジャーナル軸受部のオイルポート50aからオイルを各ジャーナル軸受部およびその部分のカムキャップに供給する。このカム軸にオイルを供給するオイル通路45,50は、カムキャップ17に形成されたスラストオイル通路49に連通する。このスラストオイル通路49は、カムキャップ17の両側に開口し、両側のスラスト軸受48のスラスト面にオイルを供給する。
【0024】
オイルの分岐通路46は、前述のように、切換弁40を介して第1および第2のオイル通路43,44に分岐し、それぞれカム軸端部内のオイル通路43a,44aに連通する。これらのオイル通路43a.44aはそれぞれ、オイルポート43b,44bを介して第1油圧室38および第2油圧室39に連通し、オイルを選択された側の油圧室38または39に供給してクランク角に対するカム軸の位相を変化させる。
【0025】
図5は、上記実施形態のVVT部分を示す図である。吸気側および排気側の各可変バルブタイミング機構の本体部10,11は、それぞれのカム軸6,7の端部の#1ジャーナル軸受部14に隣接して装着される回転軸部51と、この回転軸部51の軸方向外側の円筒状のハウジング部52からなり、ハウジング部52内に前述の第1および第2の油圧室38,39が設けられる。前述のように、吸気側可変バルブタイミング機構の本体部10の回転軸部51に駆動スプロケット31および連結スプロケット33が装着され、排気側可変バルブタイミング機構の本体部11の回転軸部51に連結スプロケット35が装着される。クランク軸に連結された駆動スプロケット31は、図2の矢印Eで示すエンジンと同方向に回転する。吸気側可変バルブタイミング機構の本体部10は、この矢印Eと同方向の進角側に油圧駆動されてカム角が調整される。
【0026】
排気側可変バルブタイミング機構の本体部11は、矢印Eと反対方向の遅角側に油圧駆動されてカム角が調整される。このため、排気側可変バルブタイミング機構の本体部11は吸気側に比べ大きな油圧駆動力を必要とする。したがって、ベーン(不図示)の受圧面積を大きくするためにハウジング部52の形状が大きくなる。さらにこの油圧駆動力を補助するために、渦巻スプリング53がハウジング部52に取付けられる。
【0027】
本実施形態では、吸気側可変バルブタイミング機構の本体部10に装着した駆動スプロケット31と排気側可変バルブタイミング機構の本体部11のハウジング部52が、前面から見て(カム軸方向から見て)オーバーラップするように、排気側のハウジング部52を駆動スプロケット31の軸方向外側(前面側)に設けている。これにより、ハウジング部52の軸方向の幅Wを拡大せずに外径Dを広げて、必要とする油圧駆動力を得るためのベーン受圧面積を維持し、エンジン端部のVVT11の軸方向突出長さLを小さくすることができる。
【0028】
これにより、エンジン全長を小さくして小型化を図ることができるとともに、長さLが小さいため、排気カム軸7の端部を支持する#1ジャーナル軸受部14に対する可変バルブタイミング機構の本体部11のモーメントが小さくなり、ジャーナル軸受部に対する負担が軽減され、回転負荷が軽減する。
【0029】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、吸気カム軸側可変バルブタイミング機構の本体部の回転駆動手段と排気カム軸側可変バルブタイミング機構のハウジング部をオーバーラップして配設するため、排気カム軸側可変バルブタイミング機構のハウジング部が吸気カム軸側可変バルブタイミング機構の回転駆動手段と干渉することなく、その並列する軸方向の外側に装着される。このため、排気カム軸側可変バルブタイミング機構のハウジング部を軸方向に長くすることなく、径を広げることによりハウジング部の油圧室の受圧面積を大きくして駆動力を高めることができる。したがって、エンジン全長は長くならず、またオーバーハングのモーメントによるカム軸のジャーナル軸受部に対する負担が軽減される。また、吸・排気用の可変バルブタイミング機構の本体部を近接配置することができ、両カム軸同士を近づけてバルブ挟み角を小さくできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施形態に係るエンジン前端部の平面図。
【図2】 図1の実施形態の正面図。
【図3】 図1の実施形態の側面図。
【図4】 図1の実施形態のVVTの油圧経路説明図。
【図5】 図1の実施形態のVVTの構成説明図。
【符号の説明】
1:エンジン、2:シリンダヘッド、3:プラグホール、4:吸気バルブ孔、5:排気バルブ孔、6:吸気カム軸、7:排気カム軸、8:カム、9:VVT、10:吸気側可変バルブタイミング機構の本体部、11:排気側可変バルブタイミング機構の本体部、12:ヘッドカバー、13:合面、14:#1ジャーナル軸受部、15:#2ジャーナル軸受部、16:ボルト孔、17:カムキャップ、18:ヘッドボルト孔、19:ヘッドボルト、20:ボルト孔、21:連結部、22:ボルト孔、23:台座、24:カム角センサ、30:シャッター、31:駆動スプロケット、32:カムチェーン、33:連結スプロケット、34:連結チェーン、35:連結スプロケット、36:テンショナー、37:ボルト孔、38:第1油圧室、39:第2油圧室、40:切換弁、41:オイル通路、42:フィルター、43,43a,44,44a,45:オイル通路、43a,44a:オイルポート、46:分岐通路、47:弾性シール材、48:スラスト軸受、49:スラストオイル通路、50:オイル通路、50a:オイルポート、51:回転軸部、52:ハウジング部、53:渦巻スプリング。
Claims (2)
- 吸気カム軸と排気カム軸を有し、
各カム軸の端部に可変バルブタイミング機構の本体部を装着し、
各可変バルブタイミング機構の本体部は回転軸部とその端部の円筒状のハウジング部とを含み、
該ハウジング部内にベーンで仕切られた進角側および遅角側の油圧室を有し、
両可変バルブタイミング機構の本体部の回転軸部間に回転伝達手段を設けるとともに、
一方の可変バルブタイミング機構の本体部の回転軸部にクランク軸から回転駆動力を受ける回転駆動手段が装着されたエンジンの可変バルブタイミング機構において、
前記回転駆動手段を吸気カム軸側可変バルブタイミング機構のハウジング部に隣接して装着し、
前記回転伝達手段を前記回転駆動手段よりカム軸方向に関し内側の位置に配設し、
前記回転駆動手段よりカム軸方向に関し外側の位置に排気カム軸側可変バルブタイミング機構のハウジング部を配設し、
前記各カム軸の軸方向から見て、前記吸気カム軸側可変バルブタイミング機構の回転駆動手段と排気カム軸側可変バルブタイミング機構のハウジング部をオーバーラップさせ、
かつ排気カム軸側可変バルブタイミング機構のハウジング部の外径(D)を吸気カム軸側可変バルブタイミング機構のハウジング部の外径より大きく設定したことを特徴とするエンジンの可変バルブタイミング機構。 - 前記排気カム軸側可変バルブタイミング機構のハウジング部の軸方向の幅(W)を吸気カム軸側可変バルブタイミング機構のハウジング部の軸方向の幅より大きく設定したことを特徴とする請求項1に記載のエンジンの可変バルブタイミング機構。
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