JP2013015039A - シリンダヘッドの冷却構造 - Google Patents

Abstract

【課題】シリンダヘッドの冷却構造において、冷却水の流速を高める気筒配列に平行する流し方を用い、吸気ポート間、及び排気ポート間の冷却強化を可能とし、冷却性能を向上することにある。
【解決手段】中央流路（１８）内で点火プラグ孔壁（１０Ａ〜１０Ｄ）の下流側に吸気ポート壁（１５Ａ〜１５Ｄ）と排気ポート壁（１６Ａ〜１６Ｄ）との間の流路を絞る第１隔壁（２４Ａ〜２４Ｄ）を配設し、吸気側流路（１９）を及び排気側流路（２０）に沿って気筒列方向（Ｘ）へ延びる吸気側シリンダヘッド内壁（１１）と排気側シリンダヘッド内壁（１２）とのうち互いに隣接する気筒間に配置される範囲にそれぞれ中央流路（１８）に突出する第２隔壁（２５Ａ〜２５Ｃ）を配設し、吸気側流路（１９）と排気側流路（２０）とを流れる冷却水を中央流路（１８）へ導く流路部（２８Ａ〜２８Ｄ）を形成している。
【選択図】図１

Description

この発明は、シリンダヘッドの冷却構造に係り、特にシリンダヘッドの冷却性能を向上するシリンダヘッドの冷却構造に関する。

内燃機関のシリンダヘッドの冷却構造においては、燃焼室を冷却することで内燃機関のメカニカルオクタン価を高める働きをしている。さらに、このメカニカルオクタン価を高めるためには、ノックキング発生位置近傍の壁面の温度を低減することが望ましい。一般に、ノッキングは、吸気ポート側や排気ポート側に多く生じている。このノッキングの発生を抑制するように冷却の強化を行うには、冷却水の流速を高めることが良いものである。

特許第４２１１４０５号公報

特許文献１に係るエンジンの冷却構造は、軸線方向の一端側に位置するポート壁部に、軸線方向の他端側の壁面で、軸線方向の他端側に向かって突出すると共に中心壁部の形状に沿うように突出部を形成し、冷却水の流動に影響を与えることを抑制するものである。

従来、図８に示すように、４気筒用の内燃機関のシリンダヘッド１０１において、各燃焼室の中央部に各点火プラグ孔１０２が設置された気筒（♯１、♯２、♯３、♯４）を一列に複数配置し、この各気筒（♯１、♯２、♯３、♯４）には各点火プラグ孔１０２を挟んで相対する２つの各吸気ポート１０３・１０３と２つの各排気ポート１０４・１０４とがそれぞれ気筒列方向Ｘに設置されている。
シリンダヘッド１０１において、底面に形成された複数の冷却水流入孔１０５からウォータジャケット１０６内に流れてきた冷却水は、流れやすい吸気シリンダヘッド内壁１０７側の吸気側流路１０８及び排気シリンダヘッド内壁１０９側の排気側流路１１０に沿って多く流れてしまう。
このため、中央流路１１１の点火プラグ孔壁１１２周囲では冷却水量が少なくなり、また、吸気ポート１０３・１０３間、及び排気ポート１０４・１０４間では冷却水の流れが衝突してしまい、冷却水の滞留が発生して冷却性能が低下するという不都合があった。

そこで、この発明の目的は、吸気ポート間、及び排気ポート間を含むウォータジャケットにおいて、冷却水の流速を高める気筒配列に平行する流し方を用い、吸気ポート間、排気ポート間の冷却強化を可能とし、冷却性能を向上するシリンダヘッドの冷却構造を提供することにある。

この発明は、燃焼室の中央部に点火プラグ孔が設置された気筒を一列に複数配置し、この各気筒には前記点火プラグ孔を挟んで相対する２つの吸気ポートと２つの排気ポートとがそれぞれ気筒列方向に設置される内燃機関のシリンダヘッドであって、前記シリンダヘッドの前記燃焼室を冷却するウォータジャケットは、前記吸気ポートを構成する吸気ポート壁と前記排気ポートを構成する排気ポート壁との間に形成され、かつ、前記点火プラグ孔を構成する点火プラグ孔壁の外周に沿う中央流路と、前記吸気ポートの開口部に対して前記中央流路と反対側に形成された吸気側流路と、前記排気ポートの開口部に対して前記中央流路と反対側に形成された排気側流路とを備え、冷却水が前記各流路を気筒列方向の一方端から他方端に向かって前記各気筒を順次に流れる構造を持つシリンダヘッドの冷却構造において、前記中央流路内で前記点火プラグ孔壁の下流側に前記吸気ポート壁と前記排気ポート壁との間の流路を絞る第１隔壁を配設し、前記吸気側流路及び前記排気側流路に沿って気筒列方向へ延びる吸気側シリンダヘッド内壁と排気側シリンダヘッド内壁とのうち互いに隣接する前記気筒間に配置される範囲にそれぞれ前記中央流路に突出する第２隔壁を配設し、前記吸気側流路と前記排気側流路とを流れる冷却水を前記中央流路へ導く流路部を形成したことを特徴とする。

この発明のシリンダヘッドの冷却構造は、吸気ポート間、及び排気ポート間を含むウォータジャケットにおいて、冷却水の流速を高める気筒配列に平行する流し方を用い、吸気ポート間、排気ポート間の冷却強化を可能とし、冷却性能を向上できる。

図１は図４のＩ−Ｉ線によるシリンダヘッドの断面図である。（実施例） 図２は図１のシリンダヘッドの一部断面図である。（実施例） 図３はシリンダヘッドの底面図である。（実施例） 図４はシリンダヘッドの斜視図である。（実施例） 図５は内燃機関の斜視図である。（実施例） 図６は内燃機関の分解斜視図である。（実施例） 図７はシリンダヘッドの一部概略図である。（変形例） 図８は従来におけるシリンダヘッドの断面図である。（従来例）

この発明は、吸気ポート間、及び排気ポート間を含むウォータジャケットにおいて、冷却水の流速を高める気筒配列に平行する流し方を用い、吸気ポート間、及び排気ポート間の冷却強化を可能とし、冷却性能を向上する目的を、第１隔壁では、点火プラグ孔壁の外周を通過した冷却水が直線的に下流に流れることを防ぎ、冷却水を吸気ポート間、排気ポート間へと分散して流すことで、その部位の冷却水量を増やし、また、第２隔壁では、吸気側流路、排気側流路の冷却水の流れを中央流路へ集約することにより実現するものである。

図１〜図７は、この発明の実施例を示すものである。
図５、図６において、１は車両に搭載される多気筒用（４気筒）の内燃機関である。
この内燃機関１は、複数気筒として、４つの気筒（♯１、♯２、♯３、♯４）を気筒列方向Ｘで一列に配置し、シリンダブロック２と、このシリンダブロック２上面にガスケット３を介して載置されるシリンダヘッド４と、シリンダブロック２下面に取り付けられるオイルパン５とを備える。
シリンダブロック２には、ラジエータからの冷却水を導入させる冷却水入口部６が設けられている。また、シリンダヘッド４には、冷却水をラジエータに導出させる冷却水出口部７が設けられている。
シリンダヘッド４の底面には、図３に示すように、各気筒（♯１、♯２、♯３、♯４）に対応して燃焼室８Ａ〜８Ｄが形成されているとともに、この燃焼室８Ａ〜８Ｄの中央部に点火プラグ孔９Ａ〜９Ｄが設置されている。この点火プラグ孔９Ａ〜９Ｄは、図１に示すように、点火プラグ孔壁１０Ａ〜１０Ｄで構成される。
また、シリンダヘッド４は、図１に示すように、気筒列方向Ｘへ延びる吸気側シリンダヘッド内壁１１と排気側シリンダヘッド内壁１２とを備える。

図１に示すように、気筒（♯１）には、点火プラグ孔９Ａを挟んで相対する２つの吸気ポート１３Ａ・１３Ａと２つの排気ポート１４Ａ・１４Ａとが、それぞれ気筒列方向Ｘに設置される。吸気ポート１３Ａ・１３Ａは、吸気ポート壁１５Ａ・１５Ａで構成される。排気ポート１４Ａ・１４Ａは、排気ポート壁１６Ａ・１６Ａで構成される。
気筒（♯２）には、点火プラグ孔９Ｂを挟んで相対する２つの吸気ポート１３Ｂ・１３Ｂと２つの排気ポート１４Ｂ・１４Ｂとが、それぞれ気筒列方向Ｘに設置される。吸気ポート１３Ｂ・１３Ｂは、吸気ポート壁１５Ｂ・１５Ｂで構成される。排気ポート１４Ｂ・１４Ｂは、排気ポート壁１６Ｂ・１６Ｂで構成される。
気筒（♯３）には、点火プラグ孔９Ｃを挟んで相対する２つの吸気ポート１３Ｃ・１３Ｃと２つの排気ポート１４Ｃ・１４Ｃとが、それぞれ気筒列方向Ｘに設置される。吸気ポート１３Ｃ・１３Ｃは、吸気ポート壁１５Ｃ・１５Ｃで構成される。排気ポート１４Ｃ・１４Ｃは、排気ポート壁１６Ｃ・１６Ｃで構成される。
気筒（♯４）には、点火プラグ孔９Ｄを挟んで相対する２つの吸気ポート１３Ｄ・１３Ｄと２つの排気ポート１４Ｄ・１４Ｄとが、それぞれ気筒列方向Ｘに設置される。吸気ポート１３Ｄ・１３Ｄは、吸気ポート壁１５Ｄ・１５Ｄで構成される。排気ポート１４Ｄ・１４Ｄは、排気ポート壁１６Ｄ・１６Ｄで構成される。

また、図１に示すように、シリンダヘッド４には、燃焼室８Ａ〜８Ｄを冷却するウォータジャケット１７が設けられる。
このウォータジャケット１７は、吸気ポート１３Ａ〜１３Ｄを構成する吸気ポート壁１５Ａ〜１５Ｄと排気ポート１４Ａ〜１４Ｄを構成する排気ポート壁１６Ａ〜１６Ｄとの間に形成され、かつ、点火プラグ孔９Ａ〜９Ｄを構成する点火プラグ孔壁１０Ａ〜１０Ｄの外周に沿う中央流路１８と、吸気ポート１３Ａ〜１３Ｄの開口部に対して中央流路１８と反対側に形成された吸気側流路１９と、排気ポート１４Ａ〜１４Ｄの開口部に対して中央流路１８と反対側に形成された排気側流路２０とを備える。
シリンダヘッド４は、冷却水が各流路としての中央流路１８と吸気側流路１９と排気側流路２０とを気筒列方向Ｘの一方端から他方端に向かって各気筒（♯１、♯２、♯３、♯４）を順次に流れる構造を持っている。

シリンダヘッド４の底面には、図１に示すように、各気筒（♯１、♯２、♯３、♯４）間で、シリンダブロック２の上面からの冷却水を導くように５つの冷却水流入孔２１Ａ〜２１Ｅが形成される。この冷却水流入孔２１Ａ〜２１Ｅは、シリンダヘッド４の底面とウォータジャケット１７とを連通するものである。
具体的には、気筒（♯１）の上流側で吸気側流入孔２２Ａと排気側流入孔２３Ａとからなる冷却水流入孔２１Ａが形成され、気筒（♯１）と気筒（♯２）間の中心線Ｇ１上では吸気側流入孔２２Ｂと排気側流入孔２３Ｂとからなる冷却水流入孔２１Ｂが形成され、気筒（♯２）と気筒（♯３）間の中心線Ｇ２上では吸気側流入孔２２Ｃと排気側流入孔２３Ｃとからなる冷却水流入孔２１Ｃが形成され、気筒（♯３）と気筒（♯４）間の中心線Ｇ３上では吸気側流入孔２２Ｄと排気側流入孔２３Ｄとからなる冷却水流入孔２１Ｄが形成され、気筒（♯４）の下流側で吸気側流入孔２２Ｅと排気側流入孔２３Ｅとからなる冷却水流入孔２１Ｅが形成される。

さらに、シリンダヘッド４には、中央流路１８内で点火プラグ孔壁１０Ａ〜１０Ｄの下流側に吸気ポート壁１５Ａ〜１５Ｄと排気ポート壁１６Ａ〜１６Ｄとの間の流路を絞る４つの第１隔壁２４Ａ〜２４Ｄが配設される。
具体的には、中央流路１８内において、点火プラグ孔壁１０Ａの下流側で吸気ポート壁１５Ａと排気ポート壁１６Ａとの間の流路を絞るように吸気ポート壁１５Ａと排気ポート壁１６Ａとに接続する第１隔壁２４Ａが配設され、点火プラグ孔壁１０Ｂの下流側で吸気ポート壁１５Ｂと排気ポート壁１６Ｂとの間の流路を絞るように吸気ポート壁１５Ｂと排気ポート壁１６Ｂとに接続する第１隔壁２４Ｂが配設され、点火プラグ孔壁１０Ｃの下流側で吸気ポート壁１５Ｃと排気ポート壁１６Ｃとの間の流路を絞るように吸気ポート壁１５Ｃと排気ポート壁１６Ｃとに接続する第１隔壁２４Ｃが配設され、点火プラグ孔壁１０Ｄの下流側で吸気ポート壁１５Ｄと排気ポート壁１６Ｄとの間の流路を絞るように吸気ポート壁１５Ｄと排気ポート壁１６Ｄとに接続する第１隔壁２４Ｄが配設される。
これら第１隔壁２４Ａ〜２４Ｄにより、点火プラグ孔壁１０Ａ〜１０Ｄに当たった冷却水が、直ぐに下流側に行かずに、吸気ポート１３Ａ〜１３Ｄ間、及び排気ポート１４Ａ〜１４Ｄ間に分散され、点火プラグ孔壁１０Ａ〜１０Ｄの周辺が全体的に冷却される。

また、シリンダヘッド４には、吸気側流路１９及び排気側流路２０に沿って気筒列方向Ｘへ延びる吸気側シリンダヘッド内壁１１と排気側シリンダヘッド内壁１２とのうち互いに隣接する気筒（♯１、♯２、♯３、♯４）間に配置される範囲にそれぞれ中央流路１８に突出する３つの第２隔壁２５Ａ〜２５Ｃが配設される。
具体的には、点火プラグ孔壁１０Ｂの上流側で吸気側シリンダヘッド内壁１１から中央流路１８に突出する吸気側隔壁部材２６Ａと排気側シリンダヘッド内壁１０から中央流路１６に突出する排気側隔壁部材２７Ａとからなる第２隔壁２５Ａが配設され、点火プラグ孔壁１０Ｃの上流側で吸気側シリンダヘッド内壁１１から中央流路１８に突出する吸気側隔壁部材２６Ｂと排気側シリンダヘッド内壁１２から中央流路１８に突出する排気側隔壁部材２７Ｂとからなる第２隔壁２５Ｂが配設され、点火プラグ孔壁１０Ｄの上流側で吸気側シリンダヘッド内壁１１から中央流路１８に突出する吸気側隔壁部材２６Ｃと排気側シリンダヘッド内壁１２から中央流路１８に突出する排気側隔壁部材２７Ｃとからなる第２隔壁２５Ｃが配設されている。
これら第２隔壁２５Ａ〜２５Ｃにより、吸気側流路１９及び排気側流路２０での冷却水の流れが中央流路１８に集まり、冷却水量が増え、冷却水が点火プラグ孔壁１０Ｂ〜１０Ｄに当たるため、冷却効果が良くなる。

更に、シリンダヘッド４には、吸気側流路１９と排気側流路２０とを流れる冷却水を中央流路１８へ導く４つの流路部２８Ａ〜２８Ｄが形成される。
具体的には、流路部２８Ａは、点火プラグ孔壁１０Ａの下流側で、吸気ポート壁１５Ａ側からの吸気ポート側流路部２９Ａと、排気ポート壁１６Ａ側からの排気ポート側流路部３０Ａとからなる。流路部２８Ｂは、点火プラグ孔壁１０Ｂの下流側で、吸気ポート壁１５Ｂ側からの吸気ポート側流路部２９Ｂと、排気ポート壁１６Ｂ側からの排気ポート側流路部３０Ｂとからなる。流路部２８Ｃは、点火プラグ孔壁１０Ｃの下流側で、吸気ポート壁１５Ｃ側からの吸気ポート側流路部２９Ｃと、排気ポート壁１６Ｃ側からの排気ポート側流路部３０Ｃとからなる。流路部２８Ｄは、点火プラグ孔壁１０Ｄの下流側で、吸気ポート壁１５Ｄ側からの吸気ポート側流路部２９Ｄと、排気ポート壁１６Ｄ側からの排気ポート側流路部３０Ｄとからなる。

この内燃機関１においては、ラジエータからの冷却水は、シリンダブロック２の冷却水入口部６から流入し、ウォータポンプの駆動によってシリンダブロック２のウォータジャケットを通過してシリンダブロック２を冷却し、その後、シリンダブロック２の上面を通過してシリンダヘッド４の底面に形成した冷却水流入孔２１Ａ〜２１Ｅから上方に向かって流れた後、シリンダヘッド４のウォータジャケット１７を横方向（気筒列方向Ｘの一方端から他方端への方向）に流れ、このウォータジャケット１７を通過してシリンダヘッド４を冷却し、そして、高温になってシリンダヘッド４の冷却水出口部７からラジエータに戻されて冷却される。

このような構造により、第１隔壁２４Ａ〜２４Ｄで点火プラグ孔壁１０Ａ〜１０Ｄの外周を通過した冷却水が直線的に下流に流れることを防ぎ、冷却水を吸気ポート１３Ａ〜１３Ｄ間、及び排気ポート１４Ａ〜１４Ｄ間へと分散して流すことでその部位の冷却水量を増やし、冷却効果を高める。
また、第２隔壁２５Ａ〜２５Ｃで吸気側流路１９、排気側流路２０の冷却水の流れを中央流路１８へ集約することで冷却効果を高める。

図２に示すように、第１隔壁２４Ａ〜２４Ｄの長さＬは、上流側にある各点火プラグ孔壁１０Ａ〜１０Ｄの直径Ｍよりも大きく設定されている。
これにより、第１隔壁２４Ａ〜２４Ｄを点火プラグ孔壁１０Ａ〜１０Ｄよりも大きくすることで、吸気ポート１３Ａ〜１３Ｄ及び排気ポート１４Ａ〜１４Ｄと第１隔壁２４Ａ〜２４Ｄとの隙間が狭くなり、冷却水は第１隔壁２４Ａ〜２４Ｄの上流の吸気ポート１３Ａ〜１３Ｄ間、及び排気ポート１４Ａ〜１４Ｄ間ヘ分散して流れ、各ポート間の冷却水量が増加し、また、滞留がなくなり、各ポート間の冷却効果を高める。

また、図２に示すように、第２隔壁２５Ａ〜２５Ｃは、互いに隣接する気筒（♯１、♯２、♯３、♯４）間の中心線Ｇ１〜Ｇ３よりも距離Ｐでオフセットし、冷却水流れ方向の下流側に形成される。
このように、第２隔壁２５Ａ〜２５Ｃが互いに隣接する気筒間の中心線Ｇ１〜Ｇ３よりも下流側に形成されていることで、下流側にある吸気ポート壁１５Ａ〜１５Ｄ、及び排気ポート壁１６Ａ〜１６Ｄとの隙間が小さくなり、吸気側流路１９、排気側流路２０への冷却水の流れを抑制し、その分、中央の点火プラグ孔壁１０Ａ〜１０Ｄの周辺への冷却水量を増やし、点火プラグ孔壁１０Ａ〜１０Ｄの周囲の冷却効果を高める。

更に、図２に示すように、互いに向かい合う第２隔壁２５Ａ〜２５Ｃ間に形成される隙間Ｓは、中央の点火プラグ孔壁１０Ｂ、１０Ｃの直径Ｍよりも小さく形成される。
このように、第２隔壁２５Ａ〜２５Ｃ同士の間に形成される隙間Ｓを小さくすることで、中央の点火プラグ孔壁１０Ｂ、１０Ｃへの冷却水量を増やし、この点火プラグ孔壁１０Ｂ、１０Ｃの冷却効果を高める。

なお、この発明においては、図７に示すように、点火プラグ孔壁１０の下流部には、第１隔壁２４として、吸気ポート壁１５に延びる吸気側突起３１と排気ポート壁１６に延びる排気側突起３２とからなる突起部３３を設けた。
このような構造により、吸気ポート壁１５、及び排気ポート壁１６の冷却効果を、さらに向上することができる。

この発明に係るシリンダヘッド冷却構造を、各種内燃機関に適用することが可能である。

１ 内燃機関
２ シリンダブロック
４ シリンダヘッド
６ 冷却水入口部
７ 冷却水出口部
８Ａ〜８Ｄ 燃焼室
９Ａ〜９Ｄ 点火プラグ孔
１０Ａ〜１０Ｄ 点火プラグ孔壁
１１ 吸気側シリンダヘッド内壁
１２ 排気側シリンダヘッド内壁
１３Ａ〜１３Ｄ 吸気ポート
１４Ａ〜１４Ｄ 排気ポート
１５Ａ〜１５Ｄ 吸気ポート壁
１６Ａ〜１６Ｄ 排気ポート壁
１７ ウォータジャケット
１８ 中央流路
１９ 吸気側流路
２０ 排気側流路
２１Ａ〜２１Ｅ 冷却水流入孔
２４Ａ〜２４Ｄ 第１隔壁
２５Ａ〜２５Ｃ 第２隔壁
２８Ａ〜２８Ｄ 流路部

Claims (4)

1. 燃焼室の中央部に点火プラグ孔が設置された気筒を一列に複数配置し、この各気筒には前記点火プラグ孔を挟んで相対する２つの吸気ポートと２つの排気ポートとがそれぞれ気筒列方向に設置される内燃機関のシリンダヘッドであって、前記シリンダヘッドの前記燃焼室を冷却するウォータジャケットは、前記吸気ポートを構成する吸気ポート壁と前記排気ポートを構成する排気ポート壁との間に形成され、かつ、前記点火プラグ孔を構成する点火プラグ孔壁の外周に沿う中央流路と、前記吸気ポートの開口部に対して前記中央流路と反対側に形成された吸気側流路と、前記排気ポートの開口部に対して前記中央流路と反対側に形成された排気側流路とを備え、冷却水が前記各流路を気筒列方向の一方端から他方端に向かって前記各気筒を順次に流れる構造を持つシリンダヘッドの冷却構造において、前記中央流路内で前記点火プラグ孔壁の下流側に前記吸気ポート壁と前記排気ポート壁との間の流路を絞る第１隔壁を配設し、前記吸気側流路及び前記排気側流路に沿って気筒列方向へ延びる吸気側シリンダヘッド内壁と排気側シリンダヘッド内壁とのうち互いに隣接する前記気筒間に配置される範囲にそれぞれ前記中央流路に突出する第２隔壁を配設し、前記吸気側流路と前記排気側流路とを流れる冷却水を前記中央流路へ導く流路部を形成したことを特徴とするシリンダヘッドの冷却構造。
2. 前記第１隔壁の長さは、上流側にある前記点火プラグ孔壁の直径よりも大きく設定されたことを特徴とする請求項１に記載のシリンダヘッドの冷却構造。
3. 前記第２隔壁は、互いに隣接する前記気筒間の中心線よりも冷却水流れ方向の下流側に配設されたことを特徴とする請求項１に記載のシリンダヘッドの冷却構造。
4. 互いに向かい合う前記第２隔壁間に形成される隙間は、中央の前記点火プラグ孔壁の直径よりも小さく設定されたことを特徴とする請求項１に記載のシリンダヘッドの冷却構造。

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