JP5962458B2 - 多気筒内燃機関 - Google Patents

Description

本発明は、多気筒内燃機関に関する。

特許文献１に示される多気筒内燃機関では、一つの気筒につき複数の排気ポートが形成される一列に配置された複数の気筒が設けられており、それら複数の気筒における各排気ポート毎にそれぞれ排気バルブが設けられている。そして、上記複数の気筒における上記複数の排気ポートは下流で集合している。また、多気筒内燃機関としては、例えば特許文献２に示されるように、複数の気筒毎に複数の排気バルブのうちの一つを休止させる弁休止機構を設けたものも提案されている。

特開２００９−７９５５２公報 特開２０１０−２０３４１２公報

ところで、上記多気筒内燃機関においては、複数の気筒における各排気ポートを流れる排気の流量にばらつきが生じることは避けられない。これは、各排気ポートはそれぞれ集合部分までの距離や曲率が異なっており、そうした距離や曲率の違いに起因して各排気ポートでの圧力損失が異なるためである。

詳しくは、各排気ポートのうち、一列に配置された複数の気筒における列の端に位置する気筒の排気バルブに対応する排気ポートであって、上記複数の気筒の並ぶ方向について最も外側に位置する排気バルブに対応する排気ポートでは、他の排気ポートと比べて集合部分までの距離が長くなるとともに集合部分までの曲率が大きくなる。このように距離が長くなったり曲率が大きくなったりすると、排気ポートの圧力損失が大きくなって同排気ポートを排気が通りにくくなり、その排気ポートでの排気の残留が多くなる。一方、上記最も外側に位置する排気バルブに対応する排気ポートで排気が通りにくくなると、その排気ポートと同じ気筒における圧力損失の小さい他の排気ポートでは排気が多量に通過する。以上により、多気筒内燃機関において、各排気バルブにそれぞれ対応する排気ポートを流れる排気の流量にばらつきが生じる。

本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、各排気ポートを流れる排気の流量にばらつきが生じることを抑制できる多気筒内燃機関を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
上記課題を解決する多気筒内燃機関は、一つの気筒につき複数の排気ポートが形成される一列に配置された複数の気筒と、それら複数の気筒における複数の排気ポート毎にそれぞれ設けられる複数の排気バルブと、上記複数の気筒毎に上記複数の排気バルブのうちの一つを休止させる弁休止機構とを備える。そして、上記一列に配置された複数の気筒のうち列の一方の端に位置する気筒における複数の排気ポートが下流で集合するとともに、他方の端に位置する気筒における複数の排気ポートが下流で集合し、上記一方の端に位置する気筒における集合後の複数の排気ポートと上記他方の端に位置する気筒における集合後の複数の排気ポートとが更に下流で集合する。更に、弁休止機構は、上記一列に配置された複数の気筒のうち列の上記一方の端に位置する気筒及び上記他方の端に位置する気筒では、上記複数の気筒の並ぶ方向について最も外側に位置する排気バルブを休止させる。ここで、各排気ポートのうち、上記最も外側に位置する排気バルブに対応する排気ポートでは、他の排気ポートと比べて集合部分までの長さが長くなるとともに集合部分までの曲率が大きくなる。このため、上記最も外側に位置する排気バルブに対応する排気ポートでは排気が通りにくくなって同排気の流量が少なくなる一方、その排気ポートと同じ気筒における他の排気ポートでは多量の排気が通過するようになって同排気の流量が多くなることから、各排気ポートを流れる排気の流量にばらつきが生じるおそれがある。しかし、弁休止機構の動作により、複数の気筒毎に上記複数の排気バルブのうちの一つを休止させるときには、上記一列に配置された複数の気筒のうち列の上記一方の端に位置する気筒及び上記他方の端に位置する気筒では上記最も外側に位置する排気バルブが休止する。このため、上記最も外側に位置する排気バルブに対応する排気ポートに排気が流れなくなり、その排気ポートに排気が流れることに起因して多気筒内燃機関の各排気ポートを流れる排気の流量にばらつきが生じることを抑制できる。

上記多気筒内燃機関において、一列に配置された複数の気筒のうち列の上記一方の端に位置する気筒及び上記他方の端に位置する気筒では、複数の気筒の並ぶ方向について最も外側に位置する排気バルブに対応する排気ポートが、その排気ポートと同じ気筒における他の排気ポートよりも大径に形成されている。これにより弁休止機構の動作による排気バルブの休止が行われていないとき、上記最も外側に位置する排気バルブに対応する排気ポートで排気が流れにくくなって同排気の流量が少なくなることを抑制できる。更に、上記最も外側に位置する排気バルブに対応する排気ポートを流れる排気の流量が少なくなることに起因して、その排気ポートと同じ気筒における他の排気ポートを多量の排気が流れ、それによって同排気の流量が多くなることも抑制できるようになる。従って、弁休止機構の動作による排気バルブの休止が行われていないときにも、多気筒内燃機関の各排気ポートを流れる排気の流量のばらつきを抑制することができる。

多気筒内燃機関における排気バルブ周りの構造を示す略図。 多気筒内燃機関における排気ポートの構造を示す略図。 排気ポートにおける燃焼室から集合部分に向けた距離の変化に対する断面積の変化を示すグラフ。 （ａ）及び（ｂ）は、排気バルブ及びバルブシートの温度を示すグラフ。

以下、多気筒内燃機関の一実施形態について、図１〜図４を参照して説明する。
図１は、直列四気筒の多気筒内燃機関における排気バルブ周りの構造を示している。この多気筒内燃機関では、一列に配置された四つの気筒＃１〜＃４にそれぞれ複数（この例では一つの気筒につき二つ）の排気ポート３ａ，３ｂが形成されている。それら排気ポート３ａ，３ｂはそれぞれ、対応する気筒の燃焼室２に接続されている。また、各気筒＃１〜＃４の各排気ポート３ａ，３ｂにはそれぞれ排気バルブ１ａ，１ｂが設けられている。排気バルブ１ａに対応する排気ポート３ａと燃焼室２との間は、その排気バルブ１ａの開閉動作を通じて連通・遮断される。また、排気バルブ１ｂに対応する排気ポート３ｂと燃焼室２との間は、その排気バルブ１ｂの開閉動作を通じて連通・遮断される。上記排気バルブ１ａ，１ｂの開閉動作は、それら排気バルブ１ａ，１ｂを閉弁方向に付勢するバルブスプリング４ａ，４ｂの弾性力と、多気筒内燃機関における排気カムシャフト５の回転時に排気バルブ１ａ，１ｂに対し開弁方向に付与される排気カム６による押圧力とに基づいて実現される。すなわち、排気カム６による上記押圧力がバルブスプリング４ａ，４ｂによる上記付勢力よりも小さいときには排気バルブ１ａ，１ｂが閉弁状態とされる一方、上記押圧力が上記付勢力よりも大きいときには排気バルブ１ａ，１ｂが開弁される。

排気バルブ１ａ，１ｂを開閉動作させるための上記排気カム６は、排気カムシャフト５における各気筒＃１〜＃４に対応する位置にそれぞれ固定されている。これら排気カム６と各気筒＃１〜＃４の排気バルブ１ａ，１ｂとの間にはそれぞれ弁休止機構７が設けられている。同弁休止機構７は、排気カムシャフト５の回転時に排気カム６による押圧力を受け、その押圧力を排気バルブ１ａと排気バルブ１ｂとの一方もしくは両方に伝達する。弁休止機構７は、その動作モードを上記排気カム６による押圧力を排気バルブ１ａと排気バルブ１ｂとの両方に伝達する両弁動作モードと、上記排気カム６による押圧力を排気バルブ１ａと排気バルブ１ｂとの一方に伝達する片弁休止モードとの間で切り換え可能となっている。また、各気筒＃１〜＃４の弁休止機構７は、コントロールシャフト８によって互いに繋がっている。そして、コントロールシャフト８をアクチュエータ９を通じて動作させることにより、各気筒＃１〜＃４の弁休止機構７全ての動作モードが両弁動作モードと片弁休止モードとの間で一体的に切り換えられる。

図２に示すように、多気筒内燃機関では、気筒＃１の排気ポート３ａと排気ポート３ｂとが下流で集合するとともに、気筒＃４の排気ポート３ａと排気ポート３ｂとが下流で集合している。そして、気筒＃１における集合後の排気ポート３ａ，３ｂと気筒＃４における集合後の排気ポート３ａ，３ｂとは更に下流（位置Ｐ１）で集合している。なお、位置Ｐ１は、各気筒＃１〜＃４の並ぶ方向においての気筒＃１〜＃４の中央、すなわち気筒＃２と気筒＃３との間に対応する部分に設定されている。一方、多気筒内燃機関では、気筒＃２の排気ポート３ａと排気ポート３ｂとが下流で集合するとともに、気筒＃３の排気ポート３ａと排気ポート３ｂとが下流で集合している。そして、気筒＃２における集合後の排気ポート３ａ，３ｂと気筒＃３における集合後の排気ポート３ａ，３ｂとは更に下流（位置Ｐ２）で集合している。なお、位置Ｐ２は、各気筒＃１〜＃４の並ぶ方向においての気筒＃１〜＃４の中央、すなわち気筒＃２と気筒＃３との間に対応する部分に設定されている。

ところで、一列に配置された各気筒＃１〜＃４において、列の端に位置する気筒＃１，＃４の排気ポート３ａ，３ｂであって、上記気筒＃１〜＃４の並ぶ方向について最も外側に位置する排気ポートでは、他の排気ポートよりも排気の流量が少なくなる傾向がある。詳しくは、気筒＃１の排気ポート３ａ及び気筒＃４の排気ポート３ｂでは、他の排気ポート３ａ，３ｂよりも排気の流量が少なくなる傾向がある。これは、気筒＃１の排気ポート３ａ及び気筒＃４の排気ポート３ｂでは、他の排気ポート３ａ，３ｂよりも、燃焼室２から集合部分（位置Ｐ１もしくは位置Ｐ２）までの距離が長くなるとともに、燃焼室２から集合部分（位置Ｐ１もしくは位置Ｐ２）までの部分での曲率が大きくなるためである。このように上記距離が長くなるとともに上記曲率が大きくなると、排気ポート３ａ，３ｂの圧力損失が大きくなって同排気ポート３ａ，３ｂを排気が通りにくくなる。その結果、同排気ポート３ａ，３ｂでの排気の排出性能が悪化して排気の残留が多くなる。また、気筒＃１の排気ポート３ａ及び気筒＃４の排気ポート３ｂで排気が通りにくくなると、気筒＃１，＃４における圧力損失の小さい他の排気ポート３ａ，３ｂ、すなわち気筒＃１の排気ポート３ｂ及び気筒＃４の排気ポート３ａでは排気が多量に通過するようになる。以上により、各気筒＃１〜＃４の排気ポート３ａ，３ｂを流れる排気の流量にばらつきが生じる。なお、上述したように気筒＃１の排気ポート３ｂ及び気筒＃４の排気ポート３ａで排気が多量に通過すると、気筒＃１の排気ポート３ｂに対応する排気バルブ１ｂ及びバルブシート、並びに、気筒＃４の排気ポート３ａに対応する排気バルブ１ａ及びバルブシートが上記多量の排気により過剰に加熱される。

上述した各気筒＃１〜＃４の排気ポート３ａ，３ｂを流れる排気の流量にばらつきが生じるという問題に対処するため、本実施形態の多気筒内燃機関では、弁休止機構７が次のように設けられている。すなわち、図１に示す各気筒＃１〜＃４に対応する弁休止機構７のうち、気筒＃１に対応する弁休止機構７では片弁休止モードのときに排気バルブ１ａの動作を休止させるものとし、気筒＃４に対応する弁休止機構７では片弁休止モードのときに排気バルブ１ｂの動作を休止させるものとする。なお、各気筒＃１〜＃４に対応する弁休止機構７のうち、気筒＃２に及び気筒＃３に対応する弁休止機構７は、片弁休止モードのときに排気バルブ１ａと排気バルブ１ｂとのいずれか一方の動作を休止させるものとする。

更に、図２に示すように、各気筒＃１〜＃４のうち、気筒＃１の排気ポート３ａを気筒＃１の排気ポート３ｂよりも大径に形成するとともに、気筒＃４の排気ポート３ｂを気筒＃４の排気ポート３ａよりも大径に形成する。なお、気筒＃２，＃３の排気ポート３ａ，３ｂについては、互いに同径であって且つ気筒＃１の排気ポート３ａ及び気筒＃４の排気ポート３ｂよりも小径、例えば気筒＃１の排気ポート３ｂ及び気筒＃４の排気ポート３ａと同径に形成することが考えられる。ちなみに、図３において、実線は気筒＃１の排気ポート３ａ及び気筒＃４の排気ポート３ｂにおける燃焼室２から位置Ｐ１に向けた距離の変化に対する断面積の変化を示しており、二点鎖線は気筒＃１の排気ポート３ｂ及び気筒＃４の排気ポート３ａにおける燃焼室２から位置Ｐ１に向けた距離の変化に対する断面積の変化を示している。

次に、多気筒内燃機関の作用について説明する。
アクチュエータ９による各気筒＃１〜＃４に対応する弁休止機構７の片弁休止モードでの動作により、各気筒＃１〜＃４毎に排気バルブ１ａと排気バルブ１ｂとのうちの一つを休止させるとき、上記一列に配置された各気筒＃１〜＃４のうち列の端に位置する気筒＃１，＃４では上記最も外側に位置する排気バルブが休止する。すなわち、気筒＃１の排気バルブ１ａ及び気筒＃４の排気バルブ１ｂが休止する。このため、上記最も外側に位置する排気バルブ１ａ，１ｂに対応する排気ポート３ａ，３ｂに排気が流れなくなり、その排気ポート３ａ，３ｂに排気が流れることに起因して多気筒内燃機関の各排気ポート３ａ，３ｂを流れる排気の流量にばらつきが生じることを抑制できる。

また、各気筒＃１〜＃４のうち、気筒＃１の排気ポート３ａ及び気筒＃４の排気ポート３ｂは、他の排気ポート３ａ，３ｂよりも大径に形成されている。このため、アクチュエータ９による各気筒＃１〜＃４に対応する弁休止機構７の両弁動作モードでの動作により、各気筒＃１〜＃４の排気バルブ１ａと排気バルブ１ｂとのいずれにおいても動作の休止が行われていないとき、気筒＃１の排気ポート３ａ及び気筒＃４の排気ポート３ｂで排気が流れにくくなって同排気の流量が少なくなることを抑制できる。更に、気筒＃１の上記排気ポート３ａ及び気筒＃４の上記排気ポート３ｂを流れる排気の流量が少なくなることに起因して、気筒＃１の排気ポート３ｂ及び気筒＃４の排気ポート３ａを多量の排気が流れ、それによって同排気の流量が多くなることも抑制できるようになる。従って、弁休止機構７の両弁動作モードでの動作による排気バルブの休止が行われていないときにも、多気筒内燃機関の各排気ポート３ａ，３ｂを流れる排気の流量のばらつきを抑制することができる。

ちなみに、図４（ａ）は、仮に上記排気ポート３ａと上記排気ポート３ｂとを同径に形成した場合の弁休止機構７の両弁動作モード時における気筒＃１の排気ポート３ａに対応する排気バルブ１ａ及びバルブシートの温度、並びに、気筒＃１の排気ポート３ｂに対応する排気バルブ１ｂ及びバルブシートの温度を示している。また、図４（ｂ）は、上記排気ポート３ａを排気ポート３ｂよりも大径に形成した場合の排気バルブ１ａ，１ｂ及びそれらに対応するバルブシートの温度を示している。

以上詳述した本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）弁休止機構７の片弁休止モードでの動作時には、一列に配置された各気筒＃１〜＃４のうち列の端に位置する気筒＃１，＃４では最も外側に位置する排気バルブが休止する。このため、上記最も外側に位置する排気バルブ１ａ，１ｂに対応する排気ポート３ａ，３ｂに排気が流れなくなり、その排気ポート３ａ，３ｂに排気が流れることに起因して多気筒内燃機関の各排気ポート３ａ，３ｂを流れる排気の流量にばらつきが生じることを抑制できる。

（２）弁休止機構７の片弁休止モードでの動作時には、気筒＃１，＃４では圧力損失の小さい排気ポート（気筒＃１では排気ポート３ｂ、気筒＃４では排気ポート３ａ）のみを排気が通過するため、気筒＃１，＃４からの排気の排出を効率よく行うことを抑制できる。

（３）気筒＃１の排気ポート３ａ及び気筒＃４の排気ポート３ｂは、他の排気ポート３ａ，３ｂよりも大径に形成されている。このため、弁休止機構７の両弁動作モードでの動作時であって、各気筒＃１〜＃４の排気バルブ１ａと排気バルブ１ｂとのいずれにおいても動作の休止が行われていないとき、気筒＃１の排気ポート３ａ及び気筒＃４の排気ポート３ｂで排気が流れにくくなって同排気の流量が少なくなることを抑制できる。その結果、気筒＃１の排気ポート３ａ及び気筒＃４の排気ポート３ｂでの排気の流量が少なくなることに起因して、気筒＃１の排気ポート３ｂ及び気筒＃４の排気ポート３ａに多量の排気が流れることも抑制できる。従って、弁休止機構７の両弁動作モードでの動作による排気バルブの休止が行われていないときにも、多気筒内燃機関の各排気ポート３ａ，３ｂを流れる排気の流量のばらつきを抑制することができる。

（４）弁休止機構７の両弁動作モードでの動作時、多気筒内燃機関の各排気ポート３ａ，３ｂを流れる排気の流量のばらつきを抑制することができるため、特定の排気ポートに多量の排気が流れることにより、同排気ポートに対応する排気バルブ及びバルブシートが過剰に加熱されることを抑制できる。

なお、上記各実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。
・弁休止機構７の片弁休止モードでの動作時、気筒＃２では各気筒＃１〜＃４の並ぶ方向について最も外側に位置する排気バルブ１ａを休止させ、気筒＃３では各気筒＃１〜＃４の並ぶ方向について最も外側に位置する排気バルブ１ｂを休止させるようにしてもよい。

・気筒＃２の排気ポート３ａを気筒＃２の排気ポート３ｂよりも大径に形成するとともに、気筒＃３の排気ポート３ｂを気筒＃３の排気ポート３ｂよりも大径に形成するようにしてもよい。この場合、気筒＃２の排気ポート３ａ及び気筒＃３の排気ポート３ｂは、気筒＃１の排気ポート３ａ及び気筒＃４の排気ポート３ｂよりも小径であることが好ましい。

・気筒＃１の排気ポート３ａ，３ｂと気筒＃４の排気ポート３ａ，３ｂとを集合させ、それとは別に気筒＃２の排気ポート３ａ，３ｂと気筒＃３の排気ポート３ａ，３ｂとを集合させたが、こうした排気ポートの集合態様を適宜変更してもよい。例えば、各気筒＃１〜＃４のすべての排気ポート３ａ，３ｂが集合するものであってもよい。

・一列に配置された各気筒のうち列の端に位置する気筒における上記各気筒の並ぶ方向について最も外側の排気バルブに対応する排気ポートは、他の排気ポートよりも大径でなくてもよい。この場合でも上記（１）及び（２）の効果は得られる。

・各気筒における排気バルブ及び排気ポートの数を三つ以上などに適宜変更してもよい。
・多気筒内燃機関は、直列型に限らず、バンク毎に各気筒の排気ポートが集合するＶ型であってもよい。

・多気筒内燃機関の気筒数を適宜変更してもよい。

１ａ，１ｂ…排気バルブ、２…燃焼室、３ａ，３ｂ…排気ポート、４ａ，４ｂ…バルブスプリング，５…排気カムシャフト，６…排気カム，７…弁休止機構，８…コントロールシャフト，９…アクチュエータ。

Claims (2)

1. 一つの気筒につき複数の排気ポートが形成される一列に配置された複数の気筒と、前記複数の気筒における前記複数の排気ポート毎にそれぞれ設けられる複数の排気バルブと、前記複数の気筒毎に前記複数の排気バルブのうちの一つを休止させる弁休止機構とを備え、前記一列に配置された複数の気筒のうち列の一方の端に位置する気筒における複数の排気ポートが下流で集合するとともに、他方の端に位置する気筒における複数の排気ポートが下流で集合し、前記一方の端に位置する気筒における集合後の複数の排気ポートと前記他方の端に位置する気筒における集合後の複数の排気ポートとが更に下流で集合している多気筒内燃機関において、
   前記弁休止機構は、前記一列に配置された複数の気筒のうち列の前記一方の端に位置する気筒及び前記他方の端に位置する気筒では、前記複数の気筒の並ぶ方向について最も外側に位置する排気バルブを休止させる
   ことを特徴とする多気筒内燃機関。
2. 前記一列に配置された複数の気筒のうち列の前記一方の端に位置する気筒及び前記他方の端に位置する気筒では、前記複数の気筒の並ぶ方向について最も外側に位置する排気バルブに対応する排気ポートが、その排気ポートと同じ気筒における他の排気ポートよりも大径に形成されている請求項１に記載の多気筒内燃機関。