JP2010265840A - シリンダヘッドのウオータジャケット構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 シリンダヘッドのウオータジャケットにリブを設けて燃焼室まわりの高温部分の冷却性能を確保しながら、シリンダヘッドの鋳造時にウオータジャケットを成形する中子の強固な支持を可能にする。
【解決手段】 図はシリンダヘッドの内部にウオータジャケットを成形する中子を示すもので、隣接する燃焼室間のウオータジャケットに通路拡張部２０を設け、その中央に立設したリブ２１で冷却水を一対の主冷却水通路２０ａに分岐させ、高温となる吸気弁孔１４、排気弁孔１５および点火プラグ挿通孔１６の近傍を冷却する。リブ２１の内部には貫通水路２０ｃおよび分岐水路２０ｄがＴ字状に形成されており、その交差部（ピン孔を塞ぐキャップ２３が装着される位置）に上方から中子ピンを当接させる。これにより、シリンダヘッドの鋳造時に金型の内部に中子を強固に保持することができるだけでなく、ピン孔の分だけリブ２１の駄肉を減少させてシリンダヘッドの重量を軽減することができる。
【選択図】 図６

Description

本発明は、多気筒エンジンのシリンダヘッドの内部に複数の燃焼室の周囲を冷却するウオータジャケットを形成したシリンダヘッドのウオータジャケット構造に関する。

エンジンのシリンダヘッドの内部にシリンダ列線と直交する方向（吸排気方向）に冷却水を流すウオータジャケットを形成したものにおいて、シリンダ列線方向に隣接する二つの燃焼室の間に位置するウオータジャケットにＴ字状のリブ（控え柱２６）を設けることで、冷却水の流れをリブの両側に分岐させて燃焼室の近傍の高温部分の冷却を図るものが、下記特許文献１により公知である。

特公平７−０１５２７５号公報

ところで、上記特許文献１に記載されているように、冷却水の流れを規制するリブを設けると、そのリブの分だけシリンダヘッドの重量が増加するため、リブの駄肉をできるだけ少なくすることが望ましい。

またシリンダヘッドにウオータジャケットを形成するには、シリンダヘッドを鋳造する金型の内部に中子を保持する必要があり、中子ピンによって中子を金型に内部に強固に支持するためには、中子ピンの位置を隣接する二つの燃焼室の中央に設定することが望ましい。しかしながら、上記特許文献１に記載されているように、隣接する二つの燃焼室の中央にリブを配置してしまうと、リブとの干渉を回避するために中子ピンの位置を隣接する二つの燃焼室の中央からずらしたり、中子ピンの直径を小さくしたりする必要があり、中子ピンによる中子の支持が不安定になる可能性がある。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、シリンダヘッドのウオータジャケットにリブを設けて燃焼室まわりの高温部分の冷却性能を確保しながら、シリンダヘッドの鋳造時にウオータジャケットを成形する中子の強固な支持を可能にすることを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、複数の燃焼室がシリンダ列線方向に配列された多気筒エンジンのシリンダヘッドに、前記燃焼室を区画する燃焼室上壁と、前記燃焼室上壁の近傍を冷却すべく吸排気方向に冷却水を流すウオータジャケットとが設けられ、前記燃焼室上壁には、冷却水の流れ方向上流側に位置する上流側弁孔と、冷却水の流れ方向下流側に位置する下流側弁孔と、前記両弁孔に挟まれた位置で点火プラグおよび燃料噴射弁の少なくとも一方が挿通される被冷却部材挿通孔とが形成され、前記ウオータジャケットは隣接する前記燃焼室間に通路断面積が拡張する通路拡張部を備えるシリンダヘッドのウオータジャケット構造であって、前記通路拡張部の中央には前記ウオータジャケットの上壁および下壁を接続して冷却水の流れを前記上流側弁孔、前記下流側弁孔および前記被冷却部材挿通孔に向けて偏倚させるリブが形成され、前記リブには、シリンダ列線方向に貫通する貫通水路と、前記貫通水路から前記シリンダヘッドの上面に貫通するピン孔とが形成され、シリンダ軸線方向に見て前記通路拡張部の中央に位置する前記ピン孔は、前記シリンダヘッドの鋳造時に前記ウオータジャケットを成形する中子を保持する中子ピンにより成形されることを特徴とするシリンダヘッドのウオータジャケット構造が提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記リブには、前記貫通水路および前記ピン孔の接続部から冷却水の流れ方向下流側に延びて前記通路拡張部に連通する分岐水路が形成されることを特徴とするシリンダヘッドのウオータジャケット構造が提案される。

尚、実施の形態の吸気弁孔１４は本発明の上流側弁孔に対応し、実施の形態の排気弁孔１５は本発明の下流側弁孔に対応し、実施の形態の点火プラグ挿通孔１６は本発明の被冷却部材挿通孔に対応する。

請求項１の構成によれば、多気筒エンジンのシリンダヘッドの燃焼室上壁に、吸排気方向に冷却水を流すウオータジャケットと、上流側弁孔と、下流側弁孔と、被冷却部材挿通孔とを形成し、ウオータジャケットは隣接する燃焼室間に通路断面積が拡張する通路拡張部を備えており、その通路拡張部の中央にリブを形成したので、リブによって冷却水の流れを隣接する燃焼室の上流側弁孔、下流側弁孔および被冷却部材挿通孔に向けて偏倚させることで高温部の冷却効果を高めることができる。また前記リブには、シリンダ列線方向に貫通する貫通水路と、シリンダ軸線方向に見て通路拡張部の中央に位置して貫通水路からシリンダヘッドの上面に貫通するピン孔とが形成されるので、シリンダヘッドの鋳造時に前記ピン孔を成形する中子ピンによってウオータジャケットを成形する中子を強固に保持することができるだけでなく、ピン孔の分だけリブの駄肉を減少させてシリンダヘッドの重量を軽減することができる。

また請求項２の構成によれば、貫通水路およびピン孔の接続部から冷却水の流れ方向下流側に延びて通路拡張部に連通する分岐水路をリブに形成したので、貫通水路および分岐水路によってリブの駄肉を減少させてシリンダヘッドの重量を軽減することができ、しかも貫通水路および分岐水路を流れる冷却水によってリブを冷却することができる。

直列四気筒エンジンのシリンダヘッドのシリンダ軸線に直交する方向の断面図。 図１の２−２線拡大断面図。 図２の３−３線断面図。 図２の４−４線断面図。 図２の５方向矢視図。 シリンダヘッドのウオータジャケットを成形する中子の上面図。 シリンダヘッドのウオータジャケットを成形する中子の下面図。 図６の８部拡大図。

以下、図１〜図８に基づいて本発明の実施の形態を説明する。

図１は直列四気筒エンジンのシリンダヘッド１１を、シリンダブロックとの結合面と平行な平面で切断した断面を上方（ヘッドカバー側）から見た図であり、紙面の下側が吸気側であり、紙面の上側が排気側である。シリンダヘッド１１の下面（紙面の裏側）にはシリンダ列線Ｌ１に沿って４個の燃焼室１２…が配置されており、断面で示される燃焼室上壁１３…には２個の吸気弁孔１４，１４と、２個の排気弁孔１５，１５と、それらに囲まれた点火プラグ挿通孔１６とが形成される。

シリンダヘッド１１の内部には、吸気側側壁１１ａ、タイミングチェーン室側側壁１１ｂ、排気側側壁１１ｃおよびトランスミッション側側壁１１ｄにより囲まれたウオータジャケットＪが白地で示される。図６および図７はシリンダヘッド１１を鋳造する際に使用する中子１７の形状を示すもので、この中子１７の形状はウオータジャケットＪの形状と同一である。以下、図１、図６および図７に基づいてウオータジャケットＪの構造を説明する。

ウオータジャケットＪは、シリンダヘッド１１の吸気側側壁１１ａに沿う吸気側ギャラリ１８と、シリンダヘッド１１の排気側側壁１１ｃに沿う排気側ギャラリ１９と、吸気側ギャラリ１８および排気側ギャラリ１９を接続する３個の通路拡張部２０…とを備える。３個の通路拡張部２０…はシリンダ列線Ｌ１上であって、４個の燃焼室１２…に挟まれる位置に配置される。シリンダヘッド１１の低い位置にある吸気側ギャラリ１８および排気側ギャラリ１９は図１に実線で示されているが、３個の通路拡張部２０…は吸気側ギャラリ１８および排気側ギャラリ１９よりも高い位置にあるために図１に想像線で示されている。

吸気側ギャラリ１８の下面には、シリンダブロックに設けた冷却水ポンプから冷却水が供給される冷却水入口１８ａが設けられており、４本のシリンダ軸線Ｌ２…から吸気側にずれた４個のａ位置…に向かって冷却水入口１８ａから４本の第１冷却水通路１８ｂ…が延びている。４個のａ位置…からは、各２本の第２冷却水通路１８ｃ…がシリンダ列線Ｌ１に向かって延びており、相互に集合する３対６本の第２冷却水通路１８ｃ…は、４個の燃焼室１２…の間の３個のｂ位置…で３個の通路拡張部２０…に連通する。

計８本の第２冷却水通路１８ｃ…には、シリンダブロック側のウオータジャケットに連通する連通孔１８ｄ…がそれぞれ形成されており、吸気側ギャラリ１８を流れる冷却水の一部は連通孔１８ｄ…を通過してシリンダブロック側のウオータジャケットに分配される。また排気側ギャラリ１９には、４本のシリンダ軸線Ｌ２…から排気側にずれた位置に４個の連通孔１９ａ…がそれぞれ形成されており、排気側ギャラリ１９を流れる冷却水の一部は連通孔１９ａ…を通過してシリンダブロック側のウオータジャケットに分配される。排気側ギャラリ１９のトランスミッション側側壁１１ｄに近い位置に２個の冷却水出口１９ｂ，１９ｂが形成されており、ウオータジャケットＪを最後まで流れた冷却水は冷却水出口１９ｂ，１９ｂを通過してシリンダブロック側のウオータジャケットに戻される。

次に、図６〜図８に基づいて通路拡張部２０の構造を説明する。

シリンダ列線Ｌ１上において４個の燃焼室１２…に挟まれた位置にある３個の通路拡張部２０…は実質的に同一構造を有するため、以下、その一つの通路拡張部２０について説明する。

通路拡張部２０は吸気側ギャラリ１８と排気側ギャラリ１９とを連通させるものであり、その中央部にリブ２１を上下方向に形成することで、冷却水を左右方向（通路拡張部２０を挟む二つの燃焼室１２，１２の方向）に分流させるための二つの主冷却水通路２０ａ，２０ａが形成される。従って、通路拡張部２０を流れる冷却水は、吸気側のｂ位置においてリブ２１を迂回する二つの主冷却水通路２０ａ，２０ａに分岐した後、排気側のｃ位置において再び合流して排気側ギャラリ１９に流入する。

即ち、図８から明らかなように、ｂ位置において通路拡張部２０に流入した冷却水がリブ２１に阻止されて左右の主冷却水通路２０ａ，２０ａに分岐し、吸気弁孔１４，１４が形成された壁部１１ｅ，１１ｅと、点火プラグ挿通孔１６が形成された壁部１１ｆと、排気弁孔１５，１５が形成された壁部１１ｇ，１１ｇとを冷却した後、排気側のｃ位置において再び合流して排気側ギャラリ１９に流入する。

シリンダ列線Ｌ１方向に隣り合う二つの通路拡張部２０，２０の相互に対向する二つの主冷却水通路２０ａ，２０ａが、吸気弁孔１４，１４が形成された壁部１１ｅ，１１ｅと、点火プラグ挿通孔１１ｆが形成された壁部１１ｆとの間に配置された連通水路２０ｂで接続されており、この連通水路２０ｂを流れる冷却水で吸気弁孔１４，１４の壁部１１ｅ，１１ｅおよび点火プラグ挿通孔１６の壁部１１ｆを更に冷却する。

図８において、左側の通路拡張部２０の主冷却水通路２０ａを流れる冷却水（矢印Ａ１参照）の流量と、右側の通路拡張部２０の主冷却水通路２０ａを流れる冷却水（矢印Ａ２参照）の流量とが拮抗していると、両主冷却水通路２０ａ，２０ａを連通させる連通水路２０ｂに冷却水が滞留してしまい、この連通水路２０ｂが臨む吸気弁孔１４，１４の壁部１１ｅ，１１ｅおよび点火プラグ挿通孔１６の壁部１１ｆの冷却効果が低下する問題がある。

この問題を解決すべく、本実施の形態では、連通水路２０ｂの両端開口部に臨む左右の吸気弁孔１４，１４の壁部１１ｅ，１１ｅの何れか一方（実施の形態では図８の右側の吸気弁孔１４の壁部１１ｅ）に、吸気側から排気側に向かって突出する突出部１１ｈが形成される。

この突出部１１ｈを形成したことにより、図中右側の主冷却水通路２０ａを流れる冷却水（矢印Ａ２参照）が排気側を指向するようになって連通水路２０ｂの右端開口部に流入し難くなるのに対し、図中左側の主冷却水通路２０ａを流れる冷却水（矢印Ａ１参照）は突出部１１ｈが存在しないために連通水路２０ｂの左端開口部に流入し易くなり、そのバランスの崩れによって連通水路２０ｂに矢印Ａ３で示す左から右に向かう冷却水の流れを発生させ、吸気弁孔１４，１４の壁部１１ｅ，１１ｅおよび点火プラグ挿通孔１６の壁部１１ｆの冷却効果を高めることができる。

尚、突出部１１ｈを設ける側は、左右の主冷却水通路２０ａ，２０ａのうち、その冷却水の流速が低い側に設けることが望ましい。その理由は、突出部１１ｈを設けることで主冷却水通路２０ａが絞られて流速が増加するため、左右の主冷却水通路２０ａ，２０ａを流れる冷却水の流速を均一化して冷却効果を均一化することができるからである。

次に、図２〜図５および図８に基づいて通路拡張部２０の中央に設けられたリブ２１の構造を説明する。

通路拡張部２０の中央に立設されるリブ２１は概略円柱状に形成されており、そこをシリンダ列線Ｌ１方向に形成された貫通水路２０ｃの両端が、左右の主冷却水通路２０ａ，２０ａに開口する。また貫通水路２０ｃの中央部から排気側に向かって分岐水路２０ｄが延びており、その出口端が排気側ギャラリ１９のｃ点に開口する。貫通水路２０ｃおよび分岐水路２０ｄは水平断面において略Ｔ字状に形成されており（図４および図８参照）、前記水平断面においてリブ２１を一つの半円状の部分と二つの扇形の部分とに分離する。従って、左右の主冷却水通路２０ａ，２０ａを流れる冷却水の一部は貫通水路２０ｃの両端から流入して中央部に向かって流れ、そこから分岐水路２０ｄに流入して排気側ギャラリ１９に流出する。

リブ２１の上半部には、貫通水路２０ｃおよび分岐水路２０ｄの交差部から上方に延び、シリンダヘッド１１の上面へと貫通するピン孔２１ａが形成される。このピン孔２１ａの底部、つまり貫通水路２０ｃおよび分岐水路２０ｄの交差部の上側がキャップ２２の圧入により閉塞されており、ピン孔２１ａから冷却水が漏れることが防止される。

シリンダヘッド１１を鋳造するとき、ウオータジャケットＪを形成するための中子１７（図６および図７参照）は金型のキャビティ内に複数の中子ピンを介して支持されるが、そのうちの３本の中子ピン２３…（図２および図５参照）の下端がリブ２１の中央部に、より具体的には中子１７の貫通水路２０ｃおよび分岐水路２０ｄの交差部を成形する部分に当接することで、中子１７を金型内に保持するようになっている。

尚、図３および図４において、符号２４…は吸気弁孔１４…に連なる吸気ポートであり、符号２５…は排気弁孔１５…に連なる排気ポートである。

このように、リブ２１の中央部に中子ピン２３を挿入してピン孔２１ａを形成するので、そのピン孔２１ａの分だけリブ２１の駄肉を減らしてシリンダヘッド１１の重量を軽減することができる。またリブ２１の位置を避けて中子ピン２３を配置しようとする、その配置スペースを確保するのが困難になったり、中子ピン２３を適切な位置に配置できなくなって中子１７を強固に支持できなくなったりするが、本実施の形態によれば上記問題を解決することができる。

またリブ２１の内部に貫通水路２０ｃおよび分岐水路２０ｄを形成したことにより、リブ２１の駄肉を減らしてシリンダヘッド１１の重量を更に軽減することができ、しかもリブ２１の冷却を効果的に行うことができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、実施の形態のウオータジャケットＪはシリンダヘッド１１の吸気側から排気側に冷却水を流しているが、排気側から吸気側に冷却水を流すものであっても良い。

また本発明の被冷却部材挿通孔に挿通される被冷却部材は点火プラグであるが、被冷却部材は燃料噴射弁であっても良い。

また実施の形態ではリブ２１に貫通水路２０ｃおよび分岐水路２０ｄが設けられているが、分岐水路２０ｄは省略可能である。

１１ シリンダヘッド
１２ 燃焼室
１３ 燃焼室上壁
１４ 吸気弁孔（上流側弁孔）
１５ 排気弁孔（下流側弁孔）
１６ 点火プラグ挿通孔（被冷却部材挿通孔）
１７ 中子
２０ 通路拡張部
２０ｃ 貫通水路
２０ｄ 分岐水路
２１ リブ
２１ａ ピン孔
２３ 中子ピン
Ｌ１ シリンダ列線
Ｌ２ シリンダ軸線
Ｊ ウオータジャケット

Claims (2)

1. 複数の燃焼室（１２）がシリンダ列線（Ｌ１）方向に配列された多気筒エンジンのシリンダヘッド（１１）に、前記燃焼室（１２）を区画する燃焼室上壁（１３）と、前記燃焼室上壁（１３）の近傍を冷却すべく吸排気方向に冷却水を流すウオータジャケット（Ｊ）とが設けられ、
   前記燃焼室上壁（１２）には、冷却水の流れ方向上流側に位置する上流側弁孔（１４）と、冷却水の流れ方向下流側に位置する下流側弁孔（１５）と、前記両弁孔（１４，１５）に挟まれた位置で点火プラグおよび燃料噴射弁の少なくとも一方が挿通される被冷却部材挿通孔（１６）とが形成され、
   前記ウオータジャケット（Ｊ）は隣接する前記燃焼室（１２）間に通路断面積が拡張する通路拡張部（２０）を備えるシリンダヘッドのウオータジャケット構造であって、
   前記通路拡張部（２０）の中央には前記ウオータジャケット（Ｊ）の上壁および下壁を接続して冷却水の流れを前記上流側弁孔（１４）、前記下流側弁孔（１５）および前記被冷却部材挿通孔（１６）に向けて偏倚させるリブ（２１）が形成され、
   前記リブ（２１）には、シリンダ列線（Ｌ１）方向に貫通する貫通水路（２０ｃ）と、前記貫通水路（２０ｃ）から前記シリンダヘッド（１１）の上面に貫通するピン孔（２１ａ）とが形成され、シリンダ軸線（Ｌ２）方向に見て前記通路拡張部（２０）の中央に位置する前記ピン孔（２１ａ）は、前記シリンダヘッド（１１）の鋳造時に前記ウオータジャケット（Ｊ）を成形する中子（１７）を保持する中子ピン（２３）により成形されることを特徴とするシリンダヘッドのウオータジャケット構造。
2. 前記リブ（２１）には、前記貫通水路（２０ｃ）および前記ピン孔（２１ａ）の接続部から冷却水の流れ方向下流側に延びて前記通路拡張部（２０）に連通する分岐水路（２０ｄ）が形成され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ウオータジャケット構造。

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