JP7279650B2 - 内燃機関 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関（以下、「エンジン」とも称す。）に関する。

車両に搭載されるエンジンの主要な部材としては、シリンダヘッド、シリンダブロック、クランクケースおよびオイルパンが例示される。シリンダヘッドは、吸気ポートと排気ポートを備える。シリンダブロックには、ピストンが収容される。クランクケースにはクランクシャフトが収容される。オイルパンには、エンジンオイルが蓄えられる。

エンジンは、クランクシャフトの回転に連動して駆動されるオイルポンプを備える。オイルポンプは、オイルパン内のエンジンオイルを吸い上げて、エンジン内のデリバリ通路に供給する。デリバリ通路に供給されたエンジンオイルは、摺動部、軸受部といったエンジンの関連部品に供給される。関連部品に供給されたエンジンオイルは、当該関連部品の運動を円滑にし、また、当該関連部品を冷却する。その後、エンジンオイルは、エンジン内のリターン通路を経由してオイルパンに回収される。

エンジンオイルが関連部品から熱を受け取ると、オイル温度が上昇する。エンジンオイルの潤滑機能を保つには、オイル温度を一定温度以下まで下げる必要がある。冷却方法としては、オイルクーラなどの外部装置による強制的な冷却が例示される。オイルクーラを用いた従来技術としては、特開２０１３－０１９３１３号公報に開示されたエンジンの冷却装置が例示される。

特開２０１３－０１９３１３号公報

しかしながら、オイルクーラを用いればエンジンオイルの循環および冷却システムが複雑化するという問題がある。外部装置の追加がコストの増加に繋がるという問題もある。

本発明の１つの目的は、オイルクーラなどの外部装置による冷却に頼ることなくエンジンオイルを冷やすことのできる新規なエンジンを提供することにある。

第１の発明は、上記課題を解決するためのエンジンであり、次の特徴を有する。
前記エンジンは、シリンダヘッドと、吸気および排気カムシャフトと、を備える。
前記シリンダヘッドは、ウォータージャケットを備える。
前記吸気および排気カムシャフトは、前記シリンダヘッドよりも鉛直方向における上方に設置される。前記吸気および排気カムシャフトには、オイルパン内のエンジンオイルが供給される。
前記シリンダヘッドは、第１貫通穴と、第２貫通穴とを備える。
前記第１貫通穴は、デッキ面から前記シリンダヘッドの下面に向かって前記上面デッキを貫通する。前記デッキ面は、前記シリンダヘッドの上面デッキを構成する面である。
前記第２貫通穴は、前記吸気および排気カムシャフトのカムプーリが設けられる前記シリンダヘッドの側面に開口する。前記第２貫通穴は、前記吸気および排気カムシャフトの軸方向に沿って前記上面デッキを貫通する。
前記第２貫通穴は、前記第１貫通穴の前記デッキ面における開口部よりも鉛直方向における下方に位置する。
前記吸気カムシャフトは、前記排気カムシャフトよりも鉛直方向における上方に位置する。
前記第１貫通穴の開口部は、前記排気カムシャフトの鉛直方向における下方に位置する前記デッキ面に形成される。
前記第２貫通穴は、前記吸気カムシャフトの鉛直方向における下方に位置する前記デッキ面に形成される。

第２の発明は、第１の発明において更に次の特徴を有する。
前記シリンダヘッドは、アルミニウム合金製である。
前記シリンダヘッドは、更に、傾斜部を備える。
前記傾斜部は、前記側面における前記第２貫通穴の開口部に繋がる。前記傾斜部は、前記第２貫通穴の開口部から離れるにつれて鉛直方向の下方に向かって傾斜する。

第１の発明によれば、吸気および排気カムシャフトに供給されたエンジンオイルを、第１または第２貫通穴経由でオイルパンに回収することが可能となる。ここで、第２貫通穴は、吸気および排気カムシャフトの軸方向に沿って形成されている。そのため、第２貫通穴にエンジンオイルが流れると、ウォータージャケット内のエンジン冷却水によってエンジンオイルを冷やすことが可能となる。したがって、外部装置の冷却に頼ることなくエンジンオイルを冷やすことが可能となる。第１の発明によれば、また、排気カムシャフトの鉛直方向における下方に位置するデッキ面に第１貫通穴の開口部が形成され、かつ、吸気カムシャフトの鉛直方向における下方に位置するデッキ面に第２貫通穴が形成される場合において、吸気および排気シャフトに供給されたエンジンオイルを、第１または第２貫通穴経由でオイルパンに回収することが可能となる。

第２の発明によれば、第２貫通穴の開口部から排出されたエンジンオイルを、傾斜部の表面に沿って流すことが可能となる。つまり、第２貫通穴の開口部から排出されたエンジンオイルを、側面に沿って流すことが可能となる。そのため、アルミニウム合金製のシリンダヘッドとの熱交換によって、エンジンオイルを冷やすことが可能となる。

実施の形態に係るエンジンに特に関連する構成を示した概略図である。 実施の形態に係るエンジンのシリンダヘッドの側面図である。 図２に示す３－３線に沿ったシリンダヘッドの切断面である。 図３に示す４－４線に沿ったシリンダヘッドの切断面である。 図３に示す５－５線に沿ったシリンダヘッドの切断面である。 図３に示したシリンダヘッドにおけるエンジンオイルの流れを示した図である。 実施の形態に係るエンジンのシリンダヘッドの斜視図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態に係るエンジンについて説明する。

１．エンジンの構成
本実施の形態に係るエンジンは、ＤＯＨＣ（Double Overhead Camshaft）型のレシプロエンジンである。図１は、本実施の形態に係るエンジンに特に関連する構成を示した概略図である。なお、図１に示すＶＲ方向は、鉛直方向における上方を示している。ＨＲ方向は、鉛直方向に対して直角をなす方向を示している。図１に示されるエンジン１００は、シリンダヘッド１０と、吸気カムシャフト２０と、排気カムシャフト３０と、オイルパン４０と、デリバリ通路５０と、リターン通路６０と、を備えている。

シリンダヘッド１０は、アルミニウム合金の鋳造により得られる。シリンダヘッド１０は、上面１１と、デッキ面１２と、側面１３と、下面１４と、を備えている。上面１１は、カムハウジング（不図示）を支持する。下面１４は、シリンダブロック（不図示）に支持される。エンジン１００は、排気側に傾けられた状態で車体フレームに搭載されている。そのため、上面１１および下面１４は、ＨＲ方向に対して所定角度だけ傾いている。

デッキ面１２は、シリンダヘッド１０の上面デッキを構成する。「上面デッキ」は、シリンダヘッド１０に取り付けられる各種の関連部品を支持するための部位と、シリンダヘッド１０の強度を確保するための部位と、を含む。シリンダヘッド１０の軽量化の観点から、これらの部位の体積は最低限の値に設計されている。そのため、実際の上面デッキは様々な形状を有する部位から構成されており、故に、実際のデッキ面１２は平坦ではない。上面デッキには、デッキ面１２から下面１４に向けて貫通する第１貫通穴１５が３つ形成されている。これらの第１貫通穴１５の各軸は、ＶＲ方向に対して所定角度だけ傾いている。なお、第１貫通穴１５の総数は３つに限られない。

シリンダヘッド１０は、４つの側面を有している。図１に示す側面１３は、これらの側面のうちの１つである。側面１３には、タイミングベルト（またはタイミングチェーン）が掛け回されるカムプーリ２１および３１が設けられる。そのため、実際の側面１３は、ベルトカバーによって覆われている。側面１３には、側面１３からデッキ面１２に向けて貫通する第２貫通穴１６が形成されている。第２貫通穴１６は、吸気カムシャフト２０（または排気カムシャフト３０）の軸方向に沿って形成されている。第２貫通穴１６の詳細については後述される。

吸気カムシャフト２０は、吸気バルブを駆動するためのカム（不図示）を支持する。排気カムシャフト３０は、排気バルブを駆動するためのカム（不図示）を支持する。上述したように、エンジン１００は排気側に傾いている。そのため、実際には、吸気カムシャフト２０は、排気カムシャフト３０よりもＶＲ方向における上方に位置している。

オイルパン４０には、エンジンオイルが蓄えられる。オイルパン４０内のエンジンオイルは、クランクシャフト（不図示）の回転に連動して駆動されるオイルポンプ（不図示）によって吸い上げられて、デリバリ通路５０に供給される。デリバリ通路５０は、メインギャラリ５１を備える。メインギャラリ５１は、エンジン１００の内部に形成される。シリンダヘッド１０の内部では、側面１３に近い部分にメインギャラリ５１が形成される。

メインギャラリ５１は、オイルシャワーパイプ５２および５３に接続されている。オイルシャワーパイプ５２は、吸気カムシャフト２０にエンジンオイルを噴射する。オイルシャワーパイプ５３は、排気カムシャフト３０にエンジンオイルを噴射する。

これらのカムシャフトに噴射されたエンジンオイルは、重力に従って流れ落ちてデッキ面１２に到達する。デッキ面１２に到達したエンジンオイルの一部は、更に、重力に従って第１貫通穴１５を流れ落ち、リターン通路６０に流入する。リターン通路６０は、エンジン１００の内部に形成される。リターン通路６０を流れたエンジンオイルは、オイルパン４０に回収される。

２．シリンダヘッドの構成
デッキ面１２、第１貫通穴１５およびリターン通路６０を経由する経路は、エンジン１００における基本的な回収経路である。エンジン１００には、デッキ面１２、第２貫通穴１６および側面１３を経由する別の回収経路が設けられる。以下、この別の回収経路を設けた理由と、この別の回収経路の詳細とについて、図２～６を参照しながら説明する。

まず、別の回収経路を設けた理由について説明する。図２は、シリンダヘッド１０の側面図である。図２は、図１に示した矢印２からシリンダヘッド１０を見た図に相当する。図２に示されるように、シリンダヘッド１０は排気（ＥＸ）側に傾いている。この理由は、エンジン１００が排気側に傾いているためである。シリンダヘッド１０の傾斜角度は、所定角度と等しい。

図３は、図２に示す３－３線に沿ったシリンダヘッド１０の切断面である。図３に示されるように、デッキ面１２は、複雑な起伏を有している。デッキ面１２は、リブ１７および１８の表面に相当する領域を含んでいる。シリンダヘッド１０は３つの気筒を有しており、リブ１７は、隣り合う２つの気筒間に設けられる補強部位である。リブ１８は、合計６つの吸気ポートの位置に設けられる補強部位である。このようなリブが設けられることで、デッキ面１２の一部の領域が他の領域に比べて窪むことになる。

図３に示される空間Ｐ１～Ｐ６は、窪んだ領域により囲まれた空間に該当する。空間Ｐ１～Ｐ６について、図４を参照して説明する。図４は、図３に示す４－４線に沿ったシリンダヘッド１０の切断面である。図５は、図３に示す５－５線に沿ったシリンダヘッド１０の切断面である。図４に示されるように、空間Ｐ４を形成するデッキ面１２の領域は、この領域に繋がるデッキ面１２の他の領域に比べてＶＲ方向の下方に位置している。

このような位置関係が示される理由は、次のとおりである。すなわち、図４に破線で示されるように、第１貫通穴１５は、シリンダヘッド１０の排気側におけるデッキ面１２に形成されている。第１貫通穴１５がこのような位置に形成される理由は、シリンダヘッド１０が排気側に傾いているからである。エンジンオイルは重力に従い移動することから、デッキ面１２においてはエンジンオイルがシリンダヘッド１０の排気側の方向に向かうことが期待される。

ところが、シリンダヘッド１０の排気側の温度は、吸気側のそれに比べて高くなり易い。そのため、シリンダヘッド１０の排気側の部位にはウォータージャケット１９を張り巡らせてエンジン冷却水を供給する必要がある。一方、吸気側においてはそのような必要がないことから、この部位は削られる。そうすると、空間Ｐ４を形成するデッキ面１２の領域が、第１貫通穴１５の開口部１５ａよりもＶＲ方向の下方に位置することになる。そうすると、空間Ｐ４内のエンジンオイルは、シリンダヘッド１０の吸気側から排気側に向かって移動することが困難となる。

吸気側から排気側への移動ができない場合、空間Ｐ４内のエンジンオイルは、シリンダヘッド１０の気筒の配列方向に移動することが考えられる。ところが、図５に示されるように、この配列方向には、関連部品を支持するための部位が存在する。そのため、この部位の表面に相当するデッキ面１２は、空間Ｐ４を形成するデッキ面１２よりも鉛直方向における上方に位置することになる。したがって、空間Ｐ４内のエンジンオイルは、配列方向にも移動することが困難となる。以上のことから、空間Ｐ４にエンジンオイルが流入すると、ここから抜け出すことができない。この問題は、空間Ｐ４以外の空間内にエンジンオイルが流入したときにも当てはまる。

このような問題に鑑み、本実施の形態では、第２貫通穴１６が設けられる。図３に示されるように、第２貫通穴１６は、第２貫通穴１６ａ～１６ｆを含む。第２貫通穴１６ａは、側面１３と、空間Ｐ１を形成するデッキ面１２とを接続する。第２貫通穴１６ｂは、空間Ｐ１を形成するデッキ面１２と、空間Ｐ２を形成するデッキ面１２とを接続する。第２貫通穴１６ｂと同様に、第２貫通穴１６ｃ～１６ｆは、隣り合う空間を形成するデッキ面をそれぞれ接続する。

図６は、シリンダヘッド１０におけるエンジンオイルの流れを示した図である。図６に示されるように、空間Ｐ１～Ｐ６は、第２貫通穴１６ａ～１６ｆによって接続される。そのため、矢印(i)の方向（つまり、気筒の配列方向）にエンジンオイルを流すことが可能となる。空間Ｐ１～Ｐ６における圧力は、側面１３側の空間における圧力（つまり、ベルト室内の圧力）と略等しい。そのため、矢印(i)の方向に流れたエンジンオイルは、側面１３に形成された第２貫通穴１６（つまり、第２貫通穴１６ａ）の開口部１６ｇから緩やかに排出される。開口部１６ｇから排出されたエンジンオイルは、側面１３を経由してオイルパン４０に回収される。

なお、第２貫通穴１６ｃ～１６ｆは、側面１３から配列方向に沿ってドリルによる加工を行うことで形成される。この場合は、シリンダヘッド１０に既に形成されている他の加工穴（例えば、バルブガイド用の加工穴）を避けるように加工が行われる。第２貫通穴１６ｃ～１６ｆは、鋳抜き穴により形成してもよい。鋳抜きの場合には、空間Ｐ１～Ｐ６を形成するデッキ面１２の鉛直方向における最も下方の位置に合わせて第２貫通穴１６ｃ～１６ｆを形成することが可能となる。

本実施の形態では、また、側面１３に傾斜部１３ａが設けられる。図３に示されるように、傾斜部１３ａは、開口部１６ｇに繋がるように形成される。傾斜部１３ａは、開口部１６ｇから離れるにつれて鉛直方向の下方に向かって湾曲しながら傾斜する。そのため、図６に示されるように、開口部１６ｇから排出されたエンジンオイルは、矢印(ii)の方向（つまり、側面１３に沿った方向）に流れることになる。

図７は、シリンダヘッド１０の斜視図である。図７は、図１に示した矢印２から見たシリンダヘッド１０を、僅かに前傾させた図でもある。図７に示されるように、傾斜部１３ａは、開口部１６ｇの位置から吸気側の方向に延びている。傾斜部１３ａは、また、吸気側の方向においても開口部１６ｇから離れるにつれて湾曲しながら傾斜する。そのため、図７に示されるように、開口部１６ｇから排出されたエンジンオイルは、図６に示した矢印(ii)の方向だけでなく、矢印(iii)の方向（つまり、側面１３に沿った方向、かつ、シリンダヘッド１０の吸気側の方向）にも流れることになる。

３．効果
以上説明した本実施の形態によれば、第１貫通穴１５を経由する経路だけでなく、第２貫通穴１６を経由する別の経路により、エンジンオイルを回収することが可能となる。特に、第２貫通穴１６を経由する別の経路によれば、第２貫通穴１６に流れるエンジンオイルを、ウォータージャケット１９内のエンジン冷却水で冷やすことが可能となる。したがって、オイルクーラなどの外部装置の冷却に頼ることなくエンジンオイルを冷やすことが可能となる。

また、本実施の形態によれば、開口部１６ｇから排出されたエンジンオイルを傾斜部１３ａの表面に沿って流すことが可能となる。つまり、側面１３に沿ってエンジンオイルを流すことが可能となる。そのため、シリンダヘッド１０との熱交換によって、エンジンオイルを冷やすことも可能となる。

４．その他の実施の形態
ところで、上記実施の形態では、デッキ面１２の排気側に第１貫通穴１５が形成され、デッキ面１２の吸気側に第２貫通穴１６が形成される例を説明した。しかしながら、シリンダヘッドは吸気側に傾いていてもよい。この場合は、第１貫通穴１５と第２貫通穴１６の位置関係が逆転する。ただし、第２貫通穴１６と開口部１５ａの位置関係については、上記実施の形態でのそれと同一にする必要がある。すなわち、第２貫通穴１６の位置は、開口部１５ａよりも鉛直方向における下方とする必要がある。

シリンダヘッド１０は、排気側にも吸気側にも傾斜していなくてもよい。この場合は、第１貫通穴１５と第２貫通穴１６の位置関係が任意に設定される。ただし、この場合であっても、第２貫通穴１６と開口部１５ａの位置関係については、上記実施の形態でのそれと同一にする必要がある。

１０ シリンダヘッド
１１ 上面
１２ デッキ面
１３ 側面
１４ 下面
１５ 第１貫通穴
１６，１６ａ～１６ｆ 第２貫通穴
１７，１８ リブ
１９ ウォータージャケット
２０ 吸気カムシャフト
２１，３１ カムプーリ
３０ 排気カムシャフト
４０ オイルパン
５０ デリバリ通路
６０ リターン通路
１００ エンジン

Claims (2)

1. ウォータージャケットを備えるシリンダヘッドと、
   前記シリンダヘッドよりも鉛直方向における上方に設置され、オイルパン内のエンジンオイルが供給される吸気および排気カムシャフトと、
   を備える内燃機関であって、
   前記シリンダヘッドが、更に、
   前記シリンダヘッドの上面デッキを構成する面であるデッキ面から前記シリンダヘッドの下面に向かって前記上面デッキを貫通する第１貫通穴と、
   前記吸気および排気カムシャフトのカムプーリが設けられる前記シリンダヘッドの側面に開口し、前記吸気および排気カムシャフトの軸方向に沿って前記上面デッキを貫通する第２貫通穴と、
   を備え、
   前記第２貫通穴が、前記第１貫通穴の前記デッキ面における開口部よりも鉛直方向における下方に位置し、
   前記吸気カムシャフトが、前記排気カムシャフトよりも鉛直方向における上方に位置し、
   前記第１貫通穴の開口部が、前記排気カムシャフトの鉛直方向における下方に位置する前記デッキ面に形成され、
   前記第２貫通穴が、前記吸気カムシャフトの鉛直方向における下方に位置する前記デッキ面に形成される
   ことを特徴とする内燃機関。
2. 前記シリンダヘッドは、アルミニウム合金製であり、
   前記シリンダヘッドが、前記側面における前記第２貫通穴の開口部に繋がり、前記第２貫通穴の開口部から離れるにつれて鉛直方向の下方に向かって傾斜する傾斜部を更に備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。

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