JP2017025802A - 内燃機関の吸気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シリンダヘッドの内部に配置され断熱部材の安定した据付けと、高い燃費向上効果とを可能にする。【解決手段】シリンダヘッドの内部に形成されて、前記シリンダヘッドの吸気通路上流側の開口と燃焼室とを連通する吸気ポートと、前記開口に接続されて前記吸気ポートとともに吸気通路を形成するインテークマニホールドと、前記シリンダヘッドの内部に配置される断熱部材とを備える内燃機関の吸気装置であって、前記断熱部材は、前記開口から吸気通路下流側に延在して前記吸気ポートの内壁面の一部を形成する延在部と、前記延在部の吸気通路上流側の端部に形成されたフランジ部とを有し、前記インテークマニホールドは前記断熱部材のフランジ部を介して前記シリンダヘッドに接続され、さらに、前記延在部の前記吸気通路の周方向外側の壁面たる外周壁面と前記シリンダヘッドの前記吸気通路の周方向内側の壁面たる内周壁面との間に空気層が形成される。【選択図】図１

Description

本開示は、燃費を向上可能な内燃機関の吸気装置に関する。

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、低圧縮比の内燃機関と比べて、圧縮後の混合気の温度が高くなるため、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、燃費向上効果が低減してしまうため、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及びシリンダヘッドは、燃焼室から伝わる熱によって加熱されるため、吸気は、インテークマニホールドやシリンダヘッドの壁面から受熱して昇温することが避けられない。

そこで、特許文献１では、インテークマニホールドを断熱性を有する樹脂材料で構成し、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け構造が提案されている。これによって、吸気通路を形成する壁面のうち、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、吸気の温度上昇を抑制している。
特許文献２では、吸気ポートに樹脂製の断熱部材を挿入固定して、吸気の昇温を抑制する提案がなされている。

特開２００７−２８５１７１号公報 特開２００８−１４４７４０号公報

特許文献１に開示された構成では、樹脂製の挿入部がインジェクタの据付け部及びその下流側まで延在しているため、インジェクタの据付け強度が低下するおそれがある。
インジェクタから噴射された燃料は、吸気ポートの壁面を構成するシリンダヘッドの壁面及び吸気バルブに当たって受熱することで気化が促進されるが、特許文献１のように、断熱性を有する樹脂製の挿入部がインジェクタの噴口より下流側まで延在していると、インジェクタから噴射された燃料が受熱されず、気化が抑制されるおそれがある。

特許文献２では、断熱部材は吸気ポートに嵌合されているだけであり、インテークマニホールドに対しても当接されているだけであるので、断熱部材の据付けが安定しないおそれがある。また、インテークマニホールドとシリンダヘッドとが直接結合しているので、シリンダヘッドの熱がインテークマニホールドに伝達し、インテークマニホールドが昇温して吸気を昇温させるので、燃費向上効果が低減するおそれがある。

そこで、これら技術的課題に鑑み、本発明の少なくとも一つの実施形態は、断熱部材の安定した据付けと、高い燃費向上効果とを可能にすることを目的とする。

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る内燃機関の吸気装置は、シリンダヘッドの内部に形成されて、前記シリンダヘッドの吸気通路上流側の開口と燃焼室とを連通する吸気ポートと、前記開口に接続されて前記吸気ポートとともに吸気通路を形成するインテークマニホールドと、前記シリンダヘッドの内部に配置される断熱部材とを備える内燃機関の吸気装置であって、前記断熱部材は、前記開口から吸気通路下流側に延在して前記吸気ポートの内壁面の一部を形成する延在部と、前記延在部の吸気通路上流側の端部に形成されたフランジ部とを有し、前記インテークマニホールドは前記断熱部材のフランジ部を介して前記シリンダヘッドに接続され、さらに、前記延在部の前記吸気通路の周方向外側の壁面たる外周壁面と前記シリンダヘッドの前記吸気通路の周方向内側の壁面たる内周壁面との間に空気層が形成される。

上記構成（１）によれば、上記断熱部材を備えることで、その断熱作用で吸気温度ひいては混合気温度の上昇を抑制できると共に、インテークマニホールドはシリンダヘッドに接触しないので、シリンダヘッドの熱がインテークマニホールドに伝達するのを抑制できる。これによって、インテークマニホールドの昇温が抑制され、インテークマニホールドを流れる吸気の温度上昇、ひいては吸気ポートを流れる混合気の温度上昇を抑制できる。
また、断熱部材は上記フランジ部を介してシリンダヘッドに結合されるので、シリンダヘッドの内部でインテークマニホールドに安定支持される。
さらに、断熱部材の延在部とシリンダヘッド間に空気層が形成されるので、断熱部材の断熱効果をさらに向上できる。

インテークマニホールドより上流側の吸気通路に水冷インタークーラが設けられる内燃機関の場合、水冷インタークーラ用冷却水を上記空気層に供給することで、断熱部材の断熱効果をさらに向上できる。

（２）幾つかの実施形態では、前記構成（１）において、前記フランジ部は、前記インテークマニホールドと共に前記シリンダヘッドにボルトにより共締めされる。
上記構成（２）によれば、断熱部材がインテークマニホールドに安定支持され、かつシリンダヘッドに安定して据付け固定できる。

（３）幾つかの実施形態では、前記構成（１）又は（２）において、前記延在部が配置される前記シリンダヘッドの壁面に前記吸気通路の周方向に凹部が形成されると共に、前記延在部が前記凹部に埋設され、前記延在部の前記吸気通路下流側の端部は、前記凹部の下流側の端面において前記シリンダヘッドの壁面に対しインロー構造によって接続される。
上記構成（３）によれば、上記フランジ部とは反対側の延在部の端部がシリンダヘッドの壁面にインロー構造によって接続されるので、断熱部材を簡単な構成で確実にシリンダヘッドの壁面に据付け固定できる。

（４）幾つかの実施形態では、前記構成（１）〜（３）の何れかにおいて、
前記延在部は前記フランジ部より薄い厚さの板で形成され、
前記延在部は、その長手方向中間部位に前記空気層を介して対向配置される前記シリンダヘッドの壁面まで延在する補強部を有する。
上記構成（４）によれば、延在部をフランジ部より薄い厚さの板で形成することで、断熱効果が高い空気層を形成する空間の容積を増加でき、これによって、断熱効果をさらに高めることができる。
また、上記補強部を設けることで、延在部の板厚を小さくしても、延在部の強度を高強度に維持できる。

（５）幾つかの実施形態では、前記構成（１）〜（４）の何れかにおいて、
前記延在部は、
筒状断面を有すると共に、下流側に向かって断面積が小さくなる先細形状を有する吸気上流側部位と、
前記吸気通路に面して設けられたインジェクタの噴口と対向する側に壁面が位置する半筒状断面を有する吸気下流側部位とで構成される。

上記構成（５）によれば、延在部の吸気上流側部位を、筒状断面を有しかつ下流側に向かって断面積が小さくなる先細形状としたので、吸気上流側部位を吸気通路を形成したシリンダヘッドの凹部に嵌合したとき、延在部をガタツキなく嵌合できるため、断熱部材を安定して据付け固定できる。
また、吸気上流側部位を先細形状としたので、吸気上流側部位を通過する吸気の流速が高まる。これによって、高速運転域の吸気の充填効率が高まり、かつ低速運転域や部分運転時における吸気の流速を高めることで、燃焼を改善できる。
さらに、吸気下流側部位をインジェクタの噴口と対向する側に壁面が位置する半筒状断面とすることで、シリンダヘッドへのインジェクタの配置が容易になる。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、断熱部材のシリンダヘッドへの安定した据付けが可能になると共に、吸気温度ひいては混合気温度の上昇を抑制できるため、燃費を向上できる。

一実施形態に係る吸気ポート構造の断面図である。 一実施形態に係る断熱部材を示し、（Ａ）はその一部の平面図であり、（Ｂ）は左側面図であり、（Ｃ）は正面図であり、（Ｄ）は右側面図である。 一実施形態に係る断熱部材の正面視断面図である。 一実施形態に係る吸気ポート構造の断面図である。 一実施形態に係る断熱部材を示し、（Ａ）はその一部の平面図であり、（Ｂ）は左側面図であり、（Ｃ）は正面図であり、（Ｄ）は右側面図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、これらの実施形態に記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状及びその相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一つの構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

本発明の幾つかの実施形態に係る内燃機関の吸気装置は、図１及び図４に示すように、シリンダヘッド１０の内部に吸気ポートＰｓが形成され、吸気ポートＰｓはシリンダヘッド１０の吸気通路上流側の開口Ｐｓ_１と燃焼室とを連通する。開口Ｐｓ１にインテークマニホールド１２が接続され、インテークマニホールド１２は吸気ポートＰｓと共に吸気通路を形成する。シリンダヘッド１０の内部に断熱カラー１４（１４Ａ、１４Ｂ）（断熱部材）が配置される。

断熱カラー１４は、例えば熱伝導係数が小さい樹脂などで構成され、開口Ｐｓ_１から吸気通路下流側に延在して吸気ポートＰｓの内壁面の一部を形成する延在部１６（１６ａ、１６ｂ）と、延在部１６の吸気通路上流側の端部に形成されたフランジ部１８（１８ａ、１８ｂ）とを有する。
インテークマニホールド１２は、フランジ部１８を介してシリンダヘッド１０に接続される。さらに、延在部１６の吸気通路の周方向外側の壁面たる外周壁面と、シリンダヘッド１０の吸気通路の周方向内側の壁面たる内周壁面との間に空間が形成され、この空間に空気層Ａが形成される。

例示的な実施形態では、図１及び図４に示すように、フランジ部１８は、インテークマニホールド１２と共に、シリンダヘッド１０にボルト２４により共締めされる。
図１及び図４に図示した実施形態では、インテークマニホールド１２の端部にフランジ部１８と対面するフランジ部１２ａが形成され、フランジ部１８は、フランジ部１２ａと共にシリンダヘッド１０に共締めされる。
開口Ｐｓ_１のシリンダヘッド１０の端面には、フランジ部１８が嵌合するほぼ楕円形の段差１０ａが形成される。

例示的な実施形態では、図１及び図４に示すように、延在部１６が配置されるシリンダヘッド１０の壁面に吸気通路の軸方向及び周方向に凹部１０ｂが形成され、凹部１０ｂに延在部１６が埋設される。延在部１６の吸気通路下流側の端部（フランジ部１８とは長手方向反対側）は、凹部１０ｂの下流側の端面において、シリンダヘッド１０の壁面に対しインロー構造２０（２０ａ、２０ｂ）によって接続される。こうして、シリンダヘッド１０の壁面と延在部１６とで吸気通路が段差なく形成される。
図１及び図４に示す実施形態では、延在部１６（１６ａ、１６ｂ）の端部に、インロー構造２０として、半楕円弧形状でかつ四角断面の凸部２２（２２ａ、２２ｂ）が形成され、凸部２２に対面する凹部１０ｂの壁面に凸部２２と同一形状の溝１０ｃが形成され、両者が嵌合する。

例示的な実施形態では、図３に示すように、インロー構造２０を有する延在部１６（１６ａ）の端部２６は硬質材料で構成される。この硬質材料として、例えば、アルミで構成され、あるいは硬質樹脂で構成される。
図３に示す実施形態では、フランジ部１８（１８ａ）を含む延在部１６（１６ａ）の端部２８も上記硬質材料で構成される。
延在部１６（１６ａ）の本体と端部２６及び２８とは、別に製造され、接着剤２９で接着される。別な製造方法として、延在部１６（１６ａ）の鋳造時に端部２６及び２８を一体に形成してもよい。

例示的な実施形態では、図２及び図５に示すように、延在部１６（１６ａ、１６ｂ）は、吸気上流側部位３０（３０ａ、３０ｂ）と、吸気下流側部位３２（３２ａ、３２ｂ）とで構成される。
吸気上流側部位３０は筒状断面を有すると共に、下流側に向かって断面積が小さくなる先細形状を有する。
吸気通路に面してインジェクタ４０が設けられ、吸気下流側部位３２は、インジェクタ４０の噴口４０ａと対向する側に壁面が位置し、インジェクタ４０側には壁面がない半筒状断面を有する。

図２及び図５に示す実施形態では、吸気下流側部位３２は長手方向に同一径を有する。
噴口４０ａから噴射される燃料ｆは、吸気下流側部位３２より下流側の吸気通路に噴射される。

例示的な実施形態では、図４及び図５に示すように、延在部１６（１６ｂ）はフランジ部１８（１８ｂ）より薄い厚さの板で形成される。さらに、延在部１６（１６ａ）は、その長手方向中間部位に空気層Ａを介して対向配置されるシリンダヘッド１０の壁面まで延在する補強部３４を有する。
図示した実施形態では、補強部３４は、吸気上流側部位３０（３０ｂ）の下流側端に形成された鍔状の補強板で構成され、この補強板は凹部１０ｂの壁面に当接している。

幾つかの実施形態によれば、図１及び図４に示すように、吸気通路に断熱カラー１４（１４Ａ、１４Ｂ）を備え、その断熱作用で吸気温度ひいては混合気温度の上昇を抑制できると共に、インテークマニホールド１２はシリンダヘッド１０に接触しないので、シリンダヘッド１０の熱がインテークマニホールド１２に伝達するのを抑制できる。
これによって、インテークマニホールド１２の昇温が抑制され、インテークマニホールド１２を流れる吸気の温度上昇、ひいては吸気ポートを流れる混合気の温度上昇を抑制できる。
また、上記断熱カラーの延在部１６（１６ａ、１６ｂ）とシリンダヘッド１０間に空気層Ａが形成されるので、上記断熱カラーの断熱効果を向上できる。

さらに、インテークマニホールド１２より上流側の吸気通路に水冷インタークーラが設けられる場合、水冷インタークーラ用冷却水を空気層Ａに供給することで、断熱効果をさらに向上できる。

また、例示的な実施形態によれば、図１及び図４に示すように、フランジ部１８（１８ａ、１８ｂ）は、インテークマニホールド１２と共にシリンダヘッド１０にボルト２４により共締めされるため、断熱カラー１４をシリンダヘッド１０及びインテークマニホールド１２に安定して据付け固定できる。
また、例示的な実施形態によれば、図１及び図４に示すように、上記延在部の端部（上記フランジ部とは反対側）が凹部１０ｂの壁面に対しインロー構造２０によって接続されるため、断熱カラー１４をシリンダヘッド１０の壁面に所望位置でかつ安定して据付け固定できる。

また、例示的な実施形態によれば、図３に示すように、凸部２２（２２ａ）を有する延在部１６（１６ａ）の端部２６は硬質材料で構成されるため、上記延在部の据付け強度を高め、断熱カラー１４（１４Ａ）のさらなる安定支持が可能になる。
また、図３に示す実施形態によれば、フランジ部１８（１８ａ）を含む延在部１６（１６ａ）の端部２８を同様に硬質材料で構成すれば、インテークマニホールド１２との結合強度を増大できる。
さらに、上記硬質材料が軽量で高強度を有するアルミ又は硬質樹脂であれば、シリンダヘッド１０の重量増加を抑制しつつ、延在部１６（１６ａ）の端部２６及び２８の据付け強度を高めることができる。
延在部１６（１６ａ）の本体の材料が樹脂であり、端部２６及び２８の硬質材料が硬質樹脂であれば、樹脂同士であるので接着強度を高めることができる。

また、例示的な実施形態によれば、図４に示すように、延在部１６（１６ｂ）がフランジ部１８（１８ｂ）より薄い厚さの板で形成されるので、断熱効果が高い空気層Ａの容積を増加でき、これによって、断熱効果を高めることができる。
また、延在部１６（１６ｂ）の長手方向中間部位に補強部３４を有するので、延在部１６（１６ｂ）を高強度に維持できる。
また、例示的な実施形態によれば、図２及び図５に示すように、延在部１６（１６ａ、１６ｂ）は、筒状の吸気上流側部位３０（３０ａ、３０ｂ）を有するので、吸気上流側部位３０（３０ａ、３０ｂ）をガタツキなくシリンダヘッド１０の吸気通路形成部に嵌合でき、断熱カラー１４をシリンダヘッド１０に安定して据付け固定できる。

また、吸気上流側部位３０（３０ａ、３０ｂ）が先細形状であるので、上記吸気上流側部位を通過する吸気の流速が高まり、これによって、高速運転域の吸気の充填効率を高めることができ、かつ低速運転域や部分運転時における吸気の流速を高めることで、燃焼を改善できる。
さらに、吸気下流側部位３２（３２ａ、３２ｂ）を半筒状断面とすることで、インジェクタ４０の配置が容易になる。
加えて、インジェクタ４０から噴射される燃料ｆは、吸気下流側部位３２（３２ａ、３２ｂ）ではなく、上記吸気下流側部位より下流側の吸気通路に噴射されるため、シリンダヘッド１０の壁面に付着した燃料は高温の壁面で効率良く気化する。従って、燃料の燃焼効率を向上できる。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、内燃機関の吸気ポートに断熱部材の安定した据付けが可能になると共に、内燃機関の燃費を向上できる。

１０ シリンダヘッド
１０ａ 段差
１０ｂ 凹部
１０ｃ 溝
１２ インテークマニホールド
１２ａ フランジ部
１４（１４Ａ、１４Ｂ） 断熱カラー
１６（１６ａ、１６ｂ） 延在部
１８（１８ａ、１８ｂ） フランジ部
２０（２０ａ、２０ｂ） インロー構造
２２（２２ａ、２２ｂ） 凸部
２４ ボルト
２６、２８ 端部
３０（３０ａ、３０ｂ） 吸気上流側部位
３２（３２ａ、３２ｂ） 吸気下流側部位
３４ 補強部
４０ インジェクタ
４０ａ 噴口
Ｐｓ 吸気通路
Ｐｓ_１ 開口
ｆ 燃料

Claims (5)

1. シリンダヘッドの内部に形成されて、前記シリンダヘッドの吸気通路上流側の開口と燃焼室とを連通する吸気ポートと、
   前記開口に接続されて前記吸気ポートとともに吸気通路を形成するインテークマニホールドと、
   前記シリンダヘッドの内部に配置される断熱部材とを備える内燃機関の吸気装置であって、
   前記断熱部材は、前記開口から吸気通路下流側に延在して前記吸気ポートの内壁面の一部を形成する延在部と、前記延在部の吸気通路上流側の端部に形成されたフランジ部とを有し、
   前記インテークマニホールドは前記断熱部材のフランジ部を介して前記シリンダヘッドに接続され、
   さらに、前記延在部の前記吸気通路の周方向外側の壁面たる外周壁面と前記シリンダヘッドの前記吸気通路の周方向内側の壁面たる内周壁面との間に空気層が形成されることを特徴とする内燃機関の吸気装置。
2. 前記フランジ部は、前記インテークマニホールドと共に前記シリンダヘッドにボルトにより共締めされることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の吸気装置。
3. 前記延在部が配置される前記シリンダヘッドの壁面に前記吸気通路の周方向に凹部が形成されると共に、前記延在部が前記凹部に埋設され、
   前記延在部の前記吸気通路下流側の端部は、前記凹部の下流側の端面において前記シリンダヘッドの壁面に対しインロー構造によって接続されることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の吸気装置。
4. 前記延在部は前記フランジ部より薄い厚さの板で形成され、
   前記延在部は、その長手方向中間部位に前記空気層を介して対向配置される前記シリンダヘッドの壁面まで延在する補強部を有することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の内燃機関の吸気装置。
5. 前記延在部は、
   筒状断面を有すると共に、下流側に向かって断面積が小さくなる先細形状を有する吸気上流側部位と、
   前記吸気通路に面して設けられたインジェクタの噴口と対向する側に壁面が位置する半筒状断面を有する吸気下流側部位とで構成されることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の内燃機関の吸気装置。
   

Images