【実施例】
【0037】
図1は、本発明の実施の形態に係るシリンダヘッド20を搭載した内燃機関1の構成の概略を示す構成図である。本実施の形態に係るシリンダヘッド20を搭載した内燃機関1は、
図1に示すように、本実施の形態に係るシリンダヘッド20と、シリンダヘッド20の上部に取り付けられたロッカーカバー2と、シリンダヘッド20の側壁に取り付けられた吸気マニホールド4と、吸気マニホールド4近傍のシリンダヘッド20の側壁に取り付けられたインジェクタ6と、シリンダヘッド20の下部に取り付けられたシリンダブロック8と、シリンダブロック8の下部に取り付けられたアッパーオイルパン10と、アッパーオイルパン10の下部に取り付けられたロアオイルパン12と、を備える。内燃機関1は、実施例では、4つの気筒が直列に配置された直列4気筒エンジンとして構成されている。なお、本実施の形態では、便宜上、ロッカーカバー2側、即ち、
図1中の紙面上方を、「上側」ないし「上方側」として規定し、ロアオイルパン12側、即ち、
図1中紙面下方を、「下方」ないし「下方側」として規定する。
【0038】
シリンダヘッド20の底面には、
図2ないし
図4に示すように、燃焼室CCを構成する燃焼室構成凹部22が形成されている。また、シリンダヘッド20には、一端が燃焼室構成凹部22に開口すると共に、他端がシリンダヘッド20の外部に開口する吸気ポート24が形成されている。吸気ポート24は、吸気の流れ方向上流側に形成された集合ポート24aと、集合ポート24aから分岐して燃焼室構成凹部22にそれぞれ独立に連通する2つの分岐ポート24b,24cとから構成されている。集合ポート24aは、シリンダヘッド20に形成された吸気マニホールド取付部25のフランジ面25aに開口している。燃焼室構成凹部22は、本発明における「燃焼室構成部」に対応し、分岐ポート24b,24cは、それぞれ本発明における「第1吸気ポート」および「第2吸気ポート」に対応する実施構成の一例である。
【0039】
吸気ポート24は、
図2,
図3および
図5に示すように、長手方向(吸気の流れ方向)に垂直な断面形状がほぼ四角形となる四角ポート領域を有するように構成されている。この四角ポート領域は、吸気ポート24における集合ポート24aから分岐ポート24b,24cに形成されている。
【0040】
集合ポート24aでは、
図5に示すように、ポート上部を構成する上側平面壁部122aと、ポート下部を構成する下側平面壁部124aと、ポート左部を構成する左側平面壁部126aと、ポート右部を構成する右側平面壁部128aと、によって四角ポート領域が構成されている。
【0041】
また、分岐ポート24b,24cそれぞれでは、
図5に示すように、ポート上部を構成する上側平面壁部122b,122cと、ポート下部を構成する下側平面壁部124b,124cと、ポート左部を構成する左側平面壁部126b,126cと、ポート右部を構成する右側平面壁部128b,128cと、によって四角ポート領域が構成されている。
【0042】
なお、各上側平面壁部122a,122bと各左側平面壁部126a,126b、各上側平面壁部122a,122cと各右側平面壁部128a,128c、各下側平面壁部124a,124bと各左側平面壁部126a,126b、および、各下側平面壁部124a,124cと各右側平面壁部128a,128cとは、曲面壁部130で接続されている。曲面壁部130は、本発明における「第1曲面部」および「第2曲面部」に対応する実施構成の一例である。
【0043】
ここで、右側平面壁部128bと左側平面壁部126cとは、各分岐ポート24b,24cを分岐させる共通の壁部の左右壁面部として隣接配置されている。これにより、各分岐ポート24b,24cは、それぞれ並列に配置される構成とされている。このように、集合ポート24aおよび分岐ポート24b,24cに四角ポート領域を設ける構成とすることで、各分岐ポート24b,24c同士を近接配設することができると共に、同じスペース内であれば断面が円形の吸気ポートよりも大きな通路断面積を確保することができる。この結果、シリンダヘッド自体の大型化を抑制しながら、吸気の充填効率を高めることができる。
【0044】
なお、吸気ポート24は、分岐ポート24b,24cにおいて断面形状がほぼ四角形から徐々に変化して、最終的には円形となって燃焼室構成凹部22に開口する。四角ポート領域は、本発明における「四角ポート領域」、「第1および第2四角ポート領域」に対応する実施構成の一例である。また、上側平面壁部122a,122b,122c、下側平面壁部124a,124b,124c、左側平面壁部126a,126b,126cおよび右側平面壁部128a,128b,128cは、本発明における「平面部」あるいは、それぞれ「上側平面部」、「下側平面部」、「左側平面部」および「右側平面部」に対応する実施構成の一例である。さらに、上側平面壁部122b,122c、下側平面壁部124b,124c、左側平面壁部126b,126c、右側平面壁部128b,128cは、本発明における「第1および第2平面部」あるいは、それぞれ「第1および第2上側平面部」、「第1および第2下側平面部」、「第1および第2左側平面部」および「第1および第2右側平面部」に対応する実施構成の一例である。
【0045】
また、シリンダヘッド20には、
図2ないし
図4に示すように、インジェクタ6を取り付けるためのインジェクタ取付孔26が、吸気マニホールド取付部25の上部から吸気ポート24まで貫通して形成されている。インジェクタ取付孔26は、各分岐ポート24b,24cそれぞれに各1つ形成されている。
【0046】
即ち、シリンダヘッド20は、各インジェクタ6から各分岐ポート24b,24cを介して燃料噴射を行うことができる所謂ツインインジェクタ方式に構成されている。ツインインジェクタ方式を採用することにより、本実施の形態では、燃料の霧化性能を低下することなく大量の燃料を供給することができ、燃焼効率の安定化を図ることができる。
【0047】
また、各分岐ポート24b,24cを通過する吸気流量に応じて、各インジェクタ6からの燃料噴射量を制御することができるため、各分岐ポート24b,24cに過剰な燃料が噴射されることを防止することができる。これにより、燃費の向上を図ることができる。さらに、本実施の形態では、燃料と吸気との混合性を向上させる目的で、吸気マニホールド4に図示しないタンブルコントロールバルブを設ける構成であるため、吸気ポート24(集合ポート24a,分岐ポート24b,24c)の下方側よりも上方側の方が、吸気が多く流れる構成となっている。
【0048】
本実施の形態では、こうした吸気が多く流れる吸気ポート24(分岐ポート24b,24c)の上方にインジェクタ6を取り付ける構成であるため、燃料と吸気との混合性を促進することができる。これにより、燃焼効率をより向上することができる。インジェクタ取付孔26は、本発明における「取付孔」、「第1取付孔」および「第2取付孔」に対応する実施構成の一例である。
【0049】
各インジェクタ取付孔26は、
図4および
図5に示すように、それぞれ中心軸線CL1,CL2を有している。各インジェクタ取付孔26は、各中心軸線CL1,CL2が各分岐ポート24b,24cの上側平面壁部122b,122cと交差する態様で、各分岐ポート24b,24c内に開口するよう構成されている。
【0050】
即ち、各インジェクタ取付孔26における各分岐ポート24b,24cへの開口の概ね全部が、上側平面壁部122b,122cに形成されている。また、分岐ポート24bにおけるインジェクタ取付孔26は、左側平面壁部126b側に寄った位置に形成されており、分岐ポート24cにおけるインジェクタ取付孔26は、右側平面壁部128c側に寄った位置に形成されている。
【0051】
このように構成することにより、各インジェクタ取付孔26にインジェクタ6を取り付ける際の各インジェクタ6同士の距離が確保でき、干渉を防止することができる。これにより、吸気の充填効率を高めながら、組み付け性の向上を図ることができる。なお、中心軸線CL1,CL2は、本発明における「中心軸線」、「第1中心軸線」および「第2中心軸線」に対応する実施構成の一例である。
【0052】
次に、シリンダヘッド20にインジェクタ取付孔26を形成する方法について説明する。インジェクタ取付孔26のシリンダヘッド20への形成は、
図6および
図7に示すような吸気ポート成形用中子60を用いる。吸気ポート成形用中子は、シリンダヘッド20に吸気ポート24を成形するための本体部62と、シリンダヘッド20にインジェクタ取付孔26を形成するためのボス部64と、から構成されている。
【0053】
本体部62は、
図6に示すように、シリンダヘッド20に集合ポート24aを成形する集合ポート成形部62aと、分岐ポート24b,24cを成形する分岐ポート成形部62b,62cと、を備えている。本体部62は、集合ポート成形部62aから分岐ポート成形部62b,62cにかけて長手方向(
図6における左右方向)に垂直な断面形状がほぼ四角形に形成された四角形状領域を有している。
【0054】
集合ポート成形部62aは、吸気ポート24の集合ポート24aに上側平面壁部122a、下側平面壁部124a、左側平面壁部126aおよび右側平面壁部128aをそれぞれ成形する上側平面部162a、下側平面部164a、左側平面部166aおよび右側平面部168aを有している。
【0055】
分岐ポート成形部62b,62cは、吸気ポート24の分岐ポート24b,24cに上側平面壁部122b,122c、下側平面壁部124b,124c、左側平面壁部126b,126cおよび右側平面壁部128b,128cをそれぞれ成形する上側平面部162b,162c、下側平面部164b,164c、左側平面部166b,166cおよび右側平面部168b,168cを有している。分岐ポート成形部62b,62cは、先端側(集合ポート成形部62aとは反対側)に向かうに伴い断面形状がほぼ四角形から徐々に変化して円形となるように構成されている。
【0056】
また、本体部62は、
図6に示すように、各上側平面部162a,162b,162cと、各左側平面部166a,166b,166cおよび各右側平面部168a,168b,168cとが、曲面部170で接続されている。同様に、各下側平面部164a,164b,164cと、各左側平面部166a,166b,166cおよび各右側平面部168a,168b,168cとが、曲面部170で接続されている。
【0057】
曲面部170によって、シリンダヘッド20の吸気ポート24(集合ポート24a,分岐ポート24b,24c)に、曲面壁部130が成形される。上側平面部162a,162b,162c、下側平面部164a,164b,164c、左側平面部166a,166b,166cおよび右側平面部168a,168b,168cは、本発明における「平面部」に対応する実施構成の一例である。
【0058】
ボス部64は、
図6および
図7に示すように、分岐ポート成形部62b,62cの上側平面部162b,162cに一体的かつ突出状に形成されている。各ボス部64は、各インジェクタ取付孔26の中心軸線CL1,CL2に相当する中心軸線CL3,CL4を有している。また、各ボス部64の分岐ポート成形部62b,62cへの接続部68の概ね全部が、
図8および
図9に示すように、上側平面部162b,162cに形成されている。
【0059】
また、分岐ポート成形部62bにおけるボス部64は、分岐ポート成形部62bへの接続部68が、左側平面部166b側に寄った位置に形成されており、分岐ポート成形部62cにおけるボス部64は、分岐ポート成形部62cへの接続部68が、右側平面部168c側に寄った位置に形成されている。
【0060】
こうして構成された吸気ポート成形用中子60を、シリンダヘッド20を成形するための図示しないシリンダヘッド成形用金型に設置して型締めし、溶湯を流し込むことによって、
図10に示すように、シリンダヘッド20に吸気ポート24およびインジェクタ取付孔26の一部を構成する凹部63が成形される。
【0061】
インジェクタ取付孔26は、図示しないドリルを吸気マニホールド取付部25の上部から凹部63まで貫通させることにより形成される(
図10の二点鎖線)。凹部63は、分岐ポート24b,24cに対して傾斜加工される各インジェクタ取付孔26の加工性を向上するために、お迎え用の孔として予めシリンダヘッド20に成形されるものである。
【0062】
凹部63における中心軸線CL1,CL2に垂直な断面の大きさは、インジェクタ6の外形よりも若干大きめに形成される。このように、凹部63における中心軸線CL1,CL2に垂直な断面の大きさを、インジェクタ6の外形よりも若干大きめに形成しておくことで、加工ばらつきを考慮してもドリルの片当たりによる刃具折れ等が生じることを防止できる。
【0063】
続いて、吸気ポート成形用中子60の成形方法について説明する。吸気ポート成形用中子60は、
図11に示すように、中子成形型80により成形される。中子成形型80は、ボス部64を含む吸気ポート成形用中子60の上方部分を成形するための上部キャビティUCが形成された上型82と、吸気ポート成形用中子60の下方部分を成形するための下部キャビティLCが形成された下型84と、を備え、型割方向が上下方向、即ち、ボス部64を成形するためのボス部キャビティBCが突出する方向(
図10における上下方向)となるように構成されている。
【0064】
ここで、吸気ポート成形用中子60におけるボス部64の断面形状(ボス部64の中心軸線CL3,CL4に垂直な断面形状)としては、
図11の二点太鎖線で示すように、インジェクタ6の先端部の外形(
図11の二点細鎖線)に同心状の概ね円形となるように構成することが好ましい。
【0065】
なお、
図11は、吸気ポート成形用中子60の長手方向に垂直な断面を示している関係上、ボス部64の断面が縦長円形となっている。しかしながら、ボス部64の断面形状を円形に形成すると、ボス部64と本体部62とがアンダーカット部90をもって接続される構成となり、上型82と下型84との構成のみでは吸気ポート成形用中子60を成形することができなくなり、成形するためには中子成形型80に別途スライド型を設ける必要がある。
【0066】
このように、中子成形型80が、上型82と下型84とに加えてスライド型を備える構成とすると、型の構成が複雑となるばかりでなく、吸気ポート成形用中子60の成形性も低下してしまい、コスト増加につながる。
【0067】
当該不都合を回避するために、本実施の形態では、ボス部キャビティBCにアンダーカット部90が形成されない構成としている。これにより、吸気ポート成形用中子60におけるボス部64には、
図8および
図9に示すように、本来、ボス部64の機能としては不要な部分64aが形成される。
【0068】
ボス部64に形成された不要な部分64aは、
図12および
図13に示すように、吸気ポート24、特に、凹部63にインジェクタ取付孔26の加工やインジェクタ6の取り付けに関係しない部分、所謂デッドボリウム92を形成する。当該デッドボリウム92は、吸気ポート24、特に分岐ポート24b,24cにおいて吸気の流れを乱すため、デッドボリウム92の大きさを抑制する方が良い。
【0069】
本実施の形態では、凹部63の各分岐ポート24b,24cへの開口の概ね全部、言い換えると、各インジェクタ取付孔26における各分岐ポート24b,24cへの開口の概ね全部が、上側平面壁部122b,122cに形成される構成であるため、デッドボリウム92の大きさを抑制することができる。
【0070】
即ち、従来のように、長手方向(吸気の流れ方向)に垂直な断面形状が楕円形の吸気ポート24Aに、インジェクタ6の加工性向上のための凹部63Aをボス部によって成形する場合には、
図14および
図15に示すように、凹部63Aが曲面に開口される構成であるため、凹部63Aの吸気ポート24Aまでの接続距離が長くなってしまい、デッドボリウム92Aの大きさが大きくなってしまう。
【0071】
これに対して、本実施の形態では、
図12および
図13に示すように、凹部63が平面または平面に近い部分に開口される構成であるため、凹部63の吸気ポート24までの接続距離を、従来の構成(断面形状が円形の吸気ポート)に比べて小さく抑えることができ、結果的にデッドボリウム92の大きさを抑えることができるのである。
【0072】
これにより、従来に比べて、吸気ポート内を流れる吸気の乱れを抑制することができ、燃料と吸気との混合性を良好なものとして燃焼効率を向上することができる。この結果、更なる燃費向上を図ることができる。
【0073】
以上説明した本発明の実施の形態に係るシリンダヘッド20を搭載した内燃機関1によれば、長手方向(吸気の流れ方向)に垂直な断面形状がほぼ四角形となる四角ポート領域を吸気ポート24に設けると共に、各インジェクタ取付孔26の分岐ポート24b,24cへの開口の概ね全部を、分岐ポート24b,24cの四角ポート領域における上側平面壁部122b,122cに形成する構成であるため、長手方向(吸気の流れ方向)に垂直な断面形状が円形の吸気ポートにインジェクタ取付孔を形成する場合に比べて、デッドボリウム92の大きさを抑制することができる。これにより、吸気ポート24、特に、分岐ポート24b,24c内を流れる吸気の乱れを抑制することができ、燃料と吸気との混合性を良好なものとして燃焼効率を向上することができる。この結果、更なる燃費向上を図ることができる。
【0074】
また、本実施の形態によれば、吸気ポート24に四角ポート領域を設ける構成であるため、同じスペース内であれば断面が円形の吸気ポートよりも大きな通路断面積を確保することができる。しかも、分岐ポート24b,24cにも四角ポート領域を設ける構成であるため、各分岐ポート24b,24c同士を近接配設することができる。これにより、シリンダヘッド20自体の大型化を抑制しながら、吸気の充填効率を向上することができる。
【0075】
また、本実施の形態によれば、吸気マニホールド4に図示しないタンブルコントロールバルブを設けると共に、吸気ポート24(分岐ポート24b,24c)の上方にインジェクタ6を取り付ける構成であるため、吸気が多く流れる吸気ポート24(分岐ポート24b,24c)の上方において燃料を噴射することができ、燃料と吸気との混合性を促進することができる。これにより、燃焼効率をより向上することができる。
【0076】
また、本実施の形態によれば、1つの燃焼室CCに2つの分岐ポート24b,24cが接続され、各分岐ポート24b,24cにインジェクタ6を取り付ける、所謂ツインインジェクタ方式をシリンダヘッド20に採用する構成であるため、燃料の霧化性能を低下することなく大量の燃料を供給することができ、燃焼効率の安定化を図ることができる。また、各分岐ポート24b,24cを通過する吸気流量に応じて、各インジェクタ6からの燃料噴射量を制御することができるため、各分岐ポート24b,24cに過剰な燃料が噴射されることを防止することができる。これにより、燃費の向上をさらに図ることができる。
【0077】
また、本実施の形態によれば、分岐ポート24bにおけるインジェクタ取付孔26の分岐ポート24bへの開口を、左側平面壁部126b側に寄せた位置に形成すると共に、分岐ポート24cにおけるインジェクタ取付孔26の分岐ポート24cへの開口を、右側平面壁部128c側に寄せた位置に形成する構成であるため、各インジェクタ取付孔26にインジェクタ6を取り付ける際の各インジェクタ6同士の干渉を防止することができる。これにより、吸気の充填効率を高めながら、組み付け性の向上を図ることができる。
【0078】
本実施形態では、吸気ポート24が四角ポート領域を有する構成としたが、吸気ポート24が長手方向(吸気の流れ方向)に垂直な断面形状においてインジェクタ6の取付側に直線を構成する平面壁部を有していれば良く、吸気ポート24が四角ポート領域を有していなくても構わない。
【0079】
本実施形態では、各インジェクタ取付孔26、より具体的には、各凹部63の分岐ポート24b,24cへの開口の概ね全部が、上側平面壁部122b,122cに形成される構成としたが、各凹部63の分岐ポート24b,24cへの開口の少なくとも一部が、上側平面壁部122b,122cに形成されていれば良く、開口の概ね全部が、上側平面壁部122b,122cに形成されていなくても構わない。
【0080】
ただし、デッドボリウム92を少なくするためには、各インジェクタ取付孔26の中心軸線CL1,CL2が上側平面壁部122b,122cと交差し、開口の少なくとも半分以上が上側平面壁部122b,122cに形成されていることが好ましく、開口の全部が上側平面壁部122b,122cに形成されているのが最良である。
【0081】
本実施形態では、各インジェクタ取付孔26、より具体的には、各凹部63が、上側平面壁部122b,122cにおいての分岐ポート24b,24cに開口される構成としたが、これに限定されない。例えば、各凹部63が、下側平面壁部124b,124cにおいての分岐ポート24b,24cに開口される構成や、左側平面壁部126b,126cにおいての分岐ポート24b,24cに開口される構成、あるいは、右側平面壁部128b,128cにおいての分岐ポート24b,24cに開口される構成としても構わない。
【0082】
本実施形態では、インジェクタ取付孔26の分岐ポート24bへの開口を、左側平面壁部126b側に寄せた位置に形成すると共に、インジェクタ取付孔26の分岐ポート24cへの開口を、右側平面壁部128c側に寄せた位置に形成する構成、即ち、各インジェクタ取付孔26を互いに出来るだけ離れた位置に形成する構成としたが、これに限らない。
【0083】
例えば、インジェクタ取付孔26の分岐ポート24bへの開口を、左側平面壁部126b側に寄せた位置に形成すると共に、インジェクタ取付孔26の分岐ポート24cへの開口を、左側平面壁部126c側に寄せた位置に形成する構成や、これとは逆に、インジェクタ取付孔26の分岐ポート24bへの開口を、右側平面壁部128b側に寄せた位置に形成すると共に、インジェクタ取付孔26の分岐ポート24cへの開口を、右側平面壁部128c側に寄せた位置に形成する構成、あるいは、インジェクタ取付孔26の分岐ポート24bへの開口を、右側平面壁部128b側に寄せた位置に形成すると共に、インジェクタ取付孔26の分岐ポート24cへの開口を、左側平面壁部126c側に寄せた位置に形成する構成、即ち、各インジェクタ取付孔26を互いに近接した位置に形成する構成などとしても構わない。
【0084】
本実施の形態では、吸気ポート成形用中子60のボス部64は、インジェクタ取付孔26の加工性を向上するためのお迎え用の孔である凹部63を成形するために設ける構成としたが、ボス部64は、インジェクタ取付孔26の全部を成形するために設ける構成としても構わない。
【0085】
本実施の形態では、1つの燃焼室CCに2つの分岐ポート24b,24cが接続され、各分岐ポート24b,24cにインジェクタ6を取り付ける、所謂ツインインジェクタ方式について説明したが、これに限らない。例えば、1つの燃焼室CCに1つの吸気ポートが接続され、当該吸気ポートに1つのインジェクタを取り付ける構成にも適用可能である。
【0086】
(実施形態の各構成要素と本発明の各構成要素の対応関係)
本実施形態は、本発明を実施するための形態の一例を示すものである。したがって、本発明は、本実施形態の構成に限定されるものではない。