(57)【要約】【課題】燃焼室へ戻される既燃ガスの温度低下を抑え、燃焼を安定にする。【解決手段】シリンダブロック、シリンダヘッド１４及びピストンの頂面で燃焼室が形成され、シリンダヘッド１４に、吸気ポート２１と、排気ポート２３と、燃焼室で燃焼した後の既燃ガスの一部を溜めるＥＧＲチャンバ７６とが形成され、排気ポート２３に燃焼済みのガスを外部に排出するエキゾーストパイプ本体７２が接続された内燃機関において、ＥＧＲチャンバ７６が、エキゾーストパイプ本体７２の少なくとも一部を用いて形成されている。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダブロック、シリンダヘッド及びピストンの頂面で燃焼室が形成され、前記シリンダヘッドに、吸気ポートと、排気ポートと、前記燃焼室で燃焼した後の既燃ガスの一部を溜める既燃ガス貯留室とが形成され、前記排気ポートに燃焼済みのガスを外部に排出するエキゾーストパイプが接続された内燃機関において、
前記既燃ガス貯留室は、前記エキゾーストパイプの少なくとも一部を用いて形成されていることを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記排気ポート及び前記既燃ガス貯留室は、前記シリンダヘッドの外面に開口する開口部をそれぞれ有し、これらの開口部がカムシャフトの軸線方向から見て重なる位置に開口していることを特徴とする請求項１記載の内燃機関。
【請求項３】
前記既燃ガス貯留室は、前記エキゾーストパイプを囲むように形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の内燃機関。
【請求項４】
クランクシャフトの回転を伝達機構で前記カムシャフトに伝達するために、前記シリンダヘッドに、前記伝達機構を収納する伝達機構収納室が設けられ、
この伝達機構収納室と前記既燃ガス貯留室とは、前記排気ポートを挟むように配置されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
排気ガスの一部を吸気系に戻すことで、燃焼室内に吸入される空気量を抑制し、燃焼温度を下げることでＮＯｘの生成を抑えるＥＧＲ（排気ガス再循環）が一般に行われる。
このようなＥＧＲを採用した従来の内燃機関として、シリンダヘッドに燃焼済みのガスを貯める貯留室を設けたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平５−８６９９２号公報
【０００３】
特許文献１の図４、図５を以下に説明する。
シリンダブロック１２と、シリンダヘッド１１と、シリンダブロック１２に移動自在に挿入されたピストン１３とで燃焼室１が形成され、シリンダヘッド１１に、燃焼室１に連通する弁室２４ｂと、排気ガスを貯める貯留室２３と、これらの弁室２４ｂ及び貯留室２３のそれぞれを連通する連通路２５とが形成され、弁室２４ｂの燃焼室１への開口部を開閉する開閉弁２４がシリンダヘッド１１に設けられている。
【０００４】
上記構成により、開閉弁２４がエンジンの膨張行程中に開かれると、貯留室２３に高温高圧の既燃ガスが一時的に溜められ、エンジンの吸気行程中に再び開閉弁２４が開かれると、貯留室２３内の既燃ガスが連通路２５、弁室２４ｂを介して燃焼室１へ戻される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
貯留室２３はシリンダヘッド１１に設けられ、燃焼室１からは離れているため、貯留室２３内に溜められた既燃ガスの温度は次第に低下する。このような既燃ガスの温度低下が著しいと、既燃ガスが再び燃焼室１へ戻されたときに燃焼が不安定になることがある。
本発明の目的は、燃焼室へ戻される既燃ガスの温度低下を抑えることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に係る発明は、シリンダブロック、シリンダヘッド及びピストンの頂面で燃焼室が形成され、シリンダヘッドに、吸気ポートと、排気ポートと、燃焼室で燃焼した後の既燃ガスの一部を溜める既燃ガス貯留室とが形成され、排気ポートに燃焼済みのガスを外部に排出するエキゾーストパイプが接続された内燃機関において、既燃ガス貯留室が、エキゾーストパイプの少なくとも一部を用いて形成されていることを特徴とする。
【０００７】
作用として、エキゾーストパイプの少なくとも一部から既燃ガス貯留室へ、エキゾーストパイプ内を流れる燃焼済みの排気ガスの熱が伝わり、この熱で既燃ガス貯留室内に溜まっている既燃ガスの温度低下が抑えられた状態で既燃ガスが燃焼室内に戻される。
温度低下が抑えられた既燃ガスが燃焼室内に戻されることで、燃焼が安定するとともに、ＮＯｘの生成も抑制される。
【０００８】
請求項２に係る発明は、排気ポート及び既燃ガス貯留室が、シリンダヘッドの外面に開口する開口部をそれぞれ有し、これらの開口部がカムシャフトの軸線方向から見て重なる位置に開口していることを特徴とする。
【０００９】
作用として、排気ポート及び既燃ガス貯留室のそれぞれの開口部がカムシャフトの軸線方向から見て重なるため、シリンダヘッドのシリンダ軸線方向の寸法が抑えられ、シリンダヘッドが小型になる。
【００１０】
請求項３に係る発明は、既燃ガス貯留室が、エキゾーストパイプを囲むように形成されていることを特徴とする。
作用として、エキゾーストパイプから既燃ガス貯留室へ熱が伝わりやすくなり、既燃ガス貯留室内の既燃ガスを高温に保ちやすくなる。
【００１１】
請求項４に係る発明は、クランクシャフトの回転を伝達機構でカムシャフトに伝達するために、シリンダヘッドに、伝達機構を収納する伝達機構収納室が設けられ、この伝達機構収納室と既燃ガス貯留室とが、排気ポートを挟むように配置されていることを特徴とする。
【００１２】
作用として、シリンダヘッドの排気ポートに対して伝達機構収納室とは反対側の使われていない部分を既燃ガス貯留室として有効利用することが可能になり、シリンダヘッドが大型にならない。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に係る発明では、既燃ガス貯留室が、エキゾーストパイプの少なくとも一部を用いて形成されているので、エキゾーストパイプを通る燃焼済みの排気ガスの高い排気温度により、既燃ガス貯留室に溜められた既燃ガスを高温に保ちやすくすることができ、既燃ガスの温度下降を抑えることができ、燃焼室での混合気の燃焼を安定にすることができるとともにＮＯｘの排出を低減することができる。
【００１４】
請求項２に係る発明では、排気ポート及び既燃ガス貯留室が、シリンダヘッドの外面に開口する開口部をそれぞれ有し、これらの開口部がカムシャフトの軸線方向から見て重なる位置に開口しているので、シリンダヘッドに既燃ガス貯留室を設けても、シリンダ軸線方向で内燃機関が大型になるのを防止することができる。
【００１５】
請求項３に係る発明では、既燃ガス貯留室が、エキゾーストパイプを囲むように形成されているので、エキゾーストパイプから既燃ガス貯留室内の既燃ガスに熱が伝わりやすくなり、既燃ガスの温度低下をより一層抑制することができる。
【００１６】
請求項４に係る発明では、クランクシャフトの回転を伝達機構でカムシャフトに伝達するために、シリンダヘッドに、伝達機構を収納する伝達機構収納室が設けられ、この伝達機構収納室と既燃ガス貯留室とが、排気ポートを挟むように配置されているので、シリンダヘッドの排気ポートに対して伝達機構収納室とは反対側の部分を既燃ガス貯留室として有効に利用することができ、シリンダヘッドの大型化を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は本発明に係る内燃機関の断面図であり、内燃機関１０は、シリンダブロック１１と、このシリンダブロック１１に設けられたシリンダ穴１１ａに移動自在に挿入されたピストン１２と、シリンダブロック１１の端面にヘッドガスケット１３を介して取付けられたシリンダヘッド１４と、このシリンダヘッド１４、詳しくは、シリンダヘッド１４を構成するシリンダヘッド本体１４Ａの開口部を塞ぐヘッドカバー１６とを備え、シリンダブロック１１のシリンダ穴１１ａと、ピストン１２の頂面１２ａと、シリンダヘッド本体１４Ａの端面に形成された凹部１４ａとで燃焼室１７が形成されている。
【００１８】
シリンダヘッド１４は、吸気装置から混合気を吸入するためにシリンダヘッド本体１４Ａの一側面１４ｂから燃焼室１７まで形成された吸気ポート２１と、この吸気ポート２１の燃焼室１７への開口を開閉する吸気バルブ２２と、燃焼室１７から燃焼済みのガスを排気装置に送るためにシリンダヘッド本体１４Ａに形成された排気ポート（不図示）と、この排気ポートの燃焼室１７への開口を開閉する排気バルブ（不図示）と、ＥＧＲガス（燃焼室１７で燃焼済みのガスであるが、燃焼室１７へ再循環されるガスである。）を溜めるＥＧＲチャンバ７６（後で詳述する。）と、このＥＧＲチャンバ７６の一部を構成するために燃焼室１７からシリンダヘッド本体１４Ａの他側面１４ｃまで形成されたＥＧＲポート２６と、このＥＧＲポート２６の燃焼室１７への開口を開閉するＥＧＲバルブ２７と、吸気バルブ２２、排気バルブ及びＥＧＲバルブ２７を駆動する動弁機構２８とを備える。
【００１９】
動弁機構２８は、シリンダヘッド本体１４Ａに回転自在に取付けられたカムシャフト３１と、シリンダヘッド本体１４Ａに取付けられたロッカシャフト３２と、このロッカシャフト３２に回動自在に取付けられるとともに一端がカムシャフト３１のＥＧＲバルブ用カム３１ａに当てられ、他端がアジャストスクリュ３３を介してＥＧＲバルブ２７の先端に当てられたロッカアーム３４と、ＥＧＲバルブ２７を閉じる方向に付勢するためにシリンダヘッド本体１４Ａ側に設けられたスプリング受け３６及びＥＧＲバルブ２７の先端部に取付けられたスプリング受け３７のそれぞれの間に設けられたバルブスプリング３８と、吸気バルブ２２側に設けられたスプリング受け４１及びバルブスプリング４２，４３とを備える。
【００２０】
カムシャフト３１は、端部にカムスプロケット４５が取付けられ、このカムスプロケット４５とクランクシャフト側のスプロケットとにタイミングチェーン４６が掛け渡され、クランクシャフトの回転によってカムシャフト３１が駆動される。
ここで、符号５１，５２はバルブシート、５３，５４はバルブガイド、５６はロックナットである。
【００２１】
図２は本発明に係るシリンダヘッド本体の底面図であり、シリンダブロック１１（図１参照）側に取付けられるシリンダヘッド本体１４Ａの底面１４ｅに燃焼室１７（図１参照）を形成する凹部１４ａが形成され、この凹部１４ａの壁面１４ｆに、吸気ポート２１側のバルブシート５１と、排気ポート２３側のバルブシート５７と、ＥＧＲポート２６側のバルブシート５２とが埋め込まれるとともに、点火プラグ用の取付穴５８、タイミングチェーン４６（図１参照）を収納するタイミングチェーン収納室６１が設けられている。なお、複数の符号６３はシリンダブロック１１にシリンダヘッド１４（図１参照）を締結するためのボルトを通すボルト挿通穴である。
【００２２】
吸気ポート２１は、凹部１４ａからシリンダヘッド本体１４Ａの一側面１４ｂ側に延び、排気ポート２３及びＥＧＲポート２６は、凹部１４ａからシリンダヘッド本体１４Ａの他側面１４ｃ側に延び、ＥＧＲポート２６は、排気ポート２３に対してタイミングチェーン収納室６１の反対側に設けられている。なお、１４ｈは吸気ポート２１に吸気装置を接続するために一側面１４ｂに形成された取付フランジ、１４ｊは排気ポート２３側及びＥＧＲポート２６側の取付フランジである。
【００２３】
図３は本発明に係るシリンダヘッドの要部側面図であり、シリンダヘッド本体１４Ａの他側面１４ｃを示す図である。
排気ポート２３の開口部２３ａ及びＥＧＲポート２６の開口部２６ａは、水平に並ぶように設けられる、即ち、シリンダ穴１１ａ（図１参照）のシリンダ軸線６５の延びる方向に対して重なるように配置され、ＥＧＲポート２６は排気ポート２３よりも小径に形成されている。なお、符号６６は排気管を取付けるボルトをねじ込むために取付フランジ１４ｊに形成されためねじである。
【００２４】
排気ポート２３の開口部２３ａの上縁及び下縁を通り、シリンダ軸線６５に直交する破線をそれぞれ６４Ｕ，６４Ｌとすると、シリンダ軸線６５の延びる方向（シリンダ軸線方向）での排気ポート２３の上下幅内、即ち、破線６４Ｕと破線６４Ｌとの間にＥＧＲポート２６の開口部２６ａの大部分が位置する。
【００２５】
また、排気ポート２３の開口部２３ａの中心点を２３Ｃ、ＥＧＲポート２６の開口部２６ａの中心点を２６Ｃとし、中心点２３Ｃを通り、シリンダ軸線６５に直交する直線を２３Ｌ、中心点２６Ｃを通り、シリンダ軸線６５に直交する直線を２６Ｌとすると、直線２３Ｌと直線２６Ｌとは距離ｄだけ離れている、即ち、シリンダ軸線方向で、排気ポート２３の中心点２３ＣとＥＧＲポート２６の中心点２６Ｃとがずらして配置されている。
【００２６】
このように、中心点位置をずらして配置することで、排気ポート２３の管挿入穴１４ｍ（詳細は後述する。）とＥＧＲポート２６の管挿入穴１４ｎ（詳細は後述する。）との間のシリンダヘッド本体１４Ａの肉厚Ｖを確保しながら、シリンダ軸線方向と直交する方向での排気ポート２３とＥＧＲポート２６とがシリンダヘッド１４に占める幅ｗが小さくなり、シリンダヘッド１４のシリンダ軸線６５と直交する方向での幅を小さくすることができる。
【００２７】
図４は図１の４−４線断面図であり、排気ポート２３及びＥＧＲポート２６側の取付フランジ１４ｊは、その取付面１４ｋが、紙面の表裏方向に延びるシリンダ軸線６５を通りシリンダヘッド１４の幅方向の中心となる中心線６８に対して角度θだけ傾斜し、この取付面１４ｋに排気管を挿入する２つの管挿入穴１４ｍ，１４ｎが開けられている。
【００２８】
中心線６８は、カムシャフト３１（図１参照）の軸線でもあり、排気ポート２３（開口部２３ａを含む）及びＥＧＲポート２６（開口部２６ａを含む）がカムシャフト３１の軸線６８の延びる方向から見て重なる位置に開口している。（図１も参照）
【００２９】
図中の符号６９は中心線６８に直交するとともにシリンダ軸線６５を通る中心線であり、この中心線６９の一方の側に排気ポート２３の開口部２３ａが配置され、中心線６９の他方の側にＥＧＲポート２６の開口部２６ａと吸気ポート２１の開口部２１ａとが配置される。
【００３０】
図５は本発明に係るシリンダヘッド本体及び排気管を示す断面図であり、シリンダヘッド本体１４Ａにエキゾーストパイプ組立体７１を接続した状態を示している。
エキゾーストパイプ組立体７１は、排気ポート２３に連通するエキゾーストパイプ本体７２と、このエキゾーストパイプ本体７２の端部にエキゾーストパイプ本体７２を囲むように設けられるとともにＥＧＲポート２６に連通するＥＧＲチャンバ成形体７３と、シリンダヘッド１４の取付フランジ１４ｊに取付けるための取付用組立体７４とからなる。
【００３１】
エキゾーストパイプ本体７２は、端部に形成された大径部７２ａと、この大径部７２ａにテーパ部７２ｂを介して一体に成形された小径部７２ｃとからなる。
ＥＧＲチャンバ成形体７３は、ＥＧＲポート２６と協働して既燃ガスを溜めるＥＧＲチャンバ７６を形成する部分であり、エキゾーストパイプ本体７２を囲む本体側管部７７と、この本体側管部７７から分岐した分岐管部７８とからなる。
【００３２】
本体側管部７７は、一端がエキゾーストパイプ本体７２の大径部７２ａに取付けられ、他端がエキゾーストパイプ本体７２の小径部７２ｃの途中に取付けられ、これらのエキゾーストパイプ本体７２と本体側管部７７との間に断面が環形状の環状チャンバ８１が形成される。
【００３３】
分岐管部７８内には、環状チャンバ８１にＥＧＲポート２６から既燃ガスを導入する導入チャンバ８２が形成される。
上記のＥＧＲチャンバ７６は、ＥＧＲポート２６と、環状チャンバ８１と、導入チャンバ８２とからなる。
【００３４】
取付用組立体７４は、本体側管部７７の先端部に取付けられるとともに一方の管挿入穴１４ｍに先端がガスケット８３に押し付けるように挿入された排気ポート側管部材８４と、分岐管部７８の先端部に管部材８８を介して取付けられるとともに一方の管挿入穴１４ｎに先端部がガスケット８６を押し付けるように挿入されたＥＧＲポート側管部材８７と、これらの排気ポート側管部材８４及び管部材８８に取付けられるとともに取付フランジ１４ｊにボルト・ナットで締結される排気管フランジ８９とからなる。
【００３５】
このように、ＥＧＲチャンバ７６は、エキゾーストパイプ組立体７１の一部、即ち、エキゾースト本体７２を用いて形成されることで、エキゾーストパイプ本体７２内を流れる排気ガスの高温度でＥＧＲチャンバ７６内の既燃ガスの温度低下を小さくすることができる。
【００３６】
図６は図５の６−６線断面図であり、エキゾーストパイプ本体７２と、このエキゾーストパイプ本体７２を囲むように配置された本体側管部７７とが同心状に配置されて二重管が形成され、エキゾーストパイプ本体７２と本体側管部７７との間に環状チャンバ８１が形成されている。
エキゾーストパイプ本体７２及び本体側管部７７は、それぞれ丸パイプからなる。
【００３７】
図７は図５の７−７線断面図であり、ＥＧＲチャンバ成形体７３を構成する本体側管部７７と分岐管部７８とが横に並べて配置され、本体側管部７７の内側に環状チャンバ８１、分岐管部７８の内側に導入チャンバ８２が形成されている。
分岐管部７８は、丸パイプからなる。
【００３８】
図８は本発明に係る吸気バルブ、排気バルブ及びＥＧＲバルブのバルブリフト量を説明するグラフであり、縦軸はバルブリフト量、横軸はクランク角度（単位は°）を示している。グラフ中の一点鎖線は排気バルブ、二点鎖線は吸気バルブ、実線はＥＧＲバルブを示している。
【００３９】
内燃機関の膨張行程の後半で排気バルブが開き始めるのとほぼ同時期にＥＧＲバルブが開き始め、ＥＧＲチャンバ内に高温高圧の既燃ガスが押し込められ（吸入）、排気行程に入った直後にＥＧＲバルブは閉じる。
【００４０】
また、吸入行程の前半で吸気バルブが開くとともに排気バルブが閉じようとするときに再びＥＧＲバルブは開き始め、ＥＧＲチャンバ内の既燃ガスが燃焼室に噴射され（排出）、吸入工程の終了とほぼ同時期にＥＧＲバルブは閉じる。
【００４１】
以上の図５に示したように、シリンダブロック１１、シリンダヘッド１４及びピストン２の頂面１２ａで燃焼室１７が形成され、シリンダヘッド１４に、吸気ポート２１と、排気ポート２３と、燃焼室１７で燃焼した後の既燃ガスの一部を溜める既燃ガス貯留室としてのＥＧＲチャンバ７６とが形成され、排気ポート２３に燃焼済みのガスを外部に排出するエキゾーストパイプとしてのエキゾーストパイプ本体７２が接続された内燃機関１０において、ＥＧＲチャンバ７６が、エキゾーストパイプ本体７２の少なくとも一部を用いて形成されている、即ち、環状チャンバ８１の内壁がエキゾーストパイプ本体７２のテーパ部７２ｂ、小径部７２ｃを用いて形成されているので、エキゾーストパイプ本体７２を通る燃焼済みの排気ガスの高い排気温度により、ＥＧＲチャンバ７６に溜められた既燃ガスの温度下降を抑えることができ、燃焼室１７での混合気の燃焼を安定にすることができるとともに、ＮＯｘの排出も低減することができる。
【００４２】
また、図３、図４に示したように、排気ポート２３及びＥＧＲチャンバ７６（詳しくは、ＥＧＲポート２６）が、シリンダヘッド１４の外面に開口する開口部２３ａ，２６ａをそれぞれ有し、これらの開口部２３ａ，２６ａがカムシャフト３１（図１参照）の軸線方向から見て重なる位置に開口しているので、シリンダヘッド１４にＥＧＲチャンバ７６（詳しくは、ＥＧＲポート２６）を設けても、シリンダ軸線６５の方向で内燃機関１０が大型になるのを防止することができる。
【００４３】
更に、図５に示したように、ＥＧＲチャンバ７６が、エキゾーストパイプ本体７２を囲むように形成されているので、エキゾーストパイプ本体７２からＥＧＲチャンバ７６内の既燃ガスに熱が伝わりやすくなり、既燃ガスの温度低下をより一層抑制することができる。
【００４４】
また更に、図１、図５に示したように、クランクシャフトの回転を伝達機構としてのカムチェーン４６でカムシャフト３１に伝達するために、シリンダヘッド１４に、カムチェーン４６を収納するカムチェーン収納室６１が設けられ、このカムチェーン収納室６１とＥＧＲチャンバ７６（詳しくは、ＥＧＲポート２６）とが、排気ポート２３を挟むように配置されているので、シリンダヘッド１４の排気ポート２３に対してカムチェーン収納室６１とは反対側の部分をＥＧＲチャンバ７６（詳しくは、ＥＧＲポート２６）として有効に利用することができ、シリンダヘッド１４の大型化を防止することができる。
【００４５】
尚、本実施形態では、図５に示したように、エキゾーストパイプ本体７２の周囲に断面が環状の環状チャンバ８１を形成したが、これに限らず、エキゾーストパイプ本体７２の外周面の周方向の一部に面するチャンバを形成して既燃ガス貯留室の一部としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は、ＥＧＲを採用する内燃機関に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明に係る内燃機関の断面図である。
【図２】本発明に係るシリンダヘッド本体の底面図である。
【図３】本発明に係るシリンダヘッドの要部側面図である。
【図４】図１の４−４線断面図である。
【図５】本発明に係るシリンダヘッド本体及び排気管を示す断面図である。
【図６】図５の６−６線断面図である。
【図７】図５の７−７線断面図である。
【図８】本発明に係る吸気バルブ、排気バルブ及びＥＧＲバルブのバルブリフト量を説明するグラフである。
【符号の説明】
【００４８】
１０…内燃機関、１１…シリンダブロック、１２…ピストン、１２ａ…頂面、１４…シリンダヘッド、１７…燃焼室、２１…吸気ポート、２３…排気ポート、２３ａ，２６ａ…開口部、３１…カムシャフト、４６…伝達機構（タイミングチェーン）、６１…タイミングチェーン室、６５…シリンダ軸線、６８…カムシャフトの軸線、７２…エキゾーストパイプ（エキゾーストパイプ本体）、７６…既燃ガス貯留室（ＥＧＲチャンバ）。
【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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