JP2005320924A - シリンダヘッド構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 排気ガスに含まれるＨＣの量を低減させることができるようにする。
【解決手段】 シリンダヘッド１０のシリンダヘッド下面１８を、吸気ポート１３が形成された吸気ポート側下面１８ａと排気ポート１５が形成された排気ポート側下面１８ｂとから構成するとともに、吸気側ウォータジャケット１６と吸気ポート側下面１８ａとの間に形成される第１壁部１９を、排気ウォータジャケット１７と排気ポート下面１８ｂとの間に形成された第２壁部２０よりも厚く形成する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、エンジンのシリンダヘッド構造に関するものである。

図３に示すように、一般的なエンジンのシリンダヘッド１００には、吸気ポート１０１や排気ポート１０２が形成され、また、図３のＢ−Ｂ矢視断面である図４に示すように、冷却水が流通するウォータジャケット１０３，１０４が形成されている。そして、このウォータジャケット１０３，１０４を通る冷却水により、シリンダヘッド１００は適度に冷却されて過度の温度上昇が抑制され、いわゆる焼き付き等を防ぐことができるようになっている。

また、このシリンダヘッド１００のウォータジャケット１０３，１０４とシリンダヘッド下面１０６との間の壁部は、図４の寸法Ｔ_inおよびＴ_exで示すように、厚さが均一（即ち、Ｔ_in＝Ｔ_ex）となるように形成されており、これにより、シリンダヘッド１００は均一に冷却されるようになっている。
また、図３および図４を用いて説明した技術とは別の従来技術として、特許文献１にはシリンダヘッドの下面における壁部の厚さを局所的に薄く形成して、シリンダヘッドの一部分を積極的に冷却し、シリンダヘッドにクラックが発生するような事態を避ける技術が開示されている。
実開昭６４−５１７４７号公報

しかしながら、上述の特許文献１の技術によれば、排気側の壁部の温度が低くなるため、燃焼室全体の壁面温度が不均等となって、排気ガスに含まれるＨＣの量が増大してしまうという課題がある。
本発明はこのような課題に鑑み案出されたもので、排気ガスに含まれるＨＣの量を大幅に低減させることができる、シリンダヘッド構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明のシリンダヘッド構造（請求項１）は、エンジンの燃焼室の上壁面を形成するシリンダヘッドと、該シリンダヘッドに形成される少なくとも１つの吸気口および排気口と、壁厚が該上壁面の該排気口側より厚くなるよう、該上壁面の吸気口側に形成された肉厚部とから構成されることを特徴としている。
また、請求項１記載の内容において、該シリンダヘッドに形成され該吸気口に接続される吸気ポートと、該吸気ポート近傍の該シリンダヘッドに形成され冷却水が流通するウォータジャケットとを有し、該肉厚部は、該ウォータジャケットの底部から該吸気口側の上壁面までの壁部を含むことを特徴としている（請求項２）。

また、請求項２記載の内容において、該吸気ポートは、該シリンダヘッドに２つ形成され、該ウォータジャケットの一部は、該２つの吸気ポートの間に形成されるとともに、該吸気口が２つ形成され、該肉厚部は、シリンダ軸線から見て該２つの吸気口の中心を含む所定範囲に設定されていることを特徴としている（請求項３）。
また、請求項３記載の内容において、該所定範囲は、該シリンダ軸線に直交する２直線で形成される扇形にて規定されるとともに、該２直線のなす角度が約９０〜１３０°に設定されることを特徴としている（請求項４）。

本発明のシリンダヘッド構造によれば、燃焼室全体の壁面温度を略均等に保ち、排気ガスに含まれるＨＣ量を低減することができる。

以下、図面により、本発明の一実施形態に係るシリンダヘッド構造について説明すると、図１はその構成を模式的に示す水平断面図、図２は図１におけるＡ−Ａ矢視断面図である。
図１および図２に示すように、エンジンのシリンダヘッド１０は燃焼室１１の上方に設けられて、吸気ポート１３，１３、排気ポート１５，１５およびシリンダヘッド下面１８を有しており、また、吸気ポート１３，１３の上流側には吸気側の集合部１３Ａが形成され、排気ポート１５，１５の下流側には排気側の集合部１５Ａが形成されている。

また、シリンダヘッド下面１８は、燃焼室１１の上面を形成する上壁面であって、吸気開口（吸気口）１２と吸気ポート１３とが形成された吸気ポート側下面１８ａと、排気開口（排気口）１４と排気ポート１５とが形成された排気ポート側下面１８ｂとから構成されている。
また、このシリンダヘッド１０には、図１に示すように、吸気開口１２，１２を開閉する吸気バルブ（図示略）および、排気開口１４，１４を開閉する排気バルブ（図示略）がそなえられており、吸気バルブが開放されることによって吸気ポート１３，１３および吸気開口１２，１２を介して混合気が燃焼室１１へ供給できるようになり（図１中符号Ｆ₁参照）、一方、排気バルブが開放されることによって、燃焼室１１から排気開口１４，１４および排気ポート１５，１５を介して排気ガスが図示しない排気系に向けて排出できるようになっている（図１中符号Ｆ₂参照）。

また、平面視において、シリンダヘッド１０には燃焼室１１の中央にプラグ穴２１が形成されており、図示しないスパークプラグがこのプラグ穴２１から燃焼室１１内へ向けて（即ち、図１中紙面奥方へ向けて）突出して取り付けられるようになっている。
また、図２に示すように、吸気ポート１３の近傍および排気ポート１５の近傍には、それぞれ吸気側ウォータジャケット１６と排気側ウォータジャケット１７とが形成され、これらの吸気側および排気側ウォータジャケット１６，１７内を冷却水が流通できるようになっている。また、より詳しくは、図１に示すように、吸気側ウォータジャケット１６の一部は吸気ポート１３，１３の間に形成されまた、排気側ウォータジャケット１７の一部は排気ポート１５，１５の間に形成されている。

ところで、上述したシリンダヘッド１０の下面（すなわち、燃焼室１１の上壁面）１８はペントルーフ形状であり、また、吸気側ウォータジャケット１６と、吸気ポート側下面１８ａとの間の壁部を有する第１壁部（吸気口側上壁面）１９と、排気側ウォータジャケット１７と排気ポート側下面１８ｂとの間の壁部を有する第２壁部（排気口側上壁面）２０とが形成されている。
また、この第１壁部１９には、第２壁部２０よりも大きな厚みをもった肉厚部（即ち、図１中の網掛け領域Ｘにおける第１壁部１９）が形成され、これにより、燃焼室１１の一部を形成する第１壁部１９が吸気側ウォータジャケット１６内の冷却水によって過度に冷却されないようになっている。

つまり、図２において寸法Ｔ₁₉で示す第１壁部１９の厚さが、寸法Ｔ₂₀で示す第２壁部２０の厚さよりも厚くなるように（即ち、Ｔ₁₉＞Ｔ₂₀となるように）形成することにより、第１壁部１９の温度が局所的に低温となることを防ぐことができ、エンジンからのＨＣ排出量を抑制することができるようになっている。なお、排気側では、燃焼直後の高熱の排ガスに晒されて高温となるため、適度の冷却が必要であり、本実施形態においては、Ｔ₁₉＞Ｔ₂₀の関係を満たすように第１壁部１９および第２壁部２０の厚さが設定されている。

また、このシリンダヘッド１０は、図１に示すような上面視において（即ち、シリンダ軸方向から見て）、吸気側集合部１３Ａにおける吸気流Ｆ₁方向の中心軸線（即ち、吸気側集合部１３Ａの中心軸線）Ｃ₁を含む所定の範囲（図１中の網掛け領域）Ｘ内において、第１壁部１９が第２壁部２０よりも厚くなるように形成され、より詳しくは、この所定の範囲Ｘは、シリンダの中心Ｃ₂に直交する２つの直線Ｌ₁，Ｌ₂で形成される扇形により規定されている。そして、これらの２つの直線Ｌ₁，Ｌ₂のなす角度は９０〜１３０°に設定され、より好ましくは、１２０±１０°に設定されている。

これは、燃焼室１１全体の壁面温度が略均等になるように規定されたもので、上述した角度が１３０°より広がっても９０°より狭くなっても壁面温度の略均等は保たれず、排気ガス中のＨＣ量の低減効果が得られない。なお、上述の１３０°というのは実質的に約１３０°であればよいとの意であり、また、９０°というのは実質的に約９０°であればよいとの意であり、同様に、１２０±１０°というのは実質的に約１２０°±１０°であればよいとの意である。

また、２つの直線Ｌ₁，Ｌ₂がシリンダの中心Ｃ₂から各吸気開口１２，１２の中心Ｃ₃，Ｃ₃を通るように設定してもよく、本実施形態においてこのような設定にした場合、２つの直線Ｌ₁，Ｌ₂とのなす角度は略９０°となる。
本実施形態に係る本発明のシリンダヘッド構造は上述のように構成されているので、以下のような作用および効果を奏する。

シリンダヘッド１０において、比較的低温の混合気が吸気ポート１３，１３を通じて比較的高温の燃焼室１１へ導入されると、その後、燃焼室１１内でこの混合気が燃焼し、そして、排気ポート１５，１５を通じて排気ガスが排気系へ向けて排出される。
このとき、吸気側および排気側ウォータジャケット１６，１７内を流通する冷却水によってシリンダヘッド１０の下面１８が冷却される場合であっても、シリンダヘッド１０の第１壁部１９は、第２壁部２０よりも厚く形成されているので、第１壁部１９の方が第２壁部２０よりも冷却されにくくすることができ、これにより、温度が低い混合気が流れる吸気ポート１３，１３や吸気弁（図示略）の温度低下を抑制するとともに、吸気ポート側下面１８（即ち、燃焼室１１の一部分）が過度に冷却されることを防いで、燃焼室１１全体の壁面温度を均等化することができる。

つまり、吸気ポート１３，１３内を流通する混合気は燃焼前の気体であるため、その温度はあまり高くないが、排気ポート１５，１５内を流通する排気ガスは燃焼直後の気体であるため、その温度は非常に高い。このため、従来のシリンダヘッドにおいては、排気ポートを確実に冷却することができるように冷却水の流量や温度を設定した場合、吸気ポート近傍のシリンダヘッド下面の方が、排気ポート近傍のシリンダヘッド下面よりも温度が低くなって（即ち、燃焼室が局所的に冷えて）、排気ガス中に含まれるＨＣの量が増大してしまう。

具体的には、図３および図４に示す一般的なシリンダヘッド１００を例にとって説明すると、高温となる排気ポート１０２側のシリンダヘッド下面１０６を十分に冷却できる冷却能力で、吸気ポート１０１側のシリンダヘッド下面１０６に対しても同様に冷却を行なうと、排気ポート１０２側のシリンダヘッド下面１０６は適切に冷却することができるものの、吸気ポート１０１側のシリンダヘッド下面１０６は過度に冷却されることとなる。これにより燃焼室１０５の温度は局所的に低くなり、排気ガス中のＨＣ量の増大を招いてしまう。

これに対して、本実施形態におけるシリンダヘッド１０によれば、第１壁部１９が第２壁部２０よりも厚く形成されているため、排気ポート１５，１５を確実に冷却することができるように冷却水の流量や温度を設定した場合であっても、燃焼室１１内の熱は吸気側ウォータジャケット１６内を流通する冷却水に対して伝達されにくく、換言すれば、吸気側ウォータジャケット１６内を流通する冷却水が燃焼室１１の一部を過度に冷却してしまうような事態を防いで、排気ガス中のＨＣ量を低減させることができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は係る実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
上述の実施形態においては、１つの燃焼室１１に着目して説明したが、このような燃焼室を複数そなえたエンジン（即ち、多気筒エンジン）のシリンダヘッドに適用してもよい。

本発明の一実施形態に係るシリンダヘッド構造を示す模式的な断面図である。 本発明の一実施形態に係るシリンダヘッド構造を示す模式的な断面図であって、図１のＡ−Ａ断面を示す。 一般的なシリンダヘッドを示す模式的な断面図である。 一般的なシリンダヘッドを示す模式的な断面図であって、図３のＢ−Ｂ断面を示す。

符号の説明

１０ シリンダヘッド
１１ 燃焼室
１３，１３ 吸気ポート
１５，１５ 排気ポート
１６ 吸気側ウォータジャケット（ウォータジャケット）
１７ 排気側ウォータジャケット（ウォータジャケット）
１８ シリンダヘッド下面（上壁面）
１８ａ 吸気ポート側下面
１８ｂ 排気ポート側下面
１９ 第１壁部（肉厚部）
２０ 第２壁部
Ｌ₁，Ｌ₂ 直線
Ｘ 所定範囲（肉厚部）

Claims (4)

1. エンジンの燃焼室の上壁面を形成するシリンダヘッドと、
   該シリンダヘッドに形成される少なくとも１つの吸気口および排気口と、
   壁厚が該上壁面の該排気口側より厚くなるよう、該上壁面の吸気口側に形成された肉厚部とから構成される
   ことを特徴とする、シリンダヘッド構造。
2. 該シリンダヘッドに形成され該吸気口に接続される吸気ポートと、
   該吸気ポート近傍の該シリンダヘッドに形成され冷却水が流通するウォータジャケットとを有し、
   該肉厚部は、該ウォータジャケットの底部から該吸気口側の上壁面までの壁部を含む
   ことを特徴とする、請求項１記載のシリンダヘッド構造。
3. 該吸気ポートは、該シリンダヘッドに２つ形成され、
   該ウォータジャケットの一部は、該２つの吸気ポートの間に形成されるとともに、
   該吸気口が２つ形成され、
   該肉厚部は、シリンダ軸線から見て該２つの吸気口の中心を含む所定範囲に設定されている
   ことを特徴とする、請求項２記載のシリンダヘッド構造。
4. 該所定範囲は、該シリンダ軸線に直交する２直線で形成される扇形にて規定されるとともに、該２直線のなす角度が約９０〜１３０°に設定される
   ことを特徴とする、請求項３記載のシリンダヘッド構造。
   

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