JP7388558B2 - 内燃機関 - Google Patents

Description

本発明は、吸気マニホールド及びデリバリパイプを備えた内燃機関に関する。

従来、内燃機関の吸気ポートに接続される吸気マニホールドをＪ字型に屈曲させ、その内側の空間に燃料配管用のデリバリパイプを配置した構造が知られている。この種の構造によれば、デリバリパイプの周囲が吸気マニホールドによって囲まれた状態になり、デリバリパイプの保護性能が向上する。例えば、内燃機関の周囲に補機が配置されたエンジンルームにおいて補機に外力が作用したとしても、補機とデリバリパイプとを接触しにくくすることができ、デリバリパイプの変形や移動を防止できる（特許文献１参照）。

日本国特許第3553783号公報

過給機を搭載した内燃機関においては、吸気マニホールドよりも吸入空気の上流側にインタークーラ（過給空気を冷却する装置）が配置されることがある。インタークーラは、例えばエンジンルーム内で走行風が通過しやすい位置に配置される。また、インタークーラと吸気マニホールドとの間は吸気管で接続される。この吸気管の形状によっては、吸気マニホールドが外力を受けたときに移動しやすくなり、デリバリパイプの変形や移動を防止できなくなるおそれがある。

本件の目的の一つは、上記のような課題に照らして創案されたものであり、簡素な構成でデリバリパイプの保護性能を改善できるようにした内燃機関を提供することである。なお、この目的に限らず、後述する「発明を実施するための形態」に示す各構成から導き出される作用効果であって、従来の技術では得られない作用効果を奏することも、本件の他の目的として位置付けることができる。

開示の内燃機関は、シリンダヘッドの吸気ポートに接続される吸気マニホールドと、シリンダヘッドに対してシリンダブロックとは反対側に配置され、シリンダヘッドに固定されるインタークーラと、吸気マニホールドとインタークーラとの間に挟持され、吸気マニホールドとインタークーラとに接続されるスロットルボデーと、シリンダヘッドと吸気マニホールドとスロットルボデーとに囲まれた空間内に配置され、シリンダヘッドに固定される、燃料噴射弁に燃料を供給するデリバリパイプと、を備える。

開示の内燃機関によれば、簡素な構成でデリバリパイプの保護性能を改善できる。

図１は、実施例としての内燃機関の構成を示す模式図である。 図２は、図１に示す内燃機関の模式的な斜視図である。 図３は、図１に示すスロットルボデーの模式的な断面図である。 図４は、図１に示すスロットルボデーの模式的な斜視図である。 図５は、図１に示すインタークーラの模式的な斜視図である。 図６は、図１に示す内燃機関の模式図である。

［１．構成］
図１，図２に示す内燃機関１は、例えばガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどのエンジンであり、車両のエンジンルーム内に搭載される。内燃機関１は、筒状のシリンダ１４が穿孔されたシリンダブロック２と、シリンダブロック２に固定されるシリンダヘッド３とを備える。シリンダブロック２には少なくとも一つのシリンダ１４が形成され、複数のシリンダ１４が列設されてもよい。シリンダ１４の内部には、コネクティングロッドを介してクランクシャフトに連結されたピストンが摺動可能に挿入される。ピストンは、シリンダ１４の一端部（図１ではシリンダ１４の下端部）を閉塞している。燃料の燃焼反応を利用してピストンをシリンダ１４の内部で往復摺動させることでクランクシャフトが回転し、車両の駆動力が生成される。

シリンダヘッド３は、例えばシリンダブロック２の上方に隣接して配置され、シリンダ１４の他端部側（図１ではシリンダブロック２の上端部側）に配置される。シリンダヘッド３には、シリンダ１４に吸入空気を導入するための吸気ポート１５や、排気を排出するための排気ポート１６が穿孔される。吸気ポート１５及び排気ポート１６は、シリンダ１４と連通するように設けられる。シリンダ１４と吸気ポート１５との境界部分には、図示しない吸気弁が設けられ、シリンダ１４と排気ポート１６との境界部分には、図示しない排気弁が設けられる。これらの吸気弁および排気弁の動作（バルブリフト量や開閉タイミング）を制御するための動弁機構１１は、シリンダヘッド３に取り付けられる。また、シリンダヘッド３には、シリンダ１４や吸気ポート１５の内部に燃料（ガソリン，軽油など）を噴射するための燃料噴射弁８（インジェクタ）が固定される。

吸気ポート１５には吸気マニホールド４が接続され、排気ポート１６には排気マニホールド１２または過給機１０が直接接続される。これらの吸気マニホールド４及び排気マニホールド１２または過給機１０は、ともにシリンダヘッド３に固定される。吸気マニホールド４は、シリンダヘッド３に対してシリンダブロック２とは反対側（上方向）にシリンダヘッド３から延びた形状であって、水平方向から見てシリンダブロック２から離隔する方向に延びた形状に形成される。また、排気マニホールド１２は、シリンダヘッド３に対してシリンダブロック２とは反対側（上方向）にシリンダヘッド３から延びた形状であって、水平方向から見て吸気マニホールド４から離隔する方向に延びた形状に形成される。図１に示す吸気マニホールド４は、シリンダヘッド３から左上方向へと斜めに延びた後、右上に向かってほぼ直角に屈曲した形状である。また、図１に示す排気マニホールド１２は、シリンダヘッド３から右上方向へと湾曲した形状である。

排気マニホールド１２の下流側には過給機１０が接続される。過給機１０は、シリンダ１４から排出される排気ガスの圧力を利用して吸入空気を過給する装置である。排気ガスの圧力で排気通路上に介装されたタービンを回転させ、その回転を利用して吸気通路上に介装されるコンプレッサを回転させることで、シリンダ１４への過給が実施される。なお、図１では過給機１０よりも下流側の排気通路の詳細と、過給機１０よりも上流側の吸気通路との詳細とが省略されている。

過給機１０のタービン及びコンプレッサの回転軸は、例えば同軸に配置される。コンプレッサの下流側には吸気管１３が接続される。吸気管１３の下流側にはインタークーラ６が介装される。インタークーラ６は、過給空気を冷却するための熱交換器である。インタークーラ６は、シリンダヘッド３に対してシリンダブロック２とは反対側（上方向）に配置される。インタークーラ６で過給空気を冷却することで充填効率が上昇し、内燃機関１の出力が増加する。図１に示すインタークーラ６は、図示しないブラケットを介してシリンダヘッド３に固定される。

図１，図２に示すように、吸気マニホールド４とインタークーラ６との間には、スロットルバルブを内蔵したスロットルボデー５が配置される。スロットルボデー５は、吸気マニホールド４とインタークーラ６とに挟持された状態で、吸気マニホールド４とインタークーラ６との双方に連結される。吸気マニホールド４，スロットルボデー５，インタークーラ６の三部材は、一体的に固定される。吸気マニホールド４は、スロットルボデー５の一側面に面接触するように固定され、インタークーラ６は、スロットルボデー５の他側面（一側面とは反対側の面）に面接触するように固定される。スロットルボデー５と吸気マニホールド４との固定箇所は、内燃機関１をシリンダヘッド３側から眺めた状態において、シリンダヘッド３よりも外側に配置される。

図３に示すように、本実施例の内燃機関１は、吸気マニホールド４とスロットルボデー５とインタークーラ６とを共締めして一体に固定するボルト２１を備えるとともに、吸気マニホールド４とスロットルボデー５とを仮止めするための仮止めボルト２２を備える。仮止めボルト２２は、インタークーラ６が取り付けられる前の内燃機関１において、吸気マニホールド４とスロットルボデー５とを一体化しておくために用いられる締結具である。事前に吸気マニホールド４とスロットルボデー５とを一体化しておく必要がない場合には、仮止めボルト２２に関係する構造を省略してもよい。

スロットルボデー５には、ボルト２１が挿通される挿通孔２３と、仮止めボルト２２が挿通される仮止め孔２５とが設けられる。挿通孔２３は、図４に示すように吸気通路の周囲の三箇所に設けられる。仮止め孔２５は、吸気通路の周囲の二箇所に設けられる。また、吸気マニホールド４には、ボルト２１が挿通される挿通孔２８と、仮止めボルト２２が挿通される仮止め孔２９とが設けられる。挿通孔２３，２８及び仮止め孔２５の内周面は、ボルト２１及び仮止めボルト２２よりも大径の円筒状に形成される。また、仮止め孔２９の内周面には、仮止めボルト２２と螺合する溝が形成される。

図４に示すように、インタークーラ６と接触するスロットルボデー５の端面には、ピン穴２４が形成される。また、図５に示すように、スロットルボデー５と接触するインタークーラ６の端面には、ピン２６と挿通孔２７とが形成される。スロットルボデー５のピン穴２４は、インタークーラ６のピン２６に係合する凹部であり、吸気通路の周囲の二箇所に設けられる。また、挿通孔２７は、内周面にボルト２１と螺合する溝が形成された円筒状の孔であり、吸気通路の周囲の三箇所に設けられる。

図１に示すように、シリンダヘッド３と吸気マニホールド４とスロットルボデー５とに囲まれた空間内には、燃料噴射弁８に燃料を供給するデリバリパイプ７が配置される。デリバリパイプ７は、内燃機関１をシリンダヘッド３側から眺めた状態（図１の上面視）において、スロットルボデー５と重なる位置に配置される。本実施形態では、デリバリパイプ７は内燃機関１をシリンダヘッド３側から眺めた状態において、スロットルボデー５のインタークーラ６側の端部と重なっており、スロットルボデー５の吸気マニホールド４側の端部は、デリバリパイプ７よりも吸気マニホールド４側に位置している。また、インタークーラ６とスロットルボデー５と吸気マニホールド４とを繋ぐ吸気通路は、吸気マニホールド４に向かう下り傾斜形状に形成される。一方、吸気マニホールド４内の吸気通路は、内燃機関１のシリンダ１４に向かう下り傾斜形状に形成される。

吸気マニホールド４よりも下方にシリンダブロック２が配置され、吸気マニホールド４よりもシリンダブロック２の近くに、補機９が設けられる。補機９は、例えばオイルポンプやウォーターポンプ，電動機，発電機，噴射ポンプなどである。本実施形態では、補機９は、エンジンスタータとジェネレータとを兼ねたＢＳＧ（Belt-driven Starter Generator）である。補機９は、シリンダブロック２の一側面に取り付けられるとともに、一側面の法線方向（水平方向）でシリンダブロック２から離隔する方向に吸気マニホールド４よりも突出している。図１に示すように、この補機９は、内燃機関１をシリンダヘッド３側から眺めた状態（上面視）において、吸気マニホールド４と重なる位置に配置される。また、この補機９は、内燃機関１を吸気ポート１５側から眺めた状態（側面視）において、スロットルボデー５と重ならない位置に配置される。図６に示す補機９の位置は、スロットルボデー５に対し、縦方向（上下方向）にも横方向（左右方向）にも離隔した位置に配置されている。

［２．作用，効果］
（１）上記の内燃機関１では、シリンダヘッド３と吸気マニホールド４とスロットルボデー５とに囲まれた空間内にデリバリパイプ７を配置することで、デリバリパイプ７の保護性能を向上させることができる。また、上記の内燃機関１では、スロットルボデー５が吸気マニホールド４及びインタークーラ６の間に配置されるとともに、吸気マニホールド４及びインタークーラ６の双方に直接連結される。このような構造により、内燃機関１のコンパクト化が容易となるだけでなく、吸気マニホールド４の剛性や強度を向上させることができる。例えば、吸気マニホールド４が外力を受けた場合であっても、吸気マニホールド４を移動しにくくすることができる。なお、スロットルボデー５の移動は、インタークーラ６によって阻止される。これにより、吸気マニホールド４やスロットルボデー５とデリバリパイプ７との接触，干渉を効率的に防止することができ、デリバリパイプ７の変形や移動を阻止することができる。したがって、簡素な構成でデリバリパイプ７の保護性能を改善できる。

（２）上記の実施例では、内燃機関１をシリンダヘッド３側から眺めた状態（図１の上面視）において、デリバリパイプ７がスロットルボデー５と重なる位置に配置される。このような構造により、デリバリパイプ７の上方をスロットルボデー５で覆って保護することができ、デリバリパイプ７の保護性能をさらに改善できる。また、スロットルボデー５と吸気マニホールド４との固定箇所は、内燃機関１をシリンダヘッド３側から眺めた状態において、シリンダヘッド３よりも外側に配置される。このような構造により、例えば吸気マニホールド４が外力を受けた場合であっても、吸気マニホールド４の移動をシリンダヘッド３より外側に留めやすくすることができる。したがって、デリバリパイプ７の周辺の空間を確保することができ、デリバリパイプ７の保護性能をさらに改善できる。

（３）上記の実施例では、吸気マニホールド４とスロットルボデー５とインタークーラ６とがボルト２１によって一体に共締めされる。このような構造により、吸気マニホールド４からインタークーラ６に至る吸気系の剛性，強度を高めることができ、デリバリパイプ７の保護性能をさらに向上させることができる。また、内燃機関１の組み立て作業の工数を削減できるとともに、吸気通路の芯合わせの精度を高めることができる。なお、仮止めボルト２２と仮止め孔２５とを設けることで、吸気マニホールド４とスロットルボデー５との接合精度を向上させることができるとともに、吸気マニホールド４とスロットルボデー５とをあらかじめ接合しておくことで組付け作業性を向上させることができる。同様に、ピン穴２４とピン２６とを設けることで、スロットルボデー５とインタークーラ６との接合精度を向上させることができる。したがって、吸気マニホールド４とスロットルボデー５とインタークーラ６との三部材をボルト２１で固定する際の位置ズレが生じにくく、内燃機関１の組み立ての作業性を向上させることができる。

（４）上記の実施例では、内燃機関１を吸気ポート１５側から眺めた状態（図６）において、吸気マニホールド４よりもシリンダブロック２の近くに補機９が設けられる。この補機９は、内燃機関１をシリンダヘッド３側から眺めた状態（図１の上面視）において、吸気マニホールド４と重なる位置に配置される。このような構造により、例えば補機９がデリバリパイプ７に接近する方向へ移動したときに、吸気マニホールド４を緩衝材として機能させることができる。したがって、補機９とデリバリパイプ７との干渉を防止することができ、デリバリパイプ７の保護性能をさらに向上させることができる。また、吸気マニホールド４の下方への移動を補機９で防止することができ、デリバリパイプ７の保護性能をさらに向上させることができる。

（５）上記の実施例では、内燃機関１を吸気ポート１５側から眺めた状態（図６）において、スロットルボデー５と重ならない位置に補機９が配置される。このような構造により、例えば補機９がシリンダブロック２に向かって水平に移動したときに、補機９とスロットルボデー５との干渉を防止することができる。これにより、吸気マニホールド４がデリバリパイプ７に向かって移動することを、スロットルボデー５によって吸気マニホールド４を支えることで防ぐという機能を維持することができる。また、スロットルボデー５が補機９によって押されることがないため、スロットルボデー５に隣接するインタークーラ６の変形や移動を防止できる。

（６）上記の内燃機関１では、図１に示すように、シリンダヘッド３がシリンダブロック２の上方に配置される。また、インタークーラ６とスロットルボデー５と吸気マニホールド４とを繋ぐ吸気通路は、吸気マニホールド４に向かう下り傾斜形状に形成される。一方、吸気マニホールド４内の吸気通路は、内燃機関１のシリンダ１４に向かう下り傾斜形状に形成される。このような構造により、インタークーラ６で発生した凝縮水を吸気側へ排出することができ、腐食の発生を防止することができる。また、インタークーラ６とスロットルボデー５と吸気マニホールド４とを繋ぐ吸気通路が傾斜しているため、水平方向に入力された外力を垂直方向に分散させることができる。例えば、吸気マニホールド４が外力を受けて水平方向へ移動しようとしたときに、外力の一部が吸気マニホールド４を鉛直上方へ移動させるように作用する。したがって、スロットルボデー５やインタークーラ６への入力荷重を小さくすることができる。

［３．変形例］
上記の実施例はあくまでも例示に過ぎず、本実施例で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。本実施例の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。また、必要に応じて取捨選択でき、あるいは適宜組み合わせることができる。例えば、上述の実施例では、図１に示すように、排気ポート１６がやや下方を向いた姿勢になるように内燃機関１が傾斜するように配置された構造を例示したが、内燃機関１の搭載姿勢はこれに限定されない。例えば、シリンダ１４の筒軸が鉛直になるように内燃機関１の向きを設定してもよいし、シリンダ１４の筒軸が水平向きになるように内燃機関１の向きを設定してもよい。少なくとも、吸気マニホールド４及びインタークーラ６の間にスロットルボデー５を配置してこれらを一体に連結するとともに、シリンダヘッド３と吸気マニホールド４とスロットルボデー５とに囲まれた空間内にデリバリパイプ７を配置することで、上述の実施例と同様の作用効果を獲得できる。

本出願は、2020年7月6日出願の日本出願（特願2020-116399）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

本開示の内燃機関によれば、簡素な構成でデリバリパイプの保護性能を改善できる。

１ 内燃機関
２ シリンダブロック
３ シリンダヘッド
４ 吸気マニホールド
５ スロットルボデー
６ インタークーラ
７ デリバリパイプ
８ 燃料噴射弁
９ 補機
１０ 過給機
１１ 動弁機構
１２ 排気マニホールド
１３ 吸気管
１４ シリンダ
１５ 吸気ポート
１６ 排気ポート
２１ ボルト

Claims (4)

1. シリンダヘッドの吸気ポートに接続される吸気マニホールドと、
   前記シリンダヘッドに対してシリンダブロックとは反対側に配置され、前記シリンダヘッドに固定されるインタークーラと、
   前記吸気マニホールドと前記インタークーラとの間に挟持され、前記吸気マニホールドと前記インタークーラとに接続されるスロットルボデーと、
   前記シリンダヘッドと前記吸気マニホールドと前記スロットルボデーとに囲まれた空間内に配置され、前記シリンダヘッドに固定される、燃料噴射弁に燃料を供給するデリバリパイプと、
   を備える内燃機関であって、
   前記スロットルボデーの前記シリンダブロックとは反対側の面は、前記吸気マニホールドに面接触するように固定され、前記スロットルボデーの前記シリンダブロック側の面は、前記インタークーラに面接触するように固定され、
   前記内燃機関を前記シリンダヘッド側から眺めた状態において、
   前記スロットルボデーと前記吸気マニホールドとの固定箇所が、前記シリンダヘッドよりも外側に配置されるとともに、
   前記デリバリパイプが、前記スロットルボデーと重なる位置に配置されるとともに、
   前記スロットルボデーの前記吸気マニホールド側の端部は、前記デリバリパイプよりも前記吸気マニホールド側に位置し、
   前記シリンダヘッドが前記シリンダブロックの上方に配置されており、
   前記インタークーラと前記スロットルボデーと前記吸気マニホールドとを繋ぐ吸気通路が、前記吸気マニホールドに向かうにつれて鉛直方向下方に傾斜する下り傾斜形状に形成されるとともに、前記吸気マニホールド内の吸気通路が、前記内燃機関のシリンダに向かうにつれて鉛直方向下方に傾斜する下り傾斜形状に形成される、
   ことを特徴とする、内燃機関。
2. 前記吸気マニホールドと前記スロットルボデーと前記インタークーラとを共締めして一体に固定するボルトを備えることを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関。
3. 前記吸気マニホールドよりも前記シリンダブロックの近くに設けられ、前記内燃機関を前記シリンダヘッド側から眺めた状態において、前記吸気マニホールドと重なる位置に配置される補機を備えることを特徴とする、請求項１または２に記載の内燃機関。
4. 前記補機が、前記内燃機関を前記吸気ポート側から眺めた状態において、前記スロットルボデーと重ならない位置に配置されることを特徴とする、請求項３に記載の内燃機関。

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