JPH06185404A - 内燃機関の排気ポート構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】内燃機関の始動時における断熱性と、内燃機関
の連続駆動時における伝熱性との双方を確保し、排気ガ
スの過昇温を抑え、触媒や排気系部品の過熱、劣化の抑
制に有利な内燃機関の排気ポート構造を提供すること。 【構成】シリンダヘッド１の排気ポート１２には排気ラ
イナ３が嵌合されている。排気ライナ３は、筒状をなす
金属製のライナ本体３０と、ライナ本体３０の軸方向の
両端部に連設された薄肉状の支持部３３とをもつ。ライ
ナ本体３０の外周面３０ｃとポート内周面１２ａとの間
に、空気断熱層として機能する微小隙間５が生成されて
いる。内燃機関の連続駆動時には、半径方向におけるラ
イナ本体３０の熱膨張量が大きくなり微小隙間５は消失
し、外周面３０ｃがポート内周面１２ａに密着するの
で、熱伝達性が増し、排気ガスの温度低下が促進され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は内燃機関の排気ポート構
造に関する。本発明は排気ガス浄化用の触媒装置を排気
系に装備した内燃機関に適用できる。

【０００２】

【従来の技術】排気ガスの清浄化促進のため、内燃機関
の始動時における触媒装置の早期活性化が要請されてい
る。この要請を達成する技術の一つとして、内燃機関で
は、燃焼室に連通する排気ポートに保持される排気ライ
ナを用い、排気ライナの外周面と排気ポートのポート内
周面との間に空間、即ち、空気断熱層を積極的に生成す
る技術が開発されている。このものでは、空気断熱層の
断熱作用により、内燃機関の始動時における排気ガスの
温度降下を抑え、排気ガスによる触媒装置の早期暖機に
貢献でき、触媒装置の早期活性化に有利である。

【０００３】ところで、空気断熱層の厚みは、実開昭５
５−１４４８２８号公報に開示されている様に、排気ポ
ートの直径の（１／２）〜（１／３）程度と大きい。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記した構造では、内
燃機関の始動時における触媒装置の早期暖機を図り得る
ものの、暖機後には、排気ガスの必要以上の昇温、即
ち、排気ガスの過昇温を招く。そのため、内燃機関の連
続駆動時には触媒装置や排気系部品の過熱、劣化を招く
おそれがある。

【０００５】本発明は上記した実情に鑑みなされたもの
であり、その目的は、内燃機関の始動時における断熱性
と、内燃機関の連続駆動時における伝熱性との双方を確
保し、排気ガスの過昇温を抑え、触媒装置や排気系部品
の過熱、劣化の抑制に有利な内燃機関の排気ポート構造
を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の内燃機関の排気
ポート構造は、燃焼室に連通する排気ポートを形成する
ポート内周面を備えた内燃機関と、排気ポートにほぼ同
軸的に嵌合された排気ライナとで構成された内燃機関の
排気ポート構造において、排気ライナは、排気ガス通路
を備えた筒状をなす金属製のライナ本体と、ライナ本体
の軸方向の両端部に該ライナ本体よりも厚みを薄くして
連設された支持部とで構成され、ライナ本体の外周面と
ポート内周面との間に昇温に伴い実質的に消失可能な微
小隙間を生成したことを特徴とするものである。

【０００７】なお、排気ポートは通常、シリンダヘッド
に設けられている。

【０００８】

【作用】内燃機関の燃焼室から排出された高温の排気ガ
スは、排気ライナで形成された排気ガス通路を流れる。
ここで、内燃機関の始動時においては、ライナ本体の外
周面とポート内周面との間に微小隙間が生成され、微小
隙間が空気断熱層として機能するので、排気ガスの熱が
伝達されることは抑えられ、よって排気ガスの温度低下
は抑えられる。また、内燃機関の連続駆動時には、高温
の排気ガスに触れる排気ライナが高温となるので、半径
方向におけるライナ本体の熱膨張により、上記微小隙間
は実質的に消失する。従って、ライナ本体の外周面がポ
ート内周面に密着し、熱伝達性が増し、排気ガスの温度
低下が促進される。

【０００９】支持部の厚みはライナ本体よりも薄いの
で、支持部の撓み性は確保される。従って、半径方向に
おいてライナ本体及び支持部は相対変位可能である。よ
って、微小隙間の厚みに偏りが生じている場合でも、支
持部の撓みにより、その偏りに対応できる。

【００１０】

【実施例】本発明の第１実施例を図１及び図２を参照し
て説明する。内燃機関を構成するアルミ系合金で作製さ
れたシリンダヘッド１には、燃焼室１０に連通する排気
ポート１２が形成され、排気ポート１２はポート内周面
１２ａ、１２ｂ、１２ｃで形成されている。排気ポート
１２の入口側に排気バルブ１３が装備されている。

【００１１】排気ポート１２には排気ライナ３がほぼ同
軸的に嵌合されており、スペーサ１５、排気マニホール
ド１６を介して保持されている。排気ライナ３は、筒状
をなす金属製のライナ本体３０と、ライナ本体３０の軸
方向の両端部に連設された支持部３３とで構成されてい
る。支持部３３はポート内周面１２ｂで拘束されてい
る。ここで、支持部３３の厚みはライナ本体３０の厚み
よりも小さくされている。ライナ本体３０の内周面３０
ａで排気ガス通路３２が形成されており、燃焼室１０か
ら排出された排気ガスは、排気ガス通路３２から排気系
に流れる。

【００１２】排気ライナ３を排気ポート１２に保持した
状態では、ライナ本体３０の外周面３０ｃとポート内周
面１２ａとの間に、空気断熱層として機能する微小隙間
５が生成されている。この様に排気ライナ３を保持した
状態では、ライナ本体３０の軸方向の一方の端面３０ｈ
はシリンダヘッド１側の段面１ｈに対面し、他方の端面
３０ｉはスペーサ１５の端面１５ｉに対面している。

【００１３】内燃機関が始動していない状態では、微小
隙間５の厚みｔは０．１ｍｍ程度とされている。なお排
気ライナ３はステンレス鋼、炭素鋼系で形成できるが、
これに限定されるものではない。さて、内燃機関の始動
時においては、シリンダヘッド１や排気ライナ３の温度
は低いので、図１に示す様に微小隙間５が生成されてお
り、微小隙間５が前述した様に空気断熱層として機能す
るので、排気ライナ３とシリンダヘッド１との間の熱伝
達性は抑えられ、排気ガスの温度低下は抑えられる。よ
って、内燃機関の始動時において、排気ガスによる触媒
装置の早期暖機、早期活性化に有利である。

【００１４】また、内燃機関の連続駆動時には、高温の
排気ガスに直接触れるライナ本体３０が昇温するので、
半径方向におけるライナ本体３０の熱膨張量が大きくな
る。一方、内燃機関には冷却液通路が形成され、冷却液
通路を流れる冷却液により内燃機関は冷却されているの
で、連続駆動時におけるシリンダヘッド１の温度は排気
ライナ３に比較して低温であり、シリンダヘッド１の排
気ポート１２付近の熱膨張は少ない。そのため、微小隙
間５は実質的に消失する。この様に微小隙間５が消失し
た状態では、ライナ本体３０の外周面３０ｃがポート内
周面１２ａに密着するので、外周面３０ｃ及びポート内
周面１２ａとの間の熱伝達性が増し、排気ガスの温度低
下が促進される。よって、内燃機関の連続駆動時におけ
る触媒装置や排気系部品の過熱、劣化を抑え得る。

【００１５】なお、内燃機関の連続駆動時における排気
ライナ３とシリンダヘッド１との温度差は、一般的には
４００〜６３０°Ｃ程度と考えられており、この温度差
があれば、シリンダヘッド１が熱膨張係数が大きなアル
ミ系合金製であっても、微小隙間５は消失する。殊に、
内燃機関の高回転、高負荷時においては排気ガスの温度
が上昇するので、ライナ本体３０の外周面３０ｃがポー
ト内周面１２ａに確実に密着して熱伝達性が増し、排気
ガスの温度低下が促進される。

【００１６】本実施例では、支持部３３はライナ本体３
０よりも厚みが薄いので、図２から理解できる様に、支
持部３３の撓み性は確保される。従って、半径方向つま
り矢印Ｙ１、Ｙ２方向においてライナ本体３０は支持部
３３に対して相対変位可能である。なお、図２におい
て、支持部３３の撓み角度はθで例示されている。上記
した様に本実施例では、ライナ本体３０は矢印Ｙ１、Ｙ
２方向において支持部３３に対して相対変位可能のた
め、加工精度や温度分布等の影響で微小隙間５の厚みの
偏りが生じたとしても、その偏りに対応でき、従って、
ライナ本体３０の外周面３０ｃの全域がポート内周面１
２ａに密接することが可能となる。この意味でも、内燃
機関の連続駆動時における熱伝達性が良好に維持され
る。

【００１７】（他の例）図３及び図４は本発明の第２実
施例を示す。この例は前記した実施例と基本的に共通す
る構成であり、共通する作用効果を奏する。但し、この
例では支持部３３は舌片状とされ撓み性が一層確保され
ており、半径方向における支持部３３とライナ本体３０
との相対変位性が一層確保される。

【００１８】図５は本発明の第３実施例を示す。この例
は前記した実施例と基本的に共通する構成であり、共通
する作用効果を奏する。但し、この例ではライナ本体３
０の端面３０ｉとスペーサ１５の端面１５ｉとの間にバ
ネ部材６が介装されており、これのバネ力により、ライ
ナ本体３０の端面３０ｈはシリンダヘッド１の段面１ｈ
に付勢され、軸方向における『がた』が防止されてい
る。この例では、軸方向におけるライナ本体３０の熱膨
張は、バネ部材６の弾性収縮により吸収される。なおバ
ネ部材６の種類、バネ特性は適宜選択できる。

【００１９】図６は本発明の第４実施例を示す。この例
では排気ポート１２のポート内周面１２ａは鏡面状の研
磨面とされ、蝠射熱に対する熱反射率が増しており、微
小隙間５の生成時における断熱性は一層確保される。し
かも、研磨面のため、ライナ本体３０のポート内周面１
２ａへの密着性が確保される。その他、本発明は上記し
かつ図面に示した実施例のみに限定されるものではな
く、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施し得る
ものである。

【００２０】

【発明の効果】本発明構造によれば、内燃機関の始動時
においては微小隙間が生成されているので、断熱性が確
保され、排気ガスの温度低下を抑え得、触媒装置の早期
暖機に有利である。また、内燃機関の連続駆動時には微
小隙間が実質的に消失し、排気ライナのライナ本体の外
周面とポート内周面とが密着するので、熱伝達性は確保
される。よって、内燃機関の連続駆動時における排気ガ
スの温度低下を図り得、触媒装置や排気系部品の過熱、
劣化を抑え得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】排気ポートに排気ライナを保持した状態の断面
図である。

【図２】昇温に伴う排気ライナの熱膨張過程の要部を模
式的に示す断面図である。

【図３】第２実施例に係る排気ライナの断面図である。

【図４】同排気ライナの正面図である。

【図５】第３実施例に係る排気ポートに排気ライナを保
持した状態の断面図である。

【図６】第４実施例に係る微小隙間付近の部分断面図で
ある。

【符号の説明】

図中、１はシリンダブロック、１２は排気ポート、１２
ａはポート内周面、３は排気ライナ、３０はライナ本
体、３３は支持部、５は微小隙間を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】燃焼室に連通する排気ポートを形成するポ
   ート内周面を備えた内燃機関と、 該排気ポートにほぼ同軸的に嵌合された排気ライナとで
   構成された内燃機関の排気ポート構造において、 該排気ライナは、排気ガス通路を備えた筒状をなす金属
   製のライナ本体と、該ライナ本体の軸方向の両端部に該
   ライナ本体よりも厚みを薄くして連設された支持部とで
   構成され、該ライナ本体の外周面と該ポート内周面との
   間に昇温に伴い実質的に消失可能な微小隙間を生成した
   ことを特徴とする内燃機関の排気ポート構造。