JP6562013B2 - シリンダヘッド - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関のシリンダヘッドに関し、詳しくは、冷却水が流れるウォータジャケットを内部に備えるシリンダヘッドに関する。

内燃機関のシリンダヘッドには、冷却水が流れるウォータジャケットが形成されている。従来のウォータジャケットの構造は、大別すると、シリンダヘッドの長手方向に冷却水を流すように設計された縦流し構造と、シリンダヘッドの幅方向に冷却水を流すように設計された横流し構造とに分けられる。特許文献１には、ウォータジャケットの縦流し構造が適用されたシリンダヘッドの一例が開示されている。この文献に開示されたシリンダヘッドは、ウォータジャケット内に複数のウォータジャケットを備える。そのうちの燃焼室ウォータジャケットは、燃焼室の頂部を冷却するためのウォータジャケットであって、長手方向に配列された４つの燃焼室の頂部に沿って冷却水が流れるように形成されている。

特開２０１４−０８４７３８号公報 特開２００８−０９５６１６号公報

ウォータジャケットの縦流し構造と横流し構造とを比較すると、冷却水がウォータジャケットを流れる際の圧力損失は縦流し構造のほうが大きい。ゆえに、縦流し構造は横流し構造に対して燃費において不利になるおそれがある。その一方で、燃焼室と燃焼室との間を幅方向に冷却水が流れる横流し構造では、１つの燃焼室に着目した場合、長手方向における燃焼室の前側と後側とで冷却水の流れは略対照である。このため、長手方向における燃焼室の前側と後側とで圧力差が生じにくく、燃焼室の排気バルブ穴と吸気バルブ穴との間に冷却水の流れを形成させることが難しい。特に、燃焼室の頂部にインジェクタが設けられるシリンダヘッドの場合、インジェクタ穴の周囲を冷却水で冷却したいが、単なる横流し構造では、インジェクタ穴と点火プラグ穴との間に冷却水の流れを形成することは難しい。

本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたもので、圧力損失を低く抑えながら各燃焼室の排気バルブ穴と吸気バルブ穴との間に冷却水の流れを形成して燃焼室の頂部を効率的に冷却することのできるシリンダヘッドを提供することを目的とする。

本発明に係るシリンダヘッドは、多気筒エンジン用のシリンダヘッドであって、シリンダヘッドの長手方向に並んで設けられた複数の燃焼室を備える。本出願において、シリンダヘッドの燃焼室とは、混合気が燃焼する閉空間を構成するシリンダヘッド側の部位を指す。よって、本出願において、燃焼室は、必ずしもシリンダヘッドのシリンダブロック合わせ面から凹んだ形状ではなく、シリンダブロック合わせ面と同一面になっている場合もありうる。一般的には、火花点火式エンジンのシリンダヘッドには、シリンダブロック合わせ面に対して凹形状の燃焼室が設けられ、圧縮自着火式エンジンのシリンダヘッドには、シリンダブロック合わせ面に対して同一面の燃焼室が設けられる。

本出願においては、シリンダヘッドの長手方向とは、シリンダヘッドをシリンダブロックに組み付けてエンジンを構成した場合の気筒列の方向、つまり、クランクシャフトの軸方向と定義される。また、本出願においては、長手方向に直交し、且つ、シリンダヘッドのシリンダブロック合わせ面に平行な方向をシリンダヘッドの幅方向と称し、長手方向に直交し、且つ、シリンダヘッドのシリンダブロック合わせ面に垂直な方向をシリンダヘッドの高さ方向と称する。

本発明に係るシリンダヘッドは、シリンダヘッドを上下に貫通して燃焼室に開口する吸気バルブ穴と、シリンダヘッドを上下に貫通して燃焼室に開口する排気バルブ穴とを備える。燃焼室あたりの吸気バルブ穴の数は、気筒ごとの吸気バルブの本数により決まる。燃焼室あたりの排気バルブ穴の数は、気筒ごとの排気バルブの本数により決まる。

本発明に係るシリンダヘッドは、シリンダヘッド内に形成されたウォータジャケットを備える。ウォータジャケットは、隣接する燃焼室の間、及び、長手方向における両端の燃焼室のそれぞれの外側に設けられた複数の冷却水空間を含む。これらの冷却水空間は、閉じた空間ではなく、冷却水の出入りがある空間である。詳しくは、これらの冷却水空間は、冷却水が流れているときの内部の圧力が相対的に高い高圧空間と、冷却水が流れているときの内部の圧力が相対的に低い低圧空間とからなる。高圧空間と低圧空間とは燃焼室を挟んで交互に位置している。

ウォータジャケットは、低圧空間を通ってシリンダヘッドの幅方向に延びる第１幅方向通路を含む。第１幅方向通路が低圧空間を通ることには、第１幅方向通路の途中に低圧空間があることと、第１幅方向通路が低圧空間を起点として延びていることが含まれる。第１幅方向通路が幅方向に延びるとは、第１幅方向通路が幅方向に真っ直ぐであるという限定的な意味ではない。第１幅方向通路は、全体として幅方向に広がっていれば、シリンダヘッドの長手方向に或いは高さ方向に一様な形状でなくてもよい。第１幅方向通路には冷却水出口が接続される。冷却水出口はウォータジャケット内の冷却水をシリンダヘッドの外部に排出するための穴である。冷却水出口の位置及び数には限定はない。接続の意味には、第１幅方向通路が冷却水出口に直接接続されることと、第１幅方向通路が冷却水出口に他の通路を介して接続されることとが含まれる。

また、ウォータジャケットは、吸気バルブ穴と排気バルブ穴との間を通り高圧空間と低圧空間とを連絡させる連絡通路を含む。連絡通路は、燃焼室を挟んで位置する高圧空間と低圧空間とを空間的につなげるものであればよく、その形状には限定はない。連絡通路或いは高圧空間には冷却水入口が接続されている。冷却水入口はシリンダヘッドの外部からウォータジャケット内に冷却水を供給するための穴である。シリンダヘッドに設けられる冷却水入口の位置及び数には限定はない。接続の意味には、連絡通路或いは高圧空間が冷却水入口に直接接続されることと、連絡通路或いは高圧空間が冷却水入口に他の通路を介して接続されることとが含まれる。

上記のシリンダヘッドの構成によれば、ウォータジャケット内を冷却水が流れるとき、燃焼室を挟んで位置する高圧空間と低圧空間との圧力差によって、高圧空間と低圧空間とを連絡させる連絡通路には冷却水の流れが形成される。連絡通路は吸気バルブ穴と排気バルブ穴との間を通っているので、ここを冷却水が流れることにより、燃焼室の頂部を効率的に冷却することができる。また、冷却水は燃焼室間を長手方向に流れていくのではなく、高圧空間と交互に位置している低圧空間を通って幅方向に流れ出るので、いわゆる縦長し構造に比較してウォータジャケット全体での圧力損失は低く抑えられる。

シリンダヘッドを上下に貫通して燃焼室の吸気側に開口するインジェクタ穴と、シリンダヘッドを上下に貫通して燃焼室の排気側に開口する点火プラグ穴とをシリンダヘッドが備える場合、連絡通路は、インジェクタ穴と点火プラグ穴との間を通ってもよい。これによれば、インジェクタ穴と点火プラグ穴との間に冷却水の流れが形成されるので、インジェクタを効果的に冷却することができる。また、連絡通路は、インジェクタ穴と吸気バルブ穴との間を通ってもよいし、点火プラグ穴と排気バルブ穴との間を通ってもよい。

ウォータジャケットは、燃焼室の外側に位置し長手方向に延びる長手方向通路を含んでもよい。長手方向通路が長手方向に延びるとは、長手方向通路が長手方向に真っ直ぐであるという限定的な意味ではない。長手方向通路は、全体として長手方向に広がっていれば、シリンダヘッドの幅方向に或いは高さ方向に一様な形状でなくてもよい。ウォータジャケットが長手方向通路を含むのであれば、冷却水出口は長手方向通路に設けられ、第１幅方向通路は長手方向通路を介して冷却水出口に接続されてもよい。この場合、高圧空間と長手方向通路とを幅方向につなぐ通路は設けられていなくてもよい。そのような通路が設けられていないことにより、高圧空間から冷却水出口へ向けて幅方向に冷却水が流れ出ることはないため、高圧空間の圧力は高く維持される。

また、ウォータジャケットは、高圧空間を通って幅方向に延び、冷却水出口へ接続する第２幅方向通路を含んでもよい。第２幅方向通路が幅方向に延びるとは、第２幅方向通路が幅方向に真っ直ぐであるという限定的な意味ではない。第２幅方向通路は、全体として幅方向に広がっていれば、シリンダヘッドの長手方向に或いは高さ方向に一様な形状でなくてもよい。高圧空間を冷却水出口へ接続する第２幅方向通路があることによって、高圧空間の冷却水を入れ替えることができる。ただし、第２幅方向通路は、冷却水が流れているときの圧力損失が第１幅方向通路よりも大きいことが求められる。高圧空間の圧力を低圧空間の圧力よりも高く維持するためである。

ウォータジャケットが第２幅方向通路を含む場合、第１幅方向通路及び第２幅方向通路は長手方向通路を介して冷却水出口に接続されてもよい。この場合、複数の高圧空間のうちの一部の高圧空間にのみ第２幅方向通路が通り、残りの高圧空間と長手方向通路とを幅方向につなぐ通路は設けられていなくてもよい。

上記発明によれば、圧力損失を低く抑えながら各燃焼室の排気バルブ穴と吸気バルブ穴との間に冷却水の流れを形成して燃焼室の頂部を効率的に冷却することができる。

本発明の実施の形態１のシリンダヘッドのウォータジャケットを透視して描いた平面図である。 本発明の実施の形態１のシリンダヘッドのウォータジャケット内の冷却水の流れを示す平面図である。 本発明の実施の形態２のシリンダヘッドのウォータジャケットの構成とウォータジャケット内の冷却水の流れを示す模式的な平面図である。 本発明の実施の形態３のシリンダヘッドのウォータジャケットの構成とウォータジャケット内の冷却水の流れを示す模式的な平面図である。 本発明の実施の形態４のシリンダヘッドのウォータジャケットの構成とウォータジャケット内の冷却水の流れを示す模式的な平面図である。

図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、特に明示する場合を除き、構成部品の構造や配置、処理の順序などを下記のものに限定する意図はない。本発明は以下に示す実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

実施の形態１．
本発明の実施の形態１について図を用いて説明する。実施の形態１の前提として、内燃機関は燃焼室の頂部にインジェクタを備える火花点火式の水冷式直列４気筒エンジンである。この前提は後述する実施の形態２−４にも適用される。ただし、本発明を内燃機関に適用するにあたっては、複数の気筒を有する水冷式の多気筒エンジンであること以外は、内燃機関の気筒数や気筒配置、また、内燃機関の着火方式に限定はない。

＜実施の形態１のシリンダヘッドの構成＞
図１は、実施の形態１のシリンダヘッドのウォータジャケットを透視して描いた平面図である。シリンダヘッド２には、４気筒分の４つの燃焼室４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄが長手方向に直列に等間隔で並んで形成されている。本明細書では、４つの燃焼室を区別しない場合には「燃焼室４」と表記する。また、本明細書では、前述のとおり、クランクシャフトの軸方向をシリンダヘッド２の長手方向と定義し、長手方向に直交し、且つ、シリンダヘッド２のシリンダブロック合わせ面に平行な方向をシリンダヘッド２の幅方向と定義する。

シリンダヘッド２には、シリンダヘッド２を上下に貫通して燃焼室４に開口する２つの吸気バルブ穴１１，１２と、シリンダヘッド２を上下に貫通して燃焼室４に開口する２つの排気バルブ穴１３，１４とが燃焼室４ごとに設けられている。吸気バルブ穴１１，１２には、図示しない吸気バルブのステムを支持するバルブガイドが圧入によって嵌めこまれる。排気バルブ穴１３，１４には、図示しない排気バルブのステムを支持するバルブガイドが圧入によって嵌めこまれる。本明細書では、シリンダヘッド２の幅方向においてクランク軸から見て吸気バルブ穴１１，１２が位置する側を吸気側と定義し、クランク軸から見て排気バルブ穴１３，１４が位置する側を排気側と定義する。

シリンダヘッド２には、シリンダヘッド２を上下に貫通して燃焼室４の中央の吸気側に開口するインジェクタ穴１８と、シリンダヘッド２を上下に貫通して燃焼室４の中央の排気側に開口する点火プラグ穴１６とが燃焼室４ごとに設けられている。インジェクタ穴１８には、図示しない燃料噴射用のインジェクタが取り付けられる。点火プラグ穴１６には、図示しない点火プラグが取り付けられる。

シリンダヘッド２は、冷却水が流れるウォータジャケット６を備える。ウォータジャケット６は、シリンダヘッド２の鋳込みの際、中子を用いてシリンダヘッド２の内部に形成される。この中子の形状は図１に示すウォータジャケット６の形状と同一である。ウォータジャケット６を中子によって形作る際にできた砂抜き穴の一部が、ウォータジャケット６内に冷却水を供給するための冷却水入口と、ウォータジャケット６内から冷却水を排出するための冷却水出口として利用される。

ウォータジャケット６は、燃焼室４の頂部とその周辺を冷却する燃焼室側ウォータジャケット４７と、図示しない排気ポートの周辺を冷却する排気側ウォータジャケット４８とから構成される。図示しない吸気ポートの冷却は燃焼室側ウォータジャケット４７により行われる。

燃焼室側ウォータジャケット４７の構成について説明する。燃焼室側ウォータジャケット４７は、燃焼室４ａ，４ｂの間、燃焼室４ｂ，４ｃの間、及び燃焼室４ｃ，４ｄの間にそれぞれ冷却水空間３１，３２，３３を備える。また、燃焼室側ウォータジャケット４７は、長手方向の前端の燃焼室４ａとシリンダヘッド２の前端部との間に冷却水空間３０を備え、長手方向の後端の燃焼室４ｄとシリンダヘッド２の後端部との間に冷却水空間３４を備える。

燃焼室４ａを挟んで位置する冷却水空間３０，３１は、連絡通路３６によって連絡されている。同様に、燃焼室４ｂを挟んで位置する冷却水空間３１，３２は、連絡通路３７によって連絡されている。燃焼室４ｃを挟んで位置する冷却水空間３２，３３は、連絡通路３８によって連絡されている。燃焼室４ｄを挟んで位置する冷却水空間３３，３４は、連絡通路３９によって連絡されている。各連絡通路３６，３７，３８，３９は、吸気バルブ穴１１，１２と排気バルブ穴１３，１４との間を通っている。詳しくは、各連絡通路３６，３７，３８，３９は、インジェクタ穴１８と点火プラグ穴１６との間を通る通路、吸気バルブ穴１１，１２とインジェクタ穴１８との間を通る通路、そして、排気バルブ穴１３，１４と点火プラグ穴１６との間を通る通路を含む。

各燃焼室４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄに通じる図示しない吸気ポートの周辺には、吸気側通路６０，６１，６２，６３が設けられている。吸気側通路６０は、燃焼室４ａの吸気バルブ穴１１，１２の外側を通って冷却水空間３０，３１を連絡させている。同様に、吸気側通路６１は、燃焼室４ｂの外側から冷却水空間３１，３２を連絡させ、吸気側通路６２は、燃焼室４ｃの外側から冷却水空間３２，３３を連絡させ、吸気側通路６３は、燃焼室４ｄの外側から冷却水空間３３，３４を連絡させている。吸気側通路６０，６１，６２，６３と連絡通路３６，３７，３８，３９とは、吸気バルブ穴１１，１２の間に形成された通路によって接続されている。

燃焼室側ウォータジャケット４７には、複数の冷却水入口２０−２９が設けられている。冷却水入口２０−２９は、流量の違いにより、大流量入口２０，２１，２２，２３、中流量入口２４，２５，２６，２７、小流量入口２８，２９に分けられる。大流量入口２０，２１，２２，２３は、各燃焼室４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの排気側の外側に設けられ、排気バルブ穴１３，１４の間を通って連絡通路３６，３７，３８，３９に接続されている。中流量入口２４，２５，２６，２７は、吸気側通路６０，６１，６２，６３に設けられている。小流量入口２８は、燃焼室４ｂの排気側の外側に設けられ、小流量入口２９は、燃焼室４ｃの排気側の外側に設けられ、それぞれ冷却水空間３２に接続されている。これらの冷却水入口２０−２９は、シリンダヘッド２のシリンダブロック合わせ面に開口しており、シリンダブロック内を通った冷却水が冷却水入口２０−２９からシリンダヘッド２内に入るようになっている。

次に、排気側ウォータジャケット４８の構成について説明する。排気側ウォータジャケット４８は、シリンダヘッド２の長手方向に延びる長手方向通路５０を備える。長手方向通路５０は、図示しない排気ポートの少なくとも一部を覆っている。

排気側ウォータジャケット４８は、シリンダヘッド２の幅方向に延びて長手方向通路５０を燃焼室側ウォータジャケット４７に連絡させる幅方向通路４０，４１，４２，４３，４４，４５を備える。幅方向通路４０は冷却水空間３０を通っている。幅方向通路４１，４２は冷却水空間３１を通っている。幅方向通路４３，４４は冷却水空間３３を通っている。そして、幅方向通路４５は冷却水空間３４を通っている。ただし、長手方向通路５０と中央の冷却水空間３２を幅方向につなぐ通路は設けられていない。長手方向における両端の幅方向通路４０，４５は、内側に設けられた幅方向通路４１，４２，４３，４４よりも冷却水が流れているときの圧力損失が大きくなるように形成されている。

排気側ウォータジャケット４８には、冷却水出口５１が設けられている。冷却水出口５１は、長手方向通路５０の後端部に位置し、シリンダヘッド２の後端の側面に開口している。

＜実施の形態１のウォータジャケット内の冷却水の流れ＞
次に、上記のように構成されたシリンダヘッド２のウォータジャケット６内の冷却水の流れについて説明する。図２は、冷却水入口２０−２９から冷却水が供給され、ウォータジャケット６内を流れた冷却水が冷却水出口５１から排出される場合の、ウォータジャケット６内の冷却水の流れを示す平面図である。図２において、冷却水の流れは矢印線で示されている。矢印線の長さと太さは流量の大きさを示している。矢印線が長いほど、また、矢印線が太いほど、矢印線の始点位置における流量は大きい。

図２において、太い斜線が引かれた領域は、燃焼室４に隣接する冷却水空間３０，３１，３２，３３，３４のうち、冷却水が流れているときの内部の圧力が相対的に高圧になる高圧空間を示している。一方、細い斜線が引かれた領域は、燃焼室４に隣接する冷却水空間３０，３１，３２，３３，３４のうち、冷却水が流れているときの内部の圧力が相対的に低圧になる低圧空間を示している。ただし、図２において斜線で示す範囲は高圧空間或いは低圧空間の存在をイメージで示したものにすぎず、高圧空間或いは低圧空間の範囲を正確に示すものではない。

冷却水入口２０−２９のうち、冷却水空間３０，３１，３２，３３，３４の内部の圧力への影響が大きいのは、流量が大きい大流量入口２０，２１，２２，２３である。大流量入口２０から連絡通路３６に供給された冷却水は、燃焼室４ａを挟む冷却水空間３０，３１に流れる。大流量入口２１から連絡通路３７に供給された冷却水は、燃焼室４ｂを挟む冷却水空間３１，３２に流れる。大流量入口２０から連絡通路３８に供給された冷却水は、燃焼室４ｃを挟む冷却水空間３２，３３に流れる。そして、大流量入口２３から連絡通路３９に供給された冷却水は、燃焼室４ｄを挟む冷却水空間３３，３４に流れる。このように冷却水空間３０，３１，３２，３３，３４の何れにも冷却水が流入する。ゆえに、冷却水空間３０，３１，３２，３３，３４の内部の圧力の高低は冷却水の流れ出やすさに依存する。

冷却水空間３１には、長手方向通路５０に通じる幅方向通路４１，４２が通っている。冷却水空間３３にも、長手方向通路５０に通じる幅方向通路４３，４４が通っている。これに対して、中央の冷却水空間３２には、長手方向通路５０に通じる幅方向の通路は通っていない。ゆえに、冷却水空間３１，３３は幅方向通路４１，４２を通って冷却水が流れ出ることで内部の圧力は低い。一方、冷却水空間３２からは直接には幅方向に冷却水が流れ出ないため、冷却水の流れが淀み冷却水空間３２の内部の圧力は相対的に高くなる。ゆえに、冷却水空間３１，３３と冷却水空間３２とを比較した場合、冷却水空間３１，３３は相対的に低圧空間であり、冷却水空間３２は相対的に高圧空間であると言える。

両端の冷却水空間３０，３４には、長手方向通路５０に通じる幅方向通路４０，４５が通っている。しかし、これらの幅方向通路４０，４５は、内側に設けられた幅方向通路４１，４２，４３，４４よりも冷却水が流れているときの圧力損失が大きい。つまり、幅方向通路４１，４２，４３，４４は請求項に規定されている第１幅方向通路であるのに対し、幅方向通路４０，４５は請求項に規定されている第２幅方向通路である。このため、冷却水空間３１，３３に比較すると、冷却水空間３０，３４から長手方向通路５０へ流れ出る冷却水の流量は少なく、冷却水の流れが淀むために冷却水空間３０，３４の内部の圧力は相対的に高くなる。ゆえに、冷却水空間３１，３３と冷却水空間３０，３４とを比較した場合、冷却水空間３１，３３は相対的に低圧空間であり、冷却水空間３０，３４は相対的に高圧空間であると言える。

以上述べたように、ウォータジャケット６内を冷却水が流れるとき、前端の燃焼室４ａの外側に位置する冷却水空間３０、後端の燃焼室４ｄの外側に位置する冷却水空間３４、及び、燃焼室４ｂと燃焼室４ｃとの間に位置する中央の冷却水空間３２が高圧空間となり、燃焼室４ａと燃焼室４ｂとの間に位置する冷却水空間３１と、燃焼室４ｃと燃焼室４ｄとの間に位置する冷却水空間３３とが低圧空間となる。つまり、ウォータジャケット６内を冷却水が流れるとき、燃焼室４を挟んで交互に高圧空間と低圧空間とができる。

燃焼室４を挟んで位置する高圧空間と低圧空間との圧力差は、高圧空間と低圧空間とを連絡させる連絡通路３０，３１，３２，３３，３４内の冷却水の流れに影響する。図２には、連絡通路３０，３１，３２，３３，３４内の冷却水の複雑な流れが描かれている。燃焼室４を挟む冷却水空間の間に圧力差が存在することによって、冷却水に対して高圧空間から低圧空間へ向かう力が作用し、インジェクタ穴１８と点火プラグ穴１６との間には冷却水の流れが形成される。これにより、インジェクタを含めて燃焼室４の頂部を効率的に冷却することができる。また、また、冷却水は燃焼室４間を長手方向に流れていくのではなく、高圧空間（冷却水空間３０，３２，３４）と交互に位置している低圧空間（冷却水空間３１，３３）を通って幅方向に流れ出るので、いわゆる縦長し構造に比較してウォータジャケット６全体での圧力損失は低く抑えられる。

実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２について図を用いて説明する。図３は、実施の形態２のシリンダヘッドのウォータジャケットの構成とウォータジャケット内の冷却水の流れを示す模式的な平面図である。実施の形態２のシリンダヘッド２Ａは、その基本構成に関しては実施の形態１のシリンダヘッド２と同一である。よって、実施の形態２のシリンダヘッド２Ａの基本構成については、実施の形態１のシリンダヘッド２の基本構成の説明をそのまま引用するものとし、ここでは重ねての説明は行わない。図３において、実施の形態１のものと共通する要素には、同一の符号を付している。

実施の形態２のシリンダヘッド２Ａには、ウォータジャケット６Ａが形成されている。ウォータジャケット６Ａは、燃焼室４ａ，４ｂの間、燃焼室４ｂ，４ｃの間、及び、燃焼室４ｃ，４ｄの間にそれぞれ設けられた冷却水空間７１，７２，７３と、長手方向における両端の燃焼室４ａ，４ｄのそれぞれの外側に設けられた冷却水空間７０，７４とを含む。また、ウォータジャケット６Ａは、燃焼室４ごとに、その両側に位置する冷却水空間を連絡させる連絡通路７６，７７，７８，７９を含む。各連絡通路７６，７７，７８，７９は、吸気バルブ穴１１，１２と排気バルブ穴１３，１４との間を通り、インジェクタ穴１８と点火プラグ穴１６との間を通る通路、吸気バルブ穴１１，１２とインジェクタ穴１８との間を通る通路、そして、排気バルブ穴１３，１４と点火プラグ穴１６との間を通る通路を含む。

各冷却水空間７０，７１，７２，７３，７４には、シリンダヘッド２Ａの吸気側に設けられた冷却水入口９０，９１，９２，９３，９４が接続されている。これらの冷却水入口９０，９１，９２，９３，９４は、実施の形態１の大流量入口に相当する。中流量入口や小流量入口に相当する冷却水入口も設けられているが、冷却水の流れへの影響は小さいので図示は省略されている。

ウォータジャケット６Ａは、燃焼室４の排気側の外側に設けられ冷却水出口８８につながる長手方向通路８６を含む。長手方向通路８６は、図示しない排気ポートを冷却する。さらに、ウォータジャケット６Ａは、冷却水空間７１を通って長手方向通路８６につながる幅方向通路８１と、冷却水空間７３を通って長手方向通路８６につながる幅方向通路８２とを含む。これらの幅方向通路８１，８２は請求項に規定されている第１幅方向通路に相当する。また、ウォータジャケット６Ａは、冷却水空間７０を通って長手方向通路８６につながる幅方向通路８０を含む。この幅方向通路８０は幅方向通路８１，８２に比較して圧力損失が大きい通路であり、請求項に規定されている第２幅方向通路に相当する。

以上のように冷却水の通路と冷却水の出入口が設けられたことにより、ウォータジャケット６Ａ内を冷却水が流れるとき、相対的に圧力が高い高圧空間と、相対的に圧力が低い低圧空間とができる。具体的には、幅方向通路８１，８２が通る冷却水空間７１，７３が低圧空間となり、長手方向通路８６へ幅方向につなぐ通路が通っていない冷却水空間７２，７４と、圧力損失が大きい幅方向通路８０で長手方向通路８６へ接続された冷却水空間７０とが高圧空間となる。

図３に矢印で示すように、各連絡通路７６，７７，７８，７９には、燃焼室４を挟んで位置する高圧空間と低圧空間との圧力差によって冷却水の流れが形成される。連絡通路７６，７７，７８，７９はインジェクタ穴１８と点火プラグ穴１６との間を通る通路を含むので、ここを冷却水が流れることにより、インジェクタを含めて燃焼室４の頂部を効率的に冷却することができる。また、冷却水は燃焼室４間を長手方向に流れていくのではなく、高圧空間（冷却水空間７０，７２，７４）と交互に位置している低圧空間（冷却水空間７１，７３）を通って幅方向に流れ出るので、いわゆる縦長し構造に比較してウォータジャケット６Ａ全体での圧力損失は低く抑えられる。

実施の形態３．
次に、本発明の実施の形態３について図を用いて説明する。図４は、実施の形態３のシリンダヘッドのウォータジャケットの構成とウォータジャケット内の冷却水の流れを示す模式的な平面図である。実施の形態３のシリンダヘッド２Ｂは、その基本構成に関しては実施の形態１のシリンダヘッド２と同一である。よって、実施の形態３のシリンダヘッド２Ｂの基本構成については、実施の形態１のシリンダヘッド２の基本構成の説明をそのまま引用するものとし、ここでは重ねての説明は行わない。図４において、実施の形態１のものと共通する要素には、同一の符号を付している。

実施の形態３のシリンダヘッド２Ｂには、ウォータジャケット６Ｂが形成されている。ウォータジャケット６Ｂは、燃焼室４ａ，４ｂの間、燃焼室４ｂ，４ｃの間、及び、燃焼室４ｃ，４ｄの間にそれぞれ設けられた冷却水空間１０１，１０２，１０３と、長手方向における両端の燃焼室４ａ，４ｄのそれぞれの外側に設けられた冷却水空間１００，１０４とを含む。また、ウォータジャケット６Ｂは、燃焼室４ごとに、その両側に位置する冷却水空間を連絡させる連絡通路１０６，１０７，１０８，１０９を含む。各連絡通路１０６，１０７，１０８，１０９は、吸気バルブ穴１１，１２と排気バルブ穴１３，１４との間を通り、インジェクタ穴１８と点火プラグ穴１６との間を通る通路、吸気バルブ穴１１，１２とインジェクタ穴１８との間を通る通路、そして、排気バルブ穴１３，１４と点火プラグ穴１６との間を通る通路を含む。

各連絡通路１０６，１０７，１０８，１０９には、シリンダヘッド２Ｂの幅方向の中央部で各燃焼室４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの排気側に設けられた冷却水入口１２０，１２１，１２２，１２３が接続されている。これらの冷却水入口１２０，１２１，１２２，１２３は、実施の形態１の大流量入口に相当する。中流量入口や小流量入口に相当する冷却水入口も設けられているが、冷却水の流れへの影響は小さいので図示は省略されている。

ウォータジャケット６Ｂは、燃焼室４の排気側の外側に設けられ冷却水出口１１８につながる長手方向通路１１６を含む。長手方向通路１１６は、図示しない排気ポートを冷却する。さらに、ウォータジャケット６Ｂは、冷却水空間１０１を通って長手方向通路１１６につながる幅方向通路１１１と、冷却水空間１０３を通って長手方向通路１１６につながる幅方向通路１１２とを含む。これらの幅方向通路１１１，１１２は請求項に規定されている第１幅方向通路に相当する。また、ウォータジャケット６Ｂは、冷却水空間１００を通って長手方向通路１１６につながる幅方向通路１１０を含む。この幅方向通路１１０は幅方向通路１１１，１１２に比較して圧力損失が大きい通路であり、請求項に規定されている第２幅方向通路に相当する。

以上のように冷却水の通路と冷却水の出入口が設けられたことにより、ウォータジャケット６Ｂ内を冷却水が流れるとき、相対的に圧力が高い高圧空間と、相対的に圧力が低い低圧空間とができる。具体的には、幅方向通路１１１，１１２が通る冷却水空間１０１，１０３が低圧空間となり、長手方向通路１１６へ幅方向につなぐ通路が通っていない冷却水空間１０２，１０４と、圧力損失が大きい幅方向通路１１０で長手方向通路１１６へ接続された冷却水空間１００とが高圧空間となる。

冷却水入口１２０，１２１，１２２，１２３から各連絡通路１０６，１０７，１０８，１０９に流れ込んだ冷却水は、燃焼室４を挟んで位置する高圧空間と低圧空間との圧力差の作用により、図４に示すように、その一部がインジェクタ穴１８と点火プラグ穴１６との間を通って低圧空間の側へ流れる。このような冷却水の流れが形成されることにより、インジェクタを含めて燃焼室４の頂部を効率的に冷却することができる。また、冷却水は燃焼室４間を長手方向に流れていくのではなく、高圧空間（冷却水空間１００，１０２，１０４）と交互に位置している低圧空間（冷却水空間１０１，１０３）を通って幅方向に流れ出るので、いわゆる縦長し構造に比較してウォータジャケット６Ｂ全体での圧力損失は低く抑えられる。

実施の形態４．
次に、本発明の実施の形態４について図を用いて説明する。図５は、実施の形態４のシリンダヘッドのウォータジャケットの構成とウォータジャケット内の冷却水の流れを示す模式的な平面図である。実施の形態４のシリンダヘッド２Ｃは、その基本構成に関しては実施の形態１のシリンダヘッド２と同一である。よって、実施の形態４のシリンダヘッド２Ｃの基本構成については、実施の形態１のシリンダヘッド２の基本構成の説明をそのまま引用するものとし、ここでは重ねての説明は行わない。図５において、実施の形態１のものと共通する要素には、同一の符号を付している。

実施の形態４のシリンダヘッド２Ｃには、ウォータジャケット６Ｃが形成されている。ウォータジャケット６Ｃは、燃焼室４ａ，４ｂの間、燃焼室４ｂ，４ｃの間、及び、燃焼室４ｃ，４ｄの間にそれぞれ設けられた冷却水空間１３１，１３２，１３３と、長手方向における両端の燃焼室４ａ，４ｄのそれぞれの外側に設けられた冷却水空間１３０，１３４とを含む。また、ウォータジャケット６Ｃは、燃焼室４ごとに、その両側に位置する冷却水空間を連絡させる連絡通路１３６，１３７，１３８，１３９を含む。各連絡通路１３６，１３７，１３８，１３９は、吸気バルブ穴１１，１２と排気バルブ穴１３，１４との間を通り、インジェクタ穴１８と点火プラグ穴１６との間を通る通路、吸気バルブ穴１１，１２とインジェクタ穴１８との間を通る通路、そして、排気バルブ穴１３，１４と点火プラグ穴１６との間を通る通路を含む。

各連絡通路１３６，１３７，１３８，１３９には、シリンダヘッド２Ｃの幅方向において各燃焼室４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの吸気側に設けられた冷却水入口１５０，１５１，１５２，１５３が接続されている。これらの冷却水入口１５０，１５１，１５２，１５３は、実施の形態１の大流量入口に相当する。中流量入口や小流量入口に相当する冷却水入口も設けられているが、冷却水の流れへの影響は小さいので図示は省略されている。

ウォータジャケット６Ｃは、燃焼室４の排気側の外側に設けられ冷却水出口１４８につながる長手方向通路１４６を含む。長手方向通路１４６は、図示しない排気ポートを冷却する。さらに、ウォータジャケット６Ｃは、冷却水空間１３１を通って長手方向通路１４６につながる幅方向通路１４１と、冷却水空間１３３を通って長手方向通路１４６につながる幅方向通路１４２とを含む。これらの幅方向通路１４１，１４２は請求項に規定されている第１幅方向通路に相当する。

以上のように冷却水の通路と冷却水の出入口が設けられたことにより、ウォータジャケット６Ｃ内を冷却水が流れるとき、相対的に圧力が高い高圧空間と、相対的に圧力が低い低圧空間とができる。具体的には、幅方向通路１４１，１４２が通る冷却水空間１３１，１３３が低圧空間となり、長手方向通路１４６へ幅方向につなぐ通路が通っていない冷却水空間１３０，１３２，１３４が高圧空間となる。

冷却水入口１５０，１５１，１５２，１５３から各連絡通路１３６，１３７，１３８，１３９に流れ込んだ冷却水は、燃焼室４を挟んで位置する高圧空間と低圧空間との圧力差の作用により、図５に示すように、その一部がインジェクタ穴１８と点火プラグ穴１６との間を通って低圧空間の側へ流れる。このような冷却水の流れが形成されることにより、インジェクタを含めて燃焼室４の頂部を効率的に冷却することができる。また、冷却水は燃焼室４間を長手方向に流れていくのではなく、高圧空間（冷却水空間１３０，１３２，１３４）と交互に位置している低圧空間（冷却水空間１３１，１３３）を通って幅方向に流れ出るので、いわゆる縦長し構造に比較してウォータジャケット６Ｃ全体での圧力損失は低く抑えられる。

その他実施の形態．
上述の各実施の形態では、シリンダヘッドの長手方向の前端側の冷却水空間が高圧空間となっているが、高圧空間と低圧空間とが燃焼室を挟んで交互に位置しているのであれば、この冷却水空間は低圧空間となっていてもよい。

上述の各実施の形態において、ウォータジャケットの構成を吸気側と排気側とで逆にしてもよい。つまり、冷却水出口と冷却水出口につながる長手方向通路とを燃焼室から見て吸気側に設けても良い。また、冷却水出口の位置はシリンダヘッドの後端部には限定されない。冷却水出口の位置はシリンダヘッドの前端部でもよいし、側部でもよいし、シリンダブロック合わせ面でもよい。また、冷却水出口は複数箇所に設けられていてもよい。

上述の各実施の形態に係るシリンダヘッドは直列４気筒エンジンのシリンダヘッドであるが、本発明は２以上の気筒数の内燃機関のシリンダヘッドであれば適用可能である。また、上述の各実施の形態に係るシリンダヘッドは点火プラグ穴を備えているが、本発明は点火プラグを有しないディーゼルエンジンにも適用可能である。また、上述の各実施の形態に係るシリンダヘッドは燃焼室の中央にインジェクタを備えているが、本発明は吸気側のシリンダ壁面近くにインジェクタを備えるサイド噴射型の直噴エンジンや、吸気ポートにインジェクタを備えるポート噴射型のエンジンにも適用可能である。

２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ シリンダヘッド
４，４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ 燃焼室
６，６Ａ，６Ｂ，６Ｃ ウォータジャケット
１１，１２ 吸気バルブ穴
１３，１４ 排気バルブ穴
１６ 点火プラグ穴
１８ インジェクタ穴
２０−２３，９０−９３，１２０−１２３，１５０−１５３， 冷却水入口
３０，３２，３４，７０，７２，７４，１００，１０２，１０４，１３０，１３２，１３４ 冷却水空間（高圧空間）
３１，３３，７１，７３，１０１，１０３，１３１，１３３ 冷却水空間（低圧空間）
３６−３９，７６−７９，１０６−１０９，１３６−１３９ 連絡通路
４１−４４，８１，８２，１１１，１１２，１４１，１４２ 幅方向通路（第１幅方向通路）
４０，４５，８０，１１０ 幅方向通路（第２幅方向通路）
４７ 燃焼室側ウォータジャケット
４８ 排気側ウォータジャケット
５０，８６，１１６，１４６ 長手方向通路
５１，８８，１１８，１４８ 冷却水出口

Claims (9)

1. 内燃機関のシリンダヘッドにおいて、
   前記シリンダヘッドの長手方向に並んで設けられた複数の燃焼室と、
   前記シリンダヘッドを上下に貫通して前記燃焼室に開口する吸気バルブ穴と、
   前記シリンダヘッドを上下に貫通して前記燃焼室に開口する排気バルブ穴と、
   前記シリンダヘッド内に形成されたウォータジャケットと、を備え、
   前記ウォータジャケットは、隣接する燃焼室の間、及び、前記長手方向における両端の燃焼室のそれぞれの外側に設けられた複数の冷却水空間を含み、
   前記複数の冷却水空間は、冷却水が流れているときの内部の圧力が相対的に高い高圧空間と、冷却水が流れているときの内部の圧力が相対的に低い低圧空間とからなり、前記高圧空間と前記低圧空間とは前記燃焼室を挟んで交互に位置し、
   前記ウォータジャケットは、前記低圧空間を通って前記シリンダヘッドの幅方向に延びる第１幅方向通路と、前記吸気バルブ穴と前記排気バルブ穴との間を通り前記高圧空間と前記低圧空間とを連絡させる連絡通路とを含み、
   前記第１幅方向通路に冷却水出口が接続され、前記連絡通路或いは前記高圧空間に冷却水入口が接続されている
   ことを特徴とするシリンダヘッド。
2. 前記シリンダヘッドを上下に貫通して前記燃焼室の吸気側に開口するインジェクタ穴と、
   前記シリンダヘッドを上下に貫通して前記燃焼室の排気側に開口する点火プラグ穴と、を備え、
   前記連絡通路は、前記インジェクタ穴と前記点火プラグ穴との間を通る
   ことを特徴とする請求項１に記載のシリンダヘッド。
3. 前記連絡通路は、前記インジェクタ穴と前記吸気バルブ穴との間を通る
   ことを特徴とする請求項２に記載のシリンダヘッド。
4. 前記連絡通路は、前記点火プラグ穴と前記排気バルブ穴との間を通る
   ことを特徴とする請求項２又は３に記載のシリンダヘッド。
5. 前記ウォータジャケットは、前記燃焼室の外側に位置し前記長手方向に延びる長手方向通路を含み、
   前記冷却水出口は前記長手方向通路に設けられ、前記第１幅方向通路は前記長手方向通路を介して前記冷却水出口に接続されている
   ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載のシリンダヘッド。
6. 前記高圧空間と前記長手方向通路とを幅方向につなぐ通路は設けられていない
   ことを特徴とする請求項５に記載のシリンダヘッド。
7. 前記ウォータジャケットは、前記高圧空間を通って前記幅方向に延び、前記冷却水出口へ接続する、冷却水が流れているときの圧力損失が前記第１幅方向通路よりも大きい第２幅方向通路を含む
   ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載のシリンダヘッド。
8. 前記ウォータジャケットは、前記燃焼室の外側に位置し前記長手方向に延びる長手方向通路を含み、
   前記冷却水出口は前記長手方向通路に設けられ、前記第１幅方向通路及び前記第２幅方向通路は前記長手方向通路を介して前記冷却水出口に接続する
   ことを特徴とする請求項７に記載のシリンダヘッド。
9. 複数の高圧空間のうちの一部の高圧空間にのみ前記第２幅方向通路が通り、残りの高圧空間と前記長手方向通路とを幅方向につなぐ通路は設けられていない
   ことを特徴とする請求項８に記載のシリンダヘッド。

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