JP2009257157A - 排気集合部一体型エンジンの冷却構造 - Google Patents

Abstract

【課題】シリンダヘッドの排気マニホールド取付面側の外方への張り出しを小さく抑え、かつ熱負荷によるボルトの緩みやねじ部の破損を確実に防止することができる排気集合部一体型エンジンの冷却構造を提供する。
【解決手段】シリンダヘッド1の内部に、複数の排気枝路と、この各排気枝路を集合させた排気集合部23と、排気集合部を冷却するウォータジャケット4とを一体に形成している。また、シリンダヘッドの一側面12に、排気集合部に接続される排気マニホールド3を取り付ける排気マニホールド取付面31を設けている。更に、排気マニホールド取付面に排気マニホールドをボルトBにより取り付けるボルト取付穴32を設けている。そして、ボルト取付穴に、ボルトが螺合するねじ部321と、ウォータジャケットの延設部41近傍にねじ部を位置付けるように排気マニホールド取付面より内方に凹設されたカウンタボア322とを設けている。
【選択図】図４

Description

本発明は、シリンダヘッドの内部に複数の排気枝路および当該各排気枝路を集合させた排気集合部を備えた排気集合部一体型エンジンの冷却構造に関する。

従来より、自動車用エンジンのシリンダヘッドの内部に、複数の排気枝路と、これらの排気枝路を集合させた排気集合部と、少なくとも排気集合部を冷却する排気冷却用ウォータジャケットとが一体に形成されてなるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−１８８３５１号公報

ところが、上記従来のものでは、排気集合部の回りに冷却水を流して排気枝路および排気集合部を冷却することにより、排気集合部回りを好適に冷却してはいるものの、排気枝路を排気集合部に集合させる構造上、高負荷運転時などには排気集合部付近での熱負荷が非常に高いものとなり、その排気集合部に対し接続される排気マニホールドをボルトにより取り付けるためのシリンダヘッドの排気マニホールド取付面側が高温となりやすい。そのため、シリンダヘッドの排気マニホールド取付面に設けられた取付穴に対しボルトを螺合させるためのねじ部が高温となり、シリンダヘッドの排気マニホールド取付面側において取付穴のねじ部周辺の材料が脆弱化し、ボルトの緩みやねじ部の破損が危惧されることになる。

そこで、排気冷却用ウォータジャケットを排気マニホールド取付面側まで回り込ませることが考えられるが、排気冷却用ウォータジャケットを排気マニホールド取付面側まで回り込ませると、シリンダヘッドの排気マニホールド取付面側を外方に大きく張り出さざるを得なくなり、エンジンの生産性や搭載性を配慮すると、シリンダヘッドの排気マニホールド取付面側を外方に大きく張り出させるにも限度があった。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、シリンダヘッドの排気マニホールド取付面側の外方への張り出しを小さく抑え、かつ熱負荷によるボルトの緩みやねじ部の破損を確実に防止することができる排気集合部一体型エンジンの冷却構造を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明では、シリンダヘッドの内部に、複数の排気枝路と、これらの排気枝路を集合させた排気集合部と、少なくとも上記排気集合部を冷却する排気冷却用ウォータジャケットとが一体に形成された排気集合部一体型エンジンの冷却構造を前提としている。更に、上記シリンダヘッドに、上記排気集合部に接続される排気マニホールドを取り付ける排気マニホールド取付面を設けているとともに、この排気マニホールド取付面に、上記排気マニホールドをボルトにより取り付ける取付穴を設けている。そして、上記取付穴に上記ボルトが螺合するねじ部を設け、このねじ部を、上記排気冷却用ウォータジャケットの近傍に位置付けている。

この特定事項により、排気マニホールドを排気マニホールド取付面にボルトにより取り付ける際にそのボルトが螺合する取付穴のねじ部は、排気冷却用ウォータジャケットの近傍に位置付けられているので、高負荷運転時などに排気集合部付近での非常に高い熱負荷によってシリンダヘッドの排気マニホールド取付面側が高温となっても、排気冷却用ウォータジャケットの近傍に位置する取付穴のねじ部が冷却水により冷却されて高温となることはない。これにより、シリンダヘッドの排気マニホールド取付面側において取付穴のねじ部周辺の材料が脆弱化することがなく、ボルトの緩みやねじ部の破損を効果的に防止することが可能となる。

しかも、シリンダヘッドの排気マニホールド取付面側において取付穴のねじ部が冷却水により冷却されていることにより、排気冷却用ウォータジャケットを排気マニホールド取付面側まで回り込ませる必要がなくなって、シリンダヘッドの排気マニホールド取付面側の外方への張り出しを小さく抑えることが可能となる。

特に、ねじ部を排気冷却用ウォータジャケットの近傍に位置付けるための具体的な方策として、以下の構成が掲げられる。つまり、上記取付穴に、上記排気マニホールド取付面より内方に凹設されたカウンタボアを設けている。

この特定事項により、取付穴のねじ部は、シリンダヘッドの排気マニホールド取付面より内方に凹設されたカウンタボアによって排気冷却用ウォータジャケットの近傍に位置付けられているので、ねじ部が排気冷却用ウォータジャケットの近傍に簡単かつ自在に位置付けられ、実施する上で非常に有利なものとなる。

更に、取付穴のねじ部と排気冷却用ウォータジャケットとのレイアウトを具体的に特定するものとして、以下の構成が掲げられる。つまり、上記ねじ部と上記排気冷却用ウォータジャケットとを互いに寄り沿わせている。

この特定事項により、取付穴のねじ部は、排気冷却用ウォータジャケットに寄り添っているので、取付穴のねじ部が冷却水により効率よく冷却されることになり、シリンダヘッドの排気マニホールド取付面側における取付穴のねじ部周辺の材料の脆弱化を確実に抑えて、ボルトの緩みやねじ部の破損をより効果的に防止することが可能となる。

以上、要するに、シリンダヘッドの排気マニホールド取付面側において排気マニホールド取付面に設けた取付穴のねじ部を排気冷却用ウォータジャケットの近傍に位置付けることで、高負荷運転時などに熱負荷により高温となるシリンダヘッドの排気マニホールド取付面近傍における取付穴のねじ部を排気冷却用ウォータジャケットの冷却水により冷却し、シリンダヘッドの排気マニホールド取付面における取付穴のねじ部周辺の材料の脆弱化を抑えて、ボルトの緩みやねじ部の破損を効果的に防止することができる上、排気冷却用ウォータジャケットによるシリンダヘッドの排気マニホールド取付面側の外方への張り出しを小さく抑えることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。

図１は本発明の実施形態に係る冷却構造を適用した直列４気筒エンジンのシリンダヘッドにおける吸・排気枝路を示す図である。本エンジンは、１気筒当たりそれぞれ２本の吸気弁および排気弁が設けられた４バルブエンジンである。

図１において、シリンダヘッド１の内部には排気枝路２，２，…が設けられている。この各排気枝路２は、各気筒１１の一対の排気バルブポート１１１，１１１に連通する一対の排気分岐路２１，２１と、この一対の排気分岐路２１，２１の下流端を１本に集合させる排気集合路２２とからなる。この各排気集合路２２は、各気筒１１と同数設けられている。また、シリンダヘッド１の内部には、各排気集合路２２の下流端を１つに集合させる排気集合部２３が設けられている。そして、各排気枝路２（排気分岐路２１および各排気集合路２２）と排気集合部２３とによって、シリンダヘッド１の内部において排気ガスの流通可能な通路を構成している。なお、図１中、１１２は各気筒１１の一対の吸気バルブポート、１１３は点火プラグ挿通孔である。

また、図２に示すように、排気集合部２３は、シリンダヘッド１の一側面１２（図２では手前側面）に開口しており、その開口部２３１に排気マニホールド３の上流端が接続されている。そして、シリンダヘッド１の一側面１２の略中央部には、排気集合部２３の開口部２３１をほぼ中心部に開口させた排気マニホールド取付面３１が設けられている。この排気マニホールド取付面３１は、略トラック形状に形成され、その四隅には、排気マニホールド３を取り付けるためのボルトＢ（図４に表れる）が挿通される取付穴としてのボルト取付穴３２，３２，…が設けられている。この場合、各排気枝路２を排気集合部２３に集合させる構造上、高負荷運転時などには各排気枝路２および排気集合部２３の内部を流通する排気ガスによって排気集合部２３付近の熱負荷が非常に高いものとなり、その排気集合部２３側となるシリンダヘッド１の排気マニホールド取付面３１側が高温となりやすくなっている。

そして、図３に示すように、シリンダヘッド１の内部には、エンジンの前後両端側（図３では左右両端側）より中央に向かってそれぞれ延びるウォータジャケット４，４が設けられている。そして、図４に示すように、前後の各ウォータジャケット４は、シリンダヘッド１内におけるエンジンの前後方向中央部（排気集合部２３の手前）において上下に二分岐し、それぞれ排気マニホールド取付面３１側（図４では右側）に向かって延設されている。この上下の延設部４１，４１（排気冷却用ウォータジャケット）は、排気集合部２３を上下から挟むように配置され、排気マニホールド取付面３１側に延設されているものの、シリンダヘッド１の排気マニホールド取付面３１側に十分な肉厚を残して排気マニホールド取付面３１側端まで回り込まないようになっている。そして、前後の各ウォータジャケット４の上下の延設部４１の内部を流れる冷却水によって各排気枝路２および排気集合部２３を前後および上下から冷却している。この場合、前後の各ウォータジャケット４の上下の延設部４１，４１は、排気マニホールド取付面３１の四隅のボルト取付穴３２の底部近傍にそれぞれ配置されている。

更に、排気マニホールド取付面３１の四隅のボルト取付穴３２，３２，…には、排気マニホールド３を取り付けるためのボルトＢが螺合するねじ部３２１が設けられている。また、各ボルト取付穴３２には、前後の各ウォータジャケット４の上下の延設部４１，４１の近傍つまりボルト取付穴３２の底部にねじ部３２１を位置付けるように排気マニホールド取付面３１より内方（図４では左側）に凹設されたカウンタボア３２２が設けられている。この場合、各ボルト取付穴３２のねじ部３２１は、カウンタボア３２２によって排気マニホールド取付面３１より内方に位置付けられ、前後の各ウォータジャケット４の上下の延設部４１，４１にそれぞれ個別に寄り沿っている。

したがって、上記実施形態では、排気マニホールド３を排気マニホールド取付面３１にボルトＢにより取り付ける際にそのボルトＢが螺合する各ボルト取付穴３２のねじ部３２１は、シリンダヘッド１の排気マニホールド取付面３１に凹設されたカウンタボア３２２によって前後の各ウォータジャケット４の上下の延設部４１，４１の近傍にそれぞれ位置付けられているので、高負荷運転時などに排気集合部２３付近での非常に高い熱負荷によってシリンダヘッド１の排気マニホールド取付面３１側が高温となっても、ウォータジャケット４の各延設部４１の近傍に位置する各ボルト取付穴３２のねじ部３２１が冷却水により冷却されて高温となることはない。これにより、シリンダヘッド１の排気マニホールド取付面３１側において各ボルト取付穴３２のねじ部３２１周辺の材料が脆弱化することがなく、ボルトＢの緩みやねじ部３２１の破損を効果的に防止することができる。しかも、各ボルト取付穴３２のねじ部３２１は、前後の各ウォータジャケット４の上下の延設部４１，４１に寄り沿うように設けられているので、各ボルト取付穴３２のねじ部３２１が冷却水により効率よく冷却されることになり、シリンダヘッド１の排気マニホールド取付面３１側において各ボルト取付穴３２のねじ部３２１周辺の材料の脆弱化を確実に抑えて、ボルトＢの緩みや各ボルト取付穴３２のねじ部３２１の破損をより効果的に防止でき、実施する上で非常に有利なものとなる。

そして、シリンダヘッド１の排気マニホールド取付面３１側において各ボルト取付穴３２のねじ部３２１が冷却水により冷却されていることにより、ウォータジャケットをシリンダヘッド１の排気マニホールド取付面３１側まで回り込ませる必要がなく、シリンダヘッド１の排気マニホールド取付面３１側の外方への張り出しを小さく抑えることができ、エンジンの生産性や搭載性を図ることができる。

しかも、各ボルト取付穴３２のねじ部３２１が、シリンダヘッド１の排気マニホールド取付面３１より内方に凹設されたカウンタボア３２２によって前後の各ウォータジャケット４の上下の延設部４１，４１の近傍に簡単かつ自在に位置付けられ、実施する上で非常に有利なものとなる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の変形例を包含している。例えば、上記実施形態では、直列４気筒の４バルブエンジンについて述べたが、直列４気筒や４バルブエンジンに限定されるものではなく、他の気筒数およびシリンダ配列やバルブ数は異なるものであってもよい。

更に、上記実施形態では、各ボルト取付穴３２のねじ部３２１をカウンタボア３２２によって前後の各ウォータジャケット４の上下の延設部４１，４１の近傍に位置付けたが、ボルトが排気マニホールド取付面に開口するボルト挿通孔に挿通されたのちシリンダヘッド内の鋳抜き空間を通って前後の各ウォータジャケットの上下の延設部の近傍に設けたボルト締付穴のねじ部に螺合されるようにしてもよく、この場合には、ボルト挿通孔とボルト締付穴とによって、ボルト取付穴を構成している。また、各ボルト取付穴のねじ部の先端が前後の各ウォータジャケットの上下の延設部の近傍に位置付けられるようにシリンダヘッドの排気マニホールド取付面より内方へ深く形成されていてもよい。

本発明に係る排気集合部一体型エンジンの冷却構造は、排気集合部に対しボルトにより排気マニホールドが外付けにより取り付けられる場合のねじ部の冷却性が高く、シリンダヘッド内部に排気集合部を設けたエンジンの冷却構造等として有用である。

本発明の実施形態に係る図２のＡ−Ａ線における断面図である。 排気マニホールドの取付面側から見た直列４気筒エンジンのシリンダヘッドの一側面図である。 図２のＢ−Ｂ線における断面図である。 図２のＣ−Ｃ線における断面図である。

符号の説明

１ シリンダヘッド
２ 排気枝路
２３ 排気集合部
３ 排気マニホールド
３１ 排気マニホールド取付面
３２ ボルト取付穴（取付穴）
３２１ ねじ部
３２２ カウンタボア
４１ 延設部（排気冷却用ウォータジャケット）
Ｂ ボルト

Claims (3)

1. シリンダヘッドの内部に、複数の排気枝路と、これらの排気枝路を集合させた排気集合部と、少なくとも上記排気集合部を冷却する排気冷却用ウォータジャケットとが一体に形成された排気集合部一体型エンジンの冷却構造であって、
   上記シリンダヘッドには、上記排気集合部に接続される排気マニホールドを取り付ける排気マニホールド取付面が設けられているとともに、この排気マニホールド取付面には、上記排気マニホールドをボルトにより取り付ける取付穴が設けられており、
   上記取付穴には上記ボルトが螺合するねじ部が設けられ、
   上記ねじ部は、上記排気冷却用ウォータジャケットの近傍に位置付けられていることを特徴とする排気集合部一体型エンジンの冷却構造。
2. 請求項１に記載の排気集合部一体型エンジンの冷却構造において、
   上記取付穴には、上記排気マニホールド取付面より内方に凹設されたカウンタボアが設けられていることを特徴とする排気集合部一体型エンジンの冷却構造。
3. 請求項１または請求項２に記載の排気集合部一体型エンジンの冷却構造において、
   上記排気冷却用ウォータジャケットと上記ねじ部とは、互いに寄り添っていることを特徴とする排気集合部一体型エンジンの冷却構造。

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