JPH0635824B2 - シリンダヘツドの冷却構造 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はシリンダヘッドの冷却構造に関し、詳しくは、
各気筒の直上部を通過する第１冷却水通路と、その通路
を囲む第２冷却水通路とを共にシリンダヘッドの内部に
形成したシリンダヘッドの冷却構造に関する。これは、
クロスフロー型多気筒エンジンにおけるシリンダヘッド
の冷却分野で利用されるものである。

（従来の技術） 一般に、多気筒エンジンにおいては、吸気ポートと排気
ポートとの間の各気筒の直上部が、各気筒での爆発によ
り衝撃力や熱負荷を最も強く受ける。そのために、その
個所でクラックなどが発生し易い状態にあり、熱応力や
疲労を軽減するために最も効果的な冷却が必要とされ
る。特に、昨今ではエンジンの高性能・高出力化が進
み、エンジンの回転数が高くなってきているので、冷却
効率のより一層の向上が求められている。

ところで、多気筒エンジンの冷却は、ラジエータからの
冷却水を、まず、シリンダブロックのウォータジャケッ
トに供給してシリンダブロックを冷却し、次に、シリン
ダブロック側からシリンダヘッドのウォータジャケット
に導入してこのシリンダヘッドを冷却し、その後ラジエ
ータに帰還させることが行われている（例えば実開昭５
６−１７１６４９号公報参照）。しかし、このような冷
却水経路では、シリンダヘッドに導入される冷却水の温
度が、シリンダブロック内ですでにある程度上昇してい
るので、シリンダヘッドの冷却に難点がある。

その対策として、冷却水をシリンダヘッドに直接供給し
た後シリンダブロックに導出する方式や、シリンダヘッ
ドとシリンダブロックとを独立して冷却する方式などが
採用されている場合がある。しかし、いずれにしても、
シリンダヘッド内はシリンダブロックと比べスペース的
に余裕がないためシリンダヘッド内に形成されたウォー
タジャケットは、気筒近傍で分岐し、気筒を通過すると
再び合流するように全体として１方向に流れる１つの通
路となっており、シリンダヘッド内でも、冷却を強く必
要とする熱負荷の高い箇所（例えば各気筒の直上部）と
そうでない箇所とが同時に同じ冷却水で冷却されるの
で、上記熱負荷の高い箇所での冷却効率を十分に高める
ことができない。

また、上記の熱負荷の高い箇所をできる限り補強してシ
リンダヘッド全体の剛性の向上を図る必要もある。しか
し、リブなどの補強手段を加えた場合、冷却水の流動障
害となり、冷却効率の低下を招くことになる。

（発明の目的） 本発明はこのような事情に鑑みなされたもので、その目
的は、シリンダヘッド内の熱負荷の高い箇所における冷
却効率の向上を図りつつ、シリンダヘッド自体の剛性を
高めることにある。

（発明の構成） 上記目的を達成するために、特許請求の範囲に記載の発
明は、クロスフロー型多気筒エンジンのシリンダヘッド
の冷却構造を前提とし、上記シリンダヘッド内のウォー
タジャケットの内部空間を、区画壁によって、気筒配列
方向に上記シリンダヘッド内の一端から他端まで延びる
第１冷却水通路と、この第１冷却水通路に上記シリンダ
ヘッドの他端側位置で連通し上記第１冷却水通路に沿っ
て上記シリンダヘッド内の一端まで延びる第２冷却水通
路とに区画する。そして、上記第１冷却水通路を、上記
区画壁によって、各気筒の頂部上面と、各気筒で相対向
する吸気ポートおよび排気ポートの両外壁部分とで挟ま
れた部分を通るよう区画する一方、上記第２冷却水通路
を、上記区画壁を介して上記第１冷却水通路を囲んだ状
態に配設する。また、上記区画壁を、気筒配列方向に互
いに隣接する吸気ポートの外壁同士、および、上記気筒
配列方向に互いに隣接する排気ポートの外壁同士をそれ
ぞれ繋ぐよう各外壁と一体に形成する。そして、上記第
１冷却水通路を上記シリンダヘッドの一端側位置からラ
ジエータからの冷却水が第１冷却水通路内に導入される
よう上記ラジエータと接続する一方、上記第２冷却水通
路を上記シリンダヘッドの一端側位置から第２冷却水通
路内の冷却水が上記ラジエータに帰還されるよう上記ラ
ジエータと接続する構成とするものである。

上記構成の場合、ラジエータからの冷却水が第１冷却水
通路に導入される。この第１冷却水通路が区画壁によっ
て各気筒の直上部および各気筒頂部上方で相対向する吸
・排気ポートの外壁部分で挟まれる部分を通るように区
画されて気筒配列方向に形成されているため、上記導入
された冷却水によってシリンダヘッド内でも特に熱負荷
の高い箇所である各気筒の直上部が優先的に冷却され
る。そして、この第１冷却水通路内をシリンダヘッドの
一端から他端側まで流送された冷却水がその他端で第２
冷却水通路に入り、この第２冷却水通路を流れて再び上
記シリンダヘッドの一端側に戻された後、ラジエータに
環流される。

一方、上記第１冷却水通路と第２冷却水通路とを区画す
るための区画壁によって、気筒ごとにある上記吸・排気
ポートの各外壁がそれぞれ気筒配列方向に一体に連結さ
れるため、各気筒ごとに配設される各吸・排気ポートの
各外壁が互いに強固に支持される結果、シリンダヘッド
全体の剛性の向上が図られる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基いて詳細に説明する。

第１図は本発明のシリンダヘッドの冷却構造を適用した
エンジンの冷却系統の全体概略図である。同図におい
て、１はラジエータ、２はウォータポンプ、３はエンジ
ン本体であって、上記ラジエータ１で放熱された冷却水
がウォータポンプ２を介してエンジン本体３に供給さ
れ、再びラジエータ１に帰還されるようになっている。

上記エンジン本体３は、横一列に並ぶ４つの気筒４，
４，…を有し、この各気筒４の頂部に対して、第２図に
詳細を示すように、吸気ポート５と排気ポート６とが気
筒配列方向に直交する方向の両側から相対向して接続さ
れたクロスフロー型多気筒エンジンに構成されている。

上記エンジン本体３は、上記各気筒４のボア部が形成さ
れたシリンダブロック７と、このシリンダブロック７の
上面に一体的に固定されたシリンダヘッド８とを有して
おり、このシリンダヘッド８内に上記各気筒４の頂部４
ａ（図４参照）および吸・排気ポート５，６を形成する
各外壁１０が一体に形成されている。

上記シリンダブロック７の上記各気筒４の周囲にはウォ
ータジャッケットが設けられている。この各ウォータジ
ャケットが隣接する気筒４，４間で連通されて、この内
部を後述の第２冷却水通路９Ｂから導入される冷却水が
大略矢印Ｐで示すようにエンジン本体３の一端側（第１
図の左端側）から他端側（同図の右端側）への気筒配列
方向に流過するようになっている。

また、上記シリンダヘッド８内の空間にも冷却水を流過
させるためのウォータジャケット９が設けられている。
そして、このウォータジャケット９の内部空間が第２図
〜第４図に示すように区画壁（側部区画壁１１，天井側
区画壁１４）によって、気筒配列方向に上記シリンダヘ
ッド８内の一端から他端（第１図，第２図，第４図の左
端から右端；以下同図の左，右を用いて説明する）まで
延びる第１冷却水通路９Ａと、この第１冷却水通路９Ａ
に上記シリンダヘッド８の左端側位置で連通し上記第１
冷却水通路９Ａの周囲を上記区画壁を介して囲んだ状態
で上記第１冷却水通路９Ａに沿って上記シリンダヘッド
８内の右端まで延びる第２冷却水通路９Ｂとに区画され
ている。

上記区画壁は、上記第１冷却水通路９Ａの気筒配列方向
に直交する方向の両側を区画する側部区画壁１１，１
１，…と、上側を区画する天井側区画壁１４とを有し、
両者がシリンダブロック８と一体に形成されたものであ
る。上記各側部区画壁部１１は、気筒配列方向に互いに
隣接する吸気ポート５，５の外壁１０，１０同士、およ
び、互いに隣接する排気ポート６，６の外壁１０，１０
同士をそれぞれ繋ぐよう配設されて、各外壁１０と一体
に形成されている。また、上記天井側区画壁１４は、上
記各側部区画壁１１の頂部同士、および、各気筒４で相
対向する吸気ポート５および排気ポート６の両外壁１
０，１０同士をそれぞれ繋ぐよう配設されて、上記各側
部区画壁１１および各外壁１０と一体に形成されてい
る。

そして、これらの区画壁１１，１４と各気筒４の頂部４
ａと上記各外壁１０とが連続することによって、上記第
１冷却水通路９Ａは、各気筒４の頂部４ａ上面と、各気
筒４で相対向する吸気ポート５および排気ポート６の両
外壁１０，１０の部分とで挟まれた、熱負荷の最も高い
各気筒４の直上部分を通って気筒配列方向に延びるよう
に区画形成されている。

上記第２冷却水通路９Ｂは各気筒４の直上部を除く箇所
のシリンダヘッド８内の冷却を行なうものである。そし
て、各気筒４の頂部４ａが存在する箇所では、断面にス
ペース的な余裕のない関係上何箇所かの通路９ａ〜９ｄ
に分流した状態で上記第１冷却水通路９Ａの両側方およ
び上方を囲み（第３図（ａ）参照）、その気筒４を通過
すると、合流して１つの通路９ｅとなるようになってい
る（第３図（ｂ）の右半分参照）。なお、第３図（ｂ）
の左半分に示すように、点火プラグ（図示せず）が嵌挿
されるプラグ孔１３が位置する箇所では通路９ｆに分岐
され、その後、上述のごとく合流するようになってい
る。

一方、上記第１冷却水通路９Ａの右端が冷却水導入口１
２とされて、この冷却水導入口１２とラジエータ１の底
部とが冷却水導入通路１９（第１図参照）によって互い
に連通されている。また、上記第２冷却水通路９Ｂの右
端に冷却水排出口１５が配設されており、この冷却水排
出口１５によって上記第２冷却水通路９Ｂの右端がシリ
ンダブロック７のウォータジャケットと連通されてい
る。そして、このシリンダブロック７のウォータジャケ
ットの左端位置と上記ラジエータ１の頂部とが冷却水帰
還通路１６によって互いに接続されている。

なお、第１図中１７は冷却水帰還通路１６に介在された
サーモスタット付きの切換バルブ、１８はこの切換バル
ブ１７と冷却水導入通路１９の中間位置とを接続するバ
イパス通路であり、エンジン本体３からラジエータ１に
帰還する冷却水温度が例えば８０℃以下であれば、その
冷却水をラジエータ１に戻すことなくバイパス通路１８
を介してエンジン本体３に供給し、暖機を促進できるよ
うになっている。

上記の構成の実施例においては、ラジエータ１で放熱さ
れた冷却水がウォータポンプ２によって、まず、シリン
ダヘッド８の第１冷却水通路９Ａの右端から直接導入さ
れて左端まで第１図の矢印Ｍ方向に流される。この第１
冷却水通路９Ａが区画壁１１，１４によって各気筒４の
直上部および各気筒頂部４ａ上方で相対向する吸・排気
ポート５，６の外壁１０，１０部分で挟まれる部分を通
るように区画されているため、最も低温状態の上記冷却
水によってシリンダヘッド８内で最も熱負荷の高い吸・
排気ポート５，６間の各気筒４の直上部のみを優先的に
かつ十分に冷却することができる。これにより、シリン
ダヘッド８内の熱負荷の高い箇所における冷却効率を、
シリンダヘッド８内のウォータジャケット全体に冷却水
を流す場合と比べ、著しく向上させることができる。

しかも、この際、第１冷却水通路９Ａの上方が天井側区
画壁１４によって第２冷却水通路９Ｂと仕切られている
ため、各吸・排気ポート５，６間の気筒４の直上部のみ
の冷却を一層促進することができる。

そして、上記第１冷却水通路９Ａの左端位置で折り返し
て第２冷却水通路９Ｂに流入して右端まで矢印Ｎ方向に
流れることにより各気筒４の直上部以外の箇所の冷却を
行った後、冷却水排出口１５からシリンダブロック７の
ウォータジャケットに流入しこのウォータジャケット内
を矢印Ｐ方向に移動してシリンダブロック７の冷却を行
った後、冷却水帰還通路１６を通して上記ラジエータ１
に戻される。

加えて、上記実施例においては、第１冷却水通路と第２
冷却水通路とを区画するための各側部区画壁１１によっ
て、気筒４ごとにある上記吸・排気ポート５，６の各外
壁１０，１０がそれぞれ気筒配列方向に一体に連結され
る上、天井側区画壁１４によって、気筒配列方向に直交
する方向にも一体に連結されているため、各気筒４ごと
に独立して配設される各吸・排気ポート５，６の外壁１
０，１０を上記区画壁１１，１４を介して一体化するこ
とができる。これにより、上記吸・排気ポート５，６の
外壁１０，１０を強固に支持することができる上、シリ
ンダヘッド８全体の剛性の向上を図ることができる。そ
の結果、各気筒４内での爆発による衝撃や熱などに対し
てより強固な構造とすることができる。

第５図は冷却水の流通経路が異なる場合の例で、シリン
ダヘッド８におけるウォータジャケット９とシリンダブ
ロック７内のウォータジャッケットとを完全に分離し、
シリンダヘッド８とシリンダブロック７の冷却を互いに
独立して行なうものである。この場合、第２冷却水通路
９Ａの冷却水排出口１５をシリンダブロック７のウォー
タジャケットと連通させずに、上記冷却水排出口１５を
冷却水帰還通路１６に接続させている。なお、エンジン
の暖機を行なうためのバイパス通路１８やサーモスタッ
ト付きバルブ１７はシリンダヘッド８の冷却とシリンダ
ブロック７の冷却とを行った後の冷却水が合流する位置
より下流側位置の上記冷却水帰還通路１６に設けられて
いる。

このような冷却経路を採る場合においても、第１冷却水
通路９Ａによるシリンダヘッド８内における熱負荷の高
い各気筒頂部近傍の冷却効率の向上、および、区画壁１
１，１４によるシリンダヘッド８の剛性の向上などを、
第１図の場合と同様に得ることができる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、
その他種々の変形例を包含するものである。すなわち、
上記実施例では、区画壁として天井側区画壁１４を設け
ているが、これに限らず、例えば、上記天井側区画壁１
４を取り除いて各気筒頂部４ａの上方部の全部を第１冷
却水通路としてもよい。この場合でも、シリンダヘッド
８のウォータジャケット９の全部に冷却水を同時に流す
場合と比べ、第１冷却水通路により各気筒頂部４ａの上
方部にのみまず冷却水を流すことによる冷却効率の向
上、および、各側部区画壁１１によるシリンダヘッド８
の剛性の向上を図ることができる。

また、上記実施例では、ラジエータ１からの冷却水を直
接シリンダヘッド８の第１冷却水通路９Ａに供給する場
合を示したが、これに限らず、例えば図示を省略するが
ラジエータからの冷却水を、まずシリンダブロックのウ
ォータジャッケットに供給し、このウォータジャケット
内を流過した後、シリンダヘッドの第１冷却水通路に間
接的に供給するようにしてもよい。この場合でも、シリ
ンダブロックを経た後の冷却水をシリンダヘッドのウォ
ータジャケットの全体に流す場合に比べ、その冷却水が
第１冷却水通路により熱負荷の高い箇所にまず流される
ため、熱効率の向上を図ることができる。

（発明の効果） 以上説明したように本発明のシリンダヘッドの冷却構造
によれば、シリンダヘッドのウォータジャケット内を、
相対向する吸・排気ポートの各外壁と各気筒頂部との特
に熱負荷の高い箇所で挟まれる部分を冷却する第１冷却
水通路と、その通路を囲む第２冷却水通路とに区画壁に
よって区画形成しているため、熱負荷の高い気筒直上部
の冷却を優先的に行うことができ、上記ウォータジャケ
ットの全体に冷却水を流す場合と比べ、上記気筒直上部
での冷却効率を向上させることができる。その結果、ク
ラックの発生などが防止され、熱負荷に対して耐久性の
高いシリンダヘッドとすることができる。

また、上記第１冷却水通路を区画形成するための区画壁
を互いに隣接する各吸・排気ポートの外壁を繋ぐように
配設して各吸・排気ポートの外壁と一体に形成している
ため、シリンダヘッドの剛性を高めることができ、機械
的にも強固なシリンダヘッドとすることができる。

これにより、シリンダヘッド内の熱負荷の高い箇所にお
ける冷却効率の向上を図りつつ、シリンダヘッド自体の
剛性を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のシリンダヘッドの冷却構造を含むエン
ジンの冷却系統の全対概略図、第２図は、第１図のII−
II線矢視断面図、第３図（ａ）は第２図のIII−III線矢
視断面図、第３図（ｂ）は第２図のIV−IV線矢視断面
図、第４図は第２図のＶ−Ｖ線矢視断面図、第５図は異
なる冷却経路におけるシリンダヘッドの冷却構造の系統
図である。 １……ラジエータ、３……エンジン本体、４……気筒、
４ａ……気筒頂部、５……吸気ポート、６……排気ポー
ト、８……シリンダヘッド、９……ウォータジャケッ
ト、９Ａ……第１冷却水通路、９Ｂ……第２冷却水通
路、１０……吸気ポートもしくは排気ポートの外壁、１
１……側部区画壁（区画壁）、１４……天井側区画壁
（区画壁）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 布施 卓 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツダ 株式会社内 (56)参考文献 実開 昭61−122322（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】クロスフロー型多気筒エンジンのシリンダ
   ヘッドの冷却構造において、 上記シリンダヘッド内のウォータジャケットの内部空間
   が、区画壁によって、気筒配列方向に上記シリンダヘッ
   ド内の一端から他端まで延びる第１冷却水通路と、この
   第１冷却水通路に上記シリンダヘッドの他端側位置で連
   通し上記第１冷却水通路に沿って上記シリンダヘッド内
   の一端まで延びる第２冷却水通路とに区画されており、 上記第１冷却水通路は、上記区画壁によって、各気筒の
   頂部上面と、各気筒で相対向する吸気ポートおよび排気
   ポートの両外壁部分とで挟まれた部分を通るよう区画さ
   れる一方、上記第２冷却水通路は、上記区画壁を介して
   上記第１冷却水通路を囲んだ状態に配設されており、 上記区画壁は、気筒配列方向に互いに隣接する吸気ポー
   トの外壁同士、および、上記気筒配列方向に互いに隣接
   する排気ポートの外壁同士をそれぞれ繋ぐよう各外壁と
   一体に形成されており、 上記第１冷却水通路は上記シリンダヘッドの一端側位置
   からラジエータからの冷却水が第１冷却水通路内に導入
   されるよう上記ラジエータと接続される一方、上記第２
   冷却水通路は上記シリンダヘッドの一端側位置から第２
   冷却水通路内の冷却水が上記ラジエータに帰還されるよ
   う上記ラジエータと接続されていることを特徴とするシ
   リンダヘッドの冷却構造。