(57)【要約】【課題】製造性に優れるシリンダヘッドを提供する。【解決手段】燃焼室１０が形成された内面１ｉｓと、内面１ｉｓに対向する外面１ｏｓとを備えるシリンダヘッド１であって、燃焼室１０で生じた排気ガスを排出する排気ポート１４の開口部１４２を外面１ｏｓに備える。シリンダヘッド１は、排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、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、前記内面に対向する外面とを備えるシリンダヘッドであって、
前記燃焼室で生じた排気ガスを排出する排気ポートの開口部を前記外面に備えるシリンダヘッド。
【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。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１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。排気ポートの開口部には、代表的には排気マニホールドが接続され、更に触媒コンバータと呼ばれる排気ガス浄化装置が接続される（特許文献１の図１〜図３参照）。ターボチャージャーを備える場合には、排気マニホールドと触媒コンバータとの間にターボチャージャーが接続される。排気マニホールドに代えて、排気マニホールドに触媒コンバータが取り付けられたマニバータや、ターボチャージャーのタービンハウジングを延長して排気マニホールド部分を一体に備えるマニターボと呼ばれる部材などが排気ポートの開口部に接続されることがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】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】
上記の側面に排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】
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を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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、前記内面に対向する外面とを備え、前記燃焼室で生じた排気ガスを排出する排気ポートの開口部を前記外面に備える。
【発明の効果】
【００１０】
上記のシリンダヘッドは、排気ポート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】
【００１１】
【図１】実施形態１のシリンダヘッドの概略断面図である。
【図２】実施形態１のシリンダヘッドを外面から見た概略平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。
【００１３】
［実施形態１］
・全体構成
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１００の構成要素に利用される。内燃機関１００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３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１００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１００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３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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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３が主として周縁側の領域に固定される。
【００１７】
四つの側面１ｓのうち、吸気側の側面１ｓｉに後述する吸気ポート（図示せず）の開口部（図示せず）を備える。
【００１８】
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と、燃焼室１０で生じた排気ガスを排出する排気ポート１４とが形成されている。燃焼室１０と吸気ポート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１４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。
【００１９】
実施形態１のシリンダヘッド１は、排気ポート１４の開口部１４２が側面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、図２に示すように吸気側の側面１ｓｉに対向する側面１ｓｅから局所的に突出した部分を有する異形状の部材となっている。この突出箇所の端面が外面１ｏｓの一面を形成し、この端面に排気ポート１４の開口部１４２を備える。以下、シリンダヘッド１をより詳細に説明する。
【００２０】
・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。図２では、三つの燃焼室１０を備える場合を例示する。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。
【００２１】
シリンダヘッド１の内部には、一端が燃焼室１０に開口した管状の排気ポート１４が形成されている。排気ポート１４は、燃焼室１０で生じた排気ガスをシリンダヘッド１外に排出するための排ガス流路の一部を形成する。特に、シリンダヘッド１では、排気ポート１４の他端が外面１ｏｓに開口している。即ち、排気ポート１４は、内面１ｉｓから外面１ｏｓに至るように形成され、シリンダヘッド１は、排気ポート１４の一方の開口部１４０を内面１ｉｓの燃焼室１０に備え、他方の開口部１４２を外面１ｏｓに備える。
【００２２】
この例の排気ポート１４は、複数の燃焼室１０からそれぞれ延設される分岐部１４ｂと、複数（ここでは３本）の分岐部１４ｂを一纏めにする結合部１４ｃとを備え、結合部１４ｃの端部に開口部１４２を備える。この例の排気ポート１４は、燃焼室１０から側面１ｓｅ側に向かいながら、外面１ｏｓ（上面）側に向かって屈曲して延びている。複数の分岐部１４ｂをまとめる結合部１４ｃは、いわば、従来の排気マニホールドの機能を有する。シリンダヘッド１は、このような排気ポート１４を内蔵するために、側面１ｓｅから部分的に突出した突出箇所を備える。この突出箇所は、図１に示すようにシリンダヘッド１をシリンダブロック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ように配置される。
【００２３】
シリンダヘッド１の外面１ｏｓのうち、周縁側の領域の一部をカバー３の取付領域とし、他部を後述する排気部材４（図１）が固定される取付領域とする。
【００２４】
カバー３の取付領域は、図２において矩形枠状に示す領域であり、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３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（図１）が挿入されるボルト孔３５ｈとを備える。図２ではボルト孔３５ｈを一つだけ例示する。
【００２５】
この例の排気部材４の取付領域は、上述のシリンダヘッド１の突出箇所における端面の周縁側の領域を主体とし、排気部材４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固定部材４５（図１）が挿入される複数のボルト孔（取付座）１５を備える。詳しくは、図２に示すように排気ポート１４の開口部１４２の周縁を囲むようにボルト孔１５を備える。これらボルト孔１５を含む環状の領域を排気部材４の取付領域とする。ボルト孔１５の個数や配置などは適宜選択でき、図１，図２は例示である。図２では、合計４個のボルト孔１５が円形状の開口部１４２の中心点を中心として対称となるように外面１ｏｓに設けられた場合を示す。詳しくは、９０°ずつずれた位置に、かつ２個のボルト孔１５の組がそれぞれ対向位置となるように４個のボルト孔１５が設けられている。このように複数のボルト孔１５を対向配置することで、排気部材４をシリンダヘッド１の外面１ｏｓに強固に固定できる。
【００２６】
外面１ｏｓにおける周縁側の領域は、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な平面となっている。そのため、外面１ｏｓにカバー３や排気部材４が取り付けられた内燃機関１００は、シリンダヘッド１の外面１ｏｓとカバー３との間、及び外面１ｏｓと排気部材４との間で十分に液密性、気密性を確保する。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
・排気部材
排気部材４は、例えば、ターボチャージャー４０や触媒コンバータ４２が挙げられる。図１では、外面１ｏｓにターボチャージャー４０が接続され、更に触媒コンバータ４２が接続された例を示すが、ターボチャージャー４０を備えていない形態とすることができる。この例のシリンダヘッド１では、排気マニホールドの機能を兼ねる結合部１４ｃを備えるため、従来必要であった排気マニホールドを省略できる。即ち、排気部材４を備える内燃機関１００について、部品点数を低減できる。
【００３０】
排気部材４におけるシリンダヘッド１の取付面（図示せず）には、固定部材４５が挿入されるボルト孔（図示せず）が開口している。排気部材４をシリンダヘッド１に取り付ける際には、各ボルト孔をシリンダヘッド１の外面１ｏｓのボルト孔１５に位置決めすることで、精度よく取り付けられる。
【００３１】
・カバー
カバー３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３内を気密、液密に保持する。カバー３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３はこのオイルなどが外部に飛散することを防止する。
【００３２】
図１に示すカバー３は、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。この例では、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３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３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３がシャフト溝を備えていない場合もある。
【００３３】
カバー３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３は、内燃機関１００の軽量化を図ることができる。
【００３４】
・効果
実施形態１のシリンダヘッド１は、排気ポート１４の開口部１４２が側面１ｓｅではなく外面１ｏｓに設けられているため、側面１ｓｅ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、排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を備える内燃機関１００は、製造性に優れる上に、製造コストの削減を期待できる。
【００３５】
シリンダヘッド１は、排気ポート１４の一部（結合部１４ｃ）を排気マニホールドとして機能させて、排気マニホールドを省略できる。この場合、内燃機関１００に接続される排気部材４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、排気部材４を備える内燃機関１００の組立工程数を低減でき、製造性の向上に寄与する。
【００３６】
シリンダヘッド１は、排気マニホールドを省略して、排気マニホールド部分を備えていないターボチャージャー４０や触媒コンバータ４２などの排気部材４を外面１ｏｓに直接取り付けられる。そのため、シリンダヘッド１は、排気部材４を備える内燃機関１００について、鋳鉄製の部品の削減やより軽量な部品の利用による軽量化が期待できる。部品点数の削減や軽量な部品の利用によるコストの低減も期待できる。排気マニホールドなどを省略すると、シリンダヘッド１と、ターボチャージャー４０や触媒コンバータ４２などの排気部材４とを近接できる。シリンダヘッド１と排気部材４との間の距離を短くできる点から、シリンダヘッド１は、排気部材４を備える内燃機関１００の小型化に寄与する。
【００３７】
シリンダヘッド１の外面１ｏｓに触媒コンバータ４２を直接取り付けた場合に、触媒コンバータ４２を、外面１ｏｓを経て内燃機関１００を構成する積層構造体の積層方向に沿って配置できる。即ち触媒コンバータ４２における内燃機関１００の積層構造体に対する取付位置をカバー３近傍にできる。図１に示す搭載状態では、上記取付位置が高いといえる。その結果、触媒コンバータ４２が比較的小型（短い）であるガソリンエンジン車は勿論、触媒コンバータ４２が比較的大型（長い）であるディーゼルエンジン車であっても、上記積層構造体の積層方向に沿って触媒コンバータ４２を配置した場合に積層構造体から触媒コンバータ４２が突出して配置される部分を低減、好ましくは実質的に無くすことができる。この点から、シリンダヘッド１は、排気部材４を備える内燃機関１００の小型化に寄与する。
【００３８】
シリンダヘッド１の外面１ｏｓにターボチャージャー４０を直接取り付けた場合も同様に、ターボチャージャー４０における内燃機関１００を構成する積層構造体に対する取付位置をカバー３近傍にできる。従って、ターボチャージャー４０に更に触媒コンバータ４２を接続した場合でも、上記積層構造体から触媒コンバータ４２などが突出して配置される部分を低減できる。
【００３９】
このようなシリンダヘッド１は、特に、内燃機関１００を構成する積層構造体について、その積層方向の大きさが大きいことが許容される場合に好適に利用できる。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、排気部材４を運転席側に配置するリア排気形態にシリンダヘッド１を好適に利用できる。
【００４０】
［変形例１］
実施形態１のシリンダヘッド１を、排気ポート１４からの排気ガスの熱がカバー３内に伝達され難い構成とすることができる。ここで、シリンダヘッド１では、排気ポート１４の開口部１４２が外面１ｏｓにあるため、開口部１４２から排出された排気ガスの熱が、カバー３内に伝達され易い。排気ガスの熱によってカバー３内のオイルなどが加熱されると、熱変性などして固体物が生成される可能性がある。この固体物がオイルの流通に伴って、内燃機関１００の各部に搬送される恐れがある。変形例１のシリンダヘッド１では、特定の位置に断熱溝１６を備えて、排気ガスの熱をカバー３内に伝わり難くする。
【００４１】
具体的には、本発明のシリンダヘッドの一例として、上述のように排気ポートの開口部を外面に備えることに加えて、前記排気ポートの開口縁と、前記外面に形成される動弁系の配置空間との間に断熱溝を備える形態とすることができる。断熱溝を備えることに加えて更に、本発明のシリンダヘッドの一例として、前記断熱溝と前記動弁系の配置空間との間に位置し、前記排気ポートの開口部から前記排気ガスが導入される排気部材を前記外面に固定する固定部材の取付座を前記外面に備える形態とすることができる。以下、断熱溝１６と取付座（ボルト孔１５）とを詳細に説明する。
【００４２】
・断熱溝
変形例１のシリンダヘッド１は、図１に一点鎖線で示すように、排気ポート１４の近く、詳しくは排気ポート１４と動弁系の配置空間である中間領域との間に断熱溝１６を備える。
【００４３】
断熱溝１６は、図２に一点鎖線で示すように、シリンダヘッド１の外面１ｏｓにおける排気ポート１４の開口縁と動弁系の配置空間との間に開口し、外面１ｏｓから内面１ｉｓ側に向かってシリンダヘッド１の内部に至るように設けられている。断熱溝１６の開口部１６０の大きさ及び形状、溝深さは適宜選択できる。断熱溝１６の開口部が大きいほど、又は溝が深いほど、断熱溝１６がつくる断熱空間の体積が大きくなり、断熱性に優れる。図１，図２に示す開口部１６０の形状や大きさ、溝深さ、個数などは例示である。図１，図２では断熱溝１６を一つ備える例を示すが、複数の断熱溝１６を備えることができる。複数の断熱溝１６を備える場合、各溝の形状や大きさ、溝深さを異ならせることができる。
【００４４】
・取付座
断熱溝１６を備える場合、シリンダヘッド１の側面１ｓｅからの突出箇所が大きくなり易い。つまり、突出箇所の突出量が大きくなり易く、突出箇所におけるシリンダブロック２に支持されない領域が大きくなり易い。このような突出箇所にターボチャージャー４０などの排気部材４を固定すると、排気部材４を主として突出箇所のみで支持するため、振動などする恐れがある。これに対し、排気部材４を外面１ｏｓに固定する上述の固定部材４５のボルト孔（取付座）１５の位置を工夫することで、排気部材４の固定強度を高められると期待される。具体的には、図２に示すように少なくとも一つのボルト孔１５を、断熱溝１６と、シリンダヘッド1における動弁系の配置空間との間に備える。
【００４５】
固定部材４５のボルト孔１５を断熱溝１６と動弁系の配置空間との間に備えることで、排気ポート１４の開口部１４２（開口縁）及び断熱溝１６を跨いで配置される固定部材４５によって、ターボチャージャー４０などの排気部材４を外面１ｏｓに固定できる。外面１ｏｓに固定された排気部材４の一部は、図１に示すようにシリンダヘッド１においてシリンダブロック２に支持される領域に位置し得る。即ち、排気部材４は、シリンダヘッド１を介してシリンダブロック２にも支持されるといえる。このような変形例１のシリンダヘッド１は、断熱溝１６と排気ポート１４の開口縁との間にボルト孔１５を備える場合に比較して、排気部材４をより強固に支持できる。
【００４６】
断熱溝１６は、鋳造時に一体成形する他、切削加工などを行うことによっても設けられる。
【００４７】
・効果
断熱溝１６を備えるシリンダヘッド１は、排気ガスによるカバー３内の加熱を低減でき、カバー３内のオイルの固化などに起因する不具合を防止できる。断熱溝１６に加えて、排気部材４を固定する固定部材４５の取付座（ボルト孔１５）を、断熱溝１６を跨ぐように備えるシリンダヘッド１では、排気部材４を備える内燃機関１００の剛性を高められる。
【００４８】
［変形例２］
実施形態１のシリンダヘッド１では、排気ポート１４が分岐部１４ｂと結合部１４ｃとを備えて、外面１ｏｓに設けられる開口部１４２が一つである場合、即ち、燃焼室１０の個数よりも排気ポート１４の開口部１４２の個数が少ない場合を説明した。その他、燃焼室１０の個数と、排気ポートの個数と、開口部の個数とが一致した構成、即ち、外面１ｏｓに複数の排気ポートの開口部を備える構成とすることができる。この場合、シリンダヘッド１の外面１ｏｓにおける排気部材４の取付領域には、排気マニホールドやマニバータ、マニターボなどを接続するとよい。なお、実施形態１のシリンダヘッド１についても、排気マニホールドやマニバータ、マニターボなどを接続することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明のシリンダヘッドは、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】
【００５０】
１  シリンダヘッド  １００  内燃機関
１ｉｓ  内面  １ｏｓ  外面  １ｓ，１ｓｅ，１ｓｉ  側面
１０  燃焼室
１４  排気ポート  １４ｂ  分岐部  １４ｃ  結合部  １４０，１４２  開口部
１５  ボルト孔（取付座）  １６  断熱溝  １６０  開口部  １８  シャフト溝
２  シリンダブロック
３  カバー  ３５  締結部材  ３５ｈ  ボルト孔
４  排気部材  ４０  ターボチャージャー  ４２  触媒コンバータ  ４５  固定部材
８０  カムシャフト
【図１】
2016084764.tif 000003
【図２】
2016084764.tif 000004