(57)【要約】【課題】内燃機関のシリンダヘッドにおいて、高温下での熱応力を低減でき、耐久性に優れたシリンダヘッドを提供する。【解決手段】シリンダヘッド１の燃焼室天井壁３の弁間部１１・１４が、当該弁間部１１・１４を橋渡し方向で切った断面外郭線の橋渡し方向中央部Ｃが、ピストン６側に凸の曲率を持つように形成されている。具体的には当該弁間部１１・１４は、当該弁間部１１・１４を橋渡し方向で切った断面外郭線が、両端側から中央に向かってピストン６側に凸となる、円弧部分Ｅを有する。【選択図】        図２
2004232536.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のシリンダヘッドにおいて、
燃焼室天井壁の弁間部を橋渡し方向で切った断面外郭線の橋渡し方向中央部が、ピストン側に凸の曲率を持つことを特徴とする、内燃機関のシリンダヘッド。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関のシリンダヘッドにおいて、
燃焼室の天井壁面よりピストン側に膨出した膨出部を前記弁間部に形成することで、燃焼室天井壁の弁間部を橋渡し方向で切った断面外郭線の橋渡し方向中央部が、ピストン側に凸の曲率を持つようにしたことを特徴とする、内燃機関のシリンダヘッド。
【請求項３】
請求項１に記載の内燃機関のシリンダヘッドにおいて、
燃焼室の天井壁面より反ピストン方向に凹んだ凹部を前記天井壁面の一部に形成することで、燃焼室天井壁の弁間部を橋渡し方向で切った断面外郭線の橋渡し方向中央部が、ピストン側に凸の曲率を持つようにしたことを特徴とする、内燃機関のシリンダヘッド。
【請求項４】
請求項２に記載の内燃機関のシリンダヘッドにおいて、
前記膨出部を前記弁間部の橋渡し方向で切った断面外郭線が円弧から成るとともに、
前記円弧は前記橋渡し方向中央部付近にて最もピストン側に近づくことを特徴とする、内燃機関のシリンダヘッド。
【請求項５】
請求項１から請求項４までの何れか一項に記載の内燃機関のシリンダヘッドであって、
前記弁間部を橋渡し方向で切った断面外郭線の橋渡し方向中央部が、前記弁間部によって繋がれた一方のポートの端部から他方のポートの端部まで連続してピストン側に凸の曲率を持つことを特徴とする、内燃機関のシリンダヘッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関のシリンダヘッドの構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関のシリンダヘッドは、ガス燃焼の高温と高圧に直接晒されるため、高い機械的応力ならびに熱応力が発生する。
特に、弁間部にあたる燃焼室天井壁は、高温が引き起こす熱膨張が周囲によって妨げられるために強い圧縮応力を生じ、この結果として圧縮応力が弾性限度を超え、塑性歪を生じるおそれが強い。従って、この弁間部は最も強度上の配慮が必要な部位の一つであり、低サイクル疲労の回避を目的とした様々な技術が開発され、公知とされている。
【０００３】
例えば、特許文献１に開示される技術は、従来技術として第８図・第９図のような弁間部（６）に溝状凹部（７）を設ける構成を開示し、この構成によって、熱応力を分散させることができるとする。
更に特許文献１では、上記従来技術では、爆発圧力やシリンダヘッド（１）の締付け時に生じる機械的応力が弁間部（６）の中央部に一箇所的に集中し、この繰り返し応力によって亀裂の発生等を招き易いという問題点を指摘し、これを回避するために、例えば第１図・第２図に示すように、弁間部（６）によって繋がれる吸気弁（４）と排気弁（２）の中心を結ぶ線を含まない位置に複数の凹部（１０，１０）を設けた構成を提案する。特許文献１は、この構成によれば、熱応力ならびに機械的応力を弁間部に集中させずに分散させることができ、シリンダヘッドの強度・耐久性を向上できるとする。
【０００４】
【特許文献１】
実開昭６０−１７８３４２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、エンジンの高回転・高出力化の要請などを考慮すると、上記特許文献１の構成によっても、シリンダヘッドの弁間部に亀裂が発生しやすい問題を回避することは困難である。
本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、高温下での熱応力を低減でき、耐久性に優れたシリンダヘッドを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００７】
即ち、請求項１においては、内燃機関のシリンダヘッドにおいて、燃焼室天井壁の弁間部を橋渡し方向で切った断面外郭線の橋渡し方向中央部が、ピストン側に凸の曲率を持つものである。
【０００８】
なお、請求項１において弁間部の「橋渡し方向」とは、当該弁間部が繋ぐ２つのポートの中心同士を結んだ線に垂直な方向をいう。また、「橋渡し方向中央部」とは、当該弁間部が繋ぐ２つのポートの中心同士を結んだ直線上に位置する部分をいう。
【０００９】
また、弁間部が複数ある場合は、全ての弁間部が上述の特徴（当該弁間部を橋渡し方向で切った断面外郭線の橋渡し方向中央部がピストン側に凸の曲率を持つという特徴）を備える必要はない。請求項１の「弁間部」とは、そのような意味である。従って、例えば、複数あるうちの１つの弁間部のみが上述の特徴を備える構成も、請求項１の技術的範囲に含まれる。
【００１０】
なお、上記特許文献１の第２図に示すような形状は、橋渡し方向中央部においてピストン側に凸となるような曲率を有していないため、本発明のような効果は奏しない。
【００１１】
請求項２においては、燃焼室の天井壁面よりピストン側に膨出した膨出部を前記弁間部に形成することで、燃焼室天井壁の弁間部を橋渡し方向で切った断面外郭線の橋渡し方向中央部が、ピストン側に凸の曲率を持つようにしたものである。
【００１２】
請求項３においては、燃焼室の天井壁面より反ピストン方向に凹んだ凹部を前記天井壁面の一部に形成することで、燃焼室天井壁の弁間部を橋渡し方向で切った断面外郭線の橋渡し方向中央部が、ピストン側に凸の曲率を持つようにしたものである。
【００１３】
請求項４においては、前記膨出部を前記弁間部の橋渡し方向で切った断面外郭線が円弧から成るとともに、前記円弧は前記橋渡し方向中央部付近にて最もピストン側に近づくものである。
【００１４】
請求項５においては、前記弁間部を橋渡し方向で切った断面外郭線の橋渡し方向中央部が、前記弁間部によって繋がれた一方のポートの端部から他方のポートの端部まで連続してピストン側に凸の曲率を持つものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の一実施形態に係るシリンダヘッドの１つの気筒の部分の構成を示した下面視図、図２は図１のＶ−Ｖ線断面矢視図である。
図３はシミュレーション実験の第１の計算モデルの形状を示した図、図４は第２の計算モデルの形状を示した図、図５は第３の計算モデルの形状を示した図である。
図６は、変形例１に係るシリンダヘッドにおいて、第１・第４弁間部の橋渡し方向断面を示した図である。
図７は、変形例２に係るシリンダヘッドにおいて、第１・第４弁間部の橋渡し方向断面を示した図である。
【００１６】
図１には、シリンダヘッド１の１つの気筒に相当する部分の下面視図が開示される。このシリンダヘッド１は４バルブ式のエンジンに使用されるものであって、その下部に、ピストン（図１では図略）を収納するシリンダ室２が配置される。
燃焼室の天井壁３には、シリンダ室２の中心Ｐからほぼ等距離の位置に、２つの吸気ポートＩｎ１，Ｉｎ２、及び２つの排気ポートＯｕｔ１，Ｏｕｔ２が形成される。これらのポートＩｎ１，Ｉｎ２，Ｏｕｔ１，Ｏｕｔ２はそれぞれ円状に形成されており、２つの吸気ポートＩｎ１，Ｉｎ２同士、２つの排気ポートＯｕｔ１，Ｏｕｔ２同士は、それぞれ等しい径に形成している。
また、四つのポートＩｎ１，Ｉｎ２，Ｏｕｔ１，Ｏｕｔ２には、カムで駆動される図示しないバルブが、それぞれのポートを開閉するために備えられる。
【００１７】
上記各ポートＩｎ１，Ｉｎ２，Ｏｕｔ１，Ｏｕｔ２は矩形の頂点をなすように設けられているので、弁間部は４つ形成されることになる。即ち、第１排気ポートＯｕｔ１と第２排気ポートＯｕｔ２とを繋ぐ第１弁間部１１、第１排気ポートＯｕｔ１と第１吸気ポートＩｎ１とを繋ぐ第２弁間部１２、第２排気ポートＯｕｔ２と第２吸気ポートＩｎ２とを繋ぐ第３弁間部１３、第１吸気ポートＩｎ１と第２吸気ポートＩｎ２とを繋ぐ第４弁間部である。
第１〜第４の弁間部１１〜１４はいずれも、シリンダ室２の中心Ｐを避けて、その周囲に配置される。
【００１８】
この構成で、空気は２つの吸気ポートＩｎ１，Ｉｎ２からシリンダ室２内に吸い込まれ、燃焼後のガスは２つの排気ポートＯｕｔ１，Ｏｕｔ２から排出される。この結果、吸気ポートＩｎ１，Ｉｎ２に比して排気ポートＯｕｔ１，Ｏｕｔ２の方が高温となることから、４つの弁間部のうち、２つの排気ポートＯｕｔ１，Ｏｕｔ２の間に配置される第１弁間部１１が一般的には最も高温となる。
【００１９】
本実施形態は、この燃焼室の天井壁３を、その弁間部１１〜１４がいずれも下に凸の曲率を有する形状となるように形成したものである。
代表して第１弁間部１１について説明する。当該弁間部１１は第１排気ポートＯｕｔ１と第２排気ポートＯｕｔ２とを繋ぐものである。換言すれば、この弁間部１１を挟んで隣り合うように、第１排気ポートＯｕｔ１と第２排気ポートＯｕｔ２が配置される。
そして、この両ポートＯｕｔ１・Ｏｕｔ２の中心同士を結んだ直線Ｌを考える。この直線Ｌに垂直な方向を、第１弁間部１１の「橋渡し方向」と称する。
本実施形態において橋渡し方向は、例えば、前記直線Ｌの垂直二等分線である、図１のＶ−Ｖ線方向に相当する。
【００２０】
このＶ−Ｖ線（橋渡し方向）で切った断面図が図２に示されるが、本実施形態の第１弁間部１１は、このＶ−Ｖ線断面の外郭線が、前記直線Ｌ上の部位（以下「橋渡し方向中央部」と称する）Ｃにおいて、ピストン６側に凸の曲率を有している。より具体的にはこの外郭線は、橋渡し方向中央部Ｃを跨ぐようにピストン６側に凸となるような円弧Ｅ（曲率半径；Ｒ）を有しており、この円弧Ｅの円弧中心は、当該円弧Ｅよりも反ピストン６側に位置する。
またこの円弧Ｅは、一端側から橋渡し方向中央部Ｃに向かうに従ってピストン６側に近づき、橋渡し方向中央部付近で最もピストン６側に近づいた後、橋渡し方向中央部Ｃを超えて他端側へ向かうに従ってピストン６側から遠ざかる形状である。即ちこの円弧Ｅは、両端側から中央に近づくにつれてピストン６側に凸となる円弧である。
【００２１】
本実施形態においては、燃焼室の天井壁３の壁面よりピストン６側に膨出した膨出部（凸部）を前記第１弁間部１１に形成することで、前記橋渡し方向中央部Ｃにおいて、上記のようなピストン６側に凸の曲率を形成している。
また、この膨出部は、前記Ｖ−Ｖ線断面のみならず、前記直線Ｌ上の任意の箇所で当該直線Ｌに垂直な面で切ったいずれの断面も、図２のような円弧Ｅを有する断面外郭線を一様に呈するよう、その形状が設定されている。従って、前記天井壁３は、弁間部１１によって繋がれた一方のポート（第１排気ポートＯｕｔ１）の端部から他方のポート（第２排気ポートＯｕｔ２）の端部まで、前記橋渡し方向中央部Ｃにおいてピストン６側に凸となる曲率を、もっといえば前記円弧Ｅを、連続して有している。
【００２２】
以上の構成の作用を説明する。エンジンの運転に伴い、上記第１弁間部１１は高温となり、熱膨張しようとするが、この熱膨張は周囲の壁部により妨げられる。従って、第１弁間部１１の前記直線Ｌ方向の中央部分（図１のＶ−Ｖ線上の箇所）においては、前記橋渡し方向に、圧縮の主応力σを生じる。
しかし、本実施形態の第１弁間部１１では、前述の橋渡し方向中央部Ｃにおいてピストン６側に凸となるような曲率が形成してあるので、当該第１弁間部１１はピストン６側にも熱膨張して、ピストン６側に凸となる変形（曲げ変形）を誘起することができる。
この曲げ変形の性質により、第１弁間部１１のピストン６側の表面には引張り応力が生じるので、上述した圧縮の主応力σは、この引張り応力により減じられる。
以上のように、前記橋渡し方向中央部Ｃにおける熱応力が軽減されるので、熱疲労が回避され、シリンダヘッド１の強度・耐久性を向上させることができるのである。
【００２３】
以上の作用は、発明者の行った有限要素法解析を用いたシミュレーション実験の結果により裏付けられている。
このシミュレーション実験においては、４バルブ式のエンジンのシリンダヘッドのうち１つの気筒に相当する部分の断面（図１のＶ−Ｖ線断面に相当）を単純化して平面応力問題に見立て、図３〜図５に示す３つの計算モデルを採用した。
【００２４】
〔第１のモデル〕
図３に示す第１のモデルは、上記の実施形態に対応するものであり、第１弁間部１１の橋渡し方向の断面の外郭線は、橋渡し方向中央部Ｃを跨るようにして形成された、ピストン６側に凸となるような円弧Ｅである。突出量が最大の部分が、橋渡し方向中央部Ｃである。
【００２５】
温度負荷は、燃焼室（シリンダ室２）側は燃焼によって高温となること、シリンダヘッド１の内部には冷却水の循環経路（ウォータージャケット）が形成されていることを想定し、図３にハッチングスケールで示す如くの、燃焼室側に近づくに従って高温となるよう変化する層状分布とした。
【００２６】
〔第２のモデル〕
図４に示す第２のモデルは比較対照例であり、第１弁間部１１の橋渡し方向断面が、橋渡し方向中央部Ｃを含め、直線となっている（つまり、曲率を有していない）。
モデルの形状及び条件は、上述したほかは、前述した第１のモデルと全く同様である。
【００２７】
〔第３のモデル〕
図５に示す第３のモデルも比較対照例であり、第１弁間部１１の橋渡し方向断面が、橋渡し方向中央部Ｃを跨るようにして反ピストン６側に凸となるような円弧Ｅ’を形成してある。つまり、弁間部１１に凹部が形成される形となる。凹み量が最大の部分が、橋渡し方向中央部Ｃである。
モデルの形状及び条件は、上述したほかは、前述した第１のモデルと全く同様である。
【００２８】
〔結果〕
以上の条件で各モデルについてシミュレーション実験を行った結果、前述の橋渡し方向中央部Ｃの最小主応力は、以下のとおりであった。
第１のモデル・・・  ７６メガパスカル
第２のモデル・・・１３１メガパスカル
第３のモデル・・・１９４メガパスカル
【００２９】
以上の結果より、３つのモデルの中で第１のモデルが、橋渡し方向中央部Ｃに発生する応力が最も小さくなることが解る。これは前述したとおり、橋渡し方向中央部Ｃに形成されたピストン６側に凸の曲率形状が、温度上昇に伴ってピストン６側への曲げ変形を誘起し、この曲げ変形に伴って生じる引張り応力が、橋渡し方向中央部Ｃに発生する圧縮の最大熱応力を減じるためであると理解される。
【００３０】
そして、第３のモデル（天井壁３に凹部を形成したモデル）は、第２のモデル（凹部も凸部も形成しないモデル）よりも、応力が大きくなっている。
これは、第１のモデルの場合と逆に、橋渡し方向中央部Ｃに形成された反ピストン６側に凹の曲率形状が、温度上昇に伴って反ピストン６側への曲げ変形（第１のモデルの場合と逆方向の曲げ変形）を誘起し、この曲げ変形に伴って生じる圧縮応力が、橋渡し方向中央部Ｃに発生する圧縮の最大熱応力と重畳する形となったためと理解される。
【００３１】
なお、第３のモデルが第２のモデルよりも応力が大きいという上記結果は、上述の特許文献１が指摘した効果と正反対の結果であるということができる。
しかしながら特許文献１の第８図あるいは第９図にみられるような凹部は、最高温となる部分を削り取ってシリンダヘッド１頭部の冷却水側に近づけることで、その部分の表面温度が下がり、その結果として熱応力が軽減されたものと理解される。
【００３２】
一方、本実施形態に相当する第１のモデルは、ピストン６側に凸の曲率形状を形成することで曲げ変形を誘起し、その結果生じる引張り応力で熱応力を相殺しようとするものであり、特許文献１に開示される「凹部」とは熱応力軽減のためのアプローチが全く異なるものということができる。
【００３３】
なお、詳細は図示しないが、第１のモデルは、凸状の円弧Ｅの両端部（水平な天井壁３から円弧Ｅに接続する部分）に応力集中が生じ、当該部分では橋渡し方向中央部Ｃの応力よりも大きな応力を生じる結果となった。
しかしながら、中央の橋渡し方向中央部Ｃよりも円弧Ｅの両端部の方が温度が低いこと、また実際は、円弧Ｅと天井壁３とをフィレット等で滑らかに接続する形状とすることで応力集中を効果的に回避可能であることからすると、実際のクリティカルポイントとしてはやはり橋渡し方向中央部Ｃを考えれば良いものと考えられる。
【００３４】
本実施形態では、第１弁間部１１のほか、対角線上にあるポート間の弁間部を除いた、第２〜第４の弁間部１２〜１４についても、全く同様の形状としている（例えば、第４弁間部１４について、図２を参照）。
しかし、例えば第１〜第４の弁間部１１〜１４のいずれか１つのみを上記形状とする構成も可能である。なお、この場合は、第１弁間部１１に上記形状を施すことが効果的である。第１弁間部１１は高温の排気ポートＯｕｔ１，Ｏｕｔ２の間に配置されるため、最も高温となるからである。
あるいは、４つの弁間部のうち第１〜第３の弁間部１１〜１３のみに上記形状を施すことも可能である。第４の弁間部１４は低温の吸気ポートＩｎ１，Ｉｎ２の間に配置されるため、他の３つの弁間部１１〜１３に比し、熱疲労を本来起こしにくいからである。
また、あるいは４つの弁間部のうち、第２・第３の弁間部１２・１３のみに上記形状を施すことも可能である。第２及び第３弁間部１２・１３は、高温の排気ポートＯｕｔ１，Ｏｕｔ２と低温の吸気ポートＩｎ１，Ｉｎ２の間に配置されるため、温度差が大きいことに起因する疲労破壊が起こり易い部分であるからである。
【００３５】
なお、弁間部１１〜１４の形状としては、図２に示すような形状に限定することなく、様々なバリエーションが可能である。
【００３６】
例えば、図６に示す変形例１の構成が考えられる。変形例１において、４つのポートＩｎ１，Ｉｎ２，Ｏｕｔ１，Ｏｕｔ２、４つの弁間部１１〜１４の配置については、図１に示す実施形態と全く同様である。
図６には変形例１の弁間部１１・１４の橋渡し方向断面が示され、この変形例１の構成では、シリンダ室２の中心Ｐよりもシリンダ室の周囲側がピストン６側に近くなるように、前記燃焼室天井壁３の中央部分側の一部に、反ピストン６方向に凹んだ緩やかな凹部７を形成している。この変形例１において前記弁間部１１〜１４は、天井壁３がシリンダ中心Ｐ（凹部７）に向かうに従ってピストン６側から遠ざかる途中の、斜面の部分に位置している。
そして、上記斜面のうち、少なくとも前記弁間部１１〜１４それぞれの橋渡し方向中央部Ｃが位置する部分は、橋渡し方向断面がピストン６側に凸となる曲率形状を有するように形成してある。この結果、各弁間部１１〜１４は、当該弁間部１１〜１４を橋渡し方向で切った断面外郭線の橋渡し方向中央部Ｃが、ピストン側６に凸の曲率を持つことになる。
【００３７】
この構成も、弁間部１１〜１４の最大熱応力を低減するという作用は、前述の図２の形態と同様である。ただし、この変形例１は、シリンダ室２の中心Ｐ側が凹となるように燃焼室天井壁３に前記凹部７を形成する簡単な加工によって上記特徴の弁間部１１〜１４を形成できるので、加工工数・コストを低減できるメリットがある。
【００３８】
更には、図７に示す変形例２の構成が考えられる。変形例２において、４つのポートＩｎ１，Ｉｎ２，Ｏｕｔ１，Ｏｕｔ２、４つの弁間部１１〜１４の配置については、図１に示す実施形態と全く同様である。
図７には変形例２の弁間部１１・１４の橋渡し方向断面が示され、この変形例２の構成では、シリンダ室２の周囲よりもその中心Ｐ側がピストン６側に近くなるように、前記燃焼室天井壁３の中央部分（弁間部１１〜１４が形成されている部分を含む）に、緩やかな凸部（膨出部）８を形成している。この変形例２において前記弁間部１１〜１４は、天井壁３がシリンダ中心Ｐ（凸部８）に向かうに従ってピストン６側に近づく途中の、斜面の部分に位置している。
そして、上記斜面のうち、少なくとも前記弁間部１１〜１４それぞれの橋渡し方向中央部Ｃが位置する部分は、橋渡し方向断面がピストン６側に凸となる曲率形状を有するように形成してある。この結果、各弁間部１１〜１４は、当該弁間部１１〜１４を橋渡し方向で切った断面外郭線の橋渡し方向中央部Ｃが、ピストン側６に凸の曲率を持つことになる。
【００３９】
この構成も、弁間部１１〜１４の最大熱応力を低減するという、前述の図２の形態と同等の効果を奏することができる。
【００４０】
以上に変形例１および変形例２を示したが、いずれの変形例においても、必ずしも全ての弁間部に凸部が形成されるようにせず、少なくともいずれか一つの弁間部に凸部が形成されるようにしても良い。
【００４１】
本発明において、弁間部１１〜１４の前記Ｖ−Ｖ線断面の外郭線は、橋渡し方向中央部Ｃにおいてピストン６側に凸となるような曲率（ゼロより大きい曲率）を有してさえいれば良く、橋渡し方向中央部Ｃでの曲率の大小は問わない。
【００４２】
ただし図２のような実施形態において橋渡し方向中央部Ｃの曲率をあまり大きくしようとすると、弁間部１１〜１４が天井壁３から大きく突出する形状となりやすい。また、図６のような実施形態において橋渡し方向中央部Ｃの曲率をあまり大きくしようとすると、応力集中を避けるために天井壁３を滑らかな形状に形成すべき要請から、凹部を深く形成せざるを得なくなる。
このような場合、ピストン６が上死点にあっても当該ピストン６と天井壁３との間に大きな空間が形成されてしまう。これは圧縮比を大きく確保するのが困難であることを意味し、特に大圧縮比を必要とするディーゼルエンジンにおいては問題となる。
本発明の橋渡し方向中央部Ｃの曲率は、以上のような事情も考慮して、適宜の値を採用することが望ましい。
【００４３】
燃焼室天井壁は、橋渡し方向中央部Ｃにおいてピストン６側に凸となるような曲率を有していれば足りることは前述のとおりであるが、第１実施形態のように、断面外郭線が円弧Ｅとなるように構成し、橋渡し方向中央部Ｃ付近において最もピストン６側に近づくように形成することが望ましい。
これは、シリンダ中心部Ｐ側の部分のほうが高温となって、弁間部１１において亀裂が最も発生しやすい部分が前記橋渡し方向中央部Ｃから多少シリンダ中心部Ｐ側にずれたとしても、その部分もピストン６側に凸の曲率となっている第１実施形態によれば、上述のような熱応力低減効果を発揮し、弁間部１１に亀裂が発生するのを確実に防止できるからである。
【００４４】
弁間部１１〜１４の橋渡し方向中央部Ｃに形成されたピストン６側に凸の曲率は、弁間部１１〜１４によって繋がれた一方のポートの端部から他方のポートの端部まで連続していなくても、一部分に形成されていても良い。
ただし、第１実施形態に示すように、弁間部１１によって繋がれた一方のポート（第１排気ポートＯｕｔ１）の端部から他方のポート（第２排気ポートＯｕｔ２）の端部まで、前記橋渡し方向中央部Ｃは、ピストン６側に凸となるような曲率を連続して（切れ目無く）有していることが望ましい。このように構成すれば、弁間部１１の何れの部分においても上記熱応力低減効果を発揮し、両ポートＯｕｔ１，Ｏｕｔ２間の亀裂の発生を確実に防止できるからである。
【００４５】
本実施形態及び２つの変形例は４バルブ式のシリンダヘッドであるが、例えば図２に示す第１弁間部１１の形状は、２バルブ式のシリンダヘッドの弁間部にそのまま適用することができる。また、５バルブ以上のシリンダヘッドに対しても、本発明の適用は妨げられない。
加えて、本発明のシリンダヘッドは、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジンに限らず、内燃機関一般にこれを適用することができる。
【００４６】
【発明の効果】
本発明は、以上のように構成したので、以下に示すような効果を奏する。
【００４７】
即ち、請求項１に示すように、内燃機関のシリンダヘッドにおいて、燃焼室天井壁の弁間部を橋渡し方向で切った断面外郭線の橋渡し方向中央部が、ピストン側に凸の曲率を持つので、
内燃機関の稼動による温度上昇に伴い、当該橋渡し方向中央部がピストン側に凸となる曲げ変形を呈する。従って、このとき生じる引張り応力が熱応力を軽減するので、熱疲労が回避され、耐久性に優れたシリンダヘッドを提供できる。
【００４８】
請求項２に示すように、燃焼室の天井壁面よりピストン側に膨出した膨出部を前記弁間部に形成することで、燃焼室天井壁の弁間部を橋渡し方向で切った断面外郭線の橋渡し方向中央部が、ピストン側に凸の曲率を持つようにしたので、
天井壁面に膨出部を形成する簡単な構成で、熱疲労を回避でき、耐久性に優れたヘッドを提供できる。また、弁間部の形状を単純とできる。
【００４９】
請求項３に示すように、燃焼室の天井壁面より反ピストン方向に凹んだ凹部を前記天井壁面の一部に形成することで、燃焼室天井壁の弁間部を橋渡し方向で切った断面外郭線の橋渡し方向中央部が、ピストン側に凸の曲率を持つようにしたので、
簡単な構成で、熱疲労を回避でき、耐久性に優れたヘッドを提供できる。また、燃焼室天井壁の壁面に凹部を形成する簡単な加工で上記特徴の弁間部を形成できるので、加工工数・コストを低減できる。
【００５０】
請求項４に示すように、前記膨出部を前記弁間部の橋渡し方向で切った断面外郭線が円弧から成るとともに、前記円弧は前記橋渡し方向中央部付近にて最もピストン側に近づくので、
簡単な構成で、熱疲労を回避でき、耐久性に優れたヘッドを提供できる。
また、弁間部の橋渡し方向中央部は、ポート間の距離が最も短い部分であって最も亀裂が発生しやすいが、弁間部において、シリンダ中心部側の部分の方が温度が高くなるために、亀裂が発生しやすい部分が多少シリンダ中心部側にずれる場合も考えられる。この場合でも上記構成とすることで、ポート間に亀裂が発生するのを防止することができる。
【００５１】
請求項５に示すように、前記弁間部を橋渡し方向で切った断面外郭線の橋渡し方向中央部が、前記弁間部によって繋がれた一方のポートの端部から他方のポートの端部まで連続してピストン側に凸の曲率を持つので、
弁間部における両ポート間の何れの箇所においても前記熱応力低減効果が発揮されるので、亀裂の発生を一層確実に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るシリンダヘッドの１つの気筒の部分の構成を示した下面視図。
【図２】図１のＶ−Ｖ線断面矢視図。
【図３】シミュレーション実験の第１の計算モデルの形状を示した図。
【図４】第２の計算モデルの形状を示した図。
【図５】第３の計算モデルの形状を示した図。
【図６】変形例１に係るシリンダヘッドにおいて、第１・第４弁間部の橋渡し方向断面を示した図。
【図７】変形例２に係るシリンダヘッドにおいて、第１・第４弁間部の橋渡し方向断面を示した図。
【符号の説明】
１  シリンダヘッド
６  ピストン
１１〜１４  弁間部
Ｃ  橋渡し方向中央部
Ｅ  円弧（円弧部分）
【図１】
2004232536.tif 000003
【図２】
2004232536.tif 000004
【図３】
2004232536.tif 000005
【図４】
2004232536.tif 000006
【図５】
2004232536.tif 000007
【図６】
2004232536.tif 000008
【図７】
2004232536.tif 000009