(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料噴射ノズルを包囲するように第１ポートと第２ポートと第３ポートと第４ポートとが順次配列されたシリンダヘッドにおいて、第１ポート−第２ポート間と燃料噴射ノズル周りと第３ポート−第４ポート間とを連通するように非直線形状に変形せしめられた冷却水用パイプを鋳ぐるむと共に、第２ポート−第３ポート間を冷却するための１つの出口開口と、燃料噴射ノズル周りを冷却するための２つの出口開口とを前記冷却水用パイプに形成し、前記冷却水用パイプを一部材によって形成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】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、内燃機関のシリンダヘッドに関し、特には、燃料噴射ノズル周りとポートの間とを同時に効率良く冷却することができる内燃機関のシリンダヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５は従来の一般的なシリンダヘッドの断面図である。図５において、１０１は燃料噴射ノズル取付け用穴、１０２は吸気ポート、１０３は排気ポート、１０４はウォータジャケットである。図５に示すように、ウォータジャケット１０４内の冷却水により、燃料噴射ノズル周り及びポート周りが冷却せしめられるようになっている。図５に示すシリンダヘッドにおいては、シリンダブロック（図示せず）からシリンダヘッド内に流入した冷却水が、一つの大きな部屋（ウォータジャケット１０４）内に流入せしめられる。その結果、ウォータジャケット１０４内の冷却水の流速は比較的遅くなってしまう（約１ｍ／ｓｅｃ）。図５に示したシリンダヘッドは、出力の比較的低いエンジンに適用されるときには問題ないが、出力の比較的高いエンジンに適用されるときには、冷却性能が不足し、シリンダヘッド下面の温度上昇によってシリンダヘッドに亀裂が入るおそれが生じてしまう。
【０００３】
この問題点を解決するために、ウォータジャケットをシリンダヘッド下面側とシリンダヘッド上面側とに分割したシリンダヘッドが知られている。この種のシリンダヘッドの例としては、例えば特開２０００−３４９５０号公報に記載されたものがある。図６はウォータジャケットをシリンダヘッド下面側とシリンダヘッド上面側とに分割したシリンダヘッドの断面図である。図６において、２０１は燃料噴射ノズル取付け用穴、２０２は吸気ポート、２０３は排気ポート、２０４はシリンダヘッド下面側ウォータジャケット、２０５はシリンダヘッド上面側ウォータジャケットである。図６に示すシリンダヘッドにおいては、シリンダヘッド上面側よりもシリンダヘッド下面側の方が冷却の必要性が高い点に鑑み、シリンダヘッド下面側ウォータジャケット２０４の断面積が比較的小さくされ、シリンダヘッド上面側ウォータジャケット２０５の断面積が比較的大きくされている。つまり、シリンダヘッド下面側ウォータジャケット２０４内の冷却水の流速がシリンダヘッド上面側ウォータジャケット２０５内の冷却水の流速よりも速くされている。シリンダヘッド下面側ウォータジャケット２０５内の冷却水の流速は約３ｍ／ｓｅｃになる。そのため、シリンダヘッド下面側を効率良く冷却することができる。
【０００４】
シリンダヘッド下面側を効率良く冷却するシリンダヘッドにおいても、ポート周りのうち、燃料噴射ノズルから離れた側よりも燃料噴射ノズルに近い側を冷却する必要性が高いことが知られている。図７はシリンダヘッド下面側ウォータジャケットの一例の斜視図である。図７において、３０１は燃料噴射ノズル部、３０２はポート部である。冷却水はシリンダヘッド下面側ウォータジャケット内を矢印で示すように流れる。図７に示すシリンダヘッド下面側ウォータジャケットにおいては、ポート周りのうち、燃料噴射ノズル部３０１から離れた側よりも燃料噴射ノズル部３０１に近い側を冷却する必要性が高い点に鑑み、冷却水がポート部３０２の周りのうちの燃料噴射ノズル部３０１から離れた側を流れづらくなるように、ポート部３０２の周りのうちの燃料噴射ノズル部３０１から離れた側（図中Ａ部）のウォータジャケットの断面積が絞られている。ところが、ウォータジャケットの断面積を絞るということは、シリンダヘッドの鋳造に用いられる砂中子の断面積を小さくすることになってしまい、シリンダヘッドの鋳造前の中子のセット時に中子が折れたり、鋳造中の鋳物の溶湯の圧力によって中子が破損したりするおそれが生じてしまう。
【０００５】
この問題点を解決するために、従来、冷却水通路として冷却水用パイプを内部に配置したシリンダヘッドが知られている。この種のシリンダヘッドの例としては、例えば特開２０００−１７０６００号公報に記載されたものがある。特開２０００−１７０６００号公報に記載されたシリンダヘッドでは、それぞれの排気ポート周りに冷却水通路が形成されている。詳細には、それぞれの排気バルブシート内に冷却水通路が形成されている。隣接する一対の排気ポート周りの冷却水通路は、パイプにより、互いに連通せしめられている。そのパイプには出口開口が形成されており、排気バルブシート内の冷却水通路からパイプ内に流入した冷却水が、出口開口を介してパイプの外側に向かって排出されるようになっている。つまり、パイプ内の冷却水が、隣接する一対の排気ポートの間に向かって排出されるようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、特開２０００−１７０６００号公報に記載されたシリンダヘッドでは、冷却水通路として冷却水用パイプをシリンダヘッドの内部に配置することによってシリンダヘッドの鋳造時に中子が折れたり破損したりすることが回避されるものの、冷却水用パイプの出口開口が燃料噴射ノズル周りに配置されていない。そのため、特開２０００−１７０６００号公報に記載されたシリンダヘッドによっては、燃料噴射ノズル周りとポートの間とを同時に効率良く冷却することができない。
【０００７】
また、特開２０００−１７０６００号公報に記載されたシリンダヘッドでは、隣接する一対のポートの間を冷却するために一つの冷却水用パイプが必要とされる。つまり、隣接する複数対のポートの間を冷却するためには複数の冷却水用パイプが必要とされる。すなわり、例えば一つのシリンダに二つの排気ポートと二つの吸気ポートとがある場合であって、隣接する一対の排気ポートの間を冷却すると共に、隣接する排気ポートと吸気ポートとの間を冷却しようとする場合には、複数の冷却水用パイプが必要とされる。そのため、シリンダヘッドの構成が複雑になってしまい、シリンダヘッドの鋳造工程が複雑になってしまう。
【０００８】
前記問題点に鑑み、本発明は燃料噴射ノズル周りとポートの間とを同時に効率良く冷却することができ、かつ、特開２０００−１７０６００号公報に記載されたシリンダヘッドよりも構成が簡単で製造が容易なシリンダヘッドを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明によれば、燃料噴射ノズルを包囲するように第１ポートと第２ポートと第３ポートと第４ポートとが順次配列されたシリンダヘッドにおいて、第１ポート−第２ポート間と燃料噴射ノズル周りと第３ポート−第４ポート間とを連通するように非直線形状に変形せしめられた冷却水用パイプを鋳ぐるむと共に、第２ポート−第３ポート間を冷却するための１つの出口開口と、燃料噴射ノズル周りを冷却するための２つの出口開口とを前記冷却水用パイプに形成し、前記冷却水用パイプを一部材によって形成したことを特徴とするシリンダヘッドが提供される。
【００１０】
請求項１に記載のシリンダヘッドでは、冷却水用パイプの出口開口が燃料噴射ノズル周りとポートの間とにそれぞれ配置されている。そのため、燃料噴射ノズル周りに冷却水用パイプの出口開口が配置されていない特開２０００−１７０６００号公報に記載されたシリンダヘッドとは異なり、燃料噴射ノズル周りとポートの間とを同時に効率良く冷却することができる。更に、冷却水用パイプが燃料噴射ノズル周りとポートの間とにそれぞれ出口開口を有するように変形せしめられている。つまり、変形せしめられた冷却水用パイプが燃料噴射ノズル周りとポートの間とを通って延びている。そのため、例えば隣接する複数対のポートの間に出口開口を形成することにより、隣接する一対の排気ポートの間のみならず、隣接する排気ポートと吸気ポートとの間を一つの冷却水用パイプで冷却することができる。つまり、隣接する複数対のポートの間を冷却するために複数の冷却水用パイプが必要とされる特開２０００−１７０６００号公報に記載されたシリンダヘッドよりも、構成を簡単にすることができ、それゆえ、容易に製造することができる。
【００１２】
上述したように、特開２０００−１７０６００号公報に記載されたシリンダヘッドでは、バルブシート内に冷却水通路が形成され、そこから冷却水用パイプが延ばされている。そのため、特開２０００−１７０６００号公報に記載されたシリンダヘッドのバルブシートでは、バルブと正確に嵌合させるための位置決めと、冷却水用パイプと正確に嵌合させるための位置決めとが必要になっている。つまり、特開２０００−１７０６００号公報に記載されたシリンダヘッドでは、バルブシートと冷却水用パイプとの接続部分からの水漏れを防止しようとすると、バルブがバルブシートに正確に着座しなくなるおそれが生じてしまう。この問題点に鑑み、請求項１に記載のシリンダヘッドでは、好ましくは、冷却水用パイプがバルブシートを通過することなく入口開口から出口開口まで延びている。そのため、特開２０００−１７０６００号公報に記載されたシリンダヘッドが有する問題点を回避することができる。
【００１４】
請求項１に記載のシリンダヘッドでは、好ましくは、アルミニウムによって形成された冷却水用パイプが鋳ぐるまれている。そのため、他の材料によって形成された冷却水用パイプが鋳ぐるまれている場合よりも、冷却水用パイプがシリンダヘッドに溶け込みやすくなっている。つまり、鋳ぐるまれた冷却水用パイプがシリンダヘッドから分離してしまうのを抑制することができる。
【００１５】
詳細には、冷却水通路のうち、最も冷却の必要性が高く冷却水通路の断面積が比較的小さくなってしまう部分に、変形せしめられた冷却水用パイプが鋳ぐるまれる。それにより、冷却水通路の断面積が確保され、シリンダヘッドの鋳造時に中子が折れたり破損したりすることが回避される。シリンダヘッドの鋳造時には、砂を詰めた冷却水用パイプをセットした後に冷却水通路（ウォータジャケット）の砂込めが行われる。
【００１６】
好ましくは、冷却水用パイプ内の砂は、例えば熱処理時に崩壊して除去される。また、冷却水用パイプを変形させるためには、まず冷却水用パイプが曲げられ、次いで、水圧等によるバルジ成形が行われる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を用いて本発明の実施形態について説明する。
【００１８】
図１は本発明のシリンダヘッドの一実施形態の概略構成図、図２は図１に示した冷却水用パイプの平面図、図３は図１に示した冷却水用パイプの正面図、図４は図１のＢ−Ｂ線に沿って切断した断面図である。図１〜図４において、１は冷却水用パイプ、２は燃料噴射ノズル、３はポート、４はポートの間を冷却するためにポートの間に配置されたポート間用冷却水出口開口、５，６は燃料噴射ノズル周りを冷却するために燃料噴射ノズル２の周りに配置された燃料噴射ノズル周り用冷却水出口開口である。７，８はポート間用冷却水出口開口４及び燃料噴射ノズル周り用冷却水出口開口５，６に冷却水を供給するための入口開口である。９は燃料噴射ノズル取付け用穴、１０はバルブシートインサートである。
【００１９】
図１及び図４に示すように、本実施形態のシリンダヘッドにおいては、冷却水用パイプ１がシリンダヘッドの内部に鋳ぐるまれて配置されている。また、冷却水用パイプ１は、一つの気筒当たりに一つのみ配置されている。その冷却水用パイプ１には、冷却水用パイプ１内に冷却水を供給するための入口開口７，８と、冷却水用パイプ１外に冷却水を排出するための出口開口４，５，６とが形成されている。出口開口４から排出された冷却水によってポート３の間を冷却できるように、かつ、出口開口５，６から排出された冷却水によって燃料噴射ノズル２の周りを冷却できるように、冷却水用パイプ１は非直線形状に変形せしめられている。図２及び図３に示すように冷却水用パイプ１を変形させるためには、まず直線形状の冷却水用パイプが曲げられ、次いで、水圧等によるバルジ成形が行われる。
【００２０】
図１〜図３に示すように、シリンダブロック（図示せず）から送られた冷却水は、入口開口７，８を介して冷却水用パイプ１内に供給される。その冷却水の一部は出口開口４を介してポート３の間に排出され、ポート３の間が冷却水によって冷却せしめられる。また、冷却水用パイプ１内に供給された冷却水の他の一部は出口開口５，６を介して燃料噴射ノズル２の周りに排出され、燃料噴射ノズル２の周りが冷却水によって冷却せしめられる。
【００２１】
本実施形態のシリンダヘッドの鋳造時には、まず、砂を詰め込まれた冷却水用パイプ１が型内にセットされる。冷却水用パイプ１の位置決めは入口開口７，８の部分によって行われる（図３参照）。つまり、本実施形態の冷却水用パイプ１では、鋳造時の位置決めに用いられる部分と入口開口７，８が形成されている部分とが兼ねられている。次いで、冷却水用パイプ１以外によって構成される冷却水通路の砂込めが行われる。冷却水用パイプ１内の砂は、例えば熱処理時に崩壊して除去される。つまり、本実施形態のシリンダヘッドにおいては、冷却水通路のうち、最も冷却の必要性が高く冷却水通路の断面積が比較的小さくなってしまう部分に、変形せしめられた冷却水用パイプ１が鋳ぐるまれる。それにより、冷却水通路の断面積が確保され、シリンダヘッドの鋳造時に中子が折れたり破損したりすることが回避される。
【００２２】
本実施形態の冷却水用パイプ１はアルミニウムにより形成されている。その結果、シリンダヘッドの鋳造時に冷却水用パイプ１が溶け込みやすくなっている。ただし、他の実施形態においては、冷却水用パイプをアルミニウム以外の材料によって形成することも可能である。
【００２３】
上述したように本実施形態によれば、冷却水用パイプ１の出口開口５，６が燃料噴射ノズル２の周りに配置され、かつ、冷却水用パイプ１の出口開口４がポート３の間に配置される。そのため、燃料噴射ノズル周りに冷却水用パイプの出口開口が配置されていない特開２０００−１７０６００号公報に記載されたシリンダヘッドとは異なり、燃料噴射ノズル２の周りとポート３の間とを同時に効率良く冷却することができる。更に本実施形態によれば、燃料噴射ノズル２の周りとポート３の間とにそれぞれ出口開口４，５，６を有するように変形せしめられた非直線形状冷却水用パイプ１が、一つの気筒について一つだけ鋳ぐるまれる。そのため、複数対のポートの間を冷却しようとする場合に、一つの気筒について複数の冷却水用パイプが必要とされてしまう特開２０００−１７０６００号公報に記載されたシリンダヘッドよりも、構成を簡単にすることができ、それゆえ、容易に製造することができる。
【００２４】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、燃料噴射ノズル周りに冷却水用パイプの出口開口が配置されていない特開２０００−１７０６００号公報に記載されたシリンダヘッドとは異なり、燃料噴射ノズル周りとポートの間とを同時に効率良く冷却することができる。更に、例えば隣接する複数対のポートの間に出口開口を形成することにより、隣接する一対の排気ポートの間のみならず、隣接する排気ポートと吸気ポートとの間を一つの冷却水用パイプで冷却することができる。つまり、隣接する複数対のポートの間を冷却するために複数の冷却水用パイプが必要とされる特開２０００−１７０６００号公報に記載されたシリンダヘッドよりも、構成を簡単にすることができ、それゆえ、容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のシリンダヘッドの一実施形態の概略構成図である。
【図２】図１に示した冷却水用パイプの平面図である。
【図３】図１に示した冷却水用パイプの正面図である。
【図４】図１のＢ−Ｂ線に沿って切断した断面図である。
【図５】従来の一般的なシリンダヘッドの断面図である。
【図６】ウォータジャケットをシリンダヘッド下面側とシリンダヘッド上面側とに分割したシリンダヘッドの断面図である。
【図７】シリンダヘッド下面側ウォータジャケットの一例の斜視図である。
【符号の説明】
１    冷却水用パイプ
２    燃料噴射ノズル
３    ポート
４，５，６    出口開口
７，８    入口開口
【図１】
0003916056.tif 000002
【図２】
0003916056.tif 000003
【図３】
0003916056.tif 000004
【図４】
0003916056.tif 000005
【図５】
0003916056.tif 000006
【図６】
0003916056.tif 000007
【図７】
0003916056.tif 000008