JP5278299B2 - Cylinder head cooling structure - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、多気筒内燃機関に用いられるシリンダヘッドの冷却構造に関する。 The present invention relates to a cooling structure for a cylinder head used in a multi-cylinder internal combustion engine.
水冷式の内燃機関においては、シリンダヘッドおよびシリンダブロックにウォータージャケットが設けられ、ウォータージャケットとラジエータとが冷却水循環通路を介して連結されている。そして、ウォーターポンプにより冷却水をウォータージャケットとラジエータとの間で循環させることによって、シリンダヘッドおよびシリンダブロックを均一に冷却する一方、温度上昇した冷却水をラジエータで冷却している。 In a water-cooled internal combustion engine, a water jacket is provided in a cylinder head and a cylinder block, and the water jacket and the radiator are connected via a cooling water circulation passage. The cooling water is circulated between the water jacket and the radiator by the water pump to uniformly cool the cylinder head and the cylinder block, while the cooling water whose temperature has been increased is cooled by the radiator.
多気筒内燃機関のシリンダヘッドの冷却構造としては、シリンダヘッド内において冷却水を気筒列方向と平行な方向(縦方向とも言う)に流す構成と、シリンダヘッド内において冷却水を気筒列方向と交差する方向(横方向とも言う)に流す構成とがある。例えば、特許文献1には、シリンダブロックに設けた冷却水導入口から冷却水を導入し、シリンダブロックのシリンダボアの周囲に設けたウォータージャケットに冷却水を供給した後、冷却水をシリンダヘッドに設けたウォータージャケットへ導入し、シリンダヘッド内において冷却水を横方向に流すことが示されている。 The cooling structure of the cylinder head of the multi-cylinder internal combustion engine includes a configuration in which cooling water flows in a direction parallel to the cylinder row direction (also referred to as a longitudinal direction) in the cylinder head, and the cooling water crosses the cylinder row direction in the cylinder head. There is a configuration in which it flows in a direction (also referred to as a horizontal direction). For example, in Patent Document 1, after introducing cooling water from a cooling water inlet provided in a cylinder block, supplying cooling water to a water jacket provided around the cylinder bore of the cylinder block, the cooling water is provided in the cylinder head. It is shown that the water is introduced into a water jacket and the cooling water flows laterally in the cylinder head.
シリンダヘッドのウォータージャケットとしては、シリンダブロックのシリンダボア周囲のウォータージャケットから冷却水を導入する構成が多く採用される。しかし、この構成を、シリンダヘッド内で冷却水を横方向に流すウォータージャケットに適用した場合、冷却水の圧力損失を低減可能であるものの、次のような点が懸念される。冷却水導入口が排気側に設けられ、冷却水排出口が吸気側に設けられると、排気ポートの周囲において冷却水が滞留してよどむ可能性があり、排気ポートの周囲の冷却が不十分になる可能性がある。このため、排気ガスの冷却性が悪くなり、その結果、例えば、排気系に設けられる触媒の熱害の要因や、EGR装置に設けられるEGRクーラーの大型化の要因となる可能性がある。 As the water jacket for the cylinder head, a configuration in which cooling water is introduced from a water jacket around the cylinder bore of the cylinder block is often employed. However, when this configuration is applied to a water jacket for flowing cooling water in the cylinder head in the lateral direction, the pressure loss of cooling water can be reduced, but the following points are concerned. If the cooling water introduction port is provided on the exhaust side and the cooling water discharge port is provided on the intake side, the cooling water may stay around the exhaust port and stagnate, resulting in insufficient cooling around the exhaust port. There is a possibility. For this reason, the cooling performance of the exhaust gas is deteriorated. As a result, for example, there is a possibility that the heat damage of the catalyst provided in the exhaust system or the size of the EGR cooler provided in the EGR device may be increased.
本発明は、そのような問題点を鑑みてなされたものであり、多気筒内燃機関に用いられるシリンダヘッドにおいて、排気ポートの周囲を良好に冷却することが可能な冷却構造を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to provide a cooling structure capable of cooling the periphery of an exhaust port satisfactorily in a cylinder head used in a multi-cylinder internal combustion engine. And
本発明は、上述の課題を解決するための手段を以下のように構成している。すなわち、本発明は、多気筒内燃機関に用いられるシリンダヘッドの排気ポート側に、気筒列方向の一端側から他端側へ延びる排気ポート側ウォータージャケットが設けられたシリンダヘッドの冷却構造であって、上記排気ポート側ウォータージャケットに冷却水を導入する冷却水導入口が、平面視で、気筒列方向の一端側で、且つ、気筒列方向と直交する方向において燃焼室側端部に設けられ、上記排気ポート側ウォータージャケットから冷却水を排出する冷却水排出口が、平面視で、気筒列方向の他端側で、且つ、気筒列方向と直交する方向において排気側端部に設けられ、上記排気ポート側ウォータージャケットは、燃焼室の周囲に設けられる燃焼室側ウォータージャケットと並列に設けられていることを特徴としている。 In the present invention, means for solving the above-described problems are configured as follows. That is, the present invention is a cylinder head cooling structure in which an exhaust port side water jacket extending from one end side to the other end side in the cylinder row direction is provided on the exhaust port side of a cylinder head used in a multi-cylinder internal combustion engine. A cooling water inlet for introducing cooling water into the exhaust port side water jacket is provided at one end side in the cylinder row direction and at the combustion chamber side end portion in a direction orthogonal to the cylinder row direction in plan view ; cooling water discharge port for discharging the cooling water from the exhaust port side water jacket is, in plan view, in cylinder row direction of the other end, and, provided in the exhaust side end portion in the direction orthogonal to the cylinder row direction, the The exhaust port side water jacket is provided in parallel with the combustion chamber side water jacket provided around the combustion chamber .
上記構成によれば、シリンダヘッドにおいて、排気ポート側ウォータージャケットの冷却水導入口と冷却水排出口とが、上記直線を挟んで対角な位置に配置されるので、排気ポート側ウォータージャケットにおいて冷却水を満遍なく流通させることが可能になる。これにより、シリンダヘッドの排気ポートの周囲において冷却水が滞留することを抑制でき、排気ポートの周囲を良好に冷却することが可能になる。そして、排気ポートを介して排出される排気ガスの冷却性を向上させることができ、排気ガス温度の低温化を図ることができる。その結果、例えば、内燃機関の排気系に設けられる触媒の熱害を抑制でき、コスト低減を図ることができる。また、内燃機関の高速運転時、燃料による排気ガスの冷却が不要となり、燃費の向上に貢献できる。さらに、内燃機関に設置されるEGR装置に送られるEGRガス温度の低温化を図ることができ、EGRクーラーの小型化、低コスト化に貢献できる。 According to the above configuration, in the cylinder head, the cooling water introduction port and the cooling water discharge port of the exhaust port side water jacket are arranged at diagonal positions across the straight line. Water can be distributed evenly. Thereby, it is possible to prevent the cooling water from staying around the exhaust port of the cylinder head and to cool the periphery of the exhaust port satisfactorily. And the cooling property of the exhaust gas discharged | emitted via an exhaust port can be improved, and exhaust gas temperature can be made low. As a result, for example, the heat damage of the catalyst provided in the exhaust system of the internal combustion engine can be suppressed, and the cost can be reduced. In addition, when the internal combustion engine is operated at high speed, it is not necessary to cool the exhaust gas with fuel, which can contribute to an improvement in fuel consumption. Further, the temperature of the EGR gas sent to the EGR device installed in the internal combustion engine can be lowered, which can contribute to the downsizing and cost reduction of the EGR cooler.
上記構成によれば、シリンダヘッドに設けられる排気ポート側ウォータージャケットおよび燃焼室側ウォータージャケットの全体の冷却水の圧力損失を増やすことなく、排気ポート側ウォータージャケットに供給される冷却水量を容易に確保することができる。これにより、上述したような排気ガスの十分な冷却性を容易に確保することができる。 According to the above configuration, the amount of cooling water supplied to the exhaust port side water jacket can be easily secured without increasing the pressure loss of the entire cooling water of the exhaust port side water jacket and the combustion chamber side water jacket provided in the cylinder head. can do. Thereby, sufficient cooling performance of the exhaust gas as described above can be easily ensured.
また、本発明において、上記排気ポート側ウォータージャケットは、平面視で略矩形に形成され、上記冷却水導入口および冷却水排出口は、それぞれ1つずつ設けられていることが好ましい。 Further, in the present invention, the exhaust port side water jacket is formed in a substantially rectangular in plan view, the cooling water inlet and cooling water outlet is preferably are found provided one each.
上記構成によれば、排気ポート側ウォータージャケットでは、燃焼室側端部において気筒列方向に平行な冷却水の流れが発生するとともに、排気側端部において気筒列方向に平行な冷却水の流れが発生する。このような2つの冷却水の流れによって、シリンダヘッドの排気ポートの周囲において冷却水が滞留することを抑制でき、排気ポートの周囲を燃焼室側の端部から出口側の端部にわたって十分に冷却することができる。これにより、排気ポートを介して排出される排気ガスの冷却性を向上させることができ、排気ガス温度の低温化を図ることができる。 According to the above configuration, in the exhaust port side water jacket, a flow of cooling water parallel to the cylinder row direction is generated at the combustion chamber side end, and a flow of cooling water parallel to the cylinder row direction is generated at the exhaust side end. Occur. The two cooling water flows as described above can suppress the retention of cooling water around the exhaust port of the cylinder head, and sufficiently cool the periphery of the exhaust port from the end on the combustion chamber side to the end on the outlet side. can do. Thereby, the cooling property of the exhaust gas discharged through the exhaust port can be improved, and the exhaust gas temperature can be lowered.
また、本発明において、上記排気ポート側ウォータージャケットは、上記燃焼室側端部において気筒列方向の一端側から他端側に向けて延びる第1の通路と、上記排気側端部において気筒列方向の一端側から他端側に向けて延びる第2の通路と、気筒列方向と交差する方向に延び上記第1の通路および第2の通路を連結する第3の通路とを含むことが好ましい。 In the present invention, the exhaust port side water jacket includes a first passage extending from one end side toward the other end side in the cylinder row direction at the combustion chamber side end portion, and a cylinder row direction at the exhaust side end portion. It is preferable to include a second passage extending from one end side to the other end side, and a third passage extending in a direction crossing the cylinder row direction and connecting the first passage and the second passage.
上記構成によれば、排気ポート側ウォータージャケットでは、燃焼室側端部において気筒列方向に平行な冷却水の流れ(第1の通路における冷却水の流れ)が発生するとともに、排気側端部において気筒列方向に平行な冷却水の流れ(第2の通路における冷却水の流れ)が発生する。このような2つの冷却水の流れによって、シリンダヘッドの排気ポートの周囲において冷却水が滞留することを抑制でき、排気ポートの周囲を燃焼室側(入口側)の端部から出口側の端部にわたって十分に冷却することができる。これにより、排気ポートを介して排出される排気ガスの冷却性を向上させることができ、排気ガス温度の低温化を図ることができる。 According to the above configuration, in the exhaust port side water jacket, a flow of cooling water parallel to the cylinder row direction (cooling water flow in the first passage) is generated at the combustion chamber side end, and at the exhaust side end. A flow of cooling water parallel to the cylinder row direction (cooling water flow in the second passage) is generated. By such two cooling water flows, it is possible to suppress the retention of cooling water around the exhaust port of the cylinder head, and the periphery of the exhaust port extends from the end on the combustion chamber side (inlet side) to the end on the outlet side. Can be cooled sufficiently. Thereby, the cooling property of the exhaust gas discharged through the exhaust port can be improved, and the exhaust gas temperature can be lowered.
また、本発明において、上記第3の通路は、隣り合う排気バルブ間に設けられていることが好ましい。 In the present invention, the third passage is preferably provided between adjacent exhaust valves.
上記構成によれば、排気ポート側ウォータージャケットの第1の通路から第3の通路を経由して第2の通路に冷却水が送られる。このため、第3の通路を流れる冷却水によって、シリンダヘッドの隣り合う排気バルブ間の冷却を確実に行うことが可能になる。つまり、シリンダヘッドにおいて、特に高温化が懸念される排気バルブ間の冷却性を向上させることができる。これにより、シリンダヘッドの信頼性の向上を図ることが可能になる。 According to the above configuration, the cooling water is sent from the first passage of the exhaust port side water jacket to the second passage through the third passage. For this reason, it becomes possible to cool reliably between the exhaust valves which adjoin a cylinder head with the cooling water which flows through a 3rd channel | path. That is, in the cylinder head, it is possible to improve the cooling performance between the exhaust valves, which is particularly concerned about high temperatures. As a result, the reliability of the cylinder head can be improved.
また、本発明において、上記排気ポート側ウォータージャケットは、上記排気ポートの上側を覆うように設けられていることが好ましい。 In the present invention, it is preferable that the exhaust port side water jacket is provided so as to cover the upper side of the exhaust port.
上記構成によれば、排気ポート側ウォータージャケットにおける冷却水の流通面積を大きく確保することができる。これにより、上述したような排気ガスの十分な冷却性を容易に確保することができる。 According to the said structure, the distribution area of the cooling water in the exhaust port side water jacket can be ensured largely. Thereby, sufficient cooling performance of the exhaust gas as described above can be easily ensured.
本発明によれば、シリンダヘッドにおいて、排気ポート側ウォータージャケットの冷却水導入口と冷却水排出口とが対角な位置に配置されるので、排気ポート側ウォータージャケット内において冷却水を満遍なく流通させることが可能になる。これにより、シリンダヘッドの排気ポートの周囲において冷却水が滞留することを抑制でき、排気ポートの周囲を良好に冷却することが可能になる。そして、排気ポートを介して排出される排気ガスの冷却性を向上させることができ、排気ガス温度の低温化を図ることができる。 According to the present invention, in the cylinder head, the cooling water introduction port and the cooling water discharge port of the exhaust port side water jacket are arranged at diagonal positions, so that the cooling water is evenly distributed in the exhaust port side water jacket. It becomes possible. Thereby, it is possible to prevent the cooling water from staying around the exhaust port of the cylinder head and to cool the periphery of the exhaust port satisfactorily. And the cooling property of the exhaust gas discharged | emitted via an exhaust port can be improved, and exhaust gas temperature can be made low.
本発明を具体化した実施形態について添付図面を参照しながら説明する。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明の実施形態に係るシリンダヘッドの冷却構造を適用する内燃機関の要部の概略構成を示す断面図である。図2は、図1の内燃機関のシリンダブロックに設けられるウォータージャケットを模式的に示す平面図である。図2では、シリンダブロックのウォータージャケットについて主に示し、詳細な構成については図示を省略している。 FIG. 1 is a sectional view showing a schematic configuration of a main part of an internal combustion engine to which a cooling structure for a cylinder head according to an embodiment of the present invention is applied. FIG. 2 is a plan view schematically showing a water jacket provided in a cylinder block of the internal combustion engine of FIG. In FIG. 2, the water jacket of the cylinder block is mainly shown, and the detailed configuration is not shown.
この実施形態では、多気筒内燃機関に用いられるシリンダヘッドの一例として、直列4気筒DOHC型の内燃機関10に用いられるシリンダヘッド30を挙げている。ただし、多気筒内燃機関の形式については、特に限定されない。
In this embodiment, as an example of a cylinder head used in a multi-cylinder internal combustion engine, a
図1に示すように、内燃機関10は、例えばガソリンエンジンであって、シリンダブロック20とシリンダヘッド30とを備えている。シリンダブロック20とシリンダヘッド30とは、ヘッドガスケットを介してヘッドボルトによって締結されている。なお、内燃機関10は、ディーゼルエンジン等であってもよい。
As shown in FIG. 1, the
シリンダブロック20には、その長手方向に複数のシリンダボア21が一列に並んで設けられている。各シリンダボア21には、ピストン22がそれぞれ挿入されている。シリンダブロック20には、冷却水が流通するウォータージャケット23が設けられている。ウォータージャケット23は、図2に示すように、複数のシリンダボア21を囲むように設けられている。ウォータージャケット23は、冷却水循環通路を介して図示しないラジエータに接続されている。
The
また、図1に示すように、シリンダヘッド30には、シリンダブロック20の各シリンダボア21に対応して燃焼室31が設けられている。各燃焼室31の頂部の中央部には、点火プラグ32が取り付けられている。また、シリンダヘッド30には、各燃焼室31に連通する吸気ポート33および排気ポート34が形成されている。吸気ポート33および排気ポート34は、1つの燃焼室31に対してそれぞれ2つずつ設けられている。吸気ポート33は、図示しない吸気カムシャフトにより駆動される吸気バルブ35によって燃焼室31に対して開閉される。排気ポート34は、図示しない排気カムシャフトにより駆動される排気バルブ36によって燃焼室31に対して開閉される。
As shown in FIG. 1, the
シリンダヘッド30には、吸気バルブ35および排気バルブ36の開閉作動をガイドする筒状のバルブガイド37,38が取り付けられている。バルブガイド37,38内には、吸気バルブ35のバルブステム35aおよび排気バルブ36のバルブステム36aが摺動可能な状態で挿入されている。
Cylindrical valve guides 37 and 38 that guide the opening and closing operations of the
シリンダヘッド30の燃焼室31の周辺、吸気ポート33の周辺、排気ポート34の周辺等には、ウォータージャケット40が設けられている。ウォータージャケット40は、冷却水循環通路を介してラジエータに接続されている。
A
内燃機関10では、ウォーターポンプ(W/P)によって冷却水をシリンダブロック20のウォータージャケット23およびシリンダヘッド30のウォータージャケット40と、ラジエータとの間で循環させることにより、シリンダヘッド30およびシリンダブロック20を均一に冷却する一方、温度上昇した冷却水をラジエータで冷却するようにしている。
In the
ここで、シリンダブロック20のウォータージャケット23は、図2に示すように、吸気側の通路23aと排気側の通路23bとに分割して設けられている。そして、排気側の通路23bの気筒列方向の一端側(図2ではフロント側)に設けられた冷却水導入口27を介して、ウォーターポンプからの冷却水が排気側の通路23bへ導入されるようになっている。そして、排気側の通路23bからシリンダヘッド30のウォータージャケット40へ冷却水が流出され、ウォータージャケット40から冷却水が吸気側の通路23aへ流入されるようになっている。また、吸気側の通路23aの気筒列方向の他端側(図2ではリヤ側)に設けられた冷却水排出口28を介して、吸気側の通路23aから冷却水が排出されるようになっている。
Here, as shown in FIG. 2, the
次に、シリンダヘッド30に設けられるウォータージャケット40について、図3〜図6を参照して説明する。図3〜図6では、シリンダヘッドのウォータージャケットについて主に示し、詳細な構成については図示を省略している。
Next, the
この実施形態では、シリンダヘッド30のウォータージャケット40は、冷却水を主に気筒列方向と平行な方向(縦方向)に流す第1のウォータージャケット(排気ポート側ウォータージャケット)50と、冷却水を主に気筒列方向と交差する方向(横方向)に流す第2のウォータージャケット(燃焼室側ウォータージャケット)60とに分割して設けられている。そして、ウォーターポンプから吐出される冷却水が第1のウォータージャケット50と第2のウォータージャケット60とへ並列に供給されるようになっている。言い換えれば、第1のウォータージャケット50と第2のウォータージャケット60とが独立して設けられており、冷却水が第1のウォータージャケット50と第2のウォータージャケット60との間で直接的に流通しない構成となっている。
In this embodiment, the
第1のウォータージャケット50は、図3に示すように、平面視で略矩形に形成されており、シリンダヘッド30の排気ポート34側に、気筒列方向の一端側(図3ではフロント側)から他端側(図3ではリヤ側)にかけて延びている。また、第1のウォータージャケット50は、シリンダヘッド30の気筒列方向と直交する方向において、シリンダヘッド30の中央部30cから排気側端部30bにかけて設けられている。
As shown in FIG. 3, the
第1のウォータージャケット50は、排気ポート34の先端部(出口側の部分)を除き排気ポート34のほとんどの部分を上側から覆うように設けられている。第1のウォータージャケット50は、縦方向の長さが横方向の長さよりも長い縦長の形状とされている。また、第1のウォータージャケット50は、図6に示すように、正面視で扁平な形状とされている。第1のウォータージャケット50は、主にシリンダヘッド30の排気ポート34の周辺を冷却するために設けられている。
The
図3に示すように、シリンダヘッド30には、第1のウォータージャケット50の形成領域の内側に、排気バルブ36の取り付け領域54が複数設けられている。取り付け領域54は、シリンダヘッド30において第1のウォータージャケット50が形成されていない領域である。この実施形態では、8つの取り付け領域54が気筒列方向に一列に並んで設けられている。取り付け領域54の断面形状は、例えば円形とされる。取り付け領域54は、排気バルブ36のバルブガイド38が取り付けられる領域であり、排気バルブ36の中心(バルブステム36aの中心)から所定の範囲を含む領域となっている。各取り付け領域54には、排気バルブ36およびバルブガイド38が1つずつ配置されるようになっている。なお、シリンダヘッド30には、第1のウォータージャケット50の形成領域の内側に、ヘッドボルトの取り付け領域55も複数設けられている。
As shown in FIG. 3, the
より詳細には、第1のウォータージャケット50は、図3に示すように、シリンダヘッド30の中央部30cにおいて気筒列方向の一端側から他端側に向けて延びる第1の通路51と、排気側端部30bにおいて気筒列方向の一端側から他端側に向けて延びる第2の通路52と、気筒列方向と交差する方向に延び上記第1の通路51および第2の通路52を連結する第3の通路53とを含む構成となっている。第2の通路52の排気側の端52aは、排気ポート34の出口近傍まで達している。第3の通路53は、気筒列方向の両端、および、隣り合う排気バルブ36の間に設けられている。そして、第1〜第3の通路51〜53によって囲まれた空間が、上述の排気バルブ36の取り付け領域54となっている。
More specifically, as shown in FIG. 3, the
第1のウォータージャケット50の気筒列方向の途中には、図4に示すように、下方に窪む凹部56が形成されている。凹部56の断面形状は、例えば台形状とされている。凹部56は、隣り合う気筒間に設けられており、第1の通路51の端から第3の通路53に跨って設けられている。このように、第1のウォータージャケット50を排気ポート34の形状に沿った形状とすることで、第1のウォータージャケット50が排気ポート34に近接して配置されるため、排気ガスの冷却効率を向上させることができる。なお、凹部56を設けずに、第1のウォータージャケット50を側面視で扁平な形状としてもよい。
In the middle of the
図3に示すように、第1のウォータージャケット50に冷却水を導入する冷却水導入口57および第1のウォータージャケット50から冷却水を排出する冷却水排出口58は、それぞれ1つずつ設けられている。冷却水導入口57は、ウォーターポンプからの冷却水導入通路に接続されている。この実施形態では、ウォーターポンプからの冷却水導入通路がシリンダブロック20のウォータージャケット23の排気側の通路23bに接続されており、図6に示すように、その排気側の通路23bに上下方向に延びる冷却水導入口57が接続されている。冷却水導入口57は、排気側の通路23bに設けられる冷却水流出口24よりも上流側の位置、つまり、冷却水導入口27に近い位置に配置されている(図2参照)。冷却水排出口58は、ラジエータへの冷却水循環通路に接続されている。このため、冷却水導入口57のみを経由して、第1のウォータージャケット50へ冷却水が流入されるようになっている。また、冷却水排出口58のみを経由して、第1のウォータージャケット50から冷却水が流出されるようになっている。なお、ウォーターポンプからの冷却水をシリンダブロック20のウォータージャケット23を介さずに、第1のウォータージャケット50へ直接導入する構成としてもよい。
As shown in FIG. 3, one cooling
この実施形態では、冷却水導入口57は、気筒列方向の一端で、気筒列方向に直交する方向の一方側に設けられ、冷却水排出口58は、気筒列方向の他端で、気筒列方向に直交する方向の他方側に設けられている。具体的には、冷却水導入口57は、気筒列方向の前端で、気筒列方向と直交する方向において燃焼室側端部に設けられている。また、冷却水排出口58は、気筒列方向の後端で、気筒列方向と直交する方向において排気側端部30bに設けられている。
In this embodiment, the
より詳細には、複数の排気バルブ36の取り付け領域54の中心を結び気筒列方向に平行な直線L1によって区分けされる、第1のウォータージャケット50の形成領域の一方側に冷却水導入口57が設けられ、この直線L1によって区分けされる第1のウォータージャケット50の形成領域の他方側に冷却水排出口58が設けられている。より具体的には、直線L1は、各取り付け領域54内に位置する排気バルブ36のバルブステム36aの中心を結んだ線となっている。
More specifically, the cooling
また、第1のウォータージャケット50の気筒列方向の他端部には、排出通路59が一体的に設けられている。排出通路59は、シリンダブロック20のウォータージャケット23(吸気側の通路23a)から排出された冷却水を冷却水排出口58へ送るための通路である。つまり、第1のウォータージャケット50から排出される冷却水と、シリンダブロック20のウォータージャケット23から排出される冷却水とが、冷却水排出口58において合流して冷却水循環通路へ排出されるようになっている。なお、排出通路59を第1のウォータージャケット50と別々に設ける構成としてもよい。
A
内燃機関10では、第1のウォータージャケット50を含む冷却水の経路(第1の経路)として、ウォーターポンプ→シリンダブロック20のウォータージャケット23の排気側の通路23b→冷却水導入口57→第1のウォータージャケット50→冷却水排出口58→ラジエータ、という経路が設けられている。そして、第1のウォータージャケット50においては、後述するように、冷却水が主に気筒列方向と平行な方向に流れるようになっている。
In the
第2のウォータージャケット60は、図5に示すように、各気筒ごとに設けられる第1の通路61を含む構成となっている。この実施形態では、4つの第1の通路61が気筒列方向に一列に並んで設けられており、隣り合う第1の通路61が第2の通路62によって接続された構成となっている。第2のウォータージャケット60は、主にシリンダヘッド30の燃焼室31の周辺を冷却するために設けられている。
As shown in FIG. 5, the
第1の通路61は、燃焼室31を上側から覆うように設けられている。第1の通路61は、シリンダヘッド30の気筒列方向と直交する方向において、シリンダヘッド30の吸気側端部30aから排気側の部分にかけて設けられている。第1の通路61の排気側の部分は、複数(図5では3つ)の接続通路61aに分岐されている。接続通路61aは、燃焼室31の周辺に冷却水を供給するための通路であり、燃焼室31の周辺から排気側端部30bに向かって延びている。各接続通路61aの先端部(排気側の端部)には、後述する冷却水導入口67が配置されている。
The
シリンダヘッド30には、第2のウォータージャケット60の形成領域の内側に、点火プラグ32の取り付け領域63が複数設けられている。取り付け領域63は、シリンダヘッド30において第2のウォータージャケット60が形成されていない領域となっている。この場合、4つの取り付け領域63が気筒列方向に一列に並んで設けられている。取り付け領域63の断面形状は、例えば円形とされる。取り付け領域63は、点火プラグ32の中心から所定の範囲を含む領域となっている。
The
また、シリンダヘッド30には、第2のウォータージャケット60の形成領域の内側に、吸気バルブ35の取り付け領域64が複数設けられている。取り付け領域64は、シリンダヘッド30において第2のウォータージャケット60が形成されていない領域となっている。この場合、4つの取り付け領域64が気筒列方向に一列に並んで設けられている。取り付け領域64の断面形状は、例えば長円形とされる。取り付け領域64は、吸気バルブ35のバルブガイド37が取り付けられる領域であり、吸気バルブ35の中心(バルブステム35aの中心)から所定の範囲を含む領域となっている。各取り付け領域64には、吸気バルブ35およびバルブガイド37が2つずつ配置されるようになっている。
The
この実施形態では、図6に示すように、シリンダブロック20のウォータージャケット23の冷却水が第2のウォータージャケット60へ導入されるようになっている。また、第2のウォータージャケット60の冷却水がシリンダブロック20のウォータージャケット23へ排出されるようになっている。
In this embodiment, as shown in FIG. 6, the cooling water of the
具体的には、シリンダブロック20には、図2に示すように、シリンダヘッド30側へ冷却水を流出する冷却水流出口24が設けられている。この場合、冷却水流出口24は、ウォータージャケット23の排気側の通路23bに配置されており、各気筒ごとに冷却水流出口24が3つずつ設けられている。シリンダヘッド30には、図5に示すように、第2のウォータージャケット60に冷却水を導入する冷却水導入口67が設けられている。この場合、冷却水導入口67は、第2のウォータージャケット60の第1の通路61の各接続通路61aの先端部にそれぞれ配置されており、各第1の通路61ごとに冷却水導入口67が3つずつ設けられている。シリンダブロック20側の冷却水流出口24と、シリンダヘッド30側の冷却水導入口67とは、互いに対応する位置に配置され、接続されている。そして、冷却水流出口24から流出されたウォータージャケット23内の冷却水が、冷却水導入口67を介して第2のウォータージャケット60の第1の通路61内に導入されるようになっている。
Specifically, as shown in FIG. 2, the
また、シリンダブロック20には、図2に示すように、シリンダヘッド30側から冷却水が流入される冷却水流入口25が設けられている。この場合、冷却水流入口25は、ウォータージャケット23の吸気側の通路23aに設けられており、各気筒ごとに冷却水流入口25が2つずつ設けられている。シリンダヘッド30には、図5に示すように、第2のウォータージャケット60から冷却水を排出する冷却水排出口68が設けられている。この場合、冷却水排出口68は、第2のウォータージャケット60の第1の通路61の吸気側の端部に配置されており、各第1の通路61ごとに冷却水排出口68が2つずつ設けられている。シリンダブロック20側の冷却水流入口25と、シリンダヘッド30側の冷却水排出口68とは、互いに対応する位置に配置され、接続されている。そして、冷却水排出口68から排出された第2のウォータージャケット60の第1の通路61内の冷却水が、冷却水流入口25を介してウォータージャケット23内に流入されるようになっている。
Further, as shown in FIG. 2, the
内燃機関10では、第2のウォータージャケット60を含む冷却水の経路(第2の経路)として、ウォーターポンプ→ウォータージャケット23の排気側の通路23b→冷却水流出口24→冷却水導入口67→第2のウォータージャケット60→冷却水排出口68→冷却水流入口25→ウォータージャケット23の吸気側の通路23a→冷却水排出口28→排出通路59→冷却水排出口58→ラジエータ、という経路が設けられている。そして、第2のウォータージャケット60においては、図5の矢印で示すように、冷却水が主に気筒列方向と交差する方向に流れるようになっている。第2のウォータージャケット60では、冷却水の圧力損失が小さく抑えられるため、シリンダヘッド30の燃焼室31の周囲の冷却効率の向上を図ることが可能である。
In the
この実施形態では、上述したように、第1のウォータージャケット50に冷却水を導入する冷却水導入口57が、気筒列方向の一端側で、上記直線L1によって区分される第1のウォータージャケット50の形成領域の一方側に設けられ、第1のウォータージャケット50から冷却水を排出する冷却水排出口58が、気筒列方向の他端側で、上記直線L1によって区分される第1のウォータージャケット50の形成領域の他方側に設けられている。つまり、シリンダヘッド30において、第1のウォータージャケット50の冷却水導入口57と冷却水排出口58とが対角な位置に配置されているので、第1のウォータージャケット50において冷却水を満遍なく流通させることが可能になる。これにより、シリンダヘッド30の排気ポート34の周囲において冷却水が滞留することを抑制でき、排気ポート34の周囲を良好に冷却することが可能になる。
In this embodiment, as described above, the
詳細には、図3に示すように、第1のウォータージャケット50では、シリンダヘッド30の中央部30cにおいて気筒列方向に平行な冷却水の流れX1が発生するとともに、排気側端部30bにおいて気筒列方向に平行な冷却水の流れX2が発生する。つまり、第1のウォータージャケット50の第1の通路51における冷却水の流れX1と、第2の通路52における冷却水の流れX2とが発生する。このような2つの冷却水の流れX1、X2によって、シリンダヘッド30の排気ポート34の周囲において冷却水が滞留することを抑制でき、排気ポート34の周囲を燃焼室31側(入口側)の端部から出口側の端部にわたって十分に冷却することができる。これにより、排気ポート34を介して排出される排気ガスの冷却性を向上させることができ、排気ガス温度の低温化を図ることができる。その結果、内燃機関10の排気系に設けられる触媒の熱害を抑制でき、コスト低減を図ることができる。また、内燃機関10の高速運転時、燃料による排気ガスの冷却が不要となり、燃費の向上に貢献できる。さらに、内燃機関10に設置されるEGR装置に送られるEGRガス温度の低温化を図ることができ、EGRクーラーの小型化、低コスト化に貢献できる。
Specifically, as shown in FIG. 3, in the
また、この実施形態では、シリンダヘッド30の第1のウォータージャケット50と第2のウォータージャケット60とは、ウォーターポンプに対し並列に設けられている。このため、第1のウォータージャケット50は、排気ポート34の周囲を冷却するための専用のウォータージャケットとして設けられることになる。したがって、シリンダヘッド30のウォータージャケット40全体の冷却水の圧力損失を増やすことなく、第1のウォータージャケット50に供給される冷却水量を容易に確保することができる。この場合、第1のウォータージャケット50は、排気ポート34の上側を覆うように設けられているので、第1のウォータージャケット50の冷却水の流通面積を大きく確保することができる。これにより、上述したような排気ガスの十分な冷却性を容易に確保することができる。
In this embodiment, the
しかも、この実施形態では、第1のウォータージャケット50の第1の通路51から第3の通路53を経由して第2の通路52に冷却水が送られる。このため、第3の通路53を流れる冷却水によって、シリンダヘッド30の隣り合う排気バルブ36間の冷却を確実に行うことが可能になる。つまり、シリンダヘッド30において、特に高温化が懸念される排気バルブ36間の冷却性を向上させることができる。これにより、シリンダヘッド30の信頼性の向上を図ることが可能になる。
In addition, in this embodiment, the cooling water is sent from the
なお、上記実施形態では、第1のウォータージャケット50の冷却水導入口57を気筒列方向と直交する方向においてシリンダヘッド30の中央部30cに設け、冷却水排出口58を気筒列方向と直交する方向においてシリンダヘッド30の排気側端部30bに設けた例を挙げたが、冷却水導入口57と冷却水排出口58との位置関係は、逆であってもよい。つまり、冷却水導入口57と冷却水排出口58とが対角な位置に配置される位置関係であれば、特に限定されない。
In the above embodiment, the cooling
また、第1のウォータージャケット50は、排気ポート34の上側だけではなく、燃焼室31の上側も覆うような構成としてもよい。
Further, the
本発明は、排気マニホールド一体型のシリンダヘッドにも適用することが可能である。排気マニホールド一体型のシリンダヘッドは、例えば、特許文献1に示されるように、シリンダヘッド内において、各気筒の排気ポートが共通の排気集合部に集合された構成とされる。 The present invention can also be applied to a cylinder head integrated with an exhaust manifold. For example, as disclosed in Patent Document 1, an exhaust manifold integrated cylinder head has a configuration in which the exhaust ports of the cylinders are gathered in a common exhaust collecting portion in the cylinder head.
本発明は、多気筒内燃機関において排気ポート側に気筒列方向の一端側から他端側へ延びるウォータージャケットが設けられたシリンダヘッドに利用可能である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for a cylinder head provided with a water jacket extending from one end side to the other end side in the cylinder row direction on the exhaust port side in a multi-cylinder internal combustion engine.
10 内燃機関
30 シリンダヘッド
31 燃焼室
34 排気ポート
36 排気バルブ
36a バルブステム
40 ウォータージャケット
50 第1のウォータージャケット(排気ポート側ウォータージャケット)
51 第1の通路
52 第2の通路
53 第3の通路
57 冷却水導入口
58 冷却水排出口
60 第2のウォータージャケット(燃焼室側ウォータージャケット)
DESCRIPTION OF
51
Claims (5)
上記排気ポート側ウォータージャケットに冷却水を導入する冷却水導入口が、平面視で、気筒列方向の一端側で、且つ、気筒列方向と直交する方向において燃焼室側端部に設けられ、
上記排気ポート側ウォータージャケットから冷却水を排出する冷却水排出口が、平面視で、気筒列方向の他端側で、且つ、気筒列方向と直交する方向において排気側端部に設けられ、
上記排気ポート側ウォータージャケットは、燃焼室の周囲に設けられる燃焼室側ウォータージャケットと並列に設けられていることを特徴とするシリンダヘッドの冷却構造。 A cylinder head cooling structure in which an exhaust port side water jacket extending from one end side to the other end side in the cylinder row direction is provided on the exhaust port side of a cylinder head used in a multi-cylinder internal combustion engine,
A cooling water inlet for introducing cooling water into the exhaust port side water jacket is provided at one end side in the cylinder row direction and at the combustion chamber side end portion in a direction orthogonal to the cylinder row direction in plan view ,
A cooling water discharge port for discharging cooling water from the exhaust port side water jacket is provided at the other end side in the cylinder row direction and at the exhaust side end portion in a direction orthogonal to the cylinder row direction in plan view ,
The cooling structure for a cylinder head, wherein the exhaust port side water jacket is provided in parallel with a combustion chamber side water jacket provided around the combustion chamber .
上記排気ポート側ウォータージャケットは、平面視で略矩形に形成され、
上記冷却水導入口および冷却水排出口は、それぞれ1つずつ設けられていることを特徴とするシリンダヘッドの冷却構造。 In the cooling structure of the cylinder head according to claim 1 ,
The exhaust port side water jacket is formed in a substantially rectangular shape in plan view,
The cooling water inlet and cooling water outlet, a cooling structure of a cylinder head, characterized by being et provided one each.
上記排気ポート側ウォータージャケットは、上記燃焼室側端部において気筒列方向の一端側から他端側に向けて延びる第1の通路と、上記排気側端部において気筒列方向の一端側から他端側に向けて延びる第2の通路と、気筒列方向と交差する方向に延び上記第1の通路および第2の通路を連結する第3の通路とを含むことを特徴とするシリンダヘッドの冷却構造。 In the cooling structure of the cylinder head according to claim 2 ,
The exhaust port side water jacket includes a first passage extending from one end side in the cylinder row direction toward the other end side at the end portion on the combustion chamber side, and another end from one end side in the cylinder row direction at the exhaust side end portion. A cooling structure for a cylinder head, comprising: a second passage extending toward the side; and a third passage extending in a direction intersecting the cylinder row direction and connecting the first passage and the second passage. .
上記第3の通路は、隣り合う排気バルブ間に設けられていることを特徴とするシリンダヘッドの冷却構造。 In the cooling structure of the cylinder head according to claim 3 ,
The cylinder head cooling structure, wherein the third passage is provided between adjacent exhaust valves.
上記排気ポート側ウォータージャケットは、上記排気ポートの上側を覆うように設けられていることを特徴とするシリンダヘッドの冷却構造。 In the cooling structure of the cylinder head according to any one of claims 2 to 4 ,
The cooling structure for a cylinder head, wherein the exhaust port side water jacket is provided so as to cover an upper side of the exhaust port.
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