JP4432879B2 - 内燃機関のオイル通路構造 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関のオイル通路構造に関する。

例えば自動車等に搭載される内燃機関では、その動弁機構にオイルを供給するための油圧経路から、シリンダブロックやカムシャフト支持用のカムハウジング等の外壁に付設される部材へオイルを供給するように構成したものがある（例えば特許文献１，２参照。）。

なお、前記内燃機関側の部材や外付け部材には、互いに連通するオイル通路がそれぞれ設けられている。また、前記外付け部材としては、例えばカムシャフトのタイミングチェーンや、可変動弁機構の油圧式アクチュエータ等が挙げられるが、その他の適宜の補機とされることもある。

近年では、内燃機関を構成するいろいろな部品について、例えばアルミニウム合金やマグネシウム合金等の軽合金を材料とするダイカスト成形品を用いる傾向にある。このダイカスト成形品としては、例えば内燃機関のカムハウジング、シリンダブロック等が挙げられる。

ところで、ダイカスト成形品は、一般的に、成形金型のキャビィティ内に空気や反応ガスを巻き込みやすいために、内部に鋳巣と呼ばれる微小な空孔が生じやすい。但し、成形金型のキャビィティに注入される溶融材料において成形金型の壁面に当接して転写される鋳肌面（例えば外表面や内表面等）については、その最表面から所定深さまでの表層部分に前記鋳巣が発生しにくいことが解っている。
特開２００１−２７１０９号公報 特開２００１−２６３０１５号公報

上記従来例では、ダイカスト成形品とされる部材に設けられるオイル通路を、切削加工により形成すると、このオイル通路の内面に鋳巣が露呈してしまう場合がありうるために、このオイル通路内を流通するオイルが当該オイル通路の内面に露呈する鋳巣からダイカスト成形品の肉厚部分に染み込むことがある。

このようなダイカスト成形品とされる部材において、例えばオイル通路の開口が設けられる面を前記外付け部材の結合面とする場合は、例えば切削加工による研磨仕上げを施して製造当初の鋳肌面の表層を除去することによって面精度を高めるようにすることがあり、そのために、前記結合面の表面に鋳巣の一部が露呈してしまうことがある。

このような鋳巣が露呈している面が存在していると、前記オイル通路からダイカスト成形品の肉厚部分に染み込んだオイルが前記面から外部へ染み出るおそれがある。

本発明は、ダイカスト成形品とされるカムシャフト支持用の支持部材に設けられる第１のオイル通路内を流通するオイルの外部漏洩を抑制または防止することを目的としている。

本発明は、吸気バルブや排気バルブの少なくとも一方の作動特性を変更可能とする可変動弁機構を有する内燃機関のオイル通路構造であって、前記可変動弁機構は、シリンダヘッド上にカムシャフトと平行に固定支持されるロッカシャフトと、前記ロッカシャフトの中心孔に、軸方向変位可能に挿通されるコントロールシャフトと、前記ロッカシャフトの外周に、前記コントロールシャフトと連動可能に外装されるスライダギアと、前記スライダギアに、第１のヘリカルスプラインを介して外装されるカム被打部材と、前記スライダギアに、前記第１のヘリカルスプラインと傾斜方向が反対である第２のヘリカルスプラインを介して外装され、前記カム被打部材に軸方向隣り合わせに配置されるバルブ打部材と、前記コントロールシャフトを軸方向に変位させ、前記カム被打部材に対する前記バルブ打部材の相対位相差を変更させる油圧式のアクチュエータとを有し、前記カムシャフトを支持するためのダイカスト成形品からなる支持部材に、第１のオイル通路が設けられ、前記アクチュエータのハウジングに、前記第１のオイル通路からオイルが導かれる第２のオイル通路が設けられ、前記第１のオイル通路の内面が、鋳肌面とされていることを特徴としている。

なお、前記鋳肌面とは、成形金型のキャビィティに注入される溶融材料において成形金型の壁面に当接して転写される面（例えば外表面や内表面等）のことである。この鋳肌面の最表面から所定深さまでの表層部分にはいわゆる鋳巣が発生しにくいことが解っている。

この構成によれば、前記第１のオイル通路の内面を鋳巣が露呈しない鋳肌面としていて、従来例のような切削加工面つまり鋳巣の一部が露呈した面としていないから、前記第１のオイル通路を流通するオイルが、この第１のオイル通路の内面からダイカスト成形品となる支持部材の肉厚部分に染み込むことが防止される。これにより、例えばダイカスト成形品となる支持部材において切削加工された面を有していても、この面からオイルが染み出すといった現象が発生することがなくなる。

好ましくは、前記支持部材は、前記内燃機関のシリンダヘッド上に設置されるカムハウジングとされ、このカムハウジングの長手方向一端側に前記アクチュエータのハウジングが付設され、前記カムハウジングに設けられる第１のオイル通路が、シリンダヘッドと前記コントロールシャフトとの間に配置される。

この構成によれば、内燃機関のカムハウジングに設けられる第１のオイル通路からアクチュエータのハウジングに設けられる第２のオイル通路へオイルが供給されるようになり、前記カムハウジング内の第１のオイル通路から外部へのオイル漏洩が回避される。

好ましくは、前記第１のオイル通路の上流は、前記カムシャフトのジャーナル部にオイルを供給するための油圧経路に接続される。

この構成であれば、内燃機関に設置されている既存の油圧経路から油圧式のアクチュエータにオイルを供給するようにしているから、このアクチュエータに対するオイル供給経路をわざわざ別途設置するという無駄がない。

本発明によれば、ダイカスト成形品からなるカムシャフト支持用の支持部材に設けられる第１のオイル通路内を流通するオイルの外部漏洩を抑制または防止することが可能となる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１から図９に本発明の一実施形態を示している。

まず、本発明の特徴構成の説明に先立ち、本発明を適用する内燃機関の構成を説明する。ここでは、内燃機関１を直列４気筒型ＤＯＨＣエンジンとし、説明を簡単にするために、吸気バルブ１４のみのリフト量や作用角等の作動特性を連続的に変更可能とする可変動弁機構３を備える構成としている。

内燃機関１のシリンダヘッド１２上には、図９に示すように、カムハウジング５が搭載されており、このカムハウジング５の上にヘッドカバー６が取り付けられている。カムハウジング５には、気筒（燃焼室１３）の配列方向に沿って一定間隔ごとに隔壁２１が設けられていて、この隔壁２１に吸気カムシャフト１６および排気カムシャフト１８が支持されるようになっている。

可変動弁機構３は、ロッカシャフト３１、コントロールシャフト３２、アクチュエータ３３、およびバルブリフト機構４を備えている。

ロッカシャフト３１は、シリンダヘッド１２上のカムハウジング５における多数の隔壁２１に軸方向ならびに円周方向に不動となるように取り付けられており、吸気カムシャフト１６と平行つまり気筒（燃焼室１３）の配列方向に沿って配置されている。

コントロールシャフト３２は、中空パイプからなるロッカシャフト３１の中心孔内に軸方向変位可能に挿入されており、アクチュエータ３３によって軸方向に進退駆動される。

バルブリフト機構４は、気筒数と同数設けられており、ロッカシャフト３１に対し各気筒と対応するように外装されている。

このバルブリフト機構４は、吸気カムシャフト１６の吸気カム１７とロッカアーム２４との間に配設されており、カム被打部材としての入力アーム４１、バルブ打部材としての二つの出力アーム４２Ａ，４２Ｂおよびスライダギア４３を備えている。なお、入力アーム４１および二つの出力アーム４２Ａ，４２Ｂを、必要に応じてアームアッセンブリと呼ぶことにする。

なお、ロッカアーム２４は、その一端が油圧式のラッシュアジャスタ２５に支持され、他端が吸気バルブ１４のステムエンド側のタペット１４ａに当接され、長手方向中間にローラ２４ａが回動可能に支持された構成で、いわゆるエンドピボッドタイプと呼ばれるものである。油圧式のラッシュアジャスタ２５は、吸気バルブ１４のタペットクリアランスを常にゼロに保つように機能する公知の構成である。

入力アーム４１は、円筒形のハウジング４１ａを有し、その内周面には、スライダギア４３のセンタヘリカルスプライン４３ａに噛み合うヘリカルスプライン４１ｂが形成されている。また、ハウジング４１ａの外周には、径方向外向きへ突出する一対のフォーク４１ｃＬ，４１ｃＲが設けられていて、この一対のフォーク４１ｃＬ，４１ｃＲの間にロッカシャフト３１と平行な支軸４１ｄを介してローラ４１ｅが回転自在に支持されている。

二つの出力アーム４２Ａ，４２Ｂは、共に同じ形状であり、いずれも、円筒形のハウジング４２ａを有し、その内周面には、スライダギア４３のサイドヘリカルスプライン４３ｂに噛み合うヘリカルスプライン４２ｂが形成されている。また、ハウジング４２ａの外周には、径方向外向きへ突出する突片としてのノーズ４２ｃが設けられている。このノーズ４２ｃは、側面視で略三角形状に形成され、その一辺がカム面４２ｄとされている。この出力アーム４２Ａ，４２Ｂのカム面４２ｄは、ロッカアーム２４のローラ２４ａに当接されるようになっている。

スライダギア４３は、ロッカシャフト３１上にコントロールシャフト３２と連動して軸方向に移動可能に外装されていて、その外径側に入力アーム４１と二つの出力アーム４２Ａ，４２Ｂとが外装されている。

このスライダギア４３は、中心に貫通孔４３ｃを有する円筒形状に形成されており、その外周における軸方向中間には、入力アーム４１のヘリカルスプライン４１ｂに噛み合うセンタヘリカルスプライン４３ａが、また、外周における軸方向両側には、出力アーム４２Ａ，４２Ｂのヘリカルスプライン４２ｂに噛み合うサイドヘリカルスプライン４３ｂが形成されている。サイドヘリカルスプライン４３ｂは、センタヘリカルスプライン４３ａに対して外径が小さく形成されている。センタヘリカルスプライン４３ａとサイドヘリカルスプライン４３ｂとは、歯すじの傾斜方向が反対となるように形成されている。

なお、入力アーム４１のローラ４１ｅは、シリンダヘッド１２に圧縮状態で配設されたロストモーションスプリングと呼ばれるバネ２６によって、常に吸気カム１７へ押し付けられるように付勢されている。出力アーム４２Ａ，４２Ｂのハウジング４２ａのカム面４２ｄは、吸気バルブ１４のバルブスプリング１４ｂによってロッカアーム２４のローラ２４ａが圧接されている。

ここで、スライダギア４３について、ロッカシャフト３１およびコントロールシャフト３２との結合形態について説明する。

スライダギア４３においてセンタヘリカルスプライン４３ａと一方のサイドヘリカルスプライン４３ｂとの間には、円周方向に沿うとともに径方向内外に貫通する長孔４３ｄが設けられている。また、ロッカシャフト３１においてスライダギア４３の長孔４３ｄと対応する箇所には、軸方向へ沿うとともに径方向内外に貫通する長孔３１ａが設けられている。さらに、ロッカシャフト３１の長孔３１ａに対応するコントロールシャフト３２の箇所には、挿通孔３２ａが設けられている。

そして、ロッカシャフト３１をスライダギア４３の貫通孔４３ｃへ挿入し、スライダギア４３の長孔４３ｄとロッカシャフト３１の長孔３１ａとが交差した箇所に、係止ピン４４を挿入し、この係止ピン４４の一端を、コントロールシャフト３２内に挿入したコントロールシャフト３２の挿通孔３２ａに固定する。なお、スライダギア４３の長孔４３ｄ内での係止ピン４４の動きを許容するために、スライダギア４３の長孔４３ｄにおける軸方向幅は係止ピン４４の直径より若干大きくされている。

このように組み付けられたスライダギア４３は次のように動作する。
（ａ）係止ピン４４は、ロッカシャフト３１の長孔３１ａに沿って移動することができる。このため、アクチュエータ３３によりコントロールシャフト３２を軸方向に移動させると、スライダギア４３がコントロールシャフト３２と連動して軸方向に移動する。
（ｂ）係止ピン４４がスライダギア４３の長孔４３ｄへ挿入されているので、入力アーム４１に吸気カムシャフト１６のトルクが伝達されると、スライダギア４３がロッカシャフト３１の周りを揺動する。

このようなバルブリフト機構４において、コントロールシャフト３２とともにスライダギア４３を軸方向に移動させて、スライダギア４３とアームアッセンブリ（入力アーム４１および出力アーム４２Ａ，４２Ｂ）との軸方向における相対位置を変更することにより、入力アーム４１と出力アーム４２Ａ，４２Ｂとに互いに逆方向のねじり力が付与されることになる。これにより、入力アーム４１と出力アーム４２Ａ，４２Ｂとが相対回転し、入力アーム４１（ローラ４１ｅ）と出力アーム４２Ａ，４２Ｂ（ノーズ４２ｃ）との相対位相差が変更されるようになる。

なお、上記可変動弁機構３においては、共通する１本のコントロールシャフト３２に気筒毎のバルブリフト機構４・・・がそれぞれ固定されているので、コントロールシャフト３２の軸方向移動に伴って全気筒の吸気バルブ１４のリフト量が同時に変更されるようになっている。但し、気筒毎のバルブリフト機構４を個別に動作させるようにすることも可能であり、そのような形態にも本発明を適用できる。

次に、基本的な動作を説明する。

まず、コントロールシャフト３２をアクチュエータ３３から離す方向（図３における矢符Ｆ方向）に最大限まで移動させた状態では、ロッカシャフト３１の軸心回りにおける入力アーム４１のローラ４１ｅと、出力アーム４２Ａ，４２Ｂのノーズ４２ｃとの相対位相差が最大となる。

このような状態では、図７（ａ）に示すように、吸気カム１７のベース円部分が入力アーム４１のローラ４１ｅに当接している期間、ロッカアーム２４が傾動しないので、吸気バルブ１４のリフト量がゼロの状態（吸気ポート１２ａを閉じた状態）となる。

ここで、図７（ｂ）に示すように、吸気カムシャフト１６の時計方向の回転に伴い、吸気カム１７の凸部分で入力アーム４１のローラ４１ｅが最大限まで押し下げられると、入力アーム４１が矢符Ａ方向（反時計方向）に回転するとともに、これに伴って出力アーム４２Ａ，４２Ｂおよびスライダギア４３が一体となって回転する。これにより、図７（ｂ）に示すように、出力アーム４２Ａ，４２Ｂのノーズ４２ｃによってロッカアーム２４のローラ２４ａが押し下げられ、ロッカアーム２４がラッシュアジャスタ２５との当接部を支点として傾動し、吸気バルブ１４が押し下げられて最大のリフト量および作用角で開くことになる。

一方、コントロールシャフト３２をアクチュエータ３３に近づく方向（図３における矢符Ｒ方向）に最大限まで移動した状態では、ロッカシャフト３１の軸心回りにおけるローラ４１ｅとノーズ４２ｃとの相対位相差が最小となる。

このような状態では、図８（ａ）に示すように、吸気カム１７のベース円部分が入力アーム４１のローラ４１ｅに当接している期間、ロッカアーム２４が傾動しないので、吸気バルブ１４のリフト量がゼロの状態（吸気ポート１２ａを閉じた状態）となる。

ここで、図８（ｂ）に示すように、吸気カムシャフト１６の時計方向の回転に伴い、吸気カム１７の凸部分で入力アーム４１のローラ４１ｅが最大限まで押し下げられると、入力アーム４１と出力アーム４２Ａ，４２Ｂとが一体となって反時計方向（矢符Ａ方向）に回転させられるものの、ノーズ４２ｃがロッカアーム２４のローラ２４ａに当接しないので、ロッカアーム２４は全く傾動せず、吸気バルブ１４のリフト量がゼロに維持される。

次に、本発明の特徴部分に関する構成について説明する。

この実施形態では、要するに、吸気カムシャフト１６および排気カムシャフト１８のカムジャーナル部へオイルを供給する油圧経路８からカムハウジング５に設けられるオイル通路５ａを経て可変動弁機構３のアクチュエータ３３のハウジング３３ａに設けられるオイル通路３３ｅへオイルを供給するようにした構造において、外部へのオイル漏洩を防止するように工夫している。

具体的に、図９に示すように、カムハウジング５の長手方向一端側の外壁面には、可変動弁機構３の油圧式のアクチュエータ３３が付設されている。このアクチュエータ３３は、シリンダとなるハウジング３３ａおよびエンドカバー３３ｂと、ピストン３３ｃと、リバーススプリング３３ｄとを有している。ピストン３３ｃとハウジング３３ａの底面との間の第１油圧室にはハウジング３３ａに設けられているオイル通路３３ｅが、また、ピストン３３ｃとエンドカバー３３ｂとの間の第２油圧室にはエンドカバー３３ｂに設けられているオイル通路３３ｆがそれぞれ連通されている。

カムハウジング５において吸気カムシャフト１６や排気カムシャフト１８のジャーナル部を支持する隔壁２１には、シリンダヘッド１２に設置されている油圧経路８から各カムシャフト１６，１８のジャーナル部へオイルを導く分岐路８ａが設けられている。

なお、ロッカシャフト３１は、隔壁２１上の凹部に嵌合されていて、この隔壁２１上にボルト等で結合されるカムキャップ２２でもって押さえられている。

また、カムハウジング５の隔壁２１には、前記分岐路８ａとアクチュエータ３３のハウジング３３ａに設けられるオイル通路３３ｅとを連通連結する中継用のオイル通路５ａが設けられている。

この実施形態では、カムハウジング５が、アルミニウム合金またはマグネシウム合金等の軽合金を材料としたダイカスト成形品とされている。そのため、その肉厚部分には、微小ではあるものの、鋳巣が存在している。

このダイカスト成形品からなるカムハウジング５において中継用のオイル通路５ａの開口が設けられるとともにアクチュエータ３３が外付けされる結合面５ｂは、例えば切削加工による研磨仕上げを施すことによって面精度が高められている。そのために、この結合面５ｂは、製造当初の鋳肌面における表層部分が除去された切削加工面となっており、表面に鋳巣の一部が露呈した状態になっている。なお、アクチュエータ３３のハウジング３３ａと結合面５ｂとの間には、Ｏリング等のシール７が介装されている。

カムハウジング５の内部に形成される中継用のオイル通路５ａは、鋳抜き孔とされており、それによってこのオイル通路５ａを構成する内面が、鋳肌面になっている。

このオイル通路５ａは、鋳抜き孔であるために、その開口端へ向けて内径寸法を漸増させるようにしており、成形金型の抜きを容易とするようになっている。

以上説明したように、この実施形態では、ダイカスト成形品であるカムハウジング５のオイル通路５ａの内面を鋳肌面としているから、従来例の切削加工面のように鋳巣の一部が露呈することがない。

そのため、カムハウジング５のオイル通路５ａを流通するオイルが、このオイル通路５ａの内面からカムハウジング５の肉厚部分に染み込むことが防止される。これにより、カムハウジング５の結合面５ｂを切削加工面としていて仮に鋳巣が露呈していたとしても、この結合面５ｂからオイルが染み出すといった現象が発生せずに済む。したがって、カムハウジング５のオイル通路５ａから外部へオイルが漏洩することを防止できるようになるのであり、信頼性向上に貢献できる。

以下、本発明の他の実施形態を説明する。

（１）上記実施形態では、他方部材として可変動弁機構３のアクチュエータ３３を例に挙げたが、図１０に示すように、アクチュエータ３３の代わりに、他のオイル使用機器（図示省略）にオイルを供給するためのバイパス配管９等とすることができる。

このバイパス配管９は、フランジ状の取付片９ａを介してボルト等によりカムハウジング５の結合面５ｂに取り付けられており、その内部に設けられているオイル通路９ｂがカムハウジング５のオイル通路５ａと連通されるようになっている。なお、取付片９ａと結合面５ｂとの間には、Ｏリング等のシール７が介装されている。この場合にあっても、上記実施形態と同様の作用、効果が得られる。

（２）上記実施形態において、ダイカスト成形品を内燃機関１のカムハウジング５としたが、その他の部材とすることも可能である。例えば上記実施形態においてアクチュエータ３３のハウジング３３ａを適宜の軽合金からなるダイカスト成形品とする場合には、このハウジング３３ａに設けられるオイル通路３３ｅを鋳抜いて形成することにより内面を鋳肌面とすることも可能である。

（３）上記実施形態の内燃機関１は、吸気バルブ１４の作動特性のみを可変とした構成であるが、排気バルブ１５の作動特性も可変とするような構成としたものであってもかまわない。

（４）上記実施形態では、内燃機関１に備えるカムハウジング５をダイカスト成形品の一例としたが、内燃機関１以外の適宜の機器に備える部材をダイカスト成形品とし、このダイカスト成形品側からそれに連結される部材へオイルを供給するような構造にも、本発明を適用できる。

（５）上記実施形態では、カムハウジング５のオイル通路５ａの内面全てを鋳肌面としたが、少なくともオイル通路５ａにおいて開口端側から奥行き方向所定位置までの所定長さ区間だけを鋳肌面としたものも本発明に含まれる。

本発明に係る内燃機関の可変動弁機構を模式的に示す平面図である。 図１の（２）−（２）線断面の矢視図である。 図１の可変動弁機構の斜視図である。 図１のバルブリフト機構の分解斜視図である。 図４のバルブリフト機構のスライダギアとロッカシャフトとの関係を示す分解斜視図である。 図４のバルブリフト機構の上半分を破断して示す斜視図である。 図２の入力アームと出力アームとの相対位相差を最大にした場合の動作説明に用いる側面図である。 図２の入力アームと出力アームとの相対位相差を最小にした場合の動作説明に用いる側面図である。 本発明の一実施形態に係る特徴部分を示しており、図１の（９）−（９）線断面の矢視図である。 本発明の他の実施形態で、図１の（１０）−（１０）線断面の矢視図である。

符号の説明

１ 内燃機関
１２ シリンダヘッド
１４ 吸気バルブ
１５ 排気バルブ
１６ 吸気カムシャフト
１７ 吸気カム
２１ 隔壁
３ 可変動弁機構
３１ ロッカシャフト
３２ コントロールシャフト
３３ アクチュエータ
３３ａ アクチュエータのハウジング
３３ｅ オイル通路
４ バルブリフト機構
４１ 入力アーム（カム被打部材）
４２Ａ，４２Ｂ 出力アーム（バルブ打部材）
４３ スライダギア
５ カムハウジング（ダイカスト成形品となる支持部材）
５ａ カムハウジングのオイル通路
５ｂ カムハウジングの結合面
８ シリンダヘッドの油圧経路

Claims (3)

1. 吸気バルブや排気バルブの少なくとも一方の作動特性を変更可能とする可変動弁機構を有する内燃機関のオイル通路構造であって、
   前記可変動弁機構は、シリンダヘッド上にカムシャフトと平行に固定支持されるロッカシャフトと、
   前記ロッカシャフトの中心孔に、軸方向変位可能に挿通されるコントロールシャフトと、
   前記ロッカシャフトの外周に、前記コントロールシャフトと連動可能に外装されるスライダギアと、
   前記スライダギアに、第１のヘリカルスプラインを介して外装されるカム被打部材と、
   前記スライダギアに、前記第１のヘリカルスプラインと傾斜方向が反対である第２のヘリカルスプラインを介して外装され、前記カム被打部材に軸方向隣り合わせに配置されるバルブ打部材と、
   前記コントロールシャフトを軸方向に変位させ、前記カム被打部材に対する前記バルブ打部材の相対位相差を変更させる油圧式のアクチュエータとを有し、
   前記カムシャフトを支持するためのダイカスト成形品からなる支持部材に、第１のオイル通路が設けられ、
   前記アクチュエータのハウジングに、前記第１のオイル通路からオイルが導かれる第２のオイル通路が設けられ、
   前記第１のオイル通路の内面が、鋳肌面とされていることを特徴とする内燃機関のオイル通路構造。
2. 請求項１において、前記支持部材は、前記内燃機関のシリンダヘッド上に設置されるカムハウジングとされ、このカムハウジングの長手方向一端側に前記アクチュエータのハウジングが付設され、前記カムハウジングに設けられる第１のオイル通路が、シリンダヘッドと前記コントロールシャフトとの間に配置されることを特徴とする内燃機関のオイル通路構造。
3. 請求項１または２において、前記第１のオイル通路の上流は、前記カムシャフトのジャーナル部にオイルを供給するための油圧経路に接続されることを特徴とする内燃機関のオイル通路構造。

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