特許 6388330 内燃機関のシリンダヘッド

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6388330

(24)【登録日】2018年8月24日

(45)【発行日】2018年9月12日

(54)【発明の名称】内燃機関のシリンダヘッド

(51)【国際特許分類】

   F02F 1/42 20060101AFI20180903BHJP

   F02M 69/00 20060101ALI20180903BHJP

   F02M 69/04 20060101ALI20180903BHJP

【ＦＩ】

   F02F1/42 F

   F02M69/00 360G

   F02M69/04 R

【請求項の数】2

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2014-139722(P2014-139722)

(22)【出願日】2014年7月7日

(65)【公開番号】特開2016-17434(P2016-17434A)

(43)【公開日】2016年2月1日

【審査請求日】2017年5月25日

(73)【特許権者】

【識別番号】000002967

【氏名又は名称】ダイハツ工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100099966

【弁理士】

【氏名又は名称】西 博幸

(74)【代理人】

【識別番号】100134751

【弁理士】

【氏名又は名称】渡辺 隆一

(72)【発明者】

【氏名】内田 克己

(72)【発明者】

【氏名】大江 雅之

【審査官】 堀内 亮吾

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−３０９１２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−２８１０４２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｆ １／００− １／４２、 ７／００

Ｆ０２Ｍ ３９／００−７１／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

１つの気筒に吸気を供給する１つの吸気ポートを、入口部は１つの集合流路に形成されて、途中からは底面と天井面とに繋がった隔壁にて２つの枝流路に分岐した形態と成しており、
前記２つの枝流路の終端部がそれぞれ吸気弁で開閉される一方、
前記２つの枝流路に燃料を個別に噴射する２つのインジェクタのノズルが、前記集合流路の箇所にそれぞれ配置されており、前記インジェクタによる燃料の噴射は、燃料が前記隔壁の前端に当たることなく枝流路に向かうように前記隔壁の前端よりも奥に向けて行われている構成であって、
前記集合流路の底面と天井面とのうち少なくともいずれか一方に、前記隔壁の前端に連続して入口に向けて延びる整流促進リブを、底面又は天井面からの突出高さがほぼ一定となるようにして形成している、
内燃機関のシリンダヘッド。

【請求項2】

前記整流促進リブの前端は、前記集合流路の入口よりも下流側に位置している、
請求項１に記載した内燃機関のシリンダヘッド。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本願発明は、車両用等の内燃機関を構成するシリンダヘッドに関するものであり、吸気ポートの形態に特徴を有している。

【背景技術】

【0002】

内燃機関において、吸気はシリンダヘッドに設けた吸気ポート（吸気通路）から気筒（燃焼室）に供給されており、ガソリン機関では、燃料はインジェクタによって吸気ポートに噴射していることが多い。そして、吸気性能のアップ等のために、１つの気筒に対応して２つの吸気バルブを設けていることが普通であるが、インジェクタは、１つだけ設けるシングルタイプと２つ設けるデュアルタイプとがある。

【0003】

前者のようにインジェクタを１つだけ設ける場合は、例えば特許文献１に開示されているように、吸気ポートは、入口部を１つの集合流路と成して途中から隔壁にて２つの枝流路に分岐した形態と成しており、集合流路の中間部にインジェクタのノズルを位置させて、燃料を隔壁の前端部に向けて噴射することで、燃料を２つの枝流路に分けて供給している。

【0004】

他方、後者のように２つのインジェクタを設ける場合は、例えば特許文献２に開示されているように、１つの気筒に対応した吸気ポートを互いに独立した２つの流路で構成し、各流路に対してインジェクタから燃料を噴射している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開平５−１８００４９号公報

【特許文献2】特開平９−３０３１９９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

１つの気筒に対応して吸気バルブを２つ設けた場合は、燃料と吸気との混合性のアップのためには、特許文献２のように、２つの枝流路に別々のインジェクタで燃料を噴射するのが合理的である。

【0007】

つまり、特許文献１のように１つのインジェクタで２つの枝流路に燃料を噴射すると、燃料の噴射方向の中心と枝流路の中心とが大きくずれるため、枝流路を流れる吸気に燃料を均等に分散させ難いが、２つの枝流路に別々のインジェクタで燃料を噴射すると、燃料を枝流路における吸気の流れの中心に向けて噴射できるため、吸気への燃料の混合性を向上できる。

【0008】

また、インジェクタが１つのみであると、燃料が隔壁の前端面に付着することを避けることができず、このため、カーボン質の堆積等の問題があるが（特に、ＥＧＲガスを還流させると、ＥＧＲガスに含まれていた固形成分が燃料と一緒に隔壁に付着しやすくなる）、枝流路ごとにインジェクタを設けると、燃料の付着の問題も解消又は抑制できる。

【0009】

他方、吸気ポートの全体を２つの枝流路に分離すると、隔壁の体積が大きくなるため、シリンダヘッドの重量が増大し、延いては燃費の悪化につながるおそれもある。更に、吸気とＥＧＲガスとの混合性を高めるには、できるだけ下流側で枝流路に分けるのが好ましいと云えるが、吸気ポートの全長を２つの枝流路に分けると、吸気とＥＧＲガスとの混合性が低下することも懸念される。

【0010】

本願発明は、このような現状を改善すべく成されたものである。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本願発明は、吸気ポートが形成されたシリンダヘッドに係るもので、このシリンダヘッドは、
「１つの気筒に吸気を供給する１つの吸気ポートを、入口部は１つの集合流路に形成されて、途中からは底面と天井面とに繋がった隔壁にて２つの枝流路に分岐した形態と成しており、
前記２つの枝流路の終端部がそれぞれ吸気弁で開閉される一方、
前記２つの枝流路に燃料を個別に噴射する２つのインジェクタのノズルが、前記集合流路の箇所にそれぞれ配置されており、前記インジェクタによる燃料の噴射は、燃料が前記隔壁の前端に当たることなく枝流路に向かうように前記隔壁の前端よりも奥に向けて行われている」
という基本構成になっている。

【0012】

そして、請求項１の発明では、上記基本構成において、
「前記集合流路の底面と天井面とのうち少なくともいずれか一方に、前記隔壁の前端に連続して入口に向けて延びる整流促進リブを、底面又は天井面からの突出高さがほぼ一定となるようにして形成している」
という構成になっている。
集合流路の底面に整流促進リブを設けた場合は、整流促進リブの前端部は底面から急激に立ち上がっており、集合流路の天井面に整流促進リブを設けた場合は、整流促進リブの前端部は天井面から急激に立ち下がっていることが多いと云える。

【0013】

本願発明は請求項２の発明も含んでいる。この発明は、請求項１において、前記整流促進リブの前端は、前記集合流路の入口よりも下流側に位置している１

【発明の効果】

【0014】

本願発明では、２つの枝流路に別々のインジェクタで燃料が噴射されるため、吸気と燃料との混合性を高めることができると共に、隔壁への燃料の付着も防止又は著しく抑制できる。また、シリンダヘッド及び吸気マニホールドとも、シングルインジェクタタイプのものを大きな設計変更無しでデュアルインジェクタタイプに簡単に転用できる。

【0015】

そして、隔壁を吸気ポートの全長にわたって設けるのではなく、吸気ポートは集合流路も有しているため、隔壁の体積をできるだけ減らしてシリンダヘッドの重量増大を防止できる。このため、車両用内燃機関に適用すると、燃費の向上に貢献できて特に有益である。

【0016】

しかも、集合流路には整流促進リブを設けているため、集合流路において吸気を２つの枝流路に分けて流す分流機能・整流機能に優れており、２つの枝流路での吸気量を均等化できると共に、吸気の方向性（直進性）も向上できる。このため、シリンダヘッドの重量増大を防止しつつ、混合気の均質化を確保できる。この点、本願発明の大きなメリットである。

【0017】

また、ＥＧＲ装置を備えた内燃機関の場合は、集合流路の存在により、吸気が枝流路に流入する前にＥＧＲガスと混合する機会も高くなるため、吸気とＥＧＲガスとの均一な混合を促進して、燃焼の安定化や排気ガスの改善に貢献できると云える。

【0018】

また、シリンダヘッドはアルミ等の金属を材料にした鋳造されているのが普通であり、鋳造の鋳型においては、枝流路に相当する部分は砂の中子になっているが、本願発明のように吸気ポートに集合流路を設けると、隣り合った枝流路の箇所の中子が互いに繋がるため、中子を安定させて鋳造工程の能率向上にも貢献できる。

【0019】

本願発明では、燃料が整流促進リブに当たることはないため、燃料が整流促進リブに付着することによるダストの発生等の問題を的確に阻止できる。また、請求項２を採用すると、整流促進リブは集合流路の入口まで至っていないため、鋳型において、隣り合った中子は整流促進リブの手前においても繋がっているため、中子の安定を一層向上できる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】実施形態の要部の縦断面図であり、図５のI-I視断面図である。

【図2】図１のII-II 視方向から見た吸気ポートの外観図である。

【図3】吸気ポートの斜視図である（図２とは少し相違している。）。

【図4】図１の要部の拡大図である。

【図5】図４の V-V視断面図である。

【図6】図４及び図５のVI-VI 視断面図である。

【図7】他の実施形態を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

(1).構造の説明
次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は車両用内燃機関に適用しており、内燃機関は、機関本体の主要構成要素として、シリンダブロック１とその上面に固定されたシリンダヘッド２とを有している。シリンダブロック１には複数の気筒（シリンダボア）３が形成されており、各気筒にピストン４が摺動自在に嵌まっている。シリンダヘッド２には、気筒３に向けて開口した台錘状の凹所５が形成されている。

【0022】

シリンダヘッド２のうちクランク軸線を挟んで両側の部位に、各気筒３に対応して吸気ポート６と排気ポート７とが振り分けて形成されている。吸気ポート６は、シリンダヘッド２の一側面（吸気側面）９に開口した集合流路１０と、集合流路１０から分岐した２つの枝流路１１とで構成されており、２つの枝流路１１はクランク軸線方向に並んでいる。従って、隣り合った一対の枝流路１１は、底面１２と天井面１３とに繋がった隔壁１４によって区分されている。

【0023】

集合流路１０は、吸気の流れ方向から見てクランク軸線方向に長い形態であり、図２では、左右側部（クランク軸線方向から見たら前後側部）を円弧状に形成しており、このため、集合流路１０は小判形になっている。他方、図３では、集合流路１０の左右側部は平坦状に形成している。いずれの形態も採用できる。

【0024】

枝流路１１の出口１１ａは、シリンダヘッド２における凹所５の傾斜面から気筒３に向けて開口しており、各出口１１ａは吸気バルブ１５で開閉される。吸気バルブ１５は、スリーブ１６を介してシリンダヘッド２に摺動自在に装着されており、ばね１６ａによって閉じ方向に付勢されている。なお、凹所５には弁座を嵌着している。

【0025】

シリンダヘッド２の一側面９には、吸気マニホールド１７（又はスペーサ）が固定されている。吸気マニホールド１７の枝通路１８が、吸気ポート６の集合流路１０に連通している。従って、枝通路１１の終端と集合流路１０の入口１９とは、基本的には同じ形態になっている。また、図５のとおり、集合流路１０と枝流路１１とは、下流側に行くに従ってクランク軸線方向に広がりながら、凹所５に向けて延びている。

【0026】

吸気マニホールド１７には、各枝流路１１に対応したインジェクタ２１が装着されている。すなわち、吸気マニホールド１７のうち各枝通路１８の箇所に、吸気ポート６の枝流路１１に向けて燃料を噴射する一対ずつのインジェクタ２１が、クランク軸線方向に並べて装着されている。図示は省略しているが、各インジェクタ２１は、クランク軸線方向に長い分配管（デリバリ管）に接続されており、分配管の端部等に燃料が供給され。３気筒の場合は、６本のインジェクタ２１を備えることになる。

【0027】

インジェクタ２１は、分配管に取付けられる本体部２１ａと、集合流路１０に露出した小径のノズル２１ｂと、両者の間に位置した段落ち部２１ｃとを有しており、段落ち部２１ｃがＯリング２２を介して吸気マニホールド１７の取付け穴２３に保持されている。既述の分配管は、吸気マニホールド１７にボルトで固定されている。噴射制御装置は、本体部２１ａに接続している。

【0028】

インジェクタ２１のノズル２１ｂは、集合流路１０の上部に配置されている。このため、インジェクタ２１は、クランク軸線方向から見て、先端に行くに従って低くなるように傾斜している。従って、インジェクタ２１の軸心と枝流路１１の軸心とは、クランク軸線方向から見てクロスしている。また、集合流路１０の上部には、ノズル２１ｂをできるだけ上に寄せるための凹溝２４を形成している。

【0029】

既述のとおり、２つの枝流路１１は、集合流路１０から離れるに従って間隔が広がるように平断面視で非平行の姿勢になっている。他方、各インジェクタ２１は平行な姿勢になっている。そこで、例えば図５から理解できるように、インジェクタ２１は、集合流路１０のうち、クランク軸線方向に向かって前後外側寄りに少しずらして配置している。これにより、燃料が隔壁１４に付着することを防止できる。従って、燃料が隔壁１４の前端に当たることはない。

【0030】

図４に明瞭に示すように、集合流路１０及び枝流路１１は、クランク軸線方向から見て、上流から下流に向けて上下巾Ｈ１が小さくなるテーパ状に形成されている。集合流路１０及び枝流路１１の底面１２はほぼ直線状に延びており、また、枝流路１１の天井面１３も直線状に延びている。他方、図５に示すように、平断面視では、枝流路１１におけるクランク軸線方向の巾寸法はほぼ一定である。従って、枝流路１１の断面積は上流から下流に向けて小さくなっており、その結果、吸気の流速は、下流に行くに従って速くなる。

【0031】

集合流路１０の底面１２には、隔壁１４の前端に連続して入口１９の方に向けて延びる下整流促進リブ２５が一体に形成されている。下整流促進リブ２５は、その先端２５ａは底面１２から急激に立ち上がったおり、底面１２からの高さＨ２は、下流側に向けて僅かに小さくなっているものの、おおむね同じ程度になっている。下整流促進リブ２５の先端２５ａは、図４に一点鎖線で示すように傾斜させてもよい。また、下整流促進リブ２５は、高さＨ２を完全に一定にしたり、高さＨを下流側に向けて僅かに増大させたりしてもよい。

【0032】

吸気の流れ方向から見ると、下整流促進リブ２５は、図６に示すように板状になっているが、台形状や山形であってもよい（図２では、台形状に表示している。）。下整流促進リブ２５の高さＨ２は、集合流路１０の高さの１／３程度の寸法になっているが、高さＨ２は任意に設定できる。

【0033】

また、下整流促進リブ２５の先端２５ａは入口１９よりも下流側に位置している。すなわち、集合流路１０の前部には下整流促進リブ２５は存在していない。シリンダヘッド２を鋳造する鋳型のうち、隣り合った枝流路１１を形成する中子は、集合流路１０の箇所で一体に繋がっているが、特に、集合流路１０の前部に相当する部分は頑丈な構造になっている。

【0034】

集合流路１０の天井面１３にも、隔壁１４の前端に連続した上リブ２６が一体に形成されている。従って、上下リブ２６，２５を隔壁１４の一部と見ると、隔壁１４がクランク軸線方向から見て前向き凹状に抉られた形態になっている。

【0035】

上リブ２６は、先端に向けて高さが低くなっており、また、下整流促進リブ２５よりも高さは低くなっている。従って、上リブ２６は、請求項に記載した整流促進リブにはなっていない（上リブ２６が分流・整流作用を備えていないということではなく、その程度が強くないということである。）。上リブ２６の先端も、入口１９より下流側に位置している。

【0036】

下整流促進リブ２５をインジェクタ２１から噴射される燃料の広がりエリアとの関係で見ると、図４の点線に示すとおり、クランク軸線方向から見ると、下整流促進リブ２５の大部分は、燃料の広がりエリア（点線で囲われた内側のエリア）の外側に位置している。また、図５に示すように、平断面視でも、下整流促進リブ２５は燃料の広がりエリアの外側に位置している。従って、下整流促進リブ２５に燃料が当たることはないし、隔壁１４の前端に燃料が当たることもない。すなわち、インジェクタ２１による燃料の噴射は、燃料が隔壁１４の前端に当たらないように、隔壁１４の前端よりも奥に向けて行われている。

【0037】

排気ポート７は１つの気筒３に対して２つの排気口を備えており、各排気口が排気弁２７で開閉されている。各排気口は１つ０に集合している。

【0038】

(2).まとめ
本実施形態では、２つの枝流路１１に個別のインジェクタ２１から燃料が噴射されるため、吸気と燃料との混合性を高めることができると共に、隔壁１４への燃料の付着も全く又は殆ど発生しない。特に、本実施形態では枝流路１１の断面積が下流側に向けて小さくなることで、吸気の流速が下流側ほど速くなっているため、拡散した霧化燃料は、枝流路１１の内面に付着することなく吸気の流れに乗って気筒３に導かれる。

【0039】

また、隔壁１４は集合流路１０の箇所で切除された状態になっているため、シリンダヘッド２を軽量化して燃費の向上に貢献できて特に有益である。しかも、集合流路１０に平行板状の下整流促進リブ２５を設けているため、図５に矢印で示すように、集合流路１０において吸気を２つの枝流路に分ける分流機能・整流機能に優れており、その結果、２つの枝流路１１に流れる流量を均等化できると共に直進性を向上して、気筒内での混合気の均質化を確保できる。

【0040】

さて、インジェクタ２１から噴射される燃料の速度は、距離に比例して低下する。すなわち、ノズル２１ｂの近くでは直進性が高いが、ノズル２１ｂから遠ざかるほど直進性は低下して、吸気に乗りやすくなる。従って、実施形態のように、隔壁１４の前端をできるだけノズル２１ｂから遠ざけると共に、枝流路１１をテーパ状に形成して吸気の流速を下流側ほど速くすることにより、燃料が隔壁１４や上下のリブ２５，２６に付着することを防止して、燃料を吸気に乗せることができる。

【0041】

シリンダヘッド２はアルミの鋳造品であるが、鋳型のうち枝流路１１を形成する中子は集合流路１０の箇所で一体に繋がっているため、中子を安定させて鋳造工程の能率向上にも貢献できる。特に、実施形態のように下整流促進リブ２５の先端を入口１９より下流側にずらすと、隣り合った中子を繋ぐ部分の体積が増大するため、中子の安定性を一層向上できる。

【0042】

実施形態のように、集合流路１０の上部に、インジェクタ２１を上側に逃がし配置するための凹溝２４を形成すると、インジェクタ２１の先端部が集合流路１０に入り込むことをできるだけ抑制しつつ、インジェクタ２１のノズル２１ｂをできるだけ集合流路１０の下流側に入り込ませることができるため、吸気の流れ抵抗をできるだけ小さくしつつ、燃料を各枝流路１１に向けて噴射することができる（燃料が下整流促進リブ２５に付着することを的確に阻止できる。）。

【0043】

また、実施形態のように、枝流路１１の底面１２及び天井面１３を直線状（ストレート状）に形成すると、吸気の流れ抵抗を低減できると共に、吸気の直進性を高めて、気筒３の内部でのタンブル流やスワール流の形成機能を促進できる利点がある。

【0044】

図７に示す実施形態では、集合流路１０の底面１２に下整流促進リブ２５を形成すると共に、天井面１３にも、上整流促進リブ２８を形成している。上整流促進リブ２８の高さは、下整流促進リブ２５の高さの２倍かそれ以上になっている。また、上下整流促進リブ２８，２５の前端は、おおむね入口１９から同じ程度だけ下流にずれた箇所に位置している。吸気ポート６の基本構造は従前の実施形態と同様である。

【0045】

集合流路１０の上部にインジェクタ２１の先端部を配置したことで、集合流路１０の上部で吸気の流れが乱れるおそれがあるが、本実施形態のように天井面１３に高さが大きい上整流促進リブ２８を設けると、吸気に乱れが生じても、吸気を２つの枝流路１１に均等に分流できると云える。また、底面１２にも下整流促進リブ２５を設けているため、吸気の分流性能に優れている。更に、上下に整流促進リブ２５，２８を設けつつ、互いの高さを異ならせているため、吸気の流れ抵抗の増大も防止できる。

【0046】

本願発明は、上記の実施形態の他にも様々に具体化できる。例えば、天井面のみに整流促進リブを形成したり、底面と天井面との両方に、高さが同じ程度の整流促進リブを形成したりすることも可能である。底面と天井面との両方に整流促進リブを形成する場合、前端の位置を吸気の流れ方向にずらすことも可能である。

【産業上の利用可能性】

【0047】

本願発明は、車両用等の内燃機関のシリンダヘッドに具体化できる。従って、産業上利用できる。

【符号の説明】

【0048】

２ シリンダヘッド
３ 気筒
５ 凹所（燃焼室）
６ 吸気ポート
７ 排気ポート
９ シリンダヘッドの一側面
１０ 集合流路
１１ 枝流路
１２ 底面
１３ 天井面
１４ 隔壁
１５ 吸気バルブ
１７ 吸気マニホールド
１９ 集合流路の入口
２１ インジェクタ
２１ｃ ノズル
２５ 下整流促進リブ
２６ 上リブ
２８ 上整流促進リブ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】