JP3601119B2 - エンジンのシリンダヘッド構造 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンのシリンダヘッド構造の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】
渦流室または予燃焼室を備えた副室式ディーゼルエンジンが実用に供されている。例えば特開平5−118251号には、シリンダヘッドの一方の側面からほぼ平行に延びる吸気ポートおよび排気ポートと、副両ポート間を区画する壁部の延長線上に設けられた副室と、この副室に向かって延びる冷却水通路とを備えた副室式直列4気筒ディーゼルエンジンのシリンダヘッド構造が開示されている。
【0003】
図7は、上述した公報に記載された従来のシリンダヘッド構造の1気筒分を示す横断面図であり、図8は、図7のVIII−VIII線に沿った縦断面図である。
【0004】
このシリンダヘッド10の吸気ポート1および排気ポート2は、その上流端がシリンダヘッド10の一方の側面10aに開口し、この側面10aから、図7に示す平面視状態で、すなわち、シリンダヘッド10の底面10bとほぼ垂直な方向から見て、ほぼ平行に延びる態様で斜め下方へ延び、下流端がシリンダヘッド10の底面10bに開口している。1a,2aは、吸気ポート1および排気ポート2のスロート開口縁をそれぞれ示す。副室3は、吸気ポート1と排気ポート2との間に存在する壁部4の延長線上において、シリンダヘッド10の他方の側面10cに近接した位置に設けられ、副室3内には、図8に示すように、シリンダヘッド10の底面10b側からインサート金具5(図7には省略されている)が挿入され、さらに燃料噴射弁6とグロープラグ7とが上方側から取り付けられている。
【0005】
吸気ポート1および排気ポート2を形成する壁部の外壁面8,9と、副室3を形成する壁部11の外壁面11aと、シリンダヘッド10の他方の側面10c側の壁部12との間の空間は、ウォータジャケット13を形成しており、このウォータジャケット13はシリンダヘッド10の長手方向(図7の上下方向)に延びている。そして、シリンダヘッド10の底面10bに比較的近接した部位において吸気ポート1と排気ポート2との間に存在する壁部4内には、ポート開口側のシリンダヘッド側面10aからシリンダヘッド10の底面10bに沿って副室3に向かうキリ孔が開けられて、冷却水通路14が形成されている。
【0006】
キリ孔の先端Aは、副室3を形成する壁部11の外壁面11aの近傍に達しており、上記冷却水通路14は、キリ孔の先端Aからポート開口側のシリンダヘッド側面10a側において上方に開口して、ウォータジャケット13に連通する冷却水吐出口16が形成されている。また、冷却水通路14を形成するキリ孔は、ポート開口側のシリンダヘッド側面10a側の端部においてプラグ17によって閉塞されるとともに、冷却水通路14に対する冷却水供給口18がシリンダヘッド10の底面10bに開けられている。
【0007】
冷却水吐出口16のポート開口側面10a側の壁面16aから、副室3を形成する壁部11の外壁面11aの間に延びる比較的長さの短い凹溝19が、シリンダヘッド10の鋳造工程で形成されており、凹溝19の底面19aは、上記キリ孔の底面14aよりも高い位置に設定されて、凹溝19の底面19aがキリ孔によって切削されるようになっている。
【0008】
冷却水吐出口16から吐出される冷却水は、副室3を形成する壁部11の外壁面11aに沿って上方へ流れ、副室3の壁部11を効果的に冷却するように構成されている。
【0009】
一方、比較的長さの短い凹溝19を隔てて副室3の外壁面11aと対向する、冷却水吐出口16のポート開口側面10a側の壁面16a、すなわち、冷却水通路14の上方を覆う壁部4の副室3側の端面は、図7に示すように平面視状態で、ほぼ直線状に形成されて、吸気ポート1および排気ポート2の壁部8,9間を接続している。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図7および図8に示す従来のシリンダヘッド10では、上述のように、冷却水通路14を形成するキリ孔を、その先端Aが副室3の外壁面11aの近傍に達する位置まで形成するとともに、冷却水吐出口16のポート開口側面10a側の壁面16aと副室3の壁部11の外壁面11aとの間隔を比較的短い距離に設定して、冷却水吐出口16から吐出される冷却水を副室3の外壁面11aに沿って上方へ流すことにより、副室3の壁部11が効果的に冷却されるようにしいるが、このような従来の構成には、2つの問題点が存在する。
【0011】
第1の問題点は、このような構成の場合、冷却水通路14を流れてきた冷却水がそのまま直進して、副室3の外壁面11aに当接し、副室3の壁部11が局所的に冷却されるという点である。この副室3の冷却水が直接当接する箇所の外壁面11aの内側の壁面は、図8から明らかなように、燃料噴射弁6から噴射される燃料が当接する位置になっているので、エンジンの冷間時には、この部分の温度が低くなり過ぎて失火が生じるという不都合を生じる。
【0012】
第2の問題点は、冷却水吐出口16のポート開口側面10a側の壁面16aが、ほぼ直線状をなしていて吸気ポート1および排気ポート2の壁面8,9間に不連続的に接続されているために、この接続部において急激な断面変化が生じて、ここに応力が集中することになり、特に大きい熱負荷がかかる過給機付きエンジンにおいては、壁面16aと排気ポート2の壁面との接続部にクラックが発生し易いという点である。
【0013】
上述の事情に鑑み、本発明は、冷間時における失火防止と、熱負荷によるクラック発生の防止とを図ったエンジンのシリンダヘッド構造を提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上流端がともにシリンダヘッドの一方の側面に開口し、該側面からほぼ平行に延びて下流端がシリンダヘッドの底面に開口する吸気ポートおよび排気ポートと、これら両ポート間に存在する壁部の延長線上に設けられた副室とを備え、シリンダヘッドのポート開口側面から副室に向かって冷却水通路形成用のキリ孔が開けられ、少なくともこのキリ孔の先端からポート開口側面側に亘って上方に開口する冷却水吐出口が形成されてなるエンジンのシリンダヘッド構造において、
上記キリ孔の先端が、シリンダヘッドの底面に対しほぼ垂直の方向から見て、両ポートのスロート開口縁の副室側部分を結ぶ接線よりもシリンダヘッドのポート開口側面側に位置してなることを特徴とするものである。
【0015】
その場合、上記冷却水吐出口のポート開口側面側の壁面から副室を形成する壁部の外壁面に亘って延びる凹溝が、吸気ポートおよび排気ポートをそれぞれ形成する壁部の外壁面と、副室を形成する壁部の外壁面と、シリンダヘッドの上記ポート開口側面と反対側の壁部と、の間の空間に形成されるウォータジャケットの底面から掘り下げて形成され、この凹溝の底面が上記キリ孔によって切削される高さに設定され、上記キリ孔先端によって上記凹溝の底面の途中に上記副室側が高くなった段差部が形成されることにより、上記冷却水通路を流れてきた冷却水が上記段差部によって上方へ偏向される。
【0016】
また、上記冷却水吐出口のポート開口側面側の壁面が、鋳型によって形成可能な最小曲率半径よりも大きい曲率半径を有しかつ上記ポート開口側面側に凹んだ曲面もって両ポートの壁面間を連続的に接続していることが好ましい。
【0017】
さらに、上記冷却水吐出口のポート開口側面側の壁面が、シリンダヘッドの底面に対しほぼ垂直の方向から見て、両ポートのスロート開口縁の各中心間を結ぶ直線と、各中心からそれぞれその半径の1/2の距離だけポート開口側面側とは反対側にとった点間を結ぶ直線との間の領域に介入していることが好ましい。
【0018】
このシリンダヘッド構造は過給機付きエンジンに適用することができる。
【0019】
【発明の効果】
本発明によれば、キリ孔の先端が、シリンダヘッドの底面に対しほぼ垂直の方向から見て、両ポートのスロート開口縁の副室側を結ぶ接線よりもシリンダヘッドのポート開口側面側に位置しているため、冷却水吐出口から吐出される冷却水が副室の外壁面に達する手前から上方のウォータジャケットに向かって流れるから、副室の壁部が局所的に冷却されることがなくなり、エンジン冷間時の失火を防止することができる。
【0020】
特に、冷却水吐出口のポート開口側面側の壁面から副室を形成する壁部の外壁面に亘って延びる凹溝が、吸気ポートおよび排気ポートをそれぞれ形成する壁部の外壁面と、副室を形成する壁部の外壁面と、シリンダヘッドの上記ポート開口側面と反対側の壁部と、の間の空間に形成されるウォータジャケットの底面から掘り下げて形成され、この凹溝の底面が上記キリ孔によって切削される高さに設定されている場合は、凹溝によって冷却水吐出口の開口面積が拡大されるとともに、キリ孔先端によって凹溝の底面の途中に副室側が高くなった段差部が形成されることにより、冷却水通路を流れてきた冷却水が上記段差部によって上方へ偏向されることになる。したがって、副室の壁部へ向かって直進する冷却水の量が減少し、副室の壁部の局所的な冷却抑制効果が促進される。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
【0022】
図1は、本発明の実施に好適な過給機付き直列4気筒ディーゼルエンジンの概略的な全体構成図、図2は、本発明によるシリンダヘッド構造の1気筒分を示す横断面図、図3は、図2のIII−III線に沿った縦断面図、図4は図2のIV−IV線に沿った縦断面図、図5は図2のV−V線に沿った縦断面図、図6は図2の要部の拡大平面図である。
【0023】
図1において、エンジンEは4個の気筒21を有し、そのシリンダヘッド20の一方の側面20aには、吸気マニホールド22および排気マニホールド23が取り付けられている。排気マニホールド23に接続された排気通路24には、ターボ過給機25のタービン26が介設され、このタービン26によって駆動されるコンプレッサ27が吸気通路28に介設されている。そして、コンプレッサ27よって圧縮された吸気は、インタークーラ29によって冷却されて吸気マニホールド22に供給されるように構成されている。
【0024】
図2および図3は、それぞれ前述した図7および図8に対応するもので、改良箇所を除いて、ほぼ同様の構成を有するため、対応する部位には同一符号を付してある。
【0025】
このシリンダヘッド20の吸気ポート1および排気ポート2も、その上流端がシリンダヘッド20の一方の側面、すなわち、吸気マニホールド22および排気マニホールド23が取り付けられる側面20aに開口し、この側面20aから、図2に示す平面視状態で、すなわち、シリンダヘッド20の底面20bとほぼ垂直な方向から見て、ほぼ平行に延びる態様で斜め下方へ延び、図4および図5に示すように、下流端がシリンダヘッド20の底面20bに開口している。吸気ポート1および排気ポート2のスロート開口縁はそれぞれ1a,2aで示してあるが、図5のみは、吸気ポート1のスロート開口縁1aにバルブシート30が取り付けられた状態である。副室3は、吸気ポート1と排気ポート2との間に存在する壁部4の延長線上において、シリンダヘッド20の他方の側面20cに近接した位置に設けられ、副室3内には、図3に示すように、シリンダヘッド20の底面20b側からインサート金具5が挿入され(図2には省略されている)、さらに燃料噴射弁6とグロープラグ7とが上方から取り付けられている。
【0026】
吸気ポート1および排気ポート2をそれぞれ形成する壁部の外壁面8,9と、副室3を形成する壁部11の外壁面11aと、シリンダヘッド20の他方の側面20c側の壁部12との間の空間は、ウォータジャケット13を形成しており、このウォータジャケット13はシリンダヘッド20の長手方向(図2の上下方向)に延びている。そして、シリンダヘッド20の底面20bに比較的近接した部位において吸気ポート1と排気ポート2との間に存在するる壁部4内には、ポート開口側のシリンダヘッド側面20aからシリンダヘッド20の底面20bに沿って副室3に向かうキリ孔が開けられて、冷却水通路14が形成されている。
【0027】
この冷却水通路14は、キリ孔の先端Aを中心にして、先端Aから副室3側および先端Aからポート開口側のシリンダヘッド側面20a側で上方に開口して、ウォータジャケット13に連通する冷却水吐出口16が形成されている。また、冷却水通路14を形成するキリ孔は、ポート開口側のシリンダヘッド側面20a側の端部においてプラグ17によって閉塞されているとともに、冷却水通路14に対する冷却水供給口18がシリンダヘッド20の底面20bに開けられている。
【0028】
図7および図8に示した従来のシリンダヘッド10に対して、図2〜図6に示す本実施例のシリンダヘッド20における第1の改良点は、キリ孔の先端Aが、副室3の外壁面11aの近傍に達する手前で止まっている点である。
【0029】
すなわち、図2および図6から明らかなように、キリ孔の先端Aは、吸気ポート1および排気ポート2のスロート開口縁1a,2aの副室3側部分を結ぶ接線L1よりも右側、つまり接線L1よりもシリンダヘッド20の吸気ポート1および排気ポート2が開口している側面20a側に位置しており、キリ孔の先端Aと副室3の外壁面11aとの間に所定の間隔が介在している。
【0030】
そして、吸気ポート1および排気ポート2の壁面8,9間を接続している、冷却水吐出口16のポート開口側面20a側の壁面16aが、従来のものよりもポート開口側面20a側(図2,図3および図6の右側)寄りにポート開口側面20a側に凹んだ態様で形成されており、図6に示すように、吸気ポート1および排気ポート2の開口縁1a,2a(直径d1,d2)の各中心O1,O2間を結ぶ直線L2と、これら各中心O1,O2からそれぞれ開口縁1a,2aの半径r1,r2の1/2の距離だけポート開口側面20a側とは反対側(図6の左側)にとった点P1,P2間を結ぶ直線L3との間の領域B内に介入している。
【0031】
また、これに伴って、冷却水吐出口16のポート開口側面20a側の壁面16aから副室3の外壁面11aに亘って、従来のものよりも長い凹溝19がシリンダヘッド20の鋳造工程で形成されており、凹溝19の底面19aは、上記キリ孔の底面14aよりも高い位置に設定されて、凹溝19の底面19aの一部がキリ孔によって切削されるようになっている。したがって、凹溝19の底面19aには、副室3側が高くなった段差部15が形成されている。
【0032】
このような構成によって、冷却水吐出口16の開口面積が拡大されるとともに、冷却水通路14を流れてきた冷却水が、凹溝19の底面19aの途中に形成されている段差部15によって上方へ偏向されて、ウォータジャケット13側に流れるから、冷却水の副室3の壁部11へ向かって直進する水量が減少して、副室3の壁部11が局所的に冷却されることがなくなり、エンジン冷間時の失火を防止することができる。
【0033】
第2の改良点は、図2および図6から明らかなように、冷却水吐出口16のポート開口側面20a側の壁面16aがシリンダヘッド20のポート開口側面20a側に凹んだ連続した曲面に形成されて吸気ポート1および排気ポート2の壁面8,9間を接続している点である。この壁面16aの曲率半径は、鋳型(中子)によって形成可能な最小曲率半径(3R〜4R程度)よりも大きい7R〜8R程度に設定される。
【0034】
このように、冷却水吐出口16のポート開口側面20a側の壁面16aが、連続した曲面をもって吸気ポート1および排気ポート2の壁面8,9間を接続していることにより、急激な断面変化がなくなり、大きい熱負荷がかかる過給機付きエンジンにおいても、冷却水吐出口16のポート開口側面20a側の壁面16aと排気ポートの壁面9との接続部にクラックが発生するおそれを回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施に好適な過給機付き直列4気筒ディーゼルエンジンの概略的な全体構成図
【図2】本発明によるシリンダヘッド構造の1気筒分を示す横断面図
【図3】図2のIII−III線に沿った縦断面図
【図4】図2のIV−IV線に沿った縦断面図
【図5】図2のV−V線に沿った縦断面図
【図6】図2の要部の拡大平面図
【図7】従来のシリンダヘッド構造の1気筒分を示す横断面図
【図8】図7のVIII−VIII線に沿った縦断面図
【符号の説明】
1 吸気ポート
1a 吸気ポートのスロート開口縁
2 排気ポート
2a 排気ポートのスロート開口縁
3 副室
6 燃料噴射弁
7 グロープラグ
8 吸気ポートの壁面
9 排気ポートの壁面
10,20 シリンダヘッド
11 副室の壁部
13 ウォータジャケット
14 冷却水通路(キリ孔)
15 段差部
16 冷却水吐出口
16a 冷却水吐出口の壁面
19 凹溝
19a 凹溝の底面
Claims (2)
- 上流端がともにシリンダヘッドの一方の側面に開口し、該側面からほぼ平行に延びて下流端がシリンダヘッドの底面に開口する吸気ポートおよび排気ポートと、該両ポート間に存在する壁部の延長線上に設けられた副室とを備え、上記シリンダヘッドのポート開口側面から上記副室に向かって冷却水通路形成用のキリ孔が開けられ、少なくとも該キリ孔の先端から上記ポート開口側面側に亘って上方に開口する冷却水吐出口が形成されてなるエンジンのシリンダヘッド構造において、
上記キリ孔の先端が、上記底面に対しほぼ垂直の方向から見て、上記両ポートのスロート開口縁の副室側部分を結ぶ接線よりも上記ポート開口側面側に位置し、
上記冷却水吐出口の上記ポート開口側面側の壁面から上記副室を形成する壁部の外壁面に亘って延びる凹溝が、吸気ポートおよび排気ポートをそれぞれ形成する壁部の外壁面と、副室を形成する壁部の外壁面と、シリンダヘッドの上記ポート開口側面と反対側の壁部と、の間の空間に形成されるウォータジャケットの底面から掘り下げて形成され、該凹溝の底面が上記キリ孔によって切削される高さに設定され、
上記キリ孔先端によって上記凹溝の底面の途中に上記副室側が高くなった段差部が形成されることにより、上記冷却水通路を流れてきた冷却水が上記段差部によって上方へ偏向されることを特徴とするエンジンのシリンダヘッド構造。 - 上記冷却水吐出口の上記ポート開口側面側の壁面が、上記底面に対しほぼ垂直の方向から見て、上記両ポートのスロート開口縁の各中心間を結ぶ直線と、上記各中心からそれぞれその半径の1/2の距離だけ上記ポート開口側面側とは反対側にとった点間を結ぶ直線との間の領域に介入してなることを特徴とする請求項1に記載のエンジンのシリンダヘッド構造。
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