(57)【要約】【課題】軽量化を極力維持しつつ、特定排気ポートの他端側開口部下方側に位置するフランジ部のクラックを防止することにある。【解決手段】排気ポート下方側のシリンダヘッド１下面が、排気ポート形状、冷却水通路形状に沿った形状とされ、シリンダヘッド１下面とシリンダブロック上面との間に間隙が形成されるもので、排気ポート下方側のシリンダヘッド１一側面には、シリンダヘッド１一側面から下方側及び冷却水通路側に各々所定幅延びると共に、気筒配列方向に延設され、排気マニホールドが当接されるフランジ部１２と、フランジ部１２の内、両側に他の気筒の排気ポートが配設される特定排気ポートの他端側開口部下方側に位置するフランジ部１２と冷却水通路側シリンダヘッド１下面とを連結する主リブ１３が形成される。従って、大きな圧縮応力が作用する特定排気ポートの開口部下方側に位置するフランジ部の補強が行え、クラックの発生を防止できる。【選択図】  図２
2004190504.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダブロック上面に配置されるシリンダヘッドであって、
該シリンダヘッドは、
一端側開口部が各気筒の燃焼室に開口されるとともに、他端側開口部が上記シリンダヘッド一側面に開口され、気筒配列方向に順次配設される複数の排気ポートと、
上記シリンダヘッド一側面における上記複数の排気ポートの各他端側開口部間に形成され、排気マニホールドが締結される複数の締結部と、
少なくとも上記排気ポート下方側に形成される冷却水通路とを備えるとともに、
上記排気ポート下方側におけるシリンダヘッド下面は、上記排気ポート形状、冷却水通路形状に沿った形状に形成される一方、
上記シリンダブロック上面は、略平坦に形成され、上記排気ポート下方側における上記シリンダヘッド下面と上記シリンダブロック上面との間に間隙が形成されるシリンダヘッド構造において、
上記排気ポート下方側におけるシリンダヘッド一側面には、上記シリンダヘッド一側面から下方側及び上記冷却水通路側に向かって各々所定幅延びるとともに、気筒配列方向に延設され、上記排気マニホールドが当接されるフランジ部が形成されるとともに、
該フランジ部の内、両側に他の気筒の排気ポートが配設される特定排気ポートの他端側開口部下方側に位置するフランジ部位と、上記冷却水通路側シリンダヘッド下面とを連結する主リブが形成されることを特徴とするエンジンのシリンダヘッド構造。
【請求項２】
上記主リブは、上記特定排気ポートの他端側開口部両側に形成される上記締結部間を結ぶ第１仮想線に対し、上記特定排気ポート中心から略直交する第２仮想線上に位置する上記フランジ部位と、上記冷却水通路側シリンダヘッド下面とを連結するよう構成されることを特徴とする請求項１記載のエンジンのシリンダヘッド構造。
【請求項３】
上記締結部は、上記複数の排気ポートの各他端側開口部間で、かつ気筒配列方向に順次上記シリンダヘッドの上部側と、下部側とに交互に千鳥配置され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タヘッド構造。
【請求項４】
上記シリンダヘッドは、少なくとも４つ以上の気筒を備え、上記特定排気ポートが互いに隣接して複数配設されるものであって、
上記主リブは、隣接して複数配設される上記特定排気ポートの他端側開口部の下方側に位置するフランジ部に対して各々形成されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一つに記載のエンジンのシリンタヘッド構造。
【請求項５】
上記各主リブには、上記シリンダヘッドの幅方向略中間位置において各主リブを連結する補助リブが形成されることを特徴とする請求項４に記載のエンジンのシリンダヘッド構造。
【請求項６】
上記フランジ部は、上記特定排気ポートの他端側開口部下方側に位置するフランジ部の肉厚が、上記特定排気ポート以外の排気ポートの他端側開口部下方側に位置するフランジ部の肉厚に対して大きく形成されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一つに記載のエンジンのシリンダヘッド構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンのシリンダヘッド構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、エンジンにおいては、環境への配慮等から更なる燃費向上を図る各種対応が行われており、エンジンの軽量化もその対応の一つとして有用であることから、種々行われている。
例えば、下記特許文献１には、シリンダヘッドの下面形状を、シリンダブロック上面の平坦な形状に合わせて一律平坦な面とするのではなく、排気ポートやウォータジャケットの形状に沿わせた形状とし、極力余肉をなくすことによって軽量化を行うことが開示されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−２２５４２号公報
【０００４】
また、通常、シリンダヘッドの各側面には、吸気マニホールドや、排気マニホールドが締結されるものの、上述の先行技術のように、シリンダヘッド下面側形状が極力余肉のない形状に形成された場合、吸気マニホールド、排気マニホールドと接するフランジ面が不足するため、フランジ部をシリンダヘッド側面に一部延長して形成する必要がある。
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述したように、シリンダヘッド下面を極力余肉のない形状にしたものにおいて、フランジ部を一部延長して形成した場合、フランジ部周辺に余肉がないため、強度低下が問題となり、特に、熱環境的に厳しい排気マニホールドが締結されるシリンダヘッド一側面側のフランジ部付近における強度低下が問題となる。
具体的には、排気マニホールドが接続されるシリンダヘッド一側面に開口される各排気ポートの開口部の内、両側に他の気筒の排気ポートが配置される排気ポート（例えば、４気筒エンジンの場合、１番気筒と３番気筒との間に位置する２番気筒、若しくは２番気筒と４番気筒との間に位置する３番気筒）の開口部付近のフランジ部分にクラックが生じるという問題がある。
つまり、排気ポート間に位置する排気ポートの開口部は、両側が排気ポートに挟まれるため熱的に厳しく、この熱に伴って排気ポートの開口部は熱膨張するが、この際、シリンダヘッドの一側面に締結される排気マニホールドのシリンダヘッドへの締結力によって、その熱膨張が拘束されるため、圧縮応力が排気ポートの開口部付近のフランジ部に作用することになる。
そして、この圧縮応力が繰り返し排気ポートの開口部付近のフランジ部に作用すると、クラックが生じるものである。
【０００６】
特に、近年では、環境への配慮から排気ガス規制対応も各種対応が図られており、例えば、排気ガス成分の内、ＨＣ成分低減のため、排気マニホールドを二重管構造にしたり、触媒を排気マニホールド直下流に配置することによって、排気ポートから触媒に至るまでの排気系における排気ガス温度の低下を抑制し、触媒を早期に活性化することが行われている。
このようなエンジンにおいては、排気ポートの開口部付近の温度が一層上昇するため、上述したクラックへの影響が顕著となる。
【０００７】
本発明は、以上のような課題に勘案してなされたもので、その目的は、軽量化を極力維持しつつ、特定排気ポートの他端側開口部下方側に位置するフランジ部のクラックを防止できるエンジンのシリンダヘッド構造を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明にあってはその解決手法として次のようにしてある。すなわち、本発明の第１の構成において、シリンダブロック上面に配置されるシリンダヘッドであって、
該シリンダヘッドは、
一端側開口部が各気筒の燃焼室に開口されるとともに、他端側開口部が上記シリンダヘッド一側面に開口され、気筒配列方向に順次配設される複数の排気ポートと、
上記シリンダヘッド一側面における上記複数の排気ポートの各他端側開口部間に形成され、排気マニホールドが締結される複数の締結部と、
少なくとも上記排気ポート下方側に形成される冷却水通路とを備えるとともに、
上記排気ポート下方側におけるシリンダヘッド下面は、上記排気ポート形状、冷却水通路形状に沿った形状に形成される一方、
上記シリンダブロック上面は、略平坦に形成され、上記排気ポート下方側における上記シリンダヘッド下面と上記シリンダブロック上面との間に間隙が形成されるシリンダヘッド構造において、
上記排気ポート下方側におけるシリンダヘッド一側面には、上記シリンダヘッド一側面から下方側及び上記冷却水通路側に向かって各々所定幅延びるとともに、気筒配列方向に延設され、上記排気マニホールドが当接されるフランジ部が形成されるとともに、
該フランジ部の内、両側に他の気筒の排気ポートが配設される特定排気ポートの他端側開口部下方側に位置するフランジ部位と、上記冷却水通路側シリンダヘッド下面とを連結する主リブが形成されるよう構成してある。
本発明の第１の構成によれば、両側に他の気筒の排気ポートが配設される特定排気ポートの他端側開口部下方側に位置するフランジ部と、上記冷却水通路側シリンダヘッド下面とを連結する主リブが形成されるため、大きな圧縮応力が作用する特定排気ポートの開口部下方側に位置するフランジ部位の補強を行うことができ、シリンダヘッドの軽量化を極力維持しつつ、クラックの発生を防止することができる。
【０００９】
本発明の第２の構成において、上記主リブは、上記特定排気ポートの他端側開口部両側に形成される上記締結部間を結ぶ第１仮想線に対し、上記特定排気ポート中心から略直交する第２仮想線上に位置する上記フランジ部位と、上記冷却水通路側シリンダヘッド下面とを連結するよう構成してある。
本出願人の鋭意研究によれば、圧縮応力は、拘束力が生じる排気ポートの他端側開口部両側の締結部間を結ぶ第１仮想線に対し、特定排気ポート中心から略直交する第２仮想線上に位置するフランジ部位に集中して作用することが判明した。
本発明の第２の構成によれば、圧縮応力が集中して作用するフランジ部位に主リブが形成されるため、圧縮応力が集中して作用するフランジ部位のみ補強を行うことができ、主リブを極力大きくすることなく補強が行え、シリンダヘッドの軽量化を極力維持しつつ、クラックの発生を防止することができる。
【００１０】
本発明の第３の構成において、上記締結部は、上記複数の排気ポートの各他端側開口部間で、かつ気筒配列方向に順次上記シリンダヘッドの上部側と、下部側とに交互に千鳥配置されるよう構成してある。
排気マニホールドのシリンダヘッド一側面への締結は、締結ボルト数を極力増加させず、締結強度を維持するために、締結部を気筒配列方向に順次シリンダヘッドの上部側と、下部側とに交互に千鳥配設することが行われている。
そして、締結部を千鳥配置した場合、上述の第１仮想線がシリンダ軸線方向に対して斜めになり、それに伴って第２仮想線も斜めになり、その第２仮想線上に位置するフランジ部位に圧縮応力が作用することになる。
本発明の第３の構成によれば、締結部をシリンダヘッドの上部側と、下部側とに千鳥配置したものにおいて、圧縮応力が集中作用するフランジ部位に主リブが形成されるため、圧縮応力が作用する箇所のみ補強を行うことができ、シリンダヘッドの軽量化を極力維持しつつ、クラックの発生を防止することができる。
【００１１】
本発明の第４の構成において、上記シリンダヘッドは、少なくとも４つ以上の気筒を備え、上記特定排気ポートが互いに隣接して複数配設されるものであって、
上記主リブは、隣接して複数配設される上記特定排気ポートの他端側開口部の下方側に位置するフランジ部に対してそれぞれ形成される
本発明の第４の構成によれば、各特定排気ポートにそれぞれ対応して主リブが形成されるため、各特定排気ポートの他端側開口部の下方側に位置する各フランジ部にそれぞれ対応した補強が行え、クラックの発生を防止することができる。
【００１２】
本発明の第５の構成において、上記各主リブには、上記シリンダヘッドの幅方向略中間位置において各主リブを連結する補助リブが形成されるよう構成してある。
本発明の第５の構成によれば、各主リブを連結する補助リブが形成されるため、更なる補強が行えるとともに、放熱面積を増加することができるため、熱応力を低減でき、クラックの発生を抑制することができる。
【００１３】
本発明の第６の構成において、上記フランジ部は、上記特定排気ポートの他端側開口部下方側に位置するフランジ部の肉厚が、上記特定排気ポート以外の排気ポートの他端側開口部下方側に位置するフランジ部の肉厚に対して大きく形成されるよう構成してある。
本発明の第６の構成によれば、大きな圧縮応力が作用する特定排気ポートの他端側開口部下方側に位置するフランジ部の肉厚が、特定排気ポートよりも圧縮応力が小さいその他の排気ポートの他端側開口部下方側に位置するフランジ部の肉厚に対して大きく形成されるため、軽量化を極力維持しつつ、クラックの発生を防止することができる。
【００１４】
【発明の効果】
本発明によれば、軽量化を極力維持しつつ、特定排気ポートの他端側開口部下方側に位置するフランジ部のクラックを防止することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の実施形態に係るシリンダヘッドの縦断面図、図２は本発明の実施形態に係るシリンダヘッドの下面側から見た平面図、図３は本発明の実施形態に係るシリンダヘッド一側面から見た側面図、図４は図３のＡ−Ａ断面図である。
尚、本実施形態では、４気筒ガソリンエンジンに適用した例を示す。
【００１６】
図１において、１は、シリンダブロック２の上面２ａに配設されるシリンダヘッドであり、そのシリンダヘッド１の一側面１ａには、二重管構造とされる排気マニホールドＭが締結ボルトを介して締結されている。尚、排気マニホールドＭの下流端には、三元触媒（不図示）が配設されている。
シリンダヘッド１には、燃焼室３と、燃焼室３に一端側開口部４ａが開口し、他端側開口部４ｂがシリンダヘッド１の一側面１ａに開口する排気ポート４と、燃焼室３に一端側開口部５ａが開口し、他端側開口部５ｂがシリンダヘッド１の他側面１ｂに開口する吸気ポート５とが形成されている。
上記排気ポート４、吸気ポート５は、図２に示すように、それぞれ、一つの気筒に対して気筒配列方向に二つ形成されており、二つの各排気ポート４、２つの吸気ポート５は、それぞれ集合して一つにされた後シリンダヘッド１の他側面１ｂに開口される。
また、排気ポート４、吸気ポート５に対しては、各々排気弁６、吸気弁７が備えられており、各弁６、７は、排気側カムシャフト８、吸気カムシャフト９によって各々所定のタイミングで開閉されるようになっている。
また、排気ポート４下方側、吸気ポート５下方側、排気カム８と吸気カム９との間のシリンダヘッド１等には、冷却水通路１０が形成されている。
そして、排気ポート４及び吸気ポート５下方側のシリンダヘッド１下面１ｃは、排気ポート４の形状、吸気ポート５の形状、冷却水通路１０の形状に略沿って形成されており、シリンダヘッド１下面１ｃとシリンダブロック２の上面２ａとの間に間隙１１が形成されている。
【００１７】
また、排気ポート４下方側のシリンダブロック１の一側面１ａには、その一側面１ａ（波線で示す後述のフランジ部がない場合の最下部）から下方側に向かって所定幅Ｔ延びるとともに、間隙１１、冷却水通路１０側に向かって所定幅ｔ延び、図２に示すように気筒配列方向に延設されるフランジ部１２が形成されている。
フランジ部１２は、図２に示すように、両側に第１気筒＃１と第３気筒＃３とが配設される第２気筒＃２と、両側に第２気筒＃２と第４気筒＃４とが配設される第３気筒＃３との各排気ポート４、４の他端側開口部４ｂ、４ｂ下方側に位置するフランジ部１０の所定幅（肉厚）ｔ１、ｔ１が、両端に配設される第１気筒＃１、第４気筒＃４の排気ポートの他端側開口部４ｂ、４ｂ下方側に位置するフランジ部１０の所定幅（肉厚）ｔ２、ｔ２に対して大きく形成されている。
【００１８】
また、図１、図２に示すように、第２気筒＃２、第３気筒＃３の各排気ポートの他端側開口部４ｂ、４ｂ下方側に位置するフランジ部１２には、そのフランジ部１２と排気ポート４下方の冷却水通路１０側シリンダヘッド１下面１ｃとを接続する主リブ１３、１３が各々形成されている。
主リブ１３は、図３に示すように、第２気筒＃２、第３気筒＃３の排気ポート４、４の他端側開口部４ｂ、４ｂの両側で、かつ気筒配列方向に順次上部側と、下部側とに千鳥配置される各締結部１４間を結ぶ第１仮想線Ｌ１、Ｌ１に対し、第２気筒＃２、第３気筒＃３の排気ポート４、４の他端側開口部４ｂ、４ｂ中心から略直交する第２仮想線Ｌ２、Ｌ２上に位置するフランジ部位１２ａ、１２ａに各々形成されている。
この第２仮想線Ｌ２上に位置するフランジ部位１２ａは、本出願人が実験結果によって得た圧縮応力が最も集中して作用する箇所である。
【００１９】
また、図２、図４に示すように、各主リブ１３、１３のシリンダヘッド１幅方向の略中間位置には、各主リブ１３、１３を互いに連結する補助リブ１５が形成されている。
【００２０】
以上のように、本実施形態によれば、両側に他の気筒の排気ポート４が配設される特定排気ポートとしての第２気筒＃２、第３気筒＃３の各排気ポート４、４の他端側開口部４ｂ、４ｂ下方側に位置するフランジ部位１２ａと、冷却水通路１０側シリンダヘッド下面１ｃとを連結する主リブ１３、１３が各々形成されるため、大きな圧縮応力が作用する第２気筒＃２、第３気筒＃３の排気ポート４、４の他端側開口部４ｂ、４ｂ下方側に位置するフランジ部１２の補強を行うことができ、シリンダヘッド１の軽量化を極力維持しつつ、クラックの発生を防止することができる。
また、圧縮応力が集中して作用する第２仮想線上のフランジ部位１２ａに主リブ１３が形成されるため、圧縮応力が集中して作用するフランジ部位１２ａのみ補強を行うことができ、主リブ１３を極力大きくすることなく補強が行え、シリンダヘッド１の軽量化を極力維持しつつ、クラックの発生を防止することができる。
また、各主リブ１３を連結する補助リブ１５が形成されるため、更なる補強が行えるとともに、放熱面積を増加することができるため、熱応力を低減でき、クラックの発生を抑制することができる。
また、大きな圧縮応力が作用する特定排気ポートとしての第２気筒＃２、第３気筒＃３の他端側開口部４ｂ、４ｂ下方側に位置するフランジ部１２の所定幅（肉厚）ｔ１が、第２気筒＃２、第３気筒＃３よりも作用する圧縮応力が小さい第１気筒＃１、第４気筒＃４の排気ポート４の他端側開口部４ｂ、４ｂ下方側に位置するフランジ部１２の所定幅ｔ２（肉厚）に対して大きく形成されるため、フランジ部１２の強度を向上でき、軽量化を極力維持しつつ、クラックの発生を防止することができる。
【００２１】
尚、本実施形態では、締結部１４が千鳥配置されるエンジンに適用する例を示したが、各排気ポート４の各他端側開口部４ｂ間におけるシリンダヘッド１の上部側と、下部側とにそれぞれ締結部１４を形成したエンジンに適用してもよい。また、本実施形態では、補助リブ１５を形成する例を示したが、主リブ１３の大きさの設定等によりその強度が確保されれば、必ずしも形成する必要はない。また、本実施形態では、４気筒エンジンに適用する例を示したが、気筒数が３気筒以上であれば、いずれの気筒数のエンジンにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るシリンダヘッドの縦断面図。
【図２】本発明の実施形態に係るシリンダヘッドの下面側から見た平面図。
【図３】図３は本発明の実施形態に係るシリンダヘッド一側面から見た側面図。
【図４】図４は図３のＡ−Ａ断面図。
【符号の説明】
１：シリンダヘッド
１ａ：シリンダヘッドの一側面
１ｃ：シリンダヘッドの下面
２：シリンダブロック
２ａ：シリンダブロックの上面
３：燃焼室
４：排気ポート
４ｂ：他端側開口部
１０：冷却水通路
１１：間隙
１２：フランジ部
１２ａ：フランジ部位
１３：主リブ
１４：締結部
１５：補助リブ
【図１】
2004190504.tif 000003
【図２】
2004190504.tif 000004
【図３】
2004190504.tif 000005
【図４】
2004190504.tif 000006