JPH088291Y2 - シリンダヘッド構造 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この考案は、水ジャケットである冷却水通路を備えた
シリンダヘッド構造に関する。

〔従来の技術〕

従来、断熱エンジンの冷却装置は、例えば、実開昭60
-15921号公報に開示されている。該断熱エンジンの冷却
装置を第３図を参照して説明する。

該断熱エンジンの冷却装置については、シリンダライ
ナ下方部外周のシリンダブロック41の縦方向に少なくと
も上下二段に形成された冷却室42,43と、各冷却室42,43
に設置された冷媒の温度を検出する温度センサー44,45
と、温度センサー44,45の検出信号に対応する冷媒の流
速制御信号を冷媒駆動手段47に伝達するコントローラ46
とを有し、コントローラ46により各冷却室42,43中の冷
媒の流速を制御するものである。

上記断熱エンジンは、シリンダライナの上方部分52を
一体に形成したシリンダヘッド50の内側に、シリンダヘ
ッド内壁部49とシリンダライナ上方部51を一体に形成し
たライナヘッド55を嵌合している。シリンダヘッド50の
近傍には冷却室53が形成されている。シリンダブロック
41及びシリンダヘッド50は、鋳物で製作されている。ラ
イナヘッド55、シリンダライナ48及びピストンヘッド54
は、セラミックスで製作されている。図中、符号A,Bは
冷却水の流れ方向を示す。

〔考案が解決しようとする課題〕

一般に、往復動型エンジンでは、往復運動するピスト
ンの外側に位置するシリンダヘッド、シリンダライナの
外側を水又は空気によって冷却することによって円滑な
往復運動が継続できるものである。

しかしながら、シリンダヘッドの冷却については、吸
気ポート側と排気ポート側とでは、両者のポートの温度
が異なっており、従って、冷却水の温度分布も異なって
いる。そのため、シリンダヘッドの一端から他端に単に
冷却水を循環させることによって高温部の温度低下及び
シリンダヘッドの温度分布のバランスを取ることができ
るというものではない。

特に、断熱エンジンでは、温度上昇即ち温度負荷の厳
しい部位に強制的に冷却水を通すことが重要であり、ま
た、吸気を燃焼室内に効率良く導入するため、シリンダ
ヘッドの吸気ポート側を低い温度の冷却水で冷却し、低
い温度状態に維持しておくことが好ましいものである。

この考案の目的は、上記の課題を解決することであ
り、シリンダヘッドの最高温度部位の有効な温度低下と
温度分布の均一化を図るため、シリンダヘッドに形成し
た水ジャケットである冷却水通路を吸気ポート側と排気
ポート側とに二分割し、吸気ポート側の冷却水通路に排
気ポート側の温度状態が影響を与え無いように構成する
と共に、最も温度上昇の厳しい部位である吸気ポートと
排気ポートとの間に強制的に冷却水を流すように構成し
たシリンダヘッド構造を提供することである。

しかも、この考案の目的は、シリンダライナの下部か
ら水ジャケットを排除して冷却水通路をシリンダライナ
上部の外周及びシリンダヘッドにのみ形成することによ
り、ピストンの上死点付近の高温部の放熱を効率的に行
うことによって燃焼室の外周に形成した水ジャケットの
通路を放熱に最も適した上記の形状即ち冷却水がスムー
スに流れる単純な形状で簡単な構造に形成でき、冷却水
を速く、スムースに且つ強制的に流すことによって燃焼
室の高温部を極めて有効に且つ迅速に冷却すると共に、
小型に且つ軽量に構成してエンジンそのものの低コスト
化を図ることができることを特徴とするシリンダヘッド
構造を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

この考案は、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、この考案は、シリンダヘッドに
各燃焼室を形成する各シリンダライナ上部を一体構造に
それぞれ構成し、前記シリンダヘッドと前記燃焼室を形
成する前記各シリンダライナ上部の外周のみに冷却水通
路を形成し、前記冷却水通路内を吸気ポートと排気ポー
トとの間に延びる隔壁及び前記シリンダライナ上部間に
延びる隔壁によって前記吸気ポート側と前記排気ポート
側に二分割し、吸気ポート側冷却水通路と排気ポート側
冷却水通路とを前記隔壁にそれぞれ設けた連絡通路でそ
れぞれ連通し、前記吸気ポート側冷却水通路に入口を且
つ前記排気ポート側冷却水通路に出口を形成して冷却水
を前記吸気ポート側冷却水通路から前記排気ポート側冷
却水通路へ流すように構成したことを特徴とするシリン
ダヘッド構造に関する。

〔作用〕

この考案によるシリンダヘッド構造は、上記のように
構成されており、次のように作用する。即ち、このシリ
ンダヘッド構造は、シリンダヘッド及び各シリンダライ
ナ上部の外周のみに形成した冷却水通路内を連絡通路を
それぞれ備えた隔壁によって吸気ポート側と排気ポート
側に二分割し、吸気ポート側の前記冷却水通路に入口を
且つ排気ポート側の前記冷却水通路に出口を形成して冷
却水を前記吸気ポート側冷却水通路から前記排気ポート
側冷却水通路へ流したので、ラジエータで冷却された冷
却水は、まず吸気ポート側を流れて吸気ポート側のシリ
ンダヘッドと各シリンダライナ上部とを冷却し、次いで
前記各連絡通路を通って強制的に排気ポート側を流れて
排気ポート側のシリンダヘッドと各シリンダライナ上部
とを冷却する。従って、高温となる排気ポート側の熱影
響を吸気ポート側は受けることがなく、吸気側の冷却効
果は良好であるので吸入効率を低下させることがない。

また、このシリンダヘッド構造は、吸気ポートと排気
ポート側を二分割する隔壁に形成した連絡通路を吸気ポ
ートと排気ポートの間及び前記各シリンダライナ上部間
に形成したので、最も温度上昇の厳しい部位を強制的に
冷却水を通すことができ、最高温度部位の温度低下を効
率的に達成でき且つ温度分布の均一化を図ることができ
る。

〔実施例〕

以下、図面を参照して、この考案によるシリンダヘッ
ド構造の実施例を詳述する。

第１図及び第２図において、この考案によるシリンダ
ヘッド構造の一実施例が示されている。第１図はこの考
案によるシリンダヘッド構造の一実施例を示し且つ第２
図の線Ｉ−Ｉにおける断面図、及び第２図は第１図の線
II-IIにおける断面図である。

このシリンダヘッド構造を備えた断熱エンジンは、部
分断熱構造のエンジンであり、主として、シリンダを形
成するシリンダブロック８、該シリンダブロック８のシ
リンダに嵌合されたセラミック材料で構成したシリンダ
ライナ３、並びにセラミック材料から構成したピストン
ヘッドを断熱材を介してピストン本体に取り付けたピス
トンから構成されている。シリンダライナ上部６はシリ
ンダライナ３の上方部に位置している。

また、シリンダライナ上部６、シリンダライナ３、シ
リンダヘッド下面部７及びピストンヘッドによって燃焼
室11が形成され、該燃焼室11側のシリンダヘッド下面部
７は、シリンダヘッド１と一体構造に形成され、更に、
シリンダライナ上部６とシリンダヘッド下面部７とは一
体構造に製作されている。シリンダヘッド下面部７に
は、吸気バルブ及び排気バルブが配設される吸気口９及
び排気口10が形成されている。

シリンダヘッド１とシリンダライナ上部６は、金属、
例えば、鋳鉄で構成されているが、シリンダライナ上部
６及びシリンダヘッド１には、シリンダヘッド１とシリ
ンダライナ上部６に渡って水ジャケットである冷却水通
路２が形成されている。言い換えれば、シリンダヘッド
１に形成された冷却水通路２はシリンダライナ上部６の
外周に伸びている。冷却水通路２は、燃焼室11に面する
部分、特に、シリンダヘッド下面部７からピストンのト
ップデットセンター（上死点）付近までの高温部を冷却
するように構成されており、この高温部での熱に対する
問題は水冷却されているので何ら生じない。

このように、シリンダヘッド１とシリンダライナ上部
６のみに対して冷却水通路２を設けるように構成したの
で、冷却水通路２自体の形状を極めて簡潔な構造に形成
でき、冷却水の流れ抵抗を小さくすることができる。そ
れ故に、冷却水を循環させる冷却水用ポンプの容量も小
さく構成することができる。

更に、シリンダブロック８に形成したシリンダには、
シリンダボアとなるシリンダライナ３が密着状態に嵌合
している。即ち、シリンダライナ３は、鋳物から作られ
たシリンダブロック８に鋳込み、圧入、焼嵌め等によっ
て嵌合されており、ジルコニア、窒化珪素、炭化珪素等
のセラミック材料で製作されている。

これらのシリンダライナ３内にはピストンが往復動す
るように構成されているが、これらのシリンダライナ３
は余り高温高圧にならないので、シリンダライナ３をセ
ラミック材料で構成し、その部位の断熱機能を果たすよ
うに構成すると共に、耐焼付性を向上させるように構成
すれば、シリンダライナ３の外周に位置するシリンダブ
ロック８については、水ジャケットを設ける必要はな
く、また空冷のフィン等も設ける必要もない。

従って、シリンダブロック８の鋳造に当たって水ジャ
ケット用の中子を廃止でき、極めて加工性が容易にな
り、重量の低減、大幅なコストダウンを図ることができ
る。

また、ピストンについては、図示していないが、燃焼
室側に面するピストンヘッドを窒化珪素、炭化珪素等の
セラミック材料で構成し、該ピストンヘッドをセラミッ
ク材料から成る断熱材を介してピストン本体に取付けて
構成したものを適用できる。

上記のように、シリンダヘッド１と上部に位置するシ
リンダライナ上部６のみに対して冷却水通路２を設ける
ように構成したので、冷却水通路２自体の形状を極めて
簡潔な構造に形成でき、冷却水の流れ抵抗を小さくする
ように構成できる。それ故に、冷却水を循環させる水ポ
ンプを電動式に構成し、該水ポンプの容量も小さく構成
することができる。また、シリンダヘッド１には、温度
センサーを取付け、該温度センサーによる温度測定場
所、即ち温度センサーの設置場所については、吸排気バ
ルブのバルブシートの間等の最も熱負荷の過酷な部位の
温度を測定するように設定することが好ましいが、場合
によっては、冷却水温を直接測定するように設置しても
よいことは勿論である。

この考案によるシリンダヘッド構造は、特に、上記の
構成において、シリンダヘッド１に形成された水ジャケ
ットである冷却水通路２について最高温部の温度低下を
効果的に行い、且つ温度分布の均一化を図った点を特徴
とするものである。即ち、シリンダヘッド下面部７及び
シリンダライナ上部６を一体構造に構成したシリンダヘ
ッド１に形成された冷却水通路２は、各シリンダライナ
上部６の外周壁面及びシリンダヘッド下面部７の壁面を
冷却するため、シリンダヘッド１の一端から他端へ冷却
水が流れるように形成されている。

冷却水通路２は、複数の連絡通路を備えた隔壁12によ
って吸気ポート４側と排気ポート５側に二分割されてい
る。しかも、シリンダヘッド１に形成した冷却水通路２
については、吸気ポート４側の冷却水通路２の一端に入
口15を形成し、且つ排気ポート５側の冷却水通路２の他
端に出口16を形成している。

冷却水通路２を二分割する隔壁12に形成した複数の連
絡通路については、最も温度負荷の厳しい部位に形成さ
れているものである。即ち、これらの連絡通路は、吸気
ポート４と排気ポート５の間、言い換えれば、１つのシ
リンダに対応する吸気口９と排気口10との間に位置する
隔壁12に形成した連絡通路14、１つのシリンダにおける
排気口10と別のシリンダにおける吸気口９との間に位置
する隔壁12に形成した連絡通路14、及びあるシリンダラ
イナ上部６と別のシリンダライナ上部６との間即ち各シ
リンダライナ上部６間に位置する隔壁12に形成した連絡
通路13から成る。

隔壁12に形成した連絡通路を、上記のように構成する
ことによって、冷却水通路２を循環する冷却水は、吸気
ポート側の冷却水通路２から排気ポート側の冷却水通路
２へ連絡通路を通って矢印で示す方向に流れる。

上記のように、冷却水が冷却水通路２を流れることに
よって、吸気ポート４側の冷却水通路２に排気ポート５
側の高温状態が影響を与えることがなく、しかも、最も
温度上昇の厳しい部位である吸気ポート４と排気ポート
５との間の部位に強制的に冷却水が必ず流れるようにな
り、シリンダヘッド１の最高温度部位の有効な且つ迅速
な温度低下を達成することができ、しかも温度分布の均
一化を図ることができる。また、この構造によって冷却
水通路２自体を、コンパクトに且つ冷却水のスムースな
流れ形状に構成することができる。

この場合に、温度センサーを冷却水温を測定するた
め、冷却水通路２内、或いは温度の最も高温部となる吸
排気バルブのバルブシートの間に設置してもよいことは
勿論である。冷却水が冷却水通路２とラジエータとを循
環するように、管路によって連絡されている。

更に、冷却水の循環のため、水ポンプが該管路中、或
いはシリンダヘッド１の端部に固定したケースに設置さ
れている。即ち、上記水ポンプは、エンジンの駆動とは
独立して駆動できる電動タイプに構成することができ、
水ポンプを駆動する電力は、例えば、断熱エンジンに設
けられたエネルギー回収装置で得た電力を直接利用した
り、或いは一旦バッテリーに蓄電された電力等を利用す
ることができる。また、水ポンプは、温度センサーの信
号を受けてコントローラによって制御される。

即ち、水ポンプを駆動する制御については、温度セン
サーによって測定されたシリンダヘッド１の温度或いは
冷却水の温度が高温時には循環する冷却水の流量を増大
させ、また、低温時には循環する冷却水の流量を減少さ
せるように行う。それ故に、水ポンプの駆動を、エンジ
ンの駆動とは独立して行うので、エンジンの駆動状態と
は無関係に冷却水の流量を自由にコントロールすること
ができる。従って、エンジンの冷却のために必要な駆動
損失を最小限に止めることができる。

〔考案の効果〕

この考案によるシリンダヘッド構造は、上記のように
構成されており、次の効果を有する。即ち、このシリン
ダヘッド構造は、シリンダヘッド及び各シリンダライナ
上部の外周に形成した冷却水通路を連絡通路を備えた隔
壁によって吸気ポート側と排気ポート側に二分割し、吸
気ポート側の前記冷却水通路に入口を且つ排気ポート側
の前記冷却水通路に出口を形成したので、ラジエータで
冷却された冷却水は、まず吸気ポート側の前記冷却水通
路を流れて吸気ポート側のシリンダヘッド及び各シリン
ダライナ上部の外周を冷却し、次いで前記各連絡通路を
通って強制的に排気ポート側の前記冷却水通路へ必ず流
れて排気ポート側のシリンダヘッド及び各シリンダライ
ナ上部の外周を冷却する。

従って、シリンダヘッド及び各シリンダライナ上部の
最高温部の温度を迅速に且つ効果的に低下させ、しかも
温度分布の均一化を良好に達成することができ、また高
温となる排気ポート側の熱影響を吸気ポート側はほとん
ど受けないので、吸気ポート側のシリンダヘッドの冷却
をスムースに且つ好ましい状態に冷却することができ、
吸気側の温度をそれほど高温にしないので、吸入効率を
低下させるような悪影響を受けることがない。

また、このシリンダヘッド構造は、各シリンダライナ
上部は冷却水通路を備えていないシリンダブロックのシ
リンダに嵌合したセラミック製の各シリンダライナの上
に位置させたので、燃焼室の外周に形成した水ジャケッ
トである冷却水通路を放熱に最も適した形状即ち冷却水
がスムースに流れる単純な形状で簡単な構造に形成で
き、冷却水を速く且つスムースに流すことによって燃焼
室の高温部を極めて有効に且つ迅速に冷却すると共に、
鋳型の簡略化により加工性を向上させると共に、小型且
つ軽量に構成してエンジンそのものの低コスト化を図る
ことができる。

更に、このシリンダヘッド構造は、吸気ポート側と排
気ポート側とを二分割する隔壁に形成した連絡通路を吸
気ポートと排気ポートとの間及び前記各シリンダライナ
上部間に形成したので、最も温度上昇即ち温度負荷の厳
しい部位を強制的に冷却水を必ず通すことができ、最高
温度部位の温度低下を迅速に且つ効果的に達成し、且つ
温度分布の均一化を良好に達成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案によるシリンダヘッド構造の一実施例
を示し且つ第２図の線Ｉ−Ｉにおける断面図、第２図は
第１図の線II-IIにおける断面図、及び第３図は従来の
断熱エンジンの冷却装置の一例を示す断面図である。 １……シリンダヘッド、２……冷却水通路、４……吸気
ポート、５……排気ポート、６……シリンダライナ上
部、７……シリンダヘッド下面部、９……吸気口、10…
…排気口、11……燃焼室、12……隔壁、13,14……連絡
通路、15……入口、16……出口。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】シリンダヘッドに各燃焼室を形成する各シ
   リンダライナ上部を一体構造にそれぞれ構成し、前記シ
   リンダヘッドと前記燃焼室を形成する前記各シリンダラ
   イナ上部の外周のみに冷却水通路を形成し、前記冷却水
   通路内を吸気ポートと排気ポートとの間に延びる隔壁及
   び前記シリンダライナ上部間に延びる隔壁によって前記
   吸気ポート側と前記排気ポート側に二分割し、吸気ポー
   ト側冷却水通路と排気ポート側冷却水通路とを前記隔壁
   にそれぞれ設けた連絡通路でそれぞれ連通し、前記吸気
   ポート側冷却水通路に入口を且つ前記排気ポート側冷却
   水通路に出口を形成して冷却水を前記吸気ポート側冷却
   水通路から前記排気ポート側冷却水通路へ流すように構
   成したことを特徴とするシリンダヘッド構造。