JP6071990B2 - 内燃機関の冷却構造 - Google Patents

Description

本発明は、シリンダヘッドの内部に排気集合部が形成された内燃機関の冷却構造に関する。

多気筒エンジンにおいては、シリンダヘッドの内部に複数の吸気ポート及び排気ポートを形成し、シリンダヘッドの吸気側側面及び排気側側面に対し、吸気を分配する吸気マニホールド及び排気を合流させる排気マニホールドをそれぞれ接合する形態が一般的である。近年では、排気を合流させる排気集合部をシリンダヘッドの内部に形成し、シリンダヘッドの排気側側面に単一の排気出口を形成して単一の排気管をシリンダヘッドに接合する形態のものもある。

排気集合部がシリンダヘッド内に形成された多気筒エンジンは、排気マニホールドを別体で設ける必要がないため、エンジン全体を小型化できる他、排ガスの放熱量を抑制でき、暖機時に排ガス浄化装置の温度を早期に高めて触媒を活性化することができる。また、燃焼室から排気集合部の出口までの距離を短くできるため、排ガスを利用する過給機（ターボチャージャ）を設ける場合に過給機の応答性を向上させることもできる。

その一方で、排気集合部が内部に形成されたシリンダヘッドでは、排気ポート及び排気集合部に晒される面積が大きくなるため、過度な温度上昇を防止するために排気集合部の周辺をも冷却する必要がある。シリンダヘッド内に形成された排気集合部の周辺をも冷却する内燃機関の冷却構造において、高温となる燃焼室周辺及び排気マニホールド（集合部）を均一に冷却するために、シリンダ列方向に直交する方向の水流れを形成し、シリンダ軸線方向に積層される３ピースからなるウォータージャケットに連続して冷却水を供給するための接続部を設けた構造が公知になっている（特許文献１参照）。

特開２０１２−１８９０７５号公報

しかしながら、特許文献１のようにウォータージャケットの冷却液の流れをシリンダ毎に複数に分割すると、各シリンダの周辺を流れる冷却液流量にばらつきが生じる上、分岐部及び合流部で滞留が生じることによって冷却効果が低下する虞がある。また、各通路に供給する冷却液の分配の調整が困難である。更に、冷却液の分配を調整できたとしても、各通路内において冷却液流量にばらつきが生じる場合があり、このような場合には冷却したい箇所を冷却できないことがある。

本発明は、このような従来技術に含まれる課題に鑑み、シリンダヘッド内に排気集合部が形成された内燃機関において、各シリンダ周りの冷却液流量を均等にでき、冷却液の分配の調整が容易な冷却構造を提供することを第１の課題とする。また、本発明は、冷却液通路内の冷却液が流れ難い箇所を冷却することを第２の目的とする。

第１の課題を解決するために、本発明は、複数のシリンダ（２）が一列に形成され、当該複数のシリンダの外周に沿ってブロック内冷却液通路（２５）が形成されたシリンダブロック（３）と、前記シリンダブロックの上部に締結されて前記シリンダ内を摺動するピストン（１）の頂面との間に燃焼室（６）を形成し、ヘッド内冷却液通路（３０）が形成されたシリンダヘッド（４）とを有する内燃機関（Ｅ）の冷却構造であって、前記シリンダヘッド内には、上流端が当該シリンダヘッドの一側面（４ｃ）に開口し、下流端が前記燃焼室に開口する複数の吸気ポート（７）と、上流端が前記燃焼室に開口する複数の排気ポート（８ａ）と、前記複数の排気ポートを合流させ、当該シリンダヘッドの他側面（４ｄ）に排気出口（８ｃ）を開口させる排気集合部（８ｂ）とが形成され、前記ヘッド内冷却液通路が、前記燃焼室の上方部分に形成された主冷却液通路（３１）と、前記排気集合部を挟むように形成された上下一対の排気側冷却液通路（３２、３３）とを備え、前記主冷却液通路と前記上下一対の排気側冷却液通路とが互いに分離しており、前記主冷却液通路（３１）は、冷却液を、シリンダ列方向の一端側（後側）において前記ブロック内冷却液通路から流入させ、シリンダ列方向の他端側（前側）において流出させるように一方向に流通させ、前記上下一対の排気側冷却液通路（３２、３３）は、冷却液を、シリンダ列方向の前記他端側（前側）において前記ブロック内冷却液通路から一方の排気側冷却液通路に流入させ、シリンダ列方向の前記一端側（後側）において前記一方の排気側冷却液通路から他方の排気側冷却液通路に流通させ、シリンダ列方向の前記他端側（前側）において前記他方の排気側冷却液通路から流出させるように流通させる構成とする。

この構成によれば、主冷却液通路が冷却液を一方向に流通させ、上下一対の排気側冷却液通路が直列に接続されて冷却液をＵ字状に流通させるため、各シリンダ周りの冷却液流量を均等にすることができる。また、冷却液は、主冷却液通路と実質的に１本の排気側冷却液通路とに分配されるだけなので、分配の調整が容易である。

また、上記の発明において、前記上下一対の排気側冷却液通路（３２、３３）は、冷却液を、前記ブロック内冷却液通路（２５）から下側の排気側冷却液通路（３２）に流入させ、前記上側の排気側冷却液通路（３３）から流出させる構成とするとよい。

この構成によれば、排気側冷却液通路では、比較的高温になり易い下側の排気側冷却液通路を先に冷却液が流通するため、排気集合部周辺を効果的に冷却することができる。

また、上記の発明において、前記主冷却液通路の冷却液出口ポート（３５）と前記上下一対の排気側冷却液通路の冷却液出口ポート（３８）と前記ブロック内冷却液通路（２５）の冷却液入口ポート（２７）とが、前記シリンダ（２）に対してシリンダ列方向と直交する方向において同一の側（吸気側）に開口するように形成されている構成とするとよい。

この構成によれば、冷却液の配管のレイアウトが容易になる。

また、上記の発明において、前記主冷却液通路（３１）が、内燃機関の搭載状態において当該主冷却液通路のなかで最も高い位置においてシリンダ列方向に延在するエア抜き通路（３１ｅ）を有する構成とするとよい。

この構成によれば、主冷却液通路にエアが流入したとしても、最も高い位置に形成されたエア抜き通路を通して主冷却液通路からエアを流出させることができる。また、エア抜き通路が最も高い位置に形成されるため、冷却性能への影響を最小限にすることができる。

また、上記の発明において、前記上側の排気側冷却液通路（３３）が、内燃機関の搭載状態において前記上下一対の排気側冷却液通路のなかで最も高い位置においてシリンダ列方向に延在するエア抜き通路（３３ｅ）を有する構成とするとよい。

この構成によれば、上下一対の排気側冷却液通路にエアが流入したとしても、最も高い位置に形成されたエア抜き通路を通して上下一対の排気側冷却液通路からエアを流出させることができる。また、エア抜き通路が最も高い位置に形成されるため、冷却性能への影響を最小限にすることができる。

また、上記の発明において、内燃機関の搭載状態において前記下側の排気側冷却液通路（３２）のなかで最も高い位置には、前記上側の排気側冷却液通路（３３）に連通するエア抜き通路（４１）が形成されている構成とするとよい。

この構成によれば、エア抜き通路が形成されたことで、下側の排気側冷却液通路に流入したエアはエア抜き通路を通って上側の排気側冷却液通路に流入することができる。そのため、エアを溜めることなく、冷却効果を高めるために下側の排気側冷却液通路を排気ポート等に沿った形状にすることができる。

また、上記の発明において、前記主冷却液通路の前記冷却液出口ポート（３５）と前記上下一対の排気側冷却液通路の前記冷却液出口ポート（３８）とが、シリンダ列方向視において交差している構成とするとよい。

この構成によれば、上側の排気側冷却液通路が主冷却液通路に対して下方に位置してしても、排気側冷却液通路のエア抜きを促進し、エア溜まりが生じることを抑制できる。

また、上記の発明において、前記シリンダヘッド内には、前記排気ポートが各燃焼室に２つずつ開口するように形成されると共に、前記排気ポートの前記燃焼室との各接続部を開閉する排気バルブ（１０）を支持する複数の排気バルブガイド部（２４）が形成され、上側の前記排気側冷却液通路は、前記複数の排気バルブガイド部を個別に囲繞するように形成されており、前記複数の排気バルブガイド部に対して前記シリンダヘッドの前記他側面（４ｄ）側に形成された主通路（３３１）と、前記複数の排気バルブガイド部に対して前記シリンダヘッドの前記一側面（４ｃ）側においてシリンダ列方向に延在するように形成された端部通路（３３２）と、前記主通路と前記端部通路とを連通する複数の連通路（３３３）とを有し、前記端部通路は、各シリンダにおいて冷却液の上流側に位置する前記排気バルブガイド部に接する部分の流路断面積が下流側に位置する前記排気バルブガイド部に接する部分の流路断面積よりも大きく形成されている構成とするとよい。

この構成によれば、上側の排気側冷却液通路において、上流側に位置する排気バルブガイド部に接する端部通路部分に冷却液が流れ易くなるため、シリンダ毎に設けられた２つの排気バルブガイド部間の連通路に冷却液が流れ易くなり、シリンダヘッドの排気バルブ間を効果的に冷却することができる。

また、上記の発明において、前記端部通路は、各シリンダにおいて冷却液の下流側に位置する排気バルブガイド部に接する部分に絞り（３３ｂ）を有している構成とするとよい。

この構成によれば、上流側に位置する排気バルブガイド部に接する端部通路部分を流通する冷却液がより連通路に流れ易くなるため、シリンダヘッドの排気バルブ間を一層効果的に冷却することができる。

また、第２の課題を解決するために、本発明は、複数のシリンダ（２）が一列に形成され、当該複数のシリンダの外周に沿ってブロック内冷却液通路（２５）が形成されたシリンダブロック（３）と、前記シリンダブロックの上部に締結されて前記シリンダ内を摺動するピストン（１）の頂面との間に燃焼室（６）を形成し、ヘッド内冷却液通路（３０）が形成されたシリンダヘッド（４）とを有する内燃機関（Ｅ）の冷却構造であって、前記シリンダヘッド内には、上流端が当該シリンダヘッドの一側面（４ｃ）に開口し、下流端が前記燃焼室に開口する複数の吸気ポート（７）と、上流端が各燃焼室に２つずつ開口する複数の排気ポート（８ａ）と、前記複数の排気ポートを合流させ、当該シリンダヘッドの他側面に排気出口（８ｃ）を開口させる排気集合部（８ｂ）と、前記排気ポートの前記燃焼室との各接続部を開閉する排気バルブ（１０）を支持する複数の排気バルブガイド部（２４）とが形成され、前記ヘッド内冷却液通路が、前記燃焼室の上方部分に形成された主冷却液通路（３１）と、前記排気集合部を挟むように形成された上下一対の排気側冷却液通路（３２、３３）とを備え、少なくとも上側の前記排気側冷却液通路（３３）は、前記主冷却液通路と互いに分離し、かつ前記複数の排気バルブガイド部を個別に囲繞するように形成されると共に、冷却液をシリンダ列方向に流通させるように構成されており、上側の前記排気側冷却液通路は、前記複数の排気バルブガイド部に対して前記シリンダヘッドの前記他側面側に形成された主通路（３３１）と、前記複数の排気バルブガイド部に対して前記シリンダヘッドの前記一側面側においてシリンダ列方向に延在するように形成された端部通路（３３２）と、互いに隣接する前記排気バルブガイド部間において前記主通路と前記端部通路とを連通する複数の連通路（３３３）とを有し、前記端部通路は、各シリンダにおいて冷却液の上流側に位置する前記排気バルブガイド部に接する部分の流路断面積が下流側に位置する前記排気バルブガイド部に接する部分の流路断面積よりも大きく形成されている構成とする。

複数の排気バルブガイド部を個別に囲繞するように形成される上側の排気側冷却液通路においては、シリンダ毎に設けられた２つの排気バルブガイド部間の連通路に冷却液が流れ難く、排気バルブ間でシリンダヘッドの温度が高くなり易いが、この構成によれば、各シリンダの上流側に位置する排気バルブガイド部に接する端部通路部分に冷却液が流れ易くなるため、当該排気バルブガイド部間の連通路にも冷却液が流れ易くなり、シリンダヘッドの排気バルブ間を効果的に冷却することができる。

また、上記の発明において、前記端部通路は、各シリンダにおいて冷却液の下流側に位置する前記排気バルブガイド部に接する部分に絞り（３３ｂ）を有している構成とするとよい。

この構成によれば、上流側に位置する排気バルブガイド部に接する端部通路部分を流通する冷却液がより連通路に流れ易くなるため、シリンダヘッドの排気バルブ間を一層効果的に冷却することができる。

このように本発明によれば、シリンダヘッド内に排気集合部が形成された内燃機関において、各シリンダ周りの冷却液流量を均等にでき、冷却液の分配の調整が容易な冷却構造を提供することができる。

第１実施形態に係るエンジンの要部をシリンダ列方向から見た断面図 ブロック内冷却液通路及びヘッド内冷却液通路用の中子を示す斜視図 ブロック内冷却液通路及びヘッド内冷却液通路用の中子を示す斜視図 ブロック内冷却液通路及びヘッド内冷却液通路を実態的に示した上面図 ブロック内冷却液通路及びヘッド内冷却液通路を実態的に示した下面図 第２実施形態に係るエンジンの要部を示す正面図 ブロック内冷却液通路及びヘッド内冷却液通路用の中子を示す平面図 ブロック内冷却液通路及びヘッド内冷却液通路用の中子を示す後面図 ブロック内冷却液通路及びヘッド内冷却液通路用の中子を示す側面図 図７中のＸ−Ｘ断面図 エアの流れを示す説明図 ブロック内冷却液通路及びヘッド内冷却液通路用の中子の要部拡大正面図

以下、図面を参照して、本発明を自動車用内燃機関（以下、単にエンジンという）に適用した２つの実施形態について詳細に説明する。

≪第１実施形態≫
まず、図１〜図５を参照して第１実施形態について説明する。以下では、エンジンＥ１が自動車に搭載された状態を基準として図１に示す上下の方向に従って説明する。

図１に示すように、エンジンＥ１は、ＳＯＨＣ４バルブ式の直列３気筒ガソリンエンジンである。図１に示すように、エンジンＥ１は、ピストン１が収容される３つのシリンダ２が一列に形成されたシリンダブロック３と、シリンダブロック３の上部に締結された箱形のシリンダヘッド４と、シリンダヘッド４の上部に締結されたヘッドカバー５とを備えており、シリンダヘッド４を鉛直方向の上側に配置した姿勢で自動車に搭載されている。シリンダブロック３及びシリンダヘッド４は、アルミニウム合金で鋳造される。

シリンダ２は、それぞれ略上下方向に延在し、互いに平行にシリンダブロック３に形成されている。より具体的には、シリンダ２は、上側が図の左側に倒れるように鉛直線に対して若干傾斜している。以下、列設された複数のシリンダ２の配列方向をシリンダ列方向という。各シリンダ２は、上端がシリンダブロック３の上面３ａに開口し、下端がシリンダブロック３の下部に形成されたクランク室（図示しない）に開口している。

シリンダヘッド４のシリンダブロック３との接合面（以下、対ブロック接合面４ａと称する）における各シリンダ２に対向する部分には、曲面状の窪みである燃焼室凹部４ｂが形成されている。各燃焼室凹部４ｂは、各シリンダ２のピストン１よりも上方の部分と共に燃焼室６を画定する。つまり、シリンダヘッド４がシリンダ２内を摺動するピストン１の頂面との間に燃焼室６を形成している。

シリンダヘッド４の内部には、上流端がシリンダヘッド４のシリンダ列方向に沿う一側面４ｃ（図１の右側の側面）に開口する一方、二股に分岐した下流端が各燃焼室凹部４ｂを画定する壁面に２つずつ開口する３つの吸気ポート７と、上流端が各燃焼室凹部４ｂを画定する壁面に２つずつ開口する一方、下流端がシリンダヘッド４のシリンダ列方向に沿う他側面４ｄ（図１の左側の側面）に開口する１つの排気集合ポート８とが形成されている。即ち、排気集合ポート８は、シリンダ２毎に設けられて二股に分岐した上流端が各燃焼室凹部４ｂに２つずつ開口する複数（３本）の排気ポート８ａと、全ての排気ポート８ａを集合させる排気集合部８ｂとをシリンダヘッド４の内部に有しており、排気集合部８ｂがシリンダヘッド４の他側面４ｄに単一の排気出口８ｃを形成している。燃焼室凹部４ｂを基準として吸気ポート７が設けられた側を吸気側、排気集合ポート８が設けられた側を排気側とする。

シリンダ列方向と直交する断面（図１）において、吸気ポート７及び排気集合ポート８はそれぞれシリンダ軸線と直交する方向に対して傾斜している。前述したようにシリンダ２は上側が左側（排気側）に倒れるように傾斜しているため、シリンダ列方向と直交する方向において、排気集合ポート８の延在方向は吸気ポート７の延在方向に比べて水平に近い角度になっている。

シリンダヘッド４には、吸気ポート７の燃焼室６との各接続部を開閉する６本の吸気バルブ９と、排気集合ポート８の燃焼室６との各接続部を開閉する６本の排気バルブ１０とが、それぞれバルブガイド２３を介して摺動自在に設けられている。シリンダヘッド４とヘッドカバー５との間には、両者によって動弁室１１が画定され、動弁室１１には、吸気バルブ９及び排気バルブ１０を開弁駆動する動弁機構１２が収容されている。動弁機構１２は、シリンダヘッド４に回転可能に取り付けられるカムシャフト１３、カムシャフト１３の上方に配置されるロッカシャフト１４、ロッカシャフト１４により揺動可能に支持される吸気ロッカアーム１５及び排気ロッカアーム１６等により構成される。カムシャフト１３には、シリンダ２毎に一対の吸気バルブ９及び排気バルブ１０を駆動する動弁カム１３ａが形成されている。

排気出口８ｃは、シリンダヘッド４の排気側の他側面４ｄにおける長手方向の中間位置に形成される。つまり、図１は、３つのシリンダ２のうち中央に配置されたシリンダ２の断面を示している。また、燃焼室凹部４ｂの壁面に開口する合計４つの吸気ポート７及び排気集合ポート８の中央には、点火プラグ（図示しない）を挿入するための点火プラグ挿入孔（図示しない）がシリンダヘッド４の底壁を貫通してシリンダヘッド４の上向き面に開口するように形成されている。

排気集合部８ｂは、シリンダヘッド４の対ブロック接合面４ａよりも排気側に形成されている。より具体的には、排気出口８ｃがシリンダヘッド４の排気側の他側面４ｄにおいて突出する管状の排気出口管状部１８により画定され、シリンダヘッド４の排気出口管状部１８及びその近傍が、シリンダブロック３に対して側方に膨出して排気集合部８ｂを形成する膨出部１９を構成している。

排気出口管状部１８の先端面１８ａは、図示しない過給機（ターボチャージャ）のタービンや排気浄化装置などの下流側排気通路部材２０との接合面をなす。下流側排気通路部材２０は、排気出口８ｃを囲むように配置される４本のボルト２１によって排気出口管状部１８の先端面１８ａに締結される。膨出部１９の下面には、対ブロック接合面４ａの周縁からそれぞれ下側の２本のボルト２１を締結するための図示しない締結ボスに至るように２本のリブ２２が形成されている。これにより、膨出部１９の変形が抑制される。

シリンダブロック３の内部には、燃焼室６内の燃焼ガスからの熱伝搬による温度上昇を抑制するために、各シリンダ２の外周部にブロック内冷却液通路２５（ウォータージャケット）が形成されている。ブロック内冷却液通路２５は、各シリンダ２の外周に沿って湾曲するように形成される。ブロック内冷却液通路２５の上端の少なくとも一部はシリンダブロック３の上面３ａに開口している。ブロック内冷却液通路２５は、冷却水やオイル、冷媒などの冷却液を流通させるべく、シリンダブロック３の成型時に砂型などの中子によって形成された空洞により構成される。

シリンダヘッド４の内部には、燃焼室６内や排気集合ポート８内の燃焼ガスからの熱伝搬による温度上昇を抑制するために、燃焼室凹部４ｂ、吸気ポート７及び排気集合ポート８の周辺にヘッド内冷却液通路３０（３１〜３８、ヘッド内ウォータージャケット）が形成されている。ヘッド内冷却液通路３０は、ブロック内冷却液通路２５の上端開口と対応する位置で下端の少なくとも一部がシリンダヘッド４の下面に開口するように形成されている。ヘッド内冷却液通路３０も、冷却液を流通させるべく、シリンダヘッド４の成型時に砂型などの中子によって形成された空洞により構成される。

図２及び図３は、シリンダヘッド４の鋳造時に用いるブロック内冷却液通路２５及びヘッド内冷却液通路３０用の中子を示す図である。つまり、図２及び図３は、シリンダブロック３及びシリンダヘッド４を透視して空洞部分であるブロック内冷却液通路２５及びヘッド内冷却液通路３０を実体的に示しているのと同等である。以下では、ブロック内冷却液通路２５及びヘッド内冷却液通路３０の説明として記載し、図中には中子の符号を括弧付きで示す。

ブロック内冷却液通路２５は、ブロック内冷却液通路用中子４５によって形成される。ブロック内冷却液通路２５は、互いに隣接するシリンダ２間で比較的小さな断面積をもって連通しつつ、３つのシリンダ２を囲む概ね環状の空洞として構成された通路本体部２６と、通路本体部２６の吸気側かつシリンダ列方向の一端側に接続され、図示しない冷却液ポンプから送られてくる冷却液を通路本体部２６に流入させる冷却液入口ポート２７とを備えている。ブロック内冷却液通路２５の冷却液の出口ポートであるブロック出口ポート２８（２８ａ、２８ｂ）は、前述したシリンダブロック３の上面３ａに開口する部分によって構成される。以下、シリンダ列方向において冷却液入口ポート２７が設けられた側を前、その反対側を後として説明する。

具体的に説明すると、ブロック出口ポート２８は、通路本体部２６の上端から上方へ延びるように通路本体部２６の周方向に概ね等間隔に形成された複数のブロック第１出口ポート２８ａと、通路本体部２６の吸気側かつ前側の側面から排気側に突出した後、屈曲して上方へ延びるブロック第２出口ポート２８ｂとを備えている。複数のブロック第１出口ポート２８ａのうち、吸気側に配置されたものは後述する主冷却液通路３１の吸気側部分３１ｂに連通し、排気側に配置されたものは後述する主冷却液通路３１の排気側部分３１ｃに連通する。ブロック第２出口ポート２８ｂは後述する下排気側冷却液通路３２に連通する。

通路本体部２６における冷却液入口ポート２７が接続する位置よりも前端側には、想像線で示す仕切部材２９が上方から挿入される。通路本体部２６は、この仕切部材２９によって前端側で仕切られる。仕切部材２９は少なくとも表面部に弾性体を含む棒状の部材であり、上端がシリンダブロック３の上面３ａと一致し、かつ下方に隙間を形成するように配置される。これにより、仕切部材２９の下方の隙間（即ち仕切部材２９の欠損部）は比較的小さな断面積をもって通路本体部２６の吸気側と排気側とを連通させる。

ヘッド内冷却液通路３０は、複数の燃焼室凹部４ｂの上方近傍を通過するように前後方向（シリンダ列方向）に延在する主冷却液通路３１と、排気集合部８ｂ（図１）を上下から挟むように配置され、それぞれ前後方向に延在する下排気側冷却液通路３２（図３）及び上排気側冷却液通路３３とを備えている。主冷却液通路３１は主冷却液通路用中子５１によって形成され、下排気側冷却液通路３２は下排気側冷却液通路用中子５２よって形成され、上排気側冷却液通路３３は上排気側冷却液通路用中子５３によって形成される。なお、下排気側冷却液通路３２及び上排気側冷却液通路３３が１つの排気側冷却液通路用中子によって形成されてもよい。以下、下排気側冷却液通路３２と上排気側冷却液通路３３とを総称する場合、単に排気側冷却液通路３２、３３と記す。

主冷却液通路３１は、吸気ポート７（図１）と排気ポート８ａとの間に形成される主部３１ａと、吸気ポート７の下方に形成される吸気側部分３１ｂと、排気ポート８ａの下方に形成される排気側部分３１ｃとを主要部としている。主部３１ａと吸気側部分３１ｂ、並びに主部３１ａと排気側部分３１ｃとは、これらの前端及び後端、並びに隣接する２つのシリンダ２間に形成された横連通路（符号なし）によって互いに連通される。

図４は、ブロック内冷却液通路２５及びヘッド内冷却液通路３０を実態的に示した上面図であり、図５は同要部下面図である。図５に示すように、主部３１ａと排気側部分３１ｃとは、上記ブロック内冷却液通路用中子４５によって形成される隣接する２つのシリンダ２間の横連通路に加え、３つの排気ポート８ａのそれぞれについて排気ポート８ａの分岐した部分の間に形成された横連結通路３１ｄによっても互いに連通される。この横連結通路３１ｄは、シリンダヘッド４の鋳造後にドリル加工によって形成される。横連結通路３１ｄが形成されることにより、燃焼室６内や排気ポート８ａ内の燃焼ガスから熱が伝搬する排気バルブシート周辺が効果的に冷却される。

図２及び図３に戻り、主冷却液通路３１におけるブロック内冷却液通路２５のブロック第１出口ポート２８ａに対応する部分には、主シリンダ入口ポート３４が下方に突出するように形成されている。主冷却液通路３１の前側には、主冷却液通路３１内の冷却液を排出する主冷却液出口ポート３５が主部３１ａ及び吸気側部分３１ｂから吸気側かつ上方に突出するように形成されている。

主冷却液通路３１のなかで最も高い位置となる主部３１ａの上端部は、概ね直線状を呈して略水平に前後方向に延びており、この部分が主冷却液通路３１のエア抜き通路である主エア抜き通路３１ｅとなる。

下排気側冷却液通路３２の前端には、ブロック内冷却液通路２５のブロック第２出口ポート２８ｂと接続する排気側シリンダ入口ポート３６が下方に突出するように形成されている。下排気側冷却液通路３２は、この排気側シリンダ入口ポート３６のみをもってブロック内冷却液通路２５と連通している。下排気側冷却液通路３２は主冷却液通路３１とは連通していない。

下排気側冷却液通路３２と上排気側冷却液通路３３とは、後端に形成された縦連通路３７（図２）によって互いに連通している。上排気側冷却液通路３３は、この縦連通路３７のみをもって下排気側冷却液通路３２と連通している。上排気側冷却液通路３３はブロック内冷却液通路２５及び主冷却液通路３１とは連通していない。即ち、主冷却液通路３１と排気側冷却液通路３２、３３とは互いに分離している。

上排気側冷却液通路３３の前端には、上排気側冷却液通路３３内の冷却液を排出する排気側冷却液出口ポート３８が吸気側に突出するように形成されている。排気側冷却液出口ポート３８は、主冷却液出口ポート３５に対して下側から合流するように形成される。主冷却液出口ポート３５及び排気側冷却液出口ポート３８は、シリンダヘッド４に接続される図示しない冷却液配管通路３９（図８参照）に連通する。

つまり、主冷却液通路３１の冷却液出口ポートである主冷却液出口ポート３５と、排気側冷却液通路３２、３３の冷却液出口ポートである排気側冷却液出口ポート３８と、ブロック内冷却液通路２５の冷却液入口ポート２７との全てが、シリンダ２に対して吸気側に開口するように形成されている。

図１及び図５に併せて示すように、下排気側冷却液通路３２の吸気側の端縁３２ａは、シリンダ軸線方向視（図５）において、シリンダ２の外側に位置し、シリンダ２の形状に沿う主冷却液通路３１（３１ｃ）や締結用のボルトボスの外縁に沿った形状となっている。一方、上排気側冷却液通路３３は、吸気側の端縁３３ａがシリンダ軸線方向視（図５）でシリンダ２と重なる位置まで吸気側に延出しており、排気バルブ１０が通る部分では、排気バルブ１０を支持するバルブガイド２３（図１）やバルブガイド２３を支持する肉により構成される排気バルブガイド部２４（図１）が存在するため、上排気側冷却液通路用中子５３には貫通孔５３ａが形成されている。この貫通孔５３ａは、切欠きとしてではなく孔として形成されている。そのため、上排気側冷却液通路３３は、排気バルブガイド部２４（図１）を個別に囲繞するように形成される。

即ち、図４に併せて示すように、上排気側冷却液通路３３は、複数の排気バルブガイド部２４（貫通孔５３ａ）に対して排気側（シリンダヘッド４の他側面４ｄ側）に形成された主通路３３１と、複数の排気バルブガイド部２４に対して吸気側（シリンダヘッド４の一側面４ｃ側）においてシリンダ列方向に延在するように形成された端部通路３３２と、主通路３３１と端部通路３３２とを連通する複数の連通路３３３とにより構成される。上排気側冷却液通路３３の吸気側の端縁３３ａを構成する端部通路３３２は、排気側冷却液通路３２、３３のなかで最も高い位置にある。そしてこの部分は、概ね直線状を呈して略水平に前後方向に延びており、排気側冷却液通路３２、３３のエア抜き通路である排気側エア抜き通路３３ｅとなる。

また、端部通路３３２は、各シリンダ２において後側（冷却液の上流側）に位置する排気バルブガイド部２４に接する部分において、端縁３３ａを排気バルブガイド部２４の輪郭に沿って吸気側に膨出させる一方、前側（冷却液の下流側）に位置する排気バルブガイド部２４に接する部分において、端縁３３ａを直線状に形成している。即ち、端部通路３３２では、各シリンダ２において冷却液の上流側に位置する排気バルブガイド部２４に接する部分の流路断面積が下流側に位置する排気バルブガイド部２４に接する部分の流路断面積よりも大きくなっており、各シリンダ２において冷却液の下流側に位置する排気バルブガイド部２４に接する部分に絞り３３ｂが形成されている。

このように構成されたブロック内冷却液通路２５及びヘッド内冷却液通路３０では、図２及び図３中に黒塗り矢印で示すように冷却液が流通する。具体的に説明すると、ブロック内冷却液通路２５では、図２に示すように、冷却液入口ポート２７から通路本体部２６に流入した冷却液の大部分は、通路本体部２６の吸気側を前端側から後端側に流れ、最も後側のシリンダ２を回り込み、図３に示すように通路本体部２６の排気側を後端側から前端側に流れる。また、図２に示すように、冷却液入口ポート２７から通路本体部２６に流入した冷却液の一部は、仕切部材２９の下方を通過して通路本体部２６の排気側に流れる。

この間に、冷却液の一部はブロック第１出口ポート２８ａ及び主シリンダ入口ポート３４を通って主冷却液通路３１（３１ａ、３１ｂ、３１ｃ）に流入する。主冷却液通路３１に流入した冷却液は、主冷却液通路３１を後端側から前端側に向けて一方向に流れ、主冷却液出口ポート３５から排出される。

一方、ブロック内冷却液通路２５の通路本体部２６の排気側かつ前端側に到達した冷却液の一部は、ブロック第２出口ポート２８ｂ及び排気側シリンダ入口ポート３６を通って下排気側冷却液通路３２に流入する。下排気側冷却液通路３２に流入した冷却液は、下排気側冷却液通路３２を前端側から後端側に向けて一方向に流れ、後端で縦連通路３７（図２）を通って上排気側冷却液通路３３に流入した後、上排気側冷却液通路３３を後端側から前端側に向けて一方向に流れ、排気側冷却液出口ポート３８から排出される。つまり、排気側冷却液通路３２、３３では冷却液はＵ字状に流れる。

このように、エンジンＥ１では、主冷却液通路３１が、冷却液を後側においてブロック内冷却液通路２５から流入させ、前側において流出させるように一方向に流通させる。一方、排気側冷却液通路３２、３３は、冷却液を前側においてブロック内冷却液通路２５から下排気側冷却液通路３２に流入させ、後側において下排気側冷却液通路３２から上排気側冷却液通路３３に流通させ、前側において上排気側冷却液通路３３から流出させるように流通させる。これにより、各シリンダ２周りの冷却液流量が均等になる。また、主冷却液通路３１と排気側冷却液通路３２、３３とが互いに分離しており、冷却液が主冷却液通路３１と実質的に１本の排気側冷却液通路３２、３３とに分配されるだけなので、分配の調整が容易である。

また、排気側冷却液通路３２、３３では、比較的高温になり易い下排気側冷却液通路３２を先に冷却液が流通するため、排気集合部８ｂ周辺が効果的に冷却される。更に、主冷却液通路３１の主冷却液出口ポート３５、排気側冷却液通路３２、３３の排気側冷却液出口ポート３８、並びにブロック内冷却液通路２５の冷却液入口ポート２７が、シリンダ２に対して吸気側に形成されているため、冷却液の配管のレイアウトが容易になる。

エンジンＥ１では、その搭載状態において主冷却液通路３１のなかで最も高い位置にシリンダ列方向に延在する主エア抜き通路３１ｅが形成されている。そのため、主冷却液通路３１にエアが流入したとしても、エアは主エア抜き通路３１ｅを通って主冷却液通路３１から排出される。同様に、エンジンＥ１の搭載状態において排気側冷却液通路３２、３３のなかで最も高い位置にシリンダ列方向に延在する排気側エア抜き通路３３ｅが上排気側冷却液通路３３に形成されている。そのため、排気側冷却液通路３２、３３にエアが流入したとしても、エアは排気側エア抜き通路３３ｅを通って上排気側冷却液通路３３から排出される。なお、これらのエア抜き通路（３１ｅ、３３ｅ）は、それらが形成された主冷却液通路３１又は上排気側冷却液通路３３のなかで最も高い位置に形成されるため、冷却性能への影響を最小限に抑制することができる。

また、複数の排気バルブガイド部２４（図１）を個別に囲繞するように形成される上排気側冷却液通路３３においては、図４に示すように、シリンダ２毎に設けられた２つの排気バルブガイド部２４間の連通路３３３に冷却液が流れ難く、排気バルブ１０間でシリンダヘッド４の温度が高くなり易いが、各シリンダ２における上流側に位置する排気バルブガイド部２４に接する部分の端部通路３３２の流路断面積が下流側に位置する排気バルブガイド部２４に接する部分の端部通路３３２の流路断面積よりも大きく形成されている。これにより、上流側に位置する排気バルブガイド部２４に接する部分の端部通路３３２に冷却液が流れ易くなり、排気バルブガイド部２４間の連通路３３３にも冷却液が流れ易くなるため、シリンダヘッド４の排気バルブ１０間が効果的に冷却される。

更に、端部通路３３２が、各シリンダ２における下流側に位置する排気バルブガイド部２４に接する部分に絞り３３ｂを有しているため、上流側に位置する排気バルブガイド部２４に接する部分の端部通路３３２を流通する冷却液がより連通路３３３に流れ易くなり、シリンダヘッド４の排気バルブ１０間が一層効果的に冷却される。

≪第２実施形態≫
次に、図６〜図１２を参照して第２実施形態について説明する。図６に示すように、エンジンＥ２は、ＳＯＨＣ４バルブ式のＶ型６気筒ガソリンエンジンである。以下では、第１実施形態と対応する部材は部位には同一の符合を付し、重複する説明を省略する。また、エンジンＥ２が自動車に搭載された状態を基準として図１に示す上下の方向に従って説明する。

図６に示すように、エンジンＥ２では、シリンダブロック３が図に左側に傾いた左のシリンダバンク３Ｌ及び右側に傾いた右のシリンダバンク３ＲによりＶ字型に形成されている。シリンダバンク３Ｌ、３Ｒのそれぞれは、シリンダ２が３つ形成された第１実施形態のシリンダブロック３と同様の左右対称的な構成とされている。以下、左右で対称的に設けられている部位等には、符号の後に左右を示すＬ又はＲを付して説明する。シリンダバンク３Ｌ、３Ｒの上部にはそれぞれシリンダヘッド４Ｌ、４Ｒが締結される。シリンダヘッド４Ｌ、４Ｒは左右対称的な構成とされ、吸気側を向き合わせて配置される。従って、各シリンダバンク３Ｌ、３Ｒの排気集合ポート８は、第１実施形態に比べて燃焼室凹部４ｂから排気出口８ｃに向けて一層下向きに傾斜している。

図７〜図９に示すように、シリンダバンク３Ｌ、３Ｒのそれぞれには、ブロック内冷却液通路２５Ｌ、２５Ｒが形成される。ブロック内冷却液通路２５Ｌ、２５Ｒでは、それぞれの通路本体部２６Ｌ、２６Ｒの吸気側（即ち、シリンダバンク３Ｌ、３Ｒの内側）かつ前側の側面に冷却液入口ポート２７Ｌ、２７Ｒが接続される。また、ブロック内冷却液通路２５Ｌ、２５Ｒの主冷却液出口ポート３５Ｌ、３５Ｒも、通路本体部２６Ｌ、２６Ｒの吸気側（即ち、シリンダバンク３Ｌ、３Ｒの内側）かつ前側に設けられる。

シリンダヘッド４Ｌ、４Ｒのそれぞれには、ヘッド内冷却液通路３０Ｌ、３０Ｒが形成される。ヘッド内冷却液通路３０Ｌ、３０Ｒのそれぞれは、主冷却液通路用中子５１Ｌ、５１Ｒによって形成される主冷却液通路３１Ｌ、３１Ｒ、下排気側冷却液通路用中子５２Ｌ、５２Ｒよって形成される下排気側冷却液通路３２Ｌ、３２Ｒ、及び上排気側冷却液通路用中子５３Ｌ、５３Ｒによって形成される上排気側冷却液通路３３Ｌ、３３Ｒを備える。

ブロック内冷却液通路２５Ｌ、２５Ｒのブロック第２出口ポート２８ｂＬ、２８ｂＲと、これらに接続する排気側シリンダ入口ポート３６Ｌ、３６Ｒは、それぞれの通路（２５Ｌ、２５Ｒ、３２Ｌ、３２Ｒ）の排気側（即ち、シリンダバンク３Ｌ、３Ｒの外側）かつ前側に設けられている。下排気側冷却液通路３２Ｌ、３２Ｒと上排気側冷却液通路３３Ｌ、３３Ｒとを連通する縦連通路３７Ｌ、３７Ｒ（図８）は、これら通路（３２Ｌ、３２Ｒ、３３Ｌ、３３Ｒ）の後端に設けられている。また、排気側冷却液出口ポート３８Ｌ、３８Ｒは、下排気側冷却液通路３２Ｌ、３２Ｒ及び上排気側冷却液通路３３Ｌ、３３Ｒの吸気側（即ち、シリンダバンク３Ｌ、３Ｒの内側）かつ前側に設けられる。

このように構成されたブロック内冷却液通路２５Ｌ、２５Ｒ及びヘッド内冷却液通路３０Ｌ、３０Ｒでは、図７〜図９中に黒塗り矢印で示すように冷却液が流れる。冷却液の流れは、左右のブロック内冷却液通路２５Ｌ、２５Ｒで通路本体部２６Ｌ、２６Ｒを流れる向きが逆回りになるが、第１実施形態で説明した流れと同様である。

主冷却液通路３１Ｌ、３１Ｒに流入したエアは、主冷却液通路３１Ｌ、３１Ｒのなかで最も高い位置に形成された主エア抜き通路３１ｅＬ、３１ｅＲを通って主シリンダ入口ポート３４Ｌ、３４Ｒから排出される。また、下排気側冷却液通路３２Ｌ、３２Ｒ及び上排気側冷却液通路３３Ｌ、３３Ｒに流入したエアは、これらの通路のなかで最も高い位置にある排気側エア抜き通路３３ｅを通って排気側冷却液出口ポート３８Ｌ、３８Ｒから排出される。

図１０は図７中のＸ−Ｘ断面を示しており、図１１は同断面で破断したヘッド内冷却液通路３０Ｌ（主冷却液通路用中子５１Ｌ、下排気側冷却液通路用中子５２Ｌ及び上排気側冷却液通路用中子５３Ｌ）を示している。上記のように、下排気側冷却液通路３２の吸気側の端縁３２ａＬは、主冷却液通路３１Ｌ（３１ｃＬ）や締結用のボルトボスの外縁に沿った形状となっている。そのため、特に排気集合ポート８が排気出口８ｃに向けて下向きに傾斜する本実施形態では、下排気側冷却液通路３２の吸気側の端縁３２ａの高さ位置（最も高い位置）がシリンダ列方向について変化し、高さが低くなる部分の手前にエアが溜まり易い。そこで、下排気側冷却液通路３２のなかで最も高い位置に、ドリル４０を用いて鋳造後のシリンダヘッド４を削孔し、上排気側冷却液通路３３Ｌに連通する縦エア抜き通路４１Ｌが形成されている。これにより、下排気側冷却液通路３２Ｌ、３２Ｒに流入したエアは、図１０及び図１１中に黒塗り矢印で示すように、縦エア抜き通路４１Ｌ、４１Ｒを通って上排気側冷却液通路３３Ｌ、３３Ｒに流入できるようになり、エアが溜まることなく、冷却効果を高めるために下排気側冷却液通路３２Ｌ、３２Ｒを排気ポート８ａ等に沿った形状にすることが可能になる。

また、図７に示すように本実施形態においても第１実施形態と同様に、端部通路３３２では、各シリンダ２において冷却液の上流側に位置する排気バルブガイド部２４に接する部分の流路断面積が下流側に位置する排気バルブガイド部２４に接する部分の流路断面積よりも大きくなっており、各シリンダ２において冷却液の下流側に位置する排気バルブガイド部２４に接する部分に絞り３３ｂが形成されている。そのため、上流側に位置する排気バルブガイド部２４に接する端部通路３３２部分に冷却液が流れ易くなり、排気バルブガイド部２４間の連通路３３３にも冷却液が流れ易くなるため、シリンダヘッド４の排気バルブ１０間が効果的に冷却される。

図１２はブロック内冷却液通路２５及びヘッド内冷却液通路３０の要部拡大正面図である。図に示されるように、主冷却液通路３１Ｌの主冷却液出口ポート３５Ｌと、下排気側冷却液通路３２Ｌ、３２Ｒ及び上排気側冷却液通路３３Ｌの排気側冷却液出口ポート３８Ｌとは、シリンダ列方向視において交差するように形成されている。これにより、上排気側冷却液通路３３Ｌが主冷却液通路３１Ｌに対して下方に位置していても、上排気側冷却液通路３３Ｌのエア抜きが促進され、エア溜まりが生じることが抑制される。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。例えば、上記実施形態では、本発明を自動車用の４バルブ式の直列３気筒及びＶ型６気筒のガソリンエンジンに適用しているが、他の用途に用いる異なる形式の内燃機関に適用してもよい。また上記実施形態では、排気出口８ｃが１つだけ形成されているが、例えば互いに近接する２つのシリンダ２毎に２つ以上の排気出口８ｃが形成されてもよい。この他、各部材や部位の具体的構成や配置、数量、角度など、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば適宜変更可能である。一方、上記実施形態に示した本発明に係る内燃機関の各構成要素は必ずしも全てが必須ではなく、適宜選択してもよい。

１ ピストン
２ シリンダ
３ シリンダブロック
４ シリンダヘッド
４ｃ 一側面
４ｄ 他側面
６ 燃焼室
７ 吸気ポート
８ 排気集合ポート
８ａ 排気ポート
８ｂ 排気集合部
８ｃ 排気出口
１０ 排気バルブ
２４ 排気バルブガイド部
２５ ブロック内冷却液通路
２６ 通路本体部
２７ 冷却液入口ポート
３０ ヘッド内冷却液通路
３１ 主冷却液通路
３１ｅ 主エア抜き通路
３２ 下排気側冷却液通路
３３ 上排気側冷却液通路
３３１ 主通路
３３２ 端部通路
３３３ 連通路
３３ｂ 絞り
３３ｅ 排気側エア抜き通路
３５ 主冷却液出口ポート
３８ 排気側冷却液出口ポート
４１Ｌ 縦エア抜き通路
５１ 主冷却液通路用中子
５２ 下排気側冷却液通路用中子
５３ 上排気側冷却液通路用中子
Ｅ１、Ｅ２ エンジン

Claims (9)

1. 複数のシリンダが一列に形成され、当該複数のシリンダの外周に沿ってブロック内冷却液通路が形成されたシリンダブロックと、
   前記シリンダブロックの上部に締結されて前記シリンダ内を摺動するピストンの頂面との間に燃焼室を形成し、ヘッド内冷却液通路が形成されたシリンダヘッドとを有する内燃機関の冷却構造であって、
   前記シリンダヘッド内には、上流端が当該シリンダヘッドの一側面に開口し、下流端が前記燃焼室に開口する複数の吸気ポートと、上流端が前記燃焼室に開口する複数の排気ポートと、前記複数の排気ポートを合流させ、当該シリンダヘッドの他側面に排気出口を開口させる排気集合部とが形成され、
   前記ヘッド内冷却液通路が、前記燃焼室の上方部分に形成された主冷却液通路と、前記排気集合部を挟むように形成された上下一対の排気側冷却液通路とを備え、
   前記主冷却液通路と前記上下一対の排気側冷却液通路とが互いに分離し、且つ、前記上下一対の排気側冷却液通路がシリンダ列方向の一端側において縦連通路を介して互いに連通しており、
   前記主冷却液通路において、冷却液は、シリンダ列方向の前記一端側において前記ブロック内冷却液通路から流入し、シリンダ列方向の他端側において流出するように一方向に流通し、
   前記上下一対の排気側冷却液通路において、冷却液は、
   シリンダ列方向の前記他端側において前記ブロック内冷却液通路から一方の排気側冷却液通路に流入し、
   前記一方の排気側冷却液通路をシリンダ列方向の前記他端側から前記一端側へ一方向に流通し、
   シリンダ列方向の前記一端側において前記縦連通路を通って前記一方の排気側冷却液通路から他方の排気側冷却液通路へ流入し、
   前記他方の排気側冷却液通路をシリンダ列方向の前記一端側から前記他端側へ一方向に流通し、
   シリンダ列方向の前記他端側において前記他方の排気側冷却液通路から流出するように流通し、
   前記上下一対の排気側冷却液通路が互いに直列に接続されて冷却液をＵ字状に流通させることを特徴とする内燃機関の冷却構造。
2. 前記上下一対の排気側冷却液通路は、冷却液を、前記ブロック内冷却液通路から下側の前記排気側冷却液通路に流入させ、上側の前記排気側冷却液通路から流出させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の冷却構造。
3. 前記主冷却液通路の冷却液出口ポートと前記上下一対の排気側冷却液通路の冷却液出口ポートと前記ブロック内冷却液通路の冷却液入口ポートとが、前記シリンダに対してシリンダ列方向と直交する方向において同一の側に開口するように形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の冷却構造。
4. 前記主冷却液通路が、内燃機関の搭載状態において当該主冷却液通路のなかで最も高い位置においてシリンダ列方向に延在するエア抜き通路を有することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の内燃機関の冷却構造。
5. 上側の前記排気側冷却液通路が、内燃機関の搭載状態において前記上下一対の排気側冷却液通路のなかで最も高い位置においてシリンダ列方向に延在するエア抜き通路を有することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の内燃機関の冷却構造。
6. 内燃機関の搭載状態において下側の前記排気側冷却液通路のなかで最も高い位置には、上側の前記排気側冷却液通路に連通するエア抜き通路が形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の内燃機関の冷却構造。
7. 前記主冷却液通路の冷却液出口ポートと前記上下一対の排気側冷却液通路の冷却液出口ポートとが、シリンダ列方向視において交差していることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の内燃機関の冷却構造。
8. 前記シリンダヘッド内には、前記排気ポートが各燃焼室に２つずつ開口するように形成されると共に、前記排気ポートの前記燃焼室との各接続部を開閉する排気バルブを支持する複数の排気バルブガイド部が形成され、
   上側の前記排気側冷却液通路は、前記複数の排気バルブガイド部を個別に囲繞するように形成されており、前記複数の排気バルブガイド部に対して前記シリンダヘッドの前記他側面側に形成された主通路と、前記複数の排気バルブガイド部に対して前記シリンダヘッドの前記一側面側においてシリンダ列方向に延在するように形成された端部通路と、前記主通路と前記端部通路とを連通する複数の連通路とを有し、
   前記端部通路は、各シリンダにおいて冷却液の上流側に位置する前記排気バルブガイド部に接する部分の流路断面積が下流側に位置する前記排気バルブガイド部に接する部分の流路断面積よりも大きく形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の内燃機関の冷却構造。
9. 前記端部通路は、各シリンダにおいて冷却液の下流側に位置する前記排気バルブガイド部に接する部分に絞りを有していることを特徴とする請求項８に記載の内燃機関の冷却構造。

Images