(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダヘッドをシリンダブロックにヘッドガスケットを介して複数のヘッドボルトにより締結する際の締結部シール構造であって、上記シリンダヘッドのウォータジャケット内且つ上記ヘッドボルト間の中間位置に、上記ヘッドボルトの締付けにより上記ヘッドガスケット内周端縁部に形成されたバネ部を加圧するための押圧部材を設け、
上記押圧部材が、上記ウォータジャケットの内側面に突出形成されたリブの先端部からなり、該リブが、一対の排気ポート壁間、あるいは吸排気ポート壁間に冷却水を導くための案内部材を兼ねたことを特徴とするシリンダヘッドの締結部シール構造。
【請求項２】
上記ウォータジャケットが、上記シリンダヘッド内に上下二段に設けられた上部ウォータジャケットと下部ウォータジャケットとからなり、上記リブが、上記下部ウォータジャケットに形成された請求項１記載のシリンダヘッドの締結部シール構造。
【請求項３】
上記押圧部材が、上記バネ部から径方向外側に向かって斜め上４５°の位置より径方向内側に位置する請求項１または２記載のシリンダヘッドの締結部シール構造。
【請求項４】
上記押圧部材が上記バネ部の上方に位置する請求項３記載のシリンダヘッドの締結部シール構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はディーゼルエンジン、ガソリンエンジン等に適用されるシリンダヘッドの締結部シール構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、図４に示すように、ディーゼルエンジン、ガソリンエンジン等の内燃機関では、シリンダヘッド５１をシリンダブロック５２にヘッドガスケット５３を介して複数のヘッドボルト５４により締結するようになっている。そしてヘッドボルト５４はシリンダボア５５の周囲に間欠的に複数ヶ所設けられ、各位置の締付け力をシリンダヘッド５１で分散させて全周均等な面圧を得ることにより、シリンダボア周り全周のシールを確保するようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、ヘッドボルト５４による締付け力は、シリンダヘッド下面５１ａの強度に起因してヘッドボルト５４の近傍で強く、遠くに離れる程弱くなる。よってヘッドボルト間の中間位置で締付け力が弱くなり、その位置でシール性が得難いという問題がある。また、シリンダヘッド下面５１ａには、シリンダボア５５内の燃焼圧に起因した反締結方向の強力な力が加わることから、シリンダヘッド下面５１ａに破線の如き変形が生じ、益々ボルト間位置でシールが弱くなる。
【０００４】
そこで、本発明は、ヘッドボルト間の中間位置におけるシリンダヘッド締結部のシール性を向上させ、かつ冷却水に方向性を持たせて、高温となる排気ポート壁を積極的に冷却することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、シリンダヘッドをシリンダブロックにヘッドガスケットを介して複数のヘッドボルトにより締結する際の締結部シール構造であって、上記シリンダヘッドのウォータジャケット内且つ上記ヘッドボルト間の中間位置に、上記ヘッドボルトの締付けにより上記ヘッドガスケット内周端縁部に形成されたバネ部を加圧するための押圧部材を設け、上記押圧部材が、上記ウォータジャケットの内側面に突出形成されたリブの先端部からなり、該リブが、一対の排気ポート壁間、あるいは吸排気ポート壁間に冷却水を導くための案内部材を兼ねたものである。
【０００６】
ここで、上記押圧部材が、上記バネ部から径方向外側に向かって斜め上４５°の位置より径方向内側に位置するのが好ましい。特に、上記押圧部材が上記バネ部の上方に位置するのが好ましい。
【０００７】
また、上記ウォータジャケットが、上記シリンダヘッド内に上下二段に設けられた上部ウォータジャケットと下部ウォータジャケットとからなり、上記リブが、上記下部ウォータジャケットに形成されたものが好ましい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【０００９】
図１乃至図３に示すように、シリンダブロック２の上方にヘッドガスケット３０を介して（挟んで）シリンダヘッド１が複数のヘッドボルト３１により締結される。これらシリンダブロック２及びシリンダヘッド１はシリンダボア３の列方向ないしエンジン長手方向前後に延出され、シリンダボア３は燃焼室の内周側壁を区画する（図３参照）。シリンダボア３間は共通の隔壁４で仕切られ、所謂サイアミーズ型のシリンダブロック構造が採られる（特開昭６２−２２５７５１号公報参照）。シリンダヘッド１及びシリンダブロック２において、シリンダボア３の外周側の前後左右四隅の位置にボルト穴５，６が設けられる。シリンダヘッド１の上方からヘッドボルト３１をボルト穴５に挿通させ、雌ネジを有したボルト穴６にネジ込むことにより、シリンダヘッド１をシリンダブロック２に締結する。こうして、ヘッドボルト３１によるシリンダヘッド１の締結位置は、各シリンダボアの外周側の周方向間欠的な複数ヶ所（ここでは一気筒当たり４ヶ所）となる。またこの締結位置は隣り合う気筒に対してはちょうどボア間の中間位置における共通の二ヶ所となる。ボルト穴５，６の左右両側にはそれぞれブローバイガス通路７とオイル落し通路８とが設けられる。
【００１０】
シリンダブロック２内において、シリンダボア３を囲繞するようにウォータジャケットが設けられる。その一部を図３に４３で示す。図１に示すのは隔壁４内部に設けられたボア間ウォータジャケット７で、ボア中心に近い部位では隔壁４の厚さが薄くウォータジャケットを形成できないことから、ボア間ウォータジャケット７は左右の厚肉部に離れて一対形成される。薄肉部では、Ｘ字状に設けられた一対のキリ孔１０に冷却水を流して冷却を行う。
【００１１】
一方、シリンダヘッド１内にもウォータジャケットが設けられるが、ここではウォータジャケットが上下二段に形成された上部ウォータジャケット８と下部ウォータジャケット９とからなっている。このようにするのは、シリンダヘッド１においては燃焼室に近い下部の方が上部より熱的に厳しいため、ウォータジャケットを上下二段とし、下部ウォータジャケット９の方をより高流速として冷却の促進を図ろうとするためである（実開平６−４３２４２号公報参照）。従って、全体として、下部ウォータジャケット９は上部ウォータジャケットより容積及び通路面積が小さく、下部ウォータジャケットと上部ウォータジャケットとの容積比は１：２以上（本実施形態では１：４程度）とされる。なお、図１では一部断面のみ示すが、上部ウォータジャケット８と下部ウォータジャケット９とはヘッド全長に亘って形成される。
【００１２】
シリンダヘッド１には、それぞれのキリ孔１０と上部ウォータジャケット８とを連通させるため一対の連通孔１１が設けられる。各連通孔１１は、下部ウォータジャケット９の両側で且つボルト穴５との間の位置にそれぞれ１本ずつ設けられ、上下に沿った直線状であり、その上端が上部ウォータジャケット８の底部両側端の位置に開口される。
【００１３】
本実施形態におけるエンジンは４弁直噴ディーゼルエンジンで、１２ａ，１２ｂが排気ポートを区画する排気ポート壁、１３ａ，１３ｂが吸気ポートを区画する吸気ポート壁である。シリンダボア中心に燃料噴射ノズルを取り付けるためのノズル穴１４が設けられ、吸気ポート間の位置にグロープラグを取り付けるためのグロー穴１５が設けられる。ノズル穴１４及びグロー穴１５はそれぞれノズル壁３２及びグロー壁３３に設けられる。これら排気ポート壁１２ａ，１２ｂ、吸気ポート壁１３ａ，１３ｂ、ノズル壁３２及びグロー壁３３はシリンダヘッド１に一体に設けられ、下部ウォータジャケット９の底壁１８から立ち上がる。そしてノズル壁３２は、四つのポート壁即ち排気ポート壁１２ａ，１２ｂ及び吸気ポート壁１３ａ，１３ｂの中心部に位置され、それらポート壁に外接するように連結される。グロー壁３３は吸気ポート壁１３ａ，１３ｂの間に位置されてこれらに連結される。
【００１４】
下部ウォータジャケット９の底壁１８に気筒当たり四ヶ所の冷却水導入穴１９が設けられる。これら冷却水導入穴１９は、それぞれシリンダボア３の左右外側の位置で、且つ長手方向については排気ポート壁１２ａ，１２ｂ及び吸気ポート壁１３ａ，１３ｂと同位置に設けられる。下部ウォータジャケット９には、これら冷却水導入穴１９を通じ、シリンダブロック側から冷却水が導入される。なお２０は、ヘッド鋳造後中子の取り出しに使用され、図示しないキャップで閉塞されるキャップ穴である。シリンダヘッド１及びシリンダブロック２はここではアルミ鋳造品である。
【００１５】
下部ウォータジャケット９の排気側及び吸気側の内側面３４，３５は、ボルト穴５より左右外側の位置に形成される。そして排気側の内側面３４且つ前後のボルト穴５，５の中間位置には、シリンダボア中心に向けて突出する断面三角状  （レ字形状）のリブ３６が一体に設けられる。リブ３６は、前後の冷却水導入穴１９，１９の間を通過しさらに半径方向内側に延びる。また吸気側においても断面長円状の柱状リブ３７が設けられる。リブ３６及び柱状リブ３７は、下部ウォータジャケット９の底壁１８及び天井壁を掛け渡して一体に設けられる。柱状リブ３７は、冷却水導入穴１９の半径方向内側に設けられ、且つ前後の冷却水導入穴１９の間の中間位置に設けられる。これらリブ３６及び柱状リブ３７によってシリンダヘッド下面の強度が向上する。
【００１６】
図３に示すように、ヘッドガスケット３０は、本実施形態では積層構造のメタルガスケットとされ、中空の外殻３９内に底板４０と上板４１とを積層し一体化してなる。特にヘッドガスケット３０の内周端縁部に位置させて上板４１には屈曲成形されたバネ部（ビード）４２が設けられ、シリンダボア３の直近においてガスケット面圧を高め、燃焼ガスの漏洩を確実に防止するようになっている。
【００１７】
図示するように、ヘッドガスケット３０の内径はシリンダボア３のボア径と等しくされ、バネ部４２はボア内周面より径方向外側、即ちシリンダブロック２の上面２ａ上に位置される。さらに、ここではバネ部４２の真上にリブ３６の先端部３６ａと柱状リブ３７の内周部とを位置させている（図２参照）。
【００１８】
次に、本実施形態の作用を述べる。
【００１９】
上記の如く、ヘッドボルト３１（ボルト穴５）間の中間位置に位置するリブ３６の先端部３６ａと、柱状リブ３７の内周部とをバネ部４２の真上に位置させたため、それらリブ先端部３６ａと柱状リブ３７とによってシリンダヘッド下面の強度を向上すると共に、ヘッドボルト３１の締付け力をヘッドガスケット３０のバネ部４２に作用させ、バネ部４２を真上から強力に加圧することができる。よって、最もシールの弱いヘッドボルト３１間の位置を強力にシールでき、シリンダヘッド締結部のシール性を向上することができる。
【００２０】
このように、本実施形態では、リブ３６の先端部３６ａと柱状リブ３７とが本発明の押圧部材をなす。
【００２１】
押圧部材はバネ部の真上に設けるのが理想だが、必ずしもその位置に設ける必要はない。要はバネ部を加圧できれば良いのである。従って押圧部材はバネ部から径方向外側に向かって斜め上４５°の位置より径方向内側に位置させるのが好ましい。より具体的には図３に示すように、リブ３６の先端部３６ａ又は柱状リブ３７を、バネ部４２から径方向外側に向かって斜め上４５°の位置Ｐより径方向内側に位置させるのが好ましい。仮想線で示すのはリブ３６の先端縁３６ｂが最も径方向外側に位置する場合の限界位置である。
【００２２】
一方、このエンジンでは、ウォータポンプ（図示せず）→シリンダブロック２→シリンダヘッド１→ラジエータ（図示せず）→ウォータポンプという経路で冷却水が循環駆動され、シリンダブロック２及びシリンダヘッド１内ではエンジン長手方向（図２のＡ方向）に向かって冷却水が流される。そしてシリンダヘッド１内では冷却水がまず下部ウォータジャケット９に入り、次に上部ウォータジャケット８に送られる。よってシリンダブロック内ジャケット４３、下部ウォータジャケット９、上部ウォータジャケット８という順でジャケット内水圧が徐々に低くなっていき、流速も弱められていく。下部ウォータジャケット９が上部ウォータジャケット８より小容積、小通路面積で高流速となるため、燃焼室に近いヘッド下部、特に燃焼室天井面を積極的に冷却できる。
【００２３】
一般に、シリンダヘッドでは燃焼室中央部と排気弁周りとが熱負荷が高く、最も冷却したい部位となる。また排気ポート間、吸気ポート間、吸排気ポート間にも冷却水を送り、各ポート壁を冷却すると共に冷却水をできるだけボア中心に集めたいという要請がある。よって本実施形態のシリンダヘッド１も、排気ポート壁１２ａ，１２ｂ及び吸気ポート壁１３ａ，１３ｂを互いに分離独立させ、これらの間に隙間４４ａ，４４ｂ，４４ｃを作って各ポート壁１２ａ…と中央部のノズル壁３２とを積極的に冷却できるようにしている。
【００２４】
そして、ウォータジャケットを上下二段とすると、上記の如く下部ウォータジャケットに高流速を流せ冷却に有利である。しかし従来は下部ウォータジャケット内で流れの方向性がなかったため、ポート壁間の隙間に冷却水を入り込ませづらく、意図した冷却効果が得難かった。
【００２５】
そこで、本実施形態ではまずリブ３６によって排気ポート壁１２ａ，１２ｂ間の隙間４４ａに冷却水を積極的に案内するようにした。即ち、図２に下部ウォータジャケット９内の冷却水の流れを白抜き矢印で示すが、排気側の冷却水導入穴１９から導入された冷却水をリブ３６で案内し、排気ポート壁１２ａ，１２ｂ間の隙間４４ａに導くことができる。これによって冷却水に方向性を持たせることができ、高温となる排気ポート壁１２ａ，１２ｂとノズル壁３２とを積極的に冷却できる。このようにリブ３６は一対の排気ポート壁１２ａ，１２ｂ間に冷却水を導くための案内部材を兼ねている。
【００２６】
また、柱状リブ３７は、吸気側の冷却水導入穴１９から導入された冷却水に対するじゃま板となり、その導入された冷却水を半径方向内側よりも円周方向に導いて隙間４４ｂ，４４ｃへと送る。これによって吸気ポート壁１３ａ，１３ｂ、排気ポート壁１２ａ，１２ｂ及びノズル壁３２を積極的に冷却できる。
【００２７】
ここでリブ３６の形状について説明する。本実施形態では冷却水主流方向Ａ上流側の側面３６ｂがその主流方向Ａとほぼ直角の面であるのに対し、主流方向Ａ下流側の側面３６ｃは、その主流方向Ａと直角な方向に対し上流側に傾斜されている。これは主流方向Ａの流れの勢いを考慮したことと、上流側の吸排気ポート壁１３ａ，１２ａ間の隙間４４ｂに冷却水を行き渡らせることができるようにするためである。しかしながら、これは流れの態様によって異なるものであるため、例えば上流側の側面３６ｂも傾斜させてＶ字形状としても良い。
【００２８】
なお、本発明の実施の形態は上述のものに限られない。例えば押圧部材（リブ）は吸排気ポート壁の間に設けてもよく、その押圧部材で吸排気ポート壁間に冷却水を導く案内部材を兼ねてもよい。ガスケットやそのバネ部も様々な形式のものが考えられる。本発明はガソリンエンジン等にも適用でき、上下二段にウォータジャケットを有さない通常のシリンダヘッドにも適用できる。
【００２９】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、ヘッドボルト間の中間位置におけるシリンダヘッド締結部のシール性を向上でき、かつ冷却水に方向性を持たせて、高温となる排気ポート壁を積極的に冷却できるという、優れた効果が発揮される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す縦断正面図で、図２のＩ−Ｉ線断面図である。
【図２】同横断平面図で、図１のII−II線断面図である。
【図３】同縦断正面図で、図２の III−III 線断面図である。
【図４】従来例を示す縦断正面図である。
【符号の説明】
１  シリンダヘッド
２  シリンダブロック
５  ボルト穴
６  ボルト穴
８  上部ウォータジャケット
９  下部ウォータジャケット
１２ａ，１２ｂ  排気ポート壁
３０  ヘッドガスケット
３１  ヘッドボルト
３４  下部ウォータジャケットの内側面
３６  リブ
３６ａ  リブの先端部
４２  バネ部
Ｐ  位置
【図１】
0003952691.tif 000002
【図２】
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【図３】
0003952691.tif 000004
【図４】
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