JP2005147014A - 内燃機関の排気マニホールド - Google Patents

Abstract

【課題】 燃費の悪化を抑制し、且つ、負荷投入時間を短くすることができる内燃機関の排気マニホールドを提供することである。
【解決手段】 複数気筒を備えた過給機付きの内燃機関において、排気マニホールドの主管径をＤ、枝管径をｄ、排気弁シート径をｄｅ、主管と枝管の接続する部分の通路径をＤ_１、排気マニホールドの主管に対して枝管を滑らかに接続し、その接続部分の外周側の半径をＲ、内周側の半径をｒとすると、以下の式のうち、少なくとも１つを満たすようにした。
１．２≦（Ｄ／ｄ）^２≦２．５
０．８≦（ｄ／ｄｅ）^２≦１．２
０．７≦（Ｄ／Ｄ_１）^２≦１．４
１．７≦Ｒ／ｒ≦２．１
【選択図】図２

Description

本発明は、複数気筒を備えた過給機付きの内燃機関の排気マニホールドに関するものである。

過給機付きの内燃機関の排気マニホールドには、動圧過給方式のものと静圧過給方式のものとがある。前者は、タービンの入口部において排気パルスが大きくなるように設定し、この排気パルスで過給機を回転駆動させる方式であり、加速性は良いが定格馬力点での燃費が悪い。後者は、タービンの入口部において、排気パルスを静圧に変更するように設定することで過給機効率の高い部分を使用する方式で、定格馬力点での燃費が良いが加速性は前者と比較して劣る。両者ともに主管の径を小さく設定すると排気パルスは大きくなり、加速性を重視した設定となる。

負荷投入時間（立ち上がり時間）を長く設定すると燃費が良好になり、逆に、負荷投入時間を短く設定すると燃費が悪化することは、従来から周知である。図１は、主管径に対応する負荷投入時間と燃費の関係を示すグラフである。図１から、主管径を大きく設定すると燃費は良好になるが、立ち上がり時間（負荷投入時間）が長くなり、逆に、主管径を小さく設定すると燃費は悪化するが、負荷投入時間が短くなることがわかる。

従来の内燃機関では、負荷投入時間が時刻Ｂと不利になるが、燃費を良好にするため、静圧過給方式で主管径を大きく設定していた。
実用新案登録第２５６４１２６号

本発明では、燃費の悪化を抑制し、且つ、負荷投入時間を短くすることができる内燃機関の排気マニホールドを提供することを課題としている。

上記課題を解決するため請求項１の発明では、複数気筒を備えた過給機付きの内燃機関において、排気マニホールドの主管径をＤ、枝管径をｄとすると、 １．２≦（Ｄ／ｄ）^２≦２．５ の関係を満たすようにした。

請求項２の発明では、複数気筒を備えた過給機付きの内燃機関において、排気マニホールドの枝管径をｄ、排気弁シート径をｄｅとすると、 ０．８≦（ｄ／ｄｅ）^２≦１．２ の関係を満たすようにした。

請求項３の発明では、複数気筒を備えた過給機付きの内燃機関において、排気マニホールドの主管径をＤ、主管と枝管の接続する部分の通路径をＤ_１とすると、 ０．７≦（Ｄ／Ｄ_１）^２≦１．４ の関係を満たすようにした。

請求項４の発明では、複数気筒を備えた過給機付きの内燃機関において、排気マニホールドの主管に枝管が滑らかに接続されており、その接続する部分の外周側の半径Ｒと、内周側の半径ｒとが、 １．７≦Ｒ／ｒ≦２．１ の関係を満たすようにした。

請求項１の発明を実施すると、燃費を悪化させることなく負荷投入時間（立ち上がり時間）を短縮することができる。請求項２〜４の発明を実施しても、請求項１の発明と同様の効果を奏することができる。

図２は、本発明を実施した内燃機関の排気マニホールド１００の外観略図である。排気マニホールド１００は、主管１の側壁に枝管２の一端が接続されている。枝管２の他端は、気筒１０の排気ポート６に接続されている。排気ポート６には矢印方向に往復移動可能な排気弁５が設けてある。この排気弁５により排気ポート６は開閉可能となっている。排気マニホールド１００は、図３に示すように、主管１と各気筒１０ａ〜１０ｆの間をそれぞれ枝管２が接続する最もシンプルな形態となっている。

図２に示すように、ピストン４の直径であるボア径Ｄ_２に対応する適当な排気弁シート径ｄｅの寸法が、まず決定される。枝管径ｄは、排気弁シート径ｄｅから接続部径Ｄ_１に至るまで、寸法が急激に変化しないように設定する。

枝管２や接続部７の通路断面形状は、必ずしも円形であるとは限らない。円形でない場合には、同じ面積の円の直径に換算し、換算値をそれぞれ枝管径ｄ、接続部径Ｄ_１として適用する。

図５は、（主管径Ｄ／枝管径ｄ）^２の値に対する負荷投入時間と燃費の関係を示すグラフである。図５から、（主管径Ｄ／枝管径ｄ）^２の値の１．２〜２．５の範囲において、
燃費変化がほとんどなく、且つ、負荷投入時間が短くなっていることがわかる。

このとき設定した枝管径ｄから、次の式（１）を用いて主管径Ｄを決定する。
１．２≦（Ｄ／ｄ）^２≦２．５・・・・・・（１）

図１に示すように、負荷投入時間を時刻Ａに設定した場合と、時刻Ｂに設定した場合とでは、燃費は、（ａ−ｂ）分だけ微少的に悪化する（つまり、ほとんど悪化しない）が、負荷投入時間は（Ｂ−Ａ）早くすることができる。そこで（ａ−ｂ）の値が、予め設定した許容範囲内に収まるように時刻Ａを選定し、この時刻Ａに対応する主管径Ｄが、図１に示す関係から設定することが可能である。すなわち、燃費の悪化を抑制しながら、負荷投入時間を短くする主管径Ｄを設定することができる。

図６は、（枝管径ｄ／排気弁シート径ｄｅ）^２の値に対する負荷投入時間と燃費の変化を示すグラフである。図６から、（ｄ／ｄｅ）^２の値が０．８と１．２の間であれば、燃費がほとんど変化せず、負荷投入時間を短く設定することができるのがわかる。

したがって、枝管径ｄと排気弁シート径ｄｅは、次式（２）を満たすように設定する。
０．８≦（ｄ／ｄｅ）^２≦１．２・・・・・・（２）

図７は、（主管径Ｄ／接続部径Ｄ_１）^２の値に対する負荷投入時間と燃費の変化を示すグラフである。図７から（Ｄ／Ｄ_１）^２の値が０．７と１．４の間であれば、燃費がほとんど変化せず、負荷投入時間を短く設定することができるのがわかる。

したがって、主管径Ｄと接続部径Ｄ_１は、次式（３）を満たすように設定する。
０．７≦（Ｄ／Ｄ_１）^２≦１．４・・・・・・（３）
接続部７の通路断面形状が円形でない場合には、同じ面積の円の直径を接続部径Ｄ_１として適用する。

図８は、（外周半径Ｒ／内周半径ｒ）の値に対する負荷投入時間と燃費の関係を示すグラフである。図８に示す「外周半径Ｒ」と「内周半径ｒ」は、排気マニホールド１００の主管１に対する枝管２の接続角度の関係を示す断面略図である図４に具体的に示してある。

図８から、（外周半径Ｒ／内周半径ｒ）の値が、１．７と２．１の間では燃費の悪化を比較的良好に抑制しながら負荷投入時間を短く設定することができるのがわかる。
したがって、外周半径Ｒと内周半径ｒの値は、次式（４）を満たすように設定する。
１．７≦Ｒ／ｒ≦２．１・・・・・・（４）

排気マニホールド１００は、式（１）〜（４）を全て満たすことが好ましいが、いずれか一つでも満たせば、燃費を悪化させることなく従来の排気マニホールドよりも負荷投入時間を短く設定することができる。

主管径に対応する負荷投入時間と燃費の関係を示すグラフである。 本発明を実施する内燃機関の排気マニホールドの外観略図である。 各気筒と主管とを接続する枝管の形態を示す排気マニホールドの概略図である。 主管に対する枝管の接続角度の関係を示す断面略図である。 （主管径Ｄ／枝管径ｄ）^２の値に対する負荷投入時間と燃費の関係を示すグラフである。 （枝管径ｄ／排気弁シート径ｄｅ）^２の値に対する負荷投入時間と燃費とを示すグラフである。 （主管径Ｄ／接続部径Ｄ_１）^２の値に対する負荷投入時間と燃費の変化を示すグラフである。 （外周半径Ｒ／内周半径ｒ）の値に対する負荷投入時間と燃費の関係を示すグラフである。

符号の説明

１ 主管
２ 枝管
４ ピストン
５ 排気弁
６ 排気ポート
７ 接続部
１０ 気筒
１００ 排気マニホールド
ｄ 枝管径
ｄｅ 排気弁シート径
Ｄ 主管径
Ｄ_１ 接続部径
Ｄ_２ ボア径
ｒ 内周半径
Ｒ 外周半径

Claims (4)

1. 複数気筒を備えた過給機付きの内燃機関において、排気マニホールドの主管径をＤ、枝管径をｄとすると、
   １．２≦（Ｄ／ｄ）^２≦２．５
   の関係を満たすことを特徴とする内燃機関の排気マニホールド。
2. 複数気筒を備えた過給機付きの内燃機関において、排気マニホールドの枝管径をｄ、排気弁シート径をｄｅとすると、
   ０．８≦（ｄ／ｄｅ）^２≦１．２
   の関係を満たすことを特徴とする内燃機関の排気マニホールド。
3. 複数気筒を備えた過給機付きの内燃機関において、排気マニホールドの主管径をＤ、主管と枝管の接続する部分の通路径をＤ_１とすると、
   ０．７≦（Ｄ／Ｄ_１）^２≦１．４
   の関係を満たすことを特徴とする内燃機関の排気マニホールド。
4. 複数気筒を備えた過給機付きの内燃機関において、排気マニホールドの主管に枝管が滑らかに接続されており、その接続する部分の外周側の半径Ｒと、内周側の半径ｒとが、
   １．７≦Ｒ／ｒ≦２．１
   の関係を満たすことを特徴とする内燃機関の排気マニホールド。
   

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