JP2018031260A - シリンダヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンを小型軽量化できるシリンダヘッドを提供すること。【解決手段】カムシャフトをシリンダヘッドに回動自在に取り付けるカム軸受であって、シリンダヘッドに取り付けられたカムスプロケットに最も近い位置に配置され、カムシャフトを上下から挟む第１カム軸受部を、シリンダヘッドをシリンダブロックに固定するヘッドボルトの取付位置とシリンダヘッドの前後方向に沿って平面視で重なる位置に備えた。【選択図】図２

Description

本発明は、エンジンのシリンダヘッドに関する。

シリンダヘッドには、カムシャフトがカム軸受により取り付けられている。カム軸受は、軸受の下半分に相当する下部軸受部を、シリンダヘッドの一部に形成し、軸受の上半分に相当するカムキャップを下部軸受部の上部に組み付け、それらの間にカムシャフトを挟み込んでいる。カム軸受は、シリンダヘッドをシリンダブロックに固定するためのヘッドボルトのボルト孔を避けた位置に設けられていた。

又、カムジャーナルとヘッドボルトとを重なる位置に配置した発明が知られている。

又、シリンダヘッドには、カムシャフトで駆動されるロッカーアームの打音を低減させるため、油圧式のラッシュアジャスタが設けられることがある。油圧式のラッシュアジャスタは、ラッシュアジャスタ内からオイルが抜けてしまうと、打音を生じさせることがあるため、エンジンを停止させてもラッシュアジャスタ内にオイルが保持されることが望ましい。

カムシャフトのカムスプロケットが設けられている側は、カムスプロケットから径方向に荷重が加えられることから、カムスプロケットに近い位置のカム軸受は、他のカム軸受より強固なものが好ましい。

特開２０１１−２３１６９２号公報

シリンダヘッドには、ヘッドボルトのボルト孔を形成する個所とカム軸受を設ける個所がそれぞれ必要である。そのため、シリンダヘッドの全長が長くなり、エンジンの重量増加や大型化を招くことがある。

又、エンジンが停止してもラッシュアジャスタにオイルが保持されるオイル供給機構を設けると、構造が複雑となり、部品点数の増加やエンジンの重量増加を招くおそれがある。又、大型のカム軸受を設けると、より広いスペースを必要とし、シリンダヘッドが長くなるおそれがある。

本発明は、エンジンを小型軽量化できるシリンダヘッドを提供することを目的とする。

本発明は、上記の課題を解決するため、シリンダヘッドを次のように構成した。カムシャフトをシリンダヘッドに回動自在に取り付けるカム軸受であって、シリンダヘッドに取り付けられたカムスプロケットに最も近い位置に配置され、カムシャフトを上下から挟む第１カム軸受部を、シリンダヘッドをシリンダブロックに固定するヘッドボルトの取付位置とシリンダヘッドの前後方向に沿って平面視で重なる位置に備えた。

本発明によれば、エンジンを小型軽量化できるシリンダヘッドを提供することができる。

本発明にかかる一実施形態のシリンダヘッドを用いたエンジンの斜視図。 同シリンダヘッドを示す分解斜視図。 同シリンダヘッドを示す分解側面図。 同シリンダヘッドを示す分解正面図。 同シリンダヘッドを示す平面図。 エンジンのシリンダブロックを示す斜視図。 同シリンダヘッドを示す平面図。 同シリンダヘッドを示す正面図。

本発明にかかる一実施形態のシリンダヘッドについて説明する。図１に、内燃機関のエンジン１０を示す。エンジン１０は、オイルパン１２とシリンダブロック１４とシリンダヘッド１６とヘッドカバー１８とフロントカバー２０とクランクプーリ２２とを備えている。以下、エンジン１０のクランクプーリ２２側をエンジン１０の前方とし、その逆側を後方とし、それを基準にエンジン１０の左右を定める。又、シリンダを鉛直に配置した状態で、重力の方向をエンジン１０の下方、その逆を上方として説明する。

エンジン１０は、右側には排気管２４を、左側には吸気機構を備えている。エンジン１０は、直列４気筒のターボチャージドディーゼルエンジンである。シリンダヘッド１６は、シリンダブロック１４の上に設けられ、シリンダヘッド１６の上にヘッドカバー１８が取り付けられている。図２に、シリンダヘッド１６とヘッドカバー１８とを示す。

シリンダヘッド１６には、排気弁と、吸気弁と、排気弁を駆動する排気側カムシャフト３０と、吸気弁を駆動する吸気側カムシャフト３２（いずれも図４参照）と、ロッカーアームとが設けられている。エンジン１０の排気弁と吸気弁は、１つのシリンダ（気筒）につき各２本ずつ設けられている。

ロッカーアームは、揺動自在に支持されている。ロッカーアームは、排気側カムシャフト３０と吸気側カムシャフト３２のカムによる変位を、揺動動作で排気弁と吸気弁に伝達する。ロッカーアームの支点側には、油圧式のラッシュアジャスタ３４（図８参照）が設けられている。ロッカーアームは、ラッシュアジャスタ３４を支点にしてカムシャフトにより揺動し、排気弁や吸気弁を作動させる。これら全体を、請求項でいうシリンダヘッドの動弁機構とする。

ラッシュアジャスタ３４には、油圧ポンプからの油路が接続している。ラッシュアジャスタ３４は、油圧によりロッカーアームの一端を押圧し、ロッカーアームと排気弁や吸気弁との間に生じる遊びを解消させる。ラッシュアジャスタ３４の油路については、後述する。

シリンダヘッド１６は、図２に示すように第１カム軸受部４１、第２カム軸受部４２、第３カム軸受部４３、第４カム軸受部４４、第５カム軸受部４５からなるカム軸受を備えている。排気側カムシャフト３０及び吸気側カムシャフト３２は、かかるカム軸受でシリンダヘッド１６に保持される。

排気側カムシャフト３０は、エンジン１０の右側に取り付けられる。排気側カムシャフト３０は、図５に示すように、前方にカムスプロケット４８及び連結用スプロケット５０を備えている。カムスプロケット４８は、クランク軸にチェーンで連結されている。連結用スプロケット５０は、吸気側カムシャフト３２の連結用スプロケット５２とチェーンで連結されている。尚、チェーンでなく、ベルト等でもよい。

吸気側カムシャフト３２は、エンジン１０の左側に取り付けられている。吸気側カムシャフト３２の前方は、連結用スプロケット５２を備え、排気側カムシャフト３０の連結用スプロケット５０と連結されている。吸気側カムシャフト３２の後方には、第６カム軸受部４６が設けられている。第６カム軸受部４６の後方にバキュームポンプが取り付けられる。

図２に示すように、排気側カムシャフト３０と吸気側カムシャフト３２の第２カム軸受部４２、第３カム軸受部４３、第４カム軸受部４４及び第５カム軸受部４５は、軸受の上半分を形成する第２カムキャップ４２ａから第５カムキャップ４５aと、軸受の下半分を形成する第２下部軸受部４２ｂから第５下部軸受部４５ｂとを組み合わせて形成されている。

第２下部軸受部４２ｂから第５下部軸受部４５ｂは、例えば鋳造で形成されたシリンダヘッド１６の、例えば縦壁等に加工を行い形成する。第２カムキャップ４２ａから第５カムキャップ４５ａは、軸受の上半分部分と両端に形成されたボルト孔とを備え、第２下部軸受部４２ｂから第５下部軸受部４５ｂの各下部軸受部に上方から組み付けてボルト５６で固定する。第２カム軸受部４２から第５カム軸受部４５の各カム軸受部は、従来と同様なほぼ共通の構成を有している。

第１カム軸受部４１は、エンジン１０の前方に設けられている。第１カム軸受部４１は、図３にも示すように、第１上部軸受部４１ａと第１下部軸受部４１ｂとを組み合わせて構成されている。第１カム軸受部４１は、排気側カムシャフト３０の軸受と吸気側カムシャフト３２の軸受の双方の軸受を備え、排気側カムシャフト３０と吸気側カムシャフト３２とを一体に保持する構成を有している。

第１下部軸受部４１ｂには、排気側カムシャフト３０と吸気側カムシャフト３２のそれぞれの軸受の下半分の軸受が形成されている。第１下部軸受部４１ｂには、取付ボルト（以下「軸受ボルト」という）５８を通す、ボルト孔（以下「軸受ボルト孔」という）６０が４か所に設けられている（図４参照）。又、第１下部軸受部４１ｂは、ほぼ中央後方側に、雌ねじ部６４を備えている。雌ねじ部６４には、ヘッドカバー１８の取付ボルト（カバーボルト）６２が螺合する雌ねじが形成されている。以下、雌ねじ部６４をカバー雌ねじ部６４ともいう。

第１上部軸受部４１ａには、排気側カムシャフト３０と吸気側カムシャフト３２のそれぞれの軸受の上半分の軸受が形成されている。又、第１上部軸受部４１ａには、第１下部軸受部４１ｂと同様、軸受ボルト５８を通す軸受ボルト孔６６が４か所に設けられている（図４参照）。

シリンダヘッド１６は、前方に、第１カム軸受部４１を取り付けるための軸受ボルト５８に螺合する雌ねじを有する雌ねじ部（以下「軸受ボルト雌ねじ部」という）７０を４か所に備えている。

又、シリンダヘッド１６には、図５に示すように、シリンダヘッド１６をシリンダブロック１４に固定するための取付ボルト（以下「ヘッドボルト」という）７２を通すボルト孔（以下「ヘッドボルト孔」という）７４が形成されている。ヘッドボルト孔７４は、シリンダヘッド１６の左右に５カ所ずつ２列に並んで設けられている。ヘッドボルト孔７４の内のエンジン１０の最も前方に位置する２つのヘッドボルト孔７４は、図５に示すように上面視で、４つの軸受ボルト雌ねじ部７０の各配置を結ぶ直線とほぼ同一の直線上に設けられている。

シリンダブロック１４には、図６に示すように、ヘッドボルト７２が螺合する雌ねじ７６が２列５カ所に設けられている。雌ねじ７６は、エンジン１０のシリンダの配列状態等から位置が決定されている。

図８に、シリンダヘッド１６の正面を示す。第１カム軸受部４１には、図８に示すように、ラッシュアジャスタ３４に通じる油路９０が形成されている。次に、油路９０について説明する。

シリンダヘッド１６内には、油路９０の一部である第１油路９２が形成されている。第１油路９２は、一端がオイルポンプに接続し、シリンダヘッド１６の右側、つまり排気通路側に形成されている。第１油路９２の他端は、第１下部軸受部４１ｂの内部に形成された第２油路９４に接続している。

第２油路９４は、第１下部軸受部４１ｂの内部を上方に延びている。又、第２油路９４は、シリンダヘッド１６の内部を下方に進み、第３油路９６に接続している。第３油路９６は、シリンダヘッド１６の内部を前後方向に延び、排気弁側に設けられた各ラッシュアジャスタ３４に接続している。又、第３油路９６から分岐した複数の油路が、排気側カムシャフト３０の第２カム軸受部４２から第５カム軸受部４５の各軸受部に接続している。

第１油路９２から上方に延びた第２油路９４は、第１下部軸受部４１ｂの内部で斜め下方に屈曲し、第１下部軸受部４１ｂの中央２本の軸受ボルト孔６０、６６の排気側の１本に接続している。この軸受ボルト孔６０等は、軸受ボルト５８のねじ部の径より若干大きく形成してあり、軸受ボルト５８との間に設けられた間隙にオイルが貯留される。又、第２油路９４の斜めに延びた部分には、第１カム軸受部４１の排気側カムシャフト３０の軸受に連通する油路９８が接続している。第２油路９４の下端は、第４油路１００に接続している。

第４油路１００は、第１下部軸受部４１ｂの下面に設けられた溝部により形成されている。第４油路１００は、第１カム軸受部４１の中央に設けられた２つの排気弁側の軸受ボルト孔６０等と吸気弁側の軸受ボルト孔６０等とを下部で連結している。第４油路１００の左端は、第５油路１０２に接続している。

第５油路１０２は、第４油路１００と吸気弁側の軸受ボルト孔６０等との接続箇所から、第１下部軸受部４１ｂの内部を斜め上方に延びている。第５油路１０２には、第１カム軸受部４１の吸気側カムシャフト３２の軸受に連通する油路１０４が接続している。第５油路１０２は、第１下部軸受部４１ｂの内部で屈曲し、ほぼ真下に延びている。第５油路１０２の下端は、第６油路１０６に接続している。

第６油路１０６は、第３油路９６と同様、シリンダヘッド１６の内部を前後方向に延び、吸気弁側に設けられた各ラッシュアジャスタ３４に接続している。又、第６油路１０４には、吸気側カムシャフト３２の第２カム軸受部４２から第５カム軸受部４５の軸受に延びる複数の油路が連結している。第６油路１０６は、シリンダヘッド１６の後方で、オイルパン１２にオイルを戻す油路に接続している。

次に、シリンダヘッド１６を備えたエンジン１０の作用、効果について説明する。シリンダヘッド１６は、第１カム軸受部４１が、ヘッドボルト７２の取付位置、すなわち雌ねじ７６の位置に、平面視で重ねられている。これにより、第１カム軸受部４１の設置分、シリンダヘッド１６の前後方向長さが短縮され、エンジン１０の全体が小型化される。

第１カム軸受部４１の第１上部軸受部４１ａと第１下部軸受部４１ｂは、共通の軸受ボルト５８でシリンダヘッド１６に固定でき、取付作業の手間を増加させない。

第１カム軸受部４１は、第１上部軸受部４１ａと第１下部軸受部４１ｂを組み付けた状態で、排気側カムシャフト３０の軸受と吸気側カムシャフト３２の軸受とを共に加工でき、高い軸受の精度が得られる。

排気側カムシャフト３０は、先端にカムスプロケット４８が取り付けられ、クランク軸にかかるチェーン等での駆動のため径方向に荷重がかかる。第１カム軸受部４１は、シリンダヘッド１６とは個別に形成されるので、軸受の幅を広くすることができ、カムスプロケット４８からの荷重に十分に対応することができる。

シリンダヘッド１６は、第１カム軸受部４１の内部に、ラッシュアジャスタ３４が設けられた位置より高い位置に油路９０を備えている。これにより、エンジン１０が停止し、ラッシュアジャスタ３４へのオイルの圧送が停止しても、ラッシュアジャスタ３４のオイルが油路９０で保持され、ラッシュアジャスタ３４内のオイルが抜けてしまうまでの時間を長くすることができる。又、油路９０は、第１カム軸受部４１に加工を行うことで容易に形成することができる。

尚、本発明は上記実施形態に限るものではなく、適宜変更可能である。本発明にかかるエンジン１０は、ディーゼルエンジンに限るものではなく、ガソリンエンジンでもよい。エンジン１０のシリンダの数は、上記例に限るものではない。排気弁や吸気弁の数は、上記例に限るものではない。

本発明は、エンジンのシリンダヘッドに利用できる。

１０…エンジン、１２…オイルパン、１４…シリンダブロック、１６…シリンダヘッド、１８…ヘッドカバー、２０…フロントカバー、２２…クランクプーリ、２４…排気管、３０…排気側カムシャフト、３２…吸気側カムシャフト、３４…ラッシュアジャスタ、４１…第１カム軸受部、４１ａ…第１上部軸受部、４１ｂ…第１下部軸受部、４２…第２カム軸受部、４３…第３カム軸受部、４４…第４カム軸受部、４５…第５カム軸受部、４６…第６カム軸受部、４８…カムスプロケット、５０…連結用スプロケット、５２…連結用スプロケット、５６…ボルト、５８…取付ボルト、５８…軸受ボルト、６０…ボルト孔、６２…取付ボルト、６６…軸受ボルト孔、７０…軸受ボルト孔、７２…ヘッドボルト、７４…ヘッドボルト孔、９０…油路、９２…第１油路、９４…第２油路、９６…第３油路、９８…油路、１００…第４油路、１０２…第５油路、１０４…油路、１０６…第６油路。

Claims (5)

1. カムシャフトをシリンダヘッドに回動自在に取り付けるカム軸受であって、前記シリンダヘッドに取り付けられたカムスプロケットに最も近い位置に配置され、前記カムシャフトを上下から挟む第１カム軸受部を、前記シリンダヘッドをシリンダブロックに固定するヘッドボルトの取付位置と前記シリンダヘッドの前後方向に沿って平面視で重なる位置に備えたことを特徴とするシリンダヘッド。
2. 前記第１カム軸受部は、排気側カムシャフトと吸気側カムシャフトの双方の軸受を一体に備えてい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. 前記シリンダヘッドに設けられた動弁機構のラッシュアジャスタに通じる油路を、前記第１カム軸受部の内部に、前記ラッシュアジャスタの設置高さより高い位置に備えていることを特徴とする請求項２に記載のシリンダヘッド。
4. 前記油路は、
   前記第１カム軸受部の下面中央から、前記第１カム軸受部の内部を、前記排気側カムシャフト及び前記吸気側カムシャフトの軸受の近傍に通って前記第１カム軸受部の長手方向両側に向かって斜め上方に延びる油路と、
   前記斜め上方に延びたそれぞれの油路から前記排気側カムシャフトの軸受及び前記吸気側カムシャフトの軸受に延びる油路と、を備えていることを特徴とする請求項３に記載のシリンダヘッド。
5. 前記第１カム軸受部は、前記シリンダヘッドにヘッドカバーを取り付けるカバーボルトが螺合される雌ねじ部を備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のシリンダヘッド。

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