(57)【要約】【課題】シリンダヘッドに排気マニホールドを内蔵したエンジンに関し、吸気充填効率を改善する。【解決手段】複数の排気通路１をシリンダヘッド１１の内部で一本に合流させたエキマニ内蔵型のエンジンに関する。複数の排気通路１のそれぞれに屈曲部２を設け、シリンダ１３から排出される排気ガスの流れをエンジンの側面方向へと屈曲させる。屈曲部２よりも排気通路１の下流側に膨出部３を形成する。膨出部３の形状は、排気通路１の内壁下部から排気通路１の内側に向かって上方へ膨出した形状とする。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の排気通路をシリンダヘッドの内部で一本に合流させたエキマニ内蔵型のエンジンであって、
前記複数の排気通路のそれぞれに設けられ、前記エンジンの気筒から上方向に排出される排気ガスの流れを前記エンジンの側面方向へと屈曲させる屈曲部と、
前記屈曲部よりも前記排気通路の下流側において、前記排気通路の内壁底面から前記排気通路の中心に向かって上方へ膨出した形状に形成される膨出部と
を備えることを特徴とする、エンジン。
【請求項２】
前記膨出部が、前記排気通路の延在方向に沿って延設される
ことを特徴とする、請求項１記載のエンジン。
【請求項３】
前記膨出部が、前記複数の排気通路を合流させた形状に対応する分枝形状に形成される
ことを特徴とする、請求項１または２記載のエンジン。
【請求項４】
前記シリンダヘッドの内部で前記排気通路よりも下方に配置されるウォータージャケットと、
前記膨出部の下方において、前記ウォータージャケットの内壁頂面から前記ウォータージャケットの外側に向かって上方へ膨出した形状に形成される第二膨出部と、を備える
ことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の排気通路をシリンダヘッドの内部で一本に合流させたエキマニ内蔵型のエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、シリンダヘッドの内部にエキマニ（エキゾーストマニホールド）に相当する通路構造を内蔵させたエンジンが知られている。すなわち、エンジンのシリンダ（気筒）に接続される複数の排気通路を、シリンダヘッドの内部で一本の流路に合流させた構造を持ったエンジンである。このような構造を採用することにより、排気系に介装される排気浄化触媒とエンジンとの距離を短縮することができ、排気浄化性能を向上させることができる。また、排気系自体の長さが短縮されるため、排気による圧力損失を低下させることができるほか、エンジンの省スペース化が容易となる（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2004-052546号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のようなエンジンでは、排気通路の断面積を大きめに設定することで排気ガスの流速を低下させ、排気ガスからシリンダヘッドへの熱伝達が過剰にならないようにしている。しかしながら、排気通路の断面積を増大させるほど排気通路内の容積が増大するため、エンジンの運転状態によっては吸気の充填効率が低下しうる。例えば、エンジン回転速度が中低速域となる運転状態では、排気圧の低下や排気脈動の干渉によって吸気がシリンダ内へ流入しにくくなる。これにより、所望の充填効率が得られなくなり、エンジンの出力トルクが低下する場合がある。一方、排気通路内の容積を減少させれば、充填効率を確保しやすくなるものの、排気ガスからシリンダヘッドへの熱伝達量が増大しやすくなってしまう。
【０００５】
本件の目的の一つは上記のような課題に鑑みて創案されたものであり、シリンダヘッドの過昇温を抑制しつつ充填効率を高めることができるようにした、エキマニ内蔵型のエンジンを提供することである。なお、この目的に限らず、後述する「発明を実施するための形態」に示す各構成から導き出される作用効果であって、従来の技術では得られない作用効果を奏することも、本件の他の目的として位置付けることができる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）本件のエンジンは、複数の排気通路をシリンダヘッドの内部で一本に合流させたエキマニ内蔵型のエンジンである。このエンジンには、前記複数の排気通路のそれぞれに設けられ、前記エンジンの気筒（シリンダ）から上方向に排出される排気ガスの流れを前記エンジンの側面方向へと屈曲させる屈曲部が設けられる。また、このエンジンには、前記屈曲部よりも前記排気通路の下流側において、前記排気通路の内壁底面から前記排気通路の中心に向かって上方へ膨出した形状に形成される膨出部が設けられる。
【０００７】
（２）前記膨出部が、前記排気通路の延在方向に沿って延設されることが好ましい。すなわち、前記膨出部が突条であることが好ましい。
（３）前記膨出部が、前記複数の排気通路を合流させた形状に対応する分枝形状に形成されることが好ましい。
（４）前記シリンダヘッドの内部で前記排気通路よりも下方に配置されるウォータージャケットを備えることが好ましい。また、前記膨出部の下方において、前記ウォータージャケットの内壁頂面から前記ウォータージャケットの外側に向かって上方へ膨出した形状に形成される第二膨出部を備えることが好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
シリンダヘッドの過昇温を抑制しつつ充填効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】エンジンの構造を示す分解斜視図である。
【図２】シリンダヘッドの側面を示す斜視図である。
【図３】シリンダヘッドの内部構造を示す水平断面図である。
【図４】エンジン，シリンダヘッドの縦断面図（図３のＡ−Ａ断面図）である。
【図５】シリンダヘッドの内部構造を示す縦断面図（図３のＢ−Ｂ断面図）である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図面を参照して、実施形態としてのエンジン１０について説明する。以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。本実施形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。また、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることができる。
【００１１】
［１．構成］
図１に示すエンジン１０は水冷式の多気筒エンジンであり、シリンダヘッド１１がシリンダブロック１２の上面に締結固定される構造を持つ。以下、シリンダブロック１２の上面が水平で上向きとなる姿勢を基準として、エンジン１０の構造的な特徴を説明する。エンジン１０のシリンダブロック１２には、筒軸が鉛直な複数の中空円筒を列設してなるシリンダ１３（シリンダボア）が形成される。それぞれのシリンダ１３の周囲には、エンジン冷却水が流通するウォータージャケット４（水室）が設けられる。
【００１２】
シリンダブロック１２の上面には、ガスケットを介してシリンダヘッド１１が締結固定される。シリンダヘッド１１の底面のうち、シリンダ１３の頂面に相当する箇所には、吸気バルブ孔や排気バルブ孔６（図４参照）が設けられる。シリンダ１３の内部で発生した排気ガスは、排気バルブ孔６を通って排気系へと排出される。本実施形態の排気バルブ孔６は、一つのシリンダ１３に対して二つずつ設けられる（図３参照）。
【００１３】
シリンダヘッド１１には、複数の排気通路１を一本に合流させたエキマニ（エキゾーストマニホールド）構造が内蔵される。排気通路１は、図３に示すように、それぞれの排気バルブ孔６に対して一本ずつ設けられ、排気ガスの流通方向の下流側においてシリンダ１３ごとに一本の流路に集約される。また、そのさらに下流側では、三つのシリンダ１３に対応する三本の流路が一本の流路に集約される。このように、排気通路１の全体形状は、六本の流路が下流側へ進むに連れて合流するとともに、最終的には一本に合流した形状（言い換えれば、排気ガスの流通方向の上流側が六本に分岐した形状）であって、上流側ほど分岐数が増加する分枝形状（樹形図形状）とされる。このようなエキマニ状の流路がシリンダヘッド１１に内蔵される。
【００１４】
排気通路１のうち、排気バルブ孔６に接続される最も細い通路（最も上流側に位置する枝管部分）のことを小通路２１と呼ぶ。また、シリンダ毎に複数の小通路２１を集約した通路のことを中通路２２と呼び、複数の中通路２２を集約した通路のことを大通路２３と呼ぶ。小通路２１の断面積は、一個の排気バルブ孔６の開口面積に応じた大きさ（例えば、排気バルブ孔６の開口面積と同程度）に設定される。同一のシリンダ１３に接続された一対の小通路２１は、排気バルブ孔６に比較的近い位置で合流して中通路２２を形成する。さらに下流側には、三本の中通路２２を一本に集合させた大通路２３が設けられる。小通路２１の断面形状はほぼ円形とされる。また、中通路２２，大通路２３の断面形状は、横に長い楕円形状、あるいは二つの半円を矩形で繋いだトラック形状に形成される。
【００１５】
図２に示すように、大通路２３の下流端部（排気ガスの排出口となる部位）には、排気ガスの流通方向に対して垂直な平面状の締結面をなす排気フランジ７が形成される。排気フランジ７は、これよりも下流側の排気管（ターボチャージャーや触媒装置との接続用の管材を含む）が締結固定される部位である。排気フランジ７の周囲には複数の締結具を取り付けるためのボス孔が設けられる。
【００１６】
図４に示すように、排気通路１のうち小通路２１の中途には、エンジン１０のシリンダ１３から上方向に排出される排気ガスの流れをエンジン１０の側面方向へと屈曲させる屈曲部２が設けられる。また、屈曲部２よりも下流側の部位は、ほぼ水平な方向に延設される。また、屈曲部２よりも下流側の排気通路１には、排気通路１の内壁底面から排気通路１の中心に向かって上方に膨出した形状の膨出部３が設けられる。本実施形態の膨出部３は、屈曲部２よりも下流側の小通路２１と中通路２２及び大通路２３とに形成される。
【００１７】
膨出部３は、排気通路１の内部を流通する排気ガスの流速をできるだけ上昇させることなく、排気通路１の断面積を削減するために設けられた突起部分である。排気通路１の内部における排気ガスの流速分布は、屈曲部２よりも下流側の流路断面において偏った様相を呈し、下方よりも上方が高速となる。また、排気通路１の幅方向の流速分布は、中央部よりも左右両端部が高速となる。つまり、排気通路１の内壁底面近傍は、排気通路１の中でも排気ガスの流速が最も低い部位となる。このように、流速が最も低い部位に膨出部３を形成することで、排気通路１内の容積を減少させつつ、排気ガスの流速上昇を抑制することが容易となる。
【００１８】
なお、膨出部３は排気通路１の中で排気ガスの流速が相対的に低い部位のみに形成することが好ましい。その理由は、膨出部３を大きくするに連れて排気ガスの流速が上昇し、シリンダヘッド１１が昇温しやすくなるからである。膨出部３の内壁底面からの突出長は、例えば膨出部３の上端が排気通路１の中央部に達する長さを上限として設定することが好ましい。
【００１９】
本実施形態の膨出部３は、図２に示すように、排気通路１の延在方向に沿って延設された突条として形成される。膨出部３を排気ガスの流れ方向に沿って延設することで、排気通路１内の削減容積が増大することになり、吸気の充填効率が改善される。また、図３に示すように、膨出部３の全体形状は、排気通路１の全体形状に対応する分枝形状に形成される。つまり、屈曲部２よりも下流側の小通路２１だけでなく、中通路２２や大通路２３にも膨出部３が形成される。これにより、排気通路１内の削減容積がさらに増大するだけでなく、排気ガスの整流効果が増大し、吸気の充填効率がさらに改善される。
【００２０】
図５に示すように、シリンダヘッド１１の内部で排気通路１の上方，下方のそれぞれには、エンジン冷却水が流通するウォータージャケット４が設けられる。これらのウォータージャケット４は、図４に示すように、シリンダブロック１２のウォータージャケット４と連結可能である。また、排気通路１の下方に設けられたウォータージャケット４には、膨出部３の形状に対応する第二膨出部５が設けられる。
【００２１】
第二膨出部５は、ウォータージャケット４の内壁頂面からウォータージャケット４の外側に向かって上方へ膨出した形状に形成される。膨出部３と第二膨出部５とを隔てる壁体の厚みは、例えば数ミリメートル程度である。このように、膨出部３の直下方に第二膨出部５を配置することで、排気ガスの冷却性が向上する。すなわち、冷却性を向上させることで、排気通路１の容積削減に伴う流速上昇の影響を相殺することが可能となる。
【００２２】
［２．作用，効果］
（１）排気通路１の内壁下部から膨出した形状の膨出部３を設けることで、排気ガスの流速が低い部分の容積を削減することができる。これにより、膨出部３を設けない場合と比較して、小さな流速上昇率で大きな容積削減効果を得ることができる。つまり、排ガスの流速上昇を抑えつつ、排気管内の容量を削減できる。したがって、シリンダヘッド１１の過昇温を抑制しつつ、吸気の充填効率を改善することができる。
（２）図３，図４に示すように、排気ガスの流れ方向に沿って膨出部３を延設することで、排気通路１内の削減容積を増大させることができる。これにより、排気ガスの流速の上昇抑制効果を高めつつ排気通路１の容積を削減することができ、吸気の充填効率を改善することができる。
【００２３】
（３）図３に示すように、膨出部３を分枝形状にすることで、流速の上昇抑制効果を高めつつ排気通路容積を削減することができる。また、膨出部３の全体形状が排気通路１の全体形状に対応する形状であることから、排気ガスの整流効果を高めることができ、吸気の充填効率をさらに改善することができる。
（４）図５に示すように、膨出部３の下方にウォータージャケット４の第二膨出部５を設けることで、膨出部３を介して排気ガスを効率よく冷却することができる。また、排気通路１の容積削減に伴う流速上昇の影響を相殺することが可能となり、シリンダヘッド１１の過昇温をより確実に抑制することができる。
【００２４】
［３．変形例］
上述の実施形態では、排気通路１の屈曲部２よりも下流側の小通路２１と中通路２２及び大通路２３とに膨出部３が形成された構造を例示したが、膨出部３のレイアウトはこれに限定されない。例えば、排気通路１の屈曲部２よりも下流側の小通路２１のみに膨出部３を形成してもよいし、大通路２３のみに膨出部３を形成してもよい。少なくとも屈曲部２よりも排気通路１の下流側に膨出部３を配置することで、上述の実施形態と同様の効果を奏するものとなる。
【符号の説明】
【００２５】
１  排気通路
２  屈曲部
３  膨出部
４  ウォータージャケット
５  第二膨出部
６  排気バルブ孔
７  排気フランジ
１０  エンジン
１１  シリンダヘッド
１２  シリンダブロック
１３  シリンダ
２１  小通路
２２  中通路
２３  大通路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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