JP2009127557A - Exhaust structure of internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、自動車等に搭載される内燃機関の排気構造に係る。特に、本発明は、排気系に二次空気を導入するための通路を備えたシリンダヘッドの汎用性を高めるための構造の改良に関する。 The present invention relates to an exhaust structure of an internal combustion engine mounted on an automobile or the like. In particular, the present invention relates to an improvement in structure for enhancing versatility of a cylinder head having a passage for introducing secondary air into an exhaust system.
従来より、自動車等に搭載される内燃機関(以下、エンジンと呼ぶ場合もある)においては、排気通路に触媒(例えば三元触媒)を配置し、排気ガス中のCO(一酸化炭素)、HC(ハイドロカーボン)、NOx(窒素酸化物)成分を低減して、排気ガスの浄化を行う排気浄化装置が設けられている。また、このような排気浄化装置を備えたエンジンのうち、触媒の排気浄化機能を促進するために、エンジンの排気系に二次空気を供給する二次空気供給装置(AI(Air Injection)システム)が設けられているものも知られている(例えば下記の特許文献1および特許文献2を参照)。
2. Description of the Related Art Conventionally, in an internal combustion engine (hereinafter sometimes referred to as an engine) mounted on an automobile or the like, a catalyst (for example, a three-way catalyst) is disposed in an exhaust passage, and CO (carbon monoxide), HC in exhaust gas is disposed. There is provided an exhaust purification device that purifies exhaust gas by reducing (hydrocarbon) and NOx (nitrogen oxide) components. Further, among engines equipped with such an exhaust purification device, a secondary air supply device (AI (Air Injection) system) that supplies secondary air to the exhaust system of the engine in order to promote the exhaust purification function of the catalyst. Is also known (for example, see Patent Document 1 and
上記二次空気供給装置としては、例えば、シリンダヘッドの排気ポート内に向けて二次空気を供給するための二次空気供給通路と、この二次空気供給通路に空気を供給するためのエアポンプと、このエアポンプの下流側に配置されて二次空気供給通路の開閉状態を切替える開閉弁とを備えている。そして、エアポンプからの空気(二次空気)を二次空気供給通路を通じて排気ポート内に供給して、この排気系内の酸素濃度を高くすることによって、排気ガス中のHC、COを酸化させて排気ガスの浄化を促進するようになっている。 Examples of the secondary air supply device include a secondary air supply passage for supplying secondary air into the exhaust port of the cylinder head, and an air pump for supplying air to the secondary air supply passage. And an on-off valve disposed on the downstream side of the air pump for switching the open / close state of the secondary air supply passage. Then, air (secondary air) from the air pump is supplied into the exhaust port through the secondary air supply passage, and the oxygen concentration in the exhaust system is increased to oxidize HC and CO in the exhaust gas. It is designed to promote exhaust gas purification.
ところで、エンジンの種類によっては、上記二次空気供給装置を搭載するものと、この二次空気供給装置を搭載しないものとがある。これは、例えば自動車に対する排気ガス規制に対応するためであり、排気ガス規制の厳しい地域に対しては上記二次空気供給装置を搭載したエンジンが必要となる。 By the way, depending on the type of engine, there are those equipped with the secondary air supply device and those not equipped with the secondary air supply device. This is for the purpose of complying with, for example, exhaust gas regulations for automobiles, and an engine equipped with the secondary air supply device is required in areas where exhaust gas regulations are severe.
このように排気ガス規制に応じて二次空気供給装置を搭載したエンジンと搭載しないエンジンとをそれぞれ製造する必要があるが、この場合、これら種類の異なるエンジンを、二次空気供給装置の搭載の有無に応じて全く異なる部品で製造することは生産コストの高騰を招くことになる。このため、互いに異なるエンジンであっても部品を共通化することが一般に行われている。例えば、シリンダヘッドの共通化である。 As described above, it is necessary to manufacture an engine equipped with a secondary air supply device and a non-equipped engine according to the exhaust gas regulations. In this case, these different types of engines are installed on the secondary air supply device. Manufacturing with completely different parts depending on the presence or absence leads to an increase in production cost. For this reason, it is common practice to share components even in different engines. For example, common use of cylinder heads.
このようにシリンダヘッドを共通化しようとした場合、先ず、二次空気供給装置が搭載されることを考慮し、シリンダヘッドの排気系に、排気ポートと二次空気供給通路(以下、Aiポートと呼ぶ場合もある)とが設けられる。そして、このように排気系に2種類のポートが備えられたシリンダヘッドを、部品の共通化を図るべく、二次空気供給装置を搭載しないエンジンに適用しようとすると、上記Aiポートを閉塞しておく必要がある。 When the cylinder head is to be shared in this way, first, considering that the secondary air supply device is mounted, an exhaust port and a secondary air supply passage (hereinafter referred to as Ai port) are connected to the exhaust system of the cylinder head. May be called). Then, if the cylinder head provided with two types of ports in the exhaust system is applied to an engine not equipped with a secondary air supply device in order to share parts, the Ai port is blocked. It is necessary to keep.
このAiポートを閉塞するための手法として、例えばシリンダヘッドに接続される排気マニホールドのフランジ部によってAiポートを閉塞する構成が挙げられる。また、シリンダヘッドと排気マニホールドのフランジ部との間に介在されるガスケットによってAiポートを閉塞する構成も挙げられる。つまり、二次空気供給装置を搭載するものにあっては、上記排気マニホールドのフランジ部やガスケットによってAiポートを閉塞する構成とはせず、このAiポートを開放させ、このAiポートからの二次空気の導入を可能にする。一方、二次空気供給装置を搭載しないものにあっては、上記排気マニホールドのフランジ部やガスケットによってAiポートを閉塞する構成として、このAiポートを使用しないようにする。これにより、種類の異なるエンジン(二次空気供給装置を搭載するエンジンと搭載しないエンジン)それぞれに対して上記シリンダヘッドを共通化できる。
しかしながら、上述したように、排気マニホールドのフランジ部やガスケットによってAiポートを閉塞する構成とした場合、各気筒の排気行程においてAiポート内に流れ込んできた排気ガスの圧力(排気脈動)は、排気マニホールドのフランジ部やガスケットに作用し、これらフランジ部やガスケットを振動させる可能性がある。特に、エンジンの軽量化を図るべく、上記フランジ部やガスケットの薄肉化を図ったものに対しては顕著である。 However, as described above, when the Ai port is closed by the flange portion or gasket of the exhaust manifold, the pressure (exhaust pulsation) of the exhaust gas flowing into the Ai port during the exhaust stroke of each cylinder is the exhaust manifold. It acts on the flanges and gaskets of these parts and may cause the flanges and gaskets to vibrate. In particular, it is remarkable for those in which the flange portion and the gasket are made thin in order to reduce the weight of the engine.
このようにして、上記フランジ部やガスケットに振動が発生した場合、この振動に伴う異音が発生し、エンジン音の増大に繋がってしまうため好ましくない。 Thus, when vibration occurs in the flange portion or gasket, an abnormal noise is generated due to the vibration, which leads to an increase in engine noise, which is not preferable.
このような状況を回避するための手法として、排気マニホールドのフランジ部やガスケットを厚肉化することが考えられるが、エンジン全体の重量増大に繋がり燃料消費率が悪化してしまう。また、排気マニホールドのフランジ部にリブ等を一体形成することで剛性を高めることも考えられるが、フランジ部の形状が複雑になって生産コストの高騰を招くばかりでなく、上記リブを形成するためのスペースを確保することが困難である。更に、二次空気供給装置を搭載するエンジンと搭載しないエンジンとに応じて個別のシリンダヘッドを製造すれば上記課題は生じないが、上述した如く生産コストの大幅な高騰を招いてしまうことになる。 As a method for avoiding such a situation, it is conceivable to increase the thickness of the flange portion and gasket of the exhaust manifold, but this leads to an increase in the weight of the entire engine and the fuel consumption rate deteriorates. In addition, it is conceivable to increase the rigidity by integrally forming a rib or the like on the flange portion of the exhaust manifold, but not only the shape of the flange portion becomes complicated and the production cost increases, but also the rib is formed. It is difficult to secure the space. Further, if the individual cylinder heads are manufactured according to the engine equipped with the secondary air supply device and the engine not equipped with the same, the above problem does not occur, but as described above, the production cost is greatly increased. .
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、二次空気供給装置を搭載するエンジンと搭載しないエンジンとで部品(シリンダヘッド)を共通化する場合に、二次空気供給装置を搭載しない場合であっても、Aiポートに流れ込む排気の圧力によって異音が発生してしまうといった状況を回避できる内燃機関の排気構造を提供することにある。 The present invention has been made in view of such a point, and an object of the present invention is to provide a component (cylinder head) that is shared between an engine on which a secondary air supply device is mounted and an engine on which the secondary air supply device is not mounted. An object of the present invention is to provide an exhaust structure for an internal combustion engine that can avoid a situation in which abnormal noise is generated due to the pressure of exhaust gas flowing into the Ai port even when the secondary air supply device is not installed.
−課題の解決原理−
上記の目的を達成するために講じられた本発明の解決原理は、排気通路および二次空気通路が形成されたシリンダヘッドを、上記二次空気供給装置を搭載しない内燃機関に適用する場合に、二次空気通路を流れてきた排気ガスを、排気通路を流れてきた排気ガスに対して、シリンダヘッドの外側において合流させるように、ガスケットや排気マニホールドの形状を改良している。これにより、二次空気通路内における排気ガスの圧力を排気通路側に解放させ、これによって二次空気通路内の排気ガスの圧力による異音の発生を抑制できるようにしている。
-Solving principle-
The solution principle of the present invention devised to achieve the above object is that when a cylinder head in which an exhaust passage and a secondary air passage are formed is applied to an internal combustion engine not equipped with the secondary air supply device, The shapes of the gasket and the exhaust manifold are improved so that the exhaust gas flowing through the secondary air passage merges with the exhaust gas flowing through the exhaust passage outside the cylinder head. As a result, the pressure of the exhaust gas in the secondary air passage is released to the exhaust passage side, so that the generation of noise due to the pressure of the exhaust gas in the secondary air passage can be suppressed.
−解決手段−
具体的に、本発明は、排気通路の下流端開口に隣接して二次空気通路の空気導入開口が形成されたシリンダヘッドに対し、ガスケットを介して排気マニホールドのフランジ部が接続された内燃機関の排気構造を前提とする。この内燃機関の排気構造に対し、上記ガスケットに、上記排気通路の下流端開口に対応する第1の開口領域と、上記二次空気通路の空気導入開口に対応する第2の開口領域と、これら第1の開口領域と第2の開口領域とを連続した開口とするための連続開口領域とを形成している。
-Solution-
Specifically, the present invention relates to an internal combustion engine in which a flange portion of an exhaust manifold is connected via a gasket to a cylinder head in which an air introduction opening of a secondary air passage is formed adjacent to a downstream end opening of the exhaust passage. The exhaust structure is assumed. For the exhaust structure of the internal combustion engine, the gasket includes a first opening region corresponding to the downstream end opening of the exhaust passage, a second opening region corresponding to the air introduction opening of the secondary air passage, and these A continuous opening region for forming a continuous opening between the first opening region and the second opening region is formed.
この特定事項により、上記二次空気供給装置を搭載する内燃機関に適用可能とするべく排気通路および二次空気通路を備えたシリンダヘッドを、二次空気供給装置を搭載しない内燃機関に適用する場合には、上記第1の開口領域、第2の開口領域、連続開口領域が形成された上記ガスケットを使用する。これによれば、内燃機関の駆動時には、気筒内から排出された排気ガスの一部は、排気通路の下流端開口に向かって流れ、他の排気ガスは、二次空気通路の空気導入開口に向かって流れることになる。この場合、二次空気通路の空気導入開口に向かって流れた排気ガスは、この空気導入開口から、ガスケットの第2の開口領域および連続開口領域を経て第1の開口領域に流れ込み、排気通路の下流端開口から流出されている排気ガスに合流することになる。つまり、この二次空気通路の空気導入開口に向かって流れた排気ガスがガスケット内部の通路(上記第2の開口領域、連続開口領域、第1の開口領域)を経て例えば排気管に向けて排出されることになる。このため、二次空気通路に流入した排気ガスからガスケットに与えられる圧力(排気脈動)は軽減されることになり、この排気ガスからの圧力により上記フランジ部やガスケットが振動してしまうといったことが抑制され、ガスケットの振動に伴う異音の発生が抑制される。 When the cylinder head provided with the exhaust passage and the secondary air passage is applied to an internal combustion engine not equipped with a secondary air supply device so as to be applicable to the internal combustion engine equipped with the secondary air supply device due to this specific matter. For the above, the gasket in which the first opening region, the second opening region, and the continuous opening region are formed is used. According to this, when the internal combustion engine is driven, a part of the exhaust gas discharged from the cylinder flows toward the downstream end opening of the exhaust passage, and the other exhaust gas flows to the air introduction opening of the secondary air passage. It will flow towards. In this case, the exhaust gas that has flowed toward the air introduction opening of the secondary air passage flows from the air introduction opening into the first opening region through the second opening region and the continuous opening region of the gasket. The exhaust gas flowing out from the downstream end opening merges. That is, the exhaust gas that has flowed toward the air introduction opening of the secondary air passage is discharged toward the exhaust pipe, for example, through the passage (the second opening region, the continuous opening region, and the first opening region) inside the gasket. Will be. For this reason, the pressure (exhaust pulsation) applied to the gasket from the exhaust gas flowing into the secondary air passage is reduced, and the flange and the gasket vibrate due to the pressure from the exhaust gas. It is suppressed and the generation of abnormal noise due to the vibration of the gasket is suppressed.
上記目的を達成するための他の解決手段としては以下のものも挙げられる。先ず、排気通路の下流端開口に隣接して二次空気通路の空気導入開口が形成されたシリンダヘッドに対し、ガスケットを介して排気マニホールドのフランジ部が接続された内燃機関の排気構造を前提とする。この内燃機関の排気構造に対し、上記排気マニホールドのフランジ部に、上記排気通路の下流端開口と二次空気通路の空気導入開口とを連通させるための連通空間を、シリンダヘッドとの間で形成するように、このシリンダヘッドに対して後退する凹陥部を形成している。 Other solutions for achieving the above object include the following. First, assuming an exhaust structure of an internal combustion engine in which a flange portion of an exhaust manifold is connected via a gasket to a cylinder head in which an air introduction opening of a secondary air passage is formed adjacent to a downstream end opening of the exhaust passage. To do. With respect to the exhaust structure of the internal combustion engine, a communication space for communicating the downstream end opening of the exhaust passage and the air introduction opening of the secondary air passage is formed between the flange portion of the exhaust manifold and the cylinder head. In this way, a recessed portion is formed that is retracted with respect to the cylinder head.
この特定事項により、上記二次空気供給装置を搭載する内燃機関に適用可能とするべく排気通路および二次空気通路を備えたシリンダヘッドを、二次空気供給装置を搭載しない内燃機関に適用する場合には、フランジ部に上記凹陥部が形成された上記排気マニホールドを使用する。これによれば、内燃機関の駆動時には、気筒内から排出された排気ガスの一部は、排気通路の下流端開口に向かって流れ、他の排気ガスは、二次空気通路の空気導入開口に向かって流れることになる。この場合、二次空気通路の空気導入開口に向かって流れた排気ガスは、この空気導入開口から、排気マニホールドのフランジ部に形成されている上記凹陥部内に流れ込み、排気通路の下流端開口から流出されている排気ガスに合流することになる。つまり、この二次空気通路の空気導入開口に向かって流れた排気ガスが、排気マニホールドのフランジ部とシリンダヘッドとの間に形成された連通空間(上記凹陥部の内側空間)を経て例えば排気管に向けて排出されることになる。このため、二次空気通路に流入した排気ガスから排気マニホールドのフランジ部に与えられる圧力(排気脈動)は軽減されることになり、この排気ガスからの圧力により上記フランジ部が振動してしまうといったことが抑制され、フランジ部の振動に伴う異音の発生が抑制される。 When the cylinder head provided with the exhaust passage and the secondary air passage is applied to an internal combustion engine not equipped with a secondary air supply device so as to be applicable to the internal combustion engine equipped with the secondary air supply device due to this specific matter. For this, the exhaust manifold having the concave portion formed in the flange portion is used. According to this, when the internal combustion engine is driven, a part of the exhaust gas discharged from the cylinder flows toward the downstream end opening of the exhaust passage, and the other exhaust gas flows to the air introduction opening of the secondary air passage. It will flow towards. In this case, the exhaust gas flowing toward the air introduction opening of the secondary air passage flows from the air introduction opening into the recessed portion formed in the flange portion of the exhaust manifold, and flows out from the downstream end opening of the exhaust passage. It will join the exhaust gas that has been. In other words, the exhaust gas that has flowed toward the air introduction opening of the secondary air passage passes through a communication space formed between the flange portion of the exhaust manifold and the cylinder head (the inner space of the recessed portion), for example, an exhaust pipe. It will be discharged towards. For this reason, the pressure (exhaust pulsation) applied to the flange portion of the exhaust manifold from the exhaust gas flowing into the secondary air passage is reduced, and the flange portion vibrates due to the pressure from the exhaust gas. This suppresses the generation of abnormal noise associated with the vibration of the flange portion.
上記各解決手段は互いに組み合わせることが可能である。これらを組み合わせた場合の具体構成としては以下のものが挙げられる。先ず、排気通路の下流端開口に隣接して二次空気通路の空気導入開口が形成されたシリンダヘッドに対し、ガスケットを介して排気マニホールドのフランジ部が接続された内燃機関の排気構造を前提とする。この内燃機関の排気構造に対し、上記ガスケットに、上記排気通路の下流端開口に対応する第1の開口領域と、上記二次空気通路の空気導入開口に対応する第2の開口領域と、これら第1の開口領域と第2の開口領域とを連続した開口とするための連続開口領域とを形成する。また、上記排気マニホールドのフランジ部に、上記排気通路の下流端開口と二次空気通路の空気導入開口とを連通させるための連通空間を、シリンダヘッドとの間で形成するように、このシリンダヘッドに対して後退する凹陥部を形成している。 The above solutions can be combined with each other. Specific examples of the combination of these include the following. First, assuming an exhaust structure of an internal combustion engine in which a flange portion of an exhaust manifold is connected via a gasket to a cylinder head in which an air introduction opening of a secondary air passage is formed adjacent to a downstream end opening of the exhaust passage. To do. For the exhaust structure of the internal combustion engine, the gasket includes a first opening region corresponding to the downstream end opening of the exhaust passage, a second opening region corresponding to the air introduction opening of the secondary air passage, and these A continuous opening region for forming a continuous opening between the first opening region and the second opening region is formed. Further, the cylinder head is formed such that a communication space for communicating the downstream end opening of the exhaust passage and the air introduction opening of the secondary air passage is formed between the flange portion of the exhaust manifold and the cylinder head. Recesses that recede are formed.
この構成によれば、二次空気通路を流れた排気ガスは、ガスケットに形成された各開口領域を流れると共に、排気マニホールドのフランジ部に形成されている凹陥部の内側空間を流れて、例えば排気管に向けて排出されることになる。このため、二次空気通路を流れた排気ガスの圧力を排気通路側に解放するための経路を大きく確保することができ、上記異音発生の抑制効果をより顕著に発揮することができる。 According to this configuration, the exhaust gas flowing through the secondary air passage flows through each opening region formed in the gasket and also flows through the inner space of the recessed portion formed in the flange portion of the exhaust manifold. It will be discharged towards the pipe. For this reason, a large path for releasing the pressure of the exhaust gas flowing through the secondary air passage to the exhaust passage side can be secured, and the effect of suppressing the occurrence of abnormal noise can be exhibited more remarkably.
また、上記ガスケットの形状を改良したものに対して、このガスケットにおけるシール性確保のためのビードの形状は以下のとおりである。つまり、上記第1の開口領域、第2の開口領域、連続開口領域によって連続して形成される開口の外周縁に沿ったビード形状としている。これにより、ガスケットの第1の開口領域を流れる排気ガス、ガスケットの第2の開口領域から連続開口領域を経て第1の開口領域に流れ込む排気ガスを共に漏れなく排気管に向けて排出することが可能である。 Further, in contrast to the gasket having an improved shape, the shape of the bead for ensuring sealing performance in the gasket is as follows. That is, a bead shape is formed along the outer peripheral edge of the opening continuously formed by the first opening region, the second opening region, and the continuous opening region. As a result, both the exhaust gas flowing through the first opening region of the gasket and the exhaust gas flowing from the second opening region of the gasket through the continuous opening region into the first opening region can be discharged toward the exhaust pipe without leakage. Is possible.
本発明では、二次空気通路が形成されたシリンダヘッドを、上記二次空気供給装置を搭載しない内燃機関に適用する場合に、この二次空気通路を流れてきた排気ガスを、排気通路を流れてきた排気ガスに対して、シリンダヘッドの外側において合流させるように、ガスケットや排気マニホールドのフランジ部の形状を改良して、二次空気通路内における排気ガスの圧力を排気通路側に解放させている。これにより、排気ガスの圧力による異音の発生を抑制でき、シリンダヘッドの汎用性を高めながら、内燃機関の駆動時の音を低減することができる。 In the present invention, when the cylinder head in which the secondary air passage is formed is applied to an internal combustion engine not equipped with the secondary air supply device, the exhaust gas flowing through the secondary air passage flows through the exhaust passage. The shape of the flange part of the gasket and exhaust manifold is improved so that the exhaust gas is merged outside the cylinder head, and the pressure of the exhaust gas in the secondary air passage is released to the exhaust passage side. Yes. Thereby, generation | occurrence | production of the abnormal noise by the pressure of exhaust gas can be suppressed, and the noise at the time of the drive of an internal combustion engine can be reduced, improving the versatility of a cylinder head.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は、自動車用エンジンの排気系に本発明を適用した場合について説明する。また、以下の各実施形態では、排気ポート内に向けて二次空気を供給する二次空気供給装置が搭載されるエンジンに適用可能とするためにAiポートが形成されたシリンダヘッドを、二次空気供給装置が搭載されないエンジンに適用した場合の構成について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. This embodiment demonstrates the case where this invention is applied to the exhaust system of a motor vehicle engine. Further, in each of the following embodiments, the cylinder head formed with the Ai port is used as a secondary in order to be applicable to an engine equipped with a secondary air supply device that supplies secondary air into the exhaust port. A configuration when applied to an engine not equipped with an air supply device will be described.
(第1実施形態)
図1は、本実施形態におけるシリンダヘッド1、ガスケット2、排気マニホールド3の分解斜視図である。また、図2は、排気マニホールド3とシリンダヘッド1との接続部分およびその周辺の構成を示す断面図である。詳しくは、1つのブランチ管31におけるシリンダヘッド1に対する接続部分の縦断面図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is an exploded perspective view of the cylinder head 1, the
これらの図に示すように、本実施形態に係るエンジンは4気筒のものであって、シリンダヘッド1の側面には4箇所に排気ポート4の開口部41,41,…が形成されている。また、このシリンダヘッド1はアルミニウム合金製であって、下部にはシリンダブロックが上部にはヘッドカバーがそれぞれ取り付けられるようになっている。
As shown in these drawings, the engine according to the present embodiment is a four-cylinder engine, and
また、本実施形態に係るシリンダヘッド1は、排気ポート4内に向けて二次空気を供給する二次空気供給装置が搭載される場合に対応するためにAiポート5が形成されている。このため、上記排気ポート4の開口部41,41,…に隣接して、Aiポート5の開口部(二次空気の導入開口)51,51,…が形成されている。このAiポート5の開口部51,51,…は、上記排気ポート4の開口部41,41,…よりも小径であって、これら排気ポート4の開口部41,41,…の斜め上方に隣接してそれぞれ形成されている。
Further, the cylinder head 1 according to the present embodiment has an
本実施形態に係るエンジンには搭載されないが、一般的な二次空気供給装置の概略について以下に説明する。この二次空気供給装置は、エンジンの排気系に備えられている図示しない排気浄化装置(触媒)よりも上流側に二次空気を供給することで、排気系内の酸素濃度を高くし、これにより、排気ガス中のHC、COを酸化させて排気ガスの浄化を促進するためのものである。そのため、この二次空気供給装置は、上記Aiポート5の開口部51,51,…に接続される空気導入管、この空気導入管に二次空気を送り込むためのエアポンプ、空気導入管を開閉するためのバルブユニット(共に図示省略)が備えられる。
Although not mounted on the engine according to the present embodiment, an outline of a general secondary air supply device will be described below. This secondary air supply device increases the oxygen concentration in the exhaust system by supplying secondary air upstream from an exhaust purification device (catalyst) (not shown) provided in the exhaust system of the engine. Thus, the purification of the exhaust gas is promoted by oxidizing HC and CO in the exhaust gas. Therefore, this secondary air supply device opens and closes an air introduction pipe connected to the
例えば、エンジンの冷間始動時等のように、排気中の一酸化炭素(CO)や炭化水素(HC)が多くなる状況であるときには、上記エアポンプから吐出された空気を空気導入管およびAiポート5を経て排気ポート4内に二次空気として供給する。これにより、排気ポート4においては、供給された二次空気中の酸素が排気中の一酸化炭素や炭化水素と反応し、それらが二酸化炭素(CO2)および水(H2O)に酸化され、これによって排気が浄化されることになる。
For example, when the amount of carbon monoxide (CO) or hydrocarbon (HC) in the exhaust gas is large, such as when the engine is cold-started, the air discharged from the air pump is supplied to the air introduction pipe and the Ai port. 5 is supplied as secondary air into the
本実施形態では、この二次空気供給装置が搭載されないため、上記Aiポート5を流れてくる(本来の二次空気の流れ方向とは逆方向に流れてくる)排気ガスをブランチ管31に向けて流すための構成が採用されている。そのための構成については後述する。
In this embodiment, since this secondary air supply device is not mounted, the exhaust gas flowing through the Ai port 5 (flowing in the direction opposite to the flow direction of the original secondary air) is directed to the
上記排気マニホールド3はステンレス鋼板製であり、各気筒に対応する4本のブランチ管31,31,…と、これらブランチ管31,31,…の下流端同士を合流させる合流管32とを備えている。また、各ブランチ管31,31,…の上流側端にはフランジ部33が溶接等の手段によって一体的に取り付けられている。このフランジ部33は、シリンダヘッド1の側面(排気ポート4の開口部41,41,…およびAiポート5の開口部51,51,…が形成されている側面:以下、排気マニホールド取り付け面11と呼ぶ)にボルト止め等によって取り付けられるものであって、シリンダヘッド1に形成されているボルト孔12,12,…に対応してボルト挿通孔34,34,…が形成されている。
The
ガスケット2は、シリンダヘッド1の排気マニホールド取り付け面11と排気マニホールド3のフランジ部33との間で挟持されることにより、シリンダヘッド1と排気マニホールド3との間からの排気ガスの漏れを防止するシール部材として機能する。このガスケット2は、金属製(例えばステンレス製)の複数枚(例えば2枚)の板材が積層されて構成されており、排気ガスの漏れを防止する必要がある領域の周縁部(上記排気ポート4の開口部41の周縁部およびAiポート5の開口部51の周縁部)に対応する箇所にビードと呼ばれる屈曲部が形成され、シリンダヘッド1と排気マニホールド3との間で挟持された際に、このビードが圧縮変形されることにより密着度が増し、これによって高いシール性が得られるようになっている。
The
また、このガスケット2には、上記排気ポート4の開口部41,41,…およびAiポート5の開口部51,51,…に対応する位置である4箇所に排気用開口21,21,…が形成されていると共に、上記ボルト孔12,12,…に対応するボルト挿通孔22,22,…が形成されている。
Further, the
図1および図2に示すように、排気マニホールド3のブランチ管31の上流端の外周部に溶接されているフランジ部33がシリンダヘッド1の排気マニホールド取り付け面11にガスケット2を介してボルト止め等の手段によって取り付けられる。
As shown in FIGS. 1 and 2, a
また、この排気マニホールド3とシリンダヘッド1との接続部にあっては、排気ガスがシリンダヘッド1の排気ポート4からブランチ管31に流れ込む際の圧力損失を低減するべく、ブランチ管31の内径寸法は排気ポート4の開口部41の内径寸法よりも僅かに大きく設定されている。
Further, at the connection portion between the
本実施形態の特徴は、上記ガスケット2における排気用開口21,21,…の形状にある。以下、具体的に説明する。
The feature of this embodiment is the shape of the
図3は、このガスケット2における一つの排気用開口21およびその周辺部を示す正面図である。
FIG. 3 is a front view showing one
上記ガスケット2の特徴として、このガスケット2に形成されている上記排気用開口21は、第1開口領域23、第2開口領域24、連続開口領域25を備えている。以下、各開口領域23,24,25について説明する。
As a feature of the
第1開口領域23は、上記排気ポート4の開口部41に対応する略円形状の開口部である。この第1開口領域23の内径寸法としては、排気ガスが排気ポート4からこの第1開口領域23に流出する際の圧力損失を低減するべく、上記排気ポート4の開口部41の内径寸法よりも僅かに大きく設定されている。
The
第2開口領域24は、上記Aiポート5の開口部51に対応する略円形状の開口部である。この第2開口領域24の内径寸法としても、排気ガスがAiポート5からこの第2開口領域24に流出する際の圧力損失を低減するべく、上記Aiポート5の開口部51の内径寸法よりも僅かに大きく設定されている。
The
連続開口領域25は、上記第1開口領域23と第2開口領域24とを互いに連続する開口部として構成するために、これら第1開口領域23から第2開口領域24に亘って形成されている。つまり、排気ポート4の開口部41とAiポート5の開口部51とは、連続開口領域25を介して連通された構成となっている。言い換えると、排気ポート4の開口部41は第1開口領域23に開放しており、Aiポート5の開口部51は第2開口領域24に開放しており、これら第1開口領域23と第2開口領域24とは連続開口領域25によって連続する開口部として構成されている。その結果、排気ポート4の開口部41とAiポート5の開口部51とは、連続開口領域25を介して連通されている。
The
また、後述するように、排気用開口21における排気ガスの流れとしては、第2開口領域24から連続開口領域25を経て第1開口領域23に向かう流れとなるが、この際、第2開口領域24から連続開口領域25への排気ガスの流入時、連続開口領域25から第1開口領域23への排気ガスの流入時のそれぞれにおける排気ガスの流線の乱れを抑制するように、各開口領域24,25,23の外縁部同士は滑らかな曲面で接続されている。
As will be described later, the flow of the exhaust gas in the
また、このガスケット2における上記ビードは、第1開口領域23、第2開口領域24、連続開口領域25の外周囲を囲むように異形環状に形成されている。図3では、このビードの形状(シールライン形状)を一点鎖線で示している。
Further, the beads in the
上述の如くガスケット2が構成されたことにより、エンジン駆動中の排気ガスの流れとしては以下のようになる。エンジンの駆動時には、排気行程にある気筒内から排気ポート4に向けて排気ガスが排出される。そして、この排出された排気ガスの一部は、排気ポート4を経て、その開口部41から上記ガスケット2の第1開口領域23を通過し、ブランチ管31に排出される(図2における矢印Aを参照)。
Since the
一方、上記気筒内から排気ポート4に一旦排出された排気ガスのうちの一部は、図2に矢印Bで示すように、Aiポート5を経て、その開口部51から上記ガスケット2の第2開口領域24を通過し、更に、ガスケット2の連続開口領域25を流れて第1開口領域23に達する。そして、この第1開口領域23において、上記排気ポート4および第1開口領域23を通過してきた排気ガスと合流した後、ブランチ管31に排出されることになる。つまり、このAiポート5の開口部51に向かって流れた排気ガスが、シリンダヘッド1の外側であって且つガスケット2の内部通路(第2開口領域24、連続開口領域25、第1開口領域23)を経てブランチ管31に排出されることになる。
On the other hand, a part of the exhaust gas once discharged into the
このため、Aiポート5内における排気ガスの圧力はブランチ管31側に解放されており、このAiポート5を流れてきた排気ガスがガスケット2に衝突して、このガスケット2を振動させるといったことが抑制され、ガスケット2の振動に伴う異音の発生が抑制されることになる。また、排気マニホールド3のフランジ部33の振動も抑制される。このため、シリンダヘッド1の汎用性を高めながら(二次空気供給装置が搭載されるエンジンおよび二次空気供給装置が搭載されないエンジンの両方に採用することを可能にしながら)、エンジン駆動時の音を低減することができる。
For this reason, the pressure of the exhaust gas in the
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態について説明する。上述した第1実施形態は、ガスケット2の形状を改良することで、Aiポート5を流れてきた排気ガスをブランチ管31に排出できるようにしていた。本実施形態は、それに代えて、排気マニホールド3のフランジ部33の形状を改良することで、Aiポート5を流れてきた排気ガスをブランチ管31に排出できるようにしたものである。シリンダヘッド1の構成は、上述した第1実施形態のものと同様であるため、ここではガスケット2の構成および排気マニホールド3のフランジ部33の構成についてのみ説明する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the first embodiment described above, the exhaust gas flowing through the
図4は、本実施形態におけるシリンダヘッド1、ガスケット2、排気マニホールド3の分解斜視図(上記図1に相当する図)である。また、図5は、排気マニホールド3とシリンダヘッド1との接続部分およびその周辺の構成を示す断面図(上記図2に相当する図)である。更に、図6は、排気マニホールド3のフランジ部33における一つのブランチ管接続部分およびその周辺部を示す斜視図である。尚、この図6ではブランチ管31を省略している。
FIG. 4 is an exploded perspective view (corresponding to FIG. 1) of the cylinder head 1, the
これらの図に示すように、上記排気マニホールド3のフランジ部33の特徴として、このフランジ部33には、排気ポート4の開口部41とAiポート5の開口部51とを連通させるための連通空間C(図5参照)を、シリンダヘッド1との間で形成するように、このシリンダヘッド1に対して後退する凹陥部35が形成されている。つまり、排気ポート4の開口部41とAiポート5の開口部51とは、この排気マニホールド3のフランジ部33の一部分に凹陥部35が形成されていることにより、シリンダヘッド1の外側において互いに連通された構成となっている。
As shown in these drawings, as a feature of the
一方、本実施形態におけるガスケット2の形状としては、上記排気ポート4の開口部41に対応する略円形状の開口部である第1開口26(上記第1実施形態における第1開口領域23に相当)と、上記Aiポート5の開口部51に対応する略円形状の開口部である第2開口27(上記第1実施形態における第2開口領域24に相当)とがそれぞれ独立した開口(非連通開口)として形成されている。
On the other hand, the shape of the
上述の如く排気マニホールド3のフランジ部33が構成されたことにより、エンジン駆動中の排気ガスの流れとしては以下のようになる。エンジンの駆動時には、排気行程にある気筒内から排気ポート4に向けて排気ガスが排出される。そして、この排出された排気ガスの一部は、排気ポート4およびガスケット2の第1開口26を経て、そのままブランチ管31に排出される(図5における矢印Aを参照)。
Since the
一方、上記気筒内から排気ポート4に一旦排出された排気ガスのうちの一部は、図5に矢印Bで示すように、Aiポート5およびガスケット2の第2開口27を経た後、上記排気マニホールド3のフランジ部33に形成されている凹陥部35内部の連通空間Cに流れ込む。そして、この連通空間Cに流れ込んだ排気ガスは、上記排気ポート4および第1開口26を通過してきた排気ガスと合流した後、ブランチ管31に排出されることになる。つまり、このAiポート5の開口部51に向かって流れた排気ガスが、シリンダヘッド1の外側であって、且つ排気マニホールド3のフランジ部33とガスケット2との間の連通空間Cを経てブランチ管31に排出されることになる。
On the other hand, a part of the exhaust gas once discharged from the cylinder to the
このため、本実施形態においても、Aiポート5内における排気ガスの圧力はブランチ管31側に解放されており、Aiポート5を流れてきた排気ガスが排気マニホールド3のフランジ部33に衝突して、このフランジ部33を振動させるといったことが抑制され、フランジ部33の振動に伴う異音の発生が抑制されることになる。このため、シリンダヘッド1の汎用性を高めながら(二次空気供給装置が搭載されるエンジンおよび二次空気供給装置が搭載されないエンジンの両方に採用することを可能にしながら)、エンジン駆動時の音を低減することができる。
Therefore, also in this embodiment, the pressure of the exhaust gas in the
尚、この第2実施形態の構成は、上述した第1実施形態の構成と組み合わせることも可能である。つまり、ガスケット2として、上記第1実施形態の如く、第1開口領域23、第2開口領域24、連続開口領域25により排気用開口21が形成されるものを採用する。また、排気マニホールド3として、上記第2実施形態の如く、フランジ部33に、シリンダヘッド1に対して後退する凹陥部35が形成されたものを採用する。
The configuration of the second embodiment can be combined with the configuration of the first embodiment described above. That is, as the
この構成によれば、Aiポート5を流れた排気ガスは、ガスケット2に形成された各開口領域(第2開口領域24、連続開口領域25、第1開口領域23)を流れると共に、排気マニホールド3のフランジ部33に形成されている凹陥部35内の連通空間Cを流れて、ブランチ管31に排出されることになる。このため、Aiポート5内における排気ガスの圧力をブランチ管31側に解放するための経路を大きく確保することができ、上記異音発生の抑制効果をより顕著に発揮することができる。
According to this configuration, the exhaust gas flowing through the
−他の実施形態−
上述した各実施形態に係るエンジンは4気筒のものであったが、これに限るものではなく、気筒数が3気筒以下のエンジンや5気筒以上のエンジンに対しても本発明は適用可能である。
-Other embodiments-
Although the engine according to each of the embodiments described above has a four-cylinder engine, the present invention is not limited to this, and the present invention can be applied to an engine having three or less cylinders or an engine having five or more cylinders. .
また、上記各実施形態では、シリンダヘッド1におけるAiポート5の開口部51の形成位置を、排気ポート4の開口部41に対して斜め上方であって気筒列方向の中央側としていたが、この形成位置はこれに限るものではない。Aiポート5の開口部51の形成位置が上記各実施形態のものと異なっている場合には、それに対応して、第1実施形態の場合にはガスケット2の第2開口領域24および連続開口領域25の位置を、第2実施形態の場合には排気マニホールド3のフランジ部33に形成される凹陥部35の位置をそれぞれ変更することになる。
In each of the above embodiments, the formation position of the
また、上記各実施形態では、シリンダヘッド1をアルミニウム合金製としたが、本発明はこれに限らず、鋳鉄製のシリンダヘッドに対して適用してもよい。 In each of the above embodiments, the cylinder head 1 is made of an aluminum alloy. However, the present invention is not limited to this and may be applied to a cylinder head made of cast iron.
1 シリンダヘッド
2 ガスケット
21 排気用開口
23 第1開口領域
24 第2開口領域
25 連続開口領域
3 排気マニホールド
33 フランジ部
35 凹陥部
4 排気ポート(排気通路)
41 排気ポートの開口部(排気通路の下流端開口)
5 Aiポート(二次空気通路)
51 Aiポートの開口部(二次空気通路の空気導入開口)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
41 Exhaust port opening (opening downstream end of exhaust passage)
5 Ai port (secondary air passage)
51 Ai port opening (secondary air passage air inlet opening)
Claims (4)
上記ガスケットには、上記排気通路の下流端開口に対応する第1の開口領域と、上記二次空気通路の空気導入開口に対応する第2の開口領域と、これら第1の開口領域と第2の開口領域とを連続した開口とするための連続開口領域とが形成されていることを特徴とする内燃機関の排気構造。 In an exhaust structure of an internal combustion engine in which a flange portion of an exhaust manifold is connected via a gasket to a cylinder head in which an air introduction opening of a secondary air passage is formed adjacent to a downstream end opening of the exhaust passage.
The gasket includes a first opening region corresponding to the downstream end opening of the exhaust passage, a second opening region corresponding to the air introduction opening of the secondary air passage, the first opening region and the second opening region. An exhaust structure for an internal combustion engine, wherein a continuous opening region for forming a continuous opening with the opening region is formed.
上記排気マニホールドのフランジ部には、上記排気通路の下流端開口と二次空気通路の空気導入開口とを連通させるための連通空間を、シリンダヘッドとの間で形成するように、このシリンダヘッドに対して後退する凹陥部が形成されていることを特徴とする内燃機関の排気構造。 In an exhaust structure of an internal combustion engine in which a flange portion of an exhaust manifold is connected via a gasket to a cylinder head in which an air introduction opening of a secondary air passage is formed adjacent to a downstream end opening of the exhaust passage.
In the flange portion of the exhaust manifold, a communication space for connecting the downstream end opening of the exhaust passage and the air introduction opening of the secondary air passage is formed between the cylinder head and the cylinder head. An exhaust structure for an internal combustion engine, characterized in that a recessed portion that is retracted is formed.
上記ガスケットには、上記排気通路の下流端開口に対応する第1の開口領域と、上記二次空気通路の空気導入開口に対応する第2の開口領域と、これら第1の開口領域と第2の開口領域とを連続した開口とするための連続開口領域とが形成されている一方、
上記排気マニホールドのフランジ部には、上記排気通路の下流端開口と二次空気通路の空気導入開口とを連通させるための連通空間を、シリンダヘッドとの間で形成するように、このシリンダヘッドに対して後退する凹陥部が形成されていることを特徴とする内燃機関の排気構造。 In an exhaust structure of an internal combustion engine in which a flange portion of an exhaust manifold is connected via a gasket to a cylinder head in which an air introduction opening of a secondary air passage is formed adjacent to a downstream end opening of the exhaust passage.
The gasket includes a first opening region corresponding to the downstream end opening of the exhaust passage, a second opening region corresponding to the air introduction opening of the secondary air passage, the first opening region and the second opening region. A continuous opening region for forming a continuous opening with the opening region of
In the flange portion of the exhaust manifold, a communication space for connecting the downstream end opening of the exhaust passage and the air introduction opening of the secondary air passage is formed between the cylinder head and the cylinder head. An exhaust structure for an internal combustion engine, characterized in that a recessed portion that is retracted is formed.
上記ガスケットにおけるシール性確保のためのビードの形状は、上記第1の開口領域、第2の開口領域、連続開口領域によって連続して形成される開口の外周縁に沿った形状となっていることを特徴とする内燃機関の排気構造。 In the exhaust structure of the internal combustion engine according to claim 1 or 3,
The shape of the bead for ensuring sealing performance in the gasket is a shape along the outer peripheral edge of the opening continuously formed by the first opening region, the second opening region, and the continuous opening region. An exhaust structure for an internal combustion engine.
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JP2013076396A (en) * | 2011-09-15 | 2013-04-25 | Daihatsu Motor Co Ltd | Egr device |
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