JP2005537415A - 内燃機関のシリンダヘッド - Google Patents

Abstract

本発明は、排気口（３）、シリンダヘッド下壁（９）と、シリンダヘッド上壁（６）と、排気側のねじ止面（４ａ、４ｂ）と、その上にねじ止めされた排気マニホールドとを備える、内燃機関のシリンダヘッド（１）に関する。本発明によると、密封面（２）は、流れの方向でみてねじ止め面より上流の、排気路の終端部に配置される。

Description

本発明は、請求項１の前文の特徴を有する内燃機関のシリンダヘッドに関する。

内燃機関の場合、排気マニホールドが、排気マニホールドの密封用座面及びねじ止め用フランジの両方を兼ね備えるフランジ面で、シリンダヘッドにねじ止めされることは、一般の先行技術である。シリンダヘッドの単純な機械加工がこれによって達成されるのは、連続した面１つのみが機械加工される、あるいは機械加工が一箇所で行われるからである。排気マニホールドを固定するねじ及びシリンダヘッドねじが必要とする空間のため、シリンダヘッド上のねじ止め面をシリンダ空間方向に望むだけ近くへ移動させることができないので、シリンダヘッド内には長い排気路が形成される。シリンダヘッド内の長い排気路は、排気ガスからの大量の熱をシリンダヘッドを通る冷却液に放出するため、その結果、ターボ過給機において、又は排気ガスの処理装置において、熱不足が生ずる。

本発明の目的は、内燃機関のシリンダヘッド及び排気マニホールドを提供することであり、該排気マニホールドはシリンダヘッドにねじ止めされ、該シリンダヘッドでは排気ガスから冷却液への熱の移動を最小限に留める。

この目的は、請求項１の特徴を有する、シリンダヘッドとこれにねじ止めされた排気マニホールドとによって達成される。

内燃機関の本発明によるシリンダヘッドは、基本的に、シリンダヘッド下壁と、シリンダヘッド上壁部と、排気路と、排気側のねじ止め面とを備えている。吸気側と弁操作領域は、本発明にとって重要ではない。排気路は短縮され、排気マニホールドへの移行部の密封面はシリンダヘッドの外側輪郭部内にあり、この輪郭部は排気マニホールド用ねじ止め面によって排気側に形成される。外側輪郭部内とは、密封面がシリンダヘッドのねじ止め面のくぼみに配置されることを意味する。ねじ止め面と密封面とを排気路上に備えたこのユニットは、分離される。ねじ止め面の上流に密封面が配置されていることは、短縮された排気路であればシリンダヘッド内の冷却液に放出する熱がより少ないことを意味し、換言すると、ターボ過給機又は排気ガスの処理用装置において、高温排気ガスがより多くの内部エネルギーを有することを意味する。シリンダヘッド内の排気路は、内燃機関の冷却液によって冷却され、冷却液への熱の高率の移動のより激しい冷却がもたらされる。これに対して、排気マニホールドは、空気によって取り囲まれるか、あるいは空隙絶縁マニホールドとして設計され、排気ガスからの熱放出量は両方の場合とも小さい。

本発明の目的は、激しい冷却の影響を受ける排気ダクトの全体の部分を可能な限り短縮し、排気ダクトの構造上必要な長さの残り部分に、良好な絶縁、すなわち例えば空気、を設けるよう、設計することである。これは、激しく冷却されるすなわち液体冷却される部分からより弱く冷却されるあるいは絶縁された部分への移行部を、排気弁に可能な限り近く、しかし排気マニホールドのねじ止め面の少なくとも上流に、配置することで達成される。激しく冷却されるすなわち液体冷却される部分からより弱く冷却されるあるいは絶縁された部分への移行部は、排気マニホールドの下流に続くガスケットと後続の密封フランジとを備えたシリンダヘッド上の密封面として設計される。幾何学的形状の理由から、排気マニホールドのねじ止め面を移動することは一般的に不可能で、安定性上の理由としては、ねじを固定する穴を備えた排気マニホールドのねじ止めフランジは、一定の全体寸法を必要とするからであり、空間及び安定性上の理由としては、シリンダヘッドにおける固定ねじの位置は、所望通りには移動できないからである。例えば、固定ねじは、どのガス又は冷却液の通路とも交差してはならず、シリンダヘッドねじからは十分な距離を置いて配置されるべきである。

本発明の１つの改良形態では、シリンダヘッドは排気マニホールドの周囲に少なくとも部分的に適合しており、換言すると、排気マニホールドとシリンダヘッドとの間には、排気マニホールドの全周の部分又は全体に渡って、少なくとも密封面の直ぐ下流の領域において、狭い隙間が存在し、この狭い隙間は排気マニホールドとシリンダヘッドとによって形成される。シリンダヘッドは排気マニホールドの周囲に少なくとも部分的に適合しているので、この部分には空気が充満した絶縁層が存在し、この層が熱の放出を軽減する。シリンダヘッドが周囲に広範囲に適合するほど、熱の不注意な放出に対して排気マニホールドはより良く絶縁するが、これは絶対的に熱を放出する明らかな表面だけでなく、シリンダヘッド材に囲まれた大きな部分の場合でも、絶縁部分において熱の放出を加速する動きである空気の移動の可能性が低くなるからである。

本発明の別の改良形態では、排気マニホールドをシリンダヘッドに固定するためのねじ穴が、シリンダヘッド下壁及びシリンダヘッド上壁に配置される。これにより、排気マニホールドのシリンダヘッドへの安定した運転上信頼性のある固定を確保できるが、それは、シリンダヘッドの従来の設計において、シリンダヘッド下壁とシリンダヘッド上壁は、シリンダヘッドの中で最も安定した領域であるからである。シリンダヘッド下壁又はシリンダヘッド上壁にさらに固定することなく、例えば、シリンダヘッドの側壁のねじ止め面上だけにねじ穴を備えたねじの目を配置する場合、排気マニホールドの重量及び熱負荷の影響を受けたときに、側壁が変形するのを防ぐのは難しい。排気マニホールドをシリンダヘッドに固定するためのねじ穴がシリンダヘッド下壁及びシリンダヘッド上壁に固定されるとき、排気マニホールド及び、適切な場合、マニホールドに固定されるターボ過給機の重量によって、及び排気マニホールドの熱膨張によって、固定ねじ上に作用する応力は、シリンダヘッドの全体構造において、広い下部に渡って理想的に支持されあるいは吸収される。

本発明の別の有利な改良形態では、排気マニホールドの通路の部分で、シリンダヘッドに対する密封面とねじ止め面との間に広がる部分は、湾曲した設計である。排気路の中心は、通常はシリンダヘッドから、排気マニホールドのねじ止め面から垂直又はほぼ垂直に、立ち上がり、その後排気マニホールドにおいてほぼ直角に曲げられて共通回収路へ伸びる。流れのために、この折曲げは可能な限り大きい半径を備えた設計で、このタイプの配置はシリンダヘッド側に広い組み立て空間を必要とする。排気マニホールドで直角に曲げられた部分が、ねじ止め面の上流部分、すなわち密封面とねじ止め面との間、に既に配置されている場合、ねじ止め面の下流の残りの折曲げられた部分が必要とする組み立て空間が、通路の湾曲率の半径が同じとなる従来の通路の設計より少ないのは、共通回収路がシリンダヘッドに近接して伸びるからである。密封面とねじ止め面との間の通路部分の湾曲した設計は、組み立て又は運転における不都合なく可能であり、これは、ねじ止め面の通路の中心の方向と湾曲率は重要ではないからで、従って、通路は、ねじ止め面の平面を通って、湾曲して、またいかなる所望の角度においても、通過できる。

本発明の別の改良形態では、排気路の密封面及びねじ止め面は平行に並んでいる。２つの表面の互いに平行な配列により、ねじ応力は、組み立ての間及び取り付けられた状態では、密封面の平面に存在して排気マニホールドの密封面をシリンダヘッドの密封面に対して移動させるかもしれないあらゆる応力を生じさせることはない。従って、運転上信頼性のおけるねじ接続は、高度な機械的及び熱的負荷の場合であっても可能である。

さらなる特徴及び特徴の組み合わせは、図面の説明から明らかである。本発明の具体的な例示的実施形態は、単純化された形で図面に図示されており、以下の記載においてさらに詳細に説明する。

図１は、本発明によるシリンダヘッド１のシリンダの排気側の側面図を示す。この図では、排気路３の密封面２及びねじ止め面４ａ、４ｂは、排気マニホールド（図示せず）を固定する４つのねじ穴５ａ、５ｂを備えている。４つのねじ穴５ａ、５ｂは、密封面２において、排気マニホールド（図示せず）と密封面との間に挿入されるガスケット（図示せず）の均一な負荷を得るために、可能な限り周辺に均一に配置される。さらに、シリンダヘッド１における可能な限り安定した方法での、排気マニホールドの取り付けの簡便化及びねじ穴５ａ、５ｂの支持又は固定が、ねじ穴の位置に対して考慮される。シリンダヘッドの鋳造の外形は、密封面２の周囲において部分的にフィットする。

図２は、本発明によるシリンダヘッド１の図１のねじ穴５ａ、５ｂを通る断面図を示す。密封面２は、ねじ穴５ａ、５ｂを備えたねじ止め面４ａ、４ｂに対して平行に、排気路３の上流側に位置を変える。想像上の延長線によると、ねじ穴５ａは、シリンダヘッド上壁６、すなわちシリンダヘッド１のオイルパン７とウォータージャケット８との間の間仕切りに突き当たる。想像上の延長線によると、ねじ穴５ｂはシリンダヘッド下壁９に突き当たる。この方法で、ねじ止め応力は、ねじ穴５ａ、５ｂを介した排気マニホールドのねじ接続によってシリンダヘッド１に投入されるが、シリンダヘッドが変形することなく理想的に吸収される。

密封面２は、排気路３の可能な限り上流に設けられる。さらなる上流側への設置は冷水路、オイルパッセージ、シリンダヘッドねじ接続用の穴（いずれも図示せず）のため不可能だが、ウォータージャケット８の冷却液に熱を放出する排気路の部分は、従来のシリンダヘッドに比べて短縮されている。同じ理由で、ねじ止め面４ａ、４ｂ及びねじ穴５ａ、５ｂの位置転換も、シリンダヘッドに応力を投入する際の損傷をもたらすことなくしては不可能である。

図３は、本発明によるシリンダヘッド１の、図１及び図２の密封面２に対して直角に排気路３の中心を通る面の断面図を示す。入り込んでいる密封面２もここではっきりと見ることができる。排気マニホールド（図示せず）の周囲に部分的に適合しているねじ止め面４ａ、４ｂは、排気路の外側に沿った下流に、密封面２に対して平行に配置される。さらに図示されるのは、弁座を冷却する機能を果たす穿孔された冷却液通路１０、及びシリンダハウジング（図示せず）に対する連結穴１１である。シリンダヘッドの幾何学的形状上、連結穴１１と冷却液通路１０は所望通りには配置できないので、密封面２に近い又は一致するねじ止め面４ａ、４ｂの配置は不可能であり、あるいは有利とはならない。

図２及び図３の両方において、排気マニホールド（図示せず）の通路中心の輪郭は、密封面２の下流に所望通り誘導可能であることが見てとれる。換言すると、排気マニホールドの通路中心の輪郭は、湾曲率の大きい半径、小さい組み立て空間、製造及び組み立ての実現性、又は同様の基準について、最適化可能である。

本発明によるシリンダヘッドの側面図。 本発明によるシリンダヘッドの断面図。 本発明によるシリンダヘッドの別の断面図。

符号の説明

１ シリンダヘッド
２ 密封面
３ 排気口
４ａ、４ｂ ねじ止め面
５ａ、５ｂ ねじ穴
６ シリンダヘッド上壁
７ オイルパン
８ ウォータージャケット
９ シリンダヘッド底面
１０ 冷却液通路
１１ 連結穴

Claims (5)

1. 排気路（３）と、シリンダヘッド下壁（９）と、シリンダヘッド上壁（６）と、排気側のねじ止め面（４ａ、４ｂ）と、その上にねじ止めされた排気マニホールドと有する、内燃機関のシリンダヘッド（１）であって、
   密封面（２）は、流れの方向で見て前記ねじ止め面より上流の、前記排気路の終端部に配置されることを特徴とするシリンダヘッド（１）。
2. 前記シリンダヘッドは、前記排気マニホールドの周囲に少なくとも部分的にフィットすることを特徴とする、請求項１に記載のシリンダヘッド（１）。
3. 前記排気マニホールドを固定するねじ穴（５）は、前記シリンダヘッド下壁（９）と前記シリンダヘッド上壁（６）とに配置されることを特徴とする、請求項１あるいは２に記載のシリンダヘッド（１）。
4. 前記密封面（２）と前記ねじ止め面（４ａ、４ｂ）との間の、前記排気マニホールドの通路部分は、湾曲した設計であることを特徴とする、請求項１、２あるいは３に記載のシリンダヘッド（１）。
5. 前記排気路の前記ねじ止め面（４ａ、４ｂ）と前記密封面（２）とは、平行に並べられることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のシリンダヘッド（１）。

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