JP3607964B2

JP3607964B2 - シリンダヘッドの冷却構造

Info

Publication number: JP3607964B2
Application number: JP10931297A
Authority: JP
Inventors: 良重尾関
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1997-04-25
Filing date: 1997-04-25
Publication date: 2005-01-05
Anticipated expiration: 2017-04-25
Also published as: JPH10299570A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等に代表される内燃機関のシリンダブロックの上部に固定されるシリンダヘッドの冷却構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のシリンダヘッドの冷却構造としては、例えば図３に例示するものが知られている。
【０００３】
すなわち、シリンダヘッド３１は、４つの燃焼室２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄが設けられているシリンダブロック（図３においては図示略）の上側に接合固定されている。またこのシリンダヘッド３１において、上記各燃焼室２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄのほぼ中心軸線上に対応する位置には、それぞれ点火プラグ取付孔３が穿設され、同取付孔３には点火プラグ５が取付けられている。さらに、シリンダヘッド３１の上面には、これら各燃焼室２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの配列方向に各々それら燃焼室２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを挟む態様で合計５つの凹部３９が設けられている。これら凹部３９は、同シリンダヘッド３１のプラグ穴（砂抜き穴）となっている。
【０００４】
一方、上記シリンダヘッド３１において、その各燃焼室２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの図中各右側には吸気ポート４が設けられている。吸気ポート４は、それら各燃焼室２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄごとに２つの開口端４ａをもって開口している。これら開口端４ａは、吸気バルブ（図示略）によって選択的に開閉されるようになっている。
【０００５】
さらに、同シリンダヘッド３１において、その各燃焼室２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの図中各左側には排気ポート６が設けられている。排気ポート６も、それら各燃焼室２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄごとに２つの開口端６ａをもって開口している。これら開口端６ａは、排気バルブ（図示略）によって選択的に開閉されるようになっている。
【０００６】
次に、シリンダヘッド３１の冷却構造について説明する。
シリンダヘッド３１の略中央部には、燃焼室２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄに沿って吸排気ポート間ジャケット３３が設けられ、またその両側には、同ジャケット３３と平行に延びる一対の排気ポートジャケット３４及び吸気ポートジャケット３５が設けられている。排気ポートジャケット３４は、排気ポート６の下部に設けられており、一方、吸気ポートジャケット３５は、吸気ポート４の下部に設けられている。シリンダヘッド３１の下部には、これらジャケット３３，３４，３５にそれぞれ開口して、シリンダブロックのウォータジャケットからの冷却水を同ジャケット３３，３４，３５へ導入するための供給通路３６，３７，３８がそれぞれ上流側（図３の上側）に１つずつ形成されている。そして、これら供給通路３６，３７，３８を経て上記ジャケット３３，３４，３５に供給された冷却水は、同ジャケット３３，３４，３５内を流通することにより、シリンダヘッド３１の吸気ポート４、排気ポート６及びその周辺を冷却する。そして下流側で合流した後、排出口４０から排出されてラジエータ（図示略）に導かれ、再度循環に供されるようになっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このようなシリンダヘッドの冷却構造にあっては前述のように、凹部３９が各燃焼室２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの配列方向に各々それら燃焼室２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを挟む態様で、すなわち気筒と気筒との間に設けられているため、吸排気ポート間ジャケット３３内を流れる冷却液も、この凹部３９の設けられた各気筒間にあっては、下方に流れてシリンダブロック３０側の冷却に供されるようになる。このことを図４を併せ参照して更に説明する。なお、図４は図３の４−４線に沿った断面図であり、図３は図４の３−３線に沿った断面図に相当している。
【０００８】
同図４に示すように、凹部３９は前記吸排気ポート間ジャケット３３に断面略縦コの字状（略有底円筒状）に突設する態様で設けられている。したがって、前記供給通路３６から吸排気ポート間ジャケット３３に流入する冷却液は、同ジャケット３３内の形状に沿って、すなわち凹部３９の下部３９ａにおいてはシリンダブロック３０上面を冷却する態様で同ジャケット３３内を流通するようになる。
【０００９】
一方、内燃機関の運転に伴い最も温度が上昇して冷却が必要とされる部分は燃焼室２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ上に対応する位置付近である。しかし、上記従来の冷却構造において、冷却液は、各気筒間ではシリンダヘッド３１内を下方に流れるものの、それら各燃焼室２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ付近では、同燃焼室２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄから離れた上部を流れるため、同部分を効果的に冷却することができなかった。
【００１０】
また、燃焼室２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの上部付近を流れる冷却液は、凹部３９の内壁３９ｂに衝突することでその一部が乱流となり、あるいはよどみを発生する。すなわち、上記凹部３９の存在は冷却効果の低下を招く原因ともなっている。
【００１１】
本発明はこうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、内燃機関のシリンダヘッドをより効率よく冷却することのできるシリンダヘッドの冷却構造を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、複数の気筒が直列に配設される内燃機関のシリンダヘッド内に設けられて前記内燃機関の排気ポートと吸気ポートとの間のみにおいて前記各気筒の配列方向に冷却液を流通せしめる液体通路と、前記シリンダヘッドの少なくとも一つの気筒上に当該気筒の点火プラグ取付孔と同心円状に形成されて、前記液体通路を流通する冷却液の流通方向を当該気筒側に指向せしめる凹部とを備えることをその要旨とするものである。
【００１３】
上記請求項１記載の発明によれば、上記凹部により前記液体通路を流れる冷却液は内燃機関の運転において最も温度が高くなりがちな前記気筒（燃焼室）側に指向されるため、より効率的に冷却をすることができる。
【００１４】
また、シリンダヘッドの上面に設けられる上記凹部により、シリンダヘッド上面の剛性を併せ向上することができる。
請求項２記載の発明は、請求項１記載のシリンダヘッドの冷却構造において、前記凹部はすり鉢状の形状を有してなることをその要旨とするものである。
【００１５】
請求項２記載の発明によれば、前記液体通路を流れる冷却液の上記凹部下面との衝突は緩和され、乱流やよどみの発生を好適に防止することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を内燃機関としてのガソリンエンジンのシリンダヘッドの冷却構造に具体化した一実施の形態を図１及び図２に基づいて詳細に説明する。
【００１９】
図１は、本実施の形態にかかるシリンダヘッド１を上面から見た断面図である。
この図１に示されるシリンダヘッド１は、複数（本実施の形態においては４つ）の燃焼室２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄが設けられているシリンダブロック（図１においては図示略）の上側に接合固定されている。またこのシリンダヘッド１において、上記各燃焼室２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄのほぼ中心軸線上に対応する位置には、それぞれ点火プラグ取付孔３が穿設され、各取付孔３には点火プラグ５が取付けられている。さらに、シリンダヘッド１のこれら各燃焼室２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ上に対応する位置には前記各点火プラグ取付孔３と同心円状に形成された４つの凹部１９が設けられている。
【００２０】
一方、上記シリンダヘッド１において、その各燃焼室２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの図中各右側には吸気ポート４が設けられている。吸気ポート４は、それら各燃焼室２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄごとに２つの開口端４ａをもって開口している。これら開口端４ａは、吸気バルブ（図示略）によって選択的に開閉されるようになっている。
【００２１】
さらに、同シリンダヘッド１において、その各燃焼室２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの図中各左側には排気ポート６が設けられている。排気ポート６も、それら各燃焼室２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄごとに２つの開口端６ａをもって開口している。これら開口端６ａは、排気バルブ（図示略）によって選択的に開閉されるようになっている。
【００２２】
次に、こうしたシリンダヘッド１の冷却構造について説明する。
図１に示すように、シリンダヘッド１には、主に上記各排気ポート６に対応して燃焼室２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの配列方向（図１の上下方向）に延在する液体通路の１つとして排気ポートジャケット１１が設けられている。なお、図１においては便宜上、この排気ポートジャケット１１を１本の通路として図示しているが、実際には排気ポート６の周辺において分岐され、複雑で入り組んだ形状をなしながら、相互に連絡するように設けられている。
【００２３】
また同様に、シリンダヘッド１には、主に上記各排気ポート６と上記各吸気ポート４との間に対応して燃焼室２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの配列方向（図１の上下方向）に延在するもう１つの液体通路として吸排気ポート間ジャケット１２が設けられている。なお、この吸排気ポート間ジャケット１２についても図１においては便宜上、これを１本の通路として図示しているが、実際には点火プラグ取付孔３の周辺において分岐され、複雑で入り組んだ形状をなしながら、相互に連絡するように設けられている。
【００２４】
さらに、シリンダヘッド１には、前記各吸気ポート４の下部側において燃焼室２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの配列方向（図１の上下方向）に延在するさらにもう１つの液体通路として吸気ポートジャケット１３が設けられている。
【００２５】
一方、シリンダヘッド１の上流側（図１の上側）下部には、上記各ジャケット１１，１２，１３にそれぞれ開口して、シリンダブロックのウォータジャケットからの冷却水を同各ジャケット１１，１２，１３へ導入するための供給通路１４１５，１６が１つずつ形成されている。これら各供給通路１４，１５，１６を経て排気ポートジャケット１１、吸排気ポート間ジャケット１２、吸気ポートジャケット１３に供給された冷却水は、同各ジャケット１１，１２，１３内を流通する。そしてその後、合流して排出口２０に導かれ、同排出口２０から図示しないラジエータに戻される。
【００２６】
なお、上記各ジャケット１１，１２，１３内を流通してラジエータに導かれた冷却水は、同ラジエータにおいて冷却された後、再度、シリンダブロックのウォータジャケットに供給されるようになっている。
【００２７】
次に、前記凹部１９について、図２を併せ参照して詳述する。なお、図２は図１の２−２線に沿った断面図である。
前述のように、各燃焼室２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ上に対応する位置（図１）には凹部１９が設けられている。この凹部１９は、図２に示すようにシリンダヘッド１上面側から前記吸排気ポート間ジャケット１２側に断面略Ｕ字状（すり鉢状）に突設する態様で設けられている。そして、前記供給通路１５から吸排気ポート間ジャケット１２に流入する冷却液は、同吸排気ポート間ジャケット１２内を同ジャケット１２の形状に沿って、すなわち各燃焼室２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ上に対応する位置に設けられている上記凹部１９下部においてはそれら燃焼室２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの上部にその流通方向が指向するように波状に流通した後、前記排出口２０から排出される。
【００２８】
またさらに、本実施の形態にかかるシリンダヘッド１にあっては、図１及び図２に示すように、各燃焼室２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの間に流線形状をなす３つの支柱２１が前記吸排気ポート間ジャケット１２内を流れる冷却水を整流する態様で設けられている。このため、冷却水が支柱２１によって整流される際、同冷却水は各燃焼室２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ上にその流れが円滑に指向するようになる。また、支柱２１は図２に示すように、吸排気ポート間ジャケット１２の上面１２ａと下面１２ｂとの支持を併せ行っている。
【００２９】
次に、上記のように構成されたシリンダヘッドの冷却構造の作用について説明する。
前述のように、供給通路１５から吸排気ポート間ジャケット１２に流入する冷却液は、同吸排気ポート間ジャケット１２内を、同ジャケット１２の形状に沿って、すなわち各燃焼室２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ上に対応する位置に設けられている上記凹部１９下部においてはそれら燃焼室２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの上部にその流通方向が指向するように波状に流通する。したがって、温度の高くなりがちな各燃焼室２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの上部が効率的に冷却される。
【００３０】
また、冷却水が凹部１９の位置において下方に指向される際、同冷却水は前記吸排気ポート間ジャケット１２の上面１２ａに衝突するが、本実施の形態においてはこの上面１２ａはすり鉢状に形成されているため、こうした衝突は緩和され、それに伴う乱流やよどみの発生も防止される。したがって、冷却水は円滑に流通する。さらに、シリンダヘッド１にすり鉢状の凹部１９を設けたことにより、シリンダヘッド１上面の剛性は向上されている。
【００３１】
一方、吸排気ポート間ジャケット１２を流れる冷却水は、各燃焼室２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの間の各支柱２１によって整流される。そしてこの整流によって、同冷却水の各燃焼室２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ上における流れが下方に指向されることが助長される。また、上記支柱２１は吸排気ポート間ジャケット１２の上面１２ａと下面１２ｂとの間を支持する態様で設けられているため、シリンダヘッド１としてその全体の剛性も向上されている。
【００３２】
以上詳述したように、本実施の形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
・シリンダヘッド１において温度の高くなりがちな各燃焼室２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ上において冷却水の流れを下方に指向させることにより、シリンダヘッド１を効率的に冷却することができる。
【００３３】
・冷却水と吸排気ポート間ジャケット１２の上面１２ａとの衝突を緩和し、冷却水の流通を円滑化することができる。
・支柱２１により、冷却水の各燃焼室２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ上の流れが下方に指向されることを助長することができる。
【００３４】
・凹部１９及び支柱２１により、シリンダヘッド１の剛性を向上させることができる。
なお、本実施の形態は上記に限定されるものではなく、次のように変更してもよい。
【００３５】
・上記実施の形態においては、各燃焼室２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄに対応して４つの凹部１９を設けたが、これは上記各燃焼室２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの任意の３つ以下の燃焼室上に設けてもよい。
【００３６】
・上記実施の形態においては、支柱２１は流線形状に設けられていたが、これに適宜のガイドを設けて冷却水の流れが下方に指向されることを更に促進してもよい。
【００３７】
・上記実施の形態においては、支柱２１は各燃焼室２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの中間にあたる位置に３つ設けられていたが、この位置は任意に変更することができる。また、その数は４つ以上でも、２つ以下でもよい。
【００３８】
・上記実施の形態においては、各ジャケット１１，１２，１３における冷却水の流通方向を同一方向に設定した。これに対し、それら冷却水の流通方向をそれぞれ任意にしてもよい。
【００３９】
・上記実施の形態においては、各ジャケット１１，１２，１３による３本の液体通路による構成としたが、これは何本の液体通路による構成としてもよい。
・上記実施の形態においては、各ジャケット１１，１２，１３に対してそれぞれ１本のみ供給通路１４，１５，１６を設ける構成とした。これに対して、同ジャケット１１，１２，１３に対してそれぞれその冷却水の流通方向に沿って複数の供給通路を設けてもよい。
【００４０】
・上記実施の形態においては、１気筒当たりそれぞれ２個の吸気バルブ（吸気ポート４の開口端４ａ）及び排気バルブ（排気ポート６の開口端６ａ）を備えたシリンダヘッド１に具体化したが、各バルブ（各ポートの開口端）は１個ずつ以上であれば何本備えられている構成であってもよい。
【００４１】
・上記実施の形態においては、直列４気筒のガソリンエンジンのシリンダヘッド１に本発明にかかる冷却構造を具体化したが、これを例えばＶ型エンジンの少なくとも一方の側のシリンダヘッドの冷却構造に具体化してもよい。
【００４２】
・上記実施の形態においては、ガソリンエンジンのシリンダヘッド１に本発明にかかる冷却構造を具体化したが、ディーゼルエンジンのシリンダヘッドに同冷却構造を具体化してもよい。
【００４３】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、上記凹部により前記液体通路を流れる冷却液は内燃機関の運転において最も温度が高くなりがちな前記気筒（燃焼室）側に指向されるため、より効率的に冷却をすることができる。
【００４４】
また、シリンダヘッドの上面に設けられる上記凹部により、シリンダヘッド上面の剛性を併せ向上することができる。
請求項２記載の発明によれば、前記液体通路を流れる冷却液の上記凹部下面との衝突は緩和され、乱流やよどみの発生を好適に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のシリンダヘッドの冷却構造の一実施の形態を示す断面図。
【図２】図１の２−２線に沿った断面図。
【図３】従来のシリンダヘッドの冷却構造例を示す断面図。
【図４】図３の４−４線に沿った断面図。
【符号の説明】
１…シリンダヘッド、４…吸気ポート、６…排気ポート、１１…排気ポートジャケット、１２…吸排気ポート間ジャケット、１２ａ…上面、１２ｂ…下面、１３…吸気ポートジャケット、１４，１５，１６…供給通路、１９…凹部、２１…支柱。

Claims

複数の気筒が直列に配設される内燃機関のシリンダヘッド内に設けられて前記内燃機関の排気ポートと吸気ポートとの間のみにおいて前記各気筒の配列方向に冷却液を流通せしめる液体通路と、
前記シリンダヘッドの少なくとも一つの気筒上に当該気筒の点火プラグ取付孔と同心円状に形成されて、前記液体通路を流通する冷却液の流通方向を当該気筒側に指向せしめる凹部と
を備えることを特徴とするシリンダヘッドの冷却構造。
請求項１記載のシリンダヘッドの冷却構造において、
前記凹部はすり鉢状の形状を有してなる
ことを特徴とするシリンダヘッドの冷却構造。