(57)【要約】【課題】シリンダヘッドに集合排気ポートを形成するための張出部を設けた多気筒エンジンにおいて、張出部の下面とシリンダブロックの側面との間のデッドスペースを有効に利用してエンジン全体の小型化を図る。【解決手段】シリンダヘッド１２にシリンダブロック１１の側面よりも外側に突出する張出部４９を設け、この張出部４９の内部に複数の燃焼室１６から延びる排気ポート４６を排気集合部４７で一体に集合させる集合排気ポート１８を形成する。集合排気ポート１８に連なる排気ガス浄化触媒４１をシリンダブロック１１の側面に沿って配置するとともに、シリンダ軸線Ｌ１　方向に見て排気ガス浄化触媒４１の少なくとも一部を前記張出部４９の下方にオーバーラップさせることにより、張出部４９の下面とシリンダブロック１１の側面との間のデッドスペースを有効利用してエンジン全体を小型化する。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダヘッド（１２）の側面に該シリンダヘッド（１２）が結合されるシリンダブロック（１１）の側面よりも外側に張り出す張出部（４９）を設け、シリンダ列（Ｌ２　）に沿って配置された複数の燃焼室（１６）から延びる排気ポート（４６）を排気集合部（４７）で一体に集合させてなる集合排気ポート（１８）を前記張出部（４９）に形成した多気筒エンジンにおいて、
前記集合排気ポート（１８）に連なる排気ガス浄化触媒（４１）をシリンダブロック（１１）の側面に沿って配置するとともに、シリンダ軸線（Ｌ１　）方向に見て排気ガス浄化触媒（４１）の少なくとも一部を前記張出部（４９）にオーバーラップさせたことを特徴とする多気筒エンジン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シシリンダヘッドの張出部に設けた集合排気ポートと、この排気ポートに連なる排気ガス浄化触媒とを備えた多気筒エンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に多気筒エンジンのシリンダヘッドに形成される排気ポートは、シリンダヘッドの内部で同一シリンダの複数の排気バルブ孔から排出される排気ガスの集合のみを行い、各シリンダから排出される排気ガスの集合はシリンダヘッドに結合される別体の排気マニホールドにおいて行われる。
【０００３】
これに対して、各シリンダから排出される排気ガスの集合を、別体の排気マニホールドを用いずにシリンダヘッドの内部で行うものが、特許第２７０９８１５号公報により公知である。このシリンダヘッドは、耐熱性に乏しい材料を使用しても耐久性を確保できるように、そのシリンダヘッドの内部で一体に集合する集合排気ポートの全周をウオータジャケットで囲んで冷却効率を高めるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記特許第２７０９８１５号公報に記載されたものの如く、シリンダヘッドの側面に該シリンダヘッドが結合されるシリンダブロックの側面よりも外側に張り出す張出部を設けたものでは、張出部の下面とシリンダブロックの側面との間にデッドスペースが形成されるため、このデッドスペースを有効に利用しないとエンジン全体の小型化を図ることが難しくなる。
【０００５】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、シリンダヘッドに集合排気ポートを形成するための張出部を設けた多気筒エンジンにおいて、張出部の下面とシリンダブロックの側面との間のデッドスペースを有効に利用してエンジン全体の小型化を図ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、シリンダヘッドの側面に該シリンダヘッドが結合されるシリンダブロックの側面よりも外側に張り出す張出部を設け、シリンダ列に沿って配置された複数の燃焼室から延びる排気ポートを排気集合部で一体に集合させてなる集合排気ポートを前記張出部に形成した多気筒エンジンにおいて、前記集合排気ポートに連なる排気ガス浄化触媒をシリンダブロックの側面に沿って配置するとともに、シリンダ軸線方向に見て排気ガス浄化触媒の少なくとも一部を前記張出部にオーバーラップさせたことを特徴とする多気筒エンジンが提案される。
【０００７】
上記構成によれば、シリンダヘッドの張出部に形成した集合排気ポートに連なるようにシリンダブロックの側面に沿って配置された排気ガス浄化触媒の少なくとも一部を、シリンダ軸線方向に見て張出部にオーバーラップさせたので、張出部の下面とシリンダブロックの側面との間のデッドスペースを排気ガス浄化触媒の配置に利用してエンジン全体を小型化することができる。また集合排気ポートと排気ガス浄化触媒との距離が短くなるため、高温の排気ガスを排気ガス浄化触媒に供給して該排気ガス浄化触媒を速やかに活性化することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。
【０００９】
図１〜図６は本発明の第１実施例を示すもので、図１はエンジンの縦断面図、図２は図１の２−２線断面図、図３は図２の３−３線断面図、図４は図２の４−４線断面図、図５は図２の５方向矢視図、図６は図５の６−６線断面図である。
【００１０】
図１および図３に示すように、直列３気筒エンジンＥはシリンダブロック１１の上面に結合されたシリンダヘッド１２を備えており、シリンダヘッド１２の上面にヘッドカバー１３が結合される。シリンダブロック１１に形成された３個のシリンダ１４…の内部にピストン１５…が摺動自在に嵌合しており、ピストン１５…の上面に対向するシリンダヘッド１２の下面に燃焼室１６…が形成される。燃焼室１６…に連なる吸気ポート１７…がシリンダヘッド１２の吸気側の側面に開口するとともに、燃焼室１６に連なる集合排気ポート１８がシリンダヘッド１２の排気側の側面に開口しており、この開口に排気管１９が結合される。シリンダヘッド１２には点火プラグ２０…を着脱するための点火プラグ挿入筒２１…が一体に形成される。点火プラグ挿入筒２１…はシリンダ軸線Ｌ１　に対して上端が集合排気ポート１８側に傾斜しており、その下端に燃焼室１６に臨む点火プラグ２０が装着されるととももに、その上端にイグニッションコイル２２が装着される。
【００１１】
シリンダヘッド１２の上部に形成されてヘッドカバー１３により覆われる動弁室２３には、吸気カム２４…および排気カム２５…を備えたカムシャフト２６と、吸気ロッカーアーム２７…および排気ロッカーアーム２８…を揺動自在に支持するロッカーアームシャフト　２９とが設けられる。
【００１２】
各々の燃焼室１６に臨む２個の吸気バルブ孔３０，３０を開閉する吸気バルブ３１，３１のバルブステム３２，３２は動弁室２３内に突出しており、その突出部に装着されたバルブスプリング３３，３３で吸気バルブ３１，３１は閉弁方向に付勢される。各々の吸気ロッカーアーム２７の一端には吸気カム２４に当接するローラ３４が設けられ、他端が吸気バルブ３１，３１のバルブステム３２，３２の上端に当接する。また各々の燃焼室１６に臨む２個の排気バルブ孔３５，３５を開閉する排気バルブ３６，３６のバルブステム３７，３７は動弁室２３内に突出しており、その突出部に装着されたバルブスプリング３８，３８で排気バルブ３６，３６は閉弁方向に付勢される。各々の排気ロッカーアーム２８の一端には排気カム２５に当接するローラ３９が設けられ、他端が排気バルブ３６，３６のバルブステム３７，３７の上端に当接する。
【００１３】
また各吸気ポート１７には、吸気バルブ孔３０，３０を指向して燃料を噴射するインジェクタ４０が設けられる。
【００１４】
図２および図３に示すように、３個の燃焼室１６…から延びる３個の吸気ポート１７…はそれぞれＹ字状に形成されており、それら３個の吸気ポート１７…は相互に集合することなく独立してシリンダヘッド１２の吸気側の側面に開口する。一方、前記集合排気ポート１８は、３個の燃焼室１６…から延びる合計６個の排気ポート４６…と、それら６個の排気ポート４６…が一体に集合するアーチ状の排気集合部４７とから構成されており、排気集合部４７の中央部に排気管１９が結合される排気出口４８が形成される。
【００１５】
排気集合部４７が臨むシリンダヘッド１２の排気側の側壁１２１　はアーチ状に湾曲して外側に向けて張り出しており、シリンダブロック１１の側壁１１１　から距離ｄ（図１参照）だけ突出する張出部４９を構成している。従って、張出部４９の内部に形成された集合排気ポート１８の排気集合部４７は、アーチ状に湾曲する張出部４９の側壁１２１　にウオータジャケットを介さずに直接臨んでいる。
【００１６】
このように、張出部４９の内部に形成された集合排気ポート１８の排気集合部４７が該張出部４９の側壁１２１　にウオータジャケットを介さずに直接臨んでいるので、排気集合部４７と側壁１２１　との間にウオータジャケットが介在するものに比べてシリンダヘッド１２をコンパクト化することができる。しかも前記側壁１２１　はアーチ状に形成されているため、シリンダヘッド１２の長手方向両端部の幅が減少して一層のコンパクト化が可能になるだけでなく、シリンダヘッド１２の剛性向上にも寄与することができる。
【００１７】
図２および図４から明らかなように、シリンダヘッド１２には吸気側および排気側にそれぞれ４個のボルト孔５０…が形成されており、これら合計８個のボルト孔５０…に上方から挿入された８本のシリンダヘッド締結用ボルト５１１　〜５１８　をシリンダブロック１１に形成したボルト孔５２…に螺入することにより、シリンダヘッド１２がシリンダブロック１１に締結される。
【００１８】
集合排気ポート１８の内部には、中央のシリンダ１４と両側のシリンダ１４，１４との間を仕切るように２個の壁部５３，５４が延びており、これら２個の壁部５３，５４を２本のシリンダヘッド締結用ボルト５１２　，５１３　がそれぞれ貫通する。２個の壁部５３，５４の先端側、即ち、２本のシリンダヘッド締結用ボルト５１２　，５１３　よりも排気集合部４７側を、それぞれオイル戻し通路５５１　，５５２　が貫通する。
【００１９】
２個の壁部５３，５４は集合排気ポート１８内を流れる排気ガスの方向に沿うように、即ち、中央に位置する排気出口４８を指向するように湾曲しており、従って、２個のオイル戻し通路５５１　，５５２　は、それに隣接する２本のシリンダヘッド締結用ボルト５１２　，５１３　に対して排気出口４８側に偏倚している。オイル戻し通路５５１　，５５２　およびシリンダヘッド締結用ボルト５１２　，５１３　の上記配置により、シリンダヘッド１２の大型化を回避しながら、集合排気ポート１８内を排気ガスがスムーズに流れるようにして排気抵抗を低減することができる。
【００２０】
またシリンダヘッド１２の排気出口４８には、排気管１９の取付フランジ５６を結合する３本のボルト５７…を螺入する３個のボス部５８１　，５８２　，５８３　が形成されるが、シリンダ列Ｌ２　方向に離間する２個のボス部５８１　，５８２　に対して、２個のオイル戻し通路５５１　，５５２　は、シリンダ列Ｌ２　方向にそれぞれ距離αだけ偏倚している。これにより、壁部５３とボス部５８１　とを相互に接近させ、かつ壁部５４とボス部５８２　とを相互に接近させてシリンダヘッド１２の排気出口４８の近傍の剛性を高めながら、排気集合部４７の流路断面積が小さくなるのを回避して排気抵抗の増加を防止することができる。
【００２１】
尚、排気管１９の本数は１本であるので、上方から見て下側の２個のボス部５８１　，５８２　は排気管１９の下方に隠れることがなく、前記２個のボス部５８１　，５８２　に対するボルト５７，５７の締結作業を容易に行うことができる。また排気管１９の上側にも１個のボス部５８３　を設けることにより、ボルト５７…の締結作業性を確保しながら排気管１９を３個所で固定して取付剛性を高めることができる。
【００２２】
図１から明らかなように、シリンダヘッド１２の張出部４９に形成された集合排気ポート１８の排気出口４８に結合された排気管１９は下向きに９０°屈曲しており、そこに略円筒状の排気ガス浄化触媒４１が設けられる。シリンダブロック１１の側面に沿うように上下方向に配置された排気ガス浄化触媒４１の一部は、シリンダヘッド１２の張出部４９の下側に入り込んでいる。即ち、シリンダ軸線Ｌ１　の方向に見たとき、排気ガス浄化触媒４１の一部はシリンダヘッド１２の張出部４９の下方にオーバーラップしている。
【００２３】
このように、排気ガス浄化触媒４１の少なくとも一部が、シリンダヘッド１２の張出部４９の下面と、シリンダブロック１１の側面と、クランクケース膨出部１１２　の上面とにより形成される凹部４３（図１参照）に収納されるので、排気ガス浄化触媒４１を含むエンジンＥの全体をコンパクト化することができる。しかも集合排気ポート１８の排気出口４８から極めて近い位置に排気ガス浄化触媒４１が配置されるので、排気ガス浄化触媒４１に高温の排気ガスを供給して速やかに昇温させ、その活性化を促進することができる。
【００２４】
またシリンダヘッド１２の長手方向一端部にはカム駆動チェーン（図示せず）を収納するカム駆動チェーン室５９が形成されており、このカム駆動チェーン室５９の反対側に位置するシリンダヘッド締結用ボルト５１４　の近傍に第３のオイル戻し通路５５３　が形成される。これら３個のオイル戻し通路５５１　，５５２　，５５３　は、シリンダヘッド１２に設けた動弁室２３を、シリンダブロック１１に設けたオイル戻し通路６０…を介してオイルパン（図示せず）に連通させる。
【００２５】
このように、２個のオイル戻し通路５５１　，５５２　を、隣接するシリンダ１４…の排気ポート４６…および排気集合部４７によって囲まれた領域に配置したので、集合排気ポート１８と干渉することなくシリンダヘッド１２の排気側にオイル戻し通路５５１　，５５２　を形成することが可能となり、シリンダヘッド１２の動弁室２３内のオイルをオイルパンに確実に戻すことができる。しかも低温時にオイル戻し通路５５１　，５５２　を通過するオイルを集合排気ポート１８を通過する排気ガスで加熱することができるので、特別の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することができる。
【００２６】
図５および図６から明らかなように、シリンダヘッド１２の排気側に傾斜して配置された３個の点火プラグ挿入筒２１…と張出部４９の上面とが、断面三角形の補強壁６１…でそれぞれ連結される。これら補強壁６１…で張出部４９の剛性が高められ、エンジンＥの運転時における張出部４９の振動を効果的に抑制することができる。
【００２７】
図１〜図４に示すように、シリンダヘッド１２の内部にはシリンダ列Ｌ２　に沿うようにウオータジャケットＪ１　が形成される。また集合排気ポート１８を通過する排気ガスにより高温になるシリンダヘッド１２の張出部４９には、集合排気ポート１８の上面および下面をそれぞれ覆うウオータジャケットＪ２　，Ｊ３　が設けられる。排気ポート４６…と干渉しない部分、即ち、３個の点火プラグ挿入筒２１…の近傍で前記上下のウオータジャケットＪ２　，Ｊ３　は３個のウオータジャケットＪ４　…で相互に連通する。
【００２８】
このように、集合排気ポート１８の周辺をウオータジャケットＪ１　，Ｊ２　，Ｊ３　，Ｊ４　…で覆うことにより、高温になり易いシリンダヘッド１２の排気側を効率的に冷却することができる。特に、熱に弱い補機としてのイグニッションコイル２２…と集合排気ポート１８との間にウオータジャケットＪ２　が介在するため、イグニッションコイル２２…への熱伝達を効果的に抑制することができる（図６参照）。
【００２９】
図３および図６から明らかなように、集合排気ポート１８の外側部分は、ウオータジャケットを介することなく張出部４９の側壁１２１　に直接対向しているため、シリンダヘッド１２の鋳造時にウオータジャケットＪ２　，Ｊ３　，Ｊ４　…および集合排気ポート１８を成形する中子の構造を単純化することができる。
【００３０】
なぜならば、先ずウオータジャケットＪ２　，Ｊ３　，Ｊ４　…を成形するための中子を金型内に矢印Ａ方向に挿入した後に、集合排気ポート１８を成形するための中子を金型内に同じく矢印Ａ方向に挿入するが、その際に上下のウオータジャケットＪ２　，Ｊ３　間に開口６２が存在するため、この開口６２を通して集合排気ポート１８を成形するための中子を挿入することができる。尚、上下のウオータジャケットＪ２　，Ｊ３　は３個のウオータジャケットＪ４　…で相互に接続されているが、その３個のウオータジャケットＪ４　…に対応する中子は、集合排気ポート１８を成形する中子の６個の排気ポート４６…に対応する部分に交互に噛み合うため、両方の中子の干渉が回避される（図２参照）。
【００３１】
このように、ウオータジャケットＪ２　，Ｊ３　，Ｊ４　…を成形するための中子、あるいは集合排気ポート１８を成形するための中子を分割することなく金型に組み付けることができるため、シリンダヘッド１２の鋳造に際してコストを削減することができる。
【００３２】
次に、図７に基づいて本発明の第２実施例を説明する。
【００３３】
第２実施例は、シリンダヘッド１２の張出部４９に形成した集合排気ポート１８の排気出口４８の割り面を斜め下方に向けて４５°傾斜させたものであり、それに伴って排気管１９の取付フランジ５６も排気ガス浄化触媒４１の軸線に対して略４５°傾斜している。そして本実施例においても、シリンダ軸線Ｌ１　方向に見て排気ガス浄化触媒４１の一部が張出部４９の下方にオーバーラップしており、従って張出部４９の下方のデッドスペースを排気ガス浄化触媒４１の配置に利用してエンジンＥの全体を小型化することができる。
【００３４】
特に、排気出口４８が斜め下方に向けて４５°湾曲しているので、その分だけ排気管１９の湾曲量を減らしても排気ガス浄化触媒４１を張出部４９の下方に配置し易くなり、排気ガス浄化触媒４１をシリンダブロック１１に一層接近させてエンジンＥの小型化に寄与することができる。しかも湾曲量が減少するために排気管１９の成形が容易になるばかりか、排気抵抗の低減にも寄与することができる。
【００３５】
次に、図８および図９に基づいて本発明の第３実施例を説明する。
【００３６】
第３実施例は、シリンダヘッド１２の張出部４９に形成した集合排気ポート１８の排気出口４８を９０°湾曲させて下方に向けて開口させたものであり、それに伴って排気管１９は略直線状に形成される。この第３実施例は前記第２実施例の作用効果を奏することができるだけでなく、排気管１９の取付フランジ５６が結合される排気出口４８の取付フランジ４２の割り面が、シリンダブロック１１に結合されるシリンダヘッド１２の割り面と同一平面上に配置されているので、前記両割り面を同時に機械加工することを可能にして加工工数を削減することができる。しかも排気管１９の取付フランジ５６と排気出口４８の取付フランジ４２とを結合する３本のボルト５７…を上方から着脱することが可能になって作業性が向上する。
【００３７】
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
【００３８】
例えば、排気ガス浄化触媒４１の横断面は必ずしも円形である必要はなく、シリンダ軸線Ｌ１　に向かう方向に長軸を有する楕円形や、シリンダ軸線Ｌ１　に向かう方向に膨らんだ非円形断面とすれば、張出部４９の下方のデッドスペースを更に有効に利用することができる。また実施例では直列３気筒エンジンＥを例示したが、本発明は気筒数の異なる他の直列エンジンやＶ型エンジンの各々のバンクに対しても適用することができる。特に、直列６気筒エンジンやＶ型６気筒エンジンには、直列３気筒エンジンと同様に排気干渉の影響なく適用することができる。
【００３９】
【発明の効果】
以上のように請求項１に記載された発明によれば、シリンダヘッドの張出部に形成した集合排気ポートに連なるようにシリンダブロックの側面に沿って配置された排気ガス浄化触媒の少なくとも一部を、シリンダ軸線方向に見て張出部にオーバーラップさせたので、張出部の下面とシリンダブロックの側面との間のデッドスペースを排気ガス浄化触媒の配置に利用してエンジン全体を小型化することができる。また集合排気ポートと排気ガス浄化触媒との距離が短くなるため、高温の排気ガスを排気ガス浄化触媒に供給して該排気ガス浄化触媒を速やかに活性化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】エンジンの縦断面図
【図２】図１の２−２線断面図
【図３】図２の３−３線断面図
【図４】図２の４−４線断面図
【図５】図２の５方向矢視図
【図６】図５の６−６線断面図
【図７】本発明の第２実施例に係るエンジンの縦断面図
【図８】本発明の第３実施例に係るエンジンの縦断面図
【図９】図８の９−９線断面図
【符号の説明】
１１　　　　シリンダブロック
１２　　　　シリンダヘッド
１６　　　　燃焼室
１８　　　　集合排気ポート
４１　　　　排気ガス浄化触媒
４６　　　　排気ポート
４７　　　　排気集合部
４９　　　　張出部
Ｌ１　　　　　シリンダ軸線
Ｌ２　　　　　シリンダ列
【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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