(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの複数の気筒毎に吸気ポート及び排気ポートが少なくとも２つずつ形成されているとともに、点火プラグが設けられたシリンダヘッドであって、
当該シリンダヘッドには上側ウォータジャケットと下側ウォータジャケットとが形成されており、
前記下側ウォータジャケットは、
当該シリンダヘッドの下方のシリンダブロックからの冷却水が流入する排気側冷却水入口と、
前記各気筒の前記排気ポート間に形成され、前記排気側冷却水入口から流入した冷却水を前記点火プラグに向けて流す排気ポート間冷却水通路と、
前記排気ポート間冷却水通路に接続され、前記点火プラグ回りに冷却水を流すプラグ回り冷却水通路と、
前記複数の気筒にわたって形成され、当該シリンダヘッドの長手方向に冷却水が流れる長手方向冷却水通路と、
前記長手方向冷却水通路の上部であって隣り合う気筒間となる位置に形成された冷却水流出口と、
前記冷却水流出口と前記上側ウォータジャケットとを連通する連通路と、
隣り合う気筒間の位置に前記長手方向冷却水通路と交差するように形成され、下方のシリンダブロックから流入した冷却水が当該シリンダヘッドの短手方向に流れる短手方向冷却水通路と、を備え、
前記短手方向冷却水通路は、排気バルブの回りに冷却水が回り込むような形状に形成され且つ通路底面が前記長手方向冷却水通路の通路底面よりも低くなるように溝状に加工された冷却水出口側通路を備えており、
前記プラグ回り冷却水通路が前記長手方向冷却水通路に接続されているとともに、前記プラグ回り冷却水通路と前記冷却水流出口との間の通路断面積が、前記排気ポート間冷却水通路の通路断面積よりも大きいことを特徴とするシリンダヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、４バルブ方式のエンジンなどに適用されるシリンダヘッドに関し、さらに詳しくは、シリンダヘッドのウォータジャケットの構造に係る。
【背景技術】
【０００２】
エンジンを構成するシリンダブロック及びシリンダヘッドにはウォータジャケットが形成されている。シリンダヘッドのウォータジャケットには、下方のシリンダブロック（ブロックウォータジャケット）からの冷却水が供給される。
【０００３】
また、シリンダヘッドの冷却構造としては、上側ウォータジャケット及び下側ウォータジャケットを設けたものが知られている（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】特開２００３−１８４６４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、４バルブ方式のエンジンのシリンダヘッドにあっては、特に、各気筒の排気ポート間が高温になるため、その排気ポート間を含む排気系を効果的に冷却することが要求される。また、上下２段のウォータジャケットが形成されたシリンダヘッドでは、上側ウォータジャケットへの冷却水の流量を確保する必要がある。
【０００６】
本発明はそのような実情を考慮してなされたもので、上側ウォータジャケット及び下側ウォータジャケットが形成されたシリンダヘッドにおいて、上側ウォータジャケットへの冷却水の水量を確保しながら、排気ポート間などの排気系を効果的に冷却することが可能な構造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】
本発明は、エンジンの複数の気筒毎に吸気ポート及び排気ポートが少なくとも２つずつ形成されているとともに、点火プラグが設けられたシリンダヘッドであって、当該シリンダヘッドには上側ウォータジャケットと下側ウォータジャケットとが形成されている。
【０００８】
そして、前記下側ウォータジャケットは、当該シリンダヘッドの下方のシリンダブロックからの冷却水が流入する排気側冷却水入口と、前記各気筒の前記排気ポート間に形成され、前記排気側冷却水入口から流入した冷却水を前記点火プラグに向けて流す排気ポート間冷却水通路と、前記排気ポート間冷却水通路に接続され、前記点火プラグ回りに冷却水を流すプラグ回り冷却水通路と、前記複数の気筒にわたって形成され、当該シリンダヘッドの長手方向に冷却水が流れる長手方向冷却水通路と、前記長手方向冷却水通路の上部であって隣り合う気筒間となる位置に形成された冷却水流出口と、前記冷却水流出口と前記上側ウォータジャケットとを連通する連通路と、隣り合う気筒間の位置に前記長手方向冷却水通路と交差するように形成され、下方のシリンダブロックから流入した冷却水が当該シリンダヘッドの短手方向に流れる短手方向冷却水通路と、を備えており、前記短手方向冷却水通路は、排気バルブの回りに冷却水が回り込むような形状に形成され且つ通路底面が前記長手方向冷却水通路の通路底面よりも低くなるように溝状に加工された冷却水出口側通路を備えており、前記プラグ回り冷却水通路が前記長手方向冷却水通路に接続されているとともに、前記プラグ回り冷却水通路と前記冷却水流出口との間の通路断面積が、前記排気ポート間冷却水通路の通路断面積よりも大きいことを特徴としている。
【０００９】
本発明によれば、シリンダブロック（ブロックウォータジャケット）から上がってきた冷却水が排気側冷却水入口を通じて排気ポート間冷却水通路に流入して当該排気ポート間冷却水通路に流れる。このように排気ポート間冷却水通路に冷却水が流れることにより、排気ポート間を確実に冷却することができる。この際（冷却水が排気ポート間冷却水通路に流入する際）、冷却水は上に向かう流れになり、その排気ポート間冷却水通路からプラグ回り冷却水通路に入った冷却水の流れも上向きとなる。ここで、本発明にあっては、プラグ回り冷却水通路と冷却水流出口との間の通路断面積が大きくて圧損が小さいので、プラグ回り冷却水通路から出た冷却水（上向きの流れの冷却水）は、長手方向冷却水通路内に流れ込みやすくなり、冷却水流出口（連通路）に引き込まれやすくなる。これによって、排気ポート間冷却水通路からの冷却水は、そのほとんどが、長手方向冷却水通路の上側を流れ、冷却水流出口（連通路）を通じて上側ウォータジャケットに流入するようになる。
【００１０】
このように、排気ポート間冷却水通路に冷却水を流すことにより、排気ポート間を確実に冷却することができる。しかも、排気ポート間冷却水通路から出た冷却水をそのまま上側ウォータジャケットに上げることにより、上側ウォータジャケットへの冷却水の水量を十分に確保することができる。
【００１１】
一方、下方のシリンダブロック（ブロックウォータジャケット）から短手方向冷却水通路を流れた冷却水は、当該短手方向冷却水通路と交差する長手方向冷却水通路内に流入するが、この流入部分の通路の上側には、上記したように、排気ポート間冷却水通路からの冷却水が既に流れているので、当該短手方向冷却水通路から長手方向冷却水通路に流入した冷却水は通路の下側に流れるようになる。つまり、短手方向冷却水通路を流れる冷却水は燃焼室に近い側を流れるようになり、燃焼室を効果的に冷却することができる。
【００１２】
以上のように、本発明によれば、上側ウォータジャケットへの冷却水の水量を確保しながら、排気ポート間を確実に冷却することができるとともに、燃焼室を効果的に冷却することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、上側ウォータジャケット及び下側ウォータジャケットが形成されたシリンダヘッドにおいて、上側ウォータジャケットへの冷却水の水量を確保しながら、排気ポート間などの排気系を効果的に冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】エンジンの一例を示す概略構成である。
【図２】エンジンの一例を示す断面図である。
【図３】シリンダブロック及びシリンダヘッドのウォータジャケットの構成を示す斜視図である。
【図４】本実施形態のシリンダヘッドのウォータジャケットの要部構造を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１６】
−エンジン−
まず、本発明を適用するエンジン（内燃機関）の一例について図１及び図２を参照して説明する。
【００１７】
この例のエンジン３００は、シリンダブロック２００、及び、シリンダブロック２００の上部に設けられるシリンダヘッド１００などを備えている。
【００１８】
エンジン３００は、例えば直列４気筒ガソリンエンジン（４バルブエンジン）である。シリンダブロック２００とシリンダヘッド１００とはヘッドボルト（図示せず）によって締結されている。シリンダブロック２００とシリンダヘッド１００との間にはガスケット４００が挟み込まれている。なお、図２には、４気筒のうちの１つの気筒のみを示している。
【００１９】
以下の説明では、気筒配列方向を長手方向（Ｘ方向）といい、その長手方向と直行する方向を短手方向（Ｙ方向）という。
【００２０】
シリンダブロック２００には、複数（４つ）のシリンダボア３０１が長手方向に沿って一列に配列されている。各シリンダボア３０１内にはピストン３０２が往復運動が可能な状態で収容されている。ピストン３０２はコネクティングロッド（図示せず）を介してクランクシャフト（図示せず）に連結されており、ピストン３０２の往復運動がコネクティングロッドによってクランクシャフトの回転へと変換される。
【００２１】
シリンダボア３０１内におけるピストン３０２とシリンダヘッド１００との間には燃焼室３００ａが形成されている。シリンダヘッド１００には、各燃焼室３００ａに連通する吸気ポート３０３と、排気ポート３０４とが気筒毎に一対ずつ（２つずつ）設けられている。また、シリンダヘッド１００には、各吸気ポート３０３を開閉する２つの吸気バルブ３０５と、排気ポート３０４を開閉する２つの排気バルブ３０６とがそれぞれ配置されている。さらに、シリンダヘッド１００には点火プラグ３０７が燃焼室３００ａ内に臨んで配置されている。なお、シリンダヘッド１００には、吸気ポート３０３内もしくは燃焼室３００ａ内に燃料を噴射するインジェクタ（図示せず）が配置されている。
【００２２】
図１〜図３に示すように、シリンダブロック２００にはブロックウォータジャケット２０１が設けられている。ブロックウォータジャケット２０１は複数のシリンダボア３０１を囲むように形成されている。
【００２３】
ブロックウォータジャケット２０１には、ウォータポンプ５００からの冷却水が供給される。ブロックウォータジャケット２０１に供給された冷却水の一部はオイルクーラに供給される。
【００２４】
また、ブロックウォータジャケット２０１に供給された冷却水は、ガスケット４００に形成された吸気側ガスケット孔４０１及び排気側ガスケット孔４０２を通じて、後述するシリンダヘッド１００の下側ウォータジャケット２０に供給される。
【００２５】
以下、吸気側ガスケット孔４０１を「吸気側冷却水入口４０１」ともいう。また、排気側ガスケット孔４０２を「排気側冷却水入口４０２」ともいう。吸気側冷却水入口４０１は吸気バルブ３０５の近傍に配置（８か所に配置）されており、排気側冷却水入口４０２は、各気筒Ｃの排気ポート３０４間に配置（４か所に配置）されている（図３及び図４参照）。
【００２６】
−シリンダヘッド−
次に、シリンダヘッドの実施形態について図１〜図４を参照して説明する。
【００２７】
上記したように、シリンダヘッド１００はシリンダブロック２００の上部に配置されている。
【００２８】
シリンダヘッド１００には、上側ウォータジャケット１０と下側ウォータジャケット２０とが形成されている。下側ウォータジャケット２０はブロックウォータジャケット２０１に、後述する連通路３０を通じて連通している。なお、図２には、上側ウォータジャケット１０及び下側ウォータジャケット２０の図示は省略している。
【００２９】
上側ウォータジャケット１０は、シリンダヘッド１００の長手方向（Ｘ方向）に延びる吸気側冷却水入口通路１１及び排気側冷却水出口通路１２と、これら吸気側冷却水入口通路１１と排気側冷却水出口通路１２との間に接続された上部冷却通路１３と、を備えている。吸気側冷却水入口通路１１には、後述する連通路３０を通じて下側ウォータジャケット２０からの冷却水が流入する。吸気側冷却水入口通路１１に流入した冷却水は上部冷却通路１３を流れて排気側冷却水出口通路１２に流入する。そして、上側ウォータジャケット１０を通過した冷却水はラジエータに向かう。
【００３０】
下側ウォータジャケット２０は、上記した排気側冷却水入口４０２、排気ポート間冷却水通路２１、プラグ回り冷却水通路２２、長手方向冷却水通路２３、及び、短手方向冷却水通路２４などを備えている。
【００３１】
排気ポート間冷却水通路２１は、各気筒Ｃの一対の排気ポート３０４間にそれぞれ配置されている。排気ポート間冷却水通路２１は各気筒Ｃ毎に設けられている。排気ポート間冷却水通路２１は、シリンダヘッド１００の短手方向（Ｙ方向）に沿って延びており、その一端が排気側冷却水入口４０２に連通している。各排気ポート間冷却水通路２１の他端にはプラグ回り冷却水通路２２が接続されている。排気ポート間冷却水通路２１とプラグ回り冷却水通路２２とは連通している。
【００３２】
プラグ回り冷却水通路２２は各点火プラグ３０７毎に設けられている。プラグ回り冷却水通路２２は、点火プラグ３０７の周囲を取り囲む形状（分岐形状）に形成されている。プラグ回り冷却水通路２２は後述する長手方向冷却水通路２３に連通している。なお、点火プラグ３０７の周辺部は着火・燃焼の影響を直接受けるため、プラグ回り冷却水通路２２の冷却容量を大きくしている（流路断面積を大きくしている）。また、プラグ回り冷却水通路２２の流路上面（通路高さ）を排気ポート間冷却水通路２１の流路上面（通路高さ）よりも高くしている。
【００３３】
長手方向冷却水通路２３はシリンダヘッド１００内の吸気側に配置されている。長手方向冷却水通路２３は、中子強度用のパスであって、複数の気筒の全体にわたって形成されている。長手方向冷却水通路２３は、シリンダヘッド１００の長手方向（Ｘ方向）に沿って延びており、その長手方向に冷却水が流れるようになっている。なお、長手方向冷却水通路２３は通路底面がフラットな冷却水通路である。
【００３４】
長手方向冷却水通路２３には、隣り合う気筒Ｃ間の中間となる位置で、かつ当該長手方向冷却水通路２３の上部となる位置に冷却水流出口２３ａが形成されている。冷却水流出口２３ａは長手方向冷却水通路２３の複数か所に配置されている。その各冷却水流出口２３ａにはそれぞれ連通路３０が接続されている。各連通路３０は鉛直方向に沿って延びており、その各先端が上側ウォータジャケット１０の吸気側冷却水入口通路１１に接続されている。
【００３５】
短手方向冷却水通路２４は気筒Ｃ間に配置されている。短手方向冷却水通路２４は複数か所に配置されている。短手方向冷却水通路２４は、シリンダヘッド１００の短手方向（Ｙ方向）に沿って、上記長手方向冷却水通路２３と交差するように形成されており、短手方向に冷却水が流れるようになっている。
【００３６】
短手方向冷却水通路２４は、長手方向冷却水通路２３に対して吸気側に形成された冷却水入口側通路２４ａと、排気側に形成された冷却水出口側通路２４ｂとを備えている。これら冷却水入口側通路２４ａと冷却水出口側通路２４ｂとはそれぞれ長手方向冷却水通路２３に連通している。
【００３７】
冷却水入口側通路２４ａは２方に分岐しており、その分岐通路の先端部がそれぞれ吸気側冷却水入口４０１に連通している。
【００３８】
冷却水出口側通路２４ｂは、排気バルブ３０６の回りに冷却水が回り込むような形状（ドットを付した形状）に形成されている。冷却水出口側通路２４ｂは溝状に加工されており、その通路底面（ドットを付した部分の底面）が長手方向冷却水通路２３の通路底面よりも低くなっている。つまり、冷却水出口側通路２４ｂの底面は燃焼室３００ａに近づけた状態で形成されている。
【００３９】
そして、本実施形態にあっては、プラグ回り冷却水通路２２と冷却水流出口２３ａ（連通路３０）との間の流路面積を排気ポート間冷却水通路２１の流路面積よりも大きくしている。また、プラグ回り冷却水通路２２と冷却水流出口２３ａ（連通路３０）との間の圧損を短手方向冷却水通路２４の冷却水入口側通路２４ａの圧損よりも小さくしている。
【００４０】
−冷却水の流れ−
次に、シリンダヘッド１００のウォータジャケットの冷却水の流れについて図３及び図４を参照して説明する。
【００４１】
まず、各気筒Ｃの排気ポート３０４間に形成された排気ポート間冷却水通路２１には、ブロックウォータジャケット２０１から上がってきた冷却水が排気側冷却水入口（排気側ガスケット孔）４０２を通じて流入し、この排気ポート間冷却水通路２１に冷却水が流れることにより排気ポート間を冷却することができる。この際（冷却水が排気ポート間冷却水通路２１に流入する際）、冷却水は横流れの状態（ブロックウォータジャケット２０１内での状態：図３参照）から上に向かう流れになるので、ブロックウォータジャケット２０１からの冷却水は旋回しながら排気ポート間冷却水通路２１内に流入する。
【００４２】
排気ポート間冷却水通路２１内において旋回しながら流れる冷却水はプラグ回り冷却水通路２２に流入する。その流入した冷却水はプラグ回り冷却水通路２２内で流れがばらけるが、当該プラグ回り冷却水通路２２の通路高さが高いため、冷却水は上を向くような流れとなる。そして、プラグ回り冷却水通路２２から流出した冷却水は長手方向冷却水通路２３に流入する。ここで、プラグ回り冷却水通路２２と冷却水流出口２３ａ（連通路３０）との間の流路断面積が大きくて圧損が小さいので、プラグ回り冷却水通路２２から出た冷却水（上向きの流れの冷却水）は、長手方向冷却水通路２３内に流れ込みやすくなり、冷却水流出口２３ａ（連通路３０）に引き込まれてやすくなる。これによって、排気ポート間冷却水通路２１からの冷却水は、そのほとんどが、長手方向冷却水通路２３の上側を流れ、冷却水流出口２３ａ（連通路３０）を通じて上側ウォータジャケット１０に流入するようになる。なお、プラグ回り冷却水通路２２から流出した冷却水の一部（余剰流量）は、短手方向冷却水通路２４の冷却水出口側通路２４ｂに流れて（図４の破線矢印参照）、排気バルブ３０６や燃焼室３００ａ等の冷却に寄与する。
【００４３】
以上のように、排気ポート間冷却水通路２１に冷却水を流すことにより、排気ポート３０４間を確実に冷却することができる。しかも、排気ポート間冷却水通路２１から出た冷却水をそのまま上側ウォータジャケット１０に上げることにより、上側ウォータジャケット１０への冷却水の水量を十分に確保することができる。
【００４４】
一方、吸気側冷却水入口（吸気側ガスケット孔）４０１を通じて、短手方向冷却水通路２４に入った冷却水は、冷却水入口側通路２４ａを流れた後に、長手方向冷却水通路２３内に流入するが、この流入部分の通路の上側には、上記したように、排気ポート間冷却水通路２１からの冷却水が既に流れているので、当該冷却水入口側通路２４ａから長手方向冷却水通路２３に流入した冷却水は通路の下側に流れるようになる。つまり、短手方向冷却水通路２４を流れる冷却水は燃焼室３００ａに近い側を流れるようになり、燃焼室３００ａを効果的に冷却することができる。しかも、短手方向冷却水通路２４の冷却水出口側通路２４ｂの形状を、排気バルブ３０６を回り込むような形状としているので、排気バルブ３０６を効果的に冷却することができる。さらに、冷却水出口側通路２４ｂの流路底面を燃焼室３００ａに近づけた構造としているので、燃焼室３００ａをさらに効果的に冷却することができる。
【００４５】
以上説明したように、本実施形態によれば、上側ウォータジャケット１０への冷却水の水量を確保しながら、排気ポート間を確実に冷却することができるとともに、排気バルブ回り及び燃焼室３００ａを効果的に冷却することができる。
【００４６】
−他の実施形態−
なお、今回開示した実施形態は、すべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、本発明の技術的範囲には、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００４７】
例えば、以上の実施形態では、短手方向冷却水通路２４に冷却水を吸気側冷却水入口４０１を通じて吸気側から投入しているが、短手方向冷却水通路２４に冷却水を排気側から投入するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明は、上側ウォータジャケット及び下側ウォータジャケットが形成されたシリンダヘッドに有効に利用することができる。
【符号の説明】
【００４９】
１００  シリンダヘッド
１０  上側ウォータジャケット
２０  下側ウォータジャケット
２１  排気ポート間冷却水通路
２２  プラグ回り冷却水通路
２３  長手方向冷却水通路
２３ａ  冷却水流出口
２４  短手方向冷却水通路
２４ａ  冷却水入口側通路
２４ｂ  冷却水出口側通路
３０  連通路
２００  シリンダブロック
２０１  ブロックウォータジャケット
３００  エンジン
３００ａ  燃焼室
３０３  吸気ポート
３０４  排気ポート
３０５  吸気バルブ
３０６  排気バルブ
３０７  点火プラグ
Ｃ  気筒
４００  ガスケット
４０１  吸気側ガスケット孔（吸気側冷却水入口）
４０２  排気側ガスケット孔（排気側冷却水入口）
【図１】
0006406157.tif 000002
【図２】
0006406157.tif 000003
【図３】
0006406157.tif 000004
【図４】
0006406157.tif 000005