JP7243247B2 - シリンダヘッド - Google Patents

Description

この発明は、シリンダヘッドに関する。

特許文献１には、シリンダブロックの上側に配置されるシリンダヘッドが開示されている。このシリンダヘッドは、シリンダブロックの上面に固定されるシリンダヘッド本体と、当該シリンダヘッド本体の上面に固定されるカムシャフトハウジングとを備えている。カムシャフトハウジングの内部には、吸気弁や排気弁を開閉駆動するためのカムシャフトが収納されている。

特許文献１のシリンダヘッドにおいてカムシャフトハウジングは、カムシャフトの軸線方向に延びる一対の縦フレームを備えている。一対の縦フレームの間には、複数の横フレームが架け渡されている。複数の横フレームは、カムシャフトの軸線方向において等間隔毎に配置されているとともに、互いに平行に延びている。各横フレームの上面においては、下側に向かって半円状に軸受部が窪んでいる。この軸受部にカムシャフトが回転可能に支持されている。また、各横フレームの延設方向両端部においては、ボルト孔が上下方向に貫通している。このボルト孔に挿通されるボルトによって、カムシャフトハウジングがシリンダヘッド本体に固定される。

特開２００８－５７４２７号公報

特許文献１のようにボルトの締結力によってカムシャフトハウジングをシリンダヘッド本体に固定する技術において、カムシャフトハウジングの縦フレームでは、ボルトからの位置が遠くなるほど、ボルトによる締結力が及び難くなる。したがって、カムシャフトハウジングの縦フレームでは、ボルトからの位置が遠いほどシリンダヘッド本体との面圧が小さくなりがちで、必要な面圧を確保できないおそれがある。

上記課題を解決するためのシリンダヘッドは、シリンダブロックの上面に固定されるシリンダヘッド本体と、前記シリンダヘッド本体の上面に固定されているとともに内部にカムシャフトが収容されているカムシャフトハウジングとを備えたシリンダヘッドであって、前記カムシャフトハウジングは、前記カムシャフトの軸線方向に沿って延びている一対の縦フレームと、前記一対の縦フレームの間に架け渡されている複数の横フレームとを備え、前記各横フレームの上面においては、前記カムシャフトを回転可能に支持する軸受部が窪んでおり、前記各横フレームにおける前記軸受部よりも前記横フレームの延設方向外側においては、前記カムシャフトハウジングを前記シリンダヘッド本体に固定するためのボルトが挿通されるボルト孔が貫通しており、前記縦フレームを、当該縦フレームの延設方向に直交する断面で断面視したとき、前記縦フレームは、上側ほど前記横フレームの延設方向外側に位置するように傾斜しているとともに、当該縦フレームの上下方向の中央部が前記横フレームの延設方向中央側に突出するように湾曲しており、前記縦フレームを、当該縦フレームの延設方向に直交する断面で断面視したとき、前記縦フレームの下端面の中央と、前記縦フレームの上端面の中央とを結ぶ仮想直線を第１仮想直線とし、前記第１仮想直線に直交し、前記縦フレームにおける湾曲の頂点を通る仮想直線を第２仮想直線としたとき、前記第２仮想直線上における前記第１仮想直線から前記縦フレームの厚みの中央までの距離が、前記第２仮想直線上における前記縦フレームの厚みよりも大きい。

仮に、縦フレームが、上側ほど横フレームの延設方向外側に位置するように傾斜した平板形状であるとする。また、こうした構成において、縦フレームにおけるその延設方向に離れた２箇所に対して当該縦フレームの下寄りの部分にボルトの軸力が作用するものとする。この場合、２つのボルトの軸力が作用する部分に挟まれた中央部分が上側へ浮き上がるように、縦フレームが変形する。この結果として、縦フレームの下端面のうち、２つのボルトの軸力が作用する部分に挟まれた中央部分と、シリンダヘッド本体との間の面圧が低下する。

これに対して、上記構成では、縦フレームは、上下方向の中央部が横フレームの延設方向の中央側に突出するように湾曲している。すなわち、縦フレームにおいてはその延設方向に沿う稜線が生じている。したがって、縦フレームにおいては、その稜線に交差する新たな稜線が生じるような変形、すなわち縦フレームの延設方向の中央部分が上側に撓むような変形に対する剛性が高くなっている。したがって、縦フレームにおけるその延設方向に離れた２箇所に対して当該縦フレームの下寄りの部分にボルトの軸力が作用しても、２つのボルト間において縦フレームにおける下寄りの部分が浮き上がるように縦フレームが変形することは抑制される。むしろ、縦フレームにおけるその延設方向に離れた２箇所に対してボルトの軸力が作用すると、その力は、縦フレームに対して、当該縦フレームにおける湾曲により生じている上記の稜線を基点として当該縦フレームの上寄りの部分を下寄りの部分に対して上側に起こし上げるような力として作用する。すると、その反力によって、縦フレームの下端面は、シリンダヘッド本体に押し付けられる。このことから、縦フレームとシリンダヘッド本体との面圧を向上させることができる。

シリンダヘッドの分解斜視図。 カムシャフトハウジングの斜視図。 カムシャフトハウジング及びカムシャフトの上面図。 図３の４－４矢視方向において、シリンダヘッド本体とカムシャフトハウジングとカムキャップとの結合状態を表した断面図。 図３の５－５矢視方向の断面図。 図５の６－６矢視方向の断面図。

以下、シリンダヘッドの一実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。
図１に示すように、シリンダヘッド１０は、図示しないシリンダブロックの上面に固定されるシリンダヘッド本体２０と、当該シリンダヘッド本体２０の上面に固定されるカムシャフトハウジング４０とを備えている。カムシャフトハウジング４０の内部には、シリンダヘッド本体２０に取り付けられる図示しない吸気弁や排気弁を開閉駆動するためのカムシャフト１００が収納されている。このカムシャフト１００は、クランクシャフトの回転に連動して回転する。なお、図１では、カムシャフト１００を２点鎖線で概略的に示している。また、図示は省略するが、カムシャフトハウジング４０の上側には、四角形箱型のシリンダヘッドカバーが固定される。シリンダヘッドカバーは下側に開放されている。

図１及び図３に示すように、カムシャフト１００は、管状のシャフト本体１０２を備えている。また、カムシャフト１００には、シャフト本体１０２の軸線方向に等間隔で配置された３組のカムピース対１０４が固定されている。カムピース対１０４は、２つの略楕円形板状のカムピース１０６が厚み方向に対向して配置された構成となっている。３組のカムピース対１０４は、その各々のカムピース１０６が厚み方向にシャフト本体１０２で貫通されている。各カムピース１０６は、シャフト本体１０２の回転運動を、直線運動に変換して排気弁や吸気弁に伝達する。なお、カムシャフト１００は２本あり、互いに平行に延びている。一方のカムシャフト１００は、吸気弁を動作させるための吸気用カムシャフト１００Ａである。他方のカムシャフト１００は、排気弁を動作させるための排気用カムシャフト１００Ｂである。

図１に示すように、シリンダヘッド本体２０は、全体として、直方体形状の外形になっている。シリンダヘッド本体２０の下面からは上側に向かって３つの燃焼室２２が窪んでいる。各燃焼室２２は、平面視で円形状になっている。各燃焼室２２は、シリンダヘッド本体２０の長手方向（カムシャフト１００の軸線方向）に等間隔で並んでいるとともに、シリンダヘッド本体２０の短手方向の中央に位置している。シリンダヘッド本体２０をシリンダブロックに取り付けた状態では、シリンダヘッド本体２０の燃焼室２２がシリンダブロック内に区画された気筒と対向して配置される。なお、図１では、燃焼室２２の開口を破線で図示している。

シリンダヘッド本体２０の４つの側面のうち、当該シリンダヘッド本体２０の長手方向に沿って延びる側面の１つからは、略四角筒状の吸気ポート２３が３つ突出している。各吸気ポート２３は、シリンダヘッド本体２０の長手方向に等間隔で並んでいる。吸気ポート２３の内部空間は、シリンダヘッド本体２０の下側に区画されている燃焼室２２にまで延びている。この吸気ポート２３を介して、燃焼室２２内（シリンダブロックの気筒内）に外気が供給される。なお、シリンダヘッド本体２０の４つの側面のうち、吸気ポート２３が設けられている側面とは反対側の側面からは、上記吸気ポート２３と同様の形状の排気ポートが突出している。この排気ポートを介して、燃焼室２２内（シリンダブロックの気筒内）からの排気が排出される。

シリンダヘッド本体２０の上面においては、上面視で四角形状に凹部２４が窪んでいる。その結果として、シリンダヘッド本体２０の上側の部分は、長手方向に延びる一対の長壁部２４ａと短手方向に延びる一対の短壁部２４ｂとを備えた四角形枠状になっている。長壁部２４ａと短壁部２４ｂの上端面は、シリンダヘッド本体２０の上端面２１を構成している。凹部２４の内部においては、シリンダヘッド本体２０の長手方向に取付構造部２５が延びている。取付構造部２５は、一方の短壁部２４ｂの内面から他方の短壁部２４ｂの内面まで長手方向に延びている。また、取付構造部２５は、シリンダヘッド本体２０の短手方向の中央に位置している。換言すると、取付構造部２５は、燃焼室２２の上側に位置している。

取付構造部２５においては、燃焼室２２内で点火を行う点火プラグを取り付けるためのプラグ取付孔２７が上下方向に貫通している。プラグ取付孔２７の下端は、燃焼室２２内に向けて開口している。また、取付構造部２５においては、吸気弁や排気弁を取り付けるためのバルブ取付孔２８が略上下方向に貫通している。バルブ取付孔２８の下端は、燃焼室２２内に向けて開口している。この実施形態では、燃焼室２２毎に、プラグ取付孔２７が１つ、バルブ取付孔２８が４つ設けられていて、これらが燃焼室２２に応じて３組設けられている。なお、図１では、一組のプラグ取付孔２７及びバルブ取付孔２８にのみ符号を付している。

取付構造部２５の上面からは、ボルトを挿通するための円筒状のボス部２６が上側に向かって突出している。ボス部２６の軸線方向は、上下方向に沿っている。ボス部２６の上面は、長壁部２４ａ及び短壁部２４ｂの上端面と同一平面上に位置している。取付構造部２５から突出するボス部２６は、シリンダヘッド本体２０の長手方向に沿って等間隔に４つ設けられている。また、ボス部２６は、シリンダヘッド本体２０の短手方向の中央に位置している。

また、各長壁部２４ａの内面からは、円筒状のボス部２６が膨出している。ボス部２６の軸線方向は、上下方向に沿っている。ボス部２６の上面は、長壁部２４ａ及び短壁部２４ｂの上端面と面一になっている。ボス部２６は、１つの長壁部２４ａにつき、シリンダヘッド本体２０の長手方向に等間隔毎に４つ設けられている。また、シリンダヘッド本体２０の短手方向において、一対の長壁部２４ａから膨出するボス部２６と取付構造部２５の上面から突出するボス部２６とが、同じ位置に配置されている。換言すると、各長壁部２４ａの２つのボス部２６と取付構造部２５の１つのボス部２６とは、シリンダヘッド本体２０の短手方向に延びる同一直線上に位置している。

図２及び図３に示すように、カムシャフトハウジング４０は、互いに平行に延びている一対の棒状の縦フレーム４２を備えている。一対の縦フレーム４２の間には、４つの棒状の横フレーム５０と、１つの棒状の外フレーム４４とが架け渡されている。４つの横フレーム５０と、外フレーム４４は、縦フレーム４２の延設方向に直交する方向に延びている。

外フレーム４４と、各横フレーム５０と、一対の縦フレーム４２の上下方向の寸法は一致しており、外フレーム４４と、各横フレーム５０と、一対の縦フレーム４２の上端面は面一になっている。同様に、外フレーム４４と、各横フレーム５０と、一対の縦フレーム４２の下端面も面一になっている。

４つの横フレーム５０のうち、縦フレーム４２の延設方向一方側の横フレーム５０は、縦フレーム４２の延設方向一方側の端部同士を繋ぐように架け渡されている。そして、４つの横フレーム５０は、縦フレーム４２の延設方向に略等間隔毎に並んでいる。なお、各横フレーム５０は、シリンダヘッド本体２０の短手方向に並んでいる３つのボス部２６の上側に位置している。外フレーム４４は、４つの横フレーム５０よりも、縦フレーム４２の延設方向他方側に位置している。外フレーム４４と、当該外フレーム４４に隣り合っている横フレーム５０との間隔は、横フレーム５０同士の間隔よりも狭くなっている。

外フレーム４４は、縦フレーム４２の延設方向他方側の端部同士を繋ぐように架け渡されている。その結果として、外フレーム４４と、横フレーム５０の１つと、一対の縦フレーム４２とが、四角形の枠状に繋がっている。この枠の外周寸法は、シリンダヘッド本体２０の上端面２１の外周寸法と略一致している。

図２に示すように、各縦フレーム４２における上端部は、横フレーム５０の延設方向外側へ張り出したフランジ状の張出部Ｆとなっている。張出部Ｆは、縦フレーム４２の延設方向の全域に亘って設けられている。この張出部Ｆを含めたカムシャフトハウジング４０の枠の外周寸法は、シリンダヘッドカバーの外周寸法と略一致している。そして、シリンダヘッドカバーがシリンダヘッド１０に取り付けられた状態では、枠状のカムシャフトハウジング４０の上端面に、液体ガスケットを介して、シリンダヘッドカバーの下端面が当接する。なお、シリンダヘッドカバーがカムシャフトハウジング４０に固定された状態では、液体ガスケットは、固化した状態にある。

図１～図３に示すように、各横フレーム５０の上端面においては、半円状の軸受部５２が下側へ窪んでいる。軸受部５２は、横フレーム５０における延設方向の中央を挟んだ両側に１つずつ設けられている。なお、図１では、一部の軸受部５２にのみ符号を付している。

図２及び図３に示すように、各横フレーム５０においては、ボルト孔５４が上下方向に貫通している。ボルト孔５４は、２つの軸受部５２の間に１つ、また、２つの軸受部５２よりも横フレーム５０の延設方向外側に１つずつ、計３つ設けられている。２つの軸受部５２の間に位置しているボルト孔５４は、横フレーム５０における延設方向のほぼ中央に位置している。このボルト孔５４の軸線は、シリンダヘッド本体２０の取付構造部２５から突出しているボス部２６の円筒の軸線と一致している。一方、軸受部５２よりも横フレーム５０の延設方向外側に位置しているボルト孔５４は、横フレーム５０と縦フレーム４２との接続箇所近傍に位置している。このボルト孔５４の軸線は、シリンダヘッド本体２０における長壁部２４ａの内面から膨出しているボス部２６の円筒の軸線と一致している。

図１に示すように、枠状のカムシャフトハウジング４０の下端面は、シリンダヘッド本体２０の上端面２１と、液体ガスケットを介して当接している。具体的には、カムシャフトハウジング４０における縦フレーム４２の下端面は、シリンダヘッド本体２０の長壁部２４ａの上端面に当接している。そして、カムシャフトハウジング４０における端側の横フレーム５０の下端面及び外フレーム４４の下端面は、シリンダヘッド本体２０における短壁部２４ｂの上端面に当接している。なお、カムシャフトハウジング４０がシリンダヘッド本体２０に固定されて、シリンダヘッド１０として構成されている状態では、液体ガスケットは、固化した状態にある。

図１に示すように、各横フレーム５０の上端面には、横フレーム５０の延設方向に延びている棒状のカムキャップ３０が固定されている。カムキャップ３０の長手方向及び短手方向の寸法（長さ及び幅）は、横フレーム５０の長手方向及び短手方向の寸法（長さ及び幅）とほぼ一致している。カムキャップ３０の下端面には、半円状の軸受部３２が上側へ窪んでいる。軸受部３２は、カムキャップ３０の延設方向の中央を挟んで両側に１つずつ設けられている。軸受部３２は、横フレーム５０の軸受部５２と対向した位置に配置されている。なお、図１では、一部のカムキャップ３０の軸受部３２にのみ符号を付している。

横フレーム５０の軸受部５２とカムキャップ３０の軸受部３２との間には、吸気用カムシャフト１００Ａ及び排気用カムシャフト１００Ｂのそれぞれのシャフト本体１０２が回転可能に支持されている。具体的には、横フレーム５０におけるその延設方向一方側に位置している軸受部５２と、当該軸受部５２に対向しているカムキャップ３０の軸受部３２との間に、吸気用カムシャフト１００Ａのシャフト本体１０２が挟み込まれている。また、横フレーム５０におけるその延設方向他方側に位置している軸受部５２と、当該軸受部５２に対向しているカムキャップ３０の軸受部３２との間に、排気用カムシャフト１００Ｂのシャフト本体１０２が挟み込まれている。図３に示すように、吸気用カムシャフト１００Ａ及び排気用カムシャフト１００Ｂのそれぞれのカムピース１０６は、横フレーム５０同士の間に位置している。なお、吸気用カムシャフト１００Ａ及び排気用カムシャフト１００Ｂのそれぞれのシャフト本体１０２の一端は、外フレーム４４と、当該外フレーム４４に隣り合っている横フレーム５０との間に位置している。一方、シャフト本体１０２の他端は、カムシャフトハウジング４０の外部に位置している。

図１に示すように、各カムキャップ３０には、キャップボルト孔３４が上下方向に貫通している。キャップボルト孔３４は、カムキャップ３０における２つの軸受部３２の間に１つ、また、２つの軸受部３２よりもカムキャップ３０の延設方向外側に１つずつ、計３つ設けられている。なお、図１では、一部のカムキャップ３０のキャップボルト孔３４にのみ符号を付している。

図１及び図４に示すように、カムキャップ３０の延設方向外側に位置しているキャップボルト孔３４の軸線は、横フレーム５０におけるその延設方向外側のボルト孔５４の軸線、及びシリンダヘッド本体２０における長壁部２４ａの内面から膨出しているボス部２６の円筒の軸線と一致している。このキャップボルト孔３４には、上側からボルトＢが貫通している。ボルトＢは、横フレーム５０のボルト孔５４を貫通し、シリンダヘッド本体２０のボス部２６に締結されている。

カムキャップ３０において、２つの軸受部３２の間に位置しているキャップボルト孔３４の軸線は、横フレーム５０におけるその延設方向の中央のボルト孔５４の軸線、及びシリンダヘッド本体２０の取付構造部２５から突出しているボス部２６の円筒の軸線と一致している。そして、このキャップボルト孔３４に上側からボルトＢが貫通している。ボルトＢは、横フレーム５０のボルト孔５４を貫通し、シリンダヘッド本体２０のボス部２６に締結されている。こうして、ボルトＢによってカムキャップ３０とカムシャフトハウジング４０とシリンダヘッド本体２０とが一体に固定されている。なお、図１では、ボルトＢを１つのみ示している。

図３に示すように、縦フレーム４２は、当該縦フレーム４２の延設方向において４箇所の横フレーム５０との接続箇所Ｐを有している。接続箇所Ｐは、縦フレーム４２における横フレーム５０の短手方向の寸法（幅）分に相当する部位である。縦フレーム４２における、隣り合う２つの接続箇所Ｐ間の全域は、当該縦フレーム４２の振動を抑制する振動抑制部６０となっている。

図５に示すように、縦フレーム４２の延設方向に直交する断面での断面視（以下、直交断面視と称する。）において、振動抑制部６０は、全体としては、上側ほど横フレーム５０の延設方向外側に位置するように傾斜している。そして、振動抑制部６０は、当該振動抑制部６０の上下方向の中央部６０ａが横フレーム５０の延設方向中央側に突出するように湾曲している。つまり、振動抑制部６０は、上下方向の中央部６０ａで、上下方向に対する傾斜角度が急変している。具体的には、振動抑制部６０は、その中央部６０ａよりも上側では、下側よりも、上下方向に対する傾斜角度が大きくなっている。

振動抑制部６０は、当該振動抑制部６０における横フレーム５０の延設方向外側に位置しているとともに上側を向いた平面である上端面６２を備えている。上端面６２は、シリンダヘッドカバーの下端面と当接する上側当接面となっている。上端面６２のうち、横フレーム５０の延設方向外側の一部は、張出部Ｆの外面を構成している。

上端面６２における横フレーム５０の延設方向中央側の縁からは、横フレーム５０の延設方向中央側且つ下側へ向けて湾曲上面７０が続いている。湾曲上面７０は、直交断面視において横フレーム５０の延設方向中央側に向かうほど下側に位置するように傾斜している。また、湾曲上面７０は、横フレーム５０の延設方向中央側に向かって突出するように湾曲している。

湾曲上面７０の下縁からは、横フレーム５０の延設方向中央側を向いた面である内向き面７２が下側へ続いている。内向き面７２の下縁は、逃し面７３を介して、下端面６４に繋がっている。下端面６４は、逃し面７３から横フレーム５０の延設方向外側へと延びている。下端面６４は、下側を向いた平面であり、シリンダヘッド本体２０の上端面２１と当接する下側当接面となっている。下端面６４における横フレーム５０の延設方向外側の縁は、上端面６２における横フレーム５０の延設方向外側の縁よりも横フレーム５０の延設方向中央側に位置している。

下端面６４における横フレーム５０の延設方向外側の縁からは、横フレーム５０の延設方向外側且つ上側へ向けて外向き面６６が続いている。外向き面６６は、湾曲上面７０と同様に、直交断面視において、横フレーム５０の延設方向中央側に向かって窪むように湾曲している。

ここで、直交断面視において、振動抑制部６０の下端面６４の中央６４ａと、上端面６２の中央６２ａとを結ぶ仮想直線を第１仮想直線Ｌ１とする。また、湾曲上面７０において横フレーム５０の延設方向中央側に突出している部分のうち、第１仮想直線Ｌ１に直交する方向において、第１仮想直線Ｌ１からの距離が最も大きい箇所を振動抑制部６０の湾曲の頂点６０ｓとする。そして、第１仮想直線Ｌ１に直交し、振動抑制部６０における湾曲の頂点６０ｓを通る仮想直線を第２仮想直線Ｌ２とする。振動抑制部６０においては、第２仮想直線Ｌ２上における、第１仮想直線Ｌ１から振動抑制部６０の厚みの中央Ａまでの距離Ｚは、第２仮想直線Ｌ２上における振動抑制部６０の厚みの寸法Ｘよりも大きくなっている。なお、直交断面視において、振動抑制部６０の湾曲の頂点６０ｓでの振動抑制部６０の厚みの寸法Ｘは、振動抑制部６０における他の部分の厚みの寸法よりも小さくなっている。

また、直交断面視において、振動抑制部６０の下端面６４の中央６４ａと、第２仮想直線Ｌ２上における振動抑制部６０の厚みの中央Ａとを結ぶ仮想直線を第３仮想直線Ｌ３とする。そして、振動抑制部６０の下端面６４の中央６４ａを通過するとともに上下方向に沿う仮想直線を、基準仮想直線Ｌａとする。上記のとおり、振動抑制部６０は、当該振動抑制部６０の上下方向の中央部６０ａが横フレーム５０の延設方向中央側に突出するように湾曲している。そのため、上述した基準仮想直線Ｌａと第３仮想直線Ｌ３とがなす鋭角側の角度は、基準仮想直線Ｌａと第１仮想直線Ｌ１とがなす鋭角側の角度よりも小さい。そして、この実施形態では、基準仮想直線Ｌａと第３仮想直線Ｌ３とがなす鋭角側の角度が５度よりも小さくなるように、振動抑制部６０の湾曲の度合いが定められている。つまり、振動抑制部６０における湾曲の頂点６０ｓよりも下側の部分は、上下方向に略沿っている。

以上に説明した振動抑制部６０の直交断面視での形状は、隣り合う２つの接続箇所Ｐ間に亘って基本的に維持される。一方で、振動抑制部６０の湾曲の頂点６０ｓの位置や、振動抑制部６０の厚みは、隣り合う２つの接続箇所Ｐ間に亘って変化する。

具体的には、図４に示すように、振動抑制部６０を横フレーム５０の延設方向中央側から視た場合の断面（以下、内側断面視と称する。）において、振動抑制部６０の湾曲の頂点６０ｓは、隣り合う２つの接続箇所Ｐの中間に向かうほど下側に位置するように円弧状に延びている。これに付随して、湾曲上面７０における、振動抑制部６０の湾曲の頂点６０ｓよりも上側の部分は、隣り合う２つの接続箇所Ｐの中間に向かうほど下側に位置するように窪んだ円弧状の曲面となっている。また、湾曲上面７０における、振動抑制部６０の湾曲の頂点６０ｓよりも下側の部分は、隣り合う２つの接続箇所Ｐの中間に向かうほど下側に位置するように窪んだ円弧状の曲面となっている。図５の２点鎖線は、接続箇所Ｐ近傍における振動抑制部６０の外形を示している。図５に示すように、湾曲上面７０における振動抑制部６０の湾曲の頂点６０ｓの位置を、隣り合う２つの接続箇所Ｐの中間（実線）と接続箇所Ｐ近傍（２点鎖線）とで比較したとき、上記の湾曲上面７０の形状を反映して、前者の場合の位置は後者の場合の位置よりも下側になっている。湾曲上面７０における振動抑制部６０の湾曲の頂点６０ｓより上側の部分及び下側の部分についても同様である。このように、本実施形態では、湾曲上面７０は、隣り合う２つの接続箇所Ｐの中間に向かうほど、下側に窪んだ曲面となっている。

図３に示すように、振動抑制部６０を上側から視た場合の平面において、振動抑制部６０の湾曲の頂点６０ｓは、隣り合う２つの接続箇所Ｐの中間に向かうほど横フレーム５０の延設方向外側に位置するように円弧状に延びている。これに伴って、図６に示すように、振動抑制部６０を上側から視た場合の断面（以下、上側断面視と称する。）において、湾曲上面７０における、振動抑制部６０の湾曲の頂点６０ｓよりも下側の部分は、隣り合う２つの接続箇所Ｐの中間に向かうほど、横フレーム５０の延設方向外側に位置するように窪んだ円弧状の曲面になっている。また、湾曲上面７０における、振動抑制部６０の湾曲の頂点６０ｓよりも上側の部分は、隣り合う２つの接続箇所Ｐの中間に向かうほど、横フレーム５０の延設方向外側に位置するように窪んだ円弧状の曲面になっている。こうした形状を反映して、図５に示すように、直交断面視では、湾曲上面７０での振動抑制部６０の湾曲の頂点６０ｓの位置を、隣り合う２つの接続箇所Ｐの中間（実線）と接続箇所Ｐ近傍（２点鎖線）とで比較したとき、前者の場合の位置は後者の場合の位置よりも横フレーム５０の延設方向外側になっている。湾曲上面７０における振動抑制部６０の湾曲の頂点６０ｓより上側の部分及び下側の部分についても同様である。以上のように、本実施形態では、湾曲上面７０は、隣り合う２つの接続箇所Ｐの中間に向かうほど、横フレーム５０の延設方向外側に窪んだ曲面となっている。

図６に示すように、振動抑制部６０を上側から視た場合の平面において、内向き面７２は、隣り合う２つの接続箇所Ｐの中間に向かうほど、横フレーム５０の延設方向外側に位置するように窪んだ円弧状の曲面になっている。こうした形状を反映して、図５に示すように、直交断面視では、隣り合う２つの接続箇所Ｐの中間における内向き面７２の位置（実線）は、接続箇所Ｐ近傍における内向き面７２の位置（２点鎖線）よりも、横フレーム５０の延設方向外側となっている。

湾曲上面７０及び内向き面７２の以上のような形状を反映して、振動抑制部６０では、図５に示すように、直交断面視での断面積が縦フレーム４２の延設方向において徐々に変化している。具体的には、振動抑制部６０は、接続箇所Ｐから隣り合う２つの接続箇所Ｐの中間に向かうほど直交断面視での断面積が徐々に小さくなっていき、隣り合う２つの接続箇所Ｐの中間において、直交断面視での断面積が最も小さくなっている。

上記のように構成されたシリンダヘッド本体２０の材質、カムシャフトハウジング４０の材質、及びカムキャップ３０の材質は、全て同じである。この実施形態では、これら各部材の材質として、アルミニウム合金を採用している。ここでいうアルミニウム合金とは、アルミニウムを主成分とする合金であって、耐食アルミニウム、ジュラルミン、超ジュラルミン、超々ジュラルミン等と呼称されるものである。

次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。
（１）本実施形態では、カムシャフトハウジング４０を構成する縦フレーム４２及び横フレーム５０のうち、横フレーム５０は、当該横フレーム５０の延設方向の中央及び両端側の３か所が、ボルトＢを介してシリンダヘッド本体２０に固定されている。しかも、横フレーム５０は、上側からカムキャップ３０で押し付けられている。したがって、横フレーム５０は、当該横フレーム５０の延設方向の途中の位置で撓みが生じるなどの変形が生じにくい。その一方で、縦フレーム４２は、ボルトＢの締結力が強く及ぶ接続箇所Ｐを除いては、当該縦フレーム４２をシリンダヘッド本体２０へと押し付ける力を受けていない。そのため、縦フレーム４２における隣り合う２つの接続箇所Ｐ間である振動抑制部６０は、撓み等の変形が生じやすい部分となっている。

上記構成では、振動抑制部６０が、全体としては上側ほど横フレーム５０の延設方向外側に位置するように傾斜している。このことから、横フレーム５０に締結されている接続箇所Ｐ近傍のボルトＢの軸力は、振動抑制部６０のうち、横フレーム５０の延設方向中央側に位置している、当該振動抑制部６０の下寄りの部分に及びやすい。ここで、仮に縦フレームが、上側ほど横フレームの延設方向外側に位置するように傾斜した平板形状であるとする。また、こうした構成において、縦フレームにおけるその延設方向に離れた２箇所に対して当該縦フレームの下寄りの部分にボルトの軸力が作用するものとする。この場合、２つのボルトの軸力が作用する部分に挟まれた中央部分が上側へ浮き上がるように、縦フレームが変形する。この結果として、縦フレームの下端面のうち、２つのボルトの軸力が作用する部分に挟まれた中央部分と、シリンダヘッド本体との間の面圧が低下することになる。

これに対して、上記構成では、縦フレーム４２の振動抑制部６０は、上側ほど横フレーム５０の延設方向外側に位置するように傾斜していることに加えて、上下方向の中央部６０ａが横フレーム５０の延設方向の中央側に突出するように湾曲している。すなわち、振動抑制部６０においては、縦フレーム４２の延設方向に沿う稜線が生じている。したがって、振動抑制部６０においては、その稜線に交差する新たな稜線が生じるような変形、すなわち振動抑制部６０における縦フレーム４２の延設方向の中央部分が上側に撓むような当該振動抑制部の変形に対する剛性が高くなっている。したがって、振動抑制部６０における、縦フレーム４２の延設方向に離れた２箇所に対して当該振動抑制部６０の下寄りの部分にボルトＢの軸力が作用しても、２つのボルトＢ間において振動抑制部６０における下寄りの部分が浮き上がるように振動抑制部６０が変形することは抑制される。むしろ、振動抑制部６０における、縦フレーム４２の延設方向に離れた２箇所に対してボルトＢの軸力が作用すると、その力は、振動抑制部６０に対して、当該振動抑制部６０における湾曲により生じている上記の稜線を基点として当該振動抑制部６０の上寄りの部分を下寄りの部分に対して上側に起こし上げるような力として作用する。すると、その反力によって、振動抑制部６０の下端面６４は、シリンダヘッド本体２０の上端面２１に押し付けられる。したがって、振動抑制部６０とシリンダヘッド本体２０との面圧が向上する。また、振動抑制部６０の上寄りの部分を上側に起こし上げようとする力によって、振動抑制部６０の上端面６２は、シリンダヘッドカバーの下端面に押し付けられる。したがって、振動抑制部６０とシリンダヘッドカバーとの面圧が向上する。

（２）上記のとおり、縦フレーム４２はボルトＢによって締結されていないことから、シリンダヘッド１０に振動が伝わった際には、縦フレーム４２が撓むように振動するおそれがある。ここで、縦フレーム４２は、横フレーム５０に接続されているため、縦フレーム４２における横フレーム５０との接続箇所Ｐは、比較的に振動が生じにくい。その一方で、縦フレーム４２における隣り合う２つの接続箇所Ｐの中間部分は振動が生じやすい。すなわち、縦フレーム４２は、横フレーム５０との接続箇所Ｐを振動の節、隣り合う２つの接続箇所Ｐの中間部分を振動の腹として振動しやすい。仮に、このような縦フレーム４２の振動の固有周波数と、カムシャフトハウジング４０の外部から伝達される振動の周波数とが一致すると、縦フレーム４２が共振して過度に大きく振動してしまうことがある。

本実施形態によれば、縦フレーム４２における、隣り合う２つの接続箇所Ｐ間の全域は、当該縦フレーム４２の延設方向において断面積が徐々に変化する振動抑制部６０となっている。このように断面積が変化する振動抑制部６０においては、はっきりとした固有周波数を有さず、共振が生じにくい。そして、上記構成のように、縦フレーム４２における隣り合う２つの接続箇所Ｐ間の全域が振動抑制部６０となっている場合、隣り合う接続箇所Ｐ間の全域に亘って共振が生じにくい。

ここで、振動抑制部６０における湾曲上面７０は、隣り合う２つの接続箇所Ｐの中間に向かうほど下側に位置するように窪んだ円弧状の曲面になっている。こうした円弧状の曲面形状であれば、振動抑制部６０は、上下方向の振動に関して、はっきりとした固有振動数を有さない。そのため、振動抑制部６０は、上下方向の振動に関して、共振が生じにくい。また、振動抑制部６０における湾曲上面７０は、隣り合う２つの接続箇所Ｐの中間に向かうほど、横フレーム５０の延設方向外側に位置するように窪んだ円弧状の曲面となっている。こうした円弧状の曲面形状であれば、振動抑制部６０は、横フレーム５０の延設方向の振動に関して、はっきりとした固有振動数を有さない。そのため、振動抑制部６０は、横フレーム５０の延設方向の振動に関して、共振が生じにくい。さらに、振動抑制部６０における内向き面７２は、隣り合う２つの接続箇所Ｐの中間に向かうほど、横フレーム５０の延設方向外側に位置するように窪んだ円弧状の曲面となっている。こうした円弧状の曲面形状であれば、振動抑制部６０は、横フレーム５０の延設方向の振動に関して、はっきりとした固有振動数を有さない。そのため、振動抑制部６０は、横フレーム５０の延設方向の振動に関して、共振が生じにくい。

（３）縦フレーム４２は、隣り合う２つの接続箇所Ｐ間の全域に亘って共振が抑制されるため、共振を抑制するために過度に太くて剛性の高い縦フレームを採用する必要がない。また、縦フレーム４２における隣り合う２つの接続箇所Ｐの中間部分は、ボルトＢの締結力が作用しにくい箇所であるため、隣り合う２つの接続箇所Ｐの中間部分における断面積が小さくとも、縦フレーム４２においては求められる強度を確保できる。そのため、本実施形態の振動抑制部６０の構成によれば、縦フレーム４２を、直交断面視での断面積が接続箇所Ｐ近傍の断面積のまま当該縦フレーム４２の延設方向において一定となるように構成した場合に比べて、縦フレーム４２における隣り合う２つの接続箇所Ｐの断面積を相応に小さくできる。その結果、縦フレーム４２を含めたカムシャフトハウジング４０の体積を小さくして、当該カムシャフトハウジング４０の軽量化を実現できる。

（４）シリンダヘッド１０が加熱されて、カムシャフトハウジング４０とシリンダヘッド本体２０とが熱膨張したとする。この場合、カムシャフトハウジング４０の膨張量とシリンダヘッド本体２０の膨張量との間に差があると、固化した状態の液体ガスケットが破断して、必要な密閉性を確保できないおそれがある。

上記構成では、カムシャフトハウジング４０の材質は、シリンダヘッド本体２０の材質と同一となっている。そのため、カムシャフトハウジング４０の熱膨張係数と、シリンダヘッド本体２０の熱膨張係数は同じであり、カムシャフトハウジング４０とシリンダヘッド本体２０の温度が同じであれば、両者の膨張量がほぼ同じになる。このことに加え、上述のとおり、縦フレーム４２における隣り合う２つの接続箇所Ｐの中間部分では、当該縦フレーム４２の直交断面視での断面積が小さくて当該縦フレーム４２の体積が比較的に小さい。そのため、縦フレーム４２を、シリンダヘッド本体２０から伝わる熱やエンジンルーム内の熱で温めやすく、縦フレーム４２と、シリンダヘッド本体２０の温度差を少なくできる。したがって、カムシャフトハウジング４０の膨張量とシリンダヘッド本体２０の膨張量との差を小さくできる。

なお、本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・振動抑制部６０の直交断面視での形状は、上記実施形態の例に限定されない。振動抑制部６０の直交断面視での形状は、次の２つの条件を満たすものであればよい。

（イ）上側ほど横フレーム５０の延設方向外側に位置するように傾斜しているとともに、当該縦フレーム４２の中央部６０ａが横フレーム５０の延設方向中央側に突出するように湾曲している。

（ロ）第２仮想直線Ｌ２上における第１仮想直線Ｌ１から振動抑制部６０の厚みの中央までの距離Ｚが、第２仮想直線Ｌ２上における振動抑制部６０の厚みの寸法Ｘよりも大きい。

上記の２つの条件を満たしていれば、上記の（１）の効果の欄で説明した力の作用によって、振動抑制部６０とシリンダヘッド本体２０との面圧を向上させることができる。振動抑制部６０の直交断面視での形状を変更する場合の一例として、例えば、逃がし面７３を廃止して、湾曲上面７０の下縁と下端面６４とを直接繋げてもよい。

・基準仮想直線Ｌａに対して第３仮想直線Ｌ３がなす鋭角側の角度が、５度以上になっていてもよい。つまり、振動抑制部６０における湾曲の頂点６０ｓよりも下側の部分は、上下方向に対して相応に傾斜していてもよい。こうした場合でも、振動抑制部６０の直交断面視での形状が、上記の条件（イ）及び（ロ）を満たしたものになっていればよい。

・直交断面視での振動抑制部６０の厚みの寸法が、振動抑制部６０の湾曲の頂点６０ｓ以外の部分で最小になっていてもよい。
・隣り合う２つの接続箇所Ｐ間における振動抑制部６０の形状の変化の態様は、上記実施形態の例に限定されない。すなわち、振動抑制部６０の直交断面視での断面積が、隣り合う２つの接続箇所Ｐの中間において最も小さくなっていることは必須ではない。さらにいうと、振動抑制部６０の直交断面視での断面積が、隣り合う２つの接続箇所Ｐ間において変化していることも必須ではない。つまり、隣り合う２つの接続箇所Ｐの中間から離れた位置において、振動抑制部６０の直交断面視での断面積が最も小さくなっていてもよいし、隣り合う２つの接続箇所Ｐ間に亘って、振動抑制部６０の直交断面視での断面積が一定になっていてもよい。隣り合う２つの接続箇所Ｐ間に亘って、振動抑制部６０の直交断面視での断面積を一定にする場合には、隣り合う２つの接続箇所Ｐ間に亘って、振動抑制部６０の湾曲の頂点６０ｓの位置を、上下方向及び横フレーム５０の延設方向に関して一定にすればよい。こうした場合であっても、振動抑制部６０の直交断面視での形状が、上記の条件（イ）及び（ロ）を満たしたものになっていれば、振動抑制部６０とシリンダヘッド本体２０との面圧を向上させることができる。

・隣り合う２つの接続箇所Ｐ間における振動抑制部６０の形状の変化の態様に関して、隣り合う２つの接続箇所Ｐ間における少なくとも一部の領域において、振動抑制部６０の直交断面視での形状が、上記の条件（イ）及び（ロ）を満たしたものになっていればよい。ただし、ボルトＢの締結力が及びにくい２つの接続箇所Ｐの中間を含んだ領域で広域的に面圧を向上させる上では、２つの接続箇所Ｐの中間を含んだ領域であって隣り合う２つの接続箇所Ｐ間における４分の１以上の領域や、３分の１以上の領域といったように相応の領域に亘って上記（イ）及び（ロ）の条件を満たした形状が維持されていることが好ましい。

・カムシャフトハウジング４０の全体構成は、適宜変更可能である。例えば、横フレーム５０の数は、シリンダブロックの気筒の数に合わせて変更してよい。外フレーム４４を廃止してもよい。横フレーム５０に設けられるボルト孔５４の位置や数を変更してもよい。ただし、振動抑制部６０とシリンダヘッド本体２０との面圧を確保する上で、軸受部５２よりも横フレーム５０の延設方向外側にボルト孔５４が設けられていることは必須である。

・上記実施形態におけるシリンダヘッド本体２０の構成は一例であり、シリンダヘッド本体２０の構成は適宜変更可能である。例えば、燃焼室２２の数は、シリンダブロックの気筒の数に合わせて変更してよい。また、上記実施形態における取付構造部２５の構成は、あくまでも概略的に例示したものであり、寸法や形状は適宜変更してよい。さらに、ボス部２６の位置や数は、カムシャフトハウジング４０の横フレーム５０におけるボルト孔５４の位置や数に合わせて変更してよい。なお、ボス部２６の位置を変更する場合でも、ボス部２６は、カムシャフトハウジング４０及びカムキャップ３０とともにボルトＢで締結される際の締結力を受け止めるのに十分な強度を有している必要がある。

・上記実施形態におけるカムキャップ３０の構成も、概略的に例示したものであり、カムキャップ３０の形状及び寸法は、適宜変更可能である。カムキャップ３０は、カムシャフトハウジング４０の上側に固定でき、かつ、横フレーム５０との間でカムシャフト１００のシャフト本体１０２を回転可能に支持できる形状であればよい。

・シリンダヘッド本体２０の材質、カムシャフトハウジング４０の材質、及びカムキャップ３０の材質は、上記実施形態に示したものに限定されない。また、シリンダヘッド本体２０の材質、カムシャフトハウジング４０の材質、及びカムキャップ３０の材質は、互いに異なっていてもよいし、これらの３つのうちの２つのみが同じでもよい。

・カムシャフトハウジング４０とシリンダヘッド本体２０との間に液体ガスケットが介在されていることは必須ではない。例えば、両者の間に金属製のガスケットが介在されていてもよい。ただし、カムシャフトハウジング４０とシリンダヘッド本体２０との間の密閉性を高める上では、液体ガスケットが両者の間に介在していることが好ましい。カムシャフトハウジング４０とシリンダヘッドカバーとの間のガスケットについても同様である。

Ｂ…ボルト、Ｌ１…第１仮想直線、Ｌ２…第２仮想直線、Ｘ…寸法、Ｚ…距離、１０…シリンダヘッド、２０…シリンダヘッド本体、４０…カムシャフトハウジング、４２…縦フレーム、５０…横フレーム、５２…軸受部、５４…ボルト孔、６０…振動抑制部、６０ａ…中央部、６０ｓ…頂点、６２…上端面、６４…下端面、１００…カムシャフト。

Claims (1)

1. シリンダブロックの上面に固定されるシリンダヘッド本体と、前記シリンダヘッド本体の上面に固定されているとともに内部にカムシャフトが収容されているカムシャフトハウジングとを備えたシリンダヘッドであって、
   前記カムシャフトハウジングは、前記カムシャフトの軸線方向に沿って延びている一対の縦フレームと、前記一対の縦フレームの間に架け渡されている複数の横フレームとを備え、
   前記各横フレームの上面においては、前記カムシャフトを回転可能に支持する軸受部が窪んでおり、
   前記各横フレームにおける前記軸受部よりも前記横フレームの延設方向外側においては、前記カムシャフトハウジングを前記シリンダヘッド本体に固定するためのボルトが挿通されるボルト孔が貫通しており、
   前記縦フレームを、当該縦フレームの延設方向に直交する断面で断面視したとき、前記縦フレームは、上側ほど前記横フレームの延設方向外側に位置するように傾斜しているとともに、当該縦フレームの上下方向の中央部が前記横フレームの延設方向中央側に突出するように湾曲しており、
   前記縦フレームを、当該縦フレームの延設方向に直交する断面で断面視したとき、前記縦フレームの下端面の中央と、前記縦フレームの上端面の中央とを結ぶ仮想直線を第１仮想直線とし、前記第１仮想直線に直交し、前記縦フレームにおける湾曲の頂点を通る仮想直線を第２仮想直線としたとき、前記第２仮想直線上における前記第１仮想直線から前記縦フレームの厚みの中央までの距離が、前記第２仮想直線上における前記縦フレームの厚みよりも大きく、
   前記縦フレームは、前記横フレームとの接続箇所を有し、
   前記縦フレームを前記横フレームの延設方向中央側から視た場合、前記頂点は、隣り合う２つの前記接続箇所の中間に向かうほど下側に位置するように円弧状に延びている
   シリンダヘッド。

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