JP7471346B2 - シリンダヘッド構造 - Google Patents

Description

本発明は、シリンダブロックの上に複数の締付ボルトによって組付けられるシリンダヘッドに関するものである。

水冷式の多気筒ディーゼルエンジンなどにおいては、例えば特許文献１において開示されるように、ウォータポンプから吐出された冷却水は、シリンダブロック（シリンダ）の冷却水路に送られ、シリンダヘッドの冷却水路には、シリンダブロックの各シリンダボアの周囲の冷却水路から冷却水が上昇してくる、という構造が採られるのが一般的である。

シリンダブロックとシリンダヘッドとはガスケットを挟んで組付けられるが、シリンダとシリンダとの間、即ちシリンダボア間は幅が狭く、ガスケットの幅も必然的に狭くなるため、燃焼ガスのシール力が低下し易い。

また、シリンダヘッドにおける隣合う締付ボルトどうしの間が、冷却水路の存在による中空断面となって剛性が低下し易い面がある。特に、シリンダブロックにおける隣合うシリンダボア間を挟む一対の締付ボルトどうしの間においては（特許文献２の図４を参照）、シリンダヘッドを通じてのガスケットへの締付ボルトの軸力が伝わり辛くなり、ガスケット押付力が低下してシール力の低下を招くおそれがある。

特開２００３－９７３４７号公報 特開２０１５－１０８３４６号公報（図４）

近年の高性能化に伴い、シリンダの間隔やシリンダ径を変えずにエンジンとしての出力アップを図ると、当然ながら燃焼圧の増大を招くことになる。そのため、隣合うシリンダ間のシール力をより高める必要があるが、前述の従来技術では限界があり、さらなる工夫が求められる。

本発明の目的は、シリンダブロックとシリンダヘッド間のシール力を強化してエンジンの出力向上を図るにあたり、シリンダヘッドにおける隣合うシリンダ間の上側に位置するボア間対応部の剛性を増大させ、ボア間対応部のシール力を無理なく向上させることができるシリンダヘッド構造を提供する点にある。

(請求項１と請求項３に係る発明に共通する発明特定事項)
本発明は、シリンダヘッド構造において、
シリンダブロックの上にシリンダヘッドが複数の締付ボルトによって組付けられるシリンダヘッドに、前記シリンダブロックにおける隣合うシリンダ間の両側に配置される前記締付ボルトを通すための挿通壁と、一対の前記挿通壁の上端部どうしを繋ぐヘッド上壁と、シリンダヘッド底壁とが設けられ、
一対の前記挿通壁と、前記ヘッド上壁と、前記シリンダヘッド底壁とで囲まれたヘッド冷却水路が形成され、
前記ヘッド上壁と前記シリンダヘッド底壁とに跨り、かつ、一対の前記挿通壁を結ぶ方向に延びて前記ヘッド冷却水路を遮る状態の縦壁が、一対の前記挿通壁どうしの間に形成されている。
(請求項１に係る発明に固有の発明特定事項)
前記縦壁は、一対の前記挿通壁のいずれか一方に繋がって一体化され、
前記縦壁の前記挿通壁に繋がっていない側の端が、一対の前記挿通壁間の中央領域に存在する状態に形成されている。
(請求項３に係る発明に固有の発明特定事項)
前記縦壁で仕切られた一方の側のヘッド冷却水路と、前記縦壁の直下又は他方の側の前記シリンダヘッド底壁の底面とに跨る斜め孔状の冷却水路が、前記縦壁の下部に設けられている。

請求項２,４～９については、特許請求の範囲を参照のこと。

本発明によれば、一対の挿通壁どうしの間に縦壁が新設されているので、一対の挿通壁間の長さが大きく短縮化される（ヘッド上壁を両持ち梁と見立てた場合の梁の長さが大きく縮小される）ので、シリンダヘッドにおける隣合うシリンダ間の上側に位置するボア間対応部の強度・剛性を大きく改善することができる。

一対の挿通壁に通される締付ボルトの締付による軸力が、各挿通壁だけでなく、ヘッド上壁及びシリンダヘッド底壁を通じても導かれるようになり、縦壁の無い従来構造に比べて、前記軸力がシリンダヘッドに極力均等に伝わるようになる。従って、一対の締付ボルト間に導かれる軸力が実質的に高まり、シリンダブロックとシリンダヘッドとの間のシール性を大きく改善することが可能になる。

その結果、シリンダブロックとシリンダヘッド間のシール力を強化してエンジンの出力向上を図るにあたり、シリンダヘッドにおける隣合うシリンダ間の上側に位置するボア間対応部の剛性を増大させ、ボア間対応部のシール力を無理なく向上させることができるシリンダヘッド構造を提供することができる。

冷却水の移送構造を示すエンジンの概略の側面図 シリンダボア間の概略構造を示し、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ－Ｂ線断面図、（Ｃ）は（Ａ）のＣ－Ｃ線断面図 シリンダヘッドの平面図 図３のＺ－Ｚ線断面図（ボア間対応部分を示す横断断面図） シリンダヘッドのボア間対応部分を示す斜め上から見た一部切欠きの斜視図

以下に、本発明によるシリンダヘッド構造の実施の形態を、産業用ディーゼルエンジンの場合について図面を参照しながら説明する。なお、産業用ディーゼルエンジン（以下、エンジンと略称する）Ｅにおいては、冷却ファン１０の有る側を前、フライホイール７の有る側を後、吸気ポート３０の有る側〔吸気マニホルド（図示省略）の有る側〕）を右、排気ポート２８〔排気マニホルド（図示省略）の有る側〕を左とする。また、図５においては、従来の構造のものに縦壁２７を仮想線で追加してある。

図１に示されるように、直列４気筒（多気筒）のエンジンＥでは、シリンダブロック１の上にシリンダヘッド２が組付けられ、シリンダヘッド２の上にヘッドカバー３が組付けられ、シリンダブロック１の下にオイルパン４が組付けられている。５はクランク軸、６はピストン、７はフライホイール、８は伝動ベルト、９はウォータポンプ、１０は冷却ファン、１１はラジエータである。シリンダブロック１の上部は、ピストン６を内嵌するシリンダ部１Ａに形成されている。

このエンジンＥの冷却装置における冷却水ｗは、概略、次の記載順に流れて行く。即ち、図１に示されるように、ウォータポンプ９→シリンダブロック１のシリンダ部１Ａ→シリンダヘッド２→サーモスタット１２→上手ホース１３→ラジエータ１１→下手ホース１４→ウォータポンプ９である。また、冷却水ｗの一部は、シリンダヘッド２から専用ルートの供給路１５でオイルクーラ１６を冷やし、その後は排出路１７を通ってウォータポンプ９に戻る経路も備えている。

前方からシリンダ部１Ａに入る冷却水ｗは、基本は後方に流れながらも各シリンダ１ａ毎に上方へも流れる。従って、シリンダヘッド２のウォータジャケットであるヘッド冷却水路２Ｗには、シリンダ部１Ａのウォータジャケットであるシリンダ冷却水路１Ｗから上向きに冷却水ｗが流入されるとともに、後方から前方に（前方のウォータポンプ９に）流れるようにもなっている。

図２（Ａ）に示されるように、シリンダ部１Ａの隣合うシリンダ１ａ，１ａ間においては、隣合うシリンダ１ａ，１ａを繋いで一体化する下連結壁１８、中連結壁１９、上連結壁２０がシリンダ冷却水路１Ｗを横切る状態で設けられている。シリンダヘッド２のヘッド冷却水路２Ｗとシリンダ部１Ａのシリンダ冷却水路１Ｗとは、各シリンダ１ａの外側部位の複数個所において連通されており、隣合うシリンダ１ａ，１ａ間（ボア間）においては左右２カ所の連通孔２１，２２によって連通されている。

図１、図５に示されるように、シリンダヘッド２には冷却水ｗを通すヘッド冷却水路２Ｗが内部形成されており、シリンダヘッド２における隣合うシリンダ１ａ，１ａ間の上側に位置するボア間対応部（「気筒間部分」とも言われる）２ｂが図２（Ａ）及び図４に示されている。ボア間対応部２ｂにおいては、締付ボルト２３を通す挿通孔２ｃを有する左右で一対の挿通壁２４の間で、かつ、シリンダヘッド底壁２６と、ヘッド上壁２５とで囲まれた箇所がヘッド冷却水路２Ｗに形成されている。

シリンダヘッド底壁２６の底面２６ａが、ガスケットＧを介してシリンダ部１Ａの上面１ｂに載せ付けられる面であり、ヘッド上壁２５は、ヘッドカバー３が載せ付けられるシリンダヘッドとしての上壁である。なお、図３～図５における２８は排気ポートであり、その上下の箇所、及び右側の挿通壁２４の右側のそれぞれにもヘッド冷却水路２Ｗが形成されている。

つまり、図２～図５に示されるように、シリンダブロック１の上に複数の締付ボルト２３によって組付けられるシリンダヘッド２に、シリンダブロック１における隣合うシリンダ１ａ，１ａ間の両側に配置される締付ボルト２３，２３を通すための挿通壁２４，２４と、一対の挿通壁２４，２４の上端部どうしを繋ぐヘッド上壁２５と、シリンダヘッド底壁２６とが設けられ、一対の挿通壁２４，２４と、ヘッド上壁２５と、シリンダヘッド底壁２６とで囲まれたヘッド冷却水路２Ｗが形成され、ヘッド上壁２５とシリンダヘッド底壁２６とに跨り、かつ、一対の挿通壁２４，２４を結ぶ方向に延びてヘッド冷却水路２Ｗを遮る状態の縦壁２７が、一対の挿通壁２４，２４どうしの間に形成されている。

図２（Ａ）、図３、図４に示されるように、縦壁２７は右側（吸気ポート側）の挿通壁２４の左端に連続して繋がって一体化されており、縦壁２７の左端（挿通壁２４に繋がっていない側の端）２７ａの左右方向の位置ｉが、一対の挿通壁２４，２４間の中央領域Ｃに存在する状態に形成されている。中央領域Ｃの範囲の例としては、左右の挿通壁２４どうしの中心間距離をＤとした場合に、その左右中心の±１０％（Ｃ：０．４Ｄ≦ｉ＜０．６Ｄ）が挙げられるが、それ以外（３０％～７０％の範囲など）でも良い。

縦壁２７の左右幅を、右側の挿通壁２４の中心と左端２７ａとの間の長さｄとすると、縦壁２７の長さｄは、一対の挿通壁２４，２４どうしの間隔、即ち前記中心間距離Ｄの半分程度の長さ（０．４Ｄ≦ｄ≦０．６Ｄ）に設定されている。図４に示されるように、ボア間対応部２ｂにおけるシリンダヘッド底壁２６に、上方突出リブ状で左右に（一対の挿通壁２４，２４どうしを結ぶ方向に）延びる補強壁２９を形成すれば好都合である。

補強壁２９の左端部は、斜め上方にせり上がりながら左側の挿通壁２４に繋がっており、その斜め補強壁部２９ａに縦孔水路（孔状の冷却水路）２１Ａが形成されている〔図２（Ａ），（Ｃ）及び図４を参照〕。縦孔水路２１Ａはシリンダ部１Ａの左側の連通孔２１にガスケットＧを挟んで連通されており、それら縦孔水路２１Ａ及び連通孔２１により、シリンダ冷却水路１Ｗとヘッド冷却水路２Ｗとが上下に連通されている。

図２（Ａ），（Ｂ）及び図４に示されるように、縦壁２７の前（一方）の側のヘッド冷却水路２Ｗと縦壁２７の直下、即ち真下の底面２６ａとは、底面２６ａから前方上方に延びて形成された斜孔水路２２Ａにより連通されている。つまり、縦壁２７で仕切られた一方の側のヘッド冷却水路２Ｗと、縦壁２７の下端又は他方の側のシリンダヘッド底壁２６の底面２６ａとに跨る斜孔水路２２Ａ（斜め孔状の冷却水路）が、縦壁２７の下部に設けられている。ガスケットＧを挟んで連通される斜孔水路２２Ａ及び右側の連通孔２２によっても、シリンダ冷却水路１Ｗとヘッド冷却水路２Ｗとが上下に連通されている。

〔作用効果について〕
従来では、図示は省略するが、シリンダヘッドのボア間対応部２ｂは、ヘッド冷却水路２Ｗを広く取るべく縦壁２７が無い構造（特許文献１の図４を参照）であって、強度・剛性では不利であり、締付ボルト２３の締付による軸力がシリンダヘッド底壁２６には均一に伝わり難くなる傾向があった。そこで、シリンダヘッド底壁２６に上方突出するリブ壁（補強壁２９のようなもの）を設けることも試されたが、強度・剛性の向上は十分ではなく、限界があった。

そこで、本発明では、ヘッド上壁２５とシリンダヘッド底壁２６とに跨り、かつ、一対の挿通壁２４，２４を結ぶ方向に延びてヘッド冷却水路２Ｗを遮る状態の縦壁２７を、一対の挿通壁２４，２４どうしの間に形成したものである。縦壁２７の新設により、挿通壁２４，２４間の長さが大きく短縮化される〔ヘッド上壁２５を、左右に延びる両持ち梁と見立てた場合の梁の長さ（スパン）が大きく縮小される〕ので、ボア間対応部２ｂの強度・剛性を大きく改善することができる。

つまり、一対の挿通壁２４，２４に通される締付ボルト２３，２３の軸力が、ボルト座面に接する縦壁２７を通じて導かれるため、縦壁２７の無い従来構造に比べて、シリンダヘッド２に極力均等に伝わるようになる。従って、一対の締付ボルト２３，２３間に導かれる軸力が実質的に高まり、シリンダ部１Ａとシリンダヘッド２とのシール性が大きく改善される効果が得られる。

右側の挿通壁２４に一体化されている縦壁２７の左端２７ａが、一対の挿通壁２４，２４間の中央領域Ｃに存在する状態に設定される構成（図４参照）とすれば、一対の挿通壁２４，２４どうしの間隔がおおよそ半減される（前記梁の長さが半減される）ので、ボア間対応部２ｂの強度・剛性をより大きく改善することができる。

縦壁２７の下部に、前又は後に傾く斜孔水路２２Ａを形成してあるので、縦壁２７を設けたにも拘わらずに、縦壁２７の下側（底面２６ａ）と縦壁２７の前又は後側のヘッド冷却水路２Ｗとを無理なく連通させて、円滑な冷却水ｗの流れを得ることができる。
そして、ボア間対応部２ｂにおける縦壁２７の無い側においては、縦壁２７の下側（底面２６ａ）とヘッド冷却水路２Ｗとを連通させる縦孔水路２１Ａが補強壁部２９ａに形成されているので、縦孔水路２１Ａを設けることに寄る強度・剛性の低下が生じないように工夫されている。

また、縦壁２７はエンジンＥとしての右側、即ち吸気ポート側（吸気マニホルド配置側）に偏らせて設けてあるので、温度が高くなり易い排気ポート側には縦壁２７が無く冷却水ｗがヘッド冷却水路２Ｗを前後方向（気筒配列方向）に移動し易く、従って、効率良く排気側から吸熱できる利点もある。

〔別実施形態〕
（１）縦壁２７は、左側（排気ポート側）の挿通壁２４に一体化されるように左側に寄せて設ける構成でも良い。
（２）一対の挿通壁２４，２４どうしの間の左右中央部に独立させて縦壁２７を設ける構成でもよく、この場合は、縦壁２７と各挿通壁２４，２４とのそれぞれの左右間に孔状の冷却水路を共に縦向き（上下向き）に設けることが可能である。

（３）斜孔水路２２Ａを、縦壁２７の後側のヘッド冷却水路２Ｗと縦壁２７の前側の底面２６ａとを連通する斜め孔に形成しても良い。
（４）リブ状の補強壁２９は、図２（Ａ）では描かずに図４では描いてある。補強壁２９は無くても良いが有れば好都合である。

１ シリンダブロック
１ａ シリンダ
２ シリンダヘッド
２Ｗ ヘッド冷却水路
２１Ａ 孔状の冷却水路
２２Ａ 斜め孔状の冷却水路
２３ 締付ボルト
２４ 挿通壁
２５ ヘッド上壁
２６ シリンダヘッド底壁
２６ａ 底面
２７ 縦壁
２７ａ 端
２９ａ 補強壁部

Claims (9)

1. シリンダブロックの上に複数の締付ボルトによって組付けられるシリンダヘッドに、前記シリンダブロックにおける隣合うシリンダ間の両側に配置される前記締付ボルトを通すための挿通壁と、一対の前記挿通壁の上端部どうしを繋ぐヘッド上壁と、シリンダヘッド底壁とが設けられ、
   一対の前記挿通壁と、前記ヘッド上壁と、前記シリンダヘッド底壁とで囲まれたヘッド冷却水路が形成され、
   前記ヘッド上壁と前記シリンダヘッド底壁とに跨り、かつ、一対の前記挿通壁を結ぶ方向に延びて前記ヘッド冷却水路を遮る状態の縦壁が、一対の前記挿通壁どうしの間に形成され、
   前記縦壁は、一対の前記挿通壁のいずれか一方に繋がって一体化され、
   前記縦壁の前記挿通壁に繋がっていない側の端が、一対の前記挿通壁間の中央領域に存在する状態に形成されているシリンダヘッド構造。
2. 前記縦壁で仕切られた一方の側のヘッド冷却水路と、前記縦壁の直下又は他方の側の前記シリンダヘッド底壁の底面とに跨る斜め孔状の冷却水路が、前記縦壁の下部に設けられている請求項１に記載のシリンダヘッド構造。
3. シリンダブロックの上に複数の締付ボルトによって組付けられるシリンダヘッドに、前記シリンダブロックにおける隣合うシリンダ間の両側に配置される前記締付ボルトを通すための挿通壁と、一対の前記挿通壁の上端部どうしを繋ぐヘッド上壁と、シリンダヘッド底壁とが設けられ、
   一対の前記挿通壁と、前記ヘッド上壁と、前記シリンダヘッド底壁とで囲まれたヘッド冷却水路が形成され、
   前記ヘッド上壁と前記シリンダヘッド底壁とに跨り、かつ、一対の前記挿通壁を結ぶ方向に延びて前記ヘッド冷却水路を遮る状態の縦壁が、一対の前記挿通壁どうしの間に形成され、
   前記縦壁で仕切られた一方の側のヘッド冷却水路と、前記縦壁の直下又は他方の側の前記シリンダヘッド底壁の底面とに跨る斜め孔状の冷却水路が、前記縦壁の下部に設けられているシリンダヘッド構造。
4. 前記縦壁は、一対の前記挿通壁のいずれか一方に繋がって一体化されている請求項３に記載のシリンダヘッド構造。
5. 前記シリンダヘッド底壁に、一対の前記挿通壁どうしを結ぶ方向に延びる上方突出リブ状の補強壁部が形成されるとともに、前記補強壁部を上下に貫通する孔状の冷却水路が形成されている請求項１に記載のシリンダヘッド構造。
6. 前記シリンダヘッド底壁に、一対の前記挿通壁どうしを結ぶ方向に延びる上方突出リブ状の補強壁部が形成されるとともに、前記補強壁部を上下に貫通する孔状の冷却水路が形成されている請求項２に記載のシリンダヘッド構造。
7. 前記シリンダヘッド底壁に、一対の前記挿通壁どうしを結ぶ方向に延びる上方突出リブ状の補強壁部が形成されるとともに、前記補強壁部を上下に貫通する孔状の冷却水路が形成されている請求項３に記載のシリンダヘッド構造。
8. 前記シリンダヘッド底壁に、一対の前記挿通壁どうしを結ぶ方向に延びる上方突出リブ状の補強壁部が形成されるとともに、前記補強壁部を上下に貫通する孔状の冷却水路が形成されている請求項４に記載のシリンダヘッド構造。
9. 前記縦壁は、一対の前記挿通壁間の中央領域に存在する状態に形成されている請求項１～８の何れか一項に記載のシリンダヘッド構造。

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