JP4211405B2 - エンジンの冷却構造 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、エンジンの冷却装置、特に、水冷式エンジンのシリンダヘッドに軸線方向に沿って形成された冷却水通路を有する冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の水冷式内燃機関の冷却装置においては、エンジン本体であるシリンダブロックやシリンダヘッド内にウォータージャケットを形成し、これらウォータージャケットにウォーターポンプを用いて冷却水を循環させ、更に、ウォータージャケットの冷却水出口と冷却水入り口の間を連結する外部の循環路にラジエータを配備して冷却水の冷却を行なっている。
【０００３】
ところで、エンジン本体の一部を成すシリンダヘッドは、その低壁がシリンダブロック側のシリンダライナーの上方開口を閉鎖することで、燃焼室を形成することより、この燃焼室対向部は高温化し易く、この部位を効果的に冷却することが必要である。そこで、シリンダヘッド側のウォータージャケットは燃焼室対向部と対向するように配設され、冷却水で燃焼室対向部を積極的に冷却するようにしている。
【０００４】
特に、 燃焼室対向部には点火プラグの取り付けボス部、吸排気弁の弁座、およびそれより延出する吸排気ポートが一体的に鋳造されており、これらとの干渉を避けたうえで、ウォータージャケットが形成されることとなり、冷却水の流路であるウォータージャケットの形状は比較的複雑な形状を成す。
【０００５】
例えば、直列複数気筒のシリンダヘッドの場合、その軸線方向に沿って吸排気ポートが順次配備され、それら吸排気ポートの中間部に点火プラグの取り付け筒状部が配備されており、冷却水の流路には多数の突状部材が突設され、冷却水の流れを規制することとなる。
特に、図６に示すように、１気筒の動弁系が吸気２弁排気２弁式であるとすると、シリンダヘッドにはその軸線方向Ｘに沿って吸気ポート１１０、排気ポート１２０が１対づつ並列状に配備され、それら４つの吸排気ポート１１０、１２０の中央に点火プラグの取り付け筒部１３０が配備される。
【０００６】
このようなレイアウトの場合、各突起部材との干渉を避けて設けられるウォータージャケット１４０はシリンダヘッド中央部をその軸線方向Ｘに直列状に延びる中央流路ｎ１と吸排気ポートの下側に位置する吸排側流路ｎ２とからなる。ここで、中央流路ｎ１は点火プラグ用の取り付け筒部１３０が突出するものの比較的冷却水の流動量を確保して軸線方向Ｘに流すことができる。更に、中央流路ｎ１を挟んで左右に位置する吸排側流路ｎ２は比較的流路断面が狭くなるが、中央流路と同様に、軸線方向Ｘに略直列状に延びることより、冷却水の流動量を所定量確保して軸線方向Ｘに流すことができる。
【０００７】
これらに対し、軸線方向Ｘに沿って１対づつ並列状に配備される給気ポート１１０や排気ポート１２０のポート間の隙間１６０には、中央流路ｎ１と吸排気側流路ｎ２とを連通する連通路が形成されて、吸排気側ｎ２を流通した冷却水がポート間の隙間１６０を通って中央流路ｎ１へ合流されるように構成されている。しかし、中央流路ｎ１の冷却水の流れが強いと、この中央流路ｎ１の冷却水の流れが連通路での冷却水の流動を抑えるように影響を与えてしまい、ポート間の隙間１６０に冷却水が滞留して、ポート間の冷却が良好に行なえない。
【０００８】
そこで、ポート間の冷却水の滞留を排除する上で、例えば、シリンダヘッドのウォータージャケットにおける冷却水の流量を十分に確保したり、あるいは、燃焼室対向部のポート間部位の触火面温度の上昇を抑制すべく、シリンダヘッドの軸線方向の縦流れの強化を図ることが行なわれている。
【０００９】
なお、実公平７−３４１９７号公報（特許文献１）には強制空冷式シリンダヘッドが開示され、ここには冷却風入口側通路からの冷却風を、排気ポートの上流側に突出し形成された突起部で左右に分割し、左右の冷却風出口側通路に冷却風を確実に流下させ、排気ポートやその近傍の液冷室の加熱を防止するという構成が開示されている。
【００１０】
【特許文献１】
実公平７−３４１９７号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、シリンダヘッドの下壁の燃焼室対向部は高温化する傾向にあり、このうち、冷却水の流動方向における吸排気ポートの下流部位、特に、ポート間隙間には冷却水が滞留する傾向が高い。従来、この冷却水滞留排除のため、シリンダヘッドの軸線方向の縦流れの強化を図っていたが、十分な滞留防止機能が得られず、ポンプ吐出量の増加を招くこともあった。更に、特許文献１に開示される様に、冷却媒体を冷却目標部位側に分岐して流入させる等の対策が成された場合、本来、十分な流量を保持していた主要流路の流量が減ることとなり、この場合、次の様な問題がある。
【００１２】
即ち、主要流路上には点火プラグ用筒部等が突出し、そのボス部は比較高温化し易く、また、そのボス部の近傍には吸排気弁の弁座の中央対向壁側が位置する。このため、これら部位の触火面温度を気筒間格差を排除するように十分に冷却する必要があり、主要流路の冷却水量を低減することは好ましくないという要請がある。
【００１３】
本発明は、以上のような課題に基づきなされたもので、シリンダヘッドのウォータージャケット内の主要流路の流量を低減させることなく、吸排気ポートのポート間隙間に冷却水を流し、ポート間隙間と対向する燃焼室対向部の触火面温度の過度な上昇を防止するようにしたエンジンの冷却構造を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、請求項１の発明は、クランク軸と平行な軸線を挟んで一方に同軸線方向に２つ吸気弁が並設され他方に同軸線方向に２つ排気弁が並設されるとともに、各気筒の燃焼室対向部の中央である気筒中心部に中心壁部が形成されるエンジンであって、上記エンジンのシリンダヘッドは、上記吸気弁及び排気弁を介して燃焼室とシリンダヘッド外とを連通する吸気ポート及び排気ポートをそれぞれ形成するポート壁部を有し、上記シリンダヘッド内に形成されて、冷却水を上記軸線方向に流通させる冷却水路エンジンの冷却構造において、上記冷却水路は、上記軸線上で上記冷却水を軸線方向一端側から他端側へ流通させると共に上記燃焼室対向部の中央部と上記吸排気ポートの中央側ポート壁部と上記中心壁部とに沿って上記冷却水を軸線方向一端側から他端側へ流通させる中央水路と、上記ポート壁部の下方で上記中央水路の左右端側に並列状に形成され上記冷却水を上記軸線方向一端側から上記他端側へ流通させる吸排気側水路と、上記軸線方向に並設される２つの吸気弁間あるいは２つの排気弁間を通って上記中央水路と上記吸排気側水路とを連通する連通路とを有し、上記ポート壁部のうち上記軸線方向一端側に位置するポート壁部は、上記軸方向他端側の壁面に、上記軸方向他端側に向かって突出すると共に上記中心壁部の形状に沿うように突出部が形成されていることを特徴とする。
【００１５】
このように、吸気弁又は上記排気弁、即ち、吸排気ポートの少なくとも一方が軸線方向に２つ並設され、冷却水が軸線方向に流通されているもので、吸排気ポートの少なくとも一方の上流側のポート壁部より他方の下流側のポート壁部の壁面に向かって突出部が突出形成されることより、中央水路を流通する冷却水の一部がポート間の隙間に流れ込んで連通路の冷却水の流動に影響を与えることが抑制されて、この下流側のポート壁部の壁面と突出部の先端部との隙間の冷却水が、中央水路を軸線方向に流動する冷却水の流速による吸い込み作用を受け、中央水路側に吸い込み流動し、ポート間隙間に冷却水の流を生成でき、ポート間、即ち、弁間隙間の冷却を確実に促進でき、この際、中央水路側の流量に大きな変動を来すことも無い。
【００１６】
更に、気筒中心部の中心壁部に対して突出部の対向壁面である軸線側側面が中心壁部の形状に沿うように形成されるので、中央水路における冷却水の流動に大きな影響を与えることが無い。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１乃至４に示すエンジンの冷却装置は、図示しない車両のエンジン１に搭載され、エンジン本体を強制水冷する。このエンジン１はシリンダブロック２の上下にシリンダヘッド３、オイルパン４を一体結合してエンジン本体を構成し、エンジン本体の前方にラジエータ５を配置し、シリンダブロック２にウォーターポンプ８を一体的に取り付ける。
シリンダブロック２は、図３、４に示すように、４つのシリンダライナ１１をその軸線Ｌｓを縦向きにした状態でシリンダブロック２の長手方向に順次直列状に配備している。
【００１８】
シリンダブロック２はその下部に不図示のクランク軸を配備している。図１、図２にはこの不図示のクランク軸と平行な軸線Ｌ０をシリンダブロック２の上側のシリンダヘッド３とともに開示した。
このシリンダヘッド３の平面視において、クランク軸と平行な軸線Ｌ０を挟んで一方（図１、２で上側）に不図示の吸気弁に開閉される１対の吸気ポート２２が配置され、他方（図１、２で下側）に不図示の排気弁に開閉される排気ポート２３が配置される。
【００１９】
なお、シリンダブロック２は外壁９と４つのシリンダライナ１１との間に環状にシリンダブロック側ウォータジャケット１２（以後単に下ジャケットと記す）を形成している。下ジャケット１２の上壁１３には複数の冷却水導入穴１４が形成され、前端側の外壁９に排出口１５が形成される。なお、場合により、上壁１３はシリンダブロック２に形成されることなく、冷却水導入穴１４はガスケット１６によって配置された構成を採っても良い。
【００２０】
この下ジャケット１２は冷却水回路Ａに接続されている。排出口１５は下パイプ７を介しラジエータ５に連通する。
図３に示すように、シリンダヘッド３はシリンダブロック２の上壁１３にガスケット１６を介して重ねられる下壁１７を有し、その周縁より縦向きに延出する環状の外壁１８と、外壁１８の上端側に一体結合するヘッド上壁１９とを備える。シリンダヘッド３の下壁１７はシリンダブロック２側の各シリンダライナ１１に対向する燃焼室Ｃと対向する燃焼室対向部Ｂが上向き凸状に形成される。
【００２１】
シリンダヘッド３の下壁１７の上には不図示の動弁系、点火系の部材と干渉しない状態でシリンダヘッド側ウォータージャケット２１（以後単に上ジャケットと記す）が形成され、同上ジャケット２１は冷却水回路Ａに接続されている。 図２に示すように、シリンダヘッド３の下壁１７はクランク軸と平行な軸線Ｌ０の方向である軸線方向Ｘに、各シリンダライナ１１と対向する燃焼室対向部Ｂを順次配設している。
【００２２】
各燃焼室対向部Ｂには各１対の吸気ポート２２及び排気ポート２３の基端側が一体的に取り付けられ、それらの中央である気筒中心部に不図示の点火プラグを嵌着するための筒部材２６を嵌着する中心壁部２４が形成される。
ここで、図３に示すように、各吸排気ポート２２、２３の基端の内側下面には不図示の各吸排気弁が接離する環状弁座２２１、２３１が形成され、これら各環状弁座２２１、２３１の近傍の下向き面が触火面ｆを形成する。各吸排気ポート２２、２３は略筒状のポート壁部で形成され、同ポート壁部は湾曲した上でその延出端が外壁１８に一体的に結合されるよう形成され、その連結部外側には不図示の吸排多岐管が連結される。ここで、湾曲した各ポート壁部はその下方である下向き面ｄｆの下側に後述の第２水路としての吸排気側水路ｒ２、ｒ３を配置している。
【００２３】
更に、図３に示すように、各燃焼室対向部Ｂに対して所定量上方側に離れてジャケット上壁２０が配備され、このジャケット上壁２０は吸排気ポート２２、２３および中心壁部２４との当接部位で相互に一体的に結合されるように鋳造されている。
このため、シリンダヘッドの下壁１７とジャケット上壁２０間に、上ジャケット２１を形成しており、ジャケット上壁２０とヘッド上壁１９との間の空間に不図示の動弁系や点火プラグ用筒部材２６の上部が収容されている。
【００２４】
ここで、シリンダヘッド３の下壁１７とジャケット上壁２０間の上ジャケット２１にはクランク軸と平行な軸線Ｌ０の方向である軸線方向Ｘに向けて、中央水路ｒ１と、その左右端側の吸排気側水路ｒ２、ｒ３とが並列状に形成される。 この内、上ジャケット２１の中央水路ｒ１は燃焼室対向部Ｂの中央部と、吸排気ポートの中央側壁部と、中心壁部２４とに沿って順次冷却水を流下させる水路であり、比較的流路抵抗が小さく、比較大きな流量を確保でき、冷却水速度を大きく確保できる。
【００２５】
吸排気側水路ｒ２、ｒ３は燃焼室対向部Ｂの側部と、吸排気ポート２２、２３の下向き面ｄｆと、縦向きの外壁１８とに沿って順次冷却水を流下させる水路であり、比較的流路断面積が小さいが、冷却水速度を比較的大きく確保できる。 図１に示すように、吸排気ポート２２、２３はそれぞれ、上ジャケット２１内において、その中央側壁部が軸線方向Ｘである中央水路ｒ１の軸線方向Ｘに沿って上流側と下流側とに並列に順次配備されている。
【００２６】
ここで、上流排気ポート２３ｕと下流排気ポート２３ｄは対向壁面間に隙間ｅを有し、同隙間ｅは中央水路ｒ１、排気側流路ｒ３に連通する。同様に、上流吸気ポート２２ｕと下流吸気ポート２２ｄは対向壁面間に隙間ｅを有し、同隙間ｅは中央水路ｒ１、吸気側流路ｒ２に連通する。
ここで、上流排気ポート２３ｕと上流吸気ポート２２ｕとの各中央側壁部の近傍で軸線方向Ｘで他端側ポート（下流排気ポート２２ｄ、下流排気ポート２３ｄ）の壁面に向かって突出部２７がそれぞれ突出形成される。
【００２７】
各突出部２７は縦向き片状体で上流排気、吸気ポート２３ｕ、２２ｕの各中央側壁部との結合部において比較的肉厚状態を確保し、突出し端に向けてその肉厚を薄厚化して形成される。特に、各先端部分は下流排気ポート２３ｄと下流吸気ポート２２ｄの各中央側壁部に対して所定幅を保って対向するように形成され、同部に吸い出し口ｍが形成される。
【００２８】
ここで、上流排気ポート２３ｕと上流吸気ポート２２ｕの各突出部２７は各軸線側側面である中央縦面ｆａが中央水路ｒ１の冷却水の流線に沿う形状に形成され、各隙間縦面ｆｂが下流排気ポート２３ｄ或いは下流吸気ポート２２ｄの各対向壁面ｆ１に沿う形状に形成される。
ここで、各突出部２７の軸線側側面である中央縦面ｆａは中央水路ｒ１の流線に沿うと共に、燃焼室対向部Ｂの中心壁部２４の形状に沿うように形成されるので、同部によってこの部位を通過する冷却水に流動抵抗を与え、流量に大きな影響を与えるということを確実に防止できる。
【００２９】
さらに、各突出部２７の各隙間縦面ｆｂは下流排気ポート２３ｄ或いは下流吸気ポート２２ｄの各対向壁面に所定間隔を保って沿う形状に形成される。ここで、各隙間縦面ｆｂは吸気側流路ｒ２、排気側流路ｒ３の冷却水を吸い出し口ｍに容易に導くことが可能な吸い出し路ｒｓとしての形状を採る。
ここで、各吸い出し口ｍは中央水路ｒ１と対向し、特に、冷却水の流線に対し鋭角状を保つように形成される。このため、中央水路ｒ１に所定量以上の流速の冷却水が流れると、中央水路ｒ１の冷却水流れに吸い出し路ｒｓの冷却水が吸い出し口ｍより吸い出され、噴流ポンプ機能を発揮できる。
【００３０】
このような構成のエンジン冷却装置の作動を説明する。
エンジン１の駆動と共にウォーターポンプ８が駆動し、主パイプ３４から吸入した冷却水を上ジャケット２１に吐出する。
この場合、エンジン１が冷態時にあると、上ジャケット２１の出口側のサーモスタット１０はラジエータ側の第１入口３１を閉じ、上ジャケット２１側の第２入口３２を開き、上ジャケット２１の冷却水を出口３３、主パイプ３４、ウォーターポンプ８と暖気サイクルＲ１で流し、暖気促進が図られる。
【００３１】
冷却水の温度が所定の高温域に達すると、サーモスタット１０は第２入口３２を閉じ、第１入口３１を開き、主パイプ３４にラジエータ側の冷却水を流す。 即ち、冷却水の温度が所定の高温域にあると、上ジャケット２１の冷却水は複数の冷却水導入穴１４よりシリンダ列回りの下ジャケット１２に流入し、シリンダ列の冷却の後、外壁９の排出口１５に達する。排出口１５の冷却水は下パイプ７、ラジエータ５を経て、サーモスタット１０の第２入口３１、主パイプ３４、ウォーターポンプ８へと流動し、冷却サイクルＲ２に沿って冷却水を流する。
【００３２】
このようにエンジン１の上下ジャケット２１、１２に冷却水が流動するにあたり、特に、上ジャケット２１には常に軸線方向Ｘに冷却水が流動し、即ち、中央水路ｒ１および吸排気側水路ｒ２、ｒ３に沿って冷却水が流動する。
【００３３】
このような上ジャケット２１内に複数配備される給排気ポートのうちの各上流排気ポート２３ｕと上流吸気ポート２２ｕには突出部２７がそれぞれ形成され、これにより吸い出し口ｍおよび吸い出し路ｒｓが形成されている。このため、軸線方向である中央水路ｒ１に所定量の流速で冷却水が流動すると、吸い出し口ｍの働きで、噴流ポンプの吸い込み作用が働き、吸気側流路ｒ２、排気側流路ｒ３の冷却水をポート間の吸い出し路ｒｓより吸い出し口ｍを介し、要部流路である中央水路ｒ１側に吸い出しでき、ポート間隙間に冷却水の流を生成できる。また、この突出部２７によって、中央水路ｒ１を流通する冷却水の一部がポート間の隙間に流れ込むのを防止でき、中央水路ｒ１を流動する冷却水が吸い出し路ｒｓでの冷却水の流動に悪影響を与えることはない。この際、不図示の各吸排気弁が接離する環状弁座２２１、２３１等の近傍の触火面ｆで生じる熱を吸い出し路ｒｓを流動する冷却水により確実に冷却でき、ポート間、即ち、弁間隙間の冷却を確実に促進でき、信頼性向上と抗ノック性の向上を図れ、この際、要部流路である中央水路ｒ１側の流量に大きな変動を来すことも無い。
【００３４】
上述のところにおいて、燃焼室対向部Ｂの中央には点火プラグ用の中心壁部２４が形成されていたが、これに代えて燃料噴射弁用の中心壁部が形成されるように形成されていても良く、この場合も図１のエンジンの冷却構造と同様の作用効果が得られる。
上述のところにおいて、図１のエンジンの冷却構造では、上ジャケット２１内に複数配備される各上流排気ポート２３ｕと上流吸気ポート２２ｕに突出部２７がそれぞれ形成されていたが、場合により、触火面温度が特に上昇し易い上流排気ポート２３ｕ側にのみ突起部２７を設け、構成の簡素化を図っても良い。
【００３５】
【発明の効果】
以上のように、請求項１の発明は、吸気弁又は上記排気弁、即ち、吸排気ポートの少なくとも一方が軸線方向に２つ並設され、冷却水が軸線方向に流通されているもので、吸排気ポートの少なくとも一方の上流側のポート壁部より他方の下流側のポート壁部の壁面に向かって突出部が突出形成されることより、この下流側のポート壁部の壁面と突出部の先端部との隙間の冷却水が、吸排気弁間の要部流路を軸線方向に流動する冷却水の流速による吸い込み作用を受け、要部流路側に吸い込み流動し、ポート間隙間に冷却水の流を生成でき、ポート間、即ち、弁間隙間の冷却を確実に促進でき、この際、 要部流路の流量に大きな変動を来すことも無い。
【００３６】
請求項２の発明は、気筒中心部の中心壁部に対して突出部の対向壁面である軸線側側面が中心壁部の形状に沿うように形成されるので、同部の冷却水流量に大きな影響を与えることが無い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例としてのエンジンの冷却構造を適用したエンジンのシリンダヘッドよりジャケット上壁を排除した状態での要部切欠平面図である。
【図２】図１のシリンダヘッドよりジャケット上壁を排除した状態でのシリンダヘッドの全体平面図である。
【図３】図１のシリンダヘッドおよびシリンダブロックの要部切欠断面図である。
【図４】図１のシリンダヘッドを備えたエンジンの全体概略側面図である。
【図５】図１のシリンダヘッドよりジャケット上壁を排除した状態での斜視図であり、（ａ）は流路上流側よりの要部切欠概略斜視図、（ｂ）は流路下流側よりの要部切欠概略斜視図である。
【図６】従来のエンジンの冷却構造を備えたシリンダヘッドよりジャケット上壁を排除した状態での要部切欠平面図である。
【符号の説明】
１ エンジン
３ シリンダヘッド
２０ ジャケット上壁
２１ 上ジャケット
２２ 吸気ポート
２３ 排気ポート
２７ 突出部
Ｌ０ 中心線（クランク軸と平行な軸線）
Ｘ 軸線方向（クランク軸線方向）
ｃ 燃焼室
ｍ 吸い出し口
ｒ１ 中央水路（第１水路）
ｒ２、ｒ３ 吸排気側水路（第２水路）
ｒｓ 吸い出し路（連通路）

Claims (1)

1. クランク軸と平行な軸線を挟んで一方に同軸線方向に２つ吸気弁が並設され他方に同軸線方向に２つ排気弁が並設されるとともに、各気筒の燃焼室対向部の中央である気筒中心部に中心壁部が形成されるエンジンであって、上記エンジンのシリンダヘッドは、上記吸気弁及び排気弁を介して燃焼室とシリンダヘッド外とを連通する吸気ポート及び排気ポートをそれぞれ形成するポート壁部を有し、上記シリンダヘッド内に形成されて、冷却水を上記軸線方向に流通させる冷却水路エンジンの冷却構造において、
   上記冷却水路は、上記軸線上で上記冷却水を軸線方向一端側から他端側へ流通させると共に上記燃焼室対向部の中央部と上記吸排気ポートの中央側ポート壁部と上記中心壁部とに沿って上記冷却水を軸線方向一端側から他端側へ流通させる中央水路と、上記ポート壁部の下方で上記中央水路の左右端側に並列状に形成され上記冷却水を上記軸線方向一端側から上記他端側へ流通させる吸排気側水路と、上記軸線方向に並設される２つの吸気弁間あるいは２つの排気弁間を通って上記中央水路と上記吸排気側水路とを連通する連通路とを有し、
   上記ポート壁部のうち上記軸線方向一端側に位置するポート壁部は、上記軸方向他端側の壁面に、上記軸方向他端側に向かって突出すると共に上記中心壁部の形状に沿うように突出部が形成されていることを特徴とするエンジンの冷却構造。

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