JP2007239708A - 内燃機関の排気ポート構造 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関のコンパクト化と出力性能の両立を図る。
【解決手段】燃焼室５に先端が接続された排気ポート８の基端は、シリンダヘッド１側部に一体に形成された排気マニホルド取付面２１に開口しており、排気マニホルド２２が接続される。排気マニホルド取付面２１は、下方へ向かっており、排気ポート８は、全体としてほぼ一定の曲率半径Ｒでもって湾曲する。曲率半径Ｒは、排気ポート８の直径Ｄに対する比（Ｒ／Ｄ）が、出力性能の点から定まる所定の下限値を下回らないように設定される。排気マニホルド２２は、シリンダブロック２の側面に沿って下方へ延びる。これにより排気通気抵抗の過度の増加を回避しつつ内燃機関のコンパクト化が図れる。
【選択図】図１

Description

この発明は、内燃機関のシリンダヘッドの内部に形成される排気ポートの改良に関する。

自動車用機関等の内燃機関にあっては、中央の燃焼室を挟んで、シリンダヘッドを横切る所謂クロスフロー形式にガスが流れるように、一方に吸気ポートを、他方に排気ポートを形成した構成が一般的である。上記排気ポートには、内燃機関の側方へ張り出すように排気マニホルドが接続され、触媒コンバータ等を含む排気管へと連なっていくので、内燃機関全体としての幅方向（クランクシャフトと直交する方向）の寸法は、排気マニホルドの張り出し量に大きく影響される。

特許文献１には、燃焼室から機関の側方へ延びる排気ポートを、下方へ向けてＬ字形に折曲し、排気マニホルドをシリンダブロック側部に沿わすようにした構成が開示されている。
特開２００４−４４４８８号公報

しかしながら、上記のように排気ポートをＬ字形に極端に折曲した構成では、排気の通気抵抗が増大し、出力性能が悪化する、という不具合がある。

そこで、この発明は、シリンダヘッド内部に形成され、燃焼室に接続された一端が排気弁によって開閉されるとともに、他端がシリンダヘッドの排気マニホルド取付面に開口し、排気マニホルドの排気通路に接続される排気ポートにおいて、上記排気マニホルド取付面を、シリンダヘッド側部において下方へ向けて形成し、上記排気ポートを、上記燃焼室と上記排気マニホルド取付面との間で全体として湾曲した形状に形成し、かつこの湾曲形状の曲率半径（Ｒ）の排気ポート直径（Ｄ）に対する比（Ｒ／Ｄ）を、所定の下限値よりも大きく設定したことを特徴としている。

このような構成によれば、排気マニホルド等の排気系が下方へ延びるため、内燃機関全体の幅方向の寸法が小さくなる。また、通路直径Ｄに対し必要十分な大きさの曲率半径Ｒを有することから、排気ポート内を流れる排気は、徐々に下向きに方向を変え、円滑に流れる。従って、通気抵抗の増加が抑制される。

上記の下限値は、出力性能の観点から定められ、上記の比（Ｒ／Ｄ）がこれを下回ることがないように、排気ポートの曲率半径Ｒが設定される。なお、曲率半径Ｒが小さいほど、内燃機関全体の幅方向の寸法が小さくなり得るので、上記の下限値を下回らない範囲で、曲率半径Ｒを小さくすることが望ましい。

この発明によれば、排気通気抵抗の悪化を回避しつつ排気マニホルドをシリンダブロック側部に近づけることができ、内燃機関のコンパクト化と出力性能の確保とを両立させることができる。

以下、この発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、この発明に係る排気ポート構造を備えた内燃機関の横断面を概略的に示した構成説明図であって、アルミニウム合金等により一体に鋳造されたシリンダヘッド１がシリンダブロック２の上面に固定されている。シリンダブロック２は、例えば直列に配置された複数個のシリンダ３を有し、このシリンダ３内にピストン４が摺動可能に配設されている。上記シリンダヘッド１の下面には、例えばペントルーフ型の燃焼室５が凹設されており、その中心部に点火プラグ６が設けられているとともに、クロスフロー形式となるように、燃焼室５の一方の傾斜面に吸気ポート７が接続され、他方の傾斜面に排気ポート８が接続されている。吸気ポート７の先端は吸気弁９によって開閉され、排気ポート８の先端は排気弁１０によって開閉される。上記吸気ポート７には、吸気弁９へ向けて燃料を噴射するように、燃料噴射弁１１が配置されている。

上記排気ポート８の基端（下流端）は、シリンダヘッド１側部に一体に形成された排気マニホルド取付面２１に開口しているが、この排気マニホルド取付面２１は、斜め下方へ向かって、より詳しくは水平（換言すればシリンダヘッド１下面と平行な面）に近い角度まで傾いている。そして、排気ポート８は、この排気マニホルド取付面２１と燃焼室５との間で、全体としてほぼ一定の曲率半径Ｒでもって湾曲した湾曲形状をなしている。上記排気マニホルド取付面２１には、一部のみを示す排気マニホルド２２が取り付けられるようになっており、この排気マニホルド２２は、シリンダブロック２の上面の幅よりも側方へ張り出した位置にある上記排気マニホルド取付面２１から下方へ延び、シリンダブロック２の側面に沿って配置されている。

ここで、上記排気ポート８の曲率半径Ｒは、排気ポート８の直径Ｄに対する比（Ｒ／Ｄ）が所定の下限値よりも大きく得られるように設定されており、特に、上記の下限値を下回らない範囲内で小さな曲率半径Ｒに設定されている。上記の下限値は、出力性能の観点から設定される。

上記実施例の構成によれば、排気ポート８がほぼ一定の曲率半径Ｒでもって全体として湾曲しており、かつ通路直径Ｄに対し必要十分な大きさの曲率半径Ｒが与えられるため、排気通気抵抗の過度の増加による出力性能の低下を生じることがない。そして、排気マニホルド２２がシリンダブロック２の側面に沿って配置されるため、内燃機関全体の幅方向の寸法を小さくすることができる。つまり、内燃機関のコンパクト化と出力性能とを高いレベルで両立することができる。

図２は、上記のようにシリンダブロック２内に長く延びる排気ポート８を利用して、排気中に二次空気を導入するための二次空気通路３１を、上記排気ポート８の上側に隣接してシリンダヘッド１内部に形成した実施例を示している。上記二次空気通路３１は、シリンダヘッド１内に気筒列方向（クランクシャフト軸方向）に沿って形成され、各気筒毎に分岐したパイプ状の二次空気導入通路３２が、各気筒の排気ポート８内に突出している。この実施例では、二次空気導入用の外部配管が少なくなり、構成が簡素化できる。

図３は、同様に、シリンダブロック２内に長く延びる排気ポート８を利用して、吸気系へ導入する還流排気を取り出すための排気還流通路３５を、上記排気ポート８の上側に隣接してシリンダヘッド１内部に形成した実施例を示している。上記排気還流通路３５は、シリンダヘッド１内に気筒列方向（クランクシャフト軸方向）に沿って延びており、各気筒毎に設けられた連通孔３６を介して、各気筒の排気ポート８内と連通している。この実施例では、排気還流用の外部配管が少なくなり、構成が簡素化できる。

この発明に係る排気ポート構造を備えた内燃機関の構成説明図。 二次空気導入通路を備えた実施例を示す構成説明図。 排気還流通路を備えた実施例を示す構成説明図。

符号の説明

１…シリンダヘッド
５…燃焼室
８…排気ポート
２１…排気マニホルド取付面
２２…排気マニホルド

Claims (4)

1. シリンダヘッド内部に形成され、燃焼室に接続された一端が排気弁によって開閉されるとともに、他端がシリンダヘッドの排気マニホルド取付面に開口し、排気マニホルドの排気通路に接続される排気ポートにおいて、上記排気マニホルド取付面を、シリンダヘッド側部において下方へ向けて形成し、上記排気ポートを、上記燃焼室と上記排気マニホルド取付面との間で全体として湾曲した形状に形成し、かつこの湾曲形状の曲率半径（Ｒ）の排気ポート直径（Ｄ）に対する比（Ｒ／Ｄ）を、所定の下限値よりも大きく設定したことを特徴とする内燃機関の排気ポート構造。
2. 排気中に二次空気を導入するための二次空気通路が上記排気ポートに隣接してシリンダヘッド内部に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気ポート構造。
3. 還流排気を取り出すための排気還流通路が上記排気ポートに隣接してシリンダヘッド内部に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の排気ポート構造。
4. 上記排気マニホルド取付面に接続された排気マニホルドが、シリンダブロック側面に沿うように配置されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の排気ポート構造。
   

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