(57)【要約】【課題】筒内に燃料を直接に噴射する燃料噴射弁を設けた筒内直接噴射式火花点火内燃機関では燃料噴射弁の蓄熱を抑制することが要求される。【解決手段】燃料噴射弁３の近傍の冷却水通路７の内壁の表面積を大きくするために、燃料噴射弁３を囲むボス部２ａに、放熱フィンの役割を果たす平板状のリブ２ｂを複数形成する。リブ２ｂは筒状のボス部２ａの外周面に放射状に、ボス部２ａと一体に形成する。リブ２ｂは、シリンダヘッド１の鋳造の際に、冷却水通路７を形成する砂中子にリブ２ｂに対応する凹部を加工しておくことにより、鋳造と同時に形成される。【選択図】  図１
2004239126.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダの略中心に、筒内に燃料を直接に噴射する燃料噴射弁を設けると共に当該燃料噴射弁に隣接して点火プラグを設け、当該燃料噴射弁の近傍に冷却水通路を設けた筒内直接噴射式火花点火内燃機関のシリンダヘッドにおいて、
前記燃料噴射弁の近傍の冷却水通路の内壁の表面積を大きくしたことを特徴とする筒内直接噴射式火花点火内燃機関のシリンダヘッド。
【請求項２】
前記燃料噴射弁の近傍の冷却水通路の内壁にリブを形成したことを特徴とする請求項１に記載の筒内直接噴射式火花点火内燃機関のシリンダヘッド。
【請求項３】
前記リブは、燃料噴射弁を囲むボス部に、平板状の複数のリブを、放射状に設けたことを特徴とする請求項２に記載の筒内直接噴射式火花点火内燃機関のシリンダヘッド。
【請求項４】
前記リブは、燃料噴射弁を囲むボス部に、平板状の複数のリブを、前記冷却水通路の冷却水が流れる方向と略平行に設けたことを特徴とする請求項２に記載の筒内直接噴射式火花点火内燃機関のシリンダヘッド。
【請求項５】
前記リブは、燃料噴射弁を囲むボス部に、螺旋状に設けたことを特徴とする請求項２に記載の筒内直接噴射式火花点火内燃機関のシリンダヘッド。
【請求項６】
請求項２〜５のいずれかに記載の筒内直接噴射式火花点火内燃機関のシリンダヘッドの製造方法であって、前記冷却水通路となる部分に砂中子を設けてシリンダヘッドを鋳造する筒内直接噴射式火花点火内燃機関のシリンダヘッドの製造方法において、
前記砂中子に、前記リブに対応する凹部を形成したのちに、シリンダヘッドを鋳造するようにしたことを特徴とする筒内直接噴射式火花点火内燃機関のシリンダヘッドの製造方法。
【請求項７】
請求項２〜５のいずれかに記載の筒内直接噴射式火花点火内燃機関のシリンダヘッドの製造方法であって、前記冷却水通路となる部分に砂中子を設けてシリンダヘッドを鋳造する筒内直接噴射式火花点火内燃機関のシリンダヘッドの製造方法において、
前記砂中子に前記ボス部に対応する形状を形成したのちに、前記リブに対応する凹部を加工工具により加工してからシリンダヘッドを鋳造するようにしたことを特徴とする筒内直接噴射式火花点火内燃機関のシリンダヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、筒内直接噴射式火花点火内燃機関のシリンダヘッドおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料噴射弁からシリンダの内部に燃料を直接に噴射する筒内直接噴射式内燃機関は、高出力・低燃費で排ガス特性の改善を実現できる等のメリットを有する。
【０００３】
一方で、筒内直接噴射式内燃機関では、燃料噴射弁がシリンダの燃焼室から近い位置を占めるために燃料噴射弁の温度が上昇しやすく、燃料噴射弁の温度上昇を抑制するための手段を設けることが必要になる。
【０００４】
従来の筒内直接噴射式火花点火内燃機関のシリンダヘッドとしては、シリンダヘッドに装着した燃料噴射弁の先端部の外周とシリンダヘッドとの間に熱伝導率の大きなキャップを介在させたものがある。当該キャップの存在によって、シリンダの燃焼室からキャップに伝わった熱の大部分はシリンダヘッドへ効率よく伝わる一方、キャップから燃料噴射弁へ伝わる熱の量が少なく抑えられ、結果として燃料噴射弁の温度上昇が抑制される（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−２５２６１０号公報（（００２７）（００２９）、図１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、キャップとして熱伝導率の大きな材料を使用すると、燃焼中に、燃料噴射弁の噴孔の近傍に熱が伝わり易くなるために噴孔の温度が上昇し、噴孔での煤の生成が促進される可能性がある。また、キャップに異なる素材を使用することはキャップを挿入するために燃料噴射弁を取り付けるための孔の内径寸法を大きくすることが必要になり、孔を大きくするとシリンダヘッドの強度低下を招くばかりでなく、強度低下を補うためにシリンダヘッドの肉厚を大きくする必要性が生じてシリンダヘッドの重量および製造コストが増大する。
【０００７】
そこで本発明は、燃料噴射弁近傍の冷却水通路の内壁の表面積を大きくとり、燃料噴射弁の近傍からの放熱作用を促進することにより、燃料噴射弁への熱の伝達と蓄熱とを抑制し、噴孔への煤の堆積を抑制することによって課題を解決した筒内直接噴射式火花点火内燃機関のシリンダヘッドおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る筒内直接噴射式火花点火内燃機関のシリンダヘッドは、シリンダの燃焼室で発生した熱が燃料噴射弁へ伝わるのを抑制するために、シリンダの燃焼室で発生した熱が冷却水通路を通る冷却水へ伝わり易いようにする目的で、燃料噴射弁の近傍の冷却水通路の内壁の表面積を大きくしたものである。
【０００９】
斯かる筒内直接噴射式火花点火内燃機関のシリンダヘッドでは、燃料噴射弁の近傍の冷却水通路の内壁の表面積が大きいので、シリンダの燃焼室で発生した熱の多くが速やかに冷却水に伝わり、燃料噴射弁に熱が伝わりにくくなるとともに、燃料噴射弁からの放熱が促進されて、その温度上昇が抑制される。
【００１０】
本発明に係る筒内直接噴射式火花点火内燃機関のシリンダヘッドの製造方法は、シリンダヘッドの内部に冷却水通路を形成するための砂中子に、冷却フィンとしてのリブに対応する凹部を形成してからシリンダヘッドを鋳造するようにしたものである。
【００１１】
斯かる筒内直接噴射式火花点火内燃機関のシリンダヘッドの製造方法では、鋳造により、シリンダヘッドの冷却水通路の内壁にリブが形成される
特に請求項７に係る筒内直接噴射式火花点火内燃機関のシリンダヘッドの製造方法は、砂中子に、ボス部に対応する形状を形成したのちに、リブに対応する凹部を加工工具を用いて加工してからシリンダヘッドを鋳造するようにしたものである。
【００１２】
斯かる筒内直接噴射式火花点火内燃機関のシリンダヘッドの製造方法では、加工工具を用いるので、砂中子の凹部の加工が容易に行なえる。
【００１３】
【発明の効果】
本発明に係る筒内直接噴射式火花点火内燃機関のシリンダヘッドによれば、燃料噴射弁の近傍の冷却水通路の内壁の表面積を大きくしたので、燃料噴射弁の近傍のシリンダヘッドの放熱作用が高まって燃料噴射弁の温度上昇が抑制され、燃料噴射弁における噴孔内の煤の堆積を抑制することができる。
【００１４】
本発明に係る筒内直接噴射式火花点火内燃機関のシリンダヘッドの製造方法によれば、シリンダヘッドを製造する際に、冷却水通路用の砂中子に、リブと対応する凹部を形成したのちにシリンダヘッドを鋳造するので、冷却水通路内壁の表面積を大きくするためのリブの形成が容易である。
【００１５】
特に請求項７に係る筒内直接噴射式火花点火内燃機関のシリンダヘッドの製造方法によれば、シリンダヘッドを製造する際に、冷却水通路用の砂中子にボス部に対応する形状を形成して焼成した後に、加工工具により凹部を加工するので、砂中子の加工を容易にし、加工費を増加することなく容易にリブを形成することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による筒内直接噴射式火花点火内燃機関のシリンダヘッドおよびその製造方法の実施の形態を、実施の形態１〜３として説明する。
【００１７】
（ａ）実施の形態１
まず、実施の形態１を図１に基づいて説明する。図１の図（ａ）は、本発明に係る筒内直接噴射式火花点火内燃機関のシリンダヘッド１の要部を、該シリンダヘッド１の下面と平行な面に沿った断面において示した平面断面図であり、図（ｂ）は、そのＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【００１８】
図１に示すように、シリンダヘッド１は、燃焼室上壁部２に覆われたシリンダの略中心に燃料噴射弁３を備え、当該燃料噴射弁３と隣接した位置に図示しない点火プラグを備えて構成されている。燃焼室上壁部２の下方には燃焼室４が形成され、当該燃焼室４に燃料噴射弁３の先端が臨んでおり、燃料噴射弁３から筒内の燃焼室４に燃料が直接に噴射される。燃焼室上壁部２に接続した形でもって、燃焼室４に開口する吸気ポート５と排気ポート６とが夫々一対づつ形成されており、これらを囲むように、シリンダヘッド１内部に、冷却水が通流する冷却水通路７が形成されている。この冷却水通路７の形成によって、シリンダ中心部には、冷却水通路７によって全周が囲まれた円筒状のボス部２ａが構成されており、このボス部２ａ内に上記燃料噴射弁３が取り付けられている。このように冷却水通路７を有するシリンダヘッド１は、砂中子を用いた鋳造法によって、例えばアルミニウム合金により一体に鋳造されている。このシリンダヘッド１は、ヘッドボルト８を介して図示しないシリンダブロックに結合されている。
【００１９】
ここで本発明では、燃焼室４で発生した熱が直接に、あるいはシリンダヘッド１を介して燃料噴射弁３へ伝わるのを抑制し、かつ当該熱を冷却水通路７を流れる冷却水に速やかに伝達させるために、燃料噴射弁３の近傍の冷却水通路７の内壁の表面積を大きくする目的で、燃料噴射弁３を囲むボス部２ａに、放熱フィンの役割を果たす平板状のリブ２ｂが複数形成されている。リブ２ｂは円筒状のボス部２ａの外周面に放射状に、ボス部２ａと一体に形成されている。
【００２０】
このような構成であることから、図１に矢印で示すように気筒列方向に沿って冷却水が流れると、シリンダヘッド１における燃料噴射弁３の近傍の熱はリブ２ｂを介して速やかに冷却水に伝わり、ボス部２ａ周辺の温度上昇が抑制される。また、燃料噴射弁３の熱も、ボス部２ａおよびリブ２ｂを介して冷却水へ放出されることになる。このため、燃料噴射弁３の温度上昇が抑制され、燃料噴射弁３の先端に位置する噴孔内の煤の堆積も抑制される。
【００２１】
上記のように冷却水通路７の内壁にリブ２ｂを形成することにより、内燃機関の大幅な重量増加を招くことなく、効率よく燃料噴射弁３の冷却を行なうことが可能となる。
【００２２】
シリンダヘッド１を製造する際には、冷却水通路７となる部分に砂中子を設けて鋳造することにより冷却水通路７を形成するので、砂中子におけるボス部２ａに対応した部分の内周面に、上記のリブ２ｂに対応する凹部を形成しておくことにより、鋳造によりリブ２ｂを同時に形成することができる。このように、砂中子に、リブ２ｂに対応する凹部を形成するだけでリブ２ｂを一体に形成することができるので、リブ２ｂの形成が容易である。
【００２３】
砂中子におけるボス部２ａが形成される部分の内周面に、リブ２ｂに対応する凹部を形成する際には、ボス部２ａを含む形状に砂中子を焼成した後に、図４（ａ）に示す加工工具９を用いて砂中子を削ることによって凹部の加工を行なう。この加工工具９は、図１に示すボス部２ａの形状に対応する軸部９ａと、リブ２ｂの形状に対応する刃部９ｂとで構成される。砂中子を焼成した後に加工工具９を用いて凹部を加工してリブ形状を確保することにより、砂中子の加工を容易にし、加工費を増加することなく容易にリブ２ｂを形成することができる。
（ｂ）実施の形態２
次に、実施の形態２を図２に示す。この実施の形態は、実施の形態１の一部を変更したものなので、実施の形態１と同一部分の説明を省略し、異なる部分のみを説明する。
【００２４】
図２に示すように、本実施の形態では、平板状のリブ２ｃが複数形成されている。リブ２ｃは、冷却水の流れる方向と略平行、即ち多気筒内燃機関では気筒列方向と平行に、ボス部２ａを挟む両側に３枚ずつの合計６枚が形成されている。これは、実施の形態１に対して、吸気ポート５側と排気ポート６側のリブを無くすると共にリブの方向を冷却水の流れる方向に沿わせ、冷却水の流れを円滑にしたものである。
【００２５】
このような構成であることから、図２（ａ）に矢印で示すように気筒列方向に沿って図の下方から上方へ冷却水が流れる際に、冷却水通路７内の冷却水流れの乱れが抑制され、リブ２ｃによる流路抵抗が少なくなる。そのため、リブ２ｃの部分での流速が比較的大きくなり、リブ２ｃから冷却水への単位時間あたりの熱の移動量も多く、燃料噴射弁３の冷却効率がより高い。従って、リブ２ｃを設けたことによる放熱作用により、燃料噴射弁３における噴孔内の煤の堆積が、一段と抑制されることになる。
【００２６】
実施の形態２においても、実施の形態１と同様に、砂中子におけるボス部が形成される部分の内周面に、リブ２ｃに対応する凹部を形成しておくことにより、鋳造によりリブ２ｃを形成することができる。このように、砂中子に、リブ２ｃと対応する凹部を形成するだけでリブ２ｃを形成することができるので、リブ２ｃの形成が容易である。また、当該凹部を形成する際には、砂中子を焼成した後に、図４（ｂ）に示す加工工具１０を用いて砂中子を削ることによって凹部の加工を行なう。この加工工具１０は、図２に示すボス部２ａの形状に対応する軸部１０ａと、リブ２ｃの形状に対応する刃部１０ｂとで構成される。加工工具１０を用いるため、砂中子の加工が容易となり、加工費を増加することなく、容易にリブ２ｃを形成することができる。
【００２７】
その他の構成・作用は実施の形態１と同じなので説明を省略する。
【００２８】
（ｃ）実施の形態３
次に、実施の形態３を図３に示す。この実施の形態も、実施の形態１の一部を変更したものなので、実施の形態１と同一部分の説明を省略し、異なる部分のみを説明する。
【００２９】
図３に示すように、本実施の形態では、連続した一枚のリブ２ｄがボス部２ａの外周面に螺旋状に巻いたような状態に形成されている。つまり、リブ２ｄは、ボス部２ａの軸心に対して略直角に突出し、かつ９０°に近い比較的大きなねじれ角でもって螺旋状に巻かれている。そのため、リブ２ｄは冷却水の流れる方向と実質的に平行である。また、リブ２ｄはボス部２ａと一体に形成されている。
【００３０】
このような構成であることから、図３（ａ）に矢印で示すように、気筒列方向に沿って図の下方から上方へ冷却水が流れる際に、リブ２ｄによる流路抵抗が少なく、実施の形態２の場合と同様に燃料噴射弁３の冷却効率が高い。また、燃料噴射弁３を囲む円に沿ってリブ２ｄを巻いて形成していることから、非常に効率よくかつ偏りの無い冷却が可能である。そして、噴孔近傍に偏りなくリブが形成できることから、放熱作用により燃料噴射弁３における噴孔内の煤の堆積を抑制することができる。
【００３１】
実施の形態３においても、実施の形態１，２と同様に、砂中子におけるボス部が形成される部分の内周面に、リブ２ｄに対応する凹部を形成しておくことにより、鋳造時に同時にリブ２ｄを形成することができる。このように、砂中子に、リブ２ｄと対応する凹部を形成するだけでリブ２ｄを形成することができるので、リブ２ｄの形成が容易である。また、当該凹部を形成する際には、砂中子を焼成した後に、図４（ｃ）に示す加工工具１１を用いて砂中子を削ることによって凹部の加工を行なう。この加工工具１１は、図３に示すボス部２ａの形状に対応する軸部１１ａと、リブ２ｄの形状に対応する螺旋状の刃部１１ｂとで構成される。このような加工工具１１を用いるため、砂中子の加工が容易となり、加工費を増加することなく、容易にリブ２ｄを形成することができる。
【００３２】
その他の構成・作用は実施の形態１と同じなので説明を省略する。
【００３３】
なお、実施の形態１〜３で示したリブだけでなく、例えばリング状の円盤をボス部の長さ方向に沿って略等間隔に複数設ける構成なども可能である。また、ボス部の外周面にリブを設けた場合のみを示したが、ボス部以外の部分にリブを設けるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による筒内直接噴射式火花点火内燃機関のシリンダヘッドの実施の形態１に係り、（ａ）は平面断面図、（ｂ）はそのＡ−Ａ線断面図。
【図２】本発明による筒内直接噴射式火花点火内燃機関のシリンダヘッドの実施の形態２に係り、（ａ）は平面断面図、（ｂ）はそのＢ−Ｂ線断面図。
【図３】本発明による筒内直接噴射式火花点火内燃機関のシリンダヘッドの実施の形態３に係り、（ａ）は平面断面図、（ｂ）はそのＣ−Ｃ線断面図。
【図４】本発明による筒内直接噴射式火花点火内燃機関のシリンダヘッドの製造方法に用いる加工工具に係り、（ａ）は実施の形態１と対応する加工工具の斜視図、（ｂ）は実施の形態２と対応する加工工具の斜視図、（ｃ）は実施の形態３と対応する加工工具の斜視図。
【符号の説明】
１…シリンダヘッド
２…燃焼室上壁部
２ａ…ボス部
２ｂ〜２ｄ…リブ
３…燃料噴射弁
４…燃焼室
７…冷却水通路
９〜１１…加工工具
【図１】
2004239126.tif 000003
【図２】
2004239126.tif 000004
【図３】
2004239126.tif 000005
【図４】
2004239126.tif 000006