JP2003184643A - シリンダヘッドの冷却水通路構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 冷却水流の淀みが発生しないようにしたシリ
ンダヘッドの冷却水通路構造を提供する。 【解決手段】 上部壁２１と下部壁２２の間に仕切り壁
２３を挟んで、上段冷却水通路２４と下段冷却水通路２
５を形成する。下段冷却水通路２５に、気筒間の位置に
対応させて、隣接する各々の気筒側から流れてくる冷却
水流Ａ１、Ａ２と対向するリブ４１を設置するととも
に、下段冷却水通路２５と上段冷却水通路２４を連通さ
せる連通路５１ａ、５１ｂを、リブ４１に近接させて、
各々の気筒側にそれぞれ設ける。 【効果】 隣接する気筒各々の冷却水流が相互に干渉し
ないようにして淀みが生じないようにしたので、冷却効
率の優れたシリンダヘッドを提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シリンダヘッドの
冷却水通路構造に係り、特に、隣接する各気筒側から流
れてくる冷却水流が互いに干渉しないようにしたシリン
ダヘッドの冷却水通路構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、シリンダヘッド内に形成される冷
却水通路構造は、例えば、上段冷却水通路と下段冷却水
通路の上下２系統の構成とするなど、複数系統の冷却水
通路を設けた冷却水通路構造が周知である。前記上下２
系統の構成とした冷却水通路構造を例示すると、図６〜
図９に示した冷却水通路構造や、図１０および図１１に
示した冷却水通路構造を挙げることができる。

【０００３】図６〜図９に示したシリンダヘッド１００
の冷却水通路構造は、上部壁１０１と下部壁１０２の間
に、仕切り壁１０３を挟んで上段冷却水通路１０４と下
段冷却水通路１０５が形成されている。そして、上段冷
却水通路１０４と下段冷却水通路１０５とは、気筒間の
位置に対応させて仕切り壁１０３に形成した連通路１０
６で連通させてある。尚、各図において、１０７はヘッ
ドボルト通し孔であり、１０８、１０９は吸気ポート、
１１０、１１１は排気ポートであり、そして、１１２は
燃料噴射ノズルの取り付け部である。

【０００４】また、図１０および図１１に示したシリン
ダヘッド２００の冷却水通路構造は、上部壁２０１と下
部壁２０２の間に、仕切り壁２０３を挟んで上段冷却水
通路２０４と下段冷却水通路２０５が形成されている。
この例では、気筒間の位置に対応させて、上部壁２０１
から下部壁２０２にわたるリブ２０６が設けられて、下
部壁２０２の剛性が強化されている。そして、上段冷却
水通路２０４と下段冷却水通路２０５が、前記リブ２０
６の一側において、仕切り壁２０３に形成した連通路２
０７で連通させてある。図中、２０８はヘッドボルト通
し孔、２０９、２１０は吸気ポート、２１１、２１２は
排気ポートであり、そして、２１３は燃料噴射ノズルの
取り付け部である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このような複数系統の
冷却水通路構造においては冷却効率の観点から、各々の
気筒部分で冷却水流が淀みなく整然と流れるのが理想で
あることは言うまでもない。例として図６〜図９に示し
た冷却水通路構造で説明すると、図７、８に示すよう
に、各々の気筒で、下段冷却水通路１０５のポートの間
に、各気筒を効果的に冷却できるように矢示ａ１、ａ２
のように冷却水を流す場合、つまり、隣接気筒間では互
いに対向する方向に流す場合、ポート間から流れ出てき
た冷却水は、気筒間の位置に形成した連通路１０６を等
しく通過して、合流して上段冷却水通路１０４へ矢示ｂ
のように上がって行くのが理想である。

【０００６】しかし、この冷却水通路構造においては、
一方の気筒側のポート間を流れ出てきた冷却水流と他方
の気筒側のポート間を流れ出てきた冷却水流が直接ぶつ
かり合い、図９に矢示ｃ、ｄで示すように、勢いの弱い
水流ｃが、勢いの強い水流ｄに押されて、水流の弱い方
の気筒のポート間にｅのように冷却水流が淀んでしまう
ことがある。

【０００７】この点、図１０、１１に例示した冷却水通
路構造では、各々の気筒のポート間を流れ出てきた冷却
水の水流ｆ１、ｆ２は、気筒間に設けたリブ２０６に当
たるので、直接ぶつかり合わないようにできており、各
水流は合流して連通路２０７を通過するように構成され
ている。しかし、勢いの強い水流ｆ２は、リブ２０６に
当たった後に勢いでリブ２０６の反対側に回り込んで、
さらに勢いの弱い水流側に流れ込み、図１１にｈで示す
ように、やはり弱い方の気筒側で冷却水流を淀ませてし
まうことがある。

【０００８】本発明は、上記の諸事情を背景としてなさ
れたものであり、冷却水通路における冷却水流の淀みを
確実に防止して冷却水の流れを円滑にしてシリンダヘッ
ドの冷却効率を向上させることができるシリンダヘッド
の冷却水通路構造を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成する本
発明のシリンダヘッドの冷却水通路構造のうち請求項１
記載の発明は、複数の気筒が並列して形成されているシ
リンダブロックを覆うシリンダヘッドであって、内部に
少なくとも２系統の冷却水通路が形成されているシリン
ダヘッドの冷却水通路構造において、前記冷却水通路の
うち、少なくとも一つの系統の冷却水通路に、気筒間に
て、当該冷却水通路を各々の気筒側から流れてくる冷却
水流と対向するリブが設置されているとともに、当該冷
却水通路と他の冷却水通路を連通させる連通路が、前記
リブに近接させて、各々の気筒側にそれぞれ設けられて
いることを特徴とする。

【００１０】請求項２記載の発明は、請求項１に記載の
発明において、前記リブは、各々の気筒のポート間を流
れてくる冷却水流と対向させて設置されていることを特
徴とする。

【００１１】また、請求項３記載の発明は、請求項１ま
たは２に記載の発明において、前記リブは、気筒間の位
置に対応させて設けられたヘッドボルト通し孔壁間にわ
たって設置されていることを特徴とする。

【００１２】請求項４記載の発明は、請求項３記載の発
明において、前記リブは、前記ヘッドボルト通し孔壁に
隙間なく設置されていることを特徴とする。

【００１３】そして、請求項５記載の発明は、請求項１
〜４のいずれかに記載の発明において、前記少なくとも
２系統の冷却水通路は、シリンダヘッドの下部壁側に形
成された下段冷却水通路と、シリンダヘッドの上部壁側
に形成された上段冷却水通路とされ、前記リブは下段冷
却水通路の気筒間にて、下部壁と上部壁とを接続するよ
うに設置されていることを特徴とする。

【００１４】さらに、請求項６記載の発明は、請求項５
に記載の発明において、前記リブは、冷却水流と対向す
る面が該水流の横断方向において凹面に形成されている
ことを特徴とする。

【００１５】また、請求項７記載の発明は、請求項５ま
たは６にに記載の発明において、前記連通路は、冷却水
流を横断する方向において、前記リブの幅より短い幅で
設けられていることを特徴とする。

【００１６】さらに請求項８記載の発明は、請求項１〜
７のいずれかに記載の発明において、前記リブに近接し
て上記各々の気筒側にそれぞれ設けられている連通路
は、互いに有効連通断面積が異なるように設けられてい
ることを特徴とする。

【００１７】

【作用】すなわち請求項１の発明によれば、各々の気筒
側から流れてくる冷却水流と対向するリブが設置され、
このリブに近接させて、各々の気筒側、すなわち、リブ
の両側に、連通路が設けられているので、各々の気筒側
から流れてくる冷却水流は、相互に干渉することなくリ
ブに当たり、次いで、リブに近接して設けられた連通路
を通して他の冷却水通路へと導かれるようにすることが
できる。したがって、リブの反対側への水流の回り込み
を極力防止して冷却水流に淀みが生じないようにでき
る。これにより各気筒を効果的に冷却することができる
冷却水の流れ（その結果、隣接する気筒への冷却水の流
れが対向流となる）においてもが冷却水が冷却水通路を
円滑に流れ、シリンダヘッドの冷却効率が一層良好にな
る。

【００１８】また、請求項２の発明によれば、リブが、
各々の気筒のポート間を流れてくる冷却水流と対向させ
て設置されているので、ポート間を流れてくる冷却水流
に淀みが生じないようにし、ポート壁、特に高温となる
排気ポートの壁部の冷却を促進することができる。

【００１９】請求項３記載の発明によれば、リブがヘッ
ドボルト通し孔壁間にわたって設置されているので、冷
却水流がリブを回り込んで隣接する気筒側に流れ込むの
を有効に阻止し、淀みの発生防止をより確実にすること
ができる。

【００２０】請求項４記載の発明によれば、リブがヘッ
ドボルト通し孔壁間に隙間なく設置されているので、冷
却水流がリブを回り込むのを確実に阻止する。

【００２１】請求項５記載の発明によれば、上下２段の
冷却水通路構造を備えたシリンダヘッドを構成すること
ができる。加えて、下段冷却水通路に淀みが生ずるのを
確実に防止するので、高温側を効率的に冷却できるシリ
ンダヘッドを構成することができる。

【００２２】請求項６記載の発明によれば、リブが冷却
水流と対向する面が凹面に形成されているので、リブの
両側への水流の回り込みをより防止して、リブに向って
流れてくる冷却水流を乱すことなく、リブの中央方向へ
と案内して上方の連通路へと導くことができ、定常的な
冷却水流を形成することができる。

【００２３】請求項７記載の発明によれば、連通路がリ
ブの幅より短い幅で設けられているので、リブに当たる
冷却水流を余すことなく連通路側へと導き、淀みの発生
を防止することができる。

【００２４】請求項８記載の発明によれば、各々の気筒
側にそれぞれ設けられている連通路の有効連通断面積を
互いに異なるように設けられているので、勢いの異なる
水流（例えば冷却水通路全体でみなす上流側へ向かう水
流と下流側へ向かう水流）への水流抵抗を変えて水流速
度を調整することができ、冷却効率を向上させることが
できる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施形態を添付の
図に基づいて説明する。実施形態のシリンダヘッド２０
は、図１、２に示したように構成されている。複数の気
筒が並列して設けられたシリンダブロック（図示してい
ない）の上部を覆うように設置してディーゼルエンジン
が構成される。図１は、隣接する気筒の中間位置におけ
るシリンダヘッド２０の一部縦断面図であり、図２中の
Ｉ−Ｉ線に沿って表されている。また、図２は、シリン
ダヘッド２０の一部横断面図であり、図１中のII−II線
に沿って表されている。なお、この実施形態では内燃機
関としてディーゼルエンジンについて説明するが、本発
明としては、ガソリンエンジン等の他の内燃機関に適用
可能であることは勿論である。

【００２６】シリンダヘッド２０は、上部壁２１と下部
壁２２を備え、上部壁２１と下部壁２２の間に、仕切り
壁２３を挟んで上側に上段冷却水通路２４が形成され、
下側に下段冷却水通路２５が形成されて、上下２段（２
系統）の冷却水通路構造を構成している。

【００２７】図２に示すように、隣接する気筒の中間位
置に対応させて、シリンダヘッド２０の両側に、シリン
ダヘッド２０を貫通するようにヘッドボルト通し孔３
１、３１が設けられている。また、各々の気筒の位置に
対応させて、２つの吸気ポート３２、３３と、２つの排
気ポート３４、３５が、気筒の中心に対して放射状の位
置に設けられており、また、気筒の中心と対応させて燃
料噴射ノズルの取り付け部３６が設けられている。

【００２８】ヘッドボルト通し孔３１、３１が設けられ
た気筒間の位置において、前記上段冷却水通路２４と下
段冷却水通路２５を横断するようにリブ４１が設けられ
ている。リブ４１は、上端が上部壁２１に連続してお
り、下端が下部壁２２に連続しており、下部壁２２の変
形応力をリブ４１を通して上部壁２１に伝達して対抗で
きるようにして、下部壁２２の剛性が強化されている。

【００２９】リブ４１は、両側のヘッドボルト通し孔３
１、３１を結ぶ線上の中間位置に設置され、一側（左
側）の気筒に対応させて設けた吸気ポート３３と排気ポ
ート３５の間の間隙４２並びに他側（右側）の気筒に対
応させて設けた吸気ポート３２と排気ポート３４の間の
間隙４３とそれぞれ向き合うようにされ、これらの間隙
４２、４３より広い幅に設定されている。

【００３０】このようにして設置されたリブ４１に加え
て、前記仕切り壁２３に、リブ４１の両側の位置で連通
路５１ａ、５１ｂが形成されて、上段冷却水通路２４と
下段冷却水通路２５が連通路５１を通して連通してい
る。連通路５１ａ、５１ｂは、リブ４１の幅方向に沿っ
て細長い長孔状に形成されており、その長さはリブ４１
の幅方向長さに比べて短くされている。また、連通路の
５１ｂの有効連通断面積は、連通路５１ａのそれよりも
大きくなっている。

【００３１】以上のように構成されている実施形態の冷
却水通路構造においては、下段冷却水通路２５で各々の
気筒で、冷却水が矢示Ａ１、Ａ２のように、前記間隙４
２、４３をリブ４１に向って流れるようにすると、ポー
ト間の間隙４２、４３を通過してきた冷却水流はリブ４
１に当たった後、リブ４１の両側上部に形成された連通
路５１ａ、５１ｂ通して、そのまま上段冷却水通路２４
へと矢示Ｂ１、Ｂ２のように理想的に導くことができ
る。シリンダヘッド全体でみなすと図２示左方が上流
側、右方が下流側になっており、冷却水の流れＡ１、Ａ
２には勢いに差があるが、上記構成では、各々の気筒の
ポート間を流れる冷却水流が相互に干渉し合うことな
く、上段冷却水通路２４へと導かれる結果、ポート間を
流れる冷却水流に淀みが生じないようにできる。したが
って、シリンダヘッド２０において比較的高温となる下
部壁２２側を効率的に冷却することができ、また、ポー
ト間や燃料噴射ノズルまわりも効率的に冷却することが
可能となる。

【００３２】実施形態のように、リブ４１の幅方向長さ
に比べて連通路５１ａ、５１ｂの長さを短くすると、リ
ブ４１に当たって連通路５１ａ、５１ｂへと導かれる冷
却水流は、発散することなく連通路５１ａ、５１ｂへと
集中させることができる。このため、リブ４１の外側を
通って隣接する気筒側へ回り込んでいく流れを少なく
し、各々の気筒の冷却水流の相互干渉を略完全になくす
ることができる。また、冷却水の流れＡ１、Ａ２の流れ
の勢いは、下流側に向かうＡ１の流れの方が勢いが強
く、上流側に向かうＡ２の方が勢いが弱いが、連通路５
１ａ、５１ｂの有効連通断面積を異ならしめて連通路５
１ｂの方を大きくしているので、冷却水の流れＡ２の方
が流れやすくなり、両者の勢いの差を小さくできる。こ
の作用は、連通路５１ａ、５１ｂを流れる水流が互いに
独立していることにより得られるものである。

【００３３】なお、前記リブ４１は、上部壁２１と下部
壁２２にそれぞれ連続させて設けたものであったが、下
部壁２２の剛性強化が他の手段で可能な場合や、下部壁
２２自体に十分な剛性がある場合などには、図３のよう
に、仕切り壁２３の設置されている高さと略等しい高さ
のリブ４４とすることもできる。このようにしても、各
々の気筒でポート間を矢示Ａ１、Ａ２のように流した冷
却水流は、前記の場合と同様に、リブ４４に当たるよう
にして相互干渉をなくすることができる。そして、リブ
４４に当たった冷却水流をそのまま矢示Ｂ１、Ｂ２のよ
うに連通路５１ａ、５１ｂを通して上段冷却水通路２４
へと導き、冷却水流に淀みが生じないようにすることが
できる。

【００３４】また、図４に示したように、気筒間の位置
に対応させて設置したヘッドボルト通し孔３１、３１の
孔壁間にわたってリブ４５を隙間なく設置するようにし
ても良い。このようにすると、リブ４５を回り込んで隣
接する気筒側へ流れ込んで行く冷却水流を確実に阻止す
ることができ、淀みの発生原因を除くことができる。

【００３５】更には、図５に示したようなリブ４６とす
ることもできる。このリブ４６は、各々の気筒から流れ
てくる冷却水流に対向する面が凹面４７に形成されてい
るものである。このリブ４６の場合、リブ４６に向って
流れてくる冷却水流をリブ４６の中央方向、すなわち、
凹面４７の最も凹んでいる方向へと案内することがで
き、冷却水流がリブ４６の両端側へ回り込むのをより抑
制でき、さらにリブ４６に水流が当たる部分で乱流が生
じないようにできる。そして、確実に連通路５１へと冷
却水流を導くことができるようになる。このようにして
冷却水流に定常的な安定した流れを形成させることが可
能である。

【００３６】以上、上段冷却水通路２４と下段冷却水通
路２５の２段構成の冷却水通路構造の場合の実施形態に
ついて説明したが、本発明はこれに限定されるものでは
なく、さらに他の冷却水通路を有するものであってもよ
い。また、これら構成に限定されず、シリンダヘッド２
０内に複数系統の冷却水通路が形成される場合に等しく
本発明を実施することができるものである。すなわち、
少なくとも一つの系統の冷却水通路で相互に干渉する冷
却水流がある場合に、リブとこれに近接させた連通路を
設けて他の冷却水通路に導くようにすることができる。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のシリンダ
ヘッドの冷却水通路構造によれば、冷却水通路のうち、
少なくとも一つの系統の冷却水通路に、気筒間にて、当
該冷却水通路を各々の気筒側から流れてくる冷却水流と
対向するリブが設置されているとともに、当該冷却水通
路と他の冷却水通路を連通させる連通路が、前記リブに
近接させて、上記各々の気筒側にそれぞれ設けられてい
るので、隣接する気筒各々の冷却水流が相互に干渉しな
いようにして淀みが生じないようでき、優れたシリンダ
ヘッド冷却効率が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施形態のシリンダヘッドの、気筒
間の位置における一部を示す縦断面図であり、図２中の
Ｉ−Ｉ線に沿って示したものである。

【図２】 同じく、実施形態の一部を示す横断面図であ
り、図１中のII−II線に沿って示したものである。

【図３】 本発明のリブを変更した他の実施形態を示す
一部縦断面図である。

【図４】 同じく一部横断面図である。

【図５】 本発明のリブを更に別のリブとした他の実施
形態における一部横断面図である。

【図６】 従来のシリンダヘッドを示す一部縦断面図で
あり、図７のVI−VI線に沿って示したものである。

【図７】 同じく従来のシリンダヘッドを示す一部横断
面図であり、図６中のVII−VII線に沿って示したもので
ある。

【図８】 同じく従来のシリンダヘッドを示す一部縦断
面図であり、図６中のVIII−VIII線に沿って示したもの
である。

【図９】 図７と同様に図６中のIX−IX線に沿って示し
た横断面図であり、淀みの発生を説明する図である。

【図１０】 従来の他のシリンダヘッドを示す気筒間の
位置における一部縦断面図であり、図１１中のＸ−Ｘ線
に沿って示したものである。

【図１１】 同じく他のシリンダヘッドを示す一部横断
面図であり、図１０中のXI−XI線に沿って示したもので
ある。

【符号の説明】

２０ シリンダヘッド ２１ 上部壁 ２２ 下部壁 ２３ 仕切り壁 ２４ 上段冷却水通路 ２５ 下段冷却水通路 ３１ ヘッドボルト通し孔 ３２ 吸気ポート ３３ 吸気ポート ３４ 排気ポート ３５ 排気ポート ３６ 取り付け部 ４１ リブ ４２ 間隙 ４３ 間隙 ４４ リブ ４５ リブ ４６ リブ ４７ 凹面 ５１ａ 連通路 ５１ｂ 連通路

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の気筒が並列して形成されているシ
   リンダブロックを覆うシリンダヘッドであって、内部に
   少なくとも２系統の冷却水通路が形成されているシリン
   ダヘッドの冷却水通路構造において、 前記冷却水通路のうち、少なくとも一つの系統の冷却水
   通路に、気筒間にて、当該冷却水通路を各々の気筒側か
   ら流れてくる冷却水流と対向するリブが設置されている
   とともに、当該冷却水通路と他の冷却水通路を連通させ
   る連通路が、前記リブに近接させて、上記各々の気筒側
   にそれぞれ設けられていることを特徴とするシリンダヘ
   ッドの冷却水通路構造。
2. 【請求項２】 前記リブは、各々の気筒のポート間を流
   れてくる冷却水流と対向させて設置されていることを特
   徴とする請求項１に記載のシリンダヘッドの冷却水通路
   構造。
3. 【請求項３】 前記リブは、気筒間の位置に対応させて
   設けられたヘッドボルト通し孔壁間に設置されているこ
   とを特徴とする請求項１または２に記載のシリンダヘッ
   ドの冷却水通路構造。
4. 【請求項４】 前記リブは、ヘッドボルト通し孔壁に隙
   間なく設置されていることを特徴とする請求項３記載の
   シリンダヘッドの冷却水通路構造。
5. 【請求項５】 前記少なくとも２系統の冷却水通路は、
   シリンダヘッドの下部壁側に形成された下段冷却水通路
   と、シリンダヘッドの上部壁側に形成された上段冷却水
   通路とされ、前記リブは下段冷却水通路の気筒間にて、
   下部壁と上部壁とを接続するように設置されていること
   を特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のシリンダ
   ヘッドの冷却水通路構造。
6. 【請求項６】 前記リブは、冷却水流と対向する面が、
   該水流の横断方向において、凹面に形成されていること
   を特徴とする請求項５に記載のシリンダヘッドの冷却水
   通路構造。
7. 【請求項７】 前記連通路は、冷却水流の横断方向にお
   いて、前記リブにおける幅より短い幅で設けられている
   ことを特徴とする請求項５または６に記載のシリンダヘ
   ッドの冷却水通路構造。
8. 【請求項８】 前記リブに近接して上記各々の気筒側に
   それぞれ設けられている連通路は、互いに有効連通断面
   積が異なるように設けられていることを特徴とする請求
   項１〜７のいずれかに記載のシリンダヘッドの冷却水通
   路構造。