JP2020084955A - Internal combustion engine - Google Patents

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JP2020084955A JP2018224844A JP2018224844A JP2020084955A JP 2020084955 A JP2020084955 A JP 2020084955A JP 2018224844 A JP2018224844 A JP 2018224844A JP 2018224844 A JP2018224844 A JP 2018224844A JP 2020084955 A JP2020084955 A JP 2020084955A
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Abstract

To provide an exhaust port capable of enhancing a purification rate of unburned HC in the exhaust port.SOLUTION: An internal combustion engine comprising an exhaust port 12 communicating with a combustion chamber, comprises a deflecting part 51 formed on an inner surface of the exhaust port. The exhaust port comprises an inside communication part 12a that communicates with the inside of the combustion chamber in a radial direction and extends in an exhaust downstream direction, and an outside communication part 12b that communicates with the outside of the combustion chamber in the radial direction and extends in the exhaust downstream direction. The deflecting part is configured to redirect flow of exhaust gas so that the exhaust gas flowing along the outside communication part is directed to the inside communication part, or so that the exhaust gas flowing along the inside communication part is directed to the outside communication portion.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本開示は、燃焼室に連通する排気ポートを備える内燃機関に関する。 The present disclosure relates to an internal combustion engine that includes an exhaust port that communicates with a combustion chamber.

内燃機関の排気ポートについて、様々な観点から様々な形状にすることが検討されている。例えば、特許文献1に記載の排気ポートでは、燃焼室から排出される排気ガスに対する排気抵抗を小さくすることを目的として、排気弁の着座部近傍における排気ポートの内面が滑らかな円弧状に形成されている。 Various shapes of exhaust ports of internal combustion engines have been studied from various viewpoints. For example, in the exhaust port described in Patent Document 1, the inner surface of the exhaust port in the vicinity of the seating portion of the exhaust valve is formed in a smooth arc shape for the purpose of reducing exhaust resistance to exhaust gas discharged from the combustion chamber. ing.

また、特許文献2に記載の排気ポートでは、排気ポートの内周面に周方向に延びる溝が排気流れ方向に間隔をおいて複数形成されると共に、各溝の隣接する他の溝との間隔が各溝の幅の2倍よりも小さくなるように形成される。これにより、各溝内に渦が生成されて境界層が厚くなり、この境界層が断熱層として機能することから排気ポートの断熱性を高めることができるとされている。 Further, in the exhaust port described in Patent Document 2, a plurality of grooves extending in the circumferential direction are formed on the inner peripheral surface of the exhaust port at intervals in the exhaust flow direction, and the interval between each groove and another adjacent groove. Are formed to be smaller than twice the width of each groove. As a result, vortices are generated in each groove, the boundary layer becomes thicker, and this boundary layer functions as a heat insulating layer, so that the heat insulating property of the exhaust port can be improved.

特開平9−14047号公報JP-A-9-14047 特開2009−236110号公報JP, 2009-236110, A

ところで、燃焼室から排出される排気ガス中には燃焼室内で燃焼せずに残った未燃HCが含まれる。斯かる未燃HCは、内燃機関の排気通路内に配置される三元触媒等の浄化装置によって浄化される。しかしながら、斯かる未燃HCの浄化率を高めるため、又は三元触媒の浄化性能が低くても斯かる未燃HCを十分に浄化することができるようにするためには、排気ポート内で未燃HCを或る程度浄化することができることが好ましい。しかしながら、特許文献1、2に記載の構造を有する排気ポートでは、必ずしも排気ポート内で未燃HCを十分に浄化できているとはいえない。 By the way, the exhaust gas discharged from the combustion chamber contains unburned HC that remains unburned in the combustion chamber. Such unburned HC is purified by a purification device such as a three-way catalyst arranged in the exhaust passage of the internal combustion engine. However, in order to increase the purification rate of such unburned HC, or to be able to sufficiently purify such unburned HC even if the three-way catalyst has a low purification performance, the unburned HC in the exhaust port is not cleaned. It is preferable that the fuel HC can be purified to some extent. However, the exhaust ports having the structures described in Patent Documents 1 and 2 cannot necessarily be said to be able to sufficiently purify unburned HC in the exhaust ports.

上記課題に鑑みて、本開示の目的は、排気ポート内での未燃HCの浄化率を高めることができる排気ポートを提供することにある。 In view of the above problems, an object of the present disclosure is to provide an exhaust port that can increase the purification rate of unburned HC in the exhaust port.

本開示の要旨は以下のとおりである。 The summary of the present disclosure is as follows.

(1) 燃焼室に連通する排気ポートを備える内燃機関であって、前記排気ポートの内面上に形成された偏向部を備え、前記排気ポートは、前記燃焼室の径方向内側に連通すると共に排気下流方向に延びる内側連通部分と、前記燃焼室の径方向外側に連通すると共に排気下流方向に延びる外側連通部分とを備え、前記偏向部は、前記外側連通部分に沿って流れていた排気ガスが前記内側連通部分に向かうように、又は前記内側連通部分に沿って流れていた排気ガスが前記外側連通部分に向かうように、排気ガスの流れの向きを変えるように構成される、内燃機関。 (1) An internal combustion engine having an exhaust port communicating with a combustion chamber, comprising a deflecting portion formed on an inner surface of the exhaust port, the exhaust port communicating with a radially inner side of the combustion chamber and exhausting gas. An inner communicating portion extending in the downstream direction and an outer communicating portion communicating in the radial outside of the combustion chamber and extending in the exhaust downstream direction are provided, and the deflection portion is configured such that exhaust gas flowing along the outer communicating portion is exhausted. An internal combustion engine configured to change a flow direction of exhaust gas so as to be directed toward the inner communication portion or exhaust gas flowing along the inner communication portion toward the outer communication portion.

本開示によれば、排気ポート内での未燃HCの浄化率を高めることができる排気ポートが提供される。 According to the present disclosure, an exhaust port capable of increasing the purification rate of unburned HC in the exhaust port is provided.

図1は、第一実施形態に係る内燃機関を概略的に示す部分断面図である。FIG. 1 is a partial cross-sectional view schematically showing an internal combustion engine according to the first embodiment. 図2は、図1の排気開口近傍を拡大して示した拡大断面図である。FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing the vicinity of the exhaust opening of FIG. 1 in an enlarged manner. 図3は、図2の線III−IIIに沿って見た排気ポートの断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of the exhaust port taken along line III-III in FIG. 図4は、図3の線IV−IVに沿って見た凸部の断面図である。FIG. 4 is a sectional view of the convex portion taken along line IV-IV in FIG. 図5は、排気ポートの内面上に凸部が設けられていない場合における排気ポート内の未燃HCの濃度分布及び排気ガスの温度分布を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a concentration distribution of unburned HC and a temperature distribution of exhaust gas in the exhaust port when the convex portion is not provided on the inner surface of the exhaust port. 図6は、第二実施形態に係る内燃機関を概略的に示す、図1と同様な部分断面図である。FIG. 6 is a partial sectional view similar to FIG. 1, schematically showing an internal combustion engine according to the second embodiment. 図7は、図6の排気開口近傍を拡大して示した、図2と同様な拡大断面図である。FIG. 7 is an enlarged cross-sectional view similar to FIG. 2 in which the vicinity of the exhaust opening of FIG. 6 is enlarged and shown. 図8は、図7の線VIII−VIIIに沿って見た排気ポートの断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view of the exhaust port taken along line VIII-VIII in FIG. 7.

以下、図面を参照して実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。 Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings. In addition, in the following description, the same components are designated by the same reference numerals.

<第一実施形態>
≪内燃機関の構成≫
図1及び図2を参照して、第一実施形態に係る内燃機関1の構成について説明する。図1は、第一実施形態に係る内燃機関1を概略的に示す部分断面図である。また、図2は、図1の排気開口近傍を拡大して示した拡大断面図である。図1に示したように、内燃機関1は、シリンダブロック2、シリンダヘッド3、ピストン4、コンロッド5を備える。
<First embodiment>
<<Structure of internal combustion engine>>
The configuration of the internal combustion engine 1 according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a partial cross-sectional view schematically showing an internal combustion engine 1 according to the first embodiment. FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing the vicinity of the exhaust opening of FIG. 1 in an enlarged manner. As shown in FIG. 1, the internal combustion engine 1 includes a cylinder block 2, a cylinder head 3, a piston 4, and a connecting rod 5.

シリンダブロック2は、並んで配置された複数のシリンダ6を備える。シリンダヘッド3は、シリンダ6が開いている表面においてシリンダブロック2に当接するように配置され、シリンダブロック2に形成されたシリンダ6の一方の端部を塞ぐように配置される。 The cylinder block 2 includes a plurality of cylinders 6 arranged side by side. The cylinder head 3 is arranged so as to abut the cylinder block 2 on the surface where the cylinder 6 is open, and is arranged so as to close one end of the cylinder 6 formed in the cylinder block 2.

ピストン4は、シリンダブロック2内に形成されたシリンダ6内を往復運動するように配置される。ピストン4は、ピストンピンを介してコンロッド5に連結される。コンロッド5は、クランクピンを介してクランクシャフト(図示せず)に連結され、ピストン4の往復運動をクランクシャフトの回転運度に変換するように作用する。また、シリンダブロック2のシリンダ6の壁面とシリンダヘッド3とピストン4とによって、混合気が燃焼する燃焼室7が形成される。 The piston 4 is arranged so as to reciprocate in a cylinder 6 formed in the cylinder block 2. The piston 4 is connected to the connecting rod 5 via a piston pin. The connecting rod 5 is connected to a crankshaft (not shown) via a crankpin, and acts so as to convert the reciprocating motion of the piston 4 into the rotational mobility of the crankshaft. Further, the wall surface of the cylinder 6 of the cylinder block 2, the cylinder head 3 and the piston 4 form a combustion chamber 7 in which the air-fuel mixture burns.

図1に示したように、シリンダヘッド3には、吸気ポート11及び排気ポート12が形成される。吸気ポート11は、燃焼室7に面すると共にシリンダヘッド3に形成された吸気開口13を介して燃焼室7に連通する。同様に、排気ポート12は、燃焼室7に面すると共にシリンダヘッド3に形成された排気開口14を介して燃焼室7に連通する。 As shown in FIG. 1, an intake port 11 and an exhaust port 12 are formed in the cylinder head 3. The intake port 11 faces the combustion chamber 7 and communicates with the combustion chamber 7 via an intake opening 13 formed in the cylinder head 3. Similarly, the exhaust port 12 faces the combustion chamber 7 and communicates with the combustion chamber 7 through an exhaust opening 14 formed in the cylinder head 3.

本実施形態では、各燃焼室7毎に、二つの吸気開口13及び二つの排気開口14が設けられる。二つの吸気開口13は、複数のシリンダ6が並んで配置される方向(以下、「シリンダ整列方向」ともいう)と同一方向に並んで配置される。同様に、二つの排気開口14は、シリンダ整列方向と同一方向に並んで配置される。各シリンダ6の中心軸線を通ってシリンダ整列方向に延びる中央平面に対して一方側に二つの吸気開口13が配置され、他方側に二つの排気開口14が配置される。 In this embodiment, two intake openings 13 and two exhaust openings 14 are provided for each combustion chamber 7. The two intake openings 13 are arranged side by side in the same direction as the direction in which the plurality of cylinders 6 are arranged side by side (hereinafter also referred to as “cylinder alignment direction”). Similarly, the two exhaust openings 14 are arranged side by side in the same direction as the cylinder alignment direction. Two intake openings 13 are arranged on one side and two exhaust openings 14 are arranged on the other side with respect to a central plane extending through the central axis of each cylinder 6 in the cylinder alignment direction.

また、各吸気開口13の縁部周りにはその全周に亘って、後述する吸気弁21が閉弁時に当接する吸気シート部(図示せず)が設けられる。同様に、排気開口14の縁部周りにはその全周に亘って、後述する排気弁31が閉弁時に当接する排気シート部15が設けられる。排気シート部15は、図2に示したように、シリンダヘッド3とは別体のバルブシートとして形成されてもよいし、シリンダヘッド3に直接形成されたシートであってもよい。 In addition, an intake seat portion (not shown) is provided around the edge of each intake opening 13 over the entire circumference thereof so that an intake valve 21 described later abuts when the valve is closed. Similarly, around the edge of the exhaust opening 14, an exhaust seat portion 15 with which an exhaust valve 31 described later abuts when the valve is closed is provided over the entire circumference. As shown in FIG. 2, the exhaust seat portion 15 may be formed as a valve seat separate from the cylinder head 3, or may be a seat formed directly on the cylinder head 3.

また、シリンダヘッド3には、吸気開口13を開閉する吸気弁21と、排気開口14を開閉する排気弁31と、燃焼室7内の混合気を点火する点火プラグ41とが設けられる。また、シリンダヘッド3には、吸気ポート11内に燃料を噴射する燃料噴射弁(図示せず)が設けられる。 Further, the cylinder head 3 is provided with an intake valve 21 that opens and closes the intake opening 13, an exhaust valve 31 that opens and closes the exhaust opening 14, and an ignition plug 41 that ignites the air-fuel mixture in the combustion chamber 7. Further, the cylinder head 3 is provided with a fuel injection valve (not shown) for injecting fuel into the intake port 11.

吸気弁21は、バルブステム22と、バルブステム22の一方の端部に固定された弁体23とを備える。吸気弁21は、バルブステム22が延在する方向、すなわち吸気弁21の軸線方向に摺動可能にシリンダヘッド3内に配置される。吸気弁21は、吸気動弁機構(図示せず)によってその軸線方向にリフトされる。吸気動弁機構は、吸気弁21の作用角、位相角及び最大リフト量の少なくとも一つを変更可能な可変動弁機構であってもよいし、これらを変更不能な動弁機構であってもよい。 The intake valve 21 includes a valve stem 22 and a valve body 23 fixed to one end of the valve stem 22. The intake valve 21 is arranged in the cylinder head 3 so as to be slidable in the direction in which the valve stem 22 extends, that is, in the axial direction of the intake valve 21. The intake valve 21 is lifted in the axial direction by an intake valve operating mechanism (not shown). The intake valve operating mechanism may be a variable valve operating mechanism capable of changing at least one of the working angle, the phase angle and the maximum lift amount of the intake valve 21, or may be a valve operating mechanism incapable of changing these. Good.

同様に、排気弁31は、バルブステム32と、バルブステム32の一方の端部に固定された弁体33とを備える。排気弁31は、バルブステム32が延在する方向、すなわち排気弁31の軸線方向に摺動可能にシリンダヘッド3内に配置される。排気弁31は、排気動弁機構(図示せず)によってその軸線方向にリフトされる。排気動弁機構は、排気弁31の作用角、位相角及び最大リフト量の少なくとも一つを変更可能な可変動弁機構であってもよいし、これらを変更不能な動弁機構であってもよい。 Similarly, the exhaust valve 31 includes a valve stem 32 and a valve body 33 fixed to one end of the valve stem 32. The exhaust valve 31 is arranged in the cylinder head 3 so as to be slidable in the direction in which the valve stem 32 extends, that is, in the axial direction of the exhaust valve 31. The exhaust valve 31 is lifted in the axial direction by an exhaust valve mechanism (not shown). The exhaust valve operating mechanism may be a variable valve operating mechanism capable of changing at least one of the operating angle, the phase angle and the maximum lift amount of the exhaust valve 31, or may be a valve operating mechanism incapable of changing these. Good.

点火プラグ41は、燃焼室7のほぼ中央において、燃焼室7の上面に位置するようにシリンダヘッド3に取り付けられる。 The spark plug 41 is attached to the cylinder head 3 so as to be located on the upper surface of the combustion chamber 7 in the approximate center of the combustion chamber 7.

なお、本実施形態では吸気ポート11内に燃料を噴射する燃料噴射弁が設けられているが、この燃料噴射弁の代わりに或いはこの燃料噴射弁に加えて、燃焼室7内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁をシリンダヘッド3に設けてもよい。この場合、燃料噴射弁は、その噴孔が点火プラグ41に近接して二つの吸気開口13の間に位置するように配置される。 In this embodiment, a fuel injection valve for injecting fuel is provided in the intake port 11, but instead of this fuel injection valve or in addition to this fuel injection valve, fuel is directly injected into the combustion chamber 7. A fuel injection valve that operates may be provided in the cylinder head 3. In this case, the fuel injection valve is arranged such that its injection hole is located close to the spark plug 41 and between the two intake openings 13.

また、本実施形態では燃焼室7に曝されるように点火プラグ41が設けられているが、点火プラグ41は設けられなくてもよい。この場合、燃焼室7にて混合気が自着火するように、燃焼室7内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁からの燃料噴射が制御される。 Further, in the present embodiment, the spark plug 41 is provided so as to be exposed to the combustion chamber 7, but the spark plug 41 may not be provided. In this case, fuel injection from the fuel injection valve that directly injects fuel into the combustion chamber 7 is controlled so that the air-fuel mixture self-ignites in the combustion chamber 7.

なお、本明細書では、シリンダ6の軸線方向において、相対的にシリンダヘッド3側を上方、相対的にシリンダブロック2側を下方と称する。しかしながら、内燃機関1は、必ずしもシリンダ6の軸線が鉛直方向に延びるように配置される必要はなく、様々な向きで配置されてもよい。したがって、内燃機関1は、例えば、シリンダ6の軸線が水平方向に延びるように配置されてもよい。 In the present specification, in the axial direction of the cylinder 6, the cylinder head 3 side is relatively referred to as the upper side, and the cylinder block 2 side is relatively referred to as the lower side. However, the internal combustion engine 1 does not necessarily have to be arranged so that the axis of the cylinder 6 extends in the vertical direction, and may be arranged in various directions. Therefore, the internal combustion engine 1 may be arranged, for example, such that the axis of the cylinder 6 extends in the horizontal direction.

≪排気ポートの構成≫
次に、図3及び図4を参照して、排気ポート12の構成について説明する。図3は、図2の線III−IIIに沿って見た排気ポート12の断面図であり、図4は、図3の線IV−IVに沿って見た凸部51の断面図である。
<<Exhaust port configuration>>
Next, the configuration of the exhaust port 12 will be described with reference to FIGS. 3 and 4. 3 is a cross-sectional view of the exhaust port 12 taken along line III-III of FIG. 2, and FIG. 4 is a cross-sectional view of the convex portion 51 taken along line IV-IV of FIG.

本明細書では、排気ポート12を画成する壁面のうち、燃焼室7の径方向内側に連通すると共に排気下流方向に延びる部分を、内側連通部分12aと称する。また、本明細書では、排気ポート12を画成する壁面のうち、燃焼室7の径方向外側に連通すると共に排気下流方向に延びる部分を、外側連通部分12bと称する。したがって、内側連通部分12aは排気ポート12の上面を画成し、外側連通部分12bは排気ポート12の下面を画成する。 In this specification, a portion of the wall surface defining the exhaust port 12 that communicates with the inner side of the combustion chamber 7 in the radial direction and extends in the exhaust downstream direction is referred to as an inner communicating portion 12a. Further, in this specification, a portion of the wall surface defining the exhaust port 12 that communicates with the combustion chamber 7 in the radial direction and extends in the exhaust downstream direction is referred to as an outer communication portion 12b. Therefore, the inner communication portion 12 a defines the upper surface of the exhaust port 12, and the outer communication portion 12 b defines the lower surface of the exhaust port 12.

本実施形態では、図3に示したように、排気ポート12の外側連通部分12b上に凸部51が形成される。図3に示したように、凸部51は、排気流れ方向において排気シート部15のすぐ下流側に配置される。すなわち、凸部51は、排気流れ方向において排気弁31が当接するシリンダヘッド3の部分のすぐ下流側に配置される。凸部51は、その上流側端部が排気シート部15の下流側端部と接するように配置されてもよい。 In the present embodiment, as shown in FIG. 3, the convex portion 51 is formed on the outer communication portion 12b of the exhaust port 12. As shown in FIG. 3, the convex portion 51 is arranged immediately downstream of the exhaust sheet portion 15 in the exhaust flow direction. That is, the convex portion 51 is arranged immediately downstream of the portion of the cylinder head 3 with which the exhaust valve 31 contacts in the exhaust flow direction. The convex portion 51 may be arranged so that the upstream end thereof is in contact with the downstream end of the exhaust sheet portion 15.

また、図4に示したように、凸部51は、凸部51よりも上流側の外側連通部分12bから下流側に向かって外側連通部分12bに対して角度αで延びる上流側表面51aを有する。加えて、凸部51は、凸部51よりも下流側の外側連通部分12bから上流側に向かって外側連通部分12bに対して角度βで延びる下流側表面51bを有する。加えて、上流側表面51aと下流側表面51bとは互いに対して角度γを有するように構成される。 Further, as shown in FIG. 4, the convex portion 51 has an upstream surface 51a extending from the outer communicating portion 12b on the upstream side of the convex portion 51 toward the downstream side at an angle α with respect to the outer communicating portion 12b. .. In addition, the convex portion 51 has a downstream surface 51b extending from the outer communicating portion 12b on the downstream side of the convex portion 51 toward the upstream side at an angle β with respect to the outer communicating portion 12b. In addition, the upstream surface 51a and the downstream surface 51b are configured to have an angle γ with respect to each other.

角度γは、例えば80°〜120°であり、好ましくは85°〜110°であり、より好ましくは90°〜100°である。本実施形態では、角度γは90°とされる。また、本実施形態では、角度αは角度βよりも小さい。角度αは、例えば20°〜45°、好ましくは25°〜40°、より好ましくは30°〜35°とされる。加えて、角度βは、例えば45°〜70°、好ましくは50°〜65°、より好ましくは55°〜60°とされる。 The angle γ is, for example, 80° to 120°, preferably 85° to 110°, more preferably 90° to 100°. In this embodiment, the angle γ is 90°. Further, in the present embodiment, the angle α is smaller than the angle β. The angle α is, for example, 20° to 45°, preferably 25° to 40°, more preferably 30° to 35°. In addition, the angle β is, for example, 45° to 70°, preferably 50° to 65°, more preferably 55° to 60°.

また、一つの凸部51は、例えば周方向において5°〜70°に亘って、好ましくは10°〜55°に亘って、より好ましくは15°〜40°に亘って排気ポート12の外側連通部分12b上に設けられている。図3に示した例では、凸部51は、約50°に亘って排気ポート12の外側連通部分12b上に設けられている。特に、図3に示した例では、凸部51は、その頂点が上下方向に対して垂直な方向に直線的に延びるように形成される。しかしながら、凸部51は、その頂点が円弧状に延びるように形成されてもよい。 Further, one convex portion 51 communicates with the outside of the exhaust port 12 over, for example, 5° to 70° in the circumferential direction, preferably 10° to 55°, and more preferably 15° to 40°. It is provided on the portion 12b. In the example shown in FIG. 3, the convex portion 51 is provided on the outer communication portion 12b of the exhaust port 12 over approximately 50°. In particular, in the example shown in FIG. 3, the convex portion 51 is formed so that its apex extends linearly in a direction perpendicular to the vertical direction. However, the convex portion 51 may be formed so that its apex extends in an arc shape.

加えて、凸部51は、外側連通部分12bの表面からその頂点までの高さが、最も高い箇所において、排気ポート12の直径の0.5〜10%になるように、好ましくは1〜7%になるように、より好ましくは1.5〜5%になるように形成される。図3に示した例では、凸部51の頂点までの高さは最も高い箇所において4%程度となっている。 In addition, the height of the convex portion 51 from the surface of the outer communication portion 12b to the apex thereof is 0.5 to 10% of the diameter of the exhaust port 12 at the highest point, preferably 1 to 7. %, more preferably 1.5 to 5%. In the example shown in FIG. 3, the height to the apex of the convex portion 51 is about 4% at the highest point.

なお、上記実施形態では、凸部51が一つのみ外側連通部分12bの表面上に設けられている。しかしながら、凸部51は内側連通部分12aの表面上に設けられてもよい。また、凸部51は、排気ポート12の内面に複数設けられてもよい。この場合、凸部51は、例えば、外側連通部分12bの表面上と内側連通部分12aの表面上とにそれぞれ一つずつ設けられる。また、この場合、内側連通部分12a上の凸部51と外側連通部分12b上の凸部51とは、排気流れ方向に対して垂直な断面について、同一断面上に設けられてもよいし、上下流方向にオフセットして異なる断面に設けられてもよい、 In the above embodiment, only one convex portion 51 is provided on the surface of the outer communication portion 12b. However, the convex portion 51 may be provided on the surface of the inner communication portion 12a. Further, the plurality of convex portions 51 may be provided on the inner surface of the exhaust port 12. In this case, one convex portion 51 is provided on each of the outer communication portion 12b and the inner communication portion 12a. In this case, the convex portion 51 on the inner communication portion 12a and the convex portion 51 on the outer communication portion 12b may be provided on the same cross section with respect to a cross section perpendicular to the exhaust flow direction. May be offset in the downstream direction and provided on different cross sections,

≪作用・効果≫
次に、図5を参照して、上述したような構成を有する内燃機関1によって奏される作用・効果について説明する。
≪Action and effect≫
Next, with reference to FIG. 5, the operation and effect produced by the internal combustion engine 1 having the above-described configuration will be described.

図5(A)は、排気ポート12の内面上に凸部51が設けられていない場合における排気ポート12内の未燃HCの濃度分布を示す図である。特に図5(A)中に濃いドットで表された領域は未燃HCの濃度が高い領域を表している。また、図5(B)は、排気ポート12の内面上に凸部51が設けられていない場合における排気ポート12内の排気ガスの温度分布を示す図である。特に図5(B)中に濃いドットで表された領域は排気ガスの温度が高い領域を表している。 FIG. 5A is a diagram showing the concentration distribution of unburned HC in the exhaust port 12 when the convex portion 51 is not provided on the inner surface of the exhaust port 12. In particular, the region represented by a dark dot in FIG. 5A represents a region where the concentration of unburned HC is high. Further, FIG. 5B is a diagram showing the temperature distribution of the exhaust gas in the exhaust port 12 when the convex portion 51 is not provided on the inner surface of the exhaust port 12. In particular, a region shown by a dark dot in FIG. 5B represents a region where the temperature of exhaust gas is high.

図5(A)からわかるように、排気ポート12内では、外側連通部分12b側を通って流れる排気ガス中の未燃HCの濃度は、内側連通部分12a側を通って流れる排気ガス中の未燃HC濃度よりも高くなる。一方、排気ポート12内では、内側連通部分12a側を通って流れる排気ガスの温度は、外側連通部分12b側を通って流れる排気ガスの温度よりも高い。排気ポート12内において、未燃HCの濃度及び排気ガスの温度にこのような分布ができるのは以下のような理由からであると考えられる。 As can be seen from FIG. 5(A), in the exhaust port 12, the concentration of unburned HC in the exhaust gas flowing through the outer communicating portion 12b is higher than the concentration of unburned HC in the exhaust gas flowing through the inner communicating portion 12a. It becomes higher than the fuel HC concentration. On the other hand, in the exhaust port 12, the temperature of the exhaust gas flowing through the inner communication portion 12a side is higher than the temperature of the exhaust gas flowing through the outer communication portion 12b side. It is considered that the distribution of the unburned HC concentration and the temperature of the exhaust gas in the exhaust port 12 is as follows.

すなわち、燃焼室7の外周部の混合気は、シリンダ6の壁面により冷却されるため、燃焼室7の中央部の混合気よりも温度が低い。この結果、燃焼室7内で混合気の燃焼が起きても、シリンダ6の壁面近傍まで十分に火炎が到達しない。この結果、シリンダ6の壁面近傍の混合気中のHCの一部は燃焼せずに残ることになる。加えて、シリンダ6の壁面近傍ではシリンダ6の壁面によって混合気が冷却されることに加えて混合気が十分に燃焼しないため、シリンダ6の壁面近傍では燃焼ガスの温度が低くなり易い。 That is, the air-fuel mixture in the outer peripheral portion of the combustion chamber 7 is cooled by the wall surface of the cylinder 6, and therefore has a lower temperature than the air-fuel mixture in the central portion of the combustion chamber 7. As a result, even if combustion of the air-fuel mixture occurs in the combustion chamber 7, the flame does not sufficiently reach the vicinity of the wall surface of the cylinder 6. As a result, a part of the HC in the air-fuel mixture near the wall surface of the cylinder 6 remains without being burned. In addition, since the air-fuel mixture is cooled by the wall surface of the cylinder 6 in the vicinity of the wall surface of the cylinder 6 and the air-fuel mixture does not burn sufficiently, the temperature of the combustion gas tends to be low near the wall surface of the cylinder 6.

また、排気ポート12の内側連通部分12a側には主に燃焼室7の中央部から排気ガスが流出する。この結果、内側連通部分12a側にはHC濃度の低い高温の排気ガスが流れることになる。一方、排気ポート12の外側連通部分12b側には主に燃焼室7の外周部から排気ガスが流出する。この結果、外側連通部分12b側にはHC濃度の高い低温の排気ガスが流れることになる。 Further, exhaust gas mainly flows out from the central portion of the combustion chamber 7 to the inner communication portion 12a side of the exhaust port 12. As a result, high-temperature exhaust gas having a low HC concentration flows on the inner communication portion 12a side. On the other hand, the exhaust gas mainly flows from the outer peripheral portion of the combustion chamber 7 to the outer communication portion 12b side of the exhaust port 12. As a result, low temperature exhaust gas having a high HC concentration flows to the outer communication portion 12b side.

これに対して、上記実施形態に係る内燃機関1では、排気ポート12の外側連通部分12b上に凸部51が設けられる。このため、外側連通部分12bに沿って排気ポート12に流入した排気ガスは、凸部51の上流側表面51a上を通って流れる。ここで凸部51の頂点は120°以下の比較的急な角度を有するため、上流側表面51a上を通って流れてきた排気ガスは凸部51の頂点において剥離する。この結果、凸部51よりも下流側では外側連通部分12b上の排気ガスに乱れが生じ、外側連通部分12bに沿って流れていた排気ガスの一部は、内側連通部分12aに向かって流れるように、その流れの向きが変更される。この結果、外側連通部分12bに沿って流れてきた排気ガスと内側連通部分12aに沿って流れてきた排気ガスとが混合する。このように排気ガスが混合されると、上述したように内側連通部分12aに沿って流れている排気ガスの温度は高いため、外側連通部分12bから内側連通部分12aに向かって流れてきた排気ガス中の未燃HCが酸化、浄化される。したがって、上記実施形態に係る内燃機関1によれば、排気ポート12内での未燃HCの浄化率を高めることができる。 On the other hand, in the internal combustion engine 1 according to the above embodiment, the convex portion 51 is provided on the outer communication portion 12b of the exhaust port 12. Therefore, the exhaust gas flowing into the exhaust port 12 along the outer communication portion 12b flows on the upstream surface 51a of the convex portion 51. Here, since the apex of the convex portion 51 has a relatively steep angle of 120° or less, the exhaust gas flowing on the upstream surface 51a is separated at the apex of the convex portion 51. As a result, the exhaust gas on the outer communication portion 12b is disturbed on the downstream side of the convex portion 51, and a part of the exhaust gas flowing along the outer communication portion 12b flows toward the inner communication portion 12a. , The direction of the flow is changed. As a result, the exhaust gas flowing along the outer communicating portion 12b and the exhaust gas flowing along the inner communicating portion 12a are mixed. When the exhaust gas is mixed in this way, the temperature of the exhaust gas flowing along the inner communication portion 12a is high as described above, so that the exhaust gas flowing from the outer communication portion 12b toward the inner communication portion 12a. Unburned HC inside is oxidized and purified. Therefore, according to the internal combustion engine 1 according to the above embodiment, the purification rate of unburned HC in the exhaust port 12 can be increased.

なお、上記実施形態では外側連通部分12b上に凸部51が設けられているが、上述したように、凸部51は内側連通部分12a上に設けられてもよい。この場合には、内側連通部分12a上に沿って流れていた排気ガスの一部は、凸部51の頂点において剥離して、外側連通部分12bに向かって流れるように、その流れの向きが変更される。この結果、内側連通部分12aに沿って流れてきた排気ガスと外側連通部分12bに沿って流れてきた排気ガスとが混合し、排気ガス中の未燃HCが酸化、除去される。したがって、凸部51が内側連通部分12a上に設けられた場合であっても、排気ポート12内での未燃HCの浄化率を高めることができる。 In addition, although the convex portion 51 is provided on the outer communicating portion 12b in the above embodiment, the convex portion 51 may be provided on the inner communicating portion 12a as described above. In this case, the direction of the flow is changed so that part of the exhaust gas flowing along the inner communication portion 12a is separated at the apex of the convex portion 51 and flows toward the outer communication portion 12b. To be done. As a result, the exhaust gas flowing along the inner communication portion 12a and the exhaust gas flowing along the outer communication portion 12b are mixed, and unburned HC in the exhaust gas is oxidized and removed. Therefore, even if the convex portion 51 is provided on the inner communication portion 12a, the purification rate of unburned HC in the exhaust port 12 can be increased.

<第二実施形態>
次に、図6〜図8を参照して、第二実施形態に係る内燃機関1について説明する。特に、以下では、第一実施形態に係る内燃機関とは異なる部分を中心に説明する。
<Second embodiment>
Next, an internal combustion engine 1 according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. 6 to 8. In particular, in the following, the description will focus on the parts that are different from the internal combustion engine according to the first embodiment.

≪排気ポートの構成≫
図6は、第二実施形態に係る内燃機関1を概略的に示す、図1と同様な部分断面図である。図7は、図6の排気開口近傍を拡大して示した、図2と同様な拡大断面図である。また、図8は、図7の線VIII−VIIIに沿って見た排気ポート12の断面図である。
<<Exhaust port configuration>>
FIG. 6 is a partial sectional view similar to FIG. 1, schematically showing the internal combustion engine 1 according to the second embodiment. FIG. 7 is an enlarged cross-sectional view similar to FIG. 2 in which the vicinity of the exhaust opening of FIG. 6 is enlarged and shown. 8 is a sectional view of the exhaust port 12 taken along the line VIII-VIII in FIG. 7.

本実施形態では、図6〜図8に示したように、排気ポート12の内面に複数の凹部61が形成される。図6及び図7に示したように、凹部61は、排気流れ方向において排気シート部15のすぐ下流側に配置される。すなわち、凹部61は、排気流れ方向において排気弁31が当接するシリンダヘッド3の部分のすぐ下流側に配置される。凹部61は、その上流側端部が排気シート部15の下流側端部と接するように配置されてもよい。 In the present embodiment, as shown in FIGS. 6 to 8, a plurality of recesses 61 are formed on the inner surface of the exhaust port 12. As shown in FIGS. 6 and 7, the recess 61 is arranged immediately downstream of the exhaust seat portion 15 in the exhaust flow direction. That is, the recess 61 is arranged immediately downstream of the portion of the cylinder head 3 with which the exhaust valve 31 comes into contact in the exhaust flow direction. The recess 61 may be arranged so that its upstream end contacts the downstream end of the exhaust sheet portion 15.

また、図7及び図8からわかるように、本実施形態では、凹部61は排気ポート12の周方向に等間隔で整列して複数配置される。すなわち、複数の凹部61は排気流れ方向に対して垂直な一つの断面上において排気ポート12の内面上に等間隔に配置される。図8に示したように、本実施形態では、12個の凹部が周方向に等間隔に配置される。 Further, as can be seen from FIGS. 7 and 8, in the present embodiment, a plurality of recesses 61 are arranged at equal intervals in the circumferential direction of the exhaust port 12. That is, the plurality of recesses 61 are arranged at equal intervals on the inner surface of the exhaust port 12 on one cross section perpendicular to the exhaust flow direction. As shown in FIG. 8, in this embodiment, twelve concave portions are arranged at equal intervals in the circumferential direction.

本実施形態では、各凹部61は、球欠状に形成される。加えて、各凹部61は、その開口径Xが排気弁31の弁体23の直径の2〜15%、好ましくは5〜10%になるように形成される。また、各凹部61は、その深さが排気弁31の弁体23の直径の0.5〜8%、好ましくは2〜5%になるように形成される。 In the present embodiment, each recess 61 is formed in a spherical shape. In addition, each recess 61 is formed so that its opening diameter X is 2 to 15%, preferably 5 to 10% of the diameter of the valve body 23 of the exhaust valve 31. Further, each recess 61 is formed such that the depth thereof is 0.5 to 8%, preferably 2 to 5% of the diameter of the valve body 23 of the exhaust valve 31.

なお、本実施形態では、凹部61は周方向に等間隔に設けられている。しかしながら、凹部61は必ずしも周方向に等間隔に設けられていなくてもよい。例えば、凹部61は、内側連通部分12a及び外側連通部分12bの一方のみに設けられてもよい。或いは、凹部61は、内側連通部分12a及び外側連通部分12bの中央近傍に設けられて、その側方(すなわち、排気流れ方向及び上下方向に対して垂直な方向(シリンダ整列方向)側に位置する排気ポート12の側面)には設けられなくてもよい。 In the present embodiment, the recesses 61 are provided at equal intervals in the circumferential direction. However, the recesses 61 do not necessarily have to be provided at equal intervals in the circumferential direction. For example, the recess 61 may be provided in only one of the inner communication portion 12a and the outer communication portion 12b. Alternatively, the recess 61 is provided in the vicinity of the center of the inner communication portion 12a and the outer communication portion 12b, and is located on the side (that is, the direction perpendicular to the exhaust flow direction and the vertical direction (cylinder alignment direction) side). It may not be provided on the side surface of the exhaust port 12.

ただし、この場合であっても、複数の凹部61は排気流れ方向に対して垂直な一つの断面上に配置される。したがって、複数の凹部61は、排気流れ方向において上流側と下流側とにずれないように(オフセットしないように)配置される。 However, even in this case, the plurality of recesses 61 are arranged on one cross section perpendicular to the exhaust flow direction. Therefore, the plurality of recesses 61 are arranged so as not to be offset (not offset) between the upstream side and the downstream side in the exhaust flow direction.

≪作用・効果≫
本実施形態に斯かる内燃機関1では、排気ポート12の内面に凹部61が設けられる。このため、排気ポート12の壁面に沿って排気ポート12に流入した排気ガスは、凹部61内に流入し、凹部61内には渦が生じる。この結果、凹部61よりも下流側では、排気ポート12の壁面上に乱流境界層が生じる。
≪Action and effect≫
In the internal combustion engine 1 according to the present embodiment, the recess 61 is provided on the inner surface of the exhaust port 12. Therefore, the exhaust gas flowing into the exhaust port 12 along the wall surface of the exhaust port 12 flows into the recess 61, and vortices are generated in the recess 61. As a result, a turbulent boundary layer is generated on the wall surface of the exhaust port 12 on the downstream side of the recess 61.

乱流境界層の厚みは凹部61から下流に向かって徐々に厚くなり、やがて排気ポート12の内側連通部分12a上の乱流境界層と外側連通部分12b上の乱流境界層とが交わることになる。このような気流の乱れにより、外側連通部分12bに沿って流れていた排気ガスの一部は、内側連通部分12aに向かって流れるように、その流れの向きが変更される。同様に、内側連通部分12a上に沿って流れていた排気ガスの一部は、外側連通部分12bに向かって流れるように、その流れの向きが変更される。その結果、内側連通部分12aに沿って流れてきた温度の高い排気ガスと、外側連通部分12bに沿って流れてきた未燃HCの多い排気ガスとが混ざり、排気ガス中の未燃HCが酸化、浄化される。したがって、第二実施形態に係る内燃機関1によれば、排気ポート12内での未燃HCの浄化率を高めることができる。 The thickness of the turbulent boundary layer gradually increases from the recess 61 toward the downstream side, and eventually the turbulent boundary layer on the inner communicating portion 12a of the exhaust port 12 and the turbulent boundary layer on the outer communicating portion 12b intersect. Become. Due to such turbulence of the air flow, the direction of the flow is changed so that a part of the exhaust gas flowing along the outer communication portion 12b flows toward the inner communication portion 12a. Similarly, the direction of the flow of the exhaust gas flowing along the inner communication portion 12a is changed so as to flow toward the outer communication portion 12b. As a result, the exhaust gas having a high temperature flowing along the inner communication portion 12a and the exhaust gas having a large amount of unburned HC flowing along the outer communication portion 12b are mixed, and the unburned HC in the exhaust gas is oxidized. , Purified. Therefore, according to the internal combustion engine 1 according to the second embodiment, the purification rate of unburned HC in the exhaust port 12 can be increased.

また、本実施形態とは異なり、複数の凹部61が排気流れ方向において並んで配置された場合、乱流境界層は上流側の凹部から下流側の凹部まで比較的薄いまま維持される。この結果、内側連通部分12aに沿って流れてきた排気ガスと外側連通部分12bに沿って流れてきた排気ガスとは混ざりにくくなる。これに対して、本実施形態では、複数の凹部61は排気流れ方向に対して垂直な一つの断面上に配置される。したがって、乱流境界層が比較的薄いまま維持されることが抑制され、よって内側連通部分12aに沿って流れてきた排気ガスと外側連通部分12bに沿って流れてきた排気ガスとは混ざり易くなる。この結果、排気ポート12内での未燃HCの浄化率を高めることができる。 Further, unlike the present embodiment, when the plurality of recesses 61 are arranged side by side in the exhaust gas flow direction, the turbulent flow boundary layer is maintained relatively thin from the recess on the upstream side to the recess on the downstream side. As a result, the exhaust gas flowing along the inner communication portion 12a and the exhaust gas flowing along the outer communication portion 12b are less likely to mix with each other. On the other hand, in the present embodiment, the plurality of recesses 61 are arranged on one cross section perpendicular to the exhaust flow direction. Therefore, the turbulent boundary layer is prevented from being kept relatively thin, and thus the exhaust gas flowing along the inner communication portion 12a and the exhaust gas flowing along the outer communication portion 12b are easily mixed with each other. .. As a result, the purification rate of unburned HC in the exhaust port 12 can be increased.

<その他>
以上、本開示に係る好適な実施形態を説明したが、本開示はこれら実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載内で様々な修正及び変更を施すことができる。
<Other>
Although the preferred embodiments according to the present disclosure have been described above, the present disclosure is not limited to these embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the claims.

上記実施形態では、排気ポート12の内面に凸部51や凹部61が設けられる。しかしながら、排気ポート12の内面上には凸部51や凹部61とは異なる偏向部が設けられてもよい。ただし、この場合、偏向部は、外側連通部分12bに沿って流れていた排気ガスが内側連通部分12aに向かうように、又は内側連通部分12a分に沿って流れていた排気ガスが外側連通部分12bに向かうように、排気ガスの流れの向きを変えるように構成されることが必要である。斯かる偏向部の例としては、例えば、排気ポート12内を横断するように延びる板状部材等が考えられる。 In the above embodiment, the convex portion 51 and the concave portion 61 are provided on the inner surface of the exhaust port 12. However, a deflecting portion different from the convex portion 51 and the concave portion 61 may be provided on the inner surface of the exhaust port 12. However, in this case, in the deflecting portion, the exhaust gas flowing along the outer communicating portion 12b is directed toward the inner communicating portion 12a, or the exhaust gas flowing along the inner communicating portion 12a is outside the communicating portion 12b. It is necessary to be configured to redirect the flow of exhaust gas towards the. As an example of such a deflecting unit, for example, a plate-shaped member extending so as to traverse the inside of the exhaust port 12 may be considered.

1 内燃機関
2 シリンダブロック
3 シリンダヘッド
4 ピストン
11 吸気ポート
12 排気ポート
13 吸気開口
14 排気開口
21 吸気弁
31 排気弁
51 凸部
61 凹部
1 Internal Combustion Engine 2 Cylinder Block 3 Cylinder Head 4 Piston 11 Intake Port 12 Exhaust Port 13 Intake Opening 14 Exhaust Opening 21 Intake Valve 31 Exhaust Valve 51 Convex 61 Concave

Claims (1)

燃焼室に連通する排気ポートを備える内燃機関であって、
前記排気ポートの内面上に形成された偏向部を備え、
前記排気ポートは、前記燃焼室の径方向内側に連通すると共に排気下流方向に延びる内側連通部分と、前記燃焼室の径方向外側に連通すると共に排気下流方向に延びる外側連通部分とを備え、
前記偏向部は、前記外側連通部分に沿って流れていた排気ガスが前記内側連通部分に向かうように、又は前記内側連通部分に沿って流れていた排気ガスが前記外側連通部分に向かうように、排気ガスの流れの向きを変えるように構成される、内燃機関。
An internal combustion engine having an exhaust port communicating with a combustion chamber,
A deflection portion formed on the inner surface of the exhaust port,
The exhaust port includes an inner communication portion that communicates with a radially inner side of the combustion chamber and extends in an exhaust downstream direction, and an outer communication portion that communicates with a radially outer side of the combustion chamber and extends in an exhaust downstream direction,
The deflecting portion is such that the exhaust gas flowing along the outer communicating portion is directed toward the inner communicating portion, or the exhaust gas flowing along the inner communicating portion is directed toward the outer communicating portion, An internal combustion engine configured to redirect the flow of exhaust gas.
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