JP4998339B2 - Cooling device for internal combustion engine - Google Patents

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Description

本発明は、複数の燃焼室の排気を集合させる排気マニホールドが一体に形成されたシリンダヘッドを備えた内燃機関の冷却装置に関する。   The present invention relates to a cooling apparatus for an internal combustion engine including a cylinder head integrally formed with an exhaust manifold that collects exhaust gases from a plurality of combustion chambers.

内燃機関の冷却装置として、シリンダブロックから上昇した冷却水をシリンダヘッドにおける排気マニホールドの下部に導く冷却水通路を備えた装置が知られている(特許文献1参照)。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献2が存在する。   As a cooling apparatus for an internal combustion engine, an apparatus including a cooling water passage that guides cooling water rising from a cylinder block to a lower portion of an exhaust manifold in a cylinder head is known (see Patent Document 1). In addition, there is Patent Document 2 as a prior art document related to the present invention.

特開2006−83770号公報JP 2006-83770 A 特開2002−70640号公報JP 2002-70640 A

上述した従来の装置では、シリンダブロックから導かれた冷却水が排気マニホールドの下側の壁面に当たるので、シリンダヘッドの中で最も温度が高い燃焼室の排気ポート側の壁面を充分に冷却できないおそれがある。   In the above-described conventional apparatus, the cooling water guided from the cylinder block hits the lower wall surface of the exhaust manifold, so that the wall surface on the exhaust port side of the combustion chamber having the highest temperature in the cylinder head may not be sufficiently cooled. is there.

そこで、本発明は、燃焼室の排気ポート側の壁面を積極的に冷却させ、内燃機関の冷却効率を向上させることができる冷却装置を提供することが目的である。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a cooling device that can actively cool the wall surface of the combustion chamber on the exhaust port side and improve the cooling efficiency of the internal combustion engine.

本発明の内燃機関の冷却装置は、複数の燃焼室の排気ポートに接続され、各燃焼室の排気を集合させる排気マニホールドが一体に形成されたシリンダヘッドを備えた内燃機関の冷却装置において、前記排気マニホールドの上部の冷却水入口から流入した冷却水が最初に導かれる上部ウォータジャケットと、燃焼室毎に設けられて前記上部ウォータジャケットの冷却水を前記排気マニホールドの壁部に沿って案内しつつ前記燃焼室の前記排気ポート側の壁部上に導く冷却水案内路と、を含む冷却水通路を備え、前記冷却水案内路の出口は、前記燃焼室の前記排気ポート側の壁部上に臨むように開口していることにより、上述した課題を解決する(請求項1)。 An internal combustion engine cooling device according to the present invention is the internal combustion engine cooling device including a cylinder head that is connected to exhaust ports of a plurality of combustion chambers and integrally formed with an exhaust manifold that collects exhaust gas in each combustion chamber. an upper water jacket cooling water flowing from the cooling water inlet at the top of the exhaust manifold is first guided, it is provided for each combustion chamber and guided along the cooling water in the upper water jacket to the wall portion of the front Symbol exhaust manifold A cooling water passage that includes a cooling water guide passage that leads to a wall portion on the exhaust port side of the combustion chamber, and an outlet of the cooling water guide passage is on the wall portion on the exhaust port side of the combustion chamber The above-mentioned problem is solved by opening so that it may face .

本発明の冷却装置によれば、冷却水入口から流入した冷却水が排気マニホールドの壁部に沿って案内されるので、その冷却水を確実に燃焼室の排気ポート側の壁部上に当てることができる。これにより、排気マニホールドを冷却しつつ、燃焼室の排気ポート側の壁面を積極的に冷却することができる。よって、内燃機関の冷却効率を向上させることができる。   According to the cooling device of the present invention, the cooling water flowing from the cooling water inlet is guided along the wall of the exhaust manifold, so that the cooling water is surely applied to the wall on the exhaust port side of the combustion chamber. Can do. Thereby, the wall surface on the exhaust port side of the combustion chamber can be actively cooled while cooling the exhaust manifold. Therefore, the cooling efficiency of the internal combustion engine can be improved.

本発明の冷却装置の一形態において、前記燃焼室の上部には、前記燃焼室内の燃料混合気に点火する点火プラグが設けられ、前記冷却水通路は、前記燃焼室の前記排気ポート側の壁部上の冷却水が前記点火プラグの壁面を経由して前記シリンダヘッドの吸気側に導かれるように延びてもよい(請求項2)。この形態によれば、点火プラグ及びシリンダヘッドの吸気側を冷却することができる。 In one embodiment of the cooling apparatus of the present invention, wherein the upper part of the combustion chamber, wherein is provided a spark plug for igniting the fuel mixture in the combustion chamber, the cooling water passage, the exhaust port side of the wall of the combustion chamber The cooling water on the part may extend so as to be guided to the intake side of the cylinder head via the wall surface of the spark plug. According to this aspect, the spark plug and the intake side of the cylinder head can be cooled.

本発明の冷却装置の一形態において、前記燃焼室の上部には、前記燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁が設けられ、前記冷却水通路は、前記燃焼室の前記排気ポート側の壁部上の冷却水が前記燃料噴射弁の壁面を経由して前記シリンダヘッドの吸気側に導かれるように延びてもよい(請求項3)。この形態によれば、燃料噴射弁及びシリンダヘッドの吸気側を冷却することができる。 In one embodiment of the cooling apparatus of the present invention, the upper part of the combustion chamber, a fuel injection valve for injecting fuel is provided into the combustion chamber, the cooling water passage, the wall portion of the exhaust port side of the combustion chamber The upper cooling water may extend so as to be guided to the intake side of the cylinder head via the wall surface of the fuel injection valve. According to this aspect, the fuel injection valve and the intake side of the cylinder head can be cooled.

本発明の冷却装置の一形態において、前記シリンダヘッドの下部には、複数の気筒を有したシリンダブロックが接続され、前記冷却水通路は、前記シリンダヘッドの吸気側の冷却水が前記気筒の周囲を経由して前記シリンダヘッドにおける前記排気マニホールドの下部に導かれるように延びてもよい(請求項4)。この形態によれば、シリンダブロック及び排気マニホールドを冷却することができる。   In one form of the cooling device of the present invention, a cylinder block having a plurality of cylinders is connected to a lower portion of the cylinder head, and the cooling water passage is configured such that cooling water on the intake side of the cylinder head is surrounded by the cylinder head. And may extend so as to be guided to a lower portion of the exhaust manifold in the cylinder head. According to this embodiment, the cylinder block and the exhaust manifold can be cooled.

以上説明したように、本発明の冷却装置によれば、冷却水入口から流入した冷却水が排気マニホールドの壁部に沿って案内されるので、その冷却水を確実に燃焼室の排気ポート側の壁部上に当てることができる。これにより、排気マニホールドを冷却しつつ、燃焼室の排気ポート側の壁面を積極的に冷却することができる。よって、内燃機関の冷却効率を向上させることができる。   As described above, according to the cooling device of the present invention, the cooling water flowing in from the cooling water inlet is guided along the wall of the exhaust manifold, so that the cooling water is reliably supplied to the exhaust port side of the combustion chamber. Can be placed on the wall. Thereby, the wall surface on the exhaust port side of the combustion chamber can be actively cooled while cooling the exhaust manifold. Therefore, the cooling efficiency of the internal combustion engine can be improved.

図1は、本発明の一形態に係る冷却装置が適用された内燃機関(以下、エンジンと称することがある。)を示している。エンジン1は、一列に並ぶ複数の気筒2が形成されたシリンダブロック3と、シリンダブロック3の上方に接続されるシリンダヘッド4と、シリンダブロック3の下方に接続されるオイルパン5とを備えている。シリンダヘッド4は、シリンダヘッド本体4aとシリンダヘッドカバー4bとを有しており、シリンダヘッド本体4aの上方にシリンダヘッドカバー4bが接続されることにより動弁室6が形成される。各気筒2には、気筒2内部のピストン(不図示)と気筒2の壁面とシリンダヘッド本体4aとによって燃焼室7がそれぞれ形成される。各燃焼室7の天井面と動弁室6の間には、各気筒2の略中心線CL上に位置させた点火プラグ壁面8がそれぞれ設けられている。   FIG. 1 shows an internal combustion engine (hereinafter sometimes referred to as an engine) to which a cooling device according to an embodiment of the present invention is applied. The engine 1 includes a cylinder block 3 in which a plurality of cylinders 2 arranged in a row are formed, a cylinder head 4 connected above the cylinder block 3, and an oil pan 5 connected below the cylinder block 3. Yes. The cylinder head 4 has a cylinder head body 4a and a cylinder head cover 4b, and the valve head chamber 6 is formed by connecting the cylinder head cover 4b above the cylinder head body 4a. In each cylinder 2, a combustion chamber 7 is formed by a piston (not shown) inside the cylinder 2, a wall surface of the cylinder 2, and a cylinder head body 4a. Between the ceiling surface of each combustion chamber 7 and the valve train chamber 6, a spark plug wall surface 8 is provided that is positioned on a substantially center line CL of each cylinder 2.

図2に示すように、各燃焼室7には、吸気通路9が接続される吸気ポート10と排気通路11が接続される排気ポート12とがそれぞれ2つずつ形成されている。排気通路11には、各燃焼室7からの排気を集合させる排気マニホールド13が設けられ、その排気マニホールド13はシリンダヘッド本体4aの側面から突き出すように形成されている。   As shown in FIG. 2, each combustion chamber 7 is formed with two intake ports 10 connected to the intake passage 9 and two exhaust ports 12 connected to the exhaust passage 11. The exhaust passage 11 is provided with an exhaust manifold 13 that collects exhaust from each combustion chamber 7, and the exhaust manifold 13 is formed so as to protrude from the side surface of the cylinder head body 4a.

図1に戻って説明を続ける。シリンダヘッド本体4a及びシリンダブロック3には、不図示のウォータポンプから吐出された冷却水を流通させる冷却水通路が設けられている。冷却水通路は、排気マニホールド13の上部に設けられた冷却水入口部14と、シリンダヘッド本体4aの内部に形成されたヘッドウォータジャケット15と、各気筒の周囲に形成されたブロックウォータジャケット16と、ヘッドウォータジャケット15とブロックウォータジャケット16とを結ぶ連通路17と、排気マニホールド13の下部に設けられた冷却水出口部18とを含んで形成される。冷却水入口部14及び冷却水出口部18は、各気筒2に均等に冷却水が分配できるような位置に設けられ、例えば気筒2の並び方向の中央部にそれぞれ配置されている。なお、図示していないが、冷却水出口部18から排出される冷却水は、不図示のラジエータを介してウォータポンプに戻る。   Returning to FIG. 1, the description will be continued. The cylinder head body 4a and the cylinder block 3 are provided with cooling water passages for circulating cooling water discharged from a water pump (not shown). The cooling water passage includes a cooling water inlet 14 provided in the upper part of the exhaust manifold 13, a head water jacket 15 formed inside the cylinder head body 4a, and a block water jacket 16 formed around each cylinder. The communication passage 17 connecting the head water jacket 15 and the block water jacket 16 and the cooling water outlet 18 provided at the lower portion of the exhaust manifold 13 are formed. The cooling water inlet portion 14 and the cooling water outlet portion 18 are provided at positions where the cooling water can be evenly distributed to the respective cylinders 2, and are arranged, for example, at the center in the arrangement direction of the cylinders 2. Although not shown, the cooling water discharged from the cooling water outlet 18 returns to the water pump via a radiator (not shown).

ヘッドウォータジャケット15は、燃焼室7、点火プラグ壁面8、吸気通路9の周囲に形成されたヘッドウォータジャケット本体19と、排気マニホールド13と冷却水入口部14の間に形成された上部ウォータジャケット20と、ヘッドウォータジャケット本体19と上部ウォータジャケット20とを結ぶ冷却水案内路21と、排気マニホールド13と冷却水出口部18の間に形成された下部ウォータジャケット22とを有している。ブロックウォータジャケット16は、気筒の並び方向の中央部にて2つに分断されている(図3参照)。連通路17は、ブロックウォータジャケット16とヘッドウォータジャケット本体19とを連通する吸気側連通路17aと、ブロックウォータジャケット16と下部ウォータジャケット22とを連通する排気側連通路17bとを有している。   The head water jacket 15 includes a head water jacket main body 19 formed around the combustion chamber 7, the spark plug wall surface 8 and the intake passage 9, and an upper water jacket 20 formed between the exhaust manifold 13 and the cooling water inlet portion 14. And a cooling water guide path 21 connecting the head water jacket main body 19 and the upper water jacket 20, and a lower water jacket 22 formed between the exhaust manifold 13 and the cooling water outlet portion 18. The block water jacket 16 is divided into two at the center of the cylinder arrangement direction (see FIG. 3). The communication path 17 includes an intake side communication path 17 a that communicates the block water jacket 16 and the head water jacket main body 19, and an exhaust side communication path 17 b that communicates the block water jacket 16 and the lower water jacket 22. .

ヘッドウォータジャケット本体19の内部には、各燃焼室7の壁部上に独立して冷却水を流通させる複数の隔壁23が設けられている。隔壁23は、燃焼室7間の冷却水の流通を阻止できる程度の大きさに設定されている。冷却水案内路21は、上部ウォータジャケット20の上方から排気マニホールド13の壁部に沿って上部ウォータジャケット20を貫通して、ヘッドウォータジャケット本体19に延びるように気筒数形成されている。冷却水案内路21の側面には開口部24が形成され、この開口部24によって上部ウォータジャケット20と冷却水案内路21とが連通される。このような冷却水案内路21は、例えばドリルを用いて形成される。この場合、冷却水案内路21の一端部は密閉ボルト25にて塞がれる。一方、冷却水案内路21の他端部は燃焼室7の排気ポート12側の壁部上に臨むように開口している。詳しくは、図2に示すように、排気ポート12間に開口している。 Inside the head water jacket main body 19, a plurality of partition walls 23 are provided on the wall portions of the combustion chambers 7 for allowing cooling water to flow independently. The partition wall 23 is set to a size that can prevent the cooling water from flowing between the combustion chambers 7. The number of cylinders is formed so that the cooling water guide path 21 extends from the upper part of the upper water jacket 20 to the head water jacket main body 19 through the upper water jacket 20 along the wall of the exhaust manifold 13. An opening 24 is formed on the side surface of the cooling water guide path 21, and the upper water jacket 20 and the cooling water guide path 21 are communicated with each other through the opening 24. Such a cooling water guide path 21 is formed using a drill, for example. In this case, one end of the cooling water guide path 21 is closed by the sealing bolt 25. On the other hand, the other end portion of the cooling water guide passage 21 is opened to face the wall portion of the combustion chamber 7 on the exhaust port 12 side. Specifically, as shown in FIG. 2, there is an opening between the exhaust ports 12.

以上のように構成された内燃機関1においては、冷却水入口部14から上部ウォータジャケット20に流入した冷却水が気筒2の並び方向に広がりながら各冷却水案内路21の開口部24に導かれる。冷却水案内路21に達した冷却水は、排気マニホールド13の壁部に沿って流れて燃焼室7の排気ポート12側の壁部上に当たる。これにより、排気マニホールド13を冷却しつつ、燃焼室7の排気ポート12側の壁面を積極的に冷却することができる。よって、内燃機関1の冷却効率を向上させることができる。その結果、シリンダヘッド4の耐久性の向上や燃焼室7のノッキングの低減などによりエンジン1の出力を向上させることができる。さらに、ウォータポンプの吐出能力を下げることが可能となり、ウォータポンプのコスト低減と燃費向上を図ることができる。   In the internal combustion engine 1 configured as described above, the cooling water flowing into the upper water jacket 20 from the cooling water inlet portion 14 is guided to the openings 24 of the respective cooling water guide paths 21 while spreading in the direction in which the cylinders 2 are arranged. . The cooling water that has reached the cooling water guide path 21 flows along the wall portion of the exhaust manifold 13 and hits the wall portion of the combustion chamber 7 on the exhaust port 12 side. Thereby, the wall surface of the combustion chamber 7 on the exhaust port 12 side can be positively cooled while cooling the exhaust manifold 13. Therefore, the cooling efficiency of the internal combustion engine 1 can be improved. As a result, the output of the engine 1 can be improved by improving the durability of the cylinder head 4 and reducing knocking of the combustion chamber 7. Furthermore, the discharge capacity of the water pump can be lowered, and the cost of the water pump can be reduced and the fuel consumption can be improved.

続いて、燃焼室7の排気ポート12側の壁部上に当たった冷却水はヘッドウォータジャケット本体19内を上方に跳ね返されて点火プラグ壁面8に導かれる。点火プラグ壁面8に達した冷却水は点火プラグ壁面8の壁面に沿って左右に広がり、燃焼室7の吸気ポート10側の壁部上を通過して吸気通路9の周囲に導かれる。これにより、点火プラグ壁面8、燃焼室7の吸気ポート10側の壁面、吸気通路9を冷却することができる。   Subsequently, the cooling water hitting the wall portion on the exhaust port 12 side of the combustion chamber 7 is bounced upward in the headwater jacket main body 19 and guided to the spark plug wall surface 8. The cooling water that has reached the spark plug wall surface 8 spreads left and right along the wall surface of the spark plug wall surface 8, passes through the wall portion of the combustion chamber 7 on the intake port 10 side, and is guided around the intake passage 9. Thereby, the spark plug wall surface 8, the wall surface of the combustion chamber 7 on the intake port 10 side, and the intake passage 9 can be cooled.

続いて、ヘッドウォータジャケット本体19の吸気通路9の周囲に達した冷却水は、吸気側連通路17aを介してブロックウォータジャケット16に導かれる。ブロックウォータジャケット16における気筒を挟んだ反対側に達した冷却水は、排気側連通路17bを介して下部ウォータジャケット22内に上昇し、排気マニホールド13の壁部に沿って冷却水出口部18に導かれる。これにより、気筒2及び排気マニホールド13を冷却することができる。また、ブロックウォータジャケット16を気筒並び方向の中央部で2つに分離しているので、ブロックウォータジャケット16内の冷却水の滞留を抑制することができる。   Subsequently, the cooling water reaching the periphery of the intake passage 9 of the headwater jacket main body 19 is guided to the block water jacket 16 through the intake side communication passage 17a. Cooling water that has reached the opposite side of the block water jacket 16 across the cylinder rises into the lower water jacket 22 via the exhaust side communication passage 17 b and reaches the cooling water outlet 18 along the wall of the exhaust manifold 13. Led. Thereby, the cylinder 2 and the exhaust manifold 13 can be cooled. Further, since the block water jacket 16 is separated into two at the center in the cylinder arrangement direction, the retention of the cooling water in the block water jacket 16 can be suppressed.

本発明は、上記の実施形態に限定されず、種々の形態で実施することができる。冷却水通路は上述した例に限らず、燃焼室7の排気ポート12側の壁部上に当たった冷却水の一部を下部ウォータジャケット22に直接導くバイパス路を有してもよい。これにより、排気マニホールド13の冷却効率をさらに向上させることができる。本発明は冷却装置をガソリンエンジンに適用した例に限らず、ディーゼルエンジンでも適用することもできる。この場合、点火プラグ壁面8内に燃料噴射弁が用いられる。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be implemented in various forms. The cooling water passage is not limited to the above-described example, and may include a bypass passage that directly guides a part of the cooling water hitting the wall portion on the exhaust port 12 side of the combustion chamber 7 to the lower water jacket 22. Thereby, the cooling efficiency of the exhaust manifold 13 can be further improved. The present invention is not limited to an example in which the cooling device is applied to a gasoline engine, and can also be applied to a diesel engine. In this case, a fuel injection valve is used in the spark plug wall surface 8.

本発明の一形態に係る冷却装置が適用された内燃機関を示す図。The figure which shows the internal combustion engine to which the cooling device which concerns on one form of this invention was applied. 図1のII−II線に沿った断面拡大図。The cross-sectional enlarged view along the II-II line of FIG. シリンダブロックの上面図。The top view of a cylinder block.

符号の説明Explanation of symbols

1 内燃機関
2 気筒
3 シリンダブロック
4 シリンダヘッド
7 燃焼室
8 点火プラグ
12 排気ポート
13 排気マニホールド
14 冷却水入口部(冷却水通路)
16 ブロックウォータジャケット(冷却水通路)
18 冷却水出口部(冷却水通路)
19 ヘッドウォータジャケット本体(冷却水通路)
20 上部ウォータジャケット(冷却水通路)
21 冷却水案内路(冷却水通路)
22 下部ウォータジャケット(冷却水通路)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Internal combustion engine 2 Cylinder 3 Cylinder block 4 Cylinder head 7 Combustion chamber 8 Spark plug 12 Exhaust port 13 Exhaust manifold 14 Cooling water inlet part (cooling water passage)
16 Block water jacket (cooling water passage)
18 Cooling water outlet (cooling water passage)
19 Headwater jacket body (cooling water passage)
20 Upper water jacket (cooling water passage)
21 Cooling water guideway (cooling water passage)
22 Lower water jacket (cooling water passage)

Claims (4)

複数の燃焼室の排気ポートに接続され、各燃焼室の排気を集合させる排気マニホールドが一体に形成されたシリンダヘッドを備えた内燃機関の冷却装置において、
前記排気マニホールドの上部の冷却水入口から流入した冷却水が最初に導かれる上部ウォータジャケットと、燃焼室毎に設けられて前記上部ウォータジャケットの冷却水を前記排気マニホールドの壁部に沿って案内しつつ前記燃焼室の前記排気ポート側の壁部上に導く冷却水案内路と、を含む冷却水通路を備え
前記冷却水案内路の出口は、前記燃焼室の前記排気ポート側の壁部上に臨むように開口している内燃機関の冷却装置。
In a cooling device for an internal combustion engine having a cylinder head that is connected to exhaust ports of a plurality of combustion chambers and integrally formed with an exhaust manifold that collects exhaust gas of each combustion chamber ,
Guiding said upper water jacket cooling water flowing from the cooling water inlet at the top of the exhaust manifold is first guided along the cooling water in the upper water jacket is provided for each combustion chamber in the wall of the front Symbol exhaust manifold A cooling water passage that includes a cooling water guide path that leads to a wall on the exhaust port side of the combustion chamber ,
The cooling device for an internal combustion engine , wherein an outlet of the cooling water guide path is opened so as to face a wall on the exhaust port side of the combustion chamber .
前記燃焼室の上部には、前記燃焼室内の燃料混合気に点火する点火プラグが設けられ、
前記冷却水通路は、前記燃焼室の前記排気ポート側の壁部上の冷却水が前記点火プラグの壁面を経由して前記シリンダヘッドの吸気側に導かれるように延びている請求項1に記載の内燃機関の冷却装置。
A spark plug for igniting the fuel mixture in the combustion chamber is provided at the upper portion of the combustion chamber,
The cooling water passage, according to claim 1, the cooling water on the wall portion of the exhaust port side of the combustion chamber extends as directed to the intake side of the cylinder head via the wall of the spark plug Cooling device for internal combustion engine.
前記燃焼室の上部には、前記燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁が設けられ、
前記冷却水通路は、前記燃焼室の前記排気ポート側の壁部上の冷却水が前記燃料噴射弁の壁面を経由して前記シリンダヘッドの吸気側に導かれるように延びている請求項1に記載の内燃機関の冷却装置。
A fuel injection valve for injecting fuel into the combustion chamber is provided at an upper portion of the combustion chamber,
The cooling water passage, to claim 1 where the cooling water on the wall portion of the exhaust port side of the combustion chamber extends as directed to the intake side of the cylinder head via the wall of the fuel injection valve A cooling apparatus for an internal combustion engine as described.
前記シリンダヘッドの下部には、複数の気筒を有したシリンダブロックが接続され、
前記冷却水通路は、前記シリンダヘッドの吸気側の冷却水が前記気筒の周囲を経由して前記シリンダヘッドにおける前記排気マニホールドの下部に導かれるように延びている請求項2又は3に記載の内燃機関の冷却装置。
A cylinder block having a plurality of cylinders is connected to the lower part of the cylinder head,
4. The internal combustion engine according to claim 2, wherein the cooling water passage extends so that cooling water on an intake side of the cylinder head is guided to a lower portion of the exhaust manifold in the cylinder head via the periphery of the cylinder. Engine cooling system.
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