(57)【要約】【課題】いずれかの気筒の吸気弁と排気弁とがオーバーラップして開いたまま機関の運転が停止して、その状態で風が排気通路の終端に吹き込んでも、排気通路に残留した排気ガスが吸気通路に逆流することを簡単な構成で防止する。【解決手段】排気通路２６に、吹き込んだ風又は残留した排気ガスを外側に逃がす逃がし部３２を設ける。例えば、排気通路２６の終端部を上下２段に曲げて、下段の曲がり部２６ｄの外側に逃がし穴３９を設ける。風は直進性があるため、上段の曲がり部２６ｃには向かわずに逃がし穴３９から前方に逃げ出る。このため、残留排気ガスが吸気通路に逆流して次の始動時にトラブルを起こすことはない。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダヘッドに接続された排気通路の一部に、当該排気通路の終端に風が吹き込んできたときに風又は逆流した残留排気ガスを外側に排出する逃がし部か、又は、運転中の排気ガスの排出は許容しつつ排気ガス又は風の逆流は阻止するストッパー手段が設けられている、
車両用内燃機関。
【請求項２】
前記逃がし部は逆流する排気ガスを逃がすもので、前記排気ガスの逆流方向から見て、逆流する排気ガスの流れに対する抵抗になる部分の直前部に設けている、
請求項１に記載した車両用内燃機関。
【請求項３】
前記排気通路には触媒が内蔵された触媒ケースを設けており、排気ガスの排出方向から見て前記触媒ケースの終端部近傍に、逆流した排気ガスを外側に排出する前記逃がし部が設けられている、
請求項１又は２に記載した車両用内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、車両用内燃機関に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関は排気ガスが排出される排気通路を有しており、車両用内燃機関の場合はその長さがかなり長くなる。特に、大半の車両が採用しているフロントエンジン方式では排気通路の長さは相当に長くなってその容積もかなりの大きさになるが、機関の運転を停止すると排気通路に相当の量の排気ガスが残存したままになり、この排気ガスはかなりの時間が経過しないと抜け切らない。
【０００３】
そして、吸気通路の終端は車両の後方に向けて開口させていることが多いが、すると、車両が停止している状態で風が車両の後ろから吹くと、風が排気通路に入り込んで排気ガスを吸気通路の側に押しやるように作用することになる。
【０００４】
他方、４サイクル内燃機関では、排気行程から吸気行程に移行する段階で排気弁と吸気弁とが同時に開いているオーバーラップ状態が存在しており、多気筒内燃機関ではいずれかの気筒がオーバーラップ状態になっていることがある。すると、排気通路に溜まっていた排気ガスが、排気弁と吸気弁とがオーバーラップしている気筒を介して吸気通路に押し込まれることがある。
【０００５】
すると、次の運転の始動は吸気通路に新気が殆ど存在しない状態で行われるため、クランキングに長い時間が掛かってバッテリーの負担が増えたり、燃焼せずに気筒内面に付着していた燃料が新気の供給によって一気に燃焼して吹き上がり現象が発生したり、或いは、甚だしい場合は、点火プラグの燃料被りによって始動できなくなるといった不具合が生じる。
【０００６】
そこで、特許文献１には、イグニッションスイッチのオフ時に吸気通路に掃気用空気を供給することで、吸気通路への残留排気ガスの逆流を防止することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−２８０１４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１は、掃気用空気を供給するための装置が必要になるため、コストが嵩む問題がある。また、イグニッションスイッチをオフにした機関停止直後の掃気用空気は吸気通路に供給されるため、機関停止直後においても排気ガスの逆流を的確に防止できるか疑問であるのみならず、イグニッションスイッチをオフにしてから時間が経過した後の排気ガスの逆流には殆どに対応できないと言える。
【０００９】
つまり、吸気通路に設けているスロットルバルブは水滴の凍結による作動不良を防止するために、イグニッションスイッチのオフ時にも少し開いていることが多いことから、吸気通路に充填された掃気用空気の逃げ道ができており、このため、イグニッションスイッチのオフ直後に吸気系が掃気用空気で満たされても、排気ガスの逆流を的確に阻止できないのである。
【００１０】
本願発明は、このような現状に改善すべく成されたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本願発明の内燃機関は、請求項１に記載のとおり、シリンダヘッドに接続された排気通路の一部に、当該排気通路の終端に風が吹き込んできたときに風又は逆流した残留排気ガスを外側に排出する逃がし部か、又は、運転中の排気ガスの排出は許容しつつ排気ガス又は風の逆流は阻止するストッパー手段が設けられている。
【００１２】
本願発明は様々に展開できる。その例として請求項２の発明では、前記逃がし部は逆流する排気ガスを逃がすもので、前記排気ガスの逆流方向から見て、逆流する排気ガスの流れに対する抵抗になる部分の直前部に設けている。
【００１３】
また、請求項３の発明は、請求項１又は２において、前記排気通路には触媒が内蔵された触媒ケースを設けており、排気ガスの排出方向から見て前記触媒ケースの終端部近傍に、逆流した排気ガスを外側に排出する前記逃がし部が設けられている。
【００１４】
請求項２，３の逃がし部は排気ガスを外側に排出するものであるが、逃がし部を風の排出に使用して、排気通路の終端に吹き込んだ風をそのまま外側に逃がすことができる。これにより、風による排気ガスの押し作用を防止して、排気ガスが吸気通路に逆流することを防止できる。このように逃がし部から風を排出する場合は、逃がし部は排気通路の終端の近くに設けるのが好ましい。具体例としては、排気通路の終端部に曲がり部を設けて、この曲がり部に、風の直進性を利用した逃がし部を設けることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本願発明では、排気通路の終端に風が吹き込んでも、排気ガス又は風が逃がし部から排気通路の外側に排出されたり、排気ガス又は風の逆流が阻止されることにより、排気通路に残留していた排気ガスが吸気通路に逆流することを防止できる。従って、次の始動を支障なく行えると共に、吸気通路を全閉する必要はないため、機関の停止時にスロットルバルブを僅かに開いている内燃機関にも適用できて、汎用性が高い。
【００１６】
そして、逃がし部は風が吹き込んだときに機能するため、イグニッションスイッチをオフした後の時間の経過に関係なく逆流を的確に阻止できる。しかも、排気ガス又は風を逃がすという一種のいなし作用で吸気通路への排気ガスの逆流を防止するものであるため、構造も簡単でコストも抑制できる。従って、低コストで高い逆流防止機能を発揮する。
【００１７】
さて、排気通路に風が吹き込まないように排気通路の終端部を下向きに曲げていることもあるが、これは、シャープさに欠けるため、スポーツタイプの車両にはマッチしないはいう問題があった。これに対して本願発明では、排気通路の終端に風が吹き込むことは許容しているため、排気通路の終端を車両の後ろに向けて開口させることができる。従って、スポーツタイプの車両にも違和感なく適用できる。
【００１８】
請求項２のように抵抗になる部分の直前部に逃がし部を設けると、排気ガスの逃げを助長して排気ガスの逆流をより的確に防止できる。この場合、請求項３の構成を採用すると、触媒ケースが逃がし部に対するカバー（保護部材）の役割を果たすため、逃がし部から排気通路の内部に水や異物が浸入することを簡単に実現できるのみならず、逃がし部の信頼性も向上できる。
【００１９】
また、触媒ケースはインシュレータで覆われていることが多いと共に、排気通路のうち触媒ケースの終端近傍にはシリンダブロックに取り付けるためのフランジ（ブラケット）を設けていることが多いが、これらインシュレータやフランジを逃がし部に対する保護部材として機能させることができるため、逃がし部の信頼性をより一層向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施形態に係る内燃機関の模式図である。説明図である。
【図２】３気筒内燃機関における運転停止のオーバーラップ状態を説明するための図である。
【図３】第１実施形態を示す図で、（Ａ）は要部の概略正面図、（Ｂ）は逃がし部の具体例を示す図である。
【図４】第２実施形態を示す図である。
【図５】第３実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
(1).内燃機関の概要
次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。まず、図１に基づいて内燃機関の概要を説明する。
【００２２】
実施形態の内燃機関は車両に搭載される４サイクル３気筒タイプであり、内燃機関は、シリンダブロック１とその上面に重ね固定されたシリンダヘッド２、及び、シリンダヘッド２の上面に固定されたヘッドカバー３を備えている。
【００２３】
シリンダブロック１にはシリンダボア４が形成されてこれにピストン５が摺動自在に嵌まっており、ピストン５の往復動は連接棒６を介してクランク軸（図示せず）の回転に変換される。シリンダヘッド２にはシリンダボア４に向けて開口した台錘状の凹所７が開口しており、凹所７の頂面に点火プラグ８の先端が露出している。
【００２４】
更に、シリンダヘッド２の凹所７には、一対ずつの吸気ポート９と排気ポート１０とがクランク軸の軸心を挟んだ両側に振り分けて開口しており、シリンダヘッド２には、吸気ポート９を開閉する吸気弁１１と排気ポート１０を開閉する排気弁１２とが摺動自在に保持されている。
【００２５】
吸気弁１１及び排気弁１２はそれぞればね１３，１４で閉じ方向に付勢されており、これらをばね１３，１４に抗してカム１５，１６で押すことで弁１１，１２が開く。敢えて述べる必要はないが、カム１５，１６を設けたカム軸は、タイミングチェーンなど、クランク軸によって駆動される連動部材によって駆動されており、従って、カム軸はクランク軸と同期して回転する。
【００２６】
シリンダヘッド２の一側面には各吸気ポート９に連通した吸気マニホールド１８が固定されており、吸気マニホールド１８に、エアクリーナ１９を始端とする吸気通路２０が接続されている。吸気通路２０には、吸気マニホールド１８に接続されたサージタンク２１と、その上流側に位置したスロットルバルブ２２とが介挿されている。サージタンク２１には燃料噴射ノズル２３を設けている。なお、燃料を燃焼室に噴出させる直噴式とすることも可能である。当然ながら、本願発明はディーゼル機関にも適用できる。
【００２７】
シリンダヘッド２の他側面には各排気ポート１０に連通した排気マニホールド２４が固定されており、排気マニホールド２４に、触媒ケース２５を有する排気通路２６が接続されている。触媒ケース２５は排気マニホールド２４の集合部に接続されており、その内部には三元触媒が内蔵されている。
【００２８】
内燃機関は車両の前部に設けたエンジンルームに搭載しており、排気通路２６は車体の下面に沿って後ろに向けて延びており、終端２６ａは車体の後端寄りに位置して後ろ向きに開口している。排気通路２６のうち終端寄りの部位には消音器２７を設けている。
【００２９】
(2).吸排気弁のオーバーラップの説明
４サイクルの内燃機関では、排気行程から吸気行程に移行するとき、排気弁と吸気弁とが少し開いたオーバーラップ状態が存在する。そして、多気筒内燃機関では、機関停止によっていずれかの気筒がオーバーラップ状態のままになることがあるが、３気筒内燃機関の場合、構造的な原因により、いずれかの気筒がオーバーラップして停止することが多い。この点を図２に基づいて説明する。
【００３０】
図２のうち（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）はそれぞれ気筒の往復動サイクルを示しており、丸つき数字の１は膨張行程（爆発行程）、丸つき数字の２は排気行程、丸つき数字の３は吸気行程、丸つき数字の４は圧縮行程を示している。カーブの上端は上死点、下端は下死点である。
【００３１】
４サイクル３気筒では、各気筒のピストンの位相はクランク軸の回転角度で２４０°ずつずれているが、各吸気弁１１と排気弁１２とを見ると、カム軸の１回転がクランク軸の２回転に相当しているため、各吸気弁用のカム１５の位相と各排気弁用のカム１６の位相はそれぞれ１２０度ずつずれている。
【００３２】
そして、（Ａ１）（Ａ２）のように１つの気筒の吸気弁１１と排気弁１２とが開いたオーバーラップ状態では、他の２つの気筒は爆発行程と圧縮行程にあって（Ｂ１）（Ｂ２）（Ｃ１）（Ｃ２）のように吸気弁１１も排気弁１２も閉じているが、吸気弁１１及び排気弁１２は閉じた状態ではばね１３，１４に押されていて安定した姿勢でカム１５，１６に当接している。
【００３３】
このときの全体のばね力を見ると、オーバーラップ状態にある弁１１，１２を押している２個のばね１３，１４のばね力の合計よりも、他の２つの気筒の弁１１，１２を押している４個のばね１３，１４の全体の合計のばね力が大きく、従って、１つの気筒の弁１１，１２がオーバーラップして開いた状態は、最も安定した状態になっている。
【００３４】
そして、３つの気筒のピストンがどのような位置で停止するかは一定していないが、３つの気筒のうち２つの気筒の吸気弁１１及び排気弁１２は閉じて他の１つの気筒の弁１１，１２は開いた状態が最も安定しているため、４個のばね１３，１４の付勢力がカム軸及びタイミングチェーンを介してクランク軸に伝わって各ピストン５も動き、その結果、図２のように１つの気筒の弁１１，１２が開いた安定状態に移行するのである。
【００３５】
上記のように、３気筒の４サイクル内燃機関ではいずれか１つの気筒の弁１１，１２が開いた状態に停止する確率が高いが、イグニッションスイッチをＯＦＦにした運転停止状態で排気通路２６の終端２６ａに向けて風が吹き込むと、排気通路２６に溜まっていた排気ガスが吸気ポート９や吸気通路２０に流入して、次の始動時にトラブルが発生するおそれがある。そこで、本実施形態では、排気通路２６に、排気ガス又は風を外側に排出する逃がし部を設けている。その例を次に説明する。
【００３６】
(3).第１実施形態
図３では、排気ガスを外側に逃がし部の具体例である第１実施形態を示しており、逃がし部は触媒ケース２５の下流直下部に設けている。触媒ケース２５は上流側の端部と下流側の端部とをテーパ部２５ａ，２５ｂと成して、下流側のテーパ部２５ｂにストレートのジョイント筒２９を一体に接続し、ジョイント筒２９にフランジ（ブラケット板）３０を設けて、フランジ３０がステー３１を介してシリンダブロック１に支持されている。
【００３７】
そして、第１実施形態では、ジョイント筒２９のうち、フランジ３０の上流側でかつシリンダブロック１に近い側の部位（ａ部位）、フランジ３０の上流側でかつシリンダブロック１から遠い側の部位（ｂ部位）、フランジ３０の下流側でかつシリンダブロック１から遠い側の部位（ｃ部位）、のうちのいずれか１つの部位に逃がし部３２を設けている。
【００３８】
排気通路２６はジョイント筒２９の直下近くで大きく曲がっている。すなわち、排気通路２６には、ジョイント筒２９の直下近くに曲がり部２６ｂが存在している。図面では、排気通路２６はシリンダブロック１から遠ざかる方向に逃げる曲がり形態になっているが、シリンダブロック１に沿いながら曲がった形態（すなわち、クランク軸と直交した方向から見て曲がった状態）にすることもできる。
【００３９】
逃がし部３２の具体例としては、（Ｂ）にａ位置に設けた例として示すように、ジョイント筒２９の外側に突出した逃がし筒３３を設けて、逃がし筒３３の外側にヒンジで連結された開閉自在な蓋３４を設けた構成になっている。逃がし筒３３は、ジョイント筒２９から遠ざかるに従って触媒ケース２５に近づくように少し傾斜させており、蓋３４はその上端がピンで逃がし筒３３に連結されており、自重で閉じ状態が保持されているだけである。
【００４０】
従って、機関を運転している状態では、排気ガスがジョイント筒２９を下向きに流れることで逃がし筒３３に負圧が発生しており、このため蓋３３は閉じた状態に保持されている。そして、イグニッションキーをオフにした運転停止状態で排気通路２６に風が吹き込むことで排気ガスが排気通路２６を逆流してくると、触媒ケース２５の内部には触媒が存在していて逆流に対する流れ抵抗が大きくなっているため、排気ガスは流れ抵抗が小さい逃がし筒３３に流入し、蓋３４を開いて外側に排出される（風は、まず曲がり歩２６ｂによって勢いが殺され、次いで、触媒の抵抗で逃がし筒３３から排出される。）。蓋３４は軽いため、排気ガスの流れに対する抵抗にはならず、排気ガスは逃がし筒３３から簡単に逃げ出る。
【００４１】
ｂ位置及びｃ位置についても、ａ位置の例と同様の構成を採用できる。本実施形態のように触媒ケース２５の下流側直下部に設けると、排気ガスの逆流に対する触媒の抵抗を利用して、排気ガスを的確に排除できる利点がある。蓋３４は、回動式に代えてニードル式（スライド式）なども採用できる。
【００４２】
触媒ケース２５は、ハーネス類を熱害から守る等のためにインシュレータ３５で外側から覆われていることが多いため、逃がし部３２に水が掛かったり小石が当たったりすることをインシュレータ３４で防止できる利点もある。もとより、フランジ３０も逃がし部３２に対する防護機能を発揮しており、このため、逃がし部３２を触媒ケース２５の下流側直下部に設けると、耐久性と信頼性に優れている。
【００４３】
図３（Ａ）に二点鎖線で示すように、排気通路２６の曲がり部２６ｂの外側部分に逃がし部３２を設けることも可能である。この場合、逃がし筒３３は排気通路２６のうち曲がり部２６ｂの下流側の部分と平行（同心に近い平行が好ましい）になっており、排気ガスはその直進性によって逃がし部３２から外側に排出される。運転状態での排気ガスは曲がり部２６ｂに沿って流れるので、逃がし部３２から排出されることはない（逃がし筒３３には負圧が作用していて、蓋３４は閉じ状態に保持されている。）。
【００４４】
図３（Ａ）に一点鎖線で示すように、排気通路２６の中途部に、電磁ソレノイドやモータ等のアクチュエータ３６で駆動されるバタフライ式等の開閉弁３７を設け、アクチュエータ３６を、排気通路２６の終端２６ａに向いて後ろから吹く風で作動する風検知センサ３８によって駆動すること可能である。
【００４５】
つまり、開閉弁３７は通常は開いていて、排気通路２６に吹き込むような風が吹くと閉じるものである。従って、開閉弁３７は、請求項に記載したストッパー手段の一例になる。この場合、風検知センサ３８のフラップの動きを圧電素子によって電流に変換する構成を採用すると、待機電流が不要になる利点がある。敢えて述べるまでもないが、開閉弁３７は、機関の運転中は開き状態に保持されている。
【００４６】
(4).第２，３実施形態
図４に示す第２実施形態では、逃がし部３２で風を逃がしている。このうち（Ａ）に示す例では、排気通路２６のうち消音器２７の下流側に上下の曲がり部２６ｃ，２６ｄを設けることで排気通路２６の終端部を段落ちさせ、下側の曲がり部２６ｄの外面に、逃がし部３２の例として逃がし穴３９を空けている。この例では、排気通路２６の終端２６ａに風が吹き込むと、風は自身が持つ直進性のために逃がし穴３９から手前に向けて抜け出してしまう。このため、残留している排気ガスに風の動圧が作用して排気ガスが逆流することはない。
【００４７】
なお、機関の運転時に逃がし穴３９から排気ガスが排出されることは有り得るが、排気ガスは既に消音器２７を経由しているので、逃がし穴３９から排出されることは差し支えない。車両の走行によって走行風が逃がし穴３９に前方から入り込むことが有り得るが、走行風によって排気ガスが排出方向に吸引されるため、排気ガスの排出がより良好になってメカロスを抑制でき、その結果、燃費の向上にも貢献できると言える。
【００４８】
図４のうち（Ｂ）に示すのは（Ａ）の変形例であり、逃がし穴３９にガイド筒４０を接続している。この例では、風の逃がしがより確実になる。
【００４９】
図４（Ｃ）に示す例では、下側の曲がり部２６ｄを、膨らみ部４１とその内部に貫通した補助筒４２とで構成し、補助筒４２に多数の通気穴を空けている。この例では、膨らみ部４１の全周から排気ガスが補助筒４２の入り込む。そして、この実施形態では、膨らみ部４１の内部でも風の流れが補助筒４２でガイドされるため、風が上側の曲がり部２６ｃに入り込むことを的確に防止できる。
【００５０】
上記の例では排気通路２６は上下に段ができるように曲げているが、平面視において段ができるように（クランク状に）水平方向に曲げてもよい。この場合は、地面から排気通路２６の終端までの高さをできるだけ高くできる。
【００５１】
図５では第３実施形態を示している。この実施形態では、排気通路２６の中途部にやや外径の膨大部２６ｅを形成し、この膨大部２６ｅに、自重で垂下して排気通路２６を塞ぐ開閉弁４３を配置している。開閉弁４３は、その上端を中心に回動するようにピン４４で膨大部２６ｅに連結されており、機関の運転中は、開閉弁４２は排気ガスの圧力によって一点鎖線のように開き状態に保持され、機関の運転を停止すると、自重によって実線のように閉じ状態になる。
【００５２】
閉じた状態で開閉弁４３の下端（先端）は膨大部２６ｅの端部に当たっており、それ以上の回動はできない。このため、風又は排気ガスが逆流してきても、当該排気ガス又は風は開閉弁４３によって遮られてそれ以上に逆流することはできない。開閉弁４３の外周と膨大部２６ｅとの間には、若干の隙間を空けている。なお、膨大部２６ｅはなくてもよい。
【００５３】
上記した実施形態は本願発明の具体例の一部であり、本願発明は更に様々に具体化できる。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本願発明は、車両用内燃機関に具体化できる。従って、産業上利用できる。
【符号の説明】
【００５５】
１  シリンダブロック
２  シリンダヘッド
４  シリンダボア
５  ピストン
９  吸気ポート
１０  排気ポート
１１  吸気弁
１２  排気弁
１３，１４  ばね
１５，１６  カム
２０  吸気通路
２４  排気マニホールド
２６  排気通路
２６ａ〜２６ｃ  曲がり部
３２  逃がし部
３３  逃がし筒
３４  蓋
３７，４３  ストッパー手段の一例としての開閉弁
３９  逃がし部を構成する逃がし穴
【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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