JP2007247523A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却損失を低減することによりエンジンの燃費や性能を向上させ得る内燃機関を提供すること。
【解決手段】この内燃機関１では、少なくとも３つ以上のシリンダボア２１ａ〜２１ｄが配列されると共に、これらのシリンダボア２１ａ〜２１ｄ間にて交互に燃焼行程が行われる。また、隣り合うシリンダボア２１ａ、２１ｂ；２１ｂ、２１ｃ；２１ｃ、２１ｄ間の隔壁にボア間冷却水通路２５ａｂ、２５ｂｃ、２５ｃｄがそれぞれ形成される。また、隣り合うシリンダボア２１ａ、２１ｂ；２１ｂ、２１ｃ；２１ｃ、２１ｄ間の隔壁のうち燃焼行程が連続しないシリンダボア２１ｂ、２１ｃ間の隔壁では、燃焼行程が連続するシリンダボア２１ａ、２１ｂ；２１ｃ、２１ｄ間の隔壁と比較して、ボア間冷却水通路２５ｂｃに流通する冷却水の流量が少ない。
【選択図】 図２

Description

この発明は、内燃機関に関し、さらに詳しくは、冷却損失を低減することによりエンジンの燃費や性能を向上させ得る内燃機関に関する。

多気筒型の内燃機関では、エンジン稼働時の燃焼熱により隣り合うシリンダボア間の隔壁が高温となる。そして、隔壁の温度が所定の上限温度（例えば、オイルの揮発温度）に到達すると、オイルの消費量が急激に悪化する等の問題が生じる。このため、内燃機関では、隣り合うシリンダボア間の隔壁内に冷却水通路が形成され、この通路を流れる冷却水によりシリンダボア間の隔壁が冷却される。これにより、隔壁の温度上昇に起因するオイル消費量の悪化などが抑制される。

かかる構成を採用する従来の内燃機関には、特許文献１に記載される技術が知られている。従来の内燃機関（シリンダボア間冷却構造）では、複数のシリンダボアを有するシリンダブロック内には、ポンプの吐出側と接続された冷却通路が形成され、該冷却通路内を流れた冷却水は、前記ポンプの吸込側に接続された吸込側通路を通り循環されるように構成されているとともに、前記シリンダボア間を冷却するためのシリンダボア間冷却水路は、流入側が前記冷却通路に接続され、流出側が前記吸い込み側通路に接続されていることを特徴とする。

特開平１１−２２４５９号公報

一方、シリンダボア間の隔壁が過度に冷却されると、冷却損失によりエンジンの燃費や性能が低下するおそれがある。

そこで、この発明は、上記に鑑みて為されたものであって、冷却損失を低減することによりエンジンの燃費や性能を向上させ得る内燃機関を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、この発明にかかる内燃機関は、シリンダボアと前記シリンダボアに収容されるピストンとを有すると共に、前記シリンダボア内にて燃料を燃焼させて前記ピストンを駆動することにより動力を発生する内燃機関であって、少なくとも３つ以上の前記シリンダボアが配列されると共に、これらのシリンダボア間にて交互に燃焼行程が行われ、且つ、隣り合う前記シリンダボア間の隔壁に冷却水通路（以下、ボア間冷却水通路という。）がそれぞれ形成されると共に、隣り合う前記シリンダボア間の隔壁のうち燃焼行程が連続しない前記シリンダボア間の隔壁では、燃焼行程が連続する前記シリンダボア間の隔壁と比較して、前記ボア間冷却水通路に流通する冷却水の流量が少ないことを特徴とする。

この内燃機関では、燃焼行程が連続しないシリンダボア間の隔壁の冷却が抑制されるので、この部分における過冷却が抑制される。これにより、冷却損失が低減されて、エンジンの燃費や性能が向上する利点がある。

また、この発明にかかる内燃機関は、隣り合う前記シリンダボア間の隔壁のうち燃焼行程が連続しない前記シリンダボア間の隔壁における温度Ｔの最大値と、燃焼行程が連続する前記シリンダボア間の隔壁における温度Ｔの最大値とが略均一となるように、前記ボア間冷却水通路に流通する冷却水の流量が設定される。

この内燃機関では、各隔壁の温度Ｔの最大値が均一化されるので、各隔壁における過冷却が低減され、また、隔壁の上限温度Ｔｓを基準とした各隔壁の冷却が容易化される利点がある。

また、この発明にかかる内燃機関は、燃焼行程が連続しない前記シリンダボア間の隔壁における前記ボア間冷却水通路の通路断面積が、燃焼行程が連続する前記シリンダボア間の隔壁における前記ボア間冷却水通路の通路断面積よりも小さい。

この内燃機関では、各隔壁における冷却水の流量を簡易な構成にて調整し得る利点がある。

また、この発明にかかる内燃機関は、燃焼行程が連続しない前記シリンダボア間の隔壁の前記ボア間冷却水通路における冷却水の流量を調整する流量調整手段が設けられる。

この内燃機関では、各隔壁における冷却水の流量を簡易な構成にて調整し得る利点がある。

この発明にかかる内燃機関によれば、この内燃機関では、燃焼行程が連続しないシリンダボア間の隔壁の冷却が抑制されるので、この部分における過冷却が抑制される。これにより、冷却損失が低減されて、エンジンの燃費や性能が向上する利点がある。

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、この実施例の構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、或いは実質的同一のものが含まれる。また、この実施例に記載された複数の変形例は、当業者自明の範囲内にて任意に組み合わせが可能である。

図１は、この発明の実施例にかかる内燃機関を示す構成図である。図２および図３は、図１に記載した内燃機関のシリンダを示すＡ−Ａ視図（図２）およびＢ−Ｂ視図（図３）である。図４は、図１に記載した内燃機関の作用を示す説明図である。図５は、図１に記載した内燃機関の変形例を示す説明図である。図６は、従来の内燃機関の作用を示す説明図である。

［内燃機関］
この内燃機関（エンジン）１は、例えば、直列４気筒型のエンジンであり、シリンダブロック２と、ピストン３と、クランクシャフト４と、シリンダヘッド５と、動弁系６とを有する（図１参照）。シリンダブロック２は、複数のシリンダボア２１ａ〜２１ｄと、クランクケース２２と有する。また、このシリンダブロック２では、４つシリンダボア２１ａ〜２１ｄが直列に配列されている（図２参照）。ピストン３は、各シリンダボア２１ａ〜２１ｄ内に往復運動可能に収容されて配置される。クランクシャフト４は、ロッドを介してピストン３に連結され、ピストン３の往復運動に連動して回転する。

シリンダヘッド５は、シリンダブロック２の上部に配置されるカバー状の部品であり、シリンダブロック２に対してボルト（図示省略）により締結される。また、シリンダヘッド５は、燃料を燃焼させるための燃焼室５１を有する。この燃焼室５１は、シリンダブロック２の各シリンダボア２１ａ〜２１ｄに対応してそれぞれ設けられる。また、シリンダヘッド５は、吸気ポート５２および排気ポート５３を有する。吸気ポート５２および排気ポート５３は、１つの燃焼室５１に対してそれぞれ接続され、燃焼室５１の吸気口（吸気ポート５２）あるいは排気口（排気ポート５３）を構成する。動弁系６は、吸気バルブ６１および排気バルブ６２を有する。吸気バルブ６１および排気バルブ６２は、吸気ポート５２のバルブ（吸気バルブ６１）あるいは排気ポート５３のバルブ（排気バルブ６２）を構成する。また、吸気バルブ６１および排気バルブ６２の開閉動作により、燃焼室５１への吸気あるいは燃焼室５１からの排気が調整される。

この内燃機関１では、まず、吸気バルブ６１が開弁されると共に排気バルブ６２が閉弁されて、ピストン３がシリンダボア２１内を下降する。すると、吸気が吸気ポート５２からシリンダボア２１ａ〜２１ｄ（燃焼室５１）内に導入される（吸気行程）。次に、吸気バルブ６１（および排気バルブ６２）が閉弁され、ピストン３が上昇してシリンダボア２１内の吸気が圧縮される（圧縮行程）。このとき、インジェクタ７からシリンダボア２１ａ〜２１ｄ内に燃料が噴射されて燃料供給が行われる。次に、シリンダボア２１内の混合気が燃焼して膨張し、ピストン３が押し下げられて仕事をする（燃焼行程）。次に、吸気バルブ６１が閉弁されたまま排気バルブ６２が開弁され、ピストン３が上昇してシリンダボア２１内の排気が排気ポート５３から押し出される。そして、これらの行程が繰り返されることにより、ピストン３がシリンダボア２１ａ〜２１ｄ内を往復運動して動力がクランクシャフト４に伝達される。

［シリンダの冷却構造］
また、シリンダブロック２は、配列されたシリンダ群２１ａ〜２１ｄの外周を囲むウォータージャケット（以下、ブロック側ウォータージャケットという。）２３を有する（図１〜図３参照）。このブロック側ウォータージャケット２３により、シリンダ群２１ａ〜２１ｄの外周に冷却水通路（以下、ブロック側冷却水通路という。）２４が形成される。内燃機関１の稼働時には、このブロック側冷却水通路２４に冷却水が流通することにより、各シリンダボア２１ａ〜２１ｄが冷却される。なお、この実施例では、ブロック側ウォータージャケット２３がシリンダブロック２の上面（シリンダヘッド５との接合面）に開口している（オープンデッキ構造）。また、ブロック側冷却水通路２４は、車両のラジエータ（図示省略）に接続されており、このラジエータから冷却水を供給される。

また、シリンダヘッド５は、各シリンダボア２１ａ〜２１ｄの燃焼室５１の周辺を囲むウォータージャケット（以下、ヘッド側ウォータージャケットという。）５４を有する（図３参照）。このヘッド側ウォータージャケット５４によりは、各シリンダボア２１ａ〜２１ｄの燃焼室５１の周辺を囲む冷却水通路（以下、ヘッド側冷却水通路という。）５５が形成される。内燃機関１の稼働時には、このヘッド側冷却水通路５５に冷却水が流通することにより、各燃焼室５１の周辺（特に排気ポートの周辺）が冷却される。また、ヘッド側冷却水通路５５は、車両のラジエータ（図示省略）に接続されており、このラジエータから冷却水を供給される。

［ボア間冷却水通路］

また、シリンダブロック２は、隣り合うシリンダボア２１ａ、２１ｂ；２１ｂ、２１ｃ；２１ｃ、２１ｄ間のそれぞれの隔壁に冷却水通路（以下、ボア間冷却水通路という。）２５ａｂ、２５ｂｃ、２５ｃｄを有する（図２および図３参照）。これらのボア間冷却水通路２５ａｂ、２５ｂｃ、２５ｃｄは、シリンダブロック２の上面に一方の開口部を有すると共に、ブロック側冷却水通路２４内に他方の開口部を有する。また、シリンダヘッド５は、このボア間冷却水通路２５（シリンダブロック２の上面側の開口部）とヘッド側冷却水通路５５とを結ぶ連通孔５６を有する。そして、この連通孔５６とボア間冷却水通路２５ａｂ、２５ｂｃ、２５ｃｄとを介して、ヘッド側冷却水通路５５とブロック側冷却水通路２４とが連通している。なお、ボア間冷却水通路２５は、例えば、ドリル加工により形成される（ドリルドパッセージ）。内燃機関１の稼働時には、冷却水がヘッド側冷却水通路５５から連通孔５６およびボア間冷却水通路２５ａｂ、２５ｂｃ、２５ｃｄを通ってブロック側冷却水通路２４に流れる。これにより、隣り合うシリンダボア２１ａ、２１ｂ；２１ｂ、２１ｃ；２１ｃ、２１ｄ間のそれぞれの隔壁が冷却される。

ここで、内燃機関１の稼働時には、シリンダボア２１ａ、２１ｂ；２１ｂ、２１ｃ；２１ｃ、２１ｄ間の隔壁の温度Ｔが、燃焼行程の直後から受熱により上昇し、雰囲気温度の低い行程（吸気行程など）にて放熱により下降する（図４参照）。このため、隔壁の温度Ｔは、１サイクル中にて高温と低温とを交互に繰り返す。このとき、隔壁の温度Ｔが所定の上限温度Ｔｓに到達するとオイルの消費量が急激に悪化する。このため、隔壁の温度Ｔがこの上限温度Ｔｓを越えないように、各ボア間冷却水通路２５ａｂ、２５ｂｃ、２５ｃｄに冷却水が供給されて、各シリンダボア２１ａ〜２１ｄ間の隔壁が冷却される（図２参照）。なお、図４中の番号ａ〜ｄは、４つある各シリンダボア２１ａ〜２１ｄに対応している。

ところで、各シリンダボア２１ａ〜２１ｄ間では、その燃焼行程が同時に行われずにタイミングをずらして交互かつ順番に行われる（図４参照）。図４に示す例では、ａ−ｃ−ｄ−ｂ−ａの順に燃焼行程が行われる。このため、両側のシリンダボア２１ａ、２１ｂ；２１ｃ、２１ｄ間にて燃焼行程が連続するときがある。一方、中央のシリンダボア２１ｂ、２１ｃ間では、燃焼行程が連続するときがない。

このため、各シリンダボア間の隔壁の冷却に差がない場合、例えば、各ボア間冷却水通路に同一流量の冷却水が供給される（例えば、各ボア間冷却水通路が同一径を有する）場合には、各シリンダボア間の隔壁にて冷却の程度にバラつきが生じる（図６参照）。具体的には、燃焼行程が連続するシリンダボア間にて隔壁の温度Ｔの最大値が相対的に高くなり、逆に、燃焼行程が連続しないシリンダボア間にて隔壁の温度Ｔの最大値が相対的に低くなる。すると、隔壁の温度Ｔの最大値が相対的に低くなる部分にて過冷却により冷却損失が発生し、燃費の悪化やエンジン性能の低下が生じるおそれがある。

そこで、この内燃機関１では、隣り合うシリンダボア２１ａ、２１ｂ；２１ｂ、２１ｃ；２１ｃ、２１ｄ間の隔壁のうち燃焼行程が連続しないシリンダボア２１ｂ、２１ｃ間の隔壁では、燃焼行程が連続するシリンダボア２１ａ、２１ｂ；２１ｃ、２１ｄ間の隔壁と比較して、ボア間冷却水通路２５ｂｃに流通する冷却水の流量が少ないことが好ましい（図２参照）。すなわち、燃焼行程の間隔が長い（連続する）シリンダボア２１ａ、２１ｂ；２１ｃ、２１ｄ間の隔壁では、ボア間冷却水通路２５ａｂ、２５ｃｄを流れる冷却水が多く、燃焼行程の間隔が短い（連続しない）シリンダボア２１ｂ、２１ｃ間の隔壁では、ボア間冷却水通路２５ｂｃを流れる冷却水が少なくなるように、冷却水の流量が設定される。

かかる構成では、燃焼行程が連続しないシリンダボア２１ｂ、２１ｃ間の隔壁の冷却が抑制されるので、この部分における過冷却が抑制される。これにより、冷却損失が低減されて、エンジンの燃費や性能が向上する利点がある。また、冷却水の流量が低減されるので、フリンクションの発生が抑制される利点がある。

［付加的事項１］
なお、この内燃機関１では、隣り合うシリンダボア２１ａ、２１ｂ；２１ｂ、２１ｃ；２１ｃ、２１ｄ間の隔壁のうち燃焼行程が連続しないシリンダボア２１ｂ、２１ｃ間の隔壁における温度Ｔの最大値と、燃焼行程が連続するシリンダボア２１ａ、２１ｂ；２１ｃ、２１ｄ間の隔壁における温度Ｔの最大値とが略均一となるように、ボア間冷却水通路２５ａｂ、２５ｂｃ、２５ｃｄに流通する冷却水の流量がそれぞれ設定される（図４参照）。すなわち、各隔壁の温度Ｔの最大値が略一定値に揃うように、ボア間冷却水通路２５ａｂ、２５ｂｃ、２５ｃｄにおける冷却水の流量が設定される。

かかる構成では、各隔壁の温度Ｔの最大値が均一化されるので、各隔壁における過冷却が低減され、また、隔壁の上限温度Ｔｓを基準とした各隔壁の冷却が容易化される利点がある。

［付加的事項２］
上記の構成としては、例えば、各ボア間冷却水通路２５ａｂ、２５ｂｃ、２５ｃｄの通路断面積（ドリルパスの径）を相異させることにより、各隔壁における冷却水の流量が調整される構成が採用される。具体的には、燃焼行程が連続しないシリンダボア２１ｂ、２１ｃ間の隔壁におけるボア間冷却水通路２５ｂｃの通路断面積が、燃焼行程が連続するシリンダボア２１ａ、２１ｂ；２１ｃ、２１ｄ間の隔壁におけるボア間冷却水通路２５ａｂ、２５ｃｄの通路断面積よりも小さく（ドリルパスの径が細く）設定される。これにより、燃焼行程が連続しないシリンダボア２１ｂ、２１ｃ間の隔壁における冷却水の流量が減少して、この隔壁における過冷却が抑制される。かかる構成とすれば、各隔壁における冷却水の流量を簡易な構成にて調整し得る利点がある。

［付加的事項３］
また、上記の構成としては、例えば、燃焼行程が連続しないシリンダボア２１ｂ、２１ｃ間の隔壁のボア間冷却水通路２５ｂｃにおける冷却水の流量を調整する流量調整手段５７が設けられる構成が採用される（図５参照）。この流量調整手段は、例えば、連通孔５６に形成された絞り部により構成され、ボア間冷却水通路２５ｂｃを通る冷却水の流量を減少させる。かかる構成としても、各隔壁における冷却水の流量を簡易な構成にて調整し得る利点がある。なお、このような絞り部は、ボア間冷却水通路２５ｂｃの入口側、出口側あるいは中央のいずれに配置されても良い。

以上のように、本発明にかかる内燃機関は、冷却損失を低減することによりエンジンの燃費や性能を向上させ得る点で有用である。

この発明の実施例にかかる内燃機関を示す構成図である。 図１に記載した内燃機関のシリンダを示すＡ−Ａ視図である。 図１に記載した内燃機関のシリンダを示すＢ−Ｂ視図である。 図１に記載した内燃機関の作用を示す説明図である。 図１に記載した内燃機関の変形例を示す説明図である。 従来の内燃機関の作用を示す説明図である。

符号の説明

１ 内燃機関
２ シリンダブロック
２１ａ〜２１ｄ シリンダボア
２２ クランクケース
２３ ブロック側ウォータージャケット
２４ ブロック側冷却水通路
２５ａｂ、２５ｂｃ、２５ｃｄ ボア間冷却水通路
３ ピストン
４ クランクシャフト
５ シリンダヘッド
５１ 燃焼室
５２ 吸気ポート
５３ 排気ポート
５４ ヘッド側ウォータージャケット
５５ ヘッド側冷却水通路
５６ 連通孔
５７ 流量調整手段
６ 動弁系
６１ 吸気バルブ
６２ 排気バルブ
７ インジェクタ

Claims (4)

1. シリンダボアと前記シリンダボアに収容されるピストンとを有すると共に、前記シリンダボア内にて燃料を燃焼させて前記ピストンを駆動することにより動力を発生する内燃機関であって、
   少なくとも３つ以上の前記シリンダボアが配列されると共に、これらのシリンダボア間にて交互に燃焼行程が行われ、且つ、隣り合う前記シリンダボア間の隔壁に冷却水通路（以下、ボア間冷却水通路という。）がそれぞれ形成されると共に、隣り合う前記シリンダボア間の隔壁のうち燃焼行程が連続しない前記シリンダボア間の隔壁では、燃焼行程が連続する前記シリンダボア間の隔壁と比較して、前記ボア間冷却水通路に流通する冷却水の流量が少ないことを特徴とする内燃機関。
2. 隣り合う前記シリンダボア間の隔壁のうち燃焼行程が連続しない前記シリンダボア間の隔壁における温度Ｔの最大値と、燃焼行程が連続する前記シリンダボア間の隔壁における温度Ｔの最大値とが略均一となるように、前記ボア間冷却水通路に流通する冷却水の流量が設定されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
3. 燃焼行程が連続しない前記シリンダボア間の隔壁における前記ボア間冷却水通路の通路断面積が、燃焼行程が連続する前記シリンダボア間の隔壁における前記ボア間冷却水通路の通路断面積よりも小さいことを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関。
4. 燃焼行程が連続しない前記シリンダボア間の隔壁の前記ボア間冷却水通路における冷却水の流量を調整する流量調整手段が設けられることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の内燃機関。

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