(57)【要約】【課題】複数の気筒のうちの２つの気筒から延びる排気通路が互いに接続される構成にあって、各気筒からの排気を好適に排出させることができるとともに、排気バルブが閉弁状態に保持されなくなることへの対策を容易に行なうことができる。【解決手段】第１気筒＃１から延びる第１排気ポート１０と第４気筒＃４から延びる第４排気ポート４０とが互いに接続されている。第１排気ポート１０は第４排気ポート４０よりも拡径されており且つ第１排気ポート１０の側方に第４排気ポート４０が接続されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多気筒内燃機関の気筒から延びる排気通路の構造であって、複数の気筒のうちの２つの気筒から延びる排気通路が互いに接続される内燃機関の排気通路構造において、
前記２つの気筒から延びる排気通路のうち一方を主通路とするとともに他方を副通路とするとき、
前記主通路は前記副通路よりも拡径されており且つ前記主通路の側方に前記副通路が接続されている
ことを特徴とする内燃機関の排気通路構造。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関の排気通路構造において、
前記主通路及び副通路は内燃機関のシリンダヘッドの内部に形成される排気ポートである
ことを特徴とする内燃機関の排気通路構造。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の排気通路構造において、
前記主通路の出口部分は直線状に延びており、
前記副通路は前記主通路の直線状に延びている部分に対して直交するように接続されている
ことを特徴とする内燃機関の排気通路構造。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の内燃機関の排気通路構造において、
前記副通路には前記主通路に接続される接続部に向けて先細状をなす絞り部が形成されている
ことを特徴とする内燃機関の排気通路構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多気筒内燃機関の排気通路の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、多気筒内燃機関の各気筒には排気バルブによって開閉される排気ポートがそれぞれ接続されており、各排気ポートの下流側にはこれら排気ポートからの排気を合流させる排気マニホルドが接続されている。
【０００３】
また、排気タービン過給機（以下、過給機）を搭載した内燃機関が周知である（例えば特許文献１参照）。特許文献１に記載の過給機は、タービンハウジングの内部に２つのスクロール通路が形成されたツインスクロールターボチャージャである。また、この内燃機関では、排気マニホルドの各支管のうち第１気筒の排気ポートに接続される支管と第４気筒の排気ポートに接続される支管とが互いに接続されており、これら支管からの排気が一方のスクロール通路に導入されるようになっている。また、第２気筒の排気ポートに接続される支管と第３気筒の排気ポートに接続される支管とが互いに接続されており、これら支管からの排気が他方のスクロール通路に導入されるようになっている。こうした過給機を搭載する内燃機関によれば、各支管からの排気が互いに干渉することが抑制されるようになる。
【０００４】
また、このように排気マニホルドの２つの支管を互いに接続させるのではなく、２つの排気ポートを互いに接続させることが考えられる。すなわち、図６に示すように、第１気筒＃１の排気ポート（以下、第１排気ポート３１０）と第４気筒＃４の排気ポート（以下、第４排気ポート３４０）とを互いに接続するとともに、第２気筒＃２の排気ポート（以下、第２排気ポート３２０）と第３気筒＃３の排気ポート（以下、第３排気ポート３３０）とを互いに接続することが考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９―２８７４３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、図６に示すように、第１排気ポート３１０と第４排気ポート３４０との出口位置と、第２排気ポート３２０と第３排気ポート３３０との出口位置とが互いに近接するようにすると、第１排気ポート３１０と第４排気ポート３４０とが向かい合う構造となる。そのため、例えば図６に矢印にて示すように、第１排気ポート３１０からの排気の一部が第４排気ポート３４０に回り込み、これら排気ポート３１０、３４０の出口へ排出されないといった問題が生じる。
【０００７】
また、これら排気ポート３１０、３４０の下流側にはタービンが設けられているため、同タービンが排気の流通抵抗となり、排気通路において圧力脈動が生じやすい。そのため、図７に矢印にて示すように、圧力脈動によって排気が排気ポート３１０、３４０を逆流し、これら排気ポート３１０、３４０内の圧力が上昇することとなる。その結果、排気バルブに対して大きな背圧が作用することで排気バルブが開弁するといった問題が生じる。そのため、第１気筒＃１及び第４気筒＃４の双方の排気バルブに対してこれらが閉弁状態に保持されなくなることへの対策を講じなければならない。
【０００８】
尚、こうした問題は２つの排気ポートが互いに接続されているものに限られるものではなく、排気マニホルドの２つの支管が互いに接続されているものにおいても同様にして生じる。
【０００９】
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、複数の気筒のうちの２つの気筒から延びる排気通路が互いに接続される構成にあって、各気筒からの排気を好適に排出させることができるとともに、排気バルブが閉弁状態に保持されなくなることへの対策を容易に行なうことのできる内燃機関の排気通路構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
以下、上記課題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。
（１）請求項１に記載の発明は、多気筒内燃機関の気筒から延びる排気通路の構造であって、複数の気筒のうちの２つの気筒から延びる排気通路が互いに接続されている内燃機関の排気通路構造において、前記２つの気筒から延びる排気通路のうち一方を主通路とするとともに他方を副通路とするとき、前記主通路は前記副通路よりも拡径されており且つ前記主通路の側方に前記副通路が接続されていることをその要旨としている。
【００１１】
同構成によれば、副通路が主通路よりも縮径されているため、主通路を介して排出される排気が副通路に回り込むことが抑制されるようになる。このため、各気筒からの排気を主通路の出口へ好適に排出させることができるようになる。
【００１２】
また上記構成によれば、圧力脈動によって逆流する排気は優先的に主通路を流れるようになるため、逆流する排気が副通路に流入することが抑制されるようになる。このため、副通路の内圧の上昇が抑制されるようになり、副通路が接続される気筒の排気バルブに対して大きな背圧が作用することを抑制することができるようになる。このため、主通路が接続される気筒に対してのみ排気バルブが閉弁状態に保持されなくなることへの対策を講じれば済む。
【００１３】
従って、本発明によれば、複数の気筒のうちの２つの気筒から延びる排気通路が互いに接続される構成にあって、各気筒からの排気を好適に排出させることができるとともに、排気バルブが閉弁状態に保持されなくなることへの対策を容易に行なうことができるようになる。
【００１４】
（２）請求項１に記載の発明は、請求項２に記載の発明によるように、前記主通路及び副通路は内燃機関のシリンダヘッドの内部に形成される排気ポートであるといった態様をもって具体化することができる。
【００１５】
（３）請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の排気通路構造において、前記主通路の出口部分は直線状に延びており、前記副通路は前記主通路の直線状に延びている部分に対して直交するように接続されていることをその要旨としている。
【００１６】
同構成によれば、主通路の出口部分に対して副通路がＴ字状をなすようにして接続されることとなる。このため、主通路を介して排出される排気が副通路に回り込むことが的確に抑制されるようになる。また、主通路の出口から逆流する排気が副通路に流入することが的確に抑制されるようになる。
【００１７】
（４）請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の内燃機関の排気通路構造において、前記副通路には前記主通路に接続される接続部に向けて先細状をなす絞り部が形成されていることをその要旨としている。
【００１８】
同構成によれば、副通路には絞り部が形成されているため、副通路の内圧が主通路の内圧に対して一層高められるようになる。このため、これら通路の圧力差によって、主通路を介して排出される排気が副通路に回り込むことが一層抑制されるようになる。また、圧力脈動によって逆流する排気が副通路に流入することが一層抑制されるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気通路構造について、第１排気ポート及び第４排気ポートの構造を概略的に示す概略図。
【図２】同実施形態における排気ポート内の排気の流れを説明するための説明図。
【図３】同実施形態における排気ポート内の排気の流れを説明するための説明図。
【図４】同実施形態の変形例について、第１排気ポートと第２排気ポートとの接続部を中心とした構造を概略的に示す概略図。
【図５】同実施形態の他の変形例について、第１排気ポートと第２排気ポートとの接続部を中心とした構造を概略的に示す概略図。
【図６】従来の内燃機関の排気通路構造について、第１排気ポート及び第４排気ポートの構造を概略的に示す概略図。
【図７】従来の内燃機関の排気通路構造について、第１排気ポート及び第４排気ポートの構造を概略的に示す概略図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図１〜図３を参照して、本発明を直列４気筒内燃機関の排気通路構造として具体化した一実施形態について説明する。
図１に示すように、シリンダヘッド１の内部には４つの気筒＃１〜＃４が直列にて形成されている。また、シリンダヘッド１の内部には各気筒＃１、＃４から外側端面１ａに向けて延びる排気ポート（第１排気ポート１０、第４排気ポート４０）が形成されている。また、これら排気ポート１０、４０の下流側には排気タービン過給機を構成するタービンが接続されている。
【００２１】
尚、第２気筒＃２及び第３気筒＃３からもそれぞれ排気ポートが延びているが、これらは先の図６、図７において説明した従来の排気ポートの構造と同一であることから図示及び説明を割愛する。
【００２２】
以降において、気筒＃１〜＃４の配列方向（図１における左右方向）を単に配列方向と略称し、同配列方向に対して直交する方向（図１における上下方向）を単に直交方向と略称する。
【００２３】
第１排気ポート１０は、第１気筒＃１に開口する２つの入口部１１ａ、１１ｂを有している。これら入口部１１ａ、１１ｂが周知の排気バルブによって開閉される。
第１排気ポート１０は、これら入口部１１ａ、１１ｂから直交方向に沿って外側端面１ａに向けて延びており、次に屈曲して第３気筒＃３に近接する方向に延びている。更に、第１排気ポート１０は第２気筒＃２と第３気筒＃３との間、より詳しくはこれらの中央位置にて屈曲し、次に直交方向に沿って外側端面１ａに向けて延びている。すなわち、第１排気ポート１０の出口部分は直線状に延びるストレート部１３とされている。第１排気ポート１０の出口部１５は外側端面１ａに開口している。
【００２４】
第４排気ポート４０は、第４気筒＃４に開口する２つの入口部４１ａ、４１ｂを有している。これら入口部４１ａ、４１ｂが周知の排気バルブによって開閉される。
第４排気ポート４０は、これら入口部４１ａ、４１ｂから直交方向に沿って外側端面１ａに向けて延びており、次に屈曲して第２気筒＃２に近接する方向に延びている。そして、第４排気ポート４０は第１排気ポート１０のストレート部１３に対して直交するように接続されている。
【００２５】
ここで、第１排気ポート１０は第４排気ポート４０よりも拡径されている。具体的には、第１排気ポート１０の内径が図６等に示した従来の第１排気ポート３１０の内径よりも大きくされる一方、第４排気ポート４０の内径が従来の第４排気ポート３４０の内径よりも小さくされている。
【００２６】
次に、図２及び図３を参照して、本実施形態の作用について説明する。
図２に示すように、第４排気ポート４０が第１排気ポート１０よりも縮径されており、しかも第１排気ポート１０に対して第４排気ポート４０がＴ字状をなすようにして接続されているため、第１排気ポート１０を介して排出される排気が第４排気ポート４０に回り込むことが抑制されるようになる。このため、図２に矢印にて示すように、各気筒＃１、＃４からの排気が第１排気ポート１０の出口部１５へ好適に排出されるようになる。
【００２７】
また、図３に矢印にて示すように、圧力脈動によって逆流する排気は優先的に第１排気ポート１０を流れるようになるため、逆流する排気が第４排気ポート４０に流入することが抑制されるようになる。このため、第４排気ポート４０の内圧の上昇が抑制されるようになり、第４気筒＃４の排気バルブに対して大きな背圧が作用することを抑制することができるようになる。このため、第１気筒＃１に対してのみ排気バルブが閉弁状態に保持されなくなることへの対策、例えばバルブスプリングの張力を増大させる等の対策を講じれば済む。
【００２８】
ところで、本実施形態では、第１排気ポート１０が従来に比べて拡径されているため、同第１排気ポート１０を介して流れる排気の流速が低下するようになる。そのため、第１排気ポート１０からシリンダヘッド１への熱伝達がされにくく、同第１排気ポート１０内の排気が冷却されにくくなる。その結果、第１排気ポート１０から排出される排気の温度が従来に比べて上昇し、高温の排気がタービンに導入されるようになることでタービンの耐熱性が問題となると懸念される。
【００２９】
しかしながら、本実施形態によれば、第４排気ポート４０が従来に比べて縮径されているため、第４排気ポート４０を介して流れる排気の流速が上昇するようになる。このため、第４排気ポート４０からシリンダヘッド１への熱伝達がされやすくなり、第４排気ポート４０内の排気が冷却されやすくなる。これにより、第１排気ポート１０から排出される排気の温度上昇分を第４排気ポート４０から排出される排気の温度低下分によって相殺することができるようになる。従って、高温の排気がタービンへ導入されることを回避することができるようになる。
【００３０】
尚、本実施形態における第１排気ポート１０が本発明に係る主ポートに相当する。また、本実施形態における第４排気ポート４０が本発明に係る副ポートに相当する。
以上説明した本実施形態に係る内燃機関の排気通路構造によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
【００３１】
（１）第１気筒＃１から延びる第１排気ポート１０と第４気筒＃４から延びる第４排気ポート４０とが互いに接続されている。具体的には、第１排気ポート１０は第４排気ポート４０よりも拡径されており且つ第１排気ポート１０の側方に第４排気ポート４０が接続されている。こうした構成によれば、第１気筒＃１及び第４気筒＃４からの排気を好適に排出させることができるとともに、排気バルブが閉弁状態に保持されなくなることへの対策を容易に行なうことができるようになる。
【００３２】
（２）第１排気ポート１０の出口部分は直線状に延びるストレート部１３とされている。また、第４排気ポート４０は第１排気ポート１０のストレート部１３に対して直交するように接続されている。こうした構成によれば、第１排気ポート１０に対して第４排気ポート４０がＴ字状をなすようにして接続されることとなる。このため、第１排気ポート１０を介して排出される排気が第４排気ポート４０に回り込むことが的確に抑制されるようになる。また、第１排気ポート１０の出口部１５から逆流する排気が第４排気ポート４０に流入することが的確に抑制されるようになる。
【００３３】
尚、本発明に係る内燃機関の排気通路構造は、上記実施形態にて例示した構成に限定されるものではなく、これを適宜変更した例えば次のような形態として実施することもできる。
【００３４】
・上記実施形態のように、第４排気ポート４０を第１排気ポート１０のストレート部１３に対して同第４排気ポート４０が直交するように接続することが、第４排気ポート４０への排気の回り込みや、逆流する排気の第４排気ポート４０への流入を的確に抑制する上では望ましい。しかしながら、本発明はこれに限られるものではなく、第４排気ポートが第１排気ポートのストレート部に対して傾斜して接続されるものとしてもよい。
【００３５】
・上記実施形態及びその変形例では、第１排気ポート１０の出口部分を直線状に延びるストレート部１３とした。しかしながら、こうしたストレート部は本発明において必須の構成ではない。他に例えば、第１排気ポートにおいて第４排気ポートが接続される部位よりも上流側から出口部までの部位が湾曲形状をなすものとしてもよい。
【００３６】
・図４に示すように、第４排気ポート１４０に対して絞り部１４５を形成するようにしてもよい。すなわち、絞り部１４５は、第４排気ポート１４０において第１排気ポート１１０に接続される接続部１４３に向けて先細状をなしており、第４排気ポート１４０において出口部１１５から離間する側の面が絞られることによって形成されている。この場合、第４排気ポート１４０の内圧が第１排気ポート１１０の内圧に対して一層高められるようになる。このため、これらポート１１０、１４０の圧力差によって、第１排気ポート１１０を介して排出される排気が第４排気ポート１４０に回り込むことが一層抑制されるようになる。また、圧力脈動によって逆流する排気が第４排気ポート１４０に流入することが一層抑制されるようになる。
【００３７】
また、絞り部の形状は図４において例示したものに限られるものではなく、図５に示す絞り部２４５を採用することもできる。この絞り部２４５も、上記絞り部１４５と同様にして、第４排気ポート２４０において第１排気ポート２１０に接続される接続部２４３に向けて先細状をなしている。ただし、この絞り部２４５では、第４排気ポート２４０において出口部２１５に近接する側の面が絞られている。
【００３８】
・上記実施形態及びその変形例では、第１気筒＃１の排気ポートと第４気筒＃４の排気ポートとが互いに接続される構成とした。これに代えて、第１気筒＃１の排気ポートと第３気筒＃３の排気ポートとが互いに接続されるものとするとともに、第２気筒＃２の排気ポートと第４気筒＃４の排気ポートとが互いに接続されるようにすることもできる。この場合、全ての気筒＃１〜＃４に対して本発明を適用すればよい。
【００３９】
・上記実施形態及びその変形例では、直列４気筒内燃機関の排気通路構造に対して本発明を適用したが、本発明はこれに限られるものではなく、他に例えば、直列６気筒内燃機関の排気通路構造やＶ型８気筒内燃機関の排気通路構造に対して本発明を適用するようにしてもよい。例えば直列６気筒内燃機関の排気通路構造に対して本発明を適用した場合には、第１気筒から延びる排気ポートを主通路とし、第４気筒から延びる排気ポートを副通路とすることができる。或いは、第１気筒から延びる排気ポートを主通路とし、第５気筒から延びる排気ポート、或いは第６気筒から延びる排気ポートを副通路とすることもできる。
【００４０】
・本発明に係る排気通路は排気ポートに限られるものではなく、排気マニホルドの支管に対して本発明を適用することもできる。この場合、排気マニホルドの複数の支管のうちの２つの支管が互いに接続される構成において、一方の支管を主支管とするとともに他方を副支管とするとき、同主支管が副支管よりも拡径されており且つ主支管の側方に副支管が接続されるものとすればよい。
【符号の説明】
【００４１】
１…シリンダヘッド、１ａ…外側端面、１０、１１０，２１０，３１０…第１排気ポート、１１ａ，１１ｂ…入口部、１３…ストレート部、１５，１１５，２１５…出口部、４０、１４０，２４０，３４０…第４排気ポート、４１ａ，４１ｂ…入口部、１４３，２４３…接続部、１４５，２４５…絞り部、３２０…第２排気ポート、３３０…第３排気ポート、＃１〜＃４…気筒。
【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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【図６】
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【図７】
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