JP2012207670A - 複数の燃焼室を備えた内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、内部で空気と燃料の混合気が発熱反応するシリンダ状の複数の燃焼室を備える内燃機関に関する。
【解決手段】これらの燃焼室は、共通のシリンダヘッド（１）によって終端される。該シリンダヘッドに設けられるアウトレットポート（２）が各燃焼室に割り当てられる。複数のアウトレットポート（２）が１つのアウトレットマニホールド（３）内部の共通の合流部（３ａ）へと延在する。本発明に基づき、共通合流部（３ａ）は、第１の側面（Ａ）で、シリンダヘッドの少なくとも１つの壁（１ａ）によって終端され、第２の側面（Ｂ）でシェルエレメント（４）によって終端されている。該シェルエレメントは、排気ガス流をガイドするため、少なくとも部分的に漏斗型および／またはタブ型に曲げられ、前記シリンダヘッドの外側に配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、シリンダ状の複数の燃焼室を備えた内燃機関であって、燃焼室の内部で空気／燃料の混合気が燃焼反応によって燃焼可能で、これら燃焼室が１つの共通のシリンダヘッドによって終端される内燃機関において、各燃焼室にシリンダヘッド内に形成されたアウトレットポートが割り当てられ、複数のアウトレットポートが１つのアウトレットマニホールド内部で１つの共通の合流部へと延在するものに関する。

特許文献１より、複数気筒の内燃機関のためのシリンダヘッドが公知であり、このシリンダヘッドの中では、複数のアウトレットポートが前記燃焼室のアウトレットオープニングから伸びている。前記アウトレットポートは１つの合流部の中で結合しており、この合流部は、実質的に、これがシリンダヘッドと一体的に構成されかつ上側部および下側部の中でクーラント導管によって終端されるような方法で、完全にシリンダヘッドの中へ組み込まれている。シリンダヘッドのフランジにおいて、キャタライザのための取り付け面が準備されており、このキャタライザは、それ故に、シリンダヘッドに対して直接にボルト止めされて接続されている。そのようなシステム構成によって、クーラント導管内のクーラントと合流部内の排気ガスとの間では、特別に広範な熱交換が実現されるが、これによって生み出されるシリンダヘッド・レイアウトは手間のかかる複雑なものであり、その上、実現するには多くの費用がかかる。

独国特許出願公開１０１４１５３４Ａ１号明細書

これに対して、本発明の目的は、特別に簡単な手段によって、熱伝達特性の有利な排気マニホールドを提供することである。

この目的は、請求項１の諸特徴を備えた内燃機関によって解決される。以下の記述では、本発明のさらなる有利な諸形態および諸構成もまた説明される。

前記内燃機関は、シリンダ状の複数の燃焼室を有し、それらのシリンダの中では混合気が発熱燃焼可能であり、それらのシリンダが１つの共通のシリンダヘッドによって終端され、各燃焼室には該シリンダヘッド内に形成された１つのアウトレットポートが割り当てられ、複数のアウトレットポートが１つのアウトレットマニホールドの内部で共通の合流部へと延在する。本発明に基づく内燃機関は、排気ガスのための１つの共通の合流部を有し、この合流部は、第１の側面で、シリンダヘッドの少なくとも１つの壁によって終端されており、第２の側面では、シリンダヘッドの外側に取り付けられた個別のシェルエレメントによって終端されている。この場合に、該シェルエレメントは、排気ガスの流れをガイドするために、少なくとも部分的には漏斗型および／またはタブ型に曲げられて構成されている。その場合に、共通合流部の第１の側面では、好ましくは複数のアウトレットポートが準備されており、これらのアウトレットポートは、シリンダヘッドの構成部品として、特に鋳造法によって一体的に実施され、該共通合流部へと延在している。該共通合流部を形成するために、シリンダヘッドにおいて、外側に１つのタブ型のくぼみが準備されており、このくぼみは、好ましくはシリンダヘッドの一体的に成形された複数の壁によって終端ないしは区切られている。このタブ型くぼみは、シェルエレメントによって、外部に対して密封されており、それによって、シリンダヘッド側のくぼみとシェルエレメントとの間にスペース（空間）が生み出され、このスペースの中で、複数の排気ガスの流れを結合させることが可能であり、また、向きを変えることが可能である。従って、このスペースは、部分的にシリンダヘッドの内部に形成され、部分的にシリンダヘッドの外部に形成される。

本発明の１つの形態では、シェルエレメントをシリンダヘッドに密封して固定するための１つの取り付けフランジがシェルエレメントに準備されており、その一方では、排気パイプまたは排気ガス浄化ユニットを取り付けるためのパイプフランジを備えた、アウトレットオープニングもまた準備されており、この場合に、取付けフランジおよびパイプフランジは、相異なった寸法を有している。実質的には環状の取付けフランジは、シリンダヘッドとシェルエレメントとの間の平らな、または曲げられた分割面を画定しており、この場合、この分割面は合流部ないしはスペースを貫通し、これを形状的に分割している。このパイプフランジは、少なくとも形状的寸法に関して、また特に、最大横方向幅および／または該パイプフランジの直径および／または透過可能な断面に関して、前記取り付けフランジよりも小さくレイアウトされている。

本発明の上記の並びにさらなる特徴および利点は、本発明の好適で限定的でない実施例についての添付された諸図を用いた以下の説明によって、より良く理解可能となる。

図１は、排気マニホールドを備えた、本発明に基づく内燃機関の、シリンダヘッドの断面図である。 図２は、該シリンダヘッドの斜視図である。

図１は、本発明に基づく内燃機関の水平断面を示し、この内燃機関は、２つの個別のＶ字型に配置されたシリンダバンクの形で、６つのシリンダを有し、これらのシリンダの中では、混合気が、圧力放出および熱放出しながら燃焼されることが可能である。この場合に、該燃焼は、ディーゼル方式、ガソリン方式または類似した燃焼方式に従って実行されることが可能である。目下のところ、３つのシリンダは、３つの燃焼室を有し、これらの燃焼室は、好ましくは鋳造法によって一体的に製造された１つの共通のシリンダヘッドによって画定されている。各燃焼室には、該シリンダヘッド１内に形成された２つのアウトレットポート２が割り当てられており、これらのアウトレットポートは、図示されていないアウトレットバルブを介して、それ自体としては公知の仕方でシール可能である。該アウトレットポート２は、好適な仕方では、直列に接続された排気ガスパイプの方向に湾曲して実施されており、かつ、シリンダヘッド・フィラキャップに密に隣接した位置および／または潤滑油のリターンホールに密に隣接した位置にセットされている。

１つのシリンダバンクの、前述のような６つの複数のアウトレットポート２には、アウトレットマニホールド３の部分で、共通合流部３ａが割り当てられており、この合流部の中で、アウトレットポート２を通してガイドされた排気ガスの流れが結合される。共通合流部３ａは、第１の側面Ａでは、シリンダヘッド１の壁１ａによって終端されている。該シリンダヘッドの壁１ａは、実質的にタブ型（たらい型）またはカップ型に実施されており、取り付け面１ｂによって環状に取り囲まれている。前記の壁１ａの内部では、アウトレットポート２への排気通路が形成されており、これらの排気通路は、環状の取り付け面１ｂに沿って画定される環状ではない境界面Ｔから後方へずれた位置に配置されている。

第２の側面Ｂでは、合流部３ａが、個別の、シリンダヘッドの外側に取り付けられたシェルエレメント４によって終端されており、このシェルエレメントは、アウトレットマニホールド３の構成部品として、前記合流部３ａを外部に向かって終端している。該シェルエレメント４は、好ましくは、耐熱性の高い金属板から、特に、鋼板から、または鋳造部品として製造されており、かつ、少なくとも部分的には、漏斗型および／またはタブ型に曲げられて実施されている。該シェルエレメントの形状が単純であることによって、該シェルエレメントを特別に簡単でかつ低コストで製造することが可能となる。修正された実施例では、該シェルエレメントが１つの環状のリング状ノッチを有し、このノッチが、タブ状の取り付け面部分で、シリンダヘッドにはまり込んでいる。さらなる修正された実施例では、該シェルエレメントが二重壁をなすように実施されている。またさらに修正された実施例では、該シェルエレメントが比較的に狭く実施されており、これによって、シリンダヘッドと該シェルエレメントとの間のシーリングが改善されている。

該シェルエレメント４は、ボルトを用いた特に取り外し可能なマウンティングのために、１つの取り付けフランジ４ａを有し、この取り付けフランジは、取り付け面１ｂに当たるように形成されている。それ故に、取り付け面１ｂと取り付けフランジ４ａとの間では、１つまたは複数の、好ましくは環状のシーリング要素が使用可能であり、これらのシーリング要素は前記境界面Ｔのところで終端している。

該境界面Ｔから間隔を取り、かつ、シリンダヘッド１から間隔を取って、前記シェルエレメント４において１つのパイプフランジ４ｂが準備されており、このパイプフランジの透過可能な断面は、実質的な幾何学的な寸法に関して、取り付けフランジ４ａの断面から区別される。好適な方法では、前記パイプフランジが実質的に環状の透過断面を有し、それによって、円筒形のパイプ要素が、直接に隣接して取り付け可能である。この場合に、該パイプ要素は、排気パイプおよび／または排気ガス浄化ユニット（キャタライザ、フィルタ等）の構成部品であることが可能である。

タブ型くぼみは、前記シェルエレメント４を用いて、外部に対して密閉されており、それによって、シリンダヘッド１の側のくぼみとシェルエレメント４との間にはスペースが生み出され、このスペースの中で、複数の排気ガスの流れが結合され、転換され、かつ、直列に接続された排気システムへと伝送されることが可能である。それ故に、このスペースは、部分的には前記シリンダヘッドの内部（側面Ａ）に形成され、かつ、部分的には該シリンダヘッドの外部（側面Ｂ）に形成され、これによって、一方では、特別に簡単でかつ低コストで実現が可能な、ほぼ垂直に分割された２つの半分ずつから成る構成が生み出される。その一方では、たとえば前記シェルエレメントの形状および深さの寸法決定、並びにシリンダヘッド１の側でこれに対応するくぼみの寸法決定のような構造的手段によって、望ましい熱伝達特性を調節することが可能である。とりわけ、前記内燃機関がコールドスタートする場合には、排気マニホールドが完全にシリンダヘッドの中へ組み込まれている実施形態に対して、本発明に基づいてクーラントへの熱入力が軽減され、それによって、直列に接続された排気ガス浄化ユニットの加熱が早まるという結果が生み出される。

Claims (4)

1. 内部で空気と燃料の混合気が発熱反応し、１つの共通のシリンダヘッド（１）によって終端されるシリンダ状の複数の燃焼室を備え、各燃焼室に１つのアウトレットポート（２）が割り当てられ、複数の該アウトレットポート（２）が１つのアウトレットマニホールド（３）内部の共通の合流部（３ａ）へと延在する内燃機関であって、
   シリンダヘッドの壁が、前記シリンダヘッド（１）の内側に突出するたらい型またはカップ型のくぼみ（１ａ）と、前記たらい型またはカップ型のくぼみ（１ａ）を取り囲む取り付け面（１ｂ）と、を有し、
   シェルエレメント（４）が、前記シリンダヘッドの前記取り付け面（１ｂ）に取り付けられ、前記シリンダヘッドの外側に配置され、排気ガス流をガイドするため少なくとも部分的に漏斗型および／またはタブ型に曲げられており、
   前記共通合流部（３ａ）が、第１の側面（Ａ）で、少なくとも前記たらい型またはカップ型のくぼみ（１ａ）によって終端され、第２の側面（Ｂ）で、前記シェルエレメント（４）によって終端され、これによって、前記共通合流部（３ａ）が、部分的に前記シリンダヘッドの内部に位置し、かつ、部分的に前記シリンダヘッドの外部に位置することを特徴とする内燃機関。
2. 前記シェルエレメントを前記シリンダヘッド（１）の前記取り付け面（１ｂ）に密閉固定するための取付けフランジ（４ａ）と、排気パイプまたは排気ガス浄化ユニットを取り付けるためのパイプフランジ（４ｂ）とが前記シェルエレメント（４）に設けられ、前記取付けフランジ（４ａ）と前記パイプフランジ（４ｂ）が異なる寸法を有していることを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関。
3. 前記シェルエレメント（４）が、１つの耐熱性の高い金属板または鋳造部品として製造されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の内燃機関。
4. 前記シェルエレメントが二重壁をなすように構成されていることを特徴とする、請求項１〜３の１つに記載の内燃機関。

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