JP2015178807A - Cylinder head of engine - Google Patents

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一記 八木
Kazuki Yagi
一記 八木
速人 杉村
Hayato Sugimura
速人 杉村
裕昭 三輪
Hiroaki Miwa
裕昭 三輪
岡 俊彦
Toshihiko Oka
俊彦 岡
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide proper cooling performance according to the operation state of an engine, regarding the cylinder head of the engine.SOLUTION: In a cylinder head 1 of an engine having a plurality of cylinders 3, a cooling water passage is formed around an exhaust port 6 for discharging exhaust discharged from the cylinders 3, and cooling water inside the cooling water passage is circulated along a row direction L of the cylinders 3. Also, exhaust flow passages are made confluent into one at the downstream end of the exhaust port 6 to provide an exhaust confluence part 6C, and the exhaust confluence part is arranged at a position of being offset on the downstream side of the cooling water passage with respect to a center C of the engine in the row direction L of the cylinders 3.

Description

本発明は、複数のシリンダを有するエンジンのシリンダヘッドに関する。   The present invention relates to a cylinder head of an engine having a plurality of cylinders.

従来、エンジンの燃焼室と繋がる複数の排気ポートがシリンダヘッド内で合流するように、シリンダヘッドと排気マニホールドとを一体に形成したものが開発されている。このようなシリンダヘッドは、マニホールドが別設されたものと比較して、排気熱を受けて高温になりやすい。そこで、排気ポートの周囲にエンジン冷却水を流通させることによって、冷却性を向上させることが提唱されている。具体的には、排気ポートの周面をウォータージャケットで囲んだ形状にすることや、エンジン冷却水の流れが蛇行するようにウォータージャケットの形状を形成することが提案されている(特許文献1,2参照)。   2. Description of the Related Art Conventionally, a cylinder head and an exhaust manifold are integrally formed so that a plurality of exhaust ports connected to an engine combustion chamber merge in the cylinder head. Such a cylinder head is likely to be heated to exhaust heat as compared to a cylinder head provided separately. Thus, it has been proposed to improve cooling performance by circulating engine cooling water around the exhaust port. Specifically, it has been proposed to form a shape in which the peripheral surface of the exhaust port is surrounded by a water jacket, or to form the shape of the water jacket so that the flow of engine cooling water meanders (Patent Document 1,). 2).

特許第4262343号公報Japanese Patent No. 4426343 特許第4098712号公報Japanese Patent No. 4098712

しかしながら、従来のマニホールド内蔵型のシリンダヘッドでは、ウォータージャケットに求められる冷却性能がエンジンの運転状態によって変化するため、冷却性能の設定が難しいという課題がある。
本件の目的の一つは、上記のような課題に鑑み創案されたもので、エンジンの運転状態に応じた適切な冷却性能を獲得できるようにしたシリンダヘッドを提供することである。なお、この目的に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本件の他の目的として位置づけることができる。
However, the conventional cylinder head with a built-in manifold has a problem that it is difficult to set the cooling performance because the cooling performance required for the water jacket varies depending on the operating state of the engine.
One of the objects of the present invention has been developed in view of the above-described problems, and is to provide a cylinder head that can acquire an appropriate cooling performance according to the operating state of the engine. The present invention is not limited to this purpose, and is a function and effect derived from each configuration shown in the embodiments for carrying out the invention described later, and other effects of the present invention are to obtain a function and effect that cannot be obtained by conventional techniques. Can be positioned.

(1)ここで開示するエンジンのシリンダヘッドは、複数のシリンダを有するエンジンのシリンダヘッドであって、前記シリンダから排出される排気を排出する排気ポートと、前記排気ポートの周囲に形成され、その内部を冷却水が前記シリンダの列設方向に沿って流通するように設けられた冷却水通路とを備える。また、前記排気ポートの下流端で複数の排気流路が一本に集合し、前記列設方向について前記エンジンの中心よりも前記冷却水通路の下流側にオフセットした位置に配置された排気集合部を備える。   (1) An engine cylinder head disclosed herein is a cylinder head of an engine having a plurality of cylinders, and is formed around an exhaust port for exhausting exhaust exhausted from the cylinder, and around the exhaust port. A cooling water passage provided so that the cooling water flows through the inside of the cylinder along the direction in which the cylinders are arranged. A plurality of exhaust passages are gathered together at the downstream end of the exhaust port, and the exhaust gathering portion is disposed at a position offset from the center of the engine to the downstream side of the cooling water passage in the row direction. Is provided.

(2)前記エンジンのリア側の気筒から前記排気集合部までの排気通路の長さは、前記エンジンのフロント側の気筒から前記排気集合部までの排気通路の長さよりも短いことが好ましい。
なお、前記冷却水が、前記エンジンのフロント側からリア側に向かって前記冷却水通路内を流通することが好ましい。この場合、前記排気集合部が、前記エンジンの中心よりも前記リア側に配置されることが好ましい。
(2) Preferably, the length of the exhaust passage from the rear cylinder of the engine to the exhaust collecting portion is shorter than the length of the exhaust passage from the front cylinder of the engine to the exhaust collecting portion.
In addition, it is preferable that the cooling water flows in the cooling water passage from the front side to the rear side of the engine. In this case, it is preferable that the exhaust collecting portion is disposed on the rear side with respect to the center of the engine.

(3)前記冷却水通路が、前記シリンダヘッドの外表面側に位置するマニホールドに沿って配置された外側冷却水路と、前記外側冷却水路から分岐したのちに合流する形状を有し、前記外側冷却水路に沿って前記シリンダヘッドの内部側に配置された内側冷却水路とを有することが好ましい。   (3) The cooling water passage has a shape that merges after branching from the outer cooling water channel and an outer cooling water channel arranged along a manifold located on the outer surface side of the cylinder head, and It is preferable to have an inner cooling water channel disposed on the inner side of the cylinder head along the water channel.

エンジンの運転状態に応じた適切な冷却性能を獲得することができる。   Appropriate cooling performance according to the operating state of the engine can be obtained.

一実施形態に係るエンジンのシリンダヘッドを例示する斜視図である。It is a perspective view which illustrates the cylinder head of the engine concerning one embodiment. エンジンの模式的な縦断面図である。It is a typical longitudinal section of an engine. シリンダヘッド内の排気ポート形状を示す水平断面図である。It is a horizontal sectional view showing the shape of the exhaust port in the cylinder head. (A)は上側ウォータージャケットの水平断面図、(B)は下側ウォータージャケットの水平断面図である。(A) is a horizontal sectional view of the upper water jacket, (B) is a horizontal sectional view of the lower water jacket.

図面を参照して、車両に適用されたエンジンのシリンダヘッドについて説明する。なお、以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。本実施形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができるとともに、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることが可能である。   An engine cylinder head applied to a vehicle will be described with reference to the drawings. Note that the embodiment described below is merely an example, and there is no intention to exclude various modifications and technical applications that are not explicitly described in the following embodiment. Each configuration of the present embodiment can be implemented with various modifications without departing from the spirit of the present embodiment, and can be selected or combined as necessary.

[1.エンジン構成]
本実施形態のシリンダヘッド1は、水冷式多気筒のエンジン10のシリンダブロック2に取り付けられる。エンジン10の内部には、複数のシリンダボア3が列をなして配置される。図1に示す例は、三つのシリンダ3が直列に配置された三気筒(フロント側から順に、#1,#2,#3)のエンジン10である。以下、シリンダ3の列設方向を符号Lで表す。
[1. Engine configuration]
The cylinder head 1 of this embodiment is attached to a cylinder block 2 of a water-cooled multi-cylinder engine 10. A plurality of cylinder bores 3 are arranged in a row inside the engine 10. The example shown in FIG. 1 is an engine 10 of three cylinders (# 1, # 2, # 3 in order from the front side) in which three cylinders 3 are arranged in series. Hereinafter, the arrangement direction of the cylinders 3 is represented by a symbol L.

シリンダ3の周囲には、その筒面3Bに沿って曲面状に掘り込まれたウォータージャケット4(冷却水通路)が形成される。ウォータージャケット4は、シリンダブロック2の内部だけでなく、シリンダヘッド1の内部にも連続して形成され、エンジン10の全体を冷却する。ウォータージャケット4の上方はシリンダブロック2の上面で開放され、シリンダヘッド1側に形成されるウォータージャケット4,4A,4Bに連通する。これにより、排気ポート6の外周部分もエンジン冷却水によって冷却される。   Around the cylinder 3, a water jacket 4 (cooling water passage) dug into a curved surface along the cylindrical surface 3B is formed. The water jacket 4 is continuously formed not only inside the cylinder block 2 but also inside the cylinder head 1, and cools the entire engine 10. The upper part of the water jacket 4 is opened at the upper surface of the cylinder block 2 and communicates with water jackets 4, 4A, 4B formed on the cylinder head 1 side. Thereby, the outer peripheral part of the exhaust port 6 is also cooled by the engine coolant.

図2に示すように、シリンダヘッド1の下面にはその天井面3A(燃焼室の天井面)となる凹みが形成され、各燃焼室に排気ポート6が接続される。排気ポート6は、排気系のマニホールド(多分岐管)として機能する多分岐型の排気流路である。本実施形態では、排気ポート6の下流側にターボチャージャー35や触媒装置36が接続される(図1参照)。エンジン10の始動後における排気温度を早期に昇温させることで、これらの装置35,36の作動効率が向上する。   As shown in FIG. 2, a recess is formed on the lower surface of the cylinder head 1 as a ceiling surface 3A (ceiling surface of the combustion chamber), and an exhaust port 6 is connected to each combustion chamber. The exhaust port 6 is a multi-branch type exhaust passage that functions as an exhaust system manifold (multi-branch pipe). In the present embodiment, a turbocharger 35 and a catalyst device 36 are connected to the downstream side of the exhaust port 6 (see FIG. 1). The operating efficiency of these devices 35 and 36 is improved by raising the exhaust gas temperature after starting the engine 10 at an early stage.

[2.排気ポート]
図3に示すように、排気ポート6の上流端は六本に分岐した形状とされ、個々の排気バルブ孔12に対して接続される。一方、排気ポート6の下流端は、個々の通路がシリンダヘッド1の内部で一本に集約した形状とされる。排気バルブ孔12に対して接続された最も細い通路(排気ポート6の最も上流に位置する枝管)のことを小通路6Aと呼ぶ。一本の小通路6Aの断面積S1は、一個の排気バルブ孔12の開口面積以上の大きさに設定される。また、同一のシリンダ3に接続された一対の小通路6Aは、排気バルブ孔12に比較的近い位置で合流し、中通路6B(排気ポート6の中間部に位置する枝管)を形成する。
[2. Exhaust port]
As shown in FIG. 3, the upstream end of the exhaust port 6 has a shape branched into six and is connected to each exhaust valve hole 12. On the other hand, the downstream end of the exhaust port 6 has a shape in which individual passages are integrated into one inside the cylinder head 1. The narrowest passage connected to the exhaust valve hole 12 (the branch pipe located at the most upstream side of the exhaust port 6) is referred to as a small passage 6A. The cross-sectional area S 1 of one small passage 6A is set to be larger than the opening area of one exhaust valve hole 12. Further, the pair of small passages 6A connected to the same cylinder 3 merge at a position relatively close to the exhaust valve hole 12 to form an intermediate passage 6B (a branch pipe located at an intermediate portion of the exhaust port 6).

中通路6Bの断面積S2は、排気抵抗が上昇しないように二本の小通路6Aの断面積2S1以上とされる。さらにその下流側には、複数の中通路6Bを一本に集合させた排気集合部6Cが設けられる。中通路6Bを合流させる順序は任意であり、例えば#1気筒に接続された中通路6Bと#2気筒に接続された中通路6Bとを集合させたのちに(その合流箇所よりも下流側に)#3気筒に接続された中通路6Bを合流させる。 Sectional area S 2 of the middle passage. 6B, the exhaust resistance is a so as not to two of the cross-sectional area 2S 1 or more small passages 6A increases. Further, on the downstream side, an exhaust collecting portion 6C in which a plurality of middle passages 6B are gathered into one is provided. The order in which the middle passage 6B is merged is arbitrary. For example, after the middle passage 6B connected to the # 1 cylinder and the middle passage 6B connected to the # 2 cylinder are assembled (downstream from the junction) ) Merge the middle passage 6B connected to the # 3 cylinder.

排気集合部6Cの上流側において、各々の中通路6Bによって挟まれた部分には股部16が形成される。図3では、#1気筒からの排気流と#2気筒からの排気流とで挟まれる三角形状の部位が股部16Aであり、#2気筒からの排気流と#3気筒からの排気流とで挟まれる部位が股部16Bである。これらの股部16A(#1と#2の間),16B(#2と#3の間)は、シリンダヘッド1の外側に向かって略同等に張り出している。上面視で股部16A,16Bの先端を結ぶ直線は、シリンダ列方向Lとほぼ平行である。また、図3中に破線で示すように、股部16Aの#2気筒の側壁面の延長面上に排気集合部6Cの出口(排気口18)のフロント側壁のR部(曲面部)が設けられる。これにより、#2気筒から排気集合部6Cへの排気の流れがスムーズとなり、流路抵抗が減少する。   A crotch portion 16 is formed in a portion sandwiched between the middle passages 6B on the upstream side of the exhaust collecting portion 6C. In FIG. 3, the triangular portion sandwiched between the exhaust flow from the # 1 cylinder and the exhaust flow from the # 2 cylinder is the crotch portion 16A, and the exhaust flow from the # 2 cylinder and the exhaust flow from the # 3 cylinder The part sandwiched between the crotch parts 16B. These crotch portions 16A (between # 1 and # 2) and 16B (between # 2 and # 3) project substantially equally toward the outside of the cylinder head 1. A straight line connecting the tips of the crotch portions 16A and 16B in a top view is substantially parallel to the cylinder row direction L. Further, as indicated by a broken line in FIG. 3, the R portion (curved surface portion) of the front side wall of the outlet (exhaust port 18) of the exhaust collecting portion 6C is provided on the extended surface of the side wall surface of the # 2 cylinder of the crotch portion 16A. It is done. As a result, the flow of exhaust from the # 2 cylinder to the exhaust collecting portion 6C becomes smooth, and the flow path resistance decreases.

ここで、#2気筒の中心を通って水平に延びる仮想線のうち、シリンダ列方向Lに対して垂直な線のことを「エンジン10の中心線C」と呼ぶ。図3に示すように、排気集合部6Cは中心線Cに対してエンジン10のリア側にオフセットした位置に配置される。中心線Cを基準とした排気集合部6Cのオフセット方向は、エンジン冷却水の下流側に向かう方向である。つまり、排気集合部6Cは、エンジン10の冷態始動時におけるエンジン冷却水の温度が高温である方向に偏って設けられる。排気集合部6Cの下流端となる単一の開口部(以下、排気口18という)も同様に、中心線Cからリア側にオフセットした位置に設けられる。   Here, among the imaginary lines extending horizontally through the center of the # 2 cylinder, the line perpendicular to the cylinder row direction L is referred to as “the center line C of the engine 10”. As shown in FIG. 3, the exhaust collecting portion 6 </ b> C is disposed at a position offset from the center line C to the rear side of the engine 10. The offset direction of the exhaust collecting portion 6C with respect to the center line C is a direction toward the downstream side of the engine coolant. That is, the exhaust collecting portion 6 </ b> C is provided so as to be biased in the direction in which the temperature of the engine cooling water at the time of cold start of the engine 10 is high. Similarly, a single opening (hereinafter referred to as an exhaust port 18) serving as a downstream end of the exhaust collecting portion 6C is also provided at a position offset from the center line C to the rear side.

各#1〜#3気筒から排気集合部6Cまでの排気通路の長さは、エンジン10のフロント側が最も長く、リア側ほど短い寸法とされる。例えば図3中に示すように、#1気筒から排気集合部6Cの出口(排気口18)までの通路長さL,#2気筒から排気集合部6Cの出口までの通路長さL,#3気筒から排気集合部6Cの出口までの通路長さLの大小関係は、L>L>Lとされる。つまり、排気通路の長さはエンジン冷却水が高温となる部分で短くなるように形成される。 The length of the exhaust passage from each of the cylinders # 1 to # 3 to the exhaust collecting portion 6C is the longest on the front side of the engine 10 and shorter on the rear side. For example, as shown in FIG. 3, the passage length L 1 from the # 1 cylinder to the outlet (exhaust port 18) of the exhaust collecting portion 6C, the passage length L 2 from the # 2 cylinder to the outlet of the exhaust collecting portion 6C, # magnitude relation pathlength L 3 from three cylinders to the outlet of the exhaust collector 6C is a L 1> L 2> L 3 . That is, the length of the exhaust passage is formed so as to be shortened at a portion where the engine coolant becomes high temperature.

[3.ウォータージャケット]
図4(A),(B)に示すように、シリンダヘッド1には、上面視で内側および外側の二系統の冷却水通路が設けられるとともに、排気ポート6の上側および下側に層をなして設けられる。図4(B)中の符号25はウォーターポンプ側から冷却水を送給される冷却水入口に相当し、符号26は冷却水出口に相当する。また、図中の細破線はシリンダヘッド1の張出部14および排気ポート6の輪郭に対応し、二点鎖線はシリンダ3の天井面3Aの輪郭に対応する。
[3. Water jacket]
As shown in FIGS. 4A and 4B, the cylinder head 1 is provided with two cooling water passages on the inner side and the outer side in a top view, and layers are formed on the upper side and the lower side of the exhaust port 6. Provided. Reference numeral 25 in FIG. 4B corresponds to a cooling water inlet to which cooling water is supplied from the water pump side, and reference numeral 26 corresponds to a cooling water outlet. Further, the thin broken line in the figure corresponds to the contour of the overhanging portion 14 of the cylinder head 1 and the exhaust port 6, and the two-dot chain line corresponds to the contour of the ceiling surface 3 </ b> A of the cylinder 3.

上側ウォータージャケット4Aには、外側冷却水路23Aおよび内側冷却水路24Aが設けられる。これらの冷却水路23A,24Aは、ともにシリンダブロック2内に形成されるウォータージャケット4と連通する。外側冷却水路23Aおよび内側冷却水路24Aの全体形状は、排気ポート6の上面に沿って、張出部14の上面14Aに対してほぼ平行に配置された半円盤状とされる。   The upper water jacket 4A is provided with an outer cooling water channel 23A and an inner cooling water channel 24A. These cooling water passages 23 </ b> A and 24 </ b> A both communicate with a water jacket 4 formed in the cylinder block 2. The overall shape of the outer cooling water passage 23 </ b> A and the inner cooling water passage 24 </ b> A is a semi-disc shape that is disposed substantially parallel to the upper surface 14 </ b> A of the overhanging portion 14 along the upper surface of the exhaust port 6.

外側冷却水路23Aは、#1気筒および#3気筒の排気通路に沿って、その上面側に配置される。外側冷却水路23Aの配置形状は、エンジン10の上面視で半円弧状とされる。エンジン冷却水の流通方向は、図4(A)中に黒矢印で示すように、エンジン10のフロント側(#1気筒側)が上流であり、リア側(#3気筒側)が下流である。   The outer cooling water passage 23A is arranged on the upper surface side along the exhaust passages of the # 1 cylinder and the # 3 cylinder. The arrangement shape of the outer cooling water passage 23 </ b> A is a semicircular arc when the engine 10 is viewed from above. As shown by a black arrow in FIG. 4A, the engine coolant flow direction is upstream on the front side (# 1 cylinder side) of the engine 10 and downstream on the rear side (# 3 cylinder side). .

内側冷却水路24Aは、外側冷却水路23Aよりも内側に配置された冷却水路であり、おもに#2気筒からの排気を流通させる排気ポート6に沿ってその上面側に配置される。内側冷却水路24Aの配置形状は、エンジン10の上面視で外側冷却水路23Aよりも小さい半円弧状とされ、下流側が外側冷却水路23Aと共通の流路となっている。図4(A)に示すように、内側冷却水路24Aは、#1気筒付近で外側冷却水路23Aから分岐したのちに、#3気筒に接続された中通路6Bの上方で外側冷却水路23Aに合流する。エンジン冷却水の流通方向は、#2気筒側が上流であり、#3気筒側が下流である。   The inner cooling water passage 24A is a cooling water passage arranged on the inner side of the outer cooling water passage 23A, and is arranged on the upper surface side mainly along the exhaust port 6 through which the exhaust from the # 2 cylinder flows. The arrangement shape of the inner cooling water passage 24A is a semicircular arc shape smaller than the outer cooling water passage 23A in a top view of the engine 10, and the downstream side is a common flow passage with the outer cooling water passage 23A. As shown in FIG. 4A, the inner cooling water passage 24A branches from the outer cooling water passage 23A in the vicinity of the # 1 cylinder, and then joins the outer cooling water passage 23A above the middle passage 6B connected to the # 3 cylinder. To do. The engine coolant flow direction is upstream on the # 2 cylinder side and downstream on the # 3 cylinder side.

外側冷却水路23Aと内側冷却水路24Aとの間には、エンジン冷却水が流通しない島部29Aと、両者を接続する接続冷却水路28Aとが設けられる。接続冷却水路28Aは、排気ポート6の枝管が合流する股部16に対し、上下方向に隣接する位置に配置される。   Between the outer cooling water passage 23A and the inner cooling water passage 24A, an island portion 29A through which engine cooling water does not flow and a connection cooling water passage 28A that connects them are provided. The connection cooling water channel 28A is arranged at a position adjacent to the crotch portion 16 where the branch pipes of the exhaust port 6 join in the vertical direction.

下側ウォータージャケット4Bにも、外側冷却水路23Bおよび内側冷却水路24Bが設けられる。外側冷却水路23Bは、張出部14の外表面側に位置する冷却水路であり、#1気筒および#3気筒の排気通路に沿って、その下面側に配置される。外側冷却水路23Bの配置形状は、外側冷却水路23Aと同様に、エンジン10の上面視で半円弧状とされる。これにより、対をなす外側冷却水路23A,23Bによって排気ポート6が上下から挟まれた配置となる。エンジン冷却水の流通方向は、エンジン10のフロント側(#1気筒側)が上流であり、リア側(#3気筒側)が下流である。   The lower water jacket 4B is also provided with an outer cooling water channel 23B and an inner cooling water channel 24B. The outer cooling water passage 23B is a cooling water passage located on the outer surface side of the overhanging portion 14, and is disposed on the lower surface side along the exhaust passages of the # 1 cylinder and the # 3 cylinder. The arrangement shape of the outer cooling water passage 23B is a semicircular arc shape when the engine 10 is viewed from above, similarly to the outer cooling water passage 23A. Thus, the exhaust port 6 is sandwiched from above and below by the pair of outer cooling water channels 23A and 23B. The flow direction of the engine cooling water is upstream on the front side (# 1 cylinder side) of the engine 10 and downstream on the rear side (# 3 cylinder side).

外側冷却水路23Bよりも内側には、#2気筒からの排気を流通させる排気ポート6に沿って内側冷却水路24Bが配置される。内側冷却水路24Bの配置形状は、内側冷却水路24Aと同様に、エンジン10の上面視で外側冷却水路23Aよりも小さい半円弧状とされ、下流側が外側冷却水路23Bと共通の流路とされる。これにより、排気ポート6は、対をなす内側冷却水路24A,24Bによって上下から挟まれた状態となる。エンジン冷却水の流通方向は、#2気筒側が上流であり、#3気筒側が下流である。   Inside the outer cooling water passage 23B, an inner cooling water passage 24B is disposed along the exhaust port 6 through which the exhaust from the # 2 cylinder flows. Similar to the inner cooling water channel 24A, the inner cooling water channel 24B is arranged in a semicircular shape smaller than the outer cooling water channel 23A in the top view of the engine 10, and the downstream side is a common channel with the outer cooling water channel 23B. . As a result, the exhaust port 6 is sandwiched from above and below by the pair of inner cooling water channels 24A and 24B. The engine coolant flow direction is upstream on the # 2 cylinder side and downstream on the # 3 cylinder side.

外側冷却水路23Bと内側冷却水路24Bとの間には、エンジン冷却水が流通しない島部29Bと、両者を接続する接続冷却水路28Bが設けられる。接続冷却水路28Bは、排気ポート6の枝管が合流する股部16と上下方向に隣接して配置される。
冷却水がエンジン10に流入する入口部分には、エンジン冷却水の温度に応じて図示しないラジエターと繋がる通路を開閉するサーモスタットが設けられる。エンジン10が冷態状態で始動した際は、エンジン冷却水がラジエターを経由せずエンジン10の冷却水入口25に戻される。一方 温態状態ではサーモスタットが開弁し、エンジン冷却水はラジエターを通過し冷却された状態でエンジン10の冷却水入口25に戻される。
Between the outer cooling water passage 23B and the inner cooling water passage 24B, there are provided an island portion 29B through which engine cooling water does not flow and a connection cooling water passage 28B that connects both of them. The connection cooling water channel 28B is disposed adjacent to the crotch portion 16 where the branch pipe of the exhaust port 6 joins in the vertical direction.
A thermostat that opens and closes a passage connected to a radiator (not shown) according to the temperature of the engine coolant is provided at an inlet portion where the coolant flows into the engine 10. When the engine 10 is started in a cold state, the engine coolant is returned to the coolant inlet 25 of the engine 10 without passing through the radiator. On the other hand, in the warm state, the thermostat is opened, and the engine coolant passes through the radiator and is returned to the coolant inlet 25 of the engine 10 in a cooled state.

[4.作用,効果]
(1)エンジン10の暖機中は、図示しないサーモスタットが閉弁し、エンジン冷却水はラジエターを通過しない。そのため、シリンダヘッド1内を流通するエンジン冷却水の温度は、エンジン10のシリンダ3および排気ポート6で発生する熱の影響を受けて昇温しながら循環する。シリンダヘッド1内におけるエンジン冷却水の冷却水温度は、シリンダ3および排気ポート6で発生する熱を吸収した後に最も高くなり、冷却水入口25に戻され、再びシリンダ3と排気ポート6の熱を吸収し冷却水出口26へと送給される。エンジン10の冷態始動時には、シリンダヘッド1内におけるエンジン冷却水の温度は冷却水出口26側で上昇し、エンジン10が始動してからの時間経過に伴って、等温度線が下流側から上流側に向かって移動する。
[4. Action, effect]
(1) While the engine 10 is warming up, a thermostat (not shown) is closed, and the engine coolant does not pass through the radiator. Therefore, the temperature of the engine cooling water flowing through the cylinder head 1 circulates while raising the temperature under the influence of heat generated in the cylinder 3 and the exhaust port 6 of the engine 10. The cooling water temperature of the engine cooling water in the cylinder head 1 becomes the highest after absorbing the heat generated in the cylinder 3 and the exhaust port 6, is returned to the cooling water inlet 25, and the heat of the cylinder 3 and the exhaust port 6 is again increased. Absorbed and fed to the cooling water outlet 26. When the engine 10 is cold-started, the temperature of the engine coolant in the cylinder head 1 rises on the coolant outlet 26 side, and the isothermal line increases from the downstream side to the upstream side as time elapses after the engine 10 is started. Move towards the side.

このようなエンジン冷却水の温度特性を踏まえて、上記のシリンダヘッド1では、シリンダ列方向Lについての排気集合部6Cの位置が、中心線Cよりもエンジン冷却水の下流側にオフセットした位置に設定される。これにより、シリンダヘッド1の内部で冷却水温度が比較的高い位置で排気を集合させることができ、エンジン10から排気ポート6を通過して排気される排気熱がシリンダヘッド1に奪われることなく排出される。したがって、エンジン10の暖機中における排気集合部6Cの排気温度低下を抑制することができ、エンジン10の運転状態に応じた適切な冷却性能を獲得することができる。   In consideration of such temperature characteristics of the engine cooling water, in the cylinder head 1 described above, the position of the exhaust collecting portion 6C in the cylinder row direction L is offset to the downstream side of the engine cooling water from the center line C. Is set. As a result, exhaust can be collected in the cylinder head 1 at a position where the coolant temperature is relatively high, and the exhaust heat exhausted from the engine 10 through the exhaust port 6 is not lost to the cylinder head 1. Discharged. Therefore, a decrease in the exhaust temperature of the exhaust collecting portion 6C during the warm-up of the engine 10 can be suppressed, and an appropriate cooling performance corresponding to the operating state of the engine 10 can be obtained.

またこれにより、例えばエンジン10の暖機中において、排気集合部6Cよりも排気下流側に配置される触媒装置36を迅速に活性化することができ、触媒装置36の排気浄化性能を向上させることができる。あるいは、排気通路上のターボチャージャー35に流入する排気ガスの体積の減少を抑制することができ、ターボチャージャー35による過給効率を向上させることができる。   In addition, for example, during the warm-up of the engine 10, the catalyst device 36 disposed on the exhaust downstream side of the exhaust collecting portion 6C can be activated quickly, and the exhaust purification performance of the catalyst device 36 can be improved. Can do. Or the reduction | decrease of the volume of the exhaust gas which flows into the turbocharger 35 on an exhaust passage can be suppressed, and the supercharging efficiency by the turbocharger 35 can be improved.

(2)上記のシリンダヘッド1では、#1〜#3気筒から排気集合部6Cまでの距離L,L,LがL>L>Lとなるように、排気ポート6が形成されている。つまり、排気と冷却水との間で熱交換がなされる部分の距離(換言すれば、熱が授受される部分の面積)は#1気筒側が大きく、#3気筒側が小さい。一方、ウォータージャケット4内の冷却水は、#1気筒側から#3気筒側へと流通するため、冷態始動時の冷却水温度は#1気筒側がやや低温となり、#3気筒側がやや高温となる。冷却水温度が高温となる側に排気集合部6Cをオフセット配置することで、冷態始動時における冷却水の昇温を促進することができ、エンジン10の暖機時間を短縮することができる。 (2) In the cylinder head 1 described above, the exhaust port 6 is set so that the distances L 1 , L 2 , L 3 from the cylinders # 1 to # 3 to the exhaust collecting portion 6C satisfy L 1 > L 2 > L 3. Is formed. That is, the distance of the portion where heat is exchanged between the exhaust and the cooling water (in other words, the area of the portion where heat is transferred) is large on the # 1 cylinder side and small on the # 3 cylinder side. On the other hand, since the cooling water in the water jacket 4 flows from the # 1 cylinder side to the # 3 cylinder side, the cooling water temperature at the cold start is slightly lower on the # 1 cylinder side and slightly higher on the # 3 cylinder side. Become. By disposing the exhaust collecting portion 6C on the side where the cooling water temperature becomes high, the temperature rise of the cooling water at the time of cold start can be promoted, and the warm-up time of the engine 10 can be shortened.

(3)上記のシリンダヘッド1では、排気ポート6および排気集合部6Cに沿って、ウォータージャケット4が面状に配置される。また、排気ポート6,排気集合部6Cは、図4に示すように、上下のウォータージャケット4A、4Bに挟まれた状態となる。これにより、排気と冷却水との間で熱交換がなされる部分の面積を増大させることができ、冷態始動時における冷却水の暖め効果や温態時の冷却効果を高めることができる。   (3) In the cylinder head 1 described above, the water jacket 4 is arranged in a planar shape along the exhaust port 6 and the exhaust collecting portion 6C. Further, the exhaust port 6 and the exhaust collecting portion 6C are sandwiched between the upper and lower water jackets 4A and 4B as shown in FIG. Thereby, the area of the part in which heat exchange is performed between the exhaust gas and the cooling water can be increased, and the warming effect of the cooling water at the time of cold start and the cooling effect at the time of warm can be enhanced.

(4)上記のシリンダヘッド1では、図3に示すように、中通路6Bの流路面積が二本の小通路6Aの断面積2S1以上とされ、股部16Aの#2側壁面の延長面上に排気集合部6Cの出口(排気口18)のフロント側壁のR部が設けられる。このような構造により、各気筒から排出される排気を整流しながら、ウォータージャケット4と排気集合部6Cとが重なる面積を最大化することができる。したがって、冷態始動時に冷却水温度を効率よく上昇させつつ、温態時にはエンジン10を適切に冷却することができる。 (4) In the above cylinder head 1, as shown in FIG. 3, the flow passage area of the middle passage 6B is a two small passages 6A sectional area 2S 1 or more, the extension of the # 2 side wall surface of the crotch portion 16A The R portion of the front side wall of the outlet (exhaust port 18) of the exhaust collecting portion 6C is provided on the surface. With such a structure, it is possible to maximize the area where the water jacket 4 and the exhaust collecting portion 6C overlap while rectifying the exhaust discharged from each cylinder. Therefore, the engine 10 can be appropriately cooled at the time of warm operation while the cooling water temperature is efficiently increased at the time of cold start.

(5)上記の外側冷却水路23A,23Bは、#1気筒,#3気筒に接続された排気通路に沿って、エンジン10の上面視で半円弧状に配置される。一方、内側冷却水路24A,24Bは、#2気筒に接続された排気通路に沿って、外側冷却水路23A,23Bの内側で半円弧状に配置される。このような冷却水路のレイアウトにより、排気ポート6全体の冷却効率を高めつつ、ウォータージャケット4の省スペース化を図ることができる。また、内外二系統の冷却水路を設けることで、トータルの流路断面積を確保しつつ、各々の流路断面積を小さくすることができ、冷却水の流速を高めることができる。これにより、シリンダヘッド1に内蔵された排気ポート6周辺の冷却効率を向上させることができる。   (5) The outer cooling water passages 23A and 23B are arranged in a semicircular arc when viewed from the top of the engine 10 along the exhaust passage connected to the # 1 cylinder and the # 3 cylinder. On the other hand, the inner cooling water passages 24A and 24B are arranged in a semicircular arc shape inside the outer cooling water passages 23A and 23B along the exhaust passage connected to the # 2 cylinder. With such a cooling water channel layout, it is possible to save the space of the water jacket 4 while increasing the cooling efficiency of the entire exhaust port 6. In addition, by providing two internal and external cooling water channels, each channel cross-sectional area can be reduced while securing a total channel cross-sectional area, and the flow rate of the cooling water can be increased. Thereby, the cooling efficiency around the exhaust port 6 built in the cylinder head 1 can be improved.

また、それぞれの冷却水路23,24におけるエンジン冷却水の流速は、それぞれの流路断面積や形状に応じて定まる。このことから、張出部14からの放熱性を考慮して、二系統のそれぞれの冷却流路23,24における流速,流量を個別に設定することが可能となり、シリンダヘッド1の冷却効率を向上させることができる。
また、シリンダヘッド1の外表面側と内部側とでは、シリンダヘッド1の外部への放熱性が相違するため、ウォータージャケット4に求められる冷却能力も若干相違する。一方、上記のシリンダヘッド1では、シリンダヘッド1の外表面側と内部側とのそれぞれに対して、ウォータージャケット4が分離して設けられる。これにより、各々の冷却水路に適した冷却能力を与えることができ、エンジン10の冷却性およびその制御性を向上させることができる。
Further, the flow rate of the engine cooling water in each of the cooling water passages 23 and 24 is determined according to the cross-sectional area and the shape of each flow passage. From this, it is possible to individually set the flow velocity and flow rate in each of the cooling flow paths 23 and 24 of the two systems in consideration of the heat dissipation from the overhanging portion 14 and improve the cooling efficiency of the cylinder head 1. Can be made.
Moreover, since the heat dissipation to the outside of the cylinder head 1 is different between the outer surface side and the inner side of the cylinder head 1, the cooling capacity required for the water jacket 4 is also slightly different. On the other hand, in the cylinder head 1 described above, the water jacket 4 is provided separately for each of the outer surface side and the inner side of the cylinder head 1. Thereby, the cooling capacity suitable for each cooling water channel can be given, and the cooling performance of the engine 10 and its controllability can be improved.

なお、上記のシリンダヘッド1は、直列三気筒エンジン以外の多気筒エンジン(例えば直列四気筒エンジンやV型六気筒エンジンなど)にも適用可能である。また、一つのシリンダ3に吸気バルブ孔および排気バルブ孔12が一つずつ設けられたエンジンであってもよい。   The cylinder head 1 can be applied to a multi-cylinder engine other than the in-line three-cylinder engine (for example, an in-line four-cylinder engine or a V-type six-cylinder engine). Alternatively, an engine in which one cylinder 3 is provided with one intake valve hole and one exhaust valve hole 12 may be used.

2 シリンダブロック
4 ウォータージャケット(冷却水通路)
6 排気ポート
6C 排気集合部
C 中心線
2 Cylinder block 4 Water jacket (cooling water passage)
6 Exhaust port 6C Exhaust collecting part C Center line

Claims (3)

複数のシリンダを有するエンジンのシリンダヘッドであって、
前記シリンダから排出される排気を排出する排気ポートと、
前記排気ポートの周囲に形成され、その内部を冷却水が前記シリンダの列設方向に沿って流通するように設けられた冷却水通路と、
前記排気ポートの下流端で複数の排気流路が一本に集合し、前記列設方向について前記エンジンの中心よりも前記冷却水通路の下流側にオフセットした位置に配置された排気集合部と、
を備えたことを特徴とする、エンジンのシリンダヘッド。
A cylinder head of an engine having a plurality of cylinders,
An exhaust port for exhausting exhaust from the cylinder;
A cooling water passage formed around the exhaust port and provided so that cooling water flows along the direction in which the cylinders are arranged;
A plurality of exhaust passages gathered together at the downstream end of the exhaust port, and an exhaust gathering portion disposed at a position offset from the center of the engine to the downstream side of the cooling water passage in the row direction;
An engine cylinder head, comprising:
前記エンジンのリア側の気筒から前記排気集合部までの排気通路の長さは、前記エンジンのフロント側の気筒から前記排気集合部までの排気通路の長さよりも短い
ことを特徴とする、請求項1記載のエンジンのシリンダヘッド。
The length of the exhaust passage from the rear cylinder of the engine to the exhaust collecting portion is shorter than the length of the exhaust passage from the front cylinder of the engine to the exhaust collecting portion. The cylinder head of the engine according to 1.
前記冷却水通路が、前記シリンダヘッドの外表面側に位置するマニホールドに沿って配置された外側冷却水路と、前記外側冷却水路から分岐したのちに合流する形状を有し、前記外側冷却水路に沿って前記シリンダヘッドの内部側に配置された内側冷却水路とを有する
ことを特徴とする、請求項1または2に記載のエンジンのシリンダヘッド。
The cooling water passage has an outer cooling water passage disposed along a manifold located on the outer surface side of the cylinder head, and a shape that merges after branching from the outer cooling water passage, along the outer cooling water passage. The engine cylinder head according to claim 1, further comprising an inner cooling water passage disposed on an inner side of the cylinder head.
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