JP5571408B2 - 多気筒内燃機関 - Google Patents

Description

本発明は，複数の気筒を備えた内燃機関に関し，特に，各気筒からの排気ポートを内部で一つの集合排気出口に集合するように構成したシリンダヘッドの構造に特徴を有するものである。

先行技術としての特許文献１〜３には，
「多気筒内燃機関のシリンダヘッドにおいて，クランク軸に沿って一列に並ぶ各気筒ごとの排気ポートを，当該シリンダヘッドの内部において一つの集合排気出口に集合し，この一つの集合排気出口を，前記シリンダヘッドにおける左右の両長手側面のうち排気側長手側面に開口する。」
という構成にすることが記載されている。

特に，先行技術のうち特許文献１には，
「前記集合排気出口から大気への排気管を，前記シリンダヘッドにおける排気側長手側面に対して，複数本のボルトで締結するというフランジ接合する場合に，前記排気側長手側面のうち前記集合排気出口の外側を囲う複数箇所の部分に，フランジ接合用のボス部を一体に設け，この各ボス部に穿設した雌ねじ孔に，フランジ接合用のボルトをねじ込む構成にする。」
ことが記載されている。

特開２０００−１６１１２９号公報 特開２００７−１６２５９１号公報 特開２００７−１９２０８６号公報

これら先行技術に記載の構成によると，シリンダヘッドにおける排気側長手側面に対して排気管をフランジ接合することに要するボルトの本数は，前記排気側長手側面に，各気筒における排気ポートを集合する排気マニホールドをフランジ接合する場合よりも少なくなる。

しかし，この種におけるシリンダヘッドの内部には，前記各気筒における排気ポートを一つの集合排気出口に集合するための通路が大きな空洞として形成されていることに加えて，一般的なシリンダヘッド（各排気ポートを内部において集合させていないもの）と同様に，空洞としての冷却水ジャケット，シリンダヘッドの上面を凹ませて成る動弁機構室及びこの動弁機構室からのオイル戻し通路等が形成されているから，前記シリンダヘッドのうち集合排気出口が開口する部分，つまり，前記排気管をフランジ接合する部分における剛性は，一般的なシリンダヘッドの場合よりも低くなっている。

そして，前記特許文献１に記載の構成においては，前記排気管のフランジ接合用ボス部における各々は，平面視から見て及びクランク軸線の方向から見て，前記シリンダヘッドの内部に形成されている前記動弁機構室，冷却水ジャケット，点火装置装着孔及びオイル落とし通路の外側に位置している。

特に，前記各ボス部のうち排気管より上側に位置する上側ボス部は，当該上側ボス部に作用する荷重が他のボス部に作用する荷重よりも大きいにもかかわらず，前記動弁機構室及び点火装置装着孔の外側に位置しているから，この上側ボス部の部分における剛性が低くて，前記排気管のシリンダヘッドに対するフランジ接合に際し，接合不良及びシリンダヘッドの変形等を招来するおそれが大きいという問題があった。

また，前記特許文献１は，前記各ボス部のうち排気管より下側に位置する下側ボス部を，シリンダヘッドの内部に形成した冷却水ジャケット及びオイル戻し通路の外側に配設するという構成であるから，この下側ボス部の部分における剛性も低いのであった。

本発明は，シリンダヘッドには動弁機構室内にカム軸用軸受け部が一体に設けられていること，シリンダヘッドにはシリンダブロックへの締結用ヘッドボルトが貫通する肉厚部分が存在していることに着目し，これらを利用して，前記した問題を解消することを技術的課題としている。

この技術的課題を達成するため請求項１は，
「クランク軸線方向に長くて一方の長手側面を排気長手側面と成したシリンダヘッドを有しており、前記シリンダヘッドの排気長手側面に、前記クランク軸線に沿って並んだ複数の気筒の排気ポートを集合させた集合排気出口が開口しており、前記前記シリンダヘッドの排気長手側面のうち前記集合排気出口を囲う複数箇所に，前記集合排気出口に連通した排気管を固定するボルトがねじ込まれるボス部を一体に設けており、これら複数のボス部のうち一つのボス部を前記集合排気出口の上に位置した上側ボス部と成している一方、
前記シリンダヘッドの上面のうち前記集合排気出口の上の部位に、前記クランク軸線を横切る方向に延びる一つのカム軸用軸受け部が形成されており、前記１つのカム軸用軸受け部の上面のうちカム軸を挟んだ内側と外側とにカムキャップ固定用雌ねじ穴が形成されている構成であって、
前記集合排気出口の開口面は、前記カム軸の外側に位置したカムキャップ固定用雌ねじ穴よりも前記排気長手側面に寄った外側に位置している一方、
前記上側ボス部と前記一つのカム軸用軸受け部とを、シリンダヘッドの上面視で互いにラップするように上下方向に一体に連続させており、
更に、前記集合排気出口と上側ボス部との間に冷却水ジャケットの端部を配置している。」
ことを特徴としている。

また，請求項２は，
「前記請求項１の記載において，前記各フランジ接合用ボス部のうち前記集合排気出口の下側に位置する少なくとも一つの下側ボス部を，前記シリンダヘッドのうちシリンダブロックへの締結用ヘッドボルトが貫通する肉厚部分に一体に結合している。」
ことを特徴としている。

なお，前記請求項１において「上側ボス部とカム軸用軸受け部とのラップ」には，前記上側ボス部の一部がカム軸用軸受け部に対してラップする場合と，前記上側ボス部の全体がカム軸用軸受け部にラップする場合とを含んでいる。

シリンダヘッドにおける動弁機構室内に一体に設けられるカム軸用軸受け部は，クランク軸線の軸線を横切る方向に延びていて，シリンダヘッドにおける排気側と吸気側との間を一体に連結するという構成であるから，請求項１に記載した構成とすることにより，前記各フランジ接合用ボス部のうち大きい荷重が作用する上側ボス部の部分における剛性を，当該上側ボス部の前記カム軸用軸受け部への一体結合（連続化）にて，前記特許文献１の場合に比べて向上できるから，前記排気管をシリンダヘッドにフランジ接合するに際し，接合不良及びシリンダヘッドの変形等を招来するおそれを大幅に低減できる。

また，請求項２によると，前記各ボス部のうち下側ボス部の部分における剛性を，シリンダヘッドのうちヘッドボルトが貫通する肉厚部分への一体結合にて，前記特許文献１の場合よりも向上できるから，前記請求項１の効果を一層に助長できる利点がある。

内燃機関におけるシリンダヘッドの平面図である。 図１及び図３のII−II視縦断正面図である。 図２のIII −III 視平断面図である。 図１及び図３のIV−IV視縦断正面図である。 図４のＶ−Ｖ視側面図である。 図２及び図４のVI−VI平断面図である。

以下，本発明の実施の形態を，図１〜図６の図面について説明する。

これらの図において，符号１は，三つの気筒，つまり，第１気筒Ａ，第２気筒Ｂ及び第３気筒Ｃをクランク軸線１ａに沿って一列に並べて成る内燃機関を示し，この内燃機関１は，シリンダブロック２の上面にシリンダヘッド３を複数本のヘッドボルト４にて締結して成るという構成である。

なお，前記複数本のヘッドボルト４は，図１及び図３に示すように，前記各気筒Ａ〜Ｃのうち第１気筒Ａと第２気筒Ｂとの間における左右両側の部位，第２気筒Ｂと第３気筒Ｃとの間における左右両側の部位，第１気筒Ａの外側における左右両側の部位，及び第３気筒Ｃの外側における左右両側の部位に配設され，前記シリンダヘッド３の上面に凹み形成した動弁機構室５の内底面５ａから当該シリンダヘッド３を縦方向に貫通したのち前記シリンダブロック２に螺合するという構成である。

前記シリンダヘッド３の内部には，前記第１気筒Ａに開口した二つの排気ポート６が，第２気筒Ｂに開口した二つの排気ポート７が，第３気筒Ｃに開口した二つの排気ポート８が各々設けられているとともに，冷却水ジャケット９が形成されている。

また，シリンダヘッド３はクランク軸線１ａの方向に長い形態であり，前記シリンダヘッド３のうち前記クランク軸線１ａと平行に延びる左右両長手側面１０，１１のうち一方の長手側面（排気側長手側面）１０には，平面視（図１）に示すように，前記各気筒Ａ，Ｂ，Ｃのうち外側に位置する第１気筒（外側気筒）Ａと第３気筒（外側気筒）Ｃとの中間に位置する第２気筒（中間気筒）Ｂにおける真横の部位，又は，これに近い部位に，一つの集合排気出口１２が開口している。

なお，前記シリンダヘッド３における左右両長手側面１０，１１のうち他方の長手側面（吸気側長手側面）１１には，図示していないが，前記各気筒Ａ，Ｂ，Ｃにおける吸気ポート１３が開口している。

前記第２気筒（中間気筒）Ｂにおける両排気ポート７は，前記集合排気出口１２の方向に延びたのち，この集合排気出口１２に直接に連通するという構成であり，この両排気ポート７の間には，仕切り隔壁１４が，前記集合排気出口１２に向かって延びるように設けられている。

前記仕切り隔壁１４の内部には，前記シリンダヘッド３の上面における動弁機構室５内における潤滑油を前記シリンダブロック２の下部におけるクランク室（図示せず）に導くためのオイル落とし通路１５又はブローバイガス通路が形成されている。

一方，前記各気筒Ａ，Ｂ，Ｃのうち前記第２気筒（中間気筒）Ｂよりも外側に位置する第１気筒（外側気筒）Ａにおける両排気ポート６は，第２気筒（中間気筒）Ｂに向かって内向きに湾曲しながら第１気筒用の排気通路１６に集合している。

また，前記各気筒Ａ，Ｂ，Ｃのうち前記第２気筒（中間気筒）Ｂよりも反対の外側に位置する第３気筒（外側気筒）Ｃにおける両排気ポート８は，第２気筒（中間気筒）Ｂに向かって内向きに湾曲しながら第３気筒用の排気通路１７に集合している。

これら第１気筒用の排気通路１６と，第３気筒用の排気通路１７との両方は，前記集合排気出口１２に向かって斜め外向きに延びたのち前記集合排気出口１２に連通するという構成になっている。

つまり，前記各気筒Ａ，Ｂ，Ｃにおける排気ポート６，７，８は，前記シリンダヘッド３の内部において，一つの集合排気出口１２に集合し，この一つの集合排気出口１２は，前記シリンダヘッド３における左右の両長手側面１０，１１のうち排気側長手側面１０に開口するという構成になっている。

前記シリンダヘッド３のうち前記各気筒Ａ，Ｂ，Ｃの部分には，点火プラグ装着用の筒体１８が，前記動弁機構室５内から上向きに突出するように一体に設けられている。

また，前記シリンダヘッド３における動弁機構室５の内部のうち各気筒Ａ，Ｂ，Ｃ間の部分には，排気弁用カム軸１９の下半分を軸支する軸受け部２０と，吸気弁用カム軸２１の下半分を軸支する軸受け部２２とが一体に設けられており，前記排気側の軸受け部２０と前記吸気側の軸受け部２２との両方は，前記点火プラグ装着用の筒体１８に一体に結合されている（連続している。）。
図２に二点鎖線で示すように，排気弁用カム軸１９のカム軸用軸受け部２０の上面には，排気弁用カムキャップ１９ａが内外のボルト１９ｂ，１９ｃで固定されており，このため，排気弁用カム軸１９のカム軸用軸受け部２０の上面には，内外のカムキャップ固定用雌ねじ孔１９ｄ，１９ｅが空いている。同様に，吸気弁用カム軸２１のカム軸用軸受け部２２の上面には，吸気用カムキャップ２１ａが内外のボルト２１ｂ，２１ｃで固定されている。

前記シリンダヘッド３における排気側長手側面１０には，前記集合排気出口１２に対して大気への排気管２３をフランジ接合するための少なくとも三つのボス部２４，２５，２６が，前記集合排気出口１２を囲うように一体に設けられている。なお，図示しないが，排気管２３はシリンダヘッドとの接続部下流から湾曲し，シリンダブロックに沿った方向に延びた後，車両の下方を通って車両後方にて大気に開放されており，シリンダブロックの側方において排気ガス浄化触媒を内蔵する構造となっている。

これら三つのボス部２４，２５，２６は，前記排気側長手側面１０と直交した方向から見て，前記集合排気出口１２を挟んで上側に一つのボス部２４を，下側の左右に二つのボス部２５，２６を配設するというように三角形に配設されており，一つのボス部２４が集合排気出口１２の上に位置した上側ボス部になっている。

この場合，前記集合排気出口１２は，当該集合排気出口１２の中心から上側ボス部２４までの距離Ｌ１が当該集合排気出口１２の中心から両下側ボス部２５，２６までの距離Ｌ２よりも大きくなるように，前記三角形に対して底辺側に偏心しており，これにより，前記集合排気出口１２をシリンダヘッド３の下面に近づけることができるから，シリンダヘッド３の高さを低くできる。

前記各ボス部２４，２５，２６の各々には雌ねじ孔２４ａ，２５ａ，２６ａが穿設されており，前記排気管２３は，その一端に固着したフランジ部２３ａを貫通するボルト２７を，前記各ボス部２４，２５，２６の雌ねじ孔２４ａ，２５ａ，２６ａに螺合して締結することにより，前記シリンダヘッド３の排気側長手側面１０に対して着脱可能にフランジ接合されている。なお，符号２８は，前記フランジ接合の際に，その間に挟んで使用するシール用ガスケットを示している。

そして，前記各ボス部２４，２５，２６のうち上側ボス部２４を，前記シリンダヘッドの上面を見たときの平面視（図１）において，前記動弁機構室５内における一つの排気弁カム軸用軸受け部２０に対して，当該上側ボス部２４における一部又は全体がラップ（重なる）する位置に配設することに加えて，前記クランク軸線の方向から見たときの側面視（図２）において，前記動弁機構室５内における一つの排気弁カム軸用軸受け部２０に対して，当該上側ボス部２４における一部又は全体がラップ（重なる）する位置に配設して，この上側ボス部２４を，前記カム軸用軸受け部２０に，一体に結合するという構成にしている。すなわち，上側ボス部２４と一つのカム軸用軸受け部２０とを上下方向に一体に連続させている。
図２に示すように，集合排気出口１２の開口面は一つの排気弁用カム軸用軸受け部２０に設けた外側のカムキャップ固定用雌ねじ孔１９ｅよりも外側に位置しており，また，上側ボス部１４と集合排気出口１２との間には，冷却水ジャケット９の一部９ａが配置されている。

一方，前記各ボス部２４，２５，２６のうち両下側ボス部２５，２６を，図１，図３〜図６に示すように，前記各気筒Ａ，Ｂ，Ｃの間に位置する前記ヘッドボルト４の真横の部位又はこれに近い部位に配設して，この両下側ボス部２５，２６を，前記シリンダヘッド３のうち前記ヘッドボルト４が貫通する肉厚部分２９に，一体に結合するという構成にしている。

この構成において，前記排気管２３のフランジ接合用のボス部２４，２５，２６のうち，上側ボス部２４は，動弁機構室５内に一体に設けたカム軸用軸受け部２０に対して一体に連続していることにより，前記各フランジ接合用ボス部２４，２５，２６のうち大きい荷重が作用する上側ボス部２４の部分における剛性を，動弁機構室５内に一体に設けられているカム軸用軸受け部２０を利用して大幅に向上させることができる。

また，前記フランジ接合用のボス部２４，２５，２６のうち両下側ボス部２５，２６は，シリンダヘッド３のうちヘッドボルト４が貫通する肉厚部分２９に一体に結合されていることにより，前記両下側ボス部２５，２６の部分における剛性を，ヘッドボルト４が貫通する肉厚部分２９を利用して大幅に向上することができる。

１ 内燃機関
１ａ クランク軸線
Ａ，Ｂ，Ｃ 気筒
２ シリンダブロック
３ シリンダヘッド
４ ヘッドボルト
５ 動弁機構室
６，７，８ 排気ポート
９ 冷却水ジャケット
１０ 排気側長手側面
１２ 集合排気出口
１９ 排気弁用カム軸
２０ カム軸用軸受け部
２３ 排気管
２３ａ フランジ部
２４，２５，２６ フランジ接合用ボス部
２７ ボルト
２９ 肉厚部分

Claims (2)

1. クランク軸線方向に長くて一方の長手側面を排気長手側面と成したシリンダヘッドを有しており、前記シリンダヘッドの排気長手側面に、前記クランク軸線に沿って並んだ複数の気筒の排気ポートを集合させた集合排気出口が開口しており、前記前記シリンダヘッドの排気長手側面のうち前記集合排気出口を囲う複数箇所に，前記集合排気出口に連通した排気管を固定するボルトがねじ込まれるボス部を一体に設けており、これら複数のボス部のうち一つのボス部を前記集合排気出口の上に位置した上側ボス部と成している一方、
   前記シリンダヘッドの上面のうち前記集合排気出口の上の部位に、前記クランク軸線を横切る方向に延びる一つのカム軸用軸受け部が形成されており、前記１つのカム軸用軸受け部の上面のうちカム軸を挟んだ内側と外側とにカムキャップ固定用雌ねじ穴が形成されている構成であって、
   前記集合排気出口の開口面は、前記カム軸の外側に位置したカムキャップ固定用雌ねじ穴よりも前記排気長手側面に寄った外側に位置している一方、
   前記上側ボス部と前記一つのカム軸用軸受け部とを、シリンダヘッドの上面視で互いにラップするように上下方向に一体に連続させており、
   更に、前記集合排気出口と上側ボス部との間に冷却水ジャケットの端部を配置している、
   多気筒内燃機関。
2. 前記各フランジ接合用ボス部のうち前記集合排気出口の下側に位置する少なくとも一つの下側ボス部を，前記シリンダヘッドのうちシリンダブロックへの締結用ヘッドボルトが貫通する肉厚部分に一体に結合している，
   請求項１に記載した多気筒内燃機関。

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