(57)【要約】【課題】ヘッドウォータージャケットによる独立排気ポートの冷却効率の高いエンジンのシリンダヘッドを提供する。【解決手段】エンジンのシリンダヘッド１ａは、直列４気筒エンジンのシリンダヘッド１ａであって、平面視で、前記気筒の各々に対応して該気筒から気筒列方向に直交する方向に延びるように形成された４つの排気ポート１６と、平面視で、前記気筒から前記排気ポート１６と反対側に延びるように形成された吸気ポート１５と、前記４つの排気ポート１６の上側に、気筒列方向に延びるように形成された上側ウォータージャケット３１と、を備え、前記上側ウォータージャケット３１は、前記各排気ポート１６に対応してその上側に設けられた複数の排気ポート対応部３１ａ〜３１ｄと、隣り合う前記排気ポート対応部３１ａ〜３１ｄ同士を結ぶ複数の接続部３２１〜３２３とを備え、平面視で、前記排気ポート対応部３１ａ〜３１ｄの各々は、前記接続部３２１〜３２３の各々に比べて、吸気側に膨出している。【選択図】図１３
2019094821.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列配置された複数の気筒を有するエンジンのシリンダヘッドであって、
平面視で、前記気筒の各々に対応して該気筒から気筒列方向に直交する方向に延びるように形成された複数の独立排気ポートと、
平面視で、前記気筒から前記独立排気ポートと反対側に延びるように形成された吸気ポートと、
前記複数の独立排気ポートの上側及び下側の少なくとも一方に、気筒列方向に延びるように形成されたヘッドウォータージャケットと、
を備え、
前記ヘッドウォータージャケットは、
前記各独立排気ポートに対応してその上側及び下側の少なくとも一方に設けられた複数の独立排気ポート対応部と、
隣り合う前記独立排気ポート対応部同士を結ぶ複数の接続部とを備え、
平面視で、前記独立排気ポート対応部の各々は、前記接続部の各々に比べて、吸気側に膨出している
ことを特徴とするエンジンのシリンダヘッド。
【請求項２】
請求項１に記載のエンジンのシリンダヘッドにおいて、
互いに隣り合う前記気筒の前記独立排気ポート間に、前記エンジンのシリンダブロックとボルト締結するためのヘッドボルト挿通孔が形成されたボルト孔形成部を備え、
平面視で、前記接続部は、前記ボルト孔形成部の排気側に位置している
ことを特徴とするエンジンのシリンダヘッド。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のエンジンのシリンダヘッドにおいて、
前記ヘッドウォータージャケットの気筒列方向の一端側に冷却液流入口が形成されるとともに、
前記ヘッドウォータージャケットの気筒列方向の他端側に冷却液排出口が形成されている
ことを特徴とするエンジンのシリンダヘッド。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載のエンジンのシリンダヘッドにおいて、
前記ヘッドウォータージャケットの冷却液流入口の上流側に、空調用熱交換部が接続されている
ことを特徴とするエンジンのシリンダヘッド。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載のエンジンのシリンダヘッドにおいて、
前記ヘッドウォータージャケットは、平面視で前記独立排気ポート対応部における上流側且つ排気側に、該独立排気ポート対応部の上流側から該独立排気ポート対応部に流入する冷却液の流れを該独立排気ポート対応部の吸気側に指向させるための斜壁部を有する
ことを特徴とするエンジンのシリンダヘッド。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載のエンジンのシリンダヘッドにおいて、
排気側の側面に、前記独立排気ポートの各々の下流端に接続される複数の独立排気通路と、前記独立排気通路の各々を通過した排気ガスが内側で集合する集合部とを備えた排気マニホールドが接続されている
ことを特徴とするエンジンのシリンダヘッド。
【請求項７】
請求項６に記載のエンジンのシリンダヘッドにおいて、
排気側から見たときに、
互いに隣り合う前記独立排気ポート間であって、該独立排気ポートの位置よりも上側及び下側にオフセットした位置に、前記排気マニホールドをボルト締結するための排気マニホールドボルト孔が形成されており、
前記接続部は、前記排気マニホールドボルト孔の上側又は下側に位置する排気マニホールドボルト孔対応部と、該排気マニホールドボルト孔対応部に接続され且つ気筒列方向に隣り合う排気マニホールドボルト孔非対応部とを備え、
前記排気マニホールドボルト孔非対応部の高さは、前記排気マニホールドボルト孔対応部及び前記独立排気ポート対応部の高さよりも大きくなるように形成されている
ことを特徴とするエンジンのシリンダヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンのシリンダヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、自動車等のエンジンでは、シリンダヘッドに設けたヘッドウォータージャケットに対して冷却液を循環させ、シリンダヘッドの冷却を行っている。
【０００３】
特許文献１には、シリンダヘッド内に排気通路集合部を形成し、排気通路集合部の周囲、すなわちシリンダヘッドの排気側壁面付近にヘッドウォータージャケットを形成することにより、排気通路集合部の冷却を行う技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−１２１１１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、エンジンのコンパクト化や、シリンダヘッドの過度の温度上昇を抑制する観点から、シリンダヘッドに接続される、形状自由度の比較的高い排気マニホールド内に排気通路集合部を形成することが考えられる。このような構成では、排気通路集合部をシリンダヘッド内に形成する場合と比べて、シリンダヘッドに形成される各気筒の排気口から延びる排気ポートの長さが相対的に短くなるため、ヘッドウォータージャケットとの接触面積が低下し、ヘッドウォータージャケットによる独立排気ポートの冷却効率が低下し得る。
【０００６】
本発明は、上記のような問題の解決を図ろうとなされたものであって、ヘッドウォータージャケットによる独立排気ポートの冷却効率の高いエンジンのシリンダヘッドを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、本発明では、エンジンのシリンダヘッドに設けられたヘッドウォータージャケットの形状について、独立排気ポートを直接冷却する独立排気ポート対応部を、隣り合う独立排気ポート対応部間を接続する接続部よりも吸気側に膨出するように形成することで、気筒から延びる独立排気ポートをできる限り覆って独立排気ポートの冷却を強化するとともに、接続部の流路断面積を低減させて冷却効率を向上させるようにした。
【０００８】
すなわち、ここに開示する第１の開示技術に係るエンジンのシリンダヘッドは、直列配置された複数の気筒を有するエンジンのシリンダヘッドであって、平面視で、前記気筒の各々に対応して該気筒から気筒列方向に直交する方向に延びるように形成された複数の独立排気ポートと、平面視で、前記気筒から前記独立排気ポートと反対側に延びるように形成された吸気ポートと、前記複数の独立排気ポートの上側及び下側の少なくとも一方に、気筒列方向に延びるように形成されたヘッドウォータージャケットと、を備え、前記ヘッドウォータージャケットは、前記各独立排気ポートに対応してその上側及び下側の少なくとも一方に設けられた複数の独立排気ポート対応部と、隣り合う前記独立排気ポート対応部同士を結ぶ複数の接続部とを備え、平面視で、前記独立排気ポート対応部の各々は、前記接続部の各々に比べて、吸気側に膨出していることを特徴とする。
【０００９】
本構成によれば、ヘッドウォータージャケットの独立排気ポート対応部を接続部よりも吸気側に膨出するように形成したので、独立排気ポート対応部が独立排気ポートの大部分を覆うように配置することができ、独立排気ポートの冷却を強化することができるとともに、接続部の流路面積を低減させて冷却効率を向上させることができる。
【００１０】
第２の開示技術は、第１の開示技術に記載のエンジンのシリンダヘッドにおいて、互いに隣り合う前記気筒の前記独立排気ポート間に、前記エンジンのシリンダブロックとボルト締結するためのヘッドボルト挿通孔が形成されたボルト孔形成部を備え、平面視で、前記接続部は、前記ボルト孔形成部の排気側に位置していることを特徴とする。
【００１１】
隣り合う独立排気ポート間には、シリンダヘッドをシリンダブロックにボルト締結させるためのヘッドボルト挿通孔が穿設されることがある。本構成によれば、平面視で、接続部に対応する位置に上記ヘッドボルト挿通孔が形成されたボルト孔形成部を配置させることで、ヘッドボルト挿通孔周囲の肉厚を確保することができるから、シリンダヘッドをシリンダブロックにボルト締結したときに、ボルト軸力を効率よく締結面に伝達させることができる。
【００１２】
第３の開示技術は、第１又は第２の開示技術に記載のエンジンのシリンダヘッドにおいて、前記ヘッドウォータージャケットの気筒列方向の一端側に冷却液流入口が形成されるとともに、前記ヘッドウォータージャケットの気筒列方向の他端側に冷却液排出口が形成されていることを特徴とする。
【００１３】
本構成によれば、独立排気ポート周辺に配置されたヘッドウォータージャケットにおいて、シリンダヘッドの気筒列方向、すなわちエンジン出力軸方向の一端側から他端側に冷却液が流れるので、全独立排気ポートに対して、ヘッドウォータージャケットに流入した全ての冷却液を当てて全独立排気ポートを冷却することができるとともに、気筒毎の冷却液の流速の差を緩和して、全ての独立排気ポートを均一に冷却することができる。
【００１４】
第４の開示技術は、第１〜第３の開示技術のいずれか１つに記載のエンジンのシリンダヘッドにおいて、前記ヘッドウォータージャケットの冷却液流入口の上流側に、空調用熱交換部が接続されていることを特徴とする。
【００１５】
本構成によれば、空調用熱交換部で熱を奪われた冷却液がヘッドウォータージャケットに流入するので、独立排気ポートの冷却効率を向上させることができる。
【００１６】
第５の開示技術は、第１〜第４の開示技術のいずれか１つに記載のエンジンのシリンダヘッドにおいて、前記ヘッドウォータージャケットは、平面視で前記独立排気ポート対応部における上流側且つ排気側に、該独立排気ポート対応部の上流側から該独立排気ポート対応部に流入する冷却液の流れを該独立排気ポート対応部の吸気側に指向させるための斜壁部を有することを特徴とする。
【００１７】
独立排気ポート対応部は、接続部よりも吸気側に膨出しているから、ヘッドウォータージャケットに流入した冷却液は、ヘッドウォータージャケットの排気側の壁面に沿って流れ、独立排気ポート対応部の吸気側に膨出した部分には冷却液が流れ込みにくくなり、膨出した部分の冷却液の流速が低下し得る。本構成によれば、冷却液が独立排気ポート対応部の上流側から該独立排気ポート対応部に流入するときに、斜壁部に沿って流れるから、吸気側に膨出した部分にまで冷却液を効果的に流入させることができる。そうして、独立排気ポート対応部における独立排気ポートの冷却効率を向上させることができる。
【００１８】
第６の開示技術は、第１〜第５の開示技術のいずれか１つに記載のエンジンのシリンダヘッドにおいて、排気側の側面に、前記独立排気ポートの各々の下流端に接続される複数の独立排気通路と、前記独立排気通路の各々を通過した排気ガスが内側で集合する集合部とを備えた排気マニホールドが接続されていることを特徴とする。
【００１９】
各気筒から排出される排気ガスは高温であり、全気筒からの排気ガスが集合する集合部は、極めて高温になり得る。そのような集合部をシリンダヘッド内に設けると、シリンダヘッドの温度が過度に上昇し得る。本構成によれば、集合部をシリンダヘッドの外側に別部材として配置したので、シリンダヘッドの過度の温度上昇を抑制することができる。また、集合部を形状自由度の比較的高い排気マニホールド内に形成することで、エンジンのコンパクト化に資することができる。
【００２０】
第７の開示技術は、第６の開示技術に記載のエンジンのシリンダヘッドにおいて、排気側から見たときに、互いに隣り合う前記独立排気ポート間であって、該独立排気ポートの位置よりも上側及び下側にオフセットした位置に、前記排気マニホールドをボルト締結するための排気マニホールドボルト孔が形成されており、前記接続部は、前記排気マニホールドボルト孔の上側又は下側に位置する排気マニホールドボルト孔対応部と、該排気マニホールドボルト孔対応部に接続され且つ気筒列方向に隣り合う排気マニホールドボルト孔非対応部とを備え、前記排気マニホールドボルト孔非対応部の高さは、前記排気マニホールドボルト孔対応部及び前記独立排気ポート対応部の高さよりも大きくなるように形成されていることを特徴とする。
【００２１】
本構成によれば、排気マニホールドボルト孔周りにヘッドウォータージャケットの接続部が設けられているから、排気マニホールドの締結部周りの冷却を強化することができる。
【発明の効果】
【００２２】
以上述べたように、本発明によると、ヘッドウォータージャケットの独立排気ポート対応部を接続部よりも吸気側に膨出するように形成したので、独立排気ポート対応部が独立排気ポートの大部分を覆うように配置することができ、独立排気ポートの冷却を強化することができるとともに、接続部の流路面積を低減させて冷却効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】実施形態１におけるエンジン及びその冷却回路の概要を模式的に示す平面図である。
【図２】図１のエンジンのエンジン本体を示す概略斜視図である。
【図３】図２のエンジン本体のシリンダヘッドを示す斜視図である。
【図４】図３のシリンダヘッドに排気マニホールドを接続させた状態を示す斜視図である。
【図５】シリンダヘッドに形成される排気ポートとヘッドウォータージャケットの中子形状を模式的に示す斜視図である。
【図６】シリンダヘッドの排気側に形成されるヘッドウォータージャケットの中子形状を模式的に示す平面図である。
【図７】図６のウォータージャケットの右側面図である。
【図８】図６のウォータージャケットの背面図である。
【図９】図２のＡ−Ａ線における断面図である。
【図１０】図３のＢ−Ｂ線における端面図である。
【図１１】図２のＣ−Ｃ線における端面図である。
【図１２】図３のＤ−Ｄ線における端面図である。
【図１３】シリンダヘッドに形成される排気ポートとウォータージャケットの中子形状を模式的に示す平面図である。
【図１４】図３のＥ−Ｅ線における端面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものでは全くない。
【００２５】
（実施形態１）
＜エンジン＞
図１は、本実施形態におけるエンジンと、その冷却回路について模式的に示す平面図である。また、図２は、当該エンジンの概略斜視図である。
【００２６】
図１に示すように、本実施形態におけるエンジンは、エンジン本体１と、冷却システム２と、を有する。エンジン本体１は、図２に示すように、シリンダヘッド１ａとシリンダブロック１ｂとを有する。本実施形態では、エンジン本体１の一例として、直列４気筒のガソリンエンジンを採用している。すなわち、エンジン本体１は、直列配置された４つ（複数）の気筒を有している。
【００２７】
本明細書において、図１及び図２に示すように、方向はエンジンを基準とする。すなわち、「左右方向」は、エンジン出力軸方向である気筒列方向と平行であり、図１の紙面の右側を右側、左側を左側とする方向である。「前後方向」は、気筒列方向に直交する方向であり、図１の紙面の上側を後側、下側を前側とする方向である。なお、図１では、説明のため、シリンダブロック１ｂに対してシリンダヘッド１ａを後側（図１の紙面の上側）にずらして記載している。また、前側及び後側は、それぞれ吸気側及び排気側に対応しており、図１及び図２において、“ＩＮ”と表記した側がエンジンの吸気側、“ＥＸ”と表記した側がエンジンの排気側としている。また、「上下方向」は、「左右方向」及び「前後方向」と直交する方向であり、図２に示すように、シリンダヘッド１ａ側を上側、シリンダブロック１ｂ側を下側とする方向である。
【００２８】
−シリンダヘッド−
図１に示すように、本実施形態に係るシリンダヘッド１ａには、各気筒のエンジン燃焼室を形成する上側の壁面１１，１２，１３，１４が形成されている。本実施形態におけるエンジンは、４バルブ方式を採用しており、図１に示すように、各気筒の当該壁面１１，１２，１３，１４の排気側及び吸気側には、それぞれ排気口１１ａ，１１ａ，１２ａ，１２ａ，１３ａ，１３ａ，１４ａ，１４ａ及び吸気口１１ｂ，１１ｂ，１２ｂ，１２ｂ，１３ｂ，１３ｂ，１４ｂ，１４ｂが気筒列方向に並んで２つずつ形成されている。
【００２９】
そして、気筒の各々に対応して、各気筒の排気口１１ａ，１１ａ，１２ａ，１２ａ，１３ａ，１３ａ，１４ａ，１４ａには、当該排気口１１ａ，１１ａ，１２ａ，１２ａ，１３ａ，１３ａ，１４ａ，１４ａに接続され、シリンダヘッド１ａの排気側に延びる排気ポート１６が４つ（複数）形成されている。具体的には例えば、第１気筒＃１には排気口１１ａ，１１ａが２つ形成されており、当該２つの排気口１１ａ，１１ａに接続された２つの排気通路が合流するような形状に形成された第１排気ポート１６ａがシリンダヘッド１ａの排気側に延びている。同様に、第２気筒＃２、第３気筒＃３及び第４気筒＃４においても、それぞれ第２排気ポート１６ｂ、第３排気ポート１６ｃ及び第４排気ポート１６ｄがそれぞれ排気口１２ａ，１２ａ，１３ａ，１３ａ，１４ａ，１４ａから排気側へ延びている。
【００３０】
また、気筒の各々に対応して、各気筒の吸気口１１ｂ，１１ｂ，１２ｂ，１２ｂ，１３ｂ，１３ｂ，１４ｂ，１４ｂには、当該吸気口１１ｂ，１１ｂ，１２ｂ，１２ｂ，１３ｂ，１３ｂ，１４ｂ，１４ｂに接続され、シリンダヘッド１ａの吸気側、すなわち上記排気ポート１６と反対側に延びる吸気ポート１５が４つ形成されている。具体的には例えば、第１気筒＃１には吸気口１１ｂ，１１ｂが２つ形成されており、当該２つの吸気口１１ｂ，１１ｂに接続された２つの吸気通路が合流するように形成された第１吸気ポート１５ａがシリンダヘッド１ａの吸気側に延びている。同様に、第２気筒＃２、第３気筒＃３及び第４気筒＃４においても、それぞれ第２吸気ポート１５ｂ、第３吸気ポート１５ｃ、第４吸気ポート１５ｄが吸気口１２ｂ，１２ｂ，１３ｂ，１３ｂ，１４ｂ，１４ｂから吸気側へ延びている。
【００３１】
そして、排気ポート１６の上側には、本実施形態に係る上側ウォータージャケット３１（ヘッドウォータージャケット）が気筒列方向の第４気筒＃４側から第１気筒＃１側に向かって延びるように形成されている。なお、図１には図示していないが、排気ポート１６の下側には下側ウォータージャケット４１（特に図８参照）が形成されている。上側ウォータージャケット３１の構成については後述する。
【００３２】
−シリンダブロック−
シリンダブロック１ｂには、各気筒を形成するシリンダボア１０ａ〜１０ｄが形成されている。そして、シリンダボア１０ａ〜１０ｄの周囲を囲むように冷却液の冷却液流路ＦＬ２，ＦＬ３が設けられている。
【００３３】
−冷却システム−
冷却システム２は、可変ウォーターポンプ２０と、ラジエータ２１と、冷却液流路ＦＬ１〜ＦＬ１６と、を有する。可変ウォーターポンプ２０から送液される冷却液は、冷却液流路ＦＬ１を通ってシリンダブロック１ｂの第１気筒＃１のシリンダボア１０ａの外周部で連続する冷却液流路ＦＬ２，ＦＬ３に流入する。
【００３４】
冷却液流路ＦＬ２，ＦＬ３は、冷却液流路ＦＬ７との接続部分まで気筒列方向に沿って延びており、冷却液流路ＦＬ２，ＦＬ３を流れる冷却液は、第１気筒＃１側から第４気筒＃４側に向けてそれぞれ流れるようになっている。
【００３５】
冷却液流路ＦＬ４は、冷却液流路ＦＬ２の途中の部分から分岐し、ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）クーラ２２に接続されている。なお、冷却液流路ＦＬ２からの冷却液流路ＦＬ４の分岐を、一例として第４気筒＃４に対応する部分に設けている。
【００３６】
冷却液流路ＦＬ５は、冷却液流路ＦＬ３の途中の部分から分岐し、自動変速機オイル熱交換器２６に接続されている。冷却液流路ＦＬ５には、逆止弁２８が介挿されている。本実施形態では、冷却液流路ＦＬ３からの冷却液流路ＦＬ５の分岐を、一例として第２気筒＃２に対応する部分からとしている。
【００３７】
冷却液流路ＦＬ６は、自動変速機オイル熱交換器２６と可変ウォーターポンプ２０とを接続する。そして、冷却液流路ＦＬ６は、途中の部分でオイルクーラ２７を経由している。このため、自動変速機オイル熱交換器２６から排出された冷却液は、エンジンオイルの冷却を行った後に可変ウォーターポンプ２０に戻される。
【００３８】
冷却液流路ＦＬ７は、シリンダブロック１ｂから排出された冷却液をシリンダヘッド１ａに導くための流路である。換言すると、冷却液流路ＦＬ７は、シリンダブロック１ｂに設けられた冷却液流路ＦＬ２及び冷却液流路ＦＬ３と、シリンダヘッド１ａに設けられた冷却液流路ＦＬ８と、を接続するための流路である。
【００３９】
冷却液流路ＦＬ８は、シリンダヘッド１ａ内を右側から左側に延びる流路であり、吸気ポート１５や気筒の上側を冷却するための流路である。
【００４０】
冷却液流路ＦＬ９は、冷却液流路ＦＬ８の途中の部分から分岐された流路であり、冷却液の一部を、スーパーチャージャ（不図示）をバイパスするエアバイパス通路におけるエア流量制御用のエアバイパスバルブ２４に導くための流路である。
【００４１】
冷却液流路ＦＬ９は、一端が冷却液流路ＦＬ１０に接続されている。冷却液流路ＦＬ１０は、他端がシリンダヘッド１ａにおける排気ポート近傍部分に設けられた冷却液流路ＦＬ１３に接続されている。冷却液流路ＦＬ１０は、エンジンルーム内でエレキスロットルバルブ２５を経由するように設けられている。冷却液流路ＦＬ１０を流れる冷却液は、エレキスロットルバルブ２５の凍結防止のために供給される。
【００４２】
冷却液流路ＦＬ１１は、ＥＧＲクーラ２２とヒータ２３（空調用熱交換部）とを接続する流路である。このため、ヒータ２３には、ＥＧＲクーラ２２で排気ガスと熱交換することで温度が上昇した冷却液が送られる。
【００４３】
冷却液流路ＦＬ１２は、ヒータ２３で熱が奪われて温度が低下した冷却液を、シリンダヘッド１ａにおける排気ポート近傍の冷却液流路ＦＬ１３に供給するための流路である。
冷却液流路ＦＬ１２を流れる冷却液は、上述のように、ヒータ２３で熱が奪われて温度が低下しているので、シリンダヘッド１ａにおける排気ポート近傍を冷却することができる。
【００４４】
冷却液流路ＦＬ１３は、シリンダヘッド１ａに形成された上述の上側ウォータージャケット３１及び下側ウォータージャケット４１を右側から左側へと流れる流路である。冷却液流路ＦＬ１３を流れる冷却液は、排気ポート１６を含むシリンダヘッド１ａの主に排気側の熱を奪いながら下流側へと導かれる。
【００４５】
冷却液流路ＦＬ１３は、冷却液流路ＦＬ１４及び冷却液流路ＦＬ１６に接続されている。冷却液流路ＦＬ１４は、冷却液流路ＦＬ１６を介して冷却液流路ＦＬ８及び冷却液流路ＦＬ１３と可変ウォーターポンプ２０とを接続する流路である。冷却液流路ＦＬ１４は、冷却液流路ＦＬ８との接続部分で分岐されており、もう一方の端部でラジエータ２１にも接続されている。冷却液流路ＦＬ１５は、逆止弁２９を介してラジエータ２１と可変ウォーターポンプ２０とを接続する。
【００４６】
冷却液流路ＦＬ１６は、シリンダヘッド１ａにおける排気ポート近傍の冷却液流路ＦＬ１３を流れてきた冷却液、及び冷却液流路ＦＬ８を流れてきた冷却液の一部が、ラジエータ２１を経由せず可変ウォーターポンプ２０に戻されるための流路である。
【００４７】
＜排気マニホールド＞
図３は、図２のシリンダヘッド１ａのみを示す図である。そして図４は、図３のシリンダヘッド１ａに排気マニホールド５を締結させた様子を示す斜視図である。
【００４８】
図３に示すように、シリンダヘッド１ａの排気側の側面には、排気ポート１６の各々の下流端である独立排気ポート開口部１６１ａ，１６１ｂ，１６１ｃ，１６１ｄが形成されている。そして、独立排気ポート開口部１６１ａ，１６１ｂ，１６１ｃ，１６１ｄの周囲には、図４に示す排気マニホールド５を締結させるための締結部１７が形成されている。そして、シリンダヘッド１ａを排気側から見たときに、締結部１７において、互いに隣り合う独立排気ポート開口部１６１ａ，１６１ｂ，１６１ｃ，１６１ｄ間及び独立排気ポート開口部１６１ａ，１６１ｄの左側及び右側であって、独立排気ポート開口部１６１ａ，１６１ｂ，１６１ｃ，１６１ｄの上下位置よりも上側又は下側にオフセットした位置に、排気マニホールド５をボルト締結するための排気マニホールドボルト孔１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ，１７ｅが形成されている。
【００４９】
図４に示すように、排気マニホールド５は、シリンダヘッド１ａに締結された状態で、独立排気ポート開口部１６１ａ，１６１ｂ，１６１ｃ，１６１ｄの各々に接続される複数の独立排気通路５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄを有している。そして、排気マニホールド５は、独立排気通路５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄの各々を通過した排気ガスが内側で集合する集合部５２を有している。排気マニホールド５のシリンダヘッド１ａへ締結される部分には、排気マニホールドフランジ部５３が形成されており、排気マニホールドフランジ部５３に形成された排気マニホールドボルト挿通孔（不図示）に挿通された排気マニホールド用ボルト５４，５４，…が、上述の排気マニホールドボルト孔１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ，１７ｅに挿入されて、排気マニホールド５は、シリンダヘッド１ａの排気側の側面に接続される。
【００５０】
各気筒から排出される排気ガスは高温であり、全気筒からの排気ガスが集合する集合部５２は、極めて高温になり得る。そのような集合部をシリンダヘッド１ａ内に設けると、シリンダヘッド１ａの温度が過度に上昇し得る。本構成によれば、集合部５２をシリンダヘッド１ａの外側に別部材として配置したので、シリンダヘッド１ａの過度の温度上昇を抑制することができる。また、集合部５２を形状自由度の比較的高い排気マニホールド５内に形成することで、エンジンのコンパクト化に資することができる。
【００５１】
＜ヘッドウォータージャケット＞
図５は、シリンダヘッド１ａに形成されたヘッドウォータージャケット３１，４１，５１と、排気ポート１６とを示す斜視図である。図６、図７及び図８は、図５のヘッドウォータージャケットのうち、排気ポート１６の上下に設けられた上側ウォータージャケット３１と下側ウォータージャケット４１の、それぞれ平面図、右側面図及び背面図である。なお、これらの図面及び後述する図１３は中子形状を示したものであり、排気ポート１６及びヘッドウォータージャケット３１，４１，５１は、シリンダヘッド１ａ内に穿設された通路である。
【００５２】
図５に示すヘッドウォータージャケット３１，４１，５１のうち、吸気側ウォータージャケット５１は、シリンダヘッド１ａ内を右側から左側に延びている。吸気側ウォータージャケット５１は、吸気ポート１５や気筒の上側を冷却するためのものであり、図１に示す冷却液流路ＦＬ８に該当する。
【００５３】
排気ポート１６の上下に形成された上側ウォータージャケット３１及び下側ウォータージャケット４１（以下、「ウォータージャケット３１，４１」と総称することがある。）も、シリンダヘッド１ａ内を右側から左側に延びている。ウォータージャケット３１，４１の右端側（一端側）には、冷却液の流入口３３１（冷却液流入口）が形成されており、左端側（他端側）には冷却液の流出口３３２（冷却液流出口）が形成されている。図１に示す冷却液流路ＦＬ１０，ＦＬ１２を流れてきた冷却液は、上記流入口３３１を通った後分岐されてウォータージャケット３１，４１内に流入し、右側から左側へ流れる。このウォータージャケット３１，４１内の流れが冷却液流路ＦＬ１３に該当する。そして、ウォータージャケット３１，４１内を流れた冷却液は流出口３３２の手前で一端合流した後、冷却液流路ＦＬ１４に流入する流れと、上記流出口３３２から排出され、冷却液流路ＦＬ１６に流入する流れとに分岐される。
【００５４】
このようにウォータージャケット３１，４１を備えることにより、排気ポート１６の周囲を上下から冷却することができ、効果的にシリンダヘッド１ａの冷却が促進される。また、ウォータージャケット３１，４１を備えることにより、シリンダヘッド１ａの気筒列方向、すなわちエンジン出力軸方向の一端側から他端側に冷却液が流れるので、ウォータージャケット３１，４１に流入した冷却液の全てを、全排気ポート１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄに対して当てることができる。そして、気筒毎の冷却液の流速の差を緩和して、全ての排気ポート１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄを均一に冷却することができる。
【００５５】
なお、図７に示すように、流出口３３２は流入口３３１よりも上側に形成されている。これにより、冷却液は、ウォータージャケット３１，４１内を満たしつつ右側から左側に流れるようになる。こうして、シリンダヘッド１ａの冷却を強化することができる。
【００５６】
また、図１に示すように、冷却液流路ＦＬ１２の上流には、上述のごとくヒータ２３が配置されている。このように、ウォータージャケット３１，４１の流入口３３１の上流側に、ヒータ２３が接続されているから、ヒータ２３で熱を奪われた冷却液がウォータージャケット３１，４１に流入するので、排気ポート１６の冷却効率を向上させることができる。
【００５７】
なお、ヒータ２３の作動が制限されるレベルのエンジン冷間時においては、ＥＧＲクーラ２２で温められた冷却液が冷却液流路ＦＬ１２を通り、ヒータ２３で熱が奪われないままシリンダヘッド１ａの排気ポート１６近傍に送られ得る。そうすると、ＥＧＲクーラ２２で温められた冷却液により、シリンダヘッド１ａの排気ポートが保温又は温度低下が抑制されることとなり、排気マニホールド５の下流側に接続される触媒（不図示）に高温の排気ガスを供給することができ、エミッション性能が確保できる。
【００５８】
＜上側ウォータージャケット＞
以下、特に上側ウォータージャケット３１の構成について説明する。
【００５９】
図５及び図６等に示すように、上側ウォータージャケット３１は、各排気ポート１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄに対応してその上側に設けられた４つ（複数）の排気ポート対応部３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ（独立排気ポート対応部）と、隣り合う排気ポート対応部３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ同士を結ぶ３つ（複数）の接続部３２１，３２２，３２３とを備えている。
【００６０】
具体的には、排気ポート対応部３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄは、第１気筒＃１〜第４気筒＃４の排気ポートに対応して形成された第１排気ポート対応部３１ａ、第２排気ポート対応部３１ｂ、第３排気ポート対応部３１ｃ、及び第４排気ポート対応部３１ｄである。接続部３２１，３２２，３２３は、第１排気ポート対応部３１ａと第２排気ポート対応部３１ｂとを接続する第１接続部３２１、第２排気ポート対応部３１ｂと第３排気ポート対応部３１ｃとを接続する第２接続部３２２、及び第３排気ポート対応部３１ｃと第４排気ポート対応部３１ｄとを接続する第３接続部３２３である。
【００６１】
ここに、本開示技術は、図６に示すように、平面視で、排気ポート対応部３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄの各々が、接続部３２１，３２２，３２３の各々に比べて吸気側に、吸気側に膨出していることを特徴とする。
【００６２】
具体的には、図６及び図７に示すように、上側ウォータージャケット３１の前後方向の幅は、排気ポート対応部３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄの最も幅の広い部分で、それぞれ符号Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４で示す最大幅となっている。そして、第１接続部３２１及び第３接続部３２３の符号Ｔ２２，Ｔ２４で示す幅は、幅Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４に比べて約１／３にまで狭く形成されている。また、第２接続部３２２の符号Ｔ２３で示す幅は、幅Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４に比べて約３／５程度にまで狭く形成されている。そして、排気ポート対応部３１ａ〜３１ｄの吸気側の壁は、接続部３２１〜３２３の吸気側の壁に比べて、吸気側に膨出するように形成されている。
【００６３】
このように、排気ポート対応部３１ａ〜３１ｄを吸気側に膨出するように形成することで、排気ポート１６の冷却を強化することができる。具体的に、図９は図２のＡ−Ａ線における断面図であるが、図９に示すように、第３排気ポート対応部３１ｃは、第３排気ポート１６ｃの上側で吸気側に向かって延びており、第３排気ポート１６ｃの大部分を覆うように配置されている。これにより、排気ポート１６の冷却を強化することができる。
【００６４】
次に、図１０は、図３のＢ−Ｂ線における端面図である。図１１は、図２のＣ−Ｃ線における端面図である。なお、図１１の符号３１ｋで示す孔は、シリンダヘッド１ａの鋳造時に、ウォータージャケット３１を形成するための中子を破壊した後の砂塊を排出するための排出孔であり、鋳造成形後には封止されている。
【００６５】
図１０及び図１１に示すように第３接続部３２３及び第２接続部３２２は、前後方向の幅が狭い。そうすると、排気ポート対応部３１ａ〜３１ｄと同様の前後幅を持たせた場合に比べて、接続部３２１〜３２３における上側ウォータージャケット３１の流路面積を低減させることができる。そうすると、接続部３２１〜３２３における冷却液の温度上昇が抑制されるから、排気ポート１６の冷却効率を向上させることができる。
【００６６】
なお、図１２は、図３のＤ−Ｄ線における端面図の一部を示す図である。また、図１３は、排気ポート１６と上側ウォータージャケット３１とを模式的に示す平面図である。図１２に示すように、互いに隣り合う排気ポート１６間に、ヘッドボルト挿通孔１１１ｂ，１１１ｃ，１１１ｄが穿設されたボルト孔形成部１１４ｂ，１１４ｃ，１１４ｄが形成されている。また、第１排気ポート１６ａ及び第４排気ポート１６ｄのそれぞれ左側及び右側にはヘッドボルト挿通孔１１１ａ，１１１ｅが穿設されている。これらのヘッドボルト挿通孔１１１ａ〜１１１ｅは、例えば図１１に示すように、エンジンのシリンダブロック１ｂとヘッドボルト１１３ｃを用いてボルト締結するために形成されている。図１１に示すように、ヘッドボルト挿通孔１１１ｃに挿通されたヘッドボルト１１３ｃは、シリンダブロック１ｂに穿設されたヘッドボルト孔１１２ｃに挿入されて、シリンダヘッド１ａはシリンダブロック１ｂに固定される。
【００６７】
また、第１排気ポート１６ａと第２排気ポート１６ｂとの間、及び、第３排気ポート１６ｃと第４排気ポート１６ｄとの間に形成されたボルト孔形成部１１４ｂ，１１４ｄには、エンジンの各所に潤滑用のエンジンオイルを供給するための油路７１ａ，７１ｂが形成されている。
【００６８】
図１２及び図１３に示すように、接続部３２１〜３２３は、平面視で、これらヘッドボルト挿通孔１１１ｂ〜１１１ｄ及び油路７１ａ，７１ｂが形成されたボルト孔形成部１１４ｂ，１１４ｃ，１１４ｄの排気側に位置している。図１３に示すように、平面視で、接続部３２１，３２２，３２３の吸気側の端部Ｔ１２は、排気ポート対応部３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄの吸気側の端部Ｔ１１よりもが排気側に位置しており、ボルト孔形成部１１４ｂ，１１４ｃ，１１４ｄの領域が十分確保されている。
【００６９】
図１１，図１２に示すように、第２接続部３２２は、ヘッドボルト挿通孔１１１ｃが形成されたボルト孔形成部１１４ｃの領域を十分確保するように形成されているから、ヘッドボルト挿通孔１１ｃの周囲の肉厚Ｒ１を確保することができる。そうして、シリンダヘッド１ａをシリンダブロック１ｂにボルト締結したときに、ボルト軸力を効率よく締結面に伝達させることができる。
【００７０】
また、図１０，図１２に示すように、第３接続部３２３は、ヘッドボルト挿通孔１１１ｄ及び油路７１ｂが形成されたボルト孔形成部１１４ｄの領域を十分確保するように形成されているから、ヘッドボルト挿通孔１１１ｄと油路７１ｂとの肉厚Ｒ２、油路７１ｂと第３接続部３２３との肉厚Ｒ３を確保することができる。そうして、シリンダヘッド１ａをシリンダブロック１ｂにボルト締結したときに、ボルト軸力を効率よく締結面に伝達させることができるとともに、油路７１ｂ周りの強度も確保してシリンダヘッド１ａの剛性を高めることができる。なお、ボルト孔形成部１１４ｂについてもボルト孔形成部１１４ｄと同様である。
【００７１】
なお、上述のごとく、シリンダヘッド１ａの排気側の側壁には、排気マニホールド５を固定するための排気マニホールドボルト孔１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ，１７ｅが形成されている。
【００７２】
ここに、図１４は、図３のＥ−Ｅ線における端面図である。図８及び図１４に示すように、第１接続部３２１及び第３接続部３２３は、上述の排気マニホールドボルト孔１７ｂ，１７ｄの上側に位置する排気マニホールドボルト孔対応部３２１ａ，３２３ａを備えている。そして、この排気マニホールドボルト孔対応部３２１ａ，３２３ａに接続され且つ気筒列方向に隣り合う排気マニホールドボルト孔非対応部３２１ｂ，３２３ｂとを備えている。
【００７３】
図８及び図１４に示すように、排気マニホールドボルト孔非対応部３２１ｂ，３２３ｂの上下方向の高さは、排気マニホールドボルト孔対応部３２１ａ，３２３ａ及び排気ポート対応部３１ａ〜３１ｄの高さよりも高くなるように形成されている。具体的に、図８に示すように、例えば排気マニホールドボルト孔非対応部３２３ｂの上下方向の高さＫ２は、排気マニホールドボルト孔対応部３２３ａの高さＫ１及び排気ポート対応部３１ｄの高さＫ３よりも高くなるように形成されている。
【００７４】
このような構成とすると、例えば図１０に示すように、排気マニホールドボルト孔非対応部３２１ｂ，３２３ｂの上下方向の高さを確保することができる。そうして、特に排気マニホールドボルト孔１７ｂ，１７ｄ周りに上側ウォータージャケット３１の第１接続部３２１及び第３接続部３２３により、排気マニホールド５の締結部周りの冷却を強化することができる。
【００７５】
図６に示すように、上側ウォータージャケット３１の上面には、上側ウォータージャケット３１の内部に向かって突出するように４つの斜壁部３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄが形成されている。図６及び図１２に示すように、例えば第１斜壁部３４ａは、第１排気ポート対応部３１ａにおける上流側且つ排気側に、上流側且つ排気側から下流側且つ吸気側へ延びるように形成されている。同様に、斜壁部３４ｂ〜３４ｄも、それぞれ排気ポート対応部３１ｂ〜３１ｄに形成されている。また、図９に示すように、例えば第３斜壁部３４ｃは、第３排気ポート対応部３１ｃ内に上側の壁から下側に向かって立設されている。
【００７６】
ここに、図１３を参照して、上側ウォータージャケット３１内の冷却液の流れを説明する。図１３中に矢印で上側から見た冷却液の流れを示している。図１３に示すように、平面視で、右側から流入した冷却液の流れは、第４斜壁部３４ｄの右側で符号Ｓ１，Ｓ３の矢印で示す流れに分岐される。そして、矢印Ｓ１の冷却液の流れは第４斜壁部３４ｄの吸気側の壁面に沿って流れ、第４排気ポート対応部３１ｄの最も吸気側に位置する部分に案内される。そうして、冷却液は、符号Ｓ２の矢印で示すように第４排気ポート対応部３１ｄの吸気側を通って第３接続部３２３へと流入していく。また、矢印Ｓ３の冷却液の流れは、第４斜壁部３４ｄの排気側を流れ、上側ウォータージャケット３１の排気側の壁面近傍を左側に向かって流れる。そうして、Ｓ２及びＳ３の流れは第３接続部３２３で合流されて、下流側の第３排気ポート対応部３１ｃへと流入していく。第３排気ポート対応部３１ｃにも第３斜壁部３４ｃが形成されており、冷却液は、第４排気ポート対応部３１ｄの場合と同様に、第３斜壁部３４ｃの吸気側の流れＳ４と排気側のＳ５に分岐される。吸気側の流れＳ４は、第３排気ポート対応部３１ｃの最も吸気側に位置する部分に案内される。そして、符号Ｓ６の矢印で示すように排気側の流れＳ５と合流しつつ、下流側の第２接続部３２２へと流入していく。同様にして、第２排気ポート対応部３１ｂ及び第１排気ポート対応部３１ａにおいても、それぞれ符号Ｓ７，Ｓ８，Ｓ９及び符号Ｓ１０，Ｓ１１，Ｓ１２の矢印で示す流れが生じる。
【００７７】
このように、斜壁部３４ａ〜３４ｄを設けることで、第４排気ポート対応部３１ｄの上流側の流入口３３１又は第１排気ポート対応部３１ａ〜第３排気ポート対応部３１ｃの各々に隣り合うそれぞれ第１接続部３２１〜第３接続部３２３から、排気ポート対応部３１ａ〜３１ｄに流入する冷却液の流れを、排気ポート対応部３１ａ〜３１ｄの吸気側に指向させることができる。
【００７８】
排気ポート対応部３１ａ〜３１ｄは接続部３２１〜３２３よりも吸気側に膨出しているところ、仮に斜壁部３４ａ〜３４ｄが形成されていない場合には、上側ウォータージャケット３１内の冷却液の流れは、例えば図１３中符号Ｓ３，Ｓ５，Ｓ８，Ｓ１２で示すような上側ウォータージャケット３１の排気側の壁面に沿って流れ、排気ポート対応部３１ａ〜３１ｄの吸気側に膨出した部分には冷却液が流れ込みにくくなり得る。そうすると、膨出した部分の冷却液の流速が低下し得る。
【００７９】
斜壁部３４ａ〜３４ｄを有することにより、上流側から下流側の排気ポート対応部３１ａ〜３１ｄに流入した冷却液が、斜壁部３４ａ〜３４ｄに沿って流れるから、吸気側に膨出した部分へ流入するように、冷却液の流れを整流することができる。そうして、排気ポート対応部３１ａ〜３１ｄにおける排気ポート１６の冷却効率を向上させることができる。
【００８０】
なお、斜壁部３４ａ〜３４ｄの高さ、長さ、形状等は、排気ポート対応部３１ａ〜３１ｄに流入する冷却液の流れを、排気ポート対応部３１ａ〜３１ｄの吸気側に指向させることができれば、特に限定されるものではなく、適宜変更され得る。また、斜壁部３４ａ〜３４ｄは、上側ウォータージャケット３１の下側の壁から立設するように形成されていてもよい。
【００８１】
（その他の実施形態）
以下、本発明に係る他の実施形態について詳述する。なお、これらの実施形態の説明において、実施形態１と同じ部分については同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
【００８２】
排気ポート対応部３１ａ〜３１ｄの前後方向の幅と、接続部３２１，３２２，３２３の前後方向の幅との割合は、上記実施形態１のものに限定されるものではなく、エンジンの構成に応じて適宜変更し得る。排気マニホールドボルト孔対応部３２１ａ，３２３ａと、排気マニホールドボルト孔非対応部３２１ｂ，３２３ｂの高さも上記実施形態１のものに限定されるものではなくエンジンの構成に応じて適宜変更され得る。
【００８３】
上記実施形態では、斜壁部３４ａ〜３４ｄは、全ての排気ポート対応部３１ａ〜３１ｄに形成されている構成であったが、全てに形成されていなくてもよいし、斜壁部３４ａ〜３４ｄを設けない構成としてもよい。なお、斜壁部３４ａ〜３４ｄを設けない構成とすることにより、シリンダヘッド１ａの鋳造性が向上する。
【００８４】
上記実施形態では、流入口３３１の上流側にヒータ２３が接続されていたが、ヒータ２３が接続されていないエンジンにも本開示技術は適用できる。
【００８５】
上記実施形態では、シリンダヘッド１ａの排気側の上側ウォータージャケット３１に本開示技術が適用されていたが、本開示技術は、下側ウォータージャケット４１にも適用することができる。また、上記実施形態では、排気ポート１６の上側及び下側にそれぞれ上側ウォータージャケット３１及び下側ウォータージャケット４１が設けられている構成であったが、上側ウォータージャケット３１及び下側ウォータージャケット４１のいずれか一方のみが形成されている場合にも本開示技術を適用することができる。
【００８６】
上記実施形態では、４バルブ方式のエンジンを例示していたが、これに限定されるものではなく、２バルブ方式などのエンジンにも適用できる。また、上記実施形態では、エンジン本体１として直列４気筒のガソリンエンジンを一例として採用することとしたが、本開示技術は、これに限定を受けるものではない。例えば、２気筒あるいは３気筒、あるいは５気筒以上のエンジンを採用することもできる。また、複数の気筒が直列配置されてなる部分を備えていればよく、例えば、Ｖ型やＷ型の４気筒以上のエンジン等を採用することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
本発明は、エンジンのシリンダヘッドの分野において、極めて有用である。
【符号の説明】
【００８８】
１ａ  シリンダヘッド
１６  排気ポート       （独立排気ポート）
１５  吸気ポート
１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ，１７ｅ  排気マニホールドボルト孔
１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃ，１１１ｄ，１１１ｅ  ヘッドボルト挿通孔
１１４ｂ，１１４ｃ，１１４ｄ  ボルト孔形成部
２３  ヒータ（空調用熱交換部）
３１  上側ウォータージャケット（ヘッドウォータージャケット）
３１ａ  第１排気ポート対応部（独立排気ポート対応部）
３１ｂ  第２排気ポート対応部（独立排気ポート対応部）
３１ｃ  第３排気ポート対応部（独立排気ポート対応部）
３１ｄ  第４排気ポート対応部（独立排気ポート対応部）
３２１  第１接続部（接続部）
３２１ａ  排気マニホールドボルト孔対応部
３２１ｂ  排気マニホールドボルト孔非対応部
３２２  第２接続部（接続部）
３２３  第３接続部（接続部）
３２３ａ  排気マニホールドボルト孔対応部
３２３ｂ  排気マニホールドボルト孔非対応部
３３１  流入口（冷却液流入口）
３３２  流出口（冷却液排出口）
３４ａ  第１斜壁部（斜壁部）
３４ｂ  第２斜壁部（斜壁部）
３４ｃ  第３斜壁部（斜壁部）
３４ｄ  第４斜壁部（斜壁部）
５  排気マニホールド
５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄ  独立排気通路
５２  集合部
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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