JP6624102B2 - エンジンのシリンダヘッド - Google Patents

Description

本発明は、エンジンのシリンダヘッドの構造に関し、特に気筒毎に吸気および排気ポートが一対（２つずつ）設けられたシリンダヘッドにおけるウォータジャケットの構造に係る。

従来より一般的に自動車のエンジンにおいては、気筒内の燃焼室からの受熱によって高温になるシリンダヘッドやシリンダブロックなどを冷却するために、冷却水の流れるウォータジャケットが設けられている。そして、エンジン外のラジエータからウォータホースによって供給される冷却水が通常、まず、シリンダブロックのウォータジャケットに流入し、その後、シリンダヘッドのウォータジャケットに流入するようになっている。

こうしてウォータジャケットに流入する冷却水によって、効率良くシリンダヘッドを冷却するために、例えば特許文献１に記載のディーゼルエンジンでは、気筒の中心線に沿うように配設された燃料噴射ノズルに向かって、一対の吸気ポートの間から冷却水が流れる第１の冷却水通路と、同様に一対の排気ポートの間から冷却水が流れる第２の冷却水通路と、を設けている。

そして、それら第１および第２の冷却水通路がそれぞれ燃料噴射ノズルを囲むように分岐した後に、互いに合流しており、この合流部において燃料噴射ノズル周りを冷却するとともに、合流部から吸気および排気ポートの間に冷却水を送り出すようになっている。なお、前記第１および第２の冷却水通路は、シリンダヘッドの鋳造時に鋳込まれたアルミ合金のパイプによって一体的に形成されている。

特開２００３−３０１７４３号公報

ところが、前記特許文献１に記載の例では、同文献の図３に表れているように第１および第２の冷却水通路に、シリンダブロックのウォータジャケットから上昇してきた冷却水が流入するため、この流れが上部に偏り易く、冷却水通路の下部では流れが淀みがちになってしまう。また、そうして冷却水通路の上部に偏った吸気側および排気側からの流れは燃料噴射ノズルの付近で衝突して左右に別れ、気筒の並ぶ方向に向かうようになる。

つまり、前記従来例の場合は、熱負荷の高くなる気筒の中央寄りに冷却水が流れるものの、その流れは一番、冷却したいウォータジャケットの床面（燃焼室側）には到達し難い。このため、従来例のような直噴式のディーゼルエンジンの場合は、シリンダヘッドの熱負荷を十分に軽減できないおそれがあり、また、直噴式のガソリンエンジンの場合は、燃焼室温度の上昇に伴いノッキングが起こり易くなるとともに、インジェクタの温度が高くなることによって、その噴孔にデポジットが堆積し易くなる。

このような問題点を考慮して本発明では、気筒の中央寄りに冷却水を流通させる第１および第２の冷却水通路の合流部の構造に工夫を凝らし、冷却水の流れを燃焼室側に指向させて、効率良く冷却することにある。

前記の目的を達成すべく本発明は、エンジンの気筒毎の燃焼室に臨んで開口するように、一対の吸気ポートと一対の排気ポートとが互いに対向して形成されるとともに、それらの吸気ポートおよび排気ポートに囲まれるようにして燃料噴射弁が配設されているシリンダヘッドを対象とする。そして、それら一対の吸気ポートの間から燃料噴射弁に向かって冷却水が流れる第１の冷却水通路と、同様に一対の排気ポートの間から燃料噴射弁に向かって冷却水が流れる第２の冷却水通路と、が設けられているものとする。

この場合に、前記第１および第２の冷却水通路の下流側を、それぞれ前記燃料噴射弁を囲むように分岐させながら、互いに合流させて合流部とするとともに、この合流部には、その天井面から下方の燃焼室側に向かって延びて、前記第１および第２の冷却水通路の少なくとも一方における冷却水の流れと対向することで、該冷却水が前記合流部の床面に到達するように当該冷却水の流れを前記床面にガイドする対向壁を設けている。なお、「天井面」や「下方の燃焼室側」というのは、ピストンの往復動する気筒の中心線の方向を上下方向として表現したものであり、実際の使用状態における方向や向きを限定することはない。

前記のように構成されたシリンダヘッドでは、気筒毎の一対の吸気ポートの間から燃料噴射弁に向かうように、第１の冷却水通路を冷却水が流れるとともに、同様に一対の排気ポートの間から燃料噴射弁に向かうように、第２の冷却水通路を冷却水が流れる。そして、それぞれの冷却水通路が分岐する下流側において燃料噴射弁を効率良く冷却しながら、吸気側からの流れと排気側からの流れとが合流することになる。

こうして流れが合流する合流部には、その天井面から下方の燃焼室側に向かって延びるように対向壁が設けられており、前記吸気側および排気側の少なくとも一方からの冷却水の流れは、その対向壁に衝突して下方に指向されるようになる。仮に一方の冷却水の流れのみが下方に指向されると、この流れによって他方の冷却水の流れも下方に指向されるようになり、これらの流れを合流部の床面に到達させて、効率良く冷却することができる。

勿論、前記第１および第２の冷却水通路における冷却水の流れがそれぞれ対向壁の吸気側および排気側の側面に衝突して、下方に指向されるようにしてもよく、こうすれば、吸気側および排気側からの両方の冷却水の流れが対向壁によって下方に指向されるようになるから、より多くの冷却水を合流部の床面に到達させ、より効率良く冷却できる可能性がある。

好ましくは前記第１および第２の冷却水通路の合流部に、その少なくとも一部を燃料噴射弁と反対の側から囲むように案内壁を設けて、これにより第１および第２の冷却水通路の少なくとも一方における冷却水の流れを、前記対向壁に向かうように案内することである。こうすれば、吸気側および排気側の少なくとも一方からの冷却水の流れを案内壁によって、左右に逃げずに対向壁に向かうように案内することができ、下方に指向させる流量が多くなる。

その場合に前記案内壁は、前記合流部の天井面から下方に延びるように設けるとともに、第１および第２の冷却水通路の少なくとも一方における冷却水の流れの下流側に位置する下流側端部において、前記対向壁と連繋させることが好ましい。こうすれば、前記のように対向壁に衝突した冷却水の流れを、この対向壁と案内壁との間から逃がさずに下方に指向させることができ、下方に向かう冷却水の流量がより多くなる。

但し、そのように冷却水の流れを対向壁と案内壁とで取り囲み、それらの間から逃げないようにすると、圧力損失の増大を招くおそれがある。そこで、対向壁と連繋する下流側端部とは反対側の案内壁の端部（即ち、冷却水の流れにおける上流側の端部）と、吸気ポートまたは排気ポートの周壁との間に、この周壁に沿って冷却水が流れるように隙間を形成することが好ましい。

こうすれば、第１および第２の冷却水通路の少なくとも一方における冷却水の流れが、前記の如く案内壁によって対向壁に向かうように案内されるとともに、その冷却水の流れの一部はポート周壁に沿うように案内壁との隙間を流れて、左右に逃げるようになるので、前記のような圧力損失の増大を抑制できる。よって、隙間の大きさを適宜、調整することによって上述した冷却性の向上と、これに伴う圧力損失の増大の抑制との好適な両立が図られる。

さらに、前記のように冷却水の流れが衝突する対向壁の具体的な構成として、前記合流部の天井面を吸気側において排気側よりも低くし、その間の段差を連繋する側壁を、前記第２の冷却水通路における冷却水の流れと対向する対向壁とするのが好ましい。こうすると、流れ同士が衝突することによる淀みを生じ難いというメリットがあり、また、高温になり易い排気側で燃料噴射弁などをしっかり冷却できるので、特に、燃料噴射弁の排気側に隣接して点火プラグが配設されている場合に好適である。

また、その場合に前記排気側の第２の冷却水通路の断面積を、吸気側の第１の冷却水通路よりも大きくすれば、対向壁と衝突して下方に指向される排気側からの冷却水の流量が多くなるので、より強い下向きの流れを形成することができる。さらにまた、前記第１および第２の冷却水通路には、それぞれシリンダブロックのウォータジャケットから直接、低温の冷却水が流入することが好ましい。

以上、説明したように本発明に係るエンジンのシリンダヘッドでは、気筒毎の中央寄りに配設された燃料噴射弁に向かって、第１および第２の冷却水通路により吸気側および排気側からそれぞれ冷却水を流通させ、燃料噴射弁の付近を効率良く冷却することができる。また、吸気側および排気側からの冷却水の流れの少なくとも一方を、冷却水通路の合流部において対向壁に衝突させて下方に指向させることにより、この流れを合流部の床面に到達させて効率良く冷却することができる。

本発明の実施の形態に係るシリンダヘッドの一部を断面として、エンジンの気筒周りの構成を示す説明図である。 エンジンの冷却系統を模式的に示す説明図である。 シリンダヘッドを透視して、その内部のウォータジャケットの形状を示す斜め上方からの斜視図である。 仮に対向壁などを設けない場合の合流部における冷却水の流れ場の一例を示す説明図である。 本実施の形態における図４相当図であって、図３のV-V線断面における流れ場を示す。 本実施の形態における図４相当図であって、図３のVI-VI線断面における流れ場を示す。 吸気側から冷却水の流れが衝突するように対向壁を設けた他の実施形態に係る図３相当図である。 吸気側および排気側の両側から冷却水の流れが衝突するように対向壁を設けた他の実施形態に係る図３相当図である。 案内壁をポート周壁と繋げた他の実施形態に係る図３相当図である。

以下、一例として自動車に搭載される多気筒のガソリンエンジンに本発明を適用した実施の形態について説明する。図１には、ガソリンエンジン（全体は図示せず）の気筒１周りの構成を概略的に示し、各気筒１毎に収容されたピストン２の上方には燃焼室３が形成されている。すなわち、図２に模式的に示すようにシリンダヘッド４は、シリンダブロック５の上部に組み付けられており、このシリンダブロック５に形成された気筒１の上端を閉ざしている。

なお、前記「ピストン２の上方」「シリンダブロック５の上部」などというのは、ピストン２の往復動する気筒１の中心線Ｘの方向を基準として、説明の便宜上、上死点側を上側、下死点側を下側と呼ぶものであり、以下の説明では、この方向を単に上下方向と呼ぶこともあるが、これは実際の使用状態における方向や向きを限定するものではない。

そうして気筒１の上端を閉ざすシリンダヘッド４の下面には、各気筒１毎に燃焼室３の天井部となる浅い窪みが形成されている。この窪みの形状は、図示の例では吸気側及び排気側の２つの傾斜面からなる緩やかな三角屋根形状であり、そのうちの吸気側の傾斜面、即ち図１において左側の傾斜面には、一対の吸気ポート６（図１には１つのみ示す）が横並びに開口している。

こうして燃焼室３に臨んで開口する吸気ポート６の下端開口部は、図示しない吸気バルブによって開閉されるようになっている。吸気ポート６は、前記の下端開口部から斜め上向きに延びていて、その上端は、シリンダヘッド４の吸気側（図１では左側）に設けられたフランジ面４ａに開口している。このフランジ面４ａには、図示しない吸気マニホルドが取り付けられて、その内部の吸気通路が吸気ポート６と連通するようになっている。

一方、図１の右側に表れているように、燃焼室３の天井部における排気側の傾斜面には、一対の排気ポート７（図には１つのみ示す）が横並びに開口していて、それぞれ図示しない排気バルブによって開閉されるようになっている。この下端開口部から斜め上向きに延びた排気ポート７は、図示は省略するが、互いに合流した後にシリンダヘッド４の排気側の側面に開口している。なお、本実施の形態では排気マニホルドはシリンダヘッド４と一体化されている。

また、燃焼室３の天井部の中央付近には、吸気ポート６および排気ポート７の下端開口部に囲まれるようにして、インジェクタホール８およびプラグホール９が開口している。インジェクタホール８にはインジェクタ１０（燃料噴射弁）が収容されて、その先端部が燃焼室３に臨んでいる。図示はしないが、インジェクタ１０の基端部（上端部）には各気筒１に共通の燃料分配管が接続されていて、高圧燃料ポンプから圧送される燃料をインジェクタ１０に分配するようになっている。

一方、プラグホール９には点火プラグ１１が配設され、その先端部が燃焼室３に臨んでいる。点火プラグ１１は、先端側がインジェクタ１０に近づくように傾斜していて、その基端側（上端側）には図示しない点火コイルユニットが接続され、各気筒１毎に所定のタイミングで通電するようになっている。これにより点火プラグ１１は、前記のようにインジェクタ１０から噴射された燃料と吸気ポート６からの吸気との混合気に点火することができる。

−エンジンの冷却系統−
前記の図１に表れているようにシリンダヘッド４には、気筒１毎に燃焼室３の天井部や吸気ポート６、排気ポート７などを冷却するためのウォータジャケット４０が設けられている。すなわち、上述したようにシリンダヘッド４はシリンダブロック５の上部に組み付けられており、その内部には、図２に模式的に示すように上側ウォータジャケット４０ａと、下側ウォータジャケット４０ｂとが形成されている。また、シリンダブロック５には気筒１の周囲を取り囲むようにウォータジャケット５０が設けられている。

このブロック側のウォータジャケット５０には、図示しないが、外部のラジエータからウォータホースによって冷却水が供給される。この冷却水はウォータポンプ５１によって強制的にウォータジャケット５０に送り込まれ、その内部を流通した後に、シリンダブロック５の上面に開口する複数の冷却水出口５０ａから上方に流出する。なお、ウォータジャケット５０を流通した冷却水の一部は、オイルクーラにも供給されるようになっている。

図１に表れているように、シリンダヘッド４とシリンダブロック５との合わせ面には、ヘッドガスケット１２が配設されていて、前記ブロック側の複数の冷却水出口５０ａと、シリンダヘッド４の下面に開口するウォータジャケット４０の複数の冷却水入口４０ｃ，４０ｄとを連通するように、複数の連通孔１２ａが設けられている。これにより、前記のようにシリンダブロック５の冷却水出口５０ａから流出した冷却水がシリンダヘッド４の冷却水入口４０ｃ，４０ｄから下側ウォータジャケット４０ｂに流入する。

本実施の形態では前記の冷却水入口４０ｃ，４０ｄがそれぞれシリンダヘッド４の下面における吸気側および排気側に設けられている。吸気側の複数の冷却水入口４０ｃは気筒１間に設けられているとともに、以下に詳細に説明するように気筒１毎の一対の吸気ポート６の間にも設けられている。同様に排気側の複数の冷却水入口４０ｄも、気筒１間と、気筒１毎の一対の排気ポート７の間とに設けられている。

そして、前記気筒１間の冷却水入口４０ｃ，４０ｄが、下側ウォータジャケット４０ｂの一部を構成する気筒１間の冷却水通路（図示せず）に臨んで開口しており、この冷却水通路に流入した冷却水は、シリンダヘッド４の幅方向（長手方向および気筒中心線Ｘの方向にそれぞれ直交する方向）の中央寄りに向かうように、斜め上向きに流通して上側ウォータジャケット４０ａへ流入する。

上側ウォータジャケット４０ａはシリンダヘッド４の長手方向に延びており、その一側（図２の左側）から他側（図２の右側）に向かって冷却水が流れた後に、冷却水出口から流出して、ラジエータに向かうようになっている。なお、本実施の形態において上側ウォータジャケット４０ａは、図１に表れているようにシリンダヘッド４の排気側に偏って、排気ポート７を取り囲むように形成されている。

また、前記気筒１毎の一対の吸気ポート６および一対の排気ポート７の間においても、それぞれ冷却水入口４０ｃ，４０ｄが開口して、下側ウォータジャケット４０ｂの一部を構成する第１および第２の冷却水通路４１，４２に連通している。これら第１および第２の冷却水通路４１，４２はそれぞれ、燃焼室３の天井部における中央寄りに向かうように、即ちシリンダヘッド４の幅方向（図１の左右方向）に冷却水を流通させる。

詳しくは図３にシリンダヘッド４を透視して、気筒１周りのウォータジャケット４０（特に下側ウォータジャケット４０ｂ）を斜め上方から見て示すように、同図の左手前側になる吸気側には、一対の吸気ポート６（仮想線で示す）の間からインジェクタ１０に向かうように、第１の冷却水通路４１が設けられている。また、同図の右奥側になる排気側には、一対の排気ポート７の間から点火プラグ１１に向かうように、第２の冷却水通路４２が設けられている。

前記の図１にも表れているように、第１の冷却水通路４１は、吸気側の冷却水入口４０ｃから気筒１の中央側（図１の右側）に向かって、まず、一対の吸気ポート６の間をほぼ同じ高さで直線的に延びた後に、各気筒１の燃焼室３の天井部、即ちシリンダヘッド４の下面の窪みを迂回するように上方に湾曲している。こうして上方に湾曲しつつ第１の冷却水通路４１は、その下流側がインジェクタホール８を囲むように二股に分岐している。

同様に第２の冷却水通路４２も、排気側の冷却水入口４０ｄから気筒１の中央側（図１の左側）に向かって、まず、一対の排気ポート７の間を直線的に延びた後に、各気筒１の燃焼室３の天井部を迂回するように上方に湾曲している。こうして上方に湾曲しつつ第２の冷却水通路４２は、その高さ方向（上下方向）の寸法が徐々に大きくなってゆき、かつ、下流側においてプラグホール９を囲むように二股に分岐している。

つまり、第１および第２の冷却水通路４１，４２の下流側は、気筒１の中央付近でインジェクタ１０や点火プラグ１１を囲むように二股に分岐し、その下流端が互いに合流している（このように分岐、合流している部分を以下、合流部４３と呼ぶ）。そして、この合流部４３において、図１、３に矢印Ｗとして示すように、第１の冷却水通路４１を流れてきた吸気側からの冷却水がインジェクタ１０の周囲を冷却し、また、第２の冷却水通路４２を流れてきた排気側からの冷却水が点火プラグ１１の周囲を冷却しながら、これら２つの流れが合流する。

なお、本実施の形態では、図３から明らかなように排気側の第２の冷却水通路４２の断面積が、吸気側の第１の冷却水通路４１よりも大きくなっている。これは、ブロック側のウォータジャケット５０の冷却水温が排気側において吸気側よりも高いことも考慮して、この比較的高温の冷却水によって、熱負荷の高い排気側を十分に冷却できるように、第２の冷却水通路４２を流れる排気側からの冷却水の流量を多くするためである。

−合流部における冷却水の流れ−
ところで、前記したように第１および第２の冷却水通路４１，４２にはそれぞれ、下方の冷却水入口４０ｃ，４０ｄを介してシリンダブロック５内のウォータジャケット５０から冷却水が流入する。この冷却水の流れは、図１、３に矢印Ｗとして示すように上向きの流れとして第１および第２の冷却水通路４１，４２に流入し、これらの冷却水通路４１，４２の湾曲形状に沿って斜め上向きに流れることから、合流部４３においてはその上部に冷却水の流れが偏り易い。

一例として図４には、仮に、以下に説明する対向壁４４などを設けない場合について、合流部４３における冷却水の流れ場の一例を示す。これは、本発明者が実施したシミュレーションの結果であり、吸気側および排気側（図の左側および右側）からの冷却水の流れが合流部４３の上側に偏って衝突している一方、合流部４３の下側においては冷却水の流れが弱く、淀んでいることが分かる。

そうして合流部４３の上側で吸気側および排気側からの流れが衝突すると、それらの多くは左右（流れの進行方向に対して左右であって、図の手前および奥）に分かれ、シリンダヘッド４の長手方向に向かうようになるので、一番、冷却したい合流部４３の床面には到達し難い。このため、温度が高くなり易い燃焼室３の中央付近を効率良く冷却することができず、ノッキングが起こり易くなるとともに、インジェクタ１０の温度が高くなることによって、その噴孔にデポジットが堆積し易くなる懸念があった。

これに対して本実施の形態では、図５にも示すように前記合流部４３の天井面を吸気側（同図の左側）で排気側（同図の右側）よりも低く形成し、その間の段差を連繋する側壁４４の排気側の面に、第２の冷却水通路４２を流れる排気側からの冷却水の流れが衝突するようにしている。図５は、前記図４と同様のシミュレーションの結果であって、図３のV-V線における断面、即ち案内壁４５と点火プラグ１１との間の流れ場を示している。

同図に表れているように、合流部４３の上側において天井面の段差の側壁４４の排気側の面に、排気側からの冷却水の流れが衝突して下方に指向されることが分かる。すなわち、段差の側壁４４が、排気側からの冷却水の流れと対向する対向壁（以下、対向壁４４という）になっており、本実施の形態では、その対向壁４４に排気側からの冷却水の流れが衝突して下方に指向されるとともに、この下向きの流れに巻き込まれるようにして、吸気側からの流れも下方に指向されることになる。

つまり、吸気側に比べて流量の多い排気側からの冷却水の流れを対向壁４４によって確実に下方に指向させた上で、反対の吸気側からの流れを巻き込んで下方に指向させるようにしている。これにより、それら逆向きの流れを直接、衝突させたときのように流れが乱れたり、淀んだりすることを抑制し、吸気側および排気側の両側からの冷却水の流れを下向きにして、合流部４３の床面に到達させて効率良く冷却することができる。

また、本実施の形態では、前記図３に表れているように、合流部４３において点火プラグ１１に対応する排気側寄りの部分（少なくとも一部）に、その点火プラグ１１をシリンダヘッド４の長手方向両側（即ち、インジェクタ１０や点火プラグ１１とは反対の側）から囲むように、シリンダヘッド４の幅方向に延びる案内壁４５が設けられており、これにより排気側からの冷却水の流れを対向壁４４に向かうように案内している。

この案内壁４５も合流部４３の天井面から下方に向かって延びるように設けられ、その吸気側の端部（即ち冷却水の流れにおける下流側の端部）が前記対向壁４４と連繋している。なお、図３においては前記したようにシリンダヘッド４を透視し、気筒１周りの特に下側ウォータジャケット４０ｂを斜め上方から見て示しているので、前記の対向壁４４や案内壁４５は合流部４３の天井面では窪みのように見えている。

そして、前記案内壁４５によって対向壁４４に向かうように案内された冷却水の流れは、前記のように対向壁４４に衝突した後に案内壁４５との間から左右（流れの進行方向に対して左右）に逃げることなく、効果的に下向きに指向されるようになる。このように下向きの流れが形成されるため、合流部４３においては、前記のように排気側からの冷却水の流れが対向壁４４に衝突する部位以外でも下向きの流れが形成される。

図６には、図３のVI-VI線断面における流れ場を示しており、図５に示した案内壁４５と点火プラグ１１との間だけでなく、案内壁４５の下方においても強い下向きの流れが形成されて、冷却水が合流部４３の床面に到達していることが分かる。こうして冷却水の流れを広い範囲に亘って合流部４３の床面に到達させることで、高温になり易い燃焼室３側を効率良く冷却することができる。

但し、そのようにして排気側からの冷却水の流れを案内壁４５によって対向壁４４に案内し、これら対向壁４４および案内壁４５で取り囲んで、左右に逃げないようにすると、圧力損失の増大を招き、ウォータポンプ５１の駆動負荷が大きくなるおそれがあった。そこで、本実施の形態では、案内壁４５の排気側の端部（即ち冷却水の流れにおける上流側の端部）と、近接する排気ポート７の周壁７０（仮想線で示す）との間に隙間ｃを形成している。

この結果として、図３には細めの矢印で表れているように、第２の冷却水通路４２を流通して合流部４３に至る排気側からの冷却水の流れは、その一部が排気ポート７の周壁７０に沿うように案内壁４５との隙間ｃを流れて、シリンダヘッド４の長手方向に向かうようになる。このように流れの一部を逃がすことによって、前記の圧力損失の増大を抑制できる。

したがって、本実施の形態に係るエンジンのシリンダヘッドにおいては、気筒１毎の中央寄り（気筒中心線Ｘの近傍）に配設されたインジェクタ１０や点火プラグ１１に向かって、吸気側の第１の冷却水通路４１および排気側の第２の冷却水通路４２によってそれぞれ冷却水を流し、それらが二股に分岐しながら合流する合流部４３においてインジェクタ１０および点火プラグ１１を効率良く冷却することができる。

そして、そうして吸気側および排気側からの冷却水の流れが合流する合流部４３において、その天井面を吸気側で排気側よりも低くし、それらの段差に形成される対向壁４４に排気側からの冷却水の流れを衝突させて、下方に指向させるようにしている。この流れが吸気側からの冷却水の流れを巻き込んで、合流部４３の床面にまで到達する流れを形成することで、高温になり易い燃焼室３側の中央付近を効率良く冷却することができる。

しかも、排気側からの冷却水の流れを対向壁４４に向かうように案内する案内壁４５を設け、その吸気側の端部を対向壁４４と連繋させることにより、対向壁４４に衝突する排気側からの冷却水の流量を多くするとともに、その流れを対向壁４４および案内壁４５で取り囲んで、左右に逃げないようにすることで、下方に向かう冷却水量をより多くすることができる。

特に本実施の形態では、排気側の第２の冷却水通路４２の断面積が吸気側よりも大きく、その流量が多くなることから、前記のように対向壁４４に衝突して下方に指向される排気側からの冷却水の流れが強くなり、これにより吸気側からの冷却水の流れも巻き込んで、合流部４３の床面にまで到達する流れをより確実に形成することができる。

さらに、前記のように流量の多くなる排気側からの冷却水の流れの一部は、前記案内壁４５の排気側の端部と近接する排気ポート７の周壁７０との隙間ｃから逃がすことによって、圧力損失の増大を抑制できる。よって、その隙間ｃの大きさを適宜、調整することで、上述した燃焼室３側の冷却性の向上と、これに伴う圧力損失の増大の抑制との好適な両立が図られる。

−他の実施形態−
上述した実施の形態はあくまで例示に過ぎず、本発明の構成や用途などについても限定することを意図しない。例えば前記実施の形態では、図３に表れているように、第１および第２の冷却水通路４１，４２の合流部４３において、対向壁４４に連繋するように案内壁４５を設けているが、これに限らず、対向壁４４と案内壁４５とは連繋させなくてもよいし、案内壁４５を設けないことも可能である。

また、前記実施の形態では、図１，３，５に表れているように、第１および第２の冷却水通路４１，４２の合流部４３において、天井面を吸気側で排気側よりも低くし、その間の段差を連繋する側壁（対向壁４４）に、排気側からの冷却水の流れが衝突するようにしているが、これにも限定されない。

すなわち、一例を図７に示すように合流部４３の天井面を排気側で吸気側よりも低くし、その間の段差を連繋する側壁を対向壁４６として、吸気側からの冷却水の流れが衝突するようにしてもよい。こうすると、排気側からの流れよりも水温の低い吸気側からの冷却水の流れが、より確実に下方に指向されるようになるので、合流部４３の床面の冷却効果が高くなる可能性がある。

なお、この場合には、図７に表れているように案内壁４５を設けて、吸気側からの冷却水の流れを対向壁４６に向かうように案内するとともに、この案内壁４５の排気側の端部を対向壁４６と連繋するのが好ましいが、これにも限定されず、案内壁４５と対向壁４６とは連繋させなくてもよいし、案内壁４５を設けないことも可能である。

また、一例を図８に示すように、合流部４３の天井面の高さを吸気側および排気側で異ならせるのではなく、吸気側および排気側の中間部位から下方に向かって垂下するように対向壁４７を設けて、その吸気側および排気側の両側面にそれぞれ吸気側および排気側からの冷却水の流れが衝突するようにしてもよい。こうすると、両側からの冷却水の流れが対向壁４７によってより確実に下方に指向されるようになる。

なお、この場合についても前記実施の形態や図７の形態と同様に案内壁４５を設けて、吸気側および排気側の両側からの冷却水の流れを対向壁４７に向かうように案内するとともに、その対向壁４７の中間部を案内壁４５と連繋するのが好ましいが、これにも限定されず、案内壁４５と対向壁４７とは連繋させなくてもよいし、案内壁４５を設けないことも可能である。

さらに、前記実施の形態では、図３に表れているように案内壁４５の排気側の端部と、近接する排気ポート７の周壁７０との間に隙間ｃを形成しているが、これにも限定されない。すなわち、例えば前記図８の形態の変形例として図９に示すように、吸気ポート６の周壁６０から排気ポート７の周壁７０に亘って延びるように案内壁４８を設けてもよい。こうすれば、ウォータジャケット４０内で対向する吸気ポート６および排気ポート７の間に梁のように案内壁４８が架け渡されることになって、シリンダヘッド４の剛性の向上が図られる。

さらにまた、前記の実施形態では、本発明を自動車に搭載されるガソリンエンジンに適用した例について説明したが、これにも限定されず、本発明は、例えばアルコール燃料を用いる火花点火式エンジンやガスエンジン、さらにはディーゼルエンジンなどのシリンダヘッドにも適用可能であり、自動車用以外のエンジンのシリンダヘッドにも適用可能である。

本発明は、エンジンのシリンダヘッドにおいて熱負荷の高くなり易い気筒中央付近を効率良く冷却でき、信頼性の向上が図られるので、自動車用のエンジンにおいて好ましい。

１ 気筒
３ 燃焼室
４ シリンダヘッド
４０ ウォータジャケット
４１ 第１の冷却水通路
４２ 第２の冷却水通路
４３ 合流部
４４，４６，４７ 対向壁
４５，４８ 案内壁
５ シリンダブロック
６ 吸気ポート
７ 排気ポート
７０ 周壁
８ インジェクタホール
１０ インジェクタ（燃料噴射弁）
ｃ 案内壁と排気ポート周壁との隙間

Claims (5)

1. エンジンの気筒毎の燃焼室に臨んで開口するように、一対の吸気ポートと一対の排気ポートとが互いに対向して形成されるとともに、それらの吸気ポートおよび排気ポートに囲まれるようにして燃料噴射弁が配設されているシリンダヘッドであって、
   前記一対の吸気ポートの間から前記燃料噴射弁に向かって冷却水が流れる第１の冷却水通路と、前記一対の排気ポートの間から前記燃料噴射弁に向かって冷却水が流れる第２の冷却水通路と、が設けられ、
   前記第１および第２の冷却水通路の下流側がそれぞれ前記燃料噴射弁を囲むように分岐しながら、互いに合流する合流部が設けられ、
   当該合流部には、その天井面から下方の燃焼室側に向かって延びて、前記第１および第２の冷却水通路の少なくとも一方における冷却水の流れと対向することで、該冷却水が前記合流部の床面に到達するように当該冷却水の流れを前記床面にガイドする対向壁が設けられていることを特徴とするエンジンのシリンダヘッド。
2. 請求項１に記載のシリンダヘッドにおいて、
   前記第１および第２の冷却水通路の合流部には、当該合流部の少なくとも一部を前記燃料噴射弁と反対の側から囲んで、第１および第２の冷却水通路の少なくとも一方における冷却水の流れを前記対向壁に向かうように案内する案内壁が設けられている、エンジンのシリンダヘッド。
3. 請求項２に記載のシリンダヘッドにおいて、
   前記案内壁は、前記合流部の天井面から下方に延びるように設けられるとともに、前記第１および第２の冷却水通路の少なくとも一方における冷却水の流れの下流側に位置する下流側端部において、前記対向壁と連繋している、エンジンのシリンダヘッド。
4. 請求項３に記載のシリンダヘッドにおいて、
   前記案内壁の下流側端部とは反対側の上流側端部と、前記吸気ポートまたは排気ポートの周壁との間に、この周壁に沿って冷却水が流れるように隙間が形成されている、エンジンのシリンダヘッド。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のシリンダヘッドにおいて、
   前記合流部の天井面が吸気側において排気側よりも低くされ、その間の段差を連繋する側壁が、前記第２の冷却水通路における冷却水の流れと対向する対向壁とされている、エンジンのシリンダヘッド。

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