JPH11117803A - 内燃機関のシリンダヘッド構造 - Google Patents

内燃機関のシリンダヘッド構造

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JPH11117803A
JPH11117803A JP9288130A JP28813097A JPH11117803A JP H11117803 A JPH11117803 A JP H11117803A JP 9288130 A JP9288130 A JP 9288130A JP 28813097 A JP28813097 A JP 28813097A JP H11117803 A JPH11117803 A JP H11117803A
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intake valve
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 気筒間領域の剛性及びシール性を向上する。
排気弁開口部28,29間を効果的に冷却する。 【解決手段】 気筒中心を結ぶシリンダヘッド中心線L
を挟んで、一方に第1吸気弁開口部26及び第1排気弁
開口部28を、他方に第2吸気弁開口部27及び第2排
気弁開口部29をそれぞれ配置する。例えば#2気筒2
2と#3気筒23との間で、#3気筒23の第1吸気弁
開口部26の周縁部26aと#2気筒22の第2排気弁
開口部29の周縁部29aとを連結するリブ46を、ウ
ォータジャケット底面に形成する。隣り合う気筒間を流
れる冷却水の流れ方向N2に対し、上流側でリブ46が
第1吸気弁開口部26の周縁部26aに連結し、下流側
でリブ46が第2排気弁開口部29の周縁部29aに連
結する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、自動車用ディー
ゼルエンジンのような内燃機関のシリンダヘッド構造に
関する。
【0002】
【従来の技術】特開平6−288295号公報に開示さ
れた内燃機関のシリンダヘッド構造を図4に示す。この
内燃機関は、各気筒の略中央に燃料噴射ノズルが配置さ
れるとともに、各気筒に一対の吸気弁と一対の排気弁と
が設けられる4弁式ディーゼルエンジンであり、かつ、
機関内部のウォータジャケット内で冷却水を強制的に循
環させる水冷式構造となっている。
【0003】シリンダヘッド2には、気筒1の略中央に
配置される燃料噴射ノズル取付部3を囲うように、吸気
弁により開閉される一対の吸気弁開口部4,5と、排気
弁により開閉される一対の排気弁開口部6,7とが形成
されている。これらの開口部4〜7は、気筒1,1aの
中心を結ぶシリンダヘッド中心線Lを挟んで、一方(図
4の上側)に第1吸気弁開口部4及び第1排気弁開口部
6が、他方(図4の下側)に第2吸気弁開口部5及び第
2排気弁開口部7が配置されている。これは、上記公報
には記載されていないが、一方の第1吸気弁開口部4に
連通する吸気ポートをヘリカルポート8とし、燃焼室内
にスワールを生成するためである。
【0004】また、シリンダヘッド2内部には、冷却水
が循環するウォータジャケット10が形成されていると
ともに、ウォータジャケット10の底面には、シリンダ
ブロック側から冷却水を導入するための複数の水孔11
が形成されている。
【0005】このシリンダヘッド2は、シリンダヘッド
ボルトボス部12,13内を貫通する図外のシリンダヘ
ッドボルトによって、シリンダヘッドガスケットを介し
てシリンダブロックと固定されている。
【0006】ここで、ディーゼル機関では、最大燃焼圧
力が高いことから、気筒周りにおけるシリンダヘッド2
底面とシリンダヘッドガスケットとの間及びシリンダブ
ロック上面とシリンダヘッドガスケットとの間のシール
性確保が重要な課題となっている。そこで、この例で
は、1つの気筒1の周りに、4個のシリンダヘッドボル
トボス部12a〜12dを配置している他、気筒1を挟
んだシリンダヘッド2両側部に一対のシリンダヘッドボ
ルトボス部13を配置してある。つまり、シリンダヘッ
ドボルトボス部13を、シリンダヘッド中心線Lに沿っ
て隣り合うシリンダヘッドボルトボス部12a,12b
間及び12c,12d間の中間部分R1近傍に配置し
て、この部分R1のシール面圧を補強している。
【0007】さらに、この例では、1つの気筒1内で隣
り合う第1吸気弁開口部4の周縁部と第1排気弁開口部
6の周縁部との間、及び第2吸気弁開口部5の周縁部と
第2排気弁開口部7の周縁部との間を隔壁14で連結し
てあり、上述したボス部12a,12b間及び12c,
12d間の中間部分R1近傍の剛性及びシール性を更に
向上させている。なお、隔壁14には冷却水を流通させ
る連通部15が形成されている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、隣り合
う気筒1,1a間の中間領域R2、言い換えるとシリン
ダヘッド中心線Lを挟んで対向するシリンダヘッドボル
トボス部12b,12d間の中間領域R2には、シリン
ダヘッド2全体のコンパクト化のために、ヘッドボルト
ボス部を設ける余裕はなく、この領域R2の剛性及びシ
ール面圧を確保することが非常に困難であった。
【0009】また、他の課題として、排気弁開口部6,
7の周縁部は、内部を通過する排気ガスにより加熱され
るため、吸気弁開口部4,5の周縁部に比して熱負荷が
高く、より積極的に冷却する必要がある。特に、シリン
ダヘッド中心線Lを挟んで対向する排気弁開口部6,7
間の領域R3は、冷却が不十分となってシリンダヘッド
の耐久性の悪化を招き易い。
【0010】
【課題を解決するための手段】そこで、請求項1の発明
は、冷却水が循環するウォータジャケットが内部に形成
されるとともに、吸気弁によって開閉される一対の吸気
弁開口部と、排気弁によって開閉される一対の排気弁開
口部とが各気筒毎に形成された水冷式多気筒内燃機関の
シリンダヘッドにおいて、隣り合う気筒間で、一方の気
筒の吸気弁開口部又は排気弁開口部の周縁部と、他方の
気筒の吸気弁開口部又は排気弁開口部の周縁部とを、気
筒中心を結ぶシリンダヘッド中心線を跨いで連結するリ
ブを、ウォータジャケット底面に形成したことを特徴と
している。
【0011】また、請求項2の発明は、気筒中心を結ぶ
シリンダヘッド中心線を挟んで、一方に第1吸気弁開口
部の中心点及び第1排気弁開口部の中心点を、他方に第
2吸気弁開口部の中心点及び第2排気弁開口部の中心点
をそれぞれ配置するとともに、隣り合う気筒間を流れる
冷却水の流れ方向に対し、上流側でリブを第1吸気弁開
口部の周縁部に連結し、下流側でリブを第2排気弁開口
部の周縁部に連結したことを特徴としている。
【0012】請求項3の発明は、気筒中心を結ぶシリン
ダヘッド中心線を挟んで、一方に第1吸気弁開口部の中
心点及び第1排気弁開口部の中心点を、他方に第2吸気
弁開口部の中心点及び第2排気弁開口部の中心点をそれ
ぞれ配置するとともに、シリンダヘッド内を流れる冷却
水のシリンダヘッド中心線に沿う流れ方向に対し、上流
側に各気筒の第1,第2排気弁開口部を、下流側に第
1,第2吸気弁開口部をそれぞれ配置し、かつ、隣り合
う気筒間に、シリンダヘッド中心線を挟んで一方に第1
ヘッドボルトボス部を、他方に第2ヘッドボルトボス部
を形成するとともに、上記リブが連結する第1吸気弁開
口部と第1ヘッドボルトボス部との間の冷却水の流路断
面積を、第2吸気弁開口部と第2ヘッドボルトボス部と
の間の冷却水の流路断面積よりも大きく設定したことを
特徴としている。
【0013】請求項4の発明は、上記第1吸気弁開口部
がタンジェンシャルポートに連通し、第2吸気弁開口部
がヘリカルポートに連通していることを特徴としてい
る。
【0014】
【発明の効果】請求項1〜4の発明によれば、リブが隣
り合う気筒の間で吸気弁又は排気弁の開口部の周縁部間
を連結しているから、ヘッドボルト軸力が隣接する吸,
排気弁開口部の周縁部からリブを介して気筒間のロアデ
ッキに効果的に伝達される。この結果、気筒間領域の剛
性が向上し、ひいてはシリンダヘッド底面とシリンダブ
ロック上面との間のシリンダヘッドガスケットによるシ
ール性が効果的に向上する。
【0015】特に、リブは、シリンダ中心線を跨いでい
るから、気筒間領域の中央部を通って斜めに延びる形と
なり、重量増加の少ない簡易な構造によって、気筒間領
域の剛性をバランス良く向上することができる。
【0016】請求項2の発明によれば、冷却水の流れ方
向に対して下流側でリブが第2排気弁開口部に連結して
いるから、隣り合う気筒間を流れる冷却水は、リブによ
って、第1排気弁開口部と第2排気弁開口部との間に適
宜に案内される。このため、特に熱負荷の高い第1,第
2排気弁開口部の周縁部間の領域を積極的に冷却でき、
ひいては過度な温度上昇によるシリンダヘッドの耐久性
の低下を抑制できる。
【0017】請求項3の発明によれば、ウォータジャケ
ット内をシリンダヘッド中心線に沿う方向に流れる冷却
水は、その多くが比較的流路断面積の大きな第1吸気弁
開口部と第1ヘッドボルトボス部との間を通って、隣り
合う気筒間の領域に導入される。このため、隣り合う気
筒間を流れる冷却水は、第1吸気弁開口部側から第2排
気弁開口部側へ流れるようになり、この冷却水は、請求
項2の発明と同様、リブによって第1排気弁開口部と第
2排気弁開口部との間に適宜に案内される。この結果、
特に熱負荷の高い第1,第2排気弁開口部の周縁部間の
領域を積極的に冷却でき、ひいては過度な温度上昇によ
るシリンダヘッドの耐久性の低下を抑制できる。
【0018】請求項4の発明によれば、気筒の燃焼室内
にスワールを生成して燃焼の改善を実現できる。
【0019】加えて請求項4の発明によれば、燃焼改善
のためのヘリカルポートが第2吸気弁開口部に連通し、
この第2吸気弁開口部に対して外側から回り込む形状と
なるため、特別なポート断面形状及びポート周縁部形状
を用いることなく、請求項3の発明のように、第1吸気
弁開口部と第1ヘッドボルトボス部との間の冷却水の流
路断面積を、第2吸気弁開口部と第2ヘッドボルトボス
部との間の冷却水の流路断面積よりも大きく設定でき
る。
【0020】
【発明の実施の形態】以下、この発明の好ましい実施の
形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【0021】図1は、本発明の一実施例に係るシリンダ
ヘッド20の内部構造を示す断面図で、図2は図1のA
−A線に沿う断面図、図3は図1のB−B線に沿う断面
図である。なお、図1は、境界線C1,C2の両側で断
面位置が異なっており、C1,C2で挟まれた部分が両
側の部分よりもシリンダヘッド20の底部から離れた位
置での断面となっている。
【0022】このシリンダヘッド20が適用される内燃
機関は、図1の左側から順に#1気筒21,#2気筒2
2,#3気筒23,及び#4気筒24が直列に配置され
た直列4気筒型であり、かつ、各気筒21−24の略中
央に燃料噴射ノズルが配置される自動車用ディーゼルエ
ンジンである。また、この内燃機関は、機関内部に形成
されたウォータジャケットに冷却水を強制的に循環させ
る水冷式であり、かつ、各気筒21−24に対して一対
の吸気弁と排気弁とが設けられる4弁式構造となってい
る。
【0023】シリンダヘッド20は、アルミニウム合金
等により一体に鋳造されており、各気筒21−24の略
中央に、シリンダ軸方向(図2の上下方向)に延びる燃
料噴射ノズル取付部25が形成されているとともに、こ
の燃料噴射ノズル取付部25を囲うように、吸気弁によ
って開閉される一対の吸気弁開口部26,27と、排気
弁によって開閉される一対の排気弁開口部28,29と
が形成されている。
【0024】これら開口部26〜29は、燃焼室内のス
ワールを強化する目的で、各気筒21−24の中心同士
を結ぶシリンダヘッド中心線Lを挟んで、図1の上側と
なる一方側(P)に第1吸気弁開口部26の中心点及び
第1排気弁開口部28の中心点を、図1の下側となる他
方側(Q)に第2吸気弁開口部27の中心点及び第2排
気弁開口部29の中心点を配置している。そして、第1
吸気弁開口部26に連通する吸気ポートをタンジェンシ
ャルポート30とするとともに、第2吸気弁開口部27
に連通する吸気ポートをヘリカルポート31としてい
る。
【0025】なお、上記吸気ポート30,31はシリン
ダヘッド20の一方側(P)に開口し、第1排気弁開口
部28及び第2排気弁開口部29に連通する排気ポート
32はシリンダヘッド20の他方側(Q)の側面に開口
している。
【0026】また、シリンダヘッド20の内部を空洞化
してウォータジャケット34が形成されており、このウ
ォータジャケット34の底面をなすロアデッキ35に
は、#4気筒24側端部(図1の右端)付近に複数の連
通孔36が貫通形成されている。
【0027】そして冷却水は、ウォータポンプにより圧
送されてシリンダブロック側へ導入,循環されるととも
に、連通孔36を経てシリンダヘッド20のウォータジ
ャケット34内に導入され、全体としてシリンダヘッド
中心線Lに沿う縦方向に沿って図1の右側から左側へ流
れ、冷却水出口37を通って図外のラジエータへ送られ
るようになっている。
【0028】またシリンダヘッド20には、シリンダヘ
ッド20内部の前後両端および気筒間位置に設けられる
シリンダヘッドボルトボス部40と、シリンダヘッド2
0の両側部に形成されるサブシリンダヘッドボルトボス
部42とが、シリンダ軸方向に延設されており、これら
ボス部40,42を貫通する図外のシリンダヘッドボル
トによって、シリンダヘッド20とシリンダブロックと
がシリンダヘッドガスケットを介して強固に固定されて
いる。
【0029】ここで、本実施例のようなディーゼル機関
では、最大燃焼圧力が高いことから、各気筒周りにおけ
るシリンダヘッド20底面とシリンダヘッドガスケット
との間及びシリンダブロック上面とシリンダヘッドガス
ケットとの間のシール性確保が重要な課題となってい
る。そこで、1つの気筒の周りには、合計4個のシリン
ダヘッドボルトボス部40a,40bを配置している
他、気筒中心を挟んでシリンダヘッド中心線Lの両側に
サブシリンダヘッドボルトボス部42を配置してある。
つまり、シリンダヘッド中心線Lの一方側(P)で隣り
合う第1シリンダヘッドボルトボス部40a,40aの
中間付近と、他方側(Q)で隣り合う第2シリンダヘッ
ドボルトボス部40b,40bの中間付近に、それぞれ
サブシリンダヘッドボルトボス部42を配置して、この
部分のシール面圧を補強している。
【0030】そして、本実施例にあっては、例えば隣接
する#2気筒22と#3気筒23との間で、一方の#3
気筒23における第1吸気弁開口部26の周縁部26a
と、他方の#2気筒22における第2排気弁開口部29
の周縁部29aとを連結するリブ46を、ウォータジャ
ケット34の底面をなすロアデッキ35の上面に形成し
てある。このリブ46は、シリンダヘッド20の鋳造時
に一体に鋳造されるもので、図3にも示すように所定高
さを有する断面山形に形成され、かつ、シリンダヘッド
中心線Lを跨ぐように、#2気筒22と#3気筒23の
中間部の中央付近を通って略直線的に斜めに延びてい
る。
【0031】この結果、重量増加の少ない簡易な構造に
よって、隣り合う#2気筒22と#3気筒23との中間
部分近傍が適宜に補強される。つまり、シリンダヘッド
ボルトボス部40aに隣接する第1吸気弁開口部26の
周縁部26aや、シリンダヘッドボルトボス部40bに
隣接する第2排気弁開口部29の周縁部29aに作用す
るヘッドボルト軸力が、リブ46を介して気筒間領域に
位置するロアデッキ35へ効果的に伝達されるようにな
る。このため、爆発燃焼圧力によるロアデッキ35の変
形が抑制され、ひいてはシリンダヘッド20底面とシリ
ンダヘッドガスケットとの間及びシリンダブロック上面
とシリンダヘッドガスケットとの間のシール性が効果的
に向上する。
【0032】なお、#1気筒21と#2気筒22との間
や、#3気筒23と#4気筒24との間にも、同じよう
にリブ46が形成され、同様の効果を奏するが、ここで
は重複する説明を省略する。
【0033】更に、このリブ46は、ウォータジャケッ
ト34内を流れる冷却水を、熱負荷の高い第1排気弁開
口部28の周縁部28aと第2排気弁開口部29の周縁
部29aとの間に形成されるウォータジャケット34の
排気弁間領域34aへ適宜に案内するガイド機能を有し
ている。
【0034】この点について、図1の#4気筒24近傍
の冷却水流れを例にとって詳述すると、シリンダヘッド
20のウォータジャケット34内を循環する冷却水は、
上述したように、全体としてシリンダヘッド中心線Lに
沿って矢印N1の方向へ流れている。
【0035】この冷却水の流れ方向N1に対し、上流側
に各気筒の排気弁開口部28,29が、下流側に吸気弁
開口部26,27が配置されている。そして、第1吸気
弁開口部26の周縁部26aとこれに隣接する第1シリ
ンダヘッドボルトボス部40aとの間に形成されるウォ
ータジャケット34の第1連通領域34cの流路断面積
を、第2吸気弁開口部27の周縁部27aとこれに隣接
する第2シリンダヘッドボルトボス部40bとの間に形
成されるウォータジャケット34の第2連通領域34d
の流路断面積よりも大きく設定してある。言い換える
と、燃焼改善のためのヘリカルポート31が第2吸気弁
開口部27に連通し、この第2吸気弁開口部27に対し
て外側から回り込む形状となるため、特別なポート断面
形状及びポート周縁部形状を用いることなく、上記のよ
うに第1連通領域34cの流路断面積を、第2連通領域
34dの流路断面積よりも大きく設定できる。従って、
冷却水は、比較的流路断面積の大きい第1連通領域34
cを通って、#3気筒23と#4気筒24との間に形成
されるウォータジャケット34の気筒間領域34bへと
流れ込みやすくなる。この結果、気筒間領域34bでは
冷却水が矢印N2で示すように一方側(P)から他方側
(Q)へ向かって流れるようになる。
【0036】このような気筒間領域34bを流れる冷却
水の流れ方向N2に対し、上流側でリブ46が第1吸気
弁開口部26の周縁部26aに連結し、下流側でリブ4
6が第2排気弁開口部29の周縁部29aに連結してい
る。この結果、リブ46によって気筒間領域34bから
排気弁間領域34aへ連なる流路が形成される形とな
り、気筒間領域34bに流れ込んだ冷却水が、リブ46
によって向きを適宜に変えられて、図1の矢印N3に示
すように排気弁間領域34aへ半ば強制的に導かれる。
【0037】そして排気弁間領域34aへ流れ込んだ冷
却水は、燃料噴射ノズル取付部25に沿って延びるウォ
ータジャケット34のノズル周縁領域34eを通って、
ウォータジャケット34の上部領域34f(図2参照)
へと循環される。
【0038】このように、最も熱負荷の高い排気弁開口
部28,29の周縁部28a,29a間の排気弁間領域
34aに十分に冷却水を導いて、この領域の近傍を効果
的に冷却することができるので、過度な温度上昇による
シリンダヘッドの耐久性の低下を抑制することができ
る。
【0039】なお、本発明は上述した実施例に限定され
るものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変
更,変形が可能である。例えば、仕様に応じて各開口部
26〜29の位置を適宜変更することもでき、より具体
的には、シリンダヘッド中心線Lを挟んで一方側(P)
に一対の吸気弁開口部を、他方側(Q)に一対の排気弁
開口部を配置したものに本発明を適用することもでき
る。
【0040】また、例えばガソリン機関に本発明を適用
することもできる。このようなガソリン機関では、ディ
ーゼル機関に比して爆発燃焼圧力が比較的小さいことか
ら、図1に示すサブシリンダヘッドボルトボス部42を
省略しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係わるシリンダヘッドの内
部構造を示す断面図。
【図2】図1のA−A線に沿う断面図。
【図3】図1のB−B線に沿う断面図。
【図4】従来例に係わるシリンダヘッドの内部構造を示
す断面図。
【符号の説明】
20…シリンダヘッド 21〜24…気筒 26…第1吸気弁開口部 27…第2吸気弁開口部 28…第1排気弁開口部 29…第2排気弁開口部 30…タンジェンシャルポート 31…ヘリカルポート 34…ウォータジャケット 40a…第1シリンダヘッドボルトボス部 40b…第2シリンダヘッドボルトボス部 46…リブ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 冷却水が循環するウォータジャケットが
    内部に形成されるとともに、吸気弁によって開閉される
    一対の吸気弁開口部と、排気弁によって開閉される一対
    の排気弁開口部とが各気筒毎に形成された水冷式多気筒
    内燃機関のシリンダヘッドにおいて、 隣り合う気筒間で、一方の気筒の吸気弁開口部又は排気
    弁開口部の周縁部と、他方の気筒の吸気弁開口部又は排
    気弁開口部の周縁部とを、気筒中心を結ぶシリンダヘッ
    ド中心線を跨いで連結するリブを、ウォータジャケット
    底面に形成したことを特徴とする内燃機関のシリンダヘ
    ッド構造。
  2. 【請求項2】 気筒中心を結ぶシリンダヘッド中心線を
    挟んで、一方に第1吸気弁開口部の中心点及び第1排気
    弁開口部の中心点を、他方に第2吸気弁開口部の中心点
    及び第2排気弁開口部の中心点をそれぞれ配置するとと
    もに、 隣り合う気筒間を流れる冷却水の流れ方向に対し、上流
    側でリブを第1吸気弁開口部の周縁部に連結し、下流側
    でリブを第2排気弁開口部の周縁部に連結したことを特
    徴とする請求項1に記載の内燃機関のシリンダヘッド構
    造。
  3. 【請求項3】 気筒中心を結ぶシリンダヘッド中心線を
    挟んで、一方に第1吸気弁開口部の中心点及び第1排気
    弁開口部の中心点を、他方に第2吸気弁開口部の中心点
    及び第2排気弁開口部の中心点をそれぞれ配置するとと
    もに、 シリンダヘッド内を流れる冷却水のシリンダヘッド中心
    線に沿う流れ方向に対し、上流側に各気筒の第1,第2
    排気弁開口部を、下流側に第1,第2吸気弁開口部をそ
    れぞれ配置し、 かつ、隣り合う気筒間に、シリンダヘッド中心線を挟ん
    で一方に第1ヘッドボルトボス部を、他方に第2ヘッド
    ボルトボス部を形成するとともに、 上記リブが連結する第1吸気弁開口部と第1ヘッドボル
    トボス部との間の冷却水の流路断面積を、第2吸気弁開
    口部と第2ヘッドボルトボス部との間の冷却水の流路断
    面積よりも大きく設定したことを特徴とする請求項1に
    記載の内燃機関のシリンダヘッド構造。
  4. 【請求項4】 上記第1吸気弁開口部がタンジェンシャ
    ルポートに連通し、第2吸気弁開口部がヘリカルポート
    に連通していることを特徴とする請求項3に記載の内燃
    機関のシリンダヘッド構造。
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