JP2018159344A

JP2018159344A - 多気筒内燃機関

Info

Publication number: JP2018159344A
Application number: JP2017057794A
Authority: JP
Inventors: 和朗藤田; Kazuro Fujita
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2017-03-23
Filing date: 2017-03-23
Publication date: 2018-10-11

Abstract

【課題】始動直後から排気ガスを浄化できる内燃機関を、簡単な構造で提供する。
【解決手段】シリンダヘッド３には、各シリンダボア２に対応した複数対の排気ポート８と、各排気ポート８が連通した集合排気通路１０と、集合排気通路１０に流入した排気ガスを外部に排出する排気出口穴１１とが形成されており、排気出口穴１１に補助浄化ユニット２１を配置している。各排気ポート８に排出された排気ガスが、高温のままでダイレクトにかつ間断なく補助浄化ユニット２１に当たるため、排気ガスを始動直後から浄化できる。補助浄化ユニット２１を排気出口穴１１に配置するだけであるため、構造は簡単で大型化も生じない。
【選択図】図３

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。

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。

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。

特開平３−３３４１０号公報

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

第１実施形態の要部をクランク軸線と直交した方向から見た一部破断側面図である。図１のII-II 視断面図である。図２のIII-III 視断面図である。（Ａ）は第２実施形態の要部平断面図、（Ｂ）は第３実施形態の要部平断面図である。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）

Claims

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おり、
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。