JP2006504894A - カムシャフトベアリングフレームを備えた、内燃機関のシリンダヘッド - Google Patents

Abstract

シリンダヘッドケーシング（１０２）、下側ベアリングブロック（２４０）を有する下側部分（２５２）と上側ベアリング蓋を有する上側部分（２５４）とを備えた二分割されたカムシャフトベアリングフレーム（２００）、並びにシリンダヘッドカバー（１１０）を備えた、内燃機関のシリンダヘッド（１００）にして、その際、カムシャフトベアリングフレーム（２００）の上側部分（２５４）は、特にベアリング蓋の間の領域にフード状に閉じられて形成されている。

Description

本発明は、請求項１の上位概念にしたがって、シリンダヘッドケーシング、下側ベアリングブロックを有する下側部分と上側ベアリング蓋を有する上側部分とを備えた二分割されたカムシャフトベアリングフレーム（枠縁）、並びにシリンダヘッドカバーを備えた、内燃機関のシリンダヘッドに関する。

特許文献１で、カムシャフト支承のために二分割された水平フレーム状支持体を備えた内燃機関のシリンダヘッドが知られている。記載された支持体の下側部分は、吸気側カムシャフト・排気側カムシャフトの支承のためそれぞれベアリング下側部分を含む横材を有する。横材を形成するフレームの間には別の支柱と支え並びにタペット用収容部が配設されている。支持体の上側部分は同様に、下側部分のベアリング下側部分に対応するベアリング上側部分を吸気側カムシャフト・排気側カムシャフトの支承のためにそれぞれ含む横材を有する。支持体の上側部分もまた、フレーム状に上に開いて形成されている。

特許文献１に係るカムシャフト支持体では、横材間に形成された空間が例えばベアリングゲート（Lagergassen：ベアリング狭小通路）の加工の際に支え支承をもたらすために、タペットの収容と中央材のための配置に基づいて、もっぱら上から支持体上側部分を通ってアクセス可能であり、必然的に支持体上側部分は上に開いて形成されるので、当該配置構成は内燃機関を動かす際にカムからはねるオイルに対する如何なる保護も与えず、当該オイルは直接シリンダヘッドカバーにかかる。その際、特にシリンダヘッドカバーとシリンダヘッドケーシングの間のシール、並びに点火プラグ蓋の領域でのシールが必要とされる。更に支持体は、そのフレーム状形態に基づいて、ごく小さな抵抗モーメントを有し、特に長手方向において充分な強度を備えていない。

ＤＥ ３９４０８４５ Ｃ１

本発明の課題は、簡単で廉価に特に高い強度を達成し且つ特にカムシャフト支持体の製造技術的に有利な製作を可能にするという趣旨で、冒頭に挙げた様式のシリンダヘッドを開発することにある。更にシリンダヘッドは軽くて、ごく僅かな部品を有するものである。

上記課題の解決は、請求項１に記載された特徴構成でなされる。根底にある思想は、特にベアリング蓋の間の領域においてカムシャフトベアリングフレームの上側部分のカバー乃至フード状に閉じられた構成を含んでいる。

カムシャフトベアリングフレームがカムシャフトベアリング及び／又はカムのオイル吹き付けのために一体化されたオイル管を有すれば、特に有利である。オイル管の作用は例えば下からカムシャフトベアリングフレームの下側部分を通してなされ、当該管はベアリングフレームの縦方向に潤滑オイルをベアリング位置若しくはカムに導く。

カムシャフトベアリングフレームをマグネシウム合金ダイカストから製作し、取り付け前にシリンダヘッドの他の部品と無関係に少なくともほぼ完成して加工しているのが、非常に目的に適っていると考えられる。

カムシャフトベアリングフレームのベアリングレーンの加工のために、支え支承が下から下側部分を通して入れられ得る。
本発明の特に有利な態様によれば、特にカムシャフトベアリングフレームをマグネシウム合金で及びシリンダヘッドケーシングをスチール若しくはアルミニウムで作る場合にシリンダヘッドケーシングにカムシャフトベアリングフレームを固定するためにアルミニウム製ネジが想定され、その際、特に有利なのは、この結合で予張力損失が僅かな点である。

カムシャフトベアリングフレームとシンリダヘッドケーシングの間並びにシリンダヘッドカバーとシリンダヘッドケーシングの間の分離面が一平面にあって、シリンダヘッドケーシングの仕上げ加工が平面で行われ得ならば、特に目的に適っている。

吸気側カムシャフト・排気側カムシャフトの支承のために、それぞれ固有のカムシャフトベアリングフレームが備えられ、それによって特に構造的な自由度がもたらされると、好ましい。

更に、点火プラグ蓋が点火プラグの収容のためにシリンダヘッドカバーにぴったりフィットして一体化されているならば、非常に有利であると考えられる。点火プラグの収容のためにシリンダヘッドカバーに取り込まれた別のソケットで実現することに比べて、追加的な接続とシールがなくなり、シリンダヘッドケーシングと共に鋳造された点火プラグに比べて、マグネシウム合金でシリンダヘッドカバーと共に実現することができるという利点がもたらされる。

以下に、本発明の特に好ましい実施例を、図面に関連して詳細に説明する。
図１は、吸気弁の可変ストロークによってシリンダ充填の量的供給が行われる可変弁駆動での内燃機関を例とする際の本発明に係るシリンダヘッド１００を示す。当該シリンダヘッド１００はシリンダヘッドケーシング１０２；ネジ１２２で上記シリンダヘッドケーシング１０２に接続された上側カムシャフトベアリングキャップ１１６と下側カムシャフトベアリングブロック１１２とを備えて、ここでは詳細に示していない吸気弁を操作するためのカムシャフト１０６；ネジ１２０で上記シリンダヘッドケーシング１０２に接続された上側カムシャフトベアリングキャップ１１８と下側カムシャフトベアリングブロック１１４とを備えて、ここでは詳細に示していない排気弁を操作するためのカムシャフト１０４；並びにシリンダヘッドカバー１１０を有する。吸気側カムシャフト１０６の範囲に、偏心シャフト１０８が吸気弁のストローク変化を制御するために配設され支承されている。シリンダヘッドカバー１１０は、点火プラグ収容のための一体化された蓋１２６を有する。カムとカムシャフトベアリングへのオイル供給のために、オイル管１２４が備えられる。

本実施例において、シリンダヘッドケーシング１０２はスチール乃至アルミニウム鋳物で製作され、特にベアリングブロック１１２，１１４とベアリングキャップ１１６，１１８を含む構造並びにシリンダヘッドカバー１１０はマグネシウム合金から成り、それによって特に重量軽減が高い剛性を得つつ達成される。様々な材料の部品の（切削）加工は互いに別々に行われ、原材料混合のために追加的に増大する加工費用が生じない。更に、カムシャフトの支承のための構造が予め加工されて取り付け可能であるので、シリンダヘッドカバーの範囲に例えばベアリングゲート加工のための加工開口（なされた加工後に炭化水素の拡散に関してもぴったりと閉じられるべきものである）を備える必要がない。シリンダヘッドカバー１１０への点火プラグ蓋１２６の統合・一体化によって、点火プラグ蓋をシリンダヘッドケーシングと共に鋳造する他の実施構成と比べて、マグネシウム合金でのその実施構成も可能で、加えてシリンダヘッドカバーに取り付けられた別の点火プラグ用環状収容部を備えた実施例に比べて、通常は必要なシールを不要とし、製造が単純化して有利である。

ここではシリンダヘッドケーシング１０２にカムシャフトベアリング構成を固定するためにアルミニウム製ネジ１２０，１２２が用いられ、その際、使用されたマグネシウム合金と比べて、その類似熱延性において特に有利である。使用されたアルミニウム製ネジ１２０，１２２は加えて、過度に固く締められず、接続の元応力損失に関して非常に有利な状態を有する。

図２は、多数の下側ベアリングブロック２４０を備えた下側部分２５２と多数の上側ベアリングキャップを備えた上側部分２５４を有する二分割されたカムシャフトベアリングフレーム２００を詳細に示す。ベアリング位置間にそれぞれチャンバー状セクション２４２が形成され、上側ベアリングフレームのカバー状構造によって、このチャンバーセクション２４２がそれぞれ上に向かって閉鎖され、チャンバーセクション２４２内で回転するカムから振り落とされたオイルに対する有効な吹き付け保護が与えられている。チャンバーセクション２４２は更に前オイル遮断器の機能を果たす。上側ベアリングフレーム２５４の閉鎖構造によって決定的に高められた特に縦方向での剛性が更に別の根本的な点である。

更に述べたようにカムシャフトベアリングフレーム２００はマグネシウム合金からなり、用いられるマグネシウム合金は特に１５０℃までのオイル温度での特に良好なクリープ特性の点で優れている。上側ベアリングフレーム２５４の下側ベアリングフレーム２５２との結合と両ベアリングフレーム２５２，２５４のネジによるシリンダヘッドケーシングへの結合のために、ベアリングブロックの領域に孔２４４，２４６，２４８，２５０が設けられている。

図３は、下側ベアリングフレーム３５２と上側ベアリングフレーム３５４を下から示している。上に向かって閉鎖されたチャンバーセクション３４２は下方へ開き、下側ベアリングフレーム３５２を介して下からアクセス可能である。各チャンバーセクション３４２は、上側ベアリングフレーム３５４でのウェブ３６０と下側ベアリングフレーム３５２でのウェブ３６２，３６４，３６６によって、ベアリングブロック３４０に隣接する２つの部分セクション３６８，３７０に分割され、それらの中でここでは詳細に示されないカムがバルブの駆動の際に回転する。カムへの注油のために、オイル流出箇所３５６が上側ベアリングフレーム３５４に備えられ、ここを通ってオイルがカムの方向に吹き出す。カムシャフトベアリングの注油のためにオイル流出箇所３５６と他のオイル流出箇所の間のオイル引き渡しのために、図２に示されたポケット部２９０に一体化されたオイル通路が備えられている。

図４は、オイル噴射ノズル４５６の範囲を通る断面Ａ-Ａとベアリングフレーム４００のカムシャフトベアリングの範囲を通る断面Ｂ-Ｂを示す。カムシャフトベアリングの注油はオイル流入箇所４８２を介して行われ；開口４８０とカムシャフトベアリングフレームの外側に基本的に軸線方向で延在するオイル通路４８４とを介してオイル噴射ノズル４５６がカムにオイルを注油すべく吹き込み可能である。開口４８０は上側ベアリングフレーム４５２と下側ベアリングフレーム４５４の間の分離範囲におけるほぼ中心に存し、オイル噴射ノズル４５６は上側ベアリングフレーム４５２の範囲にあって、オイル噴射は斜め下へカムの方向に向けられている。注油システム全体のオイル吹き込みは、下からシリンダヘッドケーシングと下側ベアリングフレームを介してなされる。

既述のカムシャフトベアリングフレームは、とりわけ内燃機関での使用に適しており、その弁操作は、下側ベアリングフレーム２５２，３５２の範囲においてタペットを用いた操作と比べて、タペット用ガイドを備えず、チャンバーセクション２４２，３４２が下から自由にアクセス可能であるので、ドラッグレバー原理（Schlepphebelkonzept）にしたがって行われる。ベアリングゲートの作製に際して、必要な支持ベアリングが下からもたらされ、チャンバーセクション２４２，３４２の上に向かって閉鎖された構成が可能となる。

吸気側カムシャフト・排気側カムシャフトを支承するためのベアリング配置構成の構造上の分離は、とりわけ構造の優れた剛性によって可能となり、その結果、吸気側カムシャフト・排気側カムシャフトの共通支承のためのラーメン構造が必要でなく、基本的により自由な形態（例えば、図１に示したように、その縦軸に関して吸気側カムシャフトの９０度回転した配置構成）が可能である。

カムシャフトベアリングフレームの製造は更に、吸気側カムシャフト・排気側カムシャフトの共通支承のための構造に比べて、２本の平行なスピンドルを有した機械の変わりに１本だけのスピンドルを有した加工機械を必要とすることによって特に単純化する。

シリンダヘッドの断面図である。 二分割されたカムシャフトベアリングフレームの斜視図である。 二分割されたカムシャフトベアリングフレームの下からの図である。 二分割されたカムシャフトベアリングフレームの断面図である。

符号の説明

１００ シリンダヘッド
１０２ シリンダヘッドケーシング
１１０ シリンダヘッドカバー
２００ カムシャフトベアリングフレーム
２４０ 下側ベアリングブロック
２５２ 下側部分
２５４ 上側部分

Claims (9)

1. シリンダヘッドケーシング、下側ベアリングブロックを有する下側部分と上側ベアリング蓋を有する上側部分とを備え二分割されたカムシャフトベアリングフレーム、並びにシリンダヘッドカバーを備えた、内燃機関のシリンダヘッドにおいて、カムシャフトベアリングフレーム（２００）の上側部分（２５４）が、特にベアリング蓋（３７２）の間の領域（２４２，３４２）にてフード状に閉じられて形成されていることを特徴とするシリンダヘッド。
2. カムシャフトベアリングフレーム（２００）が、カムシャフトベアリング及び／又はカムのオイル吹き付けのために一体化されたオイル通路（４５６，４８０，４８２，４８４）を有することを特徴とする請求項１に記載のシリンダヘッド。
3. カムシャフトベアリングフレーム（２００）がマグネシウム合金のダイカストから成ることを特徴とする請求項１又は２に記載のシリンダヘッド。
4. カムシャフトベアリングフレーム（２００）が独立して少なくともほぼ仕上げ加工可能であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のシリンダヘッド。
5. カムシャフトベアリングフレーム（２００）のベアリングゲートを加工するために、支持ベアリングが下から下側部分（２５２，３５２）を通って導入可能であることを特徴とする請求項４に記載のシリンダヘッド。
6. シリンダヘッドケーシング（１０２）にカムシャフトベアリングフレーム（２００）を固定するためにアルミニウム製ネジが備えられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のシリンダヘッド。
7. カムシャフトベアリングフレーム（２００）とシリンダヘッドケーシング（１０２）の間の分離面並びにシリンダヘッドカバー（１１０）とシリンダヘッドケーシング（１０２）の間の分離面が平面にあることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のシリンダヘッド。
8. 吸気側・排気側カムシャフト（１０４，１０６）の支承のためにそれぞれ固有のカムシャフトベアリングフレーム（２００）が備えられていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のシリンダヘッド。
9. 点火プラグ蓋（１２６）がシリンダヘッドカバー（１１０）内にぴったりと一体化されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載のシリンダヘッド。

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