(57)【要約】【課題】  潜熱冷却の利用によりシリンダヘッドの冷却効率を高めつつ、冷却水の流通抵抗を抑制できるような新規な構造を提供する。【解決手段】  燃焼室４等の熱源部分の外側（上面）を覆うように潜熱冷却室２０を形成し、その潜熱冷却室２０に対し隔壁４３を隔てて、冷却水通路４１を形成する。冷却水は熱源部分の外面に沿って流れるのではなく隔壁４３の上面に沿って流れる。隔壁４３の形状は熱源部分の複雑な形状とは無関係である。潜熱冷却室２０によって熱源部分の近傍をよく冷却できる一方、隔壁４３の形状を適切に設計することにより流通抵抗を抑制できる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダヘッドの熱源部分に沿って広がるように形成された潜熱冷却室であって、収容された熱媒体の相変化により冷却を行う潜熱冷却室と、
前記潜熱冷却室に隣接して形成された冷却水通路と、を備えたシリンダヘッド冷却構造。
【請求項２】
請求項１に記載のシリンダヘッド冷却構造であって、
前記潜熱冷却室と前記冷却水通路との間の隔壁と、前記潜熱冷却室の底面とを結ぶように配設されたウィックを更に備え、液相の熱媒体を前記ウィックの毛細管力により輸送することを特徴とするシリンダヘッド冷却構造。
【請求項３】
請求項１または２に記載のシリンダヘッド冷却構造であって、
前記冷却水通路が前記潜熱冷却室の上面を覆うように形成され、
前記潜熱冷却室と前記冷却水通路との間の隔壁における前記冷却水通路側の面が概ね平坦であることを特徴とするシリンダヘッド冷却構造。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載のシリンダヘッド冷却構造であって、
前記潜熱冷却室の底面に凹凸が形成されていることを特徴とするシリンダヘッド冷却構造。
【請求項５】
請求項４に記載のシリンダヘッド冷却構造であって、
前記凹凸を形成するために、前記潜熱冷却室の底面にメッシュ状のマットを配置したことを特徴とするシリンダヘッド冷却構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関のシリンダヘッドを冷却するためのシリンダヘッド冷却構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリンダヘッドにおける冷却水通路であるウォータジャケットの内部形状は、冷却の必要性が特に高い排気ポートや点火プラグの近傍部分において、極めて凹凸に富み複雑になっている。他方、近年の内燃機関では、性能や燃費を向上させるために、多バルブ化や多気筒化、および多プラグ化が行われる傾向にあるため、ウォータジャケットの内部形状も一層複雑になり、しかも部材の配置密度も高められているため、細い冷却水通路しか確保することができない。このことは、ウォータジャケット内における冷却水の流通抵抗の増加を招いており、これに対処するにはウォータポンプの大型化や高速化が必要となる。
【０００３】
他方、シリンダヘッドを冷却するために、略円筒形の管内に液相の熱媒体を封入してなる棒状のヒートパイプを、シリンダヘッドに組み込み、この熱媒体の相変化に伴う潜熱の吸収により冷却を促進するようにした構造が提案されている。例えば特許文献１や特許文献２は、シリンダヘッドの燃焼室周りの排気弁間部に管状のヒートパイプの下端を埋め込み、このヒートパイプを、ウォータジャケット内に突出させた構造を開示している。
【０００４】
【特許文献１】実開平５−１０７３７号公報
【特許文献２】実開平５−１０７３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、これらの構造は、上述のとおり部材の配置密度が高められているウォータジャケット内に新たな部材を追加するものであるため、冷却水の流通抵抗の一層の増加を招くという欠点がある。
【０００６】
そこで本発明の目的は、潜熱冷却の利用によりシリンダヘッドの冷却効率を高めつつ、冷却水の流通抵抗を抑制できるような新規な構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の本発明は、シリンダヘッドの熱源部分に沿って広がるように形成された潜熱冷却室であって、収容された熱媒体の相変化により冷却を行う潜熱冷却室と、前記潜熱冷却室に隣接して形成された冷却水通路と、を備えたシリンダヘッド冷却構造である。
【０００８】
第１の本発明では、冷却水は熱源部分の外面に沿って流れるのではなく、潜熱冷却室と冷却水通路との間の隔壁に沿って流れることになり、この隔壁の形状は、燃焼室外面の複雑な形状とは無関係に設計できる。したがって第１の本発明では、潜熱冷却室によって熱源部分の近傍をよく冷却できる一方、隔壁の形状を適切に設計することにより流通抵抗を抑制することができる。
【０００９】
第２の本発明は、請求項１に記載のシリンダヘッド冷却構造であって、前記潜熱冷却室と前記冷却水通路との間の隔壁と、前記潜熱冷却室の底面とを結ぶように配設されたウィックを更に備え、液相の熱媒体を前記ウィックの毛細管力により輸送することを特徴とするシリンダヘッド冷却構造である。
【００１０】
第２の本発明では、冷却された液相の熱媒体が、ウィックの毛細管力により、隔壁から潜熱冷却室の底面に向けて輸送されるので、潜熱冷却室内における熱媒体の循環を促進できる。
【００１１】
第３の本発明は、請求項１または２に記載のシリンダヘッド冷却構造であって、前記冷却水通路が前記潜熱冷却室の上面を覆うように形成され、前記潜熱冷却室と前記冷却水通路との間の隔壁における前記冷却水通路側の面が概ね平坦であることを特徴とするシリンダヘッド冷却構造である。
【００１２】
第３の本発明では、冷却水が沿って流れる隔壁が概ね平坦であるため、流通抵抗を特に好適に抑制できる。
【００１３】
第４の本発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載のシリンダヘッド冷却構造であって、前記潜熱冷却室の底面に凹凸が形成されていることを特徴とするシリンダヘッド冷却構造である。
【００１４】
第４の本発明では、潜熱冷却室の底面に形成された凹凸に、液相の熱媒体をよく保持でき、底面が傾斜面であっても高い冷却性能を確保できる。
【００１５】
第５の本発明は、請求項４に記載のシリンダヘッド冷却構造であって、前記凹凸を形成するために、前記潜熱冷却室の底面にメッシュ状のマットを配置したことを特徴とするシリンダヘッド冷却構造である。
【００１６】
第５の本発明では、潜熱冷却室の底面にメッシュ状のマットを配置することによって凹凸を形成するので、凹凸の形成を極めて容易に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の実施形態につき、以下に図面に従って説明する。図１において、本発明の実施形態に係るシリンダヘッド１は、一気筒につき吸気弁２と排気弁３をそれぞれ２個ずつ備えた４バルブ式のものである。なお、吸気弁２と排気弁３とは図中Ｂ−Ｂ線に関して概ね対称に配置されているが、図１は理解の容易のためにシリンダヘッド１を平面視クランク状に破断した状態を示している。シリンダヘッド１は、概略的に、下部ブロック１ａおよび上部ブロック１ｂにより構成されている。
【００１８】
吸気弁２および排気弁３は、燃焼室４側から、吸気ポート１１または排気ポート１２の内部を経由してそれぞれバルブガイド５に挿通され、不図示のバルブスプリングおよびバルブスプリングリテーナを介して下部ブロック１ａに保持されており、また不図示のカムシャフトおよびロッカーアームにより軸方向に駆動される。プラグホール１３には、プラグホールパイプ１４が嵌め込まれており、また不図示の点火プラグがセットされる。
【００１９】
シリンダヘッド１の下部ブロック１ａには、燃焼室４の外側である上側を覆うように、潜熱冷却室２０が形成されている。潜熱冷却室２０は、吸気ポート１１、排気ポート１２およびプラグホール１３の形状に概ね対応した底面の形状を備えている。換言すれば潜熱冷却室２０の形状は、従来周知のウォータジャケットと同様の形状となっており、また、シリンダヘッド１における主な熱源部分としての燃焼室４、排気ポート１２およびプラグホール１３に沿って広がるようになっている。この潜熱冷却室２０には、不図示の液相の熱媒体、例えば純水、アルコールやアンモニアが封入される。
【００２０】
潜熱冷却室２０の底面には、メッシュ状のマット２１が敷設されている。マット２１は、耐熱性と、液相の熱媒体を保持しうる粗さの凹凸とを備えたものが好適であり、金属や耐熱性樹脂などの各種の材料を選択することができる。
【００２１】
また潜熱冷却室２０の内部には、繊維体からなるウィック２２が多数配置され、これらウィック２２は、上部ブロック１ｂの底面をなす隔壁４３と、潜熱冷却室２０の底面とを結ぶようにされている。ウィック２２は例えば、束ねられた多数本の銅ワイヤからなり、液相の熱媒体を毛細管力によって輸送するものである。ウィック２２は、例えば隔壁４３の下面に設けられた凹部（不図示）への圧入により固定される。
【００２２】
上部ブロック１ｂは、下段の冷却水通路４１および上段のカム室４２から構成されている。冷却水通路４１は、略直方体状であり、潜熱冷却室２０の上面を覆うように形成されている。冷却水通路４１は、燃焼室４等の熱源部分からみて、潜熱冷却室２０を挟んで逆側に位置することになる。冷却水通路４１には、不図示のウォータポンプからの冷却水が供給される。冷却水通路４１の底面である略水平な平板状の隔壁４３の上面は、概ね平坦に設計されている。潜熱冷却室２０の上面は、隔壁４３によって密封される。その結果、燃焼室４の上には、潜熱冷却室２０、冷却水通路４１およびカム室４２が、この順に下から並ぶことになる。
【００２３】
以上のとおり構成された本実施形態のシリンダヘッド１では、エンジンの動作に伴い、燃焼室４、排気ポート１２およびプラグホール１３を中心として温度が上昇する。この温度の上昇により、潜熱冷却室２０に収容された液相の熱媒体が加熱されて気化し、潜熱冷却室２０内を対流により上昇する。この気化の際に潜熱が吸収される。
【００２４】
気相の熱媒体は、潜熱冷却室２０内において気化温度を下回る箇所で凝結し、再び液相になるが、この凝結の際に潜熱を放出し、隔壁４３を介して、冷却水通路４１内を流れる冷却水にその熱量を受け渡す。液相の熱媒体は、潜熱冷却室２０の側壁や上蓋をなす隔壁４３から自重で滴下するほか、ウィック２２の毛細管力により下向きに輸送され、再び潜熱冷却室２０の底面に戻されることになる。
【００２５】
以上のサイクルは、燃焼室４などの温度が熱媒体の沸点を上回っている間じゅう行われ、これによってシリンダヘッド１における所定の熱源部分が効率よく冷却される。
【００２６】
ここで本実施形態では、熱源部分である燃焼室４等の外側（上面）に沿って広がるように潜熱冷却室２０を形成し、その潜熱冷却室２０に対し隔壁４３を隔てて、冷却水が流通される冷却水通路４１を形成したので、冷却水は燃焼室４等の外面に沿って流れるのではなく隔壁４３の上面に沿って流れることになる。この隔壁４３の形状は、燃焼室４等の熱源部分の外面の複雑な形状とは無関係である。したがって本実施形態では、潜熱冷却室２０によって燃焼室４等の熱源部分の近傍をよく冷却できる一方、隔壁４３の形状を適切に設計することにより冷却水の流通抵抗を抑制することができる。
【００２７】
また、本実施形態では、冷却された液相の熱媒体が、ウィック２２の毛細管力により隔壁４３から潜熱冷却室２０の底面に向けて輸送されるので、潜熱冷却室２０内における熱媒体の循環を促進できる。
【００２８】
また本実施形態では、冷却水が沿って流れる隔壁４３の上面が概ね平坦であるため、流通抵抗を特に好適に抑制でき、また冷却水通路４１の詰まりを生じにくくすることができる。
【００２９】
また本実施形態では、潜熱冷却室２０の底面にマット２１によって形成された凹凸に、液相の熱媒体をよく保持できるので、底面が傾斜面であっても高い冷却性能を確保できる。
【００３０】
さらに本実施形態では、潜熱冷却室２０の底面にメッシュ状のマット２１を配置することによって凹凸を形成するので、凹凸の形成を極めて容易に行うことができる。
【００３１】
なお、上記実施形態では単一の略直方体状の冷却水通路４１を用いたが、冷却水通路は単一でなく複数に区分されていてもよく、また直方体状でなくてもよい。
【００３２】
また、上記実施形態では隔壁４３の上面を平坦としたが、本発明における隔壁の形状はこれに限られず、例えば冷却水の流れ方向に沿って立設されたフィンのように、高い熱交換効率と冷却水の低い流通抵抗とを両立できるような他の形状をも、任意に選択することができる。いずれの場合にも、本発明における隔壁の形状は燃焼室４外面（上面）の形状とは無関係に設計できるため、設計の自由度が高いということができる。
【００３３】
また、上記実施形態では、潜熱冷却室２０の底面に凹凸を形成するためにメッシュ状のマット２１を敷設したが、このような構成に代えて、潜熱冷却室２０の底面に多数の溝、畝状の突条、散点状の凹部またはディンプルなどを形成することとしてもよく、液相の熱媒体の流下を抑制するような形状である限りいかなる構成をも採用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明実施形態のシリンダヘッドを正面視した断面図である。
【図２】実施形態のシリンダヘッドを側面視した図１のＡ−Ａ線断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１      シリンダヘッド
１ａ    下部ブロック
１ｂ    上部ブロック
２      吸気弁
３      排気弁
４      燃焼室
１１    吸気ポート
１２    排気ポート
２０    潜熱冷却室
２１    マット
２２    ウィック
４１    冷却水通路
４２    カム室
【図１】
2005120989.tif 000003
【図２】
2005120989.tif 000004