JP2011127499A - シリンダヘッドの冷却構造 - Google Patents

Abstract

【課題】排気ポートの周囲を良好に冷却することが可能なシリンダヘッドの冷却構造を提供する。
【解決手段】内燃機関１０に用いられるシリンダヘッド３０の排気ポート側に、気筒列方向の一端側から他端側へ延びる第１のウォータージャケット５０が設けられている。第１のウォータージャケット５０に冷却水を導入する冷却水導入口５７が、気筒列方向の一端側で、シリンダヘッド３０の第１のウォータージャケット５０の形成領域の内側に位置する複数の排気バルブ３６のバルブステム３６ａの中心を結ぶ直線Ｌ１によって区分けされる上記形成領域の一方側に設けられている。また、第１のウォータージャケット５０から冷却水を排出する冷却水排出口５８が、気筒列方向の他端側で、上記直線Ｌ１によって区分けされる上記形成領域の他方側に設けられている。
【選択図】図３

Description

本発明は、多気筒内燃機関に用いられるシリンダヘッドの冷却構造に関する。

水冷式の内燃機関においては、シリンダヘッドおよびシリンダブロックにウォータージャケットが設けられ、ウォータージャケットとラジエータとが冷却水循環通路を介して連結されている。そして、ウォーターポンプにより冷却水をウォータージャケットとラジエータとの間で循環させることによって、シリンダヘッドおよびシリンダブロックを均一に冷却する一方、温度上昇した冷却水をラジエータで冷却している。

多気筒内燃機関のシリンダヘッドの冷却構造としては、シリンダヘッド内において冷却水を気筒列方向と平行な方向（縦方向とも言う）に流す構成と、シリンダヘッド内において冷却水を気筒列方向と交差する方向（横方向とも言う）に流す構成とがある。例えば、特許文献１には、シリンダブロックに設けた冷却水導入口から冷却水を導入し、シリンダブロックのシリンダボアの周囲に設けたウォータージャケットに冷却水を供給した後、冷却水をシリンダヘッドに設けたウォータージャケットへ導入し、シリンダヘッド内において冷却水を横方向に流すことが示されている。

特開２００９−００２２６５号公報

シリンダヘッドのウォータージャケットとしては、シリンダブロックのシリンダボア周囲のウォータージャケットから冷却水を導入する構成が多く採用される。しかし、この構成を、シリンダヘッド内で冷却水を横方向に流すウォータージャケットに適用した場合、冷却水の圧力損失を低減可能であるものの、次のような点が懸念される。冷却水導入口が排気側に設けられ、冷却水排出口が吸気側に設けられると、排気ポートの周囲において冷却水が滞留してよどむ可能性があり、排気ポートの周囲の冷却が不十分になる可能性がある。このため、排気ガスの冷却性が悪くなり、その結果、例えば、排気系に設けられる触媒の熱害の要因や、ＥＧＲ装置に設けられるＥＧＲクーラーの大型化の要因となる可能性がある。

本発明は、そのような問題点を鑑みてなされたものであり、多気筒内燃機関に用いられるシリンダヘッドにおいて、排気ポートの周囲を良好に冷却することが可能な冷却構造を提供することを目的とする。

本発明は、上述の課題を解決するための手段を以下のように構成している。すなわち、本発明は、多気筒内燃機関に用いられるシリンダヘッドの排気ポート側に、気筒列方向の一端側から他端側へ延びる排気ポート側ウォータージャケットが設けられたシリンダヘッドの冷却構造であって、上記排気ポート側ウォータージャケットに冷却水を導入する冷却水導入口が、気筒列方向の一端側で、シリンダヘッドの上記排気ポート側ウォータージャケットの形成領域の内側に位置する複数の排気バルブのバルブステムの中心を結ぶ直線によって区分けされる上記形成領域の一方側に設けられ、上記排気ポート側ウォータージャケットから冷却水を排出する冷却水排出口が、気筒列方向の他端側で、上記直線によって区分けされる上記形成領域の他方側に設けられていることを特徴としている。

上記構成によれば、シリンダヘッドにおいて、排気ポート側ウォータージャケットの冷却水導入口と冷却水排出口とが、上記直線を挟んで対角な位置に配置されるので、排気ポート側ウォータージャケットにおいて冷却水を満遍なく流通させることが可能になる。これにより、シリンダヘッドの排気ポートの周囲において冷却水が滞留することを抑制でき、排気ポートの周囲を良好に冷却することが可能になる。そして、排気ポートを介して排出される排気ガスの冷却性を向上させることができ、排気ガス温度の低温化を図ることができる。その結果、例えば、内燃機関の排気系に設けられる触媒の熱害を抑制でき、コスト低減を図ることができる。また、内燃機関の高速運転時、燃料による排気ガスの冷却が不要となり、燃費の向上に貢献できる。さらに、内燃機関に設置されるＥＧＲ装置に送られるＥＧＲガス温度の低温化を図ることができ、ＥＧＲクーラーの小型化、低コスト化に貢献できる。

本発明において、上記排気ポート側ウォータージャケットは、燃焼室の周囲に設けられる燃焼室側ウォータージャケットと並列に設けられていることが好ましい。

上記構成によれば、シリンダヘッドに設けられる排気ポート側ウォータージャケットおよび燃焼室側ウォータージャケットの全体の冷却水の圧力損失を増やすことなく、排気ポート側ウォータージャケットに供給される冷却水量を容易に確保することができる。これにより、上述したような排気ガスの十分な冷却性を容易に確保することができる。

また、本発明において、上記排気ポート側ウォータージャケットは、平面視で略矩形に形成され、上記冷却水導入口および冷却水排出口は、それぞれ１つずつ設けられ、上記冷却水導入口は、気筒列方向と直交する方向において燃焼室側端部に設けられ、上記冷却水排出口は、気筒列方向と直交する方向において排気側端部に設けられていることが好ましい。

上記構成によれば、排気ポート側ウォータージャケットでは、燃焼室側端部において気筒列方向に平行な冷却水の流れが発生するとともに、排気側端部において気筒列方向に平行な冷却水の流れが発生する。このような２つの冷却水の流れによって、シリンダヘッドの排気ポートの周囲において冷却水が滞留することを抑制でき、排気ポートの周囲を燃焼室側の端部から出口側の端部にわたって十分に冷却することができる。これにより、排気ポートを介して排出される排気ガスの冷却性を向上させることができ、排気ガス温度の低温化を図ることができる。

また、本発明において、上記排気ポート側ウォータージャケットは、上記燃焼室側端部において気筒列方向の一端側から他端側に向けて延びる第１の通路と、上記排気側端部において気筒列方向の一端側から他端側に向けて延びる第２の通路と、気筒列方向と交差する方向に延び上記第１の通路および第２の通路を連結する第３の通路とを含むことが好ましい。

上記構成によれば、排気ポート側ウォータージャケットでは、燃焼室側端部において気筒列方向に平行な冷却水の流れ（第１の通路における冷却水の流れ）が発生するとともに、排気側端部において気筒列方向に平行な冷却水の流れ（第２の通路における冷却水の流れ）が発生する。このような２つの冷却水の流れによって、シリンダヘッドの排気ポートの周囲において冷却水が滞留することを抑制でき、排気ポートの周囲を燃焼室側（入口側）の端部から出口側の端部にわたって十分に冷却することができる。これにより、排気ポートを介して排出される排気ガスの冷却性を向上させることができ、排気ガス温度の低温化を図ることができる。

また、本発明において、上記第３の通路は、隣り合う排気バルブ間に設けられていることが好ましい。

上記構成によれば、排気ポート側ウォータージャケットの第１の通路から第３の通路を経由して第２の通路に冷却水が送られる。このため、第３の通路を流れる冷却水によって、シリンダヘッドの隣り合う排気バルブ間の冷却を確実に行うことが可能になる。つまり、シリンダヘッドにおいて、特に高温化が懸念される排気バルブ間の冷却性を向上させることができる。これにより、シリンダヘッドの信頼性の向上を図ることが可能になる。

また、本発明において、上記排気ポート側ウォータージャケットは、上記排気ポートの上側を覆うように設けられていることが好ましい。

上記構成によれば、排気ポート側ウォータージャケットにおける冷却水の流通面積を大きく確保することができる。これにより、上述したような排気ガスの十分な冷却性を容易に確保することができる。

本発明によれば、シリンダヘッドにおいて、排気ポート側ウォータージャケットの冷却水導入口と冷却水排出口とが対角な位置に配置されるので、排気ポート側ウォータージャケット内において冷却水を満遍なく流通させることが可能になる。これにより、シリンダヘッドの排気ポートの周囲において冷却水が滞留することを抑制でき、排気ポートの周囲を良好に冷却することが可能になる。そして、排気ポートを介して排出される排気ガスの冷却性を向上させることができ、排気ガス温度の低温化を図ることができる。

本発明の実施形態に係るシリンダヘッドの冷却構造を適用する内燃機関の要部の概略構成を示す断面図である。 図１の内燃機関のシリンダブロックに設けられるウォータージャケットを模式的に示す平面図である。 図１の内燃機関のシリンダヘッドに設けられるウォータージャケットを模式的に示す平面図である。 図３のシリンダヘッドのウォータージャケットの排気ポート側ウォータージャケットを模式的に示す側面断面図である。 図３のシリンダヘッドのウォータージャケットの燃焼室側ウォータージャケットを模式的に示す平面図である。 シリンダヘッドとシリンダブロックとにおける冷却水の流れを模式的に示す正面図である。

本発明を具体化した実施形態について添付図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施形態に係るシリンダヘッドの冷却構造を適用する内燃機関の要部の概略構成を示す断面図である。図２は、図１の内燃機関のシリンダブロックに設けられるウォータージャケットを模式的に示す平面図である。図２では、シリンダブロックのウォータージャケットについて主に示し、詳細な構成については図示を省略している。

この実施形態では、多気筒内燃機関に用いられるシリンダヘッドの一例として、直列４気筒ＤＯＨＣ型の内燃機関１０に用いられるシリンダヘッド３０を挙げている。ただし、多気筒内燃機関の形式については、特に限定されない。

図１に示すように、内燃機関１０は、例えばガソリンエンジンであって、シリンダブロック２０とシリンダヘッド３０とを備えている。シリンダブロック２０とシリンダヘッド３０とは、ヘッドガスケットを介してヘッドボルトによって締結されている。なお、内燃機関１０は、ディーゼルエンジン等であってもよい。

シリンダブロック２０には、その長手方向に複数のシリンダボア２１が一列に並んで設けられている。各シリンダボア２１には、ピストン２２がそれぞれ挿入されている。シリンダブロック２０には、冷却水が流通するウォータージャケット２３が設けられている。ウォータージャケット２３は、図２に示すように、複数のシリンダボア２１を囲むように設けられている。ウォータージャケット２３は、冷却水循環通路を介して図示しないラジエータに接続されている。

また、図１に示すように、シリンダヘッド３０には、シリンダブロック２０の各シリンダボア２１に対応して燃焼室３１が設けられている。各燃焼室３１の頂部の中央部には、点火プラグ３２が取り付けられている。また、シリンダヘッド３０には、各燃焼室３１に連通する吸気ポート３３および排気ポート３４が形成されている。吸気ポート３３および排気ポート３４は、１つの燃焼室３１に対してそれぞれ２つずつ設けられている。吸気ポート３３は、図示しない吸気カムシャフトにより駆動される吸気バルブ３５によって燃焼室３１に対して開閉される。排気ポート３４は、図示しない排気カムシャフトにより駆動される排気バルブ３６によって燃焼室３１に対して開閉される。

シリンダヘッド３０には、吸気バルブ３５および排気バルブ３６の開閉作動をガイドする筒状のバルブガイド３７，３８が取り付けられている。バルブガイド３７，３８内には、吸気バルブ３５のバルブステム３５ａおよび排気バルブ３６のバルブステム３６ａが摺動可能な状態で挿入されている。

シリンダヘッド３０の燃焼室３１の周辺、吸気ポート３３の周辺、排気ポート３４の周辺等には、ウォータージャケット４０が設けられている。ウォータージャケット４０は、冷却水循環通路を介してラジエータに接続されている。

内燃機関１０では、ウォーターポンプ（Ｗ／Ｐ）によって冷却水をシリンダブロック２０のウォータージャケット２３およびシリンダヘッド３０のウォータージャケット４０と、ラジエータとの間で循環させることにより、シリンダヘッド３０およびシリンダブロック２０を均一に冷却する一方、温度上昇した冷却水をラジエータで冷却するようにしている。

ここで、シリンダブロック２０のウォータージャケット２３は、図２に示すように、吸気側の通路２３ａと排気側の通路２３ｂとに分割して設けられている。そして、排気側の通路２３ｂの気筒列方向の一端側（図２ではフロント側）に設けられた冷却水導入口２７を介して、ウォーターポンプからの冷却水が排気側の通路２３ｂへ導入されるようになっている。そして、排気側の通路２３ｂからシリンダヘッド３０のウォータージャケット４０へ冷却水が流出され、ウォータージャケット４０から冷却水が吸気側の通路２３ａへ流入されるようになっている。また、吸気側の通路２３ａの気筒列方向の他端側（図２ではリヤ側）に設けられた冷却水排出口２８を介して、吸気側の通路２３ａから冷却水が排出されるようになっている。

次に、シリンダヘッド３０に設けられるウォータージャケット４０について、図３〜図６を参照して説明する。図３〜図６では、シリンダヘッドのウォータージャケットについて主に示し、詳細な構成については図示を省略している。

この実施形態では、シリンダヘッド３０のウォータージャケット４０は、冷却水を主に気筒列方向と平行な方向（縦方向）に流す第１のウォータージャケット（排気ポート側ウォータージャケット）５０と、冷却水を主に気筒列方向と交差する方向（横方向）に流す第２のウォータージャケット（燃焼室側ウォータージャケット）６０とに分割して設けられている。そして、ウォーターポンプから吐出される冷却水が第１のウォータージャケット５０と第２のウォータージャケット６０とへ並列に供給されるようになっている。言い換えれば、第１のウォータージャケット５０と第２のウォータージャケット６０とが独立して設けられており、冷却水が第１のウォータージャケット５０と第２のウォータージャケット６０との間で直接的に流通しない構成となっている。

第１のウォータージャケット５０は、図３に示すように、平面視で略矩形に形成されており、シリンダヘッド３０の排気ポート３４側に、気筒列方向の一端側（図３ではフロント側）から他端側（図３ではリヤ側）にかけて延びている。また、第１のウォータージャケット５０は、シリンダヘッド３０の気筒列方向と直交する方向において、シリンダヘッド３０の中央部３０ｃから排気側端部３０ｂにかけて設けられている。

第１のウォータージャケット５０は、排気ポート３４の先端部（出口側の部分）を除き排気ポート３４のほとんどの部分を上側から覆うように設けられている。第１のウォータージャケット５０は、縦方向の長さが横方向の長さよりも長い縦長の形状とされている。また、第１のウォータージャケット５０は、図６に示すように、正面視で扁平な形状とされている。第１のウォータージャケット５０は、主にシリンダヘッド３０の排気ポート３４の周辺を冷却するために設けられている。

図３に示すように、シリンダヘッド３０には、第１のウォータージャケット５０の形成領域の内側に、排気バルブ３６の取り付け領域５４が複数設けられている。取り付け領域５４は、シリンダヘッド３０において第１のウォータージャケット５０が形成されていない領域である。この実施形態では、８つの取り付け領域５４が気筒列方向に一列に並んで設けられている。取り付け領域５４の断面形状は、例えば円形とされる。取り付け領域５４は、排気バルブ３６のバルブガイド３８が取り付けられる領域であり、排気バルブ３６の中心（バルブステム３６ａの中心）から所定の範囲を含む領域となっている。各取り付け領域５４には、排気バルブ３６およびバルブガイド３８が１つずつ配置されるようになっている。なお、シリンダヘッド３０には、第１のウォータージャケット５０の形成領域の内側に、ヘッドボルトの取り付け領域５５も複数設けられている。

より詳細には、第１のウォータージャケット５０は、図３に示すように、シリンダヘッド３０の中央部３０ｃにおいて気筒列方向の一端側から他端側に向けて延びる第１の通路５１と、排気側端部３０ｂにおいて気筒列方向の一端側から他端側に向けて延びる第２の通路５２と、気筒列方向と交差する方向に延び上記第１の通路５１および第２の通路５２を連結する第３の通路５３とを含む構成となっている。第２の通路５２の排気側の端５２ａは、排気ポート３４の出口近傍まで達している。第３の通路５３は、気筒列方向の両端、および、隣り合う排気バルブ３６の間に設けられている。そして、第１〜第３の通路５１〜５３によって囲まれた空間が、上述の排気バルブ３６の取り付け領域５４となっている。

第１のウォータージャケット５０の気筒列方向の途中には、図４に示すように、下方に窪む凹部５６が形成されている。凹部５６の断面形状は、例えば台形状とされている。凹部５６は、隣り合う気筒間に設けられており、第１の通路５１の端から第３の通路５３に跨って設けられている。このように、第１のウォータージャケット５０を排気ポート３４の形状に沿った形状とすることで、第１のウォータージャケット５０が排気ポート３４に近接して配置されるため、排気ガスの冷却効率を向上させることができる。なお、凹部５６を設けずに、第１のウォータージャケット５０を側面視で扁平な形状としてもよい。

図３に示すように、第１のウォータージャケット５０に冷却水を導入する冷却水導入口５７および第１のウォータージャケット５０から冷却水を排出する冷却水排出口５８は、それぞれ１つずつ設けられている。冷却水導入口５７は、ウォーターポンプからの冷却水導入通路に接続されている。この実施形態では、ウォーターポンプからの冷却水導入通路がシリンダブロック２０のウォータージャケット２３の排気側の通路２３ｂに接続されており、図６に示すように、その排気側の通路２３ｂに上下方向に延びる冷却水導入口５７が接続されている。冷却水導入口５７は、排気側の通路２３ｂに設けられる冷却水流出口２４よりも上流側の位置、つまり、冷却水導入口２７に近い位置に配置されている（図２参照）。冷却水排出口５８は、ラジエータへの冷却水循環通路に接続されている。このため、冷却水導入口５７のみを経由して、第１のウォータージャケット５０へ冷却水が流入されるようになっている。また、冷却水排出口５８のみを経由して、第１のウォータージャケット５０から冷却水が流出されるようになっている。なお、ウォーターポンプからの冷却水をシリンダブロック２０のウォータージャケット２３を介さずに、第１のウォータージャケット５０へ直接導入する構成としてもよい。

この実施形態では、冷却水導入口５７は、気筒列方向の一端で、気筒列方向に直交する方向の一方側に設けられ、冷却水排出口５８は、気筒列方向の他端で、気筒列方向に直交する方向の他方側に設けられている。具体的には、冷却水導入口５７は、気筒列方向の前端で、気筒列方向と直交する方向において燃焼室側端部に設けられている。また、冷却水排出口５８は、気筒列方向の後端で、気筒列方向と直交する方向において排気側端部３０ｂに設けられている。

より詳細には、複数の排気バルブ３６の取り付け領域５４の中心を結び気筒列方向に平行な直線Ｌ１によって区分けされる、第１のウォータージャケット５０の形成領域の一方側に冷却水導入口５７が設けられ、この直線Ｌ１によって区分けされる第１のウォータージャケット５０の形成領域の他方側に冷却水排出口５８が設けられている。より具体的には、直線Ｌ１は、各取り付け領域５４内に位置する排気バルブ３６のバルブステム３６ａの中心を結んだ線となっている。

また、第１のウォータージャケット５０の気筒列方向の他端部には、排出通路５９が一体的に設けられている。排出通路５９は、シリンダブロック２０のウォータージャケット２３（吸気側の通路２３ａ）から排出された冷却水を冷却水排出口５８へ送るための通路である。つまり、第１のウォータージャケット５０から排出される冷却水と、シリンダブロック２０のウォータージャケット２３から排出される冷却水とが、冷却水排出口５８において合流して冷却水循環通路へ排出されるようになっている。なお、排出通路５９を第１のウォータージャケット５０と別々に設ける構成としてもよい。

内燃機関１０では、第１のウォータージャケット５０を含む冷却水の経路（第１の経路）として、ウォーターポンプ→シリンダブロック２０のウォータージャケット２３の排気側の通路２３ｂ→冷却水導入口５７→第１のウォータージャケット５０→冷却水排出口５８→ラジエータ、という経路が設けられている。そして、第１のウォータージャケット５０においては、後述するように、冷却水が主に気筒列方向と平行な方向に流れるようになっている。

第２のウォータージャケット６０は、図５に示すように、各気筒ごとに設けられる第１の通路６１を含む構成となっている。この実施形態では、４つの第１の通路６１が気筒列方向に一列に並んで設けられており、隣り合う第１の通路６１が第２の通路６２によって接続された構成となっている。第２のウォータージャケット６０は、主にシリンダヘッド３０の燃焼室３１の周辺を冷却するために設けられている。

第１の通路６１は、燃焼室３１を上側から覆うように設けられている。第１の通路６１は、シリンダヘッド３０の気筒列方向と直交する方向において、シリンダヘッド３０の吸気側端部３０ａから排気側の部分にかけて設けられている。第１の通路６１の排気側の部分は、複数（図５では３つ）の接続通路６１ａに分岐されている。接続通路６１ａは、燃焼室３１の周辺に冷却水を供給するための通路であり、燃焼室３１の周辺から排気側端部３０ｂに向かって延びている。各接続通路６１ａの先端部（排気側の端部）には、後述する冷却水導入口６７が配置されている。

シリンダヘッド３０には、第２のウォータージャケット６０の形成領域の内側に、点火プラグ３２の取り付け領域６３が複数設けられている。取り付け領域６３は、シリンダヘッド３０において第２のウォータージャケット６０が形成されていない領域となっている。この場合、４つの取り付け領域６３が気筒列方向に一列に並んで設けられている。取り付け領域６３の断面形状は、例えば円形とされる。取り付け領域６３は、点火プラグ３２の中心から所定の範囲を含む領域となっている。

また、シリンダヘッド３０には、第２のウォータージャケット６０の形成領域の内側に、吸気バルブ３５の取り付け領域６４が複数設けられている。取り付け領域６４は、シリンダヘッド３０において第２のウォータージャケット６０が形成されていない領域となっている。この場合、４つの取り付け領域６４が気筒列方向に一列に並んで設けられている。取り付け領域６４の断面形状は、例えば長円形とされる。取り付け領域６４は、吸気バルブ３５のバルブガイド３７が取り付けられる領域であり、吸気バルブ３５の中心（バルブステム３５ａの中心）から所定の範囲を含む領域となっている。各取り付け領域６４には、吸気バルブ３５およびバルブガイド３７が２つずつ配置されるようになっている。

この実施形態では、図６に示すように、シリンダブロック２０のウォータージャケット２３の冷却水が第２のウォータージャケット６０へ導入されるようになっている。また、第２のウォータージャケット６０の冷却水がシリンダブロック２０のウォータージャケット２３へ排出されるようになっている。

具体的には、シリンダブロック２０には、図２に示すように、シリンダヘッド３０側へ冷却水を流出する冷却水流出口２４が設けられている。この場合、冷却水流出口２４は、ウォータージャケット２３の排気側の通路２３ｂに配置されており、各気筒ごとに冷却水流出口２４が３つずつ設けられている。シリンダヘッド３０には、図５に示すように、第２のウォータージャケット６０に冷却水を導入する冷却水導入口６７が設けられている。この場合、冷却水導入口６７は、第２のウォータージャケット６０の第１の通路６１の各接続通路６１ａの先端部にそれぞれ配置されており、各第１の通路６１ごとに冷却水導入口６７が３つずつ設けられている。シリンダブロック２０側の冷却水流出口２４と、シリンダヘッド３０側の冷却水導入口６７とは、互いに対応する位置に配置され、接続されている。そして、冷却水流出口２４から流出されたウォータージャケット２３内の冷却水が、冷却水導入口６７を介して第２のウォータージャケット６０の第１の通路６１内に導入されるようになっている。

また、シリンダブロック２０には、図２に示すように、シリンダヘッド３０側から冷却水が流入される冷却水流入口２５が設けられている。この場合、冷却水流入口２５は、ウォータージャケット２３の吸気側の通路２３ａに設けられており、各気筒ごとに冷却水流入口２５が２つずつ設けられている。シリンダヘッド３０には、図５に示すように、第２のウォータージャケット６０から冷却水を排出する冷却水排出口６８が設けられている。この場合、冷却水排出口６８は、第２のウォータージャケット６０の第１の通路６１の吸気側の端部に配置されており、各第１の通路６１ごとに冷却水排出口６８が２つずつ設けられている。シリンダブロック２０側の冷却水流入口２５と、シリンダヘッド３０側の冷却水排出口６８とは、互いに対応する位置に配置され、接続されている。そして、冷却水排出口６８から排出された第２のウォータージャケット６０の第１の通路６１内の冷却水が、冷却水流入口２５を介してウォータージャケット２３内に流入されるようになっている。

内燃機関１０では、第２のウォータージャケット６０を含む冷却水の経路（第２の経路）として、ウォーターポンプ→ウォータージャケット２３の排気側の通路２３ｂ→冷却水流出口２４→冷却水導入口６７→第２のウォータージャケット６０→冷却水排出口６８→冷却水流入口２５→ウォータージャケット２３の吸気側の通路２３ａ→冷却水排出口２８→排出通路５９→冷却水排出口５８→ラジエータ、という経路が設けられている。そして、第２のウォータージャケット６０においては、図５の矢印で示すように、冷却水が主に気筒列方向と交差する方向に流れるようになっている。第２のウォータージャケット６０では、冷却水の圧力損失が小さく抑えられるため、シリンダヘッド３０の燃焼室３１の周囲の冷却効率の向上を図ることが可能である。

この実施形態では、上述したように、第１のウォータージャケット５０に冷却水を導入する冷却水導入口５７が、気筒列方向の一端側で、上記直線Ｌ１によって区分される第１のウォータージャケット５０の形成領域の一方側に設けられ、第１のウォータージャケット５０から冷却水を排出する冷却水排出口５８が、気筒列方向の他端側で、上記直線Ｌ１によって区分される第１のウォータージャケット５０の形成領域の他方側に設けられている。つまり、シリンダヘッド３０において、第１のウォータージャケット５０の冷却水導入口５７と冷却水排出口５８とが対角な位置に配置されているので、第１のウォータージャケット５０において冷却水を満遍なく流通させることが可能になる。これにより、シリンダヘッド３０の排気ポート３４の周囲において冷却水が滞留することを抑制でき、排気ポート３４の周囲を良好に冷却することが可能になる。

詳細には、図３に示すように、第１のウォータージャケット５０では、シリンダヘッド３０の中央部３０ｃにおいて気筒列方向に平行な冷却水の流れＸ１が発生するとともに、排気側端部３０ｂにおいて気筒列方向に平行な冷却水の流れＸ２が発生する。つまり、第１のウォータージャケット５０の第１の通路５１における冷却水の流れＸ１と、第２の通路５２における冷却水の流れＸ２とが発生する。このような２つの冷却水の流れＸ１、Ｘ２によって、シリンダヘッド３０の排気ポート３４の周囲において冷却水が滞留することを抑制でき、排気ポート３４の周囲を燃焼室３１側（入口側）の端部から出口側の端部にわたって十分に冷却することができる。これにより、排気ポート３４を介して排出される排気ガスの冷却性を向上させることができ、排気ガス温度の低温化を図ることができる。その結果、内燃機関１０の排気系に設けられる触媒の熱害を抑制でき、コスト低減を図ることができる。また、内燃機関１０の高速運転時、燃料による排気ガスの冷却が不要となり、燃費の向上に貢献できる。さらに、内燃機関１０に設置されるＥＧＲ装置に送られるＥＧＲガス温度の低温化を図ることができ、ＥＧＲクーラーの小型化、低コスト化に貢献できる。

また、この実施形態では、シリンダヘッド３０の第１のウォータージャケット５０と第２のウォータージャケット６０とは、ウォーターポンプに対し並列に設けられている。このため、第１のウォータージャケット５０は、排気ポート３４の周囲を冷却するための専用のウォータージャケットとして設けられることになる。したがって、シリンダヘッド３０のウォータージャケット４０全体の冷却水の圧力損失を増やすことなく、第１のウォータージャケット５０に供給される冷却水量を容易に確保することができる。この場合、第１のウォータージャケット５０は、排気ポート３４の上側を覆うように設けられているので、第１のウォータージャケット５０の冷却水の流通面積を大きく確保することができる。これにより、上述したような排気ガスの十分な冷却性を容易に確保することができる。

しかも、この実施形態では、第１のウォータージャケット５０の第１の通路５１から第３の通路５３を経由して第２の通路５２に冷却水が送られる。このため、第３の通路５３を流れる冷却水によって、シリンダヘッド３０の隣り合う排気バルブ３６間の冷却を確実に行うことが可能になる。つまり、シリンダヘッド３０において、特に高温化が懸念される排気バルブ３６間の冷却性を向上させることができる。これにより、シリンダヘッド３０の信頼性の向上を図ることが可能になる。

なお、上記実施形態では、第１のウォータージャケット５０の冷却水導入口５７を気筒列方向と直交する方向においてシリンダヘッド３０の中央部３０ｃに設け、冷却水排出口５８を気筒列方向と直交する方向においてシリンダヘッド３０の排気側端部３０ｂに設けた例を挙げたが、冷却水導入口５７と冷却水排出口５８との位置関係は、逆であってもよい。つまり、冷却水導入口５７と冷却水排出口５８とが対角な位置に配置される位置関係であれば、特に限定されない。

また、第１のウォータージャケット５０は、排気ポート３４の上側だけではなく、燃焼室３１の上側も覆うような構成としてもよい。

本発明は、排気マニホールド一体型のシリンダヘッドにも適用することが可能である。排気マニホールド一体型のシリンダヘッドは、例えば、特許文献１に示されるように、シリンダヘッド内において、各気筒の排気ポートが共通の排気集合部に集合された構成とされる。

本発明は、多気筒内燃機関において排気ポート側に気筒列方向の一端側から他端側へ延びるウォータージャケットが設けられたシリンダヘッドに利用可能である。

１０ 内燃機関
３０ シリンダヘッド
３１ 燃焼室
３４ 排気ポート
３６ 排気バルブ
３６ａ バルブステム
４０ ウォータージャケット
５０ 第１のウォータージャケット（排気ポート側ウォータージャケット）
５１ 第１の通路
５２ 第２の通路
５３ 第３の通路
５７ 冷却水導入口
５８ 冷却水排出口
６０ 第２のウォータージャケット（燃焼室側ウォータージャケット）

Claims (6)

1. 多気筒内燃機関に用いられるシリンダヘッドの排気ポート側に、気筒列方向の一端側から他端側へ延びる排気ポート側ウォータージャケットが設けられたシリンダヘッドの冷却構造であって、
   上記排気ポート側ウォータージャケットに冷却水を導入する冷却水導入口が、気筒列方向の一端側で、シリンダヘッドの上記排気ポート側ウォータージャケットの形成領域の内側に位置する複数の排気バルブのバルブステムの中心を結ぶ直線によって区分けされる上記形成領域の一方側に設けられ、
   上記排気ポート側ウォータージャケットから冷却水を排出する冷却水排出口が、気筒列方向の他端側で、上記直線によって区分けされる上記形成領域の他方側に設けられていることを特徴とするシリンダヘッドの冷却構造。
2. 請求項１に記載のシリンダヘッドの冷却構造において、
   上記排気ポート側ウォータージャケットは、燃焼室の周囲に設けられる燃焼室側ウォータージャケットと並列に設けられていることを特徴とするシリンダヘッドの冷却構造。
3. 請求項１または２に記載のシリンダヘッドの冷却構造において、
   上記排気ポート側ウォータージャケットは、平面視で略矩形に形成され、
   上記冷却水導入口および冷却水排出口は、それぞれ１つずつ設けられ、
   上記冷却水導入口は、気筒列方向と直交する方向において燃焼室側端部に設けられ、
   上記冷却水排出口は、気筒列方向と直交する方向において排気側端部に設けられていることを特徴とするシリンダヘッドの冷却構造。
4. 請求項３に記載のシリンダヘッドの冷却構造において、
   上記排気ポート側ウォータージャケットは、上記燃焼室側端部において気筒列方向の一端側から他端側に向けて延びる第１の通路と、上記排気側端部において気筒列方向の一端側から他端側に向けて延びる第２の通路と、気筒列方向と交差する方向に延び上記第１の通路および第２の通路を連結する第３の通路とを含むことを特徴とするシリンダヘッドの冷却構造。
5. 請求項４に記載のシリンダヘッドの冷却構造において、
   上記第３の通路は、隣り合う排気バルブ間に設けられていることを特徴とするシリンダヘッドの冷却構造。
6. 請求項３〜５のいずれか１つに記載のシリンダヘッドの冷却構造において、
   上記排気ポート側ウォータージャケットは、上記排気ポートの上側を覆うように設けられていることを特徴とするシリンダヘッドの冷却構造。

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