JP3758567B2 - シリンダヘッドの冷却水通路構造 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷却性能を向上させたシリンダヘッドの冷却水通路構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
シリンダヘッドの下面温度は、耐久寿命を支配する主要な特性値の一つである。シリンダヘッドの下面温度を下げることは耐久品質を確保する上で重要であり、そのためには、内部に形成される冷却水通路内の下面付近、特にポート間の冷却水流速を十分確保する必要がある。その一方で、冷却水流速が過大流速になると、キャビテーション発生や、圧力損失増大等の問題があるため、冷却水通路内の各部においては、冷却水の流速を適正にコントロールすることが必要であり、気筒間の流速のバラツキを低減することも重要になっている。
【０００３】
図５には、従来一般に採用されているシリンダヘッド１００の冷却水通路構造が示されている。図において、１０１、１０２が排気ポート、１０３、１０４が吸気ポート、１０５が燃料インジェクタ取付部を表しており、シリンダブロック（図示せず）側の各気筒に対応させて長手方向（図の左右の方向）に沿って上記排気ポート１０１、１０２、吸気ポート１０３、１０４、燃料インジェクタ取付部１０５が各々が設けられている。冷却水通路１０６には、各気筒に対応させてガスケット孔１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃ、１０７ｄが冷却水の流入口として設けられている。これら流入口から流入する冷却水は、各気筒において２つの排気ポート１０１、１０２の間から取付部１０５の周りに流れるようにし、全体として小矢印ｃのように上流から下流に向って流れるようにしている。なお、排気ポート１０１、１０２間を流れる冷却水流速の気筒間バラツキを低減するために、前記ガスケット孔１０７ａ、１０７ｂ、・・・の開口面積を図に表れているように、下流側（図において右側）に行くに従って小さくするなどの調整を行っているのが一般的である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように、冷却水の流速の気筒間のバラツキを低減することはシリンダヘッドの耐久品質の上で重要であり、このため、ガスケット孔１０７ａ〜１０７ｄの開口面積の調整によって排気ポート１０１、１０２間の流速のバラツキを抑制しているが、排気ポート１０１と吸気ポート１０３との間を流れる冷却水量と排気ポート１０２と吸気ポート１０４の間を流れる冷却水量とが異なるため冷却能に差が生じてしまう。また、シリンダブロック側からの冷却水が各気筒毎に流れ込んでくるため、冷却水量が下流に行くに従って多くなり、排気ポート１０１、１０２と吸気ポート１０３、１０４との間の流速が下流ほど速くなってしまうため気筒間の冷却能にもバラツキが生じてしまうという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記事情を背景としてなされたものであり、ポート間を流れる冷却水の流速のバラツキを低減したシリンダヘッドの冷却水通路構造を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成する本発明のシリンダヘッドの冷却水通路構造のうち請求項１記載の発明は、シリンダヘッド内に冷却水通路が複数に分離して形成され、これらの複数の冷却水通路のうち、少なくとも１つの冷却水通路に、各気筒毎に少なくとも１つの冷却水流入口と、該流入口から流入した冷却水が流れるポート間流路と、他の冷却水通路に連通させて前記ポート間流路を流れた冷却水を他の冷却水通路に流出させる冷却水流出口とが設けられたシリンダヘッドの冷却水通路構造において、前記ポート間流路が２つの分流路に分流して、それぞれ異なる流出口を通って他の冷却水通路へ流出するよう構成されており、前記２つの分流路は、下流側に向かう分流路と上流側に向かう分流路とからなり、下流側の分流路の最小流路断面積が上流側の分流路の最小流路断面積より小さくしてあることを特徴とする。
【０００７】
請求項２記載の発明は、上記請求項１の発明において、前記２つの分流路において下流側に向かう分流路の最小流路断面積をＳＬ、上流側に向かう分流路の最小流路断面積をＳＵとして、上流側の気筒におけるポート間流路でのＳＬ／ＳＵ比に対し下流側の気筒におけるポート間流路でのＳＬ／ＳＵ比が等しいか小さくなっていることを特徴とする。
【０００８】
請求項３記載の発明は、シリンダヘッド内に冷却水通路が複数に分離して形成され、これらの複数の冷却水通路のうち、少なくとも１つの冷却水通路に、各気筒毎に少なくとも１つの冷却水流入口と、該流入口から流入した冷却水が流れるポート間流路と、他の冷却水通路に連通させて前記ポート間流路を流れた冷却水を他の冷却水通路に流出させる冷却水流出口とが設けられたシリンダヘッドの冷却水通路構造において、前記ポート間流路が２つの分流路に分流して、それぞれ異なる流出口を通って他の冷却水通路へ流出するよう構成されており、前記２つの分流路において下流側に向かう分流路の最小流路断面積をＳＬ、上流側に向かう分流路の最小流路断面積をＳＵとして、上流側の気筒におけるポート間流路でのＳＬ／ＳＵ比に対し下流側の気筒におけるポート間流路でのＳＬ／ＳＵ比が、少なくとも一部の上下流気筒間で小さくなるようにして、等しいか小さくなっていることを特徴とする。
【０００９】
請求項４記載の発明は、上記請求項１〜３のいずれかの発明において、シリンダヘッドには各気筒毎に、２つの吸気ポートと２つの排気ポートが設けられており、前記ポート間流路は、冷却水が２つの排気ポート間を通り、分流して各排気ポートと吸気ポートとの間をそれぞれ流れるように形成されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項５記載の発明は、上記請求項４の発明において、前記冷却水流入口が、２つの排気ポート間の近傍に設けられていることを特徴とする。
【００１１】
請求項６記載の発明は、上記請求項１〜５のいずれかの発明において、各気筒毎に下流側に向かう分流路の流出口と上流側に向かう分流路の流出口とが独立して形成されており、該流出口の開口面が分流路の流路断面の一部をなすことを特徴とする。
【００１２】
請求項７記載の発明は、上記請求項１〜６のいずれかの発明において、前記流出口が連通している他の冷却水通路は、各気筒に対応する流路断面積が、上流側に比べて下流側が等しいか大きくされていることを特徴とする。
【００１３】
請求項８記載の発明は、請求項１〜７のいずれかの発明において、複数の冷却水通路は、上段冷却水通路と下段冷却水通路の上下２段に分離して形成されていることを特徴とする。
【００１６】
すなわち、請求項１の発明によれば、ポート間流路が２つの分流路に分流して、それぞれ異なる流出口を通して他の冷却水通路へ流出するようにしたので、２つの分流路を通して異なるポートを冷却できるので、隣接するポートでの冷却能の差異を小さくするべく流量のコントロールが容易になる。また、各気筒毎に分流路を流れた冷却水は、他の冷却水通路に流出することとなり、ポート壁を合理的に冷却して冷却効率を上げるとともに、下流側の気筒ほど冷却水の流量が増すのを避けることができる。また、分流路の流路面積や、流出口の開口面積や、流出口に連通する他の冷却水通路の流路面積を調整することによって流速を変化させ、ポート間を流れる冷却水の流量をより詳細に個別に変化できるので、適切な流量に設定して確実にバラツキをなくすることが可能である。
そして、下流側の分流路の最小流路断面積が上流側の分流路の最小流路断面積より小さくしてあるので、比較的流れにくい上流側に向かう分流路での流路抵抗を相対的に小さくして、上流側に向かう分流路と下流側に向かう分流路での流量をできるだけ均等にしてポート間での冷却能の均等化を図ることができる。なお、最小流路断面積は、分流路で得るものであってもよく、また、流出口の開口面積が最小流路断面積となるものであってもよい。
【００１７】
請求項４の発明によれば、２つの排気ポート間を通った冷却水が各排気ポートと吸気ポートとの間を流れるように分流するので、隣接する排気ポートおよび吸気ポートをできるだけ均等に冷却することを可能にする。また、各気筒において、比較的高温となる排気ポートを効率的に冷却することができる。
【００１８】
請求項５の発明によれば、排気ポートの冷却効率をより高めることが可能になる。
【００２２】
なお、前述したように他の冷却水通路では、上流から下流に向けて冷却水が流れているため気筒内圧力差があり、さらに下流側ほど冷却水量が増えるため気筒内圧力差は下流側程大きくなる。この結果、上流側に向かう分流路では、下流側ほど冷却水が流れにくくなる。請求項２または３の発明によれば、気筒間でのＳＬ／ＳＵ比を下流側ほど小さくできるので、下流側ほど上流に向かう分流路での流路抵抗を相対的に小さくして上記問題を解消し、気筒間でのバラツキを小さくできる。
【００２３】
請求項７の発明によれば、下流側ほど冷却水流が増える他の冷却水通路で、下流側ほど流路断面積を大きくできるので、気筒内圧力差が下流ほど大きくなる現象を緩和できる。
【００２４】
そして、請求項８の発明によれば、複数の冷却水通路は、上段冷却水通路と下段冷却水通路の上下２段に分離して形成されているので、特にシリンダヘッドの下面を効率的に冷却することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付の図に基づいて詳細に説明する。
【００２６】
図１、２は第１実施形態のシリンダヘッド１０を示している。このシリンダヘッド１０は、上段冷却水通路１１と下段冷却水通路１２が上下２段に設けられているもので、図１は、下段冷却水通路１２の部分を横断面で表し、図２は、気筒の中心位置における長手方向の縦断面で表している。図２中に明示してあるように、冷却水の流れに関してここでは図２の左側を上流、右側を下流とする。
【００２７】
シリンダヘッド１０は、各々の気筒に対応させて、２つの排気ポート２１、２２と、２つの吸気ポート２３、２４が、燃料インジェクタ取付部２５を中心として設けられている。
【００２８】
また、冷却水通路１２では、シリンダブロック（図示せず）側からの冷却水の流入口として、各々の気筒に対応させてガスケット孔１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄがシリンダヘッド１０の下部壁１６に設けられている。このガスケット孔１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄは、各気筒に対応させた前記排気ポート２１、２２間の外側近傍の位置に設けられている。そして、各ガスケット孔１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄの開口面積が、下流側ほど小さくされている。
また、気筒間の位置に対応させて、前記上段冷却水通路１１と下段冷却水通路１２の仕切り壁１３に、下段冷却水通路１２から上段冷却水通路１１に冷却水を流出させる流出口１４が形成されて、両通路が連通している。
【００２９】
このように構成されたシリンダヘッド１０の冷却水通路構造によると、下段冷却水通路１２において、冷却水の流れを図示の小矢印ａ、ｂのように示すことができる。即ち、各々の気筒において、冷却水が対応するガスケット孔１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄを流入口として下段冷却水通路１２に流入して、排気ポート２１、２２の間に形成されているポート間流路３１に流れた後、一方（下流側）の排気ポート２１と吸気ポート２３の間に形成されている分流路３２に小矢印ａのように流れ、他方（上流側）の排気ポート２２と吸気ポート２４の間に形成されている分流路３３に小矢印ｂで示したように分流して流れる。そして、分流した冷却水のうち、小矢印ａで示した流れの冷却水は、下流側の流出口１４を通って上段冷却水通路１１へ流れ、小矢印ｂで示した流れの冷却水は上流側の流出口１４を通って上段冷却水通路１１へと流れる。
【００３０】
このように、各々の気筒の下段冷却水通路１２において、ポート壁を冷却した冷却水は、下段冷却水通路１２を通して下流の気筒側へ流れることなく上段冷却水通路１１を通して下流側へ流れるようになるので、各々のポート間流路３１および分流路３２、３３を流れる冷却水を適切に確保して各気筒のポート壁を合理的に冷却して冷却効率を上げることができる。特に、この実施形態の場合、高温になりやすい排気ポートを効率よく冷却するので、シリンダヘッド１０の耐久品質の向上に有効である。
【００３１】
なお、この実施形態のシリンダヘッド１０で留意すべき点は、上段冷却水通路１１では、冷却水の流れによって発生する気筒内圧力差ΔＰの点である。さらに、上段冷却水通路１１では、冷却水通路１２から流れ込む冷却水のため下流に行くほど冷却水量が増して、上流側気筒内圧力差ΔＰＵに比べて下流側気筒内圧力差ΔＰＬが下流側ほど大きくなる点である。この気筒内圧力差ΔＰが大きいと、前記分流路３３に分流した小矢印ｂの冷却水が流出口１４を通って上段冷却水通路１１へ流れにくくなってしまうことになる。このような留意点を解決する手法として、次に説明する形態がとられている。
【００３３】
この形態は、下段冷却水通路１２において、排気ポート２１と吸気ポート２３の間に形成された前記分流路と、排気ポート２２と吸気ポート２４の間に形成された前記分流路の面積を異なるようにした点に特徴がある。図示されているように、ポート間流路３１に対して下流側となる分流路３２１の高さ方向寸法ｄＬ１を、上流側となる分流路３３１の高さ方向寸法ｄＵ１に比べて小さくして、分流路３２１の最小流路断面積を分流路３３１の流路断面積より狭くしてある。なお、他の気筒においても同様の関係にある。
【００３４】
このようにすることによって、分流路３２１を小矢印ａのように下流側に向かって流れる冷却水の流れを絞ることができ、結果として小矢印ｂのように流れる分流路３３１の冷却水量を多く確保することができ、気筒内圧力差ΔＰによるポート間での流量の差異の問題を除くことができる。したがって、前記高さ方向寸法ｄＬ１、ｄＵ１を調整して分流路３２１、３３１に流れる冷却水の流量を適正にコントロールしてバラツキをなくし、ポート壁および下部壁１６を効率よく冷却することが可能である。同様の関係を有する他の気筒においても同様の作用が得られる。
なお、上記関係は、全ての気筒における分流路に適用することもできるが、一部気筒における分流路に適用するものであってもよい。
【００３５】
また、この実施形態では、気筒間のバラツキをなくすために、気筒間での分流路の最小断面積の調整がなされている。すなわち、一つの気筒におけるｄＬ０／ｄＵ０比に対し、下流側の気筒におけるｄＬ１／ｄＵ１比が小さくなっている。該関係は、下流側に向かう分流路と上流側に向かう分流路の最小断面積を各々調整することによって得ることができるが、通常は、設計上の容易性の点から、下流側ほど下流に向かう分流路の最小断面積を小さくすることにより上記関係を得る。この実施形態では、ｄＵ０とｄＵ１とが同じ大きさで、ｄＬ０＞ｄＬ１によって上記関係が得られている。
【００３６】
上記によれば、下流側ほど大きくなる気筒内圧力差（図ではΔＰＵ＜ΔＰＬ）が大きくなるシリンダヘッドにおいても、下流側ほど上流に向かう分流路の水流が流れにくくなるのを解消して気筒間での冷却能のバラツキを小さくする。
上記関係は、全ての気筒間において順次適用するものであってもよく、また一部の気筒間において上記関係を満たすようにしてもよい。例えば気筒内圧力差の問題が大きくなる下流側の気筒間に限定して上記関係を満たすようにするものであってもよい。
【００３７】
なお、上記実施形態では、流路抵抗を分流路の流路断面積の大小で調整したが、下段冷却水通路１２と上段冷却水通路１１とを連通させる流出口が、図４に示す流出口１４ａ、１４ｂのように、気筒間はもとより上流側分流路、下流側分流路とでそれぞれ独立して形成されている場合には、分流路の流路断面積を変えることなく、これらの開口面積を変えることにより分流路の流路断面積の調整と同様の作用を得ることができる。
また、この実施形態では、一つの気筒における下流側に向かう分流路の流路断面積と上流側に向かう分流路の流路断面積との関係を調整する点と、気筒毎での両者の関係を気筒間で調整する点との両方を具備しているが、本発明としては前者のみの構成を具備するものであってもよい。ただし、気筒間のバラツキを解消するためには両者の構成を具備するのが望ましい。
【００３８】
図３は、第２実施形態のシリンダヘッド１０を示すものであり、第１実施形態と同様の部分には同一の符号を付して説明は省略する。
【００３９】
この第２実施形態は、上段冷却水通路１１において流路面積を上流側と下流側で変化させたもので、下流側の流路断面積を上流側のそれよりも大きくしたものである。図に表れているように、上流側の気筒位置の上段冷却水通路１１の高さ方向寸法Ｄ０に比べて、下流側の気筒位置の上段冷却水通路１１の高さ方向寸法Ｄ１が大きくしてある。
【００４０】
このようにすることで下流側ほど気筒内圧力差ΔＰが大きくなる現象を緩和することができ、結果として、気筒内圧力差ΔＰが原因となって下流側ほど流れにくくなる分流路３３での冷却水の流れ（小矢印ｂ）を流れやすくすることができる。したがって、分流路３２、３３を流れる冷却水の流量を適正にコントロールして気筒間でのバラツキをなくし、ポート壁および下部壁１６を効率よく冷却することができる。なお、本発明としては、第１の実施形態に示す下段側の流路断面積の調整を行わず、この上段側の流路断面積の調整を行うものであってもよいが、両方（下段側、上段側）の調整を行うものであってもよい。
【００４１】
また、上記第２実施形態の説明では、隣接する燃料インジェクタ取付部２５間の流路の高さを変えることで流路断面積を変化させているが、図４に示すように、その他の流路で断面積を変えることで上下流での流路断面積を変えるものであってもよい。
例えば、流路断面１８０ａと流路断面１８１ａ、流路断面１８０ｂと流路断面１８１ｂ、流路断面１８０ｃと流路断面１８１ｃ、流路断面１８０ｄと流路断面１８１ｄ、流路断面１８０ｅと流路断面１８１ｅ、流路断面１８０ｆと流路断面１８１ｆのいずれかの関係を下流側ほど断面積が大きくなるようにすることにより同様の作用が得られる。
【００４２】
以上、幾つかの実施形態について説明したが、何れの実施形態においても、下段冷却水通路１２で各気筒毎に、ポート間に適正な冷却水の流れを形成することができる。そして、この適正な流れの形成のために、隔壁などは設けないで効果的にシリンダヘッドを冷却することができ、隔壁の形成によるシリンダヘッドの重量増も避けることができる。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のシリンダヘッドの冷却水通路構造によれば、排気ポートと吸気ポートの間に適正な冷却水の流れを確保することができるので、冷却効率の向上を図り、シリンダヘッドの耐久品質を向上できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施形態のシリンダヘッドの下段冷却水通路の横断面図である。
【図２】 同じく長手方向に沿う縦断面図である。
【図３】 本発明の第２実施形態のシリンダヘッドの長手方向に沿う縦断面図である。
【図４】 本発明の第２実施形態の変更例を示す上段冷却水通路の横断面図である。
【図５】 従来のシリンダヘッドの冷却水通路の横断面図である。
【符号の説明】
１０ シリンダヘッド １１ 上段冷却水通路
１２ 下段冷却水通路 １３ 仕切り壁
１４ 流出口 １４ａ 流出口
１４ｂ 流出口 １５ａ ガスケット孔
１５ｂ ガスケット孔 １５ｃ ガスケット孔
１５ｄ ガスケット孔 １６ 下部壁
２１ 排気ポート ２２ 排気ポート
２３ 吸気ポート ２４ 吸気ポート
２５ 取付部 ３１ ポート間流路
３２ 分流路 ３２０ 分流路
３２１ 分流路 ３３ 分流路
３３０ 分流路 ３３１ 分流路
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷却性能を向上させたシリンダヘッドの冷却水通路構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
シリンダヘッドの下面温度は、耐久寿命を支配する主要な特性値の一つである。シリンダヘッドの下面温度を下げることは耐久品質を確保する上で重要であり、そのためには、内部に形成される冷却水通路内の下面付近、特にポート間の冷却水流速を十分確保する必要がある。その一方で、冷却水流速が過大流速になると、キャビテーション発生や、圧力損失増大等の問題があるため、冷却水通路内の各部においては、冷却水の流速を適正にコントロールすることが必要であり、気筒間の流速のバラツキを低減することも重要になっている。
【０００３】
図５には、従来一般に採用されているシリンダヘッド１００の冷却水通路構造が示されている。図において、１０１、１０２が排気ポート、１０３、１０４が吸気ポート、１０５が燃料インジェクタ取付部を表しており、シリンダブロック（図示せず）側の各気筒に対応させて長手方向（図の左右の方向）に沿って上記排気ポート１０１、１０２、吸気ポート１０３、１０４、燃料インジェクタ取付部１０５が各々が設けられている。冷却水通路１０６には、各気筒に対応させてガスケット孔１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃ、１０７ｄが冷却水の流入口として設けられている。これら流入口から流入する冷却水は、各気筒において２つの排気ポート１０１、１０２の間から取付部１０５の周りに流れるようにし、全体として小矢印ｃのように上流から下流に向って流れるようにしている。なお、排気ポート１０１、１０２間を流れる冷却水流速の気筒間バラツキを低減するために、前記ガスケット孔１０７ａ、１０７ｂ、・・・の開口面積を図に表れているように、下流側（図において右側）に行くに従って小さくするなどの調整を行っているのが一般的である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように、冷却水の流速の気筒間のバラツキを低減することはシリンダヘッドの耐久品質の上で重要であり、このため、ガスケット孔１０７ａ〜１０７ｄの開口面積の調整によって排気ポート１０１、１０２間の流速のバラツキを抑制しているが、排気ポート１０１と吸気ポート１０３との間を流れる冷却水量と排気ポート１０２と吸気ポート１０４の間を流れる冷却水量とが異なるため冷却能に差が生じてしまう。また、シリンダブロック側からの冷却水が各気筒毎に流れ込んでくるため、冷却水量が下流に行くに従って多くなり、排気ポート１０１、１０２と吸気ポート１０３、１０４との間の流速が下流ほど速くなってしまうため気筒間の冷却能にもバラツキが生じてしまうという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記事情を背景としてなされたものであり、ポート間を流れる冷却水の流速のバラツキを低減したシリンダヘッドの冷却水通路構造を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成する本発明のシリンダヘッドの冷却水通路構造のうち請求項１記載の発明は、シリンダヘッド内に冷却水通路が複数に分離して形成され、これらの複数の冷却水通路のうち、少なくとも１つの冷却水通路に、各気筒毎に少なくとも１つの冷却水流入口と、該流入口から流入した冷却水が流れるポート間流路と、他の冷却水通路に連通させて前記ポート間流路を流れた冷却水を他の冷却水通路に流出させる冷却水流出口とが設けられたシリンダヘッドの冷却水通路構造において、前記ポート間流路が２つの分流路に分流して、それぞれ異なる流出口を通って他の冷却水通路へ流出するよう構成されており、前記２つの分流路は、下流側に向かう分流路と上流側に向かう分流路とからなり、下流側の分流路の最小流路断面積が上流側の分流路の最小流路断面積より小さくしてあることを特徴とする。
【０００７】
請求項２記載の発明は、上記請求項１の発明において、前記２つの分流路において下流側に向かう分流路の最小流路断面積をＳＬ、上流側に向かう分流路の最小流路断面積をＳＵとして、上流側の気筒におけるポート間流路でのＳＬ／ＳＵ比に対し下流側の気筒におけるポート間流路でのＳＬ／ＳＵ比が等しいか小さくなっていることを特徴とする。
【０００８】
請求項３記載の発明は、シリンダヘッド内に冷却水通路が複数に分離して形成され、これらの複数の冷却水通路のうち、少なくとも１つの冷却水通路に、各気筒毎に少なくとも１つの冷却水流入口と、該流入口から流入した冷却水が流れるポート間流路と、他の冷却水通路に連通させて前記ポート間流路を流れた冷却水を他の冷却水通路に流出させる冷却水流出口とが設けられたシリンダヘッドの冷却水通路構造において、前記ポート間流路が２つの分流路に分流して、それぞれ異なる流出口を通って他の冷却水通路へ流出するよう構成されており、前記２つの分流路において下流側に向かう分流路の最小流路断面積をＳＬ、上流側に向かう分流路の最小流路断面積をＳＵとして、上流側の気筒におけるポート間流路でのＳＬ／ＳＵ比に対し下流側の気筒におけるポート間流路でのＳＬ／ＳＵ比が、少なくとも一部の上下流気筒間で小さくなるようにして、等しいか小さくなっていることを特徴とする。
【０００９】
請求項４記載の発明は、上記請求項１〜３のいずれかの発明において、シリンダヘッドには各気筒毎に、２つの吸気ポートと２つの排気ポートが設けられており、前記ポート間流路は、冷却水が２つの排気ポート間を通り、分流して各排気ポートと吸気ポートとの間をそれぞれ流れるように形成されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項５記載の発明は、上記請求項４の発明において、前記冷却水流入口が、２つの排気ポート間の近傍に設けられていることを特徴とする。
【００１１】
請求項６記載の発明は、上記請求項１〜５のいずれかの発明において、各気筒毎に下流側に向かう分流路の流出口と上流側に向かう分流路の流出口とが独立して形成されており、該流出口の開口面が分流路の流路断面の一部をなすことを特徴とする。
【００１２】
請求項７記載の発明は、上記請求項１〜６のいずれかの発明において、前記流出口が連通している他の冷却水通路は、各気筒に対応する流路断面積が、上流側に比べて下流側が等しいか大きくされていることを特徴とする。
【００１３】
請求項８記載の発明は、請求項１〜７のいずれかの発明において、複数の冷却水通路は、上段冷却水通路と下段冷却水通路の上下２段に分離して形成されていることを特徴とする。
【００１６】
すなわち、請求項１の発明によれば、ポート間流路が２つの分流路に分流して、それぞれ異なる流出口を通して他の冷却水通路へ流出するようにしたので、２つの分流路を通して異なるポートを冷却できるので、隣接するポートでの冷却能の差異を小さくするべく流量のコントロールが容易になる。また、各気筒毎に分流路を流れた冷却水は、他の冷却水通路に流出することとなり、ポート壁を合理的に冷却して冷却効率を上げるとともに、下流側の気筒ほど冷却水の流量が増すのを避けることができる。また、分流路の流路面積や、流出口の開口面積や、流出口に連通する他の冷却水通路の流路面積を調整することによって流速を変化させ、ポート間を流れる冷却水の流量をより詳細に個別に変化できるので、適切な流量に設定して確実にバラツキをなくすることが可能である。
そして、下流側の分流路の最小流路断面積が上流側の分流路の最小流路断面積より小さくしてあるので、比較的流れにくい上流側に向かう分流路での流路抵抗を相対的に小さくして、上流側に向かう分流路と下流側に向かう分流路での流量をできるだけ均等にしてポート間での冷却能の均等化を図ることができる。なお、最小流路断面積は、分流路で得るものであってもよく、また、流出口の開口面積が最小流路断面積となるものであってもよい。
【００１７】
請求項４の発明によれば、２つの排気ポート間を通った冷却水が各排気ポートと吸気ポートとの間を流れるように分流するので、隣接する排気ポートおよび吸気ポートをできるだけ均等に冷却することを可能にする。また、各気筒において、比較的高温となる排気ポートを効率的に冷却することができる。
【００１８】
請求項５の発明によれば、排気ポートの冷却効率をより高めることが可能になる。
【００２２】
なお、前述したように他の冷却水通路では、上流から下流に向けて冷却水が流れているため気筒内圧力差があり、さらに下流側ほど冷却水量が増えるため気筒内圧力差は下流側程大きくなる。この結果、上流側に向かう分流路では、下流側ほど冷却水が流れにくくなる。請求項２または３の発明によれば、気筒間でのＳＬ／ＳＵ比を下流側ほど小さくできるので、下流側ほど上流に向かう分流路での流路抵抗を相対的に小さくして上記問題を解消し、気筒間でのバラツキを小さくできる。
【００２３】
請求項７の発明によれば、下流側ほど冷却水流が増える他の冷却水通路で、下流側ほど流路断面積を大きくできるので、気筒内圧力差が下流ほど大きくなる現象を緩和できる。
【００２４】
そして、請求項８の発明によれば、複数の冷却水通路は、上段冷却水通路と下段冷却水通路の上下２段に分離して形成されているので、特にシリンダヘッドの下面を効率的に冷却することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付の図に基づいて詳細に説明する。
【００２６】
図１、２は第１実施形態のシリンダヘッド１０を示している。このシリンダヘッド１０は、上段冷却水通路１１と下段冷却水通路１２が上下２段に設けられているもので、図１は、下段冷却水通路１２の部分を横断面で表し、図２は、気筒の中心位置における長手方向の縦断面で表している。図２中に明示してあるように、冷却水の流れに関してここでは図２の左側を上流、右側を下流とする。
【００２７】
シリンダヘッド１０は、各々の気筒に対応させて、２つの排気ポート２１、２２と、２つの吸気ポート２３、２４が、燃料インジェクタ取付部２５を中心として設けられている。
【００２８】
また、冷却水通路１２では、シリンダブロック（図示せず）側からの冷却水の流入口として、各々の気筒に対応させてガスケット孔１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄがシリンダヘッド１０の下部壁１６に設けられている。このガスケット孔１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄは、各気筒に対応させた前記排気ポート２１、２２間の外側近傍の位置に設けられている。そして、各ガスケット孔１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄの開口面積が、下流側ほど小さくされている。
また、気筒間の位置に対応させて、前記上段冷却水通路１１と下段冷却水通路１２の仕切り壁１３に、下段冷却水通路１２から上段冷却水通路１１に冷却水を流出させる流出口１４が形成されて、両通路が連通している。
【００２９】
このように構成されたシリンダヘッド１０の冷却水通路構造によると、下段冷却水通路１２において、冷却水の流れを図示の小矢印ａ、ｂのように示すことができる。即ち、各々の気筒において、冷却水が対応するガスケット孔１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄを流入口として下段冷却水通路１２に流入して、排気ポート２１、２２の間に形成されているポート間流路３１に流れた後、一方（下流側）の排気ポート２１と吸気ポート２３の間に形成されている分流路３２に小矢印ａのように流れ、他方（上流側）の排気ポート２２と吸気ポート２４の間に形成されている分流路３３に小矢印ｂで示したように分流して流れる。そして、分流した冷却水のうち、小矢印ａで示した流れの冷却水は、下流側の流出口１４を通って上段冷却水通路１１へ流れ、小矢印ｂで示した流れの冷却水は上流側の流出口１４を通って上段冷却水通路１１へと流れる。
【００３０】
このように、各々の気筒の下段冷却水通路１２において、ポート壁を冷却した冷却水は、下段冷却水通路１２を通して下流の気筒側へ流れることなく上段冷却水通路１１を通して下流側へ流れるようになるので、各々のポート間流路３１および分流路３２、３３を流れる冷却水を適切に確保して各気筒のポート壁を合理的に冷却して冷却効率を上げることができる。特に、この実施形態の場合、高温になりやすい排気ポートを効率よく冷却するので、シリンダヘッド１０の耐久品質の向上に有効である。
【００３１】
なお、この実施形態のシリンダヘッド１０で留意すべき点は、上段冷却水通路１１では、冷却水の流れによって発生する気筒内圧力差ΔＰの点である。さらに、上段冷却水通路１１では、冷却水通路１２から流れ込む冷却水のため下流に行くほど冷却水量が増して、上流側気筒内圧力差ΔＰＵに比べて下流側気筒内圧力差ΔＰＬが下流側ほど大きくなる点である。この気筒内圧力差ΔＰが大きいと、前記分流路３３に分流した小矢印ｂの冷却水が流出口１４を通って上段冷却水通路１１へ流れにくくなってしまうことになる。このような留意点を解決する手法として、次に説明する形態がとられている。
【００３３】
この形態は、下段冷却水通路１２において、排気ポート２１と吸気ポート２３の間に形成された前記分流路と、排気ポート２２と吸気ポート２４の間に形成された前記分流路の面積を異なるようにした点に特徴がある。図示されているように、ポート間流路３１に対して下流側となる分流路３２１の高さ方向寸法ｄＬ１を、上流側となる分流路３３１の高さ方向寸法ｄＵ１に比べて小さくして、分流路３２１の最小流路断面積を分流路３３１の流路断面積より狭くしてある。なお、他の気筒においても同様の関係にある。
【００３４】
このようにすることによって、分流路３２１を小矢印ａのように下流側に向かって流れる冷却水の流れを絞ることができ、結果として小矢印ｂのように流れる分流路３３１の冷却水量を多く確保することができ、気筒内圧力差ΔＰによるポート間での流量の差異の問題を除くことができる。したがって、前記高さ方向寸法ｄＬ１、ｄＵ１を調整して分流路３２１、３３１に流れる冷却水の流量を適正にコントロールしてバラツキをなくし、ポート壁および下部壁１６を効率よく冷却することが可能である。同様の関係を有する他の気筒においても同様の作用が得られる。
なお、上記関係は、全ての気筒における分流路に適用することもできるが、一部気筒における分流路に適用するものであってもよい。
【００３５】
また、この実施形態では、気筒間のバラツキをなくすために、気筒間での分流路の最小断面積の調整がなされている。すなわち、一つの気筒におけるｄＬ０／ｄＵ０比に対し、下流側の気筒におけるｄＬ１／ｄＵ１比が小さくなっている。該関係は、下流側に向かう分流路と上流側に向かう分流路の最小断面積を各々調整することによって得ることができるが、通常は、設計上の容易性の点から、下流側ほど下流に向かう分流路の最小断面積を小さくすることにより上記関係を得る。この実施形態では、ｄＵ０とｄＵ１とが同じ大きさで、ｄＬ０＞ｄＬ１によって上記関係が得られている。
【００３６】
上記によれば、下流側ほど大きくなる気筒内圧力差（図ではΔＰＵ＜ΔＰＬ）が大きくなるシリンダヘッドにおいても、下流側ほど上流に向かう分流路の水流が流れにくくなるのを解消して気筒間での冷却能のバラツキを小さくする。
上記関係は、全ての気筒間において順次適用するものであってもよく、また一部の気筒間において上記関係を満たすようにしてもよい。例えば気筒内圧力差の問題が大きくなる下流側の気筒間に限定して上記関係を満たすようにするものであってもよい。
【００３７】
なお、上記実施形態では、流路抵抗を分流路の流路断面積の大小で調整したが、下段冷却水通路１２と上段冷却水通路１１とを連通させる流出口が、図４に示す流出口１４ａ、１４ｂのように、気筒間はもとより上流側分流路、下流側分流路とでそれぞれ独立して形成されている場合には、分流路の流路断面積を変えることなく、これらの開口面積を変えることにより分流路の流路断面積の調整と同様の作用を得ることができる。
また、この実施形態では、一つの気筒における下流側に向かう分流路の流路断面積と上流側に向かう分流路の流路断面積との関係を調整する点と、気筒毎での両者の関係を気筒間で調整する点との両方を具備しているが、本発明としては前者のみの構成を具備するものであってもよい。ただし、気筒間のバラツキを解消するためには両者の構成を具備するのが望ましい。
【００３８】
図３は、第２実施形態のシリンダヘッド１０を示すものであり、第１実施形態と同様の部分には同一の符号を付して説明は省略する。
【００３９】
この第２実施形態は、上段冷却水通路１１において流路面積を上流側と下流側で変化させたもので、下流側の流路断面積を上流側のそれよりも大きくしたものである。図に表れているように、上流側の気筒位置の上段冷却水通路１１の高さ方向寸法Ｄ０に比べて、下流側の気筒位置の上段冷却水通路１１の高さ方向寸法Ｄ１が大きくしてある。
【００４０】
このようにすることで下流側ほど気筒内圧力差ΔＰが大きくなる現象を緩和することができ、結果として、気筒内圧力差ΔＰが原因となって下流側ほど流れにくくなる分流路３３での冷却水の流れ（小矢印ｂ）を流れやすくすることができる。したがって、分流路３２、３３を流れる冷却水の流量を適正にコントロールして気筒間でのバラツキをなくし、ポート壁および下部壁１６を効率よく冷却することができる。なお、本発明としては、第１の実施形態に示す下段側の流路断面積の調整を行わず、この上段側の流路断面積の調整を行うものであってもよいが、両方（下段側、上段側）の調整を行うものであってもよい。
【００４１】
また、上記第２実施形態の説明では、隣接する燃料インジェクタ取付部２５間の流路の高さを変えることで流路断面積を変化させているが、図４に示すように、その他の流路で断面積を変えることで上下流での流路断面積を変えるものであってもよい。
例えば、流路断面１８０ａと流路断面１８１ａ、流路断面１８０ｂと流路断面１８１ｂ、流路断面１８０ｃと流路断面１８１ｃ、流路断面１８０ｄと流路断面１８１ｄ、流路断面１８０ｅと流路断面１８１ｅ、流路断面１８０ｆと流路断面１８１ｆのいずれかの関係を下流側ほど断面積が大きくなるようにすることにより同様の作用が得られる。
【００４２】
以上、幾つかの実施形態について説明したが、何れの実施形態においても、下段冷却水通路１２で各気筒毎に、ポート間に適正な冷却水の流れを形成することができる。そして、この適正な流れの形成のために、隔壁などは設けないで効果的にシリンダヘッドを冷却することができ、隔壁の形成によるシリンダヘッドの重量増も避けることができる。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のシリンダヘッドの冷却水通路構造によれば、排気ポートと吸気ポートの間に適正な冷却水の流れを確保することができるので、冷却効率の向上を図り、シリンダヘッドの耐久品質を向上できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施形態のシリンダヘッドの下段冷却水通路の横断面図である。
【図２】 同じく長手方向に沿う縦断面図である。
【図３】 本発明の第２実施形態のシリンダヘッドの長手方向に沿う縦断面図である。
【図４】 本発明の第２実施形態の変更例を示す上段冷却水通路の横断面図である。
【図５】 従来のシリンダヘッドの冷却水通路の横断面図である。
【符号の説明】
１０ シリンダヘッド １１ 上段冷却水通路
１２ 下段冷却水通路 １３ 仕切り壁
１４ 流出口 １４ａ 流出口
１４ｂ 流出口 １５ａ ガスケット孔
１５ｂ ガスケット孔 １５ｃ ガスケット孔
１５ｄ ガスケット孔 １６ 下部壁
２１ 排気ポート ２２ 排気ポート
２３ 吸気ポート ２４ 吸気ポート
２５ 取付部 ３１ ポート間流路
３２ 分流路 ３２０ 分流路
３２１ 分流路 ３３ 分流路
３３０ 分流路 ３３１ 分流路
Claims (8)
- シリンダヘッド内に冷却水通路が複数に分離して形成され、これらの複数の冷却水通路のうち、少なくとも１つの冷却水通路に、各気筒毎に少なくとも１つの冷却水流入口と、該流入口から流入した冷却水が流れるポート間流路と、他の冷却水通路に連通させて前記ポート間流路を流れた冷却水を他の冷却水通路に流出させる冷却水流出口とが設けられたシリンダヘッドの冷却水通路構造において、
前記ポート間流路が２つの分流路に分流して、それぞれ異なる流出口を通って他の冷却水通路へ流出するよう構成されており、前記２つの分流路は、下流側に向かう分流路と上流側に向かう分流路とからなり、下流側の分流路の最小流路断面積が上流側の分流路の最小流路断面積より小さくしてあることを特徴とするシリンダヘッドの冷却水通路構造。 - 前記２つの分流路において下流側に向かう分流路の最小流路断面積をＳＬ、上流側に向かう分流路の最小流路断面積をＳＵとして、上流側の気筒におけるポート間流路でのＳＬ／ＳＵ比に対し下流側の気筒におけるポート間流路でのＳＬ／ＳＵ比が等しいか小さくなっていることを特徴とする請求項１記載のシリンダヘッドの冷却水通路構造。
- シリンダヘッド内に冷却水通路が複数に分離して形成され、これらの複数の冷却水通路のうち、少なくとも１つの冷却水通路に、各気筒毎に少なくとも１つの冷却水流入口と、該流入口から流入した冷却水が流れるポート間流路と、他の冷却水通路に連通させて前記ポート間流路を流れた冷却水を他の冷却水通路に流出させる冷却水流出口とが設けられたシリンダヘッドの冷却水通路構造において、
前記ポート間流路が２つの分流路に分流して、それぞれ異なる流出口を通って他の冷却水通路へ流出するよう構成されており、前記２つの分流路において下流側に向かう分流路の最小流路断面積をＳＬ、上流側に向かう分流路の最小流路断面積をＳＵとして、上流側の気筒におけるポート間流路でのＳＬ／ＳＵ比に対し下流側の気筒におけるポート間流路でのＳＬ／ＳＵ比が、少なくとも一部の上下流気筒間で小さくなるようにして、等しいか小さくなっていることを特徴とするシリンダヘッドの冷却水通路構造。 - シリンダヘッドには各気筒毎に、２つの吸気ポートと２つの排気ポートが設けられており、前記ポート間流路は、冷却水が２つの排気ポート間を通り、分流して各排気ポートと吸気ポートとの間をそれぞれ流れるように形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のシリンダヘッドの冷却水通路構造。
- 前記冷却水流入口が、２つの排気ポート間の近傍に設けられていることを特徴とする請求項４に記載のシリンダヘッドの冷却水通路構造。
- 各気筒毎に下流側に向かう分流路の流出口と上流側に向かう分流路の流出口とが独立して形成されており、該流出口の開口面が分流路の流路断面の一部をなすことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のシリンダヘッドの冷却水通路構造。
- 前記流出口が連通している他の冷却水通路は、各気筒に対応する流路断面積が、上流側に比べて下流側が等しいか大きくされていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のシリンダヘッドの冷却水通路構造。
- 複数の冷却水通路は、上段冷却水通路と下段冷却水通路の上下２段に分離して形成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のシリンダヘッドの冷却水通路構造。
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