(57)【要約】【課題】吸排気バルブの温度を調整することで、燃焼室壁の温度を調整することができる内燃機関のシリンダヘッドを提供すること。【解決手段】吸排気経路と燃焼室２との連通を行う吸排気バルブ６，７を有する内燃機関のシリンダヘッド１において、吸排気バルブ６，７の温度を調整する温度調整装置としてバルブウォータージャケット８およびバルブ加熱ヒータ９を備える。バルブウォータージャケット８は、内燃機関が例えば高温負荷時に燃焼室２との間の熱の受け渡しが大きい吸排気バルブ６，７を冷却し、燃焼室壁の温度を低下させる。バルブ加熱ヒータ９は、内燃機関が例えば冷間始動時に燃焼室２との間の熱の受け渡しが大きい吸排気バルブ６，７を加熱し、燃焼室壁の温度を上昇させる。【選択図】        図１
2006125277.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸排気経路と燃焼室との連通を行う吸排気バルブを有する内燃機関のシリンダヘッドにおいて、
前記吸排気バルブの温度を調整する温度調整装置を備えることを特徴とする内燃機関のシリンダヘッド。
【請求項２】
前記温度調整装置は、前記内燃機関の運転状態に応じて前記吸排気バルブを冷却するバルブ冷却手段を有する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。
【請求項３】
前記温度調整装置は、前記内燃機関の運転状態に応じて前記吸排気バルブを加熱するバルブ加熱手段を有することを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関のシリンダヘッド。
【請求項４】
前記吸排気バルブは、前記燃焼室と前記吸排気バルブとの間に配置されるバルブシートよりも熱の伝導性が高いことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の内燃機関のシリンダヘッド。
【請求項５】
前記吸排気バルブは、中空部を備え、
前記中空部には、冷媒が封入されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の内燃機関のシリンダヘッド。
【請求項６】
前記冷媒には、粉粒体が混入していることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関のシリンダヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に関し、さらに詳しくは、シリンダヘッドの燃焼室壁の温度を調整する内燃機関に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の内燃機関のシリンダヘッドには、シリンダブロックに形成されたシリンダ列を構成する各シリンダにそれぞれ対応する燃焼室が形成されている。また、このシリンダヘッドには、燃焼室周りを冷却する燃焼室冷却手段として、冷却水が通過するウォータージャケットが形成されている。このウォータージャケットは、一般的には、点火プラグ近傍とバルブシート近傍にそれぞれ形成されており、このウォータージャケット内を通過する冷却水が燃焼室周りの熱、すなわち燃焼室から燃焼室壁を介して燃焼室周りに伝達された熱を受け、燃焼室壁の温度を低下、すなわち調整する。
【０００３】
ここで、シリンダヘッドには、吸排気経路と燃焼室との連通を行う吸排気バルブが往復運動自在に配置されている。この吸排気バルブは、吸気バルブが吸気経路と燃焼室との連通を行い、排気バルブが燃焼室と排気経路との連通を行うものであり、この吸排気バルブの一部は燃焼室に常に露出した状態となるものである。従って、燃焼室の熱は、燃焼室壁を介して燃焼室周りに伝達されるのみではなく、吸排気バルブを介してこの吸排気バルブ周りに伝達される。
【０００４】
そこで、特許文献１に示すように、吸排気バルブの傘部の熱をバルブステムに向かって移動させ易くし、熱をこの吸排気バルブ周りに伝達させ易くする吸排気バルブ（中空エンジンバルブ）が提案されている。この特許文献１に示す吸排気バルブは、中空部を備えており、この中空部にナトリウムとゲッター剤とを封入したものである。この従来の吸排気バルブは、ゲッター剤により、中空部に封入されているナトリウムの純度の低下を抑制することで、吸排気バルブの傘部からバルブステムまでの熱の伝導性の低下を抑制するものである。
【０００５】
【特許文献１】特開平６―１０６２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、吸気バルブの傘部が燃焼室に露出する面積は、シリンダヘッドに形成される燃焼室の表面積の大部分（例えば、６０％程度）を占めるものである。従って、燃焼室壁の温度を調整する方法として、燃焼室の熱が伝達される吸排気バルブの温度を調整することも有効である。しかしながら、上記従来の内燃機関では、ウォータージャケットにより燃焼室壁の温度を調整し、吸排気バルブに伝達された熱をこの吸排気バルブ周りに伝達するのみであった。つまり、吸排気バルブの温度を積極的に調整することで、燃焼室壁の温度を調整するものではなかった。
【０００７】
この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、吸排気バルブの温度を調整することで、燃焼室壁の温度を調整することができる内燃機関のシリンダヘッドを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明では、吸排気経路と燃焼室との連通を行う吸排気バルブを有する内燃機関のシリンダヘッドにおいて、前記吸排気バルブの温度を調整する温度調整装置を備えることを特徴とする。
【０００９】
この発明によれば、温度調整装置により、燃焼室との間における熱の受け渡しが大きい吸排気バルブの温度を積極的に調整し、燃焼室壁の温度を調整することができる。従って、従来の燃焼室周りに形成されるウォータージャケットにより、燃焼室との間における熱の受け渡しが小さい燃焼室周りの温度を調整するのみの場合と比較して、燃焼室壁の温度を十分に調整することができる。
【００１０】
また、この発明では、上記内燃機関のシリンダヘッドにおいて、前記温度調整装置は、前記内燃機関の運転状態に応じて前記吸排気バルブを冷却するバルブ冷却手段を有することを特徴とする。
【００１１】
この発明によれば、内燃機関の運転状態、例えば高負荷時において、バルブ冷却手段により、吸排気バルブを冷却することで、この吸排気バルブの温度を積極的に調整し、燃焼室壁の温度上昇を抑制することができる。従って、燃焼室内の混合ガスの圧縮端温度の上昇を抑制することができるので、燃焼の不安定化やノックの発生などを抑制することができる。
【００１２】
また、この発明では、上記内燃機関のシリンダヘッドにおいて、前記温度調整装置は、前記内燃機関の運転状態に応じて前記吸排気バルブを加熱するバルブ加熱手段を有することを特徴とする。
【００１３】
この発明によれば、内燃機関の運転状態、例えば冷間始動時において、バルブ加熱手段により、吸排気バルブを加熱することで、この吸排気バルブの温度を積極的に調整し、燃焼室壁の温度を上昇させることができる。また、吸排気バルブを介して燃焼室壁の温度を上昇させるため、シリンダヘッドが高温強度の低い材料（例えば、アルミニウムを含む材料）で形成されていても、この燃焼室壁の温度を所望温度まで上昇させることができる。これらにより、内燃機関の始動性を向上することができる。
【００１４】
また、この発明では、上記内燃機関のシリンダヘッドにおいて、前記吸排気バルブは、前記燃焼室と前記吸排気バルブとの間に配置されるバルブシートよりも熱の伝導性が高いことを特徴とする。
【００１５】
この発明によれば、燃焼室内の熱は、バルブシートを介してシリンダヘッドに伝達されるよりも、吸排気バルブに伝達されやすくなる。また、吸排気バルブの熱は、バルブシートを介して燃焼室周りに伝達され難くなる。従って、吸排気バルブの温度を積極的に調整することで、吸排気バルブの温度の変化に応じて燃焼室壁の温度が変化しやすくなり、燃焼室壁の温度を容易に調整することができる。
【００１６】
また、この発明では、上記内燃機関のシリンダヘッドにおいて、前記吸排気バルブは、中空部を備え、前記中空部には、冷媒が封入されていることを特徴とする。
【００１７】
この発明によれば、吸排気バルブに熱の伝導性が高い冷媒、例えばナトリウム、ナトリウム化合物が封入されている。従って、吸排気バルブの熱の伝導性が向上し、吸排気バルブにおける熱の移動を容易とすることができる。これにより、燃焼室や吸排気バルブ周りとの間における熱の受け渡しを容易に行うことができ、燃焼室壁の温度を容易に調整することができる。
【００１８】
また、この発明では、上記内燃機関のシリンダヘッドにおいて、前記冷媒には、粉粒体が混入していることを特徴とする。
【００１９】
この発明によれば、吸排気バルブがシリンダヘッドに対して往復運動をすることで、粉粒体が冷媒内を移動する。従って、吸排気バルブの中空部に封入された冷媒に強制対流が生じ、吸排気バルブにおける熱の移動をさらに容易とすることができる。これにより、燃焼室や吸排気バルブ周りとの間における熱の受け渡しを容易に行うことができ、燃焼室壁の温度をさらに容易に調整することができる。
【発明の効果】
【００２０】
この発明にかかる内燃機関のシリンダヘッドは、吸排気バルブの温度を調整する温度調整装置により、燃焼室壁の温度を調整するので、燃焼の不安定化、ノックの発生の抑制することができるという効果を奏する。また、始動性を向上することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの或いは実質的に同一のものが含まれる。ここで、以下の実施例における内燃機関とは、乗用車、トラックなどの車両に搭載されるガソリンエンジン、ディーゼルエンジン、水素エンジン、天然ガスエンジンなどが含まれるものである。
【実施例】
【００２２】
図１は、この発明にかかる内燃機関のシリンダヘッドの構成例を示す図である。図２は、吸排気バルブの要部拡大断面図である。図１に示すように、この発明にかかる内燃機関のシリンダヘッド１は、複数の燃焼室２（同図においては、紙面鉛直方向に形成されている）と、吸気ポート３と、排気ポート４と、動弁室５と、吸気側の吸排気バルブ６と、排気側の吸排気バルブ７と、バルブ冷却手段であるバルブウォータージャケット８と、バルブ加熱手段であるバルブ加熱ヒータ９とにより構成されている。つまり、この発明にかかる内燃機関のシリンダヘッド１は、吸排気バルブ６，７の温度を調整する温度調整装置として、バルブウォータージャケット８と、バルブ加熱ヒータ９とを有する。
【００２３】
なお、１０は、図示しない点火プラグ近傍に形成され、シリンダヘッド１に流入する冷却水が通過する点火プラグ周りウォータージャケットである。また、１１は、その内部に冷媒である冷却水を通過させ、この冷却水の熱を外気に放熱するラジエターである。また、１２は、内燃機関の図示しないクランクシャフトの回転力により作動し、冷媒である冷却水をシリンダヘッド１および図示しないシリンダブロックなどに循環させるウォーターポンプである。また、１３は、内燃機関の運転制御を行うＥＣＵ（Engine Control Unit）である。また、１４は、シリンダヘッド１に流入する冷却水の流量を調整する流量調整弁である。
【００２４】
燃焼室２は、図示しないシリンダブロックに形成される複数の図示しないシリンダのそれぞれに対応してシリンダヘッド１の下面１ａに形成されている。この燃焼室２と吸排気バルブ６，７との間には、それぞれバルブシート１５，１６が配置されている。
【００２５】
吸気ポート３は、各燃焼室２にそれぞれ対応して形成されており、図示しない吸気経路と各燃焼室２との間に形成されるものである。この吸気ポート３は、燃焼室２からシリンダヘッド１の図示しない一方の側面まで連通しており、例えば吸気経路の図示しないインテークマニホールドと連結されている。つまり、図示しない吸気経路内の空気は、吸気ポート３を介して各燃焼室２に吸気される。
【００２６】
排気ポート４は、各燃焼室２にそれぞれ対応して形成されており、図示しない排気経路と各燃焼室２との間に形成されるものである。この排気ポート４は、燃焼室２からシリンダヘッド１の図示しない他方の側面まで連通しており、例えば排気経路の図示しないエキゾースト間にホールドと連結されている。つまり、各燃焼室２から排気ポート４に排気される排気ガスは、排気ポート４を介して、排気経路に排気される。
【００２７】
動弁室５は、シリンダヘッド１の上部に形成されており、上記吸排気バルブ６，７、図示しないインテークカムシャフトおよびエキゾーストカムシャフトなどが配置される。この動弁室５には、吸排気バルブ６，７のそれぞれに対応するバルブガイド１７，１８が配置されている。吸排気バルブ６，７は、このバルブガイド１７，１８に対して往復運動可能に支持されている。
【００２８】
吸排気バルブ６は、吸気側の吸排気バルブ、すなわち吸気バルブであり、バルブガイド１７を往復運動することで、図示しない吸気経路と各燃焼室２との連通を行うものである。一方、吸排気バルブ７は、排気側の吸排気バルブ、すなわち排気バルブであり、バルブガイド１８を往復運動することで、各燃焼室２と図示しない排気経路との連通を行うものである。つまり、吸排気バルブ６，７は、吸排気経路と各燃焼室２との連通を行うものである。
【００２９】
これら吸排気バルブ６，７は、各燃焼室２に対してそれぞれ１以上配置されている。この吸排気バルブ６，７は、同図および図２に示すように、傘部６ａ，７ａと、バルブステム６ｂ，７ｂとにより構成されている。この吸排気バルブ６，７の一部、すなわち傘部６ａ、７ａの表面６ｆ，７ｆは、常に燃焼室２に露出している。また、吸排気バルブ６，７は、中空部６ｃ,７ｃが形成されている。この中空部６ｃ,７ｃには、冷媒６ｄ，７ｄとして熱伝達率の高いナトリウム化合物、例えばナトリウムカリウムが封入されている。このナトリウム化合物の封入量は、ナトリウム化合物が吸排気バルブ６，７の往復運動によりこの中空部６ｃ，７ｃ内を移動できるように、中空部６ｃ，７ｃの容量よりも少ない量であることが好ましい。また、中空部６ｃ、７ｃに封入されるものは、ナトリウム化合物に限定されず、ナトリウムとこのナトリウムの純度の低下を抑制、すなわちナトリウムの熱伝達率の低下を抑制して吸排気バルブ６，７における熱の伝導性の低下を抑制するゲッター剤（例えば、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｔｉ（チタン）、Ｚｒ2Ｎｉ金属間化合物など）とを封入しても良い。なお、このゲッター剤は、水素吸蔵能力を有するものが好ましい。
【００３０】
このように、吸排気バルブ６，７に熱伝達率の高い、すなわち熱の伝導性が高い冷媒６ｄ，７ｄを封入すると、吸排気バルブ６，７の熱の伝導性が向上し、吸排気バルブ６，７における熱の移動を容易とすることができる。これにより、吸排気バルブ６，７と燃焼室２や吸排気バルブ周りとの間における熱の受け渡しを容易に行うことができる。
【００３１】
また、この中空部６ｃ，７ｃに封入されている冷媒６ｄ，７ｄには、粉粒体６ｅ，７ｅが混入されている。この粉粒体６ｅ，７ｅは、その比重が冷媒の比重よりも重いもの、例えばセラミックや金属（冷媒であるナトリウムと反応しないあるいは反応し難い吸排気バルブ６，７と同一材料である鉄）などにより構成されている。また、粉粒体６ｅ，７ｅは、その最も大きい粉粒体の直径が中空部の軸方向断面における直径よりも小さくなるように形成されている。なお、粉粒体６ｅ，７ｅは、直径の異なる複数の大きさの粉粒体により構成されていることが好ましい。
【００３２】
このように、吸排気バルブ６，７の中空部６ｃ，７ｃに封入される冷媒６ｄ，７ｄに、粉粒体６ｅ,７ｅを混入すると、吸排気バルブ６，７がシリンダヘッド１に対して往復運動をすることで、粉粒体６ｅ，７ｅが冷媒６ｄ，７ｄ内を移動する。従って、吸排気バルブ６，７の中空部６ｃ，７ｃに封入された冷媒６ｄ，７ｄに強制対流が生じ、冷媒６ｄ、７ｄの温度の均質化を測ることができる。また、粉粒体６ｅ，７ｅが中空部６ｃ、７ｃの図示しない壁面に衝突することで、この壁面の熱境界層が崩れ、吸排気バルブ６，７と冷媒６ｄ，７ｄとの間における熱の受け渡しを容易に行うことができる。これらにより、吸排気バルブ６，７における熱の移動をさらに容易とすることができ、この吸排気バルブ６，７と、燃焼室２や吸排気バルブ周りとの間における熱の受け渡しがさらに容易に行うことができる。
【００３３】
また、この吸排気バルブ６，７は、燃焼室２とこの吸排気バルブ６，７との間に配置されている上記バルブシート１５，１６よりも熱伝達率の高くなるように形成されている。例えば、吸排気バルブ６，７を形成する材料として、バルブシート１５，１６を形成する材料の熱伝達率よりも高いものを用いる。具体的には、例えば、吸排気バルブ６，７が鉄で形成されている場合は、バルブシート１３，１４を例えばアルミニウム、アルミニウム合金などにより形成する。
【００３４】
このように、吸排気バルブ６，７の熱の伝導性がバルブシート１５，１６の熱の伝導性よりも高いと、燃焼室２内の熱は、バルブシート１５，１６を介してバルブシート周り、すなわちシリンダヘッド１に伝達されるよりも、吸排気バルブ６，７に伝達されやすくなる。また、吸排気バルブ６，７の熱は、バルブシート１５，１６を介して燃焼室周りに伝達され難くなる。従って、吸排気バルブ６，７の温度を積極的に調整することで、吸排気バルブ６，７の温度の変化に応じて燃焼室壁の温度が変化し易くすることができる。
【００３５】
この吸排気バルブ６，７の温度を調整する温度調整装置は、この実施例においてバルブ冷却手段であるバルブウォータージャケット８と、バルブ加熱手段であるバルブ加熱ヒータ９とにより構成される。
【００３６】
バルブウォータージャケット８は、内燃機関の運転状態に応じて吸排気バルブ６，７を冷却するバルブ冷却手段であり、各吸排気バルブ６，７に対応して設けられている。ここで、バルブウォータージャケット８は、バルブステム６ｂ、７ｂを支持するバルブガイド１７，１８に接するように配置されている。この実施例では、バルブウォータージャケット８内の冷却水が直接バルブガイド１７，１８に接するように配置されている。このバルブウォータージャケット８には、シリンダヘッド１に流入する冷却水が通過し、この冷却水が通過する際に、冷却水にバルブガイド１７，１８を介して、吸排気バルブ６，７の熱が伝達され、この吸排気バルブ６，７が冷却される。なお、このバルブウォータージャケット８を通過する冷却水の流量は、ＥＣＵ１３が流量調整弁１４の弁開度制御を行うことで調整される。
【００３７】
バルブ加熱ヒータ９は、内燃機関の運転状態に応じて吸排気バルブ６，７を加熱するバルブ加熱手段であり、各吸排気バルブ６，７に対応して設けられている。ここで、バルブ加熱ヒータ９は、バルブステム６ｂ、７ｂを支持するバルブガイド１７，１８に接するように配置されている。この実施例では、バルブ加熱ヒータ９内の冷却水が直接バルブガイド１７，１８に接するように配置されている。このバルブ加熱ヒータ９は、バルブガイド１７，１８を介して、吸排気バルブ６，７に熱を伝達し、この吸排気バルブ６，７が加熱される。ここで、バルブ加熱ヒータ９による吸排気バルブ６，７の加熱は、ＥＣＵ１３がこのバルブ加熱ヒータ９への電力供給を制御することで行われる。
【００３８】
ＥＣＵ１３は、この発明にかかる内燃機関の制御装置であり、この内燃機関を運転制御するものである。このＥＣＵ１３は、内燃機関が搭載された図示しない車両の各所に取り付けられたセンサから、各種入力信号が入力される。例えば、内燃機関の図示しないクランクシャフトに取り付けられた角度センサにより検出された機関回転数、図示しない吸気経路に取り付けられたエアフロメータにより検出された吸入空気量、アクセルペダルセンサにより検出されたアクセル開度、燃焼室２の近傍あるいは燃焼室２内に取り付けられた燃焼室壁温度センサにより検出された燃焼室壁の温度などがある。ＥＣＵ１３は、これら入力信号および記憶部に記憶されている各種マップに基づいて内燃機関を運転制御する。例えば、図示しない吸気経路に取り付けられたスロットルバルブのバルブ開弁制御を行い、図示しない燃料噴射弁の噴射制御を行い、流量調整弁１４の流量調整弁開度制御を行い、バルブ加熱ヒータ９への電力供給制御を行う。
【００３９】
このＥＣＵ１３は、具体的には、上記入力信号や内燃機関を運転制御するのに必要な出力信号の入出力を行う入出力ポート（Ｉ／Ｏ）と、処理部と、各種マップなどを格納する記憶部とにより構成されている。処理部は、メモリおよびＣＰＵ（Central Processing Unit）により構成され、内燃機関の運転制御などに基づくプログラムをメモリにロードして実行することにより、内燃機関の運転制御方法などを実現させるものであっても良い。また、記憶部は、フラッシュメモリ等の不揮発性のメモリ、ＲＯＭ（Read Only Memory）のような読み出しのみが可能な揮発性のメモリあるいはＲＡＭ（Random Access Memory）のような読み書きが可能な揮発性のメモリ、あるいはこれらの組み合わせにより構成することができる。
【００４０】
次に、温度調整手段であるバルブウォータージャケット８およびバルブ加熱ヒータ９により、吸排気バルブ６，７の温度を調整する方法について説明する。このバルブウォータージャケット８およびバルブ加熱ヒータ９は、内燃機関の運転状態に応じて動作するものである。
【００４１】
まず、温度調整手段であるバルブウォータージャケット８により、吸排気バルブ６，７の温度を調整する方法について説明する。バルブウォータージャケット８に流入する冷媒である冷却水の流量は、流量調整弁１４の流量調整弁開度制御を行うことで調整される。ＥＣＵ１３の記憶部は、内燃機関の機関回転数と内燃機関の負荷とに基づいて流量調整弁１４の弁開度を決定するための弁開度マップを有している。従って、ＥＣＵ１３の処理部は、入力された機関回転数と入力されたアクセル開度あるいは吸入空気量などに応じた負荷と、弁開度マップとにより、流量調整弁の弁開度を算出し、流量調整弁１４が算出された弁開度となるように制御する。基本的には、内燃機関の負荷の増加に伴い、流量調整弁１４の弁開度も増加し、バルブウォータージャケット８内に流入する冷却水の流量を増加させ、内燃機関の高負荷時において、バルブウォータージャケット８内に流入する冷却水の流量が最大となるようにする。
【００４２】
ここで、この発明にかかる内燃機関の冷却水の通過経路について説明する。図１に示すように、図示しないクランクシャフトの回転力により作動するウォーターポンプ１２から吐出された冷媒である冷却水は、ＥＣＵ１３に制御される流量調整弁１４で流量を調整され、シリンダヘッド１に流入する。具体的に、ウォーターポンプ１２から吐出された冷却水は、吸気側の吸排気バルブ６に対応する吸気側のバルブウォータージャケット８に流入する。この吸気側のバルブウォータージャケット８内に流入した冷却水は、バルブガイド１７を介して吸気側の吸排気バルブ６の熱が伝達される。これにより、吸気側の吸排気バルブ６が冷却され、吸気側の吸排気バルブ６の温度が低下する。
【００４３】
次に、吸気側のバルブウォータージャケット８内を通過した冷却水は、点火プラグ周りウォータージャケット１０に流入する。この点火プラグ周りウォータージャケット１０内に流入した冷却水は、各燃焼室周りの一部、特に図示しない点火プラグ周りの熱が伝達される。これにより、燃焼室周りの一部が冷却され、図示しない燃焼室壁の一部の温度が低下する。
【００４４】
次に、点火プラグ周りウォータージャケット１０内を通過した冷却水は、排気側の吸排気バルブ７に対応する排気側のバルブウォータージャケット８内に流入する。この排気側のバルブウォータージャケット８内に流入した冷却水は、バルブガイド１８を介して排気側の吸排気バルブ７の熱が伝達される。これにより、排気側の吸排気バルブ７が冷却され、排気側の吸排気バルブ７の温度が低下する。
【００４５】
吸気側のバルブウォータージャケット８内を通過し、シリンダヘッド１から流出した冷却水は、図示しない冷却水配管を介して、ラジエター１１に流入する。このラジエター１１は、この冷却水が通過する配管と、この配管周りに形成される複数のフィンとにより構成されている。従って、吸排気バルブ６，７の熱および各燃焼室周りの一部の熱が伝達されて加温した状態で、このラジエター１１に流入した冷却水は、ラジエター１１の配管を通過する際に、フィンを介して外気にこの伝達された熱を伝達、すなわち放熱する。つまり、ラジエター１１を通過する冷却水は、外気と熱交換を行い冷却される。
【００４６】
ラジエター１１により冷却された冷却水は、図示しない冷却水配管を介して、ウォーターポンプ１２に吸引される。この吸引された冷却水は、再びシリンダヘッド１に流入する。以上により、冷媒である冷却水は、シリンダヘッド１を循環する。
【００４７】
以上のように、温度調整装置であるバルブウォータージャケット８は、内燃機関の運転状態、例えば高負荷時において、吸排気バルブ６，７を冷却することで、この吸排気バルブ６，７の温度を積極的に調整する。これにより、燃焼室壁の温度上昇を抑制することができ、燃焼室２内の混合ガスの圧縮端温度の上昇を抑制することができるので、燃焼の不安定化やノックの発生などを抑制することができる。
【００４８】
次に、温度調整手段であるバルブ加熱ヒータ９により、吸排気バルブ６，７の温度を調整する方法について説明する。バルブ加熱ヒータ９は、ＥＣＵ１３により電力供給制御、すなわちこのバルブ加熱ヒータ９に電力が供給されると発熱する。ＥＣＵ１３の処理部は、入力された機関回転数と、入力された燃焼室壁の温度とにより、バルブ加熱ヒータ９への電力の供給を決定する。基本的には、ＥＣＵ１３は、内燃機関の運転状態が例えば燃焼室壁の温度が低い冷間始動時に、バルブ加熱ヒータ９への電力の供給を行う。バルブ加熱ヒータ９は、電力が供給されると発熱する。このバルブ加熱ヒータ９の熱は、バルブガイド１７，１８を介して、吸排気バルブ６，７に伝達される。これにより、吸排気バルブ６，７が加熱され、吸排気バルブ６，７の温度が上昇する。
【００４９】
以上のように、温度調整装置であるバルブ加熱ヒータ９は、内燃機関の運転状態、例えば冷間始動時において、吸排気バルブ６，７を加熱することで、この吸排気バルブ６，７の温度を積極的に調整する。これにより、燃焼室壁の温度を上昇させることができる。ここで、シリンダヘッド１が高温強度の低い材料、例えば、アルミニウムを含む材料で形成されている場合がある。この場合は、シリンダヘッド１の高温強度が低いため、燃焼室周りに加熱ヒータを設けることは困難であった。これは、燃焼室壁の温度を所望の温度、例えば２００度まで上昇させるためには、燃焼室周りの温度を２００度以上とする必要があり、シリンダヘッド１に変形、亀裂などが発生する虞があるためである。しかし、バルブ加熱ヒータ９が高温強度の高い吸排気バルブ６，７を介して燃焼室壁の温度を上昇させるため、シリンダヘッド１の高温強度が低くても、この燃焼室壁の温度を所望温度まで上昇させることができる。これらにより、内燃機関の始動性を向上することができる。
【００５０】
このように、温度調整装置であるバルブウォータージャケット８およびバルブ加熱ヒータ９は、燃焼室２との間における熱の受け渡しが大きい吸排気バルブ６，７の温度を積極的に調整し、燃焼室壁の温度を調整することができる。従って、従来の燃焼室周りに形成されるウォータージャケット、例えば点火プラグ周りウォータージャケット１０およびバルブシート１７，１８近傍に形成されるバルブシート周りウォータージャケットにより、燃焼室２との間における熱の受け渡しが小さい燃焼室周りの温度を調整するのみの場合と比較して、燃焼室壁の温度を十分に調整することができる。また、実施例に示すように、バルブウォータージャケット８を従来のバルブシート周りウォータージャケットの代わりとする場合は、吸排気バルブ６，７と燃焼室２との間における熱の受け渡しが大きいため、冷却水が一定の流量で通過する場合における冷却効率は、バルブウォータージャケット８の方がバルブシート周りウォータージャケットよりも高くなる。従って、バルブウォータージャケット８の容量を従来のバルブシート周りウォータージャケットよりも小さくすることができ、シリンダヘッド１および内燃機関の小型化を図ることができる。
【００５１】
なお、上記実施例では、バルブウォータージャケット８内を通過する冷却水の流量を流量調整弁１４で調整することで、燃焼室壁の温度を調整するが、この発明はこれに限定されるものではなく。ラジエター１１を冷却するクーリングファンの動作を制御し、ラジエター１１を通過する冷却水と外気と温度差を調整することで、燃焼室壁の温度を調整しても良い。
【００５２】
また、上記実施例では、点火プラグ周りウォータージャケット１０を設け、燃焼室周りの一部を冷却するがこの発明はこれに限定されるものではない。例えば、吸排気バルブ６，７のそれぞれに対応するバルブウォータージャケット８により、この吸排気バルブ６，７を冷却することのみで、内燃機関が高負荷時における燃焼室壁の温度の上昇を抑制することができる場合は、点火プラグ周りウォータージャケット１０を設ける必要はない。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
以上のように、この発明にかかる内燃機関のシリンダヘッドは、燃焼室壁の温度を調整する内燃機関のシリンダヘッドに有用であり、特に、吸排気バルブの温度を調整することで、燃焼室壁の温度を調整するのに適している。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】この発明にかかる内燃機関のシリンダヘッドの構成例を示す図である。
【図２】吸排気バルブの要部拡大断面図である。
【符号の説明】
【００５５】
１  シリンダヘッド
２  燃焼室
３  吸気ポート
４  排気ポート
５  動弁室
６，７  吸排気バルブ
６ａ，７ａ  傘部
６ｂ，７ｂ  バルブステム
６ｃ，７ｃ  中空部
６ｄ，７ｄ  冷媒
６ｅ，７ｅ  紛粒体
６ｆ，７ｆ  表面
８  バルブウォータージャケット
９  バルブ加熱ヒータ
１０  点火プラグ周りウォータージャケット
１１  ラジエター
１２  ウォーターポンプ
１３  ＥＣＵ
１４  流量調整弁
１５，１６  バルブシート
１７，１８  バルブガイド
【図１】
2006125277.tif 000003
【図２】
2006125277.tif 000004