JP4412814B2 - 横形内燃機関 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、クランク軸及びシリンダ部を共に略水平に配置してなる横形内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３及び図４は、この種単気筒横形内燃機関の従来例を示しており、縱断面を示す図３において、シリンダブロック１００のシリンダ部１０１及びクランク軸１０２は共に水平姿勢に配置されており、カム軸１０３は、クランク軸１０２の下方に配置され、バランサ軸１０５はクランク軸１０２に対してシリンダ部配置側と反対側であって、クランク軸１０２よりも少し上方位置に配置されている。カム軸１０３にはクランク軸１０２のカム軸駆動ギヤ１１０に噛み合うカム軸ギヤ１１１が設けられると共に吸，排気弁駆動用の動弁系カム１０６等が形成されている。該動弁系カム１０６にはポペット棒１０７が係合し、該ポペット棒１０７に連結するプッシュロッド１０８は、シリンダ部１０１及びシリンダヘッド１２０の下側を通過して、弁腕カバー１２１内に至り、吸，排気弁腕１２２に当接している。
【０００３】
潤滑油ポンプ１１５は、シリンダブロック１００の下端オイルパン部１２３にできるだけ近づけるために、潤滑油の液面Ｌ１近くに配置され、ポンプ兼ガバナウエイト駆動用ギヤ１１２が上記カム軸ギヤ１１１に噛み合っている。
【０００４】
図３の水平断面を示す図４において、燃料噴射ポンプ１１４はシリンダ部１０１に対してクランク軸芯Ｏ1方向の側方に配置されており、シリンダブロック１００の側面開口に取り付けられた側蓋１１６に装着されている。燃料噴射ポンプ１１４のポンプ駆動用タペット１１４ａは、カム軸１０３に形成されたポンプ用カム１０３に係合している。
【０００５】
側蓋１１６の配置側と反対側には、フライホイールケース１３１が固着され、フライホイール１３０が収納されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図３のようにシリンダ部１０１及びクランク軸１０２を水平に配置した横形内燃機関は、シリンダが縱向きに配置された縱形内燃機関に比べると機関全高を低くすることができる。しかしながら、カム軸１０３をクランク軸１０２の下方に配置し、燃料噴射ポンプ１１４をシリンダ部１０１の側方の配置しているために、次のような課題がある。
【０００７】
（１）カム軸１０３をクランク軸１０２の下方に配置している場合には、カム軸ギヤ１１１の下端が潤滑油面Ｌ1に浸るのを避けるために、潤滑油面Ｌ1とクランク軸１０２との間に少なくともカム軸ギヤ１１１の径に相当する程度の上下方向間隔を確保しなければならず、シリンダブロック下端面１００ａからのクランク軸高さＨ01が高くなる。特に、カム軸１０３はクランク軸１０２の１／２の回転数で回転するため、カム軸ギヤ１１１はクランク軸１０２のカム軸駆動ギヤ１１０の２倍の径になっており、このカム軸ギヤ１１１の大きさも、上記クランク軸高さＨ01が高くなる一因となっている。
【０００８】
なお、カム軸１０３をクランク軸１０２の下方に配置していると、クランク軸１０２より上方のシリンダブロック１００部分については、クランク軸芯Ｏ1からの高さ（上下方向幅）Ｈ02を小さく抑えることができる。しかしながら、フライホイールケース１３はシリンダブロック１００の上端より上方に突出しており、機関全体の高さＨ03は必然的に高くなってしまうのである。
【０００９】
ちなみにカム軸ギヤ１１１の位置を下げようとすれば、オイルパン部１２３内の潤滑油に浸らないようにするためにギヤカバーなどを別途設けなければならず、部品点数の増加及び構造の複雑化を来たす。
【００１０】
（２）図３のように、クランク軸高さＨ01が高くなることにより、シリンダブロック全体の重心が高くなっている。
【００１１】
（３）図４のように燃料噴射ポンプ１１４を、シリンダ部１０１に対してクランク軸芯Ｏ1方向の側方に配置していると、シリンダブロック１００のクランク軸芯方向の寸法が大きくなり、重量も増加する。
【００１２】
（４）カム軸１０３の位置が低いと、たとえばカム軸ＰＴＯを採用する場合には、カム軸１０３のＰＴＯ軸部に取り付けるプーリ等がシリンダブロック下端面（取付面）から下方に食み出す。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本願請求項１記載の発明は、クランク軸及びシリンダブロックのシリンダ部を、共に略水平に配置してなる横形内燃機関において、クランク軸の上方のクランクケース部内に、吸，排気弁駆動用の動弁系カム及び燃料噴射ポンプ駆動用のポンプ用カムが形成された一本のカム軸を配置し、前記カム軸により作動する燃料噴射ポンプを、前記シリンダ部より上方のシリンダブロック部分に配置していることを特徴とする横形内燃機関である。
【００１４】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の横形内燃機関において、シリンダブロックのクランクケース部の下端にオイルパンを取り付け、クランク軸と平行なバランサ軸を、クランク軸に対してシリンダ部配置側と反対側で、クランク軸よりも低位置に配置し、バランサ軸と同一軸芯上に、該バランサ軸より駆動する潤滑油ポンプを配置している。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１及び図２は本願発明を適用した単気筒の横形ディーゼル機関であり、水平断面図を示す図２において、シリンダブロック１は、シリンダライナー２が嵌着されたシリンダ部３と、クランク軸５が収納されたクランクケース部６を一体に有しており、シリンダ部３及びクランク軸５は水平に配置されている。シリンダ部３のシリンダ中心線Ｃ1方向の先端面には、シリンダヘッド及１０び弁腕カバー１１が順次締着されている。
【００１６】
クランクケース部６のクランク軸芯Ｏ1方向の一端部は開口しており、該開口部に側蓋８が固定され、クランク軸芯Ｏ1方向の他端部には、フライホイール１３を収納するフライホイールケース（ファンケース）１４が固着されている。ここで説明を容易にするために、シリンダ中心線Ｃ1方向を前後方向とし、クランク軸芯Ｏ1方向を左右方向とし、かつ、シリンダヘッド１０側を前方、側蓋８側を左方と仮定して、以下、説明する。
【００１７】
クランク軸５の左端部は側蓋８に支持されると共に左方へ突出し、突出部分が出力軸１８となっており、クランク軸５の右端部はクランクケース部６の右端壁に支持されると共にフライホイールケース１４内に突出し、突出端部にはフライホイール１３が固着されている。フライホイール１３には冷却用ファン１５が形成されている。
【００１８】
クランク軸５は、左右１対のクランクアーム２０を介してクランクピン２１が設けられ、コネクティングロッド２２を介してピストン２３に連結し、側蓋８と左側クランクアーム２０の間にはカム軸駆動ギヤ２５が固着され、右側クランクアーム２０とクランクケース部６の右端壁の間にはバランサ駆動ギヤ２６が固着されている。
【００１９】
バランサ駆動ギヤ２６はクランク軸５の後下方に配置されたバランサ軸２８のバランサギヤ２９に噛み合っている。バランサ軸２８は、右端部がクランクケース部６の右端壁に支持され、左端部は側蓋８に支持されており、側蓋８にはバランサ軸芯と同一軸芯上に潤滑油ポンプ３０が設けられ、該潤滑油ポンプ３０のポンプ軸３１はバランサ軸２８にオルダム継手機構を介して連動連結している。
【００２０】
シリンダヘッド１０には、１対の吸，排気弁３３がシリンダ中心線Ｃ1を挟んで左右に配置されている。
【００２１】
図１は縦断面図であり、仮想線で示す円はフライホイールケース１４の外周を示している。弁腕カバー１１は、シリンダヘッド１０の上半部に締着され、燃料噴射弁３４はシリンダ中心線Ｃ1より下側に装着されている。弁腕カバー３内には左右１対の吸，排気弁腕３５が揺動可能に配置され、吸，排気弁腕３５の下端部はそれぞれ吸，排気弁３３の前端に当接し、吸，排気弁腕３５の上端部は、シリンダ部３及びシリンダヘッド１０の上側に配置されたプッシュロッド３８の前端に当接している。
【００２２】
クランクケース部６内において、クランク軸５の上方にカム軸４０が配置され、カム軸４０の後方にガバナウエイト軸４１が配置されており、また、前述のようにバランサ軸２８は、クランク軸５の後方であってクランク軸５よりも下方位置に配置されている。カム軸４０には、吸，排気弁駆動用の動弁系カム４３と、燃料噴射ポンプ駆動用のポンプ用カム４４が形成されると共に、カム軸ギヤ４５が設けられており、カム軸ギヤ４５はクランク軸５の前記カム軸駆動ギヤ２５に噛み合っている。ガバナウエイト軸４１の駆動ギヤ４７は上記カム軸ギヤ４５に噛み合っている。
【００２３】
シリンダ部３より上方のクランクケース部６の上壁には、カム軸４０の前上方向に対応する位置にポンプ取付孔５０が形成されており、該ポンプ取付孔５０には燃料噴射ポンプ５１が前上がり傾斜姿勢で挿入固定され、燃料噴射ポンプ５０の駆動用のタペット５２がカム軸４０のポンプ用カム４４に当接している。また、ガバナウエイト軸４１の前上方部分には、垂直なレギュレータ軸５４が配置され、クランクケース部６の上壁に支持されており、該レギュレータ軸５４の下端部にはガバナレバー５７が設けられ、上端部にはレギュレータレバー５６が設けられている。ガバナレバー５７の一端はガバナ機構に連結し、他端は燃料噴射ポンプ５１の燃料コントロールレバーに連結している。
【００２４】
シリンダ部３及びシリンダヘッド１０の上部にはそれぞれロッド挿通孔６０，６１が形成され、該ロッド挿通孔６０，６１内に前記吸，排気弁駆動用のプッシュロッド３８が配置されており、該プッシュロッドロッド３８の後端部は、ポペット棒６２を介してカム軸４０の動弁系カム４３に当接している。
【００２５】
クランクケース部６の下端部には、オイルパン部７が一体に形成されており、該オイルパン部７には油面Ｌ1まで潤滑油が収納され、前記バランサギヤ２９及びバランサ軸２８は、それらの下端部が油面Ｌ1より少し上方に位置するように配置されている。
【００２６】
【作用】
図２において、クランク軸５の回転は、出力軸１８により直接外部に出力されるが、バランサ駆動ギヤ２６及びバランサギヤ２９を介してバランサ軸２８にも伝達され、さらに、バランサ軸２８から潤滑油ポンプ３０にも伝達される。
【００２７】
図１において、クランク軸５の回転は、カム軸駆動ギヤ２５及びカム軸ギヤ４５を介してカム軸４０にも伝達され、さらに、ガバナ用の駆動ギヤ４５を介してガバナウエイト軸４１にも伝達される。
【００２８】
カム軸４０の回転により、ポンプ用カム４４及びタペット５２を介して燃料噴射ポンプ５１を駆動すると共に、動弁系カム４３、ポペット棒６２、プッシュロッド３８及び吸，排気弁腕３５を介して吸，排気弁３３を開閉駆動する。
【００２９】
図１及び図２に示す構造において、カム軸４０をクランク軸５の上方に配置することにより、シリンダブロック１の下端面１ａからクランク軸芯Ｏ1までの高さＨ1を低く抑え、かつ、クランク軸芯Ｏ1をシリンダブロック１の上下方向幅（Ｈ1＋Ｈ2）の概ね中央部に位置させている。これにより、シリンダブロック１は、クランク軸芯Ｏ1より上側部分の上下方向寸法Ｈ２と、クランク軸芯Ｏ1より下側部分の寸法（クランク軸高さ）Ｈ1を略同程度にすることができ、フライホイールケース１４に対して概ね上下方向の中央部にバランス良くシリンダブロック１を納めることができ、また、シリンダブロック下端面１ａからフライホイールケース上端までの高さ（機関全高）Ｈ3も図３に比べて大幅に低くすることができる。
【００３０】
また、バランサ軸２８をクランク軸５より後下方に配置することにより、上記クランク軸芯Ｏ1に対する上下寸法Ｈ1、Ｈ2の均等性と相俟って、クランク軸芯Ｏ1に対する上下の重量配分もバランス良く保つことができる。
【００３１】
【発明のその他の実施の形態】
（１）複数気筒の横形内燃機関に適用することも可能である。
【００３２】
【発明の効果】
（１）本願請求項１記載の発明によると、カム軸４０をクランク軸５の上方に配置することにより、クランク軸高さＨ1を低く抑えることができると共に、クランク軸芯Ｏ１に対する上下の寸法Ｈ1，Ｈ2を概ね均等にでき、シリンダブロック１が機関全高Ｈ3の概ね中央部にバランス良く納まると共に、機関全高Ｈ3を低く抑えることができる。これにより、アンダーフロアーに搭載する作業機に適した内燃機関を提供することができる。
【００３３】
（２）カム軸４０及び燃料噴射ポンプ５１をクランク軸５及びシリンダ部３の上方に配置する一方、バランサ軸２８をクランク軸５より下方に配置することにより、前記クランク軸芯Ｏ1に対する上下寸法Ｈ1、Ｈ2の均等性に加え、クランク軸芯Ｏ1に対する重量配分もバランス良く保つことができる。
【００３４】
（２）燃料噴射ポンプ５１の配置位置を、シリンダブロック１の側方ではなくて、クランク軸５の上方位置で、かつ、シリンダブロック１に装着するようにしているので、シリンダブロック１のクランク軸芯Ｏ1方向の幅をコンパクトにできると共に、軽量化を達成できる。
【００３５】
（３）請求項２記載の発明のように、バランサ軸２８をクランク軸５より下方に配置し、バランサ軸２９で潤滑油ポンプ３０を駆動するようにしていると、潤滑油ポンプ３０をオイルパン部近傍に配置しながらも、潤滑油ポンプ３０のための動力伝達機構が簡素化され、部品点数の節約にもなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本願発明を適用した横形ディーゼル機関の縱断面図である。
【図２】 図１の水平断面図である。
【図３】 従来例の縦断面図である。
【図４】 図３の水平断面図である。
【符号の説明】
１ シリンダブロック
３ シリンダ部
５ クランク軸
６ クランクケース部
７ オイルパン部
８ 側蓋
１０ シリンダヘッド
１１ 弁腕カバー
１３ フライホイール
１４ フライホイールケース
２５ カム軸駆動ギヤ
２６ バランサ駆動ギヤ
２８ バランサ軸
２９ バランサギヤ
３０ 潤滑油ポンプ
３１ ポンプ軸
３４ 燃料噴射弁
４０ カム軸
５１ 燃料噴射ポンプ

Claims (2)

1. クランク軸(5)及びシリンダブロック(1)のシリンダ部(2)を、共に略水平に配置してなる横形内燃機関において、
   クランク軸(5)の上方のクランクケース部(6)内に、吸，排気弁駆動用の動弁系カム(43)及び燃料噴射ポンプ駆動用のポンプ用カム(44)が形成された一本のカム軸(40)を配置し、
   前記カム軸(40)により作動する燃料噴射ポンプ(51)を、前記シリンダ部(3)より上方のシリンダブロック(1)部分に配置していることを特徴とする横形内燃機関。
2. 請求項１記載の横形内燃機関において、
   シリンダブロック(1)のクランクケース部(6)の下端にオイルパン(7)を取り付け、
   クランク軸(5)と平行なバランサ軸(28)を、クランク軸(5)に対してシリンダ部配置側と反対側で、クランク軸(5)よりも低位置に配置し、バランサ軸(28)と同一軸芯上に、該バランサ軸(28)より駆動する潤滑油ポンプ(30)を配置していることを特徴とする横形内燃機関。

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