(57)【要約】【課題】シリンダヘッドにおける応力集中の改善を目的とし、吸気ポート分岐点部分に応力が集中しないようなシリンダヘッドの構造を提案する。【解決手段】二股に分岐した吸気ポート６と、該吸気ポート脇に穿孔され、ヘッドボルト８を通すボルト孔と、シリンダヘッド上面のボルト孔周囲に設けられ、ヘッドボルトの頭部８ａを着座させるボルト座面と、吸気ポート６の両脇にある二つのボルト座面どうしを結んだボルト座面相当領域Ｙに達するまで延設され、分岐する吸気ポート６の分岐間部分を肉抜きする延長部分１１ａを形成した冷却水通路１０と、ボルト座面相当領域Ｙに位置した吸気ポートの分岐点部位Ｚと、を含んで構成したシリンダヘッドとする。【選択図】図１
2009197725.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも二股に分岐した吸気ポートと、
該吸気ポート脇に穿孔され、ヘッドボルトを通すボルト孔と、
シリンダヘッド上面の前記ボルト孔周囲に設けられ、前記ヘッドボルトの頭部を着座させるボルト座面と、
前記吸気ポートの両脇にある二つの前記ボルト座面どうしを結んだボルト座面相当領域に達するまで延設され、前記分岐する吸気ポートの分岐間部分を肉抜きする延長部分を形成した冷却水通路と、
前記ボルト座面相当領域に位置した前記吸気ポートの分岐点部位と、
を含んで構成されることを特徴とする内燃機関のシリンダヘッド。
【請求項２】
前記冷却水通路の延長部分と前記吸気ポートの分岐点部位とが上下方向にオーバーラップすることを特徴とする請求項１記載の内燃機関のシリンダヘッド。
【請求項３】
前記冷却水通路の延長部分は、平面視形状がスリット形であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の内燃機関のシリンダヘッド。
【請求項４】
前記冷却水通路の延長部分は、平面視形状が山形であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の内燃機関のシリンダヘッド。
【請求項５】
前記冷却水通路の延長部分は、平面視形状において端部よりも中間部が膨らんでいることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の内燃機関のシリンダヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関のシリンダヘッドに関し、特に、シリンダヘッドにおける応力集中を低減するための構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
水冷式内燃機関のシリンダヘッドに配設される冷却水通路（ウオータージャケット）は、プラグタワーと呼ばれる点火プラグ挿通孔周辺を集中的に冷却するように設けられるのが一般的で、且つ吸気ポートに比べてより高温となる排気ポート側へ広く設けられる（特許文献１参照）。その構造例を図５及び図６に示している。
【０００３】
図５はシリンダヘッドを上から見た平面図で、直列４気筒の内燃機関のものを示す。
各気筒の略頭頂部位にプラグタワー１が穿孔され、その両脇に、各二つずつの吸気弁及び排気弁のための弁収容孔２，３が設けられている。そして、これら吸排気弁の動弁機構におけるカムシャフト用の軸受４，５が、シリンダヘッド上面に凹設されている。また、図中点線で概略形状を示す吸気ポート６は、各気筒二つの吸気弁に対応して、気筒ごとに長円状から途中で二股に分岐し、気筒内へ開口している。
【０００４】
このようなシリンダヘッドは、吸気ポート６及び図示せぬ排気ポートをそれぞれ挟むようにしてポート脇に穿孔されたボルト孔７を通し、ヘッドボルト８（図６）によりシリンダブロックへ取り付けられる。シリンダヘッド上面のボルト孔７周囲にはボルト座面７ａが周設されており、当該座面７ａにヘッドボルト８の頭部８ａが着座して、所定のトルクで締め付けられる。シリンダヘッドを締め付ける力が片寄らないように、本例のボルト孔７は、排気側と吸気側の双方において、気筒直列方向へ一直線状に並べて設けられている。
【０００５】
この図５中のＡ−Ａ断面で見た断面図における吸気側要部断面を図６に示す。
シリンダヘッドにおける冷却水通路９は、プラグタワー１の周辺を集中的に冷却するべく、プラグタワー１を囲うように形成されている。そして、より高温となる側を効率的に冷却できるように、吸気ポート側を通る冷却水通路９ａを狭く且つ排気ポート側を通る冷却水通路９ａを広くとるようにして、吸気ポート寄りを流れる冷却水を少なくし、排気ポート側を重点的に冷却できる構造をとっている。なお、冷却水通路９の上にある開口は、軽量化のための肉抜き部分である。
【特許文献１】特開２００２−２１３２９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述のようにシリンダヘッドにおいては、吸気ポート側に流れる冷却水を抑制し、プラグタワー１の周辺及び排気ポート側へ冷却水を集中させた方が冷却効率に優れるので、吸気ポート側冷却水通路９ａを狭く形成している。したがって、二股に分岐する吸気ポート６の間にあたる部分、つまり分岐間部分Ｘが比較的肉厚となっている。当該分岐間部分Ｘは、図５の平面図で言うと、軸受４の下方に位置した部分になる。
【０００７】
良く知られているように、内燃機関運転中のシリンダヘッドには、燃焼圧によって下面を持ち上げる力が作用する。このときに、シリンダヘッドは吸気ポート６の両脇においてヘッドボルト８で締め付けられており、かつ、前記分岐間部分Ｘが肉厚で剛性が高いため、吸気ポート６の分岐点部位Ｚに応力集中が起こる。
【０００８】
本発明はこの応力集中の改善を目的としたもので、吸気ポート分岐点部位に応力が集中しないようなシリンダヘッドの構造を提案するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明では、少なくとも二股に分岐した吸気ポートと、該吸気ポート脇に穿孔され、ヘッドボルトを通すボルト孔と、シリンダヘッド上面の前記ボルト孔周囲に設けられ、前記ヘッドボルトの頭部を着座させるボルト座面と、前記吸気ポートの両脇にある二つの前記ボルト座面どうしを結んだボルト座面相当領域に達するまで延設され、前記分岐する吸気ポートの分岐間部分を肉抜きする延長部分を形成した冷却水通路と、前記ボルト座面相当領域に位置した前記吸気ポートの分岐点部位と、を含んで構成した内燃機関のシリンダヘッドを提案する。
【発明の効果】
【００１０】
この提案に係るシリンダヘッドにれよれば、冷却水通路の延長部分によって、分岐間部分を肉抜きしている。この肉抜きにより分岐間部分の剛性を低下させており、吸気ポートが分岐する部分の剛性バランスが改善されることになる。すなわち、ポート部分の全体で燃焼圧による入力を受ける構造となり、ポート分岐点部位への応力集中は緩和される。
【００１１】
肉厚を増やして剛性を上げるのではなく、肉抜きによって、シリンダヘッドの重量増を招くことなく目的を達成しており、ポート形状の設計自由度も向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１〜図４に、好適な実施形態を図示している。
図１は、図５中のＡ−Ａ断面で見た断面図における吸気側要部断面で、図６の場合と共通のものには同じ符号を付してある。なお、直列４気筒、４バルブの内燃機関を例示して説明するが、気筒数及びバルブ数はこれに限られるわけではない。一つの気筒に対する吸気ポートが二股以上に分岐している構造のシリンダヘッドであれば、本発明を適用することができる。
【００１３】
先に図５を用いて説明したように、各気筒の略頭頂部位に穿孔されたプラグタワー１の両脇に、各二つずつの吸気弁及び排気弁のための弁収容孔２，３が設けられている。そして、これらの動弁機構におけるカムシャフト用の軸受４，５が、シリンダヘッド上面に凹設されている。また、図５中に点線で概略形状を示す吸気ポート６は、各気筒二つの吸気弁に対応して、気筒ごとに長円状から途中で二股に分岐し、気筒内へ開口している。当該シリンダヘッドには、吸気ポート６及び図示せぬ排気ポートをそれぞれ挟むようにしてポート脇にボルト孔７が穿孔されており、このボルト孔７にヘッドボルト８が挿通される。シリンダヘッド上面のボルト孔７周囲にはボルト座面７ａが周設されており、このボルト座面７ａに、略同径であるヘッドボルト８の頭部８ａが着座して、所定のトルクで締め付けられる。シリンダヘッドを締め付ける力が片寄らないように、本例のボルト孔７は、排気側と吸気側の双方において、気筒直列方向へ一直線状に並べて設けられている。
【００１４】
図１に示すように、この例のシリンダヘッドにおける冷却水通路１０は、プラグタワー１の周辺を集中的に冷却するべく、プラグタワー１を囲うように、吸気ポート側を通る冷却水通路１１及び排気ポート側を通る冷却水通路１２が形成されている。本例の場合も、より高温となる側を効率的に冷却できるように、排気ポート側を通る冷却水通路１２の方を広めにとってある。なお、冷却水通路１０の上にある開口は、軽量化のための肉抜き部分である。
【００１５】
吸気ポート側の冷却水通路１１には、分岐する吸気ポート６の分岐間部分Ｘ（図６参照）を肉抜きする延長部分１１ａが延設されている。この延長部分１１ａは、吸気ポート６の両脇にある二つのボルト座面７ａどうしを結んだボルト座面相当領域Ｙ（図２参照）に、少なくとも先端が達するまで、分岐間部分Ｘにおいて延長されている。
【００１６】
この延長部分１１ａが存在することによる肉抜きで、分岐間部分Ｘの剛性が低められており、ポート周辺の剛性バランスが改善される結果、吸気ポート６の分岐点部位Ｚにおける応力集中が軽減され、経時的に劣化しにくくなっている。特に、図１に示す形態の場合、分岐点部位Ｚがボルト座面相当領域Ｙに位置していることに加え、延長部分１１ａと分岐点部位Ｚとが上下方向（つまり気筒の軸方向）にオーバーラップしている。すなわち、平面視したときに、互いの先端どうしが重なり合う状態に形成してある。これによって、分岐点部位Ｚとアッパーデッキとの間が切り離された状態となり、応力集中が大きく改善される。
【００１７】
図２〜図４に示してあるのは、図１中のＢ−Ｂ断面で見た要部断面図で、延長部分１１ａの平面視形状（横断面形状）の例を示している。
図２の例は、平面視形状がスリット形（細長い切欠）となるように形成した延長部分１１ａの例である。スリットの幅は、分岐点部位Ｚの先端Ｒ（丸み）の直径と同等以上とする。このスリット形とした場合、冷却水通路１１から延長部分１１ａへ冷却水が流れ込みにくく、且つ延長部分１１ａから冷却水通路１１へ冷却水が流れ出しにくいので、冷却水通路１０の水流に与える影響が少ない。なお、スリットは、図示のように真っ直ぐな形状が形成しやすく好ましいが、これに限らず、蛇行していたりしてもよい。
【００１８】
図３の例は、平面視形状が山形（先の丸い三角形）となるように形成した延長部分１１ａの例である。山形とした場合、分岐間部分Ｘの肉抜き量が多くなるので、剛性バランスをとる上では好ましい。ただし、図２のスリット形に比べて冷却水が出入りしやすくなるため、冷却水通路１０の水流に与える影響は、スリット形よりも大きくなる。したがって、肉抜き量と水流の両立を考慮して基端部である山形底辺の幅を決めるのがよい。なお、山形の斜辺は、直線状に限らず、ポート形状に沿わせてカーブしていたりしてもよい。
【００１９】
図４の例は、平面視形状において、端部（先端及び基端部分）よりも中間部が膨らんでいる、万年筆のペン先のような形状とした例である。この形状例は、図２のスリット形と図３の山形の利点を取り込んだもので、冷却水が出入りしにくく且つ肉抜き量も増やせるようにした形状である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係るシリンダヘッドの実施形態を示した要部縦断面図。
【図２】冷却水通路延長部分の平面形状例を示した要部横断面図。
【図３】冷却水通路延長部分の平面形状例を示した要部横断面図。
【図４】冷却水通路延長部分の平面形状例を示した要部横断面図。
【図５】シリンダヘッドの平面図。
【図６】関連技術に係るシリンダヘッドを示した図５のＡ−Ａ断面相当の要部縦断面図。
【符号の説明】
【００２１】
１  プラグタワー
２，３  弁収容孔
４，５  軸受
６  吸気ポート
７  ボルト孔
７ａ  ボルト座面
８  ヘッドボルト
８ａ  頭部
１０  冷却水通路
１１  吸気ポート側冷却水通路
１１ａ  延長部分
１２  排気ポート側冷却水通路
Ｘ  分岐間部分
Ｙ  ボルト座面相当領域
Ｚ  分岐点部位
【図１】
2009197725.tif 000003
【図５】
2009197725.tif 000004
【図６】
2009197725.tif 000005
【図２】
2009197725.tif 000006
【図３】
2009197725.tif 000007
【図４】
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