(57)【要約】【課題】従来よりもさらに冷却効果を向上させることができる内燃機関のシリンダヘッド構造を提供することである。【解決手段】吸気弁及び排気弁を着座させる弁座の弁移動方向の厚みを薄肉化し、前記薄肉化に伴い、シリンダヘッド内の冷却水を収容する水室と燃焼室とを仕切るシリンダヘッド底壁の薄肉化を図る。また、排気弁間におけるシリンダヘッド内の冷却水を収容した水室と排気ポートとを仕切る壁の肉厚を熱応力に耐え得る厚みを確保しながら薄肉化した。さらに、排気弁間におけるシリンダヘッド内の冷却水を収容した水室が広がるように排気ポートを形成する壁の肉厚を薄肉化し、単位時間当りの冷却水流量を増加させることにより排気弁間の燃焼面を形成するシリンダヘッド底壁の冷却効果を向上させるようにした。【選択図】　図４
2004019559.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気弁及び排気弁を着座させる弁座の弁移動方向の厚みを薄肉化し、前記薄肉化に伴い、シリンダヘッド内の冷却水を収容する水室と燃焼室とを仕切るシリンダヘッド底壁の薄肉化を図ることにより前記シリンダヘッド底壁の冷却性を向上させたことを特徴とする内燃機関のシリンダヘッド構造。
【請求項２】
複数の排気弁を備えた内燃機関において、前記排気弁間におけるシリンダヘッド内の冷却水を収容した水室と排気ポートとを仕切る壁の肉厚を熱応力に耐え得る厚みを確保しながら薄肉化したことを特徴とする内燃機関のシリンダヘッド構造。
【請求項３】
複数の排気弁を備えた内燃機関において、前記排気弁間におけるシリンダヘッド内の冷却水を収容した水室が広がるように排気ポートを形成する壁の肉厚を薄肉化し、単位時間当りの冷却水流量を増加させることにより排気弁間の燃焼面を形成するシリンダヘッド底壁の冷却効果を向上させたことを特徴とする内燃機関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、シリンダヘッドに生じる熱ひずみを低減させることができる内燃機関のシリンダヘッド構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関のシリンダヘッドには、燃焼室で生じる高熱に起因する熱応力が作用している。従来から、この熱応力による熱ひずみを低減するためにシリンダヘッド内に冷却水を収容する水室を設け、シリンダヘッド自体の温度を低下させることにより熱ひずみの低減化が図られている。
【０００３】
ところでこの熱ひずみを低減するには、燃焼室にさらされるシリンダヘッドの底壁を薄肉化するのが効果的である。しかし、吸気弁や排気弁を着座させる弁座のシリンダヘッドへの固定に関する制約等により、シリンダヘッド底壁を薄肉化するにも限度がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明では、従来よりもさらに冷却効果を向上させることができる内燃機関のシリンダヘッド構造を提供することを課題としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため請求項１の発明では、吸気弁及び排気弁を着座させる弁座の弁移動方向の厚みを薄肉化し、前記薄肉化に伴い、シリンダヘッド内の冷却水を収容する水室と燃焼室とを仕切るシリンダヘッド底壁の薄肉化を図ることにより前記シリンダヘッド底壁の冷却性を向上させた。弁座を薄肉化することにより、シリンダヘッド底壁を薄肉化した。
請求項２の発明では、複数の排気弁を備えた内燃機関において、前記排気弁間におけるシリンダヘッド内の冷却水を収容した水室と排気ポートとを仕切る壁の肉厚を熱応力に耐え得る厚みを確保しながら薄肉化した。
請求項３の発明では、複数の排気弁を備えた内燃機関において、前記排気弁間におけるシリンダヘッド内の冷却水を収容した水室が広がるように排気ポートを形成する壁の肉厚を薄肉化し、単位時間当りの冷却水流量を増加させることにより排気弁間の燃焼面を形成するシリンダヘッド底壁の冷却効果を向上させるようにした。
【０００６】
【発明の実施の形態】
（請求項１，２の発明の実施例）
図１は、請求項１，２の発明を実施した内燃機関のシリンダヘッド１００の底面図である。シリンダヘッド１００には、２つの給気ポート１，２及び２つの排気ポート３，４が設けてある。なお、図１では給気ポート１，２及び排気ポート３，４をそれぞれ開閉する吸気弁と排気弁の記載は省略してある。
【０００７】
図２は、図１のＩＩ−ＩＩ断面図である。また、図３は、図２のＡ部拡大図である。図２に示すように、排気ポート３，４にはそれぞれ排気弁５，６を着座させる弁座９，１０が設置されている。図３に示すように、弁座９，１０の外周側の上端にはそれぞれ面取り部１１，１２が設けてある。
【０００８】
また、シリンダヘッド１００には、水室１５〜１７（図１，２）が設けてある。底面図である図１では本来水室１５〜１７は見えないはずであるが、図１ではこれらの位置が把握できるように敢えて実線で記載した。この水室１５〜１７には、図示しない冷却水通路から低温の冷却水が供給されるようになっている。
【０００９】
シリンダヘッド１００では図３に示すように燃焼面８が、従来の燃焼面８ａよりもＹだけ水室１５側へ移動しており、底壁７がＹだけ薄肉化されている。さらに、水室１５の底部には、水室拡張部２０が形成されている。水室拡張部２０から弁座９，１０を支持する壁面のコーナ部までの最短距離がｔ１，弁座９，１０の支持部分の環状壁面から水室拡張部２０の内壁面までの最短距離がｔ２，さらに水室１５から燃焼面８までの最短距離がｔ３となっている。
【００１０】
このｔ１，ｔ２及びｔ３を、構造的に安全な最小肉厚（例えば３〜５ｍｍ）に設定することにより、高温の燃焼面８と水室１５内の低温の冷却水との間で熱伝達が円滑に行われ易くなり、燃焼面８の冷却性を向上させることができる。
【００１１】
図４は、排気弁５により開閉される排気ポート３の断面略図である。図４に示すように、弁座９（図３の弁座１０も同じ）の面取り部１１が小さくなるように図４で見て上下方向（排気弁５の往復移動方向）の弁座９の寸法をＹだけ短くすることにより、従来の燃焼面８ａが距離Ｙだけ水室１５，１６（図２）側へ移動して燃焼面８となり、底壁７の薄肉化が図られる。なお、図４では、弁座９を従来よりも短く加工したことを示すために、故意にＹだけ隙間を空けてある。実際には燃焼面８から退避させるように弁座９は上端面を底壁７に当接させて排気ポート３に設置する。
【００１２】
Ｙだけ短く（薄肉化）しても、弁座９が、排気ポート３の内壁面と接触する面積に変化はないので、弁座９は排気ポート３の内壁面から脱落する心配はなく、底壁７の薄肉化が達成されている。面取り部１１を小さくするように弁座９の排気弁５の往復移動方向の寸法を短くすることにより、シリンダヘッド１００の底壁７の寸法を０．４〜０．６ｍｍ程度薄肉化させることができる。この薄肉化は、燃焼面８ａ全体ではなく、部分的に行ってもよい。
【００１３】
（請求項３の発明の実施例）
図５は、請求項３の発明を実施したシリンダヘッド１０１の底面図である。また、図６は図５のＶＩ−ＶＩ断面図である。
【００１４】
シリンダヘッド１０１の排気ポート３と４の間の底壁７は、水室１５と燃焼面８とを仕切っている。また、排気ポート内壁２６，２７は、それぞれ排気ポート３，４と水室１５とを仕切っている。
【００１５】
請求項３の発明を実施したシリンダヘッド１０１の水室１５の内壁２５は、従来の内壁２５ａよりも０．５ｍｍ程度広がっている。したがって、水室１５内の低温の冷却水と底壁７，排気ポート内壁２６，２７の間における熱伝達が円滑に行われ易くなる。
【００１６】
水室１５内の冷却水通路幅を従来よりも広げたことにより、冷却水の流速が速くなり、また、冷却水が当る面積が増加することにより、冷却効果の向上を期待することができる。
【００１７】
【発明の効果】
請求項１の発明では、吸気弁及び排気弁５，６を着座させる弁座９、１０の弁移動方向の厚みを薄肉化することにより、水室１５と燃焼室１３とを仕切る底壁７の薄肉化を可能にしており、底壁７を薄肉化することにより底壁７にかかる熱応力を低減することができ、したがって熱ひずみが小さくなるので構造的な安全性を向上させることができる。
【００１８】
請求項２の発明では、複数の排気弁５，６を備えた内燃機関において、排気弁５，６の間の水室１５と燃焼室１３，排気ポート３，４とを仕切る底壁７，排気ポート内壁２６，２７を熱応力に耐え得る厚みを確保しながら薄肉化するように水室１５内を拡張したので、冷却水が底壁７の高温部分に供給され易くなり、冷却効果が向上し熱応力を低減させることができ、したがって熱ひずみが低減されて構造的な安全性を向上させることができる。
【００１９】
請求項３の発明では、水室１５内の面積が増加し、冷却水が接触する水室１５内の面積が増加することにより冷却効果の向上を期待することができる。また、水室１５内の容積が増えるので冷却水の流速が速くなり、昇温した冷却水と低温の冷却水の入れ替わりが速やかに行われ、高温の底壁７，排気ポート内壁２６，２７を良好に冷却することができる。したがって、排気弁間の底壁７に生じる熱応力を良好に低減させることができ、熱ひずみが低減され、構造的な安全性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１の発明を実施した内燃機関のシリンダヘッドの底面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ断面図である。
【図３】図２のＡ部拡大図である。
【図４】排気弁により開閉される排気ポートの断面略図である。
【図５】請求項３の発明を実施したシリンダヘッドの底面図である。
【図６】図５のＶＩ−ＶＩ断面図である。
【符号の説明】
１，２　吸気ポート
３，４　排気ポート
５，６　排気弁
７　　　底壁
８　　　燃焼面
９，１０　弁座
１１，１２　面取り部
１３　　燃焼室
１５〜１７　水室
２０，２５　水室拡張部
２６，２７　排気ポート内壁
１００，１０１　シリンダヘッド
【図１】
2004019559.tif 000003
【図２】
2004019559.tif 000004
【図３】
2004019559.tif 000005
【図４】
2004019559.tif 000006
【図５】
2004019559.tif 000007
【図６】
2004019559.tif 000008