JP6213043B2

JP6213043B2 - 車両用エンジンのシリンダヘッド

Info

Publication number: JP6213043B2
Application number: JP2013170388A
Authority: JP
Inventors: 孝徳上水
Original assignee: Suzuki Motor Co Ltd
Current assignee: Suzuki Motor Co Ltd
Priority date: 2013-08-20
Filing date: 2013-08-20
Publication date: 2017-10-18
Anticipated expiration: 2033-08-20
Also published as: JP2015040478A

Description

本発明は、車両用エンジンのシリンダヘッドに関し、例えば排気ポートを集合する排気集合部が一体的に形成された車両用エンジンのシリンダヘッドに好適なものである。

このような車両用エンジンのシリンダヘッドとしては、例えば下記特許文献１に記載されるものがある。この車両用エンジンのシリンダヘッドでは、排気ポートを集合する排気集合部が一体的に形成され、排気ポートの上方には、各排気ポート及び排気ポート内の排気ガスを冷却するためのウォータジャケットを形成する。一方、ウォータジャケットの上方には、カムシャフトが配置されるカム室が形成されており、このカム室内のオイルをオイルパンに戻すためのオイル戻し通路を排気ポートと排気ポートの間に形成している。

特開２０１０−２２３２０４号公報

しかしながら、前記特許文献１に記載される車両用エンジンのシリンダヘッドでは、オイル戻し通路を排気ポート間に形成しているため、オイル戻し通路と排気ポートの間の壁部、並びに排気ポートと排気ポートの間の壁部が薄くなる。その結果、排気ポートの熱が周囲の薄い壁部から漏れてウォータジャケット上方のカム室に伝達され、カム室内のオイルが熱で劣化する虞がある。また、カム室内のオイルが排気ポートの上方及び排気集合部の上方で滞留すると、排気ポート及び排気集合部の熱でオイルが加熱されてオイル劣化が生じる虞がある。また、オイル戻し通路を排気ポートと排気ポートの間に配置したため、排気ポート間の壁部にオイル戻し通路を配置するスペースが必要となり、排気ポート間の壁部を排気方向下流側に大きく突出する必要がある。そのため、排気ポート及び排気集合部を排気方向、一般的にはシリンダヘッドの短辺方向に長くする必要が生じ、シリンダヘッドが大型化し、設計自由度が低下する虞がある。

本発明は、上記のような問題点に着目してなされたものであり、設計自由度を高めながら、カム室からオイル戻し通路へのオイル排出性を向上させると共に、オイルの劣化を防止することが可能な車両用エンジンのシリンダヘッドを提供することを目的とするものである。

本発明の第１の態様は、シリンダブロックの上方に取付けられ、気筒列方向に沿って配置される複数の燃焼室と、前記各燃焼室に連絡する排気ポートと、前記排気ポートが集合する排気集合部と、前記燃焼室の上方周辺に形成される燃焼室側ウォータジャケット部と、前記燃焼室側ウォータジャケット部から少なくとも前記排気集合部の上方周辺に向けて形成される排気側ウォータジャケット部と、前記燃焼室側ウォータジャケット部及び排気側ウォータジャケット部の上方側に形成され、カムシャフトが配置されるカム室と、が一体的に形成された車両用エンジンのシリンダヘッドにおいて、前記カム室の下面に形成され、前記シリンダヘッドの気筒列方向両端部の前記下面より前記シリンダヘッドの気筒列方向中央部の前記下面が上方に位置するように傾斜し、且つ前記燃焼室の上方に位置する前記下面より前記排気集合部の上方に位置する前記下面が高い位置となるように傾斜する膨出部を設け、前記燃焼室の上方に位置する前記排気側ウォータジャケットの内部空間の上下の内壁間寸法が、前記排気集合部の上方に位置する前記排気側ウォータジャケットの内部空間側に向けて次第に大きくなるように前記排気側ウォータジャケットを形成し、前記膨出部の外縁部に位置する前記カム室の下面に形成され、前記カム室内のオイルをオイルパンに戻すためのオイル戻し通路の入口部を備えたことを特徴とする。

本発明の第２の態様は、前記入口部を、前記膨出部の外縁部に位置する前記カム室の下面のうち、前記気筒列方向両端部に形成するのが好ましい。

このように、前記の第１の態様によれば、シリンダブロックの上方に取付けられるシリンダヘッドに、燃焼室、排気ポート、排気集合部を一体的に形成する。このシリンダヘッドでは、燃焼室の上方周辺に燃焼室側ウォータジャケット部を形成し、その燃焼室側ウォータジャケット部から排気集合部の上方周辺に向けて排気側ウォータジャケット部を形成し、燃焼室側ウォータジャケット部及び排気側ウォータジャケット部の上方側にカム室を形成する。そして、カム室の下面に、気筒列方向両端部より気筒列方向中央部が上方になるように傾斜し且つ燃焼室の上部より排気集合部の上部が上方になるように傾斜する膨出部を形成する。更に、膨出部の外縁部に位置するカム室の下面に、カム室内のオイルをオイルパンに戻すためのオイル戻し通路の入口部を形成する。そのため、カムシャフトによってカム室内のうち排気集合部の上部に飛散したオイルは、排気集合部の上部に滞留することなく、膨出部の傾斜に沿って膨出部の外縁部に流れ、オイル戻し通路の入口部からオイルパンに戻り、カム室内のオイルの排出性が高まる。また、カム室内の下面では、排気集合部の上部が最も温度が高くなり易いが、前述のように、排気集合部の上部に飛散したオイルは、排気集合部の上部に滞留することなく流れるため、熱によるオイルの劣化が抑制される。更に、膨出部では、排気集合部の上部が最も上方に位置するため、排気集合部の上部に位置するカム室の下面を排気集合部から遠ざけることができ、その分だけ、カム室と排気集合部との間の排気側ウォータジャケット部を大きくすることができる。従って、本来、最も温度が高くなる排気集合部の上部に位置するカム室の下面の温度を低くすることができ、これによっても排気集合部の上部に飛散したオイルの劣化を抑制することができる。これらによって、オイルの劣化を防止することが可能となる。また、排気ポート間にはオイル戻し通路を形成する必要のないことから、排気ポート間の壁部を排気方向下流側に長くする必要がなく、シリンダヘッドの大型化を回避して設計自由度を高めることができる。

また、前記の第２の態様によれば、膨出部の外縁部に位置するカム室の下面のうち、気筒列方向両端部にオイル戻し通路の入口部を形成する。これにより、シリンダヘッドの排気集合部側が前傾するように車両用エンジンを搭載した場合に、カム室の下面に存在するオイルを効率よく且つ速やかにオイル戻し通路からオイルパンに戻すことができる。

図１は、本発明のシリンダヘッドが適用された車両用エンジンの一実施形態を示す平面図である。図２は、図１の車両用エンジンの正面図である。図３は、図１のＡ−Ａ断面図である。図４は、図２のＤ−Ｄ断面図である。図５は、図１のＢ−Ｂ断面図である。図６は、図１のＣ−Ｃ断面図である。図７は、図２のＥ−Ｅ断面図である。図８は、図４に排気ポート及び排気集合部を重ね合わせた説明図である。

次に、本発明の車両用エンジンのシリンダヘッドの一実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態の車両用エンジンの平面図、図２は、図１の車両用エンジンの正面図である。本実施形態の車両用エンジンは、シリンダブロック１の上端面にシリンダヘッド２が取付けられ、シリンダヘッド２の上端面にシリンダヘッドカバー３が取付けられる。但し、図１では、シリンダヘッドカバーを取り外した状態を示している。シリンダブロック１の下部にはクランクケースが形成され、このクランクケース内にクランクシャフト５が回転自在に収納される。また、シリンダブロック１の下端面には、オイルパン４が取付けられる。この車両用エンジンには、例えば図２の図示右方に図示しない変速機が取付けられる。なお、エンジン本体は、種々の向きで車両に搭載されるが、本実施形態では、シリンダブロック１を挟んでシリンダヘッド２の反対側にオイルパン４が取付けられている。このようなエンジン本体では、後述のように、シリンダヘッド２内のオイルを重力でオイルパン４に落下させる必要から、凡そシリンダブロック１に対してシリンダヘッド２が上方になるように搭載される。そのため、シリンダブロック１に対するシリンダヘッド２の方向を上方、逆方向を下方と定義する。また、本実施形態のエンジン本体は、後述する排気集合部側が前傾するように配置される。

シリンダブロック１には、気筒列に沿って複数の、本実施形態では３つの図示しない気筒（シリンダボア）が形成されている。また、各気筒のシリンダヘッド２側端部には、夫々、燃焼室６が形成される。つまり、本実施形態では、気筒列に沿って３つの燃焼室６が形成される。従って、クランクシャフト５の軸線は、燃焼室６の配列方向、即ち気筒列と平行である。各気筒内には図示しないピストンが収納され、各ピストンは図示しないコンロッド（コネクティングロッド）によってクランクシャフト５のクランクピンに連結されている。また、各燃焼室６には、例えば図６に示すように、当該燃焼室６に混合気を吸気するための吸気ポート７、及び当該燃焼室６から排気ガスを排気するための排気ポート８が接続される。また、各燃焼室６には、図示しない点火プラグを装着するための点火プラグ装着穴９や、図示しない燃料噴射装置を装着するための燃料噴射装置装着穴１０も接続されており、これらは何れもシリンダヘッド２内に形成されている。なお、吸気ポート７は図示しない吸気バルブによって開閉され、排気ポート８は図示しない排気バルブによって開閉される。

従って、吸気バルブを開いて吸気ポート７から各気筒内に混合気を吸気し、吸気バルブが閉じている状態で混合気をピストンで圧縮し、圧縮された混合気に点火すると、混合気が燃焼・膨張してピストンが各気筒内で押し下げられる。コンロッドによってピストンが連結されているクランクピンは、クランクシャフト５の回転軸に対して偏心しているので、ピストンの直進運動はクランクシャフト５の回転運動に変換される。このクランクシャフト５の回転運動を変速機内で変速して、図示しない駆動輪への駆動力として伝達する。また、混合気が燃焼して生じた排気ガスは、排気バルブが開かれた排気ポート８を経てシリンダヘッド２の気筒列方向と交差する方向の一方の端部、本実施形態では前方側に排気される。

図３は、図１のＡ−Ａ断面図、図４は、図２のＤ−Ｄ断面図、図５は、図１のＢ−Ｂ断面図、図６は、図１のＣ−Ｃ断面図、図７は、図２のＥ−Ｅ断面図、図８は、図４に排気ポート及び排気集合部を重ね合わせた説明図である。本実施形態では、前記排気ポート８をシリンダヘッド２内で集合して排気集合部１１を形成し、これにより排気マニホルド１２をシリンダヘッド２と一体的に形成している。この排気集合部１１や排気ポート８、燃焼室６は高温となるため、これらを冷却水で冷却するためのウォータジャケット１３がシリンダヘッド２の内部に形成されている。このウォータジャケット１３は、前記燃焼室６の上方周辺に形成された燃焼室側ウォータジャケット部１４、この燃焼室側ウォータジャケット部１４から排気ポート８の上方周辺を経て排気集合部１１の上方周辺に向けて形成された排気側ウォータジャケット部１５を備えて構成される。つまり、排気側ウォータジャケット部１５は、燃焼室側ウォータジャケット部１４から少なくとも排気集合部１１の上方周辺に向けて形成されている。更に、本実施形態の排気側ウォータジャケット部１５は、燃焼室側ウォータジャケット部１４から排気ポート８の下方周辺を経て排気集合部１１の下方周辺に向けて形成された下側ウォータジャケット部１６を備えている。本実施形態では、例えば図７の図示右方からウォータジャケット１３内に冷却水を通水し、図示左方から排水して、燃焼室６や排気ポート８、排気集合部１１及びそれらの内部の排気ガスを冷却する。

前述した吸気バルブは吸気側カムシャフト１７によって駆動され、排気バルブは排気側カムシャフト１８によって駆動される。これら吸気側カムシャフト１７及び排気側カムシャフト１８は、チェーンケース１９内の図示しないチェーンによってクランクシャフト５に連結され、クランクシャフト５と同期回転する。これら吸気側カムシャフト１７及び排気側カムシャフト１８は、前記ウォータジャケット１３よりも上方でシリンダヘッド２に形成されたカム室２０内に配置されている。これら吸気側カムシャフト１７及び排気側カムシャフト１８は、クランクシャフト５によって駆動される図示しないオイルポンプから供給されたオイルで潤滑される。吸気側カムシャフト１７及び排気側カムシャフト１８を潤滑したオイルはカム室２０内に飛散するが、シリンダヘッド２及びシリンダブロック１に形成されたオイル戻し通路２１を通ってオイルパン４に戻される。

本実施形態では、前記カム室２０の下面のうち、排気側ウォータジャケット部１５の上面に相当する部分を上方に膨らませて膨出部２２を形成している。つまり、膨出部２２の下部は排気側ウォータジャケット部１５である。この膨出部２２は、例えば図３や図５に示すように、気筒列方向両端部より前記気筒列方向中央部が上方になるように傾斜し、且つ、例えば図６に示すように、燃焼室６の上部より排気集合部１１の上部が上方になるように傾斜している。つまり、この膨出部２２は、排気集合部１１の上部に位置する部分が最も上方に位置し、そこから燃焼室６側及び気筒列方向両端部側に向けて下るように傾斜する。そのため、この膨出部２２の上面に飛散したオイルは、図３〜図６に白抜きの矢印で示すように、膨出部２２の傾斜に沿って、膨出部２２の外縁部に向けて流れる。そこで、本実施形態では、前述したオイル戻し通路２１の入口部２３を膨出部２２の外縁部に形成する。より具体的には、膨出部２２の外縁部のうち、気筒列方向両端部にオイル戻し通路２１の入口部２３を形成する。膨出部２２の傾斜に沿って流れたオイルは、膨出部２２の外縁部に形成された入口部２３からオイル戻し通路２１内に流れ込み、オイルパン４に戻る。本実施形態の場合、前述のように、排気集合部１１側が前傾するようにエンジン本体が配置されるので、膨出部２２の外縁部のうち、気筒列方向両端部が最も低い位置になる。そこで、膨出部２２の外縁部のうち、気筒列方向両端部に入口部２３を形成することにより、より一層、オイルをオイル戻し通路２１内に流し込みやすくすることができる。なお、本実施形態では、カム室２０の下面のうち、チェーンケース１９側にも入口部２３を形成している。これは、この入口部２３からチェーンケース１９内に流れ込んだオイルがチェーンケース１９内を通ってオイルパン４に戻るようにするためである。

ここで、前記特許文献１のように、排気ポート間にオイル戻し通路を形成しようとすると、排気ポートと排気ポートの間にオイル戻し通路が通過する領域が必要となる。例えば図７に示す排気ポート８と排気ポート８の間にオイル戻し通路を形成する場合、隣合う排気ポート８が合流する洲の部分の断面積を確保する必要があり、その結果、排気ポート８合流部の壁部が大きくなる。具体的には、排気ポート８合流部の壁部が排気方向下流側に向けて長くなり、その分だけ、シリンダヘッド２が気筒列方向と交差する方向に長くなるために、シリンダヘッド２が大型化し、設計自由度が制限される。これに対し、本実施形態では、排気ポート８間にオイル戻し通路２１を形成する必要のないことから、シリンダヘッド２の大型化を回避して、設計自由度を高めることができる。

このように本実施形態の車両用エンジンのシリンダヘッドでは、シリンダブロック１の上方に取付けられるシリンダヘッド２に、燃焼室６、排気ポート８、排気集合部１１を一体的に形成する。このシリンダヘッド２では、燃焼室６の上方周辺に燃焼室側ウォータジャケット部１４を形成し、その燃焼室側ウォータジャケット部１４から排気集合部１１の上方周辺に向けて排気側ウォータジャケット部１５を形成し、燃焼室側ウォータジャケット部１４及び排気側ウォータジャケット部１５の上方側にカム室２０を形成する。そして、カム室２０の下面に、気筒列方向両端部より気筒列方向中央部が上方になるように傾斜し且つ燃焼室６の上部より排気集合部１１の上部が上方になるように傾斜する膨出部２２を形成する。更に、膨出部２２の外縁部に位置するカム室２０の下面に、カム室２０内のオイルをオイルパン４に戻すためのオイル戻し通路２１の入口部２３を形成する。そのため、カムシャフト１７、１８によってカム室２０内のうち排気集合部１１の上部に飛散したオイルは、排気集合部１１の上部に滞留することなく、膨出部２２の傾斜に沿って膨出部２２の外縁部に流れ、オイル戻し通路２１の入口部２３からオイルパン４に戻り、カム室２０内のオイルの排出性が高まる。また、カム室２０内の下面では、排気集合部１１の上部が最も温度が高くなり易いが、前述のように、排気集合部１１の上部に飛散したオイルは、排気集合部１１の上部に滞留することなく流れるため、熱によるオイルの劣化が抑制される。更に、膨出部２２では、排気集合部１１の上部が最も上方に位置するため、排気集合部１１の上部に位置するカム室２０の下面を排気集合部１１から遠ざけることができ、その分だけ、カム室２０と排気集合部１１との間の排気側ウォータジャケット部１５を大きくすることができる。従って、本来、最も温度が高くなる排気集合部１１の上部に位置するカム室２０の下面の温度を低くすることができ、これによっても排気集合部１１の上部に飛散したオイルの劣化を抑制することができる。これらによって、オイルの劣化を防止することが可能となる。また、排気ポート８間にはオイル戻し通路２１を形成する必要のないことから、排気ポート８間の壁部を排気方向下流側に長くする必要がなく、シリンダヘッド２の大型化を回避して設計自由度を高めることができる。

また、膨出部２２の外縁部に位置するカム室２０の下面のうち、気筒列方向両端部にオイル戻し通路２１の入口部２３を形成する。これにより、シリンダヘッド２の排気集合部１１側が前傾するように車両用エンジンを搭載した場合に、カム室２０の下面に存在するオイルを効率よく且つ速やかにオイル戻し通路２１からオイルパン４に戻すことができる。

以上、本発明の実施形態を開示したが、当業者によっては本発明の範囲を逸脱することなく変更が加えられ得ることは明白である。全てのこのような修正及び等価物が次の請求項に含まれることが意図されている。

１シリンダブロック
２シリンダヘッド
３シリンダヘッドカバー
４オイルパン
５クランクシャフト
６燃焼室
７吸気ポート
８排気ポート
９点火プラグ装着穴
１０燃料噴射装置装着穴
１１排気集合部
１２排気マニホルド
１３ウォータジャケット
１４燃焼室側ウォータジャケット部
１５排気側ウォータジャケット部
１６下側ウォータジャケット部
１７吸気側カムシャフト
１８排気側カムシャフト
１９チェーンケース
２０カム室
２１オイル戻し通路
２２膨出部
２３入口部

Claims

シリンダブロックの上方に取付けられ、気筒列方向に沿って配置される複数の燃焼室と、
前記各燃焼室に連絡する排気ポートと、
前記排気ポートが集合する排気集合部と、
前記燃焼室の上方周辺に形成される燃焼室側ウォータジャケット部と、
前記燃焼室側ウォータジャケット部から少なくとも前記排気集合部の上方周辺に向けて形成される排気側ウォータジャケット部と、
前記燃焼室側ウォータジャケット部及び排気側ウォータジャケット部の上方側に形成され、カムシャフトが配置されるカム室と、が一体的に形成された車両用エンジンのシリンダヘッドにおいて、
前記カム室の下面に形成され、前記シリンダヘッドの気筒列方向両端部の前記下面より前記シリンダヘッドの気筒列方向中央部の前記下面が上方に位置するように傾斜し、且つ前記燃焼室の上方に位置する前記下面より前記排気集合部の上方に位置する前記下面が高い位置となるように傾斜する膨出部を設け、
前記燃焼室の上方に位置する前記排気側ウォータジャケットの内部空間の上下の内壁間寸法が、前記排気集合部の上方に位置する前記排気側ウォータジャケットの内部空間側に向けて次第に大きくなるように前記排気側ウォータジャケットを形成し、
前記膨出部の外縁部に位置する前記カム室の下面に形成され、前記カム室内のオイルをオイルパンに戻すためのオイル戻し通路の入口部を備えたことを特徴とする車両用エンジンのシリンダヘッド。
前記入口部を、前記膨出部の外縁部に位置する前記カム室の下面のうち、前記気筒列方向両端部に形成したことを特徴とする請求項１に記載の車両用エンジンのシリンダヘッド。