(57)【要約】【課題】シリンダヘッドの弁間部分に生じるひずみを、冷却水で冷却する以外の方法で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を提供することである。【解決手段】排気弁と吸気弁を着座させる弁座が半径方向にシリンダヘッドを押圧してシリンダヘッドに半径方向の応力が生じるように前記弁座とシリンダヘッドの弁座設置部とを形成し、前記応力により内燃機関運転時にシリンダヘッドの弁間部分に生じる熱応力による熱ひずみを低減させるようにした。弁座を、弁間部分に生じるひずみを低減可能な線膨張係数を有する材質で形成した。【選択図】　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気弁と吸気弁を着座させる弁座が半径方向にシリンダヘッドを押圧してシリンダヘッドに半径方向の応力が生じるように前記弁座とシリンダヘッドの弁座設置部とを形成し、前記応力により内燃機関運転時にシリンダヘッドの弁間部分に生じる熱応力による熱ひずみを低減させるように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２】
前記弁座を、弁間部分に生じる熱ひずみを低減可能な線膨張係数を有する材質で形成した請求項１に記載の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、内燃機関運転時に生じるシリンダヘッドの弁間部分のひずみを低減させ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】
従来の内燃機関では、シリンダヘッドの燃焼面の特に高温となる排気弁間部分に生じる熱ひずみは、シリンダヘッドに供給される冷却水による冷却効果で低減させていた。
【０００３】
しかし、冷却水による冷却効果は、冷却水通路に工夫を凝らすことである程度は向上させることができるが、シリンダヘッド自体の強度的な問題や、他の部材とのレイアウトによる制約を受けるため、冷却水通路の幅を大きく設定するにも限界がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明では、シリンダヘッドの弁間部分に生じるひずみを、冷却水で冷却する以外の方法で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、排気弁と吸気弁を着座させる弁座が半径方向にシリンダヘッドを押圧してシリンダヘッドに半径方向の応力が生じるように前記弁座とシリンダヘッドの弁座設置部とを形成し、前記応力により内燃機関運転時にシリンダヘッドの弁間部分に生じる熱応力による熱ひずみを低減させるようにした。
また、請求項２の発明は請求項１の発明において、前記弁座を、弁間部分に生じるひずみを低減可能な線膨張係数を有する材質で形成するようにした。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１は、請求項１及び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。図１に示すようにシリンダヘッド１００には、２つの給気ポート１と２及び２つの排気ポート３と４が設けてある。
【０００７】
図２は図１のＩＩ−ＩＩ断面図である。図２に示すように排気ポート３，４の燃焼室側開口部分に形成された弁座設置部１２，１３には、それぞれ排気弁５と６を着座させる弁座８と９が設置されている。図示していないが、給気ポート１と２（図１）にも排気ポート３，４と同様に吸気弁（図示せず）を着座させる弁座（図示せず）が設置されている。これら排気弁５，６及び吸気弁（図示せず）が弁座８，９等に着座することにより排気又は給気は停止し、又、離間することにより排気又は給気が行われる。
【０００８】
図２に示すように、シリンダヘッド１００には冷却水を収容する水室１５〜１７が設けてある。冷却水は、図示しない通路を介して水室１５〜１７内に供給され、燃焼面１１を冷却して昇温した後に回収され、水室１５〜１７内には低温の冷却水が新たに供給されるようになっている。
【０００９】
弁座８，９は、冷やしばめにより排気ポート３，４の弁座設置部１２，１３にそれぞれ設置されている。そのため、常温及び内燃機関運転時（高温時）においては、膨張する分だけ弁座設置部１２，１３内を半径方向に押圧し、シリンダヘッド１００に対して堅固に固定される。
【００１０】
ところで、内燃機関が運転されると、燃焼室１０内における爆発によりシリンダヘッド１００の燃焼面１１が高温となる。特に排気弁間部７が相対的に高温となるため、排気弁間部７における熱応力が最も大きくなり、大きな熱ひずみが発生する。
【００１１】
図３は、シリンダヘッド１００の隣接する２つの排気ポート３，４近傍の底面図である。排気ポート３，４には、それぞれ弁座８，９が設置されているが、上述したように冷やしばめで弁座設置部１２，１３を半径方向に押圧しており、半径方向に放射状に応力が生じている。この応力の一部が、排気弁間部７において応力１９ａ，１９ｂとして図３に示してある。
【００１２】
また、高温の排気弁間部７には熱応力１８ａ，１８ｂが生じている。この熱応力１８ａ，１８ｂが元で排気弁間部７に熱ひずみが生じ易くなっているが、図３に示すように排気弁間部７には応力１９ａ，１９ｂが作用しているため、熱応力１８ａ，１８ｂは押し返され、排気弁間部７においてひずみは生じにくくなっている。
【００１３】
ここで弁座８，９を線膨張係数の大きい材質（例えばＳＵＨ３５等）で形成すると、排気弁間部７に生じた熱応力に対抗する大きさの応力を排気弁間部７に生じさせることができ、排気弁間部７全体としてひずみが小さくなるようにすることができる。
【００１４】
図４は、弁座８，９を従来の材質ＳＵＨ３で形成した場合と線膨張係数の大きい材質ＳＵＨ３５で形成した場合とで生じるひずみ量を比較したグラフである。従来使用されていたＳＵＨ３材の弁座をＳＵＨ３５に変更すると、線膨張係数は１．３〜１．４倍高くなり、図４から、ひずみは５％程度低減されることがわかる。さらに線膨張係数が大きい材質を採用すると、さらに大きなひずみ低減が期待できる。
【００１５】
以上の説明においては、シリンダヘッド１００の排気弁間部７についてのみ取り上げたが、それ以外の弁間部においても熱応力が発生しており、吸気弁を着座させる弁座も弁座８，９と同様にこの熱応力に抗する応力が半径方向に放射状に生じるように構成するのが好ましい。
【００１６】
【発明の効果】
請求項１の発明によると、排気ポート３，４を燃焼室１０内と連通又は遮断させる排気弁５，６を着座させる弁座８，９で、弁座設置部１２，１３を押圧することにより半径方向に応力を生じさせ、この応力により内燃機関運転時に排気弁間部７（弁間部分）に発生する熱応力を退けるようにしたので、シリンダヘッド１００の弁間部分に生じるひずみを低減することができる。
【００１７】
請求項２の発明では、弁間部分に生じるひずみを低減可能な線膨張係数を有する材質で弁座を形成するようにしたので、弁間部分が加熱された際に生じるひずみを良好に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１及び２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】シリンダヘッドの隣接する２つの排気ポート近傍の底面図である。
【図４】弁座を従来から採用されている材質ＳＵＨ３で形成した場合と線膨張係数の大きい材質ＳＵＨ３５で形成した場合とで生じるひずみ量を比較したグラフである。
【符号の説明】
１，２　給気ポート
３、４　排気ポート
５，６　排気弁
７　　　排気弁間部
８，９　弁座
１０　　燃焼室
１１　　燃焼面
１２，１３　弁座設置部
１５〜１７　水室
１８ａ，１８ｂ　熱応力
１９ａ，１９ｂ　応力
１００　シリンダヘッド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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