JP3027808B2 - 冷却水流路を備えたシリンダヘッドとその製造方法および製造に使用する鋳造中子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、１つのシリンダに
対して吸排気流路、バルブガイドおよびボルト孔を備え
た複数のシリンダ部を有する多シリンダ内燃機関用エン
ジンのシリンダヘッドであって、該シリンダヘッドはシ
リンダブロックの上に載置されるよう設計されたデッキ
フェース、デッキフェースに対向して位置するバルブド
ライブパン、シリンダ列方向に延びる２つの側面および
２つの端面を備え、該シリンダヘッドには、縦方向冷却
水流路が複数のシリンダ部に沿って延びており、該縦方
向冷却水流路の入口開口部および出口開口部がシリンダ
ブロック内の冷却水流路に連結したものにおいて、少な
くとも１つの横方向冷却水流路がエア抜きのためおよび
蒸気泡を除くために設けられ、該横方向冷却水流路は、
縦方向冷却水流路の上の中間壁内を、複数のシリンダ部
に沿うシリンダ列方向を横切って延びており、前記シリ
ンダ列方向に延びる一方の側面に近い一端部では流通開
口部によって縦方向冷却水流路と連絡し、他方の側面に
近い他端部には横方向冷却水流路から排出される冷却水
の排出手段が形成されていることを特徴とする冷却水流
路を備えたシリンダヘッドの関する。さらに、本発明
は、当該シリンダヘッドを鋳造する方法および該鋳造に
使用するに適した鋳造中子に関する。

【０００２】

【従来の技術】出力密度が高まり、また排ガス規制の結
果として、高負荷のかかるエンジンの場合、冷却水シス
テムにおいて、蒸気泡の形成は重大な問題を生じる。何
故なら、蒸気泡の形成は熱伝達を低下させ、その結果、
許容できない熱的応力が生じるからである。従って、こ
のような蒸気泡は万難を排して回避されなければならな
い。

【０００３】今日の２バルブ、３バルブ、４バルブまた
は５バルブエンジン、すなわち、シリンダ毎に２つ、３
つ、４つまたは５つのバルブを有するエンジンにおい
て、問題は、縦方向冷却水流路がますます分岐且つ潜行
し、従って冷却水の流速が減少する部分が生じ易く、こ
の部分において蒸気泡の形成が促進されるということで
ある。

【０００４】実質的に同じタイプのシリンダヘッドはド
イツ公開特許２８３９１９９Ｃ２から知られている。こ
のものにおいて、縦方向冷却水流路は入口側の一方の側
面の近くに延び、横方向冷却水流路は孔として設けら
れ、張出した形の水冷チャンバと接続され、該水冷チャ
ンバはシリンダヘッドとシリンダブロックとの分離面の
ほうに変形され、冷却水の所定流量を確保するよう機能
する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、蒸気
泡の形成を抑制するよう作用する手段を備えたシリンダ
ヘッドを提供することにある。また、本発明の他の目的
は、かかる手段を製造するために好適な方法を提供する
ことにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明によるシリンダヘッドは、少なくとも１つの
横方向冷却水流路がエア抜きのためおよび蒸気泡を除く
ために設けられ、該横方向冷却水流路は、縦方向冷却水
流路の上の中間壁内を、複数のシリンダ部に沿うシリン
ダ列方向を横切って延びており、前記シリンダ列方向に
延びる一方の側面に近い一端部では流通開口部によって
縦方向冷却水流路と連絡し、他方の側面に近い他端部に
は横方向冷却水流路から排出される冷却水の排出手段が
形成されていることを特徴とする。１つのシリンダブロ
ックに、少なくとも１つの横方向冷却水流路が、例えば
半分の長さ、または縦方向冷却水流路の流れ方向からみ
たときシリンダヘッドの、後ろ半分に配置される。しか
しながら、前記のシリンダ部はそれぞれ、それ自身の横
方向冷却水流路からなるのが好ましく、この構成により
シリンダ部の熱状態は釣り合いが保たれる。

【０００７】これらの手段により、とくに個々のシリン
ダ部において、発生した蒸気泡を、シリンダブロックに
直接戻される一部の冷却水流によって発生場所近傍で除
去することが可能となる。従って、個々のシリンダ部
で、大きな蒸気泡群が発生することはない。好ましい実
施形態においては、各横方向冷却水流路は、デッキフェ
ースまで延びている曲がった排出部を備えている。この
形態においては、排出部はデッキフェースで終結し、従
って、各冷却水の一部は、シリンダブロックの各反対面
を経て戻されることができる。しかしながら、排出部が
側面で終結し、外部パイプを通じてシリンダブロックに
戻され、または直接ラジエータに戻されることも可能で
ある。

【０００８】

【発明の実施の形態】好ましい実施形態によれば、縦方
向冷却水流路が、横方向冷却水流路に導く各流通開口部
の領域において、ドームを形成することが提案される。
該ドームは、広いベル形部からなり、冷却水部分流の流
速が低い場合および横方向冷却水流路の断面が小さい場
合であっても、蒸気泡の移送を促進するものである。

【０００９】他の実施形態によれば、各排出部の断面
は、バルブドライブパンの基部および中間壁にそれぞれ
延びている横方向冷却水流路の断面より大きい。これに
より、シリンダブロックに面するシール面は桁幅および
面圧の点で改善される。

【００１０】さらに、縦方向冷却水流路と横方向冷却水
流路の間に流通開口部がシリンダヘッドに設けられた孔
により形成され、シリンダヘッドから現れる孔の開口端
に栓またはカバーを装着する態様が提案される。これに
よって、２種類の冷却水流路は鋳造技術の観点から簡単
に製造することができ、とくに流通開口部の寸法を正確
にすることができる。

【００１１】横方向冷却水流路の排出手段を、膨張され
冷却された吸引空気を運ぶエアインテーク流路の近傍に
通すことは有効である。これにより、蒸気泡を運ぶ冷却
水は冷却され凝縮される。

【００１２】各シリンダ部のインレット流路およびアウ
トレット流路がシリンダ列方向を横 切る方向に配置され
るシリンダヘッド、すなわち通常複数バルブエンジンに
使用されるようなシリンダヘッドに対して、流通開口部
がアウトレット流路側に位置し、排出手段がインレット
流路側に位置することが提案される。

【００１３】この構成により、発生した蒸気泡は、縦方
向冷却水流路から、その発生箇所すなわちシリンダヘッ
ドの加熱側で、直接排出される。

【００１４】さらに、１つのシリンダ部当たり、２つ以
上のインレットバルブおよび２つ以上のアウトレットバ
ルブを有するシリンダヘッドに関しては、横方向冷却水
流路が、２つの横方向に配設されたバルブガイド孔と２
つの横方向に配設されたシリンダヘッドボルト孔の間に
延びている形態が提案される。これにより、横方向冷却
水流路は、燃焼室の中心に出来るだけ近づくよう配置さ
れることができる。

【００１５】本発明によるシリンダヘッドの製造方法
は、横方向冷却水流路と縦方向冷却水流路とが互いに接
続することなく鋳造され、流通開口部が孔により形成さ
れ、また孔の外端部が栓またはカバーによって閉鎖され
ることを特徴とする。

【００１６】孔は、好ましくは、シリンダヘッドの側面
から始まるように形成される。孔は、バルブドライブパ
ンの基部から始まるようにしてもよく、この場合には、
２つの鋳造流路の間に略垂直に入り、とくに正確に寸法
決めされることができる。

【００１７】既に述べたように、曲がった排出部は、鋳
造条件によりデッキフェースから出すことができ、ま
た、鋳造および／または穿孔条件により、上記の孔を設
けたシリンダヘッド側面と反対側のシリンダヘッド側面
から出すこともできる。

【００１８】横方向冷却水流路を鋳造により製造するた
めの鋳造中子は、鋳造中子が水平方向の脚と垂直方向の
脚を有するエルボ形に形成され、中子押えまたは幅木
が、２つの脚の端部に、該２つの脚の長さ方向の延長部
を形成するよう配置されることを特徴とする。鋳造中子
の横方向の脚の端部に配置される幅木は、アウトレット
流路の幅木の上に置かれることができ、鋳造ダイの基部
から上方に延びる幅木サポートに支持されることもでき
る。また、排出部を形成する垂直方向の脚の端部に配置
される幅木は、鋳造ダイ基部の雌型幅木に挿入されてセ
ンターリングされることがきる。

【００１９】本発明の好ましい実施態様は以下のとおり
である。 （１）横方向冷却水流路（２７）が、デッキフェース
（２）まで延びた曲がった排出部（２８）を備えている
請求項１記載の冷却水流路を備えたシリンダヘッド。 （２）各シリンダ部（１１、１１１）に、１つの横方向
冷却水流路（２７）が設けられている請求項１または上
記（１）記載の冷却水流路を備えたシリンダヘッド。

【００２０】（３）少なくとも１つの縦方向冷却水流路
（２４）が、流通開口部（３２）の領域において、高い
ベル型拡張部からなるドームを形成している請求項１〜
上記（２）のいずれかに記載の冷却水流路を備えたシリ
ンダヘッド。 （４）各排出部（２８）の断面が、中間壁（２１）内に
延びている横方向冷却水流路（２７）の断面より大きい
請求項１〜上記（３）のいずれかに記載の冷却水流路を
備えたシリンダヘッド。

【００２１】（５）流通開口部（３２）が、シリンダヘ
ッドの孔（３０）により形成されている請求項１〜上記
（４）のいずれかに記載の冷却水流路を備えたシリンダ
ヘッド。 （６）シリンダヘッドの外壁部における孔（３９）の一
端部に、プラグまたはカバー（３１）が装着されている
上記（５）記載の冷却水流路を備えたシリンダヘッド。

【００２２】（７）各シリンダ部にインレットおよびア
ウトレット流路がシリンダ列方向を横切る方向に配設さ
れる請求項１〜上記（６）のいずれかに記載のシリンダ
ヘッドにおいて、各流通開口部（３２）がアウトレット
流路側に位置し、各排出手段がインレット流路側に位置
している冷却水流路を備えたシリンダヘッド。 （８）各シリンダ部に２つのインレットおよび２つのア
ウトレット流路を備えた請求項１〜上記（７）のいずれ
かに記載のシリンダヘッドにおいて、少なくとも１つの
横方向冷却水流路（２７）および縦方向冷却水流路（２
４）が、シリンダ列方向を横切る方向に配設された２つ
のバルブガイドとシリンダ列方向を横切る方向に配設さ
れた２つのボルト孔の間に延びている冷却水流路を備え
たシリンダヘッド。

【００２３】（９）請求項１〜上記（８）のいずれかに
記載のシリンダヘッドを製造する方法であって、少なく
とも１つの横方向冷却水流路（２７）および縦方向冷却
水流路（２４）が互いに接続されることなく鋳造され、
流通開口部（３２）が孔（３０）の手段により形成さ
れ、孔（３０）の外端部がプラグまたはカバーで閉鎖さ
れる冷却水流路を備えたシリンダヘッドの製造方法。

【００２４】（１０）孔（３０）が、側面（４、５）か
ら開けられる上記（９）記載の冷却水流路を備えたシリ
ンダヘッドの製造方法。 （１１）孔（３０）が、バルブドライブパン（２２）の
基部から開けられる上記（９）記載の冷却水流路を備え
たシリンダヘッドの製造方法。

【００２５】（１２）請求項１〜上記（８）のいずれか
に記載のシリンダヘッドにおける鋳造横方向冷却水流路
を製造するための鋳造中子であって、中子押えおよび幅
木が、鋳造中子の端部に鋳造中子の長さ方向の延長部を
形成するよう配置される鋳造中子。 （１３）鋳造中子がエルボ形状を有する上記（１２）記
載の鋳造中子。

【００２６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細
に説明する。 実施例１ 図１〜２について説明すると、シリンダヘッド１は、シ
リンダブロックに載置されるシール面またはデッキフェ
ース２、および実質的には桁部材から構成されカバーが
置かれるカバー面３からなる。シール面２およびカバー
面３に隣接して、シリンダ列方向に延びる側面４、５が
設けられている。上記桁部材は、インレット側（吸気
側）を構成する側面４に沿って延びる壁面６、アウトレ
ット側（排気側）を構成する側面５に沿って延びる壁面
７、シリンダヘッドの端面を形成する２つの端部壁（図
示せず）、およびシリンダ列方向を横切って壁面６、７
に接続するよう形成され、カムシャフトベアリングを受
けるために形成される凹部９、１０を備えた壁面８から
なる。

【００２７】シリンダヘッド１のシリンダ部１１は、ボ
ルト孔１２、１３、１４、１５によって限定された部分
である。シリンダ部１１１およびシリンダヘッド端部２
１１は、シリンダ列方向においてシリンダ部１１に接続
する部分である。前記ボルト孔の内側には、バルブ・タ
ペット・ポケット１６、１７、１８、１９が設けられて
いる。ポケット１６、１８はインレットバルブに対して
設けられ、ポケット１７、１９はアウトレットバルブに
対して設けられている。

【００２８】バルブ・タペット・ポケットの間の中心に
は、インジェクション・ノズルのための孔２０が設けら
れている。バルブガイド孔の軸およびノズル孔の軸は一
点鎖線で示されている。側面４、５の間の略中央には、
水平方向に延びる中間壁２１が設けられており、該中間
壁２１は、壁面６、７とともに、上方に開口するバルブ
・ドライブ・パン２２を形成し、シリンダヘッドの下部
デッキ壁２３とともに、縦方向冷却水流路２４を形成し
ている。縦方向冷却水流路２４は、全ての側面で閉じら
れ、シリンダ部の外端部で、シリンダヘッドの端面を形
成するシリンダヘッドの端部壁により区画されている。

【００２９】縦方向冷却水流路２４に隣接するエア・イ
ンテーク流路２６は、一部は中間壁２１の下に位置し、
サイド・エントリー・ネック２５からシール面２に延び
ている。縦方向冷却水流路２４およびエア・インテーク
流路２６の上方には、横方向冷却水流路２７が設けら
れ、横方向冷却水流路２７は中間壁２１内に形成され、
実質的に垂直に延びる排出部または端部２８につながっ
ている。

【００３０】排出部２８は、シール面２に設けられた出
口開口部２９を備えている。出口側において、横方向冷
却水流路２７は、孔３０によって広げられており、孔３
０は圧入されたカバー３１により外方を閉塞されてい
る。孔３０の径は、縦方向冷却水流路２４を切り欠いて
流通開口部３２を形成することを保証できるほど十分に
大きい。

【００３１】流通開口部３２は、縦方向冷却水流路２４
がドーム３３を形成する部分に設けられる。縦方向冷却
水流路２４中に生じる蒸気泡は、ドーム３３に集まり、
流通開口部３２を通して横方向冷却水流路２７中へ移動
し、排出部２８に戻る大量の冷却水とともにシリンダブ
ロック内に排出される。

【００３２】膨張され冷却されるインテーク・エアが流
れるエア・インテーク流路２６に隣接しているため、冷
却水は冷却され、その結果、この部分でも、生じた蒸気
泡は凝縮される。平面図において、横方向冷却水流路２
７は、２つのボルト孔１２、１３および２つのバルブ・
タペット・ポケット１６、１７の間を蛇行して延びてい
る。

【００３３】実施例２ 図３、図４について説明する。シリンダヘッドの詳細は
ここでは記載されないが、図１、図２と同様に示されて
いる。横方向冷却水流路は、水平方向の脚５２と垂直方
向の脚５３を有する鋳造中子５１により形成される。こ
の形状は、拡張孔を除いて完成された横方向冷却水流路
に対応する。

【００３４】中子は縦方向冷却水流路と重なることはな
い。水平方向の脚５２の端部に、幅木５４が配設され、
幅木５４は、ガス排出流路に対する中子の幅木の上に支
持されることができ、またはダイ基部から上方に延びた
幅木サポートの上に支持されることができる。垂直方向
の脚５３の端部に、幅木５５が形成され、幅木５５は、
ダイ基部の雌型幅木に挿入されることができる。

【００３５】

【発明の効果】本発明によれば、縦方向冷却水流路での
蒸気泡の形成を抑制することができ、生じた蒸気泡を効
果的に除去することができるシリンダヘッド、その製造
方法および製造に使用する鋳造中子が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】図２のＢ−Ｂ線に沿う横方向冷却水流路を通る
本発明のシリンダヘッドの垂直断面図である。

【図２】図１に従った本発明のシリンダヘッドのシリン
ダ部を示すもので、図１のＡ−Ａ線に沿う横方向冷却水
流路を通る水平断面を有する平面図である。

【図３】図１に従った本発明のシリンダヘッドの鋳造中
子を示すもので、図４のＤ−Ｄ線に沿う垂直断面図であ
る。

【図４】図２に従った本発明のシリンダ部における鋳造
中子を示すもので、図３のＣ−Ｃ線に沿う水平断面図で
ある。

【符号の説明】

１ シリンダヘッド ２ シール面 ３ カバー面 ４ 側面 ５ 側面 ６、７ 壁面 ８ 壁面 ９、１０ 凹部 １１、１１１、２１１ シリンダ部 １２、１３、１４、１５ ボルト孔 １６、１７、１８、１９ バルブ・タペット・ポケット ２０ 孔 ２１ 中間壁 ２２ バルブ・ドライブ・パン ２３ 下部デッキ壁 ２４ 縦方向冷却水流路 ２５ エア・インテーク・スリーブ ２６ エア・インテーク流路 ２７ 横方向冷却水流路 ２８ 排出部 ２９ 出口開口部 ３０ 孔 ３１ カバー ３２ 流通開口部 ３３ ドーム ５１ 鋳造中子 ５２ 水平方向の脚 ５３ 垂直方向の脚 ５４、５５ 幅木

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02F 1/36 B21K 3/02 B22C 9/24 F01P 11/00 F02F 1/24

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 １つのシリンダに対して吸排気流路、バ
   ルブガイドおよびボルト孔を備えた複数のシリンダ部を
   有する多シリンダ内燃機関用エンジンのシリンダヘッド
   であり、該シリンダヘッドはシリンダブロックの上に載
   置されるよう設計されたデッキフェース、デッキフェー
   スに対向して位置するバルブドライブパン、シリンダ列
   方向に延びる２つの側面および２つの端面を備え、該シ
   リンダヘッドには、シリンダ列方向に延びる冷却水流路
   （以下、縦方向冷却水流路）が複数のシリンダ部に沿っ
   て形成されており、該縦方向冷却水流路の入口開口部お
   よび出口開口部がシリンダブロック内の冷却水流路に連
   結されたものにおいて、縦方向冷却水流路の上の中間壁
   内に、複数のシリンダ部（１１、１１１）に沿うシリン
   ダ列方向を横切ってシリンダ軸方向に対して垂直方向に
   延びる少なくとも１つの冷却水流路（以下、横方向冷却
   水流路）（２７）が、エア抜きのためおよび蒸気泡を除
   くために設けられ、該横方向冷却水流路（２７）は、シ
   リンダ列方向に延びる一方の側面（４、５）に近い一端
   部では流通開口部によって縦方向冷却水流路と連絡し、
   他方の側面（５、４）に近い他端部には横方向冷却水流
   路から排出される冷却水の排出手段が形成されているこ
   とを特徴とする冷却水流路を備えたシリンダヘッド。
2. 【請求項２】 少なくとも１つの横方向冷却水流路（２
   ７）および縦方向冷却水流路（２４）が互いに接続され
   ることなく鋳造され、流通開口部（３２）が孔（３０）
   により形成され、孔（３０）の外側端部がプラグまたは
   カバー（３１）により閉ざされることを特徴とする請求
   項１記載の冷却水流路を備えたシリンダヘッドの製造方
   法。
3. 【請求項３】 請求項１記載の冷却水流路を備えたシリ
   ンダヘッドに横方向冷却水流路を鋳造するための鋳造中
   子であって、中子押えまたは幅木が、中子の端部に中子
   の長さ方向の延長部を形成するよう配置されることを特
   徴とする鋳造中子。