WO2016017675A1 - 内燃機関のシリンダヘッド - Google Patents

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exhaust
cylinder head
combustion chamber
curved
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孝徳 上水
幹典 青木
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スズキ株式会社
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    • F01N13/08—Other arrangements or adaptations of exhaust conduits
    • F01N13/10—Other arrangements or adaptations of exhaust conduits of exhaust manifolds
    • F01N13/105—Other arrangements or adaptations of exhaust conduits of exhaust manifolds having the form of a chamber directly connected to the cylinder head, e.g. without having tubes connected between cylinder head and chamber
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
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    • F01N3/04—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust using liquids
    • F01N3/043—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust using liquids without contact between liquid and exhaust gases
    • F01N3/046—Exhaust manifolds with cooling jacket
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/24—Cylinder heads
    • F02F1/26—Cylinder heads having cooling means
    • F02F1/36—Cylinder heads having cooling means for liquid cooling
    • F02F1/40—Cylinder heads having cooling means for liquid cooling cylinder heads with means for directing, guiding, or distributing liquid stream 
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/24—Cylinder heads
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to a cylinder head of an internal combustion engine, and more particularly to a cylinder head of an internal combustion engine in which a plurality of exhaust ports communicating with a combustion chamber and an exhaust collecting portion that collects a plurality of exhaust ports are integrally formed.
  • An internal combustion engine mounted on a vehicle such as an automobile includes a cylinder head.
  • a conventional cylinder head of this type there is known one in which a plurality of exhaust ports communicating with a combustion chamber and an exhaust collecting portion for collecting a plurality of exhaust ports are integrally formed (for example, Patent Document 1). reference).
  • This cylinder head is provided with a plurality of exhaust ports along the cylinder row direction, and each exhaust port has an inner diameter that gradually increases from the combustion chamber toward the exhaust collecting portion.
  • the exhaust port formed at the center in the cylinder row direction faces the exhaust collecting portion in a direction orthogonal to the cylinder row direction, and the passage length of the exhaust port formed at the center in the cylinder row direction is The passage length is shorter than the passage length of the exhaust port formed on both sides in the cylinder row direction.
  • Each exhaust port has a curved bottom surface curved upward from the combustion chamber and an inclined bottom surface inclined obliquely upward from the curved bottom surface, and exhaust gas discharged from the combustion chamber is directed upward to the exhaust collecting portion. Collected.
  • the passage length of the exhaust port formed on both sides in the cylinder row direction is longer than the passage length of the exhaust port formed in the center in the cylinder row direction. Therefore, the passage area of the exhaust port does not increase rapidly. Thereby, the exhaust gas discharged from the combustion chamber to the exhaust port is easily rectified in the process of reaching the exhaust collecting portion.
  • the passage length of the exhaust port formed in the center in the cylinder row direction is shorter than the passage length of the exhaust port formed on both sides in the cylinder row direction.
  • the passage area of the exhaust port increases rapidly.
  • the present invention has been made paying attention to the above problems, and can prevent the back pressure of the exhaust gas discharged from the combustion chamber to the straight exhaust port from becoming high, and the exhaust gas discharge performance is improved. It is an object of the present invention to provide a cylinder head of an internal combustion engine that can prevent a decrease.
  • An aspect of the present invention is a cylinder head that is provided at an upper portion of a cylinder block of an internal combustion engine having cylinders and has a plurality of combustion chambers along a cylinder row direction and a plurality of exhaust ports communicating with the combustion chambers.
  • a plurality of exhaust ports are formed integrally with the cylinder head and extend in a direction perpendicular to the arrangement direction of the combustion chambers and then curve in the cylinder row direction.
  • a linear exhaust port that is formed integrally with the cylinder head, has a passage length shorter than the passage length of the curved exhaust port, and extends in a direction orthogonal to the cylinder row direction, and the cylinder head, And an exhaust collecting portion that is formed integrally and collects the curved exhaust port and the downstream portion of the linear exhaust port, and the linear exhaust port communicates with the combustion chamber, It has a curved bottom surface that curves upward from the firing chamber and an inclined bottom surface that slopes obliquely upward from the curved bottom surface.
  • the inner diameter gradually increases from the combustion chamber toward the exhaust collecting portion, and the bottom surface of the exhaust collecting portion is used as a reference plane.
  • the bulging portion swells above the virtual extension surface on the bottom surface of the linear exhaust port Is formed.
  • FIG. 1 is a front view of an engine including a cylinder head according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view of an engine including a cylinder head according to an embodiment of the present invention.
  • 3 is a cross-sectional view taken along the line III-III in FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line IV-IV in FIG.
  • FIG. 5 is a front view of the cylinder head according to the embodiment of the present invention.
  • 6 is a cross-sectional view taken along the line VI-VI in FIG.
  • FIG. 7 is a diagram showing the flow of exhaust gas in the exhaust port where the bulging portion is not formed.
  • FIG. 8 is a view showing the flow of exhaust gas in the exhaust port in which the bulging portion is formed in the cylinder head according to the embodiment of the present invention.
  • an engine 1 as an internal combustion engine mounted on a vehicle such as an automobile is provided with a cylinder block 2, a cylinder head 3 provided on the upper part of the cylinder block 2, and an upper part of the cylinder head 3. And a cylinder head cover 4 and an oil pan 5 attached to the lower part of the cylinder block 2 for storing oil.
  • the cylinder block 2 is provided with a plurality of cylinders 6A to 6C along the vehicle width direction (left-right direction).
  • pistons (not shown) are accommodated so as to be movable up and down.
  • combustion chambers 7A to 7C are formed in the lower portion of the cylinder head 3 as indicated by broken circles, and the combustion chambers 7A to 7C are formed along the arrangement direction of the cylinders 6A to 6C. Thus, the cylinders 6A to 6C are communicated.
  • the combustion chamber 7B is formed in the lower part of the cylinder head 3
  • the combustion chambers 7A and 7C are also formed in the bottom of the cylinder head 3 in the same shape as the combustion chamber 7B.
  • an intake manifold 8 is connected to the rear portion of the cylinder head 3, and intake air is introduced into the intake manifold 8 from an intake pipe (not shown). As shown in FIG. 4, a plurality of intake ports 9 are formed in the cylinder head 3. Intake air is introduced into the intake port 9 through the intake manifold 8.
  • the intake port 9 communicates with the cylinders 6A to 6C through the combustion chambers 7A to 7C, respectively, and the air introduced into the intake port 9 is introduced into the cylinders 6A to 6C through the combustion chambers 7A to 7C.
  • a plurality of exhaust ports 10 are formed in the cylinder head 3. Each exhaust port 10 communicates with the cylinders 6A to 6C through the combustion chambers 7A to 7C, respectively.
  • the exhaust port 10 when the exhaust port 10 is viewed from above, the exhaust port 10 extends in a direction orthogonal to the arrangement direction of the cylinders 6A to 6C (toward the front) and then the cylinders 6A to 6C.
  • the curved exhaust ports 11 and 12 that are curved in the arrangement direction of the cylinder, and the passage length is shorter than the passage length of the curved exhaust ports 11 and 12, and are orthogonal to the arrangement direction (left and right direction) of the cylinders 6A to 6C.
  • a straight exhaust port 13 extending in the direction of the exhaust, and curved exhaust ports 11 and 12 and an exhaust collecting portion 14 that collects downstream portions of the linear exhaust port 13.
  • the arrangement direction of the cylinders 6A to 6C corresponds to the cylinder row direction of the present invention.
  • the curved exhaust ports 11 and 12, the linear exhaust port 13 and the exhaust collecting portion 14 are formed in the cylinder head 3. As shown in FIG. 5, an opening 14 a is formed on the front surface of the cylinder head 3. The opening 14 a constitutes the downstream end of the curved exhaust port 11. As shown in FIG. 5, when the cylinder head 3 is viewed from the direction (front) orthogonal to the left-right direction, the linear exhaust port 13 overlaps the opening 14a from the combustion chamber 7B to the exhaust collecting portion 14. It extends. For this reason, the total length of the linear exhaust port 13 is formed shorter than the total length of the curved exhaust ports 11 and 12.
  • a turbocharger 15 is attached to the front surface of the cylinder head 3.
  • the inside of the turbocharger 15 communicates with the opening 14a shown in FIG.
  • a catalytic converter 17 is connected to the turbocharger 15 via an exhaust pipe 16.
  • the exhaust gas discharged from the combustion chambers 7A to 7C is discharged to the exhaust collecting portion 14 through the curved exhaust ports 11 and 12 and the linear exhaust port 13. Collect in the exhaust collecting section 14.
  • a part of the exhaust gas collected in the exhaust collecting section 14 is introduced into a turbine (not shown) of the turbocharger 15 to rotate the turbine.
  • the remaining exhaust gas is introduced into the catalytic converter 17 through the exhaust pipe 16 and purified by the catalytic converter 17, and then discharged to the atmosphere through an exhaust pipe (not shown) connected to the downstream end of the catalytic converter 17.
  • the straight exhaust port 13 communicates with the combustion chamber 7B, and has a curved bottom surface 13a that curves upward from the combustion chamber 7B, and an inclined bottom surface 13b that slopes obliquely upward from the curved bottom surface 13a.
  • the straight exhaust port 13 has an inner diameter that gradually increases from the combustion chamber 7 ⁇ / b> B toward the exhaust collecting portion 14.
  • the curved exhaust ports 11 and 12 communicate with the combustion chambers 7A and 7C, and are curved upward from the combustion chambers 7A and 7C and obliquely upward from the curved bottom surfaces 11a and 12a.
  • the inclined bottom surfaces 11b and 12b are inclined.
  • the curved exhaust ports 11 and 12 have an inner diameter that gradually increases from the combustion chambers 7A and 7C toward the exhaust collecting portion 14.
  • the bottom surface of the exhaust collecting portion 14 is a reference surface 18.
  • a surface in which the reference surface 18 extends toward the upstream end side of the linear exhaust port 13 is referred to as a virtual extension surface 19.
  • a bulging portion 20 that bulges above the virtual extension surface 19 is formed on the bottom surface of the linear exhaust port 13.
  • the bulging portion 20 is formed in a region between the upper portion 20a which is a portion located above the virtual extension surface 19 in the curved bottom surface 13a and the bottom surface of the exhaust collecting portion 14. That is, the curved bottom surface 13 a of the present embodiment has the bulging portion 20.
  • the range in which the bulging portion 20 is formed is indicated by reference numeral 20A.
  • upstream and downstream mean upstream and downstream in the direction in which the exhaust gas flows.
  • the combustion chamber 7A formed in the vicinity of one end (right end) of the cylinder 6 in the arrangement direction of the cylinders 6A to 6C constitutes one end side combustion chamber of the present invention.
  • the combustion chamber 7C formed at the other end portion (left end portion) in the arrangement direction of 6C constitutes the other end portion side combustion chamber of the present invention.
  • the combustion chamber 7B formed between the combustion chamber 7A and the combustion chamber 7C constitutes the intermediate combustion chamber of the present invention.
  • the bulging portion 20 is formed in the linear exhaust port 13 extending from the combustion chamber 7B as an intermediate combustion chamber.
  • water jackets 21A to 21C and 22A to 22C are formed on the lower side and the upper side of the curved exhaust ports 11 and 12 and the linear exhaust port 13, respectively.
  • the exhaust gas G flowing through the curved exhaust ports 11 and 12 and the straight exhaust port 13 is cooled by the cooling water W flowing through the water jackets 21A to 21C and 22A to 22C.
  • a cooling water inlet 24 is formed in the joint surface 23 of the cylinder block 2 in the cylinder head 3.
  • the cooling water inlet 24 communicates with the water jackets 21 A to 21 C of the cylinder head 3 and the water jackets 25 A to 25 C formed in the cylinder block 2.
  • the cooling water inlet 24 allows the cooling water discharged from the water jackets 25A to 25C to flow into the water jackets 21A to 21C.
  • the cooling water flowing into the water jackets 21A to 21C is introduced from the water jackets 21A to 21C into the water jackets 22A to 22C.
  • the cooling water inlet 24 is disposed so as to overlap the bulging portion in the height direction of the engine 1.
  • the cooling water introduction port 24 opens below the bulging portion 20.
  • the cooling water flowing into the water jacket 21 ⁇ / b> B from the cooling water inlet 24 directly collides with the lower part of the bulging portion 20.
  • the height position T1 of the bottom surface of the linear exhaust port 13 in the height direction of the engine 1 is higher than the height position T2 of the bottom surfaces of the curved exhaust ports 11 and 12 in the height direction of the engine 1. Is also formed at a high position.
  • the exhaust port 10 when the exhaust port 10 is viewed from above, the exhaust port 10 extends in a direction orthogonal to the arrangement direction of the cylinders 6A to 6C and then extends in the arrangement direction of the cylinders 6A to 6C.
  • the curved exhaust ports 11 and 12 having a long passage length do not rapidly expand the passage area. For this reason, the exhaust gas discharged from the combustion chambers 7 ⁇ / b> A and 7 ⁇ / b> C to the curved exhaust ports 11 and 12 is easily rectified in the process of reaching the exhaust collecting portion 14.
  • the linear exhaust port 13 having a short passage length has a passage area that increases rapidly, so that the exhaust gas exhausted from the combustion chamber 7B to the linear exhaust port 13 reaches the exhaust collecting portion 14. It is difficult to be rectified in the process.
  • a linear exhaust port 31 in which the bulging portion 20 is not formed is prepared.
  • the exhaust gas G1 flowing through the linear exhaust port 31 may become turbulent as shown by an arrow A on the bottom surface of the linear exhaust port 31 or may stagnate.
  • the back pressure of the exhaust gas discharged from the combustion chamber to the linear exhaust port 31 becomes high, and the exhaust gas discharge performance may be deteriorated.
  • the straight exhaust port 31 is formed with a passage length shorter than the passage length of the curved exhaust ports 11 and 12.
  • the inner diameter gradually increases from the combustion chamber 7 ⁇ / b> B toward the exhaust collecting portion 14.
  • the bottom surface of the exhaust collecting portion 14 is a reference surface 18 and the reference surface 18 is provided with a virtual extension surface 19 extending toward the upstream end side of the linear exhaust port 13, A bulging portion 20 bulging upward from the virtual extension surface 19 was formed on the bottom surface.
  • FIG. 8 shows a state where the exhaust gas G2 flows smoothly by eliminating the turbulent flow of the exhaust gas and the stagnation of the swelled portion 20 of the linear exhaust port 13.
  • the water jackets 21A to 21C into which the cooling water flows from the cylinder block 2 are formed below the curved exhaust ports 11 and 12 and the linear exhaust port 13.
  • the volume of the water jackets 21A to 21C can be increased by the thickness of the bulging portion 20, and more cooling water can be circulated through the water jackets 21A to 21C. For this reason, the cooling property of the linear exhaust port 13 can be improved.
  • the cylinder head 3 can be cooled, the cylinder head 3 can be prevented from deteriorating and the life of the cylinder head 3 can be extended.
  • a cooling water inlet 24 that flows in from the cylinder block 2 is formed on the joint surface 23 of the cylinder block 2 in the cylinder head 3, and the bulging portion is formed so that the cooling water inlet 24 overlaps in the height direction of the engine 1. 20 was opened below.
  • the bulging portion 20 is located in the region between the upper portion 20a positioned above the virtual extension surface 19 in the curved bottom surface 13a and the bottom surface of the exhaust collecting portion 14. Formed. Thereby, it is possible to prevent the passage area of the straight exhaust port 13 between the curved bottom surface 13a and the exhaust collecting portion 14 from rapidly expanding.
  • the volume of the water jacket 21B can be increased more effectively, and more cooling water can be circulated through the water jacket 21B. For this reason, the cooling property of the linear exhaust port 13 can be improved more effectively.
  • the combustion chamber 7A formed at one end (right end) of the cylinders 6A to 6C in the arrangement direction and the other end (left end) of the cylinders 6A to 6C in the arrangement direction.
  • the bulging part 20 was formed in the linear exhaust port 13 extended from the combustion chamber 7B formed between the combustion chambers 7C formed.
  • the height position T1 of the bottom surface of the linear exhaust port 13 in the height direction of the engine 1 is set to the bottom surface of the curved exhaust ports 11 and 12 in the height direction of the engine 1 by the thickness of the bulging portion 20. It can be formed at a position higher than the height position T2.
  • the passage area of the straight exhaust port 13 can be made smaller than the passage area of the curved exhaust ports 11 and 12. Therefore, it is possible to prevent the turbulent flow of the exhaust gas from occurring at the bulging portion 20 of the linear exhaust port 13 or prevent the stagnation of the exhaust gas and rectify the exhaust gas to flow to the exhaust collecting portion 14.
  • the exhaust gas can be rectified without reducing the passage area of the curved exhaust ports 11, 12 with the curved exhaust ports 11, 12 without a rapid expansion of the passage area. For this reason, it is possible to reliably prevent the back pressure from increasing at the curved exhaust ports 11 and 12.
  • the linear exhaust port 13 which is formed between the curved exhaust ports 11 and 12 and becomes higher in temperature than the curved exhaust ports 11 and 12 is cooled by the cooling water. can do.
  • the volume of the water jacket 21B can be increased by the thickness of the bulging portion 20 formed in the linear exhaust port 13, and more cooling water can be circulated through the water jacket 21B. The cooling property of 13 can be improved.
  • the cylinder head 3 is cut along a cross section perpendicular to the arrangement direction of the cylinders 6A to 6C and along the arrangement direction of the cylinders 6A to 6C, a linear shape in the height direction of the engine 1 is obtained.
  • the height position T1 of the bottom surface of the exhaust port 13 is formed at a position higher than the height position T2 of the bottom surfaces of the curved exhaust ports 11 and 12 in the height direction of the engine 1.
  • the height gap t1 of the water jacket 21B can be made larger than the height gap t2 of the water jackets 21A and 21C. Therefore, the volume of the water jacket 21B can be increased more than the volume of the water jackets 21A and 21C.
  • the bulging portion 20 is formed along the length direction of the inclined bottom surface 13b. The bulging portion 20 extends from the curved bottom surface 13a to the length direction of the inclined bottom surface 13b. It may be formed in a certain range.

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Abstract

　湾曲状排気ポートの通路長さよりも通路長さが短く形成されて燃焼室７Ｂから排気集合部１４に向かうに従って内径が漸次拡大する直線状排気ポート１３において、排気集合部１４の底面を基準面１８とし、基準面１８が直線状排気ポート１３の上流端側に向かって延びる仮想延長面１９を設けた場合に、直線状排気ポート１３の底面に仮想延長面１９よりも上方に膨れ出る膨出部２０を形成する。

Description

内燃機関のシリンダヘッド
　本発明は、内燃機関のシリンダヘッドに関し、特に、燃焼室に連通する複数の排気ポートと複数の排気ポートを集合する排気集合部とが一体的に形成される内燃機関のシリンダヘッドに関する。
　自動車等の車両に搭載される内燃機関は、シリンダヘッドを備えている。従来のこの種のシリンダヘッドとしては、燃焼室に連通する複数の排気ポートと複数の排気ポートを集合する排気集合部とが一体的に形成されたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
　このシリンダヘッドは、複数の排気ポートが気筒列方向に沿って設けられており、各排気ポートは、燃焼室から排気集合部に向かって内径が漸次大きく形成されている。
　また、気筒列方向の中央に形成される排気ポートは、排気集合部に対して気筒列方向と直交する方向に対向しており、気筒列方向の中央に形成される排気ポートの通路長さは、気筒列方向の両側に形成される排気ポートの通路長さよりも通路長さが短く形成されている。
　また、各排気ポートは、燃焼室から上方に湾曲する湾曲底面および湾曲底面から斜め上方に傾斜する傾斜底面を有し、燃焼室から排出される排気ガスは、上方に指向して排気集合部に集められる。
特開２０００－１６１１３２号公報
　このような従来の内燃機関のシリンダヘッドにあっては、気筒列方向の両側に形成される排気ポートの通路長さが気筒列方向の中央に形成される排気ポートの通路長さよりも長く形成されているため、排気ポートの通路面積が急激に拡大することがない。これにより、燃焼室からこの排気ポートに排出される排気ガスは、排気集合部に到達する過程で整流され易い。
　これに対して、気筒列方向の中央に形成される排気ポートの通路長さは、気筒列方向の両側に形成される排気ポートの通路長さよりも通路長さが短く形成されているため、この排気ポートの通路面積が急激に拡大する。
　これにより、この排気ポートに排気される排気ガスが、排気集合部に到達する過程で整流され難く、排気ポートの底面で排気ガスが乱流となることや、淀みが生じることがある。このため、燃焼室から排気ポートに排出される排気ガスの背圧が高くなってしまい、排気ガスの排出性能が低下してしまうおそれがある。
　本発明は、上記のような問題点に着目してなされたものであり、燃焼室から直線状排気ポートに排出される排気ガスの背圧が高くなることを防止でき、排気ガスの排出性能が低下することを防止できる内燃機関のシリンダヘッドを提供することを目的とするものである。
　本発明の態様は、気筒を有する内燃機関のシリンダブロックの上部に設けられ、気筒列方向に沿って複数の燃焼室と、燃焼室に連通する複数の排気ポートとを有するシリンダヘッドであって、排気ポートを上方から目視した場合に、複数の排気ポートが、シリンダヘッドと一体的に形成され、燃焼室の配列方向に対して直交する方向に延びた後に気筒列方向に湾曲する湾曲状排気ポートと、シリンダヘッドと一体的に形成されるとともに、湾曲状排気ポートの通路長さよりも通路長さが短く形成され、気筒列方向に対して直交する方向に延びる直線状排気ポートと、シリンダヘッドと一体的に形成され、湾曲状排気ポートおよび直線状排気ポートの下流部を集合する排気集合部とを含んで構成され、直線状排気ポートが、燃焼室に連通し、燃焼室から上方に湾曲する湾曲底面および湾曲底面から斜め上方に傾斜する傾斜底面を有し、燃焼室から排気集合部に向かうに従って内径が漸次拡大し、排気集合部の底面を基準面とし、基準面が直線状排気ポートの上流端側に向かって延びる仮想延長面を設けた場合に、直線状排気ポートの底面に仮想延長面よりも上方に膨れ出る膨出部が形成されるものから構成されている。
　このように上記の態様によれば、湾曲状排気ポートの通路長さよりも通路長さが短く形成されて、燃焼室から排気集合部に向かうに従って内径が漸次拡大する直線状排気ポートにおいて、排気集合部の底面を基準面として基準面が直線状排気ポートの上流端側に向かって延びる仮想延長面を設けた場合に、直線状排気ポートの底面に仮想延長面よりも上方に膨れ出る膨出部が形成される。
　これにより、直線状排気ポートの上流端部から排気集合部までの通路面積が急激に拡大することを防止できる。このため、燃焼室から直線状排気ポートの湾曲底面に接しながら流れる排気ガスが湾曲底面で剥離された場合であっても、剥離された直後に膨出部において排気ガスの乱流が発生することや、淀むことを解消できる。
　したがって、直線状排気ポートの傾斜底面において排気ガスの乱流が発生することや、淀むことを防止することができ、排気ガスを整流して排気集合部に流すことができる。この結果、直線状排気ポートで排気ガスの背圧が高くなることを防止でき、排気ガスの排出性能が低下することを防止できる。
　　図１は、本発明の実施形態に係るシリンダヘッドを含むエンジンの正面図である。
　　図２は、本発明の実施形態に係るシリンダヘッドを含むエンジンの平面図である。
　　図３は、図２のIII－III方向矢視断面図である。
　　図４は、図１のIＶ－IＶ方向矢視断面図である。
　　図５は、本発明の実施形態に係るシリンダヘッドの正面図である。
　　図６は、図４のＶI－ＶI方向矢視断面図である。
　　図７は、膨出部が形成されていない排気ポートにおける排気ガスの流れを示す図である。
　　図８は、本発明の実施形態に係るシリンダヘッドにおいて膨出部が形成された排気ポートにおける排気ガスの流れを示す図である。
　以下、本発明に係る内燃機関のシリンダヘッドの実施形態について、図面を用いて説明する。
　図１に示すように、自動車等の車両に搭載される内燃機関としてのエンジン１は、シリンダブロック２と、シリンダブロック２の上部に設けられたシリンダヘッド３と、シリンダヘッド３の上部に設けられたシリンダヘッドカバー４と、シリンダブロック２の下部に取付けられてオイルが貯留されるオイルパン５とを備えている。
　図２に破線で示すように、シリンダブロック２には車幅方向（左右方向）に沿って複数の気筒６Ａ～６Ｃが設けられている。気筒６Ａ～６Ｃには、図示しないピストンが昇降自在に収容されている。
　図４に示すようにシリンダヘッド３の下部には破線の円で示すように、燃焼室７Ａ～７Ｃが形成されており、燃焼室７Ａ～７Ｃは、気筒６Ａ～６Ｃの配列方向に沿って形成されて気筒６Ａ～６Ｃに連通する。ここで、図３においては、燃焼室７Ｂがシリンダヘッド３の下部に形成されており、燃焼室７Ａ、７Ｃも燃焼室７Ｂと同一の形状でシリンダヘッド３の底部に形成されている。

　図２に示すように、シリンダヘッド３の後部には吸気マニホールド８が接続されており、吸気マニホールド８には図示しない吸気管から吸入空気が導入される。図４に示すように、シリンダヘッド３には複数の吸気ポート９が形成されている。吸気ポート９には、吸気マニホールド８を通して吸入空気が導入される。
　吸気ポート９は、それぞれ燃焼室７Ａ～７Ｃを通して気筒６Ａ～６Ｃに連通しており、吸気ポート９に導入された空気は、燃焼室７Ａ～７Ｃを通して気筒６Ａ～６Ｃに導入される。
　図４に示すように、シリンダヘッド３には複数の排気ポート１０が形成されている。それぞれの排気ポート１０は、それぞれ燃焼室７Ａ～７Ｃを通して気筒６Ａ～６Ｃに連通している。
　図４に示すように、排気ポート１０を上方から目視した場合に、排気ポート１０は、気筒６Ａ～６Ｃの配列方向に対して直交する方向に（前方へ向けて）延びた後に気筒６Ａ～６Ｃの配列方向に湾曲する湾曲状排気ポート１１、１２と、湾曲状排気ポート１１、１２の通路長さよりも通路長さが短く形成され、気筒６Ａ～６Ｃの配列方向（左右方向）に対して直交する方向に延びる直線状排気ポート１３と、湾曲状排気ポート１１、１２および直線状排気ポート１３の下流部を集合する排気集合部１４とを含んで構成される。ここで、気筒６Ａ～６Ｃの配列方向は、本発明の気筒列方向に相当する。
　これら湾曲状排気ポート１１、１２、直線状排気ポート１３および排気集合部１４は、シリンダヘッド３に形成されている。図５に示すように、シリンダヘッド３の前面には開口部１４ａが形成されている。開口部１４ａは、湾曲状排気ポート１１の下流端を構成している。
　図５に示すように、左右方向と直交する方向（前方）からシリンダヘッド３を見た場合に、直線状排気ポート１３は、開口部１４ａと重なるようにして燃焼室７Ｂから排気集合部１４まで延びている。このため、直線状排気ポート１３の全長は、湾曲状排気ポート１１、１２の全長よりも短く形成されることになる。
　図１、図２に示すように、シリンダヘッド３の前面にはターボチャージャ１５が取付けられている。ターボチャージャ１５の内部は、図４に示した開口部１４ａに連通している。図１および図２に示すように、ターボチャージャ１５には排気管１６を介して触媒コンバータ１７が接続されている。
　図４に示すように、本実施形態のエンジン１において、燃焼室７Ａ～７Ｃから排出される排気ガスは、湾曲状排気ポート１１、１２および直線状排気ポート１３を通して排気集合部１４に排出されて排気集合部１４で集合する。
　排気集合部１４で集合した排気ガスの一部は、ターボチャージャ１５の図示しないタービンに導入されてタービンを回転させる。また、残りの排気ガスは、排気管１６を通して触媒コンバータ１７に導入されて触媒コンバータ１７によって浄化された後、触媒コンバータ１７の下流端に接続された図示しない排気管を通して大気に排出される。
　図４、図６に示すように、直線状排気ポート１３は、燃焼室７Ｂに連通し、燃焼室７Ｂから上方に湾曲する湾曲底面１３ａおよび湾曲底面１３ａから斜め上方に傾斜する傾斜底面１３ｂを有する。直線状排気ポート１３は、燃焼室７Ｂから排気集合部１４に向かうに従って内径が漸次拡大している。
　図４に示すように、湾曲状排気ポート１１、１２は、燃焼室７Ａ、７Ｃに連通し、燃焼室７Ａ、７Ｃから上方に湾曲する湾曲底面１１ａ、１２ａおよび湾曲底面１１ａ、１２ａから斜め上方に傾斜する傾斜底面１１ｂ、１２ｂを有する。湾曲状排気ポート１１、１２は、燃焼室７Ａ、７Ｃから排気集合部１４に向かうに従って内径が漸次拡大している。
　図６に示すように、直線状排気ポート１３において、排気集合部１４の底面を基準面１８とする。基準面１８が直線状排気ポート１３の上流端側に向かって延びる面を仮想延長面１９とする。本実施形態では、直線状排気ポート１３の底面に仮想延長面１９よりも上方に膨れ出る膨出部２０が形成される。
　膨出部２０は、湾曲底面１３ａのうち仮想延長面１９よりも上方に位置する部位である上方部２０ａから排気集合部１４の底面までの間の領域に形成される。すなわち、本実施形態の湾曲底面１３ａは、膨出部２０を有する。ここで、図６において、膨出部２０が形成される範囲を符号２０Ａで示す。また、上流および下流とは、排気ガスの流れる方向の上流、下流を意味する。
　図４に示すように、シリンダヘッド３における気筒６Ａ～６Ｃの配列方向一端部（右端部）の近傍に形成される燃焼室７Ａが、本発明の一端部側燃焼室を構成し、気筒６Ａ～６Ｃの配列方向の他端部（左端部）に形成される燃焼室７Ｃが、本発明の他端部側燃焼室を構成する。また、燃焼室７Ａと燃焼室７Ｃとの間に形成される燃焼室７Ｂが、本発明の中間燃焼室を構成する。
　このように本実施形態のシリンダヘッド３は、中間燃焼室としての燃焼室７Ｂから延びる直線状排気ポート１３に膨出部２０が形成される。
　図３、図６に示すように、湾曲状排気ポート１１、１２および直線状排気ポート１３の下方側と上方側とにはそれぞれウォータジャケット２１Ａ～２１Ｃ、２２Ａ～２２Ｃが形成されている。湾曲状排気ポート１１、１２および直線状排気ポート１３を流れる排気ガスＧは、ウォータジャケット２１Ａ～２１Ｃ、２２Ａ～２２Ｃを流れる冷却水Ｗによって冷却される。
　図３に示すように、シリンダヘッド３におけるシリンダブロック２の接合面２３には冷却水導入口２４が形成されている。
　冷却水導入口２４は、シリンダヘッド３のウォータジャケット２１Ａ～２１Ｃとシリンダブロック２に形成されたウォータジャケット２５Ａ～２５Ｃに連通している。冷却水導入口２４は、ウォータジャケット２５Ａ～２５Ｃから排出される冷却水をウォータジャケット２１Ａ～２１Ｃに流入させる。
　図３に示すように、ウォータジャケット２１Ａ～２１Ｃに流入された冷却水は、ウォータジャケット２１Ａ～２１Ｃからウォータジャケット２２Ａ～２２Ｃに導入される。
　図６に示すように、冷却水導入口２４は、エンジン１の高さ方向で膨出部と重なるように配置されている。冷却水導入口２４は、膨出部２０の下方に開口している。冷却水導入口２４からウォータジャケット２１Ｂに流入する冷却水は、膨出部２０の下部に直接衝突する。
　図３に示すように、エンジン１の高さ方向における直線状排気ポート１３の底面の高さ位置Ｔ１は、エンジン１の高さ方向における湾曲状排気ポート１１、１２の底面の高さ位置Ｔ２よりも高い位置に形成される。
　次に、作用を説明する。
　本実施形態のシリンダヘッド３は、排気ポート１０を上方から目視した場合に、排気ポート１０は、気筒６Ａ～６Ｃの配列方向に対して直交する方向に延びた後に気筒６Ａ～６Ｃの配列方向に湾曲する湾曲状排気ポート１１、１２と、湾曲状排気ポート１１、１２の通路長さよりも通路長さが短く形成され、気筒６Ａ～６Ｃの配列方向に対して直交する方向に延びる直線状排気ポート１３と、湾曲状排気ポート１１、１２および直線状排気ポート１３の下流部を集合する排気集合部１４とを備えている。
　ここで、通路長さが長い湾曲状排気ポート１１、１２は、通路面積が急激に拡大することがない。このため、燃焼室７Ａ、７Ｃから湾曲状排気ポート１１、１２に排出される排気ガスは、排気集合部１４に到達する過程で整流され易い。
　これに対して、通路長さが短い直線状排気ポート１３は、通路面積が急激に拡大するため、燃焼室７Ｂから直線状排気ポート１３に排気される排気ガスは、排気集合部１４に到達する過程で整流され難い。
　例えば、図７に示すように、膨出部２０が形成されていない直線状排気ポート３１を用意する。この直線状排気ポート３１を流れる排気ガスＧ１は、直線状排気ポート３１の底面で排気ガスが矢印Ａで示すように乱流となることや、淀みが生じることがある。これにより、燃焼室から直線状排気ポート３１に排出される排気ガスの背圧が高くなってしまい、排気ガスの排出性能が低下してしまうおそれがある。
　これに対して、本実施形態では、直線状排気ポート３１が湾曲状排気ポート１１、１２の通路長さよりも通路長さが短く形成されている。燃焼室７Ｂから排気集合部１４に向かうに従って内径が漸次拡大する。本実施形態では、排気集合部１４の底面を基準面１８とし、基準面１８が直線状排気ポート１３の上流端側に向かって延びる仮想延長面１９を設けた場合に、直線状排気ポート１３の底面に仮想延長面１９よりも上方に膨れ出る膨出部２０を形成した。
　これにより、本実施形態では、直線状排気ポート１３の上流端部から排気集合部１４までの通路面積が急激に拡大することを防止できる。このため、燃焼室７Ｂから直線状排気ポート１３の湾曲底面１３ａに接しながら流れる排気ガスが湾曲底面１３ａで剥離された場合であっても、剥離された直後に膨出部２０において排気ガスの乱流が発生することや、淀むことを解消できる。
　したがって、直線状排気ポート１３の傾斜底面１３ｂ、すなわち、膨出部２０において排気ガスの乱流が発生することや、淀むことを防止でき、排気ガスを整流して排気集合部１４に流すことができる。この結果、直線状排気ポート１３で排気ガスの背圧が高くなることを防止でき、排気ガスの排出性能が低下することを防止できる。
　図８は、直線状排気ポート１３の膨出部２０において、排気ガスの乱流が発生することや、淀むことを解消して排気ガスＧ２が円滑に流れる状態を示す。
　また、本実施形態のシリンダヘッド３によれば、湾曲状排気ポート１１、１２および直線状排気ポート１３の下方側に、シリンダブロック２から冷却水が流入するウォータジャケット２１Ａ～２１Ｃが形成される。
　これにより、膨出部２０の肉厚の分だけ、ウォータジャケット２１Ａ～２１Ｃの容積を増大でき、ウォータジャケット２１Ａ～２１Ｃにより多くの冷却水を流通できる。このため、直線状排気ポート１３の冷却性を高めることができる。
　したがって、排気集合部１４で排気ガスの温度が過度に上昇することを防止できる。これに加えて、シリンダヘッド３を冷却することができるため、シリンダヘッド３が劣化することを防止して、シリンダヘッド３の寿命を延ばすことができる。
　また、シリンダヘッド３におけるシリンダブロック２の接合面２３に、シリンダブロック２から流入する冷却水導入口２４を形成し、冷却水導入口２４を、エンジン１の高さ方向で重なるように膨出部２０の下方に開口させた。
　これにより、シリンダブロック２から冷却水導入口２４を通してシリンダヘッド３に流入する低温の冷却水を膨出部２０の下部に直接衝突させることができる。このため、直線状排気ポート１３の冷却性をより効果的に高めることができる。
　また、本実施形態のシリンダヘッド３によれば、膨出部２０を、湾曲底面１３ａのうち仮想延長面１９よりも上方に位置する上方部２０ａから排気集合部１４の底面までの間の領域に形成した。これにより、湾曲底面１３ａから排気集合部１４までの間の直線状排気ポート１３の通路面積が急激に拡大することを防止できる。
　このため、直線状排気ポート１３の膨出部２０において排気ガスの乱流が発生することや、淀むことを防止することができ、排気ガスを整流して排気集合部１４に流すことができる。これに加えて、ウォータジャケット２１Ｂの容積をより効果的に増大して、ウォータジャケット２１Ｂにより多くの冷却水を流通できる。このため、直線状排気ポート１３の冷却性をより効果的に高めることができる。
　また、本実施形態のシリンダヘッド３によれば、気筒６Ａ～６Ｃの配列方向一端部（右端部）に形成される燃焼室７Ａと、気筒６Ａ～６Ｃの配列方向他端部（左端部）に形成される燃焼室７Ｃとの間に形成される燃焼室７Ｂから延びる直線状排気ポート１３に膨出部２０を形成した。
　これにより、膨出部２０の厚みの分だけ、エンジン１の高さ方向における直線状排気ポート１３の底面の高さ位置Ｔ１を、エンジン１の高さ方向における湾曲状排気ポート１１、１２の底面の高さ位置Ｔ２よりも高い位置に形成することができる。
　このため、直線状排気ポート１３の通路面積を湾曲状排気ポート１１、１２の通路面積よりも小さくできる。したがって、直線状排気ポート１３の膨出部２０において排気ガスの乱流が発生することや、淀むことを防止して排気ガスを整流して排気集合部１４に流すことができる。
　これに加えて、通路面積の急激な拡大がない湾曲状排気ポート１１、１２で湾曲状排気ポート１１、１２の通路面積を小さくすることなく、排気ガスを整流することができる。
このため、湾曲状排気ポート１１、１２において背圧が高くなることを確実に防止できる。
　また、本実施形態のシリンダヘッド３によれば、湾曲状排気ポート１１、１２の間に形成されることで湾曲状排気ポート１１、１２よりも高温となる直線状排気ポート１３を冷却水によって冷却することができる。これに加えて、直線状排気ポート１３に形成される膨出部２０の肉厚の分だけ、ウォータジャケット２１Ｂの容積を増大でき、ウォータジャケット２１Ｂにより多くの冷却水を流通でき、直線状排気ポート１３の冷却性を高めることができる。
　また、上述したように、シリンダヘッド３を、気筒６Ａ～６Ｃの配列方向と直交し、かつ気筒６Ａ～６Ｃの配列方向に沿った断面で切った場合に、エンジン１の高さ方向における直線状排気ポート１３の底面の高さ位置Ｔ１をエンジン１の高さ方向における湾曲状排気ポート１１、１２の底面の高さ位置Ｔ２よりも高い位置に形成した。
　これにより、図３に示すように、ウォータジャケット２１Ｂの高さ方向の隙間ｔ１をウォータジャケット２１Ａ、２１Ｃの高さ方向の隙間ｔ２よりも大きくできる。したがって、ウォータジャケット２１Ｂの容積をウォータジャケット２１Ａ、２１Ｃの容積よりも増大できる。なお、本実施形態のシリンダヘッド２は、傾斜底面１３ｂの長さ方向に亙って膨出部２０が形成されるが、膨出部２０は、湾曲底面１３ａから傾斜底面１３ｂの長さ方向の一定の範囲に形成されてもよい。
　本発明の実施形態を開示したが、当業者によっては本発明の範囲を逸脱することなく変更が加えられうることは明白である。すべてのこのような修正および等価物が次の請求項に含まれることが意図されている。
　１　エンジン（内燃機関）
　２　シリンダブロック
　３　シリンダヘッド
　６Ａ～６Ｃ　気筒
　７Ａ　燃焼室（一端部側燃焼室）
　７Ｂ　燃焼室（中間燃焼室）
　７Ｃ　燃焼室（他端部側燃焼室）
　１０　排気ポート
　１１，１２　湾曲状排気ポート
　１３　直線状排気ポート
　１３ａ　湾曲底面
　１３ｂ　傾斜底面
　１４　排気集合部
　１８　基準面
　１９　仮想延長面
　２０　膨出部
　２３　接合面
　２１Ｂ　ウォータジャケット
　２４　冷却水導入口

Claims (5)

  1. 　気筒を有する内燃機関のシリンダブロックの上部に設けられ、気筒列方向に沿って複数の燃焼室と、前記燃焼室に連通する複数の排気ポートとを有するシリンダヘッドであって、
    　前記排気ポートを上方から目視した場合に、複数の前記排気ポートが、前記シリンダヘッドと一体的に形成され、前記気筒列方向に対して直交する方向に延びた後に前記気筒列方向に湾曲する湾曲状排気ポートと、前記シリンダヘッドと一体的に形成されるとともに、前記湾曲状排気ポートの通路長さよりも通路長さが短く形成され、前記気筒列方向に対して直交する方向に延びる直線状排気ポートと、前記シリンダヘッドと一体的に形成され、前記湾曲状排気ポートおよび前記直線状排気ポートの下流部を集合する排気集合部とを含んで構成され、
    　前記直線状排気ポートが、前記燃焼室に連通し、前記燃焼室から上方に湾曲する湾曲底面および前記湾曲底面から斜め上方に傾斜する傾斜底面を有し、前記燃焼室から前記排気集合部に向かうに従って内径が漸次拡大し、
    　前記排気集合部の底面を基準面とし、前記基準面が前記直線状排気ポートの上流端側に向かって延びる仮想延長面を設けた場合に、前記直線状排気ポートの底面に前記仮想延長面よりも上方に膨れ出る膨出部が形成されることを特徴とする内燃機関のシリンダヘッド。
  2. 　前記湾曲状排気ポートおよび前記直線状排気ポートの下方側に、前記シリンダブロックから冷却水が流入するウォータジャケットを形成し、
    　前記シリンダヘッドにおける前記シリンダブロックの接合面に、前記シリンダブロックから流入する冷却水導入口を形成し、
    　前記冷却水導入口を、前記内燃機関の高さ方向で重なるように前記膨出部の下方に開口させ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。
  3. 　前記膨出部を、前記湾曲底面のうち前記仮想延長面よりも上方に位置する部位から前記排気集合部の底面までの間の領域に形成したことを特徴とする請求項１また請求項２に記載の内燃機関のシリンダヘッド。
  4. 　前記燃焼室が、前記気筒列方向一端部に形成される一端部側燃焼室と、前記気筒列方向他端部に形成される他端部側燃焼室と、前記一端部側燃焼室と前記他端部側燃焼室との間に形成される中間燃焼室とを含んで構成され、
    　前記湾曲状排気ポートが、前記一端部側燃焼室から延びる排気ポートと前記他端部側燃焼室から延びる排気ポートとから構成され、
    　前記直線状排気ポートが、前記中間燃焼室から延びる排気ポートから構成され、
    　前記中間燃焼室から延びる前記直線状排気ポートに前記膨出部を形成したことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の内燃機関のシリンダヘッド。
  5. 　前記シリンダヘッドを、前記気筒列方向と直交し、かつ前記気筒列方向に沿った断面で切った場合に、前記内燃機関の高さ方向における前記直線状排気ポートの底面の高さ位置を、前記内燃機関の高さ方向における前記湾曲状排気ポートの底面の高さ位置よりも高い位置に形成したことを特徴とする請求項４に記載の内燃機関のシリンダヘッド。
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