特許 5958149 水冷エンジンのシリンダヘッド

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5958149

(24)【登録日】2016年7月1日

(45)【発行日】2016年7月27日

(54)【発明の名称】水冷エンジンのシリンダヘッド

(51)【国際特許分類】

   F01P 3/02 20060101AFI20160714BHJP

   F01P 1/10 20060101ALI20160714BHJP

   F02F 1/36 20060101ALI20160714BHJP

【ＦＩ】

   F01P3/02 F

   F01P1/10

   F02F1/36 Z

   F01P3/02 R

【請求項の数】4

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2012-163717(P2012-163717)

(22)【出願日】2012年7月24日

(65)【公開番号】特開2014-25349(P2014-25349A)

(43)【公開日】2014年2月6日

【審査請求日】2015年5月15日

(73)【特許権者】

【識別番号】000002082

【氏名又は名称】スズキ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001380

【氏名又は名称】特許業務法人東京国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】重兼 晃人

【審査官】 川口 真一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００６−０４６１３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１９０４９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−０２１３４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２１６０６３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０１Ｐ ３／０２

Ｆ０１Ｐ １／１０

Ｆ０２Ｆ １／３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

直列に配置された複数の燃焼室と、
前記燃焼室における互いに反対側に配置された吸気ポート及び排気ポートと、
前記吸気ポートの前記燃焼室側の開口端に設けられた吸気バルブシートと、
前記排気ポートの前記燃焼室側の開口端に設けられた排気バルブシートと、
前記燃焼室の中心に配置される点火プラグの周囲に設けられた点火プラグボスと、
この点火プラグボス周りを気筒配列方向に延びる主冷却水通路、及びこの主冷却水通路から前記燃焼室の周囲に沿って延びる副冷却水通路を備えた冷却水通路と、を有する水冷エンジンのシリンダヘッドであって、
前記冷却水通路は、気筒配列方向の中央部分に冷却水出口部を備え、
前記副冷却水通路は、前記冷却水出口部から気筒配列方向に離れて気筒配列方向の両端に配置された気筒の前記副冷却水通路が、連通状態を遮断するように、前記吸気バルブシートを挟んで前記点火プラグと反対側に端部を有するよう構成されたことを特徴とする水冷エンジンのシリンダヘッド。

【請求項2】

前記副冷却水通路は、排気バルブシートを挟んで、点火プラグと反対側では連通状態に構成されたことを特徴とする請求項１に記載の水冷エンジンのシリンダヘッド。

【請求項3】

前記副冷却水通路には、シリンダブロックの冷却水通路に連通する導入口が設けられたことを特徴とする請求項１または２に記載の水冷エンジンのシリンダヘッド。

【請求項4】

前記副冷却水通路の端部近傍に、シリンダブロックの冷却水通路に連通する導入口が設けられたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の水冷エンジンのシリンダヘッド。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、冷却水通路を備えた水冷エンジンのシリンダヘッドに関する。

【背景技術】

【0002】

水冷エンジンでは、特許文献１に開示されているように、冷却水は、シリンダブロックの冷却水通路を流れてシリンダブロックを冷却した後、シリンダヘッドの冷却水通路を流れてシリンダヘッドを冷却している。

【0003】

図７に示す従来の水冷エンジン１００におけるシリンダヘッド１０１は、各気筒＃１〜＃４の燃焼室１０２の中心に配置される点火プラグ１０３の周囲を気筒配列方向に延びる主冷却水通路１０６と、この主冷却水通路１０６から燃焼室１０２における吸気ポート１０４側の周囲に沿って延びる吸気側副冷却水通路１０７と、主冷却水通路１０６から燃焼室１０２における排気ポート１０５側の周囲に沿って延びる排気側副冷却水通路１０８と、を備える冷却水通路１０９を有する。

【0004】

このシリンダヘッド１０１の冷却水通路１０９では、冷却水は、図示しないシリンダブロックを冷却した後、排気側副冷却水通路１０８に連通する導入口１１０から排気側副冷却水通路１０８内を流れ、主冷却水通路１０６及び吸気側副冷却水通路１０７内を流れて、燃焼室１０２の排気ポート１０５側、点火プラグ１０３周囲、及び燃焼室１０２の吸気ポート１０４側を冷却し、その後、吸気側副冷却水通路１０７側に形成された冷却水通路１０９の冷却水出口部１１１から流出して、図示しないラジエータへ流れる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００６−２５８０５４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところが、図７に示すようなシリンダヘッド１０１の冷却水通路１０９では、吸気側副冷却水通路１０７が排気側副冷却水通路１０８と同様に連通状態に構成されているため、導入口１１０から排気側副冷却水通路１０８に流入した冷却水は、吸気側副冷却水通路１０７を経て冷却水出口部１１１へ流れ、主冷却水通路１０６の点火プラグ１０３周囲に流れる流量が不十分になる恐れがある。このような場合には、シリンダヘッド１０１における燃焼室１０２周りの冷却性が低下してノッキングが発生しやすくなり、水冷エンジン１００の特にシリンダヘッド１０１の耐久性が低下してしまう。

【0007】

本発明の目的は、上述の事情を考慮してなされたものであり、点火プラグ周辺の冷却性能を向上させることができる水冷エンジンのシリンダヘッドを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明は、直列に配置された複数の燃焼室と、前記燃焼室における互いに反対側に配置された吸気ポート及び排気ポートと、前記吸気ポートの前記燃焼室側の開口端に設けられた吸気バルブシートと、前記排気ポートの前記燃焼室側の開口端に設けられた排気バルブシートと、前記燃焼室の中心に配置される点火プラグの周囲に設けられた点火プラグボスと、この点火プラグボス周りを気筒配列方向に延びる主冷却水通路、及びこの主冷却水通路から前記燃焼室の周囲に沿って延びる副冷却水通路を備えた冷却水通路と、を有する水冷エンジンのシリンダヘッドであって、前記冷却水通路は、気筒配列方向の中央部分に冷却水出口部を備え、前記副冷却水通路は、前記冷却水出口部から気筒配列方向に離れて気筒配列方向の両端に配置された気筒の前記副冷却水通路が、連通状態を遮断するように、前記吸気バルブシートを挟んで前記点火プラグと反対側に端部を有するよう構成されたことを特徴とするものである。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、気筒配列方向の両端に配置された気筒の副冷却水通路では、吸気バルブシートを挟んで点火プラグと反対側に端部が設けられたので、吸気バルブシート周りの上記副冷却水通路は、端部によって連通状態が遮断される。このため、気筒配列方向の両端に配置された気筒の副冷却水通路では、吸気バルブシート周りの冷却水が、主冷却水通路の点火プラグボス周囲へ流れるので、この点火プラグボス周囲を流れる冷却水の流量が増大して、点火プラグ周辺の冷却性能を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明に係る水冷エンジンのシリンダヘッドにおける一実施形態をシリンダブロックと共に示す断面図。

【図2】図１のシリンダヘッドを示す側面図。

【図3】図１のＩＩＩ矢視図。

【図4】図１のシリンダヘッドに形成された冷却水通路を示す概略図。

【図5】図２のＶ−Ｖ線に沿う断面図。

【図6】冷却水の流れを示す冷却水系統図。

【図7】従来の水冷エンジンにおけるシリンダヘッドに形成された冷却水通路を示す概略図。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明を実施するための実施形態を図面に基づき説明する。
図１は、本発明に係る水冷エンジンのシリンダヘッドにおける一実施形態をシリンダブロックと共に示す断面図である。また、図２は、図１のシリンダヘッドを示す側面図である。これらの図１及び図２に示すエンジン（水冷エンジン）１０は、例えば自動二輪車に搭載された直列多気筒エンジン（本実施形態では直列４気筒エンジン）であり、そのシリンダヘッド１１及び図示しないヘッドカバーに動弁装置、本実施形態ではＤＯＨＣ型の動弁装置１４を備える。

【0012】

つまり、図１及び図３に示すように、エンジン１０のシリンダヘッド１１は、シリンダブロック１３との間に直列に配置されて形成された例えば４つの燃焼室１５と、この燃焼室１５に連通され各燃焼室１５に２つの吸気ポート１６と、燃焼室１５に連通され各燃焼室１５に２つの排気ポート１７と、を有する。これらの吸気ポート１６と排気ポート１７とは、燃焼室１５における互いに反対側に配置されている。

【0013】

吸気ポート１６には、燃焼室１５側の開口端に吸気バルブシート１８が設けられ、また、排気ポート１７には、燃焼室１５側の開口端に排気バルブシート１９が設けられる。更にシリンダヘッド１１には、各燃焼室１５の中心に配置される点火プラグ２０（図３）の周囲に点火プラグボス２１（図１）が設けられる。

【0014】

前記動弁装置１４は、図１に示すように、吸気ポート１６のそれぞれに設けられた吸気バルブ２２と、排気ポート１７のそれぞれに設けられた排気バルブ２３とを開閉駆動するものである。

【0015】

吸気バルブ２２は吸気ポート１６を開閉させる。この吸気バルブ２２は、傘形状の弁体２４と、この弁体２４の中心から略上方に向かって延設されたバルブステム２５とを備える。一方、シリンダヘッド１１は、バルブステム２５が摺動自在に挿通されるステムガイド２６を備える。

【0016】

また、排気バルブ２３は排気ポート１７を開閉させる。この排気バルブ２３は、傘状の弁体２７と、この弁体２７の中心から略上方に向かって延設されたバルブステム２８とを備える。一方、シリンダヘッド１１は、バルブステム２８が摺動自在に挿通されるステムガイド２９を備える。そして、シリンダヘッド１１の側面視において、吸気バルブ２２及び排気バルブ２３は、バルブステム２５、２８が略Ｖ字形状を描くように配設される。

【0017】

動弁装置１４は、シリンダヘッド１１に回転自在に軸支された吸気側カムシャフト３０と、この吸気側カムシャフト３０に設けられた吸気側カム３１と、この吸気側カム３１のカムプロフィールに従い吸気バルブ２２をリフトさせる吸気側タペット３２と、吸気バルブ２２を閉じる方向に付勢させる吸気側バルブスプリング３３とを備える。

【0018】

更にこの動弁装置１４は、シリンダヘッド１１に回転自在に軸支された排気側カムシャフト３４と、この排気側カムシャフト３４に設けられた排気側カム３５と、この排気側カム３５のカムプロフィールに従い排気バルブ２３をリフトさせる排気側タペット３６と、排気バルブ２３を閉じる方向に付勢させる排気側バルブスプリング３７とを備える。

【0019】

吸気側カムシャフト３０は、吸気バルブ２２の上方に位置づけられ、シリンダヘッド１１及びヘッドカバー（不図示）によって回転自在に軸支される。吸気側カムシャフト３０の軸心は、吸気バルブ２２のバルブステム２５の略延長線上に配置される。また、吸気側カム３１は、吸気側カムシャフト３０の軸方向に緩やかに傾斜するカムプロフィールを有する所謂３次元カムであり、吸気側カムシャフト３０に軸方向にスライド可能で且つ回転方向に一体に配設される。この吸気側カム３１は、図示しないカムスライド機構によりエンジン１０の出力に応じて吸気側カムシャフト３０の軸方向に移動し、吸気バルブ２２のリフト量、作用角及びリフトタイミングを無段階に可変する。

【0020】

吸気側タペット３２は、吸気バルブ２２と吸気側カム３１との間に設けられたローラ式のタペットである。この吸気側タペット３２は、シリンダヘッド１１に設置されたタペットガイド３８により案内されて、吸気バルブ２２のバルブステム２５の軸方向に往復移動可能に設けられ、吸気側カム３１の回転運動を吸気バルブ２２の往復運動に変換する。

【0021】

吸気側バルブスプリング３３は、バルブステム２５の上端部に設けられたスプリングリテーナ３９と、ステムガイド２６に遊嵌されたスプリングシート４０との間に設けられる。吸気側バルブスプリング３３は、スプリングリテーナ３９を介して吸気バルブ２２を閉じる方向に付勢させる。吸気バルブ２２の弁体２４は、吸気側バルブスプリング３３の付勢力によって吸気バルブシート１８に押圧され吸気ポート１６を閉じる。

【0022】

排気側カムシャフト３４は、排気バルブ２３の上方に位置付けられ、シリンダヘッド１１及びヘッドカバー（不図示）によって回転自在に軸支される。排気側カムシャフト３４の軸心は、排気バルブ２３のバルブステム２８の略延長線上に配置される。吸気側カムシャフト３０及び排気側カムシャフト３４は、相互の軸心が略平行になるよう配置される。

【0023】

排気側カム３５は、排気側カムシャフト３４に一体に形成される。また、排気側カム３５は、それぞれの排気バルブ２３をリフト可能な適宜の位置に設けられる。排気側タペット３６は、排気バルブ２３と排気側カム３５との間に挟まれ、排気側カム３５の回転運動を排気バルブ２３の往復運動に変換させる。

【0024】

排気側バルブスプリング３７は、バルブステム２８の上端部に設けられたスプリングリテーナ４１とステムガイド２９に遊嵌されたスプリングシート４２との間に設けられる。排気側バルブスプリング３７は、スプリングリテーナ４１を介して排気バルブ２３を閉じる方向に付勢させる。排気バルブ２３の弁体２７は、排気側バルブスプリング３７の付勢力によって排気バルブシート１９に押圧され排気ポート１７を閉じる。

【0025】

動弁装置１４は、吸気側カムシャフト３０及び吸気側カム３１を一体に回転させ、この吸気側カム３１と吸気側バルブスプリング３３の作用で、吸気側タペット３２を介して吸気バルブ２２を開閉動作させる。この際、カムスライド機構（不図示）により吸気側カム３１が吸気側カムシャフト３０の軸方向に移動することで、吸気バルブ２２のリフト量、作用角及びリフトタイミングが無段階に可変制御される。また、動弁装置１４は、排気側カムシャフト３４及び排気側カム３５を一体に回転させ、この排気側カム３５と排気側バルブスプリング３７の作用で、排気タペット３６を介して排気バルブ２３を開閉動作させる。

【0026】

ここで、吸気側カムシャフト３０及び排気側カムシャフト３４の回転は、これらのカムシャフト３０及び３４の一端部に設置されたカムドリブンスプロケット（図示せず）と、クランクシャフトの一端に設置されたカムドライブスプロケット（共に図示せず）との間に巻き回された図示しないカムチェーンによってなされる。図３に示すカムチェーン室４３は、前記カムチェーンを収容する。

【0027】

ところで、エンジン１０は水冷エンジンであり、シリンダブロック１３のシリンダ４４の周囲に冷却水通路４５が形成されてシリンダブロック４４が冷却されると共に、シリンダヘッド１１に、図４の実線に示す冷却水通路４６が形成される。この冷却水通路４６は、図１、図４及び図５に示すように、点火プラグボス２１周りを臨み気筒＃１〜＃４の配列方向に延びる主冷却水通路４７と、この主冷却水通路４７から燃焼室１５の吸気バルブシート１８周囲に沿って延びる吸気側副冷却水通路４８と、主冷却水通路４７から燃焼室１５の排気バルブシート１９周囲に沿って延びる排気側副冷却水通路４９と、を有する。

【0028】

吸気側副冷却水通路４８及び排気側副冷却水通路４９には、図１及び図４に示すように、シリンダブロック１３の冷却水通路４５に連通する導入口５０が設けられ、シリンダブロック１３を冷却した後の冷却水がシリンダヘッド１１の冷却水通路４６に流入する。このシリンダヘッド１１の冷却水通路４６には、気筒＃１〜＃４の配列方向中央部分に冷却水出口部５１が設けられる。この冷却水出口部５１は、図６に示すようにサーモスタット５２を備えると共に、ラジエータ５３、ウォーターポンプ５４に順次接続される。

【0029】

シリンダヘッド１１における冷却水通路４６内の冷却水は、シリンダヘッド１１を冷却して所定温度以上になったときに、サーモスタット５２及びウォーターポンプ５４の作用でラジエータ５３に導かれて冷却される。このラジエータ５３にて冷却された冷却水は、ウォーターポンプ５４により昇圧されてシリンダブロック１３の冷却水通路４５に流入し、シリンダブロック１３を冷却した後、導入口５０を経てシリンダヘッド１１の冷却水通路４６内に流入し、シリンダヘッド１１を冷却する。

【0030】

図４に示すように、シリンダヘッド１１の冷却水通路４６のうち吸気側副冷却水通路４８では、冷却水出口部５１から気筒＃１〜＃４の配列方向に離れた位置の吸気側副冷却水通路４８、即ち両端に配置された気筒＃１及び＃４の吸気側副冷却水通路４８が端部５５を有する。この端部５５は、吸気バルブシート１８を挟んで点火プラグ２０と反対側に設けられたものであり、この端部５５により当該吸気側副冷却水通路４８の連通状態が遮断される。

【0031】

また、気筒＃１〜＃４の配列方向で冷却水出口部５１近傍位置の吸気側副冷却水通路４８（即ち気筒＃２及び＃３の吸気側副冷却水通路４８）、並びに排気側副冷却水通路４９は端部５５が設けられず、連通状態に構成される。つまり、気筒＃２及び＃３の吸気側副冷却水通路４８では、吸気バルブシート１８を挟んで点火プラグ２０と反対側に狭隘部５６が形成されて流路断面積が減少するものの、連通状態に保持される。また、排気側副冷却水通路４９では、排気バルブシート１９を挟んで点火プラグ２０と反対側が連通状態に保持される。

【0032】

前記導入口５０は、シリンダヘッド１１の冷却水通路４６における吸気側副冷却水通路４８及び排気側副冷却水路４９に設けられるが、このうち、端部５５を備えた気筒＃１及び＃４の吸気側副冷却水通路４８では、端部５５近傍に導入口５０が設けられ、狭隘部５６を備えた気筒＃２及び＃３の吸気側副冷却水通路４８では、狭隘部５６の近傍に導入口５０が設けられる。

【0033】

端部５５近傍の導入口５０からの冷却水は、吸気側副冷却水近傍４８内を端部５５とは反対の一方向へ流れて燃焼室１５の吸気バルブシート１８周りを冷却した後、主冷却水通路４７の点火プラグボス２１（図５）周囲に流れてこの点火プラグボス２１を冷却する。端部５５近傍以外の導入口５０、例えば狭隘部５６近傍の導入口５０や排気側副冷却水通路４９に設けられた導入口５０等は、各導入口５０から反対方向を含む複数方向へ流れて、燃焼室１５における吸気バルブシート１８や排気バルブシート１９周りを冷却した後、主冷却水通路４７の点火プラグボス２１周囲へ流れてこの点火プラグボス２１を冷却する。

【0034】

以上のように構成されたことから、本実施形態によれば、次の効果（１）〜（５）を奏する。
（１）図４に示すように、吸気バルブシート１８周りの吸気側副冷却水通路４８では、吸気バルブシート１８を挟んで点火プラグ２０と反対側に端部５５が設けられたので、この吸気側副冷却水通路４８は、端部５５によって連通状態が遮断される。このため、吸気バルブシート１８周りを冷却した吸気側副冷却水通路４８内の比較的温度の低い冷却水が、主冷却水通路４７の点火プラグボス２１（図５）周囲へ流れるので、この点火プラグボス２１周囲を流れる冷却水の流量が増大して、点火プラグ２０周辺の冷却性能を向上させることができる。この結果、シリンダヘッド１１における燃焼室１５周りの冷却を十分に確保できるため、ノッキングの発生を防止できると共に、エンジン１０（特にシリンダヘッド１１）の耐久性を向上させることができる。

【0035】

（２）図４に示すように、排気バルブシート１９周りの排気側副冷却水通路４９では、端部５５が形成されず連通状態に保持されるので、この排気側副冷却水通路４９内を流れる冷却水によって、吸気バルブシート１８周りに比べて高温になる排気バルブシート１９周りを十分に冷却できる。この結果、シリンダヘッド１１の熱分布が均一化されて、シリンダヘッド１１の応力緩和を実現できると共に、熱によるシリンダヘッド１１の変形や強度低下を防止でき、更に、排気バルブ２３も十分に冷却できる。

【0036】

（３）シリンダブロック１３の冷却水通路４５に連通する導入口５０が、吸気側副冷却水通路４８及び排気側副冷却水通４９に設けられている。このため、シリンダブロック１３を冷却した後に、シリンダヘッド１１の燃焼室１５における吸気バルブシート１８及び排気バルブシート１９周りを冷却することで、これらの吸気バルブシート１８及び排気バルブシート１９周りの冷却性能を向上させることができる。

【0037】

（４）吸気側副冷却水通路４８では、端部５５近傍に導入口５０が設けられている。この端部５５近傍の導入口５０からの冷却水は、端部５５と反対の一方向に当該吸気側副冷却水通路４８内を流れるので、その流れが整流化され、これによりこの吸気側副冷却水通路４８内での冷却水の圧力損失を低減できる。

【0038】

（５）冷却水通路４６の冷却水出口部５１から気筒＃１〜♯４の配列方向に離れた位置の吸気側副冷却水通路４８（例えば気筒＃１及び＃４の吸気側副冷却水通路４８）が端部５５を有し、冷却水出口部５１近傍の吸気側副冷却水通路４８（例えば気筒＃２及び＃３の吸気側副冷却水通路４８）は、端部５５を有さず連通状態に保持されている。このため、冷却水出口部５１近傍の吸気側副冷却水通路４８では流れの慣性効果を利用して、この冷却水出口部５１近傍の吸気側副冷却水通路４８内を流れる冷却水の流量を増大させることができる。

【0039】

以上実施形態について説明してきたが、本発明は、上述したような実施形態の具体的構成に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々変形することができる。

【符号の説明】

【0040】

１０ エンジン（水冷エンジン）
１１ シリンダヘッド
１３ シリンダブロック
１５ 燃焼室
１６ 吸気ポート
１７ 排気ポート
１８ 吸気バルブシート
１９ 排気バルブシート
２０ 点火プラグ
２１ 点火プラグボス
２２ 吸気バルブ
２３ 排気バルブ
４５ 冷却水通路
４６ 冷却水通路
４７ 主冷却水通路
４８ 吸気側副冷却水通路
４９ 排気側副冷却水通路
５０ 導入口
５１ 冷却水出口部
５５ 端部
＃１〜♯４ 気筒

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】