(57)【要約】【課題】内燃機関の排気装置において、排気ポートから排出される排気を集合させる排気集合空間部で排気が冷却されることを抑制する技術を提供する。【解決手段】シリンダヘッド３における、複数の排気ポート５の開口部５１が内面に形成された凹部９と、シリンダヘッド３に接続されるエキゾーストマニホールド１０における、凹部９との間に排気を集合させる排気集合空間部１２を形成するカバー部１１と、を備える。【選択図】図１
2010084708.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダヘッドにおける、複数の排気ポートの開口部が内面に形成された凹部と、
前記シリンダヘッドに接続される排気集合管における、前記凹部との間に排気を集合させる排気集合空間部を形成するカバー部と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気装置。
【請求項２】
前記カバー部の環状開口端部は、前記凹部の開口部よりも小さく、前記シリンダヘッドに前記排気集合管を接続する場合に、前記カバー部の環状開口端部が前記凹部内に挿入され、前記カバー部と前記凹部とが重なった部位において、前記カバー部と前記凹部との間に断熱層を形成することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気装置。
【請求項３】
前記排気集合空間部を形成する前記凹部及び前記カバー部の表面を、耐腐食性のコーティング材でコーティングすることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排気装置。
【請求項４】
前記耐腐食性のコーティング材は、断熱性を有することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の排気装置。
【請求項５】
前記シリンダヘッドに前記排気集合管を接続する場合に、前記凹部と前記カバー部との間に介在するガスケットを備えることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気装置。
【請求項６】
前記ガスケットは、遮熱板と一体化されていることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の排気装置。
【請求項７】
前記凹部の内面の前記排気ポートの開口部周縁から突出し前記排気ポートの長さを延長する環状突出部を備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の内燃機関の排気装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
排気マニホールドにおいて、シリンダヘッドの排気ポートから排出される排気を集合させる排気集合空間部を形成する集合管部を、内管が外管で覆われる二重構造とし、排気集合空間部で排気が冷却されることを抑制する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１０−２５２４５７号公報
【特許文献２】特開２０００−１６１１２９号公報
【特許文献３】特開平８−２１２３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記特許文献１のような技術では、排気マニホールドの集合管部における外気に晒される部位の表面積が大きく、集合管部が放熱し易いので、排気集合空間部で排気を十分に保温することはできなかった。
【０００４】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、内燃機関の排気装置において、排気ポートから排出される排気を集合させる排気集合空間部で排気が冷却されることを抑制する技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明にあっては、以下の構成を採用する。すなわち、本発明は、
シリンダヘッドにおける、複数の排気ポートの開口部が内面に形成された凹部と、
前記シリンダヘッドに接続される排気集合管における、前記凹部との間に排気を集合させる排気集合空間部を形成するカバー部と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気装置である。
【０００６】
本発明によると、シリンダヘッドの排気ポートから排出される排気を集合させる排気集合空間部を凹部とカバー部とで形成できる。このため、排気集合空間部は、その一部がシリンダヘッドの凹部で形成されており、凹部は外部に露出しない。よって、排気集合空間部を形成する部材の外気に晒される部位がカバー部だけであり、外気に晒される部位の表面積を小さくできる。したがって、排気集合空間部を形成する部材は放熱し難いので、排気集合空間部で排気が冷却されることを抑制できる。
【０００７】
本発明によると、シリンダヘッドに凹部を形成するので、シリンダヘッドに形成される排気ポートが短くなる。よって、排気ポートが形成されたシリンダヘッドへの熱伝達面積を小さくできる。したがって、排気が排気ポートを通過する際の熱損失が減少するので、排気集合空間部に到達する排気が冷却されることを抑制できる。また、排気ポートが短いので、排気流通経路の容積を小さくできる。したがって、排気エネルギーを下流のターボチャージャのタービンに効率的に供給できる。
【０００８】
本発明によると、凹部及びカバー部だけで排気集合空間部を形成できるので、排気集合空間部の形状を簡素化できる。したがって、溶接点数を削減できたり構成部品点数を削減できたりするので、低コスト化を図ることができる。
【０００９】
本発明によると、凹部及びカバー部だけで排気集合空間部を形成できるので、排気集合空間部の形状をコンパクト化できる。したがって、排気集合空間部の搭載が容易となり、周辺部品との間隔を空けることができ、周辺部品への熱害を防止できる。
【００１０】
前記カバー部の環状開口端部は、前記凹部の開口部よりも小さく、前記シリンダヘッドに前記排気集合管を接続する場合に、前記カバー部の環状開口端部が前記凹部内に挿入され、前記カバー部と前記凹部とが重なった部位において、前記カバー部と前記凹部との間に断熱層を形成するとよい。
【００１１】
本発明によると、カバー部と凹部との間に断熱層を形成するので、排気集合空間部に露出する凹部が減少し、凹部が形成されるシリンダヘッドへの熱伝達面積を小さくできる。したがって、排気が排気集合空間部に存在する際の熱損失が減少するので、排気集合空間部の排気が冷却されることを抑制できる。
【００１２】
前記排気集合空間部を形成する前記凹部及び前記カバー部の表面を、耐腐食性のコーティング材でコーティングするとよい。
【００１３】
排気集合空間部には凝縮水が溜まり、腐食が進行するおそれがある。これに対し、本発明によると、排気集合空間部を形成する凹部及びカバー部の表面を、耐腐食性のコーティング材でコーティングするので、排気集合空間部に凝縮水が溜まっても、腐食を防止できる。
【００１４】
前記耐腐食性のコーティング材は、断熱性を有するとよい。
【００１５】
本発明によると、耐腐食性のコーティング材は、断熱性を有するので、凹部が形成されたシリンダヘッド及びカバー部への熱伝達量を少なくできる。したがって、排気が排気集合空間部に存在する際の熱損失が減少するので、排気集合空間部の排気が冷却されることを抑制できる。
【００１６】
前記シリンダヘッドに前記排気集合管を接続する場合に、前記凹部と前記カバー部との間に介在するガスケットを備えるとよい。
【００１７】
本発明によると、凹部とカバー部との間にガスケットが介在し、溶接等が必要なく凹部とカバー部との間のシール性を向上できる。また、溶接点数を削減できるので、低コスト化を図ることができる。
【００１８】
前記ガスケットは、遮熱板と一体化されているとよい。
【００１９】
本発明によると、ガスケットが遮熱板と一体化され、断熱性を有するので、ガスケットへの熱伝達量を少なくできる。したがって、排気が排気集合空間部に存在する際の熱損失が減少するので、排気集合空間部の排気が冷却されることを抑制できる。
【００２０】
前記凹部の内面の前記排気ポートの開口部周縁から突出し前記排気ポートの長さを延長する環状突出部を備えるとよい。
【００２１】
本発明によると、環状突出部によって排気ポートの長さを延長できる。したがって、環状突出部によって延長された排気ポートからの強いブローダウンによる排気の脈動を使用して、吸排気効率を向上できる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によると、内燃機関の排気装置において、排気ポートから排出される排気を集合させる排気集合空間部で排気が冷却されることを抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下に本発明の具体的な実施例を説明する。
【００２４】
＜実施例１＞
図１は、本実施例に係る内燃機関の排気装置を適用する内燃機関及びその排気系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、気筒２を４つ有する水冷式の４ストロークサイクル・ディーゼルエンジンである。内燃機関１のシリンダヘッド３には、気筒２内の燃焼室に連通する吸気ポート４及び排気ポート５が、１気筒当たり夫々２つ設けられている。シリンダヘッド３には、吸気ポート４を開閉する吸気弁６、及び排気ポート５を開閉する排気弁７が設けられている。また、シリンダヘッド３には、燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁８が設けられている。
【００２５】
シリンダヘッド３の側面３１には、図１に示すように断面半円形の凹部９が形成されている。凹部９の内面に排気ポート５の開口部５１が形成されている。すなわち、図２に示すように凹部９の内面領域に、８つの全ての排気ポート５の開口部５１が並列して存在する。排気ポート５は、シリンダヘッド３の側面３１から凹んだ凹部９の内面までの長さであり、短い。
【００２６】
シリンダヘッド３には、エキゾーストマニホールド１０が接続されている。この接続の際に、シリンダヘッド３の凹部９は、エキゾーストマニホールド１０のカバー部１１で覆われる。カバー部１１は、図１に示すように断面半円形であり、中空内部を有する。これにより、凹部９がカバー部１１で覆われると、凹部９とカバー部１１で囲まれた空間が、各排気ポート５から排出された排気を集合させる排気集合空間部１２となる。エキゾーストマニホールド１０が本発明の排気集合管に相当する。
【００２７】
ここで、カバー部１１には、集合後の排気が流通する排気管１３が接続されている。排気管１３の途中には、ターボチャージャのタービン１４が設けられている。
【００２８】
なお、本実施例では、シリンダヘッド３にエキゾーストマニホールド１０を接続することは、凹部９を覆うカバー部１１の環状開口端部１１１に形成されたフランジ部１１２を、シリンダヘッド３の側面３１にボルト１５で固定して行われる。さらに、フランジ部１１２とシリンダヘッド３の側面３１とを溶接し、これらを一体化させることでシール性を向上させている。
【００２９】
以上説明した本実施例によると、シリンダヘッド３の排気ポート５から排出される排気を集合させる排気集合空間部１２を凹部９とカバー部１１とで形成できる。このため、排気集合空間部１２は、その一部がシリンダヘッド３の凹部９で形成されており、凹部９はカバー部１１で覆われるので、凹部９は外部に露出しない。よって、排気集合空間部１２を形成する部材の外気に晒される部位がカバー部１１だけであり、外気に晒される部位の表面積を小さくできる。したがって、排気集合空間部１２を形成する部材は放熱し難いので、排気集合空間部１２で排気が冷却されることを抑制できる。
【００３０】
本実施例によると、シリンダヘッド３に凹部９を形成するので、シリンダヘッド３に形成される排気ポート５は凹部９の内面までの距離となり、短くなる。よって、排気ポート５が形成されたシリンダヘッド３への熱伝達面積を小さくできる。したがって、排気が排気ポート５を通過する際の熱損失が減少するので、排気集合空間部１２に到達する排気が冷却されることを抑制できる。また、排気ポート５が短いので、排気流通経路の容積を小
さくできる。したがって、排気エネルギーを下流のターボチャージャのタービン１４に効率的に供給できる。
【００３１】
本実施例によると、凹部９及びカバー部１１だけで排気集合空間部１２を形成できるので、排気集合空間部１２の形状を簡素化できる。したがって、溶接点数を削減できたり構成部品点数を削減できたりするので、低コスト化を図ることができる。
【００３２】
本実施例によると、凹部９及びカバー部１１だけで排気集合空間部１２を形成できるので、排気集合空間部１２の形状をコンパクト化できる。したがって、排気集合空間部１２の搭載が容易となり、周辺部品との間隔を空けることができ、周辺部品への熱害を防止できる。
【００３３】
＜実施例２＞
図３は、本実施例に係る排気集合空間部及びその周囲の概略構成を示す図である。本実施例では、上記実施例で説明した事項については同符号を付して説明を省略し、特徴部分について説明する。
【００３４】
本実施例では、エキゾーストマニホールド１０のカバー部１１の環状開口端部１１１は、シリンダヘッド３の凹部９の開口部９１よりも小さく設定されている。このため、シリンダヘッド３にエキゾーストマニホールド１０を接続する際に、カバー部１１の環状開口端部１１１が凹部９内に挿入され、図３に示すように、カバー部１１と凹部９とが一部において重なる。そして、カバー部１１と凹部９とが重なった部位において、カバー部１１と凹部９との間に空気層による断熱層１６を形成するようにした。なお、断熱層１６は、空気層によって形成されるものだけでなく、カバー部１１と凹部９との間に断熱材等を挟み込んだものでもよい。
【００３５】
なお、本実施例では、シリンダヘッド３にエキゾーストマニホールド１０を接続することは、凹部９にカバー部１１を差し込んだときに、カバー部１１の環状開口端部１１１を凹部９の内面に溶接し、これらを一体化させることでシール性を向上させている。さらに、シリンダヘッド３の側面３１に当接する位置に形成されたフランジ部１１２をシリンダヘッド３の側面３１にボルト１５で固定している。
【００３６】
以上説明した本実施例によると、カバー部１１と凹部９との間に断熱層１６を形成するので、排気集合空間部１２に露出する凹部９が減少し、凹部９が形成されるシリンダヘッド３への熱伝達面積を小さくできる。したがって、排気が排気集合空間部１２に存在する際の熱損失が減少するので、排気集合空間部１２の排気が冷却されることを抑制できる。
【００３７】
＜実施例３＞
本実施例では、上記実施例で説明した事項については同符号を付して説明を省略し、特徴部分について説明する。
【００３８】
本実施例では、凹部９とカバー部１１の構成は図１に示す実施例１と同構成である。そして、本実施例では、排気集合空間部１２を形成する凹部９及びカバー部１１の内側の表面を、耐腐食性のコーティング材でコーティングしている。この耐腐食性のコーティング材は、断熱性をも有する。
【００３９】
排気集合空間部１２には凝縮水が溜まり、凹部９やカバー部１１の内側の表面で腐食が進行するおそれがある。これに対し、本実施例によると、排気集合空間部１２を形成する凹部９及びカバー部１１の内側の表面を、耐腐食性のコーティング材でコーティングするので、排気集合空間部１２に凝縮水が溜まっても、凹部９やカバー部１１の腐食を防止で
きる。
【００４０】
本実施例によると、耐腐食性のコーティング材は、さらに断熱性を有するので、凹部９の形成されたシリンダヘッド３及びカバー部１１への熱伝達量を少なくできる。したがって、排気が排気集合空間部１２に存在する際の熱損失が減少するので、排気集合空間部１２の排気が冷却されることを抑制できる。
【００４１】
＜実施例４＞
図４は、本実施例に係る排気集合空間部及びその周囲の概略構成を示す図である。本実施例では、上記実施例で説明した事項については同符号を付して説明を省略し、特徴部分について説明する。
【００４２】
本実施例では、シリンダヘッド３にエキゾーストマニホールド１０を接続する場合に、凹部９とカバー部１１との間に介在するガスケット１７を備えるようにした。ガスケット１７は、排気ポート５の領域を除き、凹部９の内側面を覆う断面半円形部材である。そして、このガスケット１７は、遮熱板と一体化されている。
【００４３】
なお、本実施例では、シリンダヘッド３にエキゾーストマニホールド１０を接続する際に、凹部９の内側面にガスケット１７を貼り付け、凹部９の内側面を覆わせる。そして、エキゾーストマニホールド１０の環状開口端部１１１に形成されたフランジ部１１２を、ガスケット１７のフランジ部と共にシリンダヘッド３の側面３１にボルト１５で固定している。本実施例では、ガスケット１７を介在させたことでシール性を向上させているので、フランジ部１１２とガスケット１７間や、シリンダヘッド３の側面３１とガスケット１７間を溶接せず、ボルト１５によって固定する。
【００４４】
以上説明した本実施例によると、凹部９とカバー部１１との間にガスケット１７が介在し、溶接等が必要なく凹部９とカバー部１１との間のシール性を向上できる。このため、溶接点数を削減できるので、低コスト化を図ることができる。
【００４５】
本実施例によると、ガスケット１７が遮熱板と一体化され、ガスケット１７が断熱性を有するので、ガスケット１７への熱伝達量を少なくできる。これにより、ガスケット１７で覆った凹部９を有するシリンダヘッド３への熱伝達量を少なくできる。したがって、排気が排気集合空間部１２に存在する際の熱損失が減少するので、排気集合空間部１２の排気が冷却されることを抑制できる。
【００４６】
＜実施例５＞
図５は、本実施例に係る排気集合空間部及びその周囲の概略構成を示す図である。本実施例では、上記実施例で説明した事項については同符号を付して説明を省略し、特徴部分について説明する。
【００４７】
本実施例では、凹部９とカバー部１１の構成は図１に示す実施例１と同構成である。そして、本実施例では、凹部９の内面の排気ポート５の開口部５１の周縁から突出し排気ポート５の長さを延長する環状突出部１８を備えるようにした。この環状突出部１８は、シリンダヘッド３を形成する際にバーリングして設けられる。
【００４８】
以上説明した本実施例によると、環状突出部１８によって排気ポート５の長さを延長できる。したがって、環状突出部１８によって延長された排気ポート５からの強いブローダウンによる排気の脈動を使用して、吸排気効率を向上できる。
【００４９】
上記実施例では、内燃機関１としてディーゼルエンジンを例に挙げた。しかしこれに限
られない。ガソリンエンジンについて本発明を採用してもよい。
【００５０】
なお、上記実施例の構成は可能な限り組み合わせることができる。また、本発明に係る内燃機関の排気装置は、上記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を加えてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】実施例１に係る内燃機関及びその排気系の概略構成を示す図。
【図２】実施例１に係る凹部の概略構成を示す図。
【図３】実施例２に係る排気集合空間部及びその周囲の概略構成を示す図。
【図４】実施例４に係る排気集合空間部及びその周囲の概略構成を示す図。
【図５】実施例５に係る排気集合空間部及びその周囲の概略構成を示す図。
【符号の説明】
【００５２】
１     内燃機関
２     気筒
３     シリンダヘッド
４     吸気ポート
５     排気ポート
６     吸気弁
７     排気弁
８     燃料噴射弁
９     凹部
１０   エキゾーストマニホールド
１１   カバー部
１２   排気集合空間部
１３   排気管
１４   タービン
１５   ボルト
１６   断熱層
１７   ガスケット
１８   環状突出部
３１   シリンダヘッドの側面
５１   排気ポートの開口部
９１   凹部の開口部
１１１ カバー部の環状開口端部
１１２ フランジ部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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