JP2008095616A - シリンダヘッドのウォータジャケット - Google Patents

Abstract

【課題】点火プラグ装着部周囲の冷却効率を高められるように改良されたシリンダヘッドのウォータジャケットを提供する。
【解決手段】１つの燃焼室３における２つの排気ポート７間に点火プラグの装着部６が設けられる内燃機関のシリンダヘッド１を冷却すべく、加圧された冷却水が流れるウォータジャケット１０において、点火プラグ装着部の周囲の少なくとも一部を臨む位置に経路１０ｄを設け、該経路の断面積を、該経路の出入り口に隣接する部分の断面積よりも小さくし且つ経路の全長に渡って実質的に一定とした。
【選択図】図５

Description

本発明は、１つの燃焼室における２つの排気ポート間に点火プラグの電極を配置した内燃機関におけるシリンダヘッドのウォータジャケットに関するものである。

１つの燃焼室に２つの排気ポートを設けた内燃機関において、２つの排気ポートの間に点火プラグの電極を配置したものが知られている（特許文献１を参照されたい）。
特開平２-２５６８８０号公報

しかるに、燃焼ガスが流出するために高温になる排気ポートに点火プラグを近接配置した場合、点火プラグの熱負荷が極めて高くなるため、冷却が十分でないと、特に高負荷運転時に異常燃焼を起こす懸念が高まる上、点火プラグの耐久性が損なわれてしまうおそれがある。

このような不都合に対処するために、冷却水を流通させるウォータジャケットを点火プラグ装着部の周囲に形成することが一般的であるが、シリンダヘッドには、バルブガイドや燃料噴射弁なども設けられるので、それらの取付部を避けてウォータジャケットを形成する都合上、ウォータジャケットにおける点火プラグ装着部周囲の形状が複雑化しがちである。ウォータジャケットの形状が複雑であると、冷却水の円滑な流動が阻害されるため、点火プラグ周囲の冷却効率を高めることが困難になる。

このような従来技術の問題点に鑑み、本発明の主な目的は、１つの燃焼室における２つの排気ポート間に点火プラグの電極が配置された内燃機関において、点火プラグ装着部周囲の冷却効率を高められるように改良されたシリンダヘッドのウォータジャケットを提供することにある。

このような課題を解決するために本発明は、１つの燃焼室３における２つの排気ポート７間に点火プラグの装着部６が設けられる内燃機関のシリンダヘッド１を冷却すべく、加圧された冷却水が流れるウォータジャケット１０において、点火プラグ装着部の周囲の少なくとも一部を臨む位置に経路１０ｄを設け、該経路の断面積を、該経路の出入り口に隣接する部分の断面積よりも小さく且つ経路の全長に渡って実質的に一定とした。

このような本発明によれば、断面積を絞り且つ一定とすることにより、流速の高い冷却水を淀みなく点火プラグ装着部の周囲に流すことができるので、点火プラグ装着部の周囲の冷却効率を高めることができる。従って、高負荷運転時の異常燃焼の抑制および点火プラグの耐久性向上に効果的である。
また直噴エンジンの場合は、燃料噴射弁も点火プラグの電極と近接配置されるので、燃料噴射弁のノズルの冷却にも有効である。

以下に添付の図面を参照して本発明について詳細に説明する。

図１は、本発明が適用された内燃機関のシリンダヘッドをシリンダ列に直交する方向に沿って切断して示す断面図であり、図２は図１のII−II線に沿う部分的な断面図である。このシリンダヘッド１のシリンダブロック２との接合面には、燃焼室３が凹設されている。そして燃焼室３の中心部に向けて燃料を噴射するための燃料噴射弁の装着孔４が、シリンダ５の中心軸に沿って形成され、燃焼室３の図１における左側に、左上方から斜め下向きに点火プラグを装着するための点火プラグ装着孔６が形成されている。この他に、このシリンダヘット１には、在来のシリンダヘッドと同様に、吸気通路、吸気ポート及び吸気バルブガイド、排気通路、排気ポート及び排気バルブガイドなどが設けられている。

このシリンダヘッド１には、１つの燃焼室３について２つの排気ポート７が設けられており、点火プラグ装着孔６は、２つの排気ポート７の間に設けられている（図２参照）。

シリンダヘッド１には、冷却水を流通させるウォータジャケット１０が形成されている。このウォータジャケット１０は、燃料噴射弁装着孔４、点火プラグ装着孔６、排気通路および排気ポート、吸気通路および吸気ポート、並びにシリンダヘッド１をシリンダブロック２に締結するボルトの挿通孔などを避けた位置に、空洞として画成されている。そしてシリンダブロック２との接合面に挟み込まれるヘッドガスケット１１に設けられた通路孔１２を介し、ポンプで圧送されてシリンダブロック２のウォータジャケット１３に流入した冷却水の一部を、シリンダヘッド１のウォータジャケット１０に取り込むようにされている。

シリンダヘッド１のウォータジャケット１０は、図３、４に示すように、燃料噴射弁装着孔４の周囲の燃焼室３の上方を覆う部分１０ａと、点火プラグ装着孔６の下方から、その両側の排気通路（図示せず）の下方にかけて覆う部分１０ｂと、吸気通路の下方を覆う部分１０ｃとからなっている。

燃焼室３の上方を覆う部分１０ａの排気通路側における点火プラグ装着孔６の先端部の上面を臨む位置には、点火プラグ装着孔６の上方を跨いだ部分１０ｄが形成されている。この部分１０ｄには、シリンダブロック２のウォータジャケット１３の冷却水をシリンダヘッド１のウォータジャケット１０に直接導くための一対の通路１５が接続されている。これにより、特に熱負荷が大きい点火プラグ及び排気ポートの周囲に新鮮な冷却水を導入して冷却性の向上を企図している。但し、例えば直列４気筒エンジンで第１気筒側から取り込んだ冷却水を第４気筒側から排出する場合、排水口近くは流速が高くなる傾向があるので、第４気筒にもシリンダブロック２のウォータジャケット１３から直接に冷却水を取り込むと、流速が過剰になって圧力降下が余計に生ずることが考えられる。そこで場合によっては、第４気筒の直接通路は塞いでしまうことも考えられる。この通路１５への流量は、ガスケット１１に設ける孔１２の開口面積で調整することもできる。

点火プラグ装着孔６の上方を跨ぐ部分１０ｄ（図４の範囲Ｅ）は、燃料噴射弁装着孔４を挟んで二分された形になっている燃焼室３の上方を覆う部分１０ａの双方をシリンダ列方向について接続するための連結経路となっている。この跨ぐ部分１０ｄ、即ち連結経路は、シリンダ列に直行し、且つシリンダ軸に平行な仮想的平面上での断面積が、シリンダ列方向について、図５に示すように変化している。つまり、燃焼室３の上方を覆う部分１０ａとの接続端である連結経路１０ｄの出入り口の断面積と連結経路１０ｄ自体の断面積との関係は、連結経路１０ｄの断面積が出入り口の断面積の３０%〜６０%の範囲とされると共に、連結経路１０ｄの断面積は、連結経路１０ｄの全長に渡って略一定の断面積とされている。

これにより、従来は、点火プラグ装着孔６の上方には断面積の大きな空洞が画成されていたために流速が低くなって流れが淀みがちであったのが、流路を狭くしたために流速が高まって常に新鮮な冷却水が流通することとなり、熱伝達係数を大幅に向上することができた。

また、この連結経路１０ｄの図１における斜め左上（図１中の矢印Ｄ方向）から見ての輪郭は円弧状をなしているが、この円弧の曲率半径Ｒは、熱伝達係数向上幅と質量流量低下幅とのバランスで決まり、小さいと流速が高まって熱伝達係数が高くなる代わりに流路抵抗が増えて質量流量が減少し、大きいと流速が低下する。本実施例の場合、６mm〜９mmとしている。これにより、図６に示したように、熱伝達係数が２０００以上となっている。

なお、この部分１０ｄの曲率半径Ｒは、シリンダの大きさとも相関があり、本発明者らの実験の結果、シリンダ中心間距離の６．３％〜９．６％の範囲が適正であることが見出された。

本発明が適用された内燃機関のシリンダヘッドをシリンダ列に直交する方向に沿って切断して示す断面図である。 図１のII−II線に沿う部分的な断面図である。 シリンダヘッドのウォータジャケットの部分的な平面図である。 シリンダヘッドのウォータジャケットの図３におけるIV−IV線に沿う断面図である。 経路の断面積変化を示すグラフである。 経路の曲率と熱伝達係数との関係を示すグラフである。

符号の説明

１ シリンダヘッド
３ 燃焼室
６ 点火プラグ装着孔
７ 排気ポート
１０ ウォータジャケット
１０ｄ 連結経路

Claims (1)

1. １つの燃焼室における２つの排気バルブ間に点火プラグが設けられる内燃機関のシリンダヘッドを冷却すべく、加圧された冷却水が流れるシリンダヘッドのウォータジャケットであって、
   当該ウォータジャケットが、前記点火プラグの装着孔の周囲の少なくとも一部を臨む位置に設けられた経路を有し、
   該経路の断面積が、該経路の出入り口に隣接する部分の断面積よりも小さく且つ経路の全長に渡って実質的に一定とされていることを特徴とするシリンダヘッドのウォータジャケット。

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