(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ（４）毎に少なくとも１個ずつの吸気バルブおよび排気バルブと、燃焼室の境界をなす燃焼室天井面とを有するシリンダヘッド（１）と、多気筒用シリンダブロック（９）とを備え、各シリンダ（４）間の領域にエンジン長手方向に対して垂直に伸縮構造部（８,８ａ）が形成されている内燃機関（２０）であって、
前記シリンダヘッド（１）と前記シリンダブロック（９）との間には複数のシリンダ（４）にわたる燃焼室プレート（２１）が配置され、前記伸縮構造部（８）は前記燃焼室プレート（２１）に形成されており、
前記燃焼室プレート（２１）に形成された前記伸縮構造部（８）に整列して前記シリンダヘッド（１）にもさらなる伸縮構造部（８ａ）が形成されており、
エンジン長手方向視において前記伸縮構造部（８）の外形と前記さらなる伸縮構造部（８ａ）の外形とは互いに連続的に接続されており、
シリンダヘッドボトム（７）に形成された前記さらなる伸縮構造部（８ａ）は前記燃焼室プレート（２１）に対向する前記シリンダヘッドボトム（７）の下側面（１０）から前記シリンダヘッドボトムの上側面（１１）まで延びていることを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
シリンダ（４）毎に少なくとも１個ずつの吸気バルブおよび排気バルブと、燃焼室の境界をなす燃焼室天井面とを有するシリンダヘッド（１）と、多気筒用シリンダブロック（９）とを備え、各シリンダ（４）間の領域にエンジン長手方向に対して垂直に伸縮構造部（８,８ａ）が形成されている内燃機関（２０）であって、
前記シリンダヘッド（１）と前記シリンダブロック（９）との間には複数のシリンダ（４）にわたる燃焼室プレート（２１）が配置され、前記伸縮構造部（８）は前記燃焼室プレート（２１）に形成されており、
前記燃焼室プレート（２１）に形成された前記伸縮構造部（８）に整列して前記シリンダヘッド（１）にもさらなる伸縮構造部（８ａ）が形成されており、
エンジン長手方向視において前記伸縮構造部（８）の外形と前記さらなる伸縮構造部（８ａ）の外形とは互いに連続的に接続されており、
前記シリンダヘッドボトム（７）に設けられた前記さらなる伸縮構造部（８ａ）は、前記シリンダヘッドボトム（７）の上側面（１１）に形成された、エンジン長手方向に対して垂直方向に延設された補強リブ（１２）によってブリッジされていることを特徴とする内燃機関。
【請求項３】
前記補強リブ（１２）は複数のシリンダ軸（４’）を同時に含む面（Ｅ）の領域において二重リブ（１２’）として形成されていることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記さらなる伸縮構造部（８ａ）は前記補強リブ（１２）内にまで達していることを特徴とする請求項２または３に記載の内燃機関。
【請求項５】
シリンダ（４）毎に少なくとも１個ずつの吸気バルブおよび排気バルブと、燃焼室の境界をなす燃焼室天井面とを有するシリンダヘッド（１）と、多気筒用シリンダブロック（９）とを備え、各シリンダ（４）間の領域にエンジン長手方向に対して垂直に伸縮構造部（８,８ａ）が形成されている内燃機関（２０）であって、
前記シリンダヘッド（１）と前記シリンダブロック（９）との間には複数のシリンダ（４）にわたる燃焼室プレート（２１）が配置され、前記伸縮構造部（８）は前記燃焼室プレート（２１）に形成されており、
前記燃焼室プレート（２１）に形成された前記伸縮構造部（８）に整列して前記シリンダヘッド（１）にもさらなる伸縮構造部（８ａ）が形成されており、
エンジン長手方向視において前記伸縮構造部（８）の外形と前記さらなる伸縮構造部（８ａ）の外形とは互いに連続的に接続されており、
前記シリンダヘッド（１）に設けられた前記さらなる伸縮構造部（８ａ）は前記シリンダヘッドボトム（７）の厚さ（Ｄ）に等しい深さ（Ｔ１）を有することを特徴とする内燃機関。
【請求項６】
シリンダ（４）毎に少なくとも１個ずつの吸気バルブおよび排気バルブと、燃焼室の境界をなす燃焼室天井面とを有するシリンダヘッド（１）と、多気筒用シリンダブロック（９）とを備え、各シリンダ（４）間の領域にエンジン長手方向に対して垂直に伸縮構造部（８,８ａ）が形成されている内燃機関（２０）であって、
前記シリンダヘッド（１）と前記シリンダブロック（９）との間には複数のシリンダ（４）にわたる燃焼室プレート（２１）が配置され、前記伸縮構造部（８）は前記燃焼室プレート（２１）に形成されており、
前記燃焼室プレート（２１）に形成された前記伸縮構造部（８）に整列して前記シリンダヘッド（１）にもさらなる伸縮構造部（８ａ）が形成されており、
エンジン長手方向視において前記伸縮構造部（８）の外形と前記さらなる伸縮構造部（８ａ）の外形とは互いに連続的に接続されており、
前記さらなる伸縮構造部（８ａ）は少なくとも複数のシリンダ軸（４’）を同時に含む面（Ｅ）の領域で、エンジン長手方向に対して垂直方向に延設された補強リブ（１２）を前記シリンダヘッドボトム（７）の上側面（１１）まで貫いていることを特徴とする内燃機関。
【請求項７】
前記伸縮構造部（８）の両端にそれぞれ応力逃がし孔（２２）が設けられていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の内燃機関。
【請求項８】
前記伸縮構造部（８,８ａ）は前記シリンダヘッド（１）内のウオータジャケット（１３）と前記シリンダブロック（９）内のウオータジャケット（１４）との間を連通することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の内燃機関。
【請求項９】
前記伸縮構造部（８,８ａ）は円弧状のフライス加工によって形成されていることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリンダ毎に少なくとも１個ずつの吸気バルブおよび排気バルブと、燃焼室の境界をなす燃焼室天井面とを有するシリンダヘッドと、多気筒用シリンダブロックとを備え、各シリンダ間の領域にエンジン長手方向に対して垂直に伸縮構造部が形成されている内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
多気筒４バルブ内燃機関において、吸排気バルブがエンジン長手軸の左右にそれぞれ１列に配列されている配置は一連の利点を有する。たとえば、これにより、吸気バルブにも排気バルブにも、たとえば量産によって安価に製造可能なカムフォロアと油圧式バルブ調整手段とを経てそれぞれのバルブを駆動するそれぞれ１本ずつのカムシャフトを使用することが可能になる。
【０００３】
ただし、この種の給排気バルブ配置の場合には、吸気バルブと排気バルブとの間のすべてのバルブ間ブリッジ部がエンジン中心部において長手方向に直列に整列している点を短所として挙げることができる。これらのバルブ間ブリッジ部は内燃機関稼動時に激しく加熱され、いずれにせよ４００℃までに達する表面温度が発生するため、加算効果により、材料によって許容される程度を上回り得る過大な応力が生ずるに至る。結果として、圧縮ひずみの形の塑性変形が生じ、材料が冷える際に亀裂が生ずることがある。
【０００４】
この問題に関連して、欧州特許第０７８５３５２号（特許文献１）から、シリンダヘッドボトムが各シリンダの領域に、各シリンダの燃焼室の上面部を形成する窪みを有している多気筒内燃機関用シリンダヘッドが知られている。これらの窪みを有したボトム領域の間には、遥かに肉厚に形成されて、シリンダヘッドボトムの上側面から下側面にまで達する伸縮構造部（スリット）を有するシリンダヘッドボトム領域が位置している。これらの伸縮構造部は種々相違した断面を有し、シリンダヘッドボトムのブリッジ領域に配置可能である。開示された実施形態の１つにおいて、伸縮構造部はシリンダヘッドボトムの上側面を始点として、シリンダヘッドボトムの下側面を貫いている。
【０００５】
上記欧州特許出願第０７８５３５２号（特許文献１）には、さらに、同じくシリンダヘッドボトムが各シリンダの領域に形成された凹部と、各シリンダ間の強化されたボトム部とを有し、シリンダヘッドボトムの下側面から出発して凹部のおおよそ半分の高さまでに達する伸縮構造部（スリット）が設けられたこの従来の技術による１つの実施形態（図９および図１０）が開示されている。ただし、伸縮構造部上方のボトム領域は、凹部上方のボトム領域と共に一体につながった平らなシリンダヘッドボトム領域を作り出しており、これが大きな材料応力の原因となることが判明した。
【０００６】
国際公開特許第９９／００６１２号（特許文献２）から、直結伝動用ギヤ列とオーバドライブ用ギヤ列とを有した作業車向けの１６段式トランスミッションが知られている。このトランスミッションはメインギヤ機構と２つの補助ギヤ機構とを有し、一方の補助ギヤ機構はスプリット機構（各段の変速幅が狭い）として形成され、他方の補助ギヤ機構はレンジ変速機構（各段の変速幅が広い）として形成されている。
【０００７】
ただし、１６段のシフト変速段はいかなる場合にも必要なわけではない。特に軽作業車向けならびにバスまたはクレーン車向けなどの簡易な使用例においては、たとえば１０変速段でまったく十分である。ただし、１０段変速は通例、１６段変速とは異なった構造を有している。現在の１０段変速は例外なくレンジ変速機構が後置されたマニュアルシフト式の５段変速からなっている。この場合、５段変速は３個のシフトフォークで操作され、オーバドライブ時には標準シフトパターンを表すために４速および５速にシフト方向の反転が必要である。オプショナルに双方のタイプのトランスミッション、つまり１０段変速又は１６段変速が所望ないし適切と考えられる場合には、相当程度の構造的、製造技術的ならびにロジスティックスにかかわる費用が必要とされ、これはコストに不適な影響をもたらす。
【０００８】
【特許文献１】欧州特許出願第０７８５３５２号
【特許文献２】国際公開第９９／００６１２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、上記のような従来技術から出発して多気筒４バルブ内燃機関のシリンダヘッドを改良し、製造の簡単化が保証されるようにすると共に、エンジン長手方向の問題ある領域における熱負荷に起因する高い材料応力が回避されるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題は本発明では、シリンダヘッドとシリンダブロックとの間には複数のシリンダにわたる燃焼室プレートが配置され、伸縮構造部が燃焼室プレートに形成されており、燃焼室プレートに形成された前記伸縮構造部に整列して前記シリンダヘッドにもさらなる伸縮構造部が形成されており、エンジン長手方向視において、前記伸縮構造部の外形と前記さらなる伸縮構造部の外形とは互いに連続的に接続されており、シリンダヘッドボトムに形成された前記さらなる伸縮構造部は前記燃焼室プレートに対向する前記シリンダヘッドボトムの下側面から前記シリンダヘッドボトムの上側面まで延びていることによって解決される。
また、上記課題は本発明では、シリンダヘッドとシリンダブロックとの間には複数のシリンダにわたる燃焼室プレートが配置され、伸縮構造部が燃焼室プレートに形成されており、燃焼室プレートに形成された前記伸縮構造部に整列して前記シリンダヘッドにもさらなる伸縮構造部が形成されており、エンジン長手方向視において、前記伸縮構造部の外形と前記さらなる伸縮構造部の外形とは互いに連続的に接続されており、前記シリンダヘッドボトムに設けられた前記さらなる伸縮構造部は、前記シリンダヘッドボトムの上側面に形成された、エンジン長手方向に対して垂直方向に延設された補強リブによってブリッジされていることによって解決される。
また、上記課題は本発明では、シリンダヘッドとシリンダブロックとの間には複数のシリンダにわたる燃焼室プレートが配置され、伸縮構造部が燃焼室プレートに形成されており、燃焼室プレートに形成された前記伸縮構造部に整列して前記シリンダヘッドにもさらなる伸縮構造部が形成されており、エンジン長手方向視において、前記伸縮構造部の外形と前記さらなる伸縮構造部の外形とは互いに連続的に接続されており、前記シリンダヘッドに設けられた前記さらなる伸縮構造部は前記シリンダヘッドボトムの厚さに等しい深さを有することによって解決される。
また、上記課題は本発明では、シリンダヘッドとシリンダブロックとの間には複数のシリンダにわたる燃焼室プレートが配置され、伸縮構造部が燃焼室プレートに形成されており、燃焼室プレートに形成された前記伸縮構造部に整列して前記シリンダヘッドにもさらなる伸縮構造部が形成されており、エンジン長手方向視において、前記伸縮構造部の外形と前記さらなる伸縮構造部の外形とは互いに連続的に接続されており、前記さらなる伸縮構造部は少なくとも複数のシリンダ軸を同時に含む面の領域で、エンジン長手方向に対して垂直方向に延設された補強リブを前記シリンダヘッドボトムの上側面まで貫いていることによって解決される。
【００１１】
シリンダヘッドとクランクケースとの間に前記燃焼室プレートを設けることにより、シリンダヘッドの燃焼室側ボトムの厚みを減少させて、この領域における冷却を改善することができるという利点が得られる。これはシリンダヘッドの熱応力を減少させる。前記燃焼室プレートに設けられた伸縮構造部によって熱応力を緩和することができる。
【００１２】
前記伸縮構造部のそれぞれの端部には応力逃がし孔が設けられている。これらの応力逃がし孔によって、前記伸縮構造部の両端における亀裂の発生と進展を回避することができる。
【００１３】
問題あるシリンダヘッド領域における熱負荷に起因する高い材料応力を回避するために、好ましくは前記燃焼室プレートに形成された前記伸縮構造部に整列してシリンダヘッドにもさらなる伸縮構造部が形成されると、特に好適である。この場合、シリンダヘッドに設けられた伸縮構造部は前記燃焼室プレートに対向するシリンダヘッドボトムの下側面からシリンダヘッドボトムの上側面まで延びている。この場合、シリンダヘッドボトムに設けられた前記伸縮構造部はシリンダヘッドボトムの上側面に形成された、エンジン長手方向に対して垂直方向に延設された補強リブによってブリッジされるようにすることができる。
【００１４】
前記さらなる伸縮構造部はシリンダヘッドボトムの厚さに等しい深さを有するため、シリンダヘッドボトムが実質的に平坦であればこの領域における熱膨張を効果的に吸収することができる。さらに、前記伸縮構造部をブリッジする補強リブを配置することにより、この領域においてシリンダヘッドボトムに所要の変形強さを付与することができる。
【００１５】
本発明の好適な実施形態の１つとして、前記さらなる伸縮構造部は前記補強リブ内にまで延設されたものがある。この形態では、より高い可動性が得られ、したがって、大きな熱負荷に際しても材料応力の回避が可能である。
【００１６】
本発明の特に好適な実施形態において、前記さらなる伸縮構造部は少なくとも複数のシリンダ軸を同時に含む面の領域で前記補強リブをシリンダヘッドボトムの上側面まで貫くように延びている。この場合、前記補強リブは複数のシリンダ軸を同時に含面の領域において二重リブとして形成されていてよい。
【００１７】
この特別な形態では、伸縮構造部はシリンダヘッド内のウオータジャケットとシリンダブロック内のウオータジャケットとの間の連通手段としても利用することが可能であり、その際、前記伸縮構造部を円弧状のフライス加工によりシリンダヘッドボトムに形成するのが特に好適である。一部シリンダヘッドボトムの上側面を始点とし、したがって、シリンダヘッドと共に手間と費用をかけて一体に成形されなければならない従来公知の伸縮構造部に比較して、本発明による伸縮構造部は下側面を始点としてフライス加工によって形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、図面を参照して、本発明を詳細に説明する。
図１および２に示された４バルブ内燃機関２０のシリンダヘッド１は、エンジン長手方向にそれぞれ１列に配置された吸気バルブ孔２ならびに排気バルブ孔３を有している。吸気バルブ孔２および排気バルブ孔３は内燃機関の複数のシリンダ軸４’を同時に含む面Ｅの両側に位置しており、それぞれの種類のバルブ用に、たとえばカムフォロアと油圧式バルブ調整手段とを介してそれぞれのバルブを駆動するそれぞれ１本ずつのカムシャフトが用いられる。
【００３０】
シリンダヘッド１とシリンダブロック９との間には、シリンダ４同士の間の領域にエンジン長手方向に対して垂直方向に形成されたそれぞれ１つずつの伸縮構造部（スリット）８を有する実質的にフラットな燃焼室プレート２１が配置されている。伸縮構造部８により、熱負荷に起因する材料応力を解消することができる。伸縮構造部８の両端における多軸応力分布状態を回避するため、応力逃がし孔２２が燃焼室プレート２１に設けられている。
【００３１】
さらに、実質的にフラットに形成されているシリンダヘッドボトム７も各シリンダ４同士の間の領域にエンジン長手方向に対して垂直方向に形成されたそれぞれ１つの伸縮構造部（スリット）を有しており、この伸縮構造部はシリンダヘッドボトム７のシリンダブロック９側の下側面１０から、シリンダヘッドボトム７の上側面１１の方向に延びている。上側面１１において、伸縮構造部８ａはエンジン長手方向に対して垂直方向に延設された補強リブ１２によってブリッジされる。シリンダヘッドボトム７に設けられた伸縮構造部８ａは燃焼室プレート２１に設けられた伸縮構造部８と整列して形成されている。
【００３２】
図２に示した断面図には、同図に記入された伸縮構造部８，８ａにより、本発明の３つの好適な実施形態が表されている。図中左の実施形態は、深さＴ１が実質的にシリンダヘッドボトム７の厚さＤに等しい（図３、参照）、シリンダヘッドボトム７に設けられた伸縮構造部８ａを示している。
【００３３】
図２の右側に示された伸縮構造部８，８ａは、補強リブ１２内にまで達しているために深さＴ２がシリンダヘッドボトム７の厚さＤよりも大きい、シリンダヘッドボトム７に設けられた伸縮構造部８ａを示している。
【００３４】
最後に、図２の中央の伸縮構造部は、シリンダヘッドボトム７の伸縮構造部８ａが補強リブ１２を少なくとも複数のシリンダ軸４’を同時に含む面Ｅの領域でシリンダヘッドボトム７の上側面まで貫いている実施形態を示している。図５に表されているように、この場合、伸縮構造部８ａはシリンダヘッドボトム７の厚さＤよりもやや大きな深さＴ３を有している。この実施形態において、補強リブ１２は複数のシリンダ軸４’を同時に含む面Ｅの領域において二重リブ１２’として形成されていてよい。図５に示した実施形態によって、シリンダヘッド１内のウオータジャケット１３とシリンダブロック９内のウオータジャケット１４との間の連通を簡易な方法で実現することができる。特に、伸縮構造部８，８ａを燃焼室プレート２１とシリンダヘッドボトム７への円弧状のフライス加工により形成する場合には、製造技術的に容易な方法で、シリンダブロック９の蒸気孔１５を通じた流れの連通が実現される。
【００３５】
変速装置は、マニュアル変速機構１１２、入力側スプリット変速機構１１４、出力側レンジ変速機構１１６ならびに後進変速段Ｒ用のリバースグループ１１８を備えたトランスミッション１１０を有している。符号１２０によって入力軸が、符号１２２によって出力軸が、符号１２４によって副軸がそれぞれ表されている。変速段１，２，３，４，５および後進変速段Ｒのシフト操作は矢印Ｐで示唆されている。
【００３６】
変速段１，２，３，４はマニュアル変速機構１１２によってシフト操作される。第４変速段と第５変速段４，５間はスプリット変速機構１１４を介して変速シフトされる。これらの５つの変速段１，２，３，４，５にはさらにレンジ変速機構（副変速機構）１１６によって低ギヤ比（低速）Ｌまたは高ギヤ比（高速）Ｈを対応づけることができる。これによって総計１０段の前進変速段が得られる。
【００３７】
後進変速機構１１８の切り替えによって後進変速段Ｒにシフト操作される。この後進変速段Ｒにもスプリット変速機構１１４によって２つのシフト変速段Ｒ１，Ｒ２を作り出させることができる。
【００３８】
図６に示された実施形態において、第４変速段４は直結伝動変速段として形成されている。これにより、オーバドライブの実現が可能である。
【００３９】
図７は登坂変速段付トランスミッションとしての実施形態を示しており、この場合、直結伝動変速段は第５変速段５によって形成されている。最も単純な場合、これら２つの実施形態はスプリット変速機構１１４のギヤ対の点で相違しているにすぎない。
【００４０】
本変速装置では、図８から明らかなように、ダブルＨシフトパターン１３０が使用される。低ギヤ比Ｌないし高ギヤ比Ｈを有するレンジ変速機構１１６を介して、低変速段１，２，３，４，５と高変速段６，７，８，９，１０との間の切替えを行うことができる。第４〜５変速段４，５の切替え、ないし第９〜１０変速段９，１０の切替えはスプリット変速機構１１４を介して行われる。図示した１０段変速と、同じトランスミッションファミリーの１６段変速との間の相違は、１０段変速において変速段１，２，３ないし６，７，８におけるスプリット変速機構の切替えがロックされている点にある。ただし、この１０段変速は１６段変速と原理的に同じギヤ配置を有している。単に、第３および第４変速段の歯数とギヤ比が相違しているだけである。第１および第２変速段は等しく形成することができる。１０段変速と１６段変速は同じ機械式シフト（シフトロッド、シフトフォーク、ゲートセレクト、等）によって形成することができる。マニュアル５段式シフトグループと後置されたレンジ変速機構とを有する従来の１０段変速に比較して、同じシフトパターンの登坂変速段およびオーバドライブ変速段に機械的なシフト方向の反転は不要であるという利点が得られる。
【００４１】
シフトパターンはダブルＨシフトとして原理的に１６段変速と同じであり、その際、第５変速段５はスイッチでプレセレクトされて、クラッチ操作時に自動的にギヤ入れされる。第５変速段から第４変速段４へのシフトダウンも同様にして行われる。トランスミッション電子機構により、このオーバドライブは第４変速段４でのみシフト可能であり、第４変速段より低い変速段が機械的にギヤ入れされると直ちに再びギヤ外しされる。ドライバーに分かり易くするため、シフトされた変速段を表示するディスプレーを設けるのが好適である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明による内燃機関のシリンダヘッドの底部平面図
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った前記内燃機関の断面図
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った前記内燃機関の断面図
【図４】図２のＩＶ−ＩＶ線に沿った前記内燃機関の断面図
【図５】図２のＶ−Ｖ線に沿った前記内燃機関の断面図
【図６】本発明による変速装置の第１の実施形態の概略図
【図７】本発明による変速装置の第２の実施形態を示す概略図
【図８】変速装置のシフトパターンを示す説明図
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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