JP2013155742A - 内燃機関のシリンダヘッドの吸気ダクト及び製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ダクトの通気性を損なうことなくバルブ前方の流量をバルブ後方よりも大きくする。
【解決手段】凹部として内燃機関のシリンダヘッド２内に鋳造された吸気ダクト１が開示される。本ダクトの下端は、環状バルブシートハウジング４を介して内燃機関の燃焼室に開口しており、その長さ方向の一部に亘って、遷移領域を介してハウジング４に接続するほぼ平坦な下面６ａを有し、この遷移領域が、シリンダヘッド２の中に丸み形状を有する収縮空洞７ａを画定することを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関の技術分野に関し、特にシリンダヘッドの吸気ダクトの設計、及び関連する定寸加工に関する。

本発明の主題は、吸気ダクト、少なくとも一つのこのような吸気ダクトを有するシリンダヘッド、当該吸気ダクトの製造方法、及びこのようなシリンダヘッドを装着した機関である。
本発明は、火花点火機関に適用することが好ましいが、本発明の用途はこれに限定されない。

火花点火機関では、燃焼室内に「タンブル流」タイプの構造化された空気力学的運動（吸気バルブ間平面に直交する軸の回りの回転移動）が生じることが望ましい。
特に部分負荷条件の下での燃焼速度の上昇が保証されるため、この乱流を、特に点火時に最大限に利用することができることが望ましい。従って、乱流によって燃焼室における残留燃焼ガスによる希薄化の可能性が高くなり、直接燃料消費量の節約に繋がる。更に、「タンブル流」によって、コールドスタート条件下で、点火時期を大きく遅らせて動作することが可能になるので、熱を排気ガスから取り出して触媒コンバータの着火を起こすことができる。最終的に、低速全負荷では、「タンブル流」は燃焼も速めるので、点火時期を大きく遅らせて動作することが可能になると同時に、ノッキングを防止する。

一般的に、目的は、特定の強度の空気力学的な「タンブル流」運動を実現すると同時に、内燃機関の性能レベルを確保するために十分に高い通気性を維持することである。内燃機関に必要とされる場合、ダクトの形状は、燃料消費機能及び汚染物質低減機能を満たす必要もある。最終的に、ダクトは、製造が簡単で製造時に強固である必要もある。
実際のところ、内燃機関内で最適化する必要のある４つの主要な機能（汚染物質低減、要求応答、燃料消費、及びノッキング防止）は「タンブル流」に密接に結び付いており、内燃機関の製造時に極めて高い堅牢性を必要とする。従って、「タンブル流」タイプの空気力学的パッケージを実現するという観点からの吸気ダクトの幾何学的形状は、鋳造バラツキに対して特に堅牢でなければならない。このようなダクトは、汚染物質低減機能、燃料消費機能、及び性能に有害となるので、いかなる環境においても空気力学的強度の点で又は通気性の点で不均一性を生じてはならない。

通気性の低下を引き起こす急峻な段又は傾斜が形成されないように、鋳造ダクトの下部は普通丸く形成される。そのため、当該下部は、必然的に丸い曲線形状の切削加工具とぴったり合う。ここで、方形ダクトによって「タンブル流」が生じ易くなる。従って、ダクトの形状は、遷移ゾーンを取り入れて、方形セクションと円形セクションとの遷移部分を形成する必要がある。
特開２００３−２１４１６９号には、「タンブル流」タイプの吸気ダクトが記載されており、この吸気ダクトの断面は、鋳造ダクトに窪みを有する。この窪みは、バルブの前方に向かって空気流を誘導する傾斜を形成する。このような傾斜は、吸気のスワール運動にとって明らかに好ましいが、極めて大きな空気流の偏向が生じて、空気の流れにどのような効果ももたらすことができない。

本発明の目的は、流れを出来る限り一直線になるように誘導することにより、ダクトの通気性を損なうことなくバルブ前方の流量をバルブ後方よりも大きくすることである。

このため、本発明の提案によれば、鋳造ダクトが、その長さの一部に亘って、丸みを帯びた遷移ゾーンを介してハウジングに接続されるほぼ平坦な下面を持つことにより、シリンダヘッドの中に空洞を画定する必要がある。
好ましくは、空洞はダクトの下面の最下部に限定され、切削加工によって、鋳造シリンダヘッドの中に形成される。

本発明によって、鋳造ダクトと円錐部分（ｏｇｉｖｅ）との接続性を改善することができ、且つ「タンブル流」を発生させるために有効な円錐部分の位置まで、極めて高い平坦性を維持することができる。
シリンダヘッドの製造方法は特に、
−少なくとも一つの鋳造吸気ダクトに、ダクトの内部に続く丸みを帯びた接続ゾーンにより環状バルブシートハウジングに接続する平坦な下面を鋳造及び画定する第１工程と、
−ダクトの下端部を定寸加工する第２工程と
を含むことができる。

本発明の他の特徴及び利点は、添付の図面を参照する非制限的な一実施例に関する後述の説明により、一層明確になる。

公知の鋳造ダクトを示すシリンダヘッドの断面である。 本発明による鋳造ダクトを示すシリンダヘッドの断面である。 同ダクトの切削加工済みの形状を示す。 図３のＡに沿った断面である。 図３のＢに沿った断面である。

図１の断面図は、曲がった吸気ダクト１を示し、この吸気ダクトの下端部はシリンダヘッド２の燃焼室３に通じている。このようなダクトは、内燃機関のシリンダヘッドの凹部として鋳造され、その下端部は内燃機関の燃焼室３に、環状バルブシートハウジング４を介して通じている。バルブシート自体は図示されていない。図１は、鋳造されたままのダクト、すなわちダクトが燃焼室３に連結される領域に従来の切削加工処理が行われる前の、シリンダヘッドの鋳造により得られるダクトを示している。
図２も、鋳造されたままのダクトを示している。ここでは、ダクト１によって、燃焼室３に通じる手前に屈曲部が画定されているが、当該ダクトは、その長さの一部に亘って直線部分を有する。ダクトの下面６ａは、当該ダクトの上面６ｂと同じようにほぼ平坦である。下面６ａは、バルブシートハウジング４に、角を丸めた隅肉７ｂを介して接続されている。この丸みを帯びた遷移領域７ｂは、ダクトの中心に向かって続き、空洞を画定し、この空洞は遷移領域からバルブシートの方向に続いている。

図３は、円錐形の切削加工具８を使用してダクトの下端部が定寸加工された後の、図２と同じダクト１を示しており、円錐形の切削工具８の形状は破線で示されている。この図は、バルブステム９ａを有するバルブ９も示している。図２と比較すると、ダクト１の切削加工によって、シリンダヘッド２の中の「隆起領域」７ｂに、丸み形状を有する空洞７ａが生成される。空洞７ａは、ダクトの下面６ａとバルブシートハウジング４との遷移部を形成する。
断面図３Ａ及び３Ｂに示すように、空洞７ａは、ダクトの下面６ａの最下部に限定されている。ダクトの他の面は、顕著な遷移を示すことなく、ダクトの下端部の近傍まで続いている。空洞７ａは、円錐形の切削工具８で切削加工することにより、鋳造シリンダヘッド２の中に生成される。図３Ｂは、空洞が、ダクト１の対称平面、及び当該ダクトの下面６ａの対称平面に対して対称であることを示している。

従って、本発明によれば、シリンダヘッドは以下のようにして製造することができる。すなわち、シリンダヘッドが鋳造されとき、少なくとも一つの鋳造されたままのダクトが画定され、その平坦な下面６ａは、ダクト内部に連続する丸みを帯びた接続領域７ｂを介して環状バルブシートハウジング４に接続している。第２工程では、ダクトの下端部が定寸加工される。定寸加工は、空洞７ａ及び丸みを帯びた遷移ゾーン７ｂに対して行なわれる切削加工処理である。
つまり、本発明は、第一に且つ最優先事項として、固定の又は可変な「タンブル流」を発生させることを目的としている。このために、本発明は、鋳造ダクトの形状を変更すると同時に、製造バラツキに対する鋳造ダクトの堅牢性を保証することを提案する。提案される新規の形状は、シリンダヘッドの中の、ダクトの下部に窪み７ａを有する。

このような構造によって、特に「方形セクション」（すなわち、ダクトの平坦壁）が、燃焼室に出来る限り近い位置まで、具体的にはバルブステムの下流領域まで連続することにより、流れを出来る限り一直線に誘導し、バルブ後方に対するバルブ前方の流量を大きくすることができる。このようにして、「方形セクション」（図３Ａに明示する）は、更なる切削加工作業が行なわれるまで維持することができる。
鋳造部の角を丸めた隅肉部分７ｂは、切削加工により、ダクトの「方形セクション」と、必然的に丸みを帯びた終端セクションの間に、バルブの後方へのなだらかな遷移部分を容易に形成する。このような結果を得るために、円錐形の工具に、遷移部分を出来る限りなだらかにするのに適した形状を持たせることが望ましい。円錐形ヘッドは、鋳造部の頂部母線の傾斜と切削加工された部分の傾斜との間に所望の連続性を確保することが可能になる限り、適切である。

円錐部分の角度は、鋳造部の傾斜に対してだけでなく、鋳造バラツキから生じる鋳造のずれに応じて調整する必要がある。例えば、鋳造部が所望の寸法よりも、バルブの後方に向かって「後退」している場合、円錐部分の角度は、下向きの段部を回避できる値とする必要がある。
従って、本発明は、「タンブル流」を強くし、通気性を高めると同時に、製造バラツキに対する高い安定性を確保することができる。

図３は、円錐形の切削加工具８を使用してダクトの下端部が定寸加工された後の、図２と同じダクト１を示しており、円錐形の切削工具８の形状は破線で示されている。この図は、バルブステム９ａを有するバルブ９も示している。図２と比較すると、ダクト１の切削加工によって、シリンダヘッド２の中の「隆起領域」７ｂに、丸み形状を有する空洞７ａが生成される。空洞７ａは、ダクトの下面６ａとバルブシートハウジング４との遷移部を形成する。
断面図３Ａ及び３Ｂに示すように、空洞７ａは、ダクトの下面６ａの最下部に限定されている。ダクトの他の面は、顕著な遷移を示すことなく、ダクトの下端部の近傍まで続いている。空洞７ａは、円錐形の切削工具８で切削加工することにより、鋳造シリンダヘッド２の中に生成される。図３Ｂは、空洞が、ダクト１の（図３ＢのＣ−Ｃ’についての）対称平面、及び当該ダクトの下面６ａの対称平面に対して対称であることを示している。

Claims (10)

1. 内燃機関のシリンダヘッド（２）内に凹部として鋳造された吸気ダクト（１）であって、その下端部は、環状バルブシートハウジング（４）を介してこの機関の燃焼室（３）に通じており、当該ダクトが、その長さの一部に亘り、丸みを帯びた遷移ゾーン（７ｂ）を介してハウジング（４）に接続されるほぼ平坦な下面（６ａ）を有し、遷移ゾーンが、ダクトの中心に続いてシリンダヘッド（２）内に丸み形状を有する空洞（７ａ）を画定しており、空洞（７ａ）が遷移ゾーンからバルブシートの方向に続いていることを特徴とする、吸気ダクト。
2. 空洞（７ａ）が、ダクトの下面（６ａ）の最下部に限定されることを特徴とする、請求項１記載の吸気ダクト。
3. 空洞（７）が、鋳造シリンダヘッド（２）の中に形成されていることを特徴とする、請求項１又は請求項２記載の吸気ダクト（１）。
4. シリンダヘッド（２）の鋳造されたままの形状が、ダクトの下面（６ａ）の基部に、ダクトの中心に続く丸みを帯びた遷移ゾーン（７ｂ）を有することを特徴とする、請求項２記載の吸気ダクト。
5. シリンダヘッドの下面（６ａ）の最下部に画定される空洞（７ａ）が、シリンダヘッドの対称平面を中心として対称であることを特徴とする、請求項４記載の吸気ダクト。
6. ダクトの他の面が、ダクトの下端のすぐ近くまで顕著な遷移を示すことなく続いていることを特徴とする、請求項１ないし５のいずれか一項に記載の吸気ダクト。
7. 内燃機関のシリンダヘッド（２）であって、請求項１ないし６のいずれか一項に記載の吸気ダクト（１）を少なくとも一つ有することを特徴とする、内燃機関のシリンダヘッド（２）。
8. 請求項７に記載のシリンダヘッド（２）を有することを特徴とする内燃機関。
9. 内燃機関のシリンダヘッドを製造する方法であって、少なくとも、
   −シリンダヘッド（２）を鋳造し、平坦な下面（６ａ）を有する少なくとも一つの鋳造されたままの吸気ダクト（１）を画定する第１の工程であって、当該下面（６ａ）が、ダクトの内部に続く丸みを帯びた接続ゾーン（７ｂ）を介して環状バルブシートハウジング（３）に接続する第１工程と、
   −ダクトの下端部を定寸加工する第２工程と
   を含むことを特徴とする、方法。
10. ダクト（１）の下端部を鋳造することにより、ダクトの後方面（６ａ）の最下部に、鋳造部の遷移ゾーン（７ｂ）からダクトの中心に続く空洞（７ａ）が形成されることを特徴とする、請求項９記載の製造方法。

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