特許 7559897 内燃機関

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-09-24

(45)【発行日】2024-10-02

(54)【発明の名称】内燃機関

(51)【国際特許分類】

   F02M 35/104 20060101AFI20240925BHJP

   F02F 1/42 20060101ALI20240925BHJP

【ＦＩ】

F02M35/104 B

F02F1/42 D

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2023142784

(22)【出願日】2023-09-04

【審査請求日】2023-09-04

(73)【特許権者】

【識別番号】000000170

【氏名又は名称】いすゞ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110004222

【氏名又は名称】弁理士法人創光国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】山本 和成

【審査官】櫻田 正紀

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１３－１８９９６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－０３５２２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－０２６４１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－２３６０５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－１０８１９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０６０３１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開平０２－１１５９５７（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２０１２－１１７３８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５９－０４９７６０（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０２Ｍ ３５／１０４

Ｆ０２Ｆ １／４２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃焼室内に吸気を導入する吸気ポートを有するシリンダヘッドと、
前記シリンダヘッドの第１開口面と接続する第２開口面を有し、前記第２開口面を介して前記吸気ポートに吸気を導く吸気マニホールドと、
前記燃焼室からの排気が流れる排気通路と前記吸気マニホールドを繋いでおり、前記排気の一部を前記吸気マニホールドに還流させて前記吸気と混合させるＥＧＲ通路と、
前記第１開口面と前記第２開口面の間に位置し、遮熱性を有する材料から成る遮熱膜と、
前記第２開口面の開口の周囲に環状に設けられた凹部に挿入されており、遮熱性を有するシール部材と、
を備え、
前記遮熱膜は、前記第２開口面において前記凹部を囲むように前記材料が塗布されて形成され、前記第１開口面に接している、
内燃機関。

【請求項2】

前記シリンダヘッド内に冷却水が流れる流路が設けられ、
前記冷却水の温度は、前記吸気マニホールド内の吸気の温度より高く、
前記遮熱膜は、前記吸気マニホールドへの前記冷却水の熱移動を遮る、
請求項１に記載の内燃機関。

【請求項3】

前記遮熱膜の厚さは、前記シール部材の厚さよりも小さい、
請求項１記載の内燃機関。

【請求項4】

前記遮熱膜は、遮熱性を有する樹脂材料から成る、
請求項１に記載の内燃機関。

【請求項5】

前記遮熱膜は、遮熱性を有する金属材料から成る、
請求項１に記載の内燃機関。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、内燃機関に関する。

【背景技術】

【0002】

下記の特許文献１には、内燃機関の各気筒に吸気ポートを介して送られる吸気の温度上昇を抑制すべく、吸気マニホールドとシリンダヘッドの間に熱伝導率が低いアダプタが設けられている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許７３１０９５８号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、厚さが大きい上記アダプタを設けた場合には、アダプタの厚さ分だけ吸気が通過する空間が増えるため、吸気マニホールドからシリンダヘッドに流れる吸気の流れが変化してしまう。これにより、各気筒への吸気の流入量も変化し、気筒内での吸気の燃焼の態様も変化することで、燃焼効率が低下するおそれがある。

【0005】

そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、吸気マニホールド内の吸気の温度上昇を抑制しつつ、吸気を適切に供給することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一の態様においては、吸気ポートを有するシリンダヘッドと、前記シリンダヘッドの第１開口面と接続する第２開口面を有し、前記第２開口面を介して前記吸気ポートに吸気を導く吸気マニホールドと、前記第１開口面と前記第２開口面の間に位置し、遮熱性を有する材料から成る遮熱膜と、を備える、内燃機関を提供する。

【0007】

また、前記遮熱膜は、前記第２開口面に前記材料が塗布されて形成されており、前記第１開口面に接していることとしてもよい。

【0008】

また、前記遮熱膜は、前記第１開口面に前記材料が塗布されて形成されており、前記第２開口面に接していることとしてもよい。

【0009】

また、前記シリンダヘッド内に冷却水が流れる流路が設けられ、前記冷却水の温度は、前記吸気マニホールド内の吸気の温度より高く、前記遮熱膜は、前記吸気マニホールドへの前記冷却水の熱移動を遮ることとしてもよい。

【0010】

また、前記第２開口面の開口の周囲に環状に設けられたシール部材を更に備え、前記遮熱膜は、前記シール部材の周囲に位置していることとしてもよい。
また、前記遮熱膜の厚さは、前記シール部材の厚さよりも小さいこととしてもよい。

【0011】

また、前記遮熱膜は、遮熱性を有する樹脂材料から成ることとしてもよい。
また、前記遮熱膜は、遮熱性を有する金属材料から成ることとしてもよい。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、吸気マニホールド内の吸気の温度上昇を抑制しつつ、吸気を適切に供給できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】一の実施形態に係る内燃機関１０の構成を示す模式図である。

【図2】シリンダヘッド１４と吸気マニホールド２０の接続部の構成を示す模式図である。

【図3】図２のＡ－Ａ矢視図である。

【図4】図３のＢ－Ｂ断面図である。

【図5】吸気の温度と燃費の関係を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

＜内燃機関の構成＞
図１は、一の実施形態に係る内燃機関１０の構成を示す模式図である。内燃機関１０は、ここでは車両１に搭載されているが、これに限定されず、例えば船舶に搭載されていてもよい。車両１は、例えばトラックである。車両１は、図１に示すように、内燃機関１０と、吸気通路３０と、排気通路５０と、ＥＧＲ通路６０を有する。

【0015】

内燃機関１０は、例えばディーゼルエンジンである。内燃機関１０は、燃焼室１１内の吸気の燃料の混合気を燃焼、膨張させて、動力を発生させる。内燃機関１０は、シリンダブロック１２と、シリンダヘッド１４と、吸気マニホールド２０と、排気マニホールド２５を有する。

【0016】

シリンダブロック１２には、往復移動可能なピストン１３を収容するシリンダ１２ａが形成されている。なお、図１では、一つのシリンダ１２ａのみが示されているが、図１の紙面の奥行方向に複数のシリンダ１２ａが配置されている。

【0017】

シリンダヘッド１４は、シリンダブロック１２の上部を覆っている。シリンダヘッド１４内には、吸気ポート１５ａと、排気ポート１５ｂと、吸気弁１６ａと、排気弁１６ｂと、インジェクタ１７と、冷却水流路１８（図２）が設けられている。

【0018】

吸気ポート１５ａは、燃焼室１１内に吸気を導入する。排気ポート１５ｂは、燃焼室１１から排気を導出する。吸気弁１６ａは、吸気ポート１５ａを開閉することで、燃焼室１１への吸気の流入を調整する。排気弁１６ｂは、排気ポート１５ｂを開閉することで、燃焼室１１からの排気の流出を調整する。インジェクタ１７は、燃焼室１１に燃料を噴射する。冷却水流路１８は、内燃機関１０を冷却するための冷却水が流れる流路である。冷却水の温度は、吸気マニホールド２０内の吸気の温度より高い。一例として、冷却水の温度は８０℃であり、吸気の温度は４０℃である。

【0019】

吸気マニホールド２０は、内燃機関１０の各シリンダ１２ａの燃焼室１１に吸気を分配するための多岐官である。吸気マニホールド２０は、シリンダヘッド１４の吸気ポート１５ａに接続されている。なお、詳細は後述するが、吸気マニホールド２０とシリンダヘッド１４の接続部には、遮熱膜８０（図２参照）が設けられている。

【0020】

排気マニホールド２５は、内燃機関１０の各シリンダ１２ａの燃焼室１１から排出された排気をまとめる集合管である。排気マニホールド２５は、シリンダヘッド１４の排気ポート１５ｂに接続されている。

【0021】

吸気通路３０は、内燃機関１０に導入される吸気（空気）が流れる流路である。吸気通路３０は、吸気マニホールド２０に連結されている。吸気通路３０を流れる空気は、吸気マニホールド２０を介して内燃機関１０の各シリンダ１２ａに導入される。

【0022】

排気通路５０は、内燃機関１０の排気を大気に導く流路である。排気通路５０は、排気マニホールド２５に連結されている。内燃機関１０の各シリンダ１２ａの燃焼室１１から排出された排気は、排気マニホールド２５を介して排気通路５０へ流れる。

【0023】

ＥＧＲ通路６０は、排気通路５０と吸気マニホールド２０を繋いでいる。ＥＧＲ通路６０は、排気の一部（ＥＧＲガスとも呼ぶ）を、吸気マニホールド２０を介して内燃機関１０に還流させる還流通路である。ＥＧＲガスは、吸気マニホールド２０において空気と混合される。なお、ＥＧＲ通路６０には、ＥＧＲガスの流量を調整するＥＧＲ弁が設けられていてもよい。

【0024】

＜シリンダヘッド１４と吸気マニホールド２０の接続部の構成＞
図２は、シリンダヘッド１４と吸気マニホールド２０の接続部の構成を示す模式図である。図３は、図２のＡ－Ａ矢視図である。図４は、図３のＢ－Ｂ断面図である。なお、図２では、説明の便宜上、吸気通路３０及びＥＧＲ通路６０が省略されている。

【0025】

シリンダヘッド１４は、図２に示すように、吸気マニホールド２０に接続される開口面１４ａを有する。開口面１４ａには、吸気マニホールド２０からの空気が通過する開口が形成されている。

【0026】

吸気マニホールド２０内には、図２に示すように、吸気が流れる流路２１が設けられている。流路２１は、シリンダヘッド１４の吸気ポート１５ａと繋がっている。また、吸気マニホールド２０は、シリンダヘッド１４の開口面１４ａと接続する開口面２２を有する。

【0027】

開口面２２には、シリンダヘッド１４へ向かう空気が通過する開口２２ａが形成されている。開口２２ａは、図３に示すように、開口面２２の中央に位置している。開口２２ａは、流路２１（図２）の先端に位置する。このため、吸気マニホールド２０は、開口面２２を介してシリンダヘッド１４の吸気ポート１５ａに吸気を導く。本実施形態において、開口面１４ａが第１開口面に該当し、開口面２２が第２開口面に該当する。

【0028】

シリンダヘッドの開口面１４ａと吸気マニホールド２０の開口面２２は、直接接触していない。本実施形態では、図２～図４に示すように、開口面１４ａと開口面２２の間に、シール部材７０と遮熱膜８０が設けられている。シール部材７０及び遮熱膜８０が、開口面１４ａ及び開口面２２の両方に接している。

【0029】

シール部材７０は、吸気マニホールド２０の開口面２２とシリンダヘッド１４の開口面１４ａの間に位置し、開口面２２と開口面１４ａの接続部分を密閉する。シール部材７０は、例えばゴムパッキンである。

【0030】

シール部材７０は、図３に示すように、吸気マニホールド２０の開口面２２の開口２２ａの周囲に環状に設けられている。シール部材７０は、開口面２２において開口２２ａの周囲に環状に設けられた凹部２３（図４）に挿入されている。

【0031】

遮熱膜８０は、遮熱性を有する材料から成る薄膜である。燃焼室１１内の燃焼の熱が伝達されるシリンダヘッド１４の温度は、吸気マニホールド２０の温度よりも高いが、開口面１４ａと開口面２２の間に遮熱膜８０が設けられていることで、シリンダヘッド１４の開口面１４ａから吸気マニホールド２０の開口面２２への熱移動を遮ることができる。これにより、吸気マニホールド２０の開口面２２の温度の上昇を抑制できるので、吸気マニホールド２０内の吸気の温度が高くなることを抑制できる。なお、本実施形態では、シール部材７０がゴム製であるため、遮熱性を有する。このため、遮熱膜８０及びシール部材７０によって、熱移動を有効に抑制できる。遮熱膜８０は、シリンダヘッド１４の開口面１４ａから吸気マニホールド２０の開口面２２への熱移動を抑制するためのものであり、断熱性を有する断熱膜であるともいえる。さらに言えば、遮熱膜８０は、断熱性及び遮熱性の両方の機能を有する薄膜であるともいえる。

【0032】

前述したように、シリンダヘッド１４内には冷却水が循環しており、冷却水の温度は、吸気マニホールド２０の表面温度と吸気マニホールド２０内の吸気の温度よりも高い。このため、冷却水の熱が、吸気マニホールド２０内の吸気に移動するおそれがある。これに対して、本実施形態のように遮熱膜８０を設ける場合には、遮熱膜８０が、吸気マニホールド２０への冷却水の熱移動を遮る。これにより、吸気マニホールド２０内の吸気が、冷却水の熱で昇温することを抑制できる。

【0033】

図５は、吸気の温度と燃費の関係を示す模式図である。図５のグラフの横軸は、吸気マニホールド２０内の温度を示し、右側にいくほど温度が高くなる。グラフの縦軸は、燃費を示し、上側にいくほど燃費が悪化する。グラフを見ると分かるように、吸気の温度が高温になるほど、燃費が悪化（燃焼効率が低下）する。これは、吸気の温度が高くなると、吸気の密度が小さくなるため、燃焼室１１内に吸入される吸気量が少なくなるためである。本実施形態では、遮熱膜８０を設けることで、吸気マニホールド２０内の吸気の温度上昇を抑制できるので、燃焼効率が低下することを抑制できる。

【0034】

また、遮熱膜８０が薄膜であることで、吸気マニホールド２０からシリンダヘッド１４へ流れる吸気（空気とＥＧＲガス）の流れに影響を及ぼさない。本実施形態とは異なり、開口面２２と開口面１４ａの間に厚さがあるプレートを挟んだ場合には、吸気が流れる空間が大きくなるため、吸気の流れが変化しやすくなる。具体的には、吸気マニホールド２０内の内壁に沿った吸気の流れの態様と、吸気マニホールド２０内の中央側を流れる吸気の流れの態様とが、変化する。また、上記プレートを設けた場合には、吸気マニホールド２０内での空気とＥＧＲガスの混合にも影響を与えるおそれがあり、この結果、燃焼室１１での吸気の燃焼に悪影響を及ぼすおそれがある。

【0035】

遮熱膜８０の薄膜化を実現すべく、遮熱膜８０は、吸気マニホールド２０の開口面２２に材料（塗布材）が塗布されて形成されている。そして、遮熱膜８０は、シリンダヘッド１４の開口面１４ａに接している。このように塗布材で遮熱膜８０を形成することで、プレート等の厚さがある部品を設ける場合に比べて、吸気マニホールド２０の開口面２２とシリンダヘッド１４の開口面１４ａの距離を小さくできるので、遮熱膜８０を設けても吸気が流れる空間が大きくなることを抑制できる。

【0036】

遮熱膜８０は、開口面２２において開口２２ａの周囲に塗布されている。具体的には、図３に示すように、遮熱膜８０は、シール部材７０の周囲に塗布されている。より具体的には、遮熱膜８０は、シール部材７０を囲むように環状に塗布されている。また、遮熱膜８０の幅は、シール部材７０の幅よりも大きい。これにより、開口面２２の広範囲に遮熱膜８０が形成されるので、開口面１４ａから開口面２２への熱移動を遮りやすくなる。

【0037】

遮熱膜８０の厚さは、図４に示すように、シール部材７０の厚さよりも小さい。遮熱膜８０の厚さは、ここでは１００μｍである。このように遮熱膜８０が薄いことで、吸気マニホールド２０からシリンダヘッド１４に流れる吸気（空気とＥＧＲガス）の流れが変化し難い。また、遮熱膜８０が薄いことで、吸気マニホールド２０における空気とＥＧＲガスの混合の影響も小さい。内燃機関１０の各シリンダ１２ａの燃焼室１１での吸気の燃焼の仕方も変化せず、燃焼効率が低下することを防止できる。なお、遮熱膜８０の厚さは、１００μｍに限定されず、例えば５０μｍ～１５０μｍの範囲内であってもよい。

【0038】

遮熱膜８０は、遮熱性と断熱性の少なくとも一方を有する樹脂材料から成る。例えば、遮熱膜８０は、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）から成る。ポリフェニレンサルファイドは、ベンゼン環と硫黄原子が交互に結合した単純な直鎖状構造を持つ、結晶性の熱可塑性樹脂に属する合成樹脂である。遮熱膜８０が上記の樹脂材料から成る場合には、シリンダヘッド１４から吸気マニホールド２０への熱移動を効果的に遮ることができる。なお、遮熱膜８０は、遮熱性（断熱性）を有すれば、ポリフェニレンサルファイド以外の樹脂材料から成ってもよい。

【0039】

（変形例）
上記では、遮熱膜８０は、吸気マニホールド２０の開口面２２に塗布されており、シリンダヘッド１４の開口面１４ａに接触していることとしたが、これに限定されない。例えば、遮熱膜８０は、シリンダヘッド１４の開口面１４ａに塗布材が塗布されて形成されており、吸気マニホールド２０の開口面２２に接していてもよい。この場合にも、開口面２２と開口面１４ａの間に、薄膜である遮熱膜８０を形成することができる。

【0040】

上記では、遮熱膜８０は、遮熱性を有する樹脂材料から成ることとしたが、これに限定されない。遮熱膜８０は、遮熱性を有する金属材料から成ってもよい。例えば、遮熱膜８０は、ジルコニアから成る。ジルコニアは、ジルコニウム（Ｚｒ）の酸化物である酸化ジルコニウムの総称である。この場合にも、遮熱膜８０は、シリンダヘッド１４から吸気マニホールド２０への熱移動を効果的に遮ることができる。

【0041】

上記では、遮熱膜８０は、開口面２２においてシール部材７０の外側に位置していることとしたが、これに限定されない。例えば、遮熱膜８０は、開口面２２において開口２２ａとシール部材７０の間に位置していてもよい。また、開口面２２においてシール部材７０の外側及び内側に、遮熱膜８０を形成してもよい。この場合には、開口面２２の広範囲に遮熱膜８０が位置するので、シリンダヘッド１４から吸気マニホールド２０への熱移動をより効果的に遮ることができる。

【0042】

＜本実施形態における効果＞
上述した実施形態の内燃機関１０は、互いに接続されるシリンダヘッド１４の開口面１４ａと吸気マニホールド２０の開口面２２との間に位置し、遮熱性を有する材料から成る遮熱膜８０を有する。
遮熱膜８０を設けることで、温度が高いシリンダヘッド１４の開口面１４ａから吸気マニホールド２０の開口面２２への熱移動を遮ることができるので、吸気マニホールド２０内の吸気の温度上昇を抑制できる。また、遮熱膜８０である場合には厚さが小さいので、吸気マニホールド２０からシリンダヘッド１４へ向かう吸気の流れに悪影響を及ぼさないので、燃焼室１１に吸気を適切に供給することができる。

【0043】

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、装置の全部又は一部は、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。また、複数の実施の形態の任意の組み合わせによって生じる新たな実施の形態も、本発明の実施の形態に含まれる。組み合わせによって生じる新たな実施の形態の効果は、もとの実施の形態の効果を併せ持つ。

【符号の説明】

【0044】

１０ 内燃機関
１４ シリンダヘッド
１４ａ 開口面
１５ａ 吸気ポート
２０ 吸気マニホールド
２２ 開口面
２２ａ 開口
７０ シール部材
８０ 遮熱膜

【要約】

【課題】吸気マニホールド内の吸気の温度上昇を抑制しつつ、吸気を適切に供給する。
【解決手段】内燃機関は、吸気ポートを有するシリンダヘッド１４と、シリンダヘッド１４の開口面１４ａと接続する開口面２２を有し、開口面２２を介して吸気ポートに吸気を導く吸気マニホールド２０と、開口面１４ａと開口面２２の間に位置し、遮熱性を有する材料から成る遮熱膜８０を備える。
【選択図】図２

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】