JP7092816B2 - 自動車用エンジン - Google Patents

Description

本願発明は、自動車用エンジンに関するものであり、特に、シリンダヘッドの前面に固定されるフロントカバーにマウントブラケット部を設けているエンジンを対象にしている。

自動車用のエンジンは、複数箇所（通常は３か所）が車体フレームにマウント材を介して支持されている。どの部位をフレーム材に支持するかはエンジンの配置態様などで相違するが、特許文献１，２に開示されているように、タイミングチェーンを覆うフロントカバー（チェーンカバー）を１つの支持部と成し、フロントカバーにマウントブラケット部を設けることが行われている。

特開２０１２－２１９７４７号公報 特開２０１８－１０３６６０号公報

エンジンにおいては、一般に、タイミングチェーンが配置されている側を前、ミッションケースが配置されている側を後ろと呼んでおり、シリンダブロック及びシリンダヘッドの前面にはタイミングチェーンが配置される凹所を形成して、この凹所を塞ぐようにしてフロントカバーが固定されている。

従って、シリンダブロック及びシリンダヘッドにおいて、凹所を挟んだ左右両側部は前向きに突出した壁部になっており、フロントカバーは、その側部が多数本のボルトでシリンダブロック及びシリンダヘッドの壁部に固定されている。

他方、フロントカバーを車体フレームで支持すると、必然的にフロントカバーにはエンジンの荷重が作用することになるため、フロントカバーは荷重を支持するような頑丈な構造に形成せねばならないが、左右側部をシリンダヘッドの壁部にボルトで固定しただけの構造では、フロントカバーに十分な剛性を保持させ難い。そこで、シリンダヘッドの凹所にボス部を突設して、フロントカバーをボス部に対してもボルトで固定することにより、フロントカバーの剛性アップと固定強度の向上とを図っている。

そして、従来は、ボス部は凹所に１か所だけしか形成されていなかったが、信頼性の向上や振動抑制のためには更なる剛性アップが要請されている。この剛性アップの要請に対しては、フロントカバーを厚肉化することで対応できると云えるが、これでは重量が大幅に嵩んでしまうおそれがあり、得策でない（フロントカバーには自重が荷重として作用するため、重量の増大は極力避けるべきである。）。

本願発明は、このような現状を改善すべく成されたものである。

本願発明は自動車用エンジンに関し、このエンジンは、
「クランク軸線方向に向いた一端面にタイミングチェーンを配置する凹所が形成されたシリンダヘッドと、前記シリンダヘッドの一端面にボルトの群で固定されて前記タイミングチェーンを覆うフロントカバーとを備えており、
前記シリンダヘッドの一端面のうち前記凹所を挟んだ左右両側に壁部が形成されて、この左右の壁部にフロントカバーの側部がそれぞれ上下複数本のボルトで固定されている一方、
前記フロントカバーの上部は、前記シリンダヘッドにおける左右の壁部の間に位置して前記凹所を介して前記シリンダヘッドと対向した部位を有し、前記フロントカバーの上部でかつ前記シリンダヘッドの凹所と反対側の外面に、自動車のフレーム材に支持されるマウントブラケット部を前記シリンダヘッドと反対側に突出するように設けている」
という基本構成になっている。

そして、請求項１の発明は、上記基本構成において、
「前記シリンダヘッドの凹所のうち前記マウントブラケット部の上端よりも下方の部位に、クランク軸線方向から見て上端部が前記マウントブラケット部の下端部と重なった上部のボス部と、前記上部のボス部の下方に位置した下部のボス部と、上下に隣り合ったボス部を繋ぐ上下長手の外部リブとが、それぞれ前記壁部の端面と同一面を成す状態で突設されている一方、
前記フロントカバーには、前記シリンダヘッドのボス部と外部リブとに重なるボス部とリブとが突設されており、前記フロントカバーは、前記複数のボス部の箇所でもボルトで前記シリンダヘッドに固定されている」
という特徴を備えている。

本願発明は、様々に展開できる。その例として請求項２では、
「前記シリンダヘッドの内部のうち前記外部リブと略同じ高さ位置に冷却水ジャケットが形成されており、前記冷却水ジャケットに、クランク軸線方向から見て前記外部リブと前後対称状に突出した隔壁状の内部リブが形成されていると共に、クランク軸線方向から見て前記内部リブを挟んだ左右両側に、冷却水を前記冷却水ジャケットに流し込む冷却水通路が形成されている」
という構成になっている。

さて、フロントカバーは車体フレームで支持されているため、フロントカバーとシリンダヘッドとは、エンジンの自重により、マウントブラケット部の下方において互いに広げられるような作用を受けて、フロントカバーに撓みが発生しやすくなる。

然るに、本願発明では、凹所の箇所に複数のボス部が上下に離れて配置されているため、フロントカバーとシリンダヘッドとが広がることを的確に阻止して、高い締結強度を確保できる。従って、フロントカバーを厚肉化することなく剛性を向上させて、信頼性を向上できると共に振動の抑制を促進できる。また、外部リブによってシリンダヘッドも剛性がアップするが、この面でも振動・騒音を抑制して自動車の品質を向上できる。

請求項２の構成を採用すると、外部リブと内部リブとが一体化してシリンダヘッドの剛性向上に更に貢献できると共に、冷却水ジャケットの一端部に下方から噴出した冷却水が内部リブを利用して吸気側と排気側とに分流されるため、シリンダヘッドの各部位を過不足無く冷却できる。従って、請求項２の構成では、シリンダヘッドの剛性の向上と冷却性の向上とを同時に達成できる。

実施形態に係るエンジンの概略正面図である。 シリンダヘッドの正面図である。 図２の大まかなIII-III 視断面図である。

次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。以下では方向を特定するため前後・左右の文言を使用するが、前後方向は既に述べたようにクランク軸線方向であり、左右方向はクランク軸線及びシリンダボア軸線と直交した方向である。

図１でエンジンの全体を示している。エンジンは、シリンダブロック１とその上面に固定されたシリンダヘッド２とを備えており、シリンダヘッド２の上面にはヘッドカバー３が固定されて、シリンダブロック１の下面にはオイルパン４が固定されている。

シリンダブロック１及びシリンダヘッド２の前面には、１枚のフロントカバー５が多数本のボルト６で固定されており、クランク軸７の前端部がフロントカバー５の前方に突出している。なお、フロントカバー５の下部はオイルパン４の上部前面にも重なっている。

更に、フロントカバー５の上部の前面に、車体フレーム（図示せず）にゴム等のマウント材を介して支持されるマウントブラケット部８が前向きに突設されている。本実施形態のエンジンは、クランク軸７を車幅方向に長い姿勢となるように横置きでエンジンルームに配置されており、かつ、排気側を自動車の前進方向に向けている。従って、前排気・後ろ吸気の横置きタイプであり、更に、シリンダボアの軸心Ｏ１を鉛直線Ｏ２に対してある程度の角度θだけ前傾させている。そこで、マウントブラケット部８は、正面視では鉛直線Ｏ２と直交した方向に長く延びる姿勢に形成している。

図３に示すように、シリンダヘッド２には、タイミングチェーン（図示せず）を配置するための凹所９が形成されており、このため、シリンダヘッド２の前面の左右側部には前向きに突出した壁部１０が形成されて、壁部１０にフロントカバー５の側部がボルト６の群によって固定されている。実施形態では、フロントカバー５は、左右２本ずつのボルト６で固定されている。従って、シリンダヘッド２の壁部１０には、上下２か所ずつのタップ穴１１が形成されている。

図２では壁部１０の端面（平坦面）を平行斜線で表示しているが、これは平端面の範囲を明確化するための措置であり、断面の表示ではない。

シリンダヘッド２の前部には、様々の機能を持つ要素が形成されている。図２において符号１２で示すのはカム軸を軸支する軸受け部であり、カム軸はＶＶＴ装置（図示せず）を介してスプロケット１３に連結されている。符号１４で示すのは、タイミングチェーンをガイドするチェーンガイドを取り付けるためのボス部である。また、符号１５で示すのはオイル落とし穴である。

シリンダヘッド２の凹所９のうち、マウントブラケット部８の鉛直方向下方部に、壁部１０と同じ高さの上下２つのボス部１７，１８を前向きに突設しており、これら上下のボス部１７，１８は上下長手の外部リブ１９で繋がっている。外部リブ１９も、ボス部１７，１８と同じ高さになるように前向きに突設されている。従って、上下のボス部１７，１８と外部リブ１９との前端面は同一面に揃えられている。上段のボス部１７はおおよそシリンダヘッド２の上下中間高さ位置に配置されており、その上端部はクランク軸線方向から見てマウントブラケット部８の下端部と重なっている。下段のボス部１８はシリンダヘッド２の下部に配置されている。

他方、図３に示すように、フロントカバー５はシリンダヘッド２に向けて開口するように浅いトレー状になっている。従って、フロントカバー５にも、シリンダヘッド２の壁部１０に対応した壁部２０と、シリンダヘッド２の上下ボス部１７，１８に対応した上下のボス部２１と、シリンダヘッド２の外部リブ１９に対応したリブ２３とが形成されている。
そして、図２，３から理解できるように、マウントブラケット部８は、シリンダヘッド２及びフロントカバー５における左右の壁部１０，２０の間に位置しており、ボス部１７，１８とリブ１９，２３とは、上段のボス部１７の上端を除いて、マウントブラケット部８の下方に配置されている。

エンジンの自重はマウントブラケット部８に対して鉛直方向に作用するため、フロントカバー５は、マウントブラケット部８の鉛直方向の下方においてシリンダヘッド２から離されるような作用を受ける。その結果、フロントカバー５が撓み変形しやすくなるが、実施形態では、シリンダヘッド２とフロントカバー５とに、マウントブラケット部８の下方に位置した上下のボス部１７，１８，２１とリブ１９，２３が形成されているため、フロントカバー５が撓み変形することをしっかりと防止できる。

従って、フロントカバー５の撓みを防止して剛性を向上できると共に、振動（及び騒音）も抑制できる。また、シリンダヘッド２についても、上下のボス部１７，１８と外部リブ１９とによって上下方向の曲がり変形に対する抵抗が高くなるため、シリンダヘッド２の剛性向上による振動抑制効果も発揮する。

フロントカバー５は、下に行くほどシリンダヘッド２から離れるような作用を受けるので、実施形態のように下段のボス部１８をシリンダヘッド２の下部に設けると、フロントカバー５の広がりを的確に阻止して撓みを確実に阻止できる利点がある。

また、フロントカバー５がシリンダヘッド２から広がろうとすると、シリンダヘッド２には、その下端を手前に引くような外力が作用し、この外力は凹所９を前後方向に撓ませる曲げ力になるが、実施形態のように外部リブ１９を設けると、前後方向の曲げ作用に対する断面係数が格段に増大するため、フロントカバー５に作用した引っ張りによって凹所９の箇所が撓み変形することはなくて、フロントカバー５は高い剛性を維持できる。従って、フロントカバー５とシリンダヘッド２との一体性を高い状態に保持して、全体の振動を大幅に抑制できる。

図３に示すように、シリンダヘッド２の内部には、冷却水ジャケット２２が形成されている。冷却水ジャケットは上下２段に形成されており、図３に示す冷却水ジャケット２２は上段のものであり、外部リブ１９と略同じ高さで広がっている。図３において、符号２４で示すのはシリンダボア、符号２５で示すのはプラグホール、符号２６で示すのは吸気バルブ挿通穴、符号２７で示すのは排気バルブ挿通穴、符号２８で示すのはヘッドボルト挿通穴である。

冷却水ジャケット２２の前部には、シリンダブロックの前部に上向き開口させた揚水口と連通した左右の冷却水流入口２９，３０が開口しており、冷却水ジャケット２２には、左右の冷却水流入口２９，３０の間に位置して後ろ向きに突出した内部リブ３１が形成されている。内部リブ３１は、外部リブ１９と前後方向に並ぶように（すなわち、外部リブ１９と前後対称状に）形成されている。

冷却水ジャケット２２は、シリンダヘッド２の肉部の間の空間を縫うように迷路の状態なっているが、排気側に多く流れように設定されている。また、冷却水は、全体として前から後ろに向けて流れるが、排気側から吸気側にも流れるようになっている。

そして、左右の冷却水流入口２９，３０の間に内部リブ３１が存在するため、排気側の冷却水流入口２９から流出した冷却水は、冷却水ジャケット２２のうち排気側に流れるようにガイドされる一方、吸気側の冷却水流入口３０から流出した冷却水は、冷却水ジャケット２２のうち吸気側に流れるようにガイドされる。従って、冷却水を適切に分流させて、シリンダヘッド２の各部位を過不足なく冷却できる。

また、外部リブ１９と内部リブ３１とが前後対称状に繋がっているため、シリンダヘッド２は、その前部において上下方向の曲げに対する抵抗が格段に向上する。従って、振動及びこれに伴う騒音を著しく低減できる。

さて、シリンダヘッド２はアルミを材料にして鋳造されており、鋳型では、冷却水ジャケット２２の部分は砂の中子になる。従って、鋳造後に中子を除去する必要がある。そこで、図２に実線で示し図３に点線で示すように、砂抜き穴３２を凹所９に開口させて、プラグ（図示せず）で塞いでいる。

そして、シリンダヘッドを鋳造する鋳型は、クランク軸線方向にスライドする金型と、その間に配置された砂型との複合型になっており、実施形態のシリンダヘッド２を鋳造するに際しては、図３に点線の平行斜線で示すように、中子を支持する左右の中子置き巾木３３，３４が使用されているが、左右の中子置き巾木３３，３４の間に空間を形成することによって外部リブ１９を形成している。従って、従来の鋳型を僅かに変更するだけで外部リブ１９を容易に鋳造できる。なお、中子置き巾木３３，３４は金属製であってもよいし、砂製であってもよい。

以上、本願発明の実施形態を説明したが、本願発明は他にも様々に具体化できる。例えは、ボス部を３つ以上形成することも可能である（この場合は、外部リブは各ボス部に繋がった形態であってもよいし、少なくとも上下に隣り合った２つのボス部に繋がっていたらよい。）。マウントブラケット部は、後付け方式にしてフロントカバーに固定してもよい。

本願発明は、フロントカバーにマウントブラケット部を備えた自動車用エンジンに具体化できる。従って、産業上利用できる。

２ シリンダヘッド
５ フロントカバー
６ ボルト
７ クランク軸
８ マウントブラケット部
９ 凹所
１０ シリンダヘッドの壁部
１９ 外部リブ
１７ シリンダヘッドに設けた上部のボス部
１８ シリンダヘッドに設けた下部のボス部
１９ 外部リブ
２０ フロントカバーの壁部
２１ フロントカバーのボス部
２２ 冷却水ジャケット
２３ フロントカバーのリブ
２９，３０ 冷却水流入口
３１ 内部リブ
Ｏ１ シリンダボア軸心
Ｏ２ 鉛直線

Claims (2)

1. クランク軸線方向に向いた一端面にタイミングチェーンを配置する凹所が形成されたシリンダヘッドと、前記シリンダヘッドの一端面にボルトの群で固定されて前記タイミングチェーンを覆うフロントカバーとを備えており、
   前記シリンダヘッドの一端面のうち前記凹所を挟んだ左右両側に壁部が形成されて、この左右の壁部にフロントカバーの側部がそれぞれ上下複数本のボルトで固定されている一方、
   前記フロントカバーの上部は、前記シリンダヘッドにおける左右の壁部の間に位置して前記凹所を介して前記シリンダヘッドと対向した部位を有し、前記フロントカバーの上部でかつ前記シリンダヘッドの凹所と反対側の外面に、自動車のフレーム材に支持されるマウントブラケット部を前記シリンダヘッドと反対側に突出するように設けている構成であって、
   前記シリンダヘッドの凹所のうち前記マウントブラケット部の上端よりも下方の部位に、クランク軸線方向から見て上端部が前記マウントブラケット部の下端部と重なった上部のボス部と、前記上部のボス部の下方に位置した下部のボス部と、上下に隣り合ったボス部を繋ぐ上下長手の外部リブとが、それぞれ前記壁部の端面と同一面を成す状態で突設されている一方、
   前記フロントカバーには、前記シリンダヘッドのボス部と外部リブとに重なるボス部とリブとが突設されており、前記フロントカバーは、前記複数のボス部の箇所でもボルトで前記シリンダヘッドに固定されている、
   自動車用エンジン。
2. 前記シリンダヘッドの内部のうち前記外部リブと略同じ高さ位置に冷却水ジャケットが形成されており、前記冷却水ジャケットに、クランク軸線方向から見て前記外部リブと前後対称状に突出した隔壁状の内部リブが形成されていると共に、クランク軸線方向から見て前記内部リブを挟んだ左右両側に、冷却水を前記冷却水ジャケットに流し込む冷却水通路が形成されている、
   請求項１に記載した自動車用エンジン。

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