JP2014080886A - 内燃機関の排気マニホールド取り付け構造 - Google Patents

Abstract

【課題】排気ポート出口を複数列配置させたシリンダヘッドに排気マニホールドを取り付けた場合のシール性を十分に確保することができる排気マニホールド取り付け構造を提供する。
【解決手段】排気ポート出口４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄが、一列当たり２個ずつ２列に配置されたシリンダヘッド１の締結座部１１ａに十字形状の凹部１４を設ける。排気マニホールド５のフランジ６に前記十字形状の凹部１４に嵌め込み可能な十字形状の凸部６２を設ける。ガスケット７に前記十字形状の凸部６２が挿通可能な十字形状の開口７４を設ける。排気マニホールド５のフランジ６の十字形状の凸部６２を、ガスケット７の十字形状の開口７４を通過させて、シリンダヘッド１の締結座部１１ａの十字形状の凹部１４に嵌め込んで、シリンダヘッド１に排気マニホールド５を締結する。
【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関の排気マニホールド取り付け構造に係る。特に、本発明は、各気筒の排気ポート出口が複数列配置されたシリンダヘッドに対する排気マニホールドの取り付け構造に関する。

従来より、例えば特許文献１や特許文献２に開示されているように、各排気ポートの下流側をシリンダヘッド内部において集合させた排気系構造が提案されている。このような排気系構造によれば、各排気ポートをシリンダヘッド内の冷却水通路に近接して配置させることが可能になり、排気冷却効率の向上を図ることができる。また、シリンダヘッド端面において排気ポート出口が形成される領域を狭くする（排気ポート出口が形成される領域の気筒列方向の長さを短くする）ことができるため、シリンダヘッドに対する排気管の接続構造とターボチャージャの接続構造とを共通化することが可能になり、ターボチャージャを備えたエンジン（ターボエンジン）とターボチャージャを備えないエンジン（ＮＡエンジン）とでシリンダヘッドを共通化できる。

特開２０１２−３１８４６号公報 特開２０１２−１０７５６０号公報

また、各特許文献の如く各排気ポートの下流側をシリンダヘッド内部において集合させた構成に限らず、各排気ポートをシリンダヘッド内部で独立させながら、各排気ポート出口をシリンダヘッドの端面に複数列配置させて、この排気ポート出口が形成される領域を狭くするようにした場合にも、前記と同様の効果を得ることが可能である。例えば、図７（シリンダヘッドａおよび排気マニホールドｂを示す斜視図）に示すように、４気筒エンジンの場合に、一列当たり２個配置された排気ポート出口ｃ，ｄ（ｅ，ｆ）を２列に配置させた構成である。

このように排気ポート出口ｃ，ｄ，ｅ，ｆが複数列配置されたシリンダヘッドａの端面ａ１に排気マニホールドｂを取り付ける場合、排気マニホールドｂの上流端縁（排気ガス入口側の端縁）に設けられているフランジｂ１がシリンダヘッドａにボルト止めされることになる。具体的には、排気マニホールドｂのフランジｂ１の外縁部にボルト孔ｂ２，ｂ２，…が形成されると共に、それに対応してシリンダヘッドａの端面ａ１にボルト孔ａ２，ａ２，…が形成され、シリンダヘッドａの端面ａ１に排気マニホールドｂのフランジｂ１が重ね合わされて（例えば図示しないガスケットを挟んで重ね合わされて）各ボルト孔ｂ２，ａ２に亘って図示しないボルトが挿通されることにより、シリンダヘッドａに排気マニホールドｂが取り付けられる。

ところが、このような排気マニホールドｂの取り付け構造では、前記フランジｂ１の中央部分をシリンダヘッドａにボルト止めできないため、このフランジｂ１の中央部分でのシール性が十分に得られない可能性がある。これは、前記フランジｂ１の中央部分に組み付け工具（ドライバ等）を挿入することが困難であることから（排気マニホールドｂの各配管（ブランチ管）ｂ３，ｂ３，…が存在するために組み付け工具を挿入することが困難であることから）、このフランジｂ１の中央部分をシリンダヘッドａにボルト止めできないためである。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、排気ポート出口が複数列配置されたシリンダヘッドに排気マニホールドを取り付けた場合のシール性を十分に確保することができる排気マニホールド取り付け構造を提供することにある。

−発明の解決原理−
上記の目的を達成するために講じられた本発明の解決原理は、排気ポート出口が複数列配置されたシリンダヘッドの端面に排気マニホールドのフランジを取り付ける場合に、前記シリンダヘッドの端面および排気マニホールドのフランジ（シリンダヘッドに重ね合わされるフランジの端面）のうちの一方における排気ポート出口同士の間の領域に対応して凹部を設け、他方における排気ポート出口同士の間の領域に対応して凸部を設けておき、この凹部に凸部を嵌め合わせることにより得られるラビリンス構造によって、シリンダヘッドの端面と排気マニホールドのフランジの端面との間のシール性を確保するようにしている。

−解決手段−
具体的に、本発明は、一列当たり複数配置された排気ポート出口が複数列に亘って配設されたシリンダヘッドの端面に排気マニホールドを取り付ける内燃機関の排気マニホールド取り付け構造を対象とする。この排気マニホールド取り付け構造に対し、前記シリンダヘッドの端面に、前記複数の排気ポート出口が配設され且つ排気マニホールドが取り付けられる部分である締結座部を設ける。また、前記排気マニホールドに、前記各排気ポート出口に対応する複数の排気導入開口が設けられ且つ前記締結座部に対応する形状とされたフランジを設ける。そして、前記シリンダヘッドの締結座部および前記排気マニホールドのフランジの一方に、互いに隣り合う排気ポート出口同士の間の領域に対応して凹部を設け、他方に、この凹部に嵌め合わされる凸部を設け、前記凹部に前記凸部を嵌め合わせた状態で、前記シリンダヘッドの締結座部に前記排気マニホールドのフランジを重ね合わせて、前記排気マニホールドをシリンダヘッドに締結した構成としている。

この特定事項により、前記シリンダヘッドの締結座部に前記排気マニホールドのフランジを重ね合わせて排気マニホールドをシリンダヘッドに締結した状態にあっては、シリンダヘッドの締結座部および排気マニホールドのフランジの一方に設けられた凹部に、他方に設けられた凸部が嵌め合わされた状態となる。つまり、シリンダヘッドの端面（締結座部）と排気マニホールドのフランジ（フランジの端面）との合わせ面が凹凸面で重ね合わされた状態となる。このため、互いに隣り合う排気ポート出口同士の間および互いに隣り合う排気導入開口同士の間にラビリンス構造（凹凸面での重ね合わせによるシール構造）が存在することになって、排気ポート出口同士の間および排気導入開口同士の間のシール性が良好に確保されることになる。このため、排気ポート出口から排出された排気ガスが、この排気ポート出口に対応する排気導入開口以外の排気導入開口に流れ込んでしまって排気ガスの排出性能に悪影響を与えてしまうといったことがなくなる。

より具体的な構成として以下のものが挙げられる。つまり、前記シリンダヘッドの締結座部の中央部にノックピンを設ける。また、前記排気マニホールドのフランジの中央部に、前記ノックピンが挿入される挿入孔を設ける。そして、前記シリンダヘッドの締結座部に前記排気マニホールドのフランジが重ね合わされた状態で、前記挿入孔に前記ノックピンが挿入された構成とする。

これによれば、前記挿入孔に前記ノックピンが挿入された状態で、シリンダヘッドの締結座部と排気マニホールドのフランジとの相対位置が位置決めされることになり、シリンダヘッドに対する排気マニホールドの取り付け位置が適切に得られ、これらの相対位置に位置ずれが生じることがなくなる。また、ノックピンは、締結座部の中央部に設けられているため、シリンダヘッドの締結座部や排気マニホールドのフランジに熱膨張が発生したとしても、その影響を殆ど受けることなく、これら両者の相対位置が適切に位置決めされることになる。

また、前記排気マニホールドのフランジの外縁部の複数箇所に、このフランジをシリンダヘッドに締結するためのボルトを挿通する取付孔を形成し、これら複数の取付孔のうち少なくとも一つを、フランジの中心位置から外側へ向かう方向に沿って延びる長孔で形成する。

この構成によれば、シリンダヘッドや排気マニホールドに熱膨張が発生した場合、長孔で形成された取付孔とボルトとの相対位置が、この長孔の延長方向で変化することになる。つまり、シリンダヘッドや排気マニホールドの熱膨張を長孔が吸収することになり、ボルトが取付孔（長孔）の内縁に押圧されることが抑制されるため、シリンダヘッドおよび排気マニホールドに作用する熱応力を緩和することが可能になる。

本発明を４気筒内燃機関に適用した場合の構成としては、前記シリンダヘッドの締結座部では、４つの排気ポート出口を２列それぞれに２個ずつ配置する。そして、前記シリンダヘッドの締結座部および前記排気マニホールドのフランジの一方に設けられた凹部および他方に設けられた凸部を、各列同士の間および各列それぞれの排気ポート出口同士の間に形成して略十字形状とする。

これにより、４つの排気ポート出口同士の間の領域におけるシール性が良好に確保されることになる。

前記凹部および凸部の形成位置として具体的には、前記凹部を前記シリンダヘッドの締結座部に、前記凸部を前記排気マニホールドのフランジにそれぞれ設けている。

また、前記シリンダヘッドの締結座部と前記排気マニホールドのフランジとの間にガスケットを介在させ、このガスケットに、前記凸部が挿通される開口を設けている。

これにより、前述したラビリンス構造によるシール性と、ガスケットによるシール性とを共存させることが可能となり、シリンダヘッドの締結座部と排気マニホールドのフランジとの間で、その全体に亘って高いシール性を確保することができる。

本発明では、シリンダヘッドと排気マニホールドのフランジとの間に凹凸面での重ね合わせによるシール構造を存在させるようにしている。これにより、シリンダヘッドの排気ポート出口同士の間およびフランジの排気導入開口同士の間のシール性を良好に確保することが可能になる。

実施形態におけるシリンダヘッドを排気側の斜め上方から見た斜視図である。 実施形態におけるシリンダヘッドを上方から透視して、シリンダおよび排気ポートなどの全体的なレイアウトを示す説明図である。 シリンダヘッドに対する排気マニホールドの取り付け作業を説明するための斜視図である。 シリンダヘッドに設けられた締結座部を示す斜視図である。 排気マニホールドのフランジを示す斜視図である。 図１のＶＩ−ＶＩ線に対応する位置におけるシリンダヘッド、ガスケット、排気マニホールドの断面図であって、図６（ａ）はシリンダヘッドに対する排気マニホールドの取り付け作業を説明するための図であり、図６（ｂ）はシリンダヘッドに排気マニホールドが取り付けられた状態を示す図である。 本発明の課題を説明するためのシリンダヘッドおよび排気マニホールドを示す斜視図である

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は一例として、自動車に搭載されるガソリンエンジン（内燃機関）に本発明を適用した場合について説明する。

図１は、本発明の実施形態に係るガソリンエンジンのシリンダヘッド１を排気側の斜め上方から見た斜視図である。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組み付けられ、このシリンダブロックに形成された４つのシリンダ２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ（気筒：図２を参照）の上端を閉鎖して、その各シリンダ２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ内に嵌挿されたピストン（図示せず）との間に燃焼室を形成する。

一例として本実施形態のエンジンでは、図２に上方から透視して示すように４つのシリンダ２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄが一列に並んでいる。以下ではシリンダヘッド１の長手方向（即ちシリンダ列方向）の一端から他端（図２の右から左）に向かって順に、第１シリンダ２Ａ（＃１）、第２シリンダ２Ｂ（＃２）、第３シリンダ２Ｃ（＃３）、第４シリンダ２Ｄ（＃４）と呼ぶ。図示はしないが、シリンダヘッド１の下面には各シリンダ毎の燃焼室の天井部となる浅い窪みが形成されていて、この窪みに吸気ポート３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄの下流端および排気ポート４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄの上流端がそれぞれ開口している。

すなわち、図１では奥側になるシリンダヘッド１の吸気側の側壁１０には、図２にも示すように各シリンダ２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ内の燃焼室へそれぞれ空気を導入するための４つの吸気ポート３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄが開口していて、図示しない吸気マニホールドが接続されるようになっている。一方、図１では手前側になるシリンダヘッド１の排気側の側壁１１には、各シリンダ２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ内の燃焼室からそれぞれ既燃ガスを排出するための４つの排気ポート４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄが開口し、後述する排気マニホールド５（図３を参照）が接続されるようになっている。

本実施形態のシリンダヘッド１の内部には通常よりも長い４つの排気ポート４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄが形成されている。そして、図１に示すように排気側の側壁１１の長手方向の概略中央には概略矩形状の締結座部（排気マニホールド５が締結される締結座となる部分）１１ａが形成され、この締結座部１１ａにおいて、４つの排気ポート４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄが上下左右に２つずつ開口している。

すなわち、締結座部１１ａの下半部には２つの外側排気ポート４Ａ，４Ｄがシリンダ列方向に隣り合って開口し、上半部には２つの内側排気ポート４Ｂ，４Ｃがシリンダ列方向に隣り合って開口している。以下、これら排気ポート４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄの下流側の開口を「排気ポート出口」と呼び、第１シリンダ２Ａに連通する排気ポート４Ａの開口を第１排気ポート出口４ａ、第２シリンダ２Ｂに連通する排気ポート４Ｂの開口を第２排気ポート出口４ｂ、第３シリンダ２Ｃに連通する排気ポート４Ｃの開口を第３排気ポート出口４ｃ、第４シリンダ２Ｄに連通する排気ポート４Ｄの開口を第４排気ポート出口４ｄとそれぞれ呼ぶこととする。このように、本実施形態では、一列当たり２個配置された排気ポート出口４ａ，４ｄ（４ｂ，４ｃ）が２列に配置された構成となっている。

また、締結座部１１ａの四隅と、上縁および下縁の各中央とにそれぞれボルト孔１１ｂ，１１ｂ，…が形成され、後述する排気マニホールド５のフランジ６が重ね合わされて締結されるようになっている（この締結構造については後述する）。

なお、シリンダヘッド１の上部には、図示は省略するが、吸気側および排気側にそれぞれカムシャフトを備えたＤＯＨＣタイプの動弁系が配設される。図１に示す符号１２，１２，…はそれぞれ、各シリンダ２Ａ〜２Ｄ毎に吸気側に２つずつ、また排気側にも２つずつ設けられたＨＬＡ（Hydraulic Lash Adjuster）の収容孔であり、符号１３，１３は、吸気側および排気側のそれぞれのＨＬＡにオイルを供給する通路の形成部である。

図２に示すようにシリンダヘッド１を上方から透視すると、４つの排気ポート４Ａ〜４Ｄはそれぞれ、排気の流れの上流端が２つに分岐して個別にシリンダ２Ａ〜２Ｄ内に連通している。一方で排気ポート４Ａ〜４Ｄの中流および下流は分岐しておらず、また、隣り合う排気ポート４Ａ〜４Ｄとも合流せずに排気側の側壁１１内を延びて、上述したように締結座部１１ａにおいて個別に開口している。

すなわち、４つの排気ポート４Ａ〜４Ｄのうち、シリンダ列方向の両外側の第１および第４シリンダ２Ａ，２Ｄにそれぞれ連通する外側排気ポート４Ａ，４Ｄ（外側通路）は、図２に示すように上下方向に（シリンダ中心線Ｃの方向に）見ると、排気の流れの上流側から下流側に向かって徐々にシリンダ列方向の中央に近づくように、言い換えるとシリンダ列方向の内側に近寄るように、比較的大きな曲率半径で湾曲している。

これに対し、シリンダ列方向の内側に位置する第２および第３シリンダ２Ｂ，２Ｃにそれぞれ連通する内側排気ポート４Ｂ，４Ｃ（内側通路）は、図２に示すように上方から見ると、第２および第３シリンダ２Ｂ，２Ｃから排気側側壁１１の締結座部１１ａに向かって概ね真直ぐに延びている。

−排気マニホールドの取り付け構造−
次に、本実施形態の特徴である排気マニホールド５の取り付け構造について説明する。

図３は、シリンダヘッド１に対する排気マニホールド５の取り付け作業を説明するための斜視図である。また、図４は、シリンダヘッド１に設けられた前記締結座部１１ａ（排気マニホールド５のフランジ６が取り付けられる部分）を示す斜視図である。更に、図５は、排気マニホールド５のフランジ６を示す斜視図である。以下、各部材について説明する。

（シリンダヘッドの締結座部）
シリンダヘッド１に設けられた締結座部１１ａには上述した如く４個の排気ポート出口４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄが設けられており、これら排気ポート出口４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄが、一列当たり２個ずつ２列に配置されている。

そして、このシリンダヘッド１における締結座部１１ａの特徴としては、各排気ポート出口４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ同士の間に亘る十字形状の凹部１４が形成されている点にある。つまり、上下方向、左右方向、斜め方向で互いに隣り合う排気ポート出口４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ同士の間の領域に対応して十字形状の凹部１４が形成されている。

具体的には、各排気ポート出口４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの形成されている領域を区画するように、鉛直方向に延びる縦溝１４ａと水平方向に延びる横溝１４ｂとを有し、これら溝１４ａ，１４ｂの長手方向の中央部分同士が重ね合わされて十字形状の凹部１４が形成されている。

前記縦溝１４ａは、締結座部１１ａにおいて図中右下に位置する第１排気ポート出口４ａと図中左下に位置する第４排気ポート出口４ｄとの間の領域から、図中右上に位置する第２排気ポート出口４ｂと図中左上に位置する第３排気ポート出口４ｃとの間の領域に亘って鉛直方向に延びている。

一方、横溝１４ｂは、図中右下に位置する第１排気ポート出口４ａと図中右上に位置する第２排気ポート出口４ｂとの間の領域から、図中左下に位置する第４排気ポート出口４ｄと図中左上に位置する第３排気ポート出口４ｃとの間の領域に亘って水平方向に延びている。

また、これら縦溝１４ａおよび横溝１４ｂの長手方向の端縁位置は、シリンダヘッド１における締結座部１１ａの端縁位置よりも所定寸法だけ後退した位置となっている。つまり、縦溝１４ａおよび横溝１４ｂの長手方向の端縁が締結座部１１ａの端縁に開放しない構成となっている。

具体的には、例えば、縦溝１４ａの上端位置は、第２排気ポート出口４ｂおよび第３排気ポート出口４ｃの上端位置に略一致している。また、縦溝１４ａの下端位置は、第１排気ポート出口４ａおよび第４排気ポート出口４ｄの下端位置に略一致している。同様に、横溝１４ｂの図中左端位置は、第３排気ポート出口４ｃおよび第４排気ポート出口４ｄの図中左端位置に略一致している。また、横溝１４ｂの図中右端位置は、第１排気ポート出口４ａおよび第２排気ポート出口４ｂの図中右端位置に略一致している。

これに限らず、縦溝１４ａの上端位置は、第２排気ポート出口４ｂおよび第３排気ポート出口４ｃの上端位置よりも僅かに上側に位置していてもよいし、僅かに下側に位置していてもよい。また、縦溝１４ａの下端位置は、第１排気ポート出口４ａおよび第４排気ポート出口４ｄの下端位置よりも僅かに上側に位置していてもよいし、僅かに下側に位置していてもよい。同様に、横溝１４ｂの図中左端位置は、第３排気ポート出口４ｃおよび第４排気ポート出口４ｄの図中左端位置よりも僅かに左側に位置していてもよいし、僅かに右側に位置していてもよい。また、横溝１４ｂの図中右端位置は、第１排気ポート出口４ａおよび第２排気ポート出口４ｂの右端位置よりも僅かに右側に位置していてもよいし、僅かに左側に位置していてもよい。

そして、これら縦溝１４ａと横溝１４ｂとの交差部分である締結座部１１ａの中央部における凹部１４の底面には、締結座部１１ａの端面に対して直交する方向に延びるノックピン孔１４ｃ（図６に示すシリンダヘッド１の断面を参照）が形成されており、このノックピン孔１４ｃにノックピン１４ｄが挿入されている。このノックピン１４ｄの外径寸法は任意に設定可能である。本実施形態では、ノックピン１４ｄの外径寸法が、各溝１４ａ，１４ｂの幅寸法の約１／３程度に設定されている。また、このノックピン孔１４ｃにノックピン１４ｄが挿入された状態におけるノックピン１４ｄの先端位置は締結座部１１ａの端面位置に略一致している（図６（ａ）を参照）。つまり、凹部１４の深さ寸法は、前記ノックピン１４ｄの長さ寸法とノックピン孔１４ｃの深さ寸法との差に略一致している。

（排気マニホールドのフランジ）
排気マニホールド５の上流端位置に設けられているフランジ６には、前記シリンダヘッド１の締結座部１１ａに設けられた４個の排気ポート出口４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄに対応する４個の排気導入開口６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄが形成されている。つまり、これら排気導入開口６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄも、一列当たり２個ずつ２列に配置されている。そして、このフランジ６における四隅部分と、上縁および下縁の各中央とのそれぞれには、前記シリンダヘッド１の締結座部１１ａに形成されているボルト孔１１ｂ，１１ｂ，…に対応したボルト孔（取付孔）６１，６１，…が設けられている。なお、図３における５１，５１，…は排気マニホールド５のブランチ管であり、５２は触媒コンバータ（例えば三元触媒）である。

そして、この排気マニホールド５のフランジ６の特徴としては、各排気導入開口６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ同士の間に亘る十字形状の凸部６２が形成されている点にある。この凸部６２は、前記締結座部１１ａに形成されている凹部１４の形状に略一致しているか、または、この凹部１４の形状よりも僅かに小さく設定されている。

具体的には、各排気導入開口６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄの形成されている領域を区画するように、鉛直方向に延びる縦凸部６２ａと水平方向に延びる横凸部６２ｂとを有し、これら凸部６２ａ，６２ｂの長手方向の中央部分同士が重ね合わされて十字形状の凸部６２が形成されている。

前記縦凸部６２ａは、第１排気ポート出口４ａに対応する第１排気導入開口６ａと第４排気ポート出口４ｄに対応する第４排気導入開口６ｄとの間の領域から、第２排気ポート出口４ｂに対応する第２排気導入開口６ｂと第３排気ポート出口４ｃに対応する第３排気導入開口６ｃとの間の領域に亘って鉛直方向に延びている。

一方、横凸部６２ｂは、第１排気導入開口６ａと第２排気導入開口６ｂとの間の領域から、第３排気導入開口６ｃと第４排気導入開口６ｄとの間の領域に亘って水平方向に延びている。

また、これら縦凸部６２ａおよび横凸部６２ｂの長手方向の端縁位置は、排気マニホールド５のフランジ６の端縁位置よりも所定寸法だけ後退した位置となっている。つまり、縦凸部６２ａおよび横凸部６２ｂの長手方向の端縁がフランジ６の端縁に達しない構成となっている。

具体的には、例えば、縦凸部６２ａの上端位置は、第２排気導入開口６ｂおよび第３排気導入開口６ｃの上端位置に略一致している。また、縦凸部６２ａの下端位置は、第１排気導入開口６ａおよび第４排気導入開口６ｄの下端位置に略一致している。同様に、横凸部６２ｂの図中左端位置は、第１排気導入開口６ａおよび第２排気導入開口６ｂの図中左端位置に略一致している。また、横凸部６２ｂの図中右端位置は、第３排気導入開口６ｃおよび第４排気導入開口６ｄの図中右端位置に略一致している。

これに限らず、縦凸部６２ａの上端位置は、第２排気導入開口６ｂおよび第３排気導入開口６ｃの上端位置よりも僅かに上側に位置していてもよいし、僅かに下側に位置していてもよい。また、縦凸部６２ａの下端位置は、第１排気導入開口６ａおよび第４排気導入開口６ｄの下端位置よりも僅かに上側に位置していてもよいし、僅かに下側に位置していてもよい。同様に、横凸部６２ｂの図中左端位置は、第１排気導入開口６ａおよび第２排気導入開口６ｂの図中左端位置よりも僅かに左側に位置していてもよいし、僅かに右側に位置していてもよい。また、横凸部６２ｂの図中右端位置は、第３排気導入開口６ｃおよび第４排気導入開口６ｄの右端位置よりも僅かに右側に位置していてもよいし、僅かに左側に位置していてもよい。

そして、これら縦凸部６２ａと横凸部６２ｂとの交差部分であるフランジ６の中央部における凸部６２の端面には、前記ノックピン１４ｄが挿入可能なノックピン孔（挿入孔）６２ｃが形成されている。このノックピン孔６２ｃの内径寸法は前記ノックピン１４ｄの外径寸法に一致しているか、または、このノックピン１４ｄの外径寸法よりも僅かに大きく設定されている。

また、この排気マニホールド５のフランジ６に形成されている各ボルト孔６１，６１，…のうちの一つは長孔６１’で形成されている。本実施形態では、図中の右上に設けられている（第３排気導入開口６ｃに最も近い位置に設けられている）ボルト孔が長孔６１’で形成されている。この長孔６１’の延長方向は、排気マニホールド５のフランジ６の中心位置（前記ノックピン孔６２ｃが形成されている位置）から外側に向かって延びる直線（図５に一点鎖線で示す直線Ｌを参照）の延長方向に略一致している。

また、前記長孔６１’で形成されているボルト孔以外のボルト孔（本実施形態では５個のボルト孔）６１，６１，…は、前記シリンダヘッド１に形成されているボルト孔１１ｂ，１１ｂ…の内径よりも僅かに大きく（後述するボルトＢの頭部の外径よりも小さく）形成されている。

（ガスケット）
前記シリンダヘッド１の締結座部１１ａと前記排気マニホールド５のフランジ６との間に介在されるガスケット７（図３を参照）は、金属製（例えばステンレス製）の複数枚（例えば２枚）の板材が積層されて構成されている。なお、ガスケット７としては１枚の板材で形成されたものであってもよい。

また、このガスケット７には、上記シリンダヘッド１の各排気ポート出口４ａ〜４ｄおよび排気マニホールド５のフランジ６の排気導入開口６ａ〜６ｄに対応する位置に排気用開口７２，７２，…が形成されていると共に、上記ボルト孔１１ｂ，１１ｂ，…、６１，６１，…に対応するボルト挿通孔７３，７３，…が形成されている。このボルト挿通孔７３，７３，…の内径寸法としては、例えば前記締結座部１１ａに形成されているボルト孔１１ｂの内径寸法に略一致している。また、前記排気マニホールド５のフランジ６に形成されている長孔６１’に対応するボルト挿通孔７３’も同様の長孔で形成されている。

更に、このガスケット７には、排気ガスの漏れを防止する必要がある領域の周縁部（前記各排気ポート出口４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの周縁部）に対応する箇所にビードと呼ばれる屈曲部７１，７１，…が形成されている。これにより、ガスケット７が、シリンダヘッド１の締結座部１１ａと排気マニホールド５のフランジ６との間で挟持された際に、このビード７１，７１，…が圧縮変形されることにより密着度が増し、これによって高いシール性が得られるようになっている。

また、このガスケット７の特徴としては、前記十字形状の凹部１４および十字形状の凸部６２に対応して十字形状の開口７４が形成されている。この十字形状の開口７４は鉛直方向に延びる縦開口７４ａと水平方向に延びる横開口７４ｂとを有している。これら縦開口７４ａおよび横開口７４ｂの形状は、前記排気マニホールド５のフランジ６に形成されている十字形状の凸部６２を構成する縦凸部６２ａおよび横凸部６２ｂの形状に略一致しているか、または、これら縦凸部６２ａおよび横凸部６２ｂの形状よりも僅かに大きく形成されている。

（排気マニホールドの取り付け作業）
次に、シリンダヘッド１に対する排気マニホールド５の取り付け作業について説明する。

図６は、図１のＶＩ−ＶＩ線に対応する位置におけるシリンダヘッド１、ガスケット７、排気マニホールド５の断面図であって、図６（ａ）はシリンダヘッド１に対する排気マニホールド５の取り付け作業を説明するための図であり、図６（ｂ）はシリンダヘッド１に排気マニホールド５が取り付けられた状態を示す図である。

シリンダヘッド１に対する排気マニホールド５の取り付け作業にあっては、まず、図３および図６（ａ）に示すように、シリンダヘッド１に設けられた締結座部１１ａに対し、ガスケット７および排気マニホールド５のフランジ６を順に重ね合わせる。

この際、締結座部１１ａに設けられている各排気ポート出口４ａ〜４ｄおよび各ボルト孔１１ｂ，１１ｂ，…に対して、ガスケット７に設けられている各排気用開口７２，７２，…および各ボルト挿通孔７３，７３，…、フランジ６に設けられている各排気導入開口６ａ〜６ｄおよび各ボルト孔６１，６１，…がそれぞれ位置合わせされるように重ね合わされる。

また、この際、排気マニホールド５のフランジ６に形成されている十字形状の凸部６２が、ガスケット７の十字形状の開口７４に挿通されて、シリンダヘッド１の締結座部１１ａに形成されている十字形状の凹部１４に嵌め込まれることになる。

この嵌め込み作業に際し、十字形状の凹部１４に取り付けられているノックピン１４ｄが、十字形状の凸部６２に形成されているノックピン孔６２ｃに挿入されることになる。これにより、これらシリンダヘッド１の締結座部１１ａと排気マニホールド５のフランジ６との相対位置が位置決めされることになる。

そして、排気マニホールド５のフランジ６に形成されているボルト孔６１，６１，…、ガスケット７に形成されているボルト挿通孔７３，７３，…、シリンダヘッド１の締結座部１１ａに形成されているボルト孔１１ｂ，１１ｂ，…に亘ってそれぞれボルトＢ，Ｂ，…が挿入され、このボルトＢ，Ｂ，…が締結座部１１ａに形成されているボルト孔１１ｂ，１１ｂ，…にそれぞれねじ込まれることにより、ガスケット７を挟んでシリンダヘッド１の締結座部１１ａに対して排気マニホールド５のフランジ６が締結される（図６（ｂ）を参照）。この締結状態では、前記凹部１４内の全体に亘って前記凸部６２が嵌め込まれると共に、ガスケット７のビード７１が圧縮変形されることにより密着度が増し、これによって高いシール性が得られる。

以上のように、本実施形態では、締結座部１１ａにフランジ６を重ね合わせて排気マニホールド５をシリンダヘッド１に締結した状態にあっては、締結座部１１ａに設けられた凹部１４に、フランジ６に設けられた凸部６２が嵌め合わされた状態となる。つまり、シリンダヘッド１の締結座部１１ａと排気マニホールド５のフランジ６との合わせ面が凹凸面で重ね合わされた状態となる。このため、互いに隣り合う排気ポート出口４ａ〜４ｄ同士の間および互いに隣り合う排気導入開口６ａ〜６ｄ同士の間にラビリンス構造（凹凸面での重ね合わせによるシール構造）が存在することになって、排気ポート出口４ａ〜４ｄ同士の間および排気導入開口６ａ〜６ｄ同士の間のシール性が良好に確保されることになる。特に、ボルトによる締結ができない締結座部１１ａおよびフランジ６の中央部分におけるシール性が十分に確保されることになる。このため、排気ポート出口４ａ〜４ｄから排出された排気ガスが、この排気ポート出口４ａ〜４ｄに対応する排気導入開口６ａ〜６ｄ以外の排気導入開口６ａ〜６ｄに流れ込んでしまって排気ガスの排出性能に悪影響を与えてしまうといったことがなくなり、排気性能の向上に伴うエンジン効率の改善を図ることができる。

また、前記ノックピン孔６２ｃにノックピン１４ｄが挿入された状態で、シリンダヘッド１の締結座部１１ａと排気マニホールド５のフランジ６との相対位置が位置決めされることになるため、シリンダヘッド１に対する排気マニホールド５の取り付け位置が適切に得られ、これらの相対位置に位置ずれが生じることがなくなる。また、ノックピン１４ｄは、締結座部１１ａの中央部に設けられているため、シリンダヘッド１の締結座部１１ａや排気マニホールド５のフランジ６に熱膨張が発生したとしても、その影響を殆ど受けることなく、これら両者の相対位置が適切に位置決めされることになる。

また、シリンダヘッド１や排気マニホールド５に熱膨張が発生した場合、前記長孔で形成されたボルト孔６１’とボルトＢとの相対位置が、この長孔６１’の延長方向で変化することになる。つまり、シリンダヘッド１や排気マニホールド５の熱膨張を長孔６１’が吸収することになり、ボルトＢが取付孔（長孔）６１’の内縁に押圧されることが抑制されるため、シリンダヘッド１および排気マニホールド５に作用する熱応力を緩和することが可能になる。また、それ以外のボルト孔６１の内径が前記シリンダヘッド１に形成されているボルト孔１１ｂ，１１ｂ…の内径よりも僅かに大きく設定されていることによっても、同様に、シリンダヘッド１および排気マニホールド５に作用する熱応力を緩和することが可能である。

−他の実施形態−
以上説明した実施形態は車両に搭載される４気筒ガソリンエンジンに本発明を適用した場合について説明した。本発明はこれに限らず、車両以外に適用されるエンジンに対しても適用可能である。また、ガソリンエンジンに限らずディーゼルエンジンに対しても本発明は適用可能である。更には、４気筒エンジンに限らず３気筒以下のエンジンや５気筒以上のエンジンに対しても本発明は適用可能である。これらの場合、前記凹部１４および凸部６２は十字形状とはならず、互いに隣り合う排気ポート出口同士の間および互いに隣り合う排気導入開口同士の間に亘って、つまり、各排気ポート出口が形成されている領域を区画するように、また、各排気導入開口が形成されている領域を区画するように凹部および凸部が形成されることになる。

また、前記実施形態では、シリンダヘッド１の締結座部１１ａに凹部１４を、排気マニホールド５のフランジ６に凸部６２をそれぞれ設けていた。本発明はこれに限らず、シリンダヘッド１の締結座部１１ａに凸部を、排気マニホールド５のフランジ６に凹部をそれぞれ設け、凹部に凸部に嵌め込む構成としてもよい。更には、シリンダヘッド１の締結座部１１ａに凸部および凹部を設け、排気マニホールド５のフランジ６に前記凸部および凹部それぞれに対応して凹部および凸部を設けて、各凹部に各凸部を嵌め込む構成としてもよい。

更に、前記ノックピン１４ｄの配設位置としては、十字形状の凹部１４の中央部の一箇所には限定されず、シリンダヘッド１の熱膨張の影響を受け難い箇所であれば複数箇所であってもよい。また、ノックピンを排気マニホールド５のフランジ６に設け、ノックピンが挿入されるノックピン孔をシリンダヘッド１の締結座部１１ａに設けるようにしてもよい。

また、前記実施形態では、シリンダヘッド１の締結座部１１ａに対する排気マニホールド５のフランジ６の締結箇所としては６箇所としたが、４箇所で締結するようにしたり、この締結箇所の数は特に限定されない。

本発明は、一列当たり複数配置された排気ポート出口が複数列に亘って配設されたシリンダヘッドの端面に排気マニホールドを取り付けるための構造に適用可能である。

１ シリンダヘッド
１１ａ 締結座部
１４ 凹部
１４ｄ ノックピン
４ａ〜４ｄ 排気ポート出口
５ 排気マニホールド
６ フランジ
６ａ〜６ｄ 排気導入開口
６１ ボルト孔
６１’ 長孔
６２ 凸部
６２ｃ ノックピン孔
７ ガスケット
７４ 開口

Claims (6)

1. 一列当たり複数配置された排気ポート出口が複数列に亘って配設されたシリンダヘッドの端面に排気マニホールドを取り付ける内燃機関の排気マニホールド取り付け構造であって、
   前記シリンダヘッドの端面には、前記複数の排気ポート出口が配設され且つ排気マニホールドが取り付けられる部分である締結座部が設けられており、
   前記排気マニホールドには、前記各排気ポート出口に対応する複数の排気導入開口が設けられ且つ前記締結座部に対応する形状とされたフランジが設けられており、
   前記シリンダヘッドの締結座部および前記排気マニホールドのフランジの一方には、互いに隣り合う排気ポート出口同士の間の領域に対応して凹部が設けられており、他方には、この凹部に嵌め合わされる凸部が設けられていて、
   前記凹部に前記凸部が嵌め合わされた状態で、前記シリンダヘッドの締結座部に前記排気マニホールドのフランジが重ね合わされて、前記排気マニホールドがシリンダヘッドに締結されていることを特徴とする内燃機関の排気マニホールド取り付け構造。
2. 請求項１記載の内燃機関の排気マニホールド取り付け構造において、
   前記シリンダヘッドの締結座部の中央部にはノックピンが設けられ、
   前記排気マニホールドのフランジの中央部には、前記ノックピンが挿入される挿入孔が設けられており、
   前記シリンダヘッドの締結座部に前記排気マニホールドのフランジが重ね合わされた状態で、前記挿入孔に前記ノックピンが挿入されていることを特徴とする内燃機関の排気マニホールド取り付け構造。
3. 請求項１または２記載の内燃機関の排気マニホールド取り付け構造において、
   前記排気マニホールドのフランジの外縁部の複数箇所には、このフランジをシリンダヘッドに締結するためのボルトを挿通する取付孔が形成されており、これら複数の取付孔のうち少なくとも一つは、フランジの中心位置から外側へ向かう方向に沿って延びる長孔で形成されていることを特徴とする内燃機関の排気マニホールド取り付け構造。
4. 請求項１、２または３記載の内燃機関の排気マニホールド取り付け構造において、
   前記内燃機関は４つの気筒を有しており、
   前記シリンダヘッドの締結座部では、４つの排気ポート出口が２列それぞれに２個ずつ配置されており、
   前記シリンダヘッドの締結座部および前記排気マニホールドのフランジの一方に設けられた凹部および他方に設けられた凸部は、各列同士の間および各列それぞれの排気ポート出口同士の間に形成されて略十字形状となっていることを特徴とする内燃機関の排気マニホールド取り付け構造。
5. 請求項１〜４のうち何れか一つに記載の内燃機関の排気マニホールド取り付け構造において、
   前記凹部は前記シリンダヘッドの締結座部に、前記凸部は前記排気マニホールドのフランジにそれぞれ設けられていることを特徴とする内燃機関の排気マニホールド取り付け構造。
6. 請求項１〜５のうち何れか一つに記載の内燃機関の排気マニホールド取り付け構造において、
   前記シリンダヘッドの締結座部と前記排気マニホールドのフランジとの間にはガスケットが介在されており、このガスケットには、前記凸部が挿通される開口が設けられていることを特徴とする内燃機関の排気マニホールド取り付け構造。

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