(57)【要約】【課題】吸気ポートの形状の自由度を増大させると共に、動弁系に対する制約を軽減できるようにした４弁式エンジンのシリンダヘッドを提供する。【解決手段】各気筒において、吸気開口部１８ａで開口するロングポート１８と、吸気開口部２０ａで開口するショートポート２０とをシリンダヘッド２の一方の側部２ａから延設すると共に、２つの排気開口部２２ａ，２２ｂで開口する排気ポート２２を他方の側部２ｂから延設する。上面視で１つの気筒６を取り囲む５本のヘッドボルトは、気筒中心よりも側部２ａ側に気筒ごとに個別に配置された２本の吸気側ヘッドボルト１０，１２と、気筒中心よりも側部２ｂ側に配置された３本のヘッドボルトとからなり、側部２ｂ側の３本のヘッドボルトのうち両隣の気筒側に位置する２本のヘッドボルト１６はそれぞれ隣接する気筒と共用され、残る１本のヘッドボルト１４は気筒ごとに個別に設けられる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
各気筒の燃焼室頂面となる位置に、気筒配列方向に対して幅方向に配列された２つの吸気開口部と、上記気筒配列方向に対して幅方向に配列された２つの排気開口部とを備え、上記気筒配列方向に対する第１の側方から上記吸気開口部のそれぞれまで独立して延設された２つの吸気ポートと、上記気筒配列方向に対する第２の側方から上記２つの排気開口部まで延設された排気ポートとを上記気筒ごとに備え、各気筒を取り囲むように配置された複数のヘッドボルトによりシリンダブロックに固定される４弁式多気筒エンジンのシリンダヘッドにおいて、
上面視で１つの気筒を取り囲むヘッドボルトの数を５本とし、これら５本のヘッドボルトは、気筒中心よりも上記第１の側方側に気筒ごとに個別に配置された２本のヘッドボルトと、気筒中心よりも上記第２の側方側に配置された３本のヘッドボルトとからなり、両隣に気筒が存在する気筒の場合、上記第２の側方側の３本のヘッドボルトのうち両隣の気筒側に位置する２本のヘッドボルトはそれぞれ隣接する気筒と共用されると共に残る１本のヘッドボルトは気筒ごとに個別に設けられることを特徴とする４弁式多気筒エンジンのシリンダヘッド。
【請求項２】
各気筒における上記２つの吸気開口部の配列方向及び上記２つの排気開口部の配列方向は、それぞれ上記気筒配列方向に対して直交する方向であることを特徴とする請求項１に記載の４弁式多気筒エンジンのシリンダヘッド。
【請求項３】
上記第１の側方側における上記シリンダヘッドの側部には、各気筒に設けられた上記２つの吸気ポートのそれぞれに共通して連通した吸気通路を構成する吸気凹部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の４弁式多気筒エンジンのシリンダヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は４弁式多気筒エンジンのシリンダヘッドに関し、特に各気筒の燃焼室頂面となる位置に、気筒配列方向に対して幅方向に配列された２つの吸気開口部と、気筒配列方向に対して幅方向に配列された２つの排気開口部とを備え、気筒配列方向に対する第１の側方から吸気開口部のそれぞれまで独立して延設された２つの吸気ポートと、気筒配列方向に対する第２の側方から２つの排気開口部まで延設された排気ポートとを気筒ごとに備えた４弁式多気筒エンジンのシリンダヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ディーゼルエンジンなどにおいて、各気筒に２つの吸気ポートと２つの排気ポートとを設け、これら２つの吸気ポートによる吸入空気によって気筒内に同一方向のスワールが形成されるようにして、運転効率を改善するようにした４弁式多気筒エンジンが知られている。
このようなエンジンにおいては、一方の吸気ポートをロングポートとすると共に他方をショートポートとし、各気筒におけるこれら吸気ポートの吸気開口部は、気筒配列方向に対して幅方向に並設されている。また、これに伴って排気ポートの２つの排気開口部も気筒配列方向に対して幅方向に並設される。そして、気筒配列方向に延設された共通のロッカシャフトに揺動可能に支承されている吸気側ロッカアーム及び排気ロッカアームが用いられ、吸気ポートの２つの吸気開口部に設けられた２つの吸気弁が共通の吸気側ロッカアームで開閉駆動されると共に、排気ポートの２つの排気開口部に設けられた２つの排気弁が共通の排気側ロッカアームで開閉駆動される。
【０００３】
このような吸気開口部及び排気開口部、並びに吸気ポート及び排気ポートを有した４弁式多気筒エンジンのシリンダヘッドは、各気筒を取り囲むように配置された１気筒あたり６本又は４本のヘッドボルトでシリンダブロックに固定されるのが一般的であり、例えば１気筒あたり６本のヘッドボルトで固定するようにした４弁式多気筒エンジンのシリンダヘッドが特許文献１に示されている。
【０００４】
特許文献１のシリンダヘッドでは、１つの気筒を６本のヘッドボルトが取り囲むようにヘッドボルトが配置され、これら６本のヘッドボルトのうち、２本のヘッドボルトが互いに隣り合う２つの気筒で共用されている。
【特許文献１】特開平７−２１７４９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、特許文献１のシリンダヘッドのようにして１気筒あたり６本のヘッドボルトでシリンダヘッドを固定するようにした場合、２つの吸気開口部を気筒配列方向に対して直交する方向に配置すると、２つの気筒間で共用している２本のヘッドボルトも気筒配列方向に対して直交する方向に配置されているため、ショートポート側の吸気開口部とこれに隣接する共用のヘッドボルトとの間にロングポートを通過させるための間隙を確保することができない。そこで、特許文献１のシリンダヘッドのように、２つの吸気開口部を気筒配列方向に対して直交する方向から２０°程度大きく傾斜させた方向に並設せざるを得なくなる。これに伴い、２つの排気開口部についても、気筒配列方向に対して直交する方向から同じ角度だけ大きく傾斜させた方向に並設する必要がある。
【０００６】
このため、２つの吸気弁を共通して開閉駆動する吸気側ロッカアームの長さと、２つの排気弁を共通して開閉駆動する排気側ロッカアームの長さとが全く異なるものとなってしまう。即ち、特許文献１のシリンダヘッドの場合には、吸気側ロッカアームが長くなる一方、排気側ロッカアームが短くなる。この結果、長くなった吸気側ロッカアームは剛性の面で不利となると共に、短くなった排気側ロッカアームは排気弁に設けられるバルブスプリングのばね力をあまり強くすることができないという制約を受ける。更に、エンジンの回転限界は長い方の吸気側ロッカアームによって定まるため、吸気側ロッカアームの長大化によって回転限界が低下するという問題も生じる。
【０００７】
また、上述のようにして２つの吸気開口部を気筒配列方向に対して直交する方向から２０°程度傾斜させた方向に配置したとしても、依然としてショートポート側の吸気開口部とこれに隣接する共用のヘッドボルトとの間隙は狭く、ロングポートの形状は制約を受ることとなる。このため、ロングポートにおける吸気の流量係数が低下し、気筒内に生成されるスワールを良好に確保することができずにエンジンの出力性能が低下するという問題が生じる。
【０００８】
１つの気筒あたりのヘッドボルトの数を４本とした場合にも、互いに隣り合う気筒間で２本ずつヘッドボルトを共用することになるため、上述のようにヘッドボルトを６本とした場合と同様に、ショートポート側の吸気開口部とこれに隣接する共用のヘッドボルトとの間にロングポートを通過させるための間隙を確保することが困難となり、同様の問題が発生することになる。
【０００９】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、吸気ポートの形状の自由度を増大させると共に、動弁系に対する制約を軽減できるようにした４弁式エンジンの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】
【００１０】
上記の目的を達成するため、本発明の４弁式多気筒エンジンのシリンダヘッドは、各気筒の燃焼室頂面となる位置に、気筒配列方向に対して幅方向に配列された２つの吸気開口部と、上記気筒配列方向に対して幅方向に配列された２つの排気開口部とを備え、上記気筒配列方向に対する第１の側方から上記吸気開口部のそれぞれまで独立して延設された２つの吸気ポートと、上記気筒配列方向に対する第２の側方から上記２つの排気開口部まで延設された排気ポートとを上記気筒ごとに備え、各気筒を取り囲むように配置された複数のヘッドボルトによりシリンダブロックに固定される４弁式多気筒エンジンのシリンダヘッドにおいて、上面視で１つの気筒を取り囲むヘッドボルトの数を５本とし、これら５本のヘッドボルトは、気筒中心よりも上記第１の側方側に気筒ごとに個別に配置された２本のヘッドボルトと、気筒中心よりも上記第２の側方側に配置された３本のヘッドボルトとからなり、両隣に気筒が存在する気筒の場合、上記第２の側方側の３本のヘッドボルトのうち両隣の気筒側に位置する２本のヘッドボルトはそれぞれ隣接する気筒と共用されると共に残る１本のヘッドボルトは気筒ごとに個別に設けられることを特徴とする（請求項１）。
【００１１】
このように構成された４弁式多気筒エンジンのシリンダヘッドによれば、互いに隣り合う気筒によって共用されるヘッドボルトは第２の側方側に位置し、第１の側方側には共用されるヘッドボルトがない。このため、第２の側方側に位置する吸気開口部から第１の側方に向かう吸気ポートについて、ヘッドボルトを６本或いは４本とした場合のように共用のヘッドボルトに邪魔されることなく吸気ポートを設けることが可能となる。
【００１２】
また、上記４弁式多気筒エンジンのシリンダヘッドにおいて、各気筒における上記２つの吸気開口部の配列方向及び上記２つの排気開口部の配列方向は、それぞれ上記気筒配列方向に対して直交する方向とするのが好ましい（請求項２）。
また、第１の側方側に位置するヘッドボルトの数を２本とするため、１つの気筒あたりのヘッドボルトの数を６本とした場合のように上面視で第１の側方側となる各気筒の端部よりも第１の側方側に突出してヘッドボルトを配置させずにすむ。そこで、上記４弁式多気筒エンジンのシリンダヘッドにおいて、上記第１の側方側における上記シリンダヘッドの側部には、各気筒に設けられた上記２つの吸気ポートのそれぞれに共通して連通した吸気通路を構成する吸気凹部を形成するようにしてもよい（請求項３）。
【００１３】
４弁式多気筒エンジンのシリンダヘッドをこのように構成した場合には、吸気凹部を覆うように、シリンダヘッドの側部に蓋状の部材を装着することにより、各気筒の吸気ポートに吸気を供給するための吸気通路が形成される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の４弁式多気筒エンジンのシリンダヘッドによれば、第２の側方側に位置する吸気開口部から第１の側方に向かう吸気ポートについて、ヘッドボルトを６本或いは４本とした場合のように共用のヘッドボルトに邪魔されることなく吸気ポートを設けることが可能となる。
従って、第２の側方側に位置する吸気開口部から第１の側方に向かう吸気ポートの形状に対する制約が軽減され、この吸気ポートにおける流量係数を向上させることが可能となる。この結果、気筒内にスワールを良好に生成させ、エンジンの出力性能を向上させることができる。
【００１５】
また、吸気ポートが通過する経路を確保するために、２つの吸気開口部の配列方向及び２つの排気開口部の配列方向を、気筒配列方向に対して直交する方向から大きく傾斜させた方向とする必要がなくなる。従って、共通のロッカシャフトに吸気側ロッカアーム及び排気ロッカアームを揺動可能に支承し、２つの吸気弁を共通の吸気側ロッカアームで開閉駆動すると共に、２つの排気弁を共通の排気側ロッカアームで開閉駆動するようにした場合、吸気側ロッカアームの長さと排気側ロッカアームの長さとを大きく相違させる必要がなくなり、これら両ロッカアームの剛性を十分に確保することが可能となると共に、短い方のロッカアームで駆動されるバルブのバルブスプリングに対する制約を軽減することが可能となるほか、エンジンの回転限界の低下を抑制することができる。
【００１６】
また、請求項２の４弁式多気筒エンジンのシリンダヘッドのように、２つの吸気開口部の配列方向及び２つの排気開口部の配列方向を、いずれも気筒配列方向に対して直交する方向にした場合には、吸気側ロッカアームの長さと排気側ロッカアームの長さとを実質的に同一とすることができるので、これらの配列方向を気筒配列方向に対して直交しない方向とした場合に比べ、各ロッカアームに対する剛性の制約やバルブスプリングに対する制約を最大限軽減することが可能となり、エンジンの回転限界についても最大限高めることが可能となる。
【００１７】
また、請求項３の４弁式多気筒エンジンのシリンダヘッドのように、第１の側方側におけるシリンダヘッドの側部に、各気筒に設けられた２つの吸気ポートのそれぞれに共通して連通した吸気通路を構成する吸気凹部を形成するようにした場合には、吸気凹部を覆うように、シリンダヘッドの側部に蓋状の部材を装着するだけで、各気筒の２つの吸気ポートに吸気を供給するための吸気通路が形成されるので、エンジンの軽量化やコスト低減が図れるばかりでなく、エンジンに補機類を装着する際の自由度を増大させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る４弁式多気筒エンジン（以下エンジンという）１のシリンダヘッド２の概略構成を示す模式平面図であり、図２はシリンダヘッド２の一部を示す概略縦断面図である。図１では、エンジン１の一方の端部側において最も端部寄りに位置する気筒４と、この気筒４に隣り合う気筒６の２つの気筒についての構成を示している。なお、これらの図においては、図を簡明にするため、シリンダヘッド内に形成されている冷却水路、潤滑油路、及び補強用リブなどは省略している。また、図１に示されない他の気筒についてもこれら気筒４及び６と同様の構造となっている。
【００１９】
エンジン１は多気筒（例えば４気筒）の直噴式ディーゼルエンジンであり、気筒配列方向に対して第１の側方側となるシリンダヘッド２の側部２ａには吸気通路８の一部を構成する吸気凹部８ａが、シリンダヘッド２のほぼ全長にわたって形成されている。吸気凹部８ａには、図１及び図２に示すように、蓋状の吸気カバー８ｂがシリンダヘッドの側部２ａに装着されることにより、吸気カバー８ｂと吸気凹部８ｂとによって吸気通路８が形成される。この吸気通路８は、図示しない吸気管に接続されており、エンジン１への吸気が供給されるようになっている。
【００２０】
吸気通路８をこのように構成することにより、吸気通路を全てエンジン１の外方に設ける場合に比べ、重量及びコストを低減することが可能となるほか、エンジン１に補機類を装着する際に吸気通路８との干渉の可能性が少なくなり、補機類をレイアウトする際の自由度を増すことができる。
図１に示すように、シリンダヘッド２は各気筒２を取り囲むように配置された複数のヘッドボルトにより図示しないシリンダブロックに固定されるようになっており、上面視で１つの気筒を取り囲むヘッドボルトの数は５本となっている。
【００２１】
ここで、両隣に気筒が存在する気筒６についてより具体的に説明すると、この５本のヘッドボルトのうちの２本は、気筒中心よりも第１の側方側、即ちシリンダヘッド２の側部２ａ側に、気筒ごとに個別に配置された吸気側ヘッドボルト１０及び１２である。また、気筒中心よりも第２の側方側、即ちシリンダヘッド２の側部２ｂ側に配置された３本のヘッドボルトは、隣り合う気筒との間にそれぞれ１本ずつ位置する２本の共用ヘッドボルト１６と、気筒ごとに個別に設けられる排気側ヘッドボルト１４である。
【００２２】
気筒６以外の図示しない各気筒についても、両隣に気筒が存在する気筒については気筒６と同様の５本のヘッドボルトが設けられる。
また、シリンダヘッド２の最も端部側に位置する気筒４については、一方にのみ隣り合う気筒６が存在し、シリンダヘッド２の端部側には隣り合う気筒を有していないが、気筒６と同様の位置関係で配置された５本のヘッドボルトによって取り囲まれており、気筒６側の共用ヘッドボルト１６は気筒６と共用している。そして、シリンダヘッド２の端部側の共用ヘッドボルトについては気筒４に固有のものとなっているが、気筒４に対する位置関係は、気筒４側に位置する気筒６の共用ヘッドボルト１６と気筒６との位置関係と同じになっている。
【００２３】
更に、気筒４とは反対側のシリンダヘッド２端部側に位置する気筒についても、気筒４及び６と同様の位置関係で５本のヘッドボルトが設けられており、隣接する気筒側の共用ヘッドボルト１６が、この隣接する気筒と共用され、端部側の共用ヘッドボルト１６が気筒固有のヘッドボルトとなっている。
このように、各気筒におけるヘッドボルトの位置関係は共通であるので、以下では気筒６について代表的に説明する。
【００２４】
図１に示すように、気筒６には吸気ポートとしてロングポート１８とショートポート２０とが設けられている。ロングポート１８は、隣接する気筒４側の共用ヘッドボルト１６と、気筒４側に位置する吸気側ヘッドボルト１０との間を通過するように吸気凹部８ａから延設され、気筒６内におけるスワール生成方向の後側となる位置の吸気開口部１８ａで開口している。また、ショートポート２０は、２本の吸気側ヘッドボルト１０及び１２の間を通過するように吸気凹部８ａから延設され、気筒６内におけるスワール生成方向の前側となる位置の吸気開口部２０ａで開口している。
【００２５】
上述したようにして各気筒を取り囲むように設けられるヘッドボルトの数を５本ずつとすることにより、共用ヘッドボルト１６がシリンダヘッド２の側部２ｂ側に位置し、側部２ａ側には共用されるヘッドボルトが存在しないため、このようにロングポート１８を共用ヘッドボルト１６と吸気側ヘッドボルト１０との間に余裕を持って通過させることが可能となる。
【００２６】
この結果、ロングポート１８の形状に対する制約が軽減され、ロングポート１８における流量係数を向上させることが可能となる。この結果、気筒内に良好なスワールを発生させ、エンジン１の出力性能を向上させることができる。
一方、シリンダヘッド２の端部２ｂ側からは、気筒６に向けて排気ポート２２が延設され、２つの排気開口部２２ａ及び２２ｂで開口している。
【００２７】
気筒６には以上のような吸気側のロングポート１８及びショートポート２０と、排気ポート２２とが設けられているが、他の気筒についても同様のロングポート１８及びショートポート２０、並びに排気ポート２２が設けられている。
なお、気筒４については、ロングポート１８が通過する側に隣り合う気筒が存在しないが、上述したように気筒４を取り囲む５本のヘッドボルトの位置関係は気筒６と同様であって、ロングポート１８はシリンダヘッド２の端部側の共用ヘッドボルト１６と吸気側ヘッドボルト１０との間を通過するように吸気凹部８ａから延設され、吸気開口部１８ａで開口している。
【００２８】
エンジン１のシリンダヘッド２をこのように構成することにより、上述したとおりロングポート１８を共用ヘッドボルト１６と吸気側ヘッドボルト１０との間で通過させることが可能となるので、１つの気筒を取り囲むヘッドボルトの本数を６本或いは４本とした場合のように、ロングポート１８を通過させるスペースを確保するべく、吸気開口部１８ａ及び２０ａを気筒配列方向に対して直交する方向から大きく傾斜させた方向に配置する必要がなくなる。そこで、本実施形態では、吸気開口部１８ａ及び２０ａを気筒配列方向に対して直交する方向に配列している。また、これに伴い、排気開口部２２ａ及び２２ｂについても、気筒配列方向に対して直交する方向に配列している。
【００２９】
図３は、エンジン１に用いられている動弁機構と気筒６との位置関係を示す模式平面図である。図３に示すように、ロングポート１８の吸気開口部１８ａは吸気弁２４により開閉され、ショートポート２０の吸気開口部２０ａは吸気弁２６によって開閉されるようになっており、これら吸気弁２４及び２６は、共通の吸気ロッカアーム２８によって開閉駆動される。また、排気ポート２２の排気開口部２２ａは排気弁３０によって開閉され、排気開口部２２ｂは排気弁３２によって開閉されるようになっており、これら排気弁３０及び３２は、共通の排気ロッカアーム３４によって開閉駆動される。
【００３０】
吸気ロッカアーム２８及び排気ロッカアーム３４は、気筒中心に対してシリンダヘッド２の端部２ｂ側にシリンダヘッド２に沿って設けられたロッカシャフト３６に揺動可能に支承され、図示しない吸気カム及び排気カムによって駆動され揺動する。なお、気筒６以外の各気筒においても気筒６と同様の動弁機構が設けられている。
このように、吸気ロッカアーム２８及び排気ロッカアーム３４を共通のロッカアーム３６に支承したシリンダヘッド２において、上述したように吸気開口部１８ａ及び２０ａの配列方向及び排気開口部２２ａ及び２２ｂの配列方向を気筒配列方向に対して直交する方向とした場合には、図３に示すように、吸気ロッカアーム２８及び排気ロッカアーム３４の実質的な長さを同一にすることが可能となる。
【００３１】
この結果、吸気開口部の配列方向及び排気開口部の配列方向を気筒配列方向に対して直交する方向としない場合に比べ、吸気ロッカアーム２８及び排気ロッカアーム３４の両方に十分な剛性を確保することが可能となると共に、吸気弁２４及び２６、或いは排気弁３０及び３２のバルブスプリングに対する制約を減らすことが可能となり、更に吸気ロッカアーム２８及び排気ロッカアーム３４のいずれか一方の長さが他方に比べて長くなることに起因したエンジンの回転限界の低下を最大限抑制することが可能となる。
【００３２】
以上で本発明の一実施形態に係る４弁式多気筒エンジンのシリンダヘッドについての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
例えば、上記実施形態では、各気筒において排気開口部２２ａ及び２２ｂに共通の排気ポート２２を設けるようにしたが、排気開口部２２ａと排気開口部２２ｂとで別個の排気ポートを設けるようにしてもよい。
【００３３】
また、上記実施形態では、本発明を４気筒の直噴ディーゼルエンジンに適用したが、エンジンの気筒数及び形式については、これに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施形態に係る４弁式エンジンのシリンダヘッドの概略構成を示す模式平面図である。
【図２】図１のシリンダヘッドの吸気通路部分の概略を示す縦断面図である。
【図３】図１のシリンダヘッドにおける動弁機構と気筒との位置関係を示す模式平面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  エンジン
２  シリンダヘッド
４，６  気筒
８  吸気通路
８ａ  吸気凹部
１０，１２  吸気側ヘッドボルト
１４  排気側ヘッドボルト
１６  共用ヘッドボルト
１８  ロングポート（吸気ポート）
１８ａ  吸気開口部
２０  ショートポート（吸気ポート）
２０ａ  吸気開口部
２２  排気ポート
２２ａ，２２ｂ  排気開口部
【図１】
2009150292.tif 000003
【図２】
2009150292.tif 000004
【図３】
2009150292.tif 000005