JP2010265840A - Cylinder head water jacket structure - Google Patents
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Description
本発明は、多気筒エンジンのシリンダヘッドの内部に複数の燃焼室の周囲を冷却するウオータジャケットを形成したシリンダヘッドのウオータジャケット構造に関する。 The present invention relates to a water jacket structure for a cylinder head in which a water jacket for cooling the periphery of a plurality of combustion chambers is formed inside a cylinder head of a multi-cylinder engine.
エンジンのシリンダヘッドの内部にシリンダ列線と直交する方向(吸排気方向)に冷却水を流すウオータジャケットを形成したものにおいて、シリンダ列線方向に隣接する二つの燃焼室の間に位置するウオータジャケットにT字状のリブ(控え柱26)を設けることで、冷却水の流れをリブの両側に分岐させて燃焼室の近傍の高温部分の冷却を図るものが、下記特許文献1により公知である。 A water jacket that flows cooling water in a direction perpendicular to the cylinder row (intake and exhaust direction) inside the cylinder head of the engine, and is located between two combustion chambers adjacent to each other in the cylinder row direction Patent Document 1 below discloses that a T-shaped rib (reserving column 26) is provided to cool the high-temperature portion near the combustion chamber by branching the flow of cooling water to both sides of the rib. .
ところで、上記特許文献1に記載されているように、冷却水の流れを規制するリブを設けると、そのリブの分だけシリンダヘッドの重量が増加するため、リブの駄肉をできるだけ少なくすることが望ましい。 By the way, as described in Patent Document 1, when a rib for restricting the flow of cooling water is provided, the weight of the cylinder head increases by the amount of the rib. desirable.
またシリンダヘッドにウオータジャケットを形成するには、シリンダヘッドを鋳造する金型の内部に中子を保持する必要があり、中子ピンによって中子を金型に内部に強固に支持するためには、中子ピンの位置を隣接する二つの燃焼室の中央に設定することが望ましい。しかしながら、上記特許文献1に記載されているように、隣接する二つの燃焼室の中央にリブを配置してしまうと、リブとの干渉を回避するために中子ピンの位置を隣接する二つの燃焼室の中央からずらしたり、中子ピンの直径を小さくしたりする必要があり、中子ピンによる中子の支持が不安定になる可能性がある。 In order to form a water jacket on the cylinder head, it is necessary to hold the core inside the mold for casting the cylinder head. In order to firmly support the core inside the mold by the core pin, It is desirable to set the position of the core pin at the center of two adjacent combustion chambers. However, as described in Patent Document 1, if a rib is arranged at the center of two adjacent combustion chambers, the position of the core pin is set to two adjacent positions in order to avoid interference with the rib. It is necessary to shift from the center of the combustion chamber or to reduce the diameter of the core pin, and the support of the core by the core pin may become unstable.
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、シリンダヘッドのウオータジャケットにリブを設けて燃焼室まわりの高温部分の冷却性能を確保しながら、シリンダヘッドの鋳造時にウオータジャケットを成形する中子の強固な支持を可能にすることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and a core for forming a water jacket at the time of casting of the cylinder head while providing a rib on the water jacket of the cylinder head to ensure the cooling performance of the high temperature portion around the combustion chamber. The purpose is to enable strong support.
上記目的を達成するために、請求項1に記載された発明によれば、複数の燃焼室がシリンダ列線方向に配列された多気筒エンジンのシリンダヘッドに、前記燃焼室を区画する燃焼室上壁と、前記燃焼室上壁の近傍を冷却すべく吸排気方向に冷却水を流すウオータジャケットとが設けられ、前記燃焼室上壁には、冷却水の流れ方向上流側に位置する上流側弁孔と、冷却水の流れ方向下流側に位置する下流側弁孔と、前記両弁孔に挟まれた位置で点火プラグおよび燃料噴射弁の少なくとも一方が挿通される被冷却部材挿通孔とが形成され、前記ウオータジャケットは隣接する前記燃焼室間に通路断面積が拡張する通路拡張部を備えるシリンダヘッドのウオータジャケット構造であって、前記通路拡張部の中央には前記ウオータジャケットの上壁および下壁を接続して冷却水の流れを前記上流側弁孔、前記下流側弁孔および前記被冷却部材挿通孔に向けて偏倚させるリブが形成され、前記リブには、シリンダ列線方向に貫通する貫通水路と、前記貫通水路から前記シリンダヘッドの上面に貫通するピン孔とが形成され、シリンダ軸線方向に見て前記通路拡張部の中央に位置する前記ピン孔は、前記シリンダヘッドの鋳造時に前記ウオータジャケットを成形する中子を保持する中子ピンにより成形されることを特徴とするシリンダヘッドのウオータジャケット構造が提案される。 In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a combustion chamber that divides the combustion chamber into a cylinder head of a multi-cylinder engine in which a plurality of combustion chambers are arranged in a cylinder row direction. A water jacket for flowing cooling water in the intake / exhaust direction to cool the vicinity of the upper wall of the combustion chamber, and an upstream valve located on the upstream side in the flow direction of the cooling water. A hole, a downstream valve hole located downstream in the flow direction of the cooling water, and a member insertion hole to be cooled into which at least one of the spark plug and the fuel injection valve is inserted at a position sandwiched between the valve holes. The water jacket has a water jacket structure for a cylinder head having a passage expansion portion in which a passage cross-sectional area expands between adjacent combustion chambers, and an upper wall wall of the water jacket is formed at the center of the passage expansion portion. And a rib that connects the lower wall and biases the flow of the cooling water toward the upstream valve hole, the downstream valve hole, and the member to be cooled insertion hole, and the rib is arranged in a cylinder row direction. A penetrating water passage and a pin hole penetrating from the through water passage to the upper surface of the cylinder head are formed, and the pin hole located at the center of the passage extension portion when viewed in the cylinder axial direction is formed by casting the cylinder head. A water jacket structure for a cylinder head is proposed, characterized in that it is sometimes formed by a core pin that holds a core for forming the water jacket.
また請求項2に記載された発明によれば、請求項1の構成に加えて、前記リブには、前記貫通水路および前記ピン孔の接続部から冷却水の流れ方向下流側に延びて前記通路拡張部に連通する分岐水路が形成されることを特徴とするシリンダヘッドのウオータジャケット構造が提案される。 According to the second aspect of the present invention, in addition to the configuration of the first aspect, the rib extends from the connecting portion of the through water channel and the pin hole to the downstream side in the flow direction of the cooling water. A water jacket structure for a cylinder head is proposed, in which a branch water channel communicating with the expansion portion is formed.
尚、実施の形態の吸気弁孔14は本発明の上流側弁孔に対応し、実施の形態の排気弁孔15は本発明の下流側弁孔に対応し、実施の形態の点火プラグ挿通孔16は本発明の被冷却部材挿通孔に対応する。
The
請求項1の構成によれば、多気筒エンジンのシリンダヘッドの燃焼室上壁に、吸排気方向に冷却水を流すウオータジャケットと、上流側弁孔と、下流側弁孔と、被冷却部材挿通孔とを形成し、ウオータジャケットは隣接する燃焼室間に通路断面積が拡張する通路拡張部を備えており、その通路拡張部の中央にリブを形成したので、リブによって冷却水の流れを隣接する燃焼室の上流側弁孔、下流側弁孔および被冷却部材挿通孔に向けて偏倚させることで高温部の冷却効果を高めることができる。また前記リブには、シリンダ列線方向に貫通する貫通水路と、シリンダ軸線方向に見て通路拡張部の中央に位置して貫通水路からシリンダヘッドの上面に貫通するピン孔とが形成されるので、シリンダヘッドの鋳造時に前記ピン孔を成形する中子ピンによってウオータジャケットを成形する中子を強固に保持することができるだけでなく、ピン孔の分だけリブの駄肉を減少させてシリンダヘッドの重量を軽減することができる。 According to the configuration of the first aspect, the water jacket for flowing cooling water in the intake and exhaust directions, the upstream valve hole, the downstream valve hole, and the member to be cooled are inserted into the combustion chamber upper wall of the cylinder head of the multi-cylinder engine. The water jacket has a passage extension that expands the cross-sectional area of the passage between adjacent combustion chambers, and a rib is formed in the center of the passage extension. By deviating toward the upstream valve hole, the downstream valve hole, and the member insertion hole to be cooled, the cooling effect of the high temperature portion can be enhanced. The rib is formed with a through water passage penetrating in the cylinder row direction and a pin hole penetrating from the through water passage to the upper surface of the cylinder head in the center of the passage expansion portion as seen in the cylinder axial direction. The core for forming the water jacket can be firmly held by the core pin for forming the pin hole at the time of casting the cylinder head, and the ribs of the rib can be reduced by the amount of the pin hole. Weight can be reduced.
また請求項2の構成によれば、貫通水路およびピン孔の接続部から冷却水の流れ方向下流側に延びて通路拡張部に連通する分岐水路をリブに形成したので、貫通水路および分岐水路によってリブの駄肉を減少させてシリンダヘッドの重量を軽減することができ、しかも貫通水路および分岐水路を流れる冷却水によってリブを冷却することができる。 According to the second aspect of the present invention, since the branch water channel extending from the connecting portion of the through water channel and the pin hole to the downstream side in the flow direction of the cooling water and communicating with the passage expansion portion is formed in the rib, the through water channel and the branch water channel Ribs can be reduced to reduce the weight of the cylinder head, and the ribs can be cooled by cooling water flowing through the through water channel and the branch water channel.
以下、図1〜図8に基づいて本発明の実施の形態を説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS.
図1は直列四気筒エンジンのシリンダヘッド11を、シリンダブロックとの結合面と平行な平面で切断した断面を上方(ヘッドカバー側)から見た図であり、紙面の下側が吸気側であり、紙面の上側が排気側である。シリンダヘッド11の下面(紙面の裏側)にはシリンダ列線L1に沿って4個の燃焼室12…が配置されており、断面で示される燃焼室上壁13…には2個の吸気弁孔14,14と、2個の排気弁孔15,15と、それらに囲まれた点火プラグ挿通孔16とが形成される。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a
シリンダヘッド11の内部には、吸気側側壁11a、タイミングチェーン室側側壁11b、排気側側壁11cおよびトランスミッション側側壁11dにより囲まれたウオータジャケットJが白地で示される。図6および図7はシリンダヘッド11を鋳造する際に使用する中子17の形状を示すもので、この中子17の形状はウオータジャケットJの形状と同一である。以下、図1、図6および図7に基づいてウオータジャケットJの構造を説明する。
Inside the
ウオータジャケットJは、シリンダヘッド11の吸気側側壁11aに沿う吸気側ギャラリ18と、シリンダヘッド11の排気側側壁11cに沿う排気側ギャラリ19と、吸気側ギャラリ18および排気側ギャラリ19を接続する3個の通路拡張部20…とを備える。3個の通路拡張部20…はシリンダ列線L1上であって、4個の燃焼室12…に挟まれる位置に配置される。シリンダヘッド11の低い位置にある吸気側ギャラリ18および排気側ギャラリ19は図1に実線で示されているが、3個の通路拡張部20…は吸気側ギャラリ18および排気側ギャラリ19よりも高い位置にあるために図1に想像線で示されている。
The water jacket J connects the
吸気側ギャラリ18の下面には、シリンダブロックに設けた冷却水ポンプから冷却水が供給される冷却水入口18aが設けられており、4本のシリンダ軸線L2…から吸気側にずれた4個のa位置…に向かって冷却水入口18aから4本の第1冷却水通路18b…が延びている。4個のa位置…からは、各2本の第2冷却水通路18c…がシリンダ列線L1に向かって延びており、相互に集合する3対6本の第2冷却水通路18c…は、4個の燃焼室12…の間の3個のb位置…で3個の通路拡張部20…に連通する。
A
計8本の第2冷却水通路18c…には、シリンダブロック側のウオータジャケットに連通する連通孔18d…がそれぞれ形成されており、吸気側ギャラリ18を流れる冷却水の一部は連通孔18d…を通過してシリンダブロック側のウオータジャケットに分配される。また排気側ギャラリ19には、4本のシリンダ軸線L2…から排気側にずれた位置に4個の連通孔19a…がそれぞれ形成されており、排気側ギャラリ19を流れる冷却水の一部は連通孔19a…を通過してシリンダブロック側のウオータジャケットに分配される。排気側ギャラリ19のトランスミッション側側壁11dに近い位置に2個の冷却水出口19b,19bが形成されており、ウオータジャケットJを最後まで流れた冷却水は冷却水出口19b,19bを通過してシリンダブロック側のウオータジャケットに戻される。
A total of eight second
次に、図6〜図8に基づいて通路拡張部20の構造を説明する。
Next, the structure of the channel |
シリンダ列線L1上において4個の燃焼室12…に挟まれた位置にある3個の通路拡張部20…は実質的に同一構造を有するため、以下、その一つの通路拡張部20について説明する。
Since the three
通路拡張部20は吸気側ギャラリ18と排気側ギャラリ19とを連通させるものであり、その中央部にリブ21を上下方向に形成することで、冷却水を左右方向(通路拡張部20を挟む二つの燃焼室12,12の方向)に分流させるための二つの主冷却水通路20a,20aが形成される。従って、通路拡張部20を流れる冷却水は、吸気側のb位置においてリブ21を迂回する二つの主冷却水通路20a,20aに分岐した後、排気側のc位置において再び合流して排気側ギャラリ19に流入する。
The
即ち、図8から明らかなように、b位置において通路拡張部20に流入した冷却水がリブ21に阻止されて左右の主冷却水通路20a,20aに分岐し、吸気弁孔14,14が形成された壁部11e,11eと、点火プラグ挿通孔16が形成された壁部11fと、排気弁孔15,15が形成された壁部11g,11gとを冷却した後、排気側のc位置において再び合流して排気側ギャラリ19に流入する。
That is, as is apparent from FIG. 8, the cooling water flowing into the
シリンダ列線L1方向に隣り合う二つの通路拡張部20,20の相互に対向する二つの主冷却水通路20a,20aが、吸気弁孔14,14が形成された壁部11e,11eと、点火プラグ挿通孔11fが形成された壁部11fとの間に配置された連通水路20bで接続されており、この連通水路20bを流れる冷却水で吸気弁孔14,14の壁部11e,11eおよび点火プラグ挿通孔16の壁部11fを更に冷却する。
Two main cooling
図8において、左側の通路拡張部20の主冷却水通路20aを流れる冷却水(矢印A1参照)の流量と、右側の通路拡張部20の主冷却水通路20aを流れる冷却水(矢印A2参照)の流量とが拮抗していると、両主冷却水通路20a,20aを連通させる連通水路20bに冷却水が滞留してしまい、この連通水路20bが臨む吸気弁孔14,14の壁部11e,11eおよび点火プラグ挿通孔16の壁部11fの冷却効果が低下する問題がある。
In FIG. 8, the flow rate of the cooling water (see arrow A1) flowing through the main
この問題を解決すべく、本実施の形態では、連通水路20bの両端開口部に臨む左右の吸気弁孔14,14の壁部11e,11eの何れか一方(実施の形態では図8の右側の吸気弁孔14の壁部11e)に、吸気側から排気側に向かって突出する突出部11hが形成される。
In order to solve this problem, in the present embodiment, one of the
この突出部11hを形成したことにより、図中右側の主冷却水通路20aを流れる冷却水(矢印A2参照)が排気側を指向するようになって連通水路20bの右端開口部に流入し難くなるのに対し、図中左側の主冷却水通路20aを流れる冷却水(矢印A1参照)は突出部11hが存在しないために連通水路20bの左端開口部に流入し易くなり、そのバランスの崩れによって連通水路20bに矢印A3で示す左から右に向かう冷却水の流れを発生させ、吸気弁孔14,14の壁部11e,11eおよび点火プラグ挿通孔16の壁部11fの冷却効果を高めることができる。
By forming this protrusion 11h, the cooling water (see arrow A2) flowing through the main
尚、突出部11hを設ける側は、左右の主冷却水通路20a,20aのうち、その冷却水の流速が低い側に設けることが望ましい。その理由は、突出部11hを設けることで主冷却水通路20aが絞られて流速が増加するため、左右の主冷却水通路20a,20aを流れる冷却水の流速を均一化して冷却効果を均一化することができるからである。
In addition, it is desirable to provide the side where the protrusion 11h is provided on the side of the left and right main
次に、図2〜図5および図8に基づいて通路拡張部20の中央に設けられたリブ21の構造を説明する。
Next, the structure of the
通路拡張部20の中央に立設されるリブ21は概略円柱状に形成されており、そこをシリンダ列線L1方向に形成された貫通水路20cの両端が、左右の主冷却水通路20a,20aに開口する。また貫通水路20cの中央部から排気側に向かって分岐水路20dが延びており、その出口端が排気側ギャラリ19のc点に開口する。貫通水路20cおよび分岐水路20dは水平断面において略T字状に形成されており(図4および図8参照)、前記水平断面においてリブ21を一つの半円状の部分と二つの扇形の部分とに分離する。従って、左右の主冷却水通路20a,20aを流れる冷却水の一部は貫通水路20cの両端から流入して中央部に向かって流れ、そこから分岐水路20dに流入して排気側ギャラリ19に流出する。
The
リブ21の上半部には、貫通水路20cおよび分岐水路20dの交差部から上方に延び、シリンダヘッド11の上面へと貫通するピン孔21aが形成される。このピン孔21aの底部、つまり貫通水路20cおよび分岐水路20dの交差部の上側がキャップ22の圧入により閉塞されており、ピン孔21aから冷却水が漏れることが防止される。
In the upper half of the
シリンダヘッド11を鋳造するとき、ウオータジャケットJを形成するための中子17(図6および図7参照)は金型のキャビティ内に複数の中子ピンを介して支持されるが、そのうちの3本の中子ピン23…(図2および図5参照)の下端がリブ21の中央部に、より具体的には中子17の貫通水路20cおよび分岐水路20dの交差部を成形する部分に当接することで、中子17を金型内に保持するようになっている。
When the
尚、図3および図4において、符号24…は吸気弁孔14…に連なる吸気ポートであり、符号25…は排気弁孔15…に連なる排気ポートである。
3 and 4,
このように、リブ21の中央部に中子ピン23を挿入してピン孔21aを形成するので、そのピン孔21aの分だけリブ21の駄肉を減らしてシリンダヘッド11の重量を軽減することができる。またリブ21の位置を避けて中子ピン23を配置しようとする、その配置スペースを確保するのが困難になったり、中子ピン23を適切な位置に配置できなくなって中子17を強固に支持できなくなったりするが、本実施の形態によれば上記問題を解決することができる。
As described above, the
またリブ21の内部に貫通水路20cおよび分岐水路20dを形成したことにより、リブ21の駄肉を減らしてシリンダヘッド11の重量を更に軽減することができ、しかもリブ21の冷却を効果的に行うことができる。
Further, since the through
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。 The embodiments of the present invention have been described above, but various design changes can be made without departing from the scope of the present invention.
例えば、実施の形態のウオータジャケットJはシリンダヘッド11の吸気側から排気側に冷却水を流しているが、排気側から吸気側に冷却水を流すものであっても良い。
For example, in the water jacket J of the embodiment, the cooling water flows from the intake side to the exhaust side of the
また本発明の被冷却部材挿通孔に挿通される被冷却部材は点火プラグであるが、被冷却部材は燃料噴射弁であっても良い。 The member to be cooled inserted into the member to be cooled insertion hole of the present invention is a spark plug, but the member to be cooled may be a fuel injection valve.
また実施の形態ではリブ21に貫通水路20cおよび分岐水路20dが設けられているが、分岐水路20dは省略可能である。
In the embodiment, the
11 シリンダヘッド
12 燃焼室
13 燃焼室上壁
14 吸気弁孔(上流側弁孔)
15 排気弁孔(下流側弁孔)
16 点火プラグ挿通孔(被冷却部材挿通孔)
17 中子
20 通路拡張部
20c 貫通水路
20d 分岐水路
21 リブ
21a ピン孔
23 中子ピン
L1 シリンダ列線
L2 シリンダ軸線
J ウオータジャケット
11
15 Exhaust valve hole (downstream valve hole)
16 Spark plug insertion hole (cooled member insertion hole)
17
Claims (2)
前記燃焼室上壁(12)には、冷却水の流れ方向上流側に位置する上流側弁孔(14)と、冷却水の流れ方向下流側に位置する下流側弁孔(15)と、前記両弁孔(14,15)に挟まれた位置で点火プラグおよび燃料噴射弁の少なくとも一方が挿通される被冷却部材挿通孔(16)とが形成され、
前記ウオータジャケット(J)は隣接する前記燃焼室(12)間に通路断面積が拡張する通路拡張部(20)を備えるシリンダヘッドのウオータジャケット構造であって、
前記通路拡張部(20)の中央には前記ウオータジャケット(J)の上壁および下壁を接続して冷却水の流れを前記上流側弁孔(14)、前記下流側弁孔(15)および前記被冷却部材挿通孔(16)に向けて偏倚させるリブ(21)が形成され、
前記リブ(21)には、シリンダ列線(L1)方向に貫通する貫通水路(20c)と、前記貫通水路(20c)から前記シリンダヘッド(11)の上面に貫通するピン孔(21a)とが形成され、シリンダ軸線(L2)方向に見て前記通路拡張部(20)の中央に位置する前記ピン孔(21a)は、前記シリンダヘッド(11)の鋳造時に前記ウオータジャケット(J)を成形する中子(17)を保持する中子ピン(23)により成形されることを特徴とするシリンダヘッドのウオータジャケット構造。 A combustion chamber upper wall (13) that partitions the combustion chamber (12) into a cylinder head (11) of a multi-cylinder engine in which a plurality of combustion chambers (12) are arranged in a cylinder row line (L1) direction, and the combustion A water jacket (J) for flowing cooling water in the intake and exhaust directions to cool the vicinity of the upper wall (13);
In the combustion chamber upper wall (12), an upstream valve hole (14) located on the upstream side in the flow direction of the cooling water, a downstream valve hole (15) located on the downstream side in the flow direction of the cooling water, A cooled member insertion hole (16) into which at least one of the spark plug and the fuel injection valve is inserted is formed at a position sandwiched between both valve holes (14, 15),
The water jacket (J) has a water jacket structure of a cylinder head including a passage expansion portion (20) in which a passage cross-sectional area expands between adjacent combustion chambers (12),
An upper wall and a lower wall of the water jacket (J) are connected to the center of the passage extension (20) so that the flow of cooling water flows to the upstream valve hole (14), the downstream valve hole (15), and Ribs (21) that are biased toward the cooled member insertion holes (16) are formed,
The rib (21) has a through water passage (20c) penetrating in the direction of the cylinder row (L1) and a pin hole (21a) penetrating from the through water passage (20c) to the upper surface of the cylinder head (11). The pin hole (21a) formed and positioned in the center of the passage extension (20) when viewed in the direction of the cylinder axis (L2) forms the water jacket (J) when the cylinder head (11) is cast. A water jacket structure for a cylinder head, wherein the water jacket structure is formed by a core pin (23) for holding a core (17).
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