JP2020023947A

JP2020023947A - シリンダヘッド

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Publication number: JP2020023947A
Application number: JP2018149475A
Authority: JP
Inventors: 慶遠藤; Kei Endo
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-08-08
Filing date: 2018-08-08
Publication date: 2020-02-13
Anticipated expiration: 2038-08-08
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Abstract

【課題】排気集合部周辺では、排気下側ウォータジャケット及び排気上側ウォータジャケットを流れる冷却水による冷却では不十分となる。【解決手段】シリンダヘッド２０の内部には、気筒内から排気を排出するための排気ポートが集合された排気集合部２５が区画されている。排気下側ウォータジャケット６０及び排気上側ウォータジャケット１００は、排気集合部２５を下方及び上方から挟み込むように配置されている。シリンダヘッド２０における排気集合部２５と排気下側ウォータジャケット６０との間にある中間下側壁部６１から、排気下側ウォータジャケット６０の下側に位置する下壁部６２まで下側柱部６５が突出している。シリンダヘッド２０における排気集合部２５と排気上側ウォータジャケット１００との間にある中間上側壁部６３から、排気上側ウォータジャケット１００の上側に位置する上壁部６４まで下側柱部６５が突出している。【選択図】図５

Description

本発明は、シリンダヘッドに関する。

特許文献１の内燃機関では、シリンダブロック内に４つの気筒が区画されている。各気筒は並列に配置されている。シリンダブロック内には、４つの気筒を取り囲むようにブロック内ウォータジャケットが区画されている。ブロック内ウォータジャケットの排気側には、ウォータポンプから冷却水が流入する冷却水流入口が連通している。

シリンダブロックの上端には、シリンダヘッドが固定されている。シリンダヘッドの内部には、気筒ごとに、排気バルブによって開閉される２つの排気ポートが区画されている。各排気ポートの一端部は、燃焼室に連通している。各排気ポートの他端部は、シリンダヘッド内で合流している。すなわち、シリンダヘッド内には、複数の排気ポートを１つに合流させる排気集合部が設けられている。排気集合部の各排気ポートの合流部と反対側である排気側の端部は、シリンダヘッドの外面において開口している。

シリンダヘッドの内部には、シリンダヘッドを冷却するための排気下側ウォータジャケット及び排気上側ウォータジャケットが区画されている。排気下側ウォータジャケットは排気集合部の下方に位置している。排気上側ウォータジャケットは排気集合部の上方に位置している。すなわち、排気下側ウォータジャケット及び排気上側ウォータジャケットは、排気集合部を下方及び上方から挟み込むように配置されている。排気下側ウォータジャケット及び排気上側ウォータジャケットは、当該ブロック内ウォータジャケットから冷却水の供給を受ける。

特開２０１４−１４５２８０号公報

特許文献１のようなシリンダヘッドにおいては、排気合流部は、高温の排気が集まるため、比較的高温となる。そのため、排気集合部周辺では、排気下側ウォータジャケット及び排気上側ウォータジャケットを流れる冷却水による冷却では不十分となることがある。

上記課題を解決するため、本発明は、気筒の数に応じて設けられた排気を排出するための複数の排気ポートと、複数の前記排気ポートを集合させた排気集合部と、前記排気集合部を冷却するヘッドウォータジャケットとが区画されているシリンダヘッドであって、前記ヘッドウォータジャケットは、前記排気集合部よりも上側に位置する排気上側ウォータジャケットと、前記排気集合部よりも下側に位置する排気下側ウォータジャケットとを備えており、前記排気集合部と前記排気下側ウォータジャケットとの間に位置する壁部から前記排気下側ウォータジャケットの下側に位置する壁部まで突出する柱部、又は、前記排気集合部と前記排気上側ウォータジャケットとの間に位置する壁部から前記排気上側ウォータジャケットの上側に位置する壁部まで突出する柱部の、少なくともいずれか一方が設けられている。

上記構成によれば、排気集合部とヘッドウォータジャケットの間にある壁部から、ヘッドウォータジャケットの上側又は下側の壁部まで、柱部が突出している。換言すれば、ヘッドウォータジャケット内の空間には、柱部が立設されている。柱部は、高温の排気集合部の内部と壁部との間で熱伝達を行うため、冷却水と熱交換できる表面積が増加される。よって、柱部を介して、高温の排気集合部とヘッドウォータジャケット内の冷却水との間で熱交換が促進される。これにより、排気集合部の冷却不足を抑制できる。

内燃機関の一実施形態の構成を模式的に示す内燃機関の断面図。シリンダブロックの上面図。ガスケットの上面図。排気集合部を示すシリンダヘッドの断面図。図４における５−５線で切断した図であって、上側柱部及び下側柱部を示す断面図。ウォータジャケットの構成を示す斜視図。

シリンダヘッドの一実施形態について、図面に従って説明する。以下では、直列３気筒の内燃機関を例に説明する。なお、内燃機関が車両に搭載されているものとし、その車両の上下方向を内燃機関及びシリンダヘッドの上下方向として説明する。

先ず、図１〜図４に従って、本実施形態の内燃機関Ｅの概要について説明する。
図１に示すように、内燃機関Ｅは、全体として直方体状のシリンダブロック１０を備えている。図２に示すように、シリンダブロック１０の内部には、円筒状の気筒１１が３つ区画されている。３つの気筒１１は、シリンダブロック１０を上面視した場合に、各気筒１１の中心が同一直線上に位置するように、並列配置されている。また、各気筒１１は、シリンダブロック１０の上面において開口している。図１に示すように、気筒１１の内部には、ピストン１２が当該気筒１１内を往復移動可能に収容されている。図示は省略するが、ピストン１２は、コネクティングロッドを介してクランクシャフトに連結されている。

シリンダブロック１０の上端には、板状のガスケット４０を介して、全体として直方体状のシリンダヘッド２０が固定されている。シリンダヘッド２０の下面においては、気筒１１の軸線方向から視て円形の凹部２１が上側へと窪んでいる。凹部２１の直径は、気筒１１の直径と略同一となっている。凹部２１と気筒１１は向かい合って配置されている。凹部２１の内壁、気筒１１の内壁及びピストン１２の上側面によって、燃焼室１３が区画されている。

シリンダヘッド２０の内部には、気筒１１内に吸気を供給するための吸気ポート２２が区画されている。吸気ポート２２は、気筒１１の数に対応して複数区画されている。具体的には、吸気ポート２２は、１つの気筒１１（凹部２１）につき一対、合計６つ設けられている。吸気ポート２２は、気筒１１の並び方向及び上下方向のいずれに対しても直交する方向（図１において左右方向、図２において上下方向）の一方側（以下、「吸気側」と称呼する。）に配置されている。

図４に示すように、一対の吸気ポート２２は、各凹部２１から吸気側に向かって延びている。一対の吸気ポート２２の端部のうち、凹部２１に連通している側と反対側の端部は、１つに集合している。２つの吸気ポート２２が集合している部分からは、集合吸気ポート２９が延びている。集合吸気ポート２９の端部のうち、吸気ポート２２と連通している側とは反対側の端部は、シリンダヘッド２０の吸気側の外面において開口している。

また、図１に示すように、シリンダヘッド２０には、吸気ポート２２における燃焼室１３側の開口を開閉する吸気バルブ１４が取り付けられている。吸気バルブ１４は、図示しない動弁機構によってクランクシャフトの回転と連動して開閉される。

シリンダヘッド２０の内部には、気筒１１内から排気を排出するための排気ポート２３が区画されている。排気ポート２３は、気筒１１の数に対応して複数区画されている。具体的には、排気ポート２３は、１つの気筒１１（凹部２１）につき一対、合計６つ設けられている。排気ポート２３は、気筒１１の並び方向及び上下方向のいずれに対しても直交する方向の他方側（以下、「排気側」と称呼する。）に配置されている。

図４に示すように、一対の排気ポート２３は、各凹部２１から排気側に向かって延びている。一対の排気ポート２３の端部のうち、凹部２１に連通している側と反対側の端部は、１つに集合している。一対の排気ポート２３が集合している部分からは、排気集合部２５が延びている。３つの排気集合部２５は、排気ポート２３に連通している部分よりも排気側において、さらに１つに集合されている。排気集合部２５の端部のうち、排気ポート２３と連通している側とは反対側の端部は、シリンダヘッド２０の排気側の外面において開口している。

また、図１に示すように、シリンダヘッド２０には、排気ポート２３における燃焼室１３側の開口を開閉する排気バルブ１５が取り付けられている。排気バルブ１５は、図示しない動弁機構によってクランクシャフトの回転と連動して開閉される。

シリンダヘッド２０における吸気ポート２２と排気ポート２３との間には、燃料を点火するための点火プラグ１６が取り付けられている。点火プラグ１６は、気筒１１毎に取り付けられている。

図４に示すように、シリンダヘッド２０には、複数のボルト貫通孔２８が貫通されている。シリンダヘッド２０及びガスケット４０をシリンダブロック１０の上面に配置した状態で、ボルト貫通孔２８にボルトが挿入され、螺合されることにより、シリンダヘッド２０及びガスケット４０がシリンダブロック１０に固定される。

次に、内燃機関ＥのウォータジャケットＷＪの構造について説明する。内燃機関ＥにおけるウォータジャケットＷＪの構造をより具体的に説明する。図６に示すように、ウォータジャケットＷＪは、シリンダブロック１０に設けられたブロックウォータジャケット３０とシリンダヘッド２０に設けられたヘッドウォータジャケット５０に大別される。

図２に示すように、シリンダブロック１０において、３つの気筒１１の周囲には、冷却水が流れるブロックウォータジャケット３０が区画されている。ブロックウォータジャケット３０は、３つの気筒１１全体をひとつながりで取り囲んでいる。ブロックウォータジャケット３０の気筒１１の軸線方向の高さは、当該ブロックウォータジャケット３０の延設方向全域に亘って同一である。また、ブロックウォータジャケット３０の気筒１１に近い側の内壁から、気筒１１に遠い側の内壁までの最短距離（空間の厚み）は、ブロックウォータジャケット３０の延設方向全域に亘って略同一である。

ブロックウォータジャケット３０は、吸気側に位置する吸気側ジャケット３１と、排気側に位置する排気側ジャケット３２に大別される。吸気側ジャケット３１は、気筒１１の軸線方向における上側（図２における紙面手前側）から視たときに、３つの気筒１１の形状に沿った３つの円弧状部がつながったような形状になっている。また、排気側ジャケット３２の形状及び大きさは、吸気側ジャケット３１と同一であり、各気筒１１を挟んで吸気側ジャケット３１に対して対称的な形状になっている。そして、ブロックウォータジャケット３０は、吸気側ジャケット３１と排気側ジャケット３２とを向かい合わせて、これらの両端部のみが接続されることで、ひとつながりの空間になっている。また、ブロックウォータジャケット３０の上端は、全域に亘ってシリンダブロック１０の上面において開口している。

図２に示すように、シリンダブロック１０には、ウォータポンプから圧送される冷却水をブロックウォータジャケット３０に供給するための冷却水流入口３３が区画されている。冷却水流入口３３は、ブロックウォータジャケット３０における吸気側ジャケット３１と連通している。冷却水流入口３３は、気筒１１の並び方向において、端に位置する気筒１１の中心軸線と略同位置に位置している。なお、以下の記載では、各気筒１１を区別する必要がある場合には、３つの気筒１１を冷却水流入口３３からの距離が近い順に、気筒１１Ａ、気筒１１Ｂ、気筒１１Ｃと呼称する。

図２に示すように、シリンダブロック１０においてブロックウォータジャケット３０よりも外側には、複数のボルト穴１７が配置されている。各ボルト穴１７は、シリンダブロック１０の上面において開口している。シリンダヘッド２０及びガスケット４０をシリンダブロック１０の上面に配置した状態で、ボルト穴１７にボルトが挿入され、螺合されることにより、シリンダヘッド２０及びガスケット４０がシリンダブロック１０に固定される。シリンダブロック１０に、ガスケット４０を介してシリンダヘッド２０が固定されたとき、上面視すると、シリンダヘッド２０のボルト貫通孔２８の円中心と略同一となるように配置されている。

図３に示すように、ガスケット４０の外形は、シリンダブロック１０の上面視形状に応じた略四角形状である。ガスケット４０には、各気筒１１に対応した３つの円状の気筒孔４１が貫通している。気筒孔４１の径は、気筒１１の径と略同一である。シリンダブロック１０に、ガスケット４０を介してシリンダヘッド２０が固定されたとき、気筒孔４１の円の中心は、対応する気筒１１の中心軸線上に位置する。

また、ガスケット４０において気筒孔４１よりも外側には、各ボルト穴１７に対応した数の複数の平面視円状のボルト孔４２が貫通している。ボルト孔４２の径は、ボルト穴１７の径と略同一である。シリンダブロック１０に、ガスケット４０を介してシリンダヘッド２０が固定されたとき、ボルト孔４２の円の中心は、対応するボルト穴１７及びボルト貫通孔２８の中心軸線上に位置する。

ガスケット４０の吸気側には、平面視で円状の吸気側貫通孔４３が、６つ貫通されている。各吸気側貫通孔４３の直径は、シリンダブロック１０における吸気側ジャケット３１の厚みよりも小さくなっている。シリンダブロック１０に、ガスケット４０を介してシリンダヘッド２０が固定されたとき、吸気側貫通孔４３は、吸気側ジャケット３１の上側に位置している。吸気側貫通孔４３は、各気筒孔４１の吸気側に２つずつ配置されている。なお、図３では、シリンダブロック１０におけるブロックウォータジャケット３０の位置を仮想的に破線で図示している。

ガスケット４０の排気側には、平面視で円状の外側貫通孔４４が、３つ貫通されている。外側貫通孔４４の直径は、吸気側ジャケット３１の厚みよりも小さく、かつ、吸気側貫通孔４３の直径よりも大きくなっている。シリンダブロック１０に、ガスケット４０を介してシリンダヘッド２０が固定されたとき、外側貫通孔４４は、排気側ジャケット３２の上側に位置している。外側貫通孔４４は、気筒１１の並び方向において、各気筒１１の円の中心と略同じ位置に配置されている。なお、各外側貫通孔４４を区別する必要がある場合には、気筒１１の並び方向において、気筒１１Ａの円の中心と略同じ位置の外側貫通孔４４を外側貫通孔４４Ａ、気筒１１Ｂの円の中心と略同じ位置の外側貫通孔４４を外側貫通孔４４Ｂ、気筒１１Ｃの円の中心と略同じ位置の外側貫通孔４４を外側貫通孔４４Ｃと呼称する。

ガスケット４０の排気側には、平面視円状の内側貫通孔４５が、２つ貫通されている。内側貫通孔４５の直径は、外側貫通孔４４の直径と略同一である。シリンダブロック１０に、ガスケット４０を介してシリンダヘッド２０が固定されたとき、内側貫通孔４５は、排気側ジャケット３２のうち、２つの円弧状部分がつながっている各境界部分に連通するように配置されている。なお、２つの内側貫通孔４５を区別する必要がある場合には、気筒１１の並び方向において、気筒１１Ａと気筒１１Ｂとの間に位置している内側貫通孔４５を内側貫通孔４５Ａ、気筒１１Ｂと気筒１１Ｃとの間に位置している内側貫通孔４５を内側貫通孔４５Ｂと呼称する。

ガスケット４０の排気側には、平面視円状の中間貫通孔４６が、１つ貫通されている。シリンダブロック１０に、ガスケット４０を介してシリンダヘッド２０が固定されたとき、中間貫通孔４６は、排気側ジャケット３２の上側に位置している。中間貫通孔４６の径は、吸気側貫通孔４３と略同径である。中間貫通孔４６は、気筒１１の並び方向において、外側貫通孔４４Ｂと内側貫通孔４５Ｂとの間に位置している。また、中間貫通孔４６は、外側貫通孔４４Ｂよりも吸気側であって、内側貫通孔４５Ｂよりも排気側に位置している。

図１及び図５に示すように、シリンダヘッド２０内には、ヘッドウォータジャケット５０が区画されている。ヘッドウォータジャケット５０は、排気集合部２５よりも下側に位置する排気下側ウォータジャケット６０と、排気集合部２５よりも上側に位置する排気上側ウォータジャケット１００とに大別される。すなわち、排気下側ウォータジャケット６０及び排気上側ウォータジャケット１００は、排気集合部２５を下方及び上方から挟み込むように配置されている。ヘッドウォータジャケット５０には、ブロックウォータジャケット３０からの冷却水が、ガスケット４０における吸気側貫通孔４３、外側貫通孔４４、内側貫通孔４５、及び中間貫通孔４６を介して供給される。

ヘッドウォータジャケット５０のうち、排気下側ウォータジャケット６０は、気筒１１の並び方向に延びるデッキ通路７０を有している。デッキ通路７０は、点火プラグ１６の周囲を囲う円環形状の複数の環状部７１と、各環状部７１から気筒１１の並び方向の気筒１１Ｃ側に延びている第１通路７２と、各環状部７１から気筒１１の並び方向の気筒１１Ａ側に延びている第２通路７３とに大別される。隣接する環状部７１の間では、第１通路７２と第２通路７３とが連結されている。なお、図示は省略するが、第１通路７２と第２通路７３とが連結している部分から上側に向かって連通路が延びていて、排気上側ウォータジャケット１００に連結されている。これらの連通路によって、排気下側ウォータジャケット６０と排気上側ウォータジャケット１００とが連通している。なお、図６では、排気下側ウォータジャケット６０と排気上側ウォータジャケット１００との連通箇所（連通路）を、模式的に一点鎖線で図示している。

デッキ通路７０の第１通路７２及び第２通路７３からは、吸気側通路８０が吸気側に延びている。吸気側通路８０は、第１通路７２に連結された第１湾曲部８１と、第２通路７３側に連結された第２湾曲部８２とに大別される。第１湾曲部８１及び第２湾曲部８２は、その先端側ほど互いに近接するように延びていて、シリンダヘッド２０に対になって配置されている各吸気ポート２２の側方を覆うように湾曲して延びている。隣り合う気筒１１において、一方の気筒１１に対応して配置されている第１湾曲部８１と、他方の気筒１１に対向して配置されている第２湾曲部８２は、デッキ通路７０側の端部が互いに連結されている。換言すれば、第１通路７２と第２通路７３とが連結している部分では、第１湾曲部８１と第２湾曲部８２とのデッキ通路７０側の端部が連結している。第１湾曲部８１と第２湾曲部８２の先端部は、ガスケット４０に貫通されている吸気側貫通孔４３を通じて、ブロックウォータジャケット３０の吸気側ジャケット３１と連通している。なお、図６では、排気下側ウォータジャケット６０とブロックウォータジャケット３０との吸気側貫通孔４３による連結箇所を、模式的に二点鎖線で図示している。

デッキ通路７０には、排気側に延びている排気側通路８５が連結されている。そして、図５に示すように、排気側通路８５は、排気集合部２５の下方に位置している。また、図６に示すように、排気側通路８５は、全体としては板状の空間になっている。

排気側通路８５は、ガスケット４０に貫通されている内側貫通孔４５を通じて、ブロックウォータジャケット３０の排気側ジャケット３２と連結している。また、排気側通路８５は、ガスケット４０に貫通されている中間貫通孔４６を通じて、ブロックウォータジャケット３０の排気側ジャケット３２と連結している。

排気下側ウォータジャケット６０を上面視した場合、排気側通路８５には、３つの円を互いにつなげたようなウォータジャケットＷＪでない非ジャケット形成部９２がある。非ジャケット形成部９２は、３つの円状部のうち、２つの円状部の一部をデッキ通路７０と接するように各環状部７１の位置に対応して配置されている。なお、非ジャケット形成部９２は、シリンダヘッド２０において一対の排気ポート２３や排気バルブ１５の位置に相当する。

排気下側ウォータジャケット６０には、供給路９０が設けられている。供給路９０は、その一端部がデッキ通路７０の環状部７１に連結されている。供給路９０は、排気側ほど下方に位置するように傾斜して延びている。供給路９０は、気筒１１毎に対となって隣接する排気ポート２３の間に配置されている。供給路９０の上流側端部は、ガスケット４０に形成されている外側貫通孔４４を通じて、ブロックウォータジャケット３０の排気側ジャケット３２と連通している。なお、排気下側ウォータジャケット６０と連通している部分は、環状部７１のみである。換言すると、供給路９０と排気側通路８５は、直接連通されていない。図６では、排気下側ウォータジャケット６０と排気上側ウォータジャケット１００との外側貫通孔４４による連結箇所を、模式的に二点鎖線で図示している。

また、排気下側ウォータジャケット６０を上面視した場合、排気側通路８５には、２つの円をつなげたようなウォータジャケットＷＪでない非ジャケット形成部９５が２つある。換言すると、シリンダヘッド２０には、排気下側ウォータジャケット６０の下面から上面にまで柱部が突出している。そして、この柱部が非ジャケット形成部９５を構成している。２つの非ジャケット形成部９５のうち、一方の非ジャケット形成部９５Ａは、気筒１１の並び方向において気筒１１Ａの円の中心と気筒１１Ｂの円の中心の間と略同じ位置に配置されている。他方の非ジャケット形成部９５Ｂは、気筒１１の並び方向において気筒１１Ｂの円の中心と気筒１１Ｃの円の中心の間に配置されている。

排気側通路８５のうち、気筒１１の並び方向において気筒１１Ａと気筒１１Ｂの間から排気側に延びている部分は、非ジャケット形成部９５の存在により、第１分流通路８５Ａと第２分流通路８５Ｂの２本に分かれている。具体的には、第１分流通路８５Ａは、非ジャケット形成部９５Ａによって、気筒１１Ａ側に湾曲している。第２分流通路８５Ｂは、非ジャケット形成部９５Ａによって気筒１１Ｂ側に湾曲している。同様に、排気側通路８５のうち、気筒１１の並び方向において、気筒１１Ｂと気筒１１Ｃの間から排気側に延びている排気側通路８５は、非ジャケット形成部９５の存在により、第３分流通路８５Ｃと第４分流通路８５Ｄの２本に分かれている。具体的には、第３分流通路８５Ｃは、非ジャケット形成部９５Ｂによって、気筒１１Ａ側に湾曲している。第２分流通路８５Ｂは、非ジャケット形成部９５Ａによって気筒１１Ｂ側に湾曲している。これらの分流通路は、非ジャケット形成部９５より排気側では互いに合流されている。

第３分流通路８５Ｃは、ガスケット４０の中間貫通孔４６を介してシリンダブロック１０のブロックウォータジャケット３０に連通している。排気側通路８５のうち、気筒１１の並び方向において気筒１１Ａと気筒１１Ｂの間から排気側に延びている部分は、内側貫通孔４５Ａを介してシリンダブロック１０のブロックウォータジャケット３０に連通している。排気側通路８５のうち、気筒１１の並び方向において気筒１１Ｂと気筒１１Ｃの間から排気側に延びている部分は、内側貫通孔４５Ｂを介してシリンダブロック１０のブロックウォータジャケット３０に連通している。

さらに、排気下側ウォータジャケット６０を上面視した場合、排気側通路８５には、楕円状のウォータジャケットＷＪでない非ジャケット形成部９３が３つある。換言すると、図５に示すように、シリンダヘッド２０においては、当該シリンダヘッド２０における排気集合部２５と排気下側ウォータジャケット６０との間にある中間下側壁部６１から、排気下側ウォータジャケット６０の下側に位置する下壁部６２まで下側柱部６５が突出している。この下側柱部６５が、楕円状のウォータジャケットＷＪでない非ジャケット形成部９３を構成している。３つの下側柱部６５は、デッキ通路７０から排気側方向の距離が略同一となるように配置されている。気筒１１の並び方向において気筒１１Ｂと略同位置に配置された非ジャケット形成部９３と非ジャケット形成部９５Ｂとの間のウォータジャケットＷＪの流路断面積は、第３分流通路８５Ｃと略同一となっている。

排気下側ウォータジャケット６０において、デッキ通路７０の気筒１１の並び方向における気筒１１Ｃ側の端部には、デッキ排水路７５が連結されている。さらに、排気下側ウォータジャケット６０において、排気側通路８５の気筒１１の並び方向における気筒１１Ｃ側の端部であって、最も排気側には、排気側通路排水路８８が連結されている。

図６に示すように、ヘッドウォータジャケット５０のうち、排気上側ウォータジャケット１００は、全体として板状の空間になっている。排気上側ウォータジャケット１００を上面視した場合、排気上側ウォータジャケット１００には、楕円状のウォータジャケットＷＪでない非ジャケット形成部９７が３つある。換言すると、図５に示すように、シリンダヘッド２０においては、当該シリンダヘッド２０における排気集合部２５と排気上側ウォータジャケット１００との間にある中間上側壁部６３から、排気上側ウォータジャケット１００の上側に位置する上壁部６４まで上側柱部６６が突出している。この上側柱部６６が、楕円状のウォータジャケットＷＪでない非ジャケット形成部９７を構成している。なお、非ジャケット形成部９７は、排気下側ウォータジャケット６０における非ジャケット形成部９３の位置と対応している。

さらに、図６に示すように、排気上側ウォータジャケット１００を上面視した場合、排気上側ウォータジャケット１００には、２つの円をつなげたようなウォータジャケットＷＪでない非ジャケット形成部９６が２つある。換言すると、図５に示すように、シリンダヘッド２０には、排気上側ウォータジャケット１００の仮面から上面にまで至るような柱部が延びている。そして、この柱部が非ジャケット形成部９６を構成している。なお、非ジャケット形成部９６は、排気下側ウォータジャケット６０における非ジャケット形成部９５の位置と対応している。

また、排気上側ウォータジャケット１００を上面視した場合、排気上側ウォータジャケット１００には、円状のウォータジャケットＷＪでない非ジャケット形成部９８が６つある。非ジャケット形成部９８は、シリンダヘッド２０において、排気バルブ１５の位置に相当する。

図６に示すように、排気上側ウォータジャケット１００には、気筒１１の並び方向における気筒１１Ｃ側の端部であって、最も排気側には、第１上側排出路１０１が連結されている。また、排気上側ウォータジャケット１００には、気筒１１の並び方向における気筒１１Ｃ側の端部であって、最も吸気側には突出部１０２が連結している。突出部１０２の先端部には第２上側排出路１０３が連結されている。

次にウォータジャケットにおける冷却水の流れについて説明する。
冷却水流入口３３からブロックウォータジャケット３０の吸気側ジャケット３１に供給された冷却水は、排気側ジャケット３２に流れる。冷却水がブロックウォータジャケット３０を流れることにより、シリンダブロック１０の熱が冷却水に伝えられ、シリンダブロック１０が冷却される。

ブロックウォータジャケット３０を流れた冷却水は、ガスケット４０の吸気側貫通孔４３、外側貫通孔４４、内側貫通孔４５及び中間貫通孔４６を通じて排気下側ウォータジャケット６０に流れ込む。排気下側ウォータジャケット６０に流れ込んだ冷却水は、排気下側ウォータジャケット６０のデッキ排水路７５及び排気側通路排水路８８に向かって流れる。よって、排気下側ウォータジャケット６０に供給された冷却水は、全体として、気筒１１の並び方向における気筒１１Ｃ側であって、かつ排気側に向かって流れる。

具体的には、吸気側貫通孔４３を通じて排気下側ウォータジャケット６０に流れ込んだ冷却水は、第１湾曲部８１及び第２湾曲部８２を通って、デッキ通路７０を、気筒１１の並び方向における気筒１１Ｃ側に流れる。そして、デッキ通路７０の気筒１１の並び方向における気筒１１Ｃ側の端部にあるデッキ排水路７５から排水される。

また、外側貫通孔４４を通じて排気下側ウォータジャケット６０に流れ込んだ冷却水は、供給路９０を通って、デッキ通路７０を気筒１１の並び方向における気筒１１Ｃ側に流れる。そして、デッキ通路７０の気筒１１の並び方向における気筒１１Ｃ側の端部にあるデッキ排水路７５から排水される。なお、デッキ通路７０を流れる冷却水は、排気上側ウォータジャケット１００にも流れ込む。

そして、内側貫通孔４５を通じて排気下側ウォータジャケット６０に流れ込んだ冷却水は、排気側通路８５を通って、排気側通路排水路８８から排水される。より詳細には、内側貫通孔４５Ａを通じて排気下側ウォータジャケット６０に流れ込んだ冷却水は、第１分流通路８５Ａ及び第２分流通路８５Ｂを通って、排気側通路排水路８８に向かって流れる。また、内側貫通孔４５Ｂを通じて排気下側ウォータジャケット６０に流れ込んだ冷却水は、第４分流通路８５Ｄを通って、排気側通路排水路８８及びデッキ排水路７５に向かって流れる。

さらに、中間貫通孔４６を通じて排気下側ウォータジャケット６０に流れ込んだ冷却水は、第３分流通路８５Ｃを通って、排気側通路排水路８８に向かって流れる。また、連通箇所を通じて排気上側ウォータジャケット１００に流れ込んだ冷却水は、第１上側排出路１０１及び第２上側排出路１０３に向かって流れる。

本実施形態の作用及び効果を説明する。
（１）本実施形態において、排気集合部２５と排気下側ウォータジャケット６０の間にある中間下側壁部６１から排気下側ウォータジャケット６０の下側にある下壁部６２まで下側柱部６５が突出している。下側柱部６５は、高温の排気集合部２５の内部と下壁部６２との間で熱伝達を行う。そのため、排気下側ウォータジャケット６０のうち、中間下側壁部６１と接触する面のみならず、排気集合部２５から熱伝達された下側柱部６５の外周面においても、冷却水との熱交換ができる。よって、冷却水と熱交換できる表面積が増加される。そして、排気下側ウォータジャケット６０における排気側通路８５を流れる冷却水は、下側柱部６５に相当する非ジャケット形成部９２に衝突する。したがって、非ジャケット形成部９２を介して、高温の排気集合部２５と排気下側ウォータジャケット６０内の冷却水との間で熱交換が促進されるため、排気集合部２５の冷却不足を抑制できる。加えて、下側柱部６５は、排気集合部２５からの熱を下壁部６２に伝達する。そして、排気下側ウォータジャケット６０内の冷却水と下壁部６２とが熱交換することによっても、間接的に排気集合部２５を冷却できる。

（２）本実施形態において、排気集合部２５と排気上側ウォータジャケット１００の間にある中間上側壁部６３から排気上側ウォータジャケット１００の上側にある上壁部６４まで上側柱部６６が突出している。上側柱部６６は、高温の排気集合部２５と上壁部６４との間で熱伝達を行う。そのため、排気上側ウォータジャケット１００のうち、中間上側壁部６３と接触する面のみならず、排気集合部２５から熱伝達された上側柱部６６の外周面においても、冷却水との熱交換ができる。よって、冷却水と熱交換できる表面積が増加される。そして、排気上側ウォータジャケット１００における排気側通路８５を流れる冷却水は、上側柱部６６に相当する非ジャケット形成部９７に衝突する。したがって、非ジャケット形成部９７を介して、高温の排気集合部２５と排気上側ウォータジャケット１００内の冷却水との間で熱交換が促進されるため、排気集合部２５の冷却不足を抑制できる。加えて、上側柱部６６は、排気集合部２５からの熱を上壁部６４に伝達する。そして、排気上側ウォータジャケット１００内の冷却水と上壁部６４とが熱交換することによっても、間接的に排気集合部２５を冷却できる。

（３）本実施形態において、内側貫通孔４５Ｂは、内側貫通孔４５Ａと比べて、冷却水の経路におけるブロックウォータジャケット３０の冷却水流入口３３からの距離が遠い。そのため、内側貫通孔４５Ｂを通る際の水圧は、内側貫通孔４５Ａを通る際の水圧よりも低くなる。その一方で、内側貫通孔４５Ｂは、内側貫通孔４５Ａと比べて、冷却水の経路における冷却水が排出されるデッキ排水路７５及び排気側通路排水路８８までの距離が近い。そのため、デッキ排水路７５及び排気側通路排水路８８に吸い込まれやすい。このように内側貫通孔４５Ｂを通じて排気下側ウォータジャケット６０に流れ込んだ冷却水は、比較的に水圧が低く、デッキ排水路７５及び排気側通路排水路８８に吸い込まれやすい。そのため、デッキ通路７０から、デッキ排水路７５や排気側通路排水路８８とは逆方向に延びる第３分流通路８５Ｃには冷却水が流れにくい。この点、本実施形態では、中間貫通孔４６が設けられているため、中間貫通孔４６を通じて排気下側ウォータジャケット６０に流れ込んだ冷却水が、第３分流通路８５Ｃに流れる。そのため、第３分流通路８５Ｃを流れる冷却水の量が不足しにくい。

特に、第３分流通路８５Ｃは、排気集合部２５に近い上に、気筒１１Ｂ及び気筒１１Ｃに挟まれた部分に配置されている。このことから、第３分流通路８５Ｃは、排熱が集まることにより高熱になりやすい部分である。このような高温になりがちな第３分流通路８５Ｃにおいて冷却水を流れやすくすることは、ヘッドウォータジャケット５０全体の冷却性能の向上に寄与する。

（４）排気下側ウォータジャケット６０において、排気側通路８５のうち、気筒１１の並び方向における気筒１１Ｂと略同位置にある非ジャケット形成部９３と、非ジャケット形成部９５Ｂとの間の部分は、第３分流通路８５Ｃと同程度の流路断面積となっている。そのため、第３分流通路８５Ｃを通じて排気下側ウォータジャケット６０に流れ込んだ冷却水の水圧が比較的に低かったとしても、非ジャケット形成部９３と非ジャケット形成部９５Ｂの間に冷却水を吸い込みやすくできるため、第３分流通路８５Ｃを流れる冷却水の速度が低下することを抑制できる。

上記実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・シリンダヘッド２０において、上側柱部６６を設けずに下側柱部６５のみを設けてもよい。この場合、排気集合部２５と上壁部６４との間で熱伝達がされる。また、下側柱部６５を設けずに上側柱部６６のみを設けてもよい。この場合、排気集合部２５と下壁部６２との間で熱伝達がされる。

・シリンダヘッド２０において、上側柱部６６の数は３つでなくてもよい。例えば、１つや２つ、又は４つ以上であってもよい。上側柱部６６の数が増えるほど、排気集合部２５と上壁部６４との間での熱伝達はされやすくなる。一方で、非ジャケット形成部９７が増えるため、排気上側ウォータジャケット１００の冷却水の流路が少なくなる。この点、下側柱部６５についても同様である。また、上側柱部６６の数と下側柱部６５の数は、同一でなくてもよい。

・ヘッドウォータジャケット５０を上面視したとき、非ジャケット形成部９３（下側柱部６５）及び非ジャケット形成部９７（上側柱部６６）の位置は対応していなくてもよい。例えば、ヘッドウォータジャケット５０を上面視したときに、気筒１１の並び方向において、隣接する非ジャケット形成部９３（下側柱部６５）の間に非ジャケット形成部９７（上側柱部６６）が配置されていてもよい。

・非ジャケット形成部９３（下側柱部６５）の形状は適宜変更できる。例えば、ヘッドウォータジャケット５０を上面視したときの形状が、円状であってもよいし多角形状であってもよい。すなわち、非ジャケット形成部９３（下側柱部６５）の形状は、シリンダヘッド２０に取り付けられている部材や各ポートの形状、ヘッドウォータジャケット５０内を流れる冷却水の挙動などを考慮して設計すればよい。この点は、排気下側ウォータジャケット６０における非ジャケット形成部９２及び非ジャケット形成部９５、排気上側ウォータジャケット１００における非ジャケット形成部９６、非ジャケット形成部９７及び非ジャケット形成部９８においても同様である。

・排気下側ウォータジャケット６０において、気筒１１の並び方向における気筒１１Ｂと略同位置に配置された非ジャケット形成部９３と非ジャケット形成部９５Ｂとの間の排気側通路８５の流路断面積は、第３分流通路８５Ｃの流路断面積よりも小さくてもよい。この場合、第３分流通路８５Ｃの排気側においてより冷却水を吸い込まれるため、第３分流通路８５Ｃにて冷却水がより流れやすくなる。

・ガスケット４０における中間貫通孔４６は設けられていなくてもよい。例えば、第３分流通路８５Ｃの流路断面積が、第２分流通路８５Ｂの流路断面積よりも大きくて、多量の冷却水が流入するのであれば、中間貫通孔４６がなくても問題は生じない。中間貫通孔４６が設けられていた方が、第３分流通路８５Ｃに冷却水が流れやすくなるため、排気集合部２５はより冷却されやすい。

・ガスケット４０における吸気側貫通孔４３、外側貫通孔４４及び内側貫通孔４５の数及び形状は、適宜変更できる。例えば、外側貫通孔４４の開口面積を広げるために、外側貫通孔４４の開口形状を長方形状にしてもよい。

・各排気ポート２３が排気集合部２５において集合しているのであれば、排気ポート２３の延設方向は変更できる。
・気筒１１の数は、排気ポート２３が合計で２つ以上設けられているのであれば適宜変更されていてもよい。例えば、気筒１１の数は２以下であっても４つであってもそれ以上であってもよい。

１０…シリンダブロック、１１…気筒、１１Ａ…気筒、１１Ｂ…気筒、１１Ｃ…気筒、１２…ピストン、１３…燃焼室、１４…吸気バルブ、１５…排気バルブ、１６…点火プラグ、１７…ピストン、２０…シリンダヘッド、２１…凹部、２２…吸気ポート、２３…排気ポート、２５…排気集合部、２８…ボルト貫通孔、２９…集合排気ポート、３０…ブロックウォータジャケット、３１…吸気側ジャケット、３２…排気側ジャケット、３３…冷却水流入口、４０…ガスケット、４１…気筒孔、４２…ボルト孔、４３…吸気側貫通孔、４４…外側貫通孔、４５…内側貫通孔、４６…中間貫通孔、５０…ヘッドウォータジャケット、６０…排気下側ウォータジャケット、６１…中間下側壁、６２…下壁部、６３…中間上側壁部、６４…上壁部、６５…下側柱部、６６…上側柱部、７０…デッキ通路、７１…環状部、７２…第１通路、７３…第２通路、７５…デッキ排水路、８０…吸気側通路、８１…第１湾曲部、８２…第２湾曲部、８５…排気側通路、８５Ａ…第１分流通路、８５Ｂ…第２分流通路、８５Ｃ…第３分流通路、８５Ｄ…第４分流通路、８８…排気側通路排水路、９０…供給路、９２…非ジャケット形成部、９３…非ジャケット形成部、９５…非ジャケット形成部、９５Ａ…非ジャケット形成部、９５Ｂ…非ジャケット形成部、９６…非ジャケット形成部、９７…非ジャケット形成部、９８…非ジャケット形成部、１００…排気上側ウォータジャケット、１０１…第１上側排出路、１０２…突出部、１０３…第２上側排出路、Ｅ…内燃機関、ＷＪ…ウォータジャケット。

Claims

気筒の数に応じて設けられた排気を排出するための複数の排気ポートと、
複数の前記排気ポートを集合させた排気集合部と、
前記排気集合部を冷却するヘッドウォータジャケットとが区画されているシリンダヘッドであって、
前記ヘッドウォータジャケットは、前記排気集合部よりも上側に位置する排気上側ウォータジャケットと、前記排気集合部よりも下側に位置する排気下側ウォータジャケットとを備えており、
前記排気集合部と前記排気下側ウォータジャケットとの間に位置する壁部から前記排気下側ウォータジャケットの下側に位置する壁部まで突出する柱部、又は、前記排気集合部と前記排気上側ウォータジャケットとの間に位置する壁部から前記排気上側ウォータジャケットの上側に位置する壁部まで突出する柱部の、少なくともいずれか一方が設けられている
ことを特徴とするシリンダヘッド。