JP6997966B2 - Engine exhaust structure - Google Patents
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Description
本発明は、エンジンの排気構造に関し、特に排気を排出する排気ポート機構がシリンダヘッド内に一体形成されたエンジンの排気構造に関する。 The present invention relates to an engine exhaust structure, and more particularly to an engine exhaust structure in which an exhaust port mechanism for exhausting exhaust gas is integrally formed in a cylinder head.
従来より、排気干渉を回避するため、排気順序が連続しない複数の気筒を集めてグループ化し、グループ内の各気筒の排気通路を集合部を介して集合排気通路に集合させると共に各グループの集合排気通路を最終的に共通排気通路に集合させる構造は知られている。
そして、シリンダヘッド内に形成された排気通路、所謂排気ポートは、シリンダヘッドの内部において同一気筒(燃焼室)に対応する排気バルブ孔から排出された排気ガスの集合のみを行い、他の気筒から排出された排気ガスは、シリンダヘッドの縦壁に連結された別体の排気マニホールドによって集合されている。
Conventionally, in order to avoid exhaust interference, a plurality of cylinders whose exhaust order is not continuous are collected and grouped, and the exhaust passages of each cylinder in the group are gathered in the collective exhaust passage through the gathering part, and the collective exhaust of each group is performed. A structure is known in which the passages are finally assembled in a common exhaust passage.
The exhaust passage formed in the cylinder head, the so-called exhaust port, collects only the exhaust gas discharged from the exhaust valve hole corresponding to the same cylinder (combustion chamber) inside the cylinder head, and collects the exhaust gas from the other cylinders. The discharged exhaust gas is collected by a separate exhaust manifold connected to the vertical wall of the cylinder head.
一方、エンジンのコンパクト化を狙いとして、各気筒から排出される排気ガスの集合を、別体の排気マニホールドを用いずにシリンダヘッド内部で行う技術が提案されている。
特許文献1の多気筒エンジンは、気筒配列方向に沿って配置した6つの燃焼室から夫々延びる排気ポートを排気集合部で一体に集合させると共にシリンダヘッド内に形成された第1,第2集合排気ポートと、第1,第2集合排気ポートに夫々締結された第1,第2排気管とを有し、第1,第2排気管が、各々触媒を備えると共に一体的に連結されている。
この多気筒エンジンでは、第1気筒~第3気筒の排気ガスが第1集合排気ポートで集合され、第4気筒~第6気筒の排気ガスが第2集合排気ポートで集合され、点火順序が第1気筒→第5気筒→第3気筒→第6気筒→第2気筒→第4気筒とされている。
On the other hand, with the aim of making the engine compact, a technique has been proposed in which the exhaust gas discharged from each cylinder is collected inside the cylinder head without using a separate exhaust manifold.
In the multi-cylinder engine of
In this multi-cylinder engine, the exhaust gas of the first cylinder to the third cylinder is collected at the first collective exhaust port, the exhaust gas of the fourth cylinder to the sixth cylinder is collected at the second collective exhaust port, and the firing order is the first. The order is 1 cylinder → 5th cylinder → 3rd cylinder → 6th cylinder → 2nd cylinder → 4th cylinder.
特許文献1の多気筒エンジンは、排気行程が連続する気筒が気筒配列方向に隣接しないように配置されると共に、各気筒から排出される排気ガスがシリンダヘッド内部で集合されているため、排気脈動に伴う正圧波と負圧波を相殺しつつ小型化を図っている。
しかし、特許文献1の技術では、その構造上、エンジン性能を十分に確保することができない虞がある。
In the multi-cylinder engine of
However, the technique of
特許文献1の多気筒エンジンは、第1,第2集合排気ポートがシリンダヘッド内で一体形成されているため、第1燃焼室から集合部である排気出口までを連通する第1排気ポート下流端と第3燃焼室から排気出口までを連通する第3排気ポート下流端とが向かい合うように対向配置され、また、第4燃焼室から排気出口までを連通する第4排気ポート下流端と第6燃焼室から排気出口までを連通する第6排気ポート下流端とが向かい合うように対向配置されている。
つまり、シリンダヘッドの構造上、排気ガスが集合されるまでの排気ポート長が短いことから、第1(第6)排気ポートを流れる排気ガスの流速が必然的に速くなり、排気ガスは、シリンダヘッドに連結された排気マニホールド(集合部下流)に流れることなく、第1(第6)排気ポートに対向する第3(第4)排気ポートに逆流する成分が発生する。
逆流による滞留排気ガスが発生して排気ポート内圧が高くなると、結果的に、吸気充填効率の低下を招く虞がある。
In the multi-cylinder engine of
That is, due to the structure of the cylinder head, the length of the exhaust port until the exhaust gas is collected is short, so that the flow velocity of the exhaust gas flowing through the first (sixth) exhaust port is inevitably increased, and the exhaust gas is the cylinder. A component that flows back to the third (fourth) exhaust port facing the first (sixth) exhaust port is generated without flowing to the exhaust manifold (downstream of the collecting portion) connected to the head.
If the stagnant exhaust gas is generated due to the backflow and the internal pressure of the exhaust port becomes high, there is a possibility that the intake filling efficiency is lowered as a result.
しかも、排気行程が連続する気筒が気筒配列方向に隣接しないように配置すると共に、排気行程が連続していない気筒をグループ化した場合、第1(第6)排気ポートの排気行程終了からこれと向かい合う第3(第4)排気ポートの排気行程開始までの時間的間隔が長くなるため、排気ガスの逆流傾向が更に助長されることが懸念される。
即ち、現状において、エンジンの小型化を図りつつエンジンの排気効率を十分に確保することは容易ではない。
Moreover, when the cylinders having continuous exhaust strokes are arranged so as not to be adjacent to each other in the cylinder arrangement direction and the cylinders having non-continuous exhaust strokes are grouped, the exhaust stroke of the first (sixth) exhaust port is completed. Since the time interval until the start of the exhaust stroke of the third (fourth) exhaust ports facing each other becomes long, there is a concern that the backflow tendency of the exhaust gas is further promoted.
That is, at present, it is not easy to secure sufficient exhaust efficiency of the engine while reducing the size of the engine.
本発明の目的は、エンジンの小型化を図りつつ排気効率を確保可能なエンジンの排気構造等を提供することである。 An object of the present invention is to provide an engine exhaust structure or the like capable of ensuring exhaust efficiency while reducing the size of the engine.
請求項1のエンジンの排気構造は、気筒配列方向に並ぶ第1,第2燃焼室から排出された排気を集合する集合部と、前記第1燃焼室から前記集合部までを連通する第1排気ポートと、前記第2燃焼室から前記集合部までを連通する第2排気ポートとを備えた排気ポート機構がシリンダヘッド内で一体形成されたエンジンの排気構造において、前記第1,第2排気ポートの中心軸延長線が平面視にて鈍角で交差するように形成され、前記第1排気ポートの中心軸延長線が前記集合部の上半部又は下半部の一方に接続され且つ前記第2排気ポートの中心軸延長線が前記集合部の上半部又は下半部の他方に接続されたことを特徴としている。
The exhaust structure of the engine according to
このエンジンの排気構造では、前記第1,第2排気ポートの中心軸延長線が平面視にて鈍角で交差するように形成されているため、シリンダヘッド内に第1,第2排気ポートを一体的に配設することができ、エンジンのコンパクト化を図ることができる。
前記第1排気ポートの中心軸延長線が前記集合部の上半部又は下半部の一方に接続され且つ前記第2排気ポートの中心軸延長線が前記集合部の上半部又は下半部の他方に接続されたため、集合部に対する合流形状を利用して排気ポートを流れる排気ガスの進行方向成分を集合部中心を回転中心とした旋回方向成分に変換し、一方の排気ポートから他方の排気ポートに逆流する排気ガスを抑制している。
In the exhaust structure of this engine, since the extension lines of the central axes of the first and second exhaust ports are formed so as to intersect at an obtuse angle in a plan view, the first and second exhaust ports are integrated in the cylinder head. The engine can be made compact.
The central axis extension line of the first exhaust port is connected to either the upper half or the lower half of the gathering portion, and the central axis extension line of the second exhaust port is the upper half or the lower half of the gathering portion. Since it is connected to the other of the collecting parts, the traveling direction component of the exhaust gas flowing through the exhaust port is converted into a turning direction component centered on the center of the collecting part by using the confluence shape with respect to the collecting part, and the exhaust from one exhaust port to the other. Exhaust gas flowing back to the port is suppressed.
請求項2の発明は、請求項1の発明において、前記気筒配列方向において前記第1,第2燃焼室の間に設置された第3燃焼室であって、燃焼サイクルの中で前記第1,第2燃焼室よりも排気行程が遅い第3燃焼室を設け、前記排気ポート機構が、前記第1,第2排気ポートの間に配置され且つ前記第3燃焼室から前記集合部までを連通する第3排気ポートを有し、前記第1,第2排気ポートのうち排気行程が早い方の排気ポートの中心軸延長線が前記集合部の上半部に接続され且つ前記第1,第2排気ポートのうち排気行程が遅い方の排気ポートの中心軸延長線が前記集合部の下半部に接続されたことを特徴としている。
この構成によれば、排気行程の順序に拘らず、排気効率を改善することができる。
即ち、第3排気ポートの排気行程に起因した逆流により第1,第2排気ポートに滞留する排気ガスは第3排気ポートの排気ガスの流動によって掃気されるため、第1,第2排気ポートのうち第3排気ポートの排気行程の後に行われる排気行程の排気ポート、所謂第1,第2排気ポートのうち排気行程が早い方の排気ポートには、滞留排気ガスが然程存在していない。これに対し、第1,第2排気ポートのうち排気行程が遅い方の排気ポートは、排気効率が低い(滞留排気ガスが存在する)状況で排気行程が行われる。
また、排気ガスは高温であるため、上側速度成分は下側速度成分よりも大きくなり、流れの主流は上側部分に形成されている。それ故、集合部の上半部に中心軸延長線が接続された排気ポートは、集合部の下半部に中心軸延長線が接続された排気ポートよりも排気ガスの進行方向成分を旋回方向に変換する旋回方向変換効率が高くなっている。
従って、第1,第2排気ポートのうち排気行程が遅い方の排気ポートの滞留排気ガスを低減するため、第1,第2排気ポートのうち排気行程が早い方の排気ポートの旋回方向変換効率を高くしている。
The invention of
According to this configuration, the exhaust efficiency can be improved regardless of the order of the exhaust stroke.
That is, the exhaust gas staying in the first and second exhaust ports due to the backflow caused by the exhaust stroke of the third exhaust port is swept by the flow of the exhaust gas of the third exhaust port. Of these, the exhaust gas in the exhaust stroke performed after the exhaust stroke of the third exhaust port, that is, the exhaust port having the earlier exhaust stroke among the so-called first and second exhaust ports, does not have much stagnant exhaust gas. On the other hand, of the first and second exhaust ports, the exhaust port having the slower exhaust stroke is subjected to the exhaust stroke in a situation where the exhaust efficiency is low (there is stagnant exhaust gas).
Further, since the exhaust gas has a high temperature, the upper velocity component is larger than the lower velocity component, and the main flow of the flow is formed in the upper portion. Therefore, the exhaust port to which the central shaft extension line is connected to the upper half of the gathering portion swivels the traveling direction component of the exhaust gas more than the exhaust port to which the central shaft extension line is connected to the lower half of the gathering portion. The turning direction conversion efficiency is high.
Therefore, in order to reduce the stagnant exhaust gas of the exhaust port having the slower exhaust stroke of the first and second exhaust ports, the turning direction conversion efficiency of the exhaust port of the first and second exhaust ports having the faster exhaust stroke Is high.
請求項3の発明は、請求項1又は2の発明において、前記エンジンは、前記排気ポート機構を複数備えたことを特徴としている。
この構成によれば、気筒数に拘らずエンジンの小型化と排気効率とを確保することができる。
The invention of
According to this configuration, it is possible to secure the miniaturization of the engine and the exhaust efficiency regardless of the number of cylinders.
請求項4の発明は、請求項1~3の何れか1項の発明において、前記集合部の縦断面が略円形に形成されたことを特徴としている。
この構成によれば、旋回方向変換効率を一層高くすることができる。
The invention of
According to this configuration, the turning direction conversion efficiency can be further increased.
請求項5の発明は、請求項1~4の何れか1項の発明において、前記複数の排気ポート機構のうち同一排気ポート機構内の燃焼室の排気行程は、連続しないように形成されていることを特徴としている。
この構成によれば、排気脈動に伴う正圧波と負圧波を相殺でき、排気効率を向上することができる。
The invention of
According to this configuration, the positive pressure wave and the negative pressure wave accompanying the exhaust pulsation can be canceled out, and the exhaust efficiency can be improved.
本発明のエンジンの排気構造によれば、排気ポートの構造上の変更によって、エンジンの小型化を図りつつ排気効率を確保することができる。 According to the exhaust structure of the engine of the present invention, it is possible to secure the exhaust efficiency while reducing the size of the engine by structurally changing the exhaust port.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
以下の説明は、本発明を直列6気筒エンジンEの排気構造に適用したものを例示したものであり、本発明、その適用物、或いは、その用途を制限するものではない。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
The following description exemplifies the application of the present invention to the exhaust structure of the in-line 6-cylinder engine E, and does not limit the present invention, its application, or its use.
以下、本発明の実施例1について図1~図10に基づいて説明する。
図1に示すように、エンジンEは、オイルパン3の上部に連結されたアルミ合金製シリンダブロック1と、このシリンダブロック1の上部に連結されたアルミ合金製シリンダヘッド2と、このシリンダヘッド2の上部を覆う合成樹脂製ヘッドカバー4等を備えた、直列6気筒レシプロエンジンである。そして、このシリンダブロック1とシリンダヘッド2は、アルミ鋳造法によって製造されている。
Hereinafter, Example 1 of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 10.
As shown in FIG. 1, the engine E has an aluminum
シリンダブロック1には、前端に位置する第1気筒#1に対応したシリンダ(図示略)から後端に位置する第6気筒#6に対応したシリンダ(図示略)まで前後方向(気筒配列方向)に6個のシリンダが形成されている。各シリンダの内部には、ピストン(図示略)が夫々摺動自在に挿入され、これらピストンとシリンダヘッド2の下側部分とが協働して6個の第1~第6燃焼室c1~c6(図3参照)が夫々設けられている。
尚、以下、図において、矢印F方向を前方、矢印L方向を左方、矢印U方向を上方として説明する。また、符号#1~#6は、第1気筒~第6気筒を示している。
The
Hereinafter, in the figure, the arrow F direction will be described as forward, the arrow L direction as left, and the arrow U direction as upward. Further,
図3に示すように、燃焼室c1~c6には、右側上部に前後1対の吸気バルブ孔5と、左側上部に前後1対の排気バルブ孔6と、点火プラグ穴7とが夫々形成されている。
燃焼室c1~c6に臨む各吸気バルブ孔5は、動弁系により駆動される吸気バルブ(図示略)によって開閉され、各排気バルブ孔6は、動弁系により駆動される排気バルブ(図示略)によって開閉されている。各点火プラグ穴7は、燃焼室c1~c6の略中央部分に開口され、点火プラグ(図示略)が装着されている。
エンジンEは、燃焼サイクルにおいて、点火順序が第1気筒#1→第5気筒#5→第3気筒#3→第6気筒#6→第2気筒#2→第4気筒#4とされている。
これにより、排気行程が時期的に連続する気筒が隣接しないように配置されているため、排気脈動に伴う正圧波と負圧波とが互いに打ち消し合っている。
As shown in FIG. 3, in the combustion chambers c1 to c6, a pair of front and rear
Each
In the combustion cycle of the engine E, the firing order is as follows:
As a result, the cylinders having continuous exhaust strokes are arranged so as not to be adjacent to each other, so that the positive pressure wave and the negative pressure wave accompanying the exhaust pulsation cancel each other out.
図2,図3に示すように、シリンダヘッド2は、右側部分に形成され且つ燃焼室c1~c6に夫々連なる6つの吸気ポート8と、左側部分に形成され且つ燃焼室c1~c6に夫々連なる6つの排気ポート11~16と、第1排気ポート機構Paと、第2排気ポート機構Pbとを一体的に備えている。
各吸気ポート8は、気筒毎に、シリンダヘッド2の右側壁部に形成された6つの開口と1対の吸気バルブ孔5とを連通するように略Y字状に夫々形成されている。6つの開口には吸気マニホールド(図示略)が連結されている。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
Each
第1排気ポート機構Paは、第1~第3気筒#1~#3の燃焼室c1~c3から排出された排気ガスを集合する第1集合部10aと、燃焼室c1から第1集合部10aまでを連通する第1ポート11(第1排気ポート)と、燃焼室c2から第1集合部10aまでを連通する第2ポート12(第3排気ポート)と、燃焼室c3から第1集合部10aまでを連通する第3ポート13(第2排気ポート)等を主な構成要素としている。
第2排気ポート機構Pbは、第4~第6気筒#4~#6の燃焼室c4~c6から排出された排気ガスを集合する第2集合部10bと、燃焼室c4から集合部10bまでを連通する第4ポート14と、燃焼室c5から第2集合部10bまでを連通する第5ポート15と、燃焼室c6から第2集合部10bまでを連通する第6ポート16等を主な構成要素としている。
The first exhaust port mechanism Pa includes a
The second exhaust port mechanism Pb collects the exhaust gas discharged from the combustion chambers c4 to c6 of the fourth to
第2排気ポート機構Pbは、前後中央位置において前後方向に直交する面に対して第1排気ポート機構Paと面対称になっているため、第1ポート11と第6ポート16、第2ポート12と第5ポート15、第3ポート13と第4ポート14が夫々同様の構成である。
また、第1,第2排気ポート機構Paはシリンダヘッド2内に形成された空間によって構成されているため、以下、便宜上、主にシリンダヘッド2から第1排気ポート機構Paに対応した空間を取り出したモデル図によって説明する。
Since the second exhaust port mechanism Pb is plane-symmetrical with the first exhaust port mechanism Pa with respect to the plane orthogonal to the front-rear direction at the front-rear center position, the
Further, since the first and second exhaust port mechanism Pa is composed of the space formed in the
図1~図3に示すように、集合部10a及び10bは、シリンダヘッド2の左側壁部に夫々設けられ、縦断面が略円形に夫々形成されている。これら集合部10a,10bの左端部分には、夫々排気マニホールド(図示略)が連結され、最終的に共通排気管にて集合されている。
As shown in FIGS. 1 to 3, the
図4~図6に示すように、第1ポート11は第1集合部10aに接近するように後方に湾曲し、第2ポート12は第1集合部10aに接近するように左右に略直線状に延び、第3ポート13は第1集合部10aに接近するように前方に湾曲するように形成され、各々のポート長が略等しくなるように設定されている。
これにより、各気筒#1~#6の出力特性を均等化している。
また、第1~第3ポート11~13の上流端部分は、夫々の排気バルブ孔6に向かって下方に屈曲形成されている。
As shown in FIGS. 4 to 6, the
As a result, the output characteristics of each
Further, the upstream end portions of the first to
前述したように、第1排気ポート機構Paの燃焼室c1~c3の排気行程は、連続しないように形成されている。つまり、第1排気ポート機構Paの排気行程と第2排気ポート機構Pbの排気行程は、交互に実行されている。
図4に示すように、第1ポート11の中心軸延長線L1と第3ポート13の中心軸延長線L3の平面視における交差角θは鈍角(90°<θ)となるように構成されている。
本実施例では、シリンダヘッド2のコンパクト化を狙いとして、延長線L1と延長線L3の交差角θを平面視にて120°以上に設定している。
As described above, the exhaust strokes of the combustion chambers c1 to c3 of the first exhaust port mechanism Pa are formed so as not to be continuous. That is, the exhaust stroke of the first exhaust port mechanism Pa and the exhaust stroke of the second exhaust port mechanism Pb are executed alternately.
As shown in FIG. 4, the intersection angle θ in the plan view of the central axis extension line L1 of the
In this embodiment, the intersection angle θ between the extension line L1 and the extension line L3 is set to 120 ° or more in a plan view with the aim of making the
延長線L1と延長線L3の交差角θが鈍角であるため、第1ポート11の下流端と第3ポート13の下流端とが対向する位置関係になっている。
排気行程において第1ポート11を流れる排気ガスが交差角θよりも進行方向角度が小さい第1集合部10aの下流方向に流れ難いため、第1ポート11に対向する第3ポート13に進行(逆流)する成分が発生し、第3ポート13の排気バルブ上に排気ガスが滞留する。それ故、第3ポート13の排気行程は、滞留排気ガスが存在する状態で行われることから、第3ポート13の排気効率は低下している。
これに対し、第1ポート11の排気バルブ上に滞留した排気ガスは、第1ポート11の排気行程の前に、第2ポート12の排気行程に起因した排気ガスの流動負圧により掃気されている。
Since the intersection angle θ between the extension line L1 and the extension line L3 is an obtuse angle, the downstream end of the
In the exhaust stroke, the exhaust gas flowing through the
On the other hand, the exhaust gas staying on the exhaust valve of the
図6に示すように、第1ポート11が第1集合部10aの上側にオフセット接続され、第3ポート13が第1集合部10aの下側にオフセット接続されている。
具体的には、第1ポート11の延長線L1と第1集合部10aの中心Cを通る鉛直線との交点が中心Cよりも高く設定され、第3ポート13の延長線L3と第1集合部10aの中心Cを通る鉛直線との交点が中心Cよりも低く設定されている。
また、図7に示すように、第1ポート11と第1集合部10aとの連結下端部には、第1集合部10aの中心Cに向かって湾曲した段差部10sが形成され、第3ポート13と第1集合部10aとの連結上端部には、第1集合部10aの中心Cに向かって湾曲した段差部10tが形成されている。
As shown in FIG. 6, the
Specifically, the intersection of the extension line L1 of the
Further, as shown in FIG. 7, a stepped
第1ポート11を流れる排気ガスは高温であるため、排気ガスの主流は第1ポート11の上半部に形成される。それ故、図7の矢印に示すように、排気ガスの主流が第1集合部10aの壁部形状に沿って誘導されるため、排気ガスの第3ポート13に向かう進行方向成分が第1集合部10aの中心Cを旋回中心とした旋回方向成分に変換されている。
これにより、第3ポート13の排気バルブ上に滞留する排気ガスを低減している。
Since the exhaust gas flowing through the
This reduces the exhaust gas that stays on the exhaust valve of the
次に、上記エンジンの排気構造の作用、効果について説明する。
作用、効果の説明にあたり、検証実験を行った。
この検証実験では、実施例1と同仕様の第1排気ポート機構Paと比較例の排気ポート機構Mとの三次元CFD(Computational Fluid Dynamics)モデルを準備し、例えば、有限要素法、有限体積法又は差分法等によるNavier-Stokes方程式の数値解析を用いて排気ポート内の排気ガスの圧力分布等を演算している。
図8に示すように、比較例の排気ポート機構Mは、第1ポートの延長線Laと第3ポートの延長線Lbが第1集合部10aの中心Cを通るように構成され、その他の仕様は第1排気ポート機構Paと同じである。エンジンの回転数は3000rpm、燃焼室内は一定圧力として、第1ポートの排気行程について検証した。
Next, the action and effect of the exhaust structure of the engine will be described.
A verification experiment was conducted to explain the action and effect.
In this verification experiment, a three-dimensional CFD (Computational Fluid Dynamics) model with the first exhaust port mechanism Pa of the same specifications as in Example 1 and the exhaust port mechanism M of the comparative example is prepared, and for example, the finite element method and the finite volume method are prepared. Alternatively, the pressure distribution of the exhaust gas in the exhaust port is calculated using the numerical analysis of the Navier-Stokes equation by the difference method or the like.
As shown in FIG. 8, the exhaust port mechanism M of the comparative example is configured such that the extension line La of the first port and the extension line Lb of the third port pass through the center C of the
図9、図10に各々の検証結果を示す。
図9(a)は、第1排気ポート機構Paの圧力分布の平面図、図9(b)は、第1排気ポート機構Paの圧力分布の正面図である。図10(a)は、排気ポート機構Mの圧力分布の平面図、図10(b)は、排気ポート機構Mの圧力分布の正面図である。
図9、図10に示すように、第1排気ポート機構Paは、排気ポート機構Mに比べて、集合部での中心部回りの縦渦状の旋回傾向が強く、集合部から排気マニホールドに向けて流れる排気ガス量が多いことが分かる。また、演算結果によれば、排気ポート機構Mでは、第1ポートから排出された排気ガスの37.9%が第3ポートに逆流したのに対し、第1排気ポート機構Paでは、第1ポートから排出された排気ガスの9.7%が第3ポートに逆流していることが確認された。
9 and 10 show the verification results.
9 (a) is a plan view of the pressure distribution of the first exhaust port mechanism Pa, and FIG. 9 (b) is a front view of the pressure distribution of the first exhaust port mechanism Pa. 10 (a) is a plan view of the pressure distribution of the exhaust port mechanism M, and FIG. 10 (b) is a front view of the pressure distribution of the exhaust port mechanism M.
As shown in FIGS. 9 and 10, the first exhaust port mechanism Pa has a stronger tendency to swivel in a vertical spiral around the central portion at the gathering portion than the exhaust port mechanism M, and the first exhaust port mechanism Pa has a stronger tendency to swirl from the gathering portion toward the exhaust manifold. It can be seen that the amount of exhaust gas flowing is large. Further, according to the calculation result, in the exhaust port mechanism M, 37.9% of the exhaust gas discharged from the first port flowed back to the third port, whereas in the first exhaust port mechanism Pa, the first port. It was confirmed that 9.7% of the exhaust gas discharged from the port was flowing back to the third port.
このエンジンEの排気構造によれば、第1,第3ポート11,13の延長線L1,L3が平面視にて鈍角で交差するように形成されているため、シリンダヘッド2内に第1,第3ポート11,13を一体的に配設することができ、エンジンEのコンパクト化を図ることができる。第1ポート11の延長線L1が第1集合部10aの上半部に接続され且つ第3ポート13の延長線L3が第1集合部10aの下半部に接続されたため、第1集合部10aに対する合流形状を利用して第1,第3ポート11,13を流れる排気ガスの進行方向成分を第1集合部10aの中心Cを回転中心とした旋回方向成分に変換し、一方のポートから他方のポートに逆流する排気ガスを抑制している。
According to the exhaust structure of the engine E, since the extension lines L1 and L3 of the first and
気筒配列方向において第1,第3燃焼室c1,c3の間に設置された第2燃焼室c2であって、燃焼サイクルの中で第1,第3燃焼室c1,c3よりも排気行程が遅い第2燃焼室c2を設け、第1排気ポート機構Paが、第1,第3ポート11,13の間に配置され且つ第2燃焼室c2から第1集合部10aまでを連通する第2ポート12を有し、第1,第3ポート11,13のうち排気行程が早い第1ポート11の延長線L1が第1集合部10aの上半部に接続され且つ第1,第3ポート11,13のうち排気行程が遅い第3ポート13の延長線L3が第1集合部10aの下半部に接続されている。
この構成によれば、排気行程の順序に拘らず、排気効率を改善することができる。
即ち、第2ポート12の排気行程によって第1,第3ポート11,13に滞留する排気ガスが掃気されるため、第2ポート12の排気行程の後に行われる第1ポート11には、滞留排気ガスが然程存在していない。これに対し、第3ポート13は、排気効率が低い状況で排気行程が行われる。
また、排気ガスの上側速度成分は下側速度成分よりも大きくなり、流れの主流は上側部分に形成されている。それ故、第1集合部10aの上半部に延長線L1が接続された第1ポート11は、第1集合部10aの下半部に延長線L3が接続された第3ポート13よりも排気ガスの進行方向成分を旋回方向に変換する旋回方向変換効率が高くなっている。
それ故、第3ポート13の滞留排気ガスを低減することができる。
The second combustion chamber c2 installed between the first and third combustion chambers c1 and c3 in the cylinder arrangement direction, and the exhaust stroke is slower than the first and third combustion chambers c1 and c3 in the combustion cycle. A
According to this configuration, the exhaust efficiency can be improved regardless of the order of the exhaust stroke.
That is, since the exhaust gas staying in the first,
Further, the upper velocity component of the exhaust gas is larger than the lower velocity component, and the main flow of the flow is formed in the upper portion. Therefore, the
Therefore, the stagnant exhaust gas of the
エンジンEは、排気ポート機構Pa,Pbを複数備えたため、気筒数に拘らずエンジンEの小型化と排気効率とを確保することができる。 Since the engine E is provided with a plurality of exhaust port mechanisms Pa and Pb, it is possible to secure the miniaturization and exhaust efficiency of the engine E regardless of the number of cylinders.
第1集合部10aの縦断面が略円形に形成されたため、旋回方向変換効率を一層高くすることができる。
Since the vertical cross section of the
複数の排気ポート機構Pa,Pbのうち同一排気ポート機構Pa内の燃焼室c1,c2,c3の排気行程は、連続しないように形成されているため、排気脈動に伴う正圧波と負圧波を相殺でき、排気効率を向上することができる。 Of the multiple exhaust port mechanisms Pa and Pb, the exhaust strokes of the combustion chambers c1, c2, and c3 in the same exhaust port mechanism Pa are formed so as not to be continuous, so that the positive pressure wave and the negative pressure wave accompanying the exhaust pulsation are offset. And the exhaust efficiency can be improved.
次に、前記実施形態を部分的に変更した変形例について説明する。
1〕前記実施形態においては、直列6気筒の縦置きレシプロエンジンの例を説明したが、横置きレシプロエンジンでも良く、V型エンジンでも良い。
また、少なくとも向かい合う排気ポートを備えていれば良く、2気筒エンジン、3気筒エンジン、4気筒エンジンに適用しても良く、それ以外の多気筒エンジンにも適用可能である。
Next, a modified example in which the embodiment is partially modified will be described.
1] In the above embodiment, an example of an in-line 6-cylinder longitudinal reciprocating engine has been described, but a transverse reciprocating engine or a V-type engine may be used.
Further, it may be applied to a 2-cylinder engine, a 3-cylinder engine, a 4-cylinder engine, and can be applied to other multi-cylinder engines as long as it has at least facing exhaust ports.
2〕前記実施形態においては、直列6気筒エンジンにおいて、第1(第6)ポートの延長線が集合部の上半部に接続され、第3(第4)ポートの延長線が集合部の下半部に接続された例を説明したが、第1(第4)ポートの延長線が集合部の上半部に接続され、第3(第6)ポートの延長線が集合部の下半部に接続されても良い。
また、点火時期に応じて、上記接続パターンを逆にすることも可能である。
2] In the above embodiment, in the in-line 6-cylinder engine, the extension line of the first (sixth) port is connected to the upper half of the gathering portion, and the extension line of the third (fourth) port is below the gathering portion. The example of being connected to the half part has been described, but the extension line of the first (fourth) port is connected to the upper half part of the gathering part, and the extension line of the third (sixth) port is the lower half part of the gathering part. May be connected to.
It is also possible to reverse the above connection pattern according to the ignition timing.
3〕前記実施形態においては、各気筒において、ポートに2つの排気バルブ孔を設けた例を説明したが、単一の排気バルブ孔を設けても良く、3つ以上の排気バルブ孔を設けることも可能である。 3] In the above embodiment, an example in which two exhaust valve holes are provided in the port in each cylinder has been described, but a single exhaust valve hole may be provided, and three or more exhaust valve holes may be provided. Is also possible.
4〕その他、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく、前記実施形態に種々の変更を付加した形態や各実施形態を組み合わせた形態で実施可能であり、本発明はそのような変更形態も包含するものである。 4] In addition, a person skilled in the art can carry out the present invention in a form in which various modifications are added to the above-described embodiment or in a combination of the respective embodiments without departing from the spirit of the present invention. It also includes various modified forms.
10a 第1集合部
11 第1ポート
12 第2ポート
13 第3ポート
Pa 第1排気ポート機構
Pb 第2排気ポート機構
c1 第1燃焼室
c2 第2燃焼室
c3 第3燃焼室
L1 (第1ポート)延長線
L3 (第3ポート)延長線
10a
Claims (5)
前記第1,第2排気ポートの中心軸延長線が平面視にて鈍角で交差するように形成され、
前記第1排気ポートの中心軸延長線が前記集合部の上半部又は下半部の一方に接続され且つ前記第2排気ポートの中心軸延長線が前記集合部の上半部又は下半部の他方に接続されたことを特徴とするエンジンの排気構造。 A collecting part that collects exhaust discharged from the first and second combustion chambers arranged in the cylinder arrangement direction, a first exhaust port that communicates from the first combustion chamber to the collecting part, and the second combustion chamber to the above. In the exhaust structure of an engine in which an exhaust port mechanism including a second exhaust port that communicates to the collecting part is integrally formed in the cylinder head.
The extension lines of the central axes of the first and second exhaust ports are formed so as to intersect at an obtuse angle in a plan view.
The central axis extension line of the first exhaust port is connected to either the upper half or the lower half of the gathering portion, and the central axis extension line of the second exhaust port is the upper half or the lower half of the gathering portion. The exhaust structure of the engine characterized by being connected to the other side of the.
前記排気ポート機構が、前記第1,第2排気ポートの間に配置され且つ前記第3燃焼室から前記集合部までを連通する第3排気ポートを有し、
前記第1,第2排気ポートのうち排気行程が早い方の排気ポートの中心軸延長線が前記集合部の上半部に接続され且つ前記第1,第2排気ポートのうち排気行程が遅い方の排気ポートの中心軸延長線が前記集合部の下半部に接続されたことを特徴とする請求項1に記載のエンジンの排気構造。 A third combustion chamber installed between the first and second combustion chambers in the cylinder arrangement direction, which has a slower exhaust stroke than the first and second combustion chambers in the combustion cycle. And
The exhaust port mechanism has a third exhaust port which is arranged between the first and second exhaust ports and communicates from the third combustion chamber to the collecting portion.
The central axis extension line of the exhaust port having the earlier exhaust stroke of the first and second exhaust ports is connected to the upper half of the gathering portion, and the one of the first and second exhaust ports having the slower exhaust stroke. The exhaust structure of the engine according to claim 1, wherein the central axis extension line of the exhaust port of the above is connected to the lower half portion of the gathering portion.
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