内燃機関では、シリンダーヘッドはシリンダーブロックの上のシリンダーの上にあります。シリンダーの上部で閉じ、燃焼室を形成します。このジョイントはヘッドガスケットでシールされています。
シリンダーヘッドは通常、エンジンブロックの上部にあります。吸気バルブと排気バルブ、スプリングとリフター、燃焼室などのコンポーネントのハウジングとして機能します。このページでは、シリンダーヘッドの主な機能とさまざまな設計、およびそれらの故障の原因と症状について説明します。
シリンダーヘッドの通路により、空気と燃料がシリンダー内を流れ、排気ガスがシリンダーから流出します。通路は、ポートまたはトラクトとも呼ばれます。シリンダーヘッドはまた、クーラントをエンジンブロックに送り込み、それによってエンジンコンポーネントを冷却します。シリンダーヘッドは、水や油が燃焼室に漏れるのを防ぐのに役立つガスケットを使用しています。
ほとんどの相手先ブランド供給業者は、鋳鉄からシリンダーヘッドを製造しています。鋳鉄製のシリンダーヘッドは、より耐久性があり、より安価です。ただし、鋳鉄は重く、熱放散の効率が低くなります。
このため、一部のメーカーはアルミニウム製のシリンダーヘッドを使用することを好みます。これらのシリンダーヘッドは、鋳鉄製のシリンダーヘッドよりもはるかに軽量です。パフォーマンスカーやレースカーには通常、アルミニウム製のシリンダーヘッドが付いています。
インライン（直列）エンジンを搭載した車には1つのシリンダーヘッドがあり、Vエンジンを搭載した自動車には2つのシリンダーヘッドがあり、各シリンダーバンクに1つずつあります。シリンダーバンクがVエンジンに非常に近い一部の車両では、必要なのは1つのシリンダーだけです。大型の産業用車両は、シリンダーごとに1つのヘッドを備えている場合があります。これにより、シリンダーヘッドの交換がはるかに手頃になります。
シリンダーヘッドは、インテークマニホールドとエキゾーストマニホールドに接続することでエンジンを最大容量で作動させ、エンジンのピストンを動かす燃料と空気をすばやく燃焼させます。
インテークマニホールドはヘッドに空気を供給し、そこで燃料と燃焼して排気ガスを生成し、排気ガスはエキゾーストマニホールドから排出されます。
エンジンをスムーズに作動させるために、関連するガスの出入りを可能にする吸気バルブと排気バルブが正しいタイミングで開閉することが重要です。
シリンダーヘッドの故障の最も一般的な理由は、たとえば、クーラントの損失、ヘッドガスケットの故障、またはクーラントの流れの制限によって引き起こされる過熱です。
極端な場合、シリンダーヘッドにひびが入ったり損傷したりすると、エンジン全体に最終的な損傷を与える可能性があります。これを防ぐために、できるだけ早く問題に対処する必要があります。
シリンダーヘッドは、極端な温度変化によってシリンダーヘッドに大きな圧力がかかるため、反る可能性もあります。これは、ヘッドガスケットを正しい位置に保持するための平らな面が提供されなくなったことを意味します。これにより、後で大規模な修理やエンジン全体の交換が必要になるなど、費用のかかる問題が発生する可能性があります。
反りは、アルミニウム製のシリンダーヘッドで特に問題になります。エンジンが異なれば、シリンダーヘッドの反りに対する許容度も異なります。一部のエンジンは、効果的に機能しながら、大量の反りに耐えることができます。シリンダーヘッドがゆがんでいる場合は、それらの再調整を専門とする整備士に持っていくことができる場合があります。そうでない場合は、おそらく交換が必要になります。
シリンダーヘッドの故障の症状はさまざまです。損傷を制限できるように、ドライバーができるだけ早くそれらを認識できることが重要です。シリンダーヘッドが故障すると、エンジン（ひいては車両）が故障します。
シリンダーヘッドの故障の最も一般的な理由は、クーラントの損失、ヘッドガスケットの故障、またはクーラントの流れの制限によって引き起こされる過熱です。極端な場合、シリンダーヘッドにひびが入ったり損傷したりすると、エンジン全体に最終的な損傷が生じる可能性があります。
内燃機関は非常に急速に熱くなります。名前が示すように、それらは小さな制御爆破を含むように設計されています。
燃焼プロセスのエネルギーの多くは、車両に動力を供給するために運動エネルギーに変換されるのではなく、実際には熱エネルギーに失われます。これは設計の副産物であり、軽減することはできますが、完全に排除することはできません。
シリンダーヘッドのひび割れの最大の原因は過熱です。エンジンが過熱すると、そのコンポーネントは、耐えられるように設計された熱しきい値をはるかに超えてストレスを受ける可能性があります。
ほとんどのヘッドはアルミニウム製であるため、エンジンが十分に熱くなると、ヘッドが歪んだり割れたりする可能性があります。
エンジンはいくつかの理由で過熱する可能性がありますが、そのほとんどは冷却システムのコンポーネントの故障が原因です。考えられる原因のいくつかを以下に概説します。
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冷却システム内の空気により、ホットスポットが形成される可能性があります。この場合、エンジンの一部は、温度センサーによって測定された部分よりもはるかに高温になります。これは、空気が液体ほど効果的に熱を伝達できないために発生します。
クーラント温度センサーから離れた1箇所に空気が閉じ込められていると、温度センサーがホットスポットを検出しない場合があります。損傷がすでに発生するまで、車が熱くなっていることを知らないかもしれません。
さらに、冷却システムの空気漏れにより、冷却システムの圧力が低下する場合があります。液体クーラントは、より低い圧力で沸騰する可能性が高くなります。
ウォーターポンプが故障すると、クーラントがエンジン内を適切に循環できなくなります。ラジエーターのクーラントは素晴らしくて冷たいかもしれませんが、ヘッドとブロックのウォータージャケットを囲むクーラントは非常に高温になります。
ポンプがないと、クーラントは自然対流プロセスを介してのみ循環できます。これは、エンジンが過熱する前に過剰な熱を取り除くには遅すぎます。
燃焼エンジンは、設計された動作温度で動作しているときに最も効率的です。
エンジンの通常の動作温度は、やけどをするのに十分な高温です。通常、華氏190〜210度（摂氏85〜99度）です。この温度以下でエンジンを運転すると、燃料消費量、排出量、摩耗が増加します。
サーモスタットは、エンジン内の冷却液が目標温度に達するまで、ラジエーターからの冷却液を遮断します。目標温度に達すると、サーモスタットが開き、周囲温度のクーラントがエンジンに流入し、サーモスタットが閉じるのに十分な温度になるまで冷却します。エンジンが作動している間、このサイクルは続きます。
サーモスタットが開いたままになっている場合、あなたの車はおそらくかなり冷たくなります。これは、システム全体からの冷却液が100％の時間ラジエーターを循環しており、完全にウォームアップする機会がほとんどないためです。
サーモスタットが閉じたままになっていると、エンジンが非常に簡単に過熱します。高温のクーラントは、冷却する場所がありません。ピンチでは、一部のエンジンではヒーターを小さなラジエーターとして使用できます。
この方法の効果は、ヒーターコアのサイズと冷却システムのルーティング方法によって異なります。
クーラントが漏れすぎると、最終的にはエンジンを適切に冷却するのに十分な量がなくなります。過熱する前にかなりの量のクーラントを失う可能性がありますが、オーバーフローリザーバーとラジエーターを定期的にチェックして、補充されていることを確認することをお勧めします。
クーラントの漏れに気付いた場合は、ラジエーターキャップを確認することをお勧めします。失敗した場合、深刻な影響を与える安価な部品です。
優れたガレージは、シリンダーヘッドをわずか75ドルで修理および再調整できるはずですが、同じ仕事をするのに数百ドルもかかる可能性があります。これは、シリンダーヘッドの価値と、シリンダーヘッドに亀裂が生じたり、効果的に機能しなくなった場合に修理するために見積もられる価格によって異なります。多くの場合、単に新しいものを購入する価値があるかもしれません。
ひびの入ったシリンダーヘッドの修理作業の費用は、それが搭載されている車両のメーカーとモデルによって異なります。人件費と部品費を含めて、少なくとも500ドルかかることは間違いありません。
シリンダーヘッド全体を交換する場合、部品の平均コストは200ドルから300ドルになります。 1時間あたり約90ドルから100ドルの労働力で、これは仕事のためにおよそ500ドルになります。ただし、これは、最近のほとんどの車と同じように、シリンダーヘッドがアルミニウムでできていることを前提としています。
シリンダーヘッドにアクセスしにくい場合（スバルにあるように、ボクサーエンジンレイアウトを使用しているため）、人件費が大幅に高くなる可能性があります。
古い車や高価な車をお持ちの場合は、おそらく鉄製のシリンダーヘッドをお持ちです。鉄はアルミニウムよりも高価な素材なので、部品だけで500ドルを見ているかもしれません。
この修理作業を正しく行うには、作業にさらに時間がかかる場合もあります。したがって、鉄でできたひびの入ったシリンダーヘッドを修理するために1,000ドルを見ている可能性があります。