JP2004156515A

JP2004156515A - 内燃機関のシリンダヘッド冷却装置

Info

Publication number: JP2004156515A
Application number: JP2002322308A
Authority: JP
Inventors: Koji Noda; 康志野田
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-11-06
Filing date: 2002-11-06
Publication date: 2004-06-03

Abstract

【課題】気筒あたり複数の排気ポートを有するシリンダヘッドの、排気ポート間の冷却性能を向上させることを目的とする。
【解決手段】気筒あたり複数の排気ポート開口部５ａ、５ｂを有する多気筒内燃機関のシリンダヘッド１内に冷却水路１６を形成し、冷却水路１６内の冷却水が気筒列の一端から他端に向けて各気筒を順次冷却しながら流れるシリンダヘッド冷却装置において、冷却水路１６内の略中央を流れる中央流路１０と、排気ポート開口部を挟んで中央流路１０と反対側の排気ポート壁５ａｗ、５ｂｗの外側を流れる外側流路１１と、隣り合う排気ポート壁５ａｗ、５ｂｗの間を通り中央流路１０と外側流路１１とを結ぶバイパス流路１２とを設け、外側流路１１の底部に、冷却水の流れに対して略直交する方向に、シリンダヘッド下面に向けて開口面積が小さくなるように下流側へオフセットした傾斜部を有する凹部を設ける。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関のシリンダヘッドの冷却水通路に関し、特に排気弁間の冷却効果を高めることを目的とする。
【０００２】
【従来の技術】
シリンダヘッドの排気ポート周辺は、高温になった燃焼ガスが通過するため高温になりやすく、特に排気ポートが１気筒当たり２つ以上ある場合には隣り合う排気ポート間が高温になりやすい。
【０００３】
そこで、排気ポート間の冷却性能を向上させるために、排気ポート間にも冷却水通路が形成されている。
【０００４】
冷却水を流す方向は、多くの場合シリンダの並び方向と同じ方向であり、シリンダヘッド中央部の冷却水通路と排気ポートより外側の冷却水通路とに流速の差はない。そのためシリンダの並び方向に対して直角に設けられた排気ポート間の冷却水通路には冷却水が流れにくく、十分な冷却性能を得られなかった。
【０００５】
そこで、冷却水の流れる方向を変えて排気ポート間に冷却水を流すことが必要になる。冷却水の流れる方向を変える方法としては、点火プラグ穴付近にリブを設けて冷却水の流れを変える方法が特許文献１に開示されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−８２１６０号公報
【０００７】
【本発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１の方法は点火プラグ周りの冷却に関するものであり、排気ポートの冷却に関しては触れていない。また、リブを設ける部分が点火プラグ穴やポートがある狭い部分なので、砂中子の強度が弱くなってしまい、鋳造時に破損しやすくなってしまうという問題があった。
【０００８】
そこで本発明は、排気ポート間を冷却水で効率よく冷却することのできるシリンダヘッド冷却装置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】
気筒あたり複数の排気ポート開口部と少なくとも１つの吸気ポート開口部を燃焼室に有する多気筒内燃機関のシリンダヘッド内に、気筒列と略同方向に並び、前記排気ポート開口部から一方のシリンダヘッド側壁側へ排気ポートを形成する排気ポート壁と、各気筒の略中心に配置した点火プラグ用孔ないしは燃料噴射弁用孔を構成する孔壁を挟んで排気ポートと対向する吸気ポートを構成する吸気ポート壁と、前記孔壁と前記排気ポート壁と前記吸気ポート壁およびシリンダヘッド内壁とによって冷却水路を形成し、前記冷却水路内の冷却水が気筒列の一方の端から他方の端に向けて各気筒を順次冷却しながら流れるシリンダヘッド冷却装置において、前記冷却水通路として、前記排気ポート壁と前記吸気ポート壁との間に形成された中央流路と、排気ポート開口部を挟んで前記中央流路と反対側の前記排気ポート壁の外側に形成された外側流路と、隣り合う排気ポート壁の間に形成され、前記中央流路と外側流路とを結ぶバイパス流路とを有し、前記外側流路の底部に、冷却水の流れに対して略直交する方向、シリンダヘッドに向けて開口面積が小さくなる様に下流側へオフセットした傾斜部を有する凹部を設ける。
【００１０】
【作用・効果】
本発明によれば、傾斜部を持つ凹部による冷却水の流れ抵抗で、中央流路を流れる冷却水の流れと、排気ポートを挟んで中央流路と反対側の外側流路を流れる冷却水の流れとに圧力差を設ける事によって、排気ポート間を通るバイパス流路に冷却水が流れるので、高温になる排気ポート間を効率的に冷却することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１２】
第１実施形態について説明する。
【００１３】
図１（Ａ）はシリンダヘッド１の下面、図１（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ矢視図である。図１（Ａ）、（Ｂ）は多気筒のうちの一つの気筒部分についてのみ表しているが、他の気筒も同様の形状である。
【００１４】
図１（Ａ）に示すように、燃焼室２には中心部に点火プラグ用もしくは燃料噴射弁用の孔（以下、点火プラグ孔）３が設けられており、その周りに各一対の吸気ポート開口部４ａ、４ｂ、及び排気ポート開口部５ａ、５ｂがそれぞれ開口している。
【００１５】
また、下面シリンダヘッド下面１ａには鋳造後にシリンダヘッド１内部に冷却水路を形成するために用いた砂中子を抜くための砂抜き孔６ａ〜６ｄが各吸気・排気ポート開口部４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂに対応して複数開口している。
【００１６】
図２は図１（Ｂ）をＣ−Ｃで切断して、さらに（Ａ）のＤ−Ｄで切断した図であり、冷却水は排気ポート開口部５ａ側から排気ポート開口部５ｂ側へ（吸気ポート４ａ側から吸気ポート開口部４ｂ側へ）向かって流れる。
【００１７】
図１（Ｂ）、図２に示すように、シリンダヘッド１内部には点火プラグ孔３を画成する環状の点火プラグ孔壁３ｗ、吸気ポート４ａ、４ｂを画成する吸気ポート壁４ａｗ、４ｂｗ、排気ポート５ａ、５ｂを画成する排気ポート壁５ａｗ、５ｂｗが形成されており、これらの壁およびシリンダヘッド内壁１４によって冷却水路１６が画成される。
【００１８】
シリンダヘッド１内に形成される冷却水路を、図２を用いて説明する。
【００１９】
吸気ポート壁４ａｗと排気ポート壁５ａｗの間の流路を流路１０ａ、点火プラグ孔壁３ｗに対して排気ポート開口部５ａを挟んで反対側の流路を流路１１ａ、排気ポート壁５ａｗと５ｂｗの間の流路をバイパス流路１２、吸気ポート壁４ｂｗと排気ポート壁５ｂｗとの間の流路を流路１０ｂ、点火プラグ孔壁３ｗに対して排気ポート５ｂを挟んで反対側の流路を流路１１ｂとすると、シリンダヘッド１内の冷却水路は流路１０ａと流路１０ｂとで構成される中央流路１０と、流路１１ａと流路１１ｂとで構成される外側流路１１の二つの流路と、これらを排気ポート５ａと５ｂの間を通して結ぶバイパス流路１２とに大別できる。
【００２０】
各気筒に対して４つ設けられる砂抜き孔６ａ〜ｄはシリンダヘッド下面１ａまで貫通しているが、シリンダブロック（図示せず）と係合する際にシリンダヘッド１とシリンダブロックとの間に介在させるガスケット１５によって、冷却水がシリンダヘッド内から流出しないようにシールされる。
【００２１】
このうち流路１１ａの途中にある排気ポート開口部５ａの外側に冷却水の流れに直行する方向に設ける砂抜き孔６ａには、砂抜き孔６ａの開口面積がシリンダヘッド下面１ａに向かって小さくなるように流路１１ａの下流側へオフセットして傾斜した壁部を傾斜部７とする。他の砂抜き穴６ｂ〜６ｄについては、いずれも周囲が略垂直な壁によって形成される。
【００２２】
図３に砂抜き孔６ａ周辺の拡大図を示して、砂抜き孔６ａ周辺の冷却水の流れについて説明する。
【００２３】
上流側の気筒から流れてきた冷却水は中央流路１０と外側流路１１に分岐するが、このとき外側流路１１の下部付近を流れる冷却水は流線Ｗ１ａのように、傾斜部７に沿って砂抜き穴６ａに流れ込み、砂抜き孔６ａの下流側の略垂直な壁８に当たって砂抜き穴６ａ上部で渦を形成する。この渦が流路抵抗となり流路１１の一部の流れがせき止められるので、砂抜き穴６ａ上流近傍の圧力は上昇し、流れ込む冷却水量が低下する砂抜き穴６ａ下流のＣ部の圧力は降下する。
【００２４】
一方、中央流路１０を流れる冷却水はＷ１ｃのように淀みなくプラグ孔壁３ｗの周囲を通り流路１０ｂへと流れるので大きな圧力の変動はない。
【００２５】
したがって、これら中央流路１０と外側流路１１をつなぐバイパス通流路１２の両端には圧力差が生じることになり、これによりバイパス流路１２には圧力の高い中央流路１０側から圧力の低い外側流路側１１へ流れが生じる。
【００２６】
バイパス流路１２を通った冷却水は熱負荷の高い排気ポート開口部５ａ、５ｂ間を冷却してから流路１１ｂへ流れ込み、排気ポート開口部５ｂを冷却して隣の気筒へ流れる。
【００２７】
なお、図４（Ａ）のように砂抜き孔６ａの上流側端部に傾斜部７を設けない場合は、図４（Ｂ）に示すように砂抜き孔６ａ内が淀みとなり、上部の流れに大きな影響を与えないので砂抜き孔６ａ上部で渦が発生せずに比較的スムーズに流れる。
【００２８】
したがって、流路１１ａから流路１１ｂへ十分な量の冷却水が流れ込むため中央流路１０と外側流路１１との圧力差が生じず、バイパス流路１２内の冷却水はほとんど流れなくなってしまう。
【００２９】
以上のように本実施形態では、砂抜き孔６ａの上部に渦を発生させて流れに抵抗を与えることによって砂抜き穴６ａ上部で一部の流れをせき止め、砂抜き穴６ａ下流の圧力を降下させる。これによりバイパス流路１２の両端部に圧力差が生じ、排気ポート開口部５ａ、５ｂ間に設けられたバイパス流路１２には圧力の高い中央流路１０から圧力の低い外側流路１１へ向けて冷却水が流れるので、流路内にリブ等を設けることなく、高温になりやすい排気ポート開口部５ａ、５ｂ間を十分に冷却することができる。
【００３０】
第２実施形態について説明する。
【００３１】
図５は第２実施形態の排気ポート壁５ａｗ付近の拡大図である。
【００３２】
第１実施形態との違いは排気ポート開口部５ａ側の砂抜き孔の形状で、本実施形態の砂抜き孔を６ａ_２とする。
【００３３】
砂抜き孔６ａ_２は、上流側の壁部に傾斜部７を設ける点については砂抜き孔６ａと同じであるが、排気ポート壁５ａｗ側の壁部２０が排気ポート開口部５ａに近づき、かつ排気ポート開口部５ａ、５ｂの並び方向と略平行となっている。図６はシリンダヘッド１を下面から見た図である。排気ポート５ａ、５ｂの並び方向と壁部２０が略平行になっていることがわかる。
【００３４】
上記の構成により、砂抜き孔６ａ_２上に生じる渦はバイパス流路１２の外側流路１１側端部に近くなる。また、渦に近いほど渦の影響を強く受けて圧力の降下量が大きくなる。したがって渦がバイパス流路１２の外側流路側端部に近づけば、流路１２の両端の圧力差が大きくなり、バイパス流路１２を通して圧力の高い中央流路１０から圧力の低い外側流路１１へ吸い込む力も強くなる。
【００３５】
以上のように、本実施形態では砂抜き穴６ａの下流側壁部をバイパス流路１２に近づけることによってバイパス流路１２の両端の圧力差を大きくしているので、バイパス流路１２を流れる冷却水量が多くなり、排気ポート開口部５ａ、５ｂ間をなお一層十分に冷却することができる。
【００３６】
第３実施形態について図７を用いて説明する。
【００３７】
本実施形態は砂抜き孔６ａの下流側の壁部２１に、シリンダヘッド下面１ａに対して略垂直上向きに突起部２２が設けられている。
【００３８】
突起部２２があることによって、傾斜部７に沿って砂抜き孔６ａに流れ込んだ冷却水が形成する渦が大きくなる。これにより砂抜き孔６ａ下流へ流れる流量が少なくなり、中央流路１０と外側流路１１との圧力差が大きくなるので、バイパス流路１２へ多くの冷却水が流れ込むことになる。
【００３９】
以上のように、本実施形態では突起部２２を設けることによって、砂抜き孔６ａ上部に発生する渦が大きくし、バイパス流路１２の両端の圧力差を大きくするので、バイパス流路１２により多くの冷却水が流れるようになり、排気ポート５ａ、５ｂ間をなお一層十分に冷却することができる。
【００４０】
第４実施形態について図８を用いて説明する。
【００４１】
本実施形態では、外側流路１１にある排気ポート開口部５ｂ側の砂抜き孔６ｂの上流側の壁部に傾斜部３０を設ける。
【００４２】
これに対して上流側の砂抜き孔６ａ周辺は図４（Ｂ）に示したように、周囲を略垂直の壁で取り囲まれるので砂抜き孔６ａ内部が淀みとなり、上部の流れに影響を与えないため、流路１１ａから流路１１ｂへスムーズに冷却水が流れる。
【００４３】
砂抜き孔６ｂでは、流路１１ａから流れてきた冷却水がＷ４ａのように傾斜部３０に沿って砂抜き孔６Ｂ内部に流れ込み、下流側の壁部３１に当たって上部に渦を発生する。
【００４４】
これにより砂抜き孔６ｂ下流への流れの一部がせき止められ、砂抜き穴６ｂ上流の圧力が上昇する。一方、中央流路１０はスムーズに流れるため圧力の変動はほとんどない。
【００４５】
したがってバイパス流路１２の中央流路側端部と外側流路側端部に圧力差が生じ、冷却水はＷ４ｂのようにバイパス流路１２を圧力の高い外側流路側端部から圧力の低い中央流路側端部へ流れる。
【００４６】
以上のように、本実施形態では砂抜き孔６ｂ上部に渦を発生させることで流路１１ｂの流れの一部をせき止めて、砂抜き穴６ａ上部の圧力を高める。これによりバイパス流路１２の両端部に圧力差が生じ、排気ポート開口部５ａ、５ｂ間に設けられたバイパス流路１２には圧力の高い外側流路１１から圧力の低い中央流路１０へ向けて冷却水が流れるので、排気ポート開口部５ａ、５ｂ間に多くの冷却水が流れ、排気ポート開口部５ａ、５ｂ間をなお一層十分に冷却することができる。
【００４７】
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で様々な変更を成し得ることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は第１実施形態のシリンダヘッドの下面、（Ｂ）は側面を表す図である。
【図２】図１のＣ−Ｃ、及びＤ−Ｄ断面図で、第１実施形態の構成を表す図である。
【図３】図２の上流側の砂抜き孔周辺の拡大図である。
【図４】（Ａ）は上流側の砂抜き穴が従来型の場合を表しており、（Ｂ）は上流側の砂抜き孔周辺の拡大図である。
【図５】第２実施形態の砂抜き孔周辺を表す図である。
【図６】第２実施形態のシリンダヘッドの下面図である。
【図７】第３実施形態の砂抜き孔周辺を表す図である。
【図８】第４実施形態の構成を表す図である。
【符号の説明】
１シリンダヘッド
１ａシリンダヘッド下面
２燃焼室
３点火プラグ用または燃料噴射弁用孔
３ｗ点火プラグ用または燃料噴射弁用孔壁
４ａ、ｂ吸気ポート開口部
４ａｗ、ｂｗ吸気ポート壁
５ａ、ｂ排気ポート開口部
５ａｗ、ｂｗ排気ポート壁
６ａ〜ｄ砂抜き孔
７傾斜部
８砂抜き孔の下流側の壁
１０中央流路
１１外側流路
１５ガスケット
２０砂抜き孔の排気ポート側の壁部
２１砂抜き穴の下流側の壁部
２２突起部
３０傾斜部

Claims

気筒あたり複数の排気ポート開口部と少なくとも１つの吸気ポート開口部を燃焼室に有する多気筒内燃機関のシリンダヘッド内に、
気筒列と略同方向に並び、前記排気ポート開口部から一方のシリンダヘッド側壁側へ排気ポートを形成する排気ポート壁と、
各気筒の略中心に配置した点火プラグ用孔ないしは燃料噴射弁用孔を構成する孔壁を挟んで排気ポートと対向する吸気ポートを構成する吸気ポート壁と、
前記孔壁と前記排気ポート壁と前記吸気ポート壁およびシリンダヘッド内壁とによって冷却水路を形成し、
前記冷却水路内の冷却水が気筒列の一方の端から他方の端に向けて各気筒を順次冷却しながら流れるシリンダヘッド冷却装置において、
前記冷却水通路として、前記排気ポート壁と前記吸気ポート壁との間に形成された中央流路と、
排気ポート開口部を挟んで前記中央流路と反対側の前記排気ポート壁の外側に形成された外側流路と、
隣り合う排気ポート壁の間に形成され、前記中央流路と外側流路とを結ぶバイパス流路とを有し、
前記外側流路の底部に、冷却水の流れに対して略直交する方向、シリンダヘッドに向けて開口面積が小さくなる様に下流側へオフセットした傾斜部を有する凹部を設けたことを特徴とするシリンダヘッド冷却装置。
前記凹部は、シリンダヘッド下面まで貫通する貫通孔であって、シリンダブロックと係合する際にシリンダブロックとの間に介在させるガスケットによりシリンダヘッド下面にて封止されることによって形成される請求項１に記載のシリンダヘッド冷却装置。
前記貫通孔は、シリンダヘッド鋳造時に用いた砂中子の砂抜き穴である請求項２に記載のシリンダヘッド冷却装置。
前記凹部の冷却水流れ下流側に凸部を設けた請求項１から３のいずれかに記載のシリンダヘッド冷却装置。
前記凹部は各排気ポートに対応して、かつ前記バイパス流路の合流部を境に複数設けられ、これら凹部のいずれか一つに前記傾斜部は設けられた請求項１から４のいずれかに記載のシリンダヘッドの冷却装置。
前記傾斜部は、複数の凹部のうち冷却水の流れに対して上流側にある凹部に設けられた請求項５に記載のシリンダヘッドの冷却装置。
前記傾斜部は、複数の凹部のうち冷却水の流れに対して下流側にある凹部に設けられた請求項５に記載のシリンダヘッドの冷却装置。
前記凹部の排気ポート側の壁面が気筒列方向と略平行である請求項５に記載のシリンダヘッドの冷却装置。