JP2004162563A

JP2004162563A - 火花点火式直噴エンジンのシリンダヘッド

Info

Publication number: JP2004162563A
Application number: JP2002327759A
Authority: JP
Inventors: Toshifumi Nishimura; 利文西村
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-11-12
Filing date: 2002-11-12
Publication date: 2004-06-10

Abstract

【課題】センターインジェクション式の火花点火式直噴エンジンのシリンダヘッド１の冷却性能の向上を図る。
【解決手段】ペントルーフ型の燃焼室頂面２のほぼ中央に開口する燃料噴射弁取付孔１１と、２つの排気ポート５の間で燃焼室頂面２に開口する点火栓取付孔１３と、を有する。排気ポート上方のウォータジャケット２２と、排気ポート下方のウォータジャケット２４とを連通する冷却水通路２５を有する。この冷却水通路２５は、点火栓取付孔１３の段差面である点火栓取付座面１３ａと、排気ポート５の開口縁部に取り付けられる排気バルブシート６との間を横切るようにドリル加工により直線状に形成される。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガソリンエンジンに代表される火花点火式エンジンに関し、特に、燃料噴射弁取付孔が燃焼室頂面のほぼ中央に開口するセンターインジェクション式の直噴エンジンのシリンダヘッドの冷却構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガソリンエンジンのような火花点火式エンジンにおいて、主としてシリンダ内に燃料を均一に噴霧して空気と良好に混合させるために、シリンダヘッドの燃焼室頂面のほぼ中央に開口する燃料噴射取付孔に燃料噴射弁を取り付けて、この燃料噴射弁から燃焼室へ燃料を直接噴射するセンターインジェクション式の直噴エンジンが、例えば特開２００２−５４４９７号公報等に開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このようなセンターインジェクション式の火花点火式直噴エンジンでは、点火栓を燃料噴射弁と干渉することなく燃焼室の中央付近へ配置する必要がある。そこで、比較的スペースに余裕があり燃焼室の中央にも近い２つの排気ポートの間に点火栓の取付孔を設けると、点火栓や排気ポート周りの冷却が不十分となって、点火栓や排気ポートの開口縁部に取り付けられる排気バルブシートの耐久性の低下等を招くおそれがある。
【０００４】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、センターインジェクション方式の火花点火式直噴エンジンにおいて、２つの排気ポートの間に点火栓取付孔を配置しつつ、点火栓や排気ポート近傍の冷却性能を改善することを主たる目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るシリンダヘッドは、ガソリンエンジンのような火花点火式のエンジンであって、かつ、燃焼室頂面のほぼ中央に開口する燃料噴射弁取付孔を有し、燃焼室に直接燃料を噴射する直噴エンジンに適用される。また、燃焼室頂面に開口する点火栓取付孔を、２つの排気ポートの間に配置したエンジンに適用される。そして本発明は、上記点火栓取付孔の途中に形成される段差面である点火栓取付座面と、上記排気ポートの開口縁部に取り付けられる排気バルブシートと、の間に冷却水通路を設けたことを主たる特徴としている。
【０００６】
【発明の効果】
本発明によれば、冷却水通路を通流する冷却水によって、排気ポートの周囲及び点火栓の周囲を効果的に冷却することができ、その冷却性能を改善することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１〜図３は、本発明の一実施形態に係る火花点火式直噴エンジンのシリンダヘッド１を示している。図１は図２のＡ−Ａ線に沿う断面図であり、図２は図１の矢視Ｂに対応する下面図である。また、図３は図１のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。なお、シリンダヘッド１以外の構成部品は図示省略している。
【０００８】
シリンダヘッド１は、例えばアルミ合金等の金属材料により一体的に鋳造される。ガスケットを介してシリンダブロック上に取り付けられるシリンダヘッド１の下面には、シリンダブロックに形成されたシリンダボアの周壁面およびピストンの冠面と共同して燃焼室を画成するペントルーフ型の燃焼室頂面２が凹設されている。この燃焼室頂面２の一方（図１の右側）の吸気側傾斜面２ａには２つの吸気ポート３が開口しており、各吸気ポート３の開口周縁部には環状の吸気バルブシート４が圧入により固定されている。ペントルーフの他方（図１の左側）の排気側傾斜面２ｂには２つの排気ポート５が開口しており、各排気ポート５の開口周縁部には環状の排気バルブシート６が圧入により固定されている。線ｍは、吸気ポート３を開閉する吸気バルブの往復軸線すなわち中心軸線を示している。吸気バルブ支持ボス７の内部には、吸気バルブのバルブステムを通す孔を有するバルブガイドが設けられている。線ｎは、排気バルブの往復軸線すなわち中心軸線を示している。排気バルブ支持ボス８の内部には、排気バルブのバルブステムを通す孔８ａ（図３参照）を有するバルブガイドが設けられている。
【０００９】
シリンダボア中心軸線（ピストン往復軸線）ｏ上には、燃料噴射弁取付ボス１０が設けられ、その内部に燃料噴射弁（図示略）を収容するための燃料噴射弁取付孔１１が形成されている。この燃料噴射弁取付孔１１は、ほぼシリンダボア中心軸線ｏに沿って配置されていて、その下端に燃焼室頂面２のほぼ中央に開口する燃料噴射口１１ａを有している。また、燃料噴射弁取付孔１１は、下方（燃焼室頂面２側、図１の下側）へ向かって縮径するように多段加工されているとともに、下方へ向かって縮径するほぼ円錐状のテーパ面１１ｂを有している。燃料噴射弁は、上方から燃料噴射弁取付孔１１へ挿入され、下方に押し付けられた状態で燃料噴射弁取付ボス１０に固定される。
【００１０】
２つの排気ポート５（および２つの排気バルブ支持ボス８）の間には、点火栓取付ボス１２が設けられ、その内部に点火栓（図示略）を収容するための点火栓取付孔１３が形成されている。点火栓取付ボス１２は、排気バルブ支持ボス８との干渉を避けるように、この排気バルブ支持ボス８よりも外側へ傾斜している。詳しくは、点火栓取付孔１３の中心軸線ｐは、シリンダボア中心軸線ｏに対し傾斜しており、その傾斜角度θ１は、排気バルブ中心軸線ｎの傾斜角度θ２の約２倍となっている。
【００１１】
点火栓取付孔１３は、燃焼室頂面２に開口する下段部１３ｃと、この下段部１３ｃよりも大径な上段部１３ｄと、を有する２段加工孔となっている。下段部１３ｃの上縁と上段部１３ｄの下縁とを繋ぐ段差面が、適宜なガスケット等を介して点火栓の先端側段差面を受ける点火栓取付座面１３ａとなっている。点火栓は、シリンダヘッド１の側面又は上面に開口する点火栓取付孔１３の上側開口部から挿入され、下段部１３ｃに形成された雌ネジ１３ｂに点火栓先端部の雄ネジを螺合させることで、先端部が燃焼室へ臨んだ状態でシリンダヘッド１へ固定される。図１及び図３に示すように、雌ネジ１３ｂが形成された下段部１３ｃは、その全てが２つの排気ポート５の間に位置している。
【００１２】
図２及び図３に示すように、燃焼室頂面２に開口する点火栓取付孔１３の開口円１３ｆは、２つの排気バルブシート６の間に位置している。より詳細には、図２に示すように、燃料噴射口１１ａの中心と２つの排気ポート５の開口中心とを結んでできる三角形（図２の破線）３０の内側に、点火栓取付孔１３の開口円１３ｆの大部分が含まれるように設定されている。言い換えると、開口円１３ｆの中心が排気ポート５の開口中心よりもシリンダボア中心軸線ｏ寄りに配置されている。このような配置を容易にするため、２つの排気バルブシート６間の距離Ｗｅを２つの吸気バルブシート４間の距離Ｗｉよりも大きくしてある。別言すれば、一般的に、バルブ前後の圧力差の高い排気ポート５は吸気ポート３に比して小径に形成されており、このため、２つの排気ポート５間の距離Ｗｅは２つの吸気ポート３間の距離Ｗｉよりも長くなっている。このように距離Ｗｅが長く、スペース的に余裕のある排気ポート５の間に点火栓取付ボス１２を設けている。
【００１３】
次に、本実施形態の要部をなすシリンダヘッド１の冷却構造について説明する。シリンダヘッド１の内部には、冷却水が通流する空間としてのウォータジャケットが、冷却要求部位に応じて様々な箇所に形成されている。例えば、吸気ポート上方ウォータジャケット２０は、吸気ポート３の上方、より詳しくは吸気ポート３と燃料噴射弁取付ボス１０との間に形成されている。吸気ポート下方ウォータジャケット２１は、吸気ポート３の下方、より詳しくは吸気ポート３と燃焼室頂面２を含むシリンダヘッド１の下面との間に形成されている。排気ポート上方ウォータジャケット２２，２３は、排気ポート５の上方、詳しくは排気ポート５と燃料噴射弁取付ボス１０との間に形成されている。特に、内側（シリンダボア中心軸線ｏ寄り）の排気ポート上方ウォータジャケット２２は、燃料噴射弁取付ボス１０と点火栓取付ボス１２との間に形成され、外側の排気ポート上方ウォータジャケット２３は、点火栓取付ボス１２と排気ポート５との間に形成されている。つまり、点火栓取付ボス１２によって排気ポート上方ウォータジャケットが内側部分２２と外側部分２３とに分けられたかたちとなっている。排気ポート下方ウォータジャケット２４は、排気ポート５の下方、詳しくは排気ポート５とシリンダヘッド１の下面との間に形成されている。
【００１４】
図示していないが、２つの吸気ポート３の周囲を取り囲むように、吸気ポート上方ウォータジャケット２０と吸気ポート下方ウォータジャケット２１とは、吸気ポート３の側方で互いに連通している。同様に、２つの排気ポート５の周囲を取り囲むように、排気ポート上方ウォータジャケット２２，２３と排気ポート下方ウォータジャケット２４とは、排気ポート５の側方で互いに連通している。燃料噴射弁取付ボス１０の周囲を取り囲むように、吸気ポート上方ウォータジャケット２０と排気ポート上方ウォータジャケット２２とは燃料噴射弁取付ボス１０の側方で互いに連通している。排気バルブ支持ボス８を取り囲むように、２つの排気ポート上方ウォータジャケット２２，２３は、排気バルブ支持ボス８の側方で互いに連通している。
【００１５】
本実施形態の特徴として、シリンダヘッド１には内側の排気ポート上方ウォータジャケット２２と排気ポート下方ウォータジャケット２４とを連通する２つの冷却水通路２５（図３参照）が形成されている。冷却水通路２５は、加工の容易なドリル加工により穿設されるドリル孔であり、このドリル加工時のドリル位置２５’を図１及び図２に２点鎖線で示している。
【００１６】
図１に示すように、冷却水通路２５（２５’）は、排気ポート下方ウォータジャケット２４から排気ポート上方ウォータジャケット２２へ向けて斜め上向きに延びており、燃焼室頂面２の排気側傾斜面２ｂとほぼ平行に直線状に延びている。また、冷却水通路２５は、排気バルブシート６と点火栓取付座面１３ａとの間に位置しており、これら排気バルブシート６と点火栓取付座面１３ａとの間を横切るように延びている。
【００１７】
図２に示すように、冷却水通路２５は、２つの排気ポート５の開口中心を結ぶ線Ｑ（クランクシャフトの軸方向線）と直交する方向、つまりピストンピン方向（図２の左右方向）と平行に延びている。また、図２及び図３に示すように、シリンダ軸方向視（図２の紙面に垂直な方向、図３の上下方向）で、冷却水通路２５は、排気バルブシート６の一部と重なり合っており、つまりラップしており、かつ、点火栓取付座面１３ａの一部ともラップしている。
【００１８】
このように、冷却水通路２５は、部分的に小径化された点火栓取付孔１３の下段部１３ｃの側方であって、かつ、点火栓取付座面１３ａと排気バルブシート６との間に形成される空きスペースを有効に利用して配置されている。従って、加工の容易なドリル加工により冷却水通路２５を直線状に形成しつつ、この冷却水通路２５を燃料噴射弁取付孔１１や排気バルブシート６へ充分に近接させることができ、この冷却水通路２５を通流する冷却水によって、排気バルブシート６と点火栓の周囲とを効率的に冷却することができる。従って、冷却不足による点火栓や排気バルブシート６の耐久性の低下を回避・抑制することができる。
【００１９】
このように狭いスペースに冷却水通路２５を形成している関係で、図３に示すように、冷却水通路２５の周囲に形成される所定厚さのボス部の一部３１が、実質的に排気ポート５の内側へ張り出す形状となっている。
【００２０】
排気ポート上方ウォータジャケット２２は、燃料噴射弁取付ボス１０と点火栓取付ボス１２との間の狭い空間に設けられているため、その底部２２ａつまり下端部に冷却水が滞留し易い形状となっている。本実施形態では、この排気ポート上方ウォータジャケット２２の底部２２ａに、冷却水通路２５のシリンダボア中心軸線ｏ寄りの一端が接続・開口しているため、この底部２２ａ近傍の冷却水の滞留を防止・抑制することができる。
【００２１】
排気ポート５と冷却水との接触面積を増加して、排気ポート５の周囲を効果的に冷却するために、排気ポート下方ウォータジャケット２４には、２つの排気ポート５の間へ向けて斜め上方に部分的に張り出した拡張部２４ａが設けられている。この拡張部２４ａでは、排気ポート下方ウォータジャケット２４の上面が部分的に高くなっており、この拡張部２４ａの上面すなわち天井部２４ｂに、冷却水通路２５の外側の一端が開口・接続している。従って、拡張部２４ａに空気が溜まって冷却性能を阻害することがなく、所期の冷却性能を安定して得ることができる。
【００２２】
以上のように本発明を具体的な実施形態に基づいて説明してきたが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形・変更を含むものである。例えば、上記実施形態では冷却水通路を製造の容易なドリル加工により形成しているが、可能であれば冷却水通路をウォータジャケットと同じようにシリンダヘッドの鋳造時に形成しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に一実施形態に係るシリンダヘッドを示す図２のＡ−Ａ線に沿う断面図。
【図２】図１の矢視Ｂに対応するシリンダヘッドの下面図。
【図３】図１のＣ−Ｃ線に沿うシリンダヘッドの断面図。
【符号の説明】
１…シリンダヘッド
２…燃焼室頂面
５…排気ポート
６…排気バルブシート
１０…燃料噴射弁取付ボス
１１…燃料噴射弁取付孔
１２…点火栓取付ボス
１３…点火栓取付孔
１３ａ…点火栓取付座面
１３ｃ…下段部
１３ｄ…上段部
２２…内側の排気ポート上方ウォータジャケット
２４…排気ポート下方ウォータジャケット
２４ａ…拡張部
２５…冷却水通路

Claims

燃焼室頂面に開口する２つの排気ポートと、上記燃焼室頂面のほぼ中央に開口する燃料噴射弁取付孔と、上記２つの排気ポートの間で燃焼室頂面に開口する点火栓取付孔と、を有する火花点火式直噴エンジンのシリンダヘッドにおいて、
上記点火栓取付孔の途中に形成される段差面である点火栓取付座面と、上記排気ポートの開口縁部に取り付けられる排気バルブシートと、の間に冷却水通路を設けたことを特徴とする火花点火式直噴エンジンのシリンダヘッド。
ペントルーフ型をなす燃焼室頂面の一方の傾斜面に開口する２つの排気ポートと、
これら排気ポートの開口縁部にそれぞれ取り付けられる排気バルブシートと、
上記燃焼室頂面のほぼ中央に開口する燃料噴射弁取付孔と、
上記２つの排気ポートの間で燃焼室頂面に開口する点火栓取付孔と、
上記排気ポートの上方に形成される排気ポート上方ウォータジャケットと、
上記排気ポートの下方に形成される排気ポート下方ウォータジャケットと、
上記排気ポート上方ウォータジャケットと排気ポート下方ウォータジャケットとを連通する冷却水通路と、
を有し、
上記点火栓取付孔は、上記燃焼室頂面に開口する下段部と、この下段部より大径な上段部と、これら上段部の下縁と下段部の上縁とを繋ぐ段差面である点火栓取付座面と、を有し、
上記冷却水通路は、上記下段部の側方であって、かつ、上記点火栓取付座面と排気バルブシートとの間を横切るように延びている火花点火式直噴エンジンのシリンダヘッド。
上記冷却水通路の一端が、上記排気ポート上方ウォータジャケットの底部に接続している請求項２に記載の火花点火式直噴エンジンのシリンダヘッド。
上記排気ポート下方ウォータジャケットが、２つの排気ポートの間へ部分的に張り出した拡張部を有しており、
この拡張部に上記冷却水通路の一端が接続している請求項２又は３に記載の火花点火式直噴エンジンのシリンダヘッド。
上記冷却水通路は、ドリル加工により直線状に穿設されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の火花点火式直噴エンジンのシリンダヘッド。
上記冷却水通路は、シリンダ軸方向視で排気バルブシートの一部とラップするとともに、点火栓取付座面の一部とラップしていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の火花点火式直噴エンジンのシリンダヘッド。