JP2017160834A - オーバーヘッドカムシャフト式エンジン - Google Patents

Abstract

【課題】オーバーヘッドカムシャフト式エンジンの全高さを小さくできるとともに、エンジン全体の軽量化を図ること。
【解決手段】クランク軸２０の両端部が第１軸受２１と第２軸受２２とによってクランクケース１２に支持され、前記クランク軸の他端部にカム駆動プーリ５３が組み付けられたオーバーヘッドカムシャフト式エンジン１０である。前記カム駆動プーリは、タイミングベルトプーリによって構成されており、前記第２軸受に対し前記クランクケースのシリンダ１５とは反対側に位置している。前記クランク軸の他端部のなかの、前記タイミングベルトプーリを組み付ける部位２４ｂの第１の径Ｄ１は、前記第２軸受によって支持される部位２４ａの第２の径Ｄ２よりも小径である。前記タイミングベルトプーリの径Ｄｃは、少なくとも第１の径が第２の径よりも小径である分だけ小径である。
【選択図】図１

Description

本発明は、オーバーヘッドカムシャフト式エンジンの改良技術に関する。

一般的なオーバーヘッドカムシャフト式エンジンは、クランク軸の一端部が第１軸受によってクランクケースに支持され、クランク軸の他端部が第２軸受によってクランクケースに支持され、クランク軸の他端部にカム駆動プーリが組み付けられている。このようなオーバーヘッドカムシャフト式エンジンは、特許文献１から知られている。

特許文献１で知られているオーバーヘッドカムシャフト式エンジンでは、カム駆動プーリは、タイミングベルトプーリによって構成されており、第２軸受に対しクランクケースのシリンダ側に位置している。このため、クランク軸の強度や剛性の観点から、クランク軸の他端部のなかの、タイミングベルトプーリを組み付ける部位の第１の径は、第２軸受によって支持される部位の第２の径と同じである。第１の径が大きいので、カム駆動プーリの径も大きい。

カム駆動プーリの径と、カムシャフトに設けられているカム従動プーリの径との比率は、ピストンの往復タイミングと弁の開閉タイミングとの関係によって決まる。カム駆動プーリが大径なので、カム従動プーリも大径である。カム従動プーリが大きいので、シリンダヘッド周りも大型である。従って、オーバーヘッドカムシャフト式エンジンの、更なる小型化と軽量化を図るには、改良の余地がある。

特開２００２−３４９３４０号公報

本発明は、オーバーヘッドカムシャフト式エンジンの全高さを小さくできるとともに、エンジン全体の軽量化を図ることができる技術を提供することを課題とする。

本発明によれば、オーバーヘッドカムシャフト式エンジンは、クランク軸の一端部が第１軸受によってクランクケースに支持され、前記クランク軸の他端部が第２軸受によって前記クランクケースに支持され、前記クランク軸の他端部にカム駆動プーリが組み付けられている。

前記カム駆動プーリは、タイミングベルトプーリによって構成されており、前記第２軸受に対し前記クランクケースのシリンダとは反対側に位置している。前記クランク軸の他端部のなかの、前記タイミングベルトプーリを組み付ける部位の第１の径は、前記第２軸受によって支持される部位の第２の径よりも小径に設定されている。前記タイミングベルトプーリの径は、少なくとも前記第１の径が前記第２の径よりも小径である分だけ小径に設定されている。

カム駆動プーリの径と、カムシャフトに設けられているカム従動プーリの径との比率は、ピストンの往復タイミングと弁の開閉タイミングとの関係によって決まる。このため、カム駆動プーリが小径になれば、カム従動プーリも小径になる。カム従動プーリを小さくすることによって、シリンダヘッド周りの小型化を図ることができる。従って、オーバーヘッドカムシャフト式エンジンの全高さを小さくすることができるとともに、エンジン全体の軽量化を図ることができる。

本発明によるオーバーヘッドカムシャフト式エンジンの断面図である。 図１に示される軸受保持部材とカム駆動プーリ周りの拡大図である。 図１に示される第１のケース半体から第２のケース半体を外した構成をクランク軸の他端部側から見た斜視図である。 図３に示される軸受保持部材周りの拡大図である。 図１に示される第１のケース半体とクランク軸と軸受保持部材との分解図である。 図５に示される軸受保持部材の拡大した斜視図である。 図２に示されるクランク軸の他端部にカム駆動プーリを設けた変形例図である。

本発明を実施するための形態を添付図に基づいて以下に説明する。

実施例に係るオーバーヘッドカムシャフト式エンジンについて図面に基づき説明する。

図１に示されるように、エンジン１０は、シリンダブロック１３側に動弁機構５０のカムシャフト５１及びカム従動プーリ５２を配置したオーバーヘッドカムシャフト式エンジンによって構成されている。動弁機構５０は、回転するカム従動プーリ５２により、図示せぬロッカーアームを介して吸気弁と排気弁を開閉させる構成である。

詳しく述べると、このエンジン１０のエンジンケース本体１１は、クランクケース１２とシリンダブロック１３とシリンダヘッド１４とからなる。シリンダブロック１３には、シリンダ１５（シリンダ孔１５）が形成されている。シリンダブロック１３とシリンダヘッド１４とは、クランクケース１２に対して上側（斜め上を含む）に位置している。クランクケース１２の底部１２ａは、このクランクケース１２内を潤滑するための潤滑油Ｊｕを溜めるオイル溜め室の役割を果たす。

エンジン１０のクランク軸２０は、クランクケース１２に対して横向き（略水平）に位置するとともに、クランクケース１２に第１軸受２１と第２軸受２２とによって回転可能に、且つ軸方向へのスライドを規制されて、支持されている。詳しく述べると、クランク軸２０の一端部２３は、第１軸受２１によってクランクケース１２に支持されるとともに、このクランクケース１２から外方へ延びている。クランク軸２０の他端部２４は、第２軸受２２によってクランクケース１２に支持されるとともに、このクランクケース１２内に収納されている。クランク軸２０に連結されているピストン２５は、シリンダ１５に往復動可能に嵌合している。

クランクケース１２は、クランク軸２０の長手方向に、第１のケース半体３１と第２のケース半体３２とに二分割されている。より具体的には、クランクケース１２は、クランク軸２０の軸線に対して斜めに二分割されている。クランクケース１２の分割面３１ａ，３２ａ同士、つまり第１のケース半体３１の分割面３１ａと第２のケース半体３２の分割面３２ａ同士が重ね合わされるとともに、互いに複数のボルト３３によって結合されている。この分割面３１ａ，３２ａは、クランク軸２０の一端部２３側且つクランクケース１２の底部１２ａ側から、クランク軸２０の他端部２４側且つシリンダブロック１３へ向かって斜め上方に傾いている。シリンダブロック１３とシリンダヘッド１４とは、第１のケース半体３１に一体に形成されている。つまり、シリンダ１５は、第１のケース半体３１に一体に形成されていることになる。

第１軸受２１と第２軸受２２とは、どちらも、転がり軸受によって構成されるとともに、第１のケース半体３１に設けられている。このため、第２のケース半体３２によって、クランク軸２０を支持する必要はない。この第２のケース半体３２は、第１のケース半体３１の開口（つまり、分割面３１ａ）を覆うカバーの役割を果たすだけでよい。第２のケース半体３２は、第１のケース半体３１よりも低剛性且つ軽量な構成とすることができる。第２のケース半体３２の材質や形状の自由度が高まり、軽量化などの目的に応じた材料や形状を設定することができる。例えば、第２のケース半体３２を鋼板のプレス成形のような簡単な構成とすることができる。特に、本実施例のように、クランク軸２０の他端部２４を、第２のケース半体３２から外方へ延ばして、外部へ出力を取り出す必要がないエンジンに極めて、有効である。

クランクケース１２の側部には、発電機４０が設けられている。この発電機４０は、アウタロータ型直流ブラシレス式回転電機（多極三相式回転電機）の構成であって、ステータ４１とロータ４２と図示せぬケースとを含む。

ステータ４１は、ステータコア４３（固定子鉄心４３）と、多数の電機子巻線４４とを含むインナステータである。このステータ４１は、第１のケース半体３１の側部にボルト止めによって取り付けられている。多数の電機子巻線４４は、ステータ４１の外周方向に等ピッチに配列されている。

ロータ４２は、ステータ４１の周方向の全面を囲むように、略カップ状（縁付き円盤状）に形成されたアウタロータである。このロータ４２は、クランク軸２０の一端部２３のなかの、第１のケース半体３１から外方へ延びた部分に結合されている。詳しく述べると、ロータ４２は、クランク軸２０に結合された環状円板のロータ基部４５と、このロータ基部４５の外周面からクランク軸２０の長手方向に沿って延びる円環部４６とからなる。円環部４６は、ステータ４１の周方向の全面を囲んでいる。円環部４６の内周面には、多数の永久磁石４７が周方向に等ピッチに配列されている。

ロータ４２の外周囲は、図示せぬカバーによって覆われている。ロータ基部４５には、図示せぬ多数の空冷用フィンが設けられている。この多数の空冷用フィンとカバーとによって、冷却ファンが構成される。

図１及び図２に示されるように、クランク軸２０の他端部２４には、カム駆動プーリ５３が設けられている。このカム駆動プーリ５３とカム従動プーリ５２とは、タイミングベルトプーリからなる。このカム駆動プーリ５３とカム従動プーリ５２との間には、ベルト５４（タイミングベルト５４）が掛けられている。カム駆動プーリ５３は、第２軸受２２に対しクランクケース１２のシリンダ１５とは反対側に位置している。クランクケース１２には、ベルト５４を収納するベルト室５５が設けられている。カム駆動プーリ５３が、第２軸受２２に対してシリンダ１５とは反対側に位置しているので、カム従動プーリ５２、ベルト５４、及びベルト室５５の位置も、シリンダ１５からクランク軸２０の長手方向の外方へ離れている。

このように、カム駆動プーリ５３は、第２軸受２２に対してシリンダ１５とは反対側に位置している。その分、第２軸受２２の位置をシリンダ１５側へ寄せることができる。つまり、第２軸受２２の位置を第１軸受２１に近づけることができる。軸受２１，２２間の距離を短くできるので、クランク軸２０の剛性をより高めることができる。しかも、クランク軸２０を第２軸受２２によってクランクケース１２に支持する支持剛性を高めることができる。

さらには、カム駆動プーリ５３が、第２軸受２２に対してシリンダ１５とは反対側に位置しているので、カム従動プーリ５２とベルト５４の位置も、シリンダ１５からクランク軸２０の長手方向の外方へ離れる。このため、シリンダ１５とベルト室５５との間に、通風可能な通風スペースＳｐ１（図１参照）を設けることが可能となる。冷却風を通すことが可能な通風スペースＳｐ１を確保できるので、エンジン１０の冷却を効果的に行うことができる。例えば、エンジン１０に組み付けられている冷却ファンによって、シリンダ１５周りを冷却する場合には、冷却ファンの小型化や低騒音化を図ることができる。

クランク軸２０の他端部２４は、第２軸受２２によって支持される部位２４ａ（軸受支持部位２４ａ）と、カム駆動プーリ５３（タイミングベルトプーリ５３）を組み付ける部位２４ｂ（プーリ組み付け部位２４ｂ）とを有する。軸受支持部位２４ａは、一端部２３寄りに位置している。プーリ組み付け部位２４ｂは、軸受支持部位２４ａに対して一端部２３とは反対側、つまり他端部２４の軸端に位置している。

プーリ組み付け部位２４ｂの径Ｄ１（第１の径Ｄ１）は、軸受支持部位２４ａの径Ｄ２（第２の径Ｄ２）よりも小さい。カム駆動プーリ５３は、プーリ組み付け部位２４ｂに対し、相対回転を規制されて嵌合されるとともに、ボルト５６によって結合されている。

カム駆動プーリ５３の径Ｄｃ（歯先円直径Ｄｃ）は、少なくとも第１の径Ｄ１が第２の径Ｄ２よりも小径である分だけ小さい。つまり、カム駆動プーリ５３のハブ５３ａの肉厚Ｔｈを一定とした場合に、第１の径Ｄ１が第２の径Ｄ２よりも小さい分だけ、カム駆動プーリ５３の径Ｄｃを小さく設定することができる。

カム駆動プーリ５３の径とカム従動プーリ５２の径との比率は、ピストン２５の往復タイミングと弁の開閉タイミングとの関係によって決まる。このため、カム駆動プーリ５３が小径になれば、カム従動プーリ５２も小径になる。カム従動プーリ５２を小さくすることによって、シリンダヘッド１４周りの小型化を図ることができる。従って、オーバーヘッドカムシャフト式エンジン１０の全高さを小さくすることができるとともに、エンジン１０全体の軽量化を図ることができる。

図２〜図６に示されるように、エンジン１０は、１つの軸受保持部材６０と１つの止め輪７１と２つの位置決めピン７２，７２と２つのボルト７３とを備える。

軸受保持部材６０は、第１のケース半体３１に対して第２軸受２２を保持するためのものである。詳しく述べると、軸受保持部材６０は、クランク軸２０の軸方向から見て略矩形状であり、中央には貫通した軸受保持孔６１を有する。軸受保持部材６０の上端面６２は、水平面である。第１のケース半体３１には、軸受保持部材６０の上端面６２を下から重ね合わせ可能な保持部材取り付け面３５が形成されている。この保持部材取り付け面３５は、クランク軸２０の長手方向に対して平行な水平面である。

クランク軸２０の他端部２４のなかの、軸受支持部位２４ａのシリンダ１５側の端面は、段差に形成されている。第２軸受２２の外輪の外周面は、軸受保持孔６１に嵌合されている。第２軸受２２の内輪のなかの、シリンダ１５側の端面は、軸受支持部位２４ａのシリンダ１５側の端面の段差に、重ね合わされる。

止め輪７１（スナップリング、サークリップともいう）は、軸受保持部材６０に対してクランク軸２０の長手方向への第２軸受２２の位置を規制するものである。軸受保持部材６０は、止め輪嵌合溝６３を有する（図６参照）。この止め輪７１は、軸受保持部材６０（止め輪嵌合溝６３）に嵌め込まれてなる構成である。第２軸受２２の外輪のなかの、プーリ組み付け部位２４ｂ側の端面は、止め輪７１に接触又は隣接している。さらに、止め輪７１の一部の外周面７１ａは、軸受保持部材６０から露出している。

２つの位置決めピン７２，７２は、軸受保持部材６０を第１のケース半体３１に位置決めするものであり、ノックピンとも言われている。２つのボルト７３は、軸受保持部材６０を第１のケース半体３１に取り付けるものである。２つの位置決めピン７２，７２と２つのボルト７３とは、クランク軸２０の長手方向に対して直交する方向から第１のケース半体３１に止められてなる構成である。

従って、保持部材取り付け面３５に軸受保持部材６０の上端面６２を下から重ね合わせ、２つの位置決めピン７２，７２によって第１のケース半体３１に軸受保持部材６０を位置決めし、２つのボルト７３によって第１のケース半体３１に軸受保持部材６０を取り付けることができる。

各位置決めピン７２，７２の一端部７２ａ，７２ａは、クランクケース１２の内部に露出している。各位置決めピン７２，７２の一端部７２ａ，７２ａの端面７２ｂ，７２ｂは、止め輪７１の外周面７１ａに隣接し且つ対向することにより、止め輪７１に対してクランク軸２０の長手方向にオーバーラップしている。このため、軸受保持部材６０に対してクランク軸２０の長手方向への第２軸受２２の位置を規制する止め輪７１を、有効活用して、各位置決めピン７２，７２の抜け止めを図ることができる。各位置決めピン７２，７２の抜け止めをするための、他の専用部品を設ける必要がないので、エンジン１０の部品数を低減できるとともに、エンジン１０の組み付け工数を低減することができる。従って、エンジン１０の低コスト化を図ることができる。

しかも、第２軸受２２を組み付けた軸受保持部材６０を、各位置決めピン７２，７２によって第１のケース半体３１に位置合わせをしてボルト止めをし、軸受保持部材６０に止め輪７１を嵌め込むことにより、各位置決めピン７２，７２の抜け止めを図ることができる。このため、各位置決めピン７２，７２の抜け止めをする専用部品を準備する場合に比べて、部品の装着忘れを容易に防止することができる。

また、各位置決めピン７２，７２の一端部７２ａ，７２ａがクランクケース１２の内部に露出している。このため、第１のケース半体３１から軸受保持部材６０を取り外す際に、この軸受保持部材６０から各位置決めピン７２，７２を容易に抜き取ることができる。エンジン１０の分解作業を容易に行うことができる。

図１及び図２に示されるように、エンジン１０は、オイルレベルセンサ８１とオイルスリンガ８２とを備える。オイルレベルセンサ８１は、クランクケース１２の底部１２ａに溜まっている潤滑油Ｊｕのレベルを検出する。オイルスリンガ８２は、クランクケース１２の底部１２ａに溜まっている潤滑油Ｊｕを掻き上げてクランクケース１２内に飛散させる。

図２、図３及び図６に示されるように、軸受保持部材６０は、オイルスリンガ８２を回転可能に支持している。つまり、軸受保持部材６０の下端から下方へ、スリンガ支持部８３が延びている。このスリンガ支持部８３には、クランク軸２０に平行な支持軸８４が設けられている。この支持軸８４に、オイルスリンガ８２が回転可能に支持されている。

カム駆動プーリ５３は、オイルスリンガ８２を駆動する駆動ギヤ８５を有する。オイルスリンガ８２は、駆動ギヤ８５に噛み合う従動ギヤ８６を有する。この駆動ギヤ８５は、軸受保持部材６０とカム駆動プーリ５３との間に位置している。このため、軸受保持部材６０とカム駆動プーリ５３との間のスペースＳｐ２を利用して、駆動ギヤ８５を配置することができる。

しかも、オイルスリンガ８２を組み付けた軸受保持部材６０を、第１のケース半体３１に取り付けるだけで、オイルスリンガ８２をクランクケース１２に容易に組み付けることができる。

図７は、図２に示されるクランク軸２０の他端部２４にカム駆動プーリ５３を設けた変形例を示している。この変形例では、カム駆動プーリ５３は、クランク軸２０の他端部２４のなかのプーリ組み付け部位２４ｂに対し、相対回転を規制されるように嵌合（例えば、圧入等の「しまりばめ」）されている。

本発明のオーバーヘッドカムシャフト式エンジン１０は、汎用エンジンに採用するのに好適である。

１０ オーバーヘッドカムシャフト式エンジン
１１ エンジンケース本体
１２ クランクケース
１２ａ クランクケースの底部
１５ シリンダ
２０ クランク軸
２１ 第１軸受
２２ 第２軸受
２３ クランク軸の一端部
２４ クランク軸の他端部
２４ａ 軸受支持部位（第２軸受によって支持される部位）
２４ｂ プーリ組み付け部位（カム駆動プーリを組み付ける部位）
３１ 第１のケース半体
３１ａ 第１のケース半体の分割面
３２ 第２のケース半体
３２ａ 第２のケース半体の分割面
３３ ボルト
３５ 保持部材取り付け面
５１ カムシャフト
５２ カム従動プーリ
５３ カム駆動プーリ
５３ａ カム駆動プーリのハブ
５４ ベルト
５６ ボルト
６０ 軸受保持部材
７１ 止め輪
７１ａ 止め輪の外周面
７２ 位置決めピン
７２ａ 一端部
７２ｂ 一端部の端面
７３ ボルト
８２ オイルスリンガ
８５ 駆動ギヤ
８６ 従動ギヤ
Ｄ１ タイミングベルトプーリを組み付ける部位（プーリ組み付け部位）の第１の径
Ｄ２ 第２軸受によって支持される部位（軸受支持部位）の第２の径
Ｄｃ タイミングベルトプーリの径（カム駆動プーリの径）
Ｊｕ 潤滑油

Claims (1)

1. クランク軸の一端部が第１軸受によってクランクケースに支持され、
   前記クランク軸の他端部が第２軸受によって前記クランクケースに支持され、
   前記クランク軸の他端部にカム駆動プーリが組み付けられたオーバーヘッドカムシャフト式エンジンにおいて、
   前記カム駆動プーリは、タイミングベルトプーリによって構成されており、前記第２軸受に対し前記クランクケースのシリンダとは反対側に位置し、
   前記クランク軸の他端部のなかの、前記タイミングベルトプーリを組み付ける部位の第１の径は、前記第２軸受によって支持される部位の第２の径よりも小径に設定され、
   前記タイミングベルトプーリの径は、少なくとも前記第１の径が前記第２の径よりも小径である分だけ小径に設定されていることを特徴とするオーバーヘッドカムシャフト式エンジン。

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