JP2004218593A

JP2004218593A - シリンダヘッド構造

Info

Publication number: JP2004218593A
Application number: JP2003009149A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Kubo; 雅彦久保; Tetsuya Ida; 哲也伊田; Hajime Ishii; 肇石井
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp; Mitsubishi Automotive Engineering Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp; Mitsubishi Automotive Engineering Co Ltd
Priority date: 2003-01-17
Filing date: 2003-01-17
Publication date: 2004-08-05

Abstract

【課題】バランス良くエンジン全体を冷却できるようにする。
【解決手段】シリンダへの吸入空気を供給する吸気ポート１４と、シリンダからの排気ガスを排出する排気ポート１５と、燃焼室内に突出するスパークプラグを固定するプラグボス部１６と、冷却水が流れるウォータジャケット１８とをそなえたシリンダヘッド構造において、プラグボス部１６が、吸気ポート１４と排気ポート１５との間に配設されるとともに、ウォータジャケット１８を流れる冷却水の上流方向に突出したリブ１７をそなえるように構成する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリンダヘッド構造に関し、詳しくは、ウォータジャケットをそなえる水冷式のシリンダヘッド構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、エンジンを冷却する冷却水を循環させる水路（ウォータジャケット）がシリンダヘッド内やシリンダブロック内に形成されている。
このような、ウォータジャケットが形成されたエンジンの冷却構造の一例として、点火プラグボス周辺に形成されたウォータジャケットへ優先的に冷却水を供給し局部的に冷却効率を高める技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
実公平３−３０６０２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１の技術によれば、エンジンのシリンダ内へ空気を供給する吸気ポート周辺やシリンダ内からの排気ガスを排出する排気ポート周辺を含んだシリンダヘッド全体をバランス良く冷却することはできない。
ここで、冷却バランスが好ましくない他の例として、一般的なシリンダヘッドを示す断面図である図６を用いて説明すると、シリンダヘッド１００には、吸気ポート１０１，１０１と、排気ポート１０２，１０２とが形成されるとともに、電極孔１０８ａが形成された点火プラグボス部１０８が形成されている。また、シリンダヘッド１００の図中左方にはウォータジャケット１０３が形成されるとともに、図中右方には別のウォータジャケット１０４が形成されている。
【０００５】
これらのウォータジャケット１０３，１０４は、吸気ポート１０１の図中上方に形成された冷却水通路１０５によって互いに連通しており、ウォータジャケット１０３へ流入してきた冷却水（図中矢印Ｊ参照）を、冷却水通路１０５を介してウォータジャケット１０４へ流入させ（図中矢印Ｋ，Ｌ参照）シリンダヘッド１００の一部を冷却できるようになっている。また、排気ポート１０２，１０２の間にも冷却水通路１０７が形成されており、この図６に示す断面においては他のウォータジャケットと連通していないが、図６に示す断面よりも上方の断面で他のウォータジャケットと連通するようになっている。
【０００６】
しかしながら、このシリンダヘッド１００では、吸気ポート１０１，１０１間、点火プラグボス部１０８周辺、吸気ポート１０１と排気ポート１０２との間などの箇所にはウォータジャケットが形成されておらず、シリンダヘッド１００全体をバランス良く冷却することはできなかった。
また、特許文献１の図３に開示されるように、シリンダヘッドとシリンダブロックとを別系統の冷却水でそれぞれ冷却すると、例えば、エンジン始動時などエンジン温度が低い状態であっても積極的にシリンダブロックを冷却してしまうことになる。この場合、シリンダブロック内にはエンジンオイルが存在しているので、シリンダブロックが冷却されるとシリンダブロック内のエンジンオイルも冷却されることになる。しかし、一般的にエンジンオイルはある程度温められることによって適度の粘度となるので、エンジン温度が低い場合にはエンジンオイルを冷却するよりも、むしろ所定温度まで温めて、適度な粘度にすることが好ましい。
【０００７】
つまり、シリンダヘッドとシリンダブロックとを別系統の冷却水でそれぞれ冷却する構成にすると、エンジンオイルを適温まで上昇させるのに時間がかかってしまい、この間はオイル粘度が高い状態でエンジンを運転することとなり、エンジン負荷が高くなり燃費悪化の一因となるばかりか、エンジンにダメージを与えてしまうようなおそれもある。
【０００８】
本発明はこのような課題に鑑み創案されたもので、バランス良くエンジンを冷却できるシリンダヘッド構造を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる請求項１記載のシリンダヘッド構造は、内燃機関のシリンダ吸入空気を供給する吸気ポートと、該シリンダからの排気ガスを排出する排気ポートと、燃焼室内に突出するスパークプラグを固定するプラグボス部と、冷却水が流れるウォータジャケットとをそなえたシリンダヘッド構造において、該プラグボス部が、該吸気ポートと該排気ポートとの間に配設されるとともに、該ウォータジャケット内に、冷却水の上流方向に突出したリブをそなえることを特徴としている。
【００１０】
つまり、プラグボス部に形成されたリブにより、プラグボス部のウォータジャケット内を流れる冷却水に対する表面積を増加させることが可能となるとともに、冷却水をプラグボス部に沿ってスムーズに下流方向へ導くことができる。
また、請求項２記載のシリンダヘッド構造は、上記請求項１記載の構成において、該ウォータジャケットが、該吸気ポートと該排気ポートとの間に形成されたメイン冷却水路と、該メイン冷却水路と連通し該吸気ポートと該プラグボス部との間に形成された第１冷却水路と、該メイン冷却水路と連通し該排気ポートと該プラグボスとの間に形成された第２冷却水路とをそなえ、該リブが、第１冷却水路を流れる冷却水流量が第２冷却水路を流れる冷却水流量と同等以上となるように該メイン冷却水路を流れる冷却水を分岐させるように形成されていることを特徴としている。
【００１１】
また、請求項３記載のシリンダヘッド構造は、上記請求項２記載の構成において、該吸気ポートおよび該排気ポートがそれぞれ複数そなえられるとともに、該第１冷却水路と連通し該複数の吸気ポート間に形成された吸気冷却水路と、該第２冷却水路と連通し該複数の排気ポート間に形成された排気冷却水路とをそなえることを特徴としている。
【００１２】
これにより、吸気ポートとプラグボス部との間におけるウォータジャケットである第１冷却水路や、吸気ポートと吸気ポートとの間におけるウォータジャケットである吸気冷却水路等へ積極的に冷却水を導くことが可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態にかかるシリンダヘッド構造について図１〜図５を用いて説明すると、図１はその要部構成を示す模式図であって図２におけるＹ−Ｙ断面の斜視図、図２はその模式的な横断面図、図３はその模式的な水平断面図、図４はその模式的な垂直断面図（図３のＸ−Ｘ断面図）、図５はその冷却方式を示す模式的なブロック図である。
【００１４】
図１に示すシリンダヘッド１の一断面は、図２に示すシリンダヘッド１の模式的なＹ−Ｙ矢視断面を斜視したものであって、燃焼室１９と連通し吸入空気（吸気）を図示しないシリンダ内へ供給する吸気ポート１４と、燃焼室１９と連通しシリンダ内の排気ガスを排出する排気ポート１５とが形成されている。また、上記の吸気ポート１４と排気ポート１５との間には、シリンダの燃焼室１９内にスパークプラグ（図示略）を突設させるプラグボス（プラグボス部）１６が形成され、このプラグボス１６の中心にはスパークプラグの電極が挿入される電極孔１６ａが形成されている。
【００１５】
そして、図１に示すように、これらの吸気ポート１４，排気ポート１５，プラグボス１６周辺には冷却水を循環させるウォータジャケット１８が形成されている。このウォータジャケット１８は、吸気ポート１４と排気ポート１５との間に形成され冷却水を循環させる水路であるメイン冷却水路１８ａと、このメイン冷却水路１８ａと連通し吸気ポート１４とプラグボス１６との間に形成された第１冷却水路１８ｂと、前記メイン冷却水路１８ａと連通し排気ポート１５とプラグボス１６との間に形成された第２冷却水路１８ｃとをそなえて形成されている。
【００１６】
さらに、ウォータジャケット１８は、前記第１冷却水路１８ｂと連通し吸気ポート１４，１４の間に形成された吸気冷却水路１８ｄと、前記第２冷却水路１８ｃと連通し排気ポート１５，１５との間に形成された排気冷却水路１８ｅとをそなえて形成されている。
ところで、本実施形態のシリンダヘッド１は、図５に示すように、冷却水は、ウォータポンプ３１によって最初にシリンダヘッド１へ供給され、その後、シリンダヘッド１内で気筒列方向へ進みながら図中矢印Ｆ_１〜Ｆ_４で示すようにシリンダブロック３２へ分岐され、サーモスタット３３やラジエタ３４経由で再びシリンダヘッド１へ供給されることによってエンジンを冷却する、いわゆる、「シリンダヘッド先行冷却方式」が適用されるようになっている。
【００１７】
一方、このシリンダヘッド先行冷却方式とは相反する手法として、シリンダブロック先行冷却方式という手法がある。このシリンダブロック先行冷却は、シリンダヘッドよりも先にシリンダブロックに冷却水を供給し、シリンダブロックを冷却し終わった冷却水をシリンダヘッドへ供給するものである。しかし、このシリンダブロック先行冷却においては、エンジン温度が低くエンジンオイルの粘性が高いような場合（例えばエンジン始動直後など）であっても、シリンダブロックを優先的に冷却してしまうため、シリンダブロック内のエンジンオイルの温度を上昇させてエンジンオイルを所定の粘度にするには比較的長い時間を要してしまう。
【００１８】
これに対して、図５に示すシリンダヘッド先行冷却方式によれば、まず、シリンダヘッド１へ冷却水を供給し、優先的にシリンダヘッド１を冷却した後、この冷却水をシリンダブロック３２へ流入させるようになっているので、エンジン始動直後であっても効果的にエンジンオイル温度を上昇させることが可能であるとともに、適切にエンジンを冷却することができるという利点がある。
【００１９】
ところが、図５に示すシリンダヘッド先行冷却方式においては、シリンダヘッド１内部で、冷却水を気筒列方向のみならず気筒列直交方向にも効率的に循環させることが必要となる。
そこで、本実施形態におけるプラグボス１６には、図１〜図４に示すように、冷却水の上流方向へ向けてメイン冷却水路１８ａへ突出したリブ１７が形成されている。なお、リブ１７はプラグボス１６に一体に形成されている。
【００２０】
ここで、冷却水の流れを説明すると、図１中矢印Ａで示すように、シリンダヘッド１内のメイン冷却水路へ流入された冷却水はシリンダヘッド１内を気筒列方向へ流れ、その後、リブ１７により冷却水は第１冷却水路１８ｂと第２冷却水路１８ｃとに分岐される（図中矢印ＢおよびＣ参照）。
なお、図１にはシリンダ１９上部に形成された一対の吸気ポート１４，１４、一対の排気ポート１５，１５、リブ１７を有するプラグボス１６などが示されているが、図３および図４に示すように、各シリンダ毎にこれらの構成要素が形成されるようになっている。
【００２１】
このように、メイン冷却水路１８ａを流れてきた冷却水は、プラグボス１６から冷却水の上流側へ突出したリブ１７によって、プラグボス１６に沿ってスムーズに下流方向へ導かれるようになっている。また、メイン冷却水路１８ａを流れてきた冷却水は、リブ１７によって第１冷却水路１８ｂと第２冷却水路１８ｃとのそれぞれへ流入すべく分岐されるとともに、分岐後の冷却水流量がそれぞれ制御されるようになっており、本実施形態においては、第２冷却水路１８ｃを流れる冷却水量を抑制して、相対的に、第１冷却水路１８ｂを流れる冷却水流量が増加するように設定されている。
【００２２】
また、一般的に、吸気ポートは排気ポートよりも径が大きくなるように設定されているので、プラグボスと排気ポート間に形成されたウォータジャケット（本実施形態では第２冷却水路１８ｃが相当）や排気ポート間に形成されたウォータジャケット（本実施形態では排気冷却水路１８ｅが相当）に比べて、プラグボスと吸気ポート間に形成されたウォータジャケット（本実施形態では第１冷却水路１８ｂが相当）や吸気ポート間に形成されたウォータジャケット（本実施形態では吸気冷却水路１８ｄが相当）の冷却水路径（ウォータジャケット径）が狭くなる。このため、通常は、冷却水路（ウォータジャケット）断面積に比例して冷却水の流量も決まってしまい、冷却水路断面積を大きく取れない部分は冷却が十分にできないという事態が生じ、その結果、シリンダヘッド内の冷却バランスが低下するという事態を招いていた。
【００２３】
しかし、本実施形態においては、プラグボス１６に、メイン冷却水路１８ａ内に冷却水上流方向へ向けて突出するようにリブ１７が形成されるとともに、その配設位置は第１冷却水路１８ｂ側よりも第２冷却水路１８ｃ側へ（図１中下方へ）若干オフセットされた位置となっているため、このリブ１７により第２冷却水路１８ｃへ流れる冷却水（図１中矢印Ｃ参照）の流れが抑制され、その結果、第１冷却水路１８ｂを流れる冷却水（図１中矢印Ｂ参照）の流量を増加させる機能を有するようになっている。
【００２４】
これにより、流路径の狭い第１冷却水路１８ｂや吸気冷却水路１８ｄにも確実に冷却水を循環させることが可能となり、シリンダヘッド１全体をバランスよく冷却することができるようになっている。
さらに、リブ１７をプラグボス１６に形成することにより、スパークプラグ（図示略）のスパークによって温度上昇が著しいプラグボス１６と冷却水との接触面積を増大させることが可能となり、積極的に冷却することを要するプラグボス１６を効果的に冷却できるようになっている。
【００２５】
ところで、本実施形態におけるシリンダヘッド１には、図４に示すように、燃焼室１９とリブ１７の下面との間のすき間２２が形成され、最も高温になりやすい燃焼室とスパークプラグの先端近傍への冷却水流量を増加させ、冷却効率を高めている。また、燃焼室１９とプラグボス１６の下面との間にスパークプラグ周辺水路２１が形成され、更に冷却効率を高めるようになっている。
【００２６】
本実施形態においては、プラグボス１６に一体に形成されたリブ１７は、燃焼室上壁１９ａから所定距離Ｆ_１の間隔をもって配設されるように構成され、プラグ周辺水路２１への冷却水の流入し易いようになっており、最も高温になりやすい燃焼室とスパークプラグの周辺を積極的に冷却することができるようになっている。また、スパークプラグ周辺水路２１を形成したことにより、冷却水は、図４中矢印Ｄ_１で示すようにプラグボス１６の下面およびスパークプラグの周縁に接して冷却しながら下流側へ流れるようになっているので、冷却性能の更なる向上に寄与することができる。
【００２７】
本発明の一実施形態としてのシリンダヘッド構造は上述のように構成されるので、以下のような作用・効果が得られる。
プラグボス１６にはリブ１７が形成され、このリブ１７は、ウォータジャケット１８のメイン冷却水路１８ａ内に冷却水流の上流方向へ突設するように形成されるとともに、その配設位置は第１冷却水路１８ｂ側よりも第２冷却水路１８ｃ側へ（図１中下方へ）若干オフセットされた位置となっているため、このリブ１７が第２冷却水路１８ｃへ流れ込む冷却水（図１中矢印Ｃ参照）の流量が抑制され、第１冷却水路１８ｂを流れる冷却水（図１中矢印Ｂ参照）の流量を増加させることができる。
【００２８】
これにより、第２冷却水路１８ｃや排気冷却水路１８ｅなどと比べて流路断面積の狭い第１冷却水路１８ｂや吸気冷却水路１８ｄに対しても、確実に冷却水を循環させることが可能となり、シリンダヘッド１全体をバランスよく冷却することができるようになっている。
また、リブ１７により、第１冷却水路１８ｂや吸気冷却水路１８ｄに対してラジエタ３４（図５参照）によって冷却された冷却水を優先的に流入させることが可能となるので、第１冷却水路１８ｂや吸気冷却水路１８ｄと接している吸気ポート１４も効率よく冷却される。これにより、吸気ポート１４内を通じてシリンダ１９へ供給される吸気も冷却され、吸気の空気密度が高まるので、エンジンの高出力化およびノッキング抑制に寄与することができる。
【００２９】
さらに、リブ１７をプラグボス１６の一部として形成することにより、プラグボス１６と冷却水との接触面積を増大させるので、プラグボス１６を効果的に冷却することもできる。
なお、本発明は上述した実施態様に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。
【００３０】
例えば、本実施形態においては、シリンダヘッド先行冷却方式に適する場合を示したが、これに限定するものではなく、例えば、シリンダブロック先行冷却方式においても適用可能であり、また、これ以外の冷却方式においても適用可能である。
また、本実施形態においては、多気筒のエンジンにおけるシリンダヘッドについて説明したが、これに限定するものでなく、単気筒エンジンのシリンダヘッドにも適用可能である。
【００３１】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明のシリンダヘッド構造によれば、バランスよくエンジンを冷却することが可能となる。
つまり、冷却水が流れるウォータジャケットの上流方向に向け形成されたリブにより冷却水が分岐され、このとき、分岐された冷却水のそれぞれの流量を目標流量に制御することが可能となる。また、このリブはプラグボスに形成されているので、冷却水に対するプラグボス部の表面積を増加させてプラグボス部の冷却効果を高めることもできる（請求項１）。
【００３２】
また、吸気ポートとプラグボス部との間のウォータジャケットである第１冷却水路へ積極的に冷却水を導くことが可能となり、これにより、吸気を効率よく冷却し、吸気空気密度を向上させ、エンジンの高出力化を図るとともに、ノッキング抑制をすることができる（請求項２）。
また、吸気ポート間のウォータジャケットである吸気冷却水路へ積極的に冷却水を導くことが可能となり、これにより、吸気を効果的に冷却し、吸気空気密度を向上させて、エンジンの高出力化を図るとともに、ノッキング抑制をすることができる（請求項３）。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るシリンダヘッド構造の要部構成を示す水平断面図であって、図２におけるＹ−Ｙ断面の模式的な斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るシリンダヘッド構造の模式的な横断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るシリンダヘッド構造の模式的な水平断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るシリンダヘッド構造の模式的な垂直断面図であって、図３におけるＸ−Ｘ断面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係るシリンダヘッド構造の冷却方式を示す模式的なブロック図である。
【図６】一般的なシリンダヘッドの一例の断面を示す模式的な斜視図である。
【符号の説明】
１４吸気ポート
１５排気ポート
１６プラグボス（プラグボス部）
１７リブ
１８ウォータジャケット
１８ａメイン冷却水路
１８ｂ第１冷却水路
１８ｃ第２冷却水路
１８ｄ吸気冷却水路
１８ｅ排気冷却水路

Claims

シリンダへの吸入空気を供給する吸気ポートと、該シリンダからの排気ガスを排出する排気ポートと、燃焼室内に突出するスパークプラグを固定するプラグボス部と、冷却水が流れるウォータジャケットとをそなえたシリンダヘッド構造において、
該プラグボス部が、該吸気ポートと該排気ポートとの間に配設されるとともに、該ウォータジャケット内に、冷却水の上流方向に突出したリブをそなえる
ことを特徴とする、シリンダヘッド構造。
該ウォータジャケットが、
該吸気ポートと該排気ポートとの間に形成されたメイン冷却水路と、
該メイン冷却水路と連通し、該吸気ポートと該プラグボス部との間に形成された第１冷却水路と、
該メイン冷却水路と連通し、該排気ポートと該プラグボスとの間に形成された第２冷却水路とをそなえ、
該リブが、該第１冷却水路を流れる冷却水流量が第２冷却水路を流れる冷却水流量と同等以上になるように該メイン冷却水路を流れる冷却水を分岐させるように形成されている
ことを特徴とする、請求項１記載のシリンダヘッド構造。
該吸気ポートおよび該排気ポートがそれぞれ複数そなえられるとともに、
該第１冷却水路と連通し、該複数の吸気ポート間に形成された吸気冷却水路と、
該第２冷却水路と連通し、該複数の排気ポート間に形成された排気冷却水路とをそなえる
ことを特徴とする、請求項２記載のシリンダヘッド構造。