JP2007278065A - Cooling structure of exhaust manifold integrated type cylinder head - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To effectively cool around a combustion chamber and around an exhaust manifold, in an exhaust manifold integrated type cylinder head. <P>SOLUTION: A first water jacket 11 and a second water jacket 12 are disposed in a cylinder head to be independent of each other. The first water jacket 11 extends from a cooling water inlet 13 on one end side in a cylinder row direction and on an intake side, to a cooling water outlet 14 on the other end side in the cylinder row direction and the intake side, through around a combustion chamber 4 in the cylinder row direction. A second water jacket 12 extends from the cooling water inlet 13 toward an exhaust side, and after passes around the exhaust manifold in the cylinder row direction, extends toward the intake side to reach the cooling water outlet 14. Cooling water inlet ports 16, 17 from the water jacket on a cylinder block side are formed at exhaust side positions of a cylinder in the middle in the cylinder row direction and a cylinder on the other side, in the first water jacket 11. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、排気マニホールド一体型シリンダヘッドの冷却構造に関する。   The present invention relates to a cooling structure for an exhaust manifold integrated cylinder head.

特許文献１に記載のシリンダヘッドでは、排気マニホールド（複数の気筒の排気ポートを集合させた排気集合路）を一体に形成することにより、エンジンのコンパクト化を図っている。
また、このシリンダヘッド内のウォータジャケットとしては、気筒列方向に燃焼室周りを通る第１ウォータジャケットと、気筒列方向に排気マニホールド周りを通る第２ウォータジャケットとを形成してある。高温になる排気マニホールド周りを確実に冷却するためである。
特開２００５−１８８３５２号公報 In the cylinder head described in Patent Document 1, an exhaust manifold (an exhaust collecting path in which exhaust ports of a plurality of cylinders are gathered) is integrally formed to reduce the size of the engine.
Further, as the water jacket in the cylinder head, a first water jacket that passes around the combustion chamber in the cylinder row direction and a second water jacket that passes around the exhaust manifold in the cylinder row direction are formed. This is to reliably cool the exhaust manifold around the high temperature.
JP 2005-188352 A

しかしながら、特許文献１に記載の排気マニホールド一体型シリンダヘッドの冷却構造では、気筒列方向に燃焼室周りを通る第１ウォータジャケットと、気筒列方向に排気マニホールド周りを通る第２ウォータジャケットとが、途中で連通していて、冷却水の行き来があるため、燃焼室周り及び排気マニホールド周りをそれぞれ担当する各ウォータジャケットの冷却水流量や流速を確保するのが難しいという問題点があった。   However, in the cooling structure of the exhaust manifold integrated cylinder head described in Patent Document 1, the first water jacket that passes around the combustion chamber in the cylinder row direction and the second water jacket that passes around the exhaust manifold in the cylinder row direction include: There is a problem in that it is difficult to ensure the cooling water flow rate and flow velocity of each water jacket in charge around the combustion chamber and around the exhaust manifold, because the water is communicated on the way and there is a flow of cooling water.

本発明は、このような従来の問題点に鑑み、燃焼室周り及び排気マニホールド周りをそれぞれ好適に冷却することができる排気マニホールド一体型シリンダヘッドの冷却構造を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a cooling structure for an exhaust manifold-integrated cylinder head that can suitably cool the combustion chamber and the exhaust manifold.

このため、本発明では、シリンダヘッド内のウォータジャケットとして、気筒列方向一端側でかつクロスフロー方向吸気側にある冷却水入口から、気筒列方向に燃焼室周りを通って、気筒列方向他端側でかつクロスフロー方向吸気側にある冷却水出口に至る第１ウォータジャケットと、前記冷却水入口から、クロスフロー方向排気側へ向かい、気筒列方向に排気マニホールド周りを通った後、クロスフロー方向吸気側へ向かい、前記冷却水出口に至る、第２ウォータジャケットと、を設け、これらは互いに独立させる。   For this reason, in the present invention, as a water jacket in the cylinder head, from the cooling water inlet on one end side in the cylinder row direction and on the intake side in the cross flow direction, passes around the combustion chamber in the cylinder row direction, and the other end in the cylinder row direction First water jacket to the cooling water outlet on the side and in the cross flow direction intake side, and from the cooling water inlet to the cross flow direction exhaust side, after passing around the exhaust manifold in the cylinder row direction, the cross flow direction A second water jacket is provided to the intake side and to the cooling water outlet, and these are made independent of each other.

そして、前記第１ウォータジャケットにおける気筒列方向中間の気筒の排気側位置に、シリンダブロック側のウォータジャケットからの冷却水流入口を形成する。   Then, a cooling water inlet from the water jacket on the cylinder block side is formed at the exhaust side position of the cylinder in the cylinder row direction in the first water jacket.

本発明によれば、燃焼室周りの第１ウォータジャケットと排気マニホールド周りの第２ウォータジャケットとが互いに独立していて、途中で連通しないため、各ウォータジャケットの冷却水流量及び流速を確保することが容易となる。
また、第１ウォータジャケットでは、冷却水入口及び出口がクロスフロー方向吸気側にあるため、特に気筒列方向中間の気筒の排気側に冷却水の流れを生じにくいが、中間気筒の排気側にシリンダブロック側ウォータジャケットからの冷却水流入口を形成することで、中間気筒の排気側に冷却水の流れを生じ、より好適に冷却できる。 According to the present invention, the first water jacket around the combustion chamber and the second water jacket around the exhaust manifold are independent of each other and do not communicate with each other, so that the cooling water flow rate and flow velocity of each water jacket are ensured. Becomes easy.
In the first water jacket, since the cooling water inlet and outlet are on the intake side in the cross flow direction, it is difficult for the cooling water to flow particularly on the exhaust side of the cylinder in the middle of the cylinder row direction. By forming the cooling water inlet from the block-side water jacket, a flow of cooling water is generated on the exhaust side of the intermediate cylinder, and cooling can be performed more suitably.

以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の一実施形態を示すシリンダヘッドの平面図、図２は図１のＡ−Ａ矢視断面図である。尚、本実施形態では３気筒エンジン（又はＶ型６気筒エンジンの片バンク）について示している。
シリンダヘッド１は、シリンダブロック２上に設けられ、ピストン３との間に各気筒の燃焼室４を形成する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a plan view of a cylinder head showing an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. In the present embodiment, a three-cylinder engine (or one bank of a V-type six-cylinder engine) is shown.
The cylinder head 1 is provided on the cylinder block 2 and forms a combustion chamber 4 for each cylinder between the cylinder head 1 and the piston 3.

シリンダヘッド１には、各燃焼室４の上部中央に臨むように点火プラグ５が取付けられている。また、シリンダヘッド１には、各燃焼室４ごとに点火プラグ５を挟んで対向するように２つずつ吸気バルブ６及び排気バルブ７が配置されている。
各燃焼室４から各２個の吸気バルブ６を介して延びる吸気ポート８は、気筒毎に集合し、気筒間では独立したまま、シリンダヘッド１の吸気側の側面に開口し、この開口面に図示しない吸気マニホールドが取付けられるようになっている。 A spark plug 5 is attached to the cylinder head 1 so as to face the upper center of each combustion chamber 4. In addition, two intake valves 6 and two exhaust valves 7 are arranged in the cylinder head 1 so as to face each combustion chamber 4 with the ignition plug 5 interposed therebetween.
The intake ports 8 extending from the combustion chambers 4 through the two intake valves 6 are gathered for each cylinder and open to the side surface on the intake side of the cylinder head 1 while being independent between the cylinders. An intake manifold (not shown) is attached.

各燃焼室４から各２個の排気バルブ７を介して延びる排気ポート９は、気筒毎に集合した後、更に気筒間でも集合し、排気マニホールド（複数の気筒の排気ポートを集合させた排気集合路）１０をなしている。そして、排気マニホールド１０の集合部が、シリンダヘッド１の排気側の側面に開口し、この開口面に図示しない排気管が取付けられるようになっている。   The exhaust ports 9 extending from the combustion chambers 4 through the two exhaust valves 7 are gathered for each cylinder, and further gathered between the cylinders to form an exhaust manifold (an exhaust manifold in which exhaust ports of a plurality of cylinders are gathered). Road) 10 is made. A collecting portion of the exhaust manifold 10 opens on the side surface of the cylinder head 1 on the exhaust side, and an exhaust pipe (not shown) is attached to the opening surface.

次に、上記の排気マニホールド一体型シリンダヘッド１の冷却構造について、図２、図３及び図４により説明する。
図３はシリンダヘッド内のウォータジャケットの平面図、図４はシリンダブロック側のウォータジャケットの斜視図である。尚、これらの図はウォータジャケット形成用の中子の形状を示したものである。従って、図３中の５、６、７は、点火プラグ、吸気バルブ、排気バルブの位置を示している。 Next, the cooling structure of the exhaust manifold integrated cylinder head 1 will be described with reference to FIGS.
3 is a plan view of the water jacket in the cylinder head, and FIG. 4 is a perspective view of the water jacket on the cylinder block side. These drawings show the shape of the core for forming the water jacket. Therefore, 5, 6, and 7 in FIG. 3 indicate the positions of the spark plug, the intake valve, and the exhaust valve.

シリンダヘッド１内には、ウォータジャケットとして、第１ウォータジャケット１１と第２ウォータジャケット１２とが形成されている。
第１ウォータジャケット１１は、気筒列方向一端側でかつクロスフロー方向吸気側にある冷却水入口１３から、気筒列方向に燃焼室４周りを通って、気筒列方向他端側でかつクロスフロー方向吸気側にある冷却水出口１４に至る冷却水通路である。尚、クロスフロー方向とは、気筒列方向と直交し、吸気側と排気側とを結ぶ方向をいう。 A first water jacket 11 and a second water jacket 12 are formed in the cylinder head 1 as water jackets.
The first water jacket 11 passes from the cooling water inlet 13 on one end side in the cylinder row direction and on the intake side in the cross flow direction through the combustion chamber 4 in the cylinder row direction, and on the other end side in the cylinder row direction and in the cross flow direction. This is a cooling water passage leading to the cooling water outlet 14 on the intake side. The cross flow direction is a direction orthogonal to the cylinder row direction and connecting the intake side and the exhaust side.

第２ウォータジャケット１２は、前記冷却水入口１３から、クロスフロー方向排気側へ向かい、気筒列方向に排気マニホールド１０周りを通った後、クロスフロー方向吸気側へ向かい、前記冷却水出口１４に至る冷却水通路である。
第１ウォータジャケット１１と第２ウォータジャケット１２とは互いに独立しており、途中で連通しない構造となっている。すなわち、気筒列方向に延びる隔壁部１５により隔てられている。 The second water jacket 12 is directed from the cooling water inlet 13 toward the exhaust side in the crossflow direction, passes through the exhaust manifold 10 in the cylinder row direction, and then toward the intake side in the crossflow direction and reaches the cooling water outlet 14. This is a cooling water passage.
The first water jacket 11 and the second water jacket 12 are independent from each other, and do not communicate with each other. That is, it is separated by the partition wall 15 extending in the cylinder row direction.

ここで、前記第１ウォータジャケット１１における気筒列方向中間の気筒の排気側位置（気筒列方向では冷却水入口１３寄りの位置）に、シリンダブロック２側のウォータジャケットからの冷却水流入口１６を形成してある。
また、前記第１ウォータジャケット１１における気筒列方向他端側の気筒の排気側位置（気筒列方向では冷却水入口１３寄りの位置）にも、シリンダブロック２側のウォータジャケットからの冷却水流入口１７を形成してある。 Here, a cooling water inlet 16 from the water jacket on the cylinder block 2 side is formed at the exhaust side position of the cylinder in the first water jacket 11 in the cylinder row direction (position close to the cooling water inlet 13 in the cylinder row direction). It is.
Further, the coolant inlet 17 from the water jacket on the cylinder block 2 side is also provided at the exhaust side position of the cylinder on the other end side in the cylinder row direction in the first water jacket 11 (position near the coolant inlet 13 in the cylinder row direction). Is formed.

シリンダブロック２側のウォータジャケットについて、図４により説明すると、シリンダブロック側ウォータジャケット２１は、気筒毎にシリンダを囲むように円環状に形成されて連接されたものであり、気筒列方向一端側にウォータポンプ取付部２２があり、ここから冷却水が流入して、シリンダブロック側ウォータジャケット２１内を流れるようになっている。   The water jacket on the cylinder block 2 side will be described with reference to FIG. 4. The cylinder block side water jacket 21 is formed in an annular shape so as to surround the cylinder for each cylinder and is connected to one end side in the cylinder row direction. There is a water pump mounting portion 22 from which cooling water flows and flows through the cylinder block side water jacket 21.

また、ウォータポンプ取付部２２付近に、シリンダヘッド１側への連通口２３があり、これはシリンダヘッド１側の冷却水入口１３に対応している。
また、別に、シリンダヘッド１側への連通口２６、２７があり、これらはシリンダヘッド１側の冷却水流入口１６、１７に対応している。
尚、シリンダブロック２側の連通口２３、２６、２７とシリンダヘッド１側の冷却水入口１３、冷却水流入口１６、１７とを対応させるにあたっては、これらの間に介装されるガスケットにも、いわゆるガスケットチューニングとして、対応する連通口を形成することは言うまでもない。 Further, there is a communication port 23 to the cylinder head 1 side in the vicinity of the water pump mounting portion 22, which corresponds to the cooling water inlet 13 on the cylinder head 1 side.
Separately, there are communication ports 26 and 27 to the cylinder head 1 side, which correspond to the cooling water inlets 16 and 17 on the cylinder head 1 side.
When the communication ports 23, 26, 27 on the cylinder block 2 side correspond to the cooling water inlet 13, the cooling water inlets 16, 17 on the cylinder head 1 side, Needless to say, a corresponding communication port is formed as so-called gasket tuning.

本実施形態によれば、燃焼室４周りの第１ウォータジャケット１１と排気マニホールド８周りの第２ウォータジャケット１２とが互いに独立していて（隔壁部１５により隔てられていて）、途中で連通しないため、各ウォータジャケット１１、１２の冷却水流量及び流速を確保することが容易となる。
特に、排気マニホールド８周りを冷却する第２ウォータジャケット１２の冷却水入口部が１箇所、出口部も１箇所となり、途中で分流しないので、流れやすくなり、流量、流速が確保される、よって、高温となる排気マニホールド８周りを好適に冷却することができ、特に排気管取付面のメネジ部の冷却に効果的となる。 According to the present embodiment, the first water jacket 11 around the combustion chamber 4 and the second water jacket 12 around the exhaust manifold 8 are independent from each other (separated by the partition wall 15) and do not communicate in the middle. Therefore, it becomes easy to secure the cooling water flow rate and flow velocity of each water jacket 11, 12.
In particular, the cooling water inlet portion of the second water jacket 12 that cools the periphery of the exhaust manifold 8 is one place, and the outlet portion is also one place, and since it does not divert in the middle, it becomes easy to flow, and the flow rate and flow velocity are secured. The periphery of the exhaust manifold 8 that is at a high temperature can be suitably cooled, and is particularly effective for cooling the internal thread portion of the exhaust pipe mounting surface.

また、第１ウォータジャケット１１では、冷却水入口１３及び出口１４がクロスフロー方向吸気側にあるため、特に気筒列方向中間の気筒の排気側に冷却水の流れを生じにくいが、中間気筒の排気側にシリンダブロック側ウォータジャケット２１からの冷却水流入口１６を形成することで、中間気筒の排気側から吸気側へ斜め方向の冷却水の流れ（図３中の矢印の流れ）を生じ、当該気筒の点火プラグ５周りへ冷却水を集中でき、冷却効果を高めることができる。   Further, in the first water jacket 11, since the cooling water inlet 13 and the outlet 14 are on the intake side in the cross flow direction, the flow of the cooling water hardly occurs particularly on the exhaust side of the cylinder in the middle of the cylinder row direction. By forming the coolant inlet 16 from the cylinder block-side water jacket 21 on the side, a coolant flow (indicated by the arrow in FIG. 3) in an oblique direction is generated from the exhaust side to the intake side of the intermediate cylinder. The cooling water can be concentrated around the spark plug 5 and the cooling effect can be enhanced.

また、気筒列方向他端側の気筒の排気側にもシリンダブロック側ウォータジャケット２１からの冷却水流入口１７を形成することで、他端側気筒の排気側から吸気側へ斜め方向の冷却水の流れ（図３中の矢印の流れ）を生じ、当該気筒の点火プラグ５周りへ冷却水を集中でき、更に冷却効果を高めることができる。
尚、燃焼室周りの第１ウォータジャケット１１と、排気マニホールド周りの第２ウォータジャケット１２とは、シリンダヘッド１のアッパー側とボトム側とに形成する。図２ではボトム側のものに１１Ｂ、１２Ｂの符号を付している。 Further, by forming the coolant inlet 17 from the cylinder block side water jacket 21 on the exhaust side of the cylinder at the other end in the cylinder row direction, the coolant in the oblique direction from the exhaust side to the intake side of the other end side cylinder is formed. A flow (a flow indicated by an arrow in FIG. 3) is generated, the cooling water can be concentrated around the spark plug 5 of the cylinder, and the cooling effect can be further enhanced.
The first water jacket 11 around the combustion chamber and the second water jacket 12 around the exhaust manifold are formed on the upper side and the bottom side of the cylinder head 1. In FIG. 2, 11B and 12B are attached to the bottom side.

この場合、アッパー側とボトム側との両方で燃焼室周りと排気マニホールド周りとを独立構造にする他、アッパー側のみで燃焼室周りと排気マニホールド周りとを独立構造にしたり、ボトム側のみで燃焼室回りと排気マニホールド周りとを独立構造にすることもできる。
アッパー側のみで燃焼室周りと排気マニホールド周りとを独立構造にする場合は、アッパー側での排気マニホールドの冷却を効果的に行うことができる。 In this case, the combustion chamber and exhaust manifold are made independent on both the upper and bottom sides, the combustion chamber and exhaust manifold are made independent on the upper side only, or combustion is made only on the bottom side. The room and the exhaust manifold can be independent.
When the combustion chamber and the exhaust manifold are structured independently only on the upper side, the exhaust manifold can be effectively cooled on the upper side.

ボトム側のみで燃焼室周りと排気マニホールド周りとを独立構造にする場合は、ボトム側での排気マニホールドの冷却を効果的に行うことができる。
アッパー側とボトム側との両方で燃焼室周りと排気マニホールド周りとを独立構造にする場合は、アッパー側及びボトム側のいずれでも、排気マニホールドの冷却を効果的に行うことができ、また、いずれでも分流することなく、最初に流した流量が確保され、流量の調整もしやすい。 When the combustion chamber and the exhaust manifold are structured independently on the bottom side alone, the exhaust manifold can be effectively cooled on the bottom side.
When the structure around the combustion chamber and the exhaust manifold are made independent on both the upper side and the bottom side, the exhaust manifold can be effectively cooled on either the upper side or the bottom side. However, it is easy to adjust the flow rate because the first flow rate is secured without diversion.

本発明の一実施形態を示すシリンダヘッドの平面図The top view of the cylinder head which shows one Embodiment of this invention 図１のＡ−Ａ矢視断面図AA arrow sectional view of FIG. シリンダヘッド内のウォータジャケットの平面図Top view of the water jacket in the cylinder head シリンダブロック側のウォータジャケットの斜視図Perspective view of the water jacket on the cylinder block side

符号の説明Explanation of symbols

１ シリンダヘッド
２ シリンダブロック
３ ピストン
４ 燃焼室
５ 点火プラグ
６ 吸気バルブ
７ 排気バルブ
８ 吸気ポート
９ 排気ポート
１０ 排気マニホールド（排気ポート集合路）
１１ 第１ウォータジャケット
１２ 第２ウォータジャケット
１３ 冷却水入口
１４ 冷却水出口
１５ 隔壁部
１６、１７ 冷却水流入口
２１ シリンダブロック側ウォータジャケット
２２ ウォータポンプ取付部
２３ 連通口
２６、２７ 連通口 1 Cylinder Head 2 Cylinder Block 3 Piston 4 Combustion Chamber 5 Spark Plug 6 Intake Valve 7 Exhaust Valve 8 Intake Port 9 Exhaust Port 10 Exhaust Manifold (Exhaust Port Collecting Path)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 1st water jacket 12 2nd water jacket 13 Cooling water inlet 14 Cooling water outlet 15 Partition part 16, 17 Cooling water inlet 21 Cylinder block side water jacket 22 Water pump attachment part 23 Communication port 26, 27 Communication port

Claims (2)

シリンダヘッド内に排気マニホールドを一体に形成した排気マニホールド一体型シリンダヘッドにおいて、
シリンダヘッド内のウォータジャケットとして、
気筒列方向一端側でかつクロスフロー方向吸気側にある冷却水入口から、気筒列方向に燃焼室周りを通って、気筒列方向他端側でかつクロスフロー方向吸気側にある冷却水出口に至る第１ウォータジャケットと、
前記冷却水入口から、クロスフロー方向排気側へ向かい、気筒列方向に排気マニホールド周りを通った後、クロスフロー方向吸気側へ向かい、前記冷却水出口に至る、前記第１ウォータジャケットとは独立した第２ウォータジャケットと、を設け、
前記第１ウォータジャケットにおける気筒列方向中間の気筒の排気側位置に、シリンダブロック側のウォータジャケットからの冷却水流入口を形成したことを特徴とする排気マニホールド一体型シリンダヘッドの冷却構造。 In the exhaust manifold integrated cylinder head in which the exhaust manifold is integrally formed in the cylinder head,
As a water jacket in the cylinder head,
From the cooling water inlet on one side in the cylinder row direction and on the intake side in the cross flow direction, through the combustion chamber in the direction of the cylinder row, and to the cooling water outlet on the other side in the cylinder row direction and on the intake side in the cross flow direction. The first water jacket,
From the cooling water inlet, toward the exhaust side in the cross flow direction, after passing around the exhaust manifold in the cylinder row direction, then toward the intake side in the cross flow direction and to the cooling water outlet, independent of the first water jacket A second water jacket,
A cooling structure for an exhaust manifold-integrated cylinder head, wherein a cooling water inlet from a water jacket on the cylinder block side is formed at an exhaust side position of a cylinder in the middle of the cylinder row direction in the first water jacket. 前記第１ウォータジャケットにおける気筒列方向他端側の気筒の排気側位置にも、シリンダブロック側のウォータジャケットからの冷却水流入口を形成したことを特徴とする請求項１記載の排気マニホールド一体型シリンダヘッドの冷却構造。   The exhaust manifold integrated cylinder according to claim 1, wherein a cooling water inlet from a water jacket on the cylinder block side is also formed at an exhaust side position of a cylinder on the other end side in the cylinder row direction in the first water jacket. Head cooling structure.
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