JP2008163750A - エンジン - Google Patents

Abstract

【課題】エンジン低負荷時に吸気温度、或いは、シリンダ内の温度が低いためにおこる燃料の不完全燃焼を防止すべく、吸気側に暖気を送り込むことができ、なおかつ簡単な構成であり導入コストを低く抑えることができる技術を提供することを目的とする。
【解決手段】シリンダヘッド６に低負荷時と高負荷時とで変化するアクチュエータを配置し、低負荷時には暖気を吸気側に導き温度が上昇するように構成したエンジン１において、吸気ポート４３と排気ポート４４との間に連通孔５１を設け、該連通孔５１途中に該連通孔５１の開口面積変更体６０（シャフト６２）を設け、該シャフト６２を前記アクチュエータとなる感熱膨張体６１で作動するようにし、高負荷時に該連通孔５１に突出して開口面積が小さくなるように構成した。
【選択図】図４

Description

本発明は、エンジンに関する。より詳細には、エンジン運転時の低負荷域においてエンジンの吸気温度を上昇させて燃焼を促進することで一酸化炭素排出量を低減する技術に関する。

従来、エンジンの性能を求める際に、高負荷域にて性能テストをした場合、低負荷域の圧縮端温度が低くなり、低負荷域において燃焼が促進されず不完全燃焼となり、一酸化炭素（ＣＯ）排出量が多くなっていた。逆に低負荷域における圧縮端温度を上げるように性能テストをした場合では、高負荷域でのエンジン性能を十分に発揮することができず、効率的な運転はできなかった。このようにエンジン性能を低下させずに低負荷域におけるＣＯ排出量を低減することが困難であった。
前記ＣＯに限らず窒素酸化物（ＮＯｘ）やパティキュレートマター（ＰＭ）等の人体や環境に悪影響を与える排出ガスに含まれる有害物質は規制の対象となっており、排出ガス内の有害物質含有量を低減させる技術が求められている。
例えば、排出ガス内に含まれるＮＯｘを低減させるために、排出ガスの一部を吸気側に還流し再燃焼させる排出ガス再循環（ＥＧＲ）機構を有するエンジンが公知となっている（例えば、特許文献１参照）。一般にＮＯｘは燃焼温度が高いほど発生しやすい事が知られており、該ＥＧＲ機構は、エンジンから排出された不活性ガスの一部を吸気通路へ還流し、シリンダ内の燃焼温度を低下させることにより、ＮＯｘの低減を図るものである。
また、ＣＯの排出量を低減するものとして、排気ガスを攪拌することで排気ガスの部分的な温度低下を抑え、化学反応を促進させることで排気ガスに含まれる一酸化炭素や未燃炭化水素を低減することができる内燃機関の排気装置が公知となっている（例えば、特許文献２参照）。

特許文献１に開示された技術は、排気ガスの一部を吸気側に還流する機構を備えるエンジンにおいて、シリンダヘッドの排気ポートと吸気ポートとの間に配設される壁に連通孔を開口し、該連通孔を上下斜め方向に穿設したエンジンの排気還流装置である。
特許文献２に開示された技術は、内燃機関に接続され前記内燃機関の排気ガスを還流する排気管と、前記排気管に配設され排気ガスを上流側から下流側に送風する送風手段と、前記送風手段を制御する制御手段を有する内燃機関である。
特開２００４−２７０６３２号公報 特開２００６−１９４１０３号公報

上述した特許文献１に開示された構成では、ＥＧＲ配管を新たに導入する必要がなく、排気ポートと吸気ポートとを連通する加工も簡単で済み、コストを低減しつつＥＧＲ機構を構成でき、該ＥＧＲ機構により排出ガスに含まれるＮＯｘを低減することができる。また、ＥＧＲ量を調整する手段として、吸気ポート或いは排気ポートに設けられる可変絞りと、ガバナ機構に具備されるコントロールレバー、感熱膨張体等とをリンク機構を介して連結連動させる方法を開示している。
しかし、ＥＧＲ量を適切に調整するために新たにシリンダブロック内にリンク機構を設ける等の必要がある。このためシリンダブロック内の配置が限られることに加え、コスト面でも不利である。
また、特許文献２に開示された構成では、排気装置に排気ガス送風ファンと該排気ガス送風ファンを制御する制御手段とを設けて、エンジン低負荷時に該排気ガス送風ファンを作動させて排気ガスを攪拌することにより排気管内の部分的な温度低下を抑えて該排気管内のＣＯや、未燃炭化水素（ＨＣ）の化学反応を促進することができ、排気ガス内に含まれるＣＯ量を抑えることができる。
しかし、この構成においても、新たに送風手段等を設ける必要がありコスト面で不利がある。

係る問題点を鑑み、本発明において解決すべき課題は以下のとおりである。
すなわち、エンジン低負荷時に吸気温度、或いは、シリンダ内の温度が低いためにおこる燃料の不完全燃焼を防止すべく、吸気側に暖気を送り込むことができ、なおかつ簡単な構成であり導入コストを低く抑えることができる技術を提供することを目的とする。

また、前述の目的に加えて燃焼室内に吸い込まれる吸気の温度を高くする技術を提供することを目的とする。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、シリンダヘッドに低負荷時と高負荷時とで変化するアクチュエータを配置し、低負荷時には暖気を吸気側に導き温度が上昇するように構成したエンジンにおいて、吸気ポートと排気ポートとの間に連通孔を設け、該連通孔途中に連通孔の開口面積変更体を設け、該開口面積変更体を前記アクチュエータとして感熱膨張体で作動するように構成し、高負荷時に開口面積変更体が該連通孔に突出して開口面積が小さくなるように構成したものである。

請求項２においては、シリンダヘッドに低負荷時と高負荷時とで変化するアクチュエータを配置し、低負荷時には暖気を吸気側に導き温度が上昇するように構成したエンジンにおいて、吸気マニホールドと排気マニホールドとの間に連通パイプを設け、該連通パイプ途中に開口面積変更体を設け、該開口面積変更体を前記アクチュエータとして感熱膨張体で作動するように構成し、高負荷時に開口面積変更体が連通パイプの断面積が小さくなるように構成したものである。

請求項３においては、シリンダヘッドに低負荷時と高負荷時とで変化するアクチュエータを配置し、低負荷時には暖気を吸気側に導き温度が上昇するように構成したエンジンにおいて、前記シリンダヘッド側部にエアクリーナを配置し、該エアクリーナの吸入側とシリンダの冷却風排出側との間に排風還流通路を設け、該排風還流通路に開口面積変更体を設け、該開口面積変更体を前記アクチュエータとして感熱膨張体で作動するように構成し、高負荷時に排風還流通路の開口面積が小さくなるように構成したものである。

請求項４においては、シリンダヘッドに低負荷時と高負荷時とで変化するアクチュエータを配置し、低負荷時には暖気を吸気側に導き温度が上昇するように構成したエンジンにおいて、前記エンジンの排気側に排気温度を検知する排気温度センサを設けるとともに、前記シリンダヘッド側部にエアクリーナを配置し、該エアクリーナの吸入側とシリンダの冷却風排出側との間に排風還流通路を設け、該排風還流通路に開口面積変更体を設け、該開口面積変更体を前記アクチュエータとしてモータで作動するように構成し、該モータを該排気温度センサと接続して、該排気温度センサによって検知される排気温度に応じて該モータを駆動して該排風還流通路の開口面積を変更するように構成したものである。

請求項５においては、シリンダヘッドに低負荷時と高負荷時とで変化するアクチュエータを配置し、低負荷時には暖気を吸気側に導き温度が上昇するように構成したエンジンにおいて、前記エンジンの排気側に排気温度を検知する排気温度センサを設けるとともに、前記シリンダヘッド上を一側から他側へ冷却風が通過するように構成し、該冷却風通路に開口面積変更体を設け、該開口面積変更体を前記アクチュエータとしてモータで作動するように構成し、該モータを該排気温度センサと接続して、該排気温度センサによって検知される排気温度に応じて該モータを駆動して該冷却風通路の開口面積を変更するように構成したものである。

請求項６においては、シリンダヘッドに低負荷時と高負荷時とで変化するアクチュエータを配置し、低負荷時には暖気を吸気側に導き温度が上昇するように構成したエンジンにおいて、前記シリンダヘッドの温度を検知するシリンダヘッド温度センサを設けるとともに、前記シリンダヘッド上を一側から他側へ冷却風が通過するように構成し、該冷却風通路に開口面積変更体を設け、該開口面積変更体を前記アクチュエータとしてモータで作動するように構成し、該モータを該シリンダヘッド温度センサと接続して、該シリンダヘッド温度センサによって検知されるシリンダヘッド温度に応じて該モータを駆動して該冷却風通路の開口面積を変更するように構成したものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１の如く構成したので、低負荷時において、吸気温度を上昇させて燃焼を促進できるので、ＣＯの排出量を低減できる。また、低負荷時にＥＧＲ還元率を上げることができ、ＮＯｘ排出量をも低減可能である。さらには、電源等が不要な感熱膨張体を使用するので、コスト面で優れている。

本発明のエンジンによれば、低負荷時に温度が高い排出ガスを吸気側に還流し、エンジンの負荷が大きくなり、排気温度が上昇すると、アクチュエータが作動して還流量を減少させるので、前記特許文献１のようなＥＧＲ機構に比すると高負荷時の性能を犠牲にせず、低負荷時においてＣＯの排出量を低減できるという点で優れている。

請求項２の如く構成したので、低負荷時において、吸気温度を上昇させて燃焼を促進できるので、ＣＯの排出量を低減できる。また、低負荷時にＥＧＲ還元率を上げることができ、ＮＯｘ排出量をも低減可能である。さらには、電源等が不要な感熱膨張体を使用するので、コスト面でも優れ、該感熱膨張体をマニホールド近傍に配置することで、組み立て、メンテナンスが容易である。

請求項３の如く構成したので、低負荷時において、吸気温度を上昇させて燃焼を促進できるので、ＣＯの排出量を低減できる。また、電源等が不要な感熱膨張体を使用するので、コスト面で優れている。

請求項４の如く構成したので、低負荷時において、吸気温度を上昇させて燃焼を促進できるので、ＣＯの排出量を低減できる。また、排気温度に応じてモータにより開口面積を変更するので、正確に作動させることができる。

請求項５の如く構成したので、低負荷時において、冷却風がシリンダヘッド上を流れにくくするため、シリンダ内の燃焼温度を上昇させて燃焼を促進できるので、ＣＯの排出量を低減できる。また、排気温度に応じてモータにより開口面積を変更するので、正確に作動させることができる。

請求項６の如く構成したので、低負荷時において、冷却風がシリンダヘッド上を流れにくくするため、シリンダ内の燃焼温度を上昇させて燃焼を促進できるので、ＣＯの排出量を低減できる。また、シリンダヘッド温度に応じてモータにより開口面積を変更するので、正確に作動させることができる。

以下に、本発明に係るエンジンについて、図面を参照して説明する。
図１は本発明の一実施例に係るエンジンの正面一部断面図、図２は同じく側面図、図３はシリンダヘッドの平面断面図、図４はシリンダヘッドの側面断面図、図５は開口面積変更体の正面断面図である。図６は本発明の別実施例に係るシリンダヘッドの平面断面図である。図７は本発明の別実施例に係るシリンダヘッドの平面断面図である。図８は本発明の別実施例に係るシリンダヘッドの平面断面図、図９は同じく制御ブロック図である。図１０は本発明の別実施例に係るシリンダヘッドの平面断面図、図１１は同じく制御ブロック図である。なお、図２中に示す矢印Aの指す方向を前方向とし、以下の前後左右を決定している。

まず、本発明に係るエンジンの全体構成から説明する。
図１に示すように、エンジン１は本体の上部をシリンダブロック２、下部をクランクケース５とし、シリンダブロック２は中央に上下方向にシリンダ２ａを形成してピストン４を収納し、クランクケース５にはクランク軸３が軸支され、該ピストン４とクランク軸３の間はコンロッド１７により連結している。シリンダブロック２の上部がシリンダヘッド６により覆われ、該シリンダヘッド６の上部はボンネット７により覆われて弁腕室を構成し、該ボンネット７の一側（本実施例では左側）にマフラー８が配置され、他側（本実施例では右側）に燃料タンク９が配置されている。

また、図２に示すように、前記シリンダヘッド６の前側側面には排気マニホールド２２がフランジを介して取り付けられ、該排気マニホールド２２の先端がシリンダヘッド６の右側方に配置されたマフラー８に接続されている。一方、シリンダヘッド６の後側側面には吸気マニホールド２１が取り付けられ、該吸気マニホールド２１の先端にシリンダヘッド６の後側方に配置されたエアクリーナ２０が接続されている。

前記エアクリーナ２０の下方には冷却ファン２３が配置されている。冷却ファン２３は前記クランクケース５から延出されるクランク軸３の端部に固定されたフライホイール２４と、該フライホイール２４の外側外周部に固設された複数のフィン２５とからなり、クランクケース５及びシリンダブロック２に取り付けられたファンケース２６により覆われて、ファンケース２６内に吸い込んだ空気を冷却風としてシリンダブロック２や、ファンケース２６上方に配置されるガイド２７を介してシリンダヘッド６などに送り、これらの部材を冷却風で冷却するように構成されている。

また、図３に示すように、前記シリンダヘッド６においては、その中央部に排気バルブ用挿入孔４２と吸気バルブ用挿入孔４１とが前後に並設され、該排気バルブ用挿入孔４２に排気ポート４４が連通され、該吸気バルブ用挿入孔４１に吸気ポート４３が連通されている。該排気ポート４４と吸気ポート４３とはシリンダヘッド６の左右略中央に位置するように形成されており、排気ポート４４の出口４６がシリンダヘッド６の前側側面に開口され、吸気ポート４３の入口４５がシリンダヘッド６の後側側面に開口されている。

図１において、前記シリンダブロック２下部のクランクケース５内にはガバナ１１が配置され、その上部に燃料噴射ポンプ１２が配置されている。該燃料噴射ポンプ１２はクランク軸３上に設けた歯車１８を介してカム軸１３上に設けたカムギヤ１５に動力が伝えられ、該カム軸１３の前後中央上に設けたポンプ駆動カム１４が前記燃料噴射ポンプ１２のプランジャを押し引きして燃料タンク９からの燃料を吸入して、高圧管を介して燃料噴射ノズル１０に所定のタイミングで所定量の燃料を供給するようにしている。該燃料噴射ポンプ１２の燃料供給量はコントロールレバー１６を回動することによってプランジャのストロークを変更して燃料噴射量を調節できるようにしている。

前記ガバナ１１は前記カム軸１３上に固設した歯車より動力が伝えられる。該ガバナ１１の一端にはガバナウエイトが設けられて回転数が増加すると開くようにし、他端のアーム先端にガバナレバーの当接部と当接するように配置されている。また、該ガバナレバーの他端はコントロールレバー１６の一端と係合されている。

前記ガバナ１１と燃料噴射ポンプ１２との間に適宜のガバナ機構を介して、該ガバナ１１と該燃料噴射ポンプ１２とを連結連動して、エンジン１のクランク軸３の回転数が上昇すると、歯車等を介して該ガバナ機構に回転力が伝えられ、回転数の上昇と共に遠心力によりコントロールレバー１６を回動して燃料噴射量を増加させて設定回転数で運転できるようにしている。

図４に示すように、吸気弁４９と排気弁５０とは前記ピストン４の上方に配置され、夫々の弁頭をシリンダヘッド６下面に形成したバルブシートに着座させ、シリンダブロック２に形成したシリンダ２ａとシリンダヘッド６に形成した吸気ポート４３と排気ポート４４との間に配置している。該吸気ポート４３は吸気マニホールド２１を介してエアクリーナ２０と連通され、排気ポート４４は排気マニホールド２２を介してマフラー８と連通されている。吸気弁４９・排気弁５０はシリンダヘッド６を上方に貫通してボンネット７内に突出され、該ボンネット７内においてバネを外嵌して吸気弁４９・排気弁５０を上方に摺動するように付勢して夫々の弁を閉じるようにしている。
また、該吸気弁４９と排気弁５０との間でシリンダヘッド６により隔てられてシリンダ２ａの中心上方位置に燃料噴射ノズル１０の先端（吐出部）が挿入されて、シリンダ２ａ内に燃料を噴射できるようにしている。

前記吸気ポート４３はシリンダヘッド６に配設した吸気弁４９に空気を送るために設ける連通孔部であり、エアクリーナ２０と接続する構成として、該エアクリーナ２０の下方に配設したファンによりファンケース２６内に吸い込んだ空気の一部をエアクリーナ２０に導き、エアクリーナ２０を介して吸気ポート４３に空気が導入されるようにしている。

そして、前記シリンダヘッド６の吸気ポート４３と排気ポート４４との間に配設される壁にＥＧＲ通路として連通孔５１が開口される。該連通孔５１は平面視でシリンダ２ａの略中央部に開口され、該連通孔５１を介して吸気ポート４３と排気ポート４４とを連通することで、排気バルブ孔から排気ポート４４に排出される排気ガスの一部を吸気ポート４３に還流可能として、排気ガス再循環（ＥＧＲ）機構が構成されている。該連通孔５１は、排気マニホールド２２に連通する孔より孔開け加工が容易となるように、正面断面視で上下斜め方向に穿設されており、本実施例においては、その排気側の開口４４ａが吸気側の開口４３ａより高くなるように傾斜して連通孔５１が穿設されている。
したがって、簡単な構成でＥＧＲ機構を構成することができ、シリンダ２ａ内に流入する還流排気ガスにより燃焼ガス温度の上昇を抑えて、ＮＯｘを低減できる。また、ＥＧＲ通路をシリンダヘッドと一体的に構成できるので、従来の如く排気ガスを還流するための配管が不要となって、コストの低減を図ることができる。

しかし、上記のようなエンジンにおいて、エンジン性能を求める際に高負荷域にて性能試験を行なっていたため、低負荷域の圧縮端温度が低くなって、燃焼室内の燃焼が促進されず、ＣＯの排出量が多くなるという問題があった。そこで、低負荷域において燃焼温度を高くする構成を有するエンジンを提供する。すなわち本実施例では、低負荷域においてＥＧＲ還流により温度の高い排気ガスを吸気側に還流し燃焼を促進させ、逆に、高負荷域においてはＥＧＲ還流量を少なくしてエンジン性能を犠牲にしないようにする技術を提供する。

例えば図３〜図５に示すように、前記ＥＧＲ機構を有するエンジンにおいて、ＥＧＲ通路（本実施例では連通孔５１）内にエンジンの負荷を感知できる開口面積変更体（或いは、開閉弁等）６０を設ける。ここで、図５における矢印Ｂの指す方向を上方向とし、以下の上下左右方向を決定する。
該開口面積変更体６０は後述する感熱膨張体６１、シャフト６２、第一ストッパ６３、第二ストッパ６４、バネ６５、及びケース６６等からなる。該感熱膨張体６１は、膨張体６１ａと、ピストン６１ｂと、ケース６１ｃとからなり、該膨張体６１ａ及びピストン６１ｂはケース６１ｃ内に収納されている。該膨張体６１ａは、ワックスや形状記憶合金等の感熱材を内装してなり、温度上昇に伴ってその体積が増加する、または、それ自体が伸長するように、かつ、所定の温度以下では膨張しないようにその成分が調整されている。また、該ケース６１ｃ内側の下端に膨張体６１ａを内装し、該膨張体６１ａの上部にピストン６１ｃを配置している。ケース６１ｃの上面は該ピストン６１ｃが上方に突出可能なように開口され、ケース６６の下面に固設している。そして、該膨張体６１ａが膨張すると、ピストン６１ｂを押し出してケース６１ｃの外側上方に突出するようにしている。

また、該ケース６１ｃの上方にはシャフト６２と、第一ストッパ６３と、第二ストッパ６４と、バネ６５とを収納するケース６６が連結される。該ケース６６は、その上面に該シャフト６２が突出可能な開口孔を有し、その内側面の上下略中途部に突出部６７を有する、さらにその下端面は前記ピストン６１ｃが貫通可能なように開口部を有する。該シャフト６２はケース６６内を上下方向に摺動可能とし、その中途部には第一ストッパ６３を貫通しており、その下端には第二ストッパ６４が固定される、さらにその上端はケース６６の上面にある開口孔から突出している。また、該シャフト６２の下端側から外周にバネ６５が外嵌される。該バネ６５は第二ストッパ６４とケース６６の内側の突出部６７の間に配置され、第二ストッパ６４（つまり、シャフト６２）を下方に付勢している。すなわち、シャフト６２が最下部にあるときは、該第一ストッパ６３の下面は前記突出部６７の上端に当接するとともに、第二ストッパ６４の下面はケース６６の内側下端部に当接している。また、該第二ストッパ６４の下面は前記ピストン６１ｂの上端と当接または固設されている。一方シャフト６２が上方に摺動した場合は、ケース６６内側上端面に当接して、該シャフト６２が所定範囲より上方に出ないようにしている。すなわち、シャフト６２の摺動範囲は、突出部６７を設ける位置に依存する。このため、大きさの異なるエンジンに対して適用することを考えると、突出部６７の位置は適宜変更可能に構成しておくことが好ましい。但し、開口面積変更体６０の構造は前記構造に限定するものではなく、ケース６６内の第二ストッパ６４と底部の間に膨張体６１ａを封入する構成としたり、第一ストッパを省いたりする構成とすることも可能である。
このように、膨張体６１が膨張しない所定温度以下の時は、シャフト６２はバネ６５によって下方に付勢され、膨張体６１が膨張する温度を感知すると、その膨張力とバネ６５の付勢力の差に応じて前記ピストン６１ｂが第二ストッパ６４を上方に押し出し、その結果シャフト６２が上方に摺動する構成である。

そこで、図４に示すように上述の開口面積変更体６０を前記排気ポート４４と吸気ポート４３との間に連通される連通孔５１内中途部に設ける。つまり、シャフト６２が伸長した時に連通孔５１を閉じ、縮小した時に連通孔５１を開けるように構成しておく。このように構成することによって以下に示すような効果が得られる。
エンジンの負荷が小さいときは燃料噴射量が減少させられるため、エンジン内の温度が低く膨張体６１は膨張せず、連通孔５１は全開状態であり、温度の高いＥＧＲガスを吸気側に還流することで、燃焼温度を高くすることができ、完全燃焼を促進することができるのでＣＯの排出量を削減することができる。また、ＥＧＲ率を高めることができ、ＮＯｘの排出量を低減することもできる。
他方、エンジンの負荷が大きいときは燃料噴射量が増加されエンジン内の温度も上昇し、膨張体６１はエンジン内の温度（本実施例ではシリンダブロック２内の温度）を感知して膨張を始め、徐々に連通孔５１の断面積を減少させてＥＧＲガスを吸気ポート４３に戻す量を少なくするので、吸気に含まれる不活性ガスの量が減少し、酸素割合が多くなり完全燃焼できてＣＯを減少して、高負荷時のエンジン性能を犠牲にすることがなくなる。
また、開口面積変更体６０をユニットとしてシリンダヘッド６に対して着脱可能に構成しておくことで、メンテナンスを容易にできるとともに仕様に応じて付け替えも容易にできる。

本発明の他の実施例について説明する。
本実施例では、排気マニホールドと吸気マニホールドとの間にＥＧＲ配管を設けて排気ガスの一部を還流するＥＧＲ機構を有するエンジンについて本発明を適用する場合について説明する。

図６に示すように、本実施例のエンジン１は排気マニホールド２２と吸気マニホールド２１との間にＥＧＲ管（連通パイプ）２９を連通して設け排気ガスの一部を吸気側へと還流するＥＧＲ機構を有している。該ＥＧＲ管２９はパイプ状に構成してシリンダブロック２の内部ではなく外側を周回するごとく配置され、他の機器と干渉しないように配設されている。
そして、該ＥＧＲ管２９に前述の開口面積変更体６０に備わるシャフト６２が突出可能な開口孔を設け、該開口面積変更体６０を排気マニホールド２２近傍に配置する。該開口面積変更体６０は排気温度に応じてシャフト６２を伸縮させるように排気マニホールド２２またはマフラー８近傍に配置されるが、シリンダブロック２またはシリンダヘッド６の温度に応じて伸縮するようにシリンダブロック２またはシリンダヘッド６近傍に配置することも可能である。なお、前記ＥＧＲ管２９の仕様については、本実施例に表したものに限らず本発明を適用可能であることは言うまでもない。
このように構成したことで、実施例１と同様の効果を得ることができる。

本発明の他の実施例について説明する。
本実施例では、エンジンのクランク軸によって駆動される冷却ファンからの冷却風をシリンダヘッド上方に導入しシリンダを冷却するいわゆる空冷式のエンジンについて本発明を適用する場合について説明する。

図７に示すように、前記シリンダヘッド６の後側側面に開口された吸気ポート４３の入口４５の右側には導入口５２が設けられ、該導入口５２より前記冷却ファン２３からの冷却風がシリンダヘッド６内に導入されるように構成されている。

また、前記シリンダヘッド６の前側側面に開口された排気ポート４４の左側に第一排出口５３、前記吸気ポート４３の入口４５の左側に第二排出口５４が設けられ、該第一排出口５３、及び、第二排出口５４から前記導入口５２より導入された冷却風が排出されるように構成されている。

そして、前記シリンダヘッド６内において、吸気バルブ用挿入孔４１上に配置される吸気弁の支持部４７と、排気バルブ用挿入孔４２上に配置される排気弁の支持部４８との間には、該導入口５２から導入される冷却風通路と、該第一排出口５３及び第二排出口５４とを連通する冷却風通路５６が形成される。該冷却風通路５６は、該導入口５２から導入された冷却風を第一排出口５３及び第二排出口５４に向かって流すものであり、その中途部に燃料噴射ノズルの支持部を配置して排気弁５０と吸気弁４９とに加えて燃料噴射ノズル１０にも冷却風を送風して冷却できるようにしている。

さらに、このように構成されるシリンダヘッド６の後側側面に前記吸気マニホールド２１が取り付けられるようになっている。該吸気マニホールド２１はエアクリーナ２０からの空気を吸入する。また、シリンダブロック２には冷却ファン２３からの冷却風を導入口５２からシリンダヘッド６内へ案内するガイド２７が設けられ、更に、冷却風をシリンダヘッド６からエアクリーナ２０に導くためのダクト２８が設けられている。左右両側のガイド２７とダクト２８は一体的に形成されている。

以上のような構成において、シリンダヘッド６の後側側面に吸気マニホールド２１が取り付けられると、ダクト２８によりシリンダヘッド６の吸気ポート４３がエアクリーナ２０と連通され、ガイド２７によりシリンダヘッド６内とファンケース２６内とが導入口５２を通じて連通される。これにより、冷却ファン２３から送風される冷却風は、ファンケース２６から上方に流れ出ると、ガイド２７により案内されて導入口５２からシリンダヘッド６内に導入される。
そして、導入口５２からシリンダヘッド６内に導入された冷却風は、冷却風通路５６を流れ、第一排出口５３、及び、第二排出口５４から排出される。

そこで、吸気温度を上げるために、第二排出口５４の左右中央部より後方側に延出して冷却風の排風をエアクリーナ２０側に戻す排風還流通路５７を設け、該排風還流通路５７内に該通路の断面積を変更する前記開口面積変更体６０を配置する。該開口面積変更体６０のシャフト６２はシリンダヘッド６またはシリンダブロック２の温度に応じて伸縮するようにシリンダヘッド６またはシリンダブロック２近傍に配置される。

本実施例において、該開口面積変更体６０のシャフト６２の摺動範囲は通路を全開状態から全閉状態にするまでとし、エンジン低負荷時には、シリンダヘッド６内を冷却し、温度が上昇した冷却風の排風をエアクリーナ２０に戻して吸気温度を上昇させて燃焼を促し、ＣＯの排出量を低減することができる。一方、エンジン高負荷時は排風還流通路５７を完全に塞いで、吸気をエアクリーナ２０からによるものだけにすることで、高負荷時に吸気温度を上げることはなく、ＮＯｘの排出量も低減でき、高負荷時のエンジン性能を犠牲にしなくてすむ。

なお、本実施例と同様の効果をもたらす別実施例として、図８及び図９に示すように前記開口面積変更体６０に代えて、開口面積を変更するアクチュエータとしてモータ或いはソレノイド等と、該アクチュエータに連結される遮蔽版と、シリンダ内の温度を検知する手段としてシリンダヘッドの温度、或いは、排気温度を検知する温度センサとを設けて、該アクチュエータと温度センサとを接続し、温度に応じてアクチュエータを作動させる構成をとることもできる。

すなわち、図９（ａ）の制御ブロック図に示すように、前記温度センサ１０２（本実施例では排気温度センサ）と、ＥＣＵ（Ｅｎｇｉｎｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）１００とを接続し、該ＥＣＵ１００とアクチュエータ１０１とを接続する。また、該ＥＣＵにはエンジンを制御するための他のセンサや他のアクチュエータ等が接続されている。そして該アクチュエータ１０１と遮蔽版１０３とを連結させる。該遮蔽版１０３は排風還流通路５７内側の断面と略同じ形状であり、該排風還流通路５７を完全に塞ぐことができるものとする。

続いて、図９（ｂ）の制御フロー図を用いて本実施例に係る制御フローを説明する。まず、ＣＯの排出量が少なくなるシリンダヘッドの温度Ｔｃｈ或いは排気温度Ｔｅｘを予め求めて設定温度Ｔｓｅｔとして該ＥＣＵ１００に記憶させておいて、エンジンの運転開始後、温度センサ１０２により検知された温度Ｔが、設定温度Ｔｓｅｔ以上になれば（Ｓ１１０：ＹＥＳ）、アクチュエータ１０１を作動させて遮蔽版１０３を前記排風還流通路５７に突出させて該排風還流通路５７を塞ぐ（Ｓ１１１）ように構成して、エンジン高負荷時において吸気側に高い温度の吸気を供給することがなく、燃焼温度の上昇を助長することがないため、高負荷時におけるＮＯｘの発生を抑制することができ、エンジン性能を犠牲にすることもない。他方、温度Ｔが設定温度Ｔｓｅｔ未満の時（Ｓ１１０：ＮＯ）にはＣＯの排出量が多いと判断され、アクチュエータ１０１を作動させず、排風還流通路５７を開状態のままにして、排風を吸気側に供給して吸気温度を上げることでＣＯの排出量を低減することが可能となる。
なお、温度センサ１０２は上述のものに限らず、エンジンの負荷の高低により変化するものであって、ＣＯ排出量と相関関係のあるものであればよい。
本実施例では、アクチュエータ１０１の作動を「設定温度Ｔｓｅｔ以上の時に該排風還流通路５７を全閉状態にする。」としたが、この作動を「温度Ｔが設定温度Ｔｓｅｔに達するまで、該温度Ｔに応じて徐々に遮蔽版１０３を排風還流通路５７全閉状態まで動かす。」ように構成してもよい。

本発明の他の実施例について説明する。
本実施例では、実施例３で説明した空冷式のエンジンについて、エンジン低負荷時の吸気温度を上昇させる方法として、シリンダヘッド内を通過する冷却風量を減少させて燃焼温度を上げる技術について、本発明を適用する場合について説明する。

図１０に示すように、冷却ファン２３からの冷却風をシリンダヘッド６内に導入する導入口５２近傍に位置する冷却風導入通路（冷却風通路）５５に前述のアクチュエータ１０１を配置し、該アクチュエータ１０１の先端に遮蔽版１０３を連結する。また、実施例３と同様にシリンダヘッド温度或いは排気温度を検知する温度センサ１０２を配置し、該アクチュエータ１０１と温度センサ１０２とをそれぞれＥＣＵ１００に接続する。なお、該遮蔽版１０３は、冷却風を遮るのに十分な大きさを有するものとする。

そして、図１１（ａ）の制御ブロック図に示すように、前記温度センサ１０２（本実施例では排気温度センサ）と、ＥＣＵ１００とを接続し、該ＥＣＵ１００とアクチュエータ１０１とを接続する。また、該ＥＣＵにはエンジンを制御するための他のセンサや他のアクチュエータ等が接続されている。

続いて、図１１（ｂ）の制御フロー図を用いて本実施例に係る制御フローを説明する。まず、ＣＯの排出量が少なくなるシリンダヘッドの温度Ｔｃｈ或いは排気温度Ｔｅｘを予め求めて設定温度Ｔｓｅｔとして該ＥＣＵ１００に記憶させておいて、エンジンの運転開始後、温度センサ１０２により検知された温度Ｔが、設定温度Ｔｓｅｔ以上になれば（Ｓ１２０：ＹＥＳ）、アクチュエータ１０１を作動させて遮蔽版１０３を前記冷却風導入通路５５から退避（縮小）させて該冷却風通路を開ける（Ｓ１２１）ように構成して、エンジン高負荷時において十分な冷却風がシリンダヘッド６内に通るようにするので、燃焼温度の上昇を助長することがないため、高負荷時におけるＮＯｘの発生を抑制することができ、エンジン性能を犠牲にすることもない。他方、温度Ｔが設定温度Ｔｓｅｔ未満の時（Ｓ１２０：ＮＯ）にはＣＯの排出量が多いと判断され、アクチュエータ１０１を作動させて遮蔽版１０３を突出し、冷却風導入通路５５をほぼ塞いだ状態のままにして、エンジンの冷却を抑制することで、燃焼温度を上昇させてＣＯの発生を抑制することができる。
なお、温度センサ１０２は上述のものに限らず、エンジンの負荷の高低により変化するものであって、ＣＯ排出量と相関関係のあるものであればよい。
本実施例では、アクチュエータ１０１の作動を「設定温度Ｔｓｅｔ以上の時に冷却風通路５５を全開状態にする。」としたが、この作動を「温度Ｔが設定温度Ｔｓｅｔに達するまで、該温度Ｔに応じて徐々に遮蔽版１０３を冷却風導入通路５５全開状態まで動かす。」ように構成してもよい。

このように構成したので、エンジン低負荷時においてシリンダヘッド６内に導入する冷却風量を低減させることでエンジン冷却を抑制して燃焼温度を上昇させるので、燃焼室内の燃焼が促進されてＣＯ排出量を削減することができる。また、エンジン高負荷時においてはシリンダヘッド６内に導入される十分な冷却風によって冷却され、燃焼温度の上昇を助長することがなく、ＮＯｘ排出量を低減することができ、エンジン性能を犠牲にすることもない。

本発明の一実施例に係るエンジンの正面一部断面図。 側面図。 シリンダヘッドの平面断面図。 シリンダヘッドの側面断面図。 開口面積変更体の正面断面図。 本発明の別実施例に係るシリンダヘッドの平面断面図。 本発明の別実施例に係るシリンダヘッドの平面断面図。 本発明の別実施例に係るシリンダヘッドの平面断面図。 本発明の別実施例に係る制御構成を示す図、（ａ）は制御ブロック図、（ｂ）は制御フロー図。 本発明の別実施例に係るシリンダヘッドの平面断面図。 本発明の別実施例に係る制御構成を示す図、（ａ）は制御ブロック図、（ｂ）は制御フロー図。

符号の説明

１ エンジン
６ シリンダヘッド
２０ エアクリーナ
２１ 吸気マニホールド
２２ 排気マニホールド
２３ 冷却ファン
４３ 吸気ポート
４４ 排気ポート
５１ 連通孔
６０ 開口面積変更体

Claims (6)

1. シリンダヘッドに低負荷時と高負荷時とで変化するアクチュエータを配置し、低負荷時には暖気を吸気側に導き温度が上昇するように構成したエンジンにおいて、
   吸気ポートと排気ポートとの間に連通孔を設け、該連通孔途中に連通孔の開口面積変更体を設け、該開口面積変更体を前記アクチュエータとして感熱膨張体で作動するように構成し、高負荷時に開口面積変更体が該連通孔に突出して開口面積が小さくなるように構成したことを特徴とするエンジン。
2. シリンダヘッドに低負荷時と高負荷時とで変化するアクチュエータを配置し、低負荷時には暖気を吸気側に導き温度が上昇するように構成したエンジンにおいて、
   吸気マニホールドと排気マニホールドとの間に連通パイプを設け、該連通パイプ途中に開口面積変更体を設け、該開口面積変更体を前記アクチュエータとして感熱膨張体で作動するように構成し、高負荷時に開口面積変更体が連通パイプの断面積が小さくなるように構成したことを特徴とするエンジン。
3. シリンダヘッドに低負荷時と高負荷時とで変化するアクチュエータを配置し、低負荷時には暖気を吸気側に導き温度が上昇するように構成したエンジンにおいて、
   前記シリンダヘッド側部にエアクリーナを配置し、該エアクリーナの吸入側とシリンダの冷却風排出側との間に排風還流通路を設け、該排風還流通路に開口面積変更体を設け、該開口面積変更体を前記アクチュエータとして感熱膨張体で作動するように構成し、高負荷時に排風還流通路の開口面積が小さくなるように構成したことを特徴とするエンジン。
4. シリンダヘッドに低負荷時と高負荷時とで変化するアクチュエータを配置し、低負荷時には暖気を吸気側に導き温度が上昇するように構成したエンジンにおいて、
   前記エンジンの排気側に排気温度を検知する排気温度センサを設けるとともに、前記シリンダヘッド側部にエアクリーナを配置し、該エアクリーナの吸入側とシリンダの冷却風排出側との間に排風還流通路を設け、該排風還流通路に開口面積変更体を設け、該開口面積変更体を前記アクチュエータとしてモータで作動するように構成し、該モータを該排気温度センサと接続して、該排気温度センサによって検知される排気温度に応じて該モータを駆動して該排風還流通路の開口面積を変更するように構成したことを特徴とするエンジン。
5. シリンダヘッドに低負荷時と高負荷時とで変化するアクチュエータを配置し、低負荷時には暖気を吸気側に導き温度が上昇するように構成したエンジンにおいて、
   前記エンジンの排気側に排気温度を検知する排気温度センサを設けるとともに、前記シリンダヘッド上を一側から他側へ冷却風が通過するように構成し、該冷却風通路に開口面積変更体を設け、該開口面積変更体を前記アクチュエータとしてモータで作動するように構成し、該モータを該排気温度センサと接続して、該排気温度センサによって検知される排気温度に応じて該モータを駆動して該冷却風通路の開口面積を変更するように構成したことを特徴とするエンジン。
6. シリンダヘッドに低負荷時と高負荷時とで変化するアクチュエータを配置し、低負荷時には暖気を吸気側に導き温度が上昇するように構成したエンジンにおいて、
   前記シリンダヘッドの温度を検知するシリンダヘッド温度センサを設けるとともに、前記シリンダヘッド上を一側から他側へ冷却風が通過するように構成し、該冷却風通路に開口面積変更体を設け、該開口面積変更体を前記アクチュエータとしてモータで作動するように構成し、該モータを該シリンダヘッド温度センサと接続して、該シリンダヘッド温度センサによって検知されるシリンダヘッド温度に応じて該モータを駆動して該冷却風通路の開口面積を変更するように構成したことを特徴とするエンジン。

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