DE112015007043T5

DE112015007043T5 - Zylinderkopf-wassermantelstruktur

Info

Publication number: DE112015007043T5
Application number: DE112015007043.5T
Authority: DE
Inventors: John Van Gerven; Rüdiger Beykirch; Masaru Asari
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2015-10-23
Filing date: 2015-10-23
Publication date: 2018-07-26
Also published as: CN108138690A; JP6449477B2; JPWO2017068730A1; CN108138690B; WO2017068730A1

Abstract

Eine Mehrzahl von Verbindungsabschnitten (13g, 13h), die einen unteren Wassermantel (15) mit einem oberen Wassermantel (16) verbinden, die im Inneren eines Zylinderkopfs (13) ausgebildet sind, sind an einer stromabwärtigen Seite in Strömungsrichtung von Kühlwasser in Bezug auf eine Abgasanordnung (28) vorhanden, und ein Volumenerweiterungsabschnitt (15b) ist in der Nähe des Verbindungsabschnitts (13g), der der Abgasanordnung (28) am nächsten ist, vorgesehen, und indem daher die Stagnation von Kühlwasser in der Nähe des Verbindungsabschnitts (13g) durch den Volumenerweiterungsabschnitt (15b) beseitigt wird und indem verhindert wird, dass die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlwassers, das durch den Strömungsweg an der stromaufwärtigen Seite in Bezug auf den Verbindungsabschnitt (13g) fließt, verringert wird, ist es möglich, die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlwassers, das durch jedes Teil des unteren Wassermantels (15) fließt, gleichmäßig zu machen, um hierdurch die Kühlleistung zu verbessern. Insbesondere ist in der Nähe der Abgasanordnung (28) der Strömungsweg für das Kühlwasser verengt und ist die Kühlleistung verschlechtert, aber weil sich der Volumenerweiterungsabschnitt (15b) an der stromabwärtigen Seite in Bezug auf die Abgasanordnung (28) befindet, wird es möglich, dass das Kühlwasser glattgängig durch die Nachbarschaft der Abgasanordnung (28) hindurchtritt, um hierdurch die Kühlleistung zu verbessern.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zylinderkopf-Wassermantelstruktur, worin, im Inneren eines Zylinderkopfs, ein unterer Wassermantel und ein oberer Wassermantel, mit einer dazwischen eingefügten Abgasanordnung, ausgebildet sind, wobei Kühlwasser, das einer Lufteinlassseite des unteren Wassermantels zugeführt worden ist, zur Abgasseite fließt, dann durch eine Mehrzahl von Verbindungsabschnitten von der Abgasseite des unteren Wassermantels durch ein Verbindungsloch hindurchtritt, und dem oberen Wassermantel zugeführt wird.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Eine Zylinderkopf-Wassermantelstruktur, in der im Inneren eines Zylinderkopfs ein unterer Wassermantel und ein oberer Wassermantel mit einer dazwischen eingefügten Abgasanordnung ausgebildet sind, ist aus dem folgenden Patentdokument 1 bekannt.
VERWANDTE TECHNISCHE DOKUMENTE
PATENTDOKUMENTE
Patentdokument 1: Japanische Patentanmeldungs-Offenlegung Nr. 2014-84736
ABRISS DER ERFINDUNG
VON DER ERFINDUNG ZU LÖSENDE PROBLEME
Wenn Kühlwasser, das durch eine Mehrzahl von Strömungswegen fließt, die im Inneren eines unteren Wassermantels eines Zylinderkopfs ausgebildet sind, vereinigt wird, dann durch eine Mehrzahl von Verbindungsabschnitten hindurchtritt und einem oberen Wassermantel zugeführt wird, besteht, wenn sich die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlwassers in der Mehrzahl von Strömungswegen des unteren Wassermantels verändert, die Möglichkeit, dass es nicht möglich sein wird, eine ausreichende Kühlleistung in einem Bereich zu erlangen, wo die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlwassers verringert ist. Insbesondere stagniert, unter der Mehrzahl von Verbindungsabschnitten, die für eine Verbindung zwischen dem unteren Wassermantel und dem oberen Wassermantel sorgen, die Strömung des Kühlwassers in der Nähe der Verbindungsabschnitte, die an einer Position vorgesehen sind, wo eine große Anzahl von Strömungswegen vereinigt werden, und es ist notwendig, dieses Stagnieren der Kühlwasserströmung zu beseitigen, um hierdurch die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlwassers, das durch jeden Abschnitt des unteren Wassermantels fließt, gleichmäßig zu machen.
Die vorliegende Erfindung ist im Lichte der obigen Umstände erreicht worden, und es ist ihre Aufgabe, eine Struktur anzugeben, in der ein unterer Wassermantel und ein oberer Wassermantel eines Zylinderkopfs über eine Mehrzahl von Verbindungsabschnitten in Verbindung stehen, worin die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlwassers, das durch jeden Abschnitt des unteren Wassermantels fließt, gleichmäßig gemacht wird.
MITTEL ZUR LÖSUNG DER PROBLEME
Um die obige Aufgabe zu lösen, wird gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Zylinderkopf-Wassermantelstruktur angegeben, in der ein unterer Wassermantel und ein oberer Wassermantel im Inneren eines Zylinderkopfs, mit einer dazwischen eingefügten Abgasanordnung, ausgebildet sind, wobei Kühlwasser, das einer Lufteinlassseite des unteren Wassermantels zugeführt worden ist, zu einer Abgasseite fließt, dann von der Abgasseite des unteren Wassermantels durch eine Mehrzahl von Verbindungsabschnitten hindurchtritt und dem oberen Wassermantel zugeführt wird, wobei zumindest zwei Verbindungsabschnitte unter der Mehrzahl von Verbindungsabschnitten sich an einer stromabwärtigen Seite in Strömungsrichtung des Kühlwassers in Bezug auf die Abgasanordnung befinden, und der untere Wassermantel einen Volumenerweiterungsabschnitt in der Nähe des Verbindungsabschnitts aufweist, der, unter den zumindest zwei Verbindungsabschnitten, der Abgasanordnung am nächsten ist.
Ferner ist, gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung, zusätzlich zum ersten Aspekt, an einer stromaufwärtigen Seite in der Strömungsrichtung von Kühlwasser in Bezug auf den Volumenerweiterungsabschnitt an der Abgasseite des unteren Wassermantels ein Lüftungsloch vorgesehen, um Blasen von dem unteren Wassermantel zu dem oberen Wassermantel abzuführen, und ist in einem abgasseitigen Abschnitt des unteren Wassermantels ein Strömungsweg für Kühlwasser ausgebildet, der von einem Abschnitt, wo das Lüftungsloch vorgesehen ist, zu unter die Abgasanordnung steil abfällt, und von unter der Abgasanordnung zu dem Volumenerweiterungsabschnitt steil ansteigt.
EFFEKTE DER ERFINDUNG
Gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung sind der untere Wassermantel und der obere Wassermantel im Inneren des Zylinderkopfs mit der dazwischen angeordneten Abgasanordnung ausgebildet, und Kühlwasser, das von der Lufteinlassseite dem unteren Wassermantel zugeführt worden ist, fließt zur Abgasseite, wird dann von dem unteren Wassermantel durch die Verbindungsabschnitte, und wird dem oberen Wassermantel zugeführt. Da zumindest zwei Verbindungsabschnitte der Mehrzahl von Verbindungsabschnitten sich an der stromabwärtigen Seite der Kühlwasserströmungsrichtung in Bezug auf die Abgasanordnung befinden, sammelt sich eine große Kühlwassermenge von der großen Anzahl von Strömungswegen des unteren Wassermantels in dem Verbindungsabschnitt, der der Abgasanordnung am nächsten ist, und es besteht eine Möglichkeit, dass die Kühlwasserströmung in der Nähe des Verbindungsabschnitts stehenbleibt, und die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlwassers im Strömungsweg an der stromaufwärtigen Seite verringert wird. Da jedoch der untere Wassermantel einen Volumenerweiterungsabschnitt in der Nähe des Verbindungsabschnitts enthält, der, unter den zumindest zwei Verbindungsabschnitten, der Abgasanordnung am nächsten ist, ist es, indem durch den Volumenerweiterungsabschnitt verhindert wird, dass das Kühlwasser in der Nähe des Verbindungsabschnitts stehenbleibt, und indem verhindert wird, dass die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlwassers, das durch den Strömungsweg an der stromaufwärtigen Seite in Bezug auf den Verbindungsabschnitt fließt, absinkt, möglich, die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlwassers, das durch jedes Teil des unteren Wassermantels fließt, gleichmäßig zu machen und daher die Kühlleistung zu verbessern. Insbesondere ist in der Nähe der Abgasanordnung der Strömungsweg für das Kühlwasser verengt, und wird die Kühlleistung verschlechtert, aber da sich der Volumenerweiterungsabschnitt an der stromabwärtigen Seite in Bezug auf die Abgasanordnung befindet, wird es möglich, dass das Kühlwasser glattgängig durch die Nachbarschaft der Abgasanordnung hindurchfließt, um hierdurch die Kühlleistung zu verbessern.
Da ferner gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung das Lüftungsloch zum Abführen von Blasen von dem unteren Wassermantel zu dem oberen Wassermantel an der stromaufwärtigen Seite in der Strömungsrichtung des Kühlwassers in Bezug auf den Volumenerweiterungsabschnitt an der Abgasseite des unteren Wassermantels vorgesehen ist, und der Strömungsweg für Kühlwasser, der von einem Abschnitt, wo das Lüftungsloch vorgesehen ist, nach unter die Abgasanordnung steil abfällt und von unter der Abgasanordnung zu dem Volumenerweiterungsabschnitt steil ansteigt, in dem abgasseitigen Abschnitt des unteren Wassermantels ausgebildet ist, ist es möglich, Blasen, die in dem durch den unteren Wassermantel fließenden Kühlwasser enthalten sind, durch den ansteigenden Abschnitt des Strömungsweg für das Kühlwasser abzublocken und sie in der Nähe des Lüftungslochs zu sammeln, um zu ermöglichen, dass diese von dem unteren Wassermantel zu dem oberen Wassermantel über das Lüftungsloch glattgängig abgeführt werden. Auch wenn der Kühlwasserfluss erschwert wird, weil der Strömungsweg für das Kühlwasser unter der Abgasanordnung abfällt und ansteigt, ist es darüber hinaus durch den Volumenerweiterungsabschnitt möglich, den glatten Durchtritt des Kühlwassers durch diesen Abschnitt zu begünstigen.
Ein Zylinderkopf-seitiger unterer Wassermantel 15 einer Ausführung entspricht dem unteren Wassermantel der vorliegenden Erfindung, ein Zylinderkopf-seitiger oberer Wassermantel 16 der Ausführung entspricht dem oberen Wassermantel der vorliegenden Erfindung, und ein erster Verbindungsabschnitt 13g und ein zweiter Verbindungsabschnitt 13h der Ausführung entsprechen den Verbindungsabschnitten der vorliegenden Erfindung.
Figurenliste

1 ist ein Diagramm, das die Form eines Wassermantels (Kerns) eines Zylinderblocks und eines Zylinderkopfs, und den Kühlwasserfluss zeigt. (erste Ausführung)
2 ist ein Diagramm, das eine Oberseite des Zylinderkopfs, eine Dichtung und eine Unterseite des Zylinderkopfs zeigt (Ansichten in Richtung von Pfeil 2A, Richtung von Pfeil 2B und Richtung von Pfeil 2C in 1). (erste Ausführung)
3 ist eine Ansicht des Wassermantels des Zylinderkopfs von der Abgasseite (Ansicht in Richtung von Pfeil 3 in 1). (erste Ausführung)
4 ist eine Draufsicht des Wassermantels des Zylinderkopfs (Blick in Richtung von Pfeil 4 in 3). (erste Ausführung)
5 ist eine Draufsicht des Wassermantels des Zylinderkopfs (Blick in Richtung von Pfeil 5 in 3). (erste Ausführung)
6 ist eine Ansicht, die eine Oberseite eines Zylinderkopf-seitigen unteren Wassermantels und einer Unterseite eines Zylinderkopf-seitigen oberen Wassermantels zeigt. (erste Ausführung)
7 ist eine Seitenansicht der Abgasseite des Zylinderblocks (Blick in der Richtung von Pfeil 7 in 1). (erste Ausführung)
8 ist eine Schnittansicht entlang Linie 8-8 in 7. (erste Ausführung)
9 ist eine Schnittansicht entlang Linie 9-9 in 7. (erste Ausführung)
10 ist eine Schnittansicht entlang Linie 10-10 in 7. (erste Ausführung)

Bezugszeichenliste

13: Zylinderkopf
13f: Lüftungsloch
13g: erster Verbindungsabschnitt (Verbindungsabschnitt)
13h: zweiter Verbindungsabschnitt (Verbindungsabschnitt)
15: Zylinderkopf-seitiger unterer Wassermantel (unterer Wassermantel)
15b: Volumenerweiterungsabschnitt
16: Zylinderkopf-seitiger oberer Wassermantel (oberer Wassermantel)
28: Abgasanordnung

ART ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Nachfolgend wird eine Ausführung der vorliegenden Erfindung in Bezug auf 1 bis 10 erläutert. Die vertikale Richtung, auf die sich die vorliegende Erfindung bezieht, ist eine Zylinderachsrichtung, unabhängig von der Lage, in der der Motor angebracht ist, und ist definiert mit der Zylinderblockseite nach unten und der Zylinderkopfseite nach oben.
ERSTE AUSFÜHRUNG
Wie in 1 und 2 gezeigt, enthält ein wassergekühlter Reihen-Drei-Zylinder-Motor einen Zylinderblock 11 sowie einen Zylinderkopf 13, dessen Unterseite mit einer Oberseite des Zylinderblocks 11, mit einer dazwischen eingefügten Dichtung 12, verbunden ist. Der Zylinderblock 11 enthält einen Zylinderblock-seitigen Wassermantel 14, der drei Zylinderbohrungen umgibt, die entlang der Zylinderlinie in Reihe angeordnet sind), und der Zylinderkopf 13 enthält einen Zylinderkopf-seitigen unteren Wassermantel 15 und einen Zylinderkopf-seitigen oberen Wassermantel 16, die in vertikaler Richtung mit einem dazwischen eingefügten Abgaskrümmer (nicht dargestellt) übereinander angeordnet sind. Im oberen linken Abschnitt von 1 sind separat gezeigt ein Zustand, in dem nur der Zylinderkopf-seitige Wassermantel 15 im Inneren des Zylinderkopfs 13 gezeigt ist, und ein Zustand, in dem nur der Zylinderkopf-seitige obere Wassermantel 16 im Inneren des Zylinderkopfs 13 gezeigt ist. Die Form des Wassermantels in jeder Figur ist auch die Form eines Kerns zum Gießen des Wassermantels.
An der Lufteinlassseite des Zylinderblocks 11 ist ein Teil-Wassermantel 17 ausgebildet, der sich in der Zylinderreihenrichtung erstreckt, und an dessen einer Endseite (der Seite des Zylinders #1) ist ein Kühlwassereinlass 11a ausgebildet, dem Kühlwasser von einer Kühlwasserpumpe 18 zugeführt wird. Der Zylinderblock-seitige Wassermantel 15 enthält einen Kühlwassereinlass 11b an der Lufteinlassseite der Zylinderbohrung des Zylinders #2, und der Kühlwassereinlass 11b und der Teil-Wassermantel 17 sind über ein Thermoventil 19 verbunden. Das Thermoventil 19 öffnet und schließt automatisch gemäß der Temperatur des Kühlwassers; es schließt bei niedriger Temperatur, um das Aufwärmen des Motors zu begünstigen, indem die Kühlwasserzufuhr zu dem Zylinderblock-seitigen Wassermantel 15 unterbrochen wird, und es öffnet bei hoher Temperatur, um die Kühlung des Motors zu begünstigen, indem das Kühlwasser zu dem Zylinderblock-seitigen Wassermantel 15 gelassen wird.
Der Zylinderblock-seitige Wassermantel 14 enthält an der anderen Endseite (der Seite des Zylinders #3) einen Kühlwasserauslass 11c, der Kühlwasser zu dem Zylinderkopf-seitigen unteren Wassermantel 15 hin abführt. Daher enthält der Strömungsweg, über den das Kühlwasser, das dem Kühlwassereinlass 11b des Zylinderblock-seitigen Wassermantels 14 zugeführt worden ist, zu dem Kühlwasserauslass 11c fließt, einen kurzen Strömungsweg, der den Kühlwasserauslass 11c erreicht, nachdem er im Gegenuhrzeigersinn um eine Hälfte des Lufteinlass-seitigen Abschnitts des Zylinderblock-seitigen Wassermantels 14 in 2 (A) geflossen ist, und einen langen Strömungsweg, der den Kühlwasserauslass 11c erreicht, nachdem er im Uhrzeigersinn um die andere Hälfte des Lufteinlass-seitigen Abschnitts und den gesamten Abgasseitigen Abschnitt des Zylinderblock-seitigen Wassermantels 14 geflossen ist. Der kürzere Strömungsweg ist mit einem Trennelement 20 ausgestattet, das den Zylinderblock-seitigen Wassermantel 14 unterteilt und die Strömung des Kühlwassers begrenzt.
Da auf diese Weise nur ein Kühlwasserauslass 11c, der Kühlwasser von dem Zylinderblock-seitigen Wassermantel 14 dem Zylinderkopf-seitigen Wassermantel 15 zuführt, vorgesehen ist, kann Kühlwasser, das von dem Kühlwassereinlass 11b zu dem Zylinderblock-seitigen Wassermantel 14 geleitet worden ist, alle Teile des Zylinderblock-seitigen Wassermantels 14 erreichen, ohne durch den Kühlwasserauslass 11c hindurchzugehen, und kann der gesamte Zylinderblock 11 effizient gekühlt werden.
Ferner würde, wenn das Trennelement 20 nicht existieren würde, der Großteil des Kühlwassers, der von dem Kühlwassereinlass 11b dem Zylinderblock-seitigen Wassermantel 14 zugeführt worden ist, durch den kürzeren Strömungsweg fließen und den Kühlwasserauslass 11c erreichen, und die Strömungsrate des durch den längeren Strömungsweg fließenden Kühlwassers würde klein werden, und daher würde die Abgasseite des Zylinderblocks 11, die eine hohe Temperatur erlangt, möglicherweise nicht effizient gekühlt. Da jedoch gemäß der vorliegenden Ausführung der kürzere Strömungsweg mit dem Trennelement 20 ausgestattet ist, um die Strömungsrate des Kühlwassers zu begrenzen, lässt sich die Strömungsrate des durch den längeren Strömungsweg fließenden Kühlwassers erhöhen, um hierdurch die Kühlung der Abgasseite des Zylinderblocks 11, die eine hohe Temperatur erlangt, zu begünstigen.
In der Oberseite des Zylinderblocks 11 sind zwei nutförmige Kühlwasserkanäle 11d und 11d ausgebildet, die sich in einer Richtung erstrecken, welche zwischen den drei Zylinderbohrungen quert. Die Einlassseite der Kühlwasserkanäle 11d und 11d steht mit der Abgasseite des Zylinderblock-seitigen Wassermantels 14 in Verbindung, und die Auslassseite der Kühlwasserkanäle 11d und 11d ist in der Nähe der Lufteinlassseite des Zylinderblock-seitigen Wassermantels 14 blockiert.
In der Dichtung 12 sind drei erste Verbindungslöcher 12a, 12b und 12c ausgebildet, ein zweites Verbindungsloch 12d und zwei dritte Verbindungslöcher 12e und 12e. Ferner sind in der Unterseite des Zylinderkopfs 13 drei erste Kühlwassereinlässe 13a, 13b und 13c ausgebildet, ein zweiter Kühlwassereinlass 13d und zwei dritte Kühlwassereinlässe 13e und 13e, die jeweils mit dem Zylinderkopf-seitigen unteren Wassermantel 15 in Verbindung stehen.
Der Teil-Wassermantel 17 des Zylinderkopfs 11 steht mit den drei ersten Kühlwassereinlässen 13a, 13b und 13c des Zylinderkopf-seitigen unteren Wassermantels 15 über die drei ersten Verbindungslöcher 12a, 12b und 12c der Dichtung 12 in Verbindung. In dieser Anordnung hat, in Bezug auf die drei ersten Verbindungslöcher 12a, 12b und 12c der Dichtung 12, das erste Verbindungsloch 12a, das dem Kühlwassereinlass 11a des Teil-Wassermantels 17 am nächsten ist, die kleinste Öffnungsfläche, hat das erste Verbindungsloch 12c, das von dem Kühlwassereinlass 11a des Teil-Wassermantels 17 am weitesten entfernt ist, die größte Öffnungsfläche, und hat das erste Verbindungsloch 12b des Teil-Wassermantels 17, das einen mittleren Abstand von dem Kühlwassereinlass 11a hat, eine dazwischen liegende Öffnungsfläche.
Wenn die Öffnungsflächen der drei ersten Verbindungslöcher 12a, 12b und 12c der Dichtung 12 identisch wären, dann würde die Strömungsrate des Kühlwassers, das durch das erste Verbindungsloch 12a fließt, das dem Kühlwassereinlass 11a des Teil-Wassermantels 17 am nächsten ist, hoch werden, und würde die Strömungsrate des Kühlwassers, das durch das erste Verbindungsloch 12c fließt, das von dem Kühlwassereinlass 11a des Teil-Wassermantels 17 am weitesten entfernt ist, klein werden; eine Änderung der Öffnungsfläche der drei ersten Verbindungslöcher 12a, 12b und 12c gemäß dem Abstand von dem Kühlwassereinlass 11a des Teil-Wassermantels 17 ermöglicht, dass das Kühlwasser den drei ersten Kühlwassereinlässen 13a, 13b und 13c des Zylinderkopf-seitigen unteren Wassermantels 15 gleichmäßig zugeführt wird.
Der Kühlwasserauslass 11c des Zylinderblock-seitigen Wassermantels 14 steht mit dem zweiten Kühlwassereinlass 13d des Zylinderkopf-seitigen unteren Wassermantels 15 über das zweite Verbindungsloch 12d der Dichtung 12 in Verbindung. Die blockierten Endteile an der Lufteinlassseite der zwei Kühlwasserkanäle 11d und 11d, die in der Oberseite des Zylinderblocks 11 ausgebildet sind, stehen mit den zwei dritten Kühlwassereinlässen 13e und 13e des Zylinderkopf-seitigen unteren Wassermantels 15 über die dritten Verbindungslöcher 12e und 12e der Dichtung 12 in Verbindung. Wenn das Thermoventil 19 geöffnet wird, beträgt die Strömungsrate des Kühlwassers, das von dem Teil-Wassermantel 17 direkt dem Zylinderkopf-seitigen unteren Wassermantel 15 zugeführt wird, ohne durch den Zylinderblock-seitigen Wassermantel 14 hindurchzugehen, etwa 70% der gesamten Strömungsrate, und beträgt die Strömungsrate des Kühlwassers, das von dem Teil-Wassermantel 17 dem Zylinderkopf-seitigen unteren Wassermantel 15 über den Zylinderblock-seitigen Wassermantel 14 zugeführt wird, etwa 30% der gesamten Strömungsrate.
Die Struktur des Zylinderkopf-seitigen unteren Wassermantels 15 und des Zylinderkopf-seitigen oberen Wassermantels 16 wird nun in Bezug auf 3 bis 10 erläutert.
Der Zylinderkopf-seitige obere Wassermantel 16 hat eine Größe, die etwa die Hälfte von jener des Zylinderkopf-seitigen unteren Wassermantels 15 beträgt, und ist über der Abgasseite des Zylinderkopf-seitigen unteren Wassermantels 15 angeordnet.
Der Zylinderkopf-seitige untere Wassermantel 15 und der Zylinderkopf-seitige obere Wassermantel 16 enthalten sechs Kernmarkenteile 21 bis 26, die nach außen vorstehen. Die Kernmarkenteile 21 bis 26 sind Vorsprünge, um im Inneren einer Gießform einen aus Sand hergestellten Kern zu halten, um den Zylinderkopf-seitigen unteren Wassermantel 15 und den Zylinderkopf-seitigen oberen Wassermantel 16 einzugießen, wenn der Zylinderkopf 13 gegossen wird. Wenn der Kern nach dem Gießen entfernt wird, werden die Kernmarkenteile 21 bis 26 zu Öffnungen, welche Teile des Zylinderkopf-seitigen unteren Wassermantels 15 und des Zylinderkopf-seitigen oberen Wassermantels 16 bilden. Da sich die Enden der Kernmarkenteile 21 bis 26 an der Oberseite des Zylinderkopfs 13 öffnen, werden sie durch Stopfen 27 blockiert, um zu verhindern, dass Kühlwasser durch diese Teile hinaus austritt (siehe 7 bis 10).
Wie in 7 und 8 gezeigt, stehen im Inneren des Kernmarkenteils 22 der Zylinderkopf-seitige untere Wassermantel und der Zylinderkopf-seitige obere Wassermantel 16 über ein Lüftungsloch 16f miteinander in Verbindung. Das Lüftungsloch 13f wird hergestellt, indem ein Bohrer in der horizontalen Richtung von der Öffnung des Kernmarkenteils 23 aus, die ein Raum ist, eingesetzt wird. Auf diese Weise verhindert das Bohren des Lüftungslochs 13f unter Verwendung des Kernmarkenteils 22, dass ein unnötiges Bohrloch in dem Zylinderkopf 13 ausgebildet werden muss, wird ein Schritt zum Blockieren des Bohrlochs unnötig, und wird die Herstellung des Lüftungslochs 13f einfach.
Wie in 4 und 9 gezeigt, stehen im Innenraum des Kernmarkenteil 23 der Zylinderkopf-seitige untere Wassermantel 15 und der Zylinderkopf-seitige obere Wassermantel 16 über einen ersten Verbindungsabschnitt 13g miteinander in Verbindung. Ferner stehen, wie in 4 und 10 gezeigt, im Inneren des Kernmarkenteils 24, der Zylinderkopf-seitige untere Wassermantel 15 und der Zylinderkopf-seitige obere Wassermantel 16 über einen zweiten Verbindungsabschnitt 13h miteinander in Verbindung.
Wie aus dem Vergleich von 3 mit 7 ersichtlich, die beide Ansichten von der Abgasseite her sind, erstreckt sich eine Abgasanordnung 48 des Auspuffkrümmers von zwischen einem Vertiefungsabschnitt 15a an der Oberseite der an der Abgasseite des Zylinderkopf-seitigen unteren Wassermantels 15 und einem Vertiefungsabschnitt 16a an einer Unterseite an der Abgasseite des Zylinderkopf-seitigen oberen Wassermantels 16 nach außen. Das Kernmarkenteil 22, in dem das Lüftungsloch 13f ausgebildet ist, ist benachbart der Abgasanordnung 28 an der Seite des Zylinders #3 in der Zylinderreihenrichtung angeordnet, ist das Kernmarkenteil 23, in dem der erste Verbindungsabschnitt 13g ausgebildet ist, benachbart der Abgasanordnung 28 an der Seite des Zylinders #1 in der Zylinderreihenrichtung angeordnet, und ist ferner das Kernmarkenteil 24, in dem der zweite Verbindungsabschnitt 13h ausgebildet ist, benachbart dem Kernmarkenteil 23 an der Seite des Zylinders #1 in der Zylinderreihenrichtung angeordnet.
Da das Kernmarkenteil 22 (das Lüftungsloch 13f) und das Kernmarkenteil 23 (der erste Verbindungsabschnitt 13g), die an entgegengesetzten Seiten des Vertiefungsabschnitts 15a angeordnet sind, eine hohe Position in Bezug auf den Vertiefungsabschnitt 15a des Zylinderkopf-seitigen unteren Wassermantels 15 haben, ist der Strömungsweg für das Kühlwasser an der Abgasseite des Zylinderkopf-seitigen unteren Wassermantels 15 so geknickt, dass er zu dem Lüftungsloch 13f hin ansteigt, dann nach unter den Vertiefungsabschnitt 15a hin abfällt und ferner von unter dem Vertiefungsabschnitt 15a zu dem ersten Verbindungsabschnitt 13g hin erneut ansteigt.
Volumenerweiterungsabschnitte 15b und 16b (siehe 3 und 5), die dreieckig nach außen vorstehen, sind an dem Zylinderkopf-seitigen unteren Wassermantel 15 und dem Zylinderkopf-seitigen oberen Wassermantel 16 benachbart dem Kernmarkenteil 23 ausgebildet. Ferner ist ein Verengungsabschnitt 15c (siehe 3), der zu einer kleinen Strömungsweg-Querschnittsfläche verengt ist, in einem Abschnitt von der Position des Zylinderkopf-seitigen unteren Wassermantels 15 weg, wo das Lüftungsloch 13f vorgesehen ist, zu der Position, wo der Strömungsweg für Kühlwasser unter dem Vertiefungsabschnitt 15a hin steil abfallt, ausgebildet.
Nun wird der Betrieb der Ausführungen der vorliegenden Erfindung mit der obigen Anordnung erläutert.
Kühlwasser, das von der Kühlwasserpumpe 18 dem Teil-Wassermantel 17 des Zylinderblocks 11 zugeführt worden ist, strömt von dem Teil-Wassermantel 17 durch das Thermoventil 19 und wird dem Kühlwassereinlass 11b an der Lufteinlassseite des Zylinderblock-seitigen Wassermantels 14 zugeführt. Kühlwasser, das an dem Kühlwassereinlass 11b in zwei Richtungen abzweigt, fließt durch den Innenraum des Zylinderblock-seitigen Wassermantels 14 in Uhrzeiger- und Gegenuhrzeigerrichtungen, wird am Kühlwasserauslass 11c vereinigt, strömt dann durch das zweite Verbindungsloch 12d der Dichtung 12 und wird auf der Zylinder #3-Seite des Zylinderkopf-seitigen unteren Wassermantels 15 zugeführt.
Ferner strömt Kühlwasser, das durch den Innenraum des Teil-Wassermantels 17 von der Seite des Zylinders #1 zu der Seite des Zylinders #3 fließt, durch die ersten Verbindungslöcher 12a, 12b und 12c der Dichtung 12 und die ersten Kühlwassereinlässe 13a, 13b und 13c des Zylinderkopfs 13, wird der Lufteinlassseite des Zylinderkopf-seitigen unteren Wassermantels 15 zugeführt und fließt von dort durch den Innenraum des Zylinderkopf-seitigen unteren Wassermantels 15 zur Abgasseite hin.
Die blockierten Auslassenden der Kühlwasserkanäle 11d und 11d, deren Einlassenden mit der Abgasseite des Zylinderblock-seitigen Wassermantels 14 in Verbindung stehen, sind mit dem Zylinderkopf-seitigen unteren Wassermantel 15 über die dritten Verbindungslöcher 12e und 12e der Dichtung 12 und die dritten Kühlwassereinlässe 13e und 13e des Zylinderkopfs 13 verbunden. Die dritten Kühlwassereinlässe 13e und 13e des Zylinderkopfs 13 sind unmittelbar stromab in der Strömungsrichtung des Kühlwassers angeordnet, bei Betrachtung von den ersten Kühlwassereinlässen 13a, 13b und 13c des Zylinderkopfs 13 aus, und daher strömt das Kühlwasser über die dritten Kühlwassereinlässe 13e und 13e mit hoher Strömungsgeschwindigkeit, und erzeugt daher einen starken Unterdruck.
Infolge des in den dritten Kühlwassereinlässen 13e und 13e erzeugten Unterdrucks wird heißes Kühlwasser an der Abgasseite des Zylinderblock-seitigen Wassermantels 14 durch die zwei Kühlwasserkanäle 11d und 11d zu dem Zylinderkopf-seitigen unteren Wassermantel 15 hochgesaugt. Hierdurch wird verhindert, dass Kühlwasser an der Abgasseite des Zylinderblock-seitigen Wassermantels 14 stehenbleibt, und es wird möglich, die Abgasseite des Zylinderblocks 11, die im Vergleich zur Lufteinlassseite des Zylinderblocks 11 eine hohe Temperatur erlangt, effizient zu kühlen.
Kühlwasser, das von dem Teil-Wassermantel 17 direkt in die drei ersten Kühlwassereinlässe 13a, 13b und 13c des Zylinderkopf-seitigen unteren Wassermantels 15 geflossen ist, ohne durch den Zylinderblock-seitigen Wassermantel 14 zu gehen, verzweigt sich in zwei Richtungen, so dass es um den Bereich jeder Brennkammer herum geht und von der Lufteinlassseite zur Abgasseite fließt. Andererseits fließt Kühlwasser, das von dem am Zylinder #3 des Zylinderblock-seitigen Wassermantels 14 angeordneten Kühlwasserauslass 11c dem zweiten Kühlwassereinlass 13d des Zylinderkopfs 13 zugeführt wird, zur Seite des Zylinders #1 und fließt, während es mit dem Kühlwasser vereinigt wird, das von dem Teil-Wassermantel 17 direkt zu dem Zylinderkopf-seitigen unteren Wassermantel 15 geflossen ist, zur Seite des Zylinders #1 an der Abgasseite des Zylinderkopf-seitigen unteren Wassermantels 15 zu dem ersten Verbindungsabschnitt 13 und dem zweiten Verbindungsabschnitt 13h. Kühlwasser, das von dem Zylinderkopf-seitigen unteren Wassermantel 15 durch den ersten Verbindungsabschnitt 13g und den zweiten Verbindungsabschnitt 13h in den Zylinderkopf-seitigen oberen Wassermantel 16 geflossen ist, fließt durch den Zylinderkopf-seitigen oberen Wassermantel 16 von der Seite des Zylinders #1 zur Seite des Zylinders #3 und wird dann über eine Kühlwasserauslassöffnung 13i des Zylinderkopfs 13 zu einem nicht dargestellten Kühler abgeführt.
Da das Lüftungsloch 13f so angeordnet ist, dass es den Zylinderkopf-seitigen unteren Wassermantel 15 und den Zylinderkopf-seitigen oberen Wassermantel 16 kurzschließt, treten Blasen, die im durch den Zylinderkopf-seitigen unteren Wassermantel 15 fließenden Kühlwasser enthalten sind, durch das Lüftungsloch 13f hindurch und werden zu dem Zylinderkopf-seitigen oberen Wassermantel 16 abgeführt, wodurch verhindert wird, dass Blasen in dem Zylinderkopf-seitigen unteren Wassermantel 15 stehenbleiben.
Da, wie aus 3 ersichtlich, das Lüftungsloch 13f an der höchsten Position des Zylinderkopf-seitigen unteren Wassermantels 15 angeordnet ist, und der Vertiefungsabschnitt 15a des Zylinderkopf-seitigen unteren Wassermantels 15 an der in der Strömungsrichtung des Kühlwassers stromabwärtigen Seite des Lüftungslochs 13f angeordnet ist, fällt der Strömungsweg für das Kühlwasser, das durch die Abgasseite des Zylinderkopf-seitigen unteren Wassermantels 15 von der Seite des Zylinders #3 zu der Seite des Zylinders #1 fließt, steil ab, nachdem er zu dem Lüftungsloch 13f steil angestiegen ist, und steigt dann erneut stark an. Im Ergebnis sammeln sich Blasen problemlos unter dem Lüftungsloch 13f an, und Blasen, die stehengeblieben sind, werden von dem Zylinderkopf-seitigen unteren Wassermantel 15 zu dem Zylinderkopf-seitigen oberen Wassermantel 16 über das Lüftungsloch 13f glattgängig abgeführt.
Da ferner der Verengungsabschnitt 15c, wo die Strömungswegquerschnittsfläche abnimmt (siehe 3), an der Abgasseite des Zylinderkopf-seitigen unteren Wassermantels 15 zwischen einem Teil, wo das Lüftungsloch 13f vorgesehen ist, und einem Teil unter der Abgasanordnung 28 ausgebildet ist, nimmt die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlwassers in der Nähe der Abgasanordnung 28 durch den Verengungsabschnitt zu, wodurch der Effekt der Kühlung der Abgasanordnung 28, die eine hohe Temperatur einnimmt, verbessert wird.
Kühlwasser, das unter dem Vertiefungsabschnitt 15a hindurchtritt, strömt von dem Zylinderkopf-seitigen unteren Wassermantel 15 durch den ersten Verbindungsabschnitt 13g und den zweiten Verbindungsabschnitt 13h, und wird dem Zylinderkopf-seitigen oberen Wassermantel 16 zugeführt. Da der erste Verbindungsabschnitt 13g an der in der Strömungsrichtung des Kühlwassers stromaufwärtigen Seite Kühlwasser von einer großen Anzahl von Strömungswegen des Zylinderkopf-seitigen unteren Wassermantels 15 aufnimmt, im Vergleich zu dem zweiten Verbindungsabschnitt 13h an der stromabwärtigen Seite in der Strömungsrichtung des Kühlwassers, stagniert die Kühlwasserströmung in der Nähe des ersten Verbindungsabschnitts 13g, und daher besteht eine Möglichkeit, dass die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlwassers in dem Strömungsweg an der stromaufwärtigen Seite des ersten Verbindungsabschnitts 13g kleiner wird als die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlwassers im Strömungsweg an der stromaufwärtigen Seite des zweiten Verbindungsabschnitts 13h.
Da jedoch gemäß der vorliegenden Ausführung die Volumenerweiterungsabschnitte 15b und 16b (siehe 3 bis 5), die das Volumen des Kühlwasserströmungswegs vergrößern, in der Nähe des ersten Verbindungsabschnitts 13g an der stromaufwärtigen Seite vorgesehen sind, wird das Stagnieren der Kühlwasserströmung in der Nähe des ersten Verbindungsabschnitts 13g durch die Volumenerweiterungsabschnitte 15b und 16b vermieden, und kann eine ausreichende Kühlwassermenge durch den ersten Verbindungsabschnitt 13g fließen. Im Ergebnis wird eine etwaige Abnahme der Strömungsgeschwindigkeit des Kühlwassers in dem Strömungsweg an der stromaufwärtigen Seite des ersten Verbindungsabschnitts 13g verhindert, und wird die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlwassers, das durch jeden Strömungsweg des Zylinderkopf-seitigen unteren Wassermantels 15 hindurchfließt, gleichmäßig gemacht, wodurch die Kühlleistung verbessert wird.
Da ferner der Strömungsweg für das Kühlwasser nach dem ersten steilen Abstieg dann unter dem Vertiefungsabschnitt 15a des Zylinderkopf-seitigen unteren Wassermantels 15 steil ansteigt, besteht eine Möglichkeit, dass der glatte Kühlwasserfluss beeinträchtigt wird, aber da die Volumenerweiterungsabschnitte 15b und 16b, die das Volumen des Strömungswegs vergrößern, an der in der Richtung des Kühlwasserflusses stromabwärtigen Seite des Vertiefungsabschnitts 15a ausgebildet sind, kann das Kühlwasser glattgängig unter den Vertiefungsabschnitt 15a des Zylinderkopf-seitigen unteren Wassermantels 15 fließen, um hierdurch die Abgasanordnung 15, die eine hohe Temperatur hat, effizient zu kühlen.
Oben ist eine Ausführung der vorliegenden Erfindung erläutert worden, aber die vorliegende Erfindung kann auf zahlreichen Wegen modifiziert werden, solange die Modifikationen nicht von ihrer Idee und von ihrem Umfang abweichen.
Zum Beispiel ist der Motor der Ausführung ein Reihen-Drei-ZylinderMotor, aber die Anzahl und die Anordnung der Zylinder des Motors sind nicht auf jene der Ausführung beschränkt.
Ferner gibt es in der Ausführung zwei Verbindungsabschnitte, d.h. den ersten Verbindungsabschnitt 13g und den zweiten Verbindungsabschnitt 13h, aber die Anzahl der Verbindungsabschnitte kann auch drei oder größer sein.
Darüber hinaus sind in der Ausführung der Zylinderkopf-seitige untere Wassermantel und der Zylinderkopf-seitige obere Wassermantel 16 jeweils mit den Volumenerweiterungsabschnitten 15b und 16b versehen, aber es braucht nur der Volumenerweiterungsabschnitt 15b an dem Zylinderkopf-seitigen unteren Wassermantel 15 vorgesehen sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 201484736 [0003]

Claims

Zylinderkopf-Wassermantelstruktur, in der ein unterer Wassermantel (15) und ein oberer Wassermantel (16) im Inneren eines Zylinderkopfs (13), mit einer dazwischen eingefügten Abgasanordnung (28), ausgebildet sind, wobei Kühlwasser, das einer Lufteinlassseite des unteren Wassermantels (15) zugeführt worden ist, zu einer Abgasseite fließt, dann von der Abgasseite des unteren Wassermantels (15) durch eine Mehrzahl von Verbindungsabschnitten (13g, 13h) hindurchtritt und dem oberen Wassermantel (16) zugeführt wird, wobei zumindest zwei Verbindungsabschnitte (13g, 13h) unter der Mehrzahl von Verbindungsabschnitten (13g, 13h) sich an einer stromabwärtigen Seite in Strömungsrichtung des Kühlwassers in Bezug auf die Abgasanordnung (28) befinden, und der untere Wassermantel (15) einen Volumenerweiterungsabschnitt (15b) in der Nähe des Verbindungsabschnitts (13g) aufweist, der, unter den zumindest zwei Verbindungsabschnitten (13g, 13h), der Abgasanordnung (28) am nächsten ist.
Die Zylinderkopf-Wassermantelstruktur nach Anspruch 1, wobei an einer stromaufwärtigen Seite in der Strömungsrichtung von Kühlwasser in Bezug auf den Volumenerweiterungsabschnitt (15b) an der Abgasseite des unteren Wassermantels (15) ein Lüftungsloch (13f) vorgesehen ist, um Blasen von dem unteren Wassermantel (15) zu dem oberen Wassermantel (16) abzuführen, und in einem Abgasseitigen Abschnitt des unteren Wassermantels (15) ein Strömungsweg für Kühlwasser ausgebildet ist, der von einem Abschnitt, wo das Lüftungsloch (13f) vorgesehen ist, zu unter die Abgasanordnung (28) steil abfällt, und von unter der Abgasanordnung (28) zu dem Volumenerweiterungsabschnitt (15b) steil ansteigt.