JP2017008754A

JP2017008754A - 内燃機関

Info

Publication number: JP2017008754A
Application number: JP2015122883A
Authority: JP
Inventors: 渉三百田; Wataru Mimoda; 聡樽井; Satoshi Tarui
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2015-06-18
Filing date: 2015-06-18
Publication date: 2017-01-12

Abstract

【課題】排気ターボ過給機の潤滑構造を簡単化する。【解決手段】排気ターボ過給機９の回転軸１５は、オイル室に設けた軸受けによって回転自在に保持されている。他方、排気弁用カム軸２３の軸受け部には、シリンダヘッド１に設け動弁装置用オイル通路３８から潤滑油が供給される。シリンダヘッド１に、排気弁用カム軸２３の潤滑部から潤滑油をシリンダヘッド１の排気側面４に導く過給機用オイル通路５５が形成されている。排気ターボ過給機９には、過給機潤滑用管路５６を介して潤滑油が過給機用オイル通路５５から供給される。過給機潤滑用管路５６は短くてよいため、排気ターボ過給機９の潤滑構造が簡単になる。【選択図】図４

Description

本願発明は、排気ターボ過給機を備えた内燃機関に関するものである。

自動車用等の内燃機関において、充填効率向上等のために排気ターボ過給機を設けることは広く行われている。この排気ターボ過給機は、排気ガスで駆動されるタービン翼と、吸気を圧縮するコンプレッサ翼とを備えており、タービン翼とコンプレッサ翼とは回転軸で連結されている。そして、回転軸は高速で回転しかつ高温になることから、回転軸の軸受けはオイルを充満させたフローティング構造になっている。

従って、排気ターボ過給機には、管路によってオイルが供給される。オイル供給のための配管構造の例として特許文献１には、シリンダブロックの外面にオイルクーラ取付けボス部を介してオイルクーラを装着した構成において、オイルクーラ取付けボス部に排気ターボ過給機用の送油管路及び戻り管路を接続することが開示されている。

特開２００８−１４２７６号公報

さて、排気ターボ過給機は排気ガスで駆動されるため、シリンダヘッドの排気側面の外側に配置されるのが普通である。他方、オイルポンプはクランク軸で駆動されており、一般に、タイミングチェーン及びフロントカバーが配置される前面部の個所に設けている。従って、シリンダブロックの肉部内に形成されたオイルギャラリーの始端は、シリンダブロックのうち前面部かその近傍に位置している。

そして、特許文献１では、オイルクーラ取付けボス部は、シリンダブロックの外周のうち吸気側の側面に設けているが、これでは、排気ターボ過給機は、シリンダブロックを挟んでオイルクーラ取付けボス部と反対側に位置し、かつ、高さについて見ると、排気ターボ過給機がオイルクーラ取付けボス部よりもかなり高い高さに位置すると云えるため、オイル用の配管は相当に長い長さにならざるを得ない（他の部材との干渉を回避するために取り回しすると、益々長くなってしまう。）。

このため、配管の重量が増大するのみならず、配管の内部容積が増大するためオイルの使用量が必要以上に増加する問題や、圧損の増大による燃費の低下などが懸念される。また、排気ターボ過給機用の配管が機関本体をぐるりと巻くようにして配置されるため、組み立て作業やメンテナンス等に際して他の部材や工具類がひっかかり易くなる問題や、機関又は車両の振動によって破損変形しやすくなる問題も懸念される。

本願発明は、このような現状を改善すべく成されたものである。

本願発明の内燃機関は、カム軸が回転自在に保持されたシリンダヘッドと、前記シリンダヘッドの排気ポートから排出される排気ガスによって駆動される排気ターボ過給機とを備えており、前記カム軸の複数個所が、シリンダヘッドに形成された軸受け部とこれに重なるカムキャップとで回転自在に保持されており、シリンダヘッドのうち１つの軸受け部の個所又はその近傍部に動弁装置用オイル通路の終端が位置している、という基本構成である。

そして、前記排気ターボ過給機のための潤滑用オイルを前記動弁装置用オイル通路から取り出すための過給機用オイル通路が、前記シリンダヘッドの１つの軸受け部又は１つのカムキャップ若しくは両方に形成されている。

上記のように、排気ターボ過給機は、一般に、シリンダヘッドの排気側側面の外側に配置されるが、本願発明では、排気ターボ過給機にオイルを供給するための動弁装置用オイル通路がシリンダヘッドの外周部に位置しているため、動弁装置用オイル通路を排気側側面に位置させることにより、動弁装置用オイル通路と排気ターボ過給機とを接続する管路の長さを短いものとすることができる。

このため、管路の長さを短くしてコストを抑制できると共に、他の部材との干渉を回避してスペースの有効利用を促進することができるし、機関の組み立てやメンナンスに際して工具等がひっかかる不具合も著しく改善できる。オイルの使用量も抑制できる。

また、カム軸は排気ポートより上に位置するため、動弁装置用オイル通路も排気ターボ過給機より上に位置することになり、このため、オイルは重力によっても排気ターボ過給機に向けて送られる。従って、管路が短いことと相まって圧損をできるだけ抑制し、燃費の向上にも貢献できる。

また、シリンダヘッドの軸受け部などのオイル溝には機関停止後もオイルが溜まっていることが多いため、始動時には、シリンダヘッドのオイル溝に溜まっていたオイルを排気ターボ過給機に速やかに送油できる。これにより、回転軸の焼き付き防止にも貢献できる。

更に、動弁装置用潤滑手段の一部を利用するものであるため、シリンダヘッド等の部材の大幅な設計変更は不要であり、加工も容易である。この点からもコスト増大を抑制できる。

実施形態に係る内燃機関の大まかな平面図である。図１の要部拡大図である。シリンダヘッドの要部拡大図である。図１及び図３の IV-IV視断面図である。他の実施形態を示す図である。更に他の実施形態を示す図である。

(1).第１実施形態
次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。まず、図１〜４に示す第１実施形態を説明する。図１はヘッドカバーを省略した状態での平面図であり、従って、シリンダヘッド１の平面形状が表れている。

シリンダヘッド１はクランク軸線方向に長い形態であり、長手一側面は吸気側面２となっていてこれに吸気マニホールド３が固定されており、長手他側面は排気側面４になっていて、これに排気マニホールド５が固定されている。なお、排気マニホールド５の機能をシリンダヘッド１に内蔵する場合もあり、この場合は、シリンダヘッド１の排気側面４には１つの排気出口が開口しただけになる。

吸気マニホールド３の集合部には、サージタンク６が接続されている。サージタンク６にはスロットルボデー６ａが接続されており、スロットルボデー６ａとエアクリーナ８とが吸気通路８で接続されている。

他方、排気マニホールド５の集合部５ａに、排気ターボ過給機９のタービンハウジング１０が接続されている。排気ターボ過給機９は、センターハウジング１１とコンプレッサハウジング１２とを有しており、タービンハウジング１０とセンターハウジング１１との合わせ面に形成された空間にタービン翼１３が配置されて、センターハウジング１１とコンプレッサハウジング１２に合わせ面に形成された空間にコップレッサ翼１４が配置されており、タービン翼１３とコップレッサ翼１４とは、回転軸１５によって連結されている。

タービンハウジング１０では、入り口１０ａは周方向（接線方向）に向いて、出口１０ｂは軸方向に向いている。逆に、コンプレッサハウジング１２では、入り口１２ａは軸方向に向いて出口１２ｂは周方向（接線方向）に向いている。入り口１２ａと出口１２ｂとは、それぞれ吸気導入管１６と吸気圧送管１７とによって吸気通路８に接続されているが、吸気導入管１６の接続部が吸気圧送管１７の接続部よりも上流側に位置している。

タービンハウジング１０には、排気ガスを出口１２ｂにリークするためのバイパス通路１８が形成されており、このバイパス通路１８にウエストゲートバルブ（図示せず）が内蔵されている。

排気ターボ過給機９は、回転軸１５を略水平にした姿勢にして配置されており、センターハウジング１１の内部の内部に形成したオイル室に浮動軸受け（図示せず）が配置されて、回転軸１５は浮動軸受けで回転自在に保持されている。そして、センターハウジング１１には、オイル室に連通したオイル入り口１９が上向きに設けられている。また、センターハウジング１１の下面にはオイル出口が形成されており、これにオイル排出管が接続されているが、これらは図示を省略している。

シリンダヘッド１の上面には、周囲を構成する壁２１が形成されている。従って、シリンダヘッド１の上面には空所が形成されており、この空所に、吸気用カム軸２２と排気弁用カム軸２３とが平行な姿勢で配置されている。両カム軸２２，２３の一端部はそれぞれシリンダヘッド１の一端面（前面）２４の外側に突出しており、この一端部に、バルブタイミング制御装置２５を介してチェーンスプロケット２６が取付けられている。チェーンスプロケット２６はフロントカバー２７で覆われる。なお、シリンダヘッド１の壁２１には、ヘッドカバー（図示せず）が重ね固定される。

本実施形態の内燃機関は３気筒であり、そこで、シリンダヘッド１には、一端面９の側に位置したフロント軸受け部２８と、他端面２９の側に位置したリア軸受け部３０と、これらの間に位置した２つの中間軸受け部３１とが形成されており、フロント軸受け部２８にはフロントカムキャップ３２が重なって、リア軸受け部３０にはリアカムキャップ３３が重なって、中間軸受け部３１には中間カムキャップ３４が重なっている。

本実施形態では、両カム軸２２，２３を覆うカムキャップ３２，３３，３４は、連続した状態に一体に形成されている。このため、各カムキャップ３２，３３，３４は、シリンダヘッド１の上面を横切るように短手方向に長く延びており、両端がボルト３５でシリンダヘッド１に固定されている。軸受け部２８，３０，３１には、カム軸２２，２３の下半部が嵌まる上向き半円状の下部軸受け凹所３６が形成されて、カムキャップ３２，３３，３４には、カム軸２２，２３の上半部が嵌まる下向き半円状の上部軸受け凹所３７が形成されている。

図３，４から容易に理解できるように、フロント軸受け部２８は、シリンダヘッド１の一端面９の側の壁を兼用している。そして、フロント軸受け部２８のうち２つの下部軸受け凹所３６の間の部位は、シリンダヘッド１の内部側に入り込んだ内向き部２８ａが形成されており、内向き部２８ａに寄った部位に、動弁装置用オイル通路３８の縦長部３８ａが開口している。

フロントカムキャップ３２もフロント軸受け部２８と同じ平面視形状であり、内向き部３２ａを有している。また、フロント軸受け部２８は、シール性を高めるため、中間部において中間ボルト４０でフロント軸受け部２８に締結されている。

図４に示すように、動弁装置用オイル通路３８は、上向き縦長部３８ａと、その下端に接続された水平部３８ｂと、水平部３８ｂの中途部に接続された下向き縦長部３８ｃとを有しており、下向き縦長部３８ｃは、シリンダブロック３９に形成されたメインオイルギャラリー（図示せず）に連通している。上向きと下向きの縦長部３８ａ，３８ｃを有するのは、メインオイルギャラリーとの位置関係の問題であり、条件が許せば、水平部３８ｂを無くして上下の縦長部２８ａ，３８ｃを一連に形成することも可能である。水平部３８ｂの開口端はブラグで塞がれている。

図３に示すように、フロント軸受け部２８の上面には、吸気側潤滑オイル溝４２と、吸気側制御用オイル溝４３とが、吸気カム用の下部軸受け凹所３６に向けて延びるように形成されており、吸気カム用の下部軸受け凹所３６の内面には、これらに連通した潤滑用オイル溝４６と制御用オイル溝４７とが形成されている。吸気側潤滑オイル溝４２と吸気側制御用オイル溝４３とは、互いに独立した状態で動弁装置用オイル通路３８の出口に連通している。

また、フロント軸受け部２８の上面には、排気側潤滑オイル溝４８と、排気側制御オイル溝４９とが、排気カム用の下部軸受け凹所３６に向けて延びるように形成されており、排気側の下部軸受け凹所３６の内面には、これらに連通した潤滑用オイル溝４６と制御用オイル溝４７とが形成されている。排気側潤滑用オイル溝４８と排気側制御オイル溝４９とは、集合した状態で動弁装置用オイル通路３８に接続されている。これは、ボルト４０との干渉を回避するためである。

図４に潤滑用オイル溝４６を代表して示すように、潤滑用オイル溝４６とバルブ制御用オイル溝４７とはフロントカムキャップ３２にも形成されている。そして、両カム軸２２，２３には、潤滑用オイル溝４６に連通する潤滑用横穴５０と、バルブ制御用オイル溝４７に連通した制御用横穴（図示せず）とが形成されており、更に、両カム軸２２，２３には、潤滑用横穴５０に連通して潤滑用中心穴５１ａと、制御用横穴に連通した制御用中心穴５１ｂ（図２参照）とが、互いに逆向きに延びるように形成されている。

そして、潤滑用中心穴５１ａはリア軸受け部３０まで延びて、潤滑用中心穴５１ａから供給されたオイルにより、リア軸受け部３０及び中間軸受け部３１の個所の潤滑が行われる。他方、制御用中心穴５１ｂは、バルブタイミング制御装置２５に向けて延びており、図示しない油圧制御装置によってオイルの圧力を調節することにより、クランク軸の回転に対するカム軸２２，２３の進角量が調節される。なお、油圧制御装置は、動弁装置用オイル通路２８の終端部に装着することも可能である。

図３，図４に示すように、フロント軸受け部２８の上面のうち、排気側の下部軸受け凹所３６よりも排気側面４に寄った部位に、潤滑用オイル溝４６と制御用オイル溝４７とに連通した中継油路５２を形成して、中継油路５２を通る縦長通路５３と、縦長通路５３と交叉してシリンダヘッド１の排気側面４に開口した横長通路５４とを空けることにより、排気用カム軸２３の潤滑及び進角制御のためのオイルを排気ターボ過給機９の潤滑に利用するための過給機用オイル通路５５を形成し、過給機用オイル通路５５と排気ターボ過給機９のオイル入り口１９とを、金属管よりなる過給機潤滑用管路５６で接続している。なお、中継油路５２は、潤滑用オイル溝４６と制御用オイル溝４７とのうちいずれか一方のみに連通させてもよい。符号５７は継手を示している。

カム軸２２，２３は排気マニホールド５より上に位置しているが、高低差は対して大きくはなく、また、図１から理解できるように、過給機用オイル通路５５の継手５７はシリンダヘッド１の排気側面４に露出しているため、平面視における過給機潤滑用管路５６はさほど長くない。このため、特許文献１の管路に比べて、過給機潤滑用管路５６の長さは各段に短くなる。これにより、コストダウン等を図ることができる。また、潤滑油は上から下に流れるため、排気ターボ過給機９のオイル室を常に潤滑油で満たすことができて、潤滑性能にも優れている。

更に、機関停止後も下部軸受け凹所３６には潤滑油が残っているため、機関始動時には下部軸受け凹所３６に残っていた潤滑油が速やかに排気ターボ過給機９に供給される。このため、潤滑の立ち上がりが早くて回転軸１５の焼き付き防止にも貢献できる。

本実施形態では、動弁装置用オイル通路３８に最も近い個所から潤滑油を排気ターボ過給機９に取り出しているため、排気ターボ過給機９に向けて潤滑油を高い圧力で送油できる。このため、小径の過給機潤滑用管路５６であっても、排気ターボ過給機９を的確に潤滑することができる。

(2).他の実施形態
上記の第１実施形態では、中継油路５２をシリンダヘッド１のフロント軸受け部２８に形成したが、図５に示す第２実施形態では、中継油路５２をフロントカムキャップ３２に形成している。第１実施形態との第２実施形態とを組み合わせた態様として、フロント軸受け部２８とフロントカムキャップ３２との両方に、相対向した状態で中継油路５２を形成することも可能である。

図６に示す第３実施形態は、フロント軸受け部２８のうち下部軸受け凹所３６の下面に開口した状態でオイル溜まり５８を形成して、過給機用オイル通路５５をオイル溜まり５８に連通させている。オイル溜まり５８は、潤滑用オイル溝４６と制御用オイル溝４７とのうちいずれか一方のみに連通させていてもよいし、両方に連通させてもよい。オイル溜まり５７を設けずに、過給機用オイル通路５５をオイル溝４６，４７に直接連通させることも可能である。或いは、過給機用オイル通路５５を動弁装置用オイル通路３８にダイレクトに接続してもよい。

上記の各実施形態では、過給機用オイル通路５５をシリンダヘッド１の排気側面４に開口させたが、過給機用オイル通路５５をシリンダヘッド１の一端面に開口させたり、フロントカバー２７に連通させたりすることも可能である。或いは、ヘッドカバーとの干渉回避策を講じたら、過給機用オイル通路５５をシリンダヘッド１の上面に開口させることも可能である。

また、上記の実施形態では、カム軸の端部にバルブタイミング制御装置を設けていたが、本願発明は、バルブタイミング制御装置を備えていない内燃機関にも適用できることはいうまでもない。

本願発明は、車両用等の内燃機関に具体化できる。従って、産業上利用できる。

１シリンダヘッド
３吸気マニホールド
４排気側面
５排気マニホールド
９排気ターボ過給機
１１センターハウジング
１３タービン翼
１４コップレッサ翼１４
１５回転軸１５
１９オイル入り口
２３排気用カム軸
２８フロント軸受け部
３２フロントカムキャップ
３６下部軸受け凹所
３７上部軸受け凹所
３８動弁装置用オイル通路
４６潤滑用オイル溝
４７制御用オイル溝
４８排気側潤滑オイル溝
４９排気側制御オイル溝
５２過給機用オイル通路を構成する中継油路
５３過給機用オイル通路を構成する縦長通路
５４過給機用オイル通路を構成する横長通路
５５過給機用オイル通路
５６過給機潤滑用管路

Claims

カム軸が回転自在に保持されたシリンダヘッドと、前記シリンダヘッドの排気ポートから排出される排気ガスによって駆動される排気ターボ過給機とを備えており、
前記カム軸の複数個所が、シリンダヘッドに形成された軸受け部とこれに重なるカムキャップとで回転自在に保持されており、シリンダヘッドのうち１つの軸受け部の個所又はその近傍部に動弁装置用オイル通路の終端が位置している構成であって、
前記排気ターボ過給機のための潤滑用オイルを前記動弁装置用オイル通路から取り出すための過給機用オイル通路が、前記シリンダヘッドの１つの軸受け部又は１つのカムキャップ若しくは両方に形成されている、
内燃機関。