JP2003129837A - ２サイクルエンジンの排気管路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】２サイクルエンジンにおいて、複数の排気ポー
トに接続された枝管を集合した後に排気管等に接続する
排気マニホルドにおいて、枝管の集合部位までの距離が
異なると、排気抵抗がそれぞれで異なり、スワールの乱
れが生じて良好な燃焼が得られない。 【解決手段】シリンダ下部にスワールが発生するように
設けられた掃気口を備え、シリンダヘッドに１気筒当た
り複数の排気ポートを備える２サイクルエンジンにおけ
るそれぞれの排気ポートと、それぞれの排気ポートに連
結される枝管路部の全てが集合部において集合された排
気マニホルドとから形成される２サイクルエンジンの排
気管路において、排気ポートから集合部までの管長が長
い管路における少なくとも枝管路部の内法を、排気ポー
トから集合部までの管長が短い管路の内法に比べて大径
とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、２サイクルエンジ
ンのうち、ユニフロー型の２サイクルエンジンにおける
排気管路に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ユニフロー型の２サイクルエンジ
ンでは、ピストンを内蔵したシリンダの頂部に、ポペッ
ト型の排気弁により開閉される排気ポートを備えるとと
もに、シリンダの下部に、ピストンの往復動によって開
閉される複数の掃気口を備えている。それぞれの掃気口
は、掃気口を介して新気がシリンダ内に接線方向に流入
するように穿設してある。このような構造にすることに
より、シリンダ内における排気ガスが、それぞれの掃気
口からシリンダ内に流入する新気によりシリンダの軸線
の周りに回転すると言う旋回流（スワール）となって上
昇し、排気ポートに達して掃気されるものである。

【０００３】このような掃気の効率を向上させるため
に、この種のエンジンでは、例えば特開平８−２１８８
７７号公報に示されるもののように、排気ポートを１気
筒当たり複数設けているものが知られている。そして、
それぞれの排気ポートに連結される排気マニホルドの枝
管は、それぞれの排気ポート毎に個別に連結され、一か
所に集合されて後に排気管に連結される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】２サイクルエンジンに
あっては、排気管路における排気抵抗は、吸入空気量や
スワールを左右する重要な因子である。上記した複数の
排気ポートを備えて、シリンダの中心から相互に離間す
る方向に排気する構造の場合、それぞれの排気管路の排
気抵抗のバランスがとれていなければ、スワールが乱
れ、良好な燃焼が得られないことがある。

【０００５】つまり、掃気口から流入する新気により燃
焼後の既燃ガスが排気ポートから排気マニホルドに流入
するが、排気抵抗の高い枝管へは既燃ガスが流入しにく
く、逆に排気抵抗の低い枝管には容易に既燃ガスが流入
するものとなる。このように、排気マニホルドにおいて
排気抵抗がアンバランスであると、掃気される既燃ガス
の流れ方が異なるので、スワールに乱れを生じるもので
ある。つまり、排気抵抗の高くなった排気ポートでの空
気流速が低下し、その排気ポートに依存するスワールが
明確に形成されないことがある。したがって、シリンダ
内における全体のスワールがほぼ同じに形成されないた
め、排出される既燃ガスの排出量が減少するとともに、
スワールの乱れることにより、良好な燃焼が期待できな
いものである。

【０００６】本発明は、このような不具合を解消するこ
とを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、このような目
的を達成するために、次のような手段を講じたものであ
る。すなわち、本発明に係る２サイクルエンジンの排気
管路は、シリンダ下部にスワールが発生するように設け
られた掃気口を備え、シリンダヘッドに１気筒当たり複
数の排気ポートを備える２サイクルエンジンにおけるそ
れぞれの排気ポートと、それぞれの排気ポートに連結さ
れる枝管路部の全てが集合部において集合された排気マ
ニホルドとから形成される２サイクルエンジンの排気管
路において、排気ポートから集合部までの管長が長い管
路における少なくとも枝管路部の内法を、排気ポートか
ら集合部までの管長が短い管路の内法に比べて大径とす
ることを特徴とする。

【０００８】このような構成のものであれば、排気ポー
トから集合部までの管長が長い管路では、管長に対応し
て排気抵抗が高くなるが、少なくとも枝管路部の内法が
排気ポートから集合部までの管長が短い管路の内法に比
較して大径であるので、排気抵抗が低下する。このた
め、管長が長いことにより高くなった排気抵抗が、内法
が大径であることにより低減されることにより、管長が
短い管路の排気抵抗と均衡させることが可能になる。し
たがって、各排気ポートにおける背圧がほぼ一定のもの
となり、所期のスワールを発生させることが可能にな
り、良好な燃焼を実現することが可能になる。

【０００９】内燃機関に取り付けられる補機類に干渉す
ることなく管路を配置するためには、排気ポートが、シ
リンダの配列方向とほぼ直交する方向で、かつ背向する
方向に形成され、集合部がシリンダの配列方向を挟んで
いずれか一方側に偏って位置するものが好ましい。この
ような構成に排気ポートを配置することにより、排気マ
ニホルドの集合部が、シリンダの配列方向とほぼ直交す
る方向のそれぞれの排気ポートから等距離となる位置に
配置できない場合でも、集合部が配置される側の枝管路
部を配置されない側の枝管路部に対応させて無駄に長く
することなく、背圧をほぼ均衡させることが可能にな
る。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の一形態を、
図１〜８を参照して説明する。

【００１１】図１に示す筒内噴射型２サイクルディーゼ
ルエンジン（以下、エンジンと称する）１００は、２気
筒のユニフロー型のもので、１気筒当たり４つの排気ポ
ートを備えている。図１にあっては、その内の１気筒の
構成を、要部を中心にして模式的に示している。また、
図２にあっては、補機等については、図示を省略してい
る。なお、この実施の形態においては、２気筒のものを
説明するが、気筒数は２気筒に限定されるものではな
い。

【００１２】図１において、エンジン１００は、内部に
シリンダ１を備えるシリンダブロック２と、シリンダブ
ロック２の上端に固定されるシリンダヘッド３とを具備
している。それぞれのシリンダ１は、スワールを発生さ
せるための掃気口（スワールポート）１ａを、その周壁
の下部に周方向に所定間隔をあけて備えている。具体的
には、掃気口１ａは、ピストン４が下死点にある場合
に、ピストン４の頂面の高さの近傍に開口するものであ
る。それぞれの掃気口１ａは、シリンダ１の周囲に設け
られた掃気室５と連通しており、掃気室５内の新気が、
シリンダ１内にほぼ接線方向に、したがってシリンダ１
の周壁内面に沿うようにして流入するように設けてあ
る。つまり、掃気口１ａは、その開口方向がシリンダ１
の直径方向に向けられているのではなく、接線方向とな
るように直径方向から周方向に偏位した方向に向けられ
ている。

【００１３】一方、シリンダヘッド３には、それぞれの
シリンダ１に対して、複数、具体的には４つの排気ポー
ト６が設けてある。それぞれの排気ポート６は、同じ内
法であり、燃焼室７の天井部分に、排気弁７により開閉
される弁開口６ａを備えるとともに、その弁開口６ａに
連通する排気マニホルド８が連結される連結口６ｂを備
えている。排気ポート６は、２つを一組にして、シリン
ダ１の配列方向とほぼ直交する方向で、かつ背向する方
向に形成してある。つまり、排気ポート６は、シリンダ
１の配列方向でシリンダ１を２分した場合に、それぞれ
の組の排気ポート６が、反対方向に排気ガスを導くよう
に設けてある。このため、弁開口６ａは、図２に示すよ
うに、各シリンダ１の中心軸ＣＬから等距離に、かつ平
面視した場合のシリンダ１の中心に対して点対称に開口
している。また、連結口６ｂは、シリンダヘッド３の背
向する両側面、言い換えればシリンダ１の配列方向にお
いて左右方向に設けられるものである。この実施の形態
では、ターボチャージャＴＣ、ウォータポンプ、オルタ
ネータ等の補機、またカムシャフトを駆動するためのタ
イミングベルトあるいはタイミングチェーンが装着され
る側をエンジン１００の前方とすると、エンジン１００
の向かって右側面に連結口６ｂがある排気ポート６を右
側排気ポート６Ｒとし、向かって左側面に連結口６ｂが
ある排気ポート６を左側排気ポート６Ｌとする。これら
の排気ポート６と、次に説明する排気マニホルド８とに
より、排気管路が形成される。そして、弁開口６ａに囲
まれた部位の中央位置に、燃料噴射弁９がその噴射ノズ
ル９ａを燃焼室７に向けて取り付けられている。

【００１４】排気マニホルド８は、右側排気ポート６Ｒ
に連結される第１枝管部８１と左側排気ポート６Ｌに連
結される第２枝管部８２と、第１及び第２枝管部８１，
８２が連結される集合管部８３とからなる。

【００１５】第１枝管部８１は、シリンダヘッド３に固
定されるヘッド取付フランジ８１ａと、ヘッド取付フラ
ンジ８１ａから側方上方に延びる湾曲枝管８１ｂと、各
湾曲枝管８１ｂと連通する導出湾曲管８１ｃと、導出湾
曲管８１ｃの端部に設けられて集合管部８３と連結され
る集合管取付フランジ８１ｄとからなる。湾曲枝管８１
ｂは、エンジン１００の側面に取り付けられる補機等と
の干渉を回避するために斜め上方に向けて延ばしてあ
り、右側排気ポート６Ｒのそれぞれに連通するように形
成してある。この湾曲枝管８１ｂは、その内法が第２枝
管部８２の直管枝管８２ｂの内法より大径にしてある。
導出湾曲管８１ｃは、集合管部８３と連結する際に第２
枝管部８２と連結高さを一致させるために、その連結側
の端部つまり集合管取付フランジ８１ｄ側の端部の中心
高さが、湾曲枝管８１ｂの下端つまり右側排気ポート６
Ｒの連結口６ｂ側の端部の中心高さまで降下させてあ
る。したがって、導出湾曲管８１ｃは、３本の湾曲枝管
８１ｂの上端において最も高くなっており、集合管部８
３側の端部にある湾曲枝管８１ｂの位置で湾曲しながら
降下して、右側排気ポート６Ｒの連結口６ｂ側の端部の
中心高さに一致させてある。この第１枝管部８１の導出
湾曲管８１ｃは、その全長が後述する第２枝管部８２の
導出直管８２ｃの全長より長く、エンジン１００の前面
より突出する長さを有しており、またその内法が第２枝
管部８２の導出直管８２ｃの内法より大きくなってい
る。集合管取付フランジ８１ｄには、例えば１２０°の
角度を隔てて、固定の際のボルトを挿通する取付孔８１
ｄａが設けてある。

【００１６】第２枝管部８２は、シリンダヘッド３に固
定されるヘッド取付フランジ８２ａと、ヘッド取付フラ
ンジ８２ａからわずかに上方に傾斜する直管枝管８２ｂ
と、各直管枝管８２ｂと連通する導出直管８２ｃと、そ
の導出直管８２ｃの端部に設けられて集合管部８３と連
結される集合管取付フランジ８２ｄとからなる。直管枝
管８２ｂは、左側排気ポート６Ｌに連通するように配置
されるもので、その内径は同じで、その長さは、第１枝
管部８１の湾曲枝管８１ｂより短い。導出直管８２ｃ
は、その集合管取付フランジ８２ｄ側の端部の中心高さ
が、直管枝管８２ｂの左側排気ポート６Ｌに連結する端
部の中心高さと一致させてある。この導出直管８２ｃ
は、第１枝管部８１の湾曲導出管８１ｃより内法つまり
内径が小さく、シリンダヘッド３に第２枝管部８２が取
り付けられた際に、その集合管取付フランジ８２ｄがシ
リンダヘッド３の前端から突出する長さを有するもので
ある。集合管取付フランジ８２ｄには、例えば１２０°
の角度を隔てて、固定の際のボルトを挿通する取付孔８
２ｄａが設けてある。

【００１７】集合管部８３は、第１枝管部８１が連結さ
れる第１取付フランジ８３ａと、第２枝管部８２が連結
される第２取付フランジ８３ｂと、第１取付フランジ８
３ａが一方の端部に設けられる第１集合管８３ｃと、第
２取付フランジ８３ｂが一方の端部に設けられる第２集
合管８３ｄと、第１及び第２集合管８３ｃ，８３ｄのそ
れぞれの他方の端部が集合された集合部８３ｅ位置より
突出した位置に設けられターボチャージャＴＣが取り付
けられる補機取付フランジ８３ｆとを備えている。第１
集合管８３ｃは、第２集合管８３ｄよりわずかに長くな
っており、したがって第１集合管８３ｃと第２集合管８
３ｄとが一体となる集合部８３ｅは、若干第２集合管８
３ｄ側に偏っている。補機取付フランジ８３ｆは、第１
及び第２取付フランジ８３ａ，８３ｂがそれぞれ第１枝
管部８１と第２枝管部８２と連結された際に、ターボチ
ャージャＴＣとの連結を考慮して、わずかに下向きとな
るように設けてある。第１及び第２取付フランジ８３
ａ，８３ｂには、第１及び第２枝管部８１，８２の各集
合管取付フランジ８１ｄ，８２ｄの取付孔８１ｄａ，８
２ｄａに対応して、例えば１２０°の角度を隔てて、固
定の際のボルトを挿通する取付孔８３ａａ，８３ｂａが
設けてある。なお、集合部８３ｅにおいては、排気ガス
を円滑に合流させるために、第１集合管８３ｃと第２集
合管８３ｄとが連結された補機取付フランジ８３ｆに対
向する壁面には、補機取付フランジ８３ｆに向かって突
出する整流板８３ｇが設けてある。整流板８３ｇは、集
合部８３ｅに流入する排気ガスが衝突することにより、
相互に排気ガスの流れを妨げないようにするもので、集
合部８３ｅの内部管形状を滑らかにしている。

【００１８】以上の構成において、排気マニホルド８
は、集合管部８３と第１及び第２枝管部８１，８２とを
連結することにより形成される。具体的には、集合管部
８３の第１取付フランジ８３ａと第１枝管部８１の集合
管取付フランジ８１ｄとを密着させて固定し、同様にし
て集合管部８３の第２取付フランジ８３ｂと第２枝管部
８２の集合管取付フランジ８２ｄとを密着させて固定す
ることにより、排気マニホルド８を組み立てるものであ
る。このようにして組み立てた排気マニホルド８は、第
１枝管部８１と第２枝管部８２とのヘッド取付フランジ
８１ａ，８２ａをシリンダヘッド３に密着させて取り付
ける。

【００１９】排気マニホルド８が取り付けられたエンジ
ン１００にあっては、それぞれの吸気ポート６Ｒ，６Ｌ
と排気マニホルド８とにより排気管路が形成される。こ
の排気管路において、第１枝管部８１は、第２枝管部８
２に比較してその全長つまり排気弁７位置から集合管部
８３の集合部８３ｅまでの長さが長く、かつ湾曲導出管
８１ｃの内法が導出直管８２ｃの内法より大きくなって
いる。したがって、第１枝管部８１及び集合管部８３に
より形成される管路は、管路長が長いことにより排気抵
抗が高くなるものであるが、湾曲導出管８１ｃの内法を
大きくすることにより、その排気抵抗を下げている。こ
の結果、第２枝管部８２及び集合管部８３により形成さ
れる管路の排気抵抗にほぼ等しくすることができ、それ
ぞれの排気ポート６Ｒ，６Ｌにおける背圧をほぼ一定に
することができる。このようにそれぞれの排気ポート６
Ｒ，６Ｌにおける背圧に差が生じないことにより、所期
のスワールを発生させることができる。これにより、良
好な燃焼を実現することができ、燃費や出力を向上させ
ることができるとともに、エミッションの排出量を低減
することができる。

【００２０】なお、本発明は以上に説明した実施の形態
に限定されるものではない。

【００２１】図９に示すものは、集合管部１８３の第１
集合管１８３ｃと第２集合管１８３ｄとの長さが顕著に
異なる排気マニホルド１０８である。なお、この排気マ
ニホルド１０８において、集合管部１８３以外の第１枝
管部８１と第２枝管部８２とは上記実施の形態と同一の
ものであるので、同一の符号を付す。この排気マニホル
ド１０８は、接続される補機すなわちターボチャージャ
の取付位置に対応して、集合部１８３ｅがエンジン１０
０の左側面側に極端に偏って位置するものである。そし
て、上記実施の形態と同様に、第１取付フランジ１８３
ａが設けられた第１集合管１８３ｃにより長くなった管
路の内法が、第２取付フランジ１８３ｂが設けられた第
２集合管１８３ｄを含む管路の内法より大径にしてあ
る。このように、第１集合管１８３ｃと第２集合管１８
３ｄとの長さを顕著に相違させても、排気抵抗をほぼ等
しくすることができるので、補機の配置の自由度を高く
することができる。

【００２２】上記実施の形態にあっては、排気ポート６
Ｒ，６Ｌの内法は、全て同じものであるが、管長の長い
第１枝管部８１が連結される右側排気ポート６Ｒは、そ
の内法が他の排気ポート、すなわち管長の短い第２枝管
部８２が連結される左側排気ポート６Ｌの内法よりも大
きくするものであってもよい。

【００２３】また、排気ニマホルド８にあっても、上記
実施の形態においては、第１枝管部８１における湾曲枝
管８１ａと湾曲導出管８１ｃとのそれぞれの内法が第２
枝管部８２のものの内法よりも大径のものを説明した
が、湾曲枝管８１ａと湾曲導出管８１ｃとの少なくとも
一方の内径、あるいは集合管部８３の第１集合管８３ｃ
の内径のいずれかが、第２枝管部８２と第２集合管８３
ｄとで形成される管路の内径より大きければよい。すな
わち、第１枝管部８１側の管路が長いことにより、第２
枝管部８２側の管路より排気抵抗が高くなるが、長い側
の管路を構成する部分の内法を大きくすることにより、
管路の断面積を広くして排気抵抗を下げて、管路が短く
なる側の排気抵抗とほぼ均衡させればよいものである。
この場合、長短両方の管路の排気抵抗がほぼ均衡すれば
よいので、長い側の管路を排気ポートを含む全長にわた
って内法を大きくする必要はない。なお、上記の内容
は、集合管部１８３を有する排気マニホルド１０８の例
においても適用することができるものである。

【００２４】その他、各部の構成は図示例に限定される
ものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変
形が可能である。

【００２５】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、排気ポ
ートから集合部までの管長が長い管路を、少なくとも枝
管路の内法が排気ポートから集合部までの管長が短い管
路の内法に比較して大径にすることにより、排気抵抗を
低減することができ、管長が短い管路の排気抵抗と均衡
させることができる。したがって、各排気ポートにおけ
る背圧がほぼ一定のものとなり、所期のスワールを発生
させることができ、良好な燃焼を実現することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態を示す概略構成説明図。

【図２】同実施の形態の平面図。

【図３】同実施の形態の第１枝管部の正面、平面及び左
側面を示す図。

【図４】図３におけるＡ−Ａ線端面図。

【図５】同実施の形態の第２枝管部の正面、平面及び左
側面を示す図。

【図６】図５におけるＢ−Ｂ線端面図。

【図７】同実施の形態の集合管部の正面及び平面を示す
図。

【図８】図７におけるＣ−Ｃ線断面図。

【図９】本発明の実施の形態の排気マニホルドの変形例
を示す平面図。

【符号の説明】

１…シリンダ １ａ…掃気口 ３…シリンダヘッド ６…排気ポート ８…排気マニホルド ８１…第１枝管部 ８２…第２枝管部 ８３ｅ…集合部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シリンダ下部にスワールが発生するように
   設けられた掃気口を備え、シリンダヘッドに１気筒当た
   り複数の排気ポートを備える２サイクルエンジンにおけ
   るそれぞれの排気ポートと、それぞれの排気ポートに連
   結される枝管路部の全てが集合部において集合された排
   気マニホルドとから形成される２サイクルエンジンの排
   気管路において、排気ポートから集合部までの管長が長
   い管路における少なくとも枝管路部の内法を、排気ポー
   トから集合部までの管長が短い管路の内法に比べて大径
   とすることを特徴とする２サイクルエンジンの排気管
   路。
2. 【請求項２】排気ポートが、シリンダの配列方向とほぼ
   直交する方向で、かつ背向する方向に形成され、集合部
   がシリンダの配列方向を挟んでいずれか一方側に偏って
   位置することを特徴とする請求項１記載の２サイクルエ
   ンジンの排気管路。