(57)【要約】【課題】車暖機前に排気路の排ガスの熱を吸気路に伝えて燃焼促進を図り、暖機後には排ガスの熱移動を抑制して燃焼室での充填効率の低下を防止できる内燃機関の吸排気装置を提供する。【解決手段】エンジン１の燃焼室６より延びる吸気ポート７及び排気ポート８を設けたシリンダヘッド３と、シリンダヘッドの縦向き側壁３０１に一体結合されると共に吸気ポート及び排気ポートに連通する吸気路９及び排気路１０が互いに鉛直方向上下に対向して並列配備される対向区間Ｅを設けた給排一体型マニホールド５を備え、対向区間の吸気路及び排気路の周壁ｗｒ１、ｗｒ２に対して内燃機関の暖機完了後に熱移動を規制する熱移動規制手段１９を設けた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃焼室より延びる吸気ポート及び排気ポートを設けたシリンダヘッドと、前記シリンダヘッドの縦向き側壁に一体結合されると共に前記吸気ポート及び前記排気ポートに連通する吸気路及び排気路が互いに鉛直方向上下に対向して並列配備される対向区間を設けた吸排一体型マニホールドを備え、前記対向区間の吸気路及び排気路の周壁に対して前記内燃機関の暖機完了後に熱移動を規制する熱移動規制手段を設けた、ことを特徴とする内燃機関の吸排気装置。
【請求項２】
請求項１記載の内燃機関の吸排気装置において、
前記対向区間の吸気路と排気路との間に流体室を備え、
前記熱移動規制手段は、前記内燃機関の暖機完了後に前記流体室を水平方向に分割することを特徴とする内燃機関の吸排気装置。
【請求項３】
請求項２記載の内燃機関の吸排気装置において、
前記熱移動規制手段は、前記流体室内に回動自在な遮蔽板を有し、前記内燃機関の暖機完了前に前記遮蔽板を鉛直方向に保持し、前記内燃機関の暖機完了後に前記遮蔽板を水平方向に保持して前記空間を水平方向に二分割することを特徴とする内燃機関の吸排気装置。
【請求項４】
請求項１から３までのいずれか１項に記載の内燃機関の吸排気装置において、
前記シリンダヘッドは前記吸気ポート及び排気ポートをそれぞれ２つ有し、前記吸気路及び排気路は前記吸気ポート及び排気ポートに対応してそれぞれ２つ設けられ、
前記対向区間内の２つの前記吸気路は、水平方向において前記対向区間内の２つの前記排気路よりも内側に位置するように配備されることを特徴とする内燃機関の吸排気装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の吸排気装置に関し、内燃機関のシリンダヘッドに締結される吸排マニホールドの吸排路間での排熱の移動を調整して充填効率を確保できるようにした内燃機関の吸排気装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関は燃焼室での燃焼ガスの燃焼状態に応じた出力を発生するので、充填効率を高めるべく、混合ガスの流動特性、適正温度の保持、等を調整するようにしている。通常、内燃機関のシリンダヘッドはその縦向きの側壁の一側に吸気マニホールドが、他側に排気マニホールドがそれぞれ締結され、混合ガスを吸気マニホールド、燃焼室、排気マニホールドへとほぼ直状にスムーズに流して混合ガスの流動抵抗を抑え、充填効率を高める。更に、吸気マニホールドの吸気路の混合ガスが過度に高温化しないよう冷却機構部を付設し、過度に低温化して燃焼不安定化しないよう加温機構部を付設している。
【０００３】
ところで一方、内燃機関の構成簡素化、低コスト化の要求があり、このような場合に、内燃機関のシリンダヘッドの一側壁に吸排気路を形成する吸排マニホールドを締結した、所謂、ターンフローエンジンが知られている。
このターンフローエンジンは、例えば２気筒のエンジンの場合、図９，１０に示すように、シリンダヘッド１３０の一側壁に吸排一体型マニホールド１００を取り付け、これにインテークマニホールド１１０及びエキゾーストマニホールド１２０を一体的に形成した構成を採っている。このように形成することで、シリンダヘッド１３０の構造の簡素化、加工の容易さから、簡便な低コストエンジンとして広く開発されている。
【０００４】
例えば、特許文献１には排気マニホールドにサージタンクや冷却水アウトレットチャンバーを一体形成した構成が開示される。この一体型の排気マニホールドをシリンダヘッドの側壁に締結するに際し、シリンダヘッドの冷却水の出口を冷却水アウトレットチャンバーに連結した状態で締結することで、余分なスペース確保を不要としたものが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実公昭６３−０２５３１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１では、排気マニホールドが吸気マニホールドの下方に配置されている。このため、燃焼室から排出される高温の排気によって吸気マニホールド内の吸気が常に温められ、充填効率が悪化してしまうという問題がある。
【０００７】
本発明は以上のような課題を解決するもので、目的とするのは、車暖機前に排気路の排ガスの熱を吸気路に伝えて燃焼促進を図り、暖機後には排ガスの熱移動を抑制して燃焼室での充填効率の低下を防止できる内燃機関の吸排気装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願請求項１の発明は、内燃機関の燃焼室より延びる吸気ポート及び排気ポートを設けたシリンダヘッドと、前記シリンダヘッドの縦向き側壁に一体結合されると共に前記吸気ポート及び前記排気ポートに連通する吸気路及び排気路が互いに鉛直方向上下に対向して並列配備される対向区間を設けた吸排一体型マニホールドを備え、前記対向区間の吸気路及び排気路の周壁に対して前記内燃機関の暖機完了後に熱移動を規制する熱移動規制手段を設けた、ことを特徴とする。
【０００９】
本願請求項２の発明は、請求項１記載の内燃機関の吸排気装置において、前記対向区間の吸気路と排気路との間に流体室を備え、前記熱移動規制手段は、前記内燃機関の暖機完了後に前記流体室を水平方向に分割することを特徴とする。
【００１０】
本願請求項３の発明は、請求項２記載の内燃機関の吸排気装置において、前記熱移動規制手段は、前記流体室内に回動自在な遮蔽板を有し、前記内燃機関の暖機完了前に前記遮蔽板を鉛直方向に保持し、前記内燃機関の暖機完了後に前記遮蔽板を水平方向に保持して前記空間を水平方向に二分割することを特徴とする内燃機関の吸排気装置。
【００１１】
本願請求項４の発明は、請求項１から３までのいずれか１項に記載の内燃機関の吸排気装置において、前記シリンダヘッドは前記吸気ポート及び排気ポートをそれぞれ２つ有し、前記吸気路及び排気路は前記吸気ポート及び排気ポートに対応してそれぞれ２つ設けられ、前記対向区間内の２つの前記吸気路は、水平方向において前記対向区間内の２つの前記排気路よりも内側に位置するように配備されることを特徴とする内燃機関の吸排気装置。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１の発明では、熱移動規制手段が対向区間の鉛直方向上下に対向して吸気路及び排気路を設け、その吸気路及び排気路の周壁に対して熱移動を暖機前に促進し暖機後に規制する。このため、内燃機関の暖機完了前に排気路から上側の吸気路の周壁に対して排ガスの熱を伝え、燃焼安定化を図り、内燃機関の暖機完了後には排気路から吸気路の周壁に対して排ガスの熱が伝わることを熱移動規制手段が阻止でき、充填効率の低下を防止できる。
【００１３】
請求項２の発明では、特に、熱移動規制手段が内燃機関の暖機完了後に前記流体室を水平方向に分割するので、排気路から吸気路の周壁に対して冷却水の移動により排ガスの熱が伝わることを阻止でき、充填効率の低下を防止できる。
【００１４】
請求項３の発明では、特に、内燃機関の暖機完了後に前記遮蔽板が水平方向に保持されるので、空間を水平方向に二分割するので、空気の上下流動により熱が伝わることを阻止でき、充填効率の低下を防止できる。
【００１５】
請求項４の発明では、排気路からの熱が吸気路に伝わりにくくなり、暖機完了後の吸気の過度な高温化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施形態としての内燃機関の吸排気装置の全体構成図である。
【図２】図１に示す内燃機関の吸排気装置の吸排一体マニホールド拡大要部断面図である。
【図３】図２に示す内燃機関の吸排気装置の吸排一体マニホールドの平面図概略断面図である。
【図４】図２に示す内燃機関の吸排気装置の開時の作動説明図である。
【図５】図２に示す内燃機関の吸排気装置の閉時の作動説明図である。
【図６】本発明の第２実施形態としての排気装置の吸排一体マニホールド拡大要部断面図である。
【図７】図６の概略平面図である。
【図８】本発明の第３実施形態としての排気装置の吸排一体マニホールドの概略正面拡大要部断面図である。
【図９】従来の内燃機関の吸排気装置の概略正面図である。
【図１０】図９の概略平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の第１実施形態である内燃機関の吸排気装置を説明する。
内燃機関の吸排気装置Ｍ１は２気筒のターンフローエンジン（以後単にエンジンと記す）１の一側面に装着される。このエンジン１はシリンダブロック２、シリンダヘッド３、ヘッドカバー４を上下方向に重ね一体形成され、シリンダヘッド３の一側の縦壁３０１に吸排一体型マニホールド（以後単に吸排マニホールドと記す）５を締結し、一体結合している。シリンダヘッド３内の燃焼室６には吸排ポート７，８が形成されその延出端は縦壁３０１に開口する。
排気ポート８に対し吸気ポート７は上方に配備され、吸気ポート７に吸排マニホールド５の吸気路（吸気分岐路）９が、排気ポート８に吸排マニホールド５の排気路（排気分岐路）１０が連結する。
ここで、シリンダヘッド３は吸気ポート７及び排気ポート８をそれぞれ２つ有し、吸気ポート及び排気ポートに対応して吸気路（吸気分岐路）９及び排気路（排気分岐路）１０がそれぞれ２つ設けられる。
【００１８】
吸排マニホールド５の吸気路９は吸気管１１を介してサージタンク１２の吸入口１３に連通する。吸排マニホールド５の排気路１０は排気管１４を介して、マフラー１５に連結する。
なお、これらの構成は左右の２つのシリンダで左右対称に同一形状で形成されている。
図２に示すように、吸排マニホールド５において、一対のシリンダの吸気路９，９は比較的上部に互いに接近配備され、一対のシリンダの排気路１０は比較的下部に互いに離れて配備される。ここで、各気筒の吸気路９及び排気路１０が互いに鉛直方向上下に対向して配備され、これら４つの流路は吸排マニホールド５の突出し方向（図３で上下方向）Ｚの全域にわたり、上下左右に互いに対向して並列配備され、対向区間Ｅを形成している。
なお、対向区間Ｅ内の２つの吸気路（吸気分岐路）９は、水平方向において対向区間E内の２つの排気路（排気分岐路）１０よりも内側に位置するように配備される。
【００１９】
吸排マニホールド５の４つの流路（各一対の吸気路及び排気路）に囲まれた対向区間Ｅには正面視で矩形の流体室１７が形成される。
図２に示すように、対向区間Ｅの流体室１７は各流路周壁に接する水室であり、その側方下部が第１、第２気筒の各排気路１０の周壁部ｗｒ１、ｗｒ１と対向し、側方上部の各中央側が第１、第２気筒の各吸気路９の周壁ｗｒ２、ｗｒ２と対向するよう形成される。
ここで、第１、第２気筒の各排気路１０の周壁部ｗｒ１、ｗｒ１の中央側のみが流体室１７に対向するよう構成される。これにより、第１、第２気筒の各排気路１０からの熱が吸気路に伝わる程度を調整し、これにより、暖機完了後の吸気の過度な高温化を抑制するようにしている。
このような矩形の流体室１７は閉鎖状態で形成され、流体室１７は外部側となるエンジンの不図示のウォータージャケットにのみ連通可能に形成され、冷却水が外部と流通（循環）するよう構成されている。
【００２０】
図２、３に示すように、流体室１７の中央には突出し方向Ｚに延びる回転軸１８１を介して遮蔽板１８が回動自在に配備される。ここで、熱移動規制手段の要部を成す遮蔽板１８はエンジン１の暖機完了前に鉛直方向に保持され、エンジン１の暖機完了後に水平方向に保持されて流体室１７（空間）を水平方向に二分割するよう切り換える。
図１に示すように、遮蔽板１８と一体の回転軸１８１の一端はシリンダヘッド３の縦壁３０１に回転可能に支持され、他端は吸排マニホールド５の対向区間Ｅの外側対向部に取り付けたモータ（ステップモータ）１９に連結される。
このモータ１９はドライバ２１を介してコントローラ２２に接続される。
ここで、コントローラ２２、モータ１９、流体室１７の回転軸１８１と一体の遮蔽板１８、が第１実施形態での熱移動規制手段を構成する。
【００２１】
図２に示すように、遮蔽板１８は板状弁で、回転軸１８１を介してモータ１９により閉鎖位置Ｐ１と開放位置Ｐ２とに切り換え作動される。閉鎖位置Ｐ１で遮蔽板１８は、図５に示すように、幅ｂ１の左右の側方中央部ｗｃに接近配備され、流体室１７を上下に２分して流体である冷却水の上下流動を阻止し、下部域に滞留ｑ２状態に保持する。この状態において、各排気路１０を通過する排ガスからは周壁部ｗｒ１、ｗｒ１を通して熱流ｈ１が冷却水に伝わるが、冷却水は滞留ｑ２状態に保持され、高温化しても各吸気路９の周壁部ｗｒ２には移動しない。
一方、遮蔽板１８が開放位置Ｐ２に切り換わると、図４に示すように、流体室１７の中央に縦向きに保持され、流体室１７を上下に冷却水が流動ｑ１することを許容する。この状態において、各排気路１０を通過する排ガスからは周壁部ｗｒ１、ｗｒ１を通して熱流ｈ１が冷却水に伝わり、加熱された冷却水は上下に流動ｑ１して各吸気路９の周壁部ｗｒ２を通して吸気を加熱する。
【００２２】
このような、図１の第１実施形態の内燃機関の吸排気装置Ｍ１では、エンジン１が冷態始動されると、コントローラ２２が水温信号ｗｔを読み取り、モータ１９の位置を読み取る。
暖機前で、モータ１９が開放位置Ｐ２にないと、開放信号ｓ２を出力し、これを受けてドライバ２１がモータ１９を駆動し、遮蔽板１８を開放位置Ｐ２に切り換え移動させる。
暖機完了までの間、吸排マニホールド５の対向区間Ｅを通過する排気は周壁部ｗｒ１、ｗｒ１を通して流体室１７の冷却水を加熱し、流体室１７の冷却水を上下に流動ｑ１させ、対向区間Ｅの各吸気路９の周壁部ｗｒ２を通して吸気を加熱する。これにより、暖機前においても、吸気の過度な低温化を抑制し、燃焼室６での混合ガスの燃焼が安定的になされ、エンジン１が適正出力を発揮できる。
【００２３】
コントローラ２２が水温信号ｗｔの暖機完了（冷却水温度が所定値を上回る）を読み取ると、閉鎖信号ｓ１を出力し、これを受けてドライバ２１がモータ１９を駆動し、遮蔽板１８を閉鎖位置Ｐ１に切り換え移動させる。
暖機完了後は、吸排マニホールド５の対向区間Ｅを通過する排気は周壁部ｗｒ１、ｗｒ１を通して熱流ｈ１が流体室１７の冷却水を加熱するが、遮蔽板１８が左右側方中央部ｗｃに接近配備され、流体室１７が上下に２分され、冷却水の上下流動を阻止している。
このため、下部域に滞留ｑ２する冷却水は高温化しても各吸気路９の周壁部ｗｒ２には移動せず、吸排マニホールド５の対向区間Ｅを通過する吸気が流体室１７の冷却水に加熱されることが抑制される。しかも、流体室１７の上部は第１、第２気筒の各排気路１０の周壁部ｗｒ１、ｗｒ１の中央側のみと対向するので、第１、第２気筒の各排気路１０からの熱が吸気路に過度に伝わることを防止でき、この点も吸排マニホールド５の対向区間Ｅを通過する吸気が流体室１７の冷却水に加熱されることが抑制される。
このように、暖機後において、吸気の過度な高温化を抑制し、燃焼室６での充填効率の低下を防止でき、エンジン１が適正出力を発揮できる。
このように、図１の第１実施形態の内燃機関の吸排気装置Ｍ１では、遮蔽板１８等の熱移動規制手段が対向区間Ｅの吸気路９及び排気路１０の周壁ｗｒ１、ｗｒ２に対して熱移動を暖機前に促進し、暖機後に規制する。この場合、暖機前に対向区間Ｅの排気路１０から鉛直方向上下で上側の吸気路９の周壁ｗｒ２に対して排ガスの熱を冷却水の上下流動により伝える。これにより、燃焼促進を図り、暖機後には冷却水の上下流動を抑制して、対向区間Ｅの排気路１０から吸気路９の周壁に対し排ガスの熱が伝わることを阻止でき、充填効率の低下を防止できる。
【００２４】
次に、図６を参照して、本発明の第２実施形態の内燃機関の吸排気装置Ｍ２を説明する。なお、ここでの内燃機関の吸排気装置Ｍ２は第１実施形態の吸排気装置Ｍ１と対比し、移動規制手段と流体室１７ａの形状が相違する以外は同様構成を採ることより、重複説明を排し、同一部材には同一符号を付し、相違する構成部には符号ａを付記する。
ここでの熱移動規制手段は流体室１７ａの遮蔽板１８ａと、これをリンク機構２５を介して開閉駆動するサーモスタット２６とで構成される。
吸排マニホールド５には、図６、７に示すように、流体室１７ａの上部の一部側壁（ここでは正面視で右側）のみをエンジン長手方向（図６でエンジン左右方向）に沿って膨出して膨出部５０１ａが形成される。その膨出部５０１ａの内部に流体室１７ａの上部側と連通する突出し収容室１７１ａが形成される。この突出し収容室１７１ａ内にサーモスタット２６が配備される。
ここでの流体室１７ａの遮蔽板１８ａは第１実施形態の遮蔽板１８と同様であり、同様に作動する。なお、場合により、２点鎖線で示すように、流体室１７ａの上部の左右に膨出部Ｄ１を設けて冷態時の暖機促進効果を高めるようにしてもよい。
【００２５】
このような、第２実施形態の吸排気装置Ｍ２では、冷態時に流体室１７ａの冷却水は低温化している場合、サーモスタット２６がリンク機構２５を介して遮蔽板１８ａを開放位置Ｐ２に保持する。エンジンの暖機が進むと、流体室１７ａ及びこれに連通する収容室１７１ａの冷却水が高温化し、サーモスタット２６がリンク機構２５を介して遮蔽板１８ａを閉鎖位置Ｐ１に切り換える。
このように第２実施形態の内燃機関の吸排気装置Ｍ２では熱移動規制手段がサーモスタット２６とリンク機構２５と遮蔽板１８ａとで構成されるので、構成の簡素化を図れる。更に、第１実施形態と同様に、暖機前に対向区間Ｅの排気路１０から上側の吸気路９の周壁ｗｒ２に対して排ガスの熱を冷却水の移動により伝える。これにより燃焼促進を図り、暖機後には冷却水の移動を停止させて、対向区間Ｅの排気路１０から吸気路９の周壁に対し排ガスの伝わることを熱移動規制手段の遮蔽板１８ａが阻止でき、充填効率の低下を防止できる。
【００２６】
上述のところにおいて、第１、第２実施形態では流体室１７、１７ａの冷却水の循環、遮断を遮蔽板１８、１８ａにより切り換え、吸気の過度の低下による燃焼不安定化を抑制して、燃焼安定化を図る。更に、暖機後には排気路から吸気路の周壁に対して排ガスの熱が伝わることを熱移動規制手段が阻止して、充填効率の低下を防止していた。
これに代えて、次のように構成することもできる。即ち、流体室１７に冷却水に代えて、単に空気を密封してその内部での空気の循環、遮断を暖機完了時に空室である流体室１７の遮蔽板１８により切り換える。この場合も、吸気の過度の低下による燃焼不安定化を抑制して燃焼安定化を図り、暖機後には、空気流動を阻止して充填効率の低下を防止してもよい。
【００２７】
次に、図８を参照して、本発明の第３実施形態の内燃機関の吸排気装置Ｍ３を説明する。なお、ここでの内燃機関の吸排気装置Ｍ３は第１実施形態の吸排気装置Ｍ１と対比し、流体室１７に冷却水に代えて、排ガスが流入される以外は同様構成を採ることより、重複説明を排し、同一部材には同一符号を付し、相違する構成部には符号ｂを付記する。
この場合、図８に示すように、流体室１７ｂとその左右の排気路１０ｂ、１０ｂの間の排気路周壁ｗｒ１、ｗｒ１には貫通穴２８ｂ、２８ｂが形成される。これにより、暖機前は、左右の排気路１０ｂ、１０ｂより排ガスが貫通穴２８ｂ、２８ｂを通って流体室１７ｂに流入し、排ガスの熱で上側の吸気路９の周壁ｗｒ２を加熱し、吸気の過度の低下による燃焼不安定化を抑制して燃焼安定化を図る。更に、暖機後には、遮蔽板１８ｂが排ガス流動を阻止して、充填効率の低下を防止してもよい。
以上、上述の実施形態では２気筒のエンジンを説明したが、単気筒や３気筒等の複数気筒にも、本発明を同様に適用でき、同様の効果が得られる。
本発明の実施形態を説明したが、本発明は係る実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【符号の説明】
【００２８】
１    エンジン
３    シリンダヘッド
３０１    縦向き側壁
５    一体型マニホールド
６    燃焼室
７    吸気ポート
８    排気ポート
９    吸気路
１０    排気路
１７、１７ａ    流体室
１９    熱移動規制手段
ｗｒ１、ｗｒ２    周壁
Ｅ    対向区間
Ｍ１、Ｍ２    吸排気装置
Ｘ    気筒列方向
Ｚ    突出し方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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