JP2002256966A - Cooling structure of cylinder head - Google Patents

Cooling structure of cylinder head

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JP2002256966A
JP2002256966A JP2001062244A JP2001062244A JP2002256966A JP 2002256966 A JP2002256966 A JP 2002256966A JP 2001062244 A JP2001062244 A JP 2001062244A JP 2001062244 A JP2001062244 A JP 2001062244A JP 2002256966 A JP2002256966 A JP 2002256966A
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JP
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cooling water
cylinder head
water passage
cooling
engine
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Application number
JP2001062244A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroyuki Ikuta
浩之 生田
Fumihisa Ishiguro
文久 石黒
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cooling structure of a cylinder head capable of effectively cooling a part positioned in the neighbourhood of a combustion chamber while restraining strength lowering of the cylinder head. SOLUTION: A cooling water passage 12 having a circular (elliptical) diametrical direction cross-section is formed on a part (lower layer deck 11) to the combustion chamber 4 from a water jacket 9 in which cooling water of an engine flows on the cylinder head 2. On the lower layer deck 11 on which such the cooling water passage 12 is formed, stress is hardly concentrated even when force based on combustion pressure at the time when fuel burns in the combustion chamber 4 works, and lowering of fatigue strength of the lower layer deck 11 in accordance with the stress concentration is restrained. The lower layer deck 11 is effectively cooled by the cooling water flowing in the cooling water passage 12 without stagnation.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンにおける
シリンダヘッドの冷却構造に関する。
The present invention relates to a cylinder head cooling structure for an engine.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、水冷式エンジンにおいては、シ
リンダヘッドやシリンダブロックの内部にウォータジャ
ケットが形成され、そこを流れる冷却水によって冷却が
行われている。そして、例えば特開平9−242602
号公報では、シリンダヘッドにおいて機関バルブ間など
高温になり易い部分に冷却水が流れるよう、ウォータジ
ャケットの水路形状を工夫して水流をコントロールして
いる。
2. Description of the Related Art Generally, in a water-cooled engine, a water jacket is formed inside a cylinder head or a cylinder block, and cooling is performed by cooling water flowing through the water jacket. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-242602
In the publication, the water flow is controlled by devising the shape of the water channel of the water jacket so that the cooling water flows to a portion of the cylinder head that is likely to become hot, such as between engine valves.

【0003】ところで、エンジンにおいては、シリンダ
ヘッド及びシリンダブロック等によって区画形成される
燃焼室内に燃料が供給され、その燃料を燃焼させたとき
の燃焼エネルギにより駆動される。そのため、シリンダ
ヘッドにおける上記燃焼室の近傍に位置する部分は、燃
料の燃焼に伴う熱を受けて高温になることから、その部
分を重点的に冷却することが好ましい。
In an engine, fuel is supplied into a combustion chamber defined by a cylinder head, a cylinder block, and the like, and is driven by combustion energy generated when the fuel is burned. Therefore, the portion of the cylinder head located near the combustion chamber becomes hot due to the heat generated by the combustion of the fuel. Therefore, it is preferable that the portion be primarily cooled.

【0004】そこで、シリンダヘッドにおける燃焼室の
近傍に位置する部分については、その部分の冷却効率を
より一層向上させるべく、ウォータジャケットの内形を
燃焼室側に広げることも考えられる。この場合、ウォー
タジャケット内の冷却水が燃焼室寄りの部分を通過する
ことにより、上記高温部分が効果的に冷却されるように
なる。
[0004] In order to further improve the cooling efficiency of the portion of the cylinder head located in the vicinity of the combustion chamber, the inner shape of the water jacket may be expanded toward the combustion chamber. In this case, the cooling water in the water jacket passes through the portion near the combustion chamber, so that the high-temperature portion is effectively cooled.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】ただし、上記のように
ウォータジャケットの内形を局所的に広げることは、そ
の内形形状の複雑化にも繋がる。そして、ウォータジャ
ケットの内形形状が複雑化すると、冷却水の流速が低下
してウォータジャケット内で淀みや異物の堆積が生じ、
シリンダヘッドにおける燃焼室の近傍に位置する部分を
効果的に冷却することが困難になるおそれがある。
However, locally expanding the inner shape of the water jacket as described above also leads to a complicated inner shape. And, when the inner shape of the water jacket becomes complicated, the flow rate of the cooling water decreases and stagnation and accumulation of foreign matter occur in the water jacket,
It may be difficult to effectively cool a portion of the cylinder head located near the combustion chamber.

【0006】また、シリンダヘッドにおける燃焼室の近
傍に位置する部分は、燃料が燃焼するときの燃焼圧に基
づき大きな力を受けることになる。そのため、ウォータ
ジャケットの内形形状が複雑化すると、上記燃焼圧に基
づく力を受けたときに応力が集中し、シリンダヘッドの
疲労強度という面で悪影響が生じる。
Further, a portion of the cylinder head located near the combustion chamber receives a large force based on the combustion pressure when the fuel burns. Therefore, when the inner shape of the water jacket is complicated, stress is concentrated when receiving a force based on the combustion pressure, which has an adverse effect on the fatigue strength of the cylinder head.

【0007】本発明はこのような実情に鑑みてなされた
ものであって、その目的は、シリンダヘッドの強度低下
を抑制しつつ、燃焼室の近傍に位置する部分を効果的に
冷却することのできるシリンダヘッドの冷却構造を提供
することにある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to effectively cool a portion located near a combustion chamber while suppressing a decrease in the strength of a cylinder head. It is an object of the present invention to provide a cylinder head cooling structure that can be used.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】以下、上記目的を達成す
るための手段及びその作用効果について記載する。上記
目的を達成するため、請求項1記載の発明では、エンジ
ンの冷却水が流れるウォータジャケットを備えるシリン
ダヘッドの冷却構造において、前記シリンダヘッドの前
記ウォータジャケットよりもエンジンの燃焼室寄りの部
分に、エンジンの冷却水が流れる径方向断面円形状の冷
却水通路を形成した。
The means for achieving the above object and the effects thereof will be described below. In order to achieve the above object, in the invention according to claim 1, in a cooling structure of a cylinder head including a water jacket through which engine cooling water flows, a portion of the cylinder head closer to a combustion chamber of an engine than the water jacket is provided, A cooling water passage having a circular cross section in the radial direction through which the cooling water of the engine flows was formed.

【0009】冷却水通路の径方向断面を円形状とした上
記構成によれば、冷却水通路内を冷却水が淀むことなく
流れるとともに、シリンダヘッドのウォータジャケット
よりも燃焼室寄りの部分に燃焼圧に基づく力が働いたと
き応力集中が生じにくくなる。従って、上記応力集中に
伴うシリンダヘッドの疲労強度の悪化を抑制しつつ、冷
却水通路を流れる冷却水によってシリンダヘッドの燃焼
室の近傍に位置する部分を効果的に冷却することができ
る。
According to the above-described configuration in which the radial cross section of the cooling water passage is circular, the cooling water flows through the cooling water passage without stagnation, and the combustion pressure is set closer to the combustion chamber than the water jacket of the cylinder head. When a force based on the pressure acts, stress concentration hardly occurs. Therefore, the portion of the cylinder head located in the vicinity of the combustion chamber can be effectively cooled by the cooling water flowing through the cooling water passage while suppressing the deterioration of the fatigue strength of the cylinder head due to the stress concentration.

【0010】なお、冷却水通路は、シリンダヘッドにお
いて燃焼圧に基づき作用する力が他よりも大きくなる部
分に設けることが好ましい。このように冷却水通路を設
ければ、同通路を流れる冷却水により上記の部分が効率
よく冷却されて高温時に比べて疲労強度が増すため、シ
リンダヘッドの強度低下を的確に抑制することができる
ようになる。
[0010] The cooling water passage is preferably provided in a portion of the cylinder head where the force acting on the basis of the combustion pressure becomes larger than the other. By providing the cooling water passage as described above, the above-described portion is efficiently cooled by the cooling water flowing through the passage, and the fatigue strength is increased as compared with a high temperature, so that a decrease in the strength of the cylinder head can be accurately suppressed. Become like

【0011】請求項2記載の発明では、請求項1記載の
発明において、前記冷却水通路は、前記燃焼室との間の
距離が前記ウォータジャケットとの間の距離よりも小と
なるように形成されていることを要旨とした。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the cooling water passage is formed such that a distance between the cooling water passage and the combustion chamber is smaller than a distance between the cooling water passage and the water jacket. The gist is that it has been done.

【0012】シリンダヘッドにおいて燃焼室に近い部分
ほど高温になり易いが、上記構成によれば、その高温に
なり易い部分を冷却水通路内の冷却水によって効果的に
冷却することができる。
Although the temperature of a portion of the cylinder head closer to the combustion chamber is likely to be high, the above configuration makes it possible to effectively cool the portion of the cylinder head which is easily heated by the cooling water in the cooling water passage.

【0013】請求項3記載の発明では、請求項1又は2
記載の発明において、前記冷却水通路は、機関バルブの
近傍を通過していることを要旨とした。シリンダヘッド
において機関バルブの近傍は高温になり易いが、上記構
成によれば、その箇所を冷却水通路を流れる冷却水によ
って効果的に冷却することができる。
According to the third aspect of the present invention, the first or second aspect is provided.
In the present invention, the gist is that the cooling water passage passes near an engine valve. The temperature near the engine valve in the cylinder head is likely to be high, but according to the above configuration, that portion can be effectively cooled by the cooling water flowing through the cooling water passage.

【0014】なお、冷却水通路については、単に機関バ
ルブの近傍を通過するだけでなく、同機関バルブ周りを
通過するように形成することが好ましい。請求項4記載
の発明では、請求項3記載の発明において、前記エンジ
ンは、一つの気筒につき機関バルブとして吸気バルブ及
び排気バルブを二つずつ備えるものであって、前記冷却
水通路は、前記二つの排気バルブ間を通過するとともに
二つに分岐し、各々前記吸気バルブと前記排気バルブと
の間を通過するものとした。
The cooling water passage is preferably formed so as to pass not only near the engine valve but also around the engine valve. According to a fourth aspect of the present invention, in the third aspect of the present invention, the engine includes two intake valves and two exhaust valves as engine valves for each cylinder, and the cooling water passage includes It passes between two exhaust valves and branches into two, each passing between the intake valve and the exhaust valve.

【0015】シリンダヘッドにおいて吸気バルブや排気
バルブといった機関バルブ間は高温になり易いが、上記
構成によれば、その箇所を冷却水通路を流れる冷却水に
よって効果的に冷却することができる。
Although the temperature between the engine valves such as the intake valve and the exhaust valve in the cylinder head tends to be high, according to the above configuration, that portion can be effectively cooled by the cooling water flowing through the cooling water passage.

【0016】請求項5記載の発明では、請求項1〜4の
いずれかに記載の発明において、前記冷却水通路は、前
記燃焼圧に基づく力が働く方向を長径とする径方向断面
長円状をなすものとした。
According to a fifth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the cooling water passage has an oblong cross-section in a radial direction having a major axis in a direction in which a force based on the combustion pressure acts. It was made.

【0017】上記のように冷却水通路の径方向断面を長
円状とすることにより、燃焼圧に基づく力が作用したと
きのシリンダヘッドの剛性を高めることができる。な
お、ここでいう長円状とは、長径と直交する方向の幅が
長径方向について所定長さだけ一定となる、いわゆる小
判状のものだけでなく、例えば楕円状といったその他の
形状のものを含むものとする。
By making the radial cross section of the cooling water passage oval as described above, it is possible to increase the rigidity of the cylinder head when a force based on the combustion pressure acts. Here, the term “elliptical shape” includes not only a so-called oval shape in which the width in a direction perpendicular to the major axis is constant for a predetermined length in the major axis direction, but also other shapes such as an elliptical shape. Shall be considered.

【0018】請求項6記載の発明では、請求項1〜5記
載のいずれかに記載の発明において、前記冷却水通路
は、エンジンのシリンダブロックに形成される冷却水を
流すための通路と前記ウォータジャケットとを繋ぐもの
とした。
According to a sixth aspect of the present invention, in any one of the first to fifth aspects of the present invention, the cooling water passage includes a passage formed in an engine cylinder block for flowing cooling water and the water. It was connected to the jacket.

【0019】上記構成によれば、シリンダブロックの通
路とウォータジャケットとの接続に冷却水通路が用いら
れ、その接続のために別途通路を設ける必要がなくなる
ため、エンジンにおける冷却水の通路構造を簡単なもの
とすることができる。
According to the above construction, the cooling water passage is used to connect the passage of the cylinder block to the water jacket, and it is not necessary to provide a separate passage for the connection, so that the structure of the cooling water passage in the engine can be simplified. It can be.

【0020】請求項7記載の発明では、請求項1〜6記
載のいずれかに発明において、前記エンジンは複数の気
筒を備えるものであって、前記冷却水通路は前記各気筒
毎に独立して設けられていることを要旨とした。
According to a seventh aspect of the present invention, in any one of the first to sixth aspects of the present invention, the engine includes a plurality of cylinders, and the cooling water passage is independently provided for each of the cylinders. The gist is that it is provided.

【0021】所定の気筒にて冷却を行った後の冷却水が
他の気筒での冷却にも用いられると、その冷却水の温度
が徐々に高くなることから気筒間で冷却性能に差が生
じ、各気筒について均一な冷却を行うことが困難にな
る。上記構成によれば、所定の気筒で冷却を行った後の
冷却水が他の気筒での冷却に用いられることはないた
め、上記のように気筒間で冷却性能に差が生じるのを抑
制することができる。また、各気筒毎に冷却水通路の径
を変更するなどして、各気筒毎に冷却度合いを調節する
ことができるようにもなる。
If the cooling water after cooling in a given cylinder is also used for cooling in other cylinders, a difference in cooling performance occurs between the cylinders because the temperature of the cooling water gradually increases. In addition, it becomes difficult to perform uniform cooling for each cylinder. According to the above configuration, since the cooling water after cooling in the predetermined cylinder is not used for cooling in other cylinders, it is possible to suppress a difference in cooling performance between the cylinders as described above. be able to. In addition, the degree of cooling can be adjusted for each cylinder by changing the diameter of the cooling water passage for each cylinder.

【0022】請求項8記載の発明では、請求項1〜7の
いずれかに記載の発明において、前記シリンダヘッドは
鋳造により形成されるものであって、前記冷却水通路は
前記シリンダヘッドの鋳造時に鋳型内に中子を配設する
ことにより形成されるものとした。
In the invention described in claim 8, in the invention described in any one of claims 1 to 7, the cylinder head is formed by casting, and the cooling water passage is formed when the cylinder head is cast. It was formed by disposing a core in a mold.

【0023】上記構成によれば、冷却水通路はシリンダ
ヘッドの鋳造時に中子によって形成されるため、冷却水
通路の延びる方向についての形状を例えば湾曲形状とい
った複雑な形状にすることができ、冷却水通路を形成す
る際の自由度を高くすることができる。
According to the above configuration, since the cooling water passage is formed by the core at the time of casting the cylinder head, the cooling water passage can have a complicated shape such as a curved shape in the direction in which the cooling water passage extends. The degree of freedom in forming the water passage can be increased.

【0024】[0024]

【発明の実施の形態】以下、本発明を水冷式多気筒ディ
ーゼルエンジンの鋳造アルミニウム製のシリンダヘッド
に適用した一実施形態について、図1〜図3を参照して
説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment in which the present invention is applied to a cast aluminum cylinder head of a water-cooled multi-cylinder diesel engine will be described below with reference to FIGS.

【0025】図1は、上記エンジンにおける一つの気筒
の燃焼室付近を拡大して示す断面図である。このエンジ
ンは、シリンダブロック1の上側に組み付けられたシリ
ンダヘッド2と、シリンダブロック1内に往復移動可能
に設けられたピストン3とを備えている。これらシリン
ダヘッド2とピストン3との間に区画形成された燃焼室
4内には、燃料噴射ノズル10から燃料が供給されるよ
うになっている。そして、燃焼室4に供給された燃料が
燃焼すると、そのときの燃焼エネルギでピストン3が往
復移動し、エンジンが駆動されることとなる。
FIG. 1 is an enlarged sectional view showing the vicinity of the combustion chamber of one cylinder in the engine. The engine includes a cylinder head 2 mounted on an upper side of a cylinder block 1 and a piston 3 provided in the cylinder block 1 so as to be able to reciprocate. Fuel is supplied from a fuel injection nozzle 10 into a combustion chamber 4 defined between the cylinder head 2 and the piston 3. When the fuel supplied to the combustion chamber 4 burns, the piston 3 reciprocates with the combustion energy at that time, and the engine is driven.

【0026】燃焼室4にはエンジンの吸気通路5及び排
気通路6が二つに分岐した状態で接続されている(図1
には一方の吸気通路5及び排気通路6のみ図示)。そし
て、吸気通路5と燃焼室4との間は図2に示される吸気
バルブ7がエンジンの駆動に基づき開閉動作することで
連通・遮断され、排気通路6と燃焼室4との間は同図2
に示される排気バルブ8がエンジンの駆動に基づき開閉
動作することで連通・遮断される。
An intake passage 5 and an exhaust passage 6 of the engine are connected to the combustion chamber 4 in a state of being branched into two (FIG. 1).
Shows only one of the intake passage 5 and the exhaust passage 6). The intake valve 5 shown in FIG. 2 is opened and closed by the operation of the engine to open and close the communication between the intake passage 5 and the combustion chamber 4, and the connection between the exhaust passage 6 and the combustion chamber 4 is the same. 2
Are opened / closed based on the driving of the engine to communicate or shut off.

【0027】また、シリンダヘッド2(図1)には、エ
ンジンの冷却水が流れるウォータジャケット9が形成さ
れている。このウォータジャケット9は、吸気通路5及
び排気通路6や、燃料噴射ノズル10を収容する穴10
a等との干渉を避けるべく、入り組んだ複雑な形状をし
ている。そして、ウォータジャケット9内を流れる冷却
水によってシリンダヘッド2が冷却されるようになる。
A water jacket 9 through which engine cooling water flows is formed in the cylinder head 2 (FIG. 1). The water jacket 9 has an intake passage 5 and an exhaust passage 6 and a hole 10 for accommodating a fuel injection nozzle 10.
It has a complicated and complicated shape in order to avoid interference with a. Then, the cylinder head 2 is cooled by the cooling water flowing in the water jacket 9.

【0028】ところで、シリンダヘッド2において、燃
焼室4の近傍に位置する図1に一点鎖線で示される部分
(以下、下層デッキ11という)については、燃焼室4
内での燃料の燃焼に伴う熱を受けて高温になることから
重点的に冷却することが好ましい。こうした下層デッキ
11の重点的な冷却を図るべく、本実施形態では径方向
断面円形状の冷却水通路12を下層デッキ11に形成し
ている。
In the cylinder head 2, a portion (hereinafter referred to as a lower deck 11) indicated by a dashed line in FIG.
It is preferable to focus the cooling because the temperature rises due to the heat accompanying the combustion of the fuel in the inside. In this embodiment, a cooling water passage 12 having a circular cross-section in the radial direction is formed in the lower deck 11 in order to mainly perform cooling of the lower deck 11.

【0029】この冷却水通路12は、各気筒にそれぞれ
独立して設けられるとともに、ウォータジャケット9よ
りも燃焼室4寄りに位置する。また、冷却水通路12
は、燃焼室4との間の距離(間隔)がウォータジャケッ
ト9との間の距離(間隔)よりも小となるよう形成され
ている。そして、冷却水通路12は、シリンダブロック
1の各気筒毎に形成された冷却水用のブロック側通路1
3と、シリンダヘッド2のウォータジャケット9とにそ
れぞれ接続され、両者を繋いでいる。
This cooling water passage 12 is provided independently for each cylinder, and is located closer to the combustion chamber 4 than the water jacket 9. The cooling water passage 12
Is formed so that the distance (interval) between the combustion chamber 4 and the water jacket 9 is smaller. The cooling water passage 12 is provided in the block-side passage 1 for cooling water formed for each cylinder of the cylinder block 1.
3 and the water jacket 9 of the cylinder head 2 to connect the two.

【0030】エンジンの冷却水は、ウォータポンプ(図
示せず)から吐出された後、ブロック側通路13、冷却
水通路12、ウォータジャケット9の順に通過し、シリ
ンダブロック1、下層デッキ11、及びシリンダヘッド
2の上部などエンジンの各部位を冷却する。冷却水通路
12は、各気筒毎にそれぞれ独立して設けられているた
め、各気筒に対応する下層デッキ11は気筒毎に別々の
冷却水通路12を通過する冷却水によって冷却されるこ
ととなる。
After the cooling water of the engine is discharged from a water pump (not shown), it passes through the block side passage 13, the cooling water passage 12, and the water jacket 9 in this order, and the cylinder block 1, the lower deck 11, and the cylinder Each part of the engine such as the upper part of the head 2 is cooled. Since the cooling water passages 12 are provided independently for each cylinder, the lower deck 11 corresponding to each cylinder is cooled by cooling water passing through a separate cooling water passage 12 for each cylinder. .

【0031】こうした冷却水通路12は、シリンダヘッ
ド2の鋳造時に、鋳型内に中子を配設することによって
形成される。なお、この中子の材料としては、中子の強
度を増す目的で熱膨張率の小さい球形状の人工砂を用い
たり、鋳造後の中子の除去を水によって簡単に行うべく
酸化カルシウムといった水と反応して崩壊する性質の物
質を用いることが考えられる。
The cooling water passage 12 is formed by disposing a core in a mold when the cylinder head 2 is cast. As the material of the core, a spherical artificial sand having a small coefficient of thermal expansion is used for the purpose of increasing the strength of the core, or water such as calcium oxide is used for easily removing the core after casting with water. It is conceivable to use a substance that has the property of reacting with and disintegrating.

【0032】次に、一気筒に対応して形成された冷却水
通路12の延設方向の形状、及び径方向断面の形状につ
いて、図2及び図3を参照して説明する。図2は、冷却
水通路12、吸気バルブ7、排気バルブ8、及び燃料噴
射ノズル10の位置関係を示す斜視図である。
Next, the shape of the cooling water passage 12 formed corresponding to one cylinder in the extending direction and the cross section in the radial direction will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a perspective view showing a positional relationship among the cooling water passage 12, the intake valve 7, the exhaust valve 8, and the fuel injection nozzle 10.

【0033】この図に示されるように、冷却水通路12
は、ブロック側通路13から冷却水が導入されるととも
に二つの排気バルブ8の間を通過するように延びる導入
部12aを備えている。この導入部12aは、燃料噴射
ノズル10の周りで円環状に延びる円環部12bに接続
されている。更に、円環部12bからは、吸気バルブ7
と排気バルブ8との間を通過してウォータジャケット9
へと冷却水を導出する二つの導出部12cが延びてい
る。
As shown in this figure, the cooling water passage 12
Is provided with an introduction portion 12a into which cooling water is introduced from the block side passage 13 and extends so as to pass between the two exhaust valves 8. The introduction portion 12a is connected to an annular portion 12b extending annularly around the fuel injection nozzle 10. Further, from the annular portion 12b, the intake valve 7
Between the water jacket 9 and the exhaust valve 8
Two outgoing portions 12c for outgoing cooling water extend.

【0034】従って、冷却水通路12内を流れる冷却水
は、下層デッキ11(図1)において二つの排気バルブ
8の間の部分を通過して冷却した後、燃料噴射ノズル1
0の周りを通過して冷却し、続いて二方向に分岐してか
ら吸気バルブ7と排気バルブ8の間の部分を通過して冷
却する。下層デッキ11において、吸気バルブ7、排気
バルブ8、及び燃料噴射ノズル10の間は、燃焼室4内
での燃料の燃焼に伴う熱によって高温になり易いが、上
記のように冷却水通路12内を流れる冷却水によって効
果的に冷却される。
Therefore, the cooling water flowing in the cooling water passage 12 passes through a portion between the two exhaust valves 8 in the lower deck 11 (FIG. 1) and is cooled.
Cooling after passing around 0, then branching in two directions, and then cooling through a portion between the intake valve 7 and the exhaust valve 8. In the lower deck 11, the temperature between the intake valve 7, the exhaust valve 8, and the fuel injection nozzle 10 tends to be high due to the heat generated by the combustion of the fuel in the combustion chamber 4. It is cooled effectively by the cooling water flowing through.

【0035】下層デッキ11の冷却を効果的に行うため
には、冷却水通路12の径方向についての断面積を極力
大きくすることが好ましい。しかし、冷却水通路12が
吸気バルブ7、排気バルブ8、及び燃料噴射ノズル10
の間を通過できるようにするためには、上記冷却水通路
12の断面積を大きくするにしても限界がある。特に、
吸気バルブ7及び排気バルブ8のバルブシートが燃焼室
4に対する吸気通路5及び排気通路6の接続部分に組み
付けられる場合には、冷却水通路12がバルブシートと
干渉しないように上記断面積を小さめに設定しなければ
ならない。
In order to effectively cool the lower deck 11, it is preferable to increase the cross-sectional area of the cooling water passage 12 in the radial direction as much as possible. However, the cooling water passage 12 has the intake valve 7, the exhaust valve 8, and the fuel injection nozzle 10
In order to allow the cooling water passage 12 to pass through, there is a limit even if the cross-sectional area of the cooling water passage 12 is increased. In particular,
When the valve seats of the intake valve 7 and the exhaust valve 8 are assembled to the connection between the intake passage 5 and the exhaust passage 6 with respect to the combustion chamber 4, the cross-sectional area is made smaller so that the cooling water passage 12 does not interfere with the valve seat. Must be set.

【0036】そのため、こうしたバルブシートを設ける
代わりに、シリンダヘッド2における吸気バルブ7及び
排気バルブ8の閉弁時に当接する部分に、いわゆるレー
ザクラッド法によって耐摩耗性に優れた肉盛層を形成
し、それをバルブシートとして用いることが考えられ
る。この肉盛層をバルブシートとして用いれば、冷却水
通路の径方向断面積を大きくすることが可能になり、同
断面積を許容最大値として一層効果的な下層デッキ11
の冷却を図ることができるようになる。
Therefore, instead of providing such a valve seat, a build-up layer having excellent wear resistance is formed by a so-called laser cladding method in a portion where the intake valve 7 and the exhaust valve 8 of the cylinder head 2 come into contact when the valve is closed. It can be used as a valve seat. If this build-up layer is used as a valve seat, the radial cross-sectional area of the cooling water passage can be increased, and the lower-layer deck 11 can be made more effective by setting the cross-sectional area to an allowable maximum value.
Can be cooled.

【0037】ここで、冷却水通路12の径方向断面の形
状について図3を併せ参照して説明する。なお、図3は
冷却水通路12の径方向断面を示す拡大断面図である。
冷却水通路12は、その径方向断面が楕円形(長円形)
になるとともに、燃焼室4内で燃料が燃焼するときの燃
焼圧に基づく力が作用する方向(図1及び図3の上下方
向)が上記楕円形の断面の長径となるように形成されて
いる。そのため、下層デッキ11に燃焼圧に基づく力が
作用したときのシリンダヘッド2(下層デッキ11)の
剛性が高められる。また、冷却水通路12の径方向断面
を円形(楕円形)とすることにより、下層デッキ11に
上記力が働いたときに応力集中が生じにくくなり、この
応力集中に伴いシリンダヘッド2(下層デッキ11)の
疲労強度が悪化することは抑制される。
Here, the shape of the radial cross section of the cooling water passage 12 will be described with reference to FIG. FIG. 3 is an enlarged sectional view showing a radial section of the cooling water passage 12.
The cooling water passage 12 has an elliptical cross section in a radial direction (an oval).
And the direction in which the force based on the combustion pressure when the fuel burns in the combustion chamber 4 (the vertical direction in FIGS. 1 and 3) is formed so as to be the major axis of the elliptical cross section. . Therefore, the rigidity of the cylinder head 2 (lower deck 11) when the force based on the combustion pressure acts on the lower deck 11 is increased. Further, by making the radial cross section of the cooling water passage 12 circular (elliptical), stress concentration is less likely to occur when the above-mentioned force acts on the lower deck 11, and the cylinder head 2 (lower deck) The deterioration of the fatigue strength of 11) is suppressed.

【0038】以上詳述した本実施形態によれば、以下に
示す効果が得られるようになる。 (1)下層デッキ11に径方向断面円形状(楕円状)の
冷却水通路12を形成したため、上述した応力集中に伴
う下層デッキ11の疲労強度の悪化を抑制しつつ、冷却
水通路12内を淀むことなく流れる冷却水によって下層
デッキ11を効果的に冷却することができる。
According to the embodiment described in detail above, the following effects can be obtained. (1) Since the cooling water passage 12 having a circular cross section (elliptical shape) in the radial direction is formed in the lower deck 11, the inside of the cooling water passage 12 is suppressed while suppressing the deterioration of the fatigue strength of the lower deck 11 due to the stress concentration described above. The lower deck 11 can be effectively cooled by the cooling water flowing without stagnation.

【0039】(2)下層デッキ11は燃焼室4に近い部
分ほど高温になり易い。しかし、冷却水通路12は、燃
焼室4との間隔が最も燃焼室4寄りのウォータジャケッ
ト9との間隔よりも小となるよう形成されているため、
上記下層デッキ11の高温になり易い部分(燃焼室4寄
りの部分)を効果的に冷却することができる。
(2) The temperature of the lower deck 11 is likely to be higher as it is closer to the combustion chamber 4. However, since the cooling water passage 12 is formed so that the distance from the combustion chamber 4 is smaller than the distance from the water jacket 9 closest to the combustion chamber 4,
It is possible to effectively cool a portion of the lower deck 11 that is likely to be high in temperature (a portion near the combustion chamber 4).

【0040】(3)下層デッキ11において、吸気バル
ブ7、排気バルブ8、及び燃料噴射ノズル10の間の部
分は、それら吸気バルブ7及び排気バルブ8に近い位置
にあり、燃焼室4内での燃料の燃焼に伴う熱によって高
温になり易いが、その部分を冷却水通路12によって効
果的に冷却することができる。
(3) In the lower deck 11, the portion between the intake valve 7, the exhaust valve 8, and the fuel injection nozzle 10 is located at a position close to the intake valve 7 and the exhaust valve 8. Although the temperature tends to be high due to the heat generated by the combustion of the fuel, that portion can be effectively cooled by the cooling water passage 12.

【0041】(4)冷却水通路12の径方向断面は、燃
焼圧に基づく力が下層デッキ11に働く方向(図1の上
下方向)を長径とする長円状(楕円状)であるため、上
記の力が作用したときの下層デッキ11(シリンダヘッ
ド2)の剛性を高めることができる。
(4) The radial cross section of the cooling water passage 12 has an elliptical shape (elliptical shape) whose major axis is the direction in which the force based on the combustion pressure acts on the lower deck 11 (vertical direction in FIG. 1). The rigidity of the lower deck 11 (cylinder head 2) when the above-mentioned force is applied can be increased.

【0042】(5)ブロック側通路13とウォータジャ
ケット9との接続に冷却水通路12が用いられ、その接
続のために別途通路を設ける必要がなくなるため、エン
ジンにおける冷却水の通路構造を簡単なものとすること
ができる。
(5) The cooling water passage 12 is used to connect the block-side passage 13 and the water jacket 9, and it is not necessary to provide a separate passage for the connection, so that the cooling water passage structure in the engine can be simplified. Things.

【0043】(6)冷却水通路12は各気筒毎に独立し
て設けられるため、所定気筒の下層デッキ11を冷却し
た後の冷却水が他の気筒の下層デッキ11を冷却する場
合など、気筒間で下層デッキ11の冷却性能に差が生じ
るのを抑制することができる。また、各気筒毎に冷却水
通路12の径を変更するなどして、各気筒毎に下層デッ
キ11の冷却性能(冷却度合い)を調整することができ
るようにもなる。
(6) Since the cooling water passage 12 is provided independently for each cylinder, the cooling water after cooling the lower deck 11 of a predetermined cylinder cools the lower deck 11 of another cylinder. It is possible to suppress a difference in cooling performance of the lower deck 11 from occurring. Further, the cooling performance (cooling degree) of the lower deck 11 can be adjusted for each cylinder by changing the diameter of the cooling water passage 12 for each cylinder.

【0044】(7)冷却水通路12は、シリンダヘッド
2を鋳造する際に鋳型内に配設される中子によって形成
されるため、延設方向についての形状を決定する際の自
由度を高め、図2に示されるような複雑な形状に形成す
ることが可能になる。
(7) Since the cooling water passage 12 is formed by a core disposed in a mold when the cylinder head 2 is cast, the degree of freedom in determining the shape in the extending direction is increased. 2 can be formed into a complicated shape as shown in FIG.

【0045】なお、本実施形態は、例えば以下のように
変更することもできる。 ・冷却水通路12を中子によって形成したが、これに代
えて、例えばシリンダヘッド2の鋳造時に同ヘッド2と
材質の異なるパイプ状の素材を鋳ぐるむことにより、冷
却水通路12を形成してもよい。
The present embodiment can be modified, for example, as follows. The cooling water passage 12 is formed by a core. Alternatively, the cooling water passage 12 may be formed by casting a pipe-shaped material different from the material of the cylinder head 2 at the time of casting. You may.

【0046】・冷却水通路12を必ずしも各気筒毎に設
ける必要はない。 ・冷却水通路12が二つの吸気バルブ7の間を通過する
ようにしてもよい。 ・冷却水通路12が吸気バルブ7及び排気バルブ8とい
った機関バルブの間を通過するだけでなく、例えば図4
に示されるように各機関バルブの周りを通過するように
してもよい。
It is not always necessary to provide the cooling water passage 12 for each cylinder. The cooling water passage 12 may pass between the two intake valves 7. The cooling water passage 12 not only passes between the engine valves such as the intake valve 7 and the exhaust valve 8, but also, for example, as shown in FIG.
May be passed around each engine valve as shown in FIG.

【0047】・冷却水通路12として導入部12a、円
環部12b、及び導出部12cを備えたものを例示した
が、冷却水通路12の延設方向についての形状を適宜変
更してもよい。例えば、導入部12aと導出部12cと
の接続に円環部12bを用いる代わりに、その接続が半
円状の通路部によって行われる冷却水通路を採用しても
よい。
Although the cooling water passage 12 having the introduction portion 12a, the annular portion 12b, and the lead-out portion 12c has been exemplified, the shape of the cooling water passage 12 in the extending direction may be appropriately changed. For example, instead of using the annular portion 12b for connection between the introduction portion 12a and the lead-out portion 12c, a cooling water passage in which the connection is made by a semicircular passage portion may be adopted.

【0048】・ブロック側通路13とウォータジャケッ
ト9とを繋ぐ通路として、冷却水通路12以外に別途通
路を設けてもよい。 ・冷却水通路12の径方向断面を楕円状にするのではな
く、例えば真円に近い円形状にしたり、長径と直交する
方向の幅が長径方向について所定長さだけ一定となる、
いわゆる小判状にしたりしてもよい。なお、冷却水通路
12の径方向断面として上記小判状を採用すれば、燃焼
圧に伴う力が下層デッキ11に作用したときの応力集中
を一層好適に抑制することができる。
A separate passage other than the cooling water passage 12 may be provided as a passage connecting the block side passage 13 and the water jacket 9. -Instead of making the radial cross section of the cooling water passage 12 an elliptical shape, for example, a circular shape close to a perfect circle, or a width in a direction orthogonal to the major axis is constant by a predetermined length in the major axis direction,
A so-called oval shape may be used. If the oval shape is adopted as the radial cross section of the cooling water passage 12, the stress concentration when the force due to the combustion pressure acts on the lower deck 11 can be more suitably suppressed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本実施形態のシリンダヘッドの冷却構造が適用
されるエンジンの燃焼室付近を示す拡大断面図。
FIG. 1 is an enlarged cross-sectional view showing the vicinity of a combustion chamber of an engine to which a cylinder head cooling structure according to an embodiment is applied.

【図2】吸気バルブ、排気バルブ、燃料噴射ノズル、及
び冷却水通路の位置関係を示す斜視図。
FIG. 2 is a perspective view showing a positional relationship among an intake valve, an exhaust valve, a fuel injection nozzle, and a cooling water passage.

【図3】冷却水通路の径方向断面を示す拡大断面図。FIG. 3 is an enlarged sectional view showing a radial section of a cooling water passage.

【図4】冷却水通路の延設方向についての形状の他の例
を示す略図。
FIG. 4 is a schematic view showing another example of the shape of the cooling water passage in the extending direction.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…シリンダブロック、2…シリンダヘッド、3…ピス
トン、4…燃焼室、5…吸気通路、6…排気通路、7…
吸気バルブ、8…排気バルブ、9…ウォータジャケッ
ト、11…下層デッキ、12…冷却水通路、12a…導
入部、12b…円環部、12c…導出部、13…ブロッ
ク側通路。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Cylinder block, 2 ... Cylinder head, 3 ... Piston, 4 ... Combustion chamber, 5 ... Intake passage, 6 ... Exhaust passage, 7 ...
Intake valve, 8: exhaust valve, 9: water jacket, 11: lower deck, 12: cooling water passage, 12a: introduction part, 12b: annular part, 12c: outlet part, 13: block side passage.

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】エンジンの冷却水が流れるウォータジャケ
ットを備えるシリンダヘッドの冷却構造において、 前記シリンダヘッドの前記ウォータジャケットよりもエ
ンジンの燃焼室寄りの部分に、エンジンの冷却水が流れ
る径方向断面円形状の冷却水通路を形成したことを特徴
とするシリンダヘッドの冷却構造。
1. A cooling structure for a cylinder head having a water jacket through which engine cooling water flows, wherein a radial cross section of the cylinder head at a portion of the cylinder head closer to a combustion chamber of the engine than the water jacket. A cooling structure for a cylinder head, wherein a cooling water passage having a shape is formed.
【請求項2】前記冷却水通路は、前記燃焼室との間の距
離が前記ウォータジャケットとの間の距離よりも小とな
るように形成されている請求項1記載のシリンダヘッド
の冷却構造。
2. The cooling structure for a cylinder head according to claim 1, wherein said cooling water passage is formed such that a distance between said cooling water passage and said combustion chamber is smaller than a distance between said cooling water passage and said water jacket.
【請求項3】前記冷却水通路は、機関バルブの近傍を通
過している請求項1又は2記載のシリンダヘッドの冷却
構造。
3. The cooling structure for a cylinder head according to claim 1, wherein the cooling water passage passes near an engine valve.
【請求項4】前記エンジンは、一つの気筒につき機関バ
ルブとして吸気バルブ及び排気バルブを二つずつ備える
ものであって、前記冷却水通路は、前記二つの排気バル
ブ間を通過するとともに二つに分岐し、各々前記吸気バ
ルブと前記排気バルブとの間を通過するものである請求
項3記載のシリンダヘッドの冷却構造。
4. The engine has two intake valves and two exhaust valves as engine valves for one cylinder, and the cooling water passage passes between the two exhaust valves and is provided with two cooling valves. 4. The cooling structure for a cylinder head according to claim 3, wherein the cylinder head branches off and passes between the intake valve and the exhaust valve.
【請求項5】前記冷却水通路は、前記燃焼圧に基づく力
が働く方向を長径とする径方向断面長円状をなすもので
ある請求項1〜4のいずれかに記載のシリンダヘッドの
冷却構造。
5. The cylinder head cooling according to claim 1, wherein said cooling water passage has a radial cross-sectional elliptical shape whose major axis is a direction in which a force based on said combustion pressure acts. Construction.
【請求項6】前記冷却水通路は、エンジンのシリンダブ
ロックに形成される冷却水を流すための通路と前記ウォ
ータジャケットとを繋ぐものである請求項1〜5のいず
れかに記載のシリンダヘッドの冷却構造。
6. The cylinder head according to claim 1, wherein the cooling water passage connects the cooling water passage formed in the cylinder block of the engine to the water jacket. Cooling structure.
【請求項7】前記エンジンは複数の気筒を備えるもので
あって、前記冷却水通路は前記各気筒毎に独立して設け
られている請求項1〜6のいずれかに記載のシリンダヘ
ッドの冷却構造。
7. The cylinder head cooling system according to claim 1, wherein said engine has a plurality of cylinders, and said cooling water passage is provided independently for each of said cylinders. Construction.
【請求項8】前記シリンダヘッドは鋳造により形成され
るものであって、前記冷却水通路は前記シリンダヘッド
の鋳造時に鋳型内に中子を配設することにより形成され
るものである請求項1〜7のいずれかに記載のシリンダ
ヘッドの冷却構造。
8. The cylinder head is formed by casting, and the cooling water passage is formed by arranging a core in a mold at the time of casting the cylinder head. 8. The cooling structure for a cylinder head according to any one of claims 7 to 7.
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