JP2023110562A - シリンダヘッドおよび内燃機関 - Google Patents
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Abstract
【課題】シリンダヘッドの広い範囲をバランスよく冷却することができるようにする。
【解決手段】ウォータージャケット7は、冷却液が流入する第1通水口11と、冷却液が流出する第2通水口12と、第1通水口11と第2通水口12とを接続し、冷却液が流れる本体部13と、を有する。本体部13は、第1通水口11が設けられた第1端部13aと、第1端部13aの反対側の第2端部13bと、第2通水口12が設けられた第3端部13cと、を有する。本体部13は、第1端部13aから第2端部13bに向かう方向に延びる直線L1上に、複数の流路26a~26c,27a~27c,28a~28cに分岐させる分岐部26~28を複数有する。
【選択図】図1
【解決手段】ウォータージャケット7は、冷却液が流入する第1通水口11と、冷却液が流出する第2通水口12と、第1通水口11と第2通水口12とを接続し、冷却液が流れる本体部13と、を有する。本体部13は、第1通水口11が設けられた第1端部13aと、第1端部13aの反対側の第2端部13bと、第2通水口12が設けられた第3端部13cと、を有する。本体部13は、第1端部13aから第2端部13bに向かう方向に延びる直線L1上に、複数の流路26a~26c,27a~27c,28a~28cに分岐させる分岐部26~28を複数有する。
【選択図】図1
Description
本発明は、シリンダヘッドおよび内燃機関に関する。
シリンダヘッドにウォータージャケットが形成された内燃機関が開示されている(例えば、特許文献1参照)。
この種のウォータージャケットでは、シリンダヘッドの広い範囲をバランスよく冷却することができれば有益である。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、シリンダヘッドの広い範囲をバランスよく冷却することができるようにすることである。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るシリンダヘッドは、ウォータージャケットが形成されたシリンダヘッドであって、前記ウォータージャケットは、冷却液が流入する第1通水口と、前記冷却液が流出する第2通水口と、前記第1通水口が設けられた第1端部と、前記第1端部の反対側の第2端部と、前記第1端部および前記第2端部とは別であり前記第2通水口が設けられた第3端部と、を有し、前記第1通水口と前記第2通水口とを接続し、前記冷却液が流れる本体部と、を有し、前記本体部は、前記第1端部から前記第2端部に向かう方向に延びる直線上に、複数の流路に分岐させる分岐部を複数有する。
このような構成によれば、本体部が、第1端部から第2端部に向かう方向に延びる直線上に、複数の流路に分岐させる分岐部を複数有するので、当該直線上に、複数の流路に分岐させる分岐部が無いまたは一つの場合に比べて、シリンダヘッドの広い範囲をバランスよく冷却することができる。
前記シリンダヘッドでは、例えば、複数の前記分岐部のうち少なくとも一つは、二つの気筒間に設けられている。
このような構成によれば、二つの気筒に対する冷却の差を低減することができるとともに、気筒におけるノッキングの発生を抑制することができる。
本発明に係る内燃機関は、前記シリンダヘッドを備える。
このような構成によれば、上記シリンダヘッドが奏する効果を奏することができる。
本発明によれば、シリンダヘッドの広い範囲をバランスよく冷却することができるようにすることができる。
以下に、本発明の一つの実施形態について、図1~図3を参照して説明する。なお、本明細書においては基本的に、鉛直上方を上方向、鉛直下方を下方向と定義する。また、本明細書において、実施形態に係る構成要素および当該要素の説明が、複数の表現で記載されることがある。構成要素およびその説明は、一例であり、本明細書の表現によって限定されない。構成要素は、本明細書におけるものとは異なる名称でも特定され得る。また、構成要素は、本明細書の表現とは異なる表現によっても説明され得る。
図1は、実施形態に係る内燃機関1の模式的な平面図である。内燃機関1は、例えば、車両に搭載される2気筒のレシプロエンジンである。なお、内燃機関1は、他の種類の内燃機関であっても良いし、他の装置に搭載されても良い。
各図面に示されるように、本明細書において、便宜上、X軸、Y軸およびZ軸が定義される。X軸とY軸とZ軸とは、互いに直交する。X軸は、内燃機関1の幅に沿って設けられる。Y軸は、内燃機関1の奥行に沿って設けられる。Z軸は、内燃機関1の高さに沿って設けられる。また、本実施形態において、Z軸は、鉛直方向に沿って設けられる。
さらに、本明細書において、X方向、Y方向およびZ方向が定義される。X方向は、X軸に沿う方向であって、X軸の矢印が示す+X方向と、X軸の矢印の反対方向である-X方向とを含む。Y方向は、Y軸に沿う方向であって、Y軸の矢印が示す+Y方向と、Y軸の矢印の反対方向である-Y方向とを含む。Z方向は、Z軸に沿う方向であって、Z軸の矢印が示す+Z方向と、Z軸の矢印の反対方向である-Z方向とを含む。+Z方向は、上方向である。-Z方向は、下方向である。
内燃機関1は、シリンダヘッド2と、シリンダブロック3と、を有する。図1では、シリンダブロック3は、一部だけが示されている。なお、シリンダブロック3とシリンダブロック3とは、別部材であってもよいし、一体成形されて一つのブロックを形成していてもよい。シリンダブロック3の上面はヘッドカバー等により覆われている。
シリンダブロック3は、上下方向に延びる2つのシリンダボア3aを有する。シリンダボア3aは、気筒Cに含まれる。各シリンダボア3aには、ピストンが上下方向に摺動自在に設けられている。ピストンにはコンロッドが連結されている。ピストンがシリンダボア3a内を往復動すると、当該往復動がコンロッドによってクランク軸の回転に変換される。
シリンダヘッド2は、シリンダブロック3の上部に設けられている。シリンダヘッド2には、各シリンダボア3aに対応して設けられ気筒Cに含まれる燃焼室、当該燃焼室に通じる吸気ポートを開閉する吸気バルブ、当該燃焼室に通じ排気が流れる排気ポート4(図3参照)を開閉する排気バルブ、スパークプラグ等が設けられている。吸気バルブおよび排気バルブは、クランク軸と連動するカム軸の回転により動作する。排気ポート4は、排気流路とも称される。
シリンダヘッド2は、領域2a~2eを有する。領域2a~2dは、気筒Cごとに設けられている。領域2aには、吸気バルブが設けられている。領域2bには、排気バルブが設けられている。領域2cには、スパークプラグが設けられている。
また、シリンダヘッド2は、エキゾーストマニホールド5が取り付けられる取付面2fを有する。エキゾーストマニホールド5は、ボルト等の結合具31によってシリンダヘッド2に固定されている。エキゾーストマニホールド5内は、排気ポート4の出口4a(図3参照)と通じている。
また、シリンダブロック3には、ウォータージャケット7が形成されている。ウォータージャケット7には、電動のウォーターポンプから供給された冷却液(冷却水)が流通する。図1中の矢印は、冷却液の流れ方向の一例を概略的に示す。
図2は、実施形態に係るウォータージャケット7の外形を模式的に示す斜視図である。図1および図2に示すように、ウォータージャケット7は、第1通水口11と、第2通水口12と、本体部13と、を有する。第1通水口11は、ウォーターポンプから供給される冷却液が流入する。すなわち、第1通水口11は、入口である。第2通水口12は、冷却液が流出する。すなわち、第2通水口12は、出口である。第2通水口は、第1通水口11よりも+Z方向すなわち上方向に設けられている。本体部13は、第1通水口11と第2通水口12とを接続し、冷却液が流れる。冷却液は、第1通水口11から本体部13に流入し第2通水口12から流出する。これにより、シリンダヘッド2の各部やシリンダブロック3の各部が冷却液によって冷却される。
本体部13は、複数の端部13a~13cを有する。端部13aは、+X方向側の端部である。端部13bは、端部13aの反対側の端部である。すなわち、端部13bは、-X方向側の端部である。端部13cは、+Y方向側の端部である。また、本体部13は、端部13cの反対側の端部(不図示)を有する。端部13cの反対側の端部は、-Y方向側の端部である。
図3は、図1のIII-III線に沿った断面図である。図1~図3に示すように、端部13aに第1通水口11が設けられている。すなわち、第1通水口11は、本体部13に対して排気ポート4の出口4aとは反対側に設けられている。端部13cに第2通水口12が設けられている。すなわち、第2通水口12は、端部13aおよび端部13bとは別の端部13cに設けられている。
また、端部13bには、端部13aとは反対側に突出した凸部13eが設けられている。凸部13eは、端部13bの凸部13eの周辺部から取付面2fに向かって突出している。凸部13eの端部13a側の端部13fは、当該凸部13eの先端部13gに向かうにつれて断面が小さくなる湾曲形状である。すなわち、凸部13eの端部13fは、一対の湾曲部13faを有する。別の言い方をすると、凸部13eのY方向の両側には、凹み形状(凹部)が形成されている。
本体部13は、シリンダヘッド2の各領域2a~2eを囲むとともに排気ポート4を挟むように形成されている。
図1~図3に示すように、本体部13は、ベース流路21と、上側流路22と、下側流路23と、を有する。
ベース流路21は、第1通水口11および第2通水口12に接続されている。ベース流路21は、各領域2a~2eに面した複数の流路を有する。例えば、ベース流路21は、第1通水口11を基準とした場合、第1通水口11から異なる方向に延びる二つの流路21a,21bを有する。一方の流路21aは、第1通水口11から第1通水口11に対して+Y方向側のベース流路21の外縁部を通って第2通水口12へ至る流路である。流路21aは、一方(+Y方向側)のシリンダボア3aおよび燃焼室の周囲に設けられている。他方の流路21bは、第1通水口11から第1通水口11に対して-Y方向側のベース流路21の外縁部を通ってベース流路21の-X方向側の端部へ至る流路である。流路21bは、他方(-Y方向側)のシリンダボア3aおよび燃焼室の周囲に設けられている。
図2に示すように、二つの流路21a,21bのそれぞれには、下面21cから+Z方向すなわち上方向に延びる二つの切り欠き24が設けられている。流路21a,21bにおける二つの切り欠き24の間の部分は、澱み空間21dである。澱み空間21dは、領域や部分とも称される。切り欠き24は、切り込みや凹部、窪み部とも称される。また、二つの流路21a,21bには、上面21eから下方向に延びる切り欠き25が設けられている。
また、図1に示すように、本体部13は、端部13aから端部13bに向かう方向すなわち-X方向に延びる直線L1を基準とした場合、直線L1上に複数の流路に分岐させる箇所である分岐部26,27,28を複数有する。直線L1は、例えば、本体部13の+Y方向の略中心を通る。直線L1は、二つの気筒C間の略中心を通る。複数の分岐部26,27,28のうち少なくとも分岐部27は、二つの気筒C間に設けられている。分岐部26,27,28では、例えば、直線L1に対して対称形状に流路の分岐が行われる。分岐部26,27,28は、流路分岐部とも称される。
分岐部26は、流路を3つの流路26a,26b,26cに分岐させる。流路26aは、-X方向に延び、流路26bは、+Y方向に延び、流路26cは、-Y方向に延びる。流路26bの流量と流路26cの流量とは、略同じである。分岐部27は、流路を3つの流路27a,27b,27cに分岐させる。流路27aは、-X方向に延び、流路27bは、+Y方向に延び、流路27cは、-Y方向に延びる。流路27bの流量と流路27cの流量とは略同じである。分岐部28は、流路を二つの流路28a,28bに分岐させる。流路28aは、+Y方向に延び、流路28bは、-Y方向に延びる。流路28aの流量と流路28bの流量とは、略同じである。
図3に示すように、上側流路22は、ベース流路21の-X方向側の端部から-X方向かつ+Z方向に延びている。下側流路23は、上側流路22の下側に位置しベース流路21の-X方向側の端部から-X方向かつ-Z方向に延びている。すなわち、上側流路22と下側流路23とは、ベース流路21から分岐している。下側流路23は、ベース流路21に接続された第1領域23aと第1領域23aから-X方向に延びた第2部分23bとを有する。
上側流路22と下側流路23とのそれぞれ厚さは、ベース流路21における上側流路22および下側流路23との接続部の厚さよりも薄い。
上側流路22と下側流路23との間の角度αは、鋭角である。詳細には、上側流路22の分岐部29側の部分と、下側流路23の分岐部29側の部分との角度αが鋭角である。また、上側流路22と下側流路23とが分岐する分岐部29は、排気ポート4の上側に位置する。
以上のように、本実施形態では、ウォータージャケット7の本体部13は、第1通水口11から異なる方向に延びる二つの流路21a,21bを有し、二つの流路21a,21bのそれぞれに下面21cから上方向に延びる切り欠き24が設けられている。
このような構成によれば、二つの流路21a,21bにおける切り欠き24が設けられた部分における切り欠き24による絞り効果で冷却液の流速を速くすることができるので、第1通水口11から比較的遠く離れた部位(例えば凸部13e)まで冷却液を流通させやすい。よって、ウォータージャケット7の全体に冷却液を流通させることができる。また、二つの流路21a,21bにおける切り欠き24が設けられた部分における切り欠き24による絞り効果で冷却液の流速を速くすることができるので、二つの流路21a,21bの上部に囲まれた部分(例えば燃焼室)に対する冷却性能を確保することができる。よって、ノッキングの発生を抑制することができる。
また、二つの流路21a,21bの少なくとも一方(一例として両方)には、複数の切り欠き24が設けられている。
このような構成によれば、流路21a,21bにおける複数の切り欠き24の間の部分である澱み空間21dにおいて冷却液の澱み(滞留)が生じやすいので、当該澱み空間21dの周辺(一例としてシリンダボア3a)が過度に冷却されるのを抑制することができる。よって、シリンダボア3aの保温効果によって冷却損失および摩擦低減をすることができる。また、上述のとおり、二つの流路21a,21bにおける切り欠き24が設けられた部分における切り欠き24による絞り効果で冷却液の流速を速くすることができるので、二つの流路21a,21bの上部に囲まれた燃焼室に対する冷却性能を確保することができる。すなわち、本実施形態では、流路21a,21bにおいて、冷却液の流速を上げる部分と、冷却液を澱みさせる部分とを設けることにより、冷却対象に応じた冷却性能を実現している。なお、流路21a,21bのうち一方だけに複数の切り欠き24が設けられていてもよい。
また、流路には、切り欠き25が設けられている。
このような構成によれば、切り欠き25による絞り効果で冷却液の流速を上げることができる。
また、第1通水口11は、本体部13に対して排気ポート4の出口4aとは反対側に設けられている。
このような構成によれば、第1通水口11から流入した冷却液を排気ポート4に向けて流通させやすいので、排気ポート4に対するウォータージャケット7による冷却性能を向上させることができる。
また、本体部13は、第1通水口11および第2通水口12と接続されたベース流路21と、ベース流路21から延びた上側流路22と、上側流路22の下側に位置しベース流路21から延びた下側流路23と、を有する。上側流路22と下側流路23との間に排気ポート4が位置している。
このような構成によれば、上側流路22と下側流路23との間に排気ポート4が位置しているので、排気ポート4に対するウォータージャケット7による冷却性能を向上させることができる。
また、上側流路22と下側流路23との間の角度αは、鋭角である。
このような構成によれば、上側流路22と下側流路23との間の角度αが鈍角の構成に比べて、上側流路22と下側流路23との分岐部29での冷却液に対する抵抗および冷却液の流れの乱れが小さいので、冷却液の流速の低下を抑制することができ、ひいてはウォータージャケット7の冷却性能を向上させることができる。
また、上側流路22と下側流路23とが分岐する分岐部29は、排気ポート4の上側に位置する。
このような構成によれば、下側流路23の流量を上側流路22の流量よりも多くすることができる。よって、例えば燃焼室に対する冷却性能を向上させることができる。
また、上側流路22は、ベース流路21の-X方向側の端部から-X方向かつ+Z方向に延びている。すなわち、上側流路22は、ベース流路21から斜め上方向に延びている。
このような構成によれば、上側流路22から第2通水口12へと冷却液が流れやすい。
また、本体部13の端部13b(第2端部)に端部13a(第1端部)とは反対側に突出した凸部13eが設けられている。
このような構成によれば、端部13bに端部13aとは反対側に突出した凸部13eが設けられているので、端部13bが平坦な場合に比べて、第1通水口11から比較的遠く離れた部位である端部13bの先端部すなわち凸部13eの先端部13gまで冷却液を流通させやすい。
また、凸部13eの端部13a側の端部13fは、当該凸部13eの先端部13gに向かうにつれて断面が小さくなる湾曲形状である。
このような構成によれば、端部13fの絞り効果によって、冷却液の流速を上げることができる。よって、凸部13eから第2通水口12までの間の冷却液の流速の低下を抑制することができる。
また、シリンダヘッド2は、端部13bに対して端部13aとは反対側に位置し、エキゾーストマニホールド5が取り付けられる取付面2fを有し、凸部13eは、取付面2fに向かって突出している。
このような構成によれば、取付面2fおよびエキゾーストマニホールド5に対するウォータージャケット7の冷却性能を向上させることができる。よって、取付面2fおよびエキゾーストマニホールド5の熱膨張を抑制することができ、取付面2fとエキゾーストマニホールド5との間から排気漏れを抑制することができる。
また、エキゾーストマニホールド5は、結合具31によって取付面2fに取り付けられている。
このような構成によれば、エキゾーストマニホールド5を取付面2fに取り付ける結合具31の熱膨張も抑制することができる。
また、本体部13は、端部13aから端部13bに向かう方向に延びる直線L1上に、複数の流路26a~26c,27a~27c,28a,28bに分岐させる分岐部26~28(箇所)を複数有する。
このような構成によれば、本体部13が、端部13aから端部13bに向かう方向に延びる直線L1上に、複数の流路26a~26c,27a~27c,28a,28bに分岐させる分岐部26,27,28を複数有するので、当該直線L1上に、複数の流路に分岐させる箇所が無いまたは一つの場合に比べて、シリンダヘッド2の広い範囲をバランスよく冷却することができる。また、このような構成によれば、冷却液の流量が少ない場合でも、各部の流量のバランスが崩れにくい。
また、複数の分岐部26~27のうち少なくとも一つは、二つの気筒C間に設けられている。
このような構成によれば、二つの気筒Cに対する冷却の差を低減することができるとともに、気筒Cにおけるノッキングの発生を抑制することができる。
以上、本発明の実施形態を説明したが、上記実施形態はあくまで一例であって、発明の範囲を限定することは意図していない。上記実施形態は、その他様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、組み合わせ、変更を行うことができる。また、各構成や、形状、等のスペック(構造や、種類、方向、形式、大きさ、長さ、幅、厚さ、高さ、数、配置、位置、材質等)は、適宜に変更して実施することができる。
1…内燃機関
2…シリンダヘッド
2f…取付面
4…排気ポート
4a…出口
5…エキゾーストマニホールド
7…ウォータージャケット
11…第1通水口
12…第2通水口
13…本体部
13a…端部(第1端部)
13b…端部(第2端部)
13c…端部(第3端部)
13e…凸部
13f…端部
21…ベース流路
21a,21b…流路
21c…下面
24,25…切り欠き
22…上側流路
23…下側流路
26~28…分岐部(箇所)
26a~26c,27a~27c,28a,28b…流路
29…分岐部
31…結合具
C…気筒
L1…直線
α…角度
2…シリンダヘッド
2f…取付面
4…排気ポート
4a…出口
5…エキゾーストマニホールド
7…ウォータージャケット
11…第1通水口
12…第2通水口
13…本体部
13a…端部(第1端部)
13b…端部(第2端部)
13c…端部(第3端部)
13e…凸部
13f…端部
21…ベース流路
21a,21b…流路
21c…下面
24,25…切り欠き
22…上側流路
23…下側流路
26~28…分岐部(箇所)
26a~26c,27a~27c,28a,28b…流路
29…分岐部
31…結合具
C…気筒
L1…直線
α…角度
Claims (3)
- ウォータージャケットが形成されたシリンダヘッドであって、
前記ウォータージャケットは、
冷却液が流入する第1通水口と、
前記冷却液が流出する第2通水口と、
前記第1通水口が設けられた第1端部と、前記第1端部の反対側の第2端部と、前記第1端部および前記第2端部とは別であり前記第2通水口が設けられた第3端部と、を有し、前記第1通水口と前記第2通水口とを接続し、前記冷却液が流れる本体部と、
を有し、
前記本体部は、前記第1端部から前記第2端部に向かう方向に延びる直線上に、複数の流路に分岐させる分岐部を複数有した、シリンダヘッド。 - 複数の前記分岐部のうち少なくとも一つは、二つの気筒間に設けられた、請求項1に記載のシリンダヘッド。
- 請求項1または2に記載のシリンダヘッドを備えた内燃機関。
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JP2022012089A Pending JP2023110562A (ja) | 2022-01-28 | 2022-01-28 | シリンダヘッドおよび内燃機関 |
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2022
- 2022-01-28 JP JP2022012089A patent/JP2023110562A/ja active Pending
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