(57)【要約】【課題】低サイクル歪による燃焼室構造体の疲労強度を確保する。【解決手段】シリンダヘッド３に形成されたシリンダヘッド側ウォータジャケット１１内の壁面のうち、同一気筒の排気弁間に位置して燃焼室からの受熱が大きい燃焼室壁面の裏側に当たる部分に、気泡離脱を促進する表面性状を有する気泡離脱促進部２０が形成されている。これにより、燃焼室壁面の裏側に当たるシリンダヘッド側ウォータジャケット１１壁面である気泡離脱促進部２０の熱伝達性が向上し、燃焼室周囲の温度上昇が抑制でき、高負荷時の燃焼室強度、疲労特性を確保し、冷機時から高負荷時に至る過程で生じる低サイクル歪による燃焼室構造体の疲労強度を確保し、且つコンパクト、軽量な構成で実現することが可能となる。【選択図】図２
2011027082.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダヘッドに形成されたウォータジャケット内を通流する冷却水によって当該シリンダヘッドを冷却する車両用内燃機関の冷却装置において、
前記ウォータジャケットの壁面のうち、同一気筒の機関弁間に位置して燃焼室からの受熱が大きい燃焼室壁面の裏側に当たる部分に、気泡離脱を促進する表面性状を有する気泡離脱促進部が形成されていることを特徴とする車両用内燃機関の冷却装置。
【請求項２】
前記気泡離脱促進部の表面粗さは、算術平均粗さＲａ（ＪＩＳ  Ｂ０６０１）でＲａ＜１０ミクロン、輪郭曲線要素の平均長さＲｓｍ（ＪＩＳ  Ｂ０６０１）でＲｓｍ＜５００ミクロン、となるよう形成されていることを特徴とする請求項１に記載の車両用内燃機関の冷却装置。
【請求項３】
前記気泡離脱促進部の表面粗さは、輪郭曲線要素の平均長さＲｓｍ（ＪＩＳ  Ｂ０６０１）でＲｓｍ＞５０ナノミクロンとなるよう形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の車両用内燃機関の冷却装置。
【請求項４】
前記気泡離脱促進部は、切削加工を施すことによって形成された切削面であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の車両用内燃機関の冷却装置。
【請求項５】
前記シリンダヘッドは、気筒列方向に沿って延びる互いに対向する一対の側壁を有し、
前記気泡離脱促進部は、前記シリンダヘッドの側壁側から工具を用いて同一気筒の機関弁間に穴を開ける際に、当該工具による切削によって形成されることを特徴とする請求項４に記載の車両用内燃機関の冷却装置。
【請求項６】
前記気泡離脱促進部は、車両上下方向の下方に向かって凸となる断面円弧状の凹曲面上に形成されていることを特徴とする請求項５に記載の車両用内燃機関の冷却装置。
【請求項７】
前記凹曲面は、当該気泡離脱促進部が形成された気筒の中央に近づくほど車両上方側に位置するように傾斜していることを特徴とする請求項６に記載の車両用内燃機関の冷却装置。
【請求項８】
前記工具は、ドリルであり、前記シリンダヘッドの側壁側から工具を用いて同一気筒の機関弁間に穴を開ける際には、該ドリルの先端が少なくとも当該気筒中央の上方に位置するウォータジャケット内壁面に突き当たるまで前記シリンダヘッドの側壁側から挿入されていることを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載の車両用内燃機関の冷却装置。
【請求項９】
前記シリンダヘッドの側壁には、前記工具により同一気筒の機関弁間に穴を開ける際に形成される貫通穴が形成され、
前記ウォータジャケットは、同一気筒の機関弁間に位置し、気筒列方向と直交する方向に細長い空間である機関弁間部を有し、
前記機関弁間部には、前記気泡離脱促進部が形成され、燃焼室中心側の一端が前記ウォータジャケットの機関弁間部以外の部分と連通し、前記シリンダヘッドの側壁側の他端が前記貫通穴を介してシリンダブロック内のシリンダブロック側ウォータジャケットを迂回する冷却水経路である機関弁間部用冷却通路に接続され、
前記機関弁間部用冷却通路には、冷却水温度と機関の運転状況に応じて当該機関弁間部用冷却通路の開閉を行う開閉弁が介装されていることを特徴とする請求項５〜８のいずれかに記載に車両用内燃機関の冷却装置。
【請求項１０】
冷却水の温度が所定温度よりも高い場合、あるいはスロットル弁全開時には、前記開閉弁を開とすることを特徴とする請求項９に記載の車両用内燃機関の冷却装置。
【請求項１１】
前記気泡離脱促進部は、陽極酸化膜処理を施すことによって形成される微細な空孔を有する凹凸表面形状であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の車両用内燃機関の冷却装置。
【請求項１２】
前記気泡離脱促進部には、シリンダブロック内を流れた冷却水が、当該気泡離脱促進部よりも車両上下方向の下側から供給されていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の車両用内燃機関の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用内燃機関の冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車用内燃機関は、環境、特に省燃費化の観点で、比出力向上が望まれており、ディーゼルエンジンではその傾向は強い。ディーゼルエンジンは、その高出力化に伴って燃焼室内の最高圧縮圧力も１２０ｋｇｆ／ｃｍ2程度から１５０ｋｇｆ／ｃｍ2程度へと高くなって燃焼室を構成するシリンダヘッド等のアルミニウム合金鋳物に対する熱負荷が高まっている。そのため、熱疲労や熱応力に対する耐熱性を高める要求が高まっている。
【０００３】
このような要求に対応するため、従来から局部的に（例えば、同一気筒の隣り合うポート間（弁間部）に）いわゆるリメルト処理を施している。リメルト処理は、砂出しした鋳物を予熱し、被表面処理領域に電極を近接させ、電極と被表面処理部材との間にＴＩＧやプラズマアークを発生させながら移動させて被処理組織を所定深さで溶融して再度凝固させることで、金属組織を微細化すると共に、鋳造欠陥の減少を図って伸びを増加する効果がある。更に、リメルト処理後に再度Ｔ６熱処理（溶体化処理後、人工時効が施す処理）を施すことでリメルト処理による残留応力を開放する。リメルト処理では再凝固時の冷却速度を増大させることにより金属組織を微細化し、共晶シリコンの均一分散化を図っている。
【０００４】
別の表面処理方法として、特許文献１には、弁間部に母材よりも固相線の高いＡｌ−Ｃｕ系合金を肉盛り溶接することにより高強度層を形成して、母材との接合性を改善すると共に、熱疲労性の向上を図る構造が開示されている。
【０００５】
また、表面処理技術とは異なる技術分野であるが、特許文献２には、２つの部材の接合面にプローブを回転させながら挿入及び並進させ、接合面近傍の金属組織を摩擦熱により可塑化させて結合する溶接技術が開示されている。これにより、均一深さで且つ必要最小限の領域を微細化し、含有成分を均一分散化できる。
【０００６】
さらに合金成分による例も開示されている。例えば、特許文献３では、Ｍｇを含有する析出物によって析出強化された基地相とそれを囲繞する骨格相とによって、高耐熱疲労性のみならず、母材としての高強度、高疲労強度をも備えるものも開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平７−８８６４５号公報
【特許文献２】特許第２７１２８３８号公報
【特許文献３】特開２００５−１３９５５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、内燃機関の比出力、高出力化に伴う課題として、燃焼室内の高圧化や高温化に対応する課題（高温疲労強度化、高強度化）と、あわせて、冷機時から暖気後高出力時に至る際に生じる低サイクル歪（冷機始動から暖機後の高温運転を繰り返すサイクルの歪）に対する対応とがある。上述した方策は、いずれも高温疲労強度、あるいは強度強化策であり、部材の温度の差異によって生じる低サイクル歪の根本的な対応となっていない。低サイクル歪は塑性域までに至る歪であるため、材料の伸び量を増加する必要があり、対応する方策としては、ＡＣ４Ｃ（ＡＬ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金）などに代表される高伸び特性を有する材料に依存するのが現状である。この場合、高温疲労強度とのトレードオフとなってしまう。
【０００９】
そもそも、冷機時の部材温度は環境の気温に左右され、高温時は機関の高負荷運転時の温度に依存する。従って、高負荷運転時の部材の温度を低温化できれば、低サイクル歪低下と高温疲労強度強化の両立が可能となる。上記課題には、燃焼室を冷却する外周部での冷却を強化することで実現が可能である。
【００１０】
液冷式内燃機関では、冷却液の温度を下げる、流量（流速）を増加させるなどの手段もあるが、前者はラジエタのサイズ増加を招き、自動車用の内燃機関システムへの適用は困難である。流量（流速）増加も冷却液用のポンプ容量を増加させることとなり、自動車用の冷却システムのサイズ、重量増加となってしまう。一方、液冷却であれば、燃焼室のウォータジャケット側の壁面の熱伝達を沸騰を活用することで放熱効率を向上することができる。
【００１１】
本発明では、自動車用の液冷式内燃機関に対し、コンパクトで軽量な構成で、高負荷時の燃焼室強度、疲労特性の確保し、冷機時から高負荷時に至る過程で生じる低サイクル歪による燃焼室構造体の疲労強度を確保することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
そこで、本発明の車両用内燃機関の冷却装置は、シリンダヘッドに形成されたウォータジャケットの壁面のうち、同一気筒の機関弁間に位置して燃焼室からの受熱が大きい燃焼室壁面の裏側に当たる部分に、気泡離脱を促進する表面性状を有する気泡離脱促進部が形成されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、燃焼室からの受熱が大きい燃焼室壁面の裏側に当たるウォータジャケット壁面を気泡の離脱を促進する表面性状としたので、高負荷時に発生する沸騰気泡の気泡離脱促進部からの離脱性が向上する。これにより、燃焼室壁面の裏側に当たるウォータジャケット壁面である気泡離脱促進部の熱伝達性が向上し、燃焼室周囲の温度上昇が抑制でき、高負荷時の燃焼室強度、疲労特性を確保し、冷機時から高負荷時に至る過程で生じる低サイクル歪による燃焼室構造体の疲労強度を確保し、且つコンパクト、軽量な構成で実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明が適用された内燃機関の冷却系統の概略を模式的に示した説明図。
【図２】本発明の第１実施形態におけるシリンダヘッドの要部断面図。
【図３】図２のＡ−Ａ線に沿った断面図。
【図４】図２のＢ−Ｂ線に沿った断面図。
【図５】図２のＣ−Ｃ線に沿った断面図。
【図６】図２のＤ−Ｄ線に沿った断面図。
【図７】図２のＥ−Ｅ線に沿った断面図。
【図８】表面粗さと熱流束との相関を示した特性図。
【図９】表面粗さと熱伝達率との相関を示した特性図。
【図１０】陽極酸化膜処理により形成された気泡離脱促進部の壁面を拡大した平面図。
【図１１】本発明の第３実施形態におけるシリンダヘッドの要部断面図。
【図１２】本発明の第４実施形態における内燃機関の冷却系統の概略を模式的に示した説明図。
【図１３】本発明の第４実施形態におけるシリンダヘッドの要部断面図。
【図１４】本発明の第４実施形態におけるシリンダヘッドの要部断面図。
【図１５】本発明の第４実施形態における開閉弁の制御の流れを示すフローチャート。
【図１６】本発明の第５実施形態におけるシリンダヘッドの要部断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明が適用された車両用の内燃機関１の冷却系統の概略を模式的に示した説明図である。水冷式の内燃機関１は、鋳造されたシリンダブロック２及びシリンダヘッド３を有し、ウォータポンプ４によって循環する冷却水（例えば、不凍液や防錆剤等を混合したいわゆるロングライフクーラント）によって冷却されている。
【００１６】
シリンダヘッド３は、略直方体形状を呈し、気筒列方向の両端に位置する一端側側壁５及び他端側側壁６と、シリンダブロック２側の底壁７と、この底壁７と対向する上壁８と、気筒列方向に沿って延び、図示せぬ吸気マニホールドが接続される吸気側側壁９と、気筒列方向に沿って延び、吸気側側壁９と対向し図示せぬ排気マニホールドが接続される排気側側壁１０と、を有している。
【００１７】
内燃機関１の内部には、冷却水が通流するウォータジャケットが形成されている。すなわち、内燃機関１のシリンダブロック２内には、図示せぬシリンダブロック側ウォータジャケットが形成され、内燃機関１のシリンダヘッド３内には、シリンダヘッド側ウォータジャケット１１（後述する図２を参照）が形成されている。
【００１８】
ウォータポンプ４からの冷却水は、シリンダブロック２の一端側（図１における左側端）に設けられたウォータインレット１２から前記シリンダブロック側ウォータジャケットに供給されている。シリンダヘッド側ウォータジャケット１１には、前記シリンダブロック側ウォータジャケットを介して冷却水が供給されている。
【００１９】
シリンダブロック２に供給された冷却水は、全体としてはシリンダブロック２の気筒列方向の一端側（図１における左側端）から気筒列方向の他端側（図１における右側端）に向かって前記シリンダブロック側ウォータジャケット内を通流する。
【００２０】
シリンダブロック２のトップデッキ１３には、シリンダヘッド側ウォータジャケット１１に冷却水を供給するために、前記シリンダブロック側ウォータジャケットと連通する複数のシリンダブロック側連通口１４が開口形成されている。
【００２１】
シリンダヘッド３の底壁７には、シリンダブロック側連通口１４と重なりあう位置に、シリンダヘッド側ウォータジャケット１１と連通する複数のシリンダヘッド側連通口１５（図１には図示せず、後述の図３を参照）が形成されている。
【００２２】
シリンダヘッド側ウォータジャケット１１内において、冷却水は、全体としてはシリンダヘッド３の気筒列方向の一端側（図１における左側端）から気筒列方向の他端側（図１における右側端）に向かって通流する。
【００２３】
シリンダヘッド３内を通流した冷却水は、シリンダヘッド３の他端側側壁６に取り付けられ、シリンダヘッド側ウォータジャケット１１からの出口部分となるウォータアウトレット１６に導入され、このウォータアウトレット１６内で、その流れが分岐する。詳述すると、シリンダヘッド３内を通流した冷却水は、ウォータアウトレット１６において、第１分岐通路１７を介してサーモスタット１８に向かう流れと、第２分岐通路（図示せず）を介してラジエータ１９に向かう流れと、にその流れが分岐する。本実施形態における第１分岐通路１７は、シリンダヘッド３及びシリンダブロック２に一体に形成されている。前記第２分岐通路は、ウォータアウトレット１６とラジエータ１９とに接続されたホース等の管状部材（図示せず）によって構成されている。
【００２４】
ラジエータ１９に導入された冷却水は、ラジエータ戻り通路（図示せず）を介してサーモスタット１８に導入され、ウォータポンプ４に供給されている。
【００２５】
サーモスタット１８は、第１分岐通路１７からの冷却水温度が低い場合には、前記ラジエータ戻り通路からの冷却水の流れを遮断し、第１分岐通路１７からの冷却水温度が高い場合には、前記ラジエータ戻り通路からの冷却水の流れを許容する。つまり、第１分岐通路１７からの冷却水温度が低い場合には、冷却水がラジエータ１９を経由せずに冷却系統内を循環する。第１分岐通路１７からの冷却水温度が高い場合には、冷却水がラジエータ１９を経由して冷却系統内を循環する。
【００２６】
そして、図２及び図３に示すように、シリンダヘッド側ウォータジャケット１１の壁面のうち、同一気筒の排気弁間に位置して当該気筒の燃焼室（図示せず）からの受熱が大きい燃焼室壁面の裏側に当たる部分には、気泡離脱を促進する表面性状を有する気泡離脱促進部２０が形成されている。
【００２７】
この気泡離脱促進部２０は、同一気筒の排気弁間のシリンダヘッド側ウォータジャケット１１の壁面をドリル等の工具で切削することによって形成されている。詳述すると、本実施形態における気泡離脱促進部２０は、シリンダヘッド３の排気側側壁１０からドリル（図示せず）を用いて同一気筒の排気弁間に貫通穴２１を開ける際に、このドリルによる切削によって形成されているものであって、車両上下方向の下方（図２における下方）に向かって凸となる断面円弧状の凹曲面上に形成されている。尚、図２中の２２は、気筒中央に位置する点火プラグである。つまり、この第１実施形態における内燃機関１は、ガソリンエンジンである。
【００２８】
本実施形態における気泡離脱促進部２０は、表面粗さの指標として、算術平均粗さＲａ（ＪＩＳ  Ｂ０６０１）でＲａ＜１０×１０-6ｍ（１０ミクロン）、輪郭曲線要素の平均長さ（凹凸平均長さ）Ｒｓｍ（ＪＩＳ  Ｂ０６０１）でＲｓｍ＜５００×１０-6ｍ（５００ミクロン）、となるよう形成されている。
【００２９】
尚、この本実施形態においては、前述のドリルは、シリンダヘッド３の排気側側壁１０に対して直交する姿勢で同一気筒の排気弁間に穴を開けている。また、シリンダヘッド３の排気側側壁１０にドリルによって形成された貫通孔２１は、気泡離脱促進部２０の形成後、閉塞部材２３によって液密に閉塞される。
【００３０】
図３に示すように、シリンダヘッド側ウォータジャケット１１は、シリンダブロック２内を流れた冷却水が、気泡離脱促進部２０よりも車両上下方向の下側から供給されるように形成されている。尚、図３中の２４は排気ポート、２５は吸気ポートである。
【００３１】
また、図４〜図７に示すように、シリンダヘッド側ウォータジャケット１１内の冷却水は、シリンダヘッド３に形成された吸気ポート２５や排気ポート２４の外壁面を避けつつ、シリンダヘッド３の気筒列方向の一端側から他端側に向かって流れている。
【００３２】
このような本発明の第１実施形態においては、燃焼室からの受熱が大きい燃焼室壁面の裏側に当たるシリンダヘッド側ウォータジャケット１１壁面を気泡の離脱を促進する表面性状としたので、高負荷時に発生する沸騰気泡の気泡離脱促進部２０からの離脱性が向上する。これにより、燃焼室壁面の裏側に当たるシリンダヘッド側ウォータジャケット１１壁面である気泡離脱促進部２０の熱伝達性が向上し、燃焼室周囲の温度上昇が抑制でき、高負荷時の燃焼室強度、疲労特性を確保し、冷機時から高負荷時に至る過程で生じる低サイクル歪による燃焼室構造体の疲労強度を確保し、且つコンパクト、軽量な構成で実現することが可能となる。
【００３３】
また、鋳造されたシリンダヘッド３のうち、同一気筒の排気弁間に位置して燃焼室からの受熱が大きい燃焼室壁面の裏側に当たる部分に、切削加工を施すことにより、シリンダヘッド側ウォータジャケット１１内の鋳肌面のうち、特に熱の伝達を改善したい部位の熱伝達を改善する表面粗さを得ることができ、良好な熱の伝達が可能となる。
【００３４】
図８は、表面粗さと熱流束との相関、すなわち表面粗さと沸騰気泡の壁面からの脱離の相関を示した特性図である。詳述すると、図８は、冷却水によって冷却される冷却面の表面粗さが異なるテストピースに所定の熱量を加え、この冷却面（本実施形態の気泡離脱促進部に相当）の表面粗さの違いにより、この冷却面からどれだけ熱が逃げているかを測定した結果を示したものであり、縦軸の熱流束が大きくなるほど放熱性がよいことを表している。図８中の四角形のプロットは試験開始直後の熱流束を表し、図８中の円形のプロットは、試験開始から所定時間経過後（経時劣化後）の熱流束を表している。尚、図８中に矢示するように、円形のプロットは、その真上に位置する四角形のプロットに対応している。
【００３５】
図８から、表面粗さが、算術平均粗さＲａ（ＪＩＳ  Ｂ０６０１）で１０×１０-6ｍ（１０ミクロン）以上であり、輪郭曲線要素の平均長さＲｓｍ（ＪＩＳ  Ｂ０６０１）で５００×１０-6ｍ（５００ミクロン）以上となる領域では、表面粗さの違いにかかわらず、テストピースの裏面から逃げる熱流束は略一定となっている。一方、表面粗さが、算術平均粗さＲａ（ＪＩＳ  Ｂ０６０１）で１０×１０-6ｍ（１０ミクロン）よりも小さく、輪郭曲線要素の平均長さＲｓｍ（ＪＩＳ  Ｂ０６０１）で５００×１０-6ｍ（５００ミクロン）よりも小さい領域では、表面粗さが小さくなるほど、テストピースの裏面から逃げる熱流束が大きくなる。
【００３６】
そこで、切削加工により形成される気泡離脱促進部２０は、その表面粗さを、算術平均粗さＲａ（ＪＩＳ  Ｂ０６０１）でＲａ＜１０×１０-6ｍ（１０ミクロン）、輪郭曲線要素の平均長さＲｓｍ（ＪＩＳ  Ｂ０６０１）でＲｓｍ＜５００×１０-6ｍ（５００ミクロン）となるように形成すれば、気泡離脱性が良いものを得ることができる。換言すれば、気泡の核を作る気泡離脱促進部２０表面の粗さが機関の熱流束に対し妥当な大きさとなり、熱の放熱を良好に保つことができる。
【００３７】
また、気泡離脱促進部２０は、車両上下方向の下方に向かって凸となる断面円弧状の凹曲面上に形成されているので、気泡離脱促進部２０から脱離した気泡をその場にとどまらせることなく、冷却水の下流に排出することができ、高負荷運転が連続しても、良好な熱の放出ができ、燃焼室の高温化を継続的に抑止できる。
【００３８】
そして、気泡離脱促進部２０には、シリンダブロック３内を流れた冷却水が、気泡離脱促進部２０よりも車両上下方向の下側から供給されているので、シリンダブロック３を冷却する過程で暖められた冷却水が、同一気筒の排気弁間の下部からシリンダヘッド側ウォータジャケット１１に導入されることになるで、気泡離脱促進部２０でより気泡が発生し易くなると共に、導入された冷却水の熱を受け、脱離した気泡も浮力で上方へ移動することになり、気泡離脱促進部２０からの気泡の排出が容易となる。
【００３９】
以下、本発明の他の実施形態について説明するが、上述した第１実施形態の同一の構成要素については、同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００４０】
次、本発明の第２実施形態について説明する。この第２実施形態は、上述した第１実施形態と略同一構成となっているが、この第２実施形態においては、気泡離脱促進部２０が、切削加工でによって形成された切削面ではなく、陽極酸化膜処理を施すことによって形成される微細な空孔を有する凹凸表面、すなわち微細な柱状の孔３１（図１０を参照）を有する凹凸表面に形成されている。
【００４１】
陽極酸化膜処理による加工は、例えば、特開２００９−０２４９１０号特許公報に示されるように、表面の研磨工程、陽極酸化工程およびエッチング工程を有しており、前記微細な柱状の孔の平均直径や平均深さは、アルミニウム基材の成分組成の選定、電解液の成分組成の選定、陽極酸化条件などを制御することによって、調整可能であり、本実施形態においては、輪郭曲線要素の平均長さＲｓｍ（ＪＩＳ  Ｂ０６０１）が、５０×１０-9ｍ（５０ナノミクロン）＜Ｒｓｍとなるように調整されている。
【００４２】
尚、微細な空孔を有する場合、実際の計測では必ずしも端子の追従性が十分でないため正確な算術平均粗さＲａを求めることは困難であるが、参考までに得られた算術平均粗さＲａを示すと、４３×１０-9ｍ（４３ナノミクロン）であった。
【００４３】
これは、図９に示すように、陽極酸化膜処理により形成された微細な空孔を有する凹凸表面においては、輪郭曲線要素の平均長さＲｓｍ（ＪＩＳ  Ｂ０６０１）が、５０×１０-9ｍ（５０ナノミクロン）＜Ｒｓｍ＜５００×１０-6ｍ（５００ミクロン）となるように設定することで、気泡の核を作る気泡離脱促進部２０表面のキャビティ（柱状の孔３１）が機関の熱流束に対し妥当な量となり、熱の放熱を良好に保つことができるようになるからである。尚、図９中に示す破線は、鋳肌面とした場合に得られる輪郭曲線要素の平均長さＲｓｍの、下限値相当である５００×１０-6ｍ（５００ミクロン）における熱伝達率を示しており、輪郭曲線要素の平均長さＲｓｍ（ＪＩＳ  Ｂ０６０１）が、５０×１０-9ｍ（５０ナノミクロン）＜Ｒｓｍ＜５００×１０-6ｍ（５００ミクロン）の範囲で、熱の放熱が改善していることがわかる。
【００４４】
ここで、輪郭曲線要素の平均長さＲｓｍ（ＪＩＳ  Ｂ０６０１）が、５０×１０-9ｍ（５０ナノミクロン）＜Ｒｓｍとは、具体的には、図１０に示すように、隣接する微細な柱状の孔３１の中心間の距離（ピッチ）が、５０ナノミクロン以上となっていることである。また、この第２実施形態においては、孔３１の孔径Ｄに対して、壁厚が（１／３）Ｄ〜（１／６）Ｄとなるよう設定されている。
【００４５】
図１１は、本発明の第３実施形態を示している。この第３実施形態は上述した第１実施形態と略同一構成となっているが、この第３実施形態においては、気泡離脱促進部２０が形成された断面円弧状の凹曲面が、気筒の中央に近づくほど車両上方側に位置するように傾斜するよう形成されている。すなわち、ドリルによる切削を行う際に、当該ドリルの先端が車両上方側に傾けて気泡離脱促進部２０となる切削面が形成されている。そのため、気泡離脱促進部２０から離脱した気泡が、車両上方側へ誘導されやすくなり、気泡の増加する高負荷状態でも、良好な熱の放出ができ、燃焼室の高温化を継続的に抑止できる。
【００４６】
また、シリンダヘッド側連通口１５が気泡離脱促進部２０の直下に形成され、シリンダブロック２からの冷却水が直接シリンダヘッド側ウォータジャケット１１の気泡離脱促進部２０に供給されるよう構成されているので、気泡離脱促進部２０で気泡が発生しやすくなる。
【００４７】
図１２〜図１４は本発明の第４実施形態を示している。
【００４８】
この第４実施形態は、上述した第１実施形態と略同一構成となっているが、シリンダヘッド側ウォータジャケット１１は、同一気筒の排気弁間に位置し、気筒列方向と直交する方向に細長い空間である機関弁間部としての排気弁間部４１を有し、この排気弁間部４１は、燃焼室中心側の一端が、シリンダヘッド側ウォータジャケット１１の排気弁間部４１以外の部分と連通し、シリンダヘッド３の排気側側壁１０側の他端が貫通穴２１を介してウォータインレット１２から分岐してシリンダブロック２内の前記シリンダブロック側ウォータジャケットを迂回する冷却水経路である機関弁間部用冷却水通路４２に接続されている。詳述すると、排気弁間部４１は、図１３に示すように、端燃焼室中心側の一端及び排気側側壁１０側の他端以外の部分は壁面によって周囲が囲まれており、排気弁間部４１には、実質的には、排気側側壁１０側の他端からのみ冷却水が流入する構成となっている。
【００４９】
そして、機関弁間部用冷却水通路４２には、冷却水温度に応じて当該機関弁間部用冷却通路の開閉を行う開閉弁４３が介装されている。
【００５０】
気泡離脱促進部２０は、上述した第１実施形態と同様に、シリンダヘッド３の排気側側壁１０からドリルを用いて同一気筒の排気弁間に貫通穴２１を開ける際に、つまりシリンダヘッド３の排気側側壁１０からドリルを用いてシリンダヘッド側ウォータジャケット１１の排気弁間部４１に貫通穴２１を開ける際に、このドリルによる切削によって形成されている。
【００５１】
冷却水温度は、ウォータアウトレット１６に取り付けられてた水温センサ４４によって検知されており、水温センサ４４の検出信号は、ＥＣＭ（エンジンコントロールモジュール）４５に入力されている。そして、このＥＣＭ４５からの制御指令によって、開閉弁４３が開閉制御される。つまり、開閉弁４３は、シリンダヘッド側ウォータジャケット１１の出口部分における冷却水温度、換言すればラジエータ１９の上流側の冷却水温度に応じて開閉制御されている。
【００５２】
詳述すると、冷却水温度Ｔｗが予め設定された所定温度Ｔｗ１よりも高くなると開閉弁４３を開弁して機関弁間部用冷却水通路４２から気泡離脱促進部２０に冷却水を供給し、冷却水温度Ｔｗが所定温度Ｔｗ１以下の場合には開閉弁４３を閉弁して機関弁間部用冷却水通路４２から気泡離脱促進部２０への冷却水を供給を中止する。尚、開閉弁４３は、冷却水温度と機関の状況に応じて開閉するようにすることも可能であり、シリンダヘッド３の代表温度を検出する手段を設けて、シリンダヘッド３の代表温度に応じて開閉することも可能である。
【００５３】
このような第４実施形態おいては、内燃機関１の冷機時など熱の放出を抑止したい際には、機関弁間部用冷却通路４２を閉とすることで、排気弁間部４１における冷却水の流れが停止して気泡の脱離を抑制でき、熱伝達を抑えることが可能となる。そのため、内燃機関１の暖気性能を向上させることができる共に、気泡離脱促進部２０からの放熱を低下させることによる燃費向上を図ることができる。また、内燃機関１の高温時には、機関弁間部用通路４２からシリンダヘッド側ウォータジャケット１１の排気弁間部４１に冷却水が供給され燃焼室の温度上昇を抑止でき、冷機時における内燃機関１の暖気性能向上と、高温時における内燃機関１の冷却性能向上による燃費向上の両立を図ることができる。
【００５４】
図１５は、この第４実施形態における開閉弁４３の制御の流れを示すフローチャートである。
【００５５】
ステップ（以下、単にＳと記す）１では、水温センサ４４により冷却水温度Ｔｗを検知する。
【００５６】
Ｓ２では、検出された冷却水温度Ｔｗが予め設定された所定温度Ｔｗ１よりも高いか否かを判定し、冷却水温度Ｔｗが所定温度Ｔｗ１よりも高い場合にはＳ３へ進み開閉弁４３を開弁状態とし、そうでない場合にはＳ４へ進み開閉弁４３を閉弁状態とする。
【００５７】
図１６は、本発明の第５実施形態を示している。この第５実施形態は、上述した第４実施形態と略同一構成となっているが、シリンダヘッド３の排気側側壁１０からドリルを用いてシリンダヘッド側ウォータジャケット１１の排気弁間部４１に貫通穴２１を開ける際に、前記ドリルの先端が少なくとも気筒中央の上方に位置するシリンダヘッド側ウォータジャケット１１の内壁面に突き当たるまでシリンダヘッド３の排気側側壁１０側から挿入されている。
【００５８】
つまり、車両上下方向の下方（図１６における下方）に向かって凸となる断面円弧状の凹曲面上に加え、当該気筒中央の上方に位置する部分のシリンダヘッド側ウォータジャケット１１の内壁面に前記ドリルの先端によって形成された穴５１の底面５２及び内周面５３にも、気泡離脱促進部２０が形成されている。詳述すると、本実施形態においては、穴５１の底面５２が、点火プラグ２２の座面の下部に位置するよう設定されている。
【００５９】
これによって、点火プラグ２２の冷却性能を高めることができる。また、加工時にはドリルの先端面がシリンダヘッド側ウォータジャケット１１の壁面に突き当てられているので、加工時のドリルのぶれを抑制することができる。
【００６０】
尚、この第５実施形態において、気筒中央に点火プラグ２２ではなく燃料噴射弁が配置された場合、すなわち、内燃機関１がディーゼルエンジンである場合には、この燃料噴射弁の座面の下部に気泡離脱促進部２０が形成されることになるので、燃料噴射弁の冷却性能が高められることになる。
【００６１】
上述した各実施形態における内燃機関１は、同一気筒の一対の吸気弁、及び同一気筒の一対の排気弁が、それぞれ気筒列方向に沿って並んだ構成となっているが、本発明はこのようなレイアウトの内燃機関１にのみ限定されるものではなく、例えば、同一気筒の一対の吸気弁、及び同一気筒の一対の排気弁が、それぞれ気筒列方向と直交する方向に沿って並んだ構成の内燃機関に適用することも可能である。
【００６２】
また、気泡離脱促進部２０は、同一気筒の排気弁間に形成されるものに限定されるものではなく、同一気筒の吸気弁と排気弁との間に形成することも可能である。また、気泡離脱促進部２０は、シリンダヘッド３の排気側側壁１０からドリルを用いて穴を開ける際に形成されるものに限定されるものではなく、例えば、シリンダヘッド３の上壁８からドリルを用いて同一気筒の吸気弁と排気弁との間に穴を開け、この穴を開ける際に、このドリルの先端でシリンダヘッド側ウォータジャケット１１の壁面を切削し、この切削された部分を気泡離脱促進部２０とすることも可能である。
【符号の説明】
【００６３】
３…シリンダヘッド
１１…シリンダヘッド側ウォータジャケット
２０…気泡離脱促進部
２１…貫通穴
２２…点火プラグ
２３…閉塞部材
【図１】
2011027082.tif 000003
【図２】
2011027082.tif 000004
【図３】
2011027082.tif 000005
【図４】
2011027082.tif 000006
【図５】
2011027082.tif 000007
【図６】
2011027082.tif 000008
【図７】
2011027082.tif 000009
【図８】
2011027082.tif 000010
【図９】
2011027082.tif 000011
【図１０】
2011027082.tif 000012
【図１１】
2011027082.tif 000013
【図１２】
2011027082.tif 000014
【図１３】
2011027082.tif 000015
【図１４】
2011027082.tif 000016
【図１５】
2011027082.tif 000017
【図１６】
2011027082.tif 000018