JP2017203430A

JP2017203430A - 内燃機関のシリンダヘッド

Info

Publication number: JP2017203430A
Application number: JP2016096241A
Authority: JP
Inventors: 成啓藤原; Narihiro Fujiwara
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-05-12
Filing date: 2016-05-12
Publication date: 2017-11-16
Anticipated expiration: 2036-05-12
Also published as: JP6728952B2

Abstract

【課題】ウォータジャケットの気筒間流路に設けられた突起よりも下流における冷却水流量の減少を抑えることのできる内燃機関のシリンダヘッドを提供する。【解決手段】シリンダヘッド１００は、内燃機関の燃焼室を冷却水で冷却するウォータジャケットと点火プラグを取り付けるプラグ取り付け部とを備えている。ウォータジャケットは、隣り合う気筒の燃焼室間に冷却水を流す気筒間流路１１５を備えている。気筒間流路１１５には冷却水をプラグ取り付け部に導く第１突起５１が設けられている。気筒間流路１１５において第１突起５１よりも下流側の流路には、流路の上下幅が下流に向かうほど広くなるように形成された流路拡大部１１６を設ける。【選択図】図２

Description

この発明は、内燃機関のシリンダヘッドに関する。

内燃機関のシリンダヘッドには、燃焼室を冷却水で冷却するウォータジャケットや、点火プラグを取り付けるプラグ取り付け部などが設けられている。
こうしたシリンダヘッドにおいて、気筒間における燃焼室の冷却効果に差が生じることを抑えるために、例えば特許文献１に記載のシリンダヘッドでは、隣り合う気筒の燃焼室間に冷却水を流す気筒間流路をウォータジャケットに設けるようにしている。また、熱負荷の高い上記プラグ取り付け部の冷却効果を高めるために、そうした気筒間流路には、気筒間流路を流れる冷却水をプラグ取り付け部に導く突起を設けている。

特開平５−８６９６９号公報

ところで、上記突起を気筒間流路に設けると、気筒間流路において突起が設けられた部位での圧力損失が増大するため、突起の下流における冷却水流量が減少し、例えば冷却水による冷却効果が低下するおそれがある。

この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、ウォータジャケットの気筒間流路に設けられた突起よりも下流における冷却水流量の減少を抑えることのできる内燃機関のシリンダヘッドを提供することにある。

上記課題を解決する内燃機関のシリンダヘッドは、内燃機関の燃焼室を冷却水で冷却するウォータジャケットと点火プラグを取り付けるプラグ取り付け部とを備えるシリンダヘッドであって、前記ウォータジャケットは、隣り合う気筒の前記燃焼室間に冷却水を流す気筒間流路を備えており、前記気筒間流路には、その気筒間流路を流れる冷却水を前記プラグ取り付け部に導く突起が設けられており、前記気筒間流路において前記突起よりも下流側の流路には、流路の上下幅が下流に向かうほど広くなるように形成された流路拡大部が設けられている。

なお、同構成の上記「上下幅」とは、シリンダヘッドにおいてシリンダヘッドカバーの取り付け面が設けられている方向を上方向とし、シリンダヘッドにおいてシリンダブロックの取り付け面が設けられている方向を下方向としたときの上下方向における流路の幅のことをいう。

同構成によれば、上記気筒間流路において突起よりも下流側の流路には、流路の上下幅が下流に向かうほど広くなるように形成された流路拡大部が設けられている。そのため、突起よりも下流側の流路における流路断面積は下流に向かうほど広くなり、これにより突起の下流における圧力損失は小さくなる。従って、突起よりも下流における冷却水流量の減少を抑えることができるようになる。

一実施形態における内燃機関のシリンダヘッドの長手方向の断面図。図１に示すＡ−Ａ線に沿ったシリンダヘッドの断面図。シリンダヘッドの気筒間流路近傍における部分拡大図。同実施形態の変形例におけるシリンダヘッドの長手方向の断面図。

以下、内燃機関のシリンダヘッドを具体化した一実施形態について、図１〜図３を参照して説明する。
図１に示すように、このシリンダヘッド１００において、シリンダブロックが取り付けられる下面には、複数の燃焼室１０（図１において破線にて図示）が設けられている。また、シリンダヘッド１００には、燃焼室１０に吸気を導入する吸気ポート２０や、燃焼室１０から排気を排出する排気ポート３０が各燃焼室１０毎に形成されている。また、一対の吸気ポート２０と排気ポート３０との間には、点火プラグを取り付けるプラグ取り付け部６が設けられている。

シリンダヘッド１００には、各排気ポート３０を集合させた排気マニホールド（図示略）が一体形成されている。
シリンダヘッド１００には、同シリンダヘッド１００の長手方向（図１に示す矢印Ｌ方向）に延びており、内燃機関の冷却水で各燃焼室１０を冷却するための燃焼室用ウォータジャケット１１０が一体形成されている。シリンダヘッド１００には、内燃機関のシリンダブロックに設けられたウォータジャケットを通過した後の冷却水を燃焼室用ウォータジャケット１１０に導入するための流路（図示略）が設けられている。

また、シリンダヘッド１００には、内燃機関の冷却水が上記排気マニホールドの周りを流れるようにした排気マニホールド用ウォータジャケット１２０が一体形成されている。この排気マニホールド用ウォータジャケット１２０により、上記排気マニホールドが冷却水で冷却される。シリンダヘッド１００には、内燃機関のシリンダブロックに設けられたウォータジャケットを通過した後の冷却水や、燃焼室用ウォータジャケット１１０を通過した後の冷却水を排気マニホールド用ウォータジャケット１２０に導入するための流路（図示略）が設けられている。なお、シリンダヘッドに一体形成された排気マニホールドや、排気マニホールドを冷却するための上記排気マニホールド用ウォータジャケットは周知な構成であるため、その詳細な構造に関する説明は省略する。

燃焼室用ウォータジャケット１１０には、隣り合う気筒の燃焼室１０の間を流れる気筒間流路１１５（図１において二点鎖線で囲む領域の流路）が設けられている。各気筒間流路１１５の吸気ポート２０側には、内燃機関のシリンダブロックに設けられたウォータジャケットを通過した後の冷却水が、図示しない流路を介して流入する。気筒間流路１１５の吸気ポート２０側に流入した冷却水は、排気ポート３０側に向かって気筒間流路１１５を流れる。このようにして吸気ポート２０側から排気ポート３０側に向かって気筒間流路１１５を通過した冷却水は、図示しない流路を介して上記排気マニホールド用ウォータジャケット１２０に流入した後、シリンダヘッド１００に接続された冷却水配管に流れ込むことにより、シリンダヘッド１００の外部に排出される。

また、各気筒間流路１１５には、その気筒間流路１１５を流れる冷却水を上記プラグ取り付け部６に導く突起として機能する第１突起５１が設けられている。この第１突起５１は、シリンダヘッド１００の長手方向に向かって延びており、気筒間流路１１５を流れる冷却水の流れ方向に対して略直交する方向に延設されている。また、シリンダヘッド１００の長手方向における第１突起５１の中央部分からは、冷却水の流れ方向に延びる第２突起５２が設けられている。図１に示すように、シリンダヘッド１００の長手方向における第２突起５２の幅Ｗ２は、シリンダヘッド１００の長手方向における第１突起５１の幅Ｗ１よりも短くなっており、気筒間流路１１５には、第１突起５１及び第２突起５２で構成される略Ｔ字状の突起部５０が設けられている。

図２に、冷却水の流れ方向に沿った気筒間流路１１５の断面を示す。なお、図２には、シリンダヘッド１００においてシリンダヘッドカバーを取り付けるヘッドカバー取り付け面１４０が設けられている方向を上方向として、これを矢印Ｙ１で示している。また、シリンダヘッド１００においてシリンダブロックを取り付けるブロック取り付け面１５０が設けられている方向を下方向として、これを矢印Ｙ２で示している。

この図２に示すように、第１突起５１及び第２突起５２は、気筒間流路１１５の上部壁面１１５Ｕから下部壁面１１５Ｄに向かって途中まで延びた状態にて突出しており、それら第１突起５１及び第２突起５２の突出量はほぼ同じにされている。

また、気筒間流路１１５において第１突起５１よりも下流側の流路には、流路の上下幅Ｈが下流に向かうほど広くなるように形成された流路拡大部１１６が設けられている。なお、図２に示す断面図では、流路拡大部１１６よりも下流側における気筒間流路１１５の流路１１７は、その上下幅ＨＬが流路拡大部１１６の上下幅Ｈよりも狭くなっている。しかし、流路１１７はシリンダヘッド１００の長手方向（図２の紙面において手前から奥に向かう方向）に広がっているため、流路１１７における圧力損失は、流路拡大部１１６における圧力損失と同等、あるいは流路拡大部１１６における圧力損失よりも低くなっている。

以上のように構成されるシリンダヘッド１００では、次の作用効果が得られる。
（１）図３に示すように、気筒間流路１１５に流入した冷却水は、第１突起５１によってその流れ方向が変更されて、プラグ取り付け部６に向かって流れる。従って、熱負荷の高いプラグ取り付け部６に対して、冷却水による冷却効果を高めることができる。

（２）先の図３に示すように、プラグ取り付け部６に向かって流れた冷却水は、排気ポート３０側に向かって流れながら再び気筒間流路１１５に戻ってくる。ここで、気筒間流路１１５には、隣り合う燃焼室１０のプラグ取り付け部６からそれぞれ冷却水が戻ってくるが、戻ってくるそれらの各冷却水は、第２突起５２によってミキシングが抑えられる。従って、隣り合う燃焼室１０の一方側から他方側に向かって冷却水が流れ込むことを抑えることができ、これにより各燃焼室１０の間における冷却水流量の均一化を促すことができる。

（３）気筒間流路１１５に設けられた第１突起５１や第２突起５２は、気筒間流路１１５の形成部位における剛性を高めるためのリブとしても機能する。そのため、それら第１突起５１や第２突起５２を設けない場合と比較して、気筒間流路１１５の形成部位における剛性が向上するようになる。従って、例えば、シリンダヘッド１００とシリンダブロックとをボルトで締結する際のシリンダヘッド１００の変形が抑えられるようになり、これによりシリンダヘッド１００とシリンダブロックとの間に挟まれるヘッドガスケットのシール性が向上するようになる。

（４）先の図１に示したように、第２突起５２の幅Ｗ２を第１突起５１の幅Ｗ１よりも短くしている。そのため、第２突起５２の幅Ｗ２を第１突起５１の幅Ｗ１と同じにした場合、あるいは第２突起５２の幅Ｗ２を第１突起５１の幅Ｗ１よりも長くした場合と比較して、第２突起５２を設けたことによる気筒間流路１１５での圧力損失の増大を抑えることができる。

（５）上記第１突起５１は、気筒間流路１１５において冷却水の流れ方向に対して略直交する方向に延設されている。そのため、単に第１突起５１を気筒間流路１１５に設けただけでは、気筒間流路１１５において第１突起５１が設けられた部位での圧力損失が増大してしまい、第１突起５１の下流における冷却水流量が減少してしまう。そのため、例えば冷却水による冷却効果が低下するおそれがある。

この点、本実施形態のシリンダヘッド１００では、先の図２に示したように、気筒間流路１１５において第１突起５１よりも下流側の流路には、流路の上下幅Ｈが下流に向かうほど広くなるように形成された流路拡大部１１６を設けるようにしている。そのため、第１突起５１よりも下流側の流路における流路断面積は下流に向かうほど広くなり、これにより第１突起５１の下流における圧力損失は小さくなる。従って、第１突起５１よりも下流における冷却水流量の減少を抑えることができる。

尚、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
・上記突起部５０は略Ｔ字状であったが、冷却水をプラグ取り付け部６に導くことができるのであれば、その他の形状でもよい。例えば、冷却水の流れ方向において上流方向を指す矢印形状でもよい。

・上記実施形態のシリンダヘッド１００は、気筒間流路１１５に上記第１突起５１及び上記第２突起５２が設けられていた。この他、図４に示すように、気筒間流路１１５に上記第１突起５１は設けられているものの、上記第２突起５２は設けられていないシリンダヘッド２００であっても、気筒間流路１１５に上記流路拡大部１１６を設けることにより、上記（２）及び上記（４）以外の作用効果を得ることができる。

６…プラグ取り付け部、１０…燃焼室、２０…吸気ポート、３０…排気ポート、５０…突起部、５１…第１突起、５２…第２突起、１００…シリンダヘッド、１１０…燃焼室用ウォータジャケット、１１５…気筒間流路、１１５Ｄ…下部壁面、１１５Ｕ…上部壁面、１１６…流路拡大部、１１７…流路、１２０…排気マニホールド用ウォータジャケット、１４０…ヘッドカバー取り付け面、１５０…ブロック取り付け面、２００…シリンダヘッド。

Claims

内燃機関の燃焼室を冷却水で冷却するウォータジャケットと点火プラグを取り付けるプラグ取り付け部とを備えるシリンダヘッドであって、
前記ウォータジャケットは、隣り合う気筒の前記燃焼室間に冷却水を流す気筒間流路を備えており、
前記気筒間流路には、その気筒間流路を流れる冷却水を前記プラグ取り付け部に導く突起が設けられており、
前記気筒間流路において前記突起よりも下流側の流路には、流路の上下幅が下流に向かうほど広くなるように形成された流路拡大部が設けられている
内燃機関のシリンダヘッド。