(57)【要約】【課題】冷却効果の高いシリンダヘッドを実現する。【解決手段】本開示の一形態に係るシリンダヘッド１において、誘導部８は、シリンダヘッド１のプラグボス４ａに対して冷却水の上流側であって、且つウォータジャケット５の底面との間で隙間が形成されるように当該ウォータジャケット５の天井面の側に配置され、ウォータジャケット５の天井面の側から底面の側に向かう第１の方向に延びる第１の軸と冷却水の上流側から下流側に向かう第２の方向に延びる第２の軸とで成す平面での誘導部８の断面形状は、第１の方向の成分と第２の方向の成分とを有する第３の方向に配置される第１の部分８ａと、少なくとも第１の方向の成分を有し、第３の方向と異なる第４の方向に配置される第２の部分８ｂと、を有する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウォータジャケット内を流れる冷却水を前記ウォータジャケットの底面のプラグボス周辺に誘導する誘導部を有するシリンダヘッドであって、
前記誘導部は、前記シリンダヘッドのプラグボスに対して前記冷却水の上流側であって、且つ前記ウォータジャケットの底面との間で隙間が形成されるように当該ウォータジャケットの天井面の側に配置され、
前記ウォータジャケットの天井面の側から底面の側に向かう第１の方向に延びる第１の軸と前記冷却水の上流側から下流側に向かう第２の方向に延びる第２の軸とで成す平面での前記誘導部の断面形状は、
前記第１の方向の成分と前記第２の方向の成分とを有する第３の方向に配置される第１の部分と、
少なくとも前記第１の方向の成分を有し、前記第３の方向と異なる第４の方向に配置される第２の部分と、を有する、シリンダヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、シリンダヘッドに関し、例えば、ウォータジャケット内を流れる冷却水を当該ウォータジャケットの底面のプラグボス周辺に誘導する誘導部を有するシリンダヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、エンジンの燃焼時にシリンダヘッドの燃焼室の側の面におけるプラグボス周辺が高温となるため負担が大きい。そのため、一般的なシリンダヘッドは、例えば、特許文献１に開示されているように、冷却水をプラグボス周辺に誘導する誘導部がウォータジャケット内に設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−８４６０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本出願人は、以下の課題を見出した。一般的なシリンダヘッドの誘導部は、冷却水をプラグボス周辺に誘導できる構成であるが、冷却水への抵抗が大きく、冷却水の流れに悪影響を及ぼして、かえって冷却効果を低下させる場合があった。
【０００５】
本開示は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、冷却効果の高いシリンダヘッドを実現する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の一態様に係るシリンダヘッドは、ウォータジャケット内を流れる冷却水を前記ウォータジャケットの底面のプラグボス周辺に誘導する誘導部を有するシリンダヘッドであって、
前記誘導部は、前記シリンダヘッドのプラグボスに対して前記冷却水の上流側であって、且つ前記ウォータジャケットの底面との間で隙間が形成されるように当該ウォータジャケットの天井面の側に配置され、
前記ウォータジャケットの天井面の側から底面の側に向かう第１の方向に延びる第１の軸と前記冷却水の上流側から下流側に向かう第２の方向に延びる第２の軸とで成す平面での前記誘導部の断面形状は、
前記第１の方向の成分と前記第２の方向の成分とを有する第３の方向に配置される第１の部分と、
少なくとも前記第１の方向の成分を有し、前記第３の方向と異なる第４の方向に配置される第２の部分と、を有する。
このような構成により、冷却水への抵抗を低減しつつ、冷却水をウォータジャケットの底面のプラグボス周辺に誘導することができる。そのため、一般的なシリンダヘッドに比べて、冷却効率を向上させることができる。
【発明の効果】
【０００７】
本開示によれば、冷却効果の高いシリンダヘッドを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態１のシリンダヘッドを模式的に示す斜視図である。
【図２】図１のII−II断面図である。
【図３】（ａ）は図１のIII−III断面の一部を示す図であり、（ｂ）は（ａ）の破線で囲った部分の拡大図である。
【図４】（ａ）は図１のIV−IV断面の一部を示す図である。
【図５】実施の形態２のシリンダヘッドにおける図１のII−II断面に対応する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本開示を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。但し、本開示が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。
【００１０】
＜実施の形態１＞
図１は、実施の形態１のシリンダヘッドを模式的に示す斜視図である。図２は、図１のII−II断面図である。図３（ａ）は、図１のIII−III断面の一部を示す図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）の破線で囲った部分の拡大図である。図４は、図１のIV−IV断面の一部を示す図である。
【００１１】
なお、以下の説明では、説明を明確にするために、三次元（ＸＹＺ）座標系を用いて説明する。ここで、Ｚ軸（第１の軸）−側がエンジンの燃焼室側であり、Ｚ軸＋側がヘッドカバーが取り付けられる側である。また、Ｘ軸（第２の軸）−側が冷却水の上流側であり、Ｘ軸＋側が冷却水の下流側である。
【００１２】
本実施の形態のシリンダヘッド１は、車両などのエンジンに用いられるシリンダヘッドである。先ず、本実施の形態のシリンダヘッド１の基本構成を説明する。シリンダヘッド１は、図１乃至図４に示すように、吸気ポート２、排気ポート３、プラグボス４及びウォータジャケット５を備えている。
【００１３】
吸気ポート２は、燃料をエンジンの燃焼室に供給するための供給路であり、所定の間隔を開けてＸ軸方向に配置されている。排気ポート３は、エンジンの燃焼室から排気ガスを排出するための排出路であり、所定の間隔を開けてＸ軸方向に配置されている。このような吸気ポート２と排気ポート３とは、Ｙ軸方向で対向するように配置されている。
【００１４】
プラグボス４には、点火プラグが固定される。プラグボス４は、ウォータジャケット５のＺ軸−側の面（即ち、底面）からＺ軸＋方向に突出しており、吸気ポート壁部６と排気ポート壁部７との間に配置されている。
【００１５】
ウォータジャケット５は、シリンダヘッド１の内部に形成されており、ウォータジャケット５のＸ軸−側の端部に形成された冷却水の流入口５ａ、及びウォータジャケット５のＸ軸＋側の端部に形成された冷却水の排出口５ｂを備えている。
【００１６】
このとき、プラグボス４と吸気ポート壁部６との間及びプラグボス４と排気ポート壁部７との間に隙間が形成されている。そのため、流入口５ａからウォータジャケット５内に流入した冷却水は、吸気ポート壁部６とプラグボス４との間、及び排気ポート壁部７とプラグボス４との間を縫うようにＸ軸＋方向に流れて排出口５ｂから排出される。
【００１７】
このようなシリンダヘッド１は、冷却水をウォータジャケット５の底面におけるプラグボス４周辺に誘導するための誘導部８を備えている。次に、本実施の形態のシリンダヘッド１の誘導部８の構成を説明する。誘導部８は、図２に示すように、冷却対象のプラグボス４ａの周辺に配置されている。
【００１８】
詳細には、誘導部８は、冷却対象のプラグボス４ａに対して冷却水の上流側に配置されている。例えば、誘導部８は、冷却対象のプラグボス４ａの外周面と吸気ポート壁部６との隙間に対して冷却水の上流側に配置されている。
【００１９】
誘導部８は、図２に示すように、Ｚ軸方向から見て、冷却水を冷却対象のプラグボス４ａに誘導できるように、ＹＺ平面に対して傾けて（例えば、Ｙ軸＋方向に向かうに従ってＸ軸＋方向に向かうように）配置されており、Ｘ軸−側に凸状の湾曲した形状に形成されている。
【００２０】
誘導部８のＺ軸＋側の端部は、図３（ａ）及び図４に示すように、ウォータジャケット５のＺ軸＋側の面（即ち、天井面）に固定され、誘導部８のＺ軸−側の端部は、ウォータジャケット５の底面との間で所定の隙間を開けて配置されている。
【００２１】
誘導部８のＹ軸−側の端部は、図２に示すように、吸気ポート壁部６に固定され、誘導部８のＹ軸＋側の端部は、プラグボス４の外周面との間で所定の隙間を開けて配置されている。つまり、誘導部８は、ウォータジャケット５の天井面からＺ軸−方向に垂れ下がった形状を基本形態としている。
【００２２】
このとき、ＸＺ平面での誘導部８の断面形状は、第１の部分８ａ及び当該第１の部分８ａに対してＺ軸＋側に配置され、第１の部分８ａと連続する第２の部分８ｂを備えている。第１の部分８ａは、ＸＺ断面において、ウォータジャケット５の天井面の側から底面の側に向かうＺ軸−方向である第１の方向の成分と、冷却水の上流側から下流側に向かうＸ軸＋方向である第２の方向の成分と、を有する第３の方向に配置されている。
【００２３】
例えば、第１の部分８ａは、Ｘ軸−側の面８ｃ及びＸ軸＋側の面８ｄを備えている。そして、Ｘ軸−側の面８ｃとＸ軸＋側の面８ｄとは、ＸＺ断面において、略平行に配置されており、第３の方向に延在している。
【００２４】
そのため、図３（ｂ）に示すように、ＸＺ断面において、第１の部分８ａのＺ軸＋側の端部におけるＸ軸−側の面８ｃとＸ軸＋側の面８ｄとの厚さ方向中央の点Ｐ１から、第１の部分８ａのＺ軸−側の端部におけるＸ軸−側の面８ｃとＸ軸＋側の面８ｄとの厚さ方向中央の点Ｐ２に向かう第３の方向の第１のベクトルＶ１は、Ｚ軸−方向への成分とＸ軸＋方向への成分とを有することになる。
【００２５】
第２の部分８ｂのＺ軸＋側の端部は、ウォータジャケット５の天井面に固定され、第２の部分８ｂのＺ軸−側の端部は、第１の部分８ａのＺ軸＋側の端部に固定されている。そして、第２の部分８ｂは、ＸＺ断面において、少なくとも第１の方向の成分を有し、第３の方向と異なる第４の方向に配置されている。
【００２６】
例えば、第２の部分８ｂは、Ｘ軸−側の面８ｅ及びＸ軸＋側の面８ｆを備えている。Ｘ軸−側の面８ｅとＸ軸＋側の面８ｆとは、ＸＺ断面において、略平行に配置されており、第４の方向に延在している。このとき、第４の方向は、ＸＺ断面において、Ｚ軸−方向である。
【００２７】
そのため、ＸＺ断面において、第２の部分８ａのＺ軸＋側の端部におけるＸ軸−側の面８ｅとＸ軸＋側の面８ｆとの厚さ方向中央の点Ｐ３から、第２の部分８ｂのＺ軸−側の端部におけるＸ軸−側の面８ｅとＸ軸＋側の面８ｆとの厚さ方向中央の点Ｐ４に向かう第４の方向の第２のベクトルＶ２は、Ｚ軸−方向への成分のみを有することになる。
【００２８】
つまり、誘導部８は、ＸＺ平面での断面形状が２方向の成分を有し、Ｚ軸−側の部分が冷却水の上流側から下流側に向かって屈曲している。このような誘導部８の構成により、ウォータジャケット５内を流れる冷却水が誘導部８に接触して、Ｚ軸−側に誘導されると共に、冷却対象のプラグボス４ａの側に誘導される。
【００２９】
これにより、シリンダヘッド１における熱負荷が大きいＺ軸−側の面のプラグボス４の周辺を良好に冷却することができる。このとき、誘導部８における第１の部分８ａは、冷却水の上流から下流に向かって傾斜しているので、冷却水への抵抗を低減できる。
【００３０】
そのため、本実施の形態のシリンダヘッド１は、一般的なシリンダヘッドに比べて、冷却効率を向上させることができる。
【００３１】
しかも、本実施の形態の誘導部８は、Ｚ軸方向から見て、冷却水を冷却対象のプラグボス４ａに誘導できるように、ＹＺ平面に対して傾けて配置されている。そのため、冷却水を良好に冷却対象のプラグボス４ａに誘導することができ、冷却効率をさらに向上させることができる。
【００３２】
ここで、一般的なシリンダヘッドのウォータジャケットは、中子によって形成される。しかしながら、本実施の形態のシリンダヘッド１の誘導部８は、Ｚ軸と直交する方向から見た断面形状が２方向の成分を有するため、例えば、中子を形成するための型の抜き方向がＺ軸方向である場合、型を抜く際に中子における誘導部８の第１の部分８ａに対応する部分が当該型に引っ掛かり、型を抜くことができない。そのため、本実施の形態のシリンダヘッド１は、３Ｄプリンタによって積層造形すればよい。
【００３３】
なお、本実施の形態の誘導部８の第１の部分８ａにおけるＸ軸−側の面８ｃ及びＸ軸＋側の面８ｄは、第３の方向に延在する傾斜面に限らず、湾曲面であってもよい。また、誘導部８のＺ軸＋側の端部をウォータジャケット５の天井面に固定しているが、誘導部８のＺ軸＋側の端部をウォータジャケット５の天井面に固定していなくてもよい。
【００３４】
要するに、誘導部８は、冷却水をウォータジャケット５の底面におけるプラグボス４の周辺に導きつつ、冷却水への抵抗を抑制できるように、少なくともＺ軸−方向である第１の方向の成分とＸ軸＋方向である第２の方向の成分とを有する第３の方向に配置される第１の部分と、少なくとも第１の方向の成分を有し、第３の方向と異なる第４の方向に配置される第２の部分と、を有していれば、基本形態及び固定箇所は限定されず、例えば、誘導部８は、冷却対象のプラグボス４ａの外周面と排気ポート壁部７との隙間に対して冷却水の上流側に配置されてもよい。
【００３５】
＜実施の形態２＞
上述のようなシリンダヘッド１を３Ｄプリンタによって積層造形する場合、積層方向によっては、誘導部８を形成するためにサポートが必要な場合がある。そこで、実施の形態２のシリンダヘッド２１においては、図５に示すように、Ｚ軸方向から見て、例えば、誘導部２２で隣接する吸気ポート壁部６を連結するように、誘導部２２の両端部を夫々、吸気ポート壁部６に固定している。
【００３６】
これにより、誘導部２２における誘導部８に対応する部分を形成する際に、先ず、誘導部２２における他の部分を形成し、当該誘導部２２における他の部分をサポートに用いて、誘導部２２における誘導部８に対応する部分を形成することができる。そのため、誘導部２２を形成中に、当該誘導部２２の損傷を抑制することができる。また、シリンダヘッド２１を形成後に、サポートである誘導部２２における他の部分を除去する必要がない。なお、図５では、二重でハッチングを施した部分が誘導部２２における誘導部８に対応する部分である。
【００３７】
このとき、誘導部２２における他の部分もプラグボス４の周辺に冷却水を誘導できる形状であればよい。但し、本実施の形態では、誘導部２２の端部を吸気ポート壁部６に固定したが、誘導部２２の端部を固定する箇所は、シリンダヘッド２１の積層方向などに応じて、適宜、変更することができる。要するに、誘導部２２の両端部がウォータジャケット５内に固定されていればよい。
【００３８】
本開示は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００３９】
１  シリンダヘッド
２  吸気ポート
３  排気ポート
４  プラグボス
４ａ  冷却対象のプラグボス
５  ウォータジャケット、５ａ  流入口、５ｂ  排出口
６  吸気ポート壁部
７  排気ポート壁部
８  誘導部
８ａ  第１の部分、８ｃ  Ｘ軸−側の面、８ｄ  Ｘ軸＋側の面
８ｂ  第２の部分、８ｅ  Ｘ軸−側の面、８ｆ  Ｘ軸＋側の面
２１  シリンダヘッド
２２  誘導部
【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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