JP2008190497A - 多気筒エンジンの冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却水がシリンダヘッドで横方向に流れる構成を採りながら、シリンダヘッド内の最も温度が高くなる部位を効率よく冷却できるようにする。
【解決手段】シリンダヘッド底壁７、点火プラグ挿入用筒状壁４の下端部４ａ、吸気ポート２の下端部、排気ポート３などを冷却するウォータージャケット５がシリンダヘッド１に形成される。ウォータージャケット５を、冷却水を横方向へ流す第１のウォータージャケット３１と、この第１のウォータージャケット３１に絞り通路３２を介して接続され、冷却水を第１のウォータージャケット３１内から排気ポート３に沿って上方に導く第２のウォータージャケット３３とから構成した。
【選択図】 図２

Description

本発明は、冷却水を点火プラグの周囲にクランク軸の軸線方向とは直交する横方向へ流す多気筒エンジンの冷却装置に関するものである。

従来、水冷式の多気筒エンジンにおいて、シリンダヘッド内を冷却するに当たっては、主に以下の２通りの冷却構造が採られている。第１の冷却構造は、冷却水をシリンダヘッド内でクランク軸の軸線方向（以下、この方向を単に縦方向という）に流す冷却構造である。第２の冷却構造は、冷却水を前記縦方向とは直交する横方向に流す冷却構造である。

第１の冷却構造では、気筒が並ぶ方向に冷却水が流れるために、冷却水通路の上流側に位置する気筒と下流側に位置する気筒とで冷却効率が変わってしまう。このため、第１の冷却構造では、全ての気筒を同じように冷却するために、第２の冷却構造を採る場合に較べて冷却水の流量を増やさなければならない。

第２の冷却構造を採る多気筒エンジンの冷却装置としては、たとえば特許文献１に記載されているものがある。この特許文献１に開示されているエンジンは、Ｖ型多気筒エンジンで、このエンジンの冷却装置は、シリンダヘッドのウォータージャケット内を冷却水が吸気系側から排気系側に向けて流れるように構成されている。

前記ウォータージャケットは、前記縦方向に並ぶ複数の燃焼室形成用凹部が形成されたシリンダヘッド底壁と、前記各凹部から燃焼室とは反対側の上方に延びる点火プラグ挿入用筒状壁の下端部と、前記各凹部から前記横方向の一方に延びる吸気ポートの下端部と、前記各凹部から前記横方向の他方に延びる排気ポートと、排気ポートの中間部から上方に延びる排気バルブ用バルブステムガイドなどを冷却するように形成されている。

このウォータージャケットの冷却水入口は、吸気ポートとシリンダブロックとの間のスペースに挿入された冷却水供給用パイプによって形成されている。このパイプは、前記縦方向に延びるように形成されており、シリンダヘッドに取付けられている。前記冷却水入口は、このパイプにおける各気筒と対応する位置にそれぞれ穿設された貫通孔によって構成されている。
このウォータージャケットの冷却水出口は、前記底壁におけるシリンダボアの周囲と対応する部位に開口しており、シリンダボディ内の戻り側冷却水通路に接続されている。
特開２０００−７３８５６号公報

上述した特許文献１に開示された冷却装置では、全ての気筒を均等に冷却することはできるが、最も高温になる部位を必ずしも効率よく冷却することはできなかった。ここで、最も高温になる部位とは、シリンダヘッド底壁における燃焼室形成用凹部を形成する部位と、点火プラグ挿入用筒状壁の下端部、排気ポートの下端部などである。

これらの高温部分を効率よく冷却できない理由は、上記高温になる部分以外に、それの上方に位置する排気ポートの上部や排気バルブ用バルブステムガイドの周辺などにも冷却水が流れるように、ウォータージャケットが上方にも拡大される結果、前記高温部分を冷却する部位の容積が必要以上に大きくなってしまうからである。すなわち、特許文献１に示す冷却装置は、前記高温部分を冷却する部分の容積が大きく、ここを流れる冷却水の流速が低くなってしまうから、高温部分を効率よく冷却することができないものであった。

本発明はこのような問題を解消するためになされたもので、冷却水がシリンダヘッド内を横方向に流れる構成を採りながら、シリンダヘッド内の最も温度が高くなる部位を効率よく冷却可能な多気筒エンジンの冷却装置を提供することを目的とする。

この目的を達成するために、本発明に係る多気筒エンジンの冷却装置は、クランク軸の軸線方向と平行な縦方向に並ぶ複数の燃焼室形成用凹部が形成されたシリンダヘッド底壁と、前記各凹部から燃焼室とは反対側の上方に延びる点火プラグ挿入用筒状壁の下端部と、前記各凹部から前記縦方向とは直交する横方向の一方に延びる吸気ポートの下端部と、前記各凹部から前記横方向の他方に延びる排気ポートとを冷却するウォータージャケットがシリンダヘッドに形成された多気筒エンジンの冷却装置において、前記ウォータージャケットは、冷却水を気筒毎に前記横方向へ流す第１のウォータージャケットと、この第１のウォータージャケットに絞り通路を介して接続され、冷却水を第１のウォータージャケット内から排気ポートに沿って上方に導く第２のウォータージャケットとから構成されているものである。

請求項２に記載した多気筒エンジンの冷却装置は、請求項１に記載した多気筒エンジンの冷却装置において、前記絞り通路は、シリンダの軸線方向から見てシリンダ孔の中心を通り排気ポート側へ延びる仮想線の線上に位置付けられているものである。

請求項３に記載した多気筒エンジンの冷却装置は、請求項１または請求項２に記載した多気筒エンジンの冷却装置において、前記第１のウォータージャケットは、前記シリンダヘッド底壁を上方から覆うとともに前記筒状壁の下端部と吸・排気ポートの下端部とを囲む形状の第１の中子によって成形され、前記第２のウォータージャケットは、排気ポートを上方から覆う形状であって第１の中子とは別体の第２の中子によって成形され、前記絞り通路は、前記第１の中子と第２の中子とのうち少なくともいずれか一方の中子に突設されて他方の中子に接触する凸部によって成形されているものである。

請求項４に記載した多気筒エンジンの冷却装置は、請求項３に記載した多気筒エンジンの冷却装置において、前記凸部は、第１の中子と第２の中子のうち何れか一方の中子に設けられるとともに、他方の中子に形成された凹部内に嵌合しているものである。

請求項５に記載した多気筒エンジンの冷却装置は、請求項３または請求項４に記載した多気筒エンジンの冷却装置において、第２の中子の一端部は、第１の中子との接触部分において第１の中子に支承されているものである。

請求項６に記載した多気筒エンジンの冷却装置は、請求項３ないし請求項５のうちいずれか一つに記載した多気筒エンジンの冷却装置において、前記絞り通路における第１の中子と第２の中子との接触部と対応する部位には、鋳造後であって第１、第２の中子を除去した後に第２のウォータージャケットの外から第２のウォータージャケット内を通して第１のウォータージャケット内に挿入したドリルによって貫通孔が穿設されているものである。

請求項７に記載した多気筒エンジンの冷却装置は、請求項１または請求項２に記載した多気筒エンジンの冷却装置において、前記第１のウォータージャケットは、前記シリンダヘッド底壁を上方から覆うとともに前記筒状壁の下端部と吸・排気ポートの下端部とを囲む形状の第１の中子によって成形され、前記第２のウォータージャケットは、排気ポートを上方から覆うとともに一端部が第１の中子の上方に空間を介して臨む形状であって第１の中子とは別体の第２の中子によって成形され、前記絞り通路は、鋳造後であって前記第１、第２の中子を除去した後に第２のウォータージャケットの外から第２のウォータージャケット内を通して第１のウォータージャケット内に挿入したドリルによってシリンダヘッドの前記空間と対応する壁に穿設されているものである。

請求項８に記載した多気筒エンジンの冷却装置は、請求項１ないし請求項７のうちいずれか一つに記載した多気筒エンジンの冷却装置において、第１のウォータージャケットの冷却水入口は、シリンダヘッドにおける排気ポート側の下端部に開口し、第１のウォータージャケットの冷却水出口は、吸気ポートの下方において前記縦方向に延びるように形成された第１の冷却水排出用通路に開口し、互いに隣り合う二つの気筒の第２のウォータージャケットの下流側端部どうしは連通路を介して互いに連通され、前記下流側端部と前記連通路とによって冷却水を前記縦方向に流して排出する第２の冷却水排出用通路が構成されているものである。

請求項９に記載した多気筒エンジンの冷却装置は、請求項１ないし請求項８のうちいずれか一つに記載した多気筒エンジンの冷却装置において、第１のウォータージャケットは、排気ポートの下端部を囲む上流部と、吸気ポートの下端部を囲む下流部と、点火プラグ挿入用筒状壁の下端部を囲む中央部とから構成され、前記上流部と前記下流部との間に中央部が介装されているものである。

本発明によれば、第１のウォータージャケットから第２のウォータージャケットに流入する冷却水の流量を絞り通路によって抑制することで、第１のウォータージャケットを流れる冷却水が主流となり、第１のウォータージャケットにおける水量を充分確保できる。しかも、第１のウォータージャケットの容積は実質小さくできるので、第１のウォータージャケット内において冷却水の充分な流速が得られる。
したがって、本発明によれば、冷却水がシリンダヘッドで横方向に流れる構成を採ることにより、シリンダヘッド内を気筒間の温度差がなくなるように冷却しながら、シリンダヘッド内の最も温度が高くなる部位を効率よく冷却可能な多気筒エンジンの冷却装置を提供することができる。

また、排気ポートの上部を冷却するための第２のウォータージャケットは、第１のウォータージャケットから絞り通路を介して冷却水が供給されるから、第２のウォータージャケットにシリンダヘッドの外から専用の冷却水通路によって冷却水を供給する場合に較べて構造が簡単で、シリンダヘッドの小型化を図ることができる。

請求項２記載の発明によれば、第１のウォータージャケットから絞り通路に流入した冷却水は、絞り通路を通って第２のウォータージャケットにおけるクランク軸の軸線方向の中央部内に流入する。このため、第２のウォータージャケット内に流入した冷却水は、クランク軸の軸線方向の一方に偏ることなく第２のウォータージャケット内を横方向の他方に流れるから、第２のウォータージャケットを流れる冷却水によって排気ポートの上部や排気弁用バルブステムガイドの周辺を効率よく冷却することができる。

請求項３記載の発明によれば、第１の中子と第２の中子とは別体で、絞り通路を成形する部分で互いに接触しているから、これら両中子を一体に形成する場合に較べて絞り通路を成形する部分で折れるおそれもなく、通路断面積が小さい絞り通路を容易に成形することができる。このため、一つの中子で第１、第２のウォータージャケットを成形する場合に較べて絞り通路の通路径を細く形成することができ、第１のウォータージャケット内の冷却水の流速をより一層高くすることができる。

請求項４記載の発明によれば、凸部と凹部との嵌合部分は、鋳造時に溶湯が流れ込み難い。このため、鋳造後に第１の中子と第２の中子とを除去することによって、孔開け加工を行うことなく絞り通路を形成することができる。

請求項５記載の発明によれば、専ら第２の中子の一端部を支える幅木は不要であるから、第２のウォータージャケットの容積を必要最小限の大きさに形成することができる。

請求項６記載の発明によれば、絞り通路内に形成された鋳造ばりを除去することができるとともに、絞り通路の孔径を高い精度で形成することができる。このため、全ての気筒において、絞り通路を通して流れる冷却水の流量が均等になるから、気筒間の温度差をより一層小さくすることができる。また、絞り通路がシリンダの軸線方向から見てシリンダ孔の中心を通り排気ポート側へ延びる仮想線の線上に位置付けられている場合、シリンダ孔の中心の上方に設けられた点火プラグ挿入用筒状壁の内側からドリルを挿入することによって、絞り通路内に貫通孔を穿設することができるから、第２のウォータージャケットの外に形成されているカム軸用軸受を避けて孔開け加工を容易に行うことができる。

請求項７記載の発明によれば、シリンダヘッドにドリルによって絞り通路が形成されるから、絞り通路の孔径を高い精度で形成することができる。このため、全ての気筒において、絞り通路を通して流れる冷却水の流量が均等になるから、気筒間の温度差をより一層小さくすることができる。また、絞り通路がシリンダの軸線方向から見てシリンダ孔の中心を通り排気ポート側へ延びる仮想線の線上に位置付けられている場合、シリンダ孔の中心の上方に設けられた点火プラグ挿入用筒状壁の内側からドリルを挿入することによって、絞り通路内に貫通孔を穿設することができるから、第２のウォータージャケットの外に形成されているカム軸用軸受を避けて孔開け加工を容易に行うことができる。

請求項８記載の発明によれば、気筒毎の第１のウォータージャケットを流れた冷却水は、第１の冷却水排出用通路を通して排出され、気筒毎の第２のウォータージャケットを流れた冷却水は、第２の冷却水排出用通路を通して排出される。このため、この発明によれば、シリンダヘッドから冷却水を排出する排出口を第１の冷却水排出用通路と第２の冷却水排出用通路とに形成するだけでよいから、この排出口を気筒毎に設ける場合に較べて構造が簡単になる。

しかも、前記第１の冷却水排出用通路は第１の中子によって成形することができ、前記連通路は前記第２の中子によって成形することができる。このため、これらの通路をシリンダヘッド内に形成することができるから、これらの通路をシリンダヘッドの外に形成する場合に較べてシリンダヘッドの小型化を図ることができる。

請求項９記載の発明によれば、第１のウォータージャケット内を流れる冷却水の全量が点火プラグ挿入用筒状壁の下端部の周囲を流れるから、特に高温になる部位を確実に冷却することができる。

（第１の実施の形態）
以下、本発明に係る多気筒エンジンの冷却装置の一実施の形態を図１〜図８によって詳細に説明する。
図１および図２は本発明に係る冷却装置が設けられたシリンダヘッドの断面図、図３は図２におけるシリンダヘッドのIII−III線断面図、図４は図２におけるシリンダヘッドのIV−IV線断面図、図５は第１の中子に第２の中子を組み合わせた状態を示す斜視図、図６は第１の中子と第２の中子の要部を拡大して示す断面図である。図６においては、吸・排気ポートを成形するための吸気ポート用中子と排気ポート用中子とを第１、第２の中子に組み合わせた状態で描いてある。また、同図においては、吸気ポート用中子と排気ポート用中子は、バルブステムガイドを取付けた状態で描いてある。図７は第１の中子と第２の中子とを組み合わせた状態を示す断面図であり、図２の断面位置に対応している。図８は第１の中子を示す斜視図である。

これらの図において、符号１で示すものは、この実施の形態による多気筒エンジン用シリンダヘッドを示す。
このシリンダヘッド１は、自動車用の水冷式Ｖ型８気筒エンジン（図示せず）に搭載されるもので、いわゆる低圧鋳造によって所定の形状に成形されている。このシリンダヘッド１は、Ｖ型エンジンにおいて二つある気筒列の互いに対向する側部に吸気系が位置する状態、言い換えれば図１において右側の端部がエンジンの中央に近接する状態でシリンダブロックに取付けられている。このようにシリンダヘッド１をシリンダブロックに搭載することにより、シリンダヘッド１の排気系側の側部は吸気側の側部より下に位置付けられる。この実施の形態においては、前記二つの気筒列のうち一方の気筒列に搭載されるシリンダヘッドについて説明する。

前記シリンダヘッド１の内部には、図１および図２に示すように、後述する吸気ポート２および排気ポート３と、点火プラグ挿入用筒状壁４と、ウォータージャケット５とが形成されており、図示していないシリンダブロックの上にヘッドガスケットを介して載せられ、図示していないヘッドボルトによって取付けられている。このヘッドボルトを挿通するためのボルト孔を図３および図４中に符号６で示す。

前記吸気ポート２は、図１に示すように、シリンダヘッド底壁７に形成された燃焼室形成用凹部８からクランク軸（図示せず）の軸線方向とは直交する横方向の一方（図１においては右方）に延びるように形成されている。この実施の形態による吸気ポート２は、下流側の端部に一対の分岐ポート２ａ，２ａ（図１、図３および図６参照）を有する二股状であって、いわゆるサイアミーズポートとして形成されている。

この吸気ポート２は、図６に示すように、吸気ポート用中子１１を使用して所定の形状に成形されている。図６に示す吸気ポート用中子１１は、吸気弁用バルブステムガイド１２を取付けた状態で描いてある。
前記二つの分岐ポート２ａ，２ａは、それぞれ吸気弁１３によって開閉される。これらの吸気弁１３は、図１に示すように、シリンダヘッド１にバルブステムガイド１２によって支持されており、シリンダヘッド１の上部に設けられた動弁装置１４によって駆動する。

この動弁装置１４は、吸気カム軸１５からロッカーアーム１６を介して吸気弁１３に駆動力を伝達し、バルブスプリング１７の弾発力に抗して吸気弁１３を駆動する構造のものである。前記ロッカーアーム１６やバルブスプリング１７などの動弁装置１４の従動側の部材は、シリンダヘッド１内に形成された動弁室１８（図１および図２参照）内に収容されている。この動弁室１８は、後述するウォータージャケット５とは別体の中子（図示せず）を使用して所定の形状に成形されている。
シリンダヘッド１における吸気ポート２の上流側端部の近傍には、前記一対の分岐ポート２ａ，２ａ内に向けて燃料を噴射するインジェクタ（図示せず）が取付られている。

前記排気ポート３は、前記燃焼室形成用凹部８から前記横方向の他方（図１においては左方）に延びるように形成されている。この実施の形態による排気ポート３は、上流側の端部に一対の分岐ポート３ａ，３ａ（図１および図３参照）を有する二股状であって、いわゆるサイアミーズポートとして形成されている。排気ポート３も排気ポート用中子２１（図６参照）によって所定の形状に成形されている。前記二つの分岐ポート３ａ，３ａは、それぞれ排気弁２２によって開閉される。これらの排気弁２２，２２は、図１に示すように、シリンダヘッド１にバルブステムガイド２３によって支持されており、前記動弁装置１４の排気カム軸２４によって駆動する。排気カム軸２４は、図２に示すように、シリンダヘッド１の上端部に形成されたジャーナル２４ａとカムキャップ２４ｂとによって回転自在に支持されている。

前記シリンダヘッド底壁７は、前記吸気ポート２、排気ポート３および後述するウォータージャケット５などとともに鋳造によって形成されている。このシリンダヘッド底壁７には、図１および図２に示すように、その下面を上方に凹ませるようにして４箇所の燃焼室形成用凹部８が形成されている。これらの凹部８は、クランク軸の軸線方向と平行な縦方向（図３および図４においては上下方向）に並んでいる。

このシリンダヘッド底壁７におけるクランク軸の軸線方向から見てシリンダの軸線Ｃと交差する部位には、図２に示すように、点火プラグ２５が取付けられている。この点火プラグ２５は、図示してはいないが、シリンダの軸線方向から見て燃焼室Ｓの略中央部に設けられている。

この点火プラグ２５は、シリンダヘッド１の後述するウォータージャケット５内に設けられた前記筒状壁４の内部に挿入され、図２に示すように、前記シリンダヘッド底壁７と筒状壁４の下端部４ａとに形成されたねじ孔２６に螺着している。前記筒状壁４は、前記シリンダヘッド底壁７から上方へ延びるように形成されている。この筒状壁４の上部の外周面は、図示していない動弁室成形用の中子によって成形され、筒状壁４の内周面は、図示していない専用の中子によって成形されている。

前記ウォータージャケット５は、前記シリンダヘッド底壁７と、前記点火プラグ挿入用筒状壁４の下端部４ａと、前記吸気ポート２の下端部と、前記排気ポート３と、排気弁用のバルブステムガイド２３とが冷却水によって冷却されるように形成されている。詳述すると、このウォータージャケット５は、図２および図３に示すように、冷却水を気筒毎に前記横方向の一方へ流す第１のウォータージャケット３１と、この第１のウォータージャケット３１に絞り通路３２（図２参照）を介して接続され、冷却水を第１のウォータージャケット３１内から排気ポート３に沿って上方に導く第２のウォータージャケット３３とから構成されている。

前記第１のウォータージャケット３１は、図５〜図８において符号３４で示す第１の中子によって成形され、第２のウォータージャケット３３は、図５〜図７中に符号３５で示す第２の中子によって成形されている。これらの第１の中子３４、第２の中子３５と、上述した動弁室成形用の中子および筒状壁内成形用の中子とは、従来からよく知られているシェル中子で、それぞれ専用の型によって所定の形状に成形されている。

第１の中子３４は、前記シリンダヘッド底壁７を上方から覆うとともに前記筒状壁４の下端部４ａと吸・排気ポート２，３の下端部とを囲む形状に形成されている。詳述すると、第１の中子３４は、前記第１のウォータージャケット３１における排気ポート３の下端部を囲む上流部３６（図３参照）を成形するための上流部３７（図５〜図８参照）と、第１のウォータージャケット３１における吸気ポート２の下端部を囲む下流部３８（図３参照）を成形するための下流部３９（図５〜図８参照）と、第１のウォータージャケット３１における前記筒状壁４の下端部４ａを囲む中央部４０（図３参照）を成形するための中央部４１（図５〜図８参照）と、第１のウォータージャケット３１から冷却水が排出される第１の冷却水排出用通路４２（図３参照）を成形するための縦方向延在部４３（図５〜図８参照）とから構成されている。第１の中子３４の前記中央部４１は、前記上流部３７と下流部３９との間に介装されている。

第１の中子３４の上流部３７、下流部３９および中央部４１は気筒毎に設けられている。また、気筒毎の下流部３９どうしは、図５、図６および図８に示すように、接続部４４によって互いに接続されているとともに、縦方向延在部４３を介して互いに連結されている。
第１の中子３４の上流部３７には、図５、図７および図８に示すように、気筒毎にウォータージャケット５の冷却水入口４５（図１、図２参照）を成形するための二つの柱状突起４６が下方に向けて突設されている。この柱状突起４６は、第１の中子３４を支える幅木を兼用する。

また、この上流部３７には、図７および図８に示すように、後述する第２の中子３５を載せるための橋絡部５１が設けられている。この橋絡部５１は、排気ポート３の二つの分岐ポート３ａ，３ａどうしの間を横方向に横切るように形成されている。すなわち、第１の中子３４の上流部３７によって成形された第１のウォータージャケット３１の上流部３６は、図３に示すように、個々の分岐ポート３ａの下端部をその周囲の全域において囲むように形成されている。また、この橋絡部５１における第２の中子３５を載せる部位には、図７に示すように、他の部位に較べて高くなるように支持座５２が形成されている。

第１の中子３４の下流部３９は、図５および図８に示すように、気筒毎に吸気ポート２の外側を横方向に延びるように形成され、第１のウォータージャケット３１の冷却水出口５３（図３参照）を成形するためのくびれ部５４（図７参照）を介して縦方向延在部４３に接続されている。
この下流部３９には、第１の中子３４を支える幅木を構成する二つの柱状突起５５が下方に向けて突出するように形成されている。

第１の中子３４の中央部４１は、前記上流部３７および下流部３９と協働して筒状壁４の下端部４ａを囲む環状に形成されている。
第１の中子３４の縦方向延在部４３は、シリンダヘッド１の縦方向の一端部から他端部まで延びる細長い棒状に形成されている。この縦方向延在部４３の中間部分には、柱状突起５６が下流部３９とは反対方向に突出するように形成されている。この柱状突起５６は、第１のウォータージャケット３１内を流れた冷却水をシリンダヘッド１の外に排出する第１の冷却水排出口５７（図３参照）を成形するためのものである。

前記第２の中子３５は、図６に示すように、排気ポート３の二つの分岐ポート３ａ，３ａを上方から覆う形状に形成されている。詳述すると、第２の中子３５は、図５および図６に示すように、気筒毎の横方向延在部６１と、これらの横方向延在部６１どうしを接続する縦方向延在部６２とから構成されている。横方向延在部６１は、気筒毎の第２のウォータージャケット３３（図２参照）を成形するためのものである。縦方向延在部６２は、第２のウォータージャケット３３どうしを接続する連通路６３（図４参照）を成形するためのものである。

前記各横方向延在部６１は、図６に示すように、２本の排気弁用バルブステムガイド２３，２３どうしの間を通して排気ポート３に沿って横方向に延び、排気ポート３を上方から覆う形状に形成されている。
この各横方向延在部６１の一端部（点火プラグ２５側の端部）には、図７に示すように、前記絞り通路３２（図２参照）を成形するための凸部６４が下方に向けて突出するように形成されている。

この凸部６４は、第２の中子３５の他の部位や第１の中子３４の上流部３７より通路断面積が小さくなるように形成されており、前記第１の中子３４に設けられた橋絡部５１の支持座５２に上方から重ねられている（接触している）。すなわち、第２の中子３５の横方向の一端部は、第１の中子３４に載せられた状態で支持されている。

前記凸部６４と支持座５２との接触面間には、鋳造時に当然のことながら溶湯が浸入する。この接触面に浸入した溶湯は、鋳造後に第１、第２の中子３４，３５を除去した後に絞り通路３２内にここを上下方向に二分する膜状のばりとなって残る。この膜状のばりは、第１、第２の中子３４，３５を除去した後、図２中に二点鎖線で示すように、ドリル６５を絞り通路３２内に通し、シリンダヘッド１に貫通孔６６を穿設することによって除去する。この孔開け加工は、ドリル６５が点火プラグ挿入用筒状壁４の内側から絞り通路３２を貫通して第１のウォータージャケット３１内に達するようにして行う。すなわち、絞り通路３２における第１の中子３４と第２の中子３５との境界と対応する部位には、この貫通孔６６が穿設されている。この孔開け加工により第２のウォータージャケット３３の上壁に穿設された貫通孔６６は、冷却水が漏洩することがないように栓部材６７によって閉塞される。
前記絞り通路３２と貫通孔６６とは、図４に示すように、シリンダの軸線方向から見てシリンダ孔の中心Ｐを通り排気ポート側へ延びる仮想線Ｌの線上に位置付けられている。

第２の中子３５の横方向の他端部には、図５に示すように、幅木を構成する複数の柱状突起６８が凸設されている。この柱状突起６８は、気筒毎の横方向延在部６１の端面にシリンダヘッド１の側方に向けて突出するように形成されている。すなわち、第２の中子３５の横方向の一端部は前記第１の中子３４に支持され、他端部は前記柱状突起６８を介して金型（図示せず）に支持される。

第２の中子３５の４箇所の横方向延在部６１のうち、図５において最も右に位置する横方向延在部６１、すなわち第２の中子３５の縦方向の一端部には、柱状突起６９がシリンダヘッド１の外に突出するように形成されている。この柱状突起６９は、第２のウォータージャケット３３の下流側端部から冷却水をシリンダヘッド１の外に排出する第２の冷却水排出口７０を成形するためのものである。

第２の中子３５の縦方向延在部６２は、図４に示すように、ヘッドボルト（図示せず）を通すボルト孔６より外側に連通路６３が位置し湾曲するように形成されている。
このように気筒毎の横方向延在部６１と縦方向延在部６２とからなる第２の中子３５を用いて第２のウォータージャケット３３を成形することにより、図４に示すように、互いに隣り合う二つの気筒の第２のウォータージャケット３３の下流側端部３３ａどうしが連通路６３を介して互いに連通される。この結果、前記下流側端部３３ａと前記連通路６３とによって、第２のウォータージャケット３３内を流れた冷却水を前記縦方向に流して第２の冷却水排出口７０から排出する第２の冷却水排出用通路７１が構成される。

上述した第１の中子３４と第２の中子３５とを使用して形成されたウォータージャケット５には、第１のウォータージャケット３１の下部に開口する２箇所の冷却水入口４５から気筒毎に冷却水が流入する。この冷却水は、先ず、第１のウォータージャケット３１の上流部３６において排気ポート３の下端部と、シリンダヘッド底壁７における排気ポート３の周辺の部位と、点火プラグ２５周りとを冷却する。

そして、この冷却水の一部は、絞り通路３２を通って第２のウォータージャケット３３内に流入し、大半の冷却水は、第１のウォータージャケット３１の上流部３６から中央部４０に流入する。絞り通路３２は、第１のウォータージャケット３１や第２のウォータージャケット３３に較べて通路断面積が小さくなるように形成されているから、第１のウォータージャケット３１内の冷却水の流量が減少するのを抑制する。

この絞り通路３２を通って第２のウォータージャケット３３に流入した冷却水は、排気ポート３の上部と排気弁用バルブステムガイド２３とを冷却し、第２のウォータージャケット３３の下流側端部３３ａに流れる。四箇所の第２のウォータージャケット３３のうち、図４において最も上に位置する第２のウォータージャケット３３を除く三つの第２のウォータージャケット３３の内部をその下流側端部３３ａまで流れた冷却水は、連通路６３を通って隣の第２のウォータージャケット３３に流入し、最終的に最も上に位置する第２のウォータージャケット３３の下流側端部３３ａ内に流入する。この冷却水と、最も上に位置する第２のウォータージャケット３３内を絞り通路３２から下流側端部３３ａまで流れた冷却水とは、第２の冷却水排出口７０からシリンダヘッド１の外に排出される。

一方、第１のウォータージャケット３１の上流部３６から中央部４０に流入した冷却水は、点火プラグ挿入用筒状壁４の下端部４ａと、シリンダヘッド底壁７における筒状壁４の周辺の部位とを冷却する。この冷却水は、前記中央部４０から下流部３８に流入し、下流部３８において吸気ポート２の下端部と、シリンダヘッド底壁７における吸気ポート２の周辺の部位とを冷却した後に冷却水出口５３から第１の冷却水排出用通路４２に排出される。このように気筒毎に第１のウォータージャケット３１内を横方向に流れて第１の冷却水排出用通路４２に流入した冷却水は、第１の冷却水排出用通路４２内で合流し、第１の冷却水排出用通路４２の中間部から第１の冷却水排出口５７を通してシリンダヘッド１の外に排出される。

このように構成されたウォータージャケット５を有する冷却装置によれば、第１のウォータージャケット３１から第２のウォータージャケット３３に流入する冷却水の流量を絞り通路３２によって抑制することで、第１のウォータージャケット３１を流れる冷却水が主流となり、第１のウォータージャケット３１における水量を充分確保できる。しかも、第１のウォータージャケット３１の容積は実質小さくできるので、第１のウォータージャケット３１内において冷却水の充分な流速が得られる。
したがって、この実施の形態によれば、冷却水がシリンダヘッド１で横方向に流れる構成を採ることにより、シリンダヘッド１内を気筒間の温度差がなくなるように冷却しながら、シリンダヘッド１内の最も温度が高くなる部位を効率よく冷却することができる。

また、第１の中子３４と第２の中子３５とは、絞り通路３２を成形する部分で互いに接触しているから、これら両中子を一体に形成する場合に較べて絞り通路を成形する部分で折れるおそれもなく、この実施の形態で示したように通路断面積が小さい絞り通路３２を容易に成形することができる。このため、一つの中子で第１、第２のウォータージャケット３１，３３を成形する場合に較べて絞り通路３２の通路径を小さく形成することができ、第１のウォータージャケット３１内の冷却水の流速をより一層高くすることができる。

さらに、この実施の形態による第２のウォータージャケット３３は、第１のウォータージャケット３１から絞り通路３２を介して冷却水が供給されるから、第２のウォータージャケット３３にシリンダヘッド１の外から専用の冷却水通路によって冷却水を供給する場合に較べて構造が簡単で、シリンダヘッド１の小型化を図ることができる。

この実施の形態によれば、第１のウォータージャケット３１から絞り通路３２に流入した冷却水は、絞り通路３２を通って第２のウォータージャケット３３におけるクランク軸の軸線方向の中央部内に流入する。このため、第２のウォータージャケット３３内に流入した冷却水は、クランク軸の軸線方向の一方に偏ることなく第２のウォータージャケット３３内を横方向の他方に流れるから、第２のウォータージャケット３３を流れる冷却水によって排気ポート３の上部や排気弁用バルブステムガイド２３の周辺を効率よく冷却することができる。

この実施の形態によれば、絞り通路３２内にはドリルによる孔開け加工が施され、絞り通路３２における第１の中子３４と第２の中子３５との境界と対応する部位には貫通孔６６が穿設されているから、絞り通路３２内に形成された鋳造ばりを除去することができるとともに、絞り通路３２の孔径を高い精度で形成することができる。このため、全ての気筒において、絞り通路３２を通して第２のウォータージャケット３３内に流入する冷却水の流量が均等になるから、気筒間の温度差をより一層小さくすることができる。

また、この実施の形態においては、絞り通路３２がシリンダの軸線方向から見てシリンダ孔の中心を通り排気ポート３側へ延びる仮想線Ｌの線上に位置付けられているから、シリンダ孔の中心の上方に設けられた点火プラグ挿入用筒状壁４の内側からドリル６５を挿入することによって、絞り通路３２内に貫通孔６６を穿設することができる。このため、第２のウォータージャケット３３の外に形成されている排気カム軸支持用ジャーナル２４ａを避けて前記孔開け加工を容易に行うことができる。

この実施の形態によれば、第２の中子３５の一端部を第１の中子３４に支承させているから、専ら第２の中子３５の前記一端部を支える幅木は不要になる。このため、この実施の形態によれば、第２のウォータージャケット３３の容積を必要最小限の大きさに形成することができる。

この実施の形態によれば、気筒毎の第１のウォータージャケット３１を流れた冷却水は、第１の冷却水排出用通路４２から第１の冷却水排出口５７を通して排出され、気筒毎の第２のウォータージャケット３３を流れた冷却水は、第２の冷却水排出用通路７１から第２の冷却水排出口７０を通して排出される。このため、この実施の形態によれば、シリンダヘッド１から冷却水を排出するに当たって第１の冷却水排出口５７と第２の冷却水排出口７０とを形成するだけでよいから、この排出口を気筒毎に設ける場合に較べて構造が簡単になる。

しかも、前記第１の冷却水排出用通路４２は第１の中子３４によって成形することができ、前記連通路６３は前記第２の中子３５によって成形することができるから。これらの通路をシリンダヘッド１内に形成することができる。このため、これらの通路をシリンダヘッド１の外に形成する場合に較べてシリンダヘッド１の小型化を図ることができる。

この実施の形態によれば、第１のウォータージャケット３１内を流れる冷却水の全量が中央部４０、すなわち点火プラグ挿入用筒状壁４の下端部４ａの周囲を流れるから、特に高温になる部位を確実に冷却することができる。

この実施の形態においては、絞り通路３２を形成するに当たって凸部６４を第２の中子３５に設けた例を示したが、凸部６４は第１の中子３４に設けることができるし、第１の中子３４と第２の中子３５との両方に設けることもできる。

（第２の実施の形態）
図１〜図８に示した第１の実施の形態では第２の中子の凸部を第１の中子の支持座に載せて鋳造を行い、鋳造後に孔開け加工を施す例を示したが、本発明はこのような限定にとらわれることはなく、たとえば図９に示すように嵌合構造を採ることによって、孔開け加工を不要とすることができる。

図９は第１の中子と第２の中子との接触部分の他の例を示す断面図で、同図において、前記図１〜８図によって説明したものと同一もしくは同等の部材については、同一符号を付し詳細な説明を適宜省略する。
図９に示す第１の中子３４と第２の中子３５との接触部分は、第１の中子３４に形成された凹部８１と、この凹部８１に嵌合する第２の中子３５の凸部８２とによって構成されている。

前記凹部８１は、上方に向けて開放するように形成されている。この凹部８１の開口形状および横断面の形状は円形である。この凹部８１の内周面は、凹部８１の底から上方に向かうにしたがって開口径が次第に大きくなるように傾斜している。
前記凸部８２は、第２の中子３５の一端部に下方に向けて突出するように設けられている。この凸部８２は、前記凹部８１内に上方から嵌合するように、下方へ向けて凸になる円錐台状に形成されている。この凸部８２が設けられた第２の中子３５の一端部は、凸部８２を介して第１の中子３４に支承されている。

前記凹部８１と凸部８２との嵌合部分は、鋳造時に溶湯が染み込み難いから、このように凹部８１と凸部８２とからなる嵌合構造により第１の中子３４と第２の中子３５とを接触させることによって、孔開け加工を行うことなく絞り通路３２を形成することができる。この実施の形態においては、第２の中子３５の一端部の重量が前記嵌合部分に加えられる構造を採っているから、溶湯が嵌合部分内により一層染みこみ難くなる。なお、このような嵌合構造を採る場合であっても、嵌合部分に溶湯が染み込むことによって絞り通路３２内にばりが形成されるおそれがあるから、図９中に二点鎖線で示すように、ドリル６５によって絞り通路３２内に貫通孔を穿設してもよい。

この実施の形態においては、第２の中子３５の凸部８１（一端部）を前記凹部８１に嵌合させた状態で第１の中子３４に支承させているから、第１の実施の形態を採るときと同様に、専ら第２の中子３５の一端部を支える幅木は不要である。このため、この実施の形態においても、第２のウォータージャケット３３の容積を必要最小限の大きさに形成することができる。
また、この実施の形態においては、第１の中子３４に凹部８１を形成するともに第２の中子３５に凸部８２を形成する例を示したが、凹部８１を第２の中子３４に形成し、凸部８２を第１の中子３４に形成することができる。

（第３の実施の形態）
第２の中子の一端部は、図１０に示すように第１の中子の上方に離間させて金型に装填することができる。
図１０は第１の中子と第２の中子との要部を拡大して示す断面図で、同図において、前記図１〜８図によって説明したものと同一もしくは同等の部材については、同一符号を付し詳細な説明を適宜省略する。

図１０に示す第２の中子３５の一端部は、第１の中子３４の上方に空間Ｄを介して所定の間隔をおいて離間するように金型に装填されている。すなわち、この実施の形態による第２の中子３５は、その一端部の重量が第１の中子３４に加えられることがないように金型に支持されている。この場合、絞り通路３２は、鋳造後であって前記第１、第２の中子を除去した後、図１０中に二点鎖線で示すように、ドリル６５によってシリンダヘッド１の前記空間と対応する壁に穿設される。ドリル６５は、第１の実施の形態を採るときと同様に、第２のウォータージャケット３３の外（点火プラグ挿入用筒状壁４内）から第２のウォータージャケット３３内を通して第１のウォータージャケット３１内に挿入する。

図１０に示したように第２の中子３５を片持ち式に金型に支持させるに当たっては、幅木を構成する複数の柱状突起６８によって第２の中子３５を強固に支持できるように、第２の中子３５の縦方向延在部６２の厚み（横方向の幅）を、図５に示す縦方向延在部６２より厚く（横方向において幅広に）形成し、第２の中子３５の他端部の剛性を向上させることが望ましい。

この支持構造を採るに当たっては、シリンダヘッド１のヘッドボルト用ボルト孔６や、その周辺のオイル戻し孔などの位置を、前記縦方向延在部６２との干渉を避けるために図３に図示した位置から変える必要がある。
また、第２の中子３４を片持ち式に強固に支持するためには、第２の中子３５の縦方向の一端部に設けられている柱状突起６９を幅木としても利用し、かつ第２の中子３５の縦方向の他端部にも幅木を構成する柱状突起（図示せず）を設けることによっても行うことができる。たとえば、２気筒エンジンに本発明を適用する場合は、このように幅木を増やして第２の中子３４の縦方向の両端部を支持することにより、前記縦方向延在部６２を図３に示すように小さく形成し、第２のウォータージャケット３３の容積を少なく保つことができる。

したがって、図１０に示すようにドリル６５によって絞り通路３２を穿設する構成を採ることにより、絞り通路３２の孔径を高い精度で形成することができる。このため、全ての気筒において、絞り通路３２を通して流れる冷却水の流量が均等になるから、気筒間の温度差をより一層小さくすることができる。また、絞り通路３２がシリンダの軸線方向から見てシリンダ孔の中心を通り排気ポート側へ延びる仮想線Ｌ（図４参照）の線上に位置付けられている場合、シリンダ孔の中心の上方に設けられた点火プラグ挿入用筒状壁４の内側からドリル６５を挿入することによって、絞り通路３２内に貫通孔６６を穿設することができるから、第２のウォータージャケット３３の外に形成されているカム軸用軸受（ジャーナル２４ａ）を避けて孔開け加工を容易に行うことができる。

本発明に係る冷却装置が設けられたシリンダヘッドの断面図である。 本発明に係る冷却装置が設けられたシリンダヘッドの断面図である。 図２におけるシリンダヘッドのIII−III線断面図である。 図２におけるシリンダヘッドのIV−IV線断面図である。 第１の中子に第２の中子を組み合わせた状態を示す斜視図である。 第１の中子と第２の中子の要部を拡大して示す斜視図である。 第１の中子と第２の中子とを組み合わせた状態を示す断面図である。 第１の中子を示す斜視図である。 第１の中子と第２の中子との接触部分の他の例を示す断面図である。 第１の中子と第２の中子との要部を拡大して示す断面図である。

符号の説明

１…シリンダヘッド、２…吸気ポート、３…排気ポート、４…点火プラグ挿入用筒状壁、５…ウォータージャケット、７…シリンダヘッド底壁、３１…第１のウォータージャケット、３２…絞り通路、３３…第２のウォータージャケット、３４…第１の中子、３５…第２の中子、３６，３７…上流部、３８，３９…下流部、４０，４１…中央部、４２…第１の冷却水排出用通路、４５…冷却水入口、５３…冷却水出口、６６…貫通孔、７１…第２の冷却水排出用通路、８１…凹部、８２…凸部。

Claims (9)

1. クランク軸の軸線方向と平行な縦方向に並ぶ複数の燃焼室形成用凹部が形成されたシリンダヘッド底壁と、
   前記各凹部から燃焼室とは反対側の上方に延びる点火プラグ挿入用筒状壁の下端部と、
   前記各凹部から前記縦方向とは直交する横方向の一方に延びる吸気ポートの下端部と、
   前記各凹部から前記横方向の他方に延びる排気ポートと、
   を冷却するウォータージャケットがシリンダヘッドに形成された多気筒エンジンの冷却装置において、
   前記ウォータージャケットは、冷却水を気筒毎に前記横方向へ流す第１のウォータージャケットと、この第１のウォータージャケットに絞り通路を介して接続され、冷却水を第１のウォータージャケット内から排気ポートに沿って上方に導く第２のウォータージャケットとから構成されていることを特徴とする多気筒エンジンの冷却装置。
2. 請求項１記載の多気筒エンジンの冷却装置において、
   前記絞り通路は、シリンダの軸線方向から見てシリンダ孔の中心を通り排気ポート側へ延びる仮想線の線上に位置付けられていることを特徴とする多気筒エンジンの冷却装置。
3. 請求項１または請求項２記載の多気筒エンジンの冷却装置において、前記第１のウォータージャケットは、前記シリンダヘッド底壁を上方から覆うとともに前記筒状壁の下端部と吸・排気ポートの下端部とを囲む形状の第１の中子によって成形され、
   前記第２のウォータージャケットは、排気ポートを上方から覆う形状であって、第１の中子とは別体の第２の中子によって成形され、
   前記絞り通路は、前記第１の中子と第２の中子とのうち少なくともいずれか一方の中子に突設されて他方の中子に接触する凸部によって成形されていることを特徴とする多気筒エンジンの冷却装置。
4. 請求項３記載の多気筒エンジンの冷却装置において、
   前記凸部は、第１の中子と第２の中子のうち何れか一方の中子に設けられるとともに、他方の中子に形成された凹部内に嵌合していることを特徴とする多気筒エンジンの冷却装置。
5. 請求項３または請求項４記載の多気筒エンジンの冷却装置において、
   第２の中子の一端部は、第１の中子との接触部分において第１の中子に支承されていることを特徴とする多気筒エンジンの冷却装置。
6. 請求項３ないし請求項５のうちいずれか一つに記載の多気筒エンジンの冷却装置において、
   前記絞り通路における第１の中子と第２の中子との接触部と対応する部位には、鋳造後であって第１、第２の中子を除去した後に第２のウォータージャケットの外から第２のウォータージャケット内を通して第１のウォータージャケット内に挿入したドリルによって貫通孔が穿設されていることを特徴とする多気筒エンジンの冷却装置。
7. 請求項１または請求項２記載の多気筒エンジンの冷却装置において、
   前記第１のウォータージャケットは、前記シリンダヘッド底壁を上方から覆うとともに前記筒状壁の下端部と吸・排気ポートの下端部とを囲む形状の第１の中子によって成形され、
   前記第２のウォータージャケットは、排気ポートを上方から覆うとともに一端部が第１の中子の上方に空間を介して臨む形状であって第１の中子とは別体の第２の中子によって成形され、
   前記絞り通路は、鋳造後であって前記第１、第２の中子を除去した後に第２のウォータージャケットの外から第２のウォータージャケット内を通して第１のウォータージャケット内に挿入したドリルによってシリンダヘッドの前記空間と対応する壁に穿設されていることを特徴とする多気筒エンジンの冷却装置。
8. 請求項１ないし請求項７のうちいずれか一つに記載の多気筒エンジンの冷却装置において、
   第１のウォータージャケットの冷却水入口は、シリンダヘッドにおける排気ポート側の下端部に開口し、
   第１のウォータージャケットの冷却水出口は、吸気ポートの下方において前記縦方向に延びるように形成された第１の冷却水排出用通路に開口し、
   互いに隣り合う二つの気筒の第２のウォータージャケットの下流側端部どうしは連通路を介して互いに連通され、前記下流側端部と前記連通路とによって冷却水を前記縦方向に流して排出する第２の冷却水排出用通路が構成されていることを特徴とする多気筒エンジンの冷却装置。
9. 請求項１ないし請求項８のうちいずれか一つに記載の多気筒エンジンの冷却装置において、
   第１のウォータージャケットは、排気ポートの下端部を囲む上流部と、吸気ポートの下端部を囲む下流部と、点火プラグ挿入用筒状壁の下端部を囲む中央部とから構成され、
   前記上流部と前記下流部との間に中央部が介装されていることを特徴とする多気筒エンジンの冷却装置。
   

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