(57)【要約】【課題】  分岐部の長さを短くした場合であっても、排気多岐管の騒音を抑制することのできる内燃機関を提供する。【解決手段】  内燃機関は、３つの気筒１０Ａ〜１０Ｃにそれぞれ接続される排気ポート２０Ａ〜２０Ｃの形成されたシリンダヘッド１を備える。内燃機関は、排気ポート２０Ａ〜２０Ｃにそれぞれ接続される分岐部３２Ａ〜３２Ｃと分岐部３２Ａ〜３２Ｃが集合する集合部３４とを有して集合部３４が３つの気筒１０Ａ〜１０Ｃの配列方向Ｓに平行に配設される排気多岐管３０を備える。排気ポート２０Ａ〜２０Ｃ及び分岐部３２Ａ〜３２Ｃは、集合部３４の排気下流方向Ａに指向してなる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の気筒にそれぞれ接続される排気ポートの形成されたシリンダヘッドと、同排気ポートにそれぞれ接続される分岐部と同分岐部が集合する集合部とを有して同集合部が前記複数の気筒の配列方向に平行に配設される排気多岐管とを備える内燃機関において、
前記排気ポート及び前記分岐部が前記集合部の排気下流方向に指向してなる
ことを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記複数の排気ポート及び前記分岐部は前記集合部に対して全て同一の態様にて指向してなる請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記複数の排気ポート及び前記分岐部のうちで前記集合部の排気最上流側の排気ポート及び分岐部の少なくとも一方は、他の排気ポート及び分岐部よりも排気下流方向への指向度合が小さくされてなる請求項１に記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の気筒を有する内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
図３に示すように、複数の気筒１１０Ａ〜１１０Ｃを有する内燃機関では、シリンダヘッド１００に形成された各排気ポート１２０Ａ〜１２０Ｃに排気多岐管１３０が接続されている。この排気多岐管１３０は、分岐部１３２Ａ〜１３２Ｃとそれらが集合する集合部１３４とを有している。この集合部１３４は、複数の気筒１１０Ａ〜１１０Ｃの配列方向Ｓに平行に配設されている。各気筒１１０Ａ〜１１０Ｃ内の燃焼にともなって排出される排気は、各排気ポート１２０Ａ〜１２０Ｃ及び分岐部１３２Ａ〜１３２Ｃを通じて集合部１３４に流入する。集合部１３４に流入した排気は集合部１３４の内壁に衝突するため、集合部１３４が振動して騒音が生じることとなる。
【０００３】
そこで、集合部が複数の気筒の配列方向に平行に配設された従来の排気多岐管において、図４に示すように、分岐部２３２Ａ〜２３２Ｃが集合部２３４の排気下流方向Ａに指向するように形成されたものがある（例えば特許文献１参照）。このような構成によれば、分岐部２３２Ａ〜２３２Ｃを流れる排気が集合部２３４の内壁に対して斜めに衝突することとなり、同内壁に対して排気が垂直に衝突する場合に比べて排気の衝突による起振力が低下するため、集合部２３４の振動による騒音が抑制されると考えられる。
【特許文献１】実開昭５６―１７１６２４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、内燃機関の排気通路には排気浄化触媒が設けられており、触媒を早期に活性化させるべく触媒の温度上昇の速度を大きくするためには、排気多岐管における排気の温度低下を小さくすることが望ましい。
【０００５】
しかしながら、図４に示す従来の排気多岐管において、分岐部２３２Ａ〜２３２Ｃの長さを短くすればするほど、これら分岐部によって排気の流れ方向を変えることが難しくなる。このため、集合部２３４に対して排気を斜めに衝突させることが困難となり、騒音を抑制する効果が低下するおそれがある。
【０００６】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、分岐部の長さを短くした場合であっても、排気多岐管の騒音を抑制することのできる内燃機関を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下、上記目的を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の内燃機関は、複数の気筒にそれぞれ接続される排気ポートの形成されたシリンダヘッドと、同排気ポートにそれぞれ接続される分岐部と同分岐部が集合する集合部とを有して同集合部が前記複数の気筒の配列方向に平行に配設される排気多岐管とを備える内燃機関において、前記排気ポート及び前記分岐部が前記集合部の排気下流方向に指向してなることをその要旨とする。
【０００８】
上記構成によれば、排気ポート及び分岐部が集合部の排気下流方向に指向しているため、分岐部のみならず排気ポートによっても排気の流れ方向を変えることができる。その結果、分岐部の長さを短くした場合であっても、集合部の内壁に対して排気を斜めに衝突させることができるため、排気多岐管の騒音を抑制することができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関において、前記複数の排気ポート及び前記分岐部は前記集合部に対して全て同一の態様にて指向してなることをその要旨とする。
【００１０】
上記構成によれば、複数の排気ポート及び分岐部が集合部に対して全て同一の態様にて指向しているため、排気多岐管の製造が容易になるとともに、排気多岐管の配設スペースを小さくすることができる。
【００１１】
一般的に、集合部が複数の気筒の配列方向に平行に配設される排気多岐管においては、集合部の排気最上流側の端部における剛性が集合部の他の部分に比べて大きくなる。このため、同端部における振動が他の部分に比べて小さくなり、集合部の振動にともなう騒音にばらつきが生じることとなる。その結果、騒音が断続的になるため、同端部における振動が他の部分と同程度に大きい場合よりも、かえって耳障りになるといった問題がある。
【００１２】
この点、請求項３に記載の内燃機関によれば、複数の排気ポート及び分岐部のうちで集合部の排気最上流側の排気ポート及び分岐部の少なくとも一方は、他の排気ポート及び分岐部よりも排気下流方向への指向度合が小さくされている。このため、排気最上流側の気筒から排気ポート及び分岐部を通じて排出される排気は、他の気筒から排出された排気に比べてより垂直に近い状態で集合部の内壁に衝突することとなる。その結果、集合部の排気最上流側の端部における振動の大きさが他の部分における振動の大きさに近づくため、騒音のばらつきが小さくなって騒音の音質が改善される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態にかかる内燃機関を、３つの気筒が直線上に配列された直列３気筒内燃機関に具体化したものについて、図１及び図２を参照して説明する。
図１は、本実施形態における内燃機関のシリンダヘッド１及び排気多岐管３０の断面構造を模式的に示したものである。
【００１４】
図１に示すように、シリンダヘッド１には３つの気筒１０Ａ〜１０Ｃの頂部が形成されている。ここでは、右側の気筒から順に第１気筒１０Ａ、第２気筒１０Ｂ、第３気筒１０Ｃと称することとする。
【００１５】
シリンダヘッド１には各気筒１０Ａ〜１０Ｃに接続される排気ポート２０Ａ〜２０Ｃがそれぞれ形成されており、気筒内の排気が同排気ポート２０Ａ〜２０Ｃを通じて排気多岐管３０へと排出される。
【００１６】
排気多岐管３０は、各排気ポート２０Ａ〜２０Ｃにそれぞれ接続される分岐部３２Ａ〜３２Ｃと、各分岐部３２Ａ〜３２Ｃが集合する集合部３４とを有している。集合部３４の排気最上流側には端部３４Ｅを形成する内壁が存在する。このため、集合部３４の部分３４Ａの剛性は、集合部３４の部分３４Ｂ，３４Ｃよりも高くなっている。各分岐部３２Ａ〜３２Ｃが排気ポート２０Ａ〜２０Ｃに接続される端部にはフランジ３６Ａ〜３６Ｃがそれぞれ形成されており、これらフランジ３６Ａ〜３６Ｃがシリンダヘッド１に固定されている。
【００１７】
排気多岐管３０よりも下流側の排気通路には、図示しない排気浄化触媒が設けられている。この触媒の温度を早期に上昇させるためには、排気多岐管３０の長さを極力短くして、排気多岐管３０における排気の温度低下を小さくする必要があることは上述したとおりである。そこで本実施形態では、分岐部３２Ａ〜３２Ｃの軸方向の長さが短く形成されるとともに、３つの気筒１０Ａ〜１０Ｃの配列方向Ｓに平行に集合部３４が配設されている。
【００１８】
また、各排気ポート２０Ａ〜２０Ｃ及び排気多岐管３０の分岐部３２Ａ〜３２Ｃは、集合部３４の排気下流方向Ａに指向するように形成されている。具体的には、各排気ポート２０Ａ〜２０Ｃは全て同一の態様にて指向するように、排気下流方向Ａに対して同一の角度をなすように形成されている。
【００１９】
これに対して、分岐部３２Ａ〜３２Ｃでは、中央に位置する分岐部３２Ｂ及び排気最下流側に位置する分岐部３２Ｃの指向度合と、排気最上流側に位置する分岐部３２Ａの指向度合いとが異なっている。
【００２０】
分岐部３２Ｂ及び分岐部３２Ｃは、同一の態様にて指向するように、排気下流方向Ａに対して同一の角度をなすように形成されている。ここで、図１に破線で示すように、各排気ポート２０Ｂ，２０Ｃ及び分岐部３２Ｂ，３２Ｃを通じて集合部３４に流入する排気は、排気ポート２０Ｂ及び排気ポート２０Ｃの内周面を延長した方向に流れる。したがって、排気ポート２０Ｂ，２０Ｃ及び分岐部３２Ｂ，３２Ｃを通じて集合部３４に流入する排気は、集合部３４の部分３４Ｂ，３４Ｃに対して共に同じ角度から斜めに衝突することとなる。その結果、排気の衝突による集合部３４の部分３４Ｂ，３４Ｃの振動は、図３に示す従来の集合部１３４の部分１３４Ｂ，１３４Ｃの振動に比べて低下する。
【００２１】
一方、排気最上流側の排気ポート２０Ａに接続される分岐部３２Ａは、他の分岐部３２Ｂ，３２Ｃの形状に比べて排気下流方向Ａの反対方向に広げられた形状となっている。このため、他の排気ポート２０Ｂ，２０Ｃに接続される分岐部３２Ｂ，３２Ｃに比べて、分岐部３２Ａの排気下流方向Ａへの指向度合は小さくされている。ここで、図１に破線で示すように、排気ポート２０Ａ及び分岐部３２Ａを通じて集合部３４に流入する排気は、他の排気ポート２０Ｂ，２０Ｃ及び分岐部３２Ｂ，３２Ｃを通じて集合部３４に流入する排気よりも排気上流側に広がることとなる。このため、排気ポート２０Ａ及び分岐部３２Ａを通じて集合部３４に流入する排気は、排気ポート２０Ｂ，２０Ｃ及び分岐部３２Ｂ，３２Ｃを通じて集合部３４に流入する排気に比べてより垂直に近い状態で集合部３４の内壁に衝突することとなる。ただし、上述したように、集合部３４の部分３４Ａの剛性は、集合部３４の部分３４Ｂ，３４Ｃよりも高くなっている。したがって、排気の衝突による集合部３４の部分３４Ａの振動の大きさは、図３に示す従来の集合部１３４の部分１３４Ａの振動の大きさに比べて低減され、かつ他の部分３４Ｂ，３４Ｃの振動の大きさに近づくこととなる。
【００２２】
図２（ａ）は、図３に示す従来の内燃機関の排気多岐管１３０の集合部１３４における騒音のレベルの時間変化を示している。一方、図２（ｂ）は、本実施形態にかかる内燃機関の排気多岐管３０の集合部３４における騒音のレベルの時間変化を示している。なお、図２（ｂ）では、図２（ａ）に示される従来の内燃機関における騒音の時間変化を比較の対象として破線で示されている。また、この内燃機関では、第３気筒、第１気筒、第２気筒の順で燃焼が起こるように燃料噴射制御が実施されている。
【００２３】
図２（ａ）に示すように、従来の内燃機関では、第２気筒内の燃焼及び第３気筒内の燃焼にともなって排出された排気は、集合部１３４の部分１３４Ｂ，１３４Ｃに対してそれぞれ垂直に衝突する。このため、集合部１３４が大きく振動して、レベルＬ１の騒音が発生する。これに対して、第１気筒内の燃焼にともなって排出された排気は、集合部１３４の部分１３４Ａに対して垂直に衝突することとなるが、端部１３４Ｅによって部分１３４Ａの剛性が他の部分１３４Ｂ，１３４Ｃよりも高くなるため、レベルＬ１よりも小さいレベルＬ２の騒音が発生する。その結果、集合部１３４の振動にともなう騒音のレベルにばらつきが生じて騒音が断続的になるため、部分１３４Ａにおける振動のレベルが他の部分１３４Ｂ，１３４Ｃと同程度に大きい場合よりも、かえって耳障りになるといった問題がある。
【００２４】
一方、本実施形態の内燃機関では、上述したように、第２気筒及び第３気筒の燃焼にともなって排出された排気による騒音のレベルは、従来の内燃機関の騒音のレベルＬ１よりも小さいレベルＬ３となる。これに対して、第１気筒の燃焼にともなって排出された排気による騒音のレベルは、上述したように、従来の内燃機関の騒音のレベルＬ２よりも小さいレベルＬ４となる。また、第２気筒及び第３気筒の排気による騒音のレベルと第１気筒の排気による騒音のレベルとの差は、従来の内燃機関の差ΔＬ１２よりも小さい差ΔＬ３４となる。このため、騒音のレベルのばらつきが小さくなり、騒音が全体として連続的に聴こえるようになる。
【００２５】
以上説明した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
（手段の作用効果に整合）
（１）排気ポート２０Ａ〜２０Ｃ及び分岐部３２Ａ〜３２Ｃが集合部３４の排気下流方向Ａに指向しているため、分岐部３２Ａ〜３２Ｃのみならず排気ポート２０Ａ〜２０Ｃによっても排気の流れ方向を変えることができる。その結果、分岐部３２Ａ〜３２Ｃの長さを短くした場合であっても、集合部３４の内壁に対して排気を斜めに衝突させることができるため、排気多岐管３０の騒音を抑制することができる。
【００２６】
（２）一般的に、集合部３４が複数の気筒１０Ａ〜１０Ｃの配列方向Ｓに平行に配設される排気多岐管３０においては、集合部３４の排気最上流側の端部３４Ｅにおける剛性が集合部３４の他の部分に比べて大きくなる。このため、同端部３４Ｅにおける振動が他の部分に比べて小さくなり、集合部３４の振動にともなう騒音にばらつきが生じることとなる。その結果、騒音が断続的になるため、同端部３４Ｅにおける振動が他の部分と同程度に大きい場合よりも、かえって耳障りになるといった問題がある。
【００２７】
この点、本実施形態によれば、複数の排気ポート２０Ａ〜２０Ｃ及び分岐部３２Ａ〜３２Ｃのうちで集合部３４の排気最上流側の排気ポート２０Ａ及び分岐部３２Ａの少なくとも一方は、他の排気ポート２０Ｂ，２０Ｃ及び分岐部３２Ｂ，３２Ｃよりも排気下流方向Ａへの指向度合が小さくされている。このため、排気最上流側の気筒１０Ａから排気ポート２０Ａ及び分岐部３２Ａを通じて排出される排気は、他の気筒１０Ｂ，１０Ｃから排出された排気に比べてより垂直に近い状態で集合部３４の内壁に衝突することとなる。その結果、集合部３４の排気最上流側の端部３４Ｅにおける振動の大きさが他の部分における振動の大きさに近づくため、騒音のばらつきが小さくなって騒音の音質が改善される。
【００２８】
なお、上記実施の形態は、以下のように変更して実施することもできる。
・内燃機関の排気多岐管では、同管を構成する多岐管及び集合部を内管と外管とからなる二重管構造にするとともに、内管の外周面と外管の内周面との間に金属細線からなる綿状のワイヤメッシュを設けるものがある。ここで、各気筒から排出される排気の衝突にともなう集合部の振動を低減して騒音を抑制する方法としては、内管と外管との隙間を大きくしてワイヤメッシュを厚くすることにより集合部の振動を一層吸収させるようにすることが考えられる。しかしながらこの場合には、比較的高価なワイヤメッシュをより多く必要とするといった問題がある。この点、こうした構成に対して本発明を適用すれば、シリンダヘッド及び排気多岐管の形状を改善することによって騒音のレベルを小さくすることができため、ワイヤメッシュの量を増加させることなく排気多岐管の騒音を低減することができる。
【００２９】
・排気ポート２０Ａ〜２０Ｃ及び分岐部３２Ａ〜３２Ｃの形状は、上記実施形態にて例示された形状に限られるものではない。例えば、上記実施形態では、排気ポート２０Ａ〜２０Ｃ及び分岐部３２Ａ〜３２Ｃがこれらの軸方向に対して直線的な形状となっているが、これらを曲線的な形状としてもよい。
【００３０】
・上記実施形態では、集合部３４の最上流側に接続される分岐部３２Ａの排気下流方向Ａへの指向度合が、他の分岐部３２Ｂ，３２Ｃに比べて小さくされている。しかしながら、集合部３４の最上流側の部分３４Ａにおける剛性と他の部分３４Ｂ，３４Ｃの剛性とでそれほど差がなければ、３つの分岐部３２Ａ〜３２Ｃを集合部３４に対して全て同一の態様にて指向するように形成してもよい。
【００３１】
・排気ポート２０Ａ〜２０Ｃ及び分岐部３２Ａ〜３２Ｃの指向度合については、例えば部分３４Ａ〜３４Ｃの剛性に応じてそれぞれ異なるようにしてもよい。また、排気ポート２０Ａ〜２０Ｃの指向度合と、分岐部３２Ａ〜３２Ｃの指向度合とをそれぞれ異なるようにしてもよい。要するに、排気ポート２０Ａ〜２０Ｃ及び分岐部３２Ａ〜３２Ｃが集合部３４の排気下流方向Ａに指向しているものであればよい。
【００３２】
・上記実施形態では、直列３気筒の内燃機関を例に説明をしたが、この他にも直列４気筒のものや、直列６気筒の内燃機関に対して本発明を適用してもよい。また複数の気筒を有するＶ型式の内燃機関や水平対向式の内燃機関に本発明を適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施形態にかかる内燃機関のシリンダヘッド及び排気多岐管の断面図。
【図２】集合部の振動による騒音のレベルの時間変化を示したタイムチャート。
【図３】従来の内燃機関のシリンダヘッド及び排気多岐管の断面図。
【図４】従来の内燃機関のシリンダヘッド及び排気多岐管の他の例を示す断面図。
【符号の説明】
【００３４】
１，１００…シリンダヘッド、１０，１１０…気筒、２０，１２０…排気ポート、３０，１３０，２３０…排気多岐管、３２，１３２，２３２…分岐部、３４，１３４，２３４…集合部、３６，３８，１３６，１３８，２３６，２３８…フランジ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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