JP5581438B2 - 内燃機関のヘッドカバー構造 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関のヘッドカバー構造に関する。

従来、内燃機関のシリンダヘッドの上部には、燃焼室に連通する吸気ポート及び排気ポートをそれぞれ開閉するための吸気バルブ及び排気バルブを駆動する動弁機構が設けられている。また、シリンダヘッドの上部には、動弁機構を被覆するヘッドカバーが取り付けられている。

例えば、特許文献１に記載のヘッドカバー構造では、カム軸を上下に挟んで軸支する複数の軸受部材のうちカム軸の上側に配置される上側部材が、ヘッドカバーと一体に形成されている。上側部材は、カム軸の軸方向に等間隔で配置されており、隣り合う上側部材同士の間を被覆する被覆部は、略平坦な板状に形成されている。

中国実用新案公告ＣＮ２０１２０６４７８Ｙ

ところで、近年、内燃機関のレイアウト性を考慮して、カム軸の回転角度を検出するカム角度センサ（ＴＤＣセンサ）や燃料噴射装置に高圧燃料を供給するコモンレールなどの補器を、ヘッドカバーに取り付けることが考えられている。
しかしながら、従来のヘッドカバー構造では、ヘッドカバーの振動によってカム角度センサの検出精度が低下してしまうおそれがある。また、従来シリンダヘッドに取り付けられていたコモンレールなどの補器を、シリンダヘッドよりも比較的剛性の低いヘッドカバーに取り付けた場合、振動や騒音が増大するおそれがあった。そのため、ヘッドカバーの更なる剛性の強化が望まれていた。
一方で、内燃機関の軽量化、コンパクト化の要請もあるため、ヘッドカバーの厚肉化や大型化による剛性向上には限界がある。

本発明は、これらの問題に鑑みて成されたものであり、ヘッドカバーの厚肉化や大型化を抑制しつつ、ヘッドカバーの剛性を向上させることができる内燃機関のヘッドカバー構造を提供することを課題とする。

本発明に係る内燃機関のヘッドカバー構造は、シリンダヘッドに配置されたカム軸を含む動弁機構を上側から被覆する被覆部と、前記被覆部の外周縁に沿って設けられ、前記シリンダヘッドに締結される外周縁部と、前記被覆部及び前記外周縁部と一体に設けられ、前記シリンダヘッドに設けられた複数の下側軸受部と協働して前記カム軸を回転自在に保持する複数の上側軸受部と、を備える内燃機関のヘッドカバー構造であって、前記上側軸受部は、前記下側軸受部に締結固定され、前記被覆部は、隣り合う前記上側軸受部同士の間に、略半球状に膨出する膨出部を有することを特徴とする。

かかる構成によれば、隣り合う上側軸受部同士の間に、略半球状に膨出する膨出部を有しているので、略半球状の膨出部によって被覆部の剛性が高められる。そして、この膨出部によってヘッドカバーの剛性が高められ、振動や騒音を抑制することが可能になる。また、膨出部の形状によってヘッドカバーの剛性が高められるので、ヘッドカバーの厚肉化や大型化を抑制することができる。

また、前記上側軸受部は、前記下側軸受部に締結固定される軸受側締結固定部を有し、前記外周縁部は、隣り合う前記上側軸受部の中間となる部位に、前記シリンダヘッドに締結固定される外周側締結固定部を有し、前記軸受側締結固定部と前記外周側締結固定部の間には第１補強リブが設けられ、隣り合う前記上側軸受部と前記第１補強リブとで囲まれた部位に前記膨出部が設けられている構成とするのが好ましい。

かかる構成によれば、軸受側締結固定部と外周側締結固定部との間に第１補強リブが設けられ、隣り合う上側軸受部と第１補強リブとで囲まれた部位に膨出部が設けられているので、ヘッドカバーの剛性が一層高められ、振動や騒音をさらに抑制することが可能になる。

また、前記膨出部の下面には、前記膨出部の頂点から前記軸受側締結固定部及び前記外周側締結固定部に向かって第２補強リブが延設されている構成とするのが好ましい。

かかる構成によれば、膨出部の剛性を一層高めることができるので、ヘッドカバーの剛性がさらに一層高められ、振動や騒音をさらに抑制することが可能になる。

また、前記カム軸は、吸気側カム軸と排気側カム軸とからなり、前記上側軸受部は、前記吸気側カム軸と前記排気側カム軸のそれぞれに沿って複数配置され、前記吸気側カム軸の前記上側軸受部間、及び、前記排気側カム軸の前記上側軸受部間の少なくとも一方に、前記膨出部が設けられている構成とするのが好ましい。

かかる構成によれば、いわゆるＤＯＨＣ（Double OverHead Camshaft）タイプの内燃機関において、ヘッドカバーの剛性を高めることができ、振動や騒音を抑制することが可能になる。

本発明によれば、ヘッドカバーの剛性を向上させることができる内燃機関のヘッドカバー構造を提供することができる。

本実施形態に係る内燃機関のヘッドカバー構造の斜視図である。 ヘッドカバーを下から見上げた状態を示す斜視図であり、（ａ）は全体図、（ｂ）は（ａ）に示すＡ部の拡大図、である。 図１に示すＩ−Ｉ線断面図である。 図１に示すＩＩ−ＩＩ線断面図である。

本発明の実施形態について、図１乃至図４を参照して詳細に説明する。本実施形態では、自動車のエンジンのヘッドカバーに本発明を適用した場合を例にとって説明する。説明において、同一の要素には同一の番号を付し、重複する説明は省略する。また、方向を説明する場合は、図１に示す前（F）後（B）左（L）右（R）に基づいて説明する。

図１に示すように、内燃機関Ｅは、直列４気筒のＤＯＨＣ（Double OverHead Camshaft）タイプのエンジンであり、ヘッドカバー１及びシリンダヘッド２の他に、図示は省略するが、ピストン、コンロッド、クランクなどを収容するシリンダブロックや、オイルを貯留するオイルパン、などの基本構成を備えている。内燃機関Ｅは、車両に対して気筒列方向が左右方向となるように横置きされており、後方から吸気して前方から排気するように構成されている。

シリンダヘッド２は、燃焼室や吸気ポートや排気ポート（図示省略）を構成する部材である。シリンダヘッド２は、吸気ポート及び排気ポートを夫々開閉する吸気バルブ及び排気バルブ（図示省略）を有しており、シリンダヘッド２の上部には、これらの吸気バルブ及び排気バルブを駆動する動弁機構３が設置されている。また、シリンダヘッド２（より詳しくは内燃機関Ｅ）の側部には、クランクの回転を動弁機構３に伝達する伝達機構４が設けられている。

図４に示すように、シリンダヘッド２は、上面２ａの外周縁に沿って枠状に立ち上がる外周壁２１と、上面２ａの前後方向の中央部から立ち上がる中央壁２２と、を有している。また、図３に示すように、シリンダヘッド２は、外周壁２１と中央壁２２との間に、動弁機構３のカム軸３１，３２を軸支するための複数の下側軸受部２３を有している。下側軸受部２３は、前後方向に延設された壁状の部位であり、その上面の中央部に半円状の凹部２３ａを有している。下側軸受部２３は、後記するヘッドカバー１に設けられた上側軸受部１３に対応する位置に設けられている。

動弁機構３は、気筒列方向に沿って互いに平行に配置された一対のカム軸３１，３２と、このカム軸３１，カム軸３２にそれぞれ固定された複数のカム３３（図４参照）と、を有している。なお、カム軸３１は、吸気バルブを開閉するための吸気側カム軸であり、カム軸３２は、排気バルブを開閉するための排気側カム軸である。

図１乃至図４に示すように、ヘッドカバー１は、シリンダヘッド２の上部に取り付けられて、動弁機構３を被覆するアルミ合金製の部材である。
ヘッドカバー１は、動弁機構３を被覆する被覆部１１と、ヘッドカバー１の外周縁を構成する外周縁部１２と、動弁機構３のカム軸３１，３２を軸支する上側軸受部１３と、を主に有している。また、ヘッドカバー１の前後方向の中央部には、燃料噴射装置（図示省略）を設置するための凹溝部１４が、左右方向に延設されている。

外周縁部１２は、被覆部１１の外周縁に設けられた枠状の部位である。外周縁部１２は、シリンダヘッド２の上面に設けられた外周壁２１の上に設置されている。外周縁部１２は、締結部材であるボルトＢを挿通するための複数のボルト挿通孔１２ａを有しており、そのうちの一部は、隣り合う上側軸受部１３同士の間に設けられている。このボルト挿通孔１２ａが、特許請求の範囲における「外周側締結固定部」に相当する。なお、シリンダヘッド２の外周壁２１には、ボルト挿通孔１２ａに対応する位置に、ボルトＢを締結するためのボルト締結穴２１ａが形成されている（図４参照）。

上側軸受部１３は、シリンダヘッド２に設けられた複数の下側軸受部２３と協働して、動弁機構３のカム軸３１，３２をそれぞれ回転自在に保持する部位である。上側軸受部１３は、前後方向に延設された壁状の部位であり、外周縁部１２と凹溝部１４の間において、左右方向に互いに離間して設けられている。上側軸受部１３は、各気筒の左右両側に配置されている。なお、本実施形態では、最も左側の気筒の左側に配置された上側軸受部１３ｃは、外周縁部１２の左端部１２ｂ（図２（ａ）参照）を兼ねている。

図２、図３に示すように、上側軸受部１３の下面の前後方向の中央部には、半円状の凹部１３ａが設けられている。この上側軸受部１３に設けられた凹部１３ａと下側軸受部２３に設けられた凹部２３ａとが、カム軸３１，３２をそれぞれ回転自在に軸支する軸受部を構成している。凹部１３ａの前後両側には、締結部材であるボルトＢを挿通するためのボルト挿通孔１３ｂが設けられている。このボルト挿通孔１３ｂが、特許請求の範囲における「軸受側締結固定部」に相当する。なお、シリンダヘッド２の下側軸受部２３には、ボルト挿通孔１３ｂに対応する位置に、ボルトＢを締結するためのボルト締結穴２３ｂが形成されている。

被覆部１１は、動弁機構３を被覆する薄板状の部位であり、動弁機構３に対して上方に離間して配置されている（図４参照）。被覆部１１は、隣り合う上側軸受部１３同士の間に、上側に向かって略半球状に膨出する膨出部１１１を有している。また、図１に示すように、被覆部１１は、膨出部１１１を補強するための第１補強リブ１５を有している。第１補強リブ１５は、隣り合う上側軸受部１３同士の間に設けられた外周縁部１２のボルト挿通孔１２ａと上側軸受部１３のボルト挿通孔１３ｂとの間に立ち上がるように延設されている。これにより、膨出部１１１は、隣り合う上側軸受部１３と第１補強リブとに囲まれて、周囲を補強された状態となる。
なお、膨出部１１１について、「略半球状」とは、半球状の他、半球状に等しいとみなすことができる形状（いわゆるドーム状など）を含むものとする。

図２（ｂ）に示すように、膨出部１１１の下面には、膨出部１１１の頂点１１１ａから、上側軸受部１３のボルト挿通孔１３ｂと、隣り合う上側軸受部１３同士の間に設けられた外周縁部１２のボルト挿通孔１２ａと、凹溝部１４と、に向かって、第２補強リブ１６が放射状に延設されている。第２補強リブ１６は、頂点１１１ａを中心として略対称に配置されている。これにより、膨出部１１１が均一に補強されるので、振動や騒音を低減することができる。また、第２補強リブ１６は、カム３３との干渉を回避するために、膨出部１１１の下面に沿って上向きに凸となるように湾曲している（図４参照）。

なお、図１に示すように、ヘッドカバー１の後端部には、図示しない燃料噴射装置に高圧燃料を供給するためのコモンレール５が取り付けられている。また、ヘッドカバー１の上面には、カム軸３２の回転角度を検出するカム角度センサ６が取り付けられている。また、ヘッドカバー１の左側の端部には、動弁機構３のバルブタイミング可変機構（図示省略）に作動油圧を供給する負圧ポンプ７が取り付けられている。また、ヘッドカバー１の前端部の左側には、図示しない車体フレームに内燃機関Ｅを保持するためのエンジンハンガー８が取り付けられている。また、ヘッドカバー１の右端部の上面には、ヘッドカバー１と別体に設けた気液分離室（図示省略）へブローバイガスを排出するための開口部９が設けられている。

本実施形態に係る内燃機関のヘッドカバー構造は、基本的に以上のように構成されるものであり、次に、その作用効果について説明する。

本実施形態に係る内燃機関のヘッドカバー構造によれば、カム軸３１，３２を軸支する上側軸受部１３がヘッドカバー１と一体に設けられており、隣り合う上側軸受部１３同士の間に、略半球状に膨出する膨出部１１１が形成されているので、略半球状の膨出部１１１によって被覆部１１の剛性が高められる。そのため、ヘッドカバー１の厚肉化や大型化を抑制しつつ、ヘッドカバー１の剛性が全体的に高められ、振動や騒音を抑制することが可能になる。

また、かかる構成によれば、隣り合う上側軸受部１３の間に設けられた外周縁部１２のボルト挿通孔１２ａと上側軸受部１３のボルト挿通孔１３ｂとの間に第１補強リブ１５が設けられ、隣り合う上側軸受部１３と第１補強リブ１５とで囲まれた部位に膨出部１１１が設けられているので、ヘッドカバー１の剛性が一層高められ、振動や騒音を抑制することが可能になる。

また、膨出部１１１の下面には、膨出部１１１の頂点１１１ａから、上側軸受部１３のボルト挿通孔１３ｂと、隣り合う上側軸受部１３同士の間に設けられた外周縁部１２のボルト挿通孔１２ａと、凹溝部１４と、に向かって、第２補強リブ１６が放射状に延設されているので、膨出部１１１の剛性を一層高めることができ、振動や騒音を一層抑制することができる。

また、第２補強リブ１６は、頂点１１１ａを中心として略対称に配置されているので、膨出部１１１を均一に補強することができ、振動や騒音を低減することができる。

また、ヘッドカバー１は、膨出部１１１によって全体的に剛性が高められているので、コモンレール５、カム角度センサ６、負圧ポンプ７、エンジンハンガー８、などの補器をヘッドカバー１に取り付けることができる。そのため、内燃機関Ｅのレイアウトの自由度を向上させることができる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

例えば、本実施形態では、いわゆるＤＯＨＣタイプの内燃機関Ｅに本発明を適用したが、これに限定されるものではなく、例えばＳＯＨＣ（Single OverHead Camshaft）タイプの内燃機関に適用してもよい。

また、本実施形態では、ヘッドカバー１の外部に気液分離室を別体に設ける構成としたが、ヘッドカバー１の内部に気液分離室を設ける構成としてもよい。なお、本実施形態では、この開口部９に連通する例えば樹脂製の気液分離室をヘッドカバー１と別体に設けることで、ヘッドカバー１の軽量化、コンパクト化を図ることができる。

また、本実施形態では、すべての隣り合う上側軸受部１３同士の間に膨出部１１１を形成したが、本発明はこれに限定されるものではなく、複数の隣り合う上側軸受部１３同士の間のうち、補強が必要とされる箇所に膨出部１１１が形成されていればよい。

１ ヘッドカバー
１１ 被覆部
１１１ 膨出部
１２ 外周縁部
１３ 上側軸受部
１３ｂ ボルト挿通孔
１５ 第１補強リブ
１６ 第２補強リブ
２ シリンダヘッド
２３ 下側軸受部
３ 動弁機構

Claims (4)

1. シリンダヘッドに配置されたカム軸を含む動弁機構を上側から被覆する被覆部と、
   前記被覆部の外周縁に沿って設けられ、前記シリンダヘッドに締結される外周縁部と、
   前記被覆部及び前記外周縁部と一体に設けられ、前記シリンダヘッドに設けられた複数の下側軸受部と協働して前記カム軸を回転自在に保持する複数の上側軸受部と、
   を備える内燃機関のヘッドカバー構造であって、
   前記上側軸受部は、前記下側軸受部に締結固定され、
   前記被覆部は、隣り合う前記上側軸受部同士の間に、略半球状に膨出する膨出部を有することを特徴とする内燃機関のヘッドカバー構造。
2. 前記上側軸受部は、前記下側軸受部に締結固定される軸受側締結固定部を有し、
   前記外周縁部は、隣り合う前記上側軸受部の中間となる部位に、前記シリンダヘッドに締結固定される外周側締結固定部を有し、
   前記軸受側締結固定部と前記外周側締結固定部の間には第１補強リブが設けられ、
   隣り合う前記上側軸受部と前記第１補強リブとで囲まれた部位に前記膨出部が設けられていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の内燃機関のヘッドカバー構造。
3. 前記膨出部の下面には、前記膨出部の頂点から前記軸受側締結固定部及び前記外周側締結固定部に向かって第２補強リブが延設されていることを特徴とする請求の範囲第２項に記載の内燃機関のヘッドカバー構造。
4. 前記カム軸は、吸気側カム軸と排気側カム軸とからなり、
   前記上側軸受部は、前記吸気側カム軸と前記排気側カム軸のそれぞれに沿って複数配置され、
   前記吸気側カム軸の前記上側軸受部間、及び、前記排気側カム軸の前記上側軸受部間の少なくとも一方に、前記膨出部が設けられていることを特徴とする請求の範囲第１項から請求の範囲第３項のいずれか１項に記載の内燃機関のヘッドカバー構造。

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