JP2005120910A

JP2005120910A - シリンダヘッド構造

Info

Publication number: JP2005120910A
Application number: JP2003356719A
Authority: JP
Inventors: Tomo Yokoyama; 友横山; Shinichi Murata; 真一村田
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2003-10-16
Filing date: 2003-10-16
Publication date: 2005-05-12
Anticipated expiration: 2023-10-16
Also published as: JP4099666B2

Abstract

【課題】コストをかけずにロッカシャフトを確実に固定することができるシリンダヘッド構造を提供する。
【解決手段】カムジャーナル部(1a)上端面の一方には円筒状のロッカシャフト(10)を、他方には円筒状でロッカシャフトキャップ(20)と当接する部分(11b)が平坦に形成されたロッカシャフト(11)を配設し、これら一対のロッカシャフトの上部に、円筒状のロッカシャフトに支持される部分のみが円弧状に形成された板状のロッカシャフトキャップを架設し、取付ボルト(30,31)で締結し固定する。
【選択図】図３

Description

本発明はＳＯＨＣ型エンジンのシリンダヘッド構造に係り、詳しくはロッカシャフトの固定技術に関する。

一般に、ＳＯＨＣ型のエンジンはカムシャフトがシリンダヘッド略中央でカムジャーナル部に軸支され、カムジャーナル部上端面のカムシャフトの上方両脇に吸気バルブ駆動用の吸気ロッカアームを支持する吸気ロッカシャフトと排気バルブ駆動用の排気ロッカアームを支持する排気ロッカシャフトの一対のロッカシャフトが配設される構成をしている。
しかし、この構成は、カムリフトやバルブ駆動によるロッカシャフトへの荷重により、カムジャーナル部上部を左右に開こうとする力が加わり、カムジャーナル部、ひいてはシリンダヘッドに大きな負担が掛かるという問題がある。

また近年、有害な排ガスの抑制、燃費の向上、出力性能の向上を実現させるために可変動弁機構を適用する場合が多く、ＳＯＨＣ型のエンジンでは特にカム切り替え式の可変動弁機構の適用が進んでいる。このカム切り替え式の可変動弁機構はロッカアーム重量が増大するため、さらにロッカシャフトにかかる荷重は大きくなり、上記のような問題がより起こりやすくなる。

この問題に対して、材料強度の向上が考えられるが、シリンダヘッドは軽量化のためにアルミ鋳造である場合が多く、材料強度の大幅な増大は期待できない。
そこで、板状の補強材であるロッカシャフトキャップを一対のロッカシャフト上部に取付ボルトで架設し、取付ボルトによってシリンダヘッドに締結することにより、ロッカシャフトを固定しシリンダヘッドの補強をする技術が開発されている（特許文献１参照）。

また、シリンダヘッドにカムシャフトホルダを載置し、これらシリンダヘッドの上面とカムシャフトホルダの下面とに一対のロッカシャフトのジャーナル部を円弧状にそれぞれ形成し、一対のロッカシャフトを上下から挟むようにして固定する技術もある（特許文献２参照）。
実開平２−１０３１０４号公報特開平６−３１７１１０号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示された技術では、一対のロッカシャフトの上下をそれぞれ切り欠いて互いに平行な平坦面を形成し、下面側を上端面平坦なカムジャーナル部に合わせ、上面側に下面平坦なロッカシャフトキャップを架設するようにしているため、２本のロッカシャフト間に高さ公差によるずれが生じたり上記平坦面に平行度差のずれが生じたような場合には、板状のロッカシャフトキャップによるロッカシャフトの固定が不安定になるという問題がある。

さらに、同技術の場合、取付ボルトがロッカシャフトを貫通するため、このようなずれが生じると、ロッカシャフト内を流れる潤滑油が漏れ出し不具合を生じさせるという問題もある。
また、上記特許文献２に開示された技術では、シリンダヘッド上面の円弧間隔とカムシャフトホルダ下面の円弧間隔とにずれが少しでも生じると、やはりロッカシャフトの固定が不安定になるという問題がある。

また、２本のロッカシャフトの両方の上下に精度よく平行な平坦面を形成したり、シリンダヘッド上面の円弧間隔とカムシャフトホルダ下面の円弧間隔とを完全に一致させようとすると、公差管理が厳しくなり、そのため高度な加工精度を必要とし、その分コストがかかるという問題がある。
本発明はこのような問題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、高度な加工精度を必要とせず高いコストをかけずにロッカシャフトを確実に固定することができるシリンダヘッド構造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のシリンダヘッド構造では、カムジャーナル部に軸支されたカムシャフトと、前記カムジャーナル部の上端面の前記カムシャフトの上方両脇に配設された一対のロッカシャフトとを備え、該一対のロッカシャフトの上部に板状のロッカシャフトキャップを架設し、これらロッカシャフトキャップとロッカシャフトとをカムジャーナル部に固定手段によって固定してなるシリンダヘッド構造において、前記カムジャーナル部の上端面の前記一対のロッカシャフトの支持部をそれぞれ円弧状に形成し、前記一対のロッカシャフトのうち一方は円筒状とし、他方は円筒状とし前記ロッカシャフトキャップと当接する部分を平坦に形成し、前記ロッカシャフトキャップの下部のうち前記一方の円筒状のロッカシャフトに支持される部分のみを該一方の円筒状のロッカシャフトの径に合わせ円弧状に形成したことを特徴としている。

請求項２のシリンダヘッド構造では、前記一方の円筒状のロッカシャフトを吸気側とし、前記他方の平坦部の形成されたロッカシャフトを排気側とすることを特徴としている。
請求項３のシリンダヘッド構造では、前記一方の円筒状のロッカシャフトを排気側とし、前記他方の平坦部の形成されたロッカシャフトを吸気側とすることを特徴としている。

上記手段を用いる本発明の請求項１のシリンダヘッド構造によれば、ロッカシャフトキャップやロッカシャフトを、ロッカシャフトが確実にシリンダヘッドのカムジャーナル部に固定されるように調整することができる。
これにより、カムジャーナル部、ひいてはシリンダヘッドに十分な強度が確保され、高回転域でも安定したバルブリフトが実現されることになり、エンジンにおいて出力の向上と耐久性の向上とを図ることができる。

請求項２のシリンダヘッド構造によれば、吸気ロッカシャフトを特に加工しないので、吸気ロッカシャフトの剛性を低下させずに、ロッカシャフトを確実に固定することができる。例えばこれは、吸気ロッカシャフトに可変動弁機構等を設け、動弁系の動特性を維持するために剛性低下が許容できない場合などに有効である。
請求項３のシリンダヘッド構造によれば、排気ロッカシャフトを特に加工しないので、排気ロッカシャフトの剛性を低下させずに、ロッカシャフトを確実に固定することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１を参照すると、本発明に係るシリンダヘッド構造の全体縦断面図が示されている。
図１に示すように、符号１は例えばＳＯＨＣ型４バルブエンジンのシリンダヘッドであり、当該シリンダヘッド１に設けられたカムジャーナル部１ａには、１本のカムシャフト２が回転自在に軸支されている。そして、カムジャーナル部１ａの上端面の上記カムシャフト２の上方両脇に、一方に位置して吸気ロッカシャフト１０、他方に位置して排気ロッカシャフト１１が設けられている。

これらの吸気ロッカシャフト１０、排気ロッカシャフト１１（以下、ロッカシャフト１０、１１ともいう）には、エンジンの気筒数に応じてそれぞれ複数の吸気ロッカアーム１２、排気ロッカアーム１３（以下、ロッカアーム１２、１３ともいう）が回動自在に設けられている。詳しくは、ロッカアーム１２、１３の中間部をロッカシャフト１０、１１が貫通しており、ロッカアーム１２、１３のカムシャフト側の一端にはローラからなる吸気カムフォロア１４、排気カムフォロア１５が上記カムシャフト２に当接した状態で設けられており、他端には吸気バルブ１６、排気バルブ１７の各頭部がそれぞれ当接している。

さらに、ロッカシャフト１０、１１の上部にはロッカシャフトキャップ２０が架設されており、取付ボルト（固定手段）３０、３１によってロッカシャフトキャップ２０と、吸気ロッカシャフト１０及び排気ロッカシャフト１１とがカムジャーナル部１ａに締結されている。
詳しくは、図２と図３を参照すると、図２には本発明に係るシリンダヘッド構造のロッカシャフト部分の分解斜視図が、図３には本発明に係るシリンダヘッド構造のロッカシャフト部分の縦断面図が示されており、以下これら図２、図３に基づき説明する。

図２に示すように、カムジャーナル部１ａの上端面のロッカシャフト１０、１１を支持する部分であるロッカシャフト支持部４、５はロッカシャフト１０，１１の径に合うように円弧状に形成されており、支持部４、５の略中心部にはボルト孔４ａ、５ａが穿設されている。
ロッカシャフト１０，１１は、中空円筒状であり、排気ロッカシャフト１１上部のロッカシャフトキャップ２０を支持する部分であるロッカシャフトキャップ支持部１１ｂは上端周面から深さｄ１で切り欠かれて平坦に形成されており、当該支持部１１ｂの略中心部、即ち支持部５のボルト孔５ａに対応した部分には当該ボルト孔５ａよりも径の大きな貫通孔１１ａが穿設されている。また、吸気ロッカシャフト１０の支持部４のボルト孔４ａに対応した部分には当該ボルト孔４ａと略同径の貫通孔１０ａが穿設されている。

ロッカシャフトキャップ２０は、板状をなしており、当該ロッカシャフトキャップ２０下部の吸気ロッカシャフト１０に支持される部分であるロッカシャフトキャップ支持部２２はロッカシャフト１０の径に合うように円弧状で且つロッカシャフト１１の切り欠き部分の深さｄ１と同じ深さｄ２に切り欠かれて形成され、ロッカシャフト１０の貫通孔１０ａに対応する部分には当該貫通孔１０ａよりも径の大きな貫通孔２２ａが穿設されている。また、ロッカシャフトキャップ２０下部の排気ロッカシャフト１１に支持される部分であるロッカシャフトキャップ支持部２３は平坦のままであり、ロッカシャフト１１の貫通孔１１ａに対応する部分には当該貫通孔１１ａと同径の貫通孔２３ａが穿設されている。

そして、図３に示してあるように、取付ボルト３０が貫通孔２２ａ、１０ａを介してボルト孔４ａに螺合し、取付ボルト３１が貫通孔２３ａ、１１ａを介してボルト孔５ａに螺合することにより、ロッカシャフトキャップ２０とロッカシャフト１０、１１とはカムジャーナル部１ａに固定される。
以下このように構成された本発明に係るシリンダヘッド構造の作用について説明する。

図３に示すように、ロッカシャフトキャップ２０の貫通孔２２ａ、２３ａと排気ロッカシャフト１１の貫通孔１１ａは、取付ボルト３０、３１の径よりも大きく穿設されており、取付ボルト３０、３１と貫通孔２２ａ、２３ａ、１１ａとの隙間分、ロッカシャフトキャップ２０がロッカシャフト１０回りにある程度回動自由であるとともに支持部１１ｂ上である程度摺動自由であり、排気ロッカシャフト１１がある程度回転自由である（白抜き矢印）。

これにより、ロッカシャフトキャップ２０の取付を調整することができ、様々な状況に対応したロッカシャフトの固定を行うことができる。
例えば、従来のロッカシャフトの両方の支持部分の上下を平坦にし板状の補強材であるロッカシャフトキャップをロッカシャフト上部に架設する構造では、平行度差の違いによりロッカシャフトキャップが片当たりする等の問題が生じていたが、本願発明では一方のロッカシャフトの上部だけを平坦にするので平行度差というものがなく、このような問題は起こり得ない。本発明に係るシリンダヘッド構造の場合には、図４に示すように、仮に排気ロッカシャフト１１を支持部５に多少回転した状態で設置してしまい支持部１１ｂがロッカシャフトキャップ２０に片当たりするような場合でも、取付ボルト３１を螺合していくごとに排気ロッカシャフト１１は回転し正しい位置に修正される。

また、２本のロッカシャフト１０、１１の高さ公差による段違いが生じても、ロッカシャフトキャップ２０を吸気ロッカシャフト１０回りに回動することにより排気ロッカシャフト１１の高さに合わせることができる。この際、ロッカシャフトキャップ２０が若干斜めに傾いて架設されることになるが、このような場合でも、上述の如く排気ロッカシャフト１１はロッカシャフトキャップ２０の傾き角度に合うように回転することになり、ロッカシャフト１０，１１は好適に固定される。

さらに、従来の円筒状のロッカシャフトに合わせ円弧状に形成したジャーナル部によってロッカシャフトを挟む構造では、円弧間隔のずれ等の問題が生じていたが、本願発明のロッカシャフトキャップ２０では一方が円弧状、他方が平坦の構造なのでそのような問題も生じ得ない。
このように、本発明に係るシリンダヘッド構造では、ロッカシャフトキャップ２０やロッカシャフト１０、１１の相対位置関係及び姿勢を調整できるため、これらに多少のずれが生じていても容易に修正することができる。従って公差管理を厳しくする必要がなくなり、エンジンの組み立も容易になり、コストをかけることなく確実にロッカシャフト１０、１１をカムジャーナル部１ａに固定することができる。

これにより、カムジャーナル部１ａ、ひいてはシリンダヘッド１に十分な強度が確保され、高回転域でも安定したバルブリフトが実現されることになり、エンジンにおいて出力の向上と耐久性の向上とを図ることができる。
また、ロッカシャフトキャップ２０がロッカシャフト１０、１１と確実に当接し、ロッカシャフト１０、１１がカムジャーナル部１ａと確実に当接することになるので、ロッカシャフト１０、１１内を流れる潤滑油の漏洩をも併せて防止することができる。

以上で本発明に係るシリンダヘッド構造の実施形態についての説明を終えるが、実施形態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、排気ロッカシャフト１１のロッカシャフトキャップ支持部２３を平坦とし、吸気ロッカシャフト１０は円筒状としたが、これに限ったものではなく、吸気ロッカシャフトのロッカシャフトキャップ支持部を平坦とし、排気ロッカシャフトは円筒状としてもよい。これにより、排気ロッカシャフトの剛性が維持される。

ただし、一般に吸気バルブは排気バルブよりもバルブ径が大きく、また吸気側に可変動弁機構を配置する場合が多いために吸気側動弁系の重量が大きくなりやすく、このような場合は吸気ロッカシャフトの剛性を高く維持しなければならず、吸気ロッカシャフトは円筒状のままとし、排気ロッカシャフトに平坦部を設けたほうが好ましい。

本発明に係るシリンダヘッド構造の全体縦断面図である。本発明に係るシリンダヘッド構造のロッカシャフト部分の分解斜視図である。本発明に係るシリンダヘッド構造のロッカシャフト部分の縦断面図である。本発明に係るシリンダヘッド構造において平坦部を設けたロッカシャフトが多少回転して設置された状態を示す図である。

符号の説明

１シリンダヘッド
１ａカムジャーナル部
２カムシャフト
４、５ロッカシャフト支持部
４ａ、５ａボルト孔
１０吸気ロッカシャフト
１０ａ、１１ａ、２２ａ、２３ａ貫通孔
１１排気ロッカシャフト
１１ｂ、２２、２３ロッカシャフトキャップ支持部
２０ロッカシャフトキャップ
３０、３１取付ボルト

Claims

カムジャーナル部に軸支されたカムシャフトと、前記カムジャーナル部の上端面の前記カムシャフトの上方両脇に配設された一対のロッカシャフトとを備え、該一対のロッカシャフトの上部に板状のロッカシャフトキャップを架設し、これらロッカシャフトキャップとロッカシャフトとをカムジャーナル部に固定手段によって固定してなるシリンダヘッド構造において、
前記カムジャーナル部の上端面の前記一対のロッカシャフトの支持部をそれぞれ円弧状に形成し、
前記一対のロッカシャフトのうち一方は円筒状とし、他方は円筒状とし前記ロッカシャフトキャップと当接する部分を平坦に形成し、
前記ロッカシャフトキャップの下部のうち前記一方の円筒状のロッカシャフトに支持される部分のみを該一方の円筒状のロッカシャフトの径に合わせ円弧状に形成したことを特徴とするシリンダヘッド構造。
前記一方の円筒状のロッカシャフトを吸気側とし、前記他方の平坦部の形成されたロッカシャフトを排気側とすることを特徴とする請求項１記載のシリンダヘッド構造。
前記一方の円筒状のロッカシャフトを排気側とし、前記他方の平坦部の形成されたロッカシャフトを吸気側とすることを特徴とする請求項１記載のシリンダヘッド構造。