JP7110654B2

JP7110654B2 - 内燃機関

Info

Publication number: JP7110654B2
Application number: JP2018056373A
Authority: JP
Inventors: 善春千野; 篤史駒田; 邦彦坂田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-03-23
Filing date: 2018-03-23
Publication date: 2022-08-02
Anticipated expiration: 2038-03-23
Also published as: JP2019167876A

Description

本発明は、内燃機関に関するものである。

従来、例えば特開２０１５－２２５７７４号公報に開示されているように、点火プラグ装着穴の燃焼室側先端までネジ山を切って、点火プラグを装着した内燃機関が知られている。

特開２０１５－２２５７７４号公報特開２００９－０９７７１０号公報特開２００４－２３２４７８号公報

点火プラグを装着する部品装着穴は、シリンダヘッドの燃焼室天井面に連通している。上記の従来の技術では、部品装着穴の燃焼室側先端までネジ山があるので、このネジ山が燃焼室に露出する。燃焼室に露出したネジ山は、高温になりやすい。高温環境によって燃焼室側先端のネジ山に応力集中が起き、シリンダヘッドの応力集中が発生してしまうという問題がある。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、シリンダヘッドの応力集中を抑制することができる内燃機関を提供することを目的とする。

本発明にかかる内燃機関は、
燃焼室を構成する燃焼室天井面と、前記燃焼室天井面に達するように伸び内周面に装着穴ネジ山を持つ部品装着穴と、前記燃焼室天井面に達するように伸びるインジェクタ装着穴と、を有するシリンダヘッドと、
前記部品装着穴に組み付けられ、前記装着穴ネジ山と噛み合わされたプラグネジ山を持つ点火プラグと、
前記インジェクタ装着穴に挿入される直噴インジェクタと、
を備え、
前記部品装着穴に設けた前記装着穴ネジ山のうち前記燃焼室天井面に近い側の先端の第一先端ネジ山片と、前記点火プラグの前記プラグネジ山のうち前記点火プラグの先端にある第二先端ネジ山片とが噛み合わされ、
前記燃焼室天井面は、前記部品装着穴を囲む周縁面を含み、
前記周縁面は、前記部品装着穴の中心軸に対して垂直な平面であり、
前記周縁面における前記部品装着穴の縁が面取りされている。
前記直噴インジェクタのノズル先端部と前記点火プラグのプラグ先端部は、前記燃焼室天井面の中央で互いに近接している。

本発明によれば、装着穴ネジ山の第一先端ネジ山片とプラグネジ山の第二先端ネジ山片とが噛み合わされることで、余分なネジ山が燃焼室に露出しない。周縁面が部品装着穴の中心軸に対して垂直なので、周縁面がくぼんでいない。従って、内燃機関作動中における周縁面付近の応力を緩和することができる。さらに部品装着穴の縁を面取りすることにより応力集中箇所を減らすことができる。

実施の形態にかかる内燃機関の断面図である。実施の形態にかかる内燃機関の拡大断面図である。実施の形態にかかる内燃機関の燃焼室天井面を図示した斜視図である。実施の形態にかかる内燃機関の拡大断面図である。実施の形態に対する比較例にかかる内燃機関の拡大断面図である。実施の形態の変形例にかかる内燃機関の拡大断面図である。実施の形態にかかる内燃機関のウォータージャケットを模式的に図示した斜視図である。

図１は、実施の形態にかかる内燃機関１０の断面図である。図２は、実施の形態にかかる内燃機関１０の拡大断面図であり、燃焼室天井面２２を拡大したものである。図３は、実施の形態にかかる内燃機関１０の燃焼室天井面２２を図示した斜視図である。図２は図３のＡ－Ａ線に沿って内燃機関１０を切断したときの断面を表している。図４は、実施の形態にかかる内燃機関１０の拡大断面図である。

図１に示すように、内燃機関１０は、シリンダヘッド２０と、点火プラグ３０と、直噴インジェクタ４０と、を備えている。図２に示すように、シリンダヘッド２０は、燃焼室を構成する燃焼室天井面２２と、燃焼室天井面２２に達するように伸びる部品装着穴２２ｄおよびインジェクタ装着穴２２ｅと、を有する。

図４に示すように、部品装着穴２２ｄの内周面には、装着穴ネジ山２２ｄ１が設けられている。点火プラグ３０は、部品装着穴２２ｄに組み付けられている。点火プラグ３０は、装着穴ネジ山２２ｄ１と噛み合わされたプラグネジ山３２ｃを持つ。装着穴ネジ山２２ｄ１のうち最も燃焼室天井面２２に近い先端ネジ山片と、プラグネジ山３２ｃのうち点火プラグ３０のもっとも先端寄りにある先端ネジ山片とが噛み合わされている。直噴インジェクタ４０は、インジェクタ装着穴２２ｅに挿入されている。直噴インジェクタ４０のノズル先端部と点火プラグ３０のプラグ先端部は、燃焼室天井面２２の中央で互いに近接している。

図２および図３に示すように、燃焼室天井面２２は、部品装着穴２２ｄを囲む周縁面２２ａを含んでいる。なお、燃焼室天井面２２には、二つの吸気ポート２３と二つの排気ポート２４とが連通している。二つの吸気ポート２３と二つの排気ポート２４は、部品装着穴２２ｄおよびインジェクタ装着穴２２ｅを囲むように並んでいる。

図４に示すように、部品装着穴２２ｄは中心軸Ａｈを持っている。図４にはこの中心軸Ａｈと垂直に交わる仮想平面Ｓｐが図示されている。図４に示すように、周縁面２２ａは、部品装着穴２２ｄの中心軸Ａｈに対して垂直な平面を有する。周縁面２２ａは、仮想平面Ｓｐと平行な部分を持つ。

図４に示すように、周縁面２２ａにおける部品装着穴２２ｄの縁が面取りされることで、面取部２２ｇが設けられている。また、点火プラグ３０の燃焼室側口元をザグリ加工した加工部３２ｂが設けられている。加工部３２ｂはプラグネジ山３２ｃが設けられていないので、応力を緩和することができる。点火プラグ３０の雄ネジがかかっていない部分のみを加工することが好ましい。寸法Ｄ１で表したように、点火プラグ３０の雄ネジ部分まで、ネジ山が削り落とされている。

図４に示すように、シリンダヘッド２０の部品装着穴２２ｄの燃焼室側端部も、装着穴ネジ山２２ｄ１が切り落とされている。シリンダヘッド２０の雌ネジの谷の径にあわせて、燃焼室側から追加工することで装着穴ネジ山２２ｄ１の一部が切り落とされている。この追加工により、部品装着穴２２ｄにおける燃焼室天井面２２の先端部には凹凸の無い面が設けられている。

図５は、実施の形態に対する比較例にかかる内燃機関１０の拡大断面図である。図５の比較例では、装着穴ネジ山２２ｄ１およびプラグネジ山３２ｃの両方が、部品装着穴２２ｄの燃焼室側先端まで設けられている。センタ噴射配置により部品間の距離が近づけられると、点火プラグ３０の周りのシリンダヘッド２０の肉が薄くなりやすい。燃焼室側は温度が高く、燃焼圧による荷重も大きい。仮にネジ山が燃焼室天井面２２へと露出してしまうと、ネジの山谷形状による応力集中により信頼性の低下が心配される。

この点、実施の形態によれば、次のような利点がある。まず、装着穴ネジ山２２ｄ１の先端ネジ山片とプラグネジ山３２ｃの先端ネジ山片とが噛み合わされることで余分なネジ山が燃焼室に露出しない。また、燃焼室天井面２２における周縁面２２ａが、部品装着穴２２ｄの中心軸Ａｈに対して垂直である。つまり周縁面２２ａがくぼんでいない。部品装着穴２２ｄの周辺が凹んでいると応力集中が起きやすいのに対し、実施の形態では部品装着穴２２ｄに対して垂直となるように周縁面２２ａを設けているので内燃機関１０の作動中における周縁面２２ａ付近の応力を緩和することができる。

さらに、実施の形態によれば、部品装着穴２２ｄの縁に面取部２２ｇを設けることにより、シリンダヘッド２０の応力集中箇所をなくすことができる。シリンダヘッド２０のうち肉厚が薄く強度が比較的弱い部分において、ネジ山露出による応力集中が発生しないので、製品強度が向上する効果がある。燃費、排気、出力性能を維持したままで、信頼性を向上できる効果がある。

なお、仮に面取部２２ｇが設けられないと、せっかくネジの山谷部を加工してもピン角形状が出来てしまうので、応力集中が起きてしまうおそれがある。この点、実施の形態では、面取部２２ｇによって応力集中を確実に抑制することができる。

点火プラグ３０でなく、燃焼圧センサあるいはプラズマ発生器が取り付けられてもよい。雄ネジがかからない部分は、最初からネジのタップを切らないようにしてもよい。

図６は、実施の形態の変形例にかかる内燃機関１０の拡大断面図である。図１～図４に示した実施の形態では部品装着穴２２ｄにネジのタップを切った後に、燃焼室側から装着穴ネジ山２２ｄ１を削るようにしている。これに対し、図６に示す変形例では、部品装着穴２２ｄのネジのタップを上部から途中まで加工して、貫通しないように途中で止めている。

図６において、点火プラグ３０の雄ねじ部Ｄ２よりもその下方部分Ｄ３まで装着穴ネジ山２２ｄ１を切っておくことが好ましい。さもないと点火プラグ３０が部品装着穴２２ｄの雌ネジの不完全なネジ部に乗り上げる恐れがあるからである。ただし、図６の変形例ではネジの山谷部が残ることになり、応力集中部位が残存することになるので、図１～図４の実施の形態のほうがより高い信頼性を得ることができる。

図７は、実施の形態にかかる内燃機関１０のウォータージャケット５０を模式的に図示した斜視図である。実施の形態では、燃焼室を積極的に冷却するために、上段ウォータージャケット５２と下段ウォータージャケット５４を含む二段ウォータージャケットを採用している。これにより点火プラグ３０のネジ部からシリンダヘッド２０への熱伝達性能を向上し、点火プラグ３０の温度を下げてプレイグニッションの発生を抑制することができる。ネジの山谷部を加工することで、シリンダヘッド２０が受熱する面積を低減することができ、シリンダヘッド２０の壁温を低下させることができる。

１０内燃機関
２０シリンダヘッド
２２燃焼室天井面
２２ａ周縁面
２２ｄ部品装着穴
２２ｄ１装着穴ネジ山
２２ｅインジェクタ装着穴
２２ｇ面取部
２３吸気ポート
２４排気ポート
３０点火プラグ
３２ｂ加工部
３２ｃプラグネジ山
４０直噴インジェクタ
５０ウォータージャケット
５２上段ウォータージャケット
５４下段ウォータージャケット
Ａｈ中心軸
Ｓｐ仮想平面

Claims

燃焼室を構成する燃焼室天井面と、前記燃焼室天井面に達するように伸び内周面に装着穴ネジ山を持つ部品装着穴と、前記燃焼室天井面に達するように伸びるインジェクタ装着穴と、を有するシリンダヘッドと、
前記部品装着穴に組み付けられ、前記装着穴ネジ山と噛み合わされたプラグネジ山を持つ点火プラグと、
前記インジェクタ装着穴に挿入される直噴インジェクタと、
を備え、
前記部品装着穴に設けた前記装着穴ネジ山のうち前記燃焼室天井面に近い側の先端の第一先端ネジ山片と、前記点火プラグの前記プラグネジ山のうち前記点火プラグの先端にある第二先端ネジ山片とが噛み合わされ、
前記燃焼室天井面は、前記部品装着穴を囲む周縁面を含み、
前記周縁面は、前記部品装着穴の中心軸に対して垂直な平面であり、
前記周縁面における前記部品装着穴の縁が面取りされており、
前記直噴インジェクタのノズル先端部と前記点火プラグのプラグ先端部は、前記燃焼室天井面の中央で互いに近接している内燃機関。