JP2000230457A - 内燃機関のシリンダヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】隔壁によって上下方向に複数層に分割されるウ
ォータジャケットが設けられる場合であれ、インジェク
タを安定して固定することのできる内燃機関のシリンダ
ヘッドを提供する。 【解決手段】シリンダヘッド１０内には、ミドルデッキ
１３によって上下２分割されたウォータジャケット１
４，１５が形成されている。一方、インジェクタ２０の
上方にはクランプ２２が架け渡されており、同クランプ
２２が固定用ボルト２３によって締め付けられることに
より、下方へ付勢された状態でインジェクタ２０がシリ
ンダヘッド１０の上部に締結固定される。固定用ボルト
２３が螺入装着される固定用ボルトボス１９は、上層ウ
ォータジャケット１５を貫通し、同ジャケット１５の上
下の隔壁を構成するトップデッキ１２とミドルデッキ１
３とを連結するように形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関のシリン
ダヘッドに関するものであり、特に筒内直接噴射式の内
燃機関に採用して好適なシリンダヘッドの構造に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、シリンダヘッド上部、燃
焼室の上方中央に対応する部位にインジェクタが配設さ
れる直接噴射式のディーゼル機関においては、シリンダ
ヘッド上部を貫通するように形成された収容孔にこのイ
ンジェクタが収容される。そして従来、こうして収容孔
内に収容されたインジェクタをシリンダヘッドに固定す
る構造としては、例えば特開平１０−８２３５５号公報
にみられるように、同インジェクタの上部とシリンダヘ
ッドの上部との間にクランプを懸架し、該懸架したクラ
ンプをその上方から固定ボルトによってシリンダヘッド
上部に押さえつけるように締結固定する構造が知られて
いる。このような締結構造を採用することにより、同直
接噴射式ディーゼル機関のように、各気筒に対して高圧
燃料を噴射供給するインジェクタについても、これをシ
リンダヘッド上部に強固に固定することが可能となる。

【０００３】一方、こうしたシリンダヘッドの冷却構造
として、特開昭６１−１７５２１７号公報には、冷却水
を循環させるためのウォータジャケットをシリンダヘッ
ド内に上下２分割して設ける構造が記載されている。そ
して、このシリンダヘッドでは、下側のウォータジャケ
ット、上側のウォータジャケットの順に上記冷却水を流
すようにしている。そのため、燃焼室により近い部位、
すなわち熱負荷の高いシリンダヘッドの下部を優先して
冷却できるようになり、同シリンダヘッドの冷却効率が
向上されるようになる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このように、直接噴射
式内燃機関のインジェクタ締結構造として、又一方では
こうしてインジェクタが締結されるシリンダヘッドの冷
却構造として、いずれも優れた構造ではある。しかし、
これら双方の構造を併せ採用するとなると、次のような
不都合も無視できないものとなる。

【０００５】図４は、上記上下２分割したウォータジャ
ケットを備えるシリンダヘッドに、上記インジェクタの
締結構造を適用した場合について、同シリンダヘッドの
特にインジェクタ付近における側部断面構造を示したも
のである。

【０００６】同図４に示すように、シリンダヘッド５０
の底面を構成するボトムデッキ５１と上面を構成するト
ップデッキ５２との間には、上下に２段のウォータジャ
ケット５４ａ，５４ｂが形成されている。これらウォー
タジャケット５４ａ，５４ｂは、ミドルデッキ５３によ
って区画されている。

【０００７】一方、シリンダヘッド５０には、これらボ
トムデッキ５１とトップデッキ５２とを貫通するインジ
ェクタ収容孔５５が形成されており、その内部には同図
４に示されるような態様でインジェクタ５６が配設され
ている。更に、シリンダヘッド５０の上方には、インジ
ェクタ５６の上部と同シリンダヘッド５０の上部に設け
られた突部との間を架け渡すような態様でクランプ６０
が配設されている。そして、このクランプ６０の中央部
に挿入装着される固定用ボルト６１の先端部は、シリン
ダヘッド５０のトップデッキ５２に設けられた固定用ボ
ルトボス６２に対して螺入装着されるようになる。

【０００８】すなわち、固定用ボルト６１を締め付ける
ことで、クランプ６０は、シリンダヘッド５０との当接
部を支点として、インジェクタ５６を上方から押さえつ
けるようになる。その結果、インジェクタ５６は、下方
に向けて付勢された状態でシリンダヘッド５０に締結固
定される。

【０００９】ただし、このような構造では、固定用ボル
トボス５２のボルト締め付け力を高めるためにトップデ
ッキ５２の肉厚を厚くすると、上部ウォータジャケット
５４ａの断面積が小さくなるか、シリンダヘッド５０が
大型化するという問題があった。そのため、固定用ボル
ト６１の締め付け力を確保しようとすると、トップデッ
キ５２の上記ボス６２の周囲が押し上げられるように変
形するおそれがあり、またこうした変形が生じる場合に
は、インジェクタ５６の締結力も低下し、同インジェク
タ５６を安定して固定することができなくなる。

【００１０】本発明は、こうした実情に鑑みてなされた
ものであって、その目的は、隔壁によって上下方向に複
数層に分割されるウォータジャケットが設けられる場合
であれ、インジェクタを安定して固定することのできる
内燃機関のシリンダヘッドを提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明は、隔壁によって上下方向に
複数層に分割されたウォータジャケットを備えるととも
に、インジェクタの上部と間に架け渡されるクランプが
固定用ボルトによって、その上部に締結固定される内燃
機関のシリンダヘッドにあって、前記固定用ボルトが螺
入装着される固定用ボルトボスを、前記複数層に分割さ
れたウォータジャケットの最上層のウォータジャケット
を貫通してその上隔壁と下隔壁とを連結するように形成
することをその要旨とする。

【００１２】上記構成によれば、最上層のウォータジャ
ケットの上隔壁と下隔壁が固定用ボルトボスを通じて部
分的に連結されることで、シリンダヘッドの同部分の剛
性が高められ、ひいてはその固定用ボルトボス付近の変
形も好適に抑制されるようになる。このため、インジェ
クタがたとえ直接噴射式など、高圧燃料を噴射供給する
ものであったとしても、これをシリンダヘッドに強固且
つ安定して締結固定することができるようになる。な
お、上記最上層のウォータジャケットは、この固定用ボ
ルトボスによってその一部が遮られるとはいえ、冷却水
の流路そのものが遮られるわけではないため、その冷却
作用も良好に維持される。

【００１３】また、請求項２に記載の発明は、請求項１
に記載の内燃機関のシリンダヘッドにおいて、前記固定
用ボルトボスの周囲を前記最上層のウォータジャケット
内の冷却水が流通可能に形成されてなることをその要旨
とする。

【００１４】上記構成により、固定用ボルトボスが上隔
壁と下隔壁とを連結したことで、最上層のウォータジャ
ケットの冷却水の流れが若干妨げられる可能性はある
が、同固定用ボルトボス周囲の流れが許容されているた
め、その周囲の冷却性が悪化することはない。

【００１５】また、請求項３に記載の発明は、請求項２
に記載の内燃機関のシリンダヘッドにおいて、前記固定
用ボルトボスは、前記最上層のウォータジャケット内を
流れる冷却水の流れ方向について前記インジェクタの下
流側に形成されてなることをその要旨とする。

【００１６】上記構成によれば、固定用ボルトボスを冷
却水の流れ方向についてインジェクタの下流側に位置さ
せるようにしたことで、固定用ボルトボスによってイン
ジェクタ周りの冷却水の流れが阻害されることを回避す
ることができるようになる。また、固定用ボルトボスか
らの伝熱によって暖まった冷却水がインジェクタに直接
流れることも回避できる。そのため、インジェクタの冷
却性能を高く保持しながらも、同インジェクタの固定強
化やシリンダヘッドの剛性向上を図ることができるよう
になる。

【００１７】

【発明の実施形態】以下、本発明の内燃機関のシリンダ
ヘッドを直接噴射式のディーゼル機関のシリンダヘッド
として具体化した一実施の形態について、詳細に説明す
る。

【００１８】図１は、本実施形態のシリンダヘッドの側
部断面構造を示している。同図１に示すように、シリン
ダヘッド１０には、その底面を構成するボトムデッキ１
１と、上面を構成するトップデッキ１２とが形成されて
おり、これらの間には、冷却水を流通させるためのウォ
ータジャケット１４，１５が形成されている。また、ボ
トムデッキ１１とトップデッキ１２との間には、ミドル
デッキ１３が形成されている。そしてこのミドルデッキ
１３によって、上記ウォータジャケット１４，１５は上
下方向に区画された２つの層、すなわち上層ウォータジ
ャケット１５と下層ウォータジャケット１４とに分割さ
れている。そして、シリンダヘッド１０を冷却する冷却
水は、まず下層ウォータジャケット１４に流され、その
後折り返すようにして上層ウォータジャケット１５に流
される。そのため、下層ウォータジャケット１４と上層
ウォータジャケット１５とでは、同図１に矢印で示すよ
うに、冷却水は逆方向に流される。

【００１９】そして、本実施の形態のシリンダヘッド１
０では、このようにウォータジャケットを上下方向に２
段に分割し、下層ウォータジャケット１４、上層ウォー
タジャケット１５の順に冷却水を流すことで、燃焼室に
近く、従って熱負荷の高いシリンダヘッド１０の下部を
優先的に冷却して、その冷却効率を高めている。

【００２０】一方、このシリンダヘッド１０には、イン
ジェクタを収容するための収容孔１６が形成された収容
用ボス１７が、各ウォータジャケット１４，１５を上下
方向に貫通するように設けられている。そして、シリン
ダヘッド１０には、この収容孔１６内に収容されるイン
ジェクタをシリンダヘッド１０に締結し、固定するため
の構造が設けられている。

【００２１】図２に、シリンダヘッド１０の上記インジ
ェクタを固定するための構造についてその付近の側部断
面構造を示す。同図２に示すように、このシリンダヘッ
ド１０にあっては、上記収容用ボス１７内に収容された
インジェクタ２０の上部とカムキャップ２４を固定する
カムキャップ用ボルト２５の頭部との間に架け渡される
ようにクランプ２２が配設されている。このクランプ２
２は、その中央部に挿入装着される固定用ボルト２３に
よってシリンダヘッド１０の上部に固定されるようにな
る。

【００２２】一方、シリンダヘッド１０には、上記固定
用ボルト２３が螺入装着されるボルト穴１８が形成され
た固定用ボルトボス１９が設けられている。この固定用
ボルトボス１９は、上層ウォータジャケット１５を貫通
し、同ジャケット１５の上隔壁にあたるトップデッキ１
２と下隔壁にあたるミドルデッキ１３とを連結するよう
に形成されている。

【００２３】そして、このボルト穴１８に固定用ボルト
２３を螺入装着し、同ボルト２３を締め付けることで、
クランプ２２は、カムキャップ用ボルト２５の頭部との
当接部を支点としてインジェクタ２０を上方から押さえ
つけるようになる。その結果、インジェクタ２０は、下
方に向けて付勢された状態で収容孔１６内に締結固定さ
れるようになる。

【００２４】ところで、同締結構造にあって、インジェ
クタ２０はこのように付勢された状態で締結固定されて
いるため、固定用ボルト２３が螺入装着された固定用ボ
ルトボス１９も、同ボルト２３の軸力によって上方に向
けて付勢された状態となる。ただし、本実施の形態のシ
リンダヘッド１０では、上記のようにそのトップデッキ
１２とミドルデッキ１３とが固定用ボルトボス１９によ
って部分的に連結されているため、シリンダヘッド１０
の同部分の剛性が高められ、ひいては上記ボルト２３の
軸力による変形等も好適に抑制されるようになる。そし
てこのため、インジェクタ２０をより強固に、且つ安定
して締結固定することができるようになる。

【００２５】また、固定用ボルトボス１９によって、ト
ップデッキ１２とミドルデッキ１３とを連結すること
で、シリンダヘッド１０全体の剛性を高めることができ
るようにもなる。

【００２６】なお、上記上層ウォータジャケット１５
は、この固定用ボルトボス１９によってその一部が遮ら
れることとはなるが、冷却水の流路そのものが遮られる
訳ではないため、同ジャケット１５による冷却作用は良
好に維持される。

【００２７】次に、本実施の形態のシリンダヘッドの特
に上層ウォータジャケット１５部分における冷却構造に
ついて説明する。図３は、シリンダヘッド１０の図１に
おけるIII−III線に沿った平面断面構造を、すなわち上
層ウォータジャケット１５部分におけるシリンダヘッド
１０の平面断面構造を示したものである。同図３には、
上層ウォータジャケット１５内での冷却水の流れも矢印
によって併せ示している。

【００２８】同図３に示すように、本実施の形態のシリ
ンダヘッド１０にあって、上記固定用ボルトボス１９
は、インジェクタ２０が配設される収容用ボス１７に対
し、上層ウォータジャケット１５での冷却水の流れ方向
の下流側に配設されている。そのため、固定用ボルトボ
ス１９が収容用ボス１７周囲の冷却水の流れを阻害する
ことはなく、同ボス１９を設けたことによるインジェク
タ２０の冷却性の低下もない。

【００２９】また、固定用ボルトボス１９を上層ウォー
タジャケット１５の上隔壁と下隔壁とを連結するように
形成したことで、同ジャケット１６内での冷却水の流れ
が若干悪化する可能性はあるが、同固定用ボルトボス１
９の周囲の冷却水の流れが許容されているため、周囲の
冷却性が悪化することはない。

【００３０】以上説明したように、本実施の形態のシリ
ンダヘッド１０によれば、以下に列記するような多くの
優れた効果が得られるようになる。 （１）トップデッキ１２とミドルデッキ１３とが固定用
ボルトボス１９によって部分的に連結されているため、
シリンダヘッド１０の同部分の剛性が高められ、ひいて
は上記ボルト２３の軸力による変形等も好適に抑制され
るようになる。そしてこのため、インジェクタ２０をよ
り強固に、且つ安定して締結固定することができるよう
になる。このため、インジェクタ２０が高圧燃料を噴射
供給するものであったとしても、これをシリンダヘッド
１０に強固且つ安定して締結固定することができるよう
になる。

【００３１】（２）また、トップデッキ１２とミドルデ
ッキ１３とを固定用ボルトボス１９によって連結したこ
とで、シリンダヘッド１０全体としての剛性が向上され
るようにもなる。

【００３２】（３）また、固定用ボルトボス１９を収容
用ボス１７に対し冷却水の流れ方向について下流側に配
設したことで、同固定用ボルトボス１９を設けたことに
よるインジェクタ２０の冷却性に対する影響を回避でき
るようになる。

【００３３】（４）更に、固定用ボルトボス１９を上層
ウォータジャケット１５の上隔壁と下隔壁とを連結する
ように形成したことで、同ジャケット１６内での冷却水
の流れが若干悪化する可能性はあるが、同固定用ボルト
ボス１９の周囲の冷却水の流れが許容されているため、
周囲の冷却性が悪化することはない。

【００３４】なお、本発明は、上記実施の形態に限定さ
れるものではなく、同実施の形態を変更した以下のよう
な形態として実施することもできる。 ・上記実施の形態では、固定用ボルトボス１９を、収容
用ボス１７に対して冷却水の流れ方向の下流側に配設
し、しかもその周囲に冷却水が十分に流れるような位置
に配設する構成としたが、その配置位置は基本的に任意
である。要は、上層ウォータジャケット１５を貫通して
トップデッキ１２とミドルデッキ１３とを連結し得る固
定用ボルトボス１９を設けることで、上下２層のウォー
タジャケットを備えるものであっても、その剛性を高め
た上でインジェクタの締結強化を図ることはできる。

【００３５】・また、上記実施の形態では、上下２層に
分割されたウォータジャケット１４，１５を備える構造
のシリンダヘッドに本発明を適用した場合について説明
したが、上下方向に更に３層以上に分割されたウォータ
ジャケットを備えるシリンダヘッドについても、上記実
施の形態に準じたかたちで本発明を適用することはでき
る。すなわちこの場合であれ、最上層のウォータジャケ
ットを貫通し、同最上層のウォータジャケットの上隔壁
及び下隔壁に対応するデッキを連結するように固定用ボ
ルトボスを形成することで、上記実施の形態に準じた効
果を得ることはできる。

【００３６】・また、上記実施の形態では、直接噴射式
ディーゼル機関のシリンダヘッドに本発明を適用した場
合について説明したが筒内直接噴射式ガソリン機関等、
他の内燃機関のシリンダヘッドについても本発明は同様
に適用することができる。要は、隔壁によって上下方向
に複数層に分割されたウォータジャケットを備えるとと
もに、クランプ及び固定用ボルトによってシリンダヘッ
ド上部に締結固定される構造を有するシリンダヘッドで
あれば本発明は適用可能である。また、上記インジェク
タが筒内直接噴射式のものである場合に適用して本発明
は特に有効であるものの、これが必ずしも筒内直接噴射
式である必要はない。

【００３７】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、最上層
のウォータジャケットの上隔壁と下隔壁が固定用ボルト
ボスを通じて部分的に連結されることで、シリンダヘッ
ドの同部分の剛性が高められ、ひいてはその固定用ボル
トボス付近の変形も好適に抑制されるようになる。この
ため、インジェクタがたとえ直接噴射式など、高圧燃料
を噴射供給するものであったとしても、これをシリンダ
ヘッドに強固且つ安定して締結固定することができるよ
うになる。なお、上記最上層のウォータジャケットは、
この固定用ボルトボスによってその一部が遮られるとは
いえ、冷却水の流路そのものが遮られるわけではないた
め、その冷却作用も良好に維持される。

【００３８】また、請求項２に記載の発明によれば、固
定用ボルトボスが上隔壁と下隔壁とを連結したことで、
最上層のウォータジャケットの冷却水の流れが若干妨げ
られる可能性はあるが、同固定用ボルトボス周囲の流れ
が許容されているため、その周囲の冷却性が悪化するこ
とはない。

【００３９】また、請求項３に記載の発明によれば、固
定用ボルトボスを冷却水の流れ方向についてインジェク
タの下流側に位置させるようにしたことで、固定用ボル
トボスによってインジェクタ周りの冷却水の流れが阻害
されることを回避することができるようになる。また、
固定用ボルトボスからの伝熱によって暖まった冷却水が
インジェクタに直接流れることも回避できる。そのた
め、インジェクタの冷却性能を高く保持しながらも、同
インジェクタの固定強化やシリンダヘッドの剛性向上を
図ることができるようになる。

【００４０】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかるシリンダヘッドの一実施形態に
ついてその側部断面構造を示す断面図。

【図２】同シリンダヘッドにおけるインジェクタ締結構
造を示す断面図。

【図３】図１のIII−III線に沿った断面図。

【図４】従来想定されるシリンダヘッドについてそのイ
ンジェクタ締結部付近の側部断面構造を示す断面図。

【符号の説明】

１０，５０…シリンダヘッド、１１，５１…ボトムデッ
キ、１２，５２…トップデッキ、１３，５３…ミドルデ
ッキ、１４…下層ウォータジャケット、１５…上層ウォ
ータジャケット、１６，５５…収容孔、１７…収容用ボ
ス、１８…ボルト穴、１９，６２…固定用ボルトボス、
２０，５６…インジェクタ、２２，６０…クランプ、２
３，６１…固定用ボルト、２４…カムキャップ、２５…
カムキャップ用ボルト、５４ａ，５４ｂ…ウォータジャ
ケット。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 永田 雅久 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車 株式会社内 (72)発明者 河津 孝典 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車 株式会社内 (72)発明者 鈴木 智章 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車 株式会社内 (72)発明者 大本 悟 大阪府池田市ダイハツ町１番１号 ダイハ ツ工業 株式会社内 Ｆターム(参考） 3G024 AA04 AA05 AA06 CA05 CA11 CA26 DA01 DA02 FA01 GA28

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】隔壁によって上下方向に複数層に分割され
   たウォータジャケットを備えるとともに、インジェクタ
   の上部と間に架け渡されるクランプが固定用ボルトによ
   って、その上部に締結固定される内燃機関のシリンダヘ
   ッドであって、 前記固定用ボルトが螺入装着される固定用ボルトボスが
   前記複数層に分割されたウォータジャケットの最上層の
   ウォータジャケットを貫通してその上隔壁と下隔壁とを
   連結するように形成されてなることを特徴とする内燃機
   関のシリンダヘッド。
2. 【請求項２】請求項１に記載の内燃機関のシリンダヘッ
   ドにおいて、 前記固定用ボルトボスの周囲を前記最上層のウォータジ
   ャケット内の冷却水が流通可能に形成されてなることを
   特徴とする内燃機関のシリンダヘッド。
3. 【請求項３】請求項２に記載の内燃機関のシリンダヘッ
   ドにおいて、 前記固定用ボルトボスは、前記最上層のウォータジャケ
   ット内を流れる冷却水の流れ方向について前記インジェ
   クタの下流側に形成されてなることを特徴とする内燃機
   関のシリンダヘッド。