WO2011086815A1

WO2011086815A1 - 可変動弁装置付エンジン

Info

Publication number: WO2011086815A1
Application number: PCT/JP2010/072885
Authority: WO
Inventors: 礼俊松永; 村田　真一; 大輔吉賀
Original assignee: 三菱自動車工業株式会社
Priority date: 2010-01-14
Filing date: 2010-12-20
Publication date: 2011-07-21
Also published as: EP2525053A1; JPWO2011086815A1; CN102695851B; EP2525053A4; JP5073106B2; RU2505684C2; EP2525053B1; KR101271897B1; KR20120039751A; US8607748B2; US20120152192A1; BR112012004596A2; CN102695851A

Abstract

　クランクシャフトに対して第２の吸気バルブを駆動する第２の吸気カム１２の位相を可変する第２のカム位相可変機構３１を備えた可変動弁装置付エンジンにおいて、第２のカム位相可変機構３１は、クランシャフトから動力が伝達するカムスプロケット６とは反対側の端部に設けられ、シリンダヘッド２の外方に配置されるとともに、シリンダヘッド２に固定され、第２のカム位相可変機構３１の少なくとも下部を覆うアクチュエータカバー４０を備える。

Description

可変動弁装置付エンジン

　本発明は、カムの位相を変更可能なカム位相可変機構を備えたエンジンに関するものである。

　近年、バルブの開閉時期（カムの位相）を変化させる可変動弁装置として、カム位相可変機構を備えたエンジンが増加してきている。更に、１つの気筒にバルブが複数備えられたエンジンに上記カム位相可変機構を採用し、エンジンの運転状態に応じて複数のバルブの一部のみ開閉時期を変化させる技術が開発されている。

　こうしたエンジンの動弁装置に用いられるカムシャフトは、シャフト部材に別体のカム山部を回動可能に嵌め合わせて組み立てられている。カム位相可変機構は、例えばベーン式アクチュエータのような油圧駆動式アクチュエータが用いられ、カムシャフトの端部に配置されており、シャフト部材とカム山部との位相を可変させることで、複数のバルブのうち一部のバルブとその他のバルブとの位相を可変させるスプリット可変を可能としている（特許文献１を参照）。

特開２００９－１４４５２１号公報

　ところで、カムシャフトは、一般的に、エンジンのシリンダヘッド内に収納されている。シリンダヘッドは、カムシャフト等の動弁装置の組み付け及びメンテナンスの為に、上部全体が開口した構造となっている。シリンダヘッドの上部には、ボルトによってシリンダヘッドカバーが着脱可能に固定されており、シリンダヘッドの開口部を覆う構造となっている。

　上記特許文献１のように、動弁装置にカム位相可変機構を設けた場合には、カム位相可変機構を備えていない従来のエンジンと比較して、動弁機構全体の軸方向寸法が増加してしまう。したがって、動弁装置を収納するシリンダヘッドも、カム位相可変機構を収納するために、軸方向に延長したものを新たに用意する必要があった。

　このように軸方向寸法が延長されたシリンダヘッドを作成するためには、シリンダヘッドの加工設備が大きくなるといった問題点が発生する。また、カム位相可変機構の有無によりエンジンのシリンダヘッドの寸法が大きく異なると、これらのシリンダヘッドを同一のラインにて製作させることが困難となり、製作性が低下する、もしくは、追加の設備投資が過大となる恐れがある。

　本発明の目的は、シリンダヘッドの寸法を抑えた上で、カム位相可変機構を備えることが可能な構造の可変動弁装置付エンジンを提供することにある。

　請求項１に記載の発明は、上記目的を達成するため、一端側にクランクシャフトからの動力が伝達されて回転駆動するカムシャフトに設けられ、クランクシャフトに対してカムシャフトに設けられるバルブ駆動用のカムの位相を可変するカム位相可変機構を備えた可変動弁装置付エンジンにおいて、カム位相可変機構は、カムシャフトの一端側とは反対の他端側に設けられ、シリンダヘッドの外方に配置されるとともに、シリンダヘッドに固定され、カム位相可変機構の少なくとも下部を覆うカバー部材を備えることとした。

　請求項２に記載の発明では、カム位相可変機構は、油圧式のアクチュエータであるとともに、カバー部材にカム位相可変機構への作動油の給排を制御する制御弁を固定するようにした。
　請求項３に記載の発明では、シリンダヘッド及びカバー部材は上部が開口し、カバー部材は、上部の開口面がシリンダヘッドの開口面と同一平面上に位置するように形成され、シリンダヘッドの開口部とカバー部材の開口部とを合わせて覆うシリンダヘッドカバーを備えるようにした。

　請求項４に記載の発明では、カム位相可変機構により可変制御されたカムの位相を検出する検出手段をカバー部材に備えるようにした。
　請求項５に記載の発明では、制御弁のドレーン油路がシリンダヘッド内に開放するようにした。

　請求項６に記載の発明では、カバー部材内の空間とシリンダヘッド内の空間とを隔てる隔壁に、カバー内の空間とシリンダヘッド内の空間とを連通する油路を形成するようにした。
　請求項７に記載の発明では、カム位相可変機構は、外形が円柱状でありカムシャフトと同軸に配置され、カバー部材の内壁が、カム位相可変機構の外周に沿って円弧状に形成されるようにした。

　請求項８に記載の発明では、カバー部材の内壁に、カム位相可変機構の回転によって収納部内の作動油を油路に導く導入手段が設けられるようにした。
　請求項９に記載の発明では、カバー部材は、上部が開放されてカバー部材内の空間が半円筒状に形成され、カム位相可変機構の下半分を覆い、シリンダヘッドカバーは、カム位相可変機構の外周に沿って円弧状に内壁が形成され、カバー部材の上部を覆うようにした。

　請求項１０に記載の発明では、カバー部材は、シリンダヘッドとは別体に形成され、シリンダヘッドに固定されるようにした。
　請求項１１に記載の発明では、カム位相可変機構は、カムシャフトの両端部に夫々備えられるとともに、カムシャフトがシリンダヘッドに複数設けられた軸受け部により回転可能に支持され、両端部に設けられた２個のカム位相可変機構へ作動油を導入する油路は、シリンダヘッド内及びカムシャフト内に夫々形成され、互いに異なる軸受け部においてシリンダヘッド内の油路とカムシャフト内との油路とが連通するように形成されるとともに、２個のカム位相可変機構のうち一方の第１のカム位相可変機構へ作動油を導入する油路はカムシャフトの外周面に円環状の油溝を備え、他方の第２のカム位相可変機構へ作動油を導入する油路は軸受け部の内周面に円環状の油溝を備えるようにした。

　請求項１２に記載の発明では、エンジンは１つの気筒に複数の吸気バルブが備えられ、第１のカム位相可変機構は複数の吸気バルブ全体の位相を可変するとともに、第２のカム位相可変機構は複数の吸気バルブのうち一部の吸気バルブの位相を可変させるようにした。

　請求項１３に記載の発明では、第２のカム位相可変機構へ作動油を導入する油路が形成された軸受け部は、第１のカム位相可変機構へ作動油を導入する油路が形成された軸受け部より内径が大きく形成されるようにした。

　請求項１の発明によれば、カム位相可変機構は、シリンダヘッドの外方に設けられ、カバー部材内に配置される。これにより、カム位相可変機構をシリンダヘッドに収納する必要がないことから、シリンダヘッドの寸法を抑えた上で、カム位相可変機構を備えた可変動弁装置付エンジンが実現可能となる。したがって、シリンダヘッドの加工設備を小さくすることができるとともに、カム位相可変機構を備えないエンジンとシリンダヘッドの形状を略共通化することが可能となり、シリンダヘッドの加工設備を共通化して、設備コストを抑制することができる。

　更に、シリンダヘッドの製作にカムシャフトが挿入されるカム穴を突き通し加工できるので、加工を容易にできるとともに、カム穴の精度が向上してカムシャフト回転時のフリクションを低減させることができる。
　また、カム位相可変機構が油圧式のアクチュエータであるとともにカム位相可変機構への作動油の供給油路がカム穴の加工によって形成された軸受け部とカムシャフトとの摺動面を介している場合には、カム穴の加工精度が向上することで摺動面でのオイル漏れを減少させ、カム位相可変機構の作動応答性を向上させることができる。

　さらには、アクチュエータが区切られた空間に収められるため、シリンダヘッド内の大量の潤滑油がアクチュエータの回転によって攪拌されないため、攪拌抵抗が増大しないうえ、潤滑油がミスト状になってブローバイに混じる分が増大し難いため、オイル消費に悪影響を及ぼさない。

　請求項２の発明によれば、油圧式のアクチュエータであるカム位相可変機構への作動油の給排を制御する制御弁が、カバー部材に固定されているので、制御弁の取り付け部におけるカエリ取りや洗浄等の加工がカバー部材に施されることで、シリンダヘッドよりも比較的小さいカバー部材にこれらの加工を集約することができ、加工コストを低減させることができる。また、アクチュエータ近傍に制御弁を配置することになるので、確実な可変応答性が得られる。

　請求項３の発明によれば、シリンダヘッドカバーがシリンダヘッドの開口部とカバー部材の開口部を合わせて覆うので、部品点数を低減させることができる。更に、シリンダヘッドカバーの取付面が、シリンダヘッドとカバー部材とで同一面上に配置されているので、シリンダヘッドカバーの取付面でのシール性を確保することができる。

　請求項４の発明によれば、カム位相可変機構により可変制御されるカムの位相を検出する検出手段が、カバー部材に配置されることで、カム位相可変機構を備えた場合に必要となる部品の取付部の加工がカバー部材に集約され、加工コストを低減させることができる。

　請求項５の発明によれば、制御弁からのドレーンがカバー部材内の空間ではなく、シリンダヘッド内に開放されるので、カバー部材内の作動油の増加を抑え、カム位相可変機構の作動フリクションを低減させることができる。

　本発明の請求項６の可変動弁装置付エンジンによれば、カバー部材内にカム位相可変機構が収納されるので、カム位相可変機構から作動油が漏れたとしても、外部への作動油の流出を防止することができる。そして、カバー部材内の空間とシリンダヘッド内の空間とを連通する油路が隔壁に形成されるので、カバー部材内に漏れた作動油がシリンダヘッド内の空間に排出され、カバー部材内での作動油の貯留を抑制することができる。したがって、カム位相可変機構の作動時に、カバー部材内での作動油の撹拌によるフリクションを低減することができ、また、カム位相可変機構による可変応答性を向上させることができる。

　本発明の請求項７の可変動弁装置付エンジンによれば、カバー部材の内壁がカム位相可変機構の外形に沿って円弧状に形成されているので、カバー部材内に作動油が貯留されたとしても、カム位相可変機構の回転時にカバー部材内の作動油がスムーズに撹拌され、フリクションの増加を抑えることができる。また、作動油のスムーズな撹拌により、エアレーションを抑制することができるので、カバー部材内の作動油が回収されて、カム位相可変機構の作動油として再利用された場合に、エアレーションによる作動油圧の低下が抑えられ、カム位相可変機構の作動応答性の低下を防止することができる。また、円弧状に形成される為、カバー部材の形状を小さくする事ができ、コンパクトな設計が可能となる。

　本発明の請求項８の可変動弁装置付エンジンによれば、導入手段によって、カム位相可変機構の回転により撹拌されたカバー部材内の作動油が油路に導かれるので、作動油を油路からスムーズに排出させることができる。よって、作動油の貯留を迅速に解消し、作動油の撹拌抵抗を迅速に低下させることができる。

　本発明の請求項９の可変動弁装置付エンジンによれば、シリンダヘッドカバーと収納部とを合わせて、内部にカム位相可変機構の全周を比較的小さな隙間で覆うことができる。よって、簡易な構成で全体寸法を抑えつつ、内部に作動油の貯留量を抑えたカム位相可変機構収納の収納を可能にすることができる。

　本発明の請求項１０の可変動弁装置付エンジンによれば、カム位相可変機構の収納部がシリンダヘッドとは別体であるので、カム位相可変機構が必要でないエンジンとシリンダヘッドの寸法を大部分の箇所で共通化することができる。

　本発明の請求項１１の可変動弁装置付エンジンによれば、第１のカム位相可変機構へ作動油を導入する油路は回転するカムシャフトの外周面に円環状の油溝を備え、第２のカム位相可変機構へ作動油を導入する油路は固定された軸受け部の内周面に円環状の油溝を備えるので、第１のカム位相可変機構への油溝に供給する油路の開口部ではカムシャフト外周面の円環状油溝内の油も油溝に引きずられて回転しており、開口部に対して油の流れは速く、第２のカム位相可変機構への油溝に供給する油路の開口部では軸受け部内周面の円環状油溝内の油は回転するカム軸面側だけが引きずられて回転しており、開口部に対して油の流れが遅くなる。これにより、油溝への供給油路の開口部付近での圧力差が生じ、第１のカム位相可変機構への油路の開口部付近よりも第２のカム位相可変機構への油路の開口部付近の油圧が低くなり、油溝内へ作動油を供給し易くなる。したがって、第１のカム位相可変機構よりも第２のカム位相可変機構への作動油の流通性が向上し、第２のカム位相可変機構に優先して作動油が供給され迅速に作動可能にすることができる。

　本発明の請求項１２の可変動弁装置付エンジンによれば、第１のカム位相可変機構による複数の吸気バルブ全体の位相の可変よりも、第２のカム位相可変機構による一部の吸気バルブの位相を優先して可変させることができる。したがって、例えばエンジンの低速低負荷時にオイルポンプからの作動油の供給量が低下した場合でも、第２のカム位相可変機構による所謂吸気バルブのスプリット可変を優先して迅速に行うことができ、要求される最適なカムタイミングに遅れなく変更することができるので、高いドライバビリティを維持しながら燃費性能を向上させることができる。

　本発明の請求項１３の可変動弁装置付エンジンによれば、第２のカム位相可変機構へ作動油を導入する油路が形成された軸受け部は、第１のカム位相可変機構へ作動油を導入する油路が形成された軸受け部よりも内径が大きく形成されているので、油溝内での作動油の周速が増加し、油路の開口部付近の油圧が増大し難くい。これにより、例えば第２のカム位相可変機構により所謂吸気バルブのスプリット可変を行うようにすれば、この吸気バルブのスプリット可変を優先して迅速に行うことができ、高いドライバビリティと燃費性能が維持されつつ、設計自由度が高くでき、強度信頼性が高められる。また、カムシャフトの両端部に夫々設けられたカム位相可変機構の可変応答性のバランスをとることができる。

本実施形態の可変動弁装置付エンジンにおけるシリンダヘッド内の構造を示す上面図。吸気カムシャフトの構造を示す断面図。アクチュエータカバー及びシリンダヘッドカバーの取付状態を示すエンジンの後面図。アクチュエータカバーの外側形状を示す斜視図。アクチュエータカバーの内側形状を示す斜視図。アクチュエータカバーの堰の形状を示す断面図。吸気カムシャフト及びその支持部の構造を示す断面図。カムシャフト側に油溝を設けた場合での油溝内での作動油の周速を示す説明図。シリンダヘッド側に油溝を設けた場合での油溝内での作動油の周速を示す説明図。カムシャフト側に油溝を設けた場合での油溝内での作動油の周速を示す溝幅方向の断面図。シリンダヘッド側に油溝を設けた場合での油溝内での作動油の周速を示す溝幅方向の断面図。シリンダヘッド側に油溝を設けた場合での、油路の配置例を示す断面図。シリンダヘッド側に油溝を設けた場合での、油路の配置例を示す断面図。シリンダヘッド側に油溝を設けた場合での、油路の配置例を示す断面図。シリンダヘッド側に油溝を設けた場合での、油路の配置例を示す断面図。アクチュエータカバーの溝の形状を示す断面図である。

以下、図面に基づき本発明の一実施形態について説明する。
　図１は本実施形態の可変動弁装置付エンジン（以下、単にエンジン１という）のシリンダヘッド２内の構造を示す上面図である。図２は、吸気カムシャフト４の構造を示す断面図である。

　本実施形態のエンジン１は、ＤＯＨＣ式の動弁機構を有する直列３気筒のエンジンである。図１に示すように、シリンダヘッド２の内部に回転自在に支持された排気カムシャフト３及び吸気カムシャフト４（本願のカムシャフトに該当する）には、夫々カムスプロケット５、６が接続され、これらのカムスプロケット５、６はチェーン７を介して図示しないクランクシャフトに連結されている。

　エンジン１の１つの気筒８には、２つの吸気バルブ９、１０と図示しない２つの排気バルブとが設けられている。２つの吸気バルブ９、１０は、吸気カムシャフト４に交互に配置された第１の吸気カム１１及び第２の吸気カム１２により駆動される。詳しくは、２つの吸気バルブのうち第１の吸気バルブ９は第１の吸気カム１１に、第２の吸気バルブ１０は第２の吸気カム１２により駆動される。２つの排気バルブは、排気カムシャフト３に固定された排気カム１３により駆動される。

　図２に示すように、吸気カムシャフト４は、中空状のアウタカムシャフト２１とアウタカムシャフト２１に挿入されたインナカムシャフト２２とを備えた２重構造となっている。アウタカムシャフト２１及びインナカムシャフト２２は、若干の隙間を有しつつ同心上に配置され、エンジン１のシリンダヘッド２に形成された複数の軸受け部２３ａ～２３ｅに回動可能に支持されている。

　アウタカムシャフト２１には、第１の吸気カム１１が固定されている。また、アウタカムシャフト２１には回動可能に第２の吸気カム１２（本願のバルブの駆動用カムに該当する）が支持されている。第２の吸気カム１２は、アウタカムシャフト２１が挿入される略円筒状の支持部１２ａと支持部１２ａの外周から突出し第２の吸気バルブ１０を駆動するカム山部１２ｂとから構成されている。第２の吸気カム１２とインナカムシャフト２２とはピン状部材２４により連結されている。ピン状部材２４は、第２の吸気カム１２の支持部１２ａ、アウタカムシャフト２１及びインナカムシャフト２２を貫通しており、インナカムシャフト２２に設けられた孔に略隙間なく挿入されるとともに、両端部に抜け留めが施されて支持部１２ａに連結されている。アウタカムシャフト２１にはピン状部材２４が通過する長孔２５が周方向に延びて形成されている。よって、第１の吸気カム１１はアウタカムシャフト２１の回転により駆動し、第２の吸気カム１２はインナシャフト２２の回転により駆動する構成となっている。

　図１に示すように、吸気カムシャフト４には、第１のカム位相可変機構３０及び第２のカム位相可変機構３１が設けられている。第１のカム位相可変機構３０及び第２のカム位相可変機構３１は、例えば公知のベーン式油圧アクチュエータが用いられている。ベーン式油圧アクチュエータは、円筒状のハウジング（カバー）内にベーンロータが回動可能に設けられて構成されており、ハウジング内への作動油の供給に応じて、ハウジングに対するベーンの回転角度を可変させる機能を有する。

　吸気カムシャフト４の前端には第１のカム位相可変機構３０が設けられている。詳しくは、第１のカム位相可変機構３０のハウジングにカムスプロケット６が固定されているとともに、第１のカム位相可変機構３０のベーンロータにアウタカムシャフト２１の前端部が固定されている。

　吸気カムシャフト４の後端には第２のカム位相可変機構３１が設けられている。詳しくは、第２のカム位相可変機構３１のハウジング３１ａにはアウタカムシャフト２１の後端部が固定されているとともに、第２のカム位相可変機構３１のベーンロータには第２の吸気カム１２が連結されるインナカムシャフト２２が固定されている。

　したがって、第１のカム位相可変機構３０は、カムスプロケット６に対するアウタカムシャフト２１の回転角を可変させる機能を有する一方、第２のカム位相可変機構３１は、アウタカムシャフト２１に対するインナカムシャフト２２の回転角を可変させる機能を有する。即ち、第１のカム位相可変機構３０は、排気バルブの開閉時期に対して第１の吸気バルブ９及び第２の吸気バルブ１０全体の開閉時期を可変させる機能を有するとともに、第２のカム位相可変機構３１は、第１の吸気バルブ９の開閉時期に対して、第２の吸気バルブ１０の開閉時期を可変させるスプリット可変機能を有する。

　シリンダヘッド２には、アウタカムシャフト２１の実回転角を検出する第１のカムセンサ３２と、第１のカム位相可変機構３０への作動油の吸排を制御する第１のＯＣＶ（オイルコントロールバルブ）３３とが固定されている。第１のＯＣＶ３３は、第１のカム位相可変機構３０に近接した位置に配置されており、エンジン１のシリンダブロックに固定された図示しないオイルポンプから、シリンダヘッド２に上下方向に延びて形成された油路３４を介して作動油が供給される。この第１のカムセンサ３２は、第１のＯＣＶ３３の制御、即ち第１のカム位相可変機構３０の作動制御に用いられる。

　特に、本実施形態のエンジン１では、吸気カムシャフト４の後端がシリンダヘッド２の後壁２ａを貫通し、第２のカム位相可変機構３１がシリンダヘッド２の外方に配置されている。吸気カムシャフト４の後壁２ａには、吸気カムシャフト４の後端部を支持する軸受け部２３ｅが設けられている。

　図３は、アクチュエータカバー４０及びシリンダヘッドカバー４１の取付状態を示すエンジン１の後面図である。図４は、アクチュエータカバー４０の外側形状を示す斜視図、図５は、アクチュエータカバー４０の内側形状を示す斜視図である。
　図１及び３～５に示すように、シリンダヘッド２には、アクチュエータカバー４０（本願のカバー部材に該当する）がボルト４２によって固定されている。アクチュエータカバー４０は、シリンダヘッド２に固定されることで、外形が円柱状である第２のカム位相可変機構３１の下側半分を、若干隙間を持って覆うように形成されている。

　アクチュエータカバー４０は、上部が開口しており、シリンダヘッド２に固定されたときに、その上面４０ａがシリンダヘッド２の上面２ｂと面一となるように形成されている。シリンダヘッド２の上面を覆うシリンダヘッドカバー４１は、アクチュエータカバー４０の上面をも覆うようにシリンダヘッド２より後方に突出した形状となっている。これにより、アクチュエータカバー４０とシリンダヘッドカバー４１の一部により、第２のカム位相可変機構３１を収納する空間４３が形成されている。

　アクチュエータカバー４０のシリンダヘッド２との当接面４０ｂには、内部の空間４３からの油漏れ防止用としてゴムシールを収納するシール溝４０ｃが形成されている。
　アクチュエータカバー４０には、第２のカム位相可変機構３１への作動油の吸排を制御する第２のＯＣＶ（本願の制御弁に該当する）４４と、第２のカム位相可変機構３１のベーンロータの回転タイミングを検出する第２のカムセンサ４５（本願の検出手段に該当する）が取り付けられている。

　第２のＯＣＶ４４には、シリンダヘッド２に形成された図示しない作動油路からアクチュエータカバー４０に形成された油路４０ｇを介して作動油が供給される。そして、第２のＯＣＶ４４からアクチュエータカバー４０に形成された油路４０ｄ、シリンダヘッド２に形成された油路７１、アウタカムシャフト２１に形成された油路７２を介して第２のカム位相可変機構３１へ作動油が供給される。第２のＯＣＶ４４のドレーンは、アクチュエータカバー４０内に形成されたドレーン油路４０ｈ及びシリンダヘッド２の後壁２ａ内のドレーン油路２ｄを通過し、シリンダヘッド２内に戻される。

　第２のカムセンサ４５は、第２のカム位相可変機構３１の外周壁３１ｂのベーンロータに固定されている部位に面してアクチュエータカバー４０に固定されており、この部位の実回転角を検出することで、インナカムシャフト２２の実回転角を検出する。

　したがって、第２のカムセンサ４５により、第１のカムセンサ３２により検出されたアウタカムシャフト２１の回転角との差に基づいて、アウタカムシャフト２１とインナカムシャフト２２との実回転角差を検出することが可能となり、この実回転角差が第２のＯＣＶ４４の制御、即ち第２のカム位相可変機構３１の作動制御に用いられる。

　第２のカムセンサ４５は、検出面４５ａがアクチュエータカバー４０内の空間４３の下端より若干上方に位置している。これにより、空間４３内に例えば鉄粉が混入してしまった場合でも、検出面４５ａの前に溜まり難くなり、第２のカムセンサ４５の誤検出を抑制することができる。

　図６は、シリンダヘッド２の油路５０の位置とアクチュエータカバー４０に設けられた堰５２の位置を示す説明図である。
　シリンダヘッド２の後壁２ａには、アクチュエータカバー４０内の空間４３と、シリンダヘッド内の空間５１とを連通する油路５０が形成されている。図６に示すように、油路５０は、アクチュエータカバー４０の内周壁４０ｅと第２のカム位相可変機構３１の外周壁３１ｂとの間の隙間に面して、最下部より第２のカム位相可変機構３１の回転方向側に位置して配置されている。

　図５及び図６に示すように、アクチュエータカバー４０の内周壁４０ｅには、上方に突出した堰５２（本願の導入手段に該当する）が設けられている。堰５２の高さは、回転する第２のカム位相可変機構３１の外周壁３１ｂに接触しないように設定されている。堰５２は、後壁４０ｆ側からシリンダヘッド２に向かって、上方に傾斜して設けられ、そのシリンダヘッド２側の端部５２ａが、油路５０の開口部の上方に位置するように設定されている。

　図７は、吸気カムシャフト４及びその支持部の構造を示す断面図である。
　図７に示すように、第１のＯＣＶ３３から第１のカム位相可変機構３０へは、シリンダヘッド２に形成された油路６１、吸気カムシャフト４に形成された油路６２を介して作動油が供給される。特に、軸受け部２３ａに支持される吸気カムシャフト４の部位であるカムジャーナル６３には、その外周面に円環状に油溝６４が形成されており、この油溝６４に面して軸受け部２３ａの内周面に油路６１が開口している。これにより、相対的に回転する軸受け部２３ａとカムジャーナル６３との間で常に油路６１、６２が連通する構造となっている。

　第２のＯＣＶ３４から第２のカム位相可変機構３１へは、上記のように、シリンダヘッド２に形成された油路７１、アウタカムシャフト２１に形成された油路７２を介して作動油が供給される。特に、軸受け部２３ｅには、その内周面に円環状に油溝７３が形成されており、この油溝７３に面して、軸受け部２３ｅに支持される吸気カムシャフト４の部位であるカムジャーナル７４の外周面に油路７２が開口している。これにより、相対的に回転する軸受け部２３ｅとカムジャーナル７４との間で常に油路７１、７２が連通する構造となっている。

　更に、本実施形態のエンジン１では、第２のカム位相可変機構３１への油路７１が形成された軸受け部２３ｅの内径が、第１のカム位相可変機構３０への油路６１が形成された軸受け部２３ａの内径よりも大きく形成されている。

　以上のように、本実施形態では、２つの吸気バルブ９、１０の位相差を可変させる第２のカム位相可変機構３１が、シリンダヘッド２の後側外方に設けられている。そして、第２のカム位相可変機構３１は、シリンダヘッド２とは別部品であるアクチュエータカバー４０に収納される。これにより、本実施形態のエンジン１は、第２のカム位相可変機構３１のない従来のエンジンと比較して、シリンダヘッド２の前後寸法を同一にすることができる。したがって、シリンダヘッド２の加工設備を小さくすることが可能となる。また、第２のカム位相可変機構３１を備えないエンジンとシリンダヘッドの形状を略共通化することが可能となり、シリンダヘッドの加工設備を共通化して、設備コストを抑制することができる。

　更に、シリンダヘッド２の後壁２ａに、吸気カムシャフト４の後端部を支持する軸受け部２３ｅが形成された構造になっているので、シリンダヘッド２の製作時に吸気カムシャフト４のその他の軸受け部２３ａ～２３ｄ用のカム穴を含めて、シリンダヘッド２の後側から突き通し加工が可能となる。したがって、軸受け部２３ａ～２３ｅ用の穴あき加工が容易になるとともに、その精度を向上させて吸気カムシャフト４の回転時のフリクションを低減させることができる。また、カム位相可変機構３１への作動油路が軸受け部２３ｅとカムジャーナル７４との摺動面を通過しているので、軸受け部２３ｅのカム穴の精度が向上することで、摺動部からの作動油の漏れを低減させることができる。よって、油漏れによる第２のカム位相可変機構３１の応答性の低下を抑制することができる。同様に、軸受け部２３ａのカム穴の精度が向上することで、第１のカム位相可変機構３０の応答性の低下を抑制することができる。

　また、シリンダヘッドカバー４１がシリンダヘッド２の開口部とアクチュエータカバー４０の開口部を合わせて覆うので、部品点数を低減させることができる。更に、アクチュエータカバー４０の上面４０ａとシリンダヘッド２の上面２ａとが同一面となるので、シリンダヘッドカバー４１の下面がこれに合わせて面一となる。したがって、シリンダヘッドカバー４１とシリンダヘッド２及びアクチュエータカバー４０とのシール性を確保することができる。

　また、アクチュエータカバー４０には、第２のカム位相可変機構３１への作動油の給排制御を行う第２のＯＣＶ４４が固定されている。したがって、第２のＯＣＶ４４の取り付け加工を、シリンダヘッド２ではなく、比較的小さい部品であるアクチュエータカバー４０に施すことができ、加工時のカエリ取りや洗浄等の作業を容易に低コストで行うことができる。

　更には、第１の吸気カム１１と第２の吸気カム１２との位相差または単に第２の吸気カム１２の位相を検出する第２のカムセンサ４５もアクチュエータカバー４０に配置されるので、第２のカム位相可変機構３１を備えた場合に必要となる周辺機器の取付加工がアクチュエータカバー４０に集約され、加工コストを低減させることができる。

　また、本実施形態では、第２のカム位相可変機構３１がアクチュエータカバー４０内の空間４３に収納されているので、アクチュエータカバー４０内の空間４３は、シリンダヘッド２内の空間５１と後壁２ａを隔てた別の空間となっている。油圧アクチュエータである第２のカム位相可変機構３１は、その構造上、作動油が漏れる虞があるが、例え第２のカム位相可変機構３１から作動油が漏れたとしても、アクチュエータカバー４０によって外部への流出が防止される。また、第２のカム位相可変機構３１を収納する空間とシリンダヘッド２内の空間５１とが別の空間となっているので、シリンダヘッド２内の空間５１で跳ね上げられた潤滑油がアクチュエータカバー４０内の空間４３に流入することを防止できる。

　更に、本実施形態では、アクチュエータカバー４０内の空間４３とシリンダヘッド２内の空間５１とを油路５０によって連通しているので、第２のカム位相可変機構３１から作動油が漏れたとしても、アクチュエータカバー４０内の空間４３から油路５０を介してシリンダヘッド２内の空間５１に排出され、アクチュエータカバー４０内に作動油が貯留されることを抑制することができる。

　また、第２のＯＣＶ４４のドレーンをアクチュエータカバー４０内の空間４３に開放するのではなく、シリンダヘッド２内の空間５１に開放するので、第２のＯＣＶ４４のドレーンによるアクチュエータカバー４０内の作動油の貯留を防止することができる。

　このように、アクチュエータカバー４０内の作動油の貯留を抑制することで、吸気カムシャフト４の回転に伴う第２のカム位相可変機構３１の回転時に、作動油の撹拌によるフリクションを低減させることができ、また、第２のカム位相可変機構３１の作動応答性、即ち第２の吸気バルブ１０の可変応答性を向上させることができる。

　更に、アクチュエータカバー４０の内周壁４０ｅが第２のカム位相可変機構３１の外周壁３１ｂに沿って円弧状に形成されているので、例えアクチュエータカバー４０内から作動油の排出が十分に行われずに貯留されたとしても、第２のカム位相可変機構３１の回転時に作動油がスムーズに撹拌され、フリクションの増加を抑えることができる。また、作動油のスムーズな撹拌により、エアレーションを抑制することができるので、アクチュエータカバー４０内の作動油が回収されて、第２のカム位相可変機構３１等の作動油として再利用された場合に、エアレーションによる作動油圧の低下が抑えられ、第２のカム位相可変機構３１等の作動応答性の低下を防止することができる。

　また、アクチュエータカバー４０の内周壁４０ｅと、第２のカム位相可変機構３１の外周壁３１ｂとの間が微少の隙間であるので、アクチュエータカバー４０内の作動油の量が抑えられ、作動油の撹拌抵抗を抑えることができる。

　更には、アクチュエータカバー４０の内周壁４０ｅには堰５２が設けられており、この堰５２によって、第２のカム位相可変機構３１の回転によって撹拌されるアクチュエータカバー４０内の作動油が油路５０に導かれるので、アクチュエータカバー４０内の作動油を油路５０からスムーズに排出させることができる。よって、作動油の貯留を迅速に解消させ、作動油の撹拌抵抗を迅速に低下させることができる。

　また、アクチュエータカバー４０は、第２のカム位相可変機構３１の下半分を収納し、シリンダヘッドカバー４１によって、第２のカム位相可変機構３１の上半分を覆う構造としている。このように、アクチュエータカバー４０とシリンダヘッドカバー４１によって、第２のカム位相可変機構３１の全周を比較的小さな隙間で覆う構造としているので、簡易な構成で全体寸法を抑え、かつ内部に作動油の貯留を抑えた第２のカム位相可変機構３１の収納を可能にしている。

　また、第２のカムセンサ４５の検出面４５ａに磁石が内蔵されている場合、作動油にエンジン内部の摩耗等による鉄粉が混入してしまうと、検出面４５ａに付着し、第２のカムセンサ４５の誤検出に至る場合がある。しかし、第２のカム位相可変機構３１の全周を比較的小さな隙間で覆う構造としているので、検出面４５ａにかかる作動油の量が少なく、鉄粉の付着は防止される。さらには、堰５２よりも上方かつ第２のカム位相可変機構３１の回転方向先方に位置するように配置されており、空間４３内の作動油に鉄粉が混入してしまった場合でも、堰５２によって作動油が検出面４５まで到達せず、鉄粉が検出面４５の前に溜まり難くなり、第２のカムセンサ４５の誤検出を防止することができる。

　また、本実施形態では、上記のように、エンジン１には、相対的に回転するシリンダヘッド２の軸受け部２３ａ、２３ｅと吸気カムシャフト４との間で作動油が常に流通可能なように、軸受け部２３ａ、２３ｅの内周面及びカムジャーナル６３、７４の外周面のいずれか一方に円環状の油溝６４、７３が設けられている。特に、本実施形態のエンジン１では、第１のカム位相可変機構３０への油路６１が形成された軸受け部２３ａでは、カムジャーナル６３の外周面に円環状の油溝６４が設けられる一方、第２のカム位相可変機構３１への油路７１が形成された軸受け部２３ｅでは、軸受け部２３ｅの内周面に円環状の油溝７３が設けられる。このように、円環状の油溝６４、７３を固定された軸受け部２３ａ、２３ｅ及び回転するカムジャーナル６３、７４のいずれかに設けることで、その油溝６４、７３内への作動油の流入し易さが異なり、作動油の流通性が異なる。以下、その理由について、図８を用いて説明する。

　図８は、油溝６４、７３内での作動油の周速を示す説明図であり、図８Ａはカムシャフト（カムジャーナル６３）側に油溝６４を設けた場合、図８Ｂはシリンダヘッド（軸受け部２３ｅ）側に油溝７３を設けた場合を示す。なお、本図では、周速が比較しやすいように直線的に図示している。また、図８Ｃは、カムシャフト側に油溝６４を設けた場合での溝幅方向断面図、図８Ｄはシリンダヘッド側に油溝７３を設けた場合での溝幅方向断面図であり、油溝内の速度分布を示す。

　第２のカム位相可変機構３１への油溝７３に供給する油路７１の開口部では、軸受け部２３ｅの内周面に設けられた円環状の油溝７３内の油は回転するカムシャフト側だけが引きずられて回転しており、開口部に対して油の流れが遅くなる。これにより、油溝７３への供給油路の開口部付近での圧力差が生じ、第１のカム位相可変機構３０への油路の開口部付近よりも第２のカム位相可変機構３１への油路の開口部付近の方が油圧が低くなり、油溝７３内へ作動油を供給し易くなる。

　図８Ａ及び図８Ｃに示すように、回転するカムシャフト（カムジャーナル６３）側に円環状の油溝６４を設けた場合は、カムシャフト外周面の円環状の油溝６４内の油も油溝６４に引きずられて回転しており、油溝６４内の溝壁近傍では作動油の周速が大きくなる（図中ｂ）。したがって、油溝６４の油路６１の開口部付近での作動油の周速（図中ａ）も比較的大きくなる。

　一方、図８Ｂ、図８Ｄに示すように、シリンダヘッド２に固定された部位である軸受け部２３ｅ側に設けられた油溝７３内では、油路７１の開口部付近の反対側においてはカムジャーナル７４の回転に伴って粘性により作動油が回転するが（図中ｃ）、溝壁近傍では作動油が回転し難く周速が比較的小さい（図中ｄ）。したがって、油溝７３の油路７１の開口部付近での作動油の周速（図中ｄ）は比較的小さくなる。

　油溝への供給油路の開口部付近での作動油の周速が異なることで、油圧が異なり、この油圧差が軸受け部２３ａ、２３ｅに形成された油路６１、７１から油溝６４、７３内への作動油の流入し易さに影響する。即ち、図８Ｂ、図８Ｄに示すようにシリンダヘッド２側に油溝７３を設けた方が供給油路の開口部付近での油圧が小さく作動油が流入し易くなり、図８Ａ、図８Ｃに示すようにカムシャフト側に油溝６４を設けた方が供給油路の開口部付近での油圧が大きく作動油が流入し難くなる。本実施形態では、シリンダヘッド２側に油溝７３を設けた油路を用いて第２のカム位相可変機構３１に作動油が供給されるので、吸気カムシャフト４側に油溝６４を設けた油路を用いて作動油が供給される第１のカム位相可変機構３０よりも優先して作動油が供給され、第２のカム位相可変機構３１によるスプリット可変の作動応答性を向上させることができる。

　したがって、例えばオイルポンプからの作動油の供給量が低下する低負荷低回転時であっても、第２のカム位相可変機構３１によるスプリット可変の応答性を確保することができる。

　また、本実施形態では、上記のように、第１のカム位相可変機構３０への油路が形成された軸受け部２３ａより、第２のカム位相可変機構３１への油路が形成された軸受け部２３ｅの方が、内径が大きく形成されているので、これに伴い油溝６４よりも油溝７３内での作動油の周速、特にその最大値が大きくなる。このように周速の最大値が大きくなっても、油溝７３内の供給油路の開口部付近の作動油の周速は低いので、圧力が小さく、油溝７３内に作動油が流入しやすくなる。したがって、第１のカム位相可変機構３０よりも第２のカム位相可変機構３１の方へ作動油が供給され易い状態が維持できる。すなわち、ジャーナル径を大きく設計可能となり高いドライバビリティと燃費性能が維持されつつ、設計自由度が高くでき、強度信頼性が高められる。また、カムジャーナルの油溝配置を異ならせることで供給油路の開口部付近での油圧を調整し、第１のカム位相可変機構３０と第２のカム位相可変機構３１の可変応答性をバランスすることもできる。

　なお、本実施形態では、第１のカム位相可変機構３０及び第２のカム位相可変機構３１のいずれも、第１のカム位相可変機構３０に近接した油路３４を介して作動油が供給されるので、オイルポンプから第１のカム位相可変機構３０までの油路の方が、オイルポンプから第２のカム位相可変機構３１までの油路よりも距離が短くなっている。したがって、油路の全体的な距離を考慮すると、第２のカム位相可変機構３１までの油路の方が圧損が大きくなってしまうが、上記のように軸受け部２３ａ、２３ｅの構成により、第２のカム位相可変機構３１への作動油の供給性を向上させることで、作動油の供給性の不利を解消することができる。このように、油圧源から遠い油圧機器に対して油路が形成される軸受け部を拡径させることで、作動油の供給性の低下を回避することができ、オイルポンプ、第１のカム位相可変機構３０及び第２のカム位相可変機構３１の配置や、油路の配置の設計自由度を向上させることができる。

　図９Ａ～図９Ｄは、シリンダヘッド（軸受け部２３ｅ）側に油溝７３を設けた場合での、油溝７３に対する油路６１の配置例を示す断面図である。
　シリンダヘッド側に油溝７３を設けた場合には、上記のように、油溝７３内での作動油はカムジャーナル７４側だけが引きずられて回転し、油溝７３に対する油路７１の供給口（開口部）付近の作動油の速度が遅くなるので、油路７１から油溝７３への作動油が供給し易くなる。よって、図９Ａ～図９Ｄに示すように、油溝７３への作動油の供給位置及び供給方向を自由に設定しても、作動油が供給不足され難くなり、油路７１の配置等の設計自由度を高くすることが可能となる。

　図１０は、導入手段の他の実施形態である溝５３の形状を示す構造図である。
　上記実施形態では、作動油を油路５０に導入する導入手段としてアクチュエータカバー４０内に堰５２を設けたが、この堰５２の代わりに図１０に示すように溝５３を設けてもよい。溝５３は、堰５２と同様に、後壁４０ｆ側からシリンダヘッド２側に向かって、上方に傾斜して設けられ、そのシリンダヘッド２側の端部５３ａが、油路５０に面するように設定されている。

　したがって、堰５２と同様に、第２のカム位相可変機構３１の回転によって撹拌されるアクチュエータカバー４０内の作動油が油路５０に導かれ易くなり、アクチュエータカバー４０内の作動油を油路５０からスムーズに排出させることができる。
　なお、以上の実施形態では、シリンダヘッドカバー４１が第２のカム位相可変機構３１の上半分を覆う構造となっているが、シリンダヘッドカバー４１とは別に第２のカム位相可変機構３１の上半分を覆う部材を設けてもよい。

　また、以上の実施形態では、第１の吸気バルブ９と第２の吸気バルブ１０との位相差を可変する、所謂スプリット可変を行う第２のカム位相可変機構３１の他に、第１の吸気バルブ９及び第２の吸気バルブ１０全体の位相を可変する第１のカム位相可変機構３０を備えているが、第２のカム位相可変機構３１のみ備えたエンジンでも、本発明を適用することができる。この場合には、アウタカムシャフト２１の先端部にカムスプロケット６が固定されるような構造とすればよい。このような場合でも、前述の実施形態と同様に、第２のカム位相可変機構３１をシリンダヘッド２の後側外方に設け、アクチュエータカバー４０で覆う構造により、シリンダヘッド２の部品前後寸法を抑えることができる。

　さらに、上記実施形態では、ＤＯＨＣ式の動弁機構を有する直列３気筒のエンジンに適用しているが、もちろんＳＯＨＣ構造や、気筒数の異なるエンジンに適用することができる。

　　１　エンジン
　　２　シリンダヘッド
　２ｄ　ドレーン油路
　　４　吸気カムシャフト
　　９　第１の吸気バルブ
　１０　第２の吸気バルブ
　２３ａ、２３ｅ　軸受け部
　３０　第１のカム位相可変機構
　３１　第２のカム位相可変機構
　４０　アクチュエータカバー（カバー部材）
　４０ｈ　ドレーン油路
　４１　シリンダヘッドカバー
　４４　第２のＯＣＶ（制御弁）
　４５　第２のカムセンサ（検出手段）
　５０　油路
　５２　　堰（導入手段）
　５３　　溝（導入手段）
　６４、７３　油溝

Claims

　一端側にクランクシャフトからの動力が伝達されて回転駆動するカムシャフトに設けられ、前記クランクシャフトに対して前記カムシャフトに設けられるバルブ駆動用のカムの位相を可変するカム位相可変機構を備えた可変動弁装置付エンジンにおいて、
　前記カム位相可変機構は、前記カムシャフトの前記一端側とは反対の他端側に設けられ、シリンダヘッドの外方に配置されるとともに、
　前記シリンダヘッドに固定され、前記カム位相可変機構の少なくとも下部を覆うカバー部材を備えたことを特徴とする可変動弁装置付エンジン。
　前記カム位相可変機構は、油圧式のアクチュエータであるとともに、
　前記カバー部材に、前記カム位相可変機構への作動油の給排を制御する制御弁が固定されたことを特徴とする請求項１に記載の可変動弁装置付エンジン。
　前記シリンダヘッド及び前記カバー部材は上部が開口し、
　前記カバー部材は、上部の開口面が前記シリンダヘッドの開口面と同一平面上に位置するように形成され、
　前記シリンダヘッドの開口部と前記カバー部材の開口部とを合わせて覆うシリンダヘッドカバーを備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の可変動弁装置付エンジン。
　前記カム位相可変機構により可変制御されたカムの位相を検出する検出手段が、前記カバー部材に備えられたことを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の可変動弁装置付エンジン。
　前記制御弁のドレーン油路は、前記シリンダヘッド内に開放されたことを特徴とする請求項２に記載の可変動弁装置付エンジン。
　前記カバー部材内の空間と前記シリンダヘッド内の空間とを隔てる隔壁には、前記カバー内の空間と前記シリンダヘッド内の空間とを連通する油路が形成されていることを特徴とする請求項１～５のいずれかに記載の可変動弁装置付エンジン。
　前記カム位相可変機構は、外形が円柱状であり前記カムシャフトと同軸に配置され、
　前記カバー部材の内壁は、前記カム位相可変機構の外周に沿って円弧状に形成されたことを特徴とする請求項６に記載の可変動弁装置付エンジン。
　前記カバー部材の内壁に、前記カム位相可変機構の回転によって前記収納部内の作動油を前記油路に導く導入手段が設けられたことを特徴とする請求項７に記載の可変動弁装置付エンジン。
　前記カバー部材は、上部が開放されて前記カバー部材内の空間が半円筒状に形成され、前記カム位相可変機構の下半分を覆い、
　前記シリンダヘッドカバーは、前記カム位相可変機構の外周に沿って円弧状に内壁が形成され、前記カバー部材の上部を覆うことを特徴とする請求項３に記載の可変動弁装置付エンジン。
　前記カバー部材は、前記シリンダヘッドとは別体に形成され、前記シリンダヘッドに固定されていることを特徴とする請求項１～９のいずれかに記載の可変動弁装置付エンジン。
　前記カム位相可変機構は、前記カムシャフトの両端部に夫々備えられるとともに、前記カムシャフトが前記シリンダヘッドに複数設けられた軸受け部により回転可能に支持され、
　前記両端部に設けられた２個のカム位相可変機構へ作動油を導入する油路は、前記シリンダヘッド内及び前記カムシャフト内に夫々形成され、互いに異なる前記軸受け部において前記シリンダヘッド内の油路と前記カムシャフト内との油路とが連通するように形成されるとともに、
　前記２個のカム位相可変機構のうち一方の第１のカム位相可変機構へ作動油を導入する油路は前記カムシャフトの外周面に円環状の油溝を備え、他方の第２のカム位相可変機構へ作動油を導入する油路は前記軸受け部の内周面に円環状の油溝を備えることを特徴とする請求項２に記載の可変動弁装置付エンジン。
　前記エンジンは１つの気筒に複数の吸気バルブが備えられ、
　前記第１のカム位相可変機構は前記複数の吸気バルブ全体の位相を可変するとともに、前記第２のカム位相可変機構は前記複数の吸気バルブのうち一部の吸気バルブの位相を可変させることを特徴とする請求項１１に記載の可変動弁装置付エンジン。
　前記第２のカム位相可変機構へ作動油を導入する油路が形成された軸受け部は、前記第１のカム位相可変機構へ作動油を導入する油路が形成された軸受け部より内径が大きく形成されていることを特徴とする請求項１２に記載の可変動弁装置付エンジン。