JP2008115766A - エンジンの補機配置構造 - Google Patents

Abstract

【課題】所要の強度を確保しつつ部品点数や重量の増加を抑制すること。
【解決手段】シリンダヘッドの上面にベースフレーム１１を固定する。ベースフレーム１１には、可変バルブリフト機構３０を装備する。可変バルブリフト機構３０は、エンジンのクランクシャフト７と平行なコントロールシャフト３５と、このコントロールシャフトを回動させるモータ３８を備えている。ベースフレーム１１は、エンジンの吸気側後端部に延設されて、当該エンジンの後方に延びる延設部１１ａを有している。他方、コントロールシャフト３５は、延設部１１ａの上方に延びる後端部３５ａと、この後端部３５ａに取り付けられる入力ギア３７とを有する。モータ３８は、延設部１１ａの下面に固定されて、回転軸３８の出力ギア３９を入力ギア３７に噛合させている。燃料ポンプ５０が延設部１１ａの上面に固定された軸受キャップ４０に取り付けられている。
【選択図】図１

Description

本発明はエンジンの補機配置構造に関し、特に、吸気バルブのリフト量を変更する可変バルブリフト機構をシリンダヘッドに備えたエンジンの補機配置構造に関する。

特許文献１〜４に開示されているように、一般的なエンジンの可変バルブリフト機構は、ロッカアームに駆動力を伝達する揺動カムと、クランクシャフトの回転に同期して回転し、揺動カムを駆動する駆動軸とを備えている。駆動軸には、揺動カムの位相を変更するための偏心カムが固定されており、偏心カムは、リンク機構を介してコントロールシャフトに連結されている。コントロールシャフトは、駆動軸（従ってクランクシャフト）と平行に配置され、エンジンのシリンダヘッドに回転自在に取り付けられている。コントロールシャフトには、入力ギアが固定されている。この入力ギアには、モータの回転軸に固定された出力ギアが噛合している。

このモータのレイアウトとしては、特許文献１、２に開示されているように、コントロールシャフトと直交する軸芯にモータの回転軸を沿わせたレイアウトが一般的であった。

また、特許文献３に開示されているように、ベベルギア機構を介してモータの回転軸をコントロールシャフトと平行に沿わせたレイアウトも知られている。

さらに、特許文献４に開示されているように、シリンダヘッドの排気系側の下方にモータを配置するレイアウトも知られている。
特開２００５−２４８８４９号公報 特開２００５−６９０４３号公報 特開２００３−７４３１８号公報 特開２００５−４２６４２号公報

ところで、近年では、樹脂製のヘッドカバーが採用されることに伴い、エンジンの補機の一つである筒内噴射用の燃料ポンプは、支持強度の面で前記ヘッドカバーに取り付け難い状況にある。また、可変バルブリフト機構のモータの周囲には、エンジンの補機も同時にレイアウトされるため、他の補機との干渉を避けながら、コンパクトな配置が要求される。

しかし、特許文献１、２の構成では、モータがシリンダブロックの幅方向に突出してエンジン全体が大型化する傾向がある。

また、特許文献３の構成では、ベベルギア機構を採用しているので、構成が複雑になり、重量も大きくなる。

さらに、特許文献４の構成では、モータの回転軸が水平になっていたので、モータが排気側からエンジンのシリンダブロック外方に突出し、やはり、充分な小型化を図ることができないという不具合があった。

本発明は上述した不具合に鑑みてなされたものであり、可変バルブリフト機構のモータをコンパクトに配置し、所要の強度を確保しつつ部品点数や重量の増加を抑制することのできるエンジンの補機配置構造を提供することを課題としている。

上記課題を解決するために、本発明は、シリンダヘッドの上部にベースフレームを設け、このベースフレームに可変バルブリフト機構を備えたエンジンの補機配置構造において、前記可変バルブリフト機構は、前記ベースフレームに軸支され、前記エンジンのクランクシャフトと平行なコントロールシャフトと、このコントロールシャフトを回動させるモータと、前記ベースフレームに当該コントロールシャフトと平行に軸支され、前記エンジンのクランクシャフトと同期して回動する吸気用駆動軸とを備え、前記ベースフレームは、当該エンジンの吸気側後端部に延設されて、当該エンジンの後方に延びる延設部を有し、前記コントロールシャフトは、前記延設部の上方に延びる後端部と、この後端部に取り付けられる入力ギアとを有し、前記モータは、前記延設部の下面に固定される本体と、この本体から前記延設部の上方に延びる回転軸と、この回転軸に固定され、前記入力ギアに噛合して動力を出力する出力ギアとを有しているとともに、前記延設部の上部に前記吸気用駆動軸の後端部を軸支する軸受キャップを設け、この軸受キャップに燃料ポンプを取り付け、当該燃料ポンプの駆動カムを前記吸気用駆動軸の後端部に取り付けていることを特徴とするエンジンの補機配置構造である。この態様では、可変バルブリフト機構のベースフレームに延設部を設け、この延設部の底面に当該可変バルブリフト機構のモータを固定してその回転軸を上側に突出させているので、エンジンの背面から見て、モータを当該エンジン本体の投影面内にレイアウトすることができる。この結果、モータがエンジン本体の側部にも上部にも突出することがなくなり、可変バルブリフト機構をコンパクトにまとめることが可能になる。加えて、延設部に駆動軸の軸受キャップを設け、この軸受キャップに燃料ポンプを着座させているので、燃料ポンプを堅固な取り付け構造で保持することができるとともに、可変バルブリフト機構のモータとの干渉も回避しつつ可及的にコンパクトなレイアウトを採用することができる。

好ましい態様において、前記延設部の側方に当該エンジンの排気用駆動軸によって駆動される補機を配置し、前記燃料ポンプの軸線は、前記補機よりも後方にて排気側に突出するように傾斜している。この態様では、排気用駆動軸に駆動される補機についても、補機が延設部の側方に配置されているので、補機をエンジン本体の背面内にレイアウトすることができ、エンジンの幅方向や高さ方向に補機が突出するのを防止することができるとともに、この補機の背後で燃料ポンプの軸線を排気側に傾斜させることにより、燃料ポンプの高さを抑え、コンパクトで干渉を回避することのできるレイアウトを採用することができる。

好ましい態様において、前記補機は、前記ベースフレームの後端部上面に固定された保持部材を介して保持されており、前記軸受キャップは、前記保持部材と一体に形成されている。この態様では、単一の部材を多機能部品とすることができるので、部品点数や組付工程を低減することができる。また、ベースフレームに対する取り付け面積を増加させることができるので、軸受キャップや保持部材の取り付け構造も堅固になる。

好ましい態様において、前記ベースフレームを覆うシリンダヘッドカバーを設け、前記軸受キャップおよび保持部材は、シリンダヘッドカバーと接合するシール面を有している。この態様では、軸受キャップや保持部材自身を可変バルブリフト機構の下部構造体として構成することができるので、部品点数の低減を図りつつシリンダヘッドカバーとのシール性を向上させることが可能になる。

好ましい態様において、前記ベースフレームを覆うシリンダヘッドカバーを設け、前記軸受キャップは、シリンダヘッドカバーと接合するシール面を有している。この態様では、軸受キャップ自身を可変バルブリフト機構の下部構造体として構成することができるので、部品点数の低減を図りつつシリンダヘッドカバーとのシール性を向上させることが可能になる。

以上説明したように、本発明は、シリンダブロックに固定されるベースフレームに延設部を設け、この延設部に可変バルブリフト機構のモータや燃料ポンプを配置しているので、可及的にモータや燃料ポンプ等の補機をエンジンの背面から見た投影エリア内にレイアウトすることになる結果、可変バルブリフト機構のモータをコンパクトに配置し、所要の強度を確保しつつ部品点数や重量の増加を抑制することができるという顕著な効果を奏する。

以下、添付図面を参照しながら本発明の好ましい実施の形態について説明する。

図１は本発明の実施形態に係るエンジンのシリンダヘッドカバーを分解した背面略図である。

同図を参照して、エンジン本体１は、オイルパン（またはロアブロック）２と、このオイルパン２の上部に配置されるシリンダブロック３と、このシリンダブロック３の上部に固定されるシリンダヘッド４とを有し、シリンダヘッド４の上部には、動弁モジュール１０が配置されている。図示の例において、動弁モジュール１０は、シリンダヘッドカバー６によって覆われる構成になっている。

オイルパン２とシリンダブロック３との間には、クランクシャフト７が軸支されており、以下の説明では、このクランクシャフト７の長手方向において一端側（図１に示す面）を仮にエンジンの後方とする。なお、本実施形態において、図１の８は、ウォータアウトレットである。

シリンダヘッド４は、周知のエンジンと同様に、前後に並ぶ複数の気筒（図示の例では４気筒）４ａ（図３参照）を有している。各気筒４には、吸気ポート、排気ポート、吸気弁、排気弁が配設されており、動弁モジュール１０によって、吸気弁および排気弁が駆動され、対応するポートの開閉動作が所定のタイミングで周期的に実行されるように構成されているものである。

図２は図１の実施形態に係る動弁モジュールの斜視図であり、図３は同動弁モジュールの平面図、図４は同動弁モジュールの右側面図である。

図２〜図４を参照して、動弁モジュール１０は、シリンダヘッド４の上面に固定されるベースフレーム１１を有している。ベースフレーム１１は、シリンダヘッド４の気筒４ａ（図３に仮想線でのみ図示）の上部中央に点火プラグを装着するボス部１２を有し、このボス部１２の両側に、幅方向に延びる仕切壁１４、１５を設けた枠形状に形成されている。幅方向一方の仕切壁１４が、その前後間に吸気用の部材を収容する空間を区画し、他方の仕切壁１５が、その前後間に排気用の部材を収容する空間を区画している。

吸気用の仕切壁１４には、半割状の軸受部が形成されており、仕切壁１４は、その上部を覆うカムキャップ１６と協働して前後に延びる吸気用駆動軸１７を軸支している。吸気用駆動軸１７の前端部には、油圧で駆動される可変バルブタイミングシステム（ＶＶＴ：Variable Valve Timing System）１８を介してカムスプロケット１９が取り付けられている。カムスプロケット１９は、図略のチェーンを介してクランクシャフト７の駆動力を受けるように構成されており、これによって吸気用駆動軸１７は、位相を変更可能な状態で、クランクシャフト７と同期して回転するように構成されている。さらに、ベースフレーム１１の前部には、吸気用のＶＶＴ１８を制御するオイルコントロールバルブ機構（ＯＣＶ：Oil Control Valve System）２０が突設されている。

吸気用駆動軸１７の外周には、シリンダヘッド４のロッカアームに駆動力を伝達する揺動カム２１が、２つ一組で気筒４ａ毎に嵌挿されている。さらに、吸気用駆動軸１７には、揺動カム２１の位相を変更する偏心カム３１や偏心カム３１の駆動力を揺動カム２１に伝達する連結リンク機構３２が気筒４ａ毎にセットになって設けられており、これら偏心カム３１および連結リンク機構３２が、シリンダヘッド４の吸気弁の開弁リフト量を変更する可変バルブリフト機構（ＶＶＴＬ：Variable Valve Timing Lift System）３０を構成している。この可変バルブリフト機構３０は、ベースフレーム１１に立設された複数の軸受部材３３と、この軸受部材３３を覆うキャップ３４とによって回転自在に軸支されるコントロールシャフト３５を有している。コントロールシャフト３５には、気筒４ａ毎に取り付けられた制御リンク機構３６が取り付けられており、各制御リンク機構３６を介して対応する偏心カム３１の位相を変更することにより、揺動カム２１の位相を変更し、バルブリフト量を無段階で調整できるように構成されている。

図２に示すように、コントロールシャフト３５の後端部には、扇形の入力ギア３７が固定されており、この入力ギア３７に駆動源となるステッピングモータ３８の回転軸３８ａに固定された出力ギアとしてのウォームギア３９を噛合させている。

ここで本実施形態では、ステッピングモータ３８が、エンジン本体１の外方に突出しないように、特殊なレイアウトを採用している。具体的には、ベースフレーム１１の後端部に、吸気系側のみ（ベースフレーム１１の幅方向において約半分）が、後方に突出する延設部１１ａを設け、ステッピングモータ３８の本体３８ｂをこの延設部１１ａの下面に固定するとともに、ステッピングモータ３８の回転軸３８ａを鉛直方向に延設部１１ａから突出させ、ウォームギア３９を入力ギア３７に噛合させている。この結果、図１に示すように、ステッピングモータ３８は、エンジン本体１の背面からの投影エリアに対し、側部にも上方にもはみ出さない位置にレイアウトされている。

次に、吸気用駆動軸１７の後端部１７ａは、延設部１１ａの上方にまで延びており、延設部１１ａの上面に固定される軸受キャップ４０とともに、ベースフレーム１１に軸支されている。この軸受キャップ４０の排気側には、燃料ポンプ５０を着座させるマウント部４１が形成されており、燃料ポンプ５０は、このマウント部４１に装着されることによって、堅固にベースフレーム１１に取り付け支持されている。そして、燃料ポンプ５０を駆動するための駆動カム５１（図３のみ図示）が吸気用駆動軸１７の後端部１７ａに固定されることにより、この燃料ポンプ５０が、吸気用駆動軸１７と連動して所定のタイミングで駆動されるように構成されている。図示の実施形態において、マウント部４１は、排気側が下がるように傾斜しており、このマウント部４１に装着された燃料ポンプ５０の軸線Ｌは、排気側に突出するように斜めに傾斜している。詳しくは後述するように、軸受キャップ４０は、排気用駆動軸６２に設けられた保持部材としてのハウジング７１と一体化されている。

なお、本実施形態において、吸気用駆動軸１７の後端部１７ａにおける駆動カム５１より内方には、センサロータ５５（図３のみ図示）が固定される一方、軸受キャップ４０のマウント部４１に駆動軸用の軸角センサ８０が燃料ポンプ５０と並んで設けられ、センサ８０のコンパクトな配置に寄与している。

次に、動弁モジュール１０の排気系について説明する。

排気用の仕切壁１５には、半割状の軸受部が形成されており、仕切壁１５は、その上部を覆うカムキャップ６１と協働して前後に延びる排気用駆動軸６２を軸支している。排気用駆動軸６２の前端部には、油圧で駆動される可変バルブタイミングシステム（ＶＶＴ：Variable Valve Timing System）６３を介してカムスプロケット６４が取り付けられている。カムスプロケット６４は、吸気用のカムスプロケット１９を駆動するものと同じ図略のチェーンを介してクランクシャフト７の駆動力を受けるように構成されており、これによって排気用駆動軸６２は、位相を変更可能な状態で、クランクシャフト７と同期して回転するように構成されている。さらに、ベースフレーム１１の前部には、排気用のＶＶＴ６３を制御するオイルコントロールバルブ機構（ＯＣＶ：Oil Control Valve System）６５が突設されている。

排気用駆動軸６２には、気筒４ａ毎に排気弁のロッカアームを駆動するカム６６が固定されている。

排気用駆動軸６２の後端部６２ａには、補機としてのバキュームポンプ７０が装着されている。このバキュームポンプ７０を保持するために、ベースフレーム１１の排気側後端部には、ハウジング７１が固定されており、バキュームポンプ７０は、ハウジング７１の背面に固定されているとともに、排気用駆動軸６２の後端部がこのハウジング７１を貫通し、バキュームポンプ７０と連結されている。これにより、バキュームポンプ７０は、排気用駆動軸６２によって駆動される構成になっている。

図３に示すように、このハウジング７１は、平面で見て軸受キャップ４０の排気側端部分から前方に突出し、さらに概ね直角に屈曲して排気側後端部に延びる繋ぎ部７３を介して軸受キャップ４０と一体化され、その上面７２が、軸受キャップ４０からハウジング７１まで一連で延びて、シリンダヘッドカバー６の合わせ面（シール面）を形成している。このようにハウジング７１を軸受キャップ４０と一体化することにより、部品点数の低減と、組付強度の向上が図られている。

上述した構成では、可変バルブリフト機構３０を構成する動弁モジュール１０のベースフレーム１１に延設部１１ａを設け、この延設部１１ａの底面に当該可変バルブリフト機構３０のステッピングモータ３８を固定してその回転軸３８ａを上側に突出させているので、図１に示すように、エンジンの背面から見て、ステッピングモータ３８を当該エンジン本体１の投影面内にレイアウトすることができる。この結果、ステッピングモータ３８がエンジン本体１の側部にも上部にも突出することがなくなり、可変バルブリフト機構３０をコンパクトにまとめることが可能になる。加えて、延設部１１ａに吸気用駆動軸１７の軸受キャップ４０を設け、この軸受キャップ４０に燃料ポンプ５０を着座させているので、燃料ポンプ５０を堅固な取り付け構造で保持することができるとともに、可変バルブリフト機構３０のステッピングモータ３８との干渉も回避しつつ可及的にコンパクトなレイアウトを採用することができる。また、図１に示すように、ステッピングモータ３８は、エンジン本体１の幅方向において、エンジン本体１の背面に配置されるウォータアウトレット８の側部に配置されていることから、ウォータアウトレット８との干渉も回避することができるばかりでなく、エンジン本体１の前後方向の突出量も可及的に抑制されることになり、一層コンパクト化に寄与している。

また、本実施形態では、延設部１１ａの側方に当該エンジンの排気用駆動軸６２によって駆動される補機としてのバキュームポンプ７０を配置し、燃料ポンプ５０の軸線Ｌは、バキュームポンプ７０よりも後方にて排気側に突出するように傾斜している。このため本実施形態では、排気用駆動軸６２に駆動されるバキュームポンプ７０についても、バキュームポンプ７０が延設部１１ａの側方に配置されているので、バキュームポンプ７０をエンジン本体１の背面内にレイアウトすることができ、エンジンの幅方向や高さ方向にバキュームポンプ７０が突出するのを防止することができるとともに、このバキュームポンプ７０の背後で燃料ポンプ５０の軸線Ｌを排気側に傾斜させることにより、燃料ポンプ５０の高さを抑え、コンパクトで干渉を回避することのできるレイアウトを採用することができる。

また、本実施形態では、バキュームポンプ７０は、ベースフレーム１１の後端部上面に固定されたハウジング７１を介して保持されており、軸受キャップ４０は、ハウジング７１と一体に形成されている。このため本実施形態では、単一の部材を多機能部品とすることができるので、部品点数や組付工程を低減することができる。また、ベースフレーム１１に対する取り付け面積を増加させることができるので、軸受キャップ４０やハウジング７１の取り付け構造も堅固になる。

また、本実施形態では、ベースフレーム１１を覆うシリンダヘッドカバー６を設け、軸受キャップ４０およびハウジング７１は、シリンダヘッドカバー６と接合するシール面（上面）７２を有している。このため本実施形態では、軸受キャップ４０やハウジング７１自身を可変バルブリフト機構３０の下部構造体として構成することができるので、部品点数の低減を図りつつシリンダヘッドカバーとのシール性を向上させることが可能になる。

このように本実施形態によれば、可及的にステッピングモータ３８や燃料ポンプ５０等の補機をエンジンの背面から見た投影エリア内にレイアウトすることになる結果、可変バルブリフト機構３０のステッピングモータ３８をコンパクトに配置し、所要の強度を確保しつつ部品点数や重量の増加を抑制することができるという顕著な効果を奏する。

上述した実施形態は本発明の好ましい具体例に過ぎず、本発明は上述した実施形態に限定されない。本発明の特許請求の範囲内で種々の変更が可能であることは、いうまでもない。

本発明の実施形態に係るエンジンのシリンダヘッドカバーを分解した背面略図である。 図１の実施形態に係る動弁モジュールの斜視図である。 同動弁モジュールの平面図である。 同動弁モジュールの右側面図である。

符号の説明

１ エンジン本体
２ オイルパン
３ シリンダブロック
４ シリンダヘッド
４ａ 気筒
６ シリンダヘッドカバー
７ クランクシャフト
１０ 動弁モジュール
１１ ベースフレーム
１１ａ 延設部
１７ 吸気用駆動軸
１７ａ 後端部
３０ 可変バルブリフト機構
３７ 入力ギア
３８ ステッピングモータ
３８ａ 回転軸
３８ｂ モータ本体
３９ ウォームギア
４０ 軸受キャップ
４１ マウント部
５０ 燃料ポンプ
６２ 排気用駆動軸
６２ａ 後端部
７０ バキュームポンプ（補機の一例）
７１ ハウジング（保持部材の一例）
７２ 上面（シール面の一例）
Ｌ 軸線

Claims (5)

1. シリンダヘッドの上部にベースフレームを設け、このベースフレームに可変バルブリフト機構を備えたエンジンの補機配置構造において、
   前記可変バルブリフト機構は、前記ベースフレームに軸支され、前記エンジンのクランクシャフトと平行なコントロールシャフトと、このコントロールシャフトを回動させるモータと、前記ベースフレームに当該コントロールシャフトと平行に軸支され、前記エンジンのクランクシャフトと同期して回動する吸気用駆動軸とを備え、
   前記ベースフレームは、当該エンジンの吸気側後端部に延設されて、当該エンジンの後方に延びる延設部を有し、
   前記コントロールシャフトは、前記延設部の上方に延びる後端部と、この後端部に取り付けられる入力ギアとを有し、
   前記モータは、前記延設部の下面に固定される本体と、この本体から前記延設部の上方に延びる回転軸と、この回転軸に固定され、前記入力ギアに噛合して動力を出力する出力ギアとを有しているとともに、
   前記延設部の上部に前記吸気用駆動軸の後端部を軸支する軸受キャップを設け、この軸受キャップに燃料ポンプを取り付け、当該燃料ポンプの駆動カムを前記吸気用駆動軸の後端部に取り付けている
   ことを特徴とするエンジンの補機配置構造。
2. 請求項１記載のエンジンの補機配置構造において、
   前記延設部の側方に当該エンジンの排気用駆動軸によって駆動される補機を配置し、
   前記燃料ポンプの軸線は、前記補機よりも後方にて排気側に突出するように傾斜している
   ことを特徴とするエンジンの補機配置構造。
3. 請求項２記載のエンジンの補機配置構造において、
   前記補機は、前記ベースフレームの後端部上面に固定された保持部材を介して保持されており、
   前記軸受キャップは、前記保持部材と一体に形成されている
   ことを特徴とするエンジンの補機配置構造。
4. 請求項３記載のエンジンの補機配置構造において、
   前記ベースフレームを覆うシリンダヘッドカバーを設け、前記軸受キャップおよび保持部材は、シリンダヘッドカバーと接合するシール面を有している
   ことを特徴とするエンジンの補機配置構造。
5. 請求項１から３の何れか１項に記載のエンジンの補機配置構造において、
   前記ベースフレームを覆うシリンダヘッドカバーを設け、前記軸受キャップは、シリンダヘッドカバーと接合するシール面を有している
   ことを特徴とするエンジンの補機配置構造。

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