JP4934829B2 - エンジンユニット - Google Patents

Description

本発明は、内燃エンジンのシリンダと排気マフラーとを組合わせたエンジンユニットに関する。本発明はまた、該エンジンユニットを構成するシリンダ自体に関する。

内燃エンジンのシリンダに結合される排気マフラーとして、排ガス入口の内側に排ガス浄化器を備えたものが知られている（特許文献１参照）。該排ガス浄化器は、例えば、ハニカム状基体と、該ハニカム状基体に保持される排ガス浄化用触媒を備える。前記排気マフラーの前記排ガス入口は、前記シリンダの排ガス通路に連通する。前記シリンダ内の排ガスは、前記排ガス通路から高速で噴出し、前記排ガス入口を通って前記排気マフラー内に流入する。そして、前記排ガスは、前記排ガス浄化器で浄化された後に、前記排気マフラーの排ガス出口から放出される。
特開２００６−４６２６４号公報

この種の排気マフラーにおいては、前記排ガス通路から高速で噴出する排ガスが前記排ガス浄化器にダイレクトに衝突するので、前記ハニカム状基体の寿命が短く、該ハニカム状基体が破損し易い傾向がある。特に、排ガスは、前記排ガス通路の断面のすべての部分において均一な流速で噴出する訳ではないので、排ガス噴出圧が高い部分において、前記ハニカム状基体の破損の可能性が大きい。破損した前記ハニカム状基体の破片が前記排ガス通路を通って前記シリンダ内へ入り込んでしまうと、該シリンダ及びピストンの破損にもつながってしまう。

このような不都合は、排気マフラーの排ガス入口における排ガスの流速を低減又は均一化させることで回避することができる。

本発明は、前記の如き事情に鑑みてなされたもので、排気マフラーの排ガス入口における排ガスの流速を低減又は均一化させることができるエンジンユニットを提供しようとするものである。

本発明はまた、前記エンジンユニットを構成するシリンダを提供しようとするものである。

前記課題を解決するため、本発明に係るエンジンユニットは、内端部の開口面積より外端部の開口面積が大きい排ガス通路を有するシリンダと、前記排ガス通路に連通する排ガス入口を有する排気マフラーを備え、前記排ガス入口の開口面積が前記排ガス通路の前記内端部の開口面積と同じかそれより大きいエンジンユニットであって、前記排ガス通路の断面積を前記外端部において段差状に急増させることにより、該外端部近傍における前記排ガス通路の周辺部が浅いポケット状に形成されている（請求項１）。

本発明によれば、前記シリンダ内の排ガスは、前記排ガス通路で膨張して前記排ガス入口から前記排気マフラー内に流入する。ここで、本発明では、前記排ガス通路の断面積を前記外端部において段差状に急増させることにより、該外端部近傍における前記排ガス通路の周辺部が浅いポケット状に形成されている。このため、前記排ガス通路の前記外端部内において排ガスの急激な膨張が起こる。その結果、排ガスは、流速が低減又はより均一化された状態で前記排ガス入口へと流入する。

好適な実施の一形態として、前記構成に加えて、前記排ガス入口を画成する仕切り板が前記排ガス通路の前記外端部の開口面積の一部を閉じている態様とすることもできる（請求項２）。この場合、前記排ガス通路内の高速の排ガスの一部が前記仕切り板に衝突する。これにより、前記排ガス入口の手前で排ガスの全体が攪拌され、前記排ガス入口における排ガスの流速が前記排ガス入口の面積上で均等化される。このため、前記排ガス入口に流入する排ガスの流速が低減される。また、この実施の形態によれば、前記排ガス入口における排ガス流速の低減又は均一化作用が相乗的に得られて、一層好適である。なお、前記仕切り板は、前記排ガス通路の形状に応じて、排ガスの噴出圧の大きい部分に設けることが望ましい。

好適な実施の一形態として、前記排ガス通路の前記外端部が、前記排気マフラーの前記排ガス入口との間に、前記排ガス通路の断面を拡大する方向に扁平に広がった扁平拡張室を備えた態様とすることもできる（請求項３）。

一方、本発明に係るシリンダは、内端部の開口面積より外端部の開口面積が大きい排ガス通路を有し、該排ガス通路に連通する排ガス入口を有する排気マフラーと結合して使用されるシリンダであって、前記排ガス通路の断面積を前記外端部において段差状に急増させることにより、該外端部近傍における前記排ガス通路の周辺部が浅いポケット状に形成されることを特徴とする（請求項４）。

本発明の好適な実施の一形態に係るシリンダとして、前記排ガス通路の前記外端部が、前記排ガス通路の断面を拡大する方向に扁平に広がった扁平拡張室を備えた態様とすることもできる（請求項５）。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。

図１は、本発明の実施の一形態に係るエンジンユニットの要部の縦断面図、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ矢視平面図、図３は、排ガス通路の外端開口と排ガス入口との関係を示す、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視図である。

図１に示す本発明の実施の形態に係るエンジンユニット１は、それ自体周知のシュニューレ掃気式の小型空冷２サイクルガソリンエンジンについてのものである。該内燃エンジンは、例えば、刈払機やチェーンソー等の携帯式作業機の原動機として使用される。

図１及び図２に示すように、前記エンジンユニット１は、シリンダ２と排気マフラー３との結合体である。前記シリンダ２と前記排気マフラー３の間にはガスケット４が介装され、それらが二本の通しボルト５，５で互いに結合されている。

図１に示すように、前記シリンダ２は、上下軸線方向に延びるシリンダボア６の上部に燃焼室７を備え、外周には多数の冷却フィン８を有する。前記シリンダボア６内にはピストン９が嵌挿される。前記シリンダ２は、排ガス通路１０と掃気口１１を備え、さらに、図示してはいないが、周知の態様で吸気口を備えている。

前記排ガス通路１０は、内端部１２の開口面積より外端部１３の開口面積が大きく形成され、前記内端部１２側から前記外端部１３側に向けて断面積が増大している。本実施の形態では、図２に示すように、前記排ガス通路１０が、前記シリンダボア６の半径方向に対して角度を付けて配設されている。また、図１と図２を総合すると分かるように、前記排ガス通路１０は、内端開口１４が前記シリンダボア６の周方向に延びる横長形状であり、外端開口１５は、前記内端開口１４の長さ寸法とほぼ同じ直径を有する円形状である。前記排ガス通路１０のその他の特徴は後述する。

前記排気マフラー３は、膨張室１６を画成する箱状のケーシング１７と、該ケーシング１７の内部に配設された排ガス浄化器１８を備えている。前記ケーシング１７は、排ガス入口１９と排ガス出口２０を有する。前記排ガス入口１９は、前記排ガス通路１０の前記外端開口１５に対面している。前記排ガス入口１９の開口面積は、前記排ガス通路１０の前記内端部１２の開口面積と同じかそれより大きい。これにより、前記シリンダ２内の排ガスの確実な排出が保証される。

前記排ガス浄化器１８は、円柱状又は角柱状のハニカム状基体２１と、該ハニカム状基体２１に保持される排ガス浄化用触媒２２を備える。前記排ガス浄化器１８は、有底筒状のディフューザー２３内に嵌挿固定され、該ディフューザー２３は、開口部２４を前記排ガス入口１９に正対させて、前記ケーシング１７内に固定されている。前記ディフューザー２３は、前記排ガス浄化器１８より排ガス流路の下流側に、排ガス導出孔２５を有している。したがって、前記シリンダ２内の排ガスは、前記排ガス通路１０を通って前記排ガス入口１９から前記排気マフラー３内に流入し、前記排ガス浄化器１８で浄化された後に、前記排ガス導出孔２５を通って前記膨張室１６に入り、前記排ガス出口２０から外部へと放出される。

前記エンジンユニット１は、次に述べる第一及び第二の構成Ａ，Ｂの内、少なくとも前記第二の構成Ｂを備え、好ましくは、それら双方を備えている。前記第一の構成Ａは、前記排ガス入口１９を画成する仕切り板２６が前記排ガス通路１０の前記外端部１３の開口面積の一部を閉じているという構成である。一方、前記第二の構成Ｂは、前記排ガス通路１０の断面積を前記外端部１３において段差状に急増させることにより、該外端部１３近傍における前記排ガス通路１０の周辺部が浅いポケット状に形成される構成である。

前記第一の構成Ａについて述べる。図１及び図２に示すように、前記排気マフラー３の前記ケーシング１７は開口部２７を有する。該開口部２７は、前記排ガス通路１０の前記外端開口１５と同じ大きさであり、それと同心に配設されている。前記開口部２７を内側から閉じるように、前記ケーシング１７の内側に前記仕切り板２６が固着されている。該仕切り板２６には、前記排ガス入口１９が形成されている。該排ガス入口１９の開口面積は、前記排ガス通路１０の前記外端部１３の開口面積より小さい。したがって、前記排ガス通路１０の排ガスの一部は、前記仕切り板２６に衝突する。該仕切り板２６は、前記排ガス浄化器１８の一部を覆っている。

本実施の形態では、前記排ガス入口１９の形状が、図３に示すように横長状とされ、該排ガス入口１９は、前記排ガス通路１０の前記外端開口１５に対して右方向に偏倚させて配設されている。したがって、前記排ガス通路１０の前記外端開口１５の内、上部、下部及び左部が、前記仕切り板２６によって閉じられていることになる。これは、前記排ガス通路１０の形状又は構成に対応させたものである。すなわち、本発明の発明者等の知見によれば、排ガス通路が図１及び図２に示す形状の場合、前記外端開口１５の上部、下部及び左部において排ガスの流速が最も速くなり、したがって、それらの部分において排ガスの噴出圧が最も大きくなる。そこで、前記仕切り板２６の上部、下部及び左部を残して、その他の部分に前記排ガス入口１９を設けている。

前記仕切り板２６における前記排ガス入口１９の形状と配設位置は、前記排ガス通路１０の形状又は構成に応じて決定する。すなわち、該排ガス通路１０の形状又は構成に応じて、該排ガス通路１０の断面上における排ガスの噴出圧の大小の分布態様が異なる。そこで、排ガスの噴出圧の小さい部分に前記排ガス入口１９を設け、噴出圧の大きな排ガス、すなわち、一般に高速である排ガスの中でも特に高速な排ガスが前記仕切り板２６に衝突するようにする。

これにより、前記排ガス入口１９の手前で排ガスの全体が攪拌され、前記排ガス入口１９を通過する排ガスの流速が前記排ガス入口１９の面積上で均等化される。このため、前記排ガス入口１９に流入する排ガスの流速が低減される。その結果、第一の効果として前記排ガス浄化器１８の損傷が防止され、第二の効果として、前記排ガス入口１９に流入する排ガスの温度も低下する。前記排ガス浄化器１８が破損し難くなるので、前記エンジンユニット１を、チェーンソー等の、機体の姿勢を大きく且つ頻繁に変更しながら作業を行う作業機に搭載した場合でも、前記排ガス浄化器１８の破片が前記シリンダ２内に入り込んでしまう危険がない。

次に、前記第二の構成Ｂについて述べる。既に述べたように、該第二の構成Ｂは、前記シリンダ２の前記排ガス通路１０の断面積を前記外端部１３において段差状に急増させることにより、該外端部１３近傍における前記排ガス通路１０の周辺部が浅いポケット状に形成される構成である。

図１に示すように、前記排ガス通路１０は、前記内端部１２側から前記外端部１３側に向けて断面積を微増させながら続く内面を、前記外端部１３の近傍に至って指数関数的に立ち上げ、段差状に急増させることにより、この外端部１３は前記排ガス通路１０の周辺部が浅いポケット状に形成された開口部となる。本実施の形態では、前記排ガス通路１０の断面積急増の最も好適な例として、前記排ガス通路１０の前記外端部１３が、前記排気マフラー３の前記排ガス入口１９との間に、前記排ガス通路１０の断面を拡大する方向（図１の例では上下方向）に扁平に広がった扁平拡張室２８を備えた構成とされている。前記排ガス通路１０の内面の断面積が急増する立ち上がり部の態様は、角度を有した立ち上がりでもよいし、図１に示すように滑らかに湾曲した立ち上がりでもよい。図１に示すように湾曲面とすれば、排ガスの円滑な流通が促進される利点がある。

前記第二の構成Ｂを備えたことにより、前記排ガス通路１０の前記外端部１３内において排ガスの急激な膨張が起こる。このため、たとえ前記第一の構成Ａが備わっていない場合でも、前記排気マフラー３の手前で排ガスの流速が低減又はより均一化された状態となる。その結果、前記と同様に、第一の効果として前記排ガス浄化器１８の損傷が防止され、第二の効果として、前記排気マフラー３内に流入する排ガスの温度も低下する。

なお、前記第一及び第二の構成Ａ，Ｂの双方が備わっていれば、前記排ガス入口１９における排ガス流速の低減又は均一化作用、及び、排ガス温度の低減作用が相乗的に得られて、一層好適である。図１の例と従来のものとの比較実験によれば、前記排気マフラー３から外部へ排出される排ガスの温度で、従来のものより約１０℃の低減が確認された。

図４は、図１の実施の形態の第一の変形例を示す断面図である。

図４に示すエンジンユニット４０は、前記仕切り板２６を備えていない点が異なるだけで、その他の点は図１のエンジンユニットと同一である。すなわち、前記第二の構成Ｂのみを備え、前記第一の構成Ａを備えていない態様である。図４においては、排気マフラー３の排ガス入口４１の形状及び大きさが、シリンダ２の排ガス通路１０の外端開口１５の形状及び大きさと同じになっている。この場合、前記仕切り板２６を備えていないために図１の実施の形態のものよりは作用効果が劣るものの、前記排ガス通路１０の断面積が外端部１３において段差状に急増していることから、該外端部１３内で排ガスの急激な膨張が起こる。これにより、前記排ガス入口４１における排ガスの流速が前記排ガス入口４１の面積上で均等化される。これらの要因により、前記排ガス入口４１に流入する排ガスの流速が低減され、排ガス温度も低減される。

さらに、本発明の他の実施の形態について説明する。

図５は、本発明の他の実施の形態に係るエンジンユニットの要部の縦断面図、図６は、図５のＶＩＩ−ＶＩＩ矢視平面図、図７は、排ガス通路の外端開口と排ガス入口との関係を示す、図５のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ矢視図である。

図５及び図６に示すエンジンユニット５０は、排ガス通路５１の水平断面の形状（図６参照）と、仕切り板５２における排ガス入口５３の形状が、図１及び図２のものと異なる。それ以外の点は、図１及び図２と同様である。

本実施の形態では、図６に示すように、前記排ガス通路５１が、シリンダボア６の半径方向に沿って延びるように配設されている。また、図５と図６を総合すると分かるように、前記排ガス通路５１は、内端開口５４が前記シリンダボア６の周方向に延びる横長形状であり、外端開口５５は、前記内端開口の長さ寸法よりやや大きい直径を有する円形状である。

本発明の発明者等の知見によれば、この形状の排ガス通路５１の場合、前記外端開口５５の中央部において排ガスの流速が最も速くなり、したがって、前記外端開口５５の中央部において排ガスの噴出圧が最も大きくなる。そこで、図７に示すように、前記仕切り板５２の中央部を残してその左右両側のそれぞれに前記排ガス入口５３を設けている。該排ガス入口５３の開口面積の合計値は、前記排ガス通路５１の内端部５６の開口面積と同じかそれより大きく、且つ、前記排ガス通路５１の外端部５７の開口面積より小さくなっている。この実施の形態においても、図１及び図２の実施の形態の場合と同様の作用効果が奏される。

なお、図５及び図６の例の場合にも、図１及び図２の例に対する図４に示す変形が可能なことは勿論である。その変形例の場合も、図４の場合と同様の作用効果が奏される。

本発明の実施の一形態に係るエンジンユニットの要部の縦断面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ矢視平面図である。 排ガス通路の外端開口と排ガス入口との関係を示す、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視図である。 図１の実施の形態の第一の変形例を示す断面図である。 本発明の他の実施の形態に係るエンジンユニットの要部の縦断面図である。 図５のＶＩＩ−ＶＩＩ矢視平面図である。 排ガス通路の外端開口と排ガス入口との関係を示す、図５のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ矢視図である。

符号の説明

１，４０，５０ エンジンユニット
２ シリンダ
３ 排気マフラー
１０，５１ 排ガス通路
１２，５６ 排ガス通路の内端部
１３，５７ 排ガス通路の外端部
１９，４１，５３ 排ガス入口
２６，５２ 仕切り板
２８ 扁平拡張室

Claims (5)

1. 内端部（１２，３２，５６）の開口面積より外端部（１３，３３，５７）の開口面積が大きい排ガス通路（１０，３１，５１）を有するシリンダ（２）と、前記排ガス通路（１０，３１，５１）に連通する排ガス入口（１９，４１，５３）を有する排気マフラー（３）を備え、前記排ガス入口（１９，４１，５３）の開口面積が前記排ガス通路（１０，３１，５１）の前記内端部（１２，３２，５６）の開口面積と同じかそれより大きいエンジンユニット（１，３０，４０，５０）であって、
   前記排ガス通路（１０，３１，５１）の断面積を前記外端部（１３，３３，５７）において段差状に急増させることにより、該外端部（１３，３３，５７）近傍における前記排ガス通路（１０，３１，５１）の周辺部が浅いポケット状に形成されている、エンジンユニット。
2. 前記排ガス入口（１９，４１，５３）を画成する仕切り板（２６，５２）が前記排ガス通路（１０，３１，５１）の前記外端部（１３，３３，５７）の開口面積の一部を閉じている、請求項１に記載のエンジンユニット。
3. 前記排ガス通路（１０，３１，５１）の前記外端部（１３，３３，５７）が、前記排気マフラー（３）の前記排ガス入口（１９，４１，５３）との間に、前記排ガス通路（１０，３１，５１）の断面を拡大する方向に扁平に広がった扁平拡張室（２８）を備えている、請求項１又は２に記載のエンジンユニット。
4. 内端部（１２，３２，５６）の開口面積より外端部（１３，３３，５７）の開口面積が大きい排ガス通路（１０，３１，５１）を有し、該排ガス通路（１０，３１，５１）に連通する排ガス入口（１９，４１，５３）を有する排気マフラー（３）と結合して使用されるシリンダ（２）であって、前記排ガス通路（１０，３１，５１）の断面積を前記外端部（１３，３３，５７）において段差状に急増させることにより、該外端部（１３，３３，５７）近傍における前記排ガス通路（１０，３１，５１）の周辺部が浅いポケット状に形成されている、シリンダ。
5. 前記排ガス通路（１０，３１，５１）の前記外端部（１３，３３，５７）が、前記排ガス通路（１０，３１，５１）の断面を拡大する方向に扁平に広がった扁平拡張室（２８）を備えている、請求項４に記載のシリンダ。

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