(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上流端がともにシリンダヘッドの一方の側面に開口し、該側面からほぼ平行に延びて下流端がシリンダヘッドの底面に開口する吸気ポートおよび排気ポートと、該両ポート間に存在する壁部の延長線上に設けられた副室とを備え、上記シリンダヘッドのポート開口側面から上記副室に向かって冷却水通路形成用のキリ孔が開けられ、少なくとも該キリ孔の先端から上記ポート開口側面側に亘って上方に開口する冷却水吐出口が形成されてなるエンジンのシリンダヘッド構造において、
上記キリ孔の先端が、上記底面に対しほぼ垂直の方向から見て、上記両ポートのスロート開口縁の副室側部分を結ぶ接線よりも上記ポート開口側面側に位置し、
上記冷却水吐出口の上記ポート開口側面側の壁面から上記副室を形成する壁部の外壁面に亘って延びる凹溝が、吸気ポートおよび排気ポートをそれぞれ形成する壁部の外壁面と、副室を形成する壁部の外壁面と、シリンダヘッドの上記ポート開口側面と反対側の壁部と、の間の空間に形成されるウォータジャケットの底面から掘り下げて形成され、該凹溝の底面が上記キリ孔によって切削される高さに設定され、
上記キリ孔先端によって上記凹溝の底面の途中に上記副室側が高くなった段差部が形成されることにより、上記冷却水通路を流れてきた冷却水が上記段差部によって上方へ偏向されることを特徴とするエンジンのシリンダヘッド構造。
【請求項２】
上記冷却水吐出口の上記ポート開口側面側の壁面が、上記底面に対しほぼ垂直の方向から見て、上記両ポートのスロート開口縁の各中心間を結ぶ直線と、上記各中心からそれぞれその半径の１／２の距離だけ上記ポート開口側面側とは反対側にとった点間を結ぶ直線との間の領域に介入してなることを特徴とする請求項１に記載のエンジンのシリンダヘッド構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンのシリンダヘッド構造の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
渦流室または予燃焼室を備えた副室式ディーゼルエンジンが実用に供されている。例えば特開平５−１１８２５１号には、シリンダヘッドの一方の側面からほぼ平行に延びる吸気ポートおよび排気ポートと、副両ポート間を区画する壁部の延長線上に設けられた副室と、この副室に向かって延びる冷却水通路とを備えた副室式直列４気筒ディーゼルエンジンのシリンダヘッド構造が開示されている。
【０００３】
図７は、上述した公報に記載された従来のシリンダヘッド構造の１気筒分を示す横断面図であり、図８は、図７のVIII−VIII線に沿った縦断面図である。
【０００４】
このシリンダヘッド１０の吸気ポート１および排気ポート２は、その上流端がシリンダヘッド１０の一方の側面１０ａに開口し、この側面１０ａから、図７に示す平面視状態で、すなわち、シリンダヘッド１０の底面１０ｂとほぼ垂直な方向から見て、ほぼ平行に延びる態様で斜め下方へ延び、下流端がシリンダヘッド１０の底面１０ｂに開口している。１ａ，２ａは、吸気ポート１および排気ポート２のスロート開口縁をそれぞれ示す。副室３は、吸気ポート１と排気ポート２との間に存在する壁部４の延長線上において、シリンダヘッド１０の他方の側面１０ｃに近接した位置に設けられ、副室３内には、図８に示すように、シリンダヘッド１０の底面１０ｂ側からインサート金具５（図７には省略されている）が挿入され、さらに燃料噴射弁６とグロープラグ７とが上方側から取り付けられている。
【０００５】
吸気ポート１および排気ポート２を形成する壁部の外壁面８，９と、副室３を形成する壁部１１の外壁面１１ａと、シリンダヘッド１０の他方の側面１０ｃ側の壁部１２との間の空間は、ウォータジャケット１３を形成しており、このウォータジャケット１３はシリンダヘッド１０の長手方向（図７の上下方向）に延びている。そして、シリンダヘッド１０の底面１０ｂに比較的近接した部位において吸気ポート１と排気ポート２との間に存在する壁部４内には、ポート開口側のシリンダヘッド側面１０ａからシリンダヘッド１０の底面１０ｂに沿って副室３に向かうキリ孔が開けられて、冷却水通路１４が形成されている。
【０００６】
キリ孔の先端Ａは、副室３を形成する壁部１１の外壁面１１ａの近傍に達しており、上記冷却水通路１４は、キリ孔の先端Ａからポート開口側のシリンダヘッド側面１０ａ側において上方に開口して、ウォータジャケット１３に連通する冷却水吐出口１６が形成されている。また、冷却水通路１４を形成するキリ孔は、ポート開口側のシリンダヘッド側面１０ａ側の端部においてプラグ１７によって閉塞されるとともに、冷却水通路１４に対する冷却水供給口１８がシリンダヘッド１０の底面１０ｂに開けられている。
【０００７】
冷却水吐出口１６のポート開口側面１０ａ側の壁面１６ａから、副室３を形成する壁部１１の外壁面１１ａの間に延びる比較的長さの短い凹溝１９が、シリンダヘッド１０の鋳造工程で形成されており、凹溝１９の底面１９ａは、上記キリ孔の底面１４ａよりも高い位置に設定されて、凹溝１９の底面１９ａがキリ孔によって切削されるようになっている。
【０００８】
冷却水吐出口１６から吐出される冷却水は、副室３を形成する壁部１１の外壁面１１ａに沿って上方へ流れ、副室３の壁部１１を効果的に冷却するように構成されている。
【０００９】
一方、比較的長さの短い凹溝１９を隔てて副室３の外壁面１１ａと対向する、冷却水吐出口１６のポート開口側面１０ａ側の壁面１６ａ、すなわち、冷却水通路１４の上方を覆う壁部４の副室３側の端面は、図７に示すように平面視状態で、ほぼ直線状に形成されて、吸気ポート１および排気ポート２の壁部８，９間を接続している。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図７および図８に示す従来のシリンダヘッド１０では、上述のように、冷却水通路１４を形成するキリ孔を、その先端Ａが副室３の外壁面１１ａの近傍に達する位置まで形成するとともに、冷却水吐出口１６のポート開口側面１０ａ側の壁面１６ａと副室３の壁部１１の外壁面１１ａとの間隔を比較的短い距離に設定して、冷却水吐出口１６から吐出される冷却水を副室３の外壁面１１ａに沿って上方へ流すことにより、副室３の壁部１１が効果的に冷却されるようにしいるが、このような従来の構成には、２つの問題点が存在する。
【００１１】
第１の問題点は、このような構成の場合、冷却水通路１４を流れてきた冷却水がそのまま直進して、副室３の外壁面１１ａに当接し、副室３の壁部１１が局所的に冷却されるという点である。この副室３の冷却水が直接当接する箇所の外壁面１１ａの内側の壁面は、図８から明らかなように、燃料噴射弁６から噴射される燃料が当接する位置になっているので、エンジンの冷間時には、この部分の温度が低くなり過ぎて失火が生じるという不都合を生じる。
【００１２】
第２の問題点は、冷却水吐出口１６のポート開口側面１０ａ側の壁面１６ａが、ほぼ直線状をなしていて吸気ポート１および排気ポート２の壁面８，９間に不連続的に接続されているために、この接続部において急激な断面変化が生じて、ここに応力が集中することになり、特に大きい熱負荷がかかる過給機付きエンジンにおいては、壁面１６ａと排気ポート２の壁面との接続部にクラックが発生し易いという点である。
【００１３】
上述の事情に鑑み、本発明は、冷間時における失火防止と、熱負荷によるクラック発生の防止とを図ったエンジンのシリンダヘッド構造を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上流端がともにシリンダヘッドの一方の側面に開口し、該側面からほぼ平行に延びて下流端がシリンダヘッドの底面に開口する吸気ポートおよび排気ポートと、これら両ポート間に存在する壁部の延長線上に設けられた副室とを備え、シリンダヘッドのポート開口側面から副室に向かって冷却水通路形成用のキリ孔が開けられ、少なくともこのキリ孔の先端からポート開口側面側に亘って上方に開口する冷却水吐出口が形成されてなるエンジンのシリンダヘッド構造において、
上記キリ孔の先端が、シリンダヘッドの底面に対しほぼ垂直の方向から見て、両ポートのスロート開口縁の副室側部分を結ぶ接線よりもシリンダヘッドのポート開口側面側に位置してなることを特徴とするものである。
【００１５】
その場合、上記冷却水吐出口のポート開口側面側の壁面から副室を形成する壁部の外壁面に亘って延びる凹溝が、吸気ポートおよび排気ポートをそれぞれ形成する壁部の外壁面と、副室を形成する壁部の外壁面と、シリンダヘッドの上記ポート開口側面と反対側の壁部と、の間の空間に形成されるウォータジャケットの底面から掘り下げて形成され、この凹溝の底面が上記キリ孔によって切削される高さに設定され、上記キリ孔先端によって上記凹溝の底面の途中に上記副室側が高くなった段差部が形成されることにより、上記冷却水通路を流れてきた冷却水が上記段差部によって上方へ偏向される。
【００１６】
また、上記冷却水吐出口のポート開口側面側の壁面が、鋳型によって形成可能な最小曲率半径よりも大きい曲率半径を有しかつ上記ポート開口側面側に凹んだ曲面もって両ポートの壁面間を連続的に接続していることが好ましい。
【００１７】
さらに、上記冷却水吐出口のポート開口側面側の壁面が、シリンダヘッドの底面に対しほぼ垂直の方向から見て、両ポートのスロート開口縁の各中心間を結ぶ直線と、各中心からそれぞれその半径の１／２の距離だけポート開口側面側とは反対側にとった点間を結ぶ直線との間の領域に介入していることが好ましい。
【００１８】
このシリンダヘッド構造は過給機付きエンジンに適用することができる。
【００１９】
【発明の効果】
本発明によれば、キリ孔の先端が、シリンダヘッドの底面に対しほぼ垂直の方向から見て、両ポートのスロート開口縁の副室側を結ぶ接線よりもシリンダヘッドのポート開口側面側に位置しているため、冷却水吐出口から吐出される冷却水が副室の外壁面に達する手前から上方のウォータジャケットに向かって流れるから、副室の壁部が局所的に冷却されることがなくなり、エンジン冷間時の失火を防止することができる。
【００２０】
特に、冷却水吐出口のポート開口側面側の壁面から副室を形成する壁部の外壁面に亘って延びる凹溝が、吸気ポートおよび排気ポートをそれぞれ形成する壁部の外壁面と、副室を形成する壁部の外壁面と、シリンダヘッドの上記ポート開口側面と反対側の壁部と、の間の空間に形成されるウォータジャケットの底面から掘り下げて形成され、この凹溝の底面が上記キリ孔によって切削される高さに設定されている場合は、凹溝によって冷却水吐出口の開口面積が拡大されるとともに、キリ孔先端によって凹溝の底面の途中に副室側が高くなった段差部が形成されることにより、冷却水通路を流れてきた冷却水が上記段差部によって上方へ偏向されることになる。したがって、副室の壁部へ向かって直進する冷却水の量が減少し、副室の壁部の局所的な冷却抑制効果が促進される。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
【００２２】
図１は、本発明の実施に好適な過給機付き直列４気筒ディーゼルエンジンの概略的な全体構成図、図２は、本発明によるシリンダヘッド構造の１気筒分を示す横断面図、図３は、図２のIII−III線に沿った縦断面図、図４は図２のIV−IV線に沿った縦断面図、図５は図２のＶ−Ｖ線に沿った縦断面図、図６は図２の要部の拡大平面図である。
【００２３】
図１において、エンジンＥは４個の気筒２１を有し、そのシリンダヘッド２０の一方の側面２０ａには、吸気マニホールド２２および排気マニホールド２３が取り付けられている。排気マニホールド２３に接続された排気通路２４には、ターボ過給機２５のタービン２６が介設され、このタービン２６によって駆動されるコンプレッサ２７が吸気通路２８に介設されている。そして、コンプレッサ２７よって圧縮された吸気は、インタークーラ２９によって冷却されて吸気マニホールド２２に供給されるように構成されている。
【００２４】
図２および図３は、それぞれ前述した図７および図８に対応するもので、改良箇所を除いて、ほぼ同様の構成を有するため、対応する部位には同一符号を付してある。
【００２５】
このシリンダヘッド２０の吸気ポート１および排気ポート２も、その上流端がシリンダヘッド２０の一方の側面、すなわち、吸気マニホールド２２および排気マニホールド２３が取り付けられる側面２０ａに開口し、この側面２０ａから、図２に示す平面視状態で、すなわち、シリンダヘッド２０の底面２０ｂとほぼ垂直な方向から見て、ほぼ平行に延びる態様で斜め下方へ延び、図４および図５に示すように、下流端がシリンダヘッド２０の底面２０ｂに開口している。吸気ポート１および排気ポート２のスロート開口縁はそれぞれ１ａ，２ａで示してあるが、図５のみは、吸気ポート１のスロート開口縁１ａにバルブシート３０が取り付けられた状態である。副室３は、吸気ポート１と排気ポート２との間に存在する壁部４の延長線上において、シリンダヘッド２０の他方の側面２０ｃに近接した位置に設けられ、副室３内には、図３に示すように、シリンダヘッド２０の底面２０ｂ側からインサート金具５が挿入され（図２には省略されている）、さらに燃料噴射弁６とグロープラグ７とが上方から取り付けられている。
【００２６】
吸気ポート１および排気ポート２をそれぞれ形成する壁部の外壁面８，９と、副室３を形成する壁部１１の外壁面１１ａと、シリンダヘッド２０の他方の側面２０ｃ側の壁部１２との間の空間は、ウォータジャケット１３を形成しており、このウォータジャケット１３はシリンダヘッド２０の長手方向（図２の上下方向）に延びている。そして、シリンダヘッド２０の底面２０ｂに比較的近接した部位において吸気ポート１と排気ポート２との間に存在するる壁部４内には、ポート開口側のシリンダヘッド側面２０ａからシリンダヘッド２０の底面２０ｂに沿って副室３に向かうキリ孔が開けられて、冷却水通路１４が形成されている。
【００２７】
この冷却水通路１４は、キリ孔の先端Ａを中心にして、先端Ａから副室３側および先端Ａからポート開口側のシリンダヘッド側面２０ａ側で上方に開口して、ウォータジャケット１３に連通する冷却水吐出口１６が形成されている。また、冷却水通路１４を形成するキリ孔は、ポート開口側のシリンダヘッド側面２０ａ側の端部においてプラグ１７によって閉塞されているとともに、冷却水通路１４に対する冷却水供給口１８がシリンダヘッド２０の底面２０ｂに開けられている。
【００２８】
図７および図８に示した従来のシリンダヘッド１０に対して、図２〜図６に示す本実施例のシリンダヘッド２０における第１の改良点は、キリ孔の先端Ａが、副室３の外壁面１１ａの近傍に達する手前で止まっている点である。
【００２９】
すなわち、図２および図６から明らかなように、キリ孔の先端Ａは、吸気ポート１および排気ポート２のスロート開口縁１ａ，２ａの副室３側部分を結ぶ接線Ｌ1よりも右側、つまり接線Ｌ1よりもシリンダヘッド２０の吸気ポート１および排気ポート２が開口している側面２０ａ側に位置しており、キリ孔の先端Ａと副室３の外壁面１１ａとの間に所定の間隔が介在している。
【００３０】
そして、吸気ポート１および排気ポート２の壁面８，９間を接続している、冷却水吐出口１６のポート開口側面２０ａ側の壁面１６ａが、従来のものよりもポート開口側面２０ａ側（図２，図３および図６の右側）寄りにポート開口側面２０ａ側に凹んだ態様で形成されており、図６に示すように、吸気ポート１および排気ポート２の開口縁１ａ，２ａ（直径ｄ1，ｄ2）の各中心Ｏ1，Ｏ2間を結ぶ直線Ｌ2と、これら各中心Ｏ1，Ｏ2からそれぞれ開口縁１ａ，２ａの半径ｒ1，ｒ2の１／２の距離だけポート開口側面２０ａ側とは反対側（図６の左側）にとった点Ｐ1，Ｐ2間を結ぶ直線Ｌ3との間の領域Ｂ内に介入している。
【００３１】
また、これに伴って、冷却水吐出口１６のポート開口側面２０ａ側の壁面１６ａから副室３の外壁面１１ａに亘って、従来のものよりも長い凹溝１９がシリンダヘッド２０の鋳造工程で形成されており、凹溝１９の底面１９ａは、上記キリ孔の底面１４ａよりも高い位置に設定されて、凹溝１９の底面１９ａの一部がキリ孔によって切削されるようになっている。したがって、凹溝１９の底面１９ａには、副室３側が高くなった段差部１５が形成されている。
【００３２】
このような構成によって、冷却水吐出口１６の開口面積が拡大されるとともに、冷却水通路１４を流れてきた冷却水が、凹溝１９の底面１９ａの途中に形成されている段差部１５によって上方へ偏向されて、ウォータジャケット１３側に流れるから、冷却水の副室３の壁部１１へ向かって直進する水量が減少して、副室３の壁部１１が局所的に冷却されることがなくなり、エンジン冷間時の失火を防止することができる。
【００３３】
第２の改良点は、図２および図６から明らかなように、冷却水吐出口１６のポート開口側面２０ａ側の壁面１６ａがシリンダヘッド２０のポート開口側面２０ａ側に凹んだ連続した曲面に形成されて吸気ポート１および排気ポート２の壁面８，９間を接続している点である。この壁面１６ａの曲率半径は、鋳型（中子）によって形成可能な最小曲率半径（３R〜４R程度）よりも大きい７R〜８R程度に設定される。
【００３４】
このように、冷却水吐出口１６のポート開口側面２０ａ側の壁面１６ａが、連続した曲面をもって吸気ポート１および排気ポート２の壁面８，９間を接続していることにより、急激な断面変化がなくなり、大きい熱負荷がかかる過給機付きエンジンにおいても、冷却水吐出口１６のポート開口側面２０ａ側の壁面１６ａと排気ポートの壁面９との接続部にクラックが発生するおそれを回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施に好適な過給機付き直列４気筒ディーゼルエンジンの概略的な全体構成図
【図２】本発明によるシリンダヘッド構造の１気筒分を示す横断面図
【図３】図２のIII−III線に沿った縦断面図
【図４】図２のIV−IV線に沿った縦断面図
【図５】図２のＶ−Ｖ線に沿った縦断面図
【図６】図２の要部の拡大平面図
【図７】従来のシリンダヘッド構造の１気筒分を示す横断面図
【図８】図７のVIII−VIII線に沿った縦断面図
【符号の説明】
１            吸気ポート
１ａ          吸気ポートのスロート開口縁
２            排気ポート
２ａ          排気ポートのスロート開口縁
３            副室
６            燃料噴射弁
７            グロープラグ
８            吸気ポートの壁面
９            排気ポートの壁面
１０，２０    シリンダヘッド
１１          副室の壁部
１３          ウォータジャケット
１４          冷却水通路（キリ孔）
１５          段差部
１６          冷却水吐出口
１６ａ        冷却水吐出口の壁面
１９          凹溝
１９ａ        凹溝の底面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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