JP3362983B2 - エンジンのシリンダヘッド構造 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、シリンダヘッドの下面
に一対の吸気ポート開口部と一対の排気ポート開口部と
が千鳥状に配置されるとともに、シリンダヘッドに設け
られた排気ポート合流部と、上記両排気ポート開口部と
を接続する排気ポートとが設けられてなるエンジンのシ
リンダヘッド構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば特開昭５６−７９６４９号
公報に示されるように、吸気ポートの開口総面積を大き
くしてエンジンの体積効率を高めるため、シリンダヘッ
ドの下面に一対の吸気ポート開口部を設けるとともに、
この両吸気ポート開口部を燃焼室の壁面に沿って開口さ
せることにより、吸入空気の流れによってスワールを形
成することが行われている。

【０００３】また、排気ガスを効果的に排出させるため
にシリンダヘッドの下面に一対の排気ポート開口部を形
成するとともに、上記両吸気ポート開口部に対応させて
両排気ポート開口部を千鳥状に配設したものが知られて
いる。そして、排気ポートの構造を簡略化するために、
シリンダヘッドに排気ポート合流部を設け、この排気ポ
ート合流部と、両排気ポート開口部とを長い排気ポート
および短い排気ポートによって接続することが行われて
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記構成のシリンダヘ
ッド構造においては、排気ポート開口部と排気ポート合
流部との間に形成される排気ポートのポート径を確保す
るとともに、各ポート間のウォータジャケットの容積を
確保することが要求される。一方、シリンダヘッドの製
造時には、排気ポート成形用の中子を鋳型の側方から挿
入する必要がある。この場合、上記要求を満足しつつ、
鋳型に設置されたウォータジャケット成形用の中子およ
びシリンダヘッド締結用ボルトの取付け孔を形成するた
めのピン等に干渉しないように上記中子を設置すること
が困難であるという問題がある。

【０００５】また、上記排気ポート成形用の中子と、ウ
ォータジャケット成形用の中子との干渉を防止するた
め、排気ポートから離れた位置に上記ウォータジャケッ
ト成形用の中子を配設するように構成した場合には、排
気ポートの肉厚が必要以上に大きくなってエンジンの重
量が増大するとともに、上記ウォータジャケットを通る
冷却水の冷却作用が不十分となるという問題がある。

【０００６】本発明は、上記の点に鑑みてなされたもの
であり、ウォータジャケットを適正位置に配設すること
ができるとともに、排気ポート成形用の中子を設置位置
に容易に挿入することができるエンジンのシリンダヘッ
ド構造を提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
シリンダヘッドの下面に一対の吸気ポート開口部と一対
の排気ポート開口部とが千鳥状に配置されるとともに、
シリンダヘッドに設けられた排気ポート合流部と上記両
排気ポート開口部とを接続する距離の長い第１排気ポー
トおよび距離の短い第２排気ポートが形成されてなるエ
ンジンのシリンダヘッド構造であって、上記第１排気ポ
ートに、平面視において外方側に湾曲した湾曲部を設
け、この湾曲部の外方への張出し位置と、上記排気ポー
ト合流部の外方側近傍に位置するシリンダヘッド締結ボ
ルト用のボス部とをクランク軸方向にオーバーラップさ
せるとともに、両排気ポート開口部の開口中心を通る第
１直線と、上記シリンダヘッド締結ボルト用のボス部の
内周面に接して上記第１直線と平行に伸びる第２直線と
の間隔を、排気ポート成形用の中子をその設置部に挿入
可能な空間部をシリンダヘッド形成用鋳型に設けること
ができるとともに、上記空間部が必要以上に大きくなる
ことを防止することができるような、上記シリンダヘッ
ド締結ボルト用ボス部の肉厚と、上記第１排気ポートの
内径と、この第１排気ポートのポート壁の肉厚との和に
ほぼ等しい値に設定し、上記第１排気ポートおよび第２
排気ポートが両排気ポート開口部からボトムデッキ上面
の上方に伸びるストレート部を有し、排気ポート形成用
の中子が、該ボトムデッキ上面よりも高い位置であって
ストレート部の設置高さに対応する位置で上記排気ポー
ト 合流部を有する第１中子と、上記ストレート部に対応
する一対の第２中子とに分割され、上記鋳型にこれら第
１中子および第２中子を設けて鋳造されたものである。

【０００８】請求項２に係る発明は、上記請求項１記載
のエンジンのシリンダヘッド構造において、シリンダヘ
ッドの下面に形成された一対の吸気ポート開口部の開口
中心を通る直線と、一対の排気ポート開口部の開口中心
を通る第１直線とが平行となるように上記両吸気ポート
開口部を配設したものである。

【０００９】

【作用】上記請求項１記載の発明によれば、距離の長い
第１排気ポートを外方側に湾曲させることにより、相隣
接して設置される第１排気ポートおよび第２排気ポート
の開口面積が確保されるとともに、一対の排気ポート開
口部の開口中心を通る第１直線と、上記シリンダヘッド
締結ボルト用のボス部の内周面に沿って上記第１直線と
平行に伸びる第２直線との間隔を、上記のように設定す
ることにより、排気ポートの設置部に、排気ポート成形
用の中子を挿入可能な必要最小限の空間部が形成される
ことになる。また、両排気ポート開口部から上方に伸び
るストレート部の設置高さに対応する位置であってスト
レートの設置高さに対応する位置において、排気ポート
成形用の中子が、上記排気ポート合流部を有する第１中
子と、上記ストレート部に対応する一対の第２中子とに
分割されることになる。

【００１０】上記請求項２記載の発明によれば、シリン
ダヘッドの下面に設置された一対の吸気ポート開口部
と、一対の排気ポート開口部とが平行に配設されること
により、限られたスペースにおいて上記各ポート開口部
が適正位置に設置されることになる。

【００１１】

【実施例】図１および図２は本発明に係るエンジンのシ
リンダヘッド構造の実施例を示している。このエンジン
のシリンダヘッド１は、多気筒の直噴式ディーゼルエン
ジンに適用されるものであり、シリンダ軸線に対して直
角に形成された下面に一対の吸気ポート開口部２，３
と、一対の排気ポート開口部４，５とが形成されてい
る。なお、上記シリンダヘッド１は、シリンダブロック
に対して複数個のシリンダヘッド締結用ボルトにより締
結されている。具体的には相隣接シリンダヘッド間に位
置する一対のボルトと、シリンダボア両側のボルトとか
らなる合計６本のボルトが各シリンダの周囲に配設さ
れ、このボルトの締結個所には、ボルト用ボス部１０，
１８が設けられている。

【００１２】上記排気ポート開口部４，５は、その開口
中心Ｏ１，Ｏ２が、クランク軸と直交する方向に伸びる
中心線Ｌに対して所定角度θだけ傾斜した第１直線Ｌ１
上に配設されるとともに、一方の排気ポート開口部４が
排気マニホールドの設置部から離間した位置に配設さ
れ、他方の排気ポート開口部５が排気マニホールドの設
置部に近接した位置に配設されている。

【００１３】また、上記排気ポート開口部４，５は、シ
リンダヘッド１に形成された排気ポート合流部６と、一
方の排気ポート開口部４に連通する距離の長い第１排気
ポート７と、上記他方の排気ポート開口部５に連通する
距離の短い第２排気ポート８とを有する二俣形状の排気
ポートを介して図外の排気マニホールドに接続されるよ
うになっている。

【００１４】上記第１排気ポート７には、平面において
外方側に湾曲した湾曲部９が設けられ、この湾曲部９の
張出し位置と、上記排気ポート合流部６の外方側近傍に
位置するシリンダヘッド締結ボルト用のボス部１０とが
クランク軸方向にオーバラップするように上記湾曲部９
の張出し量が設定されている。

【００１５】また、上記排気ポート開口部４，５の開口
中心を通る第１直線Ｌ１と、上記ボス部１０の内周面に
沿って上記第１直線Ｌ１と平行に伸びる第２直線Ｌ２と
の間隔Ｓが、第１排気ポート７の内径Ｄと、上記ボス部
１０の肉厚ｔ１と、上記第１排気ポート７のポート壁の
肉厚ｔ２との和にほぼ等しい値に設定されている。

【００１６】上記両排気ポート開口部４，５は、吸気ポ
ート開口部２，３の配置との関係で、両排気ポート４，
５の設置間隔およびシリンダ軸心からの距離が予め設定
された適正範囲となるように規制されているため、上記
第１直線Ｌ１と第２直線Ｌ２との間隔Ｓを上記のように
設定することにより、排気ポート開口部４，５の開口中
心を通る第１直線Ｌ１の上記中心線Ｌに対する傾斜角度
が１５°程度に設定されることになる。

【００１７】また、上記第１，第２排気ポート７，８の
先端部には、排気ポート開口部４，５から上方に伸びる
所定長さのストレート部７ａ，８ａが形成され、このス
トレート部７ａ，８ａの設置高さＨは、シリンダヘット
１のボトムデッキ上面の設置高さＤＨよりも上方に位置
するように設定されている。

【００１８】上記両吸気ポート開口部２，３は、上記第
１直線Ｌ１と平行に設置された第３直線Ｌ３上に配設さ
れることにより、上記両排気ポート開口部４，５と平行
に配設されるとともに、上記吸気ポート開口部２，３と
排気ポート開口部４，５との設置位置がシリンダ幅方向
にオフセットされることにより、各ポート開口部２〜５
が千鳥状に配設されている。

【００１９】そして、上記両吸気ポート開口部２，３と
図外の吸気マニホールドとを接続する一対の吸気ポート
１１，１２がシリンダヘッド１に形成されている。この
吸気ポート１１，１２は、その先端部が燃焼室の壁面部
を指向するように湾曲し、吸入空気の流れによってスワ
ールが形成されるように構成されている。

【００２０】また、上記シリンダヘッド１には、排気ポ
ート冷却用のウォータジャケット１３〜１５と、燃料噴
射弁の設置孔１６と、グロープラグの設置孔１７とがそ
れぞれ所定に位置に設けられるとともに、シリンダヘッ
ド締結ボルト用のボス部１８が上記排気ポート合流部６
の内方部に配設されている。

【００２１】このような構成のシリンダヘッド１は鋳造
により成形され、この鋳造に使用される排気ポート成形
用の中子は、図３に示す二俣形状の第１中子１９と、図
４に示す円柱状の第２中子２０，２１とを備えている。
上記第１中子１９は、排気ポート合流部６の内径に対応
した外径を有する円形断面部２２と、第１，第２排気ポ
ート７，８の上部に対応する形状の第１，第２先端部２
３，２４とからなっている。

【００２２】また、上記第２中子２０，２１は、上記第
１，第２排気ポート７，８のストレート部７ａ，８ａに
対応した外径および高さを有している。そして、シリン
ダヘッド鋳型用の型割り面Ｍが、上記第２中子２０，２
１、つまりストレート部７ａ，８ａの設置高さに対応す
る位置に配設されることにより、上記ボトムデッキ上面
の設置高さＤＨよりも高い位置に設定されている。

【００２３】上記構成のシリンダヘッド１を製造するに
は、シリンダヘッド成形用鋳型に上記排気ポート成形用
の第２中子２０，２１を設置するとともに、図５に示す
ように、ウォータジャケット成形用の中子２５〜２７お
よび上記ボス部成形用のピン２８，２９等を設置する。
その後、上記第１中子１９の第１，第２先端部２３，２
４が上記ボス部成形用のピン２８，２９に干渉しないよ
うに、上記第１中子１９の先端部をシリンダの内方側
（シリンダの中心側）に向けた状態で、第１中子１９の
先端部を鋳型内に挿入する。

【００２４】そして、上記第１中子１９の第１，第２先
端部２３，２４が上記ボス部成形用のピン２８，２９に
干渉するおそれのない位置まで第１中子１９を挿入した
後、図６に示すように、シリンダの外方側に向けて上記
第１中子１９の先端部を旋回させることにより、上記第
１，第２先端部２３，２４がウォータジャケット成形用
の中子２７，２５に干渉するのをそれぞれ回避しつつ、
第１中子１９をさらに奥まで挿入する。

【００２５】次いで、上記第１，第２先端部２３，２４
がウォータジャケット成形用の中子２７，２５に干渉す
るおそれのない位置まで第１中子１９を挿入した後、上
記第１先端部２３がウォータジャケット成形用の中子２
６に干渉するのを回避しつつ、第１，第２先端部２３，
２４を第１，第２排気ポート開口部４，５の設置位置に
挿入することにより、第１中子１９の挿入作業を終了す
る。

【００２６】このようにして鋳型をセットした後に鋳込
みを行い、冷却後に鋳型を開放して各中子およびピン等
を取り外し、さらに必要な仕上げ加工を施してシリンダ
ヘッド１の製造を終了する。

【００２７】上記のようにシリンダヘッド１の下面に千
鳥状に配設された一対の吸気ポート開口部２，３および
排気ポート開口部４，５のうち、第１排気ポート開口部
４に連通する距離の長い第１排気ポート７に、平面視に
おいて外方側に湾曲した湾曲部９を設け、その張出し位
置を上記シリンダヘッド締結ボルト用のボス部１８とオ
ーバラップさせるように構成したため、上記第１排気ポ
ート７および第２排気ポート８の断面積を十分に確保
し、かつ両排気ポート４，５間に位置するウォータジャ
ケット１５の容積も確保することができる。

【００２８】そして、上記両排気ポート開口部４，５の
開口中心Ｏ１，Ｏ２を通る第１直線Ｌ１と、上記シリン
ダヘッド締結ボルト用のボス部１０の内周面に沿って上
記第１直線Ｌ１と平行に伸びる第２直線Ｌ２との間隔Ｓ
を、上記シリンダヘッド締結ボルト用ボス部１０の肉厚
ｔ１と、上記第１排気ポート７の内径Ｄと、この第１排
気ポート７のポート壁の肉厚ｔ２との和にほぼ等しい値
に設定したため、上記排気ポート成形用の第１中子１９
をその設置部に挿入可能な空間部を鋳型に設けることが
できるとともに、上記空間部が必要以上に大きくなるこ
とを防止することができる。

【００２９】したがって、上記第１中子１９の装着性を
低下させることなく、上記排気ポート合流部６の内側面
に沿って配設されたウォータジャケット１３の設置スペ
ースおよび上記第１排気ポート７の外側面に沿って配設
されたウォータジャケット１４の設置スペースを十分に
確保することができるとともに、上記シリンダヘッド締
結ボルト用のボス部１０，１８の設置スペースおよび両
排気ポート開口部４，５に配設される排気弁等の設置ス
ペースを十分に確保することができる。

【００３０】また、上記のようにシリンダヘッド１の下
面に設置された一対の吸気ポート開口部２，３を、上記
一対の排気ポート開口部４，５の開口中心Ｏ１，Ｏ２を
通る第１直線Ｌ１と平行に配設した場合には、限られた
スペースにおいて上記吸気ポート開口部２，３を適正位
置において適正角度に開口させることができるため、上
記吸気ポート開口部２，３から燃焼室内に供給される吸
入空気の流れによって効果的にスワールを形成すること
ができる。しかも、上記吸気ポート開口部２，３の開口
面積を十分に確保してエンジンの体積効率を向上させる
ことができる。

【００３１】さらに、シリンダヘッド１に上記両排気ポ
ート開口部４，５からボトムデッキ上面の上方に伸びる
ストレート部７ａ，８ａを設けるとともに、シリンダヘ
ッド成形用鋳型の型割り面Ｍの設置高さＨを、ボトムデ
ッキ上面の設置高さＤＨよりも高い位置に設定したた
め、上記第１，第２排気ポート開口部４，５と、燃料噴
射弁の設置孔１６との間に配設されたウォータジャケッ
ト１４の設置深さを十分に確保することができる。ま
た、上記排気ポート成形用の中子を二俣形状の第１中子
１９と、上記ストレート部７ａ，８ｂに対応する一対の
第２中子２０，２１とに分割することにより、上記第１
中子１９の挿入作業を容易化することができる。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に係る発
明は、シリンダヘッドの下面に一対の吸気ポート開口部
および排気ポート開口部が千鳥状に配設されてなるシリ
ンダヘッド構造において、両排気ポート開口部の一方に
連通する距離の長い第１排気ポートに、平面視において
外方側に湾曲した湾曲部を設け、その張出し位置をシリ
ンダヘッドに設けらたれ排気ポート合流部の外方側近傍
に位置するシリンダヘッド締結ボルト用のボス部とオー
バラップさせるように構成したため、上記第１排気ポー
トおよび第２排気ポートの断面積を十分に確保すること
ができる。

【００３３】そして、上記両排気ポート開口部の開口中
心を通る第１直線と、上記シリンダヘッド締結ボルト用
のボス部の内周面に沿って上記第１直線と平行に伸びる
第２直線との間隔を、上記ボス部の肉厚と、上記第１排
気ポートの内径と、この第１排気ポートのポート壁の肉
厚との和にほぼ等しい値に設定したため、上記排気ポー
ト成形用の中子をその設置部に挿入可能な空間部を鋳型
に設けることができるとともに、上記空間部が必要以上
に大きくなることを防止することができる。

【００３４】したがって、上記排気ポート成形用の中子
の装着性を低下させることなく、上記排気ポート合流部
の内側面に沿った配設されたウォータジャケットの設置
スペースおよび上記第１排気ポートの外側面に沿って配
設されたウォータジャケットの設置スペースを十分に確
保し、このウォータジャケットを通る冷却水によってシ
リンダヘッドを効果的に冷却することができるととも
に、シリンダヘッドの重量を軽量化できる等の利点があ
る。

【００３５】さらに、上記両排気ポート開口部からボト
ムデッキ上面の上方に伸びるストレート部を設けるとと
もに、排気ポート形成用の中子を、該ボトムデッキ上面
よりも高い位置であってストレート部の設置高さに対応
する位置で上記排気ポート合流部を有する第１中子と、
上記ストレート部に対応する一対の第２中子とに分割し
たため、上記第１，第２排気ポート開口部と、燃料噴射
弁の設置孔との間に配設されたウォータジャケットの設
置深さを十分に確保してこの部分を効果的に冷却するこ
とができるとともに、上記排気ポート成形用の中子を二
俣形状の第１中子と、上記ストレート部に対応する一対
の第２中子とに分割することにより、上記第１中子の挿
入作業を容易化できるという利点がある。

【００３６】また、請求項２に係る発明は、シリンダヘ
ッドの下面に形成された一対の吸気ポート開口部を、上
記一対の排気ポート開口部の開口中心を通る第１直線と
平行に配設したため、限られたスペースにおいて上記吸
気ポート開口部を適正位置に配設してその開口面積を十
分に確保することができ、これによってエンジンの体積
効率を向上させることができるとともに、上記吸気ポー
ト開口部から燃焼室内に吸入される空気の流れによって
効果的にスワールを形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るエンジンのシリンダヘッド構造の
実施例を示す平面断面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。

【図３】排気ポート成形用の中子の構成を示す平面図で
ある。

【図４】排気ポート成形用の中子の構成を示す正面図で
ある。

【図５】中子の挿入作業の第１段階を示す説明図であ
る。

【図６】中子の挿入作業の第２段階を示す説明図であ
る。

【符号の説明】

１ シリンダヘッド ２，３ 吸気ポート開口部 ４，５ 排気ポート開口部 ６ 排気ポート合流部 ７ 第１排気ポート ８ 第２排気ポート ７ａ，８ａ ストレート部 ９ 湾曲部 １０ シリンダヘッド締結ボルト用のボス部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 柴川 学 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツ ダ株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−170724（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−122005（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−111406（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−74043（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−74042（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−57770（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭58−59942（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02F 1/00 - 1/42

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダヘッドの下面に一対の吸気ポー
   ト開口部と一対の排気ポート開口部とが千鳥状に配置さ
   れるとともに、シリンダヘッドに設けられた排気ポート
   合流部と上記両排気ポート開口部とを接続する距離の長
   い第１排気ポートおよび距離の短い第２排気ポートが形
   成されてなるエンジンのシリンダヘッド構造であって、
   上記第１排気ポートに、平面視において外方側に湾曲し
   た湾曲部を設け、この湾曲部の外方への張出し位置と、
   上記排気ポート合流部の外方側近傍に位置するシリンダ
   ヘッド締結ボルト用のボス部とをクランク軸方向にオー
   バーラップさせるとともに、両排気ポート開口部の開口
   中心を通る第１直線と、上記シリンダヘッド締結ボルト
   用のボス部の内周面に接して上記第１直線と平行に伸び
   る第２直線との間隔を、排気ポート成形用の中子をその
   設置部に挿入可能な空間部をシリンダヘッド形成用鋳型
   に設けることができるとともに、上記空間部が必要以上
   に大きくなることを防止することができるような、上記
   シリンダヘッド締結ボルト用ボス部の肉厚と、上記第１
   排気ポートの内径と、この第１排気ポートのポート壁の
   肉厚との和にほぼ等しい値に設定し、上記第１排気ポー
   トおよび第２排気ポートが両排気ポート開口部からボト
   ムデッキ上面の上方に伸びるストレート部を有し、排気
   ポート形成用の中子が、該ボトムデッキ上面よりも高い
   位置であってストレート部の設置高さに対応する位置で
   上記排気ポート合流部を有する第１中子と、上記ストレ
   ート部に対応する一対の第２中子とに分割され、上記鋳
   型にこれら第１中子および第２中子を設けて鋳造された
   ことを特徴とするエンジンのシリンダヘッド構造。
2. 【請求項２】 シリンダヘッドの下面に形成された一対
   の吸気ポート開口部の開口中心を通る直線と、一対の排
   気ポート開口部の開口中心を通る第１直線とが平行とな
   るように上記両吸気ポート開口部を配設したことを特徴
   とする請求項１記載のエンジンのシリンダヘッド構造。