JP5711715B2 - シリンダヘッドの冷却液通路構造 - Google Patents

Description

本発明は、車両に搭載されるエンジンに設けられたシリンダヘッドの冷却液通路構造に関する。

従来、燃費向上及びＣＯ_２削減の要請からエンジン等の内燃機関の小型化が望まれているが、このような内燃機関は小型化によるトルク不足を解消するために過給機を備えていることが多い。一方、内燃機関の小型化・軽量化を図るために、複数の燃焼室から伸びる複数の排気ポートを集合させる排気集合部をシリンダヘッド内に一体に形成した内燃機関が開発されている。排気集合部は高温になり易く、特に、排気集合部の直ぐ下流側に過給機を配置した場合には、過給機の熱害防止のために排気集合部を十分に冷却することが重要になる。そのため、このようなシリンダヘッドでは、燃焼室を冷却する燃焼室用ウォータージャケットの他に、排気ポート及び排気集合部を冷却する排気用ウォータージャケットが設けられている。

例えば、特許文献１には、排気集合部の上側と下側にそれぞれ排気用ウォータージャケットを設け、排気集合部の出口開口部が設けられたシリンダヘッドの側面と当該排気集合部との間に、上側と下側の排気用ウォータージャケットを連通する連通部を設けたシリンダヘッドの冷却液通路構造が開示されている。

その他、冷却液の流量を増加させることなく、シリンダヘッドの冷却効率を向上させたウォータージャケットとしては、エキゾーストマニホールドが一体形成されたシリンダヘッドにおいて、エキゾーストマニホールドの排気側側面の冷却を可能にするために、シリンダヘッドの鋳造時のウォータージャケット中子と排気ポート中子の設置方法を改良したものが知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開２０１０−２０９７４９号公報 独国特許出願公開第１０２００８０５９８３２号明細書

しかし、特許文献１に記載のシリンダヘッドの冷却通路構造では、排気集合部の上側と下側の排気用ウォータージャケットを連通する連通部を有しているため、排気用ウォータージャケットにおける冷却液の流れが複雑になる。そのため、排気用ウォータージャケットの内部の流速が低下したり冷却液が滞留する箇所（淀み部）が発生することがあり、排気用ウォータージャケットの冷却効率が低下するおそれがある。一方、これを解消するためにウォータージャケットの容量を大きくして冷却液の流量を多くすると、シリンダヘッド及びウォーターポンプの小型化が阻害されてしまう。

また、特許文献２に記載のエキゾーストマニホールドが一体のシリンダヘッドでは、上側排気用ウォータージャケットと下側排気用ウォータージャケットを連通路で接続して冷却液を循環させることにより、排気ポート間等の冷却効率の向上を図ったり、空気溜まりの発生を防止している。しかし、連通路を設けたことによって、ウォータージャケット内部で冷却液の滞溜が発生し易いため、冷却効率を向上させたり、冷却不足になるのを解消したりするためには、さらに、冷却液の流量を増加させるなどして対策を施さねばならないという問題がある。

本発明は、これらの問題に鑑みて成されたものであり、シリンダヘッドのウォータージャケットの冷却液の流れを良好にして冷却効率を向上させたシリンダヘッドの冷却液通路構造を提供することを課題とする。

本発明に係るシリンダヘッドの冷却液通路構造は、シリンダヘッドの底面に形成された複数の燃焼室頂部と、前記複数の燃焼室頂部にそれぞれ連通する複数の吸気ポート及び複数の排気ポートと、前記シリンダヘッドの内部に形成され、前記複数の排気ポートが連通された排気集合部と、前記排気集合部を冷却する排気用ウォータージャケットと、を有するシリンダヘッドの冷却液通路構造であって、前記排気用ウォータージャケットは、前記排気集合部に対してシリンダ軸線方向の上側に配置され、冷却液がシリンダの配列方向に流れる上側排気用ウォータージャケットと、前記排気集合部に対してシリンダ軸線方向の下側に配置され、冷却液がシリンダの配列方向に流れる下側排気用ウォータージャケットと、を有すると共に、前記シリンダヘッドの底面には、ブロック側ウォータージャケットから前記上側排気用ウォータージャケットに冷却液を流入させるための前記上側排気用ウォータージャケットの冷却液入口と、前記ブロック側ウォータージャケットから前記下側排気用ウォータージャケットに冷却液を流入させるための前記下側排気用ウォータージャケットの冷却液入口と、がそれぞれ複数形成され、前記上側排気用ウォータージャケットの前記複数の冷却液入口、及び前記下側排気用ウォータージャケットの前記複数の冷却液入口の少なくとも１つが、シリンダヘッドの少なくともシリンダ列方向一端側に設けられ、前記上側排気用ウォータージャケットの冷却液出口と、前記下側排気用ウォータージャケットの冷却液出口とが、それぞれ前記シリンダヘッドのシリンダ列方向他端側に別個に設けられて、前記上側排気用ウォータージャケットと前記下側排気用ウォータージャケットとが、前記シリンダヘッドの内部でそれぞれ独立した冷却液通路で形成されており、前記下側排気用ウォータージャケットあるいは前記上側排気用ウォータージャケットは、前記ブロック側ウォータージャケットから流入される冷却液が、前記複数の吸気ポートを冷却する吸気用ウォータージャケットよりも先行して流入されるように形成されていることを特徴とする。

かかる構成によれば、シリンダヘッドの冷却液通路構造は、上側排気用ウォータージャケットの冷却液出口と、下側排気用ウォータージャケットの冷却液出口とがそれぞれシリンダヘッドのシリンダ列方向他端側に別個に設けられて、上側排気用ウォータージャケットと下側排気用ウォータージャケットとがそれぞれ独立した冷却液通路で形成されていることによって、各ウォータージャケット内部の冷却液の流速の調整が行い易く、冷却液を滞溜させることなく流すことが可能となる。このため、シリンダヘッドのウォータージャケットの冷却液の流れを良好にして冷却効率を向上させることができる。また、シリンダヘッドの冷却液通路構造は、共通の冷却液入口から分岐された冷却液通路構造のものと比較して、リブ等の分岐手段を設けることなく、各ウォータージャケットに最適な流路設定を容易に行うことができる。さらに、２つのウォータージャケットがそれぞれ独立した冷却液通路となっていることによって、各ウォータージャケット内での淀みの発生を最小限に抑制することができる。
また、シリンダヘッドの冷却液通路構造の冷却液の流れは、吸気用ウォータージャケットよりも先行して下側排気用ウォータージャケットあるいは上側排気用ウォータージャケットに冷却液が流入する排気先行型の流れになっている。これにより、排気ポート及び排気集合部を効率的に冷却することができる。
なお、「シリンダ軸線方向の上下」とは、シリンダ軸線に直交する平面であるシリンダ直交平面に対して、上方となる側を上側とし、下方となる側を下側とする。

また、本発明に係るシリンダヘッドの冷却液通路構造は、前記上側排気用ウォータージャケットと前記下側排気用ウォータージャケットとは、前記下側排気用ウォータージャケットを流れる冷却液の流速が、前記上側排気用ウォータージャケットを流れる冷却液の流速よりも速くなるように形成されていることが好ましい。

かかる構成によれば、上側排気用ウォータージャケットと下側排気用ウォータージャケットとは、シリンダヘッドの内部で互いに独立した流路を形成しているので、シリンダヘッド内部で冷却水を無理に偏向させて分岐させる必要がなく、冷却液の流れを互いに分離して流速の低下や冷却液の滞留箇所（淀み部）の発生を抑制することができる。そして、排気用ウォータージャケットは、下側排気用ウォータージャケットを流れる冷却液の流速が、上側排気用ウォータージャケットを流れる冷却液の流速よりも速くなるように形成されていることによって、燃焼室に近くて、より高温になるシリンダヘッドのエキゾーストマニホールドの下方を流れる下側排気用ウォータージャケットの流速を速くすることで、全体の冷却液の流量を増加させることなく冷却効率を向上させることができる。また、流速の速い冷却液でシリンダヘッドを冷却することにより、流速が速くなった分だけ、同じ容積の冷却液通路のものと比較して、シリンダヘッドを低温に冷却することができ、冷却能力及び冷却効率が向上されて、ひいてはシリンダヘッドの小型軽量化することが可能となる。

また、前記上側排気用ウォータージャケットまたは前記下側排気用ウォータージャケットは、前記複数の吸気ポートの周囲を流れる吸気用ウォータージャケットと接続されると共に、前記燃焼室頂部を冷却する燃焼室用ウォータージャケットに連結され、前記燃焼室用ウォータージャケットの冷却液の流量が、前記シリンダヘッドの内部を流れる冷却液の流量の最大比率を占めるように形成されると共に、この次に、前記下側排気用ウォータージャケットの冷却液の流量の比率が高くなるように形成されていることが好ましい。

かかる構成によれば、ウォータージャケットの冷却液通路は、燃焼室用ウォータージャケットの冷却液の流量が、シリンダヘッドの内部を流れる冷却液の流量の最大比率を占めるように形成されて、その次に下側排気用ウォータージャケットの冷却液の流量の比率が高くなるように形成されていることにより、燃焼室頂部の近傍で高温になるエキゾーストマニホールドの下方のシリンダヘッドの合わせ面部をより効率的に冷却することができる。

また、前記上側排気用ウォータージャケットまたは前記下側排気用ウォータージャケットには、前記燃焼室用ウォータージャケットが連結され、前記燃焼室用ウォータージャケットは、前記シリンダの配列方向に冷却液が流れるように形成されていることが好ましい。

かかる構成によれば、燃焼室用ウォータージャケットは、シリンダの配列方向に冷却液が流れるように形成されていることにより、形状が複雑で、高温となる燃焼室の上部の冷却液の流れがシリンダの配列方向に規制されるため、冷却液の流速及び冷却効率を良好に維持することができる。さらに、上側排気用ウォータージャケットまたは下側排気用ウォータージャケットは、独立した冷却液通路とすることによって、排気集合部側に流出しようとする冷却液の流量を軽減することができるため、最も高温となる点火プラグの周囲を効果的に冷却することができる。

また、前記上側排気用ウォータージャケット、若しくは、前記下側排気用ウォータージャケットは、シリンダの配列方向の一方側に大径の冷却液入口を有し、前記上側排気用ウォータージャケットまたは前記下側排気用ウォータージャケットは、前記複数の排気ポートの下方に配置されて、前記大径の冷却液入口よりも小径の複数の冷却液入口を備えると共に、前記複数の冷却液入口から流入した冷却液が、前記複数の排気ポートの周辺を通って前記排気集合部が配置されている側面部の内壁面側に流れた後、当該内壁面に案内されて前記排気集合部を冷却しながら前記冷却液出口に向けて前記シリンダの配列方向に流れるように形成されていることが好ましい。

かかる構成によれば、例えば、高温となる燃焼室の上部を覆う燃焼室用ウォータージャケットは、シリンダの配列方向の一方側に大径の冷却液入口を有している場合、比較的構造が複雑であっても、冷却液をシリンダ列方向である縦流しで流速を落とさずに流すことができるので、冷却効率を向上させることができる。独立した冷却液通路に形成された上側排気用ウォータージャケット、若しくは、下側排気用ウォータージャケットは、複数の排気ポートの下方に配置されて、大径の冷却液入口よりも小径の複数の冷却液入口を備えていることによって、分割面である燃焼室側部を確実に冷却することができるため、高温となる燃焼室側を確実に冷却しつつ、エキゾーストマニホールドの冷却効率を向上させることができる。
また、複数の冷却液入口から流入した冷却液は、複数の排気ポートの周辺を通って排気集合部側の内壁面側に流れた後、この内壁面に案内され排気集合部を冷却しながら冷却液出口に向けて流れる。このため、排気集合部、及び排気集合部側の内壁面を効率よく冷却することができる。
また、ウォータージャケットは、シリンダブロックから直接分割側の上側排気用ウォータージャケット、若しくは、下側排気用ウォータージャケットに冷却液を導いているので、排気ポート間にも冷却液を流すことができるため、シリンダヘッドを効率よく冷却することができる。

また、前記上側排気用ウォータージャケット、若しくは、前記下側排気用ウォータージャケットは、シリンダの配列方向の一方側に大径の冷却液入口を有し、前記上側排気用ウォータージャケットまたは前記下側排気用ウォータージャケットは、前記気筒間に配置されて、前記大径の冷却液入口よりも小径の複数の冷却液入口を備えると共に、前記複数の冷却液入口から流入した冷却液が、前記複数の気筒の周辺を通って前記排気集合部が配置されている側面部の内壁面側に流れた後、当該内壁面に案内されて前記排気集合部を冷却しながら前記冷却液出口に向けて前記シリンダの配列方向に流れるように形成されていることが好ましい。

かかる構成によれば、独立した冷却液通路に形成された上側排気用ウォータージャケット、若しくは、下側排気用ウォータージャケットは、シリンダの配列方向の一方側に大径の冷却液入口を有し、上側排気用ウォータージャケットまたは下側排気用ウォータージャケットは、気筒間に配置されて、大径の冷却液入口よりも小径の複数の冷却液入口を有していることによって、分割面である燃焼室側部を確実に冷却することができるため、高温となる燃焼室側を確実に冷却しつつ、エキゾーストマニホールドの集合部の冷却効率を向上させることができる。
また、複数の冷却液入口から流入した冷却液は、複数の気筒の周辺を通って排気集合部が配置されている側面部の内壁面側に流れた後、この内壁面に案内されて排気集合部を冷却しながら冷却液出口に向けて流れる。このため、排気集合部、及び排気集合部側の内壁面を効率よく冷却することができる。

また、前記上側排気用ウォータージャケットまたは前記下側排気用ウォータージャケットのうち、前記燃焼室用ウォータージャケットが連結されていない方の排気用ウォータージャケットは、冷却液入口が前記燃焼室頂部側に複数形成され、前記シリンダヘッドの排気側側面に沿って流れて集合した後、シリンダの配列方向に冷却液が流れるように形成されると共に、前記上側排気用ウォータージャケットの前記排気集合部が配置されている側の前記側面部と、前記下側排気用ウォータージャケットの前記排気集合部が配置されている側の前記側面部とが、前記排気集合部を介在してシリンダ軸線方向に重ねるように配置され、互いに前記排気集合部が配置された周辺からそれぞれの前記冷却液出口の方向に向けて延びていることが好ましい。

かかる構成によれば、上側排気用ウォータージャケットまたは下側排気用ウォータージャケットは、冷却液入口が、シリンダの配列方向の端部ではなく燃焼室頂部側に複数形成されていることによって、シリンダブロック側の冷却液通路から導入される冷却液が高温となる燃焼室頂部側の冷却効率を向上させることができると共に、シリンダの配列方向での冷却ムラを軽減して、均一な冷却を行うことができる。また、ウォータージャケットは、専用の冷却液入口を備えていることによって、冷却液の流速の設定が容易で、かつ、精度よく設定することができる。
また、かかる構成によれば、上側排気用ウォータージャケットの排気集合部が配置されている側の側面部と、下側排気用ウォータージャケットの排気集合部が配置されている側の側面部とが、排気集合部を介在してシリンダ軸線方向に重ねるように配置されていることによって、排気集合部を効率よく冷却することができる。

また、前記上側排気用ウォータージャケットの前記冷却液入口と、前記下側排気用ウォータージャケットの前記冷却液入口と、前記燃焼室用ウォータージャケットの前記冷却液入口は、ヘッドガスケットにそれぞれ別個に形成されたガスケット冷却液流入孔に連通されていることが好ましい。

かかる構成によれば、各ウォータージャケットの冷却液入口は、ヘッドガスケットの口径を調整するだけで流路設定を容易に行うことができ、かつ、上側排気用ウォータージャケットと下側排気用ウォータージャケットとの一方を独立した流路とすることにより、冷却液入口での分岐を不要とすることができるので、冷却液が滞溜するのを抑制させることができる。

また、前記上側排気用ウォータージャケットまたは前記下側排気用ウォータージャケットのうち、前記燃焼室用ウォータージャケットが連結されていない方の排気用ウォータージャケットは、当該排気用ウォータージャケットの冷却液出口から最も離れた気筒の排気ポート間に追加冷却液入口が形成されていることが好ましい。

かかる構成によれば、燃焼室用ウォータージャケットが連結されていない排気用ウォータージャケットは、排気用ウォータージャケットの冷却液出口から最も離れた気筒の排気ポート間に追加冷却液入口が形成されていることによって、冷却液の流量及び流速を上げることができる。このため、他の気筒の冷却液との合流部で、冷却液の淀みが生じるのを効果的に防止することができる。

本発明によれば、シリンダヘッドのウォータージャケットの冷却液の流れを良好にして冷却効率を向上させたシリンダヘッドの冷却液通路構造を提供することができる。

本実施形態に係るシリンダヘッドの冷却液通路構造を有する内燃機関の断面図である。 シリンダヘッドの斜視図である。 シリンダヘッドの内部の排気集合部及びヘッド側ウォータージャケットを透視して描いた斜視図である。 ヘッド側ウォータージャケットと排気集合部とを上下に分解して示した斜視図である。 吸気用ウォータージャケット、燃焼室用ウォータージャケット及び上側排気用ウォータージャケットの底面図である。 下側排気用ウォータージャケットの底面図である。 ヘッド側ウォータージャケットと排気集合部を前方から見た正面図である。 ブロック側ウォータージャケットから吸気用ウォータージャケットへの冷却液の流れを説明するための分解斜視図である。 ブロック側ウォータージャケットから下側排気用ウォータージャケットへの冷却液の流れを説明するための分解斜視図である。 ガスケットにヘッド側ウォータージャケットとブロック側ウォータージャケットとを重ねて描いた底面図である。 吸気用ウォータージャケット、燃焼室用ウォータージャケット及び上側排気用ウォータージャケットの冷却液の流れを説明するための底面図である。 下側排気用ウォータージャケットの冷却液の流れを説明するための底面図である。 本実施形態に係るシリンダヘッドの冷却液通路構造の第１変形例を示す分解斜視図である。 吸気用ウォータージャケット、燃焼室用ウォータージャケット及び上側排気用ウォータージャケットの第１変形例を示す平面図である。 下側排気用ウォータージャケット、吸気用ウォータージャケット及び燃焼室用ウォータージャケットの第１変形例を示す底面図である。 本実施形態に係るシリンダヘッドの冷却液通路構造の第２変形例を示す分解斜視図である。 下側排気用ウォータージャケット、吸気用ウォータージャケット及び燃焼室用ウォータージャケットの第２変形例を示す底面図である。

本発明の実施形態について、図１乃至図１２を参照して詳細に説明する。説明において、同一の要素には同一の番号を付し、重複する説明は省略する。また、方向を説明する場合は、各図に示すように、内燃機関Ｅが車両に設置された状態における前後左右上下に基づいて説明する。

図１は、本実施形態に係るシリンダヘッドの冷却液通路構造を有する内燃機関の断面図である。
図１に示すように、本発明が適用された内燃機関Ｅは、例えば、４つのシリンダ１ａ（図１では１つのみ図示）が直列に配列されて一体に設けられたシリンダブロック１と、シリンダブロック１の上側端部に結合されるシリンダヘッド２と、シリンダブロック１とシリンダヘッド２の間に設置されるガスケット３と、シリンダヘッド２の上側端部に結合されるヘッドカバー（図示省略）とを有する機関本体を備える。

内燃機関Ｅは、４つのシリンダ１ａと、各シリンダ１ａ内に往復運動可能に嵌合するピストン４と、各ピストン４にコンロッド５を介して連結されるクランク軸６とを備える多気筒内燃機関であり、搭載対象としての車両に、クランク軸６の回転中心線が左右方向に指向する横置き配置で搭載される。また、内燃機関Ｅは、吸気側を車両後方に向けて配置されると共に、排気側を車両前方に向けて配置されている。
シリンダ１ａ毎に、このシリンダ１ａのシリンダ軸線Ｌｃに平行な方向であるシリンダ軸線方向でピストン４とシリンダヘッド２との間には、シリンダ１ａとピストン４とシリンダヘッド２とにより燃焼室７が形成される。
なお、本実施形態では、シリンダ軸線Ｌｃと鉛直軸方向（すなわち上下方向）とが一致するように内燃機関Ｅが設置されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばシリンダ軸線Ｌｃが鉛直軸方向に対して傾斜するように内燃機関Ｅを設置してもよい。

シリンダブロック１は、前記したシリンダ１ａやクランクケース（図示省略）の他、シリンダ１ａを冷却する冷却液の流路となるブロック側ウォータージャケット１０を有している。ブロック側ウォータージャケット１０は、４つのシリンダ１ａの全体を連続的に囲う凹溝状の空間であり、シリンダブロック１の上面に開口している（図８、図９参照）。ブロック側ウォータージャケット１０の一端側には、図示しないラジエータで冷却された冷却液が供給されている。また、ブロック側ウォータージャケット１０は、ガスケット３の貫通孔３２，３５等を介して、後記するシリンダヘッド２の吸気用ウォータージャケット５０及び下側排気用ウォータージャケット９０に連通しており、両者に冷却液を供給している。ブロック側ウォータージャケット１０及びガスケット３については後に詳しく説明する。

図２は、シリンダヘッドの斜視図である。図３は、シリンダヘッドの内部の排気集合部及びヘッド側ウォータージャケットを透視して描いた斜視図である。なお、図３では、シリンダヘッド２の外形を仮想線（二点鎖線）で描いている。

シリンダヘッド２は、中子を用いた鋳造成形で製造される金属製部材である。シリンダヘッド２は、図１乃至図３（主に図１）に示すように、燃焼室７の頂部を構成する４つの燃焼室頂部２１（図１では１つのみ図示）と、各燃焼室７にエアを導入する吸気ポート２２と、各燃焼室７から燃焼ガスを排出する排気ポート２３と、シリンダヘッド２の内部において複数の排気ポート２３を集合させる排気集合部２４と、これらを冷却するためのヘッド側ウォータージャケット４０と、を主に有している。また、シリンダヘッド２は、その上部に動弁機構の一部（図示省略）を収容する動弁室２５を有している。

燃焼室頂部２１は、シリンダヘッド２の底面２ａに形成された複数の略円錐形状の凹部である。吸気ポート２２は、各燃焼室頂部２１とシリンダヘッド２の後面２ｂとを連通している。排気ポート２３は、各燃焼室頂部２１と排気集合部２４とを連通している。吸気ポート２２及び排気ポート２３は、１つの燃焼室頂部２１に対して２つずつ設けられて、燃焼室頂部２１内にそれぞれ連通している。なお、吸気ポート２２及び排気ポート２３には、図示しない吸気バルブ及び排気バルブが設置されている。

図２に示すように、排気集合部２４は、シリンダヘッド２の前面２ｃの左右方向の略中央部に開口する１つの開口部２４ａを有している。排気集合部２４は、シリンダヘッド２の内部に形成され、シリンダブロック１よりも前方に張り出した部位に設けられて、排気ポート２３に連通されている（図１参照）。
動弁室２５は、シリンダヘッド２の上面２ｄに形成された凹状の空間である。動弁室２５には、図示しないカムシャフトやロッカアームやバルブ等の動弁機構の一部が収容される。また、シリンダヘッド２の左側面２ｅ（排気側側面）には、後記するヘッド側ウォータージャケット４０の冷却液の出口となる出口開口部６３，８３，９３（排気側出口部２ｇ）が形成されている。シリンダヘッド２の左側面２ｅには、出口開口部６３，８３，９３から排出される冷却液をヒータやラジエータに分配するウォーターアウトレット（図示省略）が取り付けられる。

なお、シリンダヘッド２の前面２ｃには、鋳造成形時にキャビティ内に設置される中子と型枠に支持される巾木とを連結する連結部によって形成される２つの支持孔２ｆが存在するが、この支持孔２ｆは後付けのキャップ等で閉塞される。

図１及び図３に示すように、ヘッド側ウォータージャケット４０は、シリンダヘッド２において、冷却液の流路となる空間であり、吸気ポート２２を冷却するための吸気用ウォータージャケット５０と、燃焼室頂部２１を冷却するための燃焼室用ウォータージャケット６０と、排気ポート２３及び排気集合部２４を冷却するための排気用ウォータージャケット７０と、を備えている。

図１に示すように、吸気用ウォータージャケット５０は、吸気ポート２２の下方に設けられている。燃焼室用ウォータージャケット６０は、燃焼室頂部２１の直上であって吸気ポート２２と排気ポート２３の間に設けられている。排気用ウォータージャケット７０は、排気ポート２３及び排気集合部２４に対してシリンダ軸線Ｌｃ方向の上側に配置されて冷却液がシリンダ１ａの配列方向Ｌｂに流れる上側排気用ウォータージャケット８０と、排気ポート２３及び排気集合部２４に対してシリンダ軸線Ｌｃ方向の下側に配置されて冷却液がシリンダ１ａの配列方向Ｌｂに流れる下側排気用ウォータージャケット９０と、を有している。

吸気用ウォータージャケット５０は、ブロック側ウォータージャケット１０に連通すると共に、燃焼室用ウォータージャケット６０に連通している（図１の破線を参照）。燃焼室用ウォータージャケット６０は、ブロック側ウォータージャケット１０に連通すると共に、上側排気用ウォータージャケット８０に連通している。下側排気用ウォータージャケット９０は、ブロック側ウォータージャケット１０に連通している。そして、下側排気用ウォータージャケット９０は、吸気用ウォータージャケット５０、燃焼室用ウォータージャケット６０及び下側排気用ウォータージャケット９０に連通していない。すなわち、排気用ウォータージャケット７０は、上側排気用ウォータージャケット８０と下側排気用ウォータージャケット９０とが、シリンダヘッド２の内部においてそれぞれ独立した冷却液通路を形成している。その排気用ウォータージャケット７０は、下側排気用ウォータージャケット９０を流れる冷却液の流速が、上側排気用ウォータージャケット８０を流れる冷却液の流速よりも速くなるように形成されている。

次に、排気集合部２４及びヘッド側ウォータージャケット４０（すなわち、吸気用ウォータージャケット５０、燃焼室用ウォータージャケット６０、上側排気用ウォータージャケット８０及び下側排気用ウォータージャケット９０）の詳細な構造について、図４乃至図７を参照して説明する。

図４は、ヘッド側ウォータージャケットと排気集合部とを上下に分解して示した斜視図である。図５は、吸気用ウォータージャケット、燃焼室用ウォータージャケット及び上側排気用ウォータージャケットの底面図である。図６は、下側排気用ウォータージャケットの底面図である。図７は、ヘッド側ウォータージャケットと排気集合部を前方から見た正面図である。
ここで、図４乃至図７では、説明の便宜のため、空間である排気集合部２４及びヘッド側ウォータージャケット４０を実体があるもの（すなわちこれらに対応する中子）のように描いている。

図４に示すように、排気集合部２４は、各燃焼室７に連通する２本の排気ポート２３を１本に集合させる第１集合部２４ｂと、４本の第１集合部２４ｂを開口部２４ａの直前で１か所に集合させる第２集合部２４ｃと、を有している。第２集合部２４ｃ及び開口部２４ａは、シリンダヘッド２の左右方向の略中央部に設けられている。４本の第１集合部２４ｂのうち、右側及び左側の第１集合部２４ｂは、両者の中間の２つの第１集合部２４ｂよりも長い。この右側及び左側の第１集合部２４ｂの前側の側面が、後記する上側排気用ウォータージャケット８０の突出部８１及び下側排気用ウォータージャケット９０の突出部９１（図１，図４乃至図６参照）による冷却対象となる排気集合部２４の下流側側部２４ｄを構成している。下流側側部２４ｄは、平面視で、左右両端の排気ポート２３から中央の開口部２４ａに近づくほど前側に位置するように傾斜している。

図４、図５（主に図５）に示すように、吸気用ウォータージャケット５０は、吸気ポート２２（図１参照）を冷却する冷却液が流れる流路部位であり、各吸気ポート２２の下側を左右方向に横断するように蛇行しながら延設されている。吸気用ウォータージャケット５０は、各吸気ポート２２の下方に、シリンダヘッド２の底面２ａ（図２参照）に開口する８つの吸気側流入部５１を有している。また、吸気用ウォータージャケット５０は、隣り合うシリンダ１ａ同士の間（以下、「シリンダ軸間」という場合がある。）及び左右のシリンダ１ａの外側に対応する位置に、燃焼室用ウォータージャケット６０と連通する連通部５２を有している。３つのシリンダ軸間の連通部５２の下方には、シリンダヘッド２の底面２ａに開口する軸間流入部５３がそれぞれ設けられている。

燃焼室用ウォータージャケット６０は、燃焼室頂部２１（図１参照）を冷却する冷却液が流れる流路部位であり、各燃焼室頂部２１の上方を左右方向に横断するように延設されている。燃焼室用ウォータージャケット６０は、吸気用ウォータージャケット５０よりも前後方向に幅広に形成されており、図示しない点火プラグの周囲を囲っている。燃焼室用ウォータージャケット６０は、右側の端部に、シリンダヘッド２の底面２ａに開口する２つの冷却液の流入口となる燃焼室側流入部６１（冷却液入口）を有している（図７参照）。また、燃焼室用ウォータージャケット６０は、排気ポート２３（図１参照）同士の間に対応する位置に、上側排気用ウォータージャケット８０と連通する連通部６２を有している。さらに、燃焼室用ウォータージャケット６０は、左側の端部に、シリンダヘッド２の左側面２ｅに開口して冷却液の出口となる出口開口部６３を有している（図２参照）。出口開口部６３は、燃焼室用ウォータージャケット６０よりも前後方向に幅広に形成されており、前側に延設されている。

図４、図５、図７（主に図５）に示すように、上側排気用ウォータージャケット８０は、各排気ポート２３及び排気集合部２４の上側を被覆するように設けられている。上側排気用ウォータージャケット８０は、吸気用ウォータージャケット５０及び燃焼室用ウォータージャケット６０に比較して、前後方向の幅寸法が広く、かつ、上下方向の厚さ寸法が薄く形成されている（図１参照）。上側排気用ウォータージャケット８０は、前側の端部から下向きに突出する突出部８１を有している（図１参照）。突出部８１は、排気集合部２４の下流側側部２４ｄに対向するように配置されている。なお、上側排気用ウォータージャケット８０の前側の端部のうち、排気集合部２４の開口部２４ａに対応する部分８２には突出部８１が設けられていない。上側排気用ウォータージャケット８０は、左側の端部に、シリンダヘッド２の左側面２ｅに開口して冷却液の出口となる出口開口部８３（冷却液出口）を有している（図２参照）。

ちなみに、図５を参照して説明すると、吸気用ウォータージャケット５０と燃焼室用ウォータージャケット６０の間の部位５５には、吸気ポート２２（図示省略）が設置される。また、燃焼室用ウォータージャケット６０のうち、シリンダ１ａの中心位置に対応する部位６５には、点火プラグ（図示省略）が設置される。また、燃焼室用ウォータージャケット６０と上側排気用ウォータージャケット８０の間の部位６７には、排気弁（図示省略）が設置される。

図４、図６、図７（主に図６）に示すように、下側排気用ウォータージャケット９０は、各排気ポート２３及び排気集合部２４の下側を被覆するように設けられている（図１参照）。下側排気用ウォータージャケット９０は、上側排気用ウォータージャケット８０と厚さ寸法が同程度となるように扁平に形成されている（図１参照）。下側排気用ウォータージャケット９０は、前側の端部から上向きに突出する突出部９１を有している（図１参照）。突出部９１は、排気集合部２４の下流側側部２４ｄに対向するように配置されている。なお、下側排気用ウォータージャケット９０の前側の端部のうち、排気集合部２４の開口部２４ａに対応する部分９２には突出部９１が設けられていない。下側排気用ウォータージャケット９０は、左側の端部に、シリンダヘッド２の左側面２ｅに開口して冷却液の出口となる出口開口部９３（冷却液出口）を有している（図２参照）。下側排気用ウォータージャケット９０は、後側の端部であって各排気ポート２３の下方に対応する位置に、シリンダヘッド２の底面２ａに開口する８つの排気側流入部９４（冷却液入口）を有している。このように、排気ポート２３の直下に排気側流入部９４が設けられているので、排気ポート２３を効率よく冷却することができる（図４参照）。

なお、出口開口部９３から最も遠い側（すなわち上流側）の２つの排気側流入部９４の間には、追加流入部９５（追加冷却液入口）が設けられている。換言すると、上側排気用ウォータージャケット８０と下側排気用ウォータージャケット９０とのうち、燃焼室用ウォータージャケット６０が連結されていない側の下側排気用ウォータージャケット９０（排気用ウォータージャケット７０）は、この排気用ウォータージャケット７０の出口開口部９３（冷却液出口）から最も離れた気筒の排気ポート２３間に追加流入部９５（追加冷却液入口）が形成されている。

また、燃焼室用ウォータージャケット６０は、シリンダ１ａの配列方向Ｌｂの右側に燃焼室側流入部６１（冷却液入口）を有し、その配列方向Ｌｂに冷却液が流れるように形成されている。燃焼室用ウォータージャケット６０以外の上側排気用ウォータージャケット８０と下側排気用ウォータージャケット９０とのうち、下側排気用ウォータージャケット９０は、排気ポート２３の真下に複数の排気側流入部９４（冷却液入口）が形成されている。

なお、図３に示すように、排気集合部２４及びヘッド側ウォータージャケット４０は、図４に示すような形状の砂型である第２ウォータージャケット用中子２００、排気用中子３００及び第１ウォータージャケット用中子１００を、シリンダヘッド２の鋳造用金型（図示省略）のキャビティに下からこの順序で設置することによって形成される。つまり、３つの中子を下から順に積み重ねるように配置するだけで中子の設置が完了するので、中子の設置作業の煩雑化が抑制される。

図８は、ブロック側ウォータージャケットから吸気用ウォータージャケットへの冷却液の流れを説明するための分解斜視図である。図９は、ブロック側ウォータージャケットから下側排気用ウォータージャケットへの冷却液の流れを説明するための分解斜視図である。図１０は、ガスケットの底面図にヘッド側ウォータージャケットとブロック側ウォータージャケットとを重ねて描いた底面図である。
なお、図８、図９では、説明の便宜のため、ヘッド側ウォータージャケット４０のうち、流入部以外の部分を仮想線（二点鎖線）で描いている。また、図１０では、ガスケット３にドットのハッチングを付すと共にブロック側ウォータージャケット１０の開口部を仮想線（太破線）で描き込んでいる。

図８、図９、図１０に示すように、ブロック側ウォータージャケット１０は、４つのシリンダ１ａの周囲を全体的に囲むように形成されている。ブロック側ウォータージャケット１０は、最も右側のシリンダ１ａの前側に、他の部位よりも幅広となる冷却液の導入部１１を有している。導入部１１には、仕切部材１１ａが挿入されており、冷却液の流れる方向を規制している。本実施形態では、導入部１１の仕切部材１１ａよりも左側に冷却液配管Ｐが接続されている。また、ブロック側ウォータージャケット１０は、シリンダ１ａ同士の間（シリンダ軸間）に対応する部位にくびれ部１２を有している。また、シリンダ軸間には、前側と後側のくびれ部１２同士を連通する凹溝状の軸間スリット１３が形成されている。

図８、図９、図１０（主に図１０）に示すように、ガスケット３は、シリンダブロック１とシリンダヘッド２の結合部をシールする金属製の板状部材である。ガスケット３は、シリンダブロック１の４つのシリンダ１ａに対応する４つのシリンダ開口部３１を有している。
また、ガスケット３は、吸気用ウォータージャケット５０の吸気側流入部５１及び軸間流入部５３に対応する位置に形成された吸気側貫通孔３２及び軸間貫通孔３３と、燃焼室用ウォータージャケット６０の燃焼室側流入部６１に対応する位置に形成された燃焼室側貫通孔３４と、下側排気用ウォータージャケット９０の排気側流入部９４及び追加流入部９５に対応する位置に形成された排気側貫通孔３５及び追加貫通孔３６と、を有している。これらの吸気側貫通孔３２、軸間貫通孔３３、燃焼室側貫通孔３４、排気側貫通孔３５及び追加貫通孔３６は、すべてブロック側ウォータージャケット１０の開口部に対応する位置に形成されている。吸気側貫通孔３２（３２ａ〜３２ｈ）及び排気側貫通孔３５（３５ａ〜３５ｈ）は、一部に例外はあるが、右側に位置する孔の方（出口開口部６３，８３，９３から遠い孔の方）が概ね大径に形成されて、左側に位置する孔の方（出口開口部６３，８３，９３から近い孔の方）が小径に形成されているので、出口開口部６３，８３，９３の近傍を流れる冷却液の流速が速くなるように形成されている。

なお、下側排気用ウォータージャケット９０の排気側流入部９４（冷却液入口）と、燃焼室用ウォータージャケット６０の燃焼室側流入部６１（冷却液入口）とは、ガスケット３（ヘッドガスケット）にそれぞれ別個に形成されたガスケット冷却液流入孔（３２〜３６）及びシリンダブロック１のブロック側ウォータージャケット１０を介して連通されている。また、上側排気用ウォータージャケット８０は、冷却液が燃焼室用ウォータージャケット６０の連通部６２（冷却液入口）を通って上側排気用ウォータージャケット８０内に流入するように形成されている。

吸気側貫通孔３２において、例えば、出口開口部６３（排気側出口部２ｇ）から一番遠い位置に配置された吸気側貫通孔３２ａは、直径が３ｍｍより大きな孔に形成されている。吸気側貫通孔３２ａの出口開口部６３側に隣設された吸気側貫通孔３２ｂは、直径３ｍｍより大きな長孔で形成されている。吸気側貫通孔３２のうち、最も出口開口部（排気側出口部２ｇ）側寄りの位置に配置された吸気側貫通孔３２（３２ｃ〜３２ｈ）は、直径３ｍｍで小さい孔からなる。

排気側貫通孔３５において、例えば、出口開口部９３（排気側出口部２ｇ）から最も遠い位置側に配置された排気側貫通孔３５ａ〜３５ｄは、直径が６ｍｍに形成されている。排気側貫通孔３５ｄの出口開口部９３（冷却液出口）側寄りに隣設された排気側貫通孔３５ｅ，３５ｆは、直径５ｍｍの孔に形成されている。排気側貫通孔３５ｆの最も出口開口部９３（排気側出口部２ｇ）側寄りの位置に配置された排気側貫通孔３５ｇ，３５ｈは、直径４ｍｍで小さい孔からなる。
このように吸気側貫通孔３２及び排気側貫通孔３５は、出口開口部６３，９３側寄りに配置されたガスケット冷却液流入孔の口径が小さく、ガスケット冷却液流入孔が出口開口部６３，９３から遠くに離れた位置に応じて適宜に大きな口径に形成されている。
特に、燃焼室側貫通孔３４は、他の貫通孔３２，３３，３５，３６よりも大きな径に形成されている。これにより、後記する縦流れが形成され易くなる。

前記したように、上側排気用ウォータージャケット８０は、吸気ポート２２の周囲を冷却液が流れる吸気用ウォータージャケット５０と連通されると共に、燃焼室頂部２１を冷却する燃焼室用ウォータージャケット６０に連結されている。そして、燃焼室用ウォータージャケット６０の冷却液の流量が、シリンダヘッド２の内部を流れる冷却液の流量の最大比率を占めるように燃焼室用ウォータージャケット６０の流路断面積が広く形成されて、この次に、下側排気用ウォータージャケット９０の冷却液の流量の比率が高くなるように下側排気用ウォータージャケット９０の流路断面積が形成されている。

≪作用≫
次に、ブロック側ウォータージャケット１０及びヘッド側ウォータージャケット４０における冷却液の流れについて、図８乃至図１２を参照して説明する。
図１１は、吸気用ウォータージャケット、燃焼室用ウォータージャケット及び上側排気用ウォータージャケットの冷却液の流れを説明するための底面図である。図１２は、下側排気用ウォータージャケットの冷却液の流れを説明するための底面図である。

図８、図９に示すように、冷却液配管Ｐから導入部１１に流入した冷却液（矢印Ｙ１）は、ブロック側ウォータージャケット１０に沿ってシリンダ１ａの前側を左方向に流れ（矢印Ｙ２）、左端部でＵターンしたのち（矢印Ｙ３）、ブロック側ウォータージャケット１０に沿ってシリンダ１ａの後側を右方向に流れ（矢印Ｙ４）、右端部に到達する（矢印Ｙ５）。また、冷却液は、軸間スリット１３を通って、前側のくびれ部１２から後側のくびれ部１２に向かって流れる（矢印Ｙ６）。

図９に示すように、ブロック側ウォータージャケット１０に沿ってシリンダ１ａの前側を左方向に流れる冷却液（矢印Ｙ２）の一部は、ガスケット３に形成された排気側貫通孔３５及び追加貫通孔３６を通って、排気側流入部９４及び追加流入部９５から下側排気用ウォータージャケット９０の内部に流入する（矢印Ｙ７）。すなわち、本実施形態における冷却液の流れは、吸気用ウォータージャケット５０に先行して下側排気用ウォータージャケット９０に冷却液が流入するいわゆる排気先行型の流れになっている。これにより、排気ポート２３及び排気集合部２４を効率的に冷却することができる。

また、図８に示すように、ブロック側ウォータージャケット１０に沿ってシリンダ１ａの後側を右方向に流れる冷却液（矢印Ｙ４）の一部は、ガスケット３に形成された吸気側貫通孔３２（３２ａ〜３２ｈ）を通って、吸気側流入部５１から吸気用ウォータージャケット５０の内部に流入する（矢印Ｙ８ａ）。このとき、出口開口部６３（排気側出口部２ｇ）側寄りに配置されている吸気側貫通孔３２ｃ〜３２ｈは、口径が、出口開口部６３（排気側出口部２ｇ）から遠い位置に配置された吸気側貫通孔３２ａ，３２ｂよりも小さく形成されているので、出口開口部６３（排気側出口部２ｇ）側寄りに配置された吸気側流入部５１に流れ込む冷却液（矢印Ｙ８ａ）の流速が速くなる。冷却液（矢印Ｙ８ａ）の流速が速くなれば、流速に応じて所定時間内に吸気側流入部５１に流れる冷却液の流量が多くなり、冷却液通路の断面積を小さくすることを可能にすると共に、ウォータージャケットの冷却能力及び冷却効率を向上させることができる。

また、軸間スリット１３を通る冷却液（矢印Ｙ６）は、後側のくびれ部１２に合流したところで、ガスケット３に形成された軸間貫通孔３３を通って、軸間流入部５３から吸気用ウォータージャケット５０の内部に流入する（矢印Ｙ８ｂ）。軸間スリット１３から流れ出る軸間流入部５３へ流れる冷却液（矢印Ｙ６）は、各くびれ部１２の位置に合わせて、ガスケット３に軸間貫通孔３３を形成したことによって、流動抵抗が低減されて、スムーズに流れるようになっている。
また、ブロック側ウォータージャケット１０の右端部に到達した冷却液（矢印Ｙ５）は、ガスケット３に形成された燃焼室側貫通孔３４を通って、燃焼室側流入部６１から燃焼室用ウォータージャケット６０の右端部に流入する（矢印Ｙ９）。出口開口部６３（排気側出口部２ｇ）から遠い位置に配置されている燃焼室側貫通孔３４は、これよりも出口開口部６３（排気側出口部２ｇ）から近い位置に配置された吸気側貫通孔３２及び軸間貫通孔３３の口径よりも大きく形成されて、冷却液（Ｙ９）がゆっくりと流れるようになっている。

図１１に示すように、燃焼室側流入部６１から燃焼室用ウォータージャケット６０の右端部に流入した冷却液は、左端部の出口開口部６３に向かって右から左に略真っすぐに流れる（矢印Ｙ１０）ので、流動抵抗が少ないため、冷却液の流れがスムーズである。この流れ（矢印Ｙ１０）が、燃焼室用ウォータージャケット６０においてシリンダ１ａ（すなわち燃焼室頂部２１）の配列方向Ｌｂ（図８、図９参照）に沿う流れ（いわゆる縦流れ）を形成する。
また、吸気側流入部５１及び軸間流入部５３から吸気用ウォータージャケット５０の内部に流入した冷却液は、連通部５２を通って燃焼室用ウォータージャケット６０に流入し（矢印Ｙ１１）、前記した縦流れに合流する。燃焼室用ウォータージャケット６０の内部を右から左へ流れた冷却液（矢印Ｙ１０）は、出口開口部６３からシリンダヘッド２の外部へ流出する。

燃焼室用ウォータージャケット６０を流れる冷却液の一部は、連通部６２を通って上側排気用ウォータージャケット８０に流入する。各連通部６２から流入した流れ（矢印Ｙ１２）は、上側排気用ウォータージャケット８０の前端側で合流し、シリンダ１ａ（すなわち燃焼室頂部２１）の配列方向Ｌｂ（図８、図９参照）に沿う流れ（いわゆる縦流れ）を
形成する（矢印Ｙ１３）。
なお、上側排気用ウォータージャケット８０の右前部８０ａは、出口開口部８３に近づくほど前側に位置するように傾斜しているので、右側の連通部６２から前方に向かって流入した冷却液は、上側排気用ウォータージャケット８０の右前部８０ａに案内されて出口開口部８３へ向かうように流れ易くなっている。このため、冷却液が滞溜することなくスムーズに流れ、圧力損失が少ない。上側排気用ウォータージャケット８０の内部を右から左へ流れた冷却液は、出口開口部８３からシリンダヘッド２の外部へ流出する。

図１２に示すように、排気側流入部９４から下側排気用ウォータージャケット９０に流入した冷却液（矢印Ｙ１４）は、前方に向かって流れて下側排気用ウォータージャケット９０の前端側で合流し、シリンダ１ａ（すなわち燃焼室頂部２１）の配列方向Ｌｂ（図８、図９参照）に沿う流れ（いわゆる縦流れ）を形成する（矢印Ｙ１５）。なお、下側排気用ウォータージャケット９０の右前部９０ａは、出口開口部９３に近づくほど前側に位置するように傾斜しているので、右側の排気側流入部９４及び追加流入部９５から前方に向かって流入した冷却液は、下側排気用ウォータージャケット９０の右前部９０ａに案内され他の箇所と比較して速い流速で出口開口部９３へ向かうように流れ易くなっている。下側排気用ウォータージャケット９０の内部を右から左へ流れた冷却液（矢印Ｙ１５）は、出口開口部９３からシリンダヘッド２の外部へ流出する。
なお、下側排気用ウォータージャケット９０と上側排気用ウォータージャケット８０とを比較すると、単独の独立した形状の下側排気用ウォータージャケット９０の方が、多数の排気側流入部９４及び追加流入部９５から流入した冷却液が、出口開口部９３へ向かって抵抗なくスムーズに流れるように流路が形成されているため、下側排気用ウォータージャケット９０内を流れる冷却液の流速が、上側排気用ウォータージャケット８０の流速よりも速くなるように形成されている。

以上のように、本実施形態に係るシリンダヘッドの冷却液通路構造によれば、上側排気用ウォータージャケット８０と下側排気用ウォータージャケット９０とは、シリンダヘッド２の内部において互いに独立した流路を形成しているので、冷却液の流れを互いに分離して流速の低下や冷却液の滞留箇所（淀み部）の発生を抑制することができる。そして、流速の低下や冷却液の滞留箇所（淀み部）の発生を極力少なくすることができるので、排気用ウォータージャケット７０の内部を流れる冷却液の流速を上昇させることができるため、小さな流路断面積の冷却通路であっても、時間単位当たりの冷却液の供給流量を増加させて、効率よく排気集合部２４等を冷却することが可能となる。これにより、排気用ウォータージャケット７０の容量を小さくすることができ、ひいてはシリンダヘッド２の小型化やウォーターポンプの小型化を図ることができる。

また、上側排気用ウォータージャケット８０及び下側排気用ウォータージャケット９０は、互いに他方側に向かって突出して排気集合部２４の下流側側部２４ｄに対向するように配置された突出部８１，９１を有するので、上側排気用ウォータージャケット８０と下側排気用ウォータージャケット９０とを互いに独立した流路としながら、排気集合部２４の下流側側部２４ｄを突出部８１，９１で被覆することができるので、排気集合部２４の全体を排気用ウォータージャケット７０で覆い冷却効率を向上させることができる。

また、吸気用ウォータージャケット５０は燃焼室用ウォータージャケット６０に連通し、燃焼室用ウォータージャケット６０は、上側排気用ウォータージャケット８０に連通しているので、シリンダヘッド２の鋳造時に用いる複数の中子のうち、吸気用ウォータージャケット５０、燃焼室用ウォータージャケット６０及び上側排気用ウォータージャケット８０に対応する中子（すなわち、図４に示す第１ウォータージャケット用中子１００）を一体に形成することができる。
また、上側排気用ウォータージャケット８０と下側排気用ウォータージャケット９０とが互いに分離しているので、特許文献１のように連通路を形成するための中子を別途用意する必要がない。これにより、中子の増加が抑制され、また、中子同士の位置合わせが不要のため、製造工程（中子の設置作業や中子同士の位置決め等）の煩雑化を抑制することができる。

また、燃焼室用ウォータージャケット６０に連通している上側排気用ウォータージャケット８０は、燃焼室頂部２１の配列方向Ｌｂに冷却液が流れるように形成されているので、流路面積が大きくても流速調整が容易になる。そのため、少ない冷却液量でも流速を速めて冷却効率を向上させることが容易になる。また、ブロック側ウォータージャケット１０から冷却液が直接流入する下側排気用ウォータージャケット９０も、燃焼室頂部２１の配列方向Ｌｂに冷却液が流れるように形成されているので、上記と同様の効果を奏する。
また、燃焼室用ウォータージャケット６０と上側排気用ウォータージャケット８０と下側排気用ウォータージャケット９０とは、互いに出口開口部６３，８３，９３（冷却液出口）が別個に形成されていることにより、冷却液の流速を速くして冷却性のよい冷却液通路を設計する場合、燃焼室側流入部６１（冷却液入口）、排気側流入部９４（冷却液入口）及び追加流入部９５（追加冷却液入口）の口径に対する出口開口部６３，８３，９３の口径との関係から流速を調整することができるため、冷却液通路内の冷却液の流速を所望通りに設定し易く、冷却液の流速管理も行い易い。

≪第１変形例≫
以上、本実施形態に係るシリンダヘッドの冷却液通路構造について、図面を参照して詳細に説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であることは言うまでもない。以下、前記実施形態の変形例を説明する。なお、既に説明した構成は同じ符号を付してその説明を省略する。図１３は、本実施形態に係るシリンダヘッドの冷却液通路構造の第１変形例を示す分解斜視図である。図１４は、吸気用ウォータージャケット、燃焼室用ウォータージャケット及び上側排気用ウォータージャケットの第１変形例を示す平面図である。図１５は、下側排気用ウォータージャケット、吸気用ウォータージャケット及び燃焼室用ウォータージャケットの第１変形例を示す底面図である。

前記実施形態では、図３及び図４に示すように、上側排気用ウォータージャケット８０に吸気用ウォータージャケット５０と燃焼室用ウォータージャケット６０とを一体形成して下側排気用ウォータージャケット９０の上側に設けたヘッド側ウォータージャケット４０を説明したが、これに限定されるものではない。本発明に係るシリンダヘッドの冷却液通路構造は、例えば、図１３〜図１５に示すように、上側に上側排気用ウォータージャケット８０Ａを設け、この下側に下側排気用ウォータージャケット９０Ａと吸気用ウォータージャケット５０Ａと燃焼室用ウォータージャケット６０Ａとを一体形成したウォータージャケットを分離して配置したヘッド側ウォータージャケット４０Ａであっても構わない。

この場合、図１４に示すように、上側排気用ウォータージャケット８０Ａは、各気筒間に配置された複数の冷却液入口８４Ａを備えているので、冷却液（矢印Ｙ２０）が、各冷却液入口８４Ａから気筒の周辺と通って上側排気用ウォータージャケット８０Ａの前側側面部８０Ａｂに向けて流れた後、その冷却液（矢印Ｙ２１）が、各冷却液入口８４Ａから流れ出た冷却液（矢印Ｙ２０）と前側側面部８０Ａｂ内で合流しながら流速を上げて出口開口部８３Ａ（冷却液出口）に向けて真っすぐに流れるように形成されている。
換言すると、上側排気用ウォータージャケット８０Ａまたは下側排気用ウォータージャケット９０Ａで、燃焼室用ウォータージャケット６０Ａが連結されていない側の排気用ウォータージャケット７０Ａ（上側排気用ウォータージャケット８０Ａ）は、冷却液入口８４Ａが気筒間にそれぞれ形成され、各冷却液入口８４Ａから流れ出た冷却液が、シリンダヘッド２の左側面２ｅ（排気側側面）に沿って流れた後、シリンダ１ａの配列方向Ｌｂの出口開口部８３Ａに向けて合流しながら流れるように形成されている。

上側排気用ウォータージャケット８０Ａは、このように形成されていることにより、気筒の周辺部位、及び、上側排気用ウォータージャケット８０Ａの前側側面部８０Ａｂ（排気側）を効率よく冷却できるように形成されているので、従来の一体型のウォータージャケットでは不可能であった前側側面部８０Ａｂの冷却を可能にした。

このため、排気集合部２４の開口部２４ａ周辺の第１ウォータージャケット用中子１００Ａと第２ウォータージャケット用中子２００Ａとの合わせ面の裏側（内部側）には、上側排気用ウォータージャケット８０Ａと下側排気用ウォータージャケット９０Ａ（図１５の矢印Ｙ２２参照）が設けられる。このため、その合わせ面を接合するための雌ねじ部Ｎ及びガスケットビード部（図示省略）の設置部位の温度を低減させることが可能となる。
なお、鋳造の際に、第１ウォータージャケット用中子１００Ａと第２ウォータージャケット用中子２００Ａとの合わせ面に溶湯が回り込んで、薄膜が形成されるのを防止するために、上下のウォータージャケット間を肉厚に形成することが好ましい。

また、冷却液入口８４Ａは、シリンダ軸間部から出口開口部８３Ａ（冷却液出口）に向かって流れる縦流れを形成するので、排気ポート２３の上面を広範囲に亘って冷却することが可能となる。冷却液入口８４Ａは、気筒間に配置されていることによって、シリンダ軸間部から冷却液を供給することができるので、上側排気用ウォータージャケット８０Ａに冷却液を供給するための別回路やバイパス回路が不要である。また、冷却液入口８４Ａは、上側の第１ウォータージャケット用中子１００Ａをセットする際に、位置決めの役目を果たす脚部となるので、中子を所定位置に正確に組み付けることができると共に、中子の組付作業を簡素化を図ることができる。

上側排気用ウォータージャケット８０Ａと下側排気用ウォータージャケット９０Ａとは、上側排気用ウォータージャケット８０Ａにシリンダブロック１側の冷却液を供給する冷却液入口８４Ａが設けられると共に、下側排気用ウォータージャケット９０Ａにシリンダブロック１側の冷却液を供給する燃焼室側流入部６１Ａ（冷却液入口）が設けられ、上側排気用ウォータージャケット８０Ａの出口開口部８３Ａ（冷却液出口）と、下側排気用ウォータージャケット９０Ａの出口開口部９３Ａ（冷却液出口）とがそれぞれシリンダヘッド２に別個に設けられて、それぞれ独立した冷却液通路で形成されている。

また、図１５に示すように、下側排気用ウォータージャケット９０Ａは、複数の吸気ポート２２（図１参照）の周囲を流れる吸気用ウォータージャケット５０Ａと接続されると共に、燃焼室頂部２１（図１参照）を覆う燃焼室用ウォータージャケット６０Ａに連結されている。このため、上下のウォータージャケットは、燃焼室頂部２１付近で分割面されているので、高温となる燃焼室頂部２１や、エキゾーストマニホールドの集合部付近を効率よく確実に冷却することができる。
下側排気用ウォータージャケット９０Ａと、燃焼室頂部２１を覆う配置されて燃焼室周りを冷却する燃焼室用ウォータージャケット６０Ａとは、左右端部の２箇所にそれぞれ配置された連結部９６Ａ，９６Ａによって連結されて一体形成されている。左右の連結部９６Ａ，９６Ａ間の軸間部において、下側排気用ウォータージャケット９０Ａと燃焼室用ウォータージャケット６０Ａの燃焼室周りとの間の部位６７Ａは、離間されている。

図１５に示すように、燃焼室用ウォータージャケット６０Ａ及び下側排気用ウォータージャケット９０Ａは、シリンダ１ａの配列方向Ｌｂの右側に燃焼室側流入部６１Ａ（冷却液入口）を有し、同位置に燃焼室側貫通孔３４Ａ（ガスケット冷却液流入孔）が配置されて、燃焼室側流入部６１Ａから流入した冷却液（矢印Ｙ２２，Ｙ２３，Ｙ２４）が、吸気用ウォータージャケット５０Ａ、燃焼室用ウォータージャケット６０Ａ及び下側排気用ウォータージャケット９０Ａの右端から左端の出口開口部９３Ａ（冷却液出口）に向かって冷却液通路をシリンダ１ａの配列方向Ｌｂに流れるように形成されている。

なお、図１４に示すように、プラグ配置部周辺部６８Ａは、効率よく冷却するために、下側に配置される燃焼室用ウォータージャケット６０Ａによってその全周を分割せずに冷却するように形成されている。
また、排気軸間部６９Ａは、上側排気用ウォータージャケット８０Ａを流れる冷却液の流線（矢印Ｙ２０）から外れる箇所に形成されているので、上側排気用ウォータージャケット８０Ａで効率よく冷却し難いため、下側の燃焼室用ウォータージャケット６０Ａに形成されている。

以上、本発明は第１変形例のように構成しても、ウォータージャケットが、上側に配置される上側排気用ウォータージャケット８０Ａと、下側に配置される下側排気用ウォータージャケット９０Ａ等とに分離することにより、複数の独立した冷却液通路を形成することができるので、各ウォータージャケット内部の冷却液の流速の調整が行い易く、冷却液を滞溜させることなく流すことが可能となる。
特に、上側排気用ウォータージャケット８０Ａと下側排気用ウォータージャケット９０Ａとは、図１４及び図１５に示すように、冷却液（矢印Ｙ２１，２０）が、右端部から前側側面部８０Ａｂ，９０Ａｂ内を内壁面に沿って出口開口部８３Ａ，９３Ａ（冷却液出口）に向かって流速を上昇させながら流れるので、流速に比例して流れる冷却液の流量が増加するため、シリンダヘッド２（図１参照）の排気ポート２３や排気集合部２４を効率よく冷却することができる。

これにより、特許文献１に記載の従来の一体型のウォータージャケットでは不可能であった前側側面部８０Ａｂの冷却を可能にすると共に、冷却液の流速が速くなった分だけ冷却能力及び冷却効率も向上されるので、冷却液通路の断面積を小さくできるため、排気用ウォータージャケット７０Ａ（上側排気用ウォータージャケット８０Ａ及び下側排気用ウォータージャケット９０Ａ）の容量を小さくすることによって、シリンダヘッド２の小型軽量化を図ることが可能となる。

また、上側排気用ウォータージャケット８０Ａによって気筒周辺を冷却液（矢印Ｙ２０）で冷却すると共に、燃焼室用ウォータージャケット６０Ａの冷却液（矢印Ｙ２３）によって右端部から左端部の出口開口部９３Ａ（冷却液出口）に向かって流れて燃焼室頂部２１を効率よく冷却することができる。さらに、吸気用ウォータージャケット５０Ａを流れる冷却液（矢印Ｙ２４）は、後側側面部９０Ａｂ内を内側面に沿って出口開口部９３Ａ（冷却液出口）に向けてスムーズに流れるので、効率よく冷却することができる。
このように、上側排気用ウォータージャケット８０Ａと下側排気用ウォータージャケット９０Ａとは、互いに独立した流路、及び、別個の出口開口部８３Ａ，９３Ａ（冷却液出口）を形成しているので、冷却液の流速や、冷却液の滞留箇所（淀み部）を解消するための冷却液通路の設計が行い易い。

≪第２変形例≫
図１６は、本実施形態に係るシリンダヘッドの冷却液通路構造の第２変形例を示す分解斜視図である。図１７は、下側排気用ウォータージャケット、吸気用ウォータージャケット及び燃焼室用ウォータージャケットの第２変形例を示す底面図である。
本実施形態では、排気集合部２４の開口部２４ａを、シリンダヘッド２の左右方向の略中央となる位置に形成したが、図１６及び図１７に示すように、左右のいずれかに片寄った位置に排気集合部２４の開口部２４ａを形成してもよい。
また、図１６及び図１７に示すように、左右の連結部６２Ｂ，６２Ｂ間の軸間部において、上側排気用ウォータージャケット８０Ｂと燃焼室用ウォータージャケット６０Ｂの燃焼室周りとの間は、連結部６２Ｂ，６２Ｂよりも左右方向に幅の長い連結部６７Ｂを設けてしっかりと繋いでもよい。このようにすれば、上側排気用ウォータージャケット８０Ｂ及び燃焼室用ウォータージャケット６０Ｂを形成するための中子の剛性を向上させることができるので、ウォータージャケットの鋳造作業の際に連結部６７Ｂが壊れるのを防止することができる。

なお、図１６及び図１７に示す各ウォータージャケットの冷却液の流れは、前記実施形態と略同一であるが、簡単に説明する。各ウォータージャケット（燃焼室用ウォータージャケット６０Ｂ、上側排気用ウォータージャケット８０Ｂ及び下側排気用ウォータージャケット９０Ｂ）において、冷却液は、冷却液の流入口であるガスケット３のガスケット冷却液流入孔３３Ｂ，３４Ｂ，３５Ｂから左端部の出口開口部６３Ｂ，８３Ｂ，９３Ｂ方向に向かって蛇行することなくスムーズに流れて（矢印Ｙ３０，Ｙ３１，Ｙ３２，Ｙ３３）、出口開口部６３Ｂ，８３Ｂ，９３Ｂに近づくに連れて流速が上がるようになっている。各ウォータージャケットの冷却液通路は、そのように形成してあれば、ガスケット冷却液流入孔３３Ｂ，３４Ｂ，３５Ｂの設置位置を適宜変更しても構わない。このため、本実施形態で説明した図１２に示す追加貫通孔３６及び追加流入部９５は、図１７に示すように、なくても構わない。

また、下側排気用ウォータージャケット９０Ｂは、各気筒の周辺の左右にそれぞれ排気側貫通孔３５Ｂが形成されているので、気筒の周辺を効率よく冷却することができる。各排気側貫通孔３５Ｂから流れ出た冷却液（矢印Ｙ３０，Ｙ３１）は、前側側面部９０Ｂｂ内を内壁面に沿って前側側面部９０Ｂｂに流れた後、合流して流速を上昇させて前側側面部９０Ｂｂ及び排気集合部２４を冷却しながら出口開口部９３Ｂに向かって流れる。このため、下側排気用ウォータージャケット９０Ｂは、前側側面及び排気集合部２４周辺を効果的に冷却することができる。
また、図１６に示すように、下側排気用ウォータージャケット９０Ｂの出口開口部９３Ｂ寄りの位置には、切欠部９３Ｂａ設けて、出口開口部６３Ｂ，８３Ｂ，９３Ｂ以外に、さらに別個の出口開口部（図示省略）を配置しても構わない。

≪その他の変形例≫
例えば、本実施形態では、燃焼室用ウォータージャケット６０を、上側排気用ウォータージャケット８０に連通するように構成したが、本発明はこれに限定されるものではなく、上側排気用ウォータージャケット８０と下側排気用ウォータージャケット９０とが互いに独立した流路に成りさえすれば、燃焼室用ウォータージャケット６０を、下側排気用ウォータージャケット９０に連通するように構成してもよい。ちなみに、燃焼室用ウォータージャケット６０を、上側排気用ウォータージャケット８０に連通するように構成した方が、連通部６２の上下方向の幅寸法を大きくすることができるので、図４に示す第１ウォータージャケット用中子１００の剛性を大きくすることができる。

また、本実施形態では、上側排気用ウォータージャケット８０と下側排気用ウォータージャケット９０の両方に、突出部８１，９１を設けたが、本発明はこれに限定されるものではなく、上側排気用ウォータージャケット８０及び下側排気用ウォータージャケット９０のいずれか一方のみに突出部を設けるようにしてもよい。このような構成でも、上側排気用ウォータージャケット８０と下側排気用ウォータージャケット９０とを分離しながら、排気集合部２４の下流側側部２４ｄを冷却することができる。

また、本発明は直列４気筒形式の内燃機関Ｅを例にとって説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、２気筒、３気筒等の他の気筒数の内燃機関Ｅにも適用可能であり、また、Ｖ型形式の内燃機関Ｅ等にも適用可能である。また、本発明は、自動車の内燃機関Ｅに限定されるものではなく、船舶や汎用機械などの他の内燃機関Ｅにも適用可能であることはいうまでもない。

１ シリンダブロック
１ａ シリンダ
２ シリンダヘッド
２ａ 底面
２ｅ 排気側側面
２ｇ 排気側出口部
３ ガスケット（ヘッドガスケット）
１０ ブロック側ウォータージャケット
２１ 燃焼室頂部
２２ 吸気ポート
２３ 排気ポート
２４ 排気集合部
３２ 吸気側貫通孔（ガスケット冷却液流入孔）
３３ 軸間貫通孔（ガスケット冷却液流入孔）
３４，３４Ａ 燃焼室側貫通孔（ガスケット冷却液流入孔）
３５，３５Ｂ 排気側貫通孔（ガスケット冷却液流入孔）
３６ 追加貫通孔（ガスケット冷却液流入孔）
４０，４０Ａ，４０Ｂ ヘッド側ウォータージャケット
５０，５０Ａ，５０Ｂ 吸気用ウォータージャケット
６０，６０Ａ，６０Ｂ 燃焼室用ウォータージャケット
６１，６１Ａ 冷却液入口
６２ 連結部（冷却液入口）
６３，６３Ｂ，８３，８３Ａ，８３Ｂ，９３，９３Ａ，９３Ｂ 出口開口部（冷却液出口）
７０，７０Ａ，７０Ｂ 排気用ウォータージャケット
８０，８０Ａ，８０Ｂ 上側排気用ウォータージャケット
８４，９４ 排気側流入部９４（冷却液入口）
９０，９０Ａ，９０Ｂ 下側排気用ウォータージャケット
９５ 追加流入部（追加冷却液入口）
Ｅ 内燃機関
Ｌｂ シリンダの配列方向
Ｌｃ シリンダ軸線

Claims (9)

1. シリンダヘッドの底面に形成された複数の燃焼室頂部と、
   前記複数の燃焼室頂部にそれぞれ連通する複数の吸気ポート及び複数の排気ポートと、
   前記シリンダヘッドの内部に形成され、前記複数の排気ポートが連通された排気集合部と、
   前記排気集合部を冷却する排気用ウォータージャケットと、を有するシリンダヘッドの冷却液通路構造であって、
   前記排気用ウォータージャケットは、前記排気集合部に対してシリンダ軸線方向の上側に配置され、冷却液がシリンダの配列方向に流れる上側排気用ウォータージャケットと、
   前記排気集合部に対してシリンダ軸線方向の下側に配置され、冷却液がシリンダの配列方向に流れる下側排気用ウォータージャケットと、を有すると共に、
   前記シリンダヘッドの底面には、ブロック側ウォータージャケットから前記上側排気用ウォータージャケットに冷却液を流入させるための前記上側排気用ウォータージャケットの冷却液入口と、前記ブロック側ウォータージャケットから前記下側排気用ウォータージャケットに冷却液を流入させるための前記下側排気用ウォータージャケットの冷却液入口と、がそれぞれ複数形成され、
   前記上側排気用ウォータージャケットの前記複数の冷却液入口、及び前記下側排気用ウォータージャケットの前記複数の冷却液入口の少なくとも１つが、シリンダヘッドの少なくともシリンダ列方向一端側に設けられ、
   前記上側排気用ウォータージャケットの冷却液出口と、前記下側排気用ウォータージャケットの冷却液出口とが、それぞれ前記シリンダヘッドのシリンダ列方向他端側に別個に設けられて、
   前記上側排気用ウォータージャケットと前記下側排気用ウォータージャケットとが、前記シリンダヘッドの内部でそれぞれ独立した冷却液通路で形成されており、
   前記下側排気用ウォータージャケットあるいは前記上側排気用ウォータージャケットは、前記ブロック側ウォータージャケットから流入される冷却液が、前記複数の吸気ポートを冷却する吸気用ウォータージャケットよりも先行して流入されるように形成されていることを特徴とするシリンダへッドの冷却液通路構造。
2. 前記上側排気用ウォータージャケットと前記下側排気用ウォータージャケットとは、前記下側排気用ウォータージャケットを流れる冷却液の流速が、前記上側排気用ウォータージャケットを流れる冷却液の流速よりも速くなるように形成されていることを特徴とする請求項１に記載のシリンダヘッドの冷却液通路構造。
3. 前記上側排気用ウォータージャケットまたは前記下側排気用ウォータージャケットは、前記複数の吸気ポートの周囲を流れる吸気用ウォータージャケットと接続されると共に、前記燃焼室頂部を冷却する燃焼室用ウォータージャケットに連結され、
   前記燃焼室用ウォータージャケットの冷却液の流量が、前記シリンダヘッドの内部を流れる冷却液の流量の最大比率を占めるように形成されると共に、この次に、前記下側排気用ウォータージャケットの冷却液の流量の比率が高くなるように形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のシリンダヘッドの冷却液通路構造。
4. 前記上側排気用ウォータージャケットまたは前記下側排気用ウォータージャケットには、前記燃焼室用ウォータージャケットが連結され、
   前記燃焼室用ウォータージャケットは、前記シリンダの配列方向に冷却液が流れるように形成されていることを特徴とする請求項３に記載のシリンダヘッドの冷却液通路構造。
5. 前記上側排気用ウォータージャケット、若しくは、前記下側排気用ウォータージャケットは、シリンダの配列方向の一方側に大径の冷却液入口を有し、
   前記上側排気用ウォータージャケットまたは前記下側排気用ウォータージャケットは、前記複数の排気ポートの下方に配置されて、前記大径の冷却液入口よりも小径の複数の冷却液入口を備えると共に、前記複数の冷却液入口から流入した冷却液が、前記複数の排気ポートの周辺を通って前記排気集合部が配置されている側面部の内壁面側に流れた後、当該内壁面に案内されて前記排気集合部を冷却しながら前記冷却液出口に向けて前記シリンダの配列方向に流れるように形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のシリンダヘッドの冷却液通路構造。
6. 前記上側排気用ウォータージャケット、若しくは、前記下側排気用ウォータージャケットは、シリンダの配列方向の一方側に大径の冷却液入口を有し、
   前記上側排気用ウォータージャケットまたは前記下側排気用ウォータージャケットは、前記気筒間に配置されて、前記大径の冷却液入口よりも小径の複数の冷却液入口を備えると共に、前記複数の冷却液入口から流入した冷却液が、前記複数の気筒の周辺を通って前記排気集合部が配置されている側面部の内壁面側に流れた後、当該内壁面に案内されて前記排気集合部を冷却しながら前記冷却液出口に向けて前記シリンダの配列方向に流れるように形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のシリンダヘッドの冷却液通路構造。
7. 前記上側排気用ウォータージャケットまたは前記下側排気用ウォータージャケットのうち、前記燃焼室用ウォータージャケットが連結されていない方の排気用ウォータージャケットは、冷却液入口が前記燃焼室頂部側に複数形成され、前記シリンダヘッドの排気側側面に沿って流れて集合した後、シリンダの配列方向に冷却液が流れるように形成されると共に、
   前記上側排気用ウォータージャケットの前記排気集合部が配置されている側の前記側面部と、前記下側排気用ウォータージャケットの前記排気集合部が配置されている側の前記側面部とが、前記排気集合部を介在してシリンダ軸線方向に重ねるように配置され、互いに前記排気集合部が配置された周辺からそれぞれの前記冷却液出口の方向に向けて延びていることを特徴とする請求項５または請求項６に記載のシリンダヘッドの冷却液通路構造。
8. 前記上側排気用ウォータージャケットの前記冷却液入口と、前記下側排気用ウォータージャケットの前記冷却液入口と、前記燃焼室用ウォータージャケットの前記冷却液入口は、ヘッドガスケットにそれぞれ別個に形成されたガスケット冷却液流入孔に連通されていることを特徴とする請求項４乃至請求項７のいずれか一項に記載のシリンダヘッドの冷却液通路構造。
9. 前記上側排気用ウォータージャケットまたは前記下側排気用ウォータージャケットのうち、前記燃焼室用ウォータージャケットが連結されていない方の排気用ウォータージャケットは、当該排気用ウォータージャケットの冷却液出口から最も離れた気筒の排気ポート間に追加冷却液入口が形成されていることを特徴とする請求項８に記載のシリンダヘッドの冷却液通路構造。

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