JP6455707B2 - 車両用内燃機関 - Google Patents

Description

本開示は、可変動弁装置などに供給される作動油の油圧を制御するオイルコントロールバルブを備えた車両用内燃機関に関する。

燃焼室内に燃料を直接噴射する筒内噴射弁を備えた車両用内燃機関では、筒内噴射弁に高圧燃料ポンプにより高圧の燃料が供給される。シリンダヘッドに高圧燃料ポンプ及び動弁装置を構成するカムシャフトが設けられ、該高圧燃料ポンプはカムシャフトの回転に同期するポンプカムを備え、該ポンプカムにより作動する。
特許文献１には、カムシャフトの延設部にポンプカムが取り付けられた高圧燃料ポンプが開示されている。
高圧燃料ポンプはポンプケース内に収納されて回転するポンプカムに潤滑油を供給する潤滑油供給系統を必要とする。

一方、車両用内燃機関には、可変動弁装置のバルブタイミングを偏向するためにオイルコントロールバルブが用いられている。
特許文献２には、左右のバンクに分かれたＶ型エンジンにおいて、オイルコントロールバルブによって、油圧式の可変動弁装置を通常モード、高速モード及び休筒モードに切替え可能にすることが開示されている。

他方、過給機付きの車両用内燃機関のシリンダヘッドには、オイルコントロールバルブを含む可変動弁装置や高圧燃料ポンプ以外に、過給された吸気を冷却するためのインタークーラ等が配置される。これらの機器類を備えた車両用内燃機関を限られたスペースのエンジンルームに収納するためには、シリンダヘッドに設けられる機器類のコンパクト化を図る必要がある。

特開２０１４−１２９７６３号公報 特開２００７−２６２９８０号公報

前述のように、特に過給機を備えた車両用内燃機関はコンパクト化を図る必要がある。そのため、コンパクト化を阻害することなく、高圧燃料ポンプに潤滑油を供給する必要がある。
他方、オイルコントロールバルブからは自然に作動油の漏れが発生するので、コンパクト化を阻害せずに、漏れた作動油の処理が必要となる。

そこで、これら技術的課題に鑑み、本発明の少なくとも一つの実施形態は、シリンダヘッドのコンパクト化を阻害せずに、オイルコントロールバルブから漏れた作動油を高圧燃料ポンプに潤滑油として供給可能にすることを目的とする。

本発明の少なくとも一実施形態に係る車両用内燃機関は、
（１）シリンダヘッドに設けられた動弁装置を駆動するカムシャフトと、前記シリンダヘッドの隔壁に取り付けられ、該隔壁から延出した前記カムシャフトの延出部を覆うポンプケースと、前記ポンプケースの内部に設けられ前記延出部に取り付けられたポンプカムを有し、前記カムシャフトの回転によって駆動される高圧燃料ポンプと、スプール弁を内蔵したバルブボディを有し、該バルブボディが前記ポンプケースの内部に配置されたオイルコントロールバルブと、を備え、前記ポンプケースの内部で前記バルブボディから漏れた作動油が前記ポンプカムまで流出するように構成される。

前記構成（１）によれば、オイルコントロールバルブのバルブボディから漏れ、ポンプカムに浸入した作動油は、ポンプカムの回転によって周囲に拡散されるので、ポンプカムの潤滑油としての機能を有効に発揮できる。
このように、オイルコントロールバルブのバルブボディから漏れた作動油を高圧燃料ポンプの潤滑油として使用できるので、別途潤滑油供給系統を設ける必要がなくなる。さらに、オイルコントロールバルブから漏れた作動油の処理を同時に行うことができる。
また、オイルコントロールバルブのバルブボディをポンプケースの内部に配置することで、高圧燃料ポンプ及びオイルコントロールバルブを別個に配置する場合より、高圧燃料ポンプ及びオイルコントロールバルブの配置スペースを縮小できると共に、これら機器類の簡素化かつ低コスト化を達成できる。

幾つかの実施形態では、前記構成（１）において、
（２）前記ポンプケースが取り付けられた前記シリンダヘッドの隔壁に、前記シリンダヘッドの内部と前記ポンプケース内の下部領域とを連通する貫通孔が形成されている。
前記構成（２）によれば、前記高圧燃料ポンプで潤滑油として用いられた作動油は、前記貫通孔を通してシリンダヘッドに流出し、さらにシリンダヘッドの潤滑油として用いることができる。そのため、オイルコントロールバルブから漏れた作動油の処理のために、何らの装置も必要としないので、シリンダヘッドのコンパクト化を達成できる。

幾つかの実施形態では、前記構成（１）又は（２）において、
（３）前記ポンプケースの内部の前記ポンプカムが収納されるカム室と、前記バルブボディが収納されるバルブ室との間に仕切りがなく連通され、前記カム室の底面は前記バルブ室の底面より取付状態で下方に配置され、かつ前記カム室の底面に前記バルブボディから漏れた作動油が流れ込むように構成されている。
前記構成（３）によれば、バルブボディとポンプカムとの間に仕切りがなく開放され、かつこれらの間に作動油の流れを阻害する障害物がないので、バルブボディから漏れた作動油は、重力の作用で確実にポンプカムに達し、ポンプカムの潤滑油として利用できる。

幾つかの実施形態では、前記構成（１）〜（３）の何れかにおいて、
（４）前記車両用内燃機関は気筒列が車体の左右方向へ配置されたＶバンクを形成したＶ型エンジンであり、かつ左右のバンクがバンク軸方向にずらして配置され、前記ポンプケースが取り付けられた前記シリンダヘッドの隔壁は、車体前方にずれたバンクの後端面を形成する隔壁である。
前記構成（４）によれば、ポンプケースが車体前方にずれたバンクの後端面を形成する隔壁に取り付けられているので、高圧燃料ポンプ及びオイルコントロールバルブをバンク軸方向に形成されたスペースに配置できる。そのため、Ｖ型エンジンのバンク軸方向の長さを拡張せずに高圧燃料ポンプ及びオイルコントロールバルブを設置できる。

幾つかの実施形態では、前記構成（１）又は（２）において、
（５）前記ポンプケースが前記シリンダヘッドと別体に構成され、前記ポンプケースはシリンダヘッドの隔壁に固定手段によって固定されている。
前記構成（５）によれば、ポンプケースがシリンダヘッドと別体に構成されるので、ポンプケース及びシリンダヘッドの製造が容易になり、かつシリンダヘッドの端面において、ポンプケースの取付け位置を自由に選択できる。また、ポンプケースをボルトなどの簡易な固定手段で容易に取り付けることができる。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、新たな潤滑油供給系統を付設する必要がなく、高圧燃料ポンプに潤滑油を供給できると共に、オイルコントロールバルブから漏れた作動油の処理を同時に行うことができる。このように、シリンダヘッドのコンパクト化を阻害せずに、オイルコントロールバルブから漏れた作動油を高圧燃料ポンプに潤滑油として供給できる。

本発明の一実施形態に係るＶ型エンジンの平面図である。 図１中のＡ矢視に沿う前記Ｖ型エンジンのシリンダヘッドの正面図である。 前記シリンダヘッドに設けられた高圧燃料ポンプの一部の断面図である。 前記高圧燃料ポンプの斜視図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、これらの実施形態に記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状及びその相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一つの構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

図１〜図４は本発明の一実施形態に係る車両用Ｖ型エンジン１０のシリンダヘッドを示している。なお、図中、車体の前後、左右、上下の方向については、運転席に座った運転者から視た方向を基準とし、図１及び図２に示すように定義して用いた。
図１は、Ｖ型エンジン１０のシリンダヘッドの平面図であり、図２はＶ型エンジン１０のシリンダヘッドの正面図である。
なお、図１及び図２において、車体の左右、前後及び上下の方向は運転席に座った運転者の視点を基準に定義している。

図１及び図２において、Ｖ型エンジン１０は、４サイクルのＶ型６気筒のガソリンエンジンであって、Ｖバンクのバンク角（バンク挟角）は例えば６０°である。Ｖ型をなす左右の各バンク１２ａ及び１２ｂには、夫々３つの気筒が並設されている。
左右バンク１２ａ及び１２ｂにおいて、クランクケース１８の上方にシリンダブロック（不図示）が設けられ、シリンダブロックの上方にシリンダヘッド１４ａ及び１４ｂが設けられている。シリンダヘッド１４ａ及び１４ｂの上部には、カムシャフト５０などを含む可変動弁装置４８（図４参照）などを覆うようにロッカーカバー１６ａ及び１６ｂが装着されている。ロッカーカバー１６ａ及び１６ｂの上面に、シリンダヘッド１４ａ、１４ｂ及びシリンダブロックの内部に潤滑油を供給する開口が形成され、該開口を遮蔽する蓋２０が設けられている。

なお、左右バンク１２ａ及び１２ｂ間であって、これらバンクのロッカーカバー１６ａ及び１６ｂの上方に、スーパーチャージャーを含む吸気構造を設けるようにしてもよい。該スーパーチャージャーはクランク軸によって駆動され、吸気をシリンダヘッド１４ａ及び１４ｂに設けられた吸気ポート（不図示）に送り出す。
図１中、符号２２ａ及び２２ｂはシリンダヘッド１４ａ及び１４ｂに形成され、吸気マニホールド（不図示）に接続されるフランジ部である。フランジ部２２ａ及び２２ｂの内側に形成された吸気通路２４ａ及び２４ｂは前記吸気ポートに連通している。

燃料噴射装置として、Ｖバンクの内側に、前記吸気ポートに燃料を噴射するためのポートインジェクタ（不図示）と、各気筒の燃焼室に直接燃料を噴射するダイレクトインジェクタ２６ａ及び２６ｂとを備えている。
図１に示す例示的な構成では、左右バンクの内側に設けられる該ポートインジェクタ及びダイレクトインジェクタ２６ａ、２６ｂ等が互いに干渉するのを無くし、これらの配置スペースを確保するため、左右バンクはバンク軸方向（車体前後方向であって気筒配列方向）にずらして配置されている。
前記ポートインジェクタ及びダイレクトインジェクタ２６ａ、２６ｂから噴射される噴霧状の燃料と吸気が吸気ポート及び燃焼室で混合して所望とする空燃比が形成される。

各シリンダヘッド１４ａ及び１４ｂには、シリンダ（不図示）の内部に形成される燃焼室に供給された混合気を着火燃焼せしめる点火プラグ（不図示）が装着されている。
前記点火プラグに電力を供給するコネクタ２８ａ及び２８ｂがロッカーカバー１６ａ及び１６ｂの表面に露出するように設けられている。さらに、コネクタ２８ａ及び２８ｂの接続端３０ａ及び３０ｂにコード３４ａ及び３４ｂの端部に設けられたソケット３２ａ及び３２ｂが差し込まれている。
コード３４ａ及び３４ｂは電力線及び信号線を内蔵し、該電力線はバッテリ（不図示）に接続され、該信号線はＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）（不図示）に接続されている。点火プラグはイグニッションコイル（不図示）を内蔵し、該イグニッションコイルはＥＣＵから前記信号線を介して入力される信号で制御され、バッテリから前記電力線を介して供給される電力で高電圧を形成し、該高電圧を点火プラグに付加する。

なお、吸気通路２４ａ及び２４ｂを形成する配管は、車体前後方向に連結する前後連結部３８が設けられ、前後連結部３８によって一体化された壁面を形成している。前後連結部３８によって、吸気マニホールドの剛性を高めることができる。

次に、高圧燃料ポンプ４０の構成を説明する。
図３及び図４において、高圧燃料ポンプ４０のポンプケース４２は、シリンダヘッド１４ｂの隔壁４６の外面に取り付けられる。即ち、ポンプケース４２と一体のフランジ部４３がボルト４４によって隔壁４６に取り付けられる。隔壁４６はシリンダヘッド１４ａのバンク軸方向端面を形成する。なお、図４はカムシャフト５０より上方の隔壁４６及びフランジ部４３を断裁除去した図である。
シリンダヘッド１４ａ及び１４ｂの内部には、可変動弁装置４８及び可変動弁装置４８を駆動するカムシャフト５０等が設けられている。カムシャフト５０の一端は隔壁４６に形成された貫通孔を介してポンプケース４２の内部に延出されている。ポンプケース４２はカムシャフト５０の延出部５２を覆うように形成されている。

ポンプケース４２の内部で延出部５２にポンプカム５４が固着されている。ポンプケース４２は、内部にカム室crが形成され、カム室crにポンプカム５４を内蔵するケーシング４２ａと、回転受け５６及びリフタ５８を内蔵したケーシング４２ｂと、入口管６４及び出口管６６が取り付けられ、ソレノイド６８を内蔵したケーシング４２ｃと、内部にバルブ室vrが形成され、バルブ室vrにオイルコントロールバルブ７０のバルブボディ８１及びスプール弁７２を内蔵したケーシング４２ｄとで構成されている。
カムシャフト５０と連動して回転するポンプカム５４は回転自在な回転受け５６に当たり、ケーシング４２ｂの内部でリフタ５８を摺動させる。リフタ５８の往復動はコイルバネ６０を介してプランジャ６２に伝わり、プランジャ６２を往復動させる。

ケーシング４２ｃの内部にはプランジャ６２に面して加圧室７０が設けられ、加圧室７０は入口管６４及び出口管６６に連通している。また、ケーシング４２ｃの内部には、ソレノイド６８の励磁又は非励磁によって入口管６４を開閉する弁体（不図示）と、電源に接続されソレノイド６８に電流を供給するコネクタ７２が設けられている。
プランジャ６２の動きとソレノイド６８によって作動される前記弁体とが連動し、これらの動きによって、入口管６４から加圧室７０を介し出口管６６に供給される燃料の流量が制御される。燃料は出口管６６から左右バンク１２ａ及び１２ｂに設けられた高圧デリバリ７４ａ及び７４ｂに供給され、さらに、高圧デリバリ７４ａ及び７４ｂからシリンダヘッド１４ａ及び１４ｂに設けられた前記ポートインジェクタ及びダイレクトインジェクタ４４ａ、４４ｂに供給される。

他方、オイルコントロールバルブ８０は、円筒形のケーシング４２ｄにバルブボディ８１及びスプール弁８２が内蔵されている。また、ケーシング４２ｄに取り付けられたケーシング８６の内部に、コイルバネ８４のバネ力に抗してスプール弁７２を駆動するソレノイド８８が設けられている。また、電源に接続されソレノイド８８に電流を供給するコネクタ９０が設けられている。
スプール弁７２はソレノイド６８の励磁及び非励磁によってバルブボディ８１の内部を摺動し、供給管９２に供給される作動油の油圧制御を行う。オイルコントロールバルブ８０に送られた作動油は、供給管９２を介して左右バンク１２ａ及び１２ｂのシリンダヘッド１４ａ及び１４ｂに設けられた油圧式の可変動弁装置４８に供給される。

ポンプケース４２が取り付けられたシリンダヘッド１４ｂの隔壁４６には、シリンダヘッド１４ｂの内部とポンプケース４２内の最下端領域とに連通する貫通孔９４が形成されている。
ポンプケース４２の内部は、バルブボディ８１から漏れた作動油がポンプカム５４が配置された領域まで流出可能に構成されている。即ち、バルブボディ８１とポンプカム５４との間は開放された空間が形成され、かつカム室crの底面（ケーシング４２ａの内側底面）はバルブ室vrの底面（ケーシング４２ｄの内側底面）より下方に配置されている。さらに、バルブボディ８１とポンプカム５４との間のポンプケース４２の底面には、バルブボディ８１から漏れた作動油の流下を阻止する突起などの障害物は存在しない。
また、バンク１２ｂに対してバンク１２ａがバンク軸方向の車体前方へずれており、隔壁４６はバンク１２ａの後端面を形成する隔壁である。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、オイルコントロールバルブ８０のバルブボディ８１から漏れ、ポンプカム５４に浸入した作動油は、ポンプカム５４の回転によって周囲に拡散されるので、ポンプカム５４の潤滑油としての機能を有効に発揮できる。
これによって、ポンプカム５４に別途潤滑油供給系統を設ける必要がなく、かつオイルコントロールバルブ８０から漏れた作動油の処理を行うことができる。
また、オイルコントロールバルブ８０のバルブボディ８１をポンプケース４２の内部に配置することで、これらを別個に配置する場合より、高圧燃料ポンプ４０及びオイルコントロールバルブ８０の配置スペースを縮小できると共に、これら機器類の簡素化かつ低コスト化を達成できる。

また、シリンダヘッド１４ｂとポンプカム５４の下端に連通する貫通孔９４が形成されるので、高圧燃料ポンプ４０で潤滑油として用いられた作動油は、貫通孔９４を通してシリンダヘッド１４ｂに流出するため、さらにシリンダヘッド１４ｂの潤滑油として用いることができる。そのため、オイルコントロールバルブ８０から漏れた作動油の処理のために、何らの装置も必要としないので、シリンダヘッドのコンパクト化を達成できる。

また、バルブボディ８１とポンプカム５４との間に開放された空間が形成され、カム室crの底面はバルブ室vrの底面より下方に配置され、さらに、これらの間に障害物が存在しないので、バルブボディ８１から漏れた作動油は、重力の作用で確実にポンプカム５４に達し、ポンプカム５４の潤滑油として利用できる。
また、Ｖ型エンジン１０に適用された場合、ポンプケース４２が車体前方にずれたバンク１２ａの後端面を形成する隔壁４６に取り付けられているので、高圧燃料ポンプ４０及びオイルコントロールバルブ８０をバンク軸方向に形成されたスペースに配置できる。
そのため、Ｖ型エンジン１０のバンク軸方向の長さを拡張せずに高圧燃料ポンプ４０及びオイルコントロールバルブ８０を設置できる。

また、ポンプケース４２がシリンダヘッド１４ｂと別体に構成されるので、ポンプケース４２及びシリンダヘッド１４ｂの製造が容易になる。また、ポンプケース４２はシリンダヘッド１４ｂの端面において、取付け位置を自由に選択できると共に、ポンプケース４２をボルトなどの簡易な固定手段で容易に取り付けることができる。
また、ケーシング４２ａ〜４２ｄは一体に形成されているので、高圧燃料ポンプ４０及びオイルコントロールバルブ８０のケーシングの製造が容易になる。
さらに、ケーシング４２ｂに対してケーシング４２ｄがほぼ直交する方向に配置されているので、ポンプカム５４に接近したバルブボディ８１の配置が容易である。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、車両用内燃機関において、シリンダヘッドのコンパクト化を阻害せずに、オイルコントロールバルブから漏れた作動油を高圧燃料ポンプに潤滑油として供給できる。

１０ Ｖ型エンジン
１２ａ、１２ｂ 左右バンク
１４ａ、１４ｂ シリンダヘッド
１６ａ、１６ｂ ロッカーカバー
１８ クランクケース
２０ 蓋
２２ａ、２２ｂ、４３ フランジ部
２４ａ、２４ｂ 吸気通路
２６ａ、２６ｂ ダイレクトインジェクタ
２８ａ、２８ｂ、７２、９０ コネクタ
３０ａ、３０ｂ 接続端
３２ａ、３２ｂ ソケット
３４ａ、３４ｂ 高電圧コード
３８ 前後連結部
４０ 高圧燃料ポンプ
４２ ポンプケース
４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄ ケーシング
４４ ボルト
４６ 隔壁
４８ 可変動弁装置
５０ カムシャフト
５２ 延出部
５４ ポンプカム
５６ 回転受け
５８ リフタ
６０、８４ コイルバネ
６２ プランジャ
６４ 入口管
６６ 出口管
６８、８８ ソレノイド
７０ 加圧室
７４ａ、７４ｂ 高圧デリバリ
８０ オイルコントロールバルブ
８１ バルブボディ
８２ スプール弁
９２ 供給管
９４ 貫通孔
cr カム室
vr バルブ室

Claims (5)

1. シリンダヘッドに設けられた動弁装置を駆動するカムシャフトと、
   前記シリンダヘッドの隔壁に取り付けられ、該隔壁から延出した前記カムシャフトの延出部を覆うポンプケースと、
   前記ポンプケースの内部に設けられ前記延出部に取り付けられたポンプカムを有し、前記カムシャフトの回転によって駆動される高圧燃料ポンプと、
   スプール弁を内蔵したバルブボディを有し、該バルブボディが前記ポンプケースの内部に配置されたオイルコントロールバルブと、を備え、
   前記ポンプケースの内部で前記バルブボディから漏れた作動油が前記ポンプカムまで流出するように構成されたことを特徴とする車両用内燃機関。
2. 前記ポンプケースが取り付けられた前記シリンダヘッドの隔壁に、前記シリンダヘッドの内部と前記ポンプケース内の下部領域とを連通する貫通孔が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の車両用内燃機関。
3. 前記ポンプケースの内部の前記ポンプカムが収納されるカム室と、前記バルブボディが収納されるバルブ室との間に仕切りがなく連通され、
   前記カム室の底面は前記バルブ室の底面より取付状態で下方に配置され、かつ前記カム室の底面に前記バルブボディから漏れた作動油が流れ込むように構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用内燃機関。
4. 前記車両用内燃機関は気筒列が車体の左右方向へ配置されたＶバンクを形成したＶ型エンジンであり、かつ左右のバンクがバンク軸方向にずらして配置され、
   前記ポンプケースが取り付けられた前記シリンダヘッドの隔壁は、車体前方にずれたバンクの後端面を形成する隔壁であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の車両用内燃機関。
5. 前記ポンプケースが前記シリンダヘッドの隔壁と別体に構成され、
   前記ポンプケースは前記シリンダヘッドの隔壁に固定手段によって取り付けられることを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用内燃機関。

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