JP2007285236A - カム軸により回転駆動される補機を備える内燃機関 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】内燃機関は、動弁装置の1対のカム軸を回転可能に支持するカムホルダ20が取り付けられたシリンダヘッド1と、該カム軸により回転駆動される駆動軸を有する高圧燃料ポンプとを備える。高圧燃料ポンプが取り付けられる取付座40を有する補機ホルダ30は、カムホルダ20を構成する一体型のロアカムホルダ21に一体成形される。取付座40は、補機ホルダ30に一体成形され、かつ前記駆動軸が挿入される貫通孔41を形成する。
【選択図】図1
Description
さらに、補機の動作に起因してカム軸にトルク変動が生じる場合には、動弁装置による機関弁の開弁動作に起因するトルク変動を助長しないようにすることが望ましい。
請求項2記載の発明は、請求項1記載の内燃機関において、前記補機ホルダは、前記シリンダヘッドにおけるヘッドカバーとの結合面と同一平面上の取付面に取り付けられるものである。
請求項3記載の発明は、請求項1または2記載の内燃機関において、前記補機ホルダは、前記カム軸の複数の軸受部が一体成形された前記カムホルダに一体成形されているものである。
請求項4記載の発明は、請求項1から3のいずれか1項記載の内燃機関において、前記カム軸は第1カム軸および第2カム軸から構成され、前記補機は、第1補機および第2補機から構成され、前記駆動軸部は、前記第1カム軸に連結される第1駆動軸部および前記第2カム軸に連結される第2駆動軸部から構成され、前記取付座は、前記第1補機が取り付けられる第1取付座および前記第2補機が取り付けられる第2取付座から構成され、前記貫通孔は、前記第1カム軸および前記第1駆動軸部の少なくとも一方が収容される第1貫通孔および前記第2カム軸および前記第2駆動軸部の少なくとも一方が収容される第2貫通孔から構成されるものである。
請求項5記載の発明は、請求項1から3のいずれか1項記載の内燃機関において、前記補機は燃料ポンプであり、前記カム軸の一回転毎において、前記燃料ポンプが燃料を吐出する吐出動作の回数は前記動弁装置が前記機関弁を開弁する開弁動作の回数と同じであり、前記カム軸および前記駆動軸部は、前記開弁動作により前記カム軸に発生するトルク変動のピークと前記吐出動作により前記カム軸に発生するトルク変動のピークとが位相差を生じるように連結されるものである。
請求項2記載の事項によれば、補機ホルダが設けられるにも拘わらず、シリンダヘッドにおけるヘッドカバーとの結合面を一平面上に形成することができるので、結合面を高精度に容易に加工することができ、低コストで結合面でのシール性を確保できる。
請求項3記載の事項によれば、補機ホルダはカムホルダに一体成形されるので、補機ホルダの剛性が向上して、補機ホルダの小型軽量化ができる。
請求項4記載の事項によれば、2つの補機が取り付けられる2つの取付座が1つの補機ホルダに一体成形されるので、両取付座が別個の部材に設けられる場合に比べて、補機ホルダの剛性が向上する。
請求項5記載の事項によれば、燃料ポンプの吐出動作によりカム軸に発生するトルク変動のピークと動弁装置の開弁動作によりカム軸に発生するトルク変動のピークが重なることがないので、カム軸に作用するトルク変動の変動幅(絶対値)の最大値を低減することができる。この結果、カム軸の所要の剛性を確保したうえで、軽量化できる。
図1〜図3を参照すると、本発明が適用された内燃機関は、クランク軸が車幅方向を指向する横置き配置で車両に搭載される圧縮点火式の多気筒4ストローク内燃機関である。直噴型の内燃機関は、燃焼室が設けられたピストン(図示されず)が往復運動可能に嵌合する4つのシリンダが一列に配列されたシリンダブロック(図示されず)と、該シリンダブロックの上端面に結合されるシリンダヘッド1と、シリンダヘッド1の上端面に結合されるヘッドカバー2(図5も参照)とを備える。
なお、実施形態において、上下方向は、シリンダのシリンダ軸線に平行な方向(シリンダ軸線方向)であり、また、軸方向は、後述するカム軸の回転中心線に平行な方向である。
そして、各吸気側軸受部23は、直交方向での両端部で中央枠部21fおよび吸気側枠部21hに連結され、各排側軸受部24は、直交方向での両端部で中央枠部21fおよび排気側枠部21kに連結される。また、中央枠部21fには、シリンダ毎に、シリンダ軸線と交差する位置にシリンダ軸線とほぼ平行にシリンダヘッド1に取り付けられる燃料噴射弁9が挿入される挿入孔21nが設けられる。
図6を併せて参照すると、燃料噴射弁9に供給される高圧の燃料が蓄圧される燃料蓄圧容器としてのコモンレールに燃料を圧送する容積型の高圧燃料ポンプ60は、ポンプハウジング61と、吸気カム軸11に軸継手62を介して同軸に連結される駆動軸63と、駆動軸63に設けられるポンプカム64により駆動されるプランジャ65aおよび該プランジャ65aを往復運動可能に収容するバレル65bからなる1以上、この実施形態では2つのポンプ部65と、を備える。両ポンプ部65は90°の位相差で配置され、ポンプカム64は180°の位相差をもつ2つのカム山64aから構成される。また、吸気カム軸11と等速で回転する軸継手62および駆動軸63は、第1駆動軸部として、高圧燃料ポンプ60の駆動軸部を構成する。
そして、吸気カム軸11および駆動軸63は、図7に示されるように、開弁動作により吸気カム軸11に発生する動弁トルク変動の正のピークと吐出動作により吸気カム軸11に発生するポンプトルク変動の正のピークとが位相差を生じるように、かつ動弁装置10の閉弁動作により吸気カム軸11に発生する動弁トルク変動の負のピークと高圧燃料ポンプ60の吸入動作により吸気カム軸11に発生するポンプトルク変動の負のピークとが位相差を生じるよう連結される。これにより、動弁トルク変動およびポンプトルク変動の正のピーク同士および負のピーク同士が重なる場合に比べて変動幅(絶対値)が低減する。
さらに、動弁トルク変動の正のピークとポンプトルク変動の負のピークとが重なるように、そして動弁トルク変動の負のピークとポンプトルク変動の正のピークとが重なるように、すなわち動弁トルク変動とポンプトルク変動とが相殺するように吸気カム軸11と駆動軸63とを連結することにより、吸気カム軸11に発生するトルク変動の変動幅を大幅に低減できる。
吸気カム軸11の1回転360°で動弁トルクピークおよびポンプトルクピークをそれぞれ4山ずつ生じる本実施形態においては、吸気カム13のいずれかとポンプカム64の位相が一致している状態を0°として、吸気カム13とポンプカム64の位相差を45°(=(360°/4)×50%)に設定する。なお、この状態から±22.5°(=45°×50%)の範囲であってもピークの重なりを回避することによる効果を得ることができる。
補機ホルダ30は、結合面S1と同一平面上の取付面S3に面接触する取付面S5を有する取付部31と、取付部31から上方に隆起して取付座を構成する複数の取付座である第1,第2取付座40,50と、ヘッドカバー2がシール部材8を介して結合される結合面S6とが一体成形された部材である。
第2取付座50は、排気カム軸12の回転中心線L2を中心とする軸方向に貫通する第2貫通孔としての貫通孔51を形成すると共に、貫通孔51の周囲に配置される締結部を構成する1対のボス部52を有する。バキュームポンプ70は、貫通孔51にポンプハウジング71の円筒状の嵌合部71aが嵌合された状態で、バキュームポンプ70を取付座50に結合するボルト53が各ボス部52にねじ込まれ、さらにシリンダヘッド1に設けられた締結部であるボス部1bにボルト53がねじ込まれることで、取付座50に取り付けられる。
また、両貫通孔41,51の全体は、シリンダヘッド1の結合面S1および取付面S3よりも上方に位置する。そして、嵌合部61a内を軸方向に延びている駆動軸63はそれぞれ貫通孔41内に挿入されて収容されており、該駆動軸63と吸気カム軸11とは、動弁室R内において、軸方向で端部軸受部23aと取付座40との間で軸継手62を介して連結される。同様に、嵌合部71a内を軸方向に延びている駆動軸73は貫通孔51内に挿入されて収容されており、該駆動軸73と排気カム軸12とは、貫通孔51内で軸継手72を介して連結される。
内燃機関の補機である高圧燃料ポンプ60およびバキュームポンプ70はそれぞれカム軸11,12に連結される駆動軸63,73を備え、シリンダヘッド1に取り付けられるカムホルダ20には高圧燃料ポンプ60およびバキュームポンプ70が取り付けられる取付座40,50を有する補機ホルダ30が設けられ、取付座40,50は、補機ホルダ30に一体成形されて駆動軸63,73が挿入される貫通孔41,51を形成することにより、取付座40,50が一体成形される補機ホルダ30は、シリンダヘッド1とは別体のカムホルダ20に設けられるので、シリンダヘッド1が小型軽量化される。また、補機ホルダ30は、カムホルダ20を介してシリンダヘッド1に支持されるので、補機ホルダ30の剛性を高めるために補機ホルダ30を大型化することなく、その剛性を向上させることができ、高圧燃料ポンプ60およびバキュームポンプ70を安定して支持することができる。さらに、貫通孔41,51は補機ホルダ30に一体成形される取付座40,50により形成されるので、貫通孔が半割構造などの分割構造の取付座により形成される場合に比べて、貫通孔41,51に対するシール性の確保が容易になる。
2つの取付座40,50が1つの補機ホルダ30に一体成形されるので、両取付座40,50が別個の部材に設けられる場合に比べて、補機ホルダ30の剛性が向上する。
補機ホルダ30は、カム軸11,12の複数の軸受部23,24が一体成形された一体型のロアカムホルダ21に一体成形されていることにより、補機ホルダ30の剛性が向上して、補機ホルダ30の小型軽量化ができる。
補機ホルダは、カムホルダとは別個の部材により構成され、カムホルダにボルトなどにより結合されてカムホルダと一体化されてもよい。高圧燃料ポンプはコモンレールを介することなく燃料噴射弁に直接燃料を圧送してもよい。
内燃機関の補機は、高圧燃料ポンプおよびバキュームポンプのいずれか1つであってもよく、それらポンプ以外の補機であってもよい。高圧燃料ポンプは排気カム軸に同軸に連結されて回転駆動されてもよい。
各貫通孔41,51内には、カム軸11,12または軸継手63,73が挿入されて収容されてもよい。
動弁装置は、1つのカム軸により吸気弁および排気弁を開閉するSOHC型のものであってもよい。
内燃機関は、火花点火式内燃機関であってもよく、また鉛直方向を指向するクランク軸を備える船外機等の船舶推進装置など、車両以外の機械に使用されるものであってもよい。
Claims (5)
- 機関弁を開閉する動弁装置のカム軸を回転可能に支持するカムホルダが取り付けられたシリンダヘッドと、前記カム軸により回転駆動される補機とを備える内燃機関において、
前記補機は前記カム軸に連結される駆動軸部を備え、前記カムホルダには前記補機が取り付けられる取付座を有する補機ホルダが設けられ、前記取付座は、前記補機ホルダに一体成形されて前記カム軸および前記駆動軸部の少なくとも一方が挿入される貫通孔を形成することを特徴とする内燃機関。 - 前記補機ホルダは、前記シリンダヘッドにおけるヘッドカバーとの結合面と同一平面上の取付面に取り付けられることを特徴とする請求項1記載の内燃機関。
- 前記補機ホルダは、前記カム軸の複数の軸受部が一体成形された前記カムホルダに一体成形されていることを特徴とする請求項1または2記載の内燃機関。
- 前記カム軸は第1カム軸および第2カム軸から構成され、前記補機は、第1補機および第2補機から構成され、前記駆動軸部は、前記第1カム軸に連結される第1駆動軸部および前記第2カム軸に連結される第2駆動軸部から構成され、前記取付座は、前記第1補機が取り付けられる第1取付座および前記第2補機が取り付けられる第2取付座から構成され、前記貫通孔は、前記第1カム軸および前記第1駆動軸部の少なくとも一方が収容される第1貫通孔および前記第2カム軸および前記第2駆動軸部の少なくとも一方が収容される第2貫通孔から構成されることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項記載の内燃機関。
- 前記補機は燃料ポンプであり、前記カム軸の一回転毎において、前記燃料ポンプが燃料を吐出する吐出動作の回数は前記動弁装置が前記機関弁を開弁する開弁動作の回数と同じであり、前記カム軸および前記駆動軸部は、前記開弁動作により前記カム軸に発生するトルク変動のピークと前記吐出動作により前記カム軸に発生するトルク変動のピークとが位相差を生じるように連結されることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項記載の内燃機関。
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