JP3701239B2 - 内燃機関 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、少なくとも１つの吸気弁、少なくとも１つの排気弁、少なくとも１つの噴射装置等から選択されたもののための少なくとも１つの開口部を備えるとともに燃焼室に面するようにシリンダヘッドとシリンダの間に配置された平坦なヘッドプレートが平坦なシリンダヘッド底面に突き合わせている内燃機関内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】
米国特許公報４，７７４，９１２号より、底面ヘッドプレートによって密閉され、構造が剛性で冷却水室を備えている上側部分からなる、内燃機関のシリンダヘッドが公知であり、この底面ヘッドプレートは水室に接している。シリンダヘッドの両方の部材は、ただ一つの共通構造体になるように結合されている。底面ヘッドプレートは、構造が剛性な上側部分よりも耐熱性が高くて熱伝導性の低い金属によって形成されている。このようにして、比較的大きなシリンダ厚さを実現することができる。しかしながら底面ヘッドプレートに直接接している水室は、上側部分特有の構造と冷却液のための密閉対策とを必要とし、このことで製造コストがアップする。
【０００３】
ドイツ特許公開公報ＤＥ３３０７１１５Ａ１号より、燃焼室に対向する面が、弁、点火プラグ、または噴射ノズルのための開口部を有するヘッドプレートで覆われている、内燃機関のシリンダヘッドが公知である。このヘッドプレートによって、シリンダヘッドの燃焼室側に対する絶縁を達成しようとしている。この場合、円形のヘッドプレートは、シリンダヘッドに構成されたカラー部の中に焼きばめされる。従って、シリンダヘッド底面の別個の加工と、焼きばめ工程のための追加的な作業ステップとが必要になるという欠点があり、このことは、この場合もやはり製造コストを大幅に引き上げてしまう。しかも、シリンダヘッド底面が切欠き効果によって弱くなる。これに類似するヘッドプレートはスイス特許公報ＣＨ３８９９９０Ａ号、ドイツ特許公報ＤＥ３５２３１３１Ｃ１号，およびドイツ特許公開公報ＤＥ３０３９７１８Ａ１号などの明細書からも公知である。
【０００４】
英国特許公開公報ＧＢ１１１０９５Ａ１号は、平坦なシリンダヘッド底面に突き合わされる底面ヘッドプレートを備える内燃機関を開示している。弁座は底面ヘッドプレートに設けられているので、底面ヘッドプレートに対して高い加工精度が要求される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記実状に鑑み、本発明の課題は、少なくとも１つの吸気弁または少なくとも１つの排気弁ないしはその両方のために少なくとも１つの開口部を備えるとともに燃焼室に面するようにシリンダヘッドとシリンダの間に配置された平坦なヘッドプレートが平坦なシリンダヘッド底面に突き合わせている内燃機関において、シリンダヘッドでの少ない熱損失を、できるだけ簡単なやり方で実現することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、本発明によれば、前記開口部の直径がこの開口部に対応する吸気弁や排気弁のための弁座よりも大きくなっており、かつ前記吸気弁または排気弁あるいはその両方の弁座はシリンダヘッドに、またはシリンダヘッドと堅固に結合された弁座リングに設けられており、
前記ヘッドプレート（４）が、燃焼室（３）の側に、吸気弁（８）または排気弁（９）の少なくとも１つの開口部（６，７）の周囲に面取り部（１０，１１）を備えており、
前記面取り部（１０，１１）が、この面取り部（１０，１１）とシリンダ軸平行線（１２ａ）との間で規定される異なる面取り角（α）をもつ少なくとも２つの領域を備えており、その際両方の領域の間における面取り角（α）の変化が連続するように構成されることによって達成される。つまり弁座の機能は、従来式のやり方で、シリンダヘッドによって引き受けられている。したがってヘッドプレートは非常に簡単に製作することができる。ここではこの平坦なヘッドプレートは、シリンダヘッド底面の平坦な接続面に突き合わせているだけである。シリンダヘッド底面にヘッドプレートを挿入するための鍔状の凹部を設ける必要はない。したがってシリンダヘッド底面は、吸気弁や排気弁さらには必要に応じて設けられることになる、噴射装置、水通過部、シリンダヘッドネジのための開口部を除いて、平坦面に加工される。したがって、このヘッドプレートは設計的な変更や追加的な加工ステップなしに、標準型シリンダヘッドと組み合わせて使用することができる。既存の標準型シリンダヘッドにも、容易に後からこのような底面ヘッドプレートを装備することができる。しかも、突き出した弁があっても、ポケット部のないピストンを、すなわち同じく平坦な頂部をもつピストンを利用できる。このことは、点火圧が高くて熱負荷が高いときに強度の面から好都合である。
さらに、流動性の観点から好都合な幾何学形状で形成されることになる面取り部が、面取り部とシリンダ軸平行線との間で規定される異なる面取り角をもつ少なくとも２つの領域を備えているので、両方の領域の間における面取り角の変化が常に連続するように構成され、弁座リングが従来式のシリンダヘッドと同様にシリンダヘッド底面に配置される。吸気弁または排気弁のためのシリンダヘッド底面の面取りが、シリンダヘッド底面ではなくてヘッドプレートに設けられることによって、弁座リングの有効高さを低減することができ、このことは、シリンダヘッドのウォータジャケットにおける冷却液の案内に有利に作用する。
【０００７】
このとき本発明による実施形態では、ヘッドプレートの直径が最大でシリンダのボア径に一致していることが提案される。この場合、ヘッドプレートは円形の輪郭を有しており、このヘッドプレートを取付ネジでシリンダヘッドに取り付けるのが好ましい。上記の別案または追加策として、ヘッドプレートをユニオンナットによってインジェクタ受持孔に取り付けるように構成してもよい。
【０００８】
特に好ましい実施形態では、 前記ヘッドプレートがシリンダから完全にはみ出しており、シリンダヘッドによって、シリンダブロックに、またはシリンダブロックの中に配置されたシリンダライナーに、あるいはその両方に押し付けられることが提案される。ヘッドプレートがシリンダヘッドとシリンダブロックの間の密閉手段となっていて、シリンダハウジングまたはシリンダライナーあるいはその両方に対して密閉面が形成されていれば、別個のシリンダヘッドガスケットを省略することができる。
【０００９】
このときヘッドプレートは、シリンダヘッド全体の長さまたは幅あるいはその両方を超えて延びていてもよい。シリンダヘッドは、シングルシリンダヘッドとして、またはマルチシリンダヘッドとして製作されてもよい。ヘッドプレートがシリンダハウジングとシリンダヘッドの間に少なくとも１つの水通過開口部を備えていると、特に好都合である。それにより、シリンダハウジングとシリンダヘッドにはさまれた水通過部の領域でも、別個の密閉手段が必要なくなる。ヘッドプレートは、シリンダヘッドネジのための貫通孔も備えているのが好ましく、このシリンダヘッドネジによってヘッドプレートは、シリンダヘッドによってシリンダハウジングまたはシリンダライナーに押し付けられる。
【００１１】
シリンダヘッド底面における熱損失を効果的に減らすために、ヘッドプレートが高耐熱性合金またはセラミックでできていると格別に有利である。あるいはヘッドプレートをオーステナイト系ステンレス鋼またはマルテンサイト系ステンレス鋼、もしくは鋳鋼で施工することも考えられる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照しながら本発明について詳しく説明する。
【００１３】
機能が同じ構成部品には、どの実施例でも同じ符号が付されている。
【００１４】
シリンダヘッド１とシリンダ２の間には、燃焼室３に接するヘッドプレート４が配置されている。平坦なヘッドプレート４は、吸気弁８および／または排気弁９および／または噴射装置１５のための開口部を除いて閉じられた平坦なシリンダヘッド底面１ａに密着して当接している。シリンダ２は各実施例では、詳しくは図示しないシリンダハウジングの中に配置されたシリンダライナー５によって構成されている。金属材料でできた平坦なヘッドプレート４は、吸気弁８ないし排気弁９のそれぞれのために開口部６，７を備えている。ガス交換のために好都合な流動ジオメトリーを構成するために、開口部６，７の回りにはそれぞれ面取り部１０，１１がヘッドプレート４に設けられており、これらの面取り部は、円周方向でそれぞれシリンダ軸平行線１２ａに対して連続的に変化する面取り角αを備えている。さらにヘッドプレート４はシリンダ軸１２の領域に、噴射装置１５から燃焼室３への出口１４のための開口部１３を備えている。どの実施例においても、弁座リング１６，１７によって構成されている吸気弁８ないし排気弁９のための弁座は、シリンダヘッド１に配置されている。
【００１５】
図１から図６に示す実施例ではヘッドプレート４は円形に構成されており、最大でシリンダ２の穴直径Ｂに相当する直径Ｄを備えている。ヘッドプレート４は、ネジ２５によって平坦なシリンダヘッド底面１ａに取り付けられている。シリンダヘッド１とシリンダライナー５の間には、燃焼室３に対するシリンダヘッド１とシリンダライナー５の間の密閉機能を引き受けるシリンダヘッドガスケット１８が配置されている。図５と図６からわかるように、ヘッドプレート４はシリンダ軸１２の方向に、シリンダヘッドガスケット１８の厚さ２０よりも大きい、または小さい厚さ１９を備えている。
【００１６】
図７から図１２は、シリンダ１のシリンダヘッド底面１ａと、１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ヘッドプレート４が、シリンダ２のボア径Ｂを超えて延びており、好ましくはシリンダヘッド底面１ａ全体にわたって延びている第２実施例を示している。この実施例では、ヘッドプレート４がシリンダライナー５に対する封止機能を引き受けていれば、別個のシリンダヘッドガスケットを省略することができる。燃焼室３に対するシリンダライナー５とヘッドプレート４の間の密閉性を確保するために、シリンダライナー５やヘッドプレート４の封止面の領域における密閉機能をいっそう向上させるための全周にわたるそれぞれにウェブ２１とこれに対応する溝２２を構成すると好都合である。冷却液や潤滑剤を密閉するために、ヘッドプレート４は、弾性的なシール部材を備える積層部または装着部を有していてよい。
【００１７】
第２実施例では、ヘッドプレート４は吸気弁８および排気弁９のための開口部６および７、ならびに噴射装置１５の出口１４のための開口部１３に加えて、さらにシリンダヘッドネジのための穴２３、ならびに少なくとも１つのプッシュロッド開口部２４、水通過開口部２８、および／またはシリンダハウジングとシリンダヘッド１の間のオイル通過穴２９を備えている。符号２７は、図７においてガス交換通路を示している。
【００１８】
図１３は、ヘッドプレート４が（ネジ２５の追加または代替として）ユニオンナット２５ａによって噴射装置１５の周囲でインジェクタ受持孔１５ａに取り付けられた、さらに別の実施例を示している。符号３０は、シリンダ２の中で往復運動するピストンを示している。
【００１９】
好ましくは耐熱性合金からなるヘッドプレート４は、シリンダヘッド底面１ａにおける熱損失を減らし、それによって熱応力を少なくする。それにより、シリンダヘッド１の材料を選択するときにいっそう高い自由性が生まれる。しかもシリンダ底面の面取り部は、シリンダヘッドの構造を弱めることがない。
【００２０】
尚、特許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、該記入により本発明は添付図面の構造に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例における本発明の内燃機関を示す、シリンダを断面図で示した斜視図
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿ったシリンダヘッドの燃焼室側の断面図
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った内燃機関の断面図
【図４】図３の詳細部分ＩＶを示す拡大図
【図５】図３の詳細部分Ｖを示す拡大図
【図６】図３の詳細部分ＶＩを示す拡大図
【図７】第２実施例における本発明の内燃機関を示す、シリンダを断面図で示した斜視図
【図８】図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿ったシリンダヘッドの燃焼室側の断面図
【図９】図８のＩＸ−ＩＸ線に沿った内燃機関の断面図
【図１０】図９の詳細部分Ｘを示す拡大図
【図１１】図９の詳細部分ＸＩを示す拡大図
【図１２】図９の詳細部分ＸＩＩを示す拡大図
【図１３】本発明の内燃機関のさらに別の実施例を示す、図３と同様の断面図
【符号の説明】
１ シリンダヘッド
１ａ シリンダヘッド底面
２ シリンダ
３ 燃焼室
４ ヘッドプレート
６，７ 開口部
８ 吸気弁
９ 排気弁
１０，１１ 面取り部
１６，１７ 弁座リング

Claims (12)

1. 少なくとも１つの吸気弁（８）または少なくとも１つの排 気弁（９）ないしはその両方のために少なくとも１つの開口部（６，７）を備えるとともに燃焼室（３）に面するようにシリンダヘッド（１）とシリンダ（２）の間に配置された平坦なヘッドプレート（４）が平坦なシリンダヘッド底面（１ａ）に突き合わせている内燃機関において、
   前記開口部（６，７）の直径がこの開口部に対応する吸気弁（８）や排気弁（９）のための弁座よりも大きくなっており、
   前記吸気弁（８）または排気弁（９）あるいはその両方の弁座はシリンダヘッド（１）に、またはシリンダヘッド（１）と堅固に結合された弁座リング（１６，１７）に設けられており、
   前記ヘッドプレート（４）が、燃焼室（３）の側に、吸気弁（８）または排気弁（９）の少なくとも１つの開口部（６，７）の周囲に面取り部（１０，１１）を備えており、
   前記面取り部（１０，１１）が、この面取り部（１０，１１）とシリンダ軸平行線（１２ａ）との間で規定される異なる面取り角（α）をもつ少なくとも２つの領域を備えており、その際両方の領域の間における面取り角（α）の変化が連続するように構成されることを特徴とする内燃機関。
2. 前記ヘッドプレート（４）が、シリンダヘッド（１）に対してネジ（２５）でシリンダヘッド底面（１ａ）に固定されるか、またはユニオンナット（２５ａ）でインジェクタ受持孔（１５ａ）に固定されるか、あるいはその両方の方法で固定されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
3. 前記ヘッドプレート（４）が実質的に円形の輪郭を備えているとともにヘッドプレート（４）の直径（Ｄ）が最大でシリンダ（２）のボア径（Ｂ）に一致していることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関。
4. 前記ヘッドプレート（４）がシリンダ（２）から完全にはみ出しており、シリンダヘッド（１）によってシリンダブロックに、またはシリンダブロックの中に配置されたシリンダライナー（５）に、あるいはその両方に押し付けられることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関。
5. 前記ヘッドプレート（４）が、シリンダヘッド（１）とシリンダ（２）の間の密閉手段を構成しており、シリンダブロックまたはシリンダライナー（５）あるいはその両方に対する密閉面を形成していることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関。
6. 前記ヘッドプレート（４）が、少なくとも１つのプッシュロッド開口部（２４）、水通過開口部（２８）、シリンダハウジングとシリンダヘッド（１）の間のオイル通過穴（２９）のうちの選択されたものを備えていることを特徴とする請求項４または５記載の内燃機関。
7. 前記ヘッドプレート（４）が、シリンダヘッドネジのための少なくとも１つの貫通孔（２３）を備えていることを特徴とする請求項４から６のいずれか１項に記載の内燃機関。
8. 前記ヘッドプレート（４）が耐熱合金でできてい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. 前記ヘッドプレート（４）がオーステナイト系ステンレス鋼でできてい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。
10. 前記ヘッドプレート（４）がマルテンサイト系ステンレス鋼でできてい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。
11. 前記ヘッドプレート（４）が鋳鋼でできてい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。
12. 前記ヘッドプレート（４）がセラミックでできてい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。

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