JP5711716B2 - シリンダヘッドのウォータージャケット構造 - Google Patents

Description

本発明は、シリンダヘッドのウォータージャケット構造に関し、特に、複数の排気ポートを集合させる排気集合部を一体形成したシリンダヘッドのウォータージャケット構造に関する。

シリンダヘッドとして、複数の燃焼室から延びる複数の排気ポートを集合させる排気集合部を一体形成したものが知られている。このようなシリンダヘッドでは、高温になり易い排気集合部を十分に冷却するため、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たシリンダヘッドのウォータージャケット構造が開示されている。

特許第４３２９７７４号公報

ところで、下側排気用ウォータージャケット内にエアが滞留すると、シリンダヘッドのうちエアと接触している部位は、冷却されにくくなってしまい、排気集合部の冷却効率が低下する虞がある。そのため、下側排気用ウォータージャケット内に滞留するエアをできるだけ低減させたいという要望があった。

本発明は、このような点に鑑みて成されたものであり、下側排気用ウォータージャケット内に滞留するエアを低減可能なシリンダヘッドのウォータージャケット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ウォータージャケット構造は、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のそれぞれに連通する複数の排気ポートと、前記シリンダヘッドの内部で前記複数の排気ポートを集合させる排気集合部と、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、前記排気集合部を冷却す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、前記排気集合部を冷却する下側排気用ウォータージャケットと、を備え、前記下側排気用ウォータージャケットは、前記上側排気用ウォータージャケットに向かって突出して前記排気集合部の下流側側部に対向するように配置された突出部を有しており、前記下側排気用ウォータージャケットは、前記上側排気用ウォータージャケットと連通しておらず、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おり、前記突出部のうちシリンダ軸線方向の上側部位には、前記下側排気用ウォータージャケット外へエアを排出するエア抜き手段が設けられており、前記エア抜き手段は、前記下側排気用ウォータージャケットと前記シリンダヘッドの外部とを連通していることを特徴とする。
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。

本発明によれば、下側排気用ウォータージャケットの突出部のうちシリンダ軸線方向の上側部位には、下側排気用ウォータージャケット外へエアを排出するエア抜き手段が設けられているので、下側排気用ウォータージャケット内のエアは、突出部内を流れる際に、エア抜き手段を介して外部へ排出される。これにより、下側排気用ウォータージャケット内に滞留するエアを低減することが可能となり、排気集合部の冷却効率を向上させることができる。
本発明によれば、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、流速の低下や冷却液の滞留箇所（淀み部）の発生が抑制されるので、排気用ウォータージャケットの内部を流れる冷却液の流速を上昇させて少ない冷却液量で効率的に排気集合部を冷却することが可能となる。また、上下の排気用ウォータージャケットを連通する連通路を形成する必要がないので、排気用ウォータージャケットの形成作業が容易になる。更に、上下の排気用ウォータージャケットが互いに独立した流路を形成した場合、下側排気用ウォータージャケット内のエアを上側排気用ウォータージャケットへ導くことができず、下側排気用ウォータージャケット内にエアが滞留しやすくなる弊害が生じるが、本発明では、エア抜き手段によってエアの滞留を低減することが可能となるので、前記弊害を排除することができる。

また、前記エア抜き手段は、前記シリンダヘッドの鋳造時において、前記下側排気用ウォータージャケットを形成するための下側中子と一体形成され、前記下側中子を金型の所定位置に保持する下側中子保持手段によって形成される構成とするのが好ましい。

このような構成によれば、エア抜き手段は、シリンダヘッドの鋳造時において、下側排気用ウォータージャケットを形成するための下側中子と一体形成され、下側中子を金型の所定位置に保持する下側中子保持手段によって形成されるので、シリンダヘッドの鋳造時に必要な下側中子保持手段を利用してエア抜き手段を形成することができる。これにより、機械加工などを施してエア抜き手段を別途形成する必要がないので、エア抜き手段の形成作業が容易になる。

本発明によれば、下側排気用ウォータージャケット内に滞留するエアを低減可能なシリンダヘッドのウォータージャケット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ウォータージャケット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みた正面図である。 図２のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線の部分拡大断面図である。 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。 図８に対応する部位における鋳造金型装置の部分拡大断面図である。 参考例に係るシリンダヘッドのウォータージャケット構造を有する内燃機関の部分拡大断面図である。 図１５に対応する部位における鋳造金型装置の部分拡大断面図である。

本発明の実施形態について、図１乃至図１４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ウォータージャケット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、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）とから構成され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とも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、該シリンダ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９、図１０参照）。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に設けられた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の内部であってシリンダブロック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。

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、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の上側に配置された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の下側に配置された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及び上側排気用ウォータージャケット８０に連通していない。すなわち、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。

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みた正面図である。
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つの燃焼室側流入部６１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。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。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が設けられている。

次に、下側排気用ウォータージャケット９０の突出部９１及びエア抜き通路Ｒについて、図７及び図８を参照して説明する。図８は、図２のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線の部分拡大断面図である。

図７に示すように、突出部９１は、開口部（排気開口部）２４ａを間に挟んで左右両側に設けられている。左側の突出部９１の突出端には、第１傾斜面９１ａ、第２傾斜面９１ｂ、第３傾斜面９１ｃ、及び、水平面９１ｄが形成されている。第１傾斜面９１ａは、開口部２４ａから排気集合部２４の下流側側部２４ｄに沿って離間するにつれてシリンダ軸線方向の上側に位置するように傾斜している。第２傾斜面９１ｂは、第１傾斜面９１ａに連続して開口部２４ａから排気集合部２４の下流側側部２４ｄに沿って離間するにつれてシリンダ軸線方向の上側に位置するように傾斜している。第２傾斜面９１ｂは、第１傾斜面９１ａよりも緩やかに傾斜している。第３傾斜面９１ｃは、第２傾斜面９１ｂに連続して開口部２４ａから排気集合部２４の下流側側部２４ｄに沿って離間するにつれてシリンダ軸線方向の下側に位置するように傾斜している。水平面９１ｄは、第３傾斜面９１ｃに連続して略直線状に延在している。

右側の突出部９１の突出端には、第４傾斜面９１ｅ、第５傾斜面９１ｆ、第６傾斜面９１ｇ、及び、第７傾斜面９１ｈが形成されている。第４傾斜面９１ｅは、開口部２４ａから排気集合部２４の下流側側部２４ｄに沿って離間するにつれてシリンダ軸線方向の上側に位置するように傾斜している。第５傾斜面９１ｆは、第４傾斜面９１ｅに連続して開口部２４ａから排気集合部２４の下流側側部２４ｄに沿って離間するにつれてシリンダ軸線方向の上側に位置するように傾斜している。第５傾斜面９１ｆは、第４傾斜面９１ｅよりも緩やかに傾斜している。第６傾斜面９１ｇは、第５傾斜面９１ｆに連続して開口部２４ａから排気集合部２４の下流側側部２４ｄに沿って離間するにつれてシリンダ軸線方向の下側に位置するように傾斜している。第７傾斜面９１ｈは、第６傾斜面９１ｇに連続して開口部２４ａから排気集合部２４の下流側側部２４ｄに沿って離間するにつれてシリンダ軸線方向の下側に位置するように傾斜している。第７傾斜面９１ｈは、第６傾斜面９１ｇよりも急傾斜になっている。

図８に示すように、突出部９１の前側の端部とシリンダヘッド２の前面２ｃの間には、下側排気用ウォータージャケット９０内のエアを外部へ排出するためのエア抜き通路（エア抜き手段）Ｒが前後方向に延設されている。エア抜き通路Ｒは、突出部９１のうちシリンダ軸線方向の上側部位（上半部）に連通していると共に、シリンダヘッド２の前面２ｃに開口している。エア抜き通路Ｒ内に導かれたエアは、図示しない配管を介して、例えばエキスパンションタンク（リザーブタンク）などへ排出される。本実施形態では、図７に示すように、エア抜き通路Ｒは、左右方向に所定間隔離間して２つ設けられている。左右のエア抜き通路Ｒは、突出部９１のうちシリンダ軸線方向の最も高い部位（位置）に設けられている。すなわち、左側のエア抜き通路Ｒは、左側の突出部９１のうち最も高い部位となる第２傾斜面９１ｂ及び第３傾斜面９１ｃの境界部に設けられている。また、右側のエア抜き通路Ｒは、右側の突出部９１のうち最も高い部位となる第５傾斜面９１ｆ及び第６傾斜面９１ｇの境界部に設けられている。冷却液に含有されるエアは、突出部９１のうち最も高い部位に滞留しやすいため、このような部位にエア抜き通路Ｒを設けることにより、下側排気用ウォータージャケット９０内のエアを外部へ好適に排出することができる。なお、エア抜き通路Ｒは、突出部９１のうち最も高い部位以外の箇所に設けられてもよい。

ちなみに、図２に示す符号２ｆは、鋳造成形時に第１ウォータージャケット用中子１１０（図４参照）を金型に保持する第１巾木１４０（図４参照）によって形成される２つの支持孔を示しており、この支持孔２ｆは後付けのキャップ等で閉塞される。

図９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１０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１１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９、図１０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１１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９、図１０、図１１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９、図１０、図１１（主に図１１）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及び排気側貫通孔３５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。

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９乃至図１３を参照して説明する。
図１２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１３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９、図１０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１０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）。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）。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）。

図１２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流れる（矢印Ｙ１０）。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９、図１０参照）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９、図１０参照）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。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１３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９、図１０参照）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に案内されて出口開口部９３へ向かうように流れ易くなっている。また、突出部９１の前側の端部とシリンダヘッド２の前面２ｃの間には、エア抜き通路Ｒが前後方向に延設されているので、下側排気用ウォータージャケット９０内を流れる冷却液に含有されるエアは、突出部９１内を流れる際に、エア抜き通路Ｒを介して外部へ排出される。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。

次に、鋳造金型装置２００及び中子１００について、図４及び図１４を参照して説明する。図１４は、図８に対応する部位における鋳造金型装置の部分拡大断面図である。

図１４に示すように、鋳造金型装置２００は、シリンダヘッド２を鋳造するための装置であり、上下方向に沿って移動可能に設けられた上型２１０と、固定型である下型２２０と、水平方向に沿って移動可能に設けられた４つの側方型２３０（図１４では１つのみ図示）と、から構成されている。これらの複数の金型を型締めすることでキャビティ２４０が形成されている。

下型２２０には、キャビティ２４０内に溶湯を下方から充填するための図示しない湯口が設けられている。側方型２３０の内壁２３０ａには、後記する第２巾木１５０等を保持するための保持用凹部２３０ｂが設けられている（図１４では第２巾木１５０を保持する保持用凹部２３０ｂのみ図示）。上型２１０や側方型２３０には、金型内外を連通する図示しない排出孔が設けられている。排出孔は、中子１００と溶湯が接触して発生したガスや注湯前にキャビティ２４０内に存在するエアを、金型外へ排出する機能を有している。なお、排気孔は、中子１００の上方位置に設けられる。

中子１００は、排気集合部２４及びヘッド側ウォータージャケット４０を形成するための砂型である。中子１００は、鋳物砂を主原料とし、これに樹脂を主成分とするバインダを混入させて形成されている。中子１００は、図４及び図１４に示すように、第２ウォータージャケット用中子１２０と、排気用中子１３０と、第１ウォータージャケット用中子１１０と、から構成され、鋳造金型装置２００のキャビティ２４０に下からこの順序で設置されている。つまり、３つの中子１００を下から順に積み重ねるように配置するだけで中子１００の設置が完了するので、中子１００の設置作業の煩雑化が抑制される。

第１ウォータージャケット用中子１１０は、図４に示すように、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を形成するためのものである。第１ウォータージャケット用中子１１０の端部には、図４に示すように、第１巾木１４０が一体形成されている。第１巾木１４０は、保持用凹部２３０ｂ内に装着される保持用巾木部１４０ａと、保持用巾木部１４０ａと第１ウォータージャケット用中子１１０を連結する連結用巾木部１４０ｂと、を有している。この場合、保持用巾木部１４０ａが保持用凹部２３０ｂ内に装着されることにより、第１ウォータージャケット用中子１１０がキャビティ２４０内の所定位置で位置決めされて保持される。なお、連結用巾木部１４０ｂにより、支持孔２ｆが形成される（図２及び図４参照）。

第２ウォータージャケット用中子（下側中子）１２０は、図４に示すように、下側排気用ウォータージャケット９０を形成するためのものである。第２ウォータージャケット用中子１２０の端部には、図４及び図１４に示すように、突出部９１を形成するための突出部用中子部位１２０ａが一体形成されている。突出部用中子部位１２０ａの端部には、第２巾木（下側中子保持手段）１５０が一体形成されている。第２巾木１５０は、保持用凹部２３０ｂ内に装着される保持用巾木部１５０ａと、保持用巾木部１５０ａと突出部用中子部位１２０ａを連結する連結用巾木部１５０ｂと、を有している。この場合、保持用巾木部１５０ａが保持用凹部２３０ｂ内に装着されることにより、第２ウォータージャケット用中子１２０がキャビティ２４０内の所定位置で位置決めされて保持される。連結用巾木部１５０ｂは、エア抜き通路Ｒを形成するための部位である。なお、本実施形態では、図４に示すように、第１ウォータージャケット用中子１１０に形成された第１巾木１４０と、第２ウォータージャケット用中子１２０に形成された第２巾木１５０は、互いに左右方向に位置をずらして設けられている。

排気用中子１３０は、図４に示すように、排気集合部２４を形成するためのものである。排気用中子１３０の前側の端部には、図示しない巾木が一体形成されている。この場合、巾木が側方型２３０の保持用凹部２３０ｂ内に装着されることにより、排気用中子１３０がキャビティ２４０内の所定位置で位置決めされて保持される。

この状態で、下型２２０の図示しない湯口からキャビティ２４０内に溶湯を下方から充填し、溶湯が冷えて固化した後、鋳造金型装置２００を型開きして、中子１００を除去（崩壊）することにより、シリンダヘッド２が成形される。そして、第１ウォータージャケット用中子１１０により、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が形成される。また、第２ウォータージャケット用中子１２０により、下側排気用ウォータージャケット９０が形成され、排気用中子１３０により、排気集合部２４が形成される。更に、連結用巾木部１５０ｂにより、エア抜き通路Ｒが形成される。

以上のように、本実施形態に係るシリンダヘッドのウォータージャケット構造によれば、下側排気用ウォータージャケット９０の突出部９１の上側部位には、下側排気用ウォータージャケット９０外へエアを排出するエア抜き通路Ｒが設けられているので、下側排気用ウォータージャケット９０内のエアは、突出部９１内を流れる際に、エア抜き通路Ｒを介して外部へ排出される。これにより、下側排気用ウォータージャケット９０内に滞留するエアを低減することが可能となり、排気集合部２４の冷却効率を向上させることができる。
特に、本実施形態のエア抜き通路Ｒは、エアが滞留しやすい突出部９１のうち最も高い部位に設けられているので、下側排気用ウォータージャケット９０内のエアを外部へ好適に排出することができる。

また、エア抜き通路Ｒは、シリンダヘッド２の鋳造時において、下側排気用ウォータージャケット９０を形成するための第２ウォータージャケット用中子１２０と一体形成され、第２ウォータージャケット用中子１２０を金型の所定位置に保持する第２巾木１５０の連結用巾木部１５０ｂによって形成されるので、シリンダヘッド２の鋳造時に必要な第２巾木１５０を利用してエア抜き通路Ｒを形成することができる。これにより、機械加工などを施してエア抜き通路Ｒを別途形成する必要がないので、エア抜き通路Ｒの形成作業が容易になる。

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とは、シリンダヘッド２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２の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、流速の低下や冷却液の滞留箇所（淀み部）の発生が抑制されるので、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て少ない冷却液量で効率的に排気集合部２４を冷却することが可能となる。更に、上下の排気用ウォータージャケット８０，９０を連通する連通路を形成する必要がないので、排気用ウォータージャケット７０の形成作業が容易になる。ちなみに、上下の排気用ウォータージャケット８０，９０が互いに独立した流路を形成した場合、下側排気用ウォータージャケット９０内のエアを上側排気用ウォータージャケット８０へ導くことができず、下側排気用ウォータージャケット９０内にエアが滞留しやすくなる弊害が生じるが、本実施形態では、エア抜き通路Ｒによってエアの滞留を低減することが可能となるので、前記弊害を排除することができる。

以上、本実施形態に係るシリンダヘッドのウォータージャケット構造について、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。

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１１０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、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、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。

次に、本発明の参考例に係るシリンダヘッドのウォータージャケット構造について、図１５及び図１６を参照して説明する。図１５は、参考例に係るシリンダヘッドのウォータージャケット構造を有する内燃機関の部分拡大断面図であり、図１６は、図１５に対応する部位における鋳造金型装置の部分拡大断面図である。なお、説明において、前記した実施形態と同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図１５に示すように、参考例に係るシリンダヘッドのウォータージャケット構造は、上側排気用ウォータージャケット８０の前側の端部と突出部９１の前側の端部を連通してエア抜き通路Ｒを設けた点が前記した実施形態と相違する。
また、図１６に示すように、参考例に係るシリンダヘッドのウォータージャケット構造は、第１ウォータージャケット用中子１１０に一体形成された第１巾木１４０と、第２ウォータージャケット用中子１２０に一体形成された第２巾木１５０とによってエア抜き通路Ｒを形成した点が前記した実施形態と相違する。

図１６に示すように、参考例の側方型２３０の内壁２３０ａには、第１巾木１４０及び第２巾木１５０を一体に保持するための保持用凹部２３０ｂが設けられている。

本参考例では、第１巾木１４０と第２巾木１５０は、上下方向に重ねられて設けられている。この場合、保持用巾木部１４０ａ，１５０ａが保持用凹部２３０ｂ内に装着されることにより、第１ウォータージャケット用中子１１０及び第２ウォータージャケット用中子１２０がキャビティ２４０内の所定位置で位置決めされて一体に保持される。連結用巾木部１４０ｂ，１５０ｂは、エア抜き通路Ｒを形成するための部位である。

本参考例では、第１ウォータージャケット用中子１１０が特許請求の範囲でいう上側中子を構成し、第２ウォータージャケット用中子１２０が特許請求の範囲でいう下側中子を構成する。また、第１巾木１４０が特許請求の範囲でいう上側中子保持手段を構成し、第２巾木１５０が特許請求の範囲でいう下側中子保持手段を構成する。

この状態で、下型２２０の図示しない湯口からキャビティ２４０内に溶湯を下方から充填し、溶湯が冷えて固化した後、鋳造金型装置２００を型開きして、中子１００を除去（崩壊）することにより、シリンダヘッド２が成形される。そして、第１ウォータージャケット用中子１１０により、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が形成される。また、第２ウォータージャケット用中子１２０により、下側排気用ウォータージャケット９０が形成され、排気用中子１３０により、排気集合部２４が形成される。更に、連結用巾木部１４０ｂ，１５０ｂにより、単一のエア抜き通路Ｒが形成される。なお、図１５に示すように、エア抜き通路Ｒのシリンダヘッド２の前面２ｃ側の開口部は、後付けのキャップＣで閉塞される。

本参考例によれば、上側排気用ウォータージャケット８０の突出部８１と下側排気用ウォータージャケット９０の突出部９１を連通してエア抜き通路Ｒが設けられているので、下側排気用ウォータージャケット９０内のエアは、突出部９１内を流れる際に、エア抜き通路Ｒを介して上側排気用ウォータージャケット８０の突出部８１へ排出される。これにより、下側排気用ウォータージャケット９０内に滞留するエアを低減することが可能となり、排気集合部２４の冷却効率を向上させることができる。

また、エア抜き通路Ｒは、シリンダヘッド２の鋳造時において、上側排気用ウォータージャケット８０を形成するための第１ウォータージャケット用中子１１０と一体形成され、第１ウォータージャケット用中子１１０を金型の所定位置に保持する第１巾木１４０の連結用巾木部１４０ｂと、第１巾木１４０に重ね合わされた第２巾木１５０の連結用巾木部１５０ｂとによって形成されるので、シリンダヘッド２の鋳造時に必要な第１巾木１４０及び第２巾木１５０を利用してエア抜き通路Ｒを形成することができる。これにより、機械加工などを施してエア抜き通路Ｒを別途形成する必要がないので、エア抜き通路Ｒの形成作業が容易になる。

１ シリンダブロック
１ａ シリンダ
２ シリンダヘッド
２１ 燃焼室頂部
２２ 吸気ポート
２３ 排気ポート
２４ 排気集合部
２４ｄ 下流側側部
３ ガスケット
１０ ブロック側ウォータージャケット
４０ ヘッド側ウォータージャケット
５０ 吸気用ウォータージャケット
６０ 燃焼室用ウォータージャケット
７０ 排気用ウォータージャケット
８０ 上側排気用ウォータージャケット
８１ 突出部
９０ 下側排気用ウォータージャケット
９１ 突出部
Ｒ エア抜き通路（エア抜き手段）
Ｅ 内燃機関
Ｌｃ シリンダ軸線
１１０ 第１ウォータージャケット用中子（上側中子）
１２０ 第２ウォータージャケット用中子（下側中子）
１４０ 第１巾木（上側中子保持手段）
１４０ａ 保持用巾木部
１４０ｂ 連結用巾木部
１５０ 第２巾木（下側中子保持手段）
１５０ａ 保持用巾木部
１５０ｂ 連結用巾木部
２００ 鋳造金型装置
２１０ 上型
２２０ 下型
２３０ 側方型

Claims (3)

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のそれぞれに連通する複数の排気ポートと、
   前記シリンダヘッドの内部で前記複数の排気ポートを集合させる排気集合部と、
   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、前記排気集合部を冷却す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、前記排気集合部を冷却する下側排気用ウォータージャケットと、を備え、
   前記下側排気用ウォータージャケットは、前記上側排気用ウォータージャケットに向かって突出して前記排気集合部の下流側側部に対向するように配置された突出部を有しており、
   前記下側排気用ウォータージャケットは、前記上側排気用ウォータージャケットと連通しておらず、
   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おり、
   前記突出部のうちシリンダ軸線方向の上側部位には、前記下側排気用ウォータージャケット外へエアを排出するエア抜き手段が設けられており、
   前記エア抜き手段は、前記下側排気用ウォータージャケットと前記シリンダヘッドの外部とを連通していることを特徴とするシリンダヘッドのウォータージャケット構造。
2. 前記エア抜き手段は、前記シリンダヘッドの鋳造時において、前記下側排気用ウォータージャケットを形成するための下側中子と一体形成され、前記下側中子を金型の所定位置に保持する下側中子保持手段によって形成され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ウォータージャケット構造。
3. 前記排気集合部は、前記シリンダヘッドの一側面に開口する排気開口部を有しており、
   前記下側排気用ウォータージャケットに形成された突出部は、前記排気開口部を間に挟んで両側に設けられており、
   前記突出部は、前記排気開口部から前記排気集合部の下流側側部に沿って離間するにつれてシリンダ軸線方向上側に傾斜した上り傾斜面と、前記上り傾斜面に連続して前記排気開口部から前記排気集合部の下流側側部に沿って離間するにつれてシリンダ軸線方向下側に傾斜した下り傾斜面とを有しており、
   前記エア抜き手段は、前記上り傾斜面と前記下り傾斜面との境界部に設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のシリンダヘッドのウォータージャケット構造。

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