JP2018159344A - Multi-cylinder internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本願発明は、排気ガス浄化装置を備えた多気筒内燃機関に関するものである。 The present invention relates to a multi-cylinder internal combustion engine equipped with an exhaust gas purification device.
内燃機関(ガソリン機関)では、排気ガスを浄化するため触媒方式の浄化装置が使用されている。触媒方式の浄化装置は、ある程度の温度に昇温しないと触媒が活性化しないという特性があるが、浄化装置はシリンダヘッドよりも下流側の部位に配置されているため、始動直後には、排気ガスの熱が排気通路を構成する部材に吸熱されてしまって、触媒を素早く昇温させ難いという問題がある。 In an internal combustion engine (gasoline engine), a catalytic purification device is used to purify exhaust gas. The catalytic purification device has a characteristic that the catalyst is not activated unless the temperature is raised to a certain temperature. However, since the purification device is disposed at a site downstream of the cylinder head, the exhaust gas is exhausted immediately after starting. There is a problem that it is difficult to quickly raise the temperature of the catalyst because the heat of the gas is absorbed by the members constituting the exhaust passage.
この点について特許文献1には、各気筒に対応した一対の排気ポートをそれぞれシリンダヘッドの排気側面に開口させて、シリンダヘッドに、各排気ポートに連通した枝管を有する排気マニホールドが固定されている内燃機関において、浄化装置を、排気マニホールドの下流側に設けた主触媒コンバータと、排気ポート又は排気マニホールドの枝管に配置したウォームアップ触媒コンバータとで構成して、一対の排気ポートのうち一方からは排気ガスが主触媒コンバータに流れて、他方からはウォームアップ触媒コンバータに流れるように構成し、始動時には排気ガスがウォームアップ触媒コンバータに流れて、主触媒コンバータが活性化温度まで昇温したら、排気ガスが主触媒コンバータに流れるように、排気弁の開閉を制御することが開示されている。
With respect to this point, in
特許文献1は、ウォームアップ触媒コンバータを使用して始動直後から排気ガスを適切に浄化できると云えるが、構造が著しく複雑であるためコストアップや機関の大型化は必至である。また、一対の排気ポートのうち片方しか使用しないため、シリンダヘッドが偏って昇温して大きな熱ひずみが発生する問題や、排気ガスの流れ抵抗が大きくて高出力を確保し難いといった問題も懸念される。このため、現実性は甚だ疑問である。
Although it can be said that
本願発明は、このような現状を改善すべく成されたものである。 The present invention has been made to improve the current situation.
本願発明の多気筒内燃機関は、シリンダヘッドと、前記シリンダヘッドの排気側面に接続した外部排気通路と、排気ガスの流路に設けた触媒方式の排気ガス浄化装置とを有している。 The multi-cylinder internal combustion engine of the present invention has a cylinder head, an external exhaust passage connected to the exhaust side of the cylinder head, and a catalytic exhaust gas purification device provided in the exhaust gas flow path.
そして、前記シリンダヘッドに、複数の気筒に対応してそれぞれ形成された排気ポートの群と、複数の排気ポートから排気ガスが流入する集合排気通路と、前記集合排気通路に連通して排気側面に開口した排気出口穴とが形成されており、前記排気出口穴に外部排気通路を接続している構成であって、前記排気ガス浄化装置は、前記外部排気通路の中途部に配置したメイン浄化ユニットと、少なくとも一部が前記シリンダヘッドの排気出口穴に納まるように配置された補助浄化ユニットとから成っている。 The cylinder head includes a group of exhaust ports respectively formed corresponding to a plurality of cylinders, a collective exhaust passage through which exhaust gas flows from the plurality of exhaust ports, and communicates with the collective exhaust passage on the exhaust side surface. An exhaust outlet hole that is open, and an external exhaust passage is connected to the exhaust outlet hole, wherein the exhaust gas purification device is disposed in a middle portion of the external exhaust passage. And an auxiliary purification unit arranged so that at least a part thereof is accommodated in the exhaust outlet hole of the cylinder head.
本願発明では、集合排気通路内蔵式のシリンダヘッドを対象にしており、複数の排気ポートから排出された排気ガスが排出される排気出口穴の箇所に補助浄化ユニットを配置するものであるため、構造は簡単であると共に制御は不要である。従って、コストを抑制できると共に、大型化も生じない。排気ガスは補助浄化ユニットでも浄化されるため、メイン浄化ユニットを小型化することも可能であり、この場合は、機関を全体としてコンパクト化できる。 The present invention is directed to a cylinder head with a built-in collective exhaust passage, and an auxiliary purification unit is disposed at an exhaust outlet hole through which exhaust gas discharged from a plurality of exhaust ports is discharged. Is simple and requires no control. Therefore, the cost can be suppressed and the size is not increased. Since the exhaust gas is also purified by the auxiliary purification unit, the main purification unit can be downsized. In this case, the engine can be made compact as a whole.
そして、排気出口穴には複数の排気ポートから最も高温の排気ガスがダイレクトにかつ間断無く流れ込むため、機関の始動と殆ど同時に補助浄化ユニットを活性化温度に昇温させて、始動直後から排気ガスを浄化できる。また、シリンダヘッドは蓄熱性が高いため、機関停止後に補助浄化ユニットをシリンダヘッドで保温しておくことも可能であり、例えば、数十分後に再始動するといった場合、補助浄化ユニットの早期活性化を更に迅速化できる。 Since the hottest exhaust gas flows directly into the exhaust outlet hole directly and without interruption, the auxiliary purification unit is heated to the activation temperature almost simultaneously with the start of the engine, and the exhaust gas is immediately after the start. Can be purified. In addition, since the cylinder head has a high heat storage property, it is possible to keep the auxiliary purification unit warm by the cylinder head after the engine stops. For example, when restarting after several tens of minutes, the auxiliary purification unit is activated early. Can be further speeded up.
更に、排気ガスの流れが補助浄化ユニットによって整流されて、排気ガスはいわば均一に攪拌された状態で外部排気通路に流入するため、メイン浄化ユニットの上流側に配置したセンサ(A/Fセンサー)による検知精度を向上できると共に、メイン浄化ユニットをまんべんなく使用して(排気ガスの片当たり現象を無くして)、耐久性を向上できる。 Further, since the flow of the exhaust gas is rectified by the auxiliary purification unit, and the exhaust gas flows into the external exhaust passage in a so-called uniform stirring state, a sensor (A / F sensor) arranged upstream of the main purification unit As well as improving the detection accuracy of the exhaust gas, it is possible to improve the durability by using the main purification unit evenly (eliminating the phenomenon of exhaust gas per side contact).
次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は3気筒の内燃機関に適用しており、そこで、図1,3に示すように、シリンタブロック1には3つのシリンダボア2が形成されて、シリンダヘッド3には、シリンダボア2と同心に3つのイグニッション装置挿入穴4が空いている。シリンダヘッド3には、複数の冷却水ジャケット5が形成されている。
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. This embodiment is applied to a three-cylinder internal combustion engine. Therefore, as shown in FIGS. 1 and 3, three
シリンダヘッド3には、シリンダボア2と同心で三角錐状の燃焼室6が形成されており、燃焼室6に、一対ずつの吸気ポート7の終端と排気ポート8の始端とが開口している。吸気ポート7は、それぞれ独立して、又は2本が1本に合流して吸気側面2aに開口しているが、図3のとおり、排気ポート8の群は、クランク軸線方向に長い1つの集合排気通路10に連通している。そして、集合排気通路10にはストレート状の1つの排気出口穴11が連通しており、排気出口穴11はシリンダヘッド3の排気側面2bに開口している。
The
排気出口穴11は集合排気通路10の前後中間部に配置されており、図1のとおり、側面視では小判形の形態になっている。シリンダヘッド3の排気側面2bには、触媒ケース13と上部排気管14とを一体化したマニバータ15が固定されている。上部排気管14の先端にはフランジ板16が固定されており、フランジ板16がガスケット(図示せず)を介して、排気側面2bにボルト17及びナット18で固定されている(頭付きボルトで固定してもよい。)。マニバータ15は、外部排気通路を構成している。
The
上部排気管14は横向きに突出から下向きに曲がっており、その下端に触媒ケース13が溶接やろう付けて固定されている。触媒ケース13は上下のコーン部13aを有しており、ストレート状部にメイン浄化ユニット(メイン触媒)19を配置している。また、上部のコーン部13aには、A/Fセンサ20を取付けている。
The
シリンダヘッド3の排気出口穴11には、平板状の補助浄化ユニット21を配置している。補助浄化ユニット21は、触媒を金属板製のリング枠22で保持した構成であり、排気出口穴11の奥端に位置したストッパー部23により、集合排気通路10の内部への移動が阻止されている。また、リング枠22の外端面には、上部排気管14の先端が当接又は近接している。従って、補助浄化ユニット21は、いずれの方向にも抜け不能に保持されている。なお、補助浄化ユニット21は、リング枠22を排気出口穴11に強制嵌合することによっても取付け可能である。
A flat
図3に符号24で示すのはヘッドボルト挿通穴であり、符号25で示すのは弁軸挿通穴である。シリンダヘッド3のうち集合排気通路10を設けた部分は、外側に膨れている。集合排気通路10は、排気出口穴11に近づくに従って燃焼室6から遠ざかるように、平面視で緩く湾曲している。
In FIG. 3,
以上の構成において、各排気ポート8から排出された排気ガスは、補助浄化ユニット21にダイレクトに当たる。このため、補助浄化ユニット21には、シリンダヘッド3で殆ど吸熱されていない高温のガスが間断なく当たる。このため、始動と殆ど同時に活性化温度に昇温して、始動直後から排気ガスを適切に浄化できる。
In the above configuration, the exhaust gas discharged from each
補助浄化ユニット21を通過した排気ガスは、上部排気管14から触媒ケース13に流れ込んで、メイン浄化ユニット19を昇温させていく。メイン浄化ユニット19の昇温も速やかに行われるので、排気ガスは、補助浄化ユニット21とメイン浄化ユニット19とのダブル作用で適切に浄化される。
The exhaust gas that has passed through the
そして、シリンダヘッド3は集合排気通路10を内蔵したタイプであるため、シリンダヘッド3の外部への放熱性は低くて、シリンダヘッド3自体が早期に昇温する。このため、冷間始動であっても、補助浄化ユニット21に当たる排気ガスは始動直後から高温に維持されている。従って、補助浄化ユニット21を始動と殆ど同時に活性化させて、排気ガスを始動直後から適切に浄化できる。
Since the
また、集合排気通路10を内蔵した構造を有効利用するものであるため、構造は簡単であり、コストを大幅に抑制できると共に、シリンダヘッド3が大型化するようなことはない。なお、補助浄化ユニット21は、排気ガスがスムースに通過する空隙率に形成されている。
Further, since the structure incorporating the
図4(A)に示す第2実施形態では、補助浄化ユニット21は、排気出口穴11と上部排気管14とに跨がって配置されている。このように、補助浄化ユニット21を上部排気管14まで延ばすと、体積を大きくして浄化性能を向上できる利点がある。
In the second embodiment shown in FIG. 4A, the
図4(B)に示す第3実施形態でも、補助浄化ユニット21は、排気出口穴11と上部排気管14とに跨がって配置されているが、この実施形態では、補助浄化ユニット21を、集合排気通路10に向けて凹むように湾曲させている。この実施形態では、補助浄化ユニット21への排気ガスの誘い込みが良好になるため、排気ガスの流れをスムース化できる利点がある。なお、本実施形態では、補助浄化ユニット21の下流側の後面も湾曲させているが、集合排気通路10に向いた前面のみを凹ませてもよい。
Also in the third embodiment shown in FIG. 4B, the
また、この実施形態では、上部排気管14を排気出口穴11の箇所まで延長して、上部排気管14に補助浄化ユニット21を固定している。従って、上部排気管14をシリンダ
ヘッド3に取り付けると、補助浄化ユニット21も自動的にセットされる。
Further, in this embodiment, the
本願発明は、上記の実施形態の他にも様々に具体化できる。例えば、2気筒の内燃機関にも適用できる。4気筒以上の内燃機関の場合、複数対の集合排気通路を設けて、各集合排気通路に複数対の排気ポートを連通させることも可能である。 The present invention can be embodied in various ways other than the above-described embodiment. For example, it can be applied to a two-cylinder internal combustion engine. In the case of an internal combustion engine having four or more cylinders, it is possible to provide a plurality of pairs of exhaust passages so that a plurality of pairs of exhaust ports communicate with each of the collective exhaust passages.
本願発明は、実際に内燃機関に具体化できる。従って、産業上利用できる。 The present invention can actually be embodied in an internal combustion engine. Therefore, it can be used industrially.
1 シリンダブロック
2 シリンダボア
2b 排気側面
3 シリンダヘッド
8 排気ポート
9 排気側面
10 集合排気通路
11 排気出口穴
13 触媒ケース
14 上部排気管
15 マニバータ
19 メイン浄化ユニット(メイン触媒)
21 補助浄化ユニット(補助触媒)
DESCRIPTION OF
21 Auxiliary purification unit (auxiliary catalyst)
Claims (1)
前記シリンダヘッドに、複数の気筒に対応してそれぞれ形成された排気ポートの群と、複数の排気ポートから排気ガスが流入する集合排気通路と、前記集合排気通路に連通して排気側面に開口した排気出口穴とが形成されており、前記排気出口穴に外部排気通路を接続している構成であって、
前記排気ガス浄化装置は、前記外部排気通路の中途部に配置したメイン浄化ユニットと、少なくとも一部が前記シリンダヘッドの排気出口穴に納まるように配置された補助浄化ユニットとから成っている、
多気筒内燃機関。 A cylinder head, an external exhaust passage connected to the exhaust side of the cylinder head, and a catalytic exhaust gas purification device provided in the exhaust gas flow path,
A group of exhaust ports respectively formed corresponding to a plurality of cylinders in the cylinder head, a collective exhaust passage through which exhaust gas flows from the plurality of exhaust ports, and an exhaust side opening that communicates with the collective exhaust passage. An exhaust outlet hole is formed, and an external exhaust passage is connected to the exhaust outlet hole,
The exhaust gas purification device is composed of a main purification unit disposed in the middle part of the external exhaust passage, and an auxiliary purification unit disposed so that at least a part thereof is accommodated in an exhaust outlet hole of the cylinder head.
Multi-cylinder internal combustion engine.
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| JP2017057794A JP2018159344A (en) | 2017-03-23 | 2017-03-23 | Multi-cylinder internal combustion engine |
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| JP2020118083A (en) * | 2019-01-23 | 2020-08-06 | スズキ株式会社 | Internal combustion engine for vehicles |
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2017
- 2017-03-23 JP JP2017057794A patent/JP2018159344A/en active Pending
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