(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダヘッドであって、
その内部に、複数の気筒に対応した複数の排気ポートと、前記各排気ポートが連通した排気集合空間と、冷却水ジャケットとが形成されており、前記排気集合空間は、前記シリンダヘッドの排気側面から１つの排気穴として開口している構成において、
前記冷却水ジャケットは、概ね各気筒の上部個所のエリアよりも排気側面側に寄った部位を冷却する排気側ジャケット部と、前記各気筒の上部個所を含むエリアを中心に冷却する燃焼室側ジャケット部とに分かれていて、
前記両ジャケット部は、それぞれクランク軸線方向を向いた前後両端部のうち一端部に位置した専用の冷却水入り口を有して、冷却水が、前記両ジャケット部をそれぞれ前記一端部から他端部の側に独立して流れてから集合するようになっており、かつ、
前記排気側ジャケット部の冷却水入り口には、シリンダブロックの冷却水ジャケットを経由していない冷却水が流入して、前記燃焼室側ジャケット部の冷却水入り口には、前記シリンダブロックの冷却水ジャケットを経由した冷却水が流入する、
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、車両用等の内燃機関のシリンダヘッドに関するものであり、冷却構造（冷却水ジャケットの構造）に特徴を有している。
【０００２】
内燃機関の排気構造として、排気集合空間をシリンダヘッドの内部に形成して、シリンダヘッドの排気側面には１つの排気穴が空いているだけのタイプが存在している。このタイプは、全体的にコンパクト化できる利点や熱を有効利用できる利点などがあるが、排気マニホールドを固定するタイプに比べて、シリンダヘッドが過酷な熱環境に晒されるという問題がある。
【０００３】
この点について、例えば特許文献１に開示されているように、冷却水ジャケットを排気集合空間の側に突出した状態に形成して、排気集合空間の個所の冷却を図っている。なお、排気集合空間はクランク軸線方向（気筒列方向）に長く延びているため、冷却水ジャケットは、排気集合空間を挟んで上下に分かれており、上下に分かれた部分は、長手一端部と長手他端部とにおいて連通していると共に、長手方向の中途部においても連通している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−５７４６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１のように、冷却水ジャケットを排気集合空間の個所に突出させた場合、冷却水が冷却水ジャケットにまんべんなく均等に流れたら、排気集合空間の個所も効果的に冷却できる。しかし、本願発明者たちが解析・研究したところ、冷却水はウォータポンプで圧送されているために、冷却水ジャケットの一端部から他端部に向けて直進する傾向を呈して、排気集合空間の個所の冷却が不完全になることが判明した。すなわち、最も加熱される部分の冷却が不十分になっていた。
【０００６】
更に、特許文献１では、シリンダヘッドの冷却は、基本的には、シリンダブロックの冷却水ジャケットを経由した冷却水で行っており、排気集合空間の個所に流れる冷却水は少なくてしかもシリンダブロックによって昇温しているため、冷却性は益々悪くなるという結果に至っていると云える。
【０００７】
本願発明はこのような知見と研究の成果としてなされたものであり、排気集合空間を内蔵したシリンダヘッドにおいて、より改良された冷却構造を提供せんとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願発明はシリンダヘッドに関するものであり、このシリンダヘッドは、
「その内部に、複数の気筒に対応した複数の排気ポートと、前記各排気ポートが連通した排気集合空間と、冷却水ジャケットとが形成されており、前記排気集合空間は、前記シリンダヘッドの排気側面から１つの排気穴として開口している」
という基本構成になっている。
【０００９】
そして、上記基本構成において、
「前記冷却水ジャケットは、概ね各気筒の上部個所のエリアよりも排気側面側に寄った部位を冷却する排気側ジャケット部と、前記各気筒の上部個所を含むエリアを中心に冷却する燃焼室側ジャケット部とに分かれていて、
前記両ジャケット部は、それぞれクランク軸線方向を向いた前後両端部のうち一端部に位置した専用の冷却水入り口を有して、冷却水が、前記両ジャケット部をそれぞれ前記一端部から他端部の側に独立して流れてから集合するようになっており、かつ、
前記排気側ジャケット部の冷却水入り口には、シリンダブロックの冷却水ジャケットを経由していない冷却水が流入して、前記燃焼室側ジャケット部の冷却水入り口には、前記シリンダブロックの冷却水ジャケットを経由した冷却水が流入する」
という構成になっている。
【００１０】
各ジャケット部の冷却入り口は長手一端部のみに設けてもよいが、長手他端部等に補助的な冷却水入り口を設けることも可能である。
【００１１】
２つのジャケット部から流れ出た冷却水は、１つの流れとして集合させてから、ラジェータやウォータポンプへの送りを司る制御部に流すのが好ましいが、燃焼室側ジャケット部と排気側ジャケット部の流れとを制御部で集合させることも可能である。更に、排気側ジャケット部による冷却を阻害しない範囲で、排気側ジャケット部と燃焼室側ジャケット部とを、その一端部と他端部との間の１か所又は複数個所で連通させることも可能である。
【発明の効果】
【００１２】
本願発明では、シリンダヘッドの冷却水ジャケットは、排気側ジャケット部と燃焼室側ジャケット部とに分離していて、それぞれの冷却水入り口に冷却水が別々に流入するため、排気側ジャケット部に流入した冷却水が直進性を持っていても、冷却水を、排気側ジャケット部の全体にまんべんなく流すことができる。つまり、排気側ジャケット部は、冷却が方向性（直進性）を持って流れつつも、全体の内面にまんべんなく接触するのであり、これにより、排気集合空間の個所や排気ポートの個所を的確に冷却することができる。
【００１３】
そして、シリンダヘッドのうち排気集合空間を設けている部分は排気ガスに晒されて最も高温になるが、本願発明では、排気集合空間の個所を冷却する排気側ジャケット部には、シリンダブロックの冷却水ジャケットを経由せずに昇温していない冷却水がダイレクトに流入するため、排気集合空間の個所の冷却性を格段に向上できる。
【００１４】
このように、本願発明では、低い温度の冷却水で排気集合空間の個所を的確に冷却できるのであり、これにより、シリンダヘッドが排気集合空間の個所において部分的に過剰昇温することを防止して、熱によるひずみ等の弊害を防止できる。また、排気ガスの異常昇温も抑制できるため、浄化用触媒の損傷も抑制できる。更に、車両の暖房は一般に冷却水でヒータを加温することで行われているが、本願発明では、シリンダヘッドから冷却水への熱交換が促進されるため、車両用内燃機関に適用すると、車内暖房用ヒータの効きを向上させることもできる。
【００１５】
また、シリンダヘッドのうち気筒列の上の部分は排気集合空間の個所に比べると昇温の程度が低いが、燃焼室側ジャケット部にはシリンダブロックの冷却水ジャケットを経由して昇温した冷却水が流れるため、気筒列の上の部分が過剰に冷却されることを防止できる。従って、シリンダヘッドの熱膨張をできるだけ均等化することが可能になる。
【００１６】
なお、排気側ジャケット部と燃焼室側ジャケット部とがシリンダヘッドの幅方向に分離していることにより、両ジャケット部の間には、クランク軸線方向に長い隔壁が存在しており、この隔壁がシリンダヘッドの撓みを抑制する補強部として機能するため、シリンダヘッドの強度を向上できると共に、熱ひずみも抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施形態を示す図で、冷却水ジャケットの平面図、（Ｂ）はシリンダヘッドの平面図である。
【図２】（Ａ）は冷却水ジャケットを排気側面方向から見た側面図、（Ｂ）はシリンダヘッドの側面図である。
【図３】（Ａ）は冷却水ジャケットをクランク軸線方向から見た背面図、（Ｂ）はシリンダヘッドの背面図である。
【図４】冷却水ジャケットの斜視図である。
【図５】冷却水ジャケットの平面図である。
【図６】シンリダブロックの部分平面図である。
【図７】シリンダヘッドを図５の VII-VII線で切った断面図である。
【図８】シリンダヘッドを図５の VIII-VIII線で切った断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて発明する。本実施形態では、クランク軸線方向を前後方向として定義しており、図１に方向を明示している。図では表示していないが、タイミングチェーンが配置されている側を前としている。
【００１９】
図１（Ｂ）及び図８から理解できるように、シリンダヘッド１に上面には上向きに開口した空所が形成されており、このため、周囲は上向きの周壁２で構成されている。周壁２で囲われた内部には、３つの点火プラグ保持穴３が長手方向（クランク軸心４の方向）に並んでいる。
【００２０】
また、シリンダヘッド１の空所には、カム軸が保持される軸受け部を構成する仕切りリブ５が幅方向に延びており、仕切りリブ５を挟んだ両側に、バルブ軸が嵌まる弁保持穴６を２対ずつ形成している。
【００２１】
シリンダヘッド１は、吸気ポート７が開口した吸気側面８を有している。吸気側面８は、下に行くに従って外側に向かうように傾斜している。また、図７に示すように、シリンダヘッド１には、クランク軸線方向に並んだ３つの燃焼室９が形成されている。燃焼室９は下広がりの台錘状に形成されており、当然ながら、シリンダブロック１０の気筒１１と同径・同心になっている。
【００２２】
シリンダヘッド１には、１つの燃焼室に対応して２つの排気ポート（図示せず）が形成されており、各排気ポートは、図７，８に示す１つの排気集合空間１２に集合している。図２及び図７に示すように、排気集合空間１２は１つの排気穴１３を有しており、排気穴１３は排気側面１４に開口している。排気穴１３は、シリンダヘッド１の長手方向に長い小判形の長穴になっている。
【００２３】
図１〜３の対比から理解できるように、シリンダヘッド１の内部には、冷却水が通る冷却水ジャケット１５を形成している。なお、図１〜３の平行斜線は、冷却水ジャケット１５の外形を明示するためのものであり、断面の表示ではない。また、図５では、上下方向（気筒軸線方向）に重なった冷却水ジャケットはそのまま表示している。
【００２４】
図１，４から容易に理解できるように、冷却水ジャケット１５は、排気側面１３の側に位置した排気側ジャケット部１６と、各燃焼室９（或いは気筒１１）の上方部個所を含むエリアを中心に冷却する燃焼室側ジャケット部１７とに分かれている。燃焼室側ジャケット部１７は、気筒１１の軸心方向から見て、クランク軸心４を挟んだ両側に広がっている。また、図１（Ａ）において、燃焼室側ジャケット部１７は、燃焼室と同心状の外側部分１７ａを有しており、外側部分１７ａでシリンダヘッド１の吸気側肉部１８が囲われているが、吸気側肉部１８は吸気弁の支持部になっている。
【００２５】
排気側ジャケット部１６と燃焼室側ジャケット部１７との間は、冷却水ジャケット１５の肉部である隔壁部１９になっており、排気弁の支持部は、この隔壁部１９に形成されている。隔壁部１９は前後方向に長く延びているため、シリンダヘッド１の強度は高くなっている。また、熱膨張によって左右方向に反ったり上下方向に反ったりすることも抑制されている。また、吸気側肉部１８も補強機能を有するが、隔壁部１９と吸気側肉部１８とがクランク軸心４を挟んで概ね対称位置にあるため、隔壁部１９と吸気側肉部１８との補強機能がバランスして、熱によるひずみの抑制に一層貢献している。
【００２６】
図２に示すように、排気側ジャケット部１６は、排気集合空間１２を上から覆う上部ジャケット部１６ａと、排気集合空間１２を下から覆う下部ジャケット部１６ｂとを有しており、上下のジャケット部１６ａ，１６ｂは、前後両端部において連通している。また、排気側面１４から離れた奥部においても、複数個所で連通している。従って、排気集合空間１２の後ろの部分や排気ポートの周囲の部分も、的確に冷却される。
【００２７】
図１において、排気側ジャケット部１６の内部に島状の排気側肉部２０が３つ存在しているが、これは、ヘッドボルト挿通穴を形成するための肉部である。
【００２８】
図４及び図５に示すように、排気側ジャケット部１６の前端部（一端部）と燃焼室側ジャケット部１７の前端部（一端部）とには、シリンダブロック１０に向いた冷却水入り口２１，２２が繋がっている。排気側ジャケット部１６の冷却水入り口２１は１つであり、燃焼室側ジャケット部１７の冷却水入り口２２は左右２つ設けている。図１では、冷却水入り口２１，２２は、黒丸で大まかな位置だけを示している。
【００２９】
燃焼室側ジャケット部１７は左右の範囲が広いので、冷却水が全体にまんべんなく流れるように２つの冷却水入り口２２を設けている。２つの冷却水入り口２２から噴出した冷却水の流れは、概ね、クランク軸心４を挟んだ両側において後端部（他端部）に向けて流れる。従って、冷却水は、燃焼室側ジャケット部１７を、できるだけ高い直進性を保持しつつ流れる。このため、流れ抵抗も少なくて圧損を抑制できる。排気側ジャケット部１６についても同様である。
【００３０】
図６に示すように、シリンダブロック１０には、気筒１１の群を囲うブロックジャケット２３が形成されており、排気側ジャケット部１６の冷却水入り口２１と連通する排気側送水口２４と、燃焼室側ジャケット部１７の冷却水入り口２２に連通する燃焼室側送水口２５とは、シリンダブロック１０の前端寄り部位に設けている。
【００３１】
シリンダブロック１０のブロックジャケット２３には、シリンダブロック１０の長手側面に設けた送水穴２６を介してウォータポンプから冷却水が送水されるが、排気側送水口２４は、ブロックジャケット２３の外側において送水穴２６と連通している。従って、排気側ジャケット部１６には、シリンダブロック１０を冷却していない低温の冷却水が流入する。このため、排気集合空間１２の個所や排気ポートの個所は、比較的少ない量の冷却水であっても的確に冷却される。
【００３２】
他方、排気側送水口２４はブロックジャケット２３と連通しており、シリンダブロック１０の冷却によってある程度に昇温した冷却水が流入する。シリンダヘッド１のうち燃焼室側ジャケット部１７の個所は、排気集合空間１２や排気ポートの個所に比べて温度は高くないため、昇温した冷却水が燃焼室側ジャケット部１７に流入しても、冷却水の水温が過剰に昇温することはない。
【００３３】
排気側ジャケット部１６に流入する冷却水の量と、燃焼室側ジャケット部１７に流入する冷却水の量との割合は、同じ程度でもよいが、両ジャケット部１６，１７の体積（容積）のバランスの点から、燃焼室側ジャケット部１７への流入割合が大きくなるのが好ましいと云える。そして、燃焼室側ジャケット部１７への流量が多くても、排気側ジャケット部１６において冷却水の昇温の程度が大きいため、燃焼室側ジャケット部１７及び排気側ジャケット部１６の終端では、冷却水の温度を同じ程度に昇温させることができる。
【００３４】
排気集合空間１２は、平面視で横向き凸状に湾曲しており、これに合わせて、排気側ジャケット部１６のうち排気側肉部２０を挟んで外側の部分が弓形に沿っている。そして、図５に明示するように、排気側ジャケット部１６の冷却水入り口２１は、弓形の通路の端部に位置しているため、冷却水は、弓形の通路に方向性を持って（直進性をもって）流入する。このため、シリンダヘッド１のうち最も高温になる部分を的確に冷却できる。この点、本実施形態の大きな利点の一つである。
【００３５】
なお、図７に示すように、シリンダブロック１０とシリンダヘッド１との間にガスケット２７が介在しているが、送水口２４，２５の個所では、ガスケット２７には穴が空いている。また、図２（Ａ）、図３（Ｂ）に示すように、排気側ジャケット部１６及び燃焼室側ジャケット部１７には、多数の下向きの空間２８，２９が繋がっているが、これは、鋳造時に中子型によって排気側ジャケット部１６，燃焼室側ジャケット部１７を形成するにおいて、中子型を支持するためのダミーの足を設けたことに起因するものである。下向きの空間２８，２９はガスケット２７で塞がれているので、存在しないのと同じ状態になっている。
【００３６】
シリンダブロック１２の送水穴２６に圧送された冷却水が、ブロックジャケット２３を周回せずに燃焼室側送水口２５にリークすると、シリンダブロック１０の冷却が疎かになると共に、燃焼室側ジャケット部１７による冷却が過剰になるおそれがある。そこで、図６に符号２３ａで示すように、ブロックジャケット２３の一端部に、冷却水のリークを防止するストッパー板を設けている。ストッパー板２３ａは、ブロックジャケット２３に嵌め込まれる環状のスペーサ（図示せず）に形成している。従って、部材の増加はないし、位置ずれの心配もない。
【００３７】
図１（Ａ）から容易に理解できるように、燃焼室側ジャケット部１７の後端部と排気側ジャケット部１６の後端部は、ジョイント部３０を介して連通している。従って、排気側ジャケット部１６を冷却した冷却水は、燃焼室側ジャケット部１７の終端部に流入する。そして、燃焼室側ジャケット部１７の終端には、図１や図２において網かけ表示で示す制御部３１が一体に繋がっている。
【００３８】
制御部３１は、ラジェータ及びヒータからの戻りとウォータポンプへの送りの中継室たる第１室３２と、ラジェータ及びヒータへの送りの中継室たる第２室３３とを有している。完成品としてのシリンダヘッド１では第１室３２と第２室とは連通しているが、鋳造した状態では、両者の間には若干の寸法の隙間３４が空いている（図５も参照）。従って、鋳造した状態では、シリンダヘッド１には、第１室３２と第２室３３とを隔てる壁が存在している。
【００３９】
そこで、図１（Ａ）に、網かけ表示して符号３５で示すように、隙間３４の個所にできた壁に、製造後のドリル加工によって連通穴３５を形成している。ドリルは矢印３６で示す方向から、ウォータポンプに送水するための出口穴を通って、壁に進入する。従って、ドリル加工は壁のみを切削するものであり、ドリル加工でできた穴をプラグで詰めるような後処理の必要はない。
【００４０】
排気側ジャケット部１６を通った冷却水は、ジョイント部３０から燃焼室側ジャケット部１７の後端に流れるが、ジョイント部３０の個所で流路が狭くなっているため、ジョイント部３０に流入する流れの周囲に淀みが発生して、冷却水の滞留が発生するおそれがある。そして、滞留が発生するとシリンダヘッド１の冷却性が低下する。
【００４１】
そこで、本実施形態では、図５に符号３７で示すように、シリンダブロック１０のブロックジャケット２３と連通した補助送水穴３７を設けて、温度が低い冷却水を混ぜることで降温させると共に、下方からの冷却水で排気側ジャケット部１６の冷却を攪乱させることにより、冷却水の淀みを無くして、冷却水がジョイント部３０に向かうように誘導している。なお、図５では、ブロックジャケット１２は中心線を表示している。
【００４２】
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。例えば、排気側ジャケット部及び燃焼室側ジャケット部とも、必要に応じて具体化できる。排気側ジャケット部に複数の冷却水入り口を設けたり、燃焼室側ジャケット部の冷却水入り口を１か所のみにしたりすることも可能である。排気側ジャケット部は上部と下部とに分かれるが、これら上部と下部とに、それぞれ別々の冷却水入り口から通水させることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本願発明は、内燃機関のシリンダヘッドに具体化できる。従って、産業上利用できる。
【符号の説明】
【００４４】
１  シリンダヘッド
４  クランク軸心
７  吸気ポート
８  吸気側面
１０  シリンダブロック
１１  気筒
１２  排気集合空間
１３  排気穴
１４  排気側面
１５  冷却水ジャケット
１６  排気側ジャケット部
１７  燃焼室側ジャケット部
１９  両冷却水ジャケット部の間の隔壁
２１  排気側ジャケット部の冷却水入り口
２２  燃焼室側ジャケット部の冷却水入り口
２３  ブロックジャケット
２４  排気側送水口
２５  燃焼室側送水口
３０  ジョイント部
３１  制御部
３２  第１室
３３  第２室
３５  連通穴
３７  補助送水穴
【図１】
0006787664.tif 000002
【図２】
0006787664.tif 000003
【図３】
0006787664.tif 000004
【図４】
0006787664.tif 000005
【図５】
0006787664.tif 000006
【図６】
0006787664.tif 000007
【図７】
0006787664.tif 000008
【図８】
0006787664.tif 000009