JP3601077B2 - エンジンのシリンダヘッド - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はエンジンを構成するシリンダヘッドに関し、特に燃料噴射ノズルあるいは点火プラグを中心としてこれの周囲に吸気バルブ孔と排気バルブ孔からなる孔の集合体が位置された部分を効果的に冷却することができるシリンダヘッドの冷却構造を提供するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図６はエンジンのシリンダヘッドの平断面図を示すもので、上半分に吸気ポートと排気ポートを含む面を、そして下半分に吸・排気バルブ孔を通る面の平断面図をそれぞれ示している。また、図２は図６のＢ−Ｂ断面を、図３は図６のＡ−Ａ断面をそれぞれ示している。
【０００３】
図５に示すように、多気筒エンジンのシリンダヘッド１には、各気筒に対応して吸気バルブ孔３ａ、排気バルブ孔５ａ、及びこれらに連通する吸気ポート２、排気ポート６ならびに燃料噴射ノズル（点火プラグ）取付け孔４が形成されると共に、これらを取り囲んで冷却水ジャケット８が形成されている。
一方、冷却水ジャケット８の底壁１ｃには、シリンダボデイの冷却水ジャケット（不図示）に連通し、このシリンダボデイからシリンダヘッド１へ冷却水を導く給水孔９が形成されている。また、シリンダヘッドの長手方向の一端側壁１ａには、冷却水ジャケット８内の冷却水をラジエータへ送り出すための冷却水パイプ（不図示）に接続される排水孔１１が開口されている。
【０００４】
即ち、冷却水はシリンダボデイを冷却した後に給水孔９を通ってシリンダヘッド１側の冷却水ジャケット８に導入され、このシリンダヘッド１を冷却した後に排水孔１１からラジエータに送り出され、ここで熱交換（冷却）された後に冷却水ポンプ（不図示）によって再びシリンダボデイ側へ圧送されてエンジン内を循環しながら冷却するようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
シリンダヘッド１の中で、最も熱負荷の高くなる部分はバルブ孔間、即ち図６に示すように１気筒当たり４つのバルブを備えたエンジンにおいては、吸気バルブ孔３ａ同士の間、排気バルブ孔５ａ同士の間、更に吸気バルブ孔３ａと排気バルブ孔５ａとの間のバルブ孔が集合している部分である。この傾向は、勿論、２バルブ／１気筒のエンジンでも同様である。
【０００６】
このような理由からバルブ孔間には多量の冷却水を流す必要があるが、近年はエンジンの高出力化に伴い、各バルブの径は大径化され、また、バルブ孔近傍には燃料噴射ノズルの取付孔４等が形成されるため、これらのバルブ孔間（星印：α、β、γ）は狭く形成されており、従って、冷却水を効果的に流すことは極めて困難な状態である。
【０００７】
ところで、シリンダヘッド（冷却水ジャケット８）の底壁１ｃには、前記した給水孔９の他にこのシリンダヘッド１の長手方向にエア抜き孔１０ａ、１０ｂが開口されている。これらのエア抜き孔１０ａ、１０ｂは、エンジン組立て時において、シリンダヘッド１とシリンダボデイの組付け後、冷却水ジャケットに冷却水を注水する際にシリンダボデイの冷却水ジャケットに溜っていたエアの抜けを良くするために用いられるものである。
【０００８】
図６に示したシリンダヘッド１においては、吸気ポート２側の側壁１ａ及び排気ポート６側の側壁１ｂに沿って、それぞれ４〜５個の小孔が開口してある。これらのエア抜き孔１０ａ、１０ｂが本来の目的であるエア抜きのために機能するのは、エンジン組立後、あるいはエンジンの整備（冷却水の交換等）後に冷却水を注水する時だけであり、通常は給水孔９と同様に冷却水の給水孔として機能している。
【０００９】
一方、冷却水の排水孔１１は、エンジンの長手方向の寸法を抑えることや、エンジンに取付く補機との関係から図６のようにシリンダヘッドの長手方向の一端部側壁に開口せざるを得ない設計上の制約がある。
前記のように冷却水の導入経路が形成されているエンジンを運転した場合には、給水孔９とエア抜き孔１０ａ、１０ｂを通じてシリンダボデイ側から冷却水ジャケット８に冷却水が供給されるが、その大部分はバルブ孔３ａ、５ａ間には流れることが少なく、シリンダヘッド１の側壁１ａ、１ｂにそって流れることが確認されている。これは、特に排水孔１１を形成した側で顕著であり、図６に示すようにエア抜き孔１０ａから流入した冷却水の略全量が直接に排水孔１１へ向かって流れていく。しかも、この流れは、かなり大流量の流れとなるため、給水孔９や他の側壁１ｂ側のエア抜き孔１０ｂから流入する冷却水を吸引するように作用する。従ってバルブ孔３ａ、５ａ間への冷却水の流れはますます阻害されることになり、バルブ孔３ａ、５ａ間の冷却が不足する。その結果、シリンダヘッド１の下面に亀裂を生じるなど、重大な不具合が発生することになる。
【００１０】
そこで弁間部分あるいは弁軸穴部分の冷却不良の問題を解決する方法はいろいろと提案されているが、その一つとして実開昭６４−５１７２８号公報によって冷却水を一方向に流すようにすると共にシリンダヘッド部分に放熱フインを設けた装置が提案されているが、この技術は前記弁間部分を積極的に冷却する手段を開示するものではない。
【００１１】
また、実開昭６１−９９６５２号公報によってシリンダヘッド下面上方に冷却水の外周通路を形成するとともに、この外周通路を排気側通路とその他の通路とに通路隔壁で仕切った構造を提案している。しかし、この構造は多数のシリンダを配列したエンジンには直ちに適用できるものを提案しておらず、特に熱が大量に伝わり易い弁間部分に通路を形成する必要があるなど、エンジン構造を煩雑化させる等の問題があり、多数のバルブを配置した最近のエンジンでは対応できなくなっている。
【００１２】
本発明は燃料噴射弁あるいは点火プラグ等を中心とし、その周囲に複数のバルブ配置したシリンダを多数配列し、一方に排気ポートを、他方に吸気ポートをそれぞれ配置したエンジンにおいて、特にバルブ孔部分に積極的に冷却水を供給してこの部分の冷却を効率的に行う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ものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための本発明に係るエンジンのシリンダヘッド２０は、冷却水ジャケット８内に吸・排気バルブ孔３ａ，５ａを配置し、前記冷却水ジャケット８とシリンダヘッド２０の外部とを連通する排水孔１１をシリンダヘッドの側壁１ａの一端部に開口すると共に、この側壁１ａに沿い、冷却水ジャケット８に開口してシリンダブロックの冷却水ジャケットに連通する給水孔１０ａをシリンダ底壁１ｃに形成したエンジンのシリンダヘッド２０であって、前記排水孔１１が開口されている側の側壁１ａと、前記排水孔１１の近傍で、且つ、冷却水の流れに関して上流側のヘッドボルト７との間に隔壁２２を配置すると共に、各気筒において、前記給水孔１０ａよりの冷却水を前記吸・排気バルブ孔３ａ，５ａの回りに案内するように、各気筒の前記吸気バルブ孔３ａのうち前記排水孔１１から遠い側の前記吸気バルブ孔３ａの外壁２０ａと該吸気バルブ孔３ａ近傍のヘッドボルトボス７との間には隔壁２１を配置し、前記排水孔１１に近い側の前記吸気バルブ孔３ａの外壁２０ａと該吸気バルブ孔３ａ近傍のヘッドボルトボス７との間には流路２３を設けて構成されている。
【００１４】
本発明のシリンダヘッド２０の技術的思想は、吸気バルブ孔３ａと排気バルブ孔５ａと、これらのバルブ孔３ａ、５ａの中央に配置された燃料噴射ノズル孔４の集合体の、熱が集中する部分に冷却水を積極的に供給するものであるが、この集合体の周囲に配置されている給水孔９からの冷却水に付加して給水孔１０ａと１０ｂからの冷却水も効果的にその部分に流そうとするものである。
【００１５】
問題は、給水孔１０ａ、１０ｂがシリンダヘッド２０の側壁１ａと１ｂの近傍に配置されている関係で、ストレートな流路を形成し易いことである。このストレートな流路が形成されると、この流路を流れる冷却水が多くなって大きな流れを形成する。大きな流れが形成されると給水孔９から流入する冷却水が本来の流れ方向を変向して前記集合体の部分に向かわなくなるので、これを回避するために給水孔１０ａより流入する冷却水を積極的に集合部分に向かわせるように流路を形成したものである。
【００１６】
この流路は吸気バルブ孔３ａや、このバルブ孔３ａの近傍に配置されている部材、好ましくはヘッドボルトボス７を利用して壁面を形成してこの壁面によって冷却水の流路を制限するものである。
【００１７】
【作 用】
図１及び図５に示す如く、排水孔１１が開口されている側の側壁１ａと、この排水孔１１の近傍のヘッドボルトボス７との間に隔壁２２を設け、更に各気筒の吸気バルブ孔３ａ（吸気ポート２）のうち排水孔１１から遠い側の吸気バルブ孔３ａの外壁２０ａと、この吸気バルブ孔３ａ近傍のヘッドボルトボス７との間に隔壁２１を夫々形成している。
【００１８】
従って、給水孔１０ａから流入した冷却水Ｗａは第２ジャケット部８ｂを通じて排水孔１１へ向かって直接に流れるのを隔壁２１によって阻止する。更に給水孔９と１０ｂから流入した冷却水Ｗは吸気バルブ孔３ａの外壁２０ａとヘッドボルトボス７との間を結ぶ隔壁２１によって阻止される。従って、行き場を失なった冷却水Ｗはバルブ孔３ａ及びバルブ５ａ間へ流れ込みバルブ孔間（図５に星印のα、β、γで示す）の冷却性が格段に向上させることができる。
【００１９】
【実 施 例】
次に図面を参照して本発明の実施例を説明する。
図１は、図６に示した改善前のエンジンのシリンダヘッド１を基本構造としてこれに改良を加えたシリンダヘッド２０を示しており、同一の断面部分を示すとともに同一の符合は同一の部品をそれぞれ示している。
【００２０】
本発明は片側の吸気側〔Ｓ〕に吸気ポート２を、他方の排気側〔Ｅ〕に排気ポート６を配置し、一方の側壁１ａの端部に排水孔１１を開口している。そして前記側壁１ａ側に吸気バルブ孔３ａを、対向する側壁１ｂ側に排気バルブ孔５ａをそれぞれ配置し、更にこれらのバルブ孔３ａ、５ａの中央部に燃料噴射ノズル取付孔４を配置してこれらの孔で一つの集合体を形成している。
【００２１】
図２は図１におけるＢ−Ｂ断面を、図３は同Ａ−Ａ断面を示しており、前記吸気バルブ孔３ａの上方にはバルブステム孔３が設けられ、更に排気バルブ孔５ａの上方にはバルブステム孔５が設けられ、これらの吸・排気バルブを囲むように冷却水ジャケット８が設けられている。また、このジャケット８にはシリンダボデイに設けた冷却水ジャケットに連通するエア抜き孔を兼用する冷却水の給水孔１０（１０ａ，１０ｂ）が開口されている。
【００２２】
前記吸気バルブ孔３ａの外壁２０ａと、この外壁２０ａの近傍に形成されている部材、この実施例においてはヘッドボルトボス７と外壁２０ａとの間を隔壁２１で連結して給水孔９から側壁２０ｂの近傍を通って側壁１ａの近傍へショートパスする通路を閉鎖している。
また、側壁１ａの端部に開口されている排水孔１１の近傍のヘッドボルトボス７と側壁１ａとの間を隔壁２２を設けて給水孔１０ａが配列されている第２ジャケット部８ｂ側に形成した流路の端部を閉鎖している。
【００２３】
この隔壁２１の位置は、吸気バルブ孔３ａの近傍にジャケット８内に突出するように設けてある部材、この実施例においては吸気バルブ孔３ａとヘッドボルトボス７を利用し、これらの間を隔壁２１で閉鎖して吸気バルブ孔３ａの近傍に配置されている給水孔９より流出する冷却水の流れをこの吸気バルブ孔３ａと排気バルブ孔５ａの外壁２０ａに向かわせるようにすることが必要である。
【００２４】
前記のように隔壁２１を吸気バルブ孔３ａ側に設けることによってジャケット８はシリンダヘッド２０の長手方向に沿って第１ジャケット部８ａと第２ジャケット部８ｂとに大まかに分割されることになる。
つまり、第１ジャケット部８ａと第２ジャケット部８ｂとは、シリンダヘッド２０の長手方向に沿って平行しており、しかもこれらの間は所々が流路２３で連結され、しかもこの流路２３はシリンダブロックに連通する給水孔９の直近に位置して構成されている。このことは、給水孔１０ａより供給される冷却水Ｗａを流路２３を通じて熱を除去する必要があるバルブ孔３ａ，５ａの外壁２０ａに積極的に、あたかもノズルから冷却水Ｗａを噴出するようにしているのである。
【００２５】
隔壁２１と２２は、前記のようにシリンダヘッド２０に形成されているジャケット８を長手方向に、大まかに二つに分割して第１ジャケット部８ａと第２ジャケット部８ｂを形成する役目をするものであるが、これらの隔壁２１と２２とはシリンダヘッドを鋳造する際にこれと一体的に鋳造される。この隔壁２１と２２はシリンダヘッドと同一材料であっても良いし、別の材料で形成したものであっても良い。
【００２６】
前記のように吸気バルブ孔３ａ側の外壁２０ａと、この吸気バルブ孔３ａの近傍に形成されているヘッドボルトボス７との間を隔壁２１によって連結してこのヘッドボルトボス７の近傍に形成されていた流路を閉止することによって、第１ジャケット部８ａと第２ジャケット部８ｂとが流路２３を除いて分離された流路を形成している。
【００２７】
図５は本発明のシリンダヘッド２０の冷却ジャケット８内を流れる冷却水の様子を示す平面図であって、この図に示すように給水孔９より供給された冷却水Ｗは給水孔１０ａより供給される冷却水Ｗａによって方向を変えられることなく、バルブ孔３ａ、５ａの外壁２０ａの方向に向かって流れて星印で示すα、β及びγの熱が集まり易い弁間部分を積極的に冷却する。
【００２８】
また、給水孔１０ａの近傍に流路２３が開口されている関係でこの給水孔１０ａから噴出した冷却水Ｗａはこの流路２３よりバルブ孔３ａ，５ａ側へ導かれて前記冷却水Ｗと合流して前記弁間部分を効率的に冷却することができる。
図４は従来のシリンダヘッド１を使用した場合と、本発明に係るシリンダヘッド２０を使用した場合のバルブ孔間α〜γ（図１、５、６参照）の壁面温度の測定結果を示している。
【００２９】
□及び＋でプロットした点は、従来のシリンダヘッド１を測定した場合で、夫々冷却水温度が約８０℃の低温の時と約１００℃の高温の時の各測定部位の壁面温度を示す。また、○及び△でプロットした点は、本発明に係るシリンダヘッド２０を測定した場合であり、従来のシリンダヘッド１の場合と同様に、夫々冷却水温度が約８０℃の低温の時と約１００℃の高温の時の各測定部位の壁面温度を示す。この図から理解できるように、いずれの測定部位においても、また、冷却水温度の高・低によらず、本発明を適用した場合は壁面温度が低下していることが分かる。
【００３０】
前記のように、本発明に係る給水孔１０ａからの冷却水Ｗａを積極的にバルブ孔３ａ、５ａ側に案内するようにしたものは、従来の給水孔１０ａからの冷却水Ｗａが排水孔１１側に流出するものに比較して遙かに冷却効果が高く、特にバルブ間を効果的に冷却することができることが確認されいてる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明に係るシリンダヘッドは、冷却水ジャケット８内に吸・排気バルブ孔３ａ，５ａを配置し、前記冷却水ジャケット８とシリンダヘッド２０の外部とを連通する排水孔１１をシリンダヘッドの側壁１ａの一端部に開口すると共に、この側壁１ａに沿い、冷却水ジャケット８に開口してシリンダブロックの冷却水ジャケットに連通する給水孔１０ａをシリンダ底壁１ｃに形成したエンジンのシリンダヘッド２０であって、前記排水孔１１が開口されている側の側壁１ａと、前記排水孔１１の近傍で、且つ、冷却水の流れに関して上流側のヘッドボルト７との間に隔壁２２を配置すると共に、各気筒において、前記給水孔１０ａよりの冷却水を前記吸・排気バルブ孔３ａ，５ａの回りに案内するように、各気筒の前記吸気バルブ孔３ａのうち前記排水孔１１から遠い側の前記吸気バルブ孔３ａの外壁２０ａと該吸気バルブ孔３ａ近傍のヘッドボルトボス７との間には隔壁２１を配置し、前記排水孔１１に近い側の前記吸気バルブ孔３ａの外壁２０ａと該吸気バルブ孔３ａ近傍のヘッドボルトボス７との間には流路２３を設けて構成されている。
【００３２】
従って、給水孔１０ａから供給される冷却水Ｗａと給水孔９から供給される冷却水Ｗとは熱を多量に受ける吸・排気バルブ孔３ａ、５ａが集合している部分の外壁２０ａ側に導かれることから、この部分を集中的に冷却することができるのである。
前記のようにウオータージャケット８を給水孔１０ａが開口されている第２ジャケット部８ｂと、給水孔９が開口されている第１ジャケット部８ａとに分離することによって、目的とする高度に熱を受ける部分に、あたかもミサイルを打ち込むように冷却水ＷとＷａとを案内して冷却することができることから、多数のバルブを集合させたエンジンを効果的に冷却して熱応力が集中する部分をなくすことができるのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係るシリンダヘッドの平断面図であって、上半分と下半分とに位置を異ならせて切断した面を示している。
【図２】図１におけるＢ−Ｂ断面図である。
【図３】図１におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図４】従来と本発明のシリンダヘッドの冷却効果を対比して示すグラフである。
【図５】本発明のシリンダヘッドにおける冷却水の流れを示す図である。
【図６】従来のシリンダヘッドにおける冷却水の流れを示す図である。
【符合の説明】
１、２０ シリンダヘッド １ａ 壁部 １ｂ 側壁
２ 吸気ポート ３ 吸気バルブの軸孔 ３ａ 吸気バルブの軸孔
４ 燃料噴射ノズル孔（点火プラグの孔） ５ 排気バルブの軸孔
５ａ 排気バルブ孔 ７ ヘッドボルトボス
８ ジャケット ８ａ 第１ジャケット部 ８ｂ 第２ジャケット部
９ 給水口 １１ 冷却水の排出口 ２１、２２ 隔壁
２０ａ 外壁
【産業上の利用分野】
本発明はエンジンを構成するシリンダヘッドに関し、特に燃料噴射ノズルあるいは点火プラグを中心としてこれの周囲に吸気バルブ孔と排気バルブ孔からなる孔の集合体が位置された部分を効果的に冷却することができるシリンダヘッドの冷却構造を提供するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図６はエンジンのシリンダヘッドの平断面図を示すもので、上半分に吸気ポートと排気ポートを含む面を、そして下半分に吸・排気バルブ孔を通る面の平断面図をそれぞれ示している。また、図２は図６のＢ−Ｂ断面を、図３は図６のＡ−Ａ断面をそれぞれ示している。
【０００３】
図５に示すように、多気筒エンジンのシリンダヘッド１には、各気筒に対応して吸気バルブ孔３ａ、排気バルブ孔５ａ、及びこれらに連通する吸気ポート２、排気ポート６ならびに燃料噴射ノズル（点火プラグ）取付け孔４が形成されると共に、これらを取り囲んで冷却水ジャケット８が形成されている。
一方、冷却水ジャケット８の底壁１ｃには、シリンダボデイの冷却水ジャケット（不図示）に連通し、このシリンダボデイからシリンダヘッド１へ冷却水を導く給水孔９が形成されている。また、シリンダヘッドの長手方向の一端側壁１ａには、冷却水ジャケット８内の冷却水をラジエータへ送り出すための冷却水パイプ（不図示）に接続される排水孔１１が開口されている。
【０００４】
即ち、冷却水はシリンダボデイを冷却した後に給水孔９を通ってシリンダヘッド１側の冷却水ジャケット８に導入され、このシリンダヘッド１を冷却した後に排水孔１１からラジエータに送り出され、ここで熱交換（冷却）された後に冷却水ポンプ（不図示）によって再びシリンダボデイ側へ圧送されてエンジン内を循環しながら冷却するようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
シリンダヘッド１の中で、最も熱負荷の高くなる部分はバルブ孔間、即ち図６に示すように１気筒当たり４つのバルブを備えたエンジンにおいては、吸気バルブ孔３ａ同士の間、排気バルブ孔５ａ同士の間、更に吸気バルブ孔３ａと排気バルブ孔５ａとの間のバルブ孔が集合している部分である。この傾向は、勿論、２バルブ／１気筒のエンジンでも同様である。
【０００６】
このような理由からバルブ孔間には多量の冷却水を流す必要があるが、近年はエンジンの高出力化に伴い、各バルブの径は大径化され、また、バルブ孔近傍には燃料噴射ノズルの取付孔４等が形成されるため、これらのバルブ孔間（星印：α、β、γ）は狭く形成されており、従って、冷却水を効果的に流すことは極めて困難な状態である。
【０００７】
ところで、シリンダヘッド（冷却水ジャケット８）の底壁１ｃには、前記した給水孔９の他にこのシリンダヘッド１の長手方向にエア抜き孔１０ａ、１０ｂが開口されている。これらのエア抜き孔１０ａ、１０ｂは、エンジン組立て時において、シリンダヘッド１とシリンダボデイの組付け後、冷却水ジャケットに冷却水を注水する際にシリンダボデイの冷却水ジャケットに溜っていたエアの抜けを良くするために用いられるものである。
【０００８】
図６に示したシリンダヘッド１においては、吸気ポート２側の側壁１ａ及び排気ポート６側の側壁１ｂに沿って、それぞれ４〜５個の小孔が開口してある。これらのエア抜き孔１０ａ、１０ｂが本来の目的であるエア抜きのために機能するのは、エンジン組立後、あるいはエンジンの整備（冷却水の交換等）後に冷却水を注水する時だけであり、通常は給水孔９と同様に冷却水の給水孔として機能している。
【０００９】
一方、冷却水の排水孔１１は、エンジンの長手方向の寸法を抑えることや、エンジンに取付く補機との関係から図６のようにシリンダヘッドの長手方向の一端部側壁に開口せざるを得ない設計上の制約がある。
前記のように冷却水の導入経路が形成されているエンジンを運転した場合には、給水孔９とエア抜き孔１０ａ、１０ｂを通じてシリンダボデイ側から冷却水ジャケット８に冷却水が供給されるが、その大部分はバルブ孔３ａ、５ａ間には流れることが少なく、シリンダヘッド１の側壁１ａ、１ｂにそって流れることが確認されている。これは、特に排水孔１１を形成した側で顕著であり、図６に示すようにエア抜き孔１０ａから流入した冷却水の略全量が直接に排水孔１１へ向かって流れていく。しかも、この流れは、かなり大流量の流れとなるため、給水孔９や他の側壁１ｂ側のエア抜き孔１０ｂから流入する冷却水を吸引するように作用する。従ってバルブ孔３ａ、５ａ間への冷却水の流れはますます阻害されることになり、バルブ孔３ａ、５ａ間の冷却が不足する。その結果、シリンダヘッド１の下面に亀裂を生じるなど、重大な不具合が発生することになる。
【００１０】
そこで弁間部分あるいは弁軸穴部分の冷却不良の問題を解決する方法はいろいろと提案されているが、その一つとして実開昭６４−５１７２８号公報によって冷却水を一方向に流すようにすると共にシリンダヘッド部分に放熱フインを設けた装置が提案されているが、この技術は前記弁間部分を積極的に冷却する手段を開示するものではない。
【００１１】
また、実開昭６１−９９６５２号公報によってシリンダヘッド下面上方に冷却水の外周通路を形成するとともに、この外周通路を排気側通路とその他の通路とに通路隔壁で仕切った構造を提案している。しかし、この構造は多数のシリンダを配列したエンジンには直ちに適用できるものを提案しておらず、特に熱が大量に伝わり易い弁間部分に通路を形成する必要があるなど、エンジン構造を煩雑化させる等の問題があり、多数のバルブを配置した最近のエンジンでは対応できなくなっている。
【００１２】
本発明は燃料噴射弁あるいは点火プラグ等を中心とし、その周囲に複数のバルブ配置したシリンダを多数配列し、一方に排気ポートを、他方に吸気ポートをそれぞれ配置したエンジンにおいて、特にバルブ孔部分に積極的に冷却水を供給してこの部分の冷却を効率的に行う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ものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための本発明に係るエンジンのシリンダヘッド２０は、冷却水ジャケット８内に吸・排気バルブ孔３ａ，５ａを配置し、前記冷却水ジャケット８とシリンダヘッド２０の外部とを連通する排水孔１１をシリンダヘッドの側壁１ａの一端部に開口すると共に、この側壁１ａに沿い、冷却水ジャケット８に開口してシリンダブロックの冷却水ジャケットに連通する給水孔１０ａをシリンダ底壁１ｃに形成したエンジンのシリンダヘッド２０であって、前記排水孔１１が開口されている側の側壁１ａと、前記排水孔１１の近傍で、且つ、冷却水の流れに関して上流側のヘッドボルト７との間に隔壁２２を配置すると共に、各気筒において、前記給水孔１０ａよりの冷却水を前記吸・排気バルブ孔３ａ，５ａの回りに案内するように、各気筒の前記吸気バルブ孔３ａのうち前記排水孔１１から遠い側の前記吸気バルブ孔３ａの外壁２０ａと該吸気バルブ孔３ａ近傍のヘッドボルトボス７との間には隔壁２１を配置し、前記排水孔１１に近い側の前記吸気バルブ孔３ａの外壁２０ａと該吸気バルブ孔３ａ近傍のヘッドボルトボス７との間には流路２３を設けて構成されている。
【００１４】
本発明のシリンダヘッド２０の技術的思想は、吸気バルブ孔３ａと排気バルブ孔５ａと、これらのバルブ孔３ａ、５ａの中央に配置された燃料噴射ノズル孔４の集合体の、熱が集中する部分に冷却水を積極的に供給するものであるが、この集合体の周囲に配置されている給水孔９からの冷却水に付加して給水孔１０ａと１０ｂからの冷却水も効果的にその部分に流そうとするものである。
【００１５】
問題は、給水孔１０ａ、１０ｂがシリンダヘッド２０の側壁１ａと１ｂの近傍に配置されている関係で、ストレートな流路を形成し易いことである。このストレートな流路が形成されると、この流路を流れる冷却水が多くなって大きな流れを形成する。大きな流れが形成されると給水孔９から流入する冷却水が本来の流れ方向を変向して前記集合体の部分に向かわなくなるので、これを回避するために給水孔１０ａより流入する冷却水を積極的に集合部分に向かわせるように流路を形成したものである。
【００１６】
この流路は吸気バルブ孔３ａや、このバルブ孔３ａの近傍に配置されている部材、好ましくはヘッドボルトボス７を利用して壁面を形成してこの壁面によって冷却水の流路を制限するものである。
【００１７】
【作 用】
図１及び図５に示す如く、排水孔１１が開口されている側の側壁１ａと、この排水孔１１の近傍のヘッドボルトボス７との間に隔壁２２を設け、更に各気筒の吸気バルブ孔３ａ（吸気ポート２）のうち排水孔１１から遠い側の吸気バルブ孔３ａの外壁２０ａと、この吸気バルブ孔３ａ近傍のヘッドボルトボス７との間に隔壁２１を夫々形成している。
【００１８】
従って、給水孔１０ａから流入した冷却水Ｗａは第２ジャケット部８ｂを通じて排水孔１１へ向かって直接に流れるのを隔壁２１によって阻止する。更に給水孔９と１０ｂから流入した冷却水Ｗは吸気バルブ孔３ａの外壁２０ａとヘッドボルトボス７との間を結ぶ隔壁２１によって阻止される。従って、行き場を失なった冷却水Ｗはバルブ孔３ａ及びバルブ５ａ間へ流れ込みバルブ孔間（図５に星印のα、β、γで示す）の冷却性が格段に向上させることができる。
【００１９】
【実 施 例】
次に図面を参照して本発明の実施例を説明する。
図１は、図６に示した改善前のエンジンのシリンダヘッド１を基本構造としてこれに改良を加えたシリンダヘッド２０を示しており、同一の断面部分を示すとともに同一の符合は同一の部品をそれぞれ示している。
【００２０】
本発明は片側の吸気側〔Ｓ〕に吸気ポート２を、他方の排気側〔Ｅ〕に排気ポート６を配置し、一方の側壁１ａの端部に排水孔１１を開口している。そして前記側壁１ａ側に吸気バルブ孔３ａを、対向する側壁１ｂ側に排気バルブ孔５ａをそれぞれ配置し、更にこれらのバルブ孔３ａ、５ａの中央部に燃料噴射ノズル取付孔４を配置してこれらの孔で一つの集合体を形成している。
【００２１】
図２は図１におけるＢ−Ｂ断面を、図３は同Ａ−Ａ断面を示しており、前記吸気バルブ孔３ａの上方にはバルブステム孔３が設けられ、更に排気バルブ孔５ａの上方にはバルブステム孔５が設けられ、これらの吸・排気バルブを囲むように冷却水ジャケット８が設けられている。また、このジャケット８にはシリンダボデイに設けた冷却水ジャケットに連通するエア抜き孔を兼用する冷却水の給水孔１０（１０ａ，１０ｂ）が開口されている。
【００２２】
前記吸気バルブ孔３ａの外壁２０ａと、この外壁２０ａの近傍に形成されている部材、この実施例においてはヘッドボルトボス７と外壁２０ａとの間を隔壁２１で連結して給水孔９から側壁２０ｂの近傍を通って側壁１ａの近傍へショートパスする通路を閉鎖している。
また、側壁１ａの端部に開口されている排水孔１１の近傍のヘッドボルトボス７と側壁１ａとの間を隔壁２２を設けて給水孔１０ａが配列されている第２ジャケット部８ｂ側に形成した流路の端部を閉鎖している。
【００２３】
この隔壁２１の位置は、吸気バルブ孔３ａの近傍にジャケット８内に突出するように設けてある部材、この実施例においては吸気バルブ孔３ａとヘッドボルトボス７を利用し、これらの間を隔壁２１で閉鎖して吸気バルブ孔３ａの近傍に配置されている給水孔９より流出する冷却水の流れをこの吸気バルブ孔３ａと排気バルブ孔５ａの外壁２０ａに向かわせるようにすることが必要である。
【００２４】
前記のように隔壁２１を吸気バルブ孔３ａ側に設けることによってジャケット８はシリンダヘッド２０の長手方向に沿って第１ジャケット部８ａと第２ジャケット部８ｂとに大まかに分割されることになる。
つまり、第１ジャケット部８ａと第２ジャケット部８ｂとは、シリンダヘッド２０の長手方向に沿って平行しており、しかもこれらの間は所々が流路２３で連結され、しかもこの流路２３はシリンダブロックに連通する給水孔９の直近に位置して構成されている。このことは、給水孔１０ａより供給される冷却水Ｗａを流路２３を通じて熱を除去する必要があるバルブ孔３ａ，５ａの外壁２０ａに積極的に、あたかもノズルから冷却水Ｗａを噴出するようにしているのである。
【００２５】
隔壁２１と２２は、前記のようにシリンダヘッド２０に形成されているジャケット８を長手方向に、大まかに二つに分割して第１ジャケット部８ａと第２ジャケット部８ｂを形成する役目をするものであるが、これらの隔壁２１と２２とはシリンダヘッドを鋳造する際にこれと一体的に鋳造される。この隔壁２１と２２はシリンダヘッドと同一材料であっても良いし、別の材料で形成したものであっても良い。
【００２６】
前記のように吸気バルブ孔３ａ側の外壁２０ａと、この吸気バルブ孔３ａの近傍に形成されているヘッドボルトボス７との間を隔壁２１によって連結してこのヘッドボルトボス７の近傍に形成されていた流路を閉止することによって、第１ジャケット部８ａと第２ジャケット部８ｂとが流路２３を除いて分離された流路を形成している。
【００２７】
図５は本発明のシリンダヘッド２０の冷却ジャケット８内を流れる冷却水の様子を示す平面図であって、この図に示すように給水孔９より供給された冷却水Ｗは給水孔１０ａより供給される冷却水Ｗａによって方向を変えられることなく、バルブ孔３ａ、５ａの外壁２０ａの方向に向かって流れて星印で示すα、β及びγの熱が集まり易い弁間部分を積極的に冷却する。
【００２８】
また、給水孔１０ａの近傍に流路２３が開口されている関係でこの給水孔１０ａから噴出した冷却水Ｗａはこの流路２３よりバルブ孔３ａ，５ａ側へ導かれて前記冷却水Ｗと合流して前記弁間部分を効率的に冷却することができる。
図４は従来のシリンダヘッド１を使用した場合と、本発明に係るシリンダヘッド２０を使用した場合のバルブ孔間α〜γ（図１、５、６参照）の壁面温度の測定結果を示している。
【００２９】
□及び＋でプロットした点は、従来のシリンダヘッド１を測定した場合で、夫々冷却水温度が約８０℃の低温の時と約１００℃の高温の時の各測定部位の壁面温度を示す。また、○及び△でプロットした点は、本発明に係るシリンダヘッド２０を測定した場合であり、従来のシリンダヘッド１の場合と同様に、夫々冷却水温度が約８０℃の低温の時と約１００℃の高温の時の各測定部位の壁面温度を示す。この図から理解できるように、いずれの測定部位においても、また、冷却水温度の高・低によらず、本発明を適用した場合は壁面温度が低下していることが分かる。
【００３０】
前記のように、本発明に係る給水孔１０ａからの冷却水Ｗａを積極的にバルブ孔３ａ、５ａ側に案内するようにしたものは、従来の給水孔１０ａからの冷却水Ｗａが排水孔１１側に流出するものに比較して遙かに冷却効果が高く、特にバルブ間を効果的に冷却することができることが確認されいてる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明に係るシリンダヘッドは、冷却水ジャケット８内に吸・排気バルブ孔３ａ，５ａを配置し、前記冷却水ジャケット８とシリンダヘッド２０の外部とを連通する排水孔１１をシリンダヘッドの側壁１ａの一端部に開口すると共に、この側壁１ａに沿い、冷却水ジャケット８に開口してシリンダブロックの冷却水ジャケットに連通する給水孔１０ａをシリンダ底壁１ｃに形成したエンジンのシリンダヘッド２０であって、前記排水孔１１が開口されている側の側壁１ａと、前記排水孔１１の近傍で、且つ、冷却水の流れに関して上流側のヘッドボルト７との間に隔壁２２を配置すると共に、各気筒において、前記給水孔１０ａよりの冷却水を前記吸・排気バルブ孔３ａ，５ａの回りに案内するように、各気筒の前記吸気バルブ孔３ａのうち前記排水孔１１から遠い側の前記吸気バルブ孔３ａの外壁２０ａと該吸気バルブ孔３ａ近傍のヘッドボルトボス７との間には隔壁２１を配置し、前記排水孔１１に近い側の前記吸気バルブ孔３ａの外壁２０ａと該吸気バルブ孔３ａ近傍のヘッドボルトボス７との間には流路２３を設けて構成されている。
【００３２】
従って、給水孔１０ａから供給される冷却水Ｗａと給水孔９から供給される冷却水Ｗとは熱を多量に受ける吸・排気バルブ孔３ａ、５ａが集合している部分の外壁２０ａ側に導かれることから、この部分を集中的に冷却することができるのである。
前記のようにウオータージャケット８を給水孔１０ａが開口されている第２ジャケット部８ｂと、給水孔９が開口されている第１ジャケット部８ａとに分離することによって、目的とする高度に熱を受ける部分に、あたかもミサイルを打ち込むように冷却水ＷとＷａとを案内して冷却することができることから、多数のバルブを集合させたエンジンを効果的に冷却して熱応力が集中する部分をなくすことができるのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係るシリンダヘッドの平断面図であって、上半分と下半分とに位置を異ならせて切断した面を示している。
【図２】図１におけるＢ−Ｂ断面図である。
【図３】図１におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図４】従来と本発明のシリンダヘッドの冷却効果を対比して示すグラフである。
【図５】本発明のシリンダヘッドにおける冷却水の流れを示す図である。
【図６】従来のシリンダヘッドにおける冷却水の流れを示す図である。
【符合の説明】
１、２０ シリンダヘッド １ａ 壁部 １ｂ 側壁
２ 吸気ポート ３ 吸気バルブの軸孔 ３ａ 吸気バルブの軸孔
４ 燃料噴射ノズル孔（点火プラグの孔） ５ 排気バルブの軸孔
５ａ 排気バルブ孔 ７ ヘッドボルトボス
８ ジャケット ８ａ 第１ジャケット部 ８ｂ 第２ジャケット部
９ 給水口 １１ 冷却水の排出口 ２１、２２ 隔壁
２０ａ 外壁
Claims (1)
- 冷却水ジャケット８内に吸・排気バルブ孔３ａ，５ａを配置し、前記冷却水ジャケット８とシリンダヘッド２０の外部とを連通する排水孔１１をシリンダヘッドの側壁１ａの一端部に開口すると共に、この側壁１ａに沿い、冷却水ジャケット８に開口してシリンダブロックの冷却水ジャケットに連通する給水孔１０ａをシリンダ底壁１ｃに形成したエンジンのシリンダヘッド２０であって、
前記排水孔１１が開口されている側の側壁１ａと、前記排水孔１１の近傍で、且つ、冷却水の流れに関して上流側のヘッドボルト７との間に隔壁２２を配置すると共に、各気筒において、前記給水孔１０ａよりの冷却水を前記吸・排気バルブ孔３ａ，５ａの回りに案内するように、各気筒の前記吸気バルブ孔３ａのうち前記排水孔１１から遠い側の前記吸気バルブ孔３ａの外壁２０ａと該吸気バルブ孔３ａ近傍のヘッドボルトボス７との間には隔壁２１を配置し、前記排水孔１１に近い側の前記吸気バルブ孔３ａの外壁２０ａと該吸気バルブ孔３ａ近傍のヘッドボルトボス７との間には流路２３を設けたことを特徴とするエンジンのシリンダヘッド。
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