JPH076449B2 - 接線流シリンダヘッド - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は内燃機関に係わり、特に内燃機関用シリンダ構
造に関し、具体的態様によると、圧縮着火形のオーバー
ヘッドバルブ（頭弁式）・単流掃気・燃料噴射エンジン
に関する。

背景 本発明は具体的態様によると請求項１の前文に記載され
た、例えば米国特許第3,377,996号（発明者Kotlin等）
に開示された種類のシリンダヘッドに関する。

発明の要約 本発明による内燃機関用シリンダヘッドは請求項１の特
徴事項に記載された事項を特徴とするものである。

本発明による冷却ジャケット構造の改良は、弁座付近の
排気通路壁と冷却液ジャケット外周部との間に冷却液滞
留凹部を作らない又はできるだけ少なくすることによっ
てエンジン弁座の著しい熱負荷領域での冷却効率を向上
されるものである。このような改良点は、シリンダヘッ
ドの下部水ジャケットを次のように変更することによっ
て部分的に達成される。即ち、排気通路壁と外周境界壁
との間の仕切ウェブは、下部冷却液ジャケットの出口部
分に隣接する側面が排気通路壁に必ず接するように定め
られる。好ましくは、上記ウェブは、下部冷却液ジャケ
ットの入口部分に隣接する側面が下部冷却液ジャケット
内に延在したスタッドボスに対しても接するように定め
られる。このような構成によって、弁座と外周境界壁と
の間での冷却能力を向上することができた。

上述の諸変更については後に更に詳細に説明するが、こ
の変更によってシリンダヘッドは、エンジンの高出力化
に伴う作動温度の上昇に耐え得ると共に弁座の熱的歪を
防止することができた。

その他の目的や利点は添付の図面を参照した本発明の好
適実施例に関する以下の説明から明らかになるであろ
う。

図において、数字10は米国特許第3,377,996号（発明者K
otlin等）に示された一般的なシリンダヘッドの全体を
示している。このシリンダヘッドは後に詳述するように
冷却水ジャケット構造が上述の特許のシリンダヘッドに
比べて大きく異なっている。図示の実施例のシリンダヘ
ッドは、不図示の普通の弁機構と共に組立てられた時に
は、燃料噴射・圧縮着火方式の単流（ユニフロー）掃気
の、２サイクルエンジンに通常使用され、ジャケット付
きの液冷却シリンダライナの上端に端部シール係合状態
で固定され、かつエンジンフレーム部材のシリンダ取付
孔内に取付けられる。この取付状態では、シリンダヘッ
ド10は、ライナ内に往復動可能に取付けられたピストン
と協働して、両者間に膨張可能な燃焼室を形成する。

シリンダヘッド10は下部燃焼室形成デッキ壁12を具備
し、この下部燃焼室形成デッキ壁12は関連するジャケッ
ト付きライナの上端に係合可能である。上部デッキ壁14
は、上記下部デッキ12に対し離間し平行に延在し、また
外周側壁16によって上記下部デッキ12に接続されてい
る。フランジ18は、上部壁14及び側壁16と同一方向に広
がり、それらの上方かつ外方に延在して、環状の肩部20
を形成している。シリンダアッセンブリを取付ける際に
は、シリンダヘッドの上記フランジによって形成された
肩部は、エンジンフレームの対応肩部に係合可能であ
る。

側壁16とフランジ18は、複数のボス22,23,24,25,26,27,
28,29（拡大した第５図参照）によって構造上補強され
ている。これらのボス22〜29は、互いに離間し鉛直方向
に延在し、複数のスタッド用孔30を形成する。これらの
孔30には貫通用スタッドが挿通され、これによってシリ
ンダヘッドをジャケット付きシリンダライナに固定す
る。上部デッキ及び下部デッキはヘッド中央でスリーブ
形成壁部32によって相互に接続されている。このスリー
ブ形成壁部32はシリンダヘッドを貫通する中央開口33を
形成し、この中央開口33は、段差の付いた直径部とテー
パーの付いた直径部とを有し、適当な燃焼噴射装置がこ
こに取付けられる。

４個の弁座形成排気ポート34は噴射器取付開口33のまわ
りに等間隔にヘッドの燃焼室壁12を貫通している。これ
らの排気ポート34は短い支通路35,36,37,38を介して上
方の共通排気通路室39に連通している。これらの支通路
35〜38は壁部41,42,43,44によって形成され、これらの
壁部41,42,43,44は燃焼室壁12と水平仕切壁45との間を
上方に延在している。この仕切壁は、燃焼室壁12に対し
てその上方位置において平行となるように側壁16から内
方に延在し、この仕切壁12の内方先端はスリーブ形成壁
部32に交わっている。４個の仕切ウェブ46は下部壁12と
仕切壁45との間で鉛直方向に延在し、かつ各通路形成壁
41,42,43,44とそれに隣接するボス23,24,27,28との間で
横方向に延在している。尚、これらのボス23,24,27,28
は夫々側壁16に接続されている。

本発明による上述の仕切ウェブ46については後に詳述す
る。

排気通路39は仕切壁45と上部通路形成壁47との間に形成
され、この上部通路形成壁47は４個の管状壁部48によっ
て上部ヘッド壁14に構造上接続されている。これらの管
状壁部48は夫々の弁座形成ポート34に軸方向に位置的に
一致するように上部通路形成壁47と上部ヘッド壁14との
間に延在し、かつ孔49を形成する。これらの孔49内には
適当な複数の弁案内ブッシュが挿入される。

第６図に明示するように、排気通路39は、スリーブ形成
壁部32を間隔をもって部分的に取り囲みかつ弁制御可能
な支排気通路35〜38に交わるようにヘッドから弧状に延
在し、ヘッドの側壁16を貫通する排気出口ポート50に横
方向外方において連通する。この出口ポート50は例えば
エンジンフレームに設置される適当な支通路を介して排
気マニホールドに接続可能である。出口ポート50の開口
には２本の支柱（ストラット）51,52が貫通している。
これらの支柱51,52は夫々スタッド孔形成ボス22,29と同
一位置を占めており、貫通通路54を有している。冷却流
体は排気ガス露出支柱51,52の通路54を通って循環され
る。

仕切及び排気通路形成壁はヘッドの外側壁と協働して冷
却液収容区画室を形成する。この区画室は水平仕切壁45
によって下部ジャケット室55と上部ジャケット室56とに
分割されている。この下部室55はウェブ46によって４部
分58,59,60,61に分割され、これらの部分58,59,60,61は
狭い通路62によって互いに連結され、交互に出口部分及
び入口部分として構成されている。尚、これらの狭い通
路62は排気通路形成壁部41,42,43,44とスリーブ形成壁
部32との間に形成されている。

上部及び下部ジャケット室55,56は、側壁16の内周面に
隣接した仕切壁45に穿孔された多数の開口を介して互い
に連通されている。この連通の主たる通路は一対の比較
的大きな通路64であり、これらの通路64は下部室の出口
部分58,60から上方に上部排気通路壁47を通って上部室
まで延在している。これらの室55,56はまた、４個の小
開口65と支柱51,52の通路54とを介して互いに連通され
ている。上記小開口65は入口部分59に連通され、上記通
路54は下部室の入口部分61に連通されている。

冷却流体は、側壁16付近の下部ヘッド壁12に対して離間
配置された12個の貫通ポート66,68を介してシリンダヘ
ッド内に強制供給、又は吸引される。これらのうちの８
個のポートは比較的大きいポート66であり下部室の入口
部分59,61に開口し、他方残りの４個のポートは、比較
的小さなポート68で下部室の出口部分58,60に開口して
いる。これらのポート66,68は、冷却液循環ポンプの放
出部に公知の方法で接続されるジャケット付きのシリン
ダライナに設けられた対応ポートにかん合される。第１
図に示したように、上部フランジ部18は出口通路69を有
し、この出口通路69は内方端で上部室56に開口し、外方
端でフランジ機械加工面70に開口している。出口通路69
は冷却水出口マニホールドを介して適当な継手によって
冷却液循環ポンプの入口に公知の方法によって接続可能
であり、これによって冷却液がシリンダヘッドを通って
強制循環される。

下部ヘッド壁の臨界燃焼表面領域（critical combustio
n surface areas）の冷却効率を向上させる為に、下部
壁の内表面に複数の冷却用突起71が突設され、これらの
冷却用突起71は、排気支通路35〜38の間に位置する表面
領域上の下部室の４部分58〜61に分布しており、放射状
外方に延在分布している。下部室には、下部壁45を支持
する複数のウェブ部材が設けられ、これらのウェブ部材
は、部分58,60に配設された一対の半径方向部材72と、
部分61に配設された半径方向部材74とから構成され、こ
の半径方向部材74は壁16に交差すると共に冷却液を均一
に流す為の開口75を有している。半径方向部材76が傾斜
ボス78から延在し、このボス78は部分59内に配置される
と共にシリンダテスト通路79を取囲んでいる。

以上の説明は、上述した米国特許第3,377,996号の構成
に類似した好適実施例のいくつかの特長をかなり詳細に
述べた。本発明はいくつかの構造上の変更を加えて、冷
却性やその他の点について改良を施したものである。

第５図を上述の米国特許第3,377,996号の第６図と対比
すると分るように、仕切ウェブ46に変更が加えられてい
る。側ち、この変更は、ウェブ46の内方端と排気通路形
成壁41〜44との接続点に施されており、ウェブ46は、こ
の接続点において下部ジャケット室55の出口部分58,60
に面した壁41〜44の側面に対して接するように位置決め
されている。

また、ウェブ46の外方端は、図示のように下部ジャケッ
ト室の入口部分59,61に面したスタッドボス23,24,27,28
の側面に対して接するように、ボス23,24,27,28に夫々
接続されることが好ましい。これらの変更によって、ウ
ェブ46は上述の米国特許第3,377,996号の公知構成のほ
ぼ平行な向きに比べて、完全にではないがほぼ半径方向
に向いている。

上述した冷却液ジャケットを具備するシリンダヘッドの
エンジンが運転された時の冷却液の流れ方やその方向
は、米国特許第3,377,996号に記載のものと本質的に同
等である。冷却液のうちの大部分が下部室の入口部分5
9,61のポート開口66を介してシリンダヘッド内に流入す
る。この流入した冷却液は、壁12からわずかにしか離れ
ていない仕切壁45によって向きを変えられ、内方、即ち
ヘッドの中心方向に流れ、排気通路壁部41〜44の周囲を
通過して出口部分58,60に流入し、この下部室55から通
路64を通って上部室56に流入する。

排気支通路壁41〜44相互間の通路、及びスリーブ形成壁
部32と支通路41〜44との間は夫々狭められているので、
冷却液は加速される。この冷却液は更に支通路壁41〜44
の間に配置された冷却用突起71によって加速され、これ
により乱流度が増大し、周囲の壁面との直接接触作用、
即ちスクラビング作用（scrubbing action）及び冷却効
率を高める。部分58,60に設けられた小さな入口開口68
は、わずかな量の冷却液をヘッド内に流入して、シリン
ダライナの過熱箇所（ホットスポット）の発生を防止す
る。

冷却液は、通路64を通って上部室56内に流入する際に、
排気通路形成壁47と、スリーブ形成壁部32及び弁案内壁
部48の外周とを通過し、その後、出口通路69から上部室
の外に流出する。また冷却液のうちの或る限られた量が
室59から仕切壁45の小開口65を介して上部室内に直接に
流入する。エンジン冷却系の排水時には、これらの開口
65を利用して冷却液をヘッド付近部分から排出すること
ができる。同様に、小量の冷却液が下部室の部分61から
通路54の細い開口80を通って流れ、支柱51,52を冷却す
ると同時に上部室での冷却液の滞留を防止する。

上述のように、仕切ウェブ46を接線方向に位置決めした
ので、冷却液の滞留する凹部の形成を防止でき、特に、
排気通路壁41〜44と外周側壁16との間において出口部分
58,60側のウェブ46の側面に上記冷却液滞留凹部が形成
されるのを防止できる。こうして通路62から出口部分5
8,60に流入した冷却液流は、ウェブ46の表面に直接沿っ
て流れ、上記スクラビング作用によって金属表面を冷却
すると共に、冷却液がジャケットの凹部を通過してしま
った場合の滞留に起因する過熱箇所の発生を防止する。

同様に、ウェブ46とスタッドボス23,24,27,28とが互い
に接するように接続されているので、入口部分59,61側
のウェブ46の側面での凹部の発生が充分に抑えられ、こ
れにより入口部分59,61の縁部付近に位置する冷却液入
口ポート66に隣接した壁領域に冷却液が充分に接触する
ことができる。こうしてウェブを接するように接続する
構成は、ウェブの入口側面及び出口側面の両方について
冷却液流の冷却作用を向上させる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例のシリンダヘッドを示した平
面図である。 第２図及び第３図は、夫々第１図の２−２線及び３−３
線での縦断面図である。 第４図は第２図の４−４線で示した平面における縦断面
図である。 第５図、第６図及び第７図は、第２図の５−５線、６−
６線、７−７線で夫々示した平面図での水平断面図であ
る。 ［主要部分の符号の説明］ 10……シリンダヘッド 12……燃焼室形成壁 16……境界壁 35,36,37,38……弁制御可能ポート 41,42,43,44……通路形成壁 45……第２壁（水平仕切壁） 46……仕切ウェブ 55……冷却液室（下部ジャケット室） 58,60……出口部分 59,61……入口部分 62……制限通路 64……主冷却液出口手段 66……主冷却液入口手段

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１の燃焼室形成壁（12）と；この第１の
   燃焼室形成壁からわずかに離間され、これとの間に冷却
   液室（55）を形成する第２壁（45）と；上記第１及び第
   ２壁の縁部付近を接続して上記冷却液室（55）を取囲む
   境界壁（16）と；上記冷却液室（55）を貫通するように
   上記第１及び第２壁の間を延在し、終端が上記第１壁
   （12）を貫通するポート（35,36,37,38）として形成さ
   れた少なくとも２個の通路形成壁（41,42,43,44）と；
   上記通路形成壁（41,42,43,44）の各々に関連し、各通
   路形成壁を上記境界壁（16）に接続してその間での冷却
   液の流れを遮断し、かつ上記通路形成壁（41,42,43,4
   4）の間の通路（62）によってのみ相互接続された、上
   記通路形成壁（41,42,43,44）と同数の部分（58,59,60,
   61）に上記冷却液室（55）を分割する仕切ウェブ（46）
   と；冷却液循環手段に接続可能であり、上記仕切ウェブ
   （46）の各々の両側に位置する上記冷却液室（55）の入
   口（59,61）及び出口（58,60）部分から成る別々の部分
   に開口した主冷却液入口（66）及び出口（64）手段と；
   を具備し、上記入口手段（66）からの冷却液流のうちの
   かなりの量が上記通路形成壁（41,42,43,44）の各々の
   外周を流れて上記出口手段（64）に向かうように構成さ
   れた内燃機関用のシリンダヘッド（10）において、各仕
   切ウェブ（46）は、上記出口部分（58,60）に面した側
   面が上記通路形成壁（41,42,43,44）にほぼ接するよう
   に位置決めされており、これによって、上記通路形成壁
   （41,42,43,44）と上記境界壁（16）との間において上
   記出口部分（58,60）に冷却液の滞留凹部が形成される
   ことを防止することを特徴とするシリンダヘッド。
2. 【請求項２】冷却液受領ジャケット区画室（55,56）が
   設けられ；燃料噴射器を取付可能に構成された円筒状壁
   部（32）が設けられ、この円筒状壁部（32）は上記ジャ
   ケット区画室（55,56）を貫通し上記第１燃焼室形成壁
   （12）に開口しており；上記複数の通路形成壁は、排気
   通路形成壁（41,42,43,44）であり、上記ジャケット区
   画室（55,56）を貫通しかつ上記噴射器取付壁部（32）
   の一部を間隔を隔てて取り囲み、上記複数の通路形成壁
   （41,42,43,44）の終端は同数の弁制御可能ポート（35,
   36,37,38）として形成され、これらの弁制御可能ポート
   は、互いに等間隔かつ上記噴射器取付開口（33）に対し
   ても等間隔となるように上記第１燃焼室形成壁（12）の
   表面に開口しており；上記第２壁は、仕切壁（45）であ
   り上記第１燃焼室形成壁（12）に対してわずかな間隔を
   もって平行となるように上記冷却液ジャケット区画室
   （55,56）を横方向に貫通延在して、上記ジャケット区
   画室（55,56）を、流れ制限下部ジャケット室（55）と
   これに比べて流れを制限しない上部ジャケット室（56）
   とに分割し、上記仕切壁（45）は上記噴射器取付壁（3
   2）と上記通路形成壁（41,42,43,44）とに接続し；上記
   複数の仕切ウェブ（46）は上記下部ジャケット室（55）
   内に位置し、各仕切ウェブ（46）は上記通路形成壁（4
   1,42,43,44）から外方に延在して上記下部ジャケット室
   （55）を同数の上記部分（58,59,60,61）に分割し、こ
   れらの部分（58,59,60,61）は交互配置の入口（59,61）
   と出口（58,60）部分から成り、上記通路形成壁（41,4
   2,43,44）と上記噴射器取付壁部（32）との間の上記通
   路（62）によって互いに接続されており；上記主冷却液
   入口開口（66）は上記第１燃焼室形成壁（12）を貫通し
   かつ上記下部ジャケット室（55）の外周付近の上記入口
   部分（59,61）に開口し；上記主出口手段は主冷却液通
   路（64）と冷却液出口ポート（69）とを含み、上記主冷
   却液通路（64）は上記ジャケット区画室の外周付近に位
   置して上記上部ジャケット室（56）を上記下部ジャケッ
   ト室（55）の上記出口部分（58,60）に接続し、上記冷
   却液出口ポート（69）は上記上部ジャケット室（56）に
   開口しかつ上記冷却液循環手段の入口に接続可能であ
   り、これによって、主冷却液流路は、上記下部ジャケッ
   ト室（55）の上記入口部分（59,61）の外側縁部に入
   り、上記排気通路形成壁（41,42,43,44）の周囲を回
   り、上記燃料噴射器取付壁部（32）を通って上記下部ジ
   ャケット室（55）の上記出口部分（58,60）に入り、上
   記出口部分（58,60）の外側縁部付近の上記主冷却液通
   路（64）を上昇し上記上部ジャケット室（56）に入り、
   上記冷却液出口ポート（69）を通って外部に出ることを
   特徴とする請求項１記載のシリンダヘッド。
3. 【請求項３】小径の副冷却液流通開口（54,65）が複数
   個設けられ、これらの副冷却液流通開口（54,65）は、
   上記ジャケット区画室（55,56）の外周付近の上記仕切
   壁45）を貫通し、上記上部ジャケット室（56）を上記下
   部ジャケット室（55）の上記入口部分（59,61）に接続
   し、上記副冷却液流通開口（54,65）を流れる冷却液の
   流量は上記主冷却液通路（64）の流量よりもかなり少な
   いことを特徴とする請求項２記載のシリンダヘッド。
4. 【請求項４】上記第１燃焼室形成壁（12）を貫通する流
   れ制限形の副冷却液入口ポート（68）が複数個設けら
   れ、これらの副冷却液入口ポート（68）は、上記下部ジ
   ャケット室（55）の外周囲付近の上記出口部分（58,6
   0）に開口し、かつ上記冷却液循環手段の出口に接続可
   能であり、副冷却液入口ポート（68）を流れる冷却液の
   流量は上記主冷却液通路（64）よりもかなり少ないこと
   を特徴とする請求項３記載のシリンダヘッド。
5. 【請求項５】複数の締め具用開口形成ボス（22,23,24,2
   5,26,27,28,29）が設けられ、これらの締め具用開口形
   成ボスは上記下部ジャケット室（55）内に突出した曲面
   状表面を有し、上記仕切ウェブ（46）の各々は上記入口
   部分（59,61）に面した上記ウェブ（46）の側面が上記
   ボス（23,24,27,28）の曲面状表面に接するように接続
   され、上記入口部分（59,61）での冷却液滞留凹部の形
   成をできるだけ少なくすることを特徴とする請求項２乃
   至４のいずれかに記載のシリンダヘッド。
6. 【請求項６】上記下部ジャケット室（55）の表面から上
   方に突出した冷却用突起（71）が複数個設けられ、これ
   らの冷却用突起（71）は隣接する通路形成壁（41,42,4
   3,44）の間に配置され、そこの冷却効率を向上させるこ
   とを特徴とする請求項２乃至５のいずれかに記載のシリ
   ンダヘッド。