JP3572436B2 - 内燃機関のシリンダヘッド構造 - Google Patents
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Description
【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連結するリブを、ウォータジャケット底面に形成し、このリブが、気筒中心を結ぶシリンダヘッド中心線を跨いで斜めに延びている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、第１の側に第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、第２の側に第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上記第１の側に第１ヘッドボルトボス部を、上記第２の側に第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２２，＃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２０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３４ｃ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４６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
【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連結するリブを、ウォータジャケット底面に形成し、このリブが、気筒中心を結ぶシリンダヘッド中心線を跨いで斜めに延びている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、第１の側に第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、第２の側に第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上記第１の側に第１ヘッドボルトボス部を、上記第２の側に第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２２，＃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２０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３４ｃ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４６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)
- 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連結するリブを、ウォータジャケット底面に形成し、このリブが、気筒中心を結ぶシリンダヘッド中心線を跨いで斜めに延びていることを特徴とする内燃機関のシリンダヘッド構造。 - 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。 - 気筒中心を結ぶシリンダヘッド中心線を挟んで、第１の側に第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、第２の側に第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上記第１の側に第１ヘッドボルトボス部を、上記第２の側に第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。 - 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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