JP2012041891A - 排気ポートの構造 - Google Patents

Abstract

【課題】フィンを付設して伝熱面積の拡大を図るとともに、排気ガスの流れをフィンに確実に沿わせる構造とすることによって、排気ポートにおける熱交換効率の改善を図ることができるシリンダヘッドにおける排気ポートの構造を提供する。
【解決手段】シリンダヘッド１に形成される本発明の一実施形態に係る排気ポート３の構造は、該排気ポート３の内壁面３ａに、排気ガスと冷却媒体である冷却水とを熱交換するためのフィン９が、排気ガスの流れ方向に沿って形成される構成とした排気ポート３の構造であって、フィン９の、排気ガスの流れ方向上流側端部９ａにおける頂部９ｂと、排気ポート３の内壁面３ａに形成される排気バルブ６の支持部を構成する平面状の部位であるバルブステム座７の、排気ガスの流れ方向下流側の端部７ａを一致させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、シリンダヘッドに形成される排気ポートの構造に関する。

従来、シリンダヘッドに形成される排気ポートの構造として、当該排気ポートを通じて排気される排気ガスを冷却するため（あるいは、排気ガスから熱を回収するため）に、排気ポート内にフィンを付設する構造が知られており、例えば、以下に示す特許文献１にその技術が開示され、公知となっている。

特許文献１に開示された従来技術では、排気ポートの内壁面から排気ガスの流通経路に対してフィンを突設させて形成する構成としており、排気ポートの内壁面の面積にフィンの表面積を加えることによって、伝熱面積を拡大して、排気ポートにおける排気ガスの熱交換効率の改善を図る構成としている。

特開２００６−１２５３０８号公報

しかしながら、特許文献１に開示された従来技術では、排気ポート内を流れる排気ガスが、フィンの排気ガス流れ方向における上流側の端面に衝突してしまう構成となっているため、排気ポート内における排気ガスの流れが乱流化してしまい、排気ガスがフィンに沿って流れにくくなってしまうとともに、排気抵抗の増大が懸念される。
このため、特許文献１に開示された従来技術では、思うように熱交換効率を改善できないという問題があった。

本発明は、斯かる現状の課題を鑑みてなされたものであり、フィンを付設して伝熱面積の拡大を図るとともに、排気ガスの流れをフィンに確実に沿わせる構造とすることによって、排気ポートにおける熱交換効率の改善を図ることができるシリンダヘッドにおける排気ポートの構造を提供することを目的としている。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、シリンダヘッドに形成される排気ポートにおいて、該排気ポートの内壁面に、排気ガスと冷却媒体とを熱交換するためのフィンが、排気ガスの流れ方向に沿って形成される構成とした排気ポートの構造であって、前記フィンの、排気ガスの流れ方向上流側端部における頂部と、前記排気ポートの内壁面に形成される排気バルブの支持部を構成する平面状の部位であるバルブステム座の、排気ガスの流れ方向下流側の端部を一致させるものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１においては、排気ポートにおける伝熱面積の拡大を図りつつ、排気ガスの流れを確実にフィンに沿わせることができる。
これにより、排気ポートにおける排気ガスの熱交換効率を高めることができる。

本発明の一実施形態に係る構造を有する排気ポートを備えるシリンダヘッドのを示す部分断面模式図、（ａ）側面断面模式図、（ｂ）図１（ａ）におけるＡ方向矢視図。 従来の構造を有する排気ポートを備えたシリンダヘッドを示す部分断面模式図。 従来の構造を改良した構造を有する排気ポートを備えたシリンダヘッドを示す部分断面模式図。

次に、発明の実施の形態を説明する。
まず始めに、本発明の一実施形態に係る排気ポートの構造を有するシリンダヘッドの構成について、図１を用いて説明をする。尚、以下の説明では、図１（ａ）中に示す矢印Ｘの方向を上方と規定して、説明を行うものとする。
図１（ａ）（ｂ）に示す如く、本発明の一実施形態に係る構造を有する排気ポートを備えたシリンダヘッドであるシリンダヘッド１は、図示しないシリンダブロックの上部に載置する状態で取り付けられて、該シリンダブロックに形成されるシリンダに対する吸排気経路を形成するとともに、当該吸排気経路の開閉状態を切り換えるための吸排気バルブを支持するための部材であり、燃焼室２、排気ポート３、ジャケット４・５、吸気ポート（図示せず）等が形成されている。

本発明の一実施形態に係る構造を有する排気ポートである排気ポート３は、燃焼室２で発生した排気ガスを排気するための流通経路であり、シリンダヘッド１の下方に形成される燃焼室２と、シリンダヘッド１の側方に接続されるエキゾーストマニホールド（図示せず）とを連通する略９０度の角度で湾曲した空隙部としてシリンダヘッド１に形成される部位である。
尚、本実施形態では、排気ポート３を形成する壁面を内壁面３ａと呼ぶものと規定している。

また、排気ポート３内には、該排気ポート３の開閉状態を切り換えるための排気バルブ６が配設され、また、シリンダヘッド１における排気バルブ６の支持部となる部位においては、バルブステム座７が形成されている。

バルブステム座７は、排気バルブ６を往復変位可能に支持するためのバルブステムガイド８を嵌挿して保持するための支持孔１０を、所定の角度で機械加工することを可能にするために形成される平面状の部位である。
このため、バルブステム座７は、排気ポート３内において、排気ポート３の内壁面３ａの接線方向に対して傾斜した平面部として形成されており、排気ポート３における排気ガスの経路に対して突設して形成された部位となっている。

燃焼室２において発生した排気ガスは、排気バルブ６を「開」状態とすることによって、排気ポート３を通じて、該排気ポート３に接続されるエキゾーストマニホールド（図示せず）に向けて排気される。

排気ガスは高温であり、シリンダヘッド１の下流に配置されるエキゾーストマニホールドや触媒等の過熱を避けるため、排気ガスを排気ポート３から排気する際に、熱交換を行うことが必要である。
このため、排気ポート３の内壁面３ａの裏側にあたる部位等にはジャケット４・５が形成されている。
ジャケット４・５には、ラジエータ（図示せず）等により適宜冷却されながらポンプ（図示せず）等により循環される冷却水が流通している。

そして、排気ポート３から排気される排気ガスと、ジャケット４・５内を流通する冷却水とを内壁面３ａを介して熱交換させることによって、排気ガスやシリンダヘッド１自体の温度を低下させる構成としている。

またさらに、シリンダヘッド１では、排気ガスと冷却水との熱交換効率を高めるために、伝熱面積の拡大を図るべく、排気ポート３の内壁面３ａからフィン９を突設させる構成としている。
フィン９は、排気ポート３内における排気ガスの流れ方向に対して平行に、排気ポート３の内壁面３ａのより高温な排気ガスが流れる部位である半径方向外側にあたる上部から突設させる構成としており、当該部分を流通する高温の排気ガスに対して、当該フィン９により効果的に熱交換ができる構成としている。

ここで、従来のシリンダヘッドにおける排気ポートの構造について、図２を用いて説明をする。
尚、図２に示す従来のシリンダヘッド２１は、本発明に係る排気ポートの構造を有するシリンダヘッド１に対して、排気ポート２３におけるフィン２９の構造のみが相違しており、その他の構成は、シリンダヘッド１の構成と共通している。

図２に示す如く、従来構造の排気ポート２３を有するシリンダヘッド２１において、フィン２９は、バルブステム座７の端部７ａからさらに排気ガスの流れ方向における下流側に離間した位置に、フィン２９の上流側端部２９ａが位置する態様で形成されている。
このため、フィン２９の上流側端部２９ａの頂部２９ｂは、バルブステム座７の端部７ａとは一致していない。

このような構成では、燃焼室２から排気ポート２３内に流入した排気ガスは、バルブステム６ａの流れ方向に向かって左右両側に分かれて流れ、バルブステム６ａの下流において合流するとともに、フィン２９に沿って流れる以前に、フィン２９の上流側端部２９ａに衝突する。
このため、従来の構造を有する排気ポート２３では、排気ポート２３内における排気ガスの流れが乱流化してしまい、排気ガスがフィン２９に沿わずに流れていってしまう。
これにより、排気ポート２３内を流れる排気ガスについて、熱交換効率が思うように改善できなくなっている。また、この場合、さらに排気抵抗が増大してしまうという問題も生じてしまう。

ここで、フィンの上流側端部に排気ガスを衝突させないように改良した態様であるシリンダヘッドにおける排気ポートの構造について、図３を用いて説明をする。
尚、図３に示す従来から改良した態様のシリンダヘッド３１は、本発明に係る排気ポートの構造を有するシリンダヘッド１に対して、排気ポート３３におけるフィン３９の構造のみが相違しており、その他の構成は、シリンダヘッド１における構成と共通している。

図３に示す如く、従来の問題点を改良した態様の排気ポート３３を備えたシリンダヘッド３１において、フィン３９は、バルブステム座７の端部７ａからさらに排気ガスの流れ方向における下流側に離間した位置に、フィン３９の上流側端部３９ａが位置する態様で形成されている。

また、排気ポート３３においては、フィン３９の上流側端部３９ａの頂部３９ｂは、内壁面３３ａからの高さが「０」となっており、フィン３９が内壁面３３ａから連続的に形成される態様としている。

このような構成では、燃焼室２から排気ポート３３に流入してきた排気ガスは、バルブステム６ａの流れ方向に向かって左右両側に分かれて流れ、バルブステム６ａの下流において合流することなく、フィン３９の左右に分かれて、該フィン３９に沿って流れるようになり、また、フィン３９の上流側端部３９ａに衝突することもなくなる。また、流れがスムーズになるため、排気抵抗の増大も抑えることができる。

しかしながら、このような構成では、フィン３９の表面積が、前述したフィン２９に比して小さくなってしまい、伝熱面積の確保が困難になっている。
このため、排気ポート３３では、該排気ポート３３内を流れる排気ガスに対する熱交換効率の改善という観点では、未だ改善の余地が残されている。

そして、本発明に係る構造を有する排気ポート３を備えるシリンダヘッド１では、各シリンダヘッド２１・３１における各排気ポート２３・３３の構造に見られる問題点を解消している。

ここで、シリンダヘッド１における本発明に係る排気ポート３の構造について、図１を用いて説明をする。
図１（ａ）（ｂ）に示す如く、本発明に係る構造を有する排気ポート３を備えるシリンダヘッド１において、フィン９は、バルブステム座７の端部７ａと、フィン９の上流側端部９ａにおける頂部９ｂを一致させる態様で形成されている。
即ち、シリンダヘッド１では、バルブステム座７の端部７ａにフィン９の頂部９ｂが位置するような態様でフィン９を形成して、フィン９が、バルブステム座７から段差なく連続的に、排気ポート３の内壁面３ａに形成される構成としている。

このような構成では、燃焼室２から排気ポート３に流入してきた排気ガスは、バルブステム６ａの流れ方向に向かって左右両側に分かれて流れ、バルブステム６ａの下流において合流することなく、フィン９の左右に分かれて、該フィン９に沿って流れるようになり、また、フィン９の上流側端部９ａに衝突することがないため、排気ガスの流れの乱流化が低減される。
このため、本発明に係る構造を有する排気ポート３では、排気ガスをフィン９に精度良く沿わせて流通させることができる。また、流れがスムーズになるため、排気抵抗の増大も抑えることができる。

また、このような構成では、バルブステム座７の下流直後からフィン９を付設することが可能であるため、フィン９の表面積が、前述した従来のフィン２９の表面積に比して拡大されており、伝熱面積の拡大が図られている。
このため、本発明に係る構造を有する排気ポート３では、排気ポート３内を流れる排気ガスについて、従来に比して熱交換効率の改善が図られている。

即ち、シリンダヘッド１に形成される本発明の一実施形態に係る排気ポート３の構造は、該排気ポート３の内壁面３ａに、排気ガスと冷却媒体である冷却水とを熱交換するためのフィン９が、排気ガスの流れ方向に沿って形成される構成とした排気ポート３の構造であって、フィン９の、排気ガスの流れ方向上流側端部９ａにおける頂部９ｂと、排気ポート３の内壁面３ａに形成される排気バルブ６の支持部を構成する平面状の部位であるバルブステム座７の、排気ガスの流れ方向下流側の端部７ａを一致させるものである。
このような構成により、排気ポート３における伝熱面積の拡大を図りつつ、排気ガスの流れを確実にフィン９に沿わせることができる。
これにより、排気ポート３における排気ガスの熱交換効率を高めることができる。

尚、本実施形態では、排気ポート３内に形成されるフィン９の本数が、一本である場合を例示して説明をしているが、本発明に係る排気ポートの構造を、排気ポート内に形成されるフィンの本数が一本である場合に限定するものではなく、排気ポート内に複数のフィンが形成される場合において、複数の各フィンの上流側端部における各頂部とバルブステム座の端部を一致させる構成としてもよい。

また、本実施形態では、排気ポート３がエキゾーストマニホールドまで単独で形成されている場合を例示して説明をしているが、本発明に係る排気ポートの構造をこれに限定するものではなく、排気ポートがエキゾーストマニホールドに至るまでの間で、複数合流するような態様で形成される場合であっても、本発明に係る構造を採用できる。

１ シリンダヘッド
３ 排気ポート
３ａ 内壁面
７ バルブステム座
７ａ 端部
９ フィン
９ａ 上流側端部
９ｂ 頂部

Claims (1)

1. シリンダヘッドに形成される排気ポートにおいて、
   該排気ポートの内壁面に、排気ガスと冷却媒体とを熱交換するためのフィンが、排気ガスの流れ方向に沿って形成される構成とした排気ポートの構造であって、
   前記フィンの、排気ガスの流れ方向上流側端部における頂部と、
   前記排気ポートの内壁面に形成される排気バルブの支持部を構成する平面状の部位であるバルブステム座の、排気ガスの流れ方向下流側の端部を一致させる、
   ことを特徴とする排気ポートの構造。

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