JP4788236B2 - シリンダヘッドの冷却構造 - Google Patents

Description

本発明は、多気筒内燃機関におけるシリンダヘッドの冷却構造に関するものである。

従来から、多気筒内燃機関におけるシリンダヘッドの冷却性能を向上するための冷却構造が種々提案されている。
例えば、特許文献１には、シリンダヘッド内の冷却水の通路を、吸気側通路及び排気側通路に分離して設けるとともに、排気側通路を排気側横流し通路及び排気側縦流し通路により構成した冷却構造が記載されている。吸気側通路は、シリンダヘッドの吸気ポートの下側において気筒配列方向に延びるように設けられている。排気側横流し通路は隣り合う気筒間に対応する箇所において気筒配列方向に略直交する方向へ延びるように設けられている。この排気側横流し通路における冷却水の流入口は、気筒間に対応する箇所であって吸気側通路の近傍に設けられている。排気側縦流し通路は、排気ポートの近傍において気筒配列方向に延びるように設けられており、上記各排気側横流し通路の下流端がこの排気側縦流し通路に接続されている。

この冷却構造によると、ラジエータからの低温でかつ十分な流量の冷却水が吸気側通路を流れることで、吸気ポートを流れる吸気が冷却され、ノッキングの発生が抑制される。また、排気側通路の上流側を排気側横流し通路により構成することで、気筒間に対応する高温箇所にも十分な量の冷却水を流して、同箇所を効率よく冷却することができる。
実用新案登録第２５２６０３８号公報

前述したシリンダヘッドの冷却構造では、排気側通路の排気側横流し通路及びその流入口が、隣り合う気筒間に対応する箇所に設けられている。そのため、排気側横流し通路を流れる冷却水によって、気筒間に対応する箇所及びその近傍、例えば燃焼室の周辺部分を冷却することができる。しかしながら、この冷却構造では、気筒毎の燃焼室の頂部近傍に冷却水が流れにくく、同箇所、特に同一気筒内の隣り合う排気ポート間、排気弁間、点火プラグの周り等、最も高温となる箇所については冷却することが難しい。

本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、冷却水の通路を吸気側通路及び排気側通路に分離して設けたシリンダヘッドの冷却構造において、燃焼室の頂部近傍の高温となる箇所を確実に冷却することにある。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明では、気筒毎に複数の排気弁を有するとともに各気筒の燃焼室の頂部近傍に点火プラグが配置される多気筒内燃機関のシリンダヘッドに適用され、そのシリンダヘッドにおける冷却水の通路を、気筒毎の吸気ポートの下側を気筒配列方向に延びる吸気側通路と、排気側通路とに分離して設けたシリンダヘッドの冷却構造において、前記排気側通路が、前記シリンダヘッド内の隣り合う気筒間に対応する箇所に設けられた隔壁により互いに分離され、かつ気筒毎の排気ポート近傍の流入口から流入した冷却水を、燃焼室の頂部近傍を経由して吸気ポート側へ導く気筒毎の排気側横流し通路と、気筒配列方向に延び、かつ前記気筒毎の前記排気側横流し通路の下流端がそれぞれ接続された排気側縦流し通路とを備え、前記気筒毎の前記排気ポートの近傍から前記吸気ポート側へ延びて、前記各排気側横流し通路と、前記排気側縦流し通路の少なくとも前記点火プラグよりも前記排気ポート側の部分とを上下に仕切る仕切り壁が設けられ、前記各排気側横流し通路が前記点火プラグよりも前記吸気ポート側で前記排気側縦流し通路に連通されているものであるとする。

上記の構成によれば、冷却水は吸気側通路を流れることにより、気筒毎の吸気ポートの下方を気筒配列方向へ導かれる。この冷却水により、吸気ポートを流れる吸気が冷却される。この冷却により温度の低くなった吸気が燃焼室に吸入され、ノッキングの発生が抑制される。また、上記冷却水により燃焼室のスキッシュエリアが冷却され、この点からもノッキングの発生が抑制される。

また、冷却水は、排気側通路を流れる過程で、気筒毎の排気ポート近傍の流入口から気筒毎の排気側横流し通路内に流入する。各排気側横流し通路内に流入した冷却水の流れは、シリンダヘッド内において隣り合う気筒間に対応する箇所に設けられた隔壁により規制される。この規制により、冷却水は、排気側横流し通路において、隔壁に沿う方向、すなわち気筒配列方向に略直交する方向（吸気ポート側）へ流れる。その過程で、冷却水が排気ポートの近傍、排気弁の近傍、燃焼室の頂部近傍等を通り、それら各部が冷却される。燃焼室の頂部に点火プラグが配置されている場合には、その点火プラグも冷却される。また、気筒毎の複数の排気弁が気筒配列方向に配置されている場合には、気筒配列方向に流れる場合よりも多くの量の冷却水が排気ポート間、排気弁間等を流れることとなり、それらの排気ポート間、排気弁間も効率よく冷却される。

そして、各排気側横流し通路を流れた後の冷却水は排気側縦流し通路に流入し、同通路によって気筒配列方向へ流れ方向が変えられる。この気筒配列方向へ流れる冷却水により燃焼室の頂部近傍が冷却される。燃焼室の頂部に点火プラグが配置されている場合には、その点火プラグも冷却される。このように、請求項１に記載の発明によれば、冷却水の通路を吸気側通路及び排気側通路に分離したことの利点を生かしつつ、燃焼室の頂部近傍の高温となる箇所を確実に冷却することができる。
また、請求項１に記載の構成によれば、冷却水が、気筒毎の排気ポート近傍の流入口から、排気側横流し通路に流入すると、その冷却水の流れが上記隔壁に加え仕切り壁によっても規制される。これらの規制により、冷却水は吸気ポート側へ流れ、その途中で点火プラグの周りを通る。冷却水は、仕切り壁を越えて点火プラグよりも吸気ポート側に至ると、排気側横流し通路及び排気側縦流し通路間の連通部分を通り、排気側縦流し通路に流入する。この冷却水の一部は、点火プラグの近傍を通りながら気筒配列方向へ向きを変える。また、排気側横流し通路に流入した冷却水の他の一部は、前記排気側横流し通路での流れ方向とは逆方向に向きを変え、仕切り壁に沿いながら排気ポート側へ流れる。この際、点火プラグの周りを流れる冷却水もある。冷却水はその後に、流れの方向を気筒配列方向に変える。
ここで、仕切り壁により各排気側横流し通路及び排気側縦流し通路を上下に仕切ることにより、そうでない場合に比べ各排気側横流し通路において気筒配列方向に沿う面での断面積が小さくなる。そのため、排気側横流し通路での冷却水の流速が高くなり、点火プラグや燃焼室周りの冷却効率が向上する。
さらに、点火プラグよりも吸気ポート側にのみ排気側縦流し通路を設けたり、点火プラグよりも排気ポート側にのみ排気側縦流し通路を設けたりした場合に比べ、排気側縦流し通路において気筒配列方向に直交する面での断面積が大きくなり、冷却水の流通に伴い生ずる圧力損失が小さくなる。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の発明において、前記吸気側通路にはラジエータからの冷却水が導入されるものであるとする。
上記の構成によれば、ラジエータで放熱されて温度の低くなった冷却水が吸気側通路を流れることとなる。そのため、吸気ポートを流れる吸気や燃焼室のスキッシュエリアが十分に冷却され、ノッキングの発生を抑制する効果がより確実なものとなる。

請求項３に記載の発明では、請求項１又は２に記載の発明において、前記気筒毎の複数の前記排気ポートは前記シリンダヘッド内で合流しており、前記各排気側通路の前記流入口は、前記排気ポートの合流部分の下方近傍で開口されているとする。

上記の構成によれば、燃焼室で発生した排気が排気ポートを流れることから、排気ポート近傍では温度が高くなる。この温度は、気筒毎の複数の排気ポートが合流する部分で特に高くなる。この点、請求項３に記載の発明では、シリンダヘッド内において排気ポートの合流部分の下方近傍に流入口が開口されている。そのため、冷却水はこの流入口を通じて排気ポートの合流部分の下方近傍を通ることとなり、上述した高温部分（排気ポートの合流部分）が確実に冷却される。

請求項４に記載の発明では、請求項１〜３のいずれか１つに記載の発明において、前記排気側縦流し通路は、前記各排気側横流し通路の上側であって、前記点火プラグを取り囲んだ状態で設けられているとする。

上記の構成によれば、各排気側横流し通路を流れた後の冷却水は、それら排気側横流し通路の上側の排気側縦流し通路に流入し、同通路によって淀みの少ない状態で気筒配列方向へ導かれる。排気側縦流し通路が各燃焼室頂部の点火プラグを取り囲んでいることから、点火プラグの熱を、その周囲の冷却水によって奪って冷却することができる。

また、排気側縦流し通路において点火プラグよりも排気ポート側の部分を冷却水が流れることで、排気ポート及びその近傍部分が冷却され、冷却効率が高まる。

請求項５に記載の発明では、請求項１〜４のいずれか１つに記載の発明において、前記シリンダヘッドは鋳造により形成されるものであって、前記各排気側横流し通路及び前記排気側縦流し通路は、前記シリンダヘッドの鋳造時に鋳型内に中子を配設することにより一体形成されるものであるとする。

上記の構成によれば、鋳造により製造されたシリンダヘッドに対し、その後に、機械加工により各排気側横流し通路及び排気側縦流し通路を形成するとなると、そのための設備の増設が必要となり、また加工に時間がかかり、製造コストの上昇を招く。また、鋳造時に生じた鋳巣が機械加工によりつながり、冷却水の漏れを引き起こすおそれがある。

この点、請求項５に記載の発明では、シリンダヘッドの鋳造時に鋳型内に中子を配設することで、複雑な形状である各排気側横流し通路及び排気側縦流し通路が一体に形成される。そのため、新たな設備の増設が不要となり、また鋳造時に排気側横流し通路及び排気側縦流し通路が形成されるため、それらの形成のための時間が短くてすみ、製造コストを低減するうえで有利である。また、中子の表面に対応する排気側横流し通路の壁面や排気側縦流し通路の壁面には、互いにつながった状態の鋳巣が生じにくく、上述した冷却水の漏れが起こりにくい。

以下、本発明を具体化した一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１〜図３に示すように、内燃機関としてのガソリンエンジン（以下、単にエンジンという）２０の主要部は、シリンダブロック１０によって構成されている。シリンダブロック１０には、複数（本実施形態では４つ）の気筒１５が列をなした状態で設けられている。シリンダヘッド１１はシリンダブロック１０上側に配置され、複数箇所のボルト孔１２に挿通されたボルト（図示略）によりシリンダブロック１０に締結される。

シリンダヘッド１１の底面３４において、各気筒１５に対応する箇所には燃焼室１３が設けられている。図２〜図４に示すようにシリンダヘッド１１には、各燃焼室１３に吸気を導くための一対の吸気ポート１４，１４が、気筒配列方向（図２及び図３では紙面に直交する方向、図４では上下方向）に並べられた状態で設けられている。両吸気ポート１４，１４の下流端は、燃焼室１３の壁面で開口している。また、両吸気ポート１４，１４は、燃焼室１３よりも吸気側（図４の右側）で合流しており、この合流部分１６の上流端がシリンダヘッド１１の吸気側の壁面１７で開口している。シリンダヘッド１１には、各燃焼室１３における吸気ポート１４の開口部１４Ａを開閉する吸気弁（図示略）が、略上下方向への往復動可能に取付けられる。

シリンダヘッド１１には、各燃焼室１３で生じた排気をエンジン２０の外部へ導出するための一対の排気ポート１８，１８が気筒配列方向に並べられた状態で設けられている。両排気ポート１８，１８の上流端は、燃焼室１３の壁面で開口している。また、両排気ポート１８，１８は、燃焼室１３よりも排気側（図４の左側）で合流しており、この合流部分２１の下流端がシリンダヘッド１１の排気側の壁面２２で開口している。シリンダヘッド１１には、各燃焼室１３における排気ポート１８の開口部を開閉する排気弁２３が、略上下方向への往復動可能に取付けられる。

シリンダヘッド１１において、各燃焼室１３の頂部に対応する箇所には、略上下方向に延びるプラグ装着孔２４が設けられており、ここに点火プラグ２５が装着される。
上記シリンダヘッド１１では、混合気の燃焼に伴い熱が発生し、燃焼室１３及びその近傍部分の温度が高くなる。ここで、燃焼室１３近傍の高温となる部位としては、燃焼室１３で発生した排気が流れる排気ポート１８，１８、とりわけそれらの合流部分２１が挙げられる。そのほかにも、排気弁２３の近傍（排気弁２３，２３間を含む）や、点火プラグ２５の近傍等も挙げられる。

シリンダヘッド１１内には、その各部を冷却するための冷却水の通路が設けられている。この冷却水の通路は、図１及び図２に示すように、シリンダヘッド１１内において吸気側の部位を冷却するための吸気側通路２６と、排気側の部位を冷却するための排気側通路２７とに分離して設けられている。吸気側通路２６は、全気筒１５の吸気ポート１４，１４の下側において気筒配列方向に延びる１本の通路によって構成されている。

吸気側通路２６の上流端は、シリンダヘッド１１の前面２８に近い箇所に位置している。この上流端には、ラジエータを通過し、ウォータポンプ、シリンダブロック１０、ガスケット等を順に流れた冷却水の流入口（図示略）が設けられている。このシリンダブロック１０内における冷却水の通路は短く設定されている。そのため、ラジエータでの放熱により温度の低くなった冷却水がほとんど昇温することなく、温度の低いまま上記流入口を通って吸気側通路２６内に導入される。また、吸気側通路２６の下流端は、シリンダヘッド１１の後面２９に近い箇所に位置している。この下流端には、吸気側通路２６を流れた冷却水の流出口（図示略）が開口している。この流出口を通じて吸気側通路２６から流出した冷却水は、後述する排気側縦流し通路３２から流出した冷却水と合流してラジエータへ導かれる。

図２〜図４に示すように、排気側通路２７は、気筒１５毎の排気側横流し通路３１と、全気筒１５に共通の１本の排気側縦流し通路３２とを備えて構成されている（図２参照）。気筒１５毎の排気側横流し通路３１は、シリンダヘッド１１内の隣り合う気筒１５，１５間（燃焼室１３，１３間）に対応する箇所に設けられた隔壁３３により、気筒配列方向に互いに分離されている。この隔壁３３により、気筒配列方向に隣り合う排気側横流し通路３１，３１間での冷却水の流通が抑制される。また、隔壁３３により、各排気側横流し通路３１内での冷却水の流れが気筒配列方向に直交する方向に規制される。

各排気側横流し通路３１の排気ポート１８，１８側の端（上流端）は、同排気ポート１８，１８の合流部分２１の下方に位置し、吸気側の端（下流端）は、点火プラグ２５の下半部よりも吸気ポート１４，１４側に位置している。

シリンダヘッド１１の底部であって、上記各合流部分２１の下方には、そのシリンダヘッド１１の底面３４と上記各排気側横流し通路３１とを連通させる冷却水の流入口３５が設けられており、シリンダブロック１０内のウォータジャケットを流れた後の冷却水がこの流入口３５を通じて各排気側横流し通路３１に流入される。

排気側縦流し通路３２は、全ての排気側横流し通路３１及び全ての隔壁３３の上側において気筒配列方向に延びており、気筒１５毎の点火プラグ２５の上半部を取り囲んでいる。そして、各排気側横流し通路３１が、その下流端においてそれぞれ排気側縦流し通路３２に接続されている。排気側縦流し通路３２の吸気側の側縁部は、各排気側横流し通路３１の下流端の上方に位置している。また、排気側縦流し通路３２の排気側の側縁部は、気筒１５毎の排気弁２３，２３間であって、両排気ポート１８，１８の合流部分２１の近傍に位置している。

上記気筒１５毎の排気側横流し通路３１と、その上側の排気側縦流し通路３２との間には仕切り壁３６が設けられている。各仕切り壁３６は、気筒１５毎の排気ポート１８，１８の近傍から吸気ポート１４，１４側へ延びている。各仕切り壁３６の吸気側の端部は、概ね点火プラグ２５の近傍に位置している。各仕切り壁３６により、各排気側横流し通路３１と、排気側縦流し通路３２の点火プラグ２５よりも排気ポート１８，１８側の部分とが上下に仕切られている。そして、各排気側横流し通路３１の下流端が、点火プラグ２５よりも吸気ポート１４，１４側で排気側縦流し通路３２につながっている。

このように、排気側通路２７が、仕切り壁３６よりも下側に位置する気筒１５毎の排気側横流し通路３１と、仕切り壁３６よりも上側に位置する排気側縦流し通路３２とからなる２階建て構造を採っている。ここで、仕切り壁３６により各排気側横流し通路３１及び排気側縦流し通路３２が上下に仕切られていることから、そうでない場合に比べ、排気側横流し通路３１において気筒配列方向に沿う面での断面積が小さくなっている。

また、排気側縦流し通路３２は点火プラグ２５を中心として吸気ポート１４，１４側にも排気ポート１８，１８側にも設けられている。そのため、点火プラグ２５よりも吸気ポート１４，１４側にのみ排気側縦流し通路３２を設けたり、点火プラグ２５よりも排気ポート１８，１８側にのみ排気側縦流し通路３２を設けたりした場合に比べ、排気側縦流し通路３２において気筒配列方向に直交する面での断面積が大きくなっている。

上記のように、冷却水の通路として吸気側通路２６及び排気側通路２７が設けられたシリンダヘッド１１は、鋳造によって形成される。そして、各排気側横流し通路３１及び排気側縦流し通路３２は、シリンダヘッド１１の上記鋳造時に鋳型内に中子を配設することにより一体に形成される。この鋳造に際し、シリンダヘッド１１内に鋳巣が生じたとしても、中子の表面に対応する排気側横流し通路３１の壁面や排気側縦流し通路３２の壁面には、互いにつながった状態の鋳巣が生じにくい。

上記構成を有するシリンダヘッド１１の冷却構造では、冷却水が吸気側通路２６内を流れることにより、気筒１５毎の吸気ポート１４，１４の下方を気筒配列方向へ導かれる。この冷却水により、吸気ポート１４，１４を流れる吸気が冷却される。この冷却により温度の低くなった吸気が燃焼室１３に吸入され、ノッキングの発生が抑制される。また、上記冷却水により燃焼室１３のスキッシュエリアが冷却され、この点からもノッキングの発生が抑制される。これに伴い点火プラグ２５による混合気の点火時期を進角させて、エンジン２０の出力を増大させることが可能となる。さらに、上記のように吸気が冷却されることで吸気の体積効率（充填効率）が高くなり、エンジン２０の出力を増大させるうえで有効である。

特に、本実施形態では、ラジエータからの冷却水がウォータポンプ、シリンダブロック１０、ガスケット等を順に経た後に吸気側通路２６内に流入する。シリンダブロック１０での冷却水の通路は短く、冷却水がシリンダブロック１０を通過する際に受ける熱の量は少ない。従って、吸気側通路２６内へはラジエータでの放熱により温度の低くなった冷却水が、さほど昇温することなく温度の低いまま流入する。そのため、吸気ポート１４，１４を流れる吸気や燃焼室１３のスキッシュエリアが十分に冷却され、ノッキングの発生を抑制する効果がより確実なものとなる。

また、吸気側通路２６とは別に設けられた排気側通路２７では、冷却水は図２及び図４において矢印で示すように流れる。シリンダブロック１０のウォータジャケットを流れた後の冷却水は、まず気筒１５毎の流入口３５から、２階建て構造の１階部分に位置する排気側横流し通路３１に流入する。各流入口３５は、シリンダヘッド１１内において排気ポート１８，１８の各合流部分２１の下方近傍で開口されている。そのため、冷却水は各流入口３５を通じて排気ポート１８，１８の合流部分２１の下方近傍を通ることとなり、排気ポート１８，１８の中でも特に高温部分である合流部分２１が確実に冷却される。

各排気側横流し通路３１内に流入した冷却水の流れは、シリンダヘッド１１内において隣り合う気筒１５，１５間に対応する箇所に設けられた隔壁３３と、各排気側横流し通路３１及び排気側縦流し通路３２間の仕切り壁３６とによって規制される。これらの規制により、冷却水は、気筒１５毎の排気側横流し通路３１において、隔壁３３及び仕切り壁３６に沿う方向、すなわち気筒配列方向に略直交する方向（吸気ポート１４，１４側）へ流れる。冷却水は、燃焼室１３の上方を流れる過程で排気ポート１８，１８の近傍、排気弁２３の近傍、点火プラグ２５の下半部の周り等を通り、それら各部を冷却する。

この際、上述したように、仕切り壁３６により各排気側横流し通路３１及び排気側縦流し通路３２が上下に仕切られていて、排気側横流し通路３１において気筒配列方向に沿う面での断面積が小さいことから、同排気側横流し通路３１を冷却水が速い速度で流れる。

また、１気筒当たりに複数の排気弁２３が設けられ、それらが気筒配列方向に配置されている場合において、排気ポート１８，１８、排気弁２３、点火プラグ２５等の各近傍を冷却するために、仮に上述した排気側横流し通路３１に代えて気筒配列方向に延びる通路を設けると、排気弁２３，２３間に十分な量の冷却水を流して冷却することが難しい。これに対し排気側横流し通路３１では、上記のように冷却水が気筒配列方向に略直交する方向へ流れることから、排気弁２３，２３間に十分な量の冷却水が流れることとなり、それらの排気ポート１８，１８間、排気弁２３，２３間も冷却される。

各排気側横流し通路３１を流れた後の冷却水は、仕切り壁３６を越えて点火プラグ２５よりも吸気ポート１４，１４側に至ると、排気側横流し通路３１及び排気側縦流し通路３２間の連通部分を通り、２階建て構造の２階部分である排気側縦流し通路３２に流入する。流入した冷却水の一部の流れ方向は、排気側縦流し通路３２によって気筒配列方向へ変えられる。冷却水は、淀みの少ない状態で気筒配列方向へ導かれる。この気筒配列方向へ流れる冷却水により点火プラグ２５等が冷却される。特に、排気側縦流し通路３２が気筒１５毎の点火プラグ２５を取り囲んでいることから、その点火プラグ２５の熱は周囲の冷却水によって奪われ、温度が下がる。

また、排気側縦流し通路３２へ流入した冷却水の他の一部は、前記排気側横流し通路３１での流れ方向とは逆方向に向きを変え、仕切り壁３６上を排気ポート１８，１８側へ流れる。この際、点火プラグ２５の周りを流れる冷却水もある。冷却水はその後に、流れの方向を気筒配列方向に変える。そして、冷却水は、排気側縦流し通路３２において点火プラグ２５よりも排気ポート１８，１８側の部分を流れる。この冷却水により、排気ポート１８，１８及びその近傍部分が冷却される。

ここで、排気側縦流し通路３２において気筒配列方向に直交する面での断面積は、上述したように、点火プラグ２５よりも吸気ポート１４，１４側にのみ、又は点火プラグ２５よりも排気ポート１８，１８側にのみ排気側縦流し通路３２を設けた場合に比べて大きい。そのため、冷却水は圧力損失の少ない状態で排気側縦流し通路３２を流れる。

そして、排気側縦流し通路３２を流れてその下流端に至った冷却水は、図１において矢印で示すように、上述した吸気側通路２６を流れて下流端に至った冷却水と合流して、シリンダヘッド１１から流出し、ラジエータへ導かれる。

以上詳述した本実施形態によれば、次の効果が得られる。
（１）シリンダヘッド１１における冷却水の通路を、吸気側通路２６と排気側通路２７とに分離し、その吸気側通路２６を、気筒１５毎の吸気ポート１４，１４の下側で気筒配列方向に延びるように設けている（図１及び図２参照）。そのため、排気側通路２７とは別に、冷却水を吸気側通路２６に多く流すことができ、吸気ポート１４，１４を流れる吸気、及び燃焼室１３のスキッシュエリアを冷却し、ノッキングの発生を抑制することができる。

特に、シリンダブロック１０を経由しているものの、そのシリンダブロック１０での冷却水の通路を短くし、ラジエータでの放熱により温度の低くなった冷却水を吸気側通路２６に導入するようにしているため、上記の効果がより確実に得られる。

（２）シリンダヘッド１１内の隣り合う気筒１５，１５間に対応する箇所に隔壁３３を設け、排気側通路２７の一部（上流側部分）を、上記隔壁３３により互いに分離された気筒１５毎の排気側横流し通路３１にて構成している。また、気筒１５毎の排気ポート１８，１８の近傍に流入口３５を設けている。そのため、この流入口３５から流入した冷却水の流れを隔壁３３によって規制し、気筒配列方向に略直交する方向（吸気ポート１４，１４側）へ向けて流れさせ、その途中で、燃焼室１３の頂部近傍の高温部位である排気ポート１８，１８の近傍、排気弁２３の近傍、点火プラグ２５の周り等を経由させ、それらを冷却することができる。

また、冷却水を気筒配列方向に流れさせる場合よりも多い量の冷却水を排気ポート１８，１８間、排気弁２３，２３間等に導き、それらを確実に冷却することができる。
（３）燃焼室１３で発生した排気が排気ポート１８，１８を流れることから、排気ポート１８，１８の近傍では温度が高くなる。この温度は、排気ポート１８，１８の合流部分２１で特に高くなる。この点、本実施形態では、シリンダヘッド１１内において排気ポート１８，１８の合流部分２１の下方近傍に流入口３５を開口させている。そのため、冷却水が、流入口３５を通じて排気ポート１８，１８の合流部分２１の下方近傍を通るようにし、上記高温部分に対する冷却効率を高めることができる。

（４）排気側通路２７の一部（下流側部分）を、気筒配列方向に延び、かつ気筒１５毎の排気側横流し通路３１の下流端がそれぞれ接続された全気筒１５に共通の排気側縦流し通路３２により構成している。そのため、気筒１５毎の排気側横流し通路３１を通過した冷却水を、この排気側縦流し通路３２により淀みなく気筒配列方向に流して、点火プラグ２５の上半部等を冷却することができる。

（５）排気側縦流し通路３２を、各排気側横流し通路３１の上側であって、気筒１５毎の点火プラグ２５を取り囲んだ状態で設けている。そのため、冷却水が排気側縦流し通路３２を流れる過程で、気筒１５毎の点火プラグ２５の熱をその周囲から奪い、点火プラグ２５を効率よく冷却することができる。

また、排気側縦流し通路３２の排気側の側縁部を、気筒１５毎の排気弁２３，２３間であって、両排気ポート１８，１８の合流部分２１の近傍に位置させている。そのため、排気側縦流し通路３２を流れる冷却水により、排気ポート１８，１８及びその近傍部分を冷却し、冷却効率を高めることができる。

（６）気筒１５毎の排気ポート１８，１８の近傍から吸気ポート１４，１４側へ延びて、各排気側横流し通路３１と、排気側縦流し通路３２の点火プラグ２５よりも排気ポート１８，１８側の部分とを仕切る仕切り壁３６を設けている。そして、各排気側横流し通路３１を点火プラグ２５よりも吸気ポート１４，１４側で排気側縦流し通路３２に連通させている。こうすることによって排気側通路２７を、仕切り壁３６よりも下側に位置する排気側横流し通路３１と、仕切り壁３６よりも上側に位置する排気側縦流し通路３２とからなる２階建て構造としている。

従って、仕切り壁３６により各排気側横流し通路３１及び排気側縦流し通路３２を上下に仕切ることにより、そうでない場合に比べ排気側横流し通路３１において気筒配列方向に沿う面での断面積を小さくすることができる。その結果、排気側横流し通路３１での冷却水の流速を高め、点火プラグ２５や燃焼室１３周りの冷却効率の向上を図ることができる。

また、点火プラグ２５よりも吸気ポート１４，１４側にのみ排気側縦流し通路３２を設けたり、点火プラグ２５よりも排気ポート１８，１８側にのみ排気側縦流し通路３２を設けたりした場合に比べ、排気側縦流し通路３２において気筒配列方向に直交する面での断面積を大きくして、冷却水の流通に伴い生ずる圧力損失を小さくすることができる。

（７）鋳造により製造されたシリンダヘッド１１に対し、その後に、機械加工により排気側横流し通路３１及び排気側縦流し通路３２を形成するとなると、そのための設備の増設が必要となり、また加工に時間がかかり、製造コストの上昇を招く。また、鋳造時に生じた鋳巣が機械加工によりつながり、これが冷却水の漏れを引き起こすおそれがある。

この点、本実施形態では、シリンダヘッド１１の鋳造時に鋳型内に中子を配設することで、複雑な形状である排気側横流し通路３１及び排気側縦流し通路３２を一体形成するようにしている。そのため、新たな設備の増設が不要となり、また鋳造時に排気側横流し通路３１及び排気側縦流し通路３２が形成されるため、それらの形成のための時間が短くてすみ、製造コストを低減するうえで有利である。また、中子の表面に対応する排気側横流し通路３１の壁面や排気側縦流し通路３２の壁面には、互いにつながった状態の鋳巣が生じにくく、上述した冷却水の漏れを抑制するうえでも有利である。

なお、本発明は次に示す別の実施形態に具体化することができる。
・前記実施形態では、シリンダブロック１０内のウォータジャケットを一旦流れた後の冷却水を、シリンダヘッド１１の吸気側通路２６に導入したが、シリンダブロック１０を経由せず、ラジエータで放熱された温度の低い冷却水を直接吸気側通路２６に導入するようにしてもよい。こうすることで、耐ノック性、充填効率のより一層の向上が期待できる。

・本発明の冷却構造は、気筒１５毎に３本以上の排気弁を有する多気筒内燃機関のシリンダヘッドにも適用可能である。
・前記実施形態では、排気側縦流し通路３２が、気筒１５毎の点火プラグ２５よりも吸気ポート１４，１４側の部分と、排気ポート１８，１８側の部分とを有する構成としたが、いずれか一方の部分のみを有する構成としてもよい。

・各排気側横流し通路３１と排気側縦流し通路３２の少なくとも点火プラグ２５よりも排気ポート１８側の部分とを仕切るものであることを条件として、気筒１５毎の仕切り壁３６の形状や大きさを適宜変更してもよい。

本発明を具体化した一実施形態におけるシリンダヘッドの平断面図。 図１における２−２線拡大断面図。 図１における３−３線拡大断面図。 図１の部分拡大平断面図。

符号の説明

１１…シリンダヘッド、１３…燃焼室、１４…吸気ポート、１５…気筒、１８…排気ポート、２０…ガソリンエンジン（内燃機関）、２１…合流部分、２３…排気弁、２５…点火プラグ、２６…吸気側通路、２７…排気側通路、３１…排気側横流し通路、３２…排気側縦流し通路、３３…隔壁、３５…流入口、３６…仕切り壁。

Claims (5)

1. 気筒毎に複数の排気弁を有するとともに各気筒の燃焼室の頂部近傍に点火プラグが配置される多気筒内燃機関のシリンダヘッドに適用され、そのシリンダヘッドにおける冷却水の通路を、気筒毎の吸気ポートの下側を気筒配列方向に延びる吸気側通路と、排気側通路とに分離して設けたシリンダヘッドの冷却構造において、
   前記排気側通路が、
   前記シリンダヘッド内の隣り合う気筒間に対応する箇所に設けられた隔壁により互いに分離され、かつ気筒毎の排気ポート近傍の流入口から流入した冷却水を、燃焼室の頂部近傍を経由して吸気ポート側へ導く気筒毎の排気側横流し通路と、
   気筒配列方向に延び、かつ前記気筒毎の前記排気側横流し通路の下流端がそれぞれ接続された排気側縦流し通路と
   を備え、前記気筒毎の前記排気ポートの近傍から前記吸気ポート側へ延びて、前記各排気側横流し通路と、前記排気側縦流し通路の少なくとも前記点火プラグよりも前記排気ポート側の部分とを上下に仕切る仕切り壁が設けられ、前記各排気側横流し通路が前記点火プラグよりも前記吸気ポート側で前記排気側縦流し通路に連通されていることを特徴とするシリンダヘッドの冷却構造。
2. 前記吸気側通路にはラジエータからの冷却水が導入される請求項１に記載のシリンダヘッドの冷却構造。
3. 前記気筒毎の複数の前記排気ポートは前記シリンダヘッド内で合流しており、前記各排気側横流し通路の前記流入口は、前記排気ポートの合流部分の下方近傍で開口されている請求項１又は２に記載のシリンダヘッドの冷却構造。
4. 前記排気側縦流し通路は、前記各排気側横流し通路の上側であって、前記点火プラグを取り囲んだ状態で設けられている請求項１〜３のいずれか１つに記載のシリンダヘッドの冷却構造。
5. 前記シリンダヘッドは鋳造により形成されるものであって、前記各排気側横流し通路及び前記排気側縦流し通路は、前記シリンダヘッドの鋳造時に鋳型内に中子を配設することにより一体形成されるものである請求項１〜４のいずれか１つに記載のシリンダヘッドの冷却構造。

Images