JPH07139420A - 内燃機関のシリンダヘッド構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 バルブシートレス構造をしたシリンダヘッド
の熱変形を抑制する。 【構成】 バルブシート部５をシリンダヘッド１に対し
て異種金属を溶着して形成した内燃機関において、ヘッ
ドボルト６とシリンダ中央部を結ぶ対角線Ｃに略直交す
る方向についてウォータジャケット９を画成する吸・排
気ポート壁部１３，１４と燃焼室壁部１２を結んで隆起
する補強壁部１５，１６を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関のシリンダヘ
ッド構造の改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】シリンダヘッドのバルブシート部は燃焼
ガスにさらされて熱的に厳しい環境下にあり、高い冷却
性が要求される。

【０００３】従来の内燃機関のシリンダヘッド構造とし
て、例えば図６に示すようなものがある。(特開昭６２
−１５００１４号公報、参照） これについて説明すると、アルミ合金製シリンダヘッド
１には燃焼室２に吸気を導入する吸気ポート３が形成さ
れる。吸気ポート３の燃焼室２に対する開口部に銅合金
をレーザービーム溶接法により肉盛溶接してバルブシー
ト部５が形成される、いわゆるバルブシートレス構造を
持っている。

【０００４】銅合金からなるバルブシート部５がシリン
ダヘッド１に溶着されるバルブシートレス構造により、
バルブシートがシリンダヘッドに嵌め込まれる構造に比
べて、バルブシートとシリンダヘッドの間に隙間をつく
ることがなく、バルブシート部５が吸気弁からの伝熱や
燃焼ガスから受ける熱がアルミ合金製シリンダヘッド１
を介して図示しないウォータジャケットを循環する冷却
水や外気に逃がされる熱伝導を促進することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の内燃機関のシリンダヘッド構造にあっては、
シリンダヘッド１の熱膨張時、図７に示すように、ヘッ
ドボルト６によってヘッドボルト６とシリンダ７の中央
部を結ぶ対角線方向の変形が抑制されるため、バルブシ
ート部５は、図７に破線で示すように、ヘッドボルト６
とシリンダ７の中央部を結ぶ対角線に略直交する方向に
大きく拡径し、吸気弁との間に隙間が生じて吸気弁から
バルブシート部５への伝熱性が低下する等の問題点が考
えられる。

【０００６】本発明は上記の問題点に着目し、バルブシ
ートレス構造をしたシリンダヘッドの熱変形を抑制する
ことを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
シリンダヘッドをシリンダブロックに対して締結する複
数のヘッドボルトを備え、吸気弁または排気弁を着座さ
せる環状のバルブシート部を、シリンダヘッドに対して
異種金属を溶着して形成した内燃機関のシリンダヘッド
構造において、少なくともヘッドボルトとシリンダ中央
部を結ぶ対角線に略直交する方向に位置してバルブシー
ト部が拡径するシリンダヘッドの変形を拘束する補強部
を備える。

【０００８】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、補強部として、ウォータジャケットを画成
する吸気ポート壁部または排気ポート壁部と燃焼室壁部
を結んで隆起する補強壁部を形成する。

【０００９】請求項３記載の発明は、請求項１記載の発
明において、補強部として、シバルブシート部を包囲す
る補強部材をシリンダヘッドに鋳込み、補強部材をリン
ダヘッドよりも熱膨張率の小さい材質により形成する。

【００１０】

【作用】請求項１記載の発明は、燃焼ガスから受ける熱
によりシリンダヘッドが温度上昇するのに伴って、バル
ブシート部が拡径しようとする熱変形は、ヘッドボルト
とシリンダ中央部を結ぶ対角線方向についてはヘッドボ
ルトにより拘束され、ヘッドボルトとシリンダ中央部を
結ぶ対角線に略直交する方向については補強部により拘
束される。これにより、バルブシート部の真円度を維持
して吸・排気弁との間に隙間が生じることを抑制し、吸
・排気弁の熱がバルブシート部を経てシリンダヘッドへ
伝熱することを促進する。この結果、吸・排気弁の冷却
性を十分に確保することが可能となり、その耐熱性を高
められるとともに、ノッキング等の発生を抑えられる。

【００１１】請求項２記載の発明において、ポート壁部
と燃焼室壁部を結んで隆起する補強壁部によって、シリ
ンダヘッドにおけるバルブシート部まわりの剛性が高め
れるため、ヘッドボルトとシリンダ中央部を結ぶ対角線
に略直交する方向についてバルブシート部が拡径しよう
とする熱変形が抑制される。

【００１２】請求項３記載の発明において、ヘッドボル
トとシリンダ中央部を結ぶ対角線に略直交する方向につ
いてバルブシート部が拡径しようとする熱変形は、熱膨
張による変形の小さいバルブシート部を包囲する補強部
材によって拘束される。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて
説明する。

【００１４】図１、図２に示すように、シリンダヘッド
１には、１つの燃焼室２に吸気を導入する２つの吸気ポ
ート３と、燃焼室２から排気ガスを排出する２つの排気
ポート４が形成され、各吸・排気ポート３，４の中央部
に点火栓が装着されるプラグポスト１０が形成される。

【００１５】シリンダヘッド１の内部には、燃焼室２を
画成する燃焼室壁部（ロアデッキ部）１２と、吸・排気
ポート３，４を画成する吸・排気ポート壁部１３，１４
等によって冷却水が循環するウォータジャケット９が画
成される。ウォータジャケット９には図示しないウォー
タポンプから送られる冷却水が循環して、シリンダヘッ
ド１の熱を持ち去るようになっている。

【００１６】アルミ合金製シリンダヘッド１には吸・排
気ポート３，４の燃焼室２に対する開口部に銅合金をレ
ーザービーム溶接法により肉盛溶接してバルブシート部
５が形成される。アルミ合金より熱伝導性の高い銅合金
からなるバルブシート部５がシリンダヘッド１に溶着さ
れることにより、バルブシート部５が吸気弁からの伝熱
や燃焼ガスから受ける熱がアルミ合金製シリンダヘッド
１を介してウォータジャケット９を循環する冷却水や外
気に持ち去られる熱伝導を促進するようになっている。

【００１７】１つの燃焼室２のまわりには各吸・排気ポ
ート３，４をそれぞれ挟むように４本のヘッドボルト６
が配設される。各ヘッドボルト６はシリンダヘッド１を
貫通し、図示しないシリンダブロックに螺合して、両者
を締結する。

【００１８】バルブシート部５が拡径するシリンダヘッ
ド１の変形を拘束する補強部として、ウォータジャケッ
ト９に面する吸・排気ポート壁部１３，１４と燃焼室壁
部１２を結んでリブ状に隆起する補強壁部１５，１６が
一体形成される。各補強壁部１５，１６は、各吸・排気
ポート３，４について各ヘッドボルト６とシリンダ中央
部を結ぶ対角線Ｃに略直交する線分Ｄに沿って形成され
る。

【００１９】２つの吸気ポート壁部１３の間に配置され
る各補強壁部１６どうし、２つの排気ポート壁部１４の
間に配置される各補強壁部１６どうしは、それぞれ互い
に連接して形成される。

【００２０】補強壁部１５，１６は、ウォータジャケッ
ト９の断面積を大きく削減しないようにその突出高さが
設定され、ウォータジャケット９における冷却水の流れ
を円滑にしている。

【００２１】以上のように構成され、次に作用について
説明する。

【００２２】燃焼ガスから受ける熱によりシリンダヘッ
ド１はプラグポスト１０の周辺で最も高い温度分布とな
って温度上昇し、各バルブシート部５は熱膨張により拡
径しようとする。補強壁部１５，１６が設けられない従
来構造にあっては、バルブシート部５が拡径する熱変形
は、図７に示すように、ヘッドボルト６によって対角線
Ｃ方向について拘束されるため、バルブシート部５は、
図７に破線で示すように、対角線Ｃに略直交する線分Ｄ
方向に大きく拡径しようとする。

【００２３】この対策として、ウォータジャケット９に
面する吸・排気ポート壁部１３，１４と燃焼室壁部１２
を結んで隆起する補強壁部１５，１６が対角線Ｃに略直
交する線分Ｄに沿って形成されることにより、シリンダ
ヘッド１におけるバルブシート部５まわりの剛性が高め
れ、バルブシート部５が対角線Ｃに略直交する線分Ｄ方
向に拡径するシリンダヘッド１の熱変形が拘束される。

【００２４】これにより、バルブシート部５の真円度を
維持して吸・排気弁との間に隙間が生じることを抑制
し、吸・排気弁の熱がバルブシート部５を経てシリンダ
ヘッド１へ伝熱することを促進する。この結果、吸・排
気弁の冷却性を十分に確保することが可能となり、その
耐熱性を高められるとともに、ノッキング等の発生を抑
えられる。

【００２５】次に、図３、図４に示した他の実施例は、
バルブシート部５を包囲する補強部材２１をシリンダヘ
ッド１に鋳込むものである。なお、図１、図２との対応
部分には同一符号を付して示すことにする。

【００２６】補強部材２１は、各吸・排気ポート３，４
について各ヘッドボルト６とシリンダ中央部を結ぶ対角
線Ｃに略直交する線分Ｄと交差する円弧形の部位２２を
有し、４つの円弧部２２がそれぞれの端部間で互いに一
体に連結された形状をしている。

【００２７】補強部材２１はシリンダヘッド１より熱伝
導率の小さい金属を材質により形成される。

【００２８】シリンダヘッド１の鋳造時に各吸・排気ポ
ート壁部１３，１４の外周部に鋳込まれる。

【００２９】この場合、補強部材２１の各円弧部２２が
対角線Ｃに略直交する線分Ｄと交差するように各バルブ
シート部５を包囲しているため、熱伝導率の小さい補強
部材２１がバルブシート部５が対角線Ｃに略直交する線
分Ｄ方向に拡径するシリンダヘッド１の熱変形を拘束
し、吸・排気弁との間に隙間が生じることを抑制でき
る。

【００３０】次に、図５に示した他の実施例は、バルブ
シート部５を包囲する補強部材３１をシリンダヘッド１
に鋳込み、補強部材３１は各吸・排気ポート３，４を全
周に渡って取り囲む環状の部位３２を有し、４つの環状
部３２が互いに一体に連結されたものである。なお、図
１、図２との対応部分には同一符号を付して示すことに
する。

【００３１】補強部材３１はシリンダヘッド１より熱伝
導率の小さい金属を材質により形成される。

【００３２】補強部材３１は、シリンダヘッド１の鋳造
時に各吸・排気ポート壁部１３，１４の外周部およびプ
ラグポスト１０に渡って鋳込まれる。

【００３３】この場合、補強部材３１の各環状部３２が
対角線Ｃに略直交する線分Ｄと交差しながら各バルブシ
ート部５を全周に渡って包囲しているため、熱伝導率の
小さい補強部材３１がバルブシート部５が拡径するシリ
ンダヘッド１の熱変形を全方向に拘束し、各バルブシー
ト部５の真円度を維持して、吸・排気弁との間に隙間が
生じることを抑制できる。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように請求項１記載の発明
は、バルブシート部をシリンダヘッドに対して異種金属
を溶着して形成したバルブシートレス構造のシリンダヘ
ッドにおいて、少なくともヘッドボルトとシリンダ中央
部を結ぶ対角線に略直交する方向に位置してバルブシー
ト部が拡径するシリンダヘッドの変形を拘束する補強部
を備えたため、バルブシート部の真円度を維持して吸・
排気弁との間に隙間が生じることを抑制し、吸・排気弁
の耐熱性を高められるとともに、ノッキング等の発生を
抑えられる。

【００３５】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、補強部として、ウォータジャケットを画成
する吸気ポート壁部または排気ポート壁部と燃焼室壁部
を結んで隆起する補強壁部を形成したため、シリンダヘ
ッドの鋳造時に設けられる中子の形状を変更すること
で、容易に実施することができる。

【００３６】請求項３記載の発明は、請求項１記載の発
明において、補強部として、シバルブシート部を包囲す
る補強部材をシリンダヘッドに鋳込み、補強部材をリン
ダヘッドよりも熱膨張率の小さい材質により形成したた
め、補強部材の材質や剛性を任意に設定することによ
り、バルブシート部の熱変形を有効に抑制することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示すシリンダヘッド等の断面
図。

【図２】同じく図１のＡ−Ａ線に沿う断面図。

【図３】他の実施例を示すシリンダヘッド等の断面図。

【図４】同じく図３のＡ−Ａ線に沿う断面図。

【図５】さらに他の実施例を示すシリンダヘッド等の断
面図。

【図６】従来例を示すシリンダヘッドの断面図。

【図７】同じくシリンダヘッドの変形状態を示す説明
図。

【符号の説明】

１ シリンダヘッド ２ 燃焼室 ３ 吸気ポート ４ 排気ポート ５ バルブシート部 ６ ヘッドボルト ９ ウォータジャケット １２ 燃焼室壁部 １３ 吸気ポート壁部 １４ 排気ポート壁部 １５ 補強壁部 １６ 補強壁部 ２１ 補強部材 ３１ 補強部材

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成６年１月１１日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項３

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００９

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００９】請求項３記載の発明は、請求項１記載の発
明において、補強部として、バルブシート部を包囲する
補強部材をシリンダヘッドに鋳込み、補強部材をシリン
ダヘッドよりも熱膨張率の小さい材質により形成する。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３６】請求項３記載の発明は、請求項１記載の発
明において、補強部として、バルブシート部を包囲する
補強部材をシリンダヘッドに鋳込み、補強部材をシリン
ダヘッドよりも熱膨張率の小さい材質により形成したた
め、補強部材の材質や剛性を任意に設定することによ
り、バルブシート部の熱変形を有効に抑制することがで
きる。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シリンダヘッドをシリンダブロックに対し
   て締結する複数のヘッドボルトを備え、吸気弁または排
   気弁を着座させる環状のバルブシート部を、シリンダヘ
   ッドに対して異種金属を溶着して形成した内燃機関のシ
   リンダヘッド構造において、少なくともヘッドボルトと
   シリンダ中央部を結ぶ対角線に略直交する方向に位置し
   てバルブシート部が拡径するシリンダヘッドの変形を拘
   束する補強部を備えたことを特徴とする内燃機関のシリ
   ンダヘッド構造。
2. 【請求項２】補強部として、ウォータジャケットを画成
   する吸気ポート壁部または排気ポート壁部と燃焼室壁部
   を結んで隆起する補強壁部を形成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構造。
3. 【請求項３】補強部として、シバルブシート部を包囲す
   る補強部材をシリンダヘッドに鋳込み、補強部材をリン
   ダヘッドよりも熱膨張率の小さい材質により形成したこ
   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
   ド構造。