JP2021032098A - Exhaust structure for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関の排気構造に関する。 The present invention relates to an exhaust structure of an internal combustion engine.
特許文献1には、シリンダヘッドに鋳ぐるんでなる断熱排気ポートが開示されている。
特許文献1の技術では、断熱排気ポートの断熱により触媒暖機が促進される一方、排気温度の上昇により、内燃機関の重量や外形寸法に対する最大出力、つまり内燃機関の比出力が低下する虞がある。
In the technique of
本発明はこのような課題に鑑みてなされたもので、触媒暖機性を確保しつつ内燃機関の比出力を向上させることを目的とする。 The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to improve the specific output of an internal combustion engine while ensuring catalyst warmth.
本発明のある態様の内燃機関の排気構造は、ウォータジャケット付きの排気ポート及びエキゾーストマニホールドを有し、排気ポート及びエキゾーストマニホールドの排気通路それぞれの壁面に壁面の母材よりも低熱伝導率及び低熱容量の遮熱膜が形成された構成とされる。 The exhaust structure of an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention has an exhaust port with a water jacket and an exhaust manifold, and has a lower thermal conductivity and a lower heat capacity on the wall surface of each of the exhaust port and the exhaust passage of the exhaust manifold than the base material of the wall surface. The heat shield film is formed.
本発明の別の態様の内燃機関の排気構造は、ウォータジャケット及びエキゾーストマニホールドが形成されたシリンダヘッドを有し、エキゾーストマニホールドの排気通路の壁面に壁面の母材よりも低熱伝導率及び低熱容量の遮熱膜が形成された構成とされる。 The exhaust structure of an internal combustion engine according to another aspect of the present invention has a cylinder head in which a water jacket and an exhaust manifold are formed, and has a lower thermal conductivity and a lower heat capacity on the wall surface of the exhaust passage of the exhaust manifold than the base material of the wall surface. The structure is such that a heat shield film is formed.
これらの態様によれば、遮熱膜が母材よりも低い熱伝導率を有するので、排気通路内のガスからシリンダヘッドに熱が伝わり難くなる分、触媒暖機性を確保できる。またこれらの態様によれば、遮熱膜が母材よりも低い熱容量を有するので、遮熱膜の表面温度が排気通路のガス温度に追従し易くなる。そしてこの際に、排気通路内の高温のガスからシリンダヘッドに熱が伝わるので、例えば断熱材で排気通路を断熱した場合と比較して、出力時に排気冷却効果を高めることもできる。このため、これらの態様によれば、触媒暖機性を確保しつつ内燃機関の比出力を向上させることができる。 According to these aspects, since the heat shield film has a lower thermal conductivity than the base material, it is difficult for heat to be transferred from the gas in the exhaust passage to the cylinder head, so that the catalyst warmth can be ensured. Further, according to these aspects, since the heat shield film has a lower heat capacity than the base material, the surface temperature of the heat shield film easily follows the gas temperature of the exhaust passage. At this time, heat is transferred from the high-temperature gas in the exhaust passage to the cylinder head, so that the exhaust cooling effect can be enhanced at the time of output as compared with the case where the exhaust passage is insulated with a heat insulating material, for example. Therefore, according to these aspects, it is possible to improve the specific output of the internal combustion engine while ensuring the catalyst warm-up property.
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1は、内燃機関の排気構造(以下、単に排気構造と称す)1の概略構成図である。排気構造1は、シリンダヘッド2を有する。本実施形態ではシリンダヘッド2は直列3気筒の内燃機関用となっており、各気筒に対し開口INを2つずつ有する。シリンダヘッド2にはウォータジャケットWJとエキゾーストマニホールドEMとが形成されている。ウォータジャケットWJは、エキゾーストマニホールドEMの周囲に設けられ、ウォータジャケットWJを流通する冷却液によりシリンダヘッド2が冷却される。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an exhaust structure (hereinafter, simply referred to as an exhaust structure) 1 of an internal combustion engine. The
エキゾーストマニホールドEMは、シリンダヘッド2の端部開口OUTから各気筒に向かって分岐し、さらに各気筒に向かって分岐した部分が対応する気筒への開口INに分岐接続する。このようなエキゾーストマニホールドEMは各気筒の排気ポートを兼ねており、シリンダヘッド2はエキゾーストマニホールド一体型のシリンダヘッドとなっている。本実施形態ではシリンダヘッド2の母材はアルミ合金であり、シリンダヘッド2の温度は機関運転時に許容温度LMT以下の温度に抑制されることが求められる。エキゾーストマニホールドEMは、ウォータジャケットWJ付きの排気ポート及びエキゾーストマニホールドにより構成されていると把握することもできる。
The exhaust manifold EM branches from the end opening OUT of the
エキゾーストマニホールドEMの排気通路の壁面には、スウィング遮熱膜Sが形成されている。スウィング遮熱膜Sは、エキゾーストマニホールドEMの壁面の母材、従ってシリンダヘッド2の母材よりも低熱伝導率及び低熱容量の膜であり、断熱性能を具備しながらも排気通路内のガス温度に膜の表面温度が追従する性質を有する。熱容量は例えば、単位体積当たりの熱容量である。
A swing heat shield film S is formed on the wall surface of the exhaust passage of the exhaust manifold EM. The swing heat shield film S is a film having a lower thermal conductivity and a lower heat capacity than the base material of the wall surface of the exhaust manifold EM, and therefore the base material of the
スウィング遮熱膜Sは例えば、排気通路壁面に対して陽極酸化処理を施すとともに、シリカ系の塗布液を用いた封孔処理を施すことにより形成される。スウィング遮熱膜Sは、陽極酸化処理により多孔質構造を有する結果、母材よりも低熱伝導率及び低熱容量の膜に形成され、シリカを含む塗布液を用いた封孔処理により断熱性向上が図られる。 The swing heat shield film S is formed, for example, by anodizing the wall surface of the exhaust passage and then performing a hole sealing treatment using a silica-based coating liquid. As a result of the swing heat shield film S having a porous structure by anodization treatment, it is formed in a film having a lower thermal conductivity and a lower heat capacity than the base material, and the heat insulating property is improved by the sealing treatment using a coating liquid containing silica. It is planned.
図2は、エキゾーストマニホールドEMの排気通路壁面周辺部の温度状態を説明する図である。図2では、クランク角度に応じたガス温度の変化に対応させて、排気通路壁面周辺部の温度状態を示す。温度THは一燃焼サイクルにおいてガス温度が最も高くなった際の排気通路壁面周辺部の温度であり、温度TLは一燃焼サイクルにおいてガス温度が最も低くなった際の排気通路壁面周辺部の温度である。温度TH、温度TLはここではともに、ある気筒の排気工程時の温度とされる。 FIG. 2 is a diagram illustrating a temperature state around the wall surface of the exhaust passage of the exhaust manifold EM. FIG. 2 shows the temperature state around the wall surface of the exhaust passage in accordance with the change in gas temperature according to the crank angle. The temperature TH is the temperature around the wall surface of the exhaust passage when the gas temperature is the highest in one combustion cycle, and the temperature TL is the temperature around the wall surface of the exhaust passage when the gas temperature is the lowest in one combustion cycle. is there. Both the temperature TH and the temperature TL are the temperatures at the time of the exhaust process of a certain cylinder.
排気通路のガス温度が高い場合、スウィング遮熱膜Sでは、表面温度が排気通路のガス温度に追従することにより、シリンダヘッド2側から排気通路側に向かって温度THが上昇する温度勾配が形成される。シリンダヘッド2では、温度THはウォータジャケットWJ側からスウィング遮熱膜S側つまり排気通路側に向かって緩やかに高まる。排気通路では、ガスがスウィング遮熱膜Sを介して冷却される。結果、排気通路ではスウィング遮熱膜Sに近づくほど温度THが低くなる。これにより、低下温度Dで示される排気冷却効果が得られる。
When the gas temperature of the exhaust passage is high, the swing heat shield film S forms a temperature gradient in which the temperature TH rises from the
排気通路のガス温度が低い場合、スウィング遮熱膜Sでは、表面温度が排気通路のガス温度に追従することにより、排気通路のガス温度が高い場合よりも表面温度が低下する。シリンダヘッド2では、温度TLは温度THと同様になる。結果この例では、シリンダヘッド2よりも排気通路のほうが、温度TLが低い状態となる。このため、排気通路ではスウィング遮熱膜Sを介してガスが受熱し、スウィング遮熱膜Sに近づくほど温度TLが高くなる。スウィング遮熱膜Sでは、温度TLは概ね一定になる。
When the gas temperature in the exhaust passage is low, the surface temperature of the swing heat shield film S follows the gas temperature in the exhaust passage, so that the surface temperature is lower than when the gas temperature in the exhaust passage is high. In the
排気通路壁面周辺部の温度がこのように変化することにより、スウィング遮熱膜Sの表面温度は、温度スウィングSWを有して変化する。温度スウィングSWは、機関運転中の排気通路の表面温度の変化幅であり、例えば一燃焼サイクルにおける排気通路の表面温度の変化幅とされる。スウィング遮熱膜Sが設けられている場合と、スウィング遮熱膜Sが設けられていない場合とを比較すると、温度スウィングSWは次のように異なってくる。 As the temperature around the wall surface of the exhaust passage changes in this way, the surface temperature of the swing heat shield film S changes with the temperature swing SW. The temperature swing SW is the range of change in the surface temperature of the exhaust passage during engine operation, and is, for example, the range of change in the surface temperature of the exhaust passage in one combustion cycle. Comparing the case where the swing heat shield film S is provided and the case where the swing heat shield film S is not provided, the temperature swing SW is different as follows.
図3は、クランク角度に応じたスウィング遮熱膜Sの表面温度の変化を示す図である。破線は比較例を示す。比較例は、スウィング遮熱膜Sが設けられていない場合、つまりシリンダヘッド2の母材が排気通路表面を構成する場合を示す。
FIG. 3 is a diagram showing changes in the surface temperature of the swing heat shield film S according to the crank angle. The broken line shows a comparative example. A comparative example shows a case where the swing heat shield film S is not provided, that is, a case where the base material of the
比較例の場合、スウィング遮熱膜Sが設けられていないため、排気通路壁面の表面温度が冷却液による冷却の影響を大きく受ける。このため、ガス温度が高くなっても表面温度は大きく上昇しない。本実施形態の場合、断熱性能を具備するスウィング遮熱膜Sが設けられているので、排気通路壁面の表面温度に対する冷却液の影響が抑制される。このため、ガス温度が高くなると表面温度も大きく上昇する。結果、本実施形態の場合のほうが比較例の場合よりも温度スウィングSWが大きくなる。 In the case of the comparative example, since the swing heat shield film S is not provided, the surface temperature of the exhaust passage wall surface is greatly affected by the cooling by the coolant. Therefore, the surface temperature does not rise significantly even if the gas temperature rises. In the case of the present embodiment, since the swing heat shield film S having the heat insulating performance is provided, the influence of the cooling liquid on the surface temperature of the wall surface of the exhaust passage is suppressed. Therefore, as the gas temperature rises, the surface temperature also rises significantly. As a result, the temperature swing SW in the case of the present embodiment is larger than that in the case of the comparative example.
温度スウィングSWは、一燃焼サイクルにおいて最も表面温度が低下した状態から200℃以下の温度上昇幅とされる。表面温度は、冷却液によるエキゾーストマニホールドEMの物温自体の低下により例えば吸気工程で最も低下する。温度スウィングSWは例えば、スウィング遮熱膜Sの表面積、スウィング遮熱膜Sの熱伝導率もしくは熱容量の設定により、200℃以下の温度上昇幅に設定することができる。温度スウィングSWを200℃以下に抑えることにより、高い排気冷却効果を得ることが可能になり、シリンダヘッド2の保護も図られる。これについては後述する。
The temperature swing SW has a temperature rise range of 200 ° C. or less from the state where the surface temperature is the lowest in one combustion cycle. The surface temperature is most lowered in, for example, the intake process due to the lowering of the physical temperature itself of the exhaust manifold EM due to the cooling liquid. The temperature swing SW can be set to a temperature rise range of 200 ° C. or lower by setting, for example, the surface area of the swing heat shield film S, the thermal conductivity of the swing heat shield film S, or the heat capacity. By suppressing the temperature swing SW to 200 ° C. or lower, a high exhaust cooling effect can be obtained, and the
図4は、排気通路壁面周辺部の温度状態を比較例とともに示す図である。図4では、縦軸の温度を共通にして触媒暖機時の温度状態と、出力時つまり加速要求がある場合の温度状態とを並べて示す。出力時には排気エミッション改善のため空気過剰率λが1とされる。温度TH1、温度TH2は、比較例の場合の温度THを示す。 FIG. 4 is a diagram showing the temperature state around the wall surface of the exhaust passage together with a comparative example. In FIG. 4, the temperature state at the time of catalyst warm-up and the temperature state at the time of output, that is, when there is an acceleration request are shown side by side with the temperature on the vertical axis common. At the time of output, the excess air ratio λ is set to 1 to improve exhaust emissions. The temperature TH1 and the temperature TH2 indicate the temperature TH in the case of the comparative example.
温度TH1は、第1の比較例に対応する。第1の比較例は、エキゾーストマニホールドEMの排気通路壁面にスウィング遮熱膜Sよりも断熱性が高い断熱材を設けた場合を示す。この場合、触媒暖機時及び出力時に表面温度が本実施形態の場合を示す温度THよりも低下する。換言すれば、本実施形態の場合には第1の比較例の場合よりも表面温度が高められる。 The temperature TH1 corresponds to the first comparative example. The first comparative example shows a case where a heat insulating material having a higher heat insulating property than the swing heat insulating film S is provided on the wall surface of the exhaust passage of the exhaust manifold EM. In this case, the surface temperature at the time of warming up the catalyst and at the time of output is lower than the temperature TH shown in the case of this embodiment. In other words, in the case of the present embodiment, the surface temperature is higher than in the case of the first comparative example.
触媒暖機時には出力時よりもガス温度が低い。従って、ガスから排気通路壁面への熱伝達量は出力時よりも小さくなり、ガス温度と表面温度との温度落差も出力時より小さくなる。このため、温度THで示される本実施形態の場合、温度TH1で示される第1の比較例の場合より表面温度は高まるものの、触媒暖機性は十分確保される。 When the catalyst is warmed up, the gas temperature is lower than when it is output. Therefore, the amount of heat transfer from the gas to the wall surface of the exhaust passage is smaller than that at the time of output, and the temperature difference between the gas temperature and the surface temperature is also smaller than at the time of output. Therefore, in the case of the present embodiment represented by the temperature TH, the surface temperature is higher than that in the case of the first comparative example represented by the temperature TH1, but the catalyst warm-up property is sufficiently ensured.
出力時には触媒暖機時よりもガス温度が高い。従って、ガスから排気通路壁面への熱伝達量は触媒暖機時よりも大きくなり、ガス温度と表面温度との温度落差も触媒暖機時より大きくなる。このため、温度THで示される本実施形態の場合は、温度TH1で示される第1の比較例の場合より表面温度は高まるものの、出力時に十分な排気冷却効果が得られる。従って、本実施形態の場合には触媒暖機性の確保と出力時の排気冷却効果との両立が図られる。 At the time of output, the gas temperature is higher than that at the time of warming up the catalyst. Therefore, the amount of heat transfer from the gas to the wall surface of the exhaust passage is larger than that during the catalyst warm-up, and the temperature difference between the gas temperature and the surface temperature is also larger than that during the catalyst warm-up. Therefore, in the case of the present embodiment represented by the temperature TH1, although the surface temperature is higher than that in the case of the first comparative example represented by the temperature TH1, a sufficient exhaust cooling effect can be obtained at the time of output. Therefore, in the case of the present embodiment, both the catalyst warm-up property and the exhaust cooling effect at the time of output can be achieved at the same time.
母材をアルミ合金とするシリンダヘッド2において、温度スウィングSWは前述の通り、200℃以下に抑えられている。これにより、触媒暖機時であっても出力時であっても、表面温度は、一燃焼サイクルにおいて最も低下した状態から200℃以下の範囲内でしか上昇しなくなる。このため、出力時に高い排気冷却効果が得られるほか、表面温度がシリンダヘッド2の母材の許容温度LMTより低い温度に維持される結果、シリンダヘッド2の温度も許容温度LMTより低い温度に維持される。
In the
温度TH2は、第2の比較例に対応する。第2の比較例は、シリンダヘッド2をウォータジャケットWJと排気ポートとが形成されたシリンダヘッドと、排気ポートに接続するエキゾーストマニホールドとの組み合わせに変形した場合を示す。第2の比較例では、排気ポート及びエキゾーストマニホールドの排気通路それぞれの壁面に第1の比較例と同様の断熱材が設けられるが、エキゾーストマニホールドの周囲にはウォータジャケットWJは存在しない。
The temperature TH2 corresponds to the second comparative example. The second comparative example shows a case where the
第2の比較例につき、触媒暖機時の温度TH2は、排気ポートの排気通路壁面の温度TH21を示す。温度TH21は、温度TH1と同様になる。これは、第1の比較例と同様に排気通路壁面が断熱されるためである。 In the second comparative example, the temperature TH2 at the time of warming up the catalyst indicates the temperature TH21 of the wall surface of the exhaust passage of the exhaust port. The temperature TH21 is the same as the temperature TH1. This is because the wall surface of the exhaust passage is insulated as in the first comparative example.
第2の比較例につき、出力時の温度TH2は、エキゾーストマニホールドの排気通路壁面の温度TH22を示す。出力時には、温度TH22つまりエキゾーストマニホールドにおける排気通路の表面温度が大幅に高くなり、ガス温度と表面温度との温度落差も大幅に小さくなる。結果、排気冷却効果が大幅に減少する。 In the second comparative example, the temperature TH2 at the time of output indicates the temperature TH22 of the exhaust passage wall surface of the exhaust manifold. At the time of output, the temperature TH22, that is, the surface temperature of the exhaust passage in the exhaust manifold is significantly increased, and the temperature difference between the gas temperature and the surface temperature is also significantly reduced. As a result, the exhaust cooling effect is significantly reduced.
第2の比較例では、ウォータジャケットWJが設けられたシリンダヘッドにおいて、第1の比較例の場合よりも排気通路壁面の表面積が縮小されており、これに起因して第1の比較例の場合よりも排気冷却効果が減少しているといえる。従って、ウォータジャケットWJが周囲に設けられた排気通路壁面の表面積を拡大することにより、排気冷却効果の向上が可能になるといえる。 In the second comparative example, in the cylinder head provided with the water jacket WJ, the surface area of the exhaust passage wall surface is smaller than that in the case of the first comparative example, and this causes the case of the first comparative example. It can be said that the exhaust cooling effect is less than that. Therefore, it can be said that the exhaust cooling effect can be improved by increasing the surface area of the exhaust passage wall surface provided around the water jacket WJ.
このような表面積の拡大は、第2の比較例におけるシリンダヘッドの排気通路長を長くしたり、第2の比較例におけるエキゾーストマニホールドをウォータジャケットWJ付きにしたりすることにより行うことができる。第2の比較例におけるエキゾーストマニホールドをウォータジャケットWJ付きにすることで、物温自体を低下させることができる。表面積拡大は、例えばディンプル等を形成することによって行われてもよい。 Such an increase in the surface area can be performed by increasing the exhaust passage length of the cylinder head in the second comparative example, or by attaching the exhaust manifold in the second comparative example to the water jacket WJ. By attaching the exhaust manifold in the second comparative example with a water jacket WJ, the physical temperature itself can be lowered. The surface area may be increased by forming, for example, dimples or the like.
表面積拡大による排気冷却効果の向上は、断熱材の代わりにスウィング遮熱膜Sを排気通路壁面に設けた場合についても同様であり、スウィング遮熱膜Sを設けた場合の排気冷却効果は、断熱材を設けた場合と比較して次の通りとなる。 The improvement of the exhaust cooling effect by increasing the surface area is the same when the swing heat shield film S is provided on the wall surface of the exhaust passage instead of the heat insulating material, and the exhaust cooling effect when the swing heat shield film S is provided is heat insulating. Compared with the case where the material is provided, it is as follows.
図5は、表面拡大形状に応じたスウィング遮熱膜Sの排気冷却効果の説明図である。図5では、後述する基準点P1の場合よりも長くした排気通路を表面拡大形状とする場合を示す。縦軸はウォータジャケットWJが周囲に設けられた排気通路の長さを示す。横軸はガスから排気通路壁面への熱伝達率割合を示す。熱伝達率割合は、線BASE上の基準点P1における熱伝達率との比率を示す。 FIG. 5 is an explanatory diagram of the exhaust cooling effect of the swing heat shield film S according to the surface enlarged shape. FIG. 5 shows a case where the exhaust passage, which is longer than the reference point P1 described later, has an enlarged surface shape. The vertical axis indicates the length of the exhaust passage provided around the water jacket WJ. The horizontal axis shows the heat transfer coefficient ratio from the gas to the wall surface of the exhaust passage. The heat transfer coefficient ratio indicates the ratio with the heat transfer coefficient at the reference point P1 on the line BASE.
線BASEは、スウィング遮熱膜Sが設けられていない場合、従ってスウィング遮熱膜Sによる排気冷却効果がない場合を示す。線BASEは、概ねガス温度の等高線上に位置し、ガス温度は、排気通路長が長く且つ熱伝達率割合が高いほど低くなる。基準点P1は、基準となる排気通路長を有する場合、つまり過大な流量損失を生じさせずにシリンダヘッド内にエキゾーストマニホールドを形成し得る最低限の排気通路長を有する場合を示し、また、一般的なシリンダヘッドで用いられるアルミ合金での熱伝導率を有する場合を示す。線TG1、線TG2、線TG3はこの順に、線BASEで示されるベースの場合と比較して、出力時に概ね−10℃、−20℃、−30℃のガス温度低下が可能になる場合を示す。 The line BASE indicates a case where the swing heat shield film S is not provided, and therefore there is no exhaust cooling effect by the swing heat shield film S. The line BASE is generally located on the contour line of the gas temperature, and the gas temperature becomes lower as the exhaust passage length is longer and the heat transfer coefficient ratio is higher. The reference point P1 indicates a case where the exhaust passage length is a reference, that is, a case where the exhaust passage length is the minimum that can form an exhaust manifold in the cylinder head without causing an excessive flow loss. The case where the aluminum alloy used in a typical cylinder head has a thermal conductivity is shown. Lines TG1, line TG2, and line TG3 show, in this order, a case where the gas temperature can be lowered by approximately -10 ° C, -20 ° C, and -30 ° C at the time of output as compared with the case of the base indicated by the line BASE. ..
線Bは、前述の第1の比較例の場合、つまり排気通路壁面に断熱材を設けた場合を示す。線Bで示されるように、基準点P1よりも排気通路長を長くすると熱伝達率割合は低下するが、線Bは部分的には、同じ排気通路長で線BASEよりもガス温度が低い側に位置する。従ってこの場合であっても、線BASEで示されるベースの場合と比較して、排気通路長の増加によりガス温度低下が可能なことがわかる。この場合、基準点P1からの排気通路長の増加により、線TG1よりもガス温度が高い側で、つまり−10℃よりも小さな度合いでガス温度低下が可能になることがわかる。 The line B shows the case of the first comparative example described above, that is, the case where the heat insulating material is provided on the wall surface of the exhaust passage. As shown by line B, if the exhaust passage length is longer than the reference point P1, the heat transfer coefficient ratio decreases, but line B is partially on the side where the gas temperature is lower than the line BASE with the same exhaust passage length. Located in. Therefore, even in this case, it can be seen that the gas temperature can be lowered by increasing the exhaust passage length as compared with the case of the base indicated by the line BASE. In this case, it can be seen that the increase in the exhaust passage length from the reference point P1 makes it possible to lower the gas temperature on the side where the gas temperature is higher than the line TG1, that is, to a degree smaller than −10 ° C.
線Aは、本実施形態の場合を示す。本実施形態の場合、線BASEで示されるベース場合、さらには線Bで示される第1の比較例の場合よりも、同じ排気通路長でガス温度低下が可能になることがわかる。つまり、排気通路長を同様に長くした場合に、本実施形態の場合には、ベースの場合や第1の比較例の場合よりも熱伝達率割合が低下しないことから、よりガス温度低下が可能になる。 Line A shows the case of this embodiment. In the case of the present embodiment, it can be seen that the gas temperature can be lowered with the same exhaust passage length as compared with the case of the base shown by the line BASE and the case of the first comparative example shown by the line B. That is, when the exhaust passage length is similarly lengthened, in the case of the present embodiment, the heat transfer coefficient ratio does not decrease as compared with the case of the base or the case of the first comparative example, so that the gas temperature can be further reduced. become.
本実施形態の場合、基準点P1からの排気通路長の増加により、線TG3よりも若干ガス温度が低い側でガス温度低下が可能になることがわかる。つまり本実施形態の場合、概ね−30℃程度のガス温度低下が可能になることがわかる。線A上の点P2は最良点であり、基準点P1からの排気通路長の増加による出力時の排気冷却効果が高く、且つ線BASEで示されるベースの場合よりも断熱性が高い点となっている。 In the case of the present embodiment, it can be seen that the gas temperature can be lowered on the side where the gas temperature is slightly lower than the line TG3 by increasing the exhaust passage length from the reference point P1. That is, in the case of this embodiment, it can be seen that the gas temperature can be lowered by about −30 ° C. The point P2 on the line A is the best point, and the exhaust cooling effect at the time of output is high due to the increase in the exhaust passage length from the reference point P1, and the heat insulating property is higher than that of the base indicated by the line BASE. ing.
次に、本実施形態の主な作用効果について説明する。 Next, the main effects of the present embodiment will be described.
排気構造1は、ウォータジャケットWJ付きの排気ポート及びエキゾーストマニホールドとしてのエキゾーストマニホールドEMを有し、これら排気ポート及びエキゾーストマニホールドの排気通路それぞれの壁面としてのエキゾーストマニホールドEMの排気通路の壁面にスウィング遮熱膜Sが形成された構成とされる。
The
排気構造1は、エキゾーストマニホールドEMが形成されたシリンダヘッド2を有し、エキゾーストマニホールドEMの排気通路の壁面にスウィング遮熱膜Sが形成された構成とされる。
The
これらの構成によれば、スウィング遮熱膜Sが排気通路壁面の母材よりも低い熱伝導率を有するので、排気通路内のガスからシリンダヘッド2に熱が伝わり難くなる分、触媒暖機性を確保できる。またこれらの構成によれば、スウィング遮熱膜Sが母材よりも低い熱容量を有するので、例えば断熱材で排気通路を断熱した場合と比較して、スウィング遮熱膜Sの表面温度が排気通路のガス温度に追従し易くなる。そしてこの際に、排気通路内の高温のガスからシリンダヘッド2に熱が伝わるので、出力時に排気冷却効果を高めることもできる。このためこれらの態様によれば、触媒暖機性を確保しつつ内燃機関の比出力を向上させることができる。
According to these configurations, since the swing heat shield film S has a lower thermal conductivity than the base material of the exhaust passage wall surface, it becomes difficult for heat to be transferred from the gas in the exhaust passage to the
排気構造1では、スウィング遮熱膜Sが形成された排気通路は、長くした排気通路による表面拡大形状を有する。このような構成によれば、出力時の排気冷却効果をさらに高めることが可能になる。
In the
排気構造1では、スウィング遮熱膜Sが機関運転中に200℃以下の温度スウィングSWを有する。このような構成によれば、排気通路のガス温度上昇を最小限にして高い排気冷却効果を得ることが可能になる。
In the
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the above embodiments are only a part of the application examples of the present invention, and the technical scope of the present invention is limited to the specific configurations of the above embodiments. Absent.
例えば上述した実施形態では、エキゾーストマニホールドEMが、ウォータジャケットWJ付きの排気ポート及びエキゾーストマニホールドを構成する場合について説明した。しかしながら、ウォータジャケットWJ付きの排気ポート及びエキゾーストマニホールドは、ウォータジャケットWJと排気ポートとが形成されたシリンダヘッドと、当該排気ポートに接続するエキゾーストマニホールドであってウォータジャケットWJ付きのエキゾーストマニホールドとにより構成されてもよい。 For example, in the above-described embodiment, the case where the exhaust manifold EM constitutes the exhaust port with the water jacket WJ and the exhaust manifold has been described. However, the exhaust port and the exhaust manifold with the water jacket WJ are composed of a cylinder head in which the water jacket WJ and the exhaust port are formed, and an exhaust manifold connected to the exhaust port and having the water jacket WJ. May be done.
1 排気構造
2 シリンダヘッド
EM エキゾーストマニホールド
S スウィング遮熱膜
WJ ウォータジャケット
1
Claims (4)
前記排気ポート及び前記エキゾーストマニホールドの排気通路それぞれの壁面に当該壁面の母材よりも低熱伝導率及び低熱容量の遮熱膜が形成されている、
ことを特徴とする内燃機関の排気構造。 It has an exhaust port with a water jacket and an exhaust manifold.
A heat shield film having a lower thermal conductivity and a lower heat capacity than the base material of the wall surface is formed on the wall surface of each of the exhaust port and the exhaust passage of the exhaust manifold.
The exhaust structure of the internal combustion engine is characterized by this.
前記エキゾーストマニホールドの排気通路の壁面に当該壁面の母材よりも低熱伝導率及び低熱容量の遮熱膜が形成されている、
ことを特徴とする内燃機関の排気構造。 It has a cylinder head with a water jacket and an exhaust manifold formed on it.
A heat shield film having a lower thermal conductivity and a lower heat capacity than the base material of the wall surface is formed on the wall surface of the exhaust passage of the exhaust manifold.
The exhaust structure of the internal combustion engine is characterized by this.
前記遮熱膜が形成された排気通路は、表面拡大形状を有する、
ことを特徴とする内燃機関の排気構造。 The exhaust structure of the internal combustion engine according to claim 1 or 2.
The exhaust passage on which the heat shield film is formed has a surface enlarged shape.
The exhaust structure of the internal combustion engine is characterized by this.
前記遮熱膜は、機関運転中に200℃以下の表面温度の変化幅を有する、
ことを特徴とする内燃機関の排気構造。 The exhaust structure of the internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3.
The heat shield film has a change range of surface temperature of 200 ° C. or less during engine operation.
The exhaust structure of the internal combustion engine is characterized by this.
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