JP6369523B2 - Engine exhaust system - Google Patents

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Description

本発明は、所定の燃料と空気との混合気が燃焼する気筒を備えたエンジンの排気装置に関する。   The present invention relates to an exhaust system for an engine having a cylinder in which a mixture of predetermined fuel and air burns.

一般に多気筒エンジンの排気通路は、各気筒の排気開口に連なるシリンダヘッドの排気ポート、各排気ポートに上流端が連なる排気マニホールド、及び前記排気マニホールドの下流端に連なる共用排気管により構成される。前記共用排気管には、一般に排気を浄化する触媒装置が組み入れられるが、排気が保有する熱エネルギーを回収する排熱回収装置が組み入れられる場合もある。前記共用排気管の下流端には、消音のためのサイレンサが組み付けられる。   In general, an exhaust passage of a multi-cylinder engine includes an exhaust port of a cylinder head connected to an exhaust opening of each cylinder, an exhaust manifold connected to an upstream end of each exhaust port, and a common exhaust pipe connected to a downstream end of the exhaust manifold. The common exhaust pipe generally incorporates a catalyst device that purifies exhaust gas, but may also incorporate an exhaust heat recovery device that collects thermal energy held in the exhaust gas. A silencer for silencing is assembled at the downstream end of the common exhaust pipe.

前記排気通路において、排気熱の放熱(排気の温度低下)の抑制が求められる場合がある。例えば、前記触媒装置内の触媒をエンジン始動時に早期活性化させる、若しくは触媒の活性化温度を維持するために、排気熱を可及的に逃がすことなく前記触媒装置へ排気を導くことが求められる。或いは、前記排熱回収装置において、回収する熱量を多くするために、排気熱を可及的に逃がすことなく前記排熱回収装置へ排気を導くことが求められる。特許文献1には、エンジンと触媒装置とを繋ぐ排気管の内壁面に、排気管よりも熱伝導率が低い材料にて形成されたコーティング層を設ける排気装置が開示されている。当該コーティング層により、排気熱の排気管外への放熱が抑制されるので、前記排気熱が保温される。   In the exhaust passage, suppression of heat dissipation of exhaust heat (decrease in exhaust temperature) may be required. For example, in order to activate the catalyst in the catalyst device early when the engine is started or to maintain the activation temperature of the catalyst, it is required to guide the exhaust to the catalyst device without releasing the exhaust heat as much as possible. . Alternatively, in the exhaust heat recovery apparatus, in order to increase the amount of heat to be recovered, it is required to guide the exhaust to the exhaust heat recovery apparatus without releasing the exhaust heat as much as possible. Patent Document 1 discloses an exhaust system in which a coating layer formed of a material having a lower thermal conductivity than the exhaust pipe is provided on the inner wall surface of the exhaust pipe connecting the engine and the catalyst device. The coating layer suppresses the heat release of the exhaust heat to the outside of the exhaust pipe, so that the exhaust heat is kept warm.

特開2012−172580号公報JP 2012-172580 A

しかし、特許文献1の排気装置のように、排気管の内壁面にコーティング層を設ける場合、当該コーティング層の形成材料の調製及びコーティング層の形成工程が必要となる。これらのことは、排気装置のコスト及び工数を増加させる。   However, when the coating layer is provided on the inner wall surface of the exhaust pipe as in the exhaust device of Patent Document 1, the preparation of the material for forming the coating layer and the process of forming the coating layer are required. These increase the cost and man-hour of the exhaust device.

本発明の目的は、コスト及び製造工数を大きく増加させることなく、排気通路における排気熱の放熱を抑制できるエンジンの排気装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide an engine exhaust device that can suppress the release of exhaust heat in the exhaust passage without greatly increasing the cost and the number of manufacturing steps.

本発明の一局面に係るエンジンの排気装置は、燃料と空気との混合気が燃焼する気筒を備えたエンジンの排気装置であって、前記気筒から排出される排気が通過する排気通路を備え、前記排気通路の少なくとも一部の区間において、当該排気通路を区画する排気通路内壁面が、前記排気の流動方向に延びる100μm〜700μmの溝幅を有する複数の微細溝が密に配列された溝付き内壁面とされていることを特徴とする。 An exhaust system for an engine according to one aspect of the present invention is an exhaust system for an engine including a cylinder in which a mixture of fuel and air burns, and includes an exhaust passage through which exhaust discharged from the cylinder passes. In at least a part of the exhaust passage, an exhaust passage inner wall surface defining the exhaust passage has a groove in which a plurality of fine grooves having a groove width of 100 μm to 700 μm extending in the flow direction of the exhaust gas are densely arranged. It is an inner wall surface.

排気通路を通過する排気は、例えば一般乗用車においてエンジン回転数が1000〜6000rpm程度ならば、10〜70m/s程度の流速を持つ。本発明者らの知見によれば、このような排気通路内の排気流は、排気通路の下流側に進行する主流と、この主流に伴う副流であって前記主流の進行軸の軸回りに旋回する渦流(縦渦)とを含む。前記渦流には熱を輸送する性質が強いという特徴がある。排気流の流速が大きいほど、前記渦流の径(スケール)が小さくなる傾向がある。   Exhaust gas passing through the exhaust passage has a flow rate of about 10 to 70 m / s when the engine speed is about 1000 to 6000 rpm in a general passenger car, for example. According to the knowledge of the present inventors, such an exhaust flow in the exhaust passage is a main flow that travels downstream of the exhaust passage and a secondary flow that accompanies the main flow around the axis of travel of the main flow. Including swirling vortex flow (longitudinal vortex). The vortex is characterized by a strong property of transporting heat. As the flow velocity of the exhaust flow increases, the diameter (scale) of the vortex tends to decrease.

上記の排気装置によれば、排気通路の少なくとも一部の区間において、当該排気通路を区画する排気通路内壁面が、複数の微細溝が密に配列された溝付き内壁面とされる。微細溝が存在すると、熱伝達性の強い前記渦流が前記微細溝の頂部に留まるようになる。これにより、前記渦流が排気通路内壁面から離間され、排気通路の壁面を通した排気熱の放熱(排気損失)が低減される。従って、排気熱を保温したまま、排気を排気通路の下流側へ流通させることが可能となる。また、排気通路内壁面に微細溝を形成するだけで排気の保温効果を得ることができ、前記内壁面にコーティング層等を別途設ける場合に比べてコスト及び製造工数を低減することができる。   According to the exhaust device described above, in at least a part of the exhaust passage, the inner wall surface of the exhaust passage defining the exhaust passage is a grooved inner wall surface in which a plurality of fine grooves are densely arranged. When the fine groove is present, the eddy current having a high heat transfer property remains at the top of the fine groove. As a result, the vortex is separated from the inner wall surface of the exhaust passage, and heat radiation (exhaust loss) of the exhaust heat passing through the wall surface of the exhaust passage is reduced. Therefore, the exhaust gas can be circulated downstream of the exhaust passage while keeping the heat of the exhaust gas. Further, it is possible to obtain the heat insulation effect of the exhaust gas simply by forming the fine groove on the inner wall surface of the exhaust passage, and the cost and the number of manufacturing steps can be reduced as compared with the case where a coating layer or the like is separately provided on the inner wall surface.

上記のエンジンの排気装置において、前記排気通路に組み込まれ、前記排気を浄化する触媒装置をさらに備え、前記排気通路のうち、前記気筒の出口から前記触媒装置までを繋ぐ排気通路の少なくとも一部の区間における排気通路内壁面が、前記溝付き内壁面とされているころとが望ましい。   The engine exhaust device further includes a catalyst device that is incorporated in the exhaust passage and purifies the exhaust gas, and at least a part of the exhaust passage that connects the outlet of the cylinder to the catalyst device in the exhaust passage. It is desirable that the inner wall surface of the exhaust passage in the section is the grooved inner wall surface.

この排気装置によれば、触媒装置に至るまでの排気通路における排気熱の放熱を抑制することができる。従って、前記触媒装置内の触媒をエンジン始動時に早期活性化すること、並びに触媒の活性化温度を維持することに貢献することができる。   According to this exhaust device, the heat radiation of the exhaust heat in the exhaust passage leading to the catalyst device can be suppressed. Therefore, it is possible to contribute to the early activation of the catalyst in the catalyst device when the engine is started and to maintaining the activation temperature of the catalyst.

上記のエンジンの排気装置において、前記排気通路に組み込まれ、前記排気が保有する熱エネルギーを回収する排熱回収装置をさらに備え、前記排気通路のうち、前記気筒の出口から前記排熱回収装置までを繋ぐ排気通路の少なくとも一部の区間における排気通路内壁面が、前記溝付き内壁面とされていることが望ましい。   The engine exhaust apparatus further includes an exhaust heat recovery device that is incorporated in the exhaust passage and recovers thermal energy held by the exhaust, and includes an exhaust passage from the cylinder outlet to the exhaust heat recovery device. It is desirable that the inner wall surface of the exhaust passage in at least a part of the exhaust passage connecting the two is the grooved inner wall surface.

この排気装置によれば、排熱回収装置に至るまでの排気通路における排気熱の放熱を抑制することができる。従って、前記排熱回収装置において排気から回収する熱量を多くすることに貢献することができる。   According to this exhaust device, heat radiation of the exhaust heat in the exhaust passage leading to the exhaust heat recovery device can be suppressed. Therefore, it is possible to contribute to increasing the amount of heat recovered from the exhaust in the exhaust heat recovery apparatus.

上記のエンジンの排気装置において、前記排気通路に組み込まれ、前記排気を浄化する触媒装置と、前記触媒装置よりも排気流通方向の下流側において前記排気通路に組み込まれ、前記排気が保有する熱エネルギーを回収する排熱回収装置と、をさらに備え、前記排気通路のうち、前記気筒の出口から前記触媒装置までを繋ぐ第1排気通路の少なくとも一部の区間における排気通路内壁面、及び、前記触媒装置から前記排熱回収装置までを繋ぐ第2排気通路の少なくとも一部の区間における排気通路内壁面が、前記溝付き内壁面とされていることが望ましい。   In the exhaust system for an engine described above, a catalyst device that is incorporated in the exhaust passage and purifies the exhaust, and thermal energy that is incorporated in the exhaust passage on the downstream side in the exhaust flow direction from the catalyst device and that the exhaust holds. An exhaust heat recovery device for recovering the exhaust gas, and an exhaust passage inner wall surface in at least a part of the first exhaust passage connecting the outlet of the cylinder to the catalyst device in the exhaust passage, and the catalyst It is desirable that an exhaust passage inner wall surface in at least a part of the second exhaust passage connecting the device to the exhaust heat recovery device is the grooved inner wall surface.

この排気装置によれば、気筒の出口から触媒装置に至るまでの第1排気通路における排気熱の放熱、及び、前記触媒装置から排熱回収装置に至るまでの第2排気通路における排気熱の放熱を抑制することができる。従って、前記触媒装置における触媒の早期活性化並びに活性化温度の維持、前記排熱回収装置における排気からの回収熱量の増加に寄与することができる。   According to this exhaust device, heat dissipation of the exhaust heat in the first exhaust passage from the outlet of the cylinder to the catalyst device, and heat dissipation of the exhaust heat in the second exhaust passage from the catalyst device to the exhaust heat recovery device. Can be suppressed. Therefore, it is possible to contribute to early activation of the catalyst in the catalyst device, maintenance of the activation temperature, and increase in the amount of heat recovered from the exhaust gas in the exhaust heat recovery device.

本発明の他の局面に係るエンジンの排気装置は、燃料と空気との混合気が燃焼する気筒を備えたエンジンの排気装置であって、前記気筒から排出される排気が通過する排気通路を備え、前記排気通路の少なくとも一部の区間において、当該排気通路を区画する排気通路内壁面が、前記排気の流動方向に延びる複数の微細溝が密に配列された溝付き内壁面とされているエンジンの排気装置において、前記微細溝は、100μm〜700μmの溝幅を有し、前記排気通路に組み込まれ、前記排気を浄化する触媒装置と、前記触媒装置よりも排気流通方向の下流側において前記排気通路に組み込まれ、前記排気が保有する熱エネルギーを回収する排熱回収装置と、をさらに備え、前記排気通路のうち、前記気筒の出口から前記触媒装置までを繋ぐ第1排気通路の少なくとも一部の区間における排気通路内壁面、及び、前記触媒装置から前記排熱回収装置までを繋ぐ第2排気通路の少なくとも一部の区間における排気通路内壁面が、前記溝付き内壁面とされ、前記第1排気通路の前記排気通路内壁面に形成される複数の微細溝の各々は、第1の溝幅を有し、前記第2排気通路の前記排気通路内壁面に形成される複数の微細溝の各々は、前記第1の溝幅よりも広い第2の溝幅を有する。 An exhaust system for an engine according to another aspect of the present invention is an exhaust system for an engine including a cylinder in which a mixture of fuel and air is combusted, and includes an exhaust passage through which exhaust discharged from the cylinder passes. Further, in at least a part of the exhaust passage, the exhaust passage inner wall surface defining the exhaust passage is a grooved inner wall surface in which a plurality of fine grooves extending in the flow direction of the exhaust gas are densely arranged. The fine groove has a groove width of 100 μm to 700 μm, is incorporated in the exhaust passage and purifies the exhaust, and the exhaust gas is disposed downstream of the catalyst device in the exhaust circulation direction. A waste heat recovery device that is incorporated in the passage and recovers the thermal energy held by the exhaust, and is connected to the catalyst device from the outlet of the cylinder in the exhaust passage. The exhaust passage inner wall surface in at least a part of the exhaust passage, and the exhaust passage inner wall surface in at least a part of the second exhaust passage connecting the catalyst device to the exhaust heat recovery device are the grooved inner wall surface. It is a, each of the plurality of fine grooves formed in the exhaust passage wall surface of the first exhaust passage has a first groove width, is formed in the exhaust passage wall surface of the second exhaust passage each of the plurality of fine grooves that have a said wider than the first groove width second groove width.

排気流の流速は、排気通路の下流側へ向かうほど低下する。特に、排気が触媒装置を通過する前後で、その流速は大きく変化する。このため、前記第1排気通路を通過する排気流は比較的高速であるので、その渦流は比較的小さいのに対し、前記第2排気通路を通過する排気流は比較的低速であるので、その渦流は比較的大きくなる。上記の排気装置によれば、排気通路における排気流の流速変化に応じた微細溝を、排気通路内壁面に設定することができる。つまり、前記微細溝が、排気通路の下流側へ向かうに連れた排気流の渦流の径変化に応じた溝幅を具備するようになり、前記第1、第2排気通路の各々において、渦流を適正に排気通路内壁面から離間させることができる。従って、排気損失を効果的に低減させることができる。   The flow rate of the exhaust flow decreases as it goes downstream of the exhaust passage. In particular, before and after the exhaust gas passes through the catalyst device, the flow rate varies greatly. For this reason, since the exhaust flow passing through the first exhaust passage is relatively fast, the vortex flow is relatively small, whereas the exhaust flow passing through the second exhaust passage is relatively slow, The eddy current is relatively large. According to the exhaust device described above, the fine groove corresponding to the change in the flow velocity of the exhaust flow in the exhaust passage can be set on the inner wall surface of the exhaust passage. That is, the fine groove has a groove width corresponding to the diameter change of the vortex flow of the exhaust flow as it goes downstream of the exhaust passage, and the vortex flow is caused in each of the first and second exhaust passages. It can be appropriately separated from the inner wall surface of the exhaust passage. Therefore, exhaust loss can be effectively reduced.

本発明のエンジンの排気装置によれば、コスト及び製造工数を大きく増加させることなく、排気通路における排気熱の放熱を抑制することができる。   According to the exhaust system for an engine of the present invention, it is possible to suppress the heat radiation of the exhaust heat in the exhaust passage without greatly increasing the cost and the number of manufacturing steps.

図1は、本発明の第1実施形態に係るエンジンの排気装置を示す概略図である。FIG. 1 is a schematic view showing an engine exhaust device according to a first embodiment of the present invention. 図2(A)は、排気管を軸方向に半分割した状態の斜視図、図2(B)は、排気管の断面図、図2(C)は、図2(B)の部分拡大図である。2A is a perspective view of a state where the exhaust pipe is divided in half in the axial direction, FIG. 2B is a sectional view of the exhaust pipe, and FIG. 2C is a partially enlarged view of FIG. 2B. It is. 図3は、排気流の態様を示す模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing an aspect of the exhaust flow. 図4(A)は、排気管内壁面が平坦な場合における、排気流の渦流と当該内壁面との位置関係を示す図、図4(B)は、排気内壁面に微細溝が形成されている場合における、前記渦流と当該内壁面との位置関係を示す図である。4A is a diagram showing the positional relationship between the vortex flow of the exhaust flow and the inner wall surface when the inner wall surface of the exhaust pipe is flat, and FIG. 4B is a diagram in which fine grooves are formed on the inner wall surface of the exhaust gas. It is a figure which shows the positional relationship of the said eddy current and the said inner wall surface in the case. 図5は、本発明の第2実施形態に係るエンジンの排気装置を示す概略断面図である。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing an engine exhaust device according to a second embodiment of the present invention. 図6は、第2実施形態において、排気管内壁面に形成される微細溝の溝幅を説明するための模式図である。FIG. 6 is a schematic diagram for explaining the groove width of the fine groove formed on the inner wall surface of the exhaust pipe in the second embodiment. 図7は、排熱回収装置の一例を示すブロック図である。FIG. 7 is a block diagram illustrating an example of the exhaust heat recovery apparatus. 図8は、本発明の変形実施形態に係るエンジンの排気装置を示す概略断面図である。FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing an engine exhaust device according to a modified embodiment of the present invention. 図9は、微細溝の変形例を説明するための模式図である。FIG. 9 is a schematic diagram for explaining a modification of the fine groove.

[第1実施形態]
<エンジンの構造>
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳細に説明する。図1は、本発明の第1実施形態に係るエンジンの排気装置を示す概略図であって、エンジン本体1と、当該エンジン本体1の排気装置20の概略構成を示している。先ずはエンジン本体1について説明する。ここに示されるエンジン本体1は、自動車等の車両の走行駆動用の動力源として、前記車両に搭載される往復ピストン型の多気筒ガソリンエンジンである。エンジン本体1に供給される燃料は、本実施形態では、ガソリンを主成分とするものである。
[First Embodiment]
<Engine structure>
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram showing an engine exhaust device according to a first embodiment of the present invention, and shows a schematic configuration of an engine body 1 and an exhaust device 20 of the engine body 1. First, the engine body 1 will be described. The engine main body 1 shown here is a reciprocating piston type multi-cylinder gasoline engine mounted on the vehicle as a power source for driving the vehicle such as an automobile. In the present embodiment, the fuel supplied to the engine body 1 is mainly composed of gasoline.

エンジン本体1は、シリンダブロック3、シリンダヘッド4及びピストン5を備える。シリンダブロック3は、図1の紙面に垂直な方向に並ぶ複数の気筒2(図中ではそのうちの1つのみを示す)を有している。気筒2内では、前記燃料と空気との混合気が燃焼する。シリンダヘッド4は、シリンダブロック3の上面に取り付けられ、気筒2の上部開口を塞いでいる。ピストン5は、各気筒2に往復摺動可能に収容されており、コネクティングロッド8を介してクランク軸7と連結されている。ピストン5の往復運動に応じて、クランク軸7はその中心軸回りに回転する。   The engine body 1 includes a cylinder block 3, a cylinder head 4, and a piston 5. The cylinder block 3 has a plurality of cylinders 2 (only one of them is shown in the figure) arranged in a direction perpendicular to the paper surface of FIG. In the cylinder 2, the fuel / air mixture burns. The cylinder head 4 is attached to the upper surface of the cylinder block 3 and closes the upper opening of the cylinder 2. The piston 5 is accommodated in each cylinder 2 so as to be reciprocally slidable, and is connected to the crankshaft 7 via a connecting rod 8. In response to the reciprocating motion of the piston 5, the crankshaft 7 rotates about its central axis.

ピストン5の上方には燃焼室6が形成されている。シリンダヘッド4には、燃焼室6と連通する吸気ポート9及び排気ポート10が形成されている。シリンダヘッド4の底面には、吸気ポート9の下流端である吸気側開口部4Aと、排気ポート10の上流端である排気側開口部4B(気筒の出口)とが形成されている。シリンダヘッド4には、吸気側開口部4Aを開閉する吸気バルブ11と、排気側開口部4Bを開閉する排気バルブ12とが組み付けられている。本実施形態のエンジンは、ダブルオーバーヘッドカムシャフト式(DOHC)エンジンである。吸気側開口部4Aと排気側開口部4Bとは、各気筒2につき2つずつ設けられるとともに、吸気バルブ11および排気バルブ12も2つずつ設けられている。   A combustion chamber 6 is formed above the piston 5. An intake port 9 and an exhaust port 10 communicating with the combustion chamber 6 are formed in the cylinder head 4. On the bottom surface of the cylinder head 4, an intake side opening 4 </ b> A that is a downstream end of the intake port 9 and an exhaust side opening 4 </ b> B (cylinder outlet) that is an upstream end of the exhaust port 10 are formed. The cylinder head 4 is assembled with an intake valve 11 for opening / closing the intake side opening 4A and an exhaust valve 12 for opening / closing the exhaust side opening 4B. The engine of this embodiment is a double overhead camshaft (DOHC) engine. Two intake side openings 4A and two exhaust side openings 4B are provided for each cylinder 2, and two intake valves 11 and two exhaust valves 12 are also provided.

吸気バルブ11及び排気バルブ12は、いわゆるポペットバルブであり、各々開口部4A、4Bを開閉する傘状の弁体と、この弁体から垂直に延びるステムとを含む。前記弁体は、燃焼室6に臨むバルブ面を有する。本実施形態において、燃焼室6は、気筒2の内壁面、ピストン5の冠面、シリンダヘッド4の底面、吸気バルブ11及び排気バルブ12の各バルブ面によって区画されている。   The intake valve 11 and the exhaust valve 12 are so-called poppet valves, and each include an umbrella-shaped valve body that opens and closes the openings 4A and 4B, and a stem that extends vertically from the valve body. The valve body has a valve surface facing the combustion chamber 6. In the present embodiment, the combustion chamber 6 is defined by the inner wall surface of the cylinder 2, the crown surface of the piston 5, the bottom surface of the cylinder head 4, and the valve surfaces of the intake valve 11 and the exhaust valve 12.

シリンダヘッド4には、吸気バルブ11、排気バルブ12を各々駆動する吸気側動弁機構13、排気側動弁機構14が配設されている。これら動弁機構13、14によりクランク軸7の回転に連動して、吸気バルブ11及び排気バルブ12の各ステムが駆動される。これらステムの駆動により、吸気バルブ11の弁体が吸気側開口部4Aを開閉し、排気バルブ12の弁体が排気側開口部4Bを開閉する。   The cylinder head 4 is provided with an intake side valve mechanism 13 and an exhaust side valve mechanism 14 for driving the intake valve 11 and the exhaust valve 12, respectively. The valve mechanisms 13 and 14 drive the stems of the intake valve 11 and the exhaust valve 12 in conjunction with the rotation of the crankshaft 7. By driving these stems, the valve body of the intake valve 11 opens and closes the intake side opening 4A, and the valve body of the exhaust valve 12 opens and closes the exhaust side opening 4B.

吸気側動弁機構13には、吸気側可変バルブタイミング機構(吸気側VVT)15が組み込まれている。吸気側VVT15は、吸気カム軸に設けられた電動式のVVTであり、クランク軸7に対する吸気カム軸の回転位相を所定の角度範囲内で連続的に変更することにより、吸気バルブ11の開閉タイミングを変更する。同様に、排気側動弁機構14には、排気側可変バルブタイミング機構(排気側VVT)16が組み込まれている。排気側VVT16は、排気カム軸に設けられた電動式のVVTであり、クランク軸7に対する排気カム軸の回転位相を所定の角度範囲内で連続的に変更することにより、排気バルブ12の開閉タイミングを変更する。   An intake side variable valve timing mechanism (intake side VVT) 15 is incorporated in the intake side valve mechanism 13. The intake side VVT 15 is an electric VVT provided on the intake camshaft, and the intake valve 11 is opened and closed by continuously changing the rotation phase of the intake camshaft with respect to the crankshaft 7 within a predetermined angle range. To change. Similarly, an exhaust side variable valve timing mechanism (exhaust side VVT) 16 is incorporated in the exhaust side valve mechanism 14. The exhaust side VVT 16 is an electric VVT provided on the exhaust camshaft, and the exhaust valve 12 is opened and closed by continuously changing the rotational phase of the exhaust camshaft with respect to the crankshaft 7 within a predetermined angular range. To change.

シリンダヘッド4には、燃焼室6内の混合気に点火エネルギーを供給する点火プラグ17が各気筒2につき1つずつ取り付けられている。点火プラグ17は、その点火点が燃焼室6内に臨む姿勢でシリンダヘッド4に取り付けられている。点火プラグ17は、図外の点火回路からの給電に応じてその先端から火花を放電して、燃焼室6内の混合気に点火する。   One ignition plug 17 for supplying ignition energy to the air-fuel mixture in the combustion chamber 6 is attached to the cylinder head 4, one for each cylinder 2. The spark plug 17 is attached to the cylinder head 4 so that the ignition point faces the combustion chamber 6. The spark plug 17 discharges a spark from its tip in response to power supply from an ignition circuit (not shown), and ignites the air-fuel mixture in the combustion chamber 6.

シリンダヘッド4には、先端部から燃焼室6内にガソリンを主成分とする燃料を噴射するインジェクタ18が、各気筒2につき1つずつ取り付けられている。インジェクタ18は、図略の燃料供給管を通じて供給された燃料を噴射する。前記燃料供給管の上流側には、クランク軸7と連動連結されたプランジャー式のポンプ等からなる高圧燃料ポンプ(図示せず)が接続されている。この高圧燃料ポンプと前記燃料供給管との間には、全気筒2に共通の蓄圧用のコモンレール(図示せず)が設けられている。このコモンレール内で蓄圧された燃料が各気筒2のインジェクタ18に供給されることにより、各インジェクタ18からは、高い圧力の燃料が燃焼室6内に噴射される。   The cylinder head 4 is provided with one injector 18 for each cylinder 2 for injecting fuel mainly composed of gasoline into the combustion chamber 6 from the tip. The injector 18 injects fuel supplied through a fuel supply pipe (not shown). Connected to the upstream side of the fuel supply pipe is a high-pressure fuel pump (not shown) composed of a plunger-type pump or the like interlocked with the crankshaft 7. A common rail (not shown) for accumulating pressure common to all the cylinders 2 is provided between the high-pressure fuel pump and the fuel supply pipe. The fuel accumulated in the common rail is supplied to the injectors 18 of the respective cylinders 2, whereby high pressure fuel is injected from the injectors 18 into the combustion chamber 6.

図1では、ガソリンエンジンに一般的に採用されている、点火プラグ17を用いた火花点火燃焼方式のエンジン本体1を例示した。エンジン本体1は、HCCI燃焼(予混合圧縮着火燃焼)方式のエンジンであっても良い。この場合、インジェクタ18は、1サイクル中に噴射すべき量の燃料の少なくとも一部を圧縮上死点よりも前に燃焼室6に噴射する。噴射された燃料は、燃焼室6に導入された空気(吸気)と混合された後に、例えば圧縮上死点の近傍で自着火する。すなわち、燃料と空気との混合気をピストン5による圧縮に伴い自着火させる。HCCI燃焼方式が採用される場合には、点火プラグ17を省くことが可能であるが、エンジンの冷間始動時におけるスパークアシストのために点火プラグ17を具備させる場合もある。HCCI燃焼方式では、燃焼室6において熱効率の高い燃焼を行わせることができるが、それゆえ排気熱が小さくなる(排気温度が低くなる)傾向がある。   FIG. 1 exemplifies a spark ignition combustion type engine body 1 using a spark plug 17 that is generally employed in a gasoline engine. The engine body 1 may be an HCCI combustion (premixed compression ignition combustion) type engine. In this case, the injector 18 injects at least part of the amount of fuel to be injected during one cycle into the combustion chamber 6 before the compression top dead center. The injected fuel is mixed with air (intake air) introduced into the combustion chamber 6 and then self-ignited, for example, near the compression top dead center. That is, the fuel / air mixture is self-ignited as the piston 5 compresses it. When the HCCI combustion method is employed, the spark plug 17 can be omitted, but the spark plug 17 may be provided for spark assist during cold start of the engine. In the HCCI combustion method, combustion with high thermal efficiency can be performed in the combustion chamber 6, but therefore, the exhaust heat tends to become small (the exhaust temperature becomes low).

<排気装置の構造>
排気装置20は、エンジン本体1の気筒2から排出される燃焼ガス(排気)を外部に放出する装置であり、排気流の上流側から順に配置された、排気マニホールド21、触媒装置22及びサイレンサ23と、これらを繋ぐ共用排気管30とを備えている。本実施形態において、各気筒2の排気ポート10、排気マニホールド21及び共用排気管30は、各気筒2から排出される排気が通過する排気通路である。共用排気管30は、排気マニホールド21と触媒装置22との間を繋ぐ上流排気管31と、触媒装置22とサイレンサ23との間を繋ぐ下流排気管32とを含む。なお、排気マニホールド21と触媒装置22との間にターボ過給機が組み込まれていても良い。
<Exhaust device structure>
The exhaust device 20 is a device that discharges combustion gas (exhaust gas) discharged from the cylinder 2 of the engine body 1 to the outside. The exhaust manifold 21, the catalyst device 22, and the silencer 23 are sequentially arranged from the upstream side of the exhaust flow. And a common exhaust pipe 30 connecting them. In the present embodiment, the exhaust port 10, the exhaust manifold 21 and the common exhaust pipe 30 of each cylinder 2 are exhaust passages through which the exhaust discharged from each cylinder 2 passes. The common exhaust pipe 30 includes an upstream exhaust pipe 31 that connects the exhaust manifold 21 and the catalyst device 22, and a downstream exhaust pipe 32 that connects the catalyst device 22 and the silencer 23. A turbocharger may be incorporated between the exhaust manifold 21 and the catalyst device 22.

排気マニホールド21は、各気筒2の排気ポート10から排出される排気を一つの流路に集合させ、共用排気管30へ送り出す。排気マニホールド21の入気側はシリンダヘッド4に連結され、出気側は上流排気管31の上流端311に接続されている。排気マニホールド21の内部には、各気筒2の排気ポート10に連なる分岐通路と、これらを一つに集合する集合通路とからなる排気通路が備えられている。前記排気通路は、排気マニホールド21内の内壁面211によって区画されている。   The exhaust manifold 21 collects exhaust discharged from the exhaust port 10 of each cylinder 2 in one flow path and sends it to the common exhaust pipe 30. The inlet side of the exhaust manifold 21 is connected to the cylinder head 4, and the outlet side is connected to the upstream end 311 of the upstream exhaust pipe 31. Inside the exhaust manifold 21, there is provided an exhaust passage composed of a branch passage connected to the exhaust port 10 of each cylinder 2 and a collecting passage that collects them together. The exhaust passage is defined by an inner wall surface 211 in the exhaust manifold 21.

触媒装置22は、排気通路中に組み込まれ排気を浄化する装置であって、排気中に含まれるNOx、CO、HC等の有害成分を除去する。触媒装置22は、例えば三元触媒を格子状の担体の表面に付着させてなる触媒コンバーター221を備えている。なお、触媒コンバーター221を機能させるためには、触媒が活性化する所定温度(活性化温度)以上への加熱が必要である。触媒装置22の入気側には上流排気管31の下流端312が、出気側には下流排気管32の上流端321が、各々接続されている。   The catalyst device 22 is a device that is incorporated in an exhaust passage and purifies exhaust gas, and removes harmful components such as NOx, CO, and HC contained in the exhaust gas. The catalytic device 22 includes a catalytic converter 221 in which, for example, a three-way catalyst is attached to the surface of a lattice-shaped carrier. In order to make the catalytic converter 221 function, it is necessary to heat the catalyst converter 221 to a temperature higher than a predetermined temperature (activation temperature) at which the catalyst is activated. The downstream end 312 of the upstream exhaust pipe 31 is connected to the inlet side of the catalyst device 22, and the upstream end 321 of the downstream exhaust pipe 32 is connected to the outlet side.

サイレンサ23は、排気通路の末端に配置され、排気騒音の低減、並びに排気温度の低減を行わせるための装置である。サイレンサ23の内部には、消音空間(膨張室)、排気導入管、排気導出管及び消音材等が備えられている。前記排気導入管には、下流排気管32の下流端322が接続されている。前記排気導出管の下流端は、サイレンサ23から引き出されたテール管231である。このテール管231から、排気が外部に放出される。   The silencer 23 is disposed at the end of the exhaust passage and is a device for reducing exhaust noise and exhaust temperature. Inside the silencer 23, a silencing space (expansion chamber), an exhaust introduction pipe, an exhaust lead pipe, a silencing material, and the like are provided. A downstream end 322 of a downstream exhaust pipe 32 is connected to the exhaust introduction pipe. The downstream end of the exhaust outlet pipe is a tail pipe 231 drawn from the silencer 23. From the tail pipe 231, exhaust gas is discharged to the outside.

<排気管の内部構造>
上述の通り、触媒装置22が備える触媒をエンジン本体1の始動時に早期活性化させる、並びに運転中に触媒の活性化温度を維持するために、エンジン本体1から排出される排気が保有する熱を可及的に逃がすことなく、触媒装置22へ排気を導くことが望ましい。とりわけ、エンジン本体1にHCCI燃焼方式が採用されている場合は、排気温度が本来的に低くなるので、排気熱を逃がさないようにするという要請は自ずと高くなる。
<Internal structure of exhaust pipe>
As described above, in order to activate the catalyst included in the catalyst device 22 early when the engine body 1 is started, and to maintain the activation temperature of the catalyst during operation, the heat held by the exhaust discharged from the engine body 1 is retained. It is desirable to guide the exhaust to the catalytic device 22 without escaping as much as possible. In particular, when the HCCI combustion method is adopted for the engine body 1, the exhaust temperature is inherently low, so that the demand for not letting exhaust heat escape naturally increases.

この点に鑑み第1実施形態では、上流排気管31に、排気熱が外部に逃げることにより発生する排気損失を低減する構造が施与されている例を示す。図2(A)は、上流排気管31を軸方向に半分割した状態の斜視図、図2(B)は、上流排気管31の断面図、図2(C)は、図2(B)の部分拡大図である。   In view of this point, the first embodiment shows an example in which the upstream exhaust pipe 31 is provided with a structure for reducing exhaust loss caused by exhaust heat escaping to the outside. 2A is a perspective view of a state in which the upstream exhaust pipe 31 is divided in half in the axial direction, FIG. 2B is a cross-sectional view of the upstream exhaust pipe 31, and FIG. 2C is FIG. 2B. FIG.

上流排気管31は、排気通路を区画する内壁面31A(排気通路内壁面)を有する。この内壁面31Aは、複数の微細溝40が密に配列された溝付き内壁面とされている。微細溝40は、図2(A)において矢印で示す上流排気管31内を流れる排気流50の流動方向に、直線的に延びている。微細溝40は、所定長の溝幅Sを有する断面V字型の溝であり、V字溝の開口縁である一対の頂部401と、V字溝の最深部である谷部402と、一対の頂部401と谷部402との間に存在する一対の傾斜面とを備えている。   The upstream exhaust pipe 31 has an inner wall surface 31A (exhaust passage inner wall surface) that partitions the exhaust passage. The inner wall surface 31A is a grooved inner wall surface in which a plurality of fine grooves 40 are densely arranged. The fine groove 40 extends linearly in the flow direction of the exhaust flow 50 flowing in the upstream exhaust pipe 31 indicated by an arrow in FIG. The fine groove 40 is a groove having a V-shaped cross section having a groove width S of a predetermined length, and a pair of top portions 401 that are opening edges of the V-shaped groove, a trough portion 402 that is the deepest portion of the V-shaped groove, and a pair And a pair of inclined surfaces existing between the top portion 401 and the trough portion 402.

微細溝40の形状は適宜選択することができる。例えば断面U字型、断面矩形型等の微細溝40であっても良い。また、微細溝40の延伸方向は、排気流50の流動方向である上流排気管31の管軸方向と一致していることが望ましいが、前記管軸方向に対して少々角度を持つ方向が延伸方向とされていても良い。なお、微細溝40は、上流排気管31の内壁面31Aの円周方向の全周及び軸方向の全長に亘って設けることが望ましいが、一部の円周方向領域又は一部の軸方向区間への微細溝40の形成を省いても良い。   The shape of the fine groove 40 can be selected as appropriate. For example, the fine groove 40 having a U-shaped section or a rectangular section may be used. In addition, it is desirable that the extending direction of the fine groove 40 coincides with the tube axis direction of the upstream exhaust pipe 31 that is the flow direction of the exhaust flow 50, but the direction having a slight angle with respect to the tube axis direction extends. It may be a direction. The fine groove 40 is preferably provided over the entire circumference in the circumferential direction of the inner wall surface 31A of the upstream exhaust pipe 31 and the entire length in the axial direction, but a part of the circumferential region or a part of the axial section is provided. The formation of the fine groove 40 may be omitted.

本実施形態では、微細溝40の溝幅Sと、複数の微細溝40の配列ピッチPとが実質的に同じとされている。すなわち、隣り合う微細溝40は、その頂部401同士が隣接(接合)するように、上流排気管31の周方向に配列されている。このため、微細溝40の延伸方向と直交する断面視(図2(A)、(B))において、隣り合う微細溝40間に頂部401同士の接合部からなる尖った山部が存在する構造、つまり、微細溝40間には平面部が実質的に存在しない構造とされている。ここで、溝幅Sと配列ピッチとが「実質的に」同じとしているのは、隣り合う微細溝40の頂部401間に、加工上において不可避的に生じる微細幅の平面部や、前記山部が尖りすぎないように僅かな幅の平面部を積極的に形成するケースが想定されているからである。   In the present embodiment, the groove width S of the fine grooves 40 and the arrangement pitch P of the plurality of fine grooves 40 are substantially the same. That is, the adjacent fine grooves 40 are arranged in the circumferential direction of the upstream exhaust pipe 31 so that the top portions 401 are adjacent (joined). For this reason, in a cross-sectional view orthogonal to the extending direction of the fine groove 40 (FIGS. 2A and 2B), there is a structure in which a sharp peak portion formed by a joint portion between the top portions 401 exists between the adjacent fine grooves 40. In other words, the structure is such that there is substantially no planar portion between the fine grooves 40. Here, the groove width S and the arrangement pitch are assumed to be “substantially” the same between the top portions 401 of the adjacent fine grooves 40 and a flat portion having a fine width inevitably generated during processing, or the peak portion. This is because a case in which a flat portion having a slight width is positively formed so as not to be too sharp is assumed.

ここでは、上流排気管31の内壁面31Aが、微細溝40を備える溝付き内壁面とされる例を示している。前記溝付き内壁面は、気筒2と触媒装置22との間の排気通路の少なくとも一部の区間又は全区間において、当該排気通路を区画する排気通路内壁面に適用されていれば良い。本実施形態では、シリンダヘッド4の排気側開口部4B(気筒の出口)と触媒装置22とを繋ぐ排気通路は、排気ポート10、排気マニホールド21及び上流排気管31からなる。微細溝40は、これら排気通路のうち、少なくとも一部又は全区間の排気通路を区画する排気通路内壁面に設けられていれば良い。例えば、上流排気管31の内壁面31Aに加えて、排気ポート10の内壁面にも微細溝を設けても良いし、排気マニホールド21の内壁面の適所に微細溝を設けても良い。   Here, an example is shown in which the inner wall surface 31 </ b> A of the upstream exhaust pipe 31 is a grooved inner wall surface including the fine grooves 40. The grooved inner wall surface may be applied to the inner wall surface of the exhaust passage that divides the exhaust passage in at least a part or all of the exhaust passage between the cylinder 2 and the catalyst device 22. In the present embodiment, the exhaust passage that connects the exhaust side opening 4 </ b> B (cylinder outlet) of the cylinder head 4 and the catalyst device 22 includes the exhaust port 10, the exhaust manifold 21, and the upstream exhaust pipe 31. The fine groove 40 should just be provided in the exhaust passage inner wall surface which divides the exhaust passage of at least one part or all the sections among these exhaust passages. For example, in addition to the inner wall surface 31 </ b> A of the upstream exhaust pipe 31, fine grooves may be provided on the inner wall surface of the exhaust port 10, or fine grooves may be provided at appropriate positions on the inner wall surface of the exhaust manifold 21.

微細溝40の形成方法としては、既存の各種の方法を採用することができる。例えば、矩形状の金属平板の片面に一方向へ直線状に延びる微細溝40を刻設し、その金属平板を微細溝40の刻設面を内側にして円筒型に成形する方法を挙げることができる。前記金属平板の、円筒成形によって互いに重ね合わされる一対の端縁は、シーム溶接によって接合される。この他、微細溝40に対応する微細突起を有する中子を、金属管内へ挿通させる方法も採用可能である。   Various existing methods can be employed as a method for forming the fine groove 40. For example, a method of forming a fine groove 40 linearly extending in one direction on one side of a rectangular metal flat plate and forming the metal flat plate into a cylindrical shape with the engraved surface of the fine groove 40 inside. it can. A pair of edges of the metal flat plates that are overlapped with each other by cylindrical molding are joined by seam welding. In addition, a method of inserting a core having a fine protrusion corresponding to the fine groove 40 into the metal tube can be employed.

<微細溝の利点>
微細溝40を備えた溝付き内壁面の利点について説明する。図3は、排気流50の態様を示す模式図である。排気流50は、主流51と、この主流51に伴う副流である渦流52とを含む。主流51は、排気方向、つまり上流排気管31の延伸方向下流側に向かうガス流である。渦流52は、主流51の進行軸の軸回りに旋回する渦である。
<Advantages of fine grooves>
The advantage of the grooved inner wall surface provided with the fine groove 40 will be described. FIG. 3 is a schematic diagram showing an aspect of the exhaust flow 50. The exhaust flow 50 includes a main flow 51 and a vortex flow 52 that is a side flow accompanying the main flow 51. The main flow 51 is a gas flow toward the exhaust direction, that is, the downstream side in the extending direction of the upstream exhaust pipe 31. The vortex flow 52 is a vortex swirling around the axis of travel of the main flow 51.

排気流50は、例えば一般乗用車において、排気管の直径が30mmφ程度、エンジン回転数が1000〜6000rpm程度ならば、10〜70m/s程度の流速を持つ。本発明者らの知見によれば、このような排気流50は、上述の主流51及び渦流52を具備する。また、渦流52には熱を輸送する性質が強いという特徴がある。さらに、排気流50の流速が大きいほど、渦流52の径(スケール)が小さくなる傾向がある。   For example, in an ordinary passenger car, the exhaust flow 50 has a flow rate of about 10 to 70 m / s when the diameter of the exhaust pipe is about 30 mmφ and the engine speed is about 1000 to 6000 rpm. According to the knowledge of the present inventors, such an exhaust flow 50 includes the main flow 51 and the vortex flow 52 described above. Further, the vortex flow 52 has a characteristic that it has a strong property of transporting heat. Furthermore, the diameter (scale) of the vortex flow 52 tends to decrease as the flow velocity of the exhaust flow 50 increases.

図4(A)は、排気通路内壁面(上流排気管31の内壁面31A)が平坦な場合における、排気流50の渦流52と当該内壁面との位置関係を示す図である。排気通路内壁面が平坦であると、渦流52は排気通路内壁面に接近することが可能となり、これに伴い両者間で熱伝達が行われ易くなる。このため、上流排気管31内を通過する排気流50の保有する熱が、上流排気管31の管壁を通して外部に放熱され易くなる。つまり、渦流52と内壁面31Aとの間における熱エネルギーの授受(熱伝達)が活発となり、排気熱の放熱損失が大きくなる。この放熱により、触媒の活性化に必要な温度を保有した排気を、排気通路を通して触媒装置22に供給できない場合が生じ得る。   FIG. 4A is a diagram showing a positional relationship between the vortex flow 52 of the exhaust flow 50 and the inner wall surface when the inner wall surface of the exhaust passage (the inner wall surface 31A of the upstream exhaust pipe 31) is flat. If the inner wall surface of the exhaust passage is flat, the vortex flow 52 can approach the inner wall surface of the exhaust passage, and accordingly heat transfer is easily performed between the two. For this reason, the heat of the exhaust flow 50 passing through the upstream exhaust pipe 31 is easily radiated to the outside through the pipe wall of the upstream exhaust pipe 31. That is, the transfer (heat transfer) of thermal energy between the vortex 52 and the inner wall surface 31A becomes active, and the heat dissipation loss of the exhaust heat increases. Due to this heat dissipation, there may occur a case where the exhaust gas having a temperature necessary for the activation of the catalyst cannot be supplied to the catalyst device 22 through the exhaust passage.

一方、図4(B)は、排気通路内壁面に微細溝40が形成されている場合における、渦流52と当該内壁面との位置関係を示す図である。微細溝40の溝幅Sは、排気流50の渦流52の渦スケールD(直径)よりも小さく設定されている。このような微細溝40が内壁面31Aに設けられると、渦流52(乱流)は微細溝40に入り込むことができず、微細溝40の頂部に留まるようになる。つまり、図4(A)のように平坦な内壁面の場合に比べて、渦流52が内壁面31Aから離間されるようになる。従って、渦流52と内壁面31Aとの間において熱伝達は行われ難くなり、上流排気管31の管壁を通した放熱が抑制される。   On the other hand, FIG. 4B is a diagram showing the positional relationship between the vortex 52 and the inner wall surface when the fine groove 40 is formed on the inner wall surface of the exhaust passage. The groove width S of the fine groove 40 is set smaller than the vortex scale D (diameter) of the vortex 52 of the exhaust flow 50. When such a fine groove 40 is provided in the inner wall surface 31 </ b> A, the vortex flow 52 (turbulent flow) cannot enter the fine groove 40 and remains at the top of the fine groove 40. That is, as compared with the case of a flat inner wall surface as shown in FIG. 4A, the vortex 52 is separated from the inner wall surface 31A. Therefore, heat transfer is difficult to be performed between the vortex flow 52 and the inner wall surface 31 </ b> A, and heat radiation through the pipe wall of the upstream exhaust pipe 31 is suppressed.

上流排気管31が、上掲の例のように直径30mmφ程度、排気流50の流速が10〜70m/s程度と想定される場合、好ましい微細溝40の溝幅Sは、100μm〜700μm程度である。微細溝40の溝高さhについて、渦流52を内壁面31Aからなるべく離間させるには、溝高さhを高くすれば良いことになるが、過度にこれを高くすると内壁面31Aの表面積が大きくなりすぎる。この場合、表面積の増加に伴う放熱性向上が、渦流52を内壁面31Aから離間させる効果に勝ってしまう。従って、微細溝40の溝幅Sと、溝高さhとは、S≧hを満たす関係とすることが望ましい。ここで、溝高さhが低すぎると、渦流52を内壁面31Aから離間させる効果が比較的小さくなってしまう。従って、h/Sが0.5〜1.0の範囲となるよう、微細溝40の溝幅S及び溝高さhを設定することが特に望ましい。これにより、微細溝40の形成による内壁面31Aの表面積増加と、渦流52を内壁面31Aから離間させることによる熱伝達抑制の効果とのバランスを取ることができる。   When the upstream exhaust pipe 31 is assumed to have a diameter of about 30 mmφ and the flow velocity of the exhaust flow 50 is about 10 to 70 m / s as in the above example, the preferable groove width S of the fine groove 40 is about 100 μm to 700 μm. is there. In order to separate the vortex 52 from the inner wall surface 31A as much as possible with respect to the groove height h of the fine groove 40, it is only necessary to increase the groove height h. However, if the groove height h is excessively increased, the surface area of the inner wall surface 31A increases. Too much. In this case, the heat dissipation improvement accompanying the increase in the surface area is superior to the effect of separating the vortex 52 from the inner wall surface 31A. Therefore, it is desirable that the groove width S of the fine groove 40 and the groove height h satisfy the relationship of S ≧ h. Here, if the groove height h is too low, the effect of separating the vortex 52 from the inner wall surface 31A becomes relatively small. Therefore, it is particularly desirable to set the groove width S and the groove height h of the fine groove 40 so that h / S is in the range of 0.5 to 1.0. Thereby, it is possible to balance the increase in the surface area of the inner wall surface 31A due to the formation of the fine grooves 40 and the effect of suppressing heat transfer by separating the vortex flow 52 from the inner wall surface 31A.

内壁面31Aを、上記のような溝幅S及び溝高さhを有する微細溝40の多数が密に配列された溝付き内壁面とすることで、熱伝達性の強い渦流52を伴う排気流50を内壁面31Aから離間させることができ、排気熱の放熱が抑制される。従って、排気熱を保温したまま、排気流50を上流排気管31の下流端312に接続された触媒装置22へ導入させることが可能となる。このことは、触媒の早期活性化、活性化温度の維持に寄与する。また、内壁面31Aに微細溝40を形成するだけで排気の保温効果を得ることができ、内壁面31Aに保温のためのコーティング層等を別途設ける場合に比べて、コスト及び製造工数を低減することができる。   By making the inner wall surface 31A into a grooved inner wall surface in which many of the fine grooves 40 having the groove width S and the groove height h as described above are densely arranged, the exhaust flow accompanied by the vortex flow 52 having a high heat transfer property 50 can be separated from the inner wall surface 31A, and the heat release of the exhaust heat is suppressed. Accordingly, it is possible to introduce the exhaust flow 50 into the catalyst device 22 connected to the downstream end 312 of the upstream exhaust pipe 31 while keeping the exhaust heat warm. This contributes to early activation of the catalyst and maintenance of the activation temperature. Further, it is possible to obtain the heat insulation effect of the exhaust gas simply by forming the fine groove 40 on the inner wall surface 31A, and the cost and the number of manufacturing steps are reduced as compared with the case where a coating layer for keeping the heat is separately provided on the inner wall surface 31A. be able to.

特に、エンジン本体1にHCCI燃焼方式が採用される場合には、微細溝40を設けることの利点が顕著となる。既述の通り、HCCI燃焼方式では、燃焼室6において熱効率の高い燃焼を行わせることができるが、それゆえ排気熱が小さくなる傾向がある。このため、従来は触媒の活性化温度維持のため、あえてエンジンの熱効率を低下させる制御、例えば燃料噴射タイミングを変更して燃焼を緩慢化させる等の制御を行っている。しかし、本実施形態によれば、排気熱の損失を低レベルに抑制できるので、触媒の活性化温度維持のためにエンジンの熱効率を意図的に低下させる制御等は最小限で済む。従って、エンジンの熱効率を向上させることができる。   In particular, when the HCCI combustion method is adopted for the engine body 1, the advantage of providing the fine groove 40 becomes significant. As described above, in the HCCI combustion method, combustion with high thermal efficiency can be performed in the combustion chamber 6, but the exhaust heat tends to be small. For this reason, conventionally, in order to maintain the activation temperature of the catalyst, control for reducing the thermal efficiency of the engine, for example, control such as changing the fuel injection timing to slow down the combustion is performed. However, according to the present embodiment, the loss of exhaust heat can be suppressed to a low level, so that control for intentionally reducing the thermal efficiency of the engine in order to maintain the activation temperature of the catalyst can be minimized. Therefore, the thermal efficiency of the engine can be improved.

[第2実施形態]
図5は、本発明の第2実施形態に係るエンジンの排気装置20Aを示す概略断面図であって、エンジン本体1と、当該エンジン本体1の排気装置20Aの概略構成を示している。エンジン本体1の構造については、第1実施形態において説明した通りであるので、ここでは説明を省く。排気装置20Aは、第1実施形態で示した排気マニホールド21、触媒装置22及びサイレンサ23に加え、排熱回収装置24を備え、これらを繋ぐ共用排気管30Aを備えている。排熱回収装置24は、排気流通方向において、触媒装置22よりも下流側(サイレンサ23の上流)の排気通路に組み込まれている。
[Second Embodiment]
FIG. 5 is a schematic sectional view showing an engine exhaust device 20A according to the second embodiment of the present invention, and shows a schematic configuration of the engine body 1 and the exhaust device 20A of the engine body 1. As shown in FIG. Since the structure of the engine body 1 is as described in the first embodiment, the description thereof is omitted here. The exhaust device 20A includes an exhaust heat recovery device 24 in addition to the exhaust manifold 21, the catalyst device 22, and the silencer 23 shown in the first embodiment, and includes a common exhaust pipe 30A that connects them. The exhaust heat recovery device 24 is incorporated in an exhaust passage downstream of the catalyst device 22 (upstream of the silencer 23) in the exhaust circulation direction.

排熱回収装置24は、後記(図7)でその具体例を示すが、排気通路を流れる排気が保有する熱エネルギーを回収する装置である。回収された熱エネルギーは、エンジン本体1の運転効率の向上等のために利用される。当然のことながら、熱エネルギーの回収量を多くするためには、なるべく高温の排気が排熱回収装置24に導入されることが望ましい。   A specific example of the exhaust heat recovery device 24 will be described later (FIG. 7), and is a device that recovers thermal energy held by the exhaust gas flowing through the exhaust passage. The recovered thermal energy is used for improving the operation efficiency of the engine body 1. As a matter of course, in order to increase the recovery amount of thermal energy, it is desirable to introduce exhaust gas as hot as possible into the exhaust heat recovery device 24.

共用排気管30Aは、排気マニホールド21と触媒装置22との間を繋ぐ上流排気管31(第1実施形態と同じ)と、触媒装置22と排熱回収装置24との間を繋ぐ第1下流排気管33と、排熱回収装置24とサイレンサ23との間を繋ぐ第2下流排気管34とを含む。第1下流排気管33の上流端331は触媒装置22の出気側に、下流端332は排熱回収装置24の入気側に、各々接続されている。第2下流排気管34の上流端341は排熱回収装置24の出気側に、下流端342はサイレンサ23が備える排気導入管に、各々接続されている。   The common exhaust pipe 30 </ b> A is a first downstream exhaust that connects the upstream exhaust pipe 31 (same as in the first embodiment) that connects the exhaust manifold 21 and the catalyst device 22 and the catalyst device 22 and the exhaust heat recovery device 24. A pipe 33 and a second downstream exhaust pipe 34 connecting the exhaust heat recovery device 24 and the silencer 23. The upstream end 331 of the first downstream exhaust pipe 33 is connected to the outlet side of the catalyst device 22, and the downstream end 332 is connected to the inlet side of the exhaust heat recovery device 24. The upstream end 341 of the second downstream exhaust pipe 34 is connected to the exhaust side of the exhaust heat recovery device 24, and the downstream end 342 is connected to the exhaust introduction pipe included in the silencer 23.

第2実施形態の排気通路において、保温を要するのは、排気側開口部4B(気筒の出口)から排熱回収装置24までを繋ぐ排気通路である。具体的には、排気ポート10、排気マニホールド21、上流排気管31及び第1下流排気管33からなる排気通路である。第1実施形態において説明した前記溝付き内壁面は、これら排気通路の少なくとも一部の区間又は全区間において、当該排気通路を区画する排気通路内壁面に適用される。   In the exhaust passage of the second embodiment, it is the exhaust passage that connects the exhaust side opening 4B (cylinder outlet) to the exhaust heat recovery device 24 that needs to be kept warm. Specifically, the exhaust passage is composed of the exhaust port 10, the exhaust manifold 21, the upstream exhaust pipe 31, and the first downstream exhaust pipe 33. The grooved inner wall surface described in the first embodiment is applied to an exhaust passage inner wall surface that divides the exhaust passage in at least some or all of the exhaust passages.

好ましい例として、上流排気管31(第1排気通路の一部の区間)の内壁面31Aと、第1下流排気管33(第2排気通路の一部の区間)の内壁面33Aとに、それぞれ排気の流動方向に延びる微細溝40を形成する例を挙げることができる。第1下流排気管33に形成される微細溝40も、図2(A)〜(C)に示した構造と同一のものを採用することができる。なお、微細溝40は、上流排気管31及び第1下流排気管33の内壁面31A、33Aの円周方向の全周及び軸方向の全長に亘って設けることが望ましいが、一部の円周方向領域又は一部の軸方向区間への微細溝40の形成を省いても良い。   As a preferable example, an inner wall surface 31A of the upstream exhaust pipe 31 (a part of the first exhaust passage) and an inner wall surface 33A of the first downstream exhaust pipe 33 (a part of the second exhaust passage) are respectively provided. The example which forms the fine groove | channel 40 extended in the flow direction of exhaust can be given. As the fine groove 40 formed in the first downstream exhaust pipe 33, the same structure as that shown in FIGS. 2A to 2C can be adopted. The fine groove 40 is preferably provided over the entire circumference in the circumferential direction and the entire length in the axial direction of the inner wall surfaces 31A and 33A of the upstream exhaust pipe 31 and the first downstream exhaust pipe 33. The formation of the fine groove 40 in the directional region or a part of the axial direction may be omitted.

第2実施形態の排気装置20Aによれば、排気側開口部4Bと触媒装置22との間に配置された上流排気管31における排気熱の放熱、及び、触媒装置22と排熱回収装置24との間に配置された第1下流排気管33における排気熱の放熱を抑制することができる。従って、触媒装置22における触媒の早期活性化並びに活性化温度の維持、排熱回収装置24における排気からの回収熱量の増加に寄与することができる。   According to the exhaust device 20A of the second embodiment, the heat radiation of the exhaust heat in the upstream exhaust pipe 31 disposed between the exhaust side opening 4B and the catalyst device 22, and the catalyst device 22 and the exhaust heat recovery device 24 The heat radiation of the exhaust heat in the first downstream exhaust pipe 33 disposed between the two can be suppressed. Therefore, it is possible to contribute to the early activation of the catalyst in the catalyst device 22, the maintenance of the activation temperature, and the increase in the amount of heat recovered from the exhaust in the exhaust heat recovery device 24.

上流排気管31及び第1下流排気管33に、同じ溝幅Sの微細溝40を設けても良いが、排気流50の流速に応じて、溝幅Sを異ならせるようにしても良い。図6は、第2実施形態において、好ましい微細溝の配置を説明するための模式図である。図6では、上流排気管31の内壁面31A及び第1下流排気管33の内壁面33Aを、平面的に展開した状態で示している。   Although the fine groove 40 having the same groove width S may be provided in the upstream exhaust pipe 31 and the first downstream exhaust pipe 33, the groove width S may be varied according to the flow velocity of the exhaust flow 50. FIG. 6 is a schematic diagram for explaining a preferred arrangement of fine grooves in the second embodiment. In FIG. 6, the inner wall surface 31A of the upstream exhaust pipe 31 and the inner wall surface 33A of the first downstream exhaust pipe 33 are shown in a flatly developed state.

上流排気管31の内壁面31Aには第1微細溝41が形成されている。上流排気管31よりも排気流通方向の下流側に位置する第1下流排気管33の内壁面33Aには、第2微細溝42が形成されている。第1微細溝41の各々は、所定の第1の溝幅S1を有している。第2微細溝42の各々は、第1の溝幅S1よりも広い第2の溝幅S2を有している。   A first fine groove 41 is formed in the inner wall surface 31 </ b> A of the upstream exhaust pipe 31. A second fine groove 42 is formed on the inner wall surface 33A of the first downstream exhaust pipe 33 located on the downstream side of the upstream exhaust pipe 31 in the exhaust flow direction. Each of the first fine grooves 41 has a predetermined first groove width S1. Each of the second fine grooves 42 has a second groove width S2 that is wider than the first groove width S1.

排気流50の流速は、排気通路の下流側へ向かうほど低下する。特に、排気が触媒装置22を通過する前後で、その流速は大きく変化する。このため、上流排気管31を通過する排気流50は比較的高速であるので、その渦流52は比較的小さいのに対し、第1下流排気管33を通過する排気流50は比較的低速であるので、その渦流52は比較的大きくなる。従って、図4(B)に示したような状態、つまり渦流52が入り込ませないようにするための微細溝40の最適な溝幅Sは、上流排気管31と第1下流排気管33とでは異なることになる。   The flow velocity of the exhaust flow 50 decreases as it goes downstream of the exhaust passage. In particular, before and after the exhaust gas passes through the catalyst device 22, the flow velocity changes greatly. For this reason, since the exhaust flow 50 passing through the upstream exhaust pipe 31 is relatively fast, the vortex flow 52 is relatively small, whereas the exhaust flow 50 passing through the first downstream exhaust pipe 33 is relatively slow. Therefore, the vortex 52 becomes relatively large. Therefore, in the state shown in FIG. 4B, that is, the optimum groove width S of the fine groove 40 for preventing the vortex 52 from entering the upstream exhaust pipe 31 and the first downstream exhaust pipe 33. Will be different.

図6の例によれば、排気通路における排気流の流速変化に応じた微細溝を、内壁面31A、33Aに各々設定することができる。つまり、第1、第2微細溝41、42が、排気通路の下流側へ向かうに連れた排気流50の渦流52の径変化に応じた溝幅を具備するようになる。従って、排気管31、33の各々において、渦流52を適正に内壁面31A、33Aから離間させることができ、排気の放熱を効果的に低減させることができる。   According to the example of FIG. 6, fine grooves corresponding to changes in the flow velocity of the exhaust flow in the exhaust passage can be set on the inner wall surfaces 31A and 33A, respectively. That is, the first and second fine grooves 41 and 42 have a groove width corresponding to the diameter change of the vortex 52 of the exhaust flow 50 toward the downstream side of the exhaust passage. Accordingly, in each of the exhaust pipes 31 and 33, the vortex flow 52 can be appropriately separated from the inner wall surfaces 31A and 33A, and exhaust heat radiation can be effectively reduced.

ここで、排熱回収装置24の具体例を例示しておく。図7は、気筒2へ高温水を噴射させる水噴射装置用の排熱回収装置24の一例を示すブロック図である。排熱回収装置24は、気筒2へ供給する高温水を生成する機能と、吸気を昇温させる機能とを備え、コンデンサ241、水タンク242、熱交換器243及び吸気昇温装置244を含む。また、前記高温水の気筒2への噴射のため、エンジン本体1には蓄圧レール248及び水噴射ノズル24Nが備えられている。   Here, a specific example of the exhaust heat recovery device 24 will be illustrated. FIG. 7 is a block diagram showing an example of the exhaust heat recovery device 24 for a water injection device that injects high temperature water into the cylinder 2. The exhaust heat recovery device 24 has a function of generating high-temperature water to be supplied to the cylinder 2 and a function of raising the intake air temperature, and includes a condenser 241, a water tank 242, a heat exchanger 243, and an intake air temperature raising device 244. Further, for injection of the high-temperature water into the cylinder 2, the engine body 1 is provided with a pressure accumulation rail 248 and a water injection nozzle 24N.

コンデンサ241は、共用排気管30A内を流れる排気中に含まれる水蒸気を凝縮させる熱機器である。コンデンサ241は、例えばエンジン冷却水などの冷媒との熱交換により排気を冷却することで、当該排気に含まれる水蒸気を凝縮させる。水タンク242は、凝縮水を貯留するタンクであり、コンデンサ241で生成された凝縮水が第1配管245を通して導入される。熱交換器243は、コンデンサ241よりも上流側に配置され、水タンク242に貯留された凝縮水を、コンデンサ241に流入する前の排気との熱交換により昇温させる熱交換器である。吸気昇温装置244は、共用排気管30A内を流れる排気から熱エネルギーを受け取り、吸気通路91を流れる吸気に前記熱エネルギーを与える熱交換を行う熱機器である。   The condenser 241 is a thermal device that condenses water vapor contained in the exhaust gas flowing through the common exhaust pipe 30A. The condenser 241 condenses water vapor contained in the exhaust gas by cooling the exhaust gas by heat exchange with a refrigerant such as engine cooling water. The water tank 242 is a tank that stores condensed water, and the condensed water generated by the condenser 241 is introduced through the first pipe 245. The heat exchanger 243 is a heat exchanger that is arranged upstream of the condenser 241 and raises the temperature of the condensed water stored in the water tank 242 by heat exchange with the exhaust before flowing into the condenser 241. The intake air temperature raising device 244 is a thermal device that receives heat energy from the exhaust gas flowing through the common exhaust pipe 30 </ b> A and performs heat exchange that gives the heat energy to the intake air flowing through the intake passage 91.

凝縮水は、図略の低圧ポンプの稼動により、水タンク242から第2配管246を通して熱交換器243に送られる。熱交換器243は、共用排気管30Aと熱交換可能に配設された蛇行管を含む。熱交換器243を通過した凝縮水は、概ね150〜250℃程度に加熱される。この高温凝縮水は、第3配管247を通して蓄圧レール248へ送られる。この際、図略の高圧ポンプにより前記高温凝縮水は圧送され、蓄圧レール248の内部に蓄圧状態で貯留される。蓄圧レール248から延び出す4つの枝管に、水噴射ノズル24Nが取り付けられている。水噴射ノズル24Nからは、排熱回収装置24によって排気熱を利用して生成された高温凝縮水が気筒2に噴射される。   Condensed water is sent from the water tank 242 to the heat exchanger 243 through the second pipe 246 by operation of a low-pressure pump (not shown). The heat exchanger 243 includes a meandering pipe disposed so as to be able to exchange heat with the common exhaust pipe 30A. The condensed water that has passed through the heat exchanger 243 is heated to about 150 to 250 ° C. This high-temperature condensed water is sent to the pressure accumulation rail 248 through the third pipe 247. At this time, the high-temperature condensed water is pumped by a high-pressure pump (not shown) and stored in the pressure accumulation rail 248 in a pressure accumulation state. Water injection nozzles 24N are attached to the four branch pipes extending from the pressure accumulation rail 248. From the water injection nozzle 24N, high-temperature condensed water generated by using the exhaust heat by the exhaust heat recovery device 24 is injected into the cylinder 2.

高温凝縮水が気筒2に噴射されると、当該高温凝縮水が気筒2内で膨張して気筒2内の圧力を上昇させる。このように高温凝縮水のエネルギーが圧力(仕事)に変換されることにより、エンジンの熱効率を向上させることができる。また、吸気通路91を流れる吸気も加熱されるので、燃焼室6における燃焼温度を高温化させることができる。そして、本実施形態では、排熱回収装置24まで排気を導く上流排気管31及び第1下流排気管33の内壁面31A、33Aが、微細溝40(第1、第2微細溝41、42)を有する溝付き内壁面とされる。従って、排気熱の損失を低レベルにして排気を排熱回収装置24に導入することができるので、排熱回収装置24による高温凝縮水の生成及び吸気の加熱の機能を一層高めることができる。   When the high-temperature condensed water is injected into the cylinder 2, the high-temperature condensed water expands in the cylinder 2 and increases the pressure in the cylinder 2. Thus, the thermal efficiency of an engine can be improved by converting the energy of high-temperature condensed water into pressure (work). Moreover, since the intake air flowing through the intake passage 91 is also heated, the combustion temperature in the combustion chamber 6 can be increased. In the present embodiment, the inner wall surfaces 31A and 33A of the upstream exhaust pipe 31 and the first downstream exhaust pipe 33 that guide the exhaust to the exhaust heat recovery device 24 are formed into the fine grooves 40 (first and second fine grooves 41 and 42). An inner wall surface with a groove is provided. Therefore, the exhaust heat can be introduced into the exhaust heat recovery device 24 with the exhaust heat loss at a low level, so that the functions of high-temperature condensed water generation and intake air heating by the exhaust heat recovery device 24 can be further enhanced.

[第3実施形態]
図8は、本発明の第3実施形態に係るエンジンの排気装置20Bを示す概略断面図であって、エンジン本体1と、当該エンジン本体1の排気装置20Bの概略構成を示している。エンジン本体1の構造は、第1実施形態と同じである。排気装置20Bは、触媒レスの排気系統であり、第1実施形態で示した排気マニホールド21及びサイレンサ23と、第2実施形態で示した排熱回収装置24とを備え、これらを繋ぐ共用排気管30Bを備えている。
[Third Embodiment]
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing an engine exhaust device 20B according to a third embodiment of the present invention, and shows a schematic configuration of the engine main body 1 and the exhaust device 20B of the engine main body 1. The structure of the engine body 1 is the same as that of the first embodiment. The exhaust device 20B is a catalyst-less exhaust system, and includes the exhaust manifold 21 and the silencer 23 shown in the first embodiment, and the exhaust heat recovery device 24 shown in the second embodiment, and a common exhaust pipe that connects them. 30B.

共用排気管30Bは、排気マニホールド21と排熱回収装置24との間を繋ぐ上流排気管35と、排熱回収装置24とサイレンサ23との間を繋ぐ下流排気管36とを含む。上流排気管35の上流端351は排気マニホールド21の出気側に、下流端352は排熱回収装置24の入気側に、各々接続されている。下流排気管36の上流端361は排熱回収装置24の出気側に、下流端362はサイレンサ23が備える排気導入管に、各々接続されている。   The common exhaust pipe 30 </ b> B includes an upstream exhaust pipe 35 that connects the exhaust manifold 21 and the exhaust heat recovery device 24, and a downstream exhaust pipe 36 that connects the exhaust heat recovery device 24 and the silencer 23. The upstream end 351 of the upstream exhaust pipe 35 is connected to the outlet side of the exhaust manifold 21, and the downstream end 352 is connected to the inlet side of the exhaust heat recovery device 24. The upstream end 361 of the downstream exhaust pipe 36 is connected to the exhaust side of the exhaust heat recovery device 24, and the downstream end 362 is connected to the exhaust introduction pipe included in the silencer 23.

エンジン本体1において、リーン燃焼や圧縮着火方式を採用するなどして、排気中にNOx、CO、HC等の有害成分が発生しないようにすることが可能である。この場合、第1、第2実施形態において示した触媒装置22を排気系統から省く(触媒レス)ことが可能となる。第3実施形態の排気装置20Bでは、触媒装置22が省かれる一方で、排熱回収装置24が共用排気管30Bに組み込まれている。   In the engine body 1, it is possible to prevent harmful components such as NOx, CO, and HC from being generated in the exhaust gas by adopting a lean combustion or compression ignition method. In this case, it is possible to omit the catalyst device 22 shown in the first and second embodiments from the exhaust system (catalyst-less). In the exhaust device 20B of the third embodiment, the catalyst device 22 is omitted, while the exhaust heat recovery device 24 is incorporated in the common exhaust pipe 30B.

第3実施形態の排気通路において、保温を要するのは、排気側開口部4B(気筒の出口)から排熱回収装置24までを繋ぐ排気通路である。具体的には、排気ポート10、排気マニホールド21及び上流排気管35からなる排気通路である。第1実施形態において説明した前記溝付き内壁面は、これら排気通路の少なくとも一部の区間又は全区間において、当該排気通路を区画する排気通路内壁面に適用される。   In the exhaust passage of the third embodiment, it is the exhaust passage that connects the exhaust side opening 4B (cylinder outlet) to the exhaust heat recovery device 24 that needs to be kept warm. Specifically, the exhaust passage is composed of the exhaust port 10, the exhaust manifold 21, and the upstream exhaust pipe 35. The grooved inner wall surface described in the first embodiment is applied to an exhaust passage inner wall surface that divides the exhaust passage in at least some or all of the exhaust passages.

好ましい例として、上流排気管35の内壁面に、排気の流動方向に延びる微細溝40を形成する例を挙げることができる。上流排気管35に形成される微細溝40は、図2(A)〜(C)に示した構造と同一のものを採用することができる。なお、微細溝40は、上流排気管35の内壁面の円周方向の全周及び軸方向の全長に亘って設けることが望ましいが、一部の円周方向領域又は一部の軸方向区間への微細溝40の形成を省いても良い。   As a preferred example, an example in which a fine groove 40 extending in the exhaust flow direction is formed on the inner wall surface of the upstream exhaust pipe 35 can be cited. As the fine groove 40 formed in the upstream exhaust pipe 35, the same structure as that shown in FIGS. 2A to 2C can be adopted. The fine groove 40 is desirably provided over the entire circumference in the circumferential direction and the entire length in the axial direction of the inner wall surface of the upstream exhaust pipe 35, but to some circumferential regions or some axial sections. The formation of the fine groove 40 may be omitted.

第3実施形態の排気装置20Bによれば、排気側開口部4Bと排熱回収装置24との間に配置された上流排気管35における排気熱の放熱を抑制することができる。従って、排熱回収装置24における排気からの回収熱量の増加に寄与することができる。   According to the exhaust device 20B of the third embodiment, it is possible to suppress heat dissipation of the exhaust heat in the upstream exhaust pipe 35 disposed between the exhaust side opening 4B and the exhaust heat recovery device 24. Therefore, it is possible to contribute to an increase in the amount of heat recovered from the exhaust in the exhaust heat recovery device 24.

[変形実施形態の説明]
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば下記のような変形実施形態を取ることができる。
[Description of Modified Embodiment]
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to this, For example, the following modified embodiment can be taken.

(1)上記実施形態では、上流排気管31などへの微細溝40の形成によって、排気熱の放熱を抑止する例を示した。微細溝40に加えて、他の放熱防止構造を具備させても良い。例えば、微細溝40を内壁面に刻設した排気管の外周を別の保温管で被覆するようにし、排気熱の放熱を一層抑制する構造としても良い。   (1) In the above embodiment, the example in which the heat release of the exhaust heat is suppressed by forming the fine groove 40 in the upstream exhaust pipe 31 or the like has been described. In addition to the fine groove 40, another heat dissipation prevention structure may be provided. For example, the outer periphery of the exhaust pipe in which the fine groove 40 is engraved on the inner wall surface may be covered with another heat insulating pipe to further suppress the heat dissipation of the exhaust heat.

(2)第1実施形態では、所定の溝幅Sを有する微細溝40を、上流排気管31の内壁面31Aに形成する例を示した。第2実施形態では、第1の溝幅S1を有する第1微細溝41を上流排気管31の内壁面31Aに、第2の溝幅S2を有する第2微細溝42を第1下流排気管33の内壁面33Aに形成する例を示した。排気流50の流速が、排気通路下流側に向かうほど減速する場合、上記に代えて、1本の排気管において、微細溝の溝幅Sを異ならせても良い。   (2) In the first embodiment, the example in which the fine groove 40 having the predetermined groove width S is formed on the inner wall surface 31A of the upstream exhaust pipe 31 is shown. In the second embodiment, the first fine groove 41 having the first groove width S1 is provided on the inner wall surface 31A of the upstream exhaust pipe 31, and the second fine groove 42 having the second groove width S2 is provided on the first downstream exhaust pipe 33. The example which forms in 33A of inner wall surfaces of this was shown. In the case where the flow velocity of the exhaust flow 50 decreases toward the downstream side of the exhaust passage, instead of the above, the groove width S of the fine groove may be made different in one exhaust pipe.

図9は、変形例に係る微細溝パターンを説明するための模式図である。例えば、上流排気管31の内壁面31Aを、排気通路上流側の第1領域R1と、下流側の第2領域R2とに区分する。そして、第1領域R1には第1の溝幅S11を有する上流微細溝43を配置し、第2領域R2には第2の溝幅S12(S11<S12)の下流微細溝44を配置する。排気流50の流速が下流側で減速する場合、排気流50の渦流52の渦スケールは、下流に向かうほど大きくなる。図9の変形例によれば、排気流50の流速に応じて設定された溝幅S11、S12を有する微細溝43、44が、第1領域R1及び第2領域R2にそれぞれ配置される。従って、より高い排気熱の放熱損失の低減効果を得ることができる。   FIG. 9 is a schematic diagram for explaining a fine groove pattern according to a modification. For example, the inner wall surface 31A of the upstream exhaust pipe 31 is divided into a first region R1 on the upstream side of the exhaust passage and a second region R2 on the downstream side. An upstream fine groove 43 having a first groove width S11 is arranged in the first region R1, and a downstream fine groove 44 having a second groove width S12 (S11 <S12) is arranged in the second region R2. When the flow velocity of the exhaust flow 50 is decelerated downstream, the vortex scale of the vortex 52 of the exhaust flow 50 increases toward the downstream. According to the modification of FIG. 9, the fine grooves 43 and 44 having groove widths S11 and S12 set according to the flow velocity of the exhaust flow 50 are arranged in the first region R1 and the second region R2, respectively. Therefore, the effect of reducing the heat dissipation loss of higher exhaust heat can be obtained.

1 エンジン本体
2 気筒
3 シリンダブロック
4A 吸気側開口部
4B 排気側開口部(気筒の出口)
5 ピストン
6 燃焼室
10 排気ポート(排気通路の一部)
20、20A、20B 排気装置
21 排気マニホールド(排気通路の一部)
22 触媒装置
23 サイレンサ
24 排熱回収装置
30、30A、30B 共用排気管(排気通路の一部)
31 上流排気管(第1排気通路)
31A 内壁面(排気通路内壁面)
32 下流排気管
33 第1下流排気管(第2排気通路)
33A 内壁面(排気通路内壁面)
34 第2下流排気管
40 微細溝
41 第1微細溝
42 第2微細溝
50 排気流
51 主流
52 渦流(縦渦)
S 溝幅
S1、S2 第1、第2の溝幅
h 溝高さ
1 Engine Body 2 Cylinder 3 Cylinder Block 4A Intake Side Opening 4B Exhaust Side Opening (Cylinder Outlet)
5 Piston 6 Combustion chamber 10 Exhaust port (part of exhaust passage)
20, 20A, 20B Exhaust device 21 Exhaust manifold (part of exhaust passage)
22 catalyst device 23 silencer 24 exhaust heat recovery device 30, 30A, 30B common exhaust pipe (part of exhaust passage)
31 Upstream exhaust pipe (first exhaust passage)
31A Inner wall surface (exhaust passage inner wall surface)
32 Downstream exhaust pipe 33 First downstream exhaust pipe (second exhaust passage)
33A Inner wall surface (exhaust passage inner wall surface)
34 Second downstream exhaust pipe 40 Fine groove 41 First fine groove 42 Second fine groove 50 Exhaust flow 51 Main flow 52 Vortex (longitudinal vortex)
S groove width S1, S2 first and second groove width h groove height

Claims (5)

燃料と空気との混合気が燃焼する気筒を備えたエンジンの排気装置であって、
前記気筒から排出される排気が通過する排気通路を備え、
前記排気通路の少なくとも一部の区間において、当該排気通路を区画する排気通路内壁面が、前記排気の流動方向に延びる100μm〜700μmの溝幅を有する複数の微細溝が密に配列された溝付き内壁面とされている、エンジンの排気装置。
An exhaust system for an engine having a cylinder in which a mixture of fuel and air burns,
An exhaust passage through which the exhaust discharged from the cylinder passes,
In at least a part of the exhaust passage, an exhaust passage inner wall surface defining the exhaust passage has a groove in which a plurality of fine grooves having a groove width of 100 μm to 700 μm extending in the flow direction of the exhaust gas are densely arranged. An exhaust system for the engine that is the inner wall.
請求項1に記載のエンジンの排気装置において、
前記排気通路に組み込まれ、前記排気を浄化する触媒装置をさらに備え、
前記排気通路のうち、前記気筒の出口から前記触媒装置までを繋ぐ排気通路の少なくとも一部の区間における排気通路内壁面が、前記溝付き内壁面とされている、エンジンの排気装置。
The engine exhaust system according to claim 1,
A catalyst device that is incorporated in the exhaust passage and purifies the exhaust;
An exhaust system for an engine, wherein an inner wall surface of the exhaust passage in at least a part of the exhaust passage connecting the outlet of the cylinder to the catalyst device in the exhaust passage is the inner wall surface with a groove.
請求項1に記載のエンジンの排気装置において、
前記排気通路に組み込まれ、前記排気が保有する熱エネルギーを回収する排熱回収装置をさらに備え、
前記排気通路のうち、前記気筒の出口から前記排熱回収装置までを繋ぐ排気通路の少なくとも一部の区間における排気通路内壁面が、前記溝付き内壁面とされている、エンジンの排気装置。
The engine exhaust system according to claim 1,
An exhaust heat recovery device that is incorporated in the exhaust passage and recovers thermal energy held by the exhaust;
An exhaust system for an engine, wherein an inner wall surface of the exhaust passage in at least a part of the exhaust passage connecting the outlet of the cylinder to the exhaust heat recovery device in the exhaust passage is the grooved inner wall surface.
請求項1に記載のエンジンの排気装置において、
前記排気通路に組み込まれ、前記排気を浄化する触媒装置と、
前記触媒装置よりも排気流通方向の下流側において前記排気通路に組み込まれ、前記排気が保有する熱エネルギーを回収する排熱回収装置と、をさらに備え、
前記排気通路のうち、前記気筒の出口から前記触媒装置までを繋ぐ第1排気通路の少なくとも一部の区間における排気通路内壁面、及び、前記触媒装置から前記排熱回収装置までを繋ぐ第2排気通路の少なくとも一部の区間における排気通路内壁面が、前記溝付き内壁面とされている、エンジンの排気装置。
The engine exhaust system according to claim 1,
A catalyst device incorporated in the exhaust passage and purifying the exhaust;
An exhaust heat recovery device that is incorporated in the exhaust passage downstream of the catalyst device in the exhaust flow direction and recovers the thermal energy held by the exhaust, and
Of the exhaust passage, the exhaust passage inner wall surface in at least a part of the first exhaust passage that connects the outlet of the cylinder to the catalyst device, and the second exhaust that connects the catalyst device to the exhaust heat recovery device. An exhaust system for an engine, wherein an inner wall surface of the exhaust passage in at least a part of the passage is the grooved inner wall surface.
燃料と空気との混合気が燃焼する気筒を備えたエンジンの排気装置であって、
前記気筒から排出される排気が通過する排気通路を備え、
前記排気通路の少なくとも一部の区間において、当該排気通路を区画する排気通路内壁面が、前記排気の流動方向に延びる複数の微細溝が密に配列された溝付き内壁面とされているエンジンの排気装置において、
前記微細溝は、100μm〜700μmの溝幅を有し、
前記排気通路に組み込まれ、前記排気を浄化する触媒装置と、
前記触媒装置よりも排気流通方向の下流側において前記排気通路に組み込まれ、前記排気が保有する熱エネルギーを回収する排熱回収装置と、をさらに備え、
前記排気通路のうち、前記気筒の出口から前記触媒装置までを繋ぐ第1排気通路の少なくとも一部の区間における排気通路内壁面、及び、前記触媒装置から前記排熱回収装置までを繋ぐ第2排気通路の少なくとも一部の区間における排気通路内壁面が、前記溝付き内壁面とされ、
前記第1排気通路の前記排気通路内壁面に形成される複数の微細溝の各々は、第1の溝幅を有し、
前記第2排気通路の前記排気通路内壁面に形成される複数の微細溝の各々は、前記第1の溝幅よりも広い第2の溝幅を有する、エンジンの排気装置。
An exhaust system for an engine having a cylinder in which a mixture of fuel and air burns,
An exhaust passage through which the exhaust discharged from the cylinder passes,
In at least a part of the exhaust passage, an exhaust passage inner wall surface defining the exhaust passage is a grooved inner wall surface in which a plurality of fine grooves extending in a flow direction of the exhaust gas are densely arranged. In the exhaust system,
The fine groove has a groove width of 100 μm to 700 μm,
A catalyst device incorporated in the exhaust passage and purifying the exhaust;
An exhaust heat recovery device that is incorporated in the exhaust passage downstream of the catalyst device in the exhaust flow direction and recovers the thermal energy held by the exhaust, and
Of the exhaust passage, the exhaust passage inner wall surface in at least a part of the first exhaust passage that connects the outlet of the cylinder to the catalyst device, and the second exhaust that connects the catalyst device to the exhaust heat recovery device. The exhaust passage inner wall surface in at least a part of the passage is the grooved inner wall surface,
Each of the plurality of fine grooves formed on the inner wall surface of the exhaust passage of the first exhaust passage has a first groove width,
An exhaust system for an engine, wherein each of the plurality of fine grooves formed on the inner wall surface of the second exhaust passage has a second groove width wider than the first groove width.
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