JPH11264304A - 内燃機関のシリンダヘッド構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 バルブタイミング調整装置の良好な制御レス
ポンスを確保した上で、ＯＣＶの設置によるシリンダヘ
ッド部分の大型化を防止できる内燃機関のシリンダヘッ
ド構造を提供する。 【解決手段】 カムシャフト１の上方位置にその軸線に
沿って作動油制御手段２１を配設すると共に、作動油制
御手段２１にて切換制御した作動油をカム位相調整手段
に供給して位相調整する。作動油制御手段２１がカムシ
ャフト１の上方に位置するため、カムシャフト１に取り
付けられたカム位相調整手段までの油路長が短かく、か
つ、カムシャフト１の上方位置は、ロッカアーム１６，
１７の一側が当接しているだけで本来利用されていない
ため、設置のために特にスペースを確保する必要がな
い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、吸気弁や排気弁の
開閉タイミングを調整するバルブタイミング調整装置を
備えた内燃機関のシリンダヘッド構造に関し、特にその
オイルコントロールバルブ（以下、「ＯＣＶ」という）
の設置位置に関するものである。

【０００２】

【従来技術】従来、この種のバルブタイミング調整装置
は、バルブオーバラップを自由に調整することを目的と
して、専ら吸排気弁を個別のカムシャフトにて開閉駆動
する所謂デュアル・オーバ・ヘッド・カムシャフト（Ｄ
ＯＨＣ）式の内燃機関に採用されてきた。しかしなが
ら、近年の省燃費やＣＯ²排出量の低減等の要求に応じ
るべくアイドル回転数の低回転化を図るには、むしろオ
ーバラップ固定のシングル・オーバ・ヘッド・カムシャ
フト（以下、「ＳＯＨＣ」という）の方が適切であると
して、ＳＯＨＣ式の内燃機関にバルブタイミング調整装
置を採用する提案がなされている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、ＳＯＨＣ式
の内燃機関にバルブタイミング調整装置を組み合わせる
場合には、そのアクチュエータ部への作動油を切換制御
するＯＣＶの設置位置に問題が生じた。即ち、周知のよ
うにアクチュエータ部はカムプーリに設けられ、内燃機
関の既存のオイルポンプから作動油を供給されて、クラ
ンクシャフトに対するカムプーリ及びカムシャフトの位
相を調整している。そして、カム位相の調整方向はＯＣ
Ｖにて切り換えられているため、良好な制御レスポンス
を確保するには、ＯＣＶをアクチュエータ部の近接位置
に配置して、両者間の油路長を極力短くする必要があ
る。

【０００４】しかしながら、ＳＯＨＣ式の内燃機関で
は、カムシャフトによりロッカアームを介して吸排気弁
を開閉駆動する構造上、カムシャフトの周辺にロッカア
ームやこれを支持するロッカシャフト等の部材が配置さ
れており、単にこれらの部材を避けてＯＣＶを設置した
のでは、アクチュエータ部との油路長が長くなって制御
レスポンスが悪化する上に、ＯＣＶの設置によりシリン
ダヘッド部分の大型化を招いてしまう可能性があった。

【０００５】本発明の目的は、バルブタイミング調整装
置の良好な制御レスポンスを確保した上で、ＯＣＶの設
置によるシリンダヘッド部分の大型化を未然に防止する
ことができる内燃機関のシリンダヘッド構造を提供する
ことにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明では、共通のカムシャフトによりロッカアー
ムを介して吸気弁及び排気弁を開閉駆動するように構成
し、そのカムシャフトの上方位置にカムシャフトの軸線
に沿って作動油制御手段を配設すると共に、この作動油
制御手段により切換制御した作動油をカム位相調整手段
に供給してカムシャフトの位相を調整する。このように
作動油制御手段がカムシャフトの上方に位置するため、
カムシャフトに取り付けられたカム位相調整手段までの
油路長を短かく設定可能であり、かつ、カムシャフトの
上方位置は、ロッカアームの一側が当接しているだけで
本来利用されていないため、特にスペースを確保するこ
となく作動油制御手段を設置可能となる。

【０００７】

【発明の実施の形態】（第一実施例）以下、本発明を４
バルブのクロスフローＳＯＨＣ式内燃機関のシリンダヘ
ッド構造として具体化した第一実施例を説明する。図１
及び図２に示すように、内燃機関のカムシャフト１は中
空軸２に多数のジャーナル部２ａとカム２ｂを固着して
構成され、その前端（図１の左方）には最前部のジャー
ナル部３ａが一体形成されたプーリ取付部３が嵌入固着
されている。これらのジャーナル部２ａ，３ａをシリン
ダヘッド４の軸受部５に回転可能かつ軸方向に移動不能
に支持されて、カムシャフト１はシリンダヘッド４に取
り付けられている。プーリ取付部３の前端はシリンダヘ
ッド１から前方に突出してタイミングプーリ６のボス部
６ａが回動可能に嵌め込まれ、このタイミングプーリ６
はタイミングベルト７を介して図示しないクランクシャ
フトに連結されて、カムシャフト１の軸線を中心として
図２の矢印方向に回転駆動される。なお、８はオイルシ
ールである。

【０００８】タイミングプーリ６の一側面にはカム位相
調整手段としてのアクチュエータ部９が取り付けられて
いる。このアクチュエータ部９はタイミングプーリ６に
対するカムシャフト１の位相を変更して後述する吸排気
弁１９，２０の開閉タイミングを調整するためのもので
あるが、その構成自体は本発明の要旨と直接関係がない
ので概略のみを説明する。

【０００９】図２に示すように、アクチュエータ部９の
ハウジング１０内はカムシャフト１の軸線を中心として
略十字状に形成され、そのハウジング１０内に配設され
たベーンロータ１１の中心部はカムボルト１２にてカム
シャフト１のプーリ取付部３に固定されている。ベーン
ロータ１１は４つのベーン１１ａを備えた略十字状をな
し、捻りコイルばね１３にて遅角側に常に付勢されてい
る。各ベーン１１ａの遅角側には進角油圧室１４が、進
角側には遅角油圧室１５がそれぞれ形成され、進角油圧
室１４内に作動油が供給されると、その油圧により仮想
線で示すようにベーンロータ１１は進角側に回動して、
タイミングプーリ６に対するカムシャフト１の位相も進
角側に変更され、又、遅角油圧室１５内に作動油が供給
されると、その油圧により実線で示すようにベーンロー
タ１１は遅角側に回動して、カムシャフト１の位相も遅
角側に変更される。

【００１０】一方、図３乃至図５に示すように、カムシ
ャフト１の上方左側には各気筒毎に２本の吸気側ロッカ
アーム１６が、カムシャフト１の上方右側には各気筒毎
に１本の排気側ロッカアーム１７がそれぞれカムシャフ
ト１の軸線方向に整列配置され、各ロッカアーム１６，
１７は、カムシャフト１と平行に配設された２本のロッ
カシャフト１８に揺動可能に軸着されている。これらの
吸気側ロッカアーム１６及び排気側ロッカアーム１７の
内端（カムシャフト１側）にはローラ１６ａ，１７ａが
設けられて、カムシャフト１のカム２ｂ上に個別に当接
している。吸気側ロッカアーム１６の外端（反カムシャ
フト１側）はバルブクリアランス調整用のアジャストボ
ルト１６ｂを介して吸気弁１９上に当接し、排気側ロッ
カアーム１７の外端は二股に分岐して、個別にアジャス
トボルト１７ｂを介して排気弁２０上に当接している。
従って、カムシャフト１が回転すると、カム２ｂの形状
に倣ったタイミングで各ロッカアーム１６，１７が揺動
して各気筒の吸気弁１９及び排気弁２０を開閉駆動す
る。

【００１１】図５に示すように、前記カムシャフト１を
支持する軸受部５上には、前記ロッカシャフト１８を挟
んで作動油制御手段としてのＯＣＶ２１の基部２２が配
置され、この基部２２はロッカシャフト１８の固定用ボ
ルト１８ａにより軸受部５に共締めされている。図１及
び図４に示すように、基部２２上にはＯＣＶ２１のスリ
ーブ２３が一体形成されるとともに、そのスリーブ２３
の後部にはソレノイド２４が取り付けられている。これ
らのスリーブ２３及びソレノイド２４は基部２２より後
方（図１の右方）に延びて、全体として前後方向に長い
円柱状をなし、前記吸気側ロッカアーム１６及び排気側
ロッカアーム１７上に位置している。つまり、ＯＣＶ２
１はカムシャフト１の直上に位置するとともに、基部２
２を利用して持ち上げられてロッカアーム１６，１７と
の干渉を避けている。

【００１２】図３及び図５に示すように、シリンダヘッ
ド４の右側面にはオイルパイプ２５の一端が接続され、
このオイルパイプ２５には、内燃機関の作動油供給手段
としての図示しないオイルポンプから常時作動油が供給
されている。シリンダヘッド４にはオイルパイプ２５の
一端と連通するギャラリー２６が貫設され、ギャラリー
２６の他端はオイルパイプ２７を介して前記ＯＣＶ２１
のスリーブ２３に接続され、図６に示すように供給ポー
ト３３ｂとしてスリーブ２３内に開口している。

【００１３】ＯＣＶ２１は所謂スプール弁として構成さ
れている。図６に示すように、スリーブ２３内には前後
動可能にスプール２９が配置され、その外周には前側よ
りドレン用キャビティ３０ａ、供給用キャビティ３０
ｂ、ドレン用キャビティ３０ｃの３本のキャビティが、
軸方向に所定間隔をおいて全周に形成されている。スプ
ール２９はスナップリング３１で脱落防止された圧縮コ
イルばね３２により後方に付勢されると共に、ソレノイ
ド２４により前方に駆動され、両者３２，２４が均衡し
た任意の位置で保持可能になっている。ここで、スプー
ル２９のストローク前端を進角切換位置、ストローク後
端を遅角切換位置、ストローク中央を中立切換位置とす
る。尚、図６では遅角切換位置を仮想線で、中立切換位
置を実線で示している。

【００１４】スリーブ２３内の上部には、前後方向に所
定間隔をおいて一対のドレンポート３３ａ，３３ｃが貫
設され、スリーブ２３内の下部には、同じく前後方向に
所定間隔をおいて第一進角油路３４及び第一遅角油路３
５の一端が開口形成されている。そして、スプール２９
が図６に実線で示す中立切換位置にあるとき、第一進角
油路３４及び第一遅角油路３５はスプール２９の外周で
それぞれ閉鎖され、また、図６に仮想線で示す遅角切換
位置においては、第一遅角油路３５が供給用キャビティ
３０ｂを介して供給ポート３３ｂと連通し、第一進角油
路３４が前側のドレン用キャビティ３０ａを介してドレ
ンポート３３ａと連通する。更に、図示はしないが進角
切換位置においては、第一進角油路３４が供給用キャビ
ティ３０ｂを介して供給ポート３３ｂと連通し、第一遅
角油路３５が後側のドレン用キャビティ３０ｃを介して
ドレンポート３３ｃと連通する。

【００１５】図１及び図６に示すように、第一進角油路
３４及び第一遅角油路３５は互いに平行に前方に向けて
形成されている。第一進角油路３４の前端は、基部２２
内を上下方向に延びる第二進角油路３６、プーリ取付部
３の外周のオイル溝３７、プーリ取付部３に形成された
第三進角油路３８、カムボルト１２に貫設された第四進
角油路３９、及びベーンロータ１１に形成された第五進
角油路４０を介して、各進角油圧室１４とそれぞれ連通
している。又、同様に第一遅角油路３５の前端は、第二
遅角油路４１、オイル溝４２、プーリ取付部３の第三遅
角油路４３、及びベーンロータ１１の第四遅角油路４４
を介して、各遅角油圧室１５とそれぞれ連通している。

【００１６】一方、シリンダヘッド４の上面にはパッキ
ン４５を介してロッカカバー４６が固定され、そのロッ
カカバー４６によりカムシャフト１、ロッカアーム１
６，１７、ＯＣＶ２１等の部材が外部より隠蔽されてい
る。ソレノイド２４の後部に接続された配線４７は、ロ
ッカカバー４６に固定されたコネクタ４８を介して内燃
機関の燃料噴射量や点火時期を制御する図示しないＥＣ
Ｕ（エンジン制御ユニット）に接続され、そのＥＣＵか
らの指令に基づいてソレノイド２４の励磁が制御され
る。

【００１７】次に、上記のように構成された内燃機関の
特にバルブタイミング調整装置の作動状況を説明する。
内燃機関の運転中においてはカムシャフト１の回転に伴
い各ロッカアーム１６，１７が揺動して、各気筒の吸気
弁１９及び排気弁２０を開閉駆動している。このときの
機関回転数や負荷等に基づき、ＥＣＵにより最適なカム
シャフト１の位相（吸排気弁１９，２０の開閉タイミン
グ）が求められ、ＯＣＶ２１のソレノイド２４の励磁が
制御されてカムシャフト１の位相を進角側又は遅角側に
調整する。

【００１８】即ち、図６に仮想線で示すように、ソレノ
イド２４の励磁が弱められて圧縮コイルばね３２により
スプール２９が遅角切換位置側に移動すると、オイルポ
ンプからの作動油は、供給ポート３３ｂ、供給用キャビ
ティ３０ｂ、第一遅角油路３５乃至第四遅角油路４４を
経て各遅角油圧室１５内に導入され、その油圧にてベー
ンロータ１１が遅角側に回動してカムシャフト１の位相
も遅角側に調整される。尚、このとき進角油圧室１４内
の作動油は、第五進角油路４０乃至第一進角油路３４、
ドレン用キャビティ３０ａ、及びドレンポート３３ａを
経てシリンダヘッド４上に排出される。

【００１９】又、ソレノイド２４の励磁が強められてス
プール２９が進角切換位置側に移動すると、オイルポン
プからの作動油が、前記とは逆に、供給ポート３３ｂ、
供給用キャビティ３０ｂ、第一進角油路３４乃至第五進
角油路４０を経て各進角油圧室１４内に導入され、同時
に遅角油圧室１５内の作動油が、第四遅角油路４４乃至
第一遅角油路３５、ドレン用キャビティ３０ｃ、及びド
レンポート３３ｃを経てシリンダヘッド４上に排出さ
れ、カムシャフト１の位相が遅角側に調整される。

【００２０】そして、カムシャフト１が目標の位相に達
した時点でスプール２４を中立切換位置に移動させれ
ば、第一進角油路３４及び第一遅角油路３５が閉鎖され
て、その位相位置にカムシャフト１を保持できる。バル
ブタイミング調整装置は以上のように制御される。ここ
で、ＯＣＶ２１のスプール２９が移動してから、実際に
進角油圧室１４や遅角油圧室１５内に油圧が発生してベ
ーンロータ１１が回動するまでの制御レスポンスは、Ｏ
ＣＶ２１から進角油圧室１４や遅角油圧室１５までの油
路長によって決定され、油路長が短いほど良好な制御レ
スポンスが得られる。本実施例では、図１及び図４から
明らかなように、ＯＣＶ２１が基部２２を利用してロッ
カアーム１６，１７との干渉を避けた上でカムシャフト
１の直上に位置しているため、ＯＣＶ２１から進角油圧
室１４や遅角油圧室１５までの油路長は極めて短く、良
好な制御レスポンスでカムシャフト１の位相を調整する
ことができる。

【００２１】加えて、図４から明らかなようにクロスフ
ローＳＯＨＣ式内燃機関では、吸気側ロッカアーム１６
と排気側ロッカアーム１７の内端がカムシャフト１上に
当接して、相互に谷間を形作るように配置されており、
その上方のスペースは本来利用されていない。そして、
本実施例では、このロッカアーム１６，１７の谷間に、
前後方向に長い円柱状のＯＣＶ２１が上方より嵌まり込
んだ姿勢で設置されているため、ＯＣＶ２１の設置のた
めに左右方向及び前後方向のスペース確保が無用なこと
は言うまでもなく、上下方向においてもロッカカバー４
６をごく僅かに上方に拡大するだけで足りる。その結
果、極めて効率の良いパッケージングが実現され、ＯＣ
Ｖ２１の設置によるシリンダヘッド４部分の大型化を未
然に防止することができる。

【００２２】（第二実施例）次に、本発明を４バルブの
カウンタフローＳＯＨＣ式内燃機関のシリンダヘッド構
造として具体化した第二実施例を説明する。尚、第一実
施例との相違点は、動弁機構の構成とシリンダヘッド１
０１に対するＯＣＶ１１５の設置状態とにあり、アクチ
ュエータ部９やＯＣＶ１１５の内部構造等は第一実施例
と相違しない。従って、共通の構成は同一の部材番号を
付して説明を省略し、相違点を重点的に説明する。

【００２３】図７及び図８に示すように、シリンダヘッ
ド１０１には、各気筒毎に１本ずつの吸気側ロッカアー
ム１０２及び排気側ロッカアーム１０３が配置され、各
ロッカアーム１０２，１０３はカムシャフト１０４に沿
って前後方向（図８の上下方向）に整列して、共通のロ
ッカシャフト１０５に軸着されている。各ロッカアーム
１０２，１０３の一端に設けられたローラ１０２ａ，１
０３ａはそれぞれカムシャフト１０４上に当接し、他端
に設けられたアジャストボルト１０２ｂ，１０３ｂはボ
ールジョイント１０６を介してスライド部材１０７上に
連結されている。

【００２４】各スライド部材１０７はシリンダヘッド１
０１上に立設されたガイドロッド１０８により上下動可
能に支持され、スライド部材１０７の左右両側の直下に
は、吸気弁１０９又は排気弁１１０が２本ずつ配置され
ている。これらの吸排気弁１０９，１１０はバルブガイ
ド１１１に上下動可能に支持されると共に、バルブスプ
リング１１２により常に閉弁側に付勢され、各吸排気弁
１０９，１１０の上端はスライド部材１０７の下面に当
接している。尚、図７では吸気弁１０９側の動弁機構を
示しているが、排気弁１１０側も全く同様の構成であ
る。

【００２５】従って、カムシャフト１０４の回転に伴っ
て各ロッカアーム１０２，１０３が揺動すると、バルブ
スプリング１１２の付勢力に抗して対応するスライド部
材１０７が下方に押圧され、吸気弁１０９又は排気弁１
１０が開閉駆動される。尚、１１３は、２本の弁１０
９，１１０の開閉状態のバランスを調整するアジャスト
ボルトである。

【００２６】シリンダヘッド１０１上の最前部には、作
動油制御手段としてのＯＣＶ１１５の基部１１６が２本
のボルト１１４により固定されている。第一実施例と同
じく、ＯＣＶ１１５は基部１１６より後方に延びて全体
として前後方向に長い円柱状をなし、カムシャフト１０
４の直上のスペース、つまりロッカアーム１０２，１０
３の一端が当接しているだけで本来利用されていないス
ペースに位置している。

【００２７】詳細は説明しないが、本実施例においても
ＯＣＶ１１５は、オイルパイプ１１７及びギャラリ１１
８を経て供給される作動油を切換制御して、進角油路１
１９及び遅角油路１２０を経てアクチュエータ部９に供
給し、カムシャフト１０４の位相を調整する。そして、
第一実施例と同じく、ＯＣＶ１１５がカムシャフト１０
４の直上に位置しているため、アクチュエータ部９まで
の油路長を極めて短くでき、良好な制御レスポンスでカ
ムシャフト１０４の位相を調整することができる。ま
た、カムシャフト１０４の直上の本来利用されていない
スペースにＯＣＶ１１５を設置しているため、設置のた
めに特にスペースを確保する必要がなく、シリンダヘッ
ド１０１部分の大型化を未然に防止することができる。

【００２８】ところで、上記各実施例では、４バルブ式
の内燃機関のシリンダヘッド構造として具体化したが、
共通のカムシャフトで吸排気弁を開閉駆動するＳＯＨＣ
式のシリンダヘッドであれば、バルブ数は限定されるも
のではなく、例えば、２バルブや３バルブ式のシリンダ
ヘッド構造として具体化してもよい。又、上記各実施例
では、ＯＣＶ２１，１１５をスプール弁として構成し、
アクチュエータ部９をベーン式として構成したが、本発
明はこれに限定されるものではない。要は、ＯＣＶ２
１，１１５は、アクチュエータ部９に供給する作動油を
切換可能であればよく、同様にアクチュエータ部９は、
油圧によりカムシャフト１の位相を調整可能であればよ
い。従って、それらの構造は種々に変更することができ
る。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように本発明の内燃機関の
シリンダヘッド構造によれば、作動油制御手段をカムシ
ャフトの上方に位置させたため、カムシャフトに取り付
けられたカム位相調整手段までの油路長を短かく設定し
て、良好な制御レスポンスで位相を調整することがで
き、かつ、カムシャフトの上方位置はロッカアームの一
側が当接しているだけで本来利用されていないスペース
であるため、作動油制御手段の設置のために特にスペー
スを確保する必要がなく、シリンダヘッド部分の大型化
を未然に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第一実施例のシリンダヘッドを示す図２のＩ−
Ｉ線断面図である。

【図２】アクチュエータ部を示す横断面図である。

【図３】シリンダヘッドの平面図である。

【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。

【図５】図３のＶ−Ｖ線断面図である。

【図６】ＯＣＶの詳細を示す断面図である。

【図７】第二実施例のシリンダヘッドを示す図８のＶＩ
Ｉ−ＶＩＩ線断面図である。

【図８】シリンダヘッドの平面図である。

【符号の説明】

１，１０４ カムシャフト ４，１０１ シリンダヘッド ９ アクチュエータ部（カム位相調整手
段） １６，１０２ 吸気側ロッカーアーム １７，１０３ 排気側ロッカーアーム １９，１０９ 吸気弁 ２０，１１０ 排気弁 ２１，１１５ ＯＣＶ（作動油制御手段） ４６ ロッカカバー

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダヘッドに設けられてクランクシ
   ャフトにて回転駆動される１本のカムシャフトと、 一側を前記カムシャフト上に当接させて、カムシャフト
   の回転に伴って吸気弁及び排気弁を開閉駆動するロッカ
   アームと、 前記カムシャフトに取り付けられて、作動油の油圧によ
   り前記クランクシャフトに対するカムシャフトの位相を
   調整可能なカム位相調整手段と、 前記カムシャフトの上方位置でカムシャフトの軸線に沿
   って配設されるとともに、作動油供給手段からの作動油
   を切換制御して前記カム位相調整手段に供給する作動油
   制御手段とを備えたことを特徴とする内燃機関のシリン
   ダヘッド構造。