JPS63147959A - シリンダヘツド構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明はエンジンのシリンダに連通ずる吸・排気ポー
トを備えたシリンダヘッド構造に係り、特にそれら吸・
排気ポートを包囲する部分のシリンダヘッド下面の剛性
を高めシリンダヘッドの強度を向上させたシリンダヘッ
ド構造に関する。

［従来の技術］ 一般にＭｕ造加工で形成されるシリンダヘッドは第１０
図に示されるように、シリンダヘッド下面ａのシリンダ
（図示せず）に対面される部分には、吸気ポートｂ及び
排気ポートＣが設けられており、それら吸・排気ポート
ｂ、ｃの近傍には、グロープラグまたはスパークプラグ
等の着火手段収容穴ｄ　ｈ＜設けられている。

また、第１１図に示されるように吸気ポートｂと１気ポ
ートＣとの間に位置したシリンダヘッド下面ａの隔壁ｅ
内にはその隔壁ｅを冷却して熱割れを防止し冷却水漏れ
を防止する冷却水通路ｆが設置ノられている。

シリンダヘッドｑは燃焼ガスに曝されるーｂのであり、
ピストンに対して燃焼圧力の反力を伝えるものであるか
ら、エンジン運転時に大き’ｔＺ圧力エネルギや熱エネ
ルギを受けたり、エンジン運転。

エンジン停止の熱サイクルを繰返されることで熱疲労が
発生す、る。このため従来にあっては出力を抑えたり強
度上、弱い部分となる上記隔壁Ｃ内に上記冷１１水油路
ｆを形成したり、第１１図に示すように吸・排気ポート
ｂ、ｃ間ピッチを大きくしてバルブインサートｈを挿入
する部分に応力を緩和する座グリ加工部分ｉを形成して
いる。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、上記隔壁の肉厚はシリンダの容積から一
義的に定められるものであるため、冷却通路の流路断面
を大きくして充分なる冷却能力をもたせるには困難性が
あり、同様に座グリ加工部分も制限範囲内で形成しなけ
ればならない困難性がある。さらに座グリ加工部分を形
成するにあたって第１１図に示されるようにシリンダの
容積に対して無駄な容ｖ４ｊ（デッドボリューム）が増
加することになるため、この観点で好ましいものではな
かった。また、全体として加工工程が増加し、コス］〜
高になる問題がある。

［問題点を解決するための手段〕 この発明は上記問題点を解決することを目的としている
。

この発明はシリンダヘッド下面の吸・排気ポートが開口
された包囲面部分に、その包囲面部分の剛性を高める板
状補強部材を一体的に接合してシリンダヘッド構造を構
成するものである。

Ｕ作　用］ シリンダヘッド下面の包囲面部分に、その包囲面部分の
剛性を高める板状補強部材を一体的に接合することは、
シリンダヘッド下面の吸・排気ポート間或は、排気・排
気ポート間の隔壁の剛性を高めることになるから、それ
ら隔壁に発生する亀裂を抑え、冷却水の漏れを防止する
ことができる。

この結果としてエンジンの出力性能を実質的に向上させ
ることができる。

［実施例］ 以下にこの発明のシリンダヘッド構造の好適一実施例を
添付図面に基づいて説明する。

第２図に示される１は多気筒エンジンに一体的に接合さ
れてシリンダ（図示せず〉を構成するシリンダヘッドで
ある。

シリンダヘッド１は、この実施例ではアルミニウム鋳物
合金（ＡＣ２Ｂ）でｕｂ底成形れ、そのシリンダヘッド
１内には、吸気ポート２及び排気ポート３が形成されて
いる。これら吸・排気□ポート２゜３は上記シリンダに
連通されるべくシリンダヘッ上下面４に開口されている
。

吸気ポート２．ｙｆ気ポート３は所定のピッチで開口さ
れており、それら吸・排気ポート２．３のシリンダヘッ
ド下面４側の端部には、バルブインサート５を収容すべ
く円筒状に拡径されたバルブインサート収容部分７がそ
れぞれ形成されている。

またこれら吸・排気ポート２，３の近傍のシリンダヘッ
ド下面４には上記シリンダに臨ませて、グロープラグ、
スパークプラグ等の着火手段を収容する収容部分８が間
口されている。

さて、この発明の目的とするところは、吸・排気ポート
２．３間のシリンダヘッド下面４及びそれら吸・排気ポ
ート２，３と上記収容部分８間のシリンダヘッド下面４
の剛性を高め熱応力、熱疲労による亀裂を防止し実質的
にエンジンの性能を高めることであるから、上記吸・排
気ポート２゜３及び収容部分８を包囲するシリンダヘッ
ド下面４の包囲面部分９に板状補強部材１０が一体的に
接合される。

この実施例にあって、上記板状補強部材１０は第１図、
第２図に示されるように円盤状に形成されて４３す、そ
の円周部分に、吸・排気ポート２゜３間のシリンダヘッ
ド下面のみを包囲して覆うための穴内部分１２．１３が
形成されている。即ちこの穴内部分１２．１３は吸・排
気ポート２，３に対して逃げ部分となる。また板状補強
部材１０には上記収容部分８に対して逃げとなる開口１
４が形成されている。

ところで、この実施例における板状補強部材１０のｖｉ
質は、上記シリンダヘッド１の材質より強度に優れ、且
つ熱膨張率の小さな材質の合金にて成形される。このよ
うな条件を満足する材質としてＭ　−Ｃｕ　−Ｍｇ　−
Ｎｉ系合金またはＭ　−Ｃｕ　−Ｓｉ　−Ｈａ−）Ｎｉ
系合金があり、この実施例ではＩｌＣｕ−１２３ｉ−Ｉ
Ｈ−ＩＨｉＮｉ系合金るＬｏ−Ｅｘ金合金たは４Ｃｕ−
１，５８ｇ　−２ｔｌｉ系合金であるＹ合金が採用され
る。

さて、このような形状・材質の板状補強部材１０を上記
包囲面部分９に一体的に取り付けるにあたり、シリンダ
に対してデッドボリュームを少なくするために、上記包
囲面部分つがシリンダヘッド下面４を基準にして上方へ
窪ませられている。

窪み深さは、板状補強部材１０の板厚と同等とし、その
板状補強部材１０を窪ませられた部分の包囲面部分９に
嵌合侵において、板状補強部材１０の露出面、即ちシリ
ンダ側の面とシリンダヘッド下面４と同一平面を構成で
きる深さとする。（この実施例では板厚、深さとも２〜
４ａｌｌ程度）次にシリンダヘッド下面４の包囲面部分
９に、板状補強部材１０を一体的に接合するための装置
について説明する。

第４図、第５図に示された１５は円形の固定架台て゛、
固定架台１５の円内にはシリンダヘッド下面４を上方へ
向けて固定載置する台車１６が同図の左右方向へ移動自
在に設けられている。一方、固定架台１５の門を形成づ
るアーム部分１５ａ。

１５ｂには、同図の前後方向に回転自在な送りローラ１
７がそれぞれ設けられている。一方の送りローラ１７に
は、モータ１８によりベルト駆動（チェーンまたはダイ
レクト駆動でも良い〉されるプーリー１９が一体的に設
けられている。また、固定架台１５内の台車１６を移動
させるために、固定架台１５の右側には、第６図にも示
されるように半径り向に突出長さが異なり、■つその突
出良さを円周方向に沿って順に突出良さが大ぎくなるよ
うに配列されたカム部２０を有する略歯車形状のカム部
材２１が回転自在に固定され、このカム部材２１が例え
ばベルト駆動される。２２はモータである。上記二つの
送りローラ１７の転送面上には、トーチ台車２３の左右
の端部２４．２５がぞれぞれ支持されている。トーチ台
車２３には、上記シリンダヘッド下面４の包囲面部分９
の中央近傍にトーチ先端部分２７が臨ませられてＴＩＧ
。

ＭＩＧ、レーザ等のトーチ２８が固定されている。

ここで、各トーチ２８のトーチ先端部分２７はシリンダ
ヘッド下面４に対して並行に設【）られるちのとし、ま
た、１・−子台車２３または固定架台１５の少なくとも
いずれか一方に１・−子台車２３の左右方向の移動を防
止し前後方向へ案内する案内ローラ（図示せず）を設け
ても良い。

（…方、台車１６のカム部材２１側の喘部１６ａには、
そのカム部材２１のカム部２０に係合して臼型１６を左
右方向へ移動させる山形の突出部分２９が一体的に設け
られている。

ゆえに、モータ１８．２２をそれぞれ駆動させると第７
図に示すように板状補強部材１０に対してトーチ先端部
分２７が波形に相対移動されることになる。

ゆえに、上記トーチ２８を作動して、板状補強部材１０
を第３図に示すように溶融し、急冷して再凝固させると
、シリンダヘッド下面４の包囲面部分９と板状補強部材
１０とが一体となって接合される。（尚参考までに、こ
の実施例ではＴＩＧトーヂを用い、電流値１２０Ａ、ト
ーチ移動速度を２ｍ　／ｓｅｃ　〜１０１１１１１　／
ｓｅｃとして、アーク浸透深さを２１ｆｔＩＲ〜５＃と
じている。） 以上、板状補強部材１０の材質をｕ−ｃｕ−ｘｒ系合金
またはＭ　−Ｃｕ−Ｓｉ−Ｎｉ系合金で説明したが、こ
の板状補強部材１０の材質を上記シリンダヘッド１と同
材質（ＡＣ２Ｂ）の母材にＳｉＣ等のウィスカまたは短
ｍｔａ、長ｍ維を混合したものとし、上記同様にＦａｎ
させるようにしても良い。

尚母材に対して体積含有１４よ４０％程度とする。

第９図には溶融、凝固させた場合のプントライ１−二次
アーム間隔と引張強度どの関係を示しである。

同図に示されるように、プントラント二次アーム間隔が
短い程引張強度は高くなることがわかる。

また、溶融後、急冷することによりプントラント二次ア
ーム間隔は狭くなるから引張強度が増加することがわか
る。したがってこの発明の実施例のように溶融後、急冷
して凝固し溶着させる接合は、シリンダヘッド下面４の
包囲面部分９の引張強度を大巾に向上させ、剛性を高め
ることができ、その強度の信頼性を高めることができる
。

ゆえに、シリンダヘッド下面４の熱的に厳しい部分の剛
性が、大１［Ｊに高められるから、エンジンの性能を実
質的に向−ヒできる。

、尚、この発明の詳細な説明で収容部分に対面する板状
補強部材１０の部分に予め開口′１４を設番）Ｃある説
明をしたが、この開口、及び板状補強部材１０の吸・排
気ポートへ溶けてはみ出した部分は、それぞれ後で形成
、除去づ゛る。

また、包囲面部分９に対して板状補強部材１０を良好に
位置させるために第８図に示すように仮付けを施すと更
に信頼性を高めることができる。

［発明の効果］ 以上説明したことから明らかなようにこの発明のシリン
ダヘッド構造によれば、シリンダヘッド下面の吸・排気
ポート間の隔壁やそれら吸・排気ポートと着火手段の収
容部分との間の隔壁等、熱応力、熱疲労によって破壊し
やすい部分の剛性を高め、信頼性を高めることができる
と共に、この結果としＣエンジンの性能を実質的に向上
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図（イ）はこの発明のシリンダヘッド構造の好適一
実施例を示す部分詳細図、第１図（ロ）は第１図（イ）
のローロ線断面図、第２図はシリンダヘッドの概略斜視
図、第３図は板状補強部材の溶解状態を示す概略図、第
４図乃至第６図は板状補強部材を溶融する装置図、第７
図はトーチの移動状態を示す概略図、第８図（イ）（ロ
）は仮付けを示ｔｍ略図、第９図は引張強度を示す性能
図、第１０図、第１１図は従来例を示す図で、第１１図
は第１０図のＸＩ−ＸＩ線断面図である。 図中、１はシリンダヘッド、２は吸気ポート、３は排気
ポート、４はシリンダヘッド下面、８は収容部分、９は
包囲面部分、１０は板状補強部材である。 特　許　出　願　人　　いすず自動車株式会社代即人弁
理士　絹　谷　信　雄 第７図 第９図 第８図 ｉ・ 第１０図　　　　　第１１図

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. （１）シリンダヘッド下面の吸・排気ポートが開口され
   た包囲面部分に、該包囲面部分の剛性を高める板状補強
   部材を一体的に接合したことを特徴とするシリンダヘッ
   ド構造。
2. （２）上記シリンダヘッドがＡｌ、Ａｌ系合金から構成
   された上記特許請求の範囲第１項記載のシリンダヘッド
   構造。
3. （３）上記包囲面部分が、シリンダヘッド下面を基準に
   上方に窪ませられて形成され、この窪ませられて形成さ
   れた包囲面部分に上記補強部材が嵌合され一体的に接合
   されると共に、シリンダヘッド下面と補強部材の露出面
   とが同一平面を構成するように接合された上記特許請求
   の範囲第１項記載のシリンダヘッド構造。
4. （４）上記補強部材がＡｌ−Ｃｕ−Ｍｇ−Ｎｉ系合金か
   ら構成された上記特許請求の範囲第１項または第３項記
   載のシリンダヘッド構造。
5. （５）上記補強部材がＹ合金から構成された上記特許請
   求の範囲第１項または第３項記載のシリンダヘッド構造
   。
6. （６）上記補強部材がＡｌ−Ｃｕ−Ｓｉ−Ｍｇ−Ｎｉ系
   合金から構成された上記特許請求の範囲第１項または第
   ３項に記載のシリンダヘッド構造。
7. （７）上記補強部材が上記シリンダヘッドを構成する金
   属材料にＳｉＣ等の無機質繊維材料を混入させて成る上
   記特許請求の範囲第１項または第３項記載のシリンダヘ
   ッド構造。
8. （８）上記無機質繊維材料が短繊維材料から成る上記特
   許請求の範囲第７項記載のシリンダヘッド構造。
9. （９）上記無機質繊維材料が長繊維材料から成る上記特
   許請求の範囲第７項記載のシリンダヘッド構造。
10. （１０）上記無機質繊維材料が短繊維材料と長繊維材料
    とから構成された上記特許請求の範囲第７項記載のシリ
    ンダヘッド構造。
11. （１１）上記補強部材が上記シリンダヘッド下面の包囲
    面部分に位置された後、ＴＩＧ、ＭＩＧ、レーザ等によ
    つて再溶融し急冷して再凝固させて上記包囲面部分に一
    体に融着された上記特許請求の範囲第１項または第３項
    乃至第７項または第１０項いずれかに記載のシリンダヘ
    ッド構造。