(57)【要約】【課題】  エキゾーストポート下方にヘッド内ウォータージャケットを設けられない場合でも、エキゾースト側のバルブシートを十分に冷却できるシリンダヘッドの冷却構造の提供。【解決手段】  各燃焼室２１の２つのエキゾーストポート２３ａ、２３ｂ間に位置する水入口１１と、燃焼室２１の外周に沿って水入口１１から離れる方向に延びた後Ｕターンして２つのエキゾーストポート２３ａ、２３ｂ間側に戻るＵターン通路１２と、Ｕターン通路１２からヘッド内ウォータージャケットに通じるドリル穴１３と、を有するシリンダヘッドの冷却構造１０。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
各燃焼室の２つのエキゾーストポート間に位置する水入口と、
前記燃焼室の外周に沿って前記水入口から離れる方向に延びた後Ｕターンして前記２つのエキゾーストポート間側に戻るＵターン通路と、
前記Ｕターン通路からヘッド内ウォータージャケットに通じるドリル穴と、
を有するシリンダヘッドの冷却構造。
【請求項２】
前記Ｕターン通路のＵターン部位より下流側に位置する下流側通路部分の流路断面積は、前記Ｕターン通路のＵターン部位より上流側に位置する上流側通路部分の流路断面積より小である請求項１記載のシリンダヘッドの冷却構造。
【請求項３】
前記Ｕターン通路を構成する壁に、前記ドリル穴に向って凸となる凸部が設けられている、請求項１記載のシリンダヘッドの冷却構造。
【請求項４】
前記Ｕターン通路のＵターン部位より上流側に位置する上流側通路部分の上下方向高さはＵターン部位より下流側に位置する下流側通路部分の上下方向高さより高い請求項１記載のシリンダヘッドの冷却構造。
【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の冷却構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
（ａ）エキゾーストポートの下方を通ってエンジン長手方向に延びるヘッド内ウォータージャケットは、特開平６−１８５４０３号公報に開示されている。公報のウォータージャケットによれば、シリンダヘッドのエキゾーストポート周辺を問題なく冷却できる。
（ｂ）エンジンによっては、図５、図６に示すように、エキゾーストポート２ａの下方にウォータージャケットを設けることができないエンジンもある。その場合、エキゾーストポート２ａの周辺を冷却するために、ヘッド２の下面にエキゾーストポート２ａの下方でエンジン長手方向に延びる溝１ａを設け、溝１ａの中央でブロックから上ってきた水を溝１ａ内に入れ、溝１ａの両端から水をエンジン幅方向中央でエンジン長手方向に延びるヘッド内ウォータージャケット３にドリル穴１ｂを通して流し、溝１ａとドリル穴１ｂを流れる冷却水でエキゾーストポート２ａ周辺を冷却するようにしている。
【０００３】
しかし、上記（ｂ）のシリンダヘッドの冷却構造では、エキゾーストポート２ａ周辺を十分には冷却できない。そのため、エキゾースト側バルブシートを十分に冷却できない。許容温度以下に制御できないと、バルブシートの偏摩耗を生じ、バルブからのガス吹き抜け、コンプレッションの低下が生じる。
【特許文献１】特開平６−１８５４０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする問題点は、エキゾーストポート下方にヘッド内ウォータージャケットを設けることができない場合に、エキゾースト側のバルブシートを十分に冷却できないことである。
本発明の目的は、エキゾーストポート下方にウォータージャケットを設けられない場合でも、エキゾースト側のバルブシートを十分に冷却できるシリンダヘッドの冷却構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成する本発明はつぎの通りである。
（１）  各燃焼室の２つのエキゾーストポート間に位置する水入口と、
前記燃焼室の外周に沿って前記水入口から離れる方向に延びた後Ｕターンして前記２つのエキゾーストポート間側に戻るＵターン通路と、
前記Ｕターン通路からヘッド内ウォータージャケットに通じるドリル穴と、
を有するシリンダヘッドの冷却構造。
（２）  前記Ｕターン通路のＵターン部位より下流側に位置する下流側通路部分の流路断面積は、前記Ｕターン通路のＵターン部位より上流側に位置する上流側通路部分の流路断面積より小である（１）記載のシリンダヘッドの冷却構造。
（３）  前記Ｕターン通路を構成する壁に、前記ドリル穴に向って凸となる凸部が設けられている、（１）記載のシリンダヘッドの冷却構造。
（４）  前記Ｕターン通路のＵターン部位より上流側に位置する上流側通路部分の上下方向高さはＵターン部位より下流側に位置する下流側通路部分の上下方向高さより高い（１）記載のシリンダヘッドの冷却構造。
【発明の効果】
【０００６】
上記（１）のシリンダヘッドの冷却構造では、ウォータージャケットがなかったところ（エキゾーストポート下方）に流水をまわすことができ、その部位を冷却できる。そのため、エキゾースト側のバルブシートを冷却できる。
上記（２）のシリンダヘッドの冷却構造では、Ｕターン通路の下流側通路部分を流れる冷却水の流速を高めることができる。そのため、熱伝達係数が大きくなりエキゾーストポート近傍での冷却効果を大にできる。
上記（３）のシリンダヘッドの冷却構造では、Ｕターン通路からドリル穴へ滑らかに冷却水を流すことができる（流れの圧力損失を小さくできる）。そのため、Ｕターンさせたことにより流れの圧力損失が大になりポンプ損失が大になるが、ポンプ損失の増大を抑制できる。
上記（４）のシリンダヘッドの冷却構造では、上流側通路部分を流れる水で下流側通路部分を乗り越えてきた熱をとることができる。したがって、上流側通路部分を流れる水も熱取りに有効に働く。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１〜図３は、本発明実施例１のシリンダヘッドの冷却構造を示しており、図４は、本発明実施例２のシリンダヘッドの冷却構造を示している。
本発明実施例１と本発明実施例２にわたって共通する部分には、本発明実施例１と本発明実施例２にわたって同じ符号を付してある。
まず、本発明実施例１と本発明実施例２にわたって共通する部分を説明する。
本発明実施例のシリンダヘッドの冷却構造（以下、単に冷却構造という）１０は、エキゾーストポートの下方にヘッド内ウォータージャケットを設けることができないエンジンのシリンダヘッドの冷却構造である。ヘッド内ウォータージャケット３０は、エンジンの幅方向中央でエンジン長手方向に延びている。
【０００８】
シリンダヘッド２０は、多気筒エンジンのシリンダヘッドであり、図１に示すように、各燃焼室２１に４弁（２インテークバルブと２エキゾーストバルブ）を有する。２２ａ、２２ｂはインテークポートであり、２３ａ、２３ｂはエキゾーストポートである。４つのポート２２ａ、２２ｂ、２３ａ、２３ｂで囲まれた部位には、スパークプラグ取付け用の穴部２４が形成されている。
【０００９】
冷却構造１０は、エンジン長手方向で各燃焼室２１の２つのエキゾーストポート２３ａ、２３ｂ間に位置する水入口１１と、燃焼室２１の外周に沿って水入口１１から離れる方向に延びた後Ｕターンして２つのエキゾーストポート２３ａ、２３ｂ間側に戻るＵターン通路１２と、Ｕターン通路１２からヘッド２０内のウォータージャケット３０に通じるドリル穴１３と、を有する。
水入口１１は、ウォータポンプ（図示略）からシリンダブロック（図示略）およびシリンダヘッドガスケット（図示略）を通って上がってきた冷却水がシリンダヘッド２０に流入する口である。
【００１０】
Ｕターン通路１２は、シリンダヘッド２０の下面２５に設けられている。Ｕターン通路１２は、エキゾースト側バルブシート冷却用通路である。Ｕターン通路１２は、水入口１１とドリル穴１３に連通している。水入口１１からＵターン通路１２に流入した冷却水は、Ｕターン通路１２を通りドリル穴１３に流れる。
Ｕターン通路１２は、水入口１１から流入した水を一往復させてドリル穴１３に流入させていてもよく、水入口１１から流入した水を複数往復させてドリル穴１３に流入させていてもよい（図示例では、一往復させる場合を示している）。以下、本発明実施例では、Ｕターン通路１２が水入口１１から流入した水を一往復させてドリル穴１３に流入させる場合を例にとって説明する。
【００１１】
Ｕターン通路１２は、ヘッド下面２５で燃焼室２１の外周に沿ってエンジン長手方向に延びる溝１２ａを設け、溝１２ａに溝１２ａと同方向に延びる堰１２ｂを設けることで形成されている。堰１２ｂは、溝１２ａ内に設けられている。溝１２ａと堰１２ｂは、シリンダヘッド２０を成形する金型で成形される。
堰１２ｂの、ドリル穴１３の入口１３ａ付近に位置する壁には、ドリル穴１３の入口１３ａに向って凸となる凸部１２ｃが設けられている。凸部１２ｃはなだらかなＲで構成されている。溝１２ａの凸部１２ｃと対向する壁は、なだらかに凹む凹みＲ部１２ｄとなっている。
Ｕターン通路１２のＵターン部位１２ｅより下流側に位置する下流側通路部分１２ｇの流路断面積は、Ｕターン部位１２ｅより上流側に位置する上流側通路部分１２ｆの流路断面積より小とされている。
図２に示すように、Ｕターン通路１２の上流側通路部分１２ｆの上下方向高さ（溝深さ）ｈ１は、下流側通路部分１２ｇの上下方向高さ（溝深さ）ｈ２より高い（深い）。
【００１２】
ドリル穴１３は、Ｕターン通路１２から流入した冷却水をヘッド２０内のウォータージャケット３０に流入させる穴である。ドリル穴１３の入口１３ａは、Ｕターン通路１２の通路終端またはその近傍に設けられる。ドリル穴１３の入口１３ａは、図１に示すように、エンジン長手方向で２つのエキゾーストポート２３ａ、２３ｂ間にある。ドリル穴１３を通過する冷却水は、２つのエキゾーストポート２３ａ、２３ｂ間の温度を下げる。ドリル穴１３の流路断面積は、Ｕターン通路の下流側通路部分１２ｇの流路断面積より小とされている。
ドリル穴１３は、図１、図３に示すように、Ｕターン通路１２に１つのみ設けられていてもよく（本発明実施例１）、図４に示すように、Ｕターン通路１２に複数（図示例では２つ）設けられていてもよい（本発明実施例２）。
ドリル穴１３の入口１３ａは、図１に示すように、燃焼室２１から離れた位置に設けられていてもよく、図３に示すように、燃焼室２１に近づけて設けられていてもよい。ドリル穴１３の入口１３ａが燃焼室２１に近づけて設けられる場合、Ｕターン通路１２の下流側通路部分１２ｇの位置が燃焼室２１に近づけられる（上流側通路部分１２ｆの位置は変更なし）。
【００１３】
本発明実施例１と本発明実施例２に共通する部分の作用、効果を説明する。
水入口１１に図示略のシリンダブロックと図示略のシリンダヘッドガスケットを通って冷却水が上がってきて、Ｕターン通路１２の上流側通路部分１２ｆ内に入り左右に（エンジン長手方向に）流れる。左右に流れた冷却水はＵターン部位１２ｅ（堰１２ｂ先端部）でＵターンして下流側通路部分１２ｇに流れる。下流側通路部分１２ｇを流れた冷却水は、ドリル穴１３に入る前に堰１２ｂの中央部の凸部１２ｃで整流され低圧力損失で流速を上げてドリル穴１３へ流れ、エキゾーストポート２３ａ、２３ｂ間およびその周辺の温度を効率よく低下させる。なお、図１に示すように、凸部１２ｃの幅ａと凹みＲ部１２ｄの幅ｂとの関係を、ａ＜ｂとすることにより、下流側通路部分１２ｇからドリル穴１３へ流れる冷却水の流れをなめらかにすることができる。
【００１４】
燃焼室２１の外周に沿って水入口１１から離れる方向に延びた後Ｕターンして２つのエキゾーストポート２３ａ、２３ｂ間側に戻るＵターン通路１２が設けられているので、エキゾーストポート２３ａ、２３ｂの下方にヘッド内ウォータージャケットを設けられない場合でも、ウォータージャケットがなかったところに流水をまわすことができ、その部位を冷却できる。そのため、エキゾースト側のバルブシート（図示略）を冷却できる。
【００１５】
Ｕターン通路１２の下流側通路部分１２ｇの流路断面積が上流側通路部分１２ｆの流路断面積より小であるので、Ｕターン通路１２の下流側通路部分１２ｇを流れる冷却水の流速を高めることができる。また、ドリル穴１３の流路断面積が、Ｕターン通路１２の下流側通路部分１２ｇの流路断面積よりも小とされているので、ドリル穴１３を流れる冷却水の流速を高めることができる。したがって、徐々に（段階的に）流路面積を絞り冷却水の流速を上げることで、エキゾーストバルブ（図示略）間の温度を効果的に低減できる。
また、Ｕターン通路１２の上流側通路部分１２ｆから下流側通路部分１２ｇへの断面積変化、および下流側通路部分１２ｇからドリル穴１３への断面積変化を滑らかにすることにより、流れの圧力損失を小にできる。
【００１６】
凸部１２ｃが設けられているので、Ｕターン通路１２を流れてきた冷却水が凸部１２ｃで整流されてドリル穴１３に入る。そのため、左右の下流側通路部分１２ｇを流れてきた冷却水同士がぶつかることを防止できる。そのため、凸部１２ｃが設けられていない場合に比べて、Ｕターン通路１２からドリル穴１３ヘ滑らかに冷却水を流すことができる（低圧力損失でドリル穴１３に冷却水を流すことができる）。その結果、ドリル穴１３内の流速を上げることができる。
また、溝１２ａの凸部１２ｃと対向する壁が凹みＲ部１２ｄとなっているので、さらにドリル穴１３へ滑らかに冷却水を流すことができる。
したがって、Ｕターンさせたことにより流れの圧力損失が大になりポンプ損失が大になるが、ポンプ損失の増大を抑制できる。
【００１７】
Ｕターン通路１２の上流側通路部分１２ｆの上下方向高さｈ１は下流側通路部分１２ｇの上下方向高さｈ２より高いので（Ｕターン前は深い溝でＵターン後は浅い溝にしてＵターン通路１２の通路の深さを２段化しているので）、上流側通路部分１２ｆを流れる水で下流側通路部分１２ｇを乗り越えてきた熱をとることができる。したがって、上流側通路部分１２ｆを流れる水も熱取りに有効に働く。
Ｕターン通路１２をシリンダヘッド２０を成形する金型で成形できるので、非常に低コストで簡単に作れ品質も高くなる。
【００１８】
つぎに、本発明各実施例に特有な部分を説明する。
本発明実施例１の冷却構造１０では、図１〜図３に示すように、Ｕターン通路１２にドリル穴１３が１つのみ設けられている場合を示している。
ドリル穴１３は、溝１２の長手方向中央部に設けられている。
本発明実施例１では、ドリル穴１３が１つであるので、斜めのドリル加工が１つで済み、座も１つで済み、コスト低減できる。
【００１９】
本発明実施例２の冷却構造１０では、図４に示すように、Ｕターン通路１２にドリル穴１３が複数（図示例では２つ）設けられている場合を示している。以下、本発明実施例２では、Ｕターン通路１２にドリル穴１３が２つ設けられている場合を例にとって説明する。
ドリル穴１３は、溝１２の長手方向中央部近傍に設けられている。Ｕターン通路１２の下流側通路部分１２ｇの通路終端（Ｕターン通路１２の下流側端）は閉塞されていてもよく、閉塞されていなくてもよい（図示例では、閉塞されていない場合を示している）。２つのドリル穴１３の軸芯は、下流側通路部分１２ｇを流れてきた冷却水がなめらかにドリル穴１３内に入るように、下流側通路部分１２ｇを流れる冷却水の流れ方向と直交する方向から傾いている。
本発明実施例２では、ドリル穴１３が２つ設けられているので、ドリル穴１３が１つのみの場合よりも、エキゾーストポート２３ａ、２３ｂ間の温度を下げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明実施例１のシリンダヘッドの冷却構造を示す底面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】本発明実施例１のシリンダヘッドの冷却構造の、図１の場合よりもドリル穴の入口が燃焼室に近づけて設けられる場合を示す底面図である。
【図４】本発明実施例２のシリンダヘッドの冷却構造を示す底面図である。
【図５】従来の、エキゾーストポートの下方にウォータージャケットを設けることができない場合の、シリンダヘッドの冷却構造を示す底面図である。
【図６】図５の断面図である。
【符号の説明】
【００２１】
１０  シリンダヘッドの冷却構造
１１  水入口
１２  Ｕターン通路
１２ａ  溝
１２ｂ  堰
１２ｃ  凸部
１２ｄ  凹みＲ部
１２ｅ  Ｕターン通路のＵターン部位
１２ｆ  上流側通路部分
１２ｇ  下流側通路部分
１３  ドリル穴
１３ａ  ドリル穴の入口
２０  シリンダヘッド
２１  燃焼室
２２ａ、２２ｂ  インテークポート
２３ａ、２３ｂ  エキゾーストポート
２４  スパークプラグ取付け用の穴部
２５  シリンダヘッドの下面
３０  ウォータージャケット
【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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