(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダヘッドの底面に形成された複数の燃焼室頂部と、
前記複数の燃焼室頂部のそれぞれに連通する複数の排気ポートと、
前記シリンダヘッドの内部で前記複数の排気ポートを集合させる排気集合部と、
前記燃焼室頂部を冷却する燃焼室用ウォータージャケットと、
前記排気集合部に対してシリンダ軸線方向の上側に配置され、前記排気集合部を冷却する上側排気用ウォータージャケットと、
前記排気集合部に対してシリンダ軸線方向の下側に配置され、前記排気集合部を冷却する下側排気用ウォータージャケットと、
前記シリンダヘッドのシリンダ列方向の一側面に開口し、前記上側排気用ウォータージャケット内を流れる冷却液の出口となる第１出口開口部と、
前記シリンダヘッドのシリンダ列方向の一側面に開口し、前記下側排気用ウォータージャケット内を流れる冷却液の出口となる第２出口開口部と、
前記シリンダヘッドのシリンダ列方向の一側面に開口し、前記燃焼室用ウォータージャケット内を流れる冷却液の出口となる第３出口開口部と、
前記シリンダヘッドのシリンダ列方向の一側面に取り付けられ、前記第１〜第３出口開口部から排出される前記冷却液を他部品へ供給するウォーターアウトレットと、を備え、
前記第１出口開口部及び前記第２出口開口部は、前記第３出口開口部に対し、前記シリンダ列方向の一側面の幅方向に所定間隔離間して形成され、
前記ウォーターアウトレットの内部には、前記第１〜第３出口開口部に連通する単一の空間部が形成され、
前記空間部は、
前記第１出口開口部及び前記第２出口開口部に対応する位置に設けられ、主としてラジエータへ前記冷却液を供給する第１空間部と、
前記第３出口開口部に対応する位置に設けられ、主としてヒーターへ前記冷却液を供給する第２空間部と、
前記第１出口開口部及び前記第２出口開口部と前記第３出口開口部との間に対応する位置に設けられ、前記第１空間部及び前記第２空間部よりも縦断面積が小さい絞り部と、
を有していることを特徴とするシリンダヘッドのウォータージャケット構造。
【請求項２】
前記第１出口開口部から排出される前記冷却液の流量Ｆ１と前記第２出口開口部から排出される前記冷却液の流量Ｆ２の合計流量は、前記第３出口開口部から排出される前記冷却液の流量Ｆ３よりも多いＦ１＋Ｆ２＞Ｆ３の関係に設定されていることを特徴とする請求項１に記載のシリンダヘッドのウォータージャケット構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリンダヘッドのウォータージャケット構造に関し、特に、複数の排気ポートを集合させる排気集合部を一体形成したシリンダヘッドのウォータージャケット構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリンダヘッドとして、複数の燃焼室から延びる複数の排気ポートを集合させる排気集合部を一体形成したものが知られている。このようなシリンダヘッドでは、高温になり易い排気集合部を十分に冷却するため、燃焼室を冷却する燃焼室用ウォータージャケットの他に、排気ポート及び排気集合部を冷却する排気用ウォータージャケットが設けられている。
【０００３】
また、シリンダヘッドのシリンダ列方向の一側面には、排気用ウォータージャケット内を流れる冷却液の出口となる開口部及び燃焼室用ウォータージャケット内を流れる冷却液の出口となる開口部が形成されると共に、開口部から排出される冷却液をラジエータやヒーターなどへ供給するウォーターアウトレットが取り付けられている。複数の開口部は、一側面の幅方向に所定間隔離間して形成され、ウォーターアウトレットの内部には、複数の開口部から排出される冷却液が合流する単一の空間部が形成されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４３３７８５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に記載された空間部は、一側面の幅方向に沿って略一定の縦断面積に形成されているため、排気用ウォータージャケットから流入した冷却液と燃焼室用ウォータージャケットから流入した冷却液が空間部内で衝突しやすくなってしまい、空間部内における冷却液の流れが乱れる。そのため、冷却液が空間部内に滞留しやすくなり、ひいては、各ウォータージャケット内を流れる冷却液の流速が低下する虞がある。
【０００６】
本発明は、このような問題に鑑みて成されたものであり、各ウォータージャケット内を流れる冷却液の流速低下を抑制可能なシリンダヘッドのウォータージャケット構造を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るシリンダヘッドのウォータージャケット構造は、シリンダヘッドの底面に形成された複数の燃焼室頂部と、前記複数の燃焼室頂部のそれぞれに連通する複数の排気ポートと、前記シリンダヘッドの内部で前記複数の排気ポートを集合させる排気集合部と、前記燃焼室頂部を冷却する燃焼室用ウォータージャケットと、前記排気集合部に対してシリンダ軸線方向の上側に配置され、前記排気集合部を冷却する上側排気用ウォータージャケットと、前記排気集合部に対してシリンダ軸線方向の下側に配置され、前記排気集合部を冷却する下側排気用ウォータージャケットと、前記シリンダヘッドのシリンダ列方向の一側面に開口し、前記上側排気用ウォータージャケット内を流れる冷却液の出口となる第１出口開口部と、前記シリンダヘッドのシリンダ列方向の一側面に開口し、前記下側排気用ウォータージャケット内を流れる冷却液の出口となる第２出口開口部と、前記シリンダヘッドのシリンダ列方向の一側面に開口し、前記燃焼室用ウォータージャケット内を流れる冷却液の出口となる第３出口開口部と、前記シリンダヘッドのシリンダ列方向の一側面に取り付けられ、前記第１〜第３出口開口部から排出される前記冷却液を他部品へ供給するウォーターアウトレットと、を備え、前記第１出口開口部及び前記第２出口開口部は、前記第３出口開口部に対し、前記シリンダ列方向の一側面の幅方向に所定間隔離間して形成され、前記ウォーターアウトレットの内部には、前記第１〜第３出口開口部に連通する単一の空間部が形成され、前記空間部は、前記第１出口開口部及び前記第２出口開口部に対応する位置に設けられ、主としてラジエータへ前記冷却液を供給する第１空間部と、前記第３出口開口部に対応する位置に設けられ、主としてヒーターへ前記冷却液を供給する第２空間部と、前記第１出口開口部及び前記第２出口開口部と前記第３出口開口部との間に対応する位置に設けられ、前記第１空間部及び前記第２空間部よりも縦断面積が小さい絞り部と、を有していることを特徴とする。
なお、「シリンダ軸線方向の上下」とは、シリンダ軸線に直交する平面であるシリンダ直交平面に対して、上方となる側を上側とし、下方となる側を下側とする。
【０００８】
本発明によれば、ウォーターアウトレットの内部に形成された空間部は、第１出口開口部及び第２出口開口部に対応する位置に設けられ主としてラジエータへ冷却液を供給する第１空間部と、第３出口開口部に対応する位置に設けられ主としてヒーターへ冷却液を供給する第２空間部と、第１出口開口部及び第２出口開口部と第３出口開口部との間に対応する位置に設けられ第１空間部及び第２空間部よりも縦断面積が小さい絞り部と、を有しているので、絞り部を境にして、上下の排気用ウォータージャケットから第１空間部を経てラジエータへ向かう流れと、燃焼室用ウォータージャケットから第２空間部を経てヒーターへ向かう流れを発生させやすくすることができる。これにより、上下の排気用ウォータージャケットから流入した冷却液と燃焼室用ウォータージャケットから流入した冷却液が空間部内で衝突しにくくなり、空間部内における冷却液の流れが安定する。そのため、冷却液が空間部内に滞留しにくくなり、ひいては、各ウォータージャケット内を流れる冷却液の流速低下を抑制することができる。
また、第１空間部と第２空間部の間を遮断する構造を採用すると、燃焼室用ウォータージャケットから第２空間部に流入した冷却液をラジエータへ導くことができないが、本発明によれば、絞り部を設けたので、第１空間部と第２空間部の間で互いに冷却液の流れに大きな影響を及ぼすことなく、第２空間部から第１空間部への冷却液の流入が許容される。これにより、上下の排気用ウォータージャケットから流入した冷却液と燃焼室用ウォータージャケットから流入した冷却液をバランス良く合流させ、ラジエータへの冷却液の供給量を十分に確保することができる。
つまり、本発明によれば、各ウォータージャケットから流入した冷却液同士の衝突抑制と、各ウォータージャケットから流入した冷却液の好適な合流と、の両立を図ることができる。
【０００９】
また、前記第１出口開口部から排出される前記冷却液の流量Ｆ１と前記第２出口開口部から排出される前記冷却液の流量Ｆ２の合計流量は、前記第３出口開口部から排出される前記冷却液の流量Ｆ３よりも多いＦ１＋Ｆ２＞Ｆ３の関係に設定されている構成とするのが好ましい。
【００１０】
このような構成によれば、第１出口開口部から排出される冷却液の流量Ｆ１と第２出口開口部から排出される冷却液の流量Ｆ２の合計流量は、第３出口開口部から排出される冷却液の流量Ｆ３よりも多いＦ１＋Ｆ２＞Ｆ３の関係に設定されているので、ラジエータへの冷却液の供給量を十分に確保できる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、各ウォータージャケット内を流れる冷却液の流速低下を抑制可能なシリンダヘッドのウォータージャケット構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態に係るシリンダヘッドのウォータージャケット構造を有する内燃機関の断面図である。
【図２】シリンダヘッド及びウォーターアウトレットの斜視図である。
【図３】シリンダヘッドの内部の排気集合部及びヘッド側ウォータージャケットを透視して描いた斜視図である。
【図４】ヘッド側ウォータージャケットと排気集合部とを上下に分解して示した斜視図である。
【図５】吸気用ウォータージャケット、燃焼室用ウォータージャケット及び上側排気用ウォータージャケットの底面図である。
【図６】下側排気用ウォータージャケットの底面図である。
【図７】ヘッド側ウォータージャケットと排気集合部を前方からみた正面図である。
【図８】ウォーターアウトレットの斜視図である。
【図９】ウォーターアウトレットを表側から見た状態を示す正面図である。
【図１０】ウォーターアウトレットを裏側から見た状態を示す背面図である。
【図１１】ブロック側ウォータージャケットから吸気用ウォータージャケットへの冷却液の流れを説明するための分解斜視図である。
【図１２】ブロック側ウォータージャケットから下側排気用ウォータージャケットへの冷却液の流れを説明するための分解斜視図である。
【図１３】ガスケットにヘッド側ウォータージャケットとブロック側ウォータージャケットとを重ねて描いた底面図である。
【図１４】吸気用ウォータージャケット、燃焼室用ウォータージャケット、上側排気用ウォータージャケット及びウォーターアウトレットの冷却液の流れを説明するための底面図である。
【図１５】下側排気用ウォータージャケット及びウォーターアウトレットの冷却液の流れを説明するための底面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の実施形態について、図１乃至図１５を参照して詳細に説明する。説明において、同一の要素には同一の番号を付し、重複する説明は省略する。また、方向を説明する場合は、各図に示すように、内燃機関Ｅが車両に設置された状態における前後左右上下に基づいて説明する。
【００１４】
図１は、本実施形態に係るシリンダヘッドのウォータージャケット構造を有する内燃機関の断面図である。
図１に示すように、本発明が適用された内燃機関Ｅは、４つのシリンダ１ａ（図１では１つのみ図示）が直列に配列されて一体に設けられたシリンダブロック１と、シリンダブロック１の上側端部に結合されるシリンダヘッド２と、シリンダブロック１とシリンダヘッド２の間に設置されるガスケット３と、シリンダヘッド２の上側端部に結合されるヘッドカバー（図示省略）とから構成される機関本体を備える。
【００１５】
内燃機関Ｅは、４つのシリンダ１ａと、各シリンダ１ａに往復運動可能に嵌合するピストン４と、各ピストン４にコンロッド５を介して連結されるクランク軸６とを備える多気筒内燃機関であり、搭載対象としての車両に、クランク軸６の回転中心線が左右方向に指向する横置き配置で搭載される。また、内燃機関Ｅは、吸気側を車両後方に向けて配置されるとともに排気側を車両前方に向けて配置されている。
シリンダ１ａ毎に、該シリンダ１ａのシリンダ軸線Ｌｃに平行な方向であるシリンダ軸線方向でピストン４とシリンダヘッド２との間には、シリンダ１ａとピストン４とシリンダヘッド２とにより燃焼室７が形成される。
なお、本実施形態では、シリンダ軸線Ｌｃと鉛直軸方向（すなわち上下方向）とが一致するように内燃機関Ｅが設置されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばシリンダ軸線Ｌｃが鉛直軸方向に対して傾斜するように内燃機関Ｅを設置してもよい。
【００１６】
シリンダブロック１は、前記したシリンダ１ａやクランクケース（図示省略）の他、シリンダ１ａを冷却する冷却液の流路となるブロック側ウォータージャケット１０を有している。ブロック側ウォータージャケット１０は、４つのシリンダ１ａの全体を連続的に囲う凹溝状の空間であり、シリンダブロック１の上面に開口している（図１１、図１２参照）。ブロック側ウォータージャケット１０の一端側には、図示しないラジエータで冷却された冷却液が供給されている。また、ブロック側ウォータージャケット１０は、ガスケット３の貫通孔３２，３５等を介して、後記する吸気用ウォータージャケット５０及び下側排気用ウォータージャケット９０に連通しており、両者に冷却液を供給している。ブロック側ウォータージャケット１０及びガスケット３については後に詳しく説明する。
【００１７】
図２は、シリンダヘッド及びウォーターアウトレットの斜視図である。図３は、シリンダヘッドの内部の排気集合部及びヘッド側ウォータージャケットを透視して描いた斜視図である。なお、図３では、シリンダヘッド２の外形を仮想線（二点鎖線）で描いている。
【００１８】
シリンダヘッド２は、中子を用いた鋳造成形で製造される金属製部材である。シリンダヘッド２は、図１乃至図３（主に図１）に示すように、燃焼室７の頂部を構成する４つの燃焼室頂部２１（図１では１つのみ図示）と、各燃焼室７にエアを導入する吸気ポート２２と、各燃焼室７から燃焼ガスを排出する排気ポート２３と、シリンダヘッド２の内部において複数の排気ポート２３を集合させる排気集合部２４と、これらを冷却するためのヘッド側ウォータージャケット４０と、を主に有している。また、シリンダヘッド２は、その上部に動弁機構の一部（図示省略）を収容する動弁室２５を有している。
【００１９】
燃焼室頂部２１は、シリンダヘッド２の底面２ａに設けられた略円錐形状の凹部である。吸気ポート２２は、各燃焼室頂部２１とシリンダヘッド２の後面２ｂとを連通している。排気ポート２３は、各燃焼室頂部２１と排気集合部２４とを連通している。吸気ポート２２及び排気ポート２３は、１つの燃焼室頂部２１に対して２つずつ設けられている。なお、吸気ポート２２及び排気ポート２３には、図示しない吸気バルブ及び排気バルブが設置されている。
【００２０】
図２に示すように、排気集合部２４は、シリンダヘッド２の前面２ｃの左右方向の略中央部に開口する１つの開口部２４ａを有している。排気集合部２４は、シリンダヘッド２の内部であってシリンダブロック１よりも前方に張り出した部位に設けられている（図１参照）。動弁室２５は、シリンダヘッド２の上面２ｄに形成された凹状の空間である。動弁室２５には、図示しないカムシャフトやロッカアームやバルブ等の動弁機構の一部が収容される。また、シリンダヘッド２の左側面２ｅには、後記するヘッド側ウォータージャケット４０の冷却液の出口となる出口開口部６３，８３，９３が形成されている。シリンダヘッド２の左側面２ｅには、出口開口部６３，８３，９３から排出される冷却液をヒーターやラジエータに分配するウォーターアウトレット１００が取り付けられている。出口開口部６３，８３，９３及びウォーターアウトレット１００については後に詳しく説明する。
【００２１】
なお、シリンダヘッド２の前面２ｃには、鋳造成形時にキャビティ内に設置される中子と型枠に支持される巾木とを連結する連結部によって形成される２つの支持孔２ｆが存在するが、この支持孔２ｆは後付けのキャップ等で閉塞される。
【００２２】
図１及び図３に示すように、ヘッド側ウォータージャケット４０は、冷却液の流路となる空間であり、吸気ポート２２を冷却するための吸気用ウォータージャケット５０と、燃焼室頂部２１を冷却するための燃焼室用ウォータージャケット６０と、排気ポート２３及び排気集合部２４を冷却するための排気用ウォータージャケット７０と、を備えている。
【００２３】
図１に示すように、吸気用ウォータージャケット５０は、吸気ポート２２の下方に設けられている。燃焼室用ウォータージャケット６０は、燃焼室頂部２１の直上であって吸気ポート２２と排気ポート２３の間に設けられている。排気用ウォータージャケット７０は、排気ポート２３及び排気集合部２４の上側に配置された上側排気用ウォータージャケット８０と、排気ポート２３及び排気集合部２４の下側に配置された下側排気用ウォータージャケット９０と、を有している。
【００２４】
吸気用ウォータージャケット５０は、ブロック側ウォータージャケット１０に連通すると共に、燃焼室用ウォータージャケット６０に連通している（図１の破線を参照）。燃焼室用ウォータージャケット６０は、ブロック側ウォータージャケット１０に連通すると共に、上側排気用ウォータージャケット８０に連通している。下側排気用ウォータージャケット９０は、ブロック側ウォータージャケット１０に連通している。そして、下側排気用ウォータージャケット９０は、吸気用ウォータージャケット５０、燃焼室用ウォータージャケット６０及び上側排気用ウォータージャケット８０に連通していない。すなわち、上側排気用ウォータージャケット８０と下側排気用ウォータージャケット９０とは、シリンダヘッド２の内部において互いに独立した流路を形成している。
【００２５】
次に、排気集合部２４及びヘッド側ウォータージャケット４０（すなわち、吸気用ウォータージャケット５０、燃焼室用ウォータージャケット６０、上側排気用ウォータージャケット８０及び下側排気用ウォータージャケット９０）の詳細な構造について、図４乃至図７を参照して説明する。
【００２６】
図４は、ヘッド側ウォータージャケットと排気集合部とを上下に分解して示した斜視図である。図５は、吸気用ウォータージャケット、燃焼室用ウォータージャケット及び上側排気用ウォータージャケットの底面図である。図６は、下側排気用ウォータージャケットの底面図である。図７は、ヘッド側ウォータージャケットと排気集合部を前方からみた正面図である。
ここで、図４乃至図７では、説明の便宜のため、空間である排気集合部２４及びヘッド側ウォータージャケット４０を実体があるもの（すなわちこれらに対応する中子）のように描いている。
【００２７】
図４に示すように、排気集合部２４は、各燃焼室７に連通する２本の排気ポート２３を１本に集合させる第１集合部２４ｂと、４本の第１集合部２４ｂを開口部２４ａの直前で１か所に集合させる第２集合部２４ｃと、を有している。第２集合部２４ｃ及び開口部２４ａは、シリンダヘッド２の左右方向の略中央部に設けられている。４本の第１集合部２４ｂのうち、右側及び左側の第１集合部２４ｂは、両者の中間の２つの第１集合部２４ｂよりも長い。この右側及び左側の第１集合部２４ｂの前側の側面が、後記する上側排気用ウォータージャケット８０の突出部８１及び下側排気用ウォータージャケット９０の突出部９１（図１，図４乃至図６参照）による冷却対象となる排気集合部２４の下流側側部２４ｄを構成している。下流側側部２４ｄは、平面視で、左右両端の排気ポート２３から中央の開口部２４ａに近づくほど前側に位置するように傾斜している。
【００２８】
図４、図５（主に図５）に示すように、吸気用ウォータージャケット５０は、吸気ポート２２（図１参照）を冷却する部位であり、各吸気ポート２２の下側を左右方向に横断するように蛇行しながら延設されている。吸気用ウォータージャケット５０は、各吸気ポート２２の下方に、シリンダヘッド２の底面２ａ（図２参照）に開口する８つの吸気側流入部５１を有している。また、吸気用ウォータージャケット５０は、隣り合うシリンダ１ａ同士の間（以下、「シリンダ軸間」という場合がある。）及び左右のシリンダ１ａの外側に対応する位置に、燃焼室用ウォータージャケット６０と連通する連通部５２を有している。３つのシリンダ軸間の連通部５２の下方には、シリンダヘッド２の底面２ａに開口する軸間流入部５３がそれぞれ設けられている。
【００２９】
燃焼室用ウォータージャケット６０は、燃焼室頂部２１（図１参照）を冷却する部位であり、各燃焼室頂部２１の上方を左右方向に横断するように延設されている。燃焼室用ウォータージャケット６０は、吸気用ウォータージャケット５０よりも前後方向に幅広に形成されており、図示しない点火プラグの周囲を囲っている。燃焼室用ウォータージャケット６０は、右側の端部に、シリンダヘッド２の底面２ａに開口する２つの燃焼室側流入部６１を有している（図７参照）。また、燃焼室用ウォータージャケット６０は、排気ポート２３（図１参照）同士の間に対応する位置に、上側排気用ウォータージャケット８０と連通する連通部６２を有している。さらに、燃焼室用ウォータージャケット６０は、左側の端部に、シリンダヘッド２の左側面２ｅに開口して冷却液の出口となる出口開口部６３を有している（図２参照）。出口開口部６３は、燃焼室用ウォータージャケット６０よりも前後方向に幅広に形成されており、前側に延設されている。
【００３０】
図４、図５、図７（主に図５）に示すように、上側排気用ウォータージャケット８０は、各排気ポート２３及び排気集合部２４の上側を被覆するように設けられている。上側排気用ウォータージャケット８０は、吸気用ウォータージャケット５０及び燃焼室用ウォータージャケット６０に比較して、前後方向の幅寸法が広く、かつ、上下方向の厚さ寸法が薄く形成されている（図１参照）。上側排気用ウォータージャケット８０は、前側の端部から下向きに突出する突出部８１を有している（図１参照）。突出部８１は、排気集合部２４の下流側側部２４ｄに対向するように配置されている。なお、上側排気用ウォータージャケット８０の前側の端部のうち排気集合部２４の開口部２４ａに対応する部分８２には突出部８１が設けられていない。上側排気用ウォータージャケット８０は、左側の端部に、シリンダヘッド２の左側面２ｅに開口して冷却液の出口となる出口開口部８３を有している（図２参照）。
【００３１】
ちなみに、図５を参照して説明すると、吸気用ウォータージャケット５０と燃焼室用ウォータージャケット６０の間の部位５５には、吸気ポート２２が設置される。また、燃焼室用ウォータージャケット６０のうちシリンダ１ａの中心位置に対応する部位６５には、点火プラグ（図示省略）が設置される。また、燃焼室用ウォータージャケット６０と上側排気用ウォータージャケット８０の間の部位６７には、排気弁（図示省略）が設置される。
【００３２】
図４、図６、図７（主に図６）に示すように、下側排気用ウォータージャケット９０は、各排気ポート２３及び排気集合部２４の下側を被覆するように設けられている。下側排気用ウォータージャケット９０は、上側排気用ウォータージャケット８０と厚さ寸法が同程度となるように扁平に形成されている（図１参照）。下側排気用ウォータージャケット９０は、前側の端部から上向きに突出する突出部９１を有している（図１参照）。突出部９１は、排気集合部２４の下流側側部２４ｄに対向するように配置されている。なお、下側排気用ウォータージャケット９０の前側の端部のうち排気集合部２４の開口部２４ａに対応する部分９２には突出部９１が設けられていない。下側排気用ウォータージャケット９０は、左側の端部に、シリンダヘッド２の左側面２ｅに開口して冷却液の出口となる出口開口部９３を有している（図２参照）。下側排気用ウォータージャケット９０は、後側の端部であって各排気ポート２３の下方に対応する位置に、シリンダヘッド２の底面２ａに開口する８つの排気側流入部９４を有している。このように、排気ポート２３の直下に排気側流入部９４が設けられているので、排気ポート２３を効率よく冷却することができる。なお、出口開口部９３から最も遠い側（すなわち上流側）の２つの排気側流入部９４の間には、追加流入部９５が設けられている。
【００３３】
なお、排気集合部２４及びヘッド側ウォータージャケット４０は、図４に示すような形状の砂型である第２ウォータージャケット用中子３００、排気用中子４００及び第１ウォータージャケット用中子２００を、シリンダヘッド２の鋳造用金型（図示省略）のキャビティに下からこの順序で設置することによって形成される。つまり、３つの中子を下から順に積み重ねるように配置するだけで中子の設置が完了するので、中子の設置作業の煩雑化が抑制される。
【００３４】
次に、出口開口部６３，８３，９３及びウォーターアウトレット１００について、図２、図８乃至図１０を参照して説明する。図８は、ウォーターアウトレットの斜視図である。図９は、ウォーターアウトレットを表側から見た状態を示す正面図である。図１０は、ウォーターアウトレットを裏側から見た状態を示す背面図である。なお、図１０のハッチングは、シリンダヘッド２との取付面を示している。
【００３５】
図２に示すように、出口開口部８３及び出口開口部９３は、上下に並んで形成されている。出口開口部８３及び出口開口部９３は、出口開口部６３に対し、左側面２ｅの幅方向に（前方に）所定間隔離間して形成されている。出口開口部８３は、特許請求の範囲でいう第１出口開口部を構成し、出口開口部９３は、特許請求の範囲でいう第２出口開口部を構成し、出口開口部６３は、特許請求の範囲でいう第３出口開口部を構成する。
【００３６】
本実施形態において、出口開口部８３から排出される冷却液の流量Ｆ１と出口開口部９３から排出される冷却液の流量Ｆ２の合計流量は、出口開口部６３から排出される冷却液の流量Ｆ３よりも多いＦ１＋Ｆ２＞Ｆ３の関係に設定されている。また、出口開口部９３から排出される冷却液の流速Ｓ１、出口開口部８３から排出される冷却液の流速Ｓ２、及び、出口開口部６３から排出される冷却液の流速Ｓ３は、Ｓ１＞Ｓ２＞Ｓ３の関係に設定されている。つまり、上下の排気用ウォータージャケット８０，９０内を流れる冷却液の流速は、燃焼室用ウォータージャケット６０内を流れる冷却液の流速よりも高く設定されている。なお、上側排気用ウォータージャケット８０及び下側排気用ウォータージャケット９０の縦断面積を排気用ウォータージャケット７０の縦断面積よりも夫々小さくしたり、出口開口部８３及び出口開口部９３の開口面積を出口開口部６３の開口面積よりも夫々小さくしたりすることで、上下の排気用ウォータージャケット８０，９０と燃焼室用ウォータージャケット６０の流速差を生じさせている。
【００３７】
ウォーターアウトレット１００は、中子を用いた鋳造成形で製造される金属製部材である。図８乃至図１０（主に図１０）に示すように、ウォーターアウトレット１００は、アウトレット１１０と、複数の接続部１２０ａ〜１２０ｇと、複数の締結部１３０と、を有している。
【００３８】
空間部たるアウトレット１１０は、図１０に示すように前後方向（左側面２ｅの幅方向）に沿って延設され、出口開口部６３，８３，９３から排出される冷却液をラジエータやヒーター等へ供給する単一の空間である。アウトレット１１０は、第１空間部１１１と、第２空間部１１２と、絞り部１１３と、を有している。
【００３９】
第１空間部１１１は、出口開口部８３，９３に対応する位置に設けられ、主として上側排気用ウォータージャケット８０及び下側排気用ウォータージャケット９０内の冷却液が流入する空間である。第１空間部１１１の裏面には、出口開口部８３，９３に連通する開口部１１１ａが形成されている。
【００４０】
第２空間部１１２は、出口開口部６３に対応する位置に設けられ、主として吸気用ウォータージャケット５０及び燃焼室用ウォータージャケット６０内の冷却液が流入する部位である。第２空間部１１２の裏面には、出口開口部６３に連通する開口部１１２ａが形成されている。
【００４１】
絞り部１１３は、出口開口部８３，９３と出口開口部６３との間に対応する位置に設けられ、第１空間部１１１及び第２空間部１１２よりも縦断面積が小さい空間である。絞り部１１３は、上下に狭くなるように絞られている。詳しくは、アウトレット１１０を形成する上壁内面１１４に、第１空間部１１１から第２空間部１１２へ向かうにつれて下側に位置するように傾斜する傾斜面１１４ａと、第２空間部１１２から第１空間部１１１へ向かうにつれて下側に位置するように傾斜する傾斜面１１４ｂを設けると共に、アウトレット１１０を形成する下壁内面１１５のうち傾斜面１１４ａ，１１４ｂの境界部付近に上下で対応する位置に、他の部位よりも上側へ所定長だけ突出する突部１１５ａを設けることによって、絞り部１１３が形成されている。絞り部１１３は、上側排気用ウォータージャケット８０及び下側排気用ウォータージャケット９０から第１空間部１１１を経てラジエータへ向かう流れと、吸気用ウォータージャケット５０及び燃焼室用ウォータージャケット６０から第２空間部１１２を経てヒーターへ向かう流れを発生させやすくする機能を有している。また、絞り部１１３を設けることによって、第１空間部１１１と第２空間部１１２の間で互いに冷却液の流れに大きな影響を及ぼすことなく、第２空間部１１２から第１空間部１１１への冷却液の流入が許容される。
【００４２】
接続部１２０ａ〜１２０ｇは、図８及び図９に示すように、ウォーターアウトレット１００の表面（外面）から外方へ突出形成され、図示しない配管又は水温センサーが接続される円筒状部位である。接続部１２０ａ〜１２０ｅは、第１空間部１１１に連通すると共に、前方に偏倚して設けられている。接続部１２０ｆは、第２空間部１１２に連通すると共に、後方に偏倚して設けられている。接続部１２０ｇは、第２空間部１１２に連通すると共に、前後方向の中央部に設けられている。ラジエータに連通する接続部１２０ａの縦断面積（流出断面積）は、その他の接続部１２０ｂ−１２０ｇの縦断面積よりも大きく形成されている。これにより、ラジエータへ供給される冷却液の流量を多くすることができる。図１０に示すように、接続部１２０ａの第１空間部１１１に臨む開口部１２０ａ１は、シリンダヘッド２の出口開口部８３，９３（図２参照）に対向するように設けられている。また、接続部１２０ｇの第２空間部１１２に臨む開口部（図示省略）は、シリンダヘッド２の出口開口部６３に略直交するように設けられている（図２、図８参照）。
【００４３】
このような構成により、図８に示すように、第１空間部１１１の冷却液は、接続部１２０ａ及び配管を通ってラジエータへ供給される。また、第１空間部１１１の冷却液は、接続部１２０ｂ及び配管を通ってＣＶＴウォーマーへ供給されると共に、接続部１２０ｃ及び配管を通ってエキスパンションタンクへ供給される。更に、第１空間部１１１の冷却液は、接続部１２０ｄ及び配管を通ってサーモスタットへ供給される。一方、第２空間部１１２の冷却液は、接続部１２０ｆ及び配管を通ってスロットルボディへ供給されると共に、接続部１２０ｇ及び配管を通ってヒーターへ供給される。なお、接続部１２０ｅには、冷却水の温度を検出するための図示しない水温センサが装着される。
【００４４】
締結部１３０は、ウォーターアウトレット１００の適所に設けられ、シリンダヘッド２に図示しないボルトで締結される部位である。締結部１３０には、図８乃至図１０に示すように、ボルトが挿通される挿通孔１３０ａが貫通して形成されている。挿通孔１３０ａは、シリンダヘッド２の左側面２ｅに形成された挿通孔２ｅ１に対応する位置に設けられている（図２、図８参照）。
【００４５】
図１１は、ブロック側ウォータージャケットから吸気用ウォータージャケットへの冷却液の流れを説明するための分解斜視図である。図１２は、ブロック側ウォータージャケットから下側排気用ウォータージャケットへの冷却液の流れを説明するための分解斜視図である。図１３は、ガスケットの底面図にヘッド側ウォータージャケットとブロック側ウォータージャケットとを重ねて描いた底面図である。
なお、図１１、図１２では、説明の便宜のため、ヘッド側ウォータージャケット４０のうち、流入部以外の部分を仮想線（二点鎖線）で描いている。また、図１３では、ガスケット３にドットのハッチングを付すと共にブロック側ウォータージャケット１０の開口部を仮想線（太破線）で描き込んでいる。更に、図１３では、ウォーターアウトレット１００を模式的に描いている。
【００４６】
図１１、図１２、図１３に示すように、ブロック側ウォータージャケット１０は、４つのシリンダ１ａの周囲を全体的に囲むように形成されている。ブロック側ウォータージャケット１０は、最も右側のシリンダ１ａの前側に、他の部位よりも幅広となる冷却液の導入部１１を有している。導入部１１には、仕切部材１１ａが挿入されており、冷却液の流れる方向を規制している。本実施形態では、導入部１１の仕切部材１１ａよりも左側に冷却液配管Ｐが接続されている。また、ブロック側ウォータージャケット１０は、シリンダ１ａ同士の間（シリンダ軸間）に対応する部位にくびれ部１２を有している。また、シリンダ軸間には、前側と後側のくびれ部１２同士を連通する凹溝状の軸間スリット１３が形成されている。
【００４７】
図１１、図１２、図１３（主に図１３）に示すように、ガスケット３は、シリンダブロック１とシリンダヘッド２の結合部をシールする金属製の板状部材である。ガスケット３は、シリンダブロック１の４つのシリンダ１ａに対応する４つのシリンダ開口部３１を有している。また、ガスケット３は、吸気用ウォータージャケット５０の吸気側流入部５１及び軸間流入部５３に対応する位置に形成された吸気側貫通孔３２及び軸間貫通孔３３と、燃焼室用ウォータージャケット６０の燃焼室側流入部６１に対応する位置に形成された燃焼室側貫通孔３４と、下側排気用ウォータージャケット９０の排気側流入部９４及び追加流入部９５に対応する位置に形成された排気側貫通孔３５及び追加貫通孔３６と、を有している。これらの吸気側貫通孔３２、軸間貫通孔３３、燃焼室側貫通孔３４、排気側貫通孔３５及び追加貫通孔３６は、すべてブロック側ウォータージャケット１０の開口部に対応する位置に形成されている。吸気側貫通孔３２及び排気側貫通孔３５は、一部に例外はあるが、右側に位置する孔の方（出口開口部６３，８３，９３から遠い孔の方）が概ね大径に形成されている。特に、燃焼室側貫通孔３４は、他の貫通孔３２，３３，３５，３６よりも大きな径に形成されている。これにより、後記する縦流れが形成され易くなる。
【００４８】
次に、ブロック側ウォータージャケット１０及びヘッド側ウォータージャケット４０における冷却液の流れについて、図１１乃至図１５を参照して説明する。
図１４は、吸気用ウォータージャケット、燃焼室用ウォータージャケット、上側排気用ウォータージャケット及びウォーターアウトレットの冷却液の流れを説明するための底面図である。図１５は、下側排気用ウォータージャケット及びウォーターアウトレットの冷却液の流れを説明するための底面図である。なお、図１４及び図１５では、ウォーターアウトレット１００を模式的に描いている。
【００４９】
図１１、図１２に示すように、冷却液配管Ｐから導入部１１に流入した冷却液（矢印Ｙ１）は、ブロック側ウォータージャケット１０に沿ってシリンダ１ａの前側を左方向に流れ（矢印Ｙ２）、左端部でＵターンしたのち（矢印Ｙ３）、ブロック側ウォータージャケット１０に沿ってシリンダ１ａの後側を右方向に流れ（矢印Ｙ４）、右端部に到達する（矢印Ｙ５）。また、冷却液は、軸間スリット１３を通って、前側のくびれ部１２から後側のくびれ部１２に向かって流れる（矢印Ｙ６）。
【００５０】
図１２に示すように、ブロック側ウォータージャケット１０に沿ってシリンダ１ａの前側を左方向に流れる冷却液（矢印Ｙ２）の一部は、ガスケット３に形成された排気側貫通孔３５及び追加貫通孔３６を通って、排気側流入部９４及び追加流入部９５から下側排気用ウォータージャケット９０の内部に流入する（矢印Ｙ７）。すなわち、本実施形態における冷却液の流れは、吸気用ウォータージャケット５０に先行して下側排気用ウォータージャケット９０に冷却液が流入するいわゆる排気先行型の流れになっている。これにより、排気ポート２３及び排気集合部２４を効率的に冷却することができる。
【００５１】
また、図１１に示すように、ブロック側ウォータージャケット１０に沿ってシリンダ１ａの後側を右方向に流れる冷却液（矢印Ｙ４）の一部は、ガスケット３に形成された吸気側貫通孔３２を通って、吸気側流入部５１から吸気用ウォータージャケット５０の内部に流入する（矢印Ｙ８ａ）。また、軸間スリット１３を通る冷却液（矢印Ｙ６）は、後側のくびれ部１２に合流したところで、ガスケット３に形成された軸間貫通孔３３を通って、軸間流入部５３から吸気用ウォータージャケット５０の内部に流入する（矢印Ｙ８ｂ）。また、ブロック側ウォータージャケット１０の右端部に到達した冷却液（矢印Ｙ５）は、ガスケット３に形成された燃焼室側貫通孔３４を通って、燃焼室側流入部６１から燃焼室用ウォータージャケット６０の右端部に流入する（矢印Ｙ９）。
【００５２】
図１４に示すように、燃焼室側流入部６１から燃焼室用ウォータージャケット６０の右端部に流入した冷却液は、左端部の出口開口部６３に向かって右から左に流れる（矢印Ｙ１０）。この流れ（矢印Ｙ１０）が、燃焼室用ウォータージャケット６０においてシリンダ１ａ（すなわち燃焼室頂部２１）の配列方向Ｌｂ（図１１、図１２参照）に沿う流れ（いわゆる縦流れ）を形成する。また、吸気側流入部５１及び軸間流入部５３から吸気用ウォータージャケット５０の内部に流入した冷却液は、連通部５２を通って燃焼室用ウォータージャケット６０に流入し（矢印Ｙ１１）、前記した縦流れに合流する。燃焼室用ウォータージャケット６０の内部を右から左へ流れた冷却液（矢印Ｙ１０）は、出口開口部６３からウォーターアウトレット１００の第２空間部１１２へ流入する。第２空間部１１２へ流入した冷却液は、接続部１２０ｆ〜１２０ｇ（図１４では接続部１２０ｇのみ図示）及び配管を介して、ヒーター等へ供給される。
【００５３】
燃焼室用ウォータージャケット６０を流れる冷却液の一部は、連通部６２を通って上側排気用ウォータージャケット８０に流入する。各連通部６２から流入した流れ（矢印Ｙ１２）は、上側排気用ウォータージャケット８０の前端側で合流し、シリンダ１ａ（すなわち燃焼室頂部２１）の配列方向Ｌｂ（図１１、図１２参照）に沿う流れ（いわゆる縦流れ）を形成する（矢印Ｙ１３）。なお、上側排気用ウォータージャケット８０の右前部８０ａは、出口開口部８３に近づくほど前側に位置するように傾斜しているので、右側の連通部６２から前方に向かって流入した冷却液は、上側排気用ウォータージャケット８０の右前部８０ａに案内されて出口開口部８３へ向かうように流れ易くなっている。上側排気用ウォータージャケット８０の内部を右から左へ流れた冷却液は、出口開口部８３からウォーターアウトレット１００の第１空間部１１１へ流入する。第１空間部１１１へ流入した冷却液は、接続部１２０ａ〜１２０ｄ（図１４では接続部１２０ａのみ図示）及び配管を介して、ラジエータ等へ供給される。
【００５４】
図１５に示すように、排気側流入部９４から下側排気用ウォータージャケット９０に流入した冷却液（矢印Ｙ１４）は、前方に向かって流れて下側排気用ウォータージャケット９０の前端側で合流し、シリンダ１ａ（すなわち燃焼室頂部２１）の配列方向Ｌｂ（図１１、図１２参照）に沿う流れ（いわゆる縦流れ）を形成する（矢印Ｙ１５）。なお、下側排気用ウォータージャケット９０の右前部９０ａは、出口開口部９３に近づくほど前側に位置するように傾斜しているので、右側の排気側流入部９４及び追加流入部９５から前方に向かって流入した冷却液は、下側排気用ウォータージャケット９０の右前部９０ａに案内されて出口開口部９３へ向かうように流れ易くなっている。下側排気用ウォータージャケット９０の内部を右から左へ流れた冷却液（矢印Ｙ１５）は、出口開口部９３からウォーターアウトレット１００の第１空間部１１１へ流入する。第１空間部１１１へ流入した冷却液は、接続部１２０ａ〜１２０ｄ（図１５では接続部１２０ａのみ図示）及び配管を介して、ラジエータ等へ供給される。
【００５５】
以上のように、本実施形態に係るシリンダヘッドのウォータージャケット構造によれば、ウォーターアウトレット１００の内部に形成されたアウトレット１１０は、出口開口部８３，９３に対応する位置に設けられ主としてラジエータへ冷却液を供給する第１空間部１１１と、出口開口部６３に対応する位置に設けられ主としてヒーターへ冷却液を供給する第２空間部１１２と、出口開口部８３，９３と出口開口部６３との間に対応する位置に設けられ第１空間部１１１及び第２空間部１１２よりも縦断面積が小さい絞り部１１３と、を有しているので、絞り部１１３を境にして、上下の排気用ウォータージャケット８０，９０から第１空間部１１１を経てラジエータへ向かう流れと、吸気用・燃焼室用ウォータージャケット５０，６０から第２空間部１１２を経てヒーターへ向かう流れを発生させやすくすることができる。これにより、上下の排気用ウォータージャケット８０，９０から流入した冷却液と吸気用・燃焼室用ウォータージャケット５０，６０から流入した冷却液がアウトレット１１０内で衝突しにくくなり、アウトレット１１０内における冷却液の流れが安定する。そのため、冷却液がアウトレット１１０内に滞留しにくくなり、ひいては、各ウォータージャケット５０，６０，８０，９０内を流れる冷却液の流速低下を抑制することができる。
特に、上下の排気用ウォータージャケット８０，９０から流入した流速が比較的高い冷却液が、吸気用・燃焼室用ウォータージャケット５０，６０から流入した流速が比較的低い冷却液と衝突しにくくなって流速の低下が少ないので、ラジエータへ冷却液をスムーズに供給することができる。
【００５６】
また、第１空間部１１１と第２空間部１１２の間を遮断する構造を採用すると、吸気用・燃焼室用ウォータージャケット５０，６０から第２空間部１１２に流入した冷却液をラジエータへ導くことができないが、本実施形態では、絞り部１１３を設けたので、第１空間部１１１と第２空間部１１２の間で互いに冷却液の流れに大きな影響を及ぼすことなく、第２空間部１１２から第１空間部１１１への冷却液の流入が許容される。これにより、上下の排気用ウォータージャケット８０，９０から流入した冷却液と吸気用・燃焼室用ウォータージャケット５０，６０から流入した冷却液をバランス良く適度に合流させ、ラジエータへの冷却液の供給量を十分に確保することができる。
つまり、本実施形態によれば、各ウォータージャケット５０，６０，８０，９０から流入した冷却液同士の衝突抑制と、各ウォータージャケット５０，６０，８０，９０から流入した冷却液の適度な合流と、の両立を図ることができる。
【００５７】
また、出口開口部８３から排出される冷却液の流量Ｆ１と出口開口部９３から排出される冷却液の流量Ｆ２の合計流量は、出口開口部６３から排出される冷却液の流量Ｆ３よりも多いＦ１＋Ｆ２＞Ｆ３の関係に設定されているので、ラジエータへの冷却液の供給量を十分に確保できる。
【００５８】
以上、本実施形態に係るシリンダヘッドのウォータージャケット構造について、図面を参照して詳細に説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であることは言うまでもない。
【００５９】
例えば、本実施形態では、燃焼室用ウォータージャケット６０を、上側排気用ウォータージャケット８０に連通するように構成したが、本発明はこれに限定されるものではなく、上側排気用ウォータージャケット８０と下側排気用ウォータージャケット９０とが互いに独立した流路に成りさえすれば、燃焼室用ウォータージャケット６０を、下側排気用ウォータージャケット９０に連通するように構成してもよい。ちなみに、燃焼室用ウォータージャケット６０を、上側排気用ウォータージャケット８０に連通するように構成した方が、連通部６２の上下方向の幅寸法を大きくすることができるので、図４に示す第１ウォータージャケット用中子２００の剛性を大きくすることができる。
【００６０】
また、本実施形態では、上側排気用ウォータージャケット８０と下側排気用ウォータージャケット９０の両方に、突出部８１，９１を設けたが、本発明はこれに限定されるものではなく、上側排気用ウォータージャケット８０及び下側排気用ウォータージャケット９０のいずれか一方のみに突出部を設けるようにしてもよい。このような構成でも、上側排気用ウォータージャケット８０と下側排気用ウォータージャケット９０とを分離しながら、排気集合部２４の下流側側部２４ｄを冷却することができる。
【００６１】
また、本実施形態では、排気集合部２４の開口部２４ａを、シリンダヘッド２の左右方向の略中央となる位置に形成したが、左右のいずれかに片寄った位置に排気集合部２４の開口部２４ａを形成してもよい。
【００６２】
また、本発明は直列４気筒形式の内燃機関Ｅを例にとって説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、２気筒、３気筒等の他の気筒数の内燃機関Ｅにも適用可能であり、また、Ｖ型形式の内燃機関Ｅ等にも適用可能である。また、本発明は、自動車の内燃機関Ｅに限定されるものではなく、船舶や汎用機械などの他の内燃機関Ｅにも適用可能であることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００６３】
１      シリンダブロック
１ａ    シリンダ
２      シリンダヘッド
２１    燃焼室頂部
２２    吸気ポート
２３    排気ポート
２４    排気集合部
３      ガスケット
１０    ブロック側ウォータージャケット
４０    ヘッド側ウォータージャケット
５０    吸気用ウォータージャケット
６０    燃焼室用ウォータージャケット
７０    排気用ウォータージャケット
８０    上側排気用ウォータージャケット
９０    下側排気用ウォータージャケット
８３    出口開口部（第１出口開口部）
９３    出口開口部（第２出口開口部）
６３    出口開口部（第３出口開口部）
１００  ウォーターアウトレット
１１０  アウトレット（空間部）
１１１  第１空間部
１１２  第２空間部
１１３  絞り部
Ｅ      内燃機関
Ｌｃ    シリンダ軸線
【図１】
0005587380.tif 000002
【図２】
0005587380.tif 000003
【図３】
0005587380.tif 000004
【図４】
0005587380.tif 000005
【図５】
0005587380.tif 000006
【図６】
0005587380.tif 000007
【図７】
0005587380.tif 000008
【図８】
0005587380.tif 000009
【図９】
0005587380.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
0005587380.tif 000012
【図１２】
0005587380.tif 000013
【図１３】
0005587380.tif 000014
【図１４】
0005587380.tif 000015
【図１５】
0005587380.tif 000016