JP5018965B2 - 内燃機関のシリンダヘッド - Google Patents

Description

この発明は、内部にウォータジャケットが鋳造された多気筒内燃機関のシリンダヘッド、特に、燃焼室略中心部の噴射弁取付孔に挿入された燃料噴射弁が各々二股状のクランプを介してシリンダヘッドに固定されてなる内燃機関のシリンダヘッドの改良に関する。

例えばディーゼル機関のような筒内直接噴射式内燃機関において、燃焼室の略中心部に貫通形成された噴射弁取付孔に各々燃料噴射弁が挿入され、二股状のクランプを用いてこれらの燃料噴射弁を固定するようにした構成が知られている。
特許文献１は、このような形式の直列４気筒内燃機関用のシリンダヘッドを開示しており、４つの１列に並んだ燃料噴射弁の両側に吸気カムシャフトと排気カムシャフトとが配置されるとともに、４個のクランプが、気筒列方向に沿って直線状に並ぶように配置されている。各クランプは、シリンダヘッドに植設したピンからなる支点部の上に当接支持される基部と、上記燃料噴射弁を押圧する二股状の先端部と、上記シリンダヘッドに先端部が螺合するボルトによって締め付けられる中間部と、を各々備えており、上記支点部を支点として上下に揺動可能なクランプの中間部を上記ボルトによって締め付けることにより、燃料噴射弁を堅固に固定する構成となっている。

特開２００３−２６９２４４号公報

上記従来の構成では、♯１気筒および♯２気筒のクランプは、その二股状の先端部が機関前方を向いた姿勢で配置され、♯３気筒および♯４気筒のクランプは、その二股状の先端部が機関後方を向いた姿勢で配置されている。つまり、４つのクランプが２つずつ対称に配置され、気筒列方向の中央部には、♯２気筒のクランプのための支点部となるピンと同じく♯３気筒のクランプのための支点部となるピンとが互いに隣接して配置されている。

従って、ウォータジャケット形成用の中子を支持するための中子支持孔を、シリンダヘッドの中心部つまり♯２気筒と♯３気筒との間に配置することができない。この中子支持孔は、よく知られているように、鋳造時のウォータジャケット内部からのガス抜き孔を兼ねているものであり、一般に、シリンダヘッドの上面の複数箇所に設けられるが、シリンダヘッド横断面においては、ウォータジャケットの上面（天井面）は、一般に中央付近が高くなっていることから、シリンダヘッドの中心部に配置することがガス抜きとして最も効率がよい。つまり、１つの中子支持孔をシリンダヘッドの中心部に配置できれば、ガス抜きとなる中子支持孔の数を最小限のものとすることができ、かつガスの残留による不良発生をより確実に回避することができる。

上記従来の構成では、シリンダヘッドの中心部に中子支持孔を設けることができないため、それだけ多数の中子支持孔をガス抜きのために設けなければならず、好ましくない。

また上記従来の構成では、クランプの支点部としてシリンダヘッドに取り付けられた別部品のピンが用いられており、部品点数が多い、という問題もある。

本発明は、鋳造時に中子を用いて内部にウォータジャケットが形成されているとともに、各気筒の燃焼室の略中心部に貫通形成された噴射弁取付孔に各々燃料噴射弁が挿入される多気筒内燃機関のシリンダヘッドを前提としており、上記噴射弁取付孔に挿入された上記燃料噴射弁が各々二股状のクランプを介してシリンダヘッドに固定されている。上記クランプは、シリンダヘッド側の固定支点部の上に当接支持される基部と、上記燃料噴射弁を押圧する二股状の先端部と、上記シリンダヘッドに先端部が螺合するボルトによって締め付けられる中間部と、を各々備えている。

そして、これらの複数のクランプが、気筒列方向に沿って直線状に並ぶ姿勢で配列されており、複数の気筒を前後２つの群に分けて、機関前方側の気筒群においては、上記基部が機関前方側に、上記先端部が機関後方側に、それぞれ位置し、機関後方側の気筒群においては、上記基部が機関後方側に、上記先端部が機関前方側に、それぞれ位置している。つまり、それぞれ反対向きの姿勢となっているが、各々の先端部が互いに内側へ向かう姿勢となっており、各々の固定支点部が逆に外側へ向かうようになっている。これにより、空間が確保された２つの気筒群の間には、２つのクランプの間に位置する中子支持孔がシリンダヘッド上面に配置されている。

望ましい一つの形態では、燃料噴射弁の両側に吸気カムシャフトと排気カムシャフトとが配置され、上記吸気カムシャフトおよび上記排気カムシャフトの少なくとも一方をシリンダヘッドとの間で支持するように該シリンダヘッドに締結されたカムブラケットの締結用ボルトの頭部が、上記固定支点部として利用される。

上記のような構成によれば、鋳造時のガス抜きとなる中子支持孔を、クランプの固定支点部と干渉することなくシリンダヘッドの中心部に配置することが可能となり、鋳造時のウォータジャケット内部からのガス抜きを効果的に行うことができる。従って、多数の中子支持孔ないしガス抜き孔を設ける必要がなくなり、かつ鋳造時のガスの残留による不良発生をより確実に回避することができる。

この発明に係るシリンダヘッドの一実施例を示す平面図。 図１のII−II線に沿った要部の断面図。

以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

図１，図２は、この発明を直列４気筒ディーゼル機関に適用した実施例を示している。図１は、シリンダブロックへの取付前で、かつ図示せぬシリンダヘッドカバーを取り外したシリンダヘッド１単体での状態を示している。このシリンダヘッド１は、周知のように、アルミニウム合金あるいは鋳鉄等の材料を用いて鋳造されたものであって、全体として略直方体に近似した形状をなし、その内部には、冷却水通路となる複雑形状をなすウォータジャケット（図示せず）が中子を用いて鋳造されている。各気筒の燃焼室の略中心部には、それぞれ垂直（つまりシリンダ軸線と平行）に噴射弁取付孔２（図２参照）が貫通形成されており、この噴射弁取付孔２に各々燃料噴射弁３が挿入されている。この燃料噴射弁３は、細い棒状をなすものであって、いわゆるコモンレール式燃料噴射装置として電気的に開閉されるように構成され、頂部に電気ハーネス用のコネクタ４（図２参照）を備えているとともに、燃料配管が接続される燃料コネクタ部５が中間部から斜め上方へ延びている。

また、一列に並んだ４個の燃料噴射弁３の列の両側に、吸気カムシャフト１１および排気カムシャフト１２が配置されている。これらの吸気カムシャフト１１および排気カムシャフト１２は、それぞれ、各気筒に１対ずつ設けられる吸気弁および排気弁（いずれも図示せず）を開閉駆動する。ここで、吸気カムシャフト１１および排気カムシャフト１２は、シリンダヘッド１側に形成された半円形の軸受面と該シリンダヘッド１にボルト締結されるカムブラケット１３に形成された半円形の軸受面との間で回転自在に支持されるが、このカムブラケット１３は、吸気カムシャフト１１と排気カムシャフト１２との双方に跨って両者に一体に形成されており、その両端部および中央部の３点でボルト１４によりシリンダヘッド１に締結されている。そして、３本のボルト１４の中で、中央に位置するボルト（符号１４Ａとして示す）の位置が、両端部の一対のボルト１４に対し気筒列方向に、詳しくは♯１〜♯５の５箇所のカムブラケット１３の中で前方寄りの♯１，♯２カムブラケット１３では機関前方に、♯３〜♯５カムブラケット１３では機関後方に、それぞれ僅かにオフセットしている。なお、図１の左側が機関前方に、右側が機関後方に相当する。また、シリンダヘッド１の両側部、つまり吸気カムシャフト１１および排気カムシャフト１２の外側となる位置には、図示せぬシリンダブロックに取り付けるためのシリンダヘッドボルトが挿入される複数のシリンダヘッドボルト孔１６が配置されている。

上記噴射弁取付孔２に挿入された燃料噴射弁３は、各々二股状のクランプ２１を介してシリンダヘッド１に固定されている。このクランプ２１は、シリンダヘッド１側の固定支点部の上に当接支持されるテーパ状に細くなった基部２２と、燃料噴射弁３の段差部に係合して該燃料噴射弁３をシリンダ軸方向に押圧する二股状の先端部２３と、シリンダヘッド１に先端部２５ａが螺合するボルト２５（図２参照）によって締め付けられる中間部２４と、を各々備えており、上記基部２２を支点として上下に揺動する一種のてことして機能して、燃料噴射弁３を堅固に固定保持している。ここで、上記基部２２が当接する固定支点部として、図２に示すように、カムブラケット１３の中央のボルト１４Ａが利用されており、該ボルト１４Ａの頭部頂面に基部２２下面の突起部２２ａが当接している。なお、この中央のボルト１４Ａは、その頭部が両側の一対のボルト１４よりも上方に位置しており、クランプ２１がほぼ水平（シリンダ軸線３に直交）の姿勢を維持するようになっている。

燃料噴射弁３を各々固定する４個のクランプ２１は、吸気カムシャフト１１と排気カムシャフト１２との間において、気筒列方向に沿って一直線上に並ぶように配列されている。そして、機関前方側の♯１気筒および♯２気筒においては、上記基部２２が機関前方側に、上記先端部２３が機関後方側に、それぞれ位置するような姿勢で各クランプ２１が配置されている。これに対し、機関後方側の♯３気筒および♯４気筒においては、これらと対称に、上記基部２２が機関後方側に、上記先端部２３が機関前方側に、それぞれ位置する姿勢となっている。換言すれば、♯１〜♯５の５箇所のカムブラケット１３の中で、♯１、♯２、♯４、♯５の４箇所のカムブラケット１３がクランプ２１の固定支点部としてそれぞれ用いられており、かつ各クランプ２１の先端部がシリンダヘッド１の中心つまり♯２気筒と♯３気筒との間を指向するように４個のクランプ２１が対称に配置されている。シリンダヘッド１の長手方向の中央に位置する♯３カムブラケット１３は、クランプ２１を支持しておらず、図２に明らかなように、中央のボルト１４Ａも両側のボルト１４と同じ高さ位置となっている。

上記のような４個のクランプ２１の配置により、これらのクランプ２１により覆われることのないシリンダヘッド１の中心部には、ウォータジャケット形成用の中子を支持するための中子支持孔３１が設けられている。この中子支持孔３１は、♯３のカムブラケット１３に隣接して位置し、特に、機関後方へオフセットした中央のボルト１４Ａの機関前方側に位置している。また、シリンダヘッド１の前端部および後端部の２箇所において、吸気弁側の側部に偏った位置に、さらに一対の中子支持孔３２が設けられている。この中子支持孔３２は、♯１気筒側方および♯４気筒側方のシリンダヘッドボルト孔１６に隣接して配置されている。これらの中子支持孔３１，３２は、鋳造時に、中子を支持するように該中子の一部となる軸状部分によって形成されるものであり、鋳造時のガス抜き孔としても機能する。なお、この実施例では、一対の中子支持孔３２が吸気弁側に偏って位置し、排気弁側にはガス抜き孔となる中子支持孔が存在しないので、吸気弁側が排気弁側に比して高位となるように僅かに傾斜させた姿勢で鋳造が行われる。鋳造後には、これらの中子支持孔３１，３２は、プラグ３１Ａ，３２Ａの圧入により封止されている。

上記実施例のシリンダヘッド１においては、鋳造時のガス抜きとなる中子支持孔３１を、クランプ２１の固定支点部と干渉することなくシリンダヘッド１の中心部に配置することが可能であるため、鋳造時のウォータジャケット内部からのガス抜きを効果的に行うことができる。従って、前後両端部の中子支持孔３２とともに最小限の数（３個）の中子支持孔でもって確実なガス抜きが可能となり、多数の中子支持孔の形成による強度低下を回避できるとともに、鋳造時のガスの残留による不良発生をより確実に防止できる。

また、カムブラケット１３の中央のボルト１４Ａを高くしてクランプ２１の固定支点部として利用しているので、部品点数が少なくなる。また、この固定支点部となる中央のボルト１４Ａの位置を、両側の一対のボルト１４に対し気筒列方向へオフセットさせているので、カムブラケット１３の支持剛性が高くなり、クランプ２１の基部２２からの入力を確実に受けることができる。

なお、上記実施例では、直列４気筒内燃機関用のシリンダヘッドを例に説明したが、この発明はこれに限られず、例えば、直列３気筒、直列５気筒、直列６気筒、等の内燃機関、あるいはＶ型６気筒やＶ型８気筒内燃機関等の一方のバンクのシリンダヘッドとして任意の数の気筒のシリンダヘッドに適用することができる。

１…シリンダヘッド
２…噴射弁取付孔
３…燃料噴射弁
１１…吸気カムシャフト
１２…排気カムシャフト
１３…カムブラケット
１４…ボルト
２１…クランプ
２２…基部
２３…先端部
２４…中間部
２５…ボルト
３１，３２…中子支持孔

Claims (5)

1. 鋳造時に中子を用いて内部にウォータジャケットが形成されているとともに、各気筒の燃焼室の略中心部に貫通形成された噴射弁取付孔に各々燃料噴射弁が挿入される多気筒内燃機関のシリンダヘッドにおいて、
   上記噴射弁取付孔に挿入された上記燃料噴射弁が各々二股状のクランプを介してシリンダヘッドに固定されているとともに、このクランプは、シリンダヘッド側の固定支点部の上に当接支持される基部と、上記燃料噴射弁を押圧する二股状の先端部と、上記シリンダヘッドに先端部が螺合するボルトによって締め付けられる中間部と、を各々備えており、
   これらの複数のクランプが、気筒列方向に沿って直線状に並ぶ姿勢で配列されているとともに、
   複数の気筒を前後２つの群に分けて、機関前方側の気筒群においては、上記基部が機関前方側に、上記先端部が機関後方側に、それぞれ位置し、機関後方側の気筒群においては、上記基部が機関後方側に、上記先端部が機関前方側に、それぞれ位置し、
   ２つの気筒群の間には、２つのクランプの間に位置する中子支持孔がシリンダヘッド上面に配置されていることを特徴とするシリンダヘッド。
2. シリンダヘッドには、燃料噴射弁の両側に吸気カムシャフトと排気カムシャフトとが配置され、上記吸気カムシャフトおよび上記排気カムシャフトの少なくとも一方をシリンダヘッドとの間で支持するように該シリンダヘッドに締結されたカムブラケットの締結用ボルトの頭部が、上記固定支点部として利用されていることを特徴とする請求項１に記載のシリンダヘッド。
3. 上記カムブラケットは、吸気カムシャフトと排気カムシャフトとの双方に跨って両者に一体に形成されており、その両端部および中央部の３点でボルト締結されているとともに、固定支点部となる中央のボルトの位置が、両端部の一対のボルトに対し気筒列方向にオフセットしていることを特徴とする請求項２に記載のシリンダヘッド。
4. 直列４気筒内燃機関用のシリンダヘッドであって、シリンダヘッドの気筒列方向の中央に上記中子支持孔が配置されているとともに、シリンダヘッドの前後両端部でかつ吸気弁側もしくは排気弁側のいずれか一方に偏った位置にさらに一対の中子支持孔が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のシリンダヘッド。
5. 上記中子支持孔が鋳造時のウォータジャケットからのガス抜き孔として用いられることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のシリンダヘッド。

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