JP2005188351A - Cooling structure for exhaust manifold integrated type engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、排気マニホールド一体型エンジンの冷却構造に関するものである。 The present invention relates to a cooling structure for an exhaust manifold integrated engine.
従来、自動車用エンジンのシリンダヘッドに排気マニホールドを形成したものがある(例えば、特許文献1参照。)。このような構造にしたエンジンにあっては、シリンダヘッド内に設けたウォータジャケットに流れる冷却水により、排気マニホールドを冷却することができる。また、排気マニホールドを囲む矩形箱状のマニホールドジャケットを排気マニホールドと一体成型で設けたものがある(例えば、特許文献2参照。)。
上記したように排気マニホールドの回りに冷却水を流して排気マニホールド及びその集合部を冷却することにより、排気マニホールドを好適に冷却することができるが、高出力化により排気温度がより一層高くなる場合には、冷却能力をより一層高める必要がある。そのためには冷却する面積を大きくすることが考えられるが、ウォータジャケットが大型化してエンジンも大型化してしまうというという問題がある。 As described above, the exhaust manifold and its collecting part are cooled by flowing cooling water around the exhaust manifold, so that the exhaust manifold can be suitably cooled. However, when the exhaust temperature becomes higher due to higher output Therefore, it is necessary to further increase the cooling capacity. For this purpose, it is conceivable to increase the cooling area, but there is a problem that the water jacket becomes larger and the engine becomes larger.
このような課題を解決して、シリンダヘッドに一体に設けた排気マニホールドの冷却能力を高めると共に小型化し得る排気マニホールド一体型エンジンの冷却構造を実現するために本発明に於いては、シリンダヘッド(1)の内部に、複数の排気枝路(2b)及び当該各排気枝路(2b)を集合させた排気集合部(2c)を有する排気マニホールド(2)と、少なくとも前記排気集合部(2c)を冷却する排気冷却用ウォータジャケット(6)とが一体に形成された排気マニホールド一体型エンジンの冷却構造であって、前記排気冷却用ウォータジャケット(6)が、その内部を流れる冷却水が蛇行するように形成されているものとした。 In order to solve such a problem and realize a cooling structure for an exhaust manifold integrated engine that can increase the cooling capacity of an exhaust manifold integrally provided in the cylinder head and can be downsized, the cylinder head ( 1) an exhaust manifold (2) having a plurality of exhaust branches (2b) and an exhaust collecting part (2c) in which the exhaust branches (2b) are gathered, and at least the exhaust collecting part (2c) An exhaust manifold-integrated engine cooling structure integrally formed with an exhaust cooling water jacket (6) for cooling the exhaust cooling water jacket (6) meandering the cooling water flowing inside the exhaust cooling water jacket (6) It was assumed that it was formed as follows.
特に、前記排気冷却用ウォータジャケット(6)内に、その冷却水入口(6a)から冷却水出口(9)に至る直線的流路に対して横切る向きに延在するように前記シリンダヘッド(1)の一部により形成した仕切り(10)が設けられていると良い。また、前記排気冷却用ウォータジャケット(6)における前記シリンダヘッド(1)の外面側の少なくとも一部が開口し、前記開口(7)が蓋部材(8)により閉塞されていると良い。 In particular, the cylinder head (1) extends in the water jacket (6) for exhaust cooling so as to extend in a direction transverse to the linear flow path from the cooling water inlet (6a) to the cooling water outlet (9). It is preferable that a partition (10) formed by a part of () is provided. Further, at least a part of the outer surface side of the cylinder head (1) in the exhaust cooling water jacket (6) is open, and the opening (7) is preferably closed by a lid member (8).
このように本発明によれば、シリンダヘッド内部に設けられた排気マニホールドにおいて高温の排気ガスが集まる排気集合部を冷却する排気冷却用ウォータジャケットをシリンダヘッド内部に設けると共に、そのウォータジャケットを冷却水の流れが蛇行するように形成したことから、冷却水入口と冷却水出口との距離が同じ場合には実質的に冷却面積が増大したことになり、さらにウォータジャケット内で冷却水の滞留するような広い部分を無くすことができるため、ウォータジャケットの容量を増大することなく冷却効率を高めることができる。また、冷却水の流路を蛇行させる仕切りをシリンダヘッドの一部により形成することにより、簡単な構造で冷却水流路を蛇行させることができる。 As described above, according to the present invention, an exhaust cooling water jacket for cooling an exhaust collecting portion where hot exhaust gas collects in the exhaust manifold provided in the cylinder head is provided in the cylinder head, and the water jacket is provided in the cooling water. Since the flow of water is formed in a meandering manner, the cooling area is substantially increased when the distance between the cooling water inlet and the cooling water outlet is the same, and the cooling water stays in the water jacket. Therefore, the cooling efficiency can be increased without increasing the capacity of the water jacket. Further, by forming a partition for meandering the cooling water flow path by a part of the cylinder head, the cooling water flow path can be meandered with a simple structure.
また、ウォータジャケットにおけるシリンダヘッドの外面側の一部が開口していることにより、その開口からウォータジャケット内にアクセス可能になることから、シリンダヘッド内の主ウォータジャケット(シリンダ室や燃焼室回りの冷却用)との連通路を設けて冷却水の入口及び出口とする加工を容易に行うことができる。また、空気抜き孔の加工も同様に容易に行うことができるなど、シリンダヘッドの燃焼室回りに設けられた主ウォータジャケットと排気冷却用ウォータジャケットとの間の配管などが不要になる。 In addition, since a part of the outer surface side of the cylinder head in the water jacket is open, it is possible to access the water jacket from the opening, so that the main water jacket (in the cylinder chamber and around the combustion chamber) in the cylinder head can be accessed. It is possible to easily perform processing to provide an inlet and an outlet of the cooling water by providing a communication passage with the cooling). In addition, since the air vent hole can be easily processed, piping between the main water jacket and the exhaust cooling water jacket provided around the combustion chamber of the cylinder head becomes unnecessary.
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図1は本発明が適用された直列4気筒エンジンのシリンダヘッドにおける吸・排気路を示す図である。本エンジンにあっては、1気筒当たりそれぞれ2本の吸気弁及び排気弁が設けられた4バルブエンジンである。なお、直列4気筒や4バルブエンジンに限定されるものではなく、他の気筒数及びシリンダ配列やバルブ数は異なるものであっても良い。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing intake / exhaust paths in a cylinder head of an in-line four-cylinder engine to which the present invention is applied. This engine is a four-valve engine provided with two intake valves and two exhaust valves per cylinder. In addition, it is not limited to an in-line 4-cylinder or 4-valve engine, and the number of other cylinders, the cylinder arrangement, and the number of valves may be different.
図に示されるように、シリンダヘッド1の内部には排気マニホールド2が形成されている。この排気マニホールド2は、気筒の一対の排気バルブポートに連通する一対の排気分岐路2aと、一対の排気分岐路2aを1本にした排気枝路2bと、気筒と同数の各排気枝路2bを1つに集めた排気集合部2cとからなり、それらが図に示されるようにシリンダヘッド1内部に形成されている。なお、排気集合部2cが図2に併せて示されるようにシリンダヘッド1の側面に開口しており、その開口に外部排気管3が接続される。なお、排気マニホールド2は、図では平面化して描かれているが、実際には立体的に形成されている。
As shown in the figure, an exhaust manifold 2 is formed inside the cylinder head 1. The exhaust manifold 2 includes a pair of
排気マニホールド2内を排気ガスが流れるため、排気マニホールド2を冷却する必要がある。その冷却は、シリンダヘッド1内に設けられているウォータジャケットの一部を排気マニホールド2の回りにも設けることにより行うことができる。 Since the exhaust gas flows through the exhaust manifold 2, it is necessary to cool the exhaust manifold 2. The cooling can be performed by providing a part of the water jacket provided in the cylinder head 1 also around the exhaust manifold 2.
本図示例のエンジンにおけるウォータジャケットは、図3に示されるような形状になっている。図3で示されている形状は、シリンダヘッド1及びシリンダブロック(図示せず)にそれぞれ形成された各ウォータジャケット4・5の外形を概略示すものである。シリンダブロック側のウォータジャケット5は、各気筒をそれぞれ外囲するように波状かつ全体として長円の環状をなしている。なお、ウォータジャケット5への冷却水入口5aが気筒列の方向一端に設けられ、冷却水出口5bが対応する気筒を挟んで対向位置に設けられている。
The water jacket in the engine of the illustrated example has a shape as shown in FIG. The shape shown in FIG. 3 schematically shows the outer shape of each of the
また、ウォータジャケット5における冷却水入口5aと冷却水出口5bとの間にはセパレータ(シリンダブロックの一部をウォータジャケット5内へ隔壁として突出させて形成)5cが設けられており、冷却水入口5aと冷却水出口5bとの間の短い方に流れる冷却水の流量が少量になるように制限されている。これにより、冷却水入口5aから流入した冷却水のほとんどが図の矢印Aに示されるように全気筒を巡るように流れる。なお、冷却水の一部は図の矢印Bに示されるように、セパレータ5cにより遮断されていない部分から冷却水出口側へ流れ得る。
Further, a separator (formed by protruding a part of the cylinder block into the
シリンダブロック側ウォータジャケット5とシリンダヘッド側ウォータジャケット4とは、シリンダブロック及びシリンダヘッド1との間に挟持されるガスケット(図示せず)に設けられた冷却水通路を介して連通している。冷却水通路11a・11bは、図4に示されるように冷却水入口5a及び冷却水出口5bが設けられている気筒列一端側に多く配設されている。また、気筒列一端側に設けられた冷却水通路11aの開口面積は他の冷却水通路11bよりも広くされている。これら冷却水通路11a・11bを介して、シリンダブロック側ウォータジャケット5内の冷却水の一部がシリンダヘッド側ウォータジャケット4に流れるようになっている(矢印C)。ウォータジャケット4に流れ込んだ冷却水は、燃焼室回りを冷却し、気筒列方向において冷却水通路11aを設けられた側とは相反する側に設けられた複数の冷却水出口4bから流出される。
The cylinder block
本図示例にあっては、図1に示されるように排気集合部2cを中心とする排気マニホールド2を冷却するための排気マニホールド冷却用ウォータジャケット6が設けられている。この排気マニホールド冷却用ウォータジャケット6は、シリンダヘッド1に凹設された部分と、蓋部材7とにより画定されて形成されている。シリンダヘッド1を鋳造する場合に排気マニホールド冷却用ウォータジャケット6を併せて形成することができ、例えば排気マニホールド2の中子をセットするのと同時にウォータジャケット6の中子をセットし、または排気マニホールド2の中子をセットした後にウォータジャケット6の中子をセットすることができる。したがって、シリンダヘッド1の製造を排気マニホールド冷却用ウォータジャケット6の無い場合と略同等に行うことができるため、ウォータジャケット6をシリンダヘッド1に設けることによる生産性の低下が生じることがない。
In the illustrated example, as shown in FIG. 1, an exhaust manifold
なお、シリンダヘッド1の側壁面には、図2に示されるように排気マニホールド冷却用ウォータジャケット6の中子の挿抜孔として左右一対の開口7が設けられている。これらの開口7には蓋部材8が取り付けられる。また、ウォータジャケット6の長手方向一端側(図1の右側)にシリンダヘッド側ウォータジャケット4と連通する冷却水入口6aが設けられ、他端側(図1の左側)には蓋部材8に取り付けたホースプラグ9により冷却水出口が設けられており、上記一端側から他端側に向けて冷却水が流れるようになっている。
A pair of left and right openings 7 are provided on the side wall surface of the cylinder head 1 as insertion / extraction holes for the core of the exhaust manifold
そして、排気マニホールド冷却用ウォータジャケット6には、排気集合部2cと左右両開口7との各中間部には、シリンダヘッド1に一体に形成したリブ状の仕切り10がそれぞれ設けられている。また、ウォータジャケット6の長手方向中央部分が排気集合部2cを外部に開通させるために細くなっている。そして、各仕切り10は、ウォータジャケット6における冷却水入口6aから冷却水出口(9)に至る直線的な流路を横切る向きに延在し、かつウォータジャケット6における排気集合部2cの形成部分により細くされている側とは相反する側を細くするようにウォータジャケット6の幅方向一端から他端側に向けて延出している。これにより、ウォータジャケット6の流路が蛇行するように形成されている。
The exhaust manifold
したがって、排気マニホールド冷却用ウォータジャケット6の長手方向一端側から他端側に向けて流れる冷却水の流れは、図5の矢印に示されるように左右の仕切り10と排気集合部2cの形成部分とにより蛇行する流れとなる。このように冷却水流路が蛇行していることにより、排気マニホールド冷却用ウォータジャケット6において、冷却水の流路長が長くなり、排気マニホールド2に対する接触面積が大きくなり、排気マニホールド2に対する冷却性が向上する。
Therefore, the flow of the cooling water flowing from one end side to the other end side in the longitudinal direction of the exhaust manifold
一方、仕切り10を設けない場合には図6に示されるようになるウォータジャケット16において、その冷却水の流れは、図の矢印に示されるように冷却水入口6aから冷却水出口(9)に向けて直線的に流れ、一部が両端部の幅広部分を還流する。そのため、ウォータジャケット16の幅広部分において一部(特に角部)に冷却水が滞留する部分が生じ、冷却性が悪化する。
On the other hand, when the
それに対して、本願発明に基づく上記仕切り10を設けた構造によれば、ウォータジャケット6の幅広部分に対して蛇行して流れるようになるため、ウォータジャケット6内の流れを均一化することができる。そして、上記角部に冷却水が滞留してしまうことがないなど、排気集合部2c回りの冷却性がより一層向上する。
On the other hand, according to the structure provided with the
また、排気マニホールド冷却用ウォータジャケット6における冷却水入口6a及び冷却水出口(9)の各上側にはエア抜き孔6bが設けられている。なお、エア抜き孔6bは冷却水入口6a及び冷却水出口(9)よりも小径に形成されており、ウォータジャケット6における主な冷却水の流れが冷却水入口6a及び冷却水出口(9)間になるようにされている。これにより、シリンダヘッド側ウォータジャケット4内の流れも下側の冷却水入口6aが主体となり、燃焼室の冷却に対して有利となる。
An
なお、上記図示例では冷却水出口を蓋部材8に取り付けたホースプラグ9としたが、冷却水入口6aと同様にシリンダヘッド側ウォータジャケット4と連通させるようにしても良い。それにより、余計な外部配管部材や配管作業を必要としなくなり、製造コストを低廉化し得る。また、冷却水入口6a及びエア抜き孔6b、さらに上記シリンダヘッド側ウォータジャケット4と連通させる冷却水出口の加工にあっては、それらを各開口7に対応する位置に設けることができ、各孔に対する砂抜きを容易に行うことができると共に孔加工後に蓋部材8を取り付けるという簡単な作業で実施可能である。
Although the cooling water outlet is the hose plug 9 attached to the
また、図5に示されるように、外部排気管(排気部品)3をシリンダヘッド1に取り付けるボルト(図示せず)をねじ込むボルト孔を設けたボス12と排気集合部2cとの間を冷却水が流れる連通路13が設けられていることにより、ボルトの熱による軸力低下を好適に防ぐことができる。
Further, as shown in FIG. 5, cooling water is provided between the
なお、本発明は、クランク軸を鉛直方向とした船外機などのような船舶推進機用エンジンにも適用可能である。 Note that the present invention can also be applied to a marine vessel propulsion engine such as an outboard motor having a vertical crankshaft.
本発明にかかる排気マニホールド一体型エンジンの冷却構造は、排気集合部に対する冷却性が高く、シリンダヘッド内部に排気マニホールドの集合部を設けたエンジンの冷却構造等として有用である。 The cooling structure for an exhaust manifold integrated engine according to the present invention has high cooling performance for the exhaust collecting portion, and is useful as an engine cooling structure in which the collecting portion of the exhaust manifold is provided inside the cylinder head.
1 シリンダヘッド
2 排気マニホールド、2b 排気枝路、2c 排気集合部
6 排気冷却用ウォータジャケット、6a 冷却水入口
7 開口
8 蓋部材
9 冷却水出口
10 仕切り
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Cylinder head 2 Exhaust manifold, 2b Exhaust branch, 2c
Claims (3)
前記排気冷却用ウォータジャケットが、その内部を流れる冷却水が蛇行するように形成されていることを特徴とする排気マニホールド一体型エンジンの冷却構造。 Inside the cylinder head, an exhaust manifold having an exhaust manifold and an exhaust manifold that collects the exhaust branches, and an exhaust cooling water jacket that cools at least the exhaust manifold are integrally formed. An exhaust manifold integrated engine cooling structure,
The exhaust manifold-integrated engine cooling structure, wherein the exhaust cooling water jacket is formed so that the cooling water flowing through the water jacket meanders.
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