JP3633088B2

JP3633088B2 - エンジンの補機取付構造

Info

Publication number: JP3633088B2
Application number: JP07698396A
Authority: JP
Inventors: 英二中井; 誠三原
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1996-03-29
Filing date: 1996-03-29
Publication date: 2005-03-30
Anticipated expiration: 2016-03-29
Also published as: JPH09264153A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はエンジンの補機取付構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、エンジンには、クランク軸等によって駆動される各種補機、例えば燃料ポンプ、エアコン用コンプレッサ、オルタネータ、ウォータポンプ等が設けられるが、かかる補機は従来はエンジンの前端部に配置されるのが一般的であった。しかしながら、近年補機の種類ないしは数が増える傾向にあり、すべての補機をエンジン前端部に配置すると、該エンジンの幅方向の寸法が大きくなり、エンジンルーム内でのレイアウトが難しくなるといった問題が生じる。
【０００３】
そこで、一部の補機をエンジン後端部ないしはシリンダヘッド後端部に配置し、該補機をカム軸によって駆動するようにしたエンジンの補機取付構造が提案されている（例えば、特開平２−４３４３８号公報参照）。例えば、上記特開平２−４３４３８号公報には、シリンダヘッド上に配置されたカム軸の後端部に連結され、該カム軸によって駆動される真空ポンプがシリンダヘッド後端部に取り付けられたエンジンの補機取付構造が開示されている。
【０００４】
ところで、シリンダヘッド上に１つのカム軸が配置されるＳＯＨＣ（シングル・オーバーヘッド・カム）エンジンにおいては、カム軸によって直接的に駆動することができる補機は実用上は１つのみであるので、カム軸によって直接的に駆動される第１の補機に加えて、さらにエンジン後端部ないしはシリンダヘッド後端部に第２の補機を設ける場合は、カム軸の動力を第２の補機に伝達する動力伝達機構、例えばギヤセットあるいはベルト式動力伝達機構が必要となる。そこで、本願出願人は、すでにカム軸の動力を第２の補機に伝達するギヤセットを、シリンダヘッドに形成されたギヤケース内に配置し、第２の補機をカム軸で駆動するようにしたＳＯＨＣエンジンを提案している（特願平７−６７９０５号明細書参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、エンジン後端部ないしはシリンダヘッド後端部に、ギヤセットを介してカム軸によって駆動される第２の補機を設ける場合に、このようにシリンダヘッドにギヤケースを設けるようにすると、該エンジンが同種のものであっても、第２の補機を備えるか否かによってシリンダヘッドの構造が異なることになる。このため、シリンダヘッド等の部品の共通化が進まず、ひいてはエンジンのコストアップを招くといった問題が生じる。例えば、同種のエンジンでも、車両に縦置き搭載する場合と横置き搭載する場合とでは、エンジン長手方向のスペースの余裕度が大きく異なるので（縦置きでは余裕がない）、エンジン後端部ないしはシリンダヘッド後端部に取り付ける補機の数ないしは種類を変えざるを得ず、したがって同種のエンジンに対して複数のシリンダヘッドを用意しなければならない。
【０００６】
本発明は、上記従来の問題点を解決するためになされたものであって、同種のエンジンにおいてシリンダヘッドの後端部に配置される補機の数ないしは種類が異なる場合でも、同一のシリンダヘッド等を用いることでき、部品の共通化を促進することができるエンジンの補機取付構造を得ることを解決すべき課題ないしは目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するためになされた本発明の基本態様は、シリンダヘッド上に、シリンダヘッド前端部からシリンダヘッド後端部にわたってエンジン長手方向に伸びるカム軸が配置されているエンジンの補機取付構造において、カム軸の後端部と対応する位置においてシリンダヘッド後端部に、カム軸と同軸となるような形状に開口し、カム軸によって直接的に駆動される第１の補機のケーシングのエンジン側への取付部と、ギヤセットを介してカム軸によって駆動される第２の補機の該ギヤセットを収納するギヤケースのエンジン側への取付部のいずれとも整合するいんろう部（ソケット部ないしはガイド部）が設けられ、該いんろう部がカム軸を軸承するようになっていることを特徴とするものである。
【０００８】
このエンジンの補機取付構造においては、シリンダヘッド後端部に第１の補機のみを配置する場合は、該第１の補機のケーシングのエンジン側への取付部をシリンダヘッドのいんろう部に嵌入して取り付ければ、該第１の補機をカム軸で駆動することができる。他方、シリンダヘッド後端部にさらに第２の補機を配置する場合は、ギヤケースのエンジン側への取付部をシリンダヘッドのいんろう部に嵌入して取り付ければ、該第２の補機をギヤセットを介してカム軸で駆動することができる。かくして、シリンダヘッド後端部に配置される補機の数ないしは種類が異なる場合でも、同一のシリンダヘッドを用いることでき、部品の共通化を促進することができる。なお、この補機取付構造においては、いんろう部がカム軸を軸承するので、カム軸の支持が安定化され、あるいはその分カム軸受部の数を減らすことが可能となる。
【０００９】
上記エンジンの補機取付構造においては、カム軸が、エンジン幅方向にみて気筒中心から一方の方向にずれた位置に配置されているのが好ましい。このようにすれば、カム軸がシリンダヘッドの側部付近に配置されることになるで、シリンダヘッド後端部に複数の補機を配置する場合は、これらの補機をエンジン幅方向に並べて配置するのが容易となり、該補機のレイアウトが容易となる。
【００１０】
また、本発明の基本態様にかかるエンジンの補機取付構造あるいはその変形例において、ギヤセットが互いに噛み合う駆動ギヤと被駆動ギヤとを備えていて、駆動ギヤが第１の補機を駆動する一方、被駆動ギヤが上記第２の補機を駆動するようになっている場合は、ギヤケースの、エンジン側への取付部とは反対側の端部に、第１の補機のケーシングのエンジン側への取付部と整合するソケット部が設けられているのが好ましい。このようにすれば、ギヤケースに第１の補機を容易に取り付けることができる。かくして、シリンダヘッド後端部に第１及び第２の補機を配置する場合は、ギヤケースのエンジン側への取付部をシリンダヘッドのいんろう部に嵌入して取り付けた上で、ギヤケースのソケット部に第１の補機のエンジン側への取付部を嵌入して取り付ければ、同一のシリンダヘッドでもって、カム軸で両補機を駆動することができる。
【００１１】
なお、本発明の基本態様にかかるエンジンの補機取付構造あるいはその変形例においては、いんろう部がシリンダヘッド本体とは別体形成されていてもよい。このようにすれば、シリンダヘッドの製作が容易となる。
【００１２】
ここで、該エンジンが車体に横置き搭載される横置きエンジンであって、該エンジンに第１の補機と第２の補機とが設けられる場合は、シリンダヘッドのいんろう部にギヤケースのエンジン側への取付部が嵌入される一方、該ギヤケースのソケット部に第１の補機のケーシングのエンジン側への取付部が嵌入されることになる。他方、該エンジンが車体に縦置き搭載される縦置きエンジンであって、該エンジンに第１の補機のみが設けられる場合は、シリンダヘッドのいんろう部に第１の補機のケーシングのエンジン側への取付部が嵌入されることになる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる補機取付構造を備えたエンジンを添付の図面に基づいて具体的に説明する。
図３及び図４に示すように、自動車用の４気筒直噴式ディーゼルエンジン１（以下、これを単に「エンジン１」という）においては、シリンダブロック２の上側にシリンダヘッド３が、複数のヘッドボルト４５（図１及び図２参照）を用いてボルト締結されている。なお、シリンダブロック２の下端部には潤滑油（エンジンオイル）を貯留するオイルパン４が取り付けられ、またシリンダヘッド３の上端部はシリンダヘッドカバー５によって覆われている（閉じられている）。
【００１４】
詳しくは図示していないが、このエンジン１の各気筒においては、夫々、吸気弁３５（図１及び図２参照）が開かれたときに、吸気通路から吸気ポートを介して燃焼室内に空気が吸入され、燃焼室内の空気がピストンによって圧縮されて高温・高圧となったときに、燃料噴射ノズル１０（図１及び図２参照）から高温・高圧の空気を閉じ込めている燃焼室内に直接燃料が噴射され、該燃料が高温・高圧の空気中で自然着火して燃焼する。この後、燃焼ガス（排気ガス）は、排気弁３９（図１及び図２参照）が開かれたときに、排気ポートを介して排気通路に排出される。このような動作が繰り返されてピストンが往復運動を繰り返し、このピストンの往復運動が、コンロッド、クランクピン、クランクアーム等の各種連結部材によってクランク軸１３の回転運動に変換される。
【００１５】
クランク軸１３の前端部には第１クランクプーリ１４が同軸に取り付けられている。そして、エンジン１の前端部付近においては、この第１クランクプーリ１４と、カム軸１５の前端部に同軸に取り付けられたカムプーリ１６と、燃料ポンプ（図示せず）のシャフトの前端部に同軸に取り付けられたポンププーリ１７と、テンションプーリ１８と、複数のアイドラプーリ２０〜２２とにまたがってタイミングベルト１９が巻きかけられている。かくして、カムプーリ１６とポンププーリ１７とは、タイミングベルト１９を介して第１クランクプーリ１４によって回転駆動される。すなわち、カム軸１５と燃料ポンプとが、クランク軸１３によって回転駆動される。
【００１６】
また、エンジン１の前端部付近において、クランク軸１３には第２クランクプーリ２３が同軸に取り付けられ、この第２クランクプーリ２３と、エアコン用コンプレッサ（図示せず）のシャフトの前端部に同軸に取り付けられたコンプレッサプーリ２４と、オルタネータ（図示せず）のシャフトの前端部に取り付けられたオルタネータプーリ２５とにまたがってＶベルト２６が巻かけられている。かくして、コンプレッサプーリ２４とオルタネータプーリ２５とは、Ｖベルト２６を介して第２クランクプーリ２３によって回転駆動される。すなわち、エアコン用コンプレッサとオルタネータとが、クランク軸１３によって回転駆動される。なお、前記の燃料ポンプ、エアコン用コンプレッサ及びオルタネータは、いずれもエンジン１の補機である。
【００１７】
他方、エンジンの後端部付近には、後で説明ように、互いに噛み合う駆動ギヤ６２（図１参照）及び被駆動ギヤ６３（図１参照）を収納するギヤケース５０と、カム軸１５によって直接的に駆動されるバキュームポンプ５１と、駆動ギヤ６２（図１参照）及び被駆動ギヤ６３（図１参照）を介してカム軸１５によって駆動されるパワステ用オイルポンプ５２とが設けられている。なお、バキュームポンプ５１とパワステ用オイルポンプ５２はいずれもエンジン１の補機である。ここで、バキュームポンプ５１は、図示していないブレーキマスターシリンダに負圧を供給するために設けられ、またパワステ用オイルポンプ５２は、図示していないパワーステアリング装置に作動油を供給するために設けられている。
【００１８】
図１に示すように、カム軸１５には吸気弁用カム２８と排気弁用カム２９とが設けられている。そして、吸気弁３５と排気弁３９とは、夫々、詳しくは図示していないが、ロッカシャフトによって揺動可能に支持されたロッカアームを介して吸気弁用カム２８と排気弁用カム２９とによって、クランク軸１３（図３参照）と同期して所定のタイミングで開閉されるようになっている。また、エンジン１の各気筒においては、平面視で気筒中心部に燃料噴射ノズル１０が配置されている。
【００１９】
以下、シリンダヘッド３の上端部付近におけるエンジン１のさらに具体的な構造を説明する。
なお、以下では便宜上、気筒配列方向、つまりクランク軸１３（図３参照）の軸線の伸びる方向（図１又は図２において左右方向）を「エンジン長手方向」といい、平面視で該エンジン長手方向と垂直な方向を「エンジン幅方向」ということにする。また、エンジン長手方向にみて第１クランクプーリ１４（図３参照）が配置されている側（図１又は図２において左側）を「前」といい、これと反対側を「後」ということにする。さらに、エンジン幅方向にみてカム軸１５が配置されている側を「右」といい、これと反対側を「左」ということにする。
【００２０】
このエンジン１は、いわゆるＳＯＨＣ（シングル・オーバー・ヘッド・カム）タイプの多弁直噴式ディーゼルエンジンであって、エンジン幅方向にみてシリンダヘッド３の中央部よりも左側に偏位した位置には、エンジン長手方向（エンジン前後方向）に所定の間隔でもって４つの気筒（図示せず）が１列に並んで配置される一方、右側へ偏位した位置にはカム軸１５が、その軸線がエンジン長手方向を向くようにして配置されている。そして、このエンジン１は、４本締め構造のヘッドボルト配置構造をもつものであって、各気筒を四角状に取り囲むようにして、気筒間位置（シリンダボア間位置）に夫々ヘッドボルト４５が配置されている。
【００２１】
また、このシリンダヘッド３の各気筒の中心部に対応する位置には、夫々、燃料噴射ノズル１０が、その噴孔が燃焼室に直接臨むようにして、かつその軸線が気筒の軸線（シリンダ軸線）の伸びる方向（上下方向）を向くようにして配置されている。各気筒においては、夫々、燃料噴射ノズル１０の周囲で、２つの吸気ポート（図示せず）と２つの排気ポート（図示せず）とが燃焼室に開口している。この各吸気ポートには夫々吸気弁３５が備えられる一方、各排気ポートには夫々吸気弁３５よりも弁径の小さい排気弁３９が備えられている。
【００２２】
以下、各吸気弁３５と各排気弁３９の気筒内における位置関係を説明する。２つの吸気弁３５は、エンジン長手方向において気筒中心部の後側に位置している。そして、両吸気弁３５は、平面視で両者の中心部を結ぶ直線が各気筒の中心部を結ぶ直線（気筒中心線）に対して所定の傾斜角をもつようにして、斜めに並んで配置されている。他方、２つの排気弁３９は、エンジン長手方向において気筒中心部の前側に位置している。そして、両排気弁３９は、平面視で両者の中心部を結ぶ直線が気筒中心線に対して所定の傾斜角をもつようにして、斜めに並んで配置されている。ここで、エンジン長手方向にみて気筒中心部をはさむように配置されている両吸気弁３５と両排気弁３９とは、平面視で該気筒中心部を中心にして時計回りに所定の角度だけ回転した位置に配置されている。したがって、これらの両吸気弁３５と両排気弁３９とは千鳥配置されている。
【００２３】
詳しくは図示していないが、カム軸１５には、その軸線方向の所定の位置に所定の間隔でもって、６つのジャーナル部が形成されている。また、このカム軸１５には、各気筒の中心部に対応する４つのカム軸受部４０の前後に、夫々、排気弁用カム２９と吸気弁用カム２８とが配置されている。さらに、このカム軸１５の前端部には、タイミングベルト１９を介してクランク軸１３によって回転駆動されるカムプーリ１６が取り付けられている（図３参照）。ここで、カムプーリ１６は、シリンダヘッド３の上面付近においてエンジン前端部から前方に突出している。このような状態でもって、カム軸１５は、その軸線がエンジン長手方向を向くようにして配置されている。そして、カム軸１５は、その各ジャーナル部が夫々対応するカム軸受部４０によって回転自在に支持された状態で、シリンダヘッド３に取り付けられている。
【００２４】
以下、夫々エンジン１の補機であるバキュームポンプ５１あるいはパワステ用オイルポンプ５２の取付構造ないしは駆動構造を説明する。
カム軸１５の後端部と対応する位置においてシリンダヘッド３の後端部には、カム軸１５と同軸となるような形状に開口するいんろう部５３（ソケット部、ガイド部）が設けられている。そして、このいんろう部５３には、ギヤケース５０の前端部に形成された取付部４９が嵌入され（取り付けられ）、これによってギヤケース５０がシリンダヘッド３に固定されている。なお、ギヤケース５０の後端部にはバックカバー５４がボルト締結されている。
【００２６】
ギヤケース５０内には、カム軸１５の後端部５５に形成された穴部５６に同軸に嵌入され、該カム軸１５と一体回転する回転軸５７が配置されている。ここで、回転軸５７内には、カム軸１５内に形成された潤滑油通路５９と連通する油路６０が形成されている。そして、この回転軸１５には、駆動ギヤ６２が同軸に取り付けられている。なお、駆動ギヤ６２は例えば焼結金属でつくられるのが好ましい。さらに、ギヤケース５０内には、パワステ用オイルポンプ５２の駆動軸６４に同軸に取り付けられ、上記駆動ギヤ６２と噛み合う被駆動ギヤ６３が設けられている。なお、被駆動ギヤ６３は、例えばナイロン等でつくられるのが好ましい。かかる構造でもって、パワステ用オイルポンプ５２が、駆動ギヤ６２と被駆動ギヤ６３とを介してカム軸１５によって回転駆動される。
【００２７】
さらに、ギヤケース５０の後端部にボルト締結されたバックカバー５４には、上記いんろう部５３と同一形状をもちかついんろう部５３と対応する位置に配置されたソケット部６６が設けられている。そして、このソケット部６６には、バキュームポンプ５１の前端部に形成され、上記取付部４９と同一形状をもつ凸部６１（取付部）が嵌入され（取り付けられ）、これによってバキュームポンプ５１がギヤケース５０に固定されている。
【００２８】
ここで、バキュームポンプ５１の駆動軸（図示せず）は、連結部材５８を介して回転軸５７に連結されている。かかる構造でもって、バキュームポンプ５１が、カム軸１５によって直接的に（回転軸５７を挟んでいるが）回転駆動される。
【００２９】
以下、エンジン１の後端部付近にパワステ用オイルポンプ５２が設けられない場合のエンジン後端部付近における補機取付構造ないしは補機駆動構造を説明する。
図２に示すように、エンジン後端部付近にパワステ用オイルポンプ５２が設けられない場合は、駆動ギヤ６２及び被駆動ギヤ６３は必要とはされないので、ギヤケース５０も設けられない。そして、この場合は、いんろう部５３には、バキュームポンプ５１の凸部６１が嵌入され（取り付けられ）、これによってバキュームポンプ５１がシリンダヘッド３に直接固定される。ここで、バキュームポンプ５１の連結部材５８は、直接カム軸１５の後端部５５に連結され、これによりバキュームポンプ５１がカム軸１５によって直接的に駆動される。
【００３０】
かかる補機取付構造においては、上記したとおり、エンジン後端部付近にバキュームポンプ５１のみを配置する場合と、バキュームポンプ５１とパワステ用オイルポンプ５２の両方を配置する場合のいずれにおいても、同一のシリンダヘッド３を用いることができ、シリンダヘッド３の共通化を図ることができ、ひいてはエンジン１の製造コストが低減される。
【００３１】
図５に示すように、エンジン１ａが、前壁７０と後壁７１（ダッシュパネル）と左右の側壁７２、７３とによって囲まれたエンジンルーム内に横置きされる場合、すなわちエンジン長手方向がＹ_１−Ｙ_２方向を向く場合は、エンジン１ａの後方のスペースｄ_１（シリンダヘッド後端位置Ｌ_１と左の側壁７２との間隔）が十分に広いので、エンジン後端部付近にバキュームポンプ５１とパワステ用オイルポンプ５２の両方を支障なく配置することができる。
これに対して、図６に示すように、エンジン１ｂがエンジンルーム内に縦置きされる場合、すなわちエンジン長手方向がＸ_１−Ｘ_２方向を向く場合は、エンジン１ｂの後方のスペースｄ_２（シリンダヘッド後端部Ｌ_２と後壁７１の間隔）が非常に狭いので、エンジン後端部付近にパワステ用オイルポンプ５２を配置することは極めて困難である。
【００３２】
このように、同種のエンジン１であっても、該エンジン１が横置きエンジン１ａであるか縦置きエンジン１ｂであるかに応じて、エンジン後端部付近に配置する補機の数ないしは種類を変える必要がある。したがって、エンジン後端部付近に配置される補機の数あるいは種類に応じてシリンダヘッド３の形状ないしは構造を変えることになれば、複数種のシリンダヘッド３を用意しておかなければならず、エンジン１のコストアップを招くことになる。しかしながら、本発明によれば、エンジン後端部付近に配置される補機の数あるいは種類が異なる場合でも、１種のシリンダヘッド３でよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる補機取付構造を備えた直噴式ディーゼルエンジンの、シリンダヘッドカバーを取り除いた状態における一部断面平面図である。
【図２】パワステ用オイルポンプが設けられていない、図１に示すエンジンと同種のエンジンの、シリンダヘッドカバーを取り除いた状態における一部断面平面図である。
【図３】図１に示すエンジンの正面図である。
【図４】図１に示すエンジンのシリンダヘッドまわりにおける後面図である。
【図５】車両に横置き搭載された本発明にかかるエンジンの平面模式図である。
【図６】車両に縦置き搭載された本発明にかかるエンジンの平面模式図である。
【符号の説明】
１…エンジン、２…シリンダブロック、３…シリンダヘッド、５…シリンダヘッドカバー、１０…燃料噴射ノズル、１３…クランク軸、１５…カム軸、１６…カムプーリ、１７…ポンププーリ、１９…タイミングベルト、３５…吸気弁、３９…排気弁、４０…カム軸受部、４５…ヘッドボルト、４９…取付部、５０…ギヤケース、５１…バキュームポンプ、５２…パワステ用オイルポンプ、５３…いんろう部、５４…バックカバー、５５…カム軸後端部、５６…穴部、５７…回転軸、５８…連結部材、６１…凸部、６２…駆動ギヤ、６３…被駆動ギヤ、６６…ソケット部。

Claims

シリンダヘッド上に、シリンダヘッド前端部からシリンダヘッド後端部にわたってエンジン長手方向に伸びるカム軸が配置されているエンジンの補機取付構造であって、
上記カム軸の後端部と対応する位置においてシリンダヘッド後端部に、上記カム軸と同軸となるような形状に開口し、上記カム軸によって直接的に駆動される第１の補機のケーシングのエンジン側への取付部と、ギヤセットを介して上記カム軸によって駆動される第２の補機の該ギヤセットを収納するギヤケースのエンジン側への取付部のいずれとも整合するいんろう部が設けられ、
上記いんろう部が上記カム軸を軸承するようになっていることを特徴とするエンジンの補機取付構造。
上記カム軸が、エンジン幅方向にみて気筒中心から一方の方向にずれた位置に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載されたエンジンの補機取付構造。
上記ギヤセットが互いに噛み合う駆動ギヤと被駆動ギヤとを備えていて、上記駆動ギヤが上記第１の補機を駆動する一方、上記被駆動ギヤが上記第２の補機を駆動するようになっていて、上記ギヤケースの、エンジン側への取付部とは反対側の端部に、上記第１の補機のケーシングのエンジン側への取付部と整合するソケット部が設けられていることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載されたエンジンの補機取付構造。
上記いんろう部がシリンダヘッド本体とは別体形成されていることを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載されたエンジンの補機取付構造。
該エンジンが車体に横置き搭載される横置きエンジンであって、該エンジンには上記第１の補機と上記第２の補機とが設けられ、上記シリンダヘッドのいんろう部に上記ギヤケースのエンジン側への取付部が嵌入される一方、該ギヤケースのソケット部に上記第１の補機のケーシングのエンジン側への取付部が嵌入されていることを特徴とする、請求項３又は請求項４に記載されたエンジンの補機取付構造。
該エンジンが車体に縦置き搭載される縦置きエンジンであって、該エンジンには上記第１の補機が設けられ、上記シリンダヘッドのいんろう部に上記第１の補機のケーシングのエンジン側への取付部が嵌入されていることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載されたエンジンの補機取付構造。