JP2011174437A

JP2011174437A - シリンダヘッド

Info

Publication number: JP2011174437A
Application number: JP2010040247A
Authority: JP
Inventors: Naohisa Kono; 直久河野
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2010-02-25
Filing date: 2010-02-25
Publication date: 2011-09-08

Abstract

【課題】冷却液ジャケットを単気筒配置域まわりや複数気筒の配列域まわりで冷却に有利なように連続してシリンダブロック側に開放し、周辺部でのボルトによる締結軸力が主シール面に十分に伝達できるようにする。
【解決手段】冷却液ジャケット１両側の側壁２、３にボルト締結部４を有し、冷却液ジャケット１下のデッキ壁５の、単気筒Ｓの配置域まわり、または、複数気筒Ｓの配列域まわりに、冷却液ジャケット１を連続してシリンダブロックとの接合面に開放する環状な開放窓７を形成し、この開放窓に囲まれたデッキ壁中央域５ｂと、冷却液ジャケット１上の天井壁との間を連結して、ボルト締結部４での締結軸力をシリンダブロックとの接合面の、シリンダボア１１まわりの主シール面１２に、伝達する軸力伝達リブ１３を設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車などの液体冷却式の内燃機関におけるシリンダヘッド、詳しくは、単気筒または複数気筒を持つシリンダブロックにボルト締結されるデッキと、動弁室側の天井壁との間に形成するウォータジャケットを、単気筒配置域まわり、複数気筒配列域まわりでシリンダブロック側に開放したシリンダヘッドに関する。

このようなシリンダヘッドの冷却構造は、下記特許文献１などで知られている。図５乃至７には、このような従来知られているシリンダヘッドの冷却構造を示す。図５は、従来の複数気筒エンジンでのシリンダヘッドを、そのウォータジャケット部分で横断し、その下のデッキ壁側を見た横断面図であり、図６は同シリンダヘッドの排気バルブ縦通部および吸気バルブ縦通部で断面して見た縦断面図であり、図７は同シリンダヘッドのウォータジャケットのデッキ壁を開放窓の配列方向で見た断面を示し、左半部ではウォータジャケット開放窓がシリンダブロックで閉じられる組み合わせ例を示し、右半部ではウォータジャケット開放窓がシリンダブロックのウォータジャケットに連通する組み合わせ例を示した断面図である。なお、開放窓の配列方向とは、図５のＭ−Ｍの線に沿ったという意味である。

図５、図６に示すようにデッキ壁ａ上のウォータジャケットｂが、気筒Ｓの配列域まわりで部分的に、つまり断続して、シリンダブロックｄ側に開放する穴ｃを設けるのが一般的になっている。これは、単気筒の場合も同様である。

しかし、このような穴ｃは、図６、図７の左半部に示すようにシリンダブロックｄによって閉じられる場合はもとより、図６、図７の右半部に示すようにシリンダブロックｄ側のウォータジャケットｅに連通される場合でも、穴ｃが断続して並ぶ方向で見た図７に示す冷却水ｆの流れは、矢印で示すように穴ｃ内に及びにくい。このため、穴ｃ内は冷却水ｆが滞留することとなって、燃焼室の冷却効率が低下する原因になる。

なお、図７では、シリンダブロックｄによって閉じられた穴で形成される水足部分を符号ｃｃで表し、シリンダブロックｄ側のウォータジャケットｅに連通されている穴で形成される水足部分を符号ｃｏで表した。

一方、下記特許文献２は、シリンダヘッド内に設けたウォータジャケットを、気筒まわりで連続してシリンダブロック側のウォータジャケットに開放するウォータジャケット構造を開示している。これによれば、上記のような水足が形成されないため、燃焼室まわりでの冷却水の流れがスムーズになり冷却効率を十分に高められる。

特開平９−１４４５９７号公報特開昭５８−１５８３５０号公報

しかし、特許文献２に記載のウォータジャケットの気筒回りでの連続したシリンダブロック側への連続開放構造を、特許文献１に記載の穴ｃに代えて、単気筒配置域まわり、複数気筒配列域まわりに採用して冷却効果を高めようとすると、ウォータジャケット下のデッキ壁の前記連続開放部に囲われる中央域は、ウォータジャケット上の天井壁と点火プラグ縦通部、排気バルブ縦通部、吸気バルブ縦通部で連結しているだけであるので、シリンダヘッドを従来通りに、図５に示す周辺壁ｇの部分でボルトｈによりシリンダブロックに締結する場合の軸力は、シリンダボアｊまわりの主シール面ｋに十分に伝達されず、そこでの面圧が低下して必要なシール性を満足できず、燃焼室での燃焼圧力がウォータジャケット内に漏れ出る問題がある。

これを、特許文献２が開示する技術は、シリンダブロックおよびシリンダヘッドの燃焼室側の内側部分と、ウォータジャケットの外壁を構成する外側部分とを別体で形成し、それぞれを着脱自在に結着するという構造にて、シリンダブロックおよびシリンダヘッドの内側部分同士をその周壁部でボルト締結することにより、それら内側部分間の主シール域に十分な面圧が得られるようにしている（特許文献２の図１、図２、図３及び図５参照）。しかし、部品点数が多く構造が複雑である上、締結ボルトが燃焼室に近いために熱負荷が高く熱収縮が生じて内燃機関の精度が低下する。

本発明は、このような問題に鑑み、従来の冷却液ジャケット周辺部でのボルト締結構造を踏襲しながら、冷却液ジャケットを単気筒配置域まわりや複数気筒の配列域まわりで連続してシリンダブロック側に開放して冷却効果を高め、しかも、周辺部でのボルト締結による軸力を主シール面に十分に伝達できるようにすることを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明のシリンダヘッドは、内部に冷却液ジャケットを形成し、この冷却液ジャケット両側の側壁にボルト締結部を有したシリンダヘッドにおいて、前記冷却液ジャケット下のデッキ壁の、単気筒の配置域まわり、または、複数気筒の配列域まわりに、前記冷却液ジャケットを連続してシリンダブロックとの接合面に開放する環状な開放窓を形成し、この開放窓に囲まれたデッキ壁中央域と、冷却液ジャケット上の天井壁との間を連結して、ボルト締結部での締結軸力をシリンダブロックとの接合面の、シリンダボアまわりの主シール面に、伝達する軸力伝達リブを設けたことを特徴とする。

このような構成では、ボルト締結部がシリンダボアから遠く、かつ冷却液ジャケットの両側の側壁に位置して十分に冷却されるので、特許文献２に記載のものに比し締結ボルトの熱負荷が軽減される。また、冷却水ジャケットが単気筒の配置域まわり、または、複数気筒の配列域まわりに連続している環状の開放窓でシリンダブロックとの接合面に開放されるので、開放窓がシリンダブロック側の冷却液ジャケットに連通している場合はもとより、シリンダブロックにより閉じられる場合でも、開放窓はその連続性により冷却液の流れをスムーズにし滞留するのを防止できる。

しかも、冷却液ジャケット上の天井壁と点火プラグ縦通部、排気バルブ縦通部、吸気バルブ縦通部、で連結されているだけのデッキ壁中央域と、天井壁とを、ボルト締結部でのボルト締結による軸力を伝達する軸力伝達リブによって、締結軸力をシリンダボアまわりの主シール面に十分に伝達することができる。ここに、軸力伝達リブの連結位置は、デッキ壁中央域には、気筒配置域または気筒配置域両側のいずれかを選択してよく、天井壁には、少なくともボルト締結部の近傍、よりよくはボルト締結部の上部にも連結するようにできる。

本発明のシリンダヘッドは、また、内部に冷却液ジャケットを形成し、この冷却液ジャケット両側の側壁にボルト締結部を有したシリンダヘッドにおいて、前記冷却液ジャケット下のデッキ壁の、単気筒の配置域まわり、または、複数気筒の配列域まわりに、前記冷却液ジャケットを連続してシリンダブロックとの接合面に開放する環状な開放窓を形成し、この開放窓に囲まれたデッキ壁中央域の排気バルブ穴から立ち上がってから一方の側壁に延びる排気パイプと、この一方の側壁のボルト締結部の近傍とを連結する軸力伝達リブ、および、デッキ壁中央域の吸気バルブ穴から立ち上がってから他方の側壁に延びる吸気パイプと、この他方の側壁のボルト締結部近傍とを連結する軸力伝達リブを設け、これら軸力伝達リブと排気バイプおよび吸気パイプが協働して、ボルト締結部での締結軸力をシリンダブロックとの接合面のシリンダボアまわりの主シール面に、伝達するようにしたことを特徴とする。

このような構成では、ボルト締結部がシリンダボアから遠く、かつ冷却液ジャケットの両側の側壁に位置して十分に冷却されるので、特許文献２に記載のものに比し締結ボルトの熱負荷が軽減される。また、冷却水ジャケットが単気筒の配置域まわり、または、複数気筒の配列域まわりに連続している環状な開放窓でシリンダブロックとの接合面に開放されるので、開放窓がシリンダブロック側の冷却液ジャケットに連通している場合はもとより、シリンダブロックにより閉じられる場合でも、開放窓はその連続性により冷却液の流れをスムーズにし滞留するのを防止できる。

しかも、ウォータジャケット上の天井壁と点火プラグ縦通部、排気バルブ縦通部、吸気バルブ縦通部、で連結されているだけのデッキ壁中央域が、排気バルブ穴から立ち上がって一方の側壁へ延びる排気パイプと、吸気バルブ穴から立ち上がって他方の側壁に延びる吸気パイプとによるデッキ壁中央域と両側壁との既設連結構造部の、排気パイプおよび吸気パイプとこれらに対応する側壁のボルト締結部近傍との軸力伝達リブによる連結にて、ボルト締結部からシリンダボアまわりの主シール面への締結軸力伝達方向の剛性を高められるので、締結軸力を主シール面に十分に伝達することができる。従って、排気バルブ穴、吸気バルブ穴が一対あるタイプに有利である。

本発明のシリンダヘッドによれば、ボルト締結部がその位置により従来のものと比べ、十分に冷却されて締結ボルトの熱負荷が軽減するので内燃機関の精度が低下するのを防止できる。また、冷却水ジャケットを単気筒の配置域まわり、または、複数気筒の配列域まわりでシリンダブロックとの接合面に開放する開放窓が環状に連続して、冷却液の流れをスムーズにし滞留するのを防止するので、冷却効率が高く内燃機関の性能が向上する。

しかも、天井壁と点火プラグ縦通部、排気バルブ縦通部、吸気バルブ縦通部、で連結されているだけのデッキ壁中央域と、天井壁または、両側壁のボルト締結部近傍において、排気パイプ、吸気パイプによる既設連結構造を利用して、若しくは新たに設けた構造体によって連結できる軸力伝達リブによって、締結軸力をシリンダボアまわりの主シール面に十分に伝達し、燃焼圧力が冷却水ジャケットに漏れ出て内燃機関の性能が低下するのを防止できる。

本発明の実施の形態に係る複数気筒エンジンでの、１つの例のシリンダヘッドを、そのウォータジャケット部分で横断し、その下のデッキ壁側を見た横断面図。同シリンダヘッドの、点火プラグ縦通部の手前の排気パイプ位置で見た断面を左半部に示し、ボルト締結位置で見た断面を右半部に示し、左半部ではウォータジャケット開放窓がシリンダブロックで閉じられる組み合わせ例を示し、右半部ではウォータジャケット開放窓がシリンダブロックのウォータジャケットに連通する組み合わせ例を示した断面図。図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線よりみた縦断面図。本発明の実施の形態に係る複数気筒エンジンでの、別の例のシリンダヘッドの要部を示す斜視図。従来の複数気筒エンジンでのシリンダヘッドを、そのウォータジャケット部分で横断し、その下のデッキ壁側を見た横断面図。同シリンダヘッドの排気バルブ縦通部および吸気バルブ縦通部で断面して見た縦断面図。同シリンダヘッドのウォータジャケットのデッキ壁を開放窓の配列方向で見た断面を示し、左半部ではウォータジャケット開放窓がシリンダブロックで閉じられる組み合わせ例を示し、右半部ではウォータジャケット開放窓がシリンダブロックのウォータジャケットに連通する組み合わせ例を示した断面図。

本実施の形態に係る本実施の形態に係るシリンダヘッドの具体例について、図１〜図４を参照しながら説明し、本発明の理解に供する。

図１〜図３に示す例での本実施の形態のシリンダヘッド１００は、内部に冷却液ジャケット１を形成し、この冷却液ジャケット１両側の側壁２、３にボルト締結部４を有し、冷却液ジャケット１下のデッキ壁５の、複数気筒Ｓの配列域まわりに、冷却液ジャケット１を連続してシリンダブロック２００との接合面５ａに開放する環状の開放窓７を形成し、この開放窓７に囲まれたデッキ壁中央域５ｂと、冷却液ジャケット１上の天井壁８との間を連結して、ボルト締結部４でのボルト９による締結軸力Ｆをシリンダブロック２００との接合面５ａのシリンダボア１１まわりの主シール面１２に、伝達する軸力伝達リブ１３を設けている。

なお、ボルト締結部４は、シリンダヘッド１００とシリンダブロック２００をボルトで締結する部分であり、シリンダブロック２００にはボルト締結のためのネジ山が形成されている。また、ボルト締結のためのネジ山は、シリンダブロック２００だけでなく、シリンダヘッド１００に形成されていてもよい。

ここで、開放窓７が環状であるとは、デッキ壁の気筒配置域の周囲に形成されていることをいう。従って、図１では、冷却液１５ａと冷却液１５ｂが流れる開放窓７ａおよび７ｂは、図１の左右で連結している。

このようにすると、ボルト締結部４がシリンダボア１１から遠く、かつ冷却液ジャケット１の両側の側壁２、３に位置して十分に冷却されるので、従来例のものと比べ締結ボルト９の熱負荷が軽減される。また、冷却水ジャケットが複数気筒Ｓの配列域まわりに連続している環状な開放窓７でシリンダブロック２００との接合面５ａに開放されるので、開放窓７がシリンダブロック２００側の冷却液ジャケット１４に連通している場合はもとより、シリンダブロック２００により閉じられる場合でも、開放窓７はその連続性により冷却液１５の流れをスムーズにし滞留するのを防止できる。

しかも、冷却液ジャケット１上の天井壁８と点火プラグ縦通部１６、排気バルブ縦通部１７、吸気バルブ縦通部１８、で連結されているだけのデッキ壁中央域５ｂと、天井壁８とを、ボルト締結部４でのボルト締結による軸力Ｆを伝達する軸力伝達リブ１３によって、締結軸力Ｆをシリンダボア１１まわりの主シール面１２に十分に伝達することができる。なお、環状の開放窓７が形成されているシリンダヘッドにおける軸力伝達リブ１３は、軸力Ｆをシリンダボア１１まわりの主シール面１２に伝達することができれば、その設定位置や形状は限定されるものではない。

ここに、軸力伝達リブ１３の連結位置は、デッキ壁中央域５ｂには、気筒配置域または気筒配置域両側のいずれかを選択してよく、天井壁８には、少なくともボルト締結部４の近傍、よりよくはボルト締結部４の上部にも連結するようにできる。デッキ壁中央域５ｂの軸力伝達リブ１３の連結位置は、図１〜図３に示す例では、ボルト締結部４の配置位置に対応した気筒配置域両側とし、天井壁８の側壁２、３での各ボルト締結部４間としており、気筒配置域両側に軸力伝達リブ１３がデッキ壁中央域５ｂおよび天井壁８間に、天井壁８側に拡がる、よりよくは垂直な壁として位置し、各気筒Ｓの配置域まわり４つのボルト締結部４、側壁２、３の対応する２つずつのボルト締結部４での締結軸力Ｆを、各気筒Ｓの配置域のデッキ壁中央域５ｂ両側に集中させて、主シール面１２に十分に伝達できる。なお、デッキ壁中央域５ｂへの連結位置を気筒Ｓの配置域にすると、締結軸力Ｆを主シール面１２の中央域に集中させて締結軸力Ｆの伝達効率を高めやすくなる。

また、図１〜図３に示す例での軸力伝達リブ１３は側壁２、３との間に冷却液連通窓１９が形成されるが、冷却液連通窓１９は必要に応じ締結軸力Ｆの伝達に支障ない範囲で軸力伝達リブ１３のどの部分にも設けられる。図示例では、シリンダヘッド１００とシリンダブロック２００との接合面５ａに、シリンダヘッド１００のデッキ壁中央域５ｂの軸力伝達リブ１３との連結位置下に対応して、冷却液ジャケット１４に図２に示すように通じるサブジャケット１４ａを設けて、軸力伝達リブ１３の存在によってデッキ壁中央域５ｂの軸力伝達リブ１３との連結位置の熱負荷が高くなるのをサブジャケット１４ａからの冷却により抑えるようにしている。

図４に示す例では、デッキ壁５における開放窓７に囲まれたデッキ壁中央域５ｂの排気バルブ穴２１から立ち上がってから一方の側壁２に延びる排気パイプ２２と、この一方の側壁２のボルト締結部４の近傍とを連結する軸力伝達リブ２３、および、デッキ壁中央域５ｂの吸気バルブ穴２４から立ち上がってから他方の側壁３に延びる吸気パイプ２５と、この他方の側壁３のボルト締結部４近傍とを連結する軸力伝達リブ２６を設け、これら軸力伝達リブ２３、２６と排気バイプ２２および吸気パイプ２５が協働して、ボルト締結部４での締結軸力Ｆをシリンダブロック２００との接合面５ａのシリンダボア１１まわりの主シール面１２に伝達するようにしている。

これにより、冷却液ジャケット１上の天井壁８と点火プラグ縦通部１６、排気バルブ縦通部１７、吸気バルブ縦通部１８、で連結されているだけのデッキ壁中央域５ｂが、排気バルブ穴２１から立ち上がって一方の側壁２へ延びる排気パイプ２２と、吸気バルブ穴２４から立ち上がって他方の側壁３に延びる吸気パイプ２５とによるデッキ壁中央域５ｂと両側壁２、３との既設連結構造部を連結位置に選択して、排気パイプ２２および吸気パイプ２５とこれらに対応する側壁２、３のボルト締結部４近傍との軸力伝達リブ２３、２６による連結にて、ボルト締結部４からシリンダボア１１まわりの主シール面１２への締結軸力伝達方向の剛性を高められるので、締結軸力Ｆを気筒Ｓの配置域からまわりの主シール面１２に効率よく十分に伝達することができる。

従って、図示例のように排気バルブ穴２１、吸気バルブ穴２４が一対あるタイプに有利である。つまり、軸力伝達箇所が点火プラグ縦通部１６まわりの４箇所得られるからである。しかも、このような軸力伝達構造は、気筒Ｓの配置域内で達成されるので、単気筒のシリンダヘッドにても実現することができる。

この場合、図示するように、軸力伝達リブ２３、２６が点火プラグ縦通部１６、排気バルブ縦通部１７、吸気バルブ縦通部１８、天井壁８、デッキ壁中央域５ｂの少なくとも１つと連結していると、軸力伝達剛性が高まる。しかし、排気パイプ２２の特に立ち上がり部まわりは高温になるので、図示例のように軸力伝達リブ２３に冷却のための冷却液連通窓１９を設けるか、軸力伝達リブ２３を部分的に省略するのがよく、軸力伝達の主シール面１２へのバランス上吸気パイプ２５まわりでも同様にするのが好適である。

いずれにしても、本実施の形態のシリンダヘッド１００によれば、ボルト締結部４がその位置により従来のものと比べ十分に冷却されて締結ボルト９の熱負荷が軽減するので内燃機関の精度が低下するのを防止できる。また、冷却水ジャケット１を単気筒Ｓの配置域まわり、または、複数気筒Ｓの配列域まわりでシリンダブロック２００との接合面５ａに開放する開放窓７が環状に連続して、冷却液の流れをスムーズにし滞留するのを防止するので、冷却効率が高く内燃機関の性能が向上する。

しかも、天井壁８と点火プラグ縦通部１６、排気バルブ縦通部１７、吸気バルブ縦通部１８、で連結されているだけのデッキ壁中央域５ｂと、天井壁８または、両側壁２、３のボルト締結部４近傍において、排気パイプ２２、吸気パイプ２５による既設連結構造を利用して、若しくは新たに設けた構造体によって連結できる軸力伝達リブ２３、２６によって、締結軸力Ｆをシリンダボア１１まわりの主シール面１２に十分に伝達し、燃焼圧力が冷却水ジャケット１に漏れ出て内燃機関の性能が低下するのを防止できる。

本発明は内燃機関のヘッド部分の冷却機構に利用することができる。

１冷却液ジャケット
２、３冷却液ジャケット両側の側壁
４ボルト締結部
５デッキ壁
５ａシリンダブロックとシリンダヘッドの接合面
５ｂデッキ壁中央域
７開放窓
８冷却液ジャケットの天井壁
９ボルト
１１シリンダボア
１２シリンダボアまわりの主シール面
１３軸力伝達リブ
１５ａ、１５ｂ冷却液
１６点火プラグ縦通部
１７排気バルブ縦通部
１８吸気バルブ縦通部
２１排気バルブ穴
２２排気パイプ
２３、２６軸力伝達リブ
２４吸気バルブ穴
２５吸気パイプ
１００シリンダヘッド
２００シリンダブロック

Claims

内部に冷却液ジャケットを形成し、この冷却液ジャケット両側の側壁にボルト締結部を有したシリンダヘッドにおいて、前記冷却液ジャケット下のデッキ壁の、単気筒の配置域まわり、または、複数気筒の配列域まわりに、前記冷却液ジャケットを連続してシリンダブロックとの接合面に開放する環状の開放窓を形成し、この開放窓に囲まれたデッキ壁中央域と、冷却液ジャケット上の天井壁との間を連結して、ボルト締結部での締結軸力をシリンダブロックとの接合面の、シリンダボアまわりの主シール面に、伝達する軸力伝達リブを設けたことを特徴とするシリンダヘッド。
内部に冷却液ジャケットを形成し、この冷却液ジャケット両側の側壁にボルト締結部を有したシリンダヘッドにおいて、前記冷却液ジャケット下のデッキ壁の、単気筒の配置域まわり、または、複数気筒の配列域まわりに、前記冷却液ジャケットを連続してシリンダブロックとの接合面に開放する環状な開放窓を形成し、この開放窓に囲まれたデッキ壁中央域の排気バルブ穴から立ち上がってから一方の側壁に延びる排気パイプと、この一方の側壁のボルト締結部の近傍とを連結する軸力伝達リブ、および、デッキ壁中央域の吸気バルブ穴から立ち上がってから他方の側壁に延びる吸気パイプと、この他方の側壁のボルト締結部近傍とを連結する軸力伝達リブを設け、これら軸力伝達リブと排気バイプおよび吸気パイプが協働して、ボルト締結部での締結軸力をシリンダブロックとの接合面の、シリンダボアまわりの主シール面に、伝達するようにしたことを特徴とするシリンダヘッド。