(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列に配置された気筒を有するエンジンのシリンダヘッド構造であって、
シリンダヘッド端面に一端が開口して排気管に接続されるとともに、シリンダヘッド内で分岐して他端が前記各気筒のそれぞれに開口する排気ポートと、
少なくとも気筒列方向の両端に位置する気筒に開口する排気ポート内壁の最も内側の部分をそれぞれ延長して特定される交点の位置よりも排気下流側に設けられるとともに、下流端がシリンダヘッド端面又はシリンダヘッド端面よりも排気上流側に設けられて、前記排気ポート内を気筒列方向に分ける、シリンダヘッドと一体に形成された仕切り壁と、
を備え、
奇数個の排気ポートを有するとともに、各排気ポートが燃焼室付近で２つに分岐される構成において、前記仕切り壁は、気筒列方向の中央に位置する排気ポートを２つに分岐する分岐壁と一体に形成されている、
ことを特徴とするエンジンのシリンダヘッド構造。
【請求項２】
前記仕切り壁の下流端は、前記シリンダヘッド端面の近傍であることを特徴とする請求項１記載のエンジンのシリンダヘッド構造。
【請求項３】
前記仕切り壁の下流端が円弧状に切り欠かれていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のエンジンのシリンダヘッド構造。
【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構造に関し、特に、各気筒の排気ポートをシリンダヘッド内で合流させて排気管に接続するエンジンのシリンダヘッド構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
各気筒の排気ポートをシリンダヘッド内で合流させて排気管に接続するようにしたエンジンのシリンダヘッド構造としては、例えば特許文献１に記載のものがある。この種のシリンダヘッド構造では、シリンダヘッド両端の気筒からの排気ポート（気筒列方向の両端の排気ポート）がシリンダヘッド中央で合流して排気管に接続されるようになっている。
【特許文献１】特開２００１−１１５８９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記のように各気筒の排気ポートをシリンダヘッド内で合流させる場合には、次のような問題がある。
すなわち、各気筒からの排気ポートの合流角度が大きくなり、気筒間（特に、シリンダヘッド両端の気筒同士）で排気が回り込むおそれがある。気筒間で排気が回り込んでしまうと、残留ガスが増大してノック特性の悪化を招いたり、排気圧力が上昇してポンピングロスの増大（熱効率の悪化）を招いたりしてしまうことになる。
【０００４】
特に、シリンダヘッドの小型化などのために、シリンダヘッドの吸気側から排気側までの寸法（すなわち、気筒列方向に直交する方向の寸法）が小さくなると、ヘッド両端の気筒からの排気ポートの合流角度がさらに大きくなり、排気の回り込みがより発生し易くなることから、これを防止する必要がある。
本発明は、このような従来の問題に着目してなされたものであり、各気筒の排気ポートをシリンダヘッド内で合流させて排気管に接続するエンジンのシリンダヘッド構造において、気筒間における排気の回り込みを防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
このため、本発明は、直列に配置された気筒を有するエンジンのシリンダヘッド構造であって、シリンダヘッド端面に一端が開口して排気管に接続するとともに、シリンダヘッド内で分岐して他端が前記各気筒のそれぞれに開口する排気ポートと、少なくとも気筒列方向の両端に位置する気筒に開口する排気ポート内壁の最も内側の部分をそれぞれ延長して特定される交点の位置よりも排気下流側に設けられるとともに、下流端がシリンダヘッド端面又はシリンダヘッド端面よりも排気上流側に設けられて、前記排気ポート内を気筒列方向に分ける、シリンダヘッドと一体に形成された仕切り壁と、を備え、奇数個の排気ポートを有するとともに、各排気ポートが燃焼室付近で２つに分岐される構成において、前記仕切り壁を、気筒列方向の中央に位置する排気ポートを２つに分岐する分岐壁と一体に形成するようにした。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、少なくとも気筒列方向の両端に位置する気筒に開口する排気ポート内壁の最も内側の部分をそれぞれ延長して特定される交点の位置よりも排気下流側に設けられるとともに、下流端がシリンダヘッド端面又はシリンダヘッド端面よりも排気上流側に設けられて、前記排気ポート内を気筒列方向に分ける仕切り壁を有するので、この仕切り壁によって気筒間での排気の回り込みが防止（抑制）される。これにより、残留ガスが低減されてノック特性が改善して出力の向上を図ることができる。また、排気圧力の上昇に伴う熱効率の悪化も防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
図１は、第１実施形態に係るシリンダヘッドを示しており、水平面に沿った概略断面図である。本実施形態におけるシリンダヘッド１は、いわゆるＶ型６気筒式のエンジンに適用され、図示しないシリンダブロックの左右バンクのそれぞれに設けられる。
シリンダヘッド１は、アルミニウム合金等を用いて鋳造により一体形成されており、その下端面（図示しないシリンダブロックに対向する面）には、気筒列方向に三つの燃焼室２が設けられている。また、シリンダヘッド１の内部には、各燃焼室２、すなわち、各気筒に対応して吸気ポート３ａ、３ｂ、３ｃ及び排気ポート４ａ、４ｂ、４ｃが形成されている。
【０００８】
各気筒の吸気ポート３ａ、３ｂ、３ｃは、その一端が燃焼室２付近で分岐壁５ａ、５ｂ、５ｃによってそれぞれ二つに分岐されて燃焼室２に開口しており、他端はシリンダヘッド１の吸気側端面１ａにそれぞれ開口している。そして、このシリンダヘッド１の吸気側端面１ａの開口部（すなわち、吸気ポート３ａ、３ｂ、３ｃの吸気上流側）には、図示しない吸気マニホールドが接続される。
【０００９】
一方、各気筒の排気ポート４ａ、４ｂ、４ｃは、その一端が燃焼室２付近で分岐壁６ａ、６ｂ、６ｃによってそれぞれ二つに分岐されて燃焼室２に開口しており、他端はシリンダヘッド１内の気筒列方向のほぼ中央で合流した後にシリンダヘッド１の排気側端面１ｂに開口している。すなわち、気筒列方向の両端の排気ポート４ａ、４ｃが気筒列方向の中央の排気ポート４ｂに向かって形成されており、これら三つの排気ポート４ａ、４ｂ、４ｃが合流して一つの排気ポートとなってシリンダヘッド１の排気側端面１ｂに開口している。そして、このシリンダヘッド１の排気側端面１ｂの開口部（すなわち、合流した排気ポートの排気下流側）には、図示しない排気管が接続される。
【００１０】
ここで、本実施形態の特徴的な構成として、気筒列方向の中央に位置する排気ポート４ｂ内を分岐する分岐壁６ｂが（従来よりも延長して）各気筒の排気ポートが合流する合流部（以下「排気ポート合流部」という）まで延びている。より具体的に説明すると、分岐壁６ｂが、気筒列方向の両端に位置する排気ポート４ａ、４ｂ内壁の最も内側の部分をそれぞれ排気ポート合流部まで延長してできる交点Ａの位置よりも排気下流側の所定位置Ｘ１まで延びている。この結果、図に示すように、分岐壁６ｂは、排気ポート合流部の気筒列方向の（ほぼ）中央に位置し、排気ポート合流部内の所定位置Ｘまでを気筒列方向に分ける（すなわち、本発明に係る仕切り壁として機能する）ことになる。
【００１１】
次に、以上の構成による本実施形態の作用、効果を説明する。
各気筒の排気ポートをシリンダヘッド内で合流させて排気管に接続する構成とすると、排気ポートの合流角度、特に気筒列方向の両端に位置する排気ポート４ａ、４ｃ間の合流角度が大きくなるため、一方からの排気が他方へと回り込み易くなって残留ガスが増加する傾向にある。しかし、本実施形態では、気筒列方向の中央の排気ポート４ｂ内を二つに分岐する分岐壁６ｂが交点Ａの位置よりも排気下流側の所定位置Ｘ１まで延びているため、この分岐壁６ｂによって上記したような排気の回り込みが防止される。これにより、残留ガスが低減され、ノック特性が改善して出力の向上を図ることができる。また、排気圧力の上昇に伴う熱効率の悪化も防止できる。
【００１２】
また、シリンダヘッド１に一体形成される分岐壁６ｂによって上記排気の回り込みを防止するので、部品点数の増加を招くことがなく、コスト面、組立性及び強度の面で有利である。
なお、所定位置Ｘ１は、交点Ａの位置よりも排気下流側であればよく、実験やシミュレーション等によって設定されるものである。但し、図２（第１実施形態の変形例に相当するものである）に示すように、気筒列方向の中央の排気ポート４ｂ内を二つに分岐する分岐壁６ｂが、シリンダヘッド１の排気下流側端面１ｂ（又はその付近）まで延びているのが望ましい。排気ポート合流部全体が確実に気筒列方向に分けられることとなり、排気の回り込みをより効果的に防止できるからである。
【００１３】
次に、第２実施形態を説明する。
図３は、第２実施形態に係るシリンダヘッドを示している。なお、図４は、図３のＢ−Ｂ断面図である。この実施形態は、上記第１実施形態が気筒列方向の中央に位置する排気ポート４ｂ内を分岐する分岐壁６ｂによって排気ポート合流部内（排気ポート合流部全体又はその一部）を気筒列方向に分けているのに対して、分岐壁６ｂとは別に仕切り壁７を形成し（但し、シリンダヘッド１とは一体である）、この仕切り壁７によって排気ポート合流部内を気筒列方向に分けるようにした点が異なる。その他の構成は上記第１実施形態と同じであるので説明は省略する。
【００１４】
図３に示すように、仕切り壁７は、シリンダヘッドを鋳造により製造する際に、例えば、（気筒列方向の中央の）排気ポートを形成するための中子（以下単に「排気ポート用中子」という）に仕切り壁７用の孔を設けておくことにより、排気ポート合流部の気筒列方向の（ほぼ）中央に、シリンダヘッド１と一体に形成されている。また、仕切り壁７の排気上流側の端部は、交点Ａの位置よりも排気上流側の所定位置Ｘ２に位置し、排気下流側の端部は、交点Ａの位置よりも排気下流側の所定位置Ｘ１に位置している。
【００１５】
この実施形態によると、仕切り壁７が排気ポート合流部の気筒列方向の（ほぼ）中央に位置するように（シリンダヘッド１と一体に）形成され、この仕切り壁７によって排気ポート合流部内（具体的には、所定位置Ｘ２から所定位置Ｘ１までのあいだ）を気筒列方向に分けるので、上記第１実施形態と同様、気筒列方向の両端に位置する排気ポート４ａ、４ｃ間における排気の回り込みを防止できる。また、排気ポート用中子に仕切り壁７用の孔を設けるだけですむので、設計変更等が容易である。
【００１６】
なお、本実施形態においても、所定位置Ｘ１は、交点Ａの位置よりも排気下流側であればよく、実験やシミュレーション等によって設定されるのであるが、仕切り壁７がシリンダヘッド１の排気下流側端面１ｂ（又はその付近）まで延びているのが望ましい。また、所定位置Ｘ２は交点Ａの位置又は交点Ａよりも排気上流側の任意の位置に設定することが可能である。
【００１７】
次に、第３実施形態を説明する。
図５は、第３実施形態に係るシリンダヘッド（図４に対応する）を示している。この実施形態は、上記第２実施形態が排気ポート用中子に仕切り壁7用の孔を設けることで仕切り壁７をシリンダヘッド１と一体に形成したのに対して、（排気）ポートライナ８をシリンダヘッド本体に鋳込む又は圧入する構成において、該ポートライナ８内にあらかじめ仕切り壁８ａを設けておくようにした点が異なる。その他の構成は上記第１、第２実施形態と同じであるので説明は省略する。
【００１８】
この実施形態においても、ポートライナ８内に設けた仕切り壁８ａによって、上記第１、第２実施形態と同様、気筒列方向の両端に位置する排気ポート４ａ、４ｃ間における排気の回り込みを防止できる。
次に、第４実施形態を説明する。
図６は、第４実施形態に係るシリンダヘッドを示している。この実施形態は、上記第２実施形態が仕切り壁７をシリンダヘッド１と一体に形成しているのに対して、仕切り壁９をシリンダヘッド１とは別体で形成し、シリンダヘッド１の排気側端面１ｂに排気管１０を接続する際に、仕切り壁９を取り付けるようにした点が異なる。その他の構成は同じであるので説明は省略する。
【００１９】
仕切り壁９は、シリンダヘッド１の排気側端面１ｂの開口部から挿入されて取り付けられるようになっており、仕切り壁９をシリンダヘッド１に取り付けた後に、（合流した排気ポートに）排気管１０が接続される。この仕切り壁９は、図６に示すように、シリンダヘッド１に取り付けられた際に、その先端部（排気上流側端部）が交点Ａの位置又は交点Ａよりも排気上流側の所定位置Ｘ３となるように形成されている。また、仕切り壁９の排気上流側端部は、シリンダヘッド１の排気側端面１ｂ又はその近傍（シリンダヘッド１の排気側端面１ｂよりも排気上流側、排気下流側のいずれであってもよい）となるように形成されている。これにより、仕切り壁９が排気ポート合流部内を気筒列方向に分ける。
【００２０】
この実施形態においても、シリンダヘッド１の排気側端面１ｂに排気管を接続する際に取り付けられる仕切り壁９によって、気筒列方向の両端に位置する排気ポート４ａ、４ｃ間における排気の回り込みを防止できる。
次に、第５実施形態を説明する。
図７は、第５実施形態に係るシリンダヘッドを示している。この実施形態は、上記第４実施形態の構成に加えて、さらに気筒列方向の中央の排気ポート４ｂ内を分岐する分岐壁６ｂの先端部（排気下流側端部）を仕切り壁９の先端部（排気上流側端部）まで延長したものである。ここで、両者の間には、仕切り壁９の熱膨張分を考慮したクリアランスが設けてある。
【００２１】
この実施形態によると、仕切り壁９及び分岐壁６ｂによって、排気ポート合流部内全体が気筒列方向に分けられることとなり、気筒列方向の両端に位置する排気ポート４ａ、４ｃ間における排気の回り込みをより確実に防止できる。なお、分岐壁６ｂの先端部と仕切り壁９の先端部との間隔が上記クリアランスとなっていれば、分岐壁６ｂの先端部及び仕切り壁９の先端部のシリンダヘッド１内における位置は任意である。
【００２２】
ここで、図６（第４実施形態）及び図７（第５実施形態）は、シリンダヘッド１とは別体で形成した仕切り壁９をシリンダヘッド１に取り付けるように構成しているが、このような構成の変形例としては以下のようなものがある。
まず、第１の変形例としては、図８に示すように、シリンダヘッド１の排気側端面１ｂと排気管１０との間に配設されるガスケット１１にあらかじめ仕切り壁１１ａを設けておくことが考えられる。この場合においても、仕切り壁１１ａの先端（排気上流側端部）は交点Ａの位置又は交点Ａよりも排気上流側の位置となるように形成されている。なお、図８（ｂ）は、図８（ａ）に対して、気筒列方向の中央の排気ポート４ｂ内を分岐する分岐壁６ｂの先端部（排気下流側端部）を仕切り壁１１ａの先端部（排気上流側端部）まで延長したものである（図６に対する図７と同様である）。
【００２３】
次に、第２の変形例としては、図９に示すように、シリンダヘッド１の排気側端面１ｂと排気管１０との間に管状部材（接続アダプタ）１２を介在させるように構成し、この管状部材１２のあらかじめ仕切り壁１２ａを設けておくことが考えられる。なお、図９（ｂ）は、図９（ａ）に対して、気筒列方向の中央の排気ポート４ｂ内を分岐する分岐壁６ｂの先端部（排気下流側端部）を仕切り壁１２ａの先端部（排気上流側端部）まで延長したものである。
【００２４】
さらに、仕切り壁がシリンダヘッドとは別体で形成される構成（第４、第５実施形態及びその変形例）においては、図１０（図６〜図９のＣ−Ｃ断面図に相当する）に示すように、シリンダヘッド１側には、排気ポート合流部の気筒列方向のほぼ中央の上下壁にガイド溝１３を設けておき、このガイド溝１３に仕切り壁（９、１１ａ、１２ａ）の上部及び下部が挿入されるようにするのが望ましい。仕切り壁を取り付ける際の作業性を向上させることができるし、仕切り壁とシリンダヘッドとの隙間を最小化して該隙間からの排気の回り込みを抑制できるからである。なお、この場合、ガイド溝と仕切り壁との間に仕切り壁（９、１１ａ、１２ａ）の熱膨張を考慮したクリアランスが設けられている。
【００２５】
ところで、仕切り壁がシリンダヘッドとは別体で形成される場合（第４、第５実施形態及びその変形例）には、排気脈動が繰り返し入力されることによる仕切り壁の振動（及びこれに伴う異音の発生や通気抵抗の悪化）が懸念される。このため、あらかじめ仕切り壁の振動を抑制するような構成としておくのが望ましい。以下では、そのような構成例を説明する。
【００２６】
図１１では、仕切り壁１４を二つの板状部材１４ａ、１４ｂで構成したものである。この例では、二つの板状部材の排気上流側の端部同士を当接させるとともに、排気下流側に向かって両者の間隔が徐々に大きくなるように配設させている。この場合、二つの板状部材１４ａ、１４ｂの排気下流側端部は、シリンダヘッド１の排気側端面１ｂと排気管１０との間に配設されるガスケット１１あるいは管状部材（接続アダプタ）１２に固定されているのが好ましいが、これに限るものではない。これにより、通気抵抗の増大を抑制しつつ、仕切り壁の振動も抑制できる。なお、かかる構成においても、シリンダヘッド１側に、仕切り壁１３を構成する二つの板状部材１３ａ、１３ｂの一部が挿入され、該二つの板状部材１３ａ、１３ｂの熱膨張を考慮したクリアランスを有したガイド溝が形成されていることが望ましい。
【００２７】
また、図１２（図１０に対応する図）では、仕切り壁１５が、排気の流れに直交する面に沿った断面において、主として仕切り壁として機能する仕切り壁本体１５ａの上部及び下部の少なくとも一方に、仕切り壁本体１５ａよりも断面積が大きな部分（仕切り壁上部１５ｂ、仕切り壁下部１５ｃ）を有するように形成されたものである。これにより、排気の流れ方向における断面係数を増大させて仕切り壁１４の振動を抑制している。なお、かかる構成においても、図１２（ｂ）に示すように、シリンダヘッド１側に、仕切り壁上部１５ｂ、仕切り壁下部１５ｃが挿入され、これらの熱膨張を考慮したクリアランスを有したガイド溝１６が形成されていることが望ましい。仕切り壁上部１５ｂ、仕切り壁下部１５ｃを通路の外に配置させることができ、通気抵抗の悪化を抑制できるからである。
【００２８】
次に、第６実施形態を説明する。
この実施形態は、仕切り壁がシリンダヘッドとは別体で構成される構成において、仕切り壁の状態を可変に制御できるようにしたものである。より具体的には、図１３（図４、５に対応する図）に示すように、仕切り壁を回動可能に設けるとともに、この仕切り壁を回動させるアクチュエータ（図示省略）を備え、仕切り壁１５を、排気ポート合流部を気筒列方向に分ける状態とする第１の位置（仕切り位置）とする一方（図１３（ａ）参照）、排気ポート合流部の底面と略平行とする第２の位置（待機位置）とすること（図１３ｂ）参照）ができるように構成している。
【００２９】
この実施形態によると、上述した実施形態と同様、気筒列方向の両端に位置する排気ポート４ａ、４ｃ間における排気の回り込みを防止できる。特に、本実施形態においては、例えば、排気の回り込みの心配のない低回転領域では、排気ポート合流部内が気筒列方向に分けられていない状態（仕切り壁がない状態）として通気抵抗の増加を回避しつつ、排気の回り込みのおそれがある高回転領域では、排気ポート合流部内を仕切り壁によって気筒列方向に分けて排気の回り込みを回避する、というように、エンジン運転状態に応じて仕切り壁１５の回動位置を適切に制御することができる。
【００３０】
なお、以上説明した実施形態やその変形例において、図１４（図４、５、１３に対応する図）に示すように、仕切り壁の排気下流側の端部を略円弧状に切り欠いておく、言い換えると、仕切り壁の排気下流端面を（排気上流側に凹となる）曲面で形成しておくようにすれば、仕切り壁によって排気ポート合流部を分ける（仕切る）ことでの通気抵抗の増加を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１実施形態に係るシリンダヘッドを示す図（概略構造）である。
【図２】第１実施形態に係るシリンダヘッドの変形例を示す図である。
【図３】第２実施形態に係るシリンダヘッドを示す図（概略構造）である。
【図４】図３のＢ−Ｂ断面図である。
【図５】第３実施形態に係るシリンダヘッドを示す図（図４に対応する図）である。
【図６】第４実施形態に係るシリンダヘッドを示す図（概略構造）である。
【図７】第５実施形態に係るシリンダヘッドを示す図（概略構造）である。
【図８】第４、５実施形態の変形例を示す図である。
【図９】同じく第４、５実施形態の変形例を示す図である。
【図１０】仕切り壁とガイド溝とを示す図（図６〜９のＣ−Ｃ断面図）である。
【図１１】仕切り壁を二つの板状部材で構成した例を示す図である。
【図１２】仕切り壁の他の構成例を示す図である。
【図１３】仕切り壁を回動可能に構成した例を示す図である。
【図１４】排気下流側の端部を略円弧状に切り欠いた仕切り壁の例を示す図である。
【符号の説明】
【００３２】
１…シリンダヘッド、２…燃焼室、３ａ，ｂ，ｃ…吸気ポート、４ａ，ｂ，ｃ…排気ポート、５ａ，ｂ，ｃ…吸気ポート分岐壁、６ａ，ｂ，ｃ…排気ポート分岐壁、７，８ａ，９、１１ａ，１２ａ，１４…仕切り壁、１０…排気管、１３，１６…ガイド溝
【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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