JP2008248894A - シリンダヘッドの冷却構造 - Google Patents

Abstract

【課題】シリンダヘッドの高出力化に対応して高熱応力を回避すべく、燃焼面や弁ガイド部等のシリンダヘッド内部の各部の冷却効果を向上させる。
【解決手段】内燃機関のシリンダヘッドＣＨ内にて、排気弁ガイド孔１０部または排気弁ガイド孔１０部の周囲に、排気ポート側ジャケット１３に連接しかつ排気合流ポート１１を包む形状の排気弁間ジャケット７を形成すると共に、該シリンダヘッドＣＨの底面のシリンダブロックへの取付面に、排気ポート冷却用流路１５を開口し、該排気ポート冷却用流路１５より、該シリンダブロックからの流体冷媒を、直接的に前記排気弁間ジャケット７に導くべく、該排気ポート冷却用流路１５より前記排気弁間ジャケット７へ連通する筒状のデフレクタ３５を内設配管し、該デフレクタ３５は、排気合流ポート１１や排気分岐ポート１１ａと干渉しないように迂回させた。
【選択図】図２３

Description

本発明は、シリンダヘッドの高出力化に対応して高熱応力を回避すべく、燃焼面や弁ガイド部等のシリンダヘッド内部の各部の冷却効果を向上させるための構造に関する。

従来より、冷却水等の流体冷媒にて冷却される内燃機関（例えばディーゼル機関）のシリンダヘッド内には冷却水等流体冷媒の流路或いはジャケットを、鋳物加工にて、給排気弁や給排気ポート、燃料噴射弁（ディーゼル機関の場合）の周囲を包むように、或いはシリンダブロックへの取付面である底面、またその底面のうちでも、燃焼室に臨む面である燃焼面に対峙するように一体形成している。この中で、給気弁間及び給気ポートの周囲、また、特に高温となる排気弁及び排気ポートの周囲に流体冷媒ジャケットを設け、このジャケットにて燃焼面を冷却すべく、該ジャケットを燃焼面と平行状に対峙するように形成していた。

また、シリンダヘッド内には、シリンダブロック内より導入する流体冷媒を、前記の弁間に形成する燃焼面冷却を兼ねる流体冷媒ジャケットまで流通する流体冷媒の流通経路を形成している。この一つの実施例として、４バルブＯＨＶ型ディーゼルエンジンの冷却構造を図１乃至図７にて説明する。図１はシリンダブロックＣＨの底面図、図２は同じく平面断面図、図３は同じく燃料噴射弁や動弁機構等を取り付けた状態の平面図、図４は同じく弁腕カバーを取り付けた状態の平面図、図５は同じく給気弁構造を示す側面断面図、図６は同じく排気弁構造を示す側面断面図、図７は図１におけるＸ−Ｘ線断面図である。

まず、シリンダヘッドＣＨの底面（シリンダブロックへの取付面）のうち、図２の如く、シリンダブロックに内嵌されるシリンダボア内の燃焼室に臨む部分を燃焼面Ａとしている。即ち、シリンダーライナー固定用のボルト孔１６・１６・・・・にて囲まれる部分である。また、該シリンダヘッドＣＨの底面には、該底面を介して取りつけるシリンダブロック内より流体冷媒を導入するため、流体冷媒の導入口を開口し、該シリンダヘッド内において、該導入口より該燃焼面Ａに対して略垂直状の流体冷媒縦導入路１を形成しており、該流体冷媒縦導入路１より、給気弁ガイド孔８と排気弁ガイド孔１０との間を通過して燃料噴射弁嵌入孔３に連通する、燃焼面Ａに略平行な流体冷媒横導入路２を形成しており、該燃料噴射弁嵌入孔３より、給気弁ガイド孔８・８（給気分岐ポート９ａ・９ａ）間に形成した流体冷媒ジャケットである給気弁間ジャケット５に燃焼面Ａと平行状の給気弁間冷却用流路４を、また排気弁ガイド孔１０・１０（排気分岐ポート１１ａ・１１ａ）間に形成した流体冷媒ジャケットである排気弁間ジャケット７に燃焼面Ａと略平行状の排気弁間冷却用流路６を連通させている。そして該給気弁間ジャケット５及び排気弁間ジャケット７は、図７の如く、該燃焼面Ａを冷却できるように、該燃焼面Ａに略平行状に対峙する燃焼面冷却面５ａ・７ａを有している。また、給気よりも排気が高温膨張しているため、多くの流体冷媒を必要とするので、図７の如く、排気弁間冷却用流路６は給気弁間冷却用流路４に比して口径が大きくなっている。なお、排気弁間冷却用流路６の穿設に当たっては、図２のように、シリンダヘッドＣＨ側面より錐孔１７を穿孔して、排気弁間ジャケット７と燃料噴射弁嵌入孔３との間の肉厚部に排気弁間冷却用流路６を穿設しており、その外側開口部にはキャップ１８を施している。

また、流体冷媒ジャケットとして、平面視で燃焼面Ａの範囲内にて形成される前記の給気弁間ジャケット５及び排気弁間ジャケット７以外にも、図２図示の如く、燃焼面Ａの範囲外において、給気ポート９を包むように給気合流ポート側ジャケット１２を、排気合流ポート１１を包むように排気ポート側ジャケット１３を形成しており、各流体冷媒ジャケット１２・１３に対しては、従来、シリンダブロックより直接に流体冷媒を導入すべく、図２や図６の如く、シリンダヘッドＣＨの底面に導入口を開口する給気ポート冷却用流路１４・排気ポート冷却用流路１５をそれぞれ連通させている。該流体冷媒流路１４・１５は、図６の如く（排気ポート冷却用流路１５のみ開示しているが、給気ポート冷却用流路１４も同様である。）、各流体冷媒ジャケット１２・１３とシリンダヘッドＣＨの底面との間にて、該底面に対し略垂直状に介設されている。
特願開５−３３６４０号公報

近年ますますの高出力化の傾向により、燃焼面や排気弁周りの冷却効果はより一層求められる。高出力化に比例してこれらの部分燃焼時の温度も高くなり、シリンダヘッド内のその他の部分との間での温度差による応力（高温応力）傾向がますます高くなるからである。高温応力は、シリンダヘッド内の各部品の損傷、流体冷媒（冷却水）や潤滑油の漏れ、動弁や弁座の摩擦、また、燃焼面でシリンダブロックとの隙間を生じることによるガスの吹き抜け等の弊害をもたらすことから、これをできるだけ抑制すべく、前記のシリンダヘッド内の燃焼面等の部分を十分冷却するのが課題である。

この中で、前記のように形成したシリンダヘッド内の流体冷媒ジャケットと流体冷媒流路の構成において、図７の如く、流体冷媒ジャケット５・７の燃焼面冷却面５ａ・７ａは、流体冷媒流路４・６よりも低くなっている。言い換えれば、該流体冷媒流路４・６と燃焼面Ａとの間の各距離が、該燃焼面冷却面５ａ・７ａと燃焼面Ａとの間の各距離に比して長くなっているのだが、これは、該流体冷媒流路４・６の形成部分が燃料噴射弁嵌入孔３の周囲であり、この周囲部分は、肉厚を十分にとらなければ燃料噴射弁嵌入孔３内に嵌入した燃料噴射弁の固定に支障が生じるからである。一方、該流体冷媒ジャケット５・７に関しては、燃焼面Ａの冷却効果を向上すべく、該燃焼面冷却面５ａ・７ａを該燃焼面Ａに近接させているわけである。

ところが、燃焼面Ａとの間の距離がこのように異なることにより、該流体冷媒流路４・６から該流体冷媒ジャケット５・７内に流入する流体冷媒は、本流部が燃焼面Ａとは平行状に流動し、該流体冷媒ジャケット５・７の出口へと流出していく。従って、該流体冷媒ジャケット５・７内の燃焼面冷却面５ａ・７ａに対しては、流体冷媒が表面を通過するのみで衝突する量が少なく、従って、各流体冷媒ジャケット５・７内に導入される流体冷媒量から見れば、燃焼面冷却面５ａ・７ａに十分な冷却効果が現れず、燃焼面Ａの冷却効果も十分でなかった。前記の近年の高出力化により、燃焼面Ａについては一層の冷却効果が求められるが、従来のシリンダヘッドの冷却構造によっては、求められるこのような効果には至れないという問題を生じるようになった。即ち、高出力化により、特に排気分岐ポート１１ａ・１１ａ、排気合流ポート１１内を流動する排気が高温化し、特に排気弁間ジャケット７の燃焼面冷却面７ａの冷却が、従来のような構造では追いつかなくなり、燃焼面Ａが高温化して前記の高温応力の弊害を生じるおそれが出てくるようになったのである。

また、給排気合流ポート９・１１の周囲に形成した各流体冷媒ジャケット１２・１３に対し、シリンダヘッドＣＨの底面に略垂直状の流体冷媒流路１４・１５を介設していた図２及び図６図示の構造においては、直接的にシリンダブロックからの流体冷媒を導入するので、一見、各流体冷媒ジャケット１２・１３内を十分に冷却し、燃焼面Ａ及び各ポート９・１１の冷却効果を上げそうであるが、実は、例えば排気ポート冷却用流路１５より排気ポート側ジャケット１３内に噴出される流体冷媒が直接的に図６のＢ部分に衝突し、該Ｂ部分のみが冷却されて、該排気ポート側ジャケット１３内の他の部分には十分に導入された流体冷媒の低温が伝導せず、また、給気ポート冷却用流路１４と給気ポート側ジャケット１２との間にも同様の事態が生じており、従って、給排気合流ポート９・１１を全体的に冷却できず、また、シリンダヘッドＣＨの底面の冷却効果もあまり上がっていなかった。

また、特に排気弁間ジャケット７において、前記の排気合流ポート１１内の冷却効果を高めるには、該排気合流ポート１１及び排気分岐ポート１１ａ・１１ａの周囲を包むように形成した排気弁間ジャケット７内の流体冷媒の流速を早めたり流量を増やしたりすることが考えられるが、従来の排気弁間ジャケット７の構造では高出力化に対応できるだけの冷却効果を得るには流速や流量が不足するという問題もある。

更に、排気弁ガイド部（前記の排気弁ガイド孔１０）も特に高温となる部分であり、この周囲の流体冷媒ジャケット（前記の排気弁間ジャケット７或いは排気ポート側ジャケット１５の一部となっている。）に直接的にシリンダブロックからの低温流体冷媒を導入する構造が求められるが、従来はシリンダヘッド内にこのような構造はなかった。

以上の如き課題を解決すべく、本発明は次のような手段を用いる。

請求項１においては、内燃機関のシリンダヘッド（ＣＨ）内にて、排気弁ガイド孔（１０）部または排気弁ガイド孔（１０）部の周囲に、排気ポート側ジャケット（１３）に連接しかつ排気合流ポート（１１）を包む形状の排気弁間ジャケット（７）を形成すると共に、該シリンダヘッド（ＣＨ）の底面のシリンダブロックへの取付面に、排気ポート冷却用流路（１５）を開口し、該排気ポート冷却用流路（１５）より、該シリンダブロックからの流体冷媒を、直接的に前記排気弁間ジャケット（７）へ導くべく、該排気ポート冷却用流路（１５）から前記排気弁間ジャケット（７）へ連通する筒状のデフレクタ（３５）を内設配管し、該デフレクタ（３５）は、排気合流ポート（１１）や排気分岐ポート（１１ａ）と干渉しないように迂回させたものである。

本発明は以上のような構造としたことにより、次のような効果を奏する。

請求項１の如く、内燃機関のシリンダヘッド（ＣＨ）内にて、排気弁ガイド孔（１０）部または排気弁ガイド孔（１０）部の周囲に、排気ポート側ジャケット（１３）に連接しかつ排気合流ポート（１１）を包む形状の排気弁間ジャケット（７）を形成すると共に、該シリンダヘッド（ＣＨ）の底面のシリンダブロックへの取付面に、排気ポート冷却用流路（１５）を開口し、該排気ポート冷却用流路（１５）より、該シリンダブロックからの流体冷媒を、直接的に前記排気弁間ジャケット（７）へ導くべく、該排気ポート冷却用流路（１５）から前記排気弁間ジャケット（７）へ連通する筒状のデフレクタ（３５）を内設配管し、該デフレクタ（３５）は、排気合流ポート（１１）や排気分岐ポート（１１ａ）と干渉しないように迂回させたので、シリンダブロックから直接導入した流体冷媒を該流体冷媒ジャケット内全体に行き渡らせ、該流体冷媒ジャケット全体が均等に冷却され、シリンダヘッドにおける該流体冷媒ジャケットの周囲の燃焼面や動弁、動弁ポートその他の部分を冷却し、内燃機関の高出力化傾向の昨今において燃焼面やその他動弁部分等の冷却効果が高く、高温応力が生じない耐久性の高いシリンダヘッドを供給することができるのである。

また、該弁ガイド部分の周りにシリンダブロックから直接に流体冷媒を送り込んで、この部分の冷却効果を高めるとともに、デフレクタの周囲の動弁部分や動弁ポート等が冷却され、内燃機関の高出力化傾向の昨今において燃焼面やその他動弁部分等の冷却効果が高く、高温応力が生じない耐久性の高いシリンダヘッドを供給することができるのである。

本発明の実施の形態を添付の図面に基づいて説明する。図８はシリンダヘッドＣＨの図１におけるＸ−Ｘ線断面図であって、排気弁間ジャケット７内に本発明に係る燃焼面冷却手段であるパイプ１９を設けた場合の図、図９は同じく被覆部材２０を設けた場合の図、図１０は同じくデフレクタ２１を設けた場合の図、図１１は排気弁間ジャケット７内の燃焼面冷却面７ａに流路制御板７ｂを突設した場合のシリンダヘッドＣＨの平面断面図、図１２は図１１におけるＹ−Ｙ線断面図、図１３は排気弁間ジャケット７内の燃焼面冷却面７ａに流路制御板２２を突設した場合のシリンダヘッドＣＨの平面断面図、図１４は図１３におけるＹ−Ｙ線断面図、図１５はシリンダヘッドＣＨの図１におけるＸ−Ｘ線断面図であって出口部分に湾曲部６’ａを有する排気弁間冷却用流路６’を設けた場合の図、図１６は傾斜状の排気弁間冷却用流路６”を設けた場合のシリンダヘッドＣＨの側面断面図、図１７は流体冷媒導入路１・２に螺旋溝２３ａを内装する管部材２３を内嵌した場合のシリンダヘッドＣＨの側面断面図、図１８は流体冷媒横導入路２内にフィン部２ａを形成した場合のシリンダヘッドＣＨの側面断面図、図１９は排気弁間ジャケット７に狭小部７ｃを形成すべく排気分岐ポート１１ａ・１１ａを変形した場合のシリンダヘッドＣＨの底面図、図２０は排気ポート側ジャケット１３にベンド状の流体冷媒流路１５・１５ａを連接した場合のシリンダヘッドＣＨの平面断面図、図２１は図２０中のＺ−Ｚ線断面図、図２２は流体冷媒流路１５より排気弁ガイド孔８周りの排気弁間ジャケット７にデフレクタ２３を延設した場合のシリンダヘッドＣＨの平面断面図、図２３は図２２中のＺ’−Ｚ’線断面図である。

本発明の実施の形態として、４バルブＯＨＶ型ディーゼルエンジンの一シリンダヘッドＣＨを採り上げる。シリンダヘッドＣＨの内部構造は、前記の従来技術で説明したものと基本的に同一である。即ち、図１乃至図７の如く、一シリンダヘッドＣＨの底面には燃焼室に臨む部分（平面視でボルト孔１６・１６・・・にて囲まれる部分）燃焼面Ａを形成し、平面視において該燃焼面Ａの略中央部分に燃料噴射弁嵌入孔３を形成して、その周囲に給気弁ガイド孔８・８、給気分岐ポート９ａ・９ａ、給気合流ポート９、排気ガイド孔１０・１０、排気分岐ポート１１ａ・１１ａ、及び排気合流ポート１１を形成しており、更に、流体冷媒ジャケットとして、平面視燃焼面Ａ内においては、燃焼面Ａに対峙する燃焼面冷却面７ａ・９ａを有する給気弁間ジャケット７と排気弁間ジャケット９を、燃焼面Ａ外においては給気ポート側ジャケット１２と排気ポート側ジャケット１３を形成し、流体冷媒流路として、シリンダヘッドＣＨの底面より燃料噴射弁嵌入孔３に流体冷媒縦導入路１・流体冷媒横導入路２を、燃料噴射弁嵌入孔３より給気弁間ジャケット５に給気弁間冷却用流路４を、燃料噴射弁嵌入孔３より排気弁間ジャケット７に排気弁間冷却用流路６を、シリンダヘッドＣＨの底面より給気ポート側ジャケット１２に給気ポート冷却用流路１４を、シリンダヘッドＣＨの底面より排気ポート側ジャケット１３に排気ポート冷却用流路１５を形成している。

ここで、該シリンダヘッドＣＨに付設する燃料噴射弁や動弁機構等の構成について、図２乃至図６より説明しておく。まず、シリンダヘッドＣＨは図示されないシリンダブロックの上面に取りつけられ、ボルト孔１６・１６・・・に螺入する取付ボルト２４・２４・・・にてシリンダブロックに締結される。この取付ボルト２４・２４・・・・にて締結される面の内部に燃焼室が形成され、これに臨むシリンダヘッドＣＨの底面が燃焼面Ａとなるのである。該燃料噴射弁嵌入孔３内には、図３の如く燃料噴射弁２５を嵌入固定し、各給気弁ガイド孔８及び各排気弁ガイド孔１０にそれぞれ給気弁２６及び排気弁２７の各弁軸部分を摺動自在に嵌入する。シリンダヘッドＣＨの上面にはボルト２８・２８を介して弁腕支持台２９を立設し、該弁腕支持台２９の各側に各々給気弁腕３０・排気弁腕３１を枢支して、図５及び図６の如く、該給気弁腕３０及び該排気弁腕３１の各一端にそれぞれ二つの給気弁２６・２６、排気弁２７・２７の上端を取りつけ、各他端よりプッシュロッド３２・３３を下方に延設し、シリンダブロック内のカムにタペットを介して押接している。このように取りつけた燃料噴射弁２５や動弁機構は、図４のようにシリンダヘッドＣＨの上面に取りつけた弁腕カバー３４にて覆われる。

以上のように、図１乃至図７図示のものと同一の流体冷媒ジャケット及び流体冷媒流路を有する４バルブ型シリンダヘッドＣＨの内部構造において、特に高温となる排気弁ガイド孔１０・１０及び排気分岐ポート１１ａ・１１ａの間及びその周囲に形成する排気弁間ジャケット７に様々な燃焼面冷却手段を設ける構成について、図８乃至図１４より説明する。以下の構成例において使用した燃焼面冷却手段は、給気弁間ジャケット５に対しても適用可能であり、給気弁間ジャケット５においても冷却効果の向上が望まれる時は適用すればよい。

図８の構成例では、シリンダヘッドＣＨの外側面よりパイプ１９を嵌入し、その内端を、排気弁間ジャケット７に対する排気弁間冷却用流路６の開口部に連通して、該パイプ１９が該排気弁間ジャケット７を貫通するようにする。該パイプ１９の排気弁間ジャケット７内の貫通部分においては、該燃焼面冷却面７ａに対峙する部分に単数または複数の孔１９ａを設ける。パイプ１９は鋼管等、耐熱性や耐蝕性のある管材が望ましい。なお、該パイプ１９の配設に当たっては、前記の錐孔１６を利用して、パイプ１９を嵌入するものである。また、鋳造前の段階でシリンダヘッドＣＨ内にパイプ１９を所定位置に配設しておいて鋳込み加工としてもよい。また、パイプ１９の外端部には、シリンダヘッドＣＨの外側より、流体冷媒の回収用の別のパイプを連結し、他部分の冷却に使用することが考えられる。

このような構成において、排気弁間冷却用流路６からパイプ１９内に流入する流体冷媒は、排気弁間ジャケット７内に対しては、孔１９ａより噴出し、まず燃焼面冷却面７ａに衝突してから排気弁間ジャケット７内に充填されていき、排気弁ガイド孔１０・１０や排気分岐ポート１１ａ・１１ａ、排気合流ポート１１の冷却に供される。従って、燃焼面冷却面７ａには略垂直方向に、かつ排気弁間冷却用流路６から直接的に比較的低温な流体冷媒が衝突するので、該燃焼面冷却面７ａが十分に冷却されて、燃焼面Ａの冷却効果を向上させるのである。

次の図９図示の燃焼面冷却手段について説明する。該排気弁間ジャケット７内において、燃焼面冷却面７ａと、燃料噴射弁嵌入孔３周囲の壁部分とを覆うように、被覆部材２０を配設する。該被覆部材２０内において、該排気弁間冷却用流路６の出口が開口しているものであり、かつ該被覆部材２０に出口２０ａを設けて、該被覆部材２０内の流体冷媒を、該被覆部材２０外側の排気弁間ジャケット７内に流出可能としている。該被覆部材２０は、鋳物材や鋼板等が考えられ、耐熱性や耐蝕性のあるものが望ましい。配設加工方法としては、鋳造前に所定位置に配設しておいて鋳込み加工することが考えられる。

このような構成において、排気弁間冷却用流路６から被覆部材１１内に流入した流体冷媒は、まず、被覆部材２０にて案内されて燃焼面冷却面７ａに衝突するものであり、更に出口２０ａより流出した流体冷媒が排気弁間ジャケット７内に充填されていき、排気弁ガイド孔１０・１０や排気ポート１１ａ・１１ａ・１１の冷却に供される。従って、燃焼面冷却面７ａには略垂直方向に、かつ排気弁間冷却用流路６から直接的に比較的低温な流体冷媒が衝突するので、該燃焼面冷却面７ａが十分に冷却されて、燃焼面Ａの冷却効果を向上させるのである。

更に、図１０図示の燃焼面冷却手段について説明する。該排気弁間ジャケット７内において、該排気弁間冷却用流路６の出口よりデフレクタ２１を配管して、その出口２１ａを燃焼面冷却面７ａに向けている。デフレクタ２１は耐熱性や耐蝕性のある素材より構成し、配管方法としては、鋳造前に所定位置に配設しておいて鋳込み加工することが考えられる。

このような構成において、排気弁間冷却用流路６からデフレクタ２１内に流入した流体冷媒は、まず、出口２１ａより流出して燃焼面冷却面７ａに衝突するものであり、それから排気弁間ジャケット７内に充填されていき、排気弁ガイド孔１０・１０や排気ポート１１ａ・１１ａ・１１の冷却に供される。従って、燃焼面冷却面７ａには略垂直方向に、かつ排気弁間冷却用流路６から直接的に比較的低温な流体冷媒が衝突するので、該燃焼面冷却面７ａが十分に冷却されて、燃焼面Ａの冷却効果を向上させるのである。

次に、燃焼面冷却手段として、燃焼面冷却面より突出する流路制御板を構成する構成例を図１１乃至図１４より説明する。図１１及び図１２においては、該排気弁間冷却用流路６の出口に対峙するように、該排気弁間ジャケット７の燃焼面冷却面７ａより、燃焼面冷却面７ａの一部を突出して形成した流路制御板７ｂを開示している。流路制御板７ｂは、燃焼面冷却面７ａと燃焼面Ａとの間のシリンダヘッドＣＨの底部肉厚部と一体である。これはあたかも該底部肉厚部にフィンを設けたのと同じであって、該底部肉厚部から燃焼面Ａへの熱伝導性を向上させているのである。該流路制御板７ｂに、該排気弁間冷却用流路６の出口から流出した流体冷媒が直接的に略垂直状に衝突することで、まず該流路制御板７ｂが冷却され、これと一体の該底部肉厚部に冷却効果が波及し、燃焼面Ａを十分に冷却するのである。

また、図１３及び図１４においては、シリンダヘッドＣＨの素材とは別部材の流路制御板２２を、前記と同様に該排気弁間冷却用流路６の出口に対峙するように、該排気弁間ジャケット７の燃焼面冷却面７ａより突出するようにして配設した構成を開示している。流路制御板２２は燃焼面冷却面７ａに連接されていて、燃焼面冷却面７ａ、前記底部肉厚部、そして燃焼面Ａへの熱伝導性を向上させるものであり、排気弁間冷却用流路６の出口からの流体冷媒が直接的かつ略垂直状に衝突することで冷却され、その冷却効果を燃焼面Ａまで十分に波及させるのである。ここで、シリンダヘッドＣＨと別部材とした流路制御板２２は、例えば熱伝導性の高いアルミニウム等より構成し、このように該シリンダヘッドＣＨの素材よりも熱伝導性のよい素材とすることで、燃焼面冷却面７ａ、該底部肉厚部、及び燃焼面Ａへの熱伝導性を一層向上させることができる。

以上のような流路制御板７ｂまたは２２の構成により、燃焼面冷却面７ａにおける図１２及び図１４図示のＣ部分の熱伝導性は、該流路制御板７ｂまたは２２を設けない場合の熱伝導性に比べて、例えば約１．５倍となる。

次に、同じく流体冷媒ジャケットの燃焼面冷却面を冷却させることを通じて燃焼面Ａを冷却する構造として、流体冷媒流路を改良する構造を図１５及び図１６より説明する。なお、図１５及び図１６において、排気弁間ジャケット７の燃焼面冷却面７ａを冷却させることを通じて燃焼面Ａを冷却すべく、排気弁冷却用流路６を改良する構造が開示されているが、給気弁冷却用流路４に以下の改良構成を適用して、給気弁間ジャケット５の燃焼面冷却面５ａを冷却することも考えられる。

基本的な考え方として、排気弁間冷却用流路６の出口端における燃焼面側部分を排気弁間ジャケット７の燃焼面冷却面７ａに連接させれば、該排気弁間冷却用流路６内を流れる流体冷媒を該燃焼面冷却面７ａ上に案内できるのであるが、該排気弁間冷却用流路６の入口部は従来技術でも説明したように、燃料噴射弁嵌入孔３の周囲の壁部分と燃焼面Ａとの間の肉厚を十分に取るために、燃焼面Ａとの間の距離をある程度長くとらなければならないので、該入口部を燃焼面Ａ側に寄せることはできない。従って、図７図示の燃焼面Ａと平行な排気弁間冷却用流路６をそのまま平行状に燃焼面Ａに寄せて構成するということはできない。そこで図１５及び図１６図示のような排気弁間冷却用流路６’・６”が考え出されたわけである。

まず、図１５図示の排気弁間冷却用流路６’は、基本的には図７図示の、燃焼面Ａに略水平で、定径の排気弁間冷却用流路６と同様であり、入口部と燃焼面Ａとの間の距離が十分に保たれているが、出口部分に改良点が見られる。即ち、排気弁間ジャケット７に開口する出口付近の燃焼面側部分に燃焼面Ａに向けて湾曲した湾曲部分６’ａを形成し、その出口端を該排気弁間ジャケット７の燃焼面冷却面７ａに連接している。これにより、排気弁間冷却用流路６’内を流動する流体冷媒は、その燃焼面Ａ寄り側の流れが出口付近で該傾斜部分６’ａを介して燃焼面冷却面７ａに案内され、該燃焼面冷却面７ａに十分な低温流体冷媒を接触させ、これを通じて燃焼面Ａを冷却するのである。

そして、図１６図示の排気弁間冷却用流路６”は、定径の錐孔を傾斜状に穿設して形成したものとなっており、燃料噴射弁嵌入孔３に開口する入口は図２図示の排気弁間冷却用流路６と同一の位置にする一方で、その出口端の燃焼面側部分が排気弁間ジャケット７の燃焼面冷却面７ａに連接されている。こうして、排気弁間冷却用流路６”内を流動する流体冷媒は、その燃焼面Ａ寄り側の流れが出口付近で燃焼面冷却面７ａに案内され、該燃焼面冷却面７ａに十分な低温流体冷媒を接触させ、これを通じて燃焼面Ａを冷却するのである。

これらのうち、排気弁間冷却用流路６”の構成例の場合には、図１６図示の燃焼面冷却面７ａのＤ部分の熱伝導性が、従来の排気弁間冷却用流路６を形成していた場合の同一位置の熱伝導性を１とすると、例えば約２倍となる。このような高い熱伝導性を有することにより、燃焼面冷却面７ａの冷却効果が十分に燃焼面Ａに波及し、燃焼面Ａに十分な冷却効果をもたらすのである。

次に、図１及び図２図示の流体冷媒横導入路２を改良して、弁間や燃焼面Ａの冷却効果を高める構成について、図１７及び図１８より説明する。基本的には該流体冷媒横導入路２の内面をフィン状にして熱交換性を向上させるのであるが、このうち図１７図示の構成例では、螺旋溝２３ａを内周面に形成したＬ字曲折状の管部材２３を、流体冷媒導入用縦流路１・流体冷媒導入用横流路２にわたって内嵌配管している。この配管加工方法は、鋳造前に配管しておく鋳込み加工としており、管部材の材料は金属材等、耐熱性及び耐蝕性のあるものならよい。

一方、図１８図示の構成例では、シリンダヘッドＣＨと一体形成する流体冷媒導入用横流路２の内周面そのものにフィン部２ａ・２ａ・・・を一体形成している。即ち、鋳型によりフィン部２ａ・２ａ・・・の形を取り、鋳造によってこれらを形成するものである。

図１７または図１８のような構成により、流体冷媒導入用小流路２の周囲のシリンダヘッドＣＨの肉厚部の冷却効果が高まり、燃焼面Ａ等にその冷却効果が波及する。前記の排気弁間ジャケット７内の燃焼面冷却手段や排気弁間冷却用流路６の改良構成等と合わせると、一層の冷却効果が見られる。

次に、排気弁間ジャケット７の変形により流体冷媒の流速を早め、熱伝導性を向上させる構成例を図１９より説明する。排気弁間ジャケット７を挟む両側の排気分岐ポート１１ａ・１１ａを、図１９のように排気弁間ジャケット７に向けて張り出して、排気分岐ポート１１ａ・１１ａ間の通路、即ち排気弁間ジャケット７内の流体冷媒通路を狭めて狭小部７ｃを形成する。これにより、排気弁間ジャケット７の狭小部７ｃを通過する際に流体冷媒の流速が早まり、排気弁間ジャケット７内面の熱伝導性が向上して、燃焼面Ａの冷却効果、更に、排気弁間ジャケット７に接する排気分岐ポート１１ａ・１１ａや排気合流ポート１１、そして排気弁ガイド孔１０・１０の冷却効果も向上する。

次に、排気ポート側ジャケット１３にシリンダブロックからの流体冷媒を直接的に導入する構成例について、図２０及び図２１より説明する。前記の従来技術でも説明したように、図６の如く、シリンダヘッドＣＨの底面に対して略垂直状の排気ポート冷却用流路１５を排気ポート側ジャケット１３に直接接続した構造が従来より採用されているが、従来の構造の不具合を解消すべく、図２１の如く略Ｌ字に曲折したベンド状にし、該流路の後半部を、シリンダヘッドＣＨの底面に略平行な曲折部１５ａとし、一方、排気ポート側ジャケット１３には、曲折部１５ａへの接続面として、該シリンダヘッドＣＨの底面に垂直な接続面１３ａを形成し、該接続面１３ａに、該底面と平行状の曲折部１５ａを接続して、排気ポート側ジャケット１３内に流体冷媒がシリンダヘッドＣＨと平行状に導入されるようにする。これにより、該排気ポート冷却用流路１５・１５ａからの流体冷媒が、排気ポート側ジャケット１３内において、一か所に集中せず、全体に行き渡る。また、給気ポート冷却用流路１４においても、図２０図示の如く同様に曲折して給気ポート冷却用流路１４の後半部をシリンダヘッドＣＨの底面に略平行な曲折部１４ａとし、給気ポート側ジャケット１２には、シリンダヘッドＣＨの底面に略垂直な接続面１２ａを形成し、給気ポート冷却用流路１４・１４ａを介して、給気ポート側ジャケット１２内に、流体冷媒をシリンダヘッドＣＨの底面に略平行状に導入するようにしている。

こうして、前記の従来技術で説明した図８中におけるＢ部分の熱伝導性を１とすれば、図２０及び図２１の構成例の場合の排気ポート側ジャケット１３のＢ部分の熱伝導性は、例えば約０．３である。一見すれば、前者が後者に比べて熱伝導性が高く冷却効果が高いように見えるが、前者の場合、Ｂ部分一か所に熱伝導が集中する分だけ排気ポート側ジャケット１３の熱伝導効率が悪く、それに比べて、後者の図２０及び図２１図示の構成例の場合には、Ｂ部分の熱伝導性は従来より小さくなるものの、その分、排気ポート側ジャケット１３の他の部分の熱伝導性が均等状に高まっている。こうして、排気ポート側ジャケット１３全体に熱伝導性を向上させることにより、排気ポート側ジャケット１３に接する面全体、即ち排気合流ポート１１やシリンダヘッドＣＨの底面全体が冷却され、冷却効果を高めるのである。

図２２及び図２３に示す実施例では、シリンダブロックからの流体冷媒を直接的に排気弁ガイド孔１０周囲の流体冷媒ジャケット７（この部位は排気弁間ジャケット７の一部であって、排気合流ポート１３を包む形状の排気ポート側ジャケット１３に連接している。）に導くべく、排気ポート冷却用流路１５よりデフレクタ３５を配管して、その出口を排気弁ガイド孔１０周囲の流体冷媒ジャケット７ｃに配設している。デフレクタ３５は、排気合流ポート１１や排気分岐ポート１１ａと干渉しないように迂回させている。これにより、排気弁ガイド孔１０の周囲に低温のシリンダブロックからの流体冷媒を直接的に導入するので、排気弁の冷却効果を高め、排気弁の耐久性向上に貢献する。また、デフレクタ３５に排気ポート１１が近接していることで、該排気ポート１１その他の部分の冷却にも貢献する。

シリンダブロックＣＨの底面図である。 同じく平面断面図である。 同じく燃料噴射弁や動弁機構等を取り付けた状態の平面図である。 同じく弁腕カバーを取り付けた状態の平面図である。 同じく給気弁構造を示す側面断面図である。 同じく排気弁構造を示す側面断面図である。 図１におけるＸ−Ｘ線断面図である。 シリンダヘッドＣＨの図１におけるＸ−Ｘ線断面図であって、排気弁間ジャケット７内に本発明に係る燃焼面冷却手段であるパイプ１９を設けた場合の図である。 同じく被覆部材２０を設けた場合の図である。 同じくデフレクタ２１を設けた場合の図である。 排気弁間ジャケット７内の燃焼面冷却面７ａに流路制御板７ｂを突設した場合のシリンダヘッドＣＨの平面断面図である。 図１１におけるＹ−Ｙ線断面図である。 排気弁間ジャケット７内の燃焼面冷却面７ａに流路制御板２２を突設した場合のシリンダヘッドＣＨの平面断面図である。 図１３におけるＹ−Ｙ線断面図である。 シリンダヘッドＣＨの図１におけるＸ−Ｘ線断面図であって出口部分に湾曲部６’ａを有する排気弁間冷却用流路６’を設けた場合の図である。 傾斜状の排気弁間冷却用流路６”を設けた場合のシリンダヘッドＣＨの側面断面図である。 流体冷媒導入路１・２に螺旋溝２３ａを内装する管部材２３を内嵌した場合のシリンダヘッドＣＨの側面断面図である。 流体冷媒横導入路２内にフィン部２ａを形成した場合のシリンダヘッドＣＨの側面断面図である。 排気弁間ジャケット７に狭小部７ｃを形成すべく排気分岐ポート１１ａ・１１ａを変形した場合のシリンダヘッドＣＨの底面図である。 排気ポート側ジャケット１３にベンド状の流体冷媒流路１５・１５ａを連接した場合のシリンダヘッドＣＨの平面断面図である。 図２０中のＺ−Ｚ線断面図である。 本発明の流体冷媒流路１５より排気弁ガイド孔８周りの排気弁間ジャケット７にデフレクタ２３を延設した場合のシリンダヘッドＣＨの平面断面図である。 図２２中のＺ’−Ｚ’線断面図である。

符号の説明

ＣＨ シリンダヘッド
Ａ 燃焼面
１ 流体冷媒縦導入路
２ 流体冷媒横導入路
２ａ フィン部
３ 燃料噴射弁嵌入孔
４ 給気弁間冷却用流路
５ 給気弁間ジャケット
５ａ 燃焼面冷却面
６ 排気弁間冷却用流路
６’ 排気弁間冷却用流路
６’ａ 湾曲部
６” 傾斜状排気弁間冷却用流路
７ 排気弁間ジャケット
７ａ 燃焼面冷却面
７ｂ 流路制御板
７ｃ 狭小部
８ 給気弁ガイド孔
９ 給気合流ポート
９ａ 給気分岐ポート
１０ 排気弁ガイド孔
１１ 排気合流ポート
１１ａ 排気分岐ポート
１２ 給気ポート側ジャケット
１３ 排気ポート側ジャケット
１４ 給気ポート冷却用流路
１５ 排気ポート冷却用流路
１９ パイプ（燃焼面冷却手段）
１９ａ 孔
２０ 被覆部材（燃焼面冷却手段）
２１ デフレクタ（燃焼面冷却手段）
２２ 流路制御板
２３ 管部材
２３ａ 螺旋溝
３５ デフレクタ

Claims (1)

1. 内燃機関のシリンダヘッド（ＣＨ）内にて、排気弁ガイド孔（１０）部または排気弁ガイド孔（１０）部の周囲に、排気ポート側ジャケット（１３）に連接し、かつ排気合流ポート（１１）を包む形状の排気弁間ジャケット（７）を形成すると共に、
   該シリンダヘッド（ＣＨ）の底面のシリンダブロックへの取付面に、排気ポート冷却用流路（１５）を開口し、該排気ポート冷却用流路（１５）より、該シリンダブロックからの流体冷媒を、直接的に前記排気弁間ジャケット（７）へ導くべく、該排気ポート冷却用流路（１５）から前記排気弁間ジャケット（７）へ連通する筒状のデフレクタ（３５）を内設配管し、
   該デフレクタ（３５）は、排気合流ポート（１１）や排気分岐ポート（１１ａ）と干渉しないように迂回させたことを特徴とするシリンダヘッドの冷却構造。

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