JP2016114021A - Internal combustion engine intake port heat insulation structure - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は内燃機関の吸気ポート構造に関し、より詳細にはポート噴射式の内燃機関の吸気ポート断熱構造に関する。 The present invention relates to an intake port structure of an internal combustion engine, and more particularly to an intake port heat insulation structure of a port injection type internal combustion engine.
近年、燃費向上の観点から熱効率を高めた高圧縮比の内燃機関が求められている。
高圧縮比の内燃機関は、低圧縮比の機関に比べてノッキングしやすくなり、点火時期をリタード(遅角)する必要がある。
その結果、燃費の向上効果が低減してしまうことから、吸気温度ひいては混合気温度の上昇を抑制することが必要となる。
ところで、吸気は、インテークマニホールドの吸気通路と、シリンダヘッドに設けられる吸気ポートを介して燃焼室に吸引される。
インテークマニホールドおよびシリンダヘッドが燃焼室から伝わる熱によって加熱されているため、吸気は、インテークマニホールドの吸気通路やシリンダヘッドの吸気ポートの壁面から受熱することで温度上昇することが避けられない。
そこで、インテークマニホールドを断熱性の樹脂材料で構成し、インテークマニホールドの樹脂製の挿入部を吸気ポートに挿入した吸気管の取付構造が提案されている(特許文献1参照)。
この構造では、樹脂製の挿入部をシリンダヘッド内部の吸気ポートに接する部分まで挿入し樹脂製の挿入部の一部を吸気ポート内部に配置することで、吸気ポートの壁面のうちシリンダヘッドの壁面で構成される部分の面積を減らして、吸気の温度上昇の抑制を図っている。
In recent years, there has been a demand for an internal combustion engine having a high compression ratio with improved thermal efficiency from the viewpoint of improving fuel efficiency.
A high compression ratio internal combustion engine is more likely to knock than a low compression ratio engine, and the ignition timing must be retarded.
As a result, the fuel efficiency improvement effect is reduced, and it is necessary to suppress an increase in the intake air temperature and thus the mixture temperature.
Incidentally, the intake air is sucked into the combustion chamber via the intake passage of the intake manifold and the intake port provided in the cylinder head.
Since the intake manifold and the cylinder head are heated by the heat transmitted from the combustion chamber, it is inevitable that the temperature of the intake air rises due to receiving heat from the intake passage of the intake manifold and the wall surface of the intake port of the cylinder head.
In view of this, an intake pipe mounting structure has been proposed in which the intake manifold is made of a heat-insulating resin material, and the resin insertion portion of the intake manifold is inserted into the intake port (see Patent Document 1).
In this structure, the resin insertion part is inserted to the part in contact with the intake port inside the cylinder head, and a part of the resin insertion part is arranged inside the intake port, so that the wall surface of the cylinder head among the wall surfaces of the intake port The area of the part composed of is reduced to suppress the rise in intake air temperature.
一方、燃費の抑制を図る観点から、インジェクタから吸気ポート内に噴射される燃料を効率よく燃焼室に導入することが必要であり、そのため、インジェクタの噴口を燃焼室に近接させるようにインジェクタを配置することが望ましい。
しかしながら、インジェクタを燃焼室に近接させると、インジェクタが燃焼室からの熱にさらされやすくなり、インジェクタのニードル弁を駆動するアクチュエータのコイル温度が上昇することからインジェクタの動作が影響を受けることが懸念される。
本発明は、上記事情に鑑み断熱部材の断熱効果に着目してなされたものであり、インジェクタの円滑な燃料噴射動作を確保しつつ燃費の向上を図る上で有利な内燃機関の吸気ポート断熱構造を提供することを目的とする。
On the other hand, from the viewpoint of reducing fuel consumption, it is necessary to efficiently introduce the fuel injected from the injector into the intake port into the combustion chamber. For this reason, the injector is arranged so that the injector nozzle is close to the combustion chamber. It is desirable to do.
However, if the injector is brought close to the combustion chamber, the injector is likely to be exposed to heat from the combustion chamber, and the coil temperature of the actuator that drives the needle valve of the injector rises, which may affect the operation of the injector. Is done.
In view of the above circumstances, the present invention has been made paying attention to the heat insulating effect of the heat insulating member, and is an intake port heat insulating structure for an internal combustion engine that is advantageous in improving fuel efficiency while ensuring a smooth fuel injection operation of the injector. The purpose is to provide.
上記目的を達成するために、請求項1記載の発明は、シリンダヘッドに配置されて吸気ポートに燃料を供給するインジェクタと、前記シリンダヘッドに組み込まれ前記吸気ポートの壁面の一部を形成する断熱部材と、を備えた内燃機関の吸気ポート断熱構造であって、前記断熱部材に、前記インジェクタのハウジングおよびノズル部を収容するインジェクタ収容部が一体に形成され、前記インジェクタが配置される側の前記断熱部材の箇所に、前記吸気ポートの下流端に開放状で、前記吸気ポートを流れる吸気により前記インジェクタの噴口から噴射される燃料が付着する範囲の前記吸気ポートの壁面を前記シリンダヘッドの壁面で形成させる切り欠きが設けられていることを特徴とする。
請求項2記載の発明は、前記断熱部材は、前記噴口より前記吸気ポートの上流側の壁面の全周を形成する上流側壁部と、前記噴口より前記吸気ポートの下流側の壁面を形成する下流側壁部とから構成され、前記切り欠きは前記下流側壁部に設けられていることを特徴とする。
請求項3記載の発明は、前記下流側壁部は前記噴口に対向する側の前記吸気ポートの壁面を構成し、前記壁面は前記噴口から噴射される燃料が付着されない前記吸気ポートの下流の箇所の壁面まで延設されることを特徴とする。
請求項4記載の発明は、前記断熱部材は、前記吸気ポートの壁面を構成する内面と、前記シリンダヘッドの凹部に嵌合される外面とを有し、前記外面は、前記吸気ポートの下流部分に近づくにつれて外径寸法が小さくなる傾斜面を有していることを特徴とする。
In order to achieve the above-described object, the invention according to claim 1 includes an injector that is disposed in the cylinder head and supplies fuel to the intake port, and a heat insulation that is incorporated in the cylinder head and forms a part of the wall surface of the intake port. An intake port heat insulating structure for an internal combustion engine comprising a member, wherein the heat insulating member is integrally formed with an injector housing portion for housing a housing of the injector and a nozzle portion, and the injector is disposed on the side where the injector is disposed. The wall surface of the intake port is the wall surface of the cylinder head in a range where the fuel injected from the injection port of the injector by the intake air flowing through the intake port adheres to the heat insulating member at the downstream end of the intake port. A notch to be formed is provided.
According to a second aspect of the present invention, the heat insulating member includes an upstream side wall portion that forms the entire circumference of the wall surface on the upstream side of the intake port from the injection port, and a downstream surface that forms the wall surface on the downstream side of the intake port from the injection port. It is comprised from a side wall part, The said notch is provided in the said downstream side wall part, It is characterized by the above-mentioned.
According to a third aspect of the present invention, the downstream side wall portion constitutes a wall surface of the intake port facing the injection port, and the wall surface is located at a location downstream of the intake port to which fuel injected from the injection port is not attached. It is extended to the wall surface.
According to a fourth aspect of the present invention, the heat insulating member has an inner surface that constitutes a wall surface of the intake port and an outer surface that is fitted into a recess of the cylinder head, and the outer surface is a downstream portion of the intake port. It has the inclined surface where an outer diameter dimension becomes small as it approaches.
請求項1記載の発明によれば、インジェクタのハウジングおよびノズル部が断熱部材によって覆われることでハウジングおよびノズル部が燃焼室からの熱に対して断熱される。そのため、インジェクタの噴口を燃焼室に近接させて配置してもインジェクタが燃焼室からの熱にさらされ難くなり、インジェクタの円滑な燃料噴射動作を確保しつつ燃費の向上を図る上で有利となる。
また、インジェクタの噴口から噴射される燃料が吸気ポートを流れる吸気により付着する範囲の吸気ポートの壁面がシリンダヘッドの壁面で形成されているので、内燃機関の高速回転域において、吸気ポートの壁面に付着した燃料の気化が高温なシリンダヘッドの壁面で効率よくなされ、燃料の燃焼効率の向上を図る上で有利となる。
請求項2記載の発明によれば、上記の効果を簡単な構成で達成することができる。
請求項3によれば、内燃機関の低速回転域において、インジェクタの噴口から噴射された燃料が付着されない壁面の箇所である吸気ポートの壁面は、断熱部材の下流側壁部で構成されているので、シリンダヘッドの熱の吸気への伝達が抑制され、吸気の温度上昇を抑制する上で有利となる。したがって、内燃機関の燃費の向上を図る上で有利となる。
請求項4記載の発明によれば、シリンダヘッドの凹部に断熱部材を嵌合させたときに、断熱部材のガタツキを防止する上で有利となる。
According to the first aspect of the present invention, the housing and the nozzle portion of the injector are covered with the heat insulating member, whereby the housing and the nozzle portion are insulated from the heat from the combustion chamber. Therefore, even if the injector nozzle is arranged close to the combustion chamber, the injector is not easily exposed to heat from the combustion chamber, which is advantageous in improving fuel efficiency while ensuring a smooth fuel injection operation of the injector. .
In addition, since the wall surface of the intake port in the range where the fuel injected from the injector nozzle adheres by the intake air flowing through the intake port is formed by the wall surface of the cylinder head, the wall surface of the intake port is The adhering fuel is efficiently vaporized on the wall surface of the high-temperature cylinder head, which is advantageous in improving the combustion efficiency of the fuel.
According to invention of Claim 2, said effect can be achieved with a simple structure.
According to claim 3, in the low-speed rotation region of the internal combustion engine, the wall surface of the intake port, which is the location of the wall surface to which the fuel injected from the injection port of the injector is not attached, is constituted by the downstream side wall portion of the heat insulating member. The transfer of heat from the cylinder head to the intake air is suppressed, which is advantageous in suppressing an increase in intake air temperature. Therefore, it is advantageous for improving the fuel consumption of the internal combustion engine.
According to the fourth aspect of the present invention, when the heat insulating member is fitted into the concave portion of the cylinder head, it is advantageous to prevent the heat insulating member from rattling.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
まず、内燃機関の全体構成について説明する。
図1に示すように、内燃機関(以下エンジンという)10は、シリンダ12が形成されたシリンダブロック14と、シリンダブロック14の上部に配置されたシリンダヘッド16と、シリンダ12に配設されたピストン18とを含んで構成されている。
シリンダヘッド16の両側には吸気管20(インテークマニホールド)と排気管22(エキゾーストマニホールド)が連結されている。
燃焼室24は、シリンダ12の内面とシリンダヘッド16の下面とピストン18の頂面とによって構成され、シリンダヘッド16には燃焼室24に位置するように点火プラグ26が設けられている。
ピストン18はコネクティングロッド28を介して不図示のクランクシャフトに連結され、図中符号1802、1804は圧力リング、符号1806はオイルリングを示している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, the overall configuration of the internal combustion engine will be described.
As shown in FIG. 1, an internal combustion engine (hereinafter referred to as engine) 10 includes a
An intake pipe 20 (intake manifold) and an exhaust pipe 22 (exhaust manifold) are connected to both sides of the
The
The
シリンダヘッド16には、燃焼室24に吸気を供給する吸気ポート30と、燃焼室24内の排気を排出する排気ポート32とが設けられている。
吸気ポート30には、吸気管20が接続され、排気ポート32には、排気管22が接続されている。
そして、吸気通路2002は、吸気管20、吸気ポート30を含んで構成され、排気通路2202は、排気ポート32、排気管22を含んで構成されている。
また、吸気ポート30に吸気バルブ34が設けられ、排気ポート32に排気バルブ36が設けられ、それら吸気バルブ34、排気バルブ36はバルブスプリング38、40により閉止方向に付勢されている。吸気バルブ34、排気バルブ36は不図示の吸排気カムにより駆動され、吸気ポート30、排気ポート32を開閉する。
なお、図中符号37はバルブシートを示す。
The
An
The
An
In the figure,
本実施の形態では、エンジン10は、インジェクタ42から吸気ポート30内に燃料を噴射(噴霧)するポート噴射式エンジンである。
ポート噴射式エンジンでは、吸気管20の吸気通路2002から吸気ポート30内に吸入された吸入空気とインジェクタ42の噴口4208から噴射された燃料とが吸気ポート30内で混合されて混合気となり、燃焼室24に供給される。
そして、クランクシャフトが回転することにより、吸気カム、排気カムを介して吸気バルブ34、排気バルブ36が開閉され、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程が実行され、主として、排気・吸気行程中に、噴口4208から燃料が吸気ポート30内に噴射される。
インジェクタ42は、後述するように断熱部材44に収容保持されている。
インジェクタ42は、不図示のポンプからフュエルレール48を介して供給された燃料を噴射するものである。
インジェクタ42は、ハウジング4202と、ポート部4204と、ノズル部4206と、ノズル部4206に組み込まれた不図示のニードル弁および不図示のアクチュエータとを含んで構成されている。
ポート部4204は、ハウジング4202の基部に設けられフュエルレール48と接続される箇所である。
ノズル部4206は、ハウジング4202のポート部4204と反対側に接続され吸気ポート30内に噴口4208を向けている。
前記ニードル弁は、噴口4208を開閉するものである。
前記アクチュエータは、コイルを有しコイルに流れる駆動電流によってニードル弁を駆動して噴口4208を開閉させるものである。
In the present embodiment,
In the port injection type engine, the intake air sucked into the
When the crankshaft rotates, the
The
The
The
The
The
The needle valve opens and closes the
The actuator has a coil and opens and closes the
図1から図3に示すように、吸気ポート30は、その壁面の一部が、シリンダヘッド16に取着された断熱部材44で構成されている。
すなわち、吸気ポート30の上流端が位置するシリンダヘッド16の端面に開口する凹部46が設けられている。
断熱部材44は凹部46に嵌め込まれ、吸気管20の取り付けフランジ2010がシリンダヘッド16に取着されることで、取り付けフランジ2010により凹部46に押圧されてシリンダヘッド16に組み込まれている。
断熱部材44は、凹部46の壁面4602に接触する外面4402と、吸気ポート30の壁面の一部を形成する内面4404とを有している。
図3に示すように、外面4402は、吸気ポート30の下流部分に近づくにつれて外径寸法が小さくなる傾斜面4402Aを含んで形成され、吸気ポート30の凹部46に断熱部材44を嵌合させたときに、断熱部材44をガタツキなく嵌合する上で有利となっている。
As shown in FIGS. 1 to 3, the
That is, a
The
The
As shown in FIG. 3, the
図1、図2に示すように、断熱部材44は、噴口4208よりも上流側に位置する略円筒状の上流側壁部44Aと、噴口4208よりも下流側に位置し上流側壁部44Aの端部から吸気が流れる方向に延在する半円筒状の下流側壁部44Bとを備えている。
下流側壁部44Bでインジェクタ42が配置される側の箇所に、吸気ポート30の下流端に開放状で、吸気ポート30を流れる吸気によりインジェクタ42の噴口4208から噴射される燃料が付着する範囲の吸気ポート30の壁面をシリンダヘッド16の壁面3006で形成させる切り欠き50が設けられている。
また、下流側壁部44Bは噴口4208に対向する側の吸気ポート30の壁面3004を構成し、この壁面3004は、噴口4208から噴射される燃料が付着されない吸気ポート30の下流の箇所まで延設されている。したがって、噴口4208に対向する側の吸気ポート30の壁面の箇所で噴口4208から噴射された燃料が付着される範囲の壁面3008はシリンダヘッド16で構成されることになる。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
The intake air in a range where the fuel injected from the
Further, the
また、断熱部材44に、インジェクタ42のハウジング4202およびノズル部4206を収容するインジェクタ収容部52が一体に形成されている。
インジェクタ収容部52は、第1の孔部5202と第2の孔部5204とを備えている。
第1の孔部5202は、ハウジング4202を収容する箇所であり、第2の孔部5204は、ノズル部4206を収容する箇所である。
第2の孔部5204は、第1の孔部5202と同軸上で第1の孔部5202よりも内径が小さい寸法で形成されている。
インジェクタ42は、ハウジング4202が第1の孔部5202に収容され、ノズル部4206がシール部材であるOリング4210を介して第2の孔部5204に収容され、噴口4208を吸気ポート30に露出させた状態で配設されている。
インジェクタ42は、ポート部4204がフュエルレール48に接続されており、フュエルレール48は、該フュエルレール48から突出された突出片4802が、シリンダヘッド16から突設された取り付け部1602にねじ54を介して取着されている。
これにより、インジェクタ42は、フュエルレール48をシリンダヘッド16に取り付けるねじ54の軸力によってインジェクタ収容部52に押し付けられ、インジェクタ収容部52に収容された状態が保持されている。
なお、突出片4802の取り付け箇所はシリンダヘッド16に限定されず、例えば、吸気管20や断熱部材44であってもよい。
In addition, an
The
The
The
In the
The
As a result, the
In addition, the attachment location of the
なお、断熱部材44は、中空あるいは中実の合成樹脂材料で構成してもよい。
あるいは、断熱部材44を、中空の部材と、中空の部材の内部に挿入された断熱材料とで構成してもよく、この場合は、最適な断熱性能を確保する上で有利となる。
また、断熱部材44の上流側部分44Aと下流側部分44Bとを別体で構成してもよい。この場合、上流側部分44Aと下流側部分44Bとに用いる断熱材料の種類を変えることで、断熱性能を変えることができる。
例えば、上流側部分44Aが配置されたシリンダヘッド16部分に冷却水通路(高温)が配置され、下流側部分44Bが配置されたシリンダヘッド16部分がそれより低温である場合は、下流側部分44Bよりも上流側部分44Aの断熱性能を高めるように、断熱部材44を構成する断熱材料を選択し、あるいは、断熱材料の密度を設定できる。
そのため、シリンダヘッド16の温度分布に対応させて最適な断熱性能を確保する上で有利となる。
The
Alternatively, the
Further, the
For example, when the cooling water passage (high temperature) is disposed in the
Therefore, it is advantageous in ensuring optimum heat insulation performance corresponding to the temperature distribution of the
本実施の形態によれば、インジェクタ42が、断熱部材44に設けられたインジェクタ収容部52に収容されて配設されるため、ハウジング4202およびノズル部4206が断熱部材44によって覆われることでハウジング4202およびノズル部4206が燃焼室24からの熱に対して断熱される。
そのため、インジェクタ42の噴口4208を燃焼室24に近接させて配置してもインジェクタ42が燃焼室24からの熱にさらされ難くなり、インジェクタ42のアクチュエータのコイル温度が上昇してインジェクタ42の動作が影響を受けることを抑制できる。
したがって、インジェクタ42の円滑な燃料噴射動作を確保しつつ燃費の向上を図る上で有利となる。
According to the present embodiment, since the
Therefore, even if the
Therefore, it is advantageous for improving fuel efficiency while ensuring a smooth fuel injection operation of the
また、下流側壁部44Bに切り欠き50が設けられているため、エンジン10の高速回転域において吸気ポート30を流れる吸気速度が速くなると、噴口4208から噴射された燃料の大半は、噴口4208が位置する側で吸気ポート30の延在方向に沿って延在するシリンダヘッド16の壁面3006の箇所に付着する。
そのため、エンジン10の高速回転域において、吸気ポート30の壁面3006に付着した燃料の気化が高温なシリンダヘッド16の壁面3006で効率よくなされ、燃料の燃焼効率の向上を図る上で有利となる。
また、上流側壁部44Aによりシリンダヘッド16の熱の吸気への伝達が抑制され、吸気の温度上昇を抑制する上で有利となり、エンジン10の燃費の向上を図る上で有利となる。
したがって、吸気の温度上昇を抑制しつつ燃焼効率を向上できるので、エンジン10の燃費の向上を図る上で有利となる。
Further, since the
Therefore, in the high speed rotation region of the
Further, the upstream
Therefore, the combustion efficiency can be improved while suppressing the temperature rise of the intake air, which is advantageous in improving the fuel consumption of the
また、本実施の形態では、下流側壁部44Bは噴口4208に対向する側の吸気ポート30の壁面3004を構成し、この壁面3004は噴口4208から噴射される燃料が付着されない吸気ポート30の下流箇所まで延設され、燃料が付着される壁面3008の範囲はシリンダヘッド16で構成されている。
したがって、エンジン10の低速回転域では、噴口4208から噴射された燃料は、その大半が噴口4208に対向する側で燃焼室24寄りの吸気ポート30のシリンダヘッド16の壁面3008および吸気バルブ34に付着する。
そのため、エンジン10の低速回転域において、吸気ポート30の壁面3008に付着した燃料の気化が効率よくなされ、燃料の燃焼効率の向上を図る上で有利となる。
また、下流側壁部44Bによりシリンダヘッド16の熱の吸気への伝達が抑制され、吸気の温度上昇を抑制する上でより有利となる。
したがって、エンジン10の低速回転域において、吸気の温度上昇をより抑制しつつ燃焼効率をより向上できるので、エンジン10の燃費の向上を図る上でより一層有利となる。
Further, in the present embodiment, the
Therefore, in the low speed rotation region of the
Therefore, in the low speed rotation region of the
Further, the
Therefore, in the low-speed rotation region of the
10 エンジン(内燃機関)
16 シリンダヘッド
20 吸気管
30 吸気ポート
3002 ポート壁面上部
3004 ポート壁面下部
3006 壁面
3008 壁面
42 インジェクタ
4202 ハウジング
4206 ノズル部
4208 噴口
44 断熱部材
4402 外面
4402A 傾斜面
4404 内面
44A 上流側壁部
44B 下流側壁部
46 凹部
50 切欠
52 インジェクタ収容部
10 Engine (Internal combustion engine)
16
Claims (4)
前記シリンダヘッドに組み込まれ前記吸気ポートの壁面の一部を形成する断熱部材と、
を備えた内燃機関の吸気ポート断熱構造であって、
前記断熱部材に、前記インジェクタのハウジングおよびノズル部を収容するインジェクタ収容部が一体に形成され、
前記インジェクタが配置される側の前記断熱部材の箇所に、前記吸気ポートの下流端に開放状で、前記吸気ポートを流れる吸気により前記インジェクタの噴口から噴射される燃料が付着する範囲の前記吸気ポートの壁面を前記シリンダヘッドの壁面で形成させる切り欠きが設けられている、
ことを特徴とする内燃機関の吸気ポート断熱構造。 An injector disposed in the cylinder head for supplying fuel to the intake port;
A heat insulating member incorporated in the cylinder head and forming a part of the wall surface of the intake port;
An intake port heat insulation structure for an internal combustion engine comprising:
The heat insulating member is integrally formed with an injector housing portion for housing the injector housing and the nozzle portion,
The intake port in a range where the fuel injected from the injection port of the injector by the intake air flowing through the intake port adheres to the location of the heat insulating member on the side where the injector is disposed at the downstream end of the intake port A notch for forming the wall surface of the cylinder head with the wall surface of the cylinder head,
An intake port heat insulation structure for an internal combustion engine.
前記切り欠きは前記下流側壁部に設けられている、
ことを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の吸気ポート断熱構造。 The heat insulating member is composed of an upstream side wall portion that forms the entire circumference of the wall surface on the upstream side of the intake port from the injection port, and a downstream side wall portion that forms a wall surface on the downstream side of the intake port from the injection port,
The notch is provided in the downstream side wall,
The intake port heat insulation structure for an internal combustion engine according to claim 1.
ことを特徴とする請求項2記載の内燃機関の吸気ポート断熱構造。 The downstream side wall portion constitutes a wall surface of the intake port on the side facing the injection port, and the wall surface extends to a wall surface at a location downstream of the intake port to which fuel injected from the injection port is not attached.
The intake port heat insulation structure for an internal combustion engine according to claim 2.
前記外面は、前記吸気ポートの下流部分に近づくにつれて外径寸法が小さくなる傾斜面を有している、
ことを特徴とする請求項2または3記載の内燃機関の吸気ポート断熱構造。 The heat insulating member has an inner surface that constitutes a wall surface of the intake port, and an outer surface that is fitted into the recess of the cylinder head,
The outer surface has an inclined surface that decreases in outer diameter as it approaches the downstream portion of the intake port.
The intake port heat insulation structure for an internal combustion engine according to claim 2 or 3,
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