JP2023110675A - シリンダヘッドおよび内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】シリンダヘッドのウォータージャケットにおいて冷却液が流入する通水口から比較的遠く離れた部位へ冷却液を流通しやすくする。【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。【選択図】図２

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）。

特開２０２１－５５６２２号公報

ウォータージャケットでは、ウォーターポンプからの冷却液が流入する通水口から比較的遠く離れた部位にまで冷却液を流通させるのが難しいという問題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、シリンダヘッドのウォータージャケットにおいて冷却液が流入する通水口から比較的遠く離れた部位へ冷却液を流通しやすくすることである。

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通水口から異なる方向に延びる二つの流路を有し、前記二つの流路のそれぞれに下面から上方向に延びる切り欠きが設けられている。

このような構成によれば、二つの流路における切り欠きが設けられた部分における切り欠き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通水口から比較的遠く離れた部位まで冷却液を流通させやすい。

前記シリンダヘッドでは、例えば、前記二つの流路の少なくとも一方には、複数の前記切り欠きが設けられている。

このような構成によれば、流路における複数の切り欠きの間の部分において冷却液の澱みが生じやすいので、当該部分の周辺が過度に冷却されるの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、シリンダヘッドのウォータージャケットにおいて冷却液が流入する通水口から比較的遠く離れた部位へ冷却液を流通しやすくすることができる。

図１は、実施形態に係る内燃機関を模式的に示す平面図である。 図２は、実施形態に係るウォータージャケットの外形を模式的に示す斜視図である。 図３は、図１のIII-III線に沿った断面図である。

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

Claims (3)

1. 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通水口から異なる方向に延びる二つの流路を有し、
   前記二つの流路のそれぞれに下面から上方向に延びる切り欠きが設けられた、シリンダヘッド。
2. 前記二つの流路の少なくとも一方には、複数の前記切り欠きが設けられた、請求項１に記載のシリンダヘッド。
3. 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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