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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2021-12-22
(45)【発行日】2022-01-18
(54)【発明の名称】エンジンの排気構造
(51)【国際特許分類】
F02F 1/42 20060101AFI20220111BHJP
【ＦＩ】
F02F1/42 G
【請求項の数】
5
(21)【出願番号】P 2018139967
(22)【出願日】2018-07-26
(65)【公開番号】P2020016189
(43)【公開日】2020-01-30
【審査請求日】2020-12-15
(73)【特許権者】
【識別番号】000003137
【氏名又は名称】マツダ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100089004
【弁理士】
【氏名又は名称】岡村 俊雄
(72)【発明者】
【氏名】鈴木 陽平
(72)【発明者】
【氏名】中原 康志
【審査官】菅野 京一
(56)【参考文献】
【文献】中国実用新案第２０３５１５８４６（ＣＮ，Ｕ）
【文献】米国特許出願公開第２０１５／００７８００（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２０１２－１８９０７６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－２１８６８３（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ０２Ｆ １／４２
Ｆ０１Ｎ ３／００，１３／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
気筒配列方向に並ぶ第１，第２燃焼室から排出された排気を集合する集合部と、前記第１燃焼室から前記集合部までを連通する第１排気ポートと、前記第２燃焼室から前記集合部までを連通する第２排気ポートとを備えた排気ポート機構がシリンダヘッド内で一体形成されたエンジンの排気構造において、前記第１，第２排気ポートの中心軸延長線が平面視にて鈍角で交差するように形成され、
前記第１排気ポートの中心軸延長線が前記集合部の上半部又は下半部の一方に接続され且つ前記第２排気ポートの中心軸延長線が前記集合部の上半部又は下半部の他方に接続されたことを特徴とするエンジンの排気構造。
【請求項2】
前記気筒配列方向において前記第１，第２燃焼室の間に設置された第３燃焼室であって、燃焼サイクルの中で前記第１，第２燃焼室よりも排気行程が遅い第３燃焼室を設け、前記排気ポート機構が、前記第１，第２排気ポートの間に配置され且つ前記第３燃焼室から前記集合部までを連通する第３排気ポートを有し、
前記第１，第２排気ポートのうち排気行程が早い方の排気ポートの中心軸延長線が前記集合部の上半部に接続され且つ前記第１，第２排気ポートのうち排気行程が遅い方の排気ポートの中心軸延長線が前記集合部の下半部に接続されたことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの排気構造。
【請求項3】
前記エンジンは、前記排気ポート機構を複数備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載のエンジンの排気構造。
【請求項4】
前記集合部の縦断面が略円形に形成されたことを特徴とする請求項１～３の何れか１項に記載のエンジンの排気構造。
【請求項5】
前記複数の排気ポート機構のうち同一排気ポート機構内の燃焼室の排気行程は、連続しないように形成されていることを特徴とする請求項２に記載のエンジンの排気構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、エンジンの排気構造に関し、特に排気を排出する排気ポート機構がシリンダヘッド内に一体形成されたエンジンの排気構造に関する。
【背景技術】
【0002】
従来より、排気干渉を回避するため、排気順序が連続しない複数の気筒を集めてグループ化し、グループ内の各気筒の排気通路を集合部を介して集合排気通路に集合させると共に各グループの集合排気通路を最終的に共通排気通路に集合させる構造は知られている。
そして、シリンダヘッド内に形成された排気通路、所謂排気ポートは、シリンダヘッドの内部において同一気筒（燃焼室）に対応する排気バルブ孔から排出された排気ガスの集合のみを行い、他の気筒から排出された排気ガスは、シリンダヘッドの縦壁に連結された別体の排気マニホールドによって集合されている。
そして、シリンダヘッド内に形成された排気通路、所謂排気ポートは、シリンダヘッドの内部において同一気筒（燃焼室）に対応する排気バルブ孔から排出された排気ガスの集合のみを行い、他の気筒から排出された排気ガスは、シリンダヘッドの縦壁に連結された別体の排気マニホールドによって集合されている。
【0003】
一方、エンジンのコンパクト化を狙いとして、各気筒から排出される排気ガスの集合を、別体の排気マニホールドを用いずにシリンダヘッド内部で行う技術が提案されている。
特許文献１の多気筒エンジンは、気筒配列方向に沿って配置した６つの燃焼室から夫々延びる排気ポートを排気集合部で一体に集合させると共にシリンダヘッド内に形成された第１，第２集合排気ポートと、第１，第２集合排気ポートに夫々締結された第１，第２排気管とを有し、第１，第２排気管が、各々触媒を備えると共に一体的に連結されている。
この多気筒エンジンでは、第１気筒～第３気筒の排気ガスが第１集合排気ポートで集合され、第４気筒～第６気筒の排気ガスが第２集合排気ポートで集合され、点火順序が第１気筒→第５気筒→第３気筒→第６気筒→第２気筒→第４気筒とされている。
特許文献１の多気筒エンジンは、気筒配列方向に沿って配置した６つの燃焼室から夫々延びる排気ポートを排気集合部で一体に集合させると共にシリンダヘッド内に形成された第１，第２集合排気ポートと、第１，第２集合排気ポートに夫々締結された第１，第２排気管とを有し、第１，第２排気管が、各々触媒を備えると共に一体的に連結されている。
この多気筒エンジンでは、第１気筒～第３気筒の排気ガスが第１集合排気ポートで集合され、第４気筒～第６気筒の排気ガスが第２集合排気ポートで集合され、点火順序が第１気筒→第５気筒→第３気筒→第６気筒→第２気筒→第４気筒とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２０００－２６５９０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献１の多気筒エンジンは、排気行程が連続する気筒が気筒配列方向に隣接しないように配置されると共に、各気筒から排出される排気ガスがシリンダヘッド内部で集合されているため、排気脈動に伴う正圧波と負圧波を相殺しつつ小型化を図っている。
しかし、特許文献１の技術では、その構造上、エンジン性能を十分に確保することができない虞がある。
しかし、特許文献１の技術では、その構造上、エンジン性能を十分に確保することができない虞がある。
【0006】
特許文献１の多気筒エンジンは、第１，第２集合排気ポートがシリンダヘッド内で一体形成されているため、第１燃焼室から集合部である排気出口までを連通する第１排気ポート下流端と第３燃焼室から排気出口までを連通する第３排気ポート下流端とが向かい合うように対向配置され、また、第４燃焼室から排気出口までを連通する第４排気ポート下流端と第６燃焼室から排気出口までを連通する第６排気ポート下流端とが向かい合うように対向配置されている。
つまり、シリンダヘッドの構造上、排気ガスが集合されるまでの排気ポート長が短いことから、第１（第６）排気ポートを流れる排気ガスの流速が必然的に速くなり、排気ガスは、シリンダヘッドに連結された排気マニホールド（集合部下流）に流れることなく、第１（第６）排気ポートに対向する第３（第４）排気ポートに逆流する成分が発生する。
逆流による滞留排気ガスが発生して排気ポート内圧が高くなると、結果的に、吸気充填効率の低下を招く虞がある。
つまり、シリンダヘッドの構造上、排気ガスが集合されるまでの排気ポート長が短いことから、第１（第６）排気ポートを流れる排気ガスの流速が必然的に速くなり、排気ガスは、シリンダヘッドに連結された排気マニホールド（集合部下流）に流れることなく、第１（第６）排気ポートに対向する第３（第４）排気ポートに逆流する成分が発生する。
逆流による滞留排気ガスが発生して排気ポート内圧が高くなると、結果的に、吸気充填効率の低下を招く虞がある。
【0007】
しかも、排気行程が連続する気筒が気筒配列方向に隣接しないように配置すると共に、排気行程が連続していない気筒をグループ化した場合、第１（第６）排気ポートの排気行程終了からこれと向かい合う第３（第４）排気ポートの排気行程開始までの時間的間隔が長くなるため、排気ガスの逆流傾向が更に助長されることが懸念される。
即ち、現状において、エンジンの小型化を図りつつエンジンの排気効率を十分に確保することは容易ではない。
即ち、現状において、エンジンの小型化を図りつつエンジンの排気効率を十分に確保することは容易ではない。
【0008】
本発明の目的は、エンジンの小型化を図りつつ排気効率を確保可能なエンジンの排気構造等を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0009】
請求項１のエンジンの排気構造は、気筒配列方向に並ぶ第１，第２燃焼室から排出された排気を集合する集合部と、前記第１燃焼室から前記集合部までを連通する第１排気ポートと、前記第２燃焼室から前記集合部までを連通する第２排気ポートとを備えた排気ポート機構がシリンダヘッド内で一体形成されたエンジンの排気構造において、前記第１，第２排気ポートの中心軸延長線が平面視にて鈍角で交差するように形成され、前記第１排気ポートの中心軸延長線が前記集合部の上半部又は下半部の一方に接続され且つ前記第２排気ポートの中心軸延長線が前記集合部の上半部又は下半部の他方に接続されたことを特徴としている。
【0010】
このエンジンの排気構造では、前記第１，第２排気ポートの中心軸延長線が平面視にて鈍角で交差するように形成されているため、シリンダヘッド内に第１，第２排気ポートを一体的に配設することができ、エンジンのコンパクト化を図ることができる。
前記第１排気ポートの中心軸延長線が前記集合部の上半部又は下半部の一方に接続され且つ前記第２排気ポートの中心軸延長線が前記集合部の上半部又は下半部の他方に接続されたため、集合部に対する合流形状を利用して排気ポートを流れる排気ガスの進行方向成分を集合部中心を回転中心とした旋回方向成分に変換し、一方の排気ポートから他方の排気ポートに逆流する排気ガスを抑制している。
前記第１排気ポートの中心軸延長線が前記集合部の上半部又は下半部の一方に接続され且つ前記第２排気ポートの中心軸延長線が前記集合部の上半部又は下半部の他方に接続されたため、集合部に対する合流形状を利用して排気ポートを流れる排気ガスの進行方向成分を集合部中心を回転中心とした旋回方向成分に変換し、一方の排気ポートから他方の排気ポートに逆流する排気ガスを抑制している。
【0011】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記気筒配列方向において前記第１，第２燃焼室の間に設置された第３燃焼室であって、燃焼サイクルの中で前記第１，第２燃焼室よりも排気行程が遅い第３燃焼室を設け、前記排気ポート機構が、前記第１，第２排気ポートの間に配置され且つ前記第３燃焼室から前記集合部までを連通する第３排気ポートを有し、前記第１，第２排気ポートのうち排気行程が早い方の排気ポートの中心軸延長線が前記集合部の上半部に接続され且つ前記第１，第２排気ポートのうち排気行程が遅い方の排気ポートの中心軸延長線が前記集合部の下半部に接続されたことを特徴としている。
この構成によれば、排気行程の順序に拘らず、排気効率を改善することができる。
即ち、第３排気ポートの排気行程に起因した逆流により第１，第２排気ポートに滞留する排気ガスは第３排気ポートの排気ガスの流動によって掃気されるため、第１，第２排気ポートのうち第３排気ポートの排気行程の後に行われる排気行程の排気ポート、所謂第１，第２排気ポートのうち排気行程が早い方の排気ポートには、滞留排気ガスが然程存在していない。これに対し、第１，第２排気ポートのうち排気行程が遅い方の排気ポートは、排気効率が低い（滞留排気ガスが存在する）状況で排気行程が行われる。
また、排気ガスは高温であるため、上側速度成分は下側速度成分よりも大きくなり、流れの主流は上側部分に形成されている。それ故、集合部の上半部に中心軸延長線が接続された排気ポートは、集合部の下半部に中心軸延長線が接続された排気ポートよりも排気ガスの進行方向成分を旋回方向に変換する旋回方向変換効率が高くなっている。
従って、第１，第２排気ポートのうち排気行程が遅い方の排気ポートの滞留排気ガスを低減するため、第１，第２排気ポートのうち排気行程が早い方の排気ポートの旋回方向変換効率を高くしている。
この構成によれば、排気行程の順序に拘らず、排気効率を改善することができる。
即ち、第３排気ポートの排気行程に起因した逆流により第１，第２排気ポートに滞留する排気ガスは第３排気ポートの排気ガスの流動によって掃気されるため、第１，第２排気ポートのうち第３排気ポートの排気行程の後に行われる排気行程の排気ポート、所謂第１，第２排気ポートのうち排気行程が早い方の排気ポートには、滞留排気ガスが然程存在していない。これに対し、第１，第２排気ポートのうち排気行程が遅い方の排気ポートは、排気効率が低い（滞留排気ガスが存在する）状況で排気行程が行われる。
また、排気ガスは高温であるため、上側速度成分は下側速度成分よりも大きくなり、流れの主流は上側部分に形成されている。それ故、集合部の上半部に中心軸延長線が接続された排気ポートは、集合部の下半部に中心軸延長線が接続された排気ポートよりも排気ガスの進行方向成分を旋回方向に変換する旋回方向変換効率が高くなっている。
従って、第１，第２排気ポートのうち排気行程が遅い方の排気ポートの滞留排気ガスを低減するため、第１，第２排気ポートのうち排気行程が早い方の排気ポートの旋回方向変換効率を高くしている。
【0012】
請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、前記エンジンは、前記排気ポート機構を複数備えたことを特徴としている。
この構成によれば、気筒数に拘らずエンジンの小型化と排気効率とを確保することができる。
この構成によれば、気筒数に拘らずエンジンの小型化と排気効率とを確保することができる。
【0013】
請求項４の発明は、請求項１～３の何れか１項の発明において、前記集合部の縦断面が略円形に形成されたことを特徴としている。
この構成によれば、旋回方向変換効率を一層高くすることができる。
この構成によれば、旋回方向変換効率を一層高くすることができる。
【0014】
請求項５の発明は、請求項１～４の何れか１項の発明において、前記複数の排気ポート機構のうち同一排気ポート機構内の燃焼室の排気行程は、連続しないように形成されていることを特徴としている。
この構成によれば、排気脈動に伴う正圧波と負圧波を相殺でき、排気効率を向上することができる。
この構成によれば、排気脈動に伴う正圧波と負圧波を相殺でき、排気効率を向上することができる。
【発明の効果】
【0015】
本発明のエンジンの排気構造によれば、排気ポートの構造上の変更によって、エンジンの小型化を図りつつ排気効率を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】実施例１に係るエンジンの排気構造を備えたエンジンの斜視図である。
【図2】シリンダヘッドの排気側側面図である。
【図3】シリンダヘッドの平面図である。
【図4】排気ポート機構の平面図である。
【図5】排気ポート機構の正面図である。
【図6】排気ポート機構の背面図である。
【図7】集合部の説明図である。
【図9】実施例１の排気ポート機構に係る排気ガスの流動解析結果を示す図であって、（ａ）は、平面図、（ｂ）は、正面図である。
【図10】比較例の排気ポート機構に係る排気ガスの流動解析結果を示す図であって、（ａ）は、平面図、（ｂ）は、正面図である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
以下の説明は、本発明を直列６気筒エンジンＥの排気構造に適用したものを例示したものであり、本発明、その適用物、或いは、その用途を制限するものではない。
以下の説明は、本発明を直列６気筒エンジンＥの排気構造に適用したものを例示したものであり、本発明、その適用物、或いは、その用途を制限するものではない。
【実施例1】
【0018】
以下、本発明の実施例１について図１～図１０に基づいて説明する。
図１に示すように、エンジンＥは、オイルパン３の上部に連結されたアルミ合金製シリンダブロック１と、このシリンダブロック１の上部に連結されたアルミ合金製シリンダヘッド２と、このシリンダヘッド２の上部を覆う合成樹脂製ヘッドカバー４等を備えた、直列６気筒レシプロエンジンである。そして、このシリンダブロック１とシリンダヘッド２は、アルミ鋳造法によって製造されている。
図１に示すように、エンジンＥは、オイルパン３の上部に連結されたアルミ合金製シリンダブロック１と、このシリンダブロック１の上部に連結されたアルミ合金製シリンダヘッド２と、このシリンダヘッド２の上部を覆う合成樹脂製ヘッドカバー４等を備えた、直列６気筒レシプロエンジンである。そして、このシリンダブロック１とシリンダヘッド２は、アルミ鋳造法によって製造されている。
【0019】
シリンダブロック１には、前端に位置する第１気筒＃１に対応したシリンダ（図示略）から後端に位置する第６気筒＃６に対応したシリンダ（図示略）まで前後方向（気筒配列方向）に６個のシリンダが形成されている。各シリンダの内部には、ピストン（図示略）が夫々摺動自在に挿入され、これらピストンとシリンダヘッド２の下側部分とが協働して６個の第１～第６燃焼室ｃ１～ｃ６（図３参照）が夫々設けられている。
尚、以下、図において、矢印Ｆ方向を前方、矢印Ｌ方向を左方、矢印Ｕ方向を上方として説明する。また、符号＃１～＃６は、第１気筒～第６気筒を示している。
尚、以下、図において、矢印Ｆ方向を前方、矢印Ｌ方向を左方、矢印Ｕ方向を上方として説明する。また、符号＃１～＃６は、第１気筒～第６気筒を示している。
【0020】
図３に示すように、燃焼室ｃ１～ｃ６には、右側上部に前後１対の吸気バルブ孔５と、左側上部に前後１対の排気バルブ孔６と、点火プラグ穴７とが夫々形成されている。
燃焼室ｃ１～ｃ６に臨む各吸気バルブ孔５は、動弁系により駆動される吸気バルブ（図示略）によって開閉され、各排気バルブ孔６は、動弁系により駆動される排気バルブ（図示略）によって開閉されている。各点火プラグ穴７は、燃焼室ｃ１～ｃ６の略中央部分に開口され、点火プラグ（図示略）が装着されている。
エンジンＥは、燃焼サイクルにおいて、点火順序が第１気筒＃１→第５気筒＃５→第３気筒＃３→第６気筒＃６→第２気筒＃２→第４気筒＃４とされている。
これにより、排気行程が時期的に連続する気筒が隣接しないように配置されているため、排気脈動に伴う正圧波と負圧波とが互いに打ち消し合っている。
燃焼室ｃ１～ｃ６に臨む各吸気バルブ孔５は、動弁系により駆動される吸気バルブ（図示略）によって開閉され、各排気バルブ孔６は、動弁系により駆動される排気バルブ（図示略）によって開閉されている。各点火プラグ穴７は、燃焼室ｃ１～ｃ６の略中央部分に開口され、点火プラグ（図示略）が装着されている。
エンジンＥは、燃焼サイクルにおいて、点火順序が第１気筒＃１→第５気筒＃５→第３気筒＃３→第６気筒＃６→第２気筒＃２→第４気筒＃４とされている。
これにより、排気行程が時期的に連続する気筒が隣接しないように配置されているため、排気脈動に伴う正圧波と負圧波とが互いに打ち消し合っている。
【0021】
図２，図３に示すように、シリンダヘッド２は、右側部分に形成され且つ燃焼室ｃ１～ｃ６に夫々連なる６つの吸気ポート８と、左側部分に形成され且つ燃焼室ｃ１～ｃ６に夫々連なる６つの排気ポート１１～１６と、第１排気ポート機構Ｐａと、第２排気ポート機構Ｐｂとを一体的に備えている。
各吸気ポート８は、気筒毎に、シリンダヘッド２の右側壁部に形成された６つの開口と１対の吸気バルブ孔５とを連通するように略Ｙ字状に夫々形成されている。６つの開口には吸気マニホールド（図示略）が連結されている。
各吸気ポート８は、気筒毎に、シリンダヘッド２の右側壁部に形成された６つの開口と１対の吸気バルブ孔５とを連通するように略Ｙ字状に夫々形成されている。６つの開口には吸気マニホールド（図示略）が連結されている。
【0022】
第１排気ポート機構Ｐａは、第１～第３気筒＃１～＃３の燃焼室ｃ１～ｃ３から排出された排気ガスを集合する第１集合部１０ａと、燃焼室ｃ１から第１集合部１０ａまでを連通する第１ポート１１（第１排気ポート）と、燃焼室ｃ２から第１集合部１０ａまでを連通する第２ポート１２（第３排気ポート）と、燃焼室ｃ３から第１集合部１０ａまでを連通する第３ポート１３（第２排気ポート）等を主な構成要素としている。
第２排気ポート機構Ｐｂは、第４～第６気筒＃４～＃６の燃焼室ｃ４～ｃ６から排出された排気ガスを集合する第２集合部１０ｂと、燃焼室ｃ４から集合部１０ｂまでを連通する第４ポート１４と、燃焼室ｃ５から第２集合部１０ｂまでを連通する第５ポート１５と、燃焼室ｃ６から第２集合部１０ｂまでを連通する第６ポート１６等を主な構成要素としている。
第２排気ポート機構Ｐｂは、第４～第６気筒＃４～＃６の燃焼室ｃ４～ｃ６から排出された排気ガスを集合する第２集合部１０ｂと、燃焼室ｃ４から集合部１０ｂまでを連通する第４ポート１４と、燃焼室ｃ５から第２集合部１０ｂまでを連通する第５ポート１５と、燃焼室ｃ６から第２集合部１０ｂまでを連通する第６ポート１６等を主な構成要素としている。
【0023】
第２排気ポート機構Ｐｂは、前後中央位置において前後方向に直交する面に対して第１排気ポート機構Ｐａと面対称になっているため、第１ポート１１と第６ポート１６、第２ポート１２と第５ポート１５、第３ポート１３と第４ポート１４が夫々同様の構成である。
また、第１，第２排気ポート機構Ｐａはシリンダヘッド２内に形成された空間によって構成されているため、以下、便宜上、主にシリンダヘッド２から第１排気ポート機構Ｐａに対応した空間を取り出したモデル図によって説明する。
また、第１，第２排気ポート機構Ｐａはシリンダヘッド２内に形成された空間によって構成されているため、以下、便宜上、主にシリンダヘッド２から第１排気ポート機構Ｐａに対応した空間を取り出したモデル図によって説明する。
【0024】
図１～図３に示すように、集合部１０ａ及び１０ｂは、シリンダヘッド２の左側壁部に夫々設けられ、縦断面が略円形に夫々形成されている。これら集合部１０ａ，１０ｂの左端部分には、夫々排気マニホールド（図示略）が連結され、最終的に共通排気管にて集合されている。
【0025】
図４～図６に示すように、第１ポート１１は第１集合部１０ａに接近するように後方に湾曲し、第２ポート１２は第１集合部１０ａに接近するように左右に略直線状に延び、第３ポート１３は第１集合部１０ａに接近するように前方に湾曲するように形成され、各々のポート長が略等しくなるように設定されている。
これにより、各気筒＃１～＃６の出力特性を均等化している。
また、第１～第３ポート１１～１３の上流端部分は、夫々の排気バルブ孔６に向かって下方に屈曲形成されている。
これにより、各気筒＃１～＃６の出力特性を均等化している。
また、第１～第３ポート１１～１３の上流端部分は、夫々の排気バルブ孔６に向かって下方に屈曲形成されている。
【0026】
前述したように、第１排気ポート機構Ｐａの燃焼室ｃ１～ｃ３の排気行程は、連続しないように形成されている。つまり、第１排気ポート機構Ｐａの排気行程と第２排気ポート機構Ｐｂの排気行程は、交互に実行されている。
図４に示すように、第１ポート１１の中心軸延長線Ｌ１と第３ポート１３の中心軸延長線Ｌ３の平面視における交差角θは鈍角（９０°＜θ）となるように構成されている。
本実施例では、シリンダヘッド２のコンパクト化を狙いとして、延長線Ｌ１と延長線Ｌ３の交差角θを平面視にて１２０°以上に設定している。
図４に示すように、第１ポート１１の中心軸延長線Ｌ１と第３ポート１３の中心軸延長線Ｌ３の平面視における交差角θは鈍角（９０°＜θ）となるように構成されている。
本実施例では、シリンダヘッド２のコンパクト化を狙いとして、延長線Ｌ１と延長線Ｌ３の交差角θを平面視にて１２０°以上に設定している。
【0027】
延長線Ｌ１と延長線Ｌ３の交差角θが鈍角であるため、第１ポート１１の下流端と第３ポート１３の下流端とが対向する位置関係になっている。
排気行程において第１ポート１１を流れる排気ガスが交差角θよりも進行方向角度が小さい第１集合部１０ａの下流方向に流れ難いため、第１ポート１１に対向する第３ポート１３に進行（逆流）する成分が発生し、第３ポート１３の排気バルブ上に排気ガスが滞留する。それ故、第３ポート１３の排気行程は、滞留排気ガスが存在する状態で行われることから、第３ポート１３の排気効率は低下している。
これに対し、第１ポート１１の排気バルブ上に滞留した排気ガスは、第１ポート１１の排気行程の前に、第２ポート１２の排気行程に起因した排気ガスの流動負圧により掃気されている。
排気行程において第１ポート１１を流れる排気ガスが交差角θよりも進行方向角度が小さい第１集合部１０ａの下流方向に流れ難いため、第１ポート１１に対向する第３ポート１３に進行（逆流）する成分が発生し、第３ポート１３の排気バルブ上に排気ガスが滞留する。それ故、第３ポート１３の排気行程は、滞留排気ガスが存在する状態で行われることから、第３ポート１３の排気効率は低下している。
これに対し、第１ポート１１の排気バルブ上に滞留した排気ガスは、第１ポート１１の排気行程の前に、第２ポート１２の排気行程に起因した排気ガスの流動負圧により掃気されている。
【0028】
図６に示すように、第１ポート１１が第１集合部１０ａの上側にオフセット接続され、第３ポート１３が第１集合部１０ａの下側にオフセット接続されている。
具体的には、第１ポート１１の延長線Ｌ１と第１集合部１０ａの中心Ｃを通る鉛直線との交点が中心Ｃよりも高く設定され、第３ポート１３の延長線Ｌ３と第１集合部１０ａの中心Ｃを通る鉛直線との交点が中心Ｃよりも低く設定されている。
また、図７に示すように、第１ポート１１と第１集合部１０ａとの連結下端部には、第１集合部１０ａの中心Ｃに向かって湾曲した段差部１０ｓが形成され、第３ポート１３と第１集合部１０ａとの連結上端部には、第１集合部１０ａの中心Ｃに向かって湾曲した段差部１０ｔが形成されている。
具体的には、第１ポート１１の延長線Ｌ１と第１集合部１０ａの中心Ｃを通る鉛直線との交点が中心Ｃよりも高く設定され、第３ポート１３の延長線Ｌ３と第１集合部１０ａの中心Ｃを通る鉛直線との交点が中心Ｃよりも低く設定されている。
また、図７に示すように、第１ポート１１と第１集合部１０ａとの連結下端部には、第１集合部１０ａの中心Ｃに向かって湾曲した段差部１０ｓが形成され、第３ポート１３と第１集合部１０ａとの連結上端部には、第１集合部１０ａの中心Ｃに向かって湾曲した段差部１０ｔが形成されている。
【0029】
第１ポート１１を流れる排気ガスは高温であるため、排気ガスの主流は第１ポート１１の上半部に形成される。それ故、図７の矢印に示すように、排気ガスの主流が第１集合部１０ａの壁部形状に沿って誘導されるため、排気ガスの第３ポート１３に向かう進行方向成分が第１集合部１０ａの中心Ｃを旋回中心とした旋回方向成分に変換されている。
これにより、第３ポート１３の排気バルブ上に滞留する排気ガスを低減している。
これにより、第３ポート１３の排気バルブ上に滞留する排気ガスを低減している。
【0030】
次に、上記エンジンの排気構造の作用、効果について説明する。
作用、効果の説明にあたり、検証実験を行った。
この検証実験では、実施例１と同仕様の第１排気ポート機構Ｐａと比較例の排気ポート機構Ｍとの三次元ＣＦＤ（Computational Fluid Dynamics）モデルを準備し、例えば、有限要素法、有限体積法又は差分法等によるNavier-Stokes方程式の数値解析を用いて排気ポート内の排気ガスの圧力分布等を演算している。
図８に示すように、比較例の排気ポート機構Ｍは、第１ポートの延長線Ｌａと第３ポートの延長線Ｌｂが第１集合部１０ａの中心Ｃを通るように構成され、その他の仕様は第１排気ポート機構Ｐａと同じである。エンジンの回転数は３０００ｒｐｍ、燃焼室内は一定圧力として、第１ポートの排気行程について検証した。
作用、効果の説明にあたり、検証実験を行った。
この検証実験では、実施例１と同仕様の第１排気ポート機構Ｐａと比較例の排気ポート機構Ｍとの三次元ＣＦＤ（Computational Fluid Dynamics）モデルを準備し、例えば、有限要素法、有限体積法又は差分法等によるNavier-Stokes方程式の数値解析を用いて排気ポート内の排気ガスの圧力分布等を演算している。
図８に示すように、比較例の排気ポート機構Ｍは、第１ポートの延長線Ｌａと第３ポートの延長線Ｌｂが第１集合部１０ａの中心Ｃを通るように構成され、その他の仕様は第１排気ポート機構Ｐａと同じである。エンジンの回転数は３０００ｒｐｍ、燃焼室内は一定圧力として、第１ポートの排気行程について検証した。
【0031】
図９、図１０に各々の検証結果を示す。
図９（ａ）は、第１排気ポート機構Ｐａの圧力分布の平面図、図９（ｂ）は、第１排気ポート機構Ｐａの圧力分布の正面図である。図１０（ａ）は、排気ポート機構Ｍの圧力分布の平面図、図１０（ｂ）は、排気ポート機構Ｍの圧力分布の正面図である。
図９、図１０に示すように、第１排気ポート機構Ｐａは、排気ポート機構Ｍに比べて、集合部での中心部回りの縦渦状の旋回傾向が強く、集合部から排気マニホールドに向けて流れる排気ガス量が多いことが分かる。また、演算結果によれば、排気ポート機構Ｍでは、第１ポートから排出された排気ガスの３７．９％が第３ポートに逆流したのに対し、第１排気ポート機構Ｐａでは、第１ポートから排出された排気ガスの９．７％が第３ポートに逆流していることが確認された。
図９（ａ）は、第１排気ポート機構Ｐａの圧力分布の平面図、図９（ｂ）は、第１排気ポート機構Ｐａの圧力分布の正面図である。図１０（ａ）は、排気ポート機構Ｍの圧力分布の平面図、図１０（ｂ）は、排気ポート機構Ｍの圧力分布の正面図である。
図９、図１０に示すように、第１排気ポート機構Ｐａは、排気ポート機構Ｍに比べて、集合部での中心部回りの縦渦状の旋回傾向が強く、集合部から排気マニホールドに向けて流れる排気ガス量が多いことが分かる。また、演算結果によれば、排気ポート機構Ｍでは、第１ポートから排出された排気ガスの３７．９％が第３ポートに逆流したのに対し、第１排気ポート機構Ｐａでは、第１ポートから排出された排気ガスの９．７％が第３ポートに逆流していることが確認された。
【0032】
このエンジンＥの排気構造によれば、第１，第３ポート１１，１３の延長線Ｌ１，Ｌ３が平面視にて鈍角で交差するように形成されているため、シリンダヘッド２内に第１，第３ポート１１，１３を一体的に配設することができ、エンジンＥのコンパクト化を図ることができる。第１ポート１１の延長線Ｌ１が第１集合部１０ａの上半部に接続され且つ第３ポート１３の延長線Ｌ３が第１集合部１０ａの下半部に接続されたため、第１集合部１０ａに対する合流形状を利用して第１，第３ポート１１，１３を流れる排気ガスの進行方向成分を第１集合部１０ａの中心Ｃを回転中心とした旋回方向成分に変換し、一方のポートから他方のポートに逆流する排気ガスを抑制している。
【0033】
気筒配列方向において第１，第３燃焼室ｃ１，ｃ３の間に設置された第２燃焼室ｃ２であって、燃焼サイクルの中で第１，第３燃焼室ｃ１，ｃ３よりも排気行程が遅い第２燃焼室ｃ２を設け、第１排気ポート機構Ｐａが、第１，第３ポート１１，１３の間に配置され且つ第２燃焼室ｃ２から第１集合部１０ａまでを連通する第２ポート１２を有し、第１，第３ポート１１，１３のうち排気行程が早い第１ポート１１の延長線Ｌ１が第１集合部１０ａの上半部に接続され且つ第１，第３ポート１１，１３のうち排気行程が遅い第３ポート１３の延長線Ｌ３が第１集合部１０ａの下半部に接続されている。
この構成によれば、排気行程の順序に拘らず、排気効率を改善することができる。
即ち、第２ポート１２の排気行程によって第１，第３ポート１１，１３に滞留する排気ガスが掃気されるため、第２ポート１２の排気行程の後に行われる第１ポート１１には、滞留排気ガスが然程存在していない。これに対し、第３ポート１３は、排気効率が低い状況で排気行程が行われる。
また、排気ガスの上側速度成分は下側速度成分よりも大きくなり、流れの主流は上側部分に形成されている。それ故、第１集合部１０ａの上半部に延長線Ｌ１が接続された第１ポート１１は、第１集合部１０ａの下半部に延長線Ｌ３が接続された第３ポート１３よりも排気ガスの進行方向成分を旋回方向に変換する旋回方向変換効率が高くなっている。
それ故、第３ポート１３の滞留排気ガスを低減することができる。
この構成によれば、排気行程の順序に拘らず、排気効率を改善することができる。
即ち、第２ポート１２の排気行程によって第１，第３ポート１１，１３に滞留する排気ガスが掃気されるため、第２ポート１２の排気行程の後に行われる第１ポート１１には、滞留排気ガスが然程存在していない。これに対し、第３ポート１３は、排気効率が低い状況で排気行程が行われる。
また、排気ガスの上側速度成分は下側速度成分よりも大きくなり、流れの主流は上側部分に形成されている。それ故、第１集合部１０ａの上半部に延長線Ｌ１が接続された第１ポート１１は、第１集合部１０ａの下半部に延長線Ｌ３が接続された第３ポート１３よりも排気ガスの進行方向成分を旋回方向に変換する旋回方向変換効率が高くなっている。
それ故、第３ポート１３の滞留排気ガスを低減することができる。
【0034】
エンジンＥは、排気ポート機構Ｐａ，Ｐｂを複数備えたため、気筒数に拘らずエンジンＥの小型化と排気効率とを確保することができる。
【0035】
第１集合部１０ａの縦断面が略円形に形成されたため、旋回方向変換効率を一層高くすることができる。
【0036】
複数の排気ポート機構Ｐａ，Ｐｂのうち同一排気ポート機構Ｐａ内の燃焼室ｃ１，ｃ２，ｃ３の排気行程は、連続しないように形成されているため、排気脈動に伴う正圧波と負圧波を相殺でき、排気効率を向上することができる。
【0037】
次に、前記実施形態を部分的に変更した変形例について説明する。
１〕前記実施形態においては、直列６気筒の縦置きレシプロエンジンの例を説明したが、横置きレシプロエンジンでも良く、Ｖ型エンジンでも良い。
また、少なくとも向かい合う排気ポートを備えていれば良く、２気筒エンジン、３気筒エンジン、４気筒エンジンに適用しても良く、それ以外の多気筒エンジンにも適用可能である。
１〕前記実施形態においては、直列６気筒の縦置きレシプロエンジンの例を説明したが、横置きレシプロエンジンでも良く、Ｖ型エンジンでも良い。
また、少なくとも向かい合う排気ポートを備えていれば良く、２気筒エンジン、３気筒エンジン、４気筒エンジンに適用しても良く、それ以外の多気筒エンジンにも適用可能である。
【0038】
２〕前記実施形態においては、直列６気筒エンジンにおいて、第１（第６）ポートの延長線が集合部の上半部に接続され、第３（第４）ポートの延長線が集合部の下半部に接続された例を説明したが、第１（第４）ポートの延長線が集合部の上半部に接続され、第３（第６）ポートの延長線が集合部の下半部に接続されても良い。
また、点火時期に応じて、上記接続パターンを逆にすることも可能である。
また、点火時期に応じて、上記接続パターンを逆にすることも可能である。
【0039】
３〕前記実施形態においては、各気筒において、ポートに２つの排気バルブ孔を設けた例を説明したが、単一の排気バルブ孔を設けても良く、３つ以上の排気バルブ孔を設けることも可能である。
【0040】
４〕その他、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく、前記実施形態に種々の変更を付加した形態や各実施形態を組み合わせた形態で実施可能であり、本発明はそのような変更形態も包含するものである。
【符号の説明】
【0041】
１０ａ 第１集合部
１１ 第１ポート
１２ 第２ポート
１３ 第３ポート
Ｐａ 第１排気ポート機構
Ｐｂ 第２排気ポート機構
ｃ１ 第１燃焼室
ｃ２ 第２燃焼室
ｃ３ 第３燃焼室
Ｌ１ （第１ポート）延長線
Ｌ３ （第３ポート）延長線
１１ 第１ポート
１２ 第２ポート
１３ 第３ポート
Ｐａ 第１排気ポート機構
Ｐｂ 第２排気ポート機構
ｃ１ 第１燃焼室
ｃ２ 第２燃焼室
ｃ３ 第３燃焼室
Ｌ１ （第１ポート）延長線
Ｌ３ （第３ポート）延長線
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
