JPH02112653A - シリンダヘッドの冷却構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、断熱エンジンにおけるシリンダへノドの冷
却構造に関する。

〔従来の技術〕

従来、内ｆ！！８機関の冷却装置については、例えば、
実開昭５５−７６４２２号公報に開示されている。

該内燃機関の冷却装置は、機関のシリンダへノドに、吸
気弁部と排気弁部と燃料弁挿入部との三者を三角形状配
置となるように形成し、上記三者間にＹ字状の潤滑油通
路を形成し、機関の潤滑油の一部がオイルクーラを経て
、該Ｙ字状の潤滑油通路のうち弁間部に位置する通路を
最初に通り、これから分岐して他の二本の進路に流れる
ように構成したものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、断熱エンジンにおいて、吸入工程における吸
入効率の低下の要因として大きく分けると、２つの要因
がある。その１つは、吸入通路即ち吸気ポートにおいて
吸入空気が受熱することによって、該吸入空気が膨張し
て燃焼室に導入し難くなることである。また、もう１つ
は、燃焼室に最初に導入された吸入空気が筒内内壁即ち
燃焼室壁から受熱し、最初に導入された僅かな吸入空気
が膨張し、燃焼室内に引き続いて空気が導入されなくな
ることである。

断熱エンジンにおいて、シリンダヘッドに形成される冷
却液体ジャケットを廃止し、排気ポートの外壁部、シリ
ンダヘッドにおけるヘッド下面部を断熱構造に構成した
場合に、該断熱エンジンにおけるシリンダヘッド全体の
温度は、断熱構造でない一般のシリンダヘッドに水ジャ
ケットを形成した水冷エンジンのシリンダヘッドの温度
に比較して、高温状態になり、吸気ポートの温度が上昇
し、高温になった吸気ポートで空気が膨張して燃焼室へ
入り難くなり１．吸入効率が低下することになる。そこ
で、断熱エンジンにおいて、断熱エンジンの構造を如何
に構成すれば、エンジンの吸入工程における吸入効率を
向上させることができるかの課題があった。

この発明の目的は、上記の課題を解決することであり、
断熱エンジンにおいて、シリンダヘッドに形成される冷
却ジャケットを廃止し、該シリンダヘッドの鋳造時のジ
ャケット用中子を不要にして軽量化、構造簡単化、製造
コストの低減化を果たし、また、少なくとも排気ポート
の壁部、シリンダヘッドにおけるヘッド下面部及びシリ
ンダライナ上部を断熱構造に構成し、吸気ポートへの熱
影響を低減して吸気ポートの温度上昇を抑制し、吸気ポ
ートを通常のＦＣ，ＡＩ等の金属材料で鋳造によって構
成し、吸気ポートの内壁部に環状液体通路を形成し、該
環状液体通路に冷却液体を循環させて該冷却液体によっ
て吸気ポートの壁面を冷却し、吸入空気が吸気ポートか
ら受熱するのを遮断して空気膨張を抑制し、吸入効率を
向上させる断熱エンジンにおけるシリンダ・＼ソドの冷
却構造を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

この発明は、上記の目的を達成するため、次のように構
成されている。即ち、この発明は、少なくともヘッド下
面、シリンダライナ上部及び排気ポートを断熱構造に構
成し、シリンダヘッドに形成した吸気ポートの内壁面に
薄板部材から成るポートライナを組み込んで環状液体１
ｆｆｌ路を形成し、該環状液体通路に冷却液体を流動さ
せることを特徴とする断熱エンジンにおけるシリンダヘ
ッドの冷却構造に関する。

また、前記環状液体通路は金属製の前記薄板部材を二重
構造に形成したポートライナから構成したものである。

或いは、このシリンダヘッドの冷却構造は、二重構造に
形成された前記ポートライナと前記吸気ポートの内壁面
との間に空気層を形成したものである。

又は、このシリンダヘッドの冷却構造は、前記環状液体
通路内をガイド板で長手方向に二分割して流入側通路と
流出側通路を形成し、ポートライナ上流側に位置する前
記環状液体通路に冷却液体の入口及び出口を且つ下流側
に前記流入側通路と前記流出側通路とを連通ずる連絡通
路を形成したものである。

〔作用〕

この発明は、上記のように構成されており、次のように
作用する。部ち、この発明は、吸気ポートの内壁面に環
状液体通路を形成するように薄板部材から成るポートラ
イナを固定し、該環状液体通路に冷却液体を流動させた
ので、該吸気ポートの内壁部に冷却液体を流して吸気ポ
ートを迅速に往つ確実に冷却することができ、排気ポー
トからの受熱を排除でき、吸入空気が前記吸気ポートか
らの受熱を抑制でき、吸入効率の低下は起こらない。

また、前記環状液体通路を金属部材によって二重構造に
形成されたポートライナから形成したので、前記シリン
ダヘッドの吸気ポート内に前記環状液体通路を形成する
ことが極めて容易にでき、冷却液体をスムースに流すこ
とのできる通路を形成できる。

更に、前記環状液体通路の入口及び出口を前記吸気ポー
トの上流側に形成し、前記環状液体通路内にガイド板を
組み込んだので、前記吸気ポートの下流部位まで万遍な
く、冷却液体を前記環状液体通路の全域にわたって流動
させることができる。

【実施例〕

以下、図面を参照して、この発明による断熱エンジンに
おけるシリンダヘッドの冷却構造の実施例を詳述する。

第１図はこの発明によるシリンダヘッドの冷却構造の一
実施例を示す断面図であるにの発明によるシリンダヘッ
ドの冷却構造において、シリンダ１１を形成したシリン
ダボディ即ちシリンダブロック１にシリンダへノド１０
を固定し、シリンダブロック１に形成したシリンダ１１
の内周面にシリンダライナ３を嵌合したものである。シ
リンダブロックｌ及びシリンダヘッド１０は、アルミニ
ウム、鉄等の鋳物等によって製作されている。

シリンダライナ３は、窒化珪素（ＳｉＪ４）、炭化珪素
（ＳｉＣ）等のセラミックスから構成されている。

更に、このシリンダライナ３は、ウェットタイプに構成
でき、即ち、シリンダブロック１の上部にシリンダライ
ナ３の冷却用液体ジャケット４を形成することができる
。この冷却用液体ジャケット４は、冷却水、冷却オイル
等の冷却液体が流れる液体通路を形成する。シリンダへ
ノド１０は、冷却用液体ジャケットを備えておらず、吸
気ポート２及び排気ポート６が立設するように設けられ
ている。言い換えれば、吸気ポート２及び排気ポート６
は、シリンダへノド１０の上面部３３との間に、空気層
３４が存在する構造に形成されている。

図示していないが、エンジンがガソリンエンジンでなく
ディーゼルエンジンの場合には、シリンダヘッド１０に
は燃料噴射ノズルを取付けるため燃料噴射ノズル口が形
成されることは勿論である。

この吸気ポート２及び排気ポート６には、吸排気バルブ
７（図では吸気バルブのみを示す）が配設され、吸排気
バルブ７はシリンダヘッド１０のバルブガイド１９に往
復運動可能に設けられている。

シリンダヘッド１０の上部には、通常、ヘッドカバーが
取付けられ、シリンダヘッド１０の上面とヘッドカバー
とによって形成される空所には、カムシャフトに設けた
複数個のカム、ロッカアーム、バルブスプリング、バル
ブスプリング受は等によって構成される動弁機構が設け
られている（図示せず）。該動弁機構を構成するため、
吸排気バルブ７は、該吸排気バルブ７のバルブステムの
上端部に取付けられたコツタ、バルブスプリング受は及
びバルブスプリングによって取付けられている。

これらの吸排気バルブ７は、シリンダヘッド１０に枢着
されたロッカアーム及び該ロッカアームを揺動させるカ
ムの作動によって往復運動するものである（図示せず）
。

この断熱エンジンにおいては、少なくともシリンダヘッ
ド１０の下面部８、シリンダライナ上部９、及び排気ポ
ート６は、断熱構造に構成されている。即ち、シリンダ
ヘッドｌＯには嵌合穴である筒部２９が形成されており
“、該筒部２９には、ヘッド下面部８とシリンダライナ
上部９とが一体構造に構成されたヘッドライナ３０が断
熱ガスケット２３及び位置決め用の断熱リング２１を介
して嵌合されている。しかも、ヘッドライナ３０とシリ
ンダヘッド１０との間には断熱空気層２２が形成されて
いる。このヘッドライナ３０は、燃焼室２０を構成して
燃焼ガスに晒される壁面を構成しており、窒化珪素（Ｓ
ｉｚＮａ）、炭化珪素（ＳｉＣ）等のセラミックスから
構成されている。また、排気ポート６は、排気ガスに晒
されるステンレススチール等の金属材から成るポートラ
イナ２４が断熱材２５を介在してシリンダへノド１０に
取付けられることによって構成されている。

この発明による断熱エンジンにおけるシリンダヘッドの
冷却構造は、上記の構造のシリンダヘッドｌＯにおいて
、特に、次の点に特徴を有している。この発明によるシ
リンダヘッドの冷却構造は、少な（ともヘッド下面部８
、シリンダライチ上部９及び排気ポート６を断熱構造に
構成した断熱エンジンにおいて、吸気ポート２をオイル
等の液体で冷却する構造を有している点であり、シリン
ダへ、ド１０に形成した吸気ポート２の内壁面にオイル
等の液体を循環させる通路を形成するため、ステンレス
スチール（ＳＵＳ）、スチール等の金属材料から成る薄
板部材１３．１４を二重構造に形成して環状液体通路で
ある環状オイル通路５を構成したことである。この環状
オイル通路５には、シリンダヘッド１０に形成したオイ
ル通路Ｉ７と連通する人口２８が下部に形成され、出口
１８が上部に形成されている。また、シリンダヘッド１
０に形成されたオイル通路Ｉ７はシリンダブロックｌの
長手方向に形成されたオイル通路１５に連通し、該オイ
ル通路１５はシリンダブロックｌに形成されたオイルギ
ヤラリ１６に連通している。

このように構成することによって、シリンダヘッド１０
からウォータジャケットを排除することができ、シリン
ダヘッド１０を鋳造する場合に、ウォータジャケット形
成用中子を排除でき、シリンダヘッドｌＯの構造を簡単
に且つコンパクトに構成でき、シリンダヘッドｌＯの製
作コストを低減できる。

この発明によるシリンダヘッドの冷却構造は、上記のよ
うに冷却系が一例として構成されているので、次のよう
に作用する。即ち、該冷却系において、吸気ポート２を
形成するポートライナ１２をオイルで冷却するため、オ
イルは、オイルギヤラリ１６からシリンダブロック１の
オイル通路１５、シリンダヘッド１０のオイル通路１７
を通って人口２８へ達し、該入口２８から環状オイル通
路５を流動し、出口１８からロッカアーム、バルブステ
ム、カムシャフト等から成るバルブ開閉機構部ち動弁機
構が配置された空所２６へと放出される。吸気ポート２
の外壁面に放出されたオイルが、排気ポート６の外壁面
の方へ流れないようにするため、吸気ポート２の外壁面
にガイド手段（図示せず）を設けておくことが好ましい
、上記冷却系では、オイルを環状オイル通路５を下から
上に向かって循環させて冷却効果を高めたが、必ずしも
オイルを下から上に向って流す必要はなく、上から下に
向かって流してもよいことは勿論である。また、この冷
却系では、上記のように構成されているので、動弁機構
等を潤滑するためのオイル循環系を利用できるが、出口
１８から空所２６へ放出すると、上記動弁機構を潤滑す
るオイルと混合するため、環状オイル通路５を流すオ・
イルは上記動弁機構を潤滑するオイルと同一のものを使
用することは勿論である。一般に、機器類の潤滑にはき
れいなオイルを使用しなければならず、冷却にはそれほ
どきれいなオイルでな（でもよい。

そこで、上記ｃＴｌ′構成でなく、冷却と潤滑とで別の
オイルを使用する場合には、図示していないが、環状オ
イル通路５を流れるオイルを、別のオイルポンプを用い
て循環させるように構成する。

この発明による断熱エンジンにおけるシリンダヘッドの
冷却構造を、上記のように構成したので、オイル等の液
体を環状液体通路である環状オイル通路５に流すことに
よって、吸気ポート２を構成するポートライナ１２をオ
イル等の液体で集中的に且つ迅速に冷却することによっ
て、吸入空気は吸気ポート２で受熱することがなく、従
って吸入空気が膨張する現象は生じることがなく−１従
って、吸入空気が吸気ポート２における熱影響によって
、吸入効率が低下するようなことはない、しかも、オイ
ルを迅速にｖａ環させることによって、オイルの受熱量
を最小限にすることが可能になる。

次に、第２図を参照して、この発明による断熱エンジン
におけるシリンダヘッドの冷却構造の別の実施例を説明
する。この実施例のシリンダへノドの冷却構造は、上記
実施例のものと比較して、環状オイル通路及び環状オイ
ル通路の出口の排出系を形成する構造が相違する以外は
、全く同一の構成及び機能であるので、同一の部品には
同一の符号を付してそれらの説明を省略する。このシリ
ンダへノドの冷却構造における環状オイル通路３１は、
シリンダへノド１０に形成した吸気ポート２の内壁面に
オイル等の液体を循環させる通路であり、ステンレスス
チール（ＳＬＪＳ）、スチール等の金属材料から成る一
重構造の薄板部材２７をシリンダへラド１０に埋め込み
或いは組み込んで構成したものである。また、このシリ
ンダヘッドの冷却構造におけるシリンダヘッド１０に形
成した環状オイル通路３１の出口１８は、オイル通路３
２を通じて冷却系のオイルギヤラリ３５へ通じている。

即ち、オイルは、冷却にのみ使用するように構成したも
のであり、オイルギヤラリ３５からシリンダブロック１
に形成したオイルギヤラリ１６へと循環するように構成
されている。

また、第３図を参照して、この発明による断熱エンジン
におけるシリンダヘッドの冷却構造の更に別の実施例を
説明する。この実施例のシリンダヘッドの冷却構造は、
第１図に示す実施例のものと比較して、シリンダブロッ
ク１に形成したオイル通路及び環状オイル通路の出口の
排出系の構造が相違する以外は、全く同一の構成及び機
能であるので、同一の部品には同一の符号を付してそれ
らの説明を省略する。このシリンダヘッドの冷却構造に
おけるシリンダブロック１に形成したオイル通路１５は
、エンジン冷却系に連通したものであり、シリンダブロ
ックｌの上部に形成されているオイルジャケット４に連
通している。従って、オイルは冷却にのみ使用するよう
に構成でき、環状オイル通路５の出口１８はオイル通路
３２を通じて冷却系のオイルギヤラリ３５へ通じている
。

なお、上記動弁機構を潤滑するオイルと冷却系のオイル
を同一のものを使用し、環状オイル通路５の出口１８を
、第１図に示すように、吸気ポート２の外壁面に流出さ
せるように構成してもよいことは勿論である。

更に、第４図、第５図及び第６図を参照して、この発明
による断熱エンジンにおけるシリンダヘッドの冷却構造
の他の実施例を説明する。この実施例のシリンダヘッド
の冷却構造は、第１図に示す実施例のものと比較して、
シリンダヘッド１０に形成した環状オイル通路及びオイ
ル通路の構造が相違する以外は、同一の構成及び機能を
有しているものであり、同一の部品には同一の符号を付
してそれらの説明を省略すると共に、排気ポート及びシ
リンダブロックについての図示及び説明を省略する。こ
のシリンダヘッドの冷却構造におけるシリンダヘッド１
０は、８亥シリンダヘッド１０に形成した吸気ポート２
の内壁面３７の内側にオイル等の液体を循環させる通路
を形成するため、ステンレススチール（ＳＯ３）、スチ
ール等の金属材料から成る薄板部材４３．４４を二重構
造に形成して環状オイル通路４５を構成し、しかも該環
状オイル通路４５を両側のガイド板３９．４０によって
２つの通路即ち流入側通路４１と流出側通路４２に二分
割したことである。しかも、この環状オイル通路４５は
、シリンダヘッド１０に吸気ポート２の内壁面３７の内
側に空気層３６を形成した状態に嵌合され、また、環状
オイル通路４５の下端部は、シリンダヘッドＩＯの筒部
即ち嵌合穴２９に嵌合したヘッドライナ３０のヘッド下
面部８の中間部位まで伸長している。更に、吸気ポート
２を構成するポートライナ１２の端部は、シリンダへラ
ド１０との間に断熱ガスケット４９を介在させ且つ排気
管３８に取付けられている。

両側のガイド板３９．４０は、環状オイル通路４５内で
薄板部材４３．４４の下端部手前即ち吸気ポート２の下
流側端部手前で終端となり、流入側通路４１と流出側通
路４２とを連絡通路４６によって連通している。この環
状オイル通路４５の下側の流入側通路４１は、吸気ポー
ト２の上流側端部に形成した入口２８に連通し、上側の
流出側通路４２は吸気ポート２の上流側端部に形成した
出口１８に連通している。この環状オイル通路４５は、
上記のように構成されているから、オイルギヤラリ等か
ら送り込まれたオイルは、環状オイル通路４５における
入口２８から下側の流入側通路４１に導入され、環状オ
イル通路４５の下端部に形成された連絡通路４６を通っ
て上側の流出側通路４２へと流れ、出口１８から放出さ
れる。それ故に、オイルは、環状オイル通路４５内に設
けたガイド板３９．４０に案内されて環状オイル通路全
域にわたって万遍なく流れることができる。従って、吸
気ポート２を形成するポートライナ１２は、迅速に且つ
強制的に冷却され、しかも、吸気ポート２の内壁面３７
とポートライナ１２との間に形成される空気層３６は、
断熱空気層の機能を果たし、吸入空気が受熱することが
ない極めて理想的な吸気ポート２を構成することができ
る。

また、第７図を参照して、この発明による断熱エンジン
におけるシリンダヘッドの冷却構造の更に他の実施例を
説明する。この実施例のシリンダヘッドの冷却構造は、
第４図に示す実施例のものと比較して、シリンダヘッド
１０に形成した環状オイル通路の構造が相違する以外は
、同一の構成及び機能を有しているものであり、同一の
部品には同一の符号を付してそれらの説明を省略する。

第７図において、環状オイル通路４５については、その
環状オイル通路４５の下端部即ち吸気ポート２の下流側
端部が、シリンダヘッド１０に嵌合されたヘッドライナ
３０の上面で終端になっている。

この実施例では、環状オイル通路４５は、上記と同様に
、該シリンダヘッド１０に形成した吸気ポート２の内壁
面３７の内側にオイル等の液体を循環させる環状液体通
路を、ステンレススチール（ＳＯ３）　、スチール等の
金属材料から成る薄板部材４３．４４によって二重構造
に形成したものである。この構造の場合には、ヘッドラ
イナ３０及び環状オイル通路４５の成形が、第４図に示
す実施例に比較して簡単であり、しかもシリンダヘッド
１０へのヘッドライナ３０及び環状オイル通路４５の組
み込みを容易に行うことができる。

〔発明の効果〕

この発明による断熱エンジンにおけるシリンダヘッドの
冷却構造は、以上のように構成されているので、次のよ
うな効果を有する。即ち、このシリンダヘッドの冷却構
造は、少なくともヘッド下面、シリンダライナ上部及び
排気ポートを断熱構造に構成し、シリンダヘッドに形成
した吸気ポートの内壁面に環状液体通路を形成するよう
に薄板部材から成るポートライナを取付け、該環状液体
通路に冷却液体を流動させたので、前記吸気ポートを形
成する前記ポートライナを迅速に、強制的且つ直接的に
冷却することができ、前記環状液体通路を流れる冷却液
体によって排気ポート等から前記吸気ポートが受熱する
熱量を遮断し、前記吸気ポート内の前記ポートライナの
壁面が高温にならないので、吸入空気が前記吸気ポート
から受熱するのを防止できる。従って、吸入空気が膨張
するような現象はなく、前記吸気ポートを通して燃焼室
内にスムースに吸入空気が流入し、吸入効率の低下は起
こらない。更に、前記シリンダヘッドからは液体ジャケ
ットを排除したので、前記シリンダヘッドを鋳造する場
合に、ジャケット形成用の中子を必要とぜず、前記シリ
ンダヘッドを容易に且つ安価に製作することができ、し
かもシリンダヘッド自体の構造をシンプルに形成でき、
例えば、吸気ポートを形成するシリンダヘッド壁面にオ
イルの流れを案内するガイド板、フィン、オイル通路等
の形成を掻めて容易に行うことができる。

また、前記環状液体通路を金属部材によって二重構造に
形成されたポートライナから形成したので、前記環状液
体通路を簡単に構成することができ、しかも強固に且つ
中を循環する液体の漏洩がないように完全に密閉状態に
構成できる。

或いは、二重構造に形成された前記ポートライナと前記
吸気ポートの内壁面との間に空気層を形成したので、該
空気層が断熱層となり、吸気ポートの前記ポートライナ
の冷却を確実に且つ迅速に達成できる。

又は、前記環状液体通路の入口及び出口を前記吸気ポー
トの上流端部に形成し、前記環状液体通路内にガイド板
を組み込み、冷却液体が前記環状液体通路に全域にわた
って流動するように構成したので、冷却液体を環状液体
通路の全域にわたって万遍なくスムースに循環させるこ
とができ、前記吸気ポートを形成する前記ポートライナ
の冷却効果を向上できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による断熱エンジンにおけるシリンダ
ヘッドの冷却構造の一実施例を示す断面図、第２図はこ
の発明によるシリンダヘッドの冷却構造の別の実施例を
示す断面図、第３図はこの発明によるシリンダヘッドの
冷却構造の更に別の実施例を示す断面図、第４図はこの
発明によるシリンダヘッドの冷却構造の他の実施例を示
す断面図、第５図は第４図の環状オイル通路の下端部の
みを示す説明図、第６図は第４図の環状オイル通路の上
端面のみを示す説明図、及び第７図はこの発明によるシ
リンダヘッドの冷却構造の更に他の実施例を示す断面図
である。 １−−−−−−シリンダブロック、２・−・−・・吸気
ポート、３−−−−−シリンダライナ、５，３１．４５
−−一一一−オイル通路、６−・−排気ポート、８−・
−ヘッド下面部、９−−−−−シリンダライナ上部、１
０・−−−シリンダヘッド、１２−−−ポートライナ、
１３，１４．２７゜４３．４４−・−薄板部材、２０−
−一燃焼室、３９゜４０−−−−ガイド板、４１−−−
−−−一流入側通路、４２流出側通路。 出願人　　いすｙ自動車株式会社 代理人　　弁理士　尾　仲　−宗

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくともヘッド下面、シリンダライナ上部及び
   排気ポートを断熱構造に構成し、シリンダヘッドに形成
   した吸気ポートの内壁面に薄板部材から成るポートライ
   ナを組み込んで環状液体通路を形成し、該環状液体通路
   に冷却液体を流動させることを特徴とする断熱エンジン
   におけるシリンダヘッドの冷却構造。
2. （２）前記環状液体通路は金属製の前記薄板部材を二重
   構造に形成したポートライナから構成したことを特徴と
   する請求項１に記載の断熱エンジンにおけるシリンダヘ
   ッドの冷却構造。
3. （３）二重構造に形成された前記ポートライナと前記吸
   気ポートの内壁面との間に空気層を形成したことを特徴
   とする請求項１に記載の断熱エンジンにおけるシリンダ
   ヘッドの冷却構造。
4. （４）前記環状液体通路内をガイド板で長手方向に二分
   割して流入側通路と流出側通路を形成し、ポートライナ
   上流側に位置する前記環状液体通路に冷却液体の入口及
   び出口を且つ下流側に前記流入側通路と前記流出側通路
   とを連通する連絡通路を形成したことを特徴とする請求
   項１に記載の断熱エンジンにおけるシリンダヘッドの冷
   却構造。