JP7327671B2 - 内燃機関のシリンダヘッド - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関のシリンダヘッドに関する。

例えば、特許文献１には、排気管の取付フランジがボルトによって固定されたシリンダヘッドが開示されている。特許文献１に開示されたシリンダヘッドには、気筒列に沿うように内部にウォータジャケットが形成されている。特許文献１のシリンダヘッドは、排気管を取り付けるためのボス部がウォータジャケット内に突出するよう形成されている。

しかしながら、特許文献１に開示されたシリンダヘッドは、ウォータジャケット内の冷却水の流れ方が定かではない。そのため、特許文献１に開示されたシリンダヘッドにおいては、上記ボス部の周囲の冷却水の流れが弱く、上記ボス部の周囲の冷却水が澱んでいる様な場合、当該ボス部が十分に冷却されない虞がある。

つまり、特許文献１に開示されたシリンダヘッドにおいては、運転中に上記排気管が高温となって上記ボス部が高温になると、当該ボス部と上記ボルトとの間のねじ部にへたりが生じ、上記ボルトに緩みが生じる虞がある。

つまり、シリンダヘッドは、高温となる排気部品を取り付けるためのボス部を冷却する上で更なる改善の余地がある。

特開２０００－１６１１２９号公報

本発明に係る内燃機関のシリンダヘッドは、中央の複数の入口部から導入された冷却水を排気部品が取り付けられるシリンダヘッド一側面側の複数の出口部から排出するウォータジャケットと、上記シリンダヘッド一側面側に形成された複数の雌ねじ部と、上記ウォータジャケット内に突出する複数の膨出部と、を有している。

上記出口部は、上記シリンダヘッド一側面側の端面に開口するよう形成され、かつ気筒列方向で両側に位置するもの同士の間隔が上記入口部のうち気筒列方向で両側に位置するもの同士の間隔よりも広くなるよう形成されている。

上記雌ねじ部は、上記ウォータジャケット内に突出するとともに、上記出口部のうち気筒列方向における両側に位置するもの同士の間に形成されている。

上記膨出部は、上記雌ねじ部の先端から上記入口部が位置する側に向かって延びるよう形成されている。

これによって、シリンダヘッドは、ウォータジャケットの入口部から流入した冷却水の一部を雌ねじ部の周囲へと導き、雌ねじ部の周囲における冷却水の流れを強くすることができる。そのため、本発明に係る内燃機関のシリンダヘッドは、排気部品が取り付けられる雌ねじ部を効率良く冷却することができる。

本発明に係る内燃機関のシリンダヘッドを鋳造する際に用いる中子の下面図。 本発明に係る内燃機関のシリンダヘッドを鋳造する際に用いる中子の斜視図。 シリンダブロック側の第１ウォータジャケットを形成する第１中子の斜視図。 図１のＡ－Ａ線に沿った第１中子の断面図。 本発明に係る内燃機関のシリンダヘッドの要部断面図。

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明に係る内燃機関のシリンダヘッド１１を鋳造する際に用いる中子１を下方からみた下面図である。図２は、本発明に係る内燃機関のシリンダヘッド１１を鋳造する際に用いる中子１を斜め下方からみた斜視図である。図３は、本発明に係る内燃機関のシリンダヘッド１１を鋳造する際に用いる中子１のうちシリンダブロック側の第１ウォータジャケット１２を形成する第１中子２の斜視図である。図４は、図１のＡ－Ａ線に沿った第１中子２の断面図である。図５は、本発明に係る内燃機関のシリンダヘッド１１の要部断面図であって、図１のＡ－Ａ線に沿った位置に相当するシリンダヘッド１１の断面図である。

なお、実施例における内燃機関は、直列３気筒であり、図１～図４に示す中子１は、内燃機関が直列３気筒の場合に用いられるものを示している。

また、説明の便宜上、シリンダヘッド１１を説明するにあたっては、図１～図４に示す中子１の対応する位置にも符号を付して説明するものとする。図１～図４に示す中子１に付した符号のうち２桁の符号が付された部位については、便宜的にシリンダヘッド１１の対応する部位を指すものとして説明する。例えば、図１において符号１２を付した部位は、シリンダヘッド１１の第１ウォータジャケット１２に相当する部位である。図１～図４に示す中子１において窪んでいる部分は、シリンダヘッド１１においては突出した部分となっている。

内燃機関のシリンダヘッド１１は、例えばアルミ合金からなり、一側面（シリンダヘッド一側面）側に排気部品（図示せず）が取り付けられ、他側面（シリンダヘッド他側面）側に吸気部品（図示せず）が取り付けられる。

なお、シリンダヘッド１１は、各気筒からの排気を内部で合流させ、合流した排気が上記排気部品を流れるように構成されている。つまり、シリンダヘッド１１は、各気筒の排気を集合させた排気集合部が内部に形成されたものである。

上記排気部品は、例えば、排気ターボやマニホールド触媒等である。上記吸気部品は、例えば、吸気マニホールドである。

内燃機関のシリンダヘッド１１は、図１～図４に示す中子１を用いて鋳造される。中子１は、シリンダヘッド１１内に第１ウォータジャケット１２と第２ウォータジャケット１３とを形成するものであって、本願明細書においては第１中子２と第２中子３の総称である。

第１中子２は、ウォータジャケットとしての第１ウォータジャケット１２を形成する。第１ウォータジャケット１２は、図５に示すように、シリンダヘッド１１のロアデッキ１４側（下面側）となるシリンダブロック側を冷却する。

第２中子３は、第２ウォータジャケット１３を形成する。第２ウォータジャケット１３は、図５に示すように、シリンダヘッド１１のアッパデッキ１５側（上面側）となるシリンダブロック（図示せず）から比較的離れた側を冷却する。

図２に示すように、第１中子２と第２中子３は、シリンダヘッド１１を鋳造する際に上下方向で離間するように鋳型の内部に配置される。つまり、シリンダヘッド１１の内部には、ロアデッキ１４側の第１ウォータジャケット１２と、この第１ウォータジャケット１２の上方側に位置するアッパデッキ１５側の第２ウォータジャケット１３と、が離間した状態で積み重なるよう形成される。換言すると、シリンダヘッド１１の内部には、第１ウォータジャケット１２と第２ウォータジャケット１３とによって、上下２層のウォータジャケットが形成されている。

第１ウォータジャケット１２は、２つの第１冷却水入口部１６と、２つの第１冷却水出口部１７と、を有している。

入口部としての第１冷却水入口部１６は、図１、図２及び図４に示すように、第１ウォータジャケット１２（シリンダヘッド１１）の気筒列方向に沿って直線状に並んで形成されている。第１冷却水入口部１６は、シリンダヘッド１１の気筒間に位置している。第１冷却水入口部１６は、気筒列に直交する方向において、第１ウォータジャケット１２（シリンダヘッド１１）の中央位置に形成されている。第１冷却水入口部１６は、シリンダブロック（図示せず）のアッパデッキ（図示せず）と対向するシリンダヘッド１１のロアデッキ１４に開口している。第１冷却水入口部１６は、図示外のシリンダブロックに形成された冷却水通路（シリンダブロック側ウォータジャケット）から冷却水が流入する。

出口部としての第１冷却水出口部１７は、図１及び図２に示すように、シリンダヘッド１１の一側面側に位置するとともに、気筒列方向に沿って直線状に並んで形成されている。第１冷却水出口部１７ａは、シリンダヘッド１１の気筒列方向の一端側に形成されている。第１冷却水出口部１７ｂは、シリンダヘッド１１の気筒列方向の他端側に形成されている。

これら２つの第１冷却水出口部１７の間隔は、２つの第１冷却水入口部１６の気筒列方向に沿った間隔よりも広くなるよう形成されている。換言すれば、第１冷却水出口部１７は、気筒列方向で両側に位置するもの同士の間隔が第１冷却水入口部１６のうち気筒列方向で両側に位置するもの同士の間隔よりも広くなるよう形成されている。また、２つの第１冷却水出口部１７は、気筒列方向で２つの第１冷却水入口部１６の両側に位置するように形成されている。

つまり、２つの第１冷却水入口部１６は、気筒列方向で２つの第１冷却水出口部１７の間に位置するよう形成されている。換言すれば、第１冷却水入口部１６は、第１冷却水出口部１７のうち気筒列方向で両側に位置するもの同士の間に位置するように形成されている。

第２ウォータジャケット１３は、２つの第２冷却水入口部１８と、第２冷却水出口部（図示せず）を有している。第２冷却水入口部１８には、第１冷却水出口部１７を通過した冷却水が導入される。

詳述すると、第２冷却水入口部１８には、直下の第１冷却水出口部１７を通過した冷却水が導入される。つまり、第２冷却水入口部１８ａには、第１冷却水出口部１７ａを通過した冷却水が導入され、第２冷却水入口部１８ｂには、第１冷却水出口部１７ｂを通過した冷却水が導入される。

第２ウォータジャケット１３に導入された冷却水は、上記第２冷却水出口部から外部に排出される。

シリンダヘッド１１の一側面側には、上記排気部品を取り付けるための複数の雌ねじが形成される。これら複数の雌ねじは、シリンダヘッド１１のロアデッキ１４側に形成された２つのボス状の第１雌ねじ部１９と、シリンダヘッド１１のアッパデッキ１５側に形成された複数のボス状の第２雌ねじ部（図示せず）と、に形成される。

上記排気部品を取り付けるための雌ねじには、内燃機関の運転中、高温となった上記排気部品の熱が伝達される。特に、燃焼室に近いロアデッキ１４側の第１雌ねじ部１９は、アッパデッキ１５側の第２雌ねじ部よりも高温となりやすい。上記排気部品は、雌ねじに挿入されるボルト（図示せず）によってシリンダヘッド１１に取り付けられる。

図１～図３及び図５に示すように、雌ねじ部としての第１雌ねじ部１９は、先端がシリンダヘッド１１の他側面側を指向し、第１ウォータジャケット１２内に突出するよう形成されている。なお、図１～図３は、中子１を図示したものであるため、中子１の凹部がシリンダヘッド１１における第１雌ねじ部１９となる。

第１雌ねじ部１９は、気筒列方向で２つの第１冷却水出口部１７の内側に位置するよう形成されている。換言すれば、第１雌ねじ部１９は、第１冷却水出口部１７のうち気筒列方向で両側に位置するもの同士の間（内側）に形成されている。

シリンダヘッド１１は、図１～図３に示すように、第１冷却水入口部１６に隣接した位置に、ボス状のシリンダヘッドボルトボス部２０を有している。なお、図１～図３は、中子１を図示したものであるため、中子１の孔部がシリンダヘッド１１におけるシリンダヘッドボルトボス部２０となる。

シリンダヘッドボルトボス部２０は、第１冷却水入口部１６のシリンダヘッド１１一側面側に位置している。シリンダヘッドボルトボス部２０は、シリンダヘッド１１をシリンダブロック（図示せず）に固定するためのシリンダヘッドボルト（図示せず）が内部（内側）を貫通するものである。シリンダヘッドボルト（図示せず）は、シリンダヘッドボルトボス部２０に形成されたボス孔（図示せず）を貫通する。このボス孔は、例えばシリンダヘッド１１の鋳造後に機械加工（穴あけ加工）されるものである。

シリンダヘッド１１は、図１、図２、図４及び図５に示すように、第１雌ねじ部１９に隣接して第１ウォータジャケット１２内に突出する２つの膨出部２１を有している。なお、図１、図２及び図４は、中子１を図示したものであるため、中子１の凹んだ部分がシリンダヘッド１１における膨出部２１となる。

膨出部２１は、第１雌ねじ部１９の先端から第１冷却水入口部１６が位置する側に向かって延びている。膨出部２１は、シリンダヘッドボルトボス部２０と第１雌ねじ部１９との間に位置するよう形成されている。

膨出部２１は、図５に示すように、当該膨出部２１が形成された位置において第１ウォータジャケット１２が所定の通路断面積を有するように形成されている。つまり、膨出部２１の上端は、第１ウォータジャケット１２の上壁面と繋がっていない。

第１ウォータジャケット１２に流入した冷却水は、第１冷却水入口部１６から第１冷却水出口部１７に向かって流れることになる。このとき、第１ウォータジャケット１２に流入した冷却水の一部は、図１に矢印Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３で示すように、第１冷却水入口部１６からシリンダヘッド一側面側に向かって流れ、第１雌ねじ部１９の周囲を気筒列方向に横切り、第１冷却水出口部１７へと流れる。

第１ウォータジャケット１２に流入した冷却水の一部は、図１に矢印Ｐ１で示すように、第１冷却水入口部１６からシリンダヘッド一側面側に向かって流れる。つまり、第１ウォータジャケット１２内には、第１冷却水入口部１６から気筒列に直交する方向（シリンダヘッド１１の短手方向）に向かう冷却水の流れが発生する。これは、第１冷却水入口部１６と第１冷却水出口部１７とが、気筒列に直交する方向でオフセットするよう形成されているからである。

ここで、本実施例のシリンダヘッド１１には、第１雌ねじ部１９の先端から第１冷却水入口部１６が位置する側に向かって延びる膨出部２１が第１ウォータジャケット１２内に突出するよう形成されている。

そのため、シリンダヘッド１１は、図１に矢印Ｐ２で示すように、膨出部２１を迂回した冷却水が第１雌ねじ部１９の周囲に導入され、第１雌ねじ部１９の周囲の冷却水の流れを強くすることができる。つまり、シリンダヘッド１１は、膨出部２１を有することで、膨出部２１が形成された部位を流れる冷却水（第１冷却水入口部１６から第１冷却水出口部１７へ直接向かう冷却水（矢印Ｐ４））の流量を減少させ、第１雌ねじ部１９の周囲に流れ込む冷却水（矢印Ｐ２）の流量を相対的に増加させることができる。そして、シリンダヘッド１１は、第２雌ねじ部に比べて高温になりやすい第１雌ねじ部１９を効率良く冷却することができる。

第１雌ねじ部１９に周囲に導入された冷却水は、図１に矢印Ｐ３で示すように、第１冷却水出口部１７に向かって流れる。これは、２つの第１冷却水出口部１７が、気筒列方向で全て（２つ）の第１冷却水入口部１６を挟み込むように、第１冷却水入口部１６の両側（外側）に位置するよう形成されているからである。

第１雌ねじ部１９に形成された雌ねじや第１雌ねじ部１９に挿入されるボルトの雄ねじは、第１雌ねじ部１９が高温状態となるとへたりが生じる虞がある。

シリンダヘッド１１は、第２雌ねじ部に比べて高温になりやすい第１雌ねじ部１９を効率良く冷却することが可能となるため、第１雌ねじ部１９が高温状態となることを抑制することができ、第１雌ねじ部１９の雌ねじのへたりを抑制することができる。また、シリンダヘッド１１は、第１雌ねじ部１９に挿入されるボルトが高温状態となることを抑制することができ、当該ボルトの雄ねじのへたりを抑制することができる。つまり、シリンダヘッド１１は、上記排気部品を取り付けるための第１雌ねじ部１９を効率良く冷却することが可能となり、第１雌ねじ部１９におけるボルトの緩みを抑制することが可能となる。

以上、本発明の実施例を説明してきたが、本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

例えば、ロアデッキ１４側の第１雌ねじ部１９の個数は２つに限定されるものではなく、３つ以上であってもよい。膨出部２１の個数は２つに限定されるものではなく、第１雌ねじ部１９の個数に応じて増加させてよい。

また、本発明は、３気筒以上の多気筒内燃機関のシリンダヘッドや第１冷却水入口部１６の個数が３つ以上のシリンダヘッドにも適用可能である。

さらに、本発明は、１つ（１層）のウォータジャケットが内部に設けられたシリンダヘッドにも適用可能である。

Claims (3)

1. 複数の入口部から導入された冷却水が複数の出口部から排出されるシリンダヘッド内のウォータジャケットと、排気部品を取り付けるための雌ねじが形成された複数の雌ねじ部と、上記ウォータジャケット内に突出する複数の膨出部と、を有し、
   上記入口部は、上記ウォータジャケットの中央位置に気筒列方向に沿って並んで形成され、
   上記出口部は、上記排気部品が取り付けられるシリンダヘッド一側面側に気筒列方向に沿って並んで形成されるとともに、上記シリンダヘッド一側面側の端面に開口するよう形成され、かつ気筒列方向で両側に位置するもの同士の間隔が上記入口部のうち気筒列方向で両側に位置するもの同士の間隔よりも広くなるよう形成され、
   上記雌ねじ部は、上記シリンダヘッド一側面側に設けられ、周囲が上記ウォータジャケットによって囲まれるように上記ウォータジャケット内に突出するとともに、上記出口部のうち気筒列方向で両側に位置するもの同士の間に形成され、
   上記膨出部は、上記雌ねじ部の先端から上記入口部が位置する側に向かって延びるよう形成されている内燃機関のシリンダヘッド。
2. 上記入口部に隣接した位置にシリンダヘッドボルトボス部を有し、
   上記膨出部は、上記シリンダヘッドボルトボス部と上記雌ねじ部との間に位置する請求項１に記載の内燃機関のシリンダヘッド。
3. 上記膨出部は、当該膨出部が形成された位置において上記ウォータジャケットが所定の通路断面積を有するように形成されている請求項１または２に記載の内燃機関のシリンダヘッド。

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