JP7255961B2 - 多気筒エンジンのシリンダヘッド - Google Patents

Description

本発明は、排気ガスを１つの排気出口穴に集めて排気する排気集合通路内蔵型のシリンダヘッドに関するものである。

多気筒内燃機関のシリンダヘッドにおいて、外付け方式の排気マニホールドを使用することに代えて、シリンダヘッドの内部に排気集合通路（排気マニホールド部）を形成して、排気ガスを１つの排気出口穴から排出することは広く知られている。３気筒エンジンのシリンダヘッドでは、排気出口穴を第２気筒の真横に配置し、集合通路を前後対称の形態にしたものが多い。

他方、シリンダヘッドにおけるカム室の底面（ウォータジャケット天井部の上面）には、動弁機構を潤滑したオイルやＶＶＴ装置で使用したオイルなどが溜まるようになっており、このオイルは、シリンダヘッドに形成されたオイル落とし通路（及びシリンダブロックに形成されたオイル落とし穴）を経由してオイルパンに戻るようになっている。

オイル落とし通路は、暖機時におけるオイルの加温等のために、シリンダヘッドのうち排気側に配置していることが多いが、シリンダヘッドに排気集合通路を形成すると、オイル落とし通路は、隣り合った排気ポートを仕切る仕切壁に形成せざるを得なくなる。

３気筒エンジンの排気集合通路内蔵型シリンダヘッドにおけるオイル落とし通路の具体的な構成として、特許文献１では、第２気筒に対応した２つの排気ポートを仕切る仕切壁にオイル落とし通路を形成することが開示されており、特許文献２には、第１気筒に対応した排気ポートと第２気筒に対応した排気ポートとを区画する仕切壁、及び、第２気筒に対応した排気ポートと第３気筒に対応した排気ポートとを区画する仕切壁との２つの仕切壁にオイル落とし通路を形成することが開示されている。

更に、特許文献３には、第１気筒に対応した一対の排気ポートを仕切る仕切壁と、第２気筒に対応した一対の排気ポートを仕切る仕切壁と、第３気筒に対応した一対の排気ポートを仕切る仕切壁との３つの仕切壁にオイル落とし通路を形成することが開示されている。

特開２００７－１６２５９１号公報 特開２０００－１６１１２９号公報 特開２０１０－２２３２０４号公報

シリンダヘッドにおいて、隣り合った排気ポートの間には仕切壁が存在しており、排気集合通路内蔵型シリンダヘッドでは、各仕切壁を、排気側面に向いた前端が自由端となる半島状に形成しているが、特許文献１では、第２気筒に対応した２つの排気ポートを仕切る仕切壁を他の仕切壁よりも大きく突出させており、集合通路は排気出口穴に近づくに従って気筒群から離れるように傾斜している。

従って、特許文献１では、第１排気ポートから排出された排気ガスが第３排気ポートに流入したり、第３排気ポートから排出された排気ガスが第１排気ポートに流入したりする排気ガスの逆流現象を防止して、排気ガスの排出をスムース化できる利点があるが、オイル落とし通路は１つの仕切壁にしか形成されていないため、オイル落とし通路に必要な断面積を確保できずに、オイルの戻し機能が不完全になるおそれが懸念される。

他方、引用文献２ではオイル落とし通路は２つの仕切壁に形成されているため、オイルの戻し機能は引用文献１よりも優れており、更に、引用文献３には３つの仕切壁にオイル落とし通路が形成されているため、オイルの戻し機能は引用文献２よりも優れていると云える。

しかし、引用文献２，３は、各仕切壁の突出寸法が略同じになっているため、第１集合通路と第３集合通路の中心線が成す角度が１８０度に近くなっており、このため、第１排気ポートから排出された排気ガスが第３排気ポートに流入したり、第３排気ポートから排出された排気ガスが第１排気ポートに流入したりする排気ガスの逆流現象が生じるおそれがある。

本願発明は、このような現状を改善すべく成されたものである。

本願発明は多気筒エンジンのシリンダヘッドに係り、このシリンダヘッドは、
「直列に配置された第１～第３の３つの気筒に対応して、第１気筒に対応した一対の第１排気ポートと、第２気筒に対応した一対の第２排気ポートと、第３気筒に対応した一対の第３排気ポートとが形成されて、
前記一対の第１排気ポートは第１仕切壁で区分され、前記第１排気ポートと第２排気ポートとは第２仕切壁で区分され、前記一対の第２排気ポートは第３仕切壁で区分され、前記第２排気ポートと第３排気ポートとは第４仕切壁で区分され、前記一対の第３排気ポートは第５仕切壁で区分されており、
前記各仕切壁を、排気側面に向いた部位を自由端とした半島状に形成することにより、前記一対の第１排気ポートが集まった第１集合通路と、前記一対の第２排気ポートが集まった第２集合通路と、前記一対の第３排気ポートが集まって第３集合通路とが形成されて、これら各集合通路が１つに集合して排気出口穴に連通している」
という基本構成である。

そして、上記基本構成において、
「前記第２～４仕切壁の突出寸法を前記第１仕切壁及び第５仕切壁の突出寸法よりも遥かに大きい寸法に形成することにより、前記第１集合通路と第３集合通路とを、前記排気出口穴に近づくに従って前記気筒の群から遠ざかるように滑らかに湾曲又は傾斜させており、
前記第２～４仕切壁にそれぞれオイル落とし穴が形成されて、前記第２仕切壁と第４仕切壁にはヘッドボルト挿通穴が形成されており、
更に、前記各排気ポート及び各壁部並びに排気集合通路が形成された排気側エリアのうち前記排気集合通路よりも下方の部位に、気筒列中心線に沿って延びる燃焼室側ヘッドジャケットから連通路群を経由して冷却水が流れ込む排気側下部ヘッドジャケットが形成されており、前記排気側下部ヘッドジャケットは、冷却水が主として前記燃焼室側ヘッドジャケットから排気ポートの下方側に向けて流れる横流れ通路と、前記横流れ通路を通過した冷却水が集合して気筒列方向に流れる縦流れ通路とを有しており、
かつ、前記排気側下部ヘッドジャケットには、気筒軸線方向から見て、前記第１仕切壁及び第５仕切壁と重なるボス部は存在せずに、前記第２仕切壁と部分的に重なって前記オイル落とし穴が形成された島状のボス部と、前記第３仕切壁と部分的に重なって前記オイル落とし穴が形成された島状のボス部と、前記第４仕切壁と部分的に重なって前記オイル落とし穴が形成された島状のボス部とが存在して、
隣り合った前記島状のボス部の間と、バルブ挿通穴が形成されたバルブボス部の群と前記各島状のボス部との間と、前記島状のボス部の群を挟んでクランク軸線方向に向いて前後両側の部分と、前記各仕切壁の基部の下方部とに、前記横流れ通路が形成されている」
という構成が付加されている。

本願発明は、３つの気筒だけが直列に配置されている直列３気筒エンジンと、３つずつの気筒の排気ポートが集合した排気出口を持つ直列やＶ型に配置された６気筒エンジンに適用できる。

また、本願発明は様々に展開できる。例えば、オイル落し穴は全体を鋳造時に形成することも可能であるし、排気ポートを仕切る仕切壁の箇所は鋳造時に形成して、シリンダブロックに向けて開口した部分はドリル加工で形成することが可能である。従って、本願には製法も開示されており、これは独立した発明たり得る。仕切壁の具体的な形状やオイル落とし通路の具体的な形状、或いは排気側ウォータジャケットの形態なども様々に具体化することが可能であり、これらは実施形態で詳述する。

本願発明では、第１仕切壁及び第５仕切壁は第２～４仕切壁に比べて突出量が小さいため、集合通路を大きく湾曲又は傾斜させることができる。従って、第１排気ポート及び第３排気ポートから排出された排気ガスを逆流させることなく排気出口穴に向かうように方向づけて、排気ガスの排出をスムース化できる。

そして、第２～４仕切壁は大きく突出しているため、それぞれオイル落とし通路を形成できる断面積を確保可能であり、従って、オイル落とし効果を確実化できる。また、オイル落し通路は高温の排気ガスが流れる排気ポートと隔壁を共有し、更には、排気ポート及び各壁部と重なる排気側エリアの少なくとも下方の部位において排気側ウォータジャケットが形成されるため、冷間始動時には、排気ガスおよび冷却水がオイルの加温を促進して早期暖機に貢献できる一方、暖機運転後には、冷却水によってオイルを冷却してオイルの過剰昇温を防止できる。

更に、本願発明のシリンダヘッドでは、冷却水は、燃焼室側ヘッドジャケットから横方向に流れる連通路群を通過して排気側下部ヘッドジャケットに流入し、排気側下部ヘッドジャケットでは、横流れ通路を幅方向に流れてから縦流れ通路に至るが、各仕切壁は冷却水の横流れ方向に長い姿勢になっているため、仕切壁の突出寸法を大きくしても、冷却水を、全気筒に渡って形成された全ての連通路に分かれて排気側下部ヘッドジャケットに流入させて排気ポート回りを均等に冷却しつつ冷却水の流れをスムース化できる。従って、本願発明では、排気ガスの排出のスムース化と、シリンダヘッドの冷却性能の確保と、オイル戻しの確実化とを同時に達成することができる。

実施形態の平断面図である。 図１の部分拡大図でかつ図３のII-II 視断面図である。 図２のIII-III 視断面図である。 図２の IV-IV視断面図である。 図３の V-V視平断面図である。 図３のVI-VI 視底断面図である。 シリンダブロックの平面図である。 図４の VIII-VIII視断面図である。

次に、本願発明の実施形態を、図面に基づいて説明する。本実施形態は自動車用エンジンのシリンダヘッドに適用しており、エンジンは、クランク軸線が車幅方向に向いた横置き姿勢でエンジンルームに搭載されている。

以下では、方向を特定するため前後左右の文言を使用するが、前後方向はクランク軸線方向であり、タイミングチェーンが配置されている側を前、ミッションケースが配置されている側を後ろとしている。左右方向は、クランク軸線及び気筒軸線と直交した方向である。

(1).シリンダヘッドの構造
本実施形態のエンジンは直列３気筒であり、従って、図１，２に示すように、シリンダブロック２（図４，７参照）には、第１～第３の３つの気筒３～５が直列に形成されて、シリンダヘッド１には、各気筒３～５と同心に３つのイグニッションホール６が空いている。図３のとおり、イグニッションホール６の下部には点火プラグ６ａがねじ込みによって固定されている。図３，４に示すように、シリンダヘッド１はガスケットＧを介してシリンダブロック２に固定されている。

図３に示すように、シリンダヘッド１には、シリンダボア３～５と同心で上向きに凹んだ燃焼室７ａ～７ｃが形成されており、図１，２に示すように、燃焼室７ａ～７ｃに、一対ずつの吸気ポート８の終端と、一対ずつの排気ポート９ａ～１１ｂの始端とが開口している。吸気ポート８の対は、それぞれ独立して吸気側面１ａに開口している。

図１，２のとおり、排気ポートは、第１燃焼室７ａに開口した一対の第１排気ポート９ａ，９ｂと、第２燃焼室７ｂに開口した一対の第２排気ポート１０ａ，１０ｂと、第３燃焼室７ｃに開口した一対の第３排気ポート１１ａ，１１ｂとに分かれている。

一対の第１排気ポート９ａ，９ｂは第１集合通路１２に集合し、一対の第２排気ポート１０ａ，１０ｂは第２集合通路１３に集合し、一対の第３排気ポート１１ａ，１１ｂは第３集合通路１４に集合しており、３つの集合通路１２～１４は１つに集まって排気出口穴１５に連通している。排気出口穴１５は第２集合通路１３と対向している。従って、排気出口穴１５は、平面視で第２燃焼室７ｂ（或いは第２気筒４）の真横においてシリンダヘッド１の排気側面１ｂに開口している。

一対の第１排気ポート９ａ，９ｂは第１仕切壁１６で区分され、隣り合った第１排気ポート９ｂと第２排気ポート１０ａとは第２仕切壁１７で区分され、一対の第２排気ポート１０ａ，１０ｂは第３仕切壁１８で区分され、隣り合った第２排気ポート１０ｂと第３排気ポート１１ａとは第４仕切壁１９で区分され、一対の第３排気ポート１１ａ，１１ｂは第５仕切壁２０で区分されており、各仕切壁１６～２０は、平面視で燃焼室７ａ～７ｃの上方から排気側面１ｂに向けて延びており、前端は自由端になっている。

そして、第１仕切壁１６と第５仕切壁２０とは、先窄まりでかつ平面視で燃焼室７ａ～７ｃ及び気筒３～５の縁を結ぶ基準線Ｏ１から僅かに突出した状態であると共に、排気出口穴１５に向かってなびくように僅かに湾曲している。

他方、第２仕切壁１７と第４仕切壁１９とは、先半分程度が先窄まりになっていると共に、基準線Ｏ１から気筒３～５の半径よりも大きい寸法で突出しており、かつ、排気出口穴１５に向かうように湾曲している。更に、第３仕切壁１８は、若干中膨れ状態であるが大まかには等しい幅になっており、先端は窄まることなく滑らかな曲線になっている。また、第３仕切壁１８は、第２仕切壁１７及び第４仕切壁１９よりも僅かに突出している。

このように、第１仕切壁１６及び第５仕切壁２０が先窄まりで湾曲していることと、第２仕切壁１７及び第４仕切壁１９が大きく突出して先半部が排気出口穴１５に向けて先窄まりしつつ湾曲していることとにより、第１集合通路１２と第３集合通路１４とは、基準線Ｏ１から遠ざかりつつ排気出口穴１５に向かって湾曲している。

すなわち、第１集合通路１２及び第３集合通路１４の外側面１２ａ，１４ａは、排気出口穴１５に向けて気筒３～５の群から遠ざかるように、気筒３～５の群に向けて凹んだ状態に（ドーム状に）湾曲している。従って、第１排気ポート９ａ，９ｂから排出された排気ガスは、第３排気ポート１１ａ，１１ｂに流入することなく排気出口穴１５から排出され、第３排気ポート１１ａ，１１ｂから排出された排気ガスは、第１排気ポート９ａ，９ｂに流入することなく排気出口穴１５から排出される。従って、排気ガスの排出をスムース化できる。なお、図１，２等において符号２１で示すのはバルブステムである。

シリンダヘッド１には、ヘッドボルト２２を挿通するヘッドボルト挿通穴２２ａが開いている。ヘッドボルト挿通穴２２ａは、各気筒３～５の群を挟んだ左右両側で、かつ、各気筒３～５を挟んだ前後両側に配置されており、従って、２対のヘッドボルト挿通穴２２ａはボア間部２３の左右両側に位置しており、排気側では、ボア間部２３の箇所のヘッドボルト挿通穴２２ａは、第２仕切壁１７と第４仕切壁１９とに形成されている。（言い換えると、ヘッドボルトボス部が第２仕切壁１７と第４仕切壁１９とに一体化されている。）。

そして、第２～第４仕切壁１７，１８，１９にオイル落とし通路２４，２５，２６を形成している。第２仕切壁１７及び第４仕切壁１９のオイル落とし通路２４，２６は、それぞれ先端部に形成されて平断面視で略三角形になっており、従って、ヘッドボルト挿通穴２２ａよりも先端側の部位に形成されている。

３つのオイル落とし通路２４，２５，２６は、基本的には左右方向の同じ位置で前後方向に並んでいるが、第３仕切壁１８のオイル落とし通路２５は第３仕切壁１８の長手方向に長い長穴状態になっている。従って、排気通路の箇所では、第３仕切壁１８のオイル落とし通路２５の断面積は、第２及び第４仕切壁１７，１９のオイル落とし通路２４，２６の２倍以上の断面積になっている。

図３は第２オイル落とし通路２５の箇所を前面視方向から見た縦断面図であり、この図に表示しているが、第２オイル落とし通路２５は、排気ガス通路の箇所では、鋳造によって形成された空洞部２５ａになっていて、その上端はシリンダヘッド１の凹所２７（カム室）に開口している一方、排気ガス通路よりも下方の部位では、図３に一点鎖線で示すように、ドリル２８による加工によって形成された丸穴２５ｂになって下方に開口している。第１及び第３オイル落とし通路２４，２６も同じ構造である。

オイル落とし通路２４，２５，２６の全体を鋳造で形成することも可能であるが、実施形態のように下部をドリル加工で形成すると、鋳造用中子が複雑化することを防止して、鋳造の歩留りを向上できる利点がある。また、丸穴２５ｂの径によってオイルの流下速度を調整し、オイル暖気のための排気ガスにより加温されるオイルのチューニングも容易である。更に、鋳造に際して金属湯の流れが良好になる利点もある。

動弁機構の潤滑やＶＶＴの制御などの仕事をしたオイルは、シリンダヘッド１の凹所２7に流れ落ちて、凹所２７の底面２７ａを伝ってオイル落とし通路２４，２５，２６に流れ込む。エンジンは、排気側が前傾するように鉛直線に対して若干の角度だけスラントしており、従って、凹所２７に流れ落ちたオイルは、排気側に位置したオイル落とし通路２４，２５，２６に誘い込まれていく。

(2).シリンダブロック
図７にシリンダブロック２の平面図を表示している。シリンダブロック２には、３つの気筒（シリンダボア）３～５が直列に形成されて、冷却水が流れるウォータジャケットであるブロックジャケット３０が、気筒３～５の群を囲うようにして形成されている。また、シリンダブロック２には、ヘッドボルト２２が螺合するタップ穴３１の群を形成している。

シリンダブロック２の上面のうち排気側に寄った部位でかつ後部には、暖機運転時にシリンダヘッド１から冷却水が流入するバイパス用入口３２が形成されており、かつ、図７及び図３，４に示すように、シリンダブロック２の排気側面には、バイパス用入口３２と連通して前後方向に長く延びるボス状のバイパス通路３３が形成されている。

図７のとおり、シリンダブロック２の排気側面の前部にはウォータポンプ３４が配置されており、冷間時には、冷却水全量が、バイパス通路３３を経由してウォータポンプ３４に戻され、シリンダブロック２に排気側面部に設けた吐出口からブロック側ウォータジャケット３０に吐出される。ウォータポンプ３４には、ラジエータの戻り管路が接続されるメイン流入口３５も設けられており、暖機後には、冷却水は主としてラジエータを経由してウォータポンプ３４に流入する（流路を切替えるサーモ弁にボトムバイパス弁が設定されていない場合等では、バイパス通路３３が閉じられることがないので一部の冷却水はラジエータを経由することなくバイパス通路３３から戻る場合もある。）。

本実施形態では、ブロックジャケット３０は、第１気筒３の箇所において左右の堰リブ３０ａで前後に分断されている。従って、ブロックジャケット３０は、第１気筒３の前半分程度を囲うフロントブロックジャケット３０ｂと、第１気筒３の排気側から第２、第３気筒４、５の排気側、第３、第２気筒５，４の吸気側を経由して吸気側の堰リブ３０ａに向かうメインブロックジャケットとに分離されており、メインブロックジャケットは、排気側ブロックジャケット３０ｃとリアブロックジャケット３０ｄと吸気側ブロックジャケット３０ｅとで構成されている。

ウォータポンプ３４から吐出した冷却水の送水通路は、フロントブロックジャケット３０ｂとは常に連通しているが、メインブロックジャケット３０ｃ，３０ｄ，３０ｅとは、冷間時には閉じて暖機後に開くブロックサーモスタットバルブ（図示せず）により、暖機後のみ連通する。従って、本実施形態は、機関温度によってシリンダヘッド１とシリンダブロック２の冷却を別々に制御する２系統冷却構造としている。

冷間時においては、ウォータポンプ３４から吐出した冷却水全量がフロントブロックジャケット３０ｂを経由してシリンダヘッド１に向かう。そこで、図１，２，５に示すように、シリンダヘッド１の前部には、堰リブ３０ａにより堰き止められた冷却水が流入するフロント送水通路３８を形成している。

一方、メインブロックジャケット３０ｃ～３０ｅの側では、ブロックサーモスタットバルブが開弁するまでの間は冷却水は原則流動せず、気筒３～５の保温による油水温の早期暖気を優先する。ブロックサーモスタットバルブの開弁温度に達するとメインブロックジャケット３０ｃ～３０ｅにも冷却水が分流するようになり、吸気側ブロックジャケット３０ｅの終端からシリンダヘッド１に向かう。そこで、図１，２に示すように、シリンダヘッド１の吸気側には、冷却水がシリンダブロック２の吸気側ブロックジャケット３０ｅから噴き上がる吸気側送水通路３９をブロックジャケットの堰リブ３０ａの間隔だけ離間してフロント送水通路３８の後方に形成している。

なお、シリンダヘッド１のフロント送水通路３８及び吸気側送水通路３９とは、鋳造時には中子の足部になっていて当該中子を安定させているが、ヘッド下面には、ほぼ均等に設けた複数の中子の足部となるダミー穴４０（図４参照）を設けており、ダミー穴４０はガスケットＧで塞がれている。

図７及び図３に示すように、シリンダブロック２の上面のうち排気側の部位に、第１オイル落とし通路２４及び第２オイル落とし通路２５に連通した第１オイル受け溝３６ａと、第３オイル落とし通路２６に連通した第２オイル受け溝３６ｂとが形成されている。

両オイル受け溝３６ａ，３６ｂは前後方向に長い長溝になっており、第１オイル受け溝３６ａの前部は、シリンダブロック２の排気側面部に形成した上下長手の第１オイル落とし穴３７ａ（図４参照）に連通し、第２オイル受け溝３６ｂの前後中間部は、同じくシリンダブロック２の排気側面部に形成した上下長手の第２オイル落とし穴３７ｂに連通している。オイル落とし穴３７ａ，３７ｂはボス状に形成されており、オイルパン（図示せず）の上部に向けて開口している。

図３に示すように、第１オイル受け溝３６ａ（及び第２オイル受け溝３６ｂ）の下端は冷却水のバイパス通路３３を形成する凸部の下端側まで達している。従って、オイル受け溝３６ａ，３６ｂに落ちたオイルと、バイパス通路３３を流れる冷却水との間で熱交換が行われる。また、特に第１オイル受け溝３６ａの箇所では、オイルは、ブロック側ウォータジャケット３０を流れる冷却水との間でも熱交換が行われる。

従って、冷間時には、オイルに先行して昇温する冷却水でオイルを加温してオイルの早期昇温を促進し、その結果、暖機時間の短縮に貢献できる。暖気後はオイルが冷却水温以上に昇温するので、冷却水によってオイルが冷却されて、オイルの過剰昇温を防止できる。第２オイル落とし通路２５は断面積が大きくてオイルの流量も大きいが、第２オイル落とし通路２５から流下したオイルが第１オイル受け溝３６ａを伝って第１オイル落とし穴３７ａに向かって流れることにより、オイルと冷却水との熱交換を促進して、暖機時間の短縮効果をより確実化できる。

なお、図４に符号４１で示すように、シリンダブロック２のボア間部２３には、吸気側の冷却水を排気側に戻すドリルパスが形成されており、ガスケットＧのうちドリルパス４１と重なる部位には連通穴が空いている。

(3).シリンダヘッドのウォータジャケット
例えば図３，４に示すように、シリンダヘッド１には、ウォータジャケットとして、概ね燃焼室７ａ，７ｂ，７ｃの上方部に位置して気筒列長手中心線に沿って前後方向に延びる燃焼室側ヘッドジャケット４２と、燃焼室側ヘッドジャケット４２を挟んで排気側でかつ排気集合通路１２～１４等の下方に位置した排気側下部ヘッドジャケット４３と、燃焼室側ヘッドジャケット４２を挟んで排気側でかつ排気集合通路１２～１４等の上方に位置した排気側上部ヘッドジャケット４４と、燃焼室側ヘッドジャケット４２を挟んで吸気側でかつ吸気ポート８の下方に位置した吸気側ヘッドジャケット４５とが形成されている。

図３，４のとおり、燃焼室側ヘッドジャケット４２は、排気集合通路１２～１４の上面と同じ程度の高さになっており、燃焼室側ヘッドジャケット４２の上部と排気側上部ヘッドジャケット４４とは排気側上部連通路４６の群を介して連通し、同じく、燃焼室側ヘッドジャケット４２の下部と吸気側ヘッドジャケット４５とは吸気側連通路４７の群を介して連通し、更に、図５のとおり、燃焼室側ヘッドジャケット４２の下部と排気側下部ヘッドジャケット４３とは排気側下部連通路４８の群を介して連通している。

図２、３に示すように、シリンダヘッド１には、イグニッションホール６を形成するためのセンターボス部４９、吸気バルブ用ステム２１を配置するための吸気バルブボス部５０、排気バルブ用ステム２１を配置するための排気バルブボス部５１、平面視で隣り合った燃焼室７ａ～７ｃに跨がるように配置された平断面視く字形の整流ボス部５２が形成されており、排気側上部連通路４６と吸気側連通路４７とは、隣り合ったボス部４９～５２間を通るように形成されている。これらのボス部は、高さ位置によって独立したり分離したりしており、図５に示すように、排気側下部ヘッドジャケット４３の高さ位置では、各ボス部４９～５２が一体に連続して、排気側下部ヘッドジャケット４３と吸気側下部ヘッドジャケット４５とは互いに分断されている。

図５に示すように、燃焼室側ヘッドジャケット４２の前端部の下端に、既述のフロント送水通路３８が連通している。冷間時には、冷却水の流路は、フロント送水通路３８のみから吸気側ヘッドジャケット４５の前端部に噴き上がり、吸気側ヘッドジャケット４５を後ろ向きに流れつつ、複数の吸気側の連通路４７に順次分流し、各連通路４７を均等に横流れてして燃焼室側ヘッドジャケット４２に流入していく流路と、フロント送水通路３８から分流してシリンダヘッド前端側を経由して燃焼室側ヘッドジャケット４２に至る流路とに分かれており、これらの流路を経由する事で、冷却流量を各連通路に均等に分配する事を実現している。

この横方向の流れと同様に、冷却水は、燃焼室ヘッドジャケット４２から複数の排気側上部連通路４６（図４参照）と排気側下部連通路４８（図５参照）とを経由して排気側上部ヘッドジャケット４４と排気側下部ヘッドジャケット４３とに横流れしていき、上下の排気側ヘッドジャケット４３，４４を貫通する第１～第５の仕切り壁に沿った下部横流れ通路５７（図５参照）を通過した後に、上下の排気側ヘッドジャケット４３，４４を後方に向けて流れていく。

シリンダヘッド１の後端面には、排気側上部ヘッドジャケット４４と連通したメイン排出口（図示せず）と、燃焼室側ヘッドジャケット４２と吸気側ヘッドジャケット４５とに連通した補助排出口（図示せず）とが開口している。排気側下部ヘッドジャケット４３の後端と排気側上部ヘッドジャケット４４の後端部とは互いに連通している。従って、排気側下部ヘッドジャケット４３を流れた冷却水は、排気側上部ヘッドジャケット４４の後端に集合してメイン排出口から排出される。

他方、補助排出口５４はメイン排出口５３と同じ程度の高さにあり、そこで、燃焼室ヘッドジャケット４２の後端部は高さが高くなって、排気側上部ヘッドジャケット４４の後端部と連通している。

なお、冷間時には、冷却水は吸気側ヘッドジャケット４５の前部から主に縦方向に流入するが、第１燃焼室７ａにおける燃焼室側ヘッドジャケット４２の前端部との関係では、冷却水の一部は第１燃焼室７ａの前端側から直接燃焼室側ヘッドジャケット４２に流入することで、ヘッド前端部においても燃焼室側ヘッドジャケット４２から排気側ヘッドジャケット４３、４４に繋がる横流れ連通路に流入する冷却水量を確保できる。

図５に示すように、排気側下部ヘッドジャケット４３の箇所では、第１仕切壁１７及び第５仕切壁２０の下方ではボス部は存在せずに下部横流れ通路５７になっており、第２～第４仕切壁１７，１８，１９の下方部では、当該仕切壁１７，１８，１９と平面視で部分的に重なった島状のボス部１７ａ，１８ａ，１９ａが存在して、各島状のボス部１７ａ，１８ａ，１９ａにオイル落とし穴２４，２５，２６が形成されている。第２仕切壁１７に対応した島状のボス部１７ａと第４仕切壁１９に対応した島状のボス部１９ａとにはヘッドボルト挿通穴２２ａも空いている。
そして、排気側下部ヘッドジャケット４３においても、燃焼室側ヘッドジャケット４２から流れ出た冷却水は、島状のボス部１７ａ～１９ａの間の下部横流れ通路５７や、それら島状のボス部１７ａ～１９ａと排気バルブボス部５１との間の下部横流れ通路５７から、おおよそシリンダヘッド１の幅方向に流れて、それから後方に向けて流れていく。従って、排気側下部ヘッドジャケット４３も、複数の下部横流れ通路５７と下部縦流れ通路５８とを備えており、下部縦流れ通路５８の後端部が立ち上がって、上部縦流れ通路５６（図８参照）の後端部に集合している。更に、排気側下部ヘッドジャケット４３の箇所でも、下部横流れ通路５７は、隣り合った島状のボス部１７ａ～１９ａの間の部位と、島状のボス部１７ａ～１９ａの群の前後両側の部位と、島状のボス部１７ａ～１９ａと排気バルブボス部４１との間の部位と、第１仕切壁１７及び第５仕切壁２０の下方の部位とに形成されている。

繰り返しになるが、図１，２と図５，図６との対比から理解できるように、第２仕切壁１７及び第４仕切壁１９は、排気通路の箇所では整流ボス部５２がバルブボス部５０，５１及びセンターボス部４９と一体に繋がっているが、排気通路よりも低い箇所では、図５のように、ヘッドボルト挿通穴２２ａとオイル落とし通路２４～２６とが形成された仕切壁１７～１９に対応した部位が排気側下部ヘッドジャケット４３の内部に島状に独立して配置された島状のボス部１７ａ～１９ａの形態になっている。従って、図１，２及び図４から理解できるように、排気側下部ヘッドジャケット４３は、各仕切壁１６～２０に対してポートの下方から入り込んだ排気側下部連通路４８を介して燃焼室側ヘッドジャケット４２と繋がっている。

つまり、排気側下部ヘッドジャケット４３は、各仕切壁１６～２０に対して下方から入り込んだ排気側下部連通路４８を経由して前記センターボス部４９と整流ボス部５２との間を縫って燃焼室側ヘッドジャケット４２に連通し、燃焼室ヘッドジャケット４２は、吸気ポートと吸気側ヘッドボルトボス部２２ｂ間と、一対の吸気ポート間との間を縫って吸気側ヘッドジャケット４５に繋がっている。

暖機後には、図１，２，５に示す吸気側送水通路３９からも冷却水が噴き上がって、噴き上がった冷却水は、吸気側ヘッドジャケット４５を縦方向に流れながら各吸気側連通路４７に分岐し、燃焼室側ヘッドジャケット４２に流れ込む。従って、シリンダブロック２のメインブロックジャケット３０ｃ～３０ｅに冷却水の流れが発生してシリンダブロックの冷却が行われると共に、シリンダヘッド１においては、吸気側ヘッドジャケット４５から燃焼室側ヘッドジャケット４２を経由して排気側上下ヘッドジャケット４３、４４に向かう横流れが促進されて、壁部１７，１８，１９のように特に高温になる部位（すなわち排気集合部の周辺部）の冷却効果を向上できる。

排気通路の下方に形成された排気側下部ヘッドジャケット４３では、第２仕切壁１７～第４仕切壁１９に対応した部位がボス部１７ａ～１９ａとして島状に分断されている。吸気側ヘッドジャケット４５を経由した冷却水は、主にボア間部上方において、隣り合った吸気ポートとヘッドボルトボス部２２ｂとの間、一対の吸気ポートの間に形成された吸気側連通路４７を経由して燃焼室側ヘッドジャケット４２に流入するが、吸気側連通路４７を経由した後、整流ボス部５２に当たって前後に分流し、一部がセンターボス部４９の周囲に流入して燃焼室７ａ，７ｂ，７ｃの天井面を冷却し、第１燃焼室７ａ及び第３燃焼室７ｃの上方では、それから排気側下部連通路４８を経由して排気側下部ヘッドジャケット４３における前後の下部横流れ通路５７に流入する。

他方、主として第２燃焼室７ｂの上方では、整流ボス部５２とセンターボス部４９との間等の排気側下部連通路４８を経由して排気側下部ヘッドジャケット４３に分流した冷却水は、隣り合った島状のボス部１７ａ～１９ａ等の間に形成された下部横流れ通路５７を経由して排気側下部ヘッドジャケット４３の下部縦流れ通路５８に流入する。

そして、排気側下部ヘッドジャケット４３の下部縦流れ通路５８に集合した冷却水は、排気側面１ｂに沿ってシリンダヘッド前方から後方に向けて縦方向（前後方向）に流れてから、メイン排出口５３に至る。

排気側上部ヘッドジャケット４４においても同様であり、吸気側ヘッドジャケット４５等から燃焼室側ヘッドジャケット４２に流入した冷却水は、第１燃焼室７ａ～第３燃焼室７ｃの上方部から、排気側上部連通路４６を経由して上部縦流れ通路５６に至り、排気側面１ｂに沿ってシリンダヘッド前方から後方に向けて縦方向に流れてから、メイン排出口５３に至る。この過程において、排気出口穴１５のフランジ面や排気マニホールド（或いは排気ターボ過給機）締結用のボス部を冷却する構造となっている。

既述のとおり、吸気側ヘッドジャケット４５を縦流れした冷却水は、順次吸気側連通路４７に分岐して燃焼室側ヘッドジャケット４２を経由して上下の排気側ジャケットに向けて流れるが、吸気側ヘッドジャケット４５の後端部と燃焼室側ヘッドジャケット４２の後端部を流れる冷却水の一部がバイパス流路として形成された補助排出口５４から吐出される。そして、シリンダヘッド１の後端には補機の冷暖気通路やラジエータ行きの出口パイプが形成されたウォータアウトレットや吐出パイプ等が配置されており、排出口５３，５４から流出した冷却水は、ヒータ等を経由して流れるバイパス経路やラジエータ行の経路に向けて配策された冷却配管を経てウォータポンプの吸入口にもどる。

そして、仕切壁１６～２０は概ね左右方向（シリンダヘッド１の幅方向）に長い形態になっているが、冷却水は、各気筒に渡って形成された燃焼室側ヘッドジャケット４２から排気側下部ヘッドジャケット４３に連通する排気側下部連通路４８の群を分流して、第２～４仕切壁１７～２０の箇所では下部横流れ通路５７を通ってそれら仕切壁１７～２０の長手方向である左右方向に流れるため、特に第２～第４仕切壁１７～２０の長さを長くしつつ、冷却圧損を低下させ、かつ三次元に燃焼室上部と排気ポート周辺に絞られた状態で配置された各連通路４８及び下部横流れ通路５７を高流速で流れる冷却水により、ヒートスポットとなる部位を効果的に冷却することで冷却損失も抑制しながら冷却性能を向上できる。

従って、排気ガス排出のスムース化（排気圧損低減）とオイル戻しの確実化と暖気性向上およびオイル冷却性の両立（機能課題解決）とを図りつつ、冷却水の流れのスムース化により（圧損低減と冷却性能および冷却損失低減）についても高次元でバランスさせることができる。

燃焼室側ヘッドジャケット４２は気筒列長手中心線に沿って広がっているが、図１，２，４に示すように、第１仕切壁１６，第３仕切壁１８及び第５仕切壁２０に付け根から入り込んでいる。特に、第３仕切壁１８の箇所ではかなり大きく入り込んでいる。このため、第３仕切壁１８の冷却性能を向上して、オイルの過剰昇温を防止できる。

第２～第４仕切壁１７～１９は各排気ポート９ａ～１１ｂから排出された排気ガスに晒されて特に高温になるが、冷間時には、各仕切壁１７～１９からオイルへの熱交換を促進してオイルの早期昇温に貢献できる一方、暖機後には、第２～第４仕切壁１７～１９は、内からオイルで冷却されると共に排気ポートの上下に形成された排気側ヘッドジャケットに囲まれることによって水冷されるため過剰昇温を防止できる。

図１，２のとおり、一対の第２排気ポート１０ａ，１０ｂはやや先窄まりになっていると共に、第３仕切壁１８は中膨れ状態になっているため、第３仕切壁１８の受熱量が大きいが、排気通路の箇所においてオイル落とし通路２５の断面積が大きくなっているため、油水に対する第３仕切壁１８の接触面積を大きくして油水による冷効果を高くして第３仕切壁１８の冷却性能を向上できる利点がある。

本実施例では排気側上部ヘッドジャケット４４にも横流れ通路と縦流れ通路とが形成されており、排気側下部ヘッドジャケット４３と同様に、燃焼室側ヘッドジャケット４２から、排気側上部連通路４６を経由して冷却水が流入する。排気側上部ヘッドジャケット４４に集合した冷却水は、既述のとおり、前から後ろに向かうように縦流れして排気側下部ヘッドジャケット４３の冷却水と合流し、メイン排出口５３を介して吐出される。吐出された冷却水は、ヒータコアに向かったりラジエータに向かったりする冷却経路を経由してウォータポンプの吸入口にもどる。ヒータコアには一定量の冷却水が常に流れており、冷間運転時には、冷却水の全量がシリンダヘッドの戻し通路を介してブロックに形成されたウォータポンプの吸入口に繋がるバイパス用冷却水通路の入口３２に戻る。

図５，６に示すように、排気側下部ヘッドジャケット４３のうち、平断面視において第３気筒５の軸心の真横で、かつ、排気側の４本のヘッドボルト挿通穴２２ａを結ぶ線よりもやや排気側面１ｂに寄った部位に、左右長手の補強リブ５９を設けている。

なお、図３において符号６０で示すのはカム軸を回転自在に保持する軸受け部、符号６１で示すのは前後方向に長く延びるオイルギャラリーであり、オイルギャラリーに送られたオイルにより、カム軸の潤滑やラッシュアジャスタの制御が行われる。

図８に示すように、送水通路３８，３９からヘッドジャケットに流入した冷却水は、後ろ向きに流れつつ、横流れして排気側上部ヘッドジャケット４４に分流し、排気側上下ヘッドジャケット４４において、上部縦流れ通路５６を後ろ向きに流れていく。

以上、本願発明の実施形態を説明したが、本願発明は他にも様々に具体化できる。例えば、第１及び第３集合通路は、排気出口穴に向けて傾斜した姿勢に形成することも可能である。更に、本実施形態では、シリンダブロックとシリンダヘッドの冷却水の経路を分離して冷間時にはシリンダヘッドのみを冷却する２系統冷却を前提にシリンダヘッド内の冷却水の流れを説明したが、ブロックジャケットにも常に冷却水が流れている１系統冷却構造であってもよい。

また、２系統方式及び１系統方式のいずれにおいても、冷却水は燃焼室側ヘッドジャケット又は吸気側ヘッドジャケットの前部のみに流入する方式も採用できる。１系統冷却方式の場合は、吸気側ブロックジャケットのみから流れ込む方式であってもよい。更に、シリンダヘッドの排気側ウォータジャケットは、排気側下部ウォータジャケット１段のみでもよい。

本願発明は、多気筒エンジンのシリンダヘッドに具体化できる。従って、産業上利用できる。

１ シリンダヘッド
２ シリンダブロック
３～５ 気筒
６ イグニッションホール
７ａ～７ｃ 燃焼室
８ 吸気ポート
９ａ～１１ｂ 排気ポート
１２ 第１集合通路
１３ 第２集合通路
１４ 第３集合通路
１５ 排気出口穴
１６～２０ 仕切壁
１７ 第２仕切壁
１７ａ，１８ａ，１９ａ 島状のボス部
２２ ヘッドボルト
２２ａ ヘッドボルト挿通穴
２２ｂ 吸気側ヘッドボルトボス部
２４～２６ オイル落とし通路
３０（３０ｂ, ３０ｃ, ３０ｄ, ３０e ） ブロックジャケット
３８，３９ 冷却水をシリンダブロックからシリンダヘッドに送る送水通路
４２ 燃焼室側ヘッドジャケット
４３ 排気側下部ヘッドジャケット
４４ 排気側上部ヘッドジャケット
４５ 吸気側ヘッドジャケット
４６ 排気側上部連通路
４７ 吸気側連通路
４８ 排気側下部連通路
５０ 吸気バルブボス部
５１ 排気バルブボス部
５７ 下部横流れ通路
５８ 下部縦流れ通路

Claims (1)

1. 直列に配置された第１～第３の３つの気筒に対応して、第１気筒に対応した一対の第１排気ポートと、第２気筒に対応した一対の第２排気ポートと、第３気筒に対応した一対の第３排気ポートとが形成されて、
   前記一対の第１排気ポートは第１仕切壁で区分され、前記第１排気ポートと第２排気ポートとは第２仕切壁で区分され、前記一対の第２排気ポートは第３仕切壁で区分され、前記第２排気ポートと第３排気ポートとは第４仕切壁で区分され、前記一対の第３排気ポートは第５仕切壁で区分されており、
   前記各仕切壁を、排気側面に向いた部位を自由端とした半島状に形成することにより、前記一対の第１排気ポートが集まった第１集合通路と、前記一対の第２排気ポートが集まった第２集合通路と、前記一対の第３排気ポートが集まって第３集合通路とが形成されて、これら各集合通路が１つに集合して排気出口穴に連通している構成であって、
   前記第２～４仕切壁の突出寸法を前記第１仕切壁及び第５仕切壁の突出寸法よりも遥かに大きい寸法に形成することにより、前記第１集合通路と第３集合通路とを、前記排気出口穴に近づくに従って前記気筒の群から遠ざかるように滑らかに湾曲又は傾斜させており、
   前記第２～４仕切壁にそれぞれオイル落とし穴が形成されて、前記第２仕切壁と第４仕切壁にはヘッドボルト挿通穴が形成されており、
   更に、前記各排気ポート及び各壁部並びに排気集合通路が形成された排気側エリアのうち前記排気集合通路よりも下方の部位に、気筒列中心線に沿って延びる燃焼室側ヘッドジャケットから連通路群を経由して冷却水が流れ込む排気側下部ヘッドジャケットが形成されており、前記排気側下部ヘッドジャケットは、冷却水が主として前記燃焼室側ヘッドジャケットから排気ポートの下方側に向けて流れる横流れ通路と、前記横流れ通路を通過した冷却水が集合して気筒列方向に流れる縦流れ通路とを有しており、
   かつ、前記排気側下部ヘッドジャケットには、気筒軸線方向から見て、前記第１仕切壁及び第５仕切壁と重なるボス部は存在せずに、前記第２仕切壁と部分的に重なって前記オイル落とし穴が形成された島状のボス部と、前記第３仕切壁と部分的に重なって前記オイル落とし穴が形成された島状のボス部と、前記第４仕切壁と部分的に重なって前記オイル落とし穴が形成された島状のボス部とが存在して、
   隣り合った前記島状のボス部の間と、バルブ挿通穴が形成されたバルブボス部の群と前記各島状のボス部との間と、前記島状のボス部の群を挟んでクランク軸線方向に向いて前後両側の部分と、前記各仕切壁の基部の下方部とに、前記横流れ通路が形成されている、
   多気筒エンジンのシリンダヘッド。

Images