JP4742129B2 - カムキャップおよびカムキャップの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関のカムキャップに関する。

吸気カムシャフトや排気カムシャフトの位相を油圧で操作するためのオイルコントロールバルブ（ＯＣＶ）やアクチュエータを装備する内燃機関が提案されている。このような内燃機関において、オイルコントロールバルブ（ＯＣＶ）等へ作動油を供給するための油路が形成されたカムキャップも提案されている（特許文献１）。

しかし、油路の形成においては、機械加工で形成すると鋳巣が加工面に現れる一方、鋳抜きで形成すると鋳抜きピンを抜く際のカシリによって加工面が荒れるという問題を生じる。このような問題は、精密部品であるオイルコントロールバルブ（ＯＣＶ）等への作動油の供給においては、異物の混入の原因となってオイルコントロールバルブ（ＯＣＶ）等の作動を阻害する可能性があることが本願発明者によって見出された。
特開２００８−５７５１８公報

本発明は、上述の従来の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、カムキャップへの油路の形成において、作動油への異物の混入を抑制する技術を提供することを目的とする。

[適用例１]
カムハウジングに装着され、前記カムハウジングからオイルコントロールバルブへの油路の少なくとも一部を形成する内燃機関のカムキャップを製造する方法であって、
鉄系金属部材であるインサート部材と、前記インサート部材を装着可能な鋳型と、アルミ浴湯と、を準備する準備工程と、
前記インサート部材を前記鋳型に装着するインサート部材装着工程と、
前記鋳型に前記アルミ浴湯を注湯する注湯工程と、
前記カムハウジングから作動油の供給を受ける第１の油路と、前記オイルコントロールバルブに作動油を供給する第２の油路と、前記第１の油路と前記第２の油路とを接続する第３の油路と、を形成する油路形成工程と、
を備え、
前記第３の油路は、前記インサート部材の内部に形成され、前記第１の油路と前記第２の油路のいずれよりも長いカムキャップの製造方法。

適用例１の製造方法では、第１の油路と第２の油路のいずれよりも長い第３の油路がインサート部材の内部に形成されるので、勾配が不十分な中子ピンを抜くことに起因する表面剥離、あるいは機械加工によって油路を形成する際に発生する鋳巣の露出といった異物の作動油への混入を未然に抑制することができる。これにより、オイルコントロールバルブを含む油圧機構の引っ掛かり（ジャミング）を抑制することができる。

このようなインサート部材を使用する鋳造方法は、鋳ぐるみと呼ばれる。なお、鉄系金属部材には、たとえばＳ４５Ｃのような炭素鋼や鉄−アルミニウム合金複合材料といった種々の部材が利用可能である。一方、アルミ浴湯は、たとえば７５０乃至９００℃の溶融アルミニウム合金が利用可能である。アルミニウム合金としては、たとえばＡｌ−Ｓｉ系合金やＡｌ−Ｍｇ系合金等を用いることができる。

[適用例２]
適用例１のカムキャップの製造方法であって、
前記内燃機関は、吸気側のバルブタイミングを調整するための吸気側オイルコントロールバルブと、排気側のバルブタイミングを調整するための排気側オイルコントロールバルブと、を備え、
前記第２の油路は、前記吸気側オイルコントロールバルブに作動油を供給する吸気側油路と、前記排気側オイルコントロールバルブに作動油を供給する排気側油路と、を含み、
前記第３の油路は、前記吸気側油路と前記排気側油路とに分配する分配路であるカムキャップの製造方法。

適用例２の製造方法では、吸気側オイルコントロールバルブに作動油を供給する吸気側油路と、排気側オイルコントロールバルブに作動油を供給する排気側油路と、に分配する分配路に対して、インサート部材を使用する鋳ぐるみが適用されている。このような分配路の設計では、吸気側の系統と排気側の系統の双方に作動油を供給するために長い油路が要請されるのに対して、鋳ぐるみは、抜き勾配の設定を必要とせず、大きな設計自由度を提供することができる。

[適用例３]
適用例１または２のカムキャップの製造方法であって、
前記油路形成工程は、中子ピンを抜くことによって、前記第１の油路と前記第２の油路とを形成する工程を含むカムキャップの製造方法。

適用例３の製造方法では、中子ピンを抜くことによって、第３の油路より短い第１の油路と第２の油路とが形成されるので、機械加工によって油路を形成する際に発生する鋳巣の露出といった異物の作動油への混入要因を未然に排除することができる。

なお、本発明は、上記以外の種々の形態で実現可能であり、たとえば、組立カムシャフトを有する動弁機構、このような動弁機構を有する内燃機関、あるいは、このような内燃機関を備える自動車などの形態で実現することが可能である。

本発明によれば、カムキャップへの油路の形成において、作動油への異物の混入を抑制する技術を提供することができる。

次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．カムキャップの装備状態と構成：
Ｂ．カムキャップの製造方法：
Ｃ．変形例：

Ａ．カムキャップの装備状態と構成：
図１は、本発明の実施例におけるカム位相可変方式の動弁機構を示す説明図である。動弁機構は、吸気側可変バルブタイミングコントロールアクチュエータ２１（本明細書では、吸気側ＶＶＴＣＡとも呼ばれる。）と、排気側可変バルブタイミングコントロールアクチュエータ２２（本明細書では、排気側ＶＶＴＣＡとも呼ばれる。）と、吸気側カムシャフト３１と、排気側カムシャフト３２と、吸気側カムシャフト３１と排気側カムシャフト３２とをシリンダヘッド（図示せず）に形成されたカムハウジング４０との間に回転可能に固定するカムキャップ１０とを備えている。

カムキャップ１０には、動弁機構を駆動する作動油を供給するための吸気側接続ポート１１と、排気側接続ポート１２とを備えている。吸気側接続ポート１１は、吸気側オイルコントロールバルブ（図示せず）と作動油を供給・吐出するための接続ポートである。排気側接続ポート１２は、排気側オイルコントロールバルブ（図示せず）と作動油を供給・吐出するための接続ポートである。

図２は、本発明の実施例におけるカムキャップ１０の装着状態を示す拡大図である。吸気側ＶＶＴＣＡ２１と排気側ＶＶＴＣＡと２２は、それぞれ吸気側カムシャフトタイミングギア２１ｇ（本明細書では、吸気側ＣＳＴＧとも呼ばれる。）と、排気側カムシャフトタイミングギア２２ｇ（本明細書では、排気側ＣＳＴＧとも呼ばれる。）と、を備えている。吸気側ＣＳＴＧ２１ｇおよび排気側ＣＳＴＧ２２ｇには、図示しないギア形状が形成されている。

吸気側ＣＳＴＧ２１ｇおよび排気側ＣＳＴＧ２２ｇは、いずれもタイミングベルト（図示省略）によって駆動される。吸気側ＣＳＴＧ２１ｇおよび排気側ＣＳＴＧ２２ｇは、それぞれ吸気側ＶＶＴＣＡ２１と排気側ＶＶＴＣＡと２２とを介して吸気側カムシャフト３１と排気側カムシャフト３２とに駆動力を伝達する。吸気側ＶＶＴＣＡ２１と排気側ＶＶＴＣＡとは、それぞれ吸気側カムシャフト３１と排気側カムシャフト３２の位相を独立して油圧による駆動力でシフトさせることができる。これにより、カム位相可変方式の動弁機構は、吸気側と排気側とで独立してカム位相を可変に制御することができる。

吸気側ＶＶＴＣＡ２１および排気側ＶＶＴＣＡ２２は、カムハウジング４０から供給された作動油によって駆動される。この作動油は、カムハウジング４０からカムキャップ１０の内部に形成された油路を経由して、吸気側供給路１１ｉｎと、排気側供給路１２ｉｎに供給される。吸気側供給路１１ｉｎおよび排気側供給路１２ｉｎは、シリンダヘッドカバー（図示せず）に形成された油路を介して、それぞれ吸気側オイルコントロールバルブ（図示せず）と、排気側オイルコントロールバルブ（図示せず）と、に供給される。

吸気側オイルコントロールバルブ（図示せず）は、作動油供給路１１ｏｕｔ１、１１ｏｕｔ２のいずれか一方に選択的に作動油を供給し、他方をリターンとすることによってカム位相をシフトさせることができる。排気側オイルコントロールバルブ（図示せず）は、作動油供給路１２ｏｕｔ１、１２ｏｕｔ２のいずれか一方に選択的に作動油を供給し、他方をリターンとすることによってカム位相をシフトさせることができる。

図３は、本発明の実施例におけるカムキャップ１０の断面を示す断面図である。カムキャップ１０には、カムハウジング４０から供給された作動油を吸気側接続ポート１１並びに排気側接続ポート１２に供給するための油路が形成されている。この油路は、導入路１０ｈ１（「第１の油路」の一例）と、吸気側供給路１１ｉｎ（「吸気側油路」の一例）と、排気側供給路１２ｉｎ（「排気側油路」の一例）と、吸気側供給路１１ｉｎ並びに排気側供給路１２ｉｎと導入路１０ｈ１との間を分配して接続する分配路１０ｈ３（「第３の油路」の一例）とを含んでいる。

導入路１０ｈ１は、カムハウジング４０から作動油の供給を受けてカムキャップ１０の内部に導入する油路である。分配路１０ｈ３は、吸気側供給路１１ｉｎと排気側供給路１２ｉｎとに分配して作動油を供給する油路である。吸気側供給路１１ｉｎは、吸気側オイルコントロールバルブ（図示せず）に作動を供給するための油路である。排気側供給路１２ｉｎは、排気側オイルコントロールバルブ（図示せず）に作動を供給するための油路である。

図４は、実施例のカムキャップ１０に形成された導入路１０ｈ１の断面を示す拡大図である。導入路１０ｈ１は、「鋳抜き」と呼ばれる鋳造方法で形成されている。本実施例では、鋳抜きとは、アルミダイカストにおいて、若干勾配（抜き勾配）のある鋳抜きピン（図示せず、中子ピンとも呼ばれる。）を用いて鋳抜き穴を形成する工程である。

この勾配は、アルミ合金の溶湯が固まってから抜きやすくするために与えられたものである。具体的には、導入路１０ｈ１においては、導入路１０ｈ１の出口側（分配路１０ｈ３との接続部）の直径Ｄ２を入口側の直径Ｄ１よりも小さくなるような勾配を形成することによって中子ピンを抜きやすくしている。鋳抜きによって、導入路１０ｈ１が形成されているのは、機械加工によって油路を形成すると鋳巣（いす）が導入路１０ｈ１の表面に露出するからである。

図５は、比較例のカムキャップ本体１０ｂａに形成された導入路１０ｈ１ａと分配路１０ｈ３ａの内面に露出した鋳巣を示す拡大図である。鋳巣とは、ダイカスト内部に存在する空洞である。本願発明者の解析と実験とによれば、機械加工によって鋳巣が油路内部に露出すると、複雑な形状の凹部が形成されることがあるので、その内部に切粉等の異物が入り込んで洗浄工程では取り除くことができない状態となることが分かった。

このような洗浄工程によって取り除くことができなかった異物は、吸気側ＶＶＴＣＡ２１や排気側ＶＶＴＣＡ２２の作動時において、これらのアクチュエータ２１、２２やオイルコントロールバルブ（図示せず）に入り込んで引っ掛かり（ジャミング）の原因となる可能性があることが本願発明者によって突き止められた。

本願発明者は、このような特有の事情を考慮して、導入路１０ｈ１や吸気側供給路１１ｉｎ、排気側供給路１２ｉｎといった油路を「鋳抜き」と呼ばれる鋳造方法で形成することが好ましいことを見出したのである。

このように、本願発明者は、導入路１０ｈ１や吸気側供給路１１ｉｎ、排気側供給路１２ｉｎといった油路を、切削や研削といった削る工程を行うことなく油路を形成すれば、複雑な形状の凹部の形成を抑制してジャミングの発生要因の少なくとも一部を予め排除することができることを見出した。

本願発明者は、さらに鋳抜きにも問題があることを突き止めた。鋳抜きは、分配路１０ｈ３の形成への適用においては、適切な抜き勾配を設けることが困難であるという問題である。抜き勾配が過度に小さいと、カシリとよばれる鋳造面の剥離現象（表面剥離）が発生するのである。この剥離現象は、剥離された異物の発生によってジャミングの原因となる可能性があることが本願発明者によって突き止められたのである。本願発明者の実験によれば、現実に０．５乃至０．７ｍｍのサイズの異物の発生が認められた。

本願発明者は、このような問題を解決するために分配路１０ｈ３に対しては鋳ぐるみと呼ばれる鋳造方法を適用した。分配路１０ｈ３（図３）は、中実のインサート部材を使用して鋳造後に機械加工により、鉄系金属材料のそのインサート部材の内部に形成される。本実施例では、インサート部材１５は、鋳ぐるみでカムキャップ本体１０ｂの内部に挿入され、両者でカムキャップ１０を構成している。分配路１０ｈ３は、鉄系金属材料のインサート部材１５の内部に形成された貫通孔の両端の各々を２個のメクラ蓋１０ｃで閉塞させることによって構成されている。

このように、本願発明者は、油路における異物の発生を抑制するために、抜き勾配を適切に設定可能な比較的に短い油路（本構成では、導入路１０ｈ１、吸気側供給路１１ｉｎ、および排気側供給路１２ｉｎ）は、鋳抜きで形成する一方、抜き勾配を適切に設定できない比較的に長い油路（本構成では、分配路１０ｈ３）は、鋳ぐるみで形成する鋳造方法を考案したのである。

Ｂ．カムキャップの製造方法：
図６は、本発明の実施例におけるカムキャップの製造方法を示すフローチャートである。ステップＳ１００では、作業者は、被鋳ぐるみ材としての鉄系金属部材であるインサート部材と、このインサート部材を装着可能な鋳型（図示せず）と、アルミ合金の浴湯であるアルミ浴湯（図示せず）と、を準備する。

鉄系金属部材には、たとえばＳ４５Ｃのような炭素鋼や鉄−アルミニウム合金複合材料といった種々の部材が利用可能である。一方、アルミ浴湯は、たとえば７５０乃至９００℃の溶融アルミニウム合金を利用可能である。アルミニウム合金としては、たとえばＡｌ−Ｓｉ系合金やＡｌ−Ｍｇ系合金等を用いることができる。

ステップＳ２００では、作業者は、鋳型（図示せず）に対してインサート部材や上述の中子ピン（図示せず）を装着する。ステップＳ３００では、作業者は、インサート部材や中子ピン（図示せず）が装着された鋳型（図示せず）に対してアルミ浴湯を注湯する。

作業者は、冷却工程（ステップＳ４００）の後において、湯路形成工程（ステップＳ５００）を実行する。湯路形成工程（ステップＳ５００）は、中子ピン（図示せず）を抜くことによって、導入路１０ｈ１、吸気側供給路１１ｉｎ、および排気側供給路１２ｉｎを形成する工程である。なお、分配路１０ｈ３（図３）は、鉄系金属材料のインサート部材の内部に、鋳造前に予め形成されているものを用いてもよく、このインサート部材を用いた場合には、両端を２個のメクラ蓋１０ｃで蓋をするだけでよい。インサート部材には、鋳巣が存在しないので、このような方法によっても異物の発生が抑制された湯路の形成が可能である。

このように、本願発明者は、抜き勾配を適切に設定可能な油路は、鋳抜きで形成する一方、抜き勾配を適切に設定できない油路は、鋳ぐるみで形成する鋳造方法を考案し、油路における異物の発生を抑制するカムキャップの製造方法を実現したのである。

他の比較的に短い油路をインサート部材を利用して形成することも可能で、全ての油路をインサート部材を利用した鋳ぐるみで形成するようにしても良い。

Ｃ．変形例：
以上、本発明のいくつかの実施形態について説明したが、本発明はこのような実施の形態になんら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々なる態様での実施が可能である。特に、上記各実施例における構成要素中の独立請求項に記載された要素以外の要素は、付加的な要素なので適宜省略可能である。

上述の実施例において、上述の利点や効果の各々の全てが本願発明の必須の構成要件につながるものではなく、本願発明は、上述の利点や効果の各々を簡易に実現させる設計自由度を与えるものであって、少なくとも一つの利点あるいは効果を実現させるものであれば良い。

本発明の実施例におけるカム位相可変方式の動弁機構を示す説明図。 本発明の実施例におけるカムキャップ１０の装着状態を示す拡大図。 本発明の実施例におけるカムキャップ１０の断面を示す断面図。 実施例のカムキャップ１０に形成された導入路１０ｈ１の断面を示す拡大図。 比較例のカムキャップ本体１０ｂａに形成された導入路１０ｈ１ａと分配路１０ｈ３ａの内面に露出した鋳巣を示す拡大図。 本発明の実施例におけるカムキャップの製造方法を示すフローチャート。

符号の説明

１０…カムキャップ
１０ｂ…カムキャップ本体
１０ｃ…メクラ蓋
１０ｈ１、１０ｈ１ａ…導入路
１０ｈ３、１０ｈ３ａ…分配路
１０ｂａ…カムキャップ本体
１１ｏｕｔ１…作動油供給路
１１…吸気側接続ポート
１１ｉｎ…吸気側供給路
１２ｏｕｔ１…作動油供給路
１２…排気側接続ポート
１２ｉｎ…排気側供給路
１５…インサート部材
２１…吸気側可変バルブタイミングコントロールアクチュエータ
２１ｇ…吸気側カムシャフトタイミングギア
２２…排気側可変バルブタイミングコントロールアクチュエータ
２２ｇ…排気側カムシャフトタイミングギア
３１…吸気側カムシャフト
３２…排気側カムシャフト
４０…カムハウジング

Claims (3)

1. カムハウジングに装着され、前記カムハウジングからオイルコントロールバルブへの油路の少なくとも一部を形成する内燃機関のカムキャップを製造する方法であって、
   鉄系金属部材である中実のインサート部材と、前記インサート部材を装着可能な鋳型と、アルミ浴湯と、を準備する準備工程と、
   前記インサート部材を前記鋳型に装着するインサート部材装着工程と、
   前記鋳型に前記アルミ浴湯を注湯する注湯工程と、
   前記鋳型に注湯した前記アルミ浴湯を冷却する冷却工程と、
   前記カムハウジングから作動油の供給を受ける第１の油路と、前記オイルコントロールバルブに作動油を供給する第２の油路と、前記第１の油路と前記第２の油路とを接続する第３の油路と、を形成する油路形成工程と、
   を備え、
   前記第３の油路は、前記冷却工程の後に、機械加工により前記インサート部材の内部に形成され、前記第１の油路と前記第２の油路のいずれよりも長いカムキャップの製造方法。
2. 請求項１記載のカムキャップの製造方法であって、
   前記内燃機関は、吸気側のバルブタイミングを調整するための吸気側オイルコントロールバルブと、排気側のバルブタイミングを調整するための排気側オイルコントロールバルブと、を備え、
   前記第２の油路は、前記吸気側オイルコントロールバルブに作動油を供給する吸気側油路と、前記排気側オイルコントロールバルブに作動油を供給する排気側油路と、を含み、
   前記第３の油路は、前記吸気側油路と前記排気側油路とに分配する分配路であるカムキャップの製造方法。
3. 請求項１または２に記載のカムキャップの製造方法であって、
   前記油路形成工程は、中子ピンを抜くことによって、前記第１の油路と前記第２の油路とを形成する工程を含むカムキャップの製造方法。

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