JP4343396B2 - エンジンの可変バルブタイミング機構 - Google Patents

Description

【０００１】
【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)

1. 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。
2. 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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