JP2009216029A

JP2009216029A - 内燃機関の冷却装置

Info

Publication number: JP2009216029A
Application number: JP2008062303A
Authority: JP
Inventors: Katsuichi Miyasaka; 克一宮坂
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-03-12
Filing date: 2008-03-12
Publication date: 2009-09-24
Anticipated expiration: 2028-03-12
Also published as: JP4998339B2

Abstract

【課題】燃焼室の排気ポート側の壁面を積極的に冷却させ、内燃機関の冷却効率を向上させることができる冷却装置を提供する。
【解決手段】複数の燃焼室７の排気を集合させる排気マニホールド１３が一体に形成されたシリンダヘッド４を備えた内燃機関１の冷却装置において、排気マニホールド１３の上部の冷却水入口１４から流入した冷却水を、排気マニホールド１３の壁部に沿って案内しつつ燃焼室７の排気ポート１２側の壁部上に導く冷却水通路を備える。また、燃焼室７の上部には、燃焼室７内の燃料混合気に点火する点火プラグ壁面８が設けられ、冷却水通路は、燃焼室７の排気ポート１２側の壁部上の冷却水が点火プラグ壁面８の壁面を経由してシリンダヘッド４の吸気側に導かれるように延びている。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の燃焼室の排気を集合させる排気マニホールドが一体に形成されたシリンダヘッドを備えた内燃機関の冷却装置に関する。

内燃機関の冷却装置として、シリンダブロックから上昇した冷却水をシリンダヘッドにおける排気マニホールドの下部に導く冷却水通路を備えた装置が知られている（特許文献１参照）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２が存在する。

特開２００６−８３７７０号公報特開２００２−７０６４０号公報

上述した従来の装置では、シリンダブロックから導かれた冷却水が排気マニホールドの下側の壁面に当たるので、シリンダヘッドの中で最も温度が高い燃焼室の排気ポート側の壁面を充分に冷却できないおそれがある。

そこで、本発明は、燃焼室の排気ポート側の壁面を積極的に冷却させ、内燃機関の冷却効率を向上させることができる冷却装置を提供することが目的である。

本発明の内燃機関の冷却装置は、複数の燃焼室の排気を集合させる排気マニホールドが一体に形成されたシリンダヘッドを備えた内燃機関の冷却装置において、前記排気マニホールドの上部の冷却水入口から流入した冷却水を、前記排気マニホールドの壁部に沿って案内しつつ前記燃焼室の排気ポート側の壁部上に導く冷却水通路を備えたことにより、上述した課題を解決する（請求項１）。

本発明の冷却装置によれば、冷却水入口から流入した冷却水が排気マニホールドの壁部に沿って案内されるので、その冷却水を確実に燃焼室の排気ポート側の壁部上に当てることができる。これにより、排気マニホールドを冷却しつつ、燃焼室の排気ポート側の壁面を積極的に冷却することができる。よって、内燃機関の冷却効率を向上させることができる。

本発明の冷却装置の一形態において、前記燃焼室の上部には、前記燃焼室内の燃料混合気に点火する点火プラグが設けられ、前記冷却水通路は、前記燃焼室の排気ポート側の壁部上の冷却水が前記点火プラグの壁面を経由して前記シリンダヘッドの吸気側に導かれるように延びてもよい（請求項２）。この形態によれば、点火プラグ及びシリンダヘッドの吸気側を冷却することができる。

本発明の冷却装置の一形態において、前記燃焼室の上部には、前記燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁が設けられ、前記冷却水通路は、前記燃焼室の排気ポート側の壁部上の冷却水が前記燃料噴射弁の壁面を経由して前記シリンダヘッドの吸気側に導かれるように延びてもよい（請求項３）。この形態によれば、燃料噴射弁及びシリンダヘッドの吸気側を冷却することができる。

本発明の冷却装置の一形態において、前記シリンダヘッドの下部には、複数の気筒を有したシリンダブロックが接続され、前記冷却水通路は、前記シリンダヘッドの吸気側の冷却水が前記気筒の周囲を経由して前記シリンダヘッドにおける前記排気マニホールドの下部に導かれるように延びてもよい（請求項４）。この形態によれば、シリンダブロック及び排気マニホールドを冷却することができる。

以上説明したように、本発明の冷却装置によれば、冷却水入口から流入した冷却水が排気マニホールドの壁部に沿って案内されるので、その冷却水を確実に燃焼室の排気ポート側の壁部上に当てることができる。これにより、排気マニホールドを冷却しつつ、燃焼室の排気ポート側の壁面を積極的に冷却することができる。よって、内燃機関の冷却効率を向上させることができる。

図１は、本発明の一形態に係る冷却装置が適用された内燃機関（以下、エンジンと称することがある。）を示している。エンジン１は、一列に並ぶ複数の気筒２が形成されたシリンダブロック３と、シリンダブロック３の上方に接続されるシリンダヘッド４と、シリンダブロック３の下方に接続されるオイルパン５とを備えている。シリンダヘッド４は、シリンダヘッド本体４ａとシリンダヘッドカバー４ｂとを有しており、シリンダヘッド本体４ａの上方にシリンダヘッドカバー４ｂが接続されることにより動弁室６が形成される。各気筒２には、気筒２内部のピストン（不図示）と気筒２の壁面とシリンダヘッド本体４ａとによって燃焼室７がそれぞれ形成される。各燃焼室７の天井面と動弁室６の間には、各気筒２の略中心線ＣＬ上に位置させた点火プラグ壁面８がそれぞれ設けられている。

図２に示すように、各燃焼室７には、吸気通路９が接続される吸気ポート１０と排気通路１１が接続される排気ポート１２とがそれぞれ２つずつ形成されている。排気通路１１には、各燃焼室７からの排気を集合させる排気マニホールド１３が設けられ、その排気マニホールド１３はシリンダヘッド本体４ａの側面から突き出すように形成されている。

図１に戻って説明を続ける。シリンダヘッド本体４ａ及びシリンダブロック３には、不図示のウォータポンプから吐出された冷却水を流通させる冷却水通路が設けられている。冷却水通路は、排気マニホールド１３の上部に設けられた冷却水入口部１４と、シリンダヘッド本体４ａの内部に形成されたヘッドウォータジャケット１５と、各気筒の周囲に形成されたブロックウォータジャケット１６と、ヘッドウォータジャケット１５とブロックウォータジャケット１６とを結ぶ連通路１７と、排気マニホールド１３の下部に設けられた冷却水出口部１８とを含んで形成される。冷却水入口部１４及び冷却水出口部１８は、各気筒２に均等に冷却水が分配できるような位置に設けられ、例えば気筒２の並び方向の中央部にそれぞれ配置されている。なお、図示していないが、冷却水出口部１８から排出される冷却水は、不図示のラジエータを介してウォータポンプに戻る。

ヘッドウォータジャケット１５は、燃焼室７、点火プラグ壁面８、吸気通路９の周囲に形成されたヘッドウォータジャケット本体１９と、排気マニホールド１３と冷却水入口部１４の間に形成された上部ウォータジャケット２０と、ヘッドウォータジャケット本体１９と上部ウォータジャケット２０とを結ぶ冷却水案内路２１と、排気マニホールド１３と冷却水出口部１８の間に形成された下部ウォータジャケット２２とを有している。ブロックウォータジャケット１６は、気筒の並び方向の中央部にて２つに分断されている（図３参照）。連通路１７は、ブロックウォータジャケット１６とヘッドウォータジャケット本体１９とを連通する吸気側連通路１７ａと、ブロックウォータジャケット１６と下部ウォータジャケット２２とを連通する排気側連通路１７ｂとを有している。

ヘッドウォータジャケット本体１９の内部には、各燃焼室７の壁部上に独立して冷却水を流通させる複数の隔壁２３が設けられている。壁部２３は、燃焼室７間の冷却水の流通を阻止できる程度の大きさに設定されている。冷却水案内路２１は、上部ウォータジャケット２０の上方から排気マニホールド１３の壁部に沿って上部ウォータジャケット２０を貫通して、ヘッドウォータジャケット本体１９に延びるように気筒数形成されている。冷却水案内路２１の側面には開口部２４が形成され、この開口部２４によって上部ウォータジャケット２０と冷却水案内路２１とが連通される。このような冷却水案内路２１は、例えばドリルを用いて形成される。この場合、冷却水案内路２１の一端部は密閉ボルト２５にて塞がれる。一方、冷却水案内路２１の他端部は燃焼室７の排気ポート１２側の壁部上に臨むように開口している。詳しくは、図２に示すように、排気ポート１２間に開口している。

以上のように構成された内燃機関１においては、冷却水入口部１４から上部ウォータジャケット２０に流入した冷却水が気筒２の並び方向に広がりながら各冷却水案内路２１の開口部２４に導かれる。冷却水案内路２１に達した冷却水は、排気マニホールド１３の壁部に沿って流れて燃焼室７の排気ポート１２側の壁部上に当たる。これにより、排気マニホールド１３を冷却しつつ、燃焼室７の排気ポート１２側の壁面を積極的に冷却することができる。よって、内燃機関１の冷却効率を向上させることができる。その結果、シリンダヘッド４の耐久性の向上や燃焼室７のノッキングの低減などによりエンジン１の出力を向上させることができる。さらに、ウォータポンプの吐出能力を下げることが可能となり、ウォータポンプのコスト低減と燃費向上を図ることができる。

続いて、燃焼室７の排気ポート１２側の壁部上に当たった冷却水はヘッドウォータジャケット本体１９内を上方に跳ね返されて点火プラグ壁面８に導かれる。点火プラグ壁面８に達した冷却水は点火プラグ壁面８の壁面に沿って左右に広がり、燃焼室７の吸気ポート１０側の壁部上を通過して吸気通路９の周囲に導かれる。これにより、点火プラグ壁面８、燃焼室７の吸気ポート１０側の壁面、吸気通路９を冷却することができる。

続いて、ヘッドウォータジャケット本体１９の吸気通路９の周囲に達した冷却水は、吸気側連通路１７ａを介してブロックウォータジャケット１６に導かれる。ブロックウォータジャケット１６における気筒を挟んだ反対側に達した冷却水は、排気側連通路１７ｂを介して下部ウォータジャケット２２内に上昇し、排気マニホールド１３の壁部に沿って冷却水出口部１８に導かれる。これにより、気筒２及び排気マニホールド１３を冷却することができる。また、ブロックウォータジャケット１６を気筒並び方向の中央部で２つに分離しているので、ブロックウォータジャケット１６内の冷却水の滞留を抑制することができる。

本発明は、上記の実施形態に限定されず、種々の形態で実施することができる。冷却水通路は上述した例に限らず、燃焼室７の排気ポート１２側の壁部上に当たった冷却水の一部を下部ウォータジャケット２２に直接導くバイパス路を有してもよい。これにより、排気マニホールド１３の冷却効率をさらに向上させることができる。本発明は冷却装置をガソリンエンジンに適用した例に限らず、ディーゼルエンジンでも適用することもできる。この場合、点火プラグ壁面８内に燃料噴射弁が用いられる。

本発明の一形態に係る冷却装置が適用された内燃機関を示す図。図１のII−II線に沿った断面拡大図。シリンダブロックの上面図。

符号の説明

１内燃機関
２気筒
３シリンダブロック
４シリンダヘッド
７燃焼室
８点火プラグ
１２排気ポート
１３排気マニホールド
１４冷却水入口部（冷却水通路）
１６ブロックウォータジャケット（冷却水通路）
１８冷却水出口部（冷却水通路）
１９ヘッドウォータジャケット本体（冷却水通路）
２０上部ウォータジャケット（冷却水通路）
２１冷却水案内路（冷却水通路）
２２下部ウォータジャケット（冷却水通路）

Claims

複数の燃焼室の排気を集合させる排気マニホールドが一体に形成されたシリンダヘッドを備えた内燃機関の冷却装置において、
前記排気マニホールドの上部の冷却水入口から流入した冷却水を、前記排気マニホールドの壁部に沿って案内しつつ前記燃焼室の排気ポート側の壁部上に導く冷却水通路を備えた内燃機関の冷却装置。
前記燃焼室の上部には、前記燃焼室内の燃料混合気に点火する点火プラグが設けられ、
前記冷却水通路は、前記燃焼室の排気ポート側の壁部上の冷却水が前記点火プラグの壁面を経由して前記シリンダヘッドの吸気側に導かれるように延びている請求項１に記載の内燃機関の冷却装置。
前記燃焼室の上部には、前記燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁が設けられ、
前記冷却水通路は、前記燃焼室の排気ポート側の壁部上の冷却水が前記燃料噴射弁の壁面を経由して前記シリンダヘッドの吸気側に導かれるように延びている請求項１に記載の内燃機関の冷却装置。
前記シリンダヘッドの下部には、複数の気筒を有したシリンダブロックが接続され、
前記冷却水通路は、前記シリンダヘッドの吸気側の冷却水が前記気筒の周囲を経由して前記シリンダヘッドにおける前記排気マニホールドの下部に導かれるように延びている請求項２又は３に記載の内燃機関の冷却装置。