JP2021148102A - 多気筒内燃機関のシリンダヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】３気筒以上の内燃機関のシリンダヘッドにおいて、シリンダヘッドをコンパクト化して排気ポートの出口を１つの排出口部に集約しつつ、排気ポート間での排気ガスの入り込みを防止する。【解決手段】３気筒の内燃機関の場合は、第１排気ポート５の出口５ａと第３排気ポート７の出口７ａとは、高さは同じにしつつ、隔壁１４によって仕切られている。他方、第２排気ポート６の出口６ａは、第１及び第３の排気ポート５，７の出口５ａ，７ａの下方に位置している。第１排気ポート５と第３排気ポート７との交叉角度が大きくても、隔壁１４によって排気ガスの入り込みを防止できる。第２排気ポート６の出口６ａは第１及び第３の排気ポート５，７の出口５ａ，７ａの下方に配置されているため、各出口５ａ，６ａ，７ａが１つの纏まりを持っており、排気ターボ過給機や触媒ケースなどの排気系部材との整合性は保たれている。【選択図】図２

Description

本願発明は、３気筒以上の多気筒内燃機関のシリンダヘッドに関するものであり、より詳しくは、各排気ポートの排気ガスを１つの排出口部に集約して排出するタイプのシリンダヘッドに関するものである。

多気筒内燃機関のシリンダヘッドに関して、外付けの排気マニホールドを無くして、集合通路を内部に一体化して、１つの排出口を排気側面に開口させることが行われている（例えば特許文献１）。このタイプはいわば排気マニホールド内蔵型と云えるもので、シリンダヘッドの排気側面に、ターボ過給機が取り付けられたり触媒ケースが取り付けられたりしている。

特開２０１１−１５７８２７号公報

この排気マニホールド内蔵型のシリンダヘッドを採用すると、上記のとおり外付けの排気マニホールドが不要になるため機関全体をコンパクト化できるが、例えば３気筒内燃機関の場合、排出口が排気側面の前後中間部に配置されていると、１番目の排気ポートと３番目の排気ポートとの交叉角度が鈍角になるため、排気ガスの直進性により、１番目の排気ポートの排気ガスが３番目の排気ポートに流入したり、逆に、３番目の排気ポートの排気ガスが１番目の排気ポートに流入したりしやすいという問題がある。

４気筒内燃機関でも同様であり、２番目と３番目の排気ポートの排気ガスはスムースに排出口に向かうが、１番目の排気ポートから排出された排気ガスが４番目の排気ポートに流入したり、逆に、４番目の排気ポートから排出された排気ガスが１番目の排気ポートに流入しやすいという問題がある。

このように、端部の排気ポート同士で排気ガスが流入する現象があり、これを阻止するためには、排出口の位置をできるだけシリンダボアから遠ざけて、端部の排気ポート同士が成す交叉角度を小さくしたらよいと云えるが、この対応ではシリンダヘッドが大型化してしまい、排気マニホールド内蔵型としたことの意味が低下してしまうことになる。

本願発明はかかる現状に鑑みなされたものであり、排気マニホールド内蔵型のシリンダヘッドにおいて、コンパクト化は維持しつつ、各排気ポートからの排気ガスの排出を確実化しようとするものである。

本願発明は、シリンダボアがクランク軸線方向に３つ以上並んでいる多気筒内燃機関のシリンダヘッドに係るもので、このシリンダヘッドは、
「前記各シリンダボアに対応した排気ポートの群と、前記排気ポートの出口が集約された１つの排出口部とを備えており、
前記排気ポートの群のうちクランク軸線方向を向いて前後両側に位置した端部排気ポートと、前記端部排気ポートの間に位置した中間排気ポートとが高さを変えて排気側面に開口しており、かつ、前記２つの端部排気ポートの出口は互いに連通することなく隔壁で仕切られた状態で排気側面に開口している」
という構成になっている。

端部排気ポートと中間排気ポートとの出口はいずれを上下に配置してもよいが、端部排気ポートは長さが長いので、端部排気ポートの出口を上に位置させるのが好ましい。すなわち、出口が上に位置していると、排気ポートの上下方向の曲がりはあまりなくて排気ガスの流れがスムースであるため、長さが長い端部排気ポートの出口を上に配置することにより、各排気ポートの排気ガスの排出のスムースさを均一化できる。

本願発明では、端部排気ポートの出口は１つの排出口部に集約されつつ、排気ガスの入り込みが懸念される端部排気ポートの出口は隔壁によって仕切られているため、端部排気ポート同士で排気ガスが入り込むことはない。従って、各排気ポートに排出された排気ガスがシリンダヘッドの内部で滞留する現象を解消して、各排気ポートから排気ガスをスムースに排出することを確実化できる。

そして、端部排気ポートの口部と中間排気ポートの口部とが上下に分かれているため、排出口部がクランク軸線方向に長くなり過ぎることを防止して、ターボ過給機や触媒ケース等の排気系部材との適合性を確保できる。

実施形態に係るシリンダヘッドの側面図である。 図１のII-II 視断面図である。 （Ａ）は図２のＡ−Ａ視断面図、（Ｂ）は図２のＢ−Ｂ視断面図である。 変形例を示す図である。

次に、本願発明を自動車用内燃機関のシリンダヘッドに適用した実施形態を図面に基づいて説明する。以下では、方向を特定するため前後・左右の文言を使用するが、前後方向はクランク軸線方向であり、左右方向はクランク軸線方向及びシリンダボア軸線方向と直交した方向である。前と後ろについては、タイミングチェーンが配置される側を前、ミッションケースが配置される側を後ろとしている。図１，２に方向を明示している。

本実施形態の内燃機関は３気筒であり、そこで、シリンダヘッド１には、ペントルーフ型（図３参照）の第１〜第３の凹所２〜４が、クランク軸線方向に並んで形成されている。そして、第１凹所２には第１排気ポート５の始端が開口し、第２凹所３には第２排気ポート６の始端が開口し、第３凹所４には第３排気ポート７の始端が開口している。本実施形態では、請求項との関係では、第１排気ポート５と第３排気ポート７とが端部排気ポートに該当し、第２排気ポート６が中間排気ポートに該当する。

各排気ポート５，６，７は、その他端部は２つに分岐しており、一対の始端部はそれぞれ排気バルブ８で開閉されている。他方、各排気ポート５，６，７の出口５ａ，６ａ，７ａは、シリンダヘッド１の排気側面１ａのうち前後略中間部の排出口部９に纏まって開口している。図２に示すように、排出口部９は排気側面１ａの他の部位から少し突出したランド状になっており、排気ターボ過給機におけるタービンハウジングが固定されるか、又は、触媒ケースの排気ガス流入口（継手管）が接続される。すなわち、排出口部９には、排気系部材がボルトで固定される。

図１に示すように、排出口部９は大まかには前後長手の長方形になっており、その対角部に、排気ターボ過給機又は触媒ケースを締結するためのタップ穴１０が空いている。なお、図２において符号１１で示すのは点火プラグを配置するイグニッションホール、符号１２で示すのはヘッドボルト挿通穴、符号１３で示すのはセンター冷却水ジャケットである。

排出口部９は第２凹所３の真横に位置しているため、第１凹所２と第３凹所４とは排出口部９から遠くなっており、従って、第１排気ポート５及び第３排気ポート７は長さが長くなっている。このため、第１排気ポート５及び第３排気ポート５は、シリンダボアの軸線方向から見た図２において、排出口部９の中央部を通る左右長手軸線Ｏに対して前後対称の状態で傾斜している。

また、第１排気ポート５及び第３排気ポート７は、クランク軸線方向から見た図３（Ｂ）の状態では、排出口部９に向けて高くなるように緩く湾曲している。そして、第１排気ポート５の出口５ａと第３排気ポート７の出口７ａとは、同じ高さで排出口部９に配置されていると共に、鉛直状の姿勢の第１隔壁１４によって前後に分かれている。従って、第１隔壁１４が請求項に記載した隔壁になる。

他方、第２排気ポート６は、シリンダボアの軸線方向から見た図２においては、排出口部９の中央部を通る左右長手軸線Ｏを通る姿勢になっている一方、クランク軸線方向から見た図３（Ａ）の状態では、始端からいったん高くなるように曲がりつつ、左右の中途部で低くなるように曲がっており、これにより、第２排気ポート６の出口６ａを第１及び第３の排気ポート５，７の出口５ａ，７ａよりも低い高さに設定している。

第１及び第３の排気ポート５，７の出口５ａ，７ａと第２排気ポート６の出口６ａとは、図１において前後方向に広がる第２隔壁１５によって仕切られている。従って、第１隔壁１４と第２隔壁１５とは、互いに繋がっていて全体として逆Ｔ形の形態を成している。なお、第２隔壁１５を無くして、第１隔壁１４を第２排気ポート６の下面まで延ばすことも可能である。

各出口５ａ，６ａ，７ａの開口面積は略同じになっており、かつ、排出口部９は、全体として前後長手の形態になるように１つに纏まっている。そこで、各出口５ａ，６ａ，７ａを前後長手の略長方形としつつ、第１及び第３の排気ポート５，７の出口５ａ，７ａの前後幅よりも、第２排気ポート６の出口６ａの前後幅を大きく設定している。

図４の変形例に示すように、３つの出口５ａ，６ａ，７ａの群が全体として小判形の形態を成すように形成することも可能である。排気ターボ過給機の排気ガス流入口も触媒ケースの１つの排気ガス流入口も、前後長手の小判形に形成されていることが一般的であるので、図４の形態を採用すると、一般的な排気ターボ過給機及び触媒ケースへの適合性に優れている。

図３に示すように、シリンダヘッドには、排気ポート５，６，７の群の上に位置した排気側上段冷却水ジャケット１６と、排気ポート５，６，７の群の下に位置した排気側下段冷却水ジャケット１７とが形成されている。これら上下の排気側冷却水ジャケット１７，１８は、第２排気ポート６が途中から下向きに曲がっていることに対応して、第２排気ポート６の箇所で下向きに曲がっている。

この場合、第２排気ポート６のうち下向き部の下方にはシリンダヘッド１の肉部の余裕が少ないため、第２排気ポート６における下向き部の下方では、排気側下段冷却水ジャケット１７は、上下幅を小さくしつつ左右長さを長くすることにより、断面積の過剰な変化を防止している。

以上の説明のとおり、本実施形態では、３本の排気ポート５，６，７の出口５ａ，６ａ，７ａは互いに独立した状態で１つの排出口部９に開口しているため、排出口部９の突出寸法を必要最小限度に抑えつつ、第１排気ポート５と第３排気ポート７との間での排気ガスの入り込みを防止して、排気ガスの円滑な排出を確実化できる。

上記の実施形態は３気筒内燃機関であったが、直列４気筒内燃機関の場合は、第１排気ポートと第４排気ポートとの出口を排出口部の上段部に配置して、第２排気ポートと第３排気ポートとの出口を排出口部の下段部に配置したらよい。

直列６気筒内燃機関の場合は、第１，第２，第５，第６の排気ポートを端部排気ポートと成して、第３及び第４の排気ポートを中間排気ポートと成してもよいし、第１〜第３の排気ポートの排気ガスを集める排出口部と、第４〜第６の排気ポートの排気ガスを集める排出口部とを設け、第１及び第３の排気ポートと第４及び第６の排気ポートを端部排気ポートと成す一方、第２排気ポートと第５排気ポートとを中間排気ポートと成してもよい。従って、本願発明は、シリンダヘッドの排気側面に複数の排出口部を有する態様も含んでいる。

本願発明は、多気筒内燃機関のシリンダヘッドに具体化できる。従って、産業上利用できる。

１ シリンダヘッド
１ａ 排気側面
２，３，４ 凹所
５ 第１排気ポート（端部排気ポート）
５ａ，６ａ，７ａ 出口
６ 第２排気ポート（中間排気ポート）
７ 第３排気ポート（端部排気ポート）
８ 排気バルブ
９ 排出口部
１４，１５ 隔壁
１６，１７ 冷却水ジャケット

Claims (1)

1. シリンダボアがクランク軸線方向に３つ以上並んでいる多気筒内燃機関のシリンダヘッドであって、
   前記各シリンダボアに対応した排気ポートの群と、前記排気ポートの出口が集約された１つの排出口部とを備えており、
   前記排気ポートの群のうちクランク軸線方向を向いて前後両側に位置した端部排気ポートと、前記端部排気ポートの間に位置した中間排気ポートとが高さを変えて排気側面に開口しており、かつ、前記２つの端部排気ポートの出口は互いに連通することなく隔壁で仕切られた状態で排気側面に開口している、
   多気筒内燃機関のシリンダヘッド。

Images