JP6136139B2 - エンジン - Google Patents

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Description

本発明は、車両などに用いられるエンジンに関し、特に排気マニホールドと呼ばれる排気集合通路をシリンダヘッドに一体に形成したエンジンに好適なものである。
このような排気集合通路をシリンダヘッドに一体化したものとしては、例えば下記特許文献1に記載されるものがある。また、下記特許文献2では、シリンダヘッドに形成された排気ポートをシリンダヘッド内で集合させることが記載されている。
特開2008−208738号公報 特開2009−74510号公報
ところで、一般にエンジンの周囲には種々の補機が配置される。中でも、エンジンの回転力によって駆動される補機、例えばベルトで駆動される補機はエンジンに近い位置に配置する必要がある。しかしながら、前記特許文献1のように、単にシリンダヘッドと排気マニホールドを一体化した場合には、排気マニホールドに相当する部分がシリンダヘッド本体から膨出し、その膨出部がベルト駆動補機と干渉するために当該ベルト駆動補機をエンジンから離れた場所に配置しなければならない可能性がある。つまり、補機を含めたエンジン全体の小型化が阻害される。
本発明は、上記のような問題点に着目してなされたものであり、排気ポートを集合させた集合通路をシリンダヘッド内に形成しながら補機を含めたエンジン全体の小型化が可能で、排気ポートの通路抵抗を低減することができるエンジンを提供することを目的とするものである。
上記課題を解決するために、発明の実施態様は、直列に配置された複数の気筒と、気筒列方向に沿って第1燃焼室および第2燃焼室が隣設して形成され、気筒列方向と直交する方向で前記第1燃焼室の外側に外壁が形成されたシリンダヘッドと、気筒列方向と直交する方向で前記外壁に近接して配置され、ベルトを介して駆動される補機と、を有するエンジンであって、前記補機は、気筒列方と直交する方向から前記エンジンを見た場合、前記シリンダヘッドと同じ高さ位置で、且つ気筒列方向で前記第1燃焼室と重なる位置に配置され、前記シリンダヘッドは、前記補機の気筒列方向の側方で、且つ前記第2燃焼室と対向した位置に前記外壁から気筒列方向に直交する方向に膨出する膨出部を備え、前記シリンダヘッドに、前記第1燃焼室から前記外壁よりも内側で前記第1燃焼室と前記第2燃焼室とで挟まれる区間を通過し、前記第2燃焼室と前記膨出部との間へ延びる第1排気ポートと、前記第2燃焼室から気筒列方向と直交する方向に延びる第2排気ポートと、前記膨出部の内部に形成され、前記第1排気ポートの下流側と前記第2排気ポートの下流側とが集合される集合通路と、を備えたことを特徴とするエンジンである。
また、前記補機は、気筒列方向で前記集合通路に隣設して配置され、前記第1燃焼室及び前記第2燃焼室の夫々には、前記第1燃焼室及び前記第2燃焼室の夫々の中心に対して気筒列方向で前記補機から離れる方向に偏移させた排気口が形成され、前記第1排気ポートは、前記第1燃焼室の前記排気口と前記集合通路とを連絡し、その通路上流側と下流側とが互いに逆向きに湾曲されるように延びており、前記第2排気ポートは、前記第2燃焼室の排気口と前記集合通路とを連絡するように延びていることを特徴とするエンジンである。
本発明の実施態様によれば、第1、第2排気ポートをシリンダヘッド内に形成しながら補機を含めたエンジン全体の小型化が可能となる。
本発明の排気装置が適用されたエンジンの一実施形態を示す斜視図である。 図1のエンジンの正面図である。 図1のエンジンの左側面図である。 図1のエンジンの縦断面図である。 図1のエンジンのシリンダヘッドの横断面図である。 図1のエンジンの排気ポートの形状を示す縦断面図である。
次に、本発明のエンジンの一実施形態について図面を参照しながら説明する。図1は、本実施形態のエンジンの外観を示す斜視図、図2は、図1のエンジンの正面図、図3は、図1のエンジンの左側面図、図4は、図1のエンジンの縦断面図、図5は、図1のエンジンのシリンダヘッドの横断面図、図6は、図1のエンジンの排気ポートの形状を示す縦断面図である。本実施形態のエンジンは、シリンダヘッド、シリンダ、及びクランクケースの上半部が一体化されたモノブロックエンジンである。このモノブロックエンジンは、例えば自動二輪車や四輪自動車といった車両や、発電機などの機器に搭載される直列2気筒エンジンであり、種々の向きに搭載される場合があるが、凡そ図1のように搭載されるので、この図1の上方をエンジンの上方と定義する。また、図中の「前」及び「左」の矢印は、夫々、クランク軸方向で変速機の取付部と反対側が「前」、排気管の取付側が「左」を示す。
本実施形態のモノブロックエンジンは、モノブロックであるから、一般的に称呼されるシリンダヘッド2、シリンダ3、アッパクランクケース(クランクケース上半部)4が一体化されてエンジンブロック主要部1となっている。このエンジンブロック主要部1は、例えばアルミニウムのダイカスト製部品である。エンジンブロック主要部1のシリンダ3にはシリンダボア5が形成され、シリンダヘッド2にはカム軸6を始めとする動弁機構が配置され、アッパクランクケース4にはクランク軸7が配置される。シリンダヘッド2の上方にはヘッドカバー8が取付けられ、アッパクランクケース4の下方にはロアクランクケース(クランクケース下半部)9が取付けられ、全体でモノブロックエンジンが構成される。なお、図1中の符号Aはシリンダヘッド2とヘッドカバー8の接合面、符号Bはアッパクランクケース4とロアクランクケース9の接合面を示す。また、ロアクランクケース9はオイルパンを兼ねる。
シリンダボア5の上端部に相当するシリンダヘッド2の下端部には燃焼室10a、10bが形成されている。燃焼室10a、10bには吸気ポート11及び排気ポート12a、12bが接続され、吸気ポート11及び排気ポート12a、12bの燃焼室10a、10b側端部、つまり吸気口及び排気口に夫々バルブシート13が設けられている。また、吸気ポート11及び排気ポート12a、12bの夫々にはバルブステムガイド14が取付けられ、夫々のバルブステムガイド14に吸気バルブ15及び排気バルブ16のバルブステムが差し込まれている。また、吸気バルブ15及び排気バルブ16のバルブフェースと反対側の端部、つまりバルブステムエンド側には、リテーナ及びコッターを介してバルブスプリング17が取付けられている。また、燃焼室10a、10bには点火プラグ51が取付けられている。
カム軸6は、カムジャーナル18がベアリング19を介してシリンダヘッド2とヘッドカバー8に回転自在に支持されている。カムジャーナル18は、2つの燃焼室10の夫々の中央部の真上に位置し、夫々のカムジャーナル18の両側には吸気カム20及び排気カム21が設けられている。吸気カム20と吸気バルブ15のバルブステムエンドの間、及び排気カム21と排気バルブ16のバルブステムエンドの間の夫々にはローラ付きロッカアーム22が介装され、各ローラ付きロッカアーム22とシリンダヘッド2の間には油圧ラッシュアジャスタ23が介装されている。
本実施形態では、吸気バルブ15の軸線及び排気バルブ16の軸線が、図4の鉛直線、つまりシリンダボア5の軸線(中心線)5CLに対して、バルブステムエンド側が開くように、放射状に傾斜している。これは、バルブシート13のシート面加工を容易にするためでもある。なお、吸気カム20及び排気カム21の夫々のカム面やローラ付きロッカアーム22のカム接触面及びバルブステムエンド接触面は、全て吸気バルブ15の軸線及び排気バルブ16の軸線と直交するように、つまり接触面同士が平面接触するように形成されている。また、本実施形態では、気筒列と直交する方向から見た場合、排気ポート12a、12bのバルブシート13に隣接するポート部及び各排気口を開閉する排気バルブ16の中心軸16CLを夫々各気筒の中心軸5CLに対して燃焼室10a、10bから離れる側が後述する集合通路側になるように傾斜させた。これにより各排気ポート12a、12bを短くすることができると共に通路抵抗を低減することが可能となる。
各シリンダボア5内にはピストン24が収納されている。ピストン24は、クランク軸7のクランクピン25とコネクティングロッド(コンロッド)26で連結されている。クランク軸7は、クランクジャーナル27がベアリングメタル28を介してアッパクランクケース4及びロアクランクケース9に回転自在に支持されている。周知のように、燃焼室10内の混合気の燃焼・爆発に伴ってピストン24がシリンダボア5内を往復すると、その往復運動がクランク軸7の回転運動として取り出される。なお、本実施形態のモノブロックエンジンは2気筒エンジンであるので燃焼サイクルに伴う一次振動が大きく、それを抑制するため、図示しないバランサ軸が、例えば図1、図2の符号52の部分に収納されている。バランサ軸52は、周知のように、クランク軸7と同じ重さでバランスが逆になっている。バランサ軸52は、図示しないギヤによってクランク軸7に連結されており、クランク軸7と逆方向に回転する。そのため、図1、図2に示す駆動プーリ53は、バランサ軸52と共に図2の反時計回り方向に回転する。
周知のように、4サイクルエンジンでは、カム軸6は、クランク軸7の回転速度の1/2の回転速度比で且つクランク軸7の回転角度に対して所定の位相で回転する必要がある。そのため、クランク軸7の駆動力をカム軸6に伝達するカム軸駆動機構が必要となる。本実施形態では、このカム軸駆動機構に、ベベルギヤと中間軸を用いる。中間軸29は、軸線がカム軸6の軸線及びクランク軸7の軸線と直交するように、つまり軸線を上下方向に向けて配置され、それを回転自在に支持するベアリング(軸受)19と共に、エンジンブロック主要部1と一体形成された円筒状の収納部31内に収納される。図1、図5に示すように、収納部31は、内部が中空の円筒部をエンジンブロック主要部1に付け足した形で形成されている。
例えば、図4に示すように、クランク軸7の図示左方端部には当該クランク軸7と一体に第1ベベルギヤ32が取付けられ、従って当該クランク軸7と第1ベベルギヤ32は同期回転する。また、中間軸29の下端部には、前記第1ベベルギヤ32と噛み合う第2ベベルギヤ33がボルトによって当該中間軸29と一体に取付けられている。また、中間軸29の上端部には、中間軸29と個別の第3ベベルギヤ34がボルトによって当該中間軸29に一体に取付けられている。また、カム軸6の図示左方端部には、前記第3ベベルギヤ34と噛み合う第4ベベルギヤ35がボルトによって当該カム軸6と一体に取付けられ、従って当該カム軸6と第4ベベルギヤ35は同期回転する。なお、第1ベベルギヤ32と第2ベベルギヤ33のギヤ比は1であり、第3ベベルギヤ34と第4ベベルギヤ35のギヤ比は2であり、その結果、カム軸6はクランク軸7の回転速度の1/2の回転速度比で回転する。
収納部31のうち、中間軸29の下端部の第2ベベルギヤ33の上方には段差部が形成され、この段差部に円板状のプレート30が置かれ、その上方にオイルポンプケース36が搭載されている。オイルポンプケース36のプレート30に向かい合う下端部にはオイルポンプハウジングが形成され、オイルポンプの構成部材であるアウタロータ37及びインナロータ38が収納されている。このうち、インナロータ38は中間軸29で回転され、これらにより例えばトロコイド型のオイルポンプ39が構成される。また、オイルポンプケース36の上方には、更にウオーターポンプケース54が搭載され、ウオーターポンプケース54のオイルポンプケース36に向かい合う下端部にはウオーターポンプハウジングが形成され、ウオーターポンプの構成部材であるインペラ55が収納されている。インペラ55は中間軸29で回転され、これらによりウオーターポンプ56が構成される。
以上が、所謂エンジン主機の構成であるが、例えば本実施形態のモノブロックエンジンを車両用エンジンとして用いる場合には、吸気系、排気系、点火系などの主機以外の補機類を取付けてはじめて車両用エンジンとして成立する。そのため、前記吸気ポート11には、夫々、個別の吸気管57が接続され、それら吸気管57の吸気方向先方には吸気マニホールド58が接続されている。また、前記排気ポート12a、12bは、エンジンブロック主要部1のシリンダヘッド2部分で集合して集合通路59が形成され、その集合通路59に、エンジンブロック主要部1とは個別の排気管60が接続され、排気管60の途中には触媒コンバータ61が介装されている。
前記バランサ軸52の上方には、エアコンプレッサ62が配置され、更にその上方には、オルタネータ63が配置されている。そして、オルタネータ63にも、エアコンプレッサ62にも、被駆動プーリ65が取付けられている。また、バランサ軸52の下方にはテンショナプーリ64が配置され、駆動プーリ53、エアコンプレッサ62の被駆動プーリ65、オルタネータ63の被駆動プーリ65、テンショナプーリ64の順にベルト66が巻回されている。本実施形態のベルトレイアウトでは、駆動プーリ53だけがベルト66の外周面に接触し、2つの被駆動プーリ65、及びテンショナプーリ64はベルト66の内周面に接触している。従って、前述のように駆動プーリ53が反時計回り方向に回転すると、被駆動プーリ65、即ちオルタネータ63やエアコンプレッサ62は時計回り方向に回転し、テンショナプーリ64も時計回り方向に回転する。なお、図中の符号67はオイルフィルタ、符号68はスタータである。
本実施形態では、ベルト66で駆動されるオルタネータ63は、エンジンブロック主要部1のシリンダヘッド2の高さ位置に配置される。また、本実施形態では、気筒列の端部に中間軸29やベベルギヤを収納する収納部31が設けられているため、オルタネータ63は、当該収納部31に最も近い、気筒列端部の第1燃焼室10aに対して気筒列と直交する方向で側方に位置している。この第1燃焼室10aの隣の燃焼室を第2燃焼室10bとする。例えば図6に明示するように、本実施形態では、各燃焼室10a、10bの排気口、つまり排気ポート12a、12bのバルブシート13は、各燃焼室10a、10bの夫々の中心に対して気筒列方向でオルタネータ63から離れる方向に偏移している。
また、第2燃焼室10bの側方でシリンダヘッド2から気筒列と直交する方向に膨出する膨出部69が形成され、この膨出部69内に集合通路59が形成されている。その結果、第2燃焼室10bの第2排気ポート12bは集合通路59に連続するために、気筒列と直交する方向に延長され、その第2排気ポート12bの下流側に配置される膨出部69の内部に集合通路59が形成されている。なお、集合通路59には第1燃焼室10aの第1排気ポート12aも集合している。
本実施形態では、シリンダヘッド2とシリンダ3をモノブロック化してエンジンブロック主要部1としている。通常のエンジンではシリンダヘッド2をシリンダ3に固定するためのヘッドボルトを必要とするが、本実施形態ではヘッドボルトが不要である。そのため、例えば排気ポートをシリンダヘッド2内で自由にレイアウトすることができる。そこで、本実施形態では、エンジンを気筒中心軸方向から見た場合に、第1排気ポート12aを通路の上流側と下流側とが互いに逆向きなるようにS字状に湾曲させ、オルタネータ63と対向する区間では、第1排気ポート12aが気筒列直交方向で第1燃焼室10aの外側に配置されるシリンダヘッド2の外壁70よりも内側を通過するようにした。そのため、集合通路59を内蔵する膨出部69をオルタネータ63から離れる方向に配置し、オルタネータ63はシリンダヘッド2に接近させることが可能となる。また、第2排気ポート12bは直線的な通路にて集合通路59に接続し、第1排気ポート12aも緩やかに湾曲して集合通路59に集合するので、各排気ポート12a、12bの通路抵抗も低減する。
このように本実施形態のエンジンの排気装置では、複数の気筒を直列に配置したエンジンの排気装置において、シリンダヘッド2は燃焼室10a、10b、夫々、1つ当たり1個の排気ポート12a、12bを有する構造であるため、排気ポート12a、12b及び集合通路59がシリンダヘッド2内にしめる容積を減少させることができる。このため、排気ポート12a、12bの通路形状を自由に設定できると共に、シリンダヘッド2の膨出部69がシリンダヘッド2外に膨出する量を減少することができる。また、第1燃焼室10a及び第2燃焼室10bの排気口を各燃焼室10a、10bの中心に対して気筒列方向でオルタネータ63から離れる方向に偏移すると共に、第2燃焼室10bの側方に膨出部69を配置して第2燃焼室10bに連絡する第2排気ポート12bの下流側を気筒列と直交する方向であり、且つ膨出部69の側に延長し、その第2排気ポート12bの延長された下流側に配置される膨出部69内に集合通路59を配置する。そのため、少なくとも第2燃焼室10bの排気口と集合通路59の間を連絡する第2排気ポート12bの長さを短縮して膨出部69を小型化でき、且つ第2排気ポート12bの通路抵抗を低減することができる。更に、第1燃焼室10aの第1排気ポート12aを、気筒中心軸方向から見た場合に気筒列と直交する方向で少なくともオルタネータ63に対向する区間においては第1燃焼室10aの外側に位置するシリンダヘッド2の外壁70よりも内側を通過するようにその通路の上流側と下流側とが互いに逆向きなるようにS字状に湾曲した。これにより、第1排気ポート12aを第1燃焼室10a寄りに配置して膨張部69を小型化することができ、その分だけ、オルタネータ63をシリンダヘッド2の近くに配置することができる。そして、以上より、膨張部69や排気ポート12a、12bに邪魔されずにオルタネータ63をシリンダヘッド2に近づけて配置できるため、エンジンの小型化が図れる。また、排気ポート12a、12b及び集合通路59の通路長さを従来に対して短くすることができ、排気ポート12a、12b及び集合通路59における通気抵抗を低減できる。
また、気筒列と直交する方向から見た場合、第1排気ポート12a及び第2排気ポート12bのバルブシート13に隣接するポート部及び各排気口を開閉する排気バルブ16の中心軸16CLを夫々各気筒の中心軸5CLに対して燃焼室10a、10bから離れる側が集合通路59側に近づくように傾斜させた。これにより、排気ポート12a、12bの長さを従来よりも短くでき、且つ排気ポート12a、12bの湾曲具合を減少させることができ、排気ポート12a、12bの通路抵抗を低減できる。
また、気筒列方向の長さが比較的短く、集合通路が補機の側方に配置されることが多い二気筒エンジンにおいても、上記構造を適用すればオルタネータ63をエンジンに近づけ、エンジンを小型化でき、且つ排気ポート12a、12bの通路抵抗を低減できる。
1はエンジンブロック主要部
2はシリンダヘッド
3はシリンダ
4はアッパクランクケース(クランクケース上半部)
5はシリンダボア
6はカム軸
7はクランク軸
8はヘッドカバー
9はロアクランクケース
10a、10bは燃焼室
11は吸気ポート
12a、12bは排気ポート
13はバルブシート
14はバルブステムガイド
15は吸気バルブ
16は排気バルブ
17はバルブスプリング
18はカムジャーナル
19はベアリング
20は吸気カム
21は排気カム
22はローラ付きロッカアーム
23は油圧ラッシュアジャスタ
24はピストン
25はクランクピン
26はコネクティングロッド
27はクランクジャーナル
28はベアリングメタル
29は中間軸
30はプレート
31は収納部
32は第1ベベルギヤ
33は第2ベベルギヤ
34は第3ベベルギヤ
35は第4ベベルギヤ
36はオイルポンプケース
37はアウタロータ
38はインナロータ
39はオイルポンプ
51は点火プラグ
52はバランサ軸
53は駆動プーリ
54はウオーターポンプケース
55はインペラ
56はウオーターポンプ
57は吸気管
58は吸気マニホールド
59は集合通路
60は排気管
61は触媒コンバータ
62はエアコンプレッサ
63はオルタネータ
64はテンショナプーリ
65は被駆動プーリ
66はベルト
67はオイルフィルタ
68はスタータ
69は膨出部
70は外壁

Claims (2)

  1. 直列に配置された複数の気筒と、
    気筒列方向に沿って第1燃焼室および第2燃焼室が隣設して形成され、気筒列方向と直交する方向で前記第1燃焼室の外側に外壁が形成されたシリンダヘッドと、
    気筒列方向と直交する方向で前記外壁に近接して配置され、ベルトを介して駆動される補機と、を有するエンジンであって、
    前記補機は、気筒列方と直交する方向から前記エンジンを見た場合、前記シリンダヘッドと同じ高さ位置で、且つ気筒列方向で前記第1燃焼室と重なる位置に配置され、
    前記シリンダヘッドは、前記補機の気筒列方向の側方で、且つ前記第2燃焼室と対向した位置に前記外壁から気筒列方向に直交する方向に膨出する膨出部を備え、
    前記シリンダヘッドに、
    前記第1燃焼室から前記外壁よりも内側で前記第1燃焼室と前記第2燃焼室とで挟まれる区間を通過し、前記第2燃焼室と前記膨出部との間へ延びる第1排気ポートと、
    前記第2燃焼室から気筒列方向と直交する方向に延びる第2排気ポートと、
    前記膨出部の内部に形成され、前記第1排気ポートの下流側と前記第2排気ポートの下流側とが集合される集合通路と、を備えた
    ことを特徴とするエンジン。
  2. 前記補機は、気筒列方向で前記集合通路に隣設して配置され、
    前記第1燃焼室及び前記第2燃焼室の夫々には、前記第1燃焼室及び前記第2燃焼室の夫々の中心に対して気筒列方向で前記補機から離れる方向に偏移させた排気口が形成され、
    前記第1排気ポートは、前記第1燃焼室の前記排気口と前記集合通路とを連絡し、その通路上流側と下流側とが互いに逆向きに湾曲されるように延びており、
    前記第2排気ポートは、前記第2燃焼室の排気口と前記集合通路とを連絡するように延びていることを特徴とする請求項1に記載にエンジン。
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