JP6508976B2 - スペーサ - Google Patents

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Description

本発明は、自動車等の輸送機器の内燃機関に用いられるスペーサに関する。
図６は自動車のガソリンエンジン（以下、エンジンと称す）の吸気側におけるシリンダヘッド近傍の吸気構造１００の構成を模式的に示す断面図である。
図６に示すように、エンジンの吸気構造１００は、シリンダヘッド１１０、シリンダヘッド１１０の下方に位置するシリンダブロック１１６，シリンダブロック１１６内を摺動するとともに図示しないコンロッドに連結されるピストン１１８をエンジンの主要な構成とし、シリンダヘッド１１０内にはシリンダ内の上部空間と連通して燃焼室１１７を形成する空隙１１５及び空隙１１５と連通する吸気ポート１１２が形成される。空隙１１５内には吸気バルブのバルブヘッド１１４がバルブステム１１３により上下動自在に固定される。
更に、シリンダヘッド１１０の吸気ポート１１２はインテークマニホールド１２０に接続され、インテークマニホールド１２０内の流路１２１と連通することにより空気が導入される。また、インテークマニホールド１２０の端部近傍にはデリバリーパイプ１３１から燃料の供給をうけるインジェクタ１３０が挿入されている。インジェクタ１３０の先端は吸気ポート１１２内に達し、インジェクタ１３０から噴出された燃料と流路１２１から導入される空気は混合気として吸気ポート１１２を介して燃焼室へ導入される（例えば特許文献１を参照）。
特開平１１−１４８３６３号公報
しかしながら、従来のエンジンの吸気構造１００には以下のような課題があった。
すなわち、エンジンの燃焼効率を高める一方法として燃焼室１１７内に高タンブル流を生成させることが行われており、この場合、吸気ポート１１２における空気の流速を高めることが望ましい。
一方で、近年自動車においては軽量化を目的としてインテークマニホールド１２０を合成樹脂製とする場合があるが、インテークマニホールド１２０はインジェクション成型により作成されるため、金型の形状、型割等に起因して、シリンダヘッド１１０と結合する先端部分は他の部分に比べて流路の断面積を大きく成型する必要があり、これは流速向上の阻害要因となっていた。
更に、流速を高める他の手法としては、吸気ポート１１２の全長を大きくすることが考えられるが、これはシリンダヘッド１１０、ひいてはエンジン自体の構造を大型化する必要があり、自動車の高コスト化を招くこととなる。
このように、従来のエンジンの吸気構造においては、シリンダヘッド１１０に導入される空気の流速を高めることが困難であるという課題があった。
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、低コストで吸気ポートにおける流速を高めることが可能なスペーサを提供することを目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明の第１の側面は、シリンダヘッドとインテークマニホールドとの間に配置され、前記インテークマニホールドから前記シリンダヘッドに空気を導入する空気導入路が形成された本体部を備えたスペーサであって、前記空気導入路は、前記インテークマニホールド寄りの断面積が前記シリンダヘッド寄りの断面積より大きく、且つ前記シリンダヘッド寄りの開口面積は前記シリンダヘッドの吸気ポートの開口面積よりも小さく、前記本体部には、前記シリンダヘッドに燃料を供給するインジェクタが、その先端が前記シリンダヘッド内に位置するように固定されている、スペーサである。
なお、本発明は他の側面として、前記本体部には、先端が前記シリンダヘッド内に突出するインジェクタの装着孔が形成されており、前記装着孔は、前記シリンダヘッドの流路に沿って前記空気導入路に対して斜行しており、前記空気導入路の内壁は、前記装着孔の周囲に形成されているものとしてもよい。
更に、本発明は他の側面として、前記空気導入路の内壁の全部又は一部は、前記装着孔に沿って形成され、前記シリンダヘッドとの接合面から突出しているものとしてもよい。
以上のような本発明は、低コストで吸気ポートにおける流速を高めることが可能になるという効果を奏する。
本発明の実施の形態に係るエンジンのスペーサの構成を示す断面図 本発明の実施の形態に係るエンジンのスペーサの他の構成例を示す断面図 本発明の実施の形態に係るエンジンのスペーサの他の構成例を示す断面図 （ａ）本発明の実施の形態に係るエンジンのスペーサの構成を示す正面図（ｂ）本発明の実施の形態に係るエンジンのスペーサ他の構成例を示す正面図（ｃ）本発明の実施の形態に係るエンジンのスペーサの他の構成例を示す正面図 本発明の実施の形態に係るエンジンのスペーサの他の構成例を示す断面図 従来のエンジンの吸気構造の構成を示す要部断面図
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係るスペーサを含むエンジンの吸気構造１の構成を模式的に示す断面図である。ただし、図６に示す従来例と同一又は相当する構成については、同一符号を付し詳細な説明は省略する。
また、図１においてスペーサ１０は、シリンダヘッド１１０とインテークマニホールド１２０との間に位置するアルミニウム又はアルミニウム合金を例とする金属製の部材であって、内部にシリンダヘッド１１０の吸気ポート１１２及びインテークマニホールド１２０の流路１２１と連通する、延伸方向に直交する断面形状が円形の流路１１が形成されている。
更に、図１、及び図４（ａ）のスペーサ１０の正面図（図１中の矢印Ｄ側から見た図）に示すように、流路１１において、インテークマニホールド１２０の流路１２１との境界となる開口１１ａの内径Ｗ１とシリンダヘッド１１０の吸気ポート１１２との境界となる開口１１ｂの内径Ｗ２との間にはＷ１＞Ｗ２の関係があり、したがって流路１１は空気の流れの上流側から下流側に向けて連続的に内径及び断面積が小さくなるテーパ状の形状を有する。更に、開口１１ｂと吸気ポート１１２との間には段差Ｅが形成されている。
更に、スペーサ１０においては、デリバリーパイプ１３１から燃料の供給をうけるインジェクタ１３０が外部から挿入され、図４（ａ）に示す装着孔１０ａを介して開口１１ｂからシリンダヘッド１１０の吸気ポート１１２へ突出するように装着される。
以上の構成において、スペーサ１０は本発明のスペーサ及びその本体部に相当し、流路１１は本発明の空気導入路に相当する。
このような構成を有する本実施の形態のスペーサは、シリンダヘッド１１０とインテークマニホールド１２０との間に位置し、本体部内に空気の流れの上流側から下流側に向けて連続的に内径が小さくなることにより断面積が小さくなるテーパ状の形状を有する流路１１を形成したことを特徴とする。
すなわち、図１に示すように、エンジンの吸気構造１において、シリンダヘッド１１０の吸気ポート１１２までの経路は、スペーサ１０が間に配置されることにより、インテークマニホールド１２０からインジェクタ１３０までの経路がテーパ状に細くなる。これにより流速が増大し、吸気ポート１１２から燃焼室１１７へ向う空気流を高タンブル流として形成することが可能となる。また、シリンダヘッド１１０を含めたエンジンの寸法は従来と同様とできるため、製造コストを抑えることができる。
更に、本実施の形態のスペーサは、デリバリーパイプ１３１及びインジェクタ１３０が装着される構成としたことにより、シリンダヘッド１１０の形状、寸法を従来と同様に保つことができ、製造コストを抑えることができる。また、デリバリーパイプ１３１及びインジェクタ１３０が装着されることにより、一種のユニット、アッシとして扱うことができ、エンジンを含めた吸気構造１からの脱着が容易であり、メンテナンスにおける作業性を向上させることが可能となる。
更に、本実施の形態のスペーサは、アルミニウム又はアルミニウム合金を例とする金属製の本体部がシリンダヘッド１１０と接合することにより、吸気ポート１１２近傍におけるクリープ変形に対する耐性を向上させることが可能となり、インテークマニホールド１２０を金属製とする場合に比してより低コストに本発明を実現することが可能となる。
なお、本実施の形態のスペーサは、図２及び図４（ｂ）に示すスペーサ２０のように、シリンダヘッド１１０の吸気ポート１１２及びインテークマニホールド１２０の流路１２１と連通する流路２１と、インジェクタ１３０が挿入される装着孔２０ａとがそれぞれ独立した開口２１ｂ及び２０ｂを有する構成としてもよい。この場合、シリンダヘッド１１０の吸気ポート１１２との境界となる開口２１ｂの内径Ｗ３を図１に示す開口１１ｂの内径Ｗ２よりも更に小さくして断面積を縮小させ、流速を向上させることが可能となる。
更に、本実施の形態のスペーサは、図３及び図４（ｃ）に示すスペーサ３０のように、シリンダヘッド１１０の吸気ポート１１２及びインテークマニホールド１２０の流路１２１と連通する流路３１が、図２の例同様、インジェクタ１３０が挿入される装着孔３０ａ及び開口３０ｂと独立することに加えて、シリンダヘッド１１０との接合面をなす装着口３１ｃの下方から吸気ポート１１２の内部に突出して形成される構成としてもよい。
この場合、流路３１の終端である開口３１ｂの内径Ｗ４を図２に示す開口２１ｂよりも更に小さくして、流速を向上させることが可能となる。更に、内壁３０ｃの開口３１ｃからの突出量を調整することにより、開口３１ｂの俯角を調整して燃焼室１１７へ向かう空気流の方向を定めることができ、更なる高タンブル流を得ることが可能となる。なお、図３に示すように、流路３１の天井部分は直線状であるとして説明を行ったが、曲線状であるとしてもよい。すなわち、流路３１はその全部又は一部が延伸方向に沿った曲面として形成されていてもよい。これは図１及び２に示す構成、並びに以後の実施の形態も同様である。
同様に、図５に示すスペーサ４０のように、シリンダヘッド１１０の吸気ポート１１２及びインテークマニホールド１２０の流路１２１と連通する流路４１の内壁が、段差Ｅを有さず吸気ポート１１２の内部に滑らかに接続される構成としてもよい。この場合も開口４１ｂの俯角を調整して燃焼室１１７へ向かう空気流の方向を定めることができ、更なる高タンブル流を得ることが可能となる。
更に、図１〜５に示したこれらの構成例は、エンジンの吸気構造１においてスペーサの種類を異ならせることのみで実現することができ、したがってスペーサの種類に応じてタンブル流の強弱、吸気ポート１１２へ導入される空気流の強弱、流量の大小を調節することができ、シリーズエンジンの展開に対応した高い汎用性を得ることが可能となる。更に、インジェクタ１３０及びデリバリーパイプ１３１の仕様変更が生じた場合であっても、エンジンの吸気構造１の他の構成に与える設計上、製造上の影響を低減することが可能となる。
このように、本実施の形態のスペーサによれば、シリンダヘッド１１０とインテークマニホールド１２０との間に位置し、本体部内に空気の流れの上流側から下流側に向けて連続的に内径が小さくなるテーパ状の形状を有する流路１１を形成した構成としたことにより、エンジンの吸気構造において低コストで吸気ポートにおける流速を高めることが可能になるという効果を奏する。
しかしながら、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。上記の説明においては、スペーサ１０は金属製であるとしたが、合成樹脂製であるとしてもよい。更に、インジェクタ１３０及びデリバリーパイプ１３１を装着しない構成としてもよく、インジェクタ１３０の先端が流路１１から突出していない構成であるとしてもよい。更に、上記の説明においては、スペーサ１０の流路１１の断面形状は円形であるとしたが、楕円形、長円形、矩形等任意の断面形状を有するものであってよい。また、断面積の変化の態様は、連続的であるとしたが、断続的であってもよい。要するに、本発明のスペーサは、流路としての空気導入路において、インテークマニホールド寄りの断面積が前記シリンダヘッド寄りの断面積より大きいものであればよく、その他の構成によって限定されるものではない。
更に、上記の説明においては、本発明は自動車において実施するものとして説明を行ったが、本発明は、上述の駆動体を有するものであれば、自動車の他、二輪車、列車、船舶その他の任意の輸送機器において実施してもよい。更に、ガソリンエンジンの他、ディーゼルエンジン等の内燃機関に適用してもよい。
以上のように、本発明は、シリンダヘッドとインテークマニホールドとの間に配置され、前記インテークマニホールドから前記シリンダヘッドに空気を導入する空気導入路が形成された本体部を備えたスペーサであって、前記空気導入路は、前記インテークマニホールド寄りの断面積が前記シリンダヘッド寄りの断面積より大きく、且つ前記シリンダヘッド寄りの開口面積は前記シリンダヘッドの吸気ポートの開口面積よりも小さく、前記本体部には、前記シリンダヘッドに燃料を供給するインジェクタが、その先端が前記シリンダヘッド内に位置するように固定されているものであればよく、その他の具体的な目的、用途、構成によって限定されるものではない。
したがって、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲内であれば、以上説明したものを含め、上記実施の形態に種々の変更を加えたものとして実施してもよい。
以上のような本発明は、低コストで吸気ポートにおける流速を高めることが可能になるという効果を有し、例えば自動車のエンジンの吸気構造への適用において有用である。
１ エンジンの吸気構造
１０、２０、３０、４０ スペーサ
１０ａ、２０ａ、３０ａ 装着孔
１１、２１、３１、４１、１２１ 流路
１１ａ、１１ｂ、２０ｂ、２１ａ、２１ｂ、３０ｂ、３１ａ、３１ｂ、４１ａ、４１ｂ 開口
１１０ シリンダヘッド
１１２ 吸気ポート
１１７ 燃焼室
１２０ インテークマニホールド
１３０ インジェクタ
１３１ デリバリーパイプ

Claims (1)

  1. シリンダヘッドとインテークマニホールドとの間に配置され、前記インテークマニホールドから前記シリンダヘッドに空気を導入する空気導入路が形成された本体部を備えたスペーサであって、
    前記空気導入路は、前記インテークマニホールド寄りの断面積が前記シリンダヘッド寄りの断面積より大きく、且つ前記シリンダヘッド寄りの開口面積は前記シリンダヘッドの吸気ポートの開口面積よりも小さく、
    前記本体部には、前記シリンダヘッドに燃料を供給するインジェクタが、その先端が前記シリンダヘッド内に位置するように固定されている、
    スペーサ。
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