JPWO2016001988A1 - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

ウォータジャケット（２１）は、平板状の仕切壁（２３）によって、シリンダヘッド側の第１ウォータジャケット部（２４）とシリンダブロック側の第２ウォータジャケット部（２５）に２分割されている。仕切壁（２３）は、燃焼室（５）に対して、内燃機関（１）の一方の側面側では燃焼室（５）の頂部壁（１２）と排気ポート壁（７）との接続部分に接続され、内燃機関（１）の他方の側面側ではシリンダ壁（１６）上端側の燃焼室（５）の側壁を構成する部分に接続されており、排気ポート側が吸気ポート側に比べてシリンダヘッド側に位置するように斜めに傾いている。

Description

本発明は、シリンダヘッドとシリンダブロックとが一体に鋳造された内燃機関に関する。

自動車用として実用化されている内燃機関の多くは、シリンダブロックとシリンダヘッドとが個々に鋳造され、これらを複数のシリンダヘッドボルトによって互いに締結した構成となっている。

これに対し、特許文献１には、シリンダヘッドとシリンダブロックとが一体に鋳造された内燃機関が開示されている。特許文献１においては、シリンダヘッド側とシリンダブロック側の温度分布を適正にするために、ウォータジャケットが隔壁により燃焼室周囲のヘッド側ウォータジャケットとシリンダ周囲のシリンダ側ウォータジャケットとに分割された構造となっている。

そして、ヘッド側ウォータジャケットは、気筒列方向の一端側から他端側に向かって冷却水が強制的に循環するようになっている。また、シリンダ側ウォータジャケットは、上記隔壁に形成された貫通穴を介してヘッド側ウォータジャケットと連通しており、自然対流によりヘッド側ウォータジャケットとの間で冷却水を循環させている。

しかしながら、この特許文献１のような構成においては、上記隔壁が、燃焼熱を直接受けるシリンダ上部と、燃焼ガスに直接さらされることのない少ないシリンダ中間部との境界部分に位置しているため、ヘッド側ウォータジャケット内の冷却水が燃焼室から受熱して、排気ポートを効率的に冷却できない虞がある。

また、高温になる排気ポートの熱変形の影響により燃焼室やシリンダが変形して内燃機関のフリクションが増加してしまう虞がある。

特開平５−１８７３０７号公報

本発明の内燃機関は、シリンダが形成されるシリンダブロックと、吸気ポート及び排気ポートを備えたシリンダヘッドとを一体に形成し、上記シリンダ、上記吸気ポート及び上記排気ポートの周囲を覆うウォータジャケットを有している。そして、上記ウォータジャケットをシリンダブロック側とシリンダヘッド側とに分割する仕切壁を有しており、該仕切壁は、排気ポート側が吸気ポート側よりもシリンダヘッド側に位置するように傾いている。

本発明によれば、仕切壁を設けることで、吸気ポートの周囲の冷却水に比べ、排気ポートの周囲の冷却水が受ける燃焼室からの熱影響が小さくなり、排気ポートを冷却しやすくなるため、排気ポートの熱変形を抑制することができる。

本発明に係る内燃機関の平面図。 本発明に係る内燃機関の要部断面図。 図１のＡ−Ａ線に沿った断面図。 図１のＢ−Ｂ線に沿った断面図。

以下、本発明をＳＯＨＣ型の直列３気筒内燃機関として構成した一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

図１〜図４は、本発明が適用された内燃機関１を示す説明図であって、図１は平面図、図２は要部断面図、図３は図１のＡ−Ａ線に沿った断面図、図４は図１のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。

本実施例における内燃機関１は、アルミニウム合金等の金属材料を用いて各部を一体に鋳造したものであって、３つのシリンダ４が直列に配置されたシリンダブロック２と、各シリンダ４の上端を覆って燃焼室５を形成するシリンダヘッド３と、が一体となっている。燃焼室５は、詳述すると、シリンダ４と、シリンダ４内を往復動するピストン１４と、シリンダヘッド３とによって構成される。

シリンダヘッド３は、排気ポート６を形成する排気ポート壁７、吸気ポート８を形成する吸気ポート壁９及び点火プラグ取付部１０を形成する点火プラグ取付壁１１を有している。

排気ポート６は、内燃機関１の一方の側面側（シリンダヘッド３の一方の側面側である図１及び図２における下方側あるいは図３及び図４における右側）から燃焼室５の頂部（天井面）である頂部壁１２に接続されている。吸気ポート８は、内燃機関１の他方の側面側（シリンダヘッド３の他方の側面側である図１及び図２における上方側あるいは図３及び図４における左側）から燃焼室５の頂部壁１２に接続されている。点火プラグ取付部１０は、上方側から燃焼室５の頂部壁１２に接続されている。

各気筒の頂部壁１２には、排気ポート６、吸気ポート８及び点火プラグ取付部１０の先端側がそれぞれ１つずつ接続されている。つまり、各気筒が１つの吸気弁（図示せず）と１つの排気弁（図示せず）を備えている。そして、本実施例では、各気筒の吸気弁及び排気弁が、１本のカムシャフト（図示せず）によって駆動される。上記カムシャフトは、内燃機関１のシリンダヘッド３略中央に気筒列方向に沿って配置される。

点火プラグ取付部１０は、図１及び図２に示すように、排気ポート６よりも内燃機関１の他方の側面側に位置するよう形成されている。この点火プラグ取付部１０は、図４に示すように、取り付けられる点火プラグ１５の後端が該点火プラグ１５の先端よりも内燃機関１の他方の側面側となるように、シリンダ中心軸線Ｌに対して傾斜するように形成されている。つまり、点火プラグ取付壁１１は、全体がシリンダ中心軸線Ｌに対して内燃機関１の他方の側面側に傾くように形成されている。このように点火プラグ取付部１０を形成することで上記カムシャフトとの干渉が回避される。なお、本実施例における点火プラグ取付部１０は、取り付けられる点火プラグ１５の後端が該点火プラグ１５の先端よりも気筒列方向の一端側となるようにも、シリンダ中心軸線Ｌに対して傾斜している。

シリンダブロック２における各シリンダ４は、円筒状のシリンダ壁１６によってそれぞれ形成されている。各シリンダ壁１６の上端が頂部壁１２の周縁部に連続している。なお、シリンダ壁１６の上端付近が燃焼室５の側部に相当する。シリンダブロック２の下部には、図示せぬオイルパンとともにクランクケースを構成するスカート部１７が一体に形成されている。

このような内燃機関１には、気筒列方向に連続するとともに、シリンダヘッド３とシリンダブロック２とに跨ったウォータジャケット２１が中子により形成されている。すなわち、各燃焼室の頂部壁１２、各シリンダ壁１６の上半部、各排気ポート壁７の先端側、各吸気ポート壁９の先端側及び各点火プラグ取付壁１１の先端側の外側には、これらの壁を囲むようにウォータジャケット外壁２２が形成されている。換言すると、ウォータジャケット２１は、各燃焼室５、各シリンダ４の上端部、各排気ポート６、各吸気ポート８及び各点火プラグ取付部１０を覆うように形成されている。

冷却水が通流するウォータジャケット２１は、気筒列方向に連続する平板状の仕切壁２３によって、シリンダヘッド側の第１ウォータジャケット部２４とシリンダブロック側の第２ウォータジャケット部２５に２分割されている。なお、仕切壁２３は、板状であれば平板状のものに限定されるものではなく、例えば、部分的に湾曲等しているような形状であってもよい。

仕切壁２３は、燃焼室５に対して、内燃機関１の一方の側面側(図３における右側）では燃焼室５の頂部壁１２と排気ポート壁７との接続部分に接続され、内燃機関１の他方の側面側（図３における左側）ではシリンダ壁１６上端側の燃焼室５の側壁を構成する部分に接続されている。

つまり、仕切壁２３は、図３に示すように、クランクシャフト軸方向視で、内燃機関１の一方の側面側(図３における右側）が、内燃機関１の他方の側面側(図３における左側）よりも上方に位置している。換言すると、仕切壁２３は、全体として排気ポート側が吸気ポート側に比べてシリンダヘッド側に位置するように、全体が斜めに傾いている。

そして、内燃機関１の他方の側面側には、図３に示すように、仕切壁２３の延長線上となる位置に、ノックセンサ取付ボス２６が設けられている。仕切壁２３は燃焼室５に接続されており、燃焼室５内で発生するノッキングの振動が伝わり易くなっている。そのため、このような位置にノックセンサ取付ボス２６を設定することで、ノックセンサ取付ボス２６に取り付けられたノックセンサ２７によるノッキングの検出精度が向上し、燃焼室５内での燃焼を一層安定させること可能となり、燃焼室５内の異常な圧力変動をより一層抑制可能となる。なお、ノックセンサ取付ボス２６の気筒列方向に沿った位置は、適宜変更可能である。

ウォータジャケット２１は、図２に示すように、第１ウォータジャケット部２４の気筒列方向の一端側で、かつ内燃機関１の他方の側面側に冷却水導入口２８を有している。この冷却水導入口２８の下方には、冷却水排出口（図示せず）が冷却水導入口２８に隣接して設けられている。この冷却水排出口は、第２ウォータジャケット部２５の気筒例方向の一端側で、かつ内燃機関１の他方の側面側に設けられている。仕切壁２３は、図２に示すように、気筒列方向の他端側で、かつ内燃機関１の一方の側面側となる位置に、第１ウォータジャケット部２４と第２ウォータジャケット部２５とを連通する貫通穴２９を有している。この貫通穴２９は、ウォータジャケット２１内において、冷却水導入口２８及び上記冷却水排出口と対角線上となる位置に形成されている。

ウォータジャケット２１に導入された冷却水は、第１ウォータジャケット部２４内を流れた後に、第２ウォータジャケット部２５に流入することになるため、第１ウォータジャケット部２４内に位置する排気ポート６を燃焼室５からの熱影響が小さい低温の冷却水で冷却可能となる。

このような本実施例の内燃機関１においては、仕切壁２３を設けることで、吸気ポート８の周囲の冷却水に比べ、排気ポート６の周囲の冷却水が受ける燃焼室５からの熱影響が小さくなり、排気ポート６を冷却しやすくなるため、排気ポート６の熱変形を抑制することができる。

そして、仕切壁２３は、燃焼室５に対して内燃機関１の一方の側面側で、燃焼室５の頂部壁１２と排気ポート６との接続部分に接続されているので、燃焼室５から受熱する前の低温の冷却水で排気ポート６を冷却することが可能となり、排気ポート６の熱変形を一層抑制することができる。

また、燃焼室５は、全体として仕切壁２３によって支持されことになるため、燃焼室５の剛性を向上させることができる。

そして、排気ポート６の熱変形抑制と燃焼室５の剛性向上とにより、排気ポート６の熱変形の影響により燃焼室５を構成する壁部（頂部壁１２やシリンダ壁１６の上端部分）に生じる応力を低減でき、燃焼室５の変形やシリンダ４の変形を抑制して内燃機関１のフリクション増加を抑制できる。

点火プラグ取付壁１１が、シリンダ中心軸線Ｌに対して内燃機関１の他方の側面側に傾くように形成されているので、クランクシャフト軸方向視で、内燃機関１の他方の側面側でなす点火プラグ取付壁１１と仕切壁２３との角度を相対的に大きく設定することが可能なる。つまり、クランクシャフト軸方向視で、内燃機関１の一方の側面側が相対的に高くなるように傾斜した仕切壁２３に対して、点火プラグ取付壁１１が内燃機関１の他方の側面側に傾くように接続されているので、内燃機関１の一方の側面側でなす点火プラグ取付壁１１と仕切壁２３との角度を確保しつつ、内燃機関１の他方の側面側でなす点火プラグ取付壁１１と仕切壁２３との角度を相対的に大きく設定することが可能なる。そのため、点火プラグ取付部１０（点火プラグ取付壁１１）の先端側全周をウォータジャケット２１により効率よく冷却することが可能となる。

なお、図２に仮想線（二点鎖線）で示すように、気筒列方向に連続し、ウォータジャケット２１を排気ポート側と吸気ポート側に気筒列方向に沿って分割する平板状の第２仕切壁３１を内燃機関１に設けるようにしてもよい。

このような第２仕切壁３１を設けた場合には、第１ウォータジャケット部２４の排気ポート側の部分と第２ウォータジャケット部２５の排気ポート側の部分とからなる排気ポート側ウォータジャケットが独立した１つの冷却系統を構成し、第１ウォータジャケット部２４の吸気ポート側の部分と第２ウォータジャケット部２５の吸気ポート側の部分とからなる吸気ポート側ウォータジャケットが独立した１つの冷却系統を構成する。つまり、ウォータジャケット２１は、互いに独立した２つの冷却系統である上記排気ポート側ウォータジャケットと吸気ポート側ウォータジャケットとから構成される。このような第２仕切壁３１を設ける場合には、例えは、仕切壁２３の気筒列方向他端側に、上記排気ポート側ウォータジャケットあるいは上記吸気ポート側ウォータジャケットに対応する貫通穴を１つずつ設ければよい。

そして、例えばサーモバルブ等を用いてウォータジャケット２１に流入する冷却水の流れを冷却水温度に応じて制御する。例えば、冷機時には上記排気ポート側ウォータジャケットのみに冷却水を通流させ、暖機完了後に上記排気ポート側ウォータジャケットと上記吸気ポート側ウォータジャケットの双方に冷却水を通流させれば、内燃機関１の暖機性能を向上させることができる。

Claims (8)

1. シリンダが形成されるシリンダブロックと、吸気ポート及び排気ポートを備えたシリンダヘッドとを一体に形成し、上記シリンダ、上記吸気ポート及び上記排気ポートの周囲を覆うウォータジャケットを有する内燃機関において、
   上記ウォータジャケットをシリンダブロック側とシリンダヘッド側とに分割する仕切壁を有し、
   該仕切壁は、排気ポート側が吸気ポート側よりもシリンダヘッド側に位置するように傾いている内燃機関。
2. 上記シリンダと上記シリンダ内を往復動するピストンと上記シリンダヘッドとによって形成された燃焼室を有し、
   上記排気ポートは、内燃機関の一方の側面側から上記燃焼室の頂部に接続され、
   上記吸気ポートは、内燃機関の他方の側面側から上記燃焼室の頂部に接続され、
   上記仕切壁は、上記燃焼室に対し、内燃機関の一方の側面側では上記燃焼室の頂部と上記排気ポートとの接続部分に接続され、内燃機関の他方の側面側では上記燃焼室の側部に接続されている請求項１に記載の内燃機関。
3. 上記シリンダヘッドは、気筒数に応じた点火プラグ取付部を有し、
   各点火プラグ取付部は、上記排気ポートよりも内燃機関の他方の側面側に位置するよう形成される請求項２に記載の内燃機関。
4. 各点火プラグ取付部は、取り付けられる点火プラグの後端が当該点火プラグの先端よりも内燃機関の他方の側面側となるように、シリンダ中心軸線に対して傾斜している請求項３に記載の内燃機関。
5. 内燃機関の他方の側面側には、上記仕切壁の延長線上となる位置に、ノックセンサ取付ボスが設けられている請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関。
6. 上記仕切壁は、気筒列方向に連続し、上記ウォータジャケットをシリンダヘッド側の第１ウォータジャケット部とシリンダブロック側の第２ウォータジャケット部とに分割するものであって、気筒列方向の他端側に上記第１ウォータジャケット部と上記第２ウォータジャケット部とを連通する貫通穴を有し、
   上記ウォータジャケットは、上記第１ウォータジャケット部の気筒列方向の一端側から冷却水を導入し、上記第２ウォータジャケット部の気筒列方向の一端側から冷却水を排出する請求項１〜５のいずれかに記載の内燃機関。
7. 上記ウォータジャケットを排気ポート側と吸気ポート側に気筒列方向に沿って分割する第２仕切壁を有し、
   上記ウォータジャケットが、上記第２仕切壁よりも内燃機関の一方の側面側となる排気ポート側ウォータジャケットと、上記第２仕切壁よりも内燃機関の他方の側面側となる吸気ポート側ウォータジャケットと、から構成され、
   冷機時には、上記排気ポート側ウォータジャケットのみに冷却水を通流させ、
   暖機完了後に、上記排気ポート側ウォータジャケットと上記吸気ポート側ウォータジャケットの双方に冷却水を通流させる請求項１〜５のいずれかに記載の内燃機関。
8. 各気筒が一本のカムシャフトによって駆動する１つの吸気弁と１つの排気弁を備える請求項１〜７のいずれかに記載の内燃機関。

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