JP2002501586A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は内燃機関に関する。この内燃機関は、少なくとも二つのシリンダー(８)を有しかつ各シリンダー（８）あたり少なくとも二つの排気弁（１２）を有するシリンダーブロック(１)、該シリンダーブロック（１）内にあって隣接する二つのシリンダー（８）の間にあるスリット(２８)、および、冷却システムから成り、該システムが、前記シリンダーブロック（１）に形成された冷却液（２０）のための流入開口(３６)、シリンダーヘツド（２）に形成された冷却液（２０）のための流出開口(４２)、前記シリンダーブロック（１）内に配置され、冷却液流の大部分を前記シリンダーブロック（１）の吸気側（３８）に案内する制限部材(３４)、および主として前記シリンダーヘッド（２）の排気側（４０）に配置された前記シリンダーヘッド（２）内の冷却液流路（１８ａ〜１８ｅ）から成る。冷却液流路（１８ａ〜１８ｅ）は、各シリンダー（８）の排気弁座（１６）の間の領域においてシリンダーヘッド（２）内に開口しており、それによって、シリンダーライナー（３２）のまわり、および排気弁座（１６）の間の、流量と冷却を、同時に調節する。

Description

【発明の詳細な説明】 内燃機関 本発明は、内燃機関に関する。この内燃機関は、少なくとも二つのシリンダー を有しかつ各シリンダーあたり少なくとも二つの排気弁を有するシリンダーブロ ック、該シリンダーブロック内にあって隣接する二つのシリンダーの間にあるス リット、および、冷却システムから成り、該冷却システムは、前記シリンダーブ ロック内に形成された冷却液のための流入開口、シリンダーヘツド内に形成され た冷却液のための流出開口、前記シリンダーブロック内に配置され、冷却液流の 大部分を前記シリンダーブロックの吸気側に案内する制限部材(ｒｅｓｔｒｉｃ ｔｉｏｎ ｍｅｍｂｅｒ)、および主として前記シリンダーヘッドの排気側に配 置された前記シリンダーヘッド内の冷却液流路から成る。 前記のような冷却システムを有する内燃機関は、すでにＵＳ‐Ａ‐５，５５８ ，０４８号明細書に開示されている。冷却液はシリンダーブロック内に運ばれ、 制限部材によってシリンダーブロックの吸気側に導かれる。冷却液は、開口によ り、シリンダーブロック内を、シリンダーヘッドまで、シリンダーのまわりを前 進する。しかし、冷却液は、シリンダー間に形成されたスリットを通って流れる こともできるようになっている。各スリットは、シリンダーの間でシリンダーヘ ッドに開口している冷却液流路と連絡している。 この型の冷却システムを有する内燃機関の場合、シリンダーヘッドの、各シリ ンダーの排気弁座間の領域の冷却が不十分であることが多い。なぜならば、シリ ンダーヘッドの形態が、冷却液の流速が排気弁座間の領域で小さくなるように、 構成されていることが多いからである。 本発明の目的は、内燃機関のシリンダーヘッドにおける排気弁座間の領域の十 分な冷却を行うことである。 本発明のもう一つの目的は、内燃機関の排気弁座間の領域の局所的に制御され た冷却を可能にすることである。 本発明のもう一つの目的は、隣接する二つのシリンダー間のスリットを通る十 分な冷却液流を与え、それによって、シリンダーとシリンダーライナーとの十分 かつ均一な冷却を行い、それによってシリンダーとシリンダーライナーとの変形 を避けるようにすることである。 本発明によれば、前記およびその他の目的は、冷却液流路が各シリンダーの排 気弁座の間の領域でシリンダーヘッドに開口するということによって達成される 。 前記の冷却システムを有する内燃機関は、シリンダーとシリンダーライナーと の十分かつ均一な冷却を与え、同時に、排気弁座間の領域においてシリンダーヘ ッドの十分な冷却が得られる。したがって、特に、大負荷の場合の化学量論的燃 焼の実現が容易になる。 以下、本発明を、添付の図面に示す説明のための実施例を参照しつつ、より詳 細に説明する。 図１は、本発明の第一の実施態様によるシリンダーヘツドである。 図２は、本発明の第一の実施態様によるシリンダーヘッドガスケットである。 図３は、本発明の第一の実施態様によるシリンダーブロックである。 図４は、本発明の第二の実施態様によるシリンダーヘッドの部分図である。 図５は、本発明の第一の実施態様による内燃機関内での冷却液の流れの様子を 示す模式略図である。 図６は、本発明の第一の実施態様による内燃機関内での冷却液の流れの様子を 示す模式略図である。 図７は、本発明の第一の実施態様による内燃機関内での冷却液の流れの様子を 示す斜視模式略図である。 図８は、本発明の第一の実施態様において、シリンダーヘッドガスケットの孔 がシリンダーヘッド内の冷却液流路とどのように協同するかを示す部分図である 。 図９は、本発明の第一の実施態様による内燃機関のシリンダーブロック内の冷 却液分布を模式的に示す斜視図である。 図１〜３に、内燃機関６を形成する、シリンダーブロック１と、付随するシリ ンダーヘッド２およびシリンダーヘッドガスケット４とを示す。ここに示す実施 例の内燃機関６は、一列に並んだ５個のシリンダー８を有するように設計されて いる。シリンダー８には、１から５（Ｉ〜Ｖ）まで番号が付けてあり、図３にお いて、番号１のシリンダー（Ｉ）はもっとも左に配置してあり、番号５のシリン ダー（Ｖ）はもっとも右に配置してある。各シリンダー８には、二つの吸気弁１ ０と二つの排気弁１２が備えてあり、これらはシリンダーヘッド２のそれぞれの 弁座１４、１６と協同する。冷却液流路１８ａ〜１８ｅが各シリンダー８に対す る排気弁座１６の間に開口している。冷却液流路１８ａ〜１８ｅは、シリンダー ブロック１とシリンダーヘッド２との間に、冷却液２０のための流れの連絡路を 形成する。図１に示す実施例の場合、冷却液流路１８ａ〜１８ｅは互いに同じ断 面積を有する。この実施態様の場合、また、中央孔２１が各シリンダー８に形成 してある。この孔は点火ピン（図示せず）のためのものである。 シリンダーブロック１とシリンダーヘッド２との間には、シリンダーヘッドガ スケット４が配置してあり、このガスケットには、シリンダーヘッド２の冷却液 流路１８ａ〜１８ｅと協同させるためのいくつかの孔２２ａ〜２２ｅが備えてあ る。孔２２ａ〜２２ｅは、それぞれの流路１８ａ〜１８ｅで局所的に制御された 冷却液流を実現し、したがってすべての流路１８ａ〜１８ｅで実質的に同じ体積 流量が得られるように、異なる断面積を有する。このことについては、以下でも っと詳しく説明する。冷却水のためのもう一つの孔２４が番号５のシリンダー（ Ｖ）のガスケット４に備えてあり、冷却液２０が番号５のシリンダー（Ｖ）のま わりを流れることができ、それによってこのシリンダー（Ｖ）のまわりの均一な 冷却液流が実現されるようにしてある。番号１のシリンダー（Ｉ）においても、 ガスケットに孔２６が備えてあり、この孔２６は冷却液２０の空気泡がシリンダ ーブロック１から確実に除去されるようにするものである。 図３は、隣接するシリンダー８の間に配置された隔壁３０に、スリット２８が どのように形成されるかを示す。スリット２８の幅は約１ｍｍであり、深さは約 ２０ｍｍである。スリット２８の目的は、シリンダー８とシリンダー８に配置さ れたシリンダーライナー３２とから、内燃機関６の縦方向の応力を減じるための ものであり、この応力は、主として、内燃機関６に発生する熱によって生じるも のである。この応力が大きくなりすぎると、シリンダー８とライナー３２は、変 形して円形でなくなることがあり、そのため、特に、ピストン（図示せず）とラ イナー３２との間の摩擦の増大、および油消費の増大がもたらされ、したがって 放出物が多くなる。シリンダー８とライナー３２との変形は、また、ピストンと ライナーとの間からのガス漏れいわゆるブローバイをもたらし、したがってまた 振動の増大とパワーの低下とをもたらす。シリンダー８とライナー３２とにおけ る熱応力をさらに低下させるために、冷却液２０がスリット２８を通って運ばれ るようにする。 図３には、また、シリンダーブロック１において、冷却液２０のための流入開 口３６近くで、制限部材３４がどのように配置されるか、ということも示されて いる。制限部材３４は、たとえば、湾曲板から成ることができ、この湾曲板は冷 却液２０の圧力低下ができるだけ小さくなるように形成するのが好ましい。制限 部材３４はシリンダーブロック１内の一体鋳物（ｕｎｉｔ ｃａｓｔ）から成る ようにすることもできる。制限部材３４の目的は、冷却液流の主要部をシリンダ ーブロック１の吸気側３８に案内することである。ここで吸気側３８というのは 、シリンダー８において吸気弁１０が配置されている側のことであり、流れの主 要部というのは、流れの少なくとも７５％を意味する。この制限部材は、好まし くは、冷却液流の少なくとも９０％をシリンダーブロック１の吸気側３８に案内 する。 図４には、内燃機関６の各シリンダー８が三つの排気弁１２と二つの吸気弁１ ０とを備えた、第二の実施態様を示す。この実施態様の場合、冷却液流路１８ａ はシリンダーヘッド２において隣り合う排気弁１２の間に開口している。 図５は、本発明において、冷却液２０が内燃機関６内をどのように流れるかを 示す模式略図である。冷却液２０は、冷却液ポンプ（図示せず）によって得られ る圧力下で、流入開口３６を通ってシリンダーブロック１内に導かれる。そのあ と、冷却液流の大部分は制限部材３４によって内燃機関６の吸気側３８の方に向 けて案内される。冷却液２０をシリンダーヘッド２に導く冷却液流路１８ａ〜１ ８ｅは、主としてシリンダーブロック１の排気側４０に配置されている。すなわ ち、冷却液２０の圧力は排気側４０で小さく、吸気側３８で大きい。ここで排気 側４０というのは、シリンダー８で排気弁１２が配置されている側のことである 。前記により、冷却液２０は排気側４０に向かって流れようとすることになる。 スリット２８は吸気側３８から排気側４０に向かって延びているので、吸気側３ ８と排気側４０との冷却液２０の圧力差により、冷却液２０はスリット２８内を 排 気側４０の方に向かって流れることになる。吸気側３８の圧力は、番号５のシリ ンダー（Ｖ）の方に向かって連続的に降下する。すべてのスリット２８で実質的 に同じ体積流量が得られるように、シリンダーヘッドガスケット４に形成され、 シリンダーヘッド２の冷却液流路１８ａ〜１８ｅと協同する孔２２ａ〜２２ｅは 、異なる断面積を有するように形成されている。冷却液２０のための流入開口３ ６にもっとも近い孔２２ａが最小の断面積を有する。孔断面積は次第に大きくな り、番号５のシリンダー（Ｖ）において最大になる。図５に示すように、番号５ のシリンダー（Ｖ）には、前述のもうひとつの孔２４が備えられている。シリン ダーガスケット４に異なる断面積を有する孔２２ａ〜２２ｅを形成する代わりに 、冷却液流路１８ａ〜１８ｅそのものが異なる断面積を有するように設計するこ とができる。また、シリンダーヘッドガスケット４の孔２２ａ〜２２ｅは、シリ ンダーヘッドガスケット４に隣接するシリンダーヘッドの領域における、冷却流 路１８ａ〜１８ｅの断面積および形と実質的に同じ断面積および形を有すること もできる。 図６は、冷却液２０がシリンダーヘッド２内をどのように流れるかを示す。冷 却液流路１８ａ〜１８ｅは、各シリンダー８の排気弁座１６の間の領域に開口し ており、冷却液２０は流出開口４２を通ってシリンダーヘッド２から出ていく。 図７は、冷却液２０が本発明による内燃機関６内をどのように流れるかを示す模 式的な斜視略図である。冷却液２０は、排気弁座１６の間の領域に開口している 、シリンダーヘッド２内の冷却液流路１８ａ〜１８ｅを通ったあと、シリンダー ヘッド２の流出開口４２に向かって流れていく。 図８は、シリンダーヘッドガスケット４の孔２２ｃがシリンダーヘッド２の冷却 液流路１８ｃとどのように協同するかを詳細に示す。孔２２ｃは、冷却液流路１ ８ｃの断面積よりも小さな断面積を有し、したがって冷却液流路１８ｃにおいて 冷却液２０の制御された体積流量が得られる。実線４４はシリンダー８の位置を 模式的に示し、破線で示す二つの円４６は、排気弁１２の位置を模式的に示す。 図９は、本発明による内燃機関６のシリンダーブロック１において冷却液２０が どのように分布するかを示すを模式斜視図である。矢印Ｐ₁は冷却液２０がシリ ンダーブロック１内に向かって流入開口３６にはいるところを示す。冷却液流の 主要部は、制限部材３４によって案内され、該部材は、矢印Ｐ₂で示すように、 冷却液２０を番号１のシリンダー（Ｉ）のまわりに導く。矢印Ｐ₃は、冷却液流 の小さな部分が制限部材３４の下を通過するということを示す。これにより、番 号１のシリンダー（Ｉ）の十分な冷却が保証される。図９には、冷却液流路１８ ａ〜１８ｅを流れる冷却液２０も示してある。 冷却液２０をシリンダーブロック１の流入開口３６から流入させる代わりに、 冷却液２０をシリンダーヘッド２の流出開口４２から導入して、反対向きの冷却 液流が得られるようにすることができる。 冷却液２０のための流入および流出開口３６、４２を、それぞれ、シリンダー ブロック１およびシリンダーヘッド２において、図の実施例の示す位置とは異な る位置に配置することもできる。 図の実施例には、５気筒の直列形エンジンが示されている。しかし、本発明の 冷却システムはピストンタイプのすべての内燃機関たとえばＶ形エンジンに使用 することができる。前記内燃機関は、また、いわゆる湿式ライナーおよび乾式ラ イナーのどちらを有する場合でも、いわゆるオープンデッキタイプまたはクロー ズドデッキタイプのものとすることもでき、さらにまたモノブロックタイプのも のとすることもできる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｆ 1/14 Ｆ０２Ｆ 1/14 Ｂ Ｄ Ｂ 11/00 11/00 Ｂ Ｆ１６Ｊ 15/08 Ｆ１６Ｊ 15/08 Ｍ (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ， ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，Ｌ Ｓ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ， ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，Ｅ Ｅ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＧＷ，ＨＵ ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ， ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，Ｍ Ｄ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ， ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，Ｕ Ｚ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ 【要約の続き】 時に調節する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 少なくとも二つのシリンダー（８）を有しかつ各シリンダー（８）あたり 少なくとも二つの排気弁（１２）を有するシリンダーブロック(１)、該シリンダ ーブロック（１）内にあって隣接する二つのシリンダー（８）の間にあるスリッ ト(２８)、および、冷却システムから成る内燃機関であって、該冷却システムが 、前記シリンダーブロック（１）に形成された冷却液（２０）のための流入開口 (３６)、シリンダーヘツド（２）に形成された冷却液（２０）のための流出開口 (４２)、前記シリンダーブロック（１）内に配置され、冷却液流の大部分を前記 シリンダーブロック（１）の吸気側（３８）に案内する制限部材(３４)、および 主として前記シリンダーヘッド（２）の排気側（４０）に配置された前記シリン ダーヘッド（２）内の冷却液流路（１８ａ〜１８ｅ）から成る内燃機関において 、冷却液流路（１８ａ〜１８ｅ）が、各シリンダー（８）の排気弁座（１６）の 間の領域においてシリンダーヘッド（２）内に開口していることを特徴とする内 燃機関。 ２． シリンダーブロック（１）の、冷却液（２０）のための流入開口（３６） と、シリンダーヘッド（２）の、冷却液（８）のための流出開口（４２）とが、 内燃機関（６）の同一の側に配置されることを特徴とする請求項１記載の内燃機 関。 ３． シリンダーブロック（１）の、冷却液（２０）のための流入開口（３６） と、シリンダーヘッド（２）の、冷却液（８）のための流出開口（４２）とが、 内燃機関（６）の異なる側に配置されることを特徴とする請求項１記載の内燃機 関。 ４． シリンダーヘッド（２）の排気弁座（１６）の間に開口している冷却液流 路（１８ａ〜１８ｅ）が、互いに実質的に同じ断面積を有することを特徴とする 請求項１から３の中のいずれか１つに記載の内燃機関。 ５． シリンダーヘッドガスケット（４）がシリンダーブロック（１）とシリン ダーヘッド（２）との間に配置され、ガスケット（４）が、異なる断面積の多数 の孔（２２ａ〜２２ｅ）を有し、該孔がシリンダーヘッド（２）の冷却液流路（ １ ８ａ〜１８ｅ）と協同するためのものであることを特徴とする請求項１から４の 中のいずれか１つに記載の内燃機関。 ６． シリンダーヘッド（２）の冷却液流路（１８ａ〜１８ｅ）が互いに異なる 断面積を有することを特徴とする請求項１から３の中のいずれか１つに記載の内 燃機関。 ７． 制限部材（３４）が、冷却液流の７５％よりも多く、好ましくは９０％よ りも多くが制限部材（３４）によってシリンダーブロック（１）の吸気側（３８ ）に案内されるように設計されることを特徴とする請求項１から６の中のいずれ か１つに記載の内燃機関。