シリンダーヘッド

シリンダーヘッドとは内燃機関において、シリンダーブロックと共にエンジンを構成する最も基礎的な部品である。

どのような形式のエンジンであってもシリンダーヘッドは内燃機関の性能を左右する重要な部品であり、燃焼室の形状、インテークマニホールド、エキゾーストマニホールド、吸排気ポートの形状などの設計により、エンジンの燃焼効率や体積効率、圧縮比が決定される要因ともなる。

歴史

サイドバルブ

サイドバルブの時代にはバルブトレーンの部品は全てシリンダーブロックの内部に納められており、シリンダーヘッドは文字通りシリンダーブロック（V型エンジンの場合はシリンダーバンク）にヘッドガスケットを挟む形でボルトで結合されている金属製の皿でしかなかった。この形式はフラットヘッドと呼ばれ、構造の簡便さが初期の自動車や草刈機を始めとする小型エンジン機器の大量生産に重要な役割を果たしたのである。フラットヘッドとポペットバルブを組み合わされたエンジンは、瞬く間にスリーブバルブのエンジンを駆逐して自動車・オートバイエンジンの主流になった。この時であってもシリンダーヘッドには、燃焼室と点火プラグが内蔵されていた。

しかし、サイドバルブ及びフラットヘッドは構造が単純で整備性に優れている反面、吸排気が複雑な経路で流れざるをえないターンフローレイアウトしか採用出来ず、最高回転数に大きな限界が生じた為、後に頭上弁式と呼ばれるOHVやOHCが登場する事になった。

頭上弁式ヘッド

頭上弁式ヘッドのうち、OHCにはシリンダーヘッドの上半分にポペットバルブとカムシャフトが納められ、クランクシャフトからの回転をカムシャフトに伝える為のタイミングチェーンやタイミングベルトの一部が引き込まれている。OHC以前に主流であったOHV形式ではカムシャフトはシリンダーブロック内に納められ、ポペットバルブとロッカーアームはプッシュロッドを介して駆動された。この時代のシリンダーヘッドにはインテークマニホールドやエキゾーストマニホールドが接続されて混合気や排気ガスが出入りするポートと呼ばれる出入口が存在し、冷却水（LLC）が循環する為のウォータージャケットが設けられた。吸排気形式も混合気と排気ガスがシリンダーヘッドの左右に平行に流れていくクロスフローレイアウトが主流となり、燃焼室の形状も半球型やペントルーフ型となり、燃焼効率や最高出力、最高回転数は大きく上昇して現在に至っている。

材質ははじめは鋳鉄が用いられたが、比較的早期の段階で放熱性の高いアルミ合金に切り換えられた。

必要数

シリンダーヘッドはエンジンレイアウトによりその数が変わる。直列エンジンや単気筒エンジンにはシリンダーヘッドが1つしかないが、V型エンジンや水平対向エンジンでは2つのシリンダーヘッドを持つ事が多い。かつてF1エンジンなどごく一部の用途でのみ用いられたW型エンジンでは3つ、第二次世界大戦中の航空機用エンジンに用いられたX型エンジンでは4つのシリンダーヘッドが用いられた。V型エンジンでも狭角V型エンジンと呼ばれるタイプのものは、シリンダーバンクの角度が非常に狭い為にシリンダーヘッドが1個で済ませられている物もある。

また産業機械や機関車、船舶などに用いられる大排気量のディーゼルエンジンや、第二次世界大戦以前のレシプロ航空機で用いられた星形エンジンではシリンダーの数だけシリンダーヘッドが存在する場合がある。このような形式のものは、部品点数が増えるという欠点はあるが、一つのシリンダーヘッドが故障した場合でもそのヘッドのみを交換すれば修理が完了する為、結果的に維持コストを安く抑えられるという利点がある。また、エンジンメーカーはシリンダーヘッドの設計を変更することなく、気筒数を増やしたり減らしたりなどの改良が容易ともなる。

ギャラリー

外部リンク

Cylinder head - design and manufacturing processes video
Assembly of Ford 3d Duratec HE Engine - video showing construction and operation of four cylinder internal combustion engine courtesy of Ford Motor Company

表・話・編・歴

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補機類	Vベルト/Vリブドベルト（ファンベルト） \| 歯付ベルト \| フライホイール \| スロットル（アクセル） \| エンジンコントロールユニット(ECU) \| オルタネーター \| ラジエター \| オイルクーラー \| セルモーター \| エンジンスターター \| ワイヤーハーネス \| 点火装置(マグネトー/ディストリビューター/イグナイター/CDI/ダイレクトイグニッション/点火コイル/プラグコード) \| 点火プラグ（スパークプラグ） \| キャブレター \| 加速ポンプ \| チョーク弁 \| ティクラー \| 燃料噴射装置（インジェクター） \| エアフロメーター \| 燃料タンク \| 燃料ポンプ(噴射ポンプ)