JP6209815B2 - Cylinder head cooling structure - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関の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 of an internal combustion engine.
シリンダヘッドの冷却構造として、特許文献1に記載のものでは、冷却水が通流するウォータジャケットを、下側ウォータジャケットと、この下側ウォータジャケットよりも上側に配置された上側ウォータジャケットと、を有する上下二層の構造とし、両者を仕切る仕切壁部に、両者を連通する連通孔を貫通形成している。 As a cooling structure of the cylinder head, in the one described in Patent Document 1, a water jacket through which cooling water flows, a lower water jacket, and an upper water jacket disposed above the lower water jacket, The upper and lower two-layer structure is formed, and a communication hole that communicates the two is formed through the partition wall that partitions the two.
上側ウォータジャケットと下側ウォータジャケットとの間の冷却水の通流が滞ると、両者間の温度差が大きくなって、冷却効率を低下させるおそれがある。具体的には、燃焼室に近い下側ウォータジャケットの温度が上側ウォータジャケットの温度に比して高くなり易いために、両者の温度差が大きくなると、燃焼室周りの冷却性能が低下するおそれがある。 If the flow of the cooling water between the upper water jacket and the lower water jacket stagnate, the temperature difference between the two becomes large, which may reduce the cooling efficiency. Specifically, since the temperature of the lower water jacket close to the combustion chamber tends to be higher than the temperature of the upper water jacket, if the temperature difference between the two increases, the cooling performance around the combustion chamber may decrease. is there.
そこで本発明は、連通孔を通して下側ウォータジャケットから上側ウォータジャケットへ向かう冷却水の流れ(対流)を促進し、上側ウォータジャケットと下側ウォータジャケットとの温度差を低減することにより、冷却性能を向上することができる新規なシリンダヘッドの冷却構造を提供することを目的としている。 Therefore, the present invention promotes cooling water flow (convection) from the lower water jacket to the upper water jacket through the communication hole, and reduces the temperature difference between the upper water jacket and the lower water jacket, thereby improving the cooling performance. It is an object of the present invention to provide a novel cylinder head cooling structure that can be improved.
本発明に係るシリンダヘッドの冷却構造では、冷却水が通流するウォータジャケットが、下側ウォータジャケットと、この下側ウォータジャケットよりも上側に形成される上側ウォータジャケットと、を有する上下二層構造をなしている。また、上側ウォータジャケットと下側ウォータジャケットとを上下に仕切る仕切壁部を有し、この仕切壁部には、上側ウォータジャケットと下側ウォータジャケットとを連通する連通孔が貫通形成されている。そして、上記仕切壁部における連通孔の両側に、冷却水の対流を促進するように上記連通孔へ向けて斜め上方に傾斜する一対の傾斜壁部が形成されている。 In the cylinder head cooling structure according to the present invention, a water jacket through which cooling water flows has a lower water jacket and an upper and lower two-layer structure having an upper water jacket formed above the lower water jacket. I am doing. Moreover, it has a partition wall part which partitions an upper water jacket and a lower water jacket up and down, and the communicating hole which connects an upper water jacket and a lower water jacket is penetrated and formed in this partition wall part. A pair of inclined wall portions that are inclined obliquely upward toward the communication hole are formed on both sides of the communication hole in the partition wall portion so as to promote convection of the cooling water.
機関運転中には、下側ウォータジャケットと上側ウォータジャケットのうち、燃焼室に近い下側ウォータジャケット内の冷却水温度が上昇し易く、両者の温度差により、連通孔を通して下側ウォータジャケットから上側ウォータジャケットへ向かう冷却水の流れ、すなわち対流が生じる。 During engine operation, the coolant temperature in the lower water jacket close to the combustion chamber of the lower water jacket and the upper water jacket tends to rise, and due to the temperature difference between them, the upper water jacket passes through the communication hole. A flow of cooling water toward the water jacket, that is, convection occurs.
ここで本発明では、連通孔へ向けて斜め上方に傾斜する傾斜壁部を仕切壁部に設けたことで、この傾斜壁部に沿う形で下側ウォータジャケットから連通孔へ向かう冷却水の流れが促進される。つまり、傾斜壁部が下側ウォータジャケット内の冷却水を連通孔へ案内するガイド壁部として機能することとなり、上記の対流が促進される。 Here, in the present invention, by providing the partition wall portion with the inclined wall portion inclined obliquely upward toward the communication hole, the flow of the cooling water from the lower water jacket toward the communication hole along the inclined wall portion. Is promoted. That is, the inclined wall portion functions as a guide wall portion that guides the cooling water in the lower water jacket to the communication hole, and the convection is promoted.
このように本発明によれば、連通孔を通して下側ウォータジャケットから上側ウォータジャケットへ向かう冷却水の流れを促進し、下側ウォータジャケットと上側ウォータジャケットとの温度差を低減して、熱交換性能を向上することができる。 As described above, according to the present invention, the flow of cooling water from the lower water jacket to the upper water jacket through the communication hole is promoted, the temperature difference between the lower water jacket and the upper water jacket is reduced, and heat exchange performance is achieved. Can be improved.
以下、図示実施例により本発明を説明する。このシリンダヘッド10は、アルミ合金あるいは鋳鉄等の金属材料により一体的に鋳造されるもので、上方が開放する略箱形であって、かつ、気筒列方向・クランク軸方向L1に長尺な略直方体形状をなしている。このシリンダヘッド10は、上側周縁部の取付フランジ部11にヘッドカバー(図示省略)が固定されるとともに、下側周縁部でシリンダブロック(図示省略)に固定される。
Hereinafter, the present invention will be described with reference to illustrated embodiments. The
図3及び図4にも示すように、シリンダブロックの上面に固定されるシリンダヘッド10の下壁部12の下面側には、複数(この例では3つ)の気筒の燃焼室13がクランク軸方向L1に沿って配列されている。各燃焼室13は、上方へ窪んだペントルーフ型をなしている。各燃焼室13には一対の吸気ポート14と一対の排気ポート15とが連通している。図5及び図6に示すように、吸気ポート14については、各気筒の一対の吸気ポート14が途中で合流して吸気側の側壁に開口しており、つまり吸気側の側壁に合計3つの吸気ポート14が開口している。一方、排気ポート15については、全ての排気ポート15が途中で合流して排気側の側壁に開口している。つまり排気側の側壁には1つの排気ポート15のみが開口している。なお、ポート形状についてはこの実施例の構造に限らず、例えば排気ポートと吸気ポートとを同様の構造のものとしても良い。
As shown also in FIGS. 3 and 4,
シリンダヘッド10には、点火プラグが取り付けられるプラグ孔16が各気筒毎に設けられている。プラグ孔16は、点火プラグを燃焼室13の頂部に臨んだ姿勢に支持するように、その下端部が燃焼室13の頂部付近に開放する円筒状をなしている。また、図2にも示すように、各プラグ孔16を横切ってヘッド幅方向L3に延在する隔壁部17が設けられている。各隔壁部17の上面には、吸気弁及び排気弁を駆動する2本のカムシャフトを回転可能に支持するための半割形状の軸受面18が形成されている。
The
そして、シリンダヘッド10には、冷却水が通流する空間であるウォータジャケット20が形成されている。このウォータジャケット20は、車載搭載姿勢の鉛直方向・上下方向に沿うシリンダ軸方向L2に関して2層に分かれた構造となっており、つまり、下側ウォータジャケット21と、この下側ウォータジャケット21よりも上方に位置する上側ウォータジャケット22と、を有する上下2層構造をなしている。
The
下側ウォータジャケット21と上側ウォータジャケット22とは、所定厚さを有する仕切壁部23によって仕切られている。下側ウォータジャケット21は、シリンダ軸方向L2に関して、シリンダヘッド10の下面を構成する下壁部12と、上記の仕切壁部23と、の間に形成されている。上側ウォータジャケット22は、上記の仕切壁部23と、この仕切壁部23の上方に配置される上壁部24と、の間に形成されている。上壁部24の上方の空間には吸気弁や排気弁等が配置される。
The
仕切壁部23には、上側ウォータジャケット22と下側ウォータジャケット21とを連通する連通孔25が貫通形成されている。なお、鋳造の際に連通孔25を一体的に形成するように、鋳造時には上壁部24にも貫通孔26が連通孔25と同軸上に貫通形成されている。この貫通孔26は鋳造後には不要であるためにキャップ27により閉塞される。図4に示すように、連通孔25は、クランク軸方向L1に関して、隣り合う気筒の燃焼室13の間、つまり気筒間の中央部分の合計二箇所に設けられている。
A
図1に示すように、各連通孔25は、クランク軸方向L1及びシリンダ軸方向L2の双方に直交するヘッド幅方向L3に関して、シリンダヘッド10の中央部に形成されている。そして、仕切壁部23には連通孔25のヘッド幅方向L3の両側に、連通孔25が形成された中央部へ向けて斜め上方に傾斜する一対の傾斜壁部28が形成されている。つまり、傾斜壁部28は、連通孔25が形成された中央部を頂部としてヘッド幅方向L3に上に凸な形状に形成されている。この傾斜壁部28は、車載状態においても水平方向に対して中央(連通孔25)が高くなるように傾斜しており、その傾斜角度は15度以上に設定されている。
As shown in FIG. 1, each
また、図3に示すように、上記の連通孔25が設けられていない仕切壁部23のクランク軸方向L1の両端部には、上側ウォータジャケット22と下側ウォータジャケット21とを連通する補助連通孔29が貫通形成されている。
As shown in FIG. 3, auxiliary communication for communicating the
通常の機関稼働状態では、制御部1によって駆動制御される電動式のオイルポンプ2(図1参照)によって下方のシリンダブロックを循環した冷却水が、シリンダヘッド10の下壁部12に貫通形成された冷却水導入口30を通してシリンダヘッド10のウォータジャケット20、より詳しくは下側ウォータジャケット21の内部へと導入されて、ウォータジャケット20内を循環する。このように、上下二層構造の下側ウォータジャケット21と上側ウォータジャケット22のうち、下側ウォータジャケット21に冷却水導入口30が形成され、この下側ウォータジャケット21に冷却水が導入されるように構成されているために、下側ウォータジャケット21側に冷却水を積極的に循環させて、高温となり易い燃焼室13の近傍を効果的に冷却するように構成されている。
In a normal engine operation state, cooling water circulated through the lower cylinder block by the electric oil pump 2 (see FIG. 1) driven and controlled by the control unit 1 is formed through the
一方、機関始動直後等のように、暖機運転を行う冷機状態では、内燃機関が稼働しているにもかかわらず電動式のウォータポンプ2を停止して、ウォータジャケット20内の冷却水の昇温を促進することで、ウォータジャケット20の近傍に配置されるオイル通路内を流れるエンジンオイルの昇温を促進し、ひいては内燃機関の暖機を促進して、暖機運転を短期間で終わらせるためにようになっている。
On the other hand, in the cold state in which the warm-up operation is performed, such as immediately after the engine is started, the
このように機関稼働中に電動式のウォータポンプ2を停止させた場合、高温側の下側ウォータジャケット21と低温側の上側ウォータジャケット22との温度差によって、図1及び図4の矢印で示すように、温度の高い下側ウォータジャケット21から温度の低い上側ウォータジャケット22へ向かう冷却水の流れ、つまり対流が生じる。このように連通孔25を通して上側ウォータジャケット22内へ流れ込んだ冷却水は、クランク軸方向L1の両端に設けられた補助連通孔29を通して下側ウォータジャケット21のクランク軸方向へ戻される。このように、ウォータポンプ2を停止しているにもかかわらず、下側ウォータジャケット21と上側ウォータジャケット22とを循環する一連の冷却水の流れ(対流)が生成される。
When the
ここで本実施例では、仕切壁部23に中央の連通孔25へ向かって上向きに傾斜する傾斜壁部28を設けているために、この傾斜壁部28に沿う形で下側ウォータジャケット21内の冷却水が連通孔25を通して上側ウォータジャケット22へ流れ込み易くなる。つまり傾斜壁部28が下側ウォータジャケット21内の冷却水を連通孔25へ導く形となって、上記の対流が促進される。
In this embodiment, since the
このように対流が促進されることで、アルミ合金製のシリンダヘッド10と冷却水との熱交換が促進されるとともに、下側ウォータジャケット21と上側ウォータジャケット22との温度差が抑制されて、下側ウォータジャケット21の過度な温度上昇が抑制される。ここで、下側ウォータジャケット21が過度に昇温すると、オーバーヒートや部品温度の過昇温を回避するように、ウォータポンプ2の停止による暖機促進運転を解除して、ウォータポンプ2を再作動させる必要が生じるものの、本実施例では傾斜壁部28を設けて上記の対流を促進することにより、下側ウォータジャケット21の過度な昇温を抑制することができる。
By promoting convection in this way, heat exchange between the aluminum
また、上述した暖機後の通常の機関稼働状態においても、傾斜壁部28によって下側ウォータジャケット21から連通孔25を通して上側ウォータジャケット22へ向かう冷却水の流れが促進されることで、下側ウォータジャケット21と上側ウォータジャケット22との温度差を低減して、熱交換性能を向上することができる。
Further, even in the normal engine operating state after the warm-up described above, the
以上のように本発明を具体的な実施例に基づいて説明してきたが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の変形・変更を含むものである。例えば、直列4気筒の内燃機関のような他の形式の内燃機関のシリンダヘッドにも本発明を同様に適用することができる。 As described above, the present invention has been described based on the specific embodiments. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes various modifications and changes. For example, the present invention can be similarly applied to a cylinder head of another type of internal combustion engine such as an in-line four-cylinder internal combustion engine.
2…ウォータポンプ
10…シリンダヘッド
20…ウォータジャケット
21…下側ウォータジャケット
22…上側ウォータジャケット
23…仕切壁部
25…連通孔
28…傾斜壁部
29…補助連通孔
DESCRIPTION OF
Claims (6)
上記上側ウォータジャケットと下側ウォータジャケットとを上下に仕切る仕切壁部を有し、
この仕切壁部には、上側ウォータジャケットと下側ウォータジャケットとを連通する連通孔が貫通形成され、
かつ、上記仕切壁部における連通孔の両側に、上記下側ウォータジャケットから上記連通孔を通して上記上側ウォータジャケットへ向かう冷却水の対流を促進するように上記連通孔へ向けて斜め上方に傾斜する一対の傾斜壁部が形成され、
上記連通孔は、ヘッド幅方向の中央部に形成され、
上記傾斜壁部は、上記連通孔が形成された中央部を頂部として、ヘッド幅方向に上に凸な形状に形成されていることを特徴とするシリンダヘッドの冷却構造。 The water jacket through which the cooling water flows has an upper and lower two-layer structure having a lower water jacket and an upper water jacket formed above the lower water jacket,
Having a partition wall portion for vertically dividing the upper water jacket and the lower water jacket,
In this partition wall portion, a communication hole that allows communication between the upper water jacket and the lower water jacket is formed through,
And, on both sides of the communication hole in the partition wall portion, a pair of inclined obliquely upward toward the communication hole so as to facilitate convection of the cooling water flowing from the lower water jacket into the upper water jacket through the communicating hole An inclined wall is formed ,
The communication hole is formed at the center in the head width direction,
The cooling structure for a cylinder head, wherein the inclined wall portion is formed in a shape protruding upward in the head width direction with a central portion where the communication hole is formed as a top portion .
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