JP2009299556A - 多気筒エンジンのシリンダヘッド構造 - Google Patents

Abstract

【課題】中子砂の砂抜き後に中子砂抜き孔に装着される中子砂抜き孔プラグを利用し、中子砂を詰める際の中子砂の詰まり性の悪化および溶融金属を注湯する際の湯回り不良を改善してシリンダヘッドの鋳造欠陥の発生を防止することができ、かつウォータジャケット内を流れる冷却水の流れを円滑に下方向きに整流することができる多気筒エンジンのシリンダヘッド構造を提供する。
【解決手段】ウォータジャケット２の上方壁１０ｂにおける各気筒１１ａ，１１ｂ，１１ｃの冷却水流通方向上流側位置に中子砂抜き孔をそれぞれ設け、これらの中子砂抜き孔１６に装着される中子砂抜き孔プラグ３の先端に、ウォータジャケット２内を流れる冷却水の流れを下方向きに整流するようにシリンダヘッド１の下方壁１０ｂに向かって延びる円筒形状の整流壁３１を一体的に設けている。
【選択図】図２

Description

本発明は、多気筒エンジンのシリンダヘッド構造に関する。

一般に、多気筒エンジン、特に自動車用の多気筒エンジンにおいては、出力、燃費及び排ガス性能等の改善を図る有効な手段として、高圧縮比を採用することが行われている。その場合、エンジンの高負荷運転時に、各気筒の燃焼室末端の未燃焼混合気が自己着火してノッキングが発生し、エンジンの出力性能の大幅な低減等の不具合が生じることが懸念されるため、高圧縮比化によるエンジン性能の向上には、ノッキングの発生を防止することが重要な課題の一つである。

そのため、従来より、上記ノッキングを防止する上で、シリンダヘッドの内部において冷却水が流通するウォータジャケットの上方壁における各気筒の冷却水流通方向上流側位置に、ウォータジャケット内を流れる冷却水の流れを下方向きに整流するようにウォータジャケットの下方壁に向かって突出する整流部材を一体的に設け、ウォータジャケットの下方壁における各気筒の冷却水流通方向上流側位置付近つまり燃焼室の冷却を効果的に行なって、エンジンの高負荷運転時におけるノッキングの発生を有効に防止するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−１８４６４６号公報

ところで、多気筒エンジンのシリンダヘッドは、鋳造により成形、つまり鋳型に中子をセットして溶融金属（例えば溶融アルミ合金など）を注湯し、凝固させた後、鋳型及び中子を除去して成形されている。その場合、中子としては砂を詰めて固めた中子砂が適用される関係上、ウォータジャケットの上方壁における気筒の冷却水流通方向上流側位置付近には、シリンダヘッドの成形後に中子砂を抜き出す中子砂抜き孔が設けられている。

そのため、上記従来のもののように、ウォータジャケットの上方壁における各気筒の冷却水流通方向上流側位置付近よりウォータジャケットの下方壁に向かって下方へ突出する整流部材が設けられていると、その整流部材の下方への突出量によっては、中子砂を詰める際に整流部材が邪魔となって中子砂が詰まり難くなる上、溶融金属を注湯する際に整流部材が邪魔となって湯（溶融金属）の回りが悪化し、成形されたシリンダヘッドの鋳造欠陥の発生を招く可能性が高くなる。

かかる点から、整流部材の下方への突出量を抑えて、中子砂の詰まり性の悪化および湯回り不良を抑制することで、鋳造により成形されたシリンダヘッドの鋳造欠陥の発生を防止する必要があった。

しかしながら、シリンダヘッドの鋳造欠陥の発生を防止する上で、整流部材の下方への突出量が抑えられていると、ウォータジャケット内を流れる冷却水の流れを円滑に下方向きに整流することができず、その対策が切望されていた。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、中子砂の砂抜き後に中子砂抜き孔に装着される中子砂抜き孔プラグに着目し、この中子砂抜き孔プラグを利用して、中子砂を詰める際の中子砂の詰まり性の悪化および溶融金属を注湯する際の湯回り不良を改善してシリンダヘッドの鋳造欠陥の発生を防止することができ、かつウォータジャケット内を流れる冷却水の流れを円滑に下方向きに整流することができる多気筒エンジンのシリンダヘッド構造を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明では、鋳造により成形されるシリンダヘッドの内部に冷却水を気筒列方向に流通させるウォータジャケットが設けられた多気筒エンジンのシリンダヘッド構造を前提とする。更に、上記ウォータジャケットの上方壁における各気筒の冷却水流通方向上流側位置に、上記シリンダヘッドの成形後に中子砂を抜き出す中子砂抜き孔を設けている。そして、上記中子砂抜き孔に装着されてその中子砂抜き孔を中子砂の砂抜き後に栓をする中子砂抜き孔プラグの先端に、上記ウォータジャケット内を流れる冷却水の流れを下方向きに整流するように上記ウォータジャケットの下方壁に向かって延びる整流壁を一体的に設けている。

この特定事項により、ウォータジャケットの上方壁より下方壁に向かって延びる整流壁が中子砂抜き孔プラグの先端に一体的に設けられているので、シリンダヘッドの成形後に中子砂抜き孔に中子砂抜き孔プラグを装着すると、ウォータジャケットの上方壁における各気筒の冷却水流通方向上流側位置より下方壁に向かって延びる整流壁が出現することになる。このように、中子砂抜き孔プラグ先端の整流壁はシリンダヘッドの鋳造時に一体的に成形されるものではないことから、中子砂抜き孔プラグ先端の整流壁の下方への突出量を抑える必要がなく、ウォータジャケット内を流れる冷却水の流れを中子砂抜き孔プラグ先端の整流壁によって円滑に下方向きに整流することが可能となる。

その上、ウォータジャケットの上方壁における各気筒の冷却水流通方向上流側位置よりウォータジャケットの下方壁に向かって突出する整流部材を一体的に設けたもののように、中子砂を詰める際に整流部材が邪魔となって中子砂が詰まり難くなったり、溶融金属を注湯する際に整流部材が邪魔となって湯（溶融金属）の回りが悪化したりすることがなく、成形されたシリンダヘッドの鋳造欠陥の発生を防止することが可能となる。

また、上記中子砂抜き孔を、上記ウォータジャケットの上方壁における冷却水流通方向最下流側気筒の冷却水流通方向下流側位置にも設けている場合には、ウォータジャケットの上方壁における冷却水流通方向最下流側気筒の冷却水流通方向下流側位置の中子砂抜き孔に装着された中子砂抜き孔プラグ先端の整流壁によって、気筒列方向に流れる冷却水が下方向きに整流されて冷却水流通方向最下流側気筒の燃焼室をその冷却水流通方向下流側位置からも円滑に冷却することが可能となる。

以上、要するに、ウォータジャケットの下方壁に向かって延びる整流壁を中子砂抜き孔プラグの先端に一体的に設けることで、シリンダヘッドの成形後に中子砂抜き孔に中子砂抜き孔プラグを装着した際にウォータジャケットの上方壁における各気筒の冷却水流通方向上流側位置より下方壁に向かって延びる整流壁を出現させている。これにより、中子砂抜き孔プラグ先端の整流壁によってウォータジャケット内を流れる冷却水の流れを円滑に下方向きに整流することができる上、中子砂を詰める際の中子砂の詰まり性の悪化および溶融金属を注湯する際の湯回り不良を改善してシリンダヘッドの鋳造欠陥の発生を防止することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。

図１および図２はＶ型６気筒ガソリンエンジン（以降、単にエンジンと称する）の一方のバンクのシリンダヘッドを示し、このシリンダヘッド１は、鋳鉄、アルミニウム合金などを用いて鋳造により成形されている。また、シリンダヘッド１の下部には、シリンダブロック４の上端面にヘッドガスケットを介して気水密に緊締される下方壁１０ａが設けられているとともに、この下方壁１０ａの上方に並設された上方壁１０ｂ（図２に表れる）が設けられている。また、シリンダヘッド１の下部には、下方壁１０ａおよび上方壁１０ｂの左右両側縁および前後両縁を連結する左右の側壁１０ｃ，１０ｄおよび前後の端壁１０ｅ，１０ｆが設けられている。そして、シリンダヘッド１の下部には、下方壁１０ａ、上方壁１０ｂ、左右の側壁１０ｃ，１０ｄおよび前後の端壁１０ｅ，１０ｆによって囲まれた内部空間の中央部分に主たるウォータジャケット２が形成されている。この場合、シリンダヘッド１内のウォータジャケット２にはシリンダブロック４内のウォータジャケットを流通した冷却水がエンジンの前側位置（図１および図２では左側位置）から導入され、気筒列方向後側（図１および図２では右側）に向かって流通している。

そして、シリンダヘッド１の上部には、一方のバンクの３つの気筒１１ａ，１１ｂ，１１ｃ、つまり気筒列方向前側に位置する冷却水流通方向最上流側気筒１１ａ（以下、最前側気筒１１ａと称する）、気筒列方向中央に位置する冷却水流通方向中央の気筒１１ｂ（以下、中央気筒１１ｂと称する）、気筒列方向後側に位置する冷却水流通方向最下流側気筒１１ｃ（以下、最後側気筒１１ｃと称する）のそれぞれの吸気弁および排気弁を駆動する動弁機構など（図示せず）が収容されている。また、シリンダヘッド１の下方壁１０ａの下側には、気筒列方向（図１および図２では左右方向）に各気筒１１ａ，１１ｂ，１１ｃの燃焼室１２ａ，１２ｂ，１２ｃがそれぞれ形成されている。そして、図１に示すように、シリンダヘッド１には、各燃焼室１２ａ，１２ｂ，１２ｃ毎にそれぞれ連通する２つの吸気ポート１３，１３と２つの排気ポート１４，１４とが設けられている。更に、シリンダヘッド１には、各燃焼室１２ａ，１２ｂ，１２ｃの略中心にそれぞれ開口するプラグホール１５，１５，…が設けられ、この各プラグホール１５には点火プラグ（図示せず）が装着されるようになっている。この場合、ウォータジャケット２は、下方壁１０ａの各吸気ポート１３よりも下方側および下方壁１０ａの排気ポート１４よりも下方側にそれぞれ分岐する分岐流路（図示せず）をそれぞれ有し、これらの分岐流路を流通する冷却水によって、各吸気ポート１３および排気ポート１４を下方からも冷却するようにしている。

また、シリンダヘッド１の上方壁１０ｂ（ウォータジャケット２の上方壁）における各気筒１１ａ，１１ｂ，１１ｃの冷却水流通方向上流側位置には、鋳造によるシリンダヘッド１の成形後に中子砂を抜き出す中子砂抜き孔１６，１６，…が設けられている。この各中子砂抜き孔１６は、シリンダヘッド１の上方壁１０ｂにおける最後側気筒１１ｃ（図１では右端の気筒）の冷却水流通方向下流側位置（図１および図２では右側位置）にも設けられている。これらの各中子砂抜き孔１６には、中子砂の砂抜き後に栓をする中子砂抜き孔プラグ３が装着されている。そして、図３にも示すように、中子砂抜き孔プラグ３の先端には、下方壁１０ａに向かって延びる整流壁３１が一体的に設けられている。この整流壁３１は、中子砂抜き孔プラグ３のねじ部３０の先端（図３では下端）より延設された円筒形状をなし、ウォータジャケット２内を流れる冷却水の流れを下方向きに整流するようにしている。この場合、最前側気筒１１ａと中央気筒１１ｂとの間および中央気筒１１ｂと最後側気筒１１ｃとの間における中子砂抜き孔１６，１６は、各気筒１１ａ，１１ｂおよび１１ｂ，１１ｃ間の略中央部付近に位置している。

ここで、エンジンの運転時にウォータポンプから吐出された冷却水の流れについて説明する。

ウォータポンプから吐出された冷却水は、シリンダブロック４の内部に設けたウォータジャケットを流通し、シリンダヘッド１の前側の端壁１０ｅから後側の端壁１０ｆに向かって、下方壁１０ａ、上方壁１０ｂ、左右の側壁１０ｃ，１０ｄおよび前後の端壁１０ｅ，１０ｆによって囲まれたウォータジャケット２と、分岐流路とを気筒列方向前側（図１および図２では左側）から後側（図１および図２では右側）にそれぞれ流通してシリンダヘッド１の各部を冷却している。

具体的には、シリンダヘッド１の前側の端壁１０ｅからウォータジャケット２内に導入された冷却水の流れは、シリンダヘッド１の上方壁１０ｂにおける最前側気筒１１ａの冷却水流通方向上流側位置（図１および図２では左端の位置）の中子砂抜き孔１６に装着された中子砂抜き孔プラグ３先端の整流壁３１によって下方向きに整流され、最前側気筒１１ａの燃焼室１２ａを効率よく冷却している。

その後、最前側気筒１１ａの燃焼室１２ａを冷却した冷却水の流れは、その最前側気筒１１ａのプラグホール１５で左右に分かれてから同プラグホール１５の下流側で合流し、シリンダヘッド１の上方壁１０ｂにおける中央気筒１１ｂの冷却水流通方向上流側位置（図１および図２では左から２番目の位置）の中子砂抜き孔１６に装着された中子砂抜き孔プラグ３先端の整流壁３１によって下方向きに整流され、中央気筒１１ｂの燃焼室１２ｂを効率よく冷却している。このとき、中央気筒１１ｂよりも冷却水流通方向上流側位置の中子砂抜き孔１６は、最前側気筒１１ａと中央気筒１１ｂとの間の略中央部付近に位置しているため、この中子砂抜き孔１６に装着された中子砂抜き孔プラグ３先端の整流壁３１によって、最前側気筒１１ａの燃焼室１２ａが冷却水流通方向下流側位置（後側位置）からも円滑に冷却される。

それから、中央気筒１１ｂの燃焼室１２ｂを冷却した冷却水の流れは、その中央気筒１１ｂのプラグホール１５で左右に分かれてから同プラグホール１５の下流側で合流し、シリンダヘッド１の上方壁１０ｂにおける最後側気筒１１ｃの冷却水流通方向上流側位置（図１および図２では左から３番目の位置）の中子砂抜き孔１６に装着された中子砂抜き孔プラグ３先端の整流壁３１によって下方向きに整流され、最後側気筒１１ｃの燃焼室１２ｃを効率よく冷却している。このとき、最後側気筒１１ｃよりも冷却水流通方向上流側位置の中子砂抜き孔１６は、中央気筒１１ｂと最後側気筒１１ｃとの間の略中央部付近に位置しているため、この中子砂抜き孔１６に装着された中子砂抜き孔プラグ３先端の整流壁３１によって、中央気筒１１ｂの燃焼室１２ｂが冷却水流通方向下流側位置（後側位置）からも円滑に冷却される。

しかる後、最後側気筒１１ｃの燃焼室１２ｃを冷却した冷却水の流れは、その最後側気筒１１ｃのプラグホール１５で左右に分かれてから同プラグホール１５の下流側で合流し、最後側気筒１１ｃの冷却水流通方向下流側位置（図１および図２では右端の位置）の中子砂抜き孔１６に装着された中子砂抜き孔プラグ３先端の整流壁３１によって下方向きに整流され、最後側気筒１１ｃの燃焼室１２ｃが冷却水流通方向下流側位置（後側位置）からも円滑に冷却される。

したがって、上記実施形態では、シリンダヘッド１の上方壁１０ｂより下方壁１０ａに向かって延びる整流壁３１は、シリンダヘッド１の上方壁１０ｂにおける各気筒１１ａ，１１ｂ，１１ｃの冷却水流通方向上流側位置の中子砂抜き孔１６に装着された中子砂抜き孔プラグ３の先端に一体的に設けられているので、シリンダヘッド１の成形後に各中子砂抜き孔１６に中子砂抜き孔プラグ３を装着すると、シリンダヘッド１の上方壁１０ｂにおける各気筒１１ａ，１１ｂ，１１ｃよりも冷却水流通方向上流側位置より下方壁１０ａに向かって延びる整流壁３１がそれぞれウォータジャケット２内に出現することになる。このように、各中子砂抜き孔プラグ３先端の整流壁３１はシリンダヘッド１の鋳造時に一体的に成形されるものではないことから、各中子砂抜き孔プラグ３先端の整流壁３１の下方への突出量を抑える必要がなく、ウォータジャケット２内を流れる冷却水の流れを各中子砂抜き孔プラグ３先端の整流壁３１によって円滑に下方向きに整流することができる。しかも、最前側気筒１１ａと中央気筒１１ｂとの間および中央気筒１１ｂと最後側気筒１１ｃとの間における中子砂抜き孔１６，１６が各気筒１１ａ，１１ｂおよび１１ｂ，１１ｃ間の略中央部付近に位置している上、シリンダヘッド１の上方壁１０ｂにおける最後側気筒１１ｃ（図１では右端の気筒）の冷却水流通方向下流側位置にも中子砂抜き孔１６が設けられているので、これらの中子砂抜き孔１６に装着された中子砂抜き孔プラグ３先端の整流壁３１によって、気筒列方向に流れる冷却水が下方向きに整流されて各気筒１１ａ，１１ｂ，１１ｃの燃焼室１２ａ，１２ｂ，１２ｃをその冷却水流通方向下流側位置からも円滑に冷却することができる。

その上、シリンダヘッドの上方壁における各気筒の冷却水流通方向上流側位置よりウォータジャケットの下方壁に向かって突出する整流部材をシリンダヘッドの鋳造時に一体的に設けたもののように、中子砂を詰める際に整流部材が邪魔となって中子砂が詰まり難くなったり、溶融金属を注湯する際に整流部材が邪魔となって湯（溶融金属）の回りが悪化したりすることがなく、成形されたシリンダヘッド１の鋳造欠陥の発生を防止することができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の変形例を包含している。例えば、上記実施形態では、中子砂抜き孔プラグ３の先端に円筒形状の整流壁３１を設けたが、整流壁の形状はこれに限定されるものではなく、中子砂抜き孔プラグを中子砂抜き孔に挿通可能な大きさであればどのような形状であってもよい。

また、上記実施形態では、Ｖ型６気筒ガソリンエンジンのシリンダヘッド構造に適用した場合について述べたが、直列型多気筒ガソリンエンジンやＶ型６気筒以外のＶ型多気筒ガソリンエンジンのシリンダヘッド構造に適用してもよいのはいうまでもない。更に、本発明は、ガソリンエンジンに限定されるものではなく、ディーゼルエンジンに適用してもよい。

本発明の実施形態に係るＶ型６気筒エンジンをウォータジャケット付近で切断した一方のバンクのシリンダヘッドの横断平面図である。 プラグホール付近で切断したシリンダヘッドの縦断側面図である。 中子砂抜き孔プラグの縦断面図である。

符号の説明

１ シリンダヘッド
１０ａ 下方壁
１０ｂ 上方壁
１１ａ 最前側気筒
１１ｂ 中央気筒
１１ｃ 最後側気筒（冷却水流通方向最下流側気筒）
１６ 中子砂抜き孔
２ ウォータジャケット
３ 中子砂抜き孔プラグ
３１ 整流壁

Claims (2)

1. 鋳造により成形されるシリンダヘッドの内部に冷却水を気筒列方向に流通させるウォータジャケットが設けられた多気筒エンジンのシリンダヘッド構造において、
   上記ウォータジャケットの上方壁における各気筒の冷却水流通方向上流側位置には、上記シリンダヘッドの成形後に中子砂を抜き出す中子砂抜き孔が設けられており、
   上記中子砂抜き孔には、中子砂の砂抜き後に栓をする中子砂抜き孔プラグが装着され、この中子砂抜き孔プラグの先端には、上記ウォータジャケット内を流れる冷却水の流れを下方向きに整流するように上記ウォータジャケットの下方壁に向かって延びる整流壁が一体的に設けられていることを特徴とする多気筒エンジンのシリンダヘッド構造。
2. 請求項１に記載の多気筒エンジンのシリンダヘッド構造において、
   上記中子砂抜き孔は、上記ウォータジャケットの上方壁における冷却水流通方向最下流側気筒の冷却水流通方向下流側位置にも設けられていることを特徴とする多気筒エンジンのシリンダヘッド構造。

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