(57)【要約】【課題】  冷却水通路内を流れるエンジン冷却水の流れを簡単な構成により調整することのできるシリンダヘッドを提供する。【解決手段】  エンジン冷却水が流れる冷却水通路１７のうち吸気側の冷却水通路１７の通路壁１８を貫通するスペーサ取付孔２０にエンジン冷却水の流れを調整するスペーサ３０が挿入される。スペーサ３０は、エンジン冷却水により膨張する特性を有しかつ膨張前の状態で通路壁１８のスペーサ取付孔２０を通して冷却水通路１７内に挿入されるスペーサ本体３８と、スペーサ本体３８を支持しかつ前記通路壁１８に装着される支持体３２とを備える。通路壁１８のスペーサ取付孔２０がスペーサ本体３８の膨張によりシールされる。【選択図】      図２
2005090311.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン冷却水が流れる冷却水通路を備えるシリンダヘッドであって、
前記冷却水通路の通路壁を貫通する孔に挿入されかつ前記エンジン冷却水の流れを調整するスペーサが設けられていることを特徴とするシリンダヘッド。
【請求項２】
請求項１に記載のシリンダヘッドであって、
前記冷却水通路のうち吸気側の冷却水通路に前記スペーサが挿入されていることを特徴とするシリンダヘッド。
【請求項３】
請求項1又は２に記載のシリンダヘッドであって、
前記スペーサは、前記エンジン冷却水により膨張する特性を有しかつ膨張前の状態で前記通路壁の孔を通して前記冷却水通路内に挿入されるスペーサ本体と、前記スペーサ本体を支持しかつ前記通路壁に装着される支持体とを備えていることを特徴とするシリンダヘッド。
【請求項４】
請求項３に記載のシリンダヘッドであって、
前記通路壁の孔を前記スペーサ本体の膨張によりシールする構成としたことを特徴とするシリンダヘッド。
【請求項５】
請求項３又は４に記載のシリンダヘッドであって、
前記支持体は、前記通路壁の孔に対する圧入によりその通路壁に装着されていることを特徴とするシリンダヘッド。
【請求項６】
請求項３〜５のいずれか１つに記載のシリンダヘッドであって、
前記スペーサ本体が前記支持体の挟み込みにより支持される構成としたことを特徴とするシリンダヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水冷式の内燃機関いわゆるエンジンにおけるシリンダヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、水冷式のエンジンのシリンダヘッドにおいて、冷却水通路の通路壁に、エンジン冷却水の流れを調整するリブを形成したものが公知である（例えば、特許文献１，２参照。）。
【特許文献１】特開２００２−３３９７９９号公報
【特許文献２】特開２００３−１２０２９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
前記シリンダヘッドは、一般的に砂型を用いた鋳造により作製されている。そして、前記リブは、シリンダへッドの鋳造行程において一体形成されている。このため、砂型の形状が複雑になり、ひいては製作コストが増大することになった。また、エンジンの機種変更の度に、そのエンジンに対応するリブの設計が必要で砂型の形状が複雑化するとともに、開発工数や手間がかかるという問題があった。
【０００４】
本発明が解決しようとする課題は、冷却水通路内を流れるエンジン冷却水の流れを簡単な構成により調整することのできるシリンダヘッドを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題は、特許請求の範囲の欄に記載された構成を要旨とするシリンダヘッドにより解決することができる。なお、本明細書でいう「エンジン冷却水により膨張する特性」には、エンジン冷却水の吸水により膨張する特性、エンジン冷却水の温度により膨張する特性等が相当する。また、本明細書でいう「エンジン冷却水」には、水、ＬＬＣ（ロングライフクーラント）、不凍性冷却液等が相当する。
【０００６】
すなわち、請求項１に記載されたシリンダヘッドによると、冷却水通路の通路壁の孔にスペーサを挿入するといった簡単な構成により、冷却水通路内を流れるエンジン冷却水の流れを調整することができる。
【０００７】
また、特許請求の範囲の請求項２に記載されたシリンダヘッドによると、冷却水通路のうち吸気側の冷却水通路にスペーサが挿入されているので、吸気側の過冷却を防止あるいは低減するとともに、排気側を優先的に冷却することにより冷却不足を防止あるいは低減することができる。このため、シリンダヘッドの熱バランスの改善による燃費向上が期待することができる他、エンジン冷却水の流量を減少させることが可能になり、ウォータポンプの小型化及び仕事量の低減等による燃費向上などが期待することができる。
【０００８】
また、特許請求の範囲の請求項３に記載されたシリンダヘッドによると、スペーサのスペーサ本体が膨張前の状態で通路壁の孔を通して冷却水通路内に挿入され、そのスペーサ本体を支持した支持体が通路壁に装着されることにより、スペーサがシリンダヘッドに設けられる。そして、スペーサの装着後のスペーサ本体は、冷却水通路内を流れるエンジン冷却水により所定形状に膨張する。
ところで、
（１）スペーサ本体を膨張前の状態で通路壁の孔を通して冷却水通路内に挿入するため、そのスペーサ本体の挿入を容易に行なうことができる。
（２）エンジン冷却水によりスペーサ本体が所定形状に膨張するため、特別な操作を要することなく、冷却水通路内に所定形状のスペーサ本体を設けることができる。
（３）支持体が通路壁に装着されることにより、スペーサ本体を冷却水通路内の所定位置に容易に位置付けることができる。
したがって、上記した（１）〜（３）による相乗作用により、シリンダヘッドに対するスペーサの組付性を向上することができる。
【０００９】
また、特許請求の範囲の請求項４に記載されたシリンダヘッドによると、通路壁の孔がスペーサ本体の膨張によりシールされるので、通路壁の孔をシールするための専用の部品やその部品の組付工数を省略することができる。
【００１０】
また、特許請求の範囲の請求項５に記載されたシリンダへッドによると、支持体が通路壁の孔に対する圧入によりその通路壁に装着されているので、通路壁に支持体を装着するための専用の部品やその部品の組付工数を省略することができる。
【００１１】
また、特許請求の範囲の請求項６に記載されたシリンダヘッドによると、支持体の挟み込みという簡単な操作によりスペーサ本体を支持することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のシリンダヘッドによれば、冷却水通路の通路壁の孔にスペーサを挿入するといった簡単な構成により、冷却水通路内を流れるエンジン冷却水の流れを調整することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
次に、本発明を実施するための最良の形態について実施例を参照して説明する。
【実施例】
【００１４】
本発明の一実施例にかかるシリンダヘッドを説明する。本実施例におけるシリンダヘッドは、例えばアルミニウム合金の鋳物として、砂型を用いた鋳造により作製されている。また、本シリンダヘッドは、例えば４気筒エンジンに使用されるものである。
【００１５】
シリンダヘッドの下面図すなわちシリンダブロックに対する接合面を示した図１において、シリンダヘッド１０には、第１気筒♯１、第２気筒♯２、第３気筒♯３、第４気筒♯４の各燃焼室１１に開口する吸気ポート１２及び排気ポート１４がそれぞれ形成されている。吸気ポート１２及び排気ポート１４は、１つの燃焼室１１に２つずつ並列状に形成されている。なお、各燃焼室１１の両吸気ポート１２の上流側は、気筒列の一側（図１において左側）に開口する吸気通路１３に合流している。また、各燃焼室１１の両排気ポート１４の下流側は、気筒列の他側（図１において右側）に開口する排気通路１５に合流している。また、各燃焼室１１の中央部には、プラグ（図示省略）を取付けるためのプラグ取付孔１６が形成されている。
【００１６】
前記シリンダヘッド１０内には冷却水通路１７が形成されている。冷却水通路１７は、気筒列方向（図１において下から上方）に沿って、第１気筒♯１、第２気筒♯２、第３気筒♯３、第４気筒♯４の各燃焼室１１の左右両側回りに沿って順に通過するように左右対称状に形成されている。なお、図示しないが、シリンダヘッド１０には、気筒列方向の一側部（図１において下部）に冷却水通路１７に連通する冷却水入口が設けられ、その他側部（図１において上部）に冷却水通路１７に連通する冷却水出口が設けられている。したがって、エンジン冷却水は、所定の冷却水回路から冷却水入口を通じて冷却水通路１７内に流入され、左右の各冷却水通路１７内を流れた後、冷却水出口を通じて冷却水回路に流出する。なお、シリンダヘッド１０における冷却水通路１７の下面側の通路壁（符号、１８を付す）には、冷却水通路１７とシリンダブロック（図示省略）の冷却水通路１７との間でエンジン冷却水を流通可能とする適数個の水孔１９が形成されている。
【００１７】
前記シリンダヘッド１０において、吸気側（図１において左側）の過冷却及び排気側（図１において右側）の冷却不足を防止あるいは低減するために、本実施例では吸気側の冷却水通路１７のエンジン冷却水の流れを調整するスペーサ３０を設けている。なお、シリンダヘッド１０にスペーサ３０を設けるに際して、前記通路壁１８に冷却水通路１７内外を貫通するほぼ円筒状のスペーサ取付孔２０が形成されている（図３参照）。このスペーサ取付孔２０は、鋳造時の砂型により前記水孔１９を形成するのと同様に容易に形成することができる。また、スペーサ取付孔２０は、各燃焼室１１毎に、その燃焼室１１の吸気側の側方位置に形成されている。また、スペーサ３０の取付状態が図２に示され、そのスペーサ３０の取付前の状態が図３に示されている。なお、「スペーサ取付孔２０」は、本明細書でいう「冷却水通路の通路壁を貫通する孔」に相当している。
【００１８】
スペーサ３０は、図４に示すように、支持体３２とスペーサ本体３８とにより構成されている。
支持体３２は、所定の剛性を有する金属製、例えばステンレス製板材をプレス成形することによりほぼカップ状に形成されている。支持体３２は、円板状の底板部３３（図３参照）と、その底板部３３の外周縁に立ち上がる円筒状の筒状部３４と、その筒状部３４の上端部に内方へ折曲されかつ周方向に所定間隔で適数個形成された先細り状の係止片３５とを有している。
筒状部３４は、前記シリンダヘッド１０のスペーサ取付孔２０に圧入可能な外径３４ｄで、かつ前記通路壁１８の肉厚１８ｔよりも小さい高さ３４ｈで形成されている（図３参照）。
また、スペーサ本体３８は、エンジン冷却水の吸水により膨潤する特性を有する水膨潤型発泡ゴム、あるいは、エンジン冷却水の温度により膨張する特性を有する感熱膨張型発泡ゴム等からなる弾性材料によりほぼ円柱状に形成されている。スペーサ本体３８は、膨張前において支持体３２の筒状部３４内に遊嵌状に嵌合可能でかつ係止片３５の先端部が食い込み可能な外径３８ｄで形成されている。また、スペーサ本体３８は、前記筒状部３４の高さ３４ｈに対して約２．５倍の高さ３８ｈで形成されている。
そして、支持体３２の筒状部３４内にスペーサ本体３８が挿入され、係止片３５の先端部がスペーサ本体３８にその弾性変形を利用して食い込むことにより、支持体３２にスペーサ本体３８が係止片３５による挟み込みによって支持されている（図２及び図３参照）。
【００１９】
次に、上記したスペーサ３０を前記シリンダヘッド１０に取付ける場合について説明する。なお、シリンダヘッド１０の各燃焼室１１毎に対応する各スペーサ取付孔２０に配置される計４個のスペーサ３０は、いずれも同様に配置されるものである。
まず、スペーサ３０をシリンダヘッド１０の通路壁１８のスペーサ取付孔２０内に挿入する（図３中、二点鎖線３０参照）。このとき、スペーサ３０のスペーサ本体３８が膨張前の状態で通路壁１８のスペーサ取付孔２０を通して冷却水通路１７内に挿入される。また、スペーサ３０の支持体３２が、通路壁１８のスペーサ取付孔２０内に圧入されることによってその通路壁１８に装着される。これにより、冷却水通路１７内の所定位置にスペーサ本体３８を容易に位置付けることができる。なお、スペーサ取付孔２０に対する支持体３２の圧入程度は、底板部３３がシリンダヘッド１０の下面とほぼ同一面をなす程度とする。
【００２０】
上記したように、スペーサ３０が取付けられた前記シリンダヘッド１０は、図示しないシリンダブロック上にシリンダヘッドガスケットを介して結合される。その後、例えば、エンジン組立工場でのエンジンの出荷時のベンチテスト、あるいは車両工場において、エンジンのウォータジャケット（冷却水通路１７を含む。）内にエンジン冷却水が充填され、さらにはエンジンが試運転される。
【００２１】
上記したように、冷却水通路１７内へエンジン冷却水が充填されるか、あるいはエンジンの試運転によりエンジン冷却水が加熱されると、図２に示すように、スペーサ３０のスペーサ本体３８が所定の形状に膨張する。これにより、冷却水通路１７の通路面積の少なくとも一部が遮断される結果、その冷却水通路１７内を流れるエンジン冷却水の流れが調整され、ひいてはシリンダヘッド１０の温度分布が改善される。すなわち、スペーサ３０が吸気側の冷却水通路１７内に配置されているので、シリンダヘッド１０の吸気側の過冷却を防止あるいは低減することができるとともに、シリンダヘッド１０の排気側の優先的に冷却することができる。
また、スペーサ本体３８は、通路壁１８のスペーサ取付孔２０を密閉状に塞ぐように膨張することにより、そのスペーサ取付孔２０をシールすることができる。
【００２２】
上記したシリンダヘッド１０によると、冷却水通路１７の通路壁１８のスペーサ取付孔２０にスペーサ３０を挿入するといった簡単な構成により、冷却水通路１７内を流れるエンジン冷却水の流れを調整することができる。すなわち、従来のリブ等を設ける場合と異なり、砂型の形状が複雑になったり、製作コストが増大したりする等の不具合をきたさないで済む。また、エンジン機種の変更の度に、設計変更したり、その設計が複雑化したりする必要がほとんどないため、開発工数や手間もほとんどかからないことになる。さらに、スペーサ３０の支持体３２をエンジンの特性に対応した寸法とすること、スペーサ本体３８の容積を増減させること、スペーサ３０の配置位置を選定すること等は、砂型の設計変更に比べて、容易に対応することが可能である。
【００２３】
また、冷却水通路１７のうち吸気側の冷却水通路１７にスペーサ３０が挿入されているので、吸気側の過冷却を防止あるいは低減するとともに、排気側を優先的に冷却することにより冷却不足を防止あるいは低減することができる。このため、シリンダヘッド１０の熱バランスの改善による燃費向上が期待することができる他、エンジン冷却水の流量を減少させることが可能になり、ウォータポンプの小型化及び仕事量の低減等による燃費向上などが期待することができる。
【００２４】
詳しく説明する。前記スペーサ３０（図１参照）のないシリンダヘッド１１０（図５参照）にあっては、吸気側の冷却水通路１７に流れるエンジン冷却水の流量（図５中、矢印Ｙ１参照）と、排気側の冷却水通路１７内を流れるエンジン冷却水の流量（図５中、矢印Ｙ２参照）がほぼ等しい。なお、図５中の矢印Ｙ１の太さにより吸気側の冷却水通路１７に流れるエンジン冷却水の流量が表わされ、また、図５中の矢印Ｙ２の太さにより排気側の冷却水通路１７内を流れるエンジン冷却水の流量が表わされている。
このため、吸気側では過冷却が生じ、排気側では冷却不足を生じることが予測される。なお、図５に示すシリンダヘッド１１０において、本実施例のシリンダヘッド１０におけるスペーサ３０及びスペーサ取付孔２０が省略されている以外の構成がシリンダヘッド１０と同様の構成であるから、同一部位に同一符号を付して重複する説明を省略する。
【００２５】
ところで、上記シリンダヘッド１１０（図５参照）に対して、本実施例のシリンダヘッド１０によるエンジン冷却水の流れは、図１中の矢印Ｙ１及び矢印Ｙ２で示すようになる。なお、図１中の矢印Ｙ１及び矢印Ｙ２の太さは、図５中の矢印Ｙ１，Ｙ２の太さの表記に準じて表わされている。
すなわち、吸気側の冷却水通路１７内を流れるエンジン冷却水の流量（矢印Ｙ１参照。）はスペーサ３０により減少される一方、排気側の冷却水通路１７内を流れるエンジン冷却水の流量（矢印Ｙ２参照。）は吸気側の冷却水通路１７での減少分が加わり増加される。したがって、シリンダヘッド１０の吸気側の過冷却を防止あるいは低減することができるとともに、排気側を優先的に冷却することにより冷却不足を防止あるいは低減することができる。このため、シリンダヘッド１０の熱歪みの発生を防止あるいは低減することができる。
【００２６】
また、本実施例のシリンダヘッドと前記スペーサのないシリンダヘッドにおける各気筒毎の吸気側と排気側におけるそれぞれの熱伝達係数（Ｗ／ｍ2・Ｋ）をＣＡＥ解析したところ、図６に示される解析結果が得られた。図６中、「Ａ」は本実施例のシリンダヘッド（図１参照）のデータであり、「Ｂ」は前記スペーサのないシリンダヘッド（図５参照）のデータである。
図６から明らかなように、スペーサのないシリンダヘッド（図５参照）のデータＢにあっては、吸気側の熱伝達係数と排気側の熱伝達係数とはほぼ等しい値となっている。これに比べて、本実施例のシリンダヘッド（図１参照）のデータＡによると、吸気側の熱伝達係数は小さく、逆に排気側（ＥＸ側）の熱伝達係数は大きい値になっている。
したがって、熱伝達係数のＣＡＥ解析からも、本実施例のシリンダヘッド（図１参照）によれば、吸気側の過冷却が防止あるいは低減されるとともに排気側の冷却不足が防止あるいは低減される効果が得られることがわかる。
【００２７】
さらに、本実施例のシリンダヘッド１０（図１参照）によると、スペーサ３０のスペーサ本体３８が膨張前の状態で通路壁１８のスペーサ取付孔２０を通して冷却水通路１７内に挿入され、そのスペーサ本体３８を支持した支持体３２が通路壁１８に装着されることにより、スペーサ３０がシリンダヘッド１０に設けられている（図３中、二点鎖線３０参照）。そして、スペーサ３０の装着後のスペーサ本体３８は、冷却水通路１７内を流れるエンジン冷却水により所定形状に膨張する（図２参照）。
ところで、
（１）スペーサ本体３８を膨張前の状態で通路壁１８のスペーサ取付孔２０を通して冷却水通路１７内に挿入するため、そのスペーサ本体３８の挿入を容易に行なうことができる。
（２）エンジン冷却水によりスペーサ本体３８が所定形状に膨張するため、特別な操作を要することなく、冷却水通路１７内に所定形状のスペーサ本体３８を設けることができる。
（３）支持体３２が通路壁１８に装着されることにより、スペーサ本体３８を冷却水通路１７内の所定位置に容易に位置付けることができる。
したがって、上記した（１）〜（３）による相乗作用により、シリンダヘッド１０に対するスペーサ３０の組付性を向上することができる。
【００２８】
また、図２に示すように、通路壁１８のスペーサ取付孔２０がスペーサ３０のスペーサ本体３８の膨張によりシールされるので、そのスペーサ取付孔２０をシールするための専用の部品やその部品の組付工数を省略することができる。
【００２９】
また、図２に示すように、スペーサ３０の支持体３２が通路壁１８のスペーサ取付孔２０に対する圧入によりその通路壁１８に装着されているので、通路壁１８に支持体３２を装着するための専用の部品やその部品の組付工数を省略することができる。
【００３０】
また、図３に示すように、支持体３２の係止片３５による挟み込みという簡単な操作によりスペーサ本体３８を支持することができる。
【００３１】
本発明は前記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更が可能である。例えば、本発明は、４気筒に限らず、１〜３気筒、あるいは５気筒以上のエンジンのシリンダヘッドに適用することができる。また、シリンダヘッド１０の吸気ポート１２及び排気ポート１４の１気筒当たりの個数は適宜増減することができる。また、スペーサ３０の配置位置、形状、大きさ、個数等の配置形態は、上記実施例のものに限定されるものではなく、適宜変更することができる。また、スペーサ３０は、支持体３２とスペーサ本体３８との２部品により構成したが、１部品あるいは３部品以上の組合せにより構成することが考えられる。また、スペーサ本体３８は、エンジン冷却水により膨張する弾性材料としたが、エンジン冷却水により膨張しない材料により形成したり、弾性を有しない材料により形成したりすることが可能である。また、支持体３２に対するスペーサ本体３８の取付けには、係止片３５に代え、例えば、ねじ止め、接着、係合等の取付手段を採用することができる。また、シリンダヘッド１０に対する支持体３２の取付けには、圧入に代え、例えば、ねじ止め、接着、係合等の取付手段を採用することができる。また、支持体３２は、プレス成形品に代えて、樹脂成形品により形成することができる。また、シリンダヘッド１０のスペーサ取付孔２０は、砂型により形成したが、シリンダヘッド１０の鋳造後における孔あけ加工により形成することができる。また、シリンダヘッド１０の砂型により形成される水孔１９をスペーサ取付孔２０に流用することができる。また、シリンダヘッド１０のスペーサ取付孔２０は、シリンダヘッド１０の下面側の通路壁１８に限らず、冷却水通路１７の通路壁であれば適宜の位置に設けることができる。また、スペーサ本体３８の膨張により通路壁１８のスペーサ取付孔２０をシールしたが、Ｏ（オー）リング等のシール部材により支持体３２とスペーサ取付孔２０との間をシールすることも考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施例にかかるシリンダヘッドを示す下面図である。
【図２】スペーサの取付状態を示す要部断面図である。
【図３】スペーサの取付前の状態を示す要部断面図である。
【図４】スペーサを斜視図である。
【図５】スペーサのないシリンダヘッドを示す下面図である。
【図６】シリンダヘッドの熱伝達係数の解析結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３３】
１０  シリンダヘッド
１２  吸気ポート
１４  排気ポート
１７  冷却水通路
１８  通路壁
２０  スペーサ取付孔（通路壁を貫通する孔）
３０  スペーサ
３２  支持体
３８  スペーサ本体
【図１】
2005090311.tif 000003
【図２】
2005090311.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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