JP6303991B2 - シリンダヘッド - Google Patents
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Description
以下、本発明の実施の形態1について図を用いて説明する。実施の形態1の前提として、エンジンは火花点火式の水冷式直列4気筒エンジンであるとする。この前提は後述する実施の形態2−5にも適用される。ただし、本発明をエンジンに適用するにあたっては、エンジンの気筒数や気筒配置、また、エンジンの着火方式に限定はない。
図1を参照して、本発明の実施の形態1のエンジンの冷却システムの構成について説明する。エンジンを冷却するための冷却水は、エンジンとラジエータとの間を循環システムによって循環させられる。エンジンは、シリンダブロック151と、シリンダブロック151上に図示しないガスケットを介して取り付けられるシリンダヘッド101とを備える。冷却水の供給は、シリンダブロック151とシリンダヘッド101の両方に対して行われる。
《平面図でみるシリンダヘッドの基本構成》
図2は、実施の形態1のシリンダヘッド101の平面図である。詳しくは、シリンダヘッド101をヘッドカバーが取り付けられるヘッドカバー取付け面1bの側から見た平面図である。よって、図2では、裏面となるシリンダブロック合わせ面は見えない。なお、本明細書では、前述のとおり、クランクシャフトの軸方向をシリンダヘッド101の長手方向と定義し、長手方向に直交し、且つ、シリンダヘッド101のシリンダブロック合わせ面に平行な方向をシリンダヘッド101の幅方向と定義する。また、長手方向の端面1c,1dのうちクランク軸の出力端の側の端面1dを後端面と称し、その反対側の端面1cを前端面と称する。
図3は、シリンダヘッド101の吸気バルブ挿入孔7の中心軸を含み長手方向に垂直な断面(図2のA−A断面)を示す断面図である。ただし、図3には、吸気バルブ11をシリンダヘッド101に装着した状態が描かれている。図3に示すように、シリンダヘッド101の下面にあたるシリンダブロック合わせ面1aには、ペントルーフ形状を有する燃焼室4が形成されている。燃焼室4は、シリンダヘッド101がシリンダブロックに組み付けられたときに、シリンダを上方から閉塞して閉空間を構成する。なお、シリンダヘッド101とピストンとで挟まれた閉空間を燃焼室と定義する場合には、この燃焼室4は燃焼室天井面と呼ぶことができる。
図4は、シリンダヘッド101の燃焼室4の中心軸L1を含み長手方向に垂直な断面(図2のB−B断面)を示す断面図である。シリンダヘッド101には、点火プラグを取り付けるための点火プラグ挿入孔12が形成されている。点火プラグ挿入孔12は、ペントルーフ形状を有する燃焼室4の頂部に開口している。燃焼室4の中心軸L1は、シリンダヘッド101をシリンダブロックに組み付けた場合にシリンダの中心軸と一致する。
図5は、シリンダヘッド101の隣接する2つの燃焼室間を通る長手方向に垂直な断面(図2のC−C断面)を示す断面図である。シリンダヘッド101には、吸気側動弁機構室5から鉛直下方に向けて吸気側のヘッドボルト挿入孔13が形成されている。また、排気側動弁機構室6から鉛直下方に向けて排気側のヘッドボルト挿入孔14が形成されている。ヘッドボルト挿入孔13,14はシリンダブロック合わせ面1aに対して垂直で、シリンダブロック合わせ面1aに開口している。図5に示す断面は、ヘッドボルト挿入孔13,14の中心軸を含み長手方向に垂直な断面である。
《基準面の定義》
まず、シリンダヘッド冷却水流路の構成の説明に先立ち、その説明で使用するシリンダヘッドの基準面についてここで定義する。本明細書においては4つの基準面を定義する。ここで定義された基準面は後述する実施の形態2−5にも適用される。
図3、図4、及び図5に示すシリンダブロック合わせ面1aが第1の基準面である。シリンダブロック合わせ面1aは、シリンダヘッド101をシリンダブロックに組み付けた場合、シリンダブロックの各シリンダの中心軸に垂直な平面となる。
図4には、燃焼室4の中心軸L1が描かれている。第2の基準面は、各燃焼室4の中心軸L1を含み長手方向に平行な仮想の平面である。この平面をシリンダヘッド長手方向中心平面と称す。図3及び図5には、シリンダヘッド長手方向中心平面S1が仮想線で示されている。図4に示す断面では、シリンダヘッド長手方向中心平面S1は燃焼室4の中心軸L1と重なっている。シリンダヘッド長手方向中心平面S1は、シリンダヘッド101をシリンダブロックに組み付けた場合、シリンダブロックの各シリンダの中心軸を含む平面となる。
図3、図4、及び図5には、符号S2を付した仮想線が描かれている。この仮想線は、第3の基準面である吸気ポート中心軌道面を表わしている。吸気ポート中心軌道面は、各吸気ポート2の中心軌道を含む面と定義される仮想の面である。以下、図8乃至図11を参照して、吸気ポート2の中心軌道と吸気ポート中心軌道面について詳細に説明する。
図3には、吸気バルブ挿入孔7の中心軸L3が描かれている。吸気バルブ挿入孔7の中心軸L3は吸気バルブ11の中心軸でもある。第4の基準面は、各吸気バルブ挿入孔7の中心軸L3を含み長手方向に平行な仮想の平面である。この平面を吸気バルブ挿入孔中心軸面と称す。図4及び図5には、吸気バルブ挿入孔中心軸面S3が仮想線で示されている。図3に示す断面では、吸気バルブ挿入孔中心軸面S3は吸気バルブ挿入孔7の中心軸L3と重なっている。
実施の形態1のシリンダヘッドが有する2系統の冷却水流路のうち、低温の冷却水が流れる第1の冷却水流路の形状について図6及び図7を用いて説明する。図6は、実施の形態1のシリンダヘッドの吸気ポート2及び第1の冷却水流路30を透視して描いた斜視図である。シリンダヘッドの内部を透明にして見たときの第1の冷却水流路30の形状と、第1の冷却水流路30と吸気ポート2及びバルブガイド9との位置関係とが図6に表されている。
図3には、シリンダヘッド101の吸気バルブ挿入孔7の中心軸L3を含み長手方向に垂直な断面における第1の冷却水流路と第2の冷却水流路の各断面形状が描かれている。また、図3には、第1の冷却水流路と、第2の冷却水流路を含むシリンダヘッド101の構成要素との位置関係が示されている。図3に示す断面において、符号20a,20b,20c,20d,20eが付された領域は、第2の冷却水流路の一部分の断面である。以降、例えば、符号20aが付された領域について言及する場合は、第2の冷却水流路の部分20a、或いは、第2の冷却水流路20aと記載するものとする。第2の冷却水流路の各部分20a,20b,20c,20d,20eは、図3に示す断面では分離しているが、シリンダヘッド101の内部では1つにつながっている。
図4には、シリンダヘッド101の燃焼室4の中心軸L1を含み長手方向に垂直な断面における第1の冷却水流路と第2の冷却水流路の各断面形状が描かれている。また、図4には、第1の冷却水流路と、第2の冷却水流路を含むシリンダヘッド101の構成要素との位置関係が示されている。図4に示す断面において、符号20f,20g,20hが付された領域は、第2の冷却水流路の一部分の断面である。第2の冷却水流路の各部分20f,20g,20hは、図4に示す断面では分離しているが、シリンダヘッド101の内部では図3に示す各部分20a,20b,20c,20d,20eと1つにつながっている。
図5には、シリンダヘッド101の隣接する2つの燃焼室間を通る長手方向に垂直な断面における第1の冷却水流路と第2の冷却水流路の各断面形状が描かれている。また、図5には、第1の冷却水流路と、第2の冷却水流路を含むシリンダヘッド101の構成要素との位置関係が示されている。図5に示す断面において、符号20i,20j,20pが付された領域は、第2の冷却水流路の一部分の断面である。第2の冷却水流路の各部分20i,20j,20pは、図5に示す断面では分離しているが、シリンダヘッド101の内部では図3に示す各部分20a,20b,20c,20d,20e、及び図4に示す各部分20f,20hと1つにつながっている。
《適用例1》
図14は、実施の形態1のエンジン冷却システムを過給エンジンシステムに適用した例を示している。エンジン冷却システムそのものの構成は、図1に示すエンジン冷却システムの基本的な構成と共通である。よって、図14において、図1に示すエンジン冷却システムと共通する要素には、同一の符号を付している。また、その共通する要素についての重複する説明は省略するか、或いは簡略化する。
図15は、実施の形態1のエンジン冷却システムをハイブリッドシステムに適用した例を示している。エンジン冷却システムそのものの構成は、図1に示すエンジン冷却システムの基本的な構成と共通である。よって、図15において、図1に示すエンジン冷却システムと共通する要素には、同一の符号を付している。また、その共通する要素についての重複する説明は省略するか、或いは簡略化する。
次に、本発明の実施の形態2について図を用いて説明する。実施の形態2のシリンダヘッドは、その基本構成に関しては実施の形態1のシリンダヘッドと同一である。よって、実施の形態2のシリンダヘッドの基本構成については、実施の形態1のシリンダヘッドの基本構成の説明をそのまま引用するものとし、ここでは重ねての説明は行わない。
《透視図でみる第1の冷却水流路の形状》
実施の形態2のシリンダヘッドが有する2系統の冷却水流路のうち、低温の冷却水が流れる第1の冷却水流路の形状について図19を用いて説明する。図19は、実施の形態2のシリンダヘッドの吸気ポート2及び第1の冷却水流路40を透視して描いた斜視図である。シリンダヘッドの内部を透明にして見たときの第1の冷却水流路40の形状と、第1の冷却水流路40と吸気ポート2及びバルブガイド9との位置関係とが図19に表されている。
図16は、実施の形態2のシリンダヘッドの吸気バルブ挿入孔7の中心軸L3を含み長手方向に垂直な断面を示す断面図である。図16には、上記断面における第1の冷却水流路と第2の冷却水流路の各断面形状が描かれている。また、図16には、第1の冷却水流路と、第2の冷却水流路を含むシリンダヘッド102の構成要素との位置関係が示されている。
図17は、実施の形態2のシリンダヘッドの燃焼室4の中心軸L1を含み長手方向に垂直な断面を示す断面図である。図17には、上記断面における第1の冷却水流路と第2の冷却水流路の各断面形状が描かれている。また、図17には、第1の冷却水流路と、第2の冷却水流路を含むシリンダヘッド101の構成要素との位置関係が示されている。
図18は、実施の形態2のシリンダヘッドの隣接する2つの燃焼室間を通る長手方向に垂直な断面、詳しくは、ヘッドボルト挿入孔13,14の中心軸を含み長手方向に垂直な断面を示す断面図である。図18には、上記断面における第1の冷却水流路と第2の冷却水流路の各断面形状が描かれている。また、図18には、第1の冷却水流路と、第2の冷却水流路を含むシリンダヘッド102の構成要素との位置関係が示されている。
次に、本発明の実施の形態3について図を用いて説明する。実施の形態3のシリンダヘッドは、その基本構成に関しては実施の形態1のシリンダヘッドと同一である。よって、実施の形態2のシリンダヘッドの基本構成については、実施の形態1のシリンダヘッドの基本構成の説明をそのまま引用するものとし、ここでは重ねての説明は行わない。
《透視図でみる第1の冷却水流路の形状》
実施の形態3のシリンダヘッドが有する2系統の冷却水流路のうち、低温の冷却水が流れる第1の冷却水流路の形状について図23を用いて説明する。図23は、実施の形態3のシリンダヘッドの吸気ポート2及び第1の冷却水流路50を透視して描いた斜視図である。シリンダヘッドの内部を透明にして見たときの第1の冷却水流路50の形状と、第1の冷却水流路50と吸気ポート2及びバルブガイド9との位置関係とが図23に表されている。
図20は、実施の形態3のシリンダヘッドの吸気バルブ挿入孔7の中心軸L3を含み長手方向に垂直な断面を示す断面図である。図20には、上記断面における第1の冷却水流路と第2の冷却水流路の各断面形状が描かれている。また、図20には、第1の冷却水流路と、第2の冷却水流路を含むシリンダヘッド103の構成要素との位置関係が示されている。
図21は、実施の形態3のシリンダヘッドの燃焼室4の中心軸L1を含み長手方向に垂直な断面を示す断面図である。図21には、上記断面における第1の冷却水流路と第2の冷却水流路の各断面形状が描かれている。また、図21には、第1の冷却水流路と、第2の冷却水流路を含むシリンダヘッド103の構成要素との位置関係が示されている。
図22は、実施の形態3のシリンダヘッドの隣接する2つの燃焼室間を通る長手方向に垂直な断面、詳しくは、ヘッドボルト挿入孔13,14の中心軸を含み長手方向に垂直な断面を示す断面図である。図22には、上記断面における第1の冷却水流路と第2の冷却水流路の各断面形状が描かれている。また、図22には、第1の冷却水流路と、第2の冷却水流路を含むシリンダヘッド103の構成要素との位置関係が示されている。
次に、本発明の実施の形態4について図を用いて説明する。実施の形態4のシリンダヘッドは、その基本構成に関しては実施の形態1のシリンダヘッドと同一である。よって、実施の形態4のシリンダヘッドの基本構成については、実施の形態1のシリンダヘッドの基本構成の説明をそのまま引用するものとし、ここでは重ねての説明は行わない。
《透視図でみる第1の冷却水流路の形状》
実施の形態4のシリンダヘッドが有する2系統の冷却水流路のうち、低温の冷却水が流れる第1の冷却水流路の形状について図27を用いて説明する。図27は、実施の形態4のシリンダヘッドの吸気ポート2及び第1の冷却水流路60を透視して描いた斜視図である。シリンダヘッドの内部を透明にして見たときの第1の冷却水流路60の形状と、第1の冷却水流路60と吸気ポート2及びバルブガイド9との位置関係とが図27に表されている。
図24は、実施の形態4のシリンダヘッドの吸気バルブ挿入孔7の中心軸L3を含み長手方向に垂直な断面を示す断面図である。図24には、上記断面における第1の冷却水流路と第2の冷却水流路の各断面形状が描かれている。また、図24には、第1の冷却水流路と、第2の冷却水流路を含むシリンダヘッド104の構成要素との位置関係が示されている。
図25は、実施の形態4のシリンダヘッドの燃焼室4の中心軸L1を含み長手方向に垂直な断面を示す断面図である。図25には、上記断面における第1の冷却水流路と第2の冷却水流路の各断面形状が描かれている。また、図25には、第1の冷却水流路と、第2の冷却水流路を含むシリンダヘッド104の構成要素との位置関係が示されている。
図26は、実施の形態4のシリンダヘッドの隣接する2つの燃焼室間を通る長手方向に垂直な断面、詳しくは、ヘッドボルト挿入孔13,14の中心軸を含み長手方向に垂直な断面を示す断面図である。図26には、上記断面における第1の冷却水流路と第2の冷却水流路の各断面形状が描かれている。また、図26には、第1の冷却水流路と、第2の冷却水流路を含むシリンダヘッド104の構成要素との位置関係が示されている。
次に、本発明の実施の形態5について図を用いて説明する。実施の形態5のシリンダヘッドは、実施の形態4のシリンダヘッドの1つの変形である。実施の形態5のシリンダヘッドは、第1の冷却水流路の構成において実施の形態4のシリンダヘッドと異なっている。以下、実施の形態5のシリンダヘッドの第1の冷却水流路の構成について説明する。説明は、シリンダヘッドの吸気バルブ挿入孔の中心軸を含み長手方向に垂直な断面を示す断面図を用いて行う。また、図において、実施の形態4のものと共通する要素には、同一の符号を付している。
図29は、実施の形態5のシリンダヘッドの吸気バルブ挿入孔7の中心軸L3を含み長手方向に垂直な断面を示す断面図である。図29には、上記断面における第1の冷却水流路と第2の冷却水流路の各断面形状が描かれている。また、図25には、第1の冷却水流路と、第2の冷却水流路を含むシリンダヘッド105の構成要素との位置関係が示されている。
次に、本発明の実施の形態6について図を用いて説明する。実施の形態6のシリンダヘッドは、ディーゼルエンジンのシリンダヘッドである。まず、実施の形態6のシリンダヘッドの基本構成について説明する。説明は、シリンダヘッドの断面図を用いて行う。
《吸気バルブ挿入孔の中心軸を含み長手方向に垂直な断面でみるシリンダヘッドの基本構成》
図30は、実施の形態6のシリンダヘッド106の吸気バルブ挿入孔88の中心軸L13を含み長手方向に垂直な断面を示す断面図である。図30に示すように、シリンダヘッド106の底面にあたるシリンダブロック合わせ面81aには、燃焼室84が設けられている。燃焼室84は、シリンダヘッド106がシリンダブロックに組み付けられたときに、シリンダを上方から閉塞して閉空間を構成する。ただし、この燃焼室84と呼ばれる部分はシリンダブロック合わせ面81aと同一面であり、火花点火式エンジンの場合のように凹んではいない。“燃焼室”という呼称は本技術分野において慣例的に使われている呼称であるが、シリンダヘッド106とピストンとで挟まれた閉空間を燃焼室と定義する場合には、この燃焼室84は燃焼室天井面と呼ぶことができる。
図31は、シリンダヘッド106の燃焼室84の中心軸L11を含み長手方向に垂直な断面を示す断面図である。シリンダヘッド106の上面には、筒内に燃料を噴射するインジェクタを取り付けるためのインジェクタ挿入孔87が形成されている。インジェクタ挿入孔87は、シリンダヘッド106の上方から燃焼室84の中心軸L11に沿って鉛直下向きに形成され、平面状の燃焼室84の中央に開口している。燃焼室84の中心軸L11は、シリンダヘッド106をシリンダブロックに組み付けた場合にシリンダの中心軸と一致する。また、図31に示す断面には、マニホールド形状を有する排気ポート83の一部が表れている。
《吸気バルブ挿入孔の中心軸を含み長手方向に垂直な断面でみるシリンダヘッドの冷却水流路の構成》
図30には、シリンダヘッド106の吸気バルブ挿入孔88の中心軸L13を含み長手方向に垂直な断面における第1の冷却水流路と第2の冷却水流路の各断面形状が描かれている。また、図30には、第1の冷却水流路と、第2の冷却水流路を含むシリンダヘッド106の構成要素との位置関係が示されている。図30に示す断面において、符号94a,94b,94c,94dが付された領域は、第2の冷却水流路の一部分の断面である。第2の冷却水流路の各部分94a,94b,94c,94dは、図30に示す断面では分離しているが、シリンダヘッド106の内部では1つにつながっている。
図31には、シリンダヘッド106の燃焼室84の中心軸L11を含み長手方向に垂直な断面における第1の冷却水流路と第2の冷却水流路の各断面形状が描かれている。また、図31には、第1の冷却水流路と、第2の冷却水流路を含むシリンダヘッド106の構成要素との位置関係が示されている。図31に示す断面において、符号94e,94f,94g,94h,94i,94jが付された領域は、第2の冷却水流路の一部分の断面である。第2の冷却水流路の各部分94e,94f,94g,94h,94i,94jは、図31に示す断面では分離しているが、シリンダヘッド106の内部では図30に示す各部分94a,94b,94c,94dと1つにつながっている。
次に、本発明の実施の形態7について図を用いて説明する。実施の形態7は、エンジンの冷却システムの構成に特徴がある。実施の形態7のエンジン冷却システムは、実施の形態1−6の何れのシリンダヘッドとも組み合わせることができる。ただし、ここでは、実施の形態1のシリンダヘッドと組み合わせた例について説明する。
図32を参照して、本発明の実施の形態7のエンジンの冷却システムの構成について説明する。ただし、図32において、図1に示す実施の形態1のエンジン冷却システムと共通する要素には、同一の符号を付している。また、その共通する要素についての重複する説明は省略するか、或いは簡略化する。
第1の循環システム140は、第2の循環システム160とは独立した閉ループであり、ラジエータ124とウォータポンプ123とを備える。シリンダヘッド101には、第1の循環システム140の冷却水導入管121が接続される冷却水入口と、冷却水排出管122が接続される冷却水出口とが形成されている。シリンダヘッド101の冷却水入口は冷却水導入管121によってラジエータ124の冷却水出口に接続され、シリンダヘッド101の冷却水出口は冷却水排出管122によってラジエータ124の冷却水入口に接続されている。冷却水導入管121にはウォータポンプ123が設けられている。また、第1の循環システム140には、図示しない水温センサや水温調整のためのサーモスタットが備えられる場合がある。
図33は、実施の形態7のエンジンの冷却システムにおける、シリンダヘッド101の吸気ポート2及び第1の冷却水流路30を透視して描いた斜視図である。ただし、図33において、図6に示す実施の形態1の第1の冷却水流路と共通する要素には、同一の符号を付している。図33に示すように、中間連絡路172は、第1の冷却水流路30の出口流路36と、シリンダブロック合わせ面に開いた出口穴173とを接続している。中間連絡路172は、シリンダブロックの前端面とそれに最も近い吸気ポート2との間に形成されている。実施の形態7では、出口流路36の先端(シリンダヘッドの前端面に開口した穴)171は封止されている。第1の冷却水流路30を通過した冷却水は、出口流路36から中間連絡路172を通ってシリンダブロック合わせ面の出口穴173へ流れる。なお、出口穴173を冷却水入口として利用し、第1の穴37を冷却水出口として利用することもできる。
図35は、中間連絡路の変形例の構成を示す図である。ただし、図35において、図6に示す実施の形態1の第1の冷却水流路と共通する要素には、同一の符号を付している。この変形例は、出口流路36から延びる中間連絡路174と、第2の連結路33から延びる中間連絡路176とを備える。中間連絡路174は、シリンダブロックの前端面とそれに最も近い吸気ポート2との間に形成され、出口流路36をシリンダブロック合わせ面に開いた出口穴175に接続する。中間連絡路176は、隣り合う2つの吸気ポート2の間に形成され、第2の連結路33をシリンダブロック合わせ面に開いた出口穴177に接続する。シリンダブロックには、これらの中間連絡路174,176に対応して冷却水流路が形成されている。なお、出口穴175を冷却水入口として利用し、第1の穴37を冷却水出口として利用することもできる。
図36は、第1の循環システムの変形例を示す図である。この変形例では、第1の循環システム141は、シリンダヘッド101の内部に形成された第1の冷却水流路30と中間連絡路172とを含む。シリンダヘッド101には、第1の循環システム141の冷却水導入管121が接続される冷却水入口が形成される。一方、冷却水排出管122が接続される冷却水出口は、シリンダブロック151に形成される。シリンダブロック151の内部には、中間連絡路172を冷却水出口に連通させる出口連絡路154が形成されている。中間連絡路172と出口連絡路154とは、シリンダヘッド101とシリンダブロック151との合わせ面に形成された開口部を介して接続されている。
次に、本発明の実施の形態8について図を用いて説明する。実施の形態8は、エンジンの冷却システムの構成に特徴がある。実施の形態8のエンジン冷却システムは、実施の形態1−6の何れのシリンダヘッドとも組み合わせることができる。ただし、ここでは、実施の形態1のシリンダヘッドと組み合わせた例について説明する。
図37を参照して、本発明の実施の形態8のエンジンの冷却システムの構成について説明する。ただし、図37において、図1に示す実施の形態1のエンジン冷却システムと共通する要素には、同一の符号を付している。また、その共通する要素についての重複する説明は省略するか、或いは簡略化する。
第1の循環システム142は、第2の循環システム160とは独立した閉ループであり、ラジエータ124とウォータポンプ123とを備える。第1の循環システム142の冷却水導入管121が接続される冷却水入口は、シリンダブロック151に形成される。シリンダヘッド101には、冷却水排出管122が接続される冷却水出口が形成される。シリンダブロック151の冷却水入口は冷却水導入管121によってラジエータ124の冷却水出口に接続され、シリンダヘッド101の冷却水出口は冷却水排出管122によってラジエータ124の冷却水入口に接続されている。冷却水導入管121にはウォータポンプ123が設けられている。また、第1の循環システム142には、図示しない水温センサや水温調整のためのサーモスタットが備えられる場合がある。
図38は、実施の形態8のエンジンの冷却システムにおける、シリンダヘッド101の吸気ポート2及び第1の冷却水流路30を透視して描いた斜視図である。ただし、図38において、図6に示す実施の形態1の第1の冷却水流路と共通する要素には、同一の符号を付している。図38に示すように、中間連絡路182は、第1の冷却水流路30の入口流路35と、シリンダブロック合わせ面に開いた入口穴183とを接続している。中間連絡路182は、シリンダブロックの後端面とそれに最も近い吸気ポート2との間に形成されている。実施の形態8では、入口流路35の先端(シリンダヘッドの後端面に開口した穴)181は封止されている。吸気ポート2を冷却するための冷却水は、シリンダブロック合わせ面の入口穴183から中間連絡路182を通って第1の冷却水流路30に導入される。なお、第2の穴38を冷却水入口として利用し、入口穴183を冷却水出口として利用することもできる。
次に、本発明の実施の形態9について図を用いて説明する。実施の形態9は、エンジンの冷却システムの構成に特徴がある。実施の形態9のエンジン冷却システムは、実施の形態1−6の何れのシリンダヘッドとも組み合わせることができる。ただし、ここでは、実施の形態1のシリンダヘッドと組み合わせた例について説明する。
図39を参照して、本発明の実施の形態9のエンジンの冷却システムの構成について説明する。ただし、図39において、図1に示す実施の形態1のエンジン冷却システムと共通する要素には、同一の符号を付している。また、その共通する要素についての重複する説明は省略するか、或いは簡略化する。
実施の形態9のエンジン冷却システムは、1系統の循環システム143を備える。循環システム143は、ラジエータ124とウォータポンプ123とを備える。シリンダヘッド101には、循環システム143の冷却水導入管121が接続される冷却水入口と、冷却水排出管122が接続される冷却水出口とが形成される。冷却水入口は冷却水導入管121によってラジエータ124の冷却水出口に接続され、冷却水出口は冷却水排出管122によってラジエータ124の冷却水入口に接続されている。冷却水導入管121にはウォータポンプ123が設けられている。また、循環システム143には、図示しない水温センサや水温調整のためのサーモスタットが備えられる場合がある。
次に、本発明の実施の形態10について図を用いて説明する。実施の形態10は、エンジンの冷却システムの構成に特徴がある。実施の形態10のエンジン冷却システムは、実施の形態1−6の何れのシリンダヘッドとも組み合わせることができる。ただし、ここでは、実施の形態1のシリンダヘッドと組み合わせた例について説明する。
図40を参照して、本発明の実施の形態10のエンジンの冷却システムの構成について説明する。ただし、図40において、図1に示す実施の形態1のエンジン冷却システムと共通する要素には、同一の符号を付している。また、その共通する要素についての重複する説明は省略するか、或いは簡略化する。
実施の形態10のエンジン冷却システムは、1系統の循環システム144を備える。循環システム144は、ラジエータ124とウォータポンプ123とを備える。シリンダヘッド101には、循環システム144の冷却水導入管121が接続される冷却水入口が形成される。冷却水排出管122が接続される冷却水出口は、シリンダブロック151に形成される。冷却水入口は冷却水導入管121によってラジエータ124の冷却水出口に接続され、冷却水出口は冷却水排出管122によってラジエータ124の冷却水入口に接続されている。冷却水導入管121にはウォータポンプ123が設けられている。また、循環システム144には、図示しない水温センサや水温調整のためのサーモスタットが備えられる場合がある。
次に、本発明の実施の形態11について図を用いて説明する。実施の形態11は、エンジンの冷却システムの構成に特徴がある。実施の形態11のエンジン冷却システムは、実施の形態1−6の何れのシリンダヘッドとも組み合わせることができる。ただし、ここでは、実施の形態1のシリンダヘッドと組み合わせた例について説明する。
図41を参照して、本発明の実施の形態11のエンジンの冷却システムの構成について説明する。ただし、図41において、図1に示す実施の形態1のエンジン冷却システムと共通する要素には、同一の符号を付している。また、その共通する要素についての重複する説明は省略するか、或いは簡略化する。
実施の形態11のエンジン冷却システムは、2系統の循環システム145,166を備える。2系統の循環システム145,166はともに閉ループを構成しているが、それらは完全に独立ではなく、1つのラジエータ124を共有している。冷却水を循環させるウォータポンプ123,163は、2系統の循環システム145,166のそれぞれに設けられている。ラジエータ124で冷却された冷却水は、各循環システム145,166に分配され、各循環システム145,166を循環した冷却水は、再びラジエータ124に集められて冷却される。
実施の形態1ではシリンダヘッドの前端面と後端面に冷却水入口及び冷却水出口を設けている。しかし、シリンダヘッドの前端面や後端面に冷却水入口を設けることができない場合、シリンダヘッドの側面に冷却水入口を設けてもよい。具体的には、第1の冷却水流路を砂中子によって形作る際にできた砂抜き穴は封止し、第1の冷却水流路に通じる連絡路をシリンダヘッドの側面からドリル加工によって開ければよい。冷却水出口についても同様である。
L2 吸気ポートの中心軌道
L3,L13 吸気バルブ挿入孔の中心軸
S1,S11 シリンダヘッド長手方向中心平面
S2,S12 吸気ポート中心軌道面
S3,S13 吸気バルブ挿入孔中心軸面
1a シリンダブロック合わせ面
2,82 吸気ポート
2a 吸気ポート上面
2b 吸気ポート下面
2L,2R 分岐ポート
3,83 排気ポート
4,84 燃焼室
7,88 吸気バルブ挿入孔
9 バルブガイド
11 吸気バルブ
12 点火プラグ挿入孔
13,14,15,16 ヘッドボルト挿入孔
17 ポートインジェクタ挿入孔
18 筒内直噴インジェクタ挿入孔
19 ヘッドボルト
20 第2の冷却水流路
30,40,50,60,71,72,91,92 第1の冷却水流路
31 内側流路
32 外側流路
33 第2の連結路
34 第1の連結路
101,102,103,104,105,106 シリンダヘッド
120,140,141,142,145 第1の循環システム
123,163 ウォータポンプ
124,164 ラジエータ
127,167 バイパス管
128,168 サーモスタット
131 ターボコンプレッサ
132 インタークーラ
135 インバータ
143,144 循環システム
151 シリンダブロック
152 第3の冷却水流路
153 第4の冷却水流路
160,166 第2の循環システム
172,182 中間連絡路
Claims (21)
- 多気筒エンジン用のシリンダヘッドであって、
前記シリンダヘッドの長手方向に並んで設けられた複数の燃焼室と、
長手方向に並んで設けられ、前記複数の燃焼室のそれぞれとつながる複数の吸気ポートと、
長手方向に延び、長手方向に垂直な断面のうち少なくとも1つの断面において、前記複数の燃焼室の中心軸を含み長手方向に平行な平面と、前記複数の吸気ポートの中心軌道を含む中心軌道面との間に位置する第1の冷却水流路と、
長手方向に垂直な断面のうち少なくとも1つの断面において、前記燃焼室と前記第1の冷却水流路との間に少なくとも一部分が位置する第2の冷却水流路と、を備え、
前記第1の冷却水流路には、前記第2の冷却水流路を流れる冷却水の温度よりも低い温度の冷却水が流れるように構成されていることを特徴とするシリンダヘッド。 - 前記第2の冷却水流路は、前記燃焼室の中心軸を含み長手方向に垂直な断面において、前記燃焼室と前記第1の冷却水流路との間に位置する部分を含むことを特徴とする請求項1に記載のシリンダヘッド。
- 前記シリンダヘッドは、前記燃焼室に開口する点火プラグ挿入孔を備え、
前記第1の冷却水流路は、前記燃焼室の中心軸を含み長手方向に垂直な断面において、前記点火プラグ挿入孔と前記吸気ポートとで挟まれた領域を通るように設けられていることを特徴とする請求項2に記載のシリンダヘッド。 - 前記シリンダヘッドは、前記吸気ポートのシリンダブロック合わせ面とは反対の側に開口するインジェクタ挿入孔を備え、
前記第1の冷却水流路は、前記燃焼室の中心軸を含み長手方向に垂直な断面において、前記点火プラグ挿入孔と前記インジェクタ挿入孔の中心軸とで挟まれた領域を通るように設けら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。 - 前記シリンダヘッドは、前記燃焼室の中心軸付近に開口するインジェクタ挿入孔を備え、
前記第2の冷却水流路は、前記インジェクタ挿入孔の中心軸を含み長手方向に垂直な断面において、前記インジェクタ挿入孔の開口端と前記第1の冷却水流路との間に位置する部分を含むことを特徴とする請求項1に記載のシリンダヘッド。 - 前記シリンダヘッドは、吸気バルブ挿入孔と、前記複数の燃焼室のそれぞれとつながる複数の排気ポートとを備え、
前記第2の冷却水流路は、前記吸気バルブ挿入孔の中心軸を含み長手方向に垂直な断面において、前記燃焼室と前記第1の冷却水流路との間であって、前記吸気ポートと前記排気ポートとで挟まれた領域に少なくとも一部が位置することを特徴とする請求項1乃至5の何れか1項に記載のシリンダヘッド。 - 前記シリンダヘッドは、吸気バルブ挿入孔を備え、
前記第1の冷却水流路は、前記吸気バルブ挿入孔の中心軸を含み長手方向に垂直な断面において、前記吸気バルブ挿入孔と前記吸気ポートとで挟まれた領域を通るように設けられていることを特徴とする請求項1乃至6の何れか1項に記載のシリンダヘッド。 - 前記シリンダヘッドは、吸気バルブ挿入孔を備え、
前記第1の冷却水流路は、前記吸気バルブ挿入孔の中心軸を含み長手方向に垂直な断面において、前記吸気バルブ挿入孔に関し、前記吸気バルブ挿入孔と前記吸気ポートとで挟まれた領域とは反対の側の領域を通るように設けられていることを特徴とする請求項1乃至6の何れか1項に記載のシリンダヘッド。 - 前記シリンダヘッドは、吸気バルブ挿入孔を備え、
前記第1の冷却水流路は、前記吸気バルブ挿入孔の中心軸を含み長手方向に垂直な断面において、前記吸気バルブ挿入孔の中心軸の両側を通るように設けられていることを特徴とする請求項1乃至6の何れか1項に記載のシリンダヘッド。 - 前記第1の冷却水流路は、前記吸気バルブ挿入孔の周囲を囲む環状路と、隣接する2つの環状路を連結する連結路とを含むことを特徴とする請求項9に記載のシリンダヘッド。
- 前記連結路は、
前記燃焼室の中心軸を含み長手方向に垂直な断面を通る第1の連結路と、
隣接する2つの燃焼室の間の長手方向に垂直な断面を通る第2の連結路と、を含み、
前記吸気バルブ挿入孔の中心軸を含み長手方向に平行な平面に関し、前記第1の連結路は同平面の一方の側に配置され、前記第2の連結路は同平面の他方の側に配置され、
前記第1の連結路と前記第2の連結路は、前記環状路を挟んで長手方向に互い違いに配置されていることを特徴とする請求項10に記載のシリンダヘッド。 - 前記シリンダヘッドは、隣接する2つの燃焼室につながる2つの吸気ポートの間を通りシリンダブロック合わせ面に対して垂直なヘッドボルト挿入孔を備え、
前記第1の冷却水流路は、前記ヘッドボルト挿入孔の中心軸を含み長手方向に垂直な断面において、前記ヘッドボルト挿入孔よりも前記シリンダヘッドの中央に近い領域を通るように設けられていることを特徴とする請求項1乃至11の何れか1項に記載のシリンダヘッド。 - 前記第1の冷却水流路と前記第2の冷却水流路とは前記シリンダヘッド内において独立であることを特徴とする請求項1乃至12の何れか1項に記載のシリンダヘッド。
- 前記第1の冷却水流路は、前記シリンダヘッドの長手方向の一方の端面に開口した第1の穴と、前記シリンダヘッドの長手方向の他方の端面に開口した第2の穴とに連通していることを特徴とする請求項13に記載のシリンダヘッド。
- 前記第1の冷却水流路は、前記シリンダヘッドの長手方向の端面に開口した第1の穴と、前記シリンダヘッドの幅方向の端面に開口した第2の穴とに連通していることを特徴とする請求項13に記載のシリンダヘッド。
- 前記第1の冷却水流路は、前記シリンダヘッドの長手方向の端面に開口した第1の穴と、前記シリンダブロック合わせ面に開口した第2の穴とに連通していることを特徴とする請求項12に記載のシリンダヘッド。
- 前記第1の冷却水流路は、隣接する2つの燃焼室につながる2つの吸気ポートの間に設けられた連通路によって、前記第2の穴に接続されていることを特徴とする請求項16に記載のシリンダヘッド。
- 前記第1の冷却水流路は、前記シリンダヘッドの長手方向の少なくとも一方の端面とその端面に最も近い吸気ポートとの間に設けられた連通路によって、前記第2の穴に接続されていることを特徴とする請求項16に記載のシリンダヘッド。
- 前記第1の冷却水流路は、前記シリンダヘッドを長手方向に貫通し、前記シリンダヘッドの長手方向の一方の端面に開口した穴は前記第1の穴となり、前記シリンダヘッドの長手方向の他方の端面に開口した穴は封止されていることを特徴とする請求項15乃至18の何れか1項に記載のシリンダヘッド。
- 前記第1の冷却水流路は、前記第2の冷却水流路と前記シリンダヘッド内において連通し、記第1の冷却水流路を通過した冷却水が前記第2の冷却水流路に流れるように構成されていることを特徴とする請求項1乃至12の何れか1項に記載のシリンダヘッド。
- 前記シリンダヘッドは、前記複数の燃焼室のそれぞれと連通する複数の排気ポートを備え、
前記第2の冷却水流路は、前記複数の排気ポートの周囲まで広がっていることを特徴とする請求項1乃至20の何れか1項に記載のシリンダヘッド。
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