JP6209338B2 - 内燃機関のシリンダヘッドカバー - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関のシリンダヘッドカバーの構造に関する。

周知のように、内燃機関のシリンダヘッド上面に取り付けられるシリンダヘッドカバーは、薄肉なカバー部の周縁部である開口端縁にカバー部の肉厚よりも厚肉で且つ幅広となったフランジ部を有し、このフランジ部と一体に略円筒状のボルトボス部が複数箇所に設けられた構成となっている。そして、上記フランジ部とシリンダヘッドとの間にガスケットを介して、複数のボルトにより締付固定されている。なお、最近のシリンダヘッドカバーは、例えばガラス繊維強化ポリアミド樹脂等の樹脂材料製のものが主流を占めている。

また、上記フランジ部は、ボルトボス部においてボルト締付力を直接受けることになるとともに、多くの場合にガスケット受容溝を形成する必要があることから、その断面形状や肉厚をある程度大きくする必要があるが、過度の厚肉化や重量増加を回避しつつそのフランジ部の強度向上を目的として、フランジ部そのものの形状を工夫したものが特許文献１として本出願人により提案されている。

特開２００７−１５４８１２号公報

しかしながら、特許文献１に記載された技術では、フランジ部のうち隣接するボルトボス部同士の間においてボルト軸方向での高さを徐変させているものであることから、フランジ部の強度向上の上では相応の効果が期待できても、フランジ部の断面形状の縮小化や大幅な薄肉化を図る上では必ずしも十分ではなく、フランジ部のさらなる薄肉化とともにシリンダヘッドカバー全体の軽量化を図る上ではなおも改善の余地を残している。

また、既存のシリンダヘッドカバーの構造を前提に、フランジ部の断面形状の縮小化や薄肉化を図った場合、シリンダヘッドカバーの形状の特殊性として、成形品全体への流動状態の樹脂材料の延伸または伸展は相対的に厚肉のフランジ部に大きく依存しているため、フランジ部の断面形状の縮小化や薄肉化によりショートショット（充填不足）等の成形不良が発生しやすくなり、所期の目的を達成することができなくなる。なお、ショートショットとは、溶融状態の樹脂材料が成形品（金型キャビティ）の隅々まで満遍なく行き渡らない現象である。

本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、シリンダヘッドカバーの形状にわずかな改良を加えるだけで、成形不良を招くことなくフランジ部の断面形状の縮小化と薄肉化が可能であり、さらにはシリンダヘッドカバー全体の軽量化にも寄与できるようにしたシリンダヘッドカバーの構造を提供するものである。

本発明は、複数のボルトボス部を含む幅広形状のフランジ部がカバー部の周縁部に形成されているとともに、上記カバー部の幅方向中央部に長手方向に沿って複数のプラグホールが形成された繊維強化樹脂材料製で且つ略矩形状をなす内燃機関のシリンダヘッドカバーであって、
上記プラグホールを避けるかたちで該プラグホールの両側に、上記カバー部の長手方向の全長にわたって連続した樹脂材料流れ用の一対の厚肉ビード部を備えており、
この厚肉ビード部は、カバー部一般部よりも厚肉でカバー部内面側ないし外面側に向かって凸形状をなし、かつ内面ないし外面からの高さに比較して幅が広い幅広形状をなし、
さらに、上記厚肉ビード部は、該厚肉ビード部に交差するカバー部の幅方向に沿った補強用のリブよりも幅が広い、ことを特徴とする。

上記厚肉ビード部は、請求項２に記載のように、例えば少なくともその一部がカバー部内面側に向かって凸形状のものとする。

この場合において、上記厚肉ビード部はシリンダヘッドカバーの平面投影形状内において屈曲していても良い。また、請求項３に記載のように、上記カバー部内面側に向かって凸形状の厚肉ビード部が長手方向の途中で上記カバー部外面側に向かって凸形状のものとなるように、長手方向での連続性を保ちながら上記厚肉ビード部の突出方向が長手方向の途中で反転していても良い。

さらに、請求項４に記載のように、上記カバー部内面側には補強用のリブが突出形成されていて、上記カバー部内面側に向かって凸形状の厚肉ビード部は当該厚肉ビード部から分岐するかたちで上記補強用のリブと連続していても良い。

したがって、少なくもと請求項１に記載の発明では、フランジ部の断面形状の縮小化とともに可能な限りフランジ部を薄肉化した場合、そのフランジ部の断面形状の縮小化と薄肉化に伴って、成形段階での溶融状態の樹脂材料の流れが悪くなったとしても、代わって相対的に厚肉の厚肉ビード部が溶融状態の樹脂材料の流れを助長するはたらきをすることになる。そのため、ショートショット等の成形不良の発生を招くことなく、フランジ部の断面形状の縮小化と薄肉化を図ることが可能となる。

本発明によれば、厚肉ビード部が成形時における溶融状態の樹脂材料の延伸または伸展を助長するはたらきをするため、ショートショット等の成形不良を招くことなく、フランジ部の断面形状の縮小化とともに薄肉化を図ることができる。また、フランジ部とともにカバー部までも薄肉化することが可能であり、シリンダヘッドカバー全体の軽量化を図ることができる。さらに、相対的に厚肉の厚肉ビード部が長手方向に形成されていることにより、その厚肉ビード部によるシリンダヘッドカバーの補強効果も期待でき、剛性および機械的強度も向上する。

請求項３に記載の発明によれば、カバー部内面側に向かって凸形状の厚肉ビード部が長手方向の途中でカバー部外面側に向かって凸形状のものとなるように、厚肉ビード部の突出方向が長手方向の途中で反転していて、厚肉ビード部がカバー部外面側に向かって凸形状となっている部位では、カバー部内面側に向かって突出するものがないため、シリンダヘッドカバー内に収容されている例えばカムシャフト等の動弁系の部品との干渉を無理なく回避できる。

請求項４に記載の発明によれば、カバー部内面側には補強用のリブが突出形成されていて、カバー部内面側に向かって凸形状の厚肉ビード部が当該厚肉ビード部から分岐するかたちで補強用のリブと連続しているため、成形時における溶融状態の樹脂材料の延伸または伸展を一段と助長することができ、成形性が向上する。

本発明の第１の実施の形態を示す図で、シリンダヘッドカバーを上側（外側）から見た斜視図。 図１のシリンダヘッドカバーを下側（内側）から見た斜視図。 図１のＡ−Ａ線に沿った拡大断面図。 図１の要部拡大図。 図２の要部拡大図。 参考例として従来のシリンダヘッドカバーの構造を示す図で、図３と同等部位の断面図。 本発明の第２の実施の形態を示す図で、シリンダヘッドカバーを上側（外側）から見た斜視図。 図７のシリンダヘッドカバーを下側（内側）から見た斜視図。 図７のＢ−Ｂ線に沿って切断した半断面図。 図７のＢ−Ｂ線から外れた位置で切断した全断面図。

図１〜５は本発明を実施するためのより具体的な第１の形態を示し、特に図１はシリンダヘッドカバーを上側（外側）から見た斜視図を、図２は図１のシリンダヘッドカバーを下側（内側）から見た斜視図をそれぞれ示している。また、図３は図１のＡ−Ａ線に沿った拡大断面図を示している。

図１，２に示すように、シリンダヘッドカバー１は、短辺に比べて長辺が十分に長い略矩形の変形深皿状のものであって、例えばガラス繊維強化ポリアミド樹脂（例えばナイロン６６（登録商標））等の耐熱性のある熱可塑性の樹脂材料にて一体成形されたものである。シリンダヘッドカバー１は、大きく分けて、機関動弁系を含む図示外のシリンダヘッドの上面全体を覆うカバー部２と、そのカバー部２の開口端縁側の全周に設けられた幅広形状のフランジ部３とから構成される。

フランジ部３は、カバー部２周縁部である開口端縁、すなわち相手側となるシリンダヘッドとの突き合わせ部に、略円筒状の複数のボルトボス部４を含むもそれ以外の部位では幅寸法Ｗ１のものとして全周にわたって形成されている。各ボルトボス部４にはシリンダヘッドに対してシリンダヘッドカバーを締結固定するための取付ボルトが挿入される。また、フランジ部３にはシリンダヘッドとの間に介装される図示外のガスケットを受容するためのガスケット受容溝５が形成されている。なお、図４に拡大して示すように、カバー部２の外面側とフランジ部３とのなす外隅部には、補強を目的として、フランジ部３の長手方向に沿って多数の縦壁状のリブ６が突出形成されている。

図３に示すように、カバー部２の短辺（幅方向）のほぼ中央部には内側に向かって陥没した中央壁部７が長手方向（長辺方向）沿って延在していて、図１，２に示すように、その中央壁部７の長手方向に沿って複数（機関気筒数分）の点火栓取付部としてのプラグホール８が所定のピッチで形成されているほか、一方の長辺側に偏倚した位置にはオイル注入口としてのオイルフィラー９が突出形成されている。そして、図１〜３から明らかなように、カバー部２のうち中央壁部７の両側のドーム状の膨出部９ａ，９ｂの内部空間が動弁系の主要素であるカムシャフトを収容するためのカムシャフト収容空間となっている。

図２のほか同図の要部を拡大した図５に示すように、カバー部２の内面側には、そのカバー部２の内面側とフランジ部３とのなす内隅部にフランジ部３の長手方向に沿って多数の補強用のリブ１０が突出形成されていて、さらにカバー部２の内面側と中央壁部７の壁面とのなす内隅部にも多数の補強用のリブ１１が突出形成されている。なお、図２に示すように、カバー部１２の内面には上記リブ１０，１１以外にも幾つかの類似のリブ等が突出形成されている。

そして、図２，３および図５に示すように、カバー部２の内面側であって且つそれぞれの膨出部９ａ，９ｂの中央部に相当する位置には、当該カバー部２の一般部（図３のカバー部２のうちリブ１１等が設定されていない部位を指す。）よりも厚肉で内面側に向かって凸形状をなす比較的幅広の厚肉ビード部１２ａ，１２ｂがカバー部２の長手方向（長辺方向）全長にわたってベルト状に形成されている。この厚肉ビード部１２ａ，１２ｂは、図３の断面においてリブ１１等の設定部位を除きカバー部２のどの部位よりも最も厚肉のものとなっている。言い換えるならば、幅寸法Ｗ１の幅広形状のフランジ部３においても、肉厚ｔ２そのものはカバー部２の肉厚ｔ１とほぼ同じ大きさのものとなっている。さらに、厚肉ビード部１２ａ，１２ｂがほぼ均一の厚みのものとしてカバー部２の長手方向に延在していることは先に述べたとおりであるが、図５に示すように、厚肉ビード部１２ａ，１２ｂは長手方向の途中において針状リブ１３をもって枝分かれ若しくは分岐するかたちで位置的に近接している補強用の各リブ１０，１１とも連続している。

なお、図２，５では厚肉ビード部１２ａ，１２ｂがシリンダヘッドカバー１の長手方向に直線状に延在しているが、長手方向での連続性さえ確保できれば途中で屈曲していいても良い。また、図３，５に示されたガスケット受容溝５は図２では図示省略してある。

したがって、このように構成されたシリンダヘッドカバー１を例えば射出成形法にて成形する場合には、互いに対向する短辺のうちいずれか一方側のフランジ部３に近接する位置をゲート部（例えばサイドゲート）として溶融状態の樹脂材料が射出され、射出された樹脂材料が長手方向（長辺方向）に延伸または伸展するかたちで樹脂材料が流れて、その樹脂材材料が成形品領域の隅々まで満遍なく行き渡ることでシリンダヘッドカバー１が所定の三次元形状に成形される。なお、上記ゲート部の位置は一例にすぎず、必ずしもその位置に限定されるものではない。

この場合において、シリンダヘッドカバー１の内面側において最も厚肉の二本の厚肉ビード部１２ａ，１２ｂがシリンダヘッドカバー１の長手方向に延在していることから、この厚肉ビード部１２ａ，１２ｂの存在によって特にシリンダヘッドカバー１の長手方向での樹脂材料の延伸または伸展が促進されて、同方向での樹脂材料の流動性が良好なものとなり、フランジ部３の断面形状やその肉厚ｔ２とともにカバー部２の肉厚ｔ１を従来よりも小さくしたとしても、ショートショット等の成形不良を招くことなしにシリンダヘッドカバー１を所定形状に精度良く成形することが可能となる。

その結果として、図３に示すように、相対的に幅広のフランジ部３の肉厚ｔ２もカバー部２の肉厚ｔ１と同等程度まで薄肉化することができるとともに、フランジ部３の幅寸法Ｗ１を含む断面形状も縮小化することができ、さらにはカバー部２の肉厚ｔ１も薄肉化することができる。なお、成形品であるシリンダヘッドカバー１の一部となった厚肉ビード部１２ａ，１２ｂは補強のためのビード部として機能することになり、シリンダヘッドカバー１の剛性向上と機械的強度の向上に寄与することになる。

図６は参考例として従来のシリンダヘッドカバー１００の断面図を示していて、カバー部１０２の開口端面に付帯する幅広にフランジ部１０３のうちガスケット受容溝１０５以外の部分ではその幅寸法でもあるところの肉厚ｔ４が相対的に厚肉で断面形状も比較的大きく、カバー部２の肉厚ｔ３とフランジ部１０３との肉厚ｔ４との関係はｔ４≫ｔ３となっている。そして、成形時において、シリンダヘッドカバー１００の長手方向、すなわち図６の紙面と直交する方向での溶融状態の樹脂材料の流動性は、相対的に厚肉のフランジ部１０３に依存しているものと推測される。

本発明者が実験を行ったところ、図６に示したシリンダヘッドカバー１００の構造において、フランジ部１０３の幅寸法を含む断面形状および肉厚ｔ４を図３のものと同程度まで縮小化したところ、樹脂材料の流動性が低下し、長手方向での樹脂材料の延伸または伸展が不十分となり、成形不良であるショートショットが発生した。これはフランジ部１０３での幅寸法を含む断面形状および肉厚ｔ４の縮小化により、成形品であるシリンダヘッドカバー１００の長手方向に溶融状態の樹脂材料が流れにくくなったことが原因と推測される。このことは、先に「発明が解決しようとする課題」として記載しているとおりである。

これに対して、図３の本実施の形態では、フランジ部３の幅寸法Ｗ１を含む断面形状および肉厚ｔ２の縮小化とともに、二本の厚肉ビード部１２ａ，１２ｂを設定しているため、フランジ部３の幅寸法Ｗ１および肉厚ｔ２を縮小化しても、代わって二本の厚肉ビード部１２ａ，１２ｂが長手方向での溶融状態の樹脂材料の延伸または伸展を促進して、同方向での樹脂材料の流動性が良好なものとなり、成形品質の向上に寄与している。その上、本実施の形態では、図６のものと比べカバー部２の肉厚ｔ１そのものも０．５ｍｍだけさらに薄肉化されている。その結果として、フランジ部３の幅寸法Ｗ１を含む断面形状および肉厚ｔ２の縮小化とともに、カバー部２の薄肉化も図られており、必要な強度を保ちながらシリンダヘッドカバー１全体の軽量化を達成することができる。本発明者の試算では、図３の構造では図６のものと比べて約２０％軽量化できることが判明した。

図７〜１０は本発明に係るシリンダヘッドカバー１の第２の実施の形態を示す図で、図１〜５と共通する部分には同一符号を付してある。

図７，８に示すシリンダヘッドカバー１では、カバー部２のうち一方のカムシャフト収容空間となる膨出部９ｂの外面側に、閉ループ状のビード部１５が形成されているとともに、そのビード部１５の内側空間に所定距離隔てて二つの矩形状の開口部１６ａ，１６ｂが形成されている。ビード部１５には事後的に図示外の別のカバー部材がかぶせられた上で振動溶着等により接合される。これにより、公知のオイルミストセパレータが形成され、上記の開口部１６ａ，１６ｂはオイルミストセパレータでの処理対象となるブローバイガスの流入口および流出口として機能することになる。

また、図７，８のほか図９，１０に示すように、上記の開口部１６ａ，１６ｂに近接するようにして、シリンダヘッドカバー１の長手方向に沿って厚肉ビード部２２が形成されている。この厚肉ビード部２２は先に説明した図１〜３に記載のものと同形状であるものの、図９，１０に示すように、その突出方向が長手方向の途中でカバー部２の内面側と外面側とで反転している。

ここで、図９は図７に示された厚肉ビード部２２を通るＢ−Ｂ線に沿って切断した半断面図を示していて、図１０は同じく図７において厚肉ビード部２２を外れた位置で切断した全断面図を示している。

より詳しくは、図９，１０に示すように、同図の右端部では厚肉ビード部２２ａが図２，３と同様にカバー部２の縦壁部の内面側に向かって凸形状のものとなっているものの、図７の開口部１６ｂの近傍では厚肉ビード部２２の突出方向が反転していて、カバー部２の外面側に向かって凸形状の厚肉ビード部２２ｂなっている。そして、図７の開口部１６ａの近傍から先では厚肉ビード部２２の突出方向が再度反転していて、カバー部２の内面側に向かって凸形状の厚肉ビード部２２ｃとなっている。さらに、図９，１０の左端において、カバー部２のうち縦壁部に相当する部分でも同様に厚肉ビード部２２の突出方向が再度反転していて、カバー部２の外面側に向かって凸形状の厚肉ビード部２２ｄとなっている。このようにカバー部２の長手方向の途中で厚肉ビード部２２の突出方向が幾度か反転してはいても、その連続性は確保されている。

なお、カバー部２のうち、もう一方の膨出部９ａに相当する部分では、図８に示すように、図２，３と同様にカバー部２の内面側に向かって凸形状となる連続した厚肉ビード部１２が形成されている。また、図８に示すように、カバー部２の内面側に格子状に形成された補強用のリブ１７は厚肉ビード部１２，２２に近接する位置で当該厚肉ビード部１２，２２と連続している。

したがって、この第２の実施の形態によれば、先の第１の実施の形態と同様の効果が得られることはもちろんのこと、図９，１０に示すように、特にカムシャフト収容空部となる膨出部９ａ相当する部分で厚肉ビード部２２（２２ｂ）が外面側に向かって凸形状となっていると、内面側に必要以上に突出するものが存在しないことになる。そのため、例えばカムシャフトを主要素とする動弁系の一部がシリンダヘッドカバー１のカバー部２に近接する場合に、その干渉を回避する上で有利となる。

１…シリンダヘッドカバー
２…カバー部
３…フランジ部
４…ボルトボス部
８…プラグホール
１０…リブ
１１…リブ
１２…厚肉ビード部
１７…リブ
２２（２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ）…厚肉ビード部
ｔ１…カバー部の肉厚
ｔ２…フランジ部の肉厚
Ｗ１…フランジ部の幅寸法

Claims (4)

1. 複数のボルトボス部を含む幅広形状のフランジ部がカバー部の周縁部に形成されているとともに、上記カバー部の幅方向中央部に長手方向に沿って複数のプラグホールが形成された繊維強化樹脂材料製で且つ略矩形状をなす内燃機関のシリンダヘッドカバーであって、
   上記プラグホールを避けるかたちで該プラグホールの両側に、上記カバー部の長手方向の全長にわたって連続した樹脂材料流れ用の一対の厚肉ビード部を備えており、
   この厚肉ビード部は、カバー部一般部よりも厚肉でカバー部内面側ないし外面側に向かって凸形状をなし、かつ内面ないし外面からの高さに比較して幅が広い幅広形状をなし、
   さらに、上記厚肉ビード部は、該厚肉ビード部に交差するカバー部の幅方向に沿った補強用のリブよりも幅が広い、ことを特徴とする内燃機関のシリンダヘッドカバー。
2. 上記厚肉ビード部は少なくともその一部がカバー部内面側に向かって凸形状のものであることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のシリンダヘッドカバー。
3. 上記カバー部内面側に向かって凸形状の厚肉ビード部が長手方向の途中で上記カバー部外面側に向かって凸形状のものとなるように、長手方向での連続性を保ちながら上記厚肉ビード部の突出方向が長手方向の途中で反転していることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関のシリンダヘッドカバー。
4. 上記カバー部内面側には上記補強用のリブが突出形成されていて、上記カバー部内面側に向かって凸形状の厚肉ビード部は当該厚肉ビード部から分岐するかたちで上記補強用のリブと連続していることを特徴とする請求項２または３に記載の内燃機関のシリンダヘッドカバー。

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