JP2007192089A - シリンダヘッド又はシリンダブロックの構造 - Google Patents

Abstract

【課題】分割し一体化したシリンダヘッドやシリンダブロックの第１構成部材と第２構成部材を跨いて配設された部品取り付け穴等の接合部分に、亀裂が生じないシリンダヘッドやシリンダブロックの構造を提供する。
【解決手段】各々が分割面を備えるアッパヘッド２１とロアヘッド２２が成形され、アッパヘッド２１とロアヘッド２２が接合面Ｙ―Ｙで接合されたシリンダヘッド１０又は図示しないシリンダブロックの構造において、例えば点火プラグ２３を取り付ける点火プラグ雌ネジ部１４を備えたブッシュ２０が、アッパヘッド２１に形成される第１保持穴２１ａと、ロアヘッド２２に形成される第２保持穴２２ａに、接合面Ｙ―Ｙを跨いで設けられる。
【選択図】図４

Description

本発明は、エンジンのシリンダヘッド又はシリンダブロックを分割して鋳造し、一体化して製造する技術に関するものである。

自動車のエンジンには、重量の軽減、及び冷却性能の向上その他の目的で、アルミニウム合金製のシリンダヘッドや、シリンダブロックが広く採用されている。
このうちシリンダヘッドは、その内部に、吸気ポート、排気ポート、燃料を爆発させる燃焼室の一部、及び冷却水を流通させるウォータジャケットを備えており、通常は鋳造によって一体成形されている。
吸気ポート、排気ポート、燃焼室、及びウォータジャケットは、内部に流体を通すために、シリンダヘッドは中空部を形成する複雑な構造となっている。
このため従来からシリンダヘッドは、吸気ポート、排気ポート、ウォータジャケットを成形するための多数の中子を用いて鋳造されていた。
また、シリンダヘッドを一体鋳造する場合、複雑な形状が鋳造可能な低圧鋳造法を用いることが通例であった。
しかし、低圧鋳造法は鋳造速度の制限から鋳造速度を上げることが出来ないので、生産性を向上させるのが難しいという問題がある。

鋳造速度を上げることができない理由は、溶湯を供給するための圧縮空気の圧力を、一定値以上高くすることができないためである。
また、シリンダヘッドを低圧鋳造法によって製作するにあたっては、多数の崩壊性の中子を用いて鋳造を行うために、鋳造が終わった後に、崩壊性の中子の除去工程が必要となる。
さらに、鋳造の度に取り出すために崩壊させてしまうため、崩壊性の中子は、製品１つ辺りに１セットの崩壊性の中子を制作する必要がある。崩壊性の中子を形成するのに用いるケイ砂は再利用をしているが、毎回制作を要するためにコストと手間がかかる。
このように、鋳造速度が上げられない点や、中子を複数用いなければならず、鋳造後に中子を崩して取り出さなければならない等の手間がかかる点から、シリンダヘッドの生産コストを下げることが出来なかった。

この点に着目して、崩壊性の中子を用いず、鋳造速度の速いダイカスト鋳造にて製造するシリンダヘッドについて開示しているのが、特許文献１である。
図８は特許文献１の接合構造シリンダヘッドの断面図を示している。
特許文献１のシリンダヘッド１０は、上方の冷却水室１１６を横切り、図８の紙面に対し前後方向に延在する接合面Ｘ―Ｘ及び吸気ポート１１、及び排気ポート１２を横切る接合面Ｙ―Ｙによって分割された上部ヘッド部材１１０ａ、中部ヘッド部材１１０ｂ、及び下部ヘッド部材１１０ｃの３つの構成部材に分割されている。
これら３分割された、シリンダヘッドの構成部材は、何れも冷却水室１１６、１２２、及び吸気ポート１１、及び排気ポート１２を形成するための崩壊性の中子を必要としない。したがって、従来の低圧鋳造法よりも著しく生産性が高い、例えばダイカスト機を用いて極めて生産性良く製造することが出来る。

しかし、特許文献１において、図８のように接合面Ｙ―Ｙを設ける場合、接合面Ｙ―Ｙは吸気ポート１１及び排気ポート１２の中心部分を分割し、燃焼室１５を通過している。
燃焼室１５ではエンジン稼働時に燃料を爆発させて動力を取り出しているので、燃料の燃焼時には高温高圧のガスが瞬時に発生し、そのガスの圧力に燃焼室１５は直接さらされる。
このように高温のガスにさらされることで、燃焼室１５の壁面を構成する材料は膨張収縮を繰り返すことになり、さらに瞬間的に高圧ガスが発生するために衝撃力をも受けることになる。
したがって、特許文献１のように燃焼室１５に接合面を設けた場合、燃料燃焼時の熱負荷による膨張収縮や、連続的に発生する衝撃力にさらされ、接合部に亀裂が入ってしまうなどの問題が考えられる。

そこで、本出願人は、このような点も配慮したシリンダヘッドを分割鋳造する技術について特許文献２に開示している。
図９は特許文献２のシリンダヘッドの断面図を示している。
特許文献２のシリンダヘッド１０は、分割型シリンダヘッドで、接合面Ｙ―Ｙで分割されるアッパヘッド２１とロアヘッド２２からなる。アッパヘッド２１は、吸気ポート１１、排気ポート１２、ウォータジャケット１３、図示しない点火プラグ穴を有し、動弁系などの機能部品を有する。
ロアヘッド２２は、アッパヘッド２１とは別ピースであり、アッパヘッド２１とシリンダブロック（図示略）との間に介在され、燃焼室１５の上壁を形成する。

この様な構成になっているので、例えばアッパヘッド２１を鋳造で、ロアヘッド２２を鍛造で作ることにより、燃焼圧を受けるロアヘッド２２の強度をアップさせることができ、燃焼圧を直接受けないアッパヘッド２１は安価な材料にすることも可能である。
さらに、アッパヘッド２１とロアヘッド２２が分割されることで、熱負荷のかかる燃焼室１５や点火プラグ雌ネジ部１４の付近の肉厚を任意に薄くすることが可能で、鋳造や鍛造では成型することが出来ない形状に機械加工することも可能となる。これによって冷却性能の向上を図ることも可能となる。
特開昭６２−１６２７５６号公報 特開２００１−１６４９８６号公報

しかしながら、特許文献２に開示される方法では以下の問題が考えられる。
（１）分割面を跨いで配設された部品取り付け穴に、亀裂が生じる恐れがある。
アッパヘッド２１とロアヘッド２２を接合するには、母材よりも融点の低い金属が接合剤として用いられる。その結果、接合部は他の部分よりも材料の強度が低くなってしまう。
図１０に、アッパヘッド２１とロアヘッド２２を接合した場合の、燃焼室１５付近の拡大図を示す。この図１０は特許文献２の問題を簡単に説明するために、接合面Ｙ―Ｙを１枚の平面で切断した場合の部分拡大図としている。
このように、アルミニウム合金製のアッパヘッド２１とロアヘッド２２が、例えば亜鉛系の接合剤を用い、接合面Ｙ―Ｙで接合されれば、亜鉛系の接合層２５が出来上がる。この接合層２５は、低融点金属が主成分となるので、母財部分であるアッパヘッド２１及びロアヘッド２２と比べて強度が低くなる。

一方、エンジン稼働時には、シリンダヘッド１０の有する燃焼室１５で連続的に燃料を爆発させて動力を取り出している。この時に発生する燃焼ガスは高温高圧となり、爆発の衝撃や熱応力など材料に大きな負荷がかかる。
この負荷によって、図１０に示す点火プラグ雌ネジ部１４など、接合層２５を跨いで部品が取り付けられる部分に接合層２５とネジの谷部が重なるような加工や、接合層２５と段差が重なるような加工や、接合層２５と凹部が重なるような加工が必要な場合、その部分に応力が集中して亀裂が発生する可能性があり問題である。

（２）接合層とネジの谷部が一致する場所では亀裂が生じやすい。
図１１には、図１０のＣ部分拡大図を示す。
上述した（１）の問題は、特にネジの谷部１４ａと接合層２５が一致する場所で、特に問題となる。
燃焼室１５に設けられる点火プラグ雌ネジ部１４は、図示しない点火プラグを組み付けるために設けられている。
ネジ山は被加工物に対して螺旋状に設けられる。したがって、接合層２５を跨いで点火プラグ雌ネジ部１４の加工を行うと、必ずこのように接合層２５とネジの谷部１４ａが一致する場所ができる。
そして、接合層２５の剛性は他と比べて低いので、エンジン稼働中に発生する熱応力や、爆発による振動によって、このような応力が集中したネジの谷部１４ａには亀裂２６が入りやすくなり問題である。

（３）亀裂の引き起こす派生的な問題について。
上述した（１）や（２）のように、接合層２５にネジの谷部１４ａのような凹部が重なると亀裂２６が発生しやすい。
そして発生した亀裂２６は、エンジン稼働時に発生する熱応力や振動の影響から徐々に成長する。
点火プラグ雌ネジ部１４の隣は、シリンダヘッド１０の壁を挟んで冷却水を流しているウォータジャケット１３が存在するので、亀裂２６が成長し、ウォータジャケット１３まで貫通すると、点火プラグ雌ネジ部１４を通過して燃焼室１５に冷却水が入り込む結果となり、エンジンの燃費低下や点火プラグの失火、最悪エンジンブローに繋がりかねない。
つまり亀裂２６の発生は、直接エンジンの性能低下に結びついてしまう。

このように、特許文献２においては、分割し一体化したシリンダヘッドやシリンダブロックの第１構成部材と第２構成部材を跨いて配設された部品取り付け穴等の接合部分に亀裂が生じやすいという問題があった。

そこで、本発明ではこのような問題を解決するためになされたものであり、分割し一体化したシリンダヘッドやシリンダブロックの第１構成部材と第２構成部材を跨いて配設された部品取り付け穴等の接合部分に、亀裂が生じないシリンダヘッドやシリンダブロックの構造を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明によるシリンダヘッド又はシリンダブロックの構造は以下のような特徴を有する。
（１）各々が分割面を備える第１構成部材と第２構成部材が成形され、前記第１構成部材と前記第２構成部材が前記分割面で接合されたシリンダヘッド又はシリンダブロックの構造において、部品を取り付ける部品取付穴を備えた部品取付部材が、前記第１構成部材に形成される第１保持穴と、前記第２構成部材に形成される第２保持穴に、前記分割面を跨いで挿入して固定されることを特徴とする。
ここでいう「部品」とは、例えば点火プラグやインジェクタ、バルブガイド等、シリンダヘッド取り付けられる部品を指す。
またここでいう「部品取付部材」とは、「部品」を取り付けるためにシリンダヘッドに設けられる別体の部材であり、例えば点火プラグ等を取り付ける「部品取付部材」であれば、その内部に雌ねじ加工が施される。

（２）（１）に記載のシリンダヘッド又はシリンダブロックの構造において、前記部品取付部材の前記部品取付穴に、部品螺合用のネジ溝が形成されることを特徴とする。
（３）（１）又は（２）に記載されるシリンダヘッドの構造において、前記部品取付部材が、エンジンの燃焼室に面して設けられ、前記部品取付部材の外形が、前記燃焼室から遠ざかる方向に縮径していることを特徴とする。
（４）（１）乃至（３）のいずれか１つに記載されるシリンダヘッドの構造において、前記部品取付部材が、前記燃焼室のシリンダヘッド側の壁面を構成し、吸気ポート及び排気ポートを備えることを特徴とする。

このような特徴を有する本発明によるシリンダヘッド又はシリンダブロックの構造により、以下のような作用、効果が得られる。
接合された第１構成部材と第２構成部材に、部品取付穴を備えた部品取付部材を、分割面を跨いで設けることで、例えば、点火プラグを取り付ける為のネジ加工した際に、ネジの谷部が分割面と一致し、亀裂が入ることを防止することが可能である。
これは、例えば点火プラグをシリンダヘッドに取り付ける場合、第１構成部材と第２構成部材が接合され、第１保持穴と第２保持穴が連通して、その部分に部品取付部材を、分割面を跨ぐようにして圧入又は接合し、シリンダヘッドに取り付けられた部品取付部材にネジ溝の形成を行う。
この際に、部品取付部材が、第１構成部材に設けられる第１保持穴と第２構成部材に形成される第２保持穴に、分割面を跨いで設けられるので、その後で形成されるネジ溝のネジの谷部が分割面と一致するようなことはなくなる。

ネジの谷部と、分割面にできる接合層とが一致する場所では、応力集中が起こりやすい。そのような場所は、疲労破壊の起点となり、分割面に亀裂が入るなどの原因となることが考えられる。
このような場合にも、部品取付穴を備えた別体である部品取付部材を、圧入や接合などの方法で取り付け、この部品取付部材にネジを切ることで、シリンダヘッド又はシリンダブロックの有する部品取付部に直接雌ねじを切る必要がなくなる。
これにより、分割面とネジ溝の谷部が一致した場合に起こる、応力集中や、それによる亀裂の発生や、疲労破壊の原因を取り除くことができる。
また、このような応力集中は、ネジ溝を設けない場合でも、凹部や段差が接合面と一致する場合にも起こると考えられるが、そのような問題も部品取付部材を用いることで解決しうる。

また、部品取付部材が、エンジンの燃焼室に面して設けられ、前記部品取付部材の外形が、前記燃焼室から遠ざかる方向に縮径しているので、シリンダヘッドに備えられるエンジンの燃焼室において、エンジン稼働時に起こる燃料の燃焼、爆発による圧力の影響を受けて、部品取付部材が上側に抜けたり、脱落したりすることがない。また、このように構成することで、部品取付部材自体が全体で応力を受けるので、強度上有利となる。

また、部品取付部材が、燃焼室のシリンダヘッド側の壁面を構成し、吸気ポート及び排気ポートを備えるので、エンジンの燃焼室を別部材で製造することが可能であり、シリンダブロックはアルミ合金で作られることが多いが、エンジンの燃焼室だけは鉄系の材料を用いて剛性を上げることが可能である。
このようにすることで、強度が必要な部材を集中することができるために、性能を向上させた上で、コストダウンにも寄与することが可能となる。

以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
（第１実施例）
以下、第１実施例の構成について説明する。
図１は、シリンダヘッド１０を接合面Ｙ―Ｙでアッパヘッド２１とロアヘッド２２に分割した立体斜視図を示している。
また、図２は、ロアヘッド２２の立体斜視図を示している。
第１実施例のシリンダヘッド１０は、一般的な車両に用いられる直列４気筒で４バルブのエンジンに組み付けられるものである。
シリンダヘッド１０は、側面に吸気ポート１１を有しており、図示しないインテークマニホールドが接続される。また、他方の側面には図示しない排気ポート１２を有し、図示しないエキゾーストマニホールドに接続される。
シリンダヘッド１０の上部には、図示しないシリンダキャップが、下部には図示しないシリンダブロックが組み付けられ、その他様々な補機類が取り付けられ、エンジンとして稼働することとなる。
このようなシリンダヘッド１０は、近年ではアルミニウム合金を鋳造して制作されるのが一般的である。鋳鉄に比べて軽量で冷却効率が良く、車の性能の向上に繋がるためである。
また、第１実施例のシリンダヘッド１０は、第１構成部材及び第２構成部材に対応する、アッパヘッド２１を例えば低圧鋳造法によって鋳造し、ロアヘッド２２を例えばダイカスト鋳造法によって鋳造し、アッパヘッド２１とロアヘッド２２を一体化することで製造される、分割式のシリンダヘッドである。

なお、図２に示すロアヘッド２２は、接合面Ｙ―Ｙで分割することで崩壊性の中子が必要となる中空部を無くすことが可能なので、ダイカスト鋳造法を用いて低コストに生産することが可能である。
また、このロアヘッド２２は強度が必要な部品となるため、鍛造等の製造方法によって製作したり、ロアヘッド２２を鋳鉄のように強度のある材料で製作したりしても良い。
もちろん、アッパヘッド２１についても分割することで、崩壊性の中子を廃止することが可能なので、特許文献１に示されているように適宜分割して生産しても良い。

図３には、図２に示したＡＡ断面で、シリンダヘッド１０を切断した断面図を示している。
シリンダヘッド１０の下部に備えられる燃焼室１５には、吸気ポート１１及び排気ポート１２が接続されている。
接合面Ｙ―Ｙは、燃焼室１５の上部を通過し、シリンダヘッド１０を平面で切断しており、ウォータジャケット１３も分割する。
アッパヘッド２１及びロアヘッド２２を接合する際には、接合面Ｙ―Ｙに亜鉛系のロウ材を用いて接合する。ロウ材については、亜鉛系に限ることなく、被接合剤よりも低融点であり、エンジンとして車に組み込まれたシリンダヘッド１０の使用環境下においてシール性と接合強度が確保できれば良い。
このようにしてアッパヘッド２１及びロアヘッド２２が接合されることで、接合層２５ができる。この接合層２５の厚みは０．１〜０．２ｍｍ程度となる。なお、この接合層２５の厚みは、アッパヘッド２１及びロアヘッド２２の各々の接合面Ｙ―Ｙを機械加工により、平面度、面粗度等を更に向上させれば、もっと薄くても良い。

燃焼室１５の上部には、部品取り付け部材に対応するブッシュ２０が設けられている。
このブッシュ２０は、ブッシュ細径部２０ａとブッシュ太径部２０ｂからなる段付きの形状をしており、ブッシュ細径部２０ａが燃焼室１５から遠い側に、ブッシュ太径部２０ｂの下面が燃焼室１５に面して、シリンダヘッド１０に備えられることになる。
また、ブッシュ２０は、鉄系かアッパヘッド２１及びロアヘッド２２よりも強度の高いアルミニウム合金等で作られている。
一方、アッパヘッド２１及びロアヘッド２２は鋳造等によって制作される際に、ブッシュ２０を圧入又は接合するために、アッパヘッド２１には第１保持穴２１ａ、ロアヘッド２２には第２保持穴２２ａが形成される。
そして、ブッシュ２０は、アッパヘッド２１の第１保持穴２１ａ及びロアヘッド２２の第２保持穴２２ａに圧入又は接合されて固定されており、部品取付穴に対応する点火プラグ雌ネジ部１４を有している。
ブッシュ２０の圧入又は接合については、アッパヘッド２１とロアヘッド２２を接合する前にロアヘッド２２に先に行っても良いし、アッパヘッド２１とロアヘッド２２を一体化した後に行っても良い。

図４に、図３のＢ部の拡大断面図を示す。
ブッシュ２０は、段付きの円筒形状をしており、燃焼室１５に面する側の径が大きくなっている。ブッシュ２０はシリンダヘッド１０に圧入又は接合される。
また、ブッシュ２０の長さは、ロアヘッド２２の燃焼室１５から接合面Ｙ―Ｙまでの厚みよりも長く、アッパヘッド２１とロアヘッド２２が組み合わされた状態で、接合面Ｙ―Ｙを跨ぐ状態となっている。
ブッシュ２０は、図示しない点火プラグ２３を取り付ける部分である燃焼室１５の上部に圧入又は接合して設けられるものであり、その長さは、接合面Ｙ―Ｙを跨いでいれば、点火プラグ差し込み穴１７まで達するものであっても、図４に示すように途中までの長さのものであってもよい。
シリンダヘッド１０にブッシュ２０を圧入又は接合した後、図示しない点火プラグ２３を組み付けるための点火プラグ雌ネジ部１４を設ける。
なお、点火プラグ雌ネジ部１４は最初から設けられていても良いが、この場合は、ブッシュ２０の長さは、点火プラグ２３を保持するための点火プラグ雌ネジ部１４を設けるのに十分な長さが必要である。

第１実施例は以上のような構成になっているので、以下のような効果作用を示す。
まず、接合層２５と点火プラグ雌ネジ部１４の一致がなくなる。
図５に、シリンダヘッド１０に点火プラグ２３が取り付けられた状態のＢ部詳細断面図を示す。
図示しないシリンダブロックに組み付けられたシリンダヘッド１０は、燃焼室１５内に燃料を供給した後、圧縮、爆発を行い、燃焼室１５内で圧力３０を発生する。圧力３０は、燃焼室１５内で広がろうとする力であり、燃焼室１５の内壁に対して押し付ける方向の力が働く。
この際に燃焼室１５の一部を構成しているブッシュ２０についても、図面上方向に断続的に圧力３０を受けることになる。
シリンダヘッド１０にブッシュ２０を圧入又は接合し、点火プラグ雌ネジ部１４の加工をする。この結果、図１１で示したように、接合層２５にネジの谷部１４ａが一致するような加工ではなくなる。したがって、接合層２５とネジの谷部１４ａが一致した部分に応力が集中して亀裂２６が発生し、破壊に繋がるようなことがなくなる。

これは、シリンダヘッド１０に接合面Ｙ―Ｙを跨ぐように、すなわち接合層２５を跨ぐようにブッシュ２０が圧入又は接合されているので、点火プラグ雌ネジ部１４の加工を行っても、接合層２５の部分に点火プラグ雌ネジ部１４が直接行われることはないからである。
仮に、この接合層２５部分に亀裂が入り、破壊が進むと、シリンダヘッド１０内部に設けられたウォータジャケット１３や、吸気ポート１１、排気ポート１２等が繋がってしまうなどの悪影響が考えられる。
吸気ポート１１及び排気ポート１２とウォータジャケット１３が連通すると、ウォータジャケット１３の中を流れる冷却水が、吸気ポート１１及び排気ポート１２側に漏れ出すこととなり、それによって燃焼室１５側にも冷却水が入り込む危険性がある。冷却水は少量入り込んだだけでも水蒸気となって燃焼室１５内で燃料に混じり性能低下に繋がるという悪影響がある。冷却水の漏れ量が多ければ、最悪エンジンブローにも繋がりかねない。
したがって、第１実施例のように構成することで、こういった事態を防ぐことが可能となる。

また、シリンダヘッド１０に圧入又は接合されているブッシュ２０は、このような圧力３０を受け、ブッシュ２０が燃焼室１５から遠ざかる方向で縮径するように段付きになっている、つまり力がかかる方向に縮径しているので、ゆるみ方向に力が働かず、抜け落ちることはない。
また、ロアヘッド２２にブッシュ２０を圧入又は接合し、その後にアッパヘッド２１とロアヘッド２２を接合する手順であれば、アッパヘッド２１に対する位置決めピンのような役割を果たすこともできる。
アッパヘッド２１及びロアヘッド２２を鋳造後に、一体化してシリンダヘッド１０とした場合に、鋳造精度や鋳造後の加工精度、組み付け精度など様々な原因で、合わせ面の精度確保が難しく、部品取付穴の合わせ面にズレが生じやすい。
このズレによって部品の取付に支障を来すことがあるが、ブッシュ２０に位置決めピン的な役割を与えることで、位置ズレは起きにくくなり、点火プラグ２３自体はブッシュ２０に取り付けることとなるので、ズレは問題とならない。この点は部品が、他のものであっても同じである。例えばバルブであればバルブガイドがその役割を果たし、インジェクションであっても、ブッシュ２０と同等のものを備えてやればよい。

また、ブッシュ２０の材質に鉄系の材料を採用してやることで、点火プラグ２３を取り付け、取り外しする際に点火プラグ雌ネジ部１４を潰してしまう危険性を減らすことができる。
点火プラグ２３は消耗品であり、定期的に交換が必要である。しかし、シリンダヘッド１０によく用いられるアルミニウム合金は素材に粘りがあるためかじりやすく、点火プラグ２３の取り付け、取り外しの際には十分な注意が必要となる。
しかし、実際にメンテナンス中には点火プラグ２３の取り付けや取り外しの際に、締めすぎによって、シリンダヘッド１０にダメージを与えてしまうこともあり、こうした場合のリペアは困難である。しかしシリンダヘッド１０にブッシュ２０が使用されていれば、部分的に強度を高めることは可能で、鉄系の材料であればかじることも少ないため、こういった問題も起きにくくなる。

また、シリンダヘッド１０の補強としての役割を果たす。これは、シリンダヘッド１０において、接合層２５部分が最も剛性が低くなるが、この接合層２５を跨ぐ状態でブッシュ２０が設けられることで、剪断方向の荷重に対する補強となるためである。
エンジン稼働時には、内部で爆発を起こしているために、エンジンは常に振動にさらされることになる。また、車は移動するため路面の影響等をうけて、外部からもエンジンは振動を受けやすい。このため、エンジンマウントによってエンジンは車のボディに取り付けられ、こうした振動の対策を行っているが、エンジンに接続する様々な補器は、別のモードで振動するため、例えばエキゾーストマニホールドや、インテークマニホールドによって接続するシリンダヘッドと、エンジンマウントでボディに固定されるエンジンブロックでは違った力を同時に受けることもある。
すなわち、エンジンが捻れる方向で力が加わることも考えられ、最も弱い接合面に応力が加わることになると、その部分に亀裂等が発生することも考えられる。しかし、ブッシュ２０でシリンダヘッド１０の補強の働きがなされれば、こうした力が発生したとしても、ブッシュ２０で補強されるため接合層２５へのダメージが緩和されると考えられる。

よって、第１実施例は以下のような効果を得ることができる。
（１）各々が分割面を備えるアッパヘッド２１とロアヘッド２２が成形され、アッパヘッド２１とロアヘッド２２が接合面Ｙ―Ｙで接合されたシリンダヘッド１０又は図示しないシリンダブロックの構造において、例えば点火プラグ２３を取り付ける点火プラグ雌ネジ部１４を備えたブッシュ２０が、アッパヘッド２１に形成される第１保持穴２１ａと、ロアヘッド２２に形成される第２保持穴２２ａに、接合面Ｙ―Ｙを跨いで設けられることを特徴とするので、アッパヘッド２１とロアヘッド２２を一体化する際に、鋳造時に設けられた部品取付穴に段差を生じる等の分割鋳造の影響を可及的に低減できる。
また、アッパヘッド２１とロアヘッド２２を一体化することで構成されるシリンダヘッド１０又は図示しないシリンダブロックに、外力や応力がかかった場合、点火プラグ雌ネジ部１４を備えたブッシュ２０が、アッパヘッド２１とロアヘッド２２に跨って取り付けられていることで、外力に対する補強となり、最も弱い接合面Ｙ―Ｙに力がかかることを防止することができる。

（２）（１）に記載のシリンダヘッド１０又は図示しないシリンダブロックの構造において、ブッシュ２０の部品取付穴に、部品螺合用の点火プラグ雌ネジ部１４が形成されるので、ネジ加工した際に、ネジの谷部１４ａが接合面Ｙ―Ｙと一致する部分で亀裂２６が入ることを防止することが可能である。
ネジの谷部１４ａと接合面Ｙ―Ｙが一致する場所では、応力集中が起こりやすい。このため、疲労破壊の起点となり、接合層２５に亀裂２６が入るなどの原因となることが考えられる。
このような場合にも、部品取付穴を備えた別体であるブッシュ２０を、圧入や接合などの方法で取り付け、このブッシュ２０にネジを切ることで、シリンダヘッド１０又はシリンダブロックの有する部品取付部に直接雌ねじを切る必要がなくなる。
これにより、前述したような亀裂２６が入り、疲労破壊の起点となることがなくなる。

（３）（１）又は（２）に記載されるシリンダヘッド１０の構造において、ブッシュ２０が、エンジンの燃焼室１５に面して設けられ、ブッシュ２０の外形が、燃焼室１５から遠ざかる方向に縮径しているので、シリンダヘッド１０に備えられるエンジンの燃焼室１５において、エンジン稼働時に起こる燃料の燃焼、爆発による圧力３０の影響を受けて、ブッシュ２０が上側に抜けたり、脱落したりすることがない。また、このように構成することで、ブッシュ２０自体が全体で応力を受けるので、強度上有利となる。

（第２実施例）
次に、第２実施例の構成について図を用いて説明する。
図６に、図３のＢ部に対応する詳細断面図を示す。また、図７に、図６の燃焼室１５側から見た平面図を示す。
シリンダヘッド１０の構成は第１実施例とほぼ同じであるが、ブッシュ２０の代わりに燃焼室部材２４を用いている点が異なる。
燃焼室部材２４は、燃焼室１５を構成する壁面を備え、図４のブッシュ２０の機能を有した部品であり、ロアヘッド２２に圧入又は接合にて備えられる。この燃焼室部材２４は、鋳鉄又はアルミ展伸材等の材料から作られロアヘッド２２よりも強度の高い部品である。
また、燃焼室部材２４には、燃焼室１５と、吸気ポート１１及び排気ポート１２の一部が設けられ、点火プラグ雌ネジ部１４もシリンダヘッド１０に組み付けた後に加工される。
第２実施例のエンジンは直列４気筒で４バルブのエンジンであるので、１つの燃焼室１５に吸気ポート１１及び排気ポート１２が合計４カ所設けられる。図７は燃焼室１５のうちの１つを示しており、点火プラグ雌ネジ部１４の左右に、吸気ポート１１及び排気ポート１２が設けられていることが分かる。なお、隣り合う吸気ポート１１の間、及び隣り合う排気ポート１２の間を弁間１６と呼ぶことにする。
この点火プラグ雌ネジ部１４の加工については、凸部２４ａの長さが点火プラグ２３を保持するのに十分な長さの点火プラグ雌ネジ部１４を設けるだけの長さがあれば、最初から行われていても良い。

燃焼室部材２４は凸部２４ａと燃焼室部２４ｂからなり、シリンダヘッド１０と圧入又は接合されて一体化される際に、アッパヘッド２１が備える第１保持穴２１ａとロアヘッド２２の備える第２保持穴２２ａに凸部２４ａが、ロアヘッド２２の備える保持凹部２２ｂに燃焼室部２４ｂが嵌り込む。
こうすることで、燃焼室部材２４が接合層２５を跨いでアッパヘッド２１とロアヘッド２２に備えられることになる。
なお、図６では、接合層２５を凸部２４ａが跨いでいるが、燃焼室部２４ｂ部分が跨ぐように構成されても良い。

第２実施例はこのような構成を有するので、以下の効果作用を示す。
まず、ロアヘッド２２の材質を安価なものに変更することが可能となる。
第２実施例では、燃焼室部材２４に燃焼室１５を構成する壁面が形成されて、シリンダヘッド１０に備えられる。したがって、エンジン稼働時には、燃焼室部材２４に形成された燃焼室１５の内壁面に高温高圧のガスが直接作用し、ロアヘッド２２は高温高圧のガスに直接さらされなくなる。このため、ロアヘッド２２の材質を安価なものに変更することが可能となる。

また、燃焼室１５の強度を高めることができる。
シリンダヘッド１０に設けられる吸気ポート１１及び排気ポート１２は、１つの燃焼室１５に対して４バルブのエンジンであれば、合計４つ設けられ、また、点火プラグ２３を組み付けるための点火プラグ雌ネジ部１４が空けられる。
すなわち、１つの燃焼室１５には吸気ポート１１及び排気ポート１２に接続するための４つの穴と、点火プラグ雌ネジ部１４が１つ設けられることになる。
そして、燃焼室１５と吸気ポート１１及び排気ポート１２が接続される部分には、図示しないバルブシートが設けられることになる。
このバルブシートは、図示しないバルブシートリングが燃焼室１５の内壁に圧入され、図示しないバルブがバルブシートリングに当接離間することで燃焼室１５への吸排気を制御するものであり、通常はシリンダヘッド１０の仕上げ加工時に設けられる。
しかし、このようなバルブシートリングを燃焼室１５の内壁面に圧入するためには、鋳造後のシリンダヘッドに対して加工が必要となり、その厚み分のスペースを必要とするので、吸気ポート１１及び排気ポート１２の設けられる位置には、制限がある。

一方、吸気ポート１１及び排気ポート１２のポートの径は性能上太い方が有利であり、特に吸気ポート１１は吸気量を増やすために太く設けることが望ましい。従って、弁間１６は必要な強度を持った上で狭く設けられることが望ましい。
燃焼室部材２４自体に強度があれば、この弁間１６を狭くすることが可能であり、性能向上に寄与することになる。
さらに、燃焼室部材２４の材質を耐摺動性のある部材にするか、部分的に表面改質を行って耐摺動性を持たせれば、バルブシートリングを圧入する必要がなくなる。バルブシートリングは、冷やしバメという特殊な方法で圧入するケースが多く、組み付け工程のコストもかかる部品であるため、コストダウンには有効である。

また、シリンダヘッド１０の設計自由度を上げる効果もある。
シリンダヘッド１０に設ける接合層２５がどの位置に来ても、燃焼室１５の壁面に接合層２５が現れることがない。このため接合面Ｙ―Ｙを設ける位置の自由度が広くなる。
例えば図１０のような構成で、アッパヘッド２１及びロアヘッド２２を同じ材質で鋳造したとする。
接合面Ｙ―Ｙを図１０で示すよりも下側であって燃焼室１５を切断するような位置に持ってきた場合、エンジン稼働時に燃焼室１５の内壁面は高温高圧の燃焼ガスにさらされるので、燃焼室１５に現れた接合層２５も当然この燃焼ガスにさらされることとなる。
また、アッパヘッド２１及びロアヘッド２２は圧力３０を直接受けるほか、高温にさらされるので、アッパヘッド２１及びロアヘッド２２はそれぞれ膨張、収縮を繰り返すことになる。
このことにより、燃焼室１５を構成する他の内壁面よりも、接合層２５の部分は、強度が低いほか、熱に対しても弱いため、応力が集中し次第に劣化し亀裂が入ったり、窪みとなったりすることが考えられる。このような懸念があるため、図１０及び図４でも、燃焼室１５の図面上側に接合面Ｙ―Ｙを持ってくる必要がある。
しかし、燃焼室部材２４を用いれば、この問題を解決することができる。
すなわち、接合面Ｙ―Ｙをどの位置に持ってきても、燃焼室１５の内壁面に接合層２５が現れることはなくなるので、シリンダヘッド１０の設計の自由度を高くすることが可能となるというメリットがある。
また、燃焼室部材２４は、単体で製造されれば同じ型から作られることとなるので、燃焼室１５の容積が均一となり、エンジンの振動低減等に繋がる可能性もある。

以上に説明した、本発明のシリンダヘッド又はシリンダブロックの構造によれば、以下のような優れた作用、効果が得られる。
（１）第１実施例に記載されるシリンダヘッド１０の構造において、燃焼室部材２４が、エンジンの燃焼室１５に面して設けられ、燃焼室部材２４の外形が、燃焼室１５から遠ざかる方向に縮径しているので、シリンダヘッド１０に備えられるエンジンの燃焼室１５において、エンジン稼働時に起こる燃料の燃焼、爆発による圧力３０の影響を受けて、燃焼室部材２４が上側に抜けたり、脱落したりすることがない。また、このように構成することで、燃焼室部材２４自体が全体で応力を受けるので、強度上有利となる。
（２）（１）に記載されるシリンダヘッドの構造において、燃焼室部材２４が、エンジンの燃焼室１５のシリンダヘッド１０側の壁面を構成することを特徴とするので、エンジンの燃焼室１５を別部材で製造することが可能である。すなわち、シリンダヘッド１０はアルミ合金で作られることが多いが、燃焼室部材２４は鉄系の材料を用いて剛性を上げることが可能である。
このようにすることで、強度が必要な部材を集中することができるために、性能を向上させた上で、コストダウンにも寄与することが可能となる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、第１実施例及び第２実施例で示したシリンダヘッド１０やブッシュ２０、燃焼室部材２４等の材質は、アルミニウム合金や鋳鉄に限らず、必要に応じて変更可能である。また、この接合に使用した接合剤も、適宜変更可能である。

第１実施例の、シリンダヘッドを接合面でアッパヘッドとロアヘッドに分割した状態の立体斜視図を示している。 第１実施例の、ロアヘッドの立体斜視図を示している。 第１実施例の、図２に示したＡＡ断面でシリンダヘッドを切断した、断面図模式図を示している。 第１実施例の、図３に示したＢ部の拡大断面略図を示している。 第１実施例の、シリンダヘッドに点火プラグが取り付けられた状態のＢ部詳細断面略図を示している。 第２実施例の、図３のＢ部に対応する詳細断面略図を示している。 第２実施例の、図６の燃焼室側から見た平面略図を示している。 特許文献１の、接合構造シリンダヘッドの断面図を示している。 特許文献２の、分割型シリンダヘッドの断面図を示している。 特許文献２の、アッパヘッドとロアヘッドを接合した場合の、燃焼室付近の拡大図を示している。 特許文献２の、図１０のＣ部分の拡大図を示している。

符号の説明

１０ シリンダヘッド
１１ 吸気ポート
１２ 排気ポート
１３ ウォータジャケット
１４ 点火プラグ雌ネジ部
１５ 燃焼室
１７ 点火プラグ差し込み穴
２０ ブッシュ
２１ アッパヘッド
２１ａ 第１保持穴
２２ ロアヘッド
２２ａ 第２保持穴
２３ 点火プラグ
２５ 接合層
３０ 圧力

Claims (4)

1. 各々が分割面を備える第１構成部材と第２構成部材が成形され、前記第１構成部材と前記第２構成部材が前記分割面で接合されたシリンダヘッド又はシリンダブロックの構造において、
   部品を取り付ける部品取付穴を備えた部品取付部材が、前記第１構成部材に形成される第１保持穴と、前記第２構成部材に形成される第２保持穴に、前記分割面を跨いで挿入して固定されることを特徴とするシリンダヘッド又はシリンダブロックの構造。
2. 請求項１に記載のシリンダヘッド又はシリンダブロックの構造において、
   前記部品取付部材の前記部品取付穴に、部品螺合用のネジ溝が形成されることを特徴とするシリンダヘッド又はシリンダブロックの構造。
3. 請求項１又は請求項２に記載されるシリンダヘッドの構造において、
   前記部品取付部材が、エンジンの燃焼室に面して設けられ、
   前記部品取付部材の外形が、前記燃焼室から遠ざかる方向に縮径していることを特徴とするシリンダヘッドの構造。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載されるシリンダヘッドの構造において、
   前記部品取付部材が、前記燃焼室のシリンダヘッド側の壁面を構成し、吸気ポート及び排気ポートを備えることを特徴とするシリンダヘッドの構造。
   

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