JP3913523B2 - ２サイクルエンジンの排気管路 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２サイクルエンジンのうち、ユニフロー型の２サイクルエンジンにおける排気管路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ユニフロー型の２サイクルエンジンでは、ピストンを内蔵したシリンダの頂部に、ポペット型の排気弁により開閉される排気ポートを備えるとともに、シリンダの下部に、ピストンの往復動によって開閉される複数の掃気口を備えている。それぞれの掃気口は、掃気口を介して新気がシリンダ内に接線方向に流入するように穿設してある。このような構造にすることにより、シリンダ内における排気ガスが、それぞれの掃気口からシリンダ内に流入する新気によりシリンダの軸線の周りに回転すると言う旋回流（スワール）となって上昇し、排気ポートに達して掃気されるものである。
【０００３】
このような掃気の効率を向上させるために、この種のエンジンでは、例えば特開平８−２１８８７７号公報に示されるもののように、排気ポートを１気筒当たり複数設けているものが知られている。そして、それぞれの排気ポートに連結される排気マニホルドの枝管は、それぞれの排気ポート毎に個別に連結され、一か所に集合されて後に排気管に連結される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
２サイクルエンジンにあっては、排気管路における排気抵抗は、吸入空気量やスワールを左右する重要な因子である。上記した複数の排気ポートを備えて、シリンダの中心から相互に離間する方向に排気する構造の場合、それぞれの排気管路の排気抵抗のバランスがとれていなければ、スワールが乱れ、良好な燃焼が得られないことがある。
【０００５】
つまり、掃気口から流入する新気により燃焼後の既燃ガスが排気ポートから排気マニホルドに流入するが、排気抵抗の高い枝管へは既燃ガスが流入しにくく、逆に排気抵抗の低い枝管には容易に既燃ガスが流入するものとなる。このように、排気マニホルドにおいて排気抵抗がアンバランスであると、掃気される既燃ガスの流れ方が異なるので、スワールに乱れを生じるものである。つまり、排気抵抗の高くなった排気ポートでの空気流速が低下し、その排気ポートに依存するスワールが明確に形成されないことがある。したがって、シリンダ内における全体のスワールがほぼ同じに形成されないため、排出される既燃ガスの排出量が減少するとともに、スワールの乱れることにより、良好な燃焼が期待できないものである。
【０００６】
本発明は、このような不具合を解消することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような目的を達成するために、次のような手段を講じたものである。すなわち、本発明に係る２サイクルエンジンの排気管路は、シリンダ下部にスワールが発生するように設けられた掃気口を備え、シリンダヘッドに１気筒当たり複数の排気ポートを備える２サイクルエンジンにおけるそれぞれの排気ポートと、それぞれの排気ポートに連結される枝管路部の全てが集合部において集合された排気マニホルドとから形成される２サイクルエンジンの排気管路において、排気ポートから集合部までの管長が長い管路における少なくとも枝管路部の内法を、排気ポートから集合部までの管長が短い管路の内法に比べて大径とすることを特徴とする。
【０００８】
このような構成のものであれば、排気ポートから集合部までの管長が長い管路では、管長に対応して排気抵抗が高くなるが、少なくとも枝管路部の内法が排気ポートから集合部までの管長が短い管路の内法に比較して大径であるので、排気抵抗が低下する。このため、管長が長いことにより高くなった排気抵抗が、内法が大径であることにより低減されることにより、管長が短い管路の排気抵抗と均衡させることが可能になる。したがって、各排気ポートにおける背圧がほぼ一定のものとなり、所期のスワールを発生させることが可能になり、良好な燃焼を実現することが可能になる。
【０００９】
内燃機関に取り付けられる補機類に干渉することなく管路を配置するためには、排気ポートが、シリンダの配列方向とほぼ直交する方向で、かつ背向する方向に形成され、集合部がシリンダの配列方向を挟んでいずれか一方側に偏って位置するものが好ましい。このような構成に排気ポートを配置することにより、排気マニホルドの集合部が、シリンダの配列方向とほぼ直交する方向のそれぞれの排気ポートから等距離となる位置に配置できない場合でも、集合部が配置される側の枝管路部を配置されない側の枝管路部に対応させて無駄に長くすることなく、背圧をほぼ均衡させることが可能になる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の一形態を、図１〜８を参照して説明する。
【００１１】
図１に示す筒内噴射型２サイクルディーゼルエンジン（以下、エンジンと称する）１００は、２気筒のユニフロー型のもので、１気筒当たり４つの排気ポートを備えている。図１にあっては、その内の１気筒の構成を、要部を中心にして模式的に示している。また、図２にあっては、補機等については、図示を省略している。なお、この実施の形態においては、２気筒のものを説明するが、気筒数は２気筒に限定されるものではない。
【００１２】
図１において、エンジン１００は、内部にシリンダ１を備えるシリンダブロック２と、シリンダブロック２の上端に固定されるシリンダヘッド３とを具備している。それぞれのシリンダ１は、スワールを発生させるための掃気口（スワールポート）１ａを、その周壁の下部に周方向に所定間隔をあけて備えている。具体的には、掃気口１ａは、ピストン４が下死点にある場合に、ピストン４の頂面の高さの近傍に開口するものである。それぞれの掃気口１ａは、シリンダ１の周囲に設けられた掃気室５と連通しており、掃気室５内の新気が、シリンダ１内にほぼ接線方向に、したがってシリンダ１の周壁内面に沿うようにして流入するように設けてある。つまり、掃気口１ａは、その開口方向がシリンダ１の直径方向に向けられているのではなく、接線方向となるように直径方向から周方向に偏位した方向に向けられている。
【００１３】
一方、シリンダヘッド３には、それぞれのシリンダ１に対して、複数、具体的には４つの排気ポート６が設けてある。それぞれの排気ポート６は、同じ内法であり、燃焼室７の天井部分に、排気弁７により開閉される弁開口６ａを備えるとともに、その弁開口６ａに連通する排気マニホルド８が連結される連結口６ｂを備えている。排気ポート６は、２つを一組にして、シリンダ１の配列方向とほぼ直交する方向で、かつ背向する方向に形成してある。つまり、排気ポート６は、シリンダ１の配列方向でシリンダ１を２分した場合に、それぞれの組の排気ポート６が、反対方向に排気ガスを導くように設けてある。このため、弁開口６ａは、図２に示すように、各シリンダ１の中心軸ＣＬから等距離に、かつ平面視した場合のシリンダ１の中心に対して点対称に開口している。また、連結口６ｂは、シリンダヘッド３の背向する両側面、言い換えればシリンダ１の配列方向において左右方向に設けられるものである。この実施の形態では、ターボチャージャＴＣ、ウォータポンプ、オルタネータ等の補機、またカムシャフトを駆動するためのタイミングベルトあるいはタイミングチェーンが装着される側をエンジン１００の前方とすると、エンジン１００の向かって右側面に連結口６ｂがある排気ポート６を右側排気ポート６Ｒとし、向かって左側面に連結口６ｂがある排気ポート６を左側排気ポート６Ｌとする。これらの排気ポート６と、次に説明する排気マニホルド８とにより、排気管路が形成される。そして、弁開口６ａに囲まれた部位の中央位置に、燃料噴射弁９がその噴射ノズル９ａを燃焼室７に向けて取り付けられている。
【００１４】
排気マニホルド８は、右側排気ポート６Ｒに連結される第１枝管部８１と左側排気ポート６Ｌに連結される第２枝管部８２と、第１及び第２枝管部８１，８２が連結される集合管部８３とからなる。
【００１５】
第１枝管部８１は、シリンダヘッド３に固定されるヘッド取付フランジ８１ａと、ヘッド取付フランジ８１ａから側方上方に延びる湾曲枝管８１ｂと、各湾曲枝管８１ｂと連通する導出湾曲管８１ｃと、導出湾曲管８１ｃの端部に設けられて集合管部８３と連結される集合管取付フランジ８１ｄとからなる。湾曲枝管８１ｂは、エンジン１００の側面に取り付けられる補機等との干渉を回避するために斜め上方に向けて延ばしてあり、右側排気ポート６Ｒのそれぞれに連通するように形成してある。この湾曲枝管８１ｂは、その内法が第２枝管部８２の直管枝管８２ｂの内法より大径にしてある。導出湾曲管８１ｃは、集合管部８３と連結する際に第２枝管部８２と連結高さを一致させるために、その連結側の端部つまり集合管取付フランジ８１ｄ側の端部の中心高さが、湾曲枝管８１ｂの下端つまり右側排気ポート６Ｒの連結口６ｂ側の端部の中心高さまで降下させてある。したがって、導出湾曲管８１ｃは、３本の湾曲枝管８１ｂの上端において最も高くなっており、集合管部８３側の端部にある湾曲枝管８１ｂの位置で湾曲しながら降下して、右側排気ポート６Ｒの連結口６ｂ側の端部の中心高さに一致させてある。この第１枝管部８１の導出湾曲管８１ｃは、その全長が後述する第２枝管部８２の導出直管８２ｃの全長より長く、エンジン１００の前面より突出する長さを有しており、またその内法が第２枝管部８２の導出直管８２ｃの内法より大きくなっている。集合管取付フランジ８１ｄには、例えば１２０°の角度を隔てて、固定の際のボルトを挿通する取付孔８１ｄａが設けてある。
【００１６】
第２枝管部８２は、シリンダヘッド３に固定されるヘッド取付フランジ８２ａと、ヘッド取付フランジ８２ａからわずかに上方に傾斜する直管枝管８２ｂと、各直管枝管８２ｂと連通する導出直管８２ｃと、その導出直管８２ｃの端部に設けられて集合管部８３と連結される集合管取付フランジ８２ｄとからなる。直管枝管８２ｂは、左側排気ポート６Ｌに連通するように配置されるもので、その内径は同じで、その長さは、第１枝管部８１の湾曲枝管８１ｂより短い。導出直管８２ｃは、その集合管取付フランジ８２ｄ側の端部の中心高さが、直管枝管８２ｂの左側排気ポート６Ｌに連結する端部の中心高さと一致させてある。この導出直管８２ｃは、第１枝管部８１の湾曲導出管８１ｃより内法つまり内径が小さく、シリンダヘッド３に第２枝管部８２が取り付けられた際に、その集合管取付フランジ８２ｄがシリンダヘッド３の前端から突出する長さを有するものである。集合管取付フランジ８２ｄには、例えば１２０°の角度を隔てて、固定の際のボルトを挿通する取付孔８２ｄａが設けてある。
【００１７】
集合管部８３は、第１枝管部８１が連結される第１取付フランジ８３ａと、第２枝管部８２が連結される第２取付フランジ８３ｂと、第１取付フランジ８３ａが一方の端部に設けられる第１集合管８３ｃと、第２取付フランジ８３ｂが一方の端部に設けられる第２集合管８３ｄと、第１及び第２集合管８３ｃ，８３ｄのそれぞれの他方の端部が集合された集合部８３ｅ位置より突出した位置に設けられターボチャージャＴＣが取り付けられる補機取付フランジ８３ｆとを備えている。第１集合管８３ｃは、第２集合管８３ｄよりわずかに長くなっており、したがって第１集合管８３ｃと第２集合管８３ｄとが一体となる集合部８３ｅは、若干第２集合管８３ｄ側に偏っている。補機取付フランジ８３ｆは、第１及び第２取付フランジ８３ａ，８３ｂがそれぞれ第１枝管部８１と第２枝管部８２と連結された際に、ターボチャージャＴＣとの連結を考慮して、わずかに下向きとなるように設けてある。第１及び第２取付フランジ８３ａ，８３ｂには、第１及び第２枝管部８１，８２の各集合管取付フランジ８１ｄ，８２ｄの取付孔８１ｄａ，８２ｄａに対応して、例えば１２０°の角度を隔てて、固定の際のボルトを挿通する取付孔８３ａａ，８３ｂａが設けてある。なお、集合部８３ｅにおいては、排気ガスを円滑に合流させるために、第１集合管８３ｃと第２集合管８３ｄとが連結された補機取付フランジ８３ｆに対向する壁面には、補機取付フランジ８３ｆに向かって突出する整流板８３ｇが設けてある。整流板８３ｇは、集合部８３ｅに流入する排気ガスが衝突することにより、相互に排気ガスの流れを妨げないようにするもので、集合部８３ｅの内部管形状を滑らかにしている。
【００１８】
以上の構成において、排気マニホルド８は、集合管部８３と第１及び第２枝管部８１，８２とを連結することにより形成される。具体的には、集合管部８３の第１取付フランジ８３ａと第１枝管部８１の集合管取付フランジ８１ｄとを密着させて固定し、同様にして集合管部８３の第２取付フランジ８３ｂと第２枝管部８２の集合管取付フランジ８２ｄとを密着させて固定することにより、排気マニホルド８を組み立てるものである。このようにして組み立てた排気マニホルド８は、第１枝管部８１と第２枝管部８２とのヘッド取付フランジ８１ａ，８２ａをシリンダヘッド３に密着させて取り付ける。
【００１９】
排気マニホルド８が取り付けられたエンジン１００にあっては、それぞれの吸気ポート６Ｒ，６Ｌと排気マニホルド８とにより排気管路が形成される。この排気管路において、第１枝管部８１は、第２枝管部８２に比較してその全長つまり排気弁７位置から集合管部８３の集合部８３ｅまでの長さが長く、かつ湾曲導出管８１ｃの内法が導出直管８２ｃの内法より大きくなっている。したがって、第１枝管部８１及び集合管部８３により形成される管路は、管路長が長いことにより排気抵抗が高くなるものであるが、湾曲導出管８１ｃの内法を大きくすることにより、その排気抵抗を下げている。この結果、第２枝管部８２及び集合管部８３により形成される管路の排気抵抗にほぼ等しくすることができ、それぞれの排気ポート６Ｒ，６Ｌにおける背圧をほぼ一定にすることができる。このようにそれぞれの排気ポート６Ｒ，６Ｌにおける背圧に差が生じないことにより、所期のスワールを発生させることができる。これにより、良好な燃焼を実現することができ、燃費や出力を向上させることができるとともに、エミッションの排出量を低減することができる。
【００２０】
なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではない。
【００２１】
図９に示すものは、集合管部１８３の第１集合管１８３ｃと第２集合管１８３ｄとの長さが顕著に異なる排気マニホルド１０８である。なお、この排気マニホルド１０８において、集合管部１８３以外の第１枝管部８１と第２枝管部８２とは上記実施の形態と同一のものであるので、同一の符号を付す。この排気マニホルド１０８は、接続される補機すなわちターボチャージャの取付位置に対応して、集合部１８３ｅがエンジン１００の左側面側に極端に偏って位置するものである。そして、上記実施の形態と同様に、第１取付フランジ１８３ａが設けられた第１集合管１８３ｃにより長くなった管路の内法が、第２取付フランジ１８３ｂが設けられた第２集合管１８３ｄを含む管路の内法より大径にしてある。このように、第１集合管１８３ｃと第２集合管１８３ｄとの長さを顕著に相違させても、排気抵抗をほぼ等しくすることができるので、補機の配置の自由度を高くすることができる。
【００２２】
上記実施の形態にあっては、排気ポート６Ｒ，６Ｌの内法は、全て同じものであるが、管長の長い第１枝管部８１が連結される右側排気ポート６Ｒは、その内法が他の排気ポート、すなわち管長の短い第２枝管部８２が連結される左側排気ポート６Ｌの内法よりも大きくするものであってもよい。
【００２３】
また、排気ニマホルド８にあっても、上記実施の形態においては、第１枝管部８１における湾曲枝管８１ａと湾曲導出管８１ｃとのそれぞれの内法が第２枝管部８２のものの内法よりも大径のものを説明したが、湾曲枝管８１ａと湾曲導出管８１ｃとの少なくとも一方の内径、あるいは集合管部８３の第１集合管８３ｃの内径のいずれかが、第２枝管部８２と第２集合管８３ｄとで形成される管路の内径より大きければよい。すなわち、第１枝管部８１側の管路が長いことにより、第２枝管部８２側の管路より排気抵抗が高くなるが、長い側の管路を構成する部分の内法を大きくすることにより、管路の断面積を広くして排気抵抗を下げて、管路が短くなる側の排気抵抗とほぼ均衡させればよいものである。この場合、長短両方の管路の排気抵抗がほぼ均衡すればよいので、長い側の管路を排気ポートを含む全長にわたって内法を大きくする必要はない。なお、上記の内容は、集合管部１８３を有する排気マニホルド１０８の例においても適用することができるものである。
【００２４】
その他、各部の構成は図示例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【００２５】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、排気ポートから集合部までの管長が長い管路を、少なくとも枝管路の内法が排気ポートから集合部までの管長が短い管路の内法に比較して大径にすることにより、排気抵抗を低減することができ、管長が短い管路の排気抵抗と均衡させることができる。したがって、各排気ポートにおける背圧がほぼ一定のものとなり、所期のスワールを発生させることができ、良好な燃焼を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態を示す概略構成説明図。
【図２】同実施の形態の平面図。
【図３】同実施の形態の第１枝管部の正面、平面及び左側面を示す図。
【図４】図３におけるＡ−Ａ線端面図。
【図５】同実施の形態の第２枝管部の正面、平面及び左側面を示す図。
【図６】図５におけるＢ−Ｂ線端面図。
【図７】同実施の形態の集合管部の正面及び平面を示す図。
【図８】図７におけるＣ−Ｃ線断面図。
【図９】本発明の実施の形態の排気マニホルドの変形例を示す平面図。
【符号の説明】
１…シリンダ
１ａ…掃気口
３…シリンダヘッド
６…排気ポート
８…排気マニホルド
８１…第１枝管部
８２…第２枝管部
８３ｅ…集合部

Claims (2)

1. シリンダ下部にスワールが発生するように設けられた掃気口を備え、シリンダヘッドに１気筒当たり複数の排気ポートを備える２サイクルエンジンにおけるそれぞれの排気ポートと、それぞれの排気ポートに連結される枝管路部の全てが集合部において集合された排気マニホルドとから形成される２サイクルエンジンの排気管路において、排気ポートから集合部までの管長が長い管路における少なくとも枝管路部の内法を、排気ポートから集合部までの管長が短い管路の内法に比べて大径とすることを特徴とする２サイクルエンジンの排気管路。
2. 排気ポートが、シリンダの配列方向とほぼ直交する方向で、かつ背向する方向に形成され、集合部がシリンダの配列方向を挟んでいずれか一方側に偏って位置することを特徴とする請求項１記載の２サイクルエンジンの排気管路。

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