JP2001032750A - 楔形のシリンダーヘッド及び一体の吸気マニホルドを有する内燃機関及びそのためのロッカーカバー - Google Patents

楔形のシリンダーヘッド及び一体の吸気マニホルドを有する内燃機関及びそのためのロッカーカバー

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JP2001032750A
JP2001032750A JP2000202007A JP2000202007A JP2001032750A JP 2001032750 A JP2001032750 A JP 2001032750A JP 2000202007 A JP2000202007 A JP 2000202007A JP 2000202007 A JP2000202007 A JP 2000202007A JP 2001032750 A JP2001032750 A JP 2001032750A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 実質的な燃料経済的利益を提供しつつ、より
小型の、ずっとコンパクトなディーゼルエンジンに対し
て賦課される、かつて無く厳しい排出物基準に適合させ
得る内燃機関を提供することである。 【解決手段】 鋳造エンジンブロック１２が、間部分に
プレナム１８を確定するＶ字形態に配列した一対のシリ
ンダ列１４及び１６を有する。各シリンダ列１４及び１
６は、シリンダヘッドの断面が実質的に楔形状となるよ
うな角度で相対配置した上方壁３８及び下方壁４０と、
内側壁４２及び外側壁４４と、これら内側壁及び外側壁
間を伸延する前壁及び後壁を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般に内燃機関に
関し、詳しくは、Ｖ字形態のエンジンブロックと、楔形
のシリンダヘッドと、単一の、一体の吸気マニホルド及
びロッカーカバーとを有する内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】斯界に既知の内燃機関には、基本構成部
品の中でも、Ｖ字形態とした一対のシリンダ列を有する
鋳造エンジンブロック（エンジンブロックとも称する）
と、このエンジンブロックに取り付けられ各シリンダ列
と関連する一対のシリンダヘッドと、各シリンダヘッド
に固定した一対の弁カバーとが含まれる。各シリンダ列
は、通常、各シリンダヘッドに取り付けた専用の吸気マ
ニホルドを使用する。エンジンブロックの各シリンダ列
内に配置した複数のシリンダの各々の内部をピストンが
往復作動する。同様に、各シリンダヘッド内で支持され
た複数の弁が、ロッカーアーム、カムその他の機構を介
して開閉され、各シリンダと吸気及び排気用の各マニホ
ルドとを流体連通する。各シリンダ内で燃料が燃焼する
とピストンが往復動作し、この動作が結局、クランクシ
ャフトに作用して動力を生じ、生じた動力は自動車その
他装置を駆動するために伝達され得る。
【０００３】圧縮点火エンジン、即ちディーゼルエンジ
ンの場合、燃料／空気混合物は比較的高い圧力下に燃料
インジェクタアのセンブリを通して送られる。従来の燃
料インジェクタのこの混合物の送給圧は、現在のとこ
ろ、２．２０６４Ｅ８Ｐａ（３２，０００ｐｓｉ）もの
高さである。これは相当に高圧であり、数多くのエンジ
ン構成部品は、その構造的一体性、良好なシール特性、
燃焼チャンバ内での燃料の有効噴霧を保証させるべく十
分注意して設計する必要がある。加えて、最新の、高速
型の直噴ディーゼルエンジンでは、性能、騒音、排出物
の各目標達成値を満たすべく、１気筒当たり４つの弁を
設けたシリンダヘッドがしばしば使用される。しかしな
がら、４弁構成は、代表的には、ボア径の小さい直噴デ
ィーゼルエンジンでは実装は難かしい。目標エンジン効
率が高くなるに従い、エンジン設計者は、エンジンのピ
ーク燃焼圧を強いて高めることでこの目標効率を達成さ
せるが、そうした高いピーク燃焼圧は高いヘッドボルト
クランプ負荷を要求し、この条件が、シリンダヘッド及
び吸気ポートの実装の仕方を一層複雑化する。
【０００４】北米での自動車用途のために適合するディ
ーゼルエンジンの多くは、これをガソリンエンジン車と
有効裡に対抗させるには、その弁列のコストを引き下げ
る必要がある。取り分けこの要因から、シリンダヘッド
内には、ずっと一般的なＳＯＨＣあるいはＤＯＨＣ形態
ではなく、むしろ、ＯＨＶ（オーバーヘッドバルブ）弁
列形態が使用される。特にＶ字エンジンブロックと組み
合わせた場合には、ＯＨＶ弁列形態は、十分な弁列スチ
フネス下に、ディーゼル定格での自動車要求速度を達成
すると同時に、総コストの低下を実現する。しかも、Ｏ
ＨＶ弁列形態における合計摩擦量は、ＳＯＨＣあるいは
ＤＯＨＣ弁列形態のそれらと比較して少ない。しかしな
がら、ＯＨＶ弁列形態を使用するエンジンでは、弁ロッ
カーを作動させるためのプッシュロッドが必要ともな
る。プッシュロッドは、既に混み合っているシリンダヘ
ッド内部にそのための空間を更に要求する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】かくして、最新のディ
ーゼルエンジンは、本来、実質的な燃料経済的利益を提
供しつつ、より小型の、ずっとコンパクトなディーゼル
エンジンに対して賦課される、かつて無く厳しい排出物
基準に適合させる必要がある。しかしながら、構成部品
のより良好な実装要求に加えて、高い燃料経済性、清浄
な燃焼、少ない排出物、ＮＯｘ及び騒音の制御に対する
要求が増大することで、エンジンにおける要求は更に一
段と高度化され、今後もそうであろう。かくして、斯界
には、こうした様々なパラメータをコスト効率的に良好
に制御することに対する、現在も進行中の需要がある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、斯界に
おける、Ｖ字形に配列構成した一対のシリンダ列を有す
るエンジンブロックを含む内燃機関の上述の如き欠点が
克服される。各シリンダ列は水平に関して鋭角に配置さ
れた上部壁を提示し、複数のシリンダは、相互に離間さ
れ且つ各シリンダ列内で長手方向に整列して配置され
る。各シリンダ列には一対のシリンダヘッドの各１つが
関連付けられる。各シリンダヘッドは、各シリンダヘッ
ドが、断面が実質的に楔形となるような傾斜状態で相対
配置された上方壁及び下方壁を含む。各シリンダヘッド
は、各シリンダヘッドの下方壁が、関連するシリンダ列
の相対する上部壁をシールし、それにより、シリンダの
開放端を閉鎖し、また、各シリンダヘッドの上方壁が水
平と実質的に平行となるようにエンジンブロックに取り
付けられる。各シリンダヘッドには排気マニホルドが取
り付けられる。単一の、一体の吸気マニホルド及びロッ
カーカバーが、シリンダヘッドの上方壁に取り付けられ
る。一体の吸気マニホルド及びロッカーカバーは、シリ
ンダヘッドを通して吸気を各シリンダ列に送り、排気マ
ニホルドからの排気ガスを各シリンダ列内の各シリンダ
に再循環させる。
【０００７】本発明は、シリンダ列の双方のために作動
する単一の吸気マニホルドを単一のロッカーカバーと組
み合わせることにより、エンジン構成部品を有効実装す
る目的の達成を容易化する。従って、本発明によれば、
別個の吸気マニホルド、ガスケット、排気ガス再循環
（ＥＧＲ）冷却装置用ハウジング並びに、外付けのＥＧ
Ｒ弁と関連する若干の搭載配管の必要性が排除される。
しかも、Ｖ字形エンジンブロックのために楔形状のシリ
ンダヘッドを使用することにより、単一の、一体の吸気
マニホルド及びロッカーカバーのための実質的に水平な
取り付け面が提供される。この設計形状上、吸気マニホ
ルドは各シリンダに上方から吸気を供給し、楔形のシリ
ンダヘッドが、シリンダの吸気ポート内への垂直方向で
のアクセスを提供する。従って、本発明の利益の１つ
は、配管、ガスケット、各シリンダヘッドのための関連
するブラケットや締め具、別個のロッカーカバー及びＥ
ＧＲ冷却装置ハウジングのみならず、数多くの構成部品
が排除されることである。
【０００８】本発明の他の利益は、楔形のシリンダヘッ
ドが、吸気マニホルドのための実質的に水平な取り付け
面を提供することである。本発明の更に他の利益は、楔
形のシリンダヘッドが、上方の吸気ポートを低損失化す
る状態での、吸気ポート幾何学の最適化のための追加的
な融通性を提供することである。更には、シリンダヘッ
ドに吸気を垂直方向から導入させることで、吸気が燃焼
チャンバ内で追加的に翻転されるようになることであ
る。
【０００９】
【発明の実施の形態】図１及び２を参照するに、内燃機
関（以下、エンジンとも称する）が全体を番号１０で示
されている。好ましい実施例ではエンジン１０は圧縮点
火エンジン、即ちディーゼルエンジンであるが、火花点
火エンジンであっても良い。エンジン１０は鋳造エンジ
ンブロック１２を含み、この鋳造エンジンブロックは、
間部分に谷部あるいはプレナム１８を確定するようなＶ
字形態に配列した一対のシリンダ列１４及び１６を有し
ている。シリンダ列１４及び１６がＶ字形態に配列され
ることで、図２及び図３に示すような断面で見た場合
に、水平面に関して鋭角に配置された上部壁、即ち、
“火炎デッキ”２０及び２２が夫々出現する。更に、各
シリンダ列１４及び１６は、相互に離間され且つ各シリ
ンダ列内で長手方向に整列して配置された、複数の、端
部開放されたシリンダ２４を含む。
【００１０】各シリンダ２４内でピストン２６が往復作
動自在に支持される。各ピストン２６は、従来様式下に
ジャーナル支承された図示しないクランクシャフトに、
シリンダブロック１２の下方部分で、コネクティングロ
ッド２８を介して結合される。燃料がシリンダ２４内で
燃焼されるとピストン２６が往復作働し、結局、クラン
クシャフトが往復作働して動力が生じ、この動力が変換
されて自動車あるいは任意数のその他装置を駆動する。
エンジンブロック１２の下部にオイルパン３０が固着さ
れ、エンジンの種々のパーツを潤滑したオイルのための
オイル溜めを提供する。エンジンブロック１２に取り付
けたオイルフィルタ３２が、オイルに潤滑中に入り込ん
だ汚染物をろ別する。
【００１１】図２及び図３に最も良く示されるように、
全体を番号３４及び３６で示す一対のシリンダヘッド
が、一対のシリンダ列１４及び１６の夫々と関連付けら
れる。各シリンダヘッド３４及び３６は上方壁３８及び
下方壁４０を含む。上方壁３８及び下方壁４０はシリン
ダヘッドの断面が実質的に楔形状となるような傾斜状態
で相対配置される。更には、各シリンダヘッド３４及び
３６は内側壁４２及び外側壁４４と、これら内側壁及び
外側壁間を伸延する、参照番号を付さない前壁及び後壁
を有する。内側壁４２、外側壁４４、前壁、後壁の全て
は、上方壁３８及び下方壁４０間を伸延する。
【００１２】各シリンダヘッド３４及び３６は、これら
シリンダヘッド３４及び３６の各下方壁４０が、関連す
るシリンダ列１４及び１６の相対する上部壁２０及び２
２をシールし、且つ、各シリンダ２４の開放端部を閉鎖
するようにエンジンブロック１２に取り付ける。また、
各シリンダヘッド３４及び３６は、これら各シリンダヘ
ッド３４及び３６の上方壁３８が、図２及び図３に示す
ような断面で見て水平面と実質的に平行となるように取
り付けられる。
【００１３】上方壁３８及び下方壁４０、内側壁４２及
び外側壁４４は、各シリンダヘッド３４及び３６の様々
のパーツを冷却するための、液体冷却材を受けるように
なっている。各シリンダヘッド３４及び３６の各シリン
ダ位置には、例えば、インジェクタ、図１に示す吸気ポ
ート５０及び排気ポート５２と関連する吸気弁及び排気
弁、のみならず、吸気弁及び排気弁を作動させて吸気ポ
ート５０及び排気ポート５２を開放させるためのロッカ
ーアームを含む数多くの構成部品が担持される。ロッカ
ーアームは、他の関連する部品を介してクランクシャフ
トにより駆動されるカムシャフトのカムと係合する、バ
ネ偏倚された従動子を結合したプッシュロッドにより作
動される（これら部品は全て従来通りのものであり図示
されない）。エンジン１０は斯界に既知のその他の従来
通りの構成部品を数多く含んでいるが、そうした部品に
関してはここではその詳細は説明されない。
【００１４】エンジン１０は一対のシリンダヘッド３
４、３６の夫々の外側壁４４に各１つを取り付けた一対
の排気マニホルド５４、５６をも含んでいる。全体を番
号５８で示す、単一の、一体の吸気マニホルド及びロッ
カーカバーが、各シリンダヘッド３４及び３６の水平な
上方壁３８に、Ｖ字形態の各シリンダ列１４及び１６に
より確定されるプレナム１８を跨いで取り付けられてい
る。一体のマニホルド及びロッカーカバー５８が、各シ
リンダヘッド３４及び３６を通して各シリンダ列１４及
び１６内の各シリンダ２４に吸気を提供し、更には、一
対の排気マニホルド５４及び５６からの排気ガスをシリ
ンダ列１４、１６の各シリンダ２４に再循環する。この
目的上、一体のマニホルド及びロッカーカバー５８は、
全体を番号６０で示す排気ガス再循環（ＥＧＲ）冷却装
置コアを含んでいる。ＥＧＲ冷却装置コア６０は、一体
のマニホルド及びロッカーカバー５８の中央に着脱自在
に取り付けられ、排気ガスを各シリンダ２４に送る前に
冷却するべく、図１の平面図で上方端部に位置付けた送
り通路５９を介し、排気マニホルド５４及び５６と流体
連通される。ＥＧＲ冷却装置コア６０は、図２に番号６
１で概略示されるＥＧＲ弁及び、恐らくはその他の図示
しない関連する構成部品をも含む。図１に最も良く示さ
れるように、シリンダヘッド３４及び３６は、各シリン
ダヘッド内の図示しない冷却材ジャケットをＥＧＲ冷却
装置コア６０と相互結合する冷却材結合部６２をも含ん
でいる。同様に、一体のマニホルド及びロッカーカバー
５８は、冷却材結合部６２とＥＧＲ冷却装置コア６０と
を連通する冷却材通路６４を含む。冷却材結合部６２と
冷却材通路６４とは、図１に示すように、送り通路５９
とは反対側に位置付けることができる。
【００１５】一体のマニホルド及びロッカーカバー５８
は、相対的に離間され且つＥＧＲ冷却装置コア６０の各
側の複数のＥＧＲ導入路６６をも含む。ＥＧＲ導入路６
６は、ＥＧＲ冷却装置コア６０と、このＥＧＲ冷却装置
コア６０の各側の一体のマニホルド及びロッカーカバー
５８内に形成した一対のレールマニホルド６７とを連通
させる。レールマニホルド６７は、周囲の吸気と、ＥＧ
Ｒ冷却装置コア６０と、各シリンダヘッド３４、３６に
形成した吸入ポート５０とを、吸入路７０を介して流体
連通する。排気ガス７２（図１）は、排気ポート５２
と、排気マニホルド５４及び５６とを流体連通する。図
２及び図３に例示されるように、一体のマニホルド及び
ロッカーカバー５８は、図２に示すような内部のチャン
ネル７６を通して流れる排気ガスの冷却を助成するため
の、この一体のマニホルド及びロッカーカバー５８の外
側表面上に形成した冷却用フィン７４をも含み得る。加
えて、ＥＧＲ導入路６６のみならず、冷却材結合部６
２、冷却材通路６４は、エンジンから周囲環境に放出さ
れる騒音を最小化する作用もある。
【００１６】本発明は、シリンダ列１４、１６の双方の
ための、単一の、一体のマニホルド及びロッカーカバー
５８を単一のロッカーカバーと組み合わせることによ
り、エンジン構成部品を有効実装するという目的の達成
を容易化するものである。従って、本発明によれば、別
個の吸気マニホルド、ガスケット、排気ガス再循環（Ｅ
ＧＲ）冷却装置用ハウジング並びに、外付けしたＥＧＲ
弁と関連する特定の搭載配管の必要性を排除する。しか
も、Ｖ字形エンジンブロックのために楔形状のシリンダ
ヘッドを使用することにより、単一の、一体の吸気マニ
ホルド及びロッカーカバーのための、実質的に水平な取
り付け面が提供される。この設計形状により、吸気マニ
ホルドは各シリンダへの上方からの吸気供給が容易化さ
れる。更に、楔形のシリンダヘッドが、シリンダの吸気
ポート内への垂直方向でのアクセスを提供する。最後
に、一体のマニホルド及びロッカーカバーは、アルミニ
ューム、鋳鉄、また、熱可塑性プラスチックを含む数多
くの材料から作製することが可能である。
【００１７】
【発明の効果】かくして、本発明によれば、配管、ガス
ケット、各シリンダヘッドのための関連するブラケット
や締め具、別個のロッカーカバー及びＥＧＲ冷却装置ハ
ウジングのみならず、数多くの構成部品が排除され、楔
形のシリンダヘッド３４、３６により、吸気マニホルド
のための実質的に水平な取り付け面が提供され、楔形の
シリンダヘッドが、上方の吸気ポート５０を低損失化す
る状態での、吸気ポート幾何学の最適化のための追加的
な融通性を提供し、更には、シリンダヘッドに吸気を垂
直方向から導入させることで、吸気が燃焼チャンバ内で
追加的に翻転されるようになる。
【００１８】以上、本発明を実施例を参照して説明した
が、本発明の内で種々の変更をなし得ることを理解され
たい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＶ字形エンジンブロック式の内燃機関
の平面図である。
【図２】図１の内燃機関を図１の線２−２に沿って部分
的に切断した断面図である。
【図３】図１の内燃機関を図１の線３−３に沿って部分
的に切断した断面図である。
【符号の説明】
１０ 内燃機関 １２ 鋳造エンジンブロック １４、１６ シリンダ列 １８ プレナム ２０、２２ 上部壁 ２４ シリンダ ２６ ピストン ２８ コネクティングロッド ３０ オイルパン ３２ オイルフィルタ ３４、３６ シリンダヘッド ３８ 上方壁 ４０ 下方壁 ４２ 内側壁 ４４ 外側壁 ５０ 吸気ポート ５２ 排気ポート ５４、５６ 排気マニホル ５８ 一体の吸気マニホルド及びロッカーカバー ５９ 送り通路 ６０ ＥＧＲ冷却装置コア ６１ ＥＧＲ弁 ６４ 冷却材通路 ６６ ＥＧＲ導入路 ６７ レールマニホルド ７４ 冷却用フィン ７６ チャンネル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｆ 1/42 Ｆ０２Ｆ 1/42 Ｋ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５７０ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５７０Ｂ ５８０ ５８０Ｅ 35/116 35/10 １０２Ｊ 35/10 １０２Ｖ ３０１Ｔ

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 内燃機関であって、 各上部壁が水平に関して鋭角に配列されるようなＶ字形
    態に配列された一対のシリンダ列と、該一対のシリンダ
    列内の、相互に離間され且つシリンダ列の長手方向に整
    列して配置された複数のシリンダと、を有するエンジン
    ブロックと、 各シリンダ列と関連する一対のシリンダヘッドにして、
    断面が実質的に楔形となるような傾斜状態に相対配置さ
    れた上方壁及び下方壁を各々含み、各下方壁が、関連す
    るシリンダ列の相対する上部壁をシールし、それによ
    り、前記各シリンダの開放端部を閉鎖し、各上方壁が水
    平と実質的に平行となるようにエンジンブロックに取り
    付けたシリンダヘッドと、 シリンダヘッドの各々に取り付けた一対の排気マニホル
    ドと、 シリンダヘッドの上方壁に取り付けた、単一の、一体の
    マニホルド及びロッカーカバーにして、各シリンダヘッ
    ドを通して各シリンダ列の各シリンダに吸気を提供し、
    前記排気マニホルドからの排気ガスを各シリンダ列の各
    シリンダに再循環させる一体のマニホルド及びロッカー
    カバーと、を含む内燃機関。
  2. 【請求項２】 一体のマニホルド及びロッカーカバー
    が、該一体のマニホルド及びロッカーカバー内に着脱自
    在に取り付けられ且つ排気ガスが各シリンダに送られる
    以前に冷却するために排気マニホルド内部と流体連通す
    る、排気ガス再循環用冷却装置コアを含んでいる請求項
    １の内燃機関。
  3. 【請求項３】 一体のマニホルド及びロッカーカバー
    が、排気ガス再循環用冷却装置コアと、吸気供給源と、
    シリンダとを流体連通する吸気通路を含んでいる請求項
    ２の内燃機関。
  4. 【請求項４】 一体のマニホルド及びロッカーカバー
    が、排気ガス再循環用冷却装置コアと、吸気通路とを流
    体連通する排気ガス導入路を含んでいる請求項３の内燃
    機関。
  5. 【請求項５】 各シリンダヘッドが、内側壁、外側壁、
    前壁、後壁を含み、これら内側壁、外側壁、前壁、後壁
    の全てが、シリンダヘッドの上方壁及び下方壁間を伸延
    し、排気マニホルドが、各シリンダヘッドの各外側壁に
    取り付けられる請求項１の内燃機関。
  6. 【請求項６】 Ｖ字形態の一対のシリンダ列が、その間
    部分にプレナムを確定し、一体のマニホルド及びロッカ
    ーカバーが、各シリンダヘッドの水平な上方壁に取り付
    けられ且つ前記プレナムを跨いでいる請求項１の内燃機
    関。
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