シリンダヘッド
【課題】連続運転時の排気ガス冷却と暖気運転時の排気ガス保温とを両立可能な排気ポート構造を有するシリンダヘッドを提供する。
【解決手段】排気ポート１内に筒状部材である排気ポートライナ８を配置し、当該排気ポートライナ８外周面と前記排気ポート１内周面との間に微小隙間１３を設けて構成されるシリンダヘッド１０において、前記排気ポートライナ８外周面に伝熱部材を配置するとともに、当該伝熱部材と前記排気ポート内周面との間に微小隙間１３ａを有する。
【解決手段】排気ポート１内に筒状部材である排気ポートライナ８を配置し、当該排気ポートライナ８外周面と前記排気ポート１内周面との間に微小隙間１３を設けて構成されるシリンダヘッド１０において、前記排気ポートライナ８外周面に伝熱部材を配置するとともに、当該伝熱部材と前記排気ポート内周面との間に微小隙間１３ａを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関のシリンダヘッドに関する。特に、シリンダヘッドが有する排気ポート構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関のシリンダヘッドが有する排気ポート内に、筒状部材を設けることにより、内燃機関の始動時（暖気運転時）に排気ガスから排気ポート内周面への熱の移動を抑制する断熱性と、内燃機関の連続駆動時に排気ガスから排気ポート内周面への熱の移動を促進する伝熱性とを確保したシリンダヘッドの技術が知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１には、内燃機関の始動時における断熱性と内燃機関の連続駆動時における伝熱性との双方を確保し、排気ガスの過昇温を抑える、内燃機関の排気ポート構造が開示されている。具体的には、当該内燃機関の排気ポート構造は、シリンダヘッドの排気ポートに筒状の排気ライナが嵌合されたものであり、当該排気ライナの外周面と排気ポートの内周面との間に、空気断熱層として機能する微小隙間が形成されたものである。これにより、内燃機関の連続駆動時には、排気ライナが熱膨張して大きくなることで微小隙間が消失し、排気ライナの外周面が排気ポートの内周面に接触するので、排気ガスから排気ポート内周面への伝熱性が増し、排気ガスの温度低下が促進される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−１８５４０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示されている内燃機関の排気ポート構造では、内燃機関の連続駆動時において、排気ガスの冷却性能が低い。
【０００６】
なぜなら、シリンダヘッドの排気ポート内周面（内壁面）には凹凸が存在するため、排気ライナが熱膨張しても、排気ライナの外周面と排気ポートの内周面とが完全に密着するわけではなく、排気ポート内周面に存在する凹凸の段差により排気ライナ外周面と排気ポート内周面との間に、隙間（空気断熱層）が生じてしまい、想定される伝熱性が得られない。その結果として内燃機関の連続駆動時において、排気ガスが十分に冷えないという課題がある。
【０００７】
そこで、本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、連続運転時の排気ガス冷却と暖気運転時の排気ガス保温とを両立可能な排気ポート構造を有するシリンダヘッド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】
【０００８】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００９】
即ち、請求項１においては、
排気ポート内に筒状部材を配置し、当該筒状部材外周面と前記排気ポート内周面との間に隙間を設けて構成されるシリンダヘッドにおいて、
前記筒状部材外周面に伝熱部材を配置するとともに、当該伝熱部材と前記排気ポート内周面との間に隙間を有するものである。
【００１０】
請求項２においては、
前記伝熱部材は、軟質金属コートであるものである。
【００１１】
請求項３においては、
前記筒状部材は、当該筒状部材の内部を所定方向に仕切る仕切板を有し、
前記伝熱部材は、前記仕切板端部の延長上の前記筒状部材外周面に形成される凸部であるものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、排気ポートにおいて、内燃機関の始動時における断熱性と内燃機関の連続運転時における伝熱性とを確保するとともに、特に連続運転時において排気ガスの冷却性能を向上することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るシリンダヘッドを示す模式図であり、（ａ）は排気ポートが形成されたシリンダヘッド内部に配置された排気ポートライナを示す模式図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ矢視断面図。
【図２】図１（ａ）におけるＢ−Ｂ矢視断面図。
【図３】排気ポートに配置された排気ポートライナを示す断面図であり、（ａ）は図１（ｂ）に示すＡ−Ａ矢視断面図の排気ポート部分を拡大した断面図、（ｂ）は（ａ）における点線丸印Ｃ部分を拡大した拡大図。
【図４】本発明の第２の実施形態に係るシリンダヘッドを示す模式図であり、（ａ）は排気ポートが形成されたシリンダヘッド内部に配置された排気ポートライナを示す模式図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ矢視断面図。
【図５】図４（ａ）におけるＢ−Ｂ矢視断面図。
【図６】排気ポートに配置された排気ポートライナを示す図であり、（ａ）は図４（ｂ）に示すＡ−Ａ矢視断面図の排気ポート部分を拡大した拡大図、（ｂ）は（ａ）における点線丸印Ｄ部分を拡大した拡大図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
次に、発明の実施の形態を説明する。
以下、本発明の第１の実施形態に係るシリンダヘッド１０の構成について、図を用いて説明する。
【００１５】
シリンダヘッド１０は、シリンダブロック（図示せず）の上部に載置固定され、当該シリンダブロックに形成されるシリンダ（図示せず）に対して吸排気経路を形成するとともに、当該吸排気経路の開閉状態を切り換えるための吸排気バルブ（図示せず）を支持するための部材である。図１（ａ）には、排気ポート１及び吸気ポート２をシリンダヘッド１０上側から見た状態が模式的に示されている。シリンダヘッド１０の内部には、図１（ａ）に示すように、複数（本実施形態では４つ）の排気ポート１と、複数（本実施形態では４つ）の吸気ポート２と、複数（本実施形態では４つ）の燃焼室３と、排気ポート１内周面から所定距離離間して排気ポート１の上下に配置される冷却水通路であるウォータージャケット４、５（図２参照）と、複数（本実施形態では３つ）のオイル落し通路６、が主に形成されている。また、シリンダブロックには、シリンダブロック内に設けられたピストン（図示せず）を備える。また、燃焼室２は、シリンダブロック、シリンダヘッド１０及びピストンにより形成される。
【００１６】
排気ポート１は、図２に示すように、燃焼室３で発生した排気ガス（図２中の点線矢印）を燃焼室３からエキゾーストマニホールド（排気マニホールド）７ヘ排気するための流路であり、シリンダヘッド１０の底部に形成される燃焼室３と、シリンダヘッド１０の一端に接続されるエキゾーストマニホールド７とを連通する流路としてシリンダヘッド１０に形成される。排気ポート１は、燃焼室３から斜め上方に屈曲して延出される。また、排気ポート１は、図１（ａ）に示すように二又に分岐した排気ポート１一端が排気ポート１中途部にて繋がり、ひとつの排気ポート１他端に集合するように形成されており、燃焼室３で発生した排気ガスが燃焼室３から二又の排気ポート１一端の各入口より導入され、当該導入された排気ガスの流れが図２に示すように略直角に曲がるように方向を変えてひとつの排気ポート１他端へと誘導することが可能となっており、排気ポート１他端に接続されたエキゾーストマニホールド７に排気ガスを導入可能である。こうして、排気ガスは、燃焼室３に開口する排気ポート１入口から導入されると排気ポート１上方へと流れていき、シリンダヘッド１０外部に開口する排気ポート１出口を介してエキゾーストマニホールド７に誘導される。具体的には、燃焼室３において発生した排気ガスは、図示しない排気バルブを「開」状態とすることによって、排気ポート１を通じて、該排気ポート１に接続されるエキゾーストマニホールド７に向けて排気される。
【００１７】
また、排気ポート１他端の排気ポート１出口近傍には、後述する排気ポートライナ８を排気ポート１出口側から排気ポート１内に挿通して嵌合可能なライナ嵌合部９が形成されている。ライナ嵌合部９は、排気ポート１他端の一部を構成する断面視角丸長方形状の空間であり、その内周面は上部内周面９ａ、下部内周面９ｂ、側部内周面９ｃ（図３（ａ）参照）とで形成されている。排気ポート１（ライナ嵌合部９）の内周面である上部内周面９ａ、下部内周面９ｂ、側部内周面９ｃには、シリンダヘッド１０の製造工程に由来する凹凸形状を有する（図３（ｂ）では上部内周面９ａの凹凸形状を示している）。
なお、図２においては、説明の便宜を図るために、排気ポート１の排気ガス入口側に配設される、排気ポート１入口を開閉するための排気バルブの図示を省略している。
【００１８】
排気ガスは高温であり、シリンダヘッド１０の下流に接続して配置されるエキゾーストマニホールド７や触媒等の過熱を避けるため、排気ポート１内を排気ガスが通過する際に当該排気ガスの冷却を行うことが必要である。このため、排気ポート１における上部内周面９ａ、下部内周面９ｂのそれぞれの裏側にあたる部位にはウォータージャケット４、５が形成されている（図２参照）。ウォータージャケット４、５は、複数燃焼室３の配列方向（図１における左右方向）に沿って延設されている。
【００１９】
また、ウォータージャケット４、５には、ラジエータ（図示せず）等により適宜冷却された冷却水がポンプ（図示せず）等により導入され、当該冷却水がウォータージャケット４、５内を循環する。そして、排気ポート１内を通過する排気ガスと、ウォータージャケット４、５内を循環する冷却水とを排気ポート１内周面を介して熱交換させることによって、ウォータージャケット４、５が、排気ガスやシリンダヘッド１０自体の温度を低下させる構成としている。
【００２０】
オイル落し通路６は、図１に示すように、各排気ポート１の間にシリンダヘッド１０上下方向に沿って形成された、内燃機関内を循環する潤滑油をシリンダヘッド１０上部から下方に落とす（シリンダブロック側のオイル落し通路に流通させる）ための通路である。
【００２１】
排気ポート１には、当該排気ポート１出口側において、前記ライナ嵌合部９よりも小径の筒状部材である排気ポートライナ８が嵌合されている。すなわち、排気ポートライナ８は、ライナ嵌合部９出口側に取り付けられたリング状のスペーサ１１、エキゾーストマニホールド７を介して、排気ポート１出口近傍において排気ポート１他端に対してほぼ同軸となるように嵌合保持されている。本実施形態においては、シリンダヘッド１０が有する４つの排気ポート１にそれぞれに対して、排気ポートライナ８が嵌合保持されている。
【００２２】
排気ポートライナ８は、筒状の熱伝導に優れた熱伝導性金属部材（例えば、ステンレス鋼、炭素鋼系等）であり、図２に示すように、筒状のライナ本体８ａと、当該ライナ本体８ａの軸方向両端部に連設されたライナ支持部８ｂと、後述する軟質金属コート部１２と、を備える。
【００２３】
ライナ本体８ａは、排気ガス通路となる排気ポートライナ８（ライナ本体８ａ）の内周面８ｃを有しており、排気ポートライナ８がライナ嵌合部９に嵌合された状態で、燃焼室３から排出された排気ガスは、排気ガス通路となるライナ本体８ａの内周面８ｃに接しながら通過してエキゾーストマニホールド７に流れる。
【００２４】
ライナ本体８ａには、当該ライナ本体８ａの上部外周面８ｄ及び下部外周面８ｅに伝熱部材である軟質金属コート部１２が設けられている。軟質金属コート部１２は、排気ポートライナ８を構成する金属材料よりも軟らかい軟質金属コート材をライナ本体８ａの上部外周面８ｄ及び下部外周面８ｅに溶射することにより被膜形成されたものである。
なお、軟質金属コート部１２の形成方法としては、排気ポートライナ８を構成する金属材料よりも軟らかい被膜が形成できればよく、軟質金属コート材を溶射する方法に特に限定するものではない。例えば、排気ポートライナ８の素材よりも軟らかい金属シート等をライナ本体８ａの上部外周面８ｄ及び下部外周面８ｅに取り付ける構成としてもよい。
【００２５】
ライナ支持部８ｂは、その厚さがライナ本体８ａの厚さよりも薄く、ライナ本体８ａと一体的に形成されている。また、ライナ支持部８ｂは、ライナ本体８ａ外形よりも小径に形成されている。また、ライナ支持部８ｂは、排気ポートライナ８を排気ポート１に嵌合した際にライナ嵌合部一端９ｄと前記スペーサ１１とで拘束されるため、排気ポートライナ８が排気ポート１出口近傍にて安定して保持される。こうして、排気ポートライナ８は、ライナ支持部８ｂをライナ本体８ａよりも厚さが薄くなるように形成していることにより、ライナ本体８ａが熱膨張等の変形を生じた際にライナ支持部８ｂが撓み、排気ポート１内の径方向においてライナ本体８ａはライナ支持部８ｂに対して相対変位可能である。
【００２６】
図３に示すように、排気ポートライナ８を排気ポート１内に嵌合配置した状態において、ライナ本体８ａの上部外周面８ｄ及び下部外周面８ｅを含む外周面と、排気ポート１内周面（上部内周面９ａ、下部内周面９ｂ、側部内周面９ｃ）との間には、中空筒状の空気断熱層である微小隙間１３が設けられている。この状態において、ライナ本体８ａの外周面と排気ポート１内周面との間は、上部内周面９ａ、下部内周面９ｂ、及び側部内周面９ｃのそれぞれの箇所において略等距離に保持されている。この略等距離に保持されている状態は、内燃機関が常温時の状態である。また、排気ポートライナ８外周面における上部外周面８ｄ及び下部外周面８ｅには、所定厚さの軟質金属コート部１２が配置されるため、排気ポート１内周面と軟質金属コート部１２との間には、微小隙間１３より当該軟質金属コート部１２の厚さを差し引いた隙間間隔、すなわち微小隙間１３より狭い隙間である微小隙間１３ａが形成される。
つまり、排気ポートライナ８が嵌合保持された排気ポート１においては、排気ポート１（ライナ嵌合部９）内周面と軟質金属コート部１２が形成されていない排気ポートライナ８外周面との隙間が微小隙間１３を形成し、一方、排気ポート１（ライナ嵌合部９）内周面と上部外周面８ｄ側の軟質金属コート部１２表面との隙間、及び排気ポート１（ライナ嵌合部９）内周面と下部外周面８ｅ側の軟質金属コート部１２表面との隙間が微小隙間１３より狭い微小隙間１３ａを形成する。
【００２７】
このように構成されたシリンダヘッド１０では、内燃機関の始動時においては、排気ポートライナ８の温度は低いため、排気ポートライナ８の熱膨張変化は生じず、図３に示すように微小隙間１３及び微小隙間１３ａを保持した状態である。そのため、微小隙間１３及び微小隙間１３ａは空気断熱層として機能し、排気ポートライナ８から排気ポート１内周面への熱移動を抑制するので、排気ポートライナ８とシリンダヘッド１０との間の伝熱性は抑えられ、内燃機関の始動時において、排気ガスの温度低下は抑えられる。
【００２８】
また、内燃機関の連続駆動時には、高温の排気ガスがライナ本体８ａを流れることにより、ライナ本体８ａが加熱されて昇温するので、ライナ本体８ａの径方向（ライナ本体８ａ外周面の外側方向）の熱膨張量が大きくなる。一方、シリンダヘッド１０には冷却水通路であるウォータージャケット４、５が形成され、当該ウォータージャケット４、５に水を流すことによりシリンダヘッド１０は冷却されるので、連続駆動時におけるシリンダヘッド１０の温度は排気ポートライナ８の温度と比較して低温であるため、シリンダヘッド１０の排気ポート１付近の熱膨張は少ない。そのため、ライナ本体８ａの熱膨張が、ライナ本体８ａ外周面の外側方向に進んでいくと、微小隙間１３ａ及び微小隙間１３は縮小していくことになる。具体的には、微小隙間１３ａが消失し、先ずは軟質金属コート部１２が排気ポート１上部内周面９ａ及び下部内周面９ｂに接触することになる。このように軟質金属コート部１２が排気ポート１の上部内周面９ａ及び下部内周面９ｂに接触した状態においては、排気ポート１内壁面よりも軟らかい材質である軟質金属コート部１２の表面が排気ポート１内周面の微小な凹凸に沿って変形し、当該凹凸を吸収するようにして排気ポート１に密着する。そのため、排気ポート１内周面に存在する凹凸による空気断熱層がほぼ完全に消失するように機能し、排気ポートライナ８から排気ポート１内周面への熱移動を促進するので、排気ポートライナ８外周面と排気ポート１内周面との間の伝熱性が増し、内燃機関の連続駆動時において、排気ガスの温度低下が促進される。
ここで、ライナ本体８ａの側部外周面は、軟質金属コート部１２を設けていないため、排気ポートライナ８が熱膨張しても排気ポート１内周面に存在する凹凸による空気断熱層は消失せず、この部分の熱移動量は軟質金属コート部１２を有するライナ本体８ａ外周面から排気ポート１内周面への熱移動量に比べて小さい。
【００２９】
本実施形態のシリンダヘッド１０では、排気ポートライナ８と排気ポート１の間に所定の微小隙間１３を設け、かつ軟質金属コート材を排気ポートライナ８外周面のうちウォータージャケット４、５に近接する面（本実施形態では、排気ポート１の上下位置に配置されたウォータージャケット４、５にそれぞれ近接する排気ポートライナ８の上部外周面８ｄ及び下部外周面８ｅ）に溶射塗布して軟質金属コート部１２を形成したものである。これにより、始動時や暖気運転過程等のエンジンが冷えた状態においては、排気ポートライナ８の熱膨張が生じず、排気ポートライナ８と排気ポート１の間に空気断熱層となる微小隙間１３、１３ａが存在するため排気ガスは冷やされずに保温された状態でシリンダヘッド１０から排出される。
一方、内燃機関の連続運転時等のエンジンが暖まった状態においては、排気ポートライナ８が熱膨張することで軟質金属コート部１２がシリンダヘッド１０が有するウォータージャケット４、５に近い排気ポート１内周面に密着して排気ガスの熱を逃がし、排気ガスを効率的に冷却できる。その際、軟質金属コート部１２は排気ポート１よりも軟らかい金属であるため排気ポート１内周面に存在する凹凸を埋めるように変形するので排気ポート１内周面に完全に密着することができる。また、排気ポートライナ８は、軟質金属コート部１２のある方向（ウォータージャケット４、５に近い方向）にしか伝熱しないように構成しているため、軟質金属コート部１２のない方向への伝熱、すなわちオイル落し通路６に近い方向への伝熱が抑えられ、オイル落し通路６を流れる潤滑油温度の過度の上昇を防止することができる。
【００３０】
次に、本発明の第２の実施形態に係るシリンダヘッド２０の構成について、図を用いて説明する。
第２の本実施形態に係るシリンダヘッド２０において、前記排気ポートライナ８を除いた他の部分は、第１の実施形態に係るシリンダヘッド１０と同様の構成であるため、その説明は省略し、第１の実施形態に係るシリンダヘッド１０が有する排気ポートライナ８と異なる形状である排気ポートライナ１８について詳細に説明を行うものとする。
【００３１】
排気ポート１には、当該排気ポート１出口側において、前記ライナ嵌合部９よりも小径の筒状部材である排気ポートライナ１８が嵌合されている。すなわち、排気ポートライナ１８は、ライナ嵌合部９出口側に取り付けられたリング状のスペーサ１１、エキゾーストマニホールド７を介して、排気ポート１出口近傍において排気ポート１他端に対してほぼ同軸となるように嵌合保持されている。本実施形態においては、シリンダヘッド２０が有する４つの排気ポート１にそれぞれに対して、排気ポートライナ１８が嵌合保持されている。
【００３２】
排気ポートライナ１８は、筒状の熱伝導に優れた熱伝導性金属部材（例えば、ステンレス鋼、炭素鋼系等）であり、図５に示すように、筒状のライナ本体１８ａと、当該ライナ本体１８ａの軸方向両端部に連設されたライナ支持部１８ｂと、後述する仕切板１４と、当該仕切板１４端部の延長上の排気ポートライナ１８外周面に形成される凸部である突起部１５と、を備える。
【００３３】
ライナ本体１８ａは、排気ガス通路となる排気ポートライナ８（ライナ本体１８ａ）の内周面１８ｃを有する。また、排気ポートライナ８には、当該排気ポートライナ８の内部を左右に仕切る仕切板１４が設けられている。
【００３４】
仕切板１４は、平板状の熱伝導に優れた熱伝導性金属部材（例えば、ステンレス鋼、炭素鋼系等）である。仕切板１４は、排気ガスから効率的に受熱するためにライナ本体１８ａよりも熱伝導性の高い素材で構成してもよい。仕切板１４は、排気ポートライナ１８内において、縦方向に沿って設けられている。
なお、本実施形態においては、排気ポートライナ８と仕切板１４は別体として構成しているが、特に限定するものではなく、排気ポートライナと仕切板とを一体的に形成することも可能である。また、排気ポートライナには、複数の仕切板を設けてもかまわない。
【００３５】
ライナ本体１８ａは、当該ライナ本体１８ａ外周面において、排気ポートライナ１８内に配置される仕切板１４端部の延長上に鋭角な凸部である突起部１５を有する。
【００３６】
突起部１５は、ライナ本体１８ａ外周面の上部外周面１８ｄ及び下部外周面１８ｅのそれぞれにおいてライナ本体１８ａ幅方向略中央に、ライナ本体１８ａの軸方向一端から他端にかけてライナ本体１８ａ軸方向と平行に形成されるとともに、突起部１５の先端部が鋭角な山形形状である。２つの突起部１５は、それぞれの先端部を上方及び下方に突出している。排気ポートライナ１８がライナ嵌合部９に嵌合した状態で、燃焼室３から排出された排気ガスは、排気ガス通路となるライナ本体１８ａの内周面１８ｃ及び仕切板１４の両側面に接しながら通過してエキゾーストマニホールド７に流れる。
なお、本実施形態においては、突起部１５は、ライナ本体１８ａと一体的に形成しているが、特に限定するものではなく、突起部を別体としてライナ本体に取り付ける構成としてもよい。
また、本実施形態においては、ライナ本体１８ａ外周面の上部外周面１８ｄ及び下部外周面１８ｅにおいて突起部１５をそれぞれ一箇所ずつ設けた構成としているが、特に限定するものではなく、複数箇所設ける構成してもよい。
【００３７】
図６に示すように、排気ポートライナ１８を排気ポート１に嵌合保持した状態において、ライナ本体１８ａの上部外周面１８ｄ及び下部外周面１８ｅを含む外周面と、排気ポート１内周面（上部内周面９ａ、下部内周面９ｂ、側部内周面９ｃ）との間には、中空筒状の空気断熱層である微小隙間１３が設けられている。この状態において、ライナ本体１８ａの外周面と排気ポート１内周面との間は、上部内周面９ａ、下部内周面９ｂ、及び側部内周面９ｃのそれぞれの箇所において略等距離に保持されている。この略等距離に保持されている状態は、内燃機関が常温時の状態である。また、排気ポートライナ１８外周面における上部外周面１８ｄ及び下部外周面１８ｅでは、所定高さの突起部１５を備えるため、当該突起部１５は上部外周面１８ｄ及び下部外周面１８ｅより突起部１５の所定高さ分、排気ポート１内周面側に近接している。
【００３８】
このように構成されたシリンダヘッド２０では、内燃機関の始動時においては、排気ポートライナ１８の温度は低いため、排気ポートライナ１８の熱膨張変化は生じず、図６に示すように微小隙間１３を保持し、突起部１５の先端部は排気ポート１内周面に近接した状態である。そのため、微小隙間１３が空気断熱層として機能し、排気ポートライナ１８から排気ポート１内周面への熱移動を抑制するので、排気ポートライナ１８とシリンダヘッド２０との間の伝熱性は抑えられ、内燃機関の始動時において、排気ガスの温度低下は抑えられる。
【００３９】
また、内燃機関の連続駆動時には、高温の排気ガスがライナ本体１８ａを流れることにより、ライナ本体１８ａが加熱されて昇温するので、ライナ本体１８ａの径方向（ライナ本体１８ａ外周面の外側方向）の熱膨張量が大きくなる。また、仕切板１４はライナ本体１８ａ内に配置されているため、ライナ本体１８ａよりも高温に昇温されるので、仕切板１４の上下方向の熱膨張量がライナ本体１８ａよりも大きくなる。一方、シリンダヘッド２０には冷却水通路であるウォータージャケット４、５が形成され、当該ウォータージャケット４、５に水を流すことによりシリンダヘッド２０は冷却されるので、連続駆動時におけるシリンダヘッド２０の温度は排気ポートライナ１８及び仕切板１４の温度と比較して低温であるため、シリンダヘッド２０の排気ポート１付近の熱膨張は少ない。そのため、ライナ本体１８ａの熱膨張が、ライナ本体１８ａ外周面の外側方向に進んでいくと、微小隙間１３は縮小していくとともに、突起部１５が排気ポート１の上部内周面９ａ及び下部内周面９ｂに接触し、さらに食い込んでいくことになる。その結果として、突起部１５が食い込んだ部分においては排気ポート１内周面の凹凸が消失し、突起部１５が排気ポート１内周面に密着する。このように突起部１５が排気ポート１内周面に食い込んで密着した状態においては、突起部１５と対向する面である排気ポート１内周面に存在する凹凸による空気断熱層がほぼ完全に消失するように機能し、排気ポートライナ１８から排気ポート１内周面への熱移動を促進するので、排気ポートライナ１８外周面と排気ポート１内周面との間の伝熱性が増し、内燃機関の連続駆動時において、排気ガスの温度低下が促進される。
ここで、ライナ本体１８ａの側部外周面は、突起部１５を設けないため、排気ポートライナ１８が熱膨張しても排気ポート１内周面に存在する凹凸による空気断熱層は消失せず、この部分の熱移動量は突起部１５を有するライナ本体８ａ外周面から排気ポート１内周面への熱移動量に比べて小さい。
【００４０】
本実施形態のシリンダヘッド２０では、排気ポートライナ１８と排気ポート１の間に所定の微小隙間１３を設け、かつ排気ポートライナ１８内に縦方向に仕切板１４を設けて、さらに排気ポートライナ１８外周面のうちウォータージャケット４、５に近接する面（本実施形態では、排気ポート１の上下位置に配置されたウォータージャケット４、５にそれぞれ近接する上部外周面１８ｄ及び下部外周面１８ｅ）に仕切板１４と延長上に鋭角な突起部１５を形成したものである。排気ポート１内周面には凹凸が存在するが、内燃機関の連続駆動時に最も高温になる仕切板１４が膨張することで突起部１５が排気ポート１内周面に食い込むことで凹凸が埋まり熱伝導するので、本実施形態は第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【符号の説明】
【００４１】
１ 排気ポート
８ 排気ポートライナ
１０ シリンダヘッド
１２ 軟質金属コート部（伝熱部材）
１３ 微小隙間
１３ａ 微小隙間
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関のシリンダヘッドに関する。特に、シリンダヘッドが有する排気ポート構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関のシリンダヘッドが有する排気ポート内に、筒状部材を設けることにより、内燃機関の始動時（暖気運転時）に排気ガスから排気ポート内周面への熱の移動を抑制する断熱性と、内燃機関の連続駆動時に排気ガスから排気ポート内周面への熱の移動を促進する伝熱性とを確保したシリンダヘッドの技術が知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１には、内燃機関の始動時における断熱性と内燃機関の連続駆動時における伝熱性との双方を確保し、排気ガスの過昇温を抑える、内燃機関の排気ポート構造が開示されている。具体的には、当該内燃機関の排気ポート構造は、シリンダヘッドの排気ポートに筒状の排気ライナが嵌合されたものであり、当該排気ライナの外周面と排気ポートの内周面との間に、空気断熱層として機能する微小隙間が形成されたものである。これにより、内燃機関の連続駆動時には、排気ライナが熱膨張して大きくなることで微小隙間が消失し、排気ライナの外周面が排気ポートの内周面に接触するので、排気ガスから排気ポート内周面への伝熱性が増し、排気ガスの温度低下が促進される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−１８５４０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示されている内燃機関の排気ポート構造では、内燃機関の連続駆動時において、排気ガスの冷却性能が低い。
【０００６】
なぜなら、シリンダヘッドの排気ポート内周面（内壁面）には凹凸が存在するため、排気ライナが熱膨張しても、排気ライナの外周面と排気ポートの内周面とが完全に密着するわけではなく、排気ポート内周面に存在する凹凸の段差により排気ライナ外周面と排気ポート内周面との間に、隙間（空気断熱層）が生じてしまい、想定される伝熱性が得られない。その結果として内燃機関の連続駆動時において、排気ガスが十分に冷えないという課題がある。
【０００７】
そこで、本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、連続運転時の排気ガス冷却と暖気運転時の排気ガス保温とを両立可能な排気ポート構造を有するシリンダヘッド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】
【０００８】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００９】
即ち、請求項１においては、
排気ポート内に筒状部材を配置し、当該筒状部材外周面と前記排気ポート内周面との間に隙間を設けて構成されるシリンダヘッドにおいて、
前記筒状部材外周面に伝熱部材を配置するとともに、当該伝熱部材と前記排気ポート内周面との間に隙間を有するものである。
【００１０】
請求項２においては、
前記伝熱部材は、軟質金属コートであるものである。
【００１１】
請求項３においては、
前記筒状部材は、当該筒状部材の内部を所定方向に仕切る仕切板を有し、
前記伝熱部材は、前記仕切板端部の延長上の前記筒状部材外周面に形成される凸部であるものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、排気ポートにおいて、内燃機関の始動時における断熱性と内燃機関の連続運転時における伝熱性とを確保するとともに、特に連続運転時において排気ガスの冷却性能を向上することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るシリンダヘッドを示す模式図であり、（ａ）は排気ポートが形成されたシリンダヘッド内部に配置された排気ポートライナを示す模式図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ矢視断面図。
【図２】図１（ａ）におけるＢ−Ｂ矢視断面図。
【図３】排気ポートに配置された排気ポートライナを示す断面図であり、（ａ）は図１（ｂ）に示すＡ−Ａ矢視断面図の排気ポート部分を拡大した断面図、（ｂ）は（ａ）における点線丸印Ｃ部分を拡大した拡大図。
【図４】本発明の第２の実施形態に係るシリンダヘッドを示す模式図であり、（ａ）は排気ポートが形成されたシリンダヘッド内部に配置された排気ポートライナを示す模式図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ矢視断面図。
【図５】図４（ａ）におけるＢ−Ｂ矢視断面図。
【図６】排気ポートに配置された排気ポートライナを示す図であり、（ａ）は図４（ｂ）に示すＡ−Ａ矢視断面図の排気ポート部分を拡大した拡大図、（ｂ）は（ａ）における点線丸印Ｄ部分を拡大した拡大図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
次に、発明の実施の形態を説明する。
以下、本発明の第１の実施形態に係るシリンダヘッド１０の構成について、図を用いて説明する。
【００１５】
シリンダヘッド１０は、シリンダブロック（図示せず）の上部に載置固定され、当該シリンダブロックに形成されるシリンダ（図示せず）に対して吸排気経路を形成するとともに、当該吸排気経路の開閉状態を切り換えるための吸排気バルブ（図示せず）を支持するための部材である。図１（ａ）には、排気ポート１及び吸気ポート２をシリンダヘッド１０上側から見た状態が模式的に示されている。シリンダヘッド１０の内部には、図１（ａ）に示すように、複数（本実施形態では４つ）の排気ポート１と、複数（本実施形態では４つ）の吸気ポート２と、複数（本実施形態では４つ）の燃焼室３と、排気ポート１内周面から所定距離離間して排気ポート１の上下に配置される冷却水通路であるウォータージャケット４、５（図２参照）と、複数（本実施形態では３つ）のオイル落し通路６、が主に形成されている。また、シリンダブロックには、シリンダブロック内に設けられたピストン（図示せず）を備える。また、燃焼室２は、シリンダブロック、シリンダヘッド１０及びピストンにより形成される。
【００１６】
排気ポート１は、図２に示すように、燃焼室３で発生した排気ガス（図２中の点線矢印）を燃焼室３からエキゾーストマニホールド（排気マニホールド）７ヘ排気するための流路であり、シリンダヘッド１０の底部に形成される燃焼室３と、シリンダヘッド１０の一端に接続されるエキゾーストマニホールド７とを連通する流路としてシリンダヘッド１０に形成される。排気ポート１は、燃焼室３から斜め上方に屈曲して延出される。また、排気ポート１は、図１（ａ）に示すように二又に分岐した排気ポート１一端が排気ポート１中途部にて繋がり、ひとつの排気ポート１他端に集合するように形成されており、燃焼室３で発生した排気ガスが燃焼室３から二又の排気ポート１一端の各入口より導入され、当該導入された排気ガスの流れが図２に示すように略直角に曲がるように方向を変えてひとつの排気ポート１他端へと誘導することが可能となっており、排気ポート１他端に接続されたエキゾーストマニホールド７に排気ガスを導入可能である。こうして、排気ガスは、燃焼室３に開口する排気ポート１入口から導入されると排気ポート１上方へと流れていき、シリンダヘッド１０外部に開口する排気ポート１出口を介してエキゾーストマニホールド７に誘導される。具体的には、燃焼室３において発生した排気ガスは、図示しない排気バルブを「開」状態とすることによって、排気ポート１を通じて、該排気ポート１に接続されるエキゾーストマニホールド７に向けて排気される。
【００１７】
また、排気ポート１他端の排気ポート１出口近傍には、後述する排気ポートライナ８を排気ポート１出口側から排気ポート１内に挿通して嵌合可能なライナ嵌合部９が形成されている。ライナ嵌合部９は、排気ポート１他端の一部を構成する断面視角丸長方形状の空間であり、その内周面は上部内周面９ａ、下部内周面９ｂ、側部内周面９ｃ（図３（ａ）参照）とで形成されている。排気ポート１（ライナ嵌合部９）の内周面である上部内周面９ａ、下部内周面９ｂ、側部内周面９ｃには、シリンダヘッド１０の製造工程に由来する凹凸形状を有する（図３（ｂ）では上部内周面９ａの凹凸形状を示している）。
なお、図２においては、説明の便宜を図るために、排気ポート１の排気ガス入口側に配設される、排気ポート１入口を開閉するための排気バルブの図示を省略している。
【００１８】
排気ガスは高温であり、シリンダヘッド１０の下流に接続して配置されるエキゾーストマニホールド７や触媒等の過熱を避けるため、排気ポート１内を排気ガスが通過する際に当該排気ガスの冷却を行うことが必要である。このため、排気ポート１における上部内周面９ａ、下部内周面９ｂのそれぞれの裏側にあたる部位にはウォータージャケット４、５が形成されている（図２参照）。ウォータージャケット４、５は、複数燃焼室３の配列方向（図１における左右方向）に沿って延設されている。
【００１９】
また、ウォータージャケット４、５には、ラジエータ（図示せず）等により適宜冷却された冷却水がポンプ（図示せず）等により導入され、当該冷却水がウォータージャケット４、５内を循環する。そして、排気ポート１内を通過する排気ガスと、ウォータージャケット４、５内を循環する冷却水とを排気ポート１内周面を介して熱交換させることによって、ウォータージャケット４、５が、排気ガスやシリンダヘッド１０自体の温度を低下させる構成としている。
【００２０】
オイル落し通路６は、図１に示すように、各排気ポート１の間にシリンダヘッド１０上下方向に沿って形成された、内燃機関内を循環する潤滑油をシリンダヘッド１０上部から下方に落とす（シリンダブロック側のオイル落し通路に流通させる）ための通路である。
【００２１】
排気ポート１には、当該排気ポート１出口側において、前記ライナ嵌合部９よりも小径の筒状部材である排気ポートライナ８が嵌合されている。すなわち、排気ポートライナ８は、ライナ嵌合部９出口側に取り付けられたリング状のスペーサ１１、エキゾーストマニホールド７を介して、排気ポート１出口近傍において排気ポート１他端に対してほぼ同軸となるように嵌合保持されている。本実施形態においては、シリンダヘッド１０が有する４つの排気ポート１にそれぞれに対して、排気ポートライナ８が嵌合保持されている。
【００２２】
排気ポートライナ８は、筒状の熱伝導に優れた熱伝導性金属部材（例えば、ステンレス鋼、炭素鋼系等）であり、図２に示すように、筒状のライナ本体８ａと、当該ライナ本体８ａの軸方向両端部に連設されたライナ支持部８ｂと、後述する軟質金属コート部１２と、を備える。
【００２３】
ライナ本体８ａは、排気ガス通路となる排気ポートライナ８（ライナ本体８ａ）の内周面８ｃを有しており、排気ポートライナ８がライナ嵌合部９に嵌合された状態で、燃焼室３から排出された排気ガスは、排気ガス通路となるライナ本体８ａの内周面８ｃに接しながら通過してエキゾーストマニホールド７に流れる。
【００２４】
ライナ本体８ａには、当該ライナ本体８ａの上部外周面８ｄ及び下部外周面８ｅに伝熱部材である軟質金属コート部１２が設けられている。軟質金属コート部１２は、排気ポートライナ８を構成する金属材料よりも軟らかい軟質金属コート材をライナ本体８ａの上部外周面８ｄ及び下部外周面８ｅに溶射することにより被膜形成されたものである。
なお、軟質金属コート部１２の形成方法としては、排気ポートライナ８を構成する金属材料よりも軟らかい被膜が形成できればよく、軟質金属コート材を溶射する方法に特に限定するものではない。例えば、排気ポートライナ８の素材よりも軟らかい金属シート等をライナ本体８ａの上部外周面８ｄ及び下部外周面８ｅに取り付ける構成としてもよい。
【００２５】
ライナ支持部８ｂは、その厚さがライナ本体８ａの厚さよりも薄く、ライナ本体８ａと一体的に形成されている。また、ライナ支持部８ｂは、ライナ本体８ａ外形よりも小径に形成されている。また、ライナ支持部８ｂは、排気ポートライナ８を排気ポート１に嵌合した際にライナ嵌合部一端９ｄと前記スペーサ１１とで拘束されるため、排気ポートライナ８が排気ポート１出口近傍にて安定して保持される。こうして、排気ポートライナ８は、ライナ支持部８ｂをライナ本体８ａよりも厚さが薄くなるように形成していることにより、ライナ本体８ａが熱膨張等の変形を生じた際にライナ支持部８ｂが撓み、排気ポート１内の径方向においてライナ本体８ａはライナ支持部８ｂに対して相対変位可能である。
【００２６】
図３に示すように、排気ポートライナ８を排気ポート１内に嵌合配置した状態において、ライナ本体８ａの上部外周面８ｄ及び下部外周面８ｅを含む外周面と、排気ポート１内周面（上部内周面９ａ、下部内周面９ｂ、側部内周面９ｃ）との間には、中空筒状の空気断熱層である微小隙間１３が設けられている。この状態において、ライナ本体８ａの外周面と排気ポート１内周面との間は、上部内周面９ａ、下部内周面９ｂ、及び側部内周面９ｃのそれぞれの箇所において略等距離に保持されている。この略等距離に保持されている状態は、内燃機関が常温時の状態である。また、排気ポートライナ８外周面における上部外周面８ｄ及び下部外周面８ｅには、所定厚さの軟質金属コート部１２が配置されるため、排気ポート１内周面と軟質金属コート部１２との間には、微小隙間１３より当該軟質金属コート部１２の厚さを差し引いた隙間間隔、すなわち微小隙間１３より狭い隙間である微小隙間１３ａが形成される。
つまり、排気ポートライナ８が嵌合保持された排気ポート１においては、排気ポート１（ライナ嵌合部９）内周面と軟質金属コート部１２が形成されていない排気ポートライナ８外周面との隙間が微小隙間１３を形成し、一方、排気ポート１（ライナ嵌合部９）内周面と上部外周面８ｄ側の軟質金属コート部１２表面との隙間、及び排気ポート１（ライナ嵌合部９）内周面と下部外周面８ｅ側の軟質金属コート部１２表面との隙間が微小隙間１３より狭い微小隙間１３ａを形成する。
【００２７】
このように構成されたシリンダヘッド１０では、内燃機関の始動時においては、排気ポートライナ８の温度は低いため、排気ポートライナ８の熱膨張変化は生じず、図３に示すように微小隙間１３及び微小隙間１３ａを保持した状態である。そのため、微小隙間１３及び微小隙間１３ａは空気断熱層として機能し、排気ポートライナ８から排気ポート１内周面への熱移動を抑制するので、排気ポートライナ８とシリンダヘッド１０との間の伝熱性は抑えられ、内燃機関の始動時において、排気ガスの温度低下は抑えられる。
【００２８】
また、内燃機関の連続駆動時には、高温の排気ガスがライナ本体８ａを流れることにより、ライナ本体８ａが加熱されて昇温するので、ライナ本体８ａの径方向（ライナ本体８ａ外周面の外側方向）の熱膨張量が大きくなる。一方、シリンダヘッド１０には冷却水通路であるウォータージャケット４、５が形成され、当該ウォータージャケット４、５に水を流すことによりシリンダヘッド１０は冷却されるので、連続駆動時におけるシリンダヘッド１０の温度は排気ポートライナ８の温度と比較して低温であるため、シリンダヘッド１０の排気ポート１付近の熱膨張は少ない。そのため、ライナ本体８ａの熱膨張が、ライナ本体８ａ外周面の外側方向に進んでいくと、微小隙間１３ａ及び微小隙間１３は縮小していくことになる。具体的には、微小隙間１３ａが消失し、先ずは軟質金属コート部１２が排気ポート１上部内周面９ａ及び下部内周面９ｂに接触することになる。このように軟質金属コート部１２が排気ポート１の上部内周面９ａ及び下部内周面９ｂに接触した状態においては、排気ポート１内壁面よりも軟らかい材質である軟質金属コート部１２の表面が排気ポート１内周面の微小な凹凸に沿って変形し、当該凹凸を吸収するようにして排気ポート１に密着する。そのため、排気ポート１内周面に存在する凹凸による空気断熱層がほぼ完全に消失するように機能し、排気ポートライナ８から排気ポート１内周面への熱移動を促進するので、排気ポートライナ８外周面と排気ポート１内周面との間の伝熱性が増し、内燃機関の連続駆動時において、排気ガスの温度低下が促進される。
ここで、ライナ本体８ａの側部外周面は、軟質金属コート部１２を設けていないため、排気ポートライナ８が熱膨張しても排気ポート１内周面に存在する凹凸による空気断熱層は消失せず、この部分の熱移動量は軟質金属コート部１２を有するライナ本体８ａ外周面から排気ポート１内周面への熱移動量に比べて小さい。
【００２９】
本実施形態のシリンダヘッド１０では、排気ポートライナ８と排気ポート１の間に所定の微小隙間１３を設け、かつ軟質金属コート材を排気ポートライナ８外周面のうちウォータージャケット４、５に近接する面（本実施形態では、排気ポート１の上下位置に配置されたウォータージャケット４、５にそれぞれ近接する排気ポートライナ８の上部外周面８ｄ及び下部外周面８ｅ）に溶射塗布して軟質金属コート部１２を形成したものである。これにより、始動時や暖気運転過程等のエンジンが冷えた状態においては、排気ポートライナ８の熱膨張が生じず、排気ポートライナ８と排気ポート１の間に空気断熱層となる微小隙間１３、１３ａが存在するため排気ガスは冷やされずに保温された状態でシリンダヘッド１０から排出される。
一方、内燃機関の連続運転時等のエンジンが暖まった状態においては、排気ポートライナ８が熱膨張することで軟質金属コート部１２がシリンダヘッド１０が有するウォータージャケット４、５に近い排気ポート１内周面に密着して排気ガスの熱を逃がし、排気ガスを効率的に冷却できる。その際、軟質金属コート部１２は排気ポート１よりも軟らかい金属であるため排気ポート１内周面に存在する凹凸を埋めるように変形するので排気ポート１内周面に完全に密着することができる。また、排気ポートライナ８は、軟質金属コート部１２のある方向（ウォータージャケット４、５に近い方向）にしか伝熱しないように構成しているため、軟質金属コート部１２のない方向への伝熱、すなわちオイル落し通路６に近い方向への伝熱が抑えられ、オイル落し通路６を流れる潤滑油温度の過度の上昇を防止することができる。
【００３０】
次に、本発明の第２の実施形態に係るシリンダヘッド２０の構成について、図を用いて説明する。
第２の本実施形態に係るシリンダヘッド２０において、前記排気ポートライナ８を除いた他の部分は、第１の実施形態に係るシリンダヘッド１０と同様の構成であるため、その説明は省略し、第１の実施形態に係るシリンダヘッド１０が有する排気ポートライナ８と異なる形状である排気ポートライナ１８について詳細に説明を行うものとする。
【００３１】
排気ポート１には、当該排気ポート１出口側において、前記ライナ嵌合部９よりも小径の筒状部材である排気ポートライナ１８が嵌合されている。すなわち、排気ポートライナ１８は、ライナ嵌合部９出口側に取り付けられたリング状のスペーサ１１、エキゾーストマニホールド７を介して、排気ポート１出口近傍において排気ポート１他端に対してほぼ同軸となるように嵌合保持されている。本実施形態においては、シリンダヘッド２０が有する４つの排気ポート１にそれぞれに対して、排気ポートライナ１８が嵌合保持されている。
【００３２】
排気ポートライナ１８は、筒状の熱伝導に優れた熱伝導性金属部材（例えば、ステンレス鋼、炭素鋼系等）であり、図５に示すように、筒状のライナ本体１８ａと、当該ライナ本体１８ａの軸方向両端部に連設されたライナ支持部１８ｂと、後述する仕切板１４と、当該仕切板１４端部の延長上の排気ポートライナ１８外周面に形成される凸部である突起部１５と、を備える。
【００３３】
ライナ本体１８ａは、排気ガス通路となる排気ポートライナ８（ライナ本体１８ａ）の内周面１８ｃを有する。また、排気ポートライナ８には、当該排気ポートライナ８の内部を左右に仕切る仕切板１４が設けられている。
【００３４】
仕切板１４は、平板状の熱伝導に優れた熱伝導性金属部材（例えば、ステンレス鋼、炭素鋼系等）である。仕切板１４は、排気ガスから効率的に受熱するためにライナ本体１８ａよりも熱伝導性の高い素材で構成してもよい。仕切板１４は、排気ポートライナ１８内において、縦方向に沿って設けられている。
なお、本実施形態においては、排気ポートライナ８と仕切板１４は別体として構成しているが、特に限定するものではなく、排気ポートライナと仕切板とを一体的に形成することも可能である。また、排気ポートライナには、複数の仕切板を設けてもかまわない。
【００３５】
ライナ本体１８ａは、当該ライナ本体１８ａ外周面において、排気ポートライナ１８内に配置される仕切板１４端部の延長上に鋭角な凸部である突起部１５を有する。
【００３６】
突起部１５は、ライナ本体１８ａ外周面の上部外周面１８ｄ及び下部外周面１８ｅのそれぞれにおいてライナ本体１８ａ幅方向略中央に、ライナ本体１８ａの軸方向一端から他端にかけてライナ本体１８ａ軸方向と平行に形成されるとともに、突起部１５の先端部が鋭角な山形形状である。２つの突起部１５は、それぞれの先端部を上方及び下方に突出している。排気ポートライナ１８がライナ嵌合部９に嵌合した状態で、燃焼室３から排出された排気ガスは、排気ガス通路となるライナ本体１８ａの内周面１８ｃ及び仕切板１４の両側面に接しながら通過してエキゾーストマニホールド７に流れる。
なお、本実施形態においては、突起部１５は、ライナ本体１８ａと一体的に形成しているが、特に限定するものではなく、突起部を別体としてライナ本体に取り付ける構成としてもよい。
また、本実施形態においては、ライナ本体１８ａ外周面の上部外周面１８ｄ及び下部外周面１８ｅにおいて突起部１５をそれぞれ一箇所ずつ設けた構成としているが、特に限定するものではなく、複数箇所設ける構成してもよい。
【００３７】
図６に示すように、排気ポートライナ１８を排気ポート１に嵌合保持した状態において、ライナ本体１８ａの上部外周面１８ｄ及び下部外周面１８ｅを含む外周面と、排気ポート１内周面（上部内周面９ａ、下部内周面９ｂ、側部内周面９ｃ）との間には、中空筒状の空気断熱層である微小隙間１３が設けられている。この状態において、ライナ本体１８ａの外周面と排気ポート１内周面との間は、上部内周面９ａ、下部内周面９ｂ、及び側部内周面９ｃのそれぞれの箇所において略等距離に保持されている。この略等距離に保持されている状態は、内燃機関が常温時の状態である。また、排気ポートライナ１８外周面における上部外周面１８ｄ及び下部外周面１８ｅでは、所定高さの突起部１５を備えるため、当該突起部１５は上部外周面１８ｄ及び下部外周面１８ｅより突起部１５の所定高さ分、排気ポート１内周面側に近接している。
【００３８】
このように構成されたシリンダヘッド２０では、内燃機関の始動時においては、排気ポートライナ１８の温度は低いため、排気ポートライナ１８の熱膨張変化は生じず、図６に示すように微小隙間１３を保持し、突起部１５の先端部は排気ポート１内周面に近接した状態である。そのため、微小隙間１３が空気断熱層として機能し、排気ポートライナ１８から排気ポート１内周面への熱移動を抑制するので、排気ポートライナ１８とシリンダヘッド２０との間の伝熱性は抑えられ、内燃機関の始動時において、排気ガスの温度低下は抑えられる。
【００３９】
また、内燃機関の連続駆動時には、高温の排気ガスがライナ本体１８ａを流れることにより、ライナ本体１８ａが加熱されて昇温するので、ライナ本体１８ａの径方向（ライナ本体１８ａ外周面の外側方向）の熱膨張量が大きくなる。また、仕切板１４はライナ本体１８ａ内に配置されているため、ライナ本体１８ａよりも高温に昇温されるので、仕切板１４の上下方向の熱膨張量がライナ本体１８ａよりも大きくなる。一方、シリンダヘッド２０には冷却水通路であるウォータージャケット４、５が形成され、当該ウォータージャケット４、５に水を流すことによりシリンダヘッド２０は冷却されるので、連続駆動時におけるシリンダヘッド２０の温度は排気ポートライナ１８及び仕切板１４の温度と比較して低温であるため、シリンダヘッド２０の排気ポート１付近の熱膨張は少ない。そのため、ライナ本体１８ａの熱膨張が、ライナ本体１８ａ外周面の外側方向に進んでいくと、微小隙間１３は縮小していくとともに、突起部１５が排気ポート１の上部内周面９ａ及び下部内周面９ｂに接触し、さらに食い込んでいくことになる。その結果として、突起部１５が食い込んだ部分においては排気ポート１内周面の凹凸が消失し、突起部１５が排気ポート１内周面に密着する。このように突起部１５が排気ポート１内周面に食い込んで密着した状態においては、突起部１５と対向する面である排気ポート１内周面に存在する凹凸による空気断熱層がほぼ完全に消失するように機能し、排気ポートライナ１８から排気ポート１内周面への熱移動を促進するので、排気ポートライナ１８外周面と排気ポート１内周面との間の伝熱性が増し、内燃機関の連続駆動時において、排気ガスの温度低下が促進される。
ここで、ライナ本体１８ａの側部外周面は、突起部１５を設けないため、排気ポートライナ１８が熱膨張しても排気ポート１内周面に存在する凹凸による空気断熱層は消失せず、この部分の熱移動量は突起部１５を有するライナ本体８ａ外周面から排気ポート１内周面への熱移動量に比べて小さい。
【００４０】
本実施形態のシリンダヘッド２０では、排気ポートライナ１８と排気ポート１の間に所定の微小隙間１３を設け、かつ排気ポートライナ１８内に縦方向に仕切板１４を設けて、さらに排気ポートライナ１８外周面のうちウォータージャケット４、５に近接する面（本実施形態では、排気ポート１の上下位置に配置されたウォータージャケット４、５にそれぞれ近接する上部外周面１８ｄ及び下部外周面１８ｅ）に仕切板１４と延長上に鋭角な突起部１５を形成したものである。排気ポート１内周面には凹凸が存在するが、内燃機関の連続駆動時に最も高温になる仕切板１４が膨張することで突起部１５が排気ポート１内周面に食い込むことで凹凸が埋まり熱伝導するので、本実施形態は第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【符号の説明】
【００４１】
１ 排気ポート
８ 排気ポートライナ
１０ シリンダヘッド
１２ 軟質金属コート部（伝熱部材）
１３ 微小隙間
１３ａ 微小隙間
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ポート内に筒状部材を配置し、当該筒状部材外周面と前記排気ポート内周面との間に隙間を設けて構成されるシリンダヘッドにおいて、
前記筒状部材外周面に伝熱部材を配置するとともに、当該伝熱部材と前記排気ポート内周面との間に隙間を有することを特徴とするシリンダヘッド。
【請求項２】
前記伝熱部材は、軟質金属コートであることを特徴とする請求項１に記載のシリンダヘッド。
【請求項３】
前記筒状部材は、当該筒状部材の内部を所定方向に仕切る仕切板を有し、
前記伝熱部材は、前記仕切板端部の延長上の前記筒状部材外周面に形成される凸部であることを特徴とする請求項１に記載のシリンダヘッド。
【請求項１】
排気ポート内に筒状部材を配置し、当該筒状部材外周面と前記排気ポート内周面との間に隙間を設けて構成されるシリンダヘッドにおいて、
前記筒状部材外周面に伝熱部材を配置するとともに、当該伝熱部材と前記排気ポート内周面との間に隙間を有することを特徴とするシリンダヘッド。
【請求項２】
前記伝熱部材は、軟質金属コートであることを特徴とする請求項１に記載のシリンダヘッド。
【請求項３】
前記筒状部材は、当該筒状部材の内部を所定方向に仕切る仕切板を有し、
前記伝熱部材は、前記仕切板端部の延長上の前記筒状部材外周面に形成される凸部であることを特徴とする請求項１に記載のシリンダヘッド。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−１９３６４４（Ｐ２０１２−１９３６４４Ａ）
【公開日】平成２４年１０月１１日（２０１２．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５７３０５（Ｐ２０１１−５７３０５）
【出願日】平成２３年３月１５日（２０１１．３．１５）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月１１日（２０１２．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１５日（２０１１．３．１５）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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