JP2018132001A - Cylinder head for engine - Google Patents

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小島 光高
Mitsutaka Kojima
光高 小島
広司 石井
Koji Ishii
広司 石井
村田 真一
Shinichi Murata
真一 村田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cylinder head for an engine in which an exhaust manifold that is made more compact is built-in, while securing a smooth exhaust characteristic.SOLUTION: Plural exhaust ports 10 individually connected to plural cylinders 6 are built-in a cylinder head for an engine. The number of the cylinders 6 is 3 or more, and one exhaust port 10 and the other exhaust port 10 among the plural exhaust ports 10 are joined to constitute confluent ports 12. The confluence ports 12 are overlaid on each other in an upward and downward direction at an upper side than the other exhaust port 10 further different from one exhaust port 10 and the other exhaust port 10 among the plural exhaust ports 10.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

この発明は、排気マニホールドを内蔵したエンジン用シリンダヘッドに関する。   The present invention relates to an engine cylinder head incorporating an exhaust manifold.

エンジンのシリンダヘッドとして、例えば、特許文献1、2に示すように、エンジンの各気筒にそれぞれ接続された複数の排気ポートをこのシリンダヘッドに内蔵した、排気マニホールド一体型のものが開発されている。排気ポートをシリンダヘッドに内蔵することにより、排気ポートとシリンダヘッド内に設けられた冷却系とを近接させることができ、排気ガスの冷却効率を高めることができるとともに、排気系のコンパクト化を図ることができる。   As an engine cylinder head, for example, as shown in Patent Documents 1 and 2, an exhaust manifold integrated type in which a plurality of exhaust ports connected to each cylinder of the engine are built in the cylinder head has been developed. . By incorporating the exhaust port in the cylinder head, the exhaust port and the cooling system provided in the cylinder head can be brought close to each other, the exhaust gas cooling efficiency can be improved, and the exhaust system can be made compact. be able to.

特開2008−38838号公報JP 2008-38838 A 特開2016−53311号公報JP 2006-53311 A

特許文献1、2に係る構成においては、各排気ポートが、各気筒の配置方向に沿って並列した状態を保ちつつ、水平方向に集合している(特許文献1の図1、特許文献2の図1など参照)。このため、この並列配置された方向に排気ポートを配置するためのスペースを確保する必要があり、排気系の更なるコンパクト化が難しいという問題がある。また、各排気ポートを各気筒の配置方向に沿って集合させたことにより、その集合位置に近い気筒と、集合位置から遠い気筒とで、各気筒から排気浄化用の触媒装置までの排気ガス配管長に差が生じ、浄化効率の悪化および排気ガスのスムーズな排出が損なわれる虞がある。   In the configurations according to Patent Documents 1 and 2, the exhaust ports are gathered in the horizontal direction while maintaining a state in which the exhaust ports are arranged in parallel along the arrangement direction of the cylinders (see FIG. 1 of Patent Document 1 and Patent Document 2). (See FIG. 1). For this reason, there is a problem that it is necessary to secure a space for arranging the exhaust ports in the direction in which they are arranged in parallel, and it is difficult to further downsize the exhaust system. Further, by collecting the exhaust ports along the arrangement direction of the cylinders, exhaust gas pipes from the cylinders to the catalyst device for exhaust purification include cylinders close to the collection position and cylinders far from the collection position. There is a difference in length, which may impair purification efficiency and smooth exhaust gas exhaustion.

そこで、この発明は、排気マニホールドを内蔵したシリンダヘッドのスムーズな排気特性を確保しつつ、更なるコンパクト化を図ることを課題とする。   Accordingly, an object of the present invention is to further reduce the size of the cylinder head while ensuring smooth exhaust characteristics of the cylinder head incorporating the exhaust manifold.

上記の課題を解決するために、この発明においては、複数の気筒にそれぞれ接続される複数の排気ポートを内蔵したエンジン用シリンダヘッドにおいて、前記気筒の気筒数が3以上であって、前記複数の排気ポートの中の一の排気ポートと他の排気ポートが合流して合流ポートを構成し、この合流ポートが、前記複数の排気ポートの中の前記一の排気ポートおよび前記他の排気ポートとは別のさらに他の排気ポートよりも上側に上下方向に重なり合って配置されていることを特徴とするエンジン用シリンダヘッドを構成した。   In order to solve the above problems, in the present invention, in an engine cylinder head incorporating a plurality of exhaust ports connected to a plurality of cylinders, the number of cylinders of the cylinder is 3 or more, and the plurality of cylinders One exhaust port in the exhaust port and another exhaust port merge to form a merge port, and the merge port is defined as the one exhaust port and the other exhaust port in the plurality of exhaust ports. An engine cylinder head is provided, which is disposed so as to overlap vertically above another further exhaust port.

前記構成においては、前記気筒の気筒数が4であって、前記各気筒にそれぞれ接続される排気ポートをその配列順に第一ポート、第二ポート、第三ポート、および、第四ポートとしたときに、前記合流ポートが、前記第二ポートと前記第三ポートの合流によって構成されているのが好ましい。   In the above configuration, when the number of cylinders of the cylinder is 4, and the exhaust ports connected to the cylinders are the first port, the second port, the third port, and the fourth port in the order of arrangement. In addition, it is preferable that the merging port is constituted by merging of the second port and the third port.

合流ポートが、第二ポートと第三ポートの合流によって構成されている構成においては、前記第一ポートおよび前記第四ポートが水平に並列しつつ、前記合流ポートの下側に配置され、前記合流ポート、前記第一ポート、および、前記第四ポートが、各ポートのガス流動方向から見てT字形の隔壁によって区画されており、前記隔壁の内部に、このT字形に沿う冷却水の水路が形成されている構成とするのが好ましい。   In the configuration in which the merging port is configured by the merging of the second port and the third port, the first port and the fourth port are arranged below the merging port while being horizontally parallel, and the merging port The port, the first port, and the fourth port are partitioned by a T-shaped partition when viewed from the gas flow direction of each port, and a cooling water channel along the T-shape is formed inside the partition. It is preferable that the structure is formed.

前記各構成においては、前記合流ポートの出口部におけるガス流動方向に対する垂直面による断面の上下方向に対する水平方向のアスペクト比が、前記合流ポートを構成する排気ポート以外の排気ポートの前記断面のアスペクト比よりも大きい構成とするのが好ましい。   In each of the above configurations, the aspect ratio of the cross section of the exhaust port other than the exhaust ports constituting the merge port is the horizontal aspect ratio with respect to the vertical direction of the cross section by the vertical plane with respect to the gas flow direction at the outlet portion of the merge port. It is preferable to use a larger configuration.

この発明によると、複数の排気ポートを上下方向に重なり合うように配置して上下方向へのオフセット量を異ならせたことにより、このオフセット量に対応して、各気筒に接続された排気ガス配管の長さ(各気筒から触媒装置までの長さ)を同程度に近付けることができ、排気ガスのスムーズな排出も確保することができる。しかも、複数の排気ポートの中の一の排気ポートを他の排気ポートを合流させたことにより、各排気ポートを各気筒の配置方向に沿って集合させた場合と比較して、排気系のコンパクト化を図ることができる。   According to the present invention, the plurality of exhaust ports are arranged so as to overlap in the vertical direction, and the offset amount in the vertical direction is made different, so that the exhaust gas piping connected to each cylinder corresponds to the offset amount. The length (the length from each cylinder to the catalyst device) can be made similar, and smooth exhaust gas exhaust can be ensured. In addition, by combining one exhaust port with the other exhaust port among the plurality of exhaust ports, the exhaust system is more compact than when the exhaust ports are assembled along the arrangement direction of each cylinder. Can be achieved.

エンジン用シリンダヘッドおよびシリンダブロックの一例を示す分解斜視図Exploded perspective view showing an example of engine cylinder head and cylinder block 図1に示すエンジンの内部構造の一例を示す断面図Sectional drawing which shows an example of the internal structure of the engine shown in FIG. この発明に係るエンジン用シリンダヘッドの第一実施形態(中子)を示す正面図The front view which shows 1st embodiment (core) of the cylinder head for engines which concerns on this invention 図3中のIV−IV線に沿う断面図Sectional drawing which follows the IV-IV line in FIG. 図3に示す排気ポートの中子を示す底面図Bottom view showing the core of the exhaust port shown in FIG. シリンダヘッドと触媒装置との間の位置関係を示す図The figure which shows the positional relationship between a cylinder head and a catalyst apparatus. この発明に係るエンジン用シリンダヘッドの第二実施形態(中子)を示し、(a)は正面図、(b)は底面図2 shows a second embodiment (core) of an engine cylinder head according to the present invention, where (a) is a front view and (b) is a bottom view. FIG. 図7に示すシリンダヘッド(中子)の斜視図The perspective view of the cylinder head (core) shown in FIG. 図7に示すシリンダヘッド(中子)の分解斜視図7 is an exploded perspective view of the cylinder head (core) shown in FIG. 図7中の(a)はA−A線に沿う断面図、(b)はB−B線に沿う断面図、(c)はC−C線に沿う断面図、(d)はD−D線に沿う断面図7A is a sectional view taken along line AA, FIG. 7B is a sectional view taken along line BB, FIG. 7C is a sectional view taken along line CC, and FIG. Sectional view along the line

この発明に係るエンジン用シリンダヘッド(以下において、「シリンダヘッド」と略称する。)は、図1および図2に例示するエンジンに適用される。図1に示すように、このエンジンは、4本の気筒6(第一気筒6a、第二気筒6b、第三気筒6c、第四気筒6d)が直列に配置された直列4気筒エンジンであって、シリンダヘッド1とシリンダブロック2を備えている。このシリンダヘッド1は、排気ポート10を内蔵した排気マニホールド一体型のシリンダヘッド1である。このシリンダヘッド1をシリンダブロック2に連結することによってエンジンが構成される。以下においては、エンジンのシリンダヘッド1側を上側、シリンダブロック2側を下側と称する。   An engine cylinder head according to the present invention (hereinafter abbreviated as “cylinder head”) is applied to the engine illustrated in FIGS. 1 and 2. As shown in FIG. 1, this engine is an in-line four-cylinder engine in which four cylinders 6 (first cylinder 6a, second cylinder 6b, third cylinder 6c, and fourth cylinder 6d) are arranged in series. A cylinder head 1 and a cylinder block 2 are provided. The cylinder head 1 is an exhaust manifold integrated cylinder head 1 having a built-in exhaust port 10. An engine is constructed by connecting the cylinder head 1 to a cylinder block 2. Hereinafter, the cylinder head 1 side of the engine is referred to as an upper side, and the cylinder block 2 side is referred to as a lower side.

図2に示すように、このエンジンの内部には、冷却水が流れる水室11(ウォータジャケット)が形成されており、この水室11に冷却水を流すことによってエンジンを冷却している。シリンダ3の内部には、ピストン4が上下動自在に設けられている。ピストン4上部の燃焼室には、空気を送り込む吸気ポート5、および、排気ガスを排出する排気ポート10がそれぞれ接続されている。本図では、吸排気バルブ、点火装置などのエンジン付属部品の記載は省略している。なお、ここで示したエンジンの形態は説明のための例示に過ぎず、以下において説明する、この発明に係るシリンダヘッド1は、エンジンの気筒数、水室11の形状などについて、何ら限定を受けることなく適用される。   As shown in FIG. 2, a water chamber 11 (water jacket) through which cooling water flows is formed inside the engine, and the engine is cooled by flowing cooling water through the water chamber 11. A piston 4 is provided in the cylinder 3 so as to be movable up and down. An intake port 5 for sending air and an exhaust port 10 for discharging exhaust gas are connected to the combustion chamber above the piston 4. In this figure, descriptions of engine accessory parts such as intake / exhaust valves and ignition devices are omitted. It should be noted that the form of the engine shown here is merely an illustrative example, and the cylinder head 1 according to the present invention, which will be described below, is limited in terms of the number of cylinders of the engine, the shape of the water chamber 11, and the like. Applied without.

この発明に係るシリンダヘッド1の第一実施形態を図3から図5を用いて説明する。なお、これらの各図は、シリンダヘッド1内に形成される排気ポート10および水室11の外形の形状(シリンダヘッド1の鋳造時に使用される中子の形状、すなわち、鋳造によって形成される空洞部の形状)を表したものである。各排気ポート10同士、および、排気ポート10と水室11は、鋳造によって形成された隔壁(図示せず)によって区画され、排気ポート10内に排気ガスが、水室11内に冷却水がそれぞれ流れる。   A first embodiment of a cylinder head 1 according to the present invention will be described with reference to FIGS. Each of these drawings shows the outer shape of the exhaust port 10 and the water chamber 11 formed in the cylinder head 1 (the shape of the core used when the cylinder head 1 is cast, that is, the cavity formed by casting. Part shape). The exhaust ports 10 and the exhaust port 10 and the water chamber 11 are partitioned by a partition wall (not shown) formed by casting, exhaust gas is contained in the exhaust port 10, and cooling water is contained in the water chamber 11. Flowing.

水室11は、正面視において各排気ポート10を上下左右から取り囲むように配置されている。水室11内には、ウォータポンプ(図示せず)によって冷却水が循環される。これにより、この水室11に近接して設けられた各排気ポート10内を流れる排気ガスが冷却される。   The water chamber 11 is disposed so as to surround each exhaust port 10 from the top, bottom, left, and right in a front view. Cooling water is circulated in the water chamber 11 by a water pump (not shown). As a result, the exhaust gas flowing through each exhaust port 10 provided close to the water chamber 11 is cooled.

シリンダヘッド1には、複数の気筒6にそれぞれ接続される複数の排気ポート10(第一ポート10a、第二ポート10b、第三ポート10c、第四ポート10d)が内蔵されている。このシリンダヘッド1は直列4気筒エンジン用であって、各気筒6(第一気筒6a、第二気筒6b、第三気筒6c、第四気筒6d)には、第一ポート10a、第二ポート10b、第三ポート10c、第四ポート10dが、各気筒6の並び順に接続されている。   The cylinder head 1 includes a plurality of exhaust ports 10 (first port 10a, second port 10b, third port 10c, and fourth port 10d) connected to the plurality of cylinders 6, respectively. This cylinder head 1 is for an in-line four-cylinder engine, and each cylinder 6 (first cylinder 6a, second cylinder 6b, third cylinder 6c, fourth cylinder 6d) has a first port 10a and a second port 10b. The third port 10c and the fourth port 10d are connected in the order in which the cylinders 6 are arranged.

図3から図5に示すように、各排気ポート10は、直列配置された複数の気筒6の配列方向中央付近(第二気筒6bと第三気筒6cの中間付近)に集合している。第二ポート10bと第三ポート10cは、途中で合流して合流ポート12を構成する一方で、第一ポート10aと第四ポート10dは、他の排気ポート10と合流することなく、それぞれ単独のまま集合している。この集合位置において、合流ポート12は、第一ポート10aおよび第四ポート10dの上側に重なり合って配置される。   As shown in FIGS. 3 to 5, each exhaust port 10 is gathered near the center in the arrangement direction of the plurality of cylinders 6 arranged in series (near the middle between the second cylinder 6b and the third cylinder 6c). The second port 10b and the third port 10c join together in the middle to form the joining port 12, while the first port 10a and the fourth port 10d do not join with the other exhaust ports 10 and are independent from each other. It is gathered as it is. In this collective position, the merge port 12 is disposed so as to overlap the upper side of the first port 10a and the fourth port 10d.

例えば、直列4気筒エンジンにおいては、クランク軸(図示せず)が180度回転するごとに、第一気筒6a、第三気筒6c、第四気筒6d、第二気筒6bの順に燃焼が生じる。すなわち、第二気筒6bと第三気筒6cとの間はクランク軸の回転角において360度位相がずれており、第二気筒6bに接続された第二ポート10bと、第三気筒6cに接続された第三ポート10cを合流しても、排気行程における排気干渉が生じない。このため、排気干渉に起因する気筒6内の排気ガスの残留や、高圧縮比としたときのノッキングの発生などの問題は回避される。   For example, in an in-line four-cylinder engine, combustion occurs in the order of the first cylinder 6a, the third cylinder 6c, the fourth cylinder 6d, and the second cylinder 6b every time a crankshaft (not shown) rotates 180 degrees. That is, the second cylinder 6b and the third cylinder 6c are out of phase by 360 degrees in the rotation angle of the crankshaft, and are connected to the second port 10b connected to the second cylinder 6b and the third cylinder 6c. Even if the third ports 10c are merged, no exhaust interference occurs in the exhaust stroke. For this reason, problems such as residual exhaust gas in the cylinder 6 due to exhaust interference and occurrence of knocking when the compression ratio is high are avoided.

図3に示すように、各気筒6への排気ポート10の接続部における、各排気ポート10の水平方向への屈曲部の上下方向の平均中心位置を含む水平面を水平基準面fとしたときに、合流ポート12は、水平基準面fから上側にΔduだけオフセットし、第一ポート10aおよび第四ポート10dは、水平基準面fから下側にΔdlだけオフセットしている。このオフセット量は、Δduの方がΔdlよりも大きい。   As shown in FIG. 3, when the horizontal plane including the average center position in the vertical direction of the bent portion of each exhaust port 10 in the horizontal direction at the connection portion of the exhaust port 10 to each cylinder 6 is defined as the horizontal reference plane f. The merge port 12 is offset by Δdu upward from the horizontal reference plane f, and the first port 10a and the fourth port 10d are offset by Δdl downward from the horizontal reference plane f. This offset amount is larger in Δdu than in Δdl.

第一実施形態に係るシリンダヘッド1は、各排気ポート10を第二気筒6bと第三気筒6cの中間付近に集合させている。この場合、各気筒6から集合位置までの水平距離は、第一ポート10aおよび第四ポート10dと比較して、第二ポート10bおよび第三ポート10c(合流ポート12)の方が短くなる。そこで、上記のように複数の排気ポート10の中の一部の排気ポート(ここでは合流ポート12(第二ポート10bおよび第三ポート10c))のオフセット量Δduを、他の排気ポート(ここでは第一ポート10aおよび第四ポート10d)のオフセット量Δdlよりも大きくすることにより、両オフセット量の差分(Δdu−Δdl)に基づいて、シリンダヘッド1内における合流ポート12を構成する第二ポート10bおよび第三ポート10cのポート長を、オフセットしない場合と比較して相対的に延長することができる。   In the cylinder head 1 according to the first embodiment, the exhaust ports 10 are assembled near the middle between the second cylinder 6b and the third cylinder 6c. In this case, the horizontal distance from each cylinder 6 to the collection position is shorter in the second port 10b and the third port 10c (merging port 12) than in the first port 10a and the fourth port 10d. Therefore, as described above, the offset amount Δdu of a part of the exhaust ports 10 (here, the merging port 12 (second port 10b and third port 10c)) is set to another exhaust port (here By making it larger than the offset amount Δdl of the first port 10a and the fourth port 10d), the second port 10b constituting the confluence port 12 in the cylinder head 1 based on the difference (Δdu−Δdl) between the two offset amounts. And the port length of the 3rd port 10c can be extended relatively compared with the case where it does not offset.

図6に模式的に示すように、一般的には、シリンダヘッド1に対して、触媒装置7が下側に接続されていることが多く、シリンダヘッド1内で合流ポート12(第二ポート10bおよび第三ポート10c)を上側にオフセットすることにより、シリンダヘッド1外における、このシリンダヘッド1と触媒装置7とを接続する排気ガス管路8の長さを、オフセットしなかった場合と比較して相対的に延長することができる。   As shown schematically in FIG. 6, generally, the catalyst device 7 is often connected to the lower side with respect to the cylinder head 1, and the merging port 12 (second port 10 b) in the cylinder head 1. Further, by offsetting the third port 10c) upward, the length of the exhaust gas pipe 8 connecting the cylinder head 1 and the catalyst device 7 outside the cylinder head 1 is compared with the case where it is not offset. Can be relatively extended.

シリンダヘッド1の内外において、第二気筒6bおよび第三気筒6cに接続される排気ガス配管の長さ(第二ポート10bまたは第三ポート10c(合流ポート12)と排気ガス管路8の合計長さ)を相対的に延長することによって、この排気ガス配管の長さと、第一気筒6aおよび第四気筒6dに接続される排気ガス配管の長さ(第一ポート10aまたは第四ポート10dと排気ガス管路8の合計長さ)を同程度に近付けることができる。このようにすると、エンジンから触媒装置7への排気ガスの流れがスムーズになり、排気干渉を確実に防止することができるとともに、触媒装置7に設けられた空燃比センサや酸素濃度センサなどの各種センサ9の感度向上を図ることができる。   The length of the exhaust gas pipe connected to the second cylinder 6b and the third cylinder 6c (the second port 10b or the third port 10c (merging port 12)) and the exhaust gas pipe line 8 inside and outside the cylinder head 1 The length of the exhaust gas pipe and the length of the exhaust gas pipe connected to the first cylinder 6a and the fourth cylinder 6d (the first port 10a or the fourth port 10d and the exhaust gas) The total length of the gas pipes 8) can be made similar. In this way, the flow of exhaust gas from the engine to the catalyst device 7 becomes smooth, and exhaust interference can be surely prevented, and various types of sensors such as an air-fuel ratio sensor and an oxygen concentration sensor provided in the catalyst device 7 can be obtained. The sensitivity of the sensor 9 can be improved.

図3に示すように、第二ポート10bおよび第三ポート10cが合流して構成された合流ポート12の出口部形状は、第一ポート10aまたは第四ポート10dの出口部形状と比較して、左右幅より上下幅が小さい扁平状(すなわち、アスペクト比(左右幅/上下幅)が大きい)となっている。このように、合流ポート12を扁平状とすることにより、扁平状としない場合と比較して、流路抵抗を大きくでき合流ポート12を流れる排気ガスの流量が低下し、上記のように排気ガス配管の長さを長くしたときと同様の効果を得ることができる。排気ポート10のオフセット量の調整と、合流ポート12の出口部形状の調整を組み合わせて行うこともできる。   As shown in FIG. 3, the shape of the outlet portion of the joining port 12 formed by joining the second port 10 b and the third port 10 c is compared with the shape of the outlet portion of the first port 10 a or the fourth port 10 d. It has a flat shape whose vertical width is smaller than the horizontal width (that is, the aspect ratio (horizontal width / vertical width) is large). Thus, by making the confluence port 12 flat, the flow resistance can be increased and the flow rate of the exhaust gas flowing through the confluence port 12 is reduced as compared with the case where the confluence port 12 is not flat. The same effect as when the length of the pipe is increased can be obtained. The adjustment of the offset amount of the exhaust port 10 and the adjustment of the shape of the outlet portion of the merging port 12 can be performed in combination.

なお、上記のように、合流ポート12の出口部形状を扁平状とする代わりに、第一ポート10aまたは第四ポート10dの出口部面積に対して、合流ポート12の出口部面積を小さくすることによっても、出口部形状を扁平状としたのと同様に、排気ガスの流量低下効果が発揮される。   As described above, instead of making the shape of the outlet portion of the merging port 12 flat, the outlet portion area of the merging port 12 is made smaller than the outlet portion area of the first port 10a or the fourth port 10d. However, the effect of reducing the flow rate of the exhaust gas is exhibited as in the case where the shape of the outlet portion is flat.

この発明に係るシリンダヘッド1の第二実施形態を図7から図10を用いて説明する。これらの各図も、第一実施形態と同様に、シリンダヘッド1内に形成される排気ポート10および水室11の外形の形状(シリンダヘッド1の鋳造時に使用される中子の形状)を表したものである。このシリンダヘッド1には、複数の気筒6にそれぞれ接続される複数の排気ポート10が内蔵されている。このエンジンは直列4気筒エンジンであって、各気筒6(第一気筒6a、第二気筒6b、第三気筒6c、第四気筒6d)には、第一ポート10a、第二ポート10b、第三ポート10c、第四ポート10dが、各気筒6の並び順に接続されている。   A second embodiment of the cylinder head 1 according to the present invention will be described with reference to FIGS. Each of these drawings also represents the outer shape of the exhaust port 10 and the water chamber 11 formed in the cylinder head 1 (the shape of the core used when the cylinder head 1 is cast) as in the first embodiment. It is a thing. The cylinder head 1 incorporates a plurality of exhaust ports 10 connected to a plurality of cylinders 6, respectively. This engine is an in-line four-cylinder engine, and each cylinder 6 (first cylinder 6a, second cylinder 6b, third cylinder 6c, fourth cylinder 6d) has a first port 10a, a second port 10b, a third cylinder. The port 10c and the fourth port 10d are connected in the order in which the cylinders 6 are arranged.

図7から図9に示すように、各排気ポート10は、直列配置された複数の気筒6の配列方向中央付近(第二気筒6bと第三気筒6cの中間付近)に集合している。第二ポート10bと第三ポート10cは、途中で合流して合流ポート12を構成する一方で、第一ポート10aと第四ポート10dは、他の排気ポート10と合流することなく、それぞれ単独のまま集合している。この集合位置において、合流ポート12は、第一ポート10aおよび第四ポート10dの上側に配置される。   As shown in FIGS. 7 to 9, the exhaust ports 10 are gathered near the center in the arrangement direction of the plurality of cylinders 6 arranged in series (near the middle between the second cylinder 6b and the third cylinder 6c). The second port 10b and the third port 10c join together in the middle to form the joining port 12, while the first port 10a and the fourth port 10d do not join with the other exhaust ports 10 and are independent from each other. It is gathered as it is. In this gathering position, the merge port 12 is disposed above the first port 10a and the fourth port 10d.

水室11は、各排気ポート10の全体を周囲から取り囲むように配置されている。この水室11は、排気ポート10の上側に配置される上部水室11aと、下側に配置される下部水室11bとから構成されている。水室11内には、ウォータポンプによって冷却水が循環される。これにより、この水室11に近接して設けられた各排気ポート10内を流れる排気ガスが冷却される。   The water chamber 11 is disposed so as to surround the entire exhaust port 10 from the periphery. The water chamber 11 is composed of an upper water chamber 11a disposed on the upper side of the exhaust port 10 and a lower water chamber 11b disposed on the lower side. Cooling water is circulated in the water chamber 11 by a water pump. As a result, the exhaust gas flowing through each exhaust port 10 provided close to the water chamber 11 is cooled.

例えば、直列4気筒エンジンにおいては、クランク軸(図示せず)が180度回転するごとに、第一気筒6a、第三気筒6c、第四気筒6d、第二気筒6bの順に燃焼が生じる。すなわち、第二気筒6bと第三気筒6cとの間はクランク軸の回転角において360度位相がずれており、第二気筒6bに接続された第二ポート10bと、第三気筒6cに接続された第三ポート10cを合流しても、排気行程における排気干渉が生じない。このため、排気干渉に起因する気筒6内の排気ガスの残留や、高圧縮比としたときのノッキングの発生などの問題は回避される。   For example, in an in-line four-cylinder engine, combustion occurs in the order of the first cylinder 6a, the third cylinder 6c, the fourth cylinder 6d, and the second cylinder 6b every time a crankshaft (not shown) rotates 180 degrees. That is, the second cylinder 6b and the third cylinder 6c are out of phase by 360 degrees in the rotation angle of the crankshaft, and are connected to the second port 10b connected to the second cylinder 6b and the third cylinder 6c. Even if the third ports 10c are merged, no exhaust interference occurs in the exhaust stroke. For this reason, problems such as residual exhaust gas in the cylinder 6 due to exhaust interference and occurrence of knocking when the compression ratio is high are avoided.

図7に示すように、各気筒6への排気ポート10の接続部における、各排気ポート10の水平方向への屈曲部の上下方向の平均中心位置を含む水平面を水平基準面fとしたときに、合流ポート12は、水平基準面fから上側にΔduだけオフセットしているのに対し、第一ポート10aおよび第四ポート10dは、上下方向にオフセットすることなく、ほぼ水平基準面f内に位置している(オフセット量Δdl=0)。   As shown in FIG. 7, when the horizontal plane including the average center position in the vertical direction of the bent portion of each exhaust port 10 in the horizontal direction at the connection portion of the exhaust port 10 to each cylinder 6 is defined as the horizontal reference plane f. The merging port 12 is offset by Δdu upward from the horizontal reference plane f, whereas the first port 10a and the fourth port 10d are positioned within the horizontal reference plane f without being offset in the vertical direction. (Offset amount Δdl = 0).

第二実施形態に係るシリンダヘッド1は、各排気ポート10を第二気筒6bと第三気筒6cの中間付近に集合させている。この場合、各気筒6から集合位置までの水平距離は、第一ポート10aおよび第四ポート10dと比較して、第二ポート10bおよび第三ポート10c(合流ポート12)の方が短くなる。そこで、上記のように複数の排気ポート10の中の一部の排気ポート(ここでは合流ポート12(第二ポート10bおよび第三ポート10c))を水平基準面fから上側にΔduだけオフセットさせるとともに、他の排気ポート(ここでは、第一ポート10aおよび第四ポート10d)を水平基準面fと同じ高さ(オフセット量Δdl=0)にすることにより、合流ポート12のオフセット量Δduに基づいて、シリンダヘッド1内における合流ポート12を構成する第二ポート10bおよび第三ポート10cのポート長を、オフセットしない場合と比較して相対的に延長することができる。   In the cylinder head 1 according to the second embodiment, the exhaust ports 10 are assembled near the middle between the second cylinder 6b and the third cylinder 6c. In this case, the horizontal distance from each cylinder 6 to the collection position is shorter in the second port 10b and the third port 10c (merging port 12) than in the first port 10a and the fourth port 10d. Therefore, as described above, some exhaust ports (here, the merge port 12 (second port 10b and third port 10c)) of the plurality of exhaust ports 10 are offset upward by Δdu from the horizontal reference plane f. By setting the other exhaust ports (here, the first port 10a and the fourth port 10d) to the same height as the horizontal reference plane f (offset amount Δdl = 0), based on the offset amount Δdu of the merging port 12 The port lengths of the second port 10b and the third port 10c constituting the merging port 12 in the cylinder head 1 can be relatively extended as compared with the case where no offset is performed.

第一実施形態の際に説明したように、シリンダヘッド1に対して、触媒装置7が下側に接続されていることが多く(図6参照)、シリンダヘッド1内で合流ポート12(第二ポート10bおよび第三ポート10c)を上側にオフセットすることにより、シリンダヘッド1外における、このシリンダヘッド1と触媒装置7とを接続する排気ガス管路8の長さを、オフセットしなかった場合と比較して相対的に延長することができる。   As described in the case of the first embodiment, the catalyst device 7 is often connected to the lower side of the cylinder head 1 (see FIG. 6). When the port 10b and the third port 10c) are offset upward, the length of the exhaust gas pipe 8 connecting the cylinder head 1 and the catalyst device 7 outside the cylinder head 1 is not offset. It can be relatively extended in comparison.

シリンダヘッド1の内外において、第二気筒6bおよび第三気筒6cに接続される排気ガス配管の長さ(第二ポート10bまたは第三ポート10c(合流ポート12)と排気ガス管路8の合計長さ)を相対的に延長することによって、この排気ガス配管の長さと、第一気筒6aおよび第四気筒6dに接続される排気ガス配管の長さ(第一ポート10aまたは第四ポート10dと排気ガス管路8の合計長さ)を同程度に近付けることができる。このようにすると、エンジンから触媒装置7への排気ガスの流れがスムーズになり、排気干渉を確実に防止することができるとともに、触媒装置7に設けられた空燃比センサや酸素濃度センサなどの各種センサ9の感度向上を図ることができる。   The length of the exhaust gas pipe connected to the second cylinder 6b and the third cylinder 6c (the second port 10b or the third port 10c (merging port 12)) and the exhaust gas pipe line 8 inside and outside the cylinder head 1 The length of the exhaust gas pipe and the length of the exhaust gas pipe connected to the first cylinder 6a and the fourth cylinder 6d (the first port 10a or the fourth port 10d and the exhaust gas) The total length of the gas pipes 8) can be made similar. In this way, the flow of exhaust gas from the engine to the catalyst device 7 becomes smooth, and exhaust interference can be surely prevented, and various types of sensors such as an air-fuel ratio sensor and an oxygen concentration sensor provided in the catalyst device 7 can be obtained. The sensitivity of the sensor 9 can be improved.

上部水室11aの中央部には、上側に盛り上がった膨出部11cが形成されている。この膨出部11cの下側に収まるように、合流ポート12が配置されている。第一ポート10a、第四ポート10d、および、合流ポート12を区切る隔壁(図示せず)の内部には、水路13が形成されている。図7(a)に示すように、この水路13は正面視でT字形をなしている。この水路13は、図10(a)に示すように、ドリルDを用いて、合流ポート12と第一ポート10aおよび第四ポート10dとの間を狙って、水平方向から、上部水室11aを貫通するように隔壁に水平水路13aを穿孔し、さらに、第一ポート10aと第四ポート10dの間を狙って、下側から上に向かって、下部水室11bを貫通しつつ水平水路13aに到達する垂直水路13bを穿孔することによって形成される。   A bulging portion 11c bulging upward is formed at the center of the upper water chamber 11a. Junction port 12 is arranged so as to fit under the bulging portion 11c. A water channel 13 is formed inside a partition wall (not shown) that divides the first port 10 a, the fourth port 10 d, and the merging port 12. As shown in FIG. 7A, the water channel 13 has a T-shape when viewed from the front. As shown in FIG. 10 (a), this water channel 13 uses the drill D to aim at the space between the merging port 12 and the first port 10a and the fourth port 10d, from the horizontal direction, the upper water chamber 11a. A horizontal water channel 13a is drilled in the partition wall so as to penetrate, and further, the horizontal water channel 13a is penetrated through the lower water chamber 11b from the lower side to the upper side aiming between the first port 10a and the fourth port 10d. It is formed by perforating the reaching vertical water channel 13b.

このように、水路13の形状をT字形とする(水平水路13aと垂直水路13bを接続する)ことによって、水平水路13aを流れる冷却水を、垂直水路13bを経由して上向きあるいは下向きに流すことができ、冷却水の上下動が促進される。すると、近接する燃焼室の影響で冷却水温度が上昇しやすい下部水室11bの冷却水と、冷却水温度が相対的に低い上部水室11aの冷却水が撹拌されて、各排気ポート10の冷却効率を一層高めることができる。   Thus, by making the shape of the water channel 13 T-shaped (connecting the horizontal water channel 13a and the vertical water channel 13b), the cooling water flowing through the horizontal water channel 13a is caused to flow upward or downward via the vertical water channel 13b. The vertical movement of cooling water is promoted. Then, the cooling water in the lower water chamber 11b where the cooling water temperature is likely to rise due to the influence of the adjacent combustion chambers and the cooling water in the upper water chamber 11a where the cooling water temperature is relatively low are agitated. The cooling efficiency can be further increased.

排気ポート10を効率的に冷却して、排気ガスの温度を下げることにより、熱歪みによってシリンダヘッド1の劣化が進行するのを回避できる。また、燃焼温度を下げるために高負荷領域で空燃比をリッチにする必要がなく、燃費向上を図ることができる。さらに、燃料を理論空燃比で燃焼させることができるため、三元触媒による排気ガスの高い浄化効率を確保することができる。   By efficiently cooling the exhaust port 10 and lowering the temperature of the exhaust gas, it is possible to avoid the deterioration of the cylinder head 1 due to thermal distortion. Further, it is not necessary to make the air-fuel ratio rich in the high load region in order to lower the combustion temperature, and fuel efficiency can be improved. Furthermore, since the fuel can be burned at the stoichiometric air-fuel ratio, high purification efficiency of exhaust gas by the three-way catalyst can be ensured.

なお、ドリル加工による水路13の形成は、その形成方法を例示したものに過ぎず、例えば、中子を設けるなど、他の方法によって水路13を形成してもよい。   In addition, formation of the water channel 13 by a drill process is only what illustrated the formation method, for example, you may form the water channel 13 by other methods, such as providing a core.

図7には示されていないが、上部水室11aの膨出部11cの頂部に、空気抜き孔を形成し、この空気抜き孔に、膨出部11cに溜まった空気を排出する空気抜き配管を接続した構成としてもよい。このようにすれば、上部水室11aに空気が混入しても、この空気を速やかに排出して膨出部11cが完全に冷却水で満たされた状態とすることができ、各排気ポート10(特に合流ポート12)の高い冷却効率を維持することができる。   Although not shown in FIG. 7, an air vent hole is formed at the top of the bulging portion 11c of the upper water chamber 11a, and an air vent pipe for discharging the air accumulated in the bulging portion 11c is connected to the air vent hole. It is good also as a structure. In this way, even if air is mixed into the upper water chamber 11a, this air can be quickly discharged so that the bulging portion 11c is completely filled with cooling water. The high cooling efficiency of (especially the merge port 12) can be maintained.

さらに、図10(b)〜(d)に示すように、上部水室11aと下部水室11bとの間の隔壁(例えば、下部水室11bの中子を保持するための巾木部、排気ポート間、気筒間、排気弁間、水室端部など)には、ドリルDを用いて貫通孔が形成される。このように、貫通孔を形成して、上部水室11aと下部水室11bを接続することにより、水室11内の冷却水の循環を高めて、冷却効率を一層向上することができる。ドリルDによって形成された穿孔の開口には、水室11内の冷却水が漏れないように、水栓を嵌め込むなどの封止処理が行なわれる。なお、図10(b)〜(d)に示した貫通孔の位置は例示であって、上部水室11aおよび下部水室11bの形状、各排気ポート10の配置、排気ポート10内を流れる排気ガスの温度などを考慮して、適宜決定することができる。   Further, as shown in FIGS. 10B to 10D, a partition wall between the upper water chamber 11a and the lower water chamber 11b (for example, a baseboard for holding the core of the lower water chamber 11b, exhaust gas) Between the ports, between the cylinders, between the exhaust valves, the end of the water chamber, etc., through holes are formed using a drill D. Thus, by forming the through hole and connecting the upper water chamber 11a and the lower water chamber 11b, the circulation of the cooling water in the water chamber 11 can be enhanced, and the cooling efficiency can be further improved. A sealing process such as fitting a faucet is performed on the opening of the perforation formed by the drill D so that the cooling water in the water chamber 11 does not leak. The positions of the through holes shown in FIGS. 10B to 10D are merely examples, and the shapes of the upper water chamber 11a and the lower water chamber 11b, the arrangement of the exhaust ports 10 and the exhaust gas flowing through the exhaust ports 10 are illustrated. It can be determined appropriately in consideration of the temperature of the gas.

上記の実施形態はあくまでも一例であって、排気マニホールドを内蔵したシリンダヘッド1のスムーズな排気特性を確保しつつ、更なるコンパクト化を図る、というこの発明の課題を解決し得る限りにおいて、その構成要素に適宜変更を加えることができる。   The above-described embodiment is merely an example, and as long as the problem of the present invention of further reducing the size can be solved while ensuring the smooth exhaust characteristics of the cylinder head 1 incorporating the exhaust manifold, its configuration Changes can be made to the elements as appropriate.

例えば、複数の排気ポート10のうち、どの排気ポート10同士を合流して合流ポート12を構成するかについて、あるいは、各排気ポート10(合流ポート12)のオフセット量などは、上記の各実施形態に限定されず、各排気ポート10の配置構成、シリンダヘッド1と触媒装置7などの他装置との位置関係を考慮した上で、適宜決定することができる。   For example, regarding which exhaust port 10 of the plurality of exhaust ports 10 merge to form the merging port 12 or the offset amount of each exhaust port 10 (merging port 12), etc. However, the position can be determined appropriately in consideration of the arrangement configuration of each exhaust port 10 and the positional relationship between the cylinder head 1 and other devices such as the catalyst device 7.

また、図示しないが、排気系のコンパクト性が損なわれない限りにおいて、複数の排気ポート10(合流ポート12)が、上下方向に3段以上重なり合った構成とすることもできる。さらに、エンジンの気筒数も4気筒に限定されず、排気ポート10を上下に重なり合って配置可能な3以上の任意の気筒数のエンジンに適用することができる。   Moreover, although not shown in figure, as long as the compactness of an exhaust system is not impaired, the some exhaust port 10 (merging port 12) can also be set as the structure which overlapped 3 steps or more in the up-down direction. Furthermore, the number of cylinders of the engine is not limited to four, and the present invention can be applied to an engine having an arbitrary number of three or more cylinders in which the exhaust ports 10 can be arranged so as to overlap each other.

1 シリンダヘッド
2 シリンダブロック
3 シリンダ
4 ピストン
5 吸気ポート
6 気筒
7 触媒装置
8 排気ガス管路
9 センサ
10 排気ポート
10a 第一ポート
10b 第二ポート
10c第三ポート
10d 第四ポート
11 水室
11a 上部水室
11b 下部水室
11c 膨出部
12 合流ポート
13 水路
f 水平基準面
D ドリル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Cylinder head 2 Cylinder block 3 Cylinder 4 Piston 5 Intake port 6 Cylinder 7 Catalytic device 8 Exhaust gas conduit 9 Sensor 10 Exhaust port 10a First port 10b Second port 10c Third port 10d Fourth port 11 Water chamber 11a Upper water Chamber 11b Lower water chamber 11c Swelling portion 12 Merge port 13 Water channel f Horizontal reference plane D Drill

Claims (4)

複数の気筒にそれぞれ接続される複数の排気ポートを内蔵したエンジン用シリンダヘッドにおいて、
前記気筒の気筒数が3以上であって、前記複数の排気ポートの中の一の排気ポートと他の排気ポートが合流して合流ポートを構成し、この合流ポートが、前記複数の排気ポートの中の前記一の排気ポートおよび前記他の排気ポートとは別のさらに他の排気ポートよりも上側に上下方向に重なり合って配置されていることを特徴とする
エンジン用シリンダヘッド。
In an engine cylinder head with a plurality of exhaust ports connected to a plurality of cylinders,
The number of cylinders of the cylinders is 3 or more, and one exhaust port of the plurality of exhaust ports and another exhaust port merge to form a merge port, and this merge port includes the plurality of exhaust ports. An engine cylinder head, wherein the cylinder head is disposed so as to overlap vertically above another exhaust port different from the one exhaust port and the other exhaust port.
前記気筒の気筒数が4であって、前記各気筒にそれぞれ接続される排気ポートをその配列順に第一ポート、第二ポート、第三ポート、および、第四ポートとしたときに、前記合流ポートが、前記第二ポートと前記第三ポートの合流によって構成されていることを特徴とする
請求項1に記載のエンジン用シリンダヘッド。
When the number of cylinders is 4, and the exhaust ports connected to the cylinders are the first port, the second port, the third port, and the fourth port in the arrangement order, the merge port 2. The engine cylinder head according to claim 1, wherein the cylinder head is configured by merging the second port and the third port.
前記第一ポートおよび前記第四ポートが水平に並列しつつ、前記合流ポートの下側に配置され、前記合流ポート、前記第一ポート、および、前記第四ポートが、各ポートのガス流動方向から見てT字形の隔壁によって区画されており、前記隔壁の内部に、このT字形に沿う冷却水の水路が形成されていることを特徴とする
請求項2に記載のエンジン用シリンダヘッド。
The first port and the fourth port are arranged in parallel with each other, and are disposed below the merge port, and the merge port, the first port, and the fourth port are arranged from the gas flow direction of each port. 3. The engine cylinder head according to claim 2, wherein the engine cylinder head is partitioned by a T-shaped partition as viewed, and a cooling water channel along the T-shape is formed inside the partition.
前記合流ポートの出口部におけるガス流動方向に対する垂直面による断面の上下方向に対する水平方向のアスペクト比が、前記合流ポートを構成する排気ポート以外の排気ポートの前記断面のアスペクト比よりも大きいことを特徴とする
請求項1から3のいずれか1項に記載のエンジン用シリンダヘッド。
The aspect ratio of the horizontal direction with respect to the vertical direction of the cross section by the vertical plane with respect to the gas flow direction at the outlet portion of the merge port is larger than the aspect ratio of the cross section of the exhaust ports other than the exhaust ports constituting the merge port. The cylinder head for an engine according to any one of claims 1 to 3.
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