DE102013221217A1

DE102013221217A1 - Wassermantelstruktur für Zylinderkopf

Info

Publication number: DE102013221217A1
Application number: DE102013221217.8A
Authority: DE
Inventors: Masataka Ikawa; Yuji Matsumochi; Takeshi Fujii
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2012-10-19
Filing date: 2013-10-18
Publication date: 2014-04-24
Anticipated expiration: 2033-10-19
Also published as: CN103775235A; JP5711716B2; JP2014084740A; DE102013221217B4; CN103775235B

Abstract

Der Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, eine Wassermantelstruktur für einen Zylinderkopf anzugeben, die in der Lage ist, Luft zu verringern, die in einem unteren Auslasswassermantel steht. Die Wassermantelstruktur für den Zylinderkopf enthält eine Mehrzahl von Brennkammeroberabschnitten 21, eine Mehrzahl von Auslassöffnungen 23, einen Auslasskrümmerabschnitt 24 zum Vereinigen der Mehrzahl von Auslassöffnungen 23, einen oberen Auslasswassermantel 80, der an der Oberseite des Auslasskrümmerabschnitts 24 angeordnet ist, und einen unteren Auslasswassermantel 90, der an der Unterseite des Auslasskrümmerabschnitts 24 angeordnet ist. Der untere Auslasswassermantel 90 hat einen Vorsprungsabschnitt 91. Ein Lüftungskanal R zum Abgeben von Luft zur Außenseite des unteren Auslasswassermantels 90 ist an einem oberen Abschnitt in Zylinderachsrichtung des Vorsprungsabschnitts 91 vorgesehen.

Description

[Technisches Gebiet]
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wassermantelstruktur für einen Zylinderkopf, und betrifft insbesondere eine solche Wassermantelstruktur für den Zylinderkopf, der einstückig mit einem Auslasskrümmerabschnitt zum Vereinigen einer Mehrzahl von Auslassöffnungen ausgebildet ist.
[Technischer Hintergrund]
Es ist ein Zylinderkopf bekannt geworden, der einstückig mit einem Auslasskrümmerabschnitt ausgebildet ist, zum Vereinigen einer Mehrzahl von Auslassöffnungen, die sich von einer Mehrzahl von Brennkammern erstrecken. Ein solcher Zylinderkopf ist, zusätzlich zu einem Brennkammerwassermantel zum Kühlen der Brennkammern, mit einem Auslasswassermantel zum Kühlen der Auslassöffnungen und des Auslasskrümmerabschnitts versehen, um den Auslasskrümmerabschnitt ausreichend zu kühlen, dessen Temperatur leicht ansteigt.
Zum Beispiel offenbart Patentdokument 1 eine Wassermantelstruktur für einen Zylinderkopf, die jeweils an der Oberseite und Unterseite des Auslasskrümmerabschnitts mit Auslasswassermänteln versehen ist.
[Zitatliste]
[Patentliteratur]
[Patentdokument 1]

Japanisches Patent Nr. 4329774

[Zusammenfassung der Erfindung]
[Technisches Problem]
Wenn in dem unteren Auslasswassermantel Luft steht, besteht die Möglichkeit, dass ein mit der Luft in Kontakt stehender Abschnitt im Zylinderkopf schwierig zu kühlen wird, und die Kühlwirkung des Auslasskrümmerabschnitts reduziert ist. Daher hat es Anforderungen gegeben, die Luft, die im unteren Auslasswassermantel steht, so weit wie möglich zu verringern.
Die vorliegende Erfindung ist im Hinblick auf die obigen Probleme gemacht worden, und die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Wassermantelstruktur für einen Zylinderkopf anzugeben, die in der Lage ist, im unteren Auslasswassermantel stehende Luft zu verringern.
[Lösung für das Problem]
Eine Wassermantelstruktur für einen Zylinderkopf gemäß der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Wassermantelstruktur für den Zylinderkopf enthält: eine Mehrzahl von Brennkammeroberabschnitten, die an einer Unterseite des Zylinderkopfs ausgebildet sind, eine Mehrzahl von Auslassöffnungen, die jeweils mit der Mehrzahl von Brennkammeroberabschnitten in Verbindung stehen, einen Auslasskrümmerabschnitt zum Vereinigen der Mehrzahl von Auslassöffnungen im Zylinderkopf, einen oberen Auslasswassermantel, der in Zylinderachsrichtung an der Oberseite des Auslasskrümmerabschnitts angeordnet ist und den Auslasskrümmerabschnitt kühlt, und einen unteren Auslasswassermantel, der in der Zylinderachsrichtung an der Unterseite des Auslasskrümmerabschnitts angeordnet ist und den Auslasskrümmerabschnitt kühlt, worin der untere Auslasswassermantel einen Vorsprungsabschnitt aufweist, der zum oberen Auslasswassermantel hin vorsteht und so angeordnet ist, dass er zu einem stromabwärtigen Abschnitt des Auslasskrümmerabschnitts weist, und eine Lüftungseinheit zum Abgeben von Luft zur Außenseite des unteren Auslasswassermantels an einem in der Zylinderachsrichtung oberen Abschnitt des Vorsprungsabschnitts vorgesehen ist. Hier bedeutet „eine obere Seite oder untere Seite in Zylinderachsrichtung”, dass eine Seite, die in Bezug auf eine Zylindersenkrechtebene, die eine zur Zylinderachse senkrechte Ebene ist, oben ist, als Oberseite definiert ist, und die andere Seite, die in Bezug auf die Zylindersenkrechtebene unten ist, als Unterseite definiert ist.
Da gemäß der vorliegenden Erfindung die Lüftungseinheit zum Abgeben von Luft zur Außenseite des unteren Auslasswassermantels am in der Zylinderachsrichtung oberen Abschnitt des vorstehenden Abschnitts vorgesehen ist, wird die Luft in dem unteren Auslasswassermantel durch die Lüftungseinheit nach außen abgegeben, wenn die Luft in den Vorsprungsabschnitt fließt. Daher ist es möglich, die im unteren Auslasswassermantel stehende Luft zu verringern, um hierdurch die Kühlwirkung des Auslasskrümmerabschnitts zu verbessern.
Ferner ist die Lüftungseinheit bevorzugt so konfiguriert, dass sie integral mit einem unteren Kern zur Formung des unteren Auslasswassermantels geformt ist, und durch eine untere Kernhalteeinheit zum Halten des unteren Kerns an einer vorbestimmten Position einer Form während des Gießens des Zylinderkopfs geformt ist.
Da gemäß der obigen Konfiguration die Lüftungseinheit mit dem unteren Kern zur Bildung des unteren Auslasswassermantels einstückig ausgebildet ist, und durch die untere Kernhalteeinheit zum Halten des unteren Kerns an der vorbestimmten Position der Form während des Gießens des Zylinderkopfs ausgebildet ist, ist es möglich, die Lüftungseinheit durch Nutzung der unteren Kernhalteeinheit zu formen, welche während des Gießens des Zylinderkopfs erforderlich ist. Daher wird die Formungsarbeit der Lüftungseinheit erleichtert, weil es nicht notwendig ist, die Lüftungseinheit durch spanende Bearbeitung oder dergleichen separat auszubilden.
Ferner sind der obere Auslasswassermantel und der untere Auslasswassermantel bevorzugt so konfiguriert, dass sie Strömungskanäle bilden, die im Zylinderkopf unabhängig voneinander ausgebildet sind.
Da gemäß der obigen Konfiguration der obere Auslasswassermantel und der untere Auslasswassermantel die Strömungskanäle bilden, die im Zylinderkopf voneinander unabhängig sind, ist es nicht notwendig, Kühlwasser im Zylinderkopf zwangsweise umzulenken und abzuzweigen, und es ist möglich, eine Verminderung der Strömungsrate und das Auftreten einer Standstelle (stagnierenden Teils) von Kühlmittel zu unterdrücken, indem die Strömungen des Kühlmittels voneinander getrennt werden. Da ferner eine Abnahme der Strömungsrate und das Auftreten der Standstelle (stagnierenden Teils) des Kühlmittels vermieden werden, ist es möglich, die Strömungsrate des Kühlmittels zu erhöhen, welche in den Auslasswassermantel fließt, um hierdurch den Auslasskrümmerabschnitt mit einer geringen Menge des Kühlmittels effizient zu kühlen. Ferner wird eine Formungsarbeit des Auslasswassermantels erleichtert, weil es nicht notwendig ist, einen Verbindungskanal zu bilden, durch den die oberen und unteren Auslasswassermäntel miteinander in Verbindung stehen. Wenn ferner die oberen und unteren Auslasswassermantel voneinander unabhängige Kanäle bilden, ist es nicht möglich, die Luft im unteren Auslasswassermantel zum oberen Auslasswassermantel zu leiten, wodurch ein nachteiliger Effekt hervorgerufen wird, dass die Luft dazu neigt, in dem unteren Auslasswassermantel stehen zu bleiben. Jedoch ist es in der vorliegenden Erfindung möglich, durch die Lüftungseinheit die im unteren Auslasswassermantel stehende Luft zu verringern, um hierdurch den obigen nachteiligen Effekt zu beseitigen.
Ferner ist die Lüftungseinheit bevorzugt so konfiguriert, dass sie integral mit einem oberen Kern zur Formung des oberen Wassermantels geformt wird, und durch eine obere Kernhalteeinheit zum Halten des oberen Kerns an einer vorbestimmten Position der Form und die untere Kernhalteeinheit, die während des Gießens des Zylinderkopfs auf der oberen Kernhalteeinheit aufliegt, geformt wird.
Da gemäß der obigen Konfiguration die Lüftungseinheit mit dem oberen Kern zur Bildung des oberen Auslasswassermantels integral geformt wird, und durch die obere Kernhalteeinheit zum Halten des oberen Kerns an der vorbestimmten Position der Form und der unteren Kernhalteeinheit, die während des Gießens des Zylinderkopfs auf der oberen Kernhalteeinheit aufliegt, geformt wird, ist es möglich, die Lüftungseinheit durch Nutzung der oberen Kernhalteeinheit und der unteren Kernhalteeinheit, die während des Gießens des Zylinderkopfs erforderlich sind, auszubilden. Daher wird die Formungsarbeit der Lüftungseinheit erleichtert, weil es nicht notwendig ist, die Lüftungseinheit separat durch spanende Bearbeitung oder dergleichen auszubilden. Ferner wird die Luft in dem unteren Auslasswassermantel durch die Lüftungseinheit zum oberen Auslasswassermantel abgegeben, wenn die Luft in dem vorstehenden Abschnitt fließt. Daher ist es möglich, die im unteren Auslasswassermantel stehende Luft zu verringern, um hierdurch die Kühlwirkung des Auslasskrümmerabschnitts zu verbessern.
[Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung]
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Wassermantelstruktur für einen Zylinderkopf anzugeben, die in der Lage ist, im unteren Auslasswassermantel stehende Luft zu verringern.
[Kurzbeschreibung der Zeichnungen]
1 ist eine Querschnittsänsicht eines Verbrennungsmotors mit einer Wassermantelstruktur für einen Zylinderkopf gemäß einer vorliegenden Ausführung.
2 ist eine Perspektivansicht des Zylinderkopfs.
3 ist eine Perspektivansicht eines kopfseitigen Wassermantels und eines Auslasskrümmerabschnitts im Zylinderkopf.
4 ist eine Perspektivansicht des kopfseitigen Wassermantels und des Auslasskrümmerabschnitts, in vertikaler Explosionsansicht.
5 ist eine Unteransicht eines Einlasswassermantels, eines Brennkammerwassermantels und eines oberen Auslasswassermantels.
6 ist eine Unteransicht eines unteren Auslasswassermantels.
7 ist eine Vorderansicht des Auslasskrümmerabschnitts und des kopfseitigen Wassermantels.
8 ist eine partiell vergrößerte Querschnittsansicht entlang Linie VIII-VIII in 2.
9 ist eine Explosionsperspektivansicht zur Darstellung von Kühlmittelströmungen in den Einlasswassermantel zur Bildung eines blockseitigen Wassermantels.
10 ist eine Explosionsperspektivansicht zur Darstellung von Kühlmittelströmungen zu dem unteren Auslasswassermantel von dem blockseitigen Wassermantel.
11 ist eine Unteransicht, die durch Auflagern des kopfseitigen Wassermantels und des blockseitigen Wassermantels auf eine Dichtung gezeichnet ist.
12 ist eine Unteransicht zur Darstellung der Kühlmittelströmungen in dem Einlasswassermantel, dem Brennkammerwassermantel und dem oberen Auslasswassermantel.
13 ist eine Unteransicht zur Darstellung der Kühlmittelströmungen in dem unteren Auslasswassermantel.
14 ist eine partiell vergrößerte Querschnittsansicht einer Gussformvorrichtung an einer 8 entsprechenden Stelle.
15 ist eine partiell vergrößerte Querschnittsansicht eines Verbrennungsmotors mit einer Wassermantelstruktur für einen Zylinderkopf gemäß einem modifizierten Beispiel.
16 ist eine partiell vergrößerte Querschnittsansicht einer Gussformvorrichtung an einer 15 entsprechenden Stelle.
[Beschreibung von Ausführungen]
Die Ausführung der vorliegenden Erfindung wird in Bezug auf die 1 bis 14 im Detail beschrieben. In der Beschreibung sind die gleichen Elemente mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet, und redundante Beschreibungen werden weggelassen. Ferner sind in jeder Zeichnung Richtungen auf der Basis von vorne, hinten, links, rechts, oben und unten in einem Zustand beschrieben, wo ein Verbrennungsmotor E an einem Fahrzeug angebracht ist.
1 ist eine Querschnittsansicht eines Verbrennungsmotors mit einer Wassermantelstruktur für einen Zylinderkopf gemäß einer vorliegenden Ausführung. Wie in 1 gezeigt, enthält der Verbrennungsmotor E gemäß der vorliegenden Erfindung einen Motorkörper, aufgebaut aus einem Zylinderblock 1, der vier Zylinder 1a aufweist (in 1 ist nur ein Zylinder dargestellt), die integral in Serie angeordnet sind, einem Zylinderkopf 2, der mit dem oberen Endabschnitt des Zylinderblocks 1 verbunden ist, einer Dichtung 3, die zwischen dem Zylinderblock 1 und dem Zylinderkopf 2 angeordnet ist, und einem Kopfdeckel (nicht gezeigt), der mit dem oberen Endabschnitt des Zylinderkopfs 2 verbunden ist.
Der Verbrennungsmotor E ist ein Mehrzylinder-Verbrennungsmotor, enthaltend die vier Zylinder 1a, Kolben 4, die in jeden der Zylinder 1a hin- und herbeweglich eingesetzt sind, und eine Kurbelwelle 6, die mit jedem der Kolben 4 über Pleuelstangen 5 verbunden ist. Der Verbrennungsmotor E ist am Fahrzeug angebracht, als in horizontaler Anordnung anzubringendes Objekt, worin eine Drehmittellinie der Kurbelwelle 6 zur Links- und Rechts-Richtung hin ausgerichtet ist. Ferner ist der Verbrennungsmotor E derart angeordnet, dass seine Einlassseite zur rückwärtigen Richtung des Fahrzeugs ausgerichtet ist, und seine Auslassseite zur vorderen Richtung des Fahrzeugs ausgerichtet ist. Jeder Zylinder 1a hat eine Brennkammer 7, die gebildet ist durch den Zylinder 1a, den Kolben 4 und den Zylinderkopf 2 zwischen dem Kolben 4 und dem Zylinderkopf 2 in Zylinderachsrichtung, welche parallel zur Zylinderachse Lc des Zylinders 1a ist. Übrigens ist in der vorliegenden Ausführung der Verbrennungsmotor E so angeordnet, dass die Zylinderachse Lc die gleiche Richtung wie eine vertikale Achsrichtung ist (das heißt, Oben-Unten-Richtung). Jedoch ist die vorliegende Erfindung hierauf nicht beschränkt, und der Verbrennungsmotor E kann zum Beispiel auch so angeordnet sein, dass die Zylinderachse Lc zur vertikalen Achsrichtung geneigt ist.
Der Zylinderblock 1 hat, zusätzlich zum Zylinder 1a und einem Kurbelgehäuse (nicht gezeigt), einen blockseitigen Wassermantel 10, der ein Strömungskanal von Kühlmittel zum Kühlen des Motors 1a ist. Der blockseitige Wassermantel 10 ist ein Raum mit einer vertieften Nutausgestaltung, die die vier Zylinder 1a insgesamt durchgehend umgibt und sich zur Oberseite des Zylinderblocks 1 öffnet (siehe 9 und 10). Der blockseitige Wassermantel 10 hat eine Endseite, der Kühlmittel zugeführt wird, das von einem nicht dargestellten Kühler gekühlt wird. Ferner steht der blockseitige Wassermantel 10 mit einem Einlasswassermantel 50 und einem unteren Auslasswassermantel 90, die später beschrieben werden, über Durchgangslöcher 32, 35 der Dichtung 3 oder dergleichen in Verbindung und führt den beiden das Kühlmittel zu. Der blockseitige Wassermantel 10 und die Dichtung 3 werden später im Detail beschrieben.
2 ist eine Perspektivansicht des Zylinderkopfs. 3 ist eine Perspektivansicht eines kopfseitigen Wassermantels und eines Auslasskrümmerabschnitts im Zylinderkopf. Übrigens zeigt 3 eine Außenform des Zylinderkopfs 2 mit gestrichelten Linien (Zwei-Punkt-Kettenlinien).
Der Zylinderkopf 2 ist ein Metallelement, das durch Gießen mittels eines Kerns hergestellt wird. Wie in den 1 bis 3 (hauptsächlich 1) gezeigt, hat der Zylinderkopf 2 hauptsächlich vier Brennkammeroberabschnitte 21 (in 1 ist nur einer gezeigt), welche die oberen Abschnitte der Brennkammern 7 darstellen, eine Einlassöffnung 22 zum Einführen von Luft in jede Brennkammer 7 dort hindurch, eine Auslassöffnung 23 zum Abgeben von Brenngas von jeder Brennkammer 7 dort hindurch, einen Auslasskrümmerabschnitt 24 zum Vereinigen einer Mehrzahl von Auslassöffnungen 23 im Zylinderkopf 2, sowie einen kopfseitigen Wassermantel 40 zu deren Kühlung. Ferner hat der Zylinderkopf 2 in seinem oberen Abschnitt eine Ventilantriebskammer 25 zum Aufnehmen eines Teils eines Ventilantriebs (nicht gezeigt).
Der Brennkammeroberabschnitt 21 ist ein angenähert kegelförmiger vertiefter Abschnitt, der in einer Unterseite 2a des Zylinderkopfs 2 vorgesehen ist. Jeder Brennkammeroberabschnitt 21 und eine Rückseite 2b des Zylinderkopfs 2 stehen durch die Einlassöffnung 22 miteinander in Verbindung. Jeder Brennkammeroberabschnitt 21 und der Auslasskrümmerabschnitt 24 stehen durch die Auslassöffnung 23 miteinander in Verbindung. Die Einlassöffnungen 22 und die Auslassöffnungen 23 sind paarweise für einen Brennkammeroberabschnitt 21 vorgesehen. Übrigens sind die Einlassöffnung 22 und die Auslassöffnung 23 jeweils mit einem nicht dargestellten Einlassventil und Auslassventil versehen.
Wie in 2 gezeigt, hat der Auslasskrümmerabschnitt 24 einen Öffnungsabschnitt 24a, der sich zu einem angenähert mittigen Abschnitt in der Links-Rechts-Richtung einer Vorderseite 2c des Zylinderkopfs 2 öffnet. Der Auslasskrümmerabschnitt 24 ist im Zylinderkopf 2 an der Stelle vorgesehen, die vom Zylinderblock 1 nach vorne vorsteht (siehe 1). Die Ventilantriebskammer 25 ist ein vertiefter Raum, der an einer Oberseite 2d des Zylinderkopfs 2 ausgebildet ist. Die Ventilantriebskammer 25 nimmt einen Teil des Ventilantriebs auf, wie etwa eine Nockenwelle, einen Kipphebel und ein Ventil, die nicht dargestellt sind. Ferner hat der Zylinderkopf 2 eine linke Seitenfläche 2e, die mit Auslassöffnungabschnitten 63, 83, 93 ausgebildet ist, die Auslässe des Kühlmittels des kopfseitigen Wassermantels 40 sind, wie später beschrieben wird. An der linken Seitenfläche 2e des Zylinderkopfs 2 sind Wasserauslässe (nicht gezeigt) angebracht, die das Kühlmittel, das von den Auslassöffnungsabschnitten 63, 83, 93 abgegeben wird, auf eine Heizung und einen Kühler verteilen.
Wie in den 1 und 3 gezeigt, ist der kopfseitige Wassermantel 40 ein Raum, der als der Strömungskanal des Kühlmittels dient, und enthält den Einlasswassermantel 50 zum Kühlen der Einlassöffnung 22, einen Brennkammerwassermantel 60 zum Kühlen des Brennkammeroberabschnitts 21 sowie einen Auslasswassermantel 70 zum Kühlen der Auslassöffnung 23 und des Auslasskrümmerabschnitts 24.
Wie in 1 gezeigt, ist der Einlasswassermantel 50 unter der Einlassöffnung 22 vorgesehen. Der Brennkammerwassermantel 60 ist direkt über dem Brennkammeroberabschnitt 21 und zwischen der Einlassöffnung 22 und der Auslassöffnung 23 vorgesehen. Der Auslasswassermantel 70 enthält einen oberen Auslasswassermantel 80, der an der Oberseite der Auslassöffnung 23 und des Auslasskrümmerabschnitts 24 angeordnet ist, und den unteren Auslasswassermantel 90, der an der Unterseite der Auslassöffnung 23 und des Auslasskrümmers 24 angeordnet ist.
Der Einlasswassermantel 50 steht mit dem blockseitigen Wassermantel 10 und dem Brennkammerwassermantel 60 in Verbindung (siehe die gestrichelte Linie in 1). Der Brennkammerwassermantel 60 steht mit dem blockseitigen Wassermantel 10 und dem oberen Wassermantel 80 in Verbindung. Der untere Auslasswassermantel 90 steht mit dem blockseitigen Wassermantel 10 in Verbindung. Ferner steht der untere Auslasswassermantel 90 nicht mit dem Einlasswassermantel 50, dem Brennkammerwassermantel 60 und dem oberen Auslasswassermantel 80 in Verbindung. Das heißt, der obere Auslasswassermantel 80 und der untere Auslasswassermantel 90 sind mit Strömungskanälen ausgebildet, die im Zylinderkopf 2 voneinander unabhängig sind.
Als nächstes werden detaillierte Strukturen des Auslasskrümmerabschnitts 24 und des kopfseitigen Wassermantels 40 (das heißt, des Einlasswassermantels 50, des Brennkammerwassermantels 60, des oberen Auslasswassermantels 80 und des unteren Auslasswassermantels 90) in Bezug auf die 4 bis 7 beschrieben.
4 ist eine Perspektivansicht des kopfseitigen Wassermantels und des Auslasskrümmerabschnitts, die vertikale Explosionsansichten sind. 5 ist eine Unteransicht des Einlasswassermantels, des Brennkammerwassermantels und des oberen Auslasswassermantels. 6 ist eine Unteransicht des unteren Auslasswassermantels. 7 ist eine Vorderansicht des Auslasskrümmerabschnitts und des kopfseitigen Wassermantels. Hier zeigen die 4 bis 7 zur leichteren Beschreibung den Auslasskrümmerabschnitt 24 und den kopfseitigen Wassermantel 40, die Hohlräume sind, wie vorhandene Objekte (das heißt, diesen Räumen entsprechende Kerne).
Wie in 4 gezeigt, hat der Auslasskrümmerabschnitt 24 einen ersten Krümmerabschnitt 24b zum Vereinigen von zwei Auslassöffnungen 23, die mit jeder Brennkammer 7 in Verbindung stehen, und einen zweiten Krümmerabschnitt 24c zum Vereinigen von vier ersten Krümmerabschnitten 24b kurz vor dem Öffnungsabschnitt 24a. Der zweite Krümmerabschnitt 24c und der Öffnungsabschnitt 24a sind im Wesentlichen im mittleren Abschnitt in der Links-Rechts-Richtung des Zylinderkopfs 2 vorgesehen. Unter den vier ersten Krümmerabschnitten 24b sind die rechten und linken ersten Krümmerabschnitte 24b länger als die zwei mittleren ersten Krümmerabschnitte 24b zwischen diesen. Die zwei rechten und linken ersten Krümmerabschnitte 24b haben vordere Oberflächen, die stromabwärtige Seitenabschnitte 24b des Auslasskrümmerabschnitts 24 darstellen. Die stromabwärtigen Seitenabschnitte 24d des Auslasskrümmerabschnitts 24 sind Objekte, die durch einen Vorsprungsabschnitt 81 des oberen Auslasswassermantels 80 und einen Vorsprungsabschnitt 91 des unteren Auslasswassermantels 90 (siehe 1, 4 bis 6) zu Kühlen sind, die später beschrieben werden. Der stromabwärtige Seitenabschnitt 24d ist in Draufsicht derart geneigt, dass er nach vorne angeordnet ist, wenn er sich dem Öffnungsabschnitt 24a von den linken und rechten Auslassöffnungen 23 annähert.
Wie in den 4 und 5 (hauptsächlich 5) gezeigt, ist der Einlasswassermantel 50 ein Abschnitt zum Kühlen der Einlassöffnungen 22 (siehe 1) und erstreckt sich mäandrierend so, dass er die Unterseite der jeweiligen Einlassöffnungen 22 in der Links-Rechts-Richtung quert. Unter den jeweiligen Einlassöffnungen 22 hat der Einlasswassermantel 50 acht einlassseitige Einlassabschnitte 51, die sich zur Unterseite 2a (siehe 2) des Zylinderkopfs 2 öffnen. Ferner hat, zwischen den benachbarten Zylindern 1a (nachfolgend kann dies als „zwischen den Zylinderachsen” bezeichnet werden) und an Positionen entsprechend den Außenseiten der linken und rechten Zylinder 1a, der Einlasswassermantel 50. Verbindungsabschnitte 52, die mit dem Brennkammerwassermantel 60 in Verbindung stehen. Zwischenachseinlassabschnitte 23, die sich zur Unterseite 2a des Zylinderkopfs 2 öffnen, sind jeweils unterhalb der drei Verbindungsabschnitte 52 zwischen den Zylinderachsen vorgesehen.
Der Brennkammerwassermantel 60 ist ein Abschnitt zum Kühlen des Brennkammeroberabschnitts 21 (siehe 1) und erstreckt sich so, dass er die Oberseite der jeweiligen Brennkammern 21 in der Links-Rechts-Richtung quert. Der Brennkammerwassermantel 60 ist in der Vorne-Hinten-Richtung breiter ausgebildet als der Einlasswassermantel 50 und umgibt nicht dargestellte Zündkerzen. Der Brennkammerwassermantel 60 enthält den rechten Endabschnitt, der zwei brennkammerseitige Einlassabschnitte 61 aufweist, die sich zur Unterseite 2a des Zylinderkopfs 2 öffnen (siehe 7). Ferner weist der Brennkammerwassermantel 60 einen Verbindungsabschnitt 62 auf, der mit dem oberen Auslasswassermantel 80 in Verbindung steht, an einer Position, die einem Abschnitt zwischen den Auslassöffnungen 23 entspricht (siehe 1). Ferner weist der Brennkammerwassermantel 60 an seinem linken Endabschnitt einen Auslassöffnungsabschnitt 63 auf, der sich zur linken Oberfläche 2e des Zylinderkopfs 2 öffnet und als Auslass des Kühlmittels dient (siehe 2). Der Auslassöffnungsabschnitt 63 ist in der Vorne-Hinten-Richtung breiter ausgebildet als der Brennkammerwassermantel 60 und erstreckt sich nach vorne.
Wie in den 4, 5, 7 (hauptsächlich 5) gezeigt, ist der obere Auslasswassermantel 80 so vorgesehen, dass er die Oberseite des Auslasskrümmerabschnitts 24 und die jeweiligen Auslassöffnungen 23 überdeckt. Der obere Auslasswassermantel 80 ist in der Vorne-Hinten-Richtung breiter und in der Oben-Unten-Richtung dünner ausgebildet als der Einlasswassermantel 50 und der Brennkammerwassermantel 60 (siehe 1). Der obere Auslasswassermantel 80 hat den Vorsprungsabschnitt 81, der von seinem vorderen Endabschnitt nach unten vorsteht (siehe 1). Der Vorsprungsabschnitt 81 ist so angeordnet, dass er dem stromabwärtigen Abschnitt 24d des Auslasskrümmerabschnitts 24 gegenüberliegt. Übrigens ist der vordere Endabschnitt des oberen Auslasswassermantels 80 an einem Abschnitt 82 entsprechend dem Öffnungsabschnitt 24a des Auslasskrümmerabschnitts 24 nicht mit dem Vorsprungsabschnitt 81 versehen. Der obere Auslasswassermantel 80 enthält den linken Endabschnitt mit dem Auslassöffnungsabschnitt 83, der sich zur linken Seitenfläche 2e des Zylinderkopfs 2 öffnet, und ist der Auslass des Kühlmittels (siehe 2).
Übrigens wird in Bezug auf 5 beschrieben, dass die Einlassöffnung 22 an einem Abschnitt 55 zwischen dem Einlasswassermantel 50 und dem Brennkammerwassermantel 60 vorgesehen ist. Ferner ist der Brennkammerwassermantel 60 an einem Abschnitt 65 entsprechend der Mittelposition des Zylinders 1a mit der Zündkerze (nicht gezeigt) versehen. Ferner ist das Auslassventil (nicht gezeigt) an einem Abschnitt 67 zwischen dem Brennkammerwassermantel 60 und dem oberen Auslasswassermantel 80 vorgesehen.
Wie in den 4, 6, 7 (hauptsächlich 6) gezeigt, ist der untere Auslasswassermantel 90 so vorgesehen, dass er die Unterseite des Auslasskrümmerabschnitts 24 und die jeweiligen Auslassöffnungen 23 überdeckt. Der untere Auslasswassermantel 60 ist flach ausgebildet, so dass er eine Dicke hat, die mit dem oberen Auslasswassermantel 80 vergleichbar ist (siehe 1). Der untere Auslasswassermantel 90 hat den Vorsprungsabschnitt 91, der von seinem vorderen Endabschnitt nach oben vorsteht (siehe 1). Der Vorsprungsabschnitt 91 ist so angeordnet, dass er dem stromabwärtigen Abschnitt 24d des Auslasskrümmerabschnitts 24 gegenüberliegt. Übrigens ist der vordere Endabschnitt des unteren Auslasswassermantels 90 an einem Abschnitt 92 entsprechend dem Öffnungsabschnitt 24a des Auslasskrümmerabschnitts 24 nicht mit dem Vorsprungsabschnitt 91 versehen. Der untere Auslasswassermantel 90 enthält den linken Endabschnitt mit dem Auslassöffnungsabschnitt 93, der sich zur linken Seitenfläche 2e des Zylinderkopf 2 öffnet und der Auslass des Kühlmittels ist (siehe 2). Der untere Auslasswassermantel 90 hat an seinem rechten Endabschnitt und an Positionen entsprechend der Unterseite der jeweiligen Auslassöffnungen 23, acht auslassseitige Einlassabschnitte 94, die sich zur Unterseite 2a des Zylinderkopfs 2 öffnen. Da die auslassseitigen Einlassabschnitte 94 direkt unterhalb der Auslassöffnungen 23 vorgesehen sind, ist es möglich, die Auslassöffnungen 23 effizient zu kühlen. Übrigens ist ein zusätzlicher Einlassabschnitt 95 zwischen zwei auslassseitigen Einlassabschnitten 94 an der vom Auslassöffnungsabschnitt 93 am weitesten entfernten Seite vorgesehen (nämlich der stromaufwärtigen Seite).
Als nächstes wird ein Lüftungskanal R und der Vorsprungsabschnitt 91 des unteren Auslasswassermantels 90 in Bezug auf die 7 und 8 beschrieben. 8 ist eine partiell vergrößerte Querschnittsansicht entlang Linie VIII-VIII in 2.
Wie in 7 gezeigt, sind die Vorsprungsabschnitte 91 an beiden linken und rechten Seiten so vorgesehen, dass sie den Öffnungsabschnitt (Auslassöffnungsabschnitt) 24a zwischen sich aufnehmen. Ein Vorsprungsende des Vorsprungsabschnitts 91 an der linken Seite ist mit einer ersten Schrägfläche 91a, einer zweiten Schrägfläche 91b, einer dritten Schrägfläche 91c und einer horizontalen Fläche 91d ausgebildet. Die erste Schrägfläche 91a ist so geneigt, dass sie, mit Abstand von dem Öffnungsabschnitt 24a, entlang dem stromabwärtigen Abschnitt 24d des Auslasskrümmerabschnitts 24 an der Oberseite in der Zylinderachsrichtung angeordnet ist. Die zweite Schrägfläche 91b schließt sich an die erste Schrägfläche 91a an und ist so geneigt, dass sie mit Abstand von dem Öffnungsabschnitt 24a entlang des stromabwärtigen Abschnitts 24d des Auslasskrümmerabschnitts 24 an der Oberseite in der Zylinderachsrichtung angeordnet ist. Die zweite Schrägfläche 91b ist schwächer geneigt als die erste Schrägfläche 91a. Die dritte Schrägfläche 91b schließt sich an die zweite Schrägfläche 91b an und ist geneigt, so dass sie mit Abstand von dem Öffnungsabschnitt 24a entlang dem stromabwärtigen Abschnitt 24d des Auslasskrümmerabschnitts 24 an der Unterseite in der Zylinderachsrichtung angeordnet ist. Die horizontale Oberfläche 91d schließt sich an die dritte Schrägfläche 91c an und erstreckt sich im Wesentlichen linear.
Ein vorstehendes Ende des Vorsprungsabschnitts 91 an der rechten Seite ist mit einer vierten Schrägfläche 91e, einer fünften Schrägfläche 91f, einer sechsten Schrägfläche 91g und einer siebten Schrägfläche 91h ausgebildet. Die vierte Schrägfläche 91e ist so geneigt, dass sie mit Abstand von dem Öffnungsabschnitt 24a entlang dem stromabwärtigen Abschnitt 24d des Auslasskrümmerabschnitts 94 an der Oberseite in der Zylinderachsrichtung angeordnet ist. Die fünfte Schrägfläche 91f schließt sich an die vierte Schrägfläche 91e an und ist so geneigt, dass sie mit Abstand von dem Öffnungsabschnitt 24a entlang dem stromabwärtigen Abschnitt 24d des Auslasskrümmerabschnitts 24 an der Oberseite in der Zylinderachsrichtung angeordnet ist. Die fünfte Schrägfläche 91f ist schwächer geneigt als die vierte Schrägfläche 91e. Die sechste Schrägfläche 91g schließt sich an die fünfte Schrägfläche 91f an und ist so geneigt, dass sie mit Abstand von dem Öffnungsabschnitt 24a entlang dem stromabwärtigen Abschnitt 24d des Auslasskrümmerabschnitts 24 an der Unterseite in der Zylinderachsrichtung angeordnet ist. Die siebte Schrägfläche 91h schließt sich an die sechste Schrägfläche 91g an und ist so geneigt, dass sie mit Abstand von den Öffnungsabschnitten 24a entlang dem stromabwärtigen Abschnitt 24d des Auslasskrümmerabschnitts 24 an der Unterseite in der Zylinderachsrichtung angeordnet ist. Die siebte Schrägfläche 91h ist steiler geneigt als die sechste Schrägfläche 91g.
Wie in 8 gezeigt, erstreckt sich, zwischen dem vorderen Endabschnitt des Vorsprungsabschnitts 91 und der Vorderseite 2c des Zylinderkopfs 2, der Lüftungskanal (Lüftungseinheit) R zum Abgeben der Luft in den unteren Auslasswassermantel 90 nach außen in der Vorne-Hinten-Richtung. Der Lüftungskanal R steht mit dem oberen Abschnitt (oberen Halbabschnitt) in der Zylinderachsrichtung des Vorsprungsabschnitts 91 in Verbindung und öffnet sich zur Vorderseite 2c des Zylinderkopfs 2. Die in den Lüftungskanal R eingeführte Luft wird durch ein nicht dargestelltes Rohr zu einem Ausdehntank (Reservetank) oder dergleichen abgegeben. In der vorliegenden Ausführung sind, wie in 7 gezeigt, zwei Lüftungskanäle R mit vorbestimmten Abstand in der Links-Rechts-Richtung voneinander vorgesehen. Die Lüftungskanäle R an den linken und rechten Seiten sind am in der Zylinderachsrichtung höchsten Abschnitt (Position) des Vorsprungsabschnitts 91 vorgesehen. Das heißt, der Lüftungskanal R an der linken Seite ist am höchsten Abschnitt des Vorsprungsabschnitts 91 an der linken Seite vorgesehen, das heißt, dem Grenzabschnitt in der zweiten Schrägfläche 91b und der dritten Schrägfläche 91c. Ferner ist der Lüftungskanal R an der rechten Seite am höchsten Abschnitt des Vorsprungsabschnitts 91 an der rechten Seite vorgesehen, das heißt, dem Grenzabschnitt der fünften Schrägfläche 91f und der sechsten Schrägfläche 91g. Da die im Kühlmittel enthaltene Luft dazu neigt, im höchsten Abschnitt des Vorsprungsabschnitts 91 stehen zu bleiben, ist es möglich, die Luft in dem unteren Auslasswassermantel 90 durch das Vorsehen der Lüftungskanäle R an diesen Abschnitten geeignet zur Außenseite abzugeben. Übrigens können die Lüftungskanäle R auch an einer anderen Stelle als dem höchsten Abschnitt des Vorsprungsabschnitts 91 vorgesehen sein.
Übrigens bezeichnen die in 2 gezeigten Bezugszahlen 2f zwei Traglöcher, die durch erste Grundplatten 140 (siehe 4) gebildet sind, welche die Form eines ersten Wassermantelkerns 110 (siehe 4) während des Gießens halten, und die Traglöcher 2f werden anschließend durch Kappen oder dergleichen verschlossen.
9 ist eine Explosionsperspektivansicht zur Darstellung der Kühlmittelströmungen von dem blockseitigen Wassermantel zu dem Einlasswassermantel hin. 10 ist eine Explosionsperspektivansicht zur Darstellung der Kühlmittelströmungen von dem blockseitigen Wassermantel zu dem unteren Auslasswassermantel hin. 11 ist eine Unteransicht, die durch Auflagern des kopfseitigen Wassermantels und des blockseitigen Wassermantels auf eine Dichtung gezeichnet ist. Übrigens zeigen die 9 und 10 zur einfacheren Beschreibung andere Abschnitte als den Einlassabschnitt des kopfseitigen Wassermantels 40 mit gestrichelten Linien (Zwei-Punkt-Kettenlinien). In 11 ist die Dichtung 3 mit Punkten schraffiert, und ein Öffnungsabschnitt des blockseitigen Wassermantels 10 ist mit gestrichelten Linien (dick gestrichelten Linien) gezeichnet.
Wie in den 9, 10 und 11 gezeigt, ist der blockseitige Wassermantel 10 so ausgebildet, dass er die vier Zylinder 1a insgesamt umgibt. Der blockseitige Wassermantel 10 hat vor dem äußerst rechten Zylinder 1a einen Einführabschnitt 11 des Kühlmittels. Der Einführabschnitt 11 ist breiter als andere Öffnungsabschnitte des blockseitigen Wassermantels. In den Einführabschnitt 11 ist ein Trennelement 11a eingesetzt, um die Strömungsrichtung des Kühlmittels zu begrenzen. In der vorliegenden Ausführung ist ein Kühlmittelrohr P mit der linken Seite des Brennelements 11a des Einführabschnitts 11 verbunden. Ferner hat der blockseitige Wassermantel 10 Verengungsabschnitte 12 an Stellen entsprechend Abschnitten zwischen den Zylindern 1 (Zylinderachsen). Ferner sind Zwischenachsschlitze 13 in Form einer vertieften Nut, welche eine Verbindung der verengten Abschnitte 12 an den Vorder- und Rückseiten erlauben, zwischen den Zylinderachsen ausgebildet.
Wie in den 9, 10 und 11 (hauptsächlich 11) gezeigt, ist die Dichtung 3 ein metallisches plattenartiges Element, das die Verbindungsabschnitte des Zylinderblocks 1 und des Zylinderblocks 2 abdichtet. Die Dichtung 3 hat vier Zylinderöffnungsabschnitte 31 entsprechend den vier Zylindern 1a des Zylinderblocks 1. Ferner hat die Dichtung 3 einlassseitige Durchgangslöcher 32, Zwischenachsdurchgangslöcher 33, brennkammerseitige Durchgangslöcher 34, auslassseitige Durchgangslöcher 35 und ein zusätzliches Durchgangsloch 36. Die einlassseitigen Durchgangslöcher 32 und die Zwischenachsdurchgangslöcher 33 sind jeweils an Positionen entsprechend den einlassseitigen Einlassabschnitten 51 und den Zwischenachseinlassabschnitten 53 des Einlasswassermantels 50 ausgebildet. Die brennkammerseitigen Durchgangslöcher 34 sind an Positionen entsprechend den brennkammerseitigen Einlassabschnitten 61 des Brennkammerwassermantels 60 ausgebildet. Die auslassseitigen Durchgangslöcher 35 und das zusätzliche Durchgangsloch 36 sind jeweils an Positionen entsprechend den auslassseitigen Einlassabschnitten 94 und dem zusätzlichen Einlassabschnitt 95 des unteren Auslasswassermantels 90 ausgebildet. Die einlassseitigen Durchgangslöcher 32, die Zwischenachsdurchgangslöcher 33, die brennkammerseitigen Durchgangslöcher 34, die auslassseitigen Durchgangslöcher 35 und das zusätzliche Durchgangsloch 36 sind alle an Positionen entsprechend den Öffnungsabschnitten des blockseitigen Wassermantels 10 ausgebildet. Unter den einlassseitigen Durchgangslöchern 32 und den auslassseitigen Durchgangslöchern 35 sind Löcher an der rechten Seite (Löcher, die von den Auslassöffnungabschnitten 63, 83, 93 weiter entfernt sind) mit einigen Ausnahmen allgemein mit größeren Durchmessern ausgebildet als die Löcher an der linken Seite. Insbesondere sind die brennkammerseitigen Durchgangslöcher 34 mit größeren Durchmessern ausgebildet als die anderen Durchgangslöcher 32, 33, 35, 36. Dies erleichtert die vertikale Strömungsbildung, wie später beschrieben wird.
Als nächstes werden die Kühlmittelströmungen in dem blockseitigen Wassermantel 10 und dem kopfseitigen Wassermantel 10 in Bezug auf die 9 bis 13 beschrieben. 12 ist eine Unteransicht zur Erläuterung der Kühlmittelströmungen in dem Einlasswassermantel, dem Brennkammerwassermantel und dem oberen Auslasswassermantel. 13 ist eine Unteransicht zur Darstellung der Kühlmittelströmungen in dem unteren Auslasswassermantel.
Wie in den 9 und 10 gezeigt, fließt das Kühlwasser (Pfeil Y1), das von dem Kühlmittelrohr P in den Einführabschnitt 11 hineinfließt, vor den Zylindern 1a entlang dem blockseitigen Wassermantel 10 nach links (Pfeil Y2), kehrt am linken Endabschnitt um (Pfeil Y3), fließt hinter den Zylindern 1a entlang dem blockseitigen Wassermantel 10 nach rechts (Pfeil Y4) und kommt am rechten Endabschnitt an (Pfeil Y5). Ferner fließt das Kühlmittel durch die Zwischenachsschlitze 13 von den vorderen verengten Abschnitten 12 zu den hinteren verengten Abschnitten 12 (Pfeile Y6).
Wie in 10 gezeigt, fließt ein Teil des Kühlmittels (Pfeil Y2), das vor den Zylindern 1a entlang dem blockseitigen Wassermantel 10 nach links fließt, durch die auslassseitigen Durchgangslöcher 35 und das zusätzliche Durchgangsloch 36, die in der Dichtung 3 ausgebildet sind, über die auslassseitigen Einlassabschnitte 94 und den zusätzlichen Einlassabschnitt 95 in den unteren Auslasswassermantel 90 (Pfeile Y7). Das heißt, der Kühlmittelfluss ist in der vorliegenden Ausführung ein Fluss des so genannten Auslass-Zuerst-Typs, worin das Kühlmittel in den unteren Auslasswassermantel 90 fließt, bevor es zum Einlasswassermantel 50 fließt. Somit ist es möglich, die Auslassöffnungen 23 und den Auslasskrümmerabschnitt 24 effizient zu kühlen.
Wie in 9 gezeigt, fließt ein Teil des Kühlmittels (Pfeil Y4), das hinter den Zylindern 1a entlang dem blockseitigen Wassermantel 10 nach rechts fließt, durch die in der Dichtung 3 ausgebildeten Einlassdurchgangslöcher 32 über die einlassseitigen Einlassabschnitte 51 in den Einlasswassermantel 50 (Pfeile Y8a). Ferner erreicht das Kühlmittel (Pfeile Y6), das durch die Zwischenachsschlitze 13 fließt, die hinteren verengten Abschnitte 12 und fließt durch die Zwischenachsdurchgangslöcher 33, die in der Dichtung 3 ausgebildet sind, in den Einlasswassermantel 50 über die Zwischenachseinlassabschnitte 53 (Pfeile Y8b). Ferner fließt das Kühlmittel (Pfeil Y5), das den rechten Endabschnitt des blockseitigen Wassermantels 10 erreicht, durch die brennkammerseitigen Durchgangslöcher 34, die in der Dichtung 3 ausgebildet sind, über die brennkammerseitigen Einlassabschnitte 61 in den rechten Endabschnitt des Brennkammerwassermantels 60 (Pfeile Y9).
Wie in 12 gezeigt, fließt das Kühlmittel, das in den rechten Endabschnitt des Brennkammerwassermantels 60 über den brennkammerseitigen Einlassabschnitt 61 fließt, von rechts nach links zu den Auslassöffnungsabschnitten 63 an dem linken Endabschnitt des Brennkammerwassermantels 60 (Pfeil Y10). Dieser Fluss (Pfeil Y10) ist eine Strömung (so genannte Vertikalströmung) entlang einer Anordnungsrichtung Lb (siehe 9 und 10) der Zylinder 1a (das heißt, im Brennkammeroberabschnitt 21) in dem Brennkammerwassermantel 60. Ferner fließt das Kühlmittel, das über die einlassseitigen Einlassabschnitte 51 und die Zwischenachseinlassabschnitte 53 in den Einlasswassermantel 50 fließt, in den Brennkammerwassermantel 60 durch die Verbindungsabschnitte 52 (Pfeile Y11) und mündet in den oben beschriebenen Vertikalfluss. Das Kühlmittel (Pfeil Y10), das von rechts nach links in den Brennkammerwassermantel 60 fließt, fließt durch den Auslassöffnungsabschnitt 63 aus dem Zylinderkopf 2 hinaus.
Ein Teil des Kühlmittels, das in den Brennkammerwassermantel 60 fließt, fließt in den oberen Auslasswassermantel 80 durch die Verbindungsabschnitte 62. Die Strömungen (Pfeile Y12) von den jeweiligen Verbindungsabschnitten 62 münden an der vorderen Endseite des oberen Auslasswassermantels 10 zusammen und werden zu einer Strömung (so genannten Vertikalströmung) entlang der Anordnungsrichtung Lb (siehe 9 und 10) der Zylinder 1a (das heißt, dem Brennkammeroberabschnitt 21) (Pfeil Y13). Übrigens ist der rechte vordere Abschnitt 80a des oberen Auslasswassermantels 80 so geneigt, dass er an der Vorderseite angeordnet ist, wenn er sich dem Auslassöffnungsabschnitt 83 annähert. Daher wird das Kühlmittel, das von den Verbindungsabschnitten 62 an der Rechten nach vorne fließt, durch den rechten vorderen Abschnitt 80a des oberen Auslasswassermantels geführt und fließt auf leichte Weise zu dem Auslassöffnungsabschnitt 83. Das Kühlmittel, das von rechts nach links in dem oberen Auslasswassermantel 80 fließt, fließt durch den Auslassöffnungsabschnitt 83 aus dem Zylinderkopf 2 hinaus.
Wie in 13 gezeigt, fließt das Kühlmittel (Pfeile Y14), das zu dem unteren Auslasswassermantel 90 über die auslassseitigen Einlassabschnitte 94 fließt, nach vorne zur Vereinigung an der vorderen Endseite des unteren Auslasswassermantels 90 und wird zu einer Strömung (so genannten Vertikalströmung) entlang der Anordnungsrichtung Lb (siehe 9 und 10) der Zylinder 1a (das heißt, Brennkammeroberabschnitt 21) (Pfeil Y15). Übrigens ist der rechte vordere Abschnitt 90a des unteren Auslasswassermantels 90 geneigt, so dass er an der Vorderseite angeordnet ist, wenn er sich dem Auslassöffnungsabschnitt 93 annähert. Daher wird das Kühlmittel, das von den auslassseitigen Einlassabschnitten 94 an der Rechten und dem zusätzlichen Einlassabschnitt 95 nach vorne fließt, durch den rechten vorderen Abschnitt 90a des unteren Auslasswassermantels 90 geführt und fließt auf leichte Weise zu dem Auslassöffnungsabschnitt 93. Ferner sind die Lüftungskanäle R so vorgesehen, dass sie sich in der Vorne-Hinten-Richtung zwischen der Vorderseite 2c des Zylinderkopfs 2 und den vorderen Endabschnitten der Vorsprungsabschnitte 91 erstrecken. Daher wird die Luft, die in dem im unteren Auslasswassermantel 90 fließenden Kühlmittel enthalten ist, durch die Lüftungskanäle R nach außen abgegeben, wenn die Luft in den Vorsprungsabschnitten 91 fließt. Das Kühlmittel (Pfeil Y15), das von rechts nach links in dem unteren Auslasswassermantel 90 fließt, fließt durch den Auslassöffnungsabschnitt 93 aus dem Zylinderkopf 2 hinaus.
Als nächstes werden eine Gießformvorrichtung 200 und ein Kern 100 in Bezug auf die 4 und 14 beschrieben. 14 ist eine partiell vergrößerte Querschnittsansicht einer Gießformvorrichtung an einer der 8 entsprechenden Stelle.
Wie in 14 gezeigt, ist die Gießformvorrichtung 200 eine Vorrichtung zum Gießen des Zylinderkopfs 2 und enthält eine Oberform 210, die in der Auf-Ab-Richtung beweglich vorgesehen ist, eine Unterform 220, die vom festen Typ ist, und vier Seitenformen 230 (in 14 ist nur eine Form gezeigt), die in der horizontalen Richtung beweglich sind. Diese Formen werden zur Bildung eines Hohlraums 240 geklemmt.
Die Unterform 220 ist mit einem nicht dargestellten Einlauf versehen, um Metallschmelze von unten in den Hohlraum 240 zu füllen. Die Seitenform 230 hat eine Innenwand 230a, die mit einem Haltevertiefungsabschnitt 230b zum Halten einer zweiten Grundplatte 150 oder dergleichen versehen ist, welche später beschrieben wird (in 14 ist nur der Haltevertiefungsabschnitt 230b zum Halten der zweiten Grundplatte 150 gezeigt). Die Oberform 210 und die Seitenform 230 sind mit nicht dargestellten Auslasslöchern versehen, die erlauben, dass die Innenseite und Außenseite der Formen miteinander in Verbindung stehen. Die Auslasslöcher haben eine Funktion, Gase, die durch die Metallschmelze in Kontakt mit dem Kern 100 erzeugt werden, und die Luft, die vor dem Hineingießen der Metallschmelze in dem Hohlraum 240 vorhanden ist, zur Außenseite der Formen abzugeben. Übrigens sind die Auslasslöcher oberhalb des Kerns 100 vorgesehen.
Der Kern 100 ist eine Sandform zur Formung des Auslasskrümmerabschnitts 24 und des kopfseitigen Wassermantels 40. Der Kern 100 ist hauptsächlich aus Gusssand hergestellt und wird gebildet, indem er mit einem Bindemittel gemischt wird, das hauptsächlich aus Harz zusammengesetzt ist. Wie in den 4 und 14 gezeigt, ist der Kern 100 gebildet durch einen zweiten Wassermantelkern 120, einen Auslasskern 130 und den ersten Wassermantelkern 110, die in dieser Reihenfolge von unten her in dem Hohlraum 240 der Gießformvorrichtung 200 angeordnet sind. Das heißt, da die Anordnung des Kerns 100 fertiggestellt wird, indem nur drei Kerne in der Reihenfolge von unten her aufeinander gestapelt werden, lässt sich verhindern, dass die Anordnungsarbeit des Kerns 100 kompliziert wird.
Wie in 4 gezeigt, dient der erste Wassermantelkern 110 zur Formung des Einlasswassermantels 50, des Brennkammerwassermantels 60 und des oberen Auslasswassermantels 80. Wie in 4 gezeigt, hat der erste Wassermantelkern 110 einen Endabschnitt, der einstückig mit den ersten Grundplatten 140 ausgebildet ist. Die erste Grundplatte 140 hat einen Haltegrundplattenabschnitt 140a zum Anbringen in dem Haltevertiefungsabschnitt 230b, und einen Kupplungsgrundplattenabschnitt 140b zum Koppeln des Haltegrundplattenabschnitts 140a und des ersten Wassermantelkerns 110. In diesem Fall wird, durch Anbringen des Haltegrundplattenabschnitts 140a in dem Haltevertiefungsabschnitt 230b, der erste Wassermantelkern 110 an einer vorbestimmten Position in dem Hohlraum 240 in Position gehalten. Übrigens sind die Traglöcher 2f durch die Kupplungsgrundplattenabschnitte 140b gebildet (siehe 2 und 4).
Wie in 4 gezeigt, dient der zweite Wassermantelkern (unterer Kern) 120 zur Bildung des unteren Auslasswassermantels 90. Wie in den 4 und 14 gezeigt, hat der zweite Wassermantelkern 120 einen Endabschnitt, der einstückig mit Vorsprungsabschnittkernabschnitten 120a zur Formung der Vorsprungsabschnitte 91 ausgebildet ist. Der Vorsprungsabschnittkernabschnitt 120a hat einen Endabschnitt, der einstückig mit der zweiten Grundplatte (unteren Kernhalteeinheit) 150 ausgebildet ist. Die zweite Grundplatte 150 hat einen Haltegrundplattenabschnitt 150a und einen Kupplungsgrundplattenabschnitt 150b zum Kuppeln des Haltegrundplattenabschnitts 150a und des Vorsprungsabschnittkernabschnitts 120a. In diesem Fall wird, durch das Anbringen des Haltegrundplattenabschnitts 150a in dem Haltevertiefungsabschnitt 230b, der zweite Wassermantelkern 120 an einer vorbestimmten Position in dem Hohlraum 240 in Position gehalten. Der Kupplungsgrundplattenabschnitt 150b ist ein Abschnitt zur Formung des Lüftungskanals R. In der vorliegenden Ausführung sind, wie in 4 gezeigt, die in dem ersten Wassermantelkern 110 gebildeten ersten Grundplatten 140 und die zweiten Grundplatten 150 in dem zweiten Wassermantelkern 120 in der Links-Rechts-Richtung an voneinander unterschiedlichen Positionen vorgesehen.
Wie in 4 gezeigt, dient der Auslasskern 130 zur Formung des Auslasskrümmerabschnitts 24. Der Auslasskern 130 hat einen vorderen Endabschnitt, der einstückig mit einer nicht dargestellten Grundplatte ausgebildet ist. In diesem Fall wird, durch das Anbringen der Grundplatte in dem Haltevertiefungsabschnitt 230b der Seitenform 230, der Auslasskern 130 an einer vorbestimmten Position in dem Hohlraum 240 in Position gehalten.
In diesem Zustand wird, nachdem die Metallschmelze von dem nicht dargestellten Einlauf der Unterform 220 von unten her in den Hohlraum 240 gefüllt worden ist und zur Verfestigung abgekühlt ist, der Zylinderkopf 2 gebildet, indem die Gießformvorrichtung 200 geöffnet und der Kern 100 entfernt (zerstört) wird. Ferner werden der Einlasswassermantel 50, der Brennkammerwassermantel 60 und der obere Auslasswassermantel 80 durch den ersten Wassermantelkern 110 geformt. Ferner wird der untere Auslasswassermantel 90 durch den zweiten Wassermantelkern 120 geformt, und wird der Auslasskrümmerabschnitt 24 durch den Auslasskern 130 geformt. Ferner wird der Lüftungskanal R durch den Kupplungsgrundplattenabschnitt 150b geformt.
Wie oben beschrieben, ist in der Wassermantelstruktur für den Zylinderkopf gemäß der vorliegenden Ausführung der Lüftungskanal R, durch den die Luft zur Außenseite des unteren Auslasswassermantels 90 abgegeben wird, in dem oberen Abschnitt des Vorsprungsabschnitts 91 des unteren Auslasswassermantels 90 vorgesehen. Daher wird die Luft in dem unteren Auslasswassermantel 90 durch den Lüftungskanal R zur Außenseite angegeben, wenn die Luft in den Vorsprungsabschnitt 91 fließt. Somit ist es möglich, die Luft zu verringern, die in dem unteren Auslasswassermantel 90 steht, um hierdurch die Kühlwirkung des Auslasskrümmerabschnitts 24 zu verbessern. Da insbesondere der Lüftungskanal R gemäß der vorliegenden Ausführung am höchsten Abschnitt des Vorsprungsabschnitts 91 vorgesehen ist, wo die Luft zum Stehenbleiben neigt, ist es möglich, die Luft im unteren Auslasswassermantel 90 geeignet nach außen abzuführen.
Darüber hinaus wird, während des Gießens des Zylinderkopfs 2, der Lüftungskanal R integral mit dem zweiten Wassermantelkern 120 zur Formung des unteren Auslasswassermantels 90 geformt, und wird durch den Kupplungsgrundplattenabschnitt 150b der zweiten Grundplatte 150 zum Halten des zweiten Wassermantelkerns 120 an einer vorbestimmten Position der Form geformt. Daher ist es möglich, den Lüftungskanal R durch Nutzung der zweiten Grundplatte 150 zu formen, die während des Gießens des Zylinderkopfs 2 erforderlich ist. Somit wird die Formungsarbeit des Lüftungskanals R erleichtert, weil es nicht notwendig ist, den Lüftungskanal R separat durch spanende Bearbeitung oder dergleichen zu formen.
Ferner bilden der obere Auslasswassermantel 80 und der untere Auslasswassermantel 90 die Strömungskanäle, die im Zylinderkopf 2 voneinander unabhängig sind. Daher ist es nicht notwendig, Kühlwasser in den Zylinderkopf 2 zwangsweise umzulenken und abzuzweigen, und es ist möglich, eine Verringerung der Strömungsrate und das Auftreten einer Standstelle (stehenden Teils) des Kühlmittels zu unterdrücken, indem die Kühlmittelströmungen voneinander getrennt werden. Da ferner die Strömungsratenreduktion und das Auftreten der Standstelle (stehender Teil) des Kühlmittels vermieden werden, ist es möglich, die Strömungsrate des Kühlmittels zu erhöhen, welche in den Auslasswassermantel 70 fließt, um hierdurch den Auslasskrümmerabschnitt 24 mit einer geringen Kühlmittelmenge effizient zu kühlen. Ferner wird die Formungsarbeit des Auslasswassermantels 70 erleichtert, weil es nicht notwendig ist, einen Verbindungskanal zu bilden, durch den die ober- und unteren Auslasswassermäntel 80, 90 miteinander in Verbindung stehen. Wenn die ober- und unteren Auslasswassermäntel 80, 90 voneinander unabhängige Kanäle bilden, ist es nicht möglich, die Luft im unteren Auslasswassermantel 90 zum oberen Auslasswassermantel 80 zu leiten, was die nachteilige Wirkung hat, dass diese Luft dazu neigt, im unteren Auslasswassermantel 90 stehen zu bleiben. Jedoch ist es in der vorliegenden Ausführung durch den Lüftungskanal R möglich, die stehende Luft zu reduzieren, um hierdurch den obigen nachteiligen Effekt zu beseitigen.
Die Wassermantelstruktur für den Zylinderkopf gemäß der vorliegenden Ausführung ist in Bezug auf die Zeichnungen im Detail beschrieben worden, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Ausführungen beschränkt und kann nach Bedarf modifiziert werden, ohne vom Geist der Erfindung abzuweichen.
Zum Beispiel ist in der vorliegenden Ausführung der Brennkammerwassermantel 60 so konfiguriert, dass er mit dem oberen Auslasswassermantel 80 in Verbindung steht, aber die vorliegende Erfindung ist darauf nicht beschränkt. Solange der obere Auslasswassermantel 80 und der untere Auslasswassermantel 90 die voneinander unabhängigen Strömungskanäle sind, kann der Brennkammerwassermantel 60 so konfiguriert werden, dass er mit dem unteren Auslasswassermantel 90 in Verbindung steht. Wenn der Brennkammerwassermantel 60 so konfiguriert ist, dass er mit dem oberen Auslasswassermantel 80 in Verbindung steht, ist es möglich, die Breite in der Oben-Unten-Richtung des Verbindungsabschnitts zu vergrößern, wodurch die Steifigkeit des in 4 gezeigten ersten Wassermantelkerns 110 erhöht wird.
Ferner sind in der vorliegenden Ausführung der obere Auslasswassermantel 80 und der untere Auslasswassermantel 90 jeweils mit den Vorsprungsabschnitten 81, 91 versehen, aber die vorliegende Erfindung ist darauf nicht beschränkt, und es kann auch nur einer des oberen Auslasswassermantels 80 und des unteren Auslasswassermantels 90 mit den Vorsprungsabschnitten versehen werden. Auch bei einer solchen Konfiguration ist es möglich, den stromabwärtigen Abschnitt 24d des Auslasskrümmerabschnitts 24 zu kühlen, während der obere Auslasswassermantel 80 von dem unteren Auslasswassermantel 90 getrennt ist.
Ferner ist in der vorliegenden Ausführung der Öffnungsabschnitt 24a des Auslasskrümmerabschnitts 24 im Wesentlichen in der Mitte in der Links-Rechts-Richtung des Zylinderkopfs 2 ausgebildet, aber der Öffnungsabschnitt 24a des Auslasskrümmerabschnitts 24 kann auch an einer Position links oder rechts von der Mitte aus gebildet werden.
In den obigen Ausführungen ist als Beispiel der Verbrennungsmotor E vom Reihen-Vier-Zylinder-Typ beschrieben worden, aber die vorliegende Erfindung ist darauf nicht beschränkt, und ist auch auf einen Verbrennungsmotor E mit einer anderen Zylinderzahl anwendbar, wie etwa zwei Zylinder, drei Zylinder. Die vorliegende Erfindung ist auch auf einen Verbrennungsmotor E in V-Bauart anwendbar, und dergleichen. Ferner ist die vorliegende Erfindung nicht auf den Verbrennungsmotor E eines Automobils beschränkt, sondern ist auch auf einen Verbrennungsmotor E eines Schiffs, einer Mehrzweckmaschine oder dergleichen anwendbar.
Als nächstes wird die Wassermantelstruktur für den Zylinderkopf gemäß einem modifizierten Beispiel der vorliegenden Erfindung in Bezug auf die 15 und 16 beschrieben. 15 ist eine partiell vergrößerte Querschnittsansicht eines Verbrennungsmotors mit einer Wassermantelstruktur für einen Zylinderkopf gemäß dem modifizierten Beispiel, und 16 ist eine partiell vergrößerte Querschnittsansicht einer Gießformvorrichtung an einer der 15 entsprechenden Stelle. Übrigens sind Elemente, die mit den obigen Ausführungen gemeinsam sind, mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet, und die verdoppelte Beschreibung wird weggelassen.
Wie in 15 gezeigt, unterscheidet sich die Wassermantelstruktur für den Zylinderkopf gemäß dem modifizierten Beispiel von den oben beschriebenen Ausführungen darin, dass der vordere Endabschnitt des oberen Auslasswassermantels 80 mit dem vorderen Endabschnitt des Vorsprungsabschnitts 91 in Verbindung steht, um den Lüftungskanal R vorzusehen. Ferner unterscheidet sich, wie in 16 gezeigt, die Wassermantelstruktur für den Zylinderkopf gemäß dem modifizierten Beispiel von den oben beschriebenen Ausführungen darin, dass der Lüftungskanal R durch die erste Grundplatte 140 gebildet ist, die einstückig mit dem ersten Wassermantelkern 110 gebildet ist, und die zweite Grundplatte 150, die einstückig mit dem zweiten Wassermantelkern 120 ausgebildet ist.
Wie in 16 gezeigt, ist im modifizierten Beispiel der Haltevertiefungsabschnitt 230b zum einstückigen Halten der ersten Grundplatte 140 und der zweiten Grundplatte 150 an der Innenwand 230a der Seitenform 230 vorgesehen.
In dem vorliegenden modifizierten Beispiel sind die erste Grundplatte 140 und die zweite Grundplatte 150 so vorgesehen, dass sie in der Oben-Unten-Richtung zu stapeln sind. In diesem Fall sind die Haltegrundplattenabschnitte 140a, 150a in dem Haltevertiefungsabschnitt 230b angebracht, so dass der erste Wassermantelkern 110 und der zweite Wassermantelkern 120 einstückig gehalten werden, so dass sie an einer vorbestimmten Position in dem Hohlraum 240 positioniert werden. Die Kupplungsgrundplattenabschnitte 140b, 150b sind Abschnitte zur Formung des Lüftungskanals R.
Im vorliegenden modifizierten Beispiel stellt der erste Wassermantelkern 110 einen oberen Kern in den Ansprüchen dar, und der zweite Wassermantelkern 120 stellt einen unteren Kern in den Ansprüchen dar. Ferner stellt die erste Grundplatte 140 eine obere Kernhalteeinheit in den Ansprüchen dar, und die zweite Grundplatte 150 stellt eine untere Kernhalteeinheit in den Ansprüchen dar.
In diesem Zustand wird, nachdem die Metallschmelze von unten her in den Hohlraum 240 von dem nicht dargestellten Einlauf der Unterform 220 eingefüllt ist und zur Verfestigung abgekühlt ist, der Zylinderkopf 2 gebildet, indem die Gießformvorrichtung 200 geöffnet und der Kern 100 entfernt (zerstört) wird. Ferner werden der Einlasswassermantel 50, der Brennkammerwassermantel 60 und der obere Auslasswassermantel 80 durch den ersten Wassermantelkern 110 geformt. Der untere Auslasswassermantel 90 wird durch den zweiten Wassermantelkern 120 geformt, und der Auslasskrümmerabschnitt 24 wird durch den Auslasskern 130 geformt. Ferner wird der einzelne Lüftungskanal R durch die Kupplungsgrundplattenabschnitte 140b, 150b geformt. Übrigens wird, wie in 15 gezeigt, der Öffnungsabschnitt des Lüftungskanals R an der Vorderseite 2c des Zylinderkopfs 2 anschließend mit einer Kappe C verschlossen.
Da gemäß dem vorliegenden modifizierten Beispiel der Vorsprungsabschnitt 81 des oberen Auslasswassermantels 80 mit dem Vorsprungsabschnitt 91 des unteren Auslasswassermantels 90 in Verbindung steht, um den Lüftungskanal R vorzusehen, wird die Luft in dem unteren Auslasswassermantel 90 durch den Lüftungskanal R zum Vorsprungsabschnitt 81 des oberen Auslasswassermantels 80 abgegeben, wenn die Luft in den Vorsprungsabschnitt 91 fließt. Somit wird es möglich, die Luft zu reduzieren, die in dem unteren Auslasswassermantel 90 steht, um hierdurch die Kühlwirkung des Auslasskrümmerabschnitts 24 zu verbessern.
Darüber hinaus wird, während des Gießens des Zylinderkopfs 2, der Lüftungskanal R integral mit dem ersten Wassermantelkern 110 zur Bildung des oberen Auslasswassermantels 80 geformt, und wird durch den Kupplungsgrundplattenabschnitt 140b der ersten Grundplatte 140 zum Halten des ersten Wassermantelkerns 110 an einer vorbestimmten Position der Form und den Kupplungsgrundplattenabschnitt 150b der zweiten Grundplatte 150, die auf der ersten Grundplatte 140 aufliegt, gebildet. Daher ist es möglich, den Lüftungskanal R durch Nutzung der zweiten Grundplatte 150 und der ersten Grundplatte 140 zu formen. Somit wird die Formungsarbeit des Lüftungskanals R erleichtert, weil es nicht notwendig ist, den Lüftungskanal R separat durch spanende Bearbeitung oder dergleichen zu formen.
Bezugszeichenliste

1: Zylinderblock
1a: Zylinder
2: Zylinderkopf
21: Brennkammeroberabschnitt
22: Einlassöffnung
23: Auslassöffnung
24: Auslasskrümmerabschnitt
24d: Stromabwärtiger Abschnitt
3: Dichtung
10: Blockseitiger Wassermantel
40: Kopfseitiger Wassermantel
50: Einlasswassermantel
60: Brennkammerwassermantel
70: Auslasswassermantel
80: Oberer Auslasswassermantel
81: Vorsprungsabschnitt
90: Unterer Auslasswassermantel
91: Vorsprungsabschnitt
R: Lüftungskanal (Lüftungseinheit)
E: Verbrennungsmotor
Lc: Zylinderachse
110: Erster Wassermantelkern (oberer Kern)
120: Zweiter Wassermantelkern (unterer Kern)
140: Erste Grundplatte (obere Kernhalteeinheit)
140a: Haltegrundplattenabschnitt
140b: Kupplungsgrundplattenabschnitt
150: Zweite Grundplatte (untere Kernhalteeinheit)
150a: Haltegrundplattenabschnitt
150b: Kupplungsgrundplattenabschnitt
200: Gießformvorrichtung
210: Oberform
220: Unterform
230: Seitenform

Der Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, eine Wassermantelstruktur für einen Zylinderkopf anzugeben, die in der Lage ist, Luft zu verringern, die in einem unteren Auslasswassermantel steht. Die Wassermantelstruktur für den Zylinderkopf enthält eine Mehrzahl von Brennkammeroberabschnitten 21, eine Mehrzahl von Auslassöffnungen 23, einen Auslasskrümmerabschnitt 24 zum Vereinigen der Mehrzahl von Auslassöffnungen 23, einen oberen Auslasswassermantel 80, der an der Oberseite des Auslasskrümmerabschnitts 24 angeordnet ist, und einen unteren Auslasswassermantel 90, der an der Unterseite des Auslasskrümmerabschnitts 24 angeordnet ist. Der untere Auslasswassermantel 90 hat einen Vorsprungsabschnitt 91. Ein Lüftungskanal R zum Abgeben von Luft zur Außenseite des unteren Auslasswassermantels 90 ist an einem oberen Abschnitt in Zylinderachsrichtung des Vorsprungsabschnitts 91 vorgesehen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 4329774 [0004]

Claims

Wassermantelstruktur für einen Zylinderkopf, umfassend: eine Mehrzahl von Brennkammeroberabschnitten, die an einer Unterseite des Zylinderkopfs ausgebildet sind; eine Mehrzahl von Auslassöffnungen, die jeweils mit der Mehrzahl von Brennkammeroberabschnitten in Verbindung stehen; einen Auslasskrümmerabschnitt zum Vereinigen der Mehrzahl von Auslassöffnungen im Zylinderkopf; einen oberen Auslasswassermantel, der in Zylinderachsrichtung an der Oberseite des Auslasskrümmerabschnitts angeordnet ist und den Auslasskrümmerabschnitt kühlt; und einen unteren Auslasswassermantel, der in der Zylinderachsrichtung an der Unterseite des Auslasskrümmerabschnitts angeordnet ist und den Auslasskrümmerabschnitt kühlt, worin der untere Auslasswassermantel einen Vorsprungsabschnitt aufweist, der zum oberen Auslasswassermantel hin vorsteht und so angeordnet ist, dass er zu einem stromabwärtigen Abschnitt des Auslasskrümmerabschnitts weist, und eine Lüftungseinheit zum Abgeben von Luft zur Außenseite des unteren Auslasswassermantels an einem in der Zylinderachsrichtung oberen Abschnitt des Vorsprungsabschnitts vorgesehen ist.
Die Wassermantelstruktur für den Zylinderkopf nach Anspruch 1, worin die Lüftungseinheit integral mit einem unteren Kern zur Formung des unteren Auslasswassermantels geformt ist, und durch eine untere Kernhalteeinheit zum Halten des unteren Kerns an einer vorbestimmten Position einer Form während des Gießens des Zylinderkopfs geformt ist.
Die Wassermantelstruktur für den Zylinderkopf nach Anspruch 1 oder 2, worin der obere Auslasswassermantel und der untere Auslasswassermantel Strömungskanäle bilden, die im Zylinderkopf voneinander unabhängig sind.
Die Wassermantelstruktur für den Zylinderkopf nach Anspruch 2, worin die Lüftungseinheit integral mit einem oberen Kern zur Formung des oberen Wassermantels geformt ist, und durch eine obere Kernhalteeinheit zum Halten des oberen Kerns an einer vorbestimmten Position der Form und die untere Kernhalteeinheit, die während des Gießens des Zylinderkopfs auf der oberen Kernhalteeinheit aufliegt, geformt ist.