JP2009079552A - Internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to an internal combustion engine provided with a so-called exhaust brake.
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。
The exhaust brake is connected to a combustion chamber of an internal combustion engine, and closes an exhaust brake valve provided in the middle of an exhaust pipe for discharging exhaust gas after combustion of a mixture of fuel and air from the combustion chamber. The exhaust pressure in the combustion chamber is increased to generate a braking force. Since the exhaust brake can generate a stronger braking force than a normal engine brake, it is applied to a vehicle having a large mass such as a truck or a bus. Since the exhaust brake valve is provided in the exhaust passage, it is exposed to high temperature exhaust gas.
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。
By the way, since the exhaust brake valve provided in the middle of the exhaust pipe is exposed to high-temperature exhaust gas and raises its temperature as described above, the influence of heat on components such as the valve body and the seal member of the exhaust brake valve is suppressed. Therefore, it is generally disposed downstream of the exhaust passage. For this reason, there is a problem that the volume of the passage through which the exhaust gas passes from the exhaust valve to the exhaust brake valve increases, and the response of the exhaust brake is poor. Further, since the surface area and heat capacity of the exhaust passage are increased, there is a problem that it takes time to warm up the engine when the internal combustion engine is cold started. Moreover, in the method of cooling the exhaust brake valve using a part of the air from the supercharger as in the technique disclosed in
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。 The present invention has been made in view of the above, and provides an internal combustion engine that suppresses the temperature rise of an exhaust brake valve and can further reduce the volume of a passage through which exhaust gas passes from the exhaust valve to the exhaust brake valve. With the goal.
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。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, an internal combustion engine according to the present invention includes a cylinder head attached to one end of the cylinder in an internal combustion engine in which a piston reciprocates in the cylinder, An exhaust passage that is provided inside the cylinder and communicates with a combustion space in which a mixture of fuel and air burns and an outside of the cylinder head, and is formed around the exhaust passage. An exhaust side cooling medium passage that cools the combustion gas after combustion of the air-fuel mixture that passes through the exhaust passage, and is disposed downstream of the exhaust passage in the flow direction of the combustion gas and passes through the exhaust passage. And a gas flow rate adjusting means for changing the gas flow rate.
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。 In this internal combustion engine, a cooling medium is caused to flow through an exhaust side cooling medium passage provided around an exhaust passage in the cylinder head to cool the combustion gas after the air-fuel mixture burns. As a result, the temperature of the combustion gas after the air-fuel mixture is combusted decreases, so that the temperature rise of the exhaust brake valve provided in the passage through which the combustion gas after the air-fuel mixture combusts can be suppressed. As a result, the exhaust valve The volume of the passage through which exhaust gas passes from the exhaust brake valve to the exhaust brake valve can be further reduced.
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。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, an internal combustion engine according to the present invention includes a cylinder head attached to one end of the cylinder in an internal combustion engine in which a piston reciprocates in the cylinder, A plurality of exhaust passages that communicate with the outside of the cylinder head and a combustion space that is provided inside the cylinder and in which an air-fuel mixture of fuel and air burns, and is different among the plurality of exhaust passages. The at least two exhaust passages connected to the combustion space are formed around an exhaust passage collecting portion that collects in the cylinder head and a plurality of the exhaust passages, and pass through the exhaust passage. An exhaust side cooling medium passage for cooling the combustion gas after the combustion of the gas, and disposed downstream of the exhaust passage in the flow direction of the combustion gas, Characterized in that it comprises a gas flow rate adjusting means for changing the flow rate of the gas passing through the gas passage, a.
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。 In this internal combustion engine, a cooling medium is caused to flow through an exhaust side cooling medium passage provided around a plurality of exhaust passages in the cylinder head to cool the combustion gas after the air-fuel mixture burns. Further, this reduces the temperature of the combustion gas after the air-fuel mixture is combusted, so that the temperature rise of the exhaust brake valve provided in the passage through which the combustion gas after the air-fuel mixture burns can be suppressed. The volume of the passage through which the exhaust gas passes from the exhaust valve to the exhaust brake valve can be further reduced.
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。 As a desirable mode of the present invention, in the internal combustion engine, it is preferable that all the exhaust passages gather in one exhaust passage collecting portion in the cylinder head.
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。 As a desirable aspect of the present invention, in the internal combustion engine, the gas flow rate adjusting means is preferably disposed in the exhaust passage collecting portion.
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。 As a desirable mode of the present invention, in the internal combustion engine, it is preferable that the exhaust side cooling medium passage surrounds at least a part of the gas flow rate adjusting means.
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。 In a preferred aspect of the present invention, in the internal combustion engine, the gas flow rate adjusting means is configured to set the gas flow rate adjusting means before the warming up of the internal combustion engine is completed more than after the warming up of the internal combustion engine is completed. It is preferable to reduce the flow rate of the passing gas.
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。 The present invention can suppress the temperature rise of the exhaust brake valve and reduce the volume of the passage through which the exhaust gas passes from the exhaust valve to the exhaust brake valve.
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。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited by the best mode for carrying out the invention (hereinafter referred to as an embodiment). In addition, constituent elements in the following embodiments include those that can be easily assumed by those skilled in the art, those that are substantially the same, and those in a so-called equivalent range. The present invention can be applied to both a spark ignition type internal combustion engine and a diesel type internal combustion engine.
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。 In this embodiment, in an internal combustion engine, as a passage through which an exhaust passage provided in the cylinder head flows a cooling medium for cooling a gas after the mixture is burned, that is, exhaust gas, which passes through the exhaust passage. A gas flow rate adjusting means that includes an exhaust side cooling medium passage and changes the flow rate of the gas passing through the exhaust passage downstream of the exhaust passage in the flow direction of the combustion gas, that is, between the exhaust passage and the atmosphere. There is a feature in providing. Then, the exhaust gas brake is operated by operating the gas flow rate adjusting means to reduce the flow rate of the gas flowing through the exhaust passage.
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。 FIG. 1 is a cross-sectional view of one cylinder showing the configuration of the internal combustion engine according to the present embodiment. FIG. 2 is a schematic diagram showing a cylinder head of the internal combustion engine according to the present embodiment. FIG. 3 is a schematic view showing the configuration of the exhaust brake valve provided in the internal combustion engine according to the present embodiment, which is a view taken along the line XX of FIG. FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a configuration of a cooling system included in the internal combustion engine according to the present embodiment. FIG. 5 is a schematic diagram showing another configuration example of the internal combustion engine according to the present embodiment.
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。
First, the overall configuration of the internal combustion engine according to the present embodiment will be briefly described. An
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。
A space surrounded by the inner wall of the
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。
An
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。
The
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。
The fuel f injected from the
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。
The
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。
As shown in FIG. 1, a
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。
The
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。
As shown in FIG. 2, the
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。
Here, the exhaust
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。
In the present embodiment, as shown in FIGS. 1, 2, and 3, the
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。
Thus, the
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。
When the
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。
As shown in FIGS. 1 and 3, the
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。
The end on the side where the valve body drive shaft 12S is connected to the
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。
As shown in FIGS. 2, 3, and 4, in the
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。
As shown in FIG. 4, a cylinder
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。
The cooling water CF, which has been heated through the first exhaust-side
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。
The cooling
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。
A first exhaust side cooling
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。
Further, when the exhaust brake is differential, the gas (mainly exhaust gas Ex) staying between the
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。
At least one of the exhaust side cooling medium passage, that is, the first exhaust side cooling
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。
Further, at least one of the exhaust side cooling medium passage, that is, at least one of the first exhaust side cooling
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。
Further, since the
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。
Further, according to the configuration of the present embodiment, when the
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。
When warming up the
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。
As a result, the time during which the exhaust gas Ex stays in the
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。
As shown in FIG. 2, the
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。
Further, since the exhaust gas Ex passing through the
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。
In addition, when the exhaust brake is operated, the amount of exhaust gas Ex remaining in the
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。
The
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。 As described above, in the present embodiment, the exhaust side cooling medium passage is provided around the exhaust port provided in the cylinder head of the reciprocating internal combustion engine to cool the exhaust gas passing through the exhaust port, and the combustion gas more than the exhaust port. An exhaust brake valve device for changing the flow rate of the gas passing through the exhaust port is provided on the downstream side in the flow direction. As a result, the exhaust gas cooled by the cooling medium flowing through the exhaust side cooling medium passage passes through the exhaust brake valve device, so that the temperature rise of the valve body, the bearing, the seal, and the like, which are components of the exhaust brake valve device, can be suppressed. As a result, the exhaust brake valve can be arranged at a position closer to the combustion space. Further, when the internal combustion engine is operated at a high load and the temperature of the exhaust gas is high, the exhaust gas is cooled by the cooling medium, which is effective in suppressing deterioration of the catalyst that purifies the exhaust gas.
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。 As described above, the internal combustion engine according to the present invention is useful for an internal combustion engine including an exhaust brake, and particularly suitable for suppressing the temperature rise of a valve disposed in an exhaust gas passage for operating the exhaust brake. ing.
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
DESCRIPTION OF
51
Claims (6)
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。 In an internal combustion engine in which a piston reciprocates in a cylinder,
A cylinder head attached to one end of the cylinder;
An exhaust passage which is provided in the cylinder head and which is provided in the cylinder and communicates with a combustion space in which a mixture of fuel and air burns and an outside of the cylinder head;
An exhaust-side coolant passage formed around the exhaust passage and passing through the exhaust passage for cooling the combustion gas after the air-fuel mixture burns;
A gas flow rate adjusting means that is disposed downstream of the exhaust passage in the flow direction of the combustion gas and changes the flow rate of the gas passing through the exhaust passage;
An internal combustion engine comprising:
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。 In an internal combustion engine in which a piston reciprocates in a cylinder,
A cylinder head attached to one end of the cylinder;
A plurality of exhaust passages provided in the cylinder head and communicating with the outside of the cylinder head and a combustion space provided in the cylinder and in which a mixture of fuel and air burns;
An exhaust passage assembly portion in which at least two of the exhaust passages connected to different combustion spaces among the plurality of exhaust passages gather in the cylinder head;
An exhaust-side cooling medium passage formed around the exhaust passages and passing through the exhaust passage for cooling the combustion gas after the air-fuel mixture burns;
A gas flow rate adjusting means that is disposed downstream of the exhaust passage in the flow direction of the combustion gas and changes the flow rate of the gas passing through the exhaust passage;
An internal combustion engine comprising:
Priority Applications (1)
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014101867A (en) * | 2012-11-22 | 2014-06-05 | Toyota Motor Corp | Multi-cylinder internal combustion engine |
JP2014514491A (en) * | 2011-03-30 | 2014-06-19 | エミテック ゲゼルシヤフト フユア エミツシオンステクノロギー ミツト ベシユレンクテル ハフツング | Exhaust purification device for watercraft and method of operating the exhaust purification device |
WO2014103585A1 (en) * | 2012-12-25 | 2014-07-03 | 日産自動車株式会社 | Internal combustion engine |
JP2018507343A (en) * | 2015-01-20 | 2018-03-15 | クノル−ブレムゼ ジステーメ フューア ヌッツファールツォイゲ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツングKnorr−Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH | Braking flap and exhaust system |
-
2007
- 2007-09-26 JP JP2007249713A patent/JP2009079552A/en active Pending
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