JP2006322333A

JP2006322333A - 内燃機関のシリンダヘッド

Info

Publication number: JP2006322333A
Application number: JP2005143871A
Authority: JP
Inventors: Hiroyasu Koyama; 裕靖小山
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-05-17
Filing date: 2005-05-17
Publication date: 2006-11-30

Abstract

【課題】冷却効率を向上させることが可能な内燃機関のシリンダヘッドを提供する。
【解決手段】所定の経路に沿って冷却水を流通させる冷却水通路１１、１２を有するウォータジャケット１０と、冷却水通路１１の遠方側壁面１１ａから突出し、冷却水通路１１を複数の流路１４、１５に区分すべく所定の経路に沿って設けられる隔壁１３と、を備えた内燃機関１のシリンダヘッド２であって、これら複数の流路のうち隔壁１３を挟んだ第１の冷却水流路１４と第２の冷却水流路１５とが連通するように、所定の経路のうちの少なくとも一部の区間において隔壁１３が冷却水通路１１の近傍側壁面１１ｂから離れて隔壁１３と近傍側壁面１１ｂとの間に隙間１６が設けられている。
【選択図】図２

Description

本発明は、冷却水が流通するウォータジャケットを備えたシリンダヘッドに関する。

シリンダヘッドに複数の冷却水流路が設けられ、これら複数の冷却水流路は隔壁によってそれぞれ隔離されている内燃機関が知られている（特許文献１参照）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２が存在する。
特開昭６０−８５２１５号公報特開２００３−１３８９３７号公報

隔壁が設けられた部分には冷却水が流通しないため、冷却水とシリンダヘッドとの接触面積が減少し、冷却効率が低下する。

そこで、本発明は、冷却効率を向上させることが可能な内燃機関のシリンダヘッドを提供することを目的とする。

本発明のシリンダヘッドは、所定の経路に沿って冷却水を流通させる冷却水通路を有するウォータジャケットと、前記冷却水通路の壁面から突出し、前記冷却水通路を複数の流路に区分すべく前記所定の経路に沿って設けられる隔壁と、を備えた内燃機関のシリンダヘッドであって、前記複数の流路のうち前記隔壁を挟んだ一方の流路と他方の流路とが連通するように、前記所定の経路のうちの少なくとも一部の区間において前記隔壁が前記冷却水通路の壁面から離れて前記隔壁と前記冷却水通路の壁面との間に隙間が設けられていることにより、上述した課題を解決する（請求項１）。

本発明のシリンダヘッドによれば、冷却水通路の壁面と隔壁との間に隙間を設けたので、この隙間分、冷却水通路の壁面と冷却水との接触面積を増加させることができる。そのため、冷却効率を向上させることができる。

本発明のシリンダヘッドの一形態において、前記隔壁は、前記冷却水通路の壁面のうち前記内燃機関のシリンダブロックに対して遠方に位置する遠方側壁面から突出して前記シリンダブロックの近傍に位置する近傍側壁面に向かって延び、前記隙間は、前記隔壁と前記近傍側壁面との間に設けられていてもよい（請求項２）。冷却水通路の壁面のうち近傍側壁面の方が遠方側壁面よりも熱くなるため、このように隙間を設けて近傍側壁面と冷却水との接触面積を増加させることで、冷却効率をさらに向上させることができる。

本発明のシリンダヘッドの一形態において、前記隙間は、前記所定の経路の全長に亘って設けられていてもよい（請求項３）。このように隙間を設けることで、冷却水通路の壁面と冷却水との接触面積をさらに増加させることができる。

本発明のシリンダヘッドの一形態は、前記隙間に臨む前記隔壁の先端が尖っていてもよい（請求項４）。このように隔壁の先端を尖らせることで、隙間において温められた冷却水を隙間から速やかに移動させることができる。そのため、隙間における冷却水の澱みを抑制し、冷却水の沸騰を防止することができる。

本発明のシリンダヘッドの一形態において、前記隙間は、前記隔壁を挟んで一方の側に位置する流路を流通する冷却水の流速と他方の側に位置する流路を流通する冷却水の流速との間に差が生じるように設けられていてもよい（請求項５）。この場合、各流路を流れる冷却水の流速をそれぞれ調整してウォータジャケットの冷却効率を調整することができる。そのため、例えば内燃機関の運転状態に応じて適切に内燃機関を冷却することができる。

以上に説明したように、本発明によれば、冷却水通路の壁面と隔壁との間に隙間を設けたことによって冷却水通路の壁面と冷却水との接触面積を増加させることができるので、冷却効率を向上させることができる。

図１及び図２は、本発明のシリンダヘッドが組み込まれた内燃機関の一形態を示している。なお、図１は、シリンダヘッドを図２の下側、すなわちシリンダブロック側から見た図を示し、図２は、図１のII−II線における断面図を示している。内燃機関（以下、エンジンと記述することもある。）１は、車両に走行用動力源として搭載されるもので、図２に示すようにシリンダヘッド２及びシリンダブロック３を含んで構成される機関本体４と、機関本体４に冷却水を循環させる冷却装置１００とを備えている。エンジン１は、複数（図１では４つ）の気筒５を有し、シリンダブロック３にはこれら複数の気筒５が一列に並べて形成されている。周知のように、シリンダヘッド２には、各気筒５に対応して吸気ポート６、排気ポート７及び点火プラグ（不図示）が取り付けられる点火プラグ取付孔８がそれぞれ形成されている。なお、図１に示したように各気筒５には、吸気ポート６及び排気ポート７がそれぞれ２つずつ形成される。

シリンダヘッド２は、吸気ポート６、排気ポート７及び点火プラグ取付孔８の周囲にウォータジャケット１０を備えている。図２に示したようにウォータジャケット１０は所定の経路に沿って冷却水を流通させる複数の冷却水通路１１、１２を含んで構成され、これら複数の冷却水通路１１、１２には冷却装置１００によって冷却水が循環される。図１及び図２に示したように冷却水通路１１内には隔壁１３が設けられ、この隔壁１３によって冷却水通路１１内に第１の冷却水流路１４と第２の冷却水流路１５とが形成される。なお、図１及び図２に示したように第２の冷却水流路１５は、シリンダヘッド２の排気ポート７側に形成され、第１の冷却水流路１４は第２の冷却水流路１５よりもシリンダヘッド２の中心側に形成される。

図１に示したように隔壁１３は、シリンダヘッド２の全長に亘って形成される。また、図２に示したように隔壁１３は、冷却水通路１１の壁面のうちシリンダブロック３に対して遠方に位置する遠方側壁面１１ａから突出してシリンダブロック３に対して近い側に位置する近傍側壁面１１ｂに向かって延び、その先端１３ａが近傍側壁面１１ｂと接触しないように設けられている。このように隔壁１３を設けることで、隔壁１３の先端１３ａと近傍側壁面１１ｂとの間に隙間１６が設けられ、第１の冷却水流路１４と第２の冷却水流路１５とが連通される。なお、この隙間１６は、第１の冷却水流路１４を流通する冷却水の流速と第２の冷却水流路１５を流通する冷却水の流速との間に差が生じるように、言い換えると隙間１６を通過して一方の冷却水流路から他方の冷却水流路に移動した冷却水によって各冷却水流路を流通する冷却水の流速が略同一に調整されないように設けられる。また、この隙間１６は、冷却水通路１１の所定の経路の全長に亘って設けられる。

冷却装置１００は、機関本体４のウォータジャケット１０などに冷却水を送る冷却水ポンプ１０１と、機関本体４で昇温された冷却水を冷却するラジエータ１０２と、冷却水ポンプ１０１、ラジエータ１０２及び機関本体４を接続する循環通路１０３とを備えている。なお、冷却水ポンプ１０１及びラジエータ１０２は、周知のものと同様でよいため、ここでの詳細な説明は省略する。図１に示したように循環通路１０３には、冷却水ポンプ１０１から第１の冷却水流路１４及び第２の冷却水流路１５に送られる冷却水の流量をそれぞれ調整する流量切り替え弁１０４と、第１の冷却水流路１４の出口１４ａに設けられ、この出口１４ａを開閉する第１出口遮断弁１０５と、第２の冷却水流路１５の出口１５ａに設けられ、この出口１５ａを開閉する第２出口遮断弁１０６とが設けられている。図３は、流量切り替え弁１０４の特性の一例を示している。なお、図３の流量Ｑ１は第１の冷却水流路１４に供給される冷却水の流量を示し、流量Ｑ２は第２の冷却水流路１５に供給される冷却水の流量を示す。また、図３の流量Ｑは、流量Ｑ１及び流量Ｑ２の合計を示している。

流量切り替え弁１０４、第１出口遮断弁１０５及び第２出口遮断弁１０６の動作は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）２００によって制御される。ＥＣＵ２００は、各気筒４に噴射する燃料量を調整するなどしてエンジン１の運転状態を制御する周知のコンピュータユニットである。ＥＣＵ２００は、例えばエンジン１の始動時に第２の出口遮断弁１０４を閉じるとともに、流量切り替え弁１０４のバルブ切替指示値を流量Ｑ２が略ゼロに調整される値、すなわち０（図３参照）に設定する。このようにエンジン１の始動時に第２の冷却水流路１５の冷却水の流通を停止させることで、排気の冷却を抑制することができる。そのため、例えば排気ポート７の下流に排気浄化触媒が設けられている場合は、この排気浄化触媒の暖機を促進させることができる。

以上に説明したように、このシリンダヘッド２によれば、隔壁１３の先端１３ａと近傍側壁面１１ｂとの間に形成された隙間１６に冷却水が流入し、冷却水通路１１の壁面と冷却水との接触面積が増加する。比較例として図４に隔壁１３が遠方側壁面１１ａ及び近傍側壁面１１ｂと一体に形成され、遠方側壁面１１ａ及び近傍側壁面１１ｂと隔壁１３との間に隙間が設けられていないシリンダヘッド２を示す。なお、図４において図２と共通の部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。図２及び図４から明らかなように、図２に示したシリンダヘッド２では隙間１６に冷却水が流入するので、図４のシリンダヘッド２よりも冷却水通路１１ｂの壁面と冷却水との接触面積が広い。そのため、シリンダヘッド２の冷却効率を向上させることができる。

図５は、本発明のシリンダヘッド２の他の形態を示している。図５に示したようにこのシリンダヘッド２では、隔壁１３の先端１３ａを尖らせた点が上述した形態と異なる。その他の部品は上述の形態と同じである。従って、図５において上述の形態と共通する部分には同一の参照符号を付し、それらの説明は省略する。なお、この形態のシリンダヘッド２においても、先端１３ａと近傍側壁面１１ｂとの間に設けられる隙間１６は、第１の冷却水流路１４を流通する冷却水の流速と第２の冷却水流路１５を流通する冷却水の流速との間に差が生じるように形成される。

この形態では、隔壁１３の先端１３ａを尖らせたので、隙間１６の冷却水の移動を促進させることができる。例えば、隙間１６の冷却水がシリンダヘッド２からの熱によって暖められた場合、この加熱された冷却水は図５に矢印Ａで示したように、隔壁１３の先端１３ａによって移動を阻害されることなく対流を開始する。このように、隙間１６の冷却水を対流させることで、隙間１６における冷却水の澱みを抑制し、冷却水の沸騰を防止できる。また、上述したようにエンジン１の始動時などに第２の冷却水流路１５の冷却水の流通を停止させた場合などは、この対流によって第２の冷却水流路１５内の冷却水を攪拌することができる。そのため、この攪拌によって第２の冷却水流路１５内の冷却水の沸騰を防止できる。

本発明は、上述した形態に限定されることなく、種々の形態にて実施してよい。例えば、冷却水通路の壁面と隔壁との隙間は、この冷却水通路の経路のうちの一部の区間のみに設けられていてもよい。例えば、図６（ａ）に示したように、隔壁１３の全長のうち各気筒５にそれぞれ形成される燃焼室付近の区間において隔壁１３の一部が除去され、この区間にのみ隙間１６が設けられていてもよい。このように隙間１６を設けることで、隔壁１３によって複数の冷却水流路を形成しつつ、燃焼室付近のシリンダヘッド２の冷却を促進させることができる。図６（ｂ）は、図６（ａ）の変形例を示している。このような形状に隔壁１３の一部を除去しても図６（ａ）に示した隔壁１３と同様の効果が得られる。また、遠方側壁面１１ａ及び近傍側壁面１１ｂの両方の壁面と隔壁１３との間に隙間１６がそれぞれ設けられるように隔壁１３の一部を除去してもよい。このように両方の壁面と隔壁１３との間に隙間を設けることで、冷却効率をさらに向上させることができる。なお、隔壁１３の一部を除去する形状は図６に示した形状に限定されない。ウォータジャケットの壁面の状態などに応じてシリンダーヘッドが適切に冷却されるように種々の形状で除去してよい。また、隙間１６に臨む隔壁１３の先端１３ａは尖っていてもよい。隔壁１３の先端１３ａを尖らせることで、隙間１６の冷却水を移動し易くすることができる。図６に示した隙間も、隔壁を挟んで一方の側に形成される冷却水流路の冷却水の流速と他方の側に形成される冷却水流路の冷却水の流速との間に差が生じるように形成される。

本発明のシリンダヘッドが組み込まれた内燃機関の一形態を示す図。図１のII−II線における断面を示す図。流量切り替え弁の特性の一例を示す図。冷却水通路の壁面と隔壁との間に隙間がないシリンダヘッドを示す図。本発明のシリンダヘッドの他の形態を示す図。本発明の隔壁の変形例を示す図で、（ａ）が三角形状に一部が除去された隔壁を示し、（ｂ）が四角形状に一部が除去された隔壁を示す。

符号の説明

１エンジン（内燃機関）
２シリンダヘッド
３シリンダブロック
１０ウォータジャケット
１１冷却水通路
１１ａ遠方側壁面
１１ｂ近傍側壁面
１２冷却水通路
１３隔壁
１４第１の冷却水流路
１５第２の冷却水流路
１６隙間

Claims

所定の経路に沿って冷却水を流通させる冷却水通路を有するウォータジャケットと、前記冷却水通路の壁面から突出し、前記冷却水通路を複数の流路に区分すべく前記所定の経路に沿って設けられる隔壁と、を備えた内燃機関のシリンダヘッドであって、
前記複数の流路のうち前記隔壁を挟んだ一方の流路と他方の流路とが連通するように、前記所定の経路のうちの少なくとも一部の区間において前記隔壁が前記冷却水通路の壁面から離れて前記隔壁と前記冷却水通路の壁面との間に隙間が設けられていることを特徴とする内燃機関のシリンダヘッド。
前記隔壁は、前記冷却水通路の壁面のうち前記内燃機関のシリンダブロックに対して遠方に位置する遠方側壁面から突出して前記シリンダブロックの近傍に位置する近傍側壁面に向かって延び、
前記隙間は、前記隔壁と前記近傍側壁面との間に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のシリンダヘッド。
前記隙間は、前記所定の経路の全長に亘って設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関のシリンダヘッド。
前記隙間に臨む前記隔壁の先端が尖っていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関のシリンダヘッド。
前記隙間は、前記隔壁を挟んで一方の側に位置する流路を流通する冷却水の流速と他方の側に位置する流路を流通する冷却水の流速との間に差が生じるように設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の内燃機関のシリンダヘッド。