JP2005147032A

JP2005147032A - 内燃機関のシリンダヘッド冷却構造

Info

Publication number: JP2005147032A
Application number: JP2003387535A
Authority: JP
Inventors: Minoru Inamori; 稔稲森
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2003-11-18
Filing date: 2003-11-18
Publication date: 2005-06-09

Abstract

【課題】排気ポート又は吸気ポートの構成壁部が隣り合う気筒にまたがって連続的につながっている構成において、吸排気ポート間を効率よく冷却することができる内燃機関のシリンダヘッド冷却構造
【解決手段】シリンダヘッド２１は、周壁部２３と、その内側に設けられた排気ポート２７及び吸気ポート３１の構成壁部２９，３３とを備える。かかるシリンダヘッドの冷却構造は、排気ポート構成壁部２９は連続構成壁部として隣り合う気筒にまたがってつながっていると共に、吸気ポート構成壁部３３は複数の個別構成壁部として気筒の境界部で分離している。排気ポート構成壁部の気筒にまたがる部分には、吸気ポート構成壁部３３から延びる冷却水案内壁３５が接続されている。案内壁の内側には冷却水を流出する水穴４１が設けられている。案内壁は隣り合う吸気ポート構成壁部３３の間を上下に並ぶ二つの流路に区分けする
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関のシリンダヘッド冷却構造に関するものである。

ガソリンエンジン等の内燃機関のシリンダヘッドに対しては、従来より様々な冷却対策が施されており、例えば、ポンプ等によって冷却水をシリンダブロックに形成された冷却水室の一端部に圧送し、冷却水室の一端部から他端部まで流れた冷却水を、シリンダヘッドの冷却水室の一端部に形成された水穴より流入させ、冷却水室の一端部から他端部まで流すことでシリンダヘッドの冷却を行うものがある。しかし、燃焼室の中央付近は、吸排気ポート（吸排気弁の収容スペースでもある）を構成する壁部が密集しており、流路抵抗が相対的に大きくなるため、冷却水は十分に流動せずに冷却効率の低い箇所となっていた。かかる事情に鑑みて、実開昭６３−１１２２２２号公報に開示された冷却装置では、吸気ポートと排気ポートとの間を冷却するために、両ポート間のみに冷却水を流通させる専用の流路を備えていた（特許文献１参照）。

実開昭６３−１１２２２２号公報

ところで、内燃機関のシリンダヘッド１においては、図３に示すように、剛性増加を目的として排気ポート３の構成壁部５又は吸気ポート７の構成壁部９の一方（図３では排気ポート３の構成壁部５の例）が隣り合う気筒にまたがって連続的につながる構成がある。このような構成において、上述したように、ポンプ等によって冷却水をシリンダブロックに形成された冷却水室の一端部に圧送し、冷却水室の一端部から他端部まで流れた冷却水を、シリンダヘッドの冷却水室の一端部に形成された水穴より流入させ、冷却水室の一端部から他端部まで流すことでシリンダヘッドの冷却を行うようにした場合、シリンダヘッド１の周壁部１１と排気ポート３の構成壁部５との間の排気側通路１３、及び周壁部１１と吸気ポート７の構成壁部９との間の吸気側通路１５には多量の冷却水が流通するが、排気ポート３の構成壁部５と吸気ポート７の構成壁部９との間の中間通路１７は流路抵抗が大きいため、冷却水の流通量が増加せず、所望の冷却効果が得られない問題がある。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、排気ポート又は吸気ポートの構成壁部が隣り合う気筒にまたがって連続的につながっている構成において、吸排気ポート間を効率よく冷却することができる内燃機関のシリンダヘッド冷却構造を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するため、本発明のシリンダヘッドの冷却構造は、シリンダヘッドの周壁部と、該周壁部の内側に設けられた排気ポートの構成壁部及び吸気ポートの構成壁部とを備えた多気筒内燃機関のシリンダヘッドの冷却構造であって、排気ポートの構成壁部及び吸気ポートの構成壁部の一方は連続構成壁部として隣り合う気筒にまたがってつながっていると共に、他方は複数の個別構成壁部として気筒の境界部で分離しており、少なくとも一つの前記個別構成壁部から延び、気筒の境界部を通って前記連続構成壁部に接続される冷却媒体案内壁が設けられ、前記冷却媒体案内壁によって、隣り合う個別構成壁部の間の上流側流路、個別構成壁部及び連続構成壁部の間の流路、前記周壁部及び個別構成壁部の間の下流側流路を含む気筒別冷却媒体通路が形成され、前記気筒別冷却媒体通路には、前記個別構成壁部及び連続構成壁部の間の流路より上流側に冷却媒体流入穴が設けられることを特徴とする。

好適には、前記冷却媒体流入穴より流入する冷却媒体は、その全流量が前記気筒別冷却媒体通路を通り、前記周壁部及び個別構成壁部の間の流路へ流される。
前記案内壁は隣り合う個別構成壁部の間を上下に並ぶ二つの流路に区分けするように設けると好適である。

本発明によれば、個別構成壁部から延びて連続構成壁部における気筒にまたがる部分に接続される冷却水案内壁が設けられていることにより、気筒単位で吸排気間の小通路に冷却水を案内することができ、相対的に流路抵抗の大きな吸排気間の小通路にも十分な量の冷却水を送り込むことができる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１に、本実施の形態に係る多気筒エンジンのシリンダヘッドの水平方向の断面を示す。エンジンに設けられているシリンダヘッド２１は、水平断面がほぼ矩形状となるように立ち上がる周壁部２３を有しており、その周壁部２３の内側には冷却水が流通される冷却水室２５が形成されている。また、周壁部２３の内側には、吸排気システムを構成する吸排気ポートや吸排気弁も設けられる。すなわち、排気ポート２７は、冷却水室２５の底面から立ち上がる排気ポート構成壁部２９によって画定されている。また、吸気ポート３１も同様に、冷却水室２５の底面から立ち上がる吸気ポート構成壁部３３によって画定されている。

本エンジンでは、一気筒毎に、排気ポート２７及び吸気ポート３１が二つずつ配置されている。すなわちその一部を具体的に述べると、符号２７ａ，２７ｂで示される排気ポート２７と符号３１ａ，３１ｂで示される吸気ポート３１とが一つの気筒に対して割り当てられており、その隣りの気筒に対して、符号２７ｃ，２７ｄで示される排気ポート２７と符号３１ｃ，３１ｄで示される吸気ポート３１とが設けられている。

また、本実施の形態では、冷却水室２５を設けるために内部が中空となるシリンダヘッド２１の剛性増加を図るべく、排気ポート構成壁部２９は、連続構成壁部として、一列に並ぶ複数気筒に亙って連続的につながっている。すなわち、排気ポート構成壁部２９は、隣り合う気筒にまたがる境界部に連続部２９ａを有する。従って、例えば直列４気筒エンジンやＶ型８気筒エンジンの片側バンクであるならば、一気筒に二つの割合で設けられた合計八つ分の排気ポート２７が一体につながった排気ポート構成壁部２９によって画定されている。

一方、吸気ポート構成壁部３３は、各気筒に割り当てられた二つの吸気ポート３１毎に用意されており、個別構成壁部として、隣り合う気筒にまたがる境界部で分離している。従って、例えば直列４気筒エンジンやＶ型８気筒エンジンの片側バンクであるならば、一気筒に一つの割合で設けられた合計四つの吸気ポート構成壁部３３が設けられる。

また、吸気ポート構成壁部３３からは、排気ポート構成壁部２９の連続部２９ａに接続される冷却媒体案内壁としての冷却水案内壁３５が延びている。冷却水案内壁３５は、各気筒毎に（冷却水室２５の）下流側の吸気ポート３１の外側からポート整列方向に沿って延び気筒の境界部を延びて連続部２９ａに接続する囲壁部３７を有する。さらに、冷却水案内壁３５は、隣り合う吸気ポート構成壁部３３の間のスペースを上下方向に並ぶ二つの流路に区分けするようほぼ水平方向に延長する隔壁部３９も有する。囲壁部３７の構成部分に関する上下位置について説明する。囲壁部３７は、下流側の吸気ポート３１ａ（３１ｃ）から周壁部２３に向けて延びる第１部分３７ａと、第１部分３７ａから上流に延びる第２部分３７ｂと、第２部分３７ｂの上流端から上流側の吸気ポート３１ｂ（３１ｄ）に達する第３部分３７ｃと、上流側の吸気ポート３１ｂ（３１ｄ）及び排気ポート２７ｂ（２７ｄ）の間において第３部分３７ｃと同一面上を延びる第４部分３７ｄと、下流側の吸気ポート３１ａ（３１ｃ）及び排気ポート２７ａ（２７ｃ）の間において第１部分３７ａと同一面上を延びる第５部分３７ｅと、隣り合う気筒の第２部分３７ｂの間において当該第２部分３７ｂと同一面上を延びる第６部分３７ｆとを備える。ここで、説明の都合上、隔壁部３９よりも上方の領域を上段と称し、下方の領域を下段と称する。囲壁部３７のうち第１部分３７ａ及び第２部分３７ｂは、上段から下段を通して上下に延長しており、第３部分３７ｃ及び第４部分３７ｄは上段においてのみ延長し、第５部分３７ｅ及び第６部分３７ｆは下段においてのみ延長する。また、囲壁部３７の内側すなわち第２部分３７ｂ内側の第１部分３７ａ寄りには、水穴４１が設けられている。このような構成によって、水穴４１から流出した冷却水は、冷却水案内壁３５によって、各気筒毎の吸気ポート構成壁部３３を周回するように且つ上下方向に高さの変化するようなほぼ螺旋状に流れる。また、冷却水室２５内における周壁部２３及び排気ポート構成壁部２９の間には、排気側大通路４３が形成され、周壁部２３及び吸気ポート構成壁部３３（より正確には冷却水案内壁３５）の間には、吸気側大通路４５が形成されている。排気側大通路４３及び吸気側大通路４５のそれぞれ上流側には、水穴４１と同様な図示しない水穴が設けられている。

次に以上のような構成を有するシリンダヘッドの冷却構造の作用を説明する。ポンプ等によって圧送される冷却水は、シリンダブロックに形成された冷却水室の一端部から他端部まで流れた後に、シリンダヘッドの一端部（図１における下端部）に形成された水穴よりシリンダヘッドの冷却水室２５内に供給され、図中矢印Ａで示されるように、排気側大通路４３及び吸気側大通路４５を通って周囲を冷却しながら流れ、下流に設けられた図示省略する排水口より冷却水室２５外へと排出される。また、冷却水案内壁３５の内側の各水穴４１からも同様にシリンダブロックに形成された冷却水室より冷却水が供給されるが、かかる冷却水はまず、矢印Ｂに示されるように、排気側大通路４３及び吸気側大通路４５の流れ（矢印Ａの流れ）と逆方向に流れる。そして、一部が点線で描かれた矢印Ｃで示されるように、隔壁部３９の下方の下段流路３９ａを連続部２９ａに向けて流れる。さらに、冷却水は、矢印Ｄで示されるように、下段流路３９ａの連続部２９ａ近傍において向きを変え、吸排気間小通路４７に流入する。吸排気間小通路４７において冷却水は、矢印Ｅで示されるように、排気側大通路４３及び吸気側大通路４５の流れと同方向に流れる。さらに、冷却水は、矢印Ｆで示されるように、吸排気間小通路４７における下流側の連続部２９ａ近傍で向きを変え、隔壁部３９の上方の上段流路３９ｂを吸気側大通路４５に向けて流れる。そして、最終的には矢印Ｇで示されるように、冷却水は、上段流路３９ｂから吸気側大通路４５に流出して、矢印Ａで示す冷却水と合流して、吸気側大通路４５を下流へ流れる。

このように本実施の形態においては、気筒毎に吸排気間小通路４７に冷却水を案内する個別専用の冷却水案内壁３５が設けられ、その内側に排気側大通路４３や吸気側大通路４５の水穴とは別の水穴４１が設けられているため、相対的に流路抵抗の大きな吸排気間小通路４７にも十分な量の冷却水を送り込むことができる。よって、従来、十分な冷却効率が得られにくかった吸排気ポート間を効率よく冷却することができる。さらに、冷却水室２５の底面から立設された吸気ポート構成壁部３３の気筒間境界部には、通常、十分なスペースが存在していないものであるが、本実施の形態では、かかる境界部に位置する冷却水案内壁３５の部分をほぼ水平方向に延在する隔壁部３９として構成することによって、気筒間境界部を流路として有効に活用することが可能となっている。また、相対的に圧損の大きい吸排気間小通路４７の下流側は、相対的に圧損の小さい吸気側大通路４５に連通しているため、吸排気間小通路４７の下流で流れが滞りにくく、より多くの冷却水が吸排気間小通路４７に流入できるようになっている。さらに、一つの水穴４１は一つの吸排気間小通路４７を流れた後、吸気側大通路４５に流入するように構成されているため、冷却水が複数の吸排気間小通路を連続して流通する流路が存在するようなシリンダヘッド冷却構造と比較して、冷却水の圧損が圧倒的に少なくなっている。さらに、一つの水穴４１から流入した冷却水はその全流量が、下段流路３９ａ、吸排気間小通路４７及び上段流路３９ｂを含む気筒別冷却媒体通路を通って、冷却水案内壁３５及び周壁部２３の間の通路（本実施の形態では吸気側大通路４５）に流れ込むため、各気筒毎の排気ポート構成壁部２９と吸気ポート構成壁部３３との間を確実に冷却することができる。

なお、以上に説明してきた本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な改変を施して実施することができる。例えば、上記実施の形態では、排気ポート構成壁部が連続構成壁部、吸気ポート構成壁部が個別構成壁部として設けられていたが、かかる態様を逆にして、排気ポート構成壁部を個別構成壁部、吸気ポート構成壁部を連続構成壁部として構成し、排気ポート構成壁部から吸気ポート構成壁部の気筒境界部に接続する冷却水案内壁を設けるようにしてもよい。また、上記実施の形態では、吸気ポート構成壁部の全てから冷却水案内壁が延長していたが、本発明は必ずしもかかる態様に限定されるものではない。すなわち、少なくとも一つの吸気ポート構成壁部から排気ポート構成壁部へつながる冷却水案内壁を有する態様であれば本発明の範囲に包含されるものとする。

また、冷却水案内壁の気筒境界部分に位置する隔壁部は、スペースを上下方向に仕切る態様には限定されず、狭小スペースへの製作加工上の問題が克服できるならば、スペースを横方向に仕切る隔壁部として構成することも可能である。
また、吸排気間小通路の高さ寸法を他の通路よりも小さくし（吸排気間小通路を画定する天井面を低くし）、流速を高めてより冷却効果を増加させてもよい。このような構成にすると通路が狭くなり圧損は大きくなるが、上記実施の形態における圧損は従来技術に比べて元々非常に小さいため圧損が多少増加しても尚、十分な量の冷却水を流すことができる。
また、吸排気間小通路４７と上段流路３９ｂとは第５部分３７ｅを境に流路の高さが変化していたが、本発明はこのような態様に限定されるものではなく、第５部分３７ｅの近傍に吸排気間小通路４７から上段流路３９ｂへとなだらかにつながる上り斜面を用意してもよい。
さらに、冷却媒体としては水を例に説明しているが、本発明はそれに限定されるものではない。

本発明の実施の形態に係るシリンダヘッドの水平方向の断面図である。図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。従来のシリンダヘッドの図１と同態様の図である。

符号の説明

２１シリンダヘッド、２３周壁部、２７排気ポート、２９排気ポート構成壁部、３１吸気ポート、３３吸気ポート構成壁部、３５冷却水案内壁、３９隔壁部、４１水穴。

Claims

シリンダヘッドの周壁部と、該周壁部の内側に設けられた排気ポートの構成壁部及び吸気ポートの構成壁部とを備えた多気筒内燃機関のシリンダヘッドの冷却構造であって、
排気ポートの構成壁部及び吸気ポートの構成壁部の一方は連続構成壁部として隣り合う気筒にまたがってつながっていると共に、他方は複数の個別構成壁部として気筒の境界部で分離しており、
少なくとも一つの前記個別構成壁部から延び、気筒の境界部を通って前記連続構成壁部に接続される冷却媒体案内壁が設けられ、
前記冷却媒体案内壁によって、隣り合う個別構成壁部の間の上流側流路、個別構成壁部及び連続構成壁部の間の流路、前記周壁部及び個別構成壁部の間の下流側流路を含む気筒別冷却媒体通路が形成され、
前記気筒別冷却媒体通路には、前記個別構成壁部及び連続構成壁部の間の流路より上流側に冷却媒体流入穴が設けられる
ことを特徴とするシリンダヘッドの冷却構造。
前記冷却媒体流入穴より流入する冷却媒体は、その全流量が前記気筒別冷却媒体通路を通り、前記周壁部及び個別構成壁部の間の流路へ流されることを特徴とする請求項１に記載のシリンダヘッドの冷却構造。
前記案内壁は隣り合う個別構成壁部の間を上下に並ぶ二つの流路に区分けすることを特徴とする請求項１又は２に記載のシリンダヘッドの冷却構造。