JP2009002265A - 内燃機関の冷却構造 - Google Patents

Abstract

【課題】吸気弁、吸気ポート、排気弁、排気ポート周りを良好に冷却する。
【解決手段】シリンダヘッド３内に排気ポート１１および排気集合部１４を形成する。シリンダブロック２内からシリンダヘッド３内の排気弁１０周りに流入した後、吸気弁８および吸気ポート９周りをシリンダヘッド３の一方の側壁面１２に向け横方向に流れてシリンダブロック３内に流出する冷却水の主流路を機関本体１内に形成する。排気弁１０周りに流入した冷却水の一部が排気ポート１１周りを通ってシリンダヘッド３の他方の側壁面１３に向け横方向に流通せしめられ、次いでこの冷却水はこの他方の側壁面１３に沿って冷却水出口２８に向け流通せしめられる。
【選択図】図５

Description

本発明は内燃機関の冷却構造に関する。

内燃機関ではシリンダヘッド内において排気弁周りや点火栓周りの温度が特に高くなり、従ってこれら排気弁周りや点火栓周りを強力に冷却する必要がある。そこで機関本体の長手軸線に沿って直列に配置された複数の気筒を具備しており、この長手軸線の一側に吸気弁および吸気ポートが配置され、この長手軸線の他側に排気弁および排気ポートが配置された多気筒内燃機関において、シリンダブロック内に形成されされたウォータジャケットが上述の長手軸線に関して互いに反対側に位置する吸気ポート側ウォータジャケットと排気ポート側ウォータジャケットとに分割されており、排気ポート側ウォータジャケット内の冷却水を排気弁および点火栓周りのシリンダヘッド内に流入させて排気弁および点火栓周りを冷却し、次いでこの冷却水をシリンダヘッド内において吸気弁および吸気ポート周りを横方向に、即ち上述の長手軸線と直交する方向に流通させた後に吸気ポート側ウォータジャケット内に流出させるようにした内燃機関が公知である（特許文献１を参照）。
実公平５−１７３７３号公報

しかしながらこの内燃機関では高温となる排気ポート周りを十分に冷却することができないという問題がある。

上記問題を解決するために本発明によれば、機関本体の長手軸線に沿って直列に配置された複数の気筒を具備しており、この長手軸線に関し吸気弁が配置されている側のシリンダヘッドの一方の側壁面上において吸気ポートを開口させると共に、この長手軸線に関し排気弁が配置されている側のシリンダヘッドの他方の側壁面上において排気ポートを開口させるようにした内燃機関において、シリンダブロック内からシリンダヘッド内の排気弁周りに流入した後、吸気弁および吸気ポート周りを一方の側壁面に向け横方向に流れてシリンダブロック内に流出する冷却水の主流路を機関本体内に形成し、シリンダブロック内からシリンダヘッド内の排気弁周りに流入した冷却水の一部を主流路に沿い流れる冷却水とは反対方向に排気ポートの周りを他方の側壁面に向け横方向に流通させた後、他方の側壁面に沿って上述長手軸線方向に機関本体からの冷却水出口に向け流通させるようにしている。

排気弁周りに流入した冷却水の一部を排気ポート周りに横方向に流通させた後、機関本体からの冷却水出口に向け機関本体の長手軸線方向に流通させることによって排気ポート周りを十分に冷却することができる。

図１に内燃機関の平面図を示し、図２に図１のＩＩ−ＩＩ線に沿ってみた内燃機関の平面図を示す。図１および図２において１は機関本体、２はシリンダブロック、３はシリンダブロック２上に固締されたシリンダヘッド、４はシリンダブロック２内に形成されたシリンダボア、５はピストン、６は燃焼室、７は燃焼室６の頂面中央部に配置された点火栓、８はシリンダヘッド３に配置された吸気弁、９はシリンダヘッド３内に形成された吸気ポート、１０はシリンダヘッド３に配置された排気弁、１１はシリンダヘッド３内に形成された排気ポートを夫々示す。

図１からわかるように内燃機関は各シリンダボア４のシリンダ軸線を通る機関本体１の長手軸線Ｋ−Ｋに沿って直列に配置された複数の気筒、図１に示す例では４つの気筒＃１〜＃４を具備しており、これらの各気筒＃１〜＃４は夫々一対の吸気弁８と一対の排気弁１０とを有する。また図１に示す内燃機関では長手軸線Ｋ−Ｋに関し一対の吸気弁８が配置されている側のシリンダヘッド３の一方の側壁面１２上において各吸気ポート９が開口せしめられており、長手軸線Ｋ−Ｋに関し一対の排気弁１０が配置されている側のシリンダヘッド３の他方の側壁面１３上において排気ポート１１が開口せしめられている。

なお、図１に示す内燃機関では各気筒＃１〜＃４の排気ポート１１はシリンダヘッド３内において共通の排気集合部１４に集合せしめられており、この排気集合部１４が他方の側壁面１３上において開口せしめられている。即ち、図１に示す内燃機関ではシリンダヘッド３はシリンダヘッド３内に各気筒＃１〜＃４の吸気ポート１０および排気集合部１４を形成した、いわゆる排気マニホルド一体型シリンダヘッドからなる。

図２に示されるようにシリンダブロック２内には機関冷却水流通用のウォータジャケットＷＪ１が形成されており、シリンダヘッド３内にも機関冷却水流通用のウォータジャケットＷＪ２が形成されている。図３から図６はこれらウォータジャケットＷＪ１，ＷＪ２を形成するための中子の形状、即ちウォータジャケットＷＪ１，ＷＪ２の形状を示している。

図３は図２において左側からみたときのウォータジャケットＷＪ１，ＷＪ２の形状を示しており、また図３においてハッチング部分はウォータジャケット部分を示している。図４は図３のＩＶ−ＩＶ線に沿ってみたシリンダブロック内のウォータジャケットＷＪ１の断面形状を示しており、図５は図３において上方からみたときのシリンダヘッド３内のウォータジャケットＷＪ２の形状を示している。図６（Ａ）および図６（Ｂ）は夫々図５においてＡ−Ａ断面およびＢ−Ｂ断面に沿ってみたウォータジャケットＷＪ１，ＷＪ２の断面形状を示しており、また図６（Ａ），（Ｂ）においてハッチング部分は断面となって表れるウォータジャケット部分を示している。

なお、実際のウォータジャケットの形状は図３から図６に示されるウォータジャケットＷＪ１，ＷＪ２の形状よりも複雑な形状を有しているがウォータジャケット内における主な冷却水の流れを理解しやすくなるために図３から図６はウォータジャケットＷＪ１，ＷＪ２の形状を簡略化して示してある。

さて、シリンダブロック２内に形成されたウォータジャケットＷＪ１は機関本体１の長手軸線Ｋ−Ｋに関して互いに反対側に位置する吸気ポート側ウォータジャケット２０と排気ポート側ウォータジャケット２１とに分割されており、図４からわかるように各ウォータジャケット２０，２１は各気筒＃１〜＃４のシリンダボア４の外周に沿って円弧状に延びている。また、機関本体１への冷却水入口２２はこの排気ポート側ウォータジャケット２１の長手軸線Ｋ−Ｋ方向における一端部に形成されている。ラジエータ（図示せず）により冷却された冷却水は図３、図４、図６（Ａ）においてＸ₁で示されるようにこの冷却水入口２２から機関本体１に供給された後、排気ポート側ウォータジャケット２１内を機関本体１の長手軸線Ｋ−Ｋ方向に流れる。

一方、図２に示されるようにシリンダヘッド３は点火栓７の挿入孔１５を包囲する筒状壁１６を有しており、この筒状壁１６の外周面に当る部分が図５および図６（Ａ）において符号１７で示されている。また、図３、図５、図６（Ｂ）には吸気弁８、吸気ポート９、排気弁１０、排気ポート１１等を配置するためにウォータジャケットＷＪ２とすることができない領域、即ち吸気弁取付用領域２３、吸気ポート形成用領域２４、排気弁取付用領域２５、排気ポート形成用領域２６が示されている。

ところで前述したように内燃機関ではシリンダヘッド３内において排気弁１０の周りや点火栓７の周りの温度が特に高くなり、従ってこれら排気弁１０の周りや点火栓７の周りを強力に冷却する必要がある。そこで本発明では図３、図５、図６（Ａ）においてＸ₂で示されるように、シリンダブロック２内からシリンダヘッド３内の排気弁１０の周りに流入した後、吸気弁８および吸気ポート９の周りを一方の側壁面１２に向け横方向、即ち機関本体１の長手軸線Ｋ−Ｋに直交する方向に流れ、次いで図６（Ｂ）においてＸ₃で示されるようにシリンダブロック２内に流出する冷却水の主流路を機関本体１内に形成するようにしている。

もう少し具体的に言うと本発明による実施例ではこの主流路に沿い流れる冷却水は、シリンダブロック２内の排気ポート側ウォータジャケット２１からシリンダヘッド３内の対をなす排気弁１０間を通って点火栓挿入孔１５を包囲する筒状壁１６の外周面１７に達した後に吸気弁８および吸気ポート９周りを一方の側壁面１２に向け横方向に流れる。このように冷却水を対をなす排気弁１０間を通って点火栓７周りの筒状壁１６の外周壁１７に向かわせることにより特に高温となる排気弁１０の周りおよび点火栓７の周りを十分に冷却することができる。

なお、上述のように冷却水を対をなす排気弁１０間を通って点火栓７周りの筒状壁１６の外周壁１７に向かわせるために排気ポート側ウォータジャケット２１内から上方に延びた後に点火栓７方向に湾曲して筒状壁１６の外周壁１７に向かう冷却水流路部分２７が各気筒＃１〜＃４に対して夫々一つずつ設けられている。本発明による実施例では排気ポート側ウォータジャケット２１内からシリンダヘッド３内に供給される全ての、或いは大部分の冷却水はこの冷却水流路部分２７を通ってシリンダヘッド３内に流入する。

本発明による実施例では主流路に沿い流れる冷却水はシリンダヘッド３内を通った後、吸気ポート側ウォータジャケット２０内に流出する。次いでこの冷却水は図４においてＸ₃で示されるように吸気ポート側ウォータジャケット２０内を機関本体１の長手軸線Ｋ−Ｋに流れ、次いで図３においてＸ₃で示されるように上昇してシリンダヘッド３の隅部に形成された機関本体１からの冷却水出口２８から流出する。

なお、図５からわかるようにこの冷却水出口２８は上面から見た機関本体１において機関本体１への冷却水入口２２と対角位置に当るシリンダヘッド１の隅部に配置されている。なお、冷却水出口２８を高い位置に配置しているのはウォータジャケットＪＷ１，ＪＷ２内に混入している空気をウォータジャケットＪＷ１，ＪＷ２から抜くためである。

一方、本発明では排気ポート１１周りを冷却するために、シリンダブロック２内からシリンダヘッド３内の排気弁１０の周りに流入した冷却水の一部は主流路Ｘ₂に沿い流れる冷却水とは反対方向に排気ポート１１の周りを他方の側壁面１３に向け横方向に流通させた後、他方の側壁面１３に沿って機関本体１の長手軸線Ｋ−Ｋ方向に冷却水出口２８に向け流通せしめられる。即ち、冷却水の一部は筒状壁１６の外周面１７上において主流路Ｘ₂に沿い流れる冷却水から分かれて主流路Ｘ₂に沿い流れる冷却水とは反対方向に流通せしめられる。

なお、本発明による実施例では、各気筒＃１〜＃４の排気ポート１１および排気集合部１４の上方および下方に夫々扁平な上方ウォータジャケット２９と下方ウォータジャケット３０とが形成されており、冷却水の一部は一方ではＹ₁で示されるように上方ウォータジャケット２９内を他方の側壁面１３に向け横方向に流れた後にＹ₂で示される如く他方の側壁面１３に沿って機関本体１の長手軸線Ｋ−Ｋ方向に冷却水出口２８に向け流れ、他方ではＺ₁で示されるように下方ウォータジャケット３０内を他方の側壁面１３に向け横方向に流れた後にＺ₂で示される如く他方の側壁面１３に沿って機関本体１の長手軸線Ｋ−Ｋ方向に冷却水出口２８に向け流れる。

即ち、図５および図６（Ａ）においてＹ₁で示されるようにシリンダヘッド３内に流入した冷却水の一部は筒状壁１６の外周面１７上において流れ方向を反転し、他方の側壁面１３に向けて横方向に流れる。また、図３、図５、図６（Ｂ）においてＺ₁で示されるようにシリンダヘッド３内に流入した冷却水の一部は排気ポート形成用領域２６周りを流れつつ次第に下方に向かい、次いで他方の側壁面１３に向けて横方向に流れる。

ところで上方ウォータジャケット２９は機関本体１の長手軸線Ｋ−Ｋ方向における冷却水出口２８側の端部において空気抜き通路３１を介して冷却水出口２８に連結されている。また、下方ウォータジャケット３０は機関本体１の長手軸線Ｋ−Ｋ方向における冷却水出口２８側の端部において空気抜き通路３１に連結されており、従ってこの下方ウォータジャケット３０も空気抜き通路３１を介して冷却水出口２８に連結されることになる。

このように各ウォータジャケット２９，３０を空気抜き通路３１を介して冷却水出口２８に連結すると図３、図５においてＹ₂，Ｚ₂に示されるように各ウォータジャケット２９，３０内の冷却水は他方の側壁面１３に沿って冷却水出口２８に向けて停滞することなく流れ、斯くして図３、図５においてＹ₁，Ｚ₁で示されるように上部ウォータジャケット２９内および下部ウォータジャケット３０内を冷却水が停滞することなく排気弁１０の周りから他方の側壁面１３に向けて停滞することなく流れる。その結果、各排気ポート１１を良好に冷却できることになる。

特に図１に示されるような排気マニホルド一体型シリンダヘッド３を用いた場合には排気集合部１４の温度が特に高くなる。このような場合でも排気集合部１４は上方ウォータジャケット２９と下方ウォータジャケット３０により上方および下方の双方から冷却されるので排気集合部１４が過熱するのを阻止することができることになる。

シリンダヘッドの平面断面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿ってみたシリンダブロックおよびシリンダヘッドの断面図である。 側方からみたウォータジャケットの形状を示す図である。 図３のＩＶ−ＩＶ断面に沿ってみたウォータジャケットの断面形状を示す図である。 上方からみたウォータジャケットの形状を示す図である。 図５のＡ−Ａ断面およびＢ−Ｂ断面に沿ってみたウォータジャケットの断面形状を示す図である。

符号の説明

１ 機関本体
２ シリンダブロック
３ シリンダヘッド
７ 点火栓
８ 吸気弁
９ 吸気ポート
１０ 排気弁
１１ 排気ポート
１２ 一方の側壁面
１３ 他方の側壁面
１４ 排気集合部
１６ 筒状壁
２０ 吸気ポート側ウォータジャケット
２１ 排気ポート側ウォータジャケット
２２ 冷却水入口
２８ 冷却水出口
２９ 上方ウォータジャケット
３０ 下方ウォータジャケット

Claims (5)

1. 機関本体の長手軸線に沿って直列に配置された複数の気筒を具備しており、該長手軸線に関し吸気弁が配置されている側のシリンダヘッドの一方の側壁面上において吸気ポートを開口させると共に、該長手軸線に関し排気弁が配置されている側のシリンダヘッドの他方の側壁面上において排気ポートを開口させるようにした内燃機関において、シリンダブロック内からシリンダヘッド内の排気弁周りに流入した後、吸気弁および吸気ポート周りを上記一方の側壁面に向け横方向に流れてシリンダブロック内に流出する冷却水の主流路を機関本体内に形成し、シリンダブロック内からシリンダヘッド内の排気弁周りに流入した冷却水の一部を上記主流路に沿い流れる冷却水とは反対方向に排気ポートの周りを上記他方の側壁面に向け横方向に流通させた後、該他方の側壁面に沿って上記長手軸線方向に機関本体からの冷却水出口に向け流通させるようにした内燃機関の冷却構造。
2. 点火栓の周りに一対の吸気弁と一対の排気弁が配置されており、上記主流路に沿い流れる冷却水はシリンダブロック内からシリンダヘッド内の一対の排気弁間を通って点火栓挿入孔を包囲する筒状壁の外周面に達した後に吸気弁および吸気ポート周りを上記一方側壁面に向け横方向に流れ、上記冷却水の一部は該筒状壁の外周面上において上記主流路に沿い流れる冷却水から分かれて該主流路に沿い流れる冷却水とは反対方向に流れる請求項１に記載の内燃機関の冷却構造。
3. 各気筒の排気ポートがシリンダヘッド内において共通の排気集合部に集合せしめられると共に該排気集合部が上記他方の側壁面上において開口せしめられており、各気筒の排気ポートおよび排気集合部の上方および下方に夫々扁平な上方ウォータジャケットと下方ウォータジャケットとが形成されており、上記冷却水の一部は一方では上方ウォータジャケット内を上記他方の側壁面に向け横方向に流れた後に該他方の側壁面に沿って上記長手軸線方向に機関本体からの冷却水出口に向け流れ、他方では下方ウォータジャケット内を上記他方の側壁面に向け横方向に流れた後に該他方の側壁面に沿って上記長手軸線方向に機関本体からの冷却水出口に向け流れる請求項１に記載の内燃機関の冷却構造。
4. シリンダブロック内に形成されたウォータジャケットが上記長手軸線に関して互いに反対側に位置する吸気ポート側ウォータジャケットと排気ポート側ウォータジャケットとに分割されており、上記主流路に沿い流れる冷却水は排気ポート側ウォータジャケットからシリンダヘッド内を通って吸気ポート側ウォータジャケットに向かう請求項１に記載の内燃機関の冷却構造。
5. 機関本体への冷却水入口が上記排気ポート側ウォータジャケットの上記長手軸線方向における一端部に形成されており、上面から見た機関本体において該機関本体への冷却水入口と対角位置に当るシリンダヘッドの隅部に上記機関本体からの冷却水出口を配置した請求項１に記載の内燃機関の冷却構造。

Images