JP4760526B2 - 内燃機関のシリンダヘッド - Google Patents
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Description
本発明は、複数の燃焼室から延びる排気ポートの合流部から排気出口まで一体形成した内燃機関のシリンダヘッドに関する。
特許文献１に記載された内燃機関のシリンダヘッドでは、複数の燃焼室から延びる排気ポートの合流部から排気出口まで一体形成することにより機関のコンパクト化を図っている。
特許３６０５５２１号
特許文献１のシリンダヘッドを、直列４気筒、Ｖ型８気筒など、排気干渉しやすい（各気筒の爆発間隔が短い）機関のシリンダヘッドに適用し、複数の排気ポートをシリンダヘッド内部で合流させる構造とした場合、他の気筒からの排気干渉が発生し、排気がシリンダ内に残ガスとして停留し、機関の発生トルクの低下や燃焼室温度上昇によるノッキングが発生する。
本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、コンパクト性を維持しつつ排気干渉を抑制できるようにしたシリンダヘッド構造を提供することを目的とする。
このため、本発明は、複数の燃焼室から延びる排気ポートを集合させた排気集合部を一体形成した内燃機関のシリンダヘッドにおいて、前記排気集合部で、排気干渉しにくい排気ポート同士を合流させつつ、排気干渉しやすい排気ポート同士を、シリンダ軸方向にずらすことによって排気流を分離する構造とする。
そして、シリンダ配列方向に冷却水を流通させる上側ウォータジャケットのシリンダ配列方向中央部分を、シリンダ軸方向上側に位置する排気ポート合流部のシリンダ側に凹ませて形成したことを特徴とする。
そして、シリンダ配列方向に冷却水を流通させる上側ウォータジャケットのシリンダ配列方向中央部分を、シリンダ軸方向上側に位置する排気ポート合流部のシリンダ側に凹ませて形成したことを特徴とする。
本発明によれば、排気集合部で、排気干渉しにくい排気ポート同士を合流させてコンパクト性を維持しつつ、排気干渉しやすい排気ポート同士の排気流を分離する構造としたことにより、排気干渉の発生を抑制することができる。また、シリンダヘッドの高さを低くすることができる。
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明を点火順序が＃１→＃３→＃４→＃２である直列４気筒内燃機関に適用した第１の実施形態の構成を示す。
本内燃機関のシリンダヘッド１は、＃１〜＃４気筒の各シリンダ頂部２からそれぞれ２つの排気弁（図示せず）によって開閉される２本に分岐した排気ポート３、同じく２つの吸気弁（図示せず）によって開閉される２本に分岐した吸気ポート４が形成されている。
図１は、本発明を点火順序が＃１→＃３→＃４→＃２である直列４気筒内燃機関に適用した第１の実施形態の構成を示す。
本内燃機関のシリンダヘッド１は、＃１〜＃４気筒の各シリンダ頂部２からそれぞれ２つの排気弁（図示せず）によって開閉される２本に分岐した排気ポート３、同じく２つの吸気弁（図示せず）によって開閉される２本に分岐した吸気ポート４が形成されている。
吸気ポート４は、気筒毎に分離してシリンダヘッド側面に吸気入口が開口され、吸入空気は、シリンダヘッド１に接続される吸気マニホールド（図示せず）のブランチ部で分岐された後、各気筒の吸気入口からシリンダヘッド1内に導入される。
これに対し、排気ポート３については、本発明の対象とするシリンダヘッドでは、全ての排気ポート３をシリンダ配列方向中央部に集合させた排気集合部が、シリンダヘッド１に一体形成されている。そして、前記排気集合部が以下のような本発明に係る構造に形成されている。
これに対し、排気ポート３については、本発明の対象とするシリンダヘッドでは、全ての排気ポート３をシリンダ配列方向中央部に集合させた排気集合部が、シリンダヘッド１に一体形成されている。そして、前記排気集合部が以下のような本発明に係る構造に形成されている。
すなわち、＃１気筒と＃４気筒の排気ポート３同士は、爆発行程の間隔が離れて排気干渉しにくく、同じく＃２気筒と＃３気筒同士の排気ポート３同士も排気干渉しにくく、＃１気筒及び＃４気筒の排気ポート３と、＃２気筒及び＃３気筒の排気ポート３とは、爆発行程が隣り合って排気干渉しやすい。
そこで、排気干渉しにくい＃１気筒と＃４気筒同士の排気ポート３をシリンダヘッド１内部で合流し、同じく排気干渉しにくい＃２気筒と＃３気筒同士の排気ポート３をシリンダヘッド１内部で合流させる一方、これら各合流された合流部同士、つまり排気干渉しやすい排気ポート同士は、排気流を分離する構造とする。
そこで、排気干渉しにくい＃１気筒と＃４気筒同士の排気ポート３をシリンダヘッド１内部で合流し、同じく排気干渉しにくい＃２気筒と＃３気筒同士の排気ポート３をシリンダヘッド１内部で合流させる一方、これら各合流された合流部同士、つまり排気干渉しやすい排気ポート同士は、排気流を分離する構造とする。
具体的には、＃２気筒と＃３気筒の排気ポート３同士を、シリンダヘッド１の上部で合流させ、＃１気筒及び＃４気筒の排気ポート３同士を、シリンダヘッド１の下部で合流させ、これら各合流部３Ａ，３Ｂ同士は排気出口まで、隔壁１１によって隔離して排気流を分離する構造とする。
なお、上記各合流部３Ａ，３Ｂから排気出口までの部分は、シリンダヘッド１の排気側側面を突出して形成されている。
なお、上記各合流部３Ａ，３Ｂから排気出口までの部分は、シリンダヘッド１の排気側側面を突出して形成されている。
ここで、合流部３Ａ，３Ｂにおける各通路断面をシリンダ配列方向に偏平な形状として、前記各合流部３Ａ，３Ｂを上下（シリンダ軸方向）に分割することによりシリンダヘッド１の高さが増大することを抑制しつつ、通路断面積を確保している。
また、シリンダ配列方向に冷却水を流通させる２つのウォータジャケット１２，１３が、シリンダヘッド１の各排気ポート３を挟んで上下に設けられる。ウォータジャケット１２，１３は、それぞれ、対応する排気ポート３群の外延に沿うように、シリンダ配列方向の中央部分が排気出口側に向けて形成され、特に、上側のウォータジャケット１２は、同中央部分が合流部３Ａの上部を跨ぐように上側にも突出して形成されている。
また、シリンダ配列方向に冷却水を流通させる２つのウォータジャケット１２，１３が、シリンダヘッド１の各排気ポート３を挟んで上下に設けられる。ウォータジャケット１２，１３は、それぞれ、対応する排気ポート３群の外延に沿うように、シリンダ配列方向の中央部分が排気出口側に向けて形成され、特に、上側のウォータジャケット１２は、同中央部分が合流部３Ａの上部を跨ぐように上側にも突出して形成されている。
かかる構成とすれば、排気干渉しやすい排気ポート３同士が、排気出口に至るまで隔壁１１で隔離されて排気流を分離されることにより、排気脈動が他の排気ポートへ伝達されるのを抑制して排気干渉を確実に防止することができ、ひいては、残ガス量を減少させてエンジントルクの低下、燃焼室温度上昇によるノッキングの発生を防止できる。
図２は、上記第１の実施形態において、ウォータジャケットを変形した第２の実施例を示す。
図２は、上記第１の実施形態において、ウォータジャケットを変形した第２の実施例を示す。
本第２の実施形態では、上側のウォータジャケット１２’のシリンダ配列方向中央部分を、＃２気筒と＃３気筒の排気ポートの合流部３Ａとの干渉を回避するため、該合流部３Ａのシリンダ側に凹ませて形成している。このようにすれば、第１の実施形態のように、合流部３Ａの上側を跨いで形成した場合より、シリンダヘッド１の高さを、より低くすることが可能となる。
図３は、本発明を、Ｖ型８気筒内燃機関に適用した第３の実施形態を示す。
本内燃機関の点火順序は、＃１→＃８→＃７→＃３→＃６→＃５→＃４→＃２である。
したがって、左バンク側のシリンダヘッド１Ｌについては、＃１気筒と＃３気筒の排気ポート３Ｌ同士、＃５気筒と＃７気筒の排気ポート３Ｌ同士が、爆発行程が離れて排気干渉しにくく、＃１気筒及び＃３気筒の排気ポート３Ｌと、＃５気筒及び＃７気筒の排気ポート３Ｌとは、排気干渉しやすい。
本内燃機関の点火順序は、＃１→＃８→＃７→＃３→＃６→＃５→＃４→＃２である。
したがって、左バンク側のシリンダヘッド１Ｌについては、＃１気筒と＃３気筒の排気ポート３Ｌ同士、＃５気筒と＃７気筒の排気ポート３Ｌ同士が、爆発行程が離れて排気干渉しにくく、＃１気筒及び＃３気筒の排気ポート３Ｌと、＃５気筒及び＃７気筒の排気ポート３Ｌとは、排気干渉しやすい。
そこで、＃１気筒と＃３気筒の排気ポート３Ｌ同士をシリンダヘッド１の上部で合流させ、＃５気筒と＃７気筒の排気ポート３Ｌ同士をシリンダヘッド１ＬＨの下部で合流させ、これら各合流された合流部３ＡＬ，３ＢＬ同士、つまり排気干渉しやすい排気ポート３Ｌ同士は、隔壁１１Ｌによって排気流を分離する構造とする。
また、右バンク側のシリンダヘッド１Ｒについては、＃２気筒と＃６気筒の排気ポート３同士、＃４気筒と＃８気筒の排気ポート３Ｒ同士が排気干渉しにくく、＃１気筒及び＃３気筒の排気ポート３と、＃５気筒及び＃７気筒の排気ポート３Ｒとは、排気干渉しやすい。
また、右バンク側のシリンダヘッド１Ｒについては、＃２気筒と＃６気筒の排気ポート３同士、＃４気筒と＃８気筒の排気ポート３Ｒ同士が排気干渉しにくく、＃１気筒及び＃３気筒の排気ポート３と、＃５気筒及び＃７気筒の排気ポート３Ｒとは、排気干渉しやすい。
そこで、＃２気筒と＃６気筒の排気ポート３Ｒ同士をシリンダヘッド１Ｒの下部で合流させ、＃４気筒と＃８気筒の排気ポート３Ｒ同士をシリンダヘッド１Ｒの上部で合流させ、これら各合流された合流部３ＡＲ，３ＢＲ同士、つまり排気干渉しやすい排気ポート同士は、隔壁１１Ｒによって排気流を分離する構造とする。
このようにすることで、左右のバンクについて、それぞれ排気干渉しやすい排気ポート３Ｌ（３Ｒ）同士が、排気出口に至るまで隔壁１１Ｌ（１１Ｒ）で隔離されて排気流を分離されることにより、排気脈動が他の排気ポート３Ｌ（３Ｒ）へ伝達されるのを抑制して排気干渉を確実に防止することができ、ひいては、残ガス量を減少させてエンジントルクの低下、燃焼室温度上昇によるノッキングの発生を防止できる。
このようにすることで、左右のバンクについて、それぞれ排気干渉しやすい排気ポート３Ｌ（３Ｒ）同士が、排気出口に至るまで隔壁１１Ｌ（１１Ｒ）で隔離されて排気流を分離されることにより、排気脈動が他の排気ポート３Ｌ（３Ｒ）へ伝達されるのを抑制して排気干渉を確実に防止することができ、ひいては、残ガス量を減少させてエンジントルクの低下、燃焼室温度上昇によるノッキングの発生を防止できる。
また、左右のバンクについて、第１，第２の実施形態同様に、上部と下部にウォータージャケット１２Ｌ，１３Ｌ（１２Ｒ，１３Ｒ）を設けるが、それぞれ上側の排気ポート３Ｌ（３Ｒ）同士の合流部３ＡＬ（３ＡＲ）の気筒配列方向中央部より片側の排気ポート３Ｌ（３Ｒ）の張り出しが無い、又は張り出しの小さい側の側面を、上側のウォータージャケット１２Ｌ（１２Ｒ）を回り込ませて覆うように、下側に段差を設けて形成する。
このようにすれば、排気ポートが合流して過熱しやすい部分を、上面と側面の双方を覆うウォータージャケット１２Ｌ（１２Ｒ）によって、効率よく冷却することができる。
以上示した実施形態では、排気出口部において、排気干渉しやすい排気ポート同士の排気流を、シリンダヘッドの構造部材で形成した隔壁で分離する構造を示したが、その他の、排気流を分離する構造を、図４に示す。
以上示した実施形態では、排気出口部において、排気干渉しやすい排気ポート同士の排気流を、シリンダヘッドの構造部材で形成した隔壁で分離する構造を示したが、その他の、排気流を分離する構造を、図４に示す。
図４の（Ａ）は、シリンダヘッド１とは別部品で形成した隔壁２１によって、排気出口の通路断面を分割する構造としたものを示す。
図４の（Ｂ）は、排気出口部の通路断面をだるま形状とし、中央の内側に突出する部分３１の整流作用で上下の排気干渉を生じやすい排気ポートの排気流を分離する構造としたものを示す。
図４の（Ｂ）は、排気出口部の通路断面をだるま形状とし、中央の内側に突出する部分３１の整流作用で上下の排気干渉を生じやすい排気ポートの排気流を分離する構造としたものを示す。
１，１Ｌ，１Ｒ シリンダヘッド
２ シリンダ頂部
３，３Ｌ，３Ｒ 排気ポート
３Ａ，３ＡＬ，３ＡＲ 一方の排気干渉しない排気ポート同士の合流部
３Ｂ，３ＢＬ，３ＢＲ 他方の排気干渉しない排気ポート同士の合流部
１１，２１ 隔壁
１２，１２Ｌ，１２Ｒ 上側のウォータジャケット
１３，１３Ｌ，１３Ｒ 下側のウォータジャケット
１１ 燃焼室部ウォータジャケット
２１ 排気集合部ウォータジャケット
２１Ａ 排気集合部下部ウォータジャケット
２１Ｂ 排気集合部上部ウォータジャケット
２１Ｃ 連通部ウォータジャケット
３１ 排気出口部通路断面の内側に突出する部分
２ シリンダ頂部
３，３Ｌ，３Ｒ 排気ポート
３Ａ，３ＡＬ，３ＡＲ 一方の排気干渉しない排気ポート同士の合流部
３Ｂ，３ＢＬ，３ＢＲ 他方の排気干渉しない排気ポート同士の合流部
１１，２１ 隔壁
１２，１２Ｌ，１２Ｒ 上側のウォータジャケット
１３，１３Ｌ，１３Ｒ 下側のウォータジャケット
１１ 燃焼室部ウォータジャケット
２１ 排気集合部ウォータジャケット
２１Ａ 排気集合部下部ウォータジャケット
２１Ｂ 排気集合部上部ウォータジャケット
２１Ｃ 連通部ウォータジャケット
３１ 排気出口部通路断面の内側に突出する部分
Claims (3)
- 複数の燃焼室から延びる排気ポートを集合させた排気集合部を一体形成した内燃機関のシリンダヘッドにおいて、
前記排気集合部で、排気干渉しにくい排気ポート同士を合流させつつ、排気干渉しやすい排気ポート同士を、シリンダ軸方向にずらすことによって排気流を分離する構造とし、
シリンダ配列方向に冷却水を流通させる上側ウォータジャケットのシリンダ配列方向中央部分を、シリンダ軸方向上側に位置する排気ポート合流部のシリンダ側に凹ませて形成したことを特徴とする内燃機関のシリンダヘッド。 - 前記排気干渉しやすい排気ポート同士を、シリンダヘッド構造部材または、別部品によってシリンダ軸方向に隔離することにより、排気流を分離する構造としたことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のシリンダヘッド。
- 前記排気干渉しやすい排気ポート同士を、排気出口部の通路断面をシリンダ軸方向中央部分が内側に突出するだるま形状とすることにより、整流作用で排気流を分離する構造としたことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関のシリンダヘッド。
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| JP2006138473A JP4760526B2 (ja) | 2006-05-18 | 2006-05-18 | 内燃機関のシリンダヘッド |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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