JP6155021B2 - Internal combustion engine - Google Patents
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Description
本願発明は、排気系に触媒装置を設けた内燃機関に関するものである。 The present invention relates to an internal combustion engine provided with a catalyst device in an exhaust system.
多気筒内燃機関のシリンダヘッドは複数の排気ポートを有するが、一般に、排気ポートは気筒に対応した数がシリンダヘッドの側面に開口しており、シリンダヘッドの側面に、複数の排気ポートを1つの集合出口に纏める排気マニホールドがボルトで固定されている。 A cylinder head of a multi-cylinder internal combustion engine has a plurality of exhaust ports. In general, the number of exhaust ports corresponding to the cylinder is opened on a side surface of the cylinder head, and a plurality of exhaust ports are provided on the side surface of the cylinder head. An exhaust manifold to be collected at the collecting outlet is fixed with bolts.
他方、近年の内燃機関は排気を浄化するため排気通路に触媒装置を設けているが、触媒装置は内部に触媒を設けているため、排気管とは別に製造してこれを排気管に接合せねばならない。また、触媒は高温で活性化する性質があるため、排気通路のできるだけ上流部に設けるのが好ましい。そこで、排気マニホールド部の集合出口に触媒装置を取り付けることが行われているが、シール性を確保した状態で加工誤差や振動を吸収すべく、特許文献1には、ボールジョイント装置を介して触媒装置を排気マニホールド部の集合出口に取り付けることが記載されている。
On the other hand, in recent internal combustion engines, a catalyst device is provided in the exhaust passage to purify the exhaust. However, since the catalyst device is provided with a catalyst inside, it is manufactured separately from the exhaust pipe and joined to the exhaust pipe. I have to. Further, since the catalyst has a property of being activated at a high temperature, it is preferable to provide the catalyst as upstream as possible in the exhaust passage. Therefore, a catalyst device is attached to the outlet of the exhaust manifold portion. However, in order to absorb processing errors and vibrations in a state where the sealing performance is secured,
さて、触媒装置はある程度の重量があるため、これをしっかりと支えておく必要がある。しかし、特許文献1のようにシリンダヘッドの側面から張り出した排気マニホールド部の先端に重い触媒装置を取り付ける構成では、排気マニホールドも高い剛性を確保せねばならないため厚肉化せねばならず、すると重量増大を招来するおそれがある。また、排気マニホールド部には触媒装置を取り付けるためのブラケットを設けねばならないため、それだけ構造が複雑化することになる。
Now, since the catalyst device has a certain amount of weight, it needs to be supported firmly. However, in the configuration in which a heavy catalyst device is attached to the tip of the exhaust manifold portion that protrudes from the side surface of the cylinder head as in
また、排気マニホールド部はシリンダヘッドから張り出しているため、排気マニホールド部の先端ではシリンダヘッドの振動が増幅することになり、このため、触媒装置も大きく振動するおそれがあるが、すると、たとえばボールジョイント装置を使用していてもシール性を確保できない場合が発生することも考えられる。 In addition, since the exhaust manifold portion protrudes from the cylinder head, the vibration of the cylinder head is amplified at the tip of the exhaust manifold portion. For this reason, the catalyst device may also vibrate greatly. It is also conceivable that a case where the sealing property cannot be ensured even when the apparatus is used.
他方、シリンダヘッドやこれに固定された排気ブロック体に排気集合通路を一体に形成している内燃機関が提案されているが、本願発明はこのような排気集合通路一体方式の内燃機関を利用して、シール性を確保しつつ触媒装置を取り付けできるようにすること等を目的とするものである。 On the other hand, an internal combustion engine in which an exhaust collecting passage is integrally formed in a cylinder head or an exhaust block body fixed to the cylinder head has been proposed, but the present invention utilizes such an exhaust collecting passage integrated type internal combustion engine. Thus, it is an object of the present invention to make it possible to attach a catalyst device while ensuring sealing performance.
本願発明は、
シリンダヘッド又はこれに固定された排気ブロック体に、複数の排気ポートを1つの排気出口に纏める排気集合通路が一体に形成されており、
前記シリンダヘッド又は排気ブロック体に、前記排気出口に向けて開口すると共に内部に触媒を設けた触媒ケースが、相対姿勢を変えてもシール性を確保した状態で当接状態を保持できるガスケットと筒部とを有するボールジョイント装置を介して取り付けられているという構成であって、
前記シリンダヘッド又は排気ブロック体の排気出口に、前記シリンダヘッド又は排気ブロック体の外側に突出した露出部を有する中心筒が嵌め込まれており、前記ボールジョイント装置のガスケットが、前記中心筒の露出部に外側から嵌め込まれていると共に、前記シリンダヘッド又は排気ブロック体で支持されている一方、
前記筒部は、前記シリンダヘッド又は排気ブロック体に取り付けるためのフランジを有していて、前記筒部のうち前記フランジと連接した屈曲部のみが前記ガスケットに当接しており、前記筒部の屈曲部を挟んで前記触媒ケースの側では、前記ガスケットと筒部との間に隙間が空いている。
The present invention is
An exhaust collecting passage that combines a plurality of exhaust ports into one exhaust outlet is formed integrally with the cylinder head or the exhaust block body fixed to the cylinder head.
A gasket and a cylinder that can hold a contact state in a state in which a sealing case is secured even if the catalyst case that opens toward the exhaust outlet and has a catalyst inside is secured to the cylinder head or the exhaust block body even if the relative posture is changed. And is attached through a ball joint device having a portion,
A central tube having an exposed portion protruding outside the cylinder head or the exhaust block body is fitted into an exhaust outlet of the cylinder head or the exhaust block body, and the gasket of the ball joint device is an exposed portion of the central tube. While being fitted from the outside and supported by the cylinder head or the exhaust block body ,
The cylinder part has a flange for attaching to the cylinder head or the exhaust block body, and only a bent part connected to the flange among the cylinder parts is in contact with the gasket, and the cylinder part is bent. There is a gap between the gasket and the cylindrical portion on the catalyst case side with the portion interposed therebetween.
本願発明では、触媒ケースがシリンダヘッド又は排気ブロック体にボールジョイント装置を介して近接して取り付けられているため、触媒ケースが大きく振動することを抑制してガスケットと筒部とが当接した状態をしっかりと保持できるのであり、これにより、高いシール性を確保できる。 In the present invention, since the catalyst case is mounted close to the cylinder head or the exhaust block body via the ball joint device, the catalyst case is prevented from greatly vibrating and the gasket and the cylindrical portion are in contact with each other. Can be firmly held, thereby ensuring high sealing performance .
また、触媒ケースがシリンダヘッド又は排気ブロック体に近接しているため、ボールジョイント装置の箇所に作用するモーメントは小さく、このため触媒ケースの支持安定性に優れている。その結果、触媒ケースやこれに固定された排気管を支持するブラケットやステーを無くすことが可能になり、それだけ構造を簡単化できる。更に、ガスケットは中心筒に嵌まっているため、ガスケットの位置決めを正確に行えて、シール性を確保できる。 Further, since the catalyst case is close to the cylinder head or the exhaust block body, the moment acting on the location of the ball joint device is small, and therefore the support stability of the catalyst case is excellent. As a result, it is possible to eliminate the catalyst case and the bracket and stay that support the exhaust pipe fixed to the catalyst case, and the structure can be simplified accordingly. Further, since the gasket is fitted in the center tube, the gasket can be accurately positioned and the sealing performance can be secured.
また、シリンダヘッド又は排気ブロック体に触媒ケースが近接していることにより、シリンダヘッド又は排気ブロック体から噴出した排気ガスが直ちに触媒に到達するため、触媒の活性を高めて浄化性能を向上できる。 Further, since the catalyst case is close to the cylinder head or the exhaust block body, the exhaust gas ejected from the cylinder head or the exhaust block body immediately reaches the catalyst, so that the activity of the catalyst can be enhanced and the purification performance can be improved.
特に、実施形態のように触媒ケースをシリンダヘッド又は排気ブロック体の側面と略直交した姿勢に配置すると、シリンダヘッド又は排気ブロック体の排気出口から噴出した排気ガスは触媒に向けて直進するため、触媒の活性向上に有効であり、更に、例えば触媒ケースの入口がL形に曲がっている場合に比べて触媒ケースはその全体が均等に熱膨張するため、熱膨張によってボールジョイント装置のシール性が悪化することも防止できる。 In particular, when the catalyst case is arranged in a posture substantially orthogonal to the side surface of the cylinder head or the exhaust block body as in the embodiment, the exhaust gas ejected from the exhaust outlet of the cylinder head or the exhaust block body goes straight toward the catalyst. It is effective in improving the activity of the catalyst. Furthermore, since the entire catalyst case thermally expands evenly compared to when the inlet of the catalyst case is bent in an L shape, for example, the sealing performance of the ball joint device is improved by the thermal expansion. It can also prevent deterioration.
さて、本願発明のように排気集合通路をシリンダヘッド又は排気ブロック体に一体化すると、それらシリンダヘッド又は排気ブロック体は排気マニホールド方式に比べて温度が高くなるため、触媒ケースをシリンダヘッドや排気ブロック体に直接に固定していると、触媒ケースが高温になって熱変形が大きくなるのみならず、近くに配置したケーブル類が輻射熱を受けて悪影響を受けるおそれもある。 When the exhaust collecting passage is integrated with the cylinder head or the exhaust block body as in the present invention, the temperature of the cylinder head or the exhaust block body is higher than that of the exhaust manifold system. If it is directly fixed to the body, not only will the catalyst case become high temperature and thermal deformation will increase, but there will also be a risk that cables placed nearby will receive radiant heat and be adversely affected.
これに対して本願発明では、触媒ケースはボールジョイント装置を介して取り付けられており、触媒ケースがいわば断熱に近い状態でシリンダヘッド又は排気ブロック体に取り付けられているため、シリンダヘッド又は排気ブロック体の熱が触媒ケースに伝わることを著しく抑制できる。このため、触媒ケースが熱変形して耐久性が低下することや、触媒ケースの輻射熱がケーブル類に伝わるといった不具合を抑制できる。 On the other hand, in the present invention, the catalyst case is attached via a ball joint device. Since the catalyst case is attached to the cylinder head or the exhaust block body in a state close to heat insulation, the cylinder head or the exhaust block body. It is possible to remarkably suppress the heat from being transferred to the catalyst case. For this reason, it is possible to suppress problems such as the catalyst case being thermally deformed and the durability being lowered, and the radiation heat of the catalyst case being transmitted to the cables.
(1).第1実施形態
次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。まず、図1に示す第1実施形態を説明する。
(1). First Embodiment Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. First, the first embodiment shown in FIG. 1 will be described.
本実施形態は3気筒内燃機関に適用しており、このため、シリンダヘッド1には、シリングブロックにおける3つのシリンダボアに対応した3つの凹所2が形成されており、各凹所2には、2つずつの吸気口3と排気口4とが開口している。各吸気口3と排気口4にはそれぞれ枝吸気ポート5と枝排気ポート6が連通しており、一対ずつの枝吸気ポート5と枝排気ポート6とは、それぞれ1つの吸気集合ポート7及び排気集合ポート8に連通している。
The present embodiment is applied to a three-cylinder internal combustion engine. For this reason, the
各吸気集合ポート7はシリンダヘッド1の一側面1aから開口しており、シリンダヘッド1の一側面1aには、吸気を各吸気集合ポート7に分配供給する吸気マニホールド(図示せず)が固定される。他方、各排気集合ポート8は、シリンダヘッド1の内部に形成した枝集合通路9を介して排気出口10に纏められている。従って、枝集合通路9と排気出口10とで排気集合通路11が構成されている。
Each
シリンダヘッド1の他側面1bには、触媒Sを内蔵した筒状(或いはタンク状)の触媒ケース12がボールジョイント装置13を介して取り付けられている。ボールジョイント装置13は、シリンダヘッド1の他側面1bに重ね配置したガスケット(ボール部)14と、このガスケット14に当接する筒部15とを有している。敢えて述べるまでもないが、触媒ケース12は排気出口10よりも大きい外径である。ガスケット14は、若干弾性変形(圧縮変形)する無機素材からなっている。
A cylindrical (or tank-shaped)
ガスケット14はボールを一部切り取ってリング状にした形態である一方、シリンダヘッド1の排気出口10には、シリンダヘッド1の他側面1bから突出した露出部を有する中心筒16が圧入等で嵌め込み固定されており、この中心筒16の露出部に、ガスケット14が外側からきっちり嵌まっている。従って、ガスケット14は、中心筒16と同心の状態でずれ不能に保持されて、シリンダヘッド1の他側面1bで支持されている。ガスケット14の外面14aは外向き凸の円弧状になっている(テーパ状でもよい。)。
While the
他方、筒部15は触媒ケース12に溶接で固定されており、従って、触媒ケース12に嵌まる拡径部15aを有しており、拡径部15aは、排気出口10と略同じ内径のくびれ部15bを介して広がっている。従って、筒部15も触媒ケース12の一部を構成していると云える。換言すると、ボールジョイント装置13を構成する筒部15が、触媒ケース12に一体的に形成されている。
On the other hand, the
筒部15にはボルト17が嵌まるリング状のフランジ15cが曲げ形成されており、フランジ15cと連接した屈曲部(コーナー部)15dがガスケット14に当接している。フランジ15cとシリンダヘッド1との間には若干の隙間が空いており、これにより、触媒ケース12の姿勢変化が許容されている。また、フランジ15cとボルト17の頭17aとの間に圧縮コイルばね18を介在させることにより、フランジ15cをシリンダヘッド1に向けて弾性的に押え保持している。筒部15の屈曲部15dを挟んで触媒ケース12の側では、ガスケット14と筒部15との間に隙間が空いている。
A ring-shaped
触媒ケース12の終端12aには、排気管(図示せず)が溶接又はフランジ接合によって固定されている。ボルト17は、周方向に沿って適宜間隔で複数本(例えば3〜6本)設けている。なお、ボルト17はシリンダヘッド1に一杯にねじ込まれている。頭付きボルトを使用することに代えて、スタッドボルトをシリンダヘッド1にねじ込み固定して、これに螺合固定したダブルナットでばね18を支持することも可能である。また、ばね18に代えて、他の弾性体を使用することも可能である。
An exhaust pipe (not shown) is fixed to the end 12a of the
なお、EGR装置を設ける場合は、EGR通路は触媒ケース12の適当な部位(例えば終端部)に接続したらよい。
In the case where an EGR device is provided, the EGR passage may be connected to an appropriate portion (for example, a terminal portion) of the
図面から容易に理解できるように、各排気口4から排出された排気ガスは、排気集合通路11を介して排気出口10から触媒ケース12に向けて噴出し、触媒Sで浄化されてから排気管から排出される。そして、触媒ケース12はシリンダヘッド1に取り付けているため、それだけ構造を簡素化してコスト抑制やコンパクト化に貢献できる。また、触媒ケース12はシリンダヘッド1に近接しているため、振動によって触媒ケース12が大きく触れ動くことはない。このため、触媒ケース12が多少振動してもガスケット14と筒部15とが全周にわたって密接した状態を保持して、シール性を確保することができる。
As can be easily understood from the drawings, the exhaust gas discharged from each
また、触媒ケース12がシリンダヘッド1に取り付けれていることで触媒ケース12の支持強度が高くなっているため、触媒ケース12や排気管を支持するブラケットやステーなどを不要とすることも可能であり、これにより、部材点数を削減してコスト抑制に貢献できる。
In addition, since the support strength of the
本実施形態のように中心筒16を設けると、ガスケット14の位置決めを正確に行えることができるため、シール性の確保にとってより好適である。中心筒16はシリンダヘッド1に一体化してもよいし、別部材とした場合はねじ込みによって取り付けてもよい。
If the
本実施形態では触媒ケース12はシリンダヘッド1の他側面1bと略直交した姿勢になっている。換言すると、触媒ケース12の軸心が排気ガスの噴出方向に延びている。このため、排気出口10から噴出した排気ガスは触媒Sに向けてダイレクトに当たる。このため、熱の放散を抑制して浄化効率を向上できる。また、触媒ケース12は全体にわたって均等に熱収縮するため、筒部15がその全周にわたってガスケット14に密着した状態を保持できる。この面においてもシール性を向上できる。
In the present embodiment, the
(2).第2実施形態
図2に示す第2実施形態では、シリンダヘッド1の他側面1bに排気ブロック体20をボルト)図示せず)で固定し、この排気ブロック体20に触媒ケース12がボールジョイント装置13を介して取り付けられている。排気ブロック体20には、排気集合ポート8と排気集合通路11とが一体に形成されている。
(2). Second Embodiment In the second embodiment shown in FIG. 2, the
この実施形態の排気ブロック体20はシリンダヘッド1と同一視できるものであり、従って、上記した第1実施形態と同じ作用効果を発揮する。また、この第2実施形態のように排気ブロック体20を設けると、シリンダヘッド1の加工が容易になる利点がある(シリンダヘッド1と排気ブロック体20との合わせ面にEGR通路を設けることも容易に実現できる。)。
The
本願発明は、上記の2つの実施形態の他にも様々に具体化できる。 The present invention can be embodied in various ways other than the two embodiments described above .
本願発明は内燃機関に実際に具体化できる。従って、産業上利用できる。 The present invention can actually be embodied in an internal combustion engine. Therefore, it can be used industrially.
1 シリンダヘッド
4 排気口
6 排気枝ポート
8 排気集合ポート
9 枝集合通路
10 排気出口
11 排気集合通路
12 触媒ケース
13 ボールジョイント装置
14 ガスケット
15 筒部
15c フランジ
15d 屈曲部
16 中心筒
17 ボルト
18 弾性体の一例としてのばね
S 触媒
DESCRIPTION OF
15c flange
Claims (1)
前記シリンダヘッド又は排気ブロック体に、前記排気出口に向けて開口すると共に内部に触媒を設けた触媒ケースが、相対姿勢を変えてもシール性を確保した状態で当接状態を保持できるガスケットと筒部とを有するボールジョイント装置を介して取り付けられているという構成であって、
前記シリンダヘッド又は排気ブロック体の排気出口に、前記シリンダヘッド又は排気ブロック体の外側に突出した露出部を有する中心筒が嵌め込まれており、前記ボールジョイント装置のガスケットが、前記中心筒の露出部に外側から嵌め込まれていると共に、前記シリンダヘッド又は排気ブロック体で支持されている一方、
前記筒部は、前記シリンダヘッド又は排気ブロック体に取り付けるためのフランジを有していて、前記筒部のうち前記フランジと連接した屈曲部のみが前記ガスケットに当接しており、前記筒部の屈曲部を挟んで前記触媒ケースの側では、前記ガスケットと筒部との間に隙間が空いている、
内燃機関。 An exhaust collecting passage that combines a plurality of exhaust ports into one exhaust outlet is formed integrally with the cylinder head or the exhaust block body fixed to the cylinder head.
A gasket and a cylinder that can hold a contact state in a state in which a sealing case is secured even if the catalyst case that opens toward the exhaust outlet and has a catalyst inside is secured to the cylinder head or the exhaust block body even if the relative posture is changed. And is attached through a ball joint device having a portion,
A central tube having an exposed portion protruding outside the cylinder head or the exhaust block body is fitted into an exhaust outlet of the cylinder head or the exhaust block body, and the gasket of the ball joint device is an exposed portion of the central tube. While being fitted from the outside and supported by the cylinder head or the exhaust block body ,
The cylinder part has a flange for attaching to the cylinder head or the exhaust block body, and only a bent part connected to the flange among the cylinder parts is in contact with the gasket, and the cylinder part is bent. On the side of the catalyst case across the part, there is a gap between the gasket and the cylindrical part,
Internal combustion engine.
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