(57)【要約】      （修正有）【課題】隔壁で隔てた上部冷却水ジャケットと下部冷却水ジャケットとが形成されているシリンダヘッドにおいて、鋳造に際して上中子を安定良く保持することに起因して隔壁に連通穴が存在しても、連通穴の通水を阻止して上下ジャケットでの流れを適切化する。【解決手段】上部冷却水ジャケット６を形成するための上中子１８を安定よく支持するため、下部冷却水ジャケット７を形成するための下中子１７には上向きの安定用突部１９を設けて、上中子１８には凹所２０を形成している。鋳造後には、安定用突部１９に対応して、隔壁１５に連通穴１６が空いている。隔壁１５の下面のうち連通穴１６の周囲部に、冷却水を下向きに方向変換させる下向き突起２６が形成されている。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳造されたシリンダヘッドの内部に、上部冷却水ジャケットと下部冷却水ジャケットとが、隔壁を介して上下に重なるように形成されており、前記隔壁には、鋳造に際して前記上部冷却水ジャケットを形成するための中子に安定用突起部を設けたことに起因して連通穴が形成されている構成であって、
前記隔壁の下面のうち前記連通穴の周囲の一部又は全部に、前記連通穴に向けて流れる冷却水が前記連通穴に流入しないように方向変換させる下向き突起を形成している、
内燃機関のシリンダヘッド。
【請求項２】
前記下向き突起の下面は、前記連通穴から冷却水の流れ方向上流側に遠ざかるに従って低くなるように傾斜又は湾曲している、
請求項１に記載した内燃機関のシリンダヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、上下に分離した２層式の冷却水ジャケットが内部に形成されたシリンダヘッドに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関のシリンダヘッドには、冷却水が流れる冷却水ジャケットを形成しているが、冷却水ジャケットを上部冷却水ジャケットと下部冷却水ジャケットとに分離して２層式に構成することが行われている（例えば特許文献１の段落００２７）。特に、シリンダヘッドの内部に排気集合部を形成して、排気側面には１つの排気出口穴を開口させた形態の場合、排気集合部が受ける熱量が高くなるため、冷却水ジャケットを上下の２層式に構成して排気集合部を上下から冷却する必要性は高くなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−５２４３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
シリンダヘッドは、アルミ又は鉄を材料にして鋳造されており、空洞部である冷却水ジャケットは、冷却水ジャケットと同じ形状の中子を鋳型の内部に配置することによって形成されているが、上部冷却水ジャケットはかなりの容積があるため、これを形成するための上中子もある程度の大きさ（長さ）があり、そこで、中子を鋳型内に安定的に保持するために、一端と他端との間の中途部に、中子に安定用突部（足部）を設ける必要がある。
【０００５】
なお、下部冷却水ジャケットを形成するための下中子には、外枠で支持される多数の足部を下向きに突設している。
【０００６】
中子の安定用突部に対応した箇所は鋳造後は空洞になるため、上部冷却水ジャケットと下部冷却水ジャケットとを隔てる隔壁には、安定用突部を設けたことに起因して連通穴が空いており、冷却水は、この連通穴を介して下部冷却水ジャケットから上部冷却水ジャケットに通水し得る。
【０００７】
そして、特許文献１では、連通穴を積極的に利用して、下部冷却水ジャケットから上部冷却水ジャケットに冷却水を流しているが、下部冷却水ジャケットと上部冷却水ジャケットとにそれぞれ冷却水流入部を設けている場合のように、連通穴を介して冷却水が流れるのは好ましくない場合がある。或いは、多数の連通穴のうち、一部の連通穴については通水機能を遮断したい場合もある。
【０００８】
つまり、連通穴が存在すること自体は、上中子を安定的に保持するために必要であるが、連通穴の通水機能は不要な場合がある。この点については、通水機能が不要な連通穴をプラグで塞いだらよいと考えられるが、一々プラグを装着するのには多大の手間が掛かる問題や、万が一、プラグがジャケットに脱落すると、エンジンに甚大なトラブルを発生させてしまうおそれがある。
【０００９】
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り、簡単な構造で連通穴の通水機能を抑制できるようにしようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本願発明は、請求項１のとおり、
「鋳造されたシリンダヘッドの内部に、上部冷却水ジャケットと下部冷却水ジャケットとが、隔壁を介して上下に重なるように形成されており、前記隔壁には、鋳造に際して前記上部冷却水ジャケットを形成するための中子に安定用突起部を設けたことに起因して連通穴が形成されている」
という基本構成において、
「前記隔壁の下面のうち前記連通穴の周囲の一部又は全部に、前記連通穴に向けて流れる冷却水が前記連通穴に流入しないように方向変換させる下向き突起を形成している」
という構成を付加している。
【００１１】
本願発明は、様々に展開できる。その例として請求項２では、請求項１において、
「前記下向き突起の下面は、前記連通穴から冷却水の流れ方向上流側に遠ざかるに従って低くなるように傾斜又は湾曲している」
という構成になっている。
【発明の効果】
【００１２】
下部冷却水ジャケットにおいて、冷却水は、大まかにはクランク軸線方向に流れており、下流端部において上部冷却水ジャケットの冷却水と合流して、ラジエータを経由して、又は、ラジエータを経由することなくウォータポンプに送られる。
【００１３】
そして、本願発明では、下部冷却水ジャケットを流れる冷却水が連通穴の近くに至ると、下向き突起によって流れ方向が下向き等に変えられて、連通穴への流入が阻止される。従って、冷却水は連通穴を素通りする状態になる。これにより、プラグで塞ぐことなく、連通穴への通水を阻止又は著しく抑制できる。従って、下部冷却水ジャケットから上部冷却水ジャケットに通水することを阻止して、下部冷却水ジャケットと上部冷却水ジャケットとで独立した冷却を行うことを、構造の複雑化やコストアップをもたらすことなく実現できる。
【００１４】
下向き突起は、等厚で筒状や円弧状に形成することも可能であるが、請求項２のように下面を傾斜又は湾曲させると、冷却水は、流れ方向が下向きにスムースに方向変換する。従って、下向き突起の箇所に乱流や渦流が生じることを防止して、冷却水の流れをスムース化できると共に、より冷却を強化したい燃焼室裏面に水流を集中させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】ヘッドジャケットとブロックジャケットとを上方から見た斜視図である。
【図２】ヘッドジャケットとブロックジャケットとを下方から見た斜視図である。
【図３】上部冷却水ジャケットを示す平断面図である。
【図４】下部冷却水ジャケットを示す平断面図である。
【図５】（Ａ）は図３の V-V視断面図、（Ｂ）（Ｃ）は鋳造の手順を示す要部断面図である。
【図６】（Ａ）は鋳造後の状態を示す断面図、（Ｂ）は不要部の切除加工状態を示す断面図、（Ｃ）は図５（Ａ）のVIC-VIC 視底面図、（Ｄ）（Ｅ）は他の例の底面図である。
【図７】第２実施形態に係るシリンダヘッドの斜視図である。
【図８】下部冷却水ジャケットを示す図で、図７の VIII-VIII視断面図である。
【図９】上部冷却水ジャケットを示す図で、図７の IX-IX視断面図である。
【図１０】中子の分離平図である。
【図１１】中子の別例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
次に、本願発明を自動車用内燃機関のシリンダヘッドに適用した実施形態を、図面に基づいて説明する。本実施形態では、方向を特定するため前後・左右の文言をするが、前後方向はクランク軸線方向（カム軸の軸線方向）であり、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。前と後ろは、一般的な呼び方に基づき、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。念のため、図１等に方向を明示している。
【００１７】
(1).第１実施形態の基本構造
まず、図１〜６に示す第１実施形態を説明する。図１，２に示すように、内燃機関の冷却系統は、シリンダブロック１に設けたブロックジャケット２と、シリンダヘッド３に設けたヘッドジャケット４とを備えている。図２のとおり、ブロックジャケット２は気筒の群を囲うようにループ状になっており、その前端部でかつ吸気側の部位に送水通路５が接続されている。
【００１８】
他方、ヘッドジャケット４は、上部冷却水ジャケット６と下部冷却水ジャケット７との上下２層式になっている。そして、シリンダヘッド３の前部に、クランク軸と直交した短手方向に長い補助通路８を形成し、補助通路８の排気側端部８ａを上部冷却水ジャケット６と下部冷却水ジャケット７との排気側前端部に連通させている。冷却水は、ブロックジャケット２を経由してかち、図示しない連通路を介して補助通路８に流入し、補助通路８の排気側端部８ａから上部冷却水ジャケット６及び下部冷却水ジャケット７に流入する。
【００１９】
冷却水は、上部冷却水ジャケット６と下部冷却水ジャケット７とにおいて、左右方向に広がりながら後ろ向きに流れていき、シリンダヘッド３の後端部で１つの出口部９に集合し、ここから分配ユニットを介してラジエータやウォータポンプ等に流れていく。
【００２０】
本実施形態では、シリンダヘッド３の内部に排気集合部が形成されており、シリンダヘッド３の排気側面には、１つの排気出口穴が開口しているだけである。このため、図１、４，５に示すように、上部冷却水ジャケット６及び下部冷却水ジャケット７とも、排気側においてクランク軸線方向に長く広がっている。
【００２１】
図２，４に示すように、下部冷却水ジャケット７及び上部冷却水ジャケット６は、それぞれ左右方向にも広がっている。すなわち、上部冷却水ジャケット６と下部冷却水ジャケット７は、それぞれ吸気側と排気側との両方に広がった１部屋方式になっている。下部冷却水ジャケット７及び上部冷却水ジャケット６には、内燃機関として必要な要素を設けるために、多数の肉部が存在している。
【００２２】
図３，４において、符号は１１はヘッドボルトを示し、符号１２は弁軸を示し、符号１３は点火プラグを示している。
【００２３】
(2).連通穴
図５（Ａ）に模式的に示すように、上部冷却水ジャケット６と下部冷却水ジャケット７とは、略水平状に広がる隔壁１５によって隔てられている。そして、隔壁１５のうちボア間に対応した箇所に、それぞれ連通穴１６が空いている。この連通穴１６は、シリンダヘッド３を鋳造するに際して、上部冷却水ジャケット６を形成するための中子を安定的に保持するためにできたものである。
【００２４】
すなわち、シリンダヘッド３を鋳造するに当たっては、図５（Ｂ）（Ｃ）に示すように、下部冷却水ジャケット８を形成するための砂製の下中子１７と、上部冷却水ジャケット７を形成するための砂製の上中子１８とが使用されており、上中子１８は、前端部においては、補助通路８の排気側端部８ａに対応した部位において下中子１７で支持されて、後端部においては、出口部９に対応した箇所において下中子１７に支持されているが、上中子１８は長いため、前後両端のみの支持構造では上中子１８を安定的に保持できない（破損してしまう）という問題があり、そこで、下中子１７のうち前後両端の間の複数箇所（２か所）に、上中子１８を支持する上向きの安定用突部１９を設けているのであり、その結果、鋳造後には、安定用突部１９に対応した連通穴１６が空いている。
【００２５】
本実施形態では、上窄まりのテーパ状の安定用突部１９を下中子１７に設けて、上中子１８には、安定用突部１９の上部が嵌まる上窄まりの凹所２０を形成している。安定用突部１９の外周と凹所２０の内周との間には、若干のクリアランスを設けているが、安定用突部１９の上端面は凹所２０の上底面に当接している。
【００２６】
鋳造してから中子１７，１８等を排除すると、図６（Ａ）に示すように、安定用突部１９と凹所２０とのクリアランスに対応したテーパ状の筒部２１が形成されるが、この筒部２１は、エンドミル又はドリル等の等の切削工具２２で切除している。また、上部冷却水ジャケット６の上に位置した上壁２３（動弁室の底部）には、切削工具２２が貫通した穴２４が空くが、この穴２４はプラグ２５で塞いでいる。なお、筒部２１の上端には、これを塞ぐような薄いバリが生じることがあるが、このバリは、筒部２１と一緒に切削工具２２によって切除される。
【００２７】
本実施形態では、冷却水は、上部冷却水ジャケット６と下部冷却水ジャケット７とにおいて個別に流入しているため、連通穴１６を介して冷却水が下部冷却水ジャケット７から上部冷却水ジャケット６に通水することは好ましくない。そこで、隔壁１５の下面（下部冷却水ジャケット７の上内面）のうち連通穴１６の周囲の部位に、冷却水を下方に案内する下向き突起２６を形成している。
【００２８】
下向き突起２６は、連通穴１６の周囲の部位のうち、冷却水の流れ方向の上流側の半分程度のエリアに形成しており、かつ、その下面は、連通穴１６から流れ方向の上流側に遠ざかるほど低くなるように傾斜（緩く湾曲）している。従って、冷却水は、図５（Ａ）に矢印で示すように、下向き突起２６により、下向きに方向変換して連通穴１６を跨ぐような状態になって、連通穴１６に入りこむことはない。すなわち、冷却水は、連通穴１６を素通りしてしまう。この作用は、冷却水の流速が速くなるほど顕著に現れるため、現実には、冷却水が連通穴１６に入り込むことは殆どないと云える。
【００２９】
下向き突起２６は、様々に具体化できる。図６（Ｄ）の例では、下向き突起２６を、連通穴１６から上流側に遠ざかるほど間隔が狭まるように、底面視山形に形成している。この例では、連通穴１６に向かってきた冷却水は、下向きに方向変換されつつ二手に分かれ、連通穴１６を迂回して通過していくため、連通穴１６への流れ込み防止効果を更に向上できると云える。
【００３０】
図６（Ｅ）に示す例では、下向き突起２６を連通穴１６の全周に亙って形成している。図示は省略しているが、この例でも、下向き突起２６は、図６（Ｃ）と同様に、連通穴１６の外側に向けて傾斜している。冷却水の流れ方向はまちまちであり、シリンダヘッド３の左右方向から連通穴１６に向かう場合もあるが、この（Ｅ）の例では、冷却水がどの方向から向かってきても、下方に方向変換させることができる。これらの各例は、冷却水の流れ状態に応じて適宜選択して使用できる。
【００３１】
図５（Ａ）に一点鎖線で示すように、下部冷却水ジャケット７の下内面に、下向きに方向変換した冷却水を下方に逃がす溝（或いは凹所）２９を形成することも可能である。このように溝２９を形成すると、乱流や渦流の発生を的確に防止できるため、スムースな流れと連通穴１６への通水阻止機能とを一層確実化できる。
【００３２】
図示したように、安定用突部１９と凹所２０とを嵌め合わせると、上下の中子１８，１７の位置決めが容易になる。実施形態では、安定用突部１９を下中子１７に形成したが、上中子１８に安定用突部１９を形成して、下中子１７に凹所２０を形成することも可能である。更に、凹所２０を形成せずに、下中子１７又は上中子１８に安定用突部１９を形成しただけの構成や、図１１に示すように、上部冷却水ジャケット６と下部冷却水ジャケット７とに安定用突部１９を形成し、両者の端面を互いに当接させることも可能である。
【００３３】
さて、上下中子１８，１７の突部等を当接させた場合、鋳造後に当接部に発生したバリを破るために、エンドミル又はドリル等の切削工具２２で切除する必要があるが、その加工ストローク量を減らす意味や、切削工具貫通時に下部冷却水ジャケット７の天井壁に加工バリが残りやすく流れを乱すリスクが増える等の懸念を抑制する意味でも、実施形態のように上中子に凹所２０を形成し、下中子に安定用突部１９を形成することは合理性がある。
【００３４】
なお、図２に示すように、下部冷却水ジャケット７には下向き開口穴７ａが繋がっているが、下向き開口穴７ａは、既に述べたように、鋳造に際して下中子１７を外型に安定的に支持するために設けた足部の名残である。この下向き開口穴７ａはブロックジャケット２の上に位置しているが、シリンダヘッド３とシリンダブロック１との間にはガスケットが介在しているため、ブロックジャケット２と下部冷却水ジャケット８との間の通水は阻止されている。
【００３５】
(3).第２実施形態
図７〜１０では、第２実施形態を示している。この実施形態でも、シリンダヘッド３の内部に排気集合部が形成されており、図７に示すように、シリンダヘッド３の排気側面には１つの排気ガス出口３０が開口している。下部冷却水ジャケット７では、図９に示すように、ヘッドジャケット４のうち吸気側には１層のみの吸気側ジャケット３１が形成されて、排気側には、図８，９のとおり、排気側上部冷却水ジャケット３２（図９参照）と、排気側下部冷却水ジャケット３３（図８参照）とが形成されている。
【００３６】
このため、鋳造用の中子は、図１０に示すように、吸気側ジャケット３１及び排気側下部冷却水ジャケット３３とを連続させた状態の下中子３４ａと、排気側上部冷却水ジャケット３２に対応した上中子３４ｂとに分離している。従って、上中子３４ｂは、下中子３４ａに対して部分的に重なっている。
【００３７】
図８，９において符号３５で示すのは吸排気ポートであり、符号３８で示すのは、ブロックジャケットと連通した送水穴である。この実施形態では、図８のとおり、シリンダヘッド３のうち吸気側に前後長手のリターン通路３６が形成されており、冷却水は、戻り集合部３７からリターン通路３６を経由して戻り通路３９に流入し、戻り通路３９から下向きに流れた冷却水は、シリンダブロックに形成されている通路を経由してウォータポンプに戻る。
【００３８】
この実施形態では、上部冷却水ジャケット３２と排気側下部冷却水ジャケット３３とは、上流側の端部と下流側の端部とで連通している。従って、排気側上部冷却水ジャケット３２を形成するための上中子３４ｂは、下中子３４ａに対して、前後両端部において支持されている。
【００３９】
そして、図１０に示すように、下中子３４ａのうち排気側の部位に、前後両端の間の箇所に前後２本の上向き安定用突部１９を形成している一方、上中子３４ｂの下面には、上向き安定用突部１９が嵌まる凹所２０を形成している。なお、この実施形態でも、第１実施形態の場合と同様に、上向き安定用突部１９と凹所２０とはテーパ状に形成するのが好ましい。
【００４０】
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。
【符号の説明】
【００４１】
２  ブロックジャケット
３  シリンダヘッド
４  ヘッドジャケット
５  ブロック行き送水通路
７，３２  上部冷却水ジャケット
８，３３  下部冷却水ジャケット
８  補助通路
９  下流側の集合部
１５  隔壁
１６  連通穴
１８，３４ｂ  上中子
１７，３４ａ  下中子
１９  安定用突部
２２  凹所
２６  下向き突起
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2020051291.tif 000010
【図９】
2020051291.tif 000011
【図１０】
2020051291.tif 000012
【図１１】
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