(57)【要約】【課題】製造性に優れるシリンダヘッド及びシリンダヘッド構造を提供する。【解決手段】燃焼室１０が形成された内面１ｉｓと、内面１ｉｓに対向し、カバーが取り付けられる外面１ｏｓとを備えるシリンダヘッド１であって、燃焼室１０に空気を含む気体を導入する吸気ポート１２ｐと、吸気ポート１２ｐに連通し、カバーの内周面の少なくとも一部と共にサージタンクＳＴの空間を形成するように外面１ｏｓに開口したタンク部１２ｔとを備える。カバーは、外面１ｏｓを一体に覆うものや、タンク部１２ｔの開口部１２２を覆うサージタンク用のカバー３Ｔと、外面１ｏｓにおける動弁系の配置空間を覆うカバー３Ａとを備える場合がある。吸気ポートの開口部がシリンダヘッドの側面に設けられる場合と比較して、シリンダヘッド１は、フライス加工を行う箇所を低減でき、製造性に優れる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室が形成された内面と、前記内面に対向し、カバーが取り付けられる外面とを備えるシリンダヘッドであって、
前記燃焼室に空気を含む気体を導入する吸気ポートと、
前記吸気ポートに連通し、前記カバーの内周面の少なくとも一部と共にサージタンクの空間を形成するように前記外面に開口したタンク部とを備えるシリンダヘッド。
【請求項２】
請求項１に記載のシリンダヘッドと、前記外面に取り付けられるカバーとを備え、
前記カバーは、前記タンク部の開口部を覆う領域と、それ以外の領域とを区画する仕切り部とを備えるシリンダヘッド構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の構成要素に利用され、動弁系を収納するシリンダヘッド、及びシリンダヘッドとカバーとを備えるシリンダヘッド構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車などの内燃機関の構成要素として、主運動系を収納するシリンダブロックと、動弁系を収納するシリンダヘッドとを積層した組物が汎用されている。
【０００３】
シリンダヘッドは、例えば、シリンダブロックに取り付けられる内面に燃焼室を備え、この燃焼室に空気を含む気体を導入する吸気ポート、及び燃焼室で生じた排気ガスを排出する排気ポートが内部に形成されたものがある。内面に対向する外面は、その中間領域を動弁系の配置空間とする。この配置空間を覆うように外面にカバーが取り付けられる（特許文献１，２の図１参照）。このシリンダヘッドは、内面と外面との間に介在する周面を側面と呼ぶとき、代表的には、吸気ポートの開口部が一つの側面に形成され、排気ポートの開口部が対向する他の側面に形成される（特許文献２の図２参照）。
【０００４】
上記吸気ポートの開口部には、代表的には吸気マニホールドが接続される（特許文献２の図２参照）。吸気マニホールドには、吸気脈動の防止を目的として、サージタンクやコレクタータンクなどと呼ばれる比較的容積が大きい容器部材が取り付けられることが多い（特許文献２の明細書の［００２０］参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−０３２７５０号公報
【特許文献２】特開２０１４−１４８８９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述の対向する二つの側面にそれぞれ、吸気ポートの開口部及び排気ポートの開口部を備えるシリンダヘッドでは、フライス加工などの機械加工が必要な箇所（面）が多い。この点から、製造性の向上が望まれている。
【０００７】
上記の側面に吸気ポートの開口部などを備えるシリンダヘッドでは、シリンダブロックが接続される内面、カバーが固定される外面、吸気マニホールドが接続される一側面、排気マニホールドが接続される他側面における各部材の接続領域に、気密性や液密性が求められる。そのため、各面の部材の接続領域には、通常、フライスカッターによる切削加工を行って平滑にしている。上記のシリンダヘッドでは、合計四面にフライス加工が必要であり、加工箇所が多い。加工箇所が多いことで、加工時間も長い。
【０００８】
更に、シリンダヘッドと、吸気マニホールド及びサージタンクとが独立した別部材であるため、サージタンクを含めた内燃機関の部品点数が多く、組立工程数が多い。更に、吸気マニホールドとサージタンクとのそれぞれに接続代が必要であり、この分、サージタンクを含めた内燃機関が大きくなり易い。従って、サージタンクを含めた内燃機関の製造性の向上や、小型化も望まれる。
【０００９】
そこで、本発明の目的の一つは、製造性に優れるシリンダヘッド、及びシリンダヘッド構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様に係るシリンダヘッドは、燃焼室が形成された内面と、前記内面に対向し、カバーが取り付けられる外面とを備える。このシリンダヘッドは、前記燃焼室に空気を含む気体を導入する吸気ポートと、前記吸気ポートに連通し、前記カバーの内周面の少なくとも一部と共にサージタンクの空間を形成するように前記外面に開口したタンク部とを備える。
【００１１】
本発明の一態様に係るシリンダヘッド構造は、上記の本発明のシリンダヘッドと、前記外面に取り付けられるカバーとを備え、前記カバーが、前記タンク部の開口部を覆う領域と、それ以外の領域とを区画する仕切り部とを備える。
【発明の効果】
【００１２】
上記のシリンダヘッド及び上記のシリンダヘッド構造は、吸気ポートに連通するタンク部の開口部を外面に備えるため、側面を切削しなくてもよく、フライス加工が必要な箇所の数を低減でき、製造性に優れる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態１のシリンダヘッド及びシリンダヘッド構造の概略断面図である。
【図２】実施形態２のシリンダヘッド構造の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して、本発明のシリンダヘッドを具体的に説明する。図面において、同一符号は同一名称物を示す。図１，図２は、カムシャフト８０の軸方向に直交する平面でシリンダヘッドを切断した状態を示す。
【００１５】
［実施形態１］
・全体構成
図１を参照して実施形態１のシリンダヘッド１及びシリンダヘッド構造１３Ａを説明する。実施形態１のシリンダヘッド１は、シリンダブロック２と共に、自動車に搭載される内燃機関１００Ａの構成要素に利用される。内燃機関１００Ａは、代表的には、オイルパン（図示せず）、シリンダブロック２、シリンダヘッド１、カバー３Ａが順に組み付けられた直方体状の積層構造体を主体とする。内燃機関１００Ａは、シリンダブロック２に収納されるピストンなどの主運動系（図示せず）と、シリンダヘッド１に収納される吸気バルブ及び排気バルブ（いずれも図示せず）やカムシャフト８０などの動弁系と、燃焼室１０に供給された空気及び燃料とを用いて、吸気、圧縮、燃焼、排気の４サイクル運転などを行う。内燃機関１００Ａは、上記積層構造体の積層方向が自動車の上下方向になるように、即ち図１に示すようにカバー３Ａが上方に位置するように搭載される。上記積層方向が自動車の左右方向となる搭載状態などもある。
【００１６】
シリンダヘッド１は、シリンダブロック２の接続領域を有する内面１ｉｓ（図１では下面）と、内面１ｉｓに対向する外面１ｏｓ（図１では上面）と、両面１ｉｓ，１ｏｓ間に介在する四つの側面１ｓとを備える。
【００１７】
内面１ｉｓは、その中間領域に燃焼室１０となる凹部が形成され、その周縁側の領域をシリンダブロック２の接続領域とする。シリンダヘッド１は、シリンダブロック２に備える気筒（図示せず）の開口部を燃焼室１０によって覆うようにシリンダブロック２に固定される。
【００１８】
外面１ｏｓは、その中間領域をカムシャフト８０などの動弁系の配置空間とし、この配置空間を覆うようにカバー３Ａが周縁側の領域の一部を含む領域に固定される。
【００１９】
四つの側面１ｓのうち、一つの側面１ｓ（図１では右側面）に後述する排気ポート（図示せず）の開口部（図示せず）を備える。
【００２０】
シリンダヘッド１の内部には、燃焼室１０に空気を含む気体を導入する吸気ポート１２ｐを含む吸気通路１２と、燃焼室１０で生じた排気ガスを排出する排気ポート（図示せず）とが形成されている。燃焼室１０と吸気ポート１２ｐとの間には吸気バルブが配置され、燃焼室１０と排気ポートとの間には排気バルブが配置される。これらのバルブは、シリンダヘッド１に回転可能に支持されるカムシャフト８０の回転に伴って開閉する。
【００２１】
実施形態１のシリンダヘッド１は、吸気通路１２が吸気ポート１２ｐとタンク部１２ｔとを備え、タンク部１２ｔの内周空間と、タンク部１２ｔに取り付けられるカバー３Ｔの内周面とで囲まれる空間をサージタンクＳＴとする点を特徴の一つとする。また、実施形態１のシリンダヘッド１は、吸気通路１２の開口部１２２を側面１ｓではなく、燃焼室１０が形成された内面１ｉｓに対向する外面１ｏｓに備える点を特徴の一つとする。この例のシリンダヘッド１は、吸気ポートの開口部を側面に備えるシリンダヘッドに比較して、カムシャフト８０，８０の並列方向（図１では左右方向）の大きさが大きくなっている（幅広になっている）。そのため、シリンダブロック２に取り付けられた状態では、シリンダヘッド１は、シリンダブロック２の一側面から張り出した箇所を備える。この張出箇所の端面が外面１ｏｓの一面を形成し、この端面に吸気通路１２の開口部１２２を備える。以下、シリンダヘッド１をより詳細に説明する。
【００２２】
・シリンダヘッド
シリンダヘッド１の内面１ｉｓには、シリンダブロック２に備える気筒数に対応して、少なくとも一つの燃焼室１０を備える。例えば、三つの燃焼室１０を備える３気筒の内燃機関１００Ａなどとすることができる。内面１ｉｓにおけるシリンダブロック２の接続領域は、通常、フライス加工が施されて平滑な平面となっており、シリンダブロック２との間で十分に気密性を確保する。
【００２３】
シリンダヘッド１の内部には、一端が燃焼室１０に開口した管状の吸気通路１２が形成されている。吸気通路１２は、外部から内面１ｉｓ（燃焼室１０）に至るようにシリンダヘッド１の内部に形成されている。吸気通路１２を介して、燃焼室１０に空気を含む気体が導入される。特に、シリンダヘッド１では、吸気通路１２のうち、燃焼室１０寄りの領域が比較的狭く（細く）なっており、外面１ｏｓ寄りの領域が比較的広く（太く）なっており、大きな容積を有する。燃焼室１０寄りの比較的狭い領域を吸気ポート１２ｐとし、外面１ｏｓ寄りの比較的大きな領域をタンク部１２ｔとする。即ち、シリンダヘッド１は、燃焼室１０側に吸気ポート１２ｐを備え、この吸気ポート１２ｐに連通してタンク部１２ｔを備える。このタンク部１２ｔが外面１ｏｓに開口している。そのため、シリンダヘッド１は、吸気通路１２の一方の開口部１２０を内面１ｉｓの燃焼室１０に備え、他方の開口部１２２を外面１ｏｓに備える。この例の吸気ポート１２は、燃焼室１０から側面１ｓ側に向かって延び、途中で外面１ｏｓ（上面）に開口するタンク部１２ｔに繋がっている。
【００２４】
この例では、複数の燃焼室１０からそれぞれ吸気ポート１２ｐが延設されており、複数の吸気ポート１２ｐがタンク部１２ｔによって一纏めにされている。複数の吸気ポート１２ｐをまとめるタンク部１２ｔは、いわば、従来の吸気マニホールドの機能を有する。シリンダヘッド１は、このような吸気ポート１２ｐ及びタンク部１２ｔを内蔵するために、上述のようにシリンダブロック２に取り付けた場合にシリンダブロック２の一側面から突出する張出箇所を備える。
【００２５】
タンク部１２ｔの開口部１２２の大きさ、容積などは適宜選択できる。この例のタンク部１２ｔは、後述するカバー３Ｔの内周空間と共にサージタンクＳＴを形成する。サージタンクＳＴの容積は、吸気脈動の防止に望まれる大きさを有していればよい。シリンダヘッド１のタンク部１２ｔの容積を小さくした場合には、シリンダヘッド１を小型にできる。この場合には、サージタンクＳＴが所定の容積となるように、カバー３Ｔの内周空間を大きくすればよい。シリンダヘッド１のタンク部１２ｔの容積を大きくした場合には、例えば、カバー３Ｔを平板部材などとすることができる。この場合には、カバー３Ｔの内平面をタンク部１２ｔの蓋として利用する。タンク部１２ｔの容積とカバー３Ｔの内周空間の容積との配分は適宜選択するとよい。
【００２６】
シリンダヘッド１の外面１ｏｓは、周縁側の枠状の領域と、動弁系の配置空間と、動弁系の配置空間と吸気通路１２の開口部１２２との間に配置される中間領域とを備える。周縁側の枠状の領域と中間領域とは面一である。周縁側の領域の一部と中間領域の一部とを含む枠状の領域をカバー３Ａの取付領域とし、周縁側の領域の他部と中間領域の他部とを含む枠状の領域を、開口部１２２を覆うように取り付けられるサージタンク用のカバー３Ｔの取付領域とする。
【００２７】
カバー３Ａの取付領域は、その一部にカムシャフト８０が配置される樋状のシャフト溝１８と、カバー３Ａを外面１ｏｓに固定するためのボルトやねじなどの締結部材３５が挿入されるボルト孔とを備える。
【００２８】
この例に示すサージタンク用のカバー３Ｔの取付領域は、上述のシリンダヘッド１の張出箇所における端面の周縁側の領域を主体とし、カバー３Ｔをシリンダヘッド１に固定するためのボルトやねじなどの締結部材３６が挿入される複数のボルト孔を備える。開口部１２２の周縁を囲むように複数のボルト孔を備えると、カバー３Ｔを強固に固定できて好ましい。更に、複数のボルト孔を開口部１２２の中心点を中心として対称となるように、即ち対向配置することで、カバー３Ｔをシリンダヘッド１の外面１ｏｓに強固に固定できる。
【００２９】
外面１ｏｓにおけるカバー３Ａ，３Ｔの取付領域は、シャフト溝１８などを除いてフライス加工が施されて平滑で面一な平面となっている。そのため、外面１ｏｓにカバー３Ａ，３Ｔが取り付けられた内燃機関１００Ａは、シリンダヘッド１の外面１ｏｓとカバー３Ａとの間、及び外面１ｏｓとカバー３Ｔとの間で十分に液密性、気密性を確保する。シリンダヘッド１にカバー３Ａ，３Ｔを取り付けることで、シリンダヘッド１とカバー３Ａ，３Ｔとを備える実施形態１のシリンダヘッド構造１３Ａを構築できる。
【００３０】
その他、シリンダヘッド１がガソリンエンジンに利用される場合、燃焼室１０内で燃料に点火する点火プラグ（図示せず）が挿入配置される挿入孔（図示せず）が設けられる。この挿入孔は、燃焼室１０から外面１ｏｓに至るように設けられる。ディーゼルエンジンでは、点火プラグを有さない。
【００３１】
シリンダヘッド１は、代表的には砂型鋳造によって製造できる。シリンダヘッド１の構成材料は、鋳鉄などの鉄系材料を利用できるが、アルミニウムやその合金などの軽金属を利用すると軽量である上に、放熱性にも優れる。例えば、シリンダヘッド１は、アルミニウム合金の一体成形品とすることができる。
【００３２】
・カバー
カバー３Ａは、シリンダヘッド１における上述の動弁系の配置空間（図１では上方空間）を覆うように外面１ｏｓに取り付けられて、カバー３Ａ内を気密、液密に保持する。カバー３Ａ内には、通常、オイルパンからのオイルがミスト状に充満されている。カバー３Ａはこのオイルなどが外部に飛散することを防止する。
【００３３】
カバー３Ｔは、シリンダヘッド１における吸気通路１２の開口部１２２を覆うように外面１ｏｓに取り付けられて、カバー３Ｔ内を気密に保持する。カバー３Ｔでは、その内周面で囲まれる空間の実質的に全部をサージタンクＳＴの空間の一部に利用する。
【００３４】
図１に示すカバー３Ａ，３Ｔはいずれも、天面部と、天面部から立設される側壁部と、側壁部から延設されるフランジ部とを備え、フランジ部の一面をシリンダヘッド１の外面１ｏｓとの接続面とする。この例のカバー３Ａは、側壁部の一部にカムシャフト８０を嵌め込むシャフト溝（図示せず）を備える。シリンダヘッド１のシャフト溝１８とカバー３Ａのシャフト溝とを組み合わせて円筒状の空間を形成し、この空間内に円筒状のカムシャフト８０を保持する。カバー３Ａの形状などは適宜選択でき、シリンダヘッド１のみがカムシャフト８０を支持し、カバー３Ａがシャフト溝を備えていない場合もある。
【００３５】
カバー３Ｔは、上述のように、タンク部１２ｔの容積に応じて、所定の容積を有する内周空間を有すれば形状や大きさなどは適宜変更できる。例えば、カバー３Ｔは箱状ではなく、上述のように平板部材などとすることができる。カバー３Ｔには、スロットルバルブ（ガソリンエンジンの場合）やエアホースなどの接続部（いずれも図示せず）を備える。
【００３６】
カバー３Ａ，３Ｔの構成材料は、鋳鉄などの鉄系材料、アルミニウム合金などの軽金属、その他、耐熱性樹脂などが利用できる。アルミニウム合金製や樹脂製のカバー３Ａ，３Ｔは、内燃機関１００Ａの軽量化を図ることができる。サージタンクＳＴを形成するカバー３Ｔ内に流通する気体は、外気を含むため比較的低温である。そのため、カバー３Ｔは耐熱性がある程度低いものでもよく、樹脂製のものなどを利用し易い。カバー３Ａ，３Ｔがそれぞれ独立した部材であるため、それぞれの大きさや形状は勿論、構成材料も異ならせることができる。
【００３７】
・効果
実施形態１のシリンダヘッド１は、吸気通路１２の開口部１２２が側面１ｓではなく外面１ｏｓに設けられているため、側面１ｓにフライス加工などの機械加工を行う必要が無い。即ち、シリンダヘッド１は、吸気ポートの開口部を側面に備えるシリンダヘッドと比較して、フライス加工箇所（面）を低減できる。そのため、シリンダヘッド１は、加工作業の軽減、加工時間の短縮を図ることができて製造性に優れる。フライス加工箇所の低減によって、シリンダヘッド１の製造コストの削減も期待できる。ひいては、シリンダヘッド１を備えるシリンダヘッド構造１３Ａや内燃機関１００Ａは、製造性に優れる上に、製造コストの削減を期待できる。
【００３８】
シリンダヘッド１は、吸気通路１２の一部をタンク部１２ｔとすることで、吸気マニホールド及びサージタンクといった吸気部材を省略できる。即ち、シリンダヘッド構造１３Ａや内燃機関１００Ａに接続される吸気部材の部品点数を少なくできる。この点から、シリンダヘッド１は、サージタンクＳＴを備える内燃機関１００Ａの組立工程数を低減でき、製造性の向上に寄与する。部品点数の削減などによるコストの低減も期待できる。
【００３９】
シリンダヘッド１は、吸気マニホールド及びサージタンクを別途取り付ける必要が無いため、これらの接続代を省略でき、その分だけ、サージタンクＳＴを含めた内燃機関１００Ａの小型化に寄与する。
【００４０】
シリンダヘッド１及びシリンダヘッド構造１３Ａは、サージタンクＳＴを備えることで、内燃機関１００Ａを構成する積層構造体について、その積層方向に大きくなる場合がある。この場合、上記積層方向の大きさが大きいことが許容される形態、例えば、上記積層方向が自動車の上下方向になる搭載形態であって、排気ポートに接続される排気マニホールドや触媒コンバータなどの排気部材を自動車の前方側に配置するフロント排気形態にシリンダヘッド１及びシリンダヘッド構造１３Ａを好適に利用できる。
【００４１】
［実施形態２］
図２を参照して、シリンダヘッド１を備える実施形態２のシリンダヘッド構造１３Ｂを説明する。実施形態１では、二つのカバー３Ａ，３Ｔを備えるシリンダヘッド構造１３Ａを説明した。実施形態２のシリンダヘッド構造１３Ｂは、実施形態１のシリンダヘッド１と、外面１ｏｓに取り付けられるカバー３Ｂとを備え、カバー３Ｂが一つのみである点が、実施形態１との主な相違点である。以下、この相違点を詳細に説明し、その他の構成及び効果は詳細な説明を省略する。
【００４２】
・カバー
カバー３Ｂは、端的にいうと、カバーＡとカバー３Ｔとを一つにまとめたものである。具体的には、カバー３Ｂは、天面部と、天面部の周縁から立設される側壁部と、天面部の内周面の中間部から立設される仕切り部３０とを備える。仕切り部３０によって、天面部と側壁部とで囲まれる内周空間が二つの空間に区画される。具体的には、仕切り部３０の一面側（図２において右側）の空間は、シリンダヘッド１における上述の動弁系の配置空間（図２では上方空間）を覆う動弁系領域である。仕切り部３０の他面側（図２において右側）の空間は、シリンダヘッド１における吸気通路１２（タンク部１２ｔ）の開口部１２２を覆うタンク側領域である。仕切り部３０は、タンク部１２ｔを覆うタンク側領域と、それ以外の領域（動弁系領域）とを区画できるように、大きさなどを調整するとよい。カバー３Ｂが外面１ｏｓに取り付けられると、両領域間には仕切り部３０が介在して、動弁系領域内は気密、液密に保持され、タンク側領域内は気密に保持される。
【００４３】
カバー３Ｂのタンク側領域は、シリンダヘッド１のタンク部１２ｔと共にサージタンクＳＴを構成する。即ち、カバー３Ｂは、その内周面の一部をサージタンクＳＴの一部に利用する。そのため、実施形態１で説明したカバー３Ｔと同様に、タンク部１２ｔの容積に応じて所定の容積を有するようにタンク側領域の大きさを調整する。図２では、カバー３Ｂにおいて、動弁系領域の天面部の内外面と、タンク側領域の天面部の内外面とがそれぞれ面一に設けられた場合を示すが、両領域の天面部の高さや厚さなどを適宜異ならせることができる。例えば、カバー３Ｂの内周形状を段差形状などとすることができる。カバー３Ｂのタンク側領域には、スロットルバルブ（ガソリンエンジンの場合）やエアホースなどの接続部（図示せず）を備える。
【００４４】
カバー３Ｂの構成材料は、カバー３Ａと同様のものが利用できる。特に、アルミニウム合金製のカバー３Ｂとすると、軽量である上に、樹脂製よりも耐熱性などにも優れて、動弁系領域に利用し易い。
【００４５】
・効果
カバー３Ｂを備えるシリンダヘッド構造１３Ｂは、実施形態１の効果を奏することに加えて、部品点数が更に少なく、製造性に優れる。カバー３Ｂが一つの部材であるため、二つのカバー３Ａ，３Ｔを備える場合に比較して、外面１ｏｓの取付領域を小さくでき、シリンダヘッド構造１３Ｂは、より小型にできる。このようなシリンダヘッド構造１３Ｂを備える内燃機関１００Ｂは、製造性により優れる上に、より小型にできる。また、製造コストの削減も期待できる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明のシリンダヘッド及び本発明のシリンダヘッド構造は、自動車などの内燃機関の構成部品に利用できる。
【符号の説明】
【００４７】
１  シリンダヘッド  １３Ａ，１３Ｂ  シリンダヘッド構造
１００Ａ，１００Ｂ  内燃機関
１ｉｓ  内面  １ｏｓ  外面  １ｓ  側面
１０  燃焼室
１２  吸気通路  １２ｐ  吸気ポート  １２ｔ  タンク部  １２０，１２２  開口部
１８  シャフト溝
２  シリンダブロック
３Ａ，３Ｂ，３Ｔ  カバー  ３０  仕切り部  ３５，３６  締結部材
８０  カムシャフト
ＳＴ  サージタンク
【図１】
2016084765.tif 000003
【図２】
2016084765.tif 000004