(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
各気筒の中央部に位置する点火プラグ装着用のプラグタワーが鋳造製シリンダヘッドのアッパデッキ部から燃焼室上面に延伸させて設けられ、該プラグタワーの周囲にウォータジャケットが形成された内燃機関のシリンダヘッドにおいて、
前記プラグタワーのうちその付け根部を除く全体をシリンダヘッドとは別体の筒状部材により構成し、該筒状部材をシリンダヘッドの鋳造時に一体に鋳込んで、前記筒状部材の外周面に面して前記ウォータジャケットを形成したことを特徴とする内燃機関のシリンダヘッド。
【請求項２】
前記シリンダヘッドにプラグタワーの付け根部を一体成形し、該付け根部に前記筒状部材の下端部を鋳込むようにした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】
各気筒の中央部に位置する点火プラグ装着用のプラグタワーが鋳造製シリンダヘッドのアッパデッキ部から燃焼室上面に延伸させて設けられ、該プラグタワーの周囲にウォータジャケットが形成された内燃機関のシリンダヘッドにおいて、
シリンダヘッドとは別体の筒状部材を、その下端面が燃焼室上壁内面のプラグ座面と面一となるようにシリンダヘッドの鋳造時に一体に鋳込んで、付け根部を含む前記プラグタワーの全体を該筒状部材により構成するとともに、該筒状部材の下端部に、燃焼室上壁を構成する部分を一体成形し、該筒状部材の鋳込みにより燃焼室上壁を形成したことを特徴とする内燃機関のシリンダヘッド。
【請求項４】
前記筒状部材のシリンダヘッドへの鋳込部の外周面に、鋳込結合強度の補強用の複数の凹凸部を形成したことを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１つに記載の内燃機関のシリンダヘッド。
【請求項５】
前記筒状部材のシリンダヘッドへの鋳込部の外周面に、鋳込結合強度の補強用の鍔部を張り出し形成したことを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１つに記載の内燃機関のシリンダヘッド。
【請求項６】
前記筒状部材の外周面に、鋳込結合強度の補強用兼放熱用の複数の凹凸部を形成したことを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１つに記載の内燃機関のシリンダヘッド。
【請求項７】
前記筒状部材の少なくとも前記ウォータジャケット内に面する部分の外周面の凹凸部の凸部をフィン状に形成したことを特徴とする請求項６記載の内燃機関のシリンダヘッド。
【請求項８】
前記筒状部材を、シリンダヘッドの鋳造時に前記ウォータジャケットを形成するための中子に埋め込み、該中子と共にシリンダヘッドの鋳造時に一体に鋳込むようにしたことを特徴とする請求項１〜７のうちいずれか１つに記載の内燃機関のシリンダヘッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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プラグタワーの形成技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関においては、その熱負荷に対応した冷却を行うことにより、シリンダヘッドの冷却の最適化を図り、冷却損失を少なくすると共に、ノッキング現象の防止、ヒートクラック等の防止による耐久性の向上等を図る必要がある。ところで、例えば、図７に示すように、シリンダヘッド１に、２つの吸気ポート２と２つの排気ポート３とを有する４弁式の内燃機関において、これらのポート２，３の中央に、点火プラグ装着用のプラグタワー４を有するものでは、プラグタワー４の付け根部４Ａ周囲のウォータジャケット５がシリンダヘッド１の冷却性、特に燃焼室壁の冷却性に重要な影響を与える。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
鋳造製のシリンダヘッドにおいては、前記プラグタワー４は、シリンダヘッド１と鋳造により一体成形される。しかし、このように、プラグタワー４をシリンダヘッド１と鋳造により一体成形する場合は、次のような問題がある。
【０００４】
即ち、ウォータジャケット５を形成するための中子の内周下部分を薄肉でシャープな形状又は複雑な形状とすると、この部分が破損し易くなり、歩留りが悪化するため、この中子の内周下部分は、厚肉で丸みをおびた形状又はできるだけ段差等のない簡単な形状にする必要がある。このような中子を用いた場合は、プラグタワー４とウォータジャケット５壁とが連なる隅肉部分６が厚肉となり、プラグタワー４の付け根部４Ａが厚肉化されてしまう。
【０００５】
このようなプラグタワー４の厚肉の付け根部４Ａは、熱的に厳しい部位となり、シリンダヘッド１の冷却性、特に燃焼室壁の冷却性に支障を来し、ノッキング現象の発生、ヒートクラック等の発生を抑制できないのが実情である。尚、従来、内燃機関の冷却性を向上する技術として、次のような技術が提案されている。
【０００６】
例えば、実開昭６０−１８３２４９号公報には、燃焼室のスキッシュエリア上面を形成するシリンダヘッドのスキッシュ部に、シリンダヘッド内に形成された冷却水通路の上流側と下流側とに両端が夫々連通する中空パイプを鋳込み、スキッシュ部を中空パイプ内を流通する冷却水により冷却する技術が開示されている。
【０００７】
しかし、このような技術を、プラグタワーの付け根部周囲の冷却構造として適用しようとしても、中空パイプの冷却水が流通する開口端を確保するのが難しく、実際には適用できない。
また、特開平８−１７７６１８号公報には、各気筒の中央部に位置する点火プラグのガイド穴壁（プラグタワー）とこの周囲の吸気弁ガイド穴壁及び排気弁ガイド穴壁とで囲まれた領域にわたって拡がる水流制御部をアッパデッキ壁に突設し、この水流制御部とこれに対峙する燃焼室壁との間で冷却水の流路断面を絞るようにして、燃焼室壁の冷却を促進するようにした技術が開示されている。
【０００８】
しかし、このような技術にあっては、冷却水の流れを変化させてシリンダヘッドの冷却効果を高めるようにしているものの、冷却水の流れを変化させるだけでは、プラグタワーの付け根部の厚肉部分の局所的な冷却効果は期待できない。
そこで、本発明は、以上のような従来の問題点に鑑み、プラグタワーの付け根周囲のウォータジャケットの形成を容易にして、プラグタワーの付け根部の厚肉化を防ぎ、もってシリンダヘッドの冷却性の向上を図り、耐ノッキング性及び耐久性等の向上を十分に図ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１に係る発明は、各気筒の中央部に位置する点火プラグ装着用のプラグタワーが鋳造製シリンダヘッドのアッパデッキ部から燃焼室上面に延伸させて設けられ、該プラグタワーの周囲にウォータジャケットが形成された内燃機関のシリンダヘッドにおいて、前記プラグタワーのうちその付け根部を除く全体をシリンダヘッドとは別体の筒状部材により構成し、該筒状部材をシリンダヘッドの鋳造時に一体に鋳込んで、前記筒状部材の外周面に面して前記ウォータジャケットを形成したことを特徴とする。
【００１０】
請求項２に係る発明は、前記シリンダヘッドにプラグタワーの付け根部を一体成形し、該付け根部に前記筒状部材の下端部を鋳込むようにしたことを特徴とする。
請求項３に係る発明は、各気筒の中央部に位置する点火プラグ装着用のプラグタワーが鋳造製シリンダヘッドのアッパデッキ部から燃焼室上面に延伸させて設けられ、該プラグタワーの周囲にウォータジャケットが形成された内燃機関のシリンダヘッドにおいて、シリンダヘッドとは別体の筒状部材を、その下端面が燃焼室上壁内面のプラグ座面と面一となるようにシリンダヘッドの鋳造時に一体に鋳込んで、付け根部を含む前記プラグタワーの全体を該筒状部材により構成するとともに、該筒状部材の下端部に、燃焼室上壁を構成する部分を一体成形し、該筒状部材の鋳込みにより燃焼室上壁を形成したことを特徴とする。
【００１１】
請求項４に係る発明は、前記筒状部材のシリンダヘッドへの鋳込部の外周面に、鋳込結合強度の補強用の複数の凹凸部を形成したことを特徴とする。
【００１２】
請求項５に係る発明は、前記筒状部材のシリンダヘッドへの鋳込部の外周面に、鋳込結合強度の補強用の鍔部を張り出し形成したことを特徴とする。
請求項６に係る発明は、前記筒状部材の外周面に、鋳込結合強度の補強用兼放熱用の複数の凹凸部を形成したことを特徴とする。
【００１３】
請求項７に係る発明は、前記筒状部材の少なくとも前記ウォータジャケット内に面する部分の外周面の凹凸部の凸部をフィン状に形成したことを特徴とする。
請求項８に係る発明は、前記筒状部材を、シリンダヘッドの鋳造時に前記ウォータジャケットを形成するための中子に埋め込み、該中子と共にシリンダヘッドの鋳造時に一体に鋳込むようにしたことを特徴とする。
【００１４】
かかる本発明の作用について説明する。
プラグタワーの付け根部を薄肉化するべく、ウォータジャケットを形成するための中子の内周下部分を薄肉でシャープな形状又は複雑な形状とすると、この部分が破損し易くなる。
請求項１に係る発明においては、付け根部を除くプラグタワーの略全体をシリンダヘッドとは別体の筒状部材により構成し、該筒状部材をシリンダヘッドの鋳造時に一体に鋳込んで、筒状部材の外周面に面してウォータジャケットを形成したため、プラグタワーとウォータジャケット壁とが連なる隅肉部分がなくなる。
【００１５】
従って、プラグタワーの付け根部の薄肉化が可能となる。
請求項２に係る発明においては、筒状部材の下端部が、シリンダヘッドのプラグタワーの付け根部に堅固に鋳込まれる。
請求項３に係る発明においては、付け根部を含むプラグタワーの全体を筒状部材により構成し、シリンダヘッド側にプラグタワーの付け根部を形成する必要をなくしたため、厚肉部分が削減される。また、シリンダヘッドにおいて、プラグタワーの付け根部のみならず、燃焼室上壁を形成する必要もなくなる。
【００１６】
請求項４又は５に係る発明においては、筒状部材の外周面の複数の凹凸部又は鍔部がシリンダヘッドに食い込んで、鋳込結合強度が向上する。
請求項６に係る発明においては、鋳込結合強度に加え、放熱性も向上する。
【００１７】
請求項７に係る発明においては、フィン状の凸部により、放熱性が更に向上する。
請求項８に係る発明においては、中子と筒状部材とが鋳造型に一体に組み込みまれ、中子が筒状部材により保持された状態となるため、中子の破損等が防止されると共に、中子及び筒状部材の鋳造型への組み込み性が向上する。
【００１８】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、プラグタワーの付け根部の薄肉化を図り、シリンダヘッドの冷却性、特に燃焼室壁の冷却性を向上させることができるため、ノッキング現象の発生、ヒートクラック等の発生を効果的に抑制することができる。
【００１９】
請求項２に係る発明によれば、筒状部材として単純なパイプ等を採用することができ、しかも、筒状部材の鋳込結合強度が向上する。
請求項３に係る発明によれば、シリンダヘッド側にプラグタワーの付け根部を形成する必要がなくなり、厚肉部分がより削減される結果、シリンダヘッドの冷却性、特に燃焼室壁の冷却性がより向上する結果となり、ノッキング現象の発生、ヒートクラック等の発生をより効果的に抑制することができる。また、シリンダヘッドの鋳造製作性の向上を図ることができる。
【００２０】
請求項４及び５に係る発明によれば、筒状部材の鋳込結合強度を向上させることができる。
請求項６に係る発明によれば、筒状部材の鋳込結合強度の向上と放熱性の向上とを同時に図ることができる。
【００２１】
請求項７に係る発明によれば、より高い放熱性を得ることができる。
請求項８に係る発明によれば、中子の破損等を防止でき、歩留りが向上すると共に、シリンダヘッドの鋳造製作性の向上を図ることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、添付された図面を参照して本発明を詳述する。
図１及び図２において、２つの吸気ポート１６と２つの排気ポート１７とを有する４弁式の内燃機関１０の各気筒１１の中央部に位置する点火プラグ装着用のプラグタワー１２が鋳造製シリンダヘッド１３のアッパデッキ部１３Ａから燃焼室１４上面に延伸させて設けられ、プラグタワー１２の周囲にウォータジャケット１５が形成されている。
【００２３】
ここで、本実施形態にあっては、プラグタワー１２のうちその付け根部１２Ｂを除く全体をシリンダヘッド１３とは別体のパイプ状の筒状部材１２Ａにより構成し、筒状部材１２Ａをシリンダヘッド１３の鋳造時に一体に鋳込むようにしている。即ち、本実施形態に係るシリンダヘッド１３は、鋳造製シリンダヘッド１３にプラグタワー１２の付け根部１２Ｂを一体成形し、この付け根部１２Ｂに筒状部材１２Ａの下端部を鋳込んだものである。
【００２４】
シリンダヘッド１３において、筒状部材１２Ａは、シリンダヘッド１３のアッパデッキ部１３Ａから燃焼室１４側に延伸しており、筒状部材１２Ａの周囲にウォータジャケット１５が形成されている。
図３に示すシリンダヘッド１３は、筒状部材１２Ａの外周面に、鋳込結合強度の補強用兼放熱用の複数の凹凸部１２ａを形成したものである。
【００２５】
図４に示すシリンダヘッド１３は、筒状部材１２Ａのシリンダヘッド１３への鋳込部、即ち、アッパデッキ部１３Ａ及びプラグタワー１２の付け根部１２Ｂへの鋳込部の各外周面に、鋳込結合強度の補強用の鍔部１２ｂ，１２ｃを張り出し形成したものである。
以上では、プラグタワー１２のうち付け根部１２Ｂ以外の部分を筒状部材１２Ａにより構成したが、他の実施形態として、付け根部１２Ｂを含むプラグタワー１２の全体を筒状部材により構成しても良い。
【００２６】
本実施形態に係る、図５に示すシリンダヘッド１３は、付け根部を含むプラグタワー１２の全体を筒状部材１２Ｃにより構成したものであり、筒状部材１２Ｃは、その下端面が燃焼室１４上壁内面のプラグ座面１８と面一となるように鋳込まれている。また、筒状部材１２Ｃの下端部に、燃焼室１４上壁を構成する部分１２Ｄが一体成形されており、筒状部材１２Ｄの鋳込みにより燃焼室１４上壁が形成される。本実施形態では、筒状部材１２Ｃは、下端部側でその径が他よりも小径に形成されている。燃焼室１４上壁を構成する部分１２Ｄに、排気ポート１７の出口部１２ｅ及び吸気ポート１６の入口部１２ｆとなる開口部が形成されると共に、シリンダヘッド１３の底部に鋳込まれる部分の外周面に、鋳込結合強度の補強用の複数の凹凸部１２ｇが形成されている。
【００２７】
尚、以上の実施形態において、筒状部材１２Ａ，１２Ｃの少なくともウォータジャケット１５内に面する部分の外周面の凹凸部の凸部を、放熱性の向上をより図るべく、フィン状に形成するのが好ましい。
図６は、そのような凸部の一例を示しており、プラグタワー１２の全体を筒状部材１２Ｃにより構成したシリンダヘッド１３において、筒状部材１２Ｃのウォータジャケット１５内に面する部分と、アッパデッキ１３Ａへの鋳込部との各外周面に、多数のフィン部１９が形成されている。
【００２８】
【００２９】
尚、以上の各実施形態において、筒状部材を鋳込むに際しては、筒状部材を、シリンダヘッド１３の鋳造時にウォータジャケット１５を形成するための中子に埋め込み、この中子と共にシリンダヘッド１３の鋳造時に一体に鋳込むのが好ましい。
また、図示しないが、筒状部材の下端部内周面又はシリンダヘッド１３側のプラグタワー付け根部内周面には、点火プラグをねじ込むためのめねじ部が形成される。
【００３０】
次に、以上の実施形態の作用・効果について説明する。
プラグタワー１２のうち、付け根部を除く全体又は付け根部を含む全体をシリンダヘッド１３とは別体の筒状部材により構成し、この筒状部材をシリンダヘッド１３の鋳造時に一体に鋳込んで、筒状部材の外周面に面してウォータジャケットを形成したため、プラグタワー１２とウォータジャケット１５壁とが連なる隅肉部分をなくすことができる。
【００３１】
従って、プラグタワー１２の付け根部の薄肉化が可能となると共に、プラグタワー１２の付け根部の薄肉化により、シリンダヘッド１３の冷却性、特に燃焼室壁の冷却性を向上させ、ノッキング現象の発生、ヒートクラック等の発生を抑制することができる。
更に、各実施形態においては、次のような利点がある。
【００３２】
即ち、図１に示すものでは、筒状部材１２Ａとして単純なパイプ等を採用することができ、筒状部材１２Ａの下端部がシリンダヘッド１３に形成された付け根部１２Ｂに堅固に鋳込まれることで、筒状部材１２Ａの鋳込結合強度が向上する。
図３に示すものでは、筒状部材１２Ａの外周面に、鋳込結合強度の補強用兼放熱用の複数の凹凸部１２ａを形成したことで、鋳込結合強度を向上させると共に、放熱性を向上させ、シリンダヘッド１３の冷却性をより向上させることができる。
【００３３】
図４に示すものでは、筒状部材１２Ａのシリンダヘッド１３への鋳込部、即ち、アッパデッキ部１３Ａ及び付け根部１２Ｂへの各鋳込部の外周面に、鋳込結合強度の補強用の鍔部１２ｂ，１２ｃを張り出し形成したことで、鋳込結合強度の更なる向上を図ることができる。
図５に示すものでは、プラグタワー１２の全体を筒状部材１２Ｃにより構成し、筒状部材１２Ｃを、その下端面が燃焼室１４上壁内面のプラグ座面１８と面一となるように鋳込むこととしたので、厚肉部分がより削減され、シリンダヘッド１３の冷却性、特に燃焼室壁の冷却性をより向上させることができる。しかも、シリンダヘッド１３側にプラグタワー１２の付け根部を形成する必要がなくなるので、シリンダヘッド１３の鋳造製作性を向上させることができる。また、筒状部材１２Ｃの下端部に燃焼室１４上壁を構成する部分１２Ｄを一体成形し、筒状部材１２Ｃの鋳込により燃焼室１４上壁を形成することとした結果、シリンダヘッド１３側にプラグタワー１２の付け根部のみならず、燃焼室１４上壁を形成する必要もなくなり、シリンダヘッド１３の鋳造製作性がより向上する。
【００３４】
図６に示すものでは、筒状部材１２Ｃのウォータジャケット１５内に面する部分の外周面に多数のフィン部１９を形成したことで、放熱性の更なる向上を図ることができる。
【００３５】
尚、筒状部材を鋳込むに際しては、筒状部材を、ウォータジャケット１５を形成するための中子に埋め込み、この中子と共にシリンダヘッド１３の鋳造時に一体に鋳込むようにすることで、中子の内周部分が筒状部材により保持される状態となるため、中子の破損等を防止すると共に、中子及び筒状部材の鋳造型への組み込み性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の内燃機関のシリンダヘッドの構造の一実施形態を示す縦断面図で、図２中Ａ−Ａ矢視断面図
【図２】図１中Ｂ矢視図
【図３】他の実施形態の縦断面図
【図４】更に他の実施形態の縦断面図
【図５】更に他の実施形態の縦断面図
【図６】更に他の実施形態の縦断面図
【図７】従来のプラグタワー構造を示す縦断面図
【符号の説明】
１０  内燃機関
１１  気筒
１２  プラグタワー
１２Ａ  筒状部材
１２Ｂ  プラグタワーの付け根部
１２Ｃ  筒状部材
１２Ｄ  筒状部材
１３  鋳造製シリンダヘッド
１３Ａ  アッパデッキ部
１４  燃焼室
１５  ウォータジャケット
１６  吸気ポート
１７  排気ポート
【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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【図７】
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