JP7405065B2 - 内燃機関の排気通路構造 - Google Patents
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Description
排気通路構造は、基準通路断面積に対する絞り断面積の割合が0.7以上且つ1.0以下の範囲に含まれるように構成されている。
タービンのタービンスクロールの入口部の入口断面積は、基準通路断面積よりも大きくなるように構成されている。
第一合流通路及び第二合流通路の絞り部は、それぞれの排気下流端に設けられている。
第一合流通路及び第二合流通路は、排気の上流側から絞り部に向かって徐々に通路断面積が小さくなるように構成されている。
内燃機関は、排気弁の開き側のリフト速度が閉じ側のリフト速度よりも遅くなるように構成されている。
内燃機関は、排気弁の最大リフト位置が、排気弁の開弁開始位置と閉弁完了位置との中間位置よりも閉じ側となるように構成されている。
1.実施の形態の内燃機関の構成
図1は、実施の形態の内燃機関の排気通路構造を説明するための模式図である。本実施の形態の内燃機関100は、6つの気筒6を備え、第一気筒#1→第五気筒#5→第三気筒#3→第六気筒#6→第二気筒#2→第四気筒#4の順に燃焼を繰り返す直列6気筒エンジンとして構成されている。内燃機関100のエンジン本体10には、吸気マニホールド(図示せず)を介して、吸気通路40が接続されており、吸気通路40の途中には、インタークーラやスロットルバルブ(何れも図示せず)等が設けられている。
本実施の形態の内燃機関100の排気通路構造のように、第一気筒群61及び第二気筒群62からの排気ガスが第三合流通路162において集合した後に共通のタービン32に流通する構成の場合、排気干渉による出力性能の低下が問題となる場合がある。
0.5≦(B/A)≦1.0 ・・・(2)
0.7≦B/A≦1.0 ・・・(3)
上述した条件を満たす第一絞り部125及び第二絞り部145を有する内燃機関100の排気通路構造では、これらの絞り部を有していない比較例の排気通路構造と比べて、排気行程の後半において筒内圧を低く抑えることができる。この作用について更に詳しく説明する。
本実施の形態の内燃機関100に適用される排気通路構造は、以下のように変形した態様を採用してもよい。
図5は、変形例の排気通路構造に適用可能なタービンの断面図である。この図に示す例では、タービン32は、タービンスクロールの入口部321の入口断面積が基準通路断面積Aよりも大きくなるように構成されている。このような構成によれば、低い圧力であってもタービンへ排気ガスが流通し易くなるため、第一合流通路122から第二合流通路142への排気ガスの回り込み、或いは第二合流通路142から第一合流通路122への排気ガスの回り込みが抑制される。これにより、第一合流通路122の排気ガスと第二合流通路142の排気ガスとの排気干渉を抑制することができる。
第一絞り部125は、第一合流通路122の途中であればその配置に限定はない。また、第二絞り部145についても、第二合流通路142の途中であればその配置に限定はない。ただし、第一絞り部125及び第二絞り部145の排気上流側の排気管圧力は、ガス流量が多いときに一時的に上昇する。このため、圧力上昇が大きすぎると、閉じている排気弁8が開いてしまうおそれがある。
排気弁8のリフト速度或いは最大リフト位置に限定はない。ただし、排気弁8のリフト速度は、閉じ側よりも開き側のリフト速度を遅くすることが好ましい。或いは、排気弁8の最大リフト位置は、排気弁8の開弁開始位置と閉弁完了位置との間の中間位置よりも閉じ側にすることが好ましい。
上述した実施の形態では、各気筒の排気ガスを6-2-1の順に集合させる直列6気筒の内燃機関100を例に説明したが、本開示の排気通路構造を適用可能な内燃機関はこれに限られない。すなわち、内燃機関は、複数の気筒の排気を2段階を経て1つの排気通路に集合させてタービンに導く構成であれば、例えば、4-2-1の順に排気ガスを集合させてタービンへと導く直列4気筒エンジンでもよい。また、内燃機関100の排気弁8の個数についても限定はない。
8 排気弁
10 エンジン本体
12 第一排気通路
14 第二排気通路
18 バイパス配管
30 ターボチャージャ
32 タービン
34 コンプレッサ
36 排気通路
38 触媒
40 吸気通路
61 第一気筒群
62 第二気筒群
100 内燃機関
121 第一多岐通路
122 第一合流通路
123 第一枝通路
124 第一集合部
125 第一絞り部
141 第二多岐通路
142 第二合流通路
143 第二枝通路
144 第二集合部
145 第二絞り部
161 第三集合部
162 第三合流通路
Claims (6)
- 複数の気筒を含む第一気筒群と、前記第一気筒群に含まれる気筒とは異なる複数の気筒を含む第二気筒群と、を有するターボチャージャ付きの内燃機関の排気通路構造において、
前記第一気筒群の各気筒の排気側にそれぞれ接続される複数の第一枝通路と、前記複数の第一枝通路を流れる排気ガスが1つに集まる第一集合部と、を有する第一多岐通路と、
前記第一集合部から排気下流側に延びる第一合流通路と、
前記第二気筒群の各気筒の排気側にそれぞれ接続される複数の第二枝通路と、前記複数の第二枝通路を流れる排気ガスが1つに集まる第二集合部と、を有する第二多岐通路と、
前記第二集合部から排気下流側に延びる第二合流通路と、
前記第一合流通路を流れる排気ガスと前記第二合流通路を流れる排気ガスが集合する第三集合部と前記ターボチャージャのタービンとを接続する第三合流通路と、を備え、
前記第一合流通路及び前記第二合流通路は、通路断面積が最小となる絞り部をそれぞれ有し、
前記内燃機関の1つの気筒における1又は複数の排気ポートの入口部の通路断面積の合計値を基準通路断面積とし、前記第一合流通路及び前記第二合流通路のそれぞれの前記絞り部の通路断面積を絞り断面積とした場合、前記基準通路断面積に対する前記絞り断面積の割合が0.5以上且つ1.0以下の範囲に含まれるように構成され、
前記内燃機関は、排気弁の開き側のリフト速度が閉じ側のリフト速度よりも遅くなるように構成されていることを特徴とする内燃機関の排気通路構造。 - 複数の気筒を含む第一気筒群と、前記第一気筒群に含まれる気筒とは異なる複数の気筒を含む第二気筒群と、を有するターボチャージャ付きの内燃機関の排気通路構造において、
前記第一気筒群の各気筒の排気側にそれぞれ接続される複数の第一枝通路と、前記複数の第一枝通路を流れる排気ガスが1つに集まる第一集合部と、を有する第一多岐通路と、
前記第一集合部から排気下流側に延びる第一合流通路と、
前記第二気筒群の各気筒の排気側にそれぞれ接続される複数の第二枝通路と、前記複数の第二枝通路を流れる排気ガスが1つに集まる第二集合部と、を有する第二多岐通路と、
前記第二集合部から排気下流側に延びる第二合流通路と、
前記第一合流通路を流れる排気ガスと前記第二合流通路を流れる排気ガスが集合する第三集合部と前記ターボチャージャのタービンとを接続する第三合流通路と、を備え、
前記第一合流通路及び前記第二合流通路は、通路断面積が最小となる絞り部をそれぞれ有し、
前記内燃機関の1つの気筒における1又は複数の排気ポートの入口部の通路断面積の合計値を基準通路断面積とし、前記第一合流通路及び前記第二合流通路のそれぞれの前記絞り部の通路断面積を絞り断面積とした場合、前記基準通路断面積に対する前記絞り断面積の割合が0.5以上且つ1.0以下の範囲に含まれるように構成され、
前記内燃機関は、排気弁の最大リフト位置が、前記排気弁の開弁開始位置と閉弁完了位置との中間位置よりも閉じ側となるように構成されていることを特徴とする内燃機関の排気通路構造。 - 前記基準通路断面積に対する前記絞り断面積の割合が0.7以上且つ1.0以下の範囲に含まれるように構成されていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の内燃機関の排気通路構造。
- 前記タービンのタービンスクロールの入口部の入口断面積は、前記基準通路断面積よりも大きくなるように構成されていることを特徴とする請求項1から請求項3の何れか1項に記又は請求項2に記載の内燃機関の排気通路構造。
- 前記第一合流通路及び前記第二合流通路の前記絞り部は、それぞれの排気下流端に設けられていることを特徴とする請求項1から請求項4の何れか1項に記載の内燃機関の排気通路構造。
- 前記第一合流通路及び前記第二合流通路は、排気の上流側から前記絞り部に向かって徐々に通路断面積が小さくなるように構成されていることを特徴とする請求項1から請求項5の何れか1項に記載の内燃機関の排気通路構造。
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