JP3583563B2 - エンジンのシリンダヘッド - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ダブルオーバーヘッドカムシャフト方式のエンジンのシリンダヘッドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ロッカーアームを介して吸気弁及び排気弁を駆動するダブルオーバーヘッドカムシャフト（ＤＯＨＣ）方式の４ストロークエンジンが知られている。ＤＯＨＣエンジンは、吸気弁と排気弁との成す角である弁（バルブ）挟み角の設定の自由度が大きいという利点を有している。
【０００３】
このエンジンのシリンダヘッドには、吸気用と排気用の２本のオーバーヘッドカムシャフトと、各オーバーヘッドカムシャフトの回転に伴うカムの動きが伝達されて作動する吸気用と排気用の複数のロッカーアームが組み込まれている。各ロッカーアームは、吸気用と排気用に分かれて２本のロッカー軸に回動自在に取り付けられている。ロッカー軸に取り付けられたロッカーアームは、作動端を２本のロッカー軸の外側に向けている。作動端の下面には、吸気弁或いは排気弁の上端部が当接している。吸気弁及び排気弁は、それぞれ上端側が外側に傾斜してＶ字を形成するように対向し、各ロッカー軸は、気筒に対応してシリンダヘッドに形成された隔壁にそれぞれ固定されている。
【０００４】
隔壁は、ボアの両側に並設されており、両ロッカー軸は、この隔壁に略平行に並列に固定支持されている。多気筒の場合、シリンダヘッドは隔壁によって各気筒毎に区画される。隔壁により仕切られた部屋には、ボアの略中心に位置して、点火プラグが取り付けられるプラグ取付部が形成されている。プラグ取付部の下方には、燃焼室が形成されている。
【０００５】
プラグ取付部の周囲及び燃焼室の周縁上部には、冷却水の通路となるウォータジャケットが形成されている。ウォータジャケットは、点火プラグの外形形状に沿ってプラグ取付部を囲むとともに、燃焼室の上部形状に沿って燃焼室周縁に形成されている。このウォータジャケットを流れる冷却水により、点火プラグ及び燃焼室を冷却することができる。
【０００６】
各気筒を仕切る両側の２つの隔壁は、それぞれその中央で分離し隙間（図３の実施例の隙間１５ a に対応）が形成されている。この隙間は、各ロッカー軸が固定された各々の隔壁の中央部上下方向の全域に渡って略同一幅で設けられている。この隙間の底となる分離した両隔壁の基部（２本のロッカー軸間中央の下方）には、ウォータジャケットに連通する後述の砂抜き用開口部が形成されている。開口部は、両隔壁に沿う方向に向かって開口しており、開口面はボア面と略平行である。即ち、開口面は、２本のロッカー軸を含む平面と略平行であり、開口の軸方向は、このロッカー軸を含む平面に対し略垂直である。
【０００７】
シリンダヘッドは、例えば、シェルモールド鋳造法により製造されるが、この場合、ウォータジャケットは、シェル中子を抜き取った後の空間として形成される。ウォータジャケットを形成する際は、シリンダヘッド全体の軽量化のため、開口部の周辺に無駄な肉が付かないようにその形状が考慮される。シェル中子は、熱硬化性の樹脂を混ぜた砂からなる鋳物砂を焼成硬化して形成されており、鋳物成形後に抜き取られ、鋳物内部にウォータジャケットの空洞が形成される。この砂の抜き取りは前述の開口部から行われる。シェル中子を抜き取った後の開口部は、埋め栓により閉塞される。埋め栓は、例えば、開口部の内周面に形成されたネジ部に、埋め栓の外周部に形成されたネジ部を螺合して、開口部を密閉するように取り付けられる。
【０００８】
開口部のネジ切りやこのような埋め栓の着脱作業は、この開口面に対し垂直上方から工具を挿入して行う。従って、少なくともこの開口の径に対応した幅の空間が開口の上方に必要となる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＤＯＨＣエンジンにおいては、弁挟み角の設定の自由度が大きいことから、できるだけ弁挟み角を小さくすることが要望されている。弁挟み角を小さくすることにより、圧縮比を上げ易く熱効率の良い燃焼室を形成し、且つ吸気通路を直線状にして吸気及び排気の流れを円滑にすることが可能となる。
【００１０】
しかしながら、上述した従来のＤＯＨＣエンジンは、弁挟み角を小さくすることが構造上制限されている。弁挟み角を小さくするためには、両ロッカー軸の間の距離を短くする必要があるが、この距離は、前述の各隔壁中央の隙間より短くすることができない。つまり、開口部の軸方向はロッカー軸を含む平面に対し略垂直であるため、少なくともこの開口部の径に対応した幅の空間が開口部の上方に必要となって、鋳物砂を抜き取る開口部の径よりも両ロッカー軸の間の距離を短くすることができず、これ以上弁挟み角を小さくすることができなかった。
【００１１】
また、ウォータジャケットを、熱源である点火プラグを積極的に冷却することができるような形状にした場合、複雑な外形形状を有する点火プラグに合せるために構造が複雑になり、無駄な肉が増え易い。
【００１２】
さらに、ウォータジャケットの下方には燃焼室が設けられているため、ウォータジャケットの下側部分は、燃焼室に関連する構成物を避けて形成しなければならず狭くなってしまう。ウォータジャケットの天井側面積が下側面積より広い場合、冷却水は天井側に多く流れてしまって、冷却したい燃焼室や点火プラグの点火部がある下側部分には、冷却水全体の一部分のみが流れるに過ぎない。よって、点火プラグを充分冷却することができない。
【００１３】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、砂抜き用開口部の径に制限されることなく両ロッカー軸の間の距離を短くして、弁挟み角を小さくすることができるとともに、無駄な肉が付かない形状で点火プラグを積極的に冷却することができるウォータジャケットを備えたエンジンのシリンダヘッドの提供を目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明においては、点火プラグの周囲を冷却水が流れるウォータジャケットを有し、シリンダヘッド上部に配置された吸気用と排気用の２本のカム軸の回転がそれぞれ伝達されて作動する複数のロッカーアームを有し、前記ロッカーアームが取り付けられた吸気用と排気用の２本のロッカー軸を並列支持する支持部の前記両ロッカー軸間下方に、前記ウォータジャケットを形成する鋳物砂の砂抜開口が設けられ、前記シリンダヘッドと一体の隔壁がボアの両側に形成され、該隔壁は、その中央に隙間を有し、その隙間の両側に該隔壁の脚部が形成され、前記隙間の底部に前記砂抜開口が形成され、前記ロッカー軸は前記隔壁に支持されたエンジンのシリンダヘッドにおいて、前記砂抜開口の軸は、前記２本のロッカー軸（軸心）を含む平面に対しこれと垂直で且つ前記カム軸と平行な断面内で傾斜し、前記隔壁の脚部は、前記隙間の上部で隙間側に張り出し、この張り出した部分の隔壁に前記ロッカー軸が支持されたことを特徴とするエンジンのシリンダヘッドを提供する。
【００１５】
上記構成によると、砂抜開口の軸が斜めであるため、砂抜開口に対する工具等の挿入が砂抜開口直上の隔壁に制限されず、斜め方向から挿入でき、開口の径に対応した隙間を隔壁中央に設ける必要がなくなる。従って、この隔壁により支持する２本のロッカー軸を中央に近づけることができる。これにより、開口部の径に制限されることなく両ロッカー軸の間の距離を短くして、弁挟み角を小さくすることができるとともに、砂抜開口の傾斜に合わせ点火プラグの方向に低下する天井面を持つウォータジャケットを形成することにより、燃焼室や点火プラグの点火部がある下側部分に向けて冷却水を流すことができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
好ましい実施の形態においては、前記ボアの略中心位置に点火プラグが取り付けられ、前記ウォータジャケットの天井面が、前記点火プラグに向かって低下し、流路断面が縮小されるように傾斜していることを特徴としている。
【００１７】
この構成により、ウォータジャケットを、無駄な肉が付かない形状で点火プラグを積極的に冷却することができるように形成するとともに、ウォータジャケットを流れる冷却水を、燃焼室や点火プラグの点火部がある下側に向けて流すことができる。
【００１８】
さらに、好ましい実施の形態においては、前記砂抜開口の開口面と前記ウォータジャケットの天井面が略平行であることを特徴としている。
【００１９】
この構成により、砂抜開口の周辺部分を、無駄な肉を付けずに同じ肉厚で形成することができる。
【００２０】
【実施例】
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施例に係るエンジンのシリンダヘッドの内部を示す平面説明図である。図２は、図１のＡ−Ａ線に沿った断面図であり、図３は、図１のＢ−Ｂ線に沿った断面図であり、図４は、図１のＣ−Ｃ線に沿った断面図であり、図５は、図１のＤ−Ｄ線に沿った断面図である。
【００２１】
図１〜５に示すように、エンジンのシリンダヘッド１は、気筒２の上部に設置され、図示しないピストン頂部との間に燃焼室３を形成する。図１においては、１列に並んだ３個の気筒２の内の真ん中の気筒２部分が示されている。このエンジンは、ロッカーアームを介して吸気弁及び排気弁を駆動するダブルオーバーヘッドカムシャフト（ＤＯＨＣ）方式の４ストロークエンジンである。
【００２２】
図１に示すように、シリンダヘッド１には、排気用と吸気用の２本のオーバーヘッドカムシャフト４，５と、各オーバーヘッドカムシャフト４，５の回動に伴うカム４ａ，５ａの動きが伝達されて作動する排気用と吸気用の４個のロッカーアーム６，７，８，９が組み込まれている。各ロッカーアーム６，７，８，９は、排気用ロッカーアーム６，７と吸気用ロッカーアーム８，９に２個ずつ分かれて２本のロッカー軸１０，１１に回動自在に取り付けられている。
【００２３】
ロッカー軸１０，１１に取り付けられた各ロッカーアーム６，７，８，９は、図４に示すように、それぞれの作動端７ａ，９ａ（他は図示せず）を２本のロッカー軸１０，１１の外側に向けている。作動端７ａ，９ａの下面には、排気弁１２或いは吸気弁１３の上端部が当接している。排気弁１２及び吸気弁１３は、それぞれ上端側が外側に傾斜してＶ字を形成するように対向し、各ロッカー軸１０，１１は、気筒２に対応してシリンダヘッド１に形成された隔壁１４にそれぞれ固定されている（図３参照）。多気筒の場合、シリンダヘッド１は隔壁１４によって各気筒毎に区画される。
【００２４】
隔壁１４は、ボアの両側に略平行に配置されている。隔壁１４に固定された両ロッカー軸１０，１１は、略平行に並列に支持されており、２本のロッカー軸１０，１１の軸心を含む平面は、ヘッド底面のブロックとの合せ面となるボア面に対して略平行となる。図３に示すように、隔壁１４は、離間して並立する２本の脚部１５の上端が連結した門型形状を有している。各脚部１５の上部には、ロッカー軸１０，１１を取り付ける軸取付部１６が形成されている。軸取付部１６は、互いに接近するように膨出しており、両軸取付部１６，１６の間は両脚部１５，１５の間より狭い。両脚部１５，１５の間に形成される隙間１５ aの底となる隔壁１４の基部には、後述するウォータジャケット２０に連通する鋳物砂抜取り用の砂抜開口２１が形成されている。
【００２５】
図１及び図２に示すように、隔壁１４により仕切られた部屋には、ボアの略中心に位置して、点火プラグが取り付けられるプラグ取付部１８が形成されている。プラグ取付部１８の下方には、燃焼室３が形成されている。プラグ取付部１８の周囲及び燃焼室３の周縁上部には、冷却水の通路となるウォータジャケット２０が形成されている。
【００２６】
ウォータジャケット２０は、点火プラグ１７や燃焼室３等の冷却が必要な熱源周辺を冷却水が流れるようにシリンダヘッド１の内部に張り巡らされ、点火プラグ１７の外形形状に沿ってプラグ取付部１８を囲むとともに、燃焼室３の上部形状に沿って燃焼室３の周縁に形成されている。ウォータジャケット２０を流れる冷却水は、例えば、エンジンの進行方向の前方から後方へ（図５矢印参照）向かって、ウォータジャケット２０内を一定の方向に流れて循環する。循環する冷却水により、点火プラグ１７及び燃焼室３等の熱源を常時冷却することができる。このウォータジャケット２０の天井面２０ａは、点火プラグ１７に向かって低下するように傾斜し、冷却水が流れる流路の断面が点火プラグ１７に向かうに連れて縮小する（図５参照）。即ち、天井面２０ａが点火プラグ１７に向かって低下する傾斜面を有するため、冷却水は、点火プラグ１７近傍ではシリンダヘッド１の低い位置を流れて、点火プラグ１７下端の点火部１７ａ及び燃焼室３に近い部分を通ることになる。また、流路の断面が点火プラグ１７に向かうに連れて縮小するため、点火プラグ１７の周囲では冷却水の流速が速くなる。
【００２７】
従って、ウォータジャケット２０を流れる冷却水に、燃焼室３及び点火プラグ１７に向かうように方向性を持たせることができるため、燃焼室３及び点火プラグ１７を積極的に冷却することができる。その上、大きな冷却量を必要とする点火プラグ１７の周囲では、冷却水の流速が速くなるため、冷却効率が向上し充分な冷却効果が得られる。
【００２８】
図３及び図５に示すように、隔壁１４の基部に形成された砂抜開口２１は、ウォータジャケット２０の天井面２０ａに開けられており、砂抜開口２１の開口軸Ｌは、２本のロッカー軸１０，１１を含む平面（軸心を含む平面）に対し傾斜している。よって、砂抜開口２１の開口面は、前記平面即ちボア面（ヘッド底面）に対して傾斜することになる。本実施例の場合、開口軸Ｌは、冷却水の流れ方向に沿って傾斜しており、ウォータジャケット２０の天井面２０ａとその傾斜方向及び角度が一致している。この場合、砂抜開口２１の外径を示す延長線Ｍは、点火プラグ１７が取り付けられたプラグ取付部１８に掛かることはない。
【００２９】
また、図５に示すように、この延長線Ｍに掛からない範囲に、隔壁１４の軸取付部１６を形成することができる。つまり、この延長線Ｍに示される範囲を空間として確保すれば、砂抜開口２１のネジ切りや後述する埋め栓の着脱作業を支障無く行えるため、隔壁１４の上部に形成される両軸取付部１６，１６間の距離を任意に設定することができる。
【００３０】
従って、両軸取付部１６，１６間の距離は、砂抜開口２１の径に制限されずに可能な限り近づけることができる。即ち、図３に示すように、両軸取付部１６，１６を近づけて両ロッカー軸１０，１１を互いに近づけることが可能となるため、図４に示すように、排気用ロッカーアーム７及び吸気用ロッカーアーム９の各作動端７ａ，９ａの下面に当接する排気弁１２及び吸気弁１３の傾きをより立ち上げることができる。その結果、排気弁１２と吸気弁１３との成す角度である弁挟み角αをより小さくすることができる。
【００３１】
また、図５に示すように、砂抜開口２１の開口面とウォータジャケット２０の天井面２０ａの傾斜方向及び角度が一致しているため、砂抜開口２１の開口面とウォータジャケット２０の天井面２０ａとが略平行となる。従って、砂抜開口２１の周囲は、均等な肉厚を有することとなり、砂抜開口２１の周囲に無駄な肉が付かないため、シリンダヘッド１全体の軽量化を図ることができる。
【００３２】
図１〜３に示すように、隔壁１４の上端には、それぞれジャーナル２２が載置されている。ジャーナル２２により、シリンダヘッド１の上部に配置された排気用と吸気用の２本のオーバーヘッドカムシャフト４，５が、回動可能に位置決め固定される。各ジャーナル２２は、その上に載置されたジャーナル固定部材２３を介してシリンダヘッド１に固定される。
【００３３】
ジャーナル固定部材２３は、シリンダヘッド１にネジ止めされたジャーナルボルト２４により、シリンダヘッド１に固定される。これらのボルト２４は、オーバーヘッドカムシャフト４，５に対応して２個ずつ設けられている。ジャーナルボルト２４は、オーバーヘッドカムシャフト４，５の両側に１本ずつ位置するように、１個のジャーナル固定部材２３に２本ずつ配置されている。オーバーヘッドカムシャフト４，５の内側に位置するジャーナルボルト２４は、先端がロッカー軸１０，１１に達しており（図３参照）、ロッカー軸１０，１１を回動不能に固定している。
【００３４】
図３に示すように、オーバーヘッドカムシャフト４，５の軸心には、潤滑オイルを通すためのオイル孔２５が開けられている。ロッカー軸１０，１１の軸心にも、同様のオイル孔２６が開けられており、ジャーナル固定部材２３、ジャーナル２２及び隔壁１４に連通して設けられたオイル通路２７を経て、オイル孔２６に潤滑オイルが供給される。
【００３５】
図３に示すように、シリンダヘッド１は、ヘッドボルト取付部２８に取り付けられたヘッドボルト２８ａ（図１参照）により、図示しないシリンダブロックにネジ止めされて、シリンダブロックと一体化する。図１に示すように、ヘッドボルト２８ａは、各気筒２の周囲を４本で固定することができるように、配置されている。シリンダヘッド１とシリンダブロックが一体化することにより、ボア上部には燃焼室３が形成される。
【００３６】
図４に示すように、燃焼室３には、排気口２９と吸気口３０が設けられている。排気口２９は、排気通路３１に連通し、排気弁１２により開閉される。吸気口３０は、吸気通路３２に連通し、吸気弁１３により開閉される。排気弁１２及び吸気弁１３は、それぞれバルブガイド３３を介してシリンダヘッド１に装着され、弁上端のバルブコッター３４を介して排気用ロッカーアーム７及び吸気用ロッカーアーム９の各作動端７ａ，９ａの下面に当接している。排気弁１２及び吸気弁１３の上部には、バルブスプリング３５が装着されている。バルブスプリング３５の付勢力により、排気弁１２及び吸気弁１３は、常時弁上端側へと持ち上げられ、排気口２９及び吸気口３０をそれぞれ閉じている。
【００３７】
排気口２９及び吸気口３０にはバルブシート３６が取り付けられており、閉時、排気弁１２及び吸気弁１３がバルブシート３６に密着することにより、排気口２９及び吸気口３０が密閉される。
【００３８】
排気口２９を閉じる排気弁１２及び吸気口３０を閉じる吸気弁１３は、チェーンによりクランク軸に連結された各オーバーヘッドカムシャフト４，５の回動により、排気口２９及び吸気口３０をクランク軸回転に同期した所定のバルブタイミングで開ける。即ち、各オーバーヘッドカムシャフト４，５が回動してカム４ａ，５ａが排気用ロッカーアーム７及び吸気用ロッカーアーム９を押し下げると、押し下げられた排気用ロッカーアーム７及び吸気用ロッカーアーム９の各作動端７ａ，９ａが、バルブスプリング３５の付勢力に抗して排気弁１２及び吸気弁１３を押し下げる。押し下げられた排気弁１２及び吸気弁１３は、排気口２９及び吸気口３０の下方へ移動し、排気口２９及び吸気口３０が開く。
【００３９】
シリンダヘッド１は、例えば、上下金型を合わせてキャビティを形成しそこに溶融金属を流し込んで形成するシェルモールド鋳造法により製造される。この際、シリンダヘッド内の空洞部となるウォータジャケット２０は、金型内にシェル中子を配して形成する。シェル中子は、熱硬化性の樹脂を混ぜた砂からなる鋳物砂を焼成硬化したものであって、鋳造後に抜き取られる。
【００４０】
この鋳物砂の抜き取りは砂抜開口２１から行われる。砂抜開口２１は、シリンダヘッド１を鋳型から外した後、図示しない孔開け用工具を用いて形成される。孔開け用工具は、隔壁１４の基部である両脚部１５間の空間の底に向けて、軸取付部１６にかからないように両脚部１５に対し傾斜する方向から操作される（図５参照）。従って、砂抜開口２１は、開口軸Ｌがロッカー軸１０，１１を含む平面に対し傾斜した状態になる。シェル中子を抜き取った後の砂抜開口２１は、図１に示すように、埋め栓３７により閉塞される。埋め栓３７は、例えば、砂抜開口２１の内周面に形成されたネジ部に、埋め栓３７の外周部に形成されたネジ部を螺合して、砂抜開口２１を密閉するように取り付けられる。
【００４１】
このように砂抜開口２１を形成し、埋め栓３７を装着した後、隔壁１４にロッカー軸１０，１１が装着される。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るエンジンのシリンダヘッドによれば、鋳物砂抜取り用の砂抜開口の軸は、ロッカー軸を含む平面に対し傾斜しているので、開口部の径に制限されることなく両ロッカー軸の間の距離を短くして、弁挟み角を小さくすることができる。従って、所望の最適挟み角を選択してエンジン運転特性の向上を図ることができる。
【００４３】
また、天井面が、点火プラグに向かって低下し、流路断面が縮小するように傾斜させることにより、ウォータジャケットを、無駄な肉が付かない形状で点火プラグを積極的に冷却することができるように形成するとともに、ウォータジャケット内を流れる冷却水を、燃焼室や点火プラグの点火部がある下側に向けて速い流速で流すことができる。従って、高温部を集中的に冷却して冷却効率を高め、安定した燃焼を維持し、運転性能を良好に保つことができる。
【００４４】
さらに、砂抜開口の開口面とウォータジャケットの天井面が略平行であるようにすれば、砂抜開口の周辺部分を、無駄な肉が付かずに同じ肉厚で形成することができ、前述の効果とともに、効率良く無駄肉を削除することができエンジン軽量化が図られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係るエンジンのシリンダヘッドの内部を示す平面説明図。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿った断面図。
【図３】図１のＢ−Ｂ線に沿った断面図。
【図４】図１のＣ−Ｃ線に沿った断面図。
【図５】図１のＤ−Ｄ線に沿った断面図。
【符号の説明】
１：シリンダヘッド、２：気筒、３：燃焼室、
４，５：オーバーヘッドカムシャフト、４ａ，５ａ：カム、
６，７：排気用ロッカーアーム、８，９：吸気用ロッカーアーム、
１０，１１：ロッカー軸、１２：排気弁、１３：吸気弁、１４：隔壁、
１６：軸取付部、１７：点火プラグ、２０：ウォータジャケット、
２０ａ：天井面、２１：砂抜開口、Ｌ：軸、Ｍ：延長線、α：弁挟み角。

Claims (3)

1. 点火プラグの周囲を冷却水が流れるウォータジャケットを有し、シリンダヘッド上部に配置された吸気用と排気用の２本のカム軸の回転がそれぞれ伝達されて作動する複数のロッカーアームを有し、前記ロッカーアームが取り付けられた吸気用と排気用の２本のロッカー軸を並列支持する支持部の前記両ロッカー軸間下方に、前記ウォータジャケットを形成する鋳物砂の砂抜開口が設けられ、
   前記シリンダヘッドと一体の隔壁がボアの両側に形成され、
   該隔壁は、その中央に隙間を有し、その隙間の両側に該隔壁の脚部が形成され、
   前記隙間の底部に前記砂抜開口が形成され、
   前記ロッカー軸は前記隔壁に支持されたエンジンのシリンダヘッドにおいて、
   前記砂抜開口の軸は、前記２本のロッカー軸を含む平面に対しこれと垂直で且つ前記カム軸と平行な断面内で傾斜し、
   前記隔壁の脚部は、前記隙間の上部で隙間側に張り出し、
   この張り出した部分の隔壁に前記ロッカー軸が支持されたことを特徴とするエンジンのシリンダヘッド。
2. 前記ボアの略中心位置に点火プラグが取り付けられ、
   前記ウォータジャケットの天井面が、前記点火プラグに向かって低下し、流路断面が縮小されるように傾斜していることを特徴とする請求項１に記載のエンジンのシリンダヘッド。
3. 前記砂抜開口の開口面と前記ウォータジャケットの天井面が略平行であることを特徴とする請求項２に記載のエンジンのシリンダヘッド。

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