JP4535008B2 - 内燃機関の排気通路構造 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の排気通路構造に関する。

特許文献１には、シリンダブロックとの接合面となるシリンダヘッドの下面に燃焼室が凹設され、この燃焼室に湾曲した２つの排気ポートが開口するよう構成された内燃機関のシリンダヘッドが開示されている。
特開２００２−１２２０４４号公報

しかしながら、このような内燃機関のシリンダヘッドにおいて、湾曲した排気ポートを流れる排気は、排気ポート内において、湾曲の内周側がいわゆる剥離領域となり、湾曲の内周側の流量が湾曲の外周側に比べて少なくなる。

そのため、排気ポート内の流量分布が不均一となり、効率よく排気を流すことができなくなる虞がある。

また、上述した特許文献１に開示された内燃機関のシリンダヘッドにおいては、２つの排気ポートが合流する集合部において、通路断面積が大きく変化することになる。すなわち、通常、排気ポートの断面形状は、円形を基本に形成されており、断面積変化を一定に保つことが困難となっている。

そのため、上述のような特許文献１においては、２つの排気ポートが合流する集合部において、通路断面積が大きく変化してしまい、排気の脈動の振幅が変わってしまう虞がある。

そこで、本発明は、一つの燃焼室に複数の排気ポートの一端が接続され、これら複数の排気ポートの他端を合流させてなる排気ポート合流部が排気マニホールドに接続された内燃機関の排気通路構造において、各排気ポートは、排気ポート合流部の上流側に湾曲部を有し、排気ポート合流部の内壁面のうち、湾曲部の湾曲外周側部分に排気通路方向で連続する部分に、排気通路方向に沿った所定区間に亙って連続する突部が形成されていることを特徴としている。

本発明によれば、排気ポート合流部における断面積変化が突部により抑制され、排気の脈動の振幅を維持することができる。また、排気ポート合流部の内壁面のうち、排気が相対的に流れやすい湾曲部の湾曲外周側部分に連続する部分に突部が設けられているので、突部により排気ポート合流部内の排気流れが整流され、排気ポート合流部のうち排気が相対的に流れにくくなっている湾曲部の湾曲内周側部分に連続する部分に積極的に導入されることになり、総じて排気ポート合流部内の流量分布が均一となり、効率良く排気を流すことができる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１〜図３を用いて、第１実施形態における内燃機関の排気通路構造について説明する。図１は、本発明に係る内燃機関の排気通路１を模式的に示した説明図である。図２は図１における排気通路１を平面視した説明図であり、図３は図２おけるＡ−Ａ線に沿った断面図である。

図１に示すように、排気上流側における排気通路１は、シリンダヘッド（図示せず）内に形成された排気ポート２と、排気ポート２に接続される排気マニホールド３の分岐管４（後述）と、から大略構成されている。尚、図１〜図３に示す排気ポート２は、実際はシリンダヘッド内に形成されるものであるが、説明の便宜上、排気ポート２の形状を抜き出して図示している。

この第１実施形態において、内燃機関は多気筒内燃機関であり、シリンダヘッドの下面には複数の燃焼室（図示せず）が形成されている。そして、これらの燃焼室には、それぞれ２つの排気ポート２，２が接続されている。すなわち、シリンダヘッドの下面に形成された１つの燃焼室には、２つ排気ポート２，２の一端２ａ，２ａがそれぞれ接続されている。これら２つに排気ポート２，２は、略同一形状であり、互いに隣接して並んで配置されている。また、これら２つの排気ポート２，２の他端２ｂ，２ｂを合流させてなり、シリンダヘッドの側方に開口する排気ポート合流部５には、排気マニホールド３の分岐管４が接続されている。

排気ポート２は、一端２ａ側、すなわち排気ポート合流部５の上流側に湾曲部６を有し、全体として略Ｌ字形状を呈している。詳述すると、排気ポート２は、その一端２ａ側に、燃焼室内に配置されるピストン（図示せず）の往復運動方向（図２における紙面垂直方向、図３における上下方向）に略沿って伸びた後に、このピストン往復運動方向に略直交する方向（図３における紙面垂直方向）に湾曲する湾曲部６が形成され、排気ポート合流部５がピストン往復運動方向に略直交する方向に向かって開口している。また、排気ポート２は、排気ポート合流部５においては断面略長円形状に形成され、排気ポート合流部５よりも上流側においては断面略円形状に形成されている。

この排気マニホールド３は、内燃機関の気筒数に対応した数の分岐管４と、これらの分岐管４が接続された合流部（図示せず）とから大略構成されており、分岐管４の一端４ａがシリンダヘッドの側方に開口した排気ポート合流部２（排気ポート２の他端２ｂ）に接続されている。

排気マニホールド３の分岐管４の一端４ａ側は、排気ポート合流部５と略同一断面形状を呈し、排気ポート合流部５との接続部位の近傍で湾曲する接続部位近傍湾曲部７を有している。この接続部位近傍湾曲部７は、図２に示すように、上述したピストン往復運動方向に対して略直交する平面上で略Ｌ字形状に湾曲している。

そして、この第１実施形態においては、排気ポート合流部５の内壁面のうち、湾曲部６の湾曲外周側部分に排気通路方向で連続する部分で、かつ接続部位近傍湾曲部７の湾曲外周側方向に排気通路方向で連続する部分である図２における左側の排気ポート２側（図１においては右側の排気ポート２側）に、排気通路方向に沿った所定区間に亙って連続する１つの突部８が形成されている。換言すれば、この突部８は、排気ポート合流部５の排気流れが剥離する領域に相対する部分に排気通路１長手方向に沿った所定区間に亙って連続するよう形成され、さらに言えば、排気ポート合流部５の上方側、すなわちピストン往復運動方向の上死点側となる内壁面に形成されている。

この第１実施形態における突部８は、断面略楔形状を呈し、排気ポート合流部５の内側に向かって突出するものであって、排気上流側から排気下流側に向かって突部８の略楔形状の断面積が漸次増加するよう形成されている。詳述すると、突部８は、排気ポート合流部５の開始位置の前後において排気ポート２の通路断面積が大きく変化しないよう設定されている。換言すれば、突部８は、排気ポート合流部５の開始位置の前後において、排気ポート２の通路断面積が滑らかに連続して変化するよう設定されている。

尚、図１中の９は、排気弁（図示せず）のバルブステムが挿入される部分である。

このような第１実施形態においては、排気ポート合流部５の内壁面に形成された突部８によって、排気ポート合流部５における通路断面積の急激な変化（増加）が抑制され、排気脈動の振幅を維持することができる。

また、突部８が、排気ポート合流部５において排気流れが剥離する領域に相対する部分、すなわち排気ポート合流部５において排気流量が相対的に多い部分に設けられているので、突部８により排気ポート合流部５内の排気流れが整流され、排気ポート合流部５のうち排気が相対的に流れにくくなっている湾曲部６の湾曲内周側部分に連続する部分に排気が積極的に導入されることになり、総じて排気ポート合流部５内の流量分布が均一となり、効率良く排気を流すことができ、ひいては排気流量の増大を図ることができる。

また、排気ポート合流部５に設けれらた突部８は、接続部位近傍湾曲部７の湾曲外周側方向に排気通路方向で連続する部分に位置しているので、図２に示すように、接続部位近傍湾曲部７における排気流れの剥離領域を小さくすることができる。これは、突部８による整流効果により、突部８と相対する側、すなわち接続部位近傍湾曲部７において剥離領域となる湾曲内周側に排気が積極的に導入されるからである。

要するに、本発明の第１実施形態においては、当該突部８の排気上流側及び排気下流側の排気通路形状、すなわち排気通路１の湾曲方向に応じて、排気ポート合流部５に設ける突部８の位置を最適化することにより、排気ポート合流部５及び接続部位近傍湾曲部７の双方で排気流れの剥離領域を減少させることができる。

尚、この第１実施形態において、排気マニホールド３の分岐管４の接続部位近傍湾曲部７の湾曲方向が逆の場合、すなわち図４に示すように、接続部位近傍湾曲部７で図４における右側に向かって湾曲する場合には、突部８の位置が図１とは逆に、図４における左側の排気ポート側に形成される。

以下、本発明の他の実施形態をついて説明するが、上述した第１実施形態と同一の構成要素については同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図５は、本発明の第２実施形態を示している。この第２実施形態における内燃機関の排気通路構造は、上述した第１実施形態と略同一構成となっているが、突部１８が、排気ポート合流部５で互いに接続される２つの排気ポート２，２の双方に、それぞれ１つずつ形成されている。すなわち、排気ポート合流部５の内壁面のうち、排気ポート合流部５の上流側の湾曲部６の湾曲外周側方向に位置する部分の両側、つまり２つの排気ポート２，２にそれぞれ対応するように、２つの突部１８，１８が形成されている。これら２つの突部１８，１８は、上述した第１実施形態の突部８と同様に、断面略楔形状を呈し、排気上流側から排気下流側に向かって突部１５の略楔形状の断面積が漸次増加するよう形成されている。

このような第２実施形態においても、突部１８により排気ポート合流部５内の排気流れが整流され、上述した第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

尚、この第２実施形態は、排気ポート合流部５に接続される排気マニホールド（図５においては図示せず）の分岐管（図５においては図示せず）の一端側（図５においては図示せず）に、上述した接続部位近傍湾曲部７のような湾曲部位が無い場合に好適である。

図６は、本発明の第３実施形態を示している。この第３実施形態における内燃機関の排気通路構造は、上述した第２実施形態と略同一構成となっているが、突部２８、２８の形状のみが異なっている。

すなわち、この第３実施形態における突部２８は、断面略矩形状を呈し、かつ排気上流側から排気下流側に向かって、突部２８の断面積が略一定となるよう形成されている。

このような第３実施形態においても、突部２８により排気ポート合流部５内の排気流れが整流され、上述した第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

ここで、上述した第１〜第３実施形態における突部８，１８，２８にあっては、排気ポート合流部５に突部を設けない場合の通路断面積（図３の点線で示す部分が補われた断面積）に対して、これら突部８，１８，２８の断面積が最大でも略２５％以下となることが望ましい。尚、第２及び第３実施形態のように突部が複数設けられている場合には、突部の断面積の総和が最大でも通路断面積の２５％以下となることが望ましい。

図７及び図８は、本発明の第４実施形態を示している。この第４実施形態における内燃機関の排気通路構造は、上述した第１実施形態と略同一構成となっているが、排気ポート合流部５には、突部ではなく排気ポート合流部５内を２つに仕切る整流板３８が配置されている。詳述すると、この第４実施形態においては、排気ポート合流部５の内部に、排気通路方向に沿った整流板３８が延設され、この整流板３８によって、排気ポート合流部５内が、排気ポート合流部５上流側の湾曲部６の湾曲外周側に連続する部分と、湾曲部６の湾曲内周側に連続する部分とに略均等に２分割されている。

図９は、第４実施形態における排気通路構造において排気ポート合流部５に整流板３８が配置されていない場合を示している。この図９に示すように、排気ポート２内は、排気ポート２の湾曲部６の影響により、この湾曲部６の湾曲外周側に排気通路方向で連続する部分に排気の流れが偏り、この湾曲部６の湾曲内周側に排気通路方向で連続する部分では排気流れが内壁面から剥離し、流れにくくなっている。

しかしながら、上述した第４実施形態においては、排気ポート合流部５のうち、排気が相対的に流れにくくなっている湾曲部６の湾曲内周側部分に連続する部分に、整流板３８によって積極的に排気が導入されることになり、整流板３８により排気ポート合流部５内の排気流れが整流され、総じて排気ポート合流部５内の流量分布が均一となり、排気ポート２の通路断面積を有効に使って効率良く排気を流すことができる。

上記実施形態から把握し得る本発明の技術的思想について、その効果とともに列記する。

（１） 一つの燃焼室に複数の排気ポートの一端が接続され、これら複数の排気ポートの他端を合流させてなる排気ポート合流部が排気マニホールドに接続された内燃機関の排気通路構造において、各排気ポートは、排気ポート合流部の上流側に湾曲部を有し、排気ポート合流部の内壁面のうち、湾曲部の湾曲外周側部分に排気通路方向で連続する部分に、排気通路方向に沿った所定区間に亙って連続する突部が形成されている。これによって、排気ポート合流部における断面積変化が突部により抑制され、排気の脈動の振幅を維持することができる。また、排気ポート合流部の内壁面のうち、排気が相対的に流れやすい湾曲部の湾曲外周側部分に連続する部分に突部が設けられているので、突部により排気ポート合流部内の排気流れが整流され、排気ポート合流部のうち排気が相対的に流れにくくなっている湾曲部の湾曲内周側部分に連続する部分に積極的に導入されることになり、総じて排気ポート合流部内の流量分布が均一となり、効率良く排気を流すことができる。

（２） 上記（１）に記載の内燃機関の排気通路構造は、具体的には、排気ポート合流部の内壁面のうち、湾曲部の湾曲外周側部分に排気通路方向で連続する部分は、排気ポート合流部の排気流れが剥離する領域に相対する部分である。

（３） 上記（１）または（２）に記載の内燃機関の排気通路構造は、より具体的には、排気ポート合流部の内壁面のうち、湾曲部の湾曲外周側部分に排気通路方向で連続する部分は、排気ポート合流部の上方側の内壁面である。

（４） 上記（１）〜（３）のいずれかに記載の内燃機関の排気通路構造において、排気マニホールドは、内燃機関の気筒数に対応した数の分岐管を有するものであって、排気ポート合流部は、排気マニホールドの分岐管に対して接続され、排気マニホールドの分岐管は、排気ポート合流部との接続部位の近傍で湾曲する接続部位近傍湾曲部を有し、突部は、排気ポート合流部の内壁面のうち、接続部位近傍湾曲部の湾曲外周側方向に排気通路方向で連続する部分に形成されている。これによって、接続部位近傍湾曲部における排気流れの剥離領域を小さくすることができる。

（５） 一つの燃焼室に複数の排気ポートの一端が接続され、これら複数の排気ポートの他端を合流させてなる排気ポート合流部が排気マニホールドに接続された内燃機関の排気通路構造において、各排気ポートは、排気ポート合流部の上流側に湾曲部を有し、排気ポート合流部の内部が、排気通路方向に沿って延設された整流板によって、湾曲部の湾曲外周側に連続する部分と、湾曲部の湾曲内周側に連続する部分とに仕切られている。これによって、排気ポート合流部のうち、排気が相対的に流れにくくなっている湾曲部の湾曲内周側部分に連続する部分に、整流板によって積極的に排気が導入されることになり、整流板により排気ポート合流部内の排気流れが整流され、総じて排気ポート合流部内の流量分布が均一となり、排気ポートの通路断面積を有効に使って効率良く排気を流すことができる。

（６） 上記（５）に記載の内燃機関の排気通路構造は、具体的には、整流板が排気ポート合流部内を上方側と下方側とに略２分割するよう設けられている。

本発明の第１実施形態に係る内燃機関の排気通路構造を模式的に示した説明図。 図１における排気通路構造を平面視した説明図。 図２のＡ−Ａ線に沿った断面図。 本発明に係る内燃機関の排気通路構造の他例を模式的に示した説明図。 本発明の第２実施形態に係る内燃機関の排気通路構造を模式的に示した説明図。 本発明の第３実施形態に係る内燃機関の排気通路構造を模式的に示した説明図。 本発明の第４実施形態に係る内燃機関の排気通路構造を模式的に示した説明図。 本発明の第４実施形態に係る内燃機関の排気通路構造の要部断面図。 比較例における内燃機関の排気通路構造の断面図。

符号の説明

1…排気通路
２…排気ポート
３…排気マニホールド
４…分岐管
５…排気ポート合流部
６…湾曲部
７…接続部位近傍湾曲部
８…突部

Claims (6)

1. 一つの燃焼室に複数の排気ポートの一端が接続され、これら複数の排気ポートの他端を合流させてなる排気ポート合流部が排気マニホールドに接続された内燃機関の排気通路構造において、
   各排気ポートは、排気ポート合流部の上流側に湾曲部を有し、
   排気ポート合流部の内壁面のうち、湾曲部の湾曲外周側部分に排気通路方向で連続する部分に、排気通路方向に沿った所定区間に亙って連続する突部が形成されていることを特徴とする内燃機関の排気通路構造。
2. 排気ポート合流部の内壁面のうち、湾曲部の湾曲外周側部分に排気通路方向で連続する部分は、排気ポート合流部の排気流れが剥離する領域に相対する部分であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気通路構造。
3. 排気ポート合流部の内壁面のうち、湾曲部の湾曲外周側部分に排気通路方向で連続する部分は、排気ポート合流部の上方側の内壁面であることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の排気通路構造。
4. 排気マニホールドは、内燃機関の気筒数に対応した数の分岐管を有するものであって、排気ポート合流部は、排気マニホールドの分岐管に対して接続され、排気マニホールドの分岐管は、排気ポート合流部との接続部位の近傍で湾曲する接続部位近傍湾曲部を有し、突部は、排気ポート合流部の内壁面のうち、接続部位近傍湾曲部の湾曲外周側方向に排気通路方向で連続する部分に形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の排気通路構造。
5. 一つの燃焼室に複数の排気ポートの一端が接続され、これら複数の排気ポートの他端を合流させてなる排気ポート合流部が排気マニホールドに接続された内燃機関の排気通路構造において、
   各排気ポートは、排気ポート合流部の上流側に湾曲部を有し、
   排気ポート合流部の内部が、排気通路方向に沿って延設された整流板によって、湾曲部の湾曲外周側に連続する部分と、湾曲部の湾曲内周側に連続する部分とに仕切られていることを特徴とする内燃機関の排気通路構造。
6. 整流板は、排気ポート合流部内を上方側と下方側とに略２分割するよう設けられていることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の排気通路構造。

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