JP2013540942A - 内燃機関および当該内燃機関を製造する方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、少なくとも１つのシリンダヘッド（１０）を持つ複数のシリンダから成る内燃機関に関し、シリンダヘッド（１０）の吸気管（１２）が吸気口フランジ面（１６）に開口し、また排気管（１４）が反対側に配置された排気口フランジ面（１８）に開口する。また、吸気管および排気管（１２，１４）ならびに冷却液室（２０）を設置しているシリンダヘッド（１０）内の燃焼室の上に少なくとも１つの油室（２６）が双方向ガスバルブの駆動デバイスのために取り付けられている。吸気口フランジ面（１６）および排気口フランジ面（１８）は、２つのフランジ面（１６，１８）が交差する想像線（２２）がシリンダヘッド（１０）上にあり、かつシリンダヘッド（１０）が少なくとも実質的に三角形の断面をなすように相互に斜めに配置されている。本発明また、当該内燃機関を製造する方法にも関する。
【選択図】図１

Description

本発明は、請求項１の前文に記載された種類の内燃機関および請求項１０による当該内燃機関の製造方法に関する。

複数のシリンダおよび少なくとも１つのシリンダヘッドを備えた内燃機関は、量産されている内燃機関から知られている。そこでは、シリンダヘッドの吸気管が吸気口フランジ面に開口し、また排気管が反対側に配置された排気口フランジ面に開口する。さらに、双方向ガスバルブの駆動デバイスのために、吸気管および排気管ならびに冷却液室を保持しているシリンダヘッド内の燃焼室の上に油室が取り付けられている。

従来の内燃機関は、特にシーリングを必要とする複数のフランジ表面があることからその製造面で特に比較的高い複雑性を提示している。これは内燃機関の望ましくないコスト高をまねいている。

本発明の目的は、前述の種類の内燃機関およびコストの削減を可能にする当該内燃機関を製造する方法を提供することである。

この目的は、請求項１の特徴を備えた内燃機関および請求項１０の特徴を備えた内燃機関を製造する方法により達成される。適切で非自明の改良を伴った本発明の有利な実施例は従属請求項の主題である。

本発明の第１の側面は、複数のシリンダおよび少なくとも１つのシリンダヘッドを備えた内燃機関に関する。具体的には、シリンダヘッドの吸気管が吸気口フランジ面に開口し、また排気管が反対側に配置された排気口フランジ面に開口する。また、双方向ガスバルブの駆動デバイスのために、吸気管および排気管ならびに冷却液室を保持しているシリンダヘッド内の燃焼室の上に油室が取り付けられている。

本発明によると、吸気口フランジ面と排気口フランジ面は、２つのフランジ面が交差する想像線がシリンダヘッド上の内燃機関の垂直方向にあり、かつシリンダヘッドが少なくとも実質的に三角形の断面をなすように相互に斜めに配置されている。

したがって、標準的内燃機関と比較すると、シリンダヘッドカバーそれ自体だけでなくシリンダヘッドとシリンダヘッドカバーの間を塞ぐことを必要とするフランジ面省くことが可能である。それゆえ、本発明の内燃機関は、比較的低い複雑性を有している。さらに、より少数の部品を用いるので、低コストにもつながる。シリンダヘッドとシリンダヘッドカバーの間を塞ぐフランジ面を使わずに済むか、あるいはその機能が吸気口フランジ面と排気口フランジ面に統合されているため、本発明の内燃機関を取り付ける労力およびそれを塞ぐ労力は些細なものと考えられ、ひいては総コストを限られた限度に抑えることに寄与する。さらに本発明の内燃機関は特に確実な処理を行うことから、経済的に製造できる。

本発明の内燃機関のその他の利点は、とりわけフランジ面が相互に斜めに配置されていることにより、わずかな取り付けスペースを要することである。したがって、特に車両のエンジンコンパートメントのようにスペースがきわめてシビアな部分においてレイアウト問題を解決または回避することが可能である。

本発明の特に有効な実施例においては、シリンダヘッドの油室が２つのフランジ面のそれぞれに対し少なくとも１つの開口部を有することである。そのため油室は特にアクセスしやすく、内燃機関の取り付けおよび整備のための労力を低く抑える。さらにこのことは、シリンダヘッドおよび内燃機関全体を特に簡略化させ、製造を安価にする。

スパークプラグおよび／または燃料噴射ノズル等のために油室の上部に通路を伴う縦方向のサポートが加えられる場合、スパークプラグおよび／または燃料噴射ノズルはとりわけシリンダヘッドに容易に接続されるか、あるいはそこに配列されるという利点が得られる。

シリンダヘッドを内燃機関のエンジンハウジングに取り付けるためのシリンダヘッドスクリューがフランジ面の油室の開口部を通じて直接アクセスできる場合は、特に時間および費用の点で効率的な内燃機関の取り付けが可能である。例えば、シリンダヘッドは、必要最小限の標準的工具を使って、取り付け作業を行う者にとって人間工学的に作業のしやすい方法でエンジンハウジングに取り付けることができる。したがって、内燃機関の製造および取り付けに要するサイクルタイムは短縮され、それによりコストを低く保つことができる。

本発明の特に有利なその他の実施例においては、シリンダヘッドの吸気口フランジ面は、少なくともある部分が、特に流体密封性、さらには油室への開口部とともに吸気管の油密性を確実にする吸気口モジュールにより覆われている。換言すれば、これは、標準的内燃機関と比較すると、シリンダヘッドカバーのシーリング機能は少なくとも部分的に吸気口モジュールに統合されており、それはまた吸気管を覆っていることを意味する。したがって、吸気口モジュールは高水準の機能の統合化が図られており、内燃機関の部品の数およびコストを制限している。

例えば、吸気口モジュールはその材料であるプラスチックおよび内燃機関が特に軽量となるように、かかる材用で作られている。これは特に材料費を低くする結果をもたらし、究極的には内燃機関の低コストに結びつく。

その上、シリンダヘッドの排気口フランジ面が排気マニホルドに覆われている場合は、特に流体密封性、さらには油室への開口部とともに排気管の油密性を確実にすることから、非常に有効である。換言すれば、これは、標準的内燃機関と比較すると、シリンダヘッドカバーのシーリング機能は少なくとも部分的に吸気口モジュールに統合されており、それはまた吸気管を覆っていることを意味する。これは内燃機関を少数の部品をもって低コストで製造することを可能にし、さらにその軽量化にもつながる。

排気マニホルドは、排気マニホルドモジュール製造の労力とコストが低いだけでなく、内燃機関の長い耐用年数にわたる作動中に損壊を被ることなく、特に作動中の高温ストレスをはじめとする高度のストレスに耐えるように、金属製の薄い壁からなる部品で構成されている。

双方向ガスバルブ用の駆動デバイスは、例えば、排気管に接続されたカム軸および／または吸気管に接続されたカムシャフトから構成される。カムシャフトをシリンダヘッドに搭載するため、例えば、シリンダヘッドにより部分的に形成されたベアリングレースが備えられている。カムシャフトをシリンダヘッド上に固定するため、ベアリングレースはまた、シリンダヘッドにネジ等で固定されたベアリングキャップにより部分的に形成される。有利なことに、ベアリングキャップは吸気口モジュールおよび／または排気マニホルドモジュールに統合されることが可能である。統合されたベアリングキャップを伴うこれらのモジュールの１つがネジなどでシリンダヘッドに固定されると、対応するベアリングレースを形成するためのベアリングキャップのシリンダヘッドへの接続が準平行的な方法で達成される。したがって、１つまたは複数のカムシャフトが便利な方法で、しかも少ない数の部品をもってシリンダヘッド上に固定することができる。これはまた本発明の内燃機関の低コストおよび軽量化に寄与する。追加的ベアリングキャップおよびこれらのベアリングキャップをシリンダヘッドに固定するための対応する取り付け作業は不要である。

本発明の特に有効な実施例においては、カムシャフトのベアリングキャップの据付面が吸気口モジュールおよび／または排気マニホルドモジュールのフランジ面に位置する。したがって、据付面用の別の製造過程が望ましくないコストの増加となるのを省くことが可能となる。あるいは、かかる追加的製造過程は不要であるため、内燃機関は特に時間および費用の観点から効率的な方法で製造されることができる。

本発明の第２の側面は、本発明の内燃機関の製造方法に関する。ここでは、シリンダヘッドの鋳造中、油室はフランジ面の開口部を通じて水平方向に挿入されるコアにより形成される。換言すれば、油室は鋳造装置の水平スライダーにより模型が作られ、油室コアを省くことができる。本発明の方法はそれ故、内燃機関が特に経済的な方法で製造されるようにする。

スライダーは鉄鋼で製作され、および／または鋳型として構成されることができ、内燃機関の製造コストをさらに削減する。したがって、中子砂シューティングは不要である。鋳型とその軸受けは、中子砂シューティングに比べて影響を受けにくいか、耐久力すらある。これは、壁の厚さがきわめて薄い模型作りを可能にし、軽量化および内燃機関の製造における原材料費の削減につながる。これはさらに、特に製造過程の高い信頼性につながり、コスト削減を促進する。

本発明のその他の利点、特徴、および詳細は下記の実施形態の説明および図面への引用から明らかになる。特徴および図の説明の中で触れた特徴の組み合わせ、および／または図の中で単に示された特徴とともに、説明の中で触れられた特徴の組み合わせは、明記された組み合わせにおいて使用可能であるだけでなく、本発明の範囲を超えることなく他の組み合わせも可能である。

図１は、内燃機関のシリンダヘッドの概略断面図で、シリンダヘッドが少なくとも実質的に三角形の断面をなしている。 図２は、図１によるシリンダヘッドの概略透視図を示す

図１および２は複数のシリンダを持つ内燃機関のシリンダヘッド１０を示す。シリンダヘッド１０は吸気管１２を有し、それを介して空気または燃料と空気の混合気が内燃機関のシリンダへ流入することができる。シリンダヘッド１０はさらに排気管１４を有し、それを介してシリンダ内で燃料と混合された空気の燃焼から発生する排気または空気と排気の混合気がシリンダから排出されることができる。特に図１から理解できるように、吸気管１２は排気口フランジ面１６に開口し、排気管１４は排気口フランジ面１６と反対側に配置されている排気口フランジ面１８に開口する。シリンダヘッド１０はさらに、冷却液室２０に加え吸気管１２および排気管１４を配備する。冷却液室２０はまた、特に内燃機関の稼働中に内燃機関、とりわけシリンダヘッドの冷却のため冷却液を収容している液体室として指定されている。

特に図１において明らかにされているところは、吸気口フランジ面１６および排気口フランジ面１８は、２つのフランジ面１６および１８が交差する線２２が内燃機関の垂直方向にあるように相互に斜めに配置されている。それ故、シリンダヘッド１０の上の矢印２４が示すシリンダヘッド１０が少なくとも実質的に三角形の断面をなす。

シリンダヘッド１０はまた両サイドに油室２６を備え、冷却液室２０の上部に矢印２４により示された方向で内燃機関およびシリンダヘッド１０の垂直方向に配置されており、それは２つのフランジ面１６および１８のそれぞれに対して特に広い開口部を備えている。油室２６は、双方向ガスバルブ駆動の駆動装置潤滑および冷却のためのオイルを収容するために設計されている。駆動装置は吸気管１２に付随しているカムシャフトから構成されており、それにより双方向ガスバルブの吸気弁が作動されている。駆動装置はさらに吸気管１４に付随しているカムシャフトから構成されており、それにより双方向ガスバルブの吸気弁が作動されている。

油室２６内では、それぞれのカムシャフトに対応しているベアリングレース２８または３０が備えられている。それは部分的にシリンダヘッド１０により形成されており、それを介してそれぞれのカムシャフトがシリンダヘッド１０に固定されている。

油室２６を少なくとも部分的に覆い、密閉するため、また吸気口フランジ面１６についても同様に、吸気口モジュールはシリンダヘッド１０に固定される。換言すると、吸気口モジュールは吸気管１２を覆って密封する機能を有するのみならず、油室２６を覆って密封する機能も有する。油室２６を完全に覆い、密閉するため、また排気管１４を覆い、密閉するため、排気マニホルドをシリンダヘッド１０に接続することができる。

これは、吸気口モジュールおよび排気マニホルドにより、吸気管１２および排気管１６に加え油室２６は覆われ、密閉されているということを意味する。したがって、モジュールは高水準の機能の統合化が図られており、内燃機関の部品の数およびコストを制限している。ゆえに、追加的な表面の密閉はなく、内燃機関、とくにシリンダヘッド１０は特に時間と費用の点で効率的に製造することができる。さらに、シリンダヘッド１０および内燃機関全体は、特に実質的に三角形の断面を有する構造のため、わずかなスペースを必要とするにすぎない。

シリンダヘッド１０にカムシャフトを固定するため、シリンダヘッド１０に接続されているベアリングキャップが提供され、そのためベアリングレース２８または３０を形成している。内燃機関の重量と部品の数を特に低く抑えるために、ベアリングレース２８のベアリングキャップは有利に吸気口モジュールに統合され、吸気口モジュールと単一のものとして構成され、ベアリングレース３０のベアリングキャップは排気マニホルドモジュールに統合され、単一の排気マニホルドモジュールとして構成されている。

シリンダヘッド１０はさらに、インジェクタが固定されている受け入れ開口部３２から成っている。燃料はインジェクタにより直接シリンダに投入される。シリンダヘッド１０はさらに、双方向ガスバルブが固定されている受け入れ開口部３４から成っている。対応する油圧エレメントに対してさらに受け入れ開口部３６が設定された。それにより双方向ガスバルブの緩みを補正することができる。図１および２で認識できるのは縦方向の油路のボア孔３８であり、それを介してカムシャフトおよび特にカムシャフトがベアリングレース２８または３０の中に取り付けて固定されるベアリング面がオイルの供給を受け、潤滑化および冷却化される。

空気のシリンダへの流入およびインジェクタによりシリンダに投入された燃料を点火する、スパークプラグを取り付けるため、油室２６の上部に矢印２４で示されたような垂直方向に、縦方向のサポート４０が備え付けられる。これは対応するスパークプラグのための通路４２を設け、その中にスパークプラグが取り付けられる。

１０ シリンダヘッド
１２ 吸気管
１４ 排気管
１６ 吸気口フランジ面
１８ 排気口フランジ面
２０ 冷却液室
２２ 交差ライン
２４ 矢印
２６ 油室
２８ ベアリングレース
３０ ベアリングレース
３２ 受け入れ開口部
３４ 受け入れ開口部
３６ 受け入れ開口部
３８ ボア孔
４０ 縦方向のサポート
４２ 通路

Claims (10)

1. 少なくとも１つのシリンダヘッド（１０）を有する複数のシリンダからなる内燃機関であって、
   シリンダヘッド（１０）の吸気管（１２）が吸気口フランジ面（１６）に開口し、排気管（１４）が反対側に配置された排気口フランジ面（１８）に開口し、吸気管（１２）および排気管（１４）ならびに冷却液室（２０）を保持しているシリンダヘッド（１０）内の燃焼室の上に少なくとも１つの油室（２６）が双方向ガスバルブの駆動デバイスのために取り付けられており、
   吸気口フランジ面（１６）及び排気口フランジ面（１８）は、２つのフランジ面（１６，１８）が交差する想像線（２２）がシリンダヘッド上の垂直方向にあり、シリンダヘッド（１０）が少なくとも実質的に三角形の断面をなすように相互に斜めに配置されていることを特徴とする内燃機関。
2. シリンダヘッド（１０）の油室（２６）が２つのフランジ面（１６，１８）のそれぞれに少なくとも１つの開口部を有することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
3. スパークプラグおよび／または燃料噴射ノズルのために油室（２６）の上部に通路（４２）を伴う縦方向のサポート（４０）が設けられることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関。
4. シリンダヘッドをエンジンハウジングに取り付けるためのシリンダヘッドスクリューが、フランジ面（１６，１８）の油室（２６）の開口部を通じて直接アクセスできることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関（１０）。
5. カムシャフトのベアリングを締めるためのスクリューまたはその他のバルブアクチュエータメカニズムが、フランジ面（１６，１８）の油室（２６）の開口部を通じて直接アクセスできることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関。
6. シリンダヘッド（１０）の吸気口フランジ面（１６）が、油室（２６）の開口部だけでなく吸気管（１２）をも密閉する吸気口モジュールにより覆われていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の内燃機関。
7. シリンダヘッド（１０）の排気口フランジ面（１８）が、油室（２６）の開口部だけでなく排気管（１４）をも密閉する排気マニホルドモジュールにより覆われていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の内燃機関。
8. カムシャフトのベアリングキャップが、吸気口モジュールおよび／または排気マニホルドモジュールに統合されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の内燃機関。
9. カムシャフトのベアリングキャップの据付面が、吸気口モジュールおよび／または排気マニホルドモジュールのフランジ面（１６，１８）に位置することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の内燃機関。
10. シリンダヘッド（１０）を鋳造している間、フランジ面（１６，１８）の開口部を通じて水平に挿入されるコアにより油室（２６）が成形されることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の内燃機関を製造する方法。
    
    

Images