JP2009221988A

JP2009221988A - 内燃機関のシリンダヘッド

Info

Publication number: JP2009221988A
Application number: JP2008068229A
Authority: JP
Inventors: Hiroki Nagabuchi; 博樹永渕
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-03-17
Filing date: 2008-03-17
Publication date: 2009-10-01
Anticipated expiration: 2028-03-17
Also published as: JP5146031B2

Abstract

【課題】内燃機関のシリンダブロックに適正に組み付けることができる内燃機関のシリンダヘッドを提供する。
【解決手段】複数の燃焼室に各々連通する複数の吸気ポート１７と、一端部が複数の燃焼室に各々連通すると共に他端部が排気集合部を介して集合する排気ポート１８と、冷却媒体が通過することで少なくとも排気集合部を冷却可能な冷却通路４５とが内部に形成され、少なくとも排気ポート１８側に設けられる嵌合部５４に連結部材４９が嵌合することでシリンダブロックに連結される内燃機関のシリンダヘッドにおいて、嵌合部５４を補強する補強手段５７を備えることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関のシリンダヘッドに関し、特に、シリンダブロックの上部に連結されることで燃焼室を構成すると共に、この燃焼室に対して吸気ポート及び排気ポートが設けられる内燃機関のシリンダヘッドに関するものである。

一般的に内燃機関において、シリンダヘッドは、シリンダブロックの上部に組み付けられ、複数の締結ボルトにより締結されており、直線状をなして複数の燃焼室が配列されている。そして、この各燃焼室に対して吸気ポート及び排気ポートが対向してそれぞれ形成され、この各吸気ポートに吸気通路が連通される一方、各排気ポートに排気通路が連通されており、吸気弁及び排気弁により開閉自在となっている。また、各吸気ポートまたは各燃焼室に燃料を噴射するインジェクタが装着されると共に、燃焼室の混合気に着火する点火プラグが装着されている。そして、各吸気ポートに吸気マニホールドを介して吸気管が連結される一方、各排気ポートに排気マニホールドを介して排気管が連結されている。

したがって、吸気弁の開放時に、空気が吸気ポートを通って燃焼室に吸入されると共に、インジェクタから燃料が吸気ポートまたは燃焼室に噴射され、この燃焼室にて、空気と燃料との混合気がピストンの上昇により圧縮され、この高圧の混合気が点火プラグに導かれて着火して爆発することで駆動力を得ることができ、排気弁の開放時に、燃焼後の排気ガスが排気ポートを通して排出される。

ところで、このような内燃機関において、シリンダヘッドに対して別体の排気マニホールドを固定せずに、このシリンダヘッド内に複数の排気ポートを集合させる排気集合部を設けたものがある。この排気集合部を有する内燃機関では、別体の排気マニホールドを不要として小型化を図ることができ、また、暖機時には、排気ガスの放熱量を抑制して触媒を早期に活性化することができる一方、暖機後には、排気ガスを効率的に冷却して触媒の温度上昇による熱劣化を防止することができ、触媒の燃料冷却を不要として燃費を向上することができる。

このような従来の内燃機関のシリンダヘッドとして、例えば、特許文献１に記載されている排気マニホールド一体型エンジンの冷却構造は、冷却通路としてのウォータジャケットの内部を流れる冷却水がシリンダ列方向一端の排気側から他端側に向けて燃焼室回りを流れるようにした主冷却水通路と、排気集合部としての排気マニホールド回りを流れるようにした副冷却水通路とを備えることで冷却能力の向上を図っている。

特開２００５−１８８３５２号公報

しかしながら、上述した特許文献１に記載されている排気マニホールド一体型エンジンの冷却構造では、例えば、締結ボルトによるシリンダブロックとシリンダヘッドとの組み付けに不具合が発生するおそれがあった。すなわち、複数の排気ポートを集合させる排気集合部をシリンダヘッドの内部に一体で形成する場合、排気集合部を冷却するためシリンダヘッドの内部にてこの排気集合部の周囲にもウォータジャケットが形成される。これにより、例えば、排気ポート側にて、締結ボルトが嵌合するシリンダヘッドのボルトボス部の周囲もウォータジャケットによって囲われることになることから、このボルトボス部付近にまでウォータジャケットの中空部が近接することとなり、ボルトボス部の剛性が低下するおそれがあった。そして、ボルトボス部の剛性が低下することで、シリンダブロックにシリンダヘッドを組み付けるための締結ボルトがボルトボス部と共に倒れてしまうおそれがあり、この結果、例えば、締結ボルトの軸力低下によるシリンダブロックとシリンダヘッドとのシール性の悪化やボルトボス部基端部の応力過多による亀裂の発生等の重大な不具合にいたるおそれがあった。

そこで本発明は、内燃機関のシリンダブロックに適正に組み付けることができる内燃機関のシリンダヘッドを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明による内燃機関のシリンダヘッドは、複数の燃焼室に各々連通する複数の吸気ポートと、一端部が前記複数の燃焼室に各々連通すると共に他端部が排気集合部を介して集合する排気ポートと、冷却媒体が通過することで少なくとも前記排気集合部を冷却可能な冷却通路とが内部に形成され、少なくとも前記排気ポート側に設けられる嵌合部に連結部材が嵌合することでシリンダブロックに連結される内燃機関のシリンダヘッドにおいて、前記嵌合部を補強する補強手段を備えることを特徴とする。

請求項２に係る発明による内燃機関のシリンダヘッドでは、前記補強手段は、前記複数の燃焼室が並ぶ方向に沿って前記嵌合部から前記冷却通路内に突出すると共に、前記連結部材の嵌合方向に沿って延設されることを特徴とする。

請求項３に係る発明による内燃機関のシリンダヘッドでは、前記冷却通路は、前記燃焼室側を冷却可能な燃焼室側冷却部と、前記排気集合部側を冷却可能な排気集合部側冷却部と、前記燃焼室側冷却部と前記排気集合部側冷却部とを連通する連通部とを有し、前記補強手段は、前記連通部に前記燃焼室側冷却部と前記排気集合部側冷却部との連通面積を縮小するように設けられることを特徴とする。

請求項４に係る発明による内燃機関のシリンダヘッドでは、前記嵌合部及び前記補強手段は、前記複数の燃焼室が並ぶ方向に沿って複数設けられ、前記複数の補強手段は、隣接する前記補強手段同士の先端部が隙間を有して設けられることを特徴とする。

請求項５に係る発明による内燃機関のシリンダヘッドでは、前記連通部内の前記補強部材より燃焼室冷却部側で、かつ、前記複数の燃焼室が並ぶ方向に対して前記補強手段同士の先端部の隙間に応じた位置に前記冷却通路の通路面積を縮小する絞り部を備えることを特徴とする。

本発明に係る内燃機関のシリンダヘッドによれば、少なくとも排気ポート側に設けられる嵌合部に連結部材が嵌合することでシリンダブロックに連結される内燃機関のシリンダヘッドにおいて、補強手段により嵌合部を補強することから嵌合部の剛性を高めることができるので、内燃機関のシリンダブロックに適正に組み付けることができる。

以下に、本発明に係る内燃機関のシリンダヘッドの実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、或いは実質的に同一のものが含まれる。

図１は、本発明の実施例に係る内燃機関のシリンダヘッドが適用されたエンジンの概略構成図、図２は、本発明の実施例に係る内燃機関のシリンダヘッドが適用されたエンジンの縦断面図、図３は、本発明の実施例に係る内燃機関のシリンダヘッドの横断面図（図４のＡ−Ａ断面）、図４は、本発明の実施例に係る内燃機関のシリンダヘッドの縦断面図（図３のＢ−Ｂ断面）、図５は、本発明の実施例に係る内燃機関のシリンダヘッドのウォータジャケット（中空部）を表す概略構成図、図６は、本発明の実施例に係る内燃機関のシリンダヘッドが適用されたエンジンにおける冷却水の流れを表す概略図である。

本実施例に係る内燃機関のシリンダヘッド１２は、図１、図２、図６に示すように、内燃機関としてのエンジン１００に適用した場合で説明する。このエンジン１００は、乗用車、トラックなどの車両に搭載されるエンジンであり、シリンダボア１３内に往復運動可能に設けられるピストン１４が２往復する間に、吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程からなる一連の４行程を行う、いわゆる４サイクルエンジンであるが、シリンダヘッド１２は、この形式の内燃機関に限らず、種々の内燃機関に適用することができる。

本実施例に係るシリンダヘッド１２が適用される内燃機関としてのエンジン１００は、図２、図６に示すように、シリンダブロック１１の上部にシリンダヘッド１２が締結されることでエンジン本体１０１が構成され、内部に後述するウォータジャケットが形成されている。そして、シリンダブロック１１のウォータインレット１０２及びウォータアウトレット１０３とラジエータ１０４との間には、冷却水供給通路１０５及び冷却水排出通路１０６が設けられており、ウォータインレット１０２にサーモスタット弁１０７及び電動式ウォータポンプ１０８が装着されている。また、シリンダブロック１１、シリンダヘッド１２には、冷却水通路１０９を介してスロットルボディ１１０、ヒータコア１１１、ＡＴＦウォーマ１１２、ターボ過給機１１３などが連結され、これらは冷却水通路１１４を介してウォータアウトレット１０３に連結されている。

したがって、電動式ウォータポンプ１０８が駆動すると、冷却水（冷却媒体）がエンジン本体１０１のシリンダブロック１１からシリンダヘッド１２に流れてこれらを冷却した後、スロットルボディ１１０やターボ過給機１１３に流れてこれらを冷却する一方、ＡＴＦウォーマ１１２に流れてＡＴＦを暖機すると共に、ヒータコア１１１に流れて暖房に使用され、ウォータアウトレット１０３に戻される。この間、シリンダブロック１１やシリンダヘッド１２など熱を受熱し冷却することで加熱された冷却水は、ラジエータ１０４に循環され、このラジエータ１０４を通過する際に、外気にこの受熱した熱を放熱することで冷却される。

上述したエンジン本体１０１は、直列４気筒エンジンであり、図１、図２に示すように、シリンダブロック１１の上部にシリンダヘッド１２が組み付けられ、後述する締結ボルト４９（図３参照）により締結されている。シリンダブロック１１には複数（本実施例では、４つ）のシリンダボア１３が直線状に並んで形成され、各シリンダボア１３にピストン１４がその軸方向に沿って移動自在に嵌合している。そして、シリンダブロック１１の下部に図示しないクランクシャフトが回転自在に支持されており、各ピストン１４はコネクティングロッド１５を介してこのクランクシャフトに連結されている。

シリンダヘッド１２には、各シリンダボア１３に対応してその上方に位置して燃焼室１６がそれぞれ形成されている。この燃焼室１６は、シリンダボア１３の内壁面と、シリンダヘッド１２の下面と、ピストン１４の頂面により囲繞されており、天井部（シリンダヘッド１２の下面）の中央部が高くなるように傾斜したペントルーフ形状をなしている。そして、この各燃焼室１６の上方、つまり、シリンダヘッド１２の下面にそれぞれ吸気ポート１７と、排気ポート１８が対向して開口している。

４つの吸気ポート１７は、一端部が２つに分岐して各燃焼室１６に連通し、他端部が外部に開口している。一方、排気ポート１８は、４つの燃焼室１６に対応する４つの排気ポート部１８ａを有し、この各排気ポート部１８ａの一端部が２つに分岐して各燃焼室１６に連通し、排気ポート部１８ａの他端部が１つに集合する排気集合部としての排気集合ポート部１８ｂを介して外部に開口している。すなわち、排気ポート１８は、各排気ポート部１８ａの一端部が複数の燃焼室１６に各々連通すると共に各排気ポート部１８ａの他端部が排気集合ポート部１８ｂを介して集合する。

そして、この各吸気ポート１７及び排気ポート１８に対して吸気弁１９及び排気弁２０がそれぞれ位置している。この吸気弁１９及び排気弁２０は、シリンダヘッド１２に固定された各ステムガイド２１，２２により軸方向に沿って移動自在に支持されると共に、各バルブスプリング２３，２４により吸気ポート１７及び排気ポート１８を閉止する方向に付勢支持されている。また、シリンダヘッド１２には、その上部に吸気カムシャフト２５及び排気カムシャフト２６が回転自在に支持されており、この吸気カムシャフト２５及び排気カムシャフト２６に固定された吸気カム２７及び排気カム２８がリフター２９，３０を介して吸気弁１９及び排気弁２０の上端部に接触している。そして、シリンダヘッド１２の上部には、吸気カムシャフト２５及び排気カムシャフト２６を被覆するようにシリンダヘッドカバー３１が固定されている。

したがって、内燃機関に同期して吸気カムシャフト２５及び排気カムシャフト２６が回転すると、吸気カム２７及び排気カム２８がリフター２９，３０を介して吸気弁１９及び排気弁２０を所定のタイミングで上下移動することで、吸気ポート１７及び排気ポート１８を開閉し、吸気ポート１７と燃焼室１６、燃焼室１６と排気ポート１８とをそれぞれ連通することができる。

また、シリンダヘッド１２の側部には、この各吸気ポート１７に対応して、この吸気ポート１７に燃料を噴射するインジェクタ３２がそれぞれ装着されている。また、シリンダヘッド１２の中央部には、各燃焼室１６の天井部の中央に位置して点火プラグ３３がそれぞれ装着されている。そして、車両には、図示しない電子制御ユニット（ＥＣＵ）が搭載されており、このＥＣＵは、インジェクタ３２の燃料噴射タイミングや点火プラグ３３による点火時期などを制御可能となっており、検出した吸入空気量、スロットル開度（アクセル開度）、エンジン回転数などのエンジン運転状態に基づいて燃料噴射量、噴射時期、点火時期などを決定している。

シリンダヘッド１２の一側面には、各吸気ポート１７に連通する吸気マニホールド３４が固定され、この吸気マニホールド３４にサージタンク３５が連結されている。吸気管３６は、上流側の空気取入口にエアクリーナ３７が取付けられており、下流側端部がサージタンク３５に連結されており、エアクリーナ３７とサージタンク３５との間に位置してスロットル弁を有する電子スロットル装置３８が設けられている。

一方、シリンダヘッド１２の他側面には、排気ポート１８の排気集合ポート部１８ｂに連通する排気管３９が連結されており、この排気管３９に排気浄化触媒（三元触媒）４０が装着されている。

ここで、本実施例のエンジンにおける冷却系について詳細に説明する。本実施例のエンジンでは、上述したように、シリンダヘッド１２に、４つの燃焼室１６に連通する４つの排気ポート部１８ａと、この各排気ポート部１８ａを１つに集合する排気集合ポート部１８ｂとからなる排気ポート１８が一体に形成されており、別体の排気マニホールドが不要な構造となっている。

そして、シリンダブロック１１には、排気側ウォータジャケット４１が形成されると共に、吸気側ウォータジャケット４２が形成されている。この排気側ウォータジャケット４１は、直線状に配列された各シリンダボア１３の排気ポート１８側に形成され、各シリンダボア１３の配列方向の一方の下部に冷却水供給部４３が設けられている。一方、吸気側ウォータジャケット４２は、直線状に配列された各シリンダボア１３の吸気ポート１７側に形成され、各シリンダボア１３の配列方向の他方の下部に冷却水排出部４４が設けられている。

また、シリンダヘッド１２は、内部に冷却媒体としての冷却水が通過可能な冷却通路としてのヘッドウォータジャケット４５が設けられる。ヘッドウォータジャケット４５は、シリンダヘッド１２の内部に中空部（空間部）として形成され、燃焼室１６の上方、吸気ポート１７の周囲、排気ポート部１８ａ及び排気集合ポート部１８ｂを含む排気ポート１８の周囲などにこれらを覆うように設けられる。ヘッドウォータジャケット４５は、当該中空部を冷却水が通過することで、燃焼室１６、吸気ポート１７、排気ポート部１８ａ及び排気集合ポート部１８ｂを含む排気ポート１８などを冷却可能なものである。

さらに具体的には、ヘッドウォータジャケット４５は、図３乃至図５に示すように、燃焼室側冷却部としての燃焼室側ウォータジャケット４６と、排気集合部側冷却部としての排気集合ポート側ウォータジャケット４７と、連通部としてのウォータジャケット連通部４８とを有する。燃焼室側ウォータジャケット４６は、シリンダヘッド１２にて燃焼室１６側を冷却可能なものである一方、排気集合ポート側ウォータジャケット４７は、シリンダヘッド１２にて排気ポート１８の排気集合ポート部１８ｂ側を冷却可能なものである。

燃焼室側ウォータジャケット４６は、直線状に配列された各燃焼室１６に沿って配置され、燃焼室１６の上方、吸気ポート１７の周囲及び排気ポート１８の排気ポート部１８ａの周囲を囲うように中空の空間部として形成される。燃焼室側ウォータジャケット４６は、複数の燃焼室１６が並ぶ方向、すなわち、シリンダ列方向に沿って連通している。

排気集合ポート側ウォータジャケット４７は、排気集合ポート部１８ｂ側に直線状に配列された各燃焼室１６に沿って配置され、排気ポート１８の排気集合ポート部１８ｂの周囲を囲うように中空の空間部として形成される。排気集合ポート側ウォータジャケット４７は、シリンダ列方向に沿って連通している。

ウォータジャケット連通部４８は、シリンダ列方向に直交する方向に対して燃焼室側ウォータジャケット４６と排気集合ポート側ウォータジャケット４７との間に設けられる。ウォータジャケット連通部４８は、燃焼室側ウォータジャケット４６と排気集合ポート側ウォータジャケット４７とを連通する冷却水通路である。つまり、燃焼室側ウォータジャケット４６と排気集合ポート側ウォータジャケット４７とは、このウォータジャケット連通部４８を介して１つの中空部（空間部）として形成される。

ここで、上述したように、シリンダブロック１１とシリンダヘッド１２とは、締結ボルト４９により締結されている。シリンダヘッド１２は、複数のボルトボス部５０が形成されている。各ボルトボス部５０は、内側にボルト嵌合穴５０ａが形成されている。各締結ボルト４９と各ボルトボス部５０とは、締結ボルト４９がボルトボス部５０のボルト嵌合穴５０ａに嵌合することでシリンダブロック１１とシリンダヘッド１２とを締結して連結する。

さらに具体的には、複数のボルトボス部５０は、吸気ポート１７側に設けられる複数の吸気側ボス部５１と、排気ポート１８側に設けられる複数の排気側ボス部５２とによって構成される。複数の吸気側ボス部５１と複数の排気側ボス部５２とは、シリンダ列方向に対して互いに対応する位置（ほぼ同じ位置）に設けられる。また、排気側ボス部５２は、シリンダヘッド１２にてシリンダ列方向に対する両端部に設けられる排気側端部ボス部５３と、中央部に設けられる排気側中央部ボス部５４とによって構成される。

吸気側ボス部５１は、シリンダ列方向に直交する方向に対して吸気ポート１７の燃焼室１６側開口より外側に設けられる。吸気側ボス部５１は、シリンダ列方向に沿って均等間隔で複数、本実施例では５つ設けられる。

排気側ボス部５２は、シリンダ列方向に直交する方向に対して排気ポート１８の燃焼室１６側開口より外側に設けられる。排気側ボス部５２は、シリンダ列方向に沿って均等間隔で複数、本実施例では５つ設けられる。排気側ボス部５２は、シリンダ列方向に対して両端部にそれぞれ１つずつ排気側端部ボス部５３が設けられ、中央部に３つの排気側中央部ボス部５４が設けられる。この３つの排気側中央部ボス部５４は、上述のヘッドウォータジャケット４５のウォータジャケット連通部４８に設けられている。

したがって、シリンダブロック１１とシリンダヘッド１２とは、複数の締結ボルト４９と複数のボルトボス部５０をなす吸気側ボス部５１及び排気側ボス部５２（排気側端部ボス部５３、排気側中央部ボス部５４）とが嵌合することで連結される。

そして、ヘッドウォータジャケット４５は、燃焼室側ウォータジャケット４６のシリンダ列方向の一端側に冷却水導入口５５が設けられ、他端側に冷却水排出口５６が設けられる。冷却水導入口５５は、冷却水をシリンダブロック１１側から燃焼室側ウォータジャケット４６内に導入するものである一方、冷却水排出口５６は、冷却水を燃焼室側ウォータジャケット４６内から冷却水通路１０９（図６参照）側に排出するものである。

上記のように構成されるエンジン１００のシリンダヘッド１２は、図５に示すように、冷却水がシリンダブロック１１側から冷却水導入口５５を介して燃焼室側ウォータジャケット４６内に導入される。燃焼室側ウォータジャケット４６内に導入された冷却水は、燃焼室側ウォータジャケット４６内をシリンダ列方向に沿って流動し冷却水排出口５６を介して冷却水通路１０９（図６参照）側に排出される。このとき、燃焼室側ウォータジャケット４６を通過する冷却水は、燃焼室１６、吸気ポート１７、排気ポート１８の排気ポート部１８ａ、点火プラグ３３が配置されるプラグ取付口３３ａの周囲を通ることでシリンダヘッド１２の燃焼室１６側、すなわち、燃焼室１６、吸気ポート１７及び排気ポート１８の排気ポート部１８ａ周りの熱を受熱し冷却することができる。

また、燃焼室側ウォータジャケット４６を通過する冷却水の一部は、排気ポート１８の排気ポート部１８ａ側からウォータジャケット連通部４８を介して排気集合ポート側ウォータジャケット４７内に流入する。排気集合ポート側ウォータジャケット４７に流入した冷却水は、排気集合ポート側ウォータジャケット４７内を冷却水導入口５５側から冷却水排出口５６側にシリンダ列方向に沿って流動し、冷却水排出口５６の上流側で燃焼室側ウォータジャケット４６内を通過してきた冷却水と合流する。このとき、排気集合ポート側ウォータジャケット４７を通過する冷却水は、排気集合ポート部１８ｂの周囲を通ることでシリンダヘッド１２の排気集合ポート部１８ｂ側、すなわち、排気ポート１８の排気集合ポート部１８ｂ周りの熱を受熱し冷却することができる。

ところで、上記のように構成されるエンジン１００のシリンダヘッド１２では、例えば、締結ボルト４９によるシリンダブロック１１とシリンダヘッド１２との組み付けに不具合が発生するおそれがあった。すなわち、複数の排気ポート部１８ａを集合させ排気集合ポート部１８ｂをシリンダヘッド１２の内部に一体で形成する場合、排気集合ポート部１８ｂを冷却するためシリンダヘッド１２の内部にてこの排気集合ポート部１８ｂの周囲に排気集合ポート側ウォータジャケット４７が形成される。これにより、例えば図３、図４に示すように、排気ポート１８側にて、締結ボルト４９が嵌合するシリンダヘッド１２の排気側中央部ボス部５４の周囲も排気集合ポート側ウォータジャケット４７によって囲われることになることから、この排気側中央部ボス部５４付近にまで排気集合ポート側ウォータジャケット４７の中空部が近接することとなり、排気側中央部ボス部５４の剛性が低下するおそれがあった。そして、排気側中央部ボス部５４の剛性が低下することで、シリンダブロック１１にシリンダヘッド１２を組み付けるための締結ボルト４９が排気側中央部ボス部５４と共に倒れてしまうおそれがあり、この結果、例えば、締結ボルト４９の軸力低下によるシリンダブロック１１とシリンダヘッド１２とのシール性の悪化や排気側中央部ボス部５４基端部の応力過多による亀裂の発生等の重大な不具合にいたるおそれがあった。

そこで、本実施例のエンジン１００のシリンダヘッド１２は、少なくとも排気ポート１８側に設けられる嵌合部としての排気側中央部ボス部５４に連結部材としての締結ボルト４９が嵌合することでシリンダブロック１１に連結されるエンジン１００のシリンダヘッド１２において、補強手段としての補強リブ５７により排気側中央部ボス部５４を補強することで排気側中央部ボス部５４の剛性を高め、シリンダヘッド１２をシリンダブロック１１に適正に組み付けることができるようにしている。

すなわち、シリンダヘッド１２は、排気側中央部ボス部５４を補強する補強リブ５７を備える。ここで、この排気側中央部ボス部５４は、上述したように、複数のボルトボス部５０のうち排気ポート１８側に設けられる複数の排気側ボス部５２であって、ヘッドウォータジャケット４５のウォータジャケット連通部４８に設けられているものである。

補強リブ５７は、複数、ここでは３つの排気側中央部ボス部５４にそれぞれ２つずつ、合計６つ設けられている。すなわち、排気側中央部ボス部５４と補強リブ５７は、シリンダ列方向に沿って複数設けられる。各補強リブ５７は、シリンダ列方向に沿って排気側中央部ボス部５４の外周面からヘッドウォータジャケット４５内に突出して形成されると共に、締結ボルト４９の嵌合方向（図４に示す矢印Ｃ方向）に沿って延設される。各補強リブ５７は、基端部が排気側中央部ボス部５４の外周面に設けられる一方、先端部がシリンダ列方向に沿って排気集合ポート側ウォータジャケット４７側に若干傾斜して突出するように形成される。複数の補強リブ５７は、隣接する補強リブ５７同士の先端部がシリンダ列方向に対して隙間を有して設けられる。

したがって、本実施例のエンジン１００のシリンダヘッド１２は、補強リブ５７により排気側中央部ボス部５４を補強することで排気側中央部ボス部５４の剛性を高めることができる。このため、排気集合ポート部１８ｂをシリンダヘッド１２の内部に一体で形成した上でシリンダヘッド１２の内部に排気集合ポート側ウォータジャケット４７を形成することで、この排気側中央部ボス部５４付近にまで排気集合ポート側ウォータジャケット４７の中空部が近接することになっても、補強リブ５７により排気側中央部ボス部５４の剛性が高められていることから、締結ボルト４９が排気側中央部ボス部５４と共に外側に倒れてしまうことを防止することができる。この結果、例えば、締結ボルト４９の軸力低下によるシリンダブロック１１とシリンダヘッド１２とのシール性の悪化や排気側中央部ボス部５４基端部の応力過多による亀裂の発生等の重大な不具合を防止することができる。

ここで、上述したように、燃焼室側ウォータジャケット４６を通過する冷却水は、燃焼室１６、吸気ポート１７、排気ポート１８の排気ポート部１８ａ、点火プラグ３３が配置されるプラグ取付口３３ａの周囲を通る一方、排気集合ポート側ウォータジャケット４７を通過する冷却水は、排気集合ポート部１８ｂの周囲を通る。すなわち、ヘッドウォータジャケット４５は、燃焼室側ウォータジャケット４６の方が冷却水の通路として比較的に複雑な形状を有している一方、排気集合ポート側ウォータジャケット４７の方が冷却水の通路として比較的に単純な形状を有している。

このため、ヘッドウォータジャケット４５内を流れる冷却水は、相対的に複雑な形状で圧力損失が大きい（流路抵抗が大きい）燃焼室側ウォータジャケット４６側から相対的に単純な形状で圧力損失が小さい（流路抵抗が小さい）排気集合ポート側ウォータジャケット４７側に向かって多く流れ易くなる傾向にある。この結果、ヘッドウォータジャケット４５全体での冷却水の分布は、例えば、ノッキング防止等のためにより冷却を促進したい燃焼室側ウォータジャケット４６側での冷却水流量が相対的に少なくなってしまうおそれがある。すなわち、複数の排気ポート部１８ａを集合させ排気集合ポート部１８ｂを内部に一体で形成するシリンダヘッド１２では、ヘッドウォータジャケット４５全体での冷却水の分布が不均一な分布になるおそれがあった。

そこで、本実施例のエンジン１００のシリンダヘッド１２は、上述したように、複数の補強リブ５７をシリンダ列方向に沿って排気側中央部ボス部５４からヘッドウォータジャケット４５内に突出するように設けることで、ヘッドウォータジャケット４５全体での冷却水の分布が不均一になることを抑制し、これにより、冷却効率の向上を図っている。

各補強リブ５７は、上述したように、シリンダ列方向に沿って排気側中央部ボス部５４からヘッドウォータジャケット４５内に突出するように設けられる。さらに言えば、各補強リブ５７は、ヘッドウォータジャケット４５のウォータジャケット連通部４８に燃焼室側ウォータジャケット４６と排気集合ポート側ウォータジャケット４７との連通面積を縮小するように設けられると共に、隣接する補強リブ５７同士の先端部がシリンダ列方向に対して隙間を有して設けられる。

また、このシリンダヘッド１２は、４つの燃焼室１６に対応して４つの絞り部５８を備えている。各絞り部５８は、ヘッドウォータジャケット４５のウォータジャケット連通部４８に設けられ、冷却水の通路としてのウォータジャケット連通部４８の通路面積を縮小するものであり、締結ボルト４９の嵌合方向（図４に示す矢印Ｃ方向）に沿って円柱状に形成される。各絞り部５８は、シリンダ列方向に対してプラグ取付口３３ａと対応する位置（ほぼ同じ位置）に設けられる。さらに具体的には、各絞り部５８は、ウォータジャケット連通部４８内の補強リブ５７より燃焼室側ウォータジャケット４６側で、かつ、シリンダ列方向に対して隣接する補強リブ５７同士の先端部の隙間に応じた位置に設けられる。

上記のように構成されるエンジン１００のシリンダヘッド１２は、補強リブ５７をシリンダ列方向に沿って排気側中央部ボス部５４からヘッドウォータジャケット４５のウォータジャケット連通部４８内に突出するように設けることで、この補強リブ５７が相対的に複雑な形状で圧力損失が大きい（流路抵抗が大きい）燃焼室側ウォータジャケット４６側から相対的に単純な形状で圧力損失が小さい（流路抵抗が小さい）排気集合ポート側ウォータジャケット４７側への冷却水の流れに対する抵抗として作用し、冷却水が排気集合ポート側ウォータジャケット４７側に流れにくくなる。

この結果、ヘッドウォータジャケット４５内を流れる冷却水が燃焼室側ウォータジャケット４６側から排気集合ポート側ウォータジャケット４７側に過度に流入することを防止することができ、ヘッドウォータジャケット４５全体での冷却水の分布において、燃焼室側ウォータジャケット４６側での冷却水流量が相対的に少なくなってしまうことを抑制することができる。すなわち、複数の排気ポート部１８ａを集合させ排気集合ポート部１８ｂを内部に一体で形成するシリンダヘッド１２にて、ヘッドウォータジャケット４５全体での冷却水の分布が不均一な分布になることを抑制することができる。これにより、シリンダヘッド１２全体での冷却効率を一定に維持することができ、例えば、燃焼室側ウォータジャケット４６側での冷却水流量が少ないためにノッキングが発生しやすくなることを抑制することができ、また、例えば、エンジン冷却系の容量を大きくすることなく、効果的に冷却効率を向上することができる。

さらに言えば、排気側中央部ボス部５４の剛性を高めるための補強リブ５７をヘッドウォータジャケット４５内の適正な位置に配置し冷却水を整流するための整流手段として兼用することで、シリンダヘッド１２をシリンダブロック１１に適正に組み付けることができる上に、ヘッドウォータジャケット４５内の冷却水の分布が不均一になることを抑制することができ、シリンダヘッド１２の冷却効率を向上することができる。

また、冷却効率を向上することができることから、シリンダヘッド１２の熱変形を抑制することができ、ボルトボス部５０に作用する応力を低減することができるので、シリンダブロック１１とシリンダヘッド１２とをより適正に組み付けることができる。特に、本実施例のシリンダヘッド１２のように、複数の排気ポート部１８ａを集合させる排気集合ポート部１８ｂが内部に一体で形成されることでシリンダヘッド１２が高温になり易い場合には、この効果をより顕著に奏することができる。

また、各補強リブ５７は、隣接する補強リブ５７同士の先端部がシリンダ列方向に対して隙間を有して設けられることから、燃焼室側ウォータジャケット４６側から排気集合ポート側ウォータジャケット４７側への冷却水の流れが完全に遮られてしまうことを防止することができる。また、言い換えれば、燃焼室側ウォータジャケット４６と排気集合ポート側ウォータジャケット４７とは、このウォータジャケット連通部４８を介して１つの中空部（空間部）として形成されることから、例えば、金属鋳造にてシリンダヘッド１２を製作する際にいわゆる中子の数が増加してしまうことを防止することができる。

また、ウォータジャケット連通部４８にて、絞り部５８により補強リブ５７より燃焼室側ウォータジャケット４６側で通路面積を縮小することから、例えば、隣接する補強リブ５７同士の先端部がシリンダ列方向に対して隙間を有していても、燃焼室側ウォータジャケット４６側から排気集合ポート側ウォータジャケット４７側への冷却水の流れを補強リブ５７の上流側で整流することができる。

以上で説明した本発明の実施例に係るエンジン１００のシリンダヘッド１２によれば、複数の燃焼室１６に各々連通する複数の吸気ポート１７と、一端部が複数の燃焼室１６に各々連通すると共に他端部が排気集合ポート部１８ｂを介して集合する排気ポート１８と、冷却水が通過することで少なくとも排気集合ポート部１８ｂを冷却可能なヘッドウォータジャケット４５とが内部に形成され、少なくとも排気ポート１８側に設けられる排気側中央部ボス部５４に締結ボルト４９が嵌合することでシリンダブロック１１に連結されるエンジン１００のシリンダヘッド１２において、排気側中央部ボス部５４を補強する補強リブ５７を備える。

したがって、排気側中央部ボス部５４に締結ボルト４９が嵌合することでシリンダブロック１１に連結されるシリンダヘッド１２において、補強リブ５７により排気側中央部ボス部５４を補強することから排気側中央部ボス部５４部の剛性を高めることができるので、エンジン１００のシリンダヘッド１２をシリンダブロック１１に適正に組み付けることができる。

さらに、以上で説明した本発明の実施例に係るエンジン１００のシリンダヘッド１２によれば、補強リブ５７は、複数の燃焼室１６が並ぶ方向（シリンダ列方向）に沿って排気側中央部ボス部５４部からヘッドウォータジャケット４５内に突出すると共に、締結ボルト４９の嵌合方向に沿って延設される。したがって、補強リブ５７をシリンダ列方向に沿って排気側中央部ボス部５４からヘッドウォータジャケット４５内に突出するように設けることで、ヘッドウォータジャケット４５全体での冷却水の分布が不均一になることを抑制し、冷却効率を向上することができる。さらに言えば、排気側中央部ボス部５４の剛性を高めるための補強リブ５７をヘッドウォータジャケット４５内の適正な位置に配置し冷却水を整流するための整流手段として兼用することで、シリンダヘッド１２をシリンダブロック１１に適正に組み付けることができる上に、ヘッドウォータジャケット４５内の冷却水の分布が不均一になることを抑制することができ、冷却効率を向上することができる。

さらに、以上で説明した本発明の実施例に係るエンジン１００のシリンダヘッド１２によれば、ヘッドウォータジャケット４５は、燃焼室１６側を冷却可能な燃焼室側ウォータジャケット４６と、排気集合ポート部１８ｂ側を冷却可能な排気集合ポート側ウォータジャケット４７と、燃焼室側ウォータジャケット４６と排気集合ポート側ウォータジャケット４７とを連通するウォータジャケット連通部４８とを有し、補強リブ５７は、ウォータジャケット連通部４８に燃焼室側ウォータジャケット４６と排気集合ポート側ウォータジャケット４７との連通面積を縮小するように設けられる。したがって、燃焼室側ウォータジャケット４６と排気集合ポート側ウォータジャケット４７との連通面積を最適に設定することができ、排気集合ポート側ウォータジャケット４７側への冷却水の流入量が過多になることを抑制することができ、燃焼室側ウォータジャケット４６内の冷却水流量が減少することを抑制することができる。

さらに、以上で説明した本発明の実施例に係るエンジン１００のシリンダヘッド１２によれば、排気側中央部ボス部５４及び補強リブ５７は、複数の燃焼室１６が並ぶ方向（シリンダ列方向）に沿って複数設けられ、複数の補強リブ５７は、隣接する補強リブ５７同士の先端部が隙間を有して設けられる。したがって、燃焼室側ウォータジャケット４６側から排気集合ポート側ウォータジャケット４７側への冷却水の流れが完全に遮られてしまうことを防止することができる。また、例えば、金属鋳造にてシリンダヘッド１２を製作する際にいわゆる中子の数が増加してしまうことを防止することができ、この結果、生産性が低下することを防止することができる。

さらに、以上で説明した本発明の実施例に係るエンジン１００のシリンダヘッド１２によれば、ウォータジャケット連通部４８内の補強リブ５７より燃焼室側ウォータジャケット４６側で、かつ、複数の燃焼室１６が並ぶ方向（シリンダ列方向）に対して補強リブ５７同士の先端部の隙間に応じた位置にヘッドウォータジャケット４５の通路面積を縮小する絞り部５８を備える。したがって、例えば、隣接する補強リブ５７同士の先端部がシリンダ列方向に対して隙間を有していても、絞り部５８が通路面積を縮小することで、燃焼室側ウォータジャケット４６側から排気集合ポート側ウォータジャケット４７側への冷却水の流れを補強リブ５７の上流側で整流することができ、より効果的に冷却性能を向上することができる。

なお、上述した本発明の実施例に係る内燃機関のシリンダヘッドは、上述した実施例に限定されず、特許請求の範囲に記載された範囲で種々の変更が可能である。以上の説明では、内燃機関のシリンダヘッドが適用される内燃機関としてのエンジン１００は、いわゆる、ポート噴射式の内燃機関であるものとして説明したが、これに限らず、例えば、燃焼室１６に直接燃料を噴射する、いわゆる、筒内直接噴射式の内燃機関であってもよい。

また、以上の説明では、補強手段は、シリンダ列方向に沿って延設するものとして説明したがこれに限らず、シリンダ列方向に直交する方向に延設しても嵌合部の剛性を高めることができる。また、補強手段を設ける位置は、冷却通路内でなくてもよい。

以上のように、本発明に係る内燃機関のシリンダヘッドは、内燃機関のシリンダブロックに適正に組み付けることができるものであり、シリンダブロックの上部に連結されることで燃焼室を構成すると共に、この燃焼室に対して吸気ポート及び排気ポートが設けられる種々の内燃機関のシリンダヘッドに適用して好適である。

本発明の実施例に係る内燃機関のシリンダヘッドが適用されたエンジンの概略構成図である。本発明の実施例に係る内燃機関のシリンダヘッドが適用されたエンジンの縦断面図である。本発明の実施例に係る内燃機関のシリンダヘッドの横断面図（図４のＡ−Ａ断面）である。本発明の実施例に係る内燃機関のシリンダヘッドの縦断面図（図３のＢ−Ｂ断面）である。本発明の実施例に係る内燃機関のシリンダヘッドのウォータジャケット（中空部）を表す概略構成図である。本発明の実施例に係る内燃機関のシリンダヘッドが適用されたエンジンにおける冷却水の流れを表す概略図である。

符号の説明

１１シリンダブロック
１２シリンダヘッド
１３シリンダボア
１４ピストン
１６燃焼室
１７吸気ポート
１８排気ポート
１８ａ排気ポート部
１８ｂ排気集合ポート部（排気集合部）
３３ａプラグ取付口
４５ヘッドウォータジャケット（冷却通路）
４６燃焼室側ウォータジャケット（燃焼室側冷却部）
４７排気集合ポート側ウォータジャケット（排気集合部側冷却部）
４８ウォータジャケット連通部（連通部）
４９締結ボルト（連結部材）
５０ボルトボス部
５１吸気側ボス部
５２排気側ボス部
５３排気側端部ボス部
５４排気側中央部ボス部（嵌合部）
５７補強リブ（補強手段）
５８絞り部
１００エンジン（内燃機関）
１０１エンジン本体

Claims

複数の燃焼室に各々連通する複数の吸気ポートと、一端部が前記複数の燃焼室に各々連通すると共に他端部が排気集合部を介して集合する排気ポートと、冷却媒体が通過することで少なくとも前記排気集合部を冷却可能な冷却通路とが内部に形成され、少なくとも前記排気ポート側に設けられる嵌合部に連結部材が嵌合することでシリンダブロックに連結される内燃機関のシリンダヘッドにおいて、
前記嵌合部を補強する補強手段を備えることを特徴とする、
内燃機関のシリンダヘッド。
前記補強手段は、前記複数の燃焼室が並ぶ方向に沿って前記嵌合部から前記冷却通路内に突出すると共に、前記連結部材の嵌合方向に沿って延設されることを特徴とする、
請求項１に記載の内燃機関のシリンダヘッド。
前記冷却通路は、前記燃焼室側を冷却可能な燃焼室側冷却部と、前記排気集合部側を冷却可能な排気集合部側冷却部と、前記燃焼室側冷却部と前記排気集合部側冷却部とを連通する連通部とを有し、
前記補強手段は、前記連通部に前記燃焼室側冷却部と前記排気集合部側冷却部との連通面積を縮小するように設けられることを特徴とする、
請求項１又は請求項２に記載の内燃機関のシリンダヘッド。
前記嵌合部及び前記補強手段は、前記複数の燃焼室が並ぶ方向に沿って複数設けられ、前記複数の補強手段は、隣接する前記補強手段同士の先端部が隙間を有して設けられることを特徴とする、
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の内燃機関のシリンダヘッド。
前記連通部内の前記補強部材より燃焼室冷却部側で、かつ、前記複数の燃焼室が並ぶ方向に対して前記補強手段同士の先端部の隙間に応じた位置に前記冷却通路の通路面積を縮小する絞り部を備えることを特徴とする、
請求項４に記載の内燃機関のシリンダヘッド。