JP2008180183A - シリンダヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】シリンダヘッドを金型により製造する場合、排気マニホルドの周りに設ける冷却水通路は、金型を引き抜ける形状にすることが難しいため、砂型、つまり崩壊性中子を用いなければならず、作業能率が低下し、製造費用を上昇させる要因となった。
【解決手段】第一部材を取り付ける取付面を備え、外型のみを用いて型抜きで製造する水冷式内燃機関のためのシリンダヘッドにおいて、クランク軸線方向に延びる第一冷却水通路と、第一冷却水通路よりも排気ポート側に位置して、第一冷却水通路に平行にクランク軸線方向に延びる第二冷却水通路と、第一冷却水通路と第二冷却水通路とを接続する複数の第三冷却水通路とを備えてなり、第二冷却水通路は、第一部材と取付面との少なくとも一方に設けられる凹部が第一部材を取付面に水密に取り付けられることにより形成される。
【選択図】図２

Description

本発明は、水冷式内燃機関のシリンダブロックに取り付けられるシリンダヘッドに関するものである。

従来、水冷式内燃機関のシリンダヘッドは、砂型を用いて鋳造するものと、金型を用いて鋳造するものとがある。この場合に、砂型を用いる製造方法では、中空部分を形成するためには崩壊性中子を用いる必要がある。崩壊性中子を用いる製造にあっては、シリンダヘッドを作る毎に砂型を崩す必要があり、作業能率が低いと言う問題点がある。

そこで、このような砂型を用いることなくシリンダヘッドを製造するために、金型を用いるものが知られている。例えば、特許文献１に記載のものでは、冷却水通路を容易に、かつ簡便に設けられるようにして、金型での製造を容易にできるよう構成したシリンダヘッドが記載されている。

このようなシリンダヘッドにおいて、冷却能力を高めるために、排気通路側に冷却水通路を形成したものが知られている（例えば、特許公報２）。この特許公報２のものでは、排気通路である排気マニホルドの周りに冷却水通路を設けているものである。
実開昭５９−１４２４４２号公報 特開２００５−１８８３５２号公報

ところが、特許文献２に記載のもののように、冷却水通路を排気マニホルドの周りに設ける場合、特許文献１に記載のもののように金型を用いて製造しようとしても、その構造上、金型のみでは冷却水通路を形成することが困難である。つまり、排気マニホルドの周りに設ける冷却水通路は、金型を引き抜ける形状にすることが難しい。このため、砂型、つまり崩壊性中子を用いなければならず、作業能率が低下し、製造費用を上昇させる要因となった。

そこで本発明は、このような不具合を解消することを目的としている。

すなわち、本発明のシリンダヘッドは、第一部材を取り付ける取付面を備え、外型のみを用いて型抜きで製造する水冷式内燃機関のためのシリンダヘッドにおいて、クランク軸線方向に延びる第一冷却水通路と、第一冷却水通路よりも排気ポート側に位置して、第一冷却水通路に平行にクランク軸線方向に延びる第二冷却水通路と、第一冷却水通路と第二冷却水通路とを接続する複数の第三冷却水通路とを備えてなり、第二冷却水通路は、第一部材と取付面との少なくとも一方に設けられる凹部が第一部材を取付面に水密に取り付けられることにより形成されることを特徴とする。

このような構成によれば、第二冷却水通路が排気ポート側に位置しているので、排気ポートの周囲のような部材温度が高くなる部分を積極的に冷却することになる。この結果、全体の冷却効率を向上させることが可能になる。また、第二冷却水通路を取付面と第一部材とにより形成することにより、冷却水通路構成を簡略化することが可能になる。

このような第二冷却水通路としては、上記の構成において、凹部が、排気ポート側の側面に開口してなり、第一部材が凹部を閉鎖する蓋部材であるものが好ましい。このように、凹部を排気ポート側の側面に形成することにより、可能な限り薄肉化をなすことができ、鋳造後に全体がほぼ均等に冷えることで、内部応力を低減させることが可能になる。また、ほぼ均等な放熱により鋳巣の発生を抑制することが可能になる。この結果、製造精度を向上させることが可能になる。

シリンダヘッドに取り付けられる部材を用いて、第三冷却水通路に流れ込む冷却水量を調整するためには、燃焼に関連する第二部材を内蔵し得る管体を、第一冷却水通路を貫通して設け、少なくともひとつの第三冷却水通路を第一冷却水通路の管体の周囲に対向させて開口させるものが好ましい。この場合、管体の管径を調整することにより、外型のみを用いる鋳造においても、外型の寸法を変更することなく第三冷却水通路に流れ込む冷却水量を容易に調整することが可能になる。

第一冷却水通路を形成するために用いる外型によるバリを効果的に除去するためには、第一冷却水通路の切削加工された部分を貫通して取り付けられる管体を備えてなり、管体は、燃焼に関連する第二部材を内蔵し得るものであり、第一冷却水通路を形成する際にクランク軸線方向に抜く少なくとも二つの外型の突き合わせ位置に一致する位置に配置されるものが好適である。

第三冷却水通路の形成をより簡素化するためには、上下前後左右の少なくとも六つの外型により成型され、第三冷却水通路が側面を成型する型により鋳抜きで形成されるものが好ましい。

本発明は、以上説明したような構成であり、第二冷却水通路が排気ポート側に位置しているので、排気ポートの周囲のような部材温度が高くなる部分を積極的に冷却することができ、全体の冷却効率を向上させることができる。また、第二冷却水通路を取付面と第一部材とにより形成することにより、冷却水通路構成を簡略化することができる。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。

この実施形態のシリンダヘッド１は、アルミダイキャスト製で、例えば火花着火式の三気筒水冷ガソリンエンジン（以下、エンジンと称する）のものである。このシリンダヘッド１は、上下前後左右の少なくとも六つからなる外型で型抜きすることにより鋳造されるものである。それぞれの外型が、それぞれの側面や孔に対応する形状及び大きさを有することは言うまでもない。外型とは、鋳造後に鋳造品の外側から取り外しが可能な鋳造用の型であり、つまり鋳造後に鋳造品が離型された後も形状を維持し、次回の鋳造の際に再度使用することができるものを指すものである。

このシリンダヘッド１は、吸気ポート２及び排気ポート５がそれぞれ、独立した二つのポートで構成されている。そして、吸気ポート２及び排気ポート５それぞれの一方の端部は、燃焼室６に接続され、他方の端部は背向する側面７，８に開口するものである。なお、排気ポート５のそれぞれの断面形状は、後述する第三冷却水通路１３との位置関係でほぼ円形ではなく、第三冷却水通路１３に相対する上部分において、凹んだ形状になっている。

シリンダヘッド１は、第一部材である排気マニホルド９を取り付ける取付面１０を有するとともに、組み合わされるシリンダブロック内に形成される冷却水通路と接続されてウォータジャケットを構成する第一冷却水通路１１、第二冷却水通路１２及び第三冷却水通路１３が設けてある。

第一冷却水通路１１は、燃焼室６の上側に位置して、クランク軸線方向、言い換えれば気筒配列方向に延びるものである。この第一冷却水通路１１は、少なくとも二つの外型を突き合わせて形成されるものである。それぞれの外型の先端が接触する位置、つまり外型の突き合わせ位置は、クランク軸線方向のほぼ中央で、中央に位置する気筒のための第二部材である点火プラグを挿入する管体１４を取り付ける位置に対応する。すなわち、第一冷却水通路１１の天井を形成する上壁の、燃焼室６のほぼ直上部位には貫通孔１５が形成してある。そして、この貫通孔１５の位置に対応して、後述する第三冷却水通路１３が第一冷却水通路１１に接続される。この第一冷却水通路１１は、シリンダヘッド１の前端側１Ｆから冷却水が流れ込み、その後端側１Ｒから冷却水が流れ出る構成である。

第一冷却水通路１１には、気筒毎に配置される点火プラグを内蔵する管体１４を取り付けるための貫通孔１５が、上述と同様に、それぞれの燃焼室６のほぼ直上部位の第一冷却水通路１１の上壁に形成してある。なお、管体１５に内蔵される第二部材としては、上述のような燃焼に関連する点火プラグ以外に、例えば筒内燃料噴射のための燃料噴射弁が挙げられる。このような筒内直接燃料噴射式のエンジンにおいては、点火プラグ用と燃料噴射弁用との二本の管体を一気筒に対し取り付けるようにするものであってよい。

第二冷却水通路１２は、第一冷却水通路１１の位置を基準とした場合に排気ポート５側に形成されるものである。具体的には、第二冷却水通路１２は、排気ポート５に連続する排気マニホルド９を取り付ける取付面１０に設けられる凹部１６と、その凹部１６を取付面１０と面一な平面において閉鎖する排気マニホルド９の取付フランジ９ｆとにより形成されるものである。凹部１６は、排気ポート５側の側面８において外側に向いて開口するものである。排気マニホルド９の取付フランジ９ｆは、取付面１０に対して水密に取り付けられる。

このように、第二冷却水通路１２を形成するために排気ポート５側の側面８に凹部を形成することにより、側面８はいわゆる肉抜きを行った状態となる。このため、鋳造後にシリンダヘッド１自体がほぼ均等に冷えていき、鋳巣の発生を抑えることができる。したがって、シリンダヘッド１を精度よく製造することができる。また、排気ポート５側の側面８に設ける凹部１６により第二冷却水通路１２を形成するので、シリンダヘッド１の側面８を形成する外型によって第二冷却水通路１２を同時に、しかも容易に作ることができる。

第一冷却水通路１１と第二冷却水通路１２とを接続する第三冷却水通路１３は、外側の端部が凹部１６内に開口するとともに、内側の端部が第一冷却水通路１１に通じるように開口している。第三冷却水通路１３は、それぞれの気筒、言い換えれば一気筒に対して一対の排気ポート５に対して一本設けられるとともに、凹部１６の後端部において第一冷却水通路１１に接続されるように設けるものである。したがって、この実施形態のシリンダヘッド１のように、三気筒のエンジンに対しては、四本の第三冷却水通路１３を設けるものであり、少なくとも気筒数より一本多い本数を設けるものである。

各気筒に対応する第三冷却水通路１３は、それぞれの排気ポート５を冷却し得るように、それぞれの排気ポート５に挟まれた位置に設けられる。これらの第三冷却水通路１３は、その内側の端部が、後述する管体１４の取付位置に対応して開口するものである。この結果、それぞれの排気ポート５の中心軸に沿ったその断面形状は、ほぼ円形とはならず、第三冷却水通路１３を避けるようにして内側に凹んだ形状をしている。したがって、この第三冷却水通路１３は、排気ポート５内に肉盛りをした状態で形成するものである。さらに、これらの第三冷却水通路１３は、鋳造時には、側面８を形成する外型により形成するものである。つまり、第三冷却水通路１３は、側面８を形成する外型の離型方向に中心軸を向けているので、中子を用いることなく鋳抜きで形成し得るものである。したがって、中子の抜き取り鋳造後の加工を必要としないため、第三冷却水通路１３の形成を容易にすることができる。

なお、凹部１６の後端部において第一冷却水通路１１に接続される第三冷却水通路１３は、他の第三冷却水通路１３より上側に位置して形成される。これは、第一冷却水通路１１の後端つまり冷却水の出口側において、その天井を他の部分より高くして、冷却水内に存在する気泡をシリンダヘッド外に排出しやすくしていることに対応するものである。このように、凹部１６の後端部に配置される第三冷却水通路１３を高くすることにより、第二冷却水通路１２内を流れる冷却水内に存在する気泡を、第一冷却水通路１１を介して外側に排出しやすくするものである。

管体１４は、第一冷却水通路１１を貫通して取り付けられるものである。この管体１４を取り付けることにより、この位置において第一冷却水通路１１が閉塞されないように、また鋳造時に生じるバリを除去するために、管体１４のための貫通孔１５に対応する第一冷却水通路１１の部位は、鋳造後に切削加工を施すものである。このように、管体１４を取り付ける位置の第一冷却水通路１１を切削加工することにより、第一冷却水通路１１を形成する場合の外型の突き合わせ位置に生じるバリを、同時に除去することができる。この結果、このようなバリを除去するための工程を特に設ける必要がないので、鋳造後の後処理工程を短縮することができる。

そしてその内部には、点火プラグが内蔵されるので、第一冷却水通路１１の下壁、言い換えれば燃焼室６の天井のほぼ中央には、点火プラグを挿入する挿入孔１７が設けてある。このような切削加工の後、管体１４は、第一冷却水通路１１からの冷却水がシリンダヘッド１上部に漏洩しないように、オーリング１８を介して貫通孔に取り付けられる。

図２において、２０は、第一冷却水通路１１をシリンダブロック１に設けてある冷却水通路と接続するための接続通路、２１は、吸気側カムシャフトを支持するカムシャフトベアリングキャップ、２２は、排気側カムシャフトを支持するカムシャフトベアリングキャップである。接続通路２０は、第一冷却水通路１１の前端部側に形成してある。

このようなシリンダヘッド１は、上述したように、少なくとも六つの外型を用いて鋳造するものである。この場合に、それぞれの外型の鋳造後の離型方向に向く凹陥部や孔は、対応する形状もしくは凸部を外型に形成しておき、中子を用いることなく型抜きで形成することができる。鋳造自体は、当該分野で広く知られている方法を用いるものであってよい。

以上の構成において、このシリンダヘッド１を用いて組み立てられたエンジンでは、冷却水がシリンダブロックの冷却水通路から接続通路２０を介して第一冷却水通路１１に流れ込む。第一冷却水通路１１に流れ込んだ冷却水は、排気ポート５に挟まれている第三冷却水通路１３を通って第二冷却水通路１２に流れる。この場合に、これらの第三冷却水通路１３は、第一冷却水通路１１の断面積が管体１４により小さくなっている第一冷却水通路１１の部位に接続されているので、冷却水は積極的に三本の第三冷却水通路１３に流れ込むものである。

第二冷却水通路１２に達した冷却水は、シリンダヘッド１の前側から後側に向かって流れ、第二冷却水通路１２の後端部に開口する第三冷却水通路１３から第一冷却水通路１１に還流する。この第二冷却水通路１２の後端部に開口する第三冷却水通路１３は、他の第三冷却水通路１３より高い位置に開口しているため、第二冷却水通路１２に存在する気泡を第一冷却水通路１１に排出することを可能にしている。

このように、排気ポート５に挟まれているそれぞれの第三冷却水通路１３と第二冷却水通路１２と残る第三冷却水通路１３とを通って冷却水が循環することにより、燃焼室６の天井に対応するシリンダヘッド１の内部、排気ポート５及び排気ポート５に連続する排気マニホルド９を積極的に冷却することができる。したがって、シリンダヘッド１における熱負荷が大きい部位を効率よく冷却することができる。

また、管体１４の外径を調整することにより、第三冷却水通路１３に流れ込む冷却水量を容易に制御することができる。つまり、管体１４の外径を大きくすると、第一冷却水通路１１の断面積が小さくなり、一方、その外径を小さくすると断面積は大きくなる。これにより、管体１４の周辺における冷却水の流速が異なり、よって第三冷却水通路１３に流れ込む冷却水量を調整し得るものである。したがって、第一冷却水通路１１や第三冷却水通路１３の内法を変更することなく、つまり外型の寸法を変更することなく、冷却水量を調整することにより、冷却効率を制御することができる。

なお、上記実施形態にあっては、第一部材を、排気マニホルド、特にはその取り付けのためのフランジにより構成したが、単に凹部１６を閉鎖するだけの蓋部材であってもよい。このような蓋部材にあっても、他の部材の取り付けのための部材と共用するものであってよい。

また、凹部１６の代わりに、上述の排気マニホルドのフランジや第一部材（蓋部材）に凹部を設けるものであってもよい。さらには、凹部１６と、その開口部分を閉鎖する第一部材に形成する凹部との両方により、第二冷却水通路を形成するものであってもよい。

その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

本発明の実施形態の平面図。 図１におけるＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図。 図１におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図。 同実施形態の排気ポート側の側面図。

符号の説明

１…シリンダヘッド
８…取付面
９…排気マニホルド
１１…第一冷却水通路
１２…第二冷却水通路
１３…第三冷却水通路
１６…凹部

Claims (5)

1. 第一部材を取り付ける取付面を備え、外型のみを用いて型抜きで製造する水冷式内燃機関のためのシリンダヘッドにおいて、
   クランク軸線方向に延びる第一冷却水通路と、
   第一冷却水通路よりも排気ポート側に位置して、第一冷却水通路に平行にクランク軸線方向に延びる第二冷却水通路と、
   第一冷却水通路と第二冷却水通路とを接続する複数の第三冷却水通路とを備えてなり、
   第二冷却水通路は、第一部材と取付面との少なくとも一方に設けられる凹部が第一部材を取付面に水密に取り付けられることにより形成されるシリンダヘッド。
2. 凹部が、排気ポート側の側面に開口してなり、第一部材が凹部を閉鎖する蓋部材である請求項１記載のシリンダヘッド。
3. 燃焼に関連する第二部材を内蔵し得る管体を、第一冷却水通路を貫通して設け、少なくともひとつの第三冷却水通路を第一冷却水通路の管体の周囲に対向させて開口させる請求項１又は２記載のシリンダヘッド。
4. 第一冷却水通路の切削加工された部分を貫通して取り付けられる管体を備えてなり、
   管体は、燃焼に関連する第二部材を内蔵し得るものであり、第一冷却水通路を形成する際にクランク軸線方向に抜く少なくとも二つの外型の突き合わせ位置に一致する位置に配置される請求項１、２又は３記載のシリンダヘッド。
5. 上下前後左右の少なくとも六つの外型により成型され、
   第三冷却水通路が側面を成型する型により鋳抜きで形成される請求項１、２、３又は４記載のシリンダヘッド。

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