JP5551547B2

JP5551547B2 - 内燃機関

Info

Publication number: JP5551547B2
Application number: JP2010198137A
Authority: JP
Inventors: 勝久安川; 摩沙洋中嶋; 泰幸山口
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2010-09-03
Filing date: 2010-09-03
Publication date: 2014-07-16
Anticipated expiration: 2030-09-03
Also published as: JP2012057468A

Description

本発明は、内燃機関に係り、詳しくはシリンダヘッドの冷却水通路に関する。

従来、自動車用エンジンにおいて、燃焼室およびシリンダヘッドに形成された排気通路を冷却するために、シリンダヘッドに冷却水を流通させるためのヘッド冷却水通路を設けることが一般的となっている。このようなヘッド冷却水通路には、シリンダブロックのシリンダを囲むブロック冷却水通路（ウォータジャケット）と連結する連結通路を介して冷却水の供給を受けるものがある（例えば、特許文献１）。連結通路は、ヘッド冷却通路からシリンダヘッドのシリンダブロックとの接合面へと延び、シリンダブロックのシリンダヘッドとの接合面に開口したブロック冷却水通路に連通している。

特開２００８−５７３６０号公報

しかしながら、特許文献１の発明では、連結通路はヘッド冷却水通路とブロック冷却水通路とを連結するのみで、シリンダヘッドの燃焼室凹部や排気通路近傍の高温部分を適切に冷却しているとはいえない。

本発明は、以上の背景を鑑みてなされたものであって、連結通路はヘッド冷却水通路とブロック冷却水通路とを連結する連結通路を活用し、簡素な構造で燃焼室近傍を冷却することができる内燃機関を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、一方向に沿って並設された複数のシリンダ（１１）からなるシリンダ列（１７）と、前記シリンダ列の側部を囲むように略環状に設けられ、前記シリンダ列の配列方向に沿って冷却水を流通させるブロック冷却水通路（１８）と、前記複数のシリンダおよび前記ブロック冷却水通路の端部が開口するブロック側接合面（１３）とを備えたシリンダブロック（１２）と、前記ブロック側接合面に接合するヘッド側接合面（１４）と、前記ヘッド側接合面の前記複数のシリンダに対向する部分に設けられた複数の燃焼室凹部（２１）と、前記複数の燃焼室凹部のそれぞれに一端が開口するとともに前記ヘッド側接合面と略平行に延び、他端が集合した排気集合通路（２４）と、前記燃焼室凹部および前記排気集合通路に近接して設けられたヘッド冷却水通路（３３）とを備えたシリンダヘッド（１５）とを有する内燃機関（１０）であって、前記ヘッド冷却水通路は、前記複数の燃焼室凹部の上方近傍を前記シリンダ列方向に延在する主冷却水通路（３４）と、シリンダヘッドの長手方向に延在し、前記排気集合通路を上下から互いに挟み合うように配置された上排気側冷却水通路（３５）および下排気側冷却水通路（３６）と、前記主冷却水通路と前記上排気側冷却水通路および前記下排気側冷却水通路とを連通する排気側連結通路（３７）とを有し、前記ヘッド側接合面の前記排気集合通路に対応する部分であって、前記ブロック冷却水通路と対向する部分には、前記ブロック冷却水通路の端部に沿って連続し、前記ブロック冷却水通路の上端を封止する上壁として機能し、前記シリンダの配列方向に延在する有端状の冷却水溝（４１）が設けられ、前記冷却水溝の前記シリンダの配列方向における一端部であって、前記ブロック冷却水通路の冷却水の流れ方向における下流側に対応する部分には、前記ヘッド冷却水通路と連通する第１連結通路（４７）が設けられていることを特徴とする。

この構成によれば、冷却水溝によって、燃焼室凹部近傍を簡素な構造で適切に冷却することができる。冷却水溝は、冷却水の流量が豊富なブロック冷却水通路に直接かつ広範囲にわたって連続するため、通過する冷却水の流量を多く確保することができる。また、冷却水溝は、冷却水溝の端部に設けられた第１連結通路を通してヘッド冷却水通路に冷却水を流入させることによって、冷却水溝内に冷却水の流れを形成することができる。第１連結通路は、ブロック冷却水通路の冷却水の流れ方向における下流側に対応する冷却水溝の端部に設けられていることから、ブロック冷却水通路内の冷却水の流れを引き込んで、冷却水溝内に一連の冷却水の流れを形成しやすくなっている。また、冷却水溝は、ヘッド側接合面に露出しているため、加工が容易である。

本発明のある側面は、前記冷却水溝は、その延在方向において、前記複数の燃焼室凹部間に対応する部分に、前記第１連結通路よりも流路断面積が小さく、前記ヘッド冷却水通路に連通する第２連結通路（４８）を有することを特徴とする。

この構成によれば、第２連結通路によって冷却水溝内に空気が滞留することが防止されるため、冷却水溝の冷却能力の低下が抑制される。

以上の構成によれば、内燃機関の燃焼室近傍を簡素な構造で適切に冷却することができる。

エンジンの要部を示す断面図図１のII−II断面図シリンダヘッドを下方から見た斜視図シリンダヘッドの冷却水通路を抜き出して斜め上方から見た斜視図シリンダヘッドの冷却水通路を抜き出して斜め下方から見た斜視図図４のVI−VI断面図図２のVII−VII断面図図２のVIII−VIII断面図ガスケットを示す平面図

以下、図面を参照して、本発明を車両用エンジンに適用した一実施形態について詳細に説明する。以下の説明では、エンジン１０が自動車に搭載された状態を基準にし、図１に示す座標軸のように上下の方向を定める。

図１および図２に示すように、エンジン１０は、直列４気筒の自動車用ガソリンエンジンであり、図示しないピストンが収容される４つのシリンダ１１を備えたシリンダブロック１２と、シリンダブロック１２の上端に形成されたブロック側接合面１３に接合するヘッド側接合面１４をもってシリンダブロック１２に締結されたシリンダヘッド１５と、シリンダヘッド１５の上部に締結されたヘッドカバー１６とを備えている。

４つのシリンダ１１は、それぞれ略上下方向に延在し、互いに並列かつ一列となるようにシリンダブロック１２に形成されている。４つの列設されたシリンダ１１を総称してシリンダ列１７といい、シリンダ列１７の延在する方向をシリンダ列方向という。各シリンダ１１は、上端がブロック側接合面１３に開口し、下端がシリンダブロック１２の下部に形成されたクランク室（図示しない）に開口している。シリンダブロック１２のシリンダ列１７の側部には、各シリンダ１１の側周部を一体に囲むようにブロック冷却水通路（ウォータジャケット）１８が形成されている。ブロック冷却水通路１８は、上下方向から見て、シリンダ列１７を一体に囲む環状をなし、そのシリンダ列方向に延在する部分は各シリンダ１１の側周部に沿うように湾曲している。ブロック冷却水通路１８の上端は、ブロック側接合面１３に開口している。

シリンダヘッド１５のヘッド側接合面１４の各シリンダ１１に対向する部分には、曲面状の窪みである燃焼室凹部２１が形成されている。各燃焼室凹部２１は、各シリンダ１１とともに燃焼室２２を画成する。また、シリンダブロック１２には、一端がシリンダヘッド１５のシリンダ列方向に沿う一側面に開口する一方、二股に分岐した他端が各燃焼室凹部２１の壁面に開口する４つの吸気通路２３と、一端がシリンダヘッド１５のシリンダ列方向に沿う他側面に開口する一方、他端が８股に分岐して２つずつ各燃焼室凹部２１の壁面に開口する排気集合通路２４とを備えている。燃焼室凹部２１を基準として吸気通路２３が設けられた側を吸気側、排気集合通路２４が設けられた側を排気側とする。また、燃焼室凹部２１の壁面には、シリンダヘッド１５の上面に貫通する形で、点火プラグ（図示しない）を挿入するための点火プラグ挿入孔２５が形成されている。

各吸気通路２３および排気集合通路２４が燃焼室凹部２１の壁面に開口する部分には、各通路を開閉する吸気バルブ２６および排気バルブ２７が設けられている。吸気バルブ２６および排気バルブ２７は、シリンダヘッド１５に支持されたロッカアーム２８およびカムシャフト２９等からなる公知の動弁機構３０によって開閉駆動される。動弁機構３０は、シリンダヘッド１５とヘッドカバー１６との間に画成された空間に収容されている。

図１、図２および図４〜図６に示すように、シリンダヘッド１５の内部には、燃焼室２２内や排気集合通路２４内の燃焼ガスからの熱伝搬による温度上昇を抑制するために、燃焼室凹部２１および排気集合通路２４の周辺にヘッド冷却水通路３３が形成されている。図４〜図６では、シリンダヘッド１５を透視して空間部分であるヘッド冷却水通路３３を実体的に示している。ヘッド冷却水通路３３は、４つの燃焼室凹部２１の上方近傍を通過するようにシリンダヘッド１５のシリンダ列方向（長手方向）に延在する主冷却水通路３４と、排気集合通路２４を上下から互いに挟み合うように配置され、それぞれシリンダヘッド１５の長手方向に延在する上排気側冷却水通路３５および下排気側冷却水通路３６と、主冷却水通路３４と上排気側冷却水通路３５および下排気側冷却水通路３６とを連通する排気側連結通路３７と、吸気通路２３側に配置され、シリンダヘッド１５のシリンダ列方向に延在する吸気側冷却水通路３８と、主冷却水通路３４と吸気側冷却水通路３８とを連通する吸気側連結通路３９とを主要部として有する。

図３は、シリンダヘッド１５を下方から見た斜視図であり、図中の破線は、シリンダブロック１２とシリンダヘッド１５とが締結された際に、ブロック冷却水通路１８の端部が位置する部分を示しており、白色矢印は、ブロック冷却水通路１８内を流れる冷却水の流れを示している。図３に示すように、ヘッド側接合面１４の燃焼室凹部２１の排気側であって、ブロック冷却水通路１８の端部に当接する部分には、ブロック冷却水通路１８の端部に沿ってシリンダ列方向に延在する凹溝状の冷却水溝４１が形成されている。冷却水溝４１は、ブロック冷却水通路１８の端部に沿って湾曲しており、燃焼室凹部２１の周縁と一定の距離をおきつつ延在している。

ヘッド側接合面１４のブロック冷却水通路１８の端部に当接する部分であり、ブロック冷却水通路１８の冷却水の流れ方向における下流端に対応する部分（冷却水溝４１よりも下流側の部分）には、ヘッド側接合面１４からシリンダヘッド１５内を上方へと延びてヘッド冷却水通路３３に連通する第１冷却水流入通路４３が２つ形成されている。２つの第１冷却水流入通路４３は、ヘッド冷却水通路３３のシリンダ列方向における一端側に配置された排気側連結通路３７および吸気側連結通路３９にそれぞれ連通しており、図３中に示す黒色矢印の方向に冷却水を流通させる。

また、ヘッド側接合面１４のブロック冷却水通路１８の端部に当接する部分であり、ブロック冷却水通路１８の冷却水流れ方向において冷却水溝４１よりも上流に位置する部分の適所には、ヘッド側接合面１４からシリンダヘッド１５内を上方へと延びてヘッド冷却水通路３３に連通するバイパス通路４５が形成されている。バイパス通路４５は、ヘッド冷却水通路３３の排気側連結通路３７、吸気側連結通路３９または吸気側冷却水通路３８に連通している。各バイパス通路４５は、第１冷却水流入通路４３よりも流路断面積が小さく形成されている。

図３、図５、図７に示すように、冷却水溝４１のブロック冷却水通路１８の冷却水流れ方向における下流端には、冷却水溝４１と排気側連結通路３７とを連通する第２冷却水流入通路（第１連結通路）４７が形成されている。第２冷却水流入通路４７の流路断面積は、第１冷却水流入通路４３と略同一であり、バイパス通路４５よりも大きく形成されている。第２冷却水流入通路４７は、図３中に示す黒色矢印の方向に冷却水を流通させる。

冷却水溝４１のシリンダ列方向において隣り合う燃焼室凹部２１の間に対応する部分には、冷却水溝４１と下排気側冷却水通路３６とを連通するエア抜き通路（第２連結通路）４８が形成されている。図８に示すように、エア抜き通路４８の流路断面積は、第２冷却水流入通路４７と比較して十分に小さく形成されている。

図２、図４および図５に示すように、上排気側冷却水通路３５のシリンダ方向において第１冷却水流入通路４３が設けられた側と異なる端部には、冷却水をヘッド冷却水通路３３から排出するための冷却水流出通路５１が形成されている。冷却水流出通路５１の外端は、配管やホース等を介してラジエータ（図示しない）へと連通されている。

シリンダブロック１２とシリンダヘッド１５とを締結する際には、図９に示すガスケット６０がブロック側接合面１３とヘッド側接合面１４との間に介装される。ガスケット６０は、シリンダ１１および燃焼室凹部２１に対応した貫通孔６１と、第１冷却水流入通路４３に対応した貫通孔６２と、各バイパス通路４５に対応した貫通孔６３と、冷却水溝４１に対応した貫通孔６４とを有している。貫通孔６４は、ガスケット６０の強度を高めるために、３つの分断部６５によって４つに分断されている。分断部６５の面積は貫通孔６４の面積に比較して十分に小さいため、冷却水溝４１はその延在方向にわたってブロック冷却水通路１８と連続しているといえる。

以上のように構成したエンジン１０では、図示しないウォータポンプから送給された冷却水がシリンダブロック１２のブロック冷却水通路１８内を図３に記載の白色矢印の方向に沿って流れ、ブロック冷却水通路１８の上端に連続した冷却水溝４１内を流れる。冷却水溝４１は、燃焼室凹部２１の排気側に沿って配設されており、燃焼室凹部２１および排気集合通路２４の上流端部を適切に冷却することができる。

冷却水溝４１の冷却水の流れ方向における下端に設けられた第２冷却水流入通路４７は、排気側連結通路３７への冷却水の流入量を増大させるとともに、冷却水溝４１からの冷却水の排出量を増大させて冷却水溝４１内の冷却水の流通量を増大させる。これにより、燃焼室凹部２１の冷却能力が高められる。

第１および第２冷却水流入通路４３，４７を通過してブロック冷却水通路１８から排気側連結通路３７および吸気側連結通路３９に流入した冷却水（図３中の黒色矢印）は、主冷却水通路３４、上排気側冷却水通路３５、下排気側冷却水通路３６および吸気側冷却水通路３８へと流入し、各通路内をシリンダ列方向に沿って冷却水流出通路５１へと流れる。また、バイパス通路４５を通過して排気側連結通路３７および吸気側連結通路３９に流入した冷却水も同様に、主冷却水通路３４、上排気側冷却水通路３５、下排気側冷却水通路３６および吸気側冷却水通路３８へと流入し、各通路内をシリンダ列方向に沿って冷却水流出通路５１へと流れる。

冷却水溝４１はブロック冷却水通路１８の上端を封止する上壁として機能するため、冷却水中に噛み込まれた空気が冷却水溝４１に集まる虞があるが、冷却水溝４１には適所にエア抜き通路４８が形成されているため、冷却水溝４１に集まった空気は、エア抜き通路４８を通して下排気側冷却水通路３６へと押し流される。特に、冷却水の流れ方向が変化する冷却水溝４１の屈曲部にエア抜き通路４８を設けたため、空気の滞留を効果的に防止することができる。そのため、冷却水溝４１内に滞留する空気に起因する冷却水溝４１の冷却水流量の低下および熱交換可能な表面積の低下が防止される。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。例えば、エア抜き通路４８を第２冷却水流入通路４７の流路断面積と同等にし、エア抜き通路４８を通して冷却水溝４１から下排気側冷却水通路３６に積極的に冷却水を流入させるようにしてもよい。また、冷却水溝４１の形状は、本実施形態の形状に限られず、直線状にする等適宜変更可能である。なお、冷却水溝４１は、燃焼室凹部２１に近接した位置に配置されることが好ましい。また、冷却水溝４１は、燃焼室凹部２１の排気集合通路２４に対応する側だけでなく、吸気通路２３に対応する側に設けてもよい。

１０…エンジン（内燃機関）、１１…シリンダ、１２…シリンダブロック、１３…ブロック側接合面、１４…ヘッド側接合面、１５…シリンダヘッド、１７…シリンダ列、１８…ブロック冷却水通路、２１…燃焼室凹部、２３…吸気通路、２４…排気集合通路、３３…ヘッド冷却水通路、３４…主冷却水通路、３５…上排気側冷却水通路、３６…下排気側冷却水通路、３７…排気側連結通路、３８…吸気側冷却水通路、３９…吸気側連結通路、４１…冷却水溝、４３…第１冷却水流入通路、４５…バイパス通路、４７…第２冷却水流入通路（第１連結通路）、４８…エア抜き通路（第２連結通路）、５１…冷却水流出通路

Claims

一方向に沿って並設された複数のシリンダからなるシリンダ列と、前記シリンダ列の側部を囲むように略環状に設けられ、前記シリンダ列の配列方向に沿って冷却水を流通させるブロック冷却水通路と、前記複数のシリンダおよび前記ブロック冷却水通路の端部が開口するブロック側接合面とを備えたシリンダブロックと、
前記ブロック側接合面に接合するヘッド側接合面と、前記ヘッド側接合面の前記複数のシリンダに対向する部分に設けられた複数の燃焼室凹部と、前記複数の燃焼室凹部のそれぞれに一端が開口するとともに前記ヘッド側接合面と略平行に延び、他端が集合した排気集合通路と、前記燃焼室凹部および前記排気集合通路に近接して設けられたヘッド冷却水通路とを備えたシリンダヘッドとを有する内燃機関であって、
前記ヘッド冷却水通路は、前記複数の燃焼室凹部の上方近傍を前記シリンダ列方向に延在する主冷却水通路と、前記シリンダヘッドの長手方向に延在し、前記排気集合通路を上下から互いに挟み合うように配置された上排気側冷却水通路および下排気側冷却水通路と、前記主冷却水通路と前記上排気側冷却水通路および前記下排気側冷却水通路とを連通する排気側連結通路とを有し、
前記ヘッド側接合面の前記排気集合通路に対応する部分であって、前記ブロック冷却水通路と対向する部分には、前記ブロック冷却水通路の端部に沿って連続し、前記ブロック冷却水通路の上端を封止する上壁として機能し、前記シリンダの配列方向に延在する有端状の冷却水溝が設けられ、
前記冷却水溝の前記シリンダの配列方向における一端部であって、前記ブロック冷却水通路の冷却水の流れ方向における下流側に対応する部分には、前記ヘッド冷却水通路と連通する第１連結通路が設けられていることを特徴とする内燃機関。
前記冷却水溝は、その延在方向において、前記複数の燃焼室凹部間に対応する部分に、前記第１連結通路よりも流路断面積が小さく、前記ヘッド冷却水通路に連通する第２連結通路を有することを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関。