JP2010059854A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】車体への搭載性を損なうことなく、可変させたい吸気バルブ或いは排気バルブの開閉タイミングを可変動弁装置により確実に可変させることの可能な内燃機関を提供する。
【解決手段】クランクシャフト(10)の回転を吸気カムシャフト(20)及び排気カムシャフト(30)のいずれか一方に伝達する第１伝達手段(40)と、吸気カムシャフト及び排気カムシャフトの上記いずれか一方に設けられ、吸気カムシャフト及び排気カムシャフトのいずれか他方の回転位相を可変させるよう作動する可変動弁装置(50)と、吸気カムシャフト及び排気カムシャフトの上記いずれか一方の回転とともに可変動弁装置の作動を吸気カムシャフト及び排気カムシャフトの上記いずれか他方に伝達する第２伝達手段(60)とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関に係り、詳しくは可変動弁装置の配置を最適化する技術に関する。

近年、車両に搭載されたエンジン（内燃機関）の低中速低負荷域及び高速高負荷域の双方の出力性能の向上を図ることを目的として、吸気バルブ或いは排気バルブの開閉タイミングを可変させることの可能な可変動弁装置が開発され実用化されている。

可変動弁装置としては、エンジン回転に応じて回転する吸気カムシャフト或いは排気カムシャフトとカムスプロケット間、即ちカムシャフトとクランクシャフト間の回転位相角を所定範囲内で連続的に変更することで吸気バルブ或いは排気バルブの開閉タイミングを可変制御可能な可変バルブタイミング（バリアブル・バルブ・タイミング；ＶＶＴ）装置が知られている。

そして最近では、例えばダブルオーバヘッドカムシャフト（ＤＯＨＣ）型エンジンに関し、排気カムシャフトの一端に駆動用プーリを設けてクランクシャフトからのエンジン回転を伝達し、排気カムシャフトから吸気カムシャフトへ連結ギヤを介して当該回転を伝達するよう構成した動弁装置が開発されており、この場合において、可変バルブタイミング装置を排気カムシャフトの上記一端側に設け、吸気カムシャフトはクランクシャフトと同期させたまま排気カムシャフトだけ回転位相を可変させるようにした技術が公知である（特許文献１）。
特許第２８７８２５２号公報

ところで、可変バルブタイミング装置を排気カムシャフトや吸気カムシャフトの一端側に設ける構造では、一般に可変バルブタイミング装置が外方に突出するような構造とならざるを得ず、エンジンを車体に搭載する際、可変バルブタイミング装置が他の部材（例えば、エンジンマウント部材）と干渉する等して搭載の障害となり、エンジンの車体への搭載性が損なわれることがある。

例えば、上記特許文献１では、可変バルブタイミング装置を排気カムシャフトの一端側に設けるようにしているが、可変バルブタイミング装置の周辺に他の部材があると、可変バルブタイミング装置を当該他の部材と干渉しないようにエンジンを車体に搭載する必要が生じ、エンジンのレイアウトを最適なものにできないおそれがある。
この問題は、可変バルブタイミング装置を吸気カムシャフトの一端側に設ける場合も同様であり、特にエンジンを車幅方向に横置きする車両では、エンジンのトルクロール軸との関係から吸気カムシャフトの一端側近傍にエンジンマウント部材を配設することが多いため、可変バルブタイミング装置を吸気カムシャフトの一端側に設けると可変バルブタイミング装置と当該エンジンマウント部材とが極めて干渉し易く、顕著である。

このようなことから、この問題は、一方で、排気バルブ或いは吸気バルブの開閉タイミングを可変させたいにも拘わらず、可変バルブタイミング装置を排気カムシャフト或いは吸気カムシャフトの一端側に設けることができず、排気バルブ或いは吸気バルブの開閉タイミングを可変させることができないといった事態を招くことになり、好ましいことではない。

本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、車体への搭載性を損なうことなく、可変させたい吸気バルブ或いは排気バルブの開閉タイミングを可変動弁装置により確実に可変させることの可能な内燃機関を提供することにある。

上記した目的を達成するために、請求項１の内燃機関は、クランクシャフトと、吸気バルブを開閉するカムを有した吸気カムシャフトと、排気バルブを開閉するカムを有した排気カムシャフトと、前記クランクシャフトの回転を前記吸気カムシャフト及び前記排気カムシャフトのいずれか一方に伝達する第１伝達手段と、前記吸気カムシャフト及び前記排気カムシャフトの前記いずれか一方に設けられ、前記吸気カムシャフト及び前記排気カムシャフトのいずれか他方の回転位相を可変させるよう作動する可変動弁装置と、前記吸気カムシャフト及び前記排気カムシャフトの前記いずれか一方の回転とともに前記可変動弁装置の作動を前記吸気カムシャフト及び前記排気カムシャフトの前記いずれか他方に伝達する第２伝達手段とを備えたことを特徴とする。

また、請求項２の内燃機関では、請求項１において、前記第１伝達手段は、無端状のチェーンまたはベルトであって、前記クランクシャフトと前記吸気カムシャフト及び前記排気カムシャフトの少なくとも前記いずれか一方とに掛け渡されており、前記クランクシャフトの回転を該いずれか一方にのみ伝達することを特徴とする。
また、請求項３の内燃機関では、請求項２において、前記無端状のチェーンまたはベルトは、前記クランクシャフトと前記吸気カムシャフト及び前記排気カムシャフトとの両方に掛け渡されており、前記吸気カムシャフト及び前記排気カムシャフトの前記いずれか他方には、前記クランクシャフトの回転を前記無端状のチェーンまたはベルトを介しては該いずれか他方に伝達しない非伝達手段を有することを特徴とする。

また、請求項４の内燃機関では、請求項３において、前記非伝達手段は、遊び車であることを特徴とする。
また、請求項５の内燃機関では、請求項１乃至４のいずれかにおいて、前記吸気カムシャフト及び前記排気カムシャフトの前記いずれか一方は前記排気カムシャフトであり、前記いずれか他方は前記吸気カムシャフトであることを特徴とする。

請求項１の内燃機関によれば、クランクシャフトの回転が第１伝達手段により吸気カムシャフト及び排気カムシャフトのいずれか一方に伝達され、当該いずれか一方の回転は第２伝達手段により吸気カムシャフト及び排気カムシャフトのいずれか他方に伝達されるが、この際、吸気カムシャフト及び排気カムシャフトのいずれか一方に設けられた可変動弁装置の作動が第２伝達手段により当該いずれか一方の回転とともに吸気カムシャフト及び排気カムシャフトのいずれか他方に伝達され、当該いずれか他方の回転位相が適宜可変操作される。

従って、例えば吸気カムシャフト及び排気カムシャフトのいずれか他方に車体への搭載性にかかわるような設置スペース上の制約があって可変動弁装置を設けることができない場合であっても、吸気カムシャフト及び排気カムシャフトのいずれか一方に当該いずれか他方用の可変動弁装置を設けることで、当該可変動弁装置の作動を第２伝達手段によって吸気カムシャフト及び排気カムシャフトのいずれか他方へ伝達することができる。

これにより、車体への搭載性を損なうことなく、可変させたい吸気バルブ或いは排気バルブの開閉タイミングを可変動弁装置によって確実に可変させることができる。
請求項２の内燃機関によれば、第１伝達手段は無端状のチェーンまたはベルトであって、クランクシャフトと吸気カムシャフト及び排気カムシャフトの少なくともいずれか一方とに掛け渡されてクランクシャフトの回転を当該いずれか一方にのみ伝達するようにしているので、第１伝達手段として無端状のチェーンまたはベルトを用いるような一般的な従来の構成において、車体への搭載性を損なうことなく、可変させたい吸気バルブ或いは排気バルブの開閉タイミングを可変動弁装置によって確実に可変させることができる。

請求項３の内燃機関によれば、無端状のチェーンまたはベルトはクランクシャフトと吸気カムシャフト及び排気カムシャフトとの両方に掛け渡されており、吸気カムシャフト及び排気カムシャフトのいずれか他方にはクランクシャフトの回転を無端状のチェーンまたはベルトを介しては該いずれか他方に伝達しない非伝達手段を有しているので、例えば内燃機関のうちチェーンまたはベルトを掛け渡す側の面の中央部分には内燃機関の補機等の種々の部材を配設することが多いのであるが、クランクシャフトの回転を非伝達手段により吸気カムシャフト及び排気カムシャフトのいずれか他方に直接伝達しないようにしつつ、上記中央部分をチェーンまたはベルトが通らないようにして補機等の設置スペースとして有効に利用することが可能である。

これにより、より一層車体への搭載性を損なうことなく、可変させたい吸気バルブ或いは排気バルブの開閉タイミングを可変動弁装置によって確実に可変させることができる。
請求項４の内燃機関によれば、非伝達手段を遊び車（空転プーリ、空転スプロケット、空転歯車等）で簡単に構成することができる。
請求項５の内燃機関によれば、吸気カムシャフト及び排気カムシャフトのいずれか一方は排気カムシャフトであり、いずれか他方は吸気カムシャフトであるので、排気カムシャフトに可変動弁装置が設けられ、当該可変動弁装置の作動が第２伝達手段により吸気カムシャフトに伝達されて当該吸気カムシャフトの回転位相が適宜可変操作される。

従って、例えば内燃機関を車幅方向に横置きする車両では、内燃機関のトルクロール軸との関係から吸気カムシャフトの一端側近傍にエンジンマウント部材を配設することが多く、可変動弁装置を吸気カムシャフトの一端側に設けると可変動弁装置と当該エンジンマウント部材とが干渉し易いのであるが、このような場合であっても、吸気カムシャフト用の可変動弁装置を排気カムシャフト側に設け、当該可変動弁装置の作動を第２伝達手段によって吸気カムシャフトに伝達することができ、可変動弁装置とエンジンマウント部材との干渉を回避しつつ吸気カムシャフトの回転位相を可変操作することができる。

これにより、特に吸気バルブの開閉タイミングを可変させたい場合において、車体への搭載性を損なうことなく、吸気バルブの開閉タイミングを可変動弁装置によって確実に可変させることができる。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
先ず、第１実施例について説明する。
図１を参照すると、車両に搭載された本発明の第１実施例に係る内燃機関の正面図が概略的に示されており、図２を参照すると、当該内燃機関の上視図の一部が概略的に示されており、以下、図１、２に基づき第１実施例について説明する。

内燃機関（以下、エンジンという）１は、例えば吸気管噴射式（Multi Point Injection：ＭＰＩ）のダブルオーバヘッドカムシャフト（ＤＯＨＣ）型直列４気筒ガソリンエンジンであって、車両前部のエンジンルーム内に長手方向が車幅方向となるように、即ち横置きとなるように搭載されている。
これら図１に示すように、エンジン１は、大きくは、シリンダブロック２の下部にクランクケース４が接合されるとともに、シリンダブロック２の上部にシリンダヘッド６が載置され、さらにシリンダヘッド６にロッカカバー８が載置されて構成されている。

シリンダブロック２とクランクケース４との間には長手方向に延びてピストンの運動を回転運動に変換するクランクシャフト１０が軸支されている。また、シリンダヘッド６には、クランクシャフト１０とそれぞれ平行に延びて、排気バルブ（図示せず）を開閉作動させるカムを有した排気カムシャフト２０と、吸気バルブ（図示せず）を開閉作動させるカムを有した吸気カムシャフト３０とが軸支されている。

図示したクランクシャフト１０の一端側には、クランクプーリ１２が結合されており、排気カムシャフト２０には、クランクプーリ１２から駆動力を受けるための駆動用排気カムプーリ２２が結合されており、これらクランクプーリ１２と駆動用排気カムプーリ２２とには、無端状のタイミングベルト（第１伝達手段）４０が掛け渡されている。これにより、エンジン１が作動してクランクシャフト１０が回転すると、クランクシャフト１０の回転がタイミングベルト４０を介して駆動用排気カムプーリ２２に伝達され、排気カムシャフト２０がクランクシャフト１０の回転と同期回転する。

また、排気カムシャフト２０の駆動用排気カムプーリ２２よりも外側には、排気カムシャフト２０の回転を入力とし、この入力に対して回転位相を所定範囲で可変させて出力可能な可変バルブタイミング（バリアブル・バルブ・タイミング；ＶＶＴ）装置（以下、ＶＶＴ装置という）（可変動弁装置）５０が接続されている。
そして、駆動用排気カムプーリ２２とＶＶＴ装置５０との間には、排気カムシャフト２０に回転自在に外嵌されて連動用排気カムプーリ２４が配設されており、この連動用排気カムプーリ２４にはＶＶＴ装置５０の出力軸５２が結合されている。

即ち、ＶＶＴ装置５０は、排気カムシャフト２０の回転を位相を変えて連動用排気カムプーリ２４に伝達可能に構成されている。
ＶＶＴ装置５０としては、ベーン式、ヘリカルギヤ式、電磁モータ式等が知られているが、ここでは何れをも適用可能である。なお、これら各方式のＶＶＴ装置５０は公知であり、その構造の詳細についてはここでは説明を省略する。

一方、吸気カムシャフト３０には、連動用排気カムプーリ２４から駆動力を受けるための吸気カムプーリ３２が結合されており、これら連動用排気カムプーリ２４と吸気カムプーリ３２とには、無端状のタイミングベルト（第２伝達手段）６０が掛け渡されている。これにより、連動用排気カムプーリ２４が回転すると、この連動用排気カムプーリ２４の回転がタイミングベルト６０を介して吸気カムプーリ３２に伝達され、吸気カムシャフト３０が連動用排気カムプーリ２４と同期回転する。

このように駆動用排気カムプーリ２２、連動用排気カムプーリ２４、吸気カムプーリ３２、タイミングベルト４０、ＶＶＴ装置５０、タイミングベルト６０が構成されていると、上述したように、ＶＶＴ装置５０は、排気カムシャフト２０の回転を位相を変えて連動用排気カムプーリ２４に伝達可能であることから、排気カムシャフト２０についてはエンジン１の作動に伴いクランクシャフト１０と同期回転させることが可能である一方、吸気カムシャフト３０に対しては排気カムシャフト２０の回転とともにＶＶＴ装置５０の作動をも併せて伝達可能である。

即ち、上記のように構成することにより、ＶＶＴ装置５０を排気カムシャフト２０側に設けながら、ＶＶＴ装置５０によって吸気カムシャフト３０だけをクランクシャフト１０の回転に対して可変させて回転させることが可能であり、吸気バルブの開閉タイミングだけを可変操作可能である。
これにより、例えば図２を参照するとエンジンマウント部材７０が併せて示されており、通常、エンジン１を車幅方向に横置きする場合、エンジン１のトルクロール軸との関係からこのように吸気カムシャフト２０の一端側近傍にエンジンマウント部材７０を配設することが多く、故に吸気カムシャフト２０の一端側には設置スペース上の制約が生じ易いのであるが、このような状況下で吸気バルブの開閉タイミングを可変させたい場合であっても、ＶＶＴ装置５０を排気カムシャフト２０側に設けることで、ＶＶＴ装置５０とエンジンマウント部材７０との干渉を回避しつつ吸気バルブの開閉タイミングを可変させることができる。

このように、本発明の第１実施例に係る内燃機関によれば、エンジン１の車体への搭載性を損なうことなく、可変させたい吸気バルブの開閉タイミングをＶＶＴ装置５０によって確実に可変させることが可能である。
また、図１、２に車両前方向（Ｆｒ）を示すように、一般に横置きのエンジン１は吸気系統を前側に排気系統を後側として車体に搭載されるのであるが、ＶＶＴ装置５０を後側の排気カムシャフト２０側に設けることで、エンジンルーム内におけるエンジン１のレイアウトに余裕ができる。これにより、例えば車両の衝突時において、車体の潰れ量を十分に確保して乗員の安全性の向上を図ることが可能である。

さらに、横置きのエンジン１は吸気系統を前側に排気系統を後側として図１のように後方に傾斜した姿勢で設置されるのが一般的であり、この場合、ＶＶＴ装置５０を後方の吸気カムシャフト２０側に設けることで、エンジン１とエンジンルームを塞ぐフード８０との距離（隙間）を比較的大きくすることができる。これにより、歩行者保護の強化を図ることが可能である。

次に、第２実施例について説明する。
図３を参照すると、車両に搭載された本発明の第２実施例に係る内燃機関の正面図が概略的に示されており、図４を参照すると、当該内燃機関の上視図の一部が概略的に示されており、以下、図３、４に基づき第２実施例について説明する。
第２実施例では、タイミングベルト４０に代えて無端状のタイミングベルト４０’がクランクプーリ１２と駆動用排気カムプーリ２２のみならず吸気カムシャフト３０にも掛け渡されている点が上記第１実施例と相違しており、以下、第１実施例と異なる部分について説明する。

図４に示すように、吸気カムシャフト３０には、連動用排気カムプーリ２４から駆動力を受けるための吸気カムプーリ３２が結合されるとともに、吸気カムプーリ３２の内側に位置して空転プーリ（非伝達手段、遊び車）３４が空転自在に外嵌されている。
即ち、図５を参照すると、図４においてタイミングベルト４０’を外した状態の内燃機関の上視図が示されているが、同図に示すように、空転プーリ３４は駆動用排気カムプーリ２２に対応するよう位置して吸気カムシャフト３０に外嵌されている。

そして、これらクランクプーリ１２と駆動用排気カムプーリ２２と空転プーリ３４とにタイミングベルト４０’が掛け渡されている。
このようにタイミングベルト４０’が掛け渡されていると、エンジン１が作動してクランクシャフト１０が回転したとき、空転プーリ３４は吸気カムシャフト３０周りで空転するためにクランクシャフト１０の回転が直接吸気カムシャフト３０に伝達されることはなく、上記第１実施例の場合と同様、クランクシャフト１０の回転はタイミングベルト４０’を介して駆動用排気カムプーリ２２にだけ伝達され、排気カムシャフト２０がクランクシャフト１０の回転と同期回転する。

吸気カムシャフト３０については、上記第１実施例の場合と全く同様、連動用排気カムプーリ２４と同期回転する。即ち、第２実施例においても、ＶＶＴ装置５０によって吸気カムシャフト３０だけをクランクシャフト１０の回転に対して可変させて回転させることが可能であり、吸気バルブの開閉タイミングだけを可変操作可能である。
そして、このようにタイミングベルト４０’が掛け渡されていることで、図３から明らかなように、上記第１実施例のタイミングベルト４０の場合と比べてタイミングベルト４０’により囲まれる範囲が広くなり、エンジン１のタイミングベルト４０’を掛け渡す側の面、即ちエンジン１の前面の中央部分にタイミングベルト４０’の通らない領域を広く形成することが可能である。これにより、例えばエンジン１の上記中央部分には、図３に示すような補機９０が配設されることが多いが、補機９０その他の部材をタイミングベルト４０’との干渉なく配設することができる。

このように、第２実施例によれば、タイミングベルト４０’をクランクプーリ１２と駆動用排気カムプーリ２２とともに吸気カムシャフト３０に外嵌された空転プーリ３４に掛け渡すことで、クランクシャフト１０の回転を吸気カムシャフト３０に直接伝達しないようにしつつ、エンジン１の前面の中央部分をタイミングベルト４０’が通らないようにして補機９０等の設置スペースとして有効に利用することが可能である。

これにより、より一層エンジン１の車体への搭載性を損なうことなく、可変させたい吸気バルブの開閉タイミングをＶＶＴ装置５０によって確実に可変させることが可能である。
また、ここでは非伝達手段として空転プーリ３４を用いるようにしているので、非伝達手段を空転プーリ３４によって簡単に構成することができる。

以上で本発明に係る内燃機関の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限られるものではない。
例えば、上記実施形態では、排気カムシャフト２０側にＶＶＴ装置５０を設けて吸気カムシャフト３０の回転位相を可変する場合について説明したが、状況に応じ、これとは逆に吸気カムシャフト３０側にＶＶＴ装置５０を設けて排気カムシャフト２０の回転位相を可変するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、各プーリ１２、２２、２４、３２、３４をタイミングベルト４０、６０で連結するようにしているが、各プーリ１２、２２、２４、３２、３４をスプロケットに代え、タイミングベルト４０、６０をタイミングチェーンに代えるようにしてもよい。さらに、各プーリ１２、２２、２４、３２、３４をギヤに代え、タイミングベルトやタイミングチェーンに代えて複数のギヤを組み合わせるようにしてもよい。

車両に搭載された本発明の第１実施例に係る内燃機関の正面図である。 第１実施例に係る内燃機関の上視図の一部を概略的に示す図である。 車両に搭載された本発明の第２実施例に係る内燃機関の正面図である。 第２実施例に係る内燃機関の上視図の一部を概略的に示す図である。 タイミングベルトを外した状態の第２実施例に係る内燃機関の上視図である。

符号の説明

１ エンジン（内燃機関）
１０ クランクシャフト
１２ クランクプーリ
２０ 排気カムシャフト
２２ 駆動用排気カムプーリ
２４ 連動用排気カムプーリ
３０ 吸気カムシャフト
３２ 吸気カムプーリ
３４ 空転プーリ（非伝達手段）
４０ タイミングベルト（第１伝達手段）
５０ ＶＶＴ装置（可変動弁装置）
６０ タイミングベルト（第２伝達手段）

Claims (5)

1. クランクシャフトと、
   吸気バルブを開閉するカムを有した吸気カムシャフトと、
   排気バルブを開閉するカムを有した排気カムシャフトと、
   前記クランクシャフトの回転を前記吸気カムシャフト及び前記排気カムシャフトのいずれか一方に伝達する第１伝達手段と、
   前記吸気カムシャフト及び前記排気カムシャフトの前記いずれか一方に設けられ、前記吸気カムシャフト及び前記排気カムシャフトのいずれか他方の回転位相を可変させるよう作動する可変動弁装置と、
   前記吸気カムシャフト及び前記排気カムシャフトの前記いずれか一方の回転とともに前記可変動弁装置の作動を前記吸気カムシャフト及び前記排気カムシャフトの前記いずれか他方に伝達する第２伝達手段と、
   を備えたことを特徴とする内燃機関。
2. 前記第１伝達手段は、無端状のチェーンまたはベルトであって、前記クランクシャフトと前記吸気カムシャフト及び前記排気カムシャフトの少なくとも前記いずれか一方とに掛け渡されており、前記クランクシャフトの回転を該いずれか一方にのみ伝達することを特徴とする、請求項１記載の内燃機関。
3. 前記無端状のチェーンまたはベルトは、前記クランクシャフトと前記吸気カムシャフト及び前記排気カムシャフトとの両方に掛け渡されており、
   前記吸気カムシャフト及び前記排気カムシャフトの前記いずれか他方には、前記クランクシャフトの回転を前記無端状のチェーンまたはベルトを介しては該いずれか他方に伝達しない非伝達手段を有することを特徴とする、請求項２記載の内燃機関。
4. 前記非伝達手段は、遊び車であることを特徴とする、請求項３記載の内燃機関。
5. 前記吸気カムシャフト及び前記排気カムシャフトの前記いずれか一方は前記排気カムシャフトであり、前記いずれか他方は前記吸気カムシャフトであることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか記載の内燃機関。

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