特開 2024-67072 直上噴射型内燃機関のシリンダヘッド構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024067072

(43)【公開日】2024-05-17

(54)【発明の名称】直上噴射型内燃機関のシリンダヘッド構造

(51)【国際特許分類】

   F02F 1/24 20060101AFI20240510BHJP

   F02M 61/14 20060101ALI20240510BHJP

【ＦＩ】

F02F1/24 J

F02M61/14 310S

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022176877

(22)【出願日】2022-11-04

(71)【出願人】

【識別番号】000003997

【氏名又は名称】日産自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100086232

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 博通

(74)【代理人】

【識別番号】100092613

【弁理士】

【氏名又は名称】富岡 潔

(72)【発明者】

【氏名】吉田 龍太

(72)【発明者】

【氏名】小峠 敦朗

【テーマコード（参考）】

3G024

3G066

【Ｆターム（参考）】

3G024AA04

3G024DA01

3G024DA03

3G024DA10

3G024EA01

3G024FA13

3G024GA01

3G066AA02

3G066AC09

3G066BA67

(57)【要約】

【課題】シリンダヘッド１やカムキャリア２の幅方向寸法を拡大することなく点火プラグ５２と燃料系部品（燃料噴射弁５１およびコモンレールボス５６）をレイアウトする。
【解決手段】シリンダヘッド１の上面にラダー状のカムキャリア２が固定され、カムキャリア２によってカムシャフト５，６が支持される。カムシャフト５，６の間のカムキャリア２の底壁部２５に、噴射弁用開口部２３とプラグホール２４とが形成される。噴射弁用開口部２３には、燃料噴射弁５１とコモンレールボス５６とが内燃機関の前後方向に隣接して配置される。燃料噴射弁５１およびコモンレールボス５６は、噴射弁用開口部２３を通してシリンダヘッド１に固定される。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

シリンダヘッドと、
吸気弁用および排気弁用の２本のカムシャフトと、
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ラダー状に構成されたカムキャリアと、
各気筒の中心部にそれぞれ配置される点火プラグと、
この点火プラグに隣接してそれぞれ配置されるとともに、コモンレールに支持された燃料噴射弁と、
を備えた直上噴射型内燃機関のシリンダヘッド構造であって、
上記カムキャリアは、２本のカムシャフトの間の底壁部に、上記点火プラグが挿通される点火プラグ用開口部と、上記コモンレールが備えるコモンレールボスおよび上記燃料噴射弁が挿通される燃料系開口部と、を備え、
上記点火プラグ用開口部と上記燃料系開口部とは、内燃機関の幅方向に互いに隣接して配置されており、
上記コモンレールボスと上記燃料噴射弁とは内燃機関の前後方向に互いに隣接して配置されている、
直上噴射型内燃機関のシリンダヘッド構造。

【請求項2】

上記点火プラグに接続された点火コイルユニットが上記点火プラグ用開口部に支持されており、
上記コモンレールボスおよび上記燃料噴射弁は、上記燃料系開口部の開口縁に接触せずにシリンダヘッドに支持されている、
請求項１に記載の直上噴射型内燃機関のシリンダヘッド構造。

【請求項3】

上記燃料噴射弁のコネクタは、当該燃料噴射弁の中心を挟んで上記コモンレールボスとは反対側に設けられている、
請求項２に記載の直上噴射型内燃機関のシリンダヘッド構造。

【請求項4】

上記カムキャリアのシリンダヘッドとの接合面において、上記点火プラグ用開口部から上記燃料系開口部へ向かって延びた肉抜き部が形成されている、
請求項３に記載の直上噴射型内燃機関のシリンダヘッド構造。

【請求項5】

上記肉抜き部に対向するようにシリンダヘッド側肉抜き部がシリンダヘッドの点火プラグ孔に連続して形成されており、
上記肉抜き部および上記シリンダヘッド側肉抜き部の周縁部がシール部材を介して互いに接合されている、
請求項４に記載の直上噴射型内燃機関のシリンダヘッド構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、ラダー状のカムキャリアをシリンダヘッドと組み合わせた内燃機関のシリンダヘッド構造に関し、特に、燃料噴射弁を気筒中心部に備えた直上噴射型内燃機関のシリンダヘッド構造に関する。

【背景技術】

【0002】

シリンダヘッドの上面にラダー状に構成されたカムキャリアを固定し、このカムキャリアによって吸気カムシャフトと排気カムシャフトとを回転自在に支持するようにした構成のシリンダヘッド構造が提案されている。この種の構成では、カムキャリアがいわゆる動弁室を覆うカバーとしても機能し、一般的なシリンダヘッドカバーは具備しない。

【0003】

特許文献１には、シリンダヘッドの上面をカバー状に覆うとともに２本のカムシャフトを回転自在に支持するラダー状のカムキャリアが開示されている。このカムキャリアは、燃焼室中央部上方となる位置に、それぞれ点火プラグを挿入するための開口部を備えた構成となっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００２－３７１８０８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

気筒中心部に燃料噴射弁を備えた直上噴射型の内燃機関の場合には、各気筒に点火プラグに加えて燃料噴射弁を配置する必要があり、この燃料噴射弁がカムキャリアを貫通して配置されるので、シリンダヘッドおよびカムキャリアの幅方向寸法が拡大しがちである。また、一般に燃料噴射弁はコモンレールに支持された構成であるので、このコモンレールをシリンダヘッドに取り付けるための構造も必要である。

【0006】

特許文献１は、このような直上噴射型内燃機関における点火プラグと燃料噴射弁の双方の適切な配置を開示するものではない。

【課題を解決するための手段】

【0007】

この発明は、
シリンダヘッドと、
吸気弁用および排気弁用の２本のカムシャフトと、
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ラダー状に構成されたカムキャリアと、
各気筒の中心部にそれぞれ配置される点火プラグと、
この点火プラグに隣接してそれぞれ配置されるとともに、コモンレールに支持された燃料噴射弁と、
を備えた直上噴射型内燃機関のシリンダヘッド構造であって、
上記カムキャリアは、２本のカムシャフトの間の底壁部に、上記点火プラグが挿通される点火プラグ用開口部と、上記コモンレールが備えるコモンレールボスおよび上記燃料噴射弁が挿通される燃料系開口部と、を備え、
上記点火プラグ用開口部と上記燃料系開口部とは、内燃機関の幅方向に互いに隣接して配置されており、
上記コモンレールボスと上記燃料噴射弁とは内燃機関の前後方向に互いに隣接して配置されている。

【発明の効果】

【0008】

この発明によれば、点火プラグ用開口部と燃料系開口部とが内燃機関の幅方向に互いに隣接し、かつ燃料系開口部の中でコモンレールボスと燃料噴射弁とが内燃機関の前後方向に互いに隣接するので、全体としてコンパクトなレイアウトとなり、カムキャリアならびにシリンダヘッドの小型化とりわけ幅方向寸法の小型化が図れる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】カムキャリアを備えたシリンダヘッドの正面図。

【図2】カムキャリアの平面図。

【図3】カムキャリアの下面を示す図。

【図4】図３に対応したシリンダヘッドの上面を示す図。

【図5】カムキャリアとシリンダヘッドとを組み合わせた状態を上方から見た要部の説明図。

【図6】カムキャリアおよびシリンダヘッドの断面図。

【発明を実施するための形態】

【0010】

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、この発明に係る直上噴射型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。

【0011】

また、実施例の内燃機関は、後述するように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。

【0012】

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。

【0013】

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。

【0014】

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の間の底壁部２５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。

【0015】

上記噴射弁用開口部２３は、請求項における「噴射系開口部」に相当し、上記プラグホール２４は、請求項における「点火プラグ用開口部」に相当する。同じ気筒に対応する噴射弁用開口部２３とプラグホール２４は、内燃機関の幅方向に互いに隣接して配置されている。

【0016】

図３は、カムキャリア２の内側面つまり下面側の構成を示している。図３に示すように、噴射弁用開口部２３はいわゆるハート形をなしており、ハート形の中の鋭端となる部分が吸気弁側に、凹んだ形の部分が排気弁側に、それぞれ向いている。このハート形の噴射弁用開口部２３の周囲は、シリンダヘッド１側と液体ガスケット等のシール部材を介して接合されるシール面３１によって囲まれている。また、プラグホール２４は、中心軸線が僅かに傾斜した真円形に開口しており、噴射弁用開口部２３のハート形における凹んだ形の部分に隣接して配置されている。プラグホール２４の周囲は、噴射弁用開口部２３を囲むシール面３１に連続したシール面３１Ａによって囲まれている。ここで、プラグホール２４と噴射弁用開口部２３との間には、プラグホール２４から噴射弁用開口部２３へ向かって延びた肉抜き部３３が形成されており、この肉抜き部３３とプラグホール２４との周縁部をシール面３１Ａが囲っている。

【0017】

図４は、図３のように構成されたカムキャリア２の下面に対向するシリンダヘッド１の上面の構成を示している。シリンダヘッド１の上面側には、噴射弁用開口部２３に対応したハート形をなす噴射弁用凹部３５が形成されており、この噴射弁用凹部３５の周囲は、液体ガスケット等のシール部材を介してカムキャリア２側のシール面３１に接合されるシール面３６によって囲まれている。噴射弁用凹部３５の略中央部には、噴射弁挿入孔３７が僅かに傾斜した状態で形成されている。また、噴射弁用凹部３５の内部において、ハート形の右肩部分に相当する位置に、ネジ孔３８を備えた取付座部３９が形成されている。この取付座部３９の座面つまり上面は、噴射弁用凹部３５を囲むシール面３６から僅かに下がった高さ位置に設けられている。この取付座部３９と噴射弁挿入孔３７とは、内燃機関の前後方向（気筒列方向）に隣接している。

【0018】

また、カムキャリア２側のプラグホール２４に連続するように、シリンダヘッド側プラグホール４０（請求項における「点火プラグ孔」に相当）が形成されている。このシリンダヘッド側プラグホール４０の周囲は、噴射弁用凹部３５を囲むシール面３６に連続したシール面３６Ａによって囲まれている。シリンダヘッド側プラグホール４０と噴射弁用凹部３５との間には、カムキャリア２側の肉抜き部３３に対向するシリンダヘッド側肉抜き部４１が形成されており、シール面３６Ａは、シリンダヘッド側プラグホール４０とシリンダヘッド側肉抜き部４１との周縁部を囲っている。

【0019】

カムキャリア２側のシール面３１，３１Ａとシリンダヘッド１側のシール面３６，３６Ａは、互いに対応した形状をなし、両者間に液体ガスケット等のシール部材を挟んだ状態で互いに接合される。また、プラグホール２４，４０の中心軸線と噴射弁挿入孔３７の中心軸線とは、両者でＶ字形をなすように、シリンダ中心軸線に対しそれぞれ傾いている。

【0020】

図５は、カムキャリア２を備えたシリンダヘッド１に燃料噴射弁５１を装着した状態を示している。図６は、燃料噴射弁５１および点火プラグ５２を通る断面に沿ってカムキャリア２およびシリンダヘッド１を切断した断面図である。

【0021】

図６に示すように、点火プラグ５２は、点火コイルユニット５３を一体に備えており、点火コイルユニット５３の円筒部５３ａがカムキャリア２のプラグホール２４に嵌合して支持されている。点火コイルユニット５３の頂部にある矩形のコイル部５３ｂは、カムキャリア２の上面に露出しており、図示しないネジによってカムキャリア２に固定されている。点火プラグ５２の先端は、シリンダヘッド側プラグホール４０を通して燃焼室５４に達している。このように点火コイルユニット５３の円筒部５３ａがカムキャリア２のプラグホール２４に比較的密に嵌合することで、点火コイルユニット５３の上部が支持されることとなり、点火コイルユニット５３の揺動が抑制される。

【0022】

燃料噴射弁５１は、いわゆるコモンレール形の構成となっており、図５，図６に示すように、高圧燃料配管つまりコモンレール５５に３個の燃料噴射弁５１が取り付けられている。コモンレール５５は、直線的な円管状をなし、各燃料噴射弁５１の上端部がコモンレール５５に支持されている。燃料噴射弁５１は、カムキャリア２の噴射弁用開口部２３に挿通され、さらにシリンダヘッド１の噴射弁挿入孔３７を通して、先端が燃焼室５４に達している。

【0023】

内燃機関の前後方向に延びるコモンレール５５は、燃料噴射弁５１に隣接した３箇所に、コモンレール５５を内燃機関に取り付けるためのコモンレールボス５６を備えている。各々のコモンレールボス５６は、円筒形をなし、中心部を通るボルト５７によってそれぞれシリンダヘッド１の取付座部３９に固定されている。ボルト５７は、取付座部３９のネジ孔３８に螺合している。コモンレールボス５６は、カムキャリア２の噴射弁用開口部２３に挿通されている。特に、噴射弁用開口部２３を貫通する燃料噴射弁５１およびコモンレールボス５６は、カムキャリア２の噴射弁用開口部２３の開口縁に接触せずに、シリンダヘッド１に支持された形となっている。このように、コモンレール５５および燃料噴射弁５１がシリンダヘッド１に直接に支持されていることで、燃料系部品（コモンレール５５および燃料噴射弁５１）をシリンダヘッド１に堅固に固定することができる。

【0024】

また、図５に示すように、燃料噴射弁５１は、ハーネスを接続するためのコネクタ６０を備えているが、このコネクタ６０は、図５のような平面視において、燃料噴射弁５１の中心を挟んでコモンレールボス５６とは反対側に設けられている。図５に示すように、コネクタ６０は、カムキャリア２の噴射弁用開口部２３およびシリンダヘッド１側の噴射弁用凹部３５に対し、そのハート形の左肩部分に相当する位置に配置されており、カムキャリア２の噴射弁用開口部２３を通ってシリンダヘッド１側の噴射弁用凹部３５の中に位置している。このようにコネクタ６０をコモンレールボス５６とは反対側の位置とすることで、コモンレールボス５６とコネクタ６０（およびこれに接続されるハーネス）とが干渉することがなく、コモンレール５５やカムキャリア２に邪魔されることなく狭い空間内にコネクタ６０を配置することが可能となる。

【0025】

このように、上記実施例の構成によれば、ラダー状のカムキャリア２をシリンダヘッド１上面に配置したことで限られたものとなる気筒上方のスペースに、点火プラグ５２と燃料系部品（コモンレールボス５６および燃料噴射弁５１）とを効率良くレイアウトすることができる。特に、燃料噴射弁５１とコモンレールボス５６とを内燃機関の前後方向に隣接配置して共通の噴射弁用開口部２３内に配置したことで、これらと点火プラグ５２とを内燃機関の幅方向に隣接して配置したときに、内燃機関の幅方向寸法が大きくならずに済み、カムキャリア２やシリンダヘッド１の幅方向寸法の小型化が図れる。

【0026】

また、カムキャリア２とシリンダヘッド１との間が液体ガスケット等のシール部材を介してシールされており、これにより２つのカムシャフト収容部２１，２２が外部から閉じられた空間として構成されているが、２つのカムシャフト収容部２１，２２の間に設けられた噴射弁用開口部２３およびプラグホール２４が個々にシールされ、かつこれら開口部を通して点火プラグ５２および燃料系部品が配置されているので、点火プラグ５２や燃料系部品に特別なシール構造が不要である。

【0027】

互いに対応するようにカムキャリア２側およびシリンダヘッド１側に設けられた肉抜き部３３，４１は、カムキャリア２およびシリンダヘッド１の軽量化に寄与する。そして、これらの肉抜き部３３，４１を設けたことで、周囲のシール面３１Ａ，３６Ａが楕円状に拡大するので、シール面積を大きく確保することができ、シール面圧がより均一となってシール性が向上する。

【0028】

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、本発明は上記実施例のような３気筒機関に限らず、適当な気筒数の内燃機関に適用が可能である。

【符号の説明】

【0029】

１…シリンダヘッド
２…カムキャリア
５，６…カムシャフト
２１，２２…カムシャフト収容部
２３…噴射弁用開口部
２４…プラグホール
２５…底壁部
３１，３１Ａ，３６，３６Ａ…シール面
３３…肉抜き部
３５…噴射弁用凹部
３７…噴射弁挿入孔
３９…取付座部
４０…シリンダヘッド側プラグホール
４１…シリンダヘッド側肉抜き部
５１…燃料噴射弁
５２…点火プラグ
５５…コモンレール
５６…コモンレールボス
６０…コネクタ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】