(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
カム軸の一端に可変バルブタイミング装置を取り付けて成る内燃エンジンにおいて、
前記カム軸の一端の下半分をシリンダヘッドとは別体のブロックに形成されたカムジャーナル部で支承し、前記カム軸の一端の上半分を前記ブロックの上面に取り付けられたカムキャップで支持し、前記ブロックを平面視でヘッドボルトにオーバーラップさせてシリンダヘッドに取り付け、前記可変バルブタイミング装置のコントロールバルブを前記カムキャップの側方にて前記ブロックに取り付けると共に、前記ブロックにコントロールバルブをループするオイル通路を形成したことを特徴とする内燃エンジンのシリンダヘッド構造。
【請求項２】
前記ブロックを２つのノックピンで前記シリンダヘッドに位置決めするとともに、該ブロックとカムキャップをカムキャップボルトによって前記シリンダヘッドに共締めしたことを特徴とする請求項１記載の内燃エンジンのシリンダヘッド構造。
【請求項３】
前記コントロールバルブの頂部をヘッドカバーに露出させるとともに、その周囲をシール部材によってシールしたことを特徴とする請求項１記載の内燃エンジンのシリンダヘッド構造。
【請求項４】
前記シリンダヘッドに形成されたオイル通路にオイルフィルターを設けるとともに、該オイルフィルターを前記ブロックで押さえてこれを固定したことを特徴とする請求項１，２又は３記載の内燃エンジンのシリンダヘッド構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カム軸の一端に可変バルブタイミング装置を取り付けて成る内燃エンジンのシリンダヘッド構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば吸気カム軸と排気カム軸の各端部に可変バルブタイミング装置をそれぞれ備える４サイクルエンジンにおいて、吸気バルブと排気バルブの開閉タイミングを制御して両バルブのオーバーラップを大きくして内部ＥＧＲ率を高め、燃費の改善とＮＯX の低減を図ったり、吸・排気バルブを遅閉じとして圧縮行程におけるポンピングロスを小さく抑えて燃費の改善を図ることは従来から行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来は図９に示すように、カム軸１０５は一体型のシリンダヘッド１０１に形成されたカムジャーナル部１０１ａに支承され、このカムジャーナル部１０１ａにはコントロールバルブ１５０から可変バルブタイミング装置１１０へオイル（制御油）を供給するためのオイル通路１３６，１３７とカム軸１０５を支承する他のカムジャーナル部にオイル（潤滑油）を供給するためのオイル通路１３８を形成する必要があるためにカムジャーナル部１０１ａが幅広となり、可変バルブタイミング装置１１０のヘッドボルト１０９からのオーバーハング量Ｌ’が大きくなり、エンジンの全長が長くなってエンジンが大型化するという問題があった。
【０００４】
従って、本発明の目的とする処は、内燃エンジンの全長を短縮して小型化を図ることができる内燃エンジンのシリンダヘッド構造を提供することにある。
【０００５】
又、従来は一体型のシリンダヘッドに複雑な各種オイル通路を形成していたため、加工工数が増大して多大な加工時間と加工コストを要するという問題もあった。
【０００６】
従って、本発明の目的とする処は、シリンダヘッドに対する各種オイル通路の加工工数を削減して加工時間の短縮と加工コストの低減を図ることもができる内燃エンジンのシリンダヘッド構造を提供することにある。
【０００７】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、カム軸の一端に可変バルブタイミング装置を取り付けて成る内燃エンジンにおいて、前記カム軸の一端の下半分をシリンダヘッドとは別体のブロックに形成されたカムジャーナル部で支承し、前記カム軸の一端の上半分を前記ブロックの上面に取り付けられたカムキャップで支持し、前記ブロックを平面視でヘッドボルトにオーバーラップさせてシリンダヘッドに取り付け、前記可変バルブタイミング装置のコントロールバルブを前記カムキャップの側方にて前記ブロックに取り付けると共に、前記ブロックにコントロールバルブをループするオイル通路を形成したことを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記ブロックを２つのノックピンで前記シリンダヘッドに位置決めするとともに、該ブロックとカムキャップをカムキャップボルトによって前記シリンダヘッドに共締めしたことを特徴とする。
【００１０】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記コントロールバルブの頂部をヘッドカバーに露出させるとともに、その周囲をシール部材によってシールしたことを特徴とする。
【００１１】
請求項４記載の発明は、請求項１，２又は３記載の発明において、前記シリンダヘッドに形成されたオイル通路にオイルフィルターを設けるとともに、該オイルフィルターを前記ブロックで押さえてこれを固定したことを特徴とする。
【００１２】
従って、請求項１記載の発明によれば、カム軸の一端をシリンダヘッドとは別体のブロックに形成されたカムジャーナル部で支承するとともに、該ブロックを平面視でヘッドボルトにオーバーラップさせてシリンダヘッドに取り付けたため、そのオーバーラップ分だけ可変バルブタイミング装置のヘッドボルトからのオーバーハング量を縮小することができ、内燃エンジンの全長を短縮して小型化を図ることができる。しかも、ブロックにコントロールバルブを取り付けるとともに、該コントロールバルブをループするオイル通路をブロックに集中的に形成したため、オイル通路の形成が容易化し、シリンダヘッドの加工工数を削減して加工時間の短縮と加工コストの低減を図ることができる。
【００１３】
請求項２記載の発明によれば、ブロックを２つのノックピンでシリンダヘッドに位置決めするとともに、該ブロックとカムキャップをカムキャップボルトによってシリンダヘッドに共締めしたため、部品点数の大幅な増加を招くことなくブロックをシリンダヘッドに正確に取り付けることができる。
【００１５】
請求項３記載の発明によれば、コントロールバルブの頂部をヘッドカバーから外部に露出させたため、該コントロールバルブへの配線をヘッドカバーの上方から容易に行うことができる。
【００１６】
請求項４記載の発明によれば、オイルフィルターをシリンダヘッドに収納し、これをブロックによって固定するようにしたため、オイルフィルターの合理的な配置が可能となるとともに、シリンダヘッドに対する加工工数を削減することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１８】
図１は内燃エンジンのシリンダヘッド単体の部分平面図、図２は内燃エンジンのシリンダヘッド端部の可変バルブタイミング装置部分の平断面図、図３は図２のＡ−Ａ線断面図、図４は図２のＢ−Ｂ線断面図、図５は内燃エンジンの可変バルブタイミング装置部分の側断面図、図６は可変バルブタイミング装置の内部構成を示す側断面図、図７は可変バルブタイミング装置へのオイル供給系の構成図である。
【００１９】
本実施の形態に係る内燃エンジンは４サイクル多気筒エンジンであって、そのシリンダヘッド１には図１に示すように各気筒について各々２つの吸気バルブ孔２と排気バルブ孔３が形成されており、これらの吸気バルブ孔２と排気バルブ孔３で囲まれる中央部分にはプラグ孔４が形成されている。そして、シリンダヘッド１の上面の前記各２つの吸気バルブ孔２の間と排気バルブ孔３との間には図２に示す吸気カム軸５と排気カム軸６を支承するカムジャーナル部１ａ，１ｂがそれぞれ形成されている。尚、シリンダヘッド１に形成された前記吸気バルブ孔２と排気バルブ孔３にはそれぞれ不図示の吸気バルブと排気バルブが挿通され、前記プラグ孔４には不図示の点火プラグが挿通されて螺着されており、点火プラグの電極部はシリンダヘッド１に形成された各気筒の不図示の燃焼室に臨んでいる。
【００２０】
ところで、本実施の形態に係る内燃エンジンにおいては、図２に示すように、吸気カム軸５と排気カム軸６の各端部に可変バルブタイミング装置１０，２０がそれぞれ取り付けられており、これらの可変バルブタイミング装置１０，２０によって不図示の吸気バルブと排気バルブの開閉タイミングがエンジン運転状態に応じて最適に制御される。
【００２１】
一方、図１に示すように、シリンダヘッド１の前記可変バルブタイミング装置１０，２０が設けられる側の端部上面には左右（図１では上下）に２つの平坦な取付座１ｃが形成されており、各取付座１ｃには２つのネジ孔７と１つのノックピン孔８がそれぞれ形成されている。又、シリンダヘッド１の端面に近い部分の左右（吸・排気側）には、図５に示すヘッドボルト９が挿通するためのボルト孔３１が貫設されており、シリンダヘッド１はこれらのボルト孔３１に挿通する前記ヘッドボルト９及び不図示の他のボルト孔に挿通する他の複数のヘッドボルト（不図示）によって不図示のシリンダブロックの上面に取り付けられている。
【００２２】
而して、本実施の形態においては、図２乃至図５に示すように、シリンダヘッド１に形成された前記取付座１ｃには、シリンダヘッド１とは別体のブロック３２が平面視で前記ヘッドボルト９（図５参照）にオーバーラップして取り付けられており、このブロック３２の上面には前記吸気カム軸５と排気カム軸６をそれぞれ回転自在に支承するためのカムジャーナル部３２ａ，３２ｂ（図２及び図３参照）が形成されている。
【００２３】
上述のように吸気カム軸５と排気カム軸６の可変バルブタイミング装置１０，２０が取り付けられた側の各端部はブロック３２に形成された前記カムジャーナル部３２ａ，３２ｂによって回転自在に支承され、その上半部はブロック３２の上面に取り付けられたカムキャップ３３によって支持されるが、ブロック３２はシリンダヘッド１の各取付座１ｃに形成された前記ノックピン孔８に嵌入されたノックピン３４（図３及び図４参照）によって位置決めされ、図４に示すように、カムキャップ３３とブロック３２にそれぞれ貫設されたボルト孔３３ａ，３２ｃに挿通するカムキャップボルト３５をシリンダヘッド１の取付座１ｃに形成された前記ねじ孔７に螺着することによって、ブロック３２はカムキャップ３３と共にシリンダヘッド１に共締めされて取り付けられている。
【００２４】
ここで、吸気側の可変バルブタイミング装置１０の内部構成を図６に基づいて説明する。
【００２５】
可変バルブタイミング装置１０は吸気カム軸５の端部にボルト１１によってカバー１２と共に取り付けられたボス部材１３を有しており、該ボス部材１３の外周側にはこれに対して相対回転可能なハウジング１４が設けられており、このハウジング１４の内端部外周にはチェーンスプロケット１４ａが一体に形成されている。
【００２６】
又、上記ハウジング１４内には前記ボス部材１３の外周に摺動自在にスプライン嵌合されたピストン部材１５が設けられており、ハウジング１４内に形成された空間はピストン部材１５によって油室Ｓ１とＳ２とに区画されている。そして、ピストン部材１５の一端部は斜歯ギヤ１５ａを構成しており、この斜歯ギヤ１５ａはハウジング１４の内周の一部に形成された斜歯ギヤ（リングギヤ）１４ａに噛合している。尚、ピストン部材１５は、これとボス部材１３との間に縮装されたスプリング１６によって外方に付勢されている。
【００２７】
ところで、可変バルブタイミング装置１０のハウジング１４内に形成された前記一方の油室Ｓ１にはボス部材１３と吸気カム軸５に形成されたオイル通路１７が開口しており、このオイル通路１７はブロック３２とカムキャップ３３に形成されたオイル溝３２ｄ，３３ｂ及びブロック３２に形成されたオイル通路３６に連通している。
【００２８】
又、ハウジング１４内に形成された他方の油室Ｓ２にはボス部材１３と吸気カム軸５に形成されたオイル通路１８が開口しており、このオイル通路１８は吸気カム軸５の外周に形成されたオイル溝５ａ及びブロック３２に形成されたオイル通路３７（図７参照）に連通している。
【００２９】
他方、吸気カム軸５内にはオイル通路５ｂが軸方向に形成されており、そのジャーナル部には複数の給油孔５ｃが放射状に貫設されている。そして、吸気カム軸５のブロック３２に支承されるジャーナル部の外周には給油溝５ｄが全周に形成されており、この給油溝５ｄにはブロック３２に形成されたオイル通路３８が開口しており、このオイル通路３８は同じくブロック３２に形成されたオイル通路３９，４０に連通している。尚、吸気カム軸５の外周に形成されたフランジ部５ｅ，５ｆはブロック３２の端面によって受けられており、ブロック３２は吸気カム軸５に作用するスラスト力を受けるスラスト軸受としても機能している。
【００３０】
尚、以上は吸気側の可変バルブタイミング装置１０の構成について説明したが、図２に示すように排気側の可変バルブタイミング装置２０も同様に構成されている。即ち、図２に示す排気側の可変バルブタイミング装置２０において、２１はボルト、２２はカバー、２３はボス部材、２４はハウジング、２５はピストン部材、２６はスプリング、２７，２８はオイル通路、Ｓ１，Ｓ２は油室である。
【００３１】
又、図２に示すように、排気カム軸６内にもオイル通路６ｂが軸方向に形成されており、そのジャーナル部には複数の給油孔６ｃが放射状に貫設されている。そして、排気カム軸６のブロック３２に支承されるジャーナル部の外周には給油溝６ｄが全周に形成されており、この給油溝６ｄにはブロック３２に形成されたオイル通路４８（図７参照）が開口しており、このオイル通路４８は同じくブロック３２に形成された前記オイル通路３９，４０に連通している。尚、排気カム軸６の外周に形成されたフランジ部６ｅ，６ｆはブロック３２の端面によって受けられており、ブロック３２は排気カム軸６に作用するスラスト力を受けるスラスト軸受としても機能している。
【００３２】
而して、図２に示すように、両可変バルブタイミング装置１０，２０のハウジング１４，２４に一体に形成されたカムスプロケット１４ａ，２４ａと不図示の駆動スプロケットには無端状のカムチェーン４１が巻装されており、不図示のクランク軸の回転が駆動スプロケットに伝達されてカムチェーン４１が駆動されると、カムスプロケット１４ａ，２４ａが回転して吸気カム軸５と排気カム軸６が回転駆動され、これらの回転によって不図示の吸気バルブと排気バルブが適当なタイミングで開閉されて各気筒のシリンダ内で所要のガス交換がなされる。
【００３３】
次に、可変バルブタイミング装置１０，２０へのオイル供給系の構成を図３及び図７に基づいて説明する。
【００３４】
前記ブロック３２には吸・排気側の可変バルブタイミング装置１０，２０へのオイルの供給を制御するためのコントロールバルブ５０，５１が垂直に取り付けられており、図３に示すように、各コントロールバルブ５０，５１の頂部はヘッドカバー４２に形成された円孔４２ａから外部に露出しており、その周囲はシール部材５３によってシールされている。このように各コントロールバルブ５０，５１の頂部をヘッドカバー４２から外部に露出させることによって、各コントロールバルブ５０，５１への配線をヘッドカバー４２の上方から容易に行うことができる。
【００３５】
ところで、シリンダヘッド１の吸・排気側端部にはオイル通路４３がそれぞれ垂直に形成されており、各オイル通路４３は図７に示すようにオイルポンプ４４の吐出側に接続されている。そして、シリンダヘッド１の上部には各オイル通路４３に連なる円孔１ｄが形成されており、各円孔１ｄ内にはオイルフィルター４５がそれぞれ収納され、各オイルフィルター４５はブロック３２によって押さえられて円孔１ｄ内に固定されている。
【００３６】
尚、オイルフィルター４５の収納構造の別形態を図８に示すが、同図に示すように、ブロック３２の底面に円孔３２ｅを形成し、この円孔３２ｅとシリンダヘッド１側に形成された円孔１ｄとで構成される空間内にオイルフィルター４５を収納し、このオイルフィルター４５をブロック３２で押さえて固定するようにしても良い。
【００３７】
又、ブロック３２内には前記円孔１ｄ及びオイル通路４３に連なる前記オイル通路４０が垂直に形成されており、これらのオイル通路４０は両コントロールバルブ５０，５１に連なる前記オイル通路３９に連通しており、各コントロールバルブ５０，５１からは前記オイル通路３６，３７とオイル通路４６，４７が各カムジャーナル部３２ａ，３２ｂに向かって斜めに導出している。又、オイル通路３９からはブロック３２の各カムジャーナル３２ａ，３２ｂにオイル（潤滑油）を導くための前記オイル通路３８，４８が分岐している。尚、図７において、５２はオイルを不図示のオイルパンに戻すためのオイル通路（リターン通路）である。
【００３８】
次に、可変バルブタイミング装置１０，２０の作用について説明する。
【００３９】
内燃エンジンが始動され、その動力の一部で吸・排気カム軸５，６が回転駆動されると、前述のように吸・排気バルブが適当なタイミングで開閉されて各気筒のシリンダ内で所要のガス交換がなされる。
【００４０】
而して、内燃エンジンが駆動されると、その動力の一部で図７に示すオイルポンプ４４も駆動され、オイルポンプ４４から吐出される所定圧のオイルはシリンダヘッド１に形成されたオイル通路４３とオイルフィルター４５及びブロック３２に形成されたオイル通路４０を通ってオイル通路３９を流れ、その一部はオイル通路３８，４８から吸・排気カム軸５，６の各オイル溝５ｄ，６ｄから吸・排気カム軸５，６のオイル通路５ｂ，６ｂを流れ、放射状に形成された給油孔５ｃ，６ｃから噴出して吸・排気カム軸５，６のジャーナル部を潤滑する。そして、ブロック３２内のオイル通路３９を流れる他のオイルは各コントロールバルブ５０，５１に導かれる。
【００４１】
ところで、各コントロールバルブ５０，５１は不図示のエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）によってその作動が内燃エンジンの運転状態に応じて制御され、オイルの可変バルブタイミング装置１０，２０への供給を切り換えて各可変バルブタイミング装置１０，２０の油室Ｓ１又は油室Ｓ２にオイルを供給して吸・排気バルブの開閉タイミングを進角又は遅角する。
【００４２】
即ち、各コントロールバルブ５０，５１によってオイルがオイル通路３６，４６側から各可変バルブタイミング装置１０，２０の油室Ｓ１に供給され、或はオイルがオイル通路３７，４７側から各可変バルブタイミング装置１０，２０の油室Ｓ２に供給されると、各可変バルブタイミング装置１０，２０においてはピストン部材１５，２５がボス部材１３，２３に沿って軸方向に摺動するため、該ピストン部材１５，２５の斜歯ギヤ１５ａ，２５ａに噛合する斜歯ギヤ（リングギヤ）１４ａ，２４ａを備える各ハウジング１４，２４がボス部材１３，２３及び吸・排気カム軸５，６に対して相対回転する。このように各可変バルブタイミング装置１０，２０においてハウジング１４，２４が吸・排気カム軸５，６に対して相対回転すると、吸・排気カム軸５，６のカムの位相が変化して吸・排気バルブの開閉タイミングが進角又は遅角され、或る運転域では吸・排気バルブのオーバーラップが拡大されて内部ＥＧＲ率が高められ、燃費の改善とＮＯXの低減が図られ、又、或る運転域では吸・排気バルブを遅閉じとして圧縮行程におけるポンピングロスを小さく抑えて燃費の改善が図られる。
【００４３】
以上において、本実施の形態では、吸・排気カム軸５，６の各一端をシリンダヘッド１とは別体のブロック３２に形成されたカムジャーナル部３２ａ，３２ｂで支承するとともに、該ブロック３２を平面視でヘッドボルト９にオーバーラップさせてシリンダヘッド１に取り付けたため、図５に示すように、そのオーバーラップ分だけ可変バルブタイミング装置１０，２０のヘッドボルト９からのオーバーハング量Ｌを縮小することができ、内燃エンジンの全長を短縮して小型化を図ることができる。
【００４４】
又、ブロック３２を２つのノックピン３４でシリンダヘッド１に位置決めするとともに、該ブロック３２とカムキャップ３３をカムキャップボルト３５によってシリンダヘッド１に共締めしたため、部品点数の大幅な増加を招くことなくブロック３２をシリンダヘッド１に正確に取り付けることができる。
【００４５】
更に、ブロック３２にコントロールバルブ５０，５１を取り付けるとともに、該コントロールバルブ５０，５１をループするオイル通路３６〜４０，４６〜４８をブロック３２に集中的に形成したため、これらのオイル通路３６〜４０，４６〜４８の形成が容易化し、シリンダヘッド１の加工工数を削減して加工時間の短縮と加工コストの低減を図ることができる。
【００４６】
その他、本実施の形態では、オイルフィルター４５をシリンダヘッド１に収納し、これをブロック３２によって固定するようにしたため、オイルフィルター４５の合理的な配置が可能となるとともに、シリンダヘッド１に対する加工工数を削減することができる。
【００４７】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、カム軸の一端をシリンダヘッドとは別体のブロックに形成されたカムジャーナル部で支承するとともに、該ブロックを平面視でヘッドボルトにオーバーラップさせてシリンダヘッドに取り付けたため、そのオーバーラップ分だけ可変バルブタイミング装置のヘッドボルトからのオーバーハング量を縮小することができ、内燃エンジンの全長を短縮して小型化を図ることができるという効果が得られる。
【００４８】
又、本発明によれば、ブロックにコントロールバルブを取り付けるとともに、該コントロールバルブをループするオイル通路をブロックに集中的に形成したため、オイル通路の形成が容易化し、シリンダヘッドの加工工数を削減して加工時間の短縮と加工コストの低減を図ることができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃エンジンのシリンダヘッド単体の部分平面図である。
【図２】内燃エンジンのシリンダヘッド端部の可変バルブタイミング装置部分の平断面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】図２のＢ−Ｂ線断面図である。
【図５】内燃エンジンの可変バルブタイミング装置部分の側断面図である。
【図６】可変バルブタイミング装置の内部構成を示す側断面図である。
【図７】可変バルブタイミング装置へのオイル供給系の構成図である。
【図８】オイルフィルターの配置構造の別形態を示す部分断面図である。
【図９】従来のシリンダヘッド構造を示す内燃エンジンの可変バルブタイミング装置部分の側断面図である。
【符号の説明】
１                シリンダヘッド
５                吸気カム軸（カム軸）
６                排気カム軸（カム軸）
９                ヘッドボルト
１０，２０        可変バルブタイミング装置
３２              ブロック
３３              カムキャップ
３４              ノックピン
３５              カムキャップボルト
３６〜４０        オイル通路
４３，４６〜４８  オイル通路
４５              オイルフィルター
５０，５１        コントロールバルブ
５３              シール部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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