JP2003184642A - シリンダヘッドの冷却水通路構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 下部壁の剛性を向上できる新規なシリンダヘ
ッドの冷却水通路構造を提供する。 【解決手段】 気筒間にて、シリンダヘッド１０の両側
部に上部壁１１と下部壁１２を貫通するヘッドボルト通
し孔２０を設ける。両側のヘッドボルト通し孔２０の間
に、下部中央片３０ａと上部二股片３０ｂからなるリブ
３０を設け、上部二股片３０ｂ、３０ｂの内側に上部冷
却水通路４１を形成し、下部中央片３０ａの両側に下部
冷却水通路４０ａ、４０ｂを形成する。 【効果】 ヘッドボルトの軸力の一部が、ヘッドボルト
通し孔部分からヘッドボルト通し孔間に設けたリブを介
して下部壁へ伝達されるので、下部壁の変形を有効に防
止でき、ガスシール性能を向上したシリンダヘッドを提
供する。

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
ダヘッドの冷却水通路構造に係り、特に、下部壁の変形
応力に有効に対抗できるようにしたシリンダヘッドの冷
却水通路構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、内燃機関のシリンダヘッドでは少
なくとも一つの冷却水通路を有しており、好適には上部
壁と下部壁とを設け、これら上部壁と下部壁との間に冷
却水通路が設けられている。該シリンダヘッドでは、気
筒間のガスシール性能を向上させるために前記下部壁の
剛性を高めるなどの手段が講じられている。該手段は、
通常シリンダヘッドの上部壁と下部壁の間に設けられる
冷却水通路の空間を利用して行われる。その代表例を図
４、５に基づいて説明する。なお、これらの各図は、シ
リンダヘッドの気筒間の位置における断面図である。し
たがって、気筒は図に垂直な方向で並列する。

【０００３】図４は、上部壁１００と下部壁１０１の間
に形成されている冷却水通路１０２内に、気筒間の位置
に対応させて柱状部１０３を設けた構成のものである。
柱状部１０３は、下部が下部壁１０１に連続し、上部が
上部壁１００に連続しており、下部壁１０１の変形応力
を柱状部１０３を介して上部壁１００に伝達して対抗す
ることにより下部壁１０１の変形を防止する構造として
いる。図中、１０４はヘッドボルト通し孔である。

【０００４】図５は、上部壁２００と下部壁２０１の間
に形成されている冷却水通路２０２の下部に、気筒間の
位置に対応させて、リブ２０３を設けた構造のものであ
る。リブ２０３によって下部壁２０１の剛性を高めて下
部壁２０１に加わる変形応力に対抗する構造としてい
る。図中、２０４はヘッドボルト通し孔である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記した従来
技術には以下のような問題点があった。先ず、図４の構
造では、下部壁１０１の変形を上部壁１００で支えるた
め、上部壁１００の剛性を確保しなければならない問題
点があった。つまり、上部壁１００の剛性が不足する
と、下部壁１０１の変形を十分に防止できず、気筒間の
ガスシール性能が損なわれる。そして、この上部壁１０
０の剛性の確保は、エンジンの重量増を招いていた。

【０００６】また、冷却水通路１０２内の柱状部１０３
が冷却水の流れの邪魔をする問題もあった。特に、冷却
水通路１０２を上段と下段の２段構造とする場合、気筒
が並ぶシリンダヘッドの長手方向に冷却水を流す上段の
冷却水通路で、この柱状部１０３が冷却水の流れの抵抗
となって圧損を大きくする。

【０００７】一方、図５の構造では、下部壁２０１の剛
性を変形応力に十分対抗できるように高めるためには、
リブ２０３を大きくする必要がある。しかし、リブ２０
３を大きくするにしたがって、冷却水通路２０２の形成
のための中子の強度が、リブ２０３の部分で低下する問
題点があった。

【０００８】また冷却水通路２０２を上段と下段の２段
構造とする場合、下部壁２０１に設けるリブ２０３は、
上記の中子の強度上の制約によって大きくすることがで
きないので、近年のディーゼルエンジンのような高負荷
エンジンのためのシリンダヘッドに必要な下面剛性を確
保することは難しかった。

【０００９】本発明は、上記の諸事情を背景としてなさ
れたものであり、下部壁の剛性を向上でき、さらには冷
却水の水路抵抗の低減が可能な新規なシリンダヘッドの
冷却水通路構造を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成する本
発明のシリンダヘッドの冷却水通路構造のうち請求項１
記載の発明は、上部壁と下部壁の間に冷却水通路が設け
られているシリンダヘッドの冷却水通路構造において、
気筒間にて、シリンダヘッドの両側部に前記上部壁と下
部壁を貫通するヘッドボルト通し孔が設けられており、
両側のヘッドボルト通し孔の間に、下部中央片と上部二
股片からなるリブが設けられているとともに、下部中央
片が前記下部壁に連続し、上部二股片がそれぞれ一方の
ヘッドボルト通し孔の孔壁に連続していることを特徴と
する。

【００１１】請求項２記載の発明は、請求項１に記載の
発明において、少なくとも下部中央片の両側に冷却水通
路が形成されることを特徴とする。

【００１２】また、請求項３記載の発明は、請求項１ま
たは２に記載の発明において、リブを構成している上部
二股片の内側にさらに冷却水通路が形成される。

【００１３】更に、請求項４記載の発明は、請求項３に
記載の発明において、上部二股片の内側に形成される冷
却水通路が上段冷却水通路として独立し、下部中央片の
両側に形成される冷却水通路が下段冷却水通路として独
立している。

【００１４】また、請求項５記載の発明は、請求項１〜
４のいずれかに記載の発明において、リブを構成してい
る上部二股片は、その上面の伸張方向が、ヘッドボルト
通し孔の孔壁外面と上部壁下面が交わる交点より下方で
孔壁に交差することを特徴とする。

【００１５】請求項６記載のシリンダヘッドの冷却水通
路構造は、上部壁と下部壁の間に冷却水通路が設けられ
ているシリンダヘッドの冷却水通路構造において、気筒
間にて、シリンダヘッドの両側部に前記上部壁と下部壁
を貫通するヘッドボルト通し孔が設けられており、前記
両側のヘッドボルト通し孔の間で、上端が上壁部側に連
続し、下端が下部壁に連続するリブが設けられていると
共に、上部壁と前記ヘッドボルト通し孔のボス部の間に
上方リブが設けられていることを特徴とする。

【００１６】すなわち、請求項１の発明によれば、リブ
の下部中央片をシリンダヘッドの下部壁に連続させ、リ
ブの上部二股片をヘッドボルト通し孔の孔壁に連続させ
ているので、ヘッドボルトの軸力をリブを通して下部壁
に効率的に伝達することができ、下部壁の変形を小さく
押さえて剛性を高めることができる。なお、上部二股片
を上記孔壁に連続させる際には、二股片を全幅で孔壁に
連続させるのが望ましいが、一部が上部壁に連なるもの
の少なくとも１／２以上の幅で孔壁に連続させるもので
もよい。

【００１７】また、請求項２記載の発明によれば、リブ
の下部中央片の両側に冷却水通路が形成されるので、複
数気筒間に一体の冷却水通路を構成することができ、ま
た、この冷却水通路形成のための中子も、必要な強度を
確保することができる。

【００１８】請求項３記載の発明によれば、リブを構成
している上部二股片の内側に冷却水通路が形成されるの
で、比較的大きな通路断面積として圧損の小さい冷却水
通路を形成することが可能である。

【００１９】そして、請求項４記載の発明によれば、上
部冷却水通路と下部冷却水通路を独立させたので、２段
構造の冷却水通路を構成することができる。

【００２０】請求項５記載の発明によれば、上部二股片
がヘッドボルト通し孔の孔壁と上部壁が交わる交点より
下部で孔壁に連続するので、ヘッドボルトの軸力を上部
二股片の全体で受けて、下部中央片を通して下部壁へ確
実に伝達することができる。また、上部二股片を可及的
に細くして冷却水通路の通路断面積を大きくするなどの
設計上の自由度を得ることができる。

【００２１】また、請求項６記載の発明によれば、両側
のヘッドボルト通し孔の間で、上部壁側と下部壁に連続
するリブを設けると共に、上部壁の上側でヘッドボルト
通し孔のボス部と連続するリブを更に設けた構造である
ので、ヘッドボルトの軸力を各リブを通して下部壁に伝
達し、下部壁の変形を小さく押さえて剛性を高めること
ができる。なお、上記リブは、上部側では上部壁に連続
させるものでもよく、また、上部側を二股片形状にして
両側のヘッドボルト通し孔の孔壁に連続させるものであ
っても良い。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施形態を添付の
図に基づいて説明する。

【００２３】図１は、実施形態のシリンダヘッド１０の
断面図である。先に説明した図４、５の場合と同様に、
気筒（図示していない）間の位置における断面図で、気
筒は図に垂直の方向で所定の間隔で並列することにな
る。

【００２４】図において、１１が上部壁、１２が下部壁
である。シリンダヘッド１０の気筒間の位置に対応させ
て、上部壁１１と下部壁１２を貫通するようにヘッドボ
ルト通し孔２０、２０が、シリンダヘッド１０の両側
（気筒が並列する方向と直交する方向で両側）に設けら
れている。ヘッドボルト通し孔２０の上部は、上部壁１
１の上面から形成されたボルト頭部収容穴２１に連通し
ており、ボルト頭部収容穴２１の底面直下の部分をボス
部２２としている。ヘッドボルト通し孔２０の下部は、
下部壁１２の下面で開口しており、シリンダブロック
（図示していない）側のボルト穴と対向できるようにさ
れ、ヘッドガスケット（図示していない）を挟んでシリ
ンダヘッド１０とシリンダブロックを連結一体化する。

【００２５】シリンダヘッド１０の両側に設けたヘッド
ボルト通し孔２０の間には、略垂直に延びる下部中央片
３０ａと、斜め上方に延びる上部二股片３０ｂ、３０ｂ
とで略Ｙ字形をしているリブ３０が設けられている。こ
のリブ３０は、下部中央片３０ａがその下端において下
部壁１２に連続しており、上部二股片３０ｂ、３０ｂ
は、その上端においてそれぞれ一方のヘッドボルト通し
孔２０の前記ボス部２２の下部に形成されている孔壁２
３に連続している。尚、リブ３０は、この場合略Ｙ字形
とされているが、斜めに延びる上部二股片３０ｂ、３０
ｂの交差部分で下部中央片を構成する略Ｖ字形の形状と
することもできる。

【００２６】前記リブ３０の上部二股片３０ｂと、ヘッ
ドボルト通し孔２０の孔壁２３の連続する部分は、図２
の説明図のようになっている。すなわち、上部二股片３
０ｂの上面の伸張方向は、ヘッドボルト通し孔２０の孔
壁２３の、図中一点鎖線で示す外側面２３ａと上部壁１
１が交わる交点Ｘより下部において連続している。上部
二股片３０ｂの上側縁と上部壁１１の下面が近接する隅
の部分には、隅肉３１が設けられており、本発明では該
隅肉３１の存在が許容される。なお、本発明では、この
隅肉３１を設けない場合もある。

【００２７】斯くして、リブ３０の下部中央片３０ａの
両側には、第１下部冷却水通路４０ａと第２下部冷却水
通路４０ｂが形成されている。各下部冷却水通路４０
ａ、４０ｂは、リブ３０の下部中央片３０ａと、上部二
股片３０ｂと、ヘッドボルト通し孔２０の孔壁２３と、
下部壁１２でそれぞれ囲まれている。また、リブ３０の
上部二股片３０ｂ、３０ｂの内側には、上部冷却水通路
４１が形成されている。この上部冷却水通路４１は、上
部二股片３０ｂ、３０ｂと、上部壁１１で囲まれてい
る。図に表れている５０は、シリンダブロック側の冷却
水通路と第１下部冷却水通路４０ａを連通させるための
連通孔である。

【００２８】実施形態のシリンダヘッド１０は、以上の
ように構成されているので、ヘッドボルト通し孔２０に
ヘッドボルト（図示していない）を挿通して、このシリ
ンダヘッド１０をシリンダブロックに組み付けた場合、
ヘッドボルトの軸力の一部は、ヘッドボルト通し孔２０
の孔壁２３からリブ３０の上部二股片３０ｂへも伝達さ
れ、そして、下部中央片３０ａを介して下部壁１２へと
伝達される。気筒間の位置で両側に設けられるヘッドボ
ルトのそれぞれの軸力がリブ３０で合成されて下部壁１
２へ効率的に伝達される。しかも、リブ３０の上部二股
片３０ｂと孔壁２３は、前記のように、ヘッドボルト通
し孔２０の孔壁２３の外側面２３ａと上部壁１１の下面
が交わる交点Ｘより下部の位置において連続しているの
で、軸力を上部二股片３０ｂの全体で受けて確実に下部
中央片３０ａ側に伝達することができる。

【００２９】下部壁１２は、このようにリブ３０を介し
てヘッドボルトの軸力を受けるので、剛性が高められ
て、気筒側からの変形応力を受けた際の変形を小さくす
ることができる。この結果、気筒間部分のガスシール性
能を向上することができる。

【００３０】リブ３０の下部中央片３０ａの両側に形成
される第１、第２下部冷却水通路４０ａ、４０ｂには、
下部壁１２の剛性を高めるためのリブの如くの補強手段
は設けられないので、複数気筒間にわたって一体の冷却
水通路を構成することができる。また、この一体の冷却
水通路を形成するための中子も、リブなどを形成する部
分をなくすることができるので、中子に必要な強度を確
保することができる。

【００３１】リブ３０の上部二股片３０ｂ、３０ｂの内
側に形成される上部冷却水通路４１は、比較的大きな通
路断面積を確保して水路抵抗を低減することができ、圧
損を小さくすることができる。この上部冷却水通路４１
は、気筒の並ぶ方向で複数気筒間にわたって一体の通路
を構成することができる。

【００３２】上部冷却水通路４１と、第１、第２下部冷
却水通路４０ａ、４０ｂは、シリンダヘッド１０内で互
いに連通させても良く、また、それぞれを独立した通路
としても良い。上部冷却水通路４１と、第１、第２下部
冷却水通路４０ａ、４０ｂをシリンダヘッド１０内で独
立させた構成とすることで、上段および下段の２段の冷
却水通路を構成することができる。

【００３３】次に、第２の実施形態のシリンダヘッド１
５を図３を参照して説明する。このシリンダヘッド１５
も、前記の実施形態と同様に、気筒間の位置に対応させ
て両側にヘッドボルト通し孔２５が、上部壁１６と下部
壁１７を貫通するように設けられ、ヘッドボルト通し孔
２５の間において、上部壁１６と下部壁１７の間に形成
されている冷却水通路４５内に、略Ｉ字形を成している
リブ３５が設けられている。リブ３５の下端が下部壁１
７に連続しており、上端が上部壁１６に連続している。

【００３４】上部壁１６の上側は油流路４６とされてい
る。この油流路４６の空間を利用して、上部壁１６と、
ヘッドボルト通し孔２５のボス部２７を連続させるよう
に上方リブ３６が更に設けられている。

【００３５】この実施形態も、前記の実施形態と同様
に、ヘッドボルトの軸力をヘッドボルト通し孔２５のボ
ス部２７からボス部２７と上部壁１６を連続させるよう
に設けたリブ３６、３６と、冷却水通路４５内に設けた
リブ３５を介して下部壁１７へ効率的に伝達することが
でき、下部壁１７の剛性を高め、ガスシール性能を向上
することができる。

【００３６】上部壁１６とボス部２７を連続するリブ３
６は、上部壁１６の上側に設けられていることから、冷
却水通路４５は、その通路断面積が極力狭められないよ
うにでき、必要な通路断面積を確保することができる。
また、この冷却水通路４５を形成するための中子も、そ
の強度が弱められることなく、気筒間にわたって連続す
る態様で形成することができる。更に、上部壁１６は、
リブ３６によって剛性を強化されるので、重量の増加を
招かないようにできる。

【００３７】以上二つの実施形態について説明したが、
何れの実施形態でもヘッドボルトの軸力をヘッドボルト
通し孔の間の位置に設けたリブ３０、３５、３６を介し
て下部壁１２、１７へ伝達するようにして下部壁１２、
１７の変形を少なくするようにしたので、上部壁１１、
１６は剛性補強のために肉厚としなくても良くなり、シ
リンダヘッド１０、１５全体の重量増加を避けて軽量化
を図ることができる。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のシリンダ
ヘッドの冷却水通路構造によれば、ヘッドボルトの軸力
の一部をヘッドボルト通し孔部分から、ヘッドボルト通
し孔間に設けたリブを介して下部壁へ伝達するように構
成されるので、下部壁の変形を有効に防止でき、ガスシ
ール性能を向上したシリンダヘッドを提供することが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施形態の、気筒間の位置に
おける断面図である。

【図２】 第１の実施形態の一部を拡大した説明図であ
る。

【図３】 本発明の第２の実施形態の、気筒間の位置に
おける断面図である。

【図４】 従来のシリンダヘッドの、気筒間の位置にお
ける断面図である。

【図５】 別の従来のシリンダヘッドの、気筒間の位置
における断面図である。

【符号の説明】

１０ シリンダヘッド １１ 上部壁 １２ 下部壁 １５ シリンダヘッド １６ 上部壁 １７ 下部壁 ２０ ヘッドボルト通し孔 ２１ ボルト頭部収容穴 ２２ ボス部 ２３ 孔壁 ２５ ヘッドボルト通し孔 ２７ ボス部 ３０ リブ ３０ａ 下部中央片 ３０ｂ 上部二股片 ３１ 隅肉 ３５ リブ ３６ 上方リブ ４０ａ 第１下部冷却水通路 ４０ｂ 第２下部冷却水通路 ４１ 上部冷却水通路 ４５ 冷却水通路 ４６ 油流路 ５０ 連通孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3G024 AA05 AA06 BA05 BA07 CA05 CA11 DA18 FA03 FA13 GA04 GA28

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上部壁と下部壁の間に冷却水通路が設け
   られているシリンダヘッドの冷却水通路構造において、 気筒間にて、シリンダヘッドの両側部に前記上部壁と下
   部壁を貫通するヘッドボルト通し孔が設けられており、
   両側のヘッドボルト通し孔の間に、下部中央片と上部二
   股片からなるリブが設けられているとともに、下部中央
   片が前記下部壁に連続し、上部二股片がそれぞれ一方の
   ヘッドボルト通し孔の孔壁に連続していることを特徴と
   するシリンダヘッドの冷却水通路構造。
2. 【請求項２】 少なくとも下部中央片の両側に冷却水通
   路が形成されることを特徴とする請求項１記載のシリン
   ダヘッドの冷却水通路構造。
3. 【請求項３】 リブを構成している上部二股片の内側に
   さらに冷却水通路が形成される請求項１または２に記載
   のシリンダヘッドの冷却水通路構造。
4. 【請求項４】 上部二股片の内側に形成される冷却水通
   路が上段冷却水通路として独立し、下部中央片の両側に
   形成される冷却水通路が下段冷却水通路として独立して
   いる請求項３記載のシリンダヘッドの冷却水通路構造。
5. 【請求項５】 リブを構成している上部二股片は、その
   上面の伸張方向が、ヘッドボルト通し孔の孔壁外面と上
   部壁下面が交わる交点より下方で孔壁に交差する請求項
   １〜４のいずれかに記載のシリンダヘッドの冷却水通路
   構造。
6. 【請求項６】 上部壁と下部壁の間に冷却水通路が設け
   られているシリンダヘッドの冷却水通路構造において、 気筒間にて、シリンダヘッドの両側部に前記上部壁と下
   部壁を貫通するヘッドボルト通し孔が設けられており、
   前記両側のヘッドボルト通し孔の間で、上端が上壁部側
   に連続し、下端が下部壁に連続するリブが設けられてい
   ると共に、上部壁と前記ヘッドボルト通し孔のボス部の
   間に上方リブが設けられていることを特徴とするシリン
   ダヘッドの冷却水通路構造。