JP7280062B2

JP7280062B2 - 内燃機関のシリンダヘッド

Info

Publication number: JP7280062B2
Application number: JP2019036684A
Authority: JP
Inventors: 浩一頼實
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2019-02-28
Filing date: 2019-02-28
Publication date: 2023-05-23
Anticipated expiration: 2039-02-28
Also published as: JP2020139481A

Description

本願発明は、自動車用等の内燃機関におけるシリンダヘッドに関するもので、オイル落とし通路の構造に特徴を有している。

自動車用等の内燃機関では、シリンダヘッドに、動弁機構の潤滑等を行ったオイルをオイルパンに戻すためのオイル落とし通路が空いている。オイル落とし通路の位置は様々であるが、特許文献１には、排気ポートの群を１つの排気ガス集合通路に集合させた排気マニホールド内蔵型のシリンダヘッドにおいて、隣り合った排気ポートの間に位置した隔壁にオイル落とし通路を形成することが開示されている。

このように、隣り合った排気ポートの間に位置した隔壁にオイル落とし通路を形成すると、排気ガスの熱によってオイルが加温されるため、コールドスタート時にオイルを早期昇温させて暖機運転時間の短縮やメカロス低減に貢献できる。

特開２０１０－２２３２０４号公報

さて、上記のとおり、特許文献１ではオイルの早期昇温に貢献できるが、早期昇温を更に助長できると、暖機運転の短縮やメカロス低減による燃費向上を更に促進できて有益である。他方、エンジンが温まった後や高温環境下での運転では、オイルの過剰昇温は防止すべきである。

本願発明はこのような現状を契機として成されたものであり、オイルの過剰昇温は抑制しつつコールドスタート時に早期昇温させたりシリンダヘッドを軽量化したりすることを、簡単な構造によって実現しようとするものである。

本願発明は、
「隔壁の群によって仕切られた排気ポートの群がクランク軸線方向に並んで形成されていると共に、前記各排気ポートが連通した排気ガス集合通路を形成していて、前記隔壁の群のうち少なくとも１つの隔壁にオイル落とし通路が空いており、
かつ、前記排気ポートの群の上方部でかつ前記オイル落とし通路を挟んでシリンダボア軸心と反対側の部位に、排気側上ウォータジャケットが形成されている」
という基本構成のシリンダヘッドにおいて、
「前記オイル落とし通路の上方に、クランク軸線方向に長いサイドオイル通路が形成されており、前記オイル落とし通路に、前記サイドオイル通路の下方から前記排気ガス集合通路の上方に入り込んで前記排気側上ウォータジャケットに近づいた拡張部が形成されている」
という特徴を保持している。

なお、本願発明において、排気側上ウォータジャケットに関する、「排気ポートの群の上方部でかつ前記オイル落とし通路を挟んでシリンダボア軸心と反対側の部位」という記載は、この部位に排気側上ウォータジャケットの一部が存在しているという意味であり、排気側上ウォータジャケットがこの部位にしか存在していないという意味ではない。

本願発明のように、オイル落とし通路の拡張部が排気ガス集合通路の上方に回り込んでいると、オイル落とし通路の受熱面積が増大して、オイルに対する伝熱量を増大できる。更に、拡張部を形成するとそれだけシリンダヘッドの肉の量を削減して軽量化できる。従って、排気ガスの熱を有効利用してコールドスタート時にオイルの早期昇温を助長して暖機運転時間の短縮化しつつ、メカロス低減及び軽量化によって燃費向上を促進できる。

また、拡張部を形成したことによってオイル落とし通路がウォータジャケットに近づくため、冷却水とオイルとの間の熱交換性も向上できる。これにより、暖機運転後の通常運転時や高温環境下での運転においては、オイルを冷却水によって冷却することができて、オイルの過剰昇温を抑制できる。

そして、オイル落とし通路に拡張部を形成することは、シリンダヘッドを鋳造するに際して中子の形状を変えることによって簡単に実現できるため、上記のように暖機時間の短縮や燃費向上の効果、オイルの過剰昇温抑制の効果を有するものでありながら、コストが嵩むことはない。

また、拡張部を設けたことによってオイル落とし通路の入口部にオイルが溜まり易くなるため、拡張部が漏斗の役割を果たして、オイルパンへのオイルの戻しをスムース化できる利点もある。

実施形態に係るシリンダヘッドの平面図である。（Ａ）は図１及び図３のＡ－Ａ視断面図、（Ｂ）は図１及び図３のＢ－Ｂ視断面図である。図２（Ａ）（Ｂ）のIII-III 視断面図である。図２（Ｂ）の IV-IV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。前と後ろについては、タイミングチェーンが配置される側を前として、変速機が配置される側を後ろとしている。念のため、図１に方向を明示している。

(1).基本構造
本実施形態は車両用３気筒内燃機関に適用している。従って、図１に示すように、シリンダヘッド１には、３つのシリンダボア２ａ～２ｃがクランク軸線方向に並んでいると共に、各シリンダボア２の軸心箇所に位置した３つの点火プラグ配置穴３が、クランク軸線方向に並んで形成されている。３つのシリンダボア２ａ～２ｃを特定する必要がある場合は、前から順に番号を付して、第１シリンダボア２ａ、第２シリンダボア２ｂ、第３シリンダボア２ｃと呼ぶこととする。

シリンダヘッド１の基本構造は従来と同様であり、左右の長手側壁４と前後の短手側壁５とを有していて、点火プラグ配置穴３は、長手側壁４を繋ぐ軸受部壁６に形成されている。軸受部壁６には、カム軸の下半部を回転自在に保持する軸受凹所７が左右一対ずつ形成されている。また、手前側の短手側壁５には、ＶＶＴ装置を保持する半円状の凹所８が形成されている。

例えば図１において符号９で示すのはヘッドボルト挿通穴、符号１０で示すのは吸気バルブ挿通穴、符号１１で示すのは排気バルブ挿通穴である。図１に示すように、シリンダヘッド１の吸気側面１ａには、各シリンダボア２に対応した一対ずつの吸気ポート１２が開口している。本実施形態の内燃機関は、クランク軸を車幅方向に長い姿勢とした横置きであり、かつ、排気側面を車両前方に向けた前排気の姿勢でエンジンルームに配置されている。また、シリンダボア２が若干の角度だけ車両前方側に倒れている。従って、横置き前排気のスラント型エンジンである。

図４に示すように、シリンダヘッド１の内部には、各シリンダボア２に対応した１対ずつの排気ポート１３が形成されており、各排気ポート１３は、弓形に大きく湾曲した１つの排気ガス集合通路１４に連通している。排気ガス集合通路１４には、２番目のシリンダボア２ｂの真横に位置した排気ガス出口１５が連通している。

本実施形態の内燃機関は３気筒である一方、排気ポート１３は各シリンダボア２に対応して一対ずつ形成されているため、シリンダヘッド１の内部に、隣り合った排気ポート１３を仕切る５つの隔壁１７ａ～１７ｅが存在している。この５つの隔壁を、前から順に番号を付して、第１隔壁１７ａ～第５隔壁１７ｅと呼ぶこととする。

(2).オイル及び冷却水に関連した構造
そして、図４に示すように、第１シリンダボア２ａに対応した排気ポート１３と第２シリンダボア２ｂに対応した排気ポート１３とを仕切る第２隔壁１７ｂと、第２シリンダボア２ｂに対応した２つの排気ポート１３を仕切る第３隔壁１７ｃと、第２シリンダボア２ｂに対応した排気ポート１３と第３シリンダボア２ｃに対応した排気ポート１３とを仕切る第４隔壁１７ｄとに、それぞれオイル落とし通路１８～２０を形成している。従って、本実施形態では、前から順に番号を付すと、第１～第３の３つのオイル落とし通路１８～２０が形成されている。

図２のとおり、シリンダヘッド１には、軸受部壁６の下方に広がる空洞部２１が形成されており、各オイル落とし通路１８～２０は空洞部２１の底面に形成されていて、各オイル落とし通路１８～２０は、シリンダブロック２２に形成したオイル流下通路２３に連通している。

図示していないが、本実施形態のシリンダヘッド１には、吸気バルブ及び排気バルブ（いずれも図示せず）のバルブクリアランスを無くす油圧式のラッシュアジャスタを設けている（図１において、ラッシュアジャスタ装着穴を符号１１ａで示している。）。そして、図３に示すように、シリンダヘッド１のうち空洞部２１の左右外側の部位には、クランク軸線方向に長いサイドオイル通路２４が形成されており、このサイドオイル通路２４からラッシュアジャスタにオイルが供給されていると共に、カム軸を潤滑するための枝通路２５もサイドオイル通路２４から分岐している。

図２に示すように、シリンダヘッド１のうち排気ガス集合通路１４の上方部には、排気側上ウォータジャケット２６がクランク軸線方向に長く形成されて、排気ガス集合通路１４の下方部には、排気側下ウォータジャケット２７がクランク軸線方向に長い姿勢で形成されている。また、図２及び図４に示すように、シリンダヘッド１の中心線に沿って延びるセンターウォータジャケット２８も形成されている。

図２に示すように、オイル落とし通路１８～２０は、それぞれ空洞部２１に連通した上部分１８ａ～２０ａと、これに連続して下方に開口した断面円形の下部分１８ｂ～２０ｂとで構成されており、上部分１８ａ～２０ａは鋳造時に形成されて、下部分１８ｂ～２０ｂはドリル加工によって形成されている。なお、例えば、第２オイル落とし通路１９の下部分１９ｂを鋳造時に形成することも可能である。この場合は、鋳造用中子には下部分１９ｂに相当する足部が形成されるが、足部が中子の支持になるため、中子を安定的に保持できる。

そして、第１オイル落とし通路１８と第３オイル落とし通路２０とに、サイドオイル通路２４の下方において上部分１８ａ，２０ａに連続して排気ガス集合通路１４の上側に入り込んだ拡張部２９が形成されている。従って、拡張部２９は、排気側上ウォータジャケット２６に近づいている。

第１オイル落とし通路１８と第３オイル落とし通路２０では、下部分１８ｂ，２０ｂが上部分１８ａ，２０ａよりも左右外側にずれるように左右方向にオフセットされているが、これは、上部分１８ａ，２０ａは排気ガス集合通路１４との関係で位置が規定されている一方、下部分１８ｂ，２０ｂは、シリンダブロックにおけるオイル流下通路２３の位置との関係でシリンダボア２ａ～２ｃの側に寄せることができないためである。

動弁室においてカム軸の潤滑やＶＶＴ装置の作動などの仕事をしたオイルは、空洞部２１に流れ込んで、空洞部２１から各オイル落とし通路１８～２０に流下し、シリンダブロック２のオイル流下通路２３を経由してオイルパンに戻る。そして、オイルはオイル落とし通路１８～２０に集まってくるため、オイルは上部分１８ａ～２０ａに充満する。

そして、第１及び第３オイル落とし通路１８，２０では、上部分１８ａ，２０ａに拡張部２９が形成されているため、排気ガスの受熱面積が増大している。従って、コールドスタート時の早期昇温を促進できる。また、拡張部２９を形成したことによってシリンダヘッド１の体積が減少するため、シリンダヘッド１を軽量化して燃費の向上に貢献できる。また、拡張部２９は鋳造時に形成されたるため、コストが嵩むことはない。

なお、拡張部２９を形成した部位には負荷は掛からないため、拡張部２９を形成したことによる強度低下の問題はない。むしろ、肉厚を均等化できることにより、熱ひずみを抑制できる利点がある。

本実施形態では、第１オイル落とし通路１８と第３オイル落とし通路２０とに拡張部２９を形成したが、第２オイル落とし通路１９にも拡張部２９を形成することは可能である。逆に、第２オイル落とし通路１９のみに拡張部２９を形成することも可能である。従って、複数のオイル落とし通路がある場合、拡張部２９は少なくとも１つに形成したら足りる。

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、実施形態では空洞部２１の底部にオイル落とし通路を形成したが、空洞部２１を備えていないタイプのシリンダヘッドにも適用できる。

本願発明は、オイル落とし通路を備えたシリンダヘッドに具体化できる。従って、産業上利用できる。

１シリンダヘッド
２ａ～２ｃシリンダボア
３点火プラグ配置穴
６軸受部壁
１３排気ポート
１４排気ガス集合通路
１５排気ガス出口
１７ａ～１７ｅ隔壁
１８～２０オイル落とし通路
１８ａ，１９ａ，２０ａ上部分
１８ｂ，１９ｂ，２０ｂ下部分
２１空洞部
２２シリンダブロック
２３シリンダブロックに形成したオイル流下通路
２４サイドオイル通路
２６排気側上ウォータジャケット
２９拡張部

Claims

隔壁の群によって仕切られた排気ポートの群がクランク軸線方向に並んで形成されていると共に、前記各排気ポートが連通した排気ガス集合通路を形成していて、前記隔壁の群のうち少なくとも１つの隔壁にオイル落とし通路が空いており、
かつ、前記排気ポートの群の上方部でかつ前記オイル落とし通路を挟んでシリンダボア軸心と反対側の部位に、排気側上ウォータジャケットが形成されているシリンダヘッドであって、
前記オイル落とし通路の上方に、クランク軸線方向に長いサイドオイル通路が形成されており、前記オイル落とし通路に、前記サイドオイル通路の下方から前記排気ガス集合通路の上方に入り込んで前記排気側上ウォータジャケットに近づいた拡張部が形成されている、
内燃機関のシリンダヘッド。