JPH11336607A - 内燃機関のシリンダヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 冷却水がウォータジャケット２０の上面近傍
を勢い良く流れ去ってしまい、流量に対する冷却効率が
良くない。 【解決手段】 このシリンダヘッド１０は、ウォータジ
ャケット２０内を流れる冷却水の流れ方向が、シリンダ
ヘッド中心線Ｌに沿う気筒列方向と略直交する方向に設
定されている。ウォータジャケット２０の上面に、ウォ
ータジャケット下面を形成するロアデッキ３０側へ突出
するとともに、気筒列方向に延びる突起部４０を間欠的
に形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、内燃機関のシリ
ンダヘッドに関し、特にシリンダヘッドのウォータジャ
ケット構造の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】水冷式多気筒内燃機関のシリンダヘッド
は、一般的に、内部を空洞化してウォータジャケットが
形成され、このウォータジャケット内に冷却水を流すこ
とで、燃焼室周りや点火プラグ周りのシリンダヘッド壁
面を適宜に冷却するようになっている。

【０００３】ここで、ウォータジャケットの構造は、大
きく分けて、冷却水の流れ方向が気筒列方向に設定され
る縦流れ方式と、気筒列方向と直交する方向に設定され
る横流れ方式とに分類される。

【０００４】上記の横流れ方式は、縦流れ方式に比し
て、各気筒を均一に冷却できるとともに、通水抵抗が小
さく流量が増加するといった利点がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
横流れ方式を採用した場合の独特な問題点として、ウォ
ータジャケットの中でも特に流路断面積が大きく通水抵
抗の小さい領域、例えば気筒間領域のウォータジャケッ
ト上方部分に冷却水の流れが集中してしまう。この結
果、冷却水の流量に対して冷却効率が悪く、シリンダヘ
ッドの壁温にばらつきを生じてしまう。

【０００６】より具体的には、シリンダブロック側から
シリンダヘッドへ流入した冷却水は、シリンダ軸方向で
上方向へ流れた後、ウォータジャケット上面に突き当た
り、ウォータジャケット上面の近傍を気筒列と直交する
方向へ勢い良く流れることとなる。つまり、冷却水の主
流がウォータジャケットの上方部分を流れ去ることか
ら、ウォータジャケットの下方部分、すなわち燃焼室壁
となるロアデッキ側を有効に冷却できない。

【０００７】また、ウォータジャケットの中でも、比較
的流路断面積が小さく通水抵抗が大きい領域、具体的に
は吸，排気ポート間の領域や、点火プラグの周囲で、冷
却水のよどみを生じ、これらの領域を効果的に冷却でき
ない。

【０００８】このように、点火プラグや燃焼室の周囲の
冷却が不十分となると、例えば点火プラグのプレイグニ
ッションやノッキング等を引き起こす要因となってしま
う。

【０００９】

【課題を解決するための手段】そこで、請求項１の発明
では、内部にウォータジャケットが形成され、このウォ
ータジャケット内を流れる冷却水の流れ方向が、気筒列
方向と略直交する方向に設定された水冷式多気筒内燃機
関のシリンダヘッドにおいて、ウォータジャケット上面
に、ウォータジャケット下面を形成するロアデッキ側へ
突出するとともに、気筒列方向に延びる突起部を形成し
た。

【００１０】上記の構成により、ウォータジャケット上
面の近傍を気筒列と直交する方向へ流れる冷却水は、突
起部に衝突して、ウォータジャケット下面側へ適宜に向
きを変えられる。この結果、ウォータジャケット内の冷
却水流れが、特に通水抵抗の低い部分のみに集中するよ
うな事態が効果的に回避される。より具体的には、冷却
水が燃焼室に近く高温となり易いウォータジャケット下
面側へ向けて流れるようになり、その冷却効率が著しく
向上する。

【００１１】上記突起部は、好ましくは請求項２の発明
のように、各気筒の中心を結ぶシリンダヘッド中心線に
沿って形成されている。

【００１２】更に好ましくは請求項３の発明のように、
上記の突起部は、気筒列方向に間欠的に形成されている
とともに、隣り合う気筒間にまたがって延在している。

【００１３】つまり突起部は、特に流路が大きく通水抵
抗が小さい気筒間領域にまたがって延在している。この
ため、気筒間を流れる冷却水の主流が突起部に衝突して
一旦せき止められるとともに、ウォータジャケット下面
側へ向きを変えられることとなり、燃焼室に近いウォー
タジャケット下面側をより効果的に冷却することができ
る。

【００１４】しかも突起部は、必要な箇所にのみ間欠的
に形成されているため、通水抵抗を過度に増大させるこ
とはない。

【００１５】請求項３の発明をより具体化した請求項４
の発明は、上記シリンダヘッド中心線を挟んで排気ポー
トと吸気ポートとが各気筒毎に形成されるとともに、上
記ロアデッキの排気側に冷却水入口が形成され、かつ、
各気筒の燃焼室の略中央近傍に点火プラグボス部が形成
されており、上記突起部は、その一端が上記吸気ポート
と排気ポートとの間の領域に差し掛かっているととも
に、他端が点火プラグボス部の近傍に差し掛かっている
ことを特徴としている。

【００１６】この構成により、上記突起部に衝突した冷
却水が、この突起部の両端が差し掛かった吸，排気ポー
ト間の領域や点火プラグの周囲に良好に流れ込むように
なり、これらの領域をより効果的に冷却することができ
る。

【００１７】請求項１〜４の発明を更に具体化した請求
項５の発明では、上記突起部の長手方向延長線よりも下
流側に点火プラグボス部が配置されるとともに、シリン
ダ中心を挟んで上記点火プラグの反対側となるエンドガ
スゾーンが上記延長線よりも冷却水上流側に配置されて
いる。

【００１８】この構成により、冷却水の主流が燃焼室壁
のエンドガスゾーン部分へ向かうようになり、このエン
ドガスゾーンを積極的に冷却することができる。

【００１９】請求項６の発明は、上記突起部の気筒列方
向の端面が、点火プラグボス部へ冷却水を案内するよう
に傾斜面に形成されていることを特徴としている。

【００２０】この構成により、冷却水がより点火プラグ
ボス部の周囲へ流れ込み易くなり、点火プラグ周りをよ
り一層効果的に冷却することができる。

【００２１】請求項７の発明は、冷却水の流れ方向に対
して上流側の上記突起部の側面が、上記ウォータジャケ
ット上面に滑らかに連続する湾曲面に形成されているこ
とを特徴としている。

【００２２】この構成により、ウォータジャケット上面
近傍を流れる冷却水が突起部に衝突する際に、流れの方
向をスムースに変えることができる。

【００２３】請求項８の発明では、上記突起部の冷却水
上流側の側面が、その気筒列方向両端へ向けて下流側へ
傾斜している。

【００２４】請求項９の発明では、上記突起部のシリン
ダ軸方向高さが、気筒列方向中心部から両端部に向けて
徐々に短くなるように設定されている。

【００２５】これら請求項７，８の発明によれば、冷却
水中に混入している気泡が突起部で滞留することを効果
的に抑制できる。

【００２６】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、ウォータ
ジャケット内の下部つまり燃焼室壁側に積極的に冷却水
を案内することができ、冷却水の流量に対する冷却効率
が著しく向上して、プレイグニッションやノッキングを
有効に防止することができる。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の具体的な実施の形
態について添付図面を参照して詳述する。

【００２８】図１は、本発明の第１実施例に係るシリン
ダヘッド１０を示す水平面に沿った縦断面図で、図２は
図１のＡ−Ａ線に沿う横断面図である。

【００２９】このシリンダヘッド１０が適用される内燃
機関は、いわゆるＶ型６気筒式の内燃機関であって、図
１にも示すように３つの＃１，＃３，＃５気筒（又は＃
２，＃４，＃６気筒）が直列に配置されており、かつ、
機関内部のウォータジャケット内で冷却水を強制的に循
環させる水冷式となっている。

【００３０】シリンダヘッド１０は、アルミニウム合金
等により一体に鋳造されており、その下面１０ａ側には
各気筒のシリンダに連なる半球型の燃焼室１２がそれぞ
れ形成されている。また、シリンダヘッド１０の内部に
は、クロスフロー２バルブ形式の吸気ポート１４及び排
気ポート１６が各燃焼室１２に対応して形成されている
とともに、点火プラグが取り付けられる点火プラグボス
部１８が各燃焼室１２の中心近傍にそれぞれ形成されて
おり、残る大部分を空洞化してウォータジャケット２０
が形成されている。

【００３１】吸気ポート１４は、その一端が吸気弁開口
部２２を介して燃焼室１２に開口しているとともに、そ
の他端がシリンダヘッド１０の吸気側（図１の上側，図
２の左側）Ｉの側面１０ｂに開口している。排気ポート
１６は、その一端が排気弁開口部２４を介して燃焼室１
２に開口しているとともに、その他端がシリンダヘッド
１０の排気側（図１の下側，図２の右側）Ｅの側面１０
ｃに開口している。

【００３２】なお、吸気ポート１４と排気ポート１６と
が気筒列方向にオフセットして形成されている関係で、
点火プラグボス部１８は燃焼室１２の中心よりも吸気側
Ｉに偏心した位置に設定されている。

【００３３】また、各燃焼室１２を取り囲うように、シ
リンダ軸方向に延びるシリンダヘッドボルトボス部２６
が適宜間隔を置いて形成されており、かつ、隣設するシ
リンダヘッドボルトボス部２６，２６間にオイル抜き孔
２８が並設されたレイアウトとなっている。更に、燃焼
室１２を囲むシリンダヘッド１０下方側のロアデッキ３
０には、補強用リブ３２，３３が適宜に設けられてい
る。

【００３４】ここで、本実施例のシリンダヘッド１０
は、ウォータジャケット２０内の冷却水の流れ方向が、
各気筒の燃焼室１２の中心を結ぶシリンダヘッド中心線
Ｌに沿う気筒列方向に対して略直交する方向（図１の上
下方向）に設定された、いわゆる横流れ方式となってい
る。

【００３５】詳述すると、排気側Ｅのロアデッキ３０に
は、シリンダヘッド下面１０ａに開口する複数の冷却水
入口（水孔）３４が形成されている一方、冷却水出口３
６がシリンダヘッド１０の吸気側Ｉの側面１０ｂに開口
形成されている。従って、ウォータポンプにより圧送さ
れてシリンダブロック側を循環した冷却水は、冷却水入
口３４を介してシリンダヘッド１０のウォータジャケッ
ト２０内に導入される。この冷却水は、全体としてウォ
ータジャケット上面２０ａへ向けてシリンダ軸方向上方
へ流れた後、ウォータジャケット上面２０ａに衝突して
向きを変え、ウォータジャケット上面２０ａの近傍をシ
リンダヘッド中心線Ｌに直交する横方向（図１の上方
向）へ向かって流れた後、冷却水出口３６を通って図外
のラジエータへ送られるようになっている。

【００３６】そして本実施例では、ウォータジャケット
２０の上面２０ａに、ウォータジャケット下面２０ｂを
形成するロアデッキ３０側へ突出するとともに、気筒列
方向に延びる突起部４０が形成されている。この突起部
４０は、図１に示すように、気筒列方向に間欠的に形成
されており、少なくとも隣り合う気筒間にまたがって延
在している。

【００３７】なお、突起部４０は、実際には図１で示す
断面位置よりもシリンダ軸方向で上方の位置にあり、図
１のクロスハッチを施したシリンダ軸方向領域に延在し
ている。

【００３８】また、突起部４０は、図２に示すように断
面略矩形をなし、かつ、図１に示すようにシリンダヘッ
ド中心線Ｌに沿って直線状に形成されている。言い換え
ると、図２に示すように、シリンダヘッド１０の上方に
気筒列方向に延びるカムシャフト２が配置されている関
係で、このカムシャフト２の直ぐ下方に位置するシリン
ダヘッド上壁部１１は、カムシャフト２に沿う形で略同
一の高さ位置に気筒列方向へ延びている。従って、この
部分のシリンダヘッド上壁部１１により形成されるウォ
ータジャケット上面２０ａに、突起部４０を直線状に形
成することが可能となっている。

【００３９】更に詳述すると、突起部４０は、図１にも
示すように、燃焼室１２壁部の中で、シリンダ中心を挟
んで点火プラグボス部１８と反対側となるエンドガスゾ
ーン４２の近傍、より詳しくはエンドガスゾーン４２の
直ぐ排気側Ｅ、すなわち冷却水の流れ方向で下流側に配
置されている。また、各突起部４０の長手方向の一端４
０ａが吸気ポート１４と排気ポート１６との間のバルブ
間領域４４に差し掛かるとともに、他端４０ｂが点火プ
ラグボス部１８の近傍（４６）に差し掛かるように設定
されている。言い換えると、隣り合う突起部４０，４０
の間隙部分に、バルブ間領域４４及び点火プラグ周り４
６が位置するように設定されている。

【００４０】図３は、上記のように突起部４０を設けた
本実施例のシリンダヘッド１０と、突起部４０を設けて
いない比較例のシリンダヘッドとを用いて、冷却の必要
性が大きい３つの領域、つまり上述した点火プラグ周り
４６，バルブ間領域４４，及びエンドガスゾーン４２の
３箇所で、壁温を測定した結果を示している。

【００４１】図３から明らかなように、突起部４０を設
けた実施例では、突起部４０のない比較例に比して、点
火プラグ周り４６で約１５℃，バルブ間領域４４やエン
ドガスゾーン４２で約２０℃の壁温低下効果があった。
この理由としては、以下の点が考えられる。

【００４２】すなわち、突起部４０は、流路断面積が大
きく通水抵抗が低い気筒間領域にまたがって設けられて
おり、かつ、冷却水の流れ方向に対して略直交する形で
延在しているため、ウォータジャケット上面２０ａ近傍
を冷却水出口３６側へ勢い良く流れる冷却水は、突起部
４０に衝突してせき止められるとともに、全体的に下向
き、つまりウォータジャケット下面２０ｂ側に向きを変
えられる。このため、ウォータジャケット下面２０ｂ、
特にエンドガスゾーン４２の周りに冷却水の主流が向か
うこととなり、この領域が積極的に冷却される。

【００４３】また、突起部４０に突き当てられた冷却水
は、突起部４０の一端４０ａ及び他端４０ｂが臨んだバ
ルブ間領域４４及び点火プラグ周り４６に効果的に流れ
込むようになり、これらの領域４４，４６も効果的に冷
却される。

【００４４】ここで、突起部４０は、比較的流路断面積
が狭く通水抵抗が大きいバルブ間領域４４や点火プラグ
周り４６には延在していないので、これらの領域４４，
４６での冷却水の流れを阻害することはない。

【００４５】また、突起部４０は、隣り合う気筒間にの
み形成されており、両端の気筒とシリンダヘッド１０の
長手方向両内壁面との間の領域４８には形成されていな
い。つまり、このような領域４８は、補強用リブ３３が
ロアデッキ３０に立設されている等の関係で、適度な流
通抵抗が与えられており、突起部４０を設けなくても冷
却水が勢い良く下流側へ流れ去るようなことはない。

【００４６】図４は、本発明の第２実施例に係るシリン
ダヘッドを示している。なお、以下の実施例において、
突起部以外の構造は上述した第１実施例と同じであるの
で、重複する説明を適宜省略する。

【００４７】ここでは、突起部４０における点火プラグ
ボス部１８側の端面（４０ｂ）を、点火プラグボス部１
８へ冷却水を案内するように、シリンダ軸方向から見て
点火プラグボス部１８を指向する傾斜面５０に形成して
いる。これにより、突起部４０に衝突した冷却水がより
効率よく点火プラグボス部１８側へ流れ込むようにな
る。この結果、点火プラグ周り４６のよどみが解消さ
れ、熱伝達効率が向上して、点火プラグ周り４６を効果
的に冷却することができる。

【００４８】図５に示す第３実施例の突起部４０は、冷
却水の流れ方向で上流側（排気側Ｅ）の側面４０ｃが、
ウォータジャケット上面２０ａに滑らかに接続する湾曲
面に形成されている。つまり、突起部４０の上流側側面
４０ｃとウォータジャケット上面２０ａとの隅角部分の
曲率半径Ｒ１を、下流側（吸気側Ｉ）の側面４０ｄとウ
ォータジャケット上面２０ａとの隅角部分の曲率半径Ｒ
２よりも大きく設定している。

【００４９】これにより、ウォータジャケット上面２０
ａ近傍を下流側（吸気側Ｉ）へ流れる冷却水が突起部４
０に衝突する際に、流れの方向をスムースに変えること
ができ、よどみを小さく維持しながら冷却水の向きを大
きく変えることができる。

【００５０】図６に示す第４実施例の突起部４０は、そ
の気筒列方向両端部が冷却水の下流側へ向けてテーパと
なった先細り形状をなし、全体として略台形状となって
いる。すなわち、突起部４０の冷却水上流側の側面４０
ｃは、その気筒列方向両端部が、気筒列両端へ向けて冷
却水下流側へ傾斜する傾斜面５２となっている。これに
より、バルブ間領域４４や点火プラグ周り４６に更に冷
却水が良好に流れ込むようになるとともに、冷却水中に
混入している気泡が突起部４０の冷却水上流側の側面４
０ｃで滞留することを効果的に抑制することができる。
また、気泡の滞留が抑制されることから、冷却水の注水
作業性も向上する。

【００５１】図７，８に示す第５実施例の突起部４０
は、そのシリンダ軸方向高さが、気筒列方向中心部から
両端部に向けて徐々に短くなるように設定されている。
すなわち、突起部４０の底面５４が、その中央部から両
端部へ向けてウォータジャケット上面２０ａ側へ傾斜す
る傾斜面となっている。これにより、第４実施例と同
様、突起部４０での気泡の滞留を効果的に抑制すること
ができる。

【００５２】なお、本発明は、上記の実施例に限定され
るものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変
形，変更が可能である。例えば、本発明を４弁式の内燃
機関に適用することも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係るシリンダヘッドを示
す縦断面図。

【図２】第１実施例のシリンダヘッドを示す図１のＡ−
Ａ線に沿う横断面図。

【図３】実施例及び比較例のシリンダヘッドを用いた壁
温の測定結果を示すグラフ。

【図４】本発明の第２実施例に係るシリンダヘッドを示
す縦断面図。

【図５】本発明の第３実施例に係るシリンダヘッドを示
すＡ−Ａ線断面図。

【図６】本発明の第４実施例に係るシリンダヘッドを示
す縦断面図。

【図７】本発明の第５実施例に係るシリンダヘッドを示
すＡ−Ａ線断面図。

【図８】図７のＢ−Ｂ線に沿う断面図。

【符号の説明】

１０…シリンダヘッド １２…燃焼室 １４…吸気ポート １６…排気ポート １８…点火プラグボス部 ２０…ウォータジャケット ３０…ロアデッキ ３４…冷却水入口 ３６…冷却水出口 ４０…突起部 ４２…エンドガスゾーン ４４…バルブ間領域 ４６…点火プラグ周り

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部にウォータジャケットが形成され、
   このウォータジャケット内を流れる冷却水の流れ方向
   が、気筒列方向と略直交する方向に設定された水冷式多
   気筒内燃機関のシリンダヘッドにおいて、 ウォータジャケット上面に、ウォータジャケット下面を
   形成するロアデッキ側へ突出するとともに、気筒列方向
   に延びる突起部を形成したことを特徴とする内燃機関の
   シリンダヘッド。
2. 【請求項２】 上記突起部は、各気筒の中心を結ぶシリ
   ンダヘッド中心線に沿って形成されていることを特徴と
   する請求項１に記載の内燃機関のシリンダヘッド。
3. 【請求項３】 上記突起部は、気筒列方向に間欠的に形
   成されているとともに、隣り合う気筒間にまたがって延
   在していることを特徴とする請求項１又は２に記載の内
   燃機関のシリンダヘッド。
4. 【請求項４】 上記シリンダヘッド中心線を挟んで排気
   ポートと吸気ポートとが各気筒毎に形成されるととも
   に、上記ロアデッキの排気側に冷却水入口が形成され、
   かつ、各気筒の燃焼室の略中央近傍に点火プラグボス部
   が形成されており、 上記突起部は、その一端が上記吸気ポートと排気ポート
   との間の領域に差し掛かっているとともに、他端が点火
   プラグボス部の近傍に差し掛かっていることを特徴とす
   る請求項３に記載の内燃機関のシリンダヘッド。
5. 【請求項５】 上記突起部の長手方向延長線よりも下流
   側に点火プラグボス部が配置されるとともに、シリンダ
   中心を挟んで上記点火プラグの反対側となるエンドガス
   ゾーンが上記延長線よりも冷却水上流側に配置されてい
   ることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の内
   燃機関のシリンダヘッド。
6. 【請求項６】 上記突起部の気筒列方向の一端が、点火
   プラグボス部へ冷却水を案内するように傾斜面に形成さ
   れていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記
   載の内燃機関のシリンダヘッド。
7. 【請求項７】 冷却水の流れ方向に対して上流側の上記
   突起部の側面が、上記ウォータジャケット上面に滑らか
   に連続する湾曲面に形成されていることを特徴とする請
   求項１〜５のいずれかに記載の内燃機関のシリンダヘッ
   ド。
8. 【請求項８】 上記突起部の冷却水上流側の側面が、そ
   の気筒列方向両端へ向けて下流側へ傾斜していることを
   特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の内燃機関の
   シリンダヘッド。
9. 【請求項９】 上記突起部のシリンダ軸方向高さが、気
   筒列方向中心部から両端部に向けて徐々に短くなるよう
   に設定されていることを特徴とする請求項１〜５のいず
   れかに記載の内燃機関のシリンダヘッド。