JP6458864B2 - 内燃機関 - Google Patents
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Description
本発明は、上記のような問題点に着目してなされたもので、シリンダヘッド部及びシリンダブロック部の設計自由度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。
第一領域は、シリンダの軸方向から見て燃焼室と重なる領域である。第二領域は、隣り合う二つの第一領域の間の領域である。吸気側カムジャーナル部は、吸気通路を開閉する吸気バルブを変位させる吸気側カムシャフトを、回転可能に支持する。排気側カムジャーナル部は、排気通路を開閉する排気バルブを変位させる排気側カムシャフトを、回転可能に支持する。
これにより、シリンダヘッド部及びシリンダブロック部の設計自由度を向上させることが可能な、内燃機関を提供することが可能となる。
以下、本発明の第一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
(車両の概略構成)
図1を用いて、第一実施形態の内燃機関(エンジン)1を備える車両の概略構成を説明する。
図1中に示すように、内燃機関1は、過給機CHを接続した吸気管2から吸気した空気と、燃料タンク4内から供給を受けた燃料と、を混合した混合気を、燃焼室(図示せず)内で燃焼させる。そして、混合気の燃焼で発生したエネルギーを、トランスミッション等を含む駆動装置6へ伝達する。さらに、燃焼後の気体を、燃焼室から排気管8を介して外気へ排出する。
過給機CHは、外気から吸入した空気を加圧または加速して、吸気管2へ供給する。
また、過給機CHは、排気タービン駆動式過給機(ターボチャージャー)、または、機械駆動式過給機(スーパーチャージャー)を含む。
図1を参照しつつ、図2から図6を用いて、第一実施形態の内燃機関1の構成を説明する。
図2から図4中に示すように、内燃機関1は、シリンダブロック部10と、シリンダヘッド部20を備える。
シリンダブロック部10とシリンダヘッド部20は、アルミニウム合金等の金属材料を用い、例えば、鋳造により一体に成形する。すなわち、第一実施形態の内燃機関1は、シリンダヘッド部20とシリンダブロック部10とを一体に鋳造して形成した構造(ヘッドブロック一体化構造)である。
したがって、第一実施形態の内燃機関1は、シリンダブロック部10が、内燃機関1の下側の部分を形成する。また、第一実施形態の内燃機関1は、シリンダヘッド部20が、内燃機関1の上側の部分を形成する。
第一実施形態では、シリンダブロック部10に、三つのシリンダ12を形成した場合について説明する。
各シリンダ12は、各シリンダ12内におけるピストン14のストローク方向を平行に向けて配列する。なお、図3及び図4中では、説明のために、ピストン14を、断面で図示していない。
ピストン14は、燃焼室22内における混合気の燃焼に応じて、シリンダ12内でシリンダ12の軸方向へ往復運動する。
St≧BID … (1)
St>(BID×1.2) … (2)
すなわち、第一実施形態では、ピストン14のストロークStが、シリンダ12のボア径BIDの1.2倍を超える。
シリンダヘッド部20の形状は、各シリンダ12の上端を覆う形状とする。これにより、シリンダヘッド部20は、シリンダブロック部10と共に、複数の燃焼室22を形成する。
複数の燃焼室22は、各シリンダ12内におけるピストン14のストローク方向を平行に向けて配列する。
すなわち、第一実施形態では、内燃機関1を、直列3気筒の内燃機関(直列3気筒エンジン)とした場合について説明する。
また、シリンダヘッド部20は、吸気通路30と、排気通路40と、ノズル取り付け孔24と、プラグ取り付け孔26を有する。
これに加え、シリンダヘッド部20には、アウトフレーム部50と、吸気側カムフレーム部52と、排気側カムフレーム部54を形成する。
第一実施形態では、一つの燃焼室22と吸気管2とを、二つの吸気通路30で連通させる場合について説明する。したがって、第一実施形態では、シリンダヘッド部20が、六つの吸気通路30を有する。
一つの燃焼室22と吸気管2とを連通させる二つの吸気通路30は、三つのシリンダ12を配列した方向(図2中では紙面の上下方向)に沿って配列する。また、一つの燃焼室22と吸気管2とを連通させる二つの吸気通路30は、長さ方向を、シリンダ12の軸方向から見て、シリンダ12の径方向と平行に向けて形成する。
燃焼室22に開口した吸気通路30の開口部には、吸気バルブ34が接触する。したがって、燃焼室22に開口した吸気通路30の開口部は、吸気バルブ34によって開閉する吸気バルブ孔32を形成する。
吸気バルブ孔32は、吸気通路30のうち、燃焼室22の上面を形成する部分に開口する。
また、第一実施形態では、全ての吸気バルブ孔32を、同形状に形成する。
一つの燃焼室22に開口する二つの吸気バルブ孔32は、三つのシリンダ12を配列した方向に沿って配列する。
吸気バルブ34は、吸気バルブステム34aと、吸気バルブヘッド34bを備える。なお、図3中では、説明のために、吸気バルブステム34aと、吸気バルブヘッド34bを、断面で図示していない。
また、吸気バルブステム34aは、吸気バルブスプリング34cを介して、シリンダヘッド部20に支持する。なお、図3中では、説明のために、吸気バルブスプリング34cを、断面で図示していない。
吸気バルブスプリング34cは、後述する吸気側カムシャフト38の回転に応じて、吸気バルブステム34aの軸方向へ伸縮可能である。また、吸気バルブスプリング34cは、弾性力で伸長して、吸気バルブヘッド34bを、燃焼室22側から吸気バルブ孔32に接触させる。
吸気バルブガイド孔36は、シリンダヘッド部20の上面(アッパーデッキ)20aに形成した貫通孔である。
これにより、吸気バルブスプリング34cを伸長させて、吸気バルブヘッド34bを燃焼室22側から吸気バルブ孔32に接触させると、吸気バルブヘッド34bが、吸気通路30を閉鎖する。
吸気側カムシャフト38は、吸気側シャフト部38aと、複数の吸気側カム38bを備える。
吸気側シャフト部38aは、円柱状の部材である。また、吸気側シャフト部38aは、軸方向を三つのシリンダ12を配列した方向と直交させるとともに、平面視で全吸気バルブ孔32と重なる位置に配置する。また、吸気側シャフト部38aの両端部は、アウトフレーム部50に形成した貫通孔(図示せず)内に挿通する。
第一実施形態では、シリンダブロック部10とシリンダヘッド部20とで三つの燃焼室22を形成し、各燃焼室22と吸気管2とを二つの吸気通路30で連通させる。このため、第一実施形態では、吸気側カムシャフト38が、六つの吸気側カム38bを備える。
以上により、吸気バルブ34は、吸気側カムシャフト38の回転に応じて変位し、吸気通路30を開閉する。
第一実施形態では、一つの燃焼室22と吸気管2とを二つの吸気通路30で連通させる。このため、一つの燃焼室22に対し、二つの吸気バルブ孔32を設ける。したがって、第一実施形態では、一つの燃焼室22に対し、二つの吸気バルブガイド孔36を設ける。また、二つの吸気バルブガイド孔36は、三つのシリンダ12を配列した方向に沿って配列する。
排気通路40は、排気管8と燃焼室22とを連通させる通路である。また、各排気通路40は、シリンダヘッド部20の内部空間のうち、吸気通路30と異なる空間に形成する。
一つの燃焼室22と排気管8とを連通させる二つの排気通路40は、三つのシリンダ12を配列した方向に沿って配列する。また、一つの燃焼室22と排気管8とを連通させる二つの排気通路40は、長さ方向を、シリンダ12の軸方向から見て、シリンダ12の径方向と平行に向けて形成する。
燃焼室22に開口した排気通路40の開口部には、排気バルブ44が接触する。したがって、燃焼室22に開口した排気通路40の開口部は、排気バルブ44によって開閉する排気バルブ孔42を形成する。
排気バルブ孔42は、排気通路40のうち、燃焼室22の上面を形成する部分において、各吸気バルブ孔32と異なる部分に開口する。
第一実施形態では、一つの燃焼室22と排気管8とを二つの排気通路40で連通させる。このため、排気通路40のうち燃焼室22の上面を形成する部分に、二つの排気バルブ孔42を開口させる。したがって、第一実施形態では、シリンダヘッド部20が、六つの排気バルブ孔42を有する。
また、第一実施形態では、排気バルブ孔42及び吸気バルブ孔32を、以下の条件式(3)が成立する形状に形成する。
EXHvdi>INTvdi … (3)
条件式(3)において、「EXHvdi」は、排気バルブ孔42の内径であり、「INTvdi」は、吸気バルブ孔32の内径である。したがって、第一実施形態では、排気バルブ孔42の開口面積を、吸気バルブ孔32の開口面積よりも大きくする。
なお、図5中には、説明のために、一つの燃焼室22に対して設けた四つの孔(排気バルブ孔42、吸気バルブ孔32、ノズル取り付け孔24、プラグ取り付け孔26)のみを図示する。
したがって、第一実施形態では、一つの燃焼室22に開口する二つの排気バルブ孔42の開口面積の合計値が、一つの燃焼室22に開口する二つの吸気バルブ孔32の開口面積の合計値よりも大きくなっている。
(EXHvdi×6)>(INTvdi×6) … (4)
排気通路40のうち燃焼室22の屋根を形成する部分に開口する二つの排気バルブ孔42は、三つのシリンダ12を配列した方向に沿って配列する。
排気バルブ44は、排気バルブステム44aと、排気バルブヘッド44bを備える。なお、図3中では、説明のために、排気バルブステム44aと、排気バルブヘッド44bを、断面で図示していない。
また、排気バルブステム44aは、排気バルブスプリング44cを介してシリンダヘッド部20に支持する。なお、図3中では、説明のために、排気バルブスプリング44cを、断面で図示していない。
排気バルブスプリング44cは、後述する排気側カムシャフト48の回転に応じて、排気バルブステム44aの軸方向へ伸縮可能である。また、排気バルブスプリング44cは、弾性力で伸長して、排気バルブヘッド44bを、燃焼室22側から排気バルブ孔42に接触させる。
排気バルブガイド孔46は、シリンダヘッド部20の上面20aに形成した貫通孔である。
上述したように、第一実施形態では、排気バルブ孔42の内径EXHvdiを、吸気バルブ孔32の内径INTvdiよりも大きくする。したがって、第一実施形態では、排気バルブヘッド44bの外径(排気バルブ孔42と接触する部分の外径)を、吸気バルブヘッド34bの外径(吸気バルブ孔32と接触する部分の外径)よりも大きくする。すなわち、排気バルブヘッド44bの質量を、吸気バルブヘッド34bの質量よりも大きくする。
排気側シャフト部48aは、円柱状の部材である。また、排気側シャフト部48aは、軸方向を三つのシリンダ12を配列した方向と直交させるとともに、平面視で全排気バルブ孔42と重なる位置に配置する。また、排気側シャフト部48aの両端部は、アウトフレーム部50に形成した貫通孔(図示せず)内に挿通する。
各排気側カム48bは、排気側シャフト部48aの外周面に配置する。また、各排気側カム48bは、それぞれ、平面視で排気バルブ孔42と重なる位置に配置する。また、各排気側カム48bは、排気側シャフト部48aの軸方向から見て、長径及び短径を有する卵形状に形成する。
排気バルブステム44aの一方の端部を排気側カム48bの長径部分により押圧すると、排気バルブスプリング44cが収縮する。排気バルブスプリング44cが収縮すると、排気バルブヘッド44bは、排気バルブ孔42から離れ、排気通路40を開放する。
以上により、排気バルブ44は、排気側カムシャフト48の回転に応じて変位し、排気通路40を開閉する。
ノズル取り付け孔24は、燃焼室22内に燃料噴射ノズル16を挿入する孔である。また、ノズル取り付け孔24は、シリンダヘッド部20の上面20aを貫通する貫通孔で形成する。なお、図4中では、説明のために、燃料噴射ノズル16を、断面で図示していない。
また、ノズル取り付け孔24は、以下の条件式(5)が成立する位置に形成する。
INJ‐EXTr>INJ‐INTr … (5)
条件式(5)において、「INJ‐EXTr」は、同一の燃焼室22に対して設けた、ノズル取り付け孔24の中心と排気バルブ孔42の中心との間の距離である。また、条件式(5)において、「INJ‐INTr」は、同一の燃焼室22に対して設けた、ノズル取り付け孔24の中心と吸気バルブ孔32の中心との間の距離である。
したがって、第一実施形態では、ノズル取り付け孔24と排気バルブ孔42との間の距離を、ノズル取り付け孔24と吸気バルブ孔32との間の距離よりも長くする。
また、燃料噴射ノズル16は、ECU(Engine Control Unit)等を用いた制御により、燃料タンク4内の燃料(ガソリン等)を、燃焼室22内へ噴射する。
プラグ取り付け孔26は、燃焼室22内に点火プラグ18を挿入する孔である。また、プラグ取り付け孔26は、シリンダヘッド部20の上面20aを貫通して形成する。なお、図4中では、説明のために、点火プラグ18を、断面で図示していない。
第一実施形態では、シリンダヘッド部20が、シリンダブロック部10と共に三つの燃焼室22を形成する。このため、シリンダヘッド部20は、三つのプラグ取り付け孔26を有する。
SP‐EXTr≧SP‐INTr … (6)
条件式(6)において、「SP‐EXTr」は、同一の燃焼室22に対して設けた、プラグ取り付け孔26の中心と排気バルブ孔42の中心との間の距離である。また、条件式(6)において、「SP‐INTr」は、同一の燃焼室22に対して設けた、プラグ取り付け孔26の中心と吸気バルブ孔32の中心との間の距離である。
したがって、第一実施形態では、プラグ取り付け孔26と排気バルブ孔42との間の距離を、プラグ取り付け孔26と吸気バルブ孔32との間の距離以上の長さとする。
点火プラグ18は、ECU等を用いた制御により、燃焼室22内で火花を発生させる。
アウトフレーム部50は、四枚の板状部材を枠状に組み合わせて形成し、シリンダヘッド部20の上面20aに配置する。また、アウトフレーム部50は、平面視で、シリンダヘッド部20の周囲を取り囲む形状に形成して、シリンダヘッド部20の外枠を形成する。
ここで、シリンダヘッド部20の上面20aは、図6中に示すように、第一領域E1と、第二領域E2に区分する。
第二領域E2は、隣り合う二つの第一領域E1の間の領域である。
第一実施形態では、シリンダヘッド部20が、シリンダブロック部10と共に三つの燃焼室22を形成する。このため、シリンダヘッド部20の上面20aは、三つの第一領域E1と、二つの第二領域E2に区分する。
吸気側カムフレーム部52は、板状の部材で形成し、側面をシリンダヘッド部20の上面20a及びアウトフレーム部50の内側面と対向させる。
また、吸気側カムフレーム部52には、吸気側フレーム貫通孔52aを形成する。
吸気側フレーム貫通孔52aは、吸気側カムフレーム部52を厚さ方向に貫通する貫通孔である。
また、吸気側フレーム貫通孔52aは、吸気側シャフト部38aのうち吸気側カム38bを配置していない部分を、回転自在に挿通可能な形状に形成する。これにより、吸気側フレーム貫通孔52aの内壁面は、吸気側カムシャフト38を回転可能に支持する吸気側カムジャーナル部56を形成する。
また、第一実施形態では、二つの吸気側カムフレーム部52を、それぞれ、シリンダヘッド部20の上面20aのうち、第二領域E2に配置する。
したがって、第一実施形態では、二つの吸気側カムジャーナル部56を、それぞれ、シリンダヘッド部20の上面20aのうち、第二領域E2に配置する。
排気側カムフレーム部54は、板状の部材で形成し、側面をシリンダヘッド部20の上面20a及びアウトフレーム部50の内側面と対向させる。
第一実施形態では、シリンダヘッド部20の上面20aに、三つの排気側カムフレーム部54を形成した場合について説明する。
また、排気側カムフレーム部54には、排気側フレーム貫通孔54aを形成する。
排気側フレーム貫通孔54aは、排気側カムフレーム部54を厚さ方向に貫通する貫通孔である。
また、排気側フレーム貫通孔54aは、排気側シャフト部48aのうち、排気側カム48bを配置していない部分を、回転自在に挿通可能な形状に形成する。これにより、排気側フレーム貫通孔54aの内壁面は、排気側カムシャフト48を回転可能に支持する排気側カムジャーナル部58を形成する。
したがって、第一実施形態では、吸気側カムフレーム部52と排気側カムフレーム部54を同じ形状に形成し、さらに、シリンダヘッド部20の上面20aに、排気側カムフレーム部54を、吸気側カムフレーム部52よりも一つ多く形成する。
また、第一実施形態では、三つの排気側カムフレーム部54を、それぞれ、シリンダヘッド部20の上面20aのうち、第一領域E1に配置する。
したがって、第一実施形態では、三つの排気側カムジャーナル部58を、それぞれ、シリンダヘッド部20の上面20aのうち、第一領域E1に配置する。
図1から図6を参照して、吸気側カムフレーム部52を、シリンダヘッド部20の上面20aのうち、第二領域E2に配置した理由について説明する。
ヘッドブロック別体化構造の内燃機関では、吸気側カムフレーム部52を、シリンダヘッド部20の上面20aのうち、シリンダ12の軸方向から見て、一つの燃焼室22に対して設けた二つの吸気バルブ孔32の間に配置する。すなわち、ヘッドブロック別体化構造の内燃機関では、吸気側カムフレーム部52を、シリンダヘッド部20の上面20aのうち、第一領域E1に配置する。
ヘッドブロック別体化構造の内燃機関で、吸気側カムフレーム部52を、シリンダヘッド部20の上面20aのうち、第一領域E1に配置する理由は、以下の理由である。
第一実施形態の内燃機関1は、ヘッドブロック一体化構造であり、シリンダヘッドボルトを必要としない。したがって、第一実施形態では、シリンダヘッド部20及びシリンダブロック部10に、シリンダヘッドボルトを挿通する開口部や空間を形成しない。
このため、第一実施形態では、ヘッドブロック別体化構造の内燃機関でシリンダヘッドボルトを配置する位置に、吸気側カムフレーム部52を配置することが可能である。
図1から図5を参照して、ノズル取り付け孔24を、条件式(5)が成立する位置に形成した理由について説明する。
上述したように、ヘッドブロック別体化構造の内燃機関では、吸気側カムフレーム部52を、シリンダヘッド部20の上面20aのうち、シリンダ12の軸方向から見て、一つの燃焼室22に対して設けた二つの吸気バルブ孔32の間に配置する。このため、ヘッドブロック別体化構造の内燃機関では、ノズル取り付け孔24を、燃焼室22の直上に形成することとなる(直上インジェクション構造)。
第一実施形態の内燃機関1は、上述したように、ヘッドブロック別体化構造の内燃機関ではシリンダヘッドボルトを配置する位置に、吸気側カムフレーム部52を配置することが可能である。
これにより、第一実施形態の内燃機関1は、燃焼室22よりも吸気管2側に、燃料噴射ノズル16を配置する空間を確保することが可能となる。したがって、第一実施形態では、ノズル取り付け孔24を、条件式(5)が成立する位置に形成することが可能となる。
図1から図6を参照して、プラグ取り付け孔26を、条件式(6)が成立する位置に形成した理由について説明する。
上述したように、ヘッドブロック別体化構造の内燃機関では、ノズル取り付け孔24を、燃焼室22の直上に形成する。このため、ヘッドブロック別体化構造の内燃機関では、プラグ取り付け孔26を、燃焼室22よりも排気管8側に形成する。これは、点火プラグ18と燃料噴射ノズル16との干渉を回避するためである。
第一実施形態の内燃機関1は、上述したように、燃焼室22よりも吸気管2側に、燃料噴射ノズル16を配置する空間を確保することが可能となる。したがって、第一実施形態では、プラグ取り付け孔26を、条件式(6)が成立する位置に形成することが可能となる。
図1から図6を参照して、排気バルブ孔42の開口面積を、吸気バルブ孔32の開口面積よりも大きくした理由について説明する。
上述したように、ヘッドブロック別体化構造の内燃機関では、吸気側カムフレーム部52を、シリンダヘッド部20の上面20aのうち、シリンダ12の軸方向から見て、一つの燃焼室22に対して設けた二つの吸気バルブ孔32の間に配置する。これに加え、ヘッドブロック別体化構造の内燃機関では、排気側カムフレーム部54を、シリンダヘッド部20の上面20aのうち、シリンダ12の軸方向から見て、一つの燃焼室22に対して設けた二つの排気バルブ孔42の間に配置する。
第一実施形態の内燃機関1は、上述したように、燃焼室22よりも吸気管2側に、燃料噴射ノズル16を配置する空間を確保することが可能となる。これに加え、プラグ取り付け孔26を、条件式(5)が成立する位置に形成することが可能となる。これにより、第一実施形態では、燃焼室22の排気管8側において、燃焼室22の吸気管2側よりも、空間の余裕を確保することが可能となる。
したがって、第一実施形態では、排気バルブ孔42の開口面積を、吸気バルブ孔32の開口面積よりも大きくすることが可能となる。
図1から図6を参照して、第一実施形態の内燃機関1を用いて行なう動作の一例を説明する。
車両の使用時等、内燃機関1の作動時には、吸気管2から吸入した空気と、ノズル取り付け孔24から燃焼室22内へ噴射した燃料とを、燃焼室22内で混合する。そして、燃焼室22内で混合した空気と燃料との混合気に、点火プラグ18が発生させた火花を着火させ、燃焼室22内で混合気を燃焼させる。これにより、混合気の燃焼で発生したエネルギーを駆動装置6へ伝達し、燃焼後の気体を、排気管8を介して外気へ排出する。
第一実施形態では、吸気管2に過給機CHを接続する。このため、車両の加速時等、吸気管2から燃焼室22内へ吸入する空気の量(吸気量)を増加させる場合には、過給機CHにより吸気量を強制的に増加させる。これにより、燃焼室22内へ供給する空気の充填効率を増加させる。
このため、単位時間あたりの、排気バルブ孔42を通過可能な空気(排気)の量を、吸気バルブ孔32を通過可能な空気(吸気)の量よりも多くすることが可能となる。
これにより、過給機CHにより吸気量を増加させた場合であっても、吸気量に対する排気量の比率が低下することを抑制して、過給機CHによる吸気量の増加分を吸収することが可能となる。
したがって、第一実施形態では、内燃機関1に対し、排気効率の低下を抑制して、燃焼効率の低下を抑制することが可能となる。
なお、上述した第一実施形態は、本発明の一例であり、本発明は、上述した第一実施形態に限定されることはなく、この実施形態以外の形態であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。
第一実施形態の内燃機関1であれば、以下に記載する効果を奏することが可能となる。
(1)排気バルブ孔42の開口面積を、吸気バルブ孔32の開口面積よりも大きくする。
このため、単位時間あたりの排気量を、単位時間あたりの吸気量よりも多くすることが可能である。
その結果、過給機CHにより吸気量を増加させた場合であっても、吸気量に対する排気量の比率が低下することを抑制して、過給機CHによる吸気量の増加分を吸収することが可能となる。
これにより、内燃機関1に対し、排気効率の低下を抑制して、燃焼効率の低下を抑制することが可能となる。このため、内燃機関1が発生させるトルクと出力を向上させることが可能となる。
その結果、排気量が同一であり、ストロークStがボア径BID未満であるシリンダ12を備える内燃機関1と比較して、ピストン14の高速化を保持することが可能となるとともに、排気効率を向上させることが可能となる。
(3)ノズル取り付け孔24と排気バルブ孔42との間の距離INJ‐EXTrを、ノズル取り付け孔24と吸気バルブ孔32との間の距離INJ‐INTrよりも長くする。
このため、ノズル取り付け孔24の位置を、内燃機関1の排気側よりも吸気側に寄せることが可能となる。これにより、燃料噴射ノズル16を、排気側よりも温度の低い吸気側に配置することが可能となる。
その結果、燃料噴射ノズル16に発生するデポジット(カーボンデポジット)を低減させることが可能となる。
その結果、プラグ取り付け孔26の位置を、内燃機関1の排気側と吸気側との間で、吸気側に寄せた位置とすることが可能となる。すなわち、点火プラグ18を配置する位置の設計自由度が向上している。
(5)プラグ取り付け孔26を、燃焼室22の中央に配置する。
このため、点火プラグ18が発生させる火花を、燃焼室22の中央で発生させることが可能となる。これにより、燃焼室22内における混合気の燃焼性能を向上させることが可能となる。
その結果、内燃機関1が発生させるトルクと出力を向上させることが可能となる。
このため、過給機CHにより吸気量を増加させた場合であっても、吸気量に対する排気量の比率が低下することを抑制して、過給機CHによる吸気量の増加分を吸収することが可能となる。
その結果、内燃機関1に対し、排気効率の低下を抑制して、燃焼効率の低下を抑制することが可能となる。このため、内燃機関1が発生させるトルクと出力を向上させることが可能となる。
さらに、シリンダヘッド部20の上面20aを、複数のシリンダ12を配列した方向に沿って、シリンダ12の軸方向から見て燃焼室22と重なる第一領域E1と、隣り合う二つの第一領域E1の間の第二領域E2に区分する。これに加え、吸気側カムジャーナル部56を、シリンダヘッド部20の上面20aのうち、第二領域E2に配置する。
その結果、例えば、ノズル取り付け孔24やプラグ取り付け孔26のレイアウト、排気バルブ孔42や吸気バルブ孔32の形状・寸法等、シリンダヘッド部20の設計自由度を向上させることが可能となる。
また、吸気側カムジャーナル部56を配置する位置が、ヘッドブロック別体化構造の内燃機関でシリンダヘッドボルトを取り付ける位置による影響を受けない。
これにより、シリンダヘッド部20及びシリンダブロック部10の設計自由度を向上させることが可能となるため、内燃機関1の設計自由度を向上させることが可能となる。
このため、吸気側カムフレーム部52の間の距離を増加させずに、吸気側カムジャーナル部56の位置を、シリンダ12の軸方向から見て、一つの燃焼室22に対して設けた二つの吸気バルブ孔32の間から変位させることが可能となる。
その結果、吸気側カムフレーム部52の間の距離を増加させることにより、吸気側カムジャーナル部56の位置を変位させた構成の内燃機関1と比較して、内燃機関1の大型化及び重量増加を抑制することが可能となる。
このため、吸気側カムジャーナル部56を、一つの燃焼室22に対して設けた二つの吸気バルブ孔32の間に配置した場合と比較して、吸気側カムフレーム部52とプラグ取り付け孔26との間の距離を増加させることが可能となる。
その結果、吸気側カムジャーナル部56を、一つの燃焼室22に対して設けた二つの吸気バルブ孔32の間に配置した場合と比較して、点火プラグ18が発生させる熱の影響による、吸気側カムジャーナル部56の変形を抑制することが可能となる。
このため、吸気バルブ34よりも質量の大きい排気バルブ44を回転に応じて変位させる排気側カムシャフト48を、吸気側カムジャーナル部56よりも多くの排気側カムジャーナル部58で、排気側カムシャフト48を回転可能に支持することが可能となる。
その結果、吸気側カムシャフト38よりも強度が要求される排気側カムシャフト48を、吸気側カムジャーナル部56よりも多くの排気側カムジャーナル部58で支持するため、排気側カムジャーナル部58に加わる負荷を分散させることが可能となる。これにより、排気側カムフレーム部54の耐久性を増加させることが可能となる。また、排気側カムシャフト48を支持する安定性を向上させることが可能となる。
(1)第一実施形態では、吸気側カムジャーナル部56を、シリンダヘッド部20の上面20aのうち、第二領域E2に配置したが、これに限定するものではない。
すなわち、図7中に示すように、排気側カムジャーナル部58を、シリンダヘッド部20の上面20aのうち、第二領域E2に配置してもよい。
この場合、排気側カムフレーム部54の間の距離を増加させずに、排気側カムジャーナル部58の位置を、シリンダ12の軸方向から見て、一つの燃焼室22に対して設けた二つの排気バルブ孔42の間から変位させることが可能となる。
したがって、本発明では、排気側カムジャーナル部58を配置する位置が、ヘッドブロック別体化構造の内燃機関でシリンダヘッドボルトを取り付ける位置による影響を受けない。
これにより、シリンダヘッド部20及びシリンダブロック部10の設計自由度を向上させることが可能となるため、内燃機関1の設計自由度を向上させることが可能となる。
なお、内燃機関1の構成を、図7中に示す構成とした場合、第一実施形態と異なり、排気バルブ孔42の内径EXHvdiを、吸気バルブ孔32の内径INTvdi未満としてもよい。
すなわち、図8中に示すように、吸気側カムジャーナル部56及び排気側カムジャーナル部58を、シリンダヘッド部20の上面20aのうち、第二領域E2に配置してもよい。
この場合、吸気側カムフレーム部52の間の距離を増加させずに、吸気側カムジャーナル部56の位置を、シリンダ12の軸方向から見て、一つの燃焼室22に対して設けた二つの吸気バルブ孔32の間から変位させることが可能となる。これに加え、排気側カムフレーム部54の間の距離を増加させずに、排気側カムジャーナル部58の位置を、シリンダ12の軸方向から見て、一つの燃焼室22に対して設けた二つの排気バルブ孔42の間から変位させることが可能となる。
したがって、本発明では、吸気側カムジャーナル部56及び排気側カムジャーナル部58を配置する位置が、ヘッドブロック別体化構造の内燃機関でシリンダヘッドボルトを取り付ける位置による影響を受けない。
これにより、シリンダヘッド部20及びシリンダブロック部10の設計自由度を向上させることが可能となるため、内燃機関1の設計自由度を向上させることが可能となる。
なお、内燃機関1の構成を、図8中に示す構成とした場合、第一実施形態と異なり、排気バルブ孔42の内径EXHvdiと、吸気バルブ孔32の内径INTvdiを、同じ値としてもよい。
すなわち、内燃機関1の構成を、点火プラグ18を用いずに、燃焼室22内の混合気に着火させる構成(ディーゼルエンジン)としてもよい。この場合、例えば、図9中に示すように、シリンダヘッド部20がプラグ取り付け孔を有していない構成とする。
(4)第一実施形態では、内燃機関1の構成を、直列3気筒の内燃機関(直列3気筒エンジン)としたが、これに限定するものではない。
すなわち、内燃機関1を、V型の内燃機関(V型エンジン)や、水平対向型の内燃機関(水平対向エンジン)としてもよい。
(5)第一実施形態では、吸気管2の構成を、過給機CHを接続した構成としたが、これに限定するものではない。
すなわち、吸気管2の構成を、過給機を接続しない構成(自然吸気:Natural Aspiration、Normal Aspiration)としてもよい。
Claims (7)
- 複数のシリンダを形成したシリンダブロック部と、前記シリンダブロック部と共に複数の燃焼室を形成するシリンダヘッド部と、を備え、
前記シリンダブロック部と前記シリンダヘッド部とを一体に成形し、
前記シリンダヘッド部は、吸気管と前記複数の燃焼室とをそれぞれ連通させる複数の吸気通路と、排気管と前記複数の燃焼室とをそれぞれ連通させる複数の排気通路と、前記吸気通路を開閉する吸気バルブを変位させる吸気側カムシャフトを回転可能に支持する吸気側カムジャーナル部と、前記排気通路を開閉する排気バルブを変位させる排気側カムシャフトを回転可能に支持する排気側カムジャーナル部と、を有し、
前記シリンダヘッド部の上面を、前記複数のシリンダを配列した方向に沿って、前記シリンダの軸方向から見て前記燃焼室と重なる領域である第一領域と、隣り合う二つの前記第一領域の間の領域である第二領域と、に区分し、
前記吸気側カムジャーナル部及び前記排気側カムジャーナル部のうち少なくとも一方を、前記第二領域に配置し、
前記燃焼室に開口した前記排気通路の開口部である排気バルブ孔の開口面積を、前記燃焼室に開口した前記吸気通路の開口部である吸気バルブ孔の開口面積よりも大きくしたことを特徴とする内燃機関。 - 前記吸気側カムジャーナル部を、前記第二領域に配置し、
前記排気側カムジャーナル部を、前記第一領域に配置したことを特徴とする請求項1に記載した内燃機関。 - 前記吸気側カムジャーナル部を、前記第一領域に配置し、
前記排気側カムジャーナル部を、前記第二領域に配置したことを特徴とする請求項1に記載した内燃機関。 - 前記吸気側カムジャーナル部及び前記排気側カムジャーナル部を、前記第二領域に配置したことを特徴とする請求項1に記載した内燃機関。
- 前記シリンダヘッド部は、さらに、前記燃焼室内に燃料噴射ノズルを挿入するノズル取り付け孔を有し、
前記ノズル取り付け孔と前記排気バルブ孔との間の距離を、前記ノズル取り付け孔と前記吸気バルブ孔との間の距離よりも長くしたことを特徴とする請求項1から請求項4のうちいずれか1項に記載した内燃機関。 - 前記シリンダヘッド部は、さらに、前記燃焼室内に点火プラグを挿入するプラグ取り付け孔を有し、
前記プラグ取り付け孔と前記排気バルブ孔との間の距離を、前記プラグ取り付け孔と前記吸気バルブ孔との間の距離以上の長さとしたことを特徴とする請求項1から請求項5のうちいずれか1項に記載した内燃機関。 - 前記シリンダヘッド部は、さらに、前記燃焼室内に点火プラグを挿入するプラグ取り付け孔を有し、
前記プラグ取り付け孔を、前記燃焼室の中央に配置したことを特徴とする請求項1から請求項6のうちいずれか1項に記載した内燃機関。
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