JP2011069230A - カム位相可変型内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】 エンジンのカム軸方向における外形寸法を抑制したカム位相可変型内燃機関を提供する。
【解決手段】 ソレノイド本体５２は、ベアリング６１を介してプッシュロッド５３を摺動自在に保持するとともに、凸テーパ面６２ａを有する凸部６２をその後端中央に有している。ベアリング６１は、凸部６２内に圧入されており、その後端が凸部６２の後端と面一となっている。なお、ソレノイド本体５２には、凸部６２に圧入されるベアリング６１の他、前端側にもプッシュロッド５３を保持するベアリングを有している。凸部６２の突出量Ｌ２（図３参照）は、プッシュロッド５３の直径Ｄよりも小さく設定されている。
【選択図】 図４

Description

本発明は、カム位相が連続的に可変制御されるカム位相可変型内燃機関に係り、詳しくは、エンジンのカム軸方向における外形寸法を抑制する技術に関する。

４サイクルエンジン（以下、単にエンジンと記す）では、出力および燃費の向上や有害排出ガス成分の低減等を図るべく、種々の可変動弁機構を搭載したものが多くなっている。可変動弁機構としては、従来より存在する複数のカム（例えば、低速型カムおよび高速型カム）を切り換えるものに代わり、過渡特性の更なる向上やスロットルレス化等を実現すべく、カム位相とバルブリフトとを個別に連続可変制御するものが近年では主流となってきている。カム位相の可変制御に供されるバルブタイミングコントロール装置（Variable Timing Control Device：以下、ＶＴＣと記す）としては、カムシャフトの端部にベーン式の油圧アクチュエータ（ＶＴＣアクチュエータ）を取り付けるるとともに、エンジン本体側部材（シリンダヘッドやカムカバー）に固定されたリニアソレノイドによってＶＴＣアクチュエータの軸心に保持されたスプールバルブ（油圧回路切換バルブ）を駆動するものが一般的である。（特許文献１参照）。

特開２００５−２６４９５０号公報

上述した従来のＶＴＣでは、リニアソレノイドがエンジン本体側部材に固定される一方、ＶＴＣアクチュエータがカムシャフトと一体に回転するため、リニアソレノイドとＶＴＣアクチュエータとの間に所定の間隙を設ける必要がある。また、リニアソレノイドは、プッシュロッドの保持長や推力（押付力）、ストロークの要求値を満たすため、軸方向寸法をあまり小さくすることができない。また、ＶＴＣアクチュエータも、カム位相の変化速度や保持性能の要求値を満たすこと、カムシャフトへの締結ボルトの関係等から、やはり軸方向寸法をあまり小さくすることができない。そして、これらの各条件を満たすように設計した場合、エンジンのカム軸方向における外形寸法が大きくなり、エンジンルームへの搭載性が低下する等の問題があった。

特許文献１には、エンジンのカム軸方向における外形寸法を抑制すべく、リンク機構を介してスプールバルブを駆動することにより、リニアソレノイドをＶＴＣアクチュエータから離れた部位に設置する技術が開示されている。しかしながら、この方法を採った場合においては、リンク機構を付加することによる部品点数や製造コストの増大、リンクの撓み等に起因する制御精度の低下等が避けられなかった。

本発明は、上記状況に鑑みなされたものであり、エンジンのカム軸方向における外形寸法を抑制したカム位相可変型内燃機関を提供することを目的とする。

第１の発明は、カムシャフトの端部に取り付けられ、カム位相の可変制御に供されるＶＴＣアクチュエータと、前記ＶＴＣアクチュエータの軸心に保持され、前記ＶＴＣアクチュエータの油圧回路を切り換えるスプールバルブと、エンジン本体側部材に取り付けられ、軸方向に進退するプッシュロッドによって前記スプールバルブを駆動するリニアソレノイドとを備えたカム位相可変型内燃機関であって、前記プッシュロッドを軸方向に摺動自在に保持する凸部が前記リニアソレノイドの軸心に形成される一方、当該凸部が遊嵌する凹部が前記ＶＴＣアクチュエータの軸心に形成されたことを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明に係るカム位相可変型内燃機関において、前記凸部が前記ＶＴＣアクチュエータに向けて径の小さくなる凸テーパ面を有し、前記凹部が前記凸テーパ面に対して所定の間隙をもって対峙する凹テーパ面を有することを特徴とする。

また、第３の発明は、第２の発明に係るカム位相可変型内燃機関において、前記凸テーパ面および前記凹テーパ面は、それぞれのテーパ角が６０°〜１２０°の範囲で設定されたことを特徴とする。

また、第４の発明は、第１〜第３の発明に係るカム位相可変型内燃機関において、前記凸部は、軸方向での突出量が前記プッシュロッドの直径以下に設定されたことを特徴とする。

本発明によれば、凸部によってプッシュロッドの保持長等を十分に確保しながら、リニアソレノイドの軸方向長さを短縮することが可能となり、エンジンのカム軸方向における外形寸法が抑制されて自動車のエンジンルームへの搭載性等が向上する。また、凸部が凸テーパ面を有するものとし、凹部が凹テーパ面を有するものとした場合、凸部や凹部の強度および剛性を高めることができる。また、凸テーパ面や凹テーパ面のテーパ角が６０°〜１２０°の範囲で設定された場合、凸部や凹部に強度および剛性を低下させる鋭いエッジが形成され難くなる。また、凸部の軸方向での突出量をプッシュロッドの直径以下に設定したものでは、プッシュロッドの保持長（ベアリング長）を十分に確保しながら、凹部の軸方向長さを短くすることができ、ＶＴＣアクチュエータの軸方向寸法を短くすることができる。

実施形態に係るエンジンの要部透視斜視図である。 実施形態に係るＶＴＣの分解斜視図である。 実施形態に係るＶＴＣの縦断面図である。 図３中のＩＶ部拡大図である。 テーパ角と剛性比との関係を示すグラフである。

以下、図面を参照して、本発明に係るカム位相可変型内燃機関の一実施形態を詳細に説明する。なお、実施形態の説明にあたっては、図１中の左側を前方とし、上側を上方とする。
≪実施形態の構成≫
＜全体構成＞
図１に示すエンジン（カム位相可変型内燃機関）Ｅは、自動車に搭載されるＤＯＨＣ４バルブ型の４サイクル直列４気筒ガソリンエンジンであり、そのシリンダヘッド１に、各気筒２本ずつの吸気バルブ２および排気バルブ３、これら吸排気バルブ２，３を駆動する吸気カムシャフト４および排気カムシャフト５を備えている。両カムシャフト４，５は、クランクスプロケット６、カムチェーン７、吸気カムスプロケット８、排気カムスプロケット９を介して、クランクシャフト１０によって１／２の回転速度をもって回転駆動される。また、クランクシャフト１０は、コネクティングロッド１１を介してピストン１２に連結されるとともに、チェーン１３を介して斜め下方に設置されたオイルポンプ１４を駆動する。

吸気カムシャフト４の前端にはＶＴＣアクチュエータ２１が締結され、カムカバー１８およびカムチェーンカバー１９にはリニアソレノイド５１が取り付けられている。シリンダヘッド１およびシリンダブロック１５にはオイルポンプ１４からの作動油（エンジンオイル）をＶＴＣアクチュエータ２１に供給するための作動油供給油路１６が形成されている。また、シリンダヘッド１にはノーマルオープン型の電磁シャットバルブ（油圧遮断手段）１７が装着されており、この電磁シャットバルブ１７によって作動油供給油路１６が連通／遮断される。なお、電磁シャットバルブ１７は、図示しないエンジンＥＣＵからの駆動電流によって閉鎖（遮断）駆動される。

＜ＶＴＣアクチュエータ＞
図２に示すように、ＶＴＣアクチュエータ２１は、外周に吸気カムスプロケット８が形成されたハウジング（第１回転部材）２２、ハウジング２２内に回転自在に保持されるとともに吸気カムシャフト４の前端にその後面が締結されるロータ（第２回転部材）２３、ハウジング２２の前面を覆うフロントプレート２４、ハウジング２２の後面を覆うバックプレート２５、フロントプレート２４の内周側に配置されたリードバルブ２６、リードバルブ２６をロータ２３に固定するリードバルブカバー２７、ハウジング２２とロータ２３とを進角方向に相対回動させるバイアススプリング２８、軸心に設置されたスプールバルブ２９、ロータ２３に保持されたロックピン３３、ロックピン３３をバックプレート２５側に付勢するロックピンスプリング３４、ロータ２３に保持されたバイパスバルブ３６、バイパスバルブ３６をバックプレート２５側に付勢するバイパスバルブスプリング３７等を構成要素としている。なお、スプールバルブ２９は、吸気カムシャフト４やロータ２３の軸心に保持されたバルブスリーブ３８と、バルブスリーブ３８に摺動自在に内嵌したスプール３９と、スプール３９をリニアソレノイド５１側に付勢するリターンスプリング４０とから構成されている。

＜リニアソレノイド＞
図２，図３に示すように、リニアソレノイド５１は、エンジンＥＣＵに接続した円柱状のソレノイド本体５２と、ソレノイド本体５２の軸心に保持されたプッシュロッド５３とを有している。エンジンＥＣＵからの駆動電流がソレノイド本体５２に供給されると、プッシュロッド５３が後方（図３中、右方）に進退し、ＶＴＣアクチュエータ２１のスプールバルブ２９（スプール３９）を所定のポジションに移動させる。

＜凸部および凹部＞
図４に示すように、ソレノイド本体５２は、ベアリング６１を介してプッシュロッド５３を摺動自在に保持するとともに、凸テーパ面６２ａを有する凸部６２をその後端中央に有している。ベアリング６１は、凸部６２内に圧入されており、その後端が凸部６２の後端と面一となっている。なお、ソレノイド本体５２には、凸部６２に圧入されるベアリング６１の他、前端側にもプッシュロッド５３を保持するベアリング（図示せず）が備えられている。凸部６２の突出量Ｌ２（図３参照）は、プッシュロッド５３の直径Ｄよりも小さく設定されている。

一方、リードバルブカバー２７は、スプールバルブ２９の前端を係止するとともに、凹テーパ面６５ａを有する凹部６５をその前端中央に有している。凸部６２の凸テーパ面６２ａと凹部６５の凹テーパ面６５ａとは、同一のテーパ角θ（本実施形態では、９０°）を有するとともに、所定の間隙ｔ（本実施形態では、１ｍｍ）をもって対峙している。

≪実施形態の作用≫
本実施形態は、上述した構成を採ったことにより、十分な保持長をもってプッシュロッド５３を保持させながら、ソレノイド本体５２の実質的な軸方向長さＬ１（図３参照）を凸部６２の突出量Ｌ２分短縮できた。これにより、エンジンＥは、カム軸方向における外形寸法が従来のものに較べて抑制されることになり、エンジンルームが比較的狭い自動車にも搭載することが可能となった。また、凸部６２の突出量Ｌ２をプッシュロッド５３の直径Ｄよりも小さく設定したため、凹部６５の軸方向長さを短くすることができ、結果としてリードバルブカバー２７（すなわち、ＶＴＣアクチュエータ２１）の軸方向寸法を小さくすることができた。

本発明者等は、凸部６２および凹部６５について、凸テーパ面６２ａおよび凹テーパ面６５ａのテーパ角θを様々に変更しながら剛性の変化を測定した。その結果、テーパ角θを９０°とした場合の剛性を１．０とする剛性の比（剛性比）を示す図５から判るように、テーパ角θを６０°〜１２０°とした場合には凸部６２および凹部６５の剛性が比較的高く保たれる。ところが、テーパ角θを６０°より小さくすると凸部６２側が鋭角のエッジとなって剛性比が０．７以下となり、テーパ角θを１２０°より大きくすると凹部６５側が鋭角のエッジとなって剛性比が０．７以下となることが判明した。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。例えば、上記実施形態は本発明を直列４気筒ＤＯＨＣガソリンエンジンに適用したものであるが、ディーゼルエンジン等にも当然に適用可能である。また、上記実施形態で吸気カムシャフト側にＶＴＣアクチュエータを備えたものに言及したが、排気カムシャフト側にＶＴＣアクチュエータを備えたカム位相可変型内燃機関に適用してもよい。その他、エンジンや可変動弁装置の具体的構成等についても、本発明の主旨を逸脱しない範囲であれば適宜変更可能である。

４ 吸気カムシャフト
１８ カムカバー（エンジン本体側部材）
１９ カムチェーンカバー（エンジン本体側部材）
２１ ＶＴＣアクチュエータ
２７ リードバルブカバー
２９ スプールバルブ
３９ スプール
５１ リニアソレノイド
５２ ソレノイド本体
５３ プッシュロッド
６１ ベアリング
６２ 凸部
６２ａ 凸テーパ面
６５ 凹部
６５ａ 凹テーパ面
Ｅ エンジン

Claims (4)

1. カムシャフトの端部に取り付けられ、カム位相の可変制御に供されるＶＴＣアクチュエータと、
   前記ＶＴＣアクチュエータの軸心に保持され、前記ＶＴＣアクチュエータの油圧回路を切り換えるスプールバルブと、
   エンジン本体側部材に取り付けられ、軸方向に進退するプッシュロッドによって前記スプールバルブを駆動するリニアソレノイドと
   を備えたカム位相可変型内燃機関であって、
   前記プッシュロッドを軸方向に摺動自在に保持する凸部が前記リニアソレノイドの軸心に形成される一方、当該凸部が遊嵌する凹部が前記ＶＴＣアクチュエータの軸心に形成されたことを特徴とするカム位相可変型内燃機関。
2. 前記凸部が前記ＶＴＣアクチュエータに向けて径の小さくなる凸テーパ面を有し、前記凹部が前記凸テーパ面に対して所定の間隙をもって対峙する凹テーパ面を有することを特徴とする、請求項１に記載されたカム位相可変型内燃機関。
3. 前記凸テーパ面および前記凹テーパ面は、それぞれのテーパ角が６０°〜１２０°の範囲で設定されたことを特徴とする、請求項２に記載されたカム位相可変型内燃機関。
4. 前記凸部は、軸方向での突出量が前記プッシュロッドの直径以下に設定されたことを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載されたカム位相可変型内燃機関。

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