JP2007530851A

JP2007530851A - 多気筒内燃機関用の水冷式シリンダヘッド

Info

Publication number: JP2007530851A
Application number: JP2007504305A
Authority: JP
Inventors: パウル・ミヒャエル; イッキンガー・フランク
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2004-03-27
Filing date: 2005-03-15
Publication date: 2007-11-01
Also published as: EP1733132B1; DE102004015134A1; EP1733132A1; US7128029B2; US20060054112A1; WO2005093242A1

Abstract

【課題】
シリンダヘッドケーシングの高負荷された領域における冷却を改良すること。
【解決手段】
この発明は、シリンダ当たり二つの出入口弁、シリンダヘッドケーシング（４）に一体化されて冷却媒体用の出入流開口（６、８）をもつシリンダヘッド冷却室（２）（ウォータジャケット）を備え、その冷却室が燃焼室トラフ（２０）を形成する円蓋（３６）の上部に延びていて、シリンダヘッドケーシング（４）内で中央に配置された点火プラグ用収容開口（１４）の周りと両出口弁の周りに少なくとも範囲のあるウォータジャケット室（２６、２８、３０）が形成され、共通の環状室部分（３２）を介して互いに連結される多気筒内燃機関用の水冷式シリンダヘッドに関する。燃焼室トラフ（２０）に対する少なくとも共通水ジャケット環状室部分（３２）は実質的に同じままである高さを有するので、少なくともこの領域内では、燃焼室円蓋（３６）の壁厚（ａ）が燃焼室トラフ（２０）まで均一に且つ密に達していることが提案されている。

Description

この発明は、特許請求の範囲の上位概念の特徴事項に基づく多気筒内燃機関用の水冷式シリンダヘッドに関する。

特に高出力エンジンの場合には、水冷式シリンダヘッドにもかかわらず、高い特殊出力に基づいて特に出口弁の間或いは出口弁と点火プラグの間の範囲内に３００℃までの温度ピークが生じ、材料内に温度応力をまねき、外部負荷と結合して出口弁の弁座リング領域内に残留する変形をまねく。
特公平６−５０４８号公報特開昭６１−２６８８４９号公報特開２００２−２６６６９２号公報

それ故に、この発明の課題は、前に挙げられた欠点を克服し、シリンダヘッドケーシングの高負荷された領域における冷却を改良することである。

この課題は、請求項１に挙げられた特徴事項、即ち、燃焼室トラフに対する少なくとも共通ウォータジャケット環状室部分が実質的に同じままである高さを有するので、少なくともこの領域内には燃焼室円蓋の壁厚が燃焼室トラフまで均一に且つ密に達していることによって解決される。

両出口弁間の共通ウォータジャケット環状室部分と点火プラグ用収容開口が同じままである高さを有し、燃焼室円蓋まで密に通じていることによって、この領域内には温度ピークが有効に下降されることができる。それ故に、例としてあげれば、例えばAlCu5Ni1,5CoSbZrのような耐高熱性シリンダヘッド合金の代わりに、例えばAlSi6Cu4或いはAlSi7Mg のような好ましい価格の標準合金を使用する可能性も開かれる。他方では、温度降下によってエンジンのノック勾配が減少されるので、点火角度改良に基づいて有利な消費或いは対応する出力増加が達成されることができる。

別のこの発明を構成した特徴事項は、従属請求項に記載されている。

点火プラグドームの迅速で有効な熱伝導のために、点火プラグ用の収容開口の直径を共通ウォータジャケット環状室部分の寸法に減少させることが提案されている。この措置は、例としてあげれば、この領域内で点火プラグのねじが形成され、その外径が点火プラグケーシングに比べて減少されることによって変更されることができる。

調査は、燃焼室円蓋の壁厚が少なくとも共通環状室部分の領域内に５と１１ｍｍの間に減少されるときに、高負荷された箇所の最適冷却が特に燃焼室円蓋の同時に十分な形状安定性の際に保証されることを示していた。

追加的冷却通路は噴射孔の形態において共通環状室部分が直接に冷却水を供給されることを保証する。

シリンダヘッドケーシングの冷却の更なる改良或いは最適化は、ウォータジャケットが燃焼室円蓋や弁によって監視された出入通路の領域内に実質的に３と７ｍｍの間の均一壁厚を有するときに、達成される。一定のウォータジャケット厚によって冷却水のより高い流れ速度が達成され、それにより熱伝導が改良されることができる。

需要に即応した冷却は、主冷却流が両出口弁の間に点火プラグ用収容開口の方向に延びる一方、両出口弁の外部を通って、二つの副冷却流が形成されることによって、保証される。

対応する冷却通路における対応する狭部を通る副冷却流の適切な絞りによって、主冷却量が直接に点火プラグ領域に案内されることが保証される。

この発明の実施例が図面に図示され、次に詳細に記載される。図１は内燃機関のシリンダヘッドケーシングのウォータジャケットの幾何学形状の斜視図を示し、図２は図１による視線方向Ａにおけるウォータジャケットの正面図を示し、図３は図１による視線方向Ｂにおけるウォータジャケットの正面図を示し、図４は図１による視線方向Ａにおけるウォータジャケットの斜視図を示し、図５は点火プラグ用収容領域内のシリンダヘッドケーシングの一部を通る断面を示す。

図１から図４までは、ウォータジャケットの幾何学形状は、次にシリンダヘッド冷却室２と呼ばれて、図示され、多気筒内燃機関用のシリンダヘッドケーシング４内に一体化される。

各シリンダのシリンダヘッド冷却室２は中央流入開口６を介してシリンダヘッドケーシング４内に冷却水を供給される。シリンダヘッド冷却室２の対向位置する側面にはデルタ状流出開口８が設けられ、その開口を介してシリンダヘッドケーシング４により過熱された冷却媒体が内燃機関の図示されていない水ポンプの吸込み側へ流出される。シリンダヘッド冷却室２の幾何学形状の投影図には、内燃機関の両出口弁或いは出口通路用の二つのくぼみ１０と１２が認識できる；シリンダヘッド冷却室２内に中央に設けられた開口１４は当該シリンダの点火プラグ（図示されていない）の収容部或いはドームを形成する。中央開口１４の左右には、それぞれ二つのウエブ状くぼみ１６と１８が設けられ、シリンダヘッドケーシング４内にそのために正としてそれぞれにウォータジャケット２を通過係合する二つのウエブを形成し、そのウエブによってシリンダヘッドケーシング４内に形成された燃焼室円蓋３６は吊るされるか、或いは支持される。

冷却媒体の流れ方向に見ると、両ウエブ状くぼみ１６と１８と中央開口１４の後部にはシリンダヘッド部分の両流入弁或いは流入通路用のくぼみ２２が接続している。

冷却媒体の流入側では、シリンダヘッド冷却室２内に二つの別の間隙２３と２４が認識でき、それらは正の流れ狭部をシリンダヘッド冷却室２内に形成し、その冷却室の機能は後でなお詳細に説明されている。図２から明らかであるように、両出口弁の周りと点火プラグの周りにウォータジャケット室が形成されていて、そのウォータジャケット室はこの場合には閉じられた環状室２６、２８と３０を形成する；この場合には、環状室３０は両他環状室２６、２８で限定されるので、共通中央環状室部分３２が形成される。孔の形状にシリンダヘッドケーシング４内に形成された冷却通路３４が流入開口６から直接に共通環状室部分３２へと案内され、この高温負荷された領域に追加的に直接に冷却水を供給する。

アーチ長さｓ（図２）にわたり延びる中央環状室部分３２は燃焼室トラフ２０への実質的に同じままの高さを有するので、少なくともこの領域内に燃焼室円蓋３６の壁厚ａが均一であり、垂直方向において燃焼室トラフ２０までに密に通じている。この場合に、燃焼室円蓋３６の壁厚ａは中央環状室部分３２の領域内に５と１０ｍｍの間に減少されている。図５から明らかであるように、点火プラグ用の収容開口１４の部分１４ａは、その直径においてその上に位置する部分１４ｂに比べて減少されている。収容開口１４の部分１４ａには、中央環状室部分３２並びに両左右に中央環状室部分を限定してそのアーチ長さｓ’をもつ環状室部分３２’は垂直方向において最終的に減少したねじ直径の高さに延びているので、冷却ウォータジャケット或いはシリンダヘッド冷却室２は点火プラグドームに密に通じている。

冷却水の貫流速度を上昇させるために、シリンダヘッド冷却室２は、燃焼室円蓋３６と出入口弁の領域内に３と７ｍｍの間である実質的に均一な厚さ或いは密度で形成されている。

前に記述された措置によって、高い加熱に基づいて点火プラグと弁座リング上でこの領域内に惹起された温度ピークが有効に下降されることができる。

シリンダヘッド冷却室２の流入側における流れ横断面は、冷却水が一つの主冷却流Ｑ_1,Ｑ_2,とＱ₃並びに二つの副冷却流Ｑ_4,Ｑ₅に分割されるように形成されている。この主冷却流Ｑ_1,Ｑ_2,とＱ₃は両出口弁（くぼみ１０、１２）の間に点火プラグドーム（中央開口）の方向に案内される、一方、シリンダヘッド冷却室２のそれぞれ左右縁領域には副冷却流Ｑ₄とＱ₅が延びる。既に先に説明された間隙２３、２４は両副冷却流Ｑ₄とＱ₅用の狭部を形成するので、全冷却流は例としてあげれば、その冷却流の５０％が主冷却流Ｑ_1,Ｑ_2,とＱ₃を介して両出口弁間に点火プラグドームの方向に案内され、一方、その冷却流のそれぞれ２５％は副冷却流Ｑ₄とＱ₅を介してシリンダヘッド冷却室の左右縁領域に供給される。

内燃機関のシリンダヘッドケーシングのウォータジャケットの幾何学形状の斜視図を示す。図１による視線方向Ａにおけるウォータジャケットの正面図を示す。図１による視線方向Ｂにおけるウォータジャケットの正面図を示す。図１による視線方向Ａにおけるウォータジャケットの斜視図を示す。点火プラグ用収容領域内のシリンダヘッドケーシングの一部を通る断面を示す。

符号の説明

２．．．．．シリンダヘッド冷却室
４．．．．．シリンダヘッドケーシング
６．．．．．中央流入開口
８．．．．．流出開口
１０．．．．くぼみ
１２．．．．くぼみ
１４．．．．中央開口
１６．．．．間隙
１８．．．．間隙
２０．．．．燃焼室トラフ
２２．．．．くぼみ
２３．．．．間隙
２４．．．．間隙
２６．．．．環状室
２８．．．．環状室
３０．．．．環状室
３２．．．．中央環状室部分
３６．．．．燃焼室円蓋
Ｑ₁Ｑ_2,Ｑ₃．．．主冷却流
Ｑ_4,Ｑ₅．．．．副冷却流

Claims

シリンダ当たり二つの出入口弁、シリンダヘッドケーシング（４）に一体化されて冷却媒体用の出入流開口（６、８）をもつシリンダヘッド冷却室（２）（ウォータジャケット）を備え、その冷却室が燃焼室トラフ（２０）を形成する円蓋（３６）の上部に延びていて、シリンダヘッドケーシング（４）内で中央に配置された点火プラグ用収容開口（１４）の周りと両出口弁の周りに少なくとも範囲のあるウォータジャケット室（２６、２８、３０）が形成され、共通の環状室部分（３２）を介して互いに連結される多気筒内燃機関用の水冷式シリンダヘッドにおいて、燃焼室トラフ（２０）に対する少なくとも共通ウォータジャケット環状室部分（３２）は実質的に同じままである高さを有するので、少なくともこの領域内では、燃焼室円蓋（３６）の壁厚（ａ）が燃焼室トラフ（２０）まで均一に且つ密に達していることを特徴とする水冷式シリンダヘッド。
点火プラグ用収容開口（１４）の直径が共通環状室部分（３２）の高さに減少されることを特徴とする請求項１の記載の水冷式シリンダヘッド。
燃焼室円蓋（３６）の壁厚が環状室部分（３２）の範囲内にて５と１１ｍｍの間に減少されることを特徴とする請求項１或いは２の記載の水冷式シリンダヘッド。
冷水の流入側には、追加的に冷却通路（３４）が設けられて、共通環状室部分（３２）に直接通路で追加的に冷水を供給することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の水冷式シリンダヘッド。
水ジャケットが燃焼室円蓋（３６）と出入通路の範囲内にて、３と７ｍｍの間にある実質的に均一厚さを有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の水冷式シリンダヘッド。
シリンダヘッド冷却室（２）における流入側（流入開口６）には、主冷却流（Ｑ_1,Ｑ_2,Ｑ₃）が両出口弁（くぼみ１０、１２）の間に点火プラグ用収容開口（１４）の方向に延びている一方、シリンダヘッド冷却室（２）の両縁領域には、二つの副冷却流（Ｑ_4,Ｑ₅）が設けられていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の水冷式シリンダヘッド。
シリンダヘッド冷却室（２）の両縁領域に、両副冷却流（Ｑ_4,Ｑ₅）を絞る局部的狭部が設けられていることを特徴とする請求項６に記載の水冷式シリンダヘッド。