JP2006183584A

JP2006183584A - 排気管構造

Info

Publication number: JP2006183584A
Application number: JP2004378900A
Authority: JP
Inventors: Koichi Kanai; 晃一金井; Hideo Takahashi; 秀夫高橋; Shigeru Nakajima; 中島　　茂
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2004-12-28
Filing date: 2004-12-28
Publication date: 2006-07-13

Abstract

【課題】排気効率を損なわずにエンジンの小型化を図ることが可能な排気管構造を提供する。
【解決手段】複数の排気ポート２３ａ〜２３ｆを排気集合部２４で一体に集合させる排気集合ポート２５が形成されたシリンダヘッド２０における排気集合ポート２５の出口部２６に連結される排気管１０は、シリンダヘッド２０の出口部２６に連結される入口部１１に、凸状に且つ湾曲状に膨らんだ湾曲部１２が形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の排気ポートを排気集合部で一体に集合させる排気集合ポートが形成されたシリンダヘッドにおける排気集合ポートの出口部に連結される排気管の構造に関する。

エンジンの小型化を図る方策として、例えば、エンジンのシリンダヘッドの内部に、複数の排気ポートを排気集合部で一体に集合させる排気集合ポートを形成する方策が従来から知られている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、上記のような構造のエンジンでは、シリンダヘッド内において非常に狭い領域で排気ポートを集合させる構造となっているため、必然的に排気集合部における各排気ポートの合流角度が大きくなる。そのため、排気集合ポートの出口部に連結される排気管の入口部では、当該排気集合ポートから導入された排気ガスが排気管の内壁面に衝突して気流が乱れるので、排気ガスの通気抵抗が大きくなり、エンジンの排気効率が大きく損なわれる。
特開２０００−２６５９０３号公報

本発明は、排気効率を損なわずにエンジンの小型化を図ることが可能な排気管構造を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明によれば、複数の排気ポートを排気集合部で一体に集合させる排気集合ポートが形成されたシリンダヘッドにおける前記排気集合ポートの出口部に連結される排気管の構造であって、前記シリンダヘッドの前記出口部に連結される入口部に、凸状に且つ湾曲状に膨らんだ湾曲部が形成されている排気管構造が提供される。

本発明では、排気集合ポートが形成されたシリンダヘッドの出口部に連結される排気管の入口部に、凸状に且つ湾曲状に膨らんだ湾曲部を形成する。

これにより、シリンダヘッドの排気集合ポートから排気管への排気ガスの導入が滑らかになるので、エンジンの排気効率を損なわずに（即ち、エンジン出力を低下させずに）エンジンの小型化を図ることが可能となる。

発明の実施の形態

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は本発明の第１実施形態に係る排気管構造を示す平面方向の断面図、図２は図１のII-II線に沿った断面図、図３は本発明の第２実施形態に係る排気管構造を示す平面方向の断面図、図４は本発明の第３実施形態に係る排気管構造を示す平面方向の断面図である。

先ず、本発明の第１実施形態に係る排気管１０が連結されるシリンダヘッド２０について説明する。

本実施形態におけるシリンダヘッド２０は、自動車等に用いられるエンジンの一部を構成するものであり、エンジンとして組み立てられる際には、上面にシリンダカバー（不図示）が取り付けられ、下面にシリンダブロック３０が取り付けられる。

このシリンダヘッド２０には、図１及び図２に示すように、エンジンのシリンダブロック３０の上面に取り付けられた際に当該シリンダブロック３０に形成された３個のシリンダ３１ａ〜３１ｃに連通する６個の吸気ポート２１ａ〜２１ｆが形成されている。

この６個の吸気ポート２１ａ〜２１ｆは、１個のシリンダに対して２個の吸気ポートが対応するように、第１〜第３のシリンダ３１ａ〜３１ｃに対して割り当てられている。

具体的には、第１のシリンダ３１ａに対して第１及び第２の吸気ポート２１ａ、２１ｂが割り当てられ、第２のシリンダ３１ｂに対して第３及び第４の吸気ポート２１ｃ、２１ｄが割り当てられ、第３のシリンダ３１ｃに対して第５及び第６の吸気ポート２１ｅ、２１ｆが割り当てられている。

各シリンダ３１ａ〜３１ｃにそれぞれ割り当てられた２個の吸気ポートは、シリンダヘッド２０の吸気側側面２０ａに向かってＹ字状に集合するように形成されている。そして、シリンダヘッド２０の吸気側側面２０ａにおいて、１つのシリンダに対してそれぞれ１つずつ入口部が開口している。

具体的には、第１のシリンダ３１ａに割り当てられた第１及び第２の吸気ポート２１ａ、２１ｂが、シリンダヘッド２０の吸気側側面２０ａに向かってＹ字状に集合するように形成され、当該Ｙ字形状の末端において第１の入口部２２ａが開口している。同様に、第２のシリンダ３１ｂに割り当てられた第３及び第４の吸気ポート２１ｃ、２１ｄが、シリンダヘッド２０の吸気側側面２０ａに向かってＹ字状に集合するように形成され、当該Ｙ字形状の末端において第２の入口部２２ｂが開口している。また、第３のシリンダ３１ｃに割り当てられた第５及び第６の吸気ポート２１ｅ、２１ｆが、シリンダヘッド２０の吸気側側面２０ａに向かってＹ字状に集合するように形成され、当該Ｙ字形状の末端において第３の入口部２２ｃが開口している。従って、各シリンダ３１ａ〜３１ｃは、第１〜第３の入口部２２ａ〜２２ｃに相互に独立して連通し、シリンダヘッド２０の吸気側側面２０ａにて相互に独立して開口している。

また、本実施形態におけるシリンダヘッド２０には、図１及び図２に示すように、シリンダブロック３０の上面に取り付けられた際にシリンダブロック３０に形成された３個のシリンダ３１ａ〜３１ｃに連通する６個の排気ポート２３ａ〜２３ｆが形成されている。

この６個の排気ポート２３ａ〜２３ｆは、１個のシリンダに対して２個の排気ポートが対応するように、第１〜第３のシリンダ３１ａ〜３１ｃに対して割り当てられている。

具体的には、第１のシリンダ３１ａに対して第１及び第２の排気ポート２３ａ、２３ｂが割り当てられ、第２のシリンダ３１ｂに対して第３及び第４の排気ポート２３ｃ、２３ｄが割り当てられ、第３のシリンダ３１ｃに対して第５及び第６の排気ポート２３ｅ、２３ｆが割り当てられている。

さらに、本実施形態におけるシリンダヘッド２０には、第１〜第６の排気ポート２３ａ〜２３ｆを排気集合部２４で一体に集合させる排気集合ポート２５が内部に形成されている。

具体的には、この排気集合ポート２５は、第３及び第４の排気ポート２３ｃ、２３ｄを中心として、第１及び第２の排気ポート２３ａ、２３ｂと、第５及び第６の排気ポート２３ｅ、２３ｆとが排気集合部２４で合流するように形成されている。この排気集合ポート２５は、シリンダヘッド２０の排気側側面２０ｂにおいて出口部２６で開口している。このように、シリンダヘッド２０の内部に排気集合ポート２５を形成することにより、エンジンの小型化を図ることが出来る。

次に、本実施形態に係る排気管１０について説明する。

本実施形態に係る排気管１０は、上述したシリンダヘッド２０の排気側側面２０ｂに形成された出口部２６に連結される排気管であり、この排気管１０の下流側には、特に図示しないが触媒コンバータやマフラー等が取り付けられる。

特に本実施形態では、図１に示すように、排気管１０の入口部１１（シリンダヘッド２０の出口部２６に連結される側の端部）に、凸状に且つ湾曲状に膨らんだ湾曲部１２が形成されている。

具体的には、この湾曲部１２は、湾曲状の内壁面１２ａを有している。この内壁面１２ａは、シリンダヘッド２０の出口部２６と軸心を同一方向としない第１及び第２の排気ポート２３ａ、２３ｂの延長線Ｌ_１と、滑らかに接するように形成されている。この湾曲状の内壁面１２ａは、当該内壁面１２ａ上の延長線Ｌ_１との接点における接線が、延長線Ｌ_１と実質的に同一となるように形成されている程、好ましい。

また、この湾曲部１２は、湾曲状の内壁面１２ｂを有している。この内壁面１２ｂは、シリンダヘッド２０の出口部２６と軸心を同一方向としない第５及び第６の排気ポート２３ｅ、２３ｆの延長線Ｌ_２と、滑らかに接するように形成されている。この湾曲状の内壁面１２ｂは、当該内壁面１２ｂ上の延長線Ｌ_２との接点における接線が、延長線Ｌ_２と実質的に同一となるように形成されている程、好ましい。なお、上記に説明した延長線Ｌ_１及びＬ_２は仮想上の線である。

本発明の第２実施形態として、排気管１０が取り付けられるエンジンにターボチャージャが装着されている場合には、図３に示すように、排気管１０の入口部１１内に、排気を整流する整流板１３を配置しても良い。この整流板１３は、排気管１０の入口部１０における管断面積の増加を抑制するように略楕円断面形状を有し、通気抵抗を極力低くするように流線型の形状となっている。また、この整流板１３は、排気管１０の入口部１１の内部において、上記の延長線Ｌ_１、Ｌ_２と干渉しない位置に配置されていると共に、排気方向上流側から下流側に沿って排気管１０の入口部１１の内部を完全に二つに分割するように設けられている。

さらに、本発明の第３実施形態として、シリンダヘッド２０の排気側側面２０ｂに形成された出口部２６に触媒コンバータ５０が直接取り付けられる場合には、図４に示すように、触媒コンバータ５０の入口部５１に上述と同様の湾曲部５２を形成しても良い。この触媒コンバータ５０の内部には、例えばセラミックス製モノリス担体からなる触媒担体５３が収容されている。

次に作用について説明する。

シリンダヘッド３０の各吸気ポート２１ａ〜２１ｆを介して供給された混合気を、シリンダ３１とピストン４０で囲まれた燃焼室３２で燃焼させると、この燃焼により生じた排気ガスが各排気ポート２３ａ〜２３ｆから排気され、集合排気ポート２５の排気集合部２４で合流して出口部２６から排気管１０に導入される。

この際、本発明の実施形態に係る排気管１０では、排気管１０の入口部１１に湾曲部１２が形成され、排気管１０の湾曲部１２の内壁面１２ａ、１２ｂが、第１及び第２の排気ポート２３ａ、２３ｂの延長線Ｌ_１、及び、第５及び第６の排気ポート２３ｅ、２３ｆの延長線Ｌ_２とそれぞれ滑らかに接しているので、シリンダヘッド２０の何れの排気ポート２３ａ〜２３ｆから排気された排気ガスも、排気管１０の入口部１１における内壁面に衝突したり反射したりすることなく、図１及び図３の点線矢印で示すように下流に向けてスムーズに排気される。

このように本発明の実施形態に係る排気管構造では、排気管１０の入口部１１に湾曲部１２を設けることで、シリンダヘッド２０の排気集合ポート２５から排気管１０への排気ガスの導入が滑らかになり、これによりシリンダヘッド２０の排気集合部２５における排気ガスの滞留が低減されるので、エンジンの排気効率を損なわずに（即ち、エンジン出力を低下させずに）エンジンの小型化を図ることが可能となる。

また、排気管１０の内壁面への排気ガスの衝突が回避されることにより、壁反射に伴う脈動が吸排気バルブのバルブオーバーラップ時に重なることがなくなるので、エンジンの吸気効率の低下を抑制することが出来る。

さらに、排気管１０の内壁面への排気ガスの衝突が回避されることにより、排気ガス同士の干渉も回避されるので、騒音を低減することが可能となる。

また、上述の第２実施形態に係る排気管構造を採用した場合には、排気管１０の入口部１１の管断面が整流板１３で完全に二つに分割されているので、排気管１０の湾曲部１２における管断面積の急激な増大が抑制される。ターボチャージャを装着したエンジンでは、排気管を経由した排気ガスを過給に利用するが、上記のように整流板１３を用いて排気管１０の管断面積の急激な増大を抑制すれば、排気ガスの急激な流速変化を抑制することが出来るので、運動エネルギの損失を抑えた形で排気ガスを下流に流すことが出来、ターボ効率の向上を図ることが可能となる。

なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。

図１は、本発明の第１実施形態に係る排気管構造を示す平面方向の断面図である。図２は、図１のII-II線に沿った断面図である。図３は、本発明の第２実施形態に係る排気管構造を示す平面方向の断面図である。図４は、本発明の第３実施形態に係る排気管構造を示す平面方向の断面図である。

符号の説明

１０…排気管
１１…入口部
１２…湾曲部
１２ａ、１２ｂ…内壁面
２０…シリンダヘッド
２０ａ…吸気側側面
２０ｂ…排気側側面
２１ａ〜２１ｆ…吸気ポート
２２ａ〜２２ｃ…入口部
２３ａ〜２３ｆ…排気ポート
２４…排気集合部
２５…集合排気ポート
２６…出口部
３０…シリンダブロック
３１…シリンダ
３２…燃焼室
４０…ピストン
５０…触媒コンバータ
５１…入口部
５２…湾曲部
５３…触媒担体

Claims

複数の排気ポートを排気集合部で一体に集合させる排気集合ポートが形成されたシリンダヘッドにおける前記排気集合ポートの出口部に連結される排気管の構造であって、
前記シリンダヘッドの前記出口部に連結される入口部に、凸状に且つ湾曲状に膨らんだ湾曲部が形成されている排気管構造。
排気を整流する整流板が、前記排気管の前記入口部の内部を分割するように設けられている請求項１記載の排気管構造。
前記排気管は触媒コンバータを含み、
前記シリンダヘッドの前記出口部に連結される前記触媒コンバータの入口部に前記湾曲部が形成されている請求項１又は２記載の排気管構造。