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