JP4375261B2 - シリンダヘッドおよびこれを用いた水冷エンジン - Google Patents

Description

本発明は、気筒列方向一端側から他端側へと冷却水を流通させることによりエンジンを冷却するための冷却通路、いわゆるウォータジャケットを有するシリンダヘッドおよびこれを用いた水冷エンジンに関する。

エンジンを冷却するための手法の一つに、シリンダブロックおよびシリンダヘッド内のウォータージャケットに冷却水を流通循環させる水冷方式がある。従来から、このような水冷方式において冷却効率を向上させるため、シリンダブロックやシリンダヘッドの構造に種々の工夫が施されている。

例えば、特許文献１には、直列３気筒のエンジンのシリンダヘッドであって、各燃焼室の上方を通過して冷却水を気筒列方向に流通させる第１冷却通路が設けられるとともに、各燃焼室に対応して当該燃焼室の上流側で第１冷却通路から分岐して燃焼室の各側方を通過しその下流側で上記第１冷却通路に合流する第２、第３冷却通路が設けられ、第１冷却通路の下面壁にその通路幅方向略中央部から上方に突出する放熱リブがシリンダヘッドの全長に亘って直線状に設けられたシリンダヘッドが提案されている。

この特許文献１に記載のシリンダヘッドは、第１冷却通路に放熱リブが設けられているため、熱伝達面積が増大することにより冷却効率を向上させることができ、しかもこの直線状に配設された放熱リブによってシリンダヘッドの剛性を向上させることができる点で有利である。

また、このシリンダヘッドには、下端が燃焼室に臨み、気筒の軸線に対して傾倒した軸線を有する点火プラグ装着用ホールが設けられている。そして、この装着用ホールの両側に当該ホールを形成する装着用ホール壁を介して第１、第３冷却通路が配設されることにより、比較的高温になりがちな装着用ホール壁を上記各冷却通路によって効率的に冷却するものとなされている。
特開平１１−３３６６０８号公報

ところで、上記特許文献１のシリンダヘッドは、点火プラグ装着用ホールが気筒の軸線に対して傾倒した軸線を有する特殊な形状を有するため、このシリンダヘッドに適用される放熱リブを一般的な形状を有するシリンダヘッドに直ちに適用することができなかった。すなわち、一般的な形状を有するシリンダヘッドでは、点火プラグ装着用ホールの軸線を気筒の軸線に対して略一致させること等により当該ホールを形成するホール壁が冷却通路内に立設されているが、このホール壁の存在により放熱壁を直線状に配設することができなくなり、上記ホール壁を迂回させるように設けなければならず、シリンダヘッドの剛性低下が懸念されることになる。

この場合、冷却通路内にホール壁が設けられ、このホール壁間を連結する上記放熱壁を気筒列方向に沿って設けることも考えられるが、このように構成すると新たな問題が生じる。すなわち、放熱壁をホール壁に連結させると、当然のことながら、ホール壁における放熱壁との上記連結部分の周辺においては冷却水が滞留し冷却水とホール壁との間の熱交換効率が低下し、比較的高温になりがちなホール壁を効率的に冷却することができなくなる虞がある。

そこで、このホール壁と放熱壁とを連結せずに放熱壁の端部を切り欠くことによりホール壁と放熱壁との間に一定の間隙を設けて配置することも考えられるが、この場合にはホール壁と放熱壁との一体性がなくなって折角向上させたシリンダヘッドの剛性が低下することになる。このようにシリンダヘッドの剛性が低下すると、ガスケットを介したシリンダブロックに対する組み付けが甘くなり、その結果、ガスケットによるシール性が低下することも想定される。

したがって、この種のシリンダヘッドでは、ガスケットによるシール性が低下しないようにシリンダヘッドの剛性を維持ないしは向上させつつ、冷却性を改善させることが望まれている。

本発明は、上記事情に鑑み、冷却通路内にホール壁が立設されているようなエンジンに適用することができ、冷却性の改善とシリンダヘッドの剛性とを両立させることができるシリンダヘッドおよびこれを用いた水冷エンジンを提供することを目的とする。

本発明に係る水冷エンジンのシリンダヘッドは、直列多気筒エンジンのシリンダーヘッドであって、気筒列方向に並ぶ吸気ポートと気筒列方向に並ぶ排気ポートとが燃焼室を挟んで互いに反対側に配設されたクロスフロー型のエンジンのシリンダーヘッドにおいて、気筒列方向の一端側に設けられた冷却水導入口から他端側に設けられた冷却水導出口まで連通して気筒列方向に冷却水を流通させる冷却通路が設けられ、この冷却通路内に点火プラグ装着用またはインジェクタ装着用のホールを形成する装着用ホール壁が上記各気筒に対応して立設されるとともに、上記冷却通路の上下両面壁の所定箇所には上下方向に延出しかつ先端部が互いに所定の間隙を設けた状態で対向する上下整流リブが気筒列方向に沿って延設され、この下側整流リブと上記装着用ホール壁の周面との間に間隙を設けることにより下側整流リブによって仕切られた冷却水通路を上記装着用ホール壁周りで互いに連通させる下部連通路が設けられ、一方、上記上側整流リブは装着用ホール壁に連結されていることを特徴とするものである。

この発明によれば、気筒列方向の一端側から他端側まで連通する冷却通路が設けられるとともに、この冷却通路に気筒列方向に沿って設けられた下側整流リブと、冷却通路内に立設されて点火プラグ装着用またはインジェクタ装着用のホールを形成する装着用ホール壁の周面との間に間隙を設けることにより、下側整流リブによって仕切られた冷却通路を互いに連通させる下部連通路が設けられているので、この下部連通路および上記冷却通路によって装着用ホール壁の全周に冷却水を流通させることができ、これにより装着用ホール壁を効率的に冷却することができ、ひいてはシリンダヘッドの全体の冷却性を改善することができる。したがって、冷却通路内に点火プラグ装着用またはインジェクタ装着用のホールを形成する装着用ホール壁が上記各気筒に対応して立設される場合でもシリンダヘッドを効率的に冷却することができる。

ここで、上記下側整流リブと装着用ホール壁の周面との間に間隙が設けられると両者の一体性がなくなり、シリンダヘッドの剛性の低下が懸念されるが、この発明によれば、上記冷却通路の上面壁の所定箇所に下方向に延出しかつ先端部が下側整流リブの先端部に対して所定の間隙を設けた状態で対向する上側整流リブが気筒列方向に沿って延設されるとともに、この上側整流リブは装着用ホール壁に連結、言い換えると下部連通路の上方で上側整流リブが装着用ホール壁に連結されるので、この上側整流リブが補強リブとして機能してシリンダヘッドの剛性を良好なまま維持することができ、これによりシリンダブロックとの間のシール性を良好なまま維持することができる。

しかも、これらの上下整流リブによって冷却通路を仕切るとともに、上下整流リブ間の間隙において吸排気各側の通路間で冷却水の往来をある程度許容することにより、冷却通路を流通する冷却水を整流することができ、クロスフロー型のエンジンにおいて排気ポート側の通路を増大させて比較的高温になる排気ポート側の側部を効率的に冷却することができる。

ここで、上記のようなシリンダヘッドでは、冷却通路等を形成するために製造時に中子が用いられ、このような中子を支持するため中子と一体に形成された幅木が設けられることが多い。このような場合には、シリンダヘッドにおいてこの幅木の跡が製造時中子支持用ホールとして冷却通路の上面壁に臨んだ状態で残存することから、この製造時中子支持用ホールは閉塞されることにより使用に供される。ところが、上記のように冷却通路に上側整流リブが設けられると、この製造時中子支持用ホールに対応する上側整流リブの製造が煩雑になる。したがって、この発明において、上記冷却通路の上面壁には、閉塞された製造時中子支持用ホールが臨み、この製造時中子支持用ホールに対応して、上記上側整流リブに製造時中子支持用ホールに繋がる欠如部が設けられているのが好ましい（請求項２）。

このように構成すれば、上側整流リブの製造が容易になるばかりでなく、この欠如部を利用して、上側整流リブによって仕切られた冷却通路を上部で互いに連通させることができ、この欠如部を冷却水に含まれる空気抜き用の通路として有効に利用することができる。

上記下側整流リブは、気筒列方向についてその高さが全長に亘って一定のものや、周期的に変化するもの等であってもよく、また、気筒列方向の両端部についても、一定の高さを保つように形成されるもの等であってもよいが、上記下側整流リブは、気筒列方向の両端部における高さが気筒列方向外側に向かうにしたがって低くなるように形成されているのが好ましい（請求項３）。

このように、気筒列方向両端部の下側整流リブを省略するのではなく、順次低くなるように形成されるので、シリンダヘッドの剛性を保ったまま、冷却水導入口側の端部については、冷却水の整流が可能となり、一方、冷却水導出口側の端部については、冷却水の適正な合流混合が可能となる。

この場合、上記下側整流リブは、気筒列方向の両端部のうち、上記冷却水導入口側の一端部が冷却水導出口側の他端部に比べて高く形成されているのが好ましい（請求項４）。

このように構成すれば、気筒列方向について、冷却水導入口側の端部については、冷却水をより効果的に整流することが可能となり、一方、冷却水導出口側の端部については、上下整流リブによって仕切られた冷却通路を流通してきた冷却水をより効果的に混合することができる。

また、この発明において、上記冷却通路の冷却水導出口側であって、上記下側整流リブによって仕切られた上記冷却通路の上記吸気ポート側の下面壁に、上記下側整流リブに並設された流量調整用のサブリブが設けられているのが好ましい（請求項５）。

このように構成すれば、上記サブリブが抵抗となって、上下整流リブによって仕切られた冷却通路の各側の流通路のうち、上記吸気ポート側の流通路の冷却水流量が低下するとともに、これにともなって排気ポート側の流通路の流量が増加して、比較的高温になりがちなシリンダヘッドの排気側端部を効率的に冷却することができる。

上記上下整流リブは、ともに排気ポート側に変位したものや、上下整流リブの少なくとも一方が排気ポート側に若干変位したものであってもよいが、上記上下整流リブは、シリンダヘッドの中心線に沿って設けられているのが好ましい（請求項６）。

このように構成すれば、比較的シール性が低下しやすい気筒間の壁部付近の剛性を効果的に向上させることができ、これによりガスシール性をより一層向上させることができる。

また、他の発明に係る水冷エンジンは、請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のシリンダヘッドと、このシリンダヘッドの上記冷却水導入口を通じて上記冷却通路に連通するブロック側冷却通路が設けられたシリンダブロックとを備える水冷エンジンであって、上記ブロック側冷却通路は、シリンダブロック内に冷却水を導入する冷却水流入ポートから当該シリンダブロックにおける排気ポート側の側部を気筒列方向に延び、上記冷却水流入ポート側と反対側の端部を介してシリンダブロックにおける吸気ポート側の側部を気筒列方向に戻り、この下流側の戻り端部で上記シリンダヘッドの冷却水導入口に連通するとともに上流側の所定部分においても上記シリンダヘッドの冷却水導入口に連通するように構成されていることを特徴とするものである（請求項７）。

この発明によれば、ブロック側冷却通路において一方向に冷却水が流通するので、冷却水の澱みを改善して各気筒温度の均一化を図ることができる。しかも、このブロック側冷却通路においては、まず排気ポート側に冷却水が流入するので、比較的高温の排気ポート側の側部の冷却性を改善することができる。さらに、シリンダヘッドの冷却水導入口がブロック側冷却通路の上流側の所定部分に連通しているので、当該シリンダヘッドにおいて、比較的低温の冷却水を確保することができるとともに、上記各作用効果を奏することになるので、ガスシール性を維持、向上させたまま、水冷エンジン全体の冷却性を十分に改善することができる。

この発明に係る水冷エンジンのシリンダヘッドによれば、装着用ホール壁の全周に冷却水を流通させることができ、これにより冷却通路内に点火プラグ装着用またはインジェクタ装着用のホールを形成する装着用ホール壁が上記各気筒に対応して立設される場合でもシリンダヘッドを効率的に冷却することができるとともに、上側整流リブが補強リブとして機能し、これによりシリンダヘッドの剛性を良好なまま維持向上することができるという利点がある。すなわち、このシリンダヘッドによれば、冷却性の改善とシリンダヘッドの剛性維持ないしは強化を両立することができる。しかも、クロスフロー型のエンジンにおいて排気ポート側の通路を増大させて比較的高温になる排気ポート側の側部を効率的に冷却することができる。

他の発明に係る水冷エンジンによれば、冷却水の澱みを改善して各気筒温度の均一化を図ることができるとともに、エンジンの剛性を保つことによりガスシール性を維持させつつ、比較的高温の排気ポート側の側部の冷却性を効果的に改善することができるという利点がある。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明に係る水冷エンジンの概略構成を示す斜視図であり、図２は、エンジンの概略断面図である。

エンジン１は、車両前部であってボンネット下方のエンジンルーム内に横置きに搭載、つまり、クランク軸方向が車幅方向に沿うように搭載されている。このエンジン１は、クランク軸方向に沿って４つの気筒が直列配置された直列４気筒エンジンであり、各気筒１０Ａ〜１０Ｄ上部の燃焼室に開口する吸気ポート１１と排気ポート１２とがそれぞれ気筒列方向に並設されるとともにこれらの吸気ポート１１と排気ポート１２とが上記燃焼室を挟んで互いに反対側に配設された、いわゆるクロスフロー型のエンジンである（図４参照）。この結果、図４に示すように、各吸気ポート１１は、エンジン１に対して車両前後方向前側に配置され、一方、各排気ポート１２は、エンジン１に対して車両前後方向後側に配置されている。

また、このエンジン１は、各気筒１０Ａ〜１０Ｄにおける燃焼によって発生した熱を大気中に放出するための媒体に冷却水などの液体を用いる水冷式エンジンであり、ラジエータ５等からなる冷却系統に組み込まれている。すなわち、この冷却系統は、相互に連通するウォータジャケット２３，２４が設けられたエンジン本体２と、エンジン１の前方に配設されたラジエータ５と、エンジン１の後方に配設され燃焼エネルギーを利用して車室内を温めるヒータユニット６と、これらのラジエータ５およびヒータユニット６に冷却水を送るためのインレットパイプ１９，１８と、これらのラジエータ５およびヒータユニット６において熱交換された冷却水をエンジン本体２に送るためのアウトレットパイプ１６，１７と、これらのラジエータ５およびヒータユニット６をバイパスするバイパスパイプ１５と、冷却水を強制的に循環させるウォータポンプ７とを備え、サーモスタット（図示せず）によって、冷却水をラジエータ５とエンジン本体２との間で循環させるラジエータ経路と、このラジエータ５をバイパスするバイパス経路とを切換可能に構成されている。また、この冷却系統では、ヒータユニット６とエンジン本体２との間で循環させるヒータ経路が設けられるとともに、エンジン本体２を通過することにより昇温した冷却水を利用して車室内を暖房可能に構成されている。なお、このサーモスタットは公知のサーモスタットが用いられ、ここではワックスタイプのものが用いられている。

具体的には、エンジン１は、図１に示すように、各気筒を形成するエンジン本体２と、このエンジン本体２にその下側から組み付けられたオイルパン３と、エンジン本体２にその上側から組み付けられたシリンダヘッドカバー４とを備えている。エンジン本体２は、鋳鉄やアルミニウム合金製の鋳造品であり、気筒の本体部を構成するシリンダブロック２１と、このシリンダブロック２１の上側にガスケット（図示せず）を介して取り付けられ気筒の上部を構成するシリンダヘッド２２とを備えている。これらのシリンダブロック２１およびシリンダヘッド２２の内部は、それぞれ冷却通路をなすブロック側およびヘッド側ウォータジャケット２３，２４が形成され、エンジン本体２内に冷却水が循環可能に構成されている（図３ないし図５参照）。このシリンダブロック２１およびシリンダヘッド２２の詳細は、これらのウォータジャケット２３，２４とともに後に説明する。

エンジン本体２のウォータジャケット２３，２４の上流側には上記ウォータポンプ７が配設されている。このウォータポンプ７は、シリンダブロック２１の前面上部における一側端部（図例では車両の前後方向を基準にして前面右上端部）に取り付けられている。このウォータポンプ７は、渦巻き型の遠心式ポンプであり、シリンダブロック２１の一側面下端部に配設されたクランクプーリ５５にＶベルト（図示せず）を介して接続され、クランクプーリ５５の回転駆動力を利用して駆動するように構成されている。

このウォータポンプ７の上流側には冷却水の循環経路をラジエータ経路とバイパス経路との間で切り換える上記サーモスタットが配設され、このサーモスタットはウォータポンプ７に隣接してシリンダブロック２１の前面に取り付けられたサーモスタットハウジング８内に収納されている。なお、このサーモスタットハウジング８に隣接して吸気マニホールド９がエンジン本体２の前面側に取り付けられている。

サーモスタットハウジング８には、その上面に開口したバイパス流入ポート８ａと、その正面に開口したヒータ流入ポート８ｂおよびラジエータ流入ポート８ｃとが設けられている。バイパス流入ポート８ａには、上記バイパス経路を構成するバイパスパイプ１５が接続されている。また、ヒータ流入ポート８ｂにはヒータユニット６において熱交換された冷却水をエンジン本体２に戻すためのヒータアウトレットパイプ１７が接続され、一方、ラジエータ流入ポート８ｃにはラジエータ５において熱交換された冷却水をエンジン本体２に戻すためのラジエータアウトレットパイプ１６が接続されている。

なお、当実施形態では、上記バイパスパイプ１５によって構成されるバイパス経路中にエンジンオイルを冷却するオイルクラー５０やエンジン１の側方に配設された自動変速機５１のためのオイルを温めるＡＴＦウォーマ５２が配設されている（図１０，１１参照）。

エンジン本体２のウォータポンプ７が設けられた車幅方向一端側（図例では右側）と反対側の側面上部（シリンダーヘッド２２の側面上部）には、ウォータアウトレット部材２０が設けられている。このウォータアウトレット部材２０は、冷却水流れに対する上流端がシリンダヘッド２２の冷却水導出口２４７を通じてヘッド側ウォータジャケット２４に連通するように構成されている。一方、ウォータアウトレット部材２０の冷却水流れに対する下流端部は、その各分岐端にそれぞれラジエータ流出ポート、ヒータ流出ポート、バイパス流出ポートの３つのポートが設けられている。各ポートには、それぞれエンジン本体２において昇温した冷却水をラジエータ５やヒータユニット６に流入させるためのラジエータインレットパイプ１８やヒータインレットパイプ１９が接続されるとともに、バイパス流出ポートにはバイパスパイプ１５が接続されている。

ここで、エンジン本体２のシリンダブロック２１やシリンダヘッド２２に形成されたウォータジャケット２３，２４について詳しく説明する。図２はシリンダブロックの断面図であり、図３は同ブロックの平面図である。また、図４はシリンダヘッドの横断面図であり、図５はシリンダヘッドの縦断面図である。なお、図中、一点鎖線で示すＣ１は、各気筒の中心点を結ぶ中心線である。そして、説明の便宜上、必要に応じてこの中心線Ｃ１に対して前側を吸気側といい、後側を排気側という。当実施形態では吸気側が反スラスト側、排気側がスラスト側となるようにクランク軸が回転されるように構成されている。

各ウォータジャケット２３，２４は、シリンダブロック２１またはシリンダヘッド２２における気筒１０Ａ〜１０Ｄの周囲に形成された空隙であり、冷却水を流通させるための通路（冷却通路）を構成している。このウォータジャケット２３，２４における冷却水の循環方式には種々あるが、当実施形態では、ブロック側ウォータジャケット２３については気筒１０Ａ〜１０Ｄの周囲を一方向に冷却水を周回循環させるＵターン方式が採用され、一方、ヘッド側ウォータジャケット２４についてはシリンダヘッド２２の一端側から他端側に気筒列方向に沿って冷却水を並列的に流通させる軸流方式が採用されている。

すなわち、ブロック側ウォータジャケット２３は、図２および図３に示すように、シリンダブロック２１の外周部であって気筒１０Ａ〜１０Ｄの周囲を囲むように設けられ、その一端がシリンダブロック２１の前面側一端部（図例では前面右端部）に設けられた冷却水流入ポート２３１に連通するとともに、その他端がシリンダヘッド２２の後述する第４冷却水導入口２４４に連通するように構成されている。

具体的には、ブロック側ウォータジャケット２３は、冷却水流入ポート２３１から当該シリンダブロック２１の長手方向一側部（図例では右側部）を後方に延びる第１冷却通路２３２と、この第１冷却通路２３２に連通してシリンダブロック２１の後側部、言い換えるとシリンダブロック２１の排気側部を気筒列方向に沿って当該シリンダブロック２１の長手方向他端側（図例では左側）まで延びる第２冷却通路２３３と、第２冷却通路２３３に連通してシリンダブロック２１の他端部（図例では左側部）を前方に延びる第３冷却通路２３４と、この第３冷却通路２３４に連通してシリンダブロック２１の前側部、言い換えるとシリンダブロック２１の吸気側部を気筒列方向に沿って当該シリンダブロック２１の一端側（図例では右側）に戻る第４冷却通路２３５とを備える。第１冷却通路２３２と第４冷却通路２３５とは仕切壁２３６によって仕切られてその間で直接冷却水が流通しないようになっている。

なお、このシリンダブロック２１は、その外周縁部であってブロック側ウォータジャケット２３の外側に、適宜間隔置きに雌ねじ孔２５が穿設されている。この雌ねじ孔２５は、シリンダブロック２１にシリンダヘッド２２を組み付ける際に組付用ボルトを螺着するためのものであり、中心線Ｃ１に対して略線対称に設けられている。

このブロック側ウォータジャケット２３の上方は、図３に示すように、シリンダブロック２１のトップデッキ２１ａによって覆われている。すなわち、このシリンダブロック２１は、クローズドデッキタイプのシリンダブロックである。このトップデッキ２１ａには、ブロック側ウォータジャケット２３における第１冷却通路２３２に開口する第１および第２連通孔２３７，２３８が設けられるとともに、第２冷却通路２３３の上流端部に開口する第３連通孔２３９および第４冷却通路２３５の下流端部に開口する第４連通孔２４０が設けられる。つまり、第１〜第４連通孔２３７〜２４０は、シリンダブロック２１の一端部（図例では右端部）側に固まって設けられている。これらの第１〜第４連通孔２３７〜２４０は、他端がヘッド側ウォータジャケット２４の後述する第１〜第４冷却水導入口２４１〜２４４に連通してブロック側ウォータジャケット２３内の冷却水をヘッド側ウォータジャケット２４に導入するように構成されている。したがって、第１〜第４連通孔２３７〜２４０がシリンダブロック２１の一端部側に固まって設けられている結果、ヘッド側ウォータジャケット２４の一端部側に冷却水が導入されることになる。

なお、各連通孔２３７〜２４０および各冷却水導入口２４１〜２４４を通じてブロック側ウォータジャケット２３からヘッド側ウォータジャケット２４に流入する冷却水の流入量は、第２、第１、第４、第３冷却水導入口２４２，２４１，２４４，２４３を通じて流入する量の順で多くなるように、当実施形態では連通孔２３７〜２４０および各冷却水導入口２４１〜２４４の開口面積を調整している。

また、トップデッキ２１ａの製造時中子支持用ホール２７に対応して、ガスケット（図示せず）には冷却水中のエア溜まりを防止するためのエア抜き小孔２５１が各冷却通路２３２〜２３５に沿って複数個設けられている。ここでは簡略化のため、図３では製造時中子支持用ホールを省略し、ガスケットのエア抜き小孔２５１を示している。これらのエア抜き小孔２５１は、ブロック側ウォータジャケット２３とヘッド側ウォータジャケット２４とを連通させるものであり、この小孔２５１を通じて冷却水をブロック側ウォータジャケット２３からヘッド側ウォータジャケット２４に導入させるとともに、ブロック側ウォータジャケット２３の空気抜き孔としても機能する。なお、このエア抜き小孔２５１の開口面積は、上記第１〜第４連通孔２３７〜２４０の開口面積よりも小さく設定されている。

次に、シリンダヘッド２２に設けられたヘッド側ウォータジャケット２４について図４ないし図８を用いて説明する。図６ないし図８は、図４のＶＩ−ＶＩ線、ＶＩＩ−ＶＩＩ線、ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図である。なお、一点鎖線で示すＣ２は、各気筒の軸心である。そして、説明の便宜上、必要に応じてこの中心線Ｃ２に対して前側を吸気側といい、後側を排気側という。

ヘッド側ウォータジャケット２４は、上記したように、冷却水を気筒列方向１０Ａ〜１０Ｄに沿って、シリンダヘッド２２の一端側から他端側に流通させる軸流式の循環方式が採用されている。すなわち、このヘッド側ウォータジャケット２４は、図４および図５に示すように、その上下両面壁を構成するシリンダヘッド２２のボトムデッキ２２３とミドルデッキ２２２との間を当該シリンダヘッド２２の一端側から他端側に延び、一端部がシリンダブロック２３の第１〜第４連通孔２３７〜２４０に連通する第１ないし第４冷却水導入口２４１〜２４４を通じてブロック側ウォータジャケット２３に連通しているとともに、他端部が冷却水導出口２４７を通じてウォータアウトレット部材２０に連通し、ブロック側ウォータジャケット２３から流入した冷却水をウォータアウトレット部材２０に導出するものとなされている。

このヘッド側ウォータジャケット２４内には、図４および図５に示すように、気筒列方向に沿って複数個（当実施形態では４個）の点火プラグボス２２５が立設されている。この点火プラグボス２２５は、点火プラグ（図示せず）を装着するための略断面円形の保持孔２２５ａを形成するものであり、各気筒１０Ａ〜１０Ｄに対応してその軸心が気筒１０Ａ〜１０Ｄの軸心と一致するように配置されるとともに、ボトムデッキ２２３とミドルデッキ２２２とを連結するように設けられている。

また、上記点火プラグボス２２５の周囲には、図４および図７に示すように、燃焼室を挟んで各々逆方向（前または後方向）に延びる吸気ポート１１および排気ポート１２を形成するための吸気および排気ポート形成壁２２７，２２８がヘッド側ウォータジャケット２４を斜めに横切る状態で設けられている。なお、吸気、排気各ポート１１，１２には各ポート１１，１２の気筒１０Ａ〜１０Ｄ側開口部を開閉する吸気弁または排気弁（ともに図示せず）を取り付けるための弁取付孔２２９，２３０が開口し、この弁取付孔２２９，２３０の他端はシリンダヘッド２２のトップデッキ２２１に開口している。

以上のように、ヘッド側ウォータジャケット２４内には点火プラグボス２２５、吸気通路形成壁２２７および排気通路形成壁２２８が配置されており、このためヘッド側ウォータジャケット２４を流通する冷却水はこれらのボス２２５や形成壁２２７，２２８を前後に迂回するように流通する。

また、ヘッド側ウォータジャケット２４の上面壁であるミドルデッキ２２２には、鋳造時の中子を支持するための幅木を挿通させるための製造時中子支持用ホール２７が臨んでいるとともに、この製造時中子支持用ホール２７は、下端部がねじ切りされて円柱状の栓部材２８によって閉塞されている。すなわち、このようなシリンダヘッド２２では、ヘッド側ウォータジャケット２４を形成するために中子が用いられ、このような中子を支持するために中子と一体に形成された幅木が用いられることが多い。このような場合には、シリンダヘッド２２においてこの幅木の跡が製造時中子支持用ホール２７としてウォータジャケット２４の上面壁に臨んだ状態で残存することから、この中子支持用ホール２７を栓部材２８によって閉塞している。なお、図５中に２９で示される部分も製造時中子支持用ホール２９であり、栓部材３０によって閉塞されている。

ここで、図６ないし図８に示すように、ヘッド側ウォータジャケット２４の下面壁であるシリンダヘッド２２のボトムデッキ２２３の上面には、中心線Ｃ２に沿って上方に延びる下側整流リブ３１が設けられ、一方、ヘッド側ウォータジャケット２４の上面壁であるミドルデッキ２２２の下面には、中心線Ｃ２に沿って下方に延びる上側整流リブ３２が設けられている。下側整流リブ３１と上側整流リブ３２とは、その先端が互いに所定の間隙を設けた状態で対向配置され、ヘッド側ウォータジャケット２４を前側の吸気側冷却通路２４ａと後側の排気側冷却通路２４ｂとに実質的に仕切るとともに上記各リブ３１，３２間の間隙を通して冷却水の若干の往来を許容しつつ冷却水を整流するものとなされている。なお、第１および第４冷却水導入口２４１，２４４は吸気側冷却通路２４ａに開口し、一方、第２および第３冷却水導入口２４２，２４３は排気側冷却通路２４ｂに開口している。

具体的には、下側整流リブ３１は、図４および図５に示すように、気筒列方向に沿ってヘッド側ウォータジャケット２４の略全長に亘って形成されている。このように下側整流リブ３１が中心線Ｃ１上に気筒列方向に沿って形成されることにより、当該下側整流リブ３１が気筒列方向に沿って点火プラグボス２２５と同一直線上に配設されることになる。この場合、下側整流リブ３１を点火プラグボス２２５に連結するように設けることも考えられるが、このように構成すると、下側整流リブ３１と点火プラグボス２２５との連結部分に冷却水を流通させることができなくなり、これにより比較的高温になりがちな点火プラグボス２２５の下部を冷却水に直接晒して冷却効率を高めることができなくなる。

そこで、当実施形態では、下側整流リブ３１と点火プラグボス２２５との周面との間に所定の間隙を設けて、つまり下側整流リブ３１の点火プラグボス２２５に面した端部と当該点火プラグボス２２５の周面との間に冷却水を通水するための下部連通路３５（図１０参照）を形成するための間隙を設けて点火プラグボス２２５の周囲を直接冷却水に晒すことができるように構成されている。より具体的には、下側整流リブ３１の点火プラグボス２２５に面した端部は、当該点火プラグボス２２５側に向かうにしたがってその高さが低くなる傾斜部３１ａとして形成されている。この傾斜部３１ａを設けることにより、ヘッド側ウォータジャケット２４は、その下部において点火プラグボス２２５の周りに冷却水を流通させる下部連通路３５を設けることができ、これにより点火プラグボス２２５の下部を効率的に冷却してシリンダヘッド２２の冷却性を改善することができる。

また、この下側整流リブ３１は、その気筒列方向の両端部のうち、第１ないし第４冷却水導入口２４１〜２４４側の上流側一端部が冷却水導出口２４７側の下流側他端部に比べて高く形成されているとともに、各両端部がそれぞれ気筒列方向外側に向かうにしたがって低くなるように形成されている。

具体的には、図５および図６に示すように、下側整流リブ３１の気筒列方向一端部（上流端部）は、その高さＨｅが気筒列方向中央部の高さと略同等に形成されるとともに、気筒列方向内側（図例では左側）に向かうにしたがって上方に傾斜する傾斜分流部３１ｂが設けられている。この傾斜分流部３１ｂは、第１ないし第４冷却水導入口２４１〜２４４から導入された冷却水を吸気側冷却通路２４ａと排気側冷却通路２４ｂとに振り分ける機能を有し、後述する傾斜合流部３１ｃと比べてその傾斜角度が大きく設定されている。

一方、下側整流リブ３１の気筒列方向他端部（最下流端部）は、図５および図８に示すように、その高さＨｏが気筒列方向中央部の高さよりも低く形成されるとともに、気筒列方向外側に向かうにしたがって下方に傾斜する傾斜合流部３１ｃが設けられている。この傾斜合流部３１ｃは、吸気側冷却通路２４ａと排気側冷却通路２４ｂとを流通する冷却水を合流させるため、気筒列方向外側に向かうにしたがって低くなるように設定されている。

このように下側整流リブ３１の気筒列方向両端部について下流側端部が上流側端部に比べて低く設定されるとともに各端部に傾斜部３１ｂ，３１ｃが設けられることにより、シリンダヘッド２２の剛性を高く維持したまま冷却水の分流、合流を効果的に実行できるようになっている。

また、ヘッド側ウォータジャケット２４の吸気側冷却通路２４ａの下流端部には、図８および図９に示すように、ボトムデッキ２２３の上面から上方に延びるサブリブ３３が配設されている。このサブリブ３３は、吸気側冷却通路２４ａにおける流水抵抗として機能するものであり、下側整流リブ３１の下流端部に対して並設され、当該下側整流リブ３１の高さよりも高く形成されている。このサブリブ３３の気筒列方向の長さは、特に限定されるものではないが、当実施形態ではその上流端部は気筒１０Ｄの下流端に略対応して配置されている。このサブリブ３３も図９に示すように下流側端部が気筒列方向外側に向かうにしたがって下方に傾斜するサブ傾斜合流部３３ａが設けられ、吸気側冷却通路２４ａと排気側冷却通路２４ｂとを流通する冷却水の合流が円滑に行われるように構成されている。

一方、上側整流リブ３２は、図５に示すように、略全長に亘って、より詳しくは気筒１０Ｄに対応する点火プラグボス２２５の下流側を除く略全長に亘って形成されている。このように上側整流リブ３２が中心線Ｃ１上に気筒列方向に沿って形成されることにより、当該上側整流リブ３２も下側整流リブ３１と同様に気筒列方向に沿って点火プラグボス２２５と同一直線上に配設されることになる。この場合、上側整流リブ３２も、下側整流リブ３１と同様に、点火プラグボス２２５に対して間隔を設けて配置することも考えられるが、このように構成すると、点火プラグボス２２５はヘッド側ウォータジャケット２４内において上下両側の整流リブ３１，３２に連結されない独立したものとなり、これによりシリンダヘッド２２の剛性の低下が懸念される。

ここで、点火プラグボス２２５の上部は、その下部に比べて、気筒１０Ａ〜１０Ｄの上部の燃焼室から離れた位置にあるため、燃焼による温度上昇がその下部に比べて小さく、しかも下部連通路３５によって点火プラグボス２２５の下部周りを効率的に冷却しているので、上部に伝達される熱量が小さくなっている。そこで、本件発明者は、点火プラグボス２２５の上部においてはその下部に比べて放熱効率を向上させることの要求が少ないことに着目して、この点火プラグボス２２５の上部に上記上側整流リブ３２を連結させることによりシリンダヘッド２２の剛性低下を効果的に抑制可能であることを知見した。

すなわち、上側整流リブ３２は、図１１に示すように、点火プラグボス２２５側の端部が当該点火プラグボス２２５の周面に連結するように構成されている。より具体的には、上側整流リブ３２は点火プラグボス２２５と一体形成され、これにより上側整流リブ３２を補強リブとして機能させてシリンダヘッド２２の剛性を維持ないしは向上させるように構成されている。

また、上側整流リブ３２には、ヘッド側ウォータジャケット２４に開口する製造時中子支持用ホール２７に対応して上側整流リブ３２を構成する仕切壁が設けられていない欠如部３２ａが設けられている。この欠如部３２ａは、製造時中子支持用ホール２７に繋がった状態で設けられている。すなわち、上側整流リブ３２を気筒列方向に沿ってヘッド側ウォータジャケット２４の略全長に亘って設けることとすると、当該製造時中子支持用ホール２７を跨ぐ上側整流リブ３２の部分についてはシリンダヘッド２２の鋳造時に形成することが困難となる。したがって、当実施形態のように、上側整流リブ３２について、この製造時中子支持用ホール２７に対応して欠如部３２ａが設けられることにより容易に製造することができるようになされている。しかも、この欠如部３２ａを設けることにより、欠如部３２ａを通して吸気側冷却通路２４ａと排気側冷却通路２４ｂとの間で冷却水が往来することができ、これにより各冷却通路２４ａ，２４ｂの流水量の微調整を行うことができて効率的にシリンダヘッド２２を冷却することができる。特に、吸気側冷却通路２４ａにサブリブ３３が設けられている当実施形態では、欠如部３２ａが設けられることにより相乗的な効果を奏することができる。また、例えばエンジン１がスラントして搭載されている場合に、ヘッド側ウォータジャケット２４のエア溜まりを効果的に防止することができるという利点もある。

なお、このシリンダヘッド２２にも、シリンダブロック２１の雌ねじ孔２５と対向する位置にボルト挿通孔２６が設けられ、シリンダブロック２１に対してガスケットを介して組み付けることができるようになされている。

次に、以上のように構成されたエンジン１における冷却水の流れを図１０および図１１を用いて説明する。図１０はエンジン１を含めた冷却系統を示す模式図であって、シリンダヘッド２２におけるヘッド側ウォータジャケット２４の冷却水流れは当該ヘッド側ウォータジャケット２４の下部の冷却水流れを示している。図１１はエンジン１を含めた冷却系統を示す模式図であって、シリンダヘッド２２におけるヘッド側ウォータジャケット２４の冷却水流れは当該ヘッド側ウォータジャケット２４の上部の冷却水流れを示している。

図１０に示すように、この冷却系統では、ウォータポンプ７によって冷却水が強制的に循環され、この冷却水がまず冷却水流入ポート２３１を通してエンジン本体２のシリンダブロック２１内部のブロック側ウォータジャケット２３に導入される。このシリンダブロック２１のブロック側ウォータジャケット２３では、流入された冷却水の一部が、流入直後に第１〜第３連通孔２３７〜２３９および第１〜第３冷却水導入口２４１〜２４３を通じて、ヘッド側ウォータジャケット２４に送り込まれる。このようにブロック側ウォータジャケット２３の上流部からヘッド側ウォータジャケット２４の上流部に繋がる短絡冷却通路を設けることにより、ヘッド側ウォータジャケット２４において比較的低温の冷却水を確保することができ、これによりシリンダヘッド２２を効率的に冷却することができる。

残りの冷却水は、第２冷却通路２３３を流通することにより、シリンダブロック２１の排気側（または反スラスト側）の側部を冷却するとともに、第３冷却通路２３４を介してシリンダブロック２１の吸気側に送られ、第４冷却通路２３５を流通することにより当該シリンダブロック２１の吸気側（またはスラスト側）の側部を冷却して、第４連通孔２４０および第４冷却水導入口２４４を介してヘッド側ウォータジャケット２４の吸気側冷却通路２４ａに送られる。このように冷却水流入ポート２３１から流入した冷却水を気筒１０Ａ〜１０Ｄ周りを一方向に周回させることにより、冷却水流れの澱みを抑制することができ、各気筒１０Ａ〜１０Ｄの温度の均一化を図ることができる。さらに、当該低温の冷却水をまず排気側の第２冷却通路２３３に送ることにより、吸気側（または反スラスト側）よりも高温になりがちなシリンダブロック２１の排気側（またはスラスト側）側部の冷却性を改善することができる。しかも、シリンダブロック２１をＵターン冷却した後の冷却水を、排気側に比べて冷却要求の小さい吸気側冷却通路２４ａに送るので、シリンダヘッド２２の冷却効率を向上させることができる。

シリンダヘッド２２のヘッド側ウォータジャケット２４では、専らその気筒列方向の一端部にブロック側ウォータジャケット２３から冷却水が導入され、この冷却水が気筒列方向に沿って他端側に流通される。具体的には、ヘッド側ウォータジャケット２４では、上下側整流リブ３１，３２によって吸気側および排気側冷却通路２４ａ，２４ｂに区画され、第１および第４冷却水導入口２４１，２４４を通じて流入した冷却水は専ら吸気側冷却通路２４ａに導入され、一方、第２および第３冷却水導入口２４２，２４３を通じて流入した冷却水は専ら排気側冷却通路２４ｂに導入される。したがって、排気側冷却通路２４ｂには吸気側冷却通路２４ａに比べて低温の冷却水が確保されることになり、これにより比較的高温になりがちなシリンダヘッド２２における排気側の側部を効率的に冷却することができる。

また、吸気側および排気側各冷却通路２４ａ，２４ｂを流通する冷却水は、図１０に示すように、下部連通路３５を通じて点火プラグボス２２５と下側整流リブ３１との間を流れる。したがって、点火プラグボス２２５の周面は全周に亘って直接冷却水に晒されることになり、これにより燃焼室の上方に設けられた点火プラグボス２２５の下部を効率的に冷却することができ、ひいてはシリンダヘッド２２の全体の冷却性を改善することができる。

この場合に下部連通路３５が設けられることにより下側整流リブ３１と点火プラグボス２２５とが気筒列方向について分離してシリンダヘッド２２の剛性の低下が懸念されるが、当実施形態のシリンダヘッド２２では、上記したように、ヘッド側ウォータジャケット２４の上面壁に上側整流リブ３２が設けられ、当該上側整流リブ３２が下部に比べて昇温が小さい点火プラグボス２２５の上部に連結されているので、冷却性の悪化を抑制しつつシリンダヘッド２２の剛性を向上させることができる。したがって、シリンダヘッド２２の剛性を良好なまま維持できるので、シリンダブロック２１に対するガスシール性を良好なまま維持することができる。

このヘッド側ウォータジャケット２４の上部では、図１１に示すように、冷却水は点火プラグボス２２５の側方を通過することになるが、点火プラグボス２２５はその下部で冷却水によって冷却されるとともに燃焼室から比較的離れているので、当該点火プラグボス２２５を十分に冷却することができる。

そして、シリンダヘッド２２の気筒列方向他端部にまで到達した冷却水は、冷却水導出口２４７を通じてウォータアウトレット部材２０に吐出されるとともに、このウォータアウトレット部材２０からラジエータ５等を通過して冷却されてから再びウォータポンプ７に導入される。なお、エンジン１が十分に暖まるまでは、冷却水はラジエータ５をバイパスするバイパス経路を流通してウォータポンプ７に導入されることになる。

なお、以上に説明した水冷エンジン１およびシリンダヘッド２２は、本発明に係るエンジン等の一実施形態であり、その具体的構成等は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。以下、その変形例を説明する。

（１）上記実施形態では、ヘッド側ウォータジャケット２４に点火プラグボス２２５が立設されている場合について説明したが、この点火プラグボス２２５に代えて燃焼室に開口するインジェクタ装着用ホールを形成するインジェクタボスについても同様に適用することができる。

（２）上記実施形態では、ブロック側ウォータジャケット２３についてＵターン方式の流水方式を採用しているが、気筒列方向一端側から他端側に並列的に冷却水を流通させる軸流方式等、その他の流水方式を採用するものであってもよい。

本発明に係る水冷エンジンを含む冷却系統の概略斜視図である。 ブロック側ウォータジャケットを示す横断面図である。 ブロック側ウォータジャケットを示す平面図である。 ヘッド側ウォータジャケットを示す横断面図である。 ヘッド側ウォータジャケットを示す気筒列方向に沿った縦断面図である。 図４のＶＩ−ＶＩ線断面図である。 図４のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。 図４のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図である。 ヘッド側ウォータジャケットの下流端部に設けられたサブリブを示す概略斜視図である。 エンジン１を含めた冷却系統を示す模式図である。 エンジン１を含めた冷却系統を示す模式図である。

符号の説明

Ｃ１ 中心線
１ エンジン
１０Ａ〜１０Ｄ 気筒
１１ 吸気ポート
１２ 排気ポート
２１ シリンダブロック
２２ シリンダヘッド
２３ ブロック側ウォータジャケット（ブロック側冷却通路）
２４ ヘッド側ウォータジャケット（冷却通路）
２４ａ 吸気側冷却通路
２４ｂ 排気側冷却通路
２７ 製造時中子支持用ホール
３１ 下側整流リブ
３１ｂ 傾斜分流部
３１ｃ 傾斜合流部
３２ 上側整流リブ
３２ａ 欠如部
３３ サブリブ
３５ 下部連通路
２２５ 点火プラグボス
２２５ａ 保持孔
２３２〜２３５ ブロック側冷却通路
２４１〜２４４ 冷却水導入口
２４７ 冷却水導出口

Claims (7)

1. 直列多気筒エンジンのシリンダーヘッドであって、気筒列方向に並ぶ吸気ポートと気筒列方向に並ぶ排気ポートとが燃焼室を挟んで互いに反対側に配設されたクロスフロー型のエンジンのシリンダーヘッドにおいて、
   気筒列方向の一端側に設けられた冷却水導入口から他端側に設けられた冷却水導出口まで連通して気筒列方向に冷却水を流通させる冷却通路が設けられ、この冷却通路内に点火プラグ装着用またはインジェクタ装着用のホールを形成する装着用ホール壁が上記各気筒に対応して立設されるとともに、上記冷却通路の上下両面壁の所定箇所には上下方向に延出しかつ先端部が互いに所定の間隙を設けた状態で対向する上下整流リブが気筒列方向に沿って延設され、この下側整流リブと上記装着用ホール壁の周面との間に間隙を設けることにより下側整流リブによって仕切られた冷却水通路を上記装着用ホール壁周りで互いに連通させる下部連通路が設けられ、一方、上記上側整流リブは装着用ホール壁に連結されていることを特徴とする水冷エンジンのシリンダヘッド。
2. 上記冷却通路の上面壁には、閉塞された製造時中子支持用ホールが臨み、この製造時中子支持用ホールに対応して、上記上側整流リブに製造時中子支持用ホールに繋がる欠如部が設けられていることを特徴とする請求項１記載の水冷エンジンのシリンダヘッド。
3. 上記下側整流リブは、気筒列方向の両端部における高さが気筒列方向外側に向かうにしたがって低くなるように形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の水冷エンジンのシリンダヘッド。
4. 上記下側整流リブは、気筒列方向の両端部のうち、上記冷却水導入口側の端部が冷却水導出口側の端部に比べて高く形成されていることを特徴とする請求項３記載の水冷エンジンのシリンダヘッド。
5. 上記冷却通路の冷却水導出口側であって、上記下側整流リブによって吸気ポート側と排気ポート側とに仕切られた上記冷却通路の上記吸気ポート側の下面壁に、上記下側整流リブに並設された流量調整用のサブリブが突設されていることを特徴とする請求項４記載の水冷エンジンのシリンダヘッド。
6. 上記上下整流リブは、各気筒の中心点を結ぶ中心線に沿って設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の水冷エンジンのシリンダヘッド。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のシリンダヘッドと、このシリンダヘッドの上記冷却水導入口を通じて上記冷却通路に連通するブロック側冷却通路が設けられたシリンダブロックとを備える水冷エンジンであって、
   上記ブロック側冷却通路は、シリンダブロック内に冷却水を導入する冷却水流入ポートから当該シリンダブロックにおける排気ポート側の側部を気筒列方向に延び、上記冷却水流入ポート側と反対側の端部を介してシリンダブロックにおける吸気ポート側の側部を気筒列方向に戻り、この下流側の戻り端部で上記シリンダヘッドの冷却水導入口に連通するとともに上流側の所定部分においても上記シリンダヘッドの冷却水導入口に連通するように構成されていることを特徴とする水冷エンジン。

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