DE102013221231A1

DE102013221231A1 - Wassermantelstruktur für einen Zylinderkopf

Info

Publication number: DE102013221231A1
Application number: DE201310221231
Authority: DE
Inventors: Takeshi Fujii; Masataka Ikawa; Yuji Matsumochi
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2012-10-19
Filing date: 2013-10-18
Publication date: 2014-04-24
Anticipated expiration: 2033-10-19
Also published as: CN103775233A; DE102013221231B4; CN103775233B

Abstract

Es wird eine Wassermantelstruktur für einen Zylinderkopf angegeben, welche enthält: eine Mehrzahl von oberen Brennkammerabschnitten (21), die in einer Unterseite eines Zylinderkopfs (2) ausgebildet sind; eine Mehrzahl von Ansaugöffnungen (22) und eine Mehrzahl von Auspufföffnungen (23), die mit der Mehrzahl von oberen Brennkammerabschnitten (21) in Verbindung stehen; einen Abgassammler (24), der die Mehrzahl von Auspufföffnungen (23) innerhalb des Zylinderkopfs (2) zusammenführt; und einen Auslasswassermantel (70, 70A, 70B), der konfiguriert ist, um den Abgassammler (24) zu kühlen, worin der Auslasswassermantel (70, 70A, 70B) einen oberen Auslasswassermantel (80, 80A, 80B), der in einer Zylinderachsrichtung (Lc) an einer oberen Seite des Abgassammlers (24) angeordnet ist, und einen unteren Auslasswassermantel (90, 90A, 90B), der in der Zylinderachsrichtung (Lc) an einer unteren Seite des Abgassammlers (24) angeordnet ist, enthält, und der obere Auslasswassermantel (80, 80A, 80B) und der untere Auslasswassermantel (90, 90A, 90B) innerhalb des Zylinderkopfs (2) voneinander unabhängige Strömungskanäle bilden.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wassermantelstruktur für einen Zylinderkopf oder insbesondere eine Wassermantelstruktur für einen Zylinderkopf, der integral mit einem Abgassammler versehen ist, der dazu ausgelegt ist, mehrere Auspufföffnungen zusammenzuführen.
Technischer Hintergrund
Eine Größenreduktion eines Verbrennungsmotors ist daher vor dem Hintergrund des Bedarfs gefordert worden, die Kraftstoffeffizienz zu verbessern und die Kohlendioxidemission zu verringern. Ein solcher Verbrennungsmotor enthält häufig einen Lader, um ein der Größenreduktion zuzurechnendes fehlendes Drehmoment zu kompensieren. Um den Verbrennungsmotor von der Größe her kleiner und im Gewicht leichter zu machen, ist unterdessen ein Verbrennungsmotor entwickelt worden, worin integral in einem Zylinderkopf ein Abgassammler ausgebildet ist, der dazu ausgelegt ist, mehrere Auspufföffnungen zusammenzubringen, die sich von mehreren Brennkammern erstrecken. Der Abgassammler erreicht leicht eine hohe Temperatur. Insbesondere, wenn ein Lader unmittelbar stromab des Abgassammlers angeordnet ist, ist es wichtig, den Abgassammler ausreichend zu kühlen, um eine Hitzebeschädigung des Laders zu verhindern. Aus diesem Grund ist der Zylinderkopf dieses Typs, zusätzlich zu dem Brennkammerwassermantel zum Kühlen der Brennkammern, mit einem Auslasswassermantel versehen, um die Auspufföffnungen und den Abgassammler zu kühlen.
Zum Beispiel offenbart Patentdokument 1 eine Wassermantelstruktur für einen Zylinderkopf, worin: Auslasswassermäntel jeweils an oberen und unteren Seiten eines Abgassammlers vorgesehen sind; und ein Verbindungsabschnitt, der konfiguriert ist, um die Auslasswassermäntel an den oberen und unteren Seiten miteinander in Verbindung zu bringen, zwischen dem Abgassammler und einer Seitenfläche des Zylinderkopfs dort ausgebildet ist, wo eine Auslassöffnung des Abgassammlers vorgesehen ist.
Unterdessen ist, für einen Wassermantel, der die Kühlwirkung eines Zylinderkopfs verbessert während eine Zunahme der Strömungsrate von Kühlmittel vermieden wird, ein Zylinderkopf bekannt, der integral mit einem Auspuffkrümmer vorgesehen ist, worin zum Kühlen einer Seitenfläche einer Auslassseite des Auspuffkrümmers durch die Verwendung eines verbesserten Verfahrens erreicht wird, in dem ein Wassermantelkern und ein Auspufföffnungskern während des Gießens des Zylinderkopfs angeordnet werden (siehe zum Beispiel Patentdokument 2).
[Herkömmliche Dokumente]
[Patentdokumente]

[Patentdokument 1] Japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2010-209749
[Patentdokument 2] Deutsche Patentanmeldungsschrift Nr. 10 2008 059 832

Zusammenfassung der Erfindung
Von der Erfindung zu lösende Probleme
Jedoch enthält die Kühlkanalstruktur für einen Zylinderkopf, wie in Patentdokument 1 beschrieben, den Verbindungsabschnitt, der konfiguriert ist, um die Auslasswassermäntel an den oberen und unteren Seiten des Abgassammlers miteinander in Verbindung zu bringen. Diese Struktur macht die Strömung von Kühlmittel in den Auslasswassermänteln kompliziert. Infolgedessen könnten die Strömungsgeschwindigkeiten des Kühlmittels reduziert werden, oder das Kühlmittel könnte an einer bestimmten Position (Standwasserabschnitt) innerhalb der Auslasswassermäntel stehenbleiben. Daher wird die Kühlwirkung der Auslasswassermäntel wahrscheinlich schlechter. Wenn andererseits die Volumen der Wassermäntel vergrößert werden, um die Strömungsrate des Kühlmittels zu erhöhen, um das oben erwähnte Problem zu lösen, wird die Größenreduktion des Zylinderkopfs und einer Wasserpumpe beeinträchtigt.
Unterdessen zirkuliert im mit dem Auspuffkrümmer integrierten Zylinderkopf, wie in Patentdokument 2 beschrieben, das Kühlmittel in den oberen und unteren Auslasswassermänteln, die durch einen Verbindungskanal miteinander verbunden sind, um hierdurch die Kühlwirkung für einen Abschnitt zwischen den Auslassöffnungen und dergleichen zu verbessern und zu verhindern, dass Luft in den Wassermänteln verbleibt. Jedoch ist es infolge davon, den Verbindungskanal darin vorzusehen, wahrscheinlicher, dass das Kühlmittel innerhalb der Wassermäntel verbleibt. Dementsprechend ist es erforderlich, zusätzliche Maßnahmen zu ergreifen, wie etwa eine Erhöhung der Strömungsrate des Kühlmittels, um die Kühlwirkung zu verbessern oder ungenügende Kühlung zu vermeiden.
Die vorliegende Erfindung ist im Hinblick auf die oben erwähnten Probleme gemacht worden. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Wassermantelstruktur für einen Zylinderkopf anzugeben, die in der Lage ist, die Kühlwirkung für einen Abgassammler zu verbessern, während eine Zunahme in der Strömungsrate von Kühlmittel vermieden wird.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Wassermantelstruktur für einen Zylinderkopf anzugeben, welche die Kühlwirkung verbessert, indem sie eine Strömung von Kühlmittel in einem Wassermantel eines Zylinderkopfs verbessert.
Eine Wassermantelstruktur für einen Zylinderkopf der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass: die Wassermantelstruktur eine Mehrzahl von oberen Brennkammerabschnitten, die in einer Unterseite eines Zylinderkopfs ausgebildet sind; eine Mehrzahl von Ansaugöffnungen und eine Mehrzahl von Auspufföffnungen, die mit der Mehrzahl von oberen Brennkammerabschnitten in Verbindung stehen; einen Abgassammler, der die Mehrzahl von Auspufföffnungen innerhalb des Zylinderkopfs zusammenführt; und einen Auslasswassermantel enthält, der konfiguriert ist, um den Abgassammler zu kühlen; worin der Auslasswassermantel einen oberen Auslasswassermantel, der in einer Zylinderachsrichtung an einer oberen Seite des Abgassammlers angeordnet ist, und einen unteren Auslasswassermantel, der in der Zylinderachsrichtung an einer unteren Seite des Abgassammlers angeordnet ist, enthält, und der obere Auslasswassermantel und der untere Auslasswassermantel innerhalb des Zylinderkopfs voneinander unabhängige Strömungskanäle bilden.
In dieser Konfiguration bilden der obere Auslasswassermantel und der untere Auslasswassermantel die voneinander unabhängigen Strömungskanäle innerhalb des Zylinderkopfs. Daher braucht das Kühlmittel innerhalb des Zylinderkopfs nicht zwangsweise abgelenkt und abgezweigt werden. Stattdessen ist es möglich, die Kühlmittelströmungen voneinander zu trennen und hierdurch eine Abnahme der Strömungsgeschwindigkeit und das Auftreten einer stagnierenden Stelle (Standwasserabschnitt) des Kühlmittels zu vermeiden. Da die Abnahme der Strömungsgeschwindigkeit und das Auftreten der stagnierenden Stelle (des Standwasserabschnitts) des Kühlmittels vermieden wird, ist es möglich, die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels zu erhöhen, das innerhalb des Auslasswassermantels fließt, und hierdurch den Abgassammler mit einer geringen Kühlmittelmenge wirkungsvoll zu kühlen. Weil darüber hinaus der Abgassammler mit der geringen Kühlmittelmenge wirkungsvoll gekühlt werden kann, ist es möglich, das Volumen des Auslasswassermantels zu reduzieren und eventuell eine Größenreduktion des Zylinderkopfs zu erreichen.
Hinsichtlich „die oberen und unteren Seiten in der Zylinderachsrichtung” ist die obere Seite als eine Seite definiert, die oberhalb einer orthogonalen Zylinderebene liegt, und die untere Seite ist als eine Seite definiert, die unterhalb der orthogonalen Zylinderebene liegt. Hier ist die orthogonale Zylinderebene eine Ebene, die orthogonal zu jeder Zylinderachse ist.
Darüber hinaus ist es bevorzugt, dass zumindest einer des oberen Auslasswassermantels und des unteren Auslasswassermantels einen Vorsprung enthalten sollte, der zu dem anderen Auslasswassermantel hin vorsteht und derart angeordnet ist, dass er zu einem stromabwärtigen Abschnitt des Abgassammlers weist.
In dieser Konfiguration kann der gesamte Abgassammler mit dem Auslasswassermantel abgedeckt werden, wobei die stromabwärtigen Abschnitte des Abgassammlers mit den Vorsprüngen abgedeckt sind, während der obere Auslasswassermantel und der untere Auslasswassermantel voneinander unabhängige Strömungskanäle bilden. Hiermit ist es möglich, die Kühlwirkung des Abgassammlers zu verbessern.
Ferner ist es bevorzugt, dass die Wassermantelstruktur ferner einen Einlasswassermantel, der konfiguriert ist, um die Ansaugöffnungen zu kühlen, und einen Brennkammerwassermantel umfasst, der mit dem Einlasswassermantel in Verbindung steht und konfiguriert ist, um die oberen Brennkammerabschnitte zu kühlen; und der Brennkammerwassermantel sollte mit einem des oberen Auslasswassermantels und des unteren Auslasswassermantels in Verbindung stehen.
In dieser Konfiguration steht einer des oberen Auslasswassermantels und des unteren Auslasswassermantels mit dem Brennkammerwassermantel und dem Einlasswassermantel in Verbindung. Dementsprechend können, unter mehreren Kernen, die zum Gießen des Zylinderkopfs verwendet werden, Kerne entsprechend dem Brennkammerwassermantel und dem Einlasswassermantel, und ein Kern entsprechend dem oberen Auslasswassermantel oder dem unteren Auslasswassermantel, zu einer integrierten Einheit ausgebildet werden. Weil der obere Auslasswassermantel und der untere Auslasswassermantel voneinander getrennt sind, ist es unterdessen nicht notwendig, einen gesonderten Kern zur Bildung eines Verbindungskanals bereitzustellen, anders als in Patentdokument 1. Somit wird eine Zunahme der Anzahl von Kernen vermieden und ist keine Ausrichtung zwischen den Kernen erforderlich. Daher ist es möglich, die Komplexität eines Herstellungsprozesses (die Installation der Kerne) zu vermeiden.
Es ist bevorzugt, dass vom oberen Auslasswassermantel und unteren Auslasswassermantel jener, der mit dem Brennkammerwassermantel in Verbindung steht, derart ausgebildet sein sollte, dass er Kühlmittel in einer Reihenrichtung der oberen Brennkammerabschnitte fließen lässt.
In dieser Konfiguration ist, vom oberen Auslasswassermantel und unteren Auslasswassermantel, jener, der mit dem Brennkammerwassermantel in Verbindung steht, so ausgebildet, dass er einen so genannten Längsfluss erzeugt, worin das Kühlmittel in einer Reihenrichtung der oberen Brennkammerabschnitte fließt (Zylinderreihenrichtung). Daher wird die Einstellung der Strömungsgeschwindigkeiten auch dann erleichtert, wenn die Strömungskanalflächen groß sind. Aus diesem Grund ist es einfacher, die Strömungsgeschwindigkeiten zu beschleunigen und die Kühlwirkung mit einer geringen Kühlmittelmenge zu verbessern.
Eine andere Wassermantelstruktur für einen Zylinderkopf der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Wassermantel enthält: eine Mehrzahl von oberen Brennkammerabschnitten, die in einer Unterseite eines Zylinderkopfs ausgebildet sind; eine Mehrzahl von Ansaugöffnungen und eine Mehrzahl von Auspufföffnungen, die mit der Mehrzahl von oberen Brennkammerabschnitten in Verbindung stehen; einen Abgassammler, der in dem Zylinderkopf ausgebildet ist und mit den mehreren Auspufföffnungen in Verbindung steht; und einen Auslasswassermantel, der konfiguriert ist, um den Abgassammler zu kühlen; worin der Auslasswassermantel einen oberen Auslasswassermantel, der in einer Zylinderachsrichtung an einer oberen Seite des Abgassammlers angeordnet und konfiguriert ist, um Kühlmittel in einer Reihenrichtung der Zylinder fließen zu lassen, und einen unteren Auslasswassermantel enthält, der in der Zylinderachsrichtung an einer unteren Seite des Abgassammlers angeordnet und konfiguriert ist, um das Kühlmittel in der Reihenrichtung der Zylinder fließen zu lassen, wobei jeder des oberen Auslasswassermantels und des unteren Auslasswassermantels mit einem Kühlmitteleinlass versehen ist, der zum Zuführen des Kühlmittels konfiguriert ist; ein Kühlmittelauslass des oberen Auslasswassermantels und ein Kühlmittelauslass des unteren Auslasswassermantels an dem Zylinderkopf voneinander unabhängig vorgesehen sind; der obere Auslasswassermantel und der untere Auslasswassermantel innerhalb des Zylinderkopfs aus voneinander unabhängigen Kühlmittelkanälen gebildet sind; und der obere Auslasswassermantel und der untere Auslasswassermantel derart ausgebildet sind, dass eine Strömungsgeschwindigkeit des im unteren Auslasswassermantel fließenden Kühlmittels schneller wird als eine Strömungsgeschwindigkeit des im oberen Auslasswassermantel fließenden Kühlmittels.
In dieser Konfiguration sind, in der Wassermantelstruktur für einen Zylinderkopf, der Kühlmittelauslass des oberen Auslasswassermantels und der Kühlmittelauslass des unteren Auslasswassermantels am Zylinderkopf voneinander unabhängig vorgesehen, wodurch der obere Auslasswassermantel und der untere Auslasswassermantel aus den Kühlmittelkanälen gebildet sind, welche voneinander unabhängig sind. Somit ist es möglich, die Strömungsgeschwindigkeiten des Kühlmittels innerhalb der Wassermäntel leicht einzustellen und ein Fließen des Kühlmittels zu bewirken, ohne Stagnation zu verursachen. Infolgedessen kann die Kühlwirkung verbessert werden, indem die Strömungen des Kühlmittels in den Wassermänteln im Zylinderkopf verbessert werden. Darüber hinaus kann, im Vergleich zu einer Struktur von Wassermänteln, die von einem gemeinsamen Kühlmitteleinlass abzweigen, die Wassermantelstruktur für einen Zylinderkopf der Erfindung das Einstellen von optimalen Strömungskanälen für die Wassermäntel auf leichte Weise erreicht werden, ohne Abzweigungsmaßnahmen, wie etwa Rippen, vorzusehen. Weil darüber hinaus die zwei Wassermäntel die voneinander unabhängigen Kühlmittelkanäle bilden, ist es möglich, das Auftreten von Standwasser in den Wassermänteln zu minimieren.
Hinsichtlich der „oberen und unteren Seiten in der Zylinderachsrichtung” ist die obere Seite als die Seite definiert, die oberhalb der orthogonalen Zylinderebene liegt, und die untere Seite ist als die Seite definiert, die unterhalb der orthogonalen Zylinderebene liegt. Hier ist die orthogonale Zylinderebene jene Ebene, die orthogonal zu ihrer Zylinderachse ist.
Ferner bilden in dieser Konfiguration der obere Auslasswassermantel und der untere Auslasswassermantel die voneinander unabhängigen Strömungskanäle innerhalb des Zylinderkopfs. Daher braucht das Kühlmittel innerhalb des Zylinderkopfs nicht zwangsweise abgelenkt und abgezweigt werden. Stattdessen ist es möglich, Strömungen des Kühlmittels voneinander zu trennen und hierdurch eine Abnahme der Strömungsgeschwindigkeit oder das Auftreten einer stagnierenden Stelle (eines Standwasserabschnitts) zu vermeiden. Darüber hinaus ist der Auslasswassermantel derart ausgebildet, dass die Strömungsgeschwindigkeit des im unteren Auslasswassermantel fließenden Kühlmittels schneller wird als die Strömungsgeschwindigkeit des im oberen Auslasswassermantel fließenden Kühlmittels. Dies erhöht die Strömungsrate des Kühlmittels, das in den unteren Auslasswassermantel fließt, der unterhalb des Auspuffkrümmers angeordnet ist, welcher den Brennkammern benachbart ist und eine höhere Temperatur erreicht. Infolgedessen ist es möglich, die Kühlwirkung zu verbessern, ohne die Gesamtströmungsrate des Kühlmittels zu erhöhen. Weil unterdessen der Zylinderkopf durch das Kühlmittel gekühlt wird, das die schnellere Strömungsgeschwindigkeit hat, ist es möglich, den Zylinderkopf auf eine geringere Temperatur zu kühlen, im Vergleich zu einem anderen Kühlmittelkanal mit dem gleichen Volumen, was der schnelleren Strömungsgeschwindigkeit zuzurechnen ist. Somit ist es möglich, die Kühlleistung sowie auch die Kühlwirkung zu verbessern, und eventuell eine Größen- und Gewichtsreduktion des Zylinderkopfs zu erreichen.
Darüber hinaus ist es bevorzugt, dass: einer des oberen Auslasswassermantels und des unteren Auslasswassermantels mit einem Einlasswassermantel verbunden ist, in dem das Kühlmittel in der Nähe der Mehrzahl von Ansaugöffnungen fließt, und mit einem Brennkammerwassermantel verbunden ist, der konfiguriert ist, um die oberen Brennkammerabschnitte zu kühlen; und die Wassermantelstruktur derart ausgebildet sein sollte, dass eine Strömungsrate des Kühlmittels in dem Brennkammerwassermantel den größten Anteil einer Strömungsrate des innerhalb des Zylinderkopfs fließenden Kühlmittels einnimmt, und eine Strömungsrate des Kühlmittels in dem unteren Auslasswassermantel zum zweitgrößten Anteil nach der Strömungsrate des Kühlmittels in dem Brennkammerwassermantel wird.
In dieser Konfiguration sind die Kühlmittelkanäle der Wassermäntel derart ausgebildet, dass die Strömungsrate des Kühlmittels in dem Brennkammerwassermantel den größten Anteil der Strömungsrate des innerhalb des Zylinderkopfs fließenden Kühlmittels einnimmt, und die Strömungsrate des Kühlmittels in dem unteren Auslasswassermantel die zweitgrößte nach jener in dem Brennkammerwassermantel wird. Daher wird es möglich, einen Passflächenabschnitt des Zylinderkopfs unterhalb des Auspuffkrümmers wirkungsvoll zu kühlen, welcher den oberen Brennkammerabschnitten benachbart ist und eine hohe Temperatur erreicht.
Darüber hinaus ist bevorzugt, dass: der Brennkammerwassermantel mit einem des oberen Auslasswassermantels und des unteren Auslasswassermantels verbunden sein sollte, und der Brennkammerwassermantel derart ausgebildet sein sollte, dass er das Kühlmittel in einer Reihenrichtung der Zylinder fließen lässt.
In dieser Konfiguration ist der Brennkammerwassermantel derart ausgebildet, dass das Kühlmittel in der Reihenrichtung der Zylinder fließt. Somit wird die Strömung des Kühlmittels oberhalb der Brennkammern, die komplizierte Formen haben und hohe Temperaturen erreichen, in der Reihenrichtung der Zylinder gesteuert. Dementsprechend ist es möglich, die Strömungsgeschwindigkeit und die Kühlwirkung des Kühlmittels günstig zu halten. Weil darüber hinaus der obere Auslasswassermantel oder der untere Auslasswassermantel als unabhängiger Kühlmittelkanal vorgesehen ist, ist es möglich, die Strömungsrate des Kühlmittels zu reduzieren, das hinaus zu der Abgassammlerseite fließt, und somit die Nachbarschaft in der Zündkerze wirkungsvoll zu kühlen, wo die Temperatur die höchsten Werte erreicht.
Es ist bevorzugt, dass: einer des oberen Auslasswassermantels und des unteren Auslasswassermantels einen Kühlmitteleinlass enthalten sollte, der an einer Seite in der Reihenrichtung der Zylinder angeordnet ist; und einer des oberen Auslasswassermantels und des unteren Auslasswassermantels die Mehrzahl der Kühlmitteleinlässe enthalten sollte, die unterhalb der Mehrzahl von Auspufföffnungen angeordnet sind.
Wenn in dieser Konfiguration der Brennkammerwassermantel, der so ausgebildet ist, dass er die oberen Teile der Brennkammern abdeckt, welche hohe Temperaturen erreichen, zum Beispiel mit dem Kühlmitteleinlass an einer Endseite in der Reihenrichtung der Zylinder versehen ist, kann der Brennkammerwassermantel bewirken, dass das Kühlmittel als Längsströmung in der Reihenrichtung der Zylinder fließt, ohne die Strömungsgeschwindigkeit zu reduzieren, obwohl er eine relativ komplizierte Struktur hat, und kann hierdurch die Kühlwirkung verbessern. Der obere Auslasswassermantel oder der untere Auslasswassermantel, der als der unabhängige Kühlmittelkanal ausgebildet ist, enthält die mehreren Kühlmitteleinlässe, die unterhalb der mehreren Auslassöffnungen angeordnet sind, und ist daher in der Lage, die brennkammerseitigen Abschnitte, welche Trennflächen sind, zuverlässig zu kühlen. Daher ist es möglich, die Kühlwirkung des Auspuffkrümmers zu verbessern, während die Umgebungen der Brennkammern, welche hohen Temperaturen erreichen, zuverlässig gekühlt werden.
In der Wassermantelstruktur wird das Kühlmittel direkt von dem Zylinderblock entweder zum oberen Auslasswassermantel oder unteren Auslasswassermantel an der getrennten Seite hin geleitet. Daher ist es möglich, das Kühlmittel auch zwischen den Auslassöffnungen fließen zu lassen und hierdurch den Zylinderkopf wirkungsvoll zu kühlen.
Darüber hinaus ist es bevorzugt, dass: einer des oberen Auslasswassermantels und des unteren Auslasswassermantels einen Kühlmitteleinlass enthalten sollte, der an einer Seite in der Reihenrichtung der Zylinder angeordnet ist; und einer des oberen Auslasswassermantels und des unteren Auslasswassermantels eine Mehrzahl der Kühlmitteleinlässe enthalten sollte, die jeweils zwischen einem entsprechenden Paar der Zylinder angeordnet sind.
In dieser Konfiguration ist entweder der obere Auslasswassermantel oder der untere Auslasswassermantel, der zu dem unabhängigen Kühlmittelkanal ausgebildet ist, mit den Kühlmitteleinlässen versehen, die zwischen den Zylindern angeordnet sind und mit dem Kühlmittelkanal in dem Zylinderblock in Verbindung stehen, und ist daher in der Lage, die brennkammerseitigen Abschnitte, welche die Trennflächen sind, zuverlässig zu kühlen. Daher ist es möglich, die Kühlwirkung eines Sammlers im Auspuffkrümmer zu verbessern, während die Umgebungen der Brennkammern, welche hohe Temperaturen erreichen, zuverlässig gekühlt werden.
Ferner ist es bevorzugt, dass vom oberen Auslasswassermantel und unteren Auslasswassermantel jener, der nicht mit dem Brennkammerwassermantel verbunden ist, eine Mehrzahl der Kühlmitteleinlässe an Seiten der oberen Brennkammerabschnitte enthalten sollte und derart ausgebildet sein sollte, dass das Kühlmittel entlang der Auspuffseitenfläche des Zylinderkopfs fließt und zu einer einzigen Strömung konvergiert, worin das Kühlmittel sequentiell in der Reihenrichtung der Zylinder fließt.
In dieser Konfiguration enthält entweder der obere Auslasswassermantel oder der untere Auslasswassermantel die mehreren Kühlmitteleinlässe, die in der Nähe der oberen Brennkammerabschnitte ausgebildet sind, anstatt an einem Endabschnitt in der Reihenrichtung der Zylinder ausgebildet zu sein. Daher kann das Kühlmittel, das von dem Kühlmittelkanal an der Zylinderblockseite aufgenommen wird, die Kühlwirkung der Umgebungen der oberen Brennkammerabschnitte, welche hohe Temperaturen erreichen, verbessern. Darüber hinaus kann dieses Kühlmittel eine gleichmäßige Kühlung durchführen, während eine ungleichmäßige Kühlung in Hinblick auf die Reihenrichtung der Zylinder reduziert wird. Darüber hinaus sind die Wassermäntel mit jeweils gesonderten Kühlmitteleinlässen versehen. Daher ist es möglich, die Strömungsgeschwindigkeiten des Kühlmittels leicht und akkurat einzustellen.
Darüber hinaus ist es bevorzugt, dass der Kühlmitteleinlass des oberen Auslasswassermantels, der Kühlmitteleinlass des unteren Auslasswassermantels und ein Kühlmitteleinlass des Brennkammerwassermantels jeweils mit Dichtungskühlmitteleinströmlöchern in Verbindung stehen, die in einer Kopfdichtung voneinander unabhängig ausgebildet sind.
In dieser Konfiguration kann das Setzen der Strömungskanäle für die Kühlmitteleinlässe der jeweiligen Wassermäntel leicht erreicht werden, indem lediglich die Durchmesser der Einlässe der Kopfdichtung eingestellt werden. Wenn darüber hinaus entweder der obere Auslasswassermantel oder der untere Auslasswassermantel als der unabhängige Strömungskanal ausgebildet ist, ist es nicht notwendig, die Strömungskanäle an den Kühlmitteleinlässen abzuzweigen. Infolgedessen ist es möglich, die Stagnation des Kühlmittels zu vermeiden.
Darüber hinaus ist es bevorzugt, dass, vom oberen Auslasswassermantel und dem unteren Auslasswassermantel, jener, der nicht mit dem Brennkammerwassermantel verbunden ist, einen zusätzlichen Kühlmitteleinlass enthalten sollte, der zwischen den Auspufföffnungen für den Zylinder ausgebildet ist, der vom Kühlmittelauslass des einen Auslasswassermantels am weitesten entfernt angeordnet ist.
In dieser Konfiguration enthält, vom oberen Auslasswassermantel und unteren Auslasswassermantel, jener, der nicht mit dem Brennkammerwassermantel verbunden ist, einen zusätzlichen Kühlmitteleinlass, der zwischen den Auslassöffnungen für den Zylinder ausgebildet ist, der von dem Kühlmittelauslass des relevanten Auslasswassermantels am weitesten entfernt ist. Der zusätzliche Kühlmitteleinlass kann die Strömungsrate und die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels erhöhen. Somit lässt sich das Auftreten von Standwasser des Kühlmittels an einem Abschnitt wirkungsvoll verhindern, wo sich das Kühlmittel mit einem durch einen anderen Zylinder fließenden Kühlmittelstrom vereinigt.
[Wirkungen der Erfindung]
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Wassermantelstruktur für einen Zylinderkopf anzugeben, die in der Lage ist, die Kühlwirkung eines Abgassammlers zu verbessern, während eine Zunahme in der Strömungsrate von Kühlmittel vermieden wird.
Darüber hinaus ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, eine Wassermantelstruktur für einen Zylinderkopf anzugeben, welche die Kühlwirkung verbessert, indem sie die Strömung eines Kühlmittels im Wassermantel eines Zylinderkopfs verbessert.
[Kurzbeschreibung der Zeichnungen]
1 ist eine Querschnittsansicht eines Verbrennungsmotors, der eine Wassermantelstruktur für einen Zylinderkopf gemäß einer Ausführung der Erfindung enthält.
2 ist eine Perspektivansicht des Zylinderkopfs.
3 ist eine Perspektivansicht, welche einen Abgassammler und einen kopfseitigen Wassermantel innerhalb des Zylinderkopfs darstellt, betrachtet durch den Zylinderkopf hindurch.
4 ist eine Perspektivansicht, die den kopfseitigen Wassermantel und den Abgassammler zeigt, die vertikal getrennt sind.
5 ist eine Unteransicht eines Einlasswassermantels, eines Brennkammerwassermantels und eines oberen Auslasswassermantels.
6 ist eine Unteransicht eines unteren Auslasswassermantels.
7 ist eine Vorderansicht des kopfseitigen Wassermantels und des Abgassammlers, bei Betrachtung von der Vorderseite.
8 ist eine Explosionsperspektivansicht zur Erläuterung von Kühlmittelströmungen von dem blockseitigen Wassermantel zum Einlasswassermantel.
9 ist eine Explosionsperspektivansicht zur Erläuterung der Kühlmittelströmungen von dem blockseitigen Wassermantel zum unteren Auslasswassermantel.
10 ist eine Unteransicht, welche durch Aufeinanderlagern des kopfseitigen Wassermantels und des blockseitigen Wassermantels auf eine Dichtung dargestellt ist.
11 ist eine Unteransicht zur Erläuterung der Kühlmittelströmungen in dem Einlasswassermantel, dem Brennkammerwassermantel und dem oberen Auslasswassermantel.
12 ist eine Unteransicht zur Erläuterung der Kühlmittelströmungen in dem unteren Auslasswassermantel.
13A ist eine Explosionsperspektivansicht, und 13B eine Perspektivansicht, welche eine Wassermantelstruktur für einen Zylinderkopf eines ersten modifizierten Beispiels der Ausführung zeigen.
14 ist eine Draufsicht, die einen Einlasswassermantel, einen Brennkammerwassermantel und einen oberen Auslasswassermantel des ersten modifizierten Beispiels zeigt.
15 ist eine Unteransicht, die einen unteren Auslasswassermantel, den Einlasswassermantel und den Brennkammerwassermantel des ersten modifizierten Beispiels zeigt.
16 ist eine Explosionsperspektivansicht, die eine Wassermantelstruktur für einen Zylinderkopf eines zweiten modifizierten Beispiels der Ausführung zeigt.
17 ist eine Unteransicht, die einen unteren Auslasswassermantel, einen Einlasswassermantel und einen Brennkammerwassermantel des zweiten modifizierten Beispiels zeigt.
Arten zur Ausführung der Erfindung
Eine Ausführung der vorliegenden Erfindung wird im Bezug auf 1 bis 12 im Detail beschrieben. In den folgenden Beschreibungen sind die gleichen Bauelemente mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet, und eine überschneidende Erläuterung wird weggelassen. Unterdessen werden Beschreibungen in Bezug auf Richtungen auf der Basis von den Richtungen vorne, hinten, links, rechts, oben und unten angegeben, wie in den Zeichnungen angegeben, die jeweils einen Zustand repräsentieren, wo ein Verbrennungsmotor E in einem Fahrzeug angeordnet ist.
1 ist eine Querschnittsansicht eines Verbrennungsmotors, der eine Wassermantelstruktur für einen Zylinderkopf gemäß einer Ausführung der Erfindung enthält.
Wie in 1 gezeigt, enthält ein Verbrennungsmotor E, auf den die vorliegende Erfindung angewendet wird, einen Motorkörper, versehen mit: einem Zylinderblock 1, der zum Beispiel integral mit vier Zylindern 1a (in 1 ist nur einer der Zylinder 1a gezeigt) versehen ist, die in Serie angeordnet sind; einem Zylinderkopf 2 zur Verbindung mit einem oberen Endabschnitt des Zylinderblocks 1; einer Dichtung 3, die zwischen dem Zylinderblock 1 und dem Zylinderkopf 2 angeordnet ist; und einem Kopfdeckel (nicht gezeigt), der mit einem oberen Endabschnitt des Zylinderkopfs 2 zu verbinden ist.
Der Verbrennungsmotor E ist ein Mehrzylindermotor, welcher enthält: vier Zylinder 1a; Kolben 4, die jeweils in dem entsprechenden Zylinder 1a hin- und herbeweglich eingesetzt sind; und eine Kurbelwelle 6, die durch Pleuelstangen 5 mit den Kolben 4 verbunden ist. Der Verbrennungsmotor E ist in einem Fahrzeug, als Lastgegenstand, derart quer angebracht, dass die Drehmittellinie der Kurbelwelle 6 in der Links-Rechts-Richtung des Fahrzeugs orientiert ist. Unterdessen ist der Verbrennungsmotor E derart angeordnet, dass eine Einlassseite zum Heck des Fahrzeugs weist und seine Auslassseite zur Front des Fahrzeugs weist.
Für jeden der Zylinder 1a bilden der Zylinder 1a, der entsprechende Kolben 4 und der Zylinderkopf 2 gemeinsam eine Brennkammer 7 in einem Raum zwischen dem Kolben 4 und dem Zylinderkopf 2 in einer Zylinderachsrichtung, welche eine Richtung parallel zu einer Zylinderachse Lc des Zylinders 1a ist.
In dieser Ausführung ist der Verbrennungsmotor E derart angeordnet, dass die Zylinderachse Lc mit einer vertikalen Achsrichtung (d. h. Auf-Ab-Richtung) übereinstimmt. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Konfiguration beschränkt. Zum Beispiel kann der Verbrennungsmotor E auch derart angeordnet werden, dass die Zylinderachse Lc zur Richtung der vertikalen Achse geneigt ist.
Zusätzlich zu den oben erwähnten Zylindern 1a und einem Kurbelgehäuse (nicht gezeigt) enthält der Zylinderblock 1 einen blockseitigen Wassermantel 10, der einen Strömungskanal für Kühlmittel zum Kühlen der Zylinder 1a darstellt. Der blockseitige Wassermantel 10 ist ein Raum in Form einer vertieften Nut, der die Gesamtheit der vier Zylinder 1a durchgehend umgibt und sich zu einer Oberseite des Zylinderblocks 1 öffnet (siehe 8 und 9). Das mit einem nicht dargestellten Kühler gekühlte Kühlmittel wird einer Endseite des blockseitigen Wassermantels 10 zugeführt. Darüber hinaus steht der blockseitige Wassermantel 10 mit einem Einlasswassermantel 50 sowie einem unteren Auslasswassermantel 90 des Zylinderkopfs 2, wie später beschrieben wird, über Durchgangslöcher 32, 35 und dergleichen in der Dichtung 3 in Verbindung und führt den Wassermänteln 50 und 90 das Kühlmittel zu. Der blockseitige Wassermantel 10 und die Dichtung 3 werden später im Detail beschrieben.
2 ist eine Perspektivansicht des Zylinderkopfs. 3 ist eine Perspektivansicht, die einen Abgassammler und einen kopfseitigen Wassermantel innerhalb des Zylinderkopfs darstellt, bei Betrachtung durch den Zylinderkopf hindurch. In 3 sind die Konturen des Zylinderkopfs 2 mit gestrichelten Linien (Doppelstrichkettenlinien) gezeichnet.
Der Zylinderkopf 2 ist eine Metallkomponente, die durch Gießen mittels Kernen hergestellt wird. Wie in 1 bis 3 (hauptsächlich in 1) gezeigt, enthält der Zylinderkopf 2 hauptsächlich: vier obere Brennkammerabschnitte 21 (In 1 ist nur einer von diesen gezeigt), welche obere Abschnitte der Brennkammern 7 darstellen; Ansaugöffnungen 22, die konfiguriert sind, um die Luft in die jeweiligen Brennkammern 7 zu lassen; Auspufföffnungen 23, die konfiguriert sind, um Brenngas von den Brennkammern 7 abzugeben; einen Abgassammler 24, der innerhalb des Zylinderkopfs 2 angeordnet und konfiguriert ist, um die Auspufföffnungen 23 zusammenzuführen; und einen kopfseitigen Wassermantel 40 zum Kühlen der vorgenannten Bauteile. Darüber hinaus enthält der Zylinderkopf 2 eine Ventilkammer 25, die an einem oberen Teil des Zylinderkopfs 2 vorgesehen und ausgestaltet ist, um einen Teil eines Ventilantriebs (nicht gezeigt) aufzunehmen.
Die oberen Brennkammerabschnitte 21 sind im Wesentlichen kegelförmige vertiefte Abschnitte, die in einer Unterseite 2a des Zylinderkopfs 2 ausgebildet sind. Jede Ansaugöffnung 22 bewirkt, dass der entsprechende obere Brennkammerabschnitt 21 und eine Rückseite 2b des Zylinderkopfs 2 miteinander in Verbindung stehen. Jede Auspufföffnung 23 bewirkt, dass der entsprechende obere Brennkammerabschnitt 21 und der Abgassammler 24 miteinander in Verbindung stehen. Zwei Ansaugöffnungen 22 und zwei Auspufföffnungen 23 sind für jeden oberen Brennkammerabschnitt 21 vorgesehen, und jede der Öffnungen steht mit der Innenseite des oberen Brennkammerabschnitts 21 in Verbindung. Hier sind nicht dargestellte Einlassventile und Auslassventile in den Ansaugöffnungen 22 und den Auspufföffnungen 23 angeordnet.
Wie in 2 gezeigt, enthält der Abgassammler 24 eine Öffnung 24a, die sich zu einem angenähert mittigen Teil einer Vorderseite 2c des Zylinderkopfs 2 in der Links-Rechts-Richtung öffnet. Der Abgassammler 24 ist innerhalb des Zylinderkopfs 2 ausgebildet, in einem solchen Bereich vorgesehen, der vor dem Zylinderkopf 1 gewölbt ist, und ausgestaltet, um mit den Auspufföffnungen 23 in Verbindung zu stehen (siehe 1).
Die Ventilkammer 25 ist ein vertiefter Raum, der in einer Oberseite 2d des Zylinderkopfs 2 ausgebildet ist. Die Ventilkammer 25 nimmt einen Teil des nicht dargestellten Ventilantriebs einschließlich einer Nockenwelle, Kipphebeln, Ventilen und dergleichen auf. Unterdessen sind Auslassöffnungen 63, 83 und 93 (auspuffseitige Auslässe 2g), die als Auslässe für das Kühlmittel von einem später zu beschreibenden kopfseitigen Wassermantel 40 dienen, an einer linken Seitenfläche 2e (Auspuffseitenfläche) des Zylinderkopfs 2 ausgebildet. Ein Wasserauslass (nicht gezeigt) ist an der linken Seitenfläche 2e des Zylinderkopfs 2 angebracht. Der Wasserauslass weist das Kühlmittel, das von den Auslassöffnungen 63, 83 und 93 abgegeben wird, einem Heizer und dem Kühler zu.
Die Vorderseite 2c des Zylinderkopfs 2 enthält zwei Traglöcher 2f. Jedes Tragloch 2f wird während des Gießens durch eine Verbindung eines innerhalb eines Hohlraums angeordneten Kerns und eines von einer Form getragenen Kernabdrucks gebildet. Die Traglöcher 2f werden jedoch später mit Kappen oder dergleichen verschlossen.
Wie in 1 und 3 gezeigt, ist der kopfseitige Wassermantel 40 ein Raum, der als Strömungskanal für das Kühlmittel im Zylinderkopf 2 dient. Der kopfseitige Wassermantel 40 enthält den Einlasswassermantel 50 zum Kühlen der Ansaugöffnungen 22, einen Brennkammerwassermantel 60 zum Kühlen der oberen Brennkammerabschnitte 21, und einen Auslasswassermantel 70 zum Kühlen der Auspufföffnungen 23 sowie des Abgassammlers 24.
Wie in 1 gezeigt, ist der Einlasswassermantel 50 unterhalb der Ansaugöffnungen 22 vorgesehen. Der Brennkammerwassermantel 60 ist unmittelbar oberhalb der oberen Brennkammerabschnitte 21 und zwischen den Ansaugöffnungen 22 und den Auspufföffnungen 23 vorgesehen. Der Auslasswassermantel 70 enthält: einen oberen Auslasswassermantel 80, der an einer oberen Seite der Auspufföffnungen 23 und des Abgassammlers 24 in der Zylinderachsrichtung Lc angeordnet ist, und bewirkt, dass das Kühlmittel in einer Reihenrichtung Lb der Zylinder 1a fließt; und einen unteren Auslasswassermantel 90, der an einer Unterseite der Auspufföffnungen 23 und des Abgassammlers 24 in der Zylinderachsrichtung Lc angeordnet ist und bewirkt, dass das Kühlmittel in der Reihenrichtung Lb der Zylinder 1a fließt.
Der Einlasswassermantel 50 steht mit dem blockseitigen Wassermantel 10 und mit dem Brennkammerwassermantel 60 in Verbindung (siehe gestrichelte Linie in 1). Der Brennkammerwassermantel 60 steht mit dem blockseitigen Wassermantel 10 und dem oberen Auslasswassermantel 80 in Verbindung. Der untere Auslasswassermantel 90 steht mit dem blockseitigen Wassermantel 10 in Verbindung. Übrigens steht der untere Auslasswassermantel 90 mit dem Einlasswassermantel 90, dem Brennkammerwassermantel 60 oder dem oberen Auslasswassermantel 80 nicht in Verbindung. In anderen Worten, in dem Auslasswassermantel 70 bilden der obere Auslasswassermantel 80 und der untere Auslasswassermantel innerhalb des Zylinderkopfs 2 Strömungskanäle, die voneinander unabhängig sind. Der Auslasswassermantel 70 ist derart ausgebildet, dass eine Strömungsgeschwindigkeit des im unteren Auslasswassermantel 90 fließenden Kühlmittels schneller wird als eine Strömungsgeschwindigkeit des im oberen Auslasswassermantel 80 fließenden Kühlmittels.
Als nächstes werden detaillierte Strukturen des Abgassammlers 24 und des kopfseitigen Wassermantels 40 (nämlich des Einlasswassermantels 50, des Brennkammerwassermantels 60, des oberen Auslasswassermantels 80 und des unteren Auslasswassermantels 90) in Bezug auf 4 bis 7 beschrieben.
4 ist eine Perspektivansicht, die den kopfseitigen Wassermantel und den Abgassammler zeigt, welche vertikal getrennt sind. 5 ist eine Unteransicht des Einlasswassermantels, des Brennkammerwassermantels und des oberen Auslasswassermantels. 6 ist eine Unteransicht des unteren Auslasswassermantels. 7 ist eine Vorderansicht des kopfseitigen Wassermantels und des Abgassammlers, bei Betrachtung von der Vorderseite.
Es sei anzumerken, dass in 4 bis 7 zur einfacheren Beschreibung der Abgassammler 4 und der kopfseitige Wassermantel 40, die in Wirklichkeit Räume sind, so dargestellt sind, als ob sie materielle Objekte wären (d. h. Kerne entsprechend den Räumen).
Wie in 4 gezeigt, enthält der Abgassammler 24: erste Sammler 24b, die jeweils so ausgestaltet sind, dass zwei Auspufföffnungen 23 zusammenführen, die mit der entsprechenden Brennkammer 7 in Verbindung stehen; und einen zweiten Sammler 24c, der so ausgestaltet ist, dass er die vier ersten Sammler 24b an einer Position unmittelbar vor der Öffnung 24a zusammenführt. Der zweite Sammler 24c und die Öffnung 24a sind an einem in der Links-Rechts-Richtung angenähert mittigen Teil des Zylinderkopfs 2 vorgesehen. Unter den vier ersten Sammlern 24b sind die ersten Sammler 24b an den rechten und linken Seiten länger als die zwei anderen ersten Sammler 24b, die zwischen diesen angeordnet sind. Seitenflächen der vorderen Seitenabschnitte der ersten Sammler 24b an den rechten und linken Seiten stellen stromabwärtige Abschnitte 24d des Abgassammlers 24 dar, die durch Vorsprünge 81 des oberen Auslasswassermantels 80 und die Vorsprünge 91 des unteren Auslasswassermantels 90 zu kühlen sind, wie später beschrieben wird (siehe 1 und 4 bis 6). In Draufsicht sind die stromabwärtigen Abschnitte 24d derart geneigt, dass die stromabwärtigen Abschnitte 24d weiter vorne angeordnet werden, wenn die stromabwärtigen Abschnitte 24d der Öffnung 24a an der Mitte von den Auspufföffnungen 23 an den linken und rechten Enden näher kommen.
Wie in 4 und 5 gezeigt (hauptsächlich in 5), ist der Einlasswassermantel 50 ein Strömungskanalbereich, wo das Kühlmittel fließt, das die Ansaugöffnungen 22 kühlt (siehe 1). Der Einlasswassermantel 50 erstreckt sich unter den Ansaugöffnungen 22 derart, dass er in der Links-Rechts-Richtung mäandrierend quert. Der Einlasswassermantel 50 enthält acht einlassseitige Einströmabschnitte 51, deren jeder unterhalb der entsprechenden Ansaugöffnung 22 angeordnet ist und sich zur Unterseite 2a (siehe 2) des Zylinderkopfs 2 öffnet. Darüber hinaus enthält der Einlasswassermantel 50 Verbindungsabschnitte 52, die mit dem Brennkammerwassermantel 60 in Verbindung stehen. Die Verbindungsabschnitte 52 sind entweder an Positionen zwischen benachbarten Zylindern 1a angeordnet (die nachfolgend bei Bedarf als „zwischen den Zylinderachsen” bezeichnet werden) oder an Positionen entsprechend den Außenseiten der äußerst rechten und äußerst linken Zylinder 1a. Zwischenachseinströmabschnitte 53 sind jeweils unterhalb der drei Verbindungsabschnitte 52 zwischen den Zylinderachsen vorgesehen. Jeder Zwischenachseinströmabschnitt 53 öffnet sich zur Unterseite 2a des Zylinderkopfs 2.
Der Brennkammerwassermantel 60 ist ein Strömungskanalbereich, wo das Kühlmittel fließt, das die oberen Brennkammerabschnitte 21 kühlt (siehe 1). Der Brennkammerwassermantel 60 erstreckt sich oberhalb der oberen Brennkammerabschnitte 21 derart, dass er in der Links-Rechts-Richtung quert. Der Brennkammerwassermantel 60 ist in der Vorne-Hinten-Richtung breiter ausgebildet als der Einlasswassermantel 50, und umgibt Zündkerzen, welche nicht dargestellt sind. Der Brennkammerwassermantel 60 enthält zwei brennkammerseitige Einströmabschnitte 61 (Kühlmitteleinlässe), die als Einlässe für das Kühlmittel dienen und die an Endabschnitten an der rechten Seite des Brennkammerwassermantels 60 angeordnet sind und sich zur Unterseite 2a des Zylinderkopfs 2 öffnen (siehe 7). Darüber hinaus enthält der Brennkammerwassermantel 60 Verbindungsabschnitte 62, die mit dem oberen Auslasswassermantel 80 in Verbindung stehen. Jeder Verbindungsabschnitt 62 ist an einer Position entsprechend einem Raum zwischen zwei benachbarten Auspufföffnungen 23 angeordnet (siehe 1). Darüber hinaus enthält der Brennkammerwassermantel 60 eine Auslassöffnung 63, die in einem linken Endabschnitt des Brennkammerwassermantels 60 angeordnet ist und sich zur linken Seitenfläche 2e des Zylinderkopfs 2 öffnet, um als Auslass für das Kühlmittel zu dienen (siehe 2). Die Auslassöffnung 63 ist in der Vorne-Hinten-Richtung breiter ausgebildet als der Brennkammerwassermantel 60 und erstreckt sich nach vorne.
Wie in 4, 5 und 7 gezeigt (hauptsächlich in 5), ist der obere Auslasswassermantel 80 so vorgesehen, dass er die Oberseiten der Auspufföffnungen 23 und des Abgassammlers 24 bedeckt. Der obere Auslasswassermantel 80 ist so ausgebildet, dass er in der Vorne-Hinten-Richtung eine größere Breitendimension hat, und in der Oben-Unten-Richtung eine kleinere Dickendimension hat (siehe 1) als der Einlasswassermantel 50 und der Brennkammerwassermantel 60. Der obere Auslasswassermantel 80 enthält die Vorsprünge 81, die von einem vorderen Endabschnitt des oberen Auslasswassermantels 80 nach unten vorstehen (siehe 1). Die Vorsprünge sind derart angeordnet, dass sie zu den stromabwärtigen Abschnitten 24d des Abgassammlers 24 weisen. Hier sind in einem Bereich 82 des vorderen Endabschnitts des oberen Auslasswassermantels 80 keine Vorsprünge 81 vorgesehen, wobei der Bereich 82 der Öffnung 24a des Abgassammlers 24 entspricht. Der obere Auslasswassermantel 80 enthält eine Auslassöffnung 83 (einen Kühlmittelauslass), der an einem linken Endabschnitt des oberen Auslasswassermantels 80 angeordnet ist und zur linken Seitenfläche 2e des Zylinderkopfs 2 öffnet, um als Auslass für das Kühlmittel zu dienen (siehe 2).
Übrigens sind, in Bezug auf 5, die Ansaugöffnungen 22 (nicht gezeigt) in Bereichen 55 zwischen dem Einlasswassermantel 50 und dem Brennkammerwassermantel 60 angeordnet. Darüber hinaus sind die Zündkerzen (nicht gezeigt) in Bereichen 65 in dem Brennkammerwassermantel 60 angeordnet, wobei die Bereiche 65 den mittleren Abschnitten der Zylinder 1a entsprechen. Ferner sind die Auslassventile (nicht gezeigt) in Bereichen 67 zwischen dem Brennkammerwassermantel 60 und dem oberen Auslasswassermantel 80 angeordnet.
Wie in 4, 6 und 7 gezeigt (hauptsächlich in 6), ist der untere Auslasswassermantel 90 so vorgesehen, dass er die Unterseiten der Auspufföffnungen 23 und des Abgassammlers 24 bedeckt (siehe 1). Der untere Auslasswassermantel 90 ist in einer abgeflachten Form derart ausgebildet, dass er im Wesentlichen die gleiche Dickendimension wie der obere Auslasswassermantel 80 hat (siehe 1). Der untere Auslasswassermantel 90 enthält die Vorsprünge 91, die von einem vorderen Endabschnitt des unteren Auslasswassermantels 90 nach oben vorstehen (siehe 1). Die Vorsprünge 91 sind derart angeordnet, dass sie zu den stromabwärtigen Abschnitten 24d des Abgassammlers 24 weisen. Hier sind in einem Bereich 92 des vorderen Endabschnitts des unteren Auslasswassermantels 90 keine Vorsprünge 91 vorgesehen, wobei der Bereich 92 der Öffnung 24a des Abgassammlers 24 entspricht. Der untere Auslasswassermantel 90 enthält eine Auslassöffnung 93 (Kühlmittelauslass), die an einem linken Endabschnitt des unteren Auslasswassermantels 90 angeordnet ist und sich zur linken Seitenfläche 2e des Zylinderkopfs 2 öffnet, um als Auslass für das Kühlmittel zu dienen (siehe 2). Der untere Auslasswassermantel 90 enthält acht auslassseitige Einströmabschnitte 94 (Kühlmitteleinlässe), die sich zur Unterseite 2a des Zylinderkopfs 2 öffnen. Jeder auslassseitige Einströmabschnitt 94 ist an einem hinteren Endabschnitt des unteren Auslasswassermantels 90 und an einer Position entsprechend einem Ort unterhalb der entsprechenden Auspufföffnung 23 angeordnet. Da die auslassseitigen Einströmabschnitte 94 unmittelbar unterhalb der Auspufföffnungen 23 vorgesehen sind, wie oben beschrieben, können die Auspufföffnungen 23 wirkungsvoll gekühlt werden (siehe 4).
Unterdessen ist ein zusätzlicher Einströmabschnitt 95 (zusätzlicher Kühlmitteleinlass) zwischen den zwei auslassseitigen Einströmabschnitten 94 an der von der Auslassöffnung 93 entferntesten Seite vorgesehen (d. h. an der stromaufwärtigen Seite). In anderen Worten, vom oberen Auslasswassermantel 80 und unteren Auslasswassermantel 90 ist der untere Auslasswassermantel 90 (Auslasswassermantel 70), mit dem der Brennkammerwassermantel 60 nicht verbunden ist, mit dem zusätzlichen Einströmabschnitt 95 versehen (dem zusätzlichen Kühlmitteleinlass), der zwischen den Auspufföffnungen 23 des Zylinderkopfs angeordnet ist, der von der Auslassöffnung 93 (dem Kühlmittelauslass) des Auslasswassermantels 70 am weitesten entfernt ist.
Unterdessen enthält der Brennkammerwassermantel 60 die brennkammerseitigen Einströmabschnitte 61 (Kühlmitteleinlässe) an der rechten Seite der Zylinder 1a in der Reihenrichtung Lb. Der Brennkammerwassermantel 60 ist derart ausgebildet, dass das Kühlmittel in der Reihenrichtung Lb fließt. Vom oberen Auslasswassermantel 80 und unteren Auslasswassermantel 90, anders als der Brennkammerwassermantel 60, ist der untere Auslasswassermantel 90 mit den auslassseitigen Einströmabschnitten 94 (den Kühlmitteleinlässen) versehen, die unmittelbar unterhalb der Auspufföffnungen 23 angeordnet sind.
Hier werden, wie in 3 gezeigt, der Abgassammler 24 und der kopfseitige Wassermantel 40 geformt, indem ein zweiter Wassermantelkern 200, ein Auslasskern 300 und ein erster Wassermantelkern 100, die Sandformen jeweils mit den in 4 dargestellten Ausgestaltungen sind, in einem Hohlraum einer Gussform (nicht gezeigt) für den Zylinderkopf 2 in dieser Reihenfolge von unten her angeordnet. In anderen Worten, die Anordnung der drei Kerne wird allein dadurch abgeschlossen, dass diese Kerne sequentiell vom Boden, wie oben beschrieben, gestapelt werden. Daher kann die Komplexität der Kernrelation reduziert werden.
8 ist eine Explosionsperspektivansicht zur Erläuterung der Kühlmittelströmungen von dem blockseitigen Wassermantel zum Einlasswassermantel. 9 ist eine Explosionsperspektivansicht zur Erläuterung der Kühlmittelströmungen von dem blockseitigen Wassermantel zum unteren Auslasswassermantel. 10 ist eine Unteransicht, die dargestellt ist, indem der kopfseitige Wassermantel und der blockseitige Wassermantel, auf einer Unteransicht der Dichtung, aufeinander gelagert sind.
Zur einfacheren Beschreibung sind in 8 und 9 andere Abschnitte des kopfseitigen Wassermantels 40 als die Einströmabschnitte mit gestrichelten Linien gezeigt (Doppelkettenstrichlinien). Unterdessen ist in 10 die Dichtung 3 mit Punkten schraffiert, und die Öffnung des blockseitigen Wassermantels 10 ist mit gestrichelten Linien dargestellt (dick gestrichelte Linien).
Wie in 8, 9 und 10 gezeigt, wird der blockseitige Wassermantel 10 so geformt, dass er die vier Zylinder 1a vollständig umgibt. Der blockseitige Wassermantel 10 enthält einen Einlassabschnitt 11 für das Kühlmittel, der vor dem äußerst rechten Zylinder 1a angeordnet ist und eine größere Breite hat als die verbleibenden Bereiche des blockseitigen Wassermantels 10. Ein Trennelement 11a ist in den Einlassabschnitt 11 eingesetzt, um die Strömungsrichtung des Kühlmittels zu steuern. In dieser Ausführung ist ein Kühlmittelrohr P mit der linken Seite des Einlassabschnitts 11 relativ zu dem Trennelement 11a verbunden. Darüber hinaus enthält der blockseitige Wassermantel 10 verengte Abschnitte 12, die an Bereichen entsprechend den Positionen zwischen den Zylindern 1a angeordnet sind (zwischen den Zylinderachsen). Darüber hinaus ist ein Zwischenachsschlitz 13, der eine vertiefte Nutform hat und konfiguriert ist, die verengten Abschnitte 12 an den Vorder- und Rückseiten miteinander in Verbindung zu stellen, zwischen jedem Paar der benachbarten Zylinderachsen ausgebildet.
Wie in 8, 9 und 10 (hauptsächlich in 10) gezeigt, ist die Dichtung 3 ein aus Metall hergestelltes Blechelement und ist konfiguriert, um eine Verbindung zwischen dem Zylinderblock 1 und einem Zylinderkopf 2 abzudichten. Die Dichtung 3 enthält vier Zylinderöffnungen 31, die den vier Zylindern 1a des Zylinderblocks 1 entsprechen. Die Dichtung 3 enthält auch: einlassseitige Durchgangslöcher 32 und Zwischenachsdurchgangslöcher 33, die jeweils an Positionen entsprechend den einlassseitigen Einströmabschnitten 51 und den Zwischenachseinströmabschnitten 53 des Einlasswassermantels 50 ausgebildet sind; brennkammerseitige Durchgangslöcher 34, die an Positionen entsprechend den brennkammerseitigen Einströmabschnitten 61 des Brennkammerwassermantels 60 ausgebildet sind; und auslassseitige Durchgangslöcher 35 und ein zusätzliches Durchgangsloch 36, die an Positionen jeweils entsprechend den auslassseitigen Einströmabschnitten 94 und dem zusätzlichen Einströmabschnitt 95 des unteren Auslasswassermantels 90 ausgebildet sind. Die einlassseitigen Durchgangslöcher 32, die Zwischenachsdurchgangslöcher 33, die brennkammerseitigen Durchgangslöcher 34, die auslassseitigen Durchgangslöcher 35 und das zusätzliche Durchgangsloch 36 sind alle an Positionen entsprechend der Öffnung des blockseitigen Wassermantels 10 ausgebildet. Von den einlassseitigen Durchgangslöchern 32 (32a bis 32h) und den auslassseitigen Durchgangslöchern 35 (35a bis 35h), haben die Löcher, die an der rechten Seite angeordnet sind (die von den Auslassöffnungen 63, 83 und 93 weiter entfernten Löcher) allgemein größere Durchmesser, wohingegen die Löcher, die an der linken Seite angeordnet sind (die den Auslassöffnungen 63, 83 und 93 näheren Löcher) allgemein kleinere Durchmesser haben, obwohl es dort einige Ausnahmen gibt. Somit werden die Durchgangslöcher derart ausgebildet, dass die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels schneller wird, wenn das Kühlmittel in die Nähe der Auslassöffnungen 63, 83 und 93 fließt.
Die auslassseitigen Einströmabschnitte 94 (die Kühlmitteleinlässe) des unteren Auslasswassermantels 90 stehen mit den brennkammerseitigen Einströmabschnitten 61 (den Kühlmitteleinlässen) des Brennkammerwassermantels 60 über Dichtungskühlmitteleinströmlöcher (32 bis 36), die in der Dichtung 3 (Kopfdichtung) ausgebildet sind, unabhängig voneinander und über dem blockseitigen Wassermantel 10 des Zylinderblocks 1 in Verbindung. Unterdessen ist der obere Auslasswassermantel 80 derart ausgebildet, dass das Kühlmittel durch die Verbindungsabschnitte 62 (die Kühlmitteleinlässe) des Brennkammerwassermantels 60 hindurchtritt und in den oberen Auslasswassermantel 80 fließt.
Von den einlassseitigen Durchgangslöchern 32, ist zum Beispiel das einlassseitige Durchgangsloch 32a, das an der von der Auslassöffnung 63 am weitesten entfernten Position angeordnet ist (dem auspuffseitigen Auslass 2g), aus einem Loch gebildet, dessen Durchmesser größer als 3 mm ist. Das einlassseitige Durchgangsloch 32b, das neben dem einlassseitigen Durchgangsloch 32a und näher an der Auslassöffnung 63 angeordnet ist, ist mit einem Langloch ausgebildet, dessen Hauptachse größer als 3 mm ist. Von den einlassseitigen Durchgangslöchern 32a sind die einlasseitigen Durchgangslöcher 32 (32c bis 32h), die an der Auslassöffnung 63 noch näheren Positionen angeordnet sind (dem auspuffseitigen Auslass 2g), aus kleinen Löchern gebildet, die jeweils einen Durchmesser von 3 mm haben.
Von den auslassseitigen Durchgangslöchern 35 ist zum Beispiel jedes der auslassseitigen Durchgangslöcher 35a bis 35d, die an den von der Auslassöffnung am weitesten entfernten Positionen angeordnet sind (dem auspuffseitigen Auslass 2g), mit einem Durchmesser von 6 mm ausgebildet. Die auspuffseitigen Durchgangslöcher 35e bis 35f, die neben dem auspuffseitigen Durchgangsloch 35d und näher an der Auslassöffnung 93 (dem Kühlmittelauslass) angeordnet sind, sind aus Löchern mit jeweils einem Durchmesser von 5 mm gebildet. Von den auspuffseitigen Durchgangslöchern 35 sind die auspuffseitigen Durchgangslöcher 35g und 35h, die an der Auslassöffnung 93 noch näheren Positionen angeordnet sind (dem auspuffseitigen Auslass 2g), aus kleinen Löchern mit jeweils einem Durchmesser von 4 mm ausgebildet.
Wie oben beschrieben, sind die einlassseitigen Durchgangslöcher 32 und die auspuffseitigen Durchgangslöcher 35 derart ausgebildet, dass die Dichtungskühlmitteleinströmlöcher, die den Auslassöffnungen 63 und 93 näher sind, die kleineren Durchmesser haben, wohingegen die Dichtungskühlmitteleinströmlöcher, die von den Auslassöffnungen 63 und 93 weiter entfernt sind, die größeren Durchmesser haben, nach Bedarf gemäß ihren Positionen.
Insbesondere sind die brennkammerseitigen Durchgangslöcher 34 so ausgebildet, dass sie die größeren Durchmesser haben als die Durchgangslöcher 32, 33, 35 und 36. Auf diese Weise wird eine später beschriebene Längsströmung leicht ausgebildet.
Wie oben beschrieben, steht der obere Auslasswassermantel 80 mit dem Einlasswassermantel 50 in Verbindung, die so ausgestaltet ist, dass das Kühlmittel um die Ansaugöffnungen 22 herum fließt. Darüber hinaus ist der obere Auslasswassermantel 80 mit dem Brennkammerwassermantel 60 verbunden, der konfiguriert ist, die oberen Brennkammerabschnitte 21 zu kühlen. Ferner ist der Brennkammerwassermantel 60 so ausgebildet, dass er eine große Strömungskanalquerschnittsfläche hat, so dass die Strömungsrate des Kühlmittels in dem Brennkammerwassermantel 60 den größten Anteil der Strömungsrate des im Zylinderkopf 2 fließenden Kühlmittels einnimmt. Unterdessen ist der untere Auslasswassermantel 90 so ausgebildet, dass er eine solche Strömungskanalquerschnittsfläche hat, dass die Strömungsrate des Kühlmittels in dem unteren Auslasswassermantel 90 die zweitgrößte nach jener im Brennkammerwassermantel 60 wird.
[Betrieb]
Als nächstes werden die Kühlmittelströmungen in dem blockseitigen Wassermantel 10 und dem kopfseitigen Wassermantel 14 in Bezug auf 8 bis 12 beschrieben.
11 ist eine Unteransicht zur Erläuterung der Kühlmittelströmungen in dem Einlasswassermantel, dem Brennkammerwassermantel und dem oberen Auslasswassermantel. 12 ist eine Unteransicht zur Erläuterung der Kühlmittelströmungen in dem unteren Auslasswassermantel.
Wie in 8 und 9 gezeigt, fließt das Kühlmittel (Pfeil Y1), das von dem Kühlmittelrohr P in den Einlassabschnitt 11 geflossen ist, vor den Zylindern 1a (Pfeil Y2) nach links entlang dem blockseitigen Wassermantel 10. Nach Durchführung einer Kehre (Pfeil Y3) am linken Endabschnitt fließt das Kühlmittel an der Rückseite der Zylinder 1a (Pfeil Y4) nach rechts entlang dem blockseitigen Wassermantel 10, und erreicht dann den rechten Endabschnitt (Pfeil Y5). Unterdessen fließt das Kühlmittel von den verengten Abschnitten 12 an der Vorderseite zu den verengten Abschnitten 12 an der Rückseite über die Zwischenachsschlitze 13 (Pfeile Y6).
Wie in 9 gezeigt, tritt ein Teil des Kühlmittels (Pfeil Y2), das vor den Zylindern 1a nach links entlang dem blockseitigen Wassermantel 10 fließt, durch die auslassseitigen Durchgangslöcher 35 und das zusätzliche Durchgangsloch 36, das in der Dichtung 3 ausgebildet ist, und fließt in den unteren Auslasswassermantel 90 von den auslassseitigen Einströmabschnitten 94 und dem zusätzlichen Einströmabschnitt 95 (Pfeile Y7). In anderen Worten, die Strömungen des Kühlmittels in dieser Ausführung stellen einen sogenannten auslasspriorisierten Fluss dar, worin das Kühlmittel in den unteren Auslasswassermantel 90 fließt, bevor es zu dem Einlasswassermantel 50 fließt. Somit können die Auspufföffnungen 23 und der Abgassammler 24 effizient gekühlt werden.
Unterdessen tritt, wie in 8 gezeigt, ein Teil des Kühlmittels (Pfeil Y4), das von der Rückseite der Zylinder 1a nach rechts entlang dem blockseitigen Wassermantel 10 fließt, durch die in der Dichtung 3 ausgebildeten einlassseitigen Durchgangslöcher 32 (32a bis 32h) hindurch und fließt von den einlassseitigen Einströmabschnitten 51 in den Einlasswassermantel 50 hinein (Pfeile Y8a). In diesem Fall sind die einlassseitigen Durchgangslöcher 32c bis 32h, die der Auslassöffnung 63 (dem auspuffseitigen Auslass 2g) näher angeordnet sind, so ausgebildet, dass sie die kleineren Durchmesser als die einlassseitigen Durchgangslöcher 32a und 32b haben, die an von der Auslassöffnung 63 (dem auspuffseitigen Auslass 2g) weiter entfernten Positionen angeordnet sind. Infolgedessen werden die Strömungsgeschwindigkeiten des Kühlmittels (die Pfeile Y8a) schneller, das in die einlassseitigen Einströmabschnitte 51 fließt, die der Auslassöffnung 63 (dem auspuffseitigen Auslass 32g) näher angeordnet sind. Wenn die Strömungsgeschwindigkeiten des Kühlmittels (Pfeile Y8a) schneller werden, werden die Strömungsraten des in die einlassseitigen Einströmabschnitte 51 fließenden Kühlmittels pro vorbestimmte Zeitdauer in Reaktion auf die Strömungsgeschwindigkeiten größer. Somit ist es möglich, die Querschnittsflächen der entsprechenden Kühlmittelkanäle zu reduzieren und die Kühleigenschaften und Kühlwirkung der Wassermäntel zu verbessern.
Wenn darüber hinaus die Kühlmittelströmungen (Pfeile Y6), welche durch die Zwischenachsschlitze 13 hindurchtreten, auf die verengten Abschnitte 12 an der Rückseite treffen, tritt das Kühlmittel durch die Zwischenachsdurchgangslöcher 33 hindurch und fließt von den Zwischenachseinströmabschnitten 53 in den Einlasswassermantel 60 (Pfeile Y8b). Das Kühlmittel (die Pfeile Y6), das aus den Zwischenachsschlitzen 13 hinaus und in die Zwischenachseinströmabschnitte 53 hineinfließt, fließt abgängig infolge einer Verringerung des Strömungswiderstands, die der Bildung der Zwischenachsdurchgangslöcher 33 in der Dichtung 3 an den Positionen entsprechend den jeweiligen verengten Abschnitten 12 zuzurechnen ist.
Unterdessen tritt das Kühlmittel (Pfeil Y5), das den rechten Endabschnitt des blockseitigen Wassermantels 10 erreicht hat, durch die brennkammerseitigen Durchgangslöcher 34, die in der Dichtung 3 ausgebildet sind, um hierdurch von den brennkammerseitigen Einströmabschnitten 61 in den rechten Endabschnitt des Brennkammerwassermantels 60 zu fließen (Pfeile Y9). Die brennkammerseitigen Durchgangslöcher 34, die an den von der Auslassöffnung 63 (dem auspuffseitigen Auslass 2g) entfernteren Positionen ausgebildet sind, sind so ausgebildet, dass sie größere Durchmesser als die einlassseitigen Durchgangslöcher 32 und die Zwischenachsdurchgangslöcher 33 haben, die an der Auslassöffnung 63 (dem auspuffseitigen Auslass 2g) näheren Positionen angeordnet sind. Infolgedessen fließt das Kühlmittel (Pfeil Y9) in den brennkammerseitigen Durchgangslöchern 34 langsam.
Wie in 11 gezeigt, fließt das Kühlmittel, das von den brennkammerseitigen Einströmabschnitten 61 in den rechten Endabschnitt des Brennkammerwassermantels 60 fließt, angenähert geradeaus von rechts nach links zu der Auslassöffnung 63 an dem linken Endabschnitt (Pfeil Y10). Dementsprechend ist die Strömung des Kühlmittels aufgrund des geringen Strömungswiderstands glattgängig. Diese Strömung (Pfeil Y10) bildet eine Strömung (eine so genannte Längsströmung) in der Reihenrichtung Lb (siehe 8 und 9) der Zylinder 1a (d. h. den oberen Brennkammerabschnitten 21) in dem Brennkammerwassermantel 60.
Unterdessen tritt das Kühlmittel, das von den einlassseitigen Einströmabschnitten 51 und dem Zwischenachseinströmabschnitt 53 in den Einlasswassermantel 50 fließt, durch die Verbindungsabschnitte 52 und fließt in den Brennkammerwassermantel 60 (Pfeil Y11). Dann vereinigt sich das Kühlmittel mit der oben beschriebenen Längsströmung. Das Kühlmittel (Pfeil Y10), das von rechts nach links innerhalb des Brennkammerwassermantels 60 geflossen ist, fließt von der Auslassöffnung 63 zur Außenseite des Zylinderkopfs 2.
Ein Teil des Kühlmittels, das im Brennkammerwassermantel 60 fließt, tritt durch die Verbindungsabschnitte 62 hindurch und fließt in den oberen Auslasswassermantel 80. Strömungen des Kühlmittels (Pfeile Y12), die von den Verbindungsabschnitten 62 hineingeflossen sind, konvergieren an der vorderen Endseite des oberen Auslasswassermantels 80, um hierdurch eine Strömung (so genannte Längsströmung) (Pfeil Y13) in der Reihenrichtung Lb (siehe 8 und 9) der Zylinder 1a zu bilden (d. h. der oberen Brennkammerabschnitte 21).
Hier ist ein rechter vorderer Abschnitt 80a des oberen Auslasswassermantels 80 derart geneigt, dass der rechte vordere Abschnitt 80a weiter nach vorne angeordnet wird, wenn der rechte vordere Endabschnitt 80a der Auslassöffnung 83 näher kommt. Dementsprechend wird das Kühlmittel, das von den Verbindungsabschnitten 62 an der rechten Seite hineinfließt, durch den rechten vorderen Abschnitt 80a des oberen Auslasswassermantels 80 geführt, damit das Kühlmittel leicht zu der Auslassöffnung 83 hin fließt. Aus diesem Grund fließt das Kühlmittel glattgängig ohne stehen zu bleiben, wodurch ein Druckverlust reduziert wird. Das Kühlmittel, das von rechts nach links innerhalb des oberen Auslasswassermantels 80 geflossen ist, fließt von der Auslassöffnung 83 zur Außenseite des Zylinderkopfs 2.
Wie in 12 gezeigt, fließen die Kühlmittelströmungen (Pfeile Y14), die von den auslassseitigen Einströmabschnitten 94 in den unteren Auslasswassermantel 90 geflossen sind, nach vorne. Die Strömungen konvergieren an der vorderen Endseite des unteren Auslasswassermantels 90, um hierdurch eine Strömung (so genannte Längsströmung) (Pfeil Y15) in der Reihenrichtung Lb (siehe 8 und 9) der Zylinder 1a zu bilden (d. h. der oberen Brennkammerabschnitte 21). Hier ist ein rechter vorderer Abschnitt 90a des unteren Auslasswassermantels 90 derart geneigt, dass der rechte vordere Abschnitt 90a weiter vorne angeordnet wird, wenn der rechte vordere Endabschnitt 80a der Auslassöffnung 93 näher kommt. Dementsprechend wird das Kühlmittel, das von den auslassseitigen Einströmabschnitten 94 und dem zusätzlichen Einströmabschnitt 95 auf der rechten Seite hineinfließt und nach vorne fließt, durch den rechten vorderen Abschnitt 90a des unteren Auslasswassermantels 90 geführt, damit das Kühlmittel leicht zur Auslassöffnung 93 mit einer schnelleren Strömungsgeschwindigkeit als in den anderen Positionen darin fließt. Das Kühlmittel (Pfeil Y15), das von rechts nach links innerhalb des unteren Auslasswassermantels 90 geflossen ist, fließt von der Auslassöffnung 93 zur Außenseite des Zylinderkopfs 2.
In dieser Hinsicht vergleiche man den unteren Auslasswassermantel 90 und den oberen Auslasswassermantel 80. In dem einzigen unteren Auslasswassermantel 90 mit der unabhängigen Form sind die Strömungskanäle in einer Weise ausgebildet, die ermöglicht, dass das Kühlmittel, das darin von den mehreren auslassseitigen Einströmabschnitten 94 und dem zusätzlichen Einströmabschnitt 95 hineinfließt, glattgängig ohne Widerstand zu der Auslassöffnung fließt. Somit wird die Strömungsgeschwindigkeit des im unteren Auslasswassermantel 90 fließenden Kühlmittels schneller gemacht als die Strömungsgeschwindigkeit des im oberen Auslasswassermantel 80 fließenden Kühlmittels.
Wie oben beschrieben, bilden in der Wassermantelstruktur für einen Zylinderkopf der Ausführung der obere Auslasswassermantel 80 und der untere Auslasswassermantel 90 in dem Zylinderkopf 2 die Strömungskanäle, die voneinander unabhängig sind. Somit ist es möglich, die Kühlmittelströmungen voneinander zu trennen, und hierdurch eine Abnahme der Strömungsgeschwindigkeit oder das Auftreten einer stagnierenden Stelle (Standwasserabschnitt) zu verringern. Da die Abnahme der Strömungsgeschwindigkeit oder das Auftreten der stagnierenden Stelle (des Standwasserabschnitts) minimiert werden kann, ist es möglich, die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels zu erhöhen, das innerhalb des Auslasswassermantels 70 fließt. Selbst wenn daher die Kühlmittelkanäle kleine Strömungskanalquerschnittsflächen haben, kann die Zufuhrmenge des Kühlmittels pro Zeiteinheit erhöht werden, und daher können der Abgassammler 24 und dergleichen wirkungsvoll gekühlt werden. Somit ist es möglich, das Volumen des Auslasswassermantels 70 zu verringern, und eventuell die Größenreduktion des Zylinderkopfs sowie die Größenreduktion einer Wasserpumpe zu erreichen.
Unterdessen sind der obere Auslasswassermantel 80 und der untere Auslasswassermantel 90 jeweils mit Vorsprüngen 81 und 91 versehen, die aufeinander zu vorstehen und so angeordnet sind, dass sie zu den stromabwärtigen Abschnitten 24d des Abgassammlers 24 weisen. Somit können die stromabwärtigen Abschnitte 24d des Abgassammlers 24 mit den Vorsprüngen 81 und 91 überdeckt werden, während der obere Auslasswassermantel 80 und der untere Auslasswassermantel 90 als voneinander unabhängige Strömungskanäle bereitgestellt werden. Durch Abdecken des gesamten Abgassammlers 24 mit dem Auslasswassermantel 70 lässt sich daher die Kühlwirkung verbessern.
Hier steht der Einlasswassermantel 50 mit dem Brennkammerwassermantel 60 in Verbindung, während der Brennkammerwassermantel 60 mit dem oberen Auslasswassermantel 80 in Verbindung steht. Dementsprechend können unter den mehreren Kernen, die zum Gießen des Zylinderkopfs 2 verwendet werden, die Kerne entsprechend dem Einlasswassermantel 50, dem Brennkammerwassermantel 60 und dem oberen Auslasswassermantel 80 (d. h. der in 4 gezeigte erste Wassermantelkern 100) zu einer integrierten Einheit ausgebildet werden.
Weil unterdessen der obere Auslasswassermantel 80 und der untere Auslasswassermantel 90 voneinander getrennt sind, ist es nicht notwendig, einen Extrakern zur Bildung eines Verbindungskanals bereitzustellen, anders als in Patentdokument 1. Daher wird eine Zunahme der Anzahl der Kerne vermieden und ist keine Ausrichtung der Kerne erforderlich. Demzufolge ist es möglich, die Komplexität des Herstellungsprozesses (die Installation der Kerne, Positionierung der Kerne, usw.) zu vermeiden.
Der obere Auslasswassermantel 80, der mit dem Brennkammerwassermantel 60 in Verbindung steht, wird derart ausgebildet, dass er das Kühlmittel in der Reihenrichtung Lb der oberen Brennkammerabschnitte 21 fließen lässt. Daher wird eine Einstellung der Strömungsgeschwindigkeiten auch dann erleichtert, wenn die Strömungskanalflächen groß sind. Aus diesem Grund ist es leicht, die Strömungsgeschwindigkeiten zu beschleunigen und die Kühlwirkung mit einer geringen Kühlmittelmenge zu verbessern. Darüber hinaus ist auch der untere Auslasswassermantel 90, in den das Kühlmittel direkt von dem blockseitigen Wassermantel 10 hineinfließt, derart ausgebildet, dass er das Kühlmittel in der Reihenrichtung Lb der oberen Brennkammerabschnitte fließen lässt. Dementsprechend erzeugt der untere Auslasswassermantel 90 Effekte, die den oben beschriebenen ähnlich sind.
Darüber hinaus sind der Brennkammerwassermantel 60, der obere Auslasswassermantel 80 und der untere Auslasswassermantel 90 jeweils mit den Auslassöffnungen 63, 83 und 93 (den Kühlmittelauslässen) versehen, die voneinander unabhängig sind. Dementsprechend ist es im Falle der Konstruktion der Kühlmittelkanäle mit einer guten Kühlleistung durch Beschleunigung der Strömungsgeschwindigkeiten des Kühlmittels darin möglich, die Strömungsgeschwindigkeiten durch Nutzung der Beziehungen der Durchmesser der Auslassöffnungen 63, 83, 93 mit den Durchmessern der Brennkammereinströmabschnitte 61 (der Kühlmitteleinlässe), der auslassseitigen Einströmabschnitte 94 (der Kühlmitteleinlässe) und des zusätzlichen Einströmabschnitts 95 (dem zusätzlichen Kühlmitteleinlass) einzustellen. Demzufolge ist es leicht, die Strömungsgeschwindigkeiten des Kühlmittels in den Kühlmittelkanälen nach Wunsch einzustellen und auch die Strömungsgeschwindigkeiten des Kühlmittels zu steuern.
(Erstes modifiziertes Beispiel)
Obwohl die Wassermantelstruktur für einen Zylinderkopf gemäß der Ausführung oben im Detail in Bezug auf die Zeichnungen beschrieben worden ist, braucht nicht gesagt zu werden, dass: die vorliegende Erfindung nicht nur auf diese Ausführung beschränkt ist; und nach Bedarf verschiedene Änderungen innerhalb eines Bereichs vorgenommen werden können, der vom Umfang der vorliegenden Erfindung nicht abweicht.
Nun werden modifizierte Beispiele der Ausführung nachfolgend beschrieben. Übrigens werden die Konfigurationen, die bereits erläutert worden sind, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und überschneidende Beschreibungen werden weggelassen.
13A ist eine Explosionsperspektivansicht, und 13B ist eine Perspektivansicht, die eine Wassermantelstruktur für einen Zylinderkopf eines ersten modifizierten Beispiels der Ausführung zeigen. 14 ist eine Draufsicht, die einen Einlasswassermantel, einen Brennkammerwassermantel und einen oberen Auslasswassermantel des ersten modifizierten Beispiels zeigt. 15 ist eine Unteransicht, die einen unteren Auslasswassermantel, den Einlasswassermantel und den Brennkammerwassermantel des ersten modifizierten Beispiels zeigt.
Wie für die vorstehende Ausführung, wie in 3 und 4 gezeigt, sind die Beschreibungen für den kopfseitigen Wassermantel 40 angegeben worden, worin der obere Auslasswassermantel 80, der Einlasswassermantel 50 und der Brennkammerwassermantel 60 zu der integrierten Einheit geformt sind und oberhalb des unteren Auslasswassermantels 90 vorgesehen sind. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht nur auf diese Konfiguration beschränkt. Wie in 13A bis 15 gezeigt, kann zum Beispiel die Wassermantelstruktur für einen Zylinderkopf gemäß der vorliegenden Erfindung auch einen kopfseitigen Wassermantel 40A enthalten, worin: ein oberer Auslasswassermantel 80A an einer Oberseite vorgesehen ist; und ein anderer Wassermantel, der durch Integrieren eines unteren Auslasswassermantels 90A, eines Einlasswassermantels 50A und eines Brennkammerwassermantels 60A miteinander gebildet ist, separat unterhalb des oberen Auslasswassermantels 80A vorgesehen ist.
In diesem Fall enthält, wie in 14 gezeigt, der obere Auslasswassermantel 80A Kühlmitteleinlässe 84A, die zwischen den Zylindern angeordnet sind. Somit ist der obere Auslasswassermantel 80A derart ausgebildet, dass: die Kühlmittelströmungen (Pfeile Y20) von den Kühlmitteleinlässen 84A passieren die Zylinder und fließen zu vorderseitigen Abschnitten 80Ab des oberen Auslasswassermantels 80A; dann konvergieren die Kühlmittelströmungen (Pfeil Y20), die aus den Kühlmitteleinlässen 84A hinausfließen, zu einer einzigen Kühlmittelströmung (Pfeil Y21) innerhalb der vorderseitigen Abschnitte 80Ab; und dann fließt das Kühlmittel (Pfeil Y21) geradeaus zu einer Auslassöffnung 83A (Kühlmittelauslass), während dessen Strömungsgeschwindigkeit zunimmt.
In anderen Worten, vom oberen Auslasswassermantel 80A und unteren Auslasswassermantel 90A ist ein Teil (der obere Auslasswassermantel 80A) eines Auslasswassermantels 70A, der nicht mit dem Brennkammerwassermantel 60A verbunden ist, mit den Kühlmitteleinlässen 84A versehen, die jeweils nahe den oberen Brennkammerabschnitten angeordnet sind. Darüber hinaus ist dieses Teil derart ausgebildet, dass die Kühlmittelströmungen, die aus den Kühlmitteleinlässen 84A hinausgeflossen sind, entlang der linken Seitenfläche 2e (der Auspuffseitenfläche) des Zylinderkopfs 2 fließen und in der Reihenrichtung Lb der Zylinder 1a zu der Auslassöffnung 83A fließen, während sie zu der einzigen Strömung konvergieren.
Da der obere Auslasswassermantel 80A wie oben beschrieben ausgebildet ist, können die Bereiche in der Nähe der Zylinder und der vorderseitigen Abschnitte 80Ab (der Auspuffseite) des oberen Auslasswassermantels 80A wirkungsvoll gekühlt werden. Somit ermöglicht dieses modifizierte Beispiel die Kühlung der vorderseitigen Abschnitte 80Ab, was im Falle eines herkömmlichen Wassermantels vom integrierten Typ unmöglich ist.
Hierbei sind die vorderseitigen Abschnitte 80Ab des oberen Auslasswassermantels 80 und die vorderseitigen Abschnitte 90Ab des unteren Auslasswassermantels 90 (siehe Pfeil Y22 in 15) an einer Innenseite einer flachen Oberfläche um die Öffnung 24a des Abgassammlers 24 herum vorgesehen. Dementsprechend ist es möglich, die Temperaturen an Innengewindeabschnitten N zum Verbinden der Passflächen sowie an Bereichen, in denen Dichtungswülste (nicht gezeigt) anzuordnen sind, zu senken.
Hier ist es bevorzugt, einen ausreichend dicken Raum zwischen einer Hohlraumoberfläche, die die flache Oberfläche um die Öffnung 24a herum definiert und wo die ersten als auch zweiten Wassermantelkerne 100A und 200A definiert, vorzusehen, um während des Gießvorgangs die Bildung eines dünnen Metallfilms aus Metallschmelze in dem Raum aufgrund des Vorsehens einer ungenügenden Dicke zu verhindern.
Darüber hinaus bilden die Kühlmitteleinlässe 84A eine Längsströmung, worin das Kühlmittel von Abschnitten zwischen den Zylinderachsen zu der Auslassöffnung 83A (dem Kühlmittelauslass) fließt. Somit ist es möglich, einen breiten Bereich oberhalb der Auspufföffnungen 23 zu kühlen. Jeder Kühlmitteleinlass 84A ist zwischen dem entsprechenden Zylinderpaar angeordnet und ist somit in der Lage, das Kühlmittel von dem Abschnitt zwischen den Zylinderachsen zuzuführen. Dementsprechend ist es nicht erforderlich, einen gesonderten Kanal oder einen Bypasskanal zum Zuführen des Kühlmittels zu dem oberen Auslasswassermantel 80A vorzusehen. Darüber hinaus dienen die Kühlmitteleinlässe 84A als Beine, um das Positionieren im Verlauf des Einstellens des ersten Wassermantelkerns 100A an der Oberseite zu unterstützen. Somit ist es möglich, den Kern genau in einer vorbestimmten Position zusammenzubauen und die Installation des Kerns zu vereinfachen.
Der obere Auslasswassermantel 80A und der untere Auslasswassermantel 90 werden aus Kühlmittelkanälen gebildet, die voneinander unabhängig sind. Insbesondere ist der obere Auslasswassermantel 80A mit den Kühlmitteleinlässen 84A versehen, um das Kühlmittel an der Seite des Zylinderblocks 1 zuzuführen. Der untere Auslasswassermantel 90A ist mit brennkammerseitigen Einströmabschnitten 61A (Kühlmitteleinlässen) versehen, um das Kühlmittel einer Seite des Zylinderblocks 1 zuzuführen. Darüber hinaus sind die Auslassöffnung 83A (der Kühlmittelauslass) des oberen Auslasswassermantels 80A und eine Auslassöffnung 93A (Auslassöffnung) des unteren Auslasswassermantels 90A an dem Zylinderkopf 2 unabhängig vorgesehen.
Darüber hinaus ist, wie in 15 gezeigt, der untere Auslasswassermantel 90 mit dem Einlasswassermantel 50A verbunden, worin das Kühlmittel in der Nähe der Ansaugöffnungen 22 (siehe 1) fließt, und ist auch mit dem Brennkammerwassermantel 60A verbunden, der die oberen Brennkammerabschnitte 21 bedeckt (siehe 1). Dementsprechend bilden die oberen und unteren Wassermäntel Trennflächen in der Nähe der oberen Brennkammerabschnitte 21. Somit können die oberen und unteren Wassermäntel die oberen Brennkammerabschnitte 21 sowie die Umgebung eines Sammlers eines Auspuffkrümmers, die hohe Temperaturen erreichen, wirkungsvoll und zuverlässig kühlen.
Der untere Auslasswassermantel 90A und der Brennkammerwassermantel 60A, der so angeordnet ist, dass er die oberen Brennkammerabschnitte 21 abdeckt, und konfiguriert ist, um die Umgebungen der Brennkammern zu kühlen, sind als einzige Einheit ausgebildet, indem sie mittels der Verbindungsabschnitte 96A, 96A miteinander verbunden sind, welche an zwei Positionen vorgesehen sind, nämlich den linken und rechten Endabschnitten. In Zwischenachsabschnitten zwischen den rechten und linken Verbindungsabschnitten 96A, 96A ist der untere Auslasswassermantel 90A von Bereichen 67A des Brennkammerwassermantels 60 entfernt angeordnet, wobei die Bereiche 67A in der Nähe der Brennkammern angeordnet sind.
Wie in 15 gezeigt, sind der Brennkammerwassermantel 60 und der untere Auslasswassermantel 90A derart ausgebildet, dass: der Brennkammerwassermantel 60A die brennkammerseitigen Einlassabschnitte 61A (die Kühlmitteleinlässe) enthält, die an der rechten Seite in der Reihenrichtung der Zylinder 1a angeordnet sind; die brennkammerseitigen Durchgangslöcher 34A (Dichtungskühlmitteleinströmlöcher) an den gleichen Positionen angeordnet sind; die Kühlmittelströmungen (Pfeile Y22, Y23 und Y24), die von den brennkammerseitigen Einströmabschnitten 61A dort hineingeflossen sind, in den Kühlmittelkanälen in der Reihenrichtung Lb der Zylinder 1a von den rechten Enden des Einlasswassermantels 50A, des Brennkammerwassermantels 60A und des unteren Auslasswassermantels 90A zu der Auslassöffnung 93A (dem Kühlmittelauslass) an den linken Enden davon fließen.
Wie in 14 gezeigt, ist, um eine effiziente Kühlung zu erreichen, jeder Kerzenortumgebungsabschnitt 68A von dem an der unteren Seite angeordneten Brennkammerwassermantel 60A ausgebildet, ohne etwaige Unterteilungen am gesamten Umfang des Abschnitts 68A vorzusehen.
Unterdessen ist jeder Zwischenachsauslassabschnitt 69A an dem Brennkammerwassermantel 60A an der unteren Seite ausgebildet, weil der Zwischenachsauslassabschnitt 69A an einer Position entfernt von den Strömungslinien (Pfeile Y20) des oberen Auslasswassermantels 80A fließenden Kühlmittels ausgebildet ist und die effiziente Kühlung durch Verwendung des oberen Auslasswassermantels 80A schwierig ist.
Wenn, wie oben beschrieben, die vorliegende Erfindung mit der Konfiguration des ersten modifizierten Beispiels ausgeführt wird, ist es ebenfalls möglich, die mehreren unabhängigen Kühlmittelkanäle auszubilden, indem die Wassermäntel in den oberen Auslasswassermantel 80A, der an der oberen Seite angeordnet ist, und den unteren Auslasswassermantel 90A und dergleichen, die an der unteren Seite angeordnet sind, unterteilt werden. Somit ist es möglich, die Strömungsgeschwindigkeiten des Kühlmittels innerhalb jedes der Wassermäntel leicht einzustellen und das Kühlmittel fließen zu lassen, ohne ein Stagnieren zu verursachen.
Insbesondere fließt, wie in 14 und 15 gezeigt, jeweils im oberen Auslasswassermantel 80A und unteren Auslasswassermantel 90A das Kühlmittel (Pfeil Y21 oder Y22) innerhalb der vorderseitigen Abschnitte 80Ab oder der vorderseitigen Abschnitte 90Ab von dem rechten Endabschnitt zu der Auslassöffnung 83A oder 93A (dem Kühlmittelauslass) entlang der inneren Wandoberflächen, während seine Strömungsgeschwindigkeit erhöht wird. Somit wird die Strömungsrate des Kühlmittels proportional zur Strömungsgeschwindigkeit erhöht. Infolgedessen ist es möglich, die Auspufföffnungen 23 und den Abgassammler 24 des Zylinderkopfs 2 wirkungsvoll zu kühlen (siehe 1).
Hierbei ermöglicht dieses modifizierte Beispiel die Kühlung der vorderseitigen Abschnitte 80Ab, was im Falle des herkömmlichen Wassermantels des integrierten Typs, wie in Patentdokument 1 beschrieben, unmöglich ist. Darüber hinaus verbessert die Zunahme der Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels die Kühlleistung und dementsprechend die Kühlwirkung, so dass auch die Querschnittsflächen der Kühlmittelkanäle verringert werden können. Somit ist es möglich, ein Volumen des Auslasswassermantels 70A (des oberen Auslasswassermantels 80A und des unteren Auslasswassermantels 90A) zu verringern und eine Größen- und Gewichtsreduktion des Zylinderkopfs 2 zu erreichen.
Darüber hinaus kann der obere Auslasswassermantel 80A die Umgebungen der Zylinder mit dem Kühlmittel (Pfeile Y20) kühlen, und der Brennkammerwassermantel 60A kann die oberen Brennkammerabschnitte 21 mit dem Kühlmittel (Pfeil Y23) wirkungsvoll kühlen, das von dem rechten Endabschnitt zu der Auslassöffnung 93A (dem Kühlmittelauslass) an dem linken Endabschnitt fließt. Ferner fließt das Kühlmittel (Pfeile Y24), das in den Einlasswassermantel 50A hineinfließt, glattgängig innerhalb der rückseitigen Abschnitte entlang den inneren Oberflächen zu der Auslassöffnung 93A (der Kühlmittelauslass), um hierdurch eine wirkungsvolle Kühlung zu erreichen).
Wie oben beschrieben, bilden der obere Auslasswassermantel 80A und der untere Auslasswassermantel 90A die voneinander unabhängigen Strömungskanäle der separaten Auslassöffnungen 83A und 93A (die Kühlmittelauslässe). Infolgedessen ist es einfach, die Strömungsgeschwindigkeiten des Kühlmittels und die Kühlmittelkanäle zum Beseitigen von stagnierenden Positionen (Standwasserabschnitten) des Kühlmittels zu gestalten.
(Zweites modifiziertes Beispiel)
16 ist eine Explosionsperspektivansicht, die eine Wassermantelstruktur für einen Zylinderkopf eines zweiten modifizierten Beispiels der Ausführung zeigt. 17 ist eine Unteransicht, die einen unteren Auslasswassermantel, einen Einlasswassermantel und einen Brennkammerwassermantel des zweiten modifizierten Beispiels zeigt.
In der Ausführung ist die Öffnung 24a des Abgassammlers 24 im Wesentlichen in der mittigen Position des Zylinderkopfs 2 in der Links-Rechts-Richtung ausgebildet. Stattdessen kann, wie in 16 und 17 gezeigt, die Öffnung 24a des Abgassammlers 24 auch an einer Position ausgebildet werden, die entweder nach rechts oder links versetzt ist.
Darüber hinaus können der obere Auslasswassermantel 80B und der Brennkammerwassermantel 60B in Zwischenachsabschnitten zwischen rechten und linken Verbindungsabschnitten 62B, 62B durch das Vorsehen von Verbindungsabschnitten 67B, deren jeder in der Links-Rechts-Richtung breiter ist als die Verbindungsabschnitte 62B, 62B, zwischen dem oberen Auslasswassermantel 80B und Abschnitten des Brennkammerwassermantels 60B in der Nähe der Brennkammern fest miteinander verbunden werden, wie in 16 und 17 gezeigt. Durch diese Maßnahme ist es möglich, die Steifigkeiten von Kernen zur Formung des oberen Auslasswassermantels 80B und des Brennkammerwassermantels 60B zu verbessern und hierdurch einen Bruch der Verbindungsabschnitte 67B während des Gießens der Wassermäntel zu verhindern.
Die Kühlmittelströmungen in den in 16 und 17 gezeigten Wassermänteln sind im Wesentlichen die Gleiche wie in der Ausführung. Daher werden die Strömungen nur kurz erläutert. In den Wassermänteln (dem Brennkammerwassermantel 60B, dem oberen Auslasswassermantel 80B und dem unteren Auslasswassermantel 90B) fließt das Kühlmittel (Pfeile Y30, Y31, Y32 und Y33) glattgängig von den Dichtungskühlmitteleinströmlöchern 33B, 34B und 35B in der Dichtung 3, die als Kühlmitteleinlässe dienen, zu den Auslassöffnungen 63B, 83B und 93B, die an den linken Endabschnitten angeordnet sind, ohne zu mäandrieren. Die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels nimmt allmählich zu, wenn das Kühlmittel den Auslassöffnungen 63B, 83B und 93B näher kommt. Die Positionen, in denen die Dichtungskühlmitteleinströmlöcher 33B, 34B und 35B anzuordnen sind, können geeignet geändert werden, solange die Kühlmittelkanäle der Wassermäntel derart ausgebildet werden, dass die oben beschriebenen Kühlmittelströmungen erreicht werden. Aus diesem Grund können das zusätzliche Durchgangsloch 36 und der zusätzliche Einströmabschnitt 95, die in 12 gezeigt und in der Ausführung beschrieben sind, weggelassen werden, wie in 17 gezeigt.
Darüber hinaus enthält der untere Auslasswassermantel 90B auspuffseitige Durchgangslöcher 35B, die in rechten und linken Abschnitten an den Umfängen der jeweiligen Zylinder ausgebildet sind. Somit kann der untere Auslasswassermantel 90B die Umgebungen der Zylinder wirkungsvoll kühlen. Die Kühlmittelströmungen (Pfeile Y30 und Y31), die durch die auslassseitigen Durchgangslöcher 35B hineingeflossen sind, fließen zu den vorderseitigen Abschnitten 90Bb entlang Innenoberflächen. Danach konvergieren die Kühlmittelströmungen zu einer einzigen Strömung, worin das Kühlmittel zu der Auslassöffnung 93B fließt, während seine Strömungsgeschwindigkeit erhöht wird und die vorderseitigen Abschnitte 90Bb sowie auch den Abgassammler 24 kühlt. Dementsprechend kann der untere Auslasswassermantel 90B die vordere Seitenfläche und die Nachbarschaft des Abgassammlers 24 wirkungsvoll kühlen.
Darüber hinaus kann, wie in 16 gezeigt, zusätzlich zu den Auslassöffnungen 63B, 83B und 93B, eine Extra-Auslassöffnung (nicht gezeigt) angeordnet werden, indem eine Kerbe 93Ba in dem unteren Auslasswassermantel 90B an einer der Auslassöffnung 93B benachbarten Position vorgesehen wird.
(Andere modifizierte Beispiele)
In der Ausführung ist der Brennkammerwassermantel 60 so konfiguriert, dass er mit dem oberen Auslasswassermantel 80 in Verbindung steht. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht nur auf diese Konfiguration beschränkt. Zum Beispiel kann der Brennkammerwassermantel 60 auch so konfiguriert sein, dass er mit dem unteren Auslasswassermantel 90 in Verbindung steht, so lange der obere Auslasswassermantel 80 und der untere Auslasswassermantel 90 voneinander unabhängige Strömungskanäle bilden. Nichtsdestoweniger kann die Konfiguration, die den Brennkammerwassermantel 60 mit dem oberen Auslasswassermantel 80 in Verbindung bringt, eine größere Breitendimension der Verbindungsabschnitte 62 in der vertikalen Richtung sicherstellen. Infolgedessen kann diese Konfiguration die Steifigkeit des ersten Wassermantelkerns 100 erhöhen, wie in 4 gezeigt.
Unterdessen sind in der Ausführung die Vorsprünge 81 und 91 sowohl am oberen Auslasswassermantel 80 als auch dem unteren Auslasswassermantel 90 vorgesehen. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht nur auf diese Konfiguration beschränkt. Ein solcher Vorsprung kann auch nur an einem des oberen Auslasswassermantels 80 und des unteren Auslasswassermantels 90 vorgesehen sein. Diese Konfiguration kann die stromabwärtigen Abschnitte 24d des Abgassammlers 24 noch immer kühlen, während der obere Auslasswassermantel 80 und der untere Auslasswassermantel 90 voneinander getrennt sind.
Obwohl die Beschreibungen für die vorliegende Erfindung angegeben worden sind, welche als Beispiel den Reihen-Vier-Zylinder-Verbrennungsmotor E angeben, ist die vorliegende Erfindung nicht nur auf diese Konfiguration beschränkt. Die vorliegende Erfindung ist auch auf andere Verbrennungsmotoren E anwendbar, welche mehr oder weniger Zylinder enthalten, wie etwa Zwei-Zylinder- und Drei-Zylinder-Konfigurationen, und zum Beispiel auch auf Verbrennungsmotoren E in V-Bauart. Darüber hinaus braucht nicht gesagt zu werden, dass die vorliegende Erfindung nicht nur auf Verbrennungsmotoren für Automobile beschränkt ist, sondern auch auf andere Verbrennungsmotoren E für Schiffe, allgemeine Maschinen usw., anwendbar ist.
Bezugszeichenliste

1: ZYLINDERBLOCK
1a: ZYLINDER
2: ZYLINDERKOPF
2a: UNTERSEITE
2e: AUSPUFFSEITIGE FLÄCHE
2g: AUSPUFFSEITIGER AUSLASS
3: DICHTUNG (KOPFDICHTUNG)
10: BLOCKSEITIGER WASSERMANTEL
21: OBERER BRENNKAMMERABSCHNITT
22: ANSAUGÖFFNUNG
23: AUSPUFFÖFFNUNG
24: ABGASSAMMLER
32: ANSAUGSEITIGES DURCHGANGSLOCH (DICHTUNGSKÜHLMITTELEINSTRÖMLOCH)
33: ZWISCHENACHSDURCHGANGSLOCH (DICHTUNGSKÜHLMITTELEINSTRÖMLOCH)
34, 34A: BRENNKAMMERSEITIGES DURCHGANGSLOCH (DICHTUNGSKÜHLMITTELEINSTRÖMLOCH)
35, 35B: AUSPUFFSEITIGES DURCHGANGSLOCH (DICHTUNGSKÜHLMITTELEINSTRÖMLOCH)
36: ZUSÄTZLICHES DURCHGANGSLOCH (DICHTUNGSKÜHLMITTELEINSTRÖMLOCH)
40, 40A, 40B: KOPFSEITIGER WASSERMANTEL
50, 50A, 50B: EINLASSWASSERMANTEL
60, 60A, 60B: BRENNKAMMERWASSERMANTEL
61, 61A: KÜHLMITTELEINLASS
62: VERBINDUNGSABSCHNITT (KÜHLMITTELEINLASS)
63, 63B, 83, 83A, 83B, 93, 93A, 93B: AUSLASSÖFFNUNG (KÜHLMITTELAUSLASS)
70, 70A, 70B: AUSLASSWASSERMANTEL
80, 80A, 80B: BUNTERER AUSLASSWASSERMANTEL
84A, 94: AUSPUFFSEITIGER EINSTRÖMABSCHNITT (KÜHLMITTELEINLASS)
90, 90A, 90B: UNTERER AUSLASSWASSERMANTEL
95: ZUSÄTZLICHER EINSTRÖMABSCHNITT (ZUSÄTZLICHER KÜHLMITTELEINLASS)
E: VERBRENNUNGSMOTOR
Lb: REIHENRICHTUNG VON ZYLINDERN
Lc: ZYLINDERACHSE

Es wird eine Wassermantelstruktur für einen Zylinderkopf angegeben, welche enthält: eine Mehrzahl von oberen Brennkammerabschnitten (21), die in einer Unterseite eines Zylinderkopfs (2) ausgebildet sind; eine Mehrzahl von Ansaugöffnungen (22) und eine Mehrzahl von Auspufföffnungen (23), die mit der Mehrzahl von oberen Brennkammerabschnitten (21) in Verbindung stehen; einen Abgassammler (24), der die Mehrzahl von Auspufföffnungen (23) innerhalb des Zylinderkopfs (2) zusammenführt; und einen Auslasswassermantel (70, 70A, 70B), der konfiguriert ist, um den Abgassammler (24) zu kühlen, worin der Auslasswassermantel (70, 70A, 70B) einen oberen Auslasswassermantel (80, 80A, 80B), der in einer Zylinderachsrichtung (Lc) an einer oberen Seite des Abgassammlers (24) angeordnet ist, und einen unteren Auslasswassermantel (90, 90A, 90B), der in der Zylinderachsrichtung (Lc) an einer unteren Seite des Abgassammlers (24) angeordnet ist, enthält, und der obere Auslasswassermantel (80, 80A, 80B) und der untere Auslasswassermantel (90, 90A, 90B) innerhalb des Zylinderkopfs (2) voneinander unabhängige Strömungskanäle bilden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2010-209749 [0005]
DE 102008059832 [0005]

Claims

Wassermantelstruktur für einen Zylinderkopf, welcher aufweist: eine Mehrzahl von oberen Brennkammerabschnitten (21), die in einer Unterseite eines Zylinderkopfs (2) ausgebildet sind; eine Mehrzahl von Ansaugöffnungen (22) und eine Mehrzahl von Auspufföffnungen (23), die mit der Mehrzahl von oberen Brennkammerabschnitten (21) in Verbindung stehen; einen Abgassammler (24), der die Mehrzahl von Auspufföffnungen (23) innerhalb des Zylinderkopfs (2) zusammenführt; und einen Auslasswassermantel (70, 70A, 70B), der konfiguriert ist, um den Abgassammler (24) zu kühlen, worin der Auslasswassermantel (70, 70A, 70B) einen oberen Auslasswassermantel (80, 80A, 80B), der in einer Zylinderachsrichtung (Lc) an einer oberen Seite des Abgassammlers (24) angeordnet ist, und einen unteren Auslasswassermantel (90, 90A, 90B), der in der Zylinderachsrichtung (Lc) an einer unteren Seite des Abgassammlers (24) angeordnet ist, enthält, und der obere Auslasswassermantel (80, 80A, 80B) und der untere Auslasswassermantel (90, 90A, 90B) innerhalb des Zylinderkopfs (2) voneinander unabhängige Strömungskanäle bilden.
Die Wassermantelstruktur für einen Zylinderkopf von Anspruch 1, worin zumindest einer des oberen Auslasswassermantels (80, 80A, 80B) und des unteren Auslasswassermantels (90, 90A, 90B) einen Vorsprung (81, 91) aufweist, der zu dem anderen Auslasswassermantel (80, 90) hin vorsteht und derart angeordnet ist, dass er zu einem stromabwärtigen Abschnitt (24d) des Abgassammlers (24) weist.
Die Wassermantelstruktur für einen Zylinderkopf von Anspruch 1 oder 2, worin die Wassermantelstruktur ferner aufweist: einen Einlasswassermantel (50, 50A, 50B), der konfiguriert ist, um die Ansaugöffnungen (22) zu kühlen; und einen Brennkammerwassermantel (60, 60A, 60B), der mit dem Einlasswassermantel (50, 50A, 50B) in Verbindung steht und konfiguriert ist, um die oberen Brennkammerabschnitte (21) zu kühlen, und der Brennkammerwassermantel (60, 60A, 60B) mit einem des oberen Auslasswassermantels (80, 80A, 80B) und des unteren Auslasswassermantels (90, 90A, 90B) in Verbindung steht.
Die Wassermantelstruktur für einen Zylinderkopf von Anspruch 3, worin, vom oberen Auslasswassermantel (80, 80A, 80B) und unteren Auslasswassermantel (90, 90A, 90B), jener, der mit dem Brennkammerwassermantel (60, 60A, 60B) in Verbindung steht, derart ausgebildet ist, dass er Kühlmittel in einer Reihenrichtung der oberen Brennkammerabschnitte (21) fließen lässt.
Wassermantelstruktur für einen Zylinderkopf, welcher aufweist: eine Mehrzahl von oberen Brennkammerabschnitten (21), die in einer Unterseite eines Zylinderkopfs (2) ausgebildet sind; eine Mehrzahl von Ansaugöffnungen (22) und eine Mehrzahl von Auspufföffnungen (23), die mit der Mehrzahl von oberen Brennkammerabschnitten (21) in Verbindung stehen; einen Abgassammler (24), der innerhalb des Zylinderkopfs (2) ausgebildet ist und mit den mehreren Auspufföffnungen (23) in Verbindung steht; und einen Auslasswassermantel (70, 70A, 70B), der konfiguriert ist, um den Abgassammler (24) zu kühlen, worin der Auslasswassermantel (70, 70A, 70B) einen oberen Auslasswassermantel (80, 80A, 80B), der in einer Zylinderachsrichtung (Lc) an einer oberen Seite des Abgassammlers (24) angeordnet und konfiguriert ist, Kühlmittel in einer Reihenrichtung (Lb) der Zylinder (1a) fließen zu lassen, und einen unteren Auslasswassermantel (90, 90A, 90B), der in der Zylinderachsrichtung (Lc) an einer unteren Seite des Abgassammlers (24) angeordnet und konfiguriert ist, das Kühlmittel in der Reihenrichtung (Lb) der Zylinder (1a) fließen zu lassen, enthält, wobei jeder des oberen Auslasswassermantels (80, 80A, 80B) und des unteren Auslasswassermantels (90, 90A, 90B) mit einem Kühlmitteleinlass (84A, 94) versehen ist, der zum Zuführen des Kühlmittels konfiguriert ist, ein Kühlmittelauslass (83, 83A, 83B) des oberen Auslasswassermantels (80, 80A, 80B) und ein Kühlmittelauslass (93, 93A, 93B) des unteren Auslasswassermantels (90, 90A, 90B) an dem Zylinderkopfs (2) voneinander unabhängig vorgesehen sind, der obere Auslasswassermantel (80, 80A, 80B) und der untere Auslasswassermantel (90, 90A, 90B) innerhalb des Zylinderkopfs (2) aus voneinander unabhängigen Kühlmittelkanälen gebildet sind, und der obere Auslasswassermantel (80, 80A, 80B) und der untere Auslasswassermantel (90, 90A, 90B) derart ausgebildet sind, dass eine Strömungsgeschwindigkeit des im unteren Auslasswassermantel (90, 90A, 90B) fließenden Kühlmittels schneller wird als eine Strömungsgeschwindigkeit des im oberen Auslasswassermantel (80, 80A, 80B) fließenden Kühlmittels.
Wassermantelstruktur für einen Zylinderkopf von Anspruch 5, worin einer des oberen Auslasswassermantels (80, 80A, 80B) und des unteren Auslasswassermantels (90, 90A, 90B) mit dem Einlasswassermantel (50, 50A, 50B) verbunden ist, in dem das Kühlmittel in der Nähe der Mehrzahl von Ansaugöffnungen (22) fließt, und mit einem Brennkammerwassermantel (60, 60A, 60B) verbunden ist, der konfiguriert ist, um die oberen Brennkammerabschnitte (21) zu kühlen, und die Wassermantelstruktur derart ausgebildet ist, dass eine Strömungsrate des Kühlmittels in dem Brennkammerwassermantel (60, 60A, 60B) den größten Anteil einer Strömungsrate des innerhalb des Zylinderkopfs (2) fließenden Kühlmittels einnimmt, und eine Strömungsrate des Kühlmittels in dem unteren Auslasswassermantel (90, 90A, 90B) zum zweitgrößten Anteil nach der Strömungsrate des Kühlmittels in dem Brennkammerwassermantel (60, 60A, 60B) wird.
Die Wassermantelstruktur für einen Zylinderkopf von Anspruch 6, worin der Brennkammerwassermantel (60, 60A, 60B) mit einem des oberen Auslasswassermantels (80, 80A, 80B) und des unteren Auslasswassermantels (90, 90A, 90B) verbunden ist, und der Brennkammerwassermantel (60, 60A, 60B) derart ausgebildet ist, dass er das Kühlmittel in einer Reihenrichtung (Lb) der Zylinder (1a) fließen lässt.
Die Wassermantelstruktur für einen Zylinderkopf von einem der Ansprüche 5 bis 7, worin einer des oberen Auslasswassermantels (80, 80A, 80B) und des unteren Auslasswassermantels (90, 90A, 90B) einen Kühlmitteleinlass (84, 94) aufweist, der an einer Seite in der Reihenrichtung (Lb) der Zylinder (1a) angeordnet ist, und einer des oberen Auslasswassermantels (80, 80A, 80B) und des unteren Auslasswassermantels (90, 90A, 90B) eine Mehrzahl der Kühlmitteleinlässe (84A, 94A) aufweist, die unterhalb der Mehrzahl von Auspufföffnungen (23) angeordnet sind.
Die Wassermantelstruktur für einen Zylinderkopf von einem der Ansprüche 5 bis 7, worin einer des oberen Auslasswassermantels (80, 80A, 80B) und des unteren Auslasswassermantels (90, 90A, 90B) einen Kühlmitteleinlass (84A, 94) aufweist, der an einer Seite in der Reihenrichtung (Lb) der Zylinder (1a) angeordnet ist, und einer des oberen Auslasswassermantels (80, 80A, 80B) und des unteren Auslasswassermantels (90, 90A, 90B) eine Mehrzahl der Kühlmitteleinlässe (84A, 94) aufweist, die jeweils zwischen einem entsprechenden Paar der Zylinder (1a) angeordnet sind.
Die Wassermantelstruktur für einen Zylinderkopf von einem der Ansprüche 7 bis 9, worin, vom oberen Auslasswassermantel (80, 80A, 80B) und unteren Auslasswassermantel (90, 90A, 90B), jener, der nicht mit dem Brennkammerwassermantel (60, 60A, 60B) verbunden ist, eine Mehrzahl der Kühlmitteleinlässe (84A, 94) an Seiten der oberen Brennkammerabschnitte aufweist und derart ausgebildet ist, dass das Kühlmittel entlang der Auspuffseitenfläche (2e) des Zylinderkopfs (2) fließt und zu einer einzigen Strömung konvergiert, worin das Kühlmittel sequentiell in der Reihenrichtung (Lb) der Zylinder (1a) fließt.
Die Wassermantelstruktur für einen Zylinderkopf von einem der Ansprüche 7 bis 10, worin der Kühlmitteleinlass (84A) des oberen Auslasswassermantels (80, 80A, 80B), der Kühlmitteleinlass (94) des unteren Auslasswassermantels (90, 90A, 90B) und ein Kühlmitteleinlass (61, 61A) des Brennkammerwassermantels (60, 60A, 60B) jeweils mit Dichtungskühlmitteleinströmlöchern (34, 35; 34A, 35B) in Verbindung stehen, die in einer Kopfdichtung (3) voneinander unabhängig ausgebildet sind.
Die Wassermantelstruktur für einen Zylinderkopf von Anspruch 11, worin, vom oberen Auslasswassermantel (80, 80A, 80B) und unteren Auslasswassermantel (90, 90A, 90B), jener, der nicht mit dem Brennkammerwassermantel (60, 60A, 60B) verbunden ist, einen zusätzlichen Kühlmitteleinlass (85) aufweist, der zwischen den Auspufföffnungen (23) für den Zylinder (1a) ausgebildet ist, der vom Kühlmittelauslass des einen Auslasswassermantels am weitesten entfernt angeordnet ist.