JP5786663B2 - シリンダヘッド - Google Patents

Description

本発明は、排気ポートを備えるシリンダヘッドに関する。

多気筒型エンジンに用いるシリンダヘッドには、各気筒から排出される排気ガスを排気管に導くための排気ポートが設けられている。

近年の多気筒型エンジンは、一つの気筒から二つまたはそれ以上の排気バルブで排気を行うように構成されている。そのため、排気ポートは、その排気流れ方向の上流端から途中までの上流部が複数に分岐されていて、前記途中から下流端までの下流部が一つに集合されている。

このような排気ポートを備えるシリンダヘッドでは、排気ガスの冷却性能を高めるために、例えば特許文献１に示すように、排気ポートの内周面の上部と下部とに冷却用のフィンを櫛歯状に設けるようにしている。この場合、櫛歯状のフィンの表面積分について排気ポートの受熱面積が増大することになるので、排気ガスの熱の回収効率が向上するはずである。

特開平１０−３１７９９５号公報

上記特許文献１に係る従来例では、排気ガスの熱の回収効率が期待するほどには向上しないと考えられる。というのは、特許文献１では、多数の小さいフィンを周方向に櫛歯状に並べて形成しているために、各フィンの周方向対向空間が極く狭くなっている。しかも、周方向に隣り合うフィンそれぞれの突出端の位置が周方向に揃っているために、当該周方向に隣り合う多数のフィンの周方向対向空間に排気ガスが入りにくくなってしまい、結果的に、排気ガスがフィンの突出端には触れるもののフィンの両側面に対して触れにくくなってしまうと考えられる。ここに改良の余地がある。

このような事情に鑑み、本発明は、排気ポートを備えるシリンダヘッドにおいて、排気ガスの冷却性能を向上可能とすることを目的としている。

本発明は、排気ポートを備えるシリンダヘッドであって、前記排気ポートにおいて排気流れ方向の上流端から途中までの上流部が複数に分岐されていて、前記排気ポートにおいて前記途中から下流端までの下流部が一つに集合されており、前記下流部の内周面において排気ガスが案内されやすい領域に、排気流れ方向に沿う短尺突条部が設けられており、前記各上流部においてバルブガイドの貫通位置から前記下流部までの内周面において排気ガスが案内されやすい領域で前記短尺突条部の周方向両側方に、排気流れ方向に沿う長尺突条部が少なくとも前記上流部と同数設けられており、前記短尺突条部の突出寸法が、前記長尺突条部の突出寸法と異なるように設定されている、ことを特徴としている。

好ましくは、前記短尺突条部の突出寸法が、前記長尺突条部の突出寸法よりも大きく設定される。

このように設定した場合、複数の上流部それぞれから下流部に排気ガスが流入する際には、突出寸法の大きい短尺突条部が周方向の中央に位置している関係より、複数の上流部それぞれから下流部に流入する排気ガスがほとんど合流（衝突）せずに短尺突条部の両側に独立して流れるようになる。

このように、複数の上流部それぞれを流れる排気ガスが集合起点でほとんど合流（衝突）しないので、圧力損失が発生せずに済む。しかも、それぞれ短尺突条部の両側に独立して流れる排気ガスは、中央に位置する短尺突条部の一側面に案内されて当該一側面と一方の長尺突条部の中央寄り側面との周方向対向空間に入り込みやすくなるとともに、中央に位置する短尺突条部の他側面に案内されて当該他側面と他方の長尺突条部の中央寄り側面との周方向対向空間に入り込みやすくなる。これら両側の対向空間に入り込んだ排気ガスは流速が速められて各突条部の外表面に触れながら下流側へ流れるようになる。

このようなことから、排気ガスが排気ポートの内周面に加えて、全ての突条部の外表面の広域に触れるようになるので、全ての突条部でもって排気ガスの熱を効率良く回収することが可能になる。したがって、本発明に係るシリンダヘッドによれば、排気ガスの冷却性能が向上することになる。

この他、前記短尺突条部の突出寸法を、前記長尺突条部の突出寸法より小さく設定することが可能である。

このように設定した場合、複数の上流部それぞれから下流部に排気ガスが流入する際には、排気ガスが合流（衝突）することによって乱れることになり、この乱れた排気ガスが一方の長尺突条部の中央寄り側面に案内されて当該中央寄り側面と中央の短尺突条部の一側面との周方向対向空間に入り込みやすくなるとともに、前記乱れた排気ガスが他方の長尺突条部の中央寄り側面に案内されて当該中央寄り側面と中央の短尺突条部の他側面との周方向対向空間に入り込みやすくなる。

これら両側の対向空間に入り込んだ排気ガスはそれぞれ流速が速められて全ての突条部の外表面に触れながら下流側へ流れるようになる。このようなことから、下流部の内周面だけでなく全ての突条部の外表面でもって排気ガスの熱を効率良く回収することが可能になる。

好ましくは、前記各上流部の中心軸線は、当該各上流部の連結対象となる気筒の中心軸線に対して傾斜されていて、前記下流部の中心軸線は、前記各上流部の中心軸線に対してさらに傾斜されており、前記気筒の中心軸線に対する前記下流部の中心軸線の傾斜角度が、前記気筒の中心軸線に対する前記各上流部の中心軸線の傾斜角度より小さくされており、前記全ての突条部が設置される領域は、前記排気ポートの内周面において鉛直方向の上半分領域とされている。

ここでは、排気ポートの上流部および下流部の形状を特定しているとともに、各突条部の設置領域を特定している。これにより、排気ガスが突条部に衝突する状況が分かりやすくなる。

本発明に係るシリンダヘッドでは、排気ガスの冷却性能を向上させることが可能になる。

本発明に係るシリンダヘッドにおいて排気ポートを主体に記載した平面の模式図である。 図１の（２）−（２）線断面の矢視図である。 図１の（３）−（３）線断面の矢視図である。 本発明に係るシリンダヘッドの他実施形態で、図２に対応する図である。 図４の実施形態で、図３に対応する図である。

以下、本発明を実施するための最良の実施形態について添付図面を参照して詳細に説明する。

図１から図３に本発明の一実施形態を示している。図中、１はシリンダヘッドの全体を示している。この実施形態に例示するシリンダヘッド１については、一つの気筒２に、図示していないが、二つの吸気バルブと二つの排気バルブとを用いるタイプとされている。

シリンダヘッド１の下面において図示していないシリンダブロックの気筒２に対応する位置には、気筒２とピストン３と協力して燃焼室４を作るための凹部１ａが設けられている。この凹部１ａには、吸気ポート５と排気ポート６とが連通連結されている。

図１に示すように、排気ポート６は、その排気流れ方向の上流端から途中までの上流部６ａ，６ｂが複数（この実施形態では二つ）に分岐されていて、前記途中から下流端までの下流部６ｃが一つに集合されている。

前記途中が集合起点６ｄ（または分岐起点）となる。排気ポート６の第１上流部６ａおよび第２上流部６ｂの各上流端は、燃焼室４に連通連結されている。一方、排気ポート６の一つの下流部６ｃの下流端は、シリンダヘッド１の背面１ｂに開口されている。

図２に示すように、第１上流部６ａ（第２上流部６ｂ）の中心軸線Ｘ１（Ｘ２）は、気筒２の中心軸線Ｙに対して傾斜されており、下流部６ｃの中心軸線Ｚは、第１上流部６ａ（第２上流部６ｂ）の中心軸線Ｘ１（Ｘ２）に対して傾斜されている。

なお、第１上流部６ａ（第２上流部６ｂ）の中心軸線Ｘ１（Ｘ２）は、排気ポート６の上流開口の中心と集合起点６ｄの中心とを結ぶ直線とされる。下流部６ｃの中心軸線Ｚは、集合起点６ｄの中心と下流開口の中心とを結ぶ直線とされる。

そして、気筒２の中心軸線Ｙに対する下流部６ｃの中心軸線Ｚの傾斜角度βは、気筒２の中心軸線Ｙに対する第１上流部６ａ（第２上流部６ｂ）の中心軸線Ｘ１（Ｘ２）の傾斜角度αより小さく設定されている。

このような排気ポート６を備えるシリンダヘッド１では、排気ガスの冷却性能を向上させるために、排気ポート６の内周面に冷却用の突条部７，８，９が設けられている。この突条部７〜９について、以下で詳しく説明する。

具体的に、下流部６ｃの内周面において排気ガスが衝突して案内されやすい領域（例えば鉛直方向の上半分領域）において周方向の中央に、短尺突条部７が設けられている。この短尺突条部７は、下流部６ｃの中心軸線Ｚ（または排気流れ方向）に沿って直線状に設けられている。

第１、第２上流部６ａ，６ｂから下流部６ｃまでの内周面において排気ガスが案内されやすい領域（例えば鉛直方向の上半分領域）において短尺突条部７の両側方に、長尺突条部８，９が第１、第２上流部６ａ，６ｂと同数設けられている。

これら第１、第２長尺突条部８，９は、第１、第２上流部６ａ，６ｂにおいてはそれらの中心軸線Ｘ１，Ｘ２（または排気流れ方向）に沿って設けられており、さらに下流部６ｃにおいては短尺突条部７の両側方に短尺突条部７とほぼ平行に設けられている。

詳しくは、短尺突条部７は、下流部６ｃにおいて集合起点６ｄから下流端までの全長に連続して延びるように設けられている。第１、第２長尺突条部８，９は、第１、第２上流部６ａ，６ｂにおいて上流端よりも集合起点６ｄ寄りの位置（例えばバルブガイド１１の貫通位置）から下流部６ｃの下流端にまで連続して延びるように設けられている。

なお、前記した排気ガスが案内されやすい領域とは、例えば鉛直方向の上半分領域のことであり、この領域に全ての突条部７〜９が設置されている。

この実施形態では、図３に示すように、第１、第２長尺突条部８，９が同じ突出寸法ｈ２に設定されており、短尺突条部７の突出寸法ｈ１が第１、第２長尺突条部８，９の突出寸法ｈ２よりも大きく設定されている。これにより、短尺突条部７の突出端の位置と第１、第２長尺突条部８，９の突出端の位置とが周方向で不揃いになっている。

特に、この実施形態の場合には、短尺突条部７の突出寸法ｈ１を可及的に大きくして下流部６ｃの内周面において下半分領域に近づけるように設定している。

次に、以上のように構成した排気ポート６における排気ガスの流れを説明する。

特にエンジンの高回転時に燃焼室４から流速の速い排気ガスが排出されるが、この排気ガスは排気ポート６の第１上流部６ａと第２上流部６ｂとに流入する。この排気ガスが第１上流部６ａと第２上流部６ｂとから集合起点６ｄに到達するまでの間、排気ガスは、第１上流部６ａの内周面と第２上流部６ｂの内周面とに触れること加えて、第１長尺突条部８の全外表面と第２長尺突条部９の全外表面とに万遍なく触れることになるので、排気ガスの熱が効率良く回収されるようになる。

そして、第１、第２上流部６ａ，６ｂそれぞれから下流部６ｃに排気ガスが流入する際には、突出寸法ｈ１の大きい短尺突条部７が周方向の中央に位置している関係より、第１、第２上流部６ａ，６ｂそれぞれから下流部６ｃに流入する排気ガスがほとんど合流（衝突）せずに短尺突条部７の両側に独立して流れるようになる。

このように、第１、第２上流部６ａ，６ｂそれぞれを流れる排気ガスが集合起点６ｄでほとんど合流（衝突）しないので、圧力損失が発生せずに済む。しかも、それぞれ短尺突条部７の両側に独立して流れる排気ガスは、中央に位置する短尺突条部７の一側面７ａに案内されて当該一側面７ａと第１長尺突条部８の中央寄り側面８ａとの周方向対向空間に入り込みやすくなるとともに、中央に位置する短尺突条部７の他側面７ｂに案内されて当該他側面７ｂと第２長尺突条部９の中央寄り側面９ａとの周方向対向空間に入り込みやすくなる。

これら両側の対向空間に入り込んだ排気ガスは流速が速められて各突条部７〜９の外表面に触れながら下流側へ流れるようになる。当然ながら下流部７ｃにおいて第１長尺突条部８の反中央寄り側面８ｂや第２長尺突条部９の反中央寄り側面９ｂにも排気ガスが触れるようにもなる。

このようなことから、排気ガスが排気ポート６の内周面に加えて、全ての突条部７〜９の外表面の広域に触れるようになるので、全ての突条部７〜９でもって排気ガスの熱を効率良く回収することが可能になる。

以上説明したように本発明を適用した実施形態では、排気ポート６の内周面に周方向で隣り合うように設けられる短尺突条部７の突出寸法ｈ１と第１、第２長尺突条部８，９の突出寸法ｈ２とを異ならせるように設定しているから、特に排気ガスの流速が速い場合に、当該排気ガスを全ての突条部７〜９の外表面の広域に触れさせることが可能になって、全ての突条部７〜９でもって排気ガスの熱を効率良く回収させることが可能になる。したがって、この実施形態のシリンダヘッド１によれば、排気ガスの冷却性能を向上させることが可能になる。

なお、本発明は、上記実施形態のみに限定されるものではなく、特許請求の範囲内および当該範囲と均等の範囲内で適宜に変更することが可能である。

（１）上記実施形態では、多気筒型エンジンに用いるシリンダヘッド１を例に挙げているが、本発明はそれに限定されるものではなく、例えば単気筒型エンジンに用いるシリンダヘッドにも適用することが可能である。その場合でも、排気ポート６については上記実施形態と同様の構成とされる。

（２）上記実施形態では、短尺突条部７の突出寸法ｈ１を第１、第２長尺突条部８，９の突出寸法ｈ２よりも大きく設定した例を挙げているが、その反対、つまり例えば図４および図５に示すように、短尺突条部７の突出寸法ｈ１を第１、第２長尺突条部８，９の突出寸法ｈ２よりも小さく設定することも可能である。これにより、短尺突条部７の突出端の位置と第１、第２長尺突条部８，９の突出端の位置とが周方向で不揃いになっている。

この場合、特にエンジンの高回転時において燃焼室４から流速の速い排気ガスが排出されるが、この排気ガスは排気ポート６の第１上流部６ａと第２上流部６ｂとに流入する。この排気ガスが第１上流部６ａと第２上流部６ｂとから集合起点６ｄに到達するまでの間、排気ガスは、第１上流部６ａの内周面と第２上流部６ｂの内周面とに触れることに加えて、第１長尺突条部８の全外表面と第２長尺突条部９の全外表面とに万遍なく触れることになるので、排気ガスの熱が効率良く回収されるようになる。

そして、第１、第２上流部６ａ，６ｂそれぞれから下流部６ｃに排気ガスが流入する際には、排気ガスが合流（衝突）することによって乱れることになるが、この乱れた排気ガスが第１長尺突条部８の中央寄り側面８ａに案内されて当該中央寄り側面８ａと中央の短尺突条部７の一側面７ａとの周方向対向空間に入り込みやすくなるとともに、前記乱れた排気ガスが第２長尺突条部９の中央寄り側面９ａに案内されて当該中央寄り側面９ａと中央の短尺突条部７の他側面７ｂとの周方向対向空間に入り込みやすくなる。

これら両側の対向空間に入り込んだ排気ガスはそれぞれ流速が速められて全ての突条部７〜９の外表面に触れながら下流側へ流れるようになる。当然ながら下流部７ｃにおいて第１長尺突条部８の反中央寄り側面８ｂや第２長尺突条部９の反中央寄り側面９ｂにも排気ガスが触れるようにもなる。

このようなことから、下流部６ｃの内周面だけでなく全ての突条部７〜９の外表面でもって排気ガスの熱を効率良く回収することが可能になる。したがって、この実施形態のシリンダヘッド１によれば、排気ガスの冷却性能を向上させることが可能になる。

本発明は、排気ポートを備えるシリンダヘッドに好適に利用することが可能である。

１ シリンダヘッド
２ 気筒
６ 排気ポート
６ａ 排気ポートの第１上流部
６ｂ 排気ポートの第２上流部
６ｃ 排気ポートの下流部
６ｄ 集合起点（または分岐起点）
７ 短尺突条部
８ 第１長尺突条部
９ 第２長尺突条部

Claims (3)

1. 排気ポートを備えるシリンダヘッドであって、
   前記排気ポートにおいて排気流れ方向の上流端から途中までの上流部が複数に分岐されていて、前記排気ポートにおいて前記途中から下流端までの下流部が一つに集合されており、
   前記下流部の内周面において排気ガスが案内されやすい領域に、排気流れ方向に沿う短尺突条部が設けられており、
   前記各上流部においてバルブガイドの貫通位置から前記下流部までの内周面において排気ガスが案内されやすい領域で前記短尺突条部の周方向両側方に、排気流れ方向に沿う長尺突条部が少なくとも前記上流部と同数設けられており、
   前記短尺突条部の突出寸法が、前記長尺突条部の突出寸法と異なるように設定されている、ことを特徴とするシリンダヘッド。
2. 請求項１に記載のシリンダヘッドにおいて、
   前記短尺突条部の突出寸法が、前記長尺突条部の突出寸法より大きく設定されている、ことを特徴とするシリンダヘッド。
3. 請求項１または２に記載のシリンダヘッドにおいて、
   前記各上流部の中心軸線は、当該各上流部の連結対象となる気筒の中心軸線に対して傾斜されていて、前記下流部の中心軸線は、前記各上流部の中心軸線に対してさらに傾斜されており、
   前記気筒の中心軸線に対する前記下流部の中心軸線の傾斜角度が、前記気筒の中心軸線に対する前記各上流部の中心軸線の傾斜角度より小さくされており、
   前記全ての突条部が設置される領域は、前記排気ポートの内周面において鉛直方向の上半分領域とされている、ことを特徴とするシリンダヘッド。

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