JP5553055B2

JP5553055B2 - 水冷式エンジンの冷却装置

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Publication number: JP5553055B2
Application number: JP2011092359A
Authority: JP
Inventors: 一浩小杉; 康志中原; 大二郎石本; 美紀藤野; 和博沖野
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2010-06-29
Filing date: 2011-04-18
Publication date: 2014-07-16
Anticipated expiration: 2031-04-18
Also published as: CN102312751A; US20110315098A1; CN102312751B; US8776735B2; JP2012031846A; DE102011104457A1; DE102011104457B4

Description

この発明は、水冷式エンジンの冷却装置に関し、詳しくは、複数の気筒を列状に有し、吸排気をクロスフロー式としたエンジンのシリンダヘッドに、各燃焼室に連通する排気ポート部と各排気ポート部を集合させる排気集合部とが内蔵された水冷式のエンジンの冷却装置に関する。

一般に、排気マニホルドは、シリンダヘッドの外部において、該シリンダヘッド内の排気ポートと連通している。これに対して、近年、特許文献１に開示されるように、排気マニホルドを省略する目的で、シリンダヘッドの内部に、各燃焼室に連通する排気ポート部と、各排気ポート部を集合させる排気集合部とが形成された構造が提案されている。

この特許文献１に開示された構造では、上述のように、排気ポート部および排気集合部が、シリンダヘッド内に形成されている。この場合、高温の排気ガスが、シリンダヘッドに対して大きい熱負荷を付与する。そのため、シリンダヘッドを冷却するためのウォータジャケットが必要となる。これに対して、上記特許文献１に開示された構造では、ウォータジャケットが、排気ポート部および排気集合部を取り囲むように形成されている。具体的には、シリンダヘッドに、排気ポート部および排気集合部の上下に位置するウォータジャケットと、これら上下のウォータジャケットを連通する上下に延びるウォータジャケットとが形成されている。この上下に延びるウォータジャケットは、各気筒に形成された２つの排気ポート部間に設けられており、これら排気ポート部に沿う形状を有している。

特開２０００−２０５０４３号公報

上記特許文献１に開示されている構造では、ウォータジャケットが排気ポート部および排気集合部を取り囲んでいるので、排気ガスが過冷却されるという問題がある。

つまり、シリンダヘッドの信頼性の面からは、排気ガス温度は過度に高温にならない方が望ましい。しかしながら、排気ガスの温度は、排気ガス処理上の観点から、高温の方が望ましい。そのため、ウォータジャケット内の冷却水が、排気ポート部等を過冷却しないことが望まれる。

本発明は、かかる事情に鑑み、排気ガスの過冷却を抑制することのできるエンジンの冷却装置を提供することを目的とする。

本発明は、複数の気筒を列状に有し、吸排気をクロスフロー式としたエンジンのシリンダヘッドに、各燃焼室に連通する排気バルブ孔と当該排気バルブ孔から排気側に延びる排気ポート部とこれら排気ポート部の排気側端部に設けられて各排気ポート部を集合させる排気集合部と各排気ポート部と前記排気集合部との間に介在して気筒列方向に延びる連通路とが内蔵された水冷式エンジンの冷却装置において、上記シリンダヘッド内の冷却ジャケットは、主冷却ジャケット部とサブ冷却ジャケット部とを有し、上記主冷却ジャケット部は、互いに連続する、上記吸気ポート部周辺の吸気側空間と、上記排気ポート部周辺の排気側下部空間とを有し、上記サブ冷却ジャケット部は、上記排気側下部空間の上方に位置する排気側上部空間を有し、上記主冷却ジャケット部とサブ冷却ジャケット部とは、上下方向に延びる円筒孔で構成された連通路を介して互いに連通する一方、当該連通路以外の部分において互いに上下方向に肉壁を介して離間しており、上記主冷却ジャケット部とサブ冷却ジャケット部とを連通する連通路は、上記各排気ポート部と排気集合部との間に介在する連通路から吸気側に離間した位置に配置されており、上記主冷却ジャケット部のうち平面視で隣接する燃焼室の排気バルブ孔の中間に位置する部位とサブ冷却ジャケット部のうち平面視で隣接する燃焼室の排気バルブ孔の中間に位置する部位とを連通することを特徴とする水冷式エンジンの冷却装置を提供する（請求項１）。

本発明によれば、排気ポート部周辺に形成される主冷却ジャケット部の排気側上部空間とサブ冷却ジャケット部の排気側下部空間とが、円筒状の連通路により上下に連通する一方、肉壁を介して離間しているので、排気側上部空間に冷却水を導入しつつ、この排気側上部空間を排気ポート部等から適度に離間させることができる。そのため、シリンダヘッドを適正に冷却しつつ排気ポート部等内の排気ガスの過冷却を抑制することができる。

また、主冷却ジャケット部とサブ冷却ジャケット部とを連通する連通路は、円筒状を有している。そのため、主冷却ジャケット部とサブ冷却ジャケット部とを異なる中子により形成した際に、この連通路の生じる鋳バリをドリル等により容易に除去することができる。

上記構成によれば、上下方向に延びる連通路が、例えば各気筒の排気ポート部間に配置される場合に比べて、排気ポート部からより離間するため、この連通路を通過する冷却水による排気ポート内の排気ガスの過冷却が抑制される。

また、本発明において、上記主冷却ジャケット部は、その排気側部分に設けられて、上記シリンダヘッドの下部に位置するシリンダブロックから当該主冷却ジャケット部の上記排気側下部空間内に冷却水を導入する冷却水導入部と、その吸気側部分に設けられて、上記吸気側空間と連通して当該主冷却ジャケット部内を流れる冷却水をシリンダヘッドの外部に導出する主冷却水導出部とを備え、上記連通路と上記冷却水導入部とは平面視で互いに位置が相違しており、上記サブ冷却ジャケット部は、その排気側部分に設けられて、上記排気側下部空間と連通して当該サブ冷却ジャケット部内を流れる冷却水をシリンダヘッドの外部に導出するサブ冷却水導出部を備えるのが好ましい（請求項２）。

上記構成では、シリンダブロックから主冷却ジャケット部内に導入された冷却水は、主冷却ジャケット部の排気側部分から吸気側に設けられた主冷却水導出部に向かって流れる。一方、連通路を通ってサブ冷却ジャケット部内に導入された冷却水は、サブ冷却水導出部に向かって流れる。そして、上記連通路は、上記冷却水導入部と平面視で異なる位置に配置されている。そのため、一旦連通路を通ってサブ冷却ジャケット部内に流入した冷却水が、主冷却ジャケット部内に戻るのが抑制される。このことは、サブ冷却ジャケット部内の冷却水の流れを確保する。また、サブ冷却ジャケット部に流入した冷却水を、サブ冷却水導出部を介して、室内ヒータ（空調用のヒータコア）等に導入することができ、冷却水を効率よく利用することができる。

また、本発明において、上記サブ冷却水導出部は、空調用ヒータコアへ冷却水を導く空調用冷却水導出部であるのが好ましい（請求項３）

この発明によれば、シリンダヘッド内に排気ポートおよび排気集合部を形成しつつ排気ガスの過冷却を抑制することができる。

本発明に係る水冷式エンジンの冷却装置を備えたエンジン主要部の側面図。シリンダヘッドの平面図。吸排気ポートの構成を示す平面図。ロア中子と排気通路中子とを組合せた状態で示す平面図。ブロックジャケット中子とロア中子とアッパ中子との分解斜視図。ブロックジャケット中子とロア中子とアッパ中子とを組合せた状態で示す斜視図。ブロックジャケット中子の斜視図。ロア中子とアッパ中子とを組合せた状態で示す背面図。図２のＸ−Ｘ線矢視断面図。図２のＡ−Ａ線矢視断面図。図２のＢ−Ｂ線矢視断面図。図２のＣ−Ｃ線矢視断面図。図２のＤ−Ｄ線矢視断面図。図２のＥ−Ｅ線矢視断面図。ヘッドガスケットの平面図。

本発明に係るエンジンの冷却装置の実施形態例について、以下図面を参照して説明する。

各図において、矢印Ｆはエンジン前方を示し、矢印Ｒはエンジン後方を示し、矢印ＩＮは吸気側を示し、矢印ＥＸは排気側を示す。

図１は、エンジン１の側面図である。エンジン１は、シリンダブロック２と、シリンダブロック２の上部に締結固定されたシリンダヘッド３と、シリンダブロック２の下部に取り付けられたオイルパン（図示せず）と、シリンダヘッド３の上部に取り付けられたシリンダヘッドカバー（図示せず）とを有する。

図２は、シリンダヘッド３の平面図である。図３は、吸排気ポートの構成を示す平面図である。本実施形態に係るエンジン１は、直列４気筒ディーゼルエンジンである。エンジン１には、図３に示すように、前方から後方に向けてエンジン１の長手方向に、直列に並ぶ、第１気筒♯１、第２気筒♯２、第３気筒♯３、第４気筒♯４が形成されている。本実施形態に係るエンジン１は、吸気２弁、排気２弁タイプのエンジンである。シリンダヘッド３には、１気筒当り２つの吸気バルブ孔４，４と、１気筒当り２つの排気バルブ孔５，５とが形成されている。本実施形態では、シリンダヘッド３の一方側に排気バルブ孔５，５が形成されて、他方側に吸気バルブ孔４，４が形成されており、クロスフロー式の吸排気が実施される。

各吸気バルブ孔４は、それぞれ独立した吸気ポート６と連通している。各気筒に形成された２つの排気バルブ孔５，５は、平面視Ｙ字状の共通の排気ポート７と連通している。

シリンダヘッド３のうち第３気筒♯３と第４気筒♯４との間の部分に対向する排気側部分には、排気集合部８が形成されている。この排気集合部８は、各Ｙ字状の排気ポート７と連通している。なお、この排気集合部８の下流側には、シリンダヘッド３外において排気管（図示せず）が接続される。

図２、図３に示すように、排気ポート７と排気集合部８との間には、これらを連通する気筒列方向に延びる連通路１２が形成されている。

シリンダヘッド３には、上記第４気筒♯４の排気ポート７から分岐する分岐通路９が形成されている。この分岐通路９は、排気ポート７から後方に延びて、シリンダヘッド３の後端面のうち排気側部分に開口する。すなわち、シリンダヘッド３の後端面の排気側部分には、開口部１０（排気側の開口部）が形成されている。

シリンダヘッド３には、上記分岐通路９から分岐するＥＧＲ用連通路１３が形成されている。このＥＧＲ用連通路１３は、上記排気側の開口部１０付近から吸気側に向かって、エンジン幅方向に延びた後、シリンダヘッド３の後端面の吸気側部分に開口する。すなわち、シリンダヘッド３の後端面の吸気側部分には、開口部１１（吸気側の開口部）が形成されている。

このように、シリンダヘッド３には、連通路９、１３の開口部として、エンジン幅方向に互いに離間する２つの開口部１０、１１が形成されている。一方の開口部１０には、水冷却のＥＧＲクーラが接続される。他方の開口部１１には、ＥＧＲクーラをバイパスとするバイパス管が接続される。

上記排気バルブ孔５，排気ポート７，排気集合部８，分岐通路９，開口部１０，開口部１１，連通路１２，ＥＧＲ用連通路１３は、シリンダヘッド３内の排気通路を構成する。

シリンダヘッド３には、シリンダヘッド３を冷却するために内側を冷却水が流通するロアジャケット１００（主冷却ジャケット部、図９等参照）およびアッパジャケット４００（サブ冷却ジャケット部、図９等参照）からなる冷却ジャケットが形成されている。

次に、図４〜図８を参照して、シリンダヘッド３に、ロアジャケット１００およびアッパジャケット４００を鋳造で成形する際に用いる中子の構成について説明する。

本実施形態では、中子として、ロア中子Ｎ１００（主冷却ジャケット中子、図４参照）と、アッパ中子Ｎ４００（サブ冷却ジャケット中子、図５参照）と、ブロックジャケット中子Ｎ３００（図５参照）と、排気通路中子Ｎ２００（図４参照）と、を用いる。

ロア中子Ｎ１００は、ロアジャケット１００を形成する。ロアジャケット１００は、内側を冷却水が通過する部分であり、シリンダブロック２の気筒列方向略全体およびシリンダブロック２の吸気側から排気側にわたって広がる。

アッパ中子Ｎ４００は、排気側の上部空間を含むアッパジャケット４００を形成する。アッパジャケット４００は、内側を冷却水が通過する部分であり、上記ロアジャケット１００の排気側部分の上側において、シリンダブロック２の気筒列方向略全体に広がる。

ブロックジャケット中子Ｎ３００は、シリンダブロック２のシリンダボア外周部に、ウォータジャケットを形成する。排気通路中子Ｎ２００は、上記シリンダヘッド３に排気通路を形成する。図４は、ロア中子Ｎ１００と、排気通路中子Ｎ２００とを組み合わせた状態の平面図である。図５は、ブロックジャケット中子Ｎ３００と、ロア中子Ｎ１００と、アッパ中子Ｎ４００との分解斜視図である。図６は、ブロックジャケットＮ３００と、ロア中子Ｎ１００と、アッパ中子Ｎ４００とを組合せた状態の斜視図である。

図４、図５、図６に示すように、ロアジャケット１００を形成するロア中子Ｎ１００は、各気筒にそれぞれ対応した吸気側空間形成部Ｎ１４および排気側下部空間形成部Ｎ１５と、主冷却水導出部形成部Ｎ１６と、複数の冷却水導入部形成部（不図示）を有する。これら吸気側空間形成部Ｎ１４と、排気側下部空間形成部Ｎ１５と、主冷却水導出部形成部Ｎ１６と、冷却水導入部形成部とは、互いに一体に形成されている。吸気側空間形成部Ｎ１４は、シリンダヘッド２内のうち各気筒の吸気ポート６周辺に、吸気側空間１４（図９等参照）を形成する。排気側下部空間部Ｎ１５は、各気筒の排気ポート７の周辺を含む排気通路の下方に広がる排気側下部空間１５（図９等参照）を形成する。これら冷却空間形成部Ｎ１４と排気側下部空間形成部Ｎ１５とは、連設されており、これら形成部Ｎ１４，Ｎ１５により形成された吸気側空間１４と排気側下部空間１５とは互いに連通する。

主冷却水導出部形成部Ｎ１６は、シリンダヘッド３内に、上記吸気側空間１４と連通して、ロアジャケット１００内部の冷却水を、この内部からシリンダヘッド３の外部に導出する主冷却水導出部１６（図１参照）を形成する。主冷却水導出部形成部Ｎ１６は、ロア中子Ｎ１００のうち第１気筒♯１付近の吸気側端部から吸気側に向かって突出しており、主冷却水導出部１６は、ロアジャケット１００の吸気側端部に形成される。

各冷却水導入部形成部は、シリンダヘッド３内に、シリンダボア外周部のウォータジャケットからロアジャケット部１００に冷却水を導入するための冷却水導入孔２２（冷却水導入部、図１０参照）を形成する。各冷却水導入孔２２は、後述するヘッドガスケット３０の冷却水上昇用の開口３６（図１５参照）にそれぞれ対応しており、ロア中子Ｎ１００のうち各気筒の排気側部分に対応する部分にそれぞれ３つずつ設けられている。各開口３６は、図７に示すように、シリンダボア外周部に形成されるウォータジャケットの排気側部分（後述するブロックジャケット中子Ｎ３００の形成部Ｎ１７，Ｎ１８，Ｎ１９，Ｎ２０により形成される部分）と対応している。

図５、図６に示すように、アッパジャケット４００を形成するアッパ中子Ｎ４００は、アッパ中子本体Ｎ４０１（排気側上部空間形成部）と、空調用冷却水導出部形成部（サブ冷却水導出部形成部）Ｎ２３と、過給機冷却水導出部形成部Ｎ２４（サブ冷却水導出部形成部）と、供給部形成部Ｎ２５と、連通路形成部Ｎ２６とを有する。これらアッパ中子本体Ｎ４０１と、空調用冷却水導出部Ｎ２３と、過給機冷却水導出部Ｎ２４と、供給部Ｎ２５と、連通路形成部Ｎ２６とは互いに一体に形成されている。

アッパ中子本体Ｎ４０１は、各気筒の排気ポート７の周辺を含む排気通路の上側であって、上記排気側下部空間１５の上方に広がる排気側上部空間２７（図９等参照）を形成する。

空調用冷却水導出部形成部Ｎ２３と過給機冷却水導出部形成部Ｎ２４とは、それぞれアッパ中子本体Ｎ４０１の排気側端部から排気側に突出している。空調用冷却水導出部形成部Ｎ２３は、アッパジャケット４００の排気側端部に、上記排気側上部空間２７と連通してこの排気側上部空間２７内の冷却水を空調用ヒータコアへ導く空調用冷却水導出部を形成する。過給機冷却水導出部形成部Ｎ２４は、アッパジャケット４００の排気側端部に、上記排気側上部空間２７と連通してこの排気側上部空間２７内の冷却水を過給機へ導く導出部を形成する。

上記供給部形成部Ｎ２５は、アッパ中子Ｎ４００のリヤ側かつ吸気側の部分であって上記ＥＧＲ用の連通路１３と対応する部分に設けられている。この供給部形成部Ｎ２５は、ＥＧＲバルブに冷却水を供給する供給部を形成する。

図８に示すように、上記ロア中子Ｎ１００は、アッパ中子Ｎ４００と組合された状態において、アッパ中子Ｎ４００の下側に位置する。この組み合わせ状態において、ロア中子Ｎ１００と、アッパ中子Ｎ４００のアッパ中子本体Ｎ４０１とは、間隔Ｌを隔てて、上下に離間する。

各連通路形成部Ｎ２６は、各気筒♯１〜♯４の間の部分に設けられている。詳しくは、各連通路形成部Ｎ２６は、第１気筒♯１と第２気筒♯２との間、第２気筒♯２と第３気筒♯３との間、第３気筒♯３と第４気筒♯４との間に形成されている。これら連通路形成部Ｎ２６は、それぞれ、ロアジャケット１００とアッパジャケット４００とを連通する連通路２６（連通路、図９参照）を形成する。上記ロア中子Ｎ１００と、アッパ中子Ｎ４００とは、互いに組合された状態において、ロア中子Ｎ１００とアッパ中子本体Ｎ４０１とが上下に離間する一方、これら連通路形成部Ｎ２６において上下に連続する。

各連通路形成部Ｎ２６は、上下に延びる円柱状である。そのため、各連通路形成部Ｎ２６により形成された上記連通路２６は、それぞれ上下に延びる円筒孔となる。

各連通路形成部Ｎ２６ひいては連通路２６の孔径は、この連通路２６を通じてロアジャケット１００からアッパジャケット４００側に流入する冷却水の水量が、排気通路を通過する排気を過冷却せず、かつ、シリンダヘッド３を適度に冷却できる量となるような寸法に設定されている。具体的には、この孔径は、シリンダボア径の１／１０以上１／５以下の寸法に設定されており、この孔の面積はアッパ中子Ｎ４００およびロア中子Ｎ１００の断面積（孔の軸と直交する方向の断面積）に対して十分に小さい。

なお、図４においては、連通路形成部Ｎ２６が気筒間に位置することを示すため、便宜上、ロア中子Ｎ１００に○印で連通路形成部Ｎ２６を図示している。

図４に示すように、シリンダヘッド３内の排気通路を形成する排気通路中子Ｎ２００は、この排気通路を構成する各要素、すなわち、排気バルブ孔５、排気ポート７、排気集合部８、分岐通路９、開口部１０，開口部１１、連通路１２，ＥＧＲ用連通路１３をそれぞれ形成するための、形成部Ｎ５，Ｎ７，Ｎ８，Ｎ９，Ｎ１０，Ｎ１１，Ｎ１２，Ｎ１３を有する。これら各形成部は、互いに一体形成されている。図５、図６、図７に示すように、シリンダブロック２のシリンダボア外周部にウォータジャケットを形成するブロックジャケット中子Ｎ３００は、オープンデッキ構造のシリンダブロック２に、ウォータジャケットを形成する。ブロックジャケット中子Ｎ３００は、形成部Ｎ１７，Ｎ１８，Ｎ１９，Ｎ２０と、シリンダブロック側冷却水導入部形成部Ｎ２１とを有する。各形成部Ｎ１７，Ｎ１８，Ｎ１９，Ｎ２０は、シリンダブロック２のうち各気筒♯１〜♯４のシリンダボア外周に、ウォータジャケットを形成する。シリンダブロック側冷却水導入部形成部Ｎ２１は、第１気筒♯１の形成部Ｎ１７から吸気側に突出している。

なお、ブロックジャケット中子Ｎ３００は、他の中子の違い、各形成部Ｎ１７〜Ｎ２０とシリンダブロック側冷却水導入部形成部Ｎ２１とが金型で形成される。

以上のように構成された各中子Ｎ１００，Ｎ２００，Ｎ４００を用いてシリンダヘッド３を鋳造する手順について説明する。

ここで、各中子Ｎ１００，Ｎ２００，Ｎ４００は、何れもガス硬化タイプのシェル中子にて形成されている。
（１）中子配置工程
まず、シリンダヘッド３の金型（いわゆる主型）にロア中子Ｎ１００、吸気通路を形成するための吸気通路中子（図示せず）、排気通路中子Ｎ２００、アッパ中子Ｎ４００をセットする。このとき、アッパ中子本体Ｎ４０１を、ロア中子Ｎ１００の排気側下部空間形成部Ｎ１５の上方であって、このロア中子Ｎ１００から上方に間隔Ｌ隔てるように配置するとともに、ロア中子Ｎ１００の上面のうち気筒間に対応する部分にアッパ中子Ｎ４００の連通路形成部Ｎ２６の下面を接触させる。この配置により、ロア中子Ｎ１００の気筒間に対応する部分の上面と、連通路形成部Ｎ２６の下面とは、合わせ面を形成する。前述のように、冷却水連通形成部Ｎ２６の断面積は小さく設定されており、この合わせ面の面積はアッパ中子Ｎ４００およびロア中子Ｎ３００の面積に比べて十分に小さい。
（２）鋳造工程
（２−１）溶湯工程
次に、低加圧鋳造（ｌｏｗｐｒｅｓｓｕｒｅｄｉｅｃａｓｔｉｎｇ）方法を用いて、低圧力のガスにより鉛直方向上方に溶湯を押し上げて、金型と各中子Ｎ１００，Ｎ２００，Ｎ４００との間のキャビティに溶湯を注湯する。
（２−２）中子除去工程
溶湯が凝固した後、各中子Ｎ１００，Ｎ２００，Ｎ４００を除去する。

中子の除去に伴って各中子Ｎ１００，Ｎ２００，Ｎ４００に対応した、ウォータジャケット、冷却水の出入口、排気通路および吸気ポートがそれぞれ形成されたシリンダヘッド３が鋳造される。

具体的には、ロア中子Ｎ１００は、鋳造後において、図９〜図１４に示すように、シリンダブロック２の気筒列方向略全体およびシリンダブロック２の吸気側から排気側にわたって広がり、シリンダヘッド２を主に冷却するロアジャケット１００となる。詳細には、ロア中子Ｎ１００のうち吸気側空間形成部Ｎ１４は吸気ポート７周囲の吸気側空間１４となり、排気側下部空間形成部Ｎ１５は、各気筒の排気ポートを含む排気通路の下方に広がる排気側下部空間１５となる。中子形状からも明らかなように、このロアジャケット１００のうち吸気側空間１４と排気側下部空間１５とは連通している。

また、図１に示すように、ロア中子Ｎ１００のうち主冷却水導出部形成部Ｎ１６は、ロアジャケット１００のうち吸気側部分に、主冷却水導出部１６を形成する。

また、図１０等に示すように、冷却水導入部形成部は、ロアジャケット１００の排気側部分に、冷却水導入孔２２を形成する。この冷却水導入孔２２の下端の開口位置は、平面視で、上記ブロックジャケット中子Ｎ３００によってシリンダボア外周部に形成されたウォータジャケットの排気側部分に一致する。

上記アッパ中子Ｎ４００は、鋳造後において、図９〜図１４に示すように、シリンダヘッド２を補助的に冷却するアッパジャケット４００となる。

具体的には、アッパ中子Ｎ４００のアッパ中子本体Ｎ４０１は、各気筒の排気ポートを含む排気通路の上側であって、上記排気下部空間１５の上方に広がる排気側上部空間２７となる。上記アッパ中子Ｎ４００の連通路形成部Ｎ２６は、排気側下部空間１５と排気側上部空間２７とを連通する連通路２６となる。各連通路２６は、図２に示すように、各気筒♯１〜♯４間部位（詳しくは、第１気筒♯１と第２気筒♯２との間、第２気筒♯２と第３気筒♯３との間、第３気筒♯３と第４気筒♯４との間）に形成される。また、各連通路形成部２６と冷却水導入孔２２とは、図２に示すように、平面視で位置が相違する。具体的には、連通路２６は、冷却水導入孔２２よりも吸気側に形成される。上記アッパ中子Ｎ４００の排気側に設けられた空調用冷却水導出部形成部Ｎ２３と過給機冷却水導出部形成部Ｎ２４とは、それぞれ空調用ヒータコアへ冷却水を導く空調用冷却水導出部２３および過給機へ冷却水を導く過給機冷却水導出部２４となる。

ここで、前述のように、上記ロア中子Ｎ１００とアッパ中子本体Ｎ４０１とは、上下方向に間隔Ｌの隙間をあけて離間して配置される。そのためこの隙間に対応して、ロアジャケット１００とアッパジャケット４００との間には、図１０、図１４に示すように、肉壁２８が形成され、これら両ジャケット１００，４００（より詳細には、ロアジャケット１００と排気側上部空間２７と）は、肉壁２８を介して上下に離間する。この実施形態では、図１０、図１４に示すように、肉壁２８は排気通路の上下方向略中央に位置する。

そして、ロアジャケット１００とアッパジャケット４００とは、連通路２６によってのみ上下に連通する。
（３）鋳バリ除去工程
前述のように、ロア中子Ｎ１００の気筒間に対応する部分の上面と、連通路形成部Ｎ２６の下面とは合わせ面となっている。そのため、この合わせ面、すなわち、連通路形成部Ｎ２６により形成された連通路２６の下端の開口端には、鋳バリが生じる。そこで、この工程では、この鋳バリを除去する。

前述のように、連通路２６は、丸孔（円筒孔）である。従って、この工程では、連通路２６内にドリルを挿入して、この連通路２６内でドリルを回転させることで、連通路２６に発生した鋳バリを連通路２６から分離、除去する。このように、本方法では、合わせ面を構成する連通路２６が丸孔であるため、ドリルによって合わせ面に生じた鋳バリを簡単に除去することができる。

ドリル加工の後は、図９に示すように、連通路２６の上端部にプラグ２９を挿入して、連通路２６の上端開口を閉止する。

以上のようにして、シリンダヘッド３の製造は終了する。

シリンダブロック２は、シリンダヘッド３とは別に鋳造される。シリンダブロック２の鋳造工程では、上記ブロッグジャケット中子Ｎ３００が、鋳造後においてオープンデッキ構造のシリンダブロック２におけるウォータジャケットとなる。また、各形成部Ｎ１７〜Ｎ２０が、シリンダボア外周のウォータジャケット１７〜２０になる。さらに、上記シリンダブロック側冷却水導入部形成部Ｎ２１はシリンダブロック側冷却水導入部２１（図１参照）となる。

図１５は、シリンダブロック２とシリンダヘッド３との間に介設されるヘッドガスケット３０の平面視である。このヘッドガスケット３０には、気筒数のシリンダボアに対応する複数の開口３１，３２，３３，３４と、複数のボルト挿通孔３５と、１気筒当り３つの冷却水導入用の開口３６が形成されている。各ボルト挿通孔３５には、シリンダブロック２とシリンダヘッド３とを締結するためのボルトが挿通される。

ヘッドガスケット３０がシリンダブロック２とシリンダヘッド３との間に介設された状態において、各冷却水導入用の開口３６は、上記中子Ｎ３００の形成部Ｎ１７，Ｎ１８，Ｎ１９，Ｎ２０によりシリンダブロック２に形成されたウォータジャケット１７〜２０の排気側上部に位置するとともに、上記冷却水導入孔２２とそれぞれ連通する。これら冷却水導入用の開口３６は、冷却水がシリンダブロック２からシリンダヘッド３へ流れるのを許容する。すなわち、シリンダヘッド３に形成された上記ロアジャケット１００には、シリンダブロック２のウォータジャケット１７〜２０から上記冷却水導入用の開口３６および冷却水導入孔２２を通って、冷却水が導入される。各冷却水導入用の開口３６の開口面積は、シリンダヘッド３側に流入する冷却水の水量が適正な量となるように設定されている。

なお、図２、図９に示すように、シリンダヘッド３には、シリンダヘッド３をシリンダブロック２に対して締結するためのボルトを挿通させるボルト挿通孔３７が形成されている。また、シリンダヘッド３には、オイルレベルゲージ用の孔３８が形成されている。

次に、以上のようにして製造された冷却装置の冷却作用を説明する。

図７の矢印ａで示すように、冷却水は、シリンダブロック側冷却水導入部２１からシリンダブロック２のうちシリンダボア外周に形成されたウォータジャケット１７〜２０に流入する。流入した冷却水は、ウォータジャケット１７〜２０の吸気側部分から排気側部分に向けて流れた後、図７の矢印ｂで示すように、排気側部分から上昇して、上記ヘッドガスケット３０の冷却水導入用開口３６および冷却水導入部２２を通ってシリンダヘッド３内のロアジャケット１００に流入する。

上記冷却水導入部２２は、ウォータジャケット１７〜２０の排気側部分に形成された上記冷却水導入用開口３６と連通している。そのため、ウォータジャケット１７〜２０内の冷却水は、ロアジャケット１００の排気側部分、すなわち、排気側下部空間１５内に流入して、ロアジャケット１００の排気側部分から吸気側部分に向けて流れる。この冷却水は、ロアジャケット１００の通過途中に、排気バルブ孔５，５および吸気バルブ孔４，４の周囲ひいては排気バルブおよび吸気バルブおよび気筒に形成された燃焼室の周囲を冷却する。排気バルブ等を冷却した後の冷却水は、図６に矢印ｅで示すように、上記主冷却水導出部１６からロアジャケット１００ひいてはシリンダヘッド３の外部に流出する。一方、上記ロアジャケット１００内に流入した冷却水の一部は、上記連通路２６を通って、アッパジャケット４００内に流入する。前述のように、ロアジャケット１００に冷却水が導入される冷却水導入部２２と上記連通路２６とは、平面視でその位置がずれている。また、アッパジャケット４００には、その排気側部分に、冷却水を外部に排出するための空調用冷却水導出部２３および過給機冷却水導出部２４が形成されている。そのため、冷却水導入部２２を通ってロアジャケット１００内に流入した冷却水は、ロアジャケット１００の通過途中に、アッパジャケット４００内に流入し、アッパジャケット４００に流入した冷却水はロアジャケット１００側に戻ることなく、アッパジャケット４００内を排気側に向かって流れる。特に、連通路２６は、冷却水導入部２２よりも吸気側に位置しており、ロアジャケット１００内の水は排気側から吸気側に向かって流れる。そのため、ロアジャケット１００内の冷却水は、吸気側に向かって流れる途中で、確実に、連通路２６を通ってアッパジャケット４００内に流入する。

アッパジャケット４００内に流入した冷却水は図６に矢印ｃ、ｄで示すように、排気側に向かって流れて、サブ冷却水導出部２３，２４から流出する。これらサブ冷却水導出部２３，２４から流出した冷却水は、それぞれ、空調用ヒータコアおよび過給機側へ流れる。

ここで、上記ロアジャケット１００とアッパジャケット４００とは、連通路２９でのみ連通しており、その主な部分は肉壁２８を介して上下方向に離間している。そのため、ロアジャケット１００からアッパジャケット４００に流入する冷却水量および排気ポート７に沿ってロアジャケット１００からアッパジャケット４００に向かって上方に流れる冷却水の量を少なく抑えることができるとともに、アッパジャケット４００を排気通路から適正に離間させることができ、これら両ジャケット１００，４００によりシリンダヘッド３を適正に冷却させつつ、排気通路（図３の各要素７，８，１２参照）の過冷却を抑制することができる。

特に、上記冷却水連通孔２２は、各気筒間に形成されており、各気筒の排気ポート７間に形成される場合等に比べて、排気ポート７からより離間している。そのため、この冷却水連通孔２２を通る冷却水が排気ポート７内の排気を過冷却するのが抑制される。

以上のように、本実施形態に係る装置によれば、シリンダヘッド３内に排気ポート部７および排気集合部８を内蔵させつつ、シリンダヘッド３を適正に冷却することができるとともに、排気ポート部７等内の排気の過冷却を抑制することができる。

そして、本実施形態に係る製造方法によれば、ロアジャケット１００を形成する中子Ｎ１００とアッパジャケット４００を形成する中子Ｎ４００とが異なる中子で構成される一方、これら中子Ｎ１００，Ｎ４００が連通路形成部Ｎ２６の下面において互いに接合されているので、これらジャケット１００，４００を互いに連通させつつ、ロアジャケット１００の排気側下部空間１５とアッパジャケット４００の排気側上部空間２７との間に適正な厚みの肉壁を介在させることができるとともに、複雑な形状を有する各サブジャケット１００，４００を実現することができる。

また、各ジャケット１００，４００が異なる中子で形成されるため、これらが１つの中子で形成される場合に比べて、中子の剛性を維持しつつ上記連通路形成部Ｎ２６ひいては連通路２６の容積を小さく抑えることができる。

さらに、鋳バリ除去工程では、連通路２６にドリルを挿入、回転駆動するという簡単な手順で、各ジャケットの中子Ｎ１００，Ｎ４００の合わせ面に生じた鋳バリを除去することができ、鋳バリを効率よく、かつ、精度よく除去することができる。

ここで、上記実施形態では、エンジンとして直列４気筒ディーゼルエンジンを例示したが、本発明に係るエンジンの冷却装置は他の直列多気筒エンジンに適用されてもよい。

１エンジン
２シリンダブロック
３シリンダヘッド
７排気ポート
８排気集合部
１４冷却空間
１５排気側下部空間
１６主冷却水導出部
２２第２冷却水導入部
２３サブ冷却水導出部
２６連通路
２７排気側上部空間
２８肉壁
１００ロアジャケット（主冷却ジャケット部）
４００アッパジャケット（サブ冷却ジャケット部）

Claims

複数の気筒を列状に有し、吸排気をクロスフロー式としたエンジンのシリンダヘッドに、各燃焼室に連通する排気バルブ孔と当該排気バルブ孔から排気側に延びる排気ポート部とこれら排気ポート部の排気側端部に設けられて各排気ポート部を集合させる排気集合部と各排気ポート部と前記排気集合部との間に介在して気筒列方向に延びる連通路とが内蔵された水冷式エンジンの冷却装置において、
上記シリンダヘッド内の冷却ジャケットは、主冷却ジャケット部とサブ冷却ジャケット部とを有し、
上記主冷却ジャケット部は、互いに連続する、上記吸気ポート部周辺の吸気側空間と、上記排気ポート部周辺の排気側下部空間とを有し、
上記サブ冷却ジャケット部は、上記排気側下部空間の上方に位置する排気側上部空間を有し、
上記主冷却ジャケット部とサブ冷却ジャケット部とは、上下方向に延びる円筒孔で構成された連通路を介して互いに連通する一方、当該連通路以外の部分において互いに上下方向に肉壁を介して離間しており、
上記主冷却ジャケット部とサブ冷却ジャケット部とを連通する連通路は、上記各排気ポート部と排気集合部との間に介在する連通路から吸気側に離間した位置に配置されており、上記主冷却ジャケット部のうち平面視で隣接する燃焼室の排気バルブ孔の中間に位置する部位とサブ冷却ジャケット部のうち平面視で隣接する燃焼室の排気バルブ孔の中間に位置する部位とを連通することを特徴とする水冷式エンジンの冷却装置。
請求項１記載の水冷式エンジンの冷却装置において、
上記主冷却ジャケット部は、その排気側部分に設けられて、上記シリンダヘッドの下部に位置するシリンダブロックから当該主冷却ジャケット部の上記排気側下部空間内に冷却水を導入する冷却水導入部と、その吸気側部分に設けられて、上記吸気側空間と連通して当該主冷却ジャケット部内を流れる冷却水をシリンダヘッドの外部に導出する主冷却水導出部とを備え、
上記連通路と上記冷却水導入部とは平面視で互いに位置が相違しており、
上記サブ冷却ジャケット部は、その排気側部分に設けられて、上記排気側下部空間と連通して当該サブ冷却ジャケット部内を流れる冷却水をシリンダヘッドの外部に導出するサブ冷却水導出部を備えることを特徴とする水冷式エンジンの冷却装置。
請求項２に記載の水冷式エンジンの冷却装置において、
上記サブ冷却水導出部は、空調用ヒータコアへ冷却水を導く空調用冷却水導出部であることを特徴とする水冷式エンジンの冷却装置。