JP2009216010A - エンジンの上部構造 - Google Patents

Abstract

【課題】カムキャリアがシリンダヘッドの上面に締結されたエンジンの上部構造において、質量増加を抑えながらカムキャリア強度を比較的に高く維持すると共に、オイル分離室へのブローバイガスの流入を主にガス流動開口から行ってカム部周辺の飛散オイルの持込みを極力抑制する。
【解決手段】吸気側カム軸１１及び排気側カム軸２１の複数の軸受部を支持する複数の軸受壁部に連結フレーム部３３を結合する。点火プラグ３１を挿通する貫通孔３３ａを気筒列方向の適所に設け、排気側カム軸２１の上方にヘッドカバー４０の内面との間にオイル分離室４１を設け、連結フレーム部３３に排気側カム軸２１側に延びる補強プレート部３４を各軸受壁部に結合する。オイル分離室４１へのガス流通路４２の先端を補強プレート部３４の上方まで延ばし、補強プレート部３４におけるガス流通路４２に対応する部分に補強プレート部３４を貫通するガス流動開口４３を設ける。
【選択図】図２

Description

本発明は、カムキャリアがシリンダヘッドの上面に締結されたエンジンの上部構造に関するものである。

従来より、吸気側カム軸及び排気側カム軸の複数の軸受部を支持する複数の軸受壁部と、気筒列方向に延び、点火プラグ又は燃料インジェクタを挿通する貫通孔を気筒列方向の適所に有し、上記各軸受壁部に結合される連結フレーム部とを有するカムキャリアが、シリンダヘッドの上面に締結され、上記吸気側カム軸と排気側カム軸とのいずれか一方の上方にヘッドカバー内面との間にオイル分離室を設けたエンジンの上部構造は知られている。

例えば、特許文献１では、ツインカムエンジンのカムホルダ（カムキャップ）の適用例が開示されている。具体的には、クランク軸の１／２の回転数で回転駆動されるカム軸が、それぞれ、回転軸線方向でのシリンダヘッドの両端部にそれぞれ配置された一対の端部カムホルダと、回転軸線方向で隣接するシリンダ孔の間に配置される３つの中間カムホルダとにより、シリンダヘッドに回転自在に支持されている。各カムホルダは、下部及び上部ホルダとからなり、各カム軸が上部ホルダ及び下部ホルダで形成される軸受部に挟持された状態でボルトによりシリンダヘッドに締結されている。各中間カムホルダでは、シリンダヘッドに一体成形された各ホルダ取付部の一対のボスのネジ孔に、下部ホルダと上部ホルダとに挿通されるボルトが螺合している。
特開２００３−１０６２１４号公報

ところで、吸気側カム軸と排気側カム軸とのいずれか一方の上方にヘッドカバー内面との間にオイル分離室を設け、オイルミストを含むブローバイガスからオイルを分離する場合がある。

エンジンの軽量化の観点から、連結フレーム部は、できるだけ幅の小さいものとし、シリンダヘッドの外壁との間の開口部をできるだけ広くする必要があるが、開口部が大きくなりすぎると、強度が不足するおそれがある。また、動力系レイアウトの都合等から、吸気側カム軸と排気側カム軸とのいずれか一方の開口部が、他方の開口部よりも大きくなる場合がある。

そこで、開口部を補強しながらも、オイル分離室にオイルミストを含むブローバイガスを送れるようにする必要がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、質量増加を抑えながらカムキャリア強度を比較的に高く維持すると共に、オイル分離室へのブローバイガスの流入を主にガス流動開口から行ってカム部周辺の飛散オイルの持込みを極力抑制することにある。

上記の目的を達成するために、この発明では、フレーム連結部に補強プレート部を設けると共に、この補強プレート部にオイル分離室へのガス流通路に対応させてガス流動開口を設けた。

具体的には、第１の発明では、
吸気側カム軸及び排気側カム軸の複数の軸受部を支持する複数の軸受壁部と、
気筒列方向に延び、点火プラグ又は燃料インジェクタを挿通する貫通孔を気筒列方向の適所に有し、上記各軸受壁部に結合される連結フレーム部とを有するカムキャリアが、シリンダヘッドの上面に締結され、
上記吸気側カム軸と排気側カム軸とのいずれか一方の上方にヘッドカバー内面との間にオイル分離室を設けたエンジンの上部構造を対象とする。

そして、上記連結フレーム部には、上記オイル分離室の下方に位置する上記一方のカム軸側に延びる補強プレート部が各軸受壁部につながるように結合され、
上記オイル分離室へのガス流通路の先端が上記補強プレート部の上方まで延びており、
上記補強プレート部におけるガス流通路に対応する部分には、該補強プレート部を貫通するガス流動開口が設けられている。

上記の構成によると、カムキャリアは、軽量化の必要性から連結フレーム部の幅を小さくし、連結フレーム部と外壁との間の開口部をできるだけ大きくしているが、吸気側カム軸及び排気側カム軸の一方の軸受壁部に補強プレート部を結合することで、質量の増加を抑えながら、カムキャリアの強度が比較的に高く維持される。ガス流動開口からオイル分離室へのブローバイガスを流入させるときに、ガス流通路の先端が補強プレート部の上方まで延び、その入口が下方に位置しているので、潤滑に供したカム部周辺の飛散オイルが不用意にオイル分離室に流れ込まず、補強プレート部のガス流動開口から飛散オイルを多く含まないブローバイガスがガス流通路を通ってオイル分離室に流れ込む。なお、ガソリンエンジンが点火プラグを挿通する貫通孔を備え、ディーゼルエンジンが燃料インジェクタを挿通する貫通孔を備える。

第２の発明では、第１の発明において、
上記オイル分離室下方のカム軸の下方には、シリンダヘッドの幅方向外側にピボット点を有し、上記カム軸の力を吸気弁又は排気弁に伝達するロッカーアームが配置され、
上記点火プラグ又は燃料インジェクタ位置から上記カム軸の位置までの距離は、上記補強プレート部を有する側が該補強プレート部を有さない側よりも長く設定されている。

上記の構成によると、シリンダヘッドの幅方向外側にピボット点を有するロッカーアームをオイル分離室下方のカム軸の下方に配置すると、吸気弁又は排気弁の傾斜が大きくなって点火プラグ又は燃料インジェクタ位置からカム軸の位置までの距離が長くなるが、補強プレート部が各軸受壁部につながるように結合されているので、カムキャリアの強度は低下しない。

第３の発明では、第１又は第２の発明において、
上記カムキャリアは、カム軸の下側を支えるロアキャリアとする。

上記の構成によると、補強プレート部を設けることでロアキャリアの強度が維持されるので、エンジン上部の強度が高められる。

第４の発明では、第３の発明において、
上記ロアキャリアの補強プレート部側の側面には、庇部が外方へ延設されている。

上記の構成によると、庇部により、補強プレート部のある側の開口部の外側からの補強が行われる。また、この庇部により、排気マニホールドからの上方への熱気上がりによるヘッドカバーに対する影響を抑制することができるので、ヘッドカバーが樹脂製の場合に有利である。

以上説明したように、本発明によれば、連結フレーム部に補強プレート部を設けると共に、オイル分離室に向かうガス流通路の先端を補強プレート部の上方まで延ばし、補強プレート部にガス流通路に対応してガス流動開口を設けたことにより、質量増加を抑えながらカムキャリア強度を比較的に高く維持すると共に、オイル分離室へのブローバイガスの流入を主にガス流動開口から行ってカム部周辺の飛散オイルの持込みを極力抑制することができる。

上記第２の発明によれば、オイル分離室側のカム軸下方にシリンダヘッドの幅方向外側にピボット点を有するロッカーアームを配置したことにより、動弁系のレイアウトの自由度を高めながら、カムキャリア強度を高く維持することができる。

上記第３の発明によれば、カム軸の下側を支えるロアキャリアを補強プレート部で補強したことにより、エンジン上部の強度を効果的に高めることができる。

上記第４の発明によれば、ロアキャリアの排気側カム軸側の側面に庇部を延設したことにより、さらにロアキャリアの強度を向上させることができると共に、排気マニホールドからの熱気上がりを効果的に抑制することができるので、樹脂製のヘッドカバーを使用しやすい。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１〜図４は本発明の実施形態のエンジンの上部構造１を示す。詳しくは図示しないが、このエンジンは、火花点火式内燃機関であって、第１〜第４の４つのシリンダを備えている。但し、エンジンは、いかなる数のシリンダを有するものであってもよい。このエンジンは、自動車等の車両に搭載され、その出力軸は、変速機を介して駆動輪に連結されている。エンジンの出力が駆動輪に伝達されることによって、車両が推進する。

エンジンは、図示しないシリンダブロックと、その上に載置されてボルト６０で固定されるシリンダヘッド２とを備えている。詳しくは図示しないが、シリンダブロックの内部に上記シリンダが形成されている。シリンダブロックには、ジャーナル、ベアリングなどによりクランクシャフトが回転自在に支持されている。

そして、不図示のピストンが上記各シリンダ内に摺動自在に嵌挿され、シリンダ及びシリンダヘッド２と共に燃焼室３を区画している。シリンダ毎に２つの吸気ポート４がシリンダヘッド２に形成され、それぞれが燃焼室３に連通している。同様に、シリンダ毎に２つの排気ポート５がシリンダヘッド２に形成され、それぞれが燃焼室３に連通している。図示しないが、吸気弁６及び排気弁７はそれぞれ、吸気ポート４及び排気ポート５を燃焼室３から遮断（閉）することができるように配設されている。吸気弁６は吸気弁駆動機構１０により、排気弁７は排気弁駆動機構２０によりそれぞれ駆動され、それによって所定のタイミングで往復動し、吸気ポート４及び排気ポート５を開閉するように構成されている。

吸気弁駆動機構１０及び排気弁駆動機構２０は、それぞれ吸気側カム軸１１及び排気側カム軸２１を備えている。吸気側カム軸１１及び排気側カム軸２１にはそれぞれ４つのカム部１１ａ，２１ａが設けられている。カム軸１１，２１は、チェーン、スプロケット機構等の動力伝達機構を介してクランクシャフトに連結される。動力伝達機構は、クランクシャフトが二回転する間に、吸気側カム軸１１及び排気側カム軸２１を一回転させるように構成されている。

そして、シリンダヘッド２の上面にカムキャリアとしてのロアキャリア３０がボルト６１によって締結されている。図５，図６及び図１０に示すように、ロアキャリア３０は、吸気側カム軸１１及び排気側カム軸２１の複数の軸受部１２，２２の下側を支持する複数の軸受壁部１３，２３を備えている。

図４等に示すように、上記ロアキャリア３０の上面には、ヘッドカバー４０が載置され、ボルト６３で固定されていると共に、吸気側及び排気側のアッパキャリア７０，７１は、吸気側カム軸１１及び排気側カム軸２１の複数の軸受部１２，２２の上側を支持する複数の軸受壁部１６，２６を有し、シリンダヘッド２ないしロアキャリア３０に対してボルト６１，６２で固定されている。つまり、ロアキャリア３０とアッパキャリア７０，７１とで吸気側カム軸１１及び排気側カム軸２１を回転自在に支持している。なお、ヘッドカバー４０は、樹脂製であるが、アルミニウム合金等の金属製でもよい。

点火プラグ３１は、例えばネジ等によって、シリンダヘッド２に取り付けられ、エンジン制御器からの制御信号を受けて、点火プラグ３１が所望の点火タイミングで火花を発生するようになっている。

燃料インジェクタは、シリンダヘッド２の一側（図例では吸気側）に取り付けられている。燃料インジェクタ（図４に挿入用開口３５のみを示す）の先端は、上下方向については２つの吸気ポート４の下方に、また、水平方向については２つの吸気ポート４の中間に位置して、燃焼室３内に臨んでいる。

また、図７及び図９に示すように、ロアキャリア３０は、平面視で複数の軸受壁部１３，２３と直交する形態で気筒列方向に延びる連結フレーム部３３と連結され、また、外側壁部６５により連結フレーム部３３、軸受壁部１３，２３の外側が枠状に連結されている。この連結フレーム部３３には、各気筒毎に点火プラグ３１を挿通する２つの点火プラグ用貫通孔３３ａと１つの気筒内圧センサ用貫通孔３３ｂとが形成されている。

連結フレーム部３３と外側壁部６５との間には、吸気側の開口部１４と排気側の開口部２４とが形成されている。これらの開口部１４，２４は、複数の軸受壁部１３，２３で区切られている。

上記排気側カム軸２１の下方には、シリンダヘッド２の幅方向外側にピボット点２５ａを有し、排気側カム軸２１の力を排気弁７に伝達するロッカーアーム２５が配置されている。同様に吸気側カム軸１１の下方には、シリンダヘッド２の幅方向内側にピボット点１５ａを有し、吸気側カム軸１１の力を吸気弁６に伝達するロッカーアーム１５が配置されている。つまり、ロッカーアーム１５，２５は、カム軸１１，２１に回転されるカム部１１ａ，２１ａに押されて吸気弁６及び排気弁７を最適なタイミングで押すように構成されている。

上記ロッカーアーム１５，２５の配置の相違からもわかるように、排気側カム軸２１側の点火プラグ３１から排気側カム軸２１の位置までの距離Ｌ１は、点火プラグ３１から吸気側カム軸１１の位置までの距離Ｌ２よりも長く設定されている（Ｌ１＞Ｌ２）。

そして、いずれか１つの気筒に対応する上記排気側カム軸２１の上方にヘッドカバー４０の内面との間に、オイルミストを含んだブローバイガスからオイルを分離するオイル分離室４１が設けられている。オイル分離室４１は、気筒列方向に長い空洞状のもので、ブローバイガスを内部に導入するガス流通路４２が排気側カム軸２１のカム部２１ａの近傍に設けられている。

また、オイル分離室４１の下方に位置する側の開口部２４には、連結フレーム部３３に沿って各軸受壁部２３につながるように薄板の補強プレート部３４が結合されている。ガス流通路４２の先端は、この補強プレート部３４の上方まで延び、ガス流通路４２に対応する部分には、補強プレート部３４を貫通する例えば矩形状のガス流動開口４３が設けられている。

上記ロアキャリア３０の補強プレート部３４側の外側壁部６５には、気筒列方向に長い庇部５０が外方へ延設されている。この庇部５０により、補強プレート部３４のある側の開口部２４の外側からの補強が行われる。また、庇部５０により、その直下のシリンダヘッド２に取り付けられる排気マニホールドからの上方への熱気上がりによる直接的な影響を抑制することができるので、ヘッドカバー４０が樹脂製の場合に有利である。

さらに、図１に示すように、この庇部５０には、一対のＥＧＲクーラ取付部５１が設けられ、このＥＧＲクーラ取付部５１に気筒列方向に長いＥＧＲクーラ５２が取り付けられている。ＥＧＲクーラ５２があることで、排気マニホールドからの上方への熱気上がりのヘッドカバー４０に対する影響をさらに効果的に抑制することができる。

−作用−
次に、本実施形態にかかるエンジンの上部構造１の作用について説明する。

ロアキャリア３０は、軽量化の必要性からできるだけ連結フレーム部３３の幅を小さくして開口部１４，２４を大きくしている。そして、上述したように、シリンダヘッド２の幅方向外側にピボット点２５ａを有するロッカーアーム２５をオイル分離室４１下方の排気側カム軸２１の下方に配置すると、排気弁７の傾斜が大きくなって点火プラグ３１位置から排気側カム軸２１の位置までの距離が長くなっている（Ｌ１＞Ｌ２）。

しかし、排気側カム軸２１の軸受壁部２３に補強プレート部３４を結合することで、質量の増加を抑えながら、ロアキャリア３０の強度が比較的に高く維持されるので、エンジンの上部構造１の強度が高められる。そして、ロアキャリア３０の強度が維持されることで、ヘッドカバー４０を金属製に比べて軽量な樹脂製とすることも可能となる。

また、エンジンの駆動中には、吸気側カム軸１１及び排気側カム軸２１は、図２において時計回りに回転し、潤滑に供したオイルが、排気側カム軸２１側のカム部２１ａの回転によってオイルミストとなってその周囲に飛散する。このとき、ガス流通路４２の先端が補強プレート部３４の上方まで延長され、その入口が下方に位置しているので、カム部２１ａ周辺の飛散オイルが不用意にオイル分離室４１に流れ込まない。そして、補強プレート部３４のガス流動開口４３から飛散オイルを多く含まないブローバイガスがガス流通路４２を通ってオイル分離室４１に流れ込むので、適切にオイルの回収が行われる。

−実施形態の効果−
したがって、本実施形態にかかるエンジンの上部構造１によると、質量増加を抑えながらロアキャリア３０の強度を比較的に高く維持すると共に、オイル分離室４１へのブローバイガスの流入を主にガス流動開口４３から行ってカム部２１ａ周辺の飛散オイルの持込みを極力抑制することができる。

また、オイル分離室４１側の排気側カム軸２１の下方にシリンダヘッド２の幅方向外側にピボット点２５ａを有するロッカーアーム２５を配置したことにより、動弁系のレイアウトに合わせた配置であっても、ロアキャリア３０の強度を高く維持することができる。

また、吸気側カム軸１１及び排気側カム軸２１の下側を支えるロアキャリア３０を補強プレート部３４で補強したことにより、エンジンの上部構造１の強度を効果的に高めることができる。

また、ロアキャリア３０の排気側カム軸２１側の外側壁部６５の外側面に庇部５０を延設したことにより、さらにロアキャリア３０の強度を向上させることができると共に、排気マニホールドからの熱気上がりを効果的に抑制することができるので、金属製に比べて熱に弱い樹脂製のヘッドカバー４０を使用することができる。

（その他の実施形態）
本発明は、上記実施形態について、以下のような構成としてもよい。

すなわち、上記実施形態では、動力系レイアウトの関係から補強プレート部３４を、開口部２４の大きい排気側カム軸２１側に設けたが、他のレイアウトで開口部１４の大きくなった吸気側カム軸１１側に設けても本発明は適用可能である。

上記実施形態では、エンジンはガソリンエンジン（火花点火式内燃機関）とし、ガソリンエンジンの連結フレーム部３３が点火プラグ３１を挿通する貫通孔３３ａを備えるようにしたが、ディーゼルエンジンの連結フレーム部が燃料インジェクタを挿通する貫通孔を備えるようにしてもよい。

なお、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物や用途の範囲を制限することを意図するものではない。

本発明の実施形態にかかるエンジンの上部構造を示す平面図である。 図１のII−II線断面図である。 図１のIII−III線断面図である。 図１のIV−IV線断面図である。 図１のＶ−Ｖ線断面図である。 図１のVI−VI線断面図である。 ロアキャリアの平面図である。 ロアキャリアの排気側を示す側面図である。 ロアキャリアの底面図である。 図７のＸ−Ｘ線断面図である。

符号の説明

１ エンジンの上部構造
２ シリンダヘッド
６ 吸気弁
７ 排気弁
１１ 吸気側カム軸
２１ 排気側カム軸（一方のカム軸）
２１ａ カム部
２３ 軸受壁部
２５ ロッカーアーム
２５ａ ピボット点
３０ ロアキャリア（カムキャリア）
３１ 点火プラグ
３３ 連結フレーム部
３３ａ 点火プラグ用貫通孔（貫通孔）
３４ 補強プレート部
４０ ヘッドカバー
４１ オイル分離室
４２ ガス流通路
４３ ガス流動開口
５０ 庇部

Claims (4)

1. 吸気側カム軸及び排気側カム軸の複数の軸受部を支持する複数の軸受壁部と、
   気筒列方向に延び、点火プラグ又は燃料インジェクタを挿通する貫通孔を気筒列方向の適所に有し、上記各軸受壁部に結合される連結フレーム部とを有するカムキャリアが、シリンダヘッドの上面に締結され、
   上記吸気側カム軸と排気側カム軸とのいずれか一方の上方にヘッドカバー内面との間にオイル分離室を設けたエンジンの上部構造であって、
   上記連結フレーム部には、上記オイル分離室の下方に位置する上記一方のカム軸側に延びる補強プレート部が各軸受壁部につながるように結合され、
   上記オイル分離室へのガス流通路の先端が上記補強プレート部の上方まで延びており、
   上記補強プレート部におけるガス流通路に対応する部分には、該補強プレート部を貫通するガス流動開口が設けられている
   ことを特徴とするエンジンの上部構造。
2. 請求項１に記載のエンジンの上部構造において、
   上記オイル分離室下方のカム軸の下方には、シリンダヘッドの幅方向外側にピボット点を有し、上記カム軸の力を吸気弁又は排気弁に伝達するロッカーアームが配置され、
   上記点火プラグ又は燃料インジェクタ位置から上記カム軸の位置までの距離は、上記補強プレート部を有する側が該補強プレート部を有さない側よりも長く設定されている
   ことを特徴とするエンジンの上部構造。
3. 請求項１又は２に記載のエンジンの上部構造において、
   上記カムキャリアは、カム軸の下側を支えるロアキャリアである
   ことを特徴とするエンジンの上部構造。
4. 請求項３に記載のエンジンの上部構造において、
   上記ロアキャリアの補強プレート部側の側面には、庇部が外方へ延設されている
   ことを特徴とするエンジンの上部構造。

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