WO2024095433A1

WO2024095433A1 - 内燃機関のシリンダヘッド構造

Info

Publication number: WO2024095433A1
Application number: PCT/JP2022/041105
Authority: WO
Inventors: 龍太吉田; 敦朗小峠
Original assignee: 日産自動車株式会社
Priority date: 2022-11-04
Filing date: 2022-11-04
Publication date: 2024-05-10

Abstract

車両に横置きに搭載される内燃機関において、吸気カムシャフト（５）は排気カムシャフト（６）よりも低い位置にあり、エンジンフード（Ｌ）とカムキャリア（２）との間に適切なクリアランスが得られる。排気側油圧ラッシュアジャスタ（３７）は、排気弁の中心線（Ｍ２）よりもシリンダヘッド（１）の幅方向内側にある。吸気側油圧ラッシュアジャスタ（３６）は、吸気弁の中心線（Ｍ１）よりもシリンダヘッド（１）の幅方向外側にある。シリンダヘッド（１）の幅方向の中央部にオイル元圧通路（４５）が配置されており、オイル貯留部（４６）に連通する。吸気側のラッシュアジャスタ（３６）には、カムキャリア（２）内部を通るカムキャリア内部通路（５２）を介してオイルが供給される。

Description

内燃機関のシリンダヘッド構造

　この発明は、吸気弁および排気弁の各々に対して油圧ラッシュアジャスタを備えた内燃機関のシリンダヘッド構造に関する。

　内燃機関の吸気弁や排気弁の動弁機構において、バルブクリアランスを０に自動調整するために、油圧ラッシュアジャスタが知られている。この油圧ラッシュアジャスタをシリンダヘッドに備えた構成では、シリンダヘッドの幅方向寸法が大きくなりやすい。

　一方、特許文献１には、車両に横置き姿勢で搭載される内燃機関において、エンジンフードの傾斜に対応するように、車両前方寄りに位置する排気側カムシャフトを車両後方寄りに位置する吸気側カムシャフトよりも相対的に低い位置に配置した構成が開示されている。

　この発明は、このように２本のカムシャフトの高さ位置が異なる場合に、より適切な油圧ラッシュアジャスタの配置を提供することを目的としている。

特開平１０－５４２４２号公報

　この発明は、
　シリンダヘッドと、
　いずれか一方が吸気弁用で他方が排気弁用となる第１のカムシャフトおよび第２のカムシャフトと、
　第１のカムシャフトに対応して設けられた第１の油圧ラッシュアジャスタと、
　第２のカムシャフトに対応して設けられた第２の油圧ラッシュアジャスタと、
　を備えた内燃機関のシリンダヘッド構造であって、
　シリンダ中心軸線に沿った高さ位置として、第１のカムシャフトが第２のカムシャフトに比較して低い位置に配置されており、
　上記第２の油圧ラッシュアジャスタは、シリンダ中心軸線に対し傾斜した対応する吸気弁ないし排気弁のバルブステムの中心線よりも内燃機関の幅方向内側に位置し、
　上記第１の油圧ラッシュアジャスタは、対応する吸気弁ないし排気弁のバルブステムの中心線よりも内燃機関の幅方向外側に位置する。

　油圧ラッシュアジャスタが、吸気弁ないし排気弁のバルブステムの中心線よりも内燃機関の幅方向外側に配置されると、油圧ラッシュアジャスタ自身の追加、油圧ラッシュアジャスタを組み込むために必要な構造の確保、オイル供給のためのオイル通路の形成、などによって、内燃機関の幅方向においてシリンダヘッドの外縁が外側に張り出した構成となる。一方、吸気側と排気側の双方について油圧ラッシュアジャスタを吸気弁ないし排気弁のバルブステムの中心線よりも内燃機関の幅方向内側に配置しようとすると、両者のスペースの確保のために、シリンダヘッドの幅方向寸法が逆に拡大してしまう。

　本発明では、相対的に高い位置にある第２のカムシャフトに対応する第２の油圧ラッシュアジャスタは、バルブステム中心線よりも内燃機関の幅方向内側に位置し、相対的に低い位置にある第１のカムシャフトに対応する第１の油圧ラッシュアジャスタは、バルブステム中心線よりも内燃機関の幅方向外側に位置する。そのため、相対的に高い位置にある第２のカムシャフト側ではシリンダヘッド外縁の外側への張り出しが小さく、従って、車両搭載時のエンジンフードとの間のクリアランスへの影響が少ない。相対的に低い位置にある第１のカムシャフト側では、シリンダヘッド外縁が外側に張り出すことになるが、この部分は、相対的に低い位置であることから、車両搭載性への影響が少ない。

カムキャリアを備えたシリンダヘッドの正面図。カムキャリアの平面図。カムキャリアを備えたシリンダヘッドの断面図。オイル通路のレイアウトを示す説明図。動弁機構の説明図。

　以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、この発明に係る内燃機関のシリンダヘッド１をカムキャリア２とともに示した正面図である。シリンダヘッド１は、金属材料例えばアルミニウム合金を用いて一体に鋳造されたものであり、シリンダブロック３の上面に取り付けられている。実施例の内燃機関は、直列３気筒の火花点火式内燃機関いわゆるガソリン機関であって、車両の前部にいわゆる横置き姿勢で搭載される。車両搭載状態では、シリンダ中心軸線は、概ね垂直となっており、従って、図１は概ね車両搭載状態での姿勢に対応している。

　また、実施例の内燃機関は、燃焼室中央部に点火プラグと燃料噴射弁とを備えたペントルーフ型燃焼室を有しており、各気筒に対し、一対の吸気弁と一対の排気弁とを備えている。

　シリンダヘッド１は、吸気弁用の吸気カムシャフト５と、排気弁用の排気カムシャフト６と、を備えている。カムキャリア２は、シリンダヘッド１の上面開口を覆うカバー状に構成されており、シリンダヘッド１の上面に液体ガスケット等の適当なシール部材を介して接合され、かつ固定されている。カムキャリア２は、下面へ向かう略半円形をなす吸気側カムシャフト軸受部１１および排気側カムシャフト軸受部１２を有し、これらのカムシャフト軸受部１１，１２に対向して取り付けられるカムブラケット１３，１４との間で、吸気カムシャフト５および排気カムシャフト６をそれぞれ回転可能に支持している。

　図１に示すように、シリンダ中心軸線に沿った高さ位置として、排気カムシャフト６に比較して吸気カムシャフト５の方が相対的に低い位置に配置されている。これに対応して、各々のカムシャフト５，６の上方を覆うカムキャリア２の上縁部分の高さ位置も、吸気カムシャフト５側の方が排気カムシャフト６側よりも低くなるように構成されている。一実施例の内燃機関は、吸気カムシャフト５側が車両前方となり排気カムシャフト６側が車両後方となるような向きで車両前部のエンジンルーム内に搭載される。従って、前端部が低い位置となるように傾斜した車両のエンジンフード（仮想線Ｌで示す）との間のクリアランスが、吸気カムシャフト５側と排気カムシャフト６側との双方で適切なものとなる。

　図２に示すように、一実施例のカムキャリア２は、気筒列方向に細長く延びた２つのカムシャフト収容部２１，２２が気筒間位置で互いに接続されてなるラダー状の構成を有している。気筒列方向で気筒位置に相当する３箇所においては、２つのカムシャフト収容部２１，２２の間に、それぞれ比較的大きな噴射弁用開口部２３を備えている。また、噴射弁用開口部２３よりも排気カムシャフト６側（カムシャフト収容部２２側）に、点火プラグを挿入するためのプラグホール２４がそれぞれ円筒状に形成されている。カムキャリア２は、金属材料例えばアルミニウム合金を用いて一体に鋳造されている。

　図３は、図１に示したシリンダヘッド１およびカムキャリア２を吸気弁および排気弁の中心を通る断面に沿って切断した断面図である。前述したようにペントルーフ型の燃焼室３１を有し、吸気ポート３２および排気ポート３３が接続されている。図３では、動弁機構は図示省略されているが、当業者には周知のように、ステムガイド取付孔３４，３５にそれぞれ円筒状のステムガイドが取り付けられ、ポペットバルブ型の吸気側および排気弁がバルブスプリングとともに組み付けられるようになっている。

　図５は、図３に示されていない動弁機構の概略を示した説明図であり、油圧ラッシュアジャスタ３６に一端が支持されたロッカアーム１０１が吸気カムシャフト５のカム作用によって揺動し、吸気弁１０３を開閉する。同様に、油圧ラッシュアジャスタ３７に一端が支持されたロッカアーム１０２が排気カムシャフト６のカム作用によって揺動し、排気弁１０４を開閉する。１０５は燃料噴射弁を、１０６は点火プラグを、それぞれ示している。油圧ラッシュアジャスタ自体は公知の構成であるので、その詳細な説明は省略するが、略円筒形をなし、内部のスプリングによってバルブクリアランスを０とするように伸長するとともに、バルブリフト時の反力を内部に充満するオイルによって支承する構成となっている。なお、図５は、機構の説明図であり、各部の厳密な配置を示したものではない。

　図３において、線Ｍ１は吸気弁のバルブステムの中心線を示し、線Ｍ２は排気弁のバルブステムの中心線を示す。これらの吸気弁中心線Ｍ１および排気弁中心線Ｍ２は、概ね対称形状をなすように、それぞれシリンダ中心軸線に対して傾斜している。図３に示すように、吸気弁中心線Ｍ１は吸気カムシャフト５の中心Ｏ１よりもシリンダヘッド１の幅方向（図３の左右方向）で内側を通過する。他方、排気弁中心線Ｍ２は排気カムシャフト６の中心Ｏ２よりもシリンダヘッド１の幅方向で外側を通過する。なお、請求項における「内燃機関の幅方向」と上記の「シリンダヘッド１の幅方向」とは同義であり、シリンダ中心軸線に直交し、かつ気筒列方向に直交する方向となる。

　吸気弁および排気弁の各々に対し、油圧ラッシュアジャスタ３６，３７が設けられている。これらの油圧ラッシュアジャスタ３６，３７は、シリンダヘッド１に設けられた円筒形のラッシュアジャスタ装着孔３８，３９に装填されて油圧供給を受ける。

　吸気側の油圧ラッシュアジャスタ３６は、吸気弁中心線Ｍ１よりもシリンダヘッド１の幅方向外側に位置し、図示例では、吸気カムシャフト５の概ね直下の位置に配置されている。排気側の油圧ラッシュアジャスタ３７は、排気弁中心線Ｍ２よりもシリンダヘッド１の幅方向内側（換言すれば中心線Ｍ２と中心線Ｍ１との間）に位置し、図示例では、吸気側油圧ラッシュアジャスタ３６よりも相対的に高い位置に設けられている。

　直列３気筒のシリンダヘッド１全体では、６個の吸気側油圧ラッシュアジャスタ３６と６個の排気側油圧ラッシュアジャスタ３７とを備えている。ラッシュアジャスタ装着孔３８，３９は、それぞれ、気筒列方向に延びたラッシュアジャスタ用オイルギャラリ４１，４２に連通している。ラッシュアジャスタ用オイルギャラリ４１，４２は、例えば、気筒列方向に沿ってドリル加工されたものであり、図１に描かれているラッシュアジャスタ用オイルギャラリ４１，４２の端部はプラグによって閉塞されている。

　図４は、シリンダヘッド１およびカムキャリア２の内部に存在するオイル通路を示すために、気筒列方向に沿って透視した形でオイル通路を示している。ラッシュアジャスタ用オイルギャラリ４１，４２以外のこれらのオイル通路の大部分は、シリンダヘッド１およびカムキャリア２の前端部（図２において下側部分）に形成されている。なお、ラッシュアジャスタ用オイルギャラリ４１，４２と同様に、これらのオイル通路は、直線的なドリル加工の組み合わせによって構成され、不要な開口端部がプラグによって閉塞されている。

　シリンダヘッド１の幅方向の略中央部、換言すればシリンダ軸方向に見たときに吸気カムシャフト５と排気カムシャフト６との間となる位置に、上下方向に延びたオイル元圧通路４５が形成されている。このオイル元圧通路４５の下端部は、シリンダブロック３の図示しないメインオイルギャラリに連通する。従って、オイルポンプで加圧されたオイルがこのオイル元圧通路４５に供給される。

　オイル元圧通路４５の上端は、シリンダヘッド１の上部に形成されたオイル貯留部４６の下面に開口している。オイル貯留部４６は、吸気カムシャフト５と排気カムシャフト６との間となる位置において、カムキャリア２との接合面にバスタブ状の凹部として形成されおり、カムキャリア２下面によって覆われることで閉空間として形成されている。オイル貯留部４６の周囲におけるシリンダヘッド１とカムキャリア２との間の接合面４７は、上述した液体ガスケット等の適当なシール部材によってシールされている。

　オイル貯留部４６の排気カムシャフト６側の側面４６ａは図４に示すように傾斜面として形成されており、この側面４６ａの中央部に、排気側オイル通路５１の一端が開口している。排気側オイル通路５１は、接合面４７（換言すればシリンダヘッド１上面）に対し例えば４０～５０°程度傾いた直線状に形成されており、先端が排気側のラッシュアジャスタ用オイルギャラリ４２に連通している。つまり、排気側のラッシュアジャスタ装着孔３９には、オイル貯留部４６から排気側オイル通路５１およびラッシュアジャスタ用オイルギャラリ４２を介してオイルが供給される。

　一方、カムキャリア２には、オイル貯留部４６から吸気側の油圧ラッシュアジャスタ３６に至るオイル通路の一部として、カムキャリア２の内部を通過するように、複数の直線区間を接続してなるカムキャリア内部通路５２が形成されている。カムキャリア内部通路５２は、オイル貯留部４６から斜め上方へ延びた直線区間５２ａと、吸気カムシャフト５の上方において接合面４７と平行に延びた直線区間５２ｂと、吸気カムシャフト５よりもシリンダヘッド１幅方向外側において下方へ延びた直線区間５２ｃと、から構成されている。つまり、カムキャリア内部通路５２は、２本のカムシャフト５，６の間においてオイル貯留部４６に臨む入口部５２ｄと、２本のカムシャフト５，６の外側においてシリンダヘッド１上面へ向かう出口部５２ｅと、を備える。また、接合面４７と平行に延びた直線区間５２ｃの中間部には、カムキャリア内部通路５２から分岐して吸気カムシャフト５用の吸気側カムシャフト軸受部１１に至るカムシャフト潤滑油路５６が形成されている。このカムシャフト潤滑油路５６を介して流れるオイルによって吸気カムシャフト５のジャーナル部が潤滑される。

　上記のカムキャリア内部通路５２の出口部５２ｅと接続するように、シリンダヘッド１側には、吸気側オイル通路５３が形成されている。吸気側オイル通路５３は、上下方向に延びる直線区間５３ａと、シリンダヘッド１の外周部から斜め下方へ延びる直線区間５３ｂと、を有する。直線区間５３ｂの先端が吸気側のラッシュアジャスタ用オイルギャラリ４１に連通している。なお、両者の接続部の周囲は、やはりシリンダヘッド１とカムキャリア２との間の接合面４７におけるシール部材によってシールされている。従って、吸気側のラッシュアジャスタ装着孔３８には、オイル貯留部４６からカムキャリア内部通路５２と吸気側オイル通路５３とラッシュアジャスタ用オイルギャラリ４１とを介してオイルが供給される。

　このように、上記実施例では、吸気カムシャフト５が排気カムシャフト６に比較して相対的に低い位置となり、これに対応してカムキャリア２の上面形状が吸気カムシャフト５側で下方に下がった形状となるので、図１に示すように、車両前方側が低くなるエンジンフード（仮想線Ｌ）との間のクリアランスを適切に確保することができる。換言すれば、エンジンフードの高さをより低く設定することが可能となる。

　ここで、相対的に高い位置にある排気カムシャフト６に対応する排気側の油圧ラッシュアジャスタ３７は、排気弁中心線Ｍ２よりもシリンダヘッド１の幅方向内側にあり、それだけシリンダヘッド１の排気側の外縁位置が内側寄りとなる。換言すれば、排気側の外縁位置の幅方向外側への張り出しが少なくなる。これにより、車両への搭載性が良好となる。仮に、シリンダヘッド１の上部やカムキャリア２の車両後方側部分が車両後方へ張り出していると、車両への搭載性が悪化し、結果的にエンジンフードの高さを低くすることが困難となる。

　一方、相対的に低い位置にある吸気カムシャフト５に対応する吸気側の油圧ラッシュアジャスタ３６は、吸気弁中心線Ｍ１よりもシリンダヘッド１の幅方向外側にあるので、シリンダヘッド１の幅方向内側に位置する排気側油圧ラッシュアジャスタ３７とのレイアウト上の干渉が回避される。このように油圧ラッシュアジャスタ３６が吸気弁中心線Ｍ１よりもシリンダヘッド１の幅方向外側にあると、シリンダヘッド１の吸気側の外縁位置が外側寄りとなる傾向となるが、このように比較的低い位置においてシリンダヘッド１の吸気側の外縁位置が外側寄りとなっても、エンジンフード（仮想線Ｌ）との関係についての影響は少なく、エンジンフードの高さを制限する要因とならない。

　換言すれば、２つの油圧ラッシュアジャスタ３６，３７のいずれか一方が外側寄りに配置されるという制約の下で、排気側油圧ラッシュアジャスタ３７が内側で吸気側油圧ラッシュアジャスタ３６が外側寄りとなった上記実施例の配置と、逆に排気側油圧ラッシュアジャスタ３７が外側寄りで吸気側油圧ラッシュアジャスタ３６が内側に配置された配置（これを参考例とする）と、を比較すると、実施例の配置の方がエンジンフードの高さをより低くする上で有利である。すなわち、実施例と参考例とでシリンダヘッド１の全幅が等しいものと仮定し、さらに、いずれの場合もシリンダヘッド１の排気側の外縁（つまり車両後方寄りの外縁）を基準として車両への搭載位置が定まるものと仮定すると、参考例に比較して実施例の方が吸気カムシャフト５および排気カムシャフト６が車両後方寄りに位置することとなる。そのため、これに対応してカムキャリア２の車両前方寄り部分の高さが低くなり、エンジンフードの高さを低くする上で有利である。参考例では、高い位置にある排気カムシャフト６が実施例に比較して車両前方寄りの配置となり、それだけカムキャリア２とエンジンフードとの間に得られるクリアランスが小さくなる。

　また、上記実施例では、外側寄りに配置される吸気側の油圧ラッシュアジャスタ３６へのオイル供給がカムキャリア内部通路５２を通して行われる。そのため、必要なオイル通路全体をシリンダヘッド１内部に形成する場合に比較して、オイル通路のレイアウトが容易となり、他部品との干渉を避けてオイル通路を設けることができる。例えば、オイル元圧通路４５と吸気側のラッシュアジャスタ装着孔３８との間には吸気弁が介在するが、カムキャリア２の内部にカムキャリア内部通路５２を設けることで、吸気弁との干渉を避けつつオイル通路をレイアウトすることが可能となる。さらに、カムキャリア内部通路５２が吸気カムシャフト５の上方を横切っているので、シリンダヘッド１側には、比較的低い位置にあるカムシャフト５の下方を横切るオイル通路の形成が不要である。

　排気側の油圧ラッシュアジャスタ３７は、排気弁とオイル元圧通路４５との間に位置しているので、上記のように中央部のオイル貯留部４６から直線的に排気側オイル通路５１を設けることで、簡単な構造となる。

　以上、この発明の一実施例を説明したが、この発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。例えば、上記実施例ではラダー状のカムキャリア２を備え、該カムキャリア２の下面側にカムブラケット１３，１４を介してカムシャフト５，６が回転自在に支持されているが、シリンダヘッド１の上面にカムシャフト軸受部を有し、シリンダヘッド１に取り付けられるカムブラケットとの間にカムシャフト５，６が支持される構成であってもよい。また、上記実施例では、請求項における「第１のカムシャフト」が吸気カムシャフト５であり、「第２のカムシャフト」が排気カムシャフト６であるが、逆に、相対的に低い位置にある「第１のカムシャフト」が排気カムシャフト、相対的に高い位置にある「第２のカムシャフト」が吸気カムシャフトであってもよい。

Claims

　シリンダヘッドと、
　いずれか一方が吸気弁用で他方が排気弁用となる第１のカムシャフトおよび第２のカムシャフトと、
　第１のカムシャフトに対応して設けられた第１の油圧ラッシュアジャスタと、
　第２のカムシャフトに対応して設けられた第２の油圧ラッシュアジャスタと、
　を備えた内燃機関のシリンダヘッド構造であって、
　シリンダ中心軸線に沿った高さ位置として、第１のカムシャフトが第２のカムシャフトに比較して低い位置に配置されており、
　上記第２の油圧ラッシュアジャスタは、シリンダ中心軸線に対し傾斜した対応する吸気弁ないし排気弁のバルブステムの中心線よりも内燃機関の幅方向内側に位置し、
　上記第１の油圧ラッシュアジャスタは、対応する吸気弁ないし排気弁のバルブステムの中心線よりも内燃機関の幅方向外側に位置する、
　内燃機関のシリンダヘッド構造。
　シリンダヘッドの上部に固定されて上記の２本のカムシャフトを支持するカムキャリアをさらに備え、
　シリンダ軸方向に見たときに、第１のカムシャフトと第２のカムシャフトとの間にシリンダヘッド内部のオイル元圧通路が位置し、
　このオイル元圧通路から第１のラッシュアジャスタに至るオイル通路の一部が、カムキャリア内部通路として、上記カムキャリアの内部を通過している、
　請求項１に記載の内燃機関のシリンダヘッド構造。
　上記カムキャリア内部で上記カムキャリア内部通路から分岐して第１のカムシャフトの軸受部に至るカムシャフト潤滑油路を備える、
　請求項２に記載の内燃機関のシリンダヘッド構造。
　上記内燃機関は、第１のカムシャフトが第２のカムシャフトよりも車両前方寄りとなるようにして、車両前部に横置き姿勢で搭載される、
　請求項１に記載の内燃機関のシリンダヘッド構造。