(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室からの排気ガスを排出する排気ポートが形成されたシリンダヘッドを備えたエンジンの排気通路構造であって、
前記排気ポートは、燃焼室ごとに２本ずつ設けられ、
前記２本の排気ポートは、各々、前記シリンダヘッドの側面の方へ湾曲する湾曲部を有し、
前記２本の排気ポートの各々における、前記湾曲部の曲率の大きい側の部分の下流側には、前記排気ポートの内方へ凸状に膨出するとともに、当該膨出量が、上流側から下流側に向かって徐々に増加して最大となった後、徐々に減少するように構成された、排気ガスの流れを整流する整流部が形成され、
前記２本の排気ポートは、前記整流部の下流側に設けられた集合管において１本に合流しているとともに、該集合管には、流路面積が絞られたベンチュリー部が形成されており、
前記湾曲部は、前記排気ポートのうち２本に別れている部分の各々に形成されていると共に、上流側から下流側に向かうに従って、前記２本の排気ポートが互いに接近する方向に湾曲しており、
前記整流部は、前記排気ポートのうち２本に別れている部分の各々に形成されており、
前記２本の排気ポートの各々に形成された整流部は、前記湾曲部の下流側かつ、各排気ポートの円周方向においては、各排気ポートの中心の真下よりも、前記２本の排気ポートが互いに接近する方向へ寄った位置に配置されていることを特徴とするエンジンの排気通路構造。
【請求項２】
請求項１に記載のエンジンの排気通路構造において、
前記シリンダヘッドには、カムシャフトのカム部により駆動されて排気弁を開閉するスイングアームを支持する支持部が設けられ、
前記支持部は、前記排気弁の開閉動作を停止させる油圧式の弁停止機構を有し、前記シリンダヘッドのうち、前記ベンチュリー部の形成により前記排気ポートの内方へ膨出する部分に対応させて配置されていることを特徴とするエンジンの排気通路構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ここに開示された技術は、エンジンの排気通路構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、エンジンの排気通路に絞り部を設けて、排気ガスの流速を高める技術が知られている。例えば、特許文献１に係るエンジンにおいては、排気ポートの出口に流路面積が絞られたエジェクタノズルを設けると共に、該エジェクタノズルの周囲に二次エア供給口を設けている。この構成によれば、二次エアがエジェクタ効果によって排気ガスに導入される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭５８−５５３２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、エンジンの排気通路構造においては、排気ガスの排出効率を向上させ、ひいては、エンジン出力を向上させることが望まれている。そして、排気ガスの排出効率を向上させるためには、排気ガスの流速を高めることが考えられる。排気ガスの流速を高める１つの手法としては、エジェクタノズルのように排気通路を絞ることが挙げられる。しかしながら、単に排気通路を絞るだけでは、排気ガスの排出効率の向上にとっては不十分であり、さらなる改善の余地がある。
【０００５】
ここに開示された技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、排気ガスの排出効率を高めて、エンジンの出力向上を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
ここに開示された技術は、燃焼室からの排気ガスを排出する排気ポートが形成されたシリンダヘッドを備えたエンジンの排気通路構造であって、前記排気ポートは、燃焼室ごとに２本設けられ、前記２本の排気ポートは、各々、前記シリンダヘッドの側面の方へ湾曲する湾曲部を有し、前記２本の排気ポートの各々における、前記湾曲部の曲率の大きい側の部分の下流側には、前記排気ポートの内方へ凸状に膨出するとともに、当該膨出量が、上流側から下流側に向かって徐々に増加して最大となった後、徐々に減少するように構成された、排気ガスの流れを整流する整流部が形成され、前記２本の排気ポートは、前記整流部の下流側の集合管において１本に合流しているとともに、該集合管には、流路面積が絞られたベンチュリー部が形成されており、前記湾曲部は、前記排気ポートのうち２本に別れている部分の各々に形成されていると共に、上流側から下流側に向かうに従って、前記２本の排気ポートが互いに接近する方向に湾曲しており、前記整流部は、前記排気ポートのうち２本に別れている部分の各々に形成されており、前記２本の排気ポートの各々に形成された整流部は、前記湾曲部の下流側かつ、各排気ポートの円周方向においては、各排気ポートの中心の真下よりも前記２本の排気ポートが互いに接近する方向へ寄った位置に配置されているものとする。
【０００７】
この構成によれば、排気ポートを流通する排気ガスは、まず整流部により整流される。前述のように湾曲部を有する排気ポートにおいては、湾曲部のうち曲率の大きい側の部分（以下、「湾曲部の内側部分」という）の下流側で排気ガスの流れに剥離が生じる場合がある。流れの剥離が生じると、排気ガスの流速が低下し、排気ガスの排出効率が悪化してしまう。それに対し、湾曲部の内側部分の下流側に整流部を設けることによって、排気ガスが整流され、流れの剥離が抑制される。その結果、排気ガスの流速が上昇する。続いて、排気ガスは、ベンチュリー部を通過し、これにより流速がさらに上昇する。
【０００８】
このように、排気ガスの流速を単にベンチュリー部だけで上昇させるのではなく、ベンチュリー部に流入する前段階において、排気ガスの剥離を抑制することで排気ガスの流速を上昇させている。これにより、排気ガスの流速をベンチュリー部によってより効果的に上昇させることができる。こうして、排気ガスの流速を高めることによって、排気ガスの排出効率を向上させ、エンジンの出力を向上させることができる。また、排気ガスの排出効率を向上させることができれば、気筒内の残留ガスを低減できるので、ノッキング限界を向上させることができる。
【０００９】
さらに、整流部を設けることによって排気ガスの剥離が抑制されるので、排気ポートの内周面への排気ガスの接触が促進される。これにより、排気ガスの冷却が促進される。例えば、エンジン回転速度が高く、エンジン負荷が高い運転領域においては、触媒の過熱を防止するために理論空燃比よりもリッチ側の空燃比でエンジンを運転する場合がある。前述の如く、排気ガスの冷却を促進することができれば、触媒の過熱を防止しつつ、空燃比を理論空燃比に近づけることができるため、燃費を向上させることができる。特に、前記の構成によれば、整流部が、排気管に設けられているのではなく、シリンダヘッドに形成された排気ポートに設けられている。そのため、排気ガスとシリンダヘッドとの接触を促進することができる。シリンダヘッドは、冷却水等によって冷却されているので、排気ガスとシリンダヘッドとの接触を促進させることによって、排気ガスの冷却をより効率良く行うことができる。
【００１０】
また、前記の構成によれば、整流部は、２本に別れたそれぞれの排気ポートに設けられ、ベンチュリー部は、２本の排気ポートが１本に合流した後の部分に設けられている。
【００１１】
さらに、前記シリンダヘッドには、カムシャフトのカム部により駆動されて排気弁を開閉するスイングアームを支持する支持部が設けられ、前記支持部は、前記排気弁の開閉動作を停止させる油圧式の弁停止機構を有し、前記シリンダヘッドのうち、前記ベンチュリー部の形成により前記排気ポートの内方へ膨出する部分に対応させて配置されていてもよい。
【００１２】
この構成によれば、シリンダヘッドのうち、ベンチュリー部の形成により排気ポートの内方へ膨出する部分が形成される。この部分を利用して、弁停止機構を有する支持部が配置される。これにより、シリンダヘッド内において弁停止機構を有する支持部をコンパクトに配置することができる。
【発明の効果】
【００１３】
前記エンジンの排気通路構造によれば、排気ガスの排出効率を高めて、エンジンの出力向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】シリンダの軸心を含む平面で切断したエンジンの概略的な断面図である。
【図２】図１のII−II線におけるシリンダヘッドの断面図である。
【図３】図１のIII−III線におけるシリンダヘッドの断面図である。
【図４】図２のIV−IV線における排気ポートの断面図である。
【図５】排気ポートの整流部周辺の横断面図を示し、（Ａ）は、図４におけるＡ−Ａ線における断面図であり、（Ｂ）は、図４におけるＢ−Ｂ線における断面図であり、（Ｃ）は、図４におけるＣ−Ｃ線における断面図であり、（Ｄ）は、図４におけるＤ−Ｄ線における断面図であり、（Ｅ）は、図４におけるＥ−Ｅ線における断面図である。
【図６】排気ポートのベンチュリー部周辺の横断面図を示し、（Ａ）は、図４におけるＦ−Ｆ線における断面図であり、（Ｂ）は、図４におけるＧ−Ｇ線における断面図であり、（Ｃ）は、図４におけるＨ−Ｈ線における断面図であり、（Ｄ）は、図４におけるＩ−Ｉ線における断面図である。
【図７】排気ポートの下流端部の断面積変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、例示的な実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１６】
図１に、シリンダの軸心を含む平面で切断したエンジン１００の概略的な断面図を示す。本明細書では、説明の便宜上、シリンダの軸心方向を上下方向と称し、気筒列方向を前後方向と称する。さらに、気筒列方向においてエンジン１００の反トランスミッション側を前側、トランスミッション側を後側と称する。
【００１７】
エンジン１００は、４つの気筒が所定の気筒列方向に並んで配置された直列４気筒エンジンである。エンジン１００は、シリンダヘッド１と、シリンダヘッド１に取り付けられるシリンダブロック２と、シリンダブロック２に取り付けられるオイルパン（図示省略）とを備えている。
【００１８】
シリンダブロック２には、４つの気筒２３が気筒列方向に並んで形成されている（図１には１つの気筒２３だけ図示）。気筒２３には、ピストンが挿通されている。気筒２３と、ピストンと、シリンダヘッド１とによって燃焼室２７が区画される。燃焼室２７は、ペントルーフ形状をしている。尚、４つの気筒２３は、前側から順に、第１気筒、第２気筒、第３気筒及び第４気筒に相当し、それらを区別するときは、第１気筒２３Ａ、第２気筒２３Ｂ、第３気筒２３Ｃ、第４気筒２３Ｄと称する。
【００１９】
シリンダヘッド１には、燃焼室２７に開口する吸気ポート５と排気ポート６が設けられ、吸気ポート５には、吸気ポート５を開閉する吸気弁１３が設けられている。排気ポート６には、排気ポート６を開閉する排気弁１４が設けられている。吸気弁１３及び排気弁１４はそれぞれ、カムシャフト４１，４２に設けられたカム部４１ａ，４２ａによって駆動される。
【００２０】
詳しくは、吸気弁１３及び排気弁１４は、バルブスプリング１５，１６により閉方向（図１では上方向）に付勢されている。吸気弁１３及び排気弁１４とカム部４１ａ，４２ａとの間には、それぞれスイングアーム４３，４４が介設されている。スイングアーム４３，４４の一端部は、それぞれ油圧ラッシュアジャスタ（Hydraulic Lash Adjuster、以下、「ＨＬＡ」と称する）４５，４６に支持されている。スイングアーム４３，４４は、その略中央部に設けられたカムフォロア４３ａ，４４ａがそれぞれカム部４１ａ，４２ａに押されることによって、ＨＬＡ４５，４６に支持された一端部を支点として揺動する。スイングアーム４３，４４は、こうして揺動することによって、他端部でそれぞれ吸気弁１３及び排気弁１４をバルブスプリング１５，１６の付勢力に抗して開方向（図１では下方向）へ移動させる。ＨＬＡ４５，４６は、油圧により自動的にバルブクリアランスをゼロに調整する。尚、図１には、第１気筒２３ＡのＨＬＡ４５，４６を示しており、第１気筒２３Ａ及び第４気筒２３Ｄに設けられたＨＬＡ４５，４６は、それぞれ吸気弁１３及び排気弁１４の動作を停止させる弁停止機構４５ａ，４６ａを備えている。弁停止機構４５ａ，４６ａを備えたＨＬＡ４５，４６は、弁停止機構を備えないＨＬＡ４５，４６に比べてその長手方向の寸法が大きくなっている。ＨＬＡ４６は、支持部の一例である。
【００２１】
また、シリンダヘッド１には、冷却水が流通するウォータジャケット１１が形成されている。このウォータジャケット１１を流通する冷却水によってシリンダヘッド１が冷却される。
【００２２】
シリンダヘッド１の上部にはカムキャップ４７が取り付けられている。カムシャフト４１，４２は、シリンダヘッド１及びカムキャップ４７により回転可能に支持されている。
【００２３】
続いて、排気ポート６の構成について詳細に説明する。図２に、図１のII−II線におけるシリンダヘッド１の断面図を示す。図３に、図１のIII−III線におけるシリンダヘッド１の断面図を示す。尚、図３においては、排気ポート６の内周面のうねりがわかるように、排気ポート６の軸線と平行な線と、該軸線回りの周方向に延びる線を内周面上に格子状に描いている。
【００２４】
排気ポート６は、図２，３に示すように、気筒２３ごとに２本設けられている。２本の排気ポート６の上流端は、燃焼室２７のペントルーフを形成する２つの傾斜面のうちの一方の傾斜面に開口している。２本の排気ポート６は、下流側において合流し、１本となっている。排気ポート６の下流端は、シリンダヘッド１の側面に開口している。以下、排気ポート６のうち、２本に別れている部分を分岐管６１と称し、１本に合流している部分を集合管６２と称する。
【００２５】
排気ポート６は、図１に示すように、前記傾斜面の法線方向に延びた後、シリンダヘッド１の側面の方へ湾曲している。より詳しくは、分岐管６１は、湾曲部６３を有している。湾曲部６３は、前述の如く、ペントルーフの傾斜面の法線方向からシリンダヘッド１の側面の方へ湾曲している。また、２本の分岐管６１の上流端は、図２に示すように、気筒列方向に間隔を空けて配置されているのに対し、２本の分岐管６１の下流端は、集合管６２において合流するので、２本の分岐管６１は、上流側から下流側に向かって互いに接近するように湾曲している。つまり、湾曲部６３は、ペントルーフの傾斜面の法線方向からシリンダヘッド１の側面の方へ湾曲するだけでなく、２本の分岐管６１が互いに接近する方向にも湾曲している。
【００２６】
このように構成された排気ポート６には、排気ポート６の内方へ膨出し、排気ガスの流れを整流する整流部６４と、流路面積が絞られたベンチュリー部６５とが形成されている。図４に、図２のIV−IV線における排気ポート６の断面図を示し、図５に、排気ポート６の整流部６４周辺の横断面図を示し、（Ａ）は、図４におけるＡ−Ａ線における断面図であり、（Ｂ）は、図４におけるＢ−Ｂ線における断面図であり、（Ｃ）は、図４におけるＣ−Ｃ線における断面図であり、（Ｄ）は、図４におけるＤ−Ｄ線における断面図であり、（Ｅ）は、図４におけるＥ−Ｅ線における断面図である。
【００２７】
詳しくは、整流部６４は、排気ポート６を流通する排気ガスの流れの剥離を抑制するものである。湾曲する流路では、湾曲した直後の部分において流れの剥離が生じ易い。排気ポート６においては分岐管６１に湾曲部６３が設けられており、分岐管６１における湾曲部６３の内側部分（即ち、湾曲部６３の曲率が大きい（又は、曲率半径が小さい）側の部分）の下流側において流れの剥離が生じ易い。また、２本の分岐管６１は、互いに接近するように湾曲して集合管６２に合流している。そのため、分岐管６１における流れの剥離は、分岐管６１の円周方向においては、分岐管６１の中心の直下の部分よりも、他方の分岐管６１の方へ偏った部分に生じ易い。
【００２８】
そこで、分岐管６１のうち湾曲部６３の内側部分の下流側に、整流部６４が形成されている。分岐管６１の円周方向においては、整流部６４は、図３，５に示すように、分岐管６１の中心の真下よりも、一対の分岐管６１のうち他方の分岐管６１の方へ寄った位置に配置されている。整流部６４は、排気ポート６の内方へ凸状に膨出している。より詳しくは、整流部６４は、少なくとも排気ポート６の軸線方向における前後の部分（図５（Ａ），（Ｅ））に比べて、排気ポート６の内方へ凸状に膨出している。整流部６４の膨出量は、図５（Ｂ）〜（Ｄ）に示すように、分岐管６１の上流側から下流側に向かって徐々に増加して最大となった後、徐々に減少する。整流部６４の表面は、分岐管６１の流通抵抗を低減するために湾曲面で形成されており、角張っていない。また、整流部６４と分岐管６１の内周面のうち整流部６４ではない部分とも湾曲面を介して滑らかに繋がっている。
【００２９】
整流部６４は、分岐管６１の内周面から膨出しているので、排気ガスが整流部６４の表面に接しながら流れるように、流れの剥離が抑制される。これにより、排気ガスの流速が上昇する。このとき、整流部６４は分岐管６１の内周面と滑らかに繋がっており且つ整流部６４の表面の湾曲面で形成されているので、排気ガスの流通抵抗の増大が抑制される。この点も、排気ガスの流速の上昇に寄与する。
【００３０】
ベンチュリー部６５は、流路面積を絞ることによって排気ガスの流速を上昇させる。ベンチュリー部６５は、排気ポート６において整流部６４の下流側に設けられている。図６に、排気ポート６のベンチュリー部６５周辺の横断面図を示し、（Ａ）は、図４におけるＦ−Ｆ線における断面図であり、（Ｂ）は、図４におけるＧ−Ｇ線における断面図であり、（Ｃ）は、図４におけるＨ−Ｈ線における断面図であり、（Ｄ）は、図４におけるＩ−Ｉ線における断面図である。図７は、排気ポートの下流端部の断面積変化を示すグラフである。
【００３１】
ベンチュリー部６５は、集合管６２の下流端部に設けられている。集合管６２は、２つの分岐管６１が集合した後、シリンダヘッド１の側面に開口する下流端に向かって、横方向（気筒列方向）の寸法が徐々に小さくなっていく。一方、集合管６２の上下方向の寸法は、下流端に向かって、一旦小さくなった後、拡大している。その結果、ベンチュリー部６５においては、集合管６２の断面積が、図７に示すように、下流端に向かって一旦減少した後に拡大している。
【００３２】
こうして、ベンチュリー部６５において流路面積が絞られることによって、ベンチュリー部６５を通過する排気ガスの流速が上昇する。前述の整流部６４の効果と相俟って、排気ポート６を通過する排気ガスの流速が上昇するので、排気ガスの排出効率が向上し、エンジンの出力を向上させることができる。
【００３３】
以上のように、エンジン１００の排気通路構造では、排気ポート６は、湾曲部６３を有し、排気ポート６における、湾曲部６３の曲率の大きい側の部分の下流側には、排気ポート６の内方へ膨出し、排気ガスの流れを整流する整流部６４が形成され、排気ポート６における、整流部６４の下流側には、流路面積が絞られたベンチュリー部６５が形成されている。
【００３４】
この構成によれば、湾曲する排気ポート６においては、湾曲部６３の曲率の大きい側の部分の下流側で流れの剥離が生じ易い。それに対し、当該部分に排気ポート６の内方へ膨出する整流部６４が形成されている。これにより、流れの剥離が抑制され、排気ガスの流速を上昇させることができる。それに加え、整流部６４の下流側にはベンチュリー部６５が形成されている。そのため、整流部６４によって流速を上昇させた排気ガスをベンチュリー部６５でさらに増速させることができる。こうして、整流部６４とベンチュリー部６５によって排気ガスの流速を上昇させることによって、排気ガスの排出効率を向上させ、エンジンの出力を向上させることができる。また、排気ガスの排出効率を向上させることができれば、気筒２３内の残留ガスを低減できるので、ノッキング限界を向上させることができる。
【００３５】
さらに、整流部６４を設けることによって排気ガスの剥離が抑制されるので、排気ポート６の内周面への排気ガスの接触が促進される。これにより、排気ガスの冷却が促進される。エンジン１００においては、エンジン回転速度が高く、エンジン負荷が高い運転領域においては、触媒の過熱を防止するために理論空燃比よりもリッチ側の空燃比でエンジンを運転する。排気ガスの冷却を促進することができれば、空燃比を理論空燃比に近づけても、触媒の過熱を防止することができる。そして、空燃比を理論空燃比に近づけることができれば、燃費を向上させることができる。特に、エンジン１００においては、整流部６４が、排気ポート６よりも下流側の排気管に設けられているのではなく、排気ポート６に設けられている。そのため、排気ガスとシリンダヘッド１との接触を促進することができる。シリンダヘッド１は、ウォータジャケット１１を流通する冷却水によって冷却されているので、排気ガスとシリンダヘッド１との接触を促進させることによって、排気ガスの冷却をより効率良く行うことができる。
【００３６】
また、ベンチュリー部６５においては、排気ポート６のうち上部の壁面が排気ポート６の内方に膨出することによって、流路面積が絞られている。これにより、シリンダヘッド１においては、排気ポート６の上方であってベンチュリー部６５に対応する部分にはスペースが確保される。そして、このスペースを利用して、排気側のＨＬＡ４６が配設されている。特に、第１気筒２３Ａ及び第４気筒２３ＤのＨＬＡ４６は、弁停止機構４６ａを備えており、その長手方向寸法が大きくなっている。弁停止機構４６ａ付きのＨＬＡ４６を、ベンチュリー部６５の上方のスペースを利用して配設することによって、シリンダヘッド１の上下方向の寸法を抑制することができる。
【００３７】
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、前記実施形態を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、上記実施形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。また、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。
【００３８】
例えば、前記実施形態では、気筒ごとに設けられた排気ポートは、上流では２本で、下流では１本に合流しているが、これに限られるものではない。上流端から下流端に亘って１本のままの排気ポートでもよいし、上流端から下流端に亘って２本のままの排気ポートでもよい。
【００３９】
また、整流部６４は、排気ポート６の分岐管６１に設けられているが、湾曲部６３に位置によっては、整流部６４が集合管６２に設けられていてもよい。さらに、ベンチュリー部６５は、整流部６４の下流側であれば、分岐管６１に設けられていてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
以上説明したように、ここに開示された技術は、エンジンの排気通路構造について有用である。
【符号の説明】
【００４１】
１００    エンジン
１        シリンダヘッド
１４      排気弁
４２      カムシャフト
４２ａ    カム部
４４      スイングアーム
４６      ＨＬＡ（支持部）
４６ａ    弁停止機構
６        排気ポート
６３      湾曲部
６４      整流部
６５      ベンチュリー部
２７      燃焼室
【図１】
0006344268.tif 000002
【図２】
0006344268.tif 000003
【図３】
0006344268.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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