JP2009543979A - 補強部材を備える内燃機関のシリンダーヘッド - Google Patents

Abstract

アルミニウム合金からなる内燃機関のシリンダーヘッド（１）であって、燃焼チャンバーに隣接するシリンダーヘッドの表面（３）付近に位置する穴あき部材（２）を備え、該穴あき部材（２）がシリンダーヘッドのアルミニウム合金によって完全に覆われ、前記アルミニウム合金よりも高い曲げ強さを有する材料からなることを特徴とする、内燃機関のシリンダーヘッド。

Description

本発明は、内燃機関のシリンダーヘッドに関する。

内燃機関のシリンダーヘッドは、通常アルミニウム合金からなる。

現在の内燃機関、特に、出力が容積リッター当たり８０ｋＷに達するターボチャージ直接噴射ディーゼルエンジンでは、燃焼チャンバーに隣接するシリンダーヘッドの表面が、２００ｂａｒに達しうる圧力に晒され、燃焼チャンバー内において高温による熱的負荷が加わることにより大きな曲げ応力を生じる。

このような機械的及び熱的負荷は、シリンダーヘッドの合わせ面、即ち、シリンダーヘッド内に設けられた冷却剤の通路と、吸入ポートと排気ポートとから、燃焼チャンバーに隣接する表面を隔てるアルミニウム合金の層のクラッキングを引き起こす。

ＦＲ２６７１３１０及び２６８２８９９には、上記の負荷に耐えるように強度を向上させた内燃機関のシリンダーヘッドが記載されている。

上記文献に記載される解決方法では、２つの異なる合金の連続鋳造によりシリンダーヘッドを作製する。

しかしながら、これらの解決方法は、実施することが難しく且つ費用がかかり、将来に計画される高比出力エンジンのシリンダーヘッドのクラッキングを防ぐのには十分でない。

本発明の目的は、先述した機械的及び熱的負荷に耐えるように強度を顕著に高めたアルミニウム合金からなる内燃機関のシリンダーヘッドを作り出すことである。

この目的は、燃焼チャンバーに隣接するシリンダーヘッドの表面付近に位置する穴あき部材を備え、この穴あき部材がシリンダーヘッドのアルミニウム合金に完全に覆われ、且つ前記アルミニウム合金よりも高い曲げ強度を有する材料からなることを特徴とする、本発明のシリンダーヘッドによって達成される。

上記穴あき部材は、燃焼チャンバーに隣接する合わせ面と呼ばれるシリンダーヘッドの一部を補強し、特に、エンジンが動作している時に受ける曲げ応力に耐える。

好ましくは、穴あき部材は鋼鉄製で、グリル又は格子からなる。

このグリル又は格子は、好ましくは燃焼チャンバーに隣接するシリンダーヘッドの表面に平行である。このグリル又は格子は、鋼鉄、又は他の高強度合金からなり、よってアルミニウム合金の一定の厚みの分だけ前記表面から隔てられている。

有利には、前記格子は、シリンダーヘッドの長さ及び幅のほぼ全体に亘っている。

従って、前記格子は、燃焼チャンバーに隣接するシリンダーヘッドの全部を、曲げ応力と熱的応力に耐えるように補強する。

有利には、前記格子は、吸入ポートと排気ポート、シリンダーヘッド内に設けられた冷却剤の通路、及び燃焼チャンバーに隣接する前記表面の間に位置する。

好ましくは、前記格子は、少なくとも前記格子の厚みに等しいアルミニウム合金の厚みの分だけ、前記ポート、通路及び前記表面から隔てられている。

さらに好ましくは、前記格子は、吸入ポートと排気ポート、燃料噴射装置及びグロープラグの周囲を囲む切り抜き部を有している。

これら格子の切り抜き部は、アルミニウム合金の十分な厚みの分だけ、前記ポート、通路及びプラグから離れている。

本発明の好ましい実施形態では、格子は、シリンダーヘッドの長さ方向に沿って位置する平行なストリップ片、シリンダーヘッドの幅方向に沿って位置する平行なストリップ片、及び対角線に沿って位置する平行なストリップ片からなる。

格子の曲げ強度を増大させるため、格子の平面内におけるストリップ片の厚みは、該平面に垂直な方向の厚みよりも小さい。

本発明の他の特徴及び利点は、以下の説明により明らかになる。

なお、本発明は添付の図面によって制限されるものではない。

格子状の穴あき部材を備えるシリンダーヘッドの断面図である。 格子の平面図である。 格子の一部分の斜視図である。 格子を封じてているシリンダーヘッドの一部分の斜視図である。 図４のＡの拡大断面図である。

図１は、アルミニウム合金からなる内燃機関、具体的には直接噴射ディーゼルエンジンの、シリンダーヘッド１の断面を示している。

このシリンダーヘッド１は、燃焼チャンバーに隣接するシリンダーヘッドの表面３の近くに位置する穴あき部材２を含んでいる。この穴あき部材２は、完全にシリンダーヘッド１のアルミニウム合金に覆われており、シリンダーヘッド１を構成するアルミニウム合金よりも高い曲げ強度を有する鋼鉄のような材料からなっている。

図２及び３に示すように、穴あき部材２は鋼鉄のプレートから切り出された又はスタンプ加工された格子であるか、或いは鋳造された格子である。

図１は、格子２が、燃焼チャンバー近傍において、シリンダーヘッド１の表面３に平行に位置し、且つシリンダーヘッド１の長さ及び幅のほぼ全体に亘っていることを示す。

さらに、格子２は、吸入ポート４と排出ポート５、シリンダーヘッド内に設けられた冷却剤の通路６、７、８、及び燃焼チャンバーに隣接する表面３の間に位置している。

格子２は、少なくとも格子２の厚みに等しいアルミニウム合金の厚みの分だけ、ポート４、５、通路６、７、８、及び表面３から隔てられている。

一方、図２及び４に示すように、格子２は、吸入ポートと排気ポート、燃料噴射装置及びグロープラグを囲む、円形の切り抜き部９、１０、１１、１２、１３を有する。

図２及び３に示すように、格子は、シリンダーヘッドの長さ方向に沿って位置する平行なストリップ片１４、シリンダーヘッドの幅方向に沿って位置する平行なストリップ片１５、及び対角線に沿って位置する平行なストリップ片１６、１７を備える。

さらに、ストリップ片１４、１５、１６及び１７の、格子２の平面内における厚みは、該平面に垂直な方向の厚みよりも小さい。

ストリップ片１４ないし１７の間の開口部が格子２の総面積の９０％以上に相当するにもかかわらず、この特徴により、格子２は曲げ応力に対して大きな抵抗力を有する。

金型を用いたアルミニウム合金のダイキャスティングによってシリンダーヘッド１を製造する際、融解した合金は格子２のストリップ片１４ないし１７を完全に覆い、開口部全体、即ちストリップ片間の空間を満たす。

鋼鉄の格子２は、エンジンの出力が容積リッター当たり８０ｋＷに達する場合に高い機械的負荷及び熱的負荷を受けても、曲げ応力に耐え、且つクラッキングを防止するように、シリンダーヘッドの合わせ面を補強する。

格子２は、鋼鉄ではなく強度の高い合金から作製することもできる。

Claims (9)

1. アルミニウム合金からなり、燃焼チャンバーに隣接するシリンダーヘッドの表面（３）付近に位置する穴あき部材（２）を備えた内燃機関のシリンダーヘッドであって、該穴あき部材（２）が、シリンダーヘッドのアルミニウム合金に完全に覆われ、且つ前記アルミニウム合金よりも高い曲げ強さを有する材料からなっており、該穴あき部材（２）が格子であることを特徴とする、シリンダーヘッド。
2. 前記格子（２）が鋼鉄からなることを特徴とする、請求項１に記載のシリンダーヘッド。
3. 前記格子（２）が燃焼チャンバーに隣接するシリンダーヘッド（１）の表面（３）に対して平行に位置することを特徴とする、請求項１又は２に記載のシリンダーヘッド。
4. 前記格子（２）がシリンダーヘッド（１）の長さ及び幅のほぼ全体に亘って位置することを特徴とする、請求項１ないし３のいずれか一項-に記載のシリンダーヘッド。
5. 前記格子（２）が、吸入ポート（４）と排気ポート（５）、シリンダーヘッド内に設けられた冷却剤の通路（６、７、８）、及び燃焼チャンバーに隣接する前記表面（３）の間に位置することを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか一項に記載のシリンダーヘッド。
6. 前記格子（２）が、少なくとも前記格子（２）の厚みに等しいアルミニウム合金の厚みの分だけ、前記ポート（４、５）、通路（６、７、８）及び前記表面（３）から隔てられていることを特徴とする、請求項５に記載のシリンダーヘッド。
7. 前記格子（２）が、吸入ポートと排気ポート、燃料噴射装置及びグロープラグを囲む円形の切り抜き部（９、１０、１１、１２、１３）を有することを特徴とする、請求項１ないし６のいずれか一項に記載のシリンダーヘッド。
8. 格子（２）が、シリンダーヘッドの長さ方向に沿って位置する平行なストリップ片（１４）、シリンダーヘッドの幅方向に沿って位置する平行なストリップ片（１５）、及び対角線に沿って位置する平行なストリップ片（１６、１７）からなることを特徴とする、請求項１ないし７のいずれか一項に記載のシリンダーヘッド。
9. 格子（２）の平面内におけるストリップ片（１４ないし１７）の厚みが、該平面に垂直な方向の厚みよりも小さいことを特徴とする、請求項８に記載のシリンダーヘッド。

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