JP2010090763A - Fastening structure for cylinder head - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はエンジンのシリンダヘッドの締結構造に係り、詳しくは複数本のボルトによりシリンダブロックにシリンダヘッドを締結する構造に関するものである。 The present invention relates to an engine cylinder head fastening structure, and more particularly to a structure for fastening a cylinder head to a cylinder block with a plurality of bolts.
エンジンのシリンダヘッドは、シリンダブロックの上部にガスケットを挟んで載置され、複数本のボルトによってシリンダブロックに締結されている。このボルトは、燃焼室の周囲に適宜間隔をおいて配置され、通常は全て同一のものが使用され、同一の締付トルクで締め付けられていた。
ところで、エンジンの運転により機関温度が上昇することで、シリンダヘッドは硬度が低下する。特に排気ポートの近傍部がその他の部位より大きく温度上昇して硬度が低下するため排気ポート近傍をボルトで締結するシリンダヘッドの座面の許容面圧が低下する。したがって、上記のようにシリンダヘッドを締結するボルトが全て同一であり同一の締付トルクで締め付けると、排気ポート近傍部ではシリンダヘッドの座面の許容面圧が低下してシリンダヘッドに座屈や脆性破壊が生じる虞がある。一方、このような座屈や脆性破壊を回避するため、全てのボルトの軸力を低くした場合は、ガスケットのシール性の確保が困難となる虞がある。
The cylinder head of the engine is mounted on the upper part of the cylinder block with a gasket interposed therebetween, and is fastened to the cylinder block by a plurality of bolts. These bolts are arranged at appropriate intervals around the combustion chamber, and usually all the same bolts are used and tightened with the same tightening torque.
By the way, when the engine temperature rises due to operation of the engine, the hardness of the cylinder head decreases. In particular, the temperature in the vicinity of the exhaust port rises more than other parts and the hardness decreases, so the allowable surface pressure of the seating surface of the cylinder head that fastens the vicinity of the exhaust port with bolts decreases. Therefore, if the bolts that fasten the cylinder head are all the same and are tightened with the same tightening torque as described above, the permissible surface pressure of the seat surface of the cylinder head decreases in the vicinity of the exhaust port, causing the cylinder head to buckle. There is a risk of brittle fracture. On the other hand, in order to avoid such buckling and brittle fracture, when the axial force of all the bolts is reduced, it may be difficult to ensure the sealing performance of the gasket.
そこで、排気ポート近傍部とそれ以外の部位とで異なる軸径のボルトを用いることで、各ボルトの軸力を適正化する技術が開発されている。この技術では、排気ポート側のボルトを比較的細くして軸力を抑え座面の面圧の上昇を抑える一方、吸気ポート側のボルトを比較的太くして軸力を確保しガスケットのシール性を確保している(特許文献1)。
しかしながら、上記特許文献1の技術では、異なる軸径のボルトが用いられるので、シリンダブロックに異なる径のねじ孔を形成しなければならず、シリンダブロックの製作効率が低下してしまう。また、ボルト締付時にも同一の工具を用いることができず、異なる工程でボルトを締め付けなければならないので、組付時の作業効率が低下してしまうといった問題点があった。 However, in the technique of Patent Document 1, bolts having different shaft diameters are used, so screw holes having different diameters must be formed in the cylinder block, and the manufacturing efficiency of the cylinder block is reduced. In addition, the same tool cannot be used at the time of bolt tightening, and the bolt must be tightened in a different process, so that the work efficiency at the time of assembly is lowered.
本発明の目的は、シリンダブロックの製作効率及びシリンダヘッドの組付時の作業効率を低下させることなく、シリンダヘッドを締結する複数本のボルトの軸力を適正化できるシリンダヘッドの締結構造を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a cylinder head fastening structure capable of optimizing the axial force of a plurality of bolts that fasten a cylinder head without lowering the manufacturing efficiency of the cylinder block and the working efficiency when the cylinder head is assembled. There is to do.
上記目的を達成するため、請求項1の発明は、エンジンのシリンダブロックにシリンダヘッドを複数本のボルトで締結するシリンダヘッドの締結構造において、前記複数本のボルトは、締結位置に応じて硬度の異なる材質により形成されることを特徴とする。
また、請求項2の発明は、請求項1において、前記複数本のボルトのうち、シリンダヘッドに形成された排気ポートの近傍部を締結するボルトは、排気ポートの近傍部以外の部位を締結するボルトより、同一の締付トルクで軸力が低くなる材質により形成されることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a first aspect of the present invention provides a cylinder head fastening structure in which a cylinder head is fastened to a cylinder block of an engine with a plurality of bolts. It is formed of different materials.
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the bolt that fastens the vicinity of the exhaust port formed in the cylinder head among the plurality of bolts fastens a portion other than the vicinity of the exhaust port. The bolt is made of a material whose axial force is lowered with the same tightening torque.
また、請求項3の発明は、請求項2において、エンジンは排気弁を複数備え、排気ポートは排気弁により開閉される複数の弁孔から延びて合流しY字状に形成されるとともに、排気ポートの近傍部を締結するボルトは、Y字状に形成された排気ポートの間に挟まれた位置に配置されることを特徴とする。
また、請求項4の発明は、請求項1〜3のいずれかにおいて、複数本のボルトが全て塑性域ボルトであることを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, in the second aspect, the engine includes a plurality of exhaust valves, and the exhaust port extends from a plurality of valve holes that are opened and closed by the exhaust valves, and is formed into a Y shape. The bolt for fastening the vicinity of the port is arranged at a position sandwiched between exhaust ports formed in a Y shape.
The invention of claim 4 is characterized in that in any one of claims 1 to 3, the plurality of bolts are all plastic zone bolts.
本発明の請求項1のシリンダヘッドの締結構造によれば、シリンダヘッドを締結する複数本のボルトについて、締結位置に応じて硬度の異なる材質より形成されているので、同一の締付トルクで全てのボルトが締め付けられても、締結位置に応じて軸力が異なるようにすることができる。したがって、シリンダヘッドの組付時の作業効率を低下させることなく、シリンダヘッドを締結する複数本のボルトの軸力を適正化することができる。また、ボルトを螺合させるためのねじ穴を同一径にすることができ、シリンダブロックの製作効率を向上させることができる。 According to the fastening structure of the cylinder head of claim 1 of the present invention, the plurality of bolts for fastening the cylinder head are formed of materials having different hardness according to the fastening position. Even if the bolt is tightened, the axial force can be made different depending on the fastening position. Therefore, it is possible to optimize the axial force of the plurality of bolts that fasten the cylinder head without reducing the working efficiency when the cylinder head is assembled. Further, the screw holes for screwing the bolts can have the same diameter, and the manufacturing efficiency of the cylinder block can be improved.
請求項2の発明のシリンダヘッドの締結構造によれば、排気ポートの近傍部を締結するボルトを他の部位のボルトより軸力が低くなる材質にするので、排気ポートを通過する排気の温度によりシリンダヘッドの排気ポート近傍部の硬度が低下しても、ボルトの軸力を低く抑えていることから、座面の面圧を許容内に抑えることができる。
請求項3の発明のシリンダヘッドの締結構造によれば、Y字状に形成された排気ポートの間に挟まれた位置のように冷却水路を配設し難く高温になり易い箇所において、軸力を低減した材質のボルトが採用されるので、効果的に座面の面圧の上昇を抑えることができる。
According to the cylinder head fastening structure of the second aspect of the present invention, the bolt that fastens the vicinity of the exhaust port is made of a material whose axial force is lower than that of the bolts in other parts, so that it depends on the temperature of the exhaust that passes through the exhaust port. Even if the hardness in the vicinity of the exhaust port of the cylinder head is lowered, the axial force of the bolt is kept low, so that the surface pressure of the seating surface can be kept within an allowable range.
According to the fastening structure of the cylinder head of the third aspect of the present invention, the axial force is applied at a place where it is difficult to dispose the cooling water channel and the temperature tends to be high, such as a position sandwiched between the Y-shaped exhaust ports. Since a bolt made of a material with reduced resistance is employed, an increase in the surface pressure of the seating surface can be effectively suppressed.
請求項4の発明のシリンダヘッドの締結構造によれば、ボルトの材質の設定によりシリンダヘッドを締結するボルトを全て塑性域まで締め付けることができるので、軸力のバラツキを抑制することができ、シリンダヘッドとシリンダブロックとのシール性をより安定させることができる。 According to the fastening structure of the cylinder head of the invention of claim 4, since all the bolts that fasten the cylinder head can be tightened to the plastic region by setting the material of the bolt, the variation in the axial force can be suppressed, and the cylinder The sealing performance between the head and the cylinder block can be further stabilized.
以下、本発明を図面を用いて説明する。
図1は、本実施形態のエンジン1のシリンダヘッド2の組付状態を示す側面図。図2は、シリンダヘッド2の組付状態を示す平面図である。図3は、シリンダヘッド2の断面図であり、排気側のボルト7aの締付位置での断面を示す。
本実施形態のエンジン1は、直列4気筒のエンジンであり、各気筒に吸気弁3が2個、排気弁4が2個設けられている。
Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a side view showing an assembled state of a
The engine 1 of this embodiment is an in-line four-cylinder engine, and each cylinder is provided with two
図1に示すように、エンジン1のシリンダブロック5の上面には、ガスケット6を介してシリンダヘッド2が載置されている。シリンダヘッド2とシリンダブロック5とはボルト7により締結されており、シリンダブロック5にボルト7が螺合するねじ孔5aが形成される一方、シリンダヘッド2にボルト7の軸が挿入可能なボルト孔2aが形成されている。シリンダヘッド2に設けられたボルト孔2aには、シリンダブロック5との当接面とは反対側にボルト7の頭部が埋没可能な座ぐり2bが施されている。
As shown in FIG. 1, the
シリンダヘッド2の下面には、各気筒毎に燃焼室の上部を構成する凹部10が形成されている。凹部10には、吸気弁3によって開閉される2つの弁孔11が図中左側に並んで設けられるとともに、排気弁4によって開閉される2つの弁孔12が図中右側に並んで設けられている。
また、シリンダヘッド2には、各気筒毎に吸気ポート13及び排気ポート14が形成されている。吸気ポート13は、2つの弁孔11とシリンダヘッド2の左側面に開口した開口部15とを連通する。排気ポート14は、2つの弁孔12とシリンダヘッド2の右側面に開口した1つの開口部16とを連通しY字状に形成されている。シリンダヘッド2の左側面には開口部15と連通して吸気マニホールド17が固定される一方、シリンダヘッド2の右側面には開口部16と連通して排気マニホールド18が固定される。
On the lower surface of the
The
図2に示すように、ボルト7は、直列に前後方向に複数並んだ凹部10、即ち各気筒の燃焼室の周囲に間隔をおいて設けられ、同一径のものが使用されている。詳しくは、一つの気筒につき図2中右側である排気側に1本(7a)、図2中左側である吸気側に1本(7b)設けられるとともに、各気筒の前後に2本ずつ(7c)、但し前後のボルト7cは隣り合う気筒で兼用するように設けられている。したがって、4気筒である本実施形態のエンジン1では、計18本のボルト7が使用されている。図3に示すように、特に、排気側のボルト7aは、Y字状に形成された排気ポート14の間に挟まれた位置に設けられている。
As shown in FIG. 2, the
本実施形態では、排気側のボルト7aとその他のボルト7b、7cとは硬度の異なる材質のものを使用している。詳しくは、排気側のボルト7aは、その他のボルト7b、7cよりも、同一の締付トルクで締め付けたときに軸力が低くなるボルトが使用される。ボルト7aの硬度の変更は、材質そのものの変更だけでなく熱処理によっても可能である。
シリンダヘッド2は排気ポート14を通過する排気の熱により、排気ポート14の近傍部がその他の部位、例えば吸気ポート13の近傍部より大きく硬度低下する。したがって、排気ポート14近傍で締結する排気側のボルト7aの座面の許容面圧が、他の部位のボルト7b、7cより大きく低下してしまう。しかしながら、上記のように排気ポート14の近傍部で用いられるボルト7aの硬度を変えることで、同一の締付トルクでも排気側のボルト7aの軸力を他の部位のボルト7b、7cより低下させて、排気側のボルト7aの座面の面圧を抑えることができる。これにより、シリンダヘッド2のボルト7a締結部において、座面の許容面圧の低下による座屈や脆性破壊等を防止することができる。一方、その他のボルト7b、7cでは軸力の低下が抑えられるので、シリンダヘッド2とシリンダブロック5との間に挟まれたガスケット6のシール性を確保することができる。
In this embodiment, the exhaust-
In the
また、本実施形態では、材質を変えることで同一径のボルトを使用しても軸力が異なるように設定することができる。したがって、シリンダブロック5に形成されるねじ孔5aを吸気側あるいは排気側といった位置に拘らず同一にすることができ、シリンダブロック5の製造性を向上させることができる。更に、同一の工具を使用して同一の条件で全てのボルト7a、7b、7cを締め付けることができるので、シリンダヘッド2のシリンダブロック5への組付時の作業性を向上させることができる。
In the present embodiment, the axial force can be set differently by changing the material even if bolts having the same diameter are used. Therefore, the
また、本実施形態では、Y字状に形成された排気ポート14の間に設けられたボルト7aに対して軸力が抑えられる材質を採用している。Y字状に形成された排気ポート14の間には冷却水路が配設し難く特に高温となりやすいので、本実施形態のように軸力が低く抑えられたボルトを用いることで、座面の面圧を許容内に抑えるといった本願の効果を十分に発揮することができる。
Moreover, in this embodiment, the material which can suppress axial force with respect to the volt |
また、ボルトの硬度を変えることで降伏点を下げることができるので、排気ポート近傍部のように面圧を抑制する必要のある箇所でも塑性域までボルトの締め付けを行うことができる。ボルトの軸力を抑える方法としては、単純にボルトの締付トルクを変更することでも可能であるが、この方法では弾性域でボルトを使用することとなる。また、従来技術のように軸径を細くしたりすることで可能であるが同一の条件での締め付けが難しくなり作業効率が悪化する虞がある。上記のように、ボルトの硬度を変えることで対応すれば、いずれのボルトも同一の締付トルクで塑性域まで締め付けることができるので、軸力のバラツキを抑制することができ、ガスケット6のシール性をより向上させることができる。 Further, since the yield point can be lowered by changing the hardness of the bolt, the bolt can be tightened to the plastic region even at a place where the surface pressure needs to be suppressed, such as the vicinity of the exhaust port. As a method of suppressing the axial force of the bolt, it is possible to simply change the tightening torque of the bolt, but in this method, the bolt is used in the elastic region. In addition, although it is possible to reduce the shaft diameter as in the prior art, it is difficult to tighten under the same conditions, and the working efficiency may be deteriorated. As described above, by responding by changing the hardness of the bolts, any bolt can be tightened to the plastic region with the same tightening torque. The sex can be further improved.
なお、本実施形態では、排気側のボルト7aと他のボルト7b、7cとで材質の異なるボルトを使用したが、本発明はこれに限定するものではなく、ボルトの締結位置でのシリンダヘッド2の昇温度合いに応じて、適宜材質を選択すればよい。
In the present embodiment, bolts of different materials are used for the exhaust-
1 エンジン
2 シリンダヘッド
7(7a、7b、7c) ボルト
14 排気ポート
1
Claims (4)
前記複数本のボルトは、締結位置に応じて硬度の異なる材質により形成されることを特徴とするシリンダヘッドの締結構造。 In a cylinder head fastening structure in which a cylinder head is fastened to a cylinder block of an engine with a plurality of bolts,
The fastening structure of a cylinder head, wherein the plurality of bolts are formed of materials having different hardness according to a fastening position.
前記排気ポートの近傍部を締結するボルトは、前記Y字状に形成された排気ポートの間に挟まれた位置に配置されることを特徴とする請求項2に記載のシリンダヘッドの締結構造。 The engine includes a plurality of exhaust valves, and the exhaust port extends from a plurality of valve holes that are opened and closed by the exhaust valve and merges to form a Y shape.
3. The cylinder head fastening structure according to claim 2, wherein a bolt for fastening the vicinity of the exhaust port is disposed at a position sandwiched between the Y-shaped exhaust ports. 4.
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