(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に冷却水が流通する水室を備えたシリンダヘッド本体内に、上記水室の下方壁の気筒間中心部分に、エンジン中心面に対し略直角方向に延在しかつ上方に延びた補強リブを設けると共に、上記補強リブより冷却水の流れ方向下流側における水室の上方壁に、上記補強リブに対し略平行方向に延在しかつ下方に延びて、上記補強リブ下流側に隣接した水室下方壁付近の冷却水流速を上昇させる整流部材を設け、上記補強リブは上記下方壁の壁面から上方に延びかつエンジン中心面に対し平行方向に延在した縦方向補強リブと交差して平面形状が十字状をなし、上記整流部材は、エンジン中心面に平行な平面内の断面形状が下方に頂点を有する三角形状に形成されると共に冷却水の流れ方向下流側の傾斜面が上流側の傾斜面より緩やかに形成されていることを特徴とする多気筒エンジン用シリンダヘッド。
【請求項２】
上記整流部材の前記水室内に突出した下端縁の水平位置が最も高くなる部位近傍にエア抜き用の切欠きを設けたことを特徴とする請求項１記載の多気筒エンジン用シリンダヘッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多気筒エンジンのシリンダヘッドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
多気筒エンジン、特に自動車用の多気筒エンジンにおいて、出力、燃費及び排ガス性能等の改善を図る有効な手段として、高圧縮比を採用する場合、エンジンの高負荷運転時に、各気筒の燃焼室末端の未燃焼混合気が自己着火してノッキングが発生し、エンジンの出力性能の大幅な低減等の不具合が生じるので、高圧縮比化によるエンジン性能の向上には、ノッキングの発生を防止することが重要な課題の一つである。
【０００３】
上記ノッキングを防止するために、内部に冷却水が流通する水室を備えたシリンダヘッドの、シリンダブロック頂面に当接する下方壁又は下部デッキのうち、各気筒の燃焼室の一部を限界する隣接気筒間の中心部分に対向する部分（以下単に気筒中心部分という）の冷却を効果的に行なうことを企図した構成が、例えば特開昭５６−１４８６４７号公開公報に開示されている。（以下同公開公報記載の構成を、既提案の構成という。）
【０００４】
上記既提案の構成は、内部に冷却水が流通する水室を備えたシリンダヘッド内に、同水室の上方壁又は上部デッキの気筒間中心部分の直上方に位置して堰部材を下向きに突設し、同堰部材の下端縁とその下方の気筒間中心部分下方壁又は下部デッキとの間の冷却水通路面積を縮少することにより冷却水の流速を増大して、水室下方壁又は下部デッキの高温になり易い気筒間中心部分を効果的に冷却し、ノッキングの発生を防止しようとしたものである。
【０００５】
しかしながら、上記既提案の構成では、水室の下方壁又は下部デッキの気筒間中心部分に、エンジン中心面（ここでエンジン中心面とは、複数個列設されたシリンダの中心線を含む共通平面を意味する。以下同じ）に対し略直角方向に延在しかつ上方に延びた横方向の補強リブが設けられていないため、シリンダヘッドの横方向剛性が不足する傾向がある。上記横方向剛性の向上を図る場合、上記水室の上方壁又は上方デッキ、及び下方壁又は下部デッキの双方もしくは何れか一方の板厚を増大する方法もあるが、重量の増加を招く不具合がある。
【０００６】
また他の方法として、上記下方壁又は下部デッキの気筒間中心部分に、上記横方向の補強リブを設ければ良いが、同補強リブの直上方に堰部材が位置するため、補強リブの上端縁と堰部材の下端縁との間の冷却水通路の面積が過少になり、流通抵抗が過大になって冷却水の流量自体が低減し、結局所望の冷却効果が得られない欠点がある。また、上記堰部材により、冷却したい下方壁又は下部デッキの気筒間中心部分の方向に偏向した下向冷却水流が、上記横方向補強リブに衝突して同補強リブの前後、殊に後方に強い淀み又はエディが発生し、効果的な冷却が行なわれない欠点がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記既提案の構成における種々の問題点又は欠点を解消するために創案されたもので、シリンダヘッドの横方向剛性を向上すると共に、水室下方壁の気筒間中心部分の冷却を効果的に行なうことができ、エンジンの高負荷運転時におけるノッキングの発生を有効に防止し得る多気筒エンジン用のシリンダヘッドを提供することを、主たる目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するために、本発明は、内部に冷却水が流通する水室を備えたシリンダヘッド本体内に、上記水室の下方壁の気筒間中心部分に、エンジン中心面に対し略直角方向に延在しかつ上方に延びた補強リブを設けると共に、上記補強リブより冷却水の流れ方向下流側における水室の上方壁に、上記補強リブに対し略平行方向に延在しかつ下方に延びて、上記補強リブ下流側に隣接した水室下方壁付近の冷却水流速を上昇させる整流部材を設け、上記補強リブは上記下方壁の壁面から上方に延びかつエンジン中心面に対し平行方向に延在した縦方向補強リブと交差して平面形状が十字状をなし、上記整流部材は、エンジン中心面に平行な平面内の断面形状が下方に頂点を有する三角形状に形成されると共に冷却水の流れ方向下流側の傾斜面が上流側の傾斜面より緩やかに形成されていることを特徴とする多気筒エンジン用シリンダヘッドを提供するものである。
【０００９】
本発明において、上記整流部材は、上記整流部材の前記水室内に突出した下端縁の水平位置が最も高くなる部位近傍にエア抜き用の切欠きを設けることが望ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下本発明の好ましい実施形態を、図１ないし図６を参照して説明する。図中符号１０は、総括的に多気筒エンジン用のシリンダヘッドから種々の付属部品及び部材を除去したシリンダヘッド本体を示し、図示の場合、一例として４気筒用のものが示されている。シリンダヘッド本体１０は、鋳鉄、アルミニウム合金等を用い通常鋳造によって作られる。
【００１１】
シリンダヘッド本体１０は、エンジンの各気筒用の吸気弁及び排気弁を駆動する図示しない動弁機構等を収容する上部本体１０ａと、同上部本体１０ａの下側に形成された下部本体１０ｂとを備えている。上記下部本体１０ｂは、図示しないシリンダブロックの上端面にヘッドガスケットを介し気水密に緊締される下方壁１２と、同下方壁１２の上方に並設された上方壁１４と、上部下方壁１２及び上方壁１４の左右両側縁及び前後縁を連結する側壁１６及び前後の端壁１８とからなり、これら上方壁１２、下方壁１４、左右の側壁１６及び前後の端壁１８によって囲まれた内部空間の中央部分に主たる水室２０が形成される。
【００１２】
上記下方壁１２には、シリンダブロックに設けられた気筒又はシリンダに連通する上方に凸の燃焼室２２が列設され、各燃焼室２２には点火プラグ（図示せず）を装着するプラグ取付座２４が設けられる。図示の場合、上記プラグ取付座２４は、燃焼上の利点から燃焼室２２の中央でかつシリンダ軸線に対し同軸的に配置されているが、燃焼室２２の形状等に応じ、プラグ取付座２４の配置位置及びその中心線の指向方向は適宜に変更される。
上記下方壁１２の気筒間中心部分１２ａ即ち隣接する気筒の燃焼室２２を区画する壁部の直上方における水室２０側の壁面から上方に延びかつエンジン中心面に対し略直角方向に延びた横方向補強リブ２６が設けられ、同補強リブ２６は、下方壁１２の壁面から上方に延びかつエンジン中心面に対し平行方向に延在した縦方向補強リブ２８と交差して平面形状が十字状をなす補強リブを形成する。
【００１３】
上記上方壁１４の水室２０側の壁面に、エンジン中心面に対し略直角方向に延び、かつ下方に延びた多角柱状の整流部材３０が配設されている。上記整流部材３０は、図１及び図３に良く示されているように、エンジン中心面に平行な平面内の断面形状が三角形状をなし、三角形断面の頂点、即ち立体形状としては横置三角柱の下端縁３２は、図中に矢印Ｗで示した水室２０内の冷却水の流通方向において上記横方向補強リブ２６より下流側に位置するように配置されている。また上記整流部材３０は、その上流側の傾斜面３０ａが、下流側の傾斜面３０ｂより大きい傾斜角を有するように形成され、換言すれば上記下端縁３２が三角形断面の図心位置より上流側に偏って配置されている。
【００１４】
エンジンを車両に搭載した状態で、水平に対し最高位置となる上記整流部材３０の下端縁３２の部位に空気抜き用の切欠部３４が設けられている。図２は、エンジンが垂直姿勢で搭載され、整流部材３０の下端縁３２が実質的に水平に延在している場合を例示し、このとき上記切欠部３４は、図示のように上記下端縁３２の一側端部に設けられることが好ましい。エンジンが図２において右下りに傾斜して搭載される場合は、切欠部３４は下端縁３２の反対側端部に設けられる。さらに、整流部材３０の下端縁３２が、図２のように直線状に設けられず、例えば緩くわん曲した曲線状に形成される場合は、エンジンの搭載状態で最高位置となる適宜部位に切欠部３４が設けられる。
【００１５】
良く知られているように、シリンダヘッド本体１０には各気筒毎に、夫々１個以上複数個の吸気ポート３６及び排気ポート３８が設けられ、図１のＩＶ−ＩＶ線に沿う横断面図である図４及びＶ−Ｖ線に沿う横断面図である図５に夫々の一部が示されている。（吸気ポート３６及び排気ポート３８は、水平方向及び垂直方向に立体的にわん曲しているので、上記横断面図では夫々のポートの一部分が示される。）図１及び図２に符号２０で示した水室は、中央水室又は主たる水室を形成するが、図４及び図５に示されているように、吸気ポート３６及び排気ポート３８の外周にも夫々水室２０ａ及び２０ｂが設けられ、これらの水室２０，２０ａ及び２０ｂは図示しない連通路を介して互に連通されている。
【００１６】
上記構成のシリンダヘッドにおいて、エンジンの運転中、ウォータポンプから吐出された冷却水は、通常シリンダブロック内に設けられた冷却水室を通りシリンダヘッド本体１０内に設けられた中央の主たる水室２０と、吸気ポート３６の回りに設けられた水室２０ａと、排気ポート３８の回りの水室２０ｂとを流れ、シリンダヘッド本体各部を冷却する。上記中央の主たる水室２０は、エンジン中心面に直角な平面内における通水断面積が、上記吸気ポート３６、排気ポート３８及びプラグ取付座２４等の存在のために長手方向の各部で変化し、縦軸に通水断面積をとり、横軸に長手方向部位（Ａは気筒中心を示し、Ｂは気筒間中心部分１２ａを示す）をとって示した図６の線図に点線の曲線Ｘで示すように変化する。また、図６の実線の曲線Ｙは、水室２０、２０ａ及び２０ｂ  の合計通水面積を示す。
【００１７】
上記中央の水室２０内を流れる冷却水は、気筒中心Ａ位置でプラグ取付座２４の両側を分れて流れ、同プラグ取付座２４の下流で合流して気筒間中心部分１２ａの直上方に上向きに突設された横方向の補強リブ２６を乗り越え、その下流側において上方壁１４から下向きに突設された整流部材３０に沿い下向きに偏向して流れる。上記気筒間中心部分１２ａ上方の冷却水の流れ状態が図３に拡大して示されている。横方向補強リブ２６によって上向に偏向した冷却水流が整流部材３０の上流側傾斜面３０ａにより下向きに偏向されるので、図中に一点鎖線の楕円Ｚ１，Ｚ２で示した下方壁付近のゾーン、即ち水室２０の下方部分、特に下流側のゾーンＺ２の流速が上昇し、極めて効果的に冷却される。
【００１８】
このことは、図６の曲線Ｘが気筒間中心部分の部位Ｂから下流の気筒中心Ａに至る中間部分で急減していることによって示され、この部分の通水面積の急減により冷却水の流速が増大して、熱交換が活溌に行われ、冷却が効果的に行なわれることは明らかである。この結果、前記既提案の構成と較べ、横方向補強リブ２６を設けたことによりシリンダヘッド本体１０の剛性を向上することができると共に、同補強リブ２４と整流部材３０との協作動により気筒中間部分１２ａ周辺を効果的に冷却して、エンジンの運転中における燃焼室２２の末端部分の温度を低く保つことができるので、高負荷運転時に発生し易い燃焼室末端部分の未燃燃料の自己着火に基づくノッキングの発生を有効に防止することができる。ノッキングの発生を防止することにより、エンジンの高圧縮比化が達成され、出力、燃費、排気ガス等の諸性能を向上し得る効果が得られる。
【００１９】
また、整流部材３０をエンジン中心面に対し略直角方向に延在するように設けたので、この整流部材３０が補強部材の役目を果たし、シリンダヘッド本体１０の剛性、特に横方向剛性を向上させることができる。シリンダヘッド本体１０の剛性が向上することにより、応力によるシリングヘッド本体１０の変形、例えばシリンダヘッド本体１０をシリンダブロックに取り付ける際のシリンダヘッドボルト締め付け応力による変形を抑制することができるため、ひいてはシリンダヘッド本体１０に取り付けられる吸排気バルブの着座位置がシリンダヘッド本体１０の変形により設定位置からずれるのを抑制することができる。従って、吸排気バルブの着座による打音を抑制でき、静粛性を向上させることができる。
【００２０】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内で上記実施形態に種々の変更、修正を加えて実施することができる。例えば、整流部材３０は、例示したように、エンジン中心面に平行な平面内の断面形状が三角形であることが、最も簡単で製造も容易であるが、４角形或いはそれ以上の辺数の多角形断面、さらに曲面とすることもできる。なお、上記実施形態に示されているように、整流部材３０の多角形断面の頂点（立体的には稜線）の部分は、流れの剥離によるエディの発生を防止し或いは低減するために、適宜の丸味を付した形状とすることが望ましい。
【００２１】
【発明の効果】
叙上のように、本発明に係る多気筒エンジン用シリンダヘッドは、内部に冷却水が流通する水室を備えたシリンダヘッド本体内に、上記水室の下方壁の気筒間中心部分に、エンジン中心面に対し略直角方向に延在しかつ上方に延びた補強リブを設けると共に、上記補強リブより冷却水の流れ方向下流側における水室上方壁に、上記補強リブに対し略平行方向に延在しかつ下方に延びて、上記補強リブ下流側に隣接した水室下方壁付近の冷却水流速を上昇させる整流部材を設け、上記補強リブは上記下方壁の壁面から上方に延びかつエンジン中心面に対し平行方向に延在した縦方向補強リブと交差して平面形状が十字状をなし、上記整流部材は、エンジン中心面に平行な平面内の断面形状が下方に頂点を有する三角形状に形成されると共に冷却水の流れ方向下流側の傾斜面が上流側の傾斜面より緩やかに形成されていることを特徴とし、シリンダヘッドの剛性を向上することができ、かつ気筒間中央部分の水室下方壁を極めて効果的に冷却することができる。特に、上記整流部材は、エンジン中心面に平行な平面内の断面形状が下方に頂点を有する三角形状に形成されると共に冷却水の流れ方向下流側の傾斜面が上流側の傾斜面より緩やかに形成されていることより、過度の通水面積の低減による流通抵抗の増大を防止しながら、上記横方向リブと協働して気筒中間部分の水密下方壁付近の冷却水の速度を上昇させて冷却効果を増大し得る利点があり、さらに、整流部材の下流側の冷却水流の淀みを少なくして流通抵抗を低減し、ひいてはエンジンの圧縮比を高くし、出力、燃費、排気ガス性能の向上を図り得る利点がある。
【００２２】
また、上記整流部材の前記水室内に突出した下端縁の水平位置が最も高くなる部位近傍にエア抜き用の切欠きを設けたことにより、シリンダヘッドの横方向補強部材としての機能を有する整流部材の強度を損なうことがない小さい切欠で十分なエア抜き効果を期待し得る利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい実施形態を示すシリンダヘッド本体の縦断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿い矢印方向に視た横断面図である。
【図３】図１の要部を抽出して示した拡大断面図である。
【図４】図１のＩＶ−ＩＶ線に沿い矢印方向に視た横断面図である。
【図５】図１のＶ−Ｖ線に沿い矢印方向に視た横断面図である。
【図６】図１に示したシリンダヘッド本体内の冷却水通路の通水面積を気筒列の各部位に関して示した線図である。
【符号の説明】
１０…シリンダヘッド本体；１２…下方壁；１２ａ…気筒間中心部分；１４…上方壁；２０，２０ａ及び２０ｂ…水室；２２…燃焼室；２４…プラグ取付座；２６…補強リブ；３０…整流部材；３２…整流部材の下端縁；３０ａ…上流側傾斜面；３０ｂ…下流側傾斜面；３４…切欠部。
【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】
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