JP2010223086A - シリンダヘッド構造 - Google Patents

Abstract

【課題】シリンダヘッド本体とこれに組み付けられるカムハウジングとを有する構成において、設備や工程の変更を必要とすることなく、カムシャフトの軸受部についての同軸度を向上させることができるシリンダヘッド構造を提供すること。
【解決手段】カムハウジング４は、シリンダヘッド本体に対する組付け面であるハウジング下面４ａについて所定の平面度を得るための切削加工が行われる際に、切削加工用の工具のハウジング下面４ａに対する作用を、三箇所の支持位置１１にて支持された状態で受けるものであり、三箇所の支持位置１１が、カムハウジング４におけるカムシャフト３の軸方向の両側に配される。
【選択図】図３

Description

本発明は、エンジンにおいてカムシャフトを支持するシリンダヘッド構造に関し、詳細には、シリンダヘッド本体とこのシリンダヘッド本体に組み付けられるカムハウジングとを有するシリンダヘッド構造に関する。

従来、エンジンを構成するシリンダヘッドの構造として、ガスケット等を介してシリンダブロックに組み付けられるシリンダヘッド本体と、このシリンダヘッド本体に組み付けられるカムハウジングとを有するものがある。カムハウジングは、カムシャフトを支持する部分を構成する。

具体的には、カムハウジングにおいては、カムキャップ（カムシャフト用のベアリングキャップ）がカムハウジングに対してボルト等によって固定されることで軸孔（カム孔）が形成され、この軸孔にベアリング等を介してカムシャフトが支持される。カムハウジングにおいてカムキャップが固定されることで構成されるカムシャフトの軸受部（支持部）は、エンジンの気筒数等に応じてカムシャフトの軸方向に複数設けられる。

このようにカムハウジングにおいて複数設けられるカムシャフトの軸受部は、加工時はほぼ同軸であるが、カムハウジングがシリンダヘッド本体に組み付けられることにより、ボルト締結等にともなうカムハウジングの変形（反り）によって同軸度が悪化する。こうしたカムシャフトの軸受部についての同軸度の悪化は、カムシャフトの軸受部におけるフリクションの増大や偏摩耗の原因となる。

カムシャフトの軸受部についての同軸度を向上させる観点から、カムハウジングの組付けによる変形を低減するための技術として、加工時に逆変形を生じさせる手法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。かかる手法は、カムハウジング等により構成される軸受部の加工時に、カムハウジングの組付けによる変形を相殺するような形状（変形）をあらかじめ付与しようとするものである。

特許文献１には、カムハウジングの組付け時の変形を再現した状態での加工方法であって、カムハウジングの変形量（同軸度）を計測しながらの加工を行う技術が開示されている。しかし、特許文献１のような従来の技術によれば、設備や工程の変更が必須となるため、大きな投資が必要となる。

また、カムハウジングの組付けによる変形を低減するための技術としては、シムを用いてカムハウジングの変形を矯正する手法がある。かかる手法によれば、シリンダヘッド本体とシリンダブロックとの間において、ガスケット等とともに挟まれるシムの調整により、シリンダブロックに対する組付けにともなうシリンダヘッド本体の変形を介して、カムシャフトの軸受部について同軸度が向上するように、カムハウジングの変形が矯正される。

しかし、シムを用いてカムハウジングの変形を矯正する手法によれば、カムハウジングやシリンダヘッド本体の加工方法や加工条件等によって生じる、カムハウジングとシリンダヘッド本体との組付け面（カムハウジングの下面およびシリンダヘッド本体の上面）の平面度の影響により、十分な効果が得られない場合がある。

特開平７−１６４２１６号公報

本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、シリンダヘッド本体とこれに組み付けられるカムハウジングとを有する構成において、設備や工程の変更を必要とすることなく、カムシャフトの軸受部についての同軸度を向上させ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。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

すなわち、請求項１においては、エンジンを構成するシリンダブロックに組み付けられるシリンダヘッド本体と、カムシャフトを支持する複数の軸受部を構成するとともに前記シリンダヘッド本体に組み付けられるカムハウジングとを有するシリンダヘッド構造であって、前記カムハウジングは、前記シリンダヘッド本体に対する組付け面について所定の平面度を得るための切削加工が行われる際に、前記切削加工用の工具の前記組付け面に対する作用を、三箇所の支持位置にて支持された状態で受けるものであり、前記三箇所の支持位置が、前記カムハウジングにおける前記カムシャフトの軸方向の両側に配されるものである。

請求項２においては、エンジンを構成するシリンダブロックに組み付けられるシリンダヘッド本体と、カムシャフトを支持する複数の軸受部を構成するとともに前記シリンダヘッド本体に組み付けられるカムハウジングとを有するシリンダヘッド構造であって、前記シリンダヘッド本体および前記カムハウジングのそれぞれは、相手方に対する組付け面について所定の平面度を得るための切削加工が行われる際に、前記切削加工用の工具の前記組付け面に対する作用を、三箇所の支持位置にて支持された状態で受けるものであり、前記三箇所の支持位置が、前記シリンダヘッド本体および前記カムハウジングのそれぞれにおける、前記カムシャフトの軸方向に直交し、かつ前記組付け面に沿う方向の両側に、前記シリンダヘッド本体と前記カムハウジングとが互いに組み付けられた状態で互い違いとなるように配されるものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
すなわち、本発明によれば、シリンダヘッド本体とこれに組み付けられるカムハウジングとを有する構成において、設備や工程の変更を必要とすることなく、カムシャフトの軸受部についての同軸度を向上させることができる。

本発明の第一実施形態に係るシリンダヘッド構造の構成を示す図。 同じくカムハウジングに対する切削加工についての説明図。 同じくカムハウジングの加工時における支持位置を示す図。 同じく切削加工後のカムハウジングの下面の形状を示す図。 比較例におけるカムハウジングの加工時における支持位置を示す図。 同じく切削加工後のカムハウジングの下面の形状を示す図。 シムによる変形の矯正についての説明図。 比較例においてシムによる変形の矯正が適用された場合の説明図。 本発明の第一実施形態に係るカムハウジングの加工時における支持位置の他の例を示す図。 本発明の第二実施形態に係るカムハウジングに対する切削加工についての説明図。 同じくカムハウジングの加工時における支持位置を示す図。 同じく切削加工後のカムハウジングの下面の形状を示す図。 同じくシリンダヘッド本体に対する切削加工についての説明図。 同じくシリンダヘッド本体の加工時における支持位置を示す図。 同じく切削加工後のシリンダヘッド本体の上面の形状を示す図。 同じくカムハウジングおよびシリンダヘッド本体の加工時における支持位置の他の例を示す図。

本発明は、シリンダヘッド本体とこれに組み付けられるカムハウジングとを有するシリンダヘッド構造において、カムハウジングの組付け面、またはシリンダヘッド本体およびカムハウジング両者の組付け面の加工時における支持位置の最適化を図ることにより、組付け面の凹凸（反り）の方向をコントロールしようとするものである。これにより、カムシャフトの軸受部についての同軸度に対する、組付け面の平面度の影響が低減し、軸受部におけるフリクションの低減が図られる。以下、本発明の実施の形態を説明する。

本発明の第一実施形態について説明する。図１に示すように、本実施形態に係るシリンダヘッド構造は、エンジンを構成するシリンダブロック１に組み付けられるシリンダヘッド本体２と、カムシャフト３（軸心線のみ図示）を支持する複数の軸受部を構成するとともにシリンダヘッド本体２に組み付けられるカムハウジング４とを有する。なお、以下の説明では、便宜上、シリンダブロック１に対してシリンダヘッド本体２が組み付けられる側（図１における上側）を上とし、その反対側（同図における下側）を下とする。

シリンダヘッド本体２は、全体としてカムシャフト３の軸方向（図１における左右方向、以下「カム軸方向」という。）を長手方向とする略直方体状の外形を有する。シリンダヘッド本体２は、シリンダブロック１の上側に形成されるシリンダヘッドの組付け面１ａに対して、ヘッドボルト等の締結具が用いられて組み付けられる。シリンダヘッド本体２は、シリンダブロック１（の組付け面１ａ）との間にガスケット５を介して組み付けられる。シリンダブロック１においては、クランクシャフト（図示略）が回転可能に支持される。

カムハウジング４は、全体としてカム軸方向を長手方向とする略直方体状の外形を有する。カムハウジング４においては、カムキャップ（カムシャフト用のベアリングキャップ）がカムハウジング４に対してボルト等によって固定されることで軸孔（カム孔）が形成され、この軸孔にベアリング等を介してカムシャフト３が支持される。カムハウジング４においてカムキャップが固定されることで構成されるカムシャフト３の軸受部（支持部）は、エンジンの気筒数等に応じてカム軸方向に複数設けられる。

カムハウジング４は、互いに平行に配される一対のカムシャフト３を支持する（図３参照）。これらのカムシャフト３のうち、一方の（図３における上側の）カムシャフト３は、エンジンにおいて吸気バルブを作動させるためのものであり、他方の（図３における下側の）カムシャフト３は、エンジンにおいて排気バルブを作動させるためのものである。つまり、カムハウジング４においては、吸気側のカムシャフト３用と排気側のカムシャフト３用との、二列分の軸受部が構成される。

カムハウジング４は、シリンダヘッド本体２の上側（シリンダブロック１に対する組付け側と反対側）に、ボルト等の締結具が用いられて組み付けられる。したがって、平面として形成されるカムハウジング４の下面（以下「ハウジング下面」という。）４ａが、カムハウジング４のシリンダヘッド本体２に対する組付け面となり、同じく平面として形成されるシリンダヘッド本体２の上面（以下「本体上面」という。）２ａが、シリンダヘッド本体２のカムハウジング４に対する組付け面となる。

カムハウジング４は、ハウジング下面４ａについて所定の平面度を得るための切削加工を受ける。具体的には、図２および図３に示すように、カムハウジング４は、加工設備において、設備側に設けられる三つの支持機構１０によって所定の姿勢で位置決めされるとともに支持された状態（三点支持された状態）で、回転工具６によって切削加工を受ける。

回転工具６は、例えばフライス盤において回転可能に構成される正面フライスである。したがって、回転工具６は、加工対象面であるハウジング下面４ａに対して垂直な方向を回転軸方向として回転するとともにハウジング下面４ａに沿って移動しながら、刃部６ａをハウジング下面４ａに作用させることにより、ハウジング下面４ａを切削する（図２、矢印ａ１参照）。

このようなハウジング下面４ａの切削加工においてカムハウジング４を支持する支持機構１０は、クランプ機構として構成されるものであり、カムハウジング４における所定の形状部分をクランプした状態で支持する。すなわち、三つの支持機構１０は、回転工具６による加工を受けるカムハウジング４について、ハウジング下面４ａに沿う方向およびハウジング下面４ａに対する垂直方向の移動を規制することで、カムハウジング４を位置決めした状態で支持する。

三つの支持機構１０によってカムハウジング４が三点支持される構成においては、各支持機構１０により、切削加工用の工具である回転工具６がハウジング下面４ａに作用することに対する支持が行われる。つまり、支持機構１０は、回転工具６がハウジング下面４ａに作用することに対する支持として、主にカムハウジング４の下側（ハウジング下面４ａと反対側）への移動を規制する下側からの支持を行う（図２、矢印ａ２参照）。このように、カムハウジング４は、三つの支持機構１０それぞれによってクランプされる位置である三箇所の支持位置１１において、回転工具６が作用することに対する支持を受ける。

なお、以下の説明では、図２および図３に示すように、本実施形態に係るシリンダヘッド構造において、カム軸方向の一側（図３において右側）をエンジンにおけるフロント側（Ｆｒ側）とし、同じくカム軸方向の他側（同図において左側）をエンジンにおけるリア側（Ｒｒ側）とする。また、本実施形態に係るシリンダヘッド構造において、カム軸方向に直交し、かつハウジング下面４ａに沿う方向の一側（図３において上側）をエンジンにおける吸気側（Ｉｎ側）とし、同じくカム軸方向に直交し、かつハウジング下面４ａに沿う方向の他側（同図において下側）をエンジンにおける排気側（Ｅｘ側）とする。

つまり、本実施形態に係るシリンダヘッド構造においては、Ｆｒ−Ｒｒ方向（図３における左右方向）が、カム軸方向に沿う、シリンダヘッド本体２およびカムハウジング４の長手方向に対応し、Ｉｎ−Ｅｘ方向（同図における上下方向）が、本体上面２ａまたはハウジング下面４ａに沿う、シリンダヘッド本体２およびカムハウジング４の短手方向に対応する。

以上のように、本実施形態のシリンダヘッド構造を構成するカムハウジング４は、ハウジング下面４ａについて所定の平面度を得るための切削加工が行われる際に、回転工具６のハウジング下面４ａに対する作用を、三箇所の支持位置１１にて支持された状態で受けるものである。そして、三箇所の支持位置１１が、カムハウジング４におけるカム軸方向（Ｆｒ−Ｒｒ方向）の両側に配される。

本実施形態では、図２および図３に示すように、カムハウジング４を支持するための支持位置１１は、カムハウジング４のＦｒ−Ｒｒ方向について、Ｆｒ側（カム軸方向の一側）に一箇所、Ｒｒ側（カム軸方向の他側）に二箇所の計三箇所に配されている。また、これら三箇所の支持位置１１は、Ｉｎ−Ｅｘ方向に略対称となるように配される。このため、Ｆｒ側の一箇所の支持位置１１Ａは、カムハウジング４のＩｎ−Ｅｘ方向における中央近傍の位置に配され、Ｒｒ側の二箇所の支持位置１１Ｂは、カムハウジング４のＩｎ−Ｅｘ方向について略対称となる両端近傍の位置に配される。

したがって、カムハウジング４を支持する三箇所の支持位置１１は、図３に示すようにハウジング下面４ａ側から見て、Ｆｒ側を頂角側とする二等辺三角形の各頂点の位置に対応するように配される。各支持位置１１においては、支持機構１０によってカムハウジング４のＦｒ側またはＲｒ側の端面部における所定の形状部分がクランプされることで、カムハウジング４が支持される。

このように、カムハウジング４を支持する三箇所の支持位置１１が、カムハウジング４のＦｒ−Ｒｒ方向の両側に配されることにより、ハウジング下面４ａの切削加工によって生じるハウジング下面４ａの凹凸（反り）の方向が、Ｉｎ側とＥｘ側とで略一致する。これにより、シムを用いてカムハウジング４の変形を矯正する手法（以下「シムによる変形の矯正」という。）の適用が容易となる。具体的には次のとおりである。

カムハウジング４は、その厚さ（上下方向の寸法）が薄いことから剛性が低いため、ハウジング下面４ａの切削加工時において回転工具６が作用することによって変形する。このため、切削加工後のハウジング下面４ａにおいては凹凸（反り）が生じる。

切削加工によるハウジング下面４ａの凹凸は、支持位置１１の位置に応じて形成される。すなわち、カムハウジング４において支持機構１０によって支持される部分の近傍部位、つまり支持位置１１の近傍部位は、回転工具６が作用することに対する剛性が比較的高い部位となる。このため、支持位置１１の近傍部位は、ハウジング下面４ａの切削加工において、良く削れ、切削量が比較的多い部位となる。

一方、カムハウジング４において支持位置１１の近傍部位以外の部位（以下「非支持部位」という。）は、回転工具６が作用することに対する剛性が比較的低い部位となる。このため、非支持部位は、ハウジング下面４ａの切削加工において、回転工具６に対して逃げてしまい、切削量が比較的少ない部位となる。

このように、切削加工を受けるハウジング下面４ａにおいては、支持位置１１の配置によって部分的に切削量の差が生じる。かかる切削量の差により、ハウジング下面４ａにおける凹凸（反り）が生じる。そして、支持位置１１の近傍部位は、加工時に回転工具６に対して逃げないことから削れやすい部位となり、凹凸における凹の部位を形成する。また、非支持部位は、加工時に回転工具６に対して逃げることから削れにくい部位となり、凹凸における凸の部位を形成する。

このような支持位置１１の配置と切削加工によるハウジング下面４ａの凹凸（反り）形状との関係から、ハウジング下面４ａの凹凸（反り）の方向がＩｎ側とＥｘ側とで略一致することでシムによる変形の矯正の適用が容易となることについて、カムハウジング４が三点支持される場合の他の例である比較例を用いて説明する。なお、説明の便宜上、比較例においても本実施形態と同様の符号を用いる。

まず、比較例について説明する。図５に示すように、比較例においては、ハウジング下面４ａの切削加工における支持機構１０による支持位置１１が、カムハウジング４のＩｎ−Ｅｘ方向について、Ｉｎ側に一箇所、Ｅｘ側に二箇所の計三箇所に配されている。また、Ｉｎ側の一箇所の支持位置１１は、カムハウジング４のＦｒ−Ｒｒ方向における中央近傍の位置に配され、Ｅｘ側の二箇所の支持位置１１は、同じくＦｒ−Ｒｒ方向における両端近傍の位置に配される。

したがって、図５に示すように、比較例においては、カムハウジング４のＩｎ側の部分におけるＦｒ−Ｒｒ方向の中央近傍の部位（符号ｃ１参照）、およびＥｘ側の部分におけるＦｒ−Ｒｒ方向の両端近傍の部位（符号ｃ２参照）が、支持位置１１の近傍部位、つまり切削加工による切削量が比較的多い部位となる。これに対し、カムハウジング４のＩｎ側の部分におけるＦｒ−Ｒｒ方向の中央近傍の部位以外の部位（両端側の部位、符号ｄ１参照）、およびＥｘ側の部分におけるＦｒ−Ｒｒ方向の両端近傍の部位以外の部位（中間の部位、符号ｄ２参照）が、非支持部位、つまり切削加工による切削量が比較的少ない部位となる。

このため、比較例において、切削加工によるハウジング下面４ａの凹凸（反り）形状は、図６に示すような態様になる。すなわち、図６（ａ）に示すように、Ｆｒ−Ｒｒ方向の中央近傍の部位が削れやすい部位となるＩｎ側の部分については、Ｆｒ−Ｒｒ方向について中央部にかけて窪むような凹形状（全体として上反り形状）となる。これに対し、図６（ｂ）に示すように、Ｆｒ−Ｒｒ方向の両端近傍の部位が削れやすい部位となるＥｘ側の部分については、Ｆｒ−Ｒｒ方向について中央部にかけて膨らむような凸形状（全体として下反り形状）となる。

なお、図６は、切削加工後のハウジング下面４ａの形状（カムハウジング４のＦｒ−Ｒｒ方向の断面形状）を示すものである。そして、図６（ａ）は、図５におけるＸ−Ｘ位置に対応する断面形状を示し、図６（ｂ）は、図５におけるＹ−Ｙ位置に対応する断面形状を示す。

このように、比較例においては、ハウジング下面４ａにおけるＩｎ側の部分とＥｘ側の部分とで面の凹凸（反り）の方向が異なってしまう。これにより、ハウジング下面４ａの形状の影響で、カムハウジング４のシリンダヘッド本体２に対する組付け時に、カムハウジング４において軸受部を構成する部分がＩｎ側とＥｘ側とで互いに逆方向に反ってしまう。このようにＩｎ側とＥｘ側とでハウジング下面４ａの凹凸（反り）の方向が異なる（逆方向となる）場合、シムによる変形の矯正の適用が困難となる。

ここで、シムによる変形の矯正について、図７を用いて説明する。図７（ａ）に示すように、カムハウジング４が組み付けられるシリンダヘッド本体２がガスケット５を介してシリンダブロック１に組み付けられる構成においては、各部品について組付けによる変形が生じる。

各部品の組付けによる変形としては、図７（ａ）に示すように、ガスケット５を介して下側に位置するシリンダブロック１については、カム軸方向において下向きに凸となるような反り変形が生じる。また、ガスケット５を介して上側に位置するシリンダヘッド本体２およびカムハウジング４については、カム軸方向において上向きに凸となるような反り変形が生じる。

こうした各部品の組付けによる変形は、ガスケット５の構造に起因する。具体的には、ガスケット５は、その介装される部分（シリンダブロック１とシリンダヘッド本体２との合わせ面部）における面圧について、シリンダブロック１の組付け面１ａにおける中央部分（詳細にはシリンダブロック１が有するシリンダボアの周辺部分）が周縁部分に対して比較的高くなるような構造を有する。

ガスケット５による部分的な面圧の調整は、例えばガスケット５が複数の層からなる積層構造を有する場合における層の数の調整等の、ガスケット５における部分的な厚さの調整により行われる。したがって、ガスケット５は、シリンダブロック１の組付け面１ａにおける中央部分に対応する部分が、組付け面１ａにおける周縁部分に対応する部分に対して比較的厚くなるように構成される。このため、ガスケット５が介装される部分においては、カム軸方向の両端部（前後端部）の面圧が比較的低くなり、前述したような各部品の組付けによる変形が生じる。

そこで、図７（ｂ）に示すように、ガスケット５が介装される部分において、カム軸方向の両端部にカウンタシム７が設置されることで、組付けによる変形のシムによる矯正が行われる。すなわち、ガスケット５が介装される部分において、ガスケット５が比較的薄いことやガスケット５が存在しないこと等によって面圧が比較的低くなる前後端部に、カウンタシム７が介装されることで、その前後端部における面圧が高められる。

これにより、図７（ｂ）に示すように、前述したような各部品の組付けによる変形が矯正され、カムハウジング４におけるカムシャフト３の軸受部についての同軸度が矯正される。なお、ガスケット５と同様にシリンダブロック１とシリンダヘッド本体２との間に介装されるカウンタシム７は、ガスケット５がシムを内装する複数の層からなる積層構造である場合においてはガスケット５に内装されるシムが延設された部分として設けられたり、ガスケット５とは別部品として設けられたりする。

このようなシムによる変形の矯正が、前述した比較例に係る構成において適用される場合、次のような問題がある。比較例においては、前記のとおりＩｎ側とＥｘ側とでハウジング下面４ａの凹凸（反り）の方向が異なる。このため、カウンタシム７等のシムによる変形の矯正をＩｎ側とＥｘ側とで一律に行うことができない。

つまり、シムによる変形の矯正において、ハウジング下面４ａの凹凸（反り）について、Ｉｎ側の変形に対応しようとした場合、Ｅｘ側の変形の矯正が困難となり、逆に、Ｅｘ側の変形に対応しようとした場合、Ｉｎ側の変形の矯正が困難となる。言い換えると、比較例に係る構成においては、シムによる変形の矯正によれば、Ｉｎ−Ｅｘ方向について片側（例えば排気側）のカムシャフト３の軸受部についての同軸度は改善されるものの、もう片側（例えば吸気側）のカムシャフト３の軸受部についての同軸度は悪化する場合がある。

例えば、図８（ａ）に示すように、Ｉｎ側については、ハウジング下面４ａの凹凸（反り）（図６（ａ）参照）との関係から、カウンタシム７等のシムによる変形の矯正が行われてない状態で、カムハウジング４におけるカムシャフト３の軸受部についての同軸度が良好な場合がある。この場合、図８（ｂ）に示すように、例えばＥｘ側の変形に対応してカウンタシム７が設置されることでシムによる変形の矯正が行われると、Ｉｎ側のカムシャフト３の軸受部についての同軸度が悪化するという現象が生じる。本例では、図８（ｂ）に示すように、カムシャフト３が下向きに凸となるような反り変形をともなうように、軸受部についての同軸度が悪化する。

このようにＩｎ側とＥｘ側とでハウジング下面４ａの凹凸（反り）の方向が異なることからシムによる変形の矯正の適用が困難な比較例に係る構成に対して、本実施形態に係る構成においては、シムによる変形の矯正の適用が容易となる。

すなわち、図３に示すように、本実施形態に係る構成においては、前述したような支持位置１１の配置から、カムハウジング４のＦｒ−Ｒｒ方向の両端の部位（符号ｂ１参照）が、支持位置１１の近傍部位、つまり切削加工による切削量が比較的多い部位となる。これに対し、カムハウジング４のＦｒ−Ｒｒ方向の中間の部位（符号ｂ２参照）が、非支持部位、つまり切削加工による切削量が比較的少ない部位となる。

このため、本実施形態において、切削加工によるハウジング下面４ａの凹凸（反り）形状は、図４に示すような態様になる。すなわち、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、Ｉｎ側の部分およびＥｘ側の部分のいずれについても、Ｆｒ−Ｒｒ方向の両端近傍の部位が削れやすい部位となることから、Ｆｒ−Ｒｒ方向について中央部にかけて膨らむような凸形状（全体として下反り形状）となる。

なお、図４は、図６と同様に切削加工後のハウジング下面４ａの形状を示すものであり、図４（ａ）は、図３におけるＡ−Ａ位置に対応する断面形状を示し、図４（ｂ）は、図３におけるＢ−Ｂ位置に対応する断面形状を示す。

このように、本実施形態においては、ハウジング下面４ａにおけるＩｎ側の部分とＥｘ側の部分とで面の凹凸（反り）の方向が略一致する。これにより、シムによる変形の矯正の適用が容易となる。つまり、ハウジング下面４ａの凹凸（反り）の方向がＩｎ側とＥｘ側とで略一致することで、前述した比較例のようにハウジング下面４ａの凹凸（反り）の方向がＩｎ側とＥｘ側とで異なることに基づくシムによる変形の矯正の適用についての困難性が解消される。

以上のように、本実施形態に係るシリンダヘッド構造によれば、シリンダヘッド本体２とこれに組み付けられるカムハウジング４とを有する構成において、設備や工程の変更を必要とすることなく、カムシャフト３の軸受部についての同軸度を向上させることができる。

すなわち、本実施形態に係るシリンダヘッド構造によれば、ハウジング下面４ａの凹凸（反り）の方向がＩｎ側とＥｘ側とで略一致することから、設備や工程に影響しないシムによる変形の矯正により、カムシャフト３の軸受部についての同軸度を容易に向上させることができる。

なお、本実施形態においては、カムハウジング４を支持するための支持位置１１がＦｒ側に一箇所、Ｒｒ側に二箇所配される三点支持の配置であるが（図３参照）、支持位置１１の配置としては、Ｆｒ−Ｒｒ方向について反対の配置であってもよい。つまり、図９に示すように、支持位置１１の配置としては、Ｆｒ側に二箇所、Ｒｒ側に一箇所の配置であってもよい。

本発明の第二実施形態について説明する。なお、前述した本発明の第一実施形態と共通する部分等については、共通の符号を用いる等して適宜説明を省略する。本実施形態は、第一実施形態との対比において、カムハウジング４のハウジング下面４ａに加え、シリンダヘッド本体２の本体上面２ａについても、切削加工時における支持位置の最適化を図ることにより、組付け面の凹凸（反り）の方向をコントロールしようとするものである。

したがって、本実施形態では、シリンダヘッド本体２およびカムハウジング４のそれぞれが、相手方に対する組付け面について所定の平面度を得るための切削加工が行われる際に、回転工具６の組付け面に対する作用を、三箇所の支持位置１１にて支持された状態で受けるものである。

すなわち、図１０および図１１に示すように、カムハウジング４は、加工設備において、設備側に設けられる三つの支持機構１０（三箇所の支持位置１１）によって所定の姿勢で位置決めされるとともに支持された状態（三点支持された状態）で、ハウジング下面４ａについて、回転工具６によって切削加工を受ける。

また、図１３および図１４に示すように、シリンダヘッド本体２は、カムハウジング４と同様、加工設備において、設備側に設けられる三つの支持機構１２によって所定の姿勢で位置決めされるとともに支持された状態（三点支持された状態）で、本体上面２ａについて、回転工具６によって切削加工を受ける。

シリンダヘッド本体２を支持するための支持機構１２は、カムハウジング４を支持するための支持機構１０と同様に、クランプ機構として構成されるものであり、シリンダヘッド本体２における所定の形状部分をクランプした状態で支持する。つまり、シリンダヘッド本体２は、三つの支持機構１２それぞれによってクランプされる位置である三箇所の支持位置１１において、回転工具６が作用することに対する支持を受ける。なお、カムハウジング４を支持するための支持機構１０とシリンダヘッド本体２を支持するための支持機構１２とは、共通の構成であってもよい。

そして、本実施形態では、シリンダヘッド本体２およびカムハウジング４のそれぞれを支持する三箇所の支持位置１１が、シリンダヘッド本体２およびカムハウジング４のそれぞれにおける、カム軸方向（Ｆｒ−Ｒｒ方向）に直交し、かつ組付け面（本体上面２ａまたはハウジング下面４ａ）に沿う方向（Ｉｎ−Ｅｘ方向）の両側に、シリンダヘッド本体２とカムハウジング４とが互いに組み付けられた状態で互い違いとなるように配される。

本実施形態では、図１０および図１１に示すように、カムハウジング４を支持するための支持位置１１は、カムハウジング４のＩｎ−Ｅｘ方向について、Ｉｎ側に一箇所、Ｅｘ側に二箇所の計三箇所に配されている。また、これら三箇所の支持位置１１は、Ｆｒ−Ｒｒ方向に略対称となるように配される。このため、Ｉｎ側の一箇所の支持位置１１Ｃは、カムハウジング４のＦｒ−Ｒｒ方向における中央近傍の位置に配され、Ｅｘ側の二箇所の支持位置１１Ｄは、カムハウジング４のＦｒ−Ｒｒ方向について略対称となる両端近傍の位置に配される。

したがって、カムハウジング４を支持する三箇所の支持位置１１は、図１１に示すようにハウジング下面４ａ側から見て、Ｉｎ側を頂角側とする二等辺三角形の各頂点の位置に対応するように配される。各支持位置１１においては、支持機構１０によってカムハウジング４のＩｎ側またはＥｘ側の端面部における所定の形状部分がクランプされることで、カムハウジング４が支持される。

このようなカムハウジング４に対する支持位置１１の配置に対して、シリンダヘッド本体２に対する支持位置１１は、シリンダヘッド本体２とカムハウジング４とが互いに組み付けられた状態で互い違いとなるように配される。

すなわち、本実施形態では、図１３および図１４に示すように、シリンダヘッド本体２を支持するための支持位置１１は、シリンダヘッド本体２のＩｎ−Ｅｘ方向について、Ｉｎ側に二箇所、Ｅｘ側に一箇所の計三箇所に配されている。また、これら三箇所の支持位置１１は、Ｆｒ−Ｒｒ方向に略対称となるように配される。このため、Ｉｎ側の二箇所の支持位置１１Ｅは、シリンダヘッド本体２のＦｒ−Ｒｒ方向について略対称となる両端近傍の位置に配され、Ｅｘ側の一箇所の支持位置１１Ｆは、シリンダヘッド本体２のＦｒ−Ｒｒ方向における中央近傍の位置に配される。

したがって、シリンダヘッド本体２を支持する三箇所の支持位置１１は、図１４に示すように本体上面２ａ側から見て、Ｅｘ側を頂角側とする二等辺三角形の各頂点の位置に対応するように配される。各支持位置１１においては、支持機構１２によってシリンダヘッド本体２のＩｎ側またはＥｘ側の端面部における所定の形状部分がクランプされることで、シリンダヘッド本体２が支持される。

このように、シリンダヘッド本体２およびカムハウジング４のそれぞれを支持する三箇所の支持位置１１が互い違いとなるように配されることにより、本体上面２ａおよびハウジング下面４ａそれぞれの切削加工によって生じる各面の凹凸（反り）が、シリンダヘッド本体２とカムハウジング４とが互いに組み付けられることで、Ｉｎ側およびＥｘ側において互いに相殺される態様となる。

具体的には、図１１に示すように、カムハウジング４においては、Ｉｎ側の部分におけるＦｒ−Ｒｒ方向の中央近傍の部位（符号ｅ１参照）、およびＥｘ側の部分におけるＦｒ−Ｒｒ方向の両端近傍の部位（符号ｅ２参照）が、支持位置１１の近傍部位、つまり切削加工による切削量が比較的多い部位となる。これに対し、Ｉｎ側の部分におけるＦｒ−Ｒｒ方向の中央近傍の部位以外の部位（両端側の部位、符号ｆ１参照）、およびＥｘ側の部分におけるＦｒ−Ｒｒ方向の両端近傍の部位以外の部位（中間の部位、符号ｆ２参照）が、非支持部位、つまり切削加工による切削量が比較的少ない部位となる。

このため、カムハウジング４において、切削加工によるハウジング下面４ａの凹凸（反り）形状は、図１２に示すような態様になる。すなわち、図１２（ａ）に示すように、Ｆｒ−Ｒｒ方向の中央近傍の部位が削れやすい部位となるＩｎ側の部分については、Ｆｒ−Ｒｒ方向について中央部にかけて窪むような凹形状（全体として上反り形状）となる。これに対し、図１２（ｂ）に示すように、Ｆｒ−Ｒｒ方向の両端近傍の部位が削れやすい部位となるＥｘ側の部分については、Ｆｒ−Ｒｒ方向について中央部にかけて膨らむような凸形状（全体として下反り形状）となる。

なお、図１２は、切削加工後のハウジング下面４ａの形状（カムハウジング４のＦｒ−Ｒｒ方向の断面形状）を示すものである。そして、図１２（ａ）は、図１１におけるＣ−Ｃ位置に対応する断面形状を示し、図１２（ｂ）は、図１１におけるＤ−Ｄ位置に対応する断面形状を示す。

一方、図１４に示すように、シリンダヘッド本体２においては、Ｉｎ側の部分におけるＦｒ−Ｒｒ方向の両端近傍の部位（符号ｇ１参照）、およびＥｘ側の部分におけるＦｒ−Ｒｒ方向の中央近傍の部位（符号ｇ２参照）が、支持位置１１の近傍部位、つまり切削加工による切削量が比較的多い部位となる。これに対し、Ｉｎ側の部分におけるＦｒ−Ｒｒ方向の両端近傍の部位以外の部位（中間の部位、符号ｈ１参照）、およびＥｘ側の部分におけるＦｒ−Ｒｒ方向の中央近傍の部位以外の部位（両端側の部位、符号ｈ２参照）が、非支持部位、つまり切削加工による切削量が比較的少ない部位となる。

このため、シリンダヘッド本体２において、切削加工による本体上面２ａの凹凸（反り）形状は、図１５に示すような態様になる。すなわち、図１５（ａ）に示すように、Ｆｒ−Ｒｒ方向の両端近傍の部位が削れやすい部位となるＩｎ側の部分については、Ｆｒ−Ｒｒ方向について中央部にかけて膨らむような凸形状（全体として上反り形状）となる。これに対し、図１５（ｂ）に示すように、Ｆｒ−Ｒｒ方向の中央近傍の部位が削れやすい部位となるＥｘ側の部分については、Ｆｒ−Ｒｒ方向について中央部にかけて窪むような凹形状（全体として下反り形状）となる。

なお、図１５は、切削加工後の本体上面２ａの形状（シリンダヘッド本体２のＦｒ−Ｒｒ方向の断面形状）を示すものである。そして、図１５（ａ）は、図１４におけるＥ−Ｅ位置に対応する断面形状を示し、図１５（ｂ）は、図１４におけるＦ−Ｆ位置に対応する断面形状を示す。

したがって、ハウジング下面４ａおよび本体上面２ａそれぞれの凹凸（反り）について、Ｉｎ側においては、ハウジング下面４ａが上反り形状（下面上反り形状）であるのに対し（図１２（ａ）参照）、本体上面２ａが上反り形状（上面上反り形状）であり（図１５（ａ）参照）、これらはシリンダヘッド本体２とカムハウジング４との組付け時において互いに相殺される。同様に、Ｅｘ側においては、ハウジング下面４ａが下反り形状（下面下反り形状）であるのに対し（図１２（ｂ）参照）、本体上面２ａが下反り形状（上面下反り形状）であり（図１５（ｂ）参照）、これらはシリンダヘッド本体２とカムハウジング４との組付け時において互いに相殺される。

このように、本実施形態では、ハウジング下面４ａおよび本体上面２ａの各面においては、Ｉｎ側とＥｘ側とで凹凸（反り）の方向が逆方向となるとともに、ハウジング下面４ａおよび本体上面２ａの両面の関係（組付け時）においては、Ｉｎ側とＥｘ側とで凹凸（反り）の方向が略一致する。したがって、カムハウジング４とシリンダヘッド本体２とは、互いに組み付けられることにより、ハウジング下面４ａおよび本体上面２ａのそれぞれが有する凹凸（反り）を打ち消し合う。これにより、カムシャフト３の軸受部についての同軸度が向上する。そして、本実施形態に係るシリンダヘッド構造においては、第一実施形態の場合と同様、シムによる変形の矯正の適用が容易となる。

なお、本実施形態においては、カムハウジング４を支持するための支持位置１１がＩｎ側に一箇所、Ｅｘ側に二箇所配される三点支持の配置であり（図１１参照）、シリンダヘッド本体２を支持するための支持位置１１がＩｎ側に二箇所、Ｅｘ側に一箇所配される三点支持の配置であるが（図１４参照）、各部品に対する支持位置１１の配置としては、Ｉｎ−Ｅｘ方向について反対の配置であってもよい。つまり、図１６（ａ）に示すように、カムハウジング４に対する支持位置１１については、Ｉｎ側に二箇所、Ｅｘ側に一箇所の配置であるとともに、同図（ｂ）に示すように、シリンダヘッド本体２に対する支持位置１１については、Ｉｎ側に一箇所、Ｅｘ側に二箇所の配置であってもよい。

以上の各実施形態により説明した本発明に係るシリンダヘッド構造は、カムハウジング４やシリンダヘッド本体２の組付け面に対する平面加工を行うための加工方法において、各部品に対する三点支持によるクランプの位置を工夫することにより、例えば各部品の組付け時の変形を再現した状態での加工を行うような従来技術と同等の効果を得ようとするものである。このため、本発明に係るシリンダヘッド構造は、費用対効果の点で優れている。

１ シリンダブロック
２ シリンダヘッド本体
２ａ 本体上面（組付け面）
３ カムシャフト
４ カムハウジング
４ａ ハウジング下面（組付け面）
６ 回転工具（工具）
１１ 支持位置

Claims (2)

1. エンジンを構成するシリンダブロックに組み付けられるシリンダヘッド本体と、カムシャフトを支持する複数の軸受部を構成するとともに前記シリンダヘッド本体に組み付けられるカムハウジングとを有するシリンダヘッド構造であって、
   前記カムハウジングは、前記シリンダヘッド本体に対する組付け面について所定の平面度を得るための切削加工が行われる際に、前記切削加工用の工具の前記組付け面に対する作用を、三箇所の支持位置にて支持された状態で受けるものであり、
   前記三箇所の支持位置が、前記カムハウジングにおける前記カムシャフトの軸方向の両側に配されることを特徴とするシリンダヘッド構造。
2. エンジンを構成するシリンダブロックに組み付けられるシリンダヘッド本体と、カムシャフトを支持する複数の軸受部を構成するとともに前記シリンダヘッド本体に組み付けられるカムハウジングとを有するシリンダヘッド構造であって、
   前記シリンダヘッド本体および前記カムハウジングのそれぞれは、相手方に対する組付け面について所定の平面度を得るための切削加工が行われる際に、前記切削加工用の工具の前記組付け面に対する作用を、三箇所の支持位置にて支持された状態で受けるものであり、
   前記三箇所の支持位置が、前記シリンダヘッド本体および前記カムハウジングのそれぞれにおける、前記カムシャフトの軸方向に直交し、かつ前記組付け面に沿う方向の両側に、前記シリンダヘッド本体と前記カムハウジングとが互いに組み付けられた状態で互い違いとなるように配されることを特徴とするシリンダヘッド構造。

Images