JPH08226349A - 内燃機関の排気通路構造 - Google Patents

内燃機関の排気通路構造

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JPH08226349A
JPH08226349A JP3047495A JP3047495A JPH08226349A JP H08226349 A JPH08226349 A JP H08226349A JP 3047495 A JP3047495 A JP 3047495A JP 3047495 A JP3047495 A JP 3047495A JP H08226349 A JPH08226349 A JP H08226349A
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JP
Japan
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exhaust
passage
exhaust gas
opening
valve
Prior art date
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Pending
Application number
JP3047495A
Other languages
English (en)
Inventor
Hideo Kobayashi
日出夫 小林
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02FCYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/24Cylinder heads
    • F02F1/42Shape or arrangement of intake or exhaust channels in cylinder heads
    • F02F1/4264Shape or arrangement of intake or exhaust channels in cylinder heads of exhaust channels

Abstract

(57)【要約】 【目的】 外部に対して断熱された通路と外部と熱交換
可能な通路とを有する排気通路構造において、機関高負
荷時の排気ガス温度の過上昇を抑え、排気通路周辺装置
に対する熱害を防止する。 【構成】 排気通路2内に隔壁8を設けることで、外部
に対して断熱された第1の通路9および外部と熱交換可
能な第2の通路10を形成するとともに、排気弁4の開
度小時には排気ガスが第1の通路9に流入し、排気弁4
の開度大時には排気ガスが第1の通路9および第2の通
路に流入するように、排気通路導入口7を形成する。こ
れにより、機関低負荷時の開度小時には排気ガス温度の
低下を抑え触媒の活性を維持し、機関高負荷時の開度大
時には排気ガスを冷却し排気通路2周辺の装置の温度過
上昇を防止することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の排気ガスを
機関外部へ排出するための排気通路構造に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】一般に、内燃機関の燃焼室内で燃焼した
ガスは、排気弁開時に排気通路から排気ガスとして機関
外部に排出される。このとき、排気弁を通過し排気通路
に流入した排気ガスは、同通路上に配設された触媒コン
バータに送り込まれ、触媒により排気ガスを反応させる
ことによって浄化され、その有害性を低減させた後、大
気中に放出される。
【0003】一方、この触媒には活性温度があり、触媒
温度がこの活性温度よりも低いときには、触媒活性が低
下する。通常、燃焼室から排出される排気ガスがこの活
性温度に達していれば、排気ガスの熱により触媒の活性
が維持される。従って、燃焼室から排出される排気ガス
は、触媒コンバータに流入する前の排気通路を通過する
過程で、大きな温度低下を起こさないようにすることが
要求されている。この温度低下は、主としてシリンダヘ
ッドに設けられた機関冷却用冷却水路内の冷却水や外気
等、特に車両用内燃機関においては走行風により排気通
路が冷却されることに起因している。
【0004】この対策として例えば、特開昭55−14
60号公報には、図3に示されるような内燃機関の排気
通路が開示されている。この従来技術においては、燃焼
室1内で燃焼した排気ガスを排出するために設けられた
排気通路2内の壁面近傍に熱伝導率の小さな二重の耐熱
性金属からなる内筒3、外筒4が設けられ、これらによ
って、空間層5、6が形成されている。この空間層5、
6が断熱部となることで、排気通路2を通過する際の排
気ガスと外部との熱交換が抑制され、排気ガスは前述の
冷却水や外気に冷却されることなく高温を維持した状態
で図示しない触媒コンバータに導入される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】一般に、排気ガスは、
常に一定温度で燃焼室から排出されるわけではなく、そ
の燃焼状態、すなわち、機関の運転状態によって、排気
ガス温度も異なる。例えば、機関高負荷時においては排
気ガス温度は低負荷時に比べ極端に高くなる傾向があ
る。排気通路には、触媒コンバータ以外にも様々な装
置、例えば、O2 センサや各排気管接合部に設けられる
シール材等が、排気ガス中に晒された状態で配置されて
おり、これら各種装置は排気ガス温度の影響を強く受け
ることになる。
【0006】上記従来技術においては、排気通路内に断
熱部を設けたことにより、排出される排気ガス温度の高
低に関わらず、常に、排気ガスは、外部と熱交換を行う
ことなく、燃焼室排出時の温度を維持した状態で排気通
路内を通過する。従って、機関高負荷時には温度の過上
昇した排気ガスが燃焼室から排出され、この排気ガスに
晒される排気通路周辺の装置が高温となり、熱劣化する
という問題が生じる。
【0007】本発明は、上述した問題を解決するために
なされたものであって、本発明が解決しようとする課題
は、機関負荷に応じて変化する排気弁開度と排気ガス流
量特性との関係を利用し、機関負荷(すなわち排気温
度)に基づく排気流の制御を簡単な構成で行うことで、
排気弁の弁開度に応じて排気ガスと外部との熱交換量を
変化させ、機関高負荷時の排気通路周辺装置の温度過上
昇を防止することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は次の手段をとる。すなわち、内燃機関の燃焼
室からの排気ガスを機関外部へ排出する排気通路と、前
記燃焼室と前記排気通路の連通を規制する排気弁と、該
排気弁の閉弁時に該排気弁が着座する排気弁着座部と、
前記排気ガスを前記燃焼室から前記排気通路へ導くため
に前記排気弁と前記排気弁着座部との隙間で形成される
排気通路導入口とからなり、かつ前記排気通路内に、外
部に対して断熱された第1の通路と、外部に対して熱交
換可能な第2の通路とを有する内燃機関の排気通路構造
において、前記排気通路導入口は、前記排気弁の弁開度
が所定値以下のときは前記第1の通路に前記排気ガスが
流入し、前記排気弁の弁開度が所定値以上のときは前記
第2の通路に前記排気ガスが流入するように形成される
ことを特徴とする。
【0009】
【作用】先ず、前述の排気弁の弁開度と排出される排気
ガスの流量特性との関係について説明する。図4にクラ
ンク角による排気弁開度の変化と機関高負荷時と低負荷
時における排気ガス流量の変化を示す。ここでは、排気
弁が開き始める点Aから排気弁全閉となる点Bまでの排
気弁開弁期間中の排気ガス流量の変化を示しており、排
気弁開度は、点Aにおいて排気弁が開き始める開度小
時、最大開度付近である開度大時、そして再び排気弁全
閉となる点Bまでの開度小時とに大別される。ここで、
負荷状態による排気ガスの流量特性の違いをみると、高
負荷時においては排気弁開弁期間中の排気ガス流量全体
の割合から考えると大半が開度大時に排出されるのに対
し、低負荷時においてはその大半が点A後の排気弁が開
き始める開度小時に排出されることがわかる。
【0010】これらの特性を利用し、上記手段によれ
ば、機関低負荷時において、排気ガス流量の増大する排
気弁の開度小時、すなわち、排気弁開度が所定値以下の
ときには、排気ガスは外部に対して断熱された第1の通
路に流入し、排気ガス温度の低下を抑えることができ
る。また、機関高負荷時において、排気ガス流量の増大
する排気弁の開度大時、すなわち、排気弁開度が所定値
以上のときには、排気ガスは外部と熱交換可能な第2の
通路に流入し、排気ガスと外部との間で熱交換を行うこ
とで排気ガス温度の過上昇を抑制できる。
【0011】
【実施例】以下、図1〜図2に基づいて本発明の実施例
を説明する。
【0012】図1は本発明の第1実施例に係る内燃機関
の排気通路構造を用いた排気弁の開度小時および開度大
時における排気通路内の排気ガスの流れを示す断面図で
ある。1は内燃機関の燃焼室、2は、排気ポート2aと
この排気ポート2aの排気後流に接続された排気管2b
とからなる排気通路であり、3は排気管2b上に配設さ
れた触媒コンバータ、4は排気ガスの排出方向に対して
摺動開閉する排気弁である。この排気弁4は、図中上方
向に移動することで、シリンダヘッド5に設けられた排
気弁着座部である排気弁シート6と当接し、排気通路2
を閉塞する。また、図中下方向に移動することで排気通
路導入口7を形成し、燃焼室1内で燃焼した排気ガス
は、この排気通路導入口7から排気通路2内に流入す
る。排気通路2内には、筒状の隔壁8が触媒コンバータ
3近傍まで設けられ、これにより、外部と熱交換可能な
第2の通路10および第2の通路を介して外部に対し断
熱された第1の通路9が形成される。また、排気通路導
入口7は、その排気ガスの排出方向が隔壁8の排気弁4
側近傍となるように形成される。特に、排気弁4の傘部
と排気弁シート6との間で形成される排気通路導入口7
は、排気弁4の開閉状態に応じてその開口径が変化され
るものであるが、開度小時、すなわち排気通路導入口7
の開口断面積が小さいときには第1の通路9に指向する
ように形成されている。
【0013】以上の構成により、図1(a)に示す如
く、排気弁の開度小時において排出される排気ガスは、
排気通路導入口7の開口断面積が小さいためその指向性
が高く、第1の通路9に向かうことになる。一方、図1
(b)に示す如く、排気弁の開度大時における排気ガス
は、排気通路導入口の開口断面積が大きいため指向性は
開度小時ほど強くなく、第1の通路9だけでなく第2の
通路10に向かうことになる。
【0014】また、前述の図4に示す如く、機関低負荷
時には排気弁4が開き始めた直後の開度小時に排気ガス
流量の割合が増大し、機関高負荷時には排気弁4の開度
大時に排気ガス流量の割合が増大する傾向がある。従っ
て、機関低負荷時には排気ガスの大部分は排気弁4が開
き始めた直後に、第1の通路9内に向けて排出されるこ
とになる。一方、機関高負荷時は排気弁4の開度大時に
排出される排気ガス流量が多く、排気弁4の開度大時は
排出される排気ガスの指向性が小さいために第1の通路
9のみならず第2の通路10へも流入するようになる。
【0015】この第1実施例によれば、機関低負荷時の
排気弁4開度小時において、排気ガスは第1の通路9に
排出されることで、外部に対して断熱された状態でその
温度を保ちつつ、触媒コンバータ3に流入し触媒活性を
維持する。クランク角による排気ガス中に含まれる未燃
HCの排出特性を示す曲線図である図5に示すように、
開度小時において未燃HCが大量に排出されることや前
述の図4において示した如く同じく開度小時に排出され
る排気ガスの流量が大きくなることを考慮すると、開度
小時に触媒活性を促進することで有効に排気ガスの浄化
を行うことができる。このとき、排気弁4の開度大時に
おいては、排気ガスは第2の通路10に排出され、外部
と熱交換を行い温度が低下するが、機関低負荷時では前
述の排気ガス流量特性により排気ガス流量は比較的小さ
いため、触媒に与える排気ガス温度低下の影響を考慮し
ても大気中に放出される有害物質の絶対量は少ない。ま
た、機関高負荷時の排気弁4開度大時において、排気ガ
スは上記機関低負荷時同様に第2の通路10に排出さ
れ、温度の過上昇した排気ガスは外部と熱交換を行い冷
却されることで、排気通路2周辺の装置が高温となり熱
劣化する事を防止する。この機関高負荷時においては、
元来燃焼室1から排出される排気ガス温度が高いため、
冷却を行っても排気ガス温度が触媒の活性温度以下にな
ることはなく、触媒の活性は十分に保たれていることか
ら、排気ガスの浄化性は高い。
【0016】次に、本発明の第2実施例に係る内燃機関
の排気通路構造を用いた排気弁の開度小時および開度大
時における排気通路内の排気ガスの流れを図2に示す。
この第2実施例において、主要部の構成は第1実施例と
同様であるため、同一構成には同一符号を付して示し、
共通する構成に関する詳細な説明は省略する。この第2
実施例においては、隔壁8は排気ポート2a内にのみ設
けられ、排気弁シート6に突起部11が形成される。こ
の突起部11により、図2(a)に示す如く、排気弁4
の開度小時において排気ガスを第1の通路9へ導くため
にその指向性を強くすることができる。これにより、こ
の第2実施例においても、第1実施例と同様の作用、効
果が得られ、有効に触媒を活性維持し排気ガスを浄化す
るとともに、排気通路周辺装置の温度過上昇を防止する
ことができる。なお、この第2実施例においては、前述
の第1実施例と異なり、排気ポート2a内のみ第1の通
路9と第2の通路10を形成した構成となっているが、
隔壁8の長さを適宜調節することで、任意の区間で第1
の通路9および第2の通路10を形成することも可能で
ある。
【0017】以上、各実施例において、排気通路は、そ
の内部に隔壁を設け、外部に対して断熱された通路と熱
交換可能な通路とが形成される二重管構造となっている
が、本発明は、これに限定されるものではなく、仕切り
板等を設け、排気通路を二分する形で、一方を周囲に断
熱材を配置した断熱通路とし、排気弁の開度小時には、
排気ガスがこれに排出されるように排気通路導入口を形
成しても良い。
【0018】また、本実施例において、排気弁とシリン
ダヘッドに設けられた排気弁シートにより排気通路導入
口を形成しているが、直接シリンダヘッドが排気弁と当
接する構成で、排気弁とシリンダヘッドにより排気通路
導入口を形成しても、本発明の作用、効果は得られる。
【0019】
【発明の効果】本発明に係る内燃機関の排気通路構造に
よれば、排気弁の開度に応じて、排気ガスの通路が切り
換えられ、排気ガスは、外部に対して熱交換された通路
を通過することによって冷却され、機関高負荷時の排気
通路周辺装置の温度過上昇を抑え、熱劣化を防止するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例に係る内燃機関の排気通路
構造の断面図であり、(a)は排気弁の開度小時におけ
る排気ガスの流れを示し、(b)は排気弁の開度大時に
おける排気ガスの流れを示す。
【図2】本発明の第2実施例に係る内燃機関の排気通路
構造の断面図であり、(a)は排気弁の開度小時におけ
る排気ガスの流れを示し、(b)は排気弁の開度大時に
おける排気ガスの流れを示す。
【図3】従来技術における排気通路構造の断面図であ
る。
【図4】クランク角と排気弁開度及び排出される排気ガ
スの流量との関係を示す曲線図である。
【図5】クランク角と排出される排気ガス中に含まれる
未燃HCの流量との関係を示す曲線図である。
【符号の説明】
2・・・排気通路 4・・・排気弁 5・・・シリンダヘッド 6・・・排気弁シート(排気弁着座部) 7・・・排気通路導入口 9・・・第1の通路 10・・・第2の通路

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 内燃機関の燃焼室からの排気ガスを機関
    外部へ排出する排気通路と、前記燃焼室と前記排気通路
    の連通を規制する排気弁と、該排気弁の閉弁時に該排気
    弁が着座する排気弁着座部と、前記排気ガスを前記燃焼
    室から前記排気通路へ導くために前記排気弁と前記排気
    弁着座部との隙間で形成される排気通路導入口とからな
    り、かつ前記排気通路内に、外部に対して断熱された第
    1の通路と、外部に対して熱交換可能な第2の通路とを
    有する内燃機関の排気通路構造において、 前記排気通路導入口は、前記排気弁の弁開度が所定値以
    下のときは前記第1の通路に前記排気ガスが流入し、前
    記排気弁の弁開度が所定値以上のときは前記第2の通路
    に前記排気ガスが流入するように形成されることを特徴
    とする内燃機関の排気通路構造。
JP3047495A 1995-02-20 1995-02-20 内燃機関の排気通路構造 Pending JPH08226349A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007003052A1 (de) 2007-01-20 2008-07-24 Daimler Ag Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine
WO2013068639A3 (en) * 2011-11-08 2013-12-27 Wärtsilä Finland Oy Device and method for reducing fuel material slip to the atmosphere in an|internal combustion piston engine, cylinder head for an internal combustion|piston engine
KR20140088612A (ko) * 2011-11-08 2014-07-10 바르실라 핀랜드 오이 내연 피스톤 엔진에서 분위기로의 연료 재료 슬립을 저감시키는 배열체, 및 내연 피스톤 엔진을 업그레이드하는 방법

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