JP2008051076A - シリンダヘッドの冷却水通路構造 - Google Patents

Abstract

【課題】シリンダヘッド内に形成された排気ポート集合部を良好に冷却する。
【解決手段】シリンダヘッド１の長手方向の一端部にシリンダヘッド１内への冷却水流入口１９を設け、シリンダヘッド１の長手方向の他端部にシリンダヘッド１内の中央部を流れる主冷却水Ｘの流出口２０を設ける。また、主冷却水流Ｘから分流して排気ポート集合部周りを流れる副冷却水流Ｙの流出口２１を設ける。主冷却水流出口２０および副冷却水流出口２１に連通してこれら流出口２０，２１を一つの冷却水出口２２に統合するアダプタ２３をシリンダヘッド１の外壁面上に固定する。
【選択図】図４

Description

本発明はシリンダヘッドの冷却水通路構造に関する。

４気筒内燃機関において各気筒の排気ポートがシリンダヘッド内で互いに集合せしめられており、シリンダブロック内からシリンダヘッド内に送り込まれた冷却水をシリンダヘッド内に形成された排気ポートの集合部周りに導びいた後、一つの冷却水出口を通って外部に排出させるようにした内燃機関が公知である（特許文献１を参照）。この内燃機関ではシリンダヘッド内において高温となる排気ポートの集合部が冷却水によって冷却されるので排気ポートの集合部が過熱するのを阻止することができる。
特許第２７０９８１５号

ところでシリンダヘッドから流出した冷却水をラジエータに送り込む場合に、シリンダヘッドからラジエータへ向う冷却水の配管を簡素化するために通常シリンダヘッドの冷却水出口は一つにまとめられている。しかしながら排気ポートの集合部全体を均等に冷却しつつ冷却水を一つの冷却水出口に向かわせるようにした場合、シリンダヘッド内の冷却水の通路構造が極めて複雑となり、その結果冷却水の流路抵抗が増大するばかりでなく、シリンダヘッドの製造に多くの工数およびコストがかかるという問題を生ずる。

上記問題を解決するために本発明によれば、各気筒がシリンダヘッドの長手方向に直列に配置されており、少くとも一対の気筒の排気ポートがシリンダヘッド内において互いに集合せしめられている内燃機関において、シリンダヘッドの長手方向の一端部にシリンダヘッド内への冷却水流入口を設け、シリンダヘッドの長手方向の他端部にシリンダヘッド内の中央部を流れる主冷却水の流出口を設けると共に、主冷却水流から分流してシリンダヘッド側方部の排気ポート集合部周りを流れる副冷却水流の流出口を設け、主冷却水流の流出口および副冷却水流の流出口に連通してこれら流出口を一つの冷却水出口に統合するアダプタをシリンダヘッド他端部の外壁面上に固定するようにしている。

このようなアダプタを用いるとその分だけ製造コストが上昇するので通常このようなアダプタを用いることはしない。しかしながらこのようなアダプタを用いるとシリンダヘッド内の冷却水流路を簡素化することができるので前述した公知の内燃機関に比べてはるかに大きな利点を有する。

図１および図２は例えばアルミ合金により一体的に鋳造されたシリンダヘッド１を示している。なお、図１において破線で示される各円は夫々１番気筒＃１、２番気筒＃２、３番気筒＃３、４番気筒＃４の位置を示しており、従って図１に示されるシリンダヘッド１を備えた内燃機関は直列４気筒内燃機関であることがわかる。図１において２は吸気弁によって開閉される弁ポートを示しており、３は排気弁によって開閉される弁ポートを示している。従って各気筒＃１，＃２，＃３，＃４は夫々一対の吸気弁と一対の排気弁とを備えていることがわかる。

シリンダヘッド１内には各気筒＃１，＃２，＃３，＃４に対する吸気ポート４が形成されており、更に、シリンダヘッド１内には１番気筒＃１に対する排気ポート５、２番気筒＃２に対する排気ポート６、３番気筒＃３に対する排気ポート７および４番気筒＃４に対する排気ポート８が夫々形成されている。図１からわかるように各排気ポート５，６，７，８は夫々対応する一対の弁ポート３付近では分離しているが弁ポート３から少し離れると一つの排気ポートとなる。

さて、図１からわかるように中央に位置する一対の気筒の排気ポート、即ち２番気筒＃２の排気ポート６と３番気筒＃３の排気ポート７はシリンダヘッド１内で互いに集合せしめられて一つの集合排気ポート９にされ、この集合排気ポート９はシリンダヘッド１の側壁面１０まで延設されている。図１において２番気筒＃２と３番気筒＃３との間の中央をシリンダ軸線方向に延びかつ各気筒＃１，＃２，＃３，＃４のシリンダ軸線を含む平面と直交する平面を対称面Ｋ−Ｋと称すると、２番気筒＃２の排気ポート６と３番気筒＃３の排気ポート７とは対称面Ｋ−Ｋに対して対称に配置されており、集合排気ポート９は対称面Ｋ−Ｋ上をシリンダヘッド１の側壁面１０まで延設されている。

一方、両端に位置する一対の気筒の排気ポート、即ち１番気筒＃１の排気ポート５と４番気筒＃４の排気ポート８も対称面Ｋ−Ｋに対して対称に配置されている。この場合、１番気筒＃１の排気ポート５は１番気筒＃１から集合排気ポート９に向け延設された後、集合排気ポート９の側方において集合排気ポート９と薄肉壁１１を隔だてて集合排気ポート９に沿いつつシリンダヘッド１の側壁面１０まで延設されており、４番気筒＃４の排気ポート８は４番気筒＃４から集合排気ポート９に向け延設された後、集合排気ポート９の側方において集合排気ポート９と薄肉壁１２を隔だてて集合排気ポート９に沿いつつシリンダヘッド１の側壁面１０まで延設されている。

図２に示されるようにシリンダヘッド１内には冷却水通路１３が形成されている。図４（Ａ）はシリンダヘッド１を鋳造する際にこの冷却水通路１３を形成するために使用される中子１４の平面図を示しており、図４（Ｂ）はこの中子１４を用いてシリンダヘッド１内に形成された冷却水通路１３の輪郭形状を示している。

図４（Ａ）に示されるように中子１４の長手方向の両端部にはシリンダヘッド１を鋳造する際に中子１４を支持するための中子支持部分１５，１６が形成されている。即ち、図４（Ａ）において鎖線ａ，ｂは上型および下型の内側の位置を示しており、従って図４（Ａ）においてハッチングの付された中子支持部分１５，１６の領域が上型と下型間において挟持されることになる。

一方、中子１４では中子支持部分１５，１６を通る中子１４の長手軸線Ｊに対して側方に排気ポートの集合部Ｚ（図１）を冷却するための冷却水通路領域１７が広がっており、中子支持部分１５の側方には冷却水通路領域１７から中子支持部分１５とほぼ平行に延びかつ中子支持部分１５よりも断面積の小さな中子部分１８が形成されている。この中子部分１８についてもハッチングで示される領域がシリンダヘッド１の鋳造時に上型と下型間で挟持される。

図４（Ｂ）を参照するとシリンダヘッド１の長手方向の一端部にシリンダヘッド１内への冷却水流入口１９が設けられており、シリンダブロック内の冷却水がこの冷却水流入口１９からシリンダヘッド１内に流入する。一方、シリンダヘッド１の長手方向の他端部には中子支持部分１５によって形成される主冷却水流出口２０と、中子部分１８によって形成される副冷却水流出口２１とが設けられている。

図１、図３および図４（Ｂ）に示されるようにシリンダヘッド１の外壁面上には主冷却水流出口２０および副冷却水流出口２１に連通してこれら流出口２０，２１を一つの冷却水出口２２に統合するアダプタ２３が固定されている。このアダプタ２３の冷却水出口２２はラジエータに連結されている。

図４（Ｂ）において矢印Ｘで示されるように主冷却水は冷却水流入口１９からシリンダヘッド１の中央部を通って主冷却水流出口２０に向けて流れ、この主冷却水Ｘによって各気筒＃１〜＃４が均等に冷却される。一方、シリンダヘッド１内には主冷却水Ｘから分流して排気ポートの集合部Ｚが位置する冷却水通路領域１７に向かう副冷却水流Ｙが発生し、この副冷却水流Ｙは冷却水通路領域１７内を副冷却水流出口２１に向けて流れる。排気ポートの集合部Ｚはこの副冷却水Ｙによって冷却され、斯くして排気ポートの集合部Ｚが過熱するのが阻止される。

図４（Ｂ）に示されるように主冷却水Ｘは各気筒＃１〜＃４の上方を直線的に流れるので低い流れ抵抗を維持しつつ各気筒＃１〜＃４が均一に冷却される。一方、この主冷却水流Ｘから副冷却水Ｙが少しずつ分流されるのでこれら副冷却水Ｙによって排気ポートの集合部Ｚ全体が均一に冷却される。

本発明ではシリンダヘッド１内における冷却水通路構造を簡素化するために主冷却水流出口２０と副冷却水流出口２１とが夫々別個に独立して形成されており、これらの流出口２０，２１はアダプタ２３を用いて一つの冷却水出口２２に統合されている。主冷却水流Ｘの量と、この主冷却水流Ｘから分流される副冷却水流Ｙの量との比には最適値が存在し、この比は主冷却水流出口２０内に配置された図１および図４（Ｂ）に示される絞り部材２４によって調整される。なお、この絞り部材２４を取付けるためにもシリンダヘッド１に着脱自在なアダプタ２３を用いることが必要となる。

なお、シリンダヘッド１の冷却水通路内に空気が溜まると空気と接触している壁部分は冷却されないために冷却効率が低下する。従ってシリンダヘッド１の冷却水通路内には空気が溜まらないようにする必要がある。従って主冷却水流出口２０と冷却水出口２２の間に副冷却水流出口２１が位置している本発明による実施例では、シリンダヘッド１内の空気を外部に追い出すために図３に示される如く副冷却水流出口２１が主冷却水流出口２０よりも高い位置に配置されており、冷却水出口２２が副冷却水流出口２１よりも高い位置に配置されている。

シリンダヘッドの平面断面図である。 図１のII−II線に沿ってみたシリンダヘッドの断面図である。 図１のIII−III線に沿ってみたシリンダヘッドの断面図である。 中子と冷却水通路の輪郭形状を示す図である。

符号の説明

１ シリンダヘッド
４ 吸気ポート
５，６，７，８ 排気ポート
９ 集合排気ポート
１３ 冷却水通路
１４ 中子
１９ 冷却水流入口
２０ 主冷却水流出口
２１ 副冷却水流出口
２２ 冷却水出口
２３ アダプタ

Claims (3)

1. 各気筒がシリンダヘッドの長手方向に直列に配置されており、少くとも一対の気筒の排気ポートがシリンダヘッド内において互いに集合せしめられている内燃機関において、シリンダヘッドの長手方向の一端部にシリンダヘッド内への冷却水流入口を設け、シリンダヘッドの長手方向の他端部にシリンダヘッド内の中央部を流れる主冷却水の流出口を設けると共に、主冷却水流から分流してシリンダヘッド側方部の排気ポート集合部周りを流れる副冷却水流の流出口を設け、該主冷却水流の流出口および該副冷却水流の流出口に連通してこれら流出口を一つの冷却水出口に統合するアダプタをシリンダヘッド他端部の外壁面上に固定するようにしたシリンダヘッドの冷却水通路構造。
2. 上記主冷却水流の流出口と上記冷却水出口の間に上記副冷却水流の流出口が位置しており、該副冷却水流の流出口を該主冷却水流の流出口よりも高い位置に配置した請求項１に記載のシリンダヘッドの冷却水通路構造。
3. 上記主冷却水流の流出口に絞り部材を挿入した請求項１に記載のシリンダヘッドの冷却水通路構造。

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