(57)【要約】【課題】シリンダヘッド内の冷却水流路に設けられた支柱の効果によって燃焼室の壁面温度を低下させることができる内燃機関を提供する。【解決手段】内燃機関は、シリンダヘッド１内の冷却水流路６に設けられ、燃焼室２から遠い冷却水流路６の天井部６ｂを燃焼室２に近い冷却水流路６の底部６ａから支持する支柱８を備える。支柱８は、天井部８ｂ側の断面積よりも底部６ａ側の断面積が大きくなるように形成されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダヘッド内の冷却水流路に設けられ、燃焼室から遠い前記冷却水流路の天井部を前記燃焼室に近い前記冷却水流路の底部から支持する支柱を備え、
前記支柱は、前記天井部側の断面積よりも前記底部側の断面積が大きくなるように形成されていることを特徴とする内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリンダヘッド内の冷却水流路に支柱が設けられた内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記の特許文献には、シリンダヘッド内の冷却水流路に支柱が設けられた内燃機関が開示されている。支柱は、その断面形状を流線形にすることで流路抵抗を減らされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２９９５７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
支柱には、局所的に冷却水の流速を上昇させることで、冷却水流路の壁面と冷却水との間での熱伝達を促進する作用がある。また、支柱自体の熱伝導によって、燃焼室からシリンダヘッドに伝わった熱を支柱経由で冷却水に逃がす作用もある。これらの作用により、冷却水流路に設けられた支柱には、燃焼室の壁面温度を低下させる効果が期待される。
【０００５】
しかしながら、上記特許文献に記載された支柱には、燃焼室の壁面温度を低下させる効果において改善の余地がある。
【０００６】
本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたものであり、シリンダヘッド内の冷却水流路に設けられた支柱の効果によって燃焼室の壁面温度を低下させることができる内燃機関を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る内燃機関は、シリンダヘッド内の冷却水流路に設けられ、燃焼室から遠い冷却水流路の天井部を燃焼室に近い冷却水流路の底部から支持する支柱を備える。支柱は、冷却水流路の天井部側の断面積よりも冷却水流路の底部側の断面積が大きくなるように形成されている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る内燃機関によれば、支柱は、冷却水流路の天井部側の断面積よりも冷却水流路の底部側、つまり、温度が高い側の断面積が大きくなっているので、支柱から冷却水への熱移動量を大きくすることができ、その除熱作用によって燃焼室の壁面温度を低下させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】内燃機関のシリンダヘッドの断面図である。
【図２】図１に示すシリンダヘッドの３Ｄプリンタでの造型姿勢を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る内燃機関の冷却水流路の拡大断面図である。
【図４】冷却水流路に支柱がない場合のシリンダヘッド内の熱の移動を示す模式図である。
【図５】冷却水流路に断面積が一定の棒状の支柱が設けられた場合のシリンダヘッド内の熱の移動を示す模式図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る内燃機関におけるシリンダヘッド内の熱の移動を示す模式図である。
【図７】支柱の有無及び形状と燃焼室壁面温度の分布との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
まず、本発明が適用される内燃機関について説明する。図１は、本発明が適用される内燃機関のシリンダヘッド１の断面図である。詳しくは、シリンダの中心軸を含みクランク軸に垂直な平面でシリンダヘッド１を切断した場合の断面図である。
【００１１】
シリンダヘッド１は、ペントルーフ型の燃焼室２を備える。シリンダヘッド１には、燃焼室２の頂部に開口する点火プラグ挿入孔３が形成されている。シリンダヘッド１の内部には、燃焼室２に連通する吸気ポート４と排気ポート５が形成されている。さらに、シリンダヘッド１の内部には、燃焼室壁面２ａの裏側に沿って冷却水流路６が形成されている。冷却水流路６は、図１に示す断面において、点火プラグ挿入孔３の周囲から排気ポート５の下方まで延びている。
【００１２】
シリンダヘッド１は、アルミ材で作られている。シリンダヘッド１の作成には、３Ｄプリンタが用いられる。図２は、シリンダヘッド１の３Ｄプリンタでの造型姿勢を示す図である。３Ｄプリンタによるシリンダヘッド１の作成では、排気側のペント角（排気側の燃焼室壁面２ａの延長線とシリンダヘッド底面１ａとがなす角度）が水平に近くなる造型姿勢がとられる。この造型姿勢では、冷却水流路６はほぼ水平となる。
【００１３】
次に、本発明の実施の形態に係る内燃機関について説明する。本実施の形態に係る内燃機関は、シリンダヘッド１の構成、詳しくは、冷却水流路６の構成に特徴がある。図３は、本発明の実施の形態に係る冷却水流路６の拡大断面図である。本実施の形態では、３Ｄプリンタによるシリンダヘッド１の作成時、冷却水流路６の底部６ａから天井部６ｂを支持する支柱８，９が冷却水流路６の内部に形成される。
【００１４】
詳しくは、燃焼室壁面２ａが高温になる排気側の冷却水流路６には、底部６ａ側から天井部６ｂ側にかけて断面積（鉛直方向に垂直な断面の断面積）が次第に小さくなる第１形状の支柱８が複数個形成される。第１形状の支柱８は、例えば、鉛直方向に錘状（例えば円錐状或いは角錐状）に延びる支柱である。点火プラグ挿入孔３の近傍の冷却水流路６には、断面積がほぼ一定の第２形状の支柱９が形成される。第２形状の支柱９は、例えば、鉛直方向に棒状に延びる支柱である。
【００１５】
次に、冷却水流路６に設けられた支柱、特に、排気側に設けられた第１形状の支柱８の作用及び効果について図４−図７を用いて説明する。図４は、冷却水流路６に支柱がない場合（ケース１）のシリンダヘッド内の熱の移動を示す模式図である。冷却水流路６に支柱がない場合、燃焼室壁面２ａから入った熱は、主に冷却水流路６の底部６ａから冷却水流路６を流れる冷却水に伝わる。
【００１６】
図５は、冷却水流路６に断面積が一定の棒状の支柱１０が設けられた場合（ケース２）のシリンダヘッド内の熱の移動を示す模式図である。冷却水流路６に支柱１０がある場合、燃焼室壁面２ａから入った熱は、冷却水流路６の底部６ａから冷却水流路６を流れる冷却水に伝わるとともに、支柱１０を経由してその表面からも冷却水流路６を流れる冷却水に伝わる。ゆえに、冷却水流路６に支柱がない場合に比較して、燃焼室壁面２ａの温度を低下させる効果は大きい。
【００１７】
図６は、冷却水流路６に第１形状の支柱８が設けられた場合（ケース３）のシリンダヘッド内の熱の移動を示す模式図である。第１形状の支柱８は、燃焼室壁面２ａから冷却水への熱移動に関して棒状の支柱１０と同様に作用する。さらに、第１形状の支柱８の場合、冷却水流路６の天井部６ｂ側の断面積よりも冷却水流路の底部６ａ側の断面積の方が大きい。冷却水流路の底部６ａは燃焼室壁面２ａと背中合わせであり、燃焼室壁面２ａから入った熱が直接伝えられる。このため、第１形状の支柱８によれば、燃焼室２側のヘッドアルミ材から支柱８を経由して冷却水へ移動する熱の移動量を大きくすることができる。そして、その除熱作用によって燃焼室壁面２ａの温度を低下させることができる。つまり、第１形状の支柱８によれば、棒状の支柱１０と比較して、燃焼室壁面２ａの温度を低下させる効果は大きい。
【００１８】
図７は、支柱の有無及び形状と燃焼室壁面２ａの温度の分布との関係を示すグラフである。詳しくは、このグラフは、ケース１〜３のそれぞれにおける冷却水流路６に沿った燃焼室壁面２ａの温度の分布を示している。ケース１とケース２，３との比較から分かるように、冷却水流路６に支柱８，１０を設けることで、冷却水流路６に支柱がない場合と比較して、ほぼ全域で燃焼室壁面２ａの温度を低下させることができる。さらに、ケース２とケース３との比較から分かるように、天井部６ｂ側の断面積よりも底部６ａ側の断面積が大きい第１形状の支柱８によれば、断面積が一定の棒状の支柱１０と比較して、支柱８を設けた部位及びその周辺の燃焼室壁面２ａの温度を大きく低下させることができる。
【００１９】
以上説明したように、本実施の形態に係る内燃機関によれば、シリンダヘッド１の冷却水流路６内に支柱８が設置されたことにより、冷却水流路６を流れる冷却水の局所的な流速の上昇によって熱伝達を促進できるとともに、支柱８の内部の熱伝導によって燃焼室壁面２ａからの熱引きを促進することができる。この支柱８は、冷却水流路６の天井部６ｂ側の断面積よりも冷却水流路６の底部６ａ側、つまり、温度が高い側の断面積が大きくなっているので、支柱８から冷却水への熱移動量を大きくすることができ、その除熱作用によって燃焼室壁面２ａの温度を低下させることができる。また、支柱８には、天井部６ｂ側の断面積よりも底部６ａの断面積の方が大きいことにより、自身の応力集中による亀裂を回避することができるという効果もある。
【符号の説明】
【００２０】
１  シリンダヘッド
１ａ  シリンダヘッド底面
２  燃焼室
２ａ  燃焼室壁面
３  点火プラグ挿入孔
４  吸気ポート
５  排気ポート
６  冷却水流路
６ａ  底部
６ｂ  天井部
８  支柱
９  支柱
【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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