JP2007132230A - シリンダヘッドの冷却水通路構造 - Google Patents

Abstract

【課題】上下２段の冷却水通路を有するシリンダヘッドにおいて、冷却性能をさらに高めた冷却水通路構造を提供する。
【解決手段】シリンダヘッド１内に、仕切壁４を介して、上部壁１０側に上段冷却水通路２、下部壁１１側に下段冷却水通路３を形成し、前記仕切壁に、上段冷却水通路２を流れる冷却水を下段冷却水通路３に向けて流して下部壁１１側に衝突させる連通路６を設ける。冷却水は、特に熱負荷の高い燃焼室壁中心付近やポート間で下段冷却水通路に流れ込むように設定する。下段冷却水通路に流れ込む冷却水によって燃焼室壁をより効果的に冷却することができ、従来の燃焼室壁に沿って流す方式よりも熱伝達効率が高く、高い冷却性能を確保することができ、優れた耐久品質が得られる。
【選択図】図１

Description

本発明は、シリンダヘッドにおける冷却性能を向上させたシリンダヘッドの冷却水通路構造に関するものである。

シリンダヘッドの下面温度、すなわち燃焼室壁温度は、シリンダヘッドの耐久寿命を支配する主要な特性値の一つであり、したがってシリンダヘッドの下面温度を下げることは耐久品質を確保する上で重要である。従来、このシリンダヘッドの燃焼室壁を冷却するために、シリンダヘッド内に気筒配列方向に沿って冷却水通路を設け、該冷却水通路内で燃焼室壁に沿って冷却水を流す冷却水通路構造が多く採択されている。

また、シリンダヘッド内に横方向に沿った仕切壁を介して上下２段の冷却水通路を設け、下段の冷却水通路内を流れる冷却水を上段側に流すことで燃焼室壁だけでなくポート壁などを効果的に冷却する冷却水通路構造も提案されている（例えば特許文献１。）
この２段の冷却水通路構造を有するシリンダヘッド３０を、図５に基づいて説明する。図５は、該シリンダヘッド３０の縦断面図であり、シリンダヘッド３０内には、横方向に沿って配置された仕切壁３３を介して下段冷却水通路３１と上段冷却水通路３２とが設けられている。なお、仕切壁３３は、燃料インジェクタ取付部３４の周辺において、上下に貫通する貫通孔３５が設けられている。この貫通孔３５によって下段冷却水通路３１と上段冷却水通路３２とが連通している。

上記冷却水通路構造においては、図示しないシリンダブロックを通して下段冷却水通路３１に冷却水が導入される。この冷却水は、下段冷却水通路３１に沿って移動することで燃焼室壁を冷却し、さらに、貫通孔３５を通して上段冷却水通路３２へと流れ込む。この冷却水の移動によって、燃料インジェクタ取付け部３４周辺や図示しないポート壁などを効果的に冷却することができる。

そして、これらの冷却水通路構造では、エンジン出力増加等の熱負荷増加に対して、水流れ面の対応として、水流速増加によって水通路の熱伝達効率を高め、燃焼室壁の冷却性を確保する方法が提案されている。例えば、特許文献２においては、水室の下方壁に設けた補強リブに対応して、上方壁に冷却水流速を上昇させる整流部材を設けて冷却性能を高めたシリンダヘッドが提案されている。
登録実用新案第２５５５６９１号公報 特開２０００３−１８４６４６号公報

しかし、シリンダヘッドにおいて今後益々高まる熱負荷に対しては、上記した整流部材を設けることによって水流速を増加して水通路の熱伝達効率を高め燃焼室壁の冷却性を確保しようとする方法では、シリンダヘッドの冷却性能を十分に高めることができず、製品の十分な耐久品質を確保することができないという問題がある。

本発明は、上記事情を背景としてなされたものであり、上段の冷却水通路と下段の冷却水通路とを有する冷却水通路構造において、冷却水通路の熱伝達効率を高めて高い冷却性能を確保し、よって、益々高まる熱負荷に対しても良好な耐久品質を確保することができるシリンダヘッドの冷却水通路構造を提供することを目的とする。

すなわち、本発明のシリンダヘッドの冷却水通路構造のうち、請求項１記載の発明は、シリンダヘッド内に、仕切壁を介して、上部壁側に上段冷却水通路が形成され、下部壁側に下段冷却水通路が形成されており、前記仕切壁に、前記上段冷却水通路を流れる冷却水を下段冷却水通路に向けて流して該冷却水を下部壁側に衝突させる連通路が設けられていることを特徴とする。

請求項２記載のシリンダヘッドの冷却水通路構造の発明は、請求項１記載の発明において、前記上段冷却水通路は、前記下段冷却水通路よりも先に冷却水が流入する構造を有することを特徴とする。

請求項３記載のシリンダヘッドの冷却水通路構造の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記冷却水が衝突する下部壁が燃焼室壁であることを特徴とする。

請求項４記載のシリンダヘッドの冷却水通路構造の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、 前記連通路は、燃焼室壁の燃焼室中心付近上方またはポート間下部壁の上方に設けられていることを特徴とする。

すなわち本発明によれば、上段冷却水通路を流れる冷却水が、上下段冷却水路通路間にある仕切壁の連通路を通して下段冷却水通路に向けて噴出され下部壁に衝突するので、冷却水と下部壁との間の熱伝達効率が向上し、下部壁側、特に燃焼室壁を効果的に冷却する。

なお、シリンダヘッドにおける上段冷却水通路と下段冷却水通路では、先に上段冷却水通路に冷却水が導入される構造とすることにより、冷却性能が高いままの冷却水を上記連通路を通して下部壁に衝突させてより効果的に冷却することができる。

また、上記仕切壁に設ける連通路の数、形状、位置は本発明としては特に限定はされないが、燃焼室壁を効果的に冷却するために、燃焼室壁となる下部壁に冷却水が衝突するように連通路の位置を定めるのが望ましい。

以上説明したように、本発明のシリンダヘッドの冷却水通路構造によれば、シリンダヘッド内に、仕切壁を介して、上部壁側に上段冷却水通路が形成され、下部壁側に下段冷却水通路が形成されており、前記仕切壁に、前記上段冷却水通路を流れる冷却水を下段冷却水通路に向けて流して該冷却水を下部壁側に衝突させる連通路が設けられているので、上段冷却水通路から下段冷却水通路に流れ込む冷却水によって下部壁側、特に燃焼室壁をより効果的に冷却することができ、従来の燃焼室壁に沿って流す方式よりも熱伝達効率が高く、高い冷却性能を確保することができる。これによりシリンダヘッドの優れた耐久品質を得ることができる。

（実施形態１）
以下に、本発明の一実施形態を図１に基づいて説明する。
図１は、シリンダヘッド１の一部を示す縦断面図であり、一つの気筒中心位置において図示されている。
シリンダヘッド１は、各々の気筒に対応させて、図示しない排気ポートと、吸気ポートが、燃料インジェクタ取付部５を中心として設けられており、燃料インジェクタ取付部５は、図示しない燃焼室の横方向中心に略位置している。さらに、仕切壁４を介して、上部壁１０側に上段冷却水通路２が形成され、下部壁１１側に下段冷却水通路３が形成されて上下２段の冷却水通路構造とされている。
また、各気筒に対応させて、上記燃料インジェクタ取付部５の周囲の仕切壁４に、上段冷却水通路２から下段冷却水通路３に冷却水を流出させるための連通路６が形成されている。したがって、連通路６は、図示しない燃焼室中心付近の上方に位置しており、その下方が下部壁１１の一部を構成する燃焼室壁１１ａとなっている。

このように構成されたシリンダヘッド１の冷却水通路構造によると、先ず、上段冷却水通路２に冷却水が導入され、該上段冷却水通路２を流れる冷却水は連通路６を通して下段冷却水通路３へと流れ込む。この際には、上段冷却水通路２から下段冷却水通路３に冷却水が噴出され下部壁１１である燃焼室壁１１ａに衝突する。この衝突により冷却水と燃焼室壁１１ａとの間の熱交換効率が向上し、燃焼室壁１１ａ側を効果的に冷却することができる。さらに下部冷却水通路３に流れ込んだ冷却水は図示しない各ポート間を冷却しながらシリンダ周辺部に流れ出し、シリンダブロックへと排出される。
上記では、燃料インジェクタ取付部５の周囲の仕切壁４に連通路６を設けて上段冷却水通路２の冷却水が下段冷却水通路３へと流れ込むようにしているが、連通路の位置は、冷却水が特に熱負荷の高い燃焼室壁中心付近やポート間で下段冷却水通路に流れ込むように設定するのが望ましい。

また、上記では一つの気筒における冷却水の流れについて説明したが、多気筒のシリンダに対応するシリンダヘッドでは、各気筒に関し、上記冷却水の流れ（上段冷却水通路から下段冷却水通路への流れ込み）が得られ、冷却水が下段壁に衝突して各気筒で効果的に燃焼室壁の冷却がなされるのが望ましい。

図２は、シリンダヘッドの端部から上段冷却水通路に冷却水を導入し、冷却水が気筒配列方向に沿って流れつつ、各気筒に応じて下段冷却水通路に冷却水が流れ込むように構成したシリンダヘッド１００の縦断面を示すものである。以下にその内容を説明する。なお、上記実施形態のシリンダヘッド１と同様の構成については同一の符号を付している。

シリンダヘッド１００は、仕切壁４を介して上部壁１０側に上段冷却水通路２が設けられ、下部壁１１側に下段冷却水通路３が設けられている。各気筒に応じて、それぞれ上流側から順次、燃料インジェクタ取付部５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄが設けられており、該燃料インジェクタ取付部の周囲において、仕切壁４にそれぞれ連通路６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄが形成されている。各連通路６ａ…６ｄは、各気筒の燃焼室壁１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄの略中心の上方に位置している。

上記シリンダヘッド１００では、一の気筒側端部で上段冷却水通路２に冷却水が導入され、該冷却水は、気筒の配列方向に沿って上段冷却水通路２内を図示右方から左方へと流れる。なお、一部の冷却水は、連通路６ａを通して下段冷却水通路３側へと流れ込み、この際に、冷却水は燃焼室壁１１ａに衝突して燃焼室壁１１ａ側を効果的に冷却する。また、連通路６ｂ、６ｃ、６ｄにおいても同様に一部の冷却水は、連通路を通して上段冷却水通路２から下段冷却水通路３へと流れ込み、それぞれ燃焼室壁１１ｂ、１１ｃ、１１ｄに衝突して各燃焼室壁１１ｂ…１１ｄを効果的に冷却する。下段冷却水通路３に流入した冷却水は、前記シリンダヘッド１と同様に、図示しないシリンダブロックへと排出される。

なお、上記シリンダヘッド１００では、シリンダヘッド前端あるいは後端付近の上段冷却水通路に冷却水を流入させ、その冷却水をシリンダヘッド長手方向に上段冷却水通路内を流しつつ、各気筒にて下段冷却水路に冷却水を流し込む構造としたが、上段冷却水通路に先に冷却水を導入するものとしては、上記構成に限定されるものではなく、他の構造を採用することも可能である。以下に他例の実施形態を説明する。

図３は、上段冷却水通路において横断する図であり、シリンダヘッド１０１各気筒の上段冷却水通路２に直接冷却水を流入させる構造としたものである。以下に、その詳細を説明する。なお、上記実施形態のシリンダヘッドと同様の構成については同一の符号を付している。

すなわち、シリンダヘッド１０１は、一つの気筒に対応して、燃料インジェクタ取付部５をシリンダ中心として、その四方に、吸気ポート１５、１６、排気ポート１７、１８が設けられている。さらに、該シリンダヘッド１０１には、各気筒に対応して上段冷却水通路２に冷却水をシリンダブロックから導入する冷却水導入口２０がそれぞれ形成されており、燃料インジェクタ取付部５の周囲には、仕切壁４に連通路２１、２２が形成されている。該連通路２１、２２は、下段冷却水通路の一部を構成する下部壁１１、すなわち燃焼室壁に対面している。なお、図３では、一つの気筒に関してのみ図示しているが、各気筒に対応して同様の構成（冷却水導入口２０、連通路２１、２２等）を有している。

この実施形態の冷却水通路構造では、各気筒において、冷却水導入口２０から上段冷却水通路２に冷却水が導入され、該上段冷却水通路２を流れつつ排気ポートを冷却し、さらに、連通路２１、２２を通して下段冷却水通路へと流れ込み、直下の下部壁１１に衝突し、下部壁１１を効果的に冷却する。冷却水はさらに下部壁１１に沿ってポート間を移動してポート壁および下部壁１１を冷却し、各気筒においてシリンダブロックへと排出される。この形態においても、冷却水が先に上段冷却水通路に導入されて、連通路を通して下段冷却水通路に流れ込む際に熱交換効率が向上して優れた冷却性能が得られる。

さらに、図４は、同じく上段冷却水通路において横断する図であり、シリンダヘッド１０２各気筒の上段冷却水通路２に外部水配管２５より冷却水を流入させる構造としたものである。以下に、その詳細を説明する。なお、上記実施形態のシリンダヘッドと同様の構成については同一の符号を付している。

シリンダヘッド１０２も、一つの気筒に対応して、燃料インジェクタ取付部５、吸気ポート１５、１６、排気ポート１７、１８が設けられており、燃料インジェクタ取付部５の周囲で、仕切壁４に連通路２１、２２が形成されている。さらに、該シリンダヘッド１０２には、各気筒に対応して上段冷却水通路２に冷却水を導入する外部水配管２５が接続されている。
なお、各気筒に対応して同様の構成（外部水配管２５、連通路２１、２２等）を有している。

この実施形態の冷却水通路構造では、各気筒において、外部水配管２５から上段冷却水通路２に冷却水が導入され、連通路２１、２２を通して下段冷却水通路へと流れ込み、直下の下部壁１１に衝突し、下部壁１１を効果的に冷却する。冷却水は下段冷却水通路を移動してポート壁および下部壁１１を冷却し、各気筒においてシリンダブロックへと排出される。この形態においても、熱交換効率が向上して優れた冷却性能が得られる。
以上のように、上段冷却水通路への冷却水の導入構造について図２〜図４に基づいて説明したが、その構造はこれらに限定されるものではない。

以上、本発明について上記各実施形態に基づいて説明したが、本発明は、上記実施形態の説明内容に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない範囲において変更が可能である。

本発明の一実施形態を示す縦断面図である。 同じく、他の実施形態を示す縦断面図である。 同じく、さらに他の実施形態を示す横断面図である。 同じく、さらに他の実施形態を示す横断面図である。 従来のシリンダヘッドにおける冷却水通路構造を示す縦断面図である。

符号の説明

１、１００、１０１、１０２ シリンダヘッド
２ 上段冷却水通路
３ 下段冷却水通路
４ 仕切壁
５、５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ 燃料インジェクタ取付部
６、６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、２１、２２ 連通路
１０ 上部壁
１１ 下部壁
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ 燃焼室壁
１５、１６ 吸気ポート
１７、１８ 排気ポート
２０ 冷却水導入口
２５ 外部水配管

Claims (4)

1. シリンダヘッド内に、仕切壁を介して、上部壁側に上段冷却水通路が形成され、下部壁側に下段冷却水通路が形成されており、前記仕切壁に、前記上段冷却水通路を流れる冷却水を下段冷却水通路に向けて流して該冷却水を下部壁側に衝突させる連通路が設けられていることを特徴とするシリンダヘッドの冷却水通路構造。
2. 前記上段冷却水通路は、前記下段冷却水通路よりも先に冷却水が流入する構造を有することを特徴とする請求項１記載のシリンダヘッドの冷却水通路構造。
3. 前記冷却水が衝突する下部壁が燃焼室壁であることを特徴とする請求項１または２に記載のシリンダヘッドの冷却水通路構造。
4. 前記連通路は、燃焼室壁の燃焼室中心付近上方またはポート間下部壁の上方に設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のシリンダヘッドの冷却水通路構造。

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