JP3104090U - 内燃エンジン - Google Patents

Abstract

【課題】燃焼室に隣接する平坦プレートがシリンダヘッドとシリンダとの間に配設された内燃エンジンであって、プレートに対する熱入力の結果としてプレート内に発生する応力を低減する。
【解決手段】プレート４の少なくとも２つのポート６，７，１３間に少なくとも１つのリリーフ・スロット３１を形成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃焼室に隣接した平坦プレートがシリンダヘッドとシリンダとの間に配設された内燃エンジンに関する。前記プレートは、少なくとも１つの吸気バルブ、１つの排気バルブ、または、少なくとも１つのインジェクタ装置等、或いはこれらの幾つかの組み合わせのための少なくとも２つのポートを備える。

上述したタイプの内燃エンジンは、ＡＴ５，１４２ Ｕ１から知られている。ここでは、吸気バルブ及び排気バルブ用のポートの直径は、その吸気または排気バルブのバルブシートよりも大きく、当該吸気または排気バルブのバルブシートは、シリンダヘッドまたはそれに対して強固に接続されたバルブシートリングによって形成されている。前記プレートを形成するのに選択される材料は、温度、酸及び腐食に対する抵抗力を有する。しかし、そのような材料は熱膨張率が比較的高い。前記プレートの高い熱膨張率と、プレート、シリンダヘッド、及びシリンダライナーの温度差とにより、バルブブリッジの領域に熱が入力された時に、高い張力と塑性変形が生じ、これによって破損の虞が大幅に増大する。

内燃エンジン用のシリンダヘッドは米国特許４，７７４，９１２から知られている。このシリンダヘッドは、リジッドな構造体を持ち、冷却水室を備える上部から構成されており、この上部は、前記冷却水室に隣接して配設された底プレートによって閉じられている。シリンダヘッドのこれら２つの部分は互いに結合されて１つの構造体を形成している。前記底プレートを形成する材料は、リジッドな構造を有する前記上部の材料よりも、高温強度が高く、熱伝導率が低い。これによって、より高いシリンダ圧を実現可能としている。しかしながら、前記底プレートに直接隣接した前記冷却水室は、前記上部がそれ自身の構造を備えること、及び、供給される冷却剤のためのシール構造を備えることを要求するため、これによって製造コストが増大する。

内燃エンジンのシリンダヘッドは、ＤＥ ３３ ０７ １１５ Ａ１からも知られている。ここでは、燃焼室に面する表面が、バルブ、点火プラグ、またはインジェクションノズル等のためのポートを有するプレートによってカバーされている。前記プレートは、シリンダヘッドを燃焼室から断熱するためのものである。この円形のプレートは、シリンダヘッドに形成されたカラーに収縮圧入されている。この構成の場合、シリンダヘッド底部を別に加工する必要があり、また、前記収縮圧入のために追加の作業工程が必要とされ、これによってもまた製造コストが増大するという欠点がある。更に、シリンダヘッド底部は、ノッチ効果によって疲労する。類似のプレートが、ＣＨ ３８９ ９９０ Ａ，ＤＥ ３５ ２３ １３１ Ｃ１及びＤＥ ３０ ３９ ７１８ Ａ１からも知られている。

ＧＢ １１１ ０９５ Ａ１は、平坦なシリンダヘッド底部に隣接して配設された底プレートを備える内燃エンジンを開示している。前記底プレートにはバルブシートが設けられている。

空冷式内燃エンジン用のアルミニウム製シリンダヘッドがＧＢ ２ １２４ ７０２ Ａから知られている。ここでは、熱による張力を低減するために空隙が設けられている。これら周部空隙は、燃焼室の底部からほぼシリンダ軸心に沿って延出している。

米国特許４，８４４，０３０は、熱応力を最小化するためのリリーフ・ノッチが、インジェクションノズル用孔の周囲、または、吸気バルブポートの間に配設されたシリンダヘッドを開示している。

米国特許４，９６２，７３３は、燃焼室の底部に、吸気バルブポート間に設けられたノッチ状の空洞部を備えるシリンダヘッドを開示している。この空洞部もまた熱応力を低減させることを意図している。

しかし、上記文献ＧＢ ２ １２４ ７０２ Ａ、米国特許４，８４４，０３０または米国特許４，９６２，７３３のいずれも、燃焼室用のプレートを備えるものではない。

本発明の課題は、上述したタイプの内燃エンジンにおいて、プレートに対する熱入力の結果として前記プレート内に発生する応力を低減することにある。

この課題を達成するために、本発明の特徴構成に拠れば、前記プレートの少なくとも２つのポート間に少なくとも１つのリリーフ・スロットが設けられる。これによって、プレート中の熱応力が最小化される。好ましくは、前記リリーフ・スロットは、前記２つのポートに対して径方向に配設される。

更に、前記リリーフ・スロットを、好適には中心に配設されるインジェクタ装置のポートと、吸気または排気バルブのポートとの間に配設することによって、バルブブリッジの領域の応力を更に大幅に低減することができる。

分析の結果、前記インジェクタ装置用のポートを中心として径方向に対向配置される少なくとも２つの吸気および／または排気バルブ用のポートと、前記インジェクタ装置用ポートとの間にそれぞれ、たった一つのリリーフ・スロットを設けるだけでもリリーフ効果が達成されることが判った。但し、前記吸気および／または排気バルブ用のポートのおのおのと、前記インジェクタ装置用のポートとの間に少なくとも１つのリリーフ・スロットを設けることが特に有利である。

プレートに形成されたリリーフ・スロットはプレートをよりフレキシブルにし、このフレキシビリティにより、プレートを形成する材料は、リッジの領域において膨張することが可能となる。この構成による重要な点は、このプレートの膨張が他の構造部材によって妨げられないということである。

もしも、前記インジェクタ装置が雌形スイベル・ナットを介してシリンダヘッドに対して固定されているならば、プレートが雄形スイベル・ナットに対して少なくとも部分的に解放（ｒｅｌｅａｓｅ）されていることが特に重要である。これによって雄形スイベル・ナットによるプレートに対する干渉が大幅に回避される。このプレートと雄形スイベル・ナットとの間の解放は、雄形スイベル・ナットに、プレートのための環状解除溝を備えさせることによって好適に達成することができる。

バルブシートの機能は、従来通りにシリンダヘッドによって行われる。これにより、プレートを非常に単純で平坦な形状にし、前記シリンダヘッド底部の平坦なフランジ面に対して面一に配設することができる。シリンダヘッド底部に、プレートを挿入するためのカラー状のキャビティを設ける必要はない。前記吸気、排気バルブ、インジェクタ装置、オーバーフロー水および／またはネジのためのポートを除いて、前記シリンダヘッド底部は連続した平坦な構造である。その結果、標準的なシリンダヘッドを、その構造を変更したり、追加の加工工程を提供する必要無く、使用することが可能となる。また、既存の標準型シリンダヘッドに、前記底プレートをレトロフィットすることも容易に可能である。更に、突出するバルブが存在するにも拘わらず、ポケットを備えないピストン、即ち、平坦なクラウンを備えるピストンを使用することができる。これは、安定性の理由によって高い点火圧及び高い熱負荷条件において好ましい。

前記プレートは、高耐火炎性合金またはセラミック材から形成することができる。これにより、前記シリンダヘッド底部に対する熱入力を効率的に最小化することができる。或いは、前記プレートを、オーステナイト系またはマルテンサイト系のステンレス鋼、または鋳鋼から形成することも可能である。

本考案は、図面を参照して以下の記載からより良く理解されるであろう。

図１は、斜めの角度から見た、本発明の内燃エンジンのシリンダの断面図、
図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った、燃焼室側から見た、前記シリンダヘッドを示す図、
図３は、本発明の第２実施例の内燃エンジンの、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図、そして
図４は、インジェクタ装置の雄形スイベルナットの斜視図である。

下記の実施のバリエーションにおいては類似の部材には同じ参照番号が付与される。

燃焼室３に隣接するプレート４は、シリンダヘッド１とシリンダ２との間に配設されている。この平坦なプレート４は、吸気バルブ８および／または排気バルブ９および／またはインジェクタ装置１５のためのポートを除いて全面的に閉じられている平坦なシリンダヘッド底部１ａにぴったりと取付けられている。ここに例示される実施例において、シリンダ２は、ここでは詳細に図示されていないシリンダハウジングに設けられたシリンダライナー５から形成されている。金属材料からなる平坦プレート４は、吸気バルブ８と排気バルブ９のためのそれぞれのポート６，７を有する。シリンダの空気チャージ変化にとって好適な流れ幾何形状を形成するために、プレート４には、ポート６，７のそれぞれの周囲に面取り（ｃｈａｍｆｅｒｓ）１０，１１が形成されており、これらの面取り１０，１１は、それぞれ、周方向において、シリンダ軸心１２に平行な線１２ａに対して連続的に変化する角度αを有する。シリンダ軸心１２の領域において、プレート４は、更に、インジェクタ装置１５の燃焼室３内に連通する排出口１４のためのポート１３を有する。バルブシートリング１６，１７によってそれぞれ形成される、吸気バルブ８と排気バルブ９のためのバルブシートが、シリンダヘッド１に設けられている。

図１及び図２に図示されている実施例において、プレート４は、円形で、最大でシリンダ２のボア直径Ｂに対応する直径Ｄを有する。プレート４は、ネジ２５によって平坦なシリンダヘッド底部１ａに固定されている。更に、シリンダヘッド１とシリンダライナー５との間にシリンダヘッドシール１８が設けられ、このシール１８は、シリンダヘッド１とシリンダライナー５との間において燃焼室３に対するシーリング作用を提供する。シリンダ軸心１２の方向において、プレート４は、シリンダヘッドシール１８の厚みよりも大きな、または、小さな厚みを有する。また、プレート４中の熱応力を最小化するために、径方向のリリーフ・スロット３１が、吸気バルブ８および排気バルブ９のポート６，７とインジェクタ装置１５のポート１３との間に切り欠き形成されている。

図３は、第２実施例を図示し、ここでは、シリンダヘッド１のシリンダヘッド底部１ａと一つまたは複数のシリンダライナー５との間に配置されたプレート４が、シリンダ２のボア径Ｂを超えて突出し、シリンダヘッド底部１ａの全体に有利に拡張している。この実施例において、もしもプレート４がシリンダライナー１５に対してシーリング作用を提供するならば、シリンダヘッドシールを別個に設ける必要はない。燃焼室３に対するシリンダライナー５とプレート４との間の気密性を確保するために、シーリング作用を更に改善するべく、シリンダライナー５またはプレート４のシーリング面の領域に、周部リッジ２１および／または溝２２を形成すると有利である。それを冷却剤および潤滑剤に対してシールするために、プレート４にコーティングを施したり、或いは、弾性シール部材を備えさせたりすることが可能である。

この第２実施例において、プレート４には、吸気バルブ８と排気バルブ９とのためのポート６及び７、および、インジェクタ装置１５の排出口１４のためのポート１３のみならず、更に、シリンダハウジングとシリンダヘッド１との間に、シリンダヘッドネジのための穴（図示せず）、および／または、プッシュロッド、オーバーフロー水および／またはオーバーフローオイルのための少なくとも１つのポートも設けられる。図番２７はガス交換導管を示す。

図３の実施例において、プレート４は、ネジ２５に加えて、または、これらのネジに代えて、雄形スイベルナット２５ａを介して、インジェクタ受け入れ穴１５ａにおいてインジェクタ装置１５の回りに固定することができる。図番３０は、シリンダ２内で往復運動するピストンを示している。

プレート４中の熱応力を最小化するために、径方向のリリーフ・スロット３１が、吸気バルブ８および排気バルブ９のポート６，７とインジェクタ装置１５のポート１３との間に切り欠き形成されている。応力によって生じるプレート４の相対移動を補償するために、プレート４は、雄形スイベルナット２５ａに対して解放されている。この目的のために、雄形スイベルナット２５ａは周溝３２を有する。

好ましくは耐熱性合金から形成されるプレート４は、シリンダヘッド底部１ａに対する熱入力を減少させ、シリンダヘッド１中の熱応力を減少させる。これによって、シリンダヘッド１を形成するために使用される材料の選択の自由度が増大する。更に、ヘッド底部１ａの面取り１０，１１は、シリンダヘッド１の構造を弱体化しない。

尚、実用新案登録請求の範囲の項に図面との対照を便利にするために符号を記すが、該記入により本考案は添付図面の構成に限定されるものではない。

斜めの角度から見た、本発明の内燃エンジンのシリンダの断面図 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った、燃焼室側から見たシリンダヘッドを示す図 本発明の第２実施例の内燃エンジンの図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図 インジェクタ装置の雄形スイベルナットの斜視図

Claims (7)

1. 燃焼室（３）に隣接する平坦プレート（４）がシリンダヘッド（１）とシリンダ（２）との間に配設された内燃エンジンであって、前記プレート（４）が、少なくとも１つの吸気バルブ（８）および／または排気バルブ（９）および／または少なくとも１つのインジェクタ装置（１５）、等のための少なくとも２つのポート（６，７；１３）を備え、平坦なシリンダヘッド底部（１ａ）に隣接して配設されているものにおいて、前記プレート（４）の少なくとも２つのポート（６，７；１３）間に少なくとも１つのリリーフ・スロット（３１）が形成されていることを特徴とする内燃エンジン。
2. 前記リリーフ・スロット（３１）は、前記２つのポート（６，７；１３）に対して径方向に配設されている請求項１の内燃エンジン。
3. 前記リリーフ・スロット（３１）は、好ましくは中心に配設された前記インジェクタ装置（１５）の前記ポート（１３）と、前記吸気バルブ（８）または排気バルブ（９）の前記ポート（６，７）との間に配設されている請求項１または２の内燃エンジン。
4. 少なくとも１つの前記リリーフ・スロット（３１）が、前記インジェクタ装置（１５）の前記ポート（１３）の回りで径方向に互いに対向する、前記吸気および／または排気バルブ（８，９）の前記少なくとも２つのポート（６，７）と、前記インジェクタ装置（１５）の前記ポート（１３）との間にそれぞれ設けられている請求項３の内燃エンジン。
5. 少なくとも１つの前記リリーフ・スロット（３１）が、前記プレート（４）の、前記吸気バルブおよび／または排気バルブ（８，９）の前記ポート（６，７）のおのおのと、前記インジェクタ装置（１５）の前記ポート（１３）との間に形成されている請求項３または４の内燃エンジン。
6. 前記内燃エンジンは、更に、前記インジェクタ装置（１５）の前記ポート（１３）に配設されて、前記インジェクタ装置（１５）を前記シリンダヘッド（１）に固定するための雄形スイベルナット（２５ａ）を有し、前記プレート（４）は、少なくとも部分的に、前記雄形スイベルナット（２５ａ）に対して解放されている請求項１から５のいずれかの内燃エンジン。
7. 前記雄形スイベルナット（２５ａ）は、前記プレート（４）のための環状解放溝（３２）を有する請求項６の内燃エンジン。

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