JP2017066884A - Exhaust connection part structure of engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ディーゼルエンジンにおけるシリンダヘッドの排気側と排気マニホルドとの接続部の構造など、エンジンの排気接合部構造に関するものである。 The present invention relates to an engine exhaust joint structure, such as a structure of a connection part between an exhaust side of a cylinder head and an exhaust manifold in a diesel engine.
この種のエンジンの排気接合部構造、即ち、シリンダヘッドに設けられた排気ポートと、シリンダヘッドに取付けられている排気通路とを備え、排気通路と排気ポートとで排気経路が形成されているエンジンの排気接合部構造としては、特許文献1や特許文献2において開示されるものが知られている。この場合、特許文献2(図1,3参照)に記載されるように、シリンダヘッドと排気マニホルドとの間には、通常、ガスケットが介装されている。
Exhaust joint structure of this type of engine, that is, an engine having an exhaust port provided in a cylinder head and an exhaust passage attached to the cylinder head, and an exhaust path is formed by the exhaust passage and the exhaust port As the exhaust joint structure, those disclosed in
ところで、ディーゼルエンジンにおいては、無負荷(又は軽負荷)運転を行うと、(1)燃焼温度が低い、(2)燃料の噴射率が低く噴霧が粗くなる、(3)ピストンとシリンダとのクリアランスが大きいことから、シリンダ内に未燃焼燃料、エンジンオイルが発生し、排気と一緒にシリンダ外に排出される、といった慢性的な問題がある。 By the way, in a diesel engine, when a no-load (or light load) operation is performed, (1) the combustion temperature is low, (2) the fuel injection rate is low and the spray becomes rough, (3) the clearance between the piston and the cylinder. Therefore, there is a chronic problem that unburned fuel and engine oil are generated in the cylinder and discharged out of the cylinder together with the exhaust.
エンジンが普通に運転され続けることによる温度上昇に伴い、燃焼温度や燃料噴射率は高くなり、また、未燃焼燃料やエンジンオイルは燃焼されて燃焼ガスとなることから、通常、前述した(1)〜(3)の問題は、一般的な運転状態においては解消されている。 As the engine continues to operate normally, the combustion temperature and fuel injection rate increase, and unburned fuel and engine oil are combusted to become combustion gas. The problem of (3) is eliminated in a general driving | running state.
しかしながら、長時間アイドリング状態が続くとか、冬季に軽負荷運転が続くなど、長時間に亘って無負荷(又は軽負荷)運転が行われると、未燃焼ガスなどが、マフラーや排気マニホルドといった排気系内に滞留してしまうことがある。 However, if no-load (or light-load) operation is performed for a long time, such as when idling continues for a long time or light-load operation continues in the winter, unburned gas will be discharged into the exhaust system such as a muffler or exhaust manifold May stay inside.
この場合、シリンダヘッドの排気ポートや排気マニホルドに滞留している未燃焼燃料やエンジンオイルなどによる液状未燃焼物が、シリンダヘッドと排気マニホルドとの接合部(接続部)から漏れ出すことがあった。この排気接合部にはガスケットが設けられていることも多いが、この場合では経時によりガスケットがへたるので、前記漏れは起こりうるものであった。 In this case, liquid unburned matter such as unburned fuel or engine oil staying in the exhaust port or exhaust manifold of the cylinder head may leak out from the joint (connecting portion) between the cylinder head and the exhaust manifold. . In many cases, the exhaust joint is provided with a gasket, but in this case, the gasket is eroded over time, and the leakage may occur.
本発明の目的は、主に排気系のさらなる構造見直しにより、無負荷(又は軽負荷)運転が長時間行われても、シリンダヘッドと排気マニホルドとの接合部から、液状未燃焼物が漏れ出すことが回避又は軽減されるように、改善されたエンジンの排気接合部構造を提供する点にある。 It is an object of the present invention to mainly cause liquid unburned matter to leak from the joint between the cylinder head and the exhaust manifold, even if no-load (or light-load) operation is performed for a long time due to a further structural review of the exhaust system. The object is to provide an improved engine exhaust joint structure so that this is avoided or reduced.
請求項1に係る発明は、シリンダヘッド2に設けられている排気ポート13と、前記シリンダヘッド2に取付けられている排気通路9とを備え、前記排気通路9と前記排気ポート13とで排気経路Hが形成されているエンジンの排気接合部構造において、
前記シリンダヘッド2における前記排気ポート13の出口壁16と、前記排気通路9の入口壁17とが、これら両者16,17の間に配置されるガスケット18を挟んで連結されており、
前記排気ポート13は、前記出口壁16に開口するポート出口13aが最も高さ位置が高くなる状態に傾斜が付けられているとともに、前記排気通路9は、前記入口壁17に開口する通路入口9aが最も高さ位置が高くなる状態に傾斜が付けられていることを特徴とするものである。
The invention according to
An
The
請求項2に係る発明は、請求項1に記載のエンジンの排気接合部構造において、
前記排気ポート13の傾斜角度α、及び前記排気通路9の傾斜角度βがそれぞれ2〜7度に設定されていることを特徴とするものである。
The invention according to
The inclination angle α of the
請求項3に係る発明は、請求項1又は2に記載のエンジンの排気接合部構造において、
前記排気ポート13における前記2〜7度の傾斜角度αの長さ範囲L1が前記ポート出口13aから30〜70mmに、かつ、前記排気通路9における前記2〜7度の傾斜角度βの長さ範囲L2が前記通路入口9aから30〜70mmに、それぞれ設定されていることを特徴とするものである。
The invention according to
The length range L1 of the inclination angle α of 2 to 7 degrees in the
請求項4に係る発明は、請求項1〜3の何れか一項に記載のエンジンの排気接合部構造において、
前記シリンダヘッド2は、前記排気ポート13における前記ポート出口13aから所定長さ燃焼室側へ寄った箇所の底部に、窪み又は穴部或いは出口壁側が低くなる段差19が設けられていることを特徴とするものである。
The invention according to claim 4 is the engine exhaust joint structure according to any one of
The
請求項1の発明によれば、シリンダヘッドと排気通路との接合部が最も高さ位置が高くなる状態に、排気ポート及び排気通路に傾斜が付けられているので、未燃焼燃料やエンジンオイルなどによる液状未燃焼物が燃焼室から排出されても、重力により、排気ポートにおいては燃焼室側に移動し、排気通路では排気出口側に移動するから、接合部に滞留しないようになる。従って、接合部には液状未燃焼物が存在しない、又は存在しても僅かであるから、接合部から液状未燃焼物が漏れ出すことが
軽減又は回避することが可能になる。
その結果、主に排気系のさらなる構造見直しにより、無負荷(又は軽負荷)運転が長時間行われても、排気マニホルドなど排気通路とシリンダヘッドとの接合部から、液状未燃焼物が漏れ出すことが回避又は軽減されるように、改善されたエンジンの排気接合部構造を提供することができる。
According to the first aspect of the present invention, since the exhaust port and the exhaust passage are inclined such that the joint portion between the cylinder head and the exhaust passage is at the highest position, unburned fuel, engine oil, etc. Even if the liquid unburned material is discharged from the combustion chamber, it moves to the combustion chamber side in the exhaust port and moves to the exhaust outlet side in the exhaust passage due to gravity, so that it does not stay at the joint. Therefore, liquid unburned material does not exist in the joint, or even if it exists, the liquid unburned material may leak from the joint.
It can be reduced or avoided.
As a result, liquid unburned matter leaks from the joint between the exhaust passage and the cylinder head, such as an exhaust manifold, even if no-load (or light-load) operation is performed for a long time, mainly due to a further structural review of the exhaust system. An improved engine exhaust joint structure can be provided so that this is avoided or reduced.
請求項2の発明のように、排気ポートの傾斜角度及び排気通路の傾斜角度を2〜7度に設定すれば、重力によって液状未燃焼物が接合部から遠ざかる方向に穏やかに移動できるようにしながら、7度を超えた急な傾斜角度により接合部において排気経路が急な角度で折れ曲がることもなく、好都合である。
If the inclination angle of the exhaust port and the inclination angle of the exhaust passage are set to 2 to 7 degrees as in the invention of
請求項3の発明のように、排気ポート及び排気通路における傾斜角度が付いた部分の長さを、それぞれ接合部から30〜70mmの長さに設定すれば、排気ポート及び排気通路を設計する際の制約条件(制限箇所)を極力短くして、設計の自由度をなるべく損なわないようにしながら、液状未燃焼物の接合部からの漏れ出し防止効果を発揮させることができる、という利点がある。
As in the invention of
請求項4の発明によれば、排気ポートにおけるポート出口から所定長さ燃焼室側へ寄った箇所の底部に、窪み又は穴部或いは出口壁側が低くなる段差が設けられているので、排気ポート内を燃焼室側に移動する液状未燃焼物は、窪みや穴部、或いは段差にて捕捉されるようになって、燃焼室側にダイレクトに戻ってしまう不都合を避けることができ、好都合である。 According to the fourth aspect of the present invention, a recess or a hole or a step that lowers the outlet wall side is provided at the bottom of a portion of the exhaust port that is close to the combustion chamber side by a predetermined length. The liquid unburned matter that moves to the combustion chamber side is trapped in the depressions, holes, or steps, which can avoid the disadvantage of returning directly to the combustion chamber side, which is advantageous.
以下に、本発明によるエンジンの排気接合部構造の実施の形態を、立形直列3気筒ディーゼルエンジンの場合について、図面を参照しながら説明する。 Embodiments of an engine exhaust joint structure according to the present invention will be described below with reference to the drawings in the case of a vertical in-line three-cylinder diesel engine.
このエンジンは、図1、図2に示されるように、シリンダブロック1の上部にシリンダヘッド2が組み付けられ、シリンダヘッド2の上部にヘッドカバー3が組み付けられ、シリンダブロック1の下部にオイルパン4が組み付けられ、シリンダブロック1の前部にギヤケース5が組み付けられている。シリンダブロック1の後部にはフライホイールハウジング6が組み付けられ、フライホイールハウジング6内には、クランク軸7に組み付けられたフライホイール(図示省略)が収容されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the engine has a
このエンジンは、図2に示すように、シリンダヘッド2の左側には吸気マニホルド8が組み付けられ、シリンダヘッド2の右側には、概略形状を仮想線にて示す排気マニホルド(排気通路の一例)9が組み付けられている。なお、図示は省略するが、排気マニホルド9の上部に過給機を設け、その過給機からパイプを介して吸気マニホルド8の吸気入口部に過給がなされる状態に構成しても良い。次に、排気経路の構造(エンジンの排気接合部構造)について説明する。
In this engine, as shown in FIG. 2, an
〔実施形態1〕
図3に示されるように、シリンダブロック1の上部であるシリンダ1Aに収容されているピストン10と、シリンダヘッド2との間に燃焼室11が形成されている。燃焼室11には、吸気バルブ(図示省略)が配置される吸気ポート(図示省略)と、排気バルブ12が配置される排気ポート13とが臨んでいる。排気ポート13、及び前述の排気マニホルド9内の内部排路9Aなどにより、エンジンの排気経路Hが構成されている。
As shown in FIG. 3, a combustion chamber 11 is formed between the
シリンダヘッド2の排気ポート13は、環状の金属材料でなるバルブシート14よりなる排気入口15を有している。この排気入口15は、排気バルブ12の下端に形成されている排気弁体12Aにより閉じられたり(図3の状態)、排気バルブ12の下降移動によって開かれたりする。ピストン10が上昇移動する排気工程においては、排気弁体12Aが図3に示される閉じ位置から少し下がり、排気入口15が開いて排気ガスなどが排気ポート13に流れて行く。
The
図3に示されるように、シリンダヘッド2における排気ポート13の出口壁16と、内部排路9Aの始端となる排気マニホルド9の入口壁17とが、これら両者16,17の間に配置されるガスケット18を挟んだ状態で、ボルト(図示省略)などにより連結されている。ガスケット18は、厚さの薄い円環状の一般的なものである。排気ポート13は、出口壁16に開口するポート出口13aが最も高さ位置が高くなる状態に傾斜が付けられており、かつ、内部排路9Aにも、入口壁17に開口する通路入口9aが最も高さ位置が高くなる状態に傾斜が付けられている。
As shown in FIG. 3, the
排気ポート13の傾斜は、燃焼室11側が低くなる(出口壁16側が高くなる)状態に下がりとなるポート傾斜角度αとされており、ポート傾斜角度αは2〜7度の範囲で付けられ、好ましくは3度に設定されている。排気通路9の傾斜は、入口壁17側が高くなる状態に下がりとなるエキマニ傾斜角度βとされており、エキマニ傾斜角度βは2〜7度の範囲で付けられ、好ましくは3度に設定されている。なお、図3において、Aは水平線である。また、内部排路9Aは、排気マニホルド9の途中で横方向に曲がって延びる構成とされている。
The inclination of the
そして、排気ポート13における3度(2〜7度)のポート傾斜角度αの長さ範囲L1は、ポート出口13aから燃焼室11側へ30〜70mmに、好ましくは50mmに設定されている。内部排路9Aにおける3度(2〜7度)のエキマニ傾斜角度βの長さ範囲L2は、通路入口9aから排気流れの下流側に向けて30〜70mmに、好ましくは50mmに設定されている。加えて、シリンダヘッド2は、排気ポート13におけるポート出口13aから所定長さ燃焼室11側へ寄った箇所の底部に、出口壁16側が低くなる段差(「窪み又は穴部或いは出口壁側が低くなる段差」の一例)19が設けられている。
The length range L1 of the port inclination angle α of 3 degrees (2 to 7 degrees) in the
段差19は、例えば、図3の矢視Zを表した図4(a)に示すように、排気ポート13の断面形状として円形状の箇所から上下に長い長円形(角丸形状)に変化させることにより構成されている。段差19の上下長さdは排気ポート13の径寸法や断面積にもよるが、3〜7mm、好ましくは5mmに設定されている。なお、排気ポート13の断面形状は、この段差19の箇所から出口壁16側に向かうに連れて、長円形から円形へと変化させても良い。図3に示される構造では、排気ポート13におけるポート出口13aから燃焼室11側へ50mm寄った箇所に段差19が構成されている。
For example, as shown in FIG. 4A showing the arrow Z in FIG. 3, the
このような排気経路Hを有するディーゼルエンジンにおいては、図3に示すように、長時間に亘って無負荷(又は軽負荷)運転が行われることに起因して、未燃焼燃料やエンジンオイルなどの液状未燃焼物rが燃焼室11から排出されると、排気ポート13内の液状未燃焼物rは、ポート傾斜角度αによる重力により燃焼室11側に向けて移動し、段差19の部位に溜る。そして、内部排路9Aの液状未燃焼物rは、エキマニ傾斜角度βによる重力により排気出口(通路入口9aと反対側であって、図示省略)方向(図3の紙面右方向)に移動して行く。
従って、液状未燃焼物rがガスケット18のある接合部に溜まらないようになるので、接合部から液状未燃焼物rが漏れ出るおそれが解消又は大きく軽減されるようになる。
In a diesel engine having such an exhaust path H, as shown in FIG. 3, unloaded (or lightly loaded) operation is performed over a long period of time. When the liquid unburned matter r is discharged from the combustion chamber 11, the liquid unburned matter r in the
Therefore, the liquid unburned material r does not accumulate in the joint portion where the
なお、排気経路Hに存在する液状未燃焼物rは、エンジンが定常運転されるなど、通常の運転状態になれば、燃焼ガスとなってマフラー外に出されるようになる。このように、エンジンが温度の高い通常運転になると、排気経路H外に排出されるので、排気ポート13や内部排路9Aなどの排気経路Hに滞留することは生じないようになる。
Note that the liquid unburned substance r existing in the exhaust path H becomes combustion gas and goes out of the muffler when the engine is in a normal operation state such as a steady operation. As described above, when the engine is in a normal operation at a high temperature, it is discharged out of the exhaust path H, so that the engine does not stay in the exhaust path H such as the
以上説明したように、本発明によるエンジンの排気接合部構造においては、シリンダヘッド2における排気ポート13の出口壁16と、排気通路9の入口壁17とが、これら両者16,17の間に配置されるガスケット18を挟んで連結されており、排気ポート13は、出口壁16に開口するポート出口13aが最も高さ位置が高くなる状態に傾斜が付けられているとともに、排気通路9は、入口壁17に開口する通路入口9aが最も高さ位置が高くなる状態に傾斜が付けられている。
排気ポート13の傾斜角度α、及び排気通路9の傾斜角度βがそれぞれ2〜7度に、好ましくは各々3度に設定されている。ポート傾斜角度αの長さ範囲L1は、ポート出口13aから30〜70mm、好ましくは50mmに、かつ、エキマニ傾斜角度βの長さ範囲L2は、通路入口9aから30〜70mm、好ましくは50mmに、それぞれ設定されている。また、排気ポート13におけるポート出口13aから所定長さ燃焼室11側へ寄った箇所の底部に、窪み又は穴部或いは出口壁側が低くなる段差19が設けられている。
As described above, in the exhaust joint structure of the engine according to the present invention, the
The inclination angle α of the
前記構成により、次の1)〜3)に示す作用効果も得られる。
1)シリンダヘッド2内の液状未燃焼物rは、シリンダ1A内に戻り易くなる。
2)排気ポート13のポート出口13a部の付近液状未燃焼物rが段差(窪み又は穴部)19に滞留し、排気マニホルド9との接合部まで到達し難くなる。また、段差(窪み又は穴部)19の壁面により、液状未燃焼物rが排気に晒され難くなり、接合部に押し出されることが生じ難くなる。
3)排気マニホルド9の通路入口9a付近の液状未燃焼物rが接合部に戻り難くなる。
上記作用効果1)〜3)により、液状未燃焼物rが接合部から漏れ出ることは生じないようになる。
With the above configuration, the following effects 1) to 3) are also obtained.
1) The liquid unburned substance r in the
2) In the vicinity of the
3) The liquid unburned substance r in the vicinity of the
Due to the above effects 1) to 3), the liquid unburned substance r does not leak from the joint.
〔別実施形態〕
例えば、図4(b)に示されるように、角度が漸次変化する曲線状の経路を有する排気ポート13であって、ポート傾斜角度αのうち最も小さい角度となるポート出口13aで2〜3度に設定される、という構成のシリンダヘッド2を有するエンジンの接合部構造でも良い。
また、図4(b)に示されるように、排気ポート13の経路途中の底部において、周方向へ帯状に広がる穴部(「窪み又は穴部或いは出口壁側が低くなる段差」の一例)19を設ける構成でも良い。
[Another embodiment]
For example, as shown in FIG. 4B, the
Further, as shown in FIG. 4B, a hole (an example of “a depression or a hole or a step where the outlet wall is lowered”) 19 that spreads in a belt shape in the circumferential direction is formed at the bottom of the
2 シリンダヘッド
9 排気通路
9a 通路入口
13 排気ポート
13a ポート出口
16 出口壁
17 入口壁
18 ガスケット
19 段差(窪み又は穴部或いは出口壁側が低くなる段差)
H 排気経路
L1 ポート傾斜角度の長さ範囲(傾斜角度αの長さ範囲)
L2 エキマニ傾斜角度の長さ範囲(度傾斜角度βの長さ範囲)
α ポート傾斜角度(排気ポートの傾斜角度)
β エキマニ傾斜角度(排気通路の傾斜角度)
2
H Exhaust path L1 Port tilt angle length range (length range of tilt angle α)
L2 exhaust manifold inclination angle length range (degree inclination angle β length range)
α Port inclination angle (Exhaust port inclination angle)
β exhaust manifold inclination angle (inclination angle of exhaust passage)
Claims (4)
前記シリンダヘッドにおける前記排気ポートの出口壁と、前記排気通路の入口壁とが、これら両者の間に配置されるガスケットを挟んで連結されており、
前記排気ポートは、前記出口壁に開口するポート出口が最も高さ位置が高くなる状態に傾斜が付けられているとともに、前記排気通路は、前記入口壁に開口する通路入口が最も高さ位置が高くなる状態に傾斜が付けられているエンジンの排気接合部構造。 An engine exhaust joint structure comprising an exhaust port provided in a cylinder head and an exhaust passage attached to the cylinder head, wherein an exhaust path is formed by the exhaust passage and the exhaust port. ,
The outlet wall of the exhaust port in the cylinder head and the inlet wall of the exhaust passage are connected with a gasket disposed therebetween,
The exhaust port is inclined so that the port outlet opening to the outlet wall has the highest height position, and the exhaust passage has the passage inlet opening to the inlet wall having the highest position. Exhaust joint structure of the engine with a slope in the rising state.
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