JP3042340B2 - シリンダヘッドの冷却水通路構造 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、シリンダヘッドの冷却
水通路構造に係り、特に、車両用内燃機関においてシリ
ンダヘッド内に形成される吸排気ポート周辺の冷却を図
るべく形成されるシリンダヘッドの冷却水通路構造に関
する。

【０００２】

【従来の技術】車両用内燃機関においては、シリンダヘ
ッド内に吸気ポート、排気ポート、及びそれらを開閉す
る吸排気バルブ等が組み込まれる。そして、内燃機関が
水冷式内燃機関であれば、吸気ポートの周辺、及び排気
ポートの周辺を適当に冷却すべく、シリンダヘッド内に
適当な冷却水通路が形成される。

【０００３】ここで、かかる冷却水通路は、シリンダヘ
ッドの製造上の制約や、要求される冷却能力を確保する
ための構造上の制約等から、吸気ポートを冷却する通
路、すなわち吸気側ウォータジャケットと、排気ポート
を冷却する通路、すなわち排気側ウォータジャケットと
が分離して設けられるのが一般的である。ところで、内
燃機関のシリンダヘッドは、シリンダブロックに対して
ボルト締めにより固定される。このため、シルンダヘッ
ドの外縁部には、適当な剛性を有するボルトボスを形成
する必要がある。また、内燃機関における燃焼効率は、
吸気流速等の影響を受けるため、吸気ポートには比較的
複雑な形状が要求される。

【０００４】これらの理由から、内燃機関の構成によっ
ては、シリンダヘッドの両端部で吸気側ウォータジャケ
ットが袋小路となる場合が生ずる。この場合、かかる状
態を許容すれば、シリンダヘッドの両端部において十分
な冷却能力が得られないことから、例えば、ボルトボス
の強度を損ねることがないよう、特定の方向からドリル
等を用いて吸気側ウォータジャケットと排気側ウォータ
ジャケットとを連通する連通路を設ける等の加工が必要
となる。

【０００５】これに対して、例えば、自動車技術事例集
９３６２３号（日本自動車工業会知的財産部会発行）に
は、メインのウォータジャケットとサブのウォータジャ
ケットとをドリル穴からなる連通路で連通する構成を実
現するにあたり、その連通路を、シリンダヘッドにボル
ト穴を設ける際に一緒に設ける技術が開示されている。

【０００６】すなわち、シリンダヘッドには、上述の如
く吸排気バルブ等が組み付けられるため、その組み付け
用に種々のボルト穴が設けられる。その際、ボルト穴の
延長線上にメインのウォータジャケットとサブのウォー
タジャケットを連通すべき部位を形成すれば、その部位
を連通する連通路を、ボルト穴の加工時に一緒に設ける
ことが可能である。

【０００７】そして、そのようにウォータジャケット間
を連通する連通路を、シリンダヘッドのボルト穴と同時
に形成することができれば、ウォータジャケット間を連
通するためだけに独立して穴加工を行う必要がなく、加
工工程を簡単化することができる。上記事例集に開示さ
れる技術は、かかる点に着目したものである。従って、
上述の如くシリンダヘッド内において吸気側ウォータジ
ャケットが袋小路となる場合に、上記事例集記載の技術
を適用すれば、すなわち、吸気側ウォータジャケットと
排気側ウォータジャケットとを、少なくともそれらの一
部が隔壁を隔てて上下に重なり合うように構成し、か
つ、その隔壁に、シリンダヘッドにボルト穴を加工する
際に一緒に連通路を設けることとすれば、比較的容易に
所望の冷却水通路を形成することが可能である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
如く吸気側ウォータジャケットと排気側ウォータジャケ
ットとを連通する連通路をシリンダヘッドのボルト穴と
一緒に形成する構造によれば、連通路の径はボルト穴の
径に拘束されるため、さほど大きくすることはできな
い。

【０００９】このため、吸気側ウォータジャケットと排
気側ウォータジャケットとの間には、比較的大きな流通
抵抗が生じることになり、両者間に多量の循環量が要求
される場合、その循環量を確保するのが困難な事態が生
ずる。本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであ
り、ボルト穴と同時に連通路を形成する手法を用いて、
連通路に大きな開口面積を確保し得る構成とすること
で、上記の課題を解決するシリンダヘッドの冷却水通路
構造を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的は、排気ポー
ト側ウォータジャケットと、吸気ポート側ウォータジャ
ケットとが、少なくとも一部において隔壁を隔てて上下
に重なり合うように設けられると共に、前記排気ポート
側ウォータジャケットと、前記吸気ポート側ウォータジ
ャケットとが重なり合う部位の上方に穴加工が施される
シリンダヘッドの冷却水通路構造であって、前記隔壁
が、前記穴加工によって形成される穴の軸線方向を接線
方向とする鉛直部を有し、かつ、前記穴を用いて、前記
鉛直部を高さ方向から貫いて前記排気ポート側ウォータ
ジャケットと、吸気ポート側ウォータジャケットとを連
通する連通路を形成したシリンダヘッドの冷却水構造に
より達成される。

【００１１】

【作用】本発明に係るにおいて、前記排気ポート側ウォ
ータジャケットと、前記吸気ポート側ウォータジャケッ
トは、両者を隔絶する前記隔壁に設けられた前記連通路
を介して連通される。ここで、前記隔壁は、シリンダヘ
ッドの上方に設けられる前記穴の軸線方向を接線方向と
する領域、すなわち前記鉛直部を有しており、前記連通
路は、該鉛直部を高さ方向から貫いて形成されている。
従って、前記隔壁には、前記連通路の加工に用いられる
ドリル等の径を幅とし、また、前記鉛直部の高さを高さ
とする連通路が形成されることになる。

【００１２】この場合、前記連通路の加工に用いられる
ドリル等の径が前記穴の径に拘束されることから、前記
連通路の幅については制限が課されるものの、前記鉛直
部の高さについては何ら制限がなく、その高さを十分に
確保することで、前記連通路に十分な開口面積を付与す
ることが可能となる。

【００１３】

【実施例】図１は、本発明の一実施例であるシリンダヘ
ッドの冷却水通路の要部構成を表す図を示す。また、図
２は、内部に本実施例の冷却水通路が形成されたシリン
ダヘッド１０の斜視図を示す。ここで、本実施例のシリ
ンダヘッド１０は、４気筒１６バルブＤＯＨＣ（ダブル
オーバーヘッドカムシャフト）式の内燃機関に適用する
ことを前提として構成されてものであり、各気筒毎に２
本づつ吸気ポート１２_-1ａ，１２_-1ｂ〜１２_-4ａ，１２
_-4ｂ（以下、総称する場合には、単に吸気ポート１２と
記す）、及び排気ポート（図示せず）を備えている。

【００１４】また、各吸気ポート１２、及び排気ポート
には、それぞれ吸気バルブ、又は排気バルブ（共に図示
せず）を配設する必要があり、シリンダヘッド１０に
は、各気筒毎に吸気バルブ配設用の開口部１４_-1ａ，１
４_-1ｂ〜１４_-4ａ，１４_-4ｂ、及び排気バルブ配設用の
開口部１６_-1ａ，１６_-1ｂ〜１６_-4ａ，１６_-4ｂが設け
られている。

【００１５】ここで、シリンダヘッド１０の前面（図２
中にＦｒで示す側の面）及び後面（図２中にＲｒで示す
側の面）の上部に設けられた軸受け１８ａ，１８ｂ、２
０ａ，２０ｂは、それぞれ吸気バルブ駆動用のカムシャ
フト、又は排気バルブ駆動用のカムシャフト（共に図示
せず）を把持するための軸受である。すなわち、吸気ポ
ート１２、及び排気ポートは、それぞれ上記軸受１８
ａ，１８ｂ、又は２０ａ，２０ｂに把持されるカムシャ
フトが回転し、それに伴って吸気弁、及び排気弁が上下
動することにより適宜開閉される。

【００１６】シリンダヘッド１０の内部には、上述した
吸気ポート１２、及び排気ポートと共に、主に吸気ポー
ト１２の周辺を冷却すべく冷却水を導く吸気側ウォータ
ジャケット２２と、主に排気ポートの周辺を冷却すべく
冷却水を導く排気側ウォータジャケット２４とが形成さ
れている。ここで、吸気ポート１２の形状は、吸入空気
の流れに直接影響し、従って、その形状は内燃機関の吸
気効率や燃焼効率に大きな影響を与える。このため、吸
気側ウォータジャケット２２は、吸気ポート１２に影響
しない位置及び形状に形成する必要があり、本実施例に
おいては、図２中に破線で示す如く、吸気ポート１２の
下側にシリンダヘッド１０の長手方向に延びる形状で、
吸気側ウォータジャケット２２を設けている。

【００１７】一方、排気ポートの形状にはさほど制約が
課されないため、排気側ウォータジャケット２４には、
設計上比較的大きな自由度が与えられる。このため、本
実施例においては、図２中に破線で示す如く、排気ポー
トの周辺のみならず、各気筒の吸気ポート１２ａ，１２
ｂ間まで延在する形状で、排気側ウォータジャケット２
４を設けている。

【００１８】ところで、上記の如くシリンダヘッド１０
内に形成した吸気側ウォータジャケット２２、及び排気
側ウォータジャケット２４に、冷却水を循環させるため
には、これらのウォータジャケットを、ウォータアウト
レット２６、及びウォータインレット（図２においてウ
ォータアウトレット２６の対角部に存在、図示せず）に
連通する必要がある。

【００１９】これに対して、シリンダヘッド１０には、
図２に示す各要素に加え、シリンダヘッド１０をシリン
ダブロックに固定するためのボルトボスが、その外縁部
に複数設けられており、吸気側ウォータジャケット２２
は、鋳造成形後において、その端部が袋小路状態とされ
ている。つまり、シリンダヘッド１０は、排気側ウォー
タジャケット２４とウォータインレット、及び排気側ウ
ォータジャケット２４とウォータアウトレット２６との
連通は鋳造時に確保し得るが、吸気側ウォータジャケッ
ト２２とウォータインレット、及び吸気側ウォータジャ
ケット２２とウォータアウトレット２６との連通は、鋳
造によっては確保できない構成とされている。

【００２０】このため、本実施例においては、先ず鋳造
によりシリンダヘッド１０の主要部を成形し、次いで機
械加工による穴加工を施すことにより、吸気側ウォータ
ジャケット２２と排気側ウォータジャケット２４とを連
通して所望の冷却水通路を形成することとしている。こ
こで、本実施例は、その穴加工を行う工程と他のボルト
穴を加工する工程とを共通化すると共に、その穴加工に
よって開口面積の広い連通路を形成する点に特徴を有し
ている。以下、図１を参照して、本実施例の特徴部につ
いて説明する。

【００２１】図１は、上述の如くシリンダヘッドに形成
された冷却水通路の要部構成を表したものである。ここ
で、図１（Ｃ）は、図２中におけるＩ-c矢視図に相当
し、また、図１（Ａ），（Ｂ）は、それぞれ図１（Ｃ）
中におけるＡ矢視図、及びＢ矢視図に相当する。すなわ
ち、図１（Ｃ）は、吸気ポート１２ａと１２ｂとの間で
シリンダヘッド１０を切断した際の断面図である。上記
の如く、排気側ウォータジャケット２４は、吸気ポート
１２ａ，１２ｂの間に延在しているため、かかる断面図
中に現れることになる。

【００２２】ここで、吸気側ウォータジャケット２２と
排気側ウォータジャケット２４とは、同図に示す如く、
隔壁２８を介して上下に重なり合った状態に形成されて
いる。特に、本実施例においては、隔壁２８に、鉛直方
向を接線方向とする鉛直部２８ａが含まれるように、吸
気側ウォータジャケット２２、及び排気側ウォータジャ
ケット２４を形成している。

【００２３】図１（Ａ）は、上記の如く図１（Ｃ）中に
おけるＡ矢視図であり、吸気側ウォータジャケット２２
の上方、かつ排気側ウォータジャケット２４が含まれる
面でシリンダヘッド１０を切断した際の断面図である。
従って、同図には、吸気側ウォータジャケット２２は現
れず、排気側ウォータジャケット２４だけが現れてい
る。

【００２４】同図に示す如く、本実施例において冷却水
通路を形成する排気側ウォータジャケット２４は、吸気
ポート１２ａ，１２ｂに干渉しない範囲で、可能な限り
吸気ポート１２ａ，１２ｂ周辺に長く延在されている。
また、図１（Ｂ）は、上記の如く図１（Ｃ）中における
Ｂ矢視図であり、排気側ウォータジャケット２４の下
方、かつ吸気側ウォータジャケット２２が含まれる面で
シリンダヘッド１０を切断した際の断面図である。従っ
て、同図には、排気側ウォータジャケット２４は現れ
ず、吸気側ウォータジャケット２２だけが現れている。

【００２５】尚、上記図（Ａ），（Ｂ）において、破線
で示す円形の輪郭３０は、シリンダヘッド１０の下面に
形成されるペントルーフの輪郭である。また、吸気ポー
ト１２ａ，１２ｂは、断面下方に存在する部位を破線
で、断面に現れる輪郭を実線で、また、断面上方に存在
する仮想部を一点鎖線で表している。ところで、図３
は、本実施例のシリンダヘッド１０の上方に、吸気バル
ブ、または排気バルブを駆動するカムシャフト３２，３
４を配設し、輪郭３０の中央、すなわちシリンダヘッド
１０の下方に形成される燃焼室の中央に、燃料噴射用ノ
ズルを配設し、更にカムシャフト３２を跨いだ状態でノ
ズル３８を押圧するノズルクランプ３６をボルト４０を
用いてシリンダヘッド１０に固定した状態を表したもの
である。

【００２６】すなわち、本実施例のシリンダヘッド１０
は、シリンダヘッド１０の上面にノズルクランプ３２が
ボルト固定された状態で用いられる部材であり、その上
面には、元来ボルト穴を設けることが必要である。これ
に対して、本実施例においては、上記図１（Ｃ）に示す
如く、ボルト穴４２が、吸気側ウォータジャケット２２
と排気側ウォータジャケット２４とを隔絶する隔壁２８
の鉛直部２８ａの上部に位置し、かつボルト穴４２の軸
線が、鉛直部２８ａの接線方向と一致するように、各部
の諸元を決定している。

【００２７】このため、ドリル等の工具（以下、単にド
リルと称す）を用いてボルト穴４２を加工する際に、ボ
ルト穴４２が貫通した後更にドリルを進行させれば、鉛
直部２８ａがその高さ方向から貫かれ、図１（Ｃ）に示
す如く吸気側ウォータジャケット２２と排気側ウォータ
ジャケット２４とを連通する連通路４４が形成されるこ
とになる。

【００２８】この場合、連通路４４を上面視で見ればそ
の開口形状は、図１（Ａ）に示す如く、連通路４４を形
成するために用いたドリルの径、すなわち、ボルト穴４
２の径に拘束された円形状であるが、実際には、ドリル
径をｄ、鉛直部２８ａの高さをｈとすれば、Ｓ＝ｄ×ｈ
なる開口面積Ｓを有する連通路４４が隔壁２８に形成さ
れた状態となる。

【００２９】従って、ドリル径ｄが制限されても、鉛直
部２８ａの高さｈを十分に確保すれば、吸気側ウォータ
ジャケット２２と排気側ウォータジャケット２４との間
に、十分に開口面積の大きな連通路４４が形成できるこ
とになる。つまり、シリンダヘッド１０に本実施例の冷
却水通路を形成する場合、ボルト穴４２の加工工程で、
ボルト穴４２の延長線上に存在する隔壁２８の鉛直部２
８ａに穴加工を施すだけで、吸気側ウォータジャケット
２２の袋小路状態を解除することができ、極めて簡単
に、吸気ポート１２周辺に高い冷却能力を確保すること
が可能である。

【００３０】また、本実施例においては、各気筒が備え
る２本の吸気ポート１２_-1ａ〜１２ _-4ａ、１２_-1ｂ〜１
２_-4ｂの間に、それぞれ排気側ウォータジャケット２４
が延在するように設けられていることから、それらの冷
却能力も相まって、吸気ポート１２周辺に、特に優れた
冷却能力を確保することができる。尚、上記の如くボル
ト穴４２を貫通して設けた場合、ボルト穴４２からの漏
水を防止する必要がある。このため、本実施例において
は、図１（Ｃ）に示す如く、ボルト穴４２にボール弁４
６を圧入することとしている。

【００３１】ところで、上記実施例は、連通路４４を、
ボルト穴４２を加工する際に一緒に形成する構成として
いるが、これに限るものではなく、ボルト穴４２を形成
した後、改めて、ボルト穴４２からドリル等を挿入して
連通路４４を形成することも可能である。また、図１
（Ｃ）に示す構成は、ボルト穴４２の軸線方向、及び鉛
直部２８ａの接線方向が、共に垂直方向とした状態を示
しているが、ボルト穴４２の軸線方向と鉛直部２８ａの
接線方向との関係は、それらが互いに同一であれば足
り、必ずしも垂直方向を向いている必要はない。

【００３２】

【発明の効果】上述の如く、本発明によれば、シリンダ
ヘッドの上部に穴加工を施すことにより形成された穴か
らドリル等を挿入してシリンダヘッドの内部で穴加工を
行うことで、吸気側ウォータジャケットと排気側ウォー
タジャケットとを隔絶する隔壁に、十分な開口面積を有
する連通路を形成することができる。

【００３３】従って、本発明に係るシリンダヘッドの冷
却水通路構造によれば、吸気側ウォータジャケットと排
気側ウォータジャケットとの間に生ずる流通抵抗を十分
に小さくすることができ、構造上の制約等から吸気側ウ
ォータジャケットが袋小路とならざるを得ない場合にお
いても、吸気ポート周辺において高い冷却能力を確保す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（Ａ）は吸気側ウォータジャケットの上
方、かつ排気側ウォータジャケットが含まれる面でシリ
ンダヘッドを切断した際の断面図である。図１（Ｂ）は
排気側ウォータジャケットの下方、かつ吸気側ウォータ
ジャケットが含まれる面でシリンダヘッド１０を切断し
た際の断面図である。図１（Ｃ）は吸気ポート間でシリ
ンダヘッドを切断した際の断面図である。

【図２】本実施例の冷却水通路が内部に形成されたシリ
ンダヘッドの斜視図である。

【図３】部品を組み付けた状態における本実施例のシリ
ンダヘッドの一部の平面図である。

【符号の説明】 １０ シリンダヘッド １２，１２_-1ａ〜１２_-4ａ，１２_-1ｂ〜１２_-4ｂ 吸気
ポート ２２ 吸気側ウォータジャケット ２４ 排気側ウォータジャケット ２６ ウォータアウトレット ２８ 隔壁 ２８ａ 鉛直部 ３６ ノズルクランプ ４０ ボルト ４４ 連通路

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F01P 3/02 F02F 1/00 - 1/40

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 排気ポート側ウォータジャケットと、吸
   気ポート側ウォータジャケットとが、少なくとも一部に
   おいて隔壁を隔てて上下に重なり合うように設けられる
   と共に、前記排気ポート側ウォータジャケットと、前記
   吸気ポート側ウォータジャケットとが重なり合う部位の
   上方に穴加工が施されるシリンダヘッドの冷却水通路構
   造であって、 前記隔壁が、前記穴加工によって形成される穴の軸線方
   向を接線方向とする鉛直部を有し、かつ、前記穴を用い
   て、前記鉛直部を高さ方向から貫いて前記排気ポート側
   ウォータジャケットと、吸気ポート側ウォータジャケッ
   トとを連通する連通路を形成したことを特徴とするシリ
   ンダヘッドの冷却水構造。