JP5580026B2

JP5580026B2 - 内燃機関の動弁駆動装置

Info

Publication number: JP5580026B2
Application number: JP2009280648A
Authority: JP
Inventors: 孝片山
Original assignee: Fuji Jukogyo KK
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2009-12-10
Filing date: 2009-12-10
Publication date: 2014-08-27
Anticipated expiration: 2029-12-10
Also published as: JP2011122510A

Description

本発明は、複数のシリンダを有する内燃機関の動弁駆動装置に関し、特に軽量化及びコンパクト化を図ったものに関する。

４ストロークのレシプロ内燃機関においては、一般にシリンダヘッドに設けられたカムシャフトによって、吸排気ポートにそれぞれ設けられた動弁（バルブ）の開閉を行っている。カムシャフトは、例えばタイミングチェーンやタイミングベルト等の動力伝達部材によって、クランクシャフトの１／２の回転数で駆動される。
また、異なったクランク軸位相に振り分けられた複数のシリンダ（バンク）を有する水平対向エンジンやＶ型エンジン等の場合には、カムシャフトは各バンクのシリンダヘッドにそれぞれ設けられる。

例えば特許文献１には、Ｖ型内燃機関の動弁駆動装置において、クランクシャフトに設けられたクランクギヤによって駆動されるアイドラギヤに左右バンク用の駆動スプロケットを設け、各駆動スプロケットから左右バンクのカムスプロケットへタイミングチェーンによって動力伝達するようにし、さらに左右バンクの間に各タイミングチェーンの張力を調整するテンショナを配置することが記載されている。

特開２００５−１６３５８３号公報

上述した従来技術のように、クランクギヤ及びアイドラギヤを用いてタイミングチェーンが巻き掛けられる駆動スプロケットを駆動しようとした場合、アイドラギヤが大型化することによって内燃機関の重量やコストが増大してしまう。特に特許文献１のようにアイドラギヤをクランクギヤに対して減速して回転させる場合には、アイドラギヤがよりいっそう大型化してしまう。
さらに、左右バンク用の２枚の駆動スプロケットをアイドラギヤと同心に配置すると、軸長が長くなって動弁駆動装置の軸方向寸法が大きくなってしまう。

また、内燃機関のクランクシャフト先端部（変速機側と反対側の端部）には、潤滑油を加圧して吐出するオイルポンプが設けられる。オイルポンプとしては、一般に、クランクシャフトに結合されたインナロータ及びインナロータと連動して回転するアウタロータを有するトロコイドポンプ等が用いられる。
従来技術のように、クランクギヤ及びアイドラギヤを用いる構成においては、クランクギヤのレイアウト上の制約から、オイルポンプをクランクギヤよりも変速機側に配置することは困難である。このため、オイルポンプをクランクギヤよりもクランクシャフト先端側に配置することになり、内燃機関の全長が長くなってしまう。
本発明の課題は、軽量かつコンパクトな構成によって複数のシリンダの動弁を駆動する内燃機関の動弁駆動装置を提供することである。

本発明は、以下のような解決手段により、上述した課題を解決する。
請求項１の発明は、複数のシリンダにそれぞれ設けられたシリンダヘッドの動弁を駆動する内燃機関の動弁駆動装置であって、第１のシリンダに設けられた第１の動弁駆動スプロケットと、第２のシリンダに設けられた第２の動弁駆動スプロケットと、燃料ポンプに設けられた燃料ポンプスプロケットと、クランクシャフトに固定され軸方向に配列された第１のクランクスプロケット及び第２のクランクスプロケットと、前記第１のクランクスプロケットから前記第１の動弁駆動スプロケットへ動力伝達する第１のチェーンと、前記第２のクランクスプロケットから前記燃料ポンプスプロケットへ動力伝達する第２のチェーンと、前記第２のチェーンによって駆動される第１のアイドラスプロケットと、前記第１のアイドラスプロケットに固定された第２のアイドラスプロケットと、前記第２のアイドラスプロケットから前記第２の動弁駆動スプロケットへ動力伝達する第３のチェーンと、前記クランクシャフトが内部に挿入され潤滑油を圧送するオイルポンプとを備え、前記オイルポンプの少なくとも一部は前記クランクシャフトの軸方向における位置が前記第３のチェーンと重なって配置されることを特徴とする内燃機関の動弁駆動装置である。

請求項２の発明は、前記第１のクランクスプロケット、前記第２のクランクスプロケット、前記オイルポンプを前記クランクシャフトの先端部側から順次配列したことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の動弁駆動装置である。

本発明によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）燃料ポンプをクランクシャフトから第２のチェーンにより駆動することによって、重量の大きいアイドラギヤを用いる必要がなくなり、動弁駆動装置の軽量化及び低コスト化を図ることができる。また、このような軽量化によって、燃料消費率も改善される。
また、各軸ともスプロケット２枚以内の構成であることから、動弁駆動装置の軸方向寸法も小さくすることができる。
（２）第２の動弁駆動スプロケットを、第２のチェーンによって駆動されるアイドラスプロケットから第３のチェーンによって駆動することによって、第１及び第２のシリンダ間のオフセット（いわゆるバンクオフセット）を利用して、クランクシャフト周囲における第１及び第２のクランクスプロケットと隣接した領域にスペースを確保することができる。そして、このスペースにオイルポンプを配置することによって、内燃機関の全長を短縮することができる。
（３）第１及び第２のクランクスプロケットをオイルポンプに対してクランクシャフトの先端部側に配置することによって、オイルポンプが内燃機関の前端部から突出することを防止して車体の設計自由度を向上できる。
さらに、燃料ポンプを駆動する第２のクランクスプロケットよりも歯数を小さくして小径化する必要性が高い第１のクランクスプロケットを、第２のクランクスプロケット及びオイルポンプよりもクランクシャフト先端側に配置したことによって、チェーンの組み付け確認が容易となる。また、クランクシャフト前端部に形成されるメネジのスペース（ネジ孔の深さ）も確保することが容易となる。

本発明を適用した内燃機関の動弁駆動装置の実施例をクランクシャフトの軸方向（縦置搭載の場合の車両前方側）から見た図である。図１のII−II部矢視断面図である。図１のIII−III部矢視断面図である。本発明の比較例である内燃機関の動弁駆動装置をクランクシャフトの軸方向から見た図である。図４のＶ−Ｖ部矢視断面図である。図４のVI−VI部矢視断面図である。

本発明は、軽量かつコンパクトな構成によって複数のシリンダの動弁及び燃料ポンプを駆動する内燃機関の動弁駆動装置を提供する課題を、一方のシリンダのカムシャフトを第１のクランクスプロケットから直接チェーン駆動するとともに、他方のシリンダのカムシャフトを第２のクランクスプロケットから燃料ポンプに動力伝達するチェーンで駆動されるアイドラスプロケットを介してチェーン駆動することによって解決した。

以下、本発明を適用した内燃機関の動弁駆動装置の実施例について説明する。実施例の動弁駆動装置は、例えば乗用車等の自動車の車体前部に縦置搭載されるエンジンに設けられる。
図１に示すように、エンジン１は、右側シリンダ２及び左側シリンダ３を有する水平対向エンジンであって、例えば４気筒のターボディーゼルエンジンである。なお、右側シリンダ２及び左側シリンダ３はそれぞれ本発明にいう第１のシリンダ、第２のシリンダに相当する。

エンジン１は、クランクシャフト１０、右側吸気カムシャフト２０、右側排気カムシャフト３０、左側吸気カムシャフト４０、左側排気カムシャフト５０、燃料ポンプ６０（図２、図３を参照）、アイドラスプロケット７０、第１チェーン８０、第２チェーン９０、第３チェーン１００、オイルポンプ１１０、ウォーターポンプ１２０等を備えて構成されている。

クランクシャフト１０は、エンジン１の出力軸である。クランクシャフト１０には、気筒数分のクランクアーム及びクランクピンが形成され、各クランクピンは図示しない各気筒のピストンとコンロッドを介して連結される。クランクシャフト１０の図示しない車両後方部側の端部（以下「後端部」と称する）は、フライホイールが設けられ、変速機に接続される。
クランクシャフト１０は、エンジン１の運転時に、図１における時計回りに回転する。クランクシャフト１０の車両前方側の端部（以下「前端部」と称する）には、第１クランクスプロケット１１及び第２クランクスプロケット１２が固定されている。
第１クランクスプロケット１１は、第１チェーン８０が巻き掛けられ、右側シリンダ２側に設けられた吸排気バルブを駆動するものである。
第２クランクスプロケット１２は、第２チェーン９０が巻き掛けられ、燃料ポンプ６０の燃料ポンプスプロケット６１及びアイドラスプロケット７０の第１アイドラスプロケット７１を駆動するものである。第２クランクスプロケット１２は、第１クランクスプロケット１１に対して歯数が大きくかつ大径に形成されている。
図２及び図３に示すように、第１クランクスプロケット１１、第２クランクスプロケット１２は、クランクシャフト１０の前端部側から順次配列されている。

右側吸気カムシャフト２０は、右側シリンダ２の吸気バルブを駆動するものである。
右側排気カムシャフト３０は、右側シリンダ２の排気バルブを駆動するものである。
右側吸気カムシャフト２０及び右側排気カムシャフト３０は、右側吸気カムシャフト２０が上方となるように、上下方向に並べて配置されている。
右側吸気カムシャフト２０及び右側排気カムシャフト３０の前端部には、それぞれ右側吸気カムスプロケット２１、右側排気カムスプロケット３１が固定されている。
なお、右側吸気カムスプロケット２１及び右側排気カムスプロケット３１は、本発明にいう第１の動弁駆動スプロケットに相当する。

左側吸気カムシャフト４０は、左側シリンダ３の吸気バルブを駆動するものである。
左側排気カムシャフト５０は、左側シリンダ３の排気バルブを駆動するものである。
左側吸気カムシャフト４０及び左側排気カムシャフト５０は、左側吸気カムシャフト４０が上方となるように、上下方向に並べて配置されている。
左側吸気カムシャフト４０及び左側排気カムシャフト５０の前端部には、それぞれ左側吸気カムスプロケット４１、左側排気カムスプロケット５１が固定されている。
なお、左側吸気カムスプロケット４１及び左側排気カムスプロケット５１は、本発明にいう第２の動弁駆動スプロケットに相当する。

燃料ポンプ６０は、図３に示すように、エンジン１の上部に設けられ、例えば軽油等の燃料を高圧に加圧して図示しないコモンレールに供給するものである。
燃料ポンプ６０は、その本体部がクランクシャフト１０のほぼ上方に設けられ、前方に突き出した入力軸６０ａ（図３参照）を備えている。この入力軸６０ａの先端部には、図１に示す燃料ポンプスプロケット６１が固定されている。燃料ポンプスプロケット６１には、第２チェーン９０が巻き掛けられている。

アイドラスプロケット７０は、第１アイドラスプロケット７１及び第２アイドラスプロケット７２が一体となってクランクシャフト１０と平行な回転軸回りに回転可能となるように構成したものである。
第１アイドラスプロケット７１は、第３チェーン１００の張り側（燃料ポンプスプロケット６１側から第２クランクスプロケット１２側へ戻る側）と、第３チェーン１００の内側から噛合するように、第２クランクスプロケット１２の上方側でありかつ燃料ポンプスプロケット６１の下方側であって、左側シリンダ３側にオフセットした位置に配置されている。
第２アイドラスプロケット７２は、第１アイドラスプロケット７１の後方側（変速機側）に同心に配置されている。第２アイドラスプロケット７２は、第１アイドラスプロケット７１よりも歯数が小さくかつ小径に形成されている。

第１チェーン８０は、第１クランクスプロケット１１、右側排気カムスプロケット３１、右側吸気カムスプロケット２１に順次巻き掛けられている。
第１チェーン８０には、チェーンテンショナ８１、チェーンテンショナレバー８２、チェーンガイド８３が設けられている。
チェーンテンショナ８１は、チェーンテンショナレバー８２をチェーンに対して押圧させるプランジャを備えている。
チェーンテンショナレバー８２は、エンジン本体に対してクランクシャフト１０と平行な回転軸回りに揺動可能に取り付けられ、チェーンテンショナ８１のプランジャに押されることによって第１チェーン８０に押し付けられ、第１チェーン８０のテンションを適切な範囲内となるように調整する。なお、以下説明する他のチェーンテンショナ及びチェーンテンショナレバーもこれらと同様の機能を有する。
チェーンテンショナ８１及びチェーンテンショナレバー８２は、第１チェーン８０の弛み側（被駆動側スプロケットから駆動側スプロケットへ戻る側。第１チェーン８０の場合には下側。）に配置されている。
チェーンガイド８３は、第１チェーン８０に当接し、第１チェーン８０を案内するものである。チェーンガイド８３は、第１チェーン８０の張り側（駆動側スプロケットから被駆動側スプロケットへ行く側。第１チェーン８０の場合には上側。）に配置されている。

第２チェーン９０は、第２クランクスプロケット１２、第１アイドラスプロケット７１、燃料ポンプスプロケット６１に順次巻き掛けられている。
第２チェーン９０の弛み側（右側シリンダ２側）には、チェーンテンショナ９１、チェーンテンショナレバー９２が設けられている。

第３チェーン１００は、第２アイドラスプロケット７２、左側吸気カムスプロケット４１、左側排気カムスプロケット５１に順次巻き掛けられている。
第３チェーン１００の弛み側（上側）には、チェーンテンショナ１０１、チェーンテンショナレバー１０２が設けられ、張り側（下側）には、チェーンガイド１０３が設けられている。

オイルポンプ１１０は、エンジン１の潤滑油を加圧して吐出するものである。
オイルポンプ１１０は、例えば、クランクシャフト１０に固定されたインナロータ及びこのインナロータと連動して回転するアウタロータを有するトロコイドポンプである。
図２、図３に示すように、オイルポンプ１１０は、その内部にクランクシャフト１０が挿入され、第２クランクスプロケット１２と、エンジン前端部側のクランクジャーナル１０ａとの間に配置されている。

ウォーターポンプ１２０は、エンジン１の冷却水を循環させるものである。ウォーターポンプ１２０は、クランクシャフト１０の軸方向から見た位置がクランクシャフト１０と左側排気カムシャフト５０との間における左側シリンダ３の下部に配置されている。

以下、上述した実施例の効果を、以下説明する本発明の比較例の動弁駆動装置と対比して説明する。なお、比較例の説明において、実施例と実質的に同様の箇所については同じ符号を付して説明を省略し、主に相違点について説明する。
図４に示す比較例のエンジン１Ａは、実施例の第１クランクスプロケット１１、第２クランクスプロケット１２、燃料ポンプスプロケット６１、アイドラスプロケット７０、第１チェーン８０、第２チェーン９０、第３チェーン１００に代えて、以下説明するクランクギヤ１３、燃料ポンプギヤ６２、アイドラギヤ１３０、右側チェーン１４０、左側チェーン１５０等を備えている。

クランクギヤ１３は、クランクシャフト１０の前端部近傍に設けられたヘリカルギヤである。
燃料ポンプギヤ６２は、燃料ポンプ６０の入力軸６０ａに固定されたヘリカルギヤである。
アイドラギヤ１３０は、クランクギヤ１３と燃料ポンプギヤ６２との間に設けられ、これらのギヤとそれぞれ噛合し、クランクギヤ１３から燃料ポンプギヤ６２へ動力を伝達するものである。

また、アイドラギヤ１３０の車両前方側には、車両前方側から順に、第１アイドラスプロケット１３１、第２アイドラスプロケット１３２が設けられている。第１アイドラスプロケット１３１、第２アイドラスプロケット１３２は、アイドラギヤ１３０と一体的に回転するよう固定されている。
アイドラギヤ１３０は、例えば、クランクギヤ１３に対して２倍の歯数を有し、第１アイドラスプロケット１３１、第２アイドラスプロケット１３２は、各カムシャフトのスプロケットと同じ歯数を有する。

右側チェーン１４０は、第１アイドラスプロケット１３１、右側排気カムスプロケット３１、右側吸気カムスプロケット２１に巻き掛けられ、これらの間で動力を伝達するものである。右側チェーン１４０には、チェーンテンショナ１４１、チェーンテンショナレバー１４２、チェーンガイド１４３が設けられている。

左側チェーン１５０は、第２アイドラスプロケット１３２、左側吸気カムスプロケット４１、左側排気カムスプロケット５１に巻き掛けられ、これらの間で動力を伝達するものである。左側チェーン１５０には、チェーンテンショナ１５１、チェーンテンショナレバー１５２、チェーンガイド１５３が設けられている。

比較例においては、クランクシャフト１０に設けられるクランクギヤ１３のレイアウト制約上、オイルポンプ１１０はクランクギヤ１３に対してクランクシャフト１０の前端部側に配置されている。（図５、図６参照）

以上説明した比較例においては、アイドラギヤ１３０等のギヤトレーンの重量が大きくなり、エンジン１Ａの重量やコストが増加してしまう。
また、アイドラギヤ１３０においては、同軸上に１つのギヤ及び２枚のスプロケットを配置する必要があることから、動弁駆動装置の軸方向における寸法（厚さ）が大きくなってエンジン１Ａの全長が長くなる。
さらに、クランクギヤ１３のレイアウト制約上、オイルポンプ１１０がエンジン１Ａの前端部側に突出してしまい、エンジン１Ａの全長がよりいっそう長くなって車体設計の自由度を低下させてしまう。

これに対し、実施例においては、燃料ポンプ６０を、第２チェーン９０を用いたチェーン駆動としたことによって、アイドラスプロケット７０を設けた場合であっても、比較例のようなギヤ駆動とした場合よりも動弁駆動装置を軽量化し、コストも低廉にすることができる。さらに、軽量化によってエンジン１の燃料消費率も改善する。
また、各軸ともに最大スプロケット２枚までの構成とすることができるため、動弁駆動装置の軸方向の寸法を小さくし、エンジン１の全長を短縮することができる。
さらに、左側吸気カムシャフト４０及び左側排気カムシャフト５０を、第２アイドラスプロケット７２から第３チェーン１００を用いてチェーン駆動することによって、クランクシャフト１０周囲における第２クランクスプロケット１２の後方側に、左右シリンダのオフセット（バンクオフセット）に起因して形成される空間部を確保することができ、ここにオイルポンプ１１０を収容することによって、クランクシャフト１０前端部のメネジ長さを確保しながらエンジン１の全長をより短縮することができる。これによって、車体設計の自由度が向上する。
また、第２クランクスプロケット１２に対して小径の第１クランクスプロケット１１を、第２クランクスプロケット１２及びオイルポンプ１１０の前方に配置したことによって、各スプロケットへのチェーンの組み付け確認が容易となる。

（変形例）
本発明は、以上説明した実施例に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。
（１）実施例の内燃機関は、例えば、水平対向４気筒ＤＯＨＣのターボディーゼルエンジンであったが、本発明は他種類の内燃機関にも適用することができる。本発明は、例えば、Ｖ型エンジンや６気筒以上の多気筒エンジン、吸排気弁を共通のカムシャフトで駆動するＳＯＨＣエンジン、ディーゼル以外のエンジンにも適用することができる。また、エンジンの搭載方向、搭載位置も特に限定されない。
（２）動弁駆動装置を構成する各要素の形状、構造、配置等は上述した実施例のものに限定されず適宜変更することができる。例えば、各スプロケットの歯数は、各カムシャフトがクランクシャフトの半分の回転数となり、燃料ポンプの回転数が適切となるように適宜設定することができる。また、Ｖ型エンジンの場合には燃料ポンプは左右（前後）バンク内、バンク外のいずれにも配置可能である。

１エンジン（実施例）１Ａエンジン（比較例）
２右側シリンダ３左側シリンダ
１０クランクシャフト１０ａクランクジャーナル
１１第１クランクスプロケット１２第２クランクスプロケット
１３クランクギヤ
２０右側吸気カムシャフト２１右側吸気カムスプロケット
３０右側排気カムシャフト３１右側排気カムスプロケット
４０左側吸気カムシャフト４１左側吸気カムスプロケット
５０左側排気カムシャフト５１左側排気カムスプロケット
６０燃料ポンプ６０ａ入力軸
６１燃料ポンプスプロケット６２燃料ポンプギヤ
７０アイドラスプロケット７１第１アイドラスプロケット
７２第２アイドラスプロケット
８０第１チェーン８１チェーンテンショナ
８２チェーンテンショナレバー８３チェーンガイド
９０第２チェーン９１チェーンテンショナ
９２チェーンテンショナレバー
１００第３チェーン１０１チェーンテンショナ
１０２チェーンテンショナレバー１０３チェーンガイド
１１０オイルポンプ１２０ウォーターポンプ
１３０アイドラギヤ１３１第１アイドラスプロケット
１３２第２アイドラスプロケット
１４０右側チェーン１４１チェーンテンショナ
１４２チェーンテンショナレバー１４３チェーンガイド
１５０左側チェーン１５１チェーンテンショナ
１５２チェーンテンショナレバー１５３チェーンガイド

Claims

複数のシリンダにそれぞれ設けられたシリンダヘッドの動弁を駆動する内燃機関の動弁駆動装置であって、
第１のシリンダに設けられた第１の動弁駆動スプロケットと、
第２のシリンダに設けられた第２の動弁駆動スプロケットと、
燃料ポンプに設けられた燃料ポンプスプロケットと、
クランクシャフトに固定され軸方向に配列された第１のクランクスプロケット及び第２のクランクスプロケットと、
前記第１のクランクスプロケットから前記第１の動弁駆動スプロケットへ動力伝達する第１のチェーンと、
前記第２のクランクスプロケットから前記燃料ポンプスプロケットへ動力伝達する第２のチェーンと、
前記第２のチェーンによって駆動される第１のアイドラスプロケットと、
前記第１のアイドラスプロケットに固定された第２のアイドラスプロケットと、
前記第２のアイドラスプロケットから前記第２の動弁駆動スプロケットへ動力伝達する第３のチェーンと、
前記クランクシャフトが内部に挿入され潤滑油を圧送するオイルポンプとを備え、
前記オイルポンプの少なくとも一部は前記クランクシャフトの軸方向における位置が前記第３のチェーンと重なって配置されること
を特徴とする内燃機関の動弁駆動装置。
前記第１のクランクスプロケット、前記第２のクランクスプロケット、前記オイルポンプを前記クランクシャフトの先端部側から順次配列したこと
を特徴とする請求項１に記載の内燃機関の動弁駆動装置。