(57)【要約】【課題】排気干渉を抑えて出力向上がはかれる多気筒エンジンのシリンダヘッド構造を提供する。【解決手段】多気筒エンジンのシリンダヘッド構造において、シリンダヘッド５１に形成される排気ポート９が、各気筒１，３，５，７にそれぞれ連通してクランクシャフト直交方向に延びる４つの分岐ポート部１１，１３，１５，１７と、点火順序が一定の間隔を持つ気筒の分岐ポート部１１，１３どうし、分岐ポート部１５，１７どうしをそれぞれ集合する集合ポート部２１，２２とから構成され、各集合ポート部２１，２２が互いに平行にクランクシャフト方向に延びることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダヘッドに形成される排気ポートが、各気筒にそれぞれ連通してクランクシャフト直交方向に延びる複数の分岐ポート部と、点火順序が一定の間隔を持つ気筒の前記分岐ポート部どうしをそれぞれ集合する複数の集合ポート部とから構成され、前記各集合ポート部が互いに平行にクランクシャフト方向に延びることを特徴とする多気筒エンジンのシリンダヘッド構造。
【請求項２】
前記各集合ポート部はエンジン高さ方向について互いにオフセットして並ぶことを特徴とする請求項１に記載の多気筒エンジンのシリンダヘッド構造。
【請求項３】
前記各集合ポート部は前記シリンダヘッドの後端面に開口するポート出口を有することを特徴とする請求項１または２に記載の多気筒エンジンのシリンダヘッド構造。
【請求項４】
前記シリンダヘッドに冷却水を循環させるウォータジャケットを設け、このウォータジャケットは前記各集合ポート部の間に延びる分岐ジャケット部を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の多気筒エンジンのシリンダヘッド構造。
【請求項５】
前記シリンダヘッドに冷却水を循環させるウォータジャケットとは別に、前記各集合ポート部の間にポート間ウォータジャケットを形成し、このポート間ウォータジャケットにウォータポンプから送られる冷却水がブロック側方通路を通って導かれることを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の多気筒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、多気筒エンジンのシリンダヘッド構造において排気ポートの改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、シリンダヘッドに形成される排気ポートは、シリンダヘッド側面に開口し、シリンダヘッドに連結される排気マニホルドを介して排気管に接続されている。しかし、排気管に触媒コンバータが介装される場合、排気が排気マニホールドを通って触媒に到達するまでの間に排気温度が低下するため、触媒の活性化が遅れる可能性があった。
【０００３】
この対策として、特許文献１には、各気筒から連通する排気ポートをシリンダヘッド内で集合させて排気管に連通させる多気筒エンジンのシリンダヘッド構造が開示されている。この場合、排気マニホールドが廃止されることにより、排気の温度低下を抑制して触媒の早期活性化がはかれる。
【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】
【０００４】
しかしながら、このような従来の多気筒エンジンのシリンダヘッド構造にあっては、排気ポートの全体形状をクランクシャフト方向に対して直交する軸を中心として左右対称形状とし、各排気ポートから排気を集める一つの集合ポート部がシリンダヘッドの側面に開口する構造のため、排気ポートの集合ポート部にて排気干渉が生じやすいという問題点があった。
【０００５】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、排気干渉を抑えて出力向上がはかれる多気筒エンジンのシリンダヘッド構造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】
【０００６】
本発明では、多気筒エンジンのシリンダヘッド構造において、シリンダヘッドに形成される排気ポートが、各気筒にそれぞれ連通してクランクシャフト直交方向に延びる複数の分岐ポート部と、点火順序が一定の間隔を持つ気筒の分岐ポート部どうしをそれぞれ集合する複数の集合ポート部とから構成され、各集合ポート部が互いに平行にクランクシャフト方向に延びるものとする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によると、各気筒からの排気を集合させる集合ポート部をシリンダヘッド内に形成し、従来の排気マニホールドを廃止することにより、エンジンの整備性を高められるとともに、部品点数を削減し、製品のコストダウンがはかれる。
【０００８】
各集合ポート部は互いに平行にクランクシャフト方向に延びることにより、点火順序が一定間隔を持つ気筒の分岐ポート部どうしをそれぞれ集合することが可能となる。各集合ポート部によって点火順序が離れた気筒どうしの排気が集められることにより、排気干渉を抑えてエンジン出力の向上がはかれる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の第１実施形態の構成を図１の（ａ），（ｂ）に基づいて説明する。図１の（ａ）は排気ポート９，１０の概略平面図であり、図１の（ｂ）は排気ポート９，１０を後方から見た概略正面図である
図にて、Ｖ型８気筒エンジンは左右バンクのシリンダヘッド５１，５２を備え、左バンクのシリンダヘッド５１にはそれぞれ４つの気筒１，３，５，７がクランクシャフト方向（気筒列方向）に並び、右バンクのシリンダヘッド５２にはそれぞれ４つの気筒２，４，６，８が同じくクランクシャフト方向に並ぶ。
【００１０】
左右バンクの各シリンダヘッド５１，５２は燃焼室壁に開口する図示しない吸気ポートと排気ポート９，１０を備える。
【００１１】
エンジンは、吸気ポートから吸気を各シリンダに吸入し、供給される燃料をシリンダ内で燃焼し、シリンダ内におけるピストンの往復運動により出力軸を回転駆動し、シリンダの排気を排気ポート９，１０から排出する。
【００１２】
まず、左バンクの排気ポート９の構成について説明する。左バンクにて各気筒１，３，５，７は所定の点火順序で９０ｄｅｇＣ．Ａ．の間隔を持って点火時期を迎える。気筒１，３が１８０ｄｅｇＣ．Ａ．の間隔を持つとともに、気筒５，７が１８０ｄｅｇＣ．Ａ．の間隔を持つ。
【００１３】
図１の（ａ）に示すように、左バンクの排気ポート９は各気筒１，３，５，７にそれぞれ連通してクランクシャフト直交方向に延びる４つの分岐ポート部１１，１３，１５，１７と、対の集合ポート部２１，２２とから構成される。
【００１４】
各気筒１，３，５，７はそれぞれ２個の排気弁を有し、このため各分岐ポート部１１，１３，１５，１７は各気筒１，３，５，７に対して２つの開口端を有し、各開口端が図示しない排気弁によってそれぞれ開閉される。
【００１５】
集合ポート部２１は点火順序が１８０ｄｅｇＣ．Ａ．の間隔を持つ気筒１，３の分岐ポート部１１，１３どうしを集合し、各気筒１，３の排気が分岐ポート部１１，１３から集合ポート部２１に集まって排出される。
【００１６】
集合ポート部２２は点火順序が１８０ｄｅｇＣ．Ａ．の間隔を持つ気筒５，７の分岐ポート部１５，１７どうしを集合し、各気筒５，７の排気が分岐ポート部１５，１７から集合ポート部２２に集まって排出される。
【００１７】
すなわち、集合ポート部２１、集合ポート部２２は、点火順序が一定の間隔を持つ気筒の分岐ポート部１１，１３どうし、分岐ポート部１５，１７どうしをそれぞれ集合し、排気干渉を抑えるようになっている。
【００１８】
各集合ポート部２１，２２は互いに並行にクランクシャフト方向に延びる円柱状の流路として形成される。
【００１９】
各集合ポート部２１，２２は互いに通路長が異なり、集合ポート部２１は各気筒１，３，５，７に沿って延び、集合ポート部２２は各気筒５，７に沿って延びる。
【００２０】
図１の（ｂ）に示すように、各集合ポート部２１，２２はエンジン高さ方向について互いにオフセットされて並ぶとともに、クランクシャフト直交方向について互いにオフセットされて並ぶ。
【００２１】
図１の（ｂ）に示すように、集合ポート部２１は分岐ポート部１１，１３の燃焼室側開口端より主として下方に配置され、分岐ポート部１１，１３は集合ポート部２１に向けてエンジン下方に傾斜する流路１１ａ，１３ａを持つ。集合ポート部２２は分岐ポート部１５，１７の燃焼室側開口端より上方に配置され、分岐ポート部１５，１７は集合ポート部２２に向けてエンジン上方に傾斜する流路１５ａ，１７ａを持つ。
【００２２】
各集合ポート部２１，２２はシリンダヘッド５１の後端面５１ａに開口するポート出口２１ａ，２２ａを有する。各ポート出口２１ａ，２２ａに図示しない排気管が接続され、この排気管の途中に排気を浄化する触媒コンバータが設けられる。
【００２３】
次に、右バンクの排気ポート１０の構成について説明する。右バンクにて各気筒１，３，５，７は所定の点火順序で９０ｄｅｇＣ．Ａ．の間隔を持って点火時期を迎える。気筒２，４が１８０ｄｅｇＣ．Ａ．の間隔を持つとともに、気筒６，８が１８０ｄｅｇＣ．Ａ．の間隔を持つ。
【００２４】
右バンクの排気ポート１０は、各気筒２，４，６，８にそれぞれ連通してクランクシャフト直交方向に延びる４つの分岐ポート部１２，１４，１６，１８と、点火順序が１８０ｄｅｇＣ．Ａ．の間隔を持つ気筒の分岐ポート部１２，１６どうしを集合する集合ポート部２３と、同じく点火順序が１８０ｄｅｇＣ．Ａ．の間隔を持つ分岐ポート部１４，１８どうしを集合する集合ポート部２４から構成される。
【００２５】
各集合ポート部２３，２４は互いに通路長が異なり、集合ポート部２３は各気筒２，４，６，８に沿って延び、集合ポート部２４は各気筒４，６，８に沿って延びる。
【００２６】
各集合ポート部２３，２４は互いに並行にクランクシャフト方向に延びる円柱状の流路として形成される。
【００２７】
各集合ポート部２３，２４はシリンダヘッド５１の後端面５２ａに開口するポート出口２３ａ，２４ａを有する。
【００２８】
このように右バンクに設けられる排気ポート１０は左バンクに設けられる排気ポート９と同様の構造を持つ。
【００２９】
以上のように構成されて、次に作用及び効果について説明する。
【００３０】
各集合ポート部２１〜２４をシリンダヘッド５１，５２内にそれぞれ形成し、従来の排気マニホールドを廃止することにより、エンジンの整備性を高められるとともに、部品点数を削減し、製品のコストダウンがはかれる。さらに、排気の温度低下を抑制して触媒の早期活性化がはかれる。
【００３１】
また、従来の排気マニホールドを廃止することにより、エンジン停止中に排気マニホールドの窪みに水が溜まることによって生じる種々の不具合を解消できる。この不具合として、例えば排気マニホールドに取り付けられたセンサの素子割れ等が考えられる。
【００３２】
左バンクにおいて各集合ポート部２１，２２はエンジン高さ方向について互いにオフセットして並び、クランクシャフト方向に延びることにより、点火順序が一定間隔を持つ気筒の分岐ポート部１１，１３どうし、分岐ポート部１５，１７どうしをそれぞれ集合することが可能となる。各集合ポート部２１，２２は点火順序が離れた気筒どうしの排気を集めることにより、排気干渉を抑えてエンジン出力の向上がはかれる。
【００３３】
同じようにして右バンクにおいても、同様の構造を持つ集合ポート部２３，２４により、排気干渉を抑えてエンジン出力の向上がはかれる。
【００３４】
図２に示すエンジンの出力特性図は、横軸をエンジン回転数、縦軸をエンジンの発生トルクとする。本願発明のエンジンの出力特性は図２に実線で示すように、破線で示す従来のエンジンに比べて、低回転域を除いた中高回転域において発生トルクが高められる。
【００３５】
各集合ポート部２１〜２４はシリンダヘッド５１，５２の後端面５１ａ，５２ａに開口するポート出口２１ａ，２２ａを有することにより、排気管をシリンダヘッド５１，５２の後端面５１ａ，５２ａに接続することが可能となり、吸気ポート９，１０から排気管にかけて排気の流れを円滑にするとともに、車両の限られたエンジルームのスペースにおいてエンジンのレイアウト自由度を高められる。
【００３６】
ところで、エンジンの点火順序は上記した順序に限られるものではなく、そこで、排気ポート９，１０の分岐形状は各気筒の点火順序に応じて図３、図４に示すように設定される。
【００３７】
図３に示す第２実施形態では、左バンクにて点火順序で気筒１，５が１８０ｄｅｇＣ．Ａ．の間隔を持つとともに、同じく気筒３，７が１８０ｄｅｇＣ．Ａ．の間隔を持つ。
【００３８】
左バンクの排気ポート９は、点火順序が１８０ｄｅｇＣ．Ａ．の間隔を持つ気筒１，５の分岐ポート部１１，１５どうしを集合する集合ポート部２５と、同じく点火順序が１８０ｄｅｇＣ．Ａ．の間隔を持つ気筒３，７の分岐ポート部１３，１７どうしを集合する集合ポート部２７とから構成される。
【００３９】
右バンクにて点火順序で気筒２，４が１８０ｄｅｇＣ．Ａ．の間隔を持つとともに、同じく気筒６，８が１８０ｄｅｇＣ．Ａ．の間隔を持つ。
【００４０】
右バンクの排気ポート１０は、点火順序が１８０ｄｅｇＣ．Ａ．の間隔を持つ気筒２，４の分岐ポート部１２，１４どうしを集合する集合ポート部２７と、同じく点火順序が１８０ｄｅｇＣ．Ａ．の間隔を持つ気筒６，８の分岐ポート部１６，１８どうしを集合する集合ポート部２８とから構成される。
【００４１】
このように、点火順序の間隔がそれぞれ１８０ｄｅｇＣ．Ａ．の間隔の気筒どうしを集合させることで、上記第１実施形態と同様の効果を奏することができる。
【００４２】
図４に示す第３実施形態では、左バンクにて点火順序で気筒１，７が１８０ｄｅｇＣ．Ａ．の間隔を持つとともに、同じく気筒３，５が１８０ｄｅｇＣ．Ａ．の間隔を持つ。
【００４３】
左バンクの排気ポート９は、点火順序が１８０ｄｅｇＣ．Ａ．の間隔を持つ気筒１，７の分岐ポート部１１，１７どうしを集合する集合ポート部２、分岐ポート部１３，１５どうしを集合する集合ポート部２９と、同じく点火順序が１８０ｄｅｇＣ．Ａ．の間隔を持つ気筒３，５の分岐ポート部１３，１５どうしを集合する集合ポート部３０とから構成される。
【００４４】
右バンクにて気筒２，８が点火順序で１８０ｄｅｇＣ．Ａ．の間隔を持つとともに、同じく気筒４，６が１８０ｄｅｇＣ．Ａ．の間隔を持つ。
【００４５】
右バンクの排気ポート１０は、点火順序が１８０ｄｅｇＣ．Ａ．の間隔を持つ気筒２，８の分岐ポート部１２，１８どうしを集合する集合ポート部３１と、同じく点火順序が１８０ｄｅｇＣ．Ａ．の間隔を持つ気筒４，６の分岐ポート部１４，１６どうしを集合する集合ポート部３２とから構成される。
【００４６】
このように、点火順序の間隔がそれぞれ１８０ｄｅｇＣ．Ａ．の間隔の気筒どうしを集合させることで、上記第１実施形態と同様の効果を奏することができる。
【００４７】
次に図５の（ａ），（ｂ）に示す第４実施形態を説明する。なお、前記した図１の（ａ），（ｂ）に示す第１実施形態と同一構成部には同一符号を付す。
【００４８】
左バンクのシリンダヘッド５１に燃焼室壁と排気ポート９の近傍に冷却水を循環させるウォータジャケット４１が設けられる。このウォータジャケット４１は集合ポート部２１と集合ポート部２２の間に延びる分岐ジャケット部４１ａを有する。
【００４９】
同様に、右バンクのシリンダヘッド５１，５２に燃焼室壁と排気ポート１０の近傍に冷却水を循環させるウォータジャケット４２が設けられる。このウォータジャケット４２は集合ポート部２３と集合ポート部２４の間に延びる分岐ジャケット部４２ａを有する。
【００５０】
この場合、シリンダヘッド５１は熱負荷の高い集合ポート部２１と集合ポート部２２に挟まれた領域がウォータジャケット４１の分岐ジャケット部４１ａを循環する冷却水によって有効に冷却され、シリンダヘッド５１の耐熱性を確保できる。
【００５１】
同様に、シリンダヘッド５２は熱負荷の高い集合ポート部２３と集合ポート部２４に挟まれた領域がウォータジャケット４２の分岐ジャケット部４２ａを循環する冷却水によって有効に冷却され、シリンダヘッド５２の耐熱性を確保できる。
【００５２】
次に図６の（ａ），（ｂ）に示す第５実施形態を説明する。なお、前記した図１の（ａ），（ｂ）に示す第１実施形態と同一構成部には同一符号を付す。
【００５３】
左バンクのシリンダヘッド５１の集合ポート部２１と集合ポート部２２の間にポート間ウォータジャケット４３が形成される。このポート間ウォータジャケット４３は、シリンダヘッド５１の図示しないウォータジャケットとは独立して設けられる。
【００５４】
ウォータポンプから送られる冷却水は、図７に矢印で示すように、インレット部４５からシリンダブロック６１のウォータジャケットとシリンダヘッド５１のウォータジャケットとポート間ウォータジャケット４３とに分配される。インレット部４５からの冷却水はブロック側方通路４６を通ってポート間ウォータジャケット４３に導かれる。
【００５５】
同様に、右バンクのシリンダヘッド５２の集合ポート部２３と集合ポート部２４の間にポート間ウォータジャケット４４が形成される。このポート間ウォータジャケット４４は、シリンダヘッド５１，５２の図示しないウォータジャケットとは独立して設けられる。
【００５６】
ウォータポンプから送られる冷却水は、インレット部４５からシリンダブロック６１の右側に設けられる図示しないブロック側方通路を通ってポート間ウォータジャケット４４に導かれる。
【００５７】
ポート間ウォータジャケット４３，４４の出口はシリンダヘッド５１，５２の後端面にそれぞれ開口し、図示しない配管、ラジエータ等を介してウォータポンプの吸込側に導かれる。
【００５８】
この場合、シリンダヘッド５１は熱負荷の高い集合ポート部２１と集合ポート部２２に挟まれた領域がシリンダヘッドのウォータジャケットとは独立して設けられるポート間ウォータジャケット４３を循環する冷却水によって有効に冷却され、シリンダヘッド５１の耐熱性を確保できる。同様に、シリンダヘッド５２は熱負荷の高い集合ポート部２３と集合ポート部２４に挟まれた領域がポート間ウォータジャケット４４を循環する冷却水によって有効に冷却され、シリンダヘッド５２の耐熱性を確保できる。
【００５９】
特に、シリンダヘッド５１，５２の後端面５１ａ，５２ａには各集合ポート部２１，２２に接続される排気管を締結するスタッドボルトが螺合しているが、ポート間ウォータジャケット４３，４４を循環する冷却水によってこのスタッドボルトが設けられるポート出口２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａに挟まれた領域が過熱されることを有効に抑えられる。
【００６０】
本発明は各実施形態において、以下に記載する効果を奏することができる。
【００６１】
（ア）多気筒エンジンのシリンダヘッド構造において、シリンダヘッド５１，５２に形成される排気ポート９，１０が、各気筒１，３，５，７にそれぞれ連通してクランクシャフト直交方向に延びる４つの分岐ポート部１１，１３，１５，１７と、各気筒２，４，６，８にそれぞれ連通してクランクシャフト直交方向に延びる４つの分岐ポート部１２，１４，１６，１８と、点火順序が一定の間隔を持つ気筒１，３の分岐ポート部１１，１３どうしを集合する集合ポート部２１と、同じく点火順序が一定の間隔を持つ気筒５，７の分岐ポート部１５，１７どうしを集合する集合ポート部２３と、同じく点火順序が一定の間隔を持つ気筒２，６の分岐ポート部１２，１６どうしを集合する集合ポート部２３と、同じく点火順序が一定の間隔を持つ気筒４，８の分岐ポート部１４，１８どうしを集合する集合ポート部２４とから構成され、各集合ポート部２１，２２、各集合ポート部２３，２４はそれぞれ互いに平行にクランクシャフト方向に延びるため、従来の排気マニホールドを廃止してエンジンの整備性を高められるとともに、エンジンの部品点数を削減し、製品のコストダウンがはかれる。各集合ポート部２１〜２４が点火順序が離れた気筒どうしの排気を集めることにより、排気干渉を抑えてエンジン出力の向上がはかれる。
【００６２】
（イ）各集合ポート部２１，２２、各集合ポート部２３，２４はエンジン高さ方向について互いにオフセットして並ぶため、点火順序が一定間隔を持つ気筒の分岐ポート部１１，１３どうし、分岐ポート部１２，１４どうしをそれぞれ集合することが可能となる。
【００６３】
（ウ）各集合ポート部２１〜２４はシリンダヘッド５１，５２の後端面５１ａ，５２ａにそれぞれ開口するポート出口２１ａ，２２ａを有するたため、排気管をシリンダヘッド５１，５２の後端面５１ａ，５２ａに接続することが可能となり、各排気ポート９，１０から排気管にかけて排気の流れをそれぞれ円滑にするとともに、車両の限られたエンジルームのスペースにおいてエンジンのレイアウト自由度を高められる。
【００６４】
（エ）各シリンダヘッド５１，５２に冷却水を循環させるウォータジャケット４１，４２をそれぞれ設け、このウォータジャケット４１，４２は各集合ポート部２１，２２、各集合ポート部２３，２４の間にそれぞれ延びる分岐ジャケット部４１ａ，４２ａを有するため、各シリンダヘッド５１，５２は熱負荷の高い各集合ポート部２１，２２、各集合ポート部２３，２４に挟まれた領域がそれぞれ有効に冷却され、各シリンダヘッド５１，５２の耐熱性を確保できる。
【００６５】
（オ）各シリンダヘッド５１，５２に冷却水を循環させるウォータジャケットとは別に、各集合ポート部２１，２２、各集合ポート部２３，２４の間にポート間ウォータジャケット４３，４４をそれぞれ形成し、このポート間ウォータジャケット４３，４４にウォータポンプから送られる冷却水がブロック側方通路４６を通ってそれぞれ導かれるため、各シリンダヘッド５１，５２は熱負荷の高い集合ポート部２１，２２、各集合ポート部２３，２４の間に挟まれた領域がそれぞれ有効に冷却され、各シリンダヘッド５１，５２の耐熱性を確保できる。
【００６６】
以上、本発明をＶ型エンジンに適用した実施形態について説明したが、これに限らず直列タイプのエンジンや他の気筒配列を持つエンジンにも本発明を適用することができる。
【００６７】
本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の第１実施形態を示す多気筒エンジンのシリンダヘッド構造の平面図と正面図。
【図２】同じくエンジンの出力特性図。
【図３】第２実施形態を示すシリンダヘッド構造の平面図。
【図４】第３実施形態を示すシリンダヘッド構造の平面図。
【図５】第４実施形態を示すシリンダヘッド構造の平面図と正面図。
【図６】第５実施形態を示すシリンダヘッド構造の平面図と正面図。
【図７】同じく冷却水経路の斜視図。
【符号の説明】
【００６９】
１〜８  気筒
９，１０  吸気ポート
１１〜１８  分岐ポート部
２１〜２４  集合ポート部
２１ａ、２２ａ，２３ａ，２４ａ  ポート出口
４１，４２  ウォータジャケット
４１ａ，４２ａ  分岐ジャケット部
４３，４４  ポート間ウォータジャケット
４６  ブロック側方通路
５１，５２  シリンダヘッド
５１ａ，５２ａ  シリンダヘッド後端面
【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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