JP2015117619A - シリンダヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンのシリンダヘッドの剛性低下を抑制しつつ同時に２排気弁の弁間部分の冷却効果を高めることができるシリンダヘッドを提供することを目的とする。
【解決手段】シリンダブロック３に固定されるシリンダヘッド１において、シリンダブロック３のシリンダ部２７に対応して配置される燃焼室２９と、燃焼室２９に配置される少なくとも２つの排気ポート４１、４１と、２つの排気ポート間を冷却水で冷却するポート間冷却水通路Ｐと、ポート間冷却水通路を含む冷却水室２３と、シリンダブロック３から冷却水室へ冷却水を導入する導入口５７と、冷却水室中に導入口５７の外周に沿って配置され、冷却水室２３の中をシリンダ軸方向に延びてポート間冷却水通路Ｐに冷却水を誘導する支柱１７ａと、を有することを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、エンジンのシリンダヘッドの構造に関し、特に、シリンダヘッドの剛性および冷却性能の向上を図る技術に関する。

エンジンのシリンダヘッドは、冷却性能及び剛性確保の観点から種々の提案がなされており、例えば、乗用車用エンジンのシリンダヘッドにおいては、排ガス温度の影響を受けて、温度上昇による強度低下を生じる部分として、２排気弁のエンジンでは、排気ポート間（シリンダヘッド下面の排気弁間）部分が指摘されており、この領域の冷却効果を高めることが重要視されている。

例えば、特許文献１（特開２００７−５１６０１号公報）には、気筒毎の排気ポート近傍の流入口から流入した冷却水を、点火プラグの周囲を経由して吸気ポート側へ導く気筒毎の排気横通し通路を設けたシリンダヘッド構造が開示されている。
また、特許文献２（特許第５１７６７５２号公報）には、複数の気筒配列方向に対して排気側に設けられ冷却水入口から、シリンダヘッドのウォータジャケット内に冷却水を供給し、排気ポート間を通って吸気弁側に流れて吸気側に設けられた冷却水出口から排出される構成について開示されている。

特開２００７−５１６０１号公報 特許第５１７６７５２号公報

しかしながら、特許文献１、特許文献２の何れの技術においても、２排気弁の弁間部分に向かって積極的に冷却水を流して、流速および流量を増大させる具体的な構造の特徴までは開示されていない。
また、流量を増大させようとすると、流路断面の拡大が生じ、それに伴ってシリンダヘッドの剛性低下を招きやすい。このため、シリンダブロックの剛性低下を抑制しつつ同時に２排気弁の弁間部分の冷却効果を高めることが望まれている。

そこで、本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、エンジンのシリンダヘッドの剛性低下を抑制しつつ同時に２排気弁の弁間部分の冷却効果を高めることができるシリンダヘッドを提供することを目的とする。

本発明は、かかる目的を達成するために、シリンダブロックに固定されるシリンダヘッドにおいて、前記シリンダブロックのシリンダ部に対応して配置される燃焼室と、前記燃焼室に配置される少なくとも２つの排気ポートと、前記２つの排気ポート間を前記冷却水で冷却するポート間冷却水通路と、前記ポート間冷却水通路を含む冷却水室と、前記シリンダブロックから前記冷却水室へ冷却水を導入する導入口と、前記冷却水室中に前記導入口の外周に沿って配置され、前記冷却水室の中を前記シリンダ軸方向に延びて前記ポート間冷却水通路に前記冷却水を誘導する支柱と、を有することを特徴とする。

かかる発明によれば、支柱によって冷却水の流れを内側に向かせて排気ポート間の方向に指向させられる。

また、本発明の一実施形態においては、前記導入口は、該導入口を周方向に２つに分割するブリッジが設けられ、前記ブリッジの外周が前記支柱と繋がることを特徴とする。

かかる発明によれば、導入口が、水導入口に設けられたブリッジを介してボアシール部と支柱とがシリンダの径方向において繋がり連結する構造となるため、シリンダヘッドのボアシール部分の剛性を向上できる。

また、燃焼室上方の排気弁近傍に冷却水を導入でき、さらに、分割されたそれぞれの導入口からの冷却水の流れを、排気ポート間に指向させることで、シリンダヘッドの２排気弁の弁間付近の冷却性能を確保できる。
さらに、支柱および導入口ブリッジによってシリンダヘッドのボアシール周りの剛性向上が得られ、これによってシリンダヘッド下面のガスケット押しつけ力を向上でき、ガスケットのシール性を向上でき吹き抜けを抑制できる。

また、本発明の一実施形態においては、支柱の前記シリンダの周方向に対応する幅が、前記ブリッジの前記シリンダの周方向に対応する幅より大きく形成されることを特徴とする。

このように、支柱の幅が、前記ブリッジの幅より大きいため、支柱がブリッジの外周側に設けられていても、支柱の周方向の側壁面によって、導入口から上昇して流入する冷却水の流れの向きを規制できるので、排気ポート間側に向かわせることができる。

また、本発明の一実施形態においては、前記導入口から導入される冷却水を排気ポート間に向わせるように前記導入口の上方を湾曲形状によって覆う湾曲天井部が形成されることを特徴とする。

このように構成することで、導入口から上昇してシリンダヘッド内に流入する冷却水を、導入口の上方に湾曲形状の天井部が形成されるため、冷却水流れを確実に排気ポート間側に向かわせることができる。

また、本発明の一実施形態においては、前記シリンダヘッドは前記シリンダヘッドとシリンダヘッドボルトで固定され前記支柱は、その端部がシリンダヘッドボルトのボス部間を橋渡すように形成された梁部材のほぼ中央部に連結されることを特徴とする。

このような梁部材および支柱を介してシリンダヘッドの底壁とシリンダヘッドボルトボスとの間が連結される構造を採用することで、シリンダヘッドの剛性が向上する。また、支柱は導入口ブリッジを介してシリンダヘッドのボアシール部に対応する位置に連結するので、ボアシール部周りの剛性を向上でき、ガスケットの締め付け力を確保できる。そのため、シール性を向上できる。

本発明によれば、エンジンのシリンダヘッドの剛性低下を抑制しつつ同時に２排気弁の弁間部分の冷却効果を高めることができる。

本発明の第１実施形態に係るシリンダヘッドの上部の平面断面の概略図であり、図３におけるＸ−Ｘ位置における断面であり、油室底部の概略断面図である。 第１実施形態に係るシリンダヘッドの下部の平面断面の概略図であり、図３におけるＹ−Ｙ位置における断面であり、水室底部の概略断面図である。 図２のＡ−Ａ線断面図である。 図２のＢ−Ｂ線断面図である。 図２のＣ部の拡大説明図であり、（Ａ）は図２のＣ部の拡大図、（Ｂ）は（Ａ）のＤ−Ｄ線断面図、（Ｃ）は（Ａ）のＥ−Ｅ線及びＥ´−Ｅ´線断面図である。 図３の冷却水導入口周辺の斜視説明図である。 図３のＦ分拡大説明図である。

以下、本発明に係る実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

図３に示すように、シリンダヘッド１は、基本構造としては底壁１５と上壁１９とその間に冷却水が通る冷却水ジャケット（冷却水室）２３とを有して構成されている。またシリンダブロック３には、ピストン２５が摺動自在に配設されるシリンダ２７が配置され、そのシリンダ２７の内周部にはピストン２５が摺動するライナ部２７ａが形成されている。そして、ピストン２５の上面とライナ部２７ａとシリンダヘッド下面９によって燃焼室２９が形成されている。

また、シリンダブロック３の上面と、シリンダヘッド下面９との間には、シール用のガスケット７が介在されており、該ガスケット７には、燃焼室２９に対応する箇所や冷却水通路や潤滑油通路が通過する箇所に貫通穴が開口されるとともに、燃焼室２９内空間（シリンダ内空間）に臨む環状のボアシール部７ａが、ライナ部２７ａとシリンダヘッド下面９との間の挟み込まれる部分に形成されている。

燃焼室２９の中央上方のシリンダヘッド１には、燃料噴射インジェクタ用孔３１および燃料噴射インジェクタ用の中央ボス部３３が設けられている。なお、本実施形態においてはディーゼルエンジンを対象とした例を示しており、燃料噴射インジェクタを設ける構成に対応しているが、ガソリンエンジンにおいては、点火プラグを設置するための中央ボス部であってもよい。

また、シリンダヘッド１の燃焼室２９の上方には、燃料噴射インジェクタ用の中央ボス部３３に隣設して、燃焼室２９内へ吸気を導入する２本の吸気ポート３５が形成されており、この吸気ポート３５の燃焼室２９側の開口端を開閉する図示しない吸気弁が設けられ、この吸気弁を支持する吸気バルブガイドが配設される吸気バルブガイド孔３７が形成され、その周囲には補強用の吸気バルブガイドボス部３９が形成されている。

同様に、燃料噴射インジェクタ用の中央ボス部３３に隣設して、燃焼室２９内から燃焼ガスを排出する２本の排気ポート４１が形成されており、この排気ポート４１の燃焼室２９側の開口端を開閉する図示しない排気弁が設けられ、この排気弁を支持する排気バルブガイドが配設される排気バルブガイド孔４３が形成され、その周囲には補強用の排気バルブガイドボス部４５が形成されている。

次に、図１、２を参照して、シリンダヘッド１の構造をさらに説明する。
図１は、シリンダヘッド１の上部の平面断面図であり、図３におけるＸ−Ｘ位置における概略断面図である。また、図２は、シリンダヘッド１の下部の平面断面図であり、図３におけるＹ−Ｙ位置における概略断面図であり、水室底部の概略を示す。

図１において、シリンダ２７の周囲に４本のシリンダヘッドボルト５が貫通するシリンダヘッドボルト孔４７が形成された４本のシリンダヘッドボルトボス部１１が設けられている。
吸気弁側または排気弁側のシリンダヘッドボルトボス部１１間を橋渡しして配設される第１梁部材４９、４９と、気筒列方向のシリンダヘッドボルトボス部１１間を橋渡しして配設される第２梁部材５１、５１とがそれぞれ設けられている。

さらに、燃料噴射インジェクタ用の中央ボス部３３と、第１梁部材４９の中央部と、第２梁部材５１の中央部とを連結する第３梁部材５３とを備えている。そして、図１のように、第１梁部材４９と、第２梁部材５１と、第３梁部材５３とが連結して梁部材がシリンダヘッドの平面視において略「田」の字形状に形成される。これによって、燃焼室２９中央の剛性を高めることができ、シリンダヘッドボルト５の締め付けによるガスケット７の面圧低下が抑制できる。

第１梁部材４９の中央部と、第２梁部材５１の中央部には、該中央部からシリンダヘッド１の底壁１５の方向に延伸して底壁１５に連結するように第１支柱１７ａ、第２支柱１７ｂがそれぞれ冷却水ジャケット２３内に設けられている。

（第１支柱）
まず、第１支柱１７ａについて図３を参照して説明する。
図３は、図２のＡ−Ａ線断面図であり、図３に示すように、第１梁部材４９の中央部から伸びた第１支柱１７ａは、２つの排気ポート４１、４１の分岐部５５の分岐間の壁面に挟まれるように連結して、さらに底壁１５方向に延在して設けられている。
排気ポート４１、４１の二又の分岐部５５の間に挟まるようにして連結しているため、この第１支柱１７ａは、排気ポート４１、４１の分岐部５５の変位を抑えることができるとともに、さらに、ポート壁が剛性部材として働き、第１支柱１７ａの剛性向上の補強（補助）となることができる。

さらに、第１支柱１７ａは、図３に示すように、排気ポート４１の分岐部５５から底壁１５方向に延伸するときには、底壁１５に設けられた冷却水導入口５７の位置を避けるように、冷却水導入口５７の外周側に接続している。このように、第１支柱１７ａの上端部は第１梁部材４９の中央部に、下端部は底壁１５に連結している。

冷却水導入口５７は、シリンダブロック３を冷却した冷却水が、上部のシリンダヘッド１へ導入する導入口であり、シリンダヘッド１の底壁１５に開口されている。さらに、この冷却水導入口５７は、ガスケット７の燃焼室２９に臨む環状のボアシール部７ａが位置する外周側に隣接し、ボアシール部７ａの形状に沿って円弧形状に開口している（図２）。

そして、その円弧形状の冷却水導入口５７には、該冷却水導入口５７をシリンダ２７の径方向に伸びて横断して、該冷却水導入口５７を周方向に分割する導入口ブリッジ５９が設けられている。
該導入口ブリッジ５９の径方向外側に位置してシリンダ２７の軸方向に伸びる前記第１支柱１７ａが配設される。

また、図５より、第１支柱１７ａの周方向の幅Ｗ１は、冷却水導入口５７を周方向に分割する導入口ブリッジ５９の周方向の幅Ｗ２より大きく形成されており、冷却水導入口５７からの冷却水に対して、導入口ブリッジ５９の外周側に設けられていても、支柱の周方向の内周側壁面５９ａによって、冷却水導入口５７から上昇する冷却水の流れを排気ポート間通路Ｐ方向に向かわすようにできる。

このように、第１支柱１７ａをシリンダヘッドボルトボス部１１間の中間地点に立設することによって、シリンダヘッド１の剛性が向上して、シリンダヘッド下面９の上昇によって生じるガスケット７の吹き抜けを抑制できる。

特に、冷却水導入口５７が、ボアシール部７ａの外周側に形成されることで、第１支柱１７ａをボアシール部７ａの直上に配設困難な場合でも、冷却水導入口５７に設けられた導入口ブリッジ５９を介してボアシール部７ａと第１支柱１７ａとがシリンダ２７の径方向において繋がり連結する構造となるため、シリンダヘッド１のボアシール部７ａの剛性を向上できる。
従って、燃焼室２９上方に近接した位置に冷却水を導入できるため、シリンダヘッド１の冷却性能を確保しつつ、シリンダヘッド下面９の上昇によって生じるガスケット７の吹き抜けを抑制できる。

（第２支柱）
次に、第２支柱１７ｂについて、図４を参照して説明する。
図４は、図２のＢ−Ｂ線断面図であり、図４に示すように、気筒列方向のシリンダヘッドボルトボス部１１間を橋渡しして配設される第２梁部材５１の中央部に、該第２梁部材５１と一体的に形成されてシリンダヘッド１の底壁１５の方向に延伸して底壁１５に連結する第２支柱１７ｂが配設されている。このように、第２支柱１７ｂの上端部は第２梁部材５１の中央部に、下端部は底壁１５に連結している。

この第２支柱１７ｂは、図２に示すように、ガスケット７のボアシール部７ａの直上に位置するようにシリンダ２７の軸方向に伸びて設けられている。
従って、底壁１５のボアシール部７ａに相当する箇所の剛性を十分確保でき、ガスケット７の押しつけ力が確保された吹き抜けを効果的に抑制できる。

（冷却水通路）
図２、図６に示すように、分割されたそれぞれの冷却水導入口５７からシリンダヘッド１の冷却水ジャケット内に導入された冷却水は、２つの排気ポート４１、４１の間の排気ポート間通路Ｐに指向されて、該排気ポート間通路Ｐを通ってシリンダ中央部に向かって流れ、その後、２つの吸気ポート３５、３５の外側を通って、冷却水は吸気側の合流通路６１に流れて、さらに気筒列方向に流れて排出される。すなわち、各シリンダの燃焼室２９の上方を排気側から吸気側へ横断するように流れて、その後気筒列方向に排出される。

すなわち、図５（Ａ）に示すように、冷却水導入口５７は、導入口ブリッジ５９によって周方向に分割され、それぞれの冷却水導入口５７からの冷却水は、この冷却水導入口５７の外周側に第１支柱１７ａがあるため、流れが、シリンダ２７方向に指向される。

さらに、図５（Ｂ）に示すように、冷却水導入口５７を分割する導入口ブリッジ５９の断面形状は、流出方向に先細りに流線形状になっており、分割されたそれぞれの冷却水導入口５７からの冷却水が合流しやすい形状となっている。

また、図５（Ｃ）に示すように、冷却水導入口５７のシリンダ方向の角部が曲面形状となっており、つまり角Ｒ形状となっており、さらに、冷却水導入口５７の中央側の導入口ブリッジ５９が設置された方が大きいＲ形状（図６（Ｃ）のＥ−Ｅ断面形状がＲ１、Ｅ'−Ｅ'断面形状がＲ２、Ｒ２＞Ｒ１）となっており、分割されたそれぞれの冷却水導入口５７、５７からの冷却水は集るように方向付けされており、導入した冷却水が合流しやすい形状となっている。

また、冷却水導入口５７からの冷却水の導入方向であるシリンダ軸方向の上側に形成されるシリンダヘッド１の壁面に、冷却水を排気ポート間に向わせるように湾曲形状に覆う湾曲天井部６２が形成されることで、冷却水導入口５７から上昇して流入する冷却水流れ確実に排気ポート間通路Ｐ側に向かわせることができる。

このように、排気弁側に形成された冷却水導入口５７からシリンダヘッド１内に導入された冷却水は、導入口ブリッジ５９、第１支柱１７ａによって、排気ポート間に向かわして、吸気ポート３５側に流すため、冷却水流れの促進による冷却性能の確保とともに、シリンダヘッド１の高剛性化との両立を図ることができる。

本発明によれば、エンジンのシリンダヘッドの剛性低下を抑制しつつ同時に２排気弁の弁間部分の冷却効果を高めることができるので、エンジンのシリンダヘッド構造への利用に適している。

１ シリンダヘッド
３ シリンダブロック
７ ガスケット
７ａ ボアシール部
９ シリンダヘッド下面
１１ シリンダヘッドボルトボス部
１５ 底壁
１７ａ 第１支柱（支柱）
１７ｂ 第２支柱（支柱）
２３ 冷却水ジャケット（冷却水室）
２７ シリンダ
２７ａ ライナ部
２９ 燃焼室
３３ 中央ボス部
３５ 吸気ポート
４１ 排気ポート
４９ 第１梁部材（梁部材）
５１ 第２梁部材（梁部材）
５５ 分岐部
５７ 冷却水導入口（導入口）
５９ 導入口ブリッジ（ブリッジ）
６１ 合流通路
６２ 湾曲天井部
Ｐ 排気ポート間通路（ポート間冷却水通路）

Claims (5)

1. シリンダブロックに固定されるシリンダヘッドにおいて、
   前記シリンダブロックのシリンダ部に対応して配置される燃焼室と、
   前記燃焼室に配置される少なくとも２つの排気ポートと、
   前記２つの排気ポート間を前記冷却水で冷却するポート間冷却水通路と、
   前記ポート間冷却水通路を含む冷却水室と、
   前記シリンダブロックから前記冷却水室へ冷却水を導入する導入口と、
   前記冷却水室中に前記導入口の外周に沿って配置され、前記冷却水室の中を前記シリンダ軸方向に延びて前記ポート間冷却水通路に前記冷却水を誘導する支柱と、
   を有することを特徴とするシリンダヘッド。
2. 前記導入口は、該導入口を周方向に２つに分割するブリッジが設けられ、前記ブリッジの外周が前記支柱と繋がることを特徴とする請求項１に記載のシリンダヘッド。
3. 前記支柱の前記シリンダの周方向に対応する幅が、前記ブリッジの前記シリンダの周方向に対応する幅より大きく形成されることを特徴とする請求項２に記載のシリンダヘッド。
4. 前記導入口から導入される冷却水を排気ポート間に向わせるように前記導入口の上方を湾曲形状によって覆う湾曲天井部が形成されることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のシリンダヘッド。
5. 前記シリンダヘッドは前記シリンダブロックとシリンダヘッドボルトで固定され、
   前記支柱は、その端部が前記シリンダヘッドボルトボス部間を橋渡すように形成された梁部材のほぼ中央部に連結されることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のシリンダヘッド。
   

Images