JP2007285169A

JP2007285169A - 過給機付き内燃機関のシリンダヘッド構造

Info

Publication number: JP2007285169A
Application number: JP2006111567A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Inoue; 政広井上
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-04-14
Filing date: 2006-04-14
Publication date: 2007-11-01

Abstract

【課題】過給機付き内燃機関から出力されるトルクの変動を抑制する。
【解決手段】複数の気筒＃１〜＃４を備え、過給機の排気タービン１２の入口部をシリンダヘッド１に直接取り付けた過給機付き内燃機関であって、各気筒から排気タービンの入口部までの排気ポート１４〜１９の長さが各気筒毎に異なっている過給機付き内燃機関のシリンダヘッド構造において、各気筒から延びる排気ポートが排気タービンの入口部に開口する断面積が各気筒に対する背圧が各気筒毎に略等しくなる断面積とされている。
【選択図】図３

Description

本発明は、過給機付き内燃機関のシリンダヘッド構造に関する。

過給機付き内燃機関が特許文献１に記載されている。この内燃機関は、４つの気筒を有し、そのうちの３つの気筒にそれぞれ接続された排気管が１つの集合管に合流し、該集合管が下流において過給機の排気タービンの入口部のところで残りの１つの気筒に接続された排気管に合流している。

特開平１１−１３５５２号公報特開平１０−１６９４５６号公報特開平１０−４７０５３号公報

ところで、内燃機関をコンパクトにするために過給機の排気タービンの入口部を内燃機関の本体に直接取り付ける場合、各気筒から延びる排気ポートを排気タービンの入口部に直接接続しなければならない。ところが、この場合、シリンダヘッド内という限られた領域内で排気ポートを排気タービンの入口部に向かわせなければならないことから、各気筒から排気タービンの入口部までの排気ポートの長さが各気筒毎に異ならざるを得ない。そして、この場合、各気筒に対する背圧が各気筒毎に異なることになり、その結果、排気行程後に各気筒に残留する排気ガスの量が各気筒毎に異なり、したがって、各気筒における燃焼によって生成されるトルクが各気筒毎に異なることになる。そして、この場合、内燃機関から出力されるトルクに変動が生じてしまう。

そこで、本発明の目的は、過給機の排気タービンの入口部をシリンダヘッドに直接取り付けた内燃機関において、該内燃機関から出力されるトルクに変動が生じることを抑制することにある。

上記課題を解決するために、１番目の発明では、複数の気筒を備え、過給機の排気タービンの入口部をシリンダヘッドに直接取り付けた過給機付き内燃機関であって、各気筒から排気タービンの入口部までの排気ポートの長さが各気筒毎に異なっている過給機付き内燃機関のシリンダヘッド構造において、各気筒から延びる排気ポートが排気タービンの入口部に開口する断面積が各気筒に対する背圧が各気筒毎に略等しくなる断面積とされている。

２番目の発明では、１番目の発明において、少なくとも２つの気筒から延びる排気ポートが合流して１つの合流排気ポートとなり、別の少なくとも２つの気筒から延びる排気ポートが合流して１つの合流排気ポートとなり、これら合流排気ポートが排気タービンの入口部に開口する断面積が各気筒に対する背圧が各気筒毎に略等しくなる断面積とされている。

３番目の発明では、２番目の発明において、４つの気筒を略一直線上に並ぶように備え、最も外側にある２つの気筒から延びる排気ポートが合流して１つの合流排気ポートとなり、中間にある２つの気筒から延びる排気ポートが合流して１つの合流排気ポートとなり、これら合流排気ポートが排気タービンの入口部に開口する断面積が各気筒に対する背圧が各気筒毎に略等しくなる断面積とされている。

本発明によれば、排気行程後に各気筒に残留する排気ガスの量が各気筒毎に略等しくなるので、内燃機関から出力されるトルクに変動が生じることが抑制される。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明が適用されたシリンダヘッドを備えた内燃機関を示している。図１において、１は、内燃機関のシリンダヘッドを示している。シリンダヘッド１は、複数（図示した実施形態では、４つ）の気筒＃１〜＃４を有する。これら気筒は、一直線上に並ぶように配置されている。以下の説明では、端から順に、第１気筒、第２気筒、第３気筒、第４気筒と称する。各気筒は、それぞれ対応する吸気枝管２〜５を介してサージタンク６に接続されている。また、サージタンク６は、吸気管７を介して過給機８のコンプレッサ９の出口部に接続されている。吸気管７には、インタークーラ１０が配置されている。また、インタークーラ１０とサージタンク６との間の吸気管７には、スロットル弁１１が配置されている。

一方、各気筒＃１〜＃４は、それぞれ、排気ポート（詳細は後述する）を介して過給機８の排気タービン１２の入口部に接続されている。本実施形態では、排気タービン１２の入口部は、シリンダヘッド１に直接取り付けられている。また、排気タービン１２の出口部には、排気管１３が接続されている。

図２は、シリンダヘッド１内部に排気ポートを示している。図２において、（Ａ）は、シリンダヘッド１を上から見た図であり、（Ｂ）は、シリンダヘッド１を横から見た図である。図２に示されているように、各気筒＃１〜＃４には、それぞれ対応して、排気ポート１４〜１７が接続されている。そして、シリンダヘッド１内において、最も外側にある第１気筒＃１および第４気筒＃４にそれぞれ接続された排気ポート１４，１７同士がシリンダヘッド１内で合流して１つの排気ポート（以下「合流排気ポート」ともいう）１８となっている。一方、第１気筒＃１と第４気筒＃４との間にある第２気筒＃２および第３気筒＃３にそれぞれ接続された排気ポート１５，１６同士もシリンダヘッド１内で合流して１つの排気ポート（以下「合流排気ポート」ともいう）１９となっている。そして、これら２つの合流排気ポート１８，１９は、上下に並んだ形でシリンダヘッド１内で延在し、シリンダヘッド１の側壁面に開口する。こうしてシリンダヘッド１の側壁面に開口する各合流排気ポート１８，１９は、過給機８の排気タービン１２の入口部に接続される。

ところで、図２を参照すると分かるように、最も外側にある第１気筒＃１から排気タービン１２の入口部までの排気ポート１４，１８の長さと、最も外側にある第４気筒＃４から排気タービン１２の入口部までの排気ポート１７，１８の長さとは、略等しく、また、中間にある第２気筒＃２から排気タービン１２の入口部までの排気ポート１５，１９の長さと、中間にある第３気筒＃３から排気タービン１２の入口部までの排気ポート１６，１９の長さとは、略等しい。しかしながら、最も外側にある第１気筒＃１および第４気筒＃４から排気タービン１２の入口部までの排気ポート１４，１８および１７，１８の長さは、中間にある第２気筒＃２および第３気筒＃３から排気タービン１２の入口部までの排気ポート１５，１９および１６，１９の長さよりも長い。

したがって、第１気筒＃１および第４気筒＃４それぞれに対応する排気ポート１４，１８および１７，１８の流路断面積と第２気筒＃２および第３気筒＃３それぞれに対応する排気ポート１５，１９および１６，１９の流路断面積とが等しく、且つ、第１気筒＃１および第４気筒＃４に対応する排気ポート１８が排気タービン１２の入口部に開口する断面積と第２気筒＃２および第３気筒＃３に対応する排気ポート１９が排気タービン１２の入口部に開口する断面積とが等しい場合、第１気筒＃１および第４気筒＃４に対する背圧は、第２気筒＃２および第３気筒＃３に対する背圧よりも大きい。

そして、この場合、各気筒での排気行程後に各気筒に残留する排気ガスの量が気筒毎に異なることになる。すると、各気筒での排気行程の次の吸気行程において各気筒に吸入される空気の量が異なることになり、その結果、各気筒での燃焼により生成されるトルクが気筒毎に異なることになる。このため、内燃機関から出力されるトルクの変動が生じることになる。

ところが、本実施形態では、各気筒に対応する排気ポート１４〜１７の流路断面積を互いに等しくし、且つ、各気筒に対応する合流排気ポート１８，１９の流路断面積を互いに等しくしているが、図３に示されているように、第１気筒＃１および第４気筒＃４に対応する背圧と第２気筒＃２および第３気筒＃３に対応する背圧とが等しく或いは略等しくなるように、第１気筒＃１および第４気筒＃４に対応する合流排気ポート１８が排気タービン１２の入口部に開口する断面積を第２気筒＃２および第３気筒＃３に対応する合流排気ポート１９が排気タービン１２の入口部に開口する断面積よりも大きくしている。

これによれば、排気行程後に各気筒に残留する排気ガスの量が各気筒間で等しく或いは略等しくなるので、内燃機関から出力されるトルクの変動が抑制されることになる。

本発明が適用されたシリンダヘッドを備えた内燃機関を示す図である。（Ａ）は本発明が適用されたシリンダヘッドを上から見た図であり、（Ｂ）は本発明が適用されたシリンダヘッドを横から見た図である。本発明が適用された排気タービンの入口部に開口する合流排気ポートを示す図である。

符号の説明

１シリンダヘッド
＃１〜＃４気筒
２〜５吸気枝管
７吸気管
８過給機
９コンプレッサ
１２排気タービン
１４〜１７排気ポート
１８，１９合流排気ポート

Claims

複数の気筒を備え、過給機の排気タービンの入口部をシリンダヘッドに直接取り付けた過給機付き内燃機関であって、各気筒から排気タービンの入口部までの排気ポートの長さが各気筒毎に異なっている過給機付き内燃機関のシリンダヘッド構造において、各気筒から延びる排気ポートが排気タービンの入口部に開口する断面積が各気筒に対する背圧が各気筒毎に略等しくなる断面積とされていることを特徴とする過給機付き内燃機関のシリンダヘッド構造。
少なくとも２つの気筒から延びる排気ポートが合流して１つの合流排気ポートとなり、別の少なくとも２つの気筒から延びる排気ポートが合流して１つの合流排気ポートとなり、これら合流排気ポートが排気タービンの入口部に開口する断面積が各気筒に対する背圧が各気筒毎に略等しくなる断面積とされていることを特徴とする請求項１に記載の過給機付き内燃機関のシリンダヘッド構造。
４つの気筒を略一直線上に並ぶように備え、最も外側にある２つの気筒から延びる排気ポートが合流して１つの合流排気ポートとなり、中間にある２つの気筒から延びる排気ポートが合流して１つの合流排気ポートとなり、これら合流排気ポートが排気タービンの入口部に開口する断面積が各気筒に対する背圧が各気筒毎に略等しくなる断面積とされていることを特徴とする請求項２に記載の過給機付き内燃機関のシリンダヘッド構造。