JP2005009380A - Ｖ型エンジン - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、シリンダ軸線をオフセットする技術を活用して、各バンクから合流部へ至る排気管の等長化が図れるＶ型エンジンを提供する。
【解決手段】本発明のＶ型エンジンは、シリンダ本体９ａは、各バンク１７ａ，１７ｂをクランク軸１８の回転方向と同一方向Ａにオフセットした構成とし、このオフセットにより高くなったバンク１７ａ側に、各バンク１７ａ，１７ｂからの排気管２３ａ，２３ｂが合流する合流部２４を配置する構成として、オフセットで低くなったバンク１７ｂから遠い合流部２４へ向かう排気管２３ｂを、バンク高さが低くなる分、短く、反対にオフセットで高くなったバンク２３ａから近い合流部２５へ向かう排気管２３ａは、バンク高さが高くなる分、長くして、短い経路に配設される排気管２３ａに形成されるたわみ部分２６の曲りを少なくして、各排気管２３ａ，２３ｂが等長化されやすくした。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気管のレイアウトを考慮したＶ型エンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
乗用車（車両）では、多気筒のエンジンながら搭載性に富むために、限られたスペースのエンジンルームにＶ型エンジンを搭載することが行われている。
【０００３】
Ｖ型エンジンは、Ｖ字状のデッキシリンダ部をもつシリンダブロック、各デッキシリンダ部に搭載したシリンダヘッドなどから、Ｖ字状に突き出るバンクを形成した構造が用いられ、デッキシリンダ内に形成されているシリンダ内をピストンが往復動することで、吸気、圧縮、爆発、排気を繰り返す燃焼サイクルを形成して、得られる動力をクランク軸から出力させるようにしてある。
【０００４】
このＶ型エンジンは、一般に各バンクの外側に向く面にそれぞれ排気口部が形成されていて、バンク毎、排気口部に一対の排気管を接続させている。そして、各排気管の出口側は一つに合流させてあり、各バンクから排気された排気ガスが合流部から合流管を通じて、外部へ排気されるようにしてある。
【０００５】
こうした車両用のＶ型エンジンは、通常、車両のエンジンルーム内に横置き（主にＦＦ車の場合）や縦置き（主にＦＲ車）で搭載される。このため、各排気管の合流部は、エンジンの搭載上、バンクのある一方向に配置される傾向にある。例えば合流部は、ＦＦ車でエンジンが横置きに搭載される場合、車両後方へ排気ガスを排気させるために、車両後方のバンク側、具体的にはキャビンと近い地点のバンク側に配置される。またＦＲ車でエンジンが縦置きに搭載される場合、エンジン側から車両後方へ延びる伝達シャフトを避けるために、車幅方向に並ぶバンクのうち、片側にあるバンク側に配置される。
【０００６】
そのため、排気管の一方は、片側のバンクから遠い合流部へ向かうエンジンや伝達シャフトを越える経路に配設され、排気管の他方は、残るバンクから近い合流部へ向かう経路に配設される傾向にある。
【０００７】
ところで、Ｖ型エンジンは、音の乱れのない排気音を確保するなどため、各排気管の長さ、すなわち各バンクから合流部に至るまでの排気管長さを合わせることが求められている。
【０００８】
そのため、通常、バンクと合流路との間が短い経路に配設されている排気管には、遠い経路に配設されている排気管の長さと同等の長さ寸法が用いられ、この排気管を、バンクから合流路へ向かう経路上でたるませて（湾曲などによる）、バンクと合流部との間に配置させていた。
【０００９】
ところが、合流部から各バンクへ至る経路の長さは、かなり寸法的に差がある。この差が、排気管上でたわませる曲りを強いるために、両排気管の長さは合せにくいとされている。
【００１０】
一方、Ｖ型エンジンでは、コンパクト化を図るために、シリンダ軸線をクランク軸中心からオフセットさせる構造を用いることが行われている（例えば特許文献１を参照）。
【００１１】
【特許文献１】
特開平３−２８１９０１号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、同公報のオフセットしたエンジンは、エンジン全体の小型化を図る点に触れているだけで、排気管に関する技術は開示されていない。
【００１３】
そこで、本発明の目的は、シリンダ軸線をオフセットする技術を活用して、各バンクから合流部へ至る排気管の等長化が図れるＶ型エンジンを提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、前記目的を達成するために、シリンダ本体は、各バンクをクランク軸の回転方向と同一方向にオフセットした構成とし、このオフセットにより高くなった、クランク軸の中心を境としたバンク側に、各バンクからの排気管が合流する合流部を配置する構成を採用した。
【００１５】
同構成により、オフセットによって低くなったバンクから合流部へ向かう経路は、バンク高さが低くなる分、短く設定され、反対にオフセットによって高くなったバンクから合流部へ向かう経路は、バンク高さが高くなる分、長く設定され、各バンクから合流部までに配設される各排気管の等長化がしやすくなる。
【００１６】
請求項２に記載の発明は、上記目的に加え、さらに短くなった排気の経路を活用して早期に触媒が昇温するよう、排気管の合流部の下流側に触媒を配置して、各バンクから触媒までの距離を短くする設定を施した。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図１および図２に示す第１の実施形態にもとづいて説明する。
【００１８】
図１は、本発明を適用した乗用車（車両）、例えばＦＦ車（フロントエンジン・フロントドライブ）を示し、図中１は車体、２は同車体１を構成するキャビン、３はキャビン２の例えば前部に設けられたエンジンルーム、４はキャビン２とエンジンルーム３との間を区画するトーボードを示す。なお、５はキャビン２内に設置したインストルメントパネル、６はインストルメントパネル５から突き出たステアリングホイール、７はフロントシート、８はエンジンルーム３の上部開口を塞ぐエンジンフードを示している。
【００１９】
エンジンルーム３内には、エンジン、例えば走行用のＶ型エンジン９が横置きで搭載されている。
【００２０】
このＶ型エンジン９を説明すると、同エンジン９のエンジン本体９ａは、図２にも示されるように例えばＶ字状のシリンダブロック、具体的には共通なクランクケース部１０の上部に、シリンダ１１を所定のシリンダ列に振り分けたＶ字状のデッキシリンダ部１２を形成したシリンダブロック１３、各デッキシリンダ部１２毎に搭載されたシリンダヘッド１４、シリンダヘッド１４毎に搭載されたロッカカバー１５、クランクケース部１０の下部を覆うように装着されたオイルパン１６などといった部品を組み合わせて構成してある。そして、各デッキシリンダ部１２、シリンダヘッド１４、ロッカカバー１５の組み合わせから、Ｖの字状に突き出るバンク１７ａ，１７ｂを構成している。クランクケース部１０内には、シリンダ１１の軸線と直交するエンジン全長方向に沿って延びるクランク軸１８が回転自在に支持されている。このクランク軸１８の各部には、コンロッド１９を介して、各シリンダ１１にそれぞれ収めてあるピストン２０が回動自在に連結されている。また各シリンダヘッド１４には、シリンダ毎に例えば、吸・排気弁、吸・排気弁の動弁機構、点火プラグ、インジェクタ（いずれも図示しない）が組込まれていて、各部の動作、すなわちピストン、吸排気弁、点火プラグが所定のタイミングで動作することにより、吸気行程、圧縮行程、爆発行程、排気行程を繰り返す燃焼サイクルが行われるようにしてある。矢印Ａは、この運転時のクランク軸１８の回転方向を示す。このエンジン本体９ａが、エンジンルーム３内に横置き、すなわち上部の各バンク１７ａ，１７ｂが車体前後方向に配置され、下部のクランク軸１８が車幅方向に配置される搭載姿勢で、エンジンルーム３内に設置してある。また各バンク１７ａ，１７ｂの向き合う内側の側面に有るシリンダ毎の吸気口部（図示しない）には、吸気系を構成する吸気管部２１が接続され、吸気管部２１を通じて、各シリンダ１１へ燃焼空気が吸入されるようにしてある。各バンク１７ａ，１７ｂの外側の側面に有るシリンダ毎の排気口部１４ａには、排気系を構成する排気管部２２が接続されている。排気管部２２には、例えば入口側が各バンク１７ａ，１７ｂの排気口部１４ａに連通接続され、出口側が一つに合流する一対の排気管２３ａ，２３ｂと、同排気管２３ａ，２３ｂの合流部２４から延びる合流管２５（例えば１本）とをつないだ構成が用いられ、各バンク１７ａ，１７ｂから排気された排気ガスが排気管２３ａ，２３ｂ、合流管２５を通じて大気へ排出されるようにしている。
【００２１】
このＶ型エンジン９の各バンク１７ａ，１７ｂが、図２に示されるようにクランク軸１８の回転方向（矢印Ａ方向）と同じ方向にオフセットしてある。
【００２２】
この点を説明すれば、通常エンジン（各バンクがオフセットしていないＶ型エンジン）は、図２に示されるように各デッキシリンダ部１２（バンク１７ａ，１７ｂ）におけるシリンダ１１の軸線Ｌ１が、クランク軸１８の軸中心Ｏを通る位置にある。図２中の二点鎖線は、このときのバンク１７ａ，１７ｂの外形を示している。オフセットしたＶ型エンジン９は、そのクランク軸１８の軸中心Ｏからシリンダブロック１３のデッキ面までの長さで表わされるデッキ高さＨを保ったまま、各デッキシリンダ部１２（バンク１７ａ，１７ｂ）の軸線Ｌ１をクランク軸１８の軸中心Ｏに対してクランク軸１７の回転方向、ここでは車体後方から車体前方へ向かう矢印Ａ方向（時計回り）と同じ方向へ、矢印Ｂのようにオフセット地点となる軸線Ｌ位置まで平行移動させることによって、各デッキシリンダ１２（バンク１７ａ，１７ｂ）をそのまま（バンク角を保ったまま）クランク軸１８の回転方向と同方向へずらしてある（オフセット）。δはそのときのオフセット量を示している。なお、本実施形態においては、バンク１７ａを構成する複数のシリンダ１１の各軸線Ｌは、クランク軸１８の軸中心Ｏに平行な仮想平面内に存在する。バンク１７ｂを構成する複数のシリンダ１１に各軸線Ｌについても、クランク軸１８の軸中心Ｏに平行な別の仮想平面内に存在する。また、両バンクのデッキ高さＨは等しく設定されている。
【００２３】
このオフセットにより、クランク回転方向Ａの前側のデッキシリンダ部１２（バンク１７ｂ側）は、通常エンジンのときよりもＣ１だけ鉛直方向高さ寸法が低く、後ろ側のデッキシリンダ部１２（バンク１７ａ側）は、通常エンジンのときよりもＣ２だけ鉛直方向高さ寸法が高くなる。なお、Ｃ１およびＣ２はそれぞれＳＩＮ（θ／２）×δを用いれば求まる。但し、θはバンク角を示す。具体的には、例えばバンク角θを６０°とすると、大まかにはオフセット量δと等しい値でデッキシリンダ部１２の鉛直方向高さが変化する。
【００２４】
このバンク１７ａ，１７ｂの位置を利用して、図１に示されるように排気管部２２が組付けてある。
【００２５】
すなわち、排気管部２２は、オフセットによって高さ寸法が高くなったバンク側、ここでは図１に示されるようにクランク軸１８の軸中心Ｏを境とした各バンク１７ａ，１７ｂが有るＢ１，Ｂ２の方向のうち、バンク１７ａが有るＢ１方向側（車体後方側）に合流部２４を配置する。例えば合流部２４は、Ｂ１方向側のオイルパン１６と近いエンジン本体９ａの下方の地点に配置してある。そして、この合流部２４からオフセットによって高さ寸法が低くなったバンク１７ｂの排気口部１４ａまでの間に排気管２３ｂを組み付け、合流部２４からオフセットによって高さ寸法が高くなったバンク１７ａの排気口部１４ａまでの間に排気管２３ａを組み付けてある。具体的には、排気管２３ｂは、バンク１７ｂから、Ｖ型エンジン９の下側を通過して、該バンク１７ｂから遠く離れた合流部２４へ向かう経路に沿って配設される。反対側の排気管２３ａは、排気管２３ｂと同等の長さで、バンク１７ａから、該バンク１７ａから近くの合流部２４へ向かう経路に沿って、途中をたわませながら（蛇行させながら）配設される。そして、合流部２４から下流の合流管部分に触媒２７を設けている。なお、排気管２３ａと排気管２３ｂが同等の長さであるということは、音の乱れが生じない排気音を確保するのに必要な程度に排気管２３ａと排気管２３ｂの長さが等しいことを指す。
【００２６】
このとき、バンク１７ｂ（低バンク側）から合流部２４へ向かう長い経路は、バンク１７ｂの高さが低くなった分、通常エンジンのときよりも短く設定され、反対側のバンク１７ａ（高バンク側）から合流部２４へ向かう短い経路は、バンク１７ａの高さが高くなった分、通常エンジンのときよりも長く設定される。つまり、排気管２３ａ，２３ｂが通る各経路の長さ寸法の差が小さくなる。
【００２７】
このことは、排気管２３ａ長さの基準となる排気管２３ｂの長さＸは、バンク高さが低くなった分、短く設定される。また排気管２３ａ自身の長さＹは、バンク高さが高くなった分、長く設定される。これにより、等長化のためにたわませている排気管２３ａの蛇行部分２６の曲りを少なくすむ。つまり、等長化の障害となっている曲り部分が低減され、両排気管２３ａ，２３ｂの長さ寸法が合わせやすくなる。
【００２８】
したがって、両排気管２３ａ，２３ｂの等長化を図ることができる。しかも、排気管２３ｂの長さが短くなるうえ、排気管２３ａの蛇行部分２６の曲りが少なくなるので、排気ガスが通過する際の圧力損失は低減され、エンジン性能の向上が図れる。また排気管２３ｂが短くてすむから、排気系がコンパクトにエンジン本体９ａに組み付き、Ｖ型エンジン９のコンパクト化が図れる。
【００２９】
また、シリンダ１１はクランク軸１８の回転方向（矢印Ａ方向）と同一方向にオフセットされているため、ピストン２０が爆発行程において受けるスラスト力が軽減されるという公知の効果も得られる。
【００３０】
そのうえ、排気ガスを浄化する触媒２７は、合流部２４の下流側に設けられることにより、全長が短くなった排気管２３ａ，２３ｂを活用して、各バンク１７ａ，１７ｂから触媒２７までの距離を短く設定でき、排気ガスが高温のまま触媒２７に導入されるので、始動時などで触媒２７の早期昇温が実現できる（速やかに触媒２７を活性させるため）。
【００３１】
図３は本発明の第２の実施形態を示す。
【００３２】
本実施形態は、第１の実施形態の変形例で、同例は例えばＦＲ車（フロントエンジン・リアドライブ）のエンジンルーム３に、Ｖ型エンジン９が縦置き、すなわち上部の各バンク１７ａ，１７ｂが車幅方向に配置され、下部のクランク軸１８が車体前後方向に配置される搭載姿勢で設置した例を示している。図３（ａ）は車両にＶ型エンジン９を縦置き搭載した平面図を示し、図３（ｂ）は同じく正面図を示している。
【００３３】
本実施形態は、エンジン本体９ａのクランク軸１８の軸中心Ｏを境とした各バンク１７ａ，１７ｂが有るＢ１，Ｂ２の方向のうち、オフセットによって高さ寸法が高くなったバンク側、例えば車幅方向正面視左側に配置されているバンク１７ａ側に、合流部２４を配置しておき、この合流部２４から、例えばエンジン本体９から延びる機器、例えばトランスミッション３０、伝達シャフト３１の下側を通して、高さ寸法が低くなったバンク１７ｂまでの間に排気管２３ｂを組み付け、反対の高さ寸法が高くなったバンク１７ａまでの間に、排気管２３ｂと同等長さの排気管２３ａを、途中をたませながら（蛇行させながら）組み付けようにしたものである。
【００３４】
こうした縦置きされるＶ型エンジン９でも、第１の実施形態と同様、等長化の設定で障害となっている排気管２３ａの蛇行部分２６（たわませた部分）の曲りが少なくでき、両排気管２３ａ，２３ｂの等長化を図ることができるといった効果を奏する。
【００３５】
但し、第２の実施形態において、第１の実施形態と同じ部分には同一符号を附してその説明を省略した。
【００３６】
なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施しても構わない。例えば上述の実施形態は、左右のバンク共、同オフセット量でオフセットしたが、エンジン性能に影響を与えない範囲内で、双方のオフセット量を異ならせても構わない。また上述の実施形態は、排気系の合流部をエンジン本体の側方、エンジン本体の後方に配置した例を挙げているが、要はクランク軸の中心を境に高いバンク側に合流部を配置した排気管構造であればよい。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１に記載の発明によれば、各バンクから合流部までの経路長さの差を低減することができ、短い経路に配設されている排気管において、長さ調整のために、たまわせている曲りを少なくできる。
【００３８】
それ故、各バンクから合流部に至る両排気管の長さ寸法を合わせやすくでき、両排気管の等長化を図ることができる。しかも、排気管における圧力損失を低減できるうえ、排気系をコンパクトに組み付けることができるといった効果を奏する。
【００３９】
請求項２に記載の発明によれば、さらに全長が短くなった排気管を活用して、触媒の早期昇温ができるといった効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るＶ型エンジンを、そのエンジンを横置きに搭載した車両とともに示す側断面図。
【図２】そのＶ型エンジンの主要部を、各バンクにおけるシリンダ軸線のオフセットの仕方と共に説明する断面図。
【図３】（ａ）は、本発明の第２の実施形態に係るＶ型エンジンを、そのエンジンを縦置きに搭載した車両とともに示す平断面図。
（ｂ）は同じく正断面図。
【符号の説明】
９…Ｖ型エンジン、９ａ…エンジン本体、１１…シリンダ、１４ａ…排気口部、１７ａ，１７ｂ…バンク、１８…クランク軸、２３ａ，２３ｂ…排気管、２４…合流部、２５…合流管、２７…触媒、Ｌ…シリンダの軸線、Ｏ…クランク軸の軸中心。

Claims (2)

1. シリンダの振り分けによってＶ字状に突き出るバンクが形成されたエンジン本体を有し、同エンジン本体に、入口側が前記各バンクの排気口部にそれぞれ接続され、出口側が合流する一対の排気管を組み付けて構成されるＶ型エンジンであって、
   前記エンジン本体は、各バンクをクランク軸の回転方向と同一方向にオフセットして構成され、
   前記クランク軸の中心を境とした前記オフセットにより高くなったバンク側に、前記排気管の合流部を配置する
   ことを特徴とするＶ型シリンダ。
2. 前記排気管の合流部の下流側には、触媒が設けられることを特徴とする請求項１に記載のＶ型エンジン。

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