(57)【要約】【課題】コンパクト性を維持しつつ冷却性能を向上できるシリンダヘッド構造を提供する。【解決手段】＃１気筒に接続される排気ポート２Ａと、＃２気筒に接続される排気ポート２Ｂと、＃３気筒に接続される排気ポート２Ｃとを、高さをずらして配設し、上側のウォータジャケット４は、冷却水の上流側部分４Ａが、最低位な排気ポート２Ａの上方を近接し、中央部分４Ｂが上方に屈曲して、排気ポート２Ｂの中心軸より上側の右側方及び排気ポート２Ｃの上流側端部の右側方に近接し、下流側部分４Ｃが、最高位にある排気ポート２Ｃの上方に近接するように形成し、下側のウォータジャケット５は、冷却水の上流側部分５Ａが、排気ポート２Ａの下側を近接し、中央部分５Ｂが上方に屈曲して、排気ポート２Ａの下流側端部の左側方及び排気ポート３Ｂの中心軸より下側の左側方に近接し、下流側部分が、排気ポート２Ｃの下方に近接するように形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の燃焼室から延びる排気ポートを集合させた排気集合部を一体形成した内燃機関のシリンダヘッドにおいて、
前記複数の排気ポートの中心軸をシリンダ軸方向にずらして配設し、前記排気集合部で、シリンダ軸方向にずれた排気ポートの側方部分を覆うようにウォータジャケットを配設したことを特徴とする内燃機関のシリンダヘッド。
【請求項２】
冷却水のシリンダ配列方向の流れに対して上流側の排気ポートよりも下流側の排気ポートを高い位置に配設したことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のシリンダヘッド。
【請求項３】
前記ウォータジャケットを、排気出口端部より手前側までに留めて形成したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関のシリンダヘッド。
【請求項４】
３つのシリンダを直列に備えた内燃機関のシリンダヘッドにおいて、シリンダ配列方向１番目と３番目の気筒の各排気ポートを、それぞれのシリンダ配列方向の投影面同士が重ならないように、シリンダ軸方向にずらして配設したことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の内燃機関のシリンダヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の燃焼室から延びる排気ポートを集合させた排気集合部を一体形成した内燃機関のシリンダヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載された内燃機関のシリンダヘッドでは、複数の燃焼室から延びる排気ポートの合流部から排気出口まで一体形成することにより機関のコンパクト化を図っている。
【特許文献１】特許３６０５５２１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１のシリンダヘッドでは、ウォータジャケットは、排気ポートの上下のみを囲んだ構造となっているので、排気熱が集中する排気ポート集合部において、ウォータジャケットから最も離れている排気ポート出口側部が最も高温となる。
上記の構造で、排気ポート出口側部を十分に冷却しようとした場合、排気ポート上下を囲むウォータジャケットの張り出し容積が必要以上に大きくなるため、冷却水の受熱量が増大し、ラジエータが大型化してしまう。また、生産性（鋳造性）も悪化する。
【０００４】
複数の燃焼室から延びる排気ポートをシリンダヘッド内部で集合させる際に、集合部形状が平面的な形状となっているため、排気が他の気筒へ回り込みやすい形状となっている。これにより、シリンダ内部の残留ガスが増大し、機関の発生トルク（出力）の低下や燃焼室温度上昇によるノッキングが発生する。
本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、排気集合部を効率よく冷却しつつ、ラジエータの大型化，生産性の悪化を防止し、排気の他の気筒への回り込みも抑制して、機関の発生トルクの低下や燃焼室温度上昇によるノッキングの発生も防止できるようにした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】
【０００５】
このため、本発明は、
複数の燃焼室から延びる排気ポートを集合させた排気集合部を一体形成した内燃機関のシリンダヘッドにおいて、
前記複数の排気ポートの中心軸をシリンダ軸方向にずらして配設し、前記排気集合部で、シリンダ軸方向にずれた排気ポートの側方部分を覆うようにウォータジャケットを配設したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、排気集合部で排気ポートの、他の排気ポートとシリンダ軸方向にずらした側方部分がウォータジャケットで覆われることにより、排気熱が集中しやすい部分を効率的に冷却することができ、温度分布を均一化することができる。
また、排気ポート上下のウォータジャケットの容量を大きくして冷却量を増大する場合に比較し、シリンダヘッドやラジエータのコンパクト性を維持することができ、生産性も良好に維持できる。
【０００７】
また、複数の排気ポートを、相互にシリンダ軸方向にずらして配設することにより、排気の他の排気ポートへの回り込みを抑制でき、残留ガス量の増大を抑制して出力低下やノッキングの発生を防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の一実施形態を示す直列３気筒内燃機関のシリンダヘッドの構造を示す。なお、Ｖ型６気筒内燃機関の片側バンクのシリンダヘッドであってもよい。
シリンダヘッド１は、３個のシリンダごとに、２個ずつ合計６個の排気ポート２が形成されており、これら６個の排気ポート２が集合する排気集合部が一体に形成されている。
【０００９】
前記各排気ポート２に対向して反対側に、シリンダごとに２個ずつ合計６個の吸気ポート３が形成されている。
ここで、図示右側の気筒（＃１気筒）に接続される排気ポート２Ａと、図示中央の気筒（＃２気筒）に接続される排気ポート２Ｂと、図示左側の気筒（＃３気筒）に接続される排気ポート２Ｃとは、それぞれの中心軸のシリンダ軸方向（高さ方向）位置をずらして配設されている。
【００１０】
具体的には、排気ポート２Ａが最も低い位置、排気ポート２Ｂが中間の高さ位置、排気ポート２Ｃが最も高い位置となるように、配設されている。
また、本実施形態では、中間高さの排気ポート２Ｂの断面形状は略真円状とするが、上下の排気ポート２Ａ，２Ｃは、シリンダ配列方向に偏平な形状として、シリンダヘッド１の高さが増大することを抑制しつつ、通路断面積を確保している。
【００１１】
なお、上記排気集合部から排気出口までの部分は、シリンダヘッド１の排気側側面を突出して形成されている。
そして、上記のように排気ポート２Ａ〜２Ｃの高さをずらして形成したシリンダヘッド１において、ウォータジャケットを以下のように形成する。
すなわち、上側に形成するウォータジャケット４は、図示のようにシリンダ配列方向に流れる冷却水の上流側部分４Ａが、最低位に配設された排気ポート２Ａの上方を近接し、中央部分４Ｂが上方に屈曲して、排気ポート２Ａより高位に位置する排気ポート２Ｂの中心軸より上側の右側方及び排気ポート２Ｃの上流側端部の右側方に近接し、下流側部分４Ｃが、最高位にある排気ポート２Ｃの上方に近接するように形成する。
【００１２】
一方、下側に形成するウォータジャケット５は、図示のように冷却水の上流側部分５Ａが、最低位に配設された排気ポート２Ａの下側を近接し、中央部分５Ｂが上方に屈曲して、排気ポート２Ａの下流側端部の左側方及び排気ポート２Ａより高位に位置する排気ポート３Ｂの中心軸より下側の左側方に近接し、下流側部分が、最高位にある排気ポート２Ｃの下方に近接するように形成する。
【００１３】
このようにすれば、排気ポート２Ａ〜２Ｃが集合して過熱しやすい部分を、上下面と側面の双方を覆うウォータジャケット４，５によって、効率よく冷却することができる。
また、冷却水の流れに対して上流側の排気ポートより下流側の排気ポートの高さを高くし、この形状に沿って下流側の方を上流側より高くなるようにウォータジャケット４，５を屈曲形成したため、冷却水の淀みを防止でき、この点でも冷却効率を向上できる（高さ関係を逆にすると、下方のシリンダブロックからシリンダヘッド１内に押し上げられた冷却水が再度流下することにより、局部的な圧力変動を伴って淀みを生じやすくなる）。
【００１４】
図２は、第１の実施形態において、各排気ポート１２Ａ〜１２Ｃの通路断面を全て略真円形状とした第２の実施形態を示す。
図３は、同じく、両側の＃１、＃３気筒の排気ポート２２Ａ，２２Ｃの集合部における通路断面を横長の長円形状とし、中央の＃２気筒の排気ポート２２Ｂの通路断面は縦方向に偏平な形状とした第３の実施形態を示す。
【００１５】
図４は、第１の実施形態において、ウォータジャケットを変形した第４の実施形態を示す。
上側のウォータジャケット１４は、最高位にある排気ポート２Ｃの上方に近接した高さで、シリンダ配列方向に直線状に形成したものの途中を下方に凹ませ、該凹み部分１４Ａを、排気ポート２Ｂの中心軸より上側の右側方及び排気ポート２Ｃの上流側端部の右側方に近接させてある。
【００１６】
一方、下側のウォータジャケット１５は、最低位にある排気ポート２Ａの下方に近接した高さで、シリンダ配列方向に直線状に形成したものの途中を上方に凹ませ、該凹み部分１５Ａを、排気ポート２Ｂの中心軸より下側の左側方及び排気ポート２Ａの下流側端部の左側方に近接させてある。
図５は、上下のウォータジャケット２４，２５を、排気出口端部に対し、第１の実施形態より、手前側（内側）に留めて形成した第５の実施形態を示す。
【００１７】
上述したように、排気集合部から排気出口までの部分がシリンダヘッド１の排気側側面を突出して形成されており、第１の実施形態では、ウォータジャケット４，５は、排気出口端部近傍まで張り出して形成されている。しかし、本発明では、ウォータジャケットが、過熱しやすい排気集合部で排気ポートの側面を覆って形成され、これにより、冷却効率を大きく向上できているので、本実施形態では、排気側への突出量ｔを少なくしたものである。
【００１８】
これにより、シリンダヘッド１の鋳造形成する際に、ウォータジャケット２４，２５の中子の中に排気ポート２Ａ〜２Ｃの中子を挿入しやすくなり、中子の組み立て性が向上し、また、鋳造時のガス抜け性も向上し、冷却水の過度の受熱を低減できることによりラジエータを小型化できる。
図６は、両側の＃１、＃３気筒の排気ポート３２Ａ，３２Ｃを、それぞれのシリンダ配列方向の投影面同士が重ならないように、シリンダ軸方向にずらして配設した第６の実施形態を示す。
【００１９】
このようにすれば、他の気筒への排気の回り込みを十分に抑制して排気干渉を抑制できる。直列３気筒機関の場合は、元々、隣接する気筒間の爆発間隔が長いので比較的排気干渉しにくいが、Ｖ型6気筒機関のバンク毎の気筒間には、爆発間隔が隣り合って短く、排気干渉しやすい関係の気筒を備えるケースもあるので、本実施形態による排気干渉抑制が特に有効である。
【００２０】
図７以降は、直列４気筒機関やＶ型８気筒機関など、４気筒を直列に備えた機関のシリンダヘッドについての実施形態を示す。
これら実施形態では、＃１気筒と＃４の排気ポート中心軸の高さをずらして配設し、更に、上側のウォータジャケット３４については、＃１気筒の排気ポート５１Ａの上方部分３４Ａの高さを、＃４気筒の排気ポート５１Ｄの上方及びアッパーデッキ下方の部分３４Ｃよりも低く配設されている。
【００２１】
一方、下側のウォータジャケット３５については、＃４気筒の排気ポート５１Ｄの下方部分３５Ｃを、＃１気筒の排気ポート５１Ａの下方で燃焼室上方部分３５Ａより高く配設されている。
これにより、排気ポート出口側部の一部を上下のウォータジャケット３４，３５の各段差部３４Ｂ，３５Ｂで覆う構造とする。
【００２２】
図７（Ｂ）に示した第７の実施形態では、＃１気筒，＃２気筒の排気ポート５１Ａ，５１Ｂ中心軸高さを同一とし、＃３気筒，＃４気筒の排気ポート５１Ｃ，５１Ｄ中心軸高さを同一とし、＃１気筒，＃２気筒の排気ポート５１Ａ，５１Ｂ中心軸高さを、＃３気筒、＃４気筒の排気ポート５１Ｃ，５１Ｄ中心軸高さよりも低く形成する。
図８に示した第８の実施形態では、各気筒の排気ポート６１Ａ〜６１Ｄの高さをずらし、＃１気筒の排気ポート６１Ａの高さを最も低くし、＃４気筒の排気ポート６１Ｄの高さを最も高くする。
【００２３】
図９に示した第９の実施形態では、＃２気筒、＃３気筒の排気ポート７１Ｂ，７１Ｃの中心軸高さを同一とし、＃１気筒の排気ポート７１Ａの高さを最も低くし、＃４気筒の排気ポート７１Ｄの高さを最も高くする。
このようにすれば、４つの気筒が直列に配列されたシリンダヘッドにおいても、コンパクト性を維持しつつ、冷却性能を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す直列３気筒内燃機関のシリンダヘッドの平面及び正面をそれぞれ示す図。
【図２】第２の実施形態を示す直列３気筒内燃機関のシリンダヘッドの正面を示す図。
【図３】第３の実施形態を示す直列３気筒内燃機関のシリンダヘッドの正面を示す図。
【図４】第４の実施形態を示す直列３気筒内燃機関のシリンダヘッドの正面を示す図。
【図５】第５の実施形態を示す直列３気筒内燃機関のシリンダヘッドの正面を示す図。
【図６】第６の実施形態を示す直列３気筒内燃機関のシリンダヘッドの正面を示す図。
【図７】第７の実施形態を示す直列４気筒内燃機関のシリンダヘッドの平面及び正面を示す図。
【図８】第８の実施形態を示す直列４気筒内燃機関のシリンダヘッドの正面を示す図。
【図９】第９の実施形態を示す直列４気筒内燃機関のシリンダヘッドの正面を示す図。
【符号の説明】
【００２５】
１  シリンダヘッド
２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ  排気ポート
４，１４，２４，３４  上側のウォータジャケット
４Ａ，３４Ａ  上側のウォータジャケットの上流部分
４Ｂ，３４Ｂ  上側のウォータジャケットの中央部分
５，１５，２５，３５  下側のウォータジャケット
５Ａ，３５Ａ  下側のウォータジャケットの上流部分
５Ｂ，３５Ｂ  下側のウォータジャケットの中央部分
１２，１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ  排気ポート
１４Ｂ  上側の凹み部分
１５Ｂ  下側の凹み部分
２２，２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ  排気ポート
３２，３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ  排気ポート
５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃ，５１Ｄ  排気ポート
６１Ａ，６１Ｂ，６１Ｃ，６１Ｄ  排気ポート
７１Ａ，７１Ｂ，７１Ｃ，７１Ｄ  排気ポート
【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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