(57)【要約】【課題】シリンダヘッドの下面デッキの強度と、冷却性とを両立させたシリンダヘッドを提供する。【解決手段】シリンダボア間のヘッドボルトボス７、８と、ヘッドボルトボス７、８の両隣にあって隣り合う気筒のポート４と３およびポート６と５が厚肉部１０、１１により連結する。厚肉部の内部に、シリンダヘッド下面水穴１５と、前記各ポートと上記ヘッドボルトボス間を貫通して下面水穴１５から導入された冷却水をヘッド内冷却通路２０に導く厚肉部内冷却水通路１６を形成する。【効果】ポート周辺の強度が向上し、ポートにより支持されている下面デッキの変形を抑制する。厚肉部周辺での冷却性が良好になり、シリンダヘッド全体としての良好な冷却性が確保される。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヘッド内冷却水通路を備える多気筒内燃機関のシリンダヘッド内部冷却構造において、シリンダボア間のヘッドボルトボスと、このヘッドボルトボスの両隣にあって隣り合う気筒のポートとがヘッド内冷却通路の下面に設けた厚肉部により連結され、該厚肉部の内部に、シリンダヘッド下面から冷却水を導入するシリンダヘッド下面水穴と、前記各ポートと上記ヘッドボルトボス間を貫通して前記下面水穴から導入された冷却水を上記厚肉部外のヘッド内冷却通路に導く厚肉部内冷却水通路とが形成されていることを特徴とする多気筒内燃機関のシリンダヘッド内部冷却構造。
【請求項２】
上記多気筒内燃機関は、排気、吸気弁をそれぞれ２弁ずつ有しており、シリンダ中心を挟み、シリンダヘッド側面方向（長手方向と直交する方向）に排気弁、吸気弁各々が配置されていることを特徴とする請求項１記載の多気筒内燃機関のシリンダヘッド内部冷却構造。
【請求項３】
上記厚肉部内冷却水通路は、連結された各ポートのバルブシートインサートに沿うように形成され、かつ排気ポート下部に出口が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の多気筒内燃機関のシリンダヘッド内部冷却構造。
【請求項４】
上記厚肉部は、シリンダ間のヘッドボルトボスと、このヘッドボルトボスの両隣にある気筒の排気ポートをヘッド内冷却通路にて連結する排気ポート側厚肉部と、前記ヘッドボルトボスの両隣にある気筒の吸気ポートをヘッド内冷却通路にて連結する吸気ポート側厚肉部に別れていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の多気筒内燃機関のシリンダヘッド内部冷却構造。
【請求項５】
上記厚肉部は、シリンダ間のヘッドボルトボスと、このヘッドボルトボスの両隣にある気筒の排気ポートをヘッド内冷却通路にて連結する排気ポート側厚肉部と、前記ヘッドボルトボスの両隣にある気筒の吸気ポートをヘッド内冷却通路にて連結する吸気ボート側厚肉部とにより構成され、各厚肉部が連結され一体的に設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の多気筒内燃機関のシリンダヘッド内部冷却構造。
【請求項６】
上記厚肉部内に設けられる下面水穴は、排気ポートが配列されたシリンダヘッドの側面側の厚肉部内に設けられ、上記下面水穴に連通する厚肉部内冷却水通路を、排気ポート側バルブインサートに沿うように設けるとともに吸気ポートが配列された他方の側面部側のヘッド内冷却通路に連通することを特徴とする請求項５記載の多気筒内燃機関のシリンダヘッド内部冷却構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内部に冷却水通路を備える多気筒内燃機関のシリンダヘッド内部冷却構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、内燃機関のシリンダヘッドでは、図７に示すように、少なくとも一つの冷却水通路を有しており、例えば上面デッキと下面デッキ１ｂとを設け、これら上面デッキと下面デッキ１ｂとの間に冷却水通路２０が設けられている（例えば特許文献１〜４）。シリンダヘッド１の下面温度は、耐久寿命を支配する主要な特性値の一つであり、前記冷却水通路を流れる冷却水によってシリンダヘッドを効果的に冷却することは耐久品質を確保する上で重要である。
【０００３】
また、シリンダヘッドの下面デッキ１ｂは、筒内圧による荷重を受けることにより、上面側に押され変位する。この変位により、下面デッキを支えているポート３〜６やインジェクターボス２にひずみが発生し亀裂にいたる場合がある。これに対し、インジェクターボス２やポート３〜６の肉厚を増し、この変位を押え込み、亀裂を防止している。また、下面デッキ厚さを、冷却性を確保した上で、できるだけ厚くし、下面デッキの変形を抑制している。しかし、シートインサート回り（例えば図７の領域Ａ）、特に排気シートインサート回りなど熱負荷の高い部分は、冷却性を確保しなければならず、下面デッキ厚さ等の、ウォータージャケットとの肉厚が薄くなっている。なお、図中７、８は、ヘッドボルトボスである。
【０００４】
【特許文献１】
実開昭５６−１６３７３１号公報（第１図、第４図）
【特許文献２】
実用新案登録第２５２６０３８号公報（第１図）
【特許文献３】
実開平１−１７３４３９号公報（第１図）
【特許文献４】
実開昭６３−１４６１４７号公報（第１図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来のシリンダヘッドは、前述のように強度面や冷却面に配慮した構造となっているが、エンジンの高出力化にともない、筒内圧と熱負荷が上がってくると、従来の構造では、強度と冷却性の両立が困難になってくる。シートインサート回り、特に排気シートインサート回りは冷却上、ウオータジャケットの肉厚をさらに厚くして強度アップを図ることが困難であり、エンジンの高出力化に伴って上昇する筒内圧に対しては強度が十分でないという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記事情を背景としてなされたものであり、強度と冷却性が両立され、高出力のエンジンにおいても変形が効果的に防止されるとともに優れた冷却性が得られる多気筒内燃機関のシリンダヘッド内部冷却構造を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の多気筒内燃機関のシリンダヘッド内部冷却構造のうち請求項１記載の発明は、ヘッド内冷却水通路を備える多気筒内燃機関のシリンダヘッド内部冷却構造において、シリンダボア間のヘッドボルトボスと、このヘッドボルトボスの両隣にあって隣り合う気筒のポートとがヘッド内冷却通路の下面に設けた厚肉部により連結され、該厚肉部の内部に、シリンダヘッド下面から冷却水を導入するシリンダヘッド下面水穴と、前記各ポートと上記ヘッドボルトボス間を貫通して前記下面水穴から導入された冷却水を上記厚肉部外のヘッド内冷却通路に導く厚肉部内冷却水通路とが形成されていることを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の多気筒内燃機関のシリンダヘッド内部冷却構造の発明は、請求項１記載の発明において、上記多気筒内燃機関は、排気、吸気弁をそれぞれ２弁ずつ有しており、シリンダ中心を挟み、シリンダヘッド側面方向（長手方向と直交する方向）に排気弁、吸気弁各々が配置されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項３記載の多気筒内燃機関のシリンダヘッド内部冷却構造の発明は、請求項１または２に記載の発明において、上記厚肉部内冷却水通路は、連結された各ポートのバルブシートインサートに沿うように形成され、かつ排気ポート下部に出口が設けられていることを特徴とする。
【００１０】
請求項４記載の多気筒内燃機関のシリンダヘッド内部冷却構造の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、上記厚肉部は、シリンダ間のヘッドボルトボスと、このヘッドボルトボスの両隣にある気筒の排気ポートをヘッド内冷却通路にて連結する排気ポート側厚肉部と、前記ヘッドボルトボスの両隣にある気筒の吸気ポートをヘッド内冷却通路にて連結する吸気ボート側厚肉部に別れていることを特徴とする。
【００１１】
請求項５記載の多気筒内燃機関のシリンダヘッド内部冷却構造の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、上記厚肉部は、シリンダ間のヘッドボルトボスと、このヘッドボルトボスの両隣にある気筒の排気ポートをヘッド内冷却通路にて連結する排気ポート側厚肉部と、前記ヘッドボルトボスの両隣にある気筒の吸気ポートをヘッド内冷却通路にて連結する吸気ボート側厚肉部とにより構成され、各厚肉部が連結され一体的に設けられていることを特徴とする。
【００１２】
請求項６記載の多気筒内燃機関のシリンダヘッド内部冷却構造の発明は、請求項５記載の発明において、上記厚肉部内に設けられる下面水穴は、排気ポートが配列されたシリンダヘッドの側面側の厚肉部内に設けられ、上記下面水穴に連通する厚肉部内冷却水通路を、排気ポート側バルブインサートに沿うように設けるとともに吸気ポートが配列された他方の側面部側のヘッド内冷却通路に連通することを特徴とする。
【００１３】
すなわち本発明によれば、シリンダボア間のヘッドボルトボスと、このヘッドボルトボスの両隣にあって隣り合う気筒のポートとがヘッド内冷却通路の下面に設けた厚肉部により連結されている。各ポートは下面デッキを支持する強度部材でもあり、そのポートとヘッドボルトボスの結合剛性が上記厚肉部で増すことにより、ポートの変形が軽減され、ポートにより支持されている下面デッキの変形を抑制することができる。また、上記厚肉部の内部に下面水穴と厚肉部内冷却水通路とを設け、下面水穴から導入された冷却水を厚肉部内冷却水通路を通して上記厚肉部外のヘッド内冷却通路に導くようにしたので、厚肉部周辺での冷却性も良好になり、シリンダヘッド全体としての良好な冷却性が確保される。したがって高出力のエンジンにおいても強度と冷却性の両立が可能になる。
【００１４】
なお、上記厚肉部は、排気ポート側と吸気ポート側に連なるように設けてもよく、また排気ポート側と吸気ポート側とにそれぞれ独立して設けてもよい。排気ポート側と吸気ポート側に連なるように設ければ、上記のように両ポート側に独立して設ける場合よりも強度上有利となる。一方、排気ポート側と吸気ポート側とにそれぞれ独立して設ければ、両ポート側に連なるように設ける場合よりもシリンダ周囲での冷却水の流れは効率が良い。また肉厚部は、同一の厚さを有する他、位置によって厚さが異なるようにしてもよく、特に強度面を重視する部分での厚さを大きくすることができる。
【００１５】
また、上記厚肉部に設ける厚肉部内冷却水通路は、下面水穴とヘッド内冷却水通路とを連通させるように設けるが、その配置は冷却性等を考慮して設定することができる。特に排気ポートバルブインサート周辺は熱負荷が高いため、少なくとも該インサートに沿って冷却水が流れるように厚肉部内冷却水通路を形成するのが望ましい。なお、排気ポート側と吸気ポート側にそれぞれ独立して厚肉部を形成する場合には、両厚肉部内に厚肉部内冷却水通路を設けてもよく、またいずれか一方にのみ厚肉部内冷却水通路を設けるものであってもよい。一方にのみ形成する場合には、上記のように冷却性を考慮して排気ポート側に厚肉部内冷却水通路を設けるのが望ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
以下に、本発明の一実施形態を図１、２に基づいて説明する。なお、従来のシリンダと同一の構造に関しては同一の符号を付して説明する。
シリンダヘッド１は、上面デッキ１ａと下面デッキ１ｂとを有しており、両者間にヘッド内冷却水通路２０が形成されている。また、図示しない各シリンダの位置に対応して、それぞれ吸気ポート３、４と排気ポート５、６とを備えており、これらポートのほぼ中央部にインジェクターボス２が設けられている。すなわち、シリンダ中心を挟んでシリンダヘッド１の一側面方向（シリンダヘッドの長手方向と直交する方向）に吸気ポート３、４が配置され、他側面方向に排気ポート５、６が配置されている。これら吸気ポート３、４には図示しない吸気弁が配置され、排気ポート５、６には図示しない排気弁が配置される。
【００１７】
また、シリンダ間であって吸気ポート４と吸気ポート３との間には、やや外側位置にヘッドボルトボス７が形成され、排気ポート６と排気ポート５との間のやや外側位置にヘッドボルトボス８が形成されている。
また、下面デッキ１ｂの上面側であってヘッド内冷却水通路２０の下面には、ヘッドボルトボス７と、該ヘッドボルトボス７の両隣にあって隣り合う気筒のポート４、３とを連結するように、厚肉部として肉盛部１０が形成されている。また、同様にヘッド内冷却水通路２０の下面には、ヘッドボルトボス８と、該ヘッドボルトボス８の両隣にあって隣り合う気筒のポート６、５とを連結するように、厚肉部として肉盛部１１が形成されている。これら肉盛部１０、１１は、ヘッドボルトボス７、８側の厚さが厚く、ヘッドボルトボス７、８間の内側側に向けて徐々に厚さが小さくなるように上面がテーパ面となっており、互いに連結されることなく独立して形成されている。このように肉盛部１０、１１が独立していることにより肉盛部の形成面積が小さくなるので、強度向上の効果は小さくなるものの肉盛部形成による冷却性の低下を小さくすることができる。
【００１８】
また肉盛部１０、１１のうち肉盛部１１には、横方向のほぼ中央位置にシリンダヘッド下面水穴１５が形成されており、該シリンダヘッド下面水穴１５は、下面デッキ１ｂを下方に貫通して図示しないウォータージャケットに連通している。また、上記肉盛部１１には横方向、ヘッドボルトボス８と排気ポート６の間およびヘッドボルトボス８と排気ポートの間に沿って厚肉部内冷却水通路１６が形成されている。該厚肉部内冷却水通路１６は、上記配置によって排気ポート５、６のバルブシートインサート（図示しない）に沿っている。さらに、該冷却水通路１６のほぼ中央部は上記シリンダヘッド下面水穴１５に連通し、冷却水通路１６の両端は排気ポート６、５の下方位置において肉盛部１１の外面に開口してヘッド内冷却水通路２０と連通している。上記構成によりシリンダヘッド１の内部冷却構造が得られている。
【００１９】
上記シリンダヘッド１では、ヘッド内冷却水通路２０内を長尺方向に沿って冷却水が流れ、シリンダヘッド１の冷却がなされる。また、該シリンダヘッド１の下面側では、図示しないシリンダから筒内圧による荷重を受けているが、上記肉盛部１０、１１によって、特に損傷を受けやすいポート周辺の強度を増して筒内圧による問題を回避している。
また、シリンダヘッド１の下面側からは、上記シリンダヘッド下面水穴１５を通して冷却水が上方へと供給されている。該冷却水は、シリンダヘッド下面水穴１５から厚肉部内冷却水通路１６へと流れ、排気ポート５、６とヘッドボルトボス８との間を通ってヘッド内冷却水通路２０へと流出しており、ヘッド内冷却水通路２０を流れる冷却水と合流している。上記厚肉部内冷却水通路１６に沿って冷却水が流れることで、ボア間下面温度低減をはかれ、特に熱負荷の高い排気シートインサート周り等を効果的に冷却することができる。なお、吸気ポート３、４周辺では、排気ポート側に比べて熱負荷が高くないため、この実施形態では、肉盛部１０内部には冷却水通路は設けていない。ただし、本発明としては、肉盛部１０の内部にも上記と同様に冷却水通路やシリンダヘッド下面水穴を設けても良い。
【００２０】
（実施形態２）
また、上記実施形態では、厚肉部として肉盛部１０、１１をそれぞれ独立して設けたが、図３に示すように排気ポート側と吸気ポート側に連なるように厚肉部を形成することもできる。以下に、このような厚肉部１２を有する実施形態を説明する。なお、この実施形態２において、前記実施形態１と同様の構成については、同一の符号を付してその説明を省略または簡略化する。
【００２１】
この実施形態においても、下面デッキ１ｂの上面側であってヘッド内冷却水通路２０の下面には、ヘッドボルトボス７と、該ヘッドボルトボス７の両隣にあって隣り合う気筒の吸気ポート４、３とを連結し、さらに、ヘッドボルトボス８と、該ヘッドボルトボス８の両隣にあって隣り合う気筒の排気ポート６、５とを連結するように、厚肉部として一体の肉盛部１２が形成されている。該肉盛部１２は、図４に示すように、吸気ポート４、排気ポート６側と、吸気ポート３、排気ポート５側の間に沿って最も高さが高く、シリンダヘッド１の長手方向両側に向けて徐々に高さが低くなるテーパ面を有している。
【００２２】
また該肉盛部１２においても前記肉盛部１１と同様に、排気ポート６と排気ポート５のほぼ中間位置に、シリンダヘッド下面水穴１５が形成されており、該シリンダヘッド下面水穴１５は、下面デッキ１ｂを下方に貫通して図示しないウォータージャケットに連通している。また、上記肉盛部１２にはヘッドボルトボス８と排気ポート６の間およびヘッドボルトボス８と排気ポート５の間に沿って厚肉部内冷却水通路１６が形成されている。該厚肉部内冷却水通路１６は、上記配置によって排気ポート５、６のバルブシートインサート（図示しない）に沿っている。さらに、該冷却水通路１６のほぼ中央部は上記シリンダヘッド下面水穴１５に連通し、冷却水通路１６の両端は肉盛部１１の外面に開口してヘッド内冷却水通路２０と連通している。
【００２３】
この実施形態２においても、上記シリンダヘッド１では、ヘッド内冷却水通路２０内を長尺方向に沿って冷却水が流れ、シリンダヘッド１の冷却がなされる。また、上記肉盛部１２によって、ポート周辺の強度が増して筒内圧による損傷等の問題を回避している。また、上記シリンダヘッド下面水穴１５から厚肉部内冷却水通路１６へと冷却水が流れ、特に熱負荷の高い排気シートインサート周り等を効果的に冷却する。
この実施形態２においては、排気ポート側から吸気ポート側に亘って一体に肉盛部が形成されており、ポート周辺の強度を効果的に向上させる。すなわち、吸気ポートと排気ポートの間の下面デッキから、ヘッドボルトボスにかけて、連続的に肉盛されているため、ヘッドボルトの軸力が下面デッキに効率的に伝わり、下面デッキの変形を抑制することが可能である。ただし、肉盛部の形成面積が増加することによって、実施形態１よりは冷却性は小さくなっている。
【００２４】
（実施形態３）
この実施形態３は、実施形態２の冷却構造に加えて、吸気ポート側に延伸する厚肉部内冷却水通路１７を形成したものであり、図５、６に基づいて説明する。なお、この実施形態においても前記実施形態１、２と同様の構成については、同一の符号を付してその説明を省略または簡略化する。
この実施形態３では、前記実施形態２と同様に厚肉部として肉盛部１２が形成されており、該肉盛部１２内には、シリンダヘッド下面水穴１５と厚肉部内冷却水通路１６とが形成されている。
【００２５】
さらに、この実施形態３では、上記シリンダヘッド下面水穴１５と厚肉部内冷却水通路１６との連通部分に、厚肉部内冷却水通路１７の一端が連通している。該厚肉部冷却水通路１７の他端側は、吸気ポート側のヘッドボルトボス７側に伸張し、該ヘッドボルトボス７と吸気ポート３との間（ヘッドボルトボス７側）でヘッド内冷却水通路２０に連通している。この実施形態では、排気ポート側だけでなく、吸気ポート側も肉盛部１２内に形成された冷却水通路を流れる冷却水で冷却されており、冷却性を向上させている。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の多気筒内燃機関のシリンダヘッド内部冷却構造によれば、ヘッド内冷却水通路を備える多気筒内燃機関のシリンダヘッド内部冷却構造において、シリンダボア間のヘッドボルトボスと、このヘッドボルトボスの両隣にあって隣り合う気筒のポートとがヘッド内冷却通路の下面に設けた厚肉部により連結され、該厚肉部の内部に、シリンダヘッド下面から冷却水を導入するシリンダヘッド下面水穴と、前記各ポートと上記ヘッドボルトボス間を貫通して前記下面水穴から導入された冷却水を上記厚肉部外のヘッド内冷却通路に導く厚肉部内冷却水通路とが形成されているので、上記厚肉部によりポート周辺の強度が向上し、ポートの変形が軽減されて、ポートにより支持されている下面デッキの変形を抑制する。また、厚肉部周辺での冷却性も良好になり、シリンダヘッド全体としての良好な冷却性が確保され、強度と冷却性が両立する高出力エンジンが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における平面断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】本発明の他の実施形態における平面断面図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。
【図５】本発明のさらに他の実施形態における平面断面図である。
【図６】図５のＶＩ−ＶＩ線断面図である。
【図７】従来のシリンダヘッドを示す平面断面図である。
【符号の説明】
１    シリンダヘッド
１ａ  上面デッキ
１ｂ  下面デッキ
２    インジェクターボス
３    吸気ポート
４    吸気ポート
５    排気ポート
６    排気ポート
７    ヘッドボルトボス
８    ヘッドボルトボス
１０    肉盛部
１１    肉盛部
１２    肉盛部
１５    シリンダヘッド下面水穴
１６    厚肉部内冷却水通路
１７    厚肉部内冷却水通路
２０    ヘッド内冷却水通路
【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】
2004218481.tif 000008
【図７】
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