JP2005054655A - Ｖ型エンジン - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、簡単かつコスト的な負担が少ない構造で、精密機能部品の耐久信頼性が高められるＶ型エンジンを提供する。
【解決手段】本発明のＶ型エンジンは、エンジン本体５ａの各デッキシリンダ部８をクランク軸１５の回転方向Ａと同一方向へオフセットする。そして、このオフセットによって低い側へずれたエンジン本体５ａのバンク１３ｂの頭上付近に電子式のスロットルバルブ２３や電子式のＥＧＲバルブ２６を配置する構成を採用した。これにより、エンジン本体の中心付近に存在するロール振動中心から、スロットルバルブ２３やＥＧＲバルブ２６までの距離を短くさせて、スロットルバルブ２３やＥＧＲバルブ２６に入力されるロール振動の振幅や振動加速度を低減させた。
【選択図】図１

Description

本発明は、耐振性が限られている精密機能部品のレイアウトを考慮したＶ型エンジンに関する。

多くの乗用車（車両）では、多気筒のエンジンながら搭載性に富むために、Ｖ型エンジンを搭載することが行われている。

Ｖ型エンジンの多くは、Ｖ字状のデッキシリンダ部をもつシリンダブロック、シリンダヘッド、ヘッドカバーを組み合わせた構造が用いられる。そして、各デッキシリンダ部に形成されているシリンダ内をピストンが往復動することで、吸気、圧縮、爆発、排気を繰り返す燃焼サイクルを形成して、得られる動力をクランク軸から出力させるようにしてある。

こうしたＶ型エンジンの多くは、周囲の部品との関係やレイアウトの都合などのために、Ｖ字状に突き出るバンクの頭上付近に、吸気系に組付く電子式のスロットルバルブ、同電子式のＥＧＲバルブなどといった精密機能部品を配置させている。このような精密機能部品は、精密部品や電子部品を用いて構成されているために、耐振性は限られている。このため、外部から入力される大きな振動や衝撃に対しては影響を受けやすい。

ところが、エンジンは、稼動すると、ロール振動が生ずる。Ｖ型エンジンの場合、ロール振動は、バンク根元部間の付近に存在するロール振動中心の周りにロール方向に生ずる。ロール振動の振幅や加速度は、ロール振動中心からの距離に概ね比例する。このため、ロール振動中心から上方に大きく離れたバンク頭上付近に、単純に精密機能部品を配置したのでは、ロール振動によって、精密機能部品の耐久性が低下することがある。

そこで、精密機能部品を現在の設置している地点から下側へ移動させることが考えられる。しかし、精密機能部品は、エンジンの小型化のためやレイアウトの制約のためやエンジン周囲の機器との取合いや、他機器との干渉を避けるためなどの理由から、設置場所を現在のバンク頭上付近に定めており、同設置場所を変更することは難しい。

一方、Ｖ型エンジンでは、シリンダ軸線をクランク軸の中心からオフセットさせる構造を用いて、エンジン全体のコンパクト化を図る技術が提案されている。これは、各デッキシリンダのシリンダ軸線をクランク軸中心からクランク軸の回転方向にオフセットするとともに、各デッキシリンダをシリンダ軸線に沿ってクランク軸中心に寄せることによって、クランク軸中心からシリンダ下端面までの長さ（シリンダの面高さ）を短縮させる技術である（例えば特許文献１を参照）。
特開平３−２８１９０１号公報

この技術の適用により、精密機能部品が配置されるバンク頭上付近の位置をロール振動中心に近付けることが考えられる。しかし、同構造は、各デッキシリンダをシリンダ軸線に沿ってクランク軸中心に寄せるために、エンジンの多く部分に大きな変更が求められる。しかも、各デッキシリンダをシリンダ軸線に沿ってクランク軸中心に寄せると、一方のデッキシリンダのシリンダ下面が他方のデッキシリンダの内部へ入り込んでコンロッドと干渉する不具合があるので、その手立ても必要であり、構造的にも、コスト的にも、かなりの負担が強いられる。

そこで、本発明の目的は、簡単かつコスト的な負担が少ない構造で、精密機能部品の耐久信頼性が高められるＶ型エンジンを提供することにある。

請求項１に記載の発明は、上記目的を達成するために、シリンダ本体は、各バンクをクランク軸の回転方向と同一方向にオフセットした構成とし、オフセットによって低くなる側へずれたバンクの頭上付近に、精密機能部品を配置させる構成を採用した。

請求項２に記載の発明は、さらに最も効果が期待できるよう、精密機能部品はスロットルバルブとした。

請求項３に記載の発明は、さらに最も効果が期待できるよう、精密機能部品はＥＧＲバルブとした。

本発明によれば、各バンクをクランク軸の回転方向と同一方向にオフセットさせるという、簡単でコスト的な負担の少ない構造で、耐振性に限りのある精密機能部品を、エンジン本体の中心付近に存在するロール振動中心から近い地点に配置させることができる。

この結果、精密機能部品に入力されるロール振動の振幅や振動加速度が低減でき、精密機能部品の耐久信頼性の向上を図ることができる。特に耐久信頼性が求められるスロットルバルブ、ＥＧＲバルブなど吸気系に組付く精密機能部品には好適である。

［第１の実施形態］
以下、本発明を図１〜図４に示す第１の実施形態にもとづいて説明する。

図１は、本発明を適用した例えば車両走行用に用いられる多気筒のＶ型エンジン、例えば６気筒のＶ型エンジン５の正断面図、図２は同エンジン５の平面図（図１中のII〜II線から見た図）、図３は同エンジン５の側面図（図１中のIII〜III線から見た図）をそれぞれ示している。

これら各図中５ａは、Ｖ型エンジン５のエンジン本体を示している。同エンジン本体５ａは、図４にも示されるように例えばＶ字状のシリンダブロック、具体的には下部に共通なクランクケース部６を有し、上部に６個のシリンダ７を例えば３個づつ並ぶシリンダ列に振り分けたＶ字状のデッキシリンダ部８を有してなるシリンダブロック９、各デッキシリンダ部８毎にその頭部に搭載されたシリンダヘッド１０、各シリンダヘッド１０毎にその頭部開口を塞ぐように搭載されたロッカカバー１１（カバー部材）、クランクケース部６の下部開口を覆うように装着されたオイルパン１２などといった部品を組み合わせて構成してある。そして、各デッキシリンダ部８、シリンダヘッド１０、ロッカカバー１１の組み合わせから、Ｖの字に突き出るバンク１３ａ，１３ｂを構成している。

またクランクケース部６内には、エンジン全長方向に沿って延びるクランク軸１５が回転自在に支持されている。このクランク軸１５の各部には、コンロッド１６を介して、各シリンダ７に収めてあるピストン１８が回動自在に連結されている。また各シリンダヘッド１０には、シリンダ７毎に例えば、吸・排気弁、吸・排気弁の動弁機構、点火プラグ、インジェクタ（いずれも図示しない）が組込まれていて、ピストン１８、吸・排気弁、点火プラグが所定のタイミングで動作することにより、吸気行程、圧縮行程、爆発行程、排気行程を繰り返す燃焼サイクルが行われるようにしてある。矢印Ａは、この運転時のクランク軸１５の回転方向を示す。

このＶ型エンジン５の各バンク１３ａ，１３ｂが、クランク軸１５の回転方向（矢印Ａ方向）と同じ方向にオフセットしてある。

この点を説明すれば、図４に示されるように通常エンジン（各バンクがオフセットしていないＶ型エンジン）は、各デッキシリンダ部８（バンク１３ａ，１３ｂ）におけるシリンダ７の軸線Ｌ１が、クランク軸１５の軸中心Ｏを通る位置にある。図４中の二点鎖線は、この通常エンジンのバンク１３ａ，１３ｂの外形を示している。オフセットしたＶ型エンジン５は、クランク軸１５の軸中心Ｏからシリンダブロック９のデッキ面までの長さで表わされるデッキ高さＨを保ったまま、各デッキシリンダ部８（バンク１３ａ，１３ｂ）の軸線Ｌ１をクランク軸１５の軸中心Ｏに対してクランク軸１５の回転方向（矢印Ａ方向）と同じ方向へ、矢印Ｂのようにオフセット地点となる軸線Ｌ位置まで平行移動させることによって、各デッキシリンダ部８（バンク１３ａ，１３ｂ）をそのまま（バンク角を保ったまま）クランク軸１５の回転方向と同方向へずらしてある（オフセット）。δはそのときのオフセット量を示している。なお、本実施形態においては、バンク１３ａを構成する複数のシリンダ７の各軸線Ｌは、クランク軸１に平行な平面内に存在する。また、バンク１３ｂについても同様である。なお、両バンク１３ａ，１３ｂのデッキ高さＨは等しく設定されている。

このオフセットにより、クランク回転方向Ａの前側のデッキシリンダ部８（バンク１３ｂ側）は、通常エンジンのときよりもＣ１だけ鉛直方向高さ寸法が低く、後ろ側のデッキシリンダ部８（バンク１３ａ側）は、通常エンジンのときよりもＣ２だけ鉛直方向高さ寸法が高くなり、双方デッキのシリンダヘッド６の高さは、Ｃ（＝Ｃ１＋Ｃ２）となる具合に大きな差がもたらせられる。なお、Ｃ１，Ｃ２は、それぞれＳＩＮ（θ／２）×δを用いれば求まる。但し、θはバンク角を示す。具体的には、例えばバンク角θを６０°とすると、大まかにはオフセット量δと等しい値でデッキシリンダ部４の鉛直方向高さが変化する。

このオフセットしたバンク１３ａ，１３ｂを利用して、図１〜図３に示されるように吸気系２０が組付けてある。

ここで、吸気系２０には、例えばバンク１３ａ，１３ｂ間の開放部１４の上側を覆い隠すようにサージタンク２２を配置したタイプが用いてある。同タイプを説明すると、サージタンク２２の下部には、複数の枝状の吸気マニホールド２１が形成されている。またサージタンク２２の一部、例えばバンク１３ｂ側のサージタンク２２の側部中央には、図２および図３に示されるように入口管部２２ａが形成されている。そして、各吸気マニホールド２１が、各バンク１３ａ，１３ｂの内方側（向き合う側）に有る各シリンダヘッド１０の吸気口（図示しない）に接続される。また図２および図３に示されるように入口管部２２ａは、バンク１３ｂの頭上（直上）をシリンダ列方向（シリンダが並ぶ方向）に沿ってエンジン後部へ延びている。この入口管部２２ａの端部は、通常エンジン（各バンクがオフセットしていないＶ型エンジン）と同様、バンク１３ｂの後部端から、若干、張り出させてある。そして、この入口管部２２ａの端部（入口）に、通常エンジン（各バンクがオフセットしていないＶ型エンジン）と同様、スロットルバルブ（本願の精密機能部品に相当）、例えば電子式のスロットルバルブ２３が接続してある。つまり、通常エンジンのときと同じレイアウトのままで、バンク１３ｂの頭上付近に電子式のスロットルバルブ２３は配置される。この接続により、燃焼に必要な空気が、スロットルバルブ２３、サージタンク２２、吸気マニホールド２１を通じて、燃焼室へ吸入されるようにしている。なお、スロットルバルブ２３だけを入口管部２２ａに対して鉛直方向に移動させることにより、スロットルバルブ２３を後述のロール振動中心Ｇに近付けることも考えられる。しかし、入口管部２２ａのスロットルバルブ２３の接続箇所近傍を急激に曲げる必要が生じ、吸気抵抗の増大を招いて好ましくない。

また図２および図３に示されるように電子スロットルバルブ２３の下流側、例えば入口管部２２ａには、Ｖ型エンジン５から排出された排出ガスを吸気側へ還流させるためのＥＧＲ系２４が接続されている。このＥＧＲ系２４には、通常エンジン（各バンクがオフセットしていないＶ型エンジン）と同様、エンジン本体５ａの排気系（図示せず）と入口管部２２ａとの間をバイパスするＥＧＲ通路２５と、ＥＧＲ通路２５の出口、例えば入口管部２２ａの周壁に形成された出口ポート（図示しない）に接続した例えばソレノイドを用いた電子式のＥＧＲバルブ２６（本願の精密機能部品に相当）とを組み合わせた構造が用いてある。つまり、排出ガスが、ＥＧＲ通路２５、ＥＧＲバルブ２６を通じて、吸気系に戻せるようにしている。

これにより、耐振性に限りがあるスロットルバルブ２３、ＥＧＲバルブ２６（いずれも精密機能部品）は、いずれも通常エンジンのときと同じレイアウトのまま、すなわちバンク１３ｂの頭上端方から張り出るレイアウトのままで、オフセットで低くなったバンク１３ｂを利用して、エンジン稼動で発生するエンジン本体５ａのロール振動の中心、すなわちエンジン本体５ａを正面から見たときエンジン中心の付近に存在するロール振動中心Ｇから、できるだけ近い地点に配置される。これにより、困難とされているスロットルバルブ位置やＥＧＲバルブ位置の変更を強いることなく、図１に示されるようにスロットルバルブ２３からロール振動中心Ｇまでの距離Ｒを、通常エンジンに比べて短くすることができる。むろん、ＥＧＲバルブ２６からロール振動中心Ｇまでの距離Ｒも、通常エンジンに比べて短くなる。

それ故、オフセットを利用した簡単な構造で、スロットルバルブ２３やＦＧＲバルブ２６に入力されるロール振動中心Ｇを中心としたロール振動の振幅やロール振動の振動加速度を低減でき、スロットルバルブ２３やＥＧＲバルブ２６の耐久信頼性の向上を図ることができる。特に、耐振性が限られている電子式のスロットルバルブ２３や電子式のＥＧＲバルブ２６に対しては有効である。またシリンダ７の軸線Ｌは、クランク軸１５の回転方向（矢印Ａ方向）と同一方向にオフセットされているため、ピストン１８が爆発行程において受けるスラスト力が軽減されるという公知の効果も得られる。

［第２の実施形態］
図５は、本発明の第２の実施形態を示す。

本実施形態は、第１の実施形態とは異なるレイアウトの吸気系３０を用いた例を示す。この吸気系３０は、サージタンク２２を、オフセットにより高くなったバンク１３ａの頭上に配置し、サージタンク２２の入口管部２２ａを、シリンダ列方向とは交差する方向から、オフセットにより低くなったバンク１３ｂの頭上に配置し、この頭上に配置された入口管部端に電子式のスロットルバルブ２３を接続した構造である。

このようなバンク１３ｂの頭上にスロットルバルブ２３が配置される吸気系３０でも、第１の実施形態と同様、通常エンジンのときと同じレイアウトのままで、オフセットで低くなったバンク１３ｂを利用して、スロットルバルブ２３からロール振動中心Ｇまでの距離Ｒを、通常エンジンに比べて短くすることができる。

但し、第２の実施形態において、第１の実施形態と同じ部分には同一符号を附してその説明を省略した。

［第３の実施形態］
図６は、本発明の第３の実施形態を示す。

本実施形態は、第１、第２の実施形態とは異なるレイアウトの吸気系３１を用いた例を示す。この吸気系３１は、サージタンク２２を、オフセットにより低くなったバンク１３ｂの頭上に配置し、このサージタンク２２の側部に形成された入口ポート（図示しない）に電子式のスロットルバルブ２３を接続した構造である。

このようなバンク１３ｂの頭上側方から張り出るようにスロットルバルブ２３が配置される吸気系３１でも、第１の実施形態と同様、通常エンジンのときと同じレイアウトのままで、オフセットで低くなったバンク１３ｂを利用して、スロットルバルブ２３からロール振動中心Ｇまでの距離Ｒを、通常エンジンに比べて短くすることができる。

但し、第３の実施形態において、第１の実施形態と同じ部分には同一符号を附してその説明を省略した。

なお、本発明は上述した第１〜３の実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施しても構わない。例えば上述した実施形態は、左右のバンク共、同オフセット量でオフセットしたが、エンジン性能に影響を与えない範囲内で、双方のオフセット量を異ならせても構わない。

本発明の第１の実施形態のＶ型エンジンを示す正断面図。 図１中II〜II線に沿うＶ型エンジンの平面図。 図１中III〜III線に沿うＶ型エンジンの側面図。 そのＶ型エンジンの各バンクにおけるオフセットを説明するための断面図。 本発明の第２の実施形態の要部を示す断面図。 本発明の第３の実施形態の要部を示す断面図。

符号の説明

５…Ｖ型エンジン、５ａ…エンジン本体、１３ａ，１３ｂ…バンク、１５…クランク軸、２１…吸気マニホールド、２２…サージタンク、２３，２６…電子式のスロットルバルブ，電子式のＥＧＲバルブ（精密機能部品）、Ｌ…シリンダの軸線、Ｏ…クランク軸の軸中心。

Claims (3)

1. シリンダの振り分けによりＶ字状に突き出るバンクが形成されたエンジン本体を有するＶ型エンジンであって、
   前記エンジン本体は、各バンクをクランク軸の回転方向と同一方向にオフセットして構成され、
   前記オフセットによって低い側へずれた前記バンクの頭上付近に、精密機能部品を配置させる
   ことを特徴とするＶ型エンジン。
2. 前記精密機能部品は、スロットルバルブであることを特徴とする請求項１に記載のＶ型エンジン。
3. 前記精密機能部品は、ＥＧＲバルブであることを特徴とする請求項１に記載のＶ型エンジン。

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