JP7481385B2

JP7481385B2 - シリンダヘッド

Info

Publication number: JP7481385B2
Application number: JP2022049630A
Authority: JP
Inventors: 昇平月坂
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2022-03-25
Filing date: 2022-03-25
Publication date: 2024-05-10
Anticipated expiration: 2042-03-25
Also published as: JP2023142636A; BR102023002664A2

Description

本願発明は、エンジン（内燃機関）を構成するシリンダヘッドに関するものである。

シリンダヘッドは動弁機構部を挟んで反対側に位置した吸気側面部と排気側面部とを有しており、吸気側面部には、クランク軸線方向である前後方向に長い吸気マニホールド接合面が形成されていて、吸気マニホールド接合面に複数の吸気ポートが前後方向に並べて形成されている。

エンジンは一般に１つの気筒に対して前後一対ずつの吸気ポートと排気ポートとを有しており、また、燃料噴射方式としては、インジェクタによって吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射方式と、気筒（燃焼室）に対して燃料を直接噴射する直噴方式とがある。

更に、ポート噴射方式についてみると、前後一対の吸気ポートの入口部を集合させて、集合部にインジェクタで燃料を噴射する１インジェクタ方式と、前後一対の吸気ポートに対してそれぞれインジェクタから燃料を噴射する２インジェクタ方式とがある。２インジェクタ方式では、一対の吸気ポートは、例えば特許文献１に示すように、その全長に亙って隔壁で区画されている。

直噴方式について見ると、インジェクタを燃焼室の上方に配置して、燃料を燃焼室に上から噴射する方式と、例えば特許文献２に開示されているように、インジェクタを吸気ポートよりも下の部位でかつ一対の吸気ポートの前後中間部に配置して、燃焼室に側方から燃料を噴出する方式とがある。後者の方式では、インジェクタは他の部材と干渉しない状態に配置できるため、設計の自由性は高くて組み立ても容易である。

また、インジェクタに対する燃料供給方式を見ると、特許文献２に開示されているように、前後長手の燃料デリバリパイプから燃料供給していることが多いが、ポート噴射方式にしても直噴方式にしても、燃料デリバリパイプの複数箇所をブラケットによってシリンダヘッドに固定していることが多い。

特開２００３－２８６９１５号公報特許第３５６４５００号公報

さて、シリンダヘッドは一般に鋳造によって製造されており、上面と下面とをフライス加工によって平坦面に仕上げ、次いで、吸気マニホールド接合面のフライス加工や排気マニホールド接合面のフライス加工、各種の穴のドリル加工などを行っている。上面と下面との切削加工の手順としては、まず、鋳造品を、鋳肌のままの下面をフライス盤のテーブルに重ね固定した状態で上面を切削（平削り）し、次いで、シリンダヘッドを裏返してフライス盤のテーブルに固定し、それから下面をフライス加工している。これにより、シリンダヘッドは設計上の高さに設定される。

従って、シリンダヘッドの鋳造後の加工手順としては、上面のフライス加工が最初に行われており、鋳造品をフライス盤のテーブルにクランプ体で固定する必要があるが、シリンダヘッドは、前後方向にずれない状態に複数のクランプ体でテーブルに押さえ保持しておく必要がある。従って、クランプ体としては、テーブルに押さえ固定するものと、前後方向にずれないように固定するものとが必要である。

そして、シリンダヘッドの押さえ固定は、吸気側面部や排気側面部等の凹凸を利用して実現できる。他方、前後動不能に保持するに当たっては、シリンダヘッドの吸気側面部及び排気側面部に設けた被クランプ部を、前後一対のクランプ体で挟持する必要がある。この点、排気側面部については凹凸構造になっているため、横向きに突出した適当な部位を被クランプ部として、クランプ体で前後から挟み固定することが掴持できる。

他方、吸気側面部についてみると、一対ずつ吸気ポートがその入口部において１つに集合している場合は、水平回動式のクランプ体を吸気ポートに入り込ませて、隣り合った吸気ポートの対の間の中間壁を前後のクランプ体で挟むことにより、シリンダヘッドを前後動不能に保持できる。

しかし、特許文献１のように一対の吸気ポートが全長に亙って隔壁で区画されていると、水平旋回式のクランプ体で前後から挟持するに当たって、クランプ体を吸気ポートの内部に入り込ませることができず、従って、吸気ポートを利用したクランプによってシリンダヘッドを前後動不能に保持することができない。従って、何らかのクランプ手段を設ける必要がある。

本願発明は、このような現状を背景にして成されたものである。

本願発明のシリンダヘッドは、
「吸気側面部と排気側面部とが逆向きに配置されて、前記吸気側面部に、吸気マニホールド接合面がクランク軸線方向である前後方向に長く形成されて、前記吸気マニホールド接合面に、複数の吸気ポートが前後方向に並んで開口しており、
前記吸気マニホールド接合面の上方又は下方に、複数のインジェクタ装着穴と複数のデリバリパイプ固定用ボス部とが前後方向に離反して形成されて、前記各デリバリパイプ固定用ボス部は、前記インジェクタ装着穴の開口面よりも突出しているシリンダヘッドであって、
前記インジェクタ装着穴は、前後に隣り合った前部インジェクタ装着穴と後部インジェクタ装着穴とを有しており、
前記デリバリパイプ固定用ボス部は、前記前部インジェクタ装着穴を挟んで前後に配置された第１デリバリパイプ固定用ボス部及び第２デリバリパイプ固定用ボス部と、前記後部インジェクタ装着穴を挟んで前後に配置された第３デリバリパイプ固定用ボス部及び第４デリバリパイプ固定用ボス部とを有しており、
前記第２デリバリパイプ固定用ボス部と第３デリバリパイプ固定用ボス部とは、前記前部インジェクタ装着穴と前記後部インジェクタ装着穴との間に配置されており、
かつ、前記第１デリバリパイプ固定用ボス部と前記前部インジェクタ装着穴との前後間隔及び前記後部インジェクタ装着穴と前記第４デリバリパイプ固定用ボス部との前後間隔が、前記前部インジェクタ装着穴と前記第２デリバリパイプ固定用ボス部との前後間隔及び前記第３デリバリパイプ固定用ボス部と前記後部インジェクタ装着穴との前後間隔よりも大きくなっている」
という特徴を有している。

本願発明は、様々に具体化できる。その好適な展開例として、請求項２では、
「前記各インジェクタ装着穴は直噴用インジェクタが装着されるものであって、前記各インジェクタ装着穴と前記複数のデリバリパイプ固定用ボス部とは前記吸気マニホールド接合面の下方に配置されている」
という構成になっている。

本願発明では、鋳造後にシリンダヘッドの上面又は下面をフライス加工するに当たっては、吸気マニホールド接合面の上又は下に設けた一対のデリバリパイプ固定用ボス部を被クランプ突起と成してこれをクランプ体で前後から挟み付けることにより、フライス盤のテーブルにシリンダヘッドを前後動不能に保持できる。従って、１つの気筒に対応した一対ずつの吸気ポートがそれぞれ全長に亙って隔壁で区画されていても、シリンダヘッドの上面又は下面の切削加工を正確に行うことができる。

従って、重量増大を防止又は抑制しつつ、シリンダヘッドの上面又は下面の切削加工を容易におこなえる。

また、１インジェクタ方式の吸気ポートを利用して一対のクランプ体でシリンダヘッドをクランプする場合は、一対のクランプ体は水平旋回式とすることで構造を簡単化できるが、インジェクタ装着穴は吸気ポートに対応して形成されていることを利用して、本願発明では、一対のインジェクタ装着穴の間に配置されたデリバリパイプ固定用ボス部を一対の被クランプ突起として利用できるため、従来のクランプ装置をそのまま使用して一対のデリバリパイプ固定用ボス部（被クランプ突起）をクランプ可能である。従って、加工コストの上昇を防止できる。

また、デリバリパイプ固定用のボス部は、シリンダヘッドの吸気側面部を構成していて外側に露出していることから、鋳造に際しては金型（外型）によって形成できるため、緻密な鋳肌で寸法精度も高くできる。このため、高い位置決め精度を保持できる。

実施形態に係るシリンダヘッドの側面図であり、（Ａ）は全体図、（Ｂ）は部分拡大図である。図１（Ｂ）のII-II 視断面図である。図２のIII-III 視方向から見た模式図である。

次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。以下では、方向を特定するため前後の文言を使用するが、前後方向は請求項で定義しているようにクランク軸線方向（カム軸線方向、気筒列方向）であり、前はタイミングチェーンを配置している側、後ろはミッションを配置している側である。

(1).構造の説明
本実施形態は、自動車用４気筒エンジンのシリンダヘッドに適用している。エンジンは、自動車のエンジンルームに横置き前排気の方式で配置されている。図１はシリンダヘッド１の吸気側面部が現れている側面図であり、吸気側面部の上下中途部に、前後長手の吸気マニホールド接合面２が形成されている。吸気マニホールド接合面２には、４対の吸気ポート３が前後方向に並んで形成されている。従って、各対の吸気ポート３は、それぞれ隔壁４によって区画されている。

吸気マニホールド接合面２には、吸気マニホールドの接合フランジを固定するためのタップ穴５の群が形成されている。また、吸気マニホールド接合面２のうち隣り合った吸気ポート３の対の間には、ＰＣＶガス通路６が開口している。図２から理解できるように、吸気マニホールド接合面２は、下に行くに従ってシリンダボア軸心から離れるように傾斜している。そこで、吸気マニホールド接合面２が形成されている部位は、外向きに張り出したランド部７になっている。

吸気側面部のうちランド部７の下方の部位のうち各対の吸気ポート３の隔壁４の下方の部位には、前から順に、第１～第４の４つのインジェクタ装着穴８～１１が開口している。図２に明示するように、インジェクタ装着穴８～１１は２段式になっており、各インジェクタ装着穴８～１１に直噴用インジェクタ１２が装着されている。

図２のとおり、直噴用インジェクタ１２は、インジェクタ装着穴８～１１の外側に露出した本体部（制御部）１２ａと、インジェクタ装着穴８～１１に入り込んだノズル部１２ｂと、本体部１２ａから下方に張り出したコネクタ部１２ｃとを有しており、本体部１２ａに燃料デリバリパイプ１３が一体に接続されている。

ランド部７の下方の部位のうち隣り合ったインジェクタ装着穴８の間の部位には、前から順に、第１～第４の４つのデリバリパイプ固定用ボス部１５～１８が形成されている。デリバリパイプ固定用ボス部１５～１８は吸気マニホールド接合面２から段落ちした状態に形成されており、図２に示すように、各デリバリパイプ固定用ボス部１５～１８に、燃料デリバリパイプ１３に溶接されたブラケット１９がボルト２０によって固定される。
既述のとおり、直噴用インジェクタ１２の本体部１２ａはインジェクタ装着穴８～１１の外側に露出しており、従って、本体部１２ａはインジェクタ装着穴８～１１の開口面に重なっているが、図２に示すとおり、デリバリパイプ固定用ボス部１５～１８は、インジェクタ装着穴８～１１の左右外側に突出している。燃料デリバリパイプ１３は前後方向に長いので、デリバリパイプ固定用ボス部１５～１８の下方に配置されている。

デリバリパイプ固定用ボス部１５～１８は４箇所に配置されているが、第２デリバリパイプ固定用ボス部１６及び第３のデリバリパイプ固定用ボス部１７は、第２インジェクタ装着穴９と第３インジェクタ装着穴１０の間の部位に配置して、第１デリバリパイプ固定用ボス部１５は第１インジェクタ装着穴８と第２インジェクタ装着穴９との間に配置し、第４デリバリパイプ固定用ボス部１８は第３インジェクタ装着穴１０と第４インジェクタ装着穴１１の間に配置している。
従って、第２インジェクタ装着穴９は請求項の前部インジェクタ装着穴に該当して、第３インジェクタ装着穴１０が請求項の後部インジェクタ装着穴に該当し、第１～第４デリバリパイプ固定用ボス部１５～１８は、そのまま請求項の第１～第４デリバリパイプ固定用ボス部に該当する。

更に、図１（Ａ）のとおり、第１デリバリパイプ固定用ボス部１５は第１インジェクタ装着穴８に寄せて配置され、第２デリバリパイプ固定用ボス部１６は第２インジェクタ装着穴９に寄せて配置され、第３デリバリパイプ固定用ボス部１７は第３インジェクタ装着穴１０に寄せて配置され、第４デリバリパイプ固定用ボス部１８は第４インジェクタ装着穴１１に寄せて配置されている。
従って、第１デリバリパイプ固定用ボス部１５と第２インジェクタ装着穴９との前後間隔、及び、第３インジェクタ装着穴１０と第４デリバリパイプ固定用ボス部１８との前後間隔は、第２インジェクタ装着穴９と第２デリバリパイプ固定用ボス部１６との前後間隔、及び、第３デリバリパイプ固定用ボス部１７と第３インジェクタ装着穴１０との前後間隔よりも大きくなっている。

なお、シリンダヘッドの前面には、タイミングチェーンを覆うフロントカバーが固定される。他方、シリンダヘッドの後部は配水部２１になっており、配水部２１に複数本のポート２２が接続されている。

(2).まとめ
さて、シリンダヘッドはアルミの鋳造品であり、鋳造された中間品に各種の加工が施されるが、まず、上面２２ａをフライス加工で平削りして第１の基準面を形成し、次いで、裏返して下面をフライス加工して第２の基準面を形成する。次いで、下面２２ｂを基準面として工作機械に固定し、吸気マニホールド接合面２のフライス加工や排気マニホールド接合面（排気ターボ過給機接合面を含む）のフライス加工などの各種の加工が行われる。

従って、上面２２ａのフライス加工が最初の加工になるが、この場合、シリンダヘッドはフライス盤のテーブルＴにその移動方向に長い姿勢で配置される。そして、その状態では、シリンダヘッドの下面２２ｂは鋳肌のままであるので、前後動不能の状態でフライス盤のテーブルＴに押さえ固定すると共に、前後動不能の状態に固定する必要がある。押さえ固定は、例えば、吸気側面部及び排気側面部のランド部７の上面をクランプ体（図示せず）で押さえることで行える。

他方、シリンダヘッドを前後動不能に保持することは、仮に、一対ずつの吸気ポート３の入口部が集合している場合は、図３に一点鎖線で示すように、支軸２４を支点にして水平旋回する一対のクランプ体２３を使用して、例えば２番目の吸気ポート３と３番目の吸気ポート３との間の中間壁２５を前後から挟むことで実行できる。しかし、各対の吸気ポート３がその全長に亙って隔壁４で区画されていると、水平旋回式のクランプ体２３を吸気ポート３の内部に入り込ませることができないため、中間壁２５を利用した固定方法は採用できない。

そこで、本実施形態では、第２デリバリパイプ固定用ボス部１６と第３デリバリパイプ固定用ボス部１７とを被クランプ突起として利用しており、図１（Ｂ）及び図３に模式的に示すように、前方のクランプ体２３は第２デリバリパイプ固定用ボス部１６に前から当接させて、後ろのクランプ体２３は第３デリバリパイプ固定用ボス部１７に後ろから当接させ、一対のデリバリパイプ固定用ボス部１６，１７を一対のクランプ体２３で前後から挟み付けることにより、シリンダヘッド１を前後動不能に保持している。

この場合、第１デリバリパイプ固定用ボス部１５が第１インジェクタ装着穴８に寄っている（第２インジェクタ装着穴９から離れている）ことにより、第２デリバリパイプ固定用ボス部１６の手前には、前側のクランプ体２３を水平旋回させ得る空間が存在しており、また、第４デリバリパイプ固定用ボス部１８が第４インジェクタ装着穴１１の側に寄っている（第３インジェクタ装着穴１０から離れている）ことにより、第３デリバリパイプ固定用ボス部１７の後ろには、後ろのクランプ体２３を水平旋回させ得る空間が空いている。従って、クランプ体２３を問題なく水平旋回させることができる。

また、第２及び第３のデリバリパイプ固定用ボス部１６，１７の外面間の間隔Ｌ１はシリンダヘッドにおける中間壁２５の厚さＬ２よりも大きいが、クランプ体２３の回動スパンはある程度あるため、中間壁２５を挟むクランプ装置をそのまま使用しつつ、一対のクランプ体２３によって一対のデリバリパイプ固定用ボス部１６，１７を前後から挟み付けることができる。従って、１インジェクタ方式のポート噴射式シリンダヘッドの加工装置を、直噴式のシリンダヘッドの加工装置としてそのまま利用できる。これにより、異なる機種のシリンダヘッドの加工に使用する加工装置を共通化して、加工コストを抑制できる。

また、シリンダヘッド１の鋳造に際しては、吸気ポート３は砂の中子で形成されるため鋳肌は必ずしも緻密でないが、デリバリパイプ固定用ボス部１５～１８は金型よりなる外型で形成できるため、鋳肌は緻密で寸法精度も高い。従って、シリンダヘッドの位置決め精度にも優れている。

本願発明は、上記の実施形態の他にも様々に具体化できる。例えば、被クランプ突起を吸気マニホールド接合面の上方に配置することも可能である（吸気マニホールド接合面の上方に一対ずつのポート噴射用インジェクタを配置した場合、一対のインジェクタ装着穴の前後外側にデリバリパイプ固定用ボス部を設けて、一対のデリバリパイプ固定用ボス部を一対のクランプ体で前後から挟持することが可能である。）。

シリンダヘッドにおける吸気側面部に前後一対ずつの被クランプ突起を配置して、前後一対ずつのクランプ体でこれらを挟み付けることも可能である。例えば、直列６気筒用エンジンのシリンダヘッドの場合、第２インジェクタ装着穴と第３インジェクタ装着穴との間、及び、第４インジェクタ装着穴と第５インジェクタ装着穴との間に、それぞれ一対ずつのデリバリパイプ固定用ボス部を配置して、これら一対ずつのデリバリパイプ固定用ボス部を被クランプ突起と成すことができる。

本願発明は、シリンダヘッドに具体化できる。従って、産業上利用できる。

１シリンダヘッド
２吸気マニホールド接合面
３吸気ポート
４隔壁
７ランド部
８第１インジェクタ装着穴
９第２インジェクタ装着穴（前部インジェクタ装着穴）
１０第３インジェクタ装着穴（後部インジェクタ装着穴）
１１第４インジェクタ装着穴
１２直噴用インジェクタ
１３燃料デリバリパイプ
１５第１デリバリパイプ固定用ボス部
１６第２デリバリパイプ固定用ボス部
１７第３デリバリパイプ固定用ボス部
１８第４デリバリパイプ固定用ボス部
１９ブラケット
２５中間壁
Ｔフライス盤のテーブル

Claims

吸気側面部と排気側面部とが逆向きに配置されて、前記吸気側面部に、吸気マニホールド接合面がクランク軸線方向である前後方向に長く形成されて、前記吸気マニホールド接合面に、複数の吸気ポートが前後方向に並んで開口しており、
前記吸気マニホールド接合面の上方又は下方に、複数のインジェクタ装着穴と複数のデリバリパイプ固定用ボス部とが前後方向に離反して形成されて、前記各デリバリパイプ固定用ボス部は、前記インジェクタ装着穴の開口面よりも突出しているシリンダヘッドであって、
前記インジェクタ装着穴は、前後に隣り合った前部インジェクタ装着穴と後部インジェクタ装着穴とを有しており、
前記デリバリパイプ固定用ボス部は、前記前部インジェクタ装着穴を挟んで前後に配置された第１デリバリパイプ固定用ボス部及び第２デリバリパイプ固定用ボス部と、前記後部インジェクタ装着穴を挟んで前後に配置された第３デリバリパイプ固定用ボス部及び第４デリバリパイプ固定用ボス部とを有しており、
前記第２デリバリパイプ固定用ボス部と第３デリバリパイプ固定用ボス部とは、前記前部インジェクタ装着穴と前記後部インジェクタ装着穴との間に配置されており、
かつ、前記第１デリバリパイプ固定用ボス部と前記前部インジェクタ装着穴との前後間隔及び前記後部インジェクタ装着穴と前記第４デリバリパイプ固定用ボス部との前後間隔が、前記前部インジェクタ装着穴と前記第２デリバリパイプ固定用ボス部との前後間隔及び前記第３デリバリパイプ固定用ボス部と前記後部インジェクタ装着穴との前後間隔よりも大きくなっている、
シリンダヘッド。
前記各インジェクタ装着穴は直噴用インジェクタが装着されるものであって、前記各インジェクタ装着穴と前記複数のデリバリパイプ固定用ボス部とは前記吸気マニホールド接合面の下方に配置されている、
請求項１に記載したシリンダヘッド。