JPH09100744A - 水冷式内燃機関のシリンダヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 水冷式内燃機関のシリンダヘッドにおいて、
冷却性の向上をはかる。 【解決手段】 ヘッドボルトボス８と吸・排気ポート壁
６，７の間に画成されて冷却水を通す側方流路１１，１
２を備える水冷式内燃機関のシリンダヘッド１におい
て、側方流路１１，１２の断面積を拡げる方向にヘッド
ボルトボス８をシリンダ軸に対して傾斜させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水冷式内燃機関の
シリンダヘッドの改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】自動車等に搭載される内燃機関は、近年
の高出力化に伴って、シリンダヘッドの熱負荷が増大す
る傾向にあり、高い冷却性能が要求される。

【０００３】従来の水冷式内燃機関のシリンダヘッドと
して、例えば図７に示すようなものがある。

【０００４】これについて説明すると、内燃機関のシリ
ンダヘッド１は、燃焼室を画成するロアデッキ１９と、
動弁室１５を画成するアッパーデッキ１６と、ロアデッ
キ１９とアッパーデッキ１６の間に画成されて冷却水を
循環させるウォータジャケット４と、シリンダヘッド１
をシリンダブロックに締結するヘッドボルトを挿通させ
る各ヘッドボルトボス８と、吸・排気を導く２つの吸・
排気ポート壁６，７と、各ヘッドボルトボス８と吸・排
気ポート壁６，７の間に画成されて冷却水を通す側方流
路１１，１２とを備える。

【０００５】ウォータポンプから送られる冷却水は、図
８に矢印で示すように、シリンダブロックのウォータジ
ャケットを経て水穴５からシリンダヘッド１のウォータ
ジャケット４に流入し、ウォータジャケット４を気筒列
方向に流れる過程で、アッパーデッキ１６、ロアデッキ
１９、排気ポート壁７、プラグポスト３等の熱を吸収し
た後、出口９からラジエータ等に導かれる。

【０００６】ウォータジャケット４において、各気筒間
流路１０に流入した冷却水は、各ヘッドボルトボス８と
吸・排気ポート壁６，７の間に画成された側方流路１
１，１２と、プラグポスト３と吸・排気ポート壁６，７
の間に画成された中央流路１３に流入する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、シリンダヘ
ッド１に接合するシリンダまわりのシール性を高めるた
めに、ヘッドボルトをできるだけシリンダに近接して配
置したいという要求がある。

【０００８】しかしながら、このような従来の水冷式内
燃機関のシリンダヘッドにあっては、各ヘッドボルトボ
ス８がシリンダ軸と平行に配置されているため、ヘッド
ボルトをシリンダに近接して配置すると、各ヘッドボル
トボス８と吸・排気ポート壁６，７の間に画成される側
方流路１１，１２の断面積が小さくなり、側方流路１
１，１２からロアデッキ１９の燃焼室壁外周部に導かれ
る冷却水量が不足する可能性がある。

【０００９】また、実開昭６０−８７３５２号公報に
は、各ヘッドボルトボスをシリンダ軸に対して傾斜させ
てウォータジャケットの流路面積を拡大する構造が開示
されているが、このシリンダヘッドは各気筒に吸・排気
ポート壁を１つづ備える構造のため、ヘッドボルトボス
をシリンダ軸と平行に形成しても、ヘッドボルトボスと
吸・排気ポート壁の間に冷却水流路が絞られることな
く、上記問題点を解決するものではない。

【００１０】本発明は上記の問題点を解消し、水冷式内
燃機関のシリンダヘッドにおいて、冷却性の向上をはか
ることを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の水冷式
内燃機関のシリンダヘッドは、燃焼室を画成するロアデ
ッキと、動弁室を画成するアッパーデッキと、ロアデッ
キとアッパーデッキの間に画成されて冷却水を循環させ
るウォータジャケットと、シリンダヘッドをシリンダブ
ロックに締結するヘッドボルトを挿通させるヘッドボル
トボスと、吸・排気を導く吸・排気ポート壁と、ヘッド
ボルトボスと吸・排気ポート壁の間に画成されて冷却水
を通す側方流路と、を備える水冷式内燃機関のシリンダ
ヘッドにおいて、前記側方流路の断面積を拡げる方向に
ヘッドボルトボスをシリンダ軸に対して傾斜させる。

【００１２】請求項２に記載の水冷式内燃機関のシリン
ダヘッドは、請求項１に記載の発明において、前記アッ
パデッキ上にロッカカバーを介して動弁室を画成し、前
記ヘッドボルトボスのヘッドボルトに対する座面を動弁
室の外側に位置するシリンダヘッドの外壁に形成する。

【００１３】請求項３に記載の水冷式内燃機関のシリン
ダヘッドは、請求項１または２に記載の発明において、
ウォータジャケットに面するヘッドボルトボスの上部と
アッパデッキを結んでウォータジャケットの流路断面積
を削減するガイドリブを形成する。

【００１４】請求項４に記載の水冷式内燃機関のシリン
ダヘッドは、請求項１から３のいずれか一つに記載の発
明において、前記ウォータジャケットに冷却水を導入す
る水穴をロアデッキに開口し、水穴の直下流側に位置し
たヘッドボルトボスのみを側方流路の断面積を拡げる方
向にシリンダ軸に対して傾斜させる。

【００１５】請求項５に記載の水冷式内燃機関のシリン
ダヘッドは、請求項１から４のいずれか一つに記載の発
明において、前記ウォータジャケットに冷却水を導入す
る水穴をロアデッキに開口し、水穴が開口した気筒の直
下流側に位置した気筒において側方流路を絞るガイドリ
ブを形成する。

【００１６】

【作用】請求項１に記載の水冷式内燃機関のシリンダヘ
ッドにおいて、各ヘッドボルトボスをシリンダ軸に対し
て傾斜させる構造により、ヘッドボルトボスと吸・排気
ポート壁の間に画成される側方流路の断面積は、シリン
ダ軸と平行に形成されたヘッドボルトボスを備える従来
装置に比べて拡大する。

【００１７】側方流路の断面積を拡大することにより、
各ヘッドボルトボスが冷却水の流れに与える抵抗を小さ
く抑え、側方流路からロアデッキの燃焼室壁外周部に導
かれる冷却水量が十分に確保される。

【００１８】したがって、ヘッドボルトをできるだけシ
リンダに近接して配置して、シリンダヘッドに接合する
シリンダまわりのシール性を高めることと、ロアデッキ
の燃焼室壁まわりの冷却性を高めることを両立し、ノッ
キング等の発生を抑えられ、燃費を低減しつつ高出力化
がはかれる。

【００１９】請求項２に記載の水冷式内燃機関のシリン
ダヘッドにおいて、ヘッドボルトに対する座面を動弁室
の外側に位置するシリンダヘッドの外壁に形成する構造
により、ヘッドボルトの着脱をシリンダヘッドの外側で
行うことが可能となり、ロッカカバーや吸・排気カムシ
ャフトを取り外す必要がなく、生産性、整備性の向上が
はかれる。

【００２０】請求項３に記載の水冷式内燃機関のシリン
ダヘッドにおいて、シリンダ軸に対して傾斜する各ヘッ
ドボルトボスによってウォータジャケットの流路断面積
が下方から上方にかけて次第に拡大するが、ヘッドボル
トボスの上部とアッパデッキを結ぶガイドリブが気筒間
流路の上部の流路断面積を削減することにより、冷却水
がウォータジャケットの上部に集まることを抑制し、ロ
アデッキの冷却性を高められる。

【００２１】請求項４に記載の水冷式内燃機関のシリン
ダヘッドにおいて、水穴の直下流側に位置したヘッドボ
ルトボスのみを、側方流路の断面積を拡げる方向にシリ
ンダ軸に対して傾斜させる構造により、冷却水が集中す
る水穴の直下流側の部位で十分な流路断面積が確保さ
れ、冷却水の流れに与える抵抗を小さく抑えて、ウォー
タポンプの駆動損失が増大することを抑えられる。

【００２２】請求項５に記載の水冷式内燃機関のシリン
ダヘッドにおいて、水穴が開口した気筒の直下流側に位
置した気筒において側方流路に集中して流入しようとす
る冷却水の流れをヘッドボルトボスに連接したガイドリ
ブを介して絞ることにより、気筒上を流れる冷却水の速
度分布を適正化し、ロアデッキの燃焼室壁まわりの冷却
性を高め、ノッキング等の発生を抑えられる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて説明する。

【００２４】図１に示すように、４気筒機関に備えられ
るシリンダヘッド１は、アッパーデッキ１６とロアデッ
キ１９の間に冷却水を気筒列方向に循環させるウォータ
ジャケット４が画成される。

【００２５】ロアデッキ１９の前端の第１気筒上には４
つの水穴（入口）５が開口している。図示しないウォー
タポンプから送られる冷却水は、シリンダブロックのウ
ォータジャケットから各水穴５を通ってシリンダヘッド
１のウォータジャケット４に流入する。

【００２６】シリンダヘッド１の後部には１つの冷却水
出口９が開口している。ウォータジャケット４を図１に
矢印で示すように気筒列方向に流れた冷却水は出口９を
通って図示しないラジエータまたはバイパス通路を経て
ウォータポンプへと導かれる。

【００２７】アッパーデッキ１６の上方には図示しない
ヘッドカバーとの間に動弁室１５が画成される。動弁室
１５には吸・排気弁を開閉する２本のカムシャフトやロ
ッカアーム等が設けられる。

【００２８】図２にも示すように、シリンダヘッド１に
は各気筒毎にＶ字形に分岐する吸気ポート壁６および排
気ポート壁７と、図示しないバルブガイドが嵌合する４
つのバルブガイドボス２と、各ポート壁６，７の間に位
置して点火栓を収装する１つのプラグポスト３がそれぞ
れ一体形成される。

【００２９】シリンダヘッド１には各気筒間および気筒
端に複数のヘッドボルトボス８が一体形成される。図示
しないヘッドボルトが各ヘッドボルトボス８を挿通して
シリンダブロックに形成されたネジ穴に螺合することに
より、シリンダヘッド１をシリンダブロックに締結する
ようになっている。シリンダヘッド１とシリンダブロッ
クの間にはガスケットが介装され、両者の接合部をシー
ルするようになっている。

【００３０】ウォータジャケット４は、各気筒間に位置
して気筒間流路１０を有し、各気筒上に位置して各ヘッ
ドボルトボス８と吸・排気ポート壁６，７の間に画成さ
れて冷却水を通す側方流路１１，１２と、プラグポスト
３と吸・排気ポート壁６，７の間に画成されて冷却水を
通す中央流路１３を有する。

【００３１】ところで、シリンダヘッド１に接合するシ
リンダまわりのシール性を高めるために、ヘッドボルト
をできるだけシリンダに近接して配置したいという要求
がある。しかし、ヘッドボルトをシリンダに近接して配
置すると、各ヘッドボルトボス８と吸・排気ポート壁
６，７の間に画成される側方流路１１，１２の断面積が
小さくなり、側方流路１１，１２からロアデッキ１９の
燃焼室壁外周部に導かれる冷却水量が不足する可能性が
ある。

【００３２】これに対処して本発明は、側方流路１１，
１２の断面積を拡げる方向に各ヘッドボルトボス８をシ
リンダ軸に対して傾斜させる。

【００３３】各ヘッドボルトボス８は各バルブガイドボ
ス２と平行に形成される。これにより、各ヘッドボルト
ボス８と各バルブガイドボス２を同一行程で切削加工を
施すことが可能となり、生産性を高められる。

【００３４】この実施形態では、動弁室１５に面するア
ッパデッキ１６上にヘッドボルトに対する座面１４が形
成されている。

【００３５】以上のように構成され、次に作用について
説明する。

【００３６】ウォータポンプから送られる冷却水は、図
２に矢印で示すように、シリンダブロックのウォータジ
ャケットを経て水穴５からシリンダヘッド１のウォータ
ジャケット４に流入し、ウォータジャケット４を流れる
過程で、アッパーデッキ１６、ロアデッキ１９、排気ポ
ート壁７、プラグポスト３等の熱を吸収した後、出口９
からラジエータ等に導かれる。

【００３７】ウォータジャケット４において、各気筒間
流路１０に流入した冷却水は、各ヘッドボルトボス８と
吸・排気ポート壁６，７の間に画成された側方流路１
１，１２と、プラグポスト３と吸・排気ポート壁６，７
の間に画成された中央流路１３に流入する。

【００３８】各ヘッドボルトボス８をシリンダ軸に対し
て傾斜させる構造により、側方流路１１，１２の断面積
は、図１に２点鎖線で示すようにシリンダ軸と平行に形
成されたヘッドボルトボスを備える従来装置に比べて領
域Ｃだけ拡大する。

【００３９】このように各ヘッドボルトボス８と吸・排
気ポート壁６，７の間に画成される側方流路１１，１２
の断面積を拡大することにより、各ヘッドボルトボス８
が冷却水の流れに与える抵抗を小さく抑え、側方流路１
１，１２からロアデッキ１９の燃焼室壁外周部に導かれ
る冷却水量が十分に確保される。

【００４０】したがって、ヘッドボルトをできるだけシ
リンダに近接して配置して、シリンダヘッド１に接合す
るシリンダまわりのシール性を高めることと、シリンダ
ヘッド１の冷却性を確保することとを両立することがで
きる。ロアデッキ１９の燃焼室壁まわりの冷却性を高め
ることにより、ノッキング等の発生を抑えられ、燃費を
低減しつつ高出力化がはかれる。

【００４１】次に、図３に示した他の実施形態について
説明する。なお、図１との対応部分には同一符号を用い
て説明する。

【００４２】前記実施形態と同様に、側方流路１１，１
２の断面積を拡げる方向に各ヘッドボルトボス８をシリ
ンダ軸に対して傾斜させる。

【００４３】この実施形態では、各ヘッドボルトボス８
のヘッドボルトに対する座面１４を動弁室１５の外側に
面するシリンダヘッド１の外壁２４に形成する。

【００４４】シリンダヘッド１にはロッカカバー２２が
取付けられ、ロッカカバー２２を介して吸・排気カムシ
ャフト２０，２１を収装する動弁室１５が画成される。

【００４５】この場合、ヘッドボルトの着脱をシリンダ
ヘッド１の外側で行うことが可能となり、ロッカカバー
２２や吸・排気カムシャフト２０，２１を取り外す必要
がなく、生産性、整備性の向上がはかれる。

【００４６】次に、図４に示した他の実施形態について
説明する。なお、図１等との対応部分には同一符号を用
いて説明する。

【００４７】前記実施形態と同様に、側方流路１１，１
２の断面積を拡げる方向に各ヘッドボルトボス８をシリ
ンダ軸に対して傾斜させる。

【００４８】この実施形態では、シリンダヘッド１に各
ヘッドボルトボス８の上部とアッパデッキ１６を結ぶガ
イドリブ２６を一体形成し、ガイドリブ２６を介して気
筒間流路１０の上部の流路断面積を削減する。

【００４９】この場合、シリンダ軸に対して傾斜する各
ヘッドボルトボス８によって気筒間流路１０の流路断面
積が下方から上方にかけて次第に拡大するが、ガイドリ
ブ２６が気筒間流路１０の上部の流路断面積を削減する
ことにより、冷却水がウォータジャケット４の上部に集
まることを抑制し、ロアデッキ１９の冷却性を高められ
る。

【００５０】次に、図５に示した他の実施形態について
説明する。なお、図２等との対応部分には同一符号を用
いて説明する。

【００５１】前記実施形態と同様に、ロアデッキ１９の
前端の第１気筒上には４つの冷却水水穴５が開口してい
る。図示しないシリンダブロックのウォータジャケット
から冷却水が水穴５を通ってシリンダヘッド１のウォー
タジャケット４に流入する。

【００５２】この実施形態では、水穴５の直下流側に位
置した２つのヘッドボルトボス８のみを、側方流路３
１，３２の断面積を拡げる方向にシリンダ軸に対して傾
斜させる。

【００５３】水穴５の直下流側に位置したもの以外の各
ヘッドボルトボス８は、シリンダ軸と平行に形成され
る。

【００５４】この場合、各水穴５からウォータジャケッ
ト４に流入した冷却水の大部分が、図４に矢印で示すよ
うに、水穴５の直下流側に位置したヘッドボルトボス８
と吸・排気ポート壁６，７の間に画成される側方流路３
１，３２を集中的に通る一方、側方流路３１，３２から
気筒間流路１０に流出した冷却水は、各ヘッドボルトボ
ス８と吸・排気ポート壁６，７の間に画成された側方流
路１１，１２と、プラグポスト３と吸・排気ポート壁
６，７の間に画成された中央流路１３に分流する。

【００５５】このように冷却水の流れが集中する側方流
路３１，３２は、各ヘッドボルトボス８をシリンダ軸に
対して傾斜させる構造により、十分な流路断面積が確保
され、冷却水の流れに与える抵抗を小さく抑えて、ウォ
ータポンプの駆動損失が増大することを抑えられる。

【００５６】次に、図６に示した他の実施形態について
説明する。なお、図２等との対応部分には同一符号を用
いて説明する。

【００５７】前記実施形態と同様に、ロアデッキ１９の
前端の第１気筒の上には４つの冷却水水穴５が開口して
いる。図示しないシリンダブロックのウォータジャケッ
トから冷却水が水穴５を通ってシリンダヘッド１のウォ
ータジャケット４に流入する。

【００５８】側方流路１１，１２の断面積を拡げる方向
に各ヘッドボルトボス８をシリンダ軸に対して傾斜させ
る。

【００５９】この実施形態では、気筒間流路１０を介し
て水穴５の下流側に位置した第２気筒のヘッドボルトボ
ス８と吸・排気ポート壁６，７の間に画成される各側方
流路１１，１２を絞るガイドリブ４１，４２を各ヘッド
ボルトボス８に連接して形成する。

【００６０】この場合、各水穴５からウォータジャケッ
ト４に流入した冷却水の大部分が、図４に矢印で示すよ
うに、水穴５の直下流側に位置した第１気筒のヘッドボ
ルトボス８と吸・排気ポート壁６，７の間に画成される
側方流路３１，３２を集中的に通る一方、側方流路３
１，３２から気筒間流路１０に流出した冷却水は、各ガ
イドリブ４１，４２を介して第２気筒の側方流路１１，
１２に流入することが抑制され、気筒間流路１０から第
２気筒の中央流路１３に分流する冷却水量を確保する。

【００６１】このように、各ガイドリブ４１，４２を介
して各側方流路１１，１２と中央流路１３に分流する冷
却水の流速を均一化し、プラグポスト３まわりのアッパ
デッキ１６の冷却性を確保することができる。

【００６２】このようにして第２気筒において、各側方
流路１１，１２と中央流路１３に分流する冷却水の流速
が均一化されることにより、第３、第４気筒においては
ガイドリブ４１，４２を設けなくとも、冷却水の流速分
布を適正にすることができる。

【００６３】

【発明の効果】以上説明したように請求項１に記載の水
冷式内燃機関のシリンダヘッドは、各ヘッドボルトボス
をシリンダ軸に対して傾斜させて側方流路の断面積を拡
大する構造により、ヘッドボルトをできるだけシリンダ
に近接して配置して、シリンダヘッドに接合するシリン
ダまわりのシール性を高めることと、ロアデッキの燃焼
室壁まわりの冷却性を高めることを両立し、ノッキング
等の発生を抑えられ、燃費を低減しつつ高出力化がはか
れる。

【００６４】請求項２に記載の水冷式内燃機関のシリン
ダヘッドは、ヘッドボルトに対する座面を動弁室の外側
に位置するシリンダヘッドの外壁に形成する構造によ
り、ヘッドボルトの着脱をシリンダヘッドの外側で行う
ことが可能となり、ロッカカバーや吸・排気カムシャフ
トを取り外す必要がないので、生産性、整備性の向上が
はかれる。

【００６５】請求項３に記載の水冷式内燃機関のシリン
ダヘッドは、ヘッドボルトボスの上部とアッパデッキを
結ぶガイドリブが気筒間流路の上部の流路断面積を削減
することにより、冷却水がウォータジャケットの上部に
集まることを抑制し、ロアデッキの冷却性を高められ
る。

【００６６】請求項４に記載の水冷式内燃機関のシリン
ダヘッドは、水穴の直下流側に位置したヘッドボルトボ
スのみを側方流路の断面積を拡げる方向にシリンダ軸に
対して傾斜させる構造により、冷却水が集中する水穴の
直下流側の部位で十分な流路断面積が確保され、冷却水
の流れに与える抵抗を小さく抑えて、ウォータポンプの
駆動損失が増大することを抑えられる。

【００６７】請求項５に記載の水冷式内燃機関のシリン
ダヘッドは、水穴が開口した気筒の直下流側に位置した
気筒において側方流路に集中して流入しようとする冷却
水の流れをヘッドボルトボスに連接したガイドリブを介
して絞ることにより、気筒上を流れる冷却水の速度分布
を適正化し、ロアデッキの燃焼室壁まわりの冷却性を高
め、ノッキング等の発生を抑えられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示す図２のＢ−Ｂ線に沿
うシリンダヘッドの断面図。

【図２】同じく図１のＡ−Ａ線に沿うシリンダヘッドの
断面図。

【図３】他の実施形態を示すシリンダヘッドの断面図。

【図４】さらに他の実施形態を示すシリンダヘッドの断
面図。

【図５】さらに他の実施形態を示すシリンダヘッドの断
面図。

【図６】さらに他の実施形態を示すシリンダヘッドの断
面図。

【図７】従来例を示す図８のＢ−Ｂ線に沿うシリンダヘ
ッドの断面図。

【図８】同じく図７のＡ−Ａ線に沿うシリンダヘッドの
断面図。

【符号の説明】

１ シリンダヘッド ２ バルブガイドボス ３ プラグポスト ４ ウォータジャケット ５ 水穴 ６ 吸気ポート壁 ７ 排気ポート壁 ８ ヘッドボルトボス １０ 気筒間流路 １１ 側方流路 １２ 側方流路 １３ 中央流路 １４ ヘッドボルト座面 １５ 動弁室 １６ アッパーデッキ ２６ ガイドリブ ３１ 側方流路 ３２ 側方流路 ４１ ガイドリブ ４２ ガイドリブ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】燃焼室を画成するロアデッキと、 動弁室を画成するアッパーデッキと、 ロアデッキとアッパーデッキの間に画成されて冷却水を
   循環させるウォータジャケットと、 シリンダヘッドをシリンダブロックに締結するヘッドボ
   ルトを挿通させるヘッドボルトボスと、 吸・排気を導く吸・排気ポート壁と、 ヘッドボルトボスと吸・排気ポート壁の間に画成されて
   冷却水を通す側方流路と、 を備える水冷式内燃機関のシリンダヘッドにおいて、 前記側方流路の断面積を拡げる方向にヘッドボルトボス
   をシリンダ軸に対して傾斜させたことを特徴とする水冷
   式内燃機関のシリンダヘッド。
2. 【請求項２】前記アッパデッキ上にロッカカバーを介し
   て動弁室を画成し、 前記ヘッドボルトボスのヘッドボルトに対する座面を動
   弁室の外側に位置するシリンダヘッドの外壁に形成した
   ことを特徴とする請求項１に記載の水冷式内燃機関のシ
   リンダヘッド。
3. 【請求項３】ウォータジャケットに面するヘッドボルト
   ボスの上部とアッパデッキを結んでウォータジャケット
   の流路断面積を削減するガイドリブを形成したことを特
   徴とする請求項１または２に記載の水冷式内燃機関のシ
   リンダヘッド。
4. 【請求項４】前記ウォータジャケットに冷却水を導入す
   る水穴をロアデッキに開口し、 水穴の直下流側に位置したヘッドボルトボスのみを側方
   流路の断面積を拡げる方向にシリンダ軸に対して傾斜さ
   せたことを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに
   記載の水冷式内燃機関のシリンダヘッド。
5. 【請求項５】前記ウォータジャケットに冷却水を導入す
   る水穴をロアデッキに開口し、 水穴が開口した気筒の直下流側に位置した気筒において
   側方流路を絞るガイドリブを形成したことを特徴とする
   請求項１から４のいずれか一つに記載の水冷式内燃機関
   のシリンダヘッド。