JP6205730B2 - シリンダヘッド - Google Patents

Description

本発明は、車両などに用いられるエンジンのシリンダヘッドに関し、通常はシリンダブロックの上端面に取り付けられてエンジン本体を構成するシリンダヘッドに好適なものである。

１つのシリンダブロックに複数の気筒を有する多気筒エンジンでは、気筒列に沿ってシリンダヘッドのシリンダブロック接合面に複数の燃焼室を形成する。各気筒には燃焼室内の排気ガスを排気するための排気ポートが接続される。これらの排気ポートをシリンダヘッド内部で集合して排気集合部を形成し、その排気集合部をシリンダヘッドに一体化することが提案されている。下記特許文献１では、シリンダヘッド内部に一体的に形成された排気集合部のエンジン上方に冷却液が流入する上側流路部を形成すると共に、排気集合部のエンジン下方にも冷却液が流入する下側流路部を形成し、上側流路部と下側流路部とを連絡する連絡流路部を排気集合部の側方に配置することで排気集合部の冷却性を向上することが記載されている。

特開２０１０−２０９７４９号公報

前記特許文献１に記載されるシリンダヘッドでは、上側流路部と下側流路部とを連絡する連絡流路部が排気ポートよりシリンダヘッドの外側面に近い位置に配置されている。このため、これらの流路部を形成する第２のウォータジャケットを、燃焼室周りを冷却する第１のウォータジャケットと分割し、鋳造時に第１のウォータジャケット用の中子と排気ポート用の中子とを鋳造型にセットし、その後、第２のウォータジャケット用の中子を鋳造型にセットすることが必要となり、シリンダヘッドの製造性や生産性が低下する問題があった。また、このようにセットされた中子で上側流路部、下側流路部、及び連絡流路部を鋳造時に形成するため、上側流路部及び下側流路部が気筒列方向に分割され易く、また連絡流路部は排気集合部の側方というより排気ポートの側方でシリンダヘッドの外側面側にしか形成できない。つまり、実質的に排気集合部の全周を囲うように上側流路部、下側流路部、及び連絡流路部を形成することが困難であることから、特に排気集合部の冷却性に改善の余地がある。

本発明は、上記のような問題点に着目してなされたものであり、排気集合部を有するシリンダヘッドの生産性を高め、しかも排気集合部の冷却効率を高めることが可能なシリンダヘッドを提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、発明の実施態様は、気筒列方向に沿ってシリンダヘッドとシリンダブロックとの接合面に開口する複数の燃焼室と、前記燃焼室内の排気ガスを排気するために各燃焼室に接続された排気ポートと、前記複数の排気ポートを集合する排気集合部と、前記燃焼室及び前記排気ポートの上方に形成されて、冷却液が流入する上部側ウォータジャケットと、前記排気ポートのエンジン下方で、前記シリンダヘッドにおける前記接合面に前記シリンダブロックから冷却液が流入する下部側ウォータジャケットと、前記気筒の隣り合う排気ポートの間で、前記下部側ウォータジャケットと前記上部側ウォータジャケットとの間を連絡する複数のウォータジャケット間連通路と、前記上部側ウォータジャケットと連絡し、前記排気集合部のエンジン上方に形成されて冷却液が流入する上側流路部と、前記排気集合部のエンジン下方に形成されて冷却液が流入する下側流路部と、前記上側流路部における前記排気集合部の両側部から前記下側流路部に向けて形成され且つ前記上側流路部と前記下側流路部と共に前記排気集合部を囲う一対の延出流路部と、前記下部側ウォータジャケットと前記下側流路部とを連絡し、前記下部側ウォータジャケット内を流れる冷却液の一部を前記下流流路部に流入する冷却液連通路と、を備えたことを特徴とするシリンダヘッドである。

また、前記上側流路部及び延出流路部は、上部側ウォータジャケット用中子によって鋳造時に一体で形成されたことを特徴とする。
また、前記冷却液連通路を切削加工で形成したことを特徴とする。

而して、発明の実施態様によれば、上側流路部及び延出流路部及び下側流路部、上部側ウォータジャケット、下部側ウォータジャケット、ウォータジャケット間連通路で排気集合部の全周を実質的に囲うことができ、これにより排気集合部の冷却効率が向上する。また、下側流路部を切削加工で形成すれば、下側流路部を鋳造で形成するための中子が不要になり、シリンダヘッドを鋳造で形成する際に、下側流路部に邪魔されることなく、上側流路部や延出流路部を形成する中子と排気集合部を形成する中子とを上下に重ね合わせて鋳造型にセットすることが可能となる。従って、中子の折れや破損を防止することができると共に、中子組み込みの手間が低減されて生産性が向上する。

また、上側流路部及び延出流路部は上部側ウォータジャケット用中子によって鋳造時に一体で形成することにより、排気集合部を含む排気ポート用中子と上部側ウォータジャケット用中子をエンジン上下方向に重ね合わせるように配置するだけで、上部側ウォータジャケット、上側流路部、延出流路部、排気ポート、及び排気集合部を鋳造時に形成することができ、シリンダヘッドの生産性が向上する。

また、シリンダブロックから冷却液が流入し且つ気筒列方向に延びる下部側ウォータジャケットをシリンダヘッドにおけるシリンダブロックへの接合面に開口して形成する。そして、下部側ウォータジャケットと下側流路部との間を冷却液連通路によって連絡し、その冷却液連通路を切削加工で形成することにより、下部側ウォータジャケットの比較的低温の冷却液は冷却液連通路から下側流路部に供給され、更に延出流路部から上側流路部に供給される。そのため、排気集合部の周囲には、下側流路部から延出流路部、上側流路部の順に低温の冷却液が淀むことなく流れ、排気集合部の冷却効率をより一層向上することができる。また、冷却液連通路を切削加工により形成すれば、冷却液連通路を鋳造で形成するための中子が不要となり、上部側ウォータジャケット用中子と排気ポート用中子とをエンジンの上下方向から重ね合わせる際、冷却液連通路用中子に邪魔されることがなく、その分だけ、シリンダヘッドの生産性が向上する。

本発明のシリンダヘッドの一実施形態を示す正面図である。 図１のＸ−Ｘ断面図である。 図２のＹ−Ｙ断面図である。 図２のＺ−Ｚ断面図である。 図１のシリンダヘッドの鋳造に用いられる中子の平面図である。 図５の中子の左側面図である。 図５の中子の底面図である。 図５の中子の正面図である。 図８の中子に下側流路部を切削加工で追加した説明図である。 図９の斜視図である。

次に、本発明のシリンダヘッドの一実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態のシリンダヘッドの正面図、図２は、図１のＸ−Ｘ断面図、図３は、図２のＹ−Ｙ断面図、図４は、図２のＺ−Ｚ断面図である。本実施形態のシリンダヘッド１は、シリンダブロック２の上端面に取付けられて車両用のエンジン本体を構成する。シリンダヘッド１の上端面にはシリンダヘッドカバー３が取付けられる。シリンダヘッド１におけるシリンダブロック２に対する接合面４には、気筒列に沿って複数、本実施形態では３つの燃焼室５が形成される。従って、クランク軸の軸線は、燃焼室５の配列方向、即ち気筒列と平行である。なお、エンジン本体は、種々の向きで車両に搭載されるが、凡そシリンダブロック２に対してシリンダヘッド１が上方になるように搭載されるので、その方向をエンジン上方、逆方向をエンジン下方と定義する。

各燃焼室５には、当該燃焼室５に混合気を吸気するための吸気ポート６、及び当該燃焼室５から排気ガスを排気するための排気ポート７が接続される。本実施形態では、各燃焼室５に、吸気ポート６及び排気ポート７が夫々２つずつ接続される。吸気ポート６の燃焼室５側端部には吸気口１３が形成され、排気ポート７の燃焼室５側端部には排気口１４が形成されている。本実施形態のシリンダヘッド１は、排気マニホールド８が一体化された構造であり、排気ポート７はシリンダヘッド１内で排気集合部９に集合される。排気集合部９の下流側には、図示しない触媒コンバータなどを介装する排気管１０が接続される。

燃焼室５及び排気ポート７のエンジン上方には、冷却液が流入される上部側ウォータジャケット１１が形成される。また、吸気ポート６及び排気ポート７のエンジン下方には、同じく冷却液が流入される下部側ウォータジャケット１２が形成される。なお、図３では、下部側ウォータジャケット１２が各燃焼室５毎に分断されているように表れているが、実際の下部側ウォータジャケット１２は燃焼室５の中心側で相互に連結されている。

本実施形態では、前述の上部側ウォータジャケット１１及び下部側ウォータジャケット１２に加えて、排気集合部９の周囲も冷却液で冷却する。具体的には、図３に示すように、排気集合部９のエンジン上方に上側流路部１５を形成し、排気集合部９のエンジン下方に下側流路部１６を形成し、上側流路部１５と下側流路部１６を連続する延出流路部１７を排気集合部９の左右（気筒列方向＝クランク軸方向）両側に形成する。このうち、上側流路部１５は上部側ウォータジャケット１１に連続し、延出流路部１７は上側流路部１５に連続する。下側流路部１６は、左右の延出流路部１７を連続するように切削加工により形成する。

図５は、図１のシリンダヘッドの鋳造に用いられる中子の平面図、図６は、図５の中子の左側面図、図７は、図５の中子の底面図、図８は、図５の中子の正面図、図９は、図８の中子に下側流路部を切削加工で追加した説明図、図１０は、図９の斜視図である。図面の左右の表記は、三角法に則った表記であり、車両の左右とは関係がない。従って、エンジン本体でいえば、図６は、図５の中子をクランク軸方向からみた図である。

これらの図中の符号１８は上部側ウォータジャケット用中子、符号１９は排気ポート用中子である。上部側ウォータジャケット用中子１８は、前述した上部側ウォータジャケット１１を鋳造時に形成するための上部側ウォータジャケット形成部２０、上部側ウォータジャケット形成部２０に連続し、前記上側流路部１５を鋳造時に形成するための上側流路部形成部２１、上側流路部形成部２１に連続し、前記延出流路部１７を鋳造時に形成するための延出流路部形成部２２を備えて構成される。また、排気ポート用中子１９は、前述した排気ポート７を鋳造時に形成するための排気ポート形成部２３、排気ポート形成部２３に連続し、前記排気集合部９を鋳造時に形成するための排気集合部形成部２４を備えて構成される。なお、下部側ウォータジャケット１２は、図示しない下部側ウォータジャケット用中子によって鋳造時に形成される。

図５〜図８に示すように、上部側ウォータジャケット用中子１８と排気ポート用中子１９は、エンジン上下方向に重ね合わせるようにしてセットされる。このエンジン上下方向に重ね合わせた上部側ウォータジャケット用中子１８と排気ポート用中子１９の周囲にアルミニウムなどのシリンダヘッド用素材を鋳込めば、上部側ウォータジャケット１１、上側流路部１５、延出流路部１７、排気ポート７、排気集合部９が鋳造時に形成される。下側流路部１６は、鋳造後のシリンダヘッド１に対し、図９、図１０に示すように、クランク軸方向にドリルの軸線をセットし、そのドリルでシリンダヘッド１の壁に穴明けすることで形成される。その際、下側流路部１６を形成するドリルで２つの延出流路部１７を貫通するように穴明けすることで、上側流路部１５、延出流路部１７、下側流路部１６が連通する。なお、下側流路部１６を形成したドリル穴の開口端部はプラグ（盲栓）で閉塞する。

上側流路部１５と延出流路部１７を鋳造で形成し、下側流路部１６を切削加工で形成するため、上側流路部１５と延出流路部１７の成形工程と下側流路部１６の成形工程とを別工程とすることができる。つまり、上側流路部１５と延出流路部１７を形成した後に、シリンダヘッド１に下側流路部１６を設けることができる。そのため、シリンダヘッド１の鋳造時に、上側流路部１５や延出流路部１７を鋳造で形成するための上部側ウォータジャケット用中子１８と排気集合部９を鋳造で形成するための排気ポート用中子１９を組合せる際には、上部側ウォータジャケット用中子１８と排気ポート用中子１９をエンジンの上下方向から重ね合わせるように配置すると共に、排気ポート用中子１９の排気集合部形成部２４をエンジンの下方から上側流路部形成部２１と延出流路部形成部２２とで囲まれた空間２５に挿入することが可能となる。従って、本実施形態では、従来構造のように、鋳造時に２つのウォータジャケット用中子のうち一方のウォータジャケット用中子と排気ポート用中子を鋳造型にセットし、その後、排気ポート用中子に他方のウォータジャケット用中子を組合せて鋳造型にセットする必要がなくなる。これによって、排気ポート７の中子組み込みの手間が低減されて、シリンダヘッドの生産性が向上する。

このようにして排気集合部９の周囲には、上側流路部１５、延出流路部１７、下側流路部１６が形成されるが、これらと下部側ウォータジャケット１２との連結状態について、図３〜図６、図９、図１０を用いて更に詳細に説明する。前述のように、図５、図６、図９、図１０は、上部側ウォータジャケット用中子１８及び排気ポート用中子１９のセット状態を示すものである。しかしながら、冷却液流路を取り出して図示することは非常に困難なので、これらの中子を冷却液流路と見なし、冷却液の流れを矢印で追記して説明する。また、これらの図には、下部側ウォータジャケット１２を含む各種の冷却液連通路を二点差線で表記して説明に供する。

図３〜図５に明示するように、下部側ウォータジャケット１２は、シリンダヘッド１におけるシリンダブロック２への接合面に開口し且つ気筒列方向に連続して形成されている。この下部側ウォータジャケット１２に対し、本実施形態では、図５、図９に示すように、下側流路部１６の図示左方端部から冷却液連通路２６を開設して両者を連絡する。この冷却液連通路２６も、前記下側流路部１６と同様に、シリンダヘッド１の鋳造後にドリル加工による切削加工で形成される。従って、図３、図５、図６、図９、図１０に示すように、下部側ウォータジャケット１２内の冷却液は、冷却液連通路２６を通って、下側流路部１６から延出流路部１７、上側流路部１５の順に流れる。下部側ウォータジャケット１２内の冷却液はシリンダブロック２から供給されたものであり、比較的低温である。この比較的低温の冷却液が冷却液連通路２６から下側流路部１６、延出流路部１７、上側流路部１５の順に排気集合部９の全周を囲うように供給されるため、排気集合部９の冷却効率がよい。

また、前述のように、上部側ウォータジャケット１１と上側流路部１５は上部側ウォータジャケット用中子１８によって鋳造時に形成されるため、当該上部側ウォータジャケット１１と上側流路部１５は互いに連絡している。本実施形態では、図４、図５、図９に示すように、各気筒の隣合う排気ポート７の間で、下部側ウォータジャケット１２と上部側ウォータジャケット１１をウォータジャケット間連通路２７によって連絡している。このウォータジャケット間連通路２７は、これらの図の最も左側の排気ポート７の更に左側にも形成されている。そして、これらのウォータジャケット間連通路２７も、シリンダヘッド１の鋳造後にドリル加工による切削加工で形成される。このウォータジャケット間連通路２７によって、下部側ウォータジャケット１２内の比較的低温の冷却液は、上部側ウォータジャケット１１の排気ポート７間に供給され、その間から排気ポート７を積極的に冷却するほか、上部側ウォータジャケット１１内を流れることによって燃焼室５も効果的に冷却するが、その一部は、例えば図１０に示すように上側流路部１５にも供給され、その結果、排気集合部９の冷却の一翼をも担う。

このように本実施形態のシリンダヘッドでは、冷却液が流入する上側流路部１５及び延出流路部１７を鋳造で形成し、同じく冷却液が流入する下側流路部１６を切削加工で形成し、これら上側流路部１５及び延出流路部１７及び下側流路部１６で排気集合部９の全周を実質的に囲うことができ、これにより排気集合部９の冷却効率が向上する。また、下側流路部１６を切削加工で形成するため、下側流路部１６を鋳造で形成するための中子が不要となる。そのため、シリンダヘッド１を鋳造で形成する際に、下側流路部１６に邪魔されることなく、上側流路部１５や延出流路部１７を形成する上部側ウォータジャケット用中子１８と排気集合部９を形成する排気ポート用中子１９とを上下に重ね合わせて鋳造型にセットすることが可能となる。従って、中子の折れや破損を防止することができると共に、中子組み込みの手間が低減されて生産性が向上する。

また、上側流路部１５及び延出流路部１７は上部側ウォータジャケット用中子１８によって鋳造時に一体で形成する。これにより、排気集合部９を含む排気ポート用中子１９と上部側ウォータジャケット用中子１８をエンジン上下方向に重ね合わせるように配置するだけで、上部側ウォータジャケット１１、上側流路部１５、延出流路部１７、排気ポート７、及び排気集合部９を鋳造時に形成することができ、シリンダヘッド１の生産性が向上する。

また、シリンダブロック２から冷却液が流入し且つ気筒列方向に延びる下部側ウォータジャケット１２をシリンダヘッド１におけるシリンダブロック２への接合面４に形成する。そして、下部側ウォータジャケット１２と下側流路部１６との間を冷却液連通路２６によって連絡し、その冷却液連通路２６は切削加工で形成する。従って、下部側ウォータジャケット１２の比較的低温の冷却液は冷却液連通路２６から下側流路部１６に供給され、更に延出流路部１７から上側流路部１５に供給される。そのため、排気集合部９の周囲には、下側流路部１６から延出流路部１７、上側流路部１５の順に低温の冷却液が淀むことなく流れ、排気集合部９の冷却効率をより一層向上することができる。また、冷却液連通路２６を切削加工で形成するため、冷却液連通路２６を鋳造で形成するための中子が不要となる。そのため、上部側ウォータジャケット用中子１８と排気ポート用中子１９とをエンジンの上下方向から重ね合わせる際、冷却液連通路用中子に邪魔されることがなく、その分だけ、シリンダヘッド１の生産性が向上する。

また、排気ポート７及び排気集合部９を排気ポート用中子１９によって鋳造時に形成し、排気ポート７及び排気集合部９よりエンジン下方の下部側ウォータジャケット１２を下部ウォータジャケット用中子によって鋳造時に形成する。これにより、上部側ウォータジャケット用中子１８、排気ポート用中子１９、及び下部側ウォータジャケット用中子を重ね合わせるように配置するだけで、上部側ウォータジャケット１１、上側流路部１５、延出流路部１７、排気ポート７、排気集合部９、下部側ウォータジャケット１２を鋳造時に形成することができ、生産性が向上する。

１ シリンダヘッド
２ シリンダブロック
３ シリンダヘッドカバー
４ 接合面
５ 燃焼室
６ 吸気ポート
７ 排気ポート
８ 排気マニホールド
９ 排気集合部
１０ 排気管
１１ 上部側ウォータジャケット
１２ 下部側ウォータジャケット
１３ 吸気口
１４ 排気口
１５ 上側流路部
１６ 下側流路部
１７ 延出流路部
１８ 上部側ウォータジャケット用中子
１９ 排気ポート用中子
２０ 上部側ウォータジャケット形成部
２１ 上側流路部形成部
２２ 延出流路部形成部
２３ 排気ポート形成部
２４ 排気集合部形成部
２５ 空間
２６ 冷却液連通路
２７ ウォータジャケット間連通路

Claims (4)

1. 気筒列方向に沿ってシリンダヘッドとシリンダブロックとの接合面に開口する複数の燃焼室と、
   前記燃焼室内の排気ガスを排気するために各燃焼室に接続された排気ポートと、
   前記複数の排気ポートを集合する排気集合部と、
   前記燃焼室及び前記排気ポートの上方に形成されて、冷却液が流入する上部側ウォータジャケットと、
   前記排気ポートのエンジン下方で、前記シリンダヘッドにおける前記接合面に前記シリンダブロックから冷却液が流入する下部側ウォータジャケットと、
   前記気筒の隣り合う排気ポートの間で、前記下部側ウォータジャケットと前記上部側ウォータジャケットとの間を連絡する複数のウォータジャケット間連通路と、
   前記上部側ウォータジャケットと連絡し、前記排気集合部のエンジン上方に形成されて冷却液が流入する上側流路部と、
   前記排気集合部のエンジン下方に形成されて冷却液が流入する下側流路部と、
   前記上側流路部における前記排気集合部の両側部から前記下側流路部に向けて形成され且つ前記上側流路部と前記下側流路部と共に前記排気集合部を囲う一対の延出流路部と、
   前記下部側ウォータジャケットと前記下側流路部とを連絡し、前記下部側ウォータジャケット内を流れる冷却液の一部を前記下流流路部に流入する冷却液連通路と、を備えた
   ことを特徴とするシリンダヘッド。
2. 前記上側流路部及び前記延出流路部を鋳造で形成する一方、前記下側流路部を切削加工で形成したことを特徴とする請求項１に記載のシリンダヘッド。
3. 前記上側流路部及び延出流路部は、上部側ウォータジャケット用中子によって鋳造時に一体で形成されたことを特徴とする請求項２に記載のシリンダヘッド。
4. 前記冷却液連通路を切削加工で形成したことを特徴とする請求項３に記載のシリンダヘッド。

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