JP6673052B2 - エンジンの吸気通路構造 - Google Patents

Description

この発明は、燃焼室内での良好な燃焼を可能とするエンジンの吸気通路構造に関する。

エンジンの燃焼室内に供給される吸気は、インテークマニホールド内の吸気通路と、シリンダヘッドに設けられる吸気通路（以下、吸気ポートと称する。）を通じて燃焼室内に吸引される。

インテークマニホールドやシリンダヘッドは、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内の吸気通路やシリンダヘッド内の吸気ポートの内面から熱を受けることで温度上昇する傾向がある。

特に、高圧縮比のエンジンでは、吸気の温度が上昇すると、低圧縮比のエンジンよりもノッキングが生じやすくなり、このような場合、例えば、点火時期をリタード（遅角）する等して、ノッキングに対応する必要がある。点火時期のリタードは、燃費の向上を阻害してしまうので、吸気の温度上昇はできる限り抑制することが望ましい。

そこで、吸気の温度上昇を抑制するため、金属製の吸気ポートの内面に、樹脂等の熱伝達率の低い材料を密着させて吸気用の断熱部材とする技術が提案されている（特許文献１参照）。

特開平７−２５９６４２号公報

吸気ポートの内面の断熱部材は、シリンダヘッドの内面に射出成形等により密着させた樹脂により構成される。しかし、シリンダヘッドの熱によりこの断熱部材が加熱されると、断熱部材は熱膨張する傾向がある。このため、仮に、断熱部材の吸気ポート内面への密着力が弱いと、断熱部材が熱膨張することによって吸気ポートの内径側へ浮き上がり、吸気ポートの内面から剥離する可能性がある。

また、シリンダヘッドにインテークマニホールドを固定する際、シリンダヘッドの内面の断熱部材がインテークマニホールドによって燃焼室側へ押されて、断熱部材が吸気ポートの内径側へ浮き上がり、吸気ポートの内面から剥離する可能性がある。

断熱部材が剥離すると、吸気抵抗の増大により吸気の円滑な流れが阻害され、所定の吸気量が燃焼室に供給されなくなるので好ましくない。このため、断熱部材の吸気ポート内面への密着力はできるだけ強いことが望ましい。

そこで、この発明の課題は、吸気ポートの内面への断熱部材の密着力を高めることである。

上記の課題を解決するために、この発明は、エンジンのシリンダヘッド内に設けられ燃焼室に接続される吸気ポートと、前記吸気ポートの内面に沿って配置される断熱部材と、前記吸気ポート内に開口する断熱材供給孔と、を備え、前記断熱部材は、前記断熱材供給孔の内部に延出する第１の突出部、を備えるエンジンの吸気通路構造を採用した。

また、前記吸気ポート内に開口し燃料噴射装置が挿通される取付孔、を備え、前記取付孔は、前記吸気ポートに形成された拡径部に配置され、前記断熱部材は、前記拡径部に沿って配置される第２の突出部、を備える構成を採用することができる。

このとき、前記第１の突出部は前記断熱材供給孔の吸気流れ方向上流側の内壁面に当接する上流側当接部を備える構成を採用することができる。

前記取付孔と前記断熱材供給孔とを備えた態様において、前記取付孔と前記断熱材供給孔は、前記吸気ポートの流路断面の中心部を挟んで対向する側に配置される構成を採用することができる。

また、前記取付孔と前記断熱材供給孔とを備えた態様において、前記断熱材供給孔の前記吸気ポート内への開口は、前記取付孔の前記吸気ポート内への開口よりも上流側に位置する構成を採用することができる。

これらの各態様において、前記断熱材供給孔は、前記吸気ポートの上流側と下流側とを結ぶ流れ方向に対して垂直に設けられている構成を採用することができる。

さらに、これらの各態様において、前記第１の突出部は前記断熱材供給孔の吸気流れ方向下流側の内壁面に当接する下流側当接部を備える構成を採用することができる。

この発明は、吸気ポートの内面に沿って配置される樹脂製の断熱部材に、吸気ポート内に開口する断熱材供給孔の内部に延出する第１の突出部を備えたので、吸気ポートの内面への断熱部材の密着力を高めることができる。

この発明の実施形態を示す吸気ポートとインマニ内通路との接続箇所付近の断面図である。 型枠設置時の要部拡大図である。 他の実施形態を示す要部拡大図である。 さらに他の実施形態を示す要部拡大図である。 さらに他の実施形態を示す要部拡大図である。

この発明の実施形態を、図面に基づいて説明する。図１は、この実施形態のエンジンの燃焼室３とシリンダヘッド１付近、及び、そのシリンダヘッド１に接続されるインテークマニホールド３０の一部を示す断面図である。図２は、これらの吸気通路構造の製造方法を示す要部拡大図である。

エンジンのシリンダ内にはピストンが収容されている。シリンダの上面、内周面、及び、ピストンの上面等により燃焼室３が形成されている。燃焼室３の上部のシリンダヘッド１には、燃焼室３内に吸気を送り込む吸気ポート５、燃焼室３から引き出された排気ポート、燃焼室３や吸気ポート５内へ燃料を噴射する燃料噴射装置（インジェクタ）１０等を備えている。

吸気ポート５の燃焼室３への開口部である吸気弁孔４は、吸気バルブ２によって開閉される。また、同様に、排気ポートの燃焼室３への開口部である排気弁孔も、排気バルブによって開閉される。

これらの図面では、この発明に直接関係する吸気側の部材や手段を中心に示し、他の部材等については図示省略している。また、図面では、一つのシリンダのみを示しているが、エンジンは単気筒であってもよいし、複数のシリンダを備えた多気筒であってもよい。

吸気ポート５を備えるシリンダヘッド１には、インテークマニホールド３０が接続される。インテークマニホールド３０内には、吸気ポート５とともに吸気通路を形成するインマニ内通路３１が設けられている。インマニ内通路３１と吸気ポート５とで、エアクリーナ等を通じて外気から導入された吸気を、燃焼室３へ供給する吸気通路の一部を構成している。

この実施形態では、シリンダヘッド１は金属製（アルミ製）、インテークマニホールド３０は樹脂製である。インテークマニホールド３０としては、他にも鋳物等の金属製のものを採用する場合もある。

吸気ポート５の断面形状は、上流寄りのインマニ内通路３１への接続部付近において、通路の上面側と下面側とを結ぶ上下方向への最大径が、それに直交する幅方向への最大径よりも小さく設定された、いわゆる横長のオーバル形状となっている。また、インマニ内通路３１の断面形状も、吸気ポート５への接続部付近において、通路の上面側と下面側とを結ぶ上下方向への最大径が、それに直交する幅方向への最大径よりも小さく設定された、横長のオーバル形状となっている。

シリンダヘッド１へのインテークマニホールド３０の固定は、シリンダヘッド１側から立ち上がるボルトを、インテークマニホールド３０のインマニ内通路３１の端部に設けたフランジ部３２の孔に挿通し、ナット等で締め付けることにより行われる。この締め付けにより、吸気ポート５の上流側端面６と、インマニ内通路３１の下流側端面であるインマニ端面３２ａとが面接触し、吸気ポート５とインマニ内通路３１が気密に接続される。

このとき、インマニ端面３２ａには環状のシール溝が形成されており、そのシール溝内に環状のパッキンが収納されている。パッキンが吸気ポート５の上流側端面６に押しつけられることにより、その気密性が高められている。

吸気ポート５の内面には断熱部材２０が配置される。断熱部材２０は、吸気ポート５の内面全周に沿って所定の厚みで形成され、その形状は、インテークマニホールド３０に近い上流側の領域では、吸気ポート５の筒状内面部１３に対応して筒状を成すものとなっている。断熱部材２０におけるこの筒状を成す部分を、筒状部２３と称する。

断熱部材２０は、樹脂の射出成形によって形成される。シリンダヘッド１には、射出成形による断熱部材２０の製造方法に対応して、外部空間から吸気ポート５内の空間に臨む貫通孔であるインジェクションゲート（断熱材供給孔）２５が設けられている。断熱材供給孔２５は、吸気ポート５の内面のうち、吸気ポート５の全長に対して中央部よりも上流側においてその下面に開口している。

吸気ポート５内に所定の型枠４０を挿入して固定した後、断熱材供給孔２５にインジェクション（射出機）Ａの射出口を挿入し、吸気ポート５の内面と型枠の外面との間の空間に、インジェクション（射出機）Ａから上方へ向かって射出した樹脂を充填する。樹脂が硬化した後、型枠４０を取り外せば、断熱部材２０が吸気ポート５の内面に固着した状態に仕上がるようになっている。

型枠４０は、図２に示すように、吸気ポート５の上流側領域である筒状内面部１３に対面する筒状部４１と、下流側領域である拡径部１２付近に対面する分割部４２，４３，４４とを備える。

型枠４０の筒状部４１は筒状を成し、吸気ポート５の筒状内面部１３に対して所定の隙間を介して対向する形状となっている。筒状部４１は、吸気ポート５の上流側の開口から、その吸気ポート５内への挿入及び取り出しが可能である。

型枠４０の分割部４２，４３，４４は、拡径部１２付近の形状に合致し、且つ、吸気ポート５の内面に対して所定の隙間を介して対向する形状となっている。分割部４２，４３，４４は、吸気ポート５の下流側の開口である燃焼室３側から、その吸気ポート５内への挿入及び取り出しが可能となるよう分割された複数の部材であり、吸気ポート５内に挿入された後、所定の形状に組立できるようになっている。また、樹脂の硬化後は、分割することにより、吸気弁孔４から取り出し可能となっている。

型枠４０の上流側の端部は、吸気ポート５の上流側端面６に面接触する上流側フランジ部４５となっている。上流側フランジ部４５は、型枠４０の筒状部４１や分割部４２の外面と、吸気ポート５の内面との間に形成された型枠空間の上流側の端部を閉じている。また、型枠空間の下流側の端部は、分割部４３，４４によって閉じられている。

この型枠空間内への樹脂の射出成形によって形成された断熱部材２０は、断熱材供給孔２５付近では、その断熱材供給孔２５内へ向かって突出する第１の突出部２６を備えたものとなる。第１の突出部２６は筒状部２３と一体に形成され、断熱材供給孔２５の内部に延出する状態となっている。

第１の突出部２６は、インジェクションゲート２５内の内壁面のうち、吸気ポート５の流れ方向に対して上流側の内壁面に当接し、断熱部材２０の上流側への移動を規制する上流側当接部２６ａを備える。

気筒のシリンダの軸線方向を仮に鉛直方向とした場合に、吸気ポート５は、燃焼室３側からインマニ内通路３１側へ向かって徐々に上方へ向かう方向へ傾斜しており、すなわち、吸気ポート５の流路断面の中心線ｃ方向は、下流側から上流側へ向かって上り勾配である。

上流側当接部２６ａは、断面円形を成す断熱材供給孔２５の内面に面接触する円筒面であり、その円筒面の筒軸方向はシリンダの軸線方向に沿う上下方向である。このため、上流側当接部２６ａは、吸気ポート５の流路断面の中心線ｃ方向に対して交差する方向へ突出するカギ状部となっている。このカギ状部が断熱材供給孔２５の内面に係合して、断熱部材２０と吸気ポート５の内面との密着度合いを高めている。また、第１の突出部２６の上流側当接部２６ａは、断熱材供給孔２５の上流側の内壁面に当接することで、断熱部材２０の上流側への移動を規制している。

また、第１の突出部２６の下面２６ｂは、インジェクションＡを抜き取った後のインジェクションゲート２５に挿入される栓部材（プラグ）２７の上面に密着することになる。

また、燃料室３に近い下流側の領域では、吸気ポート５内の上面に、燃料噴射装置１０が取り付けられる取付孔１１が開口している。取付孔１１付近は、吸気ポート５の内面が、上流側傾斜面１２ａと下流側傾斜面１２ｂとを備えた下向き凹状の上面を含む拡径部１２を構成している。取付孔１１は、吸気弁孔４側に向く上流側傾斜面１２ａに開口している。断熱部材２０は、この拡径部１２付近においても、吸気ポート５の内面全周に沿って所定の厚みで形成されている。断熱部材２０におけるこの拡径部１２付近を、第２の突出部２２と称する。第２の突出部２２も筒状部２３と一体に形成される。

燃料噴射装置１０の取付孔１１と、樹脂注入用の断熱材供給孔２５は、吸気ポート５の流路断面の中心部を挟んで対向する側に配置されている。すなわち、この実施形態では、取付孔１１は吸気ポート５内の上面に開口しており、断熱材供給孔２５は吸気ポート５内の下面に開口している。このため、断熱部材２０は、凹状の拡径部１２上面に入り込む第２の突出部２２と、断熱材供給孔２５に入り込む第１の突出部２６とが、吸気ポート５内の上面側と下面側との間で互いに対向する配置となっている。このように、第２の突出部２２と第１の突出部２６とを、吸気ポート５の内面間で互いに対向する配置とすることにより、断熱部材２０と吸気ポート５の内面との密着度合いの強化が図られている。

また、この実施形態では、図１に示すように、断熱材供給孔２５の吸気ポート５内への開口は、取付孔１１の吸気ポート５内への開口よりも上流側に位置している。このため、取付孔１１に挿通された燃料噴射装置１０から噴射された燃料が、断熱材供給孔２５には到達しにくいようになっている。断熱材供給孔２５は栓部材２７で閉じられているが、仮に、断熱材供給孔２５を覆う断熱部材２０に経年劣化が生じた場合にも、その断熱材供給孔２５内に燃料が入り込む事態を回避したいからである。

また、吸気ポート５内の温度は、燃焼室３に近いほど高くなり、逆に、燃焼室３から遠いほど低くなる。このため、断熱材供給孔２５をできる限り温度が低い上流側領域、すなわち、燃料噴射装置１０の取付孔１１の開口よりも上流側に配置することで、断熱材供給孔２５を覆う部分の断熱部材２０への熱影響を低減している。

特に、図１の実施形態では、断熱材供給孔２５の吸気ポート５内への開口は、取付孔１１の開口よりも上流側であるとともに、拡径部１２の凹部の上流側端よりもさらに上流側に位置している。ここで、図１中の符号ｘ点は、拡径部１２の凹部の上流側端から、吸気ポート５の流路断面の中心線ｃを挟んで対称位置にある点である。断熱材供給孔２５の吸気ポート５内への開口は、このｘ点よりも上流側の範囲であることが、前述の断熱材供給孔２５への燃料到達の回避と温度上昇抑制の点で、さらに好ましい。すなわち、吸気ポート５内の吸気の流れ方向に対する断熱部材２０の全長Ｌの範囲に対して、断熱材供給孔２５は、拡径部１２の範囲Ｌ’よりも上流側の領域にあることが、さらに好ましい。

他の実施形態を図３に示す。この図３の実施形態は、図１の実施形態における断熱材供給孔２５の向きを、吸気ポート５の上流側と下流側とを結ぶ流れ方向に対して垂直としている。図３では、断面円形を成す断熱材供給孔２５の軸心ｐが、吸気ポート５の流路断面の中心線ｃに対して直交する方向となっている。

これにより、第１の突出部２６は、断熱材供給孔２５の内面のうち、吸気ポート５の流れ方向に対して下流側の内壁面に当接し下流側への移動を規制する下流側当接部２６ｃを備える構成とすることができる。

下流側当接部２６ｃは、上流側当接部２６ａと同様、断面円形を成す断熱材供給孔２５の内壁面に面接触する円筒面であり、その円筒面の筒軸方向はシリンダ軸線方向に対してやや角度をもって上下方向に伸びている。このため、下流側当接部２６ｃは、吸気ポート５の流路断面の中心線ｃ方向に対して交差する方向へ突出するカギ状部となって、このカギ状部が断熱材供給孔２５の内面に係合している。これにより、断熱部材２０と吸気ポート５の内面との密着度合いを高め、また、断熱部材２０の下流側への移動を規制している。

さらに、他の実施形態を図４に示す。この図４の実施形態は、断熱材供給孔２５の吸気ポート５内への開口を、取付孔１１の開口の直下に位置させている。具体的には、断面円形を成す断熱材供給孔２５の軸心ｐが、拡径部１２の凹部の上流側端の直下（図中の符号ｙ点）に位置している。

この実施形態では、断熱材供給孔２５への燃料到達の回避と温度上昇抑制の効果の点では、図１や図３の実施形態には及ばないが、第２の突出部２２と第１の突出部２６とを、吸気ポート５の内面間で互いに対向する配置とすることによる、断熱部材２０と吸気ポート５の内面との密着度合いの強化の効果は期待できる。また、第１の突出部２６が断熱材供給孔２５へ入り込むことによる断熱部材２０と吸気ポート５の内面との密着度合いの強化、及び、断熱部材２０の移動防止の効果も期待できる。

これらの各実施形態では、断熱材供給孔２５は吸気ポート５内の下面に開口するものとしたが、吸気ポート５内における断熱材供給孔２５の開口の方位は、吸気ポート５内の下面には限定されず、吸気ポート５内の側面等である場合も想定される。ただし、燃料噴射装置１０が取り付けられる取付孔１１と、断熱材供給孔２５とは、吸気ポート５の流路断面の中心部を挟んで対向する側に配置されることが望ましい。

さらに、他の実施形態を図５に示す。図５は、吸気ポート５内に燃料噴射装置１０を備えず、燃焼室３内に直接燃料を噴射する直噴式の燃料噴射装置１０を備えたエンジンでの実施形態である。燃料噴射装置１０は、燃焼室３の頂部において、点火プラグ８に隣接して備えられている。主な構成は前述の図１の実施形態等と同様であるので、以下、それらの実施形態との差異点を中心に説明する。

この実施形態のエンジンでは、吸気ポート５内に開口する燃料噴射装置１０用の取付孔１１や、その取付孔１１周囲の拡径部１２が設けられておらず、吸気ポート５は、上流側の断熱材供給孔２５付近と燃焼室３に近い吸気バルブ２付近を除いて、フラットな内面を有する断面円形あるいは断面楕円形状等であり、また、その断面形状の部分が直線状に、あるいは、湾曲する形状で伸びている。なお、前述の実施形態と同様、これらの吸気ポート５の断面形状、吸気ポート５の伸びる方向は、エンジンの仕様に応じて決定される。

断熱部材２０は吸気バルブ２付近を除いて形成され、その形状は、吸気バルブ２付近よりも上流側の領域において、吸気ポート５の内面全周に沿って所定の厚みの筒状部２３となっている。

また、断熱部材２０は、断熱材供給孔２５内へ向かって突出する第１の突出部２６を備える。第１の突出部２６は筒状部２３と一体に形成され、断熱材供給孔２５の内部に延出する状態となっている点は、前述の実施形態と同様である。この第１の突出部２６により、断熱部材２０と吸気ポート５の内面との密着度合いの強化や、断熱部材２０の移動防止が図られている。

ここで、図５中の符号ｚ点は、吸気ポート５内の吸気の流れ方向に対する断熱部材２０の全長Ｌの範囲に対して、下流側端あるいは上流側端からの距離がその半分の長さＬ”に相当する中央位置である。燃焼室３からの熱影響を少なくするため、第１の突出部２６は、できる限り上流側にあることが望ましく、特に、この中央位置ｚよりも上流側の領域にあることがより好ましい。

１ シリンダヘッド
２ 吸気バルブ
３ 燃焼室
４ 吸気弁孔
５ 吸気ポート
６ 上流側端面
１０ 燃料噴射装置
１１ 取付孔
１２ 拡径部
２０ 断熱部材
２２ 第２の突出部
２３ 筒状部
２５ 断熱材供給孔
２６ 第１の突出部
２６ａ 上流側当接部
２６ｂ 下面
２６ｃ 下流側当接部
３０ インテークマニホールド
３１ インマニ内通路
３２ フランジ部
３２ａ インマニ端面

Claims (7)

1. エンジンのシリンダヘッド内に設けられ燃焼室に接続される吸気ポートと、
   前記吸気ポートの内面に沿って配置される断熱部材と、
   前記吸気ポート内に開口する断熱材供給孔と、
   を備え、
   前記断熱部材は、前記断熱材供給孔の内部に延出する第１の突出部、
   を備えるエンジンの吸気通路構造。
2. 前記吸気ポート内に開口し燃料噴射装置が挿通される取付孔、
   を備え、
   前記取付孔は、前記吸気ポートに形成された拡径部に配置され、
   前記断熱部材は、前記拡径部に沿って配置される第２の突出部、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの吸気通路構造。
3. 前記第１の突出部は前記断熱材供給孔の吸気流れ方向上流側の内壁面に当接する上流側当接部
   を備える請求項１又は２に記載のエンジンの吸気通路構造。
4. 前記取付孔と前記断熱材供給孔は、前記吸気ポートの流路断面の中心部を挟んで対向する側に配置される
   請求項２に記載のエンジンの吸気通路構造。
5. 前記断熱材供給孔の前記吸気ポート内への開口は、前記取付孔の前記吸気ポート内への開口よりも上流側に位置する
   請求項２又は４に記載のエンジンの吸気通路構造。
6. 前記断熱材供給孔は、前記吸気ポートの上流側と下流側とを結ぶ流れ方向に対して垂直に設けられている
   請求項１〜５の何れか１項に記載のエンジンの吸気通路構造。
7. 前記第１の突出部は前記断熱材供給孔の吸気流れ方向下流側の内壁面に当接する下流側当接部
   を備える請求項６に記載のエンジンの吸気通路構造。

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