(57)【要約】      （修正有）【課題】排気マニホールドを内蔵したシリンダヘッド内の冷却状態の均一性を高めて、このシリンダヘッドへの連結部材の固定を確実に行うことができるエンジン用シリンダヘッドを提供する。【解決手段】エンジンの各気筒にそれぞれ接続された複数の排気ポートを内蔵するエンジン用シリンダヘッド本体１４は、独立ポート１０ａ，１０ｄと、排気ポート１０ｂ，１０ｃが合流した合流ポート１５と、この合流ポート１５の近傍のみに配置されて潤滑用オイルが流れるオイル通路１９とを備える。合流ポート１５の温度を下げる一方で、独立ポート１０ａ，１０ｄの温度を下げすぎないので、シリンダヘッド本体１４の内部の冷却状態の均一性が高まり、このシリンダヘッド本体１４への連結部材の固定を確実に行うことができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの各気筒にそれぞれ接続された複数の排気ポートを内蔵したエンジン用シリンダヘッドにおいて、
前記複数の排気ポートのうち、一の排気ポートと他の排気ポートが合流した合流ポートと、
前記複数の排気ポートのうち、いずれの排気ポートとも合流しない独立ポートと、
前記合流ポートと前記独立ポートのうち、前記合流ポートの近傍のみに配置される、潤滑用オイルが流れるオイル通路と、
前記複数の排気ポートが内部に形成され、前記オイル通路が形成されたシリンダヘッド本体と、
を備えたことを特徴とする
エンジン用シリンダヘッド。
【請求項２】
前記オイル通路が、前記合流ポートを構成する前記一の排気ポートと前記他のポートの合流点のポート上流側近傍であって、前記一の排気ポートと前記他の排気ポートに挟まれた領域に配置されていることを特徴とする
請求項１に記載のエンジン用シリンダヘッド。
【請求項３】
前記シリンダヘッド本体に形成される、冷却水が流れる水通路
をさらに備え、
前記シリンダヘッド本体に、シリンダヘッドとシリンダブロックとを連結する連結ボルトを通す複数のボルト孔が形成されており、この複数のボルト孔のうち、前記合流ポートの近傍に形成されたボルト孔が、前記オイル通路と前記水通路の間に配置されていることを特徴とする
請求項２に記載のエンジン用シリンダヘッド。
【請求項４】
エンジン内部を冷却する冷却水が流れる水室をさらに備え、
前記水室が、前記排気ポートの上側に設けられる上部水室と、下側に設けられる下部水室と、を有し、前記水通路が、前記上部水室と前記下部水室とを接続する接続水路である
請求項３に記載のエンジン用シリンダヘッド。
【請求項５】
前記複数のボルト孔のうち、前記独立ポートの近傍に形成されたボルト孔が、複数の前記水通路の間に配置されていることを特徴とする
請求項３または４に記載のエンジン用シリンダヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、排気マニホールドを内蔵したエンジン用シリンダヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンのシリンダヘッドとして、例えば、特許文献１に示すように、エンジンの各気筒にそれぞれ接続された複数の排気ポートをシリンダヘッドに内蔵した、排気マニホールド一体型のものが開発されている。このシリンダヘッドは、締結ボルトによってシリンダブロックに固定されてエンジンが構成される。特許文献１に係るエンジンにおいては、直列３気筒エンジンの各気筒に接続された３本の排気ポートの全てが集合して、排気集合部を構成している。前記締結ボルトと排気集合部との間には、動弁室を潤滑したオイルをオイルパンに戻すオイル戻し通路が設けられている。
【０００３】
このように、オイル戻し通路を排気集合部の近傍に設けることにより、集合排気ポートを通過する排気ガスでオイルを加熱し、オイルヒータを設けることなくオイルを昇温させて各潤滑部の摩擦抵抗を低減している（特許文献１の段落００２１〜００２６、図２など参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３６０５５２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に係る構成によると、熱伝達が高いオイルによって、排気集合部の熱を速やかに奪うことができ、エンジンの過熱を確実に防止することができる一方で、排気ポートの構成によっては、オイルの熱伝達が高いことに起因する不具合が生じることがある。
【０００６】
例えば、直列４気筒の４サイクルエンジンの各気筒（第一気筒、第二気筒、第三気筒、および、第四気筒）に排気ポート（第一ポート、第二ポート、第三ポート、および、第四ポート）が接続され、第二ポートと第三ポートが合流して合流ポートを構成する一方で、第一ポートと第四ポートが他の排気ポートと合流しない構成について考える。この場合、クランク軸が７２０度回転する間に、第一ポートおよび第四ポートには１度しか排気ガスが流れないのに対し、合流ポートにはその間に２度排気ガスが流れる。このため、合流ポートの近傍は、第一ポートおよび第四ポートの近傍と比較して高温となりやすい。
【０００７】
ここで、各排気ポート（第一ポート、合流ポート、第四ポート）のそれぞれにオイル戻し通路を設けた場合、合流ポートと比較して相対的に温度が低い第一ポートおよび第四ポートの温度がさらに低下して、各排気ポートが開口するフランジ部の温度が不均一となることがある。この温度が不均一となると、排気管をこのフランジ部に固定するボルトの熱膨張に差が生じて締結力がばらつき、排気管などの連結部材の固定状態が不十分となる虞がある。
【０００８】
そこで、この発明は、排気マニホールドを内蔵したシリンダヘッド内の冷却状態の均一性を高めて、このシリンダヘッドへの連結部材の固定を確実に行うことを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、この発明においては、エンジンの各気筒にそれぞれ接続された複数の排気ポートを内蔵したエンジン用シリンダヘッドにおいて、前記複数の排気ポートのうち、一の排気ポートと他の排気ポートが合流した合流ポートと、前記複数の排気ポートのうち、いずれの排気ポートとも合流しない独立ポートと、前記合流ポートと前記独立ポートのうち、前記合流ポートの近傍のみに配置される、潤滑用オイルが流れるオイル通路と、前記複数の排気ポートが内部に形成され、前記オイル通路が形成されたシリンダヘッド本体と、を備えたことを特徴とするエンジン用シリンダヘッドを構成した。
【００１０】
前記構成においては、前記オイル通路が、前記合流ポートを構成する前記一の排気ポートと前記他のポートの合流点のポート上流側近傍であって、前記一の排気ポートと前記他の排気ポートに挟まれた領域に配置されている構成とするのが好ましい。
【００１１】
オイル通路が前記領域に配置された構成においては、前記シリンダヘッド本体に形成される、冷却水が流れる水通路をさらに備え、前記シリンダヘッド本体に、シリンダヘッドとシリンダブロックとを連結する連結ボルトを通す複数のボルト孔が形成されており、この複数のボルト孔のうち、前記合流ポートの近傍に形成されたボルト孔が、前記オイル通路と前記水通路の間に配置されている構成とするのが好ましい。
【００１２】
水通路を備えた構成においては、エンジン内部を冷却する冷却水が流れる水室をさらに備え、前記水室が、前記排気ポートの上側に設けられる上部水室と、下側に設けられる下部水室と、を有し、前記水通路が、前記上部水室と前記下部水室とを接続する接続水路である構成とするのが好ましい。
【００１３】
また、水通路を備えた構成においては、前記複数のボルト孔のうち、前記独立ポートの近傍に形成されたボルト孔が、複数の前記水通路の間に配置されている構成とするのが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
この発明によると、複数の排気ポートのうち、特に高温となりやすい合流ポートの近傍のみにオイル通路を配置したので、合流ポートの温度を速やかに下げる一方で、相対的に温度が低い独立ポートの温度がさらに大きく下がるのを防止することができる。このため、シリンダヘッド内の冷却状態の均一性が高まり、このシリンダヘッドへの連結部材の固定を確実に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】エンジン用シリンダヘッドおよびシリンダブロックの一例を示す分解斜視図
【図２】図１に示すエンジンの内部構造の一例を示す断面図
【図３】この発明に係るエンジン用シリンダヘッドの一実施形態を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図
【図４】図３に示すエンジン用シリンダヘッドの製造に用いられる排気ポート用中子および水室用中子の正面図
【図５】図４中のＶ−Ｖ線に沿う断面図
【図６】図４に示す排気ポート用中子および水室用中子の斜視図
【図７】図６に示す排気ポート用中子および水室用中子の分解斜視図
【図８】図３（ａ）または（ｂ）中の、（ａ）はＡ−Ａ線に沿う断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ線に沿う断面図、（ｃ）はＣ−Ｃ線に沿う断面図、（ｄ）はＤ−Ｄ線に沿う断面図
【図９】図４の水室用中子を示し、（ａ）は上部中子の底面図、（ｂ）は下部中子の平面図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
この発明に係るエンジン用シリンダヘッド（以下において、「シリンダヘッド」と略称する。）は、図１および図２に例示するエンジンに適用される。図１に示すように、このエンジンは、４本の気筒６（第一気筒６ａ、第二気筒６ｂ、第三気筒６ｃ、第四気筒６ｄ）が直列に配置された直列４気筒エンジンであって、シリンダヘッド１とシリンダブロック２を備えている。このシリンダヘッド１は、排気ポート１０を内蔵した排気マニホールド一体型のシリンダヘッド１である。このシリンダヘッド１をシリンダブロック２に連結ボルト（図示せず）で連結することによって、シリンダヘッドとシリンダブロックが一体化される。以下においては、エンジンのシリンダヘッド１側を上側、シリンダブロック２側を下側と称する。
【００１７】
図２に示すように、このエンジンの内部には、冷却水が流れる水室１１（ウォータジャケット）が形成されており、この水室１１に冷却水を流すことによってエンジンを冷却している。シリンダ３の内部には、ピストン４が上下動自在に設けられている。ピストン４上部の燃焼室には、空気を送り込む吸気ポート５、および、排気ガスを排出する排気ポート１０がそれぞれ接続されている。
【００１８】
本図では、吸排気バルブ、点火装置などのエンジン付属部品の記載は省略している。なお、ここで示したエンジンの形態は説明のための例示に過ぎず、以下において説明する、この発明に係るシリンダヘッド１は、エンジンの気筒数などについて、何ら限定を受けることなく適用される。
【００１９】
この発明に係るシリンダヘッド１の一実施形態を図３から図９を用いて説明する。図３に示すシリンダヘッド１は、鋳造法によって製造される。その鋳造は、シリンダヘッド１の型枠（図示せず）内に図４から図７に示す中子（排気ポート用中子１２、水室用中子１３）を配置し、この型枠内に溶湯を注湯することによってなされる。冷却後にこれらの中子１２、１３を除去することによって、シリンダヘッド本体１４内に、排気ポート１０および水室１１が内蔵されたシリンダヘッド１が完成する。
【００２０】
排気ポート用中子１２は、後述する第一ポート１０ａを形成するための第一ポート用中子１２ａ、合流ポート１５（第二ポート１０ｂ、第三ポート１０ｃ）を形成するための合流ポート用中子１２ｂ、および、第四ポート１０ｄを形成するための第四ポート用中子１２ｃから構成される。また、水室用中子１３は、後述する上部水室１１ａを形成するための上部中子１３ａ、および、下部水室１１ｂを形成するための下部中子１３ｂから構成される。下部中子１３ｂには、シリンダヘッド１の鋳造の際にその型枠内で下部中子１３ｂを所定の位置に保持する巾木部１３ｃが形成されている。
【００２１】
排気ポート１０は、第一ポート１０ａ、第二ポート１０ｂ、第三ポート１０ｃ、および、第四ポート１０ｄの４ポートから構成されている。第一ポート１０ａは第一気筒６ａ、第二ポート１０ｂは第二気筒６ｂ、第三ポート１０ｃは第三気筒６ｃ、および、第四ポート１０ｄは第四気筒６ｄにそれぞれ接続されている。
【００２２】
各排気ポート１０は、直列配置された複数の気筒６の配列方向中央付近（第二気筒６ｂと第三気筒６ｃの中間付近）に集合している。第二ポート１０ｂと第三ポート１０ｃは、途中で合流して合流ポート１５を構成する一方で、第一ポート１０ａと第四ポート１０ｄは、他のいずれの排気ポート１０とも合流することなく、それぞれ独立ポートとして単独のまま集合している。
【００２３】
第一ポート１０ａ、合流ポート１５（第二ポート１０ｂ、第三ポート１０ｃ）、および、第四ポート１０ｄは、シリンダヘッド１のフランジ部１６のフランジ面１６ａに開口している。このフランジ部１６において、各排気ポート１０は、下流側の排気管（図示せず）と接続される。このフランジ部１６には、排気管を固定するためのボルト１７が設けられている。
【００２４】
水室１１は、排気ポート１０の上側に配置される上部水室１１ａと、下側に配置される下部水室１１ｂとから構成されている。上部水室１１ａと下部水室１１ｂは、ともにフランジ部１６に臨むように配置され、そのフランジ部１６側の端部で、互いに上下に接近している（図５の左端部参照）。水室１１内には、ウォータポンプ（図示せず）によって冷却水が循環される。これにより、この水室１１に近接して設けられた各排気ポート１０内を流れる排気ガスが冷却される。
【００２５】
図８（ａ）〜（ｄ）に示すように、上部水室１１ａと下部水室１１ｂとの間の隔壁（巾木部１３ｃ、排気ポート１０間、気筒６間、排気弁間、水室１１端部）には、ドリルＤを用いて貫通孔が形成される。この貫通孔は、上部水室１１ａと下部水室１１ｂを接続する接続水路（水通路）となる。図３中に破線で示したのが、各接続水路（フランジ水路１８ａ、ポート間水路１８ｂ、気筒間水路１８ｃ、排気弁間水路１８ｄ、水室端部水路１８ｅ）の位置に対応する。
【００２６】
ドリルＤによって形成された穿孔の開口には、水室１１内の冷却水が漏れないように、水栓２１を嵌め込むなどの封止処理が行なわれる（図３（ｂ）参照）。なお、図８（ｂ）〜（ｄ）に示した貫通孔の位置は例示であって、上部水室１１ａおよび下部水室１１ｂの形状、各排気ポート１０の配置、排気ポート１０内を流れる排気ガスの温度などを考慮して、適宜決定することができる。
【００２７】
本実施形態のように、シリンダブロック２を上部水室１１ａと下部水室１１ｂとからなる水室１１で冷却する構成とした場合、燃焼室に近い下部水室１１ｂの方が上部水室１１ａよりも冷却水温度が上昇しやすく、排気ポート１０を流れる排気ガスの冷却効率が低下する虞がある。そこで、上記のように、接続水路１８ａ〜１８ｄを形成して、上部水室１１ａと下部水室１１ｂを接続することにより、上部水室１１ａと下部水室１１ｂとの間の冷却水の循環を高めて、下部水室１１ｂの水温が過熱するのを防止して、高い冷却効率を維持することができる。
【００２８】
図３（ａ）に示すように、シリンダヘッド１には、エンジン内部の各部を潤滑するオイルが通るオイル通路１９が設けられている。このオイルは、エンジン下部に設けられたオイルパン（図示せず）から、オイルポンプ（図示せず）によって汲み上げられ、ジャーナル（図示せず）、メインギャラリ（図示せず）、および、シリンダヘッド１を経由して、このオイル１９管を通ってオイルパンに戻る。
【００２９】
このオイル通路１９の位置を、図９（ａ）（ｂ）に示す上部中子１３ａの底面図（本図（ａ））および下部中子１３ｂの平面図（本図（ｂ））を用いて説明する。上部中子１３ａおよび下部中子１３ｂには、排気ポート１０が収まる溝部がそれぞれ形成されている。上部中子１３ａに形成された上部第一溝１３ａ１と下部中子１３ｂに形成された下部第一溝１３ｂ１は第一ポート１０ａの位置に、上部中子１３ａに形成された上部第二溝１３ａ２と下部中子１３ｂに形成された下部第二溝１３ｂ２は合流ポート１５の位置に、上部中子１３ａに形成された上部第三溝１３ａ３と下部中子１３ｂに形成された下部第三溝１３ｂ３は第四ポート１０ｄの位置に、それぞれ対応している。上部第二溝１３ａ２と下部第二溝１３ｂ２の上流側は、第二ポート１０ｂおよび第三ポート１０ｃの配管形状に対応して分岐している。
【００３０】
本図に示すように、オイル通路１９は、合流ポート１５を構成する第二ポート１０ｂと第三ポート１０ｃの合流点のポート上流部の近傍であって、第二ポート１０ｂと第三ポート１０ｃに挟まれた領域に配置されている。ここでいう近傍とは、オイル通路１９と第二ポート１０ｂまたは第三ポート１０ｃとの間で、スムーズに熱の授受を行い得る程度の距離であることを意味し、具体的には、前記合流点（第二ポート１０ｂと第三ポート１０ｃの分岐部分の最上流部）とオイル通路１９との間の距離が、オイル通路１９の直径の３倍以内、好ましくは２倍以内、より好ましくは１倍以内の範囲を意味する。
【００３１】
上記の領域にオイル通路１９を配置することにより、１本のオイル通路１９で、合流ポート１５に合流する前の第二ポート１０ｂおよび第三ポート１０ｃの両方を同時に、かつ効率的に冷却することができる。
【００３２】
このオイル通路１９の近傍に形成された、シリンダヘッド１とシリンダブロック２を連結する連結ボルト（図示せず）を通すボルト孔２０（２０ａ）の近傍には、上部水室１１ａと下部水室１１ｂを接続する気筒間水路１８ｃ（水通路）が配置されている。このボルト孔２０（２０ａ）は、オイル通路１９と気筒間水路１８ｃの間に位置している。
【００３３】
合流ポート１５以外の排気ポート１０、すなわち、独立ポート（第一ポート１０ａおよび第四ポート１０ｄ）の近傍にも、ボルト孔２０（２０ｂ）が形成されているが、このボルト孔２０（２０ｂ）の近傍にはオイル通路１９は配置されておらずポート間水路１８ｂと気筒間水路１８ｃのみが配置されている。このボルト孔２０（２０ｂ）は、ポート間水路１８ｂと気筒間水路１８ｃの間に位置している。
【００３４】
水通路（ポート間水路１８ｂなど）を流れる冷却水は、高温のエンジンを冷却する際に沸騰して気体状態となることがあり、その場合、冷却効果が大幅に低下して、エンジンのオーバーヒートを引き起こす虞がある。これに対し、オイル通路１９を流れるオイルは、沸点が水よりも大幅に高く、通常は沸騰しないため、安定的にエンジンを冷却することができる。また、オイルは水よりも熱伝達が高く、冷却効果が大きいという特性もある。
【００３５】
既述の通り、合流ポート１５の近傍は、独立ポート（第一ポート１０ａおよび第四ポート１０ｄ）の近傍と比較して高温となりやすい。上記のように、複数の排気ポート１０のうち、特に高温となりやすい合流ポート１５の近傍のみにオイル通路１９を配置することにより、合流ポート１５の温度を速やかに下げる一方で、相対的に温度が低い独立ポート（第一ポート１０ａおよび第四ポート１０ｄ）の温度がさらに大きく下がるのを防止することができる。このため、シリンダヘッド１内の冷却状態の均一性が高まり、このシリンダヘッド１への連結部材（排気管など）の固定を確実に行うことができる。
【００３６】
また、相対的に高温となる合流ポート１５の近傍にオイル通路１９を配置することにより、冷間始動時において速やかにオイルの温度を上昇させることができる。このため、オイルによる潤滑性が向上し、速やかに摩擦抵抗を低減することができる。
【００３７】
上記の実施形態はあくまでも一例であって、排気マニホールドを内蔵したシリンダヘッド１内の冷却状態の均一性を高めて、このシリンダヘッド１への連結部材の固定を確実に行う、というこの発明の課題を解決し得る限りにおいて、その構成要素に適宜変更を加えることができる。
【００３８】
例えば、合流ポート１５の近傍に配置されるオイル通路１９の個数は、上記の実施形態のように１個に限定されず、複数個配置することもできる。また、オイル通路１９の位置も適宜変更することができる。さらに、複数の排気ポート１０のうち、３本以上の排気ポート１０が合流して合流ポート１５を構成する場合も、この発明に係る構成を適用することができる。また、オイル通路１９はオイル戻し通路としているが、ブローバイガス通路としても良い。
【符号の説明】
【００３９】
１  シリンダヘッド
２  シリンダブロック
３  シリンダ
４  ピストン
５  吸気ポート
６  気筒
１０  排気ポート
１１  水室
１１ａ  上部水室
１１ｂ  下部水室
１２  排気ポート用中子
１３  水室用中子
１４  シリンダヘッド本体
１５  合流ポート
１６  フランジ部
１６ａ  フランジ面
１７  ボルト
１８ａ〜１８ｅ  接続水路（水通路）
１９  オイル通路
２０（２０ａ、２０ｂ）  ボルト孔
２１  水栓
Ｄ  ドリル
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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