WO2015098705A1 - エンジンのシリンダヘッド - Google Patents

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WO2015098705A1
WO2015098705A1 PCT/JP2014/083599 JP2014083599W WO2015098705A1 WO 2015098705 A1 WO2015098705 A1 WO 2015098705A1 JP 2014083599 W JP2014083599 W JP 2014083599W WO 2015098705 A1 WO2015098705 A1 WO 2015098705A1
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cooling water
passage
cylinder head
cylinder
coolant water
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PCT/JP2014/083599
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French (fr)
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藤本　昌弘
淳 星川
範貢 大澤
彰 三木田
博史 志和池
Original Assignee
三菱自動車工業株式会社
三菱自動車エンジニアリング株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/24—Cylinder heads
    • F02F1/26—Cylinder heads having cooling means
    • F02F1/36—Cylinder heads having cooling means for liquid cooling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/24—Cylinder heads
    • F02F1/26—Cylinder heads having cooling means
    • F02F1/36—Cylinder heads having cooling means for liquid cooling
    • F02F1/40—Cylinder heads having cooling means for liquid cooling cylinder heads with means for directing, guiding, or distributing liquid stream 
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P3/00—Liquid cooling
    • F01P3/02—Arrangements for cooling cylinders or cylinder heads
    • F01P2003/028—Cooling cylinders and cylinder heads in series

Definitions

  • the present invention relates to a cylinder head of an engine, and more particularly to a cooling water passage structure in the cylinder head.
  • the cooling water passage in the cylinder head is formed between the upper deck that forms the bottom of the valve operating mechanism chamber in the cylinder head and the lower deck that forms the bottom surface of the cylinder head.
  • the water flows in and cools the upper part of the combustion chamber in the cylinder head, and then flows out to the radiator side.
  • the cooling water passage in the cylinder head is configured to flow in the lateral direction from the exhaust port side to the intake port side. Cooling performance for cylinders has been improved.
  • Patent Document 1 Japanese Patent No. 5176852
  • FIG. 7 cooling water from a cylinder block is introduced into a cylinder head 02 from a cooling water inlet 01 and passes through each cylinder through a lateral flow passage 03.
  • FIG. 7 shows that the cross-sectional opening area of each of the plurality of communication ports 05 connected to the longitudinal flow passage 04 is set to be larger as the distance from the cooling water outlet 06 increases. It has been shown that the variation in the amount of cooling water flowing from each cylinder into the longitudinal flow passage 04 is reduced to make the cooling performance of each cylinder uniform.
  • Patent Document 1 discloses that the variation in the amount of cooling water flowing from each cylinder into the longitudinal flow passage 04 is reduced to make the cooling performance of each cylinder uniform, but the longitudinal flow passage 04 is an example of a plurality of cylinders.
  • the path length is approximately the entire length in the longitudinal direction of the engine, the bubbles generated in the vertical flow passage (air Water vapor) tends to accumulate inside and makes it difficult for bubbles to escape, resulting in a problem of cooling performance.
  • Patent Document 1 does not show a technique that takes into account the bubble removal in the cooling water passage of the cylinder head having the longitudinal flow passage 04 and the transverse flow passage 03.
  • An object of the present invention is to provide a cylinder head having a cooling water passage that can efficiently discharge bubbles in the cooling water passage.
  • the present invention provides a cylinder head of an engine in which a plurality of cylinders are arranged in a longitudinal direction, and is provided on one side with respect to the arrangement direction of the plurality of cylinders.
  • a cooling water inlet for introducing cooling water; a cooling water outlet provided on the other side of the arrangement direction of the plurality of cylinders for discharging cooling water introduced from the cooling water inlet; and each of the plurality of cylinders
  • the cooling water disposed in the cylinder and introduced from the cooling water inlet crosses the plurality of cylinders in the short direction, and the cooling water flowing through the first cooling water passage merges and the plurality of cylinders
  • air bubbles (air / water vapor) generated in the first cooling water passage and the second cooling water passage flow toward the discharge port together with the cooling water, and the discharge port is formed in the raised portion. For this reason, bubbles (air / water vapor) gather at the raised portion, gather quickly at the outlet along with the flow of cooling water, and are discharged to the outside.
  • the engine can be mounted on a vehicle in an inclined manner, and the cooling water discharge port is provided at a highest position in the state where the engine is inclined in the second cooling water passage. It is characterized by. Bubbles are generated by cooling water boiling in the cooling water passage (in the water jacket) when cooling water is injected or depending on the operating conditions, and the cooling performance deteriorates. Therefore, the generated bubbles need to be discharged quickly. . In this invention, since it arrange
  • the second cooling water passage is arranged between an intake port connected to a combustion chamber of each cylinder of the plurality of cylinders and a bottom wall of the cylinder head.
  • the intake air flowing through the intake port is changed from below to the intake air. Heating action can be easily obtained, and intake air temperature can be stabilized. For example, when the intake air temperature is lowered, the cylinder block and the cylinder head can be warmed by the cooled cooling water, which can contribute to stabilization of the intake air temperature.
  • the second cooling water passage is disposed at a position close to the bottom wall of the cylinder head, the heat balance between the intake side and the exhaust side is made uniform with respect to the gasket sandwiched between the opposed gaps between the cylinder head and the cylinder block. Is possible. That is, since a heating action is generated on the intake side gasket, a uniform heat balance with the exhaust side gasket can be expected.
  • the cylinder head is provided between a third cooling water passage that is inclined horizontally or downward from an installation portion of the cooling water discharge port, and the first cooling water passage of each cylinder of the plurality of cylinders. And an air vent passage that connects the highest position of each in the cylinder row direction, and the air vent passage is connected to the third cooling water passage.
  • the air vent formed by connecting the first cooling water passages in the cylinder row direction to the third cooling water passages branched from the installation portion of the cooling water discharge port and inclined obliquely downward. Since the passages are connected, in addition to the effect of discharging the bubbles by the raised portion with respect to the bubbles passing through the second cooling water passage, the air vent passage is also provided for the bubbles generated in the first cooling water passage of each cylinder. Therefore, the air bubbles flowing through the air vent passage rise along the inclined portion of the third cooling water passage and are promptly guided to the discharge port, so that the second cooling is performed. It can be discharged to the outside together with the cooling water flowing from the water passage to the discharge port.
  • the air vent passage is located at the same height or lower than the cooling water discharge port in an inclined state of the engine.
  • the bubbles in the air vent passage can be reliably discharged to the outside.
  • the second cooling water passage is provided with a backflow prevention fin for preventing a backflow from the downstream side of the cooling water flow.
  • the cooling water introduced from the cylinder block to the cylinder head is cooled in the cylinder head having the cooling water passage that is discharged after joining the longitudinal flow passage in the cylinder row direction after the transverse flow across each cylinder. It is possible to efficiently discharge the bubbles in the water passage.
  • FIG. 6 shows a second embodiment and is a correspondence diagram of FIG. 5. It is explanatory drawing of a prior art.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram of an overall configuration showing a cooling water path of an engine cylinder head 1.
  • the cylinder head 1 is arranged on the upper part of the cylinder block 3 and is fastened by a cylinder head bolt 8 installed around a cylinder (cylinder) 5.
  • a cylinder head bolt 8 installed around a cylinder (cylinder) 5.
  • an example of an in-line four-cylinder diesel engine provided with two intake ports 4 for intake valves and two exhaust ports 6 for exhaust valves is shown (see FIGS. 1 and 5).
  • the cooling water passage formed in the cylinder head 1 is arranged on one side in the arrangement direction of the four cylinders 5 (on the right side in the arrangement direction of the four cylinders 5 in FIG. 1).
  • a pair of cooling water inlets 7 and 7 is provided for every five, and a cooling water outlet 9 is provided on the opposite side (on the left side in the arrangement direction of the four cylinders 5 in FIG. 1).
  • the cooling water inlet 7 is an inlet for introducing cooling water from the cylinder block 3 into the cooling water passage in the cylinder head 1.
  • the cooling water passage in the cylinder head 1 is composed of a transverse flow cooling water passage (first cooling water passage) 11 and a longitudinal flow cooling water passage (second cooling water passage) 13. Parts such as an intake valve, an exhaust valve, a fuel injection nozzle (or a spark plug in a gasoline engine vehicle), which are arranged in the upper part of the cylinder 5 and flow across the cylinder 5 from the coolant inlet 7 to the coolant outlet 9. And it is formed so that the periphery of these components may be cooled.
  • a camshaft (not shown) for driving the intake valve and the exhaust valve is disposed at the upper part of the cylinder 5 over the entire length of the cylinder head 1, and a bearing for receiving the camshaft and a cam chamber 22 for housing the camshaft body (see FIG. 4). ) Is provided.
  • the camshaft is supplied with oil from a cam bearing (cam journal) to lubricate the rotating part and the valve driving part of the camshaft. This oil accumulates on the lower surface of the cam chamber of the cylinder head (above the upper wall of the cylinder head 1) 26 (see FIG. 4) and passes through an oil drop hole (not shown) directed from the upper upper wall of the cylinder head 1 to the cylinder block. Return to the oil pan (not shown) below the engine.
  • the longitudinal flow cooling water passages 13 are provided extending in the direction of the cylinder rows, and are installed over substantially the entire length of the cylinder head 1.
  • a cooling water discharge port 15 is provided at the downstream end of the longitudinal flow cooling water passage 13, and the cooling water from each cylinder joined to the vertical flow cooling water passage 13 is discharged from the cooling water discharge port 15 to the outside. Is done.
  • the longitudinal flow cooling water passage 13 has a flat cross-sectional shape so as to be disposed along the bottom wall of the cylinder head 1, and all of the intake ports 17 of the four cylinders. It is located along the longitudinal direction of the cylinder head 1 and positioned below the axial direction of the cylinder 5. Further, it is arranged along the side wall of the cylinder head 1 on the intake port 17 side.
  • Temperature stabilization can be performed. For example, when the intake air temperature is lowered, the cylinder block and the cylinder head can be warmed up by the cooling water after cooling, which can contribute to stabilization of the intake air temperature.
  • the longitudinal flow cooling water passage 13 is disposed at a position close to the bottom wall of the cylinder head 1, the gasket sandwiched between the cylinder head 1 and the cylinder block 3 is heated on the intake side. As a result, the heat balance between the intake side and the exhaust side can be made uniform. That is, since a heating action is generated on the intake side gasket, a uniform heat balance with the exhaust side gasket can be expected.
  • the longitudinal cooling water passage 13 is inclined upward from the main body 13a disposed on the lower side of all the intake ports 17 of the four cylinders and the end of the main body 13a.
  • An inclined portion 13b that rises and a top portion 13c that is formed on the top of the inclination are provided.
  • a raised portion 18 is formed from the inclined portion 13b and the top portion 13c.
  • the raised portion 18 is formed in the downstream end region of the longitudinal flow cooling water passage 13.
  • the top portion 13c is provided with the cooling water discharge port 15, and the cooling water discharge port 15 is formed with a cylindrical connection port protruding in the same direction as the vertical flow direction of the vertical flow cooling water passage 13. . Moreover, this cooling water discharge port 15 is formed in the top part 13c so that it may be located in the highest position when an engine is mounted in a vehicle. The engine can be mounted on the vehicle at an angle (see FIG. 4).
  • a branch passage (third cooling water passage) 19 is formed by branching from the longitudinal flow cooling water passage 13 at the top 13c.
  • the branch passage 19 is formed to extend from the intake side to the exhaust side of the cylinder head 1 and has a branch inclined passage portion 19 a inclined obliquely downward.
  • the A branch discharge port 21 is provided at the lower end portion of the branch inclined passage portion 19a, and a cylindrical connection projecting in the same direction as the longitudinal flow direction of the longitudinal flow cooling water passage 13 in the same manner as the cooling water discharge port 15. Mouth is formed.
  • an EGR passage (exhaust gas recirculation passage) 23 is provided in parallel along the branch passage 19 below the branch passage 19 in the axial direction of the cylinder 5.
  • the cooling water in the cooling water passage boils when it is injected or depending on the operating condition, and bubbles are generated, deteriorating the cooling performance.
  • the generated bubbles need to be discharged quickly. is there.
  • Bubbles (air / water vapor) generated in the transverse flow cooling water passage 11 and the longitudinal flow cooling water passage 13 flow toward the cooling water discharge port 15 together with the cooling water, and the cooling water discharge port 15 has a raised top. Since it is formed in 13c and is located at the highest position when the engine is mounted, it can be discharged to the outside efficiently and without being retained.
  • an air vent passage 25 is provided by connecting the highest portions of the cross-flow coolant passage 11 in each cylinder.
  • the air vent passage 25 is formed with substantially the same center line L (also shown as a flow direction), has a diameter that allows bubbles to pass through, and is formed into a narrower tube than the longitudinal flow cooling water passage 13. Has been. Furthermore, it communicates with an intermediate portion of the branch inclined passage portion 19a (the outline of the flow is indicated by a dotted arrow A in FIG. 3).
  • the center line L of the air vent passage 25 is preferable for air discharge when formed so as to rise toward the connecting portion with the branch inclined passage portion 19a.
  • the cooling water discharge port 15 is connected to a radiator 29 through a discharge passage 27, the outlet of the radiator 29 is connected to a thermostat 31 for adjusting the cooling water temperature, and the outlet of the thermostat 31 is a water pump (circulating cooling water).
  • W / P) 33 the outlet of the water pump 33 is connected to the cylinder block 3, and the outlet of the cylinder block 3 is connected to the cylinder head 1 via the cooling water inlet 7.
  • the cooling water path is configured so that the cooling water circulates.
  • a bypass passage 35 that bypasses the radiator 29 and connects to the outlet side of the radiator 29 is connected to the branch discharge port 21.
  • a heater 37 for heating the passenger compartment is connected to the bypass passage 35, and the outlet of the heater 37 is connected to the thermostat 31.
  • the thermostat 31 adjusts the temperature of the cooling water flowing into the engine including the cylinder head 1 by adjusting the amount of the cooling water flowing from the radiator according to the temperature of the cooling water passing through the bypass passage 35. That is, for example, when the temperature of the cooling water is low, such as when the engine is started from a cold state, the temperature of the cooling water flowing through the bypass passage 35 is low, and the thermostat 31 is not opened or the opening degree is low. In such a state, only the cooling water passing through the bypass passage 35 is supplied to the cylinder head 1, and the cooling water passing through the radiator 29 does not flow downstream from the thermostat or has a small amount.
  • the cooling water is sent to the cooling water passage of the cylinder block 3 by the illustrated water pump 33, discharged from the cooling water outlet provided at the top of the cylinder block 3, and formed on the bottom wall of the cylinder head 1. It is supplied from the cooling water inlet 7 into the cylinder head 1.
  • the cooling water supplied to the cooling water passage in the cylinder head 1 flows so as to cool between the exhaust valves disposed in the exhaust ports 6, 6, and toward the intake side. It flows across the upper side of the combustion chamber and flows into the longitudinal flow cooling water passage 13 from the cooling water outlet 9 on the intake side.
  • the cross-flow cooling water of each cylinder that has flowed into the vertical flow cooling water passage 13 merges, flows toward the cooling water discharge port 15, is discharged from the cooling water discharge port 15, and is supplied to the radiator 29.
  • a part of the cooling water is diverted and flows into the branch passage 19, and the cooling water flowing into the branch passage 19 is discharged from the branch discharge port 21 and supplied to the heater 37. .
  • the cooling water supplied to each of the radiator 29 and the heater 37 passes through the heater 37 without passing through the radiator 29 by the thermostat 31 provided on the downstream side of the radiator 29. It adjusts by the temperature of the cooling water which flows through the bypass passage.
  • the thermostat 31 shields the flow from the radiator 29 so that the cooling water flowing through the bypass passage 35 is Warm up with the heat of the engine to promote warm-up of the engine.
  • the thermostat 31 causes the cooling water flowing through the radiator 29 to As the temperature of the cooling water flowing through the bypass passage increases, the valve is gradually opened so as to be supplied to the block 3 and the cylinder head 1, and the flow rate of the cooling water flowing through the radiator 29 is increased downstream of the thermostat 31. .
  • the thermostat 31 is fully opened, so that the cooling water flowing through the radiator 29 downstream of the thermostat 31 has a maximum flow rate.
  • the flow of the cooling water to the bypass passage 35 for bypassing the passage of the radiator 29 is branched from the portion of the cooling water discharge port 15 in the cylinder head 1, so that the outside of the cylinder head 1 is formed.
  • the cooling water discharge port 15 and the branch discharge port 21 protrude in the same direction from the longitudinal end surfaces of the cylinder head 1, piping work for connection to the outside is facilitated.
  • Bubbles in the transverse cooling water passage 11 of the cylinder head 1 are mainly discharged through the air vent passage 25 at the highest position of the transverse cooling water passage 11 to the intermediate portion of the branch inclined passage portion 19a when the water flow is gentle. Thereafter, the inclination of the branched inclined passage portion 19 a is raised to reach the top 13 c of the longitudinal flow cooling water passage 13 and is discharged together with the cooling water from the cooling water discharge port 15.
  • Bubbles in the longitudinal flow cooling water passage 13 are lifted upward by the effect of the water flow and the ridges 18, collected at the top 13 c of the longitudinal flow cooling water passage 13, and discharged from the cooling water discharge port 15 together with the cooling water. Is done.
  • the air vent passage 25 is also provided for bubbles generated in the transverse flow cooling water passage 11 of each cylinder. Therefore, the air is guided to the intermediate portion of the branch inclined passage portion 19a, and is raised to the cooling water discharge port 15 by the inclined portion and quickly discharged to the outside. Accordingly, it is possible to efficiently remove air from bubbles generated in the cooling water passage in the cylinder head 1.
  • the second embodiment is characterized in that a backflow prevention fin 53 for preventing a backflow from the downstream side of the cooling water flow is installed in the longitudinal flow cooling water passage 51.
  • FIG. 6 shows the structure of the longitudinal flow cooling water passage 51 of the second embodiment
  • FIG. 5 shows the structure of the longitudinal flow cooling water passage 13 of the first embodiment girder.
  • the reverse flow interferes with the cooling water flow.
  • a plurality of backflow prevention fins 53 are installed along the longitudinal flow cooling water passage 51 so as to have a louver shape to prevent the backflow indicated by the arrow G shown in FIG.
  • a smooth flow of the longitudinal cooling water is generated by minimizing the interference. As a result, the cooling performance can be further improved.
  • the plurality of backflow prevention fins 53 are arranged so as to protrude into the longitudinal flow cooling water passage 51 and restrict the longitudinal flow cooling water passage 51, the backflow is suppressed and the longitudinal flow is suppressed. Due to the suction effect associated with the flow of the cooling water, the cross-flow cooling water is sucked out to reduce the water flow resistance, and the cooling effect can be improved by increasing the amount of cooling water.
  • the in-line four-cylinder engine has been described.
  • the present invention can also be applied to, for example, a one-side bank of a V-type engine.
  • the cooling water introduced from the cylinder block to the cylinder head is cooled in the cylinder head having the cooling water passage that is discharged after joining the longitudinal flow passage in the cylinder row direction after the transverse flow across each cylinder. Since the discharge of bubbles in the water passage can be achieved efficiently, it is suitable for application to an engine cylinder head structure.

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Abstract

シリンダブロックからシリンダヘッドに導入される冷却水が各気筒を横切る横流れ後に、気筒列方向の縦流れの通路に合流して排出される冷却水通路を有するシリンダヘッドにおいて、前記冷却水通路内における気泡の排出を効率よく達成できることを目的とし、シリンダヘッド（１）内に冷却水を導入する冷却水入口（７）と、前記冷却水入口（７）から導入された冷却水を排出する冷却水排出口（１５）と、前記冷却水入口（７）から導入された冷却水が複数気筒を短手方向に横切る横流れ冷却水通路（１１）と、前記横流れ冷却水通路（１１）を流れた冷却水が合流するとともに複数気筒の配列方向に沿って前記冷却水排出口（１５）に向けて冷却水を流す縦流れ冷却水通路（１３）と、前記縦流れ冷却水通路（１３）の下流端部に設けられ前記縦流れ却水通路（１３）の本体部（１３ａ）より上昇した隆起部（１８）と、を有し、前記冷却水排出口（１５）が隆起部（１８）に設けられることを特徴とする。

Description

エンジンのシリンダヘッド
　本発明は、エンジンのシリンダヘッドに関し、特に、シリンダヘッド内の冷却水通路構造に関する。
　一般に、シリンダヘッドにおける冷却水通路は、シリンダヘッドにおいて動弁機構室の底を形成するアッパデッキと、シリンダヘッドの底面を形成するロアデッキとの間に形成されており、シリンダブロックを冷却したあとの冷却水が流入して、シリンダヘッド内の燃焼室上方を冷却した後にラジエータ側に流出するように構成されている。
　また、シリンダブロックを冷却した後のシリンダヘッドに流入する冷却水に対して、シリンダヘッドにおける冷却水通路を、排気ポート側から吸気ポート側に向かって横方向に流れるように構成することにより、各気筒に対する冷却性能の向上が行われている。
　例えば、特許文献１（特許第５１７６７５２号公報）には、添付の図７のように、シリンダブロックからの冷却水が冷却水入口０１からシリンダヘッド０２に導入されて、各気筒を横流れ通路０３通って吸気側の縦流れ通路０４によって排出される構造が示されている。
　また、この特許文献１には、縦流れ通路０４へ接続する各気筒の複数の連通口０５は冷却水出口０６から遠いほど断面の開口面積が大きく設定されることを示しており、これによって、縦流れ通路０４へ各気筒から流れ込む冷却水量のばらつきを小さくして、各気筒の冷却性能を均一化することが示されている。
特許第５１７６７５２号公報
　特許文献１では、各気筒から縦流れ通路０４へ流れ込む冷却水量のばらつきを小さくして、各気筒の冷却性能を均一化することが示されているが、縦流れ通路０４は、複数の気筒例に渡って形成されることより経路長としては略エンジンの長手方向の全長の長さを有するため、搭載時において水平方向に設置された場合には、縦流れ通路内に発生した気泡（空気・水蒸気）は内部に溜まりやすく、また気泡の抜けが困難になり、冷却性能の低下を招く問題を有する。
　また、各気筒部分を冷却する横流れの冷却水通路においても、冷却水通路内に発生する気泡の抜けが困難になり、冷却性能に悪影響を生じる恐れがある。
　特許文献１には、これら縦流れ通路０４および横流れ通路０３を有したシリンダヘッドの冷却水通路内における気泡の抜けを考慮した技術までは示されていない。
　そこで、本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、シリンダブロックからシリンダヘッドに導入される冷却水が各気筒を横切る横流れ後に、気筒列方向の縦流れの通路に合流して排出される冷却水通路を有するシリンダヘッドにおいて、冷却水通路内における気泡の排出を効率よく達成できるシリンダヘッドを提供することを目的とする。
　本発明は、かかる目的を達成するために、長手方向に複数気筒が配列されるエンジンのシリンダヘッドであって、前記複数気筒の配列方向に対して一方の側に設けられて前記シリンダヘッド内に冷却水を導入する冷却水入口と、前記複数気筒の配列方向に対して他方の側に設けられて前記冷却水入口から導入された冷却水を排出する冷却水排出口と、前記複数気筒の各気筒に配置され前記冷却水入口から導入された冷却水が前記複数気筒を短手方向に横切る第１冷却水通路と、前記第１冷却水通路を流れた冷却水が合流するとともに前記複数気筒の配列方向に沿って前記冷却水排出口に向けて冷却水を流す第２冷却水通路と、前記第２冷却水通路の下流端部に設けられ前記第２冷却水通路の本体部より上昇した隆起部と、を有し、前記冷却水排出口が前記隆起部に設けられることを特徴とする。
　かかる発明によれば、第１冷却水通路および第２冷却水通路において発生する気泡（空気・水蒸気）は、冷却水とともに排出口に向かって流れるが、該排出口は、隆起部分に形成されるため、隆起部に気泡（空気・水蒸気）が集まり、冷却水の流れととともに速やかに排出口に集まり、外部へと排出される。
　また、いくつかの実施形態では、前記エンジンは車両に傾斜して搭載可能であり、前記冷却水排出口は前記第２冷却水通路のうち前記エンジンが傾斜した状態で最も高い位置に設けられることを特徴とする。
　冷却水の注入時や、運転状態によっては冷却水通路内（ウォータジャケット内）の冷却水の沸騰により気泡が発生し、冷却性能を悪化させるため、発生した気泡は、速やかに排出する必要がある。
　本発明では、排出口が最高位置に位置するように配設されるため、効率よく気泡を排出できる。
　また、いくつかの実施形態では、前記第２冷却水通路は、前記複数気筒の各気筒の燃焼室に接続する吸気ポートと前記シリンダヘッドの底壁の間に配置されることを特徴とする。
　このような構成によれば、すなわち、第２冷却水通路を吸気ポートの下方であって、シリンダヘッドの底壁側に配置するため、吸気ポートを流れる吸気に対して、下方から吸気に対して加熱作用が得やすく、吸気温度の安定化を行うことができる。例えば、吸気温度が低下している場合には、シリンダブロックおよびシリンダヘッドを冷却後の冷却水によって暖気でき吸気温度の安定化に寄与できる。
　また、第２冷却水通路がシリンダヘッドの底壁に近い位置に配置されるため、シリンダヘッドとシリンダブロックの対向隙間に挟み込まれるガスケットに対して、吸気側と排気側との熱バランスの均一化が可能になる。すなわち、吸気側のガスケットに対して加熱作用が生じるため、排気側のガスケットとの熱バランスの均一化が期待できる。
　また、いくつかの実施形態では、前記シリンダヘッドは前記冷却水排出口の設置部分から水平または下方向に傾斜する第３冷却水通路と、前記複数気筒の各気筒の前記第１冷却水通路間のもっとも高い位置を気筒列方向にそれぞれ連結する空気抜き通路と、を有し、前記空気抜き通路は前記第３冷却水通路に連結していることを特徴とする。
　このような構成によると、冷却水排出口の設置部分から分岐して斜め下方向に傾斜する第３冷却水通路に、第１冷却水通路間を気筒列方向にそれぞれ連結して形成された空気抜き通路を連結するので、第２冷却水通路を通る気泡に対して隆起部分による気泡の排出効果に加えて、さらに、各気筒の第１冷却水通路内において発生する気泡に対しても、空気抜き通路を介して、隆起部の傾斜部分に導かれるので、空気抜き通路を通って流れた気泡も、第３冷却水通路の傾斜部分に沿って上昇して排出口へ速やかに導かれて、第２冷却水通路から排出口に流れる冷却水ととともに外部へ排出できる。
また、いくつかの実施形態では、前記空気抜き通路は、前記冷却水排出口よりも前記エンジンの傾斜状態で同高さの位置または低い位置にあることを特徴とする。
このような構成によると、空気抜き通路の気泡を確実に外部に排出できる。
　また、いくつかの実施形態では、前記第２冷却水通路には、冷却水流れの下流側からの逆流を防止する逆流防止フィンが設置されることを特徴とする。
　このような、逆流防止フィンを第２冷却水流路に設置することで、逆流を防止するとともに、吸出し効果によって、通水抵抗を低減でき、冷却水量の増大によって冷却効果を向上できる。
　本発明によれば、シリンダブロックからシリンダヘッドに導入される冷却水が各気筒を横切る横流れ後に、気筒列方向の縦流れの通路に合流して排出される冷却水通路を有するシリンダヘッドにおいて、冷却水通路内における気泡の排出を効率よく達成できる。
本発明の第１実施形態に係るシリンダヘッドの冷却水経路の全体構成を示す説明図である。 シリンダヘッドの冷却水通路の概略を示す斜視図であり、下方から斜視図である。 シリンダヘッドの冷却水の流れの概略を示す斜視図であり、上方からの斜視図である。 図３のＺ方向視の説明図である。 シリンダヘッドの下部の平面断面の概略図であり、冷却水通路を流れる冷却水の概要を示す説明図である。 第２実施形態を示し、図５の対応図である。 従来技術の説明図である。
　以下、本発明に係る実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
（第１実施形態）
　図１は、エンジンのシリンダヘッド１の冷却水経路を示す全体構成の説明図である。
　シリンダヘッド１はシリンダブロック３の上部に配置されており、気筒（シリンダ）５の周囲に設置されたシリンダヘッドボルト８によって締結される。実施形態においては、２つの吸気弁用の吸気ポート４と、２つの排気弁用の排気ポート６とを備えた直列４気筒のディーゼルエンジンの例を示している（図１、５参照）。
　図１に示すように、シリンダヘッド１に形成されている冷却水通路は、４つのシリンダ５の配列方向の片側に（図１において、４つのシリンダ５の配列方向に対して右側に）、シリンダ５ごとに一対の冷却水入口７、７と、反対側に（図１において、４つのシリンダ５の配列方向に対して左側に）冷却水出口９とが設けられている。冷却水入口７は、シリンダヘッド１内の冷却水通路にシリンダブロック３から冷却水を導入するための入口である。
　また、シリンダヘッド１内の冷却水通路は、横流れ冷却水通路（第１冷却水通路）１１と、縦流れ冷却水通路（第２冷却水通路）１３からなり、この横流れ冷却水通路１１は、冷却水入口７から冷却水出口９に至ってシリンダ５を横切るように流れて、シリンダ５の上部に配設される吸気弁、排気弁、燃料噴射ノズル（ガソリンエンジン車では、点火プラグ）等の部品およびこれら部品の周辺を冷却するように形成されている。
　また、シリンダ５の上部には吸気弁、排気弁を駆動する図示しないカムシャフトがシリンダヘッド１の全長にわたって配置され、このカムシャフトを受ける軸受けおよびカムシャフト本体を収容するカム室２２（図４参照）が設けられる。カムシャフトはカムの軸受け（カムジャーナル）からオイルが供給されカムシャフトの回転部やバルブ駆動部を潤滑する。このオイルはシリンダヘッドのカム室下面（シリンダヘッド１の上壁の上方）２６に溜まり（図４参照）、シリンダヘッド１の上壁の上方からシリンダブロックへ向けた図示しないオイル落とし穴を通過してエンジン下部の図示しないオイルパンに戻る。
　縦流れ冷却水通路１３は、気筒列の方向に伸びて設けられ、シリンダヘッド１の略全長域に渡って設置されており、また、前記横流れ冷却水通路１１を通過した冷却水が、それぞれの冷却水出口９から、縦流れ冷却水通路１３に流入して合流するようになっている。
　縦流れ冷却水通路１３の下流端部には、冷却水排出口１５が設けられており、縦流れ冷却水通路１３に合流した各シリンダからの冷却水が該冷却水排出口１５から外部に排出される。
　また、縦流れ冷却水通路１３は、図２、３に示すように、シリンダヘッド１の底壁に沿って配設されように扁平の断面形状を有し、４気筒の全ての吸気ポート１７のシリンダ５の軸線方向の下方に位置してシリンダヘッド１の長手方向に沿って配置される。さらに、吸気ポート１７側のシリンダヘッド１の側壁に沿っても配置されている。
　縦流れ冷却水通路１３を吸気ポート１７の下方即ち吸気ポート１７と底壁との間であって、シリンダヘッド１の底壁に沿って配置するため、吸気ポート１７を流れる吸気に対して、吸気温度の安定化を行うことができる。例えば、吸気温度が低下している場合には、シリンダブロックおよびシリンダヘッドを冷却後の冷却水によって暖機でき吸気温度の安定化に寄与できる。
　また、縦流れ冷却水通路１３がシリンダヘッド１の底壁に沿って近い位置に配置されるため、シリンダヘッド１とシリンダブロック３との間に挟み込まれるガスケットに対して、吸気側に対して加熱作用が生じ、吸気側と排気側との熱バランスの均一化が可能になる。すなわち、吸気側のガスケットに対して加熱作用が生じるため、排気側のガスケットとの熱バランスの均一化が期待できる。
　また、縦流れ冷却水通路１３は、図３に示すように、４気筒の全ての吸気ポート１７の下方側に配置される本体部１３ａと、該本体部１３ａの端部から上方に傾斜して立ち上がる傾斜部１３ｂと、傾斜の頂上に形成され頂上部１３ｃとを備えている。これら、傾斜部１３ｂと頂上部１３ｃから隆起部１８を形成している。このように隆起部１８は、縦流れ冷却水通路１３の下流端域に形成されている。
　この頂上部１３ｃには、前記冷却水排出口１５が設けられ、冷却水排出口１５には縦流れ冷却水通路１３の縦流れ方向と同一方向に突出した円筒形状の接続口が形成されている。また、この冷却水排出口１５は、エンジンを車両に搭載した際に最高位置に位置されるように、頂上部１３ｃに形成されている。エンジンは車両に傾斜して搭載可能になっている（図４参照）。
　さらに、頂上部１３ｃにおいて、縦流れ冷却水通路１３から分岐して分岐通路（第３冷却水通路）１９が形成されている。この分岐通路１９は、図３、４に示すように、シリンダヘッド１の吸気側から排気側へ向かって延伸して形成され、斜め下方向に傾斜した分岐傾斜通路部１９ａを有して構成される。この分岐傾斜通路部１９ａの下端部には、分岐排出口２１が設けられ、前記冷却水排出口１５と同様に、縦流れ冷却水通路１３の縦流れ方向と同一方向に突出した円筒形状の接続口が形成されている。
　なお、分岐通路１９のシリンダ５の軸線方向の下方側には、分岐通路１９に沿って並設してＥＧＲ通路（排ガス再循環通路）２３が配設されている。
　冷却水の注入時や、運転状態によっては冷却水通路内（ウォータジャケット内）の冷却水が沸騰して気泡が発生し、冷却性能を悪化させるため、発生した気泡は、速やかに排出する必要がある。
　横流れ冷却水通路１１および縦流れ冷却水通路１３で発生する気泡（空気・水蒸気）は、冷却水とともに冷却水排出口１５に向かって流れるが、該冷却水排出口１５は、隆起形状の頂上部１３ｃに形成されてエンジンの搭載時に最高位置に位置されるため、外部へと効率よく、且つ滞留させることなく排出させることができる。
また、各気筒における横流れ冷却水通路１１のもっとも高い部分の間をそれぞれ連結して空気抜き通路２５が設けられている。この空気抜き通路２５は、略同一の中心線Ｌ（流れの方向も兼ねて示す）を有して形成され、気泡が通過できる程度の径を有し、縦流れ冷却水通路１３より細い細管に形成されている。さらに、分岐傾斜通路部１９ａの中間部分に連通するようになっている（図３の点線矢印Ａで流れの概略を示す）。
　なお、空気抜き通路２５の中心線Ｌは、分岐傾斜通路部１９ａとの連結部分に向かって上昇するように形成されていると、空気排出には好ましい。
　＜冷却水経路＞
　次に、冷却水経路の概要について図１を参照して説明する。
　冷却水排出口１５には、排出通路２７を介してラジエータ２９に接続し、ラジエータ２９の出口は冷却水温度を調節するサーモスタット３１に接続し、サーモスタット３１の出口は冷却水を循環するウォータポンプ（Ｗ／Ｐ）３３に接続し、ウォータポンプ３３の出口はシリンダブロック３に接続し、シリンダブロック３の出口は、冷却水入口７を介してシリンダヘッド１に接続している。これによって、冷却水が循環するように冷却水経路が構成されている。
　また、分岐排出口２１には、ラジエータ２９をバイパスしてラジエータ２９の出口側に接続するバイパス通路３５が接続される。該バイパス通路３５には、車室内の暖房用のヒータ３７が接続され、ヒータ３７の出口はサーモスタット３１に接続されている。
　このサーモスタット３１は、バイパス通路３５を通過する冷却水温度に応じて、ラジエータから流入する冷却水の量を調整してシリンダヘッド１を含むエンジンへ流入する冷却水の温度を調整する。
　すなわち、例えば、エンジンが冷態状態から始動したときなど、冷却水温度が低い状態ではバイパス通路３５を流れる冷却水温度が低く、サーモスタット３１が開弁しない状態あるいは開度が低い状態となる。このような状態では、バイパス通路３５を通る冷却水のみがシリンダヘッド１に供給され、ラジエータ２９を通過する冷却水はサーモスタットより下流へ流れない状態もしくは流れる量が少ない状態になる。
　次に、前記冷却水経路における冷却水の流れについて説明する。
　まず、冷却水は、図示のウォータポンプ３３によって、シリンダブロック３の冷却水通路に送られ、シリンダブロック３の上部に設けられた冷却水出口から排出され、シリンダヘッド１の底壁に形成された冷却水入口７からシリンダヘッド１内に供給される。
　シリンダヘッド１内の冷却水通路に供給された冷却水は、図６に示すように、排気ポート６、６に配置される排気弁間を冷却するよう流れて吸気側に向かって、各気筒の燃焼室の上方を横切るように流れて吸気側の冷却水出口９から、縦流れ冷却水通路１３に流れ込む。
　縦流れ冷却水通路１３に流れ込んだ、各気筒の横流れ冷却水は合流して、冷却水排出口１５に向かって流れて、冷却水排出口１５から排出されて、ラジエータ２９に供給される。
　一方、冷却水排出口１５の近傍で冷却水の一部が分流して分岐通路１９に流れ、分岐通路１９に流れた冷却水は、分岐排出口２１から排出されて、ヒータ３７に供給される。
　さらに、ラジエータ２９、ヒータ３７にそれぞれ供給される冷却水は、ラジエータ２９の下流側に設けられたサーモスタット３１によって、ラジエータ２９を通過させる流れの流量を、ラジエータ２９を通過させずにヒータ３７を通過したバイパス通路の流れる冷却水の温度によって調整する。
　例えば、バイパス通路３５を流れる冷却水の温度が、サーモスタット３１の設定温度以下の冷態状態のときには、サーモスタット３１は、ラジエータ２９からの流れを遮蔽することで、バイパス通路３５を流れる冷却水をエンジンの熱で温めてエンジンの暖機を促進させる。
　また、バイパス通路３５を流れる冷却水の温度が、サーモスタット３１の設定温度を超えて全開となる所定の温度まで（例えば８０度）の状態のときには、サーモスタット３１は、ラジエータ２９を流れる冷却水がシリンダブロック３及びシリンダヘッド１へ供給されるように、バイパス通路を流れる冷却水の温度の上昇に合わせて徐々に開弁して、ラジエータ２９を流れる冷却水がサーモスタット３１の下流に流れる流量を多くする。
　バイパス通路を流れる冷却水の温度が、所定の温度を超えると、サーモスタット３１は全開となり、サーモスタット３１の下流へラジエータ２９を流れる冷却水が最大流量となるようにする。
　以上のように、ラジエータ２９の通過をバイパスさせるバイパス通路３５への冷却水の流れを、シリンダヘッド１内において冷却水排出口１５の部分から分岐して形成することで、シリンダヘッド１の外部での配管作業やレイアウトの煩雑さが解消される。
　また、冷却水排出口１５および分岐排出口２１は、それぞれシリンダヘッド１の長手方向の端面に同一方向に向かって突出しているため、外部との接続の配管作業が容易化される。
　＜気泡の排出＞
　次に、冷却水通路内に発生する気泡（空気・水蒸気）の排出流れについて説明する。
　シリンダヘッド１の横流れ冷却水通路１１内の気泡は、水流の緩やかな場合、主として横流れ冷却水通路１１の最も高い位置にある空気抜き通路２５を通って分岐傾斜通路部１９ａの中間部分に排出されて、その後、分岐傾斜通路部１９ａの傾斜を上昇して縦流れ冷却水通路１３の頂上部１３ｃに達して、冷却水排出口１５から冷却水とともに排出される。水流が早い場合、気泡の一部は空気抜き通路２５を通って排出されるが、一部は水流に流され縦流れ通路１３に向かう。
　縦流れ冷却水通路１３内の気泡は、水流と隆起部１８の効果により上方に上昇されて、縦流れ冷却水通路１３の頂上部１３ｃに集められて、冷却水とともに冷却水排出口１５から排出される。
　従って、シリンダブロック３からシリンダヘッド１に導入される冷却水が各気筒を横切る横流れ冷却水通路１１の流れ後に、気筒列方向の縦流れの冷却水通路１３に合流して排出される冷却水通路を有するシリンダヘッドにおいて、冷却水通路内における気泡抜きを効率よく達成できる。
　縦流れ冷却水通路１３の下流端部に形成された隆起部１８の構成による気泡の排出効果に加えて、各気筒の横流れ冷却水通路１１内において発生する気泡に対しても、空気抜き通路２５を介して、分岐傾斜通路部１９ａの中間部分に導かれるので、傾斜部分によって冷却水排出口１５へ上昇して速やかに外部へ排出される。
　従って、シリンダヘッド１内の冷却水通路において発生する気泡に対して空気抜きを効率よく達成できる。
（第２実施形態）
　次に、図５、６を参照して、第２実施形態について説明する。
　この第２実施形態は、縦流れ冷却水通路５１に、冷却水流れの下流側からの逆流を防止する逆流防止フィン５３が設置されることを特徴とする。
　図６に第２実施形態の縦流れ冷却水通路５１の構造を示し、図５には、第１実施桁形態の縦流れ冷却水通路１３の構造を示す。
　図５の第１実施桁形態の縦流れ冷却水通路１３の場合には、各気筒における横流れ冷却水の流れが、縦流れ冷却水の流れと合流する際に、矢印Ｇで示すように、横流れ冷却水の流れに対して逆流の流れが干渉する。
　第２実施形態においては、ルーバー状となるように複数の逆流防止フィン５３を、縦流れ冷却水通路５１に沿って設置して、図５に示す矢印Ｇで示す逆流を防止して、逆流による干渉を極力なくすようにして、縦流れ冷却水のスムーズな流れを生成する。その結果さらなる冷却性能の向上が得られる。
　また、図６のように、複数の逆流防止フィン５３を縦流れ冷却水通路５１内に突出させて、縦流れ冷却水通路５１を絞るように配設されるため、逆流を押えるとともに、縦流れ冷却水の流れに伴う吸出し効果で、横流れ冷却水が吸い出されて通水抵抗を低減でき、冷却水量の増大によって冷却効果の向上が得られる。
　なお、前述の第１、第２実施形態では直列４気筒エンジンについて説明したが、例えばＶ型エンジンの片側バンクに本発明を適応することもできる。
　本発明によれば、シリンダブロックからシリンダヘッドに導入される冷却水が各気筒を横切る横流れ後に、気筒列方向の縦流れの通路に合流して排出される冷却水通路を有するシリンダヘッドにおいて、冷却水通路内における気泡の排出を効率よく達成できるので、エンジンのシリンダヘッド構造への応用に適している。

Claims (6)

  1. 　長手方向に複数気筒が配列されるエンジンのシリンダヘッドであって、
    　前記複数気筒の配列方向に対して一方の側に設けられて前記シリンダヘッド内に冷却水を導入する冷却水入口と、
    　前記複数気筒の配列方向に対して他方の側に設けられて前記冷却水入口から導入された冷却水を排出する冷却水排出口と、
    　前記複数気筒の各気筒に配置され前記冷却水入口から導入された冷却水が前記複数気筒を短手方向に横切る第１冷却水通路と、
    　前記第１冷却水通路を流れた冷却水が合流するとともに前記複数気筒の配列方向に沿って前記冷却水排出口に向けて冷却水を流す第２冷却水通路と、
    　前記第２冷却水通路の下流端部に設けられ前記第２冷却水通路の本体部より上昇した隆起部と、
    　を有し、前記冷却水排出口が前記隆起部に設けられることを特徴とするシリンダヘッド。
  2. 　前記エンジンは車両に傾斜して搭載可能であり、
    　前記冷却水排出口は前記第２冷却水通路のうち前記エンジンが傾斜した状態で最も高い位置に設けられることを特徴とする請求項１に記載のシリンダヘッド。
  3. 　前記第２冷却水通路は、前記複数気筒の各気筒の燃焼室に接続する吸気ポートと前記シリンダヘッドの底壁の間に配置されることを特徴とする請求項１または２に記載のシリンダヘッド。
  4. 　前記シリンダヘッドは前記冷却水排出口の設置部分から水平または下方向に傾斜する第３冷却水通路と、
    　前記複数気筒の各気筒の前記第１冷却水通路間のもっとも高い位置を気筒列方向にそれぞれ連結する空気抜き通路と、
    　を有し、前記空気抜き通路は前記第３冷却水通路に連結していることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のシリンダヘッド。
  5. 　前記空気抜き通路は、前記冷却水排出口よりも前記エンジンの傾斜状態で同高さの位置または低い位置にあることを特徴とする請求項４に記載のシリンダヘッド。
  6. 　前記第２冷却水通路には、冷却水流れの下流側からの逆流を防止する逆流防止フィンが設置されることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のシリンダヘッド。
     
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