JP5078707B2 - シリンダヘッド - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの構成要素であるシリンダヘッドに関するものである。

エンジンのシリンダヘッドには、エンジン冷却用の冷却水を流通させるためのウォータジャケットが形成されている。そしてシリンダヘッド内でも特に冷却が必要な、ウォータジャケット下面壁の燃焼室頂部に対応する部位や点火プラグ（あるいはインジェクタ）の支持壁に冷却水を多く導き、これらを効果的に冷却する必要がある。

このため、冷却水の流れを制御可能なウォータジャケットの構造が種々提案されている。例えば、下記特許文献１に記載される従来例は、ウォータジャケット上面壁に整流部材を下方に突出するように設けて、ウォータジャケット下面壁や点火プラグの支持壁に向けて、冷却水を多く導き、これらの箇所の冷却が効果的に行えるようにしている。
特開２００３−１８４６４６号公報

しかし上記従来例は、整流部材をウォータジャケットの幅方向一杯に延設しているため、整流部材によってプラグの支持壁に向けて導かれる冷却水は、幅方向に略一様に斜め下方向を向く流れとなる。このため、点火プラグ（あるいはインジェクタ）の支持壁の冷却やウォータジャケット下面壁の燃焼室中央頂部に対応する部位の冷却が今ひとつ効果的に行われないという問題があった。

本発明は上記従来例の問題点を解消しうるシリンダヘッドを提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するため、上面壁と下面壁とを備え、両壁間の空間がウォータジャケットを構成すると共に、その幅方向に直角な方向に冷却水が流れるように構成され、かつ前記下面壁の燃焼室頂部に対応する部位に点火プラグの支持壁またはインジェクタの支持壁が立設されたシリンダヘッドにおいて、上面壁から垂下すると共に前記幅方向に延びる垂れ壁を設け、この垂れ壁の幅方向両端部は、幅方向中央部よりも冷却水の流れ方向の上流側に位置し、垂れ壁の幅方向中央部の冷却水流れ方向に対し最も下流側に位置する箇所に、下方開放の切欠、または開口が形成され、前記切欠または開口の冷却水の流れ方向下流側には、点火プラグの支持壁またはインジェクタの支持壁が位置することを特徴とする。

上記発明において、垂れ壁と下面壁との間に間隙があり、垂れ壁の幅方向中央部の冷却水流れ方向に対し最も下流側に位置する箇所に、下方開放の切欠を形成した構成とすると、好適である。

本発明によれば、点火プラグを備えたエンジンの場合、ウォータジャケットを流れる冷却水は、垂れ壁に当たり、その幅方向両端部から幅方向中央部に集められるようにして導かれ、次いで垂れ壁に形成された下方開放の切欠又は開口から、点火プラグの支持壁に向け流れる。このため、点火プラグの支持壁や、下面壁の燃焼室頂部に対応する部位を集中的、効果的に冷却することができ、点火時期進角制御が容易となり、エンジン性能の向上を図ることができる。また、インジェクタを備えたエンジンの場合には、同様の理由で、インジェクタの支持壁や、下面壁の燃焼室頂部に対応する部位を集中的、効果的に冷却することができる結果、エンジン性能の向上を図ることができる。

本発明において、垂れ壁と下面壁との間に間隙があり、垂れ壁の幅方向中央部の冷却水流れ方向に対し最も下流側に位置する箇所に、下方開放の切欠を形成した構成とすると、冷却水を全体的に燃焼室側に指向させることができて冷却効率を高めることができる。また、垂れ壁が下面壁に接続していないため、垂れ壁の上下での温度差が小さく、軽量で薄い垂れ壁であっても、亀裂が生じない。

図1〜図４に示す実施例は、本発明を、点火プラグを備えたエンジンのシリンダヘッドに適用したものである。

本実施例のシリンダヘッドは、その中心線Ｐ（図２）上に、等間隔に４つの気筒、すなわち第１気筒３１、第２気筒３２、第３気筒３３、第４気筒３４が配列された４気筒エンジンに係るものであり、上面壁１、下面壁２、前後の端壁３、４および左右の側壁５、６で囲まれるウォータジャケット７を有している。上面壁１の上部には、図示しないが、吸気弁および排気弁を開閉動させるためのカムシャフト、ロッカーアームなどが収納されるヘッドカバーが設けられている。下面壁２は、図示しないが、シリンダブロック上に取付けられ、またその下方には各気筒の燃焼室８が設けられている。

シリンダヘッドには、ウォータポンプ（図示省略）によって加圧循環する冷却水が供給され、図１の左端側に設けた流入口９からウォータジャケット７内に流入し、ウォータジャケット７内を、その幅方向に直角な方向、すなわち前記中心線Ｐの方向に流れて、各気筒を順次冷却した後、図１の右端側に設けた流出口（図示省略）から流出するように構成されている。

前記下面壁２の燃焼室８中央頂部に対応する部位２ａに点火プラグ１０の支持壁１１が立設されており、この円筒形状に形成された支持壁１１に囲まれ、燃焼室８に連通する空間が前記点火プラグ１０を収容支持するプラグ支持孔１２となっている。

前記ウォータジャケット７の縦断平面形状は、図２に示すように、両側が側壁５、６により囲まれ、前記中心線Ｐ上に各点火プラグ１０の支持壁１１の中心が位置するような基本形状となっている。そして一方の側壁５には、吸気ポート１３、吸気バルブ挿通孔１４が設けられている。吸気バルブ挿通孔１４の周囲のボス部１５は、ウォータジャケット７側に若干張り出している。他方の側壁６には、排気ポート１６、排気バルブ挿通孔１７が設けられている。そして排気バルブ挿通孔１７の周囲のボス部１８は、ウォータジャケット７側に大きく張り出している。なお図２において、１９はヘッドボルト挿通孔である。また図１、図２において、２９は鋳砂取り用孔を塞ぐための栓部材であり、前記上面壁１と略同じ高さ位置に設けられている。

図１に示すように、上面壁１における第２、第３、第４気筒３２、３３、３４に対応する前記各支持壁１１の上流側近傍部位のそれぞれに、この上面壁１から垂下すると共に前記幅方向に延びる垂れ壁２０を設けている。この垂れ壁２０と前記下面壁２との間には、図３に示すように、間隙Ｓが存在する。また垂れ壁２０の幅方向両端部２０ａ、２０ｂは、図２に示すように、幅方向中央部２０ｃよりも冷却水の流れ方向の上流側に位置しており、縦断平面形状は、へ字状となっている。そして垂れ壁２０の中心線Ｐ上の部位が冷却水流れ方向に対し最も下流側に位置しており、この最下流部位より排気ポート１６側に延出する部分の長さは、吸気ポート１３側に延出する部分の長さよりも相当長くなるように構成されている。そして図２に示すように、垂れ壁２０の幅方向両端２０ａ、２０ｂと前記側壁５、６との間には、冷却水が流れるに十分な間隙が設けられている。

垂れ壁２０の幅方向中央部２０ｃの冷却水流れ方向に対し最も下流側に位置する箇所には、図１、図３、図４に示すように、下方開放の切欠２１が形成されている。この切欠２１は、図４に示すように、略半円形状に下方から切りかかれた形状を呈し、その最上点が前記中心線Ｐ上に位置している。また図３に示すように、前記切欠の最大切欠量（上下方向）Ｒは、前記垂れ壁２０の前記栓部材２９、ひいては前記上面壁１からの最大垂下量Ｑに対して１/４〜１/２が好適であり、また垂れ壁２０と下面壁２との間の間隙Ｓは、前記最大垂下量Ｑに対して１/２〜１/１が好適である。
前記切欠２１の冷却水の流れ方向下流側には、点火プラグ１０の支持壁１１が位置している。

図１に示すように、前記上面壁１における第１、第２、第３、第４気筒３１、３２、３３、３４に対応する前記各支持壁１１の下流側近傍部位のそれぞれには、ガイド壁２２が垂下形成されている。このガイド壁２２の縦断平面形状は、図２に示すように、冷却水の流れ方向の上流側に凸の円弧形状となっている。

ガイド壁２２の幅方向長さは、垂れ壁２０のそれの半分以下であり、その中心位置は図２に示すように、前記中心線Ｐよりも排気ポート１６側に偏位している。このガイド壁２２の垂下量は、中央部が大で、両端部が前記中央部に比較して若干小となっている。そしてガイド壁２２の最大垂下量は、垂れ壁２０のそれと略同一である。

前記上面壁１における第１気筒３１に対応する前記支持壁１１の上流側近傍部位には、第２ガイド壁２３が垂下形成されている。この第２ガイド壁２３は、図１に示すように、前記ガイド壁２２と略同様に形成されているが、その縦断平面形状が冷却水の流れ方向の下流側に凸の円弧形状となっている点で相違している。

次に、上記実施例に基づき本発明の作用を、図２、図３、図４を参照しながら説明する。上記実施例は、第２気筒３２、第３気筒３３、第４気筒３４上における下面壁２の燃焼室中央頂部に対応する部位２ａや、点火プラグ１０の支持壁１１が効果的に冷却されるように構成されたものである。

例えばウォータジャケット７内の、第２気筒３２上の支持壁１１を通過して、第３気筒３３上の支持壁１１に向かう冷却水の流れは、その上部の流れがガイド壁２２により、左右に分けられる。その際ガイド壁２２が図２に示すような形状に形成されているため、吸気ポート１３側に比較して排気ポート１６側に多量の冷却水が導かれる。次いで上部の左右に分けられた流れは垂れ壁２０に当たり、その幅方向両端部２０ａ、２０ｂから幅方向中央部２０ｃに集められるようにして導かれ、次いで垂れ壁２０に形成された下方開放の切欠２１から、第３気筒３３上の支持壁１１に向け流れる。第２気筒３２上の支持壁１１を通過して、第３気筒３３上の支持壁１１に向かう冷却水の下部の流れは、図３に示すように、前記ガイド壁２２や、垂れ壁２０の影響をほとんど受けることなく直進して、下面壁２や支持壁１１の下部を効果的に冷却する。

本実施例によれば、上記冷却水の上部の流れを、点火プラグ１０の支持壁１１や、下面壁２の燃焼室中央頂部に対応する部位２ａに集中させることができ、これらを効果的に冷却することができると共に、上記冷却水の下部の流れを、前記支持壁１１の下部や、下面壁２に向けてこれらを冷却することができ、冷却水を全体的に燃焼室方向に指向できるため、冷却効率を高めることができる。

また、図２に示すように、ガイド壁２２や、垂れ壁２０によって、冷却水が蛇行することになり、シリンダヘッドからの熱を効率的に吸収することができる。特に本実施例では、吸気ポート１３側に比較して排気ポート１６側に多量の冷却水が導かれる流れとなるように構成されているので、シリンダヘッドからの熱吸収を効率的に行うことができる。

本発明は上記実施例に示す他、種々の態様に構成することができる。上記実施例では、垂れ壁と下面壁との間に間隙があり、垂れ壁の幅方向中央部の冷却水流れ方向に対し最も下流側に位置する箇所に、下方開放の切欠を形成した構成としているが、これに代え、垂れ壁と下面壁との間に間隙が無い構成とし、垂れ壁の幅方向中央部の冷却水流れ方向に対し最も下流側に位置する箇所に開口を形成した構成とすることができる。

また本発明をインジェクタを備えたエンジンのシリンダヘッドに適用することができる。この場合には、上記実施例の点火プラグの支持壁に代えて、インジェクタの支持壁が設けられた構成とすればよい。

本発明は、自動車用エンジンのシリンダヘッドなどに利用することができる。

本発明の一実施例を示す縦断正面図。 その要部の縦断平面図。 その要部の拡大正面図。 その要部の斜視図。

符号の説明

１ 上面壁
２ 下面壁
７ ウォータジャケット
１０ 点火プラグ
１１ 支持壁
２０ 垂れ壁
２０ａ、２０ｂ 幅方向両端部
２０ｃ 幅方向中央部
２１ 切欠

Claims (2)

1. 上面壁と下面壁とを備え、両壁間の空間がウォータジャケットを構成すると共に、その幅方向に直角な方向に冷却水が流れるように構成され、かつ前記下面壁の燃焼室頂部に対応する部位に点火プラグの支持壁またはインジェクタの支持壁が立設されたシリンダヘッドにおいて、
   上面壁から垂下すると共に前記幅方向に延びる垂れ壁を設け、
   この垂れ壁の幅方向両端部は、幅方向中央部よりも冷却水の流れ方向の上流側に位置し、
   垂れ壁の幅方向中央部の冷却水流れ方向に対し最も下流側に位置する箇所に、下方開放の切欠、または開口が形成され、
   前記切欠または開口の冷却水の流れ方向下流側には、点火プラグの支持壁またはインジェクタの支持壁が位置する
   ことを特徴とするシリンダヘッド。
2. 垂れ壁と下面壁との間に間隙があり、垂れ壁の幅方向中央部の冷却水流れ方向に対し最も下流側に位置する箇所に、下方開放の切欠を形成した請求項１記載のシリンダヘッド。

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