内燃機関超基礎講座 | 樹脂製シリンダーヘッドカバー、裏側はどうなっているか

トヨタ紡織の手がける樹脂製シリンダーヘッドカバー。軽く作るためのさまざまな工夫をその構造から眺めてみる。


TEXT：松田勇治（MATSUDA Yuji）

樹脂化が進められているシリンダーヘッドカバー。トヨタ紡織では、1999年のトヨタ1N型ディーゼルエンジンの補給用からヘッドカバーの生産に着手、2002年からは設計・生産にも対応した。樹脂化のおもな目的は、やはり軽量化と、製造工程で機械加工が不要なことによる低コスト化だが、成形自由度の高さを活かしてさまざまな新機軸も投入されている。トヨタ1NR-FE型エンジン用樹脂製ヘッドカバーの内部構造を見ていこう。

写真右手に見えるのがVVT駆動・制御用のOCV。このエンジンは吸排気ともにVVTを持つため、OCVも2系統を備える。手前側のカットアウトされている部分の内側に、アルミ製のOCVホルダーとガスケットが示されている。

まず、樹脂化によってアルミ成形部品比で40%の軽量化を実現している。素材は樹脂インマニと同様のナイロン（ポリアミド）系で、この製品では「PA66」にガラスファイバーを混ぜて強度を高めたものを使っている。課題となったのは、同エンジンは可変動弁系機構VVTを搭載するため、その油圧制御部品であるOCV（Oil Control Valve）をヘッドカバーに保持しなければならなかったことだ。




従来、この手の部品を樹脂製ヘッドカバーに搭載した例はなかった。樹脂と金属では熱膨張に差があるため、OCV嵌合部の油密を保つことが困難だったことがその原因だ。対策として、OCV本体は専用のアルミ製ホルダーによって保持し、ヘッドカバーとの間をガスケットでシールする構造によって解決した。

裏面の構造。向きは左の写真と同じだ。右手にはOCVホルダーが見える。全体を覆う白い部分は、ブローバイ流路からのオイルを受けるセパレーター。オイルは前後に配するシャワーパイプからカムなどに供給される。

また、カバー裏側にはPCV（Positive Crankcase Ventilation）と名付けた機構を備える。これには大きく、2点の特徴がある。




まず、クランクケース内のブローバイガスをヘッド内部に導いた後の経路に新気を導入することで、クランクケース内の換気を促進すること。また、ブローバイガスの流路を、複数の壁を設けたラビリンス構造とした。これにより、ブローバイガスに含まれるオイルミストを壁面に付着させて分離することで、吸気側への流出を防ぐ。これによってオイルの消費量を低減し、オイル自体はロッカーフォロアーやカムの潤滑に使いながらオイルパンへ戻すことで、オイルの劣化も防止する。

ブローバイガス流路のラビリンス構造。流路上に隔壁を設けることで、オイルミストを効率よく捕捉し、きれいなオイルをカム側へ戻す効能を持つ。

この図では少しわかりにくいが、ヘッドカバーは吸気経路のスロットルバルブ手前と後方の2系統にエア流路を持っている。低負荷状態では、スロットル手前側経路はヘッドカバーへ新気を導入して換気を促進し、ブローバイはスロットル後方側にだけ還流する。高負荷状態になると、負圧によってスロットル手前側にもブローバイが還流し、効率を向上させる。セパレーターやシャワーパイプ等の構成部品は、すべてレーザー溶接で固定。