(57)【要約】【課題】排気ブレーキ弁の昇温を抑制し、排気弁から排気ブレーキ弁までに排ガスが通過する通路の体積をより小さくすること。【解決手段】内燃機関１は、シリンダヘッド１Ｈ内に、複数のシリンダ１ｓから異なる排気ポート４が排気通路集合部１４で集合し、エキゾーストマニホールド１５を形成する。排気ポート４の周囲には、第１排気側冷却媒体通路３１及び第２排気側冷却媒体通路３２が設けられている。第１排気側冷却媒体通路３１及び第２排気側冷却媒体通路３２に冷却水ＣＦを流すことにより、排気ポート４内を通過する排ガスＥｘを冷却する。また、排気通路集合部１４には、排気ブレーキを作動させるための排気ブレーキ弁の弁体１２Ｖが配置される。【選択図】        図２
2009079552.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ内をピストンが往復運動する内燃機関において、
前記シリンダの一端部に取り付けられるシリンダヘッドと、
前記シリンダヘッド内に設けられるとともに、前記シリンダの内部に設けられて燃料と空気との混合気が燃焼する燃焼空間と前記シリンダヘッドの外側とを連通する排気通路と、
前記排気通路の周囲に形成されて、前記排気通路を通過する、前記混合気が燃焼した後の燃焼ガスを冷却する排気側冷却媒体通路と、
前記排気通路よりも前記燃焼ガスの流れ方向下流側に配置されて、前記排気通路を通過するガスの流量を変更するガス流量調整手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
シリンダ内をピストンが往復運動する内燃機関において、
前記シリンダの一端部に取り付けられるシリンダヘッドと、
前記シリンダヘッド内に設けられるとともに、前記シリンダの内部に設けられて燃料と空気との混合気が燃焼する燃焼空間と前記シリンダヘッドの外側とを連通する複数の排気通路と、
複数の前記排気通路のうち、異なる前記燃焼空間に接続される少なくとも２本の前記排気通路が、前記シリンダヘッド内で集合する排気通路集合部と、
複数の前記排気通路の周囲に形成されて、前記排気通路を通過する、前記混合気が燃焼した後の燃焼ガスを冷却する排気側冷却媒体通路と、
前記排気通路よりも前記燃焼ガスの流れ方向下流側に配置されて、前記排気通路を通過するガスの流量を変更するガス流量調整手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関。
【請求項３】
すべての前記排気通路は、前記シリンダヘッド内において一つの前記排気通路集合部に集合することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記ガス流量調整手段は、前記排気通路集合部に配置されることを特徴とする請求項２又は３に記載の内燃機関。
【請求項５】
前記排気側冷却媒体通路は、前記ガス流量調整手段の少なくとも一部を囲むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関。
【請求項６】
前記ガス流量調整手段は、前記内燃機関の暖機が完了する前は、前記内燃機関の暖機が完了した後よりも前記ガス流量調整手段を通過するガスの流量を小さくすることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、いわゆる排気ブレーキを備える内燃機関に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
排気ブレーキは、内燃機関の燃焼室に接続されて、燃料と空気との混合気が燃焼した後の排ガスを燃焼室から排出させるための排気管の途中に設けられた排気ブレーキ弁を閉めることで、燃焼室内の排気圧力を高め、制動力を発生させるものである。排気ブレーキは、通常のエンジンブレーキよりも強力な制動力を発生させることができるので、トラックやバス等のように、質量の大きい車両に適用される。排気ブレーキ弁は排気通路に設けられるので、高温の排ガスに曝される。特許文献１には、排気管の途中に設けられた排気ブレーキ弁を冷却する技術が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平６−２２１１９０号公報（０００６、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、排気管の途中に設けられる排気ブレーキ弁は、上述したように高温の排ガスに曝されて昇温するので、排気ブレーキ弁の弁体やシール部材等の構成要素に対する熱の影響を抑制するため、一般には排気通路の下流に配置される。このため、排気弁から排気ブレーキ弁までに排ガスが通過する通路の体積が大きくなり、排気ブレーキの応答性が悪いという問題がある。また、排気通路の表面積や熱容量が大きくなることから、内燃機関の冷間始動時においては暖機に時間を要するという問題がある。また、特許文献１に開示された技術のように、過給機からの空気の一部を用いて排気ブレーキ弁を冷却する方法では、構造が複雑になるとともに、適用対象が過給機を備える内燃機関に限られるという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、排気ブレーキ弁の昇温を抑制し、排気弁から排気ブレーキ弁までに排ガスが通過する通路の体積をより小さくできる内燃機関を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る内燃機関は、シリンダ内をピストンが往復運動する内燃機関において、前記シリンダの一端部に取り付けられるシリンダヘッドと、前記シリンダヘッド内に設けられるとともに、前記シリンダの内部に設けられて燃料と空気との混合気が燃焼する燃焼空間と前記シリンダヘッドの外側とを連通する排気通路と、前記排気通路の周囲に形成されて、前記排気通路を通過する、前記混合気が燃焼した後の燃焼ガスを冷却する排気側冷却媒体通路と、前記排気通路よりも前記燃焼ガスの流れ方向下流側に配置されて、前記排気通路を通過するガスの流量を変更するガス流量調整手段と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
この内燃機関は、シリンダヘッド内の排気通路の周囲に設けた排気側冷却媒体通路に冷却媒体を流し、混合気が燃焼した後の燃焼ガスを冷却する。これによって、混合気が燃焼した後の燃焼ガスの温度が低下するので、混合気が燃焼した後の燃焼ガスが通過する通路に設けられる排気ブレーキ弁の昇温が抑制でき、その結果、排気弁から排気ブレーキ弁までに排ガスが通過する通路の体積をより小さくできる。
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る内燃機関は、シリンダ内をピストンが往復運動する内燃機関において、前記シリンダの一端部に取り付けられるシリンダヘッドと、前記シリンダヘッド内に設けられるとともに、前記シリンダの内部に設けられて燃料と空気との混合気が燃焼する燃焼空間と前記シリンダヘッドの外側とを連通する複数の排気通路と、複数の前記排気通路のうち、異なる前記燃焼空間に接続される少なくとも２本の前記排気通路が、前記シリンダヘッド内で集合する排気通路集合部と、複数の前記排気通路の周囲に形成されて、前記排気通路を通過する、前記混合気が燃焼した後の燃焼ガスを冷却する排気側冷却媒体通路と、前記排気通路よりも前記燃焼ガスの流れ方向下流側に配置されて、前記排気通路を通過するガスの流量を変更するガス流量調整手段と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
この内燃機関は、シリンダヘッド内の複数の排気通路の周囲に設けた排気側冷却媒体通路に冷却媒体を流し、混合気が燃焼した後の燃焼ガスを冷却する。また、これによって、混合気が燃焼した後の燃焼ガスの温度が低下するので、混合気が燃焼した後の燃焼ガスが通過する通路に設けられる排気ブレーキ弁の昇温が抑制でき、その結果、排気弁から排気ブレーキ弁までに排ガスが通過する通路の体積をより小さくできる。
【００１０】
本発明の望ましい態様としては、前記内燃機関において、すべての前記排気通路は、前記シリンダヘッド内において一つの前記排気通路集合部に集合することが好ましい。
【００１１】
本発明の望ましい態様としては、前記内燃機関において、前記ガス流量調整手段は、前記排気通路集合部に配置されることが好ましい。
【００１２】
本発明の望ましい態様としては、前記内燃機関において、前記排気側冷却媒体通路は、前記ガス流量調整手段の少なくとも一部を囲むことが好ましい。
【００１３】
本発明の望ましい態様としては、前記内燃機関において、前記ガス流量調整手段は、前記内燃機関の暖機が完了する前は、前記内燃機関の暖機が完了した後よりも前記ガス流量調整手段を通過するガスの流量を小さくすることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、排気ブレーキ弁の昇温を抑制し、排気弁から排気ブレーキ弁までに排ガスが通過する通路の体積をより小さくできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この発明を実施するための最良の形態（以下実施形態という）によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。なお、本発明は、火花点火式の内燃機関、ディーゼル式の内燃機関いずれに対しても適用できる。
【００１６】
本実施形態は、内燃機関において、シリンダヘッド内に設けられる排気通路の周囲に、この排気通路を通過する、混合気が燃焼した後のガス、すなわち排ガスを冷却するための冷却媒体を流す通路として排気側冷却媒体通路を備えるとともに、前記排気通路よりも前記燃焼ガスの流れ方向下流側、すなわち前記排気通路から大気までの間に、前記排気通路を通過するガスの流量を変更するガス流量調整手段を設ける点に特徴がある。そして、ガス流量調整手段を動作させて、排気通路を流れるガスの流量を小さくすることで、排気ブレーキを作動させる。
【００１７】
図１は、本実施形態に係る内燃機関の構成を示す、一つの気筒についての断面図である。図２は、本実施形態に係る内燃機関のシリンダヘッドを示す模式図である。図３は、図２のＸ−Ｘ矢視図であり、本実施形態に係る内燃機関が備える排気ブレーキ弁の構成を示す概略図である。図４は、本実施形態に係る内燃機関が備える冷却系統の構成を示す模式図である。図５は、本実施形態に係る内燃機関の他の構成例を示す模式図である。
【００１８】
まず、本実施形態に係る内燃機関の全体構成について簡単に説明する。図１、図２に示す内燃機関１は、ガソリンや軽油等の炭化水素を含む燃料を用いて運転される内燃機関であり、シリンダ１ｓ内をピストン７が往復運動する、いわゆるレシプロ式の内燃機関である。シリンダ１ｓは、シリンダブロック１０の内部に設けられる円筒状の空間である。シリンダブロックは、一端部にシリンダヘッド１Ｈが取り付けられ、他方の端部にはクランクケース１６が取り付けられる。すなわち、シリンダ１ｓの一端部にシリンダヘッド１Ｈが取り付けられ、他方の端部にはクランクケース１６が取り付けられる。
【００１９】
シリンダ１ｓの内壁とピストン７とシリンダヘッド１Ｈとで囲まれる空間は、燃料と空気との混合気が燃焼する燃焼空間１Ｂとなる。このように、燃焼空間１Ｂは、シリンダ１ｓの内部に設けられる。燃焼空間１Ｂで燃焼した混合気の燃焼圧力によって、ピストン７が駆動される。
【００２０】
燃焼空間１Ｂには、空気Ａｉｒを燃焼空間１Ｂへ導くための吸気通路を形成する吸気ポート３が接続されている。また、燃焼空間１Ｂには、燃焼空間１Ｂで混合気が燃焼した後の燃焼ガス、すなわち排ガスＥｘを、燃焼空間１Ｂから排出させるための排気通路を形成する排気ポート４が接続されている。吸気ポート３は、燃焼空間１Ｂとシリンダヘッド１Ｈの外側とを連通する。また、排気ポート４は、燃焼空間１Ｂとシリンダヘッド１Ｈの外側とを連通する。図２に示すように、吸気ポート３及び排気ポート４は、いずれもシリンダヘッド１Ｈ内に、シリンダヘッド１Ｈと一体に形成される。
【００２１】
内燃機関１は、吸気通路の一部である吸気ポート３内に燃料ｆを噴射するポート噴射弁１３を備える。そして、ポート噴射弁１３によって燃料ｆが供給される。なお、内燃機関１は、燃焼空間１Ｂ内へ燃料ｆを直接噴射する直噴燃料噴射弁を備える、いわゆる直噴の内燃機関であってもよい。
【００２２】
ポート噴射弁１３から噴射された燃料ｆは、吸気ポート３内で燃料噴霧ｆｍを形成し、吸気ポート３へ導入される空気Ａｉｒと混合気を形成する。この混合気は、吸気弁５ｉと燃焼空間１Ｂの吸気ポート３の開口部との間を通って、燃焼空間１Ｂ内へ流入する。ピストン７の上昇により圧縮された燃焼空間１Ｂ内の混合気は、ピストン７が上死点に到達する前に、シリンダヘッド１Ｈに取り付けられる点火プラグ２からの放電により点火されて燃焼する。
【００２３】
そして、混合気が燃焼する際の燃焼圧力により、ピストン７は往復運動する。この往復運動は、コネクティングロッド９を介してクランク軸８に伝えられ、ここで回転運動に変換されて、内燃機関１の出力として取り出される。燃焼後の混合気は排ガスＥｘとなり、排気弁５ｅと燃焼空間１Ｂの排気ポート４の開口部との間を通って、排気ポート４へ排出される。なお、吸気弁５ｉと排気弁５ｅとは、それぞれ吸気カム６ｉと排気カム６ｅとによって開閉される。
【００２４】
図１に示すように、内燃機関１には、クランク軸８の回転角度を検出するクランク角センサ５２が取り付けられている。また、カム位置検出センサ５４により吸気カム６ｉの位置が検出され、この検出信号に基づきピストン７の位置を判定する。クランク角センサ５２及びカム位置検出センサ５４からの検出信号により、機関ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０はポート噴射弁１３の燃料噴射時期及び点火プラグ２の放電時期、すなわち点火時期を決定する。また、内燃機関１には、エアフローセンサ５３、アクセル開度センサ５５等の、内燃機関１の運転を制御するために必要な情報を取得するためのセンサ類が取り付けられる。機関ＥＣＵ５０は、これら各種センサからの信号に基づいて、内燃機関１の運転を制御する。
【００２５】
シリンダ１ｓを備えるシリンダブロック１０には、シリンダブロック用ウォータージャケット（シリンダブロック用冷却媒体通路）１１が備えられており、内燃機関１の運転中には、内燃機関１を冷却するための冷却媒体である冷却水が循環して、内燃機関１を冷却する。冷却水は、ウォーターポンプ３０によってウォータージャケット１１内に送られる。なお、内燃機関１のクランク軸８から内燃機関１の出力の一部を取り出してウォーターポンプ３０を駆動してもよいし、専用の電動機を用意してウォーターポンプ３０を駆動してもよい。
【００２６】
図２に示すように、内燃機関１は、複数のシリンダ１ｓを備えている。図２では、内燃機関１は、４個のシリンダ１ｓが直列に配置される、いわゆる直列４気筒の内燃機関であるが、シリンダ数及びシリンダの配置はこれに限定されるものではない。本実施形態において、内燃機関１が備えるそれぞれのシリンダ１ｓ内の燃焼空間１Ｂに接続される排気ポート４は、シリンダヘッド１Ｈ内で集合する。そして、それぞれの排気ポート４が集合する部分（排気通路集合部）１４が、シリンダヘッド１Ｈに開口する。このように、内燃機関１は、シリンダヘッド１Ｈ内にエキゾーストマニホールド１５が形成される。
【００２７】
ここで、排気通路集合部１４は、排気通路の一部を構成する。なお、本実施形態では、シリンダヘッド１Ｈ内において、一つの排気通路集合部１４で排気ポート４を集合させたが、異なる燃焼空間１Ｂに接続される少なくとも２本の排気ポート４同士を集合させればよい。例えば、図２に示す内燃機関１において、２つの燃焼空間１Ｂに接続される排気ポート４同士をシリンダヘッド１Ｈ内で集合させ、残りの２つの燃焼空間１Ｂに接続される排気ポート４は、シリンダヘッド１Ｈ内で集合させずに、シリンダヘッド１Ｈの外部と連通させてもよい。なお、シリンダヘッド１Ｈ内において、一つの排気通路集合部１４で排気ポート４を集合させることによって、排ガスＥｘが通過する通路の体積をより小さくできるので好ましい。
【００２８】
本実施形態においては、図１、図２、図３に示すように、排気通路集合部１４に排気ブレーキ弁１２が配置される。排気ブレーキ弁１２は、排気通路集合部１４に設けられる弁体１２Ｖと、弁体１２Ｖを開閉する弁体開閉手段である排気ブレーキ用アクチュエータ１２Ａとを含んで構成される。弁体１２Ｖは、排気通路集合部１４の通路断面積を変更することにより、内燃機関１の燃焼空間１Ｂから排出されるガス（排ガスＥｘを含む）の流量を変更する。
【００２９】
このように、弁体１２Ｖは、燃焼空間１Ｂから排出され、シリンダヘッド１Ｈ内に設けられる排気通路である排気ポート４を通過するガスの流量を変更するガス流量調整手段として機能する。このように、本実施形態においては、内燃機関１の排気ポート４よりも、混合気が燃焼した後の燃焼ガス、すなわち排ガスＥｘの流れ方向下流側に位置する排気通路集合部１４に、ガス流量調整手段である弁体１２Ｖが配置される。すなわち、ガス流量調整手段である弁体１２Ｖは、排気ポート４と大気との間に配置される。
【００３０】
弁体１２Ｖを閉じると、燃焼空間１Ｂから排出されるガスの排気圧力が高くなる。これによって、内燃機関１が、内燃機関１が搭載される車両に制動力を発生させ、排気ブレーキが作動することになる。弁体１２Ｖの開度を調整することにより、燃焼空間１Ｂから排出されるガスの排気圧力が変化するので、排気ブレーキ弁１２によって制動力を調整することもできる。図１に示すように、排気ブレーキ用アクチュエータ１２Ａは機関ＥＣＵ５０に接続されており、機関ＥＣＵ５０によって動作が制御される。排気ブレーキを作動させる場合には、機関ＥＣＵ５０に接続されている排気ブレーキスイッチ５１をＯＮにする。すると、排気ブレーキ用アクチュエータ１２Ａが弁体１２Ｖを閉じるので、排気ブレーキが作動する。
【００３１】
図１、図３に示すように、弁体１２Ｖは円形の板である。弁体１２Ｖには、弁体１２Ｖの中心を通り、弁体１２Ｖの径方向に沿って弁体駆動軸１２Ｓが取り付けられている。排気ブレーキ用アクチュエータ１２Ａの動作は、弁体駆動軸１２Ｓを介して弁体１２Ｖへ伝達されて、弁体１２Ｖが排気通路集合部１４を開閉する。弁体駆動軸１２Ｓの両端部は、軸受１２Ｂによって支持されている。なお、本実施形態において、弁体駆動軸１２Ｓは、図１に示すシリンダ１ｓの中心軸と平行に配置されるが、弁体駆動軸１２Ｓの配置はこれに限定されるものではない。例えば、弁体駆動軸１２Ｓを、図１に示すシリンダ１ｓの中心軸と直交させてもよい。
【００３２】
弁体駆動軸１２Ｓが排気ブレーキ用アクチュエータ１２Ａと連結される側の端部は、シリンダヘッド１Ｈから突出している。このような構成により、弁体駆動軸１２Ｓがシリンダヘッド１Ｈから突出している部分から排気通路集合部１４を通過する排ガスＥｘが漏れることを回避する必要があるので、この部分には封止部材としてシール１２Ｓｅが設けられる。
【００３３】
図２、図３、図４に示すように、内燃機関１のシリンダヘッド１Ｈには、排気ポート４及び排気通路集合部１４の周囲に冷却媒体通路（排気側冷却媒体通路）が形成される。本実施形態において、排気側冷却媒体通路は、第１排気側冷却媒体通路３１と第２排気側冷却媒体通路３２とで構成されている。第１排気側冷却媒体通路３１及び第２排気側冷却媒体通路３２には、内燃機関１を冷却するための冷却水ＣＦが供給される。なお、吸気ポート３側にも冷却媒体通路（吸気側冷却媒体通路）２４が設けられており、ここに冷却水ＣＦを流してシリンダヘッド１Ｈの吸気側を冷却する。ここで、図４を用いて、内燃機関１の冷却系統を説明する。
【００３４】
図４に示すように、内燃機関１のシリンダブロック１０内には、シリンダブロック冷却通路２８が形成されている。内燃機関１のシリンダヘッド１Ｈ内に形成される第１排気側冷却媒体通路３１及び第２排気側冷却媒体通路３２には、内燃機関１の内部に設けられる冷却媒体分岐通路２９によって、冷却媒体入口１ｉから流入した冷却水ＣＦが分岐されて供給される。
【００３５】
第１排気側冷却媒体通路３１及び第２排気側冷却媒体通路３２を通過して昇温した冷却水ＣＦは、排気側第２冷却媒体出口１ｅｉに接続される第２冷却媒体回収通路２５、及び排気側第１冷却媒体出口１ｅｅに接続される第１冷却媒体回収通路２３に排出される。第２冷却媒体回収通路２５及び第１冷却媒体回収通路２３は、ラジエーター２２の冷却媒体入口２２ｉに接続される冷却媒体回収通路２６で集合する。冷却媒体回収通路２６を通って冷却媒体入口２２ｉからラジエーター２２内へ流入した冷却水ＣＦは、冷却媒体熱交換器であるラジエーター２２によって冷却される。すなわち、ラジエーター２２を通過する冷却水ＣＦと冷却風との間で熱交換する過程で、昇温した冷却水ＣＦの熱が冷却風へ移動して、冷却水ＣＦが冷却される。
【００３６】
ラジエーター２２の冷却媒体出口２２ｅと内燃機関１の冷却媒体入口１ｉとは、冷却媒体供給通路２７で接続される。冷却媒体供給通路２７には、冷却媒体供給手段であるウォーターポンプ３０が設けられており、ウォーターポンプ３０は、ラジエーター２２で冷却された冷却水ＣＦを内燃機関１へ供給する。このような構成により、内燃機関１のシリンダヘッド１Ｈに形成される排気ポート４内を通過する排ガスを冷却した冷却水ＣＦをラジエーター２２へ回収して冷却し、ウォーターポンプ３０によって再び内燃機関１へ供給する。
【００３７】
内燃機関１のシリンダヘッド１Ｈの排気ポート４及び排気通路集合部１４の周囲に、排気側冷却媒体通路として第１排気側冷却媒体通路３１及び第２排気側冷却媒体通路３２を形成し、冷却水ＣＦを流すことによって、排気通路を構成する排気ポート４を通過する排ガスＥｘが冷却される。これによって、弁体１２Ｖ、弁体１２Ｖを支持する軸受１２Ｂや排ガス漏れを抑制するシール１２Ｓｅといった排気ブレーキ弁１２の構成要素の昇温を抑制して、これらの耐久性低下を抑制できる。その結果、図１に示す排気弁５ｅから排気ブレーキ弁１２までに排ガスＥｘが通過する通路の体積をより小さくできる。また、弁体１２Ｖ、軸受１２Ｂやシール１２Ｓｅの昇温が抑制されるので、これらには、必ずしも耐熱性の高い高価な材料を用いなくてもよい。したがって、弁体１２Ｖ、軸受１２Ｂやシール１２Ｓｅの製造コストを抑制できる。
【００３８】
また、排気ブレーキ差動時には、図１に示す排気弁５ｅから排気ブレーキ弁１２の弁体１２Ｖの間に滞留するガス（主に排ガスＥｘ）を、排気側冷却媒体通路を流れる冷却水によって冷却できる。これによって、弁体１２Ｖ、弁体１２Ｖを支持する軸受１２Ｂや排ガス漏れを抑制するシール１２Ｓｅの昇温を抑制して、これらの耐久性低下を抑制できる。
【００３９】
排気側冷却媒体通路、すなわち、第１排気側冷却媒体通路３１と第２排気側冷却媒体通路３２とのうち少なくとも一方は、弁体１２Ｖよりも図１に示す燃焼空間１Ｂ側に配置することが好ましい。このようにすれば、排気側冷却媒体通路を流れる冷却水によって排ガスＥｘが冷却されてから弁体１２Ｖを通過するので、軸受１２Ｂ、シール１２Ｓｅ及び弁体１２Ｖの昇温をより効果的に抑制できる。
【００４０】
また、排気側冷却媒体通路、すなわち、第１排気側冷却媒体通路３１と第２排気側冷却媒体通路３２とのうち少なくとも一方で、ガス流量調整手段である排気ブレーキ弁１２の弁体１２Ｖの少なくとも一部を囲むことが好ましい。これによって、弁体１２Ｖを支持する軸受１２Ｂや排ガス漏れを抑制するシール１２Ｓｅを冷却できるので、軸受１２Ｂやシール１２Ｓｅの昇温をより効果的に抑制できる。
【００４１】
さらに、シリンダヘッド１Ｈ内に形成されたエキゾーストマニホールド１５の排気通路集合部１４に排気ブレーキ弁１２の弁体１２Ｖを配置するので、図１に示す排気弁５ｅから排気ブレーキ弁１２の弁体１２Ｖまでの体積を小さくできる。これによって、弁体１２Ｖを閉じて排気ブレーキを作動させる際の応答性が向上するとともに、内部ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）量の低下を抑制できる。また、シリンダヘッド１Ｈ内にエキゾーストマニホールド１５が形成されているため、エキゾーストマニホールド１５から大気への放熱が非常に小さくなり、また、排気通路の熱容量も小さくなるので、さらに暖機に要する時間を短縮できる。
【００４２】
また、本実施形態の構成によれば、内燃機関１の暖機時には、弁体１２Ｖを閉じることにより、排気ポート４の周囲に配置されている第１排気側冷却媒体通路３１及び第２排気側冷却媒体通路３２の冷却水ＣＦへ、排気ポート４を通過する排ガスＥｘの熱を効率的に伝えて、早期に暖機を完了させることができる。次に、暖機時における排気ブレーキ弁１２を制御することにより、暖機を早期に完了させる手法を説明する。
【００４３】
内燃機関１を暖機する際には、機関ＥＣＵ５０に取り付けられる暖機スイッチ５６をＯＮにする。すると、排気ブレーキ弁１２を構成する排気ブレーキ用アクチュエータ１２Ａが、排気ブレーキ弁１２を構成する弁体１２Ｖを、内燃機関１の暖機が完了した後において排気ブレーキを作動させないときの開度よりも小さい所定の開度にする。このようにすると、内燃機関１の暖機が完了する前は、内燃機関１の暖機が完了した後よりも弁体１２Ｖを通過するガス（この場合は排ガスＥｘ）の流量が小さくなる。
【００４４】
これによって、排気ポート４及び排気通路集合部１４に排ガスＥｘが滞留する時間を長くできるので、排気ポート４及び排気通路集合部１４の排ガスＥｘの熱を第１排気側冷却媒体通路３１及び第２排気側冷却媒体通路３２の内部を流れる冷却水ＣＦへ効率的に伝えることができる。その結果、内燃機関１の暖機を早期に完了させることができる。ここで、内燃機関１の暖機が完了した後において排気ブレーキを作動させないときの開度は、例えば、全開とする。したがって、内燃機関１の暖機が完了する前における弁体１２Ｖの開度は、全開よりも小さい所定の開度になる。
【００４５】
上述した内燃機関１は、図２に示すように、シリンダヘッド１Ｈ内にエキゾーストマニホールド１５を形成したものであるが、本実施形態においては、シリンダヘッド１Ｈ内であって排気ポート４の周囲に、冷却媒体が通過する冷却媒体通路（排気側冷却媒体通路）を備えていればよい。例えば、図５に示す内燃機関１ａは、シリンダヘッド１Ｈの外部にエキゾーストマニホールド１５ａを備えるが、シリンダヘッド１Ｈａ内であって排気ポート４の周囲に、冷却媒体である冷却水ＣＦが通過する排気側冷却媒体通路３３を備える。このような構成でも、冷却水ＣＦによって排気通路を構成する排気ポート４を通過する排ガスＥｘを冷却できるので、弁体１２Ｖや、弁体１２Ｖを支持する軸受１２Ｂ（図３参照）等の昇温を抑制して、これらの耐久性低下を抑制できる。
【００４６】
また、冷却水ＣＦによって排気通路を構成する排気ポート４を通過する排ガスＥｘを冷却できるので、弁体１２Ｖ等を内燃機関１ａのより排気出口側に接近させて配置できる。すなわち、内燃機関１ａの排気弁から排気ブレーキ弁の弁体１２Ｖまでに排ガスＥｘが通過する通路の体積をより小さくできる。これによって、エキゾーストマニホールド１５ａの体積を小さくできるので、弁体１２Ｖを閉じて排気ブレーキを作動させる際の応答性が向上する。
【００４７】
また、排気ブレーキの作動時において、排気ポート４内やエキゾーストマニホールド１５ａや、排気通路集合部１４ａに滞留する排ガスＥｘの量が低減するので、弁体１２Ｖ等への伝熱量が抑制される。これによって、弁体１２Ｖ等の昇温を抑制できる。また、内燃機関１ａの暖機時には、弁体１２Ｖを閉じることで、排気ポート４を通過する排ガスＥｘの熱を、排気ポート４の周囲に配置された排気側冷却媒体通路３３内の冷却水ＣＦへ効率的に伝えて、早期に暖機を完了させることができる。
【００４８】
図１に示す内燃機関１は、吸気弁５ｉのリフト量を変更できる可変吸気バルブリフト量機構を備えていてもよい。このような機構を備える内燃機関は、吸気弁５ｉのリフト量を変更することで燃焼空間１Ｂに導入される空気Ａｉｒの量を変更できるので、スロットル弁を設けない構成も考えられる。この場合、排気ブレーキ弁１２を設けてアクセルオフ時の制動力を発揮させることが考えられるが、本実施形態は、このような構成を採用する場合にも好適である。
【００４９】
以上、本実施形態では、レシプロ式の内燃機関のシリンダヘッド内に設けられる排気ポートの周囲に排気側冷却媒体通路を設け、排気ポートを通過する排ガスを冷却するとともに、排気ポートよりも前記燃焼ガスの流れ方向下流側に、排気ポートを通過するガスの流量を変更する排気ブレーキ弁装置を設ける。これによって、排気側冷却媒体通路を流れる冷却媒体によって冷却された排ガスが排気ブレーキ弁装置を通過するので、排気ブレーキ弁装置の構成要素である弁体や軸受やシール等の昇温を抑制できる。その結果、排気ブレーキ弁を、より燃焼空間に近い位置に配置できる。また、内燃機関が高負荷で運転されており、排ガスの温度が高い場合には、冷却媒体によって排ガスが冷却されるので、排ガスを浄化する触媒の劣化を抑制することにも効果的である。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
以上のように、本発明に係る内燃機関は、排気ブレーキを備える内燃機関に有用であり、特に、排気ブレーキを作動させるために排ガスの通路に配置される弁の昇温を抑制することに適している。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本実施形態に係る内燃機関の構成を示す、一つの気筒についての断面図である。
【図２】本実施形態に係る内燃機関のシリンダヘッドを示す模式図である。
【図３】図２のＸ−Ｘ矢視図であり、本実施形態に係る内燃機関が備える排気ブレーキ弁の構成を示す概略図である。
【図４】本実施形態に係る内燃機関が備える冷却系統の構成を示す模式図である。
【図５】本実施形態に係る内燃機関の他の構成例を示す模式図である。
【符号の説明】
【００５２】
１、１ａ  内燃機関
１Ｂ  燃焼空間
１Ｈ、１Ｈａ  シリンダヘッド
１ｓ  シリンダ
３  吸気ポート
４  排気ポート
５ｉ  吸気弁
５ｅ  排気弁
７  ピストン
１０  シリンダブロック
１１  ウォータージャケット
１２  排気ブレーキ弁
１２Ｂ  軸受
１２Ａ  排気ブレーキ用アクチュエータ
１２Ｖ  弁体
１２Ｓ  弁体駆動軸
１２Ｓｅ  シール
１３  ポート噴射弁
１４  排気通路集合部
１５、１５ａ  エキゾーストマニホールド
１６  クランクケース
２２  ラジエーター
２６  冷却媒体回収通路
２７  冷却媒体供給通路
２８  シリンダブロック冷却通路
２９  冷却媒体分岐通路
３０  ウォーターポンプ
３１  第１排気側冷却媒体通路
３２  第２排気側冷却媒体通路
３３  排気側冷却媒体通路
５０  機関ＥＣＵ
５１  排気ブレーキスイッチ
５６  暖機スイッチ
【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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