JP6665472B2 - シリンダヘッドの冷却構造 - Google Patents

Description

本発明は、シリンダヘッドの冷却構造に関する。

一般的に、シリンダヘッドの触火面は高温になりやすいため、排気ポートやインジェクタボス部の周囲に冷却水流路を設けて、シリンダヘッドの温度低下を図る冷却構造が採用されている。

例えば、特許文献１には、各気筒に一対の排気ポートを備えたシリンダヘッドにおいて、最も高温になりやすい排気ポート間やインジェクタボス部近傍に冷却水が供給されるように、各排気ポート間を延びる排気ポート間流路を設けたシリンダヘッドの冷却構造が開示されている。

特開２０１５−１１３７０６号公報

一般的に、シリンダヘッドに供給される冷却水は、シリンダブロック内のウォータジャケットからシリンダヘッドの排気ポート下方に形成された冷却水導入部に導入される。この冷却水導入部には、排気ポート間流路や、ヘッドボルトボス部の近傍を流れるヘッドボルトボス脇流路等が接続されている。また、排気ポート間流路の上方には、エンジンのクランク軸方向（長手方向）に延びる排気ポート上流路が形成され、各気筒間には、気筒間をエンジンの短手方向に延びる気筒間流路等も形成されている。

このような流路構造においては、シリンダブロックから冷却水導入部に導入された冷却水が、温度の高い排気ポート間流路に供給されずに、ヘッドボルトボス脇流路から気筒間流路や排気ポート上流路に流れてしまい、シリンダヘッドの冷却効率を低下させてしまう可能性がある。

開示の冷却構造は、シリンダヘッドの冷却水導入部から排気ポート間流路への冷却水流量を効果的に確保することで、シリンダヘッドの冷却効率を向上することを目的とする。

開示の冷却構造は、エンジンの長手方向に複数の気筒が直列に配置され、前記気筒には一対の吸気ポート及び一対の排気ポートが前記エンジンの長手方向にそれぞれ配置され、各気筒間の排気側にはヘッドボルトボス部が設けられたシリンダヘッドの冷却構造であって、前記排気ポートの下方に設けられて、シリンダブロック側から供給される冷却水をシリンダヘッド内に導入する冷却水導入部と、前記冷却水導入部から分岐して前記ヘッドボルトボス部のエンジン内側近傍を延びるボス脇冷却水流路と、前記複数の気筒間を前記エンジンの短手方向に延びると共に、その上流端が前記ボス脇冷却水流路に合流する気筒間冷却水流路と、前記冷却水導入部から分岐して前記一対の排気ポート間を延びる第１排気ポート間冷却水流路と、前記ボス脇冷却水流路内に設けられて、前記冷却水導入部から前記ボス脇冷却水流路を経由した前記気筒間冷却水流路への冷却水の流れを遮断する遮断壁と、を備える。

開示の冷却構造は、エンジンの長手方向に複数の気筒が直列に配置され、前記気筒には一対の吸気ポート及び一対の排気ポートが前記エンジンの長手方向にそれぞれ配置され、各気筒間の排気側にはヘッドボルトボス部が設けられたシリンダヘッドの冷却構造であって、前記排気ポートの下方に設けられて、シリンダブロック側から供給される冷却水をシリンダヘッド内に導入する冷却水導入部と、前記冷却水導入部から分岐して前記ヘッドボルトボス部のエンジン内側近傍を延びるボス脇冷却水流路と、前記複数の気筒間を前記エンジンの短手方向に延びると共に、その上流端が前記ボス脇冷却水流路に合流する気筒間冷却水流路と、前記冷却水導入部から分岐して前記一対の排気ポート間を延びる第１排気ポート間冷却水流路と、前記気筒間冷却水流路内に設けられて、前記冷却水導入部から前記ボス脇冷却水流路を経由した前記気筒間冷却水流路への冷却水の流れを遮断する第１遮断壁と、を備える。

前記排気ポートの上方を前記エンジンの長手方向に延びると共に、前記ボス脇冷却水流路の下流端が合流する排気ポート上冷却水流路と、前記気筒間冷却水流路内に設けられて、前記冷却水導入部から前記ボス脇冷却水流路を経由した前記排気ポート上冷却水流路への冷却水の流れを遮断する第２遮断壁と、をさらに備えてもよい。

前記排気ポートと前記吸気ポートとの間を前記エンジンの長手方向に延びると共に、前記第１排気ポート間冷却水流路の下流端が合流する吸排気ポート間流路と、前記第１排気ポート間冷却水流路から上方に分岐すると共に、その下流端が前記排気ポート上冷却水流路に合流する第２排気ポート間冷却水流路と、前記第２排気ポート間冷却水流路内に設けられて、前記冷却水導入部から前記第１排気ポート間冷却水流路を経由した前記第２排気ポート間冷却水流路への冷却水の流れを遮断する第３遮断壁と、をさらに備えてもよい。

前記冷却水導入部から分岐して前記ヘッドボルトボス部のエンジン外側を前記エンジンの長手方向に延びる外側ボス脇冷却水流路をさらに備えてもよい。

前記冷却水導入部内に所定の突出量で突出して設けられて、前記冷却水導入部から前記ボス脇冷却水流路への冷却水の流路を絞る突起部をさらに備えてもよい。

開示の冷却構造によれば、シリンダヘッドの冷却水導入部から排気ポート間流路への冷却水流量を効果的に確保することで、シリンダヘッドの冷却効率を向上することができる。

（Ａ）は、第一実施形態に係るシリンダヘッドの冷却構造の一部を下方（シリンダブロック側）から視た模式的な下面図、（Ｂ）は、（Ａ）のＡ−Ａ線断面図である。 （Ａ）は、第二実施形態に係るシリンダヘッドの冷却構造の一部を下方から視た模式的な下面図、（Ｂ）は、（Ａ）のＡ−Ａ線断面図、（Ｃ）は、（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。 （Ａ）は、第三実施形態に係るシリンダヘッドの冷却構造の一部を下方から視た模式的な下面図、（Ｂ）は、（Ａ）のＡ−Ａ線断面図、（Ｃ）は、（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。 （Ａ）は、他の実施形態に係るシリンダヘッドの冷却構造の一部を下方（シリンダブロック側）から視た模式的な下面図、（Ｂ）は、（Ａ）のＡ−Ａ線断面図である。 （Ａ）は、他の実施形態に係るシリンダヘッドの冷却構造の一部を下方（シリンダブロック側）から視た模式的な下面図、（Ｂ）は、（Ａ）のＡ−Ａ線断面図である。 （Ａ）は、他の実施形態に係るシリンダヘッドの冷却構造の一部を下方（シリンダブロック側）から視た模式的な下面図、（Ｂ）は、（Ａ）のＡ−Ａ線断面図である。

以下、添付図面に基づいて、本発明の各実施形態に係るシリンダヘッドの冷却構造を説明する。

［第一実施形態］
図１（Ａ），（Ｂ）は、第一実施形態に係るシリンダヘッドの冷却構造を説明する図である。本実施形態の冷却構造は、複数の気筒がエンジンの長手方向（クランク軸方向）に直列に配置された多気筒直列エンジンに適用される。

シリンダヘッド１の各気筒１１Ａ〜Ｃには、図示しない二本の排気バルブをそれぞれ収容した一対の排気ポート１２Ａ，Ｂ及び、図示しない二本の吸気バルブをそれぞれ収容した一対の吸気ポート１３Ａ，Ｂ（図１（Ａ）にのみ示す）がそれぞれ間隔を隔てて対向配置されている。また、各排気ポート１２Ａ，Ｂ間に臨む吸気ポート１３Ａ，Ｂ間には、図示しないインジェクタを設置するためのインジェクタボス部１４（図１（Ａ）にのみ示す）が設けられている。

シリンダヘッド１の排気側の各気筒１１Ａ〜Ｃ間には、図示しないヘッドボルトを挿入するための排気側ヘッドボルトボス部１５がそれぞれ間隔を隔てて設けられている。また、シリンダヘッド１の吸気側の各気筒１１Ａ〜Ｃ間には、図示しないヘッドボルトを挿入するための吸気側ヘッドボルトボス部１６（図１（Ａ）にのみ示す）がそれぞれ間隔を隔てて設けられている。

シリンダヘッド１の吸気側には、各吸気ポート１３Ａ，Ｂの近傍をエンジンの長手方向（以下、縦方向ともいう）に沿って延びる吸気側冷却水流路２０（図１（Ａ）にのみ示す）が設けられている。この吸気側冷却水流路２０の下流端には、ラジエータ（不図示）に冷却水を戻すための冷却水出口部（不図示）が設けられている。

シリンダヘッド１の排気側には、排気ポート１２Ａ，Ｂの上方をエンジンの長手方向に沿って延びる排気ポート上冷却水流路２１（図１（Ｂ）にのみ示す）が設けられている。この排気ポート上冷却水流路２１の下流側は、上述した冷却水出口部（不図示）に接続されている。

シリンダヘッド１の各気筒１１Ａ〜Ｃ間には、エンジンの短手方向に延びる気筒間冷却水流路２３が設けられている。この気筒間冷却水流路２３は、詳細を後述する内側ヘッドボルトボス脇冷却水流路２７Ａ，Ｂから分岐すると共に、その下流端が吸気側冷却水流路２０に合流するように形成されている。

シリンダヘッド１の排気ポート１２Ａ，Ｂと吸気ポート１３Ａ，Ｂとの間には、エンジンの略中央を長手方向に延びて気筒間冷却水流路２３に合流する吸排気ポート間冷却水流路２４（図１（Ａ）にのみ示す）が設けられている。この吸排気ポート間冷却水流路２４は、吸気ポート１３Ａと排気ポート１２Ａとの間を流れる第１吸排気ポート間冷却水流路２４Ａ及び、吸気ポート１３Ｂと排気ポート１２Ｂとの間を流れる第２吸排気ポート間冷却水流路２４Ｂで構成されている。

シリンダヘッド１の各排気ポート１２Ａ，Ｂの下方には、図示しないシリンダブロックのウォータジャケットからシリンダヘッド１内に冷却水を導入するための冷却水導入部２５がエンジンの長手方向に設けられている。

シリンダヘッド１の各排気ポート１２Ａ，Ｂ間には、冷却水導入部２５の長手方向略中央から分岐して排気ポート１２Ａ，Ｂ間を延びると共に、その下流端をインジェクタボス部１４近傍の吸排気ポート間冷却水流路２４に合流させた第１排気ポート間冷却水流路２６Ａが設けられている。また、第１排気ポート間冷却水流路２６Ａの上方には、第１排気ポート間冷却水流路２６Ａから上方に向かって延びると共に、その下流端を排気ポート上冷却水流路２１に合流させた第２排気ポート間冷却水流路２６Ｂ（図１（Ｂ）にのみ示す）が設けられている。

シリンダヘッド１の各排気ポート１２Ａ，Ｂと排気側ヘッドボルトボス部１５との間には、冷却水導入部２５の長手方向両端から分岐して、排気側ヘッドボルトボス部１５のエンジン内側を延びると共に、気筒間冷却水流路２３及び、排気ポート上冷却水流路２１に合流する一対の内側ヘッドボルトボス脇冷却水流路２７Ａ，Ｂが設けられている。この内側ヘッドボルトボス脇冷却水流路２７Ａ，Ｂには、詳細を後述する遮断壁７０Ａ，Ｂがそれぞれ設けられている。

排気側ヘッドボルトボス部１５のエンジン外側には、エンジンの長手方向に延びる外側ヘッドボルトボス脇冷却水流路２８が設けられている。このように、外側ヘッドボルトボス脇冷却水流路２８によって各気筒間を繋ぐことで、鋳造に用いる中子の強度が効果的に確保されるようになっている。

遮断壁７０Ａ，Ｂは、内側ヘッドボルトボス脇冷却水流路２７Ａ，Ｂ内を排気ポート１２Ａ，Ｂから排気側ヘッドボルトボス部１５に向かって延設されて、内側ヘッドボルトボス脇冷却水流路２７Ａ，Ｂと気筒間冷却水流路２３との合流部を分断する。すなわち、冷却水導入部２５→内側ヘッドボルトボス脇冷却水流路２７Ａ，Ｂ→気筒間冷却水流路２３→吸排気ポート間冷却水流路２４への冷却水の流れが遮断壁７０Ａ，Ｂによって遮断されることで、冷却水が冷却水導入部２５から第１排気ポート間冷却水流路２６Ａに強制的に流されるように構成されている。

以上詳述したように、第一実施形態の冷却構造によれば、内側ヘッドボルトボス脇冷却水流路２７Ａ，Ｂ内の気筒間冷却水流路２３との合流部を遮閉壁７０Ａ，Ｂによって分断したことで、冷却水が冷却水導入部２５から第１排気ポート間冷却水流路２６Ａに流れやすい状態になり、シリンダヘッド１の冷却効率を効果的に向上することができる。また、排気側ヘッドボルトボス部１５の外側にエンジンの長手方向に延びる外側ヘッドボルトボス脇冷却水流路２８を設けたことで、シリンダヘッド１の鋳造に用いる中子の強度を効果的に確保することができる。

［第二実施形態］
図２（Ａ）〜（Ｃ）は、第二実施形態に係るシリンダヘッドの冷却構造を説明する図である。第一実施形態と同一の構成には同一の符号を付してあり、それらの名称及び機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は省略する。

第二実施形態の冷却構造は、気筒間冷却水流路２３内に設けられた第１遮断壁７１（図２（Ａ）、（Ｃ）に示す）及び、第２遮断壁７２（図２（Ｂ）、（Ｃ）に示す）を備えて構成されている。

第１遮断壁７１は、気筒間冷却水流路２３内を、当該気筒間冷却水流路２３に対して縦方向上流側（図２（Ａ）中左側）に位置する排気ポート１２Ｂから、当該気筒間冷却水流路２３に対して縦方向下流側（図２（Ａ）中右側）に位置する排気ポート１２Ａに向かって延設されている。すなわち、第１遮断壁７１によって、冷却水導入部２５から吸排気ポート間冷却水流路２４に通じる気筒間冷却水流路２３が分断されるようになっている。

第２遮断壁７２は、気筒間冷却水流路２３内の排気ポート上冷却水流路２１との合流部近傍を、当該気筒間冷却水流路２３に対して縦方向上流側（図２（Ａ）中左側）に位置する排気ポート１２Ｂから、当該気筒間冷却水流路２３に対して縦方向下流側（図２（Ａ）中右側）に位置する排気ポート１２Ａに向かって延設されている。すなわち、第２遮断壁７２によって、冷却水導入部２５から排気ポート上冷却水流路２１に通じる気筒間冷却水流路２３が分断されるようになっている。

以上詳述したように、第二実施形態の冷却構造によれば、第１遮断壁７１によって冷却水導入部２５から気筒間冷却水流路２３を経由した吸排気ポート間冷却水流路２４への冷却水の流れが遮断され、さらに、第２遮断壁７２によって冷却水導入部２５から排気ポート上冷却水流路２１への冷却水の流れが遮断されることで、冷却水導入部２５から第１排気ポート間冷却水流路２６Ａへの冷却水量を効果的に増加されるようになり、シリンダヘッド１の冷却効率を確実に向上することができる。

［第三実施形態］
図３（Ａ）〜（Ｃ）は、第三実施形態に係るシリンダヘッドの冷却構造を説明する図である。第三実施形態の冷却構造は、第１排気ポート間冷却水流路２６Ａと排気ポート上冷却水流路２１とを接続する第２排気ポート間冷却水流路２６Ｂに、当該第２排気ポート間冷却水流路２６Ｂを分断する横方向の第３遮断壁７３（図３（Ｂ）、（Ｃ）に示す）と、上下方向の第４遮断壁７４（図３（Ａ）、（Ｃ）に示す）とを備えて構成されている。このように、第２排気ポート間冷却水流路２６Ｂを第３及び第４遮断壁７３，７４によって分断することで、第１排気ポート間冷却水流路２６Ａから吸排気ポート間冷却水流路２４への冷却水の流れが阻害されなくなり、シリンダヘッド１の冷却効率を効果的に向上することができる。

なお、本発明は、上述の各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、適宜変形して実施することが可能である。

例えば、図４に示すように、第二実施形態において、第２遮断壁７２を設けることなく、第１遮断壁７１をシリンダヘッド１の上面側まで延設することで、冷却水の流れを完全に遮断するように構成してもよい。また、図５に示すように、第１遮断壁７１又は第２遮断壁７２の一部を選択的に省略して、冷却水の流れを変えたり、中子の強度を確保するように構成してもよい。

また、図６に示すように、冷却水導入部２５内に排気ポート１２Ａ，Ｂ側から所定の突出量で突出する流路絞り突起部３０Ａ，Ｂを設けて、冷却水導入部２５から内側ヘッドボルトボス脇冷却水流路２７Ａ，Ｂへの冷却水量を調整或は遮断できるように構成してもよい。

また、外側ヘッドボルトボス脇冷却水流路２８は、第一実施形態のみならず、第二実施形態や第三実施形態等、他の実施形態にも適用することができる。

１ シリンダヘッド
１１Ａ〜Ｃ 気筒
１２Ａ，Ｂ 排気ポート
１３Ａ，Ｂ 吸気ポート
１４ インジェクタボス部
１５ 排気側ヘッドボルトボス部
１６ 吸気側ヘッドボルトボス部
２０ 吸気側冷却水流路
２１ 排気ポート上冷却水流路
２３ 気筒間冷却水流路
２４ 吸排気ポート間冷却水流路
２５ 冷却水導入部
２６Ａ 第１排気ポート間冷却水流路
２６Ｂ 第２排気ポート間冷却水流路
２７Ａ，Ｂ 内側ヘッドボルトボス脇冷却水流路
２８ 外側ヘッドボルトボス脇冷却水流路
７０ 遮断壁
７１ 第１遮断壁
７２ 第２遮断壁
７３ 第３遮断壁
７４ 第４遮断壁

Claims (6)

1. エンジンの長手方向に複数の気筒が直列に配置され、前記気筒には一対の吸気ポート及び一対の排気ポートが前記エンジンの長手方向にそれぞれ配置され、各気筒間の排気側にはヘッドボルトボス部が設けられたシリンダヘッドの冷却構造であって、
   前記排気ポートの下方に設けられて、シリンダブロック側から供給される冷却水をシリンダヘッド内に導入する冷却水導入部と、
   前記冷却水導入部から分岐して前記ヘッドボルトボス部のエンジン内側近傍を延びるボス脇冷却水流路と、
   前記複数の気筒間を前記エンジンの短手方向に延びると共に、その上流端が前記ボス脇冷却水流路に合流する気筒間冷却水流路と、
   前記冷却水導入部から分岐して前記一対の排気ポート間を延びる第１排気ポート間冷却水流路と、
   前記排気ポートの上方を前記エンジンの長手方向に延びると共に、前記ボス脇冷却水流路の下流端が合流する排気ポート上冷却水流路と、
   前記第１排気ポート間冷却水流路から上方に分岐すると共に、その下流端が前記排気ポート上冷却水流路に合流する第２排気ポート間冷却水流路と、
   前記気筒間冷却水流路内に設けられて、前記冷却水導入部から前記ボス脇冷却水流路を経由した前記気筒間冷却水流路への冷却水の流れを遮断する第１遮断壁と、
   前記第２排気ポート間冷却水流路内に設けられて、前記冷却水導入部から前記第１排気ポート間冷却水流路を経由した前記第２排気ポート間冷却水流路への冷却水の流れを遮断する第３遮断壁と、を備える
   シリンダヘッドの冷却構造。
2. 前記気筒間冷却水流路内に設けられて、前記冷却水導入部から前記ボス脇冷却水流路を経由した前記排気ポート上冷却水流路への冷却水の流れを遮断する第２遮断壁と、をさらに備える
   請求項１に記載のシリンダヘッドの冷却構造。
3. 前記排気ポートと前記吸気ポートとの間を前記エンジンの長手方向に延びると共に、前記第１排気ポート間冷却水流路下流端が合流する吸排気ポート間流路を有する
   請求項１又は２に記載のシリンダヘッドの冷却構造。
4. 前記冷却水導入部から分岐して前記ヘッドボルトボス部のエンジン外側を前記エンジンの長手方向に延びる外側ボス脇冷却水流路をさらに備える
   請求項１から３の何れか一項に記載のシリンダヘッドの冷却構造。
5. 前記冷却水導入部内に所定の突出量で突出して設けられて、前記冷却水導入部から前記ボス脇冷却水流路への冷却水の流路を絞る突起部をさらに備える
   請求項１から４の何れか一項に記載のシリンダヘッドの冷却構造。
6. 前記第２排気ポート間冷却水流路を分断する横方向の前記第３遮断壁と、上下方向の第４遮断壁とを備える
   請求項１から５の何れか一項に記載のシリンダヘッドの冷却構造。

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