JP4029014B2 - 直接噴射式内燃機関用のフランジ形中間系 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば直接噴射式内燃機関で吸込み空気並びに燃料のための管路に対する、請求項１の上位概念に記載の形式のフランジ形中間系（フランジ形接続システム若しくはフランジ形接続系ともいう）に関する。
【０００２】
更に本発明は、前記フランジ形中間系に組込まれる、請求項７及び請求項８の上位概念に記載の形式の第１の構成群並びに第２の構成群にも関する。
【０００３】
【従来の技術】
冒頭に述べた形式のフランジ形中間系は、例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第１９９２０１９５Ａ１号明細書により公知である。この種のフランジ形中間部材は直接噴射式内燃機関では実質的に２つの役割を有し、このために相応の複数の部品がフランジ形中間部材（中間フランジ）に組み込まれる。
【０００４】
即ちフランジ形中間部材の１つの役割は、入口から出口への燃焼空気の流過を可能にすることであり、これによって燃焼空気が吸気管若しくは吸気路から内燃機関のシリンダヘッド内に導かれる。更にフランジ形中間部材の領域にいわゆる充填運動フラップを配置してあり、該充填運動フラップが配置形式に応じてシリンダ内の空気流をタンブル流（宙返り流）又はスワール流とするようになっている。
【０００５】
フランジ形中間部材の別の役割は、シリンダ内への燃料の直接噴射のための導管系の収容にある。該導管系は著しく高い圧力を受けるものであり、従ってフランジ形中間部材も相応に形成されねばならない。フランジ形中間部材は一般的に金属、例えばアルミニウムから成形されているのに対して、フランジ形中間部材の吸気管側開口に接続される吸気通路はプラスチックから成形され得るものである。
【０００６】
しかしながら材料の選択は、燃料用の通路系の高い負荷によって決定されている。従ってフランジ形中間部材の吸気通路領域が、不必要にも、吸気管内圧に基づき生じる負荷の複数倍に設計されている。要するに構成部品、即ちフランジ形中間部材が必要以上に重くなっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、直接噴射式内燃機関用のフランジ形中間系を改善して、フランジ形中間系の機能を確実に満たすと共に、重量を小さくすることである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題が、請求項１、請求項７及び請求項８に記載の構成手段によって解決される。
【０００９】
即ち前記課題を解決するために本発明に基づく構成では、公知の形式で燃焼空気並びに燃料のための通路系（通路構造若しくは通路組織ともいう）を有するフランジ形中間系において、燃料のための通路系が、発生する圧力に対して充分な強度のある第１の構成群内に収容されている。これに対して、吸気通路が第２の構成群内に収容され、即ち形成されており、該第２の構成群が優先的に、強度のより低い材料から成っており、この場合、より低い強度は第１の構成群の強度と比較したものである。前記両方の構成群が組み合わされてフランジ形中間系を形成し、これによって全体としてフランジ形中間系に対するすべての要件を満たすコンパクトな１つの構成部分（構成ユニット）を成している。特に本発明のフランジ形中間系は、両方の構成群が互いに内外で係合することに基づき、公知の金属製の一体的なフランジ形中間部材若しくはフランジ形中間接続機構と同等の幾何学寸法を有している。幾何学寸法が等しい場合には、強度の低い度材料から成る構成群に対して、密度の低い材料を選ぶことができ、これによって、構成部材をより軽くかつ経済的に製造するという要件が満たされる。
【００１０】
フランジ形中間系を使用する内燃機関は、本発明に内在する節減ポテンシャルを効果的に活用できる直接噴射式内燃機関である。即ち、フランジ形中間系はディーゼル機関にも、直接噴射式オットー機関にも使用される。
【００１１】
本発明の有利な実施形態では、吸気通路又は燃料用の通路系が第１のベース部材又は第２のベース部材に纏められており、第１のベース部材又は第２のベース部材は、別の機能構成部分と一緒に第１の構成群又は第２の構成群を形成している。この場合、吸気通路系若しくは通路系は、単数若しくは複数の群に形成されてかつそれぞれ各ベース部材に纏められてよい。これは、例えば内燃機関のシリンダがＶ形配列若しくはＷ形配列の場合に有利である。この場合、各シリンダ列毎にこのような構成群を形成することが可能である。
【００１２】
前記別の機能構成部分は、第２の構成群の場合に例えば充填運動フラップ、フランジ形中間系と吸気管との間のゴム製の接合スリーブ、或いはシリンダヘッド寄りのフランジのパッキン若しくはシールである。第１の構成群の機能構成部分は、噴射弁並びに閉塞栓であり、閉塞栓が、有利には構成部材内に穿孔された通路を該通路の端部で閉塞するものである。
【００１３】
本発明の別の有利な実施形態では、第１の構成群が優先的に金属から成形されていてよく、かつ第２の構成群が優先的にプラスチックから成形されていてよい。優先的なる用語は、すでに述べた機能構成部分が別の材料から成形されていてもよいことを意味している。何れにしてもベース部材若しくはベース部分は前記材料から成っている。この場合、第１の構成群のためには例えばアルミニウム加圧鋳物、例えばアルミニウムダイカストが使用されてよい。第２の構成群が例えばガラス繊維強化されたポリアミドから成形されていてよい。前述の材料選択に基づき、フランジ形中間系の２部構成によって得られるコスト並びに重量に関する利点が最適に利用される。
【００１４】
更に本発明の有利な構成では、特にねじによって形成される固定手段は第１の構成群内に設けられる。第１の構成群は頑丈な構成群であり、該構成群によってシリンダヘッドへのフランジ形中間系の固定が、付加的な補強なしに行われる。第２の構成群が、第１の構成群の組付けに伴って一緒に保持される。即ちこのことは、第１の構成群が第２の構成群をクランプ状に取り囲んでいて、これによって第２の構成群が組付け箇所にセットされ、即ち固定されることに基づき達成される。これによって得られる顕著な利点は、強度の低い材料から成る第２の構成群が付加的な補強を、ひいては該補強のために特殊な組付けを必要としないことである。これによって、プラスチック製のシリンダヘッドフランジの固定の際に従来必要であった補強スリーブ等が省略される。
【００１５】
この場合、固定手段が第２の構成群を貫通して導かれてよい。このために例えば孔が設けられてよく、該孔を通して固定ねじがねじ込まれる。しかしながら固定ねじの支持は第１の構成群において行われるので、第２の構成群内の、圧着力の分配が行われる。
【００１６】
第１の構成群並びに第２の構成群は、それぞれ別の構成群と協働して請求項１に記載した本発明のフランジ形中間系装置若しくはフランジ形接続装置を形成するのに適している範囲内で、夫々独立した発明として特許請求され得るものである。さらに本発明は種々の分野でも用いられ、同様に発明として特許請求され得るものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に図面に基づいて本発明の実施例を詳説する。
【００１８】
図１に示すフランジ形中間系は、第１の構成群１０及び第２の構成群１１から成っている。第１の構成群が第１のベース部材（基体）１２を有し、かつ第２の構成群が第２のベース部材（基体）１３を有している。ベース部材が、別の機能構成部品の組付けのために用いられている。第１のベース部材１２に駆動ユニット１４をフランジ締結してあり、該駆動ユニットは軸（図示せず）を介して複数の充填運動フラップ１５ａに連結している。従って充填運動フラップが駆動ユニットによって角度を無段調整され得る。
【００１９】
更に種々の閉塞栓１６が図示してあり、該閉塞栓によって、第１のベース部材１２内に形成された通路構造が該通路構造の端部、即ち開口で閉塞される。この場合、シールリング１７も使用される。閉塞すべき開口は、第１のベース部材をアルミニウム加圧鋳造部品として製造することによって生じ、それというのは該ベース部材は中空室構造、例えば燃料通路の形成のために中子を必要とし、中子が外側へ離型され、即ち抜き取られねばならないからである。予め組立てられた第１の構成群１０は最終的にねじ１８を用いてシリンダヘッド（図１には示さず）に組付けられる。この場合、第１のベース部材１２が第２のベース部材１３をクランプ状に取り囲み、従って第２のベース部材も一緒に固定される。
【００２０】
第２のベース部材１３は充填運動フラップ１５ａのほかにゴムスリーブ１９を有しており、ゴムスリーブがリング（図１には示さず）を用いて吸気管（同じく図１には示さず）に結合される。
【００２１】
組付けられたフランジ形中間系の作用態様は図２及び図３に基づいて最も良く推考される。図３から認識されるように、フランジ形中間系は第１のベース部材１２及び第２のベース部材１３から成っている。吸気管２０が、すでに述べてあるようにゴムスリーブ１９によって第２のベース部材１３に接続されている。この場合、固定リング２１が使用され、固定リングの正確な形態は図２からも推考される。
【００２２】
第２のベース部材１３がシリンダヘッドフランジ２２（図２）を介して内燃機関のシリンダヘッド２３に接続されている。この部位での固定が、ねじ１８を用いて第１のベース部材１２を介して行われる。
【００２３】
シリンダヘッド２３に組付けられたフランジ形中間系の詳細は、図２から推考される。シリンダヘッド２３と第２のベース部材１３との間に、成形パッキン２４が使用されており、燃焼空気が、第２のベース部材１３内に形成された吸気通路２５からシリンダヘッド２３内の給気通路２６内へ導かれる。この場合、充填運動フラップ１５ａは傾斜位置で、吸込み空気を給気通路内の矢印２７によって示唆するようにタンブルさせ、該タンブルがシリンダの燃焼室２８内に相応の渦流を生ぜしめる。
【００２４】
吸気通路２５は吸込み空気を導くために、シリンダヘッド２３と吸気管２０との間で唯一の中間部分を形成している。従って吸気通路２５が、吸気管へのインターフェイス３０を形成する入口２９から、シリンダヘッドの平面内に位置する出口３１へ延びている。
【００２５】
第１のベース部材１２が複数の通路構造３２を形成しており、該通路構造（管路系）は燃料の流過のために設けられている。各通路構造が噴射弁３４のためのそれぞれ１つの収容部３３に開口しており、前記噴射弁がシリンダヘッドの燃焼室２８内にまで達している（図２では１つの収容部が対応する噴射弁と一緒に断面して示してあり、他の収容部は図平面外に位置している）。
【００２６】
更に第１のベース部材１２に貫通孔３５を設けてあり、貫通孔が固定用のねじ１８（図３）を受容するようになっている。シリンダヘッド内に、前記ねじのための雌ねじ穴３６が設けられている。
【００２７】
更に明らかなように、第１のベース部材１２は、断面図示の領域外で吸気通路２５の背後を延びていて、これによって第２のベース部材１３をクランプ状に取り囲んでいる。これによって、成形パッキン２４にとって必要な圧着力も生ぜしめられる。
【００２８】
次ぎに図４に示した第２のベース部材１３の、第３図に対する相違点を詳細に説明する。図２に示す充填運動フラップ１５ａに代えて、図４の実施例では充填運動フラップ１５ｂは回転軸に関して直角に配置されている。回転軸がベルト車３７を介して駆動されるようになっていてよい。回転軸を９０゜回動させることによって、別の充填運動効果、つまり実線矢印で示唆するスワール流３８が生ぜしめられる。スワール流は、一点鎖線で示した給気通路２６内を流過して、燃焼室（図示せず）の軸線に相当する回転軸線を中心として渦流を生ぜしめる。このような充填運動も、図４では図示を省いた噴射弁によって燃焼室内へ噴射される燃料の混合を改善するものである。
【００２９】
図４のフランジ形中間系の出口３１が図５には正面に示してある。図面から明らかなように、ベルト車３７は充填運動フラップ１５ｂを駆動するようになっている。吸気通路２５が２つの部分通路３９に分割されており、両方の部分通路のうち一方の部分通路だけが充填運動フラップ１５ｂを備えている。図面では、第１のベース部材１２が下部領域に貫通孔３５と、噴射弁用の収容部３３とを有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるフランジ形中間系の分解斜視図。
【図２】図１のフランジ形中間系の、シリンダヘッドに取付けられた状態での吸気通路に沿って断面図。
【図３】内燃機関と吸気管とに取付けられたフランジ形中間系の概略側面図。
【図４】フランジ形中間系の別の実施例の、図２に相当する断面図。
【図５】図４に示したフランジ形中間系の部分的な斜視図。
【符号の説明】
１０，１１ 構成群、 １２，１３ ベース部材、 １４ 駆動ユニット、 １５ａ，１５ｂ 充填運動フラップ、 １６ 閉塞栓、 １７ シールリング、１８ ねじ、 １９ ゴムスリーブ、 ２０ 吸気管、 ２１固定リング、 ２２ シリンダヘッドフランジ、 ２３ シリンダヘッド、 ２４ 成形パッキン、 ２５ 吸気通路、 ２６ 給気通路、 ２７ 矢印、 ２８ 燃焼室、 ２９ 入口、 ３０ インターフェイス、 ３１ 出口、 ３２ 通路構造系、 ３３ 収容部、 ３４ 噴射弁、 ３５ 貫通孔、 ３６ 雌ねじ穴、 ３７ ベルト車、 ３８ スワール流、 ３９ 部分通路

Claims (8)

1. 直接噴射式内燃機関用のフランジ形中間系であって、
   内燃機関のシリンダヘッド（２３）に燃焼空気用の出口（３１）を接続するためのシリンダヘッドフランジ（２２）を備え、
   燃焼空気用の入口（２９）を吸気管（２０）に接合するためのインターフェイス（３０）を備え、この場合、前記入口から前記出口（３１）に吸気通路（２５）を形成してあり、かつ
   加圧燃料のための通路系（３２）を備えており、該通路系が燃料導管用の接続口及び噴射弁（３４）用の収容部（３３）を有している形式のものにおいて、
   前記通路系（３２）が、発生する圧力に対して充分な強度の第１の構成群（１０）内に設けられており、かつ前記吸気通路（２５）が第２の構成群（１１）内に形成されており、該第２の構成群（１１）が、前記第１の構成群（１０）に比べて低い強度の材料から成形されており、前記両方の構成群が組み合わされてフランジ形中間系を成していることを特徴とする、直接噴射式内燃機関用のフランジ形中間系。
2. 燃料用の通路系（３２）が、単数又は複数の群に形成されて１つの第１のベース部材（１２）に纏められており、該第１のベース部材がそれぞれ別の機能構成部分と一緒に第１の構成群（１０）を形成している請求項１記載のフランジ形中間系。
3. 吸気通路（２５）が、単数又は複数の群に形成されて１つの第２のベース部材（１３）に纏められており、該第２のベース部材がそれぞれ別の機能構成部分と一緒に第２の構成群（１１）を形成している請求項１又は２記載のフランジ形中間系。
4. 第１の構成群（１０）が金属から成形されており、かつ第２の構成群（１１）がプラスチックから成形されている請求項１から３までのいずれか１項記載のフランジ形中間系。
5. 第２の構成群（１１）内に、機能構成部分として充填運動フラップ（１５ａ，１５ｂ）のシステムが設けられている請求項１から４までのいずれか１項記載のフランジ形中間系。
6. フランジ形中間系を固定する目的の固定手段、特にねじのための受容部が、第１の構成群（１０）内に設けられており、第２の構成群（１１）が前記第１の構成群（１０）によってシリンダヘッド（２３）に保持されるようになっている請求項１から５までのいずれか１項記載のフランジ形中間系。
7. 第１の構成群であって、加圧燃料用の通路系（３２）を有しており、該通路系が燃料導管用の接続口及び噴射弁（３４）用の収容部（３３）を備える形式のものにおいて、該第１の構成群（１０）が請求項１から６までのいずれか１項記載のフランジ形中間系として組立てられるようになっていることを特徴とする、第１の構成群。
8. 第２の構成群であって、
   内燃機関のシリンダヘッド（２３）に燃焼空気用の出口（３１）を接続するためのシリンダヘッドフランジ（２２）を備え、
   燃焼空気用の入口（２９）を吸気管（２０）に接合するためのインターフェイス（３０）を備えており、この場合、前記入口から前記出口（３１）に吸気通路（２５）を形成してある形式のものにおいて、該第２の構成群（１１）が、請求項１から６までのいずれか１項記載のフランジ形中間系として組立てられるようになっていることを特徴とする、第２の構成群。

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