(57)【要約】【課題】軽量・コンパクトな構造の内燃機関を提供すること。【解決手段】燃焼室２１に供給する混合気を燃焼させて上下動させるピストン１３をシリンダボア１４ａ、１５ａ内に収容する内燃機関であって、燃焼室に開口する吸気ポート２３と排気ポートの吸気弁２２と排気弁をカムシャフト３１の駆動カム３２、３３の回転に連動させて開閉動作させるバルブ機構と、ピストンの上下動により回転するクランクシャフトの回転駆動をカムシャフトの回転動力として該カムシャフトの一端側に伝達する動力伝達機構と、を備えており、カムシャフトを回転自在に支持する軸受部材３６は、動力伝達機構を構成する第２、第４べベルギヤ４２、４４に隣接するシリンダボア１４ａ側では吸気弁と排気弁との間のみで、その吸気弁側に偏る位置に配置する。【選択図】図３
2014129804.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室に供給する混合気を燃焼させて上下動させるピストンをシリンダボア内に収容する内燃機関であって、
前記ピストンの上下動により回転するクランクシャフトと、前記燃焼室の上方に配置されるカムシャフトと、前記クランクシャフトの回転を前記カムシャフトの一端側に伝達する動力伝達機構と、同一の燃焼室に配置されるとともに前記カムシャフトに沿う方向で前記シリンダボアの中心軸に対して互いに反対側に配置される一対の弁部材と、前記カムシャフトを回転自在に支持する複数個の軸受部材と、を備えており、
前記軸受部材のうち前記カムシャフトに沿う方向で前記動力伝達機構に最も近接する軸受部材を、前記動力伝達機構と隣接する燃焼室に配置される一対の弁部材の間でありかつシリンダボアの中心軸よりも前記動力伝達機構と近接する位置に配置することを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記一対の弁部材はそれぞれ軸部を備えており、
前記一対の弁部材は前記軸部の延長線が前記シリンダボアの中心軸に向かってそれぞれ交差するように傾いた姿勢で設置されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記動力伝達機構は、前記クランクシャフトと前記カムシャフトの一端部にそれぞれ配置する第１、第２べベルギヤと、該第１、第２べベルギヤにそれぞれ噛み合わせて連動回転させる第３、第４べベルギヤを両端部に配置されている中間シャフトと、を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記動力伝達機構は、前記クランクシャフトと前記中間シャフトとを等速回転させるように前記第１、第３べベルギヤのギヤ比を設定し、かつ、前記中間シャフトの回転数を半減した回転数で前記カムシャフトを回転させるように前記第２、第４べベルギヤのギヤ比を設定することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に関し、詳しくは、クランクシャフトからカムシャフトに動力を伝達する構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関は、燃焼室に液体や気体の燃料を供給して燃焼させることによりピストンを上下動させており、そのピストンの往復運動をクランクシャフトで回転駆動に変換する機構を備えて、例えば、車両の駆動源として搭載されている。
この種の内燃機関としては、燃焼室に配置されている吸気弁や排気弁等の弁部材を駆動させるバルブ駆動機構をシリンダヘッド内に備えており、そのバルブ駆動機構は、クランクシャフトの回転と連動して回転するカムシャフトにより弁部材を動作させるのが一般的である。
【０００３】
このクランクシャフトとカムシャフトには、それぞれの端部に固定したプーリやスプロケットにチェーンやベルトを巻き掛けて駆動力を伝達する動力伝達機構が多用されている（例えば、特許文献１）。
また、バルブ駆動機構としては、吸気弁や排気弁の移動方向の延長線がシリンダの軸線上の共通箇所で交差するように傾斜したエンジンに関し、簡素な部品構成でコンパクトに構築するとともに、スムーズな動作を実現するために、ロッカーシャフトを傾斜姿勢で設置することが提案されている（例えば、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開昭６４−４４３４５号公報
【特許文献２】特開昭６０−１２８９０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、この特許文献１に記載の内燃機関にあっては、クランクシャフトとカムシャフトの片側端部に駆動力を伝達するチェーンやベルトを巻き掛けると、シリンダヘッド内のカムシャフトの端部に大きなテンションが加えられる。このカムシャフトには、吸気弁や排気弁を動作させるだけであるのにも拘わらずに、特に、チェーンやベルトの高速回転時に加わる大きなテンションにも耐えて回転自在に支持する軸受部材を設置する必要がある。
このため、カムシャフトは、シリンダヘッドの端部に配置される弁部材とチェーンやベルトの巻き掛け箇所との間に軸受機構を配置して、カムシャフトの撓みを防止する必要があり、このような位置に軸受機構を配置する分カムシャフトの長さを長くする必要がある。言い換えると、シリンダヘッドは、そのカムシャフトを収容するだけの大きさが必要になって、コンパクト化の妨げになる。また、軸受部材が増加する分カムシャフトの駆動損失が増加する。
【０００６】
さらに、特許文献２に記載の内燃機関のように、弁部材を傾斜姿勢で設置すると、カムシャフトの長さ方向に長くなることになってシリンダヘッドが大型化してしまう。
そこで、本発明は、カムシャフトの駆動損失を低減するとともに軽量・コンパクトな構造の内燃機関を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決する内燃機関に係る発明の第１の態様は、燃焼室に供給する混合気を燃焼させて上下動させるピストンをシリンダボア内に収容する内燃機関であって、
前記ピストンの上下動により回転するクランクシャフトと、前記燃焼室の上方に配置されるカムシャフトと、前記クランクシャフトの回転を前記カムシャフトの一端側に伝達する動力伝達機構と、同一の燃焼室に配置されるとともに前記カムシャフトに沿う方向で前記シリンダボアの中心軸に対して互いに反対側に配置される一対の弁部材と、前記カムシャフトを回転自在に支持する複数個の軸受部材と、を備えており、前記軸受部材のうち前記カムシャフトに沿う方向で前記動力伝達機構に最も近接する軸受部材を、前記動力伝達機構と隣接する燃焼室に配置される一対の弁部材の間でありかつシリンダボアの中心軸よりも前記動力伝達機構と近接する位置に配置することを特徴とするものである。
【０００８】
上記課題を解決する内燃機関に係る発明の第２の態様は、上記第１の態様の特定事項に加え、前記一対の弁部材は軸部を備えており、前記一対の弁部材は、前記軸部の延長線が前記シリンダボアの中心軸に向かってそれぞれ交差するように傾いた姿勢で設置されていることを特徴とするものである。
【０００９】
上記課題を解決する内燃機関に係る発明の第３の態様は、上記第１または第２の態様の特定事項に加え、前記動力伝達機構は、前記クランクシャフトと前記カムシャフトの一端部にそれぞれ配置する第１、第２べベルギヤと、該第１、第２べベルギヤにそれぞれ噛み合わせて連動回転させる第３、第４べベルギヤを両端部に配置されている中間シャフトと、を備えていることを特徴とするものである。
【００１０】
上記課題を解決する内燃機関に係る発明の第４の態様は、上記第３の態様の特定事項に加え、前記動力伝達機構は、前記クランクシャフトと前記中間シャフトとを等速回転させるように前記第１、第３べベルギヤのギヤ比を設定し、かつ、前記中間シャフトの回転数を半減した回転数で前記カムシャフトを回転させるように前記第２、第４べベルギヤのギヤ比を設定することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
このように、本発明の上記の第１の態様によれば、軸受部材のうちカムシャフトに沿う方向で動力伝達機構に最も近接する軸受部材を、動力伝達機構と隣接する燃焼室に配置される一対の弁部材の間でありかつシリンダボアの中心軸よりも前記伝達機構と近接する位置に配置した。このため、上記軸受部材に作用する荷重を低減でき、動力伝達機構と弁部材の間に軸受部材を設置する必要がなく、その分動力伝達機構を弁部材に接近させてカムシャフトを短めに設定することができる。したがって、軸受部材の数を１箇所減らしてカムシャフトに対する摩擦損失を低減させ、かつ内燃機関を軽量化しつつカムシャフトの長さ方向にコンパクト化することができる。
【００１２】
本発明の上記の第２の態様によれば、一対の弁部材はは、軸部の延長線がシリンダボアの中心軸に向かって交差する傾斜姿勢で設置される。この場合には、燃焼室に対応する一対の弁部材をシリンダボアの中心軸と平行姿勢で設置する場合よりも一対の弁部材に挟まれる空間が広げられる。したがって、一対の弁部材間に設置する軸受部材を動力伝達機構に対してより接近する位置に配置することができ、より軸受部材に作用する荷重を低減でき、安定してカムシャフトを軸受することができる。
【００１３】
本発明の上記の第３の態様によれば、動力伝達機構は、スプロケットやプーリにチェーンやベルトを巻き掛けることなく、中間シャフトを介在させて、それぞれの端部に配置した第１〜第４べベルギヤを介して、クランクシャフトの回転駆動をカムシャフトに伝達する。このため、各シャフト間は、第１〜第４べベルギヤ同士の噛み合わせで連動回転させることができ、チェーンやベルトのような巻き掛け回転による大きなテンションが掛かってしまうことを回避して、カムシャフトに作用する曲げ荷重を低減することができる。したがって、カムシャフトを軸受する軸受部材の強度を小さくするなどして、軽量・コンパクト化を進めることができる
【００１４】
本発明の上記の第４の態様によれば、クランクシャフトとカムシャフトの回転速度比をべベルギヤのギヤ比で設定することができる。すなわち、カムシャフト端部のべベルギヤの径を大径にするだけで、その回転速度をクランクシャフトの１／２に容易に減速して回転駆動させることができる。したがって、カムシャフトが長さ方向に大型化することなく、その回転速度を減速することができる
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る内燃機関の一実施形態を示す図であり、その全体構成を示す一方向から見た一部断面透視図である。
【図２】その図１における一方向に対する直交方向から見た一部断面透視図である。
【図３】その図１と同一方向から見たカムシャフト周りのシリンダヘッド構造を示す一部断面透視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。図１〜図３は本発明に係る内燃機関の一実施形態を示す図である。
図１および図２において、内燃機関１０は、シリンダブロック１１とシリンダヘッド１２とを一体化したモノブロック構造に作製されて、シリンダヘッド１２の上側にシリンダヘッドカバー１２aが配置されている。
シリンダブロック１１は、内部にピストン１３を上下動可能に収容するシリンダボア（内筒）１４ａ、１５ａを並列に配置した２気筒内燃機関用に構築されている。シリンダヘッド１２は、シリンダブロック１１の上部に位置してシリンダボア１４ａ、１５ａ毎に対応する燃焼室２１をピストン１３との間に形成している。燃焼室２１は、ピストン１３の上面１３ａに断面湾曲形状の天井面２１ａを対面させて形成されており、天井面２１ａには、吸気弁（弁部材）２２で開閉する吸気ポート２３と、排気弁（弁部材）２４で開閉する排気ポート２５とが開口している。
【００１７】
この内燃機関１０は、ガソリンなどの液体燃料またはＣＮＧ（Compressed Natural Gas）などの気体燃料と外気との混合気を燃焼室２１内に供給した後にプラグ３０で火花点火して燃焼させることでピストン１３を上下動させる。このとき、内燃機関１０は、吸気タイミング時に吸気弁２２が吸気ポート２３を開閉して燃焼室２１内に混合気を供給し、また、排気タイミング時に排気弁２４が排気ポート２５を開閉して燃焼室２１内の燃焼後の排気ガスを排気する。
シリンダブロック１１内では、シリンダボア１４ａ、１５ａ内のピストン１３をそれぞれコネクティングロッド１６でクランクシャフト１７に連結して、そのピストン１３の上下動をクランクシャフト１７の回転駆動に変換して駆動力を発生する。なお、このクランクシャフト１７は、潤滑油を貯留するオイルパンとして機能するロアケース１９内に収容されている。
シリンダヘッド１２内では、燃焼室２１を形成する天井面２１ａにおける吸気ポート２３と排気ポート２５の開口縁２３ａ、２５ａに、吸気ポート２３と排気ポート２５を開閉する吸気弁２２と排気弁２４がそれぞれ配置されている。
【００１８】
吸気弁２２と排気弁２４は、バルブ軸（軸部）２６を有し、このバルブ軸２６を、コイルスプリング２７によって引き上げ方向に付勢することにより、その下端に設けられる傘部により開口縁２３ａ、２５ａを閉塞する。
バルブ軸２６の上端部には、シリンダヘッド１２に配置されるアジャスタピン２８を中心に揺動するロッカアーム２９の揺動端が接触している。ロッカアーム２９の中間上部にカムシャフト３１と一体回転する吸気カム３２と排気カム３３のカム面３２ａ、３３ａが接触している。
この構造により、吸気カム３２と排気カム３３は、カム面３２ａ、３３ａによりロッカアーム２９を揺動させてコイルスプリング２７の付勢力に抗してバルブ軸２６を進退方向に移動させることができる。この結果、吸気弁２２と排気弁２４は、吸気ポート２３と排気ポート２５の開口縁２３ａ、２５ａに密接する状態からリフトされて吸気ポート２３と排気ポート２５を開閉することができる。
【００１９】
ここで、このシリンダヘッド１２は、一対の弁部材として吸気弁２２と排気弁２４を、各燃焼室２１，２１に配置している。吸気弁２２と排気弁２４は、カムシャフト３１の中心に対して両側（図１の紙面の表裏、図２の左右）に配置され、ロッカアーム２９の揺動に応じて往復運動するようにレイアウトされている。
【００２０】
カムシャフト３１は、軸方向に離隔する複数箇所に位置するようにシリンダヘッドカバー１２ａ内に一体形成されている軸受部材３６に、ジャーナル部３１ａを回転自在に軸受されている。このカムシャフト３１は、クランクシャフト１７に動力伝達機構４０を介して連結されて回転する。すなわち、カムシャフト３１は、クランクシャフト１７と同期回転することで、ピストン１３の上下動に連動して吸気弁２２と排気弁２４を開閉動作させるようになっている。
【００２１】
動力伝達機構４０は、クランクシャフト１７の一端部に固定されている第１べベルギヤ（傘歯車）４１と、カムシャフト３１の一端部に固定されている第２べベルギヤ４２と、これら第１、第２べベルギヤ４１、４２のそれぞれに噛み合わせる第３、第４べベルギヤ４３、４４と、第３、第４べベルギヤ４３、４４を両端部に固定されている中間シャフト４５と、を備えて構築されている。
この構造により、クランクシャフト１７は、第１べベルギヤ４１に噛み合い連結されている第３べベルギヤ４３を連れ回り回転させて、中間シャフト４５に回転を伝達することができる。また、その中間シャフト４５は、第４べベルギヤ４４に噛み合い連結されている第２べベルギヤ４２を連れ回り回転させて、カムシャフト３１に回転を伝達することができる。なお、中間シャフト４５は、フロントケース４９内に特に図示することを省略する複数の軸受機構により回転自在に支持されている。
したがって、この動力伝達機構４０では、クランクシャフト１７とカムシャフト３１の一端部側にプーリやスプロケットなどを固定してチェーンやベルトを巻き掛けることなく、クランクシャフト１７の回転をカムシャフト３１に伝達して回転させることができる。このため、動力伝達機構４０では、クランクシャフト１７とカムシャフト３１の一端部に過大なテンションが掛かることがなく、カムシャフト３１の一端部側に作用する曲げ荷重を低減することができる。
【００２２】
そして、本実施形態の内燃機関１０は、カムシャフト３１と直交する方向から見た場合、一対の弁部材である吸気弁２２と排気弁２４の進退方向、すなわち、バルブ軸２６の延長線が、シリンダブロック１１内のシリンダボア１４ａ、１５ａの中心軸に対して傾斜する傾斜姿勢になるように設置されている。
【００２３】
具体的には、この内燃機関１０のシリンダヘッド１２は、図３に示すように、シリンダボア１４ａ（シリンダボア１５ａ側でも同様）の中心軸ＡＸ１４に対してバルブ軸２６の延長線ＡＸ２６を傾斜させて傾斜角θ１、θ２で交差するように構築されている。言い換えると、吸気弁２２と排気弁２４のバルブ軸２６は、シリンダボア１４ａの中心軸ＡＸ１４上の交差位置から傾斜角θ１、θ２で傾斜する放射状の延長線上に乗る傾斜姿勢になるようにシリンダヘッド１２内に配置されている。なお、傾斜角θ１、θ２は、シリンダボア１４ａの中心軸ＡＸ１４を中心にして、例えば、バルブ軸２６の延長線ＡＸ２６を均等配置する場合には同一角になる。
【００２４】
この構造により、内燃機関１０は、シリンダヘッド１２内にバルブ軸２６をシリンダボア１４ａの中心軸ＡＸ１４と平行姿勢で配置する場合よりも吸気カム３２と排気カム３３との間を離隔させることができる。このため、動力伝達機構４０とは離れた位置に配置されるシリンダボア１５ａ側では、その離隔空間Ｓを利用して、中心軸ＡＸ１５上にジャーナル部３１ａと軸受部材３６とを配置してカムシャフト３１を支持している。一方、動力伝達機構４０に隣接するシリンダボア１４ａ側では、その離隔空間Ｓを利用して、中心軸ＡＸ１４から動力伝達機構４０側、すなわち、第２べベルギヤ４２側に近接する偏り位置にジャーナル３１ａと軸受部材３６とを配置してカムシャフト３１を支持している。
【００２５】
ところで、この内燃機関１０では、動力伝達機構４０の第２べベルギヤ４２を固定されているカムシャフト３１の一端部側には過大な荷重が掛かることがないため、軸受部材の配置を適正化すれば、カムシャフト３１の一端部側の軸受部材を簡略化することができる。このため、吸気カム３２と第２べベルギヤ４２の間には軸受部材を設けることなく、シリンダボア１４ａ側の吸気カム３２と排気カム３３の間で一端部側の第２べベルギヤ４２に近接する位置にジャーナル部３１ａと軸受部材３６からなる軸受を配置する。これにより、この軸受部材に作用する荷重を低減しつつカムシャフト３１を回転自在に支持することができる。この結果、この内燃機関１０では、カムシャフト３１を短尺にして、また、ジャーナル部３１ａと軸受部材３６の軸受を少なくして、カムシャフト３１の駆動損失を低減し、内燃機関を小型化・軽量化することができる。
【００２６】
また、この内燃機関１０の動力伝達機構４０は、ピストン１３の往復運動（上下動）と吸気弁２２および排気弁２４の開閉運動との関係から、クランクシャフト１７の回転速度を半分に減速してカムシャフト３１を回転させる必要がある。このため、動力伝達機構４０では、第４べベルギヤ４４の歯数に対して第２べベルギヤ４２の歯数を２倍にしており、第４べベルギヤ４４よりも第２べベルギヤ４２を大径化している。
【００２７】
この構造により、動力伝達機構４０では、カムシャフト３１の回転数を第２、第４べベルギヤ４２、４４の噛み合い面４２ａ、４４ａで減速することにより、第１、第３べベルギヤ４１、４３の噛み合い面４１ａ、４３ａで減速する場合のようにカムシャフト３１の長さ方向に大型化させてしまうことを回避することができる。
【００２８】
また、この動力伝達機構４０では、噛み合い面４２ａ、４４ａの歯数比率に応じて第４べベルギヤ４４よりも第２べベルギヤ４２を大径化しており、これらの噛み合い面４２ａ、４４ａはカムシャフト３１の直交方向に対して角度φで傾斜する。このため、カムシャフト３１に加えられる直交方向の圧力は、第４べベルギヤ４４の噛み合い面４４ａから第２べベルギヤ４２の噛み合い面４２ａに加えられる圧力Ｆの直交成分Ｆｃｏｓφに過ぎず、ここでもカムシャフト３１に加えられる直交方向の荷重を小さくすることができる。このため、この動力伝達機構４０では、カムシャフト３１の第２べベルギヤ４２側の軸受部材を省いたとしても、離隔空間Ｓに設置したジャーナル部３１ａと軸受部材３６からなる軸受でカムシャフト３１を十分に信頼性高く回転自在に支持することができる。
【００２９】
このように本実施形態においては、動力伝達機構４０を第１〜第４べベルギヤ４１〜４４と中間シャフト４５で構築してカムシャフト３１に加えられる垂直荷重を軽減している。また、バルブ軸２６（吸気弁２２と排気弁２４）を傾斜姿勢で配置して確保した空間Ｓ内でシリンダボア１４ａの中心軸ＡＸ１４に対して第２べベルギヤ４２側に偏る位置に軸受（ジャーナル部３１ａと軸受部材３６）を配置して、カムシャフト３１を回転自在に支持している。したがって、カムシャフト３１を短尺にするとともに、軸受数を削減することができ、カムシャフト３１の駆動損失を低減でき、かつ内燃機関１０の軽量化と共にコンパクト化を実現することができる。
【００３０】
ここで、本実施形態では、同一の燃焼室に吸気弁と排気弁とを１つずつ備える場合を一例に説明するが、これに限るものではなく、一方または双方を複数備える場合でも、カムシャフトの軸方向に吸気カムと排気カムとを離隔させて適用できることは言うまでもない。
【００３１】
本発明の範囲は、図示され記載された例示的な実施形態に限定されるものではなく、本発明が目的とするものと均等な効果をもたらすすべての実施形態をも含む。さらに、本発明の範囲は、各請求項により画される発明の特徴の組み合わせに限定されるものではなく、すべての開示されたそれぞれの特徴のうち特定の特徴のあらゆる所望する組み合わせによって画されうる。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。
【符号の説明】
【００３３】
１０   内燃機関
１１   シリンダブロック
１２   シリンダヘッド
１３   ピストン
１４ａ、１５ａ       シリンダボア
１７   クランクシャフト
２１   燃焼室
２２   吸気弁
２３   吸気ポート
２３ａ、２５ａ       開口縁
２４   排気弁
２５   排気ポート
２６   バルブ軸
２７   コイルスプリング
２８   アジャスタピン
２９   ロッカアーム
３０   プラグ
３１   カムシャフト
３１ａ ジャーナル部
３２   吸気カム
３３   排気カム
３６   軸受部材
４０   動力伝達機構
４１〜４４    べベルギヤ
４２ａ〜４４ａ       噛み合い面
４５   中間シャフト
ＡＸ１４、ＡＸ１５   中心軸
ＡＸ２６      延長線
Ｓ     離隔空間
【図１】
2014129804.tif 000003
【図２】
2014129804.tif 000004
【図３】
2014129804.tif 000005