JP4602300B2 - 内燃機関における補機配置構造 - Google Patents

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Description

本発明は、内燃機関のシリンダヘッドの近傍に形成される空間を有効に利用して補機を配置する内燃機関における補機配置構造に関する。
内燃機関の機関弁のバルブリフトやバルブタイミングを変更する可変動弁機構を作動させるアクチュエータを、可変動弁機構が収納される動弁室を覆うヘッドカバーの上面あるいは側面に取り付けたものが、下記特許文献１により公知である。
特開平１１−４４２０６号公報
ところで上記特許文献１に記載されたものは、可変動弁機構を作動させるアクチュエータがヘッドカバーの上面あるいは側面から張り出すため、アクチュエータを含む内燃機関の寸法が大型化する問題があった。
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、内燃機関に対して補機を合理的に配置することで補機を含む内燃機関の寸法を小型化することを目的とする。
上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、複数の吸気ポートを有するシリンダヘッドと、前記シリンダヘッドの吸気ポートに接続する複数の分岐管を有する吸気マニホールドと、前記複数の分岐管の配列方向の一端側に配置されるスロットルボディとを備えた内燃機関において、前記吸気マニホールドは吸気管長可変機構を備え、該吸気管長可変機構を駆動するアクチュエータが前記吸気マニホールドの吸気チャンバーの長手方向一端側に設けられ、前記内燃機関の上方から見て、前記シリンダヘッド、前記吸気マニホールドおよび前記スロットルボディに囲まれた空間に内燃機関の補機としての可変動弁機構のアクチュエータまたはカムシャフトで駆動されるポンプを配置するとともに、前記補機と、前記吸気管長可変機構を駆動するアクチュエータとの間に形成される空間に前記スロットルボディを配置したことを特徴とする、内燃機関における補機配置構造が提案される。
また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記内燃機関は前記シリンダヘッドの長手方向に配置された可変動弁機構のコントロールシャフトを備え、前記補機は前記コントロールシャフトを駆動するアクチュエータであることを特徴とする、内燃機関における補機配置構造が提案される。
尚、実施の形態の可変動弁機構１３のアクチュエータ５０またはカムシャフト１３で駆動されるポンプは本発明の補機に対応する。
請求項１の構成によれば、吸気管長可変機構を駆動するアクチュエータが吸気マニホールドの吸気チャンバーの長手方向一端側に設けられており、内燃機関の上方から見て、シリンダヘッド、吸気マニホールドおよびスロットルボディに囲まれた空間に内燃機関の補機である可変動弁機構のアクチュエータまたはカムシャフトで駆動されるポンプを配置するとともに、前記補機と吸気管長可変機構を駆動するアクチュエータとの間に形成される空間にスロットルボディを配置したので、シリンダヘッドおよび吸気マニホールド間に形成される無駄空間を有効に利用して、スロットルボディおよび補機のみならず吸気管長可変機構を駆動するアクチュエータをも配置することができ、内燃機関の全長や全高を小型化することができる。
また請求項２の構成によれば、前記補機が内燃機関の可変動弁機構のコントロールシャフトを駆動するアクチュエータであるので、そのアクチュエータをコントロールシャフトの軸端部寄りに配置することが可能となり、可変動弁機構との干渉を避けながらアクチュエータでコントロールシャフトを駆動するのが容易になる。
以下、本発明の実施の形態を添付の図面に基づいて説明する。
図１〜図８は本発明の実施の形態を示すもので、図１は内燃機関の要部縦断側面図、図２は図１の２−２線矢視図、図３は高バルブリフト状態での図２の３−３線断面図、図４は高バルブリフト状態での図２の４−４線断面図、図５は低バルブリフト状態での図４に対応する断面図、図６は内燃機関の斜視図、図７は図６の７方向矢視図、図８は図６の８方向矢視図である。
本実施の形態は内燃機関の可変動弁機構のコントロールシャフトを回転駆動するアクチュエータの配置構造に関するものであり、先ずその可変動弁機構の構造を説明する。
図１および図２に示すように、内燃機関のシリンダヘッド１１には各気筒毎に吸気ポート１１ａ，１１ａを開閉する一対の吸気弁１２，１２が開閉可能に配設されており、それらの吸気弁１２，１２を開閉駆動すべく動弁室３８に設けられた可変動弁機構１３は、動弁カム１４が設けられたカムシャフト１５と、シリンダヘッド１１に支軸部１６，１６を介して揺動自在に支持されたコントロールアーム１７と、コントロールアーム１７を揺動させるコントロールカム１８が設けられたコントロールシャフト１９と、コントロールアーム１７に可動支軸２０を介して揺動可能に支持されるとともに動弁カム１４に従動して揺動するサブカム２１と、吸気弁１２，１２にそれぞれ個別に連動、連結されるとともにサブカム２１にそれぞれ従動する一対のロッカーアーム２２，２２とを備えており、前記可動支軸２０を変位させることで吸気弁１２，１２のバルブリフトを含む作動特性を変化させることができる。
吸気弁１２，１２のステム１２ａ，１２ａはシリンダヘッド１１に配設されたガイド筒２３，２３に摺動自在に嵌合しており、ステム１２ａ，１２ａの上端に設けられたリテーナ２４，２４と、シリンダヘッド１１に当接するリテーナ２５，２５との間に介設された弁ばね２６，２６により、吸気弁１２，１２は閉弁方向に付勢される。
コントロールアーム１７は単一の部材で構成されるもので、前記一対の支軸部１６，１６がそれぞれ設けられた一対の板状の側壁部２７，２７を備える。これらの側壁部２７，２７は所定の間隔を存して平行に配置されており、両側壁部２７，２７は一端部間が支軸部１６，１６と平行に延びる端壁部２８で相互に連結されるとともに、他端部間が支軸部１６，１６と平行に延びる連結壁部２９で相互に連結され、更に端壁部２８および連結壁部２９は隔壁部３０により一体に連結される。
図１〜図４から明らかなように、一対の側壁部２７，２７および隔壁部３０は相互に平行に延び、それらの間に二つのロッカーアーム収容孔１７ａ，１７ａが形成される。ロッカーアーム収容孔１７ａに収納されるロッカーアーム２２，２２はロッカーシャフトを持たないタイプのもので、その一端部に形成した凹部２２ａが前記端壁部２８の油圧タペット取付孔２８ａに装着した油圧タペット３１の先端の球面軸受け３１ａに揺動可能に支持され、その他端部で吸気弁１２を駆動する。即ち、ロッカーアーム２２の他端には吸気弁１２のステム１２ａの上端に当接する当接部材３２が摺動自在に支持されており、その当接部材３２の位置をアジャストスクリュー３３およびロックナット３４で調整することで、吸気弁１２の着座状態を調整可能である。ロッカーアーム２２の中間部に形成したローラ収容孔２２ｂを架橋するローラ軸３５にニードルベアリング３６を介してローラ３７が回転自在に支持される。
コントロールアーム１７の一対の側壁部２７，２７を架橋する前記可動支軸２０に前記サブカム２１が揺動自在に支持される。サブカム２１の軸方向中央部から突出する第１アーム２１ａにローラ軸３９およびニードルベアリング４０を介してローラ４１が支持されており、このローラ４１がカムシャフト１５に設けた動弁カム１４に当接する。またサブカム２１の軸方向両端部から突出する一対の第２アーム２１ｂ，２１ｂにカム面２１ｃ，２１ｃが形成されており、これらのカム面２１ｃ，２１ｃに前記ロッカーアーム２２，２２のローラ３７，３７が当接する。
サブカム２１のローラ４１を動弁カム１４に当接させる付勢力を発生する付勢手段４２が、コントロールアーム１７の連結壁部２９に形成した付勢手段取付孔２９ａに装着される。付勢手段４２は、連結壁部２９の付勢手段取付孔２９ａに圧入されるガイド筒４３と、ガイド筒４３に摺動自在に嵌合する押圧部材４４と、押圧部材４４の上端に設けられてサブカム２１の第１アーム２１ａの下面に当接する当接部４５と、ガイド筒４３および当接部４５間に縮設されて押圧部材４４を突出方向に付勢するコイルスプリング４６とで構成される。
コントロールアーム１７の隔壁部３０の中央に形成されたローラ収容凹部３０ａを架橋するローラ軸４７に、ニードルベアリング４８を介してローラ４９が回転自在に支持される。ローラ４９を押圧してコントロールアーム１７を支軸部１６，１６まわりに揺動させるべく、電気モータで構成されたアクチュエータ５０で往復回動するコントロールシャフト１９に、インボリュート曲線よりなるカム面を有するコントロールカム１８が設けられる。図３〜図５において、コントロールシャフト１９が時計方向に回動するとコントロールアーム１７が支軸部１６，１６まわりに反時計方向に揺動し、コントロールシャフト１９が反時計方向に回動するとコントロールアーム１７が支軸部１６，１６まわりに時計方向に揺動する。
コントロールアーム１７を時計方向に付勢してローラ４９をコントロールカム１８に当接させるべく、シリンダヘッド１に付勢手段５１が設けられる。付勢手段５１はシリンダヘッド１１に圧入されたガイド筒５２の内部に押圧部材５３を摺動自在に嵌合させ、コイルスプリング５４の弾発力で押圧部材５３をガイド筒５２から突出する方向に付勢したもので、押圧部材５３の上端の球状部５３ａがコントロールアーム１７の端壁部２８の中央下面に当接する。
しかして、コントロールカム１８によってコントロールアーム１７が図３および図４に示す位置に配置されるときには、つまりコントロールカム１８の最高リフト部がローラ４９に当接するときには、可動支軸２０の軸線まわりに揺動するサブカム２１のカム面２１ｃ，２１ｃの先端側（可動支軸２０から遠い側）がロッカーアーム２２，２２のローラ３７，３７に当接してロッカーアーム２２，２２の揺動角が増加することで、吸気弁１２，１２のバルブリフトが最大となる。
またコントロールカム１８よってコントロールアーム１７が図５に示す位置にあるときには、つまりコントロールカム１８の最低リフト部がローラ４９に当接するときには、可動支軸２０の軸線まわりに揺動するサブカム２１のカム面２１ｃ，２１ｃの基端側（可動支軸２０に近い側）がロッカーアーム２２，２２のローラ３７，３７に当接してロッカーアーム２２，２２の揺動角が減少することで、吸気弁１２，１２のバルブリフトが最小（ゼロ）となる。
このように、コントロールアーム１７を支軸部１６，１６まわりに揺動させることで吸気弁１２，１２のバルブリフトが変化するのが、コントロールアーム１７の駆動によって動弁カム１４，１４がローラ４１，４１に接触するタイミングも変化することにより、吸気弁１２，１２の開閉タイミングも変化する。
次に、図６〜図８を参照して可変動弁機構１３のコントロールシャフト１９を往復回転駆動するアクチュエータ５０の配置について説明する。
内燃機関はシリンダブロック６１の上面に締結されたシリンダヘッド１１と、シリンダヘッド１１の上面に締結されたヘッドカバー６２と、シリンダブロック６１の下面に締結されたロアブロック６３と、ロアブロック６３の下面に締結されたオイルパン６４とを備えており、シリンダヘッド１１の吸気側側面に吸気マニホールド６５が取り付けられる。
本実施の形態の内燃機関は４気筒であり、吸気マニホールド６５は下流側が各気筒の吸気ポート１１ａ…（図１参照）に連なる４本の分岐管６６…と、それらの分岐管６６…の上流側に連なる吸気チャンバー６７を備えており、吸気チャンバー６７の長手方向一端側、つまりシリンダブロック６１、シリンダヘッド１１およびロアブロック６３に形成されたトランスミッション結合面６８側に、スロットルボディ６９が結合される。
シリンダヘッド１１の吸気側側面の長手方向一端側に、可変動弁機構１３のコントロールシャフト１９を駆動するアクチュエータ５０が設けられる。アクチュエータ５０は、その出力軸がコントロールシャフト１９と直交する方向に配置された電動モータよりなり、前記出力軸はシリンダヘッド１１の内部でコントロールシャフト１９の端部にベベルギヤやウオームギヤのような伝動機構を介して接続される。可変動弁機構１３のアクチュエータ５０は、シリンダヘッド１１、吸気マニホールド６５およびスロットルボディ６９により囲まれた空間に配置される。
シリンダヘッド１１の吸気側側面から延びる吸気マニホールド６５の分岐管６６…はやや下向きに湾曲するため、吸気マニホールド６５の吸気チャンバー６７はシリンダブロック６１およびシリンダヘッド１１の割り面の側方に位置している。内燃機関の種々の運転状態において吸気効率を高めるべく、吸気チャンバー６７の内部に周知の吸気管長可変機構が収納されており、それを駆動するアクチュエータ７０がスロットルボディ６９に隣接する吸気チャンバー６７の長手方向一端側に設けられる。
トランスミッション結合面６８に近いロアブロック６３の側壁と、吸気マニホールド６５の吸気チャンバー６７の長手方向一端側の下面とが、ステー７１の下端および上端にそれぞれ結合される。またトランスミッション結合面６８の外周部近傍にスタータモータ７２が支持される。クランクシャフトの軸線と平行に配置されたスタータモータ７２は吸気マニホールド６５の吸気チャンバー６７の下面に沿って配置される。
次に、上記構成を備えた本発明の実施の形態の作用を説明する。
可変動弁機構１３のコントロールシャフト１９を駆動するアクチュエータ５０を、シリンダヘッド１１、吸気マニホールド６５およびスロットルボディ６９により囲まれた空間に配置したので、その空間をアクチュエータ５０の配置に有効利用して内燃機関の寸法の小型化を図ることができる。即ち、アクチュエータ５０を設けたことで、該アクチュエータ５０を含む内燃機関の全長、全高および全幅が増加することはない。
またアクチュエータ５０をシリンダヘッド１１の一端側に設け、シリンダヘッド１１の長手方向に沿って配置されたコントロールシャフト１９の軸端部の近傍を前記伝動機構を介してアクチュエータ５０に接続したので、コントロールシャフト１９上に伝動機構を配置する空間を容易に確保することができる、何故ならば、コントロールシャフト１９の中間部には複数の吸気弁１２…に対応して複数のコントロールカム１８…が所定間隔で設けられているため、前記伝動機構を配置する空間を確保するのが難しいからである。
スロットルボディ６９は、シリンダヘッド１１の吸気側の側面から突出したアクチュエータ５０と、吸気チャンバー６７のスロットルボディ６９が配置される側の側面から突出したアクチュエータ７０との間に形成されるスペースに配置される。
シリンダヘッド１１には可変動弁機構１３が内蔵されるため、シリンダヘッド１１の気筒配列方向の長さは吸気マニホールド６５の分岐管６６…の配列方向の長さよりも長くなり、シリンダヘッド１１と吸気マニホールド６５とに囲まれた無駄空間が形成されるが、その無駄空間にスロットルボディ６９およびアクチュエータ５０のみならず、アクチュエータ７０をも配置することができる。
またステー７１の下端が結合されるトランスミッション結合面６８の近傍のロアブロック６３は剛性が高い部分であり、かつステー７１の上端が吸気マニホールド６５に結合される部分の近傍にスロットルボディ６９および吸気管長可変機構のアクチュエータ７０が設けられるので、吸気マニホールド６５、スロットルボディ６９および吸気管長可変機構のアクチュエータ７０の重量をステー７１で効率的に支持することができる。
更に、スタータモータ７２を吸気マニホールド６５の吸気チャンバー６７の下面に沿って配置したことで、スタータモータ７２が発生する騒音を吸気チャンバー６７で遮って騒音防止効果を発揮させることができる。
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
例えば、実施の形態では補機として可変動弁機構１３のコントロールシャフト１９を駆動するアクチュエータ５０を例示したが、本発明の補機は前記アクチュエータ５０に限定されるものではない。一例として、本発明の補機はカムシャフト１５の回転位相を変更してバルブタイミングを変更する可変動弁機構のアクチュエータや、カムシャフト１５で駆動されるポンプであっても良い。
内燃機関の要部縦断側面図 図１の２−２線矢視図 高バルブリフト状態での図２の３−３線断面図 高バルブリフト状態での図２の４−４線断面図 低バルブリフト状態での図４に対応する断面図 内燃機関の斜視図 図６の７方向矢視図 図６の８方向矢視図
１１ シリンダヘッド
１１ａ 吸気ポート
１３ 可変動弁機構
１５ カムシャフト
１９ コントロールシャフト
５０ 可変動弁機構のアクチュエータ（補機）
６５ 吸気マニホールド
６６ 分岐管
６７ 吸気チャンバー
６９ スロットルボディ
７０ 吸気管長可変機構を駆動するアクチュエータ

Claims (2)

  1. 複数の吸気ポート（１１ａ）を有するシリンダヘッド（１１）と、前記シリンダヘッド（１１）の吸気ポート（１１ａ）に接続する複数の分岐管（６６）を有する吸気マニホールド（６５）と、前記複数の分岐管（６６）の配列方向の一端側に配置されるスロットルボディ（６９）とを備えた内燃機関において、
    前記吸気マニホールド（６５）は吸気管長可変機構を備え、該吸気管長可変機構を駆動するアクチュエータ（７０）が前記吸気マニホールド（６５）の吸気チャンバー（６７）の長手方向一端側に設けられ、
    前記内燃機関の上方から見て、
    前記シリンダヘッド（１１）、前記吸気マニホールド（６５）および前記スロットルボディ（６９）に囲まれた空間に内燃機関の補機としての可変動弁機構（６３）のアクチュエータ（５０）またはカムシャフト（１５）で駆動されるポンプを配置するとともに、
    前記補機と、前記吸気管長可変機構を駆動するアクチュエータ（７０）との間に形成される空間に前記スロットルボディ（６９）を配置したことを特徴とする、内燃機関における補機配置構造。
  2. 前記内燃機関は前記シリンダヘッド（１１）の長手方向に配置された可変動弁機構（１３）のコントロールシャフト（１９）を備え、前記補機は前記コントロールシャフト（１９）を駆動するアクチュエータ（５０）であることを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関における補機配置構造。
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