JP2006328987A - 内燃機関のシリンダヘッド構造 - Google Patents

Abstract

【構成】 吸気カムシャフト１２の後端１２Ａをシリンダヘッド１０のヘッド外壁１７を貫通して補助室３２内に突出させる。ヘッド外壁１７にはカムシャフト１２を回転可能に支持する軸受部３８と、ヘッド外壁１７を貫通する貫通穴とが形成される。この貫通穴は、製造時に用いられる中子の幅木によって形成される幅木穴３６である。この幅木穴３６を、軸受部３８の近傍に配置して、潤滑油を補助室３２からシリンダヘッド１０の内部へ戻すための油戻し穴として利用する。
【効果】幅木穴３６を塞ぐ必要がなく、油戻し穴を別途加工する必要がないので、製造が容易で低コスト化を図れる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、中子を利用して鋳造される内燃機関のシリンダヘッドの改良に関する。

特許文献１等に記載されているように、内燃機関のシリンダヘッドは、一般的に、主型及び中子を用いて鋳造される。中子には、この中子を所定位置に安定して保持するために幅木が設けられる。このため、鋳造直後のシリンダヘッドの外壁には上記幅木によって、ヘッド外壁を貫通する貫通穴としての幅木穴が貫通形成される。この幅木穴は、一般的には専用のプラグ等の部品を用いて鋳造後に塞がれる。
特開平１１−１７３２１１号公報

上述したように幅木穴を専用のプラグで塞ぐ場合、このプラグの分の部品点数が増加するとともに、シール性を確保するためにプラグや幅木穴の加工が必要であり、コストの増加を招くという問題がある。また、ウォータアウトレット等の他の部品で幅木穴を塞ぐ場合にも、幅木穴を確実に塞ぐために部品形状に制約を受けたりガスケット等のシール部材が必要になるという問題がある。

ところで、カムシャフトのようなシャフトがシリンダヘッドのヘッド外壁を貫通する構造の場合、その軸受部を潤滑するための潤滑油をシリンダヘッド内部へ戻す必要がある。そこで、シリンダヘッドの鋳造後にヘッド外壁に油戻し穴を後加工することが考えられるが、この場合、上記後加工分の製造工数の増加やコストの増加を招いてしまう。あるいは、軸受部の近傍に油戻し用の溝を鋳抜きにより形成すると、軸受部近傍の肉量・肉厚が減少して、軸受部の剛性の低下を招くおそれがある。

本発明は、これらの課題を解決し得る新規なシリンダヘッド構造を提供することを主たる目的としている。

シャフトの一端がシリンダヘッドのヘッド外壁を貫通してヘッド外壁の外側に形成される補助室内に突出している。上記ヘッド外壁には、上記シャフトを回転可能に支持する軸受部が形成されるとともに、ヘッド外壁を貫通する貫通穴が形成されている。この貫通穴が、上記軸受部を潤滑する潤滑油を上記補助室からシリンダヘッドの内部へ戻すための油戻し穴として利用できるように、上記軸受部の近傍に配置されている。

本発明によれば、中子の幅木によって形成される貫通穴を油戻し穴として利用することができるので、この貫通穴を塞ぐための穴加工やシール部品を必要とせず、かつ、鋳造後に油戻し穴を別途加工する必要がないので、製造作業の簡素化や低コスト化を図ることができる。また、上述したように軸受部の近傍に油戻し用の溝を鋳抜きにより形成する必要がないので、軸受部の近傍に十分な肉量・肉厚を確保して、この軸受部の剛性を良好に確保することができる。

以下、本発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて説明する。図１〜３は、本発明の一実施例に係る内燃機関のシリンダヘッド１０の後部を示している。この内燃機関は気筒列方向に複数（この実施例では４つ）の気筒が直列に配置された直列多気筒内燃機関であって、かつ、燃料噴射弁によって各気筒の燃焼室内に燃料を直接噴射する筒内直接噴射型、いわゆる直噴型の火花点火式ガソリン内燃機関である。シリンダヘッド１０は、アルミ合金などの金属材料により後述する主型や中子を用いて鋳造されるもので、その外壁・縦壁がヘッド前壁（図示省略）・ヘッド後壁１７・吸気側の側壁１８及び排気側の側壁１９により構成される略箱形をなしている。

シリンダヘッド１０上には吸気側カムシャフト１２及び排気側カムシャフト（図示省略）が、このカムシャフト１２上に固定されるカムブラケット（図示省略）を用いて回転可能に支持される。カムシャフト１２には、各気筒毎に吸・排気弁を駆動する２つの動弁カム１４，１４が設けられるとともに、シリンダヘッド１０に回転可能に支持されるジャーナル部１６が両カム１４，１４間に設けられている。

このシリンダヘッド１０には、気筒列方向（図２の上下方向）に沿って延びる吸気側の側壁１８より側方へ張り出した吸気ポート形成部２０が一体的に形成されている。この吸気ポート形成部２０には、各気筒毎に一対の吸気ポート２２が形成されている。これらの吸気ポート２２が開口する吸気ポート形成部２０の平坦なマニホールド取付面２４に、吸気マニホールド（図示省略）が固定される。

そして、吸気カムシャフト１２の一端である後端部１２Ａがヘッド後壁１７を貫通して、このヘッド後壁１７の外側・後側に形成される補助室３２内に突出している。この補助室３２は、ヘッド後壁１７のシール面１７Ａに液密に固定されるカバー３４等により画成されている。後述するように、このヘッド後壁１７には、製造時に用いられる中子の幅木によってヘッド後壁１７を貫通する貫通穴としての２つの幅木穴３５，３６が貫通形成されるとともに、カムブラケット（図示省略）とともに吸気カムシャフト１２の最後尾のジャーナル部１６Ａを回転可能に支持するための半円筒形の軸受部３８が貫通形成されている。この軸受部３８の近傍、より詳しくはその直下位置に、吸気寄りの一方の幅木穴３６が配置されており、この幅木穴３６が、滑り軸受である軸受部３８を潤滑する潤滑油を補助室３２からシリンダヘッド１０の内部へ戻すための油戻し穴としての機能を有している。

このように吸気カムシャフト１２の後端１２Ａがヘッド後壁１７を貫通して補助室３２内に突出している一方、排気カムシャフト（図示省略）はヘッド後壁１７を貫通しておらず、その後端がシリンダヘッド１０内部に位置している。そして、補助室３２内に配置される吸気カムシャフト１２の後端１２Ａに、このカムシャフト１２の回転位置を検出するためのセンサプレート３０が設けられている。このセンサプレート３０の外周には、カム角センサ（図示省略）により検出される複数の信号突起（溝）３０Ａが周方向に間欠的に形成されている。

また、この実施例のような直噴型内燃機関では高い燃圧が要求されるために、燃料を加圧する補機としての高圧燃料ポンプ（図示省略）が燃料系に採用されており、この高圧ポンプを駆動するためのポンプ駆動用カム２８が、吸気側カムシャフト１２に設けられている。このポンプ駆動用カム２８は、シリンダヘッド１０の内部におけるヘッド後壁１７の近傍に配置されている。この関係で、センサプレート３０をシリンダヘッド１０内に配置するスペースの余裕がなく、センサプレート３０がシリンダヘッド１０の外部、つまりヘッド後壁２６よりも後方に配置されている。

次に、図４及び図５を参照して、上記のシリンダヘッド１０を鋳造するための金型構造を説明する。上型４１や下型４２のような主型の内部に組み込まれる中子型として、トップコア４３とウォータジャケットコア４４とが設けられている。ここで、本実施例のような直噴型内燃機関ではポート噴射型内燃機関に比して吸気ポート２２が比較的機関上方に配置された、いわゆるハイポート化されたものとなっており（図１〜３参照）、このようなハイポート化により、吸気ポート２２を形成するためのポート対応部４５がトップコア４３に一体に形成されている。この関係で、トップコア４３の吸気側の容積が大きく、このようなトップコア４３を安定して保持するために、排気寄り（図４の右寄り）の排気側幅木４６とは別に、吸気寄り（図４の左寄り）に比較的小さな吸気側幅木４７が設定されている。つまり、主たる幅木である排気側幅木４６を排気側へオフセットするとともに、吸気寄りに吸気側幅木４７を追加することにより、１つの幅木のみでトップコアを支える場合に比して、ポート対応部４５を含むトップコア４３を安定して支持できるようにしている。

図３に示すように、ヘッド後壁１７には上記の排気側幅木４６により比較的大きな排気側幅木穴３５が貫通形成されるとともに、上記の吸気側幅木４７によって比較的小さな吸気側幅木穴３６が貫通形成され、この吸気側幅木穴３６を上述したように油戻し穴として利用している。つまり、この吸気側幅木穴３６を油戻し穴として利用できるように、この吸気側幅木穴３６を軸受部３８の下側かつ軸受部３８の近傍に配置し、この吸気側幅木穴３６により補助室３２の内部空間とシリンダヘッド１０の内部空間とを連通させている。

以上の説明より把握し得る本発明の特徴的な技術思想について、上記実施例を参照して列記する。但し、本発明は参照符号を付した図示実施例の構成に限定されるものではなく、種々の変形・変更を含むものである。

（１）シャフト１２の一端１２Ａがシリンダヘッド１０のヘッド外壁１７を貫通してヘッド外壁１７の外側に形成される補助室３２内に突出している。ヘッド外壁１７には、シャフト１２を回転可能に支持する軸受部３８が形成されるとともに、鋳造時に用いられる中子４３の幅木４７によって、ヘッド外壁１７を貫通する貫通穴としての幅木穴３６が形成されている。この幅木穴３６が、上記軸受部３８を潤滑する潤滑油を上記補助室３２からシリンダヘッド１０の内部へ戻すための油戻し穴として利用できるように、上記軸受部３８の近傍に配置されている。

このように、幅木穴３６を油戻し穴として利用できるので、この幅木穴３６を塞ぐための穴加工やシール部品を必要とせず、かつ、鋳造後に油戻し穴を別途加工する必要がないので、製造作業の簡素化や低コスト化を図ることができる。また、上述したように軸受部３８の近傍に十分な肉量・肉厚を確保して、この軸受部３８の剛性を良好に確保することができる。

（２）上記シャフトは、典型的には吸気カムシャフト１２及び排気カムシャフトの少なくとも一方であり、その後端１２Ａがヘッド後壁１７を貫通して上記補助室３２内に突出している。

（３）例えば上記実施例のように、吸気カムシャフト１２に回転位置を検出するためのセンサプレート３０と補機駆動用カム２８とが設けられ、補機駆動用カム２８がシリンダヘッド１０の内部におけるヘッド後壁１７の近傍に配置されるような場合に、センサプレート３０をシリンダヘッド１０の内部に配置することがレイアウト的に困難となり、このセンサプレート３０がシリンダヘッド１０の外部に形成される補助室３２内に配置されることとなる。

（４）上記実施例のように吸気ポート２２のハイポート化等の理由により、吸気ポート２２を形成するための吸気ポート対応部４５がシリンダヘッド形成用のトップコアのような中子４３に一体的に設けられていると、この中子４３が大型化するとともに中子４３の吸気側のボリュームが大きくなるので、この中子４３を一本の幅木で支えることが困難となる場合があり、好適には上記実施例のように中子４３に対して互いに平行な２本の幅木４６，４７が設定される。この場合、これらの幅木４６，４７によってヘッド後壁１７には２つの幅木穴３５，３６が形成され、これら２つの幅木穴３５，３６のうちで吸気寄りの一方の幅木穴３５が元々吸気寄りに位置することから、この幅木穴３５を吸気カムシャフト１２の軸受部３８の近傍に容易に配置することができる。つまり、本発明は、シリンダヘッド形成用の中子に２本の幅木を必要とするシリンダヘッドに対して特に有用である。

本発明の一実施例に係る内燃機関のシリンダヘッドのヘッド後壁近傍を示す斜視図。 図１のシリンダヘッドの後部を示す上面図。 図１のシリンダヘッドを示す背面図。 図１のシリンダヘッドを鋳造するための金型構造を示す背面図。 図４の金型構造を示す斜視図。

符号の説明

１０…シリンダヘッド
１２…吸気側カムシャフト（シャフト）
１７…ヘッド後壁（ヘッド外壁）
２８…ポンプ駆動用カム（補機駆動カム）
３０…センサプレート
３２…補助室
３５，３６…幅木穴（貫通穴）
３８…軸受部
４３…トップコア（中子）
４５…ポート対応部

Claims (5)

1. シャフトの一端がシリンダヘッドのヘッド外壁を貫通してヘッド外壁の外側に形成される補助室内に突出しており、
   上記ヘッド外壁には、上記シャフトを回転可能に支持する軸受部が形成されるとともに、このヘッド外壁を貫通する貫通穴が貫通形成されており、
   この貫通穴が、上記軸受部を潤滑する潤滑油を上記補助室からシリンダヘッドの内部へ戻すように、上記軸受部の近傍に配置されていることを特徴とする内燃機関のシリンダヘッド構造。
2. 吸気カムシャフト及び排気カムシャフトの一方の後端がヘッド後壁を貫通して上記補助室内に突出していることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のシリンダヘッド構造。
3. 上記吸気カムシャフトに回転位置を検出するためのセンサプレートと補機駆動用カムとが設けられ、
   上記補機駆動カムがシリンダヘッドの内部におけるヘッド後壁の近傍に配置され、上記センサプレートが上記補助室内に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関のシリンダヘッド構造。
4. 上記中子が吸気ポートを形成するための吸気ポート対応部を含んでおり、
   上記ヘッド後壁には２つの貫通穴が形成され、
   これら２つの貫通穴のうちで吸気寄りの一方の貫通穴が上記軸受部の近傍に配置されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の内燃機関のシリンダヘッド構造。
5. 上記貫通穴が中子の幅木によって形成される幅木穴であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関のシリンダヘッド構造。

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