JP6780658B2 - シリンダヘッド - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関のシリンダヘッドに関する。

ディーゼルエンジンのシリンダヘッドには、吸排気バルブとインジェクタとカムシャフト等が設けられている。従来、インジェクタやカムシャフトを支持する部材を、シリンダヘッドの外周壁に連続させ、シリンダヘッドの剛性を向上させる例が知られている。

特開２００９−８５０２５号公報

車両の燃費を向上させるため、シリンダヘッドに軽量化が求められている。又、潤滑や冷却能力を向上させる観点から、シリンダヘッドに供給された潤滑油を円滑に流通させることが好ましい。

本発明は、軽量化と剛性向上と潤滑油の円滑な流通を実現した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に、シリンダヘッドを次のように構成した。

シリンダヘッドは、本体部と、本体部に設けられ、インジェクタを保持するインジェクタ保持部と、インジェクタ保持部に保持されたインジェクタを、本体部に固定するインジェクタ固定具と、本体部に設けられ、インジェクタ固定具が取り付けられる取付座と、取付座の側方に設けられ、シリンダブロックに螺合するシリンダボルトを通すシリンダボルト孔座とを備えている。

更に、シリンダブロックは、一端が取付座の下部に連結され、他端がシリンダボルト孔座に連結される第１脚部と、インジェクタ保持部と本体部との間に設けられ、カムシャフトを支持するベアリング壁と、取付座の下部に一端が連結され、他端がそれぞれベアリング壁と本体部との連結部に連結される、第１脚部に対して平面視で対称な角度で設けられる第２脚部及び第３脚部と、を備えている。

本発明のシリンダヘッドは、次の効果を奏する。軽量化と、剛性の向上と、潤滑油の円滑な流通が実現される。

図１は、本発明にかかる一実施形態のシリンダヘッドを有するエンジンを示す側面図である。 図２は、同シリンダヘッドの本体部を示す平面図である。 図３は、同シリンダヘッドの本体部を示す斜視図である。 図４は、同シリンダヘッドの本体部を示す斜視図である。 図５は、ロッカカバーを示す斜視図である。 図６は、同シリンダヘッドの本体部を示す部分断面斜視図である。 図７は、同シリンダヘッドの本体部の一部を示す斜視図である。 図８は、同シリンダヘッドの本体部の一部を示す斜視図である。

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、実施形態のシリンダヘッドを備えたディーゼルエンジン１０を示す。ディーゼルエンジン１０は、ロッカカバー１２とシリンダヘッド１４とシリンダブロック１６とオイルパン１８とを備えている。

ディーゼルエンジン１０は、ディーゼルエンジン１０の前後方向に沿って４本のシリンダが直線状に配列された４気筒エンジンである。ディーゼルエンジン１０には、吸気系の吸気機構と排気系の排気機構とインジェクタ２０とが設けられている。ディーゼルエンジン１０の４本のシリンダは、中心が鉛直に配置されている。尚、エンジンの構成はこれに限るものではない。

以下、ディーゼルエンジン１０について、クランクプーリ１３が設けられている側を前方とし、その逆を後方とし、それを基準に左右を定める。又、重力の方向を下方、その逆を上方とする。

シリンダブロック１６は、直列に４本のシリンダを備えている。各シリンダには、ピストンが組み入れられている。ピストンは、コネクティングロッドを介してクランクシャフトに連結している。クランクシャフトの前端に、クランクプーリ１３が設けられている。シリンダブロック１６の下部には、オイルパン１８が取り付けられている。シリンダブロック１６の上面には、シリンダヘッド１４が取り付けられている。

シリンダヘッド１４には、吸排気系それぞれのカムシャフトと、吸気バルブと、排気バルブと、ロッカーアームが設けられる。カムシャフトは、シリンダヘッド１４の軸受（厳密には本体部１４０に設けられた軸受）に回動自在に支持される。吸気バルブ及び排気バルブは、それぞれ吸気通路及び排気通路に設けられ、カムシャフトによる駆動で、吸気通路及び排気通路をそれぞれ開閉する。

シリンダヘッド１４の上面には、ロッカカバー１２が取り付けられている。ロッカカバー１２は、図５に示すように、インジェクタ２０を挿し入れるインジェクタ孔６０と、ロッカカバー取付ボルト６２を通すボルト孔６４と、インジェクタ固定具４０を通すボルト孔６８を備えている。又、ロッカカバー１２の外周には、ロッカカバー取付ボルトを通すボルト孔６６が適宜設けられている。

図２、図３にシリンダヘッド１４を示す。図２は、シリンダヘッド１４の本体部１４０を上方から示す平面図である。図３は、シリンダヘッド１４の本体部１４０を斜め上方から示す斜視図である。

シリンダヘッド１４は、底壁２２と底壁２２の周囲に設けられた外壁２４とを備えている。外壁２４は、底壁２２から立ち上げられている。シリンダヘッド１４の本体部１４０は、少なくとも底壁２２と外壁２４により形成される部分である。本体部１４０は、例えばアルミ等の金属を用いて鋳造により一体的に製造される剛体である。

底壁２２には、シリンダボルト孔座３０と、インジェクタ保持部３２と、取付座３４と、ベアリング壁３６が設けられている。底壁２２の下部には、冷却液を通過させるウォータジャケット、吸気通路、排気通路等が形成されている。

シリンダボルト孔座３０は、シリンダヘッド１４とシリンダブロック１６とを連結するシリンダボルト３８（図４参照）を通すシリンダボルト孔３１を有している。シリンダボルト孔座３０は、本体部１４０の外壁２４に沿ってほぼ等間隔に、ディーゼルエンジン１０の各シリンダの中心線を通る平面（以下、「中央面」という）の両側に対向して設けられている。シリンダボルト孔座３０は、底壁２２から若干立ち上げられ、シリンダボルト孔３１が上面に開口している。シリンダボルト孔座３０は、底壁２２に、合計１０カ所設けられている。

以下、シリンダボルト孔座３０を必要に応じて、ディーゼルエンジン１０の前方側から順次、第１シリンダボルト孔座３０ａ、第２シリンダボルト孔座３０ｂ、第３シリンダボルト孔座３０ｃ、第４シリンダボルト孔座３０ｄ、第５シリンダボルト孔座３０ｅと呼ぶ。

インジェクタ保持部３２は、ディーゼルエンジン１０の各シリンダの中央位置に対応して設けられている。インジェクタ保持部３２は、中心にインジェクタ２０を挿し入れる挿入孔３３を有している。インジェクタ保持部３２の左右両側には、ベアリング壁３６が連結されている。

以下、インジェクタ保持部３２を必要に応じて、ディーゼルエンジン１０の前方側から順次、第１インジェクタ保持部３２ａ、第２インジェクタ保持部３２ｂ、第３インジェクタ保持部３２ｃ、第４インジェクタ保持部３２ｄと呼ぶ。

インジェクタ２０は、ロッカカバー１２に設けられたインジェクタ孔６０（図５参照）を貫通して、インジェクタ保持部３２の挿入孔３３に挿し入れられる。インジェクタ２０の外周には、インジェクタカバー６１が組み付けられる。

インジェクタ２０をインジェクタ保持部３２に挿し入れた状態を図４に示す。図４は、説明上シリンダヘッド１４にインジェクタ２０を直接固定した状態を示す図である。インジェクタ２０は、インジェクタ保持部３２に挿し入れられた状態で、インジェクタ固定具４０によりシリンダヘッド１４の本体部１４０に固定されている。

インジェクタ固定具４０は、インジェクタ２０の上部を保持する保持部４２と、取付ボルト４５とを備えている。保持部４２は、２基のインジェクタ２０を所定の間隔をあけて平行に保持する。取付ボルト４５は、保持部４２の中央に設けられている。取付ボルト４５は、取付座３４の雌ねじ４６（図２参照）に螺合される。取付座３４は、図２に示すように、２つのインジェクタ保持部３２の間に設けられている。インジェクタ固定具４０で固定されたインジェクタ２０は、先端が燃焼室に臨み、サプライポンプからの燃料を適宜シリンダ内に噴射する。

ベアリング壁３６は、その一端が外壁２４に連結し、その他端がインジェクタ保持部３２に連結している。ベアリング壁３６は、中央面に垂直な面に沿って設けられている。ベアリング壁３６の上部には、カムシャフトを支持するベアリングの下半部が設けられている。ベアリング壁３６には、図４に示すように、ベアリング上半部のベアリングキャップ６９が組み付けられ、吸気と排気それぞれのカムシャフトが支持される。

以下、ベアリング壁３６を必要に応じて、ディーゼルエンジン１０の前方側から順次、第１ベアリング壁３６ａ、第２ベアリング壁３６ｂ、第３ベアリング壁３６ｃ、第４ベアリング壁３６ｄと呼ぶ。

次に、取付座３４について説明する。シリンダヘッド１４の本体部１４０には、第１取付座３４ａと第２取付座３４ｂとが設けられている。第１取付座３４ａは、第１インジェクタ保持部３２ａと第２インジェクタ保持部３２ｂの間に設けられ、第２取付座３４ｂは、第３インジェクタ保持部３２ｃと第４インジェクタ保持部３２ｄの間に設けられている。

第１取付座３４ａ及び第２取付座３４ｂは、図２に示すように、上面がシリンダヘッド１４の幅方向に長い長円形で、中心にインジェクタ固定具４０の取付ボルト４５を螺合させる雌ねじ４６が設けられている。又、第１取付座３４ａ及び第２取付座３４ｂの上面には、雌ねじ４６の左右両側に、ロッカカバー１２を固定するためのロッカカバー取付ボルト６２（図５参照）を螺合させる雌ねじ５２が設けられている。

又、第１取付座３４ａの上部は、縦壁５０を介して第１インジェクタ保持部３２ａ及び第２インジェクタ保持部３２ｂに連結されている。第２取付座３４ｂの上部は、縦壁５０を介して第３インジェクタ保持部３２ｃ及び第４インジェクタ保持部３２ｄに連結されている。

次に、第１取付座３４ａの下部の構造について説明する。第１取付座３４ａの下部には、図６、図７、図８に示すように、第１脚部７０と第２脚部７２と第３脚部７４が設けられている。図６は、図３に示すシリンダヘッド１４（本体部１４０）を、シリンダヘッド１４の上部中央部分を残して、シリンダヘッド１４の左右両側をＬ字状に破断した断面斜視図である。図７及び図８は、図６に示すシリンダヘッド１４の一部を拡大して示す断面斜視図である。

第１取付座３４ａの下部の構造は、ディーゼルエンジン１０の各シリンダの中心線を通る中央面を中心にして、基本的にほぼ左右対称に形成されているので、以下、吸気側の構造について説明する。又、第２取付座３４ｂは、第１取付座３４ａと基本的に同等の構造を有している。

第１取付座３４ａは、対向して設けられている一対の第２シリンダボルト孔座３０ｂ（図２参照）の間に設けられている。第１取付座３４ａと各第２シリンダボルト孔座３０ｂとは、シリンダヘッド１４の中央面に垂直な面に沿って、平面視で直線状に配置されている。

第１脚部７０は、図７に示すように、第１取付座３４ａの下部から、第２シリンダボルト孔座３０ｂに延びている。第１脚部７０は、第１取付座３４ａの取付ボルト雌ねじ４６を通る、中央面と垂直な面に沿って形成されている。

第２脚部７２と第３脚部７４は、第１脚部７０を中心にして、平面視で第１脚部７０の両側にほぼ対称に設けられている。第２脚部７２は、その一端が第１取付座３４ａの下部に連結し、その他端が第１ベアリング壁３６ａに連結している。第３脚部７４は、その一端が第１取付座３４ａの下部に連結し、その他端が第２ベアリング壁３６ｂに連結している。第２脚部７２及び第３脚部７４は、シリンダヘッド１４の下面に対してほぼ平行に設けられている。

又、第２脚部７２と第１ベアリング壁３６ａとの接続部の近傍には、第２シリンダボルト孔座３０ｂから延びる第４脚部７６が連結している。又、第３脚部７４と第２ベアリング壁３６ｂとの接続部の近傍には、第２シリンダボルト孔座３０ｂから延びる第５脚部７８が連結している。第４脚部７６と第５脚部７８は、中央面と平行な面内にほぼ沿って設けられている。

第１取付座３４ａは、排気側においても、上記吸気側と同様に第１脚部７０から第５脚部７８が設けられている。以上説明したように、第１取付座３４ａは、ディーゼルエンジン１０の中央面を中心とした左右両側に第１脚部７０を備え、第２シリンダボルト孔座３０ｂに支持されている。

又、第１取付座３４ａは、左右両側に設けられた第２脚部７２と第３脚部７４により、それぞれ第１ベアリング壁３６ａ及び第２ベアリング壁３６ｂに支持されている。更に、第２脚部７２の第１ベアリング壁３６ａの端部及び第３脚部７４の第２ベアリング壁３６ｂ側の端部が、第４脚部７６及び第５脚部７８により、第２シリンダボルト孔座３０ｂの下部に支持される構造となっている。

したがって、第１取付座３４ａは、複数の脚部により、シリンダヘッド１４の本体部１４０に強固に連結されている。第２シリンダボルト孔座３０ｂは、シリンダボルト３８によりシリンダブロック１６と強固に結合される個所であるので、第１取付座３４ａは、第１脚部７０等により、左右両側の第２シリンダボルト孔座３０ｂを介してシリンダブロック１６に強固に連結される。

第１取付座３４ａは、第１ベアリング壁３６ａと第２ベアリング壁３６ｂとに、第２脚部７２と第３脚部７４と第４脚部７６と第５脚部７８を介して網目状に連結される。したがって、第１取付座３４ａが３次元的に強固に保持される。

第１取付座３４ａの下部は、第１脚部７０、第４脚部７６、第５脚部７８が、底壁２２に対して傾斜して設けられているので各脚部の間に空間が形成されている。これによりシリンダヘッド１４の高剛性化と軽量化に加えて、シリンダヘッド１４内の潤滑油を円滑に流動させることができるようになることから、シリンダヘッド１４内の清浄及び冷却を効率的に実現できる。

次に、第２インジェクタ保持部３２ｂを中心にした、シリンダヘッド１４の構造について説明する。第２インジェクタ保持部３２ｂには、図８に示すように、第２ベアリング壁３６ｂが、第２インジェクタ保持部３２ｂを挟んで左右両側に設けられている。第２ベアリング壁３６ｂは、シリンダヘッド１４の中央面に対して垂直な面に沿って設けられ、第２インジェクタ保持部３２ｂと外壁２４とを連結している。

第２ベアリング壁３６ｂには、それぞれ吸気カムシャフトと排気カムシャフトのベアリングの下半部分が設けられている（図３参照）。第２ベアリング壁３６ｂを挟んで、第２シリンダボルト孔座３０ｂと対称の位置に第３シリンダボルト孔座３０ｃが設けられている。

第３シリンダボルト孔座３０ｃには、図２に示すように、第２シリンダボルト孔座３０ｂと同様に第１脚部７０と第４脚部７６と第５脚部７８が連結されている。又、第３シリンダボルト孔座３０ｃを中心にして、第２脚部７２と第３脚部７４がそれぞれ第２ベアリング壁３６ｂと第３ベアリング壁３６ｃに連結している。

シリンダヘッド１４の左右に対向して設けられている第３シリンダボルト孔座３０ｃの間には、梁８０が設けられている。梁８０は、第１脚部７０の上端と、第２脚部７２及び第３脚部７４の端部が連結されている部分に連結している。梁８０は、第２脚部７２及び第３脚部７４を含む平面とほぼ同じ平面内に設けられている。中央面を挟んで梁８０の左右両側には、第１脚部７０と第２脚部７２と第３脚部７４とがそれぞれ対向して設けられている。

第２インジェクタ保持部３２ｂを中心として、第２インジェクタ保持部３２ｂの周囲には、吸気側の第２ベアリング壁３６ｂから右周り方向に、第２シリンダボルト孔座３０ｂの吸気側の第３脚部７４、第１取付座３４ａ、第２シリンダボルト孔座３０ｂの排気側の第３脚部７４、排気側の第２ベアリング壁３６ｂ、第３シリンダボルト孔座３０ｃの排気側の第２脚部７２、梁８０、第３シリンダボルト孔座３０ｃの吸気側の第２脚部７２が順にほぼ八角形に連続し、環状の構造体３７bが形成されている。かかる環状の構造体３７bにより、本体部１４０の、第２インジェクタ保持部３２ｂの周囲の剛性が向上する。

又、図２に示すように、本体部１４０には、第１インジェクタ保持部３２ａから第４インジェクタ保持部３２ｄまで、各インジェクタ保持部３２毎に、各インジェクタ保持部３２を囲む環状の構造体３７ａ〜３７ｄが形成されている。これにより、シリンダヘッド１４の全てのシリンダにおいて、シリンダ周りの剛性が向上する。第１インジェクタ保持部３２ａでは、カムシャフトを保持する共通の軸受けの取付台３５を用いて、八角形の環状の構造体３７ａを構成している。

又、シリンダヘッド１４の本体部１４０は、各シリンダの環状の構造体３７ａ〜３７ｄが、各環状の構造体３７ａ〜３７ｄの一部を共通にして連結されている。これにより、シリンダヘッド１４の全体の剛性がより向上される。

各環状の構造体３７ａ〜３７ｄは、第１脚部７０と第４脚部７６と第５脚部７８を介してそれぞれのシリンダボルト孔座３０に連結される。これにより、各環状の構造体３７ａ〜３７ｄは、シリンダボルト３８によりシリンダブロック１６と強固に連結され、各インジェクタ保持部３２はより強固に支持される。

尚、本発明は、上記実施形態に限るものではなく、適宜変更できる。

例えば、本実施形態においては、本体部１４０が鋳造によって製造された際には、各脚部７０〜７８は本体部１４０と一体的に形成されている。したがって、各脚部７０〜７８は、本体部１４０、シリンダボルト孔座３０、取付座３４に対して、一体的に連結されている。ただし、各脚部７０〜７８の連結態様はこれに限られず、これらを本体部１４０とは別の部品から構成し、ボルト等によって本体部１４０に対して連結してもよい、このような構成であっても、本発明の効果は発揮され得る。ただし、鋳造による一体的な構造の方が剛性の向上、軽量化、部品点数や工数の削減には一般に有利である。

１０…ディーゼルエンジン、１２…ロッカカバー、１３…クランクプーリ、１４…シリンダヘッド、１６…シリンダブロック、１８…オイルパン、２０…インジェクタ、２２…底壁、２４…外壁、３０…シリンダボルト孔座、３１…シリンダボルト孔、３２…インジェクタ保持部、３３…挿入孔、３４…取付座、３５…取付台、３６…ベアリング壁、３７…構造体、３８…シリンダボルト、４０…インジェクタ固定具、４２…保持部、４５…取付ボルト、５０…縦壁、６０…インジェクタ孔、６１…インジェクタカバー、６２…ロッカカバー取付ボルト、６４…ボルト孔、６６…ボルト孔、６８…ボルト孔、６９…ベアリングキャップ、７０…第１脚部、７２…第２脚部、７４…第３脚部、７６…第４脚部、７８…第５脚部、８０…梁。

Claims (5)

1. 内燃機関のシリンダヘッドであって、
   本体部と、
   前記本体部に設けられ、インジェクタを保持するインジェクタ保持部と、
   前記インジェクタ保持部に保持された前記インジェクタを、前記本体部に固定するインジェクタ固定具と、
   前記本体部に設けられ、前記インジェクタ固定具が取り付けられる取付座と、
   前記取付座の側方に設けられ、前記シリンダブロックに螺合するシリンダボルトを通すシリンダボルト孔座と、
   前記取付座の下部に一端が連結され、他端が前記シリンダボルト孔座に連結される第１脚部と、
   前記インジェクタ保持部と前記本体部との間に設けられ、カムシャフトを支持するベアリング壁と、
   前記取付座の下部に一端が連結され、他端がそれぞれ前記ベアリング壁と前記本体部との連結部に連結される、前記第１脚部に対して平面視で対称な角度で設けられる第２脚部及び第３脚部と、を備えたシリンダヘッド。
2. 前記第２脚部と前記ベアリング壁との連結部に、前記シリンダボルト孔座から延びる第４脚部が連結され、
   前記第３脚部と前記ベアリング壁との連結部に、前記シリンダボルト孔座から延びる第５脚部が連結されている請求項１に記載のシリンダヘッド。
3. 前記取付座は、隣接して設けられた前記インジェクタ保持部間に設けられ、
   前記取付座と前記インジェクタ保持部が縦壁で連結されている請求項２に記載のシリンダヘッド。
4. 前記インジェクタ固定具は、一対のインジェクタを保持する保持部と、前記保持部の中央に設けられた取付ボルトと、を備え、
   前記取付座は、前記取付ボルトが螺合される雌ねじを有している請求項３に記載のシリンダヘッド。
5. 前記取付座は、ロッカカバーを固定する取付ボルトが螺合される雌ねじを有している請求項４に記載のシリンダヘッド。

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