JP2009209808A

JP2009209808A - 内燃機関

Info

Publication number: JP2009209808A
Application number: JP2008054434A
Authority: JP
Inventors: Hiroto Kusaka; 博人日下
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-03-05
Filing date: 2008-03-05
Publication date: 2009-09-17

Abstract

【課題】従来よりも吸気の充填効率を向上させることが可能な内燃機関を提供する。
【解決手段】複数の吸気ポート６と、各吸気ポート６に吸気を配分する吸気マニホールド８とを有するシリンダヘッド４を備えた内燃機関１Ａにおいて、シリンダヘッド４には、シリンダヘッド４に流入した冷却水が集合し、かつ吸気マニホールド８と隣接するように設けられた吸気側集合部１４ａを有する冷却水通路１３が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、吸気マニホールドがシリンダヘッドに設けられた内燃機関に関する。

複数の気筒を有し、各気筒の吸気ポートに吸気を配分する吸気マニホールドがシリンダヘッドに一体に形成された内燃機関が知られている（特許文献１参照）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２〜４が存在する。

特開平１０−１４８１５７号公報特開２００５−１８８３５２号公報特開２００４−１６２５６３号公報特開平６−２８０６７４号公報

ところで、このような内燃機関では、吸気を冷却して吸気の温度を低下させることにより、吸気の充填効率が向上することが知られている。

そこで、本発明は、従来よりも吸気の充填効率を向上させることが可能な内燃機関を提供することを目的とする。

本発明の内燃機関は、複数の吸気ポートと、各吸気ポートに吸気を配分する吸気マニホールドとを有するシリンダヘッドを備えた内燃機関において、前記シリンダヘッドには、前記シリンダヘッドに流入した冷却水が集合し、かつ前記吸気マニホールドと隣接するように設けられた吸気側集合部を有する冷却水通路が設けられていることにより、上述した課題を解決する（請求項１）。

本発明の内燃機関によれば、冷却水が集合する集合部が吸気マニホールドと隣接するように設けられているので、この集合部の冷却水によって吸気マニホールドの吸気を冷却することができる。そのため、吸気の温度を低下させ、従来よりも吸気の充填効率を向上させることができる。

本発明の内燃機関の一形態において、前記シリンダヘッドには、複数の排気ポートと、各排気ポートから排出された排気を集合させる排気マニホールドと、がさらに設けられ、前記内燃機関は、一方向に向かって並ぶ複数の気筒を備え、前記冷却水通路は、前記排気マニホールドと隣接するように設けられて冷却水が集合する排気側集合部と、気筒毎に設けられて前記吸気側集合部と前記排気側集合部とを連通し、かつ気筒の上部を通って前記複数の気筒の並び方向と交差する方向に延びる複数の連通路と、を備えていてもよい（請求項２）。複数の気筒の上部に共通の冷却水通路を設け、この冷却水通路の冷却水で各気筒を冷却する場合、冷却水通路内において冷却水が偏流したり冷却水通路内の各部で冷却水の温度がばらついて気筒間で温度がばらつくおそれがある。この形態では連通路を気筒毎に設けたので、これら複数の連通路にそれぞれ冷却水を流すことができる。これにより、気筒間における冷却水の温度のばらつきを抑えることができるので、気筒間での冷却水の分配を改善し、気筒間での温度のばらつきを抑制することができる。また、気筒の並び方向と交差する方向に延びるように連通路を設けたので、連通路の長さを短くし、連通路の圧力損失を小さくすることができる。そのため、冷却水を循環させるために必要なエネルギを低減することができる。さらに、連通路を気筒毎に設けたので、シリンダヘッドのうち気筒と気筒の間の上部に配置される部分に連通路を形成するための隔壁が設けられる。この場合、これら隔壁によってシリンダヘッドのうち気筒と気筒の間の上部に配置される部分の剛性を高めることができる。そのため、シリンダヘッドとシリンダブロックの間に設けられるヘッドガスケットの面圧を向上させることができ、シール性を向上させることができる。

本発明の内燃機関の一形態においては、前記吸気マニホールドの上流側に接続されるサージタンクが前記内燃機関のシリンダブロックに一体に設けられていてもよい（請求項３）。周知のようにシリンダブロックは冷却水によって冷却されているため、サージタンクをシリンダブロックに一体に設けることによりサージタンクの吸気をシリンダブロックに供給された冷却水によって冷却することができる。そのため、吸気の充填効率をさらに向上させることができる。また、この場合サージタンクにおいても吸気を冷却できるので、シリンダヘッドに設ける吸気マニホールドが大型化することを抑制できる。さらに、サージタンクをシリンダブロックに一体に設けることにより内燃機関の部品数を低減でき、これによりコストを低減できる。

以上に説明したように、本発明の内燃機関によれば、集合部の冷却水によって吸気マニホールドの吸気を冷却することができるので、吸気の温度を低下させ、従来よりも吸気の充填効率を向上させることができる。

（第１の形態）
図１及び図２は、本発明の第１の形態に係る内燃機関の要部を示した図である。なお、図１は図２のI−I線における内燃機関の断面を示し、図２は図１のII−II線における内燃機関の断面を示している。この内燃機関（以下、エンジンと称することもある。）１Ａは、車両に走行用動力源として搭載されるものであり、複数の気筒２が設けられたシリンダブロック３と、シリンダブロック３の上部に取り付けられるシリンダヘッド４とを備えている。図２に示したようにエンジン１Ａの気筒２の数は４つであり、これらの気筒２はシリンダブロック３に一方向に向かって並べて設けられている。また、気筒２には、点火プラグ５（図２参照）がそれぞれ設けられる。

図１及び図２に示したようにシリンダヘッド４には、各気筒２に対応して設けられる複数の吸気ポート６及び排気ポート７と、各気筒２の吸気ポート６に吸気を配分する吸気マニホールド８と、各気筒２の排気ポート７とそれぞれ連通して各気筒２から排出された排気を集合させる排気マニホールド９とが設けられている。図２に示したように吸気ポート６及び排気ポート７は、接続対象の気筒２に対して２つに分岐して接続するように設けられている。各吸気ポート６には、吸気ポート６内に燃料を噴射するためのインジェクタ（不図示）がそれぞれ設けられている。また、各吸気ポート６には吸気ポート６を気筒２に対して開閉するための吸気弁１０がそれぞれ設けられ、各排気ポート７には排気ポート７を気筒２に対して開閉するための排気弁１１がそれぞれ設けられる。以降、エンジン１Ａにおいて吸気ポート６が設けられている側、すなわち図１の左側を吸気ポート側と称し、エンジン１Ａにおいて排気ポート７が設けられている側、すなわち図２の右側を排気ポート側と称することがある。

図１に示したようにシリンダブロック３には、冷却水が流れるウォータジャケット１２が設けられる。また、シリンダヘッド４にも同様に冷却水が流れる冷却水通路１３が設けられる。ウォータジャケット１２と冷却水通路１３とは互いに連通しており、冷却水通路１３にはウォータジャケット１２を介して冷却水が供給される。

図１及び図３を参照して冷却水通路１３について詳しく説明する。図３は、冷却水通路１３のうち吸気ポート６及び排気ポート７の上側に配置される部分を図１の矢印III方向から見た図である。図１に示したように、冷却水通路１３は、上部冷却水通路１４と、吸気側下部冷却水通路１５と、排気側下部冷却水通路１６とを備えている。図１に示したように上部冷却水通路１４は、吸気ポート６及び排気ポート７の上側に設けられる。すなわち、図３は上部冷却水通路１４を示している。また、吸気側下部冷却水通路１５は吸気ポート６及び吸気マニホールド８の下側に設けられ、排気側下部冷却水通路１６は排気ポート７及び排気マニホールド９の下側に設けられる。吸気側下部冷却水通路１５及び排気側下部冷却水通路１６は、それぞれ上部冷却水通路１４と連通している。図３に示したように上部冷却水通路１４は、吸気マニホールド８と隣接するように設けられる吸気側集合部１４ａと、排気マニホールド９と隣接するように設けられる排気側集合部１４ｂと、吸気側集合部１４ａと排気側集合部１４ｂとを連通する複数の連通路１４ｃとを備えている。そのため、図３においても図１及び図２と同様に左側が吸気ポート側であり、右側が排気ポート側である。連通路１４ｃは、気筒２毎に設けられる。また、図３に示したように連通路１４ｃは、気筒２の上部を通って気筒２の並び方向（以下、縦方向と称することがある。）と交差する方向（以下、横方向と称することがある。）に延びるように設けられる。連通路１４ｃには、点火プラグ５を通すための点火プラグ穴１７及びインジェクタを通すためのインジェクタ穴１８がそれぞれ設けられる。

次にエンジン１Ａにおける冷却水の流れについて説明する。冷却水はエンジン１Ａの回転によって駆動されるウォータポンプ（不図示）によってエンジン１Ａ内を循環している。ウォータポンプから吐出された冷却水は、まずシリンダブロック３のウォータジャケット１２に導かれる。その後、ウォータジャケット１２から排気側集合部１４ｂ、吸気側下部冷却水通路１５、及び排気側下部冷却水通路１６に流入する。排気側下部冷却水通路１６に流入した冷却水は、その後排気側集合部１４ｂに導かれる。排気側集合部１４ｂの冷却水は、各連通路１４ｃを通って吸気側集合部１４ａに流入する。また、吸気側集合部１４ａには、吸気側下部冷却水通路１５の冷却水も導かれる。吸気側集合部１４ａにて集合した冷却水はシリンダヘッド４から排出され、不図示のラジエータに導かれて冷却される。冷却された冷却水は、ウォータポンプによって再度ウォータジャケット１２に導かれる。

第１の形態のエンジン１Ａによれば、吸気マニホールド８がシリンダヘッド４に一体に設けられ、その吸気マニホールド８と隣接するように冷却側集合部１４ａを設けたので、冷却側集合部１４ａの冷却水によって吸気マニホールド８の吸気を冷却することができる。そのため、吸気の温度を低下させ、従来よりも吸気の充填効率を向上させることができる。

また、第１の形態のエンジン１Ａでは、気筒２毎に連通路１４ｃを設け、この連通路１４ｃを流れる冷却水で気筒２の上部を冷却するので、気筒２間における冷却水の温度のばらつきを抑えることができる。そのため、気筒２間での冷却水の分配を改善し、気筒２間における温度のばらつきを抑制することができる。エンジン１Ａでは、連通路１４ｃをエンジン１Ａの横方向に延びるように設けたので、連通路１４ｃの長さを短くして連通路１４ｃの圧力損失を小さくすることができる。そのため、冷却水を循環させるために必要なエネルギ、すなわちウォータポンプで消費されるエネルギを低減できる。これにより、エンジン１Ａのエネルギ効率を改善することができる。また、ウォータポンプを小型化することができる。さらに、吸気側集合部１４ａと排気側集合部１４ｂとを各連通路１４ｃで接続したので、エンジン１Ａを車両に傾斜させて搭載した場合のエア抜きを従来よりも容易に行うことができる。そのため、冷却性能の低下を抑制することができる。

図３に示したようにエンジン１Ａでは連通路１４ｃを気筒２毎に設けたので、シリンダヘッド４のうち気筒２と気筒２の間の上部に配置される部分に連通路１４ｃを形成するための隔壁１４ｄが設けられる。この場合、これら隔壁１４ｄによってシリンダヘッド４の剛性を高めることができる。そのため、シリンダブロック３とシリンダヘッド４との間に設けられるヘッドガスケット（不図示）の各部の面圧のばらつきを抑制してこのヘッドガスケットの面圧を向上させることができる。従って、シリンダブロック３とシリンダヘッド４との間のシール性を向上させることができる。また、一般にシリンダヘッド４は鋳造で製造されるため、このように隔壁１４ｄが設けられることにより、気筒２と気筒２との間の砂型を取り除くことができる。そのため、シリンダヘッド４の鋳造作業にかかる手間を軽減することができる。

（第２の形態）
図４を参照して本発明の第２の形態に係るエンジン１Ｂについて説明する。図４は、第１の形態の図１に対応する図である。なお、図４において第１の形態のエンジン１Ａと共通の部分には同一の符号を付して説明を省略する。エンジン１Ｂは、吸気マニホールド８の上流側に接続されるサージタンク２０を備えている。図４に示したようにサージタンク２０は、シリンダブロック３に一体に設けられている。それ以外は、第１の形態のエンジン１Ａと同じである。

第２の形態のエンジン１Ｂによれば、ウォータジャケット１２の冷却水でサージタンク２０の吸気を冷却できるので、吸気の温度をさらに低下させることができる。そのため、吸気の充填効率をさらに向上させることができる。また、サージタンク２０でも吸気を冷却できるので、シリンダヘッド４に一体に設ける吸気マニホールド８が大型化することを抑制できる。そのため、シリンダヘッド４の大型化を抑制し、エンジン１Ｂをコンパクトにすることができる。さらに、サージタンク２０をシリンダブロック３に一体に設けることにより、エンジン１Ｂの部品数を低減できる。また、これによりコストを低減できる。

本発明は、上述した形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、本発明は、点火プラグを備えた火花点火式のエンジンに限定されず、ディーゼルエンジンであってもよい。また、吸気ポートにインジェクタが設けられるポート噴射式のエンジンに限定されず、気筒内に直接燃料を噴射する筒内直噴式のエンジンなどでもよい。

本発明の内燃機関は、ターボ過給機を備えていてもよい。この場合、吸気マニホールドにおいて吸気を冷却できるので、ターボ過給機で圧縮した吸気を冷却するためのインタークーラを小型化したり、インタークーラを省略したりすることができる。

冷却水通路が備える冷却水を集合させる集合部は、吸気ポート側のみにあってもよい。この場合でも吸気ポート側に設けた集合部の冷却水によって吸気マニホールドの吸気を冷却できるので、従来よりも吸気の充填効率を向上させることができる。

本発明の第１の形態に係る内燃機関の要部を示す図。図１のII−II線における内燃機関の断面を示す図。冷却水通路のうち吸気ポート及び排気ポートの上側に配置される部分を図１の矢印III方向から見た図。本発明の第２の形態に係る内燃機関の要部を示す図。

符号の説明

１Ａ、１Ｂ内燃機関
２気筒
３シリンダブロック
４シリンダヘッド
６吸気ポート
７排気ポート
８吸気マニホールド
９排気マニホールド
１３冷却水通路
１４ａ吸気側集合部
１４ｂ排気側集合部
１４ｃ連通路
２０サージタンク

Claims

複数の吸気ポートと、各吸気ポートに吸気を配分する吸気マニホールドとを有するシリンダヘッドを備えた内燃機関において、
前記シリンダヘッドには、前記シリンダヘッドに流入した冷却水が集合し、かつ前記吸気マニホールドと隣接するように設けられた吸気側集合部を有する冷却水通路が設けられていることを特徴とする内燃機関。
前記シリンダヘッドには、複数の排気ポートと、各排気ポートから排出された排気を集合させる排気マニホールドと、がさらに設けられ、
前記内燃機関は、一方向に向かって並ぶ複数の気筒を備え、
前記冷却水通路は、前記排気マニホールドと隣接するように設けられて冷却水が集合する排気側集合部と、気筒毎に設けられて前記吸気側集合部と前記排気側集合部とを連通し、かつ気筒の上部を通って前記複数の気筒の並び方向と交差する方向に延びる複数の連通路と、を備える請求項１に記載の内燃機関。
前記吸気マニホールドの上流側に接続されるサージタンクが前記内燃機関のシリンダブロックに一体に設けられている請求項１又は２に記載の内燃機関。