JP4480235B2 - Ｄｏｈｃディーゼルエンジン - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＤＯＨＣ〔ダブルオーバーヘッド・カムシャフト（Ｄｏｕｂｌｅ Ｏｖｅｒｈｅａｄ Ｃａｍｓｈａｆｔ）ディーゼルエンジンに関し、より詳しくは、シリンダ・ヘッド及びこのシリンダ・ヘッドのバルブシステムを改善したＤＯＨＣディーゼルエンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンは軽油をその燃料として使用し、エンジンの作動方法によって４サイクルエンジンと２サイクルエンジンとに大きく分けられる。ディーゼルエンジンは、ガソリンエンジンと比較して燃料消費が少なく、燃料の価格も安く経済的であり、またガソリンエンジンでみられるノッキングもないので、排気量を大きくして大量の燃料を供給すれば出力の大きいエンジンを作ることができる。したがって、トラックやバスなど大型車両のエンジンとしては最も適合したエンジンといえる。
【０００３】
このようなディーゼルエンジンのうち二つのカムシャフトがシリンダヘッド内に配置された構造であるＤＯＨＣディーゼルエンジンは、バルブの配置方式によりタンデム（ｔａｎｄｅｍ）、パラレル（ｐａｒａｌｌｅｌ）、またはツイスト方式があり、これに電子制御した分配形噴射ポンプを使用して燃料を高圧噴射するのが主流である。
【０００４】
バルブ配置のタンデム方式を図１に示した。図示したように、バルブのタンデム配置構造は、通常、シリンダヘッド１１の冷却性能が低下し、吸気及び排気抵抗が不利な点があり、構造上、バルブ１２をある程度傾けなければ二つのカムシャフト１３、１４を駆動する空間が得られないが、バルブ１２を傾けることにより燃焼室（図示せず）に無駄なスペースが形成され、燃焼の面からも不利である。そして、インジェクタ１５をコモンレール式とする場合にはインジェクタ１５の構造上、インジェクタ１５をヘッドカバー１６でシーリングするのにもバルブシステムのレイアウト上、相当な制約を受ける。
【０００５】
バルブ配置のパラレル方式を図２に示した。パラレル配置方式の場合、シリンダヘッド２１の冷却性能は向上するが、冷始動性の向上のために装着するグロープラグ（図示せず）の配置が殆ど不可能で、冷始動性が悪く、吸気及び排気ポート２２、２３も複雑で吸気及び排気抵抗が大きくなり、ディーゼルエンジンの燃焼の特性上、吸入スワール（シリンダ内の空気の旋回）の形成もよくない。
【０００６】
そこで、図３に示すように、バルブの配置をツイスト方式にしてスワールの形成を向上し、グロープラグの装着空間も確保し、吸気及び排気の流動の側面においても円滑にするのが有利である。図３において符号３１、３２、３３、３４は、順にシリンダヘッド、バルブ、ロッカ・アーム、カムシャフトである。
【０００７】
しかし、図３には示していないが、コモンレール式の燃料噴射システムを適用して燃料噴射の圧力及び騒音の減少を追求するためには、インジェクタをヘッドカバーでシーリングすることができるように配置することが重要である。ヘッドカバー内に蓋を作ってインジェクタを組立てる前にインジェクタクランプを仮に組立て、燃料噴射インジェクタを入れた後、インジェクタクランプの蓋を通じて見ながら組立てるなど、組立て及び整備に不利である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前記のような問題点を解決するために創出されたものであって、シリンダヘッド及びバルブシステムの構造を改善して組立及び整備が容易になるようにしたＤＯＨＣディーゼルエンジンを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため本発明ＤＯＨＣディーゼルエンジンは、一側に空気が流入するように形成された吸気ポートと、前記吸気ポートと連通して前記空気が前記吸気ポートから流入するように形成された燃焼室と、前記燃焼室内の燃焼ガスが排出されるように形成された排気ポートが備えられたシリンダヘッドと、ツイスト方式で備えられた前記吸気ポート及び排気ポートが開閉されるように前記吸気及び排気ポートの一側にそれぞれ設置された吸気バルブと排気バルブと、前記シリンダヘッドの一側に設置され、前記吸気及び排気バルブが開閉されるように複数のカムが形成され、所定の回動手段によって同時に回動される複数のカムシャフトと、前記カムと接触し、前記吸気及び排気バルブを開くように前記シリンダヘッドの上部側に設置され、所定の長さを有して形成され、吸気側及び排気側に複数個が順序に設置されたロング・ロッカ・アームと、前記ロング・ロッカ・アームよりその長さが短く、前記ロング・ロッカ・アームの間に交互に順に設置されたショート・ロッカ・アーム、とを含んでなる複数のロッカ・アームと、前記燃焼室に燃料が噴射されるようにその下端が前記燃焼室に向かって設置されたインジェクタと、前記シリンダヘッドの上部に設置され、その上部で前記インジェクタの脱、装着が行われるようにインジェクタ挿入口を有するカムシャフトキャリアと、前記カムシャフトキャリアの上部に設置され、前記インジェクタがその外部に設置できるようにインジェクタ挿入口を有するヘッドカバーを含むことをその特徴とする。
【００１０】
本発明において、前記ロング・ロッカ・アームはスタンピング工法によって加工されることが好ましい。
本発明において、前記回動手段は、前記複数のカムシャフトの一端部にそれぞれ固定設置されたスプロケットと、前記複数のスプロケットが同時に回転できるように前記スプロケットに設置されたチェーンとを含んでなることが好ましい。
本発明において、前記インジェクタは、前記カムシャフトキャリアに固定設置されるために前記ヘッドカバーの外部へ露出するように設置されたクランプをさらに含んでなることが好ましい。
本発明において、前記カムシャフトのそれぞれには、前記吸気バルブ及び排気バルブを駆動することができる吸気カム及び排気カムが同時に形成されることが好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照して本発明による好ましい実施例を詳細に説明する。
【００１２】
ＤＯＨＣディーゼルエンジンは、高温になった空気に直接燃料を注入して自然着火させる特徴を備えたエンジンであって、その構成を説明する。ここでは、一般的なＤＯＨＣエンジンの構成の説明は省略し、本発明による特徴部分だけを詳細に説明する。
【００１３】
図４は、本発明によるＤＯＨＣディーゼルエンジンの構成の一部を概略的に示す平面図であり、図５は、図４におけるＡ−Ａ線に沿って切開して示した概略的な断面図、図６は、排気側のシリンダヘッド及びロッカ・アームの構成を示した断面図である。
【００１４】
図面をそれぞれ参照すると、本発明によるＤＯＨＣディーゼルエンジンは、シリンダヘッド４０、前記シリンダヘッド４０の上部に設置されたカムシャフトキャリア５０、前記シリンダヘッド４０の一側に空気が流入できるように形成された吸気ポート４１、前記吸気ポート４１と連通して空気が吸気ポート４１から流入した空間を形成する燃焼室（図示せず）、前記燃焼室内の燃焼ガスが排出されるように燃焼室と連通形成された排気ポート４２、前記吸気ポート４１及び排気ポート４２が開閉されるように吸気ポート４１及び排気ポート４２の一側にそれぞれ設置された吸気バルブ６１及び排気バルブ６２、前記シリンダヘッド４０及びカムシャフトキャリア５０の一側に設置されて吸気バルブ６１及び排気バルブ６２が開閉できるように複数のカムが形成され、その一端に設置された所定の回動手段によって同時に回動される複数のカムシャフト８０と、前記カムシャフト８０のカムと接触して吸気バルブ６１及び排気バルブ６２を開くように前記シリンダヘッド４０の上部側に設置された複数のロッカ・アームと、前記燃焼室に燃料が噴射されるように、その下端が前記燃焼室に向かって設置されたインジェクタ６３と、前記カムシャフトキャリア５０の上部に設置され、前記インジェクタ６３がその外部で設置できるようにヘッドカバー４４の一部を切開してインジェクタ６３が設置できるようにしたインジェクタ挿入口４５が形成されたヘッドカバー４４を含んで構成される。
【００１５】
一方、ここで燃焼室というのは、シリンダヘッド４０、シリンダライナ及びピストンで囲まれた主燃焼室の他に、その側面に寒冷時の始動を容易にするグロープラグが装着されている予燃焼室を含んだものを言う。そして、前記インジェクタ６３は、たとえば、パイロット噴射方式であるコモンレール・インジェクタ６３である。
【００１６】
前記カムシャフト８０には、吸気バルブ６１及び排気バルブ６２を駆動できるカムを同時に取りつける。そして、前記カムシャフトキャリア５０は、シリンダヘッド４０の上部にあるガイドレール４３に設置され、前記カムシャフト８０が設置できるように、即ち、従来のシリンダヘッド４０の上部の役割をすると同時に、その上部におけるインジェクタ６３の脱、装着が行われるようにインジェクタ挿入口５１を設けている。
【００１７】
一方、前記カムシャフトキャリア５０は、図４に示したように、前記ロッカ・アームが作動する時に影響を受けないように、作動の邪魔になる部位が除去された。
【００１８】
前記吸気ポート４１及び排気ポート４２はツイスト方式となっており、前記吸気バルブ６１及び排気バルブ６２が２０゜〜５０゜ツイストの形態で、あるいは直立した状態で設置されている。また、前記ロッカ・アームは吸気側及び排気側に複数個が設置されており、所定の長さを有するロング・ロッカ・アーム９１と、それより長さが短かいショート・ロッカ・アーム９２より構成され、ロング・ロッカ・アーム９１とショート・ロッカ・アーム９２を順に設置する。ショート・ロッカ・アーム９２は、設置の空間上、従来のように精密鋳造法によって作られるが、ロング・ロッカ・アーム９１は所定の素材を用いて数回にかけたフラッシング加工、即ち、スタンピング工法によって加工作られる。このようなロッカ・アームはエンド・ピボット・ロッカ・アーム（ｅｎｄ ｐｉｖｏｔ ｒｏｃｋｅｒ ａｒｍ）形式である。
【００１９】
そして、前記回動手段は、図４及び７に示すように、前記複数のカムシャフト８０の一端部にそれぞれ固定設置されたスプロケット（ｓｐｒｏｃｋｅｔ）７１と、前記複数のスプロケット７１が同時に回転できるように、前記スプロケット７１に支持設置されたチェーン７２を含んで構成される。また、図５及び８に示すように、前記インジェクタ６３はカムシャフトキャリア５０に固定設置するために、前記ヘッドカバー４４の外部に露出されるようにクランプ（ｃｌａｍｐ）６４が設置される。
【００２０】
上述したような構成を有するＤＯＨＣディーゼルエンジンの作用を説明する。ここでは、一般のＤＯＨＣディーゼルエンジンの作用の説明は省略し、本発明の特徴による作用だけを説明する。
【００２１】
図面を参照すると、本発明のＤＯＨＣディーゼルエンジンは、シリンダ・ヘッド４０上部のガイドレール４３に後部カムベアリングの役割をするカムシャフトキャリア５０を設置し、シリンダ当たり六つ程度取り付けられるボルトなどによる空間の狭小を解消するので、カムシャフト８０の設置はもちろんインジェクタ６３及びグロープラグを設置する空間を確保できるようにしたものである。そして、ヘッドカバー４４及びカムシャフトキャリア５０に第１、２インジェクタの設置部４５、５１が設置され、クランプ６４がヘッドカバー４４の外部で設置できるので、ヘッドカバー４４やシリンダヘッド４０を分解しなくても、あるいはヘッドカバー４４が装着された状態においてでもインジェクタ６３を取り外したり及び装着したりすることができる。
【００２２】
また、シリンダヘッド４０とカムシャフトキャリア５０の接しているところに特別のシーリングが必要でなく、カムシャフトキャリア５０がロッカ・アームの作動に支障になることはない。
【００２３】
前記ロッカ・アームは、ロング・ロッカ・アーム９１と、ショート・ロッカ・アーム９２とが吸気側及び排気側に交互に順に設置されてインジェクタ６３の設置空間が図４に示すように確保され、吸気バルブ６１及び排気バルブ６２を作動するにおいて、二つのロング及びショート・ロッカ・アーム９１、９２で同時に使用することができてロッカ・アームの共用化がなされる。
【００２４】
また、一つのカムシャフト８０には吸気カム及び排気カムが形成されていて一つのカムシャフト８０で吸気バルブ６１及び排気バルブ６２を駆動するようにし、ロッカ・アームの長さを最大限に縮小してロッカ・アームの強さを高めることができる。そして、前記ショート・ロッカ・アーム９２は精密鋳造法によって製造されるが、前記ロング・ロッカ・アーム９１はスタンピング工法によって製造されるので製造の費用が節減できる。
【００２５】
そして、前記吸気ポート４１及び排気ポート４２がツイスト形式で形成されているので、スワール効果を極大化することができ、特に、前記吸気バルブ６１及び排気バルブ６２が上述したような構造の適用で２０゜〜５０゜までツイスト設置ができて吸気流動のスワール効果を極大化することができる。
【００２６】
【発明の効果】
上述したように、本発明によるＤＯＨＣディーゼルエンジンは次のような効果がある。
【００２７】
ツイストポートによるエンジンの性能向上はもちろん、グロープラグが設置できて冷始動性が向上し、カムシャフトキャリアがシリンダヘッド内に設置されてカムシャフトキャリアとシリンダヘッドとの別途のシーリングが不要であり、漏洩の心配もない。
【００２８】
そして、コモンレール・インジェクタの適用で、パイロット燃料噴射により騒音が減少し、このインジェクタがヘッドカバーの外部で組立て及び分解できるので修理が容易となる。
【００２９】
また、ロッカ・アームの共用化が可能で部品の数が減少し、スタンピング工法によってこのロッカ・アームが製造されてコストがダウンにもつながる。
【００３０】
さらに、バルブがツイストに配置され、スワールの強度の向上による燃料性能の向上で排気ガスが減少できる。
【００３１】
本発明を図面に図示された一実施例を参考に説明したが、これは例示的なものに限られ、当該技術分野における通常の知識を有する者であれば多様な変形及び均等な実施例が可能であることが理解できると思われる。したがって、本発明の権利範囲は添付する特許請求の範囲によって決められるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】通常のＤＯＨＣディーゼルエンジンにおけるバルブがタンデム、パラレル及びツイスト形式で配置された状態をそれぞれ示す概略的なレイアウト図面である。
【図２】通常のＤＯＨＣディーゼルエンジンにおけるバルブがタンデム、パラレル及びツイスト形式で配置された状態をそれぞれ示す概略的なレイアウト図面である。
【図３】通常のＤＯＨＣディーゼルエンジンにおけるバルブがタンデム、パラレル及びツイスト形式で配置された状態をそれぞれ示す概略的なレイアウト図面である。
【図４】本発明によるＤＯＨＣディーゼルエンジンの一部の構成を示す概略的な平面図である。
【図５】図４におけるＡ−Ａ線に沿って切開して示す概略的な断面図である。
【図６】排気側を中心にしてロッカ・アームの作動状態を示す図面である。
【図７】図４におけるＢ−Ｂ線に沿って切開して示す概略的な断面図である。
【図８】インジェクタを支持するクランプの平面詳細図である。
【符号の説明】
１１ シリンダヘッド
１２ バルブ
１３ カムシャフト
１４ カムシャフト
１５ インジェクタ
１６ ヘッドカバー
２１ シリンダヘッド
２２ 吸氣ポート
２３ 排気ポート
３１ シリンダヘッド
３２ バルブ
３３ ロッカ・アーム
３４ カムシャフト
４０ シリンダヘッド
４１ 吸気ポート
４２ 排気ポート
４３ ガイドレール
４４ ヘッドカバー
４５ インジェクタ挿入口
５０ カムシャフトキャリア
５１ インジェクタ挿入口
６１ 吸気バルブ
６２ 排気バルブ
６３ インジェクタ
６４ クランプ
７１ スプロケット
７２ チェーン
８０ カムシャフト
９１ ロング・ロッカ・アーム
９２ ショート・ロッカ・アーム

Claims (5)

1. 一側に空気が流入するように形成された吸気ポートと、
   前記吸気ポートと連通して前記空気が前記吸気ポートから流入するように形成された燃焼室と、
   前記燃焼室内の燃焼ガスが排出されるように形成された排気ポートが備えられたシリンダヘッドと、
   ツイスト方式で備えられた前記吸気ポート及び排気ポートが開閉されるように、前記吸気及び排気ポートの一側にそれぞれ設置された吸気バルブと、排気バルブと、
   前記シリンダヘッドの一側に設置され、前記吸気及び排気バルブが開閉されるように複数のカムが形成され、所定の回動手段によって同時に回動される複数のカムシャフトと、
   前記カムと接触し、前記吸気及び排気バルブを開くように前記シリンダヘッドの上部側に設置され、所定の長さを有して形成され、吸気側及び排気側に複数個が順序に設置されたロング・ロッカ・アームと、前記ロング・ロッカ・アームよりその長さが短く、前記ロング・ロッカ・アームの間に交互に順に設置されたショート・ロッカ・アーム、とを含んでなる複数のロッカ・アームと、
   前記燃焼室に燃料が噴射されるように、その下端が前記燃焼室に向かって設置されたインジェクタと、前記シリンダヘッドの上部に設置され、その上部において前記インジェクタの脱、装着が行われるようにインジェクタ挿入口が形成されたカムシャフトキャリアと、
   前記カムシャフトキャリアの上部に設置され、前記インジェクタがその外部で設置できるようにインジェクタ挿入口が形成されたヘッドカバーと、を含むことを特徴とするＤＯＨＣディーゼルエンジン。
2. 前記ロング・ロッカ・アームはスタンピング工法によって加工されたことを特徴とする請求項１に記載のＤＯＨＣディーゼルエンジン。
3. 前記回動手段は、前記複数のカムシャフトの一端部にそれぞれ固定設置されたスプロケットと、前記複数のスプロケットが同時に回転できるように前記スプロケットに設置されたチェーンと、を含んでなることを特徴とする請求項１に記載のＤＯＨＣディーゼルエンジン。
4. 前記インジェクタは、前記カムシャフトキャリアに固定設置されるために前記ヘッドカバーの外部へ露出するように設置されたクランプをさらに含んでなることを特徴とする請求項１に記載のＤＯＨＣディーゼルエンジン。
5. 前記カムシャフトのそれぞれには、前記吸気バルブ及び排気バルブを駆動することができる吸気カム及び排気カムが同時に形成されたことを特徴とする請求項１に記載のＤＯＨＣディーゼルエンジン。

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