JP4985210B2 - Cylinder head and heater piping structure - Google Patents
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Description
本発明は、シリンダヘッド及びヒータ配管構造に関するものである。特に、この発明は、シリンダヘッドとエキゾーストマニホールドとが一体に形成されたシリンダヘッド及びヒータ配管構造に関するものである。 The present invention relates to a cylinder head and a heater piping structure. In particular, the present invention relates to a cylinder head and a heater piping structure in which a cylinder head and an exhaust manifold are integrally formed.
従来の内燃機関では、シリンダヘッドに排気管が取り付けられており、内燃機関の運転時には、燃料の燃焼後の排出ガスを内燃機関の気筒内から排気管に対して排出していた。また、この排気管は、複数の気筒を有する内燃機関では、気筒の数に応じた複数の排気管がシリンダヘッドに取り付けられ、複数の排気管は、排出ガスの流れ方向におけるシリンダヘッドの下流側で集合して設けられている。これにより、排出ガスは、1本の排気通路を通って排出される。 In a conventional internal combustion engine, an exhaust pipe is attached to a cylinder head, and exhaust gas after combustion of fuel is discharged from the cylinder of the internal combustion engine to the exhaust pipe during operation of the internal combustion engine. Further, in an internal combustion engine having a plurality of cylinders, the exhaust pipe is attached to the cylinder head according to the number of cylinders, and the plurality of exhaust pipes are downstream of the cylinder head in the exhaust gas flow direction. It is gathered and provided. Thereby, the exhaust gas is discharged through one exhaust passage.
また、従来の内燃機関には、出力の向上などの性能向上を目的として、内燃機関の吸入空気量を増加させる、つまり、過給を行なう過給装置が備えられているものがある。このように内燃機関に備えられる過給装置としては、排出ガスのエネルギーを利用して過給を行なうものや、内燃機関のクランクシャフトの回転によって取り出される内燃機関運転時の出力を利用して過給を行なうものがある。 Further, some conventional internal combustion engines are provided with a supercharging device that increases the intake air amount of the internal combustion engine, that is, performs supercharging, for the purpose of improving performance such as output. As the supercharging device provided in the internal combustion engine as described above, supercharging using the energy of exhaust gas or supercharging using the output during operation of the internal combustion engine extracted by the rotation of the crankshaft of the internal combustion engine is used. There is something that pays.
過給装置は、このように様々な種類のものがあるが、このうち排出ガスのエネルギーを利用して過給を行なう過給装置である、いわゆるターボ過給機は、排出ガスの流れ方向における排気管の集合部分の下流側に設けられている。このターボ過給機は、排出ガスのエネルギーを利用して過給を行なうが、ターボ過給機が設けられている位置は、このように排気管の集合部分の下流になっているため、各気筒の燃焼室からターボ過給機までの距離が長くなっている。 There are various types of superchargers as described above. Of these, a so-called turbocharger, which is a supercharger that performs supercharging using the energy of exhaust gas, is used in the flow direction of exhaust gas. It is provided on the downstream side of the collecting portion of the exhaust pipe. This turbocharger performs supercharging using the energy of the exhaust gas, but since the position where the turbocharger is provided is downstream of the collective portion of the exhaust pipe in this way, The distance from the combustion chamber of the cylinder to the turbocharger is longer.
このため、燃焼室から排出される排気ガスがターボ過給機に到達するまでには所定の時間を要する。これにより、例えば内燃機関の急加速時に燃焼室から排出された排出ガスがターボ過給機に到達して、その排出ガスによって過給を行なうまでには若干の時間的な遅れが発生し、いわゆるターボラグが発生する。ターボ過給機では、このようにターボラグが発生するため、ターボラグを低減するためには、燃焼室からターボ過給機までの排気管の距離、つまり、燃焼室から排気管の集合部分までの距離を短くするのが効果的であり、その手法の一つとして、排気管をシリンダヘッド内で集合させることが考えられる。 For this reason, a predetermined time is required until the exhaust gas discharged from the combustion chamber reaches the turbocharger. As a result, for example, there is a slight time delay until the exhaust gas discharged from the combustion chamber at the time of sudden acceleration of the internal combustion engine reaches the turbocharger and the supercharging is performed by the exhaust gas. Turbo lag occurs. In the turbocharger, the turbo lag is generated in this way. Therefore, in order to reduce the turbo lag, the distance of the exhaust pipe from the combustion chamber to the turbocharger, that is, the distance from the combustion chamber to the collection part of the exhaust pipe It is effective to shorten the length, and as one of the methods, it is conceivable to collect the exhaust pipes in the cylinder head.
しかし、排気管の集合部分は、複数の気筒の燃焼室から排出された高温の排出ガスが集まる部分であるため高温になり易くなっており、排気管をシリンダヘッド内で集合させた場合、シリンダヘッドが高温になり過ぎる虞がある。このため、従来の内燃機関では、シリンダヘッドが高温になり過ぎることを抑制しつつ、シリンダヘッド内で排気管を集合させているものがある。 However, the collection part of the exhaust pipe is a part where high-temperature exhaust gas discharged from the combustion chambers of a plurality of cylinders collects, so it tends to become high temperature. When the exhaust pipes are gathered in the cylinder head, the cylinder The head may become too hot. For this reason, some conventional internal combustion engines collect exhaust pipes in the cylinder head while preventing the cylinder head from becoming too hot.
例えば、特許文献1に記載のターボ過給式エンジンでは、排気通路をシリンダヘッドの内部で集合させ、その集合部の外周に設けた水ジャケットに燃焼室冷却後の冷却水を循環させると共に、集合部の下流端をターボ過給機に接続している。これにより、燃焼室からターボ過給機までの排気通路の距離を短くすることができ、さらに、排気通路の集合部を冷却水で冷却することができる。従って、排出ガスが集合することによってシリンダヘッドが高温になり過ぎることを抑制しつつ、燃焼室からターボ過給機までの排気通路の距離を短くすることができ、ターボラグを低減することができる。
For example, in a turbocharged engine described in
しかしながら、排気通路の集合部は温度が高くなるため、集合部の外周に冷却水を流し続けた場合、冷却水の温度が上昇し過ぎる虞がある。このように、冷却水の温度が上昇し過ぎた場合、冷却水が燃焼室の近傍を流れる場合でも燃焼室との間で交換する熱量が小さくなり、燃焼室の温度を効果的に低下させるのが困難になる虞がある。冷却水の温度が上昇し過ぎた場合にはこのような不具合が生じるため、冷却水は温度が上昇し過ぎないように流すのが好ましいが、冷却水の温度が上昇し過ぎることを抑制するためには、冷却水は排気通路の集合部の近傍には流さない方がよい。 However, since the temperature of the collecting portion of the exhaust passage becomes high, there is a possibility that the temperature of the cooling water will rise excessively when the cooling water continues to flow around the outer periphery of the collecting portion. Thus, if the temperature of the cooling water rises too much, the amount of heat exchanged with the combustion chamber becomes small even when the cooling water flows in the vicinity of the combustion chamber, and the temperature of the combustion chamber is effectively reduced. May become difficult. Such a problem occurs when the temperature of the cooling water rises too much. Therefore, it is preferable to flow the cooling water so that the temperature does not rise too much, but in order to prevent the temperature of the cooling water from rising too much. For this reason, it is better not to flow the cooling water in the vicinity of the collecting portion of the exhaust passage.
しかし、冷却水は単に内燃機関の冷却のみでなく、車両の室内の空調用に設けられているヒータの熱源としても用いられているものもある。つまり、冷却水は、内燃機関の燃焼室で発生する熱と熱交換を行なうことにより温度が高くなるため、車両の室内の温度を上昇させる際に用いられるヒータの熱源として用いられているものもある。この場合、ヒータを使用する際には冷却水の温度が高くなっている必要があるが、冷間始動時における暖機運転時は、冷却水の温度は低くなっている。このため、暖機運転時は、車両の室内の温度をヒータで上昇させるのが困難になる虞がある。従って、内燃機関の暖機運転時にヒータを使用する場合には、冷却水の温度を早期に上昇させる必要があるが、冷却水の温度を早期に上昇させることを目的として冷却水を排気通路の近傍に流した場合には、暖機運転後の通常運転時に、冷却水の温度が上昇し過ぎる虞がある。 However, the cooling water is used not only for cooling the internal combustion engine but also as a heat source for a heater provided for air conditioning in a vehicle interior. In other words, since the temperature of the cooling water is increased by exchanging heat with the heat generated in the combustion chamber of the internal combustion engine, some cooling water is used as a heat source for the heater used when raising the temperature in the vehicle interior. is there. In this case, the temperature of the cooling water needs to be high when the heater is used, but the temperature of the cooling water is low during the warm-up operation at the cold start. For this reason, at the time of warm-up operation, it may be difficult to raise the temperature inside the vehicle with a heater. Therefore, when the heater is used during the warm-up operation of the internal combustion engine, it is necessary to raise the temperature of the cooling water at an early stage, but the cooling water is supplied to the exhaust passage for the purpose of raising the temperature of the cooling water early. When it flows in the vicinity, the temperature of the cooling water may increase excessively during normal operation after warm-up operation.
また、内燃機関では、冷却水以外でも様々な種類の流体が使用されているが、これらの流体の中には冷却水と同様に、冷間始動時における暖機運転時では早期に温度を上昇させるのが望ましく、通常運転時に温度が上昇し過ぎた場合には不具合が発生する虞があるものがある。例えば、内燃機関の運転時における作動部分の潤滑に用いる潤滑油は、温度が低い状態では粘度が高いため、内燃機関の運転時における抵抗が大きくなり過ぎる虞がある。このため、冷間始動時における暖機運転時には、潤滑油は早期に温度を上昇させるのが望ましいが、通常運転時に温度が上昇し過ぎた場合は、劣化が早くなる虞がある。これらのように、内燃機関の運転時に用いられる流体の中には、内燃機関の暖機運転時には早期に温度を上昇させるのが望ましいが、流体の温度を早期に温度を上昇させる構成にした場合、通常運転時に不具合が生じる虞があった。 In addition, various types of fluids other than cooling water are used in internal combustion engines, but in these fluids, as with cooling water, the temperature rises early during warm-up operation during cold start. It is desirable to cause the malfunction to occur if the temperature rises excessively during normal operation. For example, the lubricating oil used to lubricate the operating part during operation of the internal combustion engine has a high viscosity when the temperature is low, and thus there is a risk that the resistance during operation of the internal combustion engine becomes too large. For this reason, it is desirable that the temperature of the lubricating oil be raised at an early stage during warm-up operation at the time of cold start. However, if the temperature rises excessively during normal operation, there is a risk that deterioration will be accelerated. As described above, among the fluids used during the operation of the internal combustion engine, it is desirable to increase the temperature early during the warm-up operation of the internal combustion engine, but when the temperature of the fluid is increased quickly, There is a risk that problems may occur during normal operation.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、内燃機関の暖機運転時に早期に温度上昇が望まれる流体を早期に温度上昇させ、且つ、内燃機関の通常運転時における不具合を抑制することのできるシリンダヘッド及びヒータ配管構造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 raises the temperature of a fluid whose temperature rise is desired at an early stage during warm-up operation of the internal combustion engine, and suppresses problems during normal operation of the internal combustion engine. It is an object of the present invention to provide a cylinder head and a heater piping structure that can be used.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明に係るシリンダヘッドは、内燃機関の排出ガスが流れる通路として設けられており、且つ、前記内燃機関が有する複数の気筒の燃焼室に接続される複数の分岐通路及び前記複数の分岐通路が集合して形成される集合部を有する排気通路と、前記内燃機関の運転時に用いられる流体のうち前記内燃機関の暖機運転時に早期の温度上昇が望まれる前記流体である早期加熱流体を、前記暖機運転時に前記集合部の外に流した直後に取り出すことができる早期加熱流体流動手段と、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, a cylinder head according to the present invention is provided as a passage through which exhaust gas of an internal combustion engine flows, and is provided in a combustion chamber of a plurality of cylinders of the internal combustion engine. An exhaust passage having a plurality of branch passages to be connected and a collecting portion formed by aggregating the plurality of branch passages, and an early temperature during warm-up operation of the internal combustion engine among fluids used during operation of the internal combustion engine And an early heating fluid flow means capable of taking out the early heating fluid, which is the fluid desired to be raised, immediately after flowing out of the collecting portion during the warm-up operation.
この発明では、シリンダヘッドに排気通路を設けると共に排気通路に集合部を形成し、さらに、早期加熱流体流動手段を設けている。このうち、排気通路の集合部は、内燃機関で燃料を燃焼させた後の排出ガスが集合する部分であるため温度が高くなり易くなっており、内燃機関の暖機運転時でも、他の部分と比較して温度が高くなり易くなっている。このため、早期加熱流体流動手段を設け、暖機運転時には集合部の外に流した直後の早期加熱流体を取り出すことにより、集合部の熱が伝達された直後の早期加熱流体を取り出すことができる。これにより、温度が高くなった状態の早期加熱流体を取り出すことができるため、暖機運転時に早期加熱流体の温度を上昇させることができる。 In the present invention, an exhaust passage is provided in the cylinder head, a collecting portion is formed in the exhaust passage, and an early heating fluid flow means is provided. Among these, the collection portion of the exhaust passage is a portion where exhaust gas after combustion of the fuel in the internal combustion engine collects, so that the temperature is likely to be high, and other portions even during the warm-up operation of the internal combustion engine. The temperature is likely to be higher than that. For this reason, the early heating fluid flowing means is provided, and the early heating fluid immediately after the heat of the collecting portion is transferred can be taken out by taking out the early heating fluid immediately after flowing out of the collecting portion during the warm-up operation. . Thereby, since the early heating fluid in the state where temperature became high can be taken out, the temperature of the early heating fluid can be raised at the time of warm-up operation.
また、暖機運転時に、集合部の外に流した直後の早期加熱流体を取り出すことにより、内燃機関の通常運転時には早期加熱流体は、集合部の外に流した直後以外の状態で取り出されるため、集合部の外に流した直後の早期加熱流体が取り出され続けることに起因する不具合を抑制できる。この結果、内燃機関の暖機運転時に早期に温度上昇が望まれる流体を早期に温度上昇させ、且つ、内燃機関の通常運転時における不具合を抑制することができる。 In addition, during the warm-up operation, by removing the early heating fluid immediately after flowing out of the collecting portion, the early heating fluid is extracted in a state other than immediately after flowing out of the collecting portion during normal operation of the internal combustion engine. In addition, it is possible to suppress problems caused by the fact that the early heating fluid immediately after flowing out of the collecting portion is continuously taken out. As a result, it is possible to quickly raise the temperature of a fluid whose temperature is desired to rise early during the warm-up operation of the internal combustion engine, and to suppress problems during normal operation of the internal combustion engine.
また、この発明に係るシリンダヘッドは、前記早期加熱流体は、前記内燃機関の冷却に用いられる冷却媒体となっており、前記早期加熱流体流動手段は、前記冷却媒体の通路として設けられる冷却媒体通路の一部が前記集合部の外に形成され、且つ、前記冷却媒体通路のうち前記集合部の外に形成される部分に連通すると共に前記内燃機関の暖機運転時における前記冷却媒体の取り出し口である暖機運転時取出口と、前記内燃機関の通常運転時における前記冷却媒体の取り出し口である通常運転時取出口とが設けられることにより形成されていることを特徴とする。 In the cylinder head according to the present invention, the early heating fluid is a cooling medium used for cooling the internal combustion engine, and the early heating fluid flow means is provided as a cooling medium passage. Is formed outside the collecting portion and communicates with a portion of the cooling medium passage formed outside the collecting portion, and the cooling medium outlet port during the warm-up operation of the internal combustion engine And an outlet for normal operation that is an outlet for the cooling medium during normal operation of the internal combustion engine.
この発明では、早期加熱流体は内燃機関の冷却に用いる冷却媒体になっており、早期加熱流体流動手段は、冷却媒体通路の一部が集合部の外に形成され、さらに、暖機運転時取出口と通常運転時取出口とが設けられることにより形成されている。このため、内燃機関の暖機運転時に早期に温度を上昇させることが望まれる流体である冷却媒体を、暖機運転中は集合部の外を流した直後に暖機運転時取出口から取り出すことができるため、暖機運転中は早期に冷却媒体の温度を上昇させることができる。 In the present invention, the early heating fluid is a cooling medium used for cooling the internal combustion engine, and the early heating fluid flow means has a part of the cooling medium passage formed outside the gathering portion, and further, is taken during warm-up operation. It is formed by providing an outlet and a normal operation outlet. For this reason, the cooling medium, which is a fluid whose temperature is desired to be raised early during the warm-up operation of the internal combustion engine, is taken out from the outlet during the warm-up operation immediately after flowing out of the collecting portion during the warm-up operation. Therefore, the temperature of the cooling medium can be raised early during the warm-up operation.
また、集合部の外を流れた直後の冷却媒体を取り出すのは暖機運転中であり、通常運転時は、集合部の外を流れた直後以外の冷却媒体を通常運転時取出口から取り出すため、通常運転時に、集合部の外に流した直後の冷却媒体が取り出されることに起因する不具合を抑制できる。この結果、内燃機関の暖機運転時に早期に温度上昇が望まれる流体である冷却媒体を早期に温度上昇させ、且つ、内燃機関の通常運転時における不具合を抑制することができる。 Also, it is during the warm-up operation that the cooling medium immediately after flowing out of the collecting portion is taken out, and during normal operation, the cooling medium other than immediately after flowing out of the collecting portion is taken out from the outlet during normal operation. In normal operation, it is possible to suppress problems caused by the cooling medium immediately after flowing out of the collecting portion being taken out. As a result, the temperature of the cooling medium, which is a fluid whose temperature is desired to be increased early during the warm-up operation of the internal combustion engine, can be increased quickly, and problems during normal operation of the internal combustion engine can be suppressed.
また、この発明に係るヒータ配管構造は、上記のシリンダヘッドと、前記冷却媒体と空気とで熱交換を行なわせることにより前記空気の温度を上昇させることが可能なヒータと、前記シリンダヘッドに設けられる前記冷却媒体通路と前記ヒータとを接続する冷却媒体配管と、前記冷却媒体配管に接続されると共に、前記冷却媒体通路から前記ヒータに流れる前記冷却媒体の経路を、前記内燃機関の暖機運転時には前記早期加熱時取出口から前記ヒータに流れる経路に切替え、前記内燃機関の通常運転時には前記通常運転時取出口から前記ヒータに流れる経路に切替え可能な切替手段と、を備えることを特徴とする。 A heater piping structure according to the present invention is provided in the cylinder head, a heater capable of raising the temperature of the air by exchanging heat between the cooling medium and air, and the cylinder head. A cooling medium pipe connecting the cooling medium path and the heater, and a cooling medium path connected to the cooling medium pipe and flowing from the cooling medium path to the heater. Switching means that sometimes switches from the outlet for early heating to the path that flows to the heater, and that can switch from the outlet for normal operation to the path that flows to the heater during normal operation of the internal combustion engine. .
この発明では、シリンダヘッドの冷却媒体通路とヒータとを接続する冷却媒体配管に、内燃機関の暖機運転時と通常運転時とで冷却媒体通路からヒータに流れる冷却媒体の経路を切替え可能な切替手段を接続している。このため、暖機運転時は冷却媒体通路からヒータに流れる冷却媒体の経路を、早期加熱時取出口からヒータに流れる経路に切替えることにより、暖機運転中は、集合部の外を流した直後の冷却媒体を暖機運転時取出口からヒータに流すことができる。これにより、暖機運転中は早期に冷却媒体の温度を上昇させることができ、早期に温度が上昇した冷却媒体をヒータに流すことができる。 In this invention, the cooling medium pipe connecting the cooling medium passage of the cylinder head and the heater can be switched so that the path of the cooling medium flowing from the cooling medium passage to the heater can be switched between the warm-up operation and the normal operation of the internal combustion engine. Connecting means. For this reason, during the warm-up operation, the path of the cooling medium flowing from the cooling medium passage to the heater is switched to the path flowing from the outlet during early heating to the heater, so that during the warm-up operation, immediately after flowing out of the collecting portion The cooling medium can flow from the outlet during warm-up operation to the heater. Thereby, during the warm-up operation, the temperature of the cooling medium can be raised early, and the cooling medium whose temperature has risen early can be passed through the heater.
また、冷却媒体通路からヒータに流れる冷却媒体の経路を、早期加熱時取出口からヒータに流れる経路に切替えるのは暖機運転中であり、通常運転時は、冷却媒体の経路を、通常運転時取出口からヒータに流れる経路に切替える。このため、通常運転時に、集合部の外に流した直後の冷却媒体が早期加熱時取出口から取り出されることに起因する不具合を抑制できる。この結果、内燃機関の暖機運転時に早期に温度上昇が望まれる流体である冷却媒体を早期に温度上昇させ、且つ、内燃機関の通常運転時における不具合を抑制することができる。 In addition, it is during the warm-up operation that the path of the cooling medium flowing from the cooling medium passage to the heater is switched to the path flowing from the outlet at the time of early heating to the heater. During normal operation, the path of the cooling medium is changed during normal operation. Switch to the path from the outlet to the heater. For this reason, the malfunction resulting from taking out the cooling medium immediately after flowing out of the gathering part from the outlet at the time of early heating can be suppressed during normal operation. As a result, the temperature of the cooling medium, which is a fluid whose temperature is desired to be increased early during the warm-up operation of the internal combustion engine, can be increased quickly, and problems during normal operation of the internal combustion engine can be suppressed.
また、この発明に係るシリンダヘッドは、前記早期加熱流体は、前記内燃機関の運転時の潤滑に用いられる潤滑油となっており、前記早期加熱流体流動手段は、前記内燃機関の暖機運転時に前記潤滑油を前記集合部に向かって吹き付け可能に設けられていることを特徴とする。 In the cylinder head according to the present invention, the early heating fluid is lubricating oil used for lubrication during operation of the internal combustion engine, and the early heating fluid flow means is used during warm-up operation of the internal combustion engine. The lubricating oil is provided so as to be sprayable toward the collecting portion.
この発明では、早期加熱流体は内燃機関の運転時の潤滑に用いる潤滑油になっており、早期加熱流体流動手段は、内燃機関の暖機運転時に潤滑油を集合部に向かって吹き付け可能に設けられることにより形成されている。このため、内燃機関の暖機運転時に早期に温度を上昇させることが望まれる流体である潤滑油を暖機運転中は集合部に向かって吹き付けることによって、集合部の外を流した直後に潤滑油を取り出すことができるため、暖機運転中は早期に潤滑油の温度を上昇させることができる。 In this invention, the early heating fluid is a lubricating oil used for lubrication during operation of the internal combustion engine, and the early heating fluid flow means is provided so that the lubricating oil can be sprayed toward the collecting portion during the warm-up operation of the internal combustion engine. Is formed. For this reason, lubricating oil, which is a fluid whose temperature is desired to be raised early during the warm-up operation of the internal combustion engine, is blown toward the collective portion during the warm-up operation, so that lubrication occurs immediately after flowing outside the collective portion. Since the oil can be taken out, the temperature of the lubricating oil can be raised early during the warm-up operation.
また、集合部に向かって潤滑油を吹き付けるのは暖機運転中であり、通常運転時は、潤滑油は集合部に向かって吹き付けないで循環させる。このため、通常運転時に、集合部の外に潤滑油が流れることに起因する不具合を抑制できる。この結果、内燃機関の暖機運転時に早期に温度上昇が望まれる流体である潤滑油を早期に温度上昇させ、且つ、内燃機関の通常運転時における不具合を抑制することができる。 Further, the lubricating oil is sprayed toward the collecting portion during the warm-up operation, and during normal operation, the lubricating oil is circulated without being sprayed toward the collecting portion. For this reason, the malfunction resulting from lubricating oil flowing out of a gathering part at the time of normal operation can be controlled. As a result, it is possible to quickly raise the temperature of the lubricating oil, which is a fluid that is desired to rise in temperature early during the warm-up operation of the internal combustion engine, and to suppress problems during normal operation of the internal combustion engine.
また、この発明に係るシリンダヘッドは、前記排気通路は、前記複数の分岐通路が接続されると共に前記集合部を有する接続通路が設けられており、前記接続通路には、螺旋状に形成された溝または突起のうち少なくともいずれか一方が形成されており、さらに、前記排気通路を流れる前記排出ガスの流れ方向における前記集合部の下流側には、前記排出ガスの成分を検出可能な排出ガス成分検出手段が設けられていることを特徴とする。 In the cylinder head according to the present invention, the exhaust passage is connected to the plurality of branch passages and is provided with a connection passage having the collecting portion, and the connection passage is formed in a spiral shape. At least one of a groove or a protrusion is formed, and further, an exhaust gas component capable of detecting a component of the exhaust gas on the downstream side of the collecting portion in the flow direction of the exhaust gas flowing through the exhaust passage A detection means is provided.
この発明では、排気通路に接続通路が設けられ、この接続通路には、螺旋状に形成された溝または突起のうち少なくともいずれか一方が形成されている。これにより、排気通路内を流れる排出ガスの整流を行なうことができるため、さらに、排気通路の集合部の下流側には、排出ガスの成分を検出可能な排出ガス成分検出手段を設けられている。このため、排出ガス成分検出手段は、接続通路に形成された螺旋状の溝や突起によって整流された後の排出ガスの成分を検出することができるため、検出のバラツキを抑制することができる。この結果、精度よく排出ガスの成分を検出することができる。 In the present invention, a connection passage is provided in the exhaust passage, and at least one of a spirally formed groove or protrusion is formed in the connection passage. As a result, the exhaust gas flowing through the exhaust passage can be rectified, and further, an exhaust gas component detection means capable of detecting the exhaust gas component is provided downstream of the collecting portion of the exhaust passage. . For this reason, since the exhaust gas component detection means can detect the component of the exhaust gas after being rectified by the spiral grooves and protrusions formed in the connection passage, it is possible to suppress variations in detection. As a result, the exhaust gas component can be detected with high accuracy.
本発明に係るシリンダヘッドは、内燃機関の暖機運転時に早期に温度上昇が望まれる流体を早期に温度上昇させ、且つ、内燃機関の通常運転時における不具合を抑制することができる、という効果を奏する。本発明に係るヒータ配管構造は、内燃機関の暖機運転時に早期に温度上昇が望まれる流体を早期に温度上昇させ、且つ、内燃機関の通常運転時における不具合を抑制することができる、という効果を奏する。 The cylinder head according to the present invention has an effect that the temperature of a fluid whose temperature rise is desired at an early stage during the warm-up operation of the internal combustion engine can be raised at an early stage, and problems during the normal operation of the internal combustion engine can be suppressed. Play. The heater piping structure according to the present invention is capable of quickly increasing the temperature of a fluid that is desired to rise in temperature early during the warm-up operation of the internal combustion engine and suppressing problems during normal operation of the internal combustion engine. Play.
以下に、本発明に係るシリンダヘッド及びヒータ配管構造の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、或いは実質的に同一のものが含まれる。 Embodiments of a cylinder head and a heater piping structure according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments. In addition, constituent elements in the following embodiments include those that can be easily replaced by those skilled in the art or those that are substantially the same.
図1は、本発明の実施例1に係るシリンダヘッドの平面図である。図2は、図1のA−A断面図である。同図に示すシリンダヘッド1は、車両等に搭載される内燃機関(図示省略)の一部を構成しており、内燃機関が有するシリンダブロック(図示省略)に固定可能に形成されている。詳しくは、シリンダヘッド1は、シリンダブロックにおける、内燃機関が有するピストン(図示省略)の上始点側に固定可能に形成されている。このため、シリンダヘッド1には、当該シリンダヘッド1をシリンダブロックに固定するための固定ボルト(図示省略)が通る穴である貫通穴18が複数設けられている。この貫通穴18は、シリンダヘッド1におけるシリンダブロックに取り付ける側の面である取付面4から、取付面4の反対側に位置する面であるシリンダヘッド上面3にかけて貫通した穴となって形成されている。
FIG. 1 is a plan view of a cylinder head according to
また、このようにシリンダヘッド1とシリンダブロックとを有する内燃機関は、ピストンを内設する気筒(図示省略)を複数有しており、シリンダヘッド1には、各気筒に対応する燃焼室8が、複数形成されている。即ち、実施例1に係るシリンダヘッド1を有する内燃機関は、4つの気筒が直線状に並べられて設けられているため、シリンダヘッド1に形成される燃焼室8も複数の気筒に対応して、複数の気筒と同様に直線状に並べられて形成されている。このように複数形成される燃焼室8は、シリンダヘッド1の取付面4側に形成されており、取付面4から略曲面状に凹んで形成されている。
Further, the internal combustion engine having the
また、燃焼室8には、内燃機関の運転時における内燃機関の排出ガスが流れる通路として設けられる排気通路10が接続されている。この排気通路10は、複数の気筒の燃焼室8に接続される複数の分岐通路11を有している。この分岐通路11は複数形成される燃焼室8に対応して設けられており、燃焼室8の数と同じ数で設けられている。このように燃焼室8と同じ数で設けられる分岐通路11は、それぞれ燃焼室8に接続されており、燃焼室8に対して開口している。
The
また、排気通路10は、複数設けられる燃焼室8の並んでいる方向に沿って直線状に形成されている通路である直線通路12を有している。この直線通路12には、複数設けられる分岐通路11が接続されており、このため直線通路12は、接続通路として設けられている。このように直線通路12に接続される複数の分岐通路11は、燃焼室8に接続される側の端部の反対側に位置する端部が、この直線通路12に接続されている。
Further, the
さらに、排気通路10は、直線通路12から、シリンダヘッド1における側面であるシリンダヘッド側面6にかけて形成された通路である集合通路13を有している。この集合通路13は、一端が直線通路12に接続されて直線通路12に対して開口しており、他端がシリンダヘッド側面6に接続されてシリンダヘッド側面6に対して開口している。このように、集合通路13においてシリンダヘッド側面6に開口している部分には、排出ガスを大気に排出可能に車両に設けられる配管である排気管(図示省略)が接続される。
Further, the
また、直線通路12において集合通路13が接続されている部分は、集合部15となっている。直線通路12は、このように集合部15を有しているが、直線通路12には複数の分岐通路11が接続されており、さらに、集合部15は集合通路13が接続された部分になっている。このため換言すると、集合部15は、直線通路12を介して複数の分岐通路11が集合して形成された部分になっている。
Further, a portion of the
また、内燃機関は、運転時に内燃機関の冷却に用いられる冷却媒体である冷却水(図示省略)が循環可能に形成されており、シリンダヘッド1には、この冷却水の通路として設けられる冷却媒体通路であるウォータジャケット20が形成されている。シリンダヘッド1に形成されるウォータジャケット20は、燃焼室8の近傍、及び排気通路10の近傍に設けられている。具体的には、シリンダヘッド1には、シリンダヘッド1に形成されたウォータジャケット20への冷却水の流入部である冷却水流入部31と、このウォータジャケット20からの冷却水の流出部である冷却水流出部32とが形成されている。これらの冷却水流入部31と冷却水流出部32とは、シリンダヘッド1に複数形成される燃焼室8が並べられている方向におけるシリンダヘッド1の両端、つまり、複数の燃焼室8が並べられている方向である直線状の方向におけるシリンダヘッド1の両端に設けられている。シリンダヘッド1に形成されるウォータジャケット20は、この冷却水流入部31と冷却水流出部32とに連通している。
The internal combustion engine is formed so that cooling water (not shown) that is a cooling medium used for cooling the internal combustion engine during operation can be circulated, and the
また、ウォータジャケット20のうち、燃焼室8の近傍に設けられるウォータジャケット20は燃焼室ウォータジャケット21となっており、排気通路10の近傍に設けられるウォータジャケット20は排気通路ウォータジャケット25となっている。このうち、燃焼室ウォータジャケット21は、燃焼室8の近傍で燃焼室8よりもシリンダヘッド上面3側の位置に、排気通路10を避けて冷却水流入部31側から冷却水流出部32側にかけて形成されている。
Of the
また、排気通路ウォータジャケット25は、排気通路10の近傍で排気通路10のシリンダヘッド上面3側及び取付面4側に配設されており、冷却水流入部31側から冷却水流出部32側にかけて形成されている。つまり、排気通路ウォータジャケット25は、概ね排気通路10の直線通路12に沿って形成されており、直線通路12のシリンダヘッド上面3側及び取付面4側に配設されている。このため、ウォータジャケット20は、当該ウォータジャケット20の一部である排気通路ウォータジャケット25が、集合部15の近傍、或いは集合部15の外に形成されている。
Further, the exhaust
このように設けられる排気通路ウォータジャケット25のうち、排気通路10のシリンダヘッド上面3側に設けられる排気通路ウォータジャケット25には、さらに、排気通路10の集合通路13が開口したシリンダヘッド側面6方向に設けられ、シリンダヘッド側面6に開口された通路である取出通路26が形成されている。この取出通路26は、排気通路10が有する集合通路13のシリンダヘッド上面3側に設けられており、集合通路13に沿って形成されている。また、取出通路26におけるシリンダヘッド側面6に開口された開口部は、取出通路開口部27となっている。
Of the exhaust
取出通路開口部27は、このように取出通路26の開口部となっており、また、取出通路26は、ウォータジャケット20のうち排気通路10が有する集合部15の外に形成される部分である排気通路ウォータジャケット25に連通しているため、取出通路開口部27は、排気通路ウォータジャケット25に連通している。即ち、取出通路開口部27は、排気通路ウォータジャケット25に連通した開口部になっている。
The take-out
図3は、図1に示すシリンダヘッドを備えたヒータ配管構造の概略図である。このようにシリンダヘッド1に形成されるウォータジャケット20内を流れる冷却水は、内燃機関を備える車両の室内の温度を上昇させることのできるヒータ41の熱源としても用いられている。このため、シリンダヘッド1のウォータジャケット20とヒータ41とは、冷却水が流れる冷却水配管45によって接続されている。
FIG. 3 is a schematic view of a heater piping structure provided with the cylinder head shown in FIG. Thus, the cooling water flowing through the
また、内燃機関の冷間始動時は、冷却水の温度も低くなっているが、冷却水は内燃機関の冷却のみでなく、このようにヒータ41の熱源としても用いられているため、冷却水は、内燃機関の暖機運転時は、早期に温度を上昇させるのが好ましい。このため、冷却水は、内燃機関の運転時に用いられる流体のうち内燃機関の暖機運転時に早期の温度上昇が望まれる流体である早期加熱流体となっている。
Further, when the internal combustion engine is cold started, the temperature of the cooling water is low, but the cooling water is used not only for cooling the internal combustion engine but also as a heat source for the
このように、冷却水が早期加熱流体となっているヒータ配管構造40は、図3に示すように、冷却水と空気とで熱交換を行なわせることにより空気の温度を上昇させることが可能なヒータ41を有しており、冷却媒体配管である冷却水配管45は、シリンダヘッド1に設けられるウォータジャケット20とヒータ41とを接続している。
Thus, the
この冷却水配管45は、冷却水流入部31、冷却水流出部32及び取出通路開口部27に接続されており、冷却水流出部32に接続される冷却水配管45と取出通路開口部27に接続される冷却水配管45とは、1つの冷却水配管45に集合し、集合した冷却水配管45が、ヒータ41における冷却水の流入部であるヒータ流入部42に接続されている。また、冷却水流入部31に接続される冷却水配管45は、ヒータ41における冷却水の流出部であるヒータ流出部43に接続されている。
The cooling
さらに、冷却水流出部32に接続される冷却水配管45と取出通路開口部27に接続される冷却水配管45とは、1つの冷却水配管45に集合しているが、冷却水配管45の集合部分には、切替バルブ46が接続されている。つまり、冷却水配管45における、冷却水流出部32に接続される冷却水配管45と取出通路開口部27に接続される冷却水配管45との集合部分には、ウォータジャケット20からヒータ41に流れる冷却水の経路を、取出通路開口部27からヒータ41に流れる経路、または、冷却水流出部32からヒータ41に流れる経路に切替え可能な切替手段である切替バルブ46が設けられている。この切替バルブ46は、車両の各部を制御するECU(Electronic Control Unit)(図示省略)に接続されており、ECUによって制御可能に設けられている。
Further, the cooling
この実施例1に係るシリンダヘッド1は、以上のごとき構成からなり、以下、その作用について説明する。このシリンダヘッド1を有する内燃機関の運転時には、燃焼室8で燃料が燃焼し、燃焼後の排出ガスは、燃焼室8に接続された排気通路10に流れる。燃焼室8から排気通路10内に流れる排出ガスは、まず各燃焼室8に接続されたそれぞれの分岐通路11に流れ、分岐通路11から、当該分岐通路11に接続された直線通路12に流れる。複数の分岐通路11から直線通路12に流れた排出ガスは、直線通路12が有する集合部15で集合し、集合部15から集合通路13に流れる。集合通路13に流れた排出ガスは、シリンダヘッド側面6に接続される排気管に流れ、シリンダヘッド1に設けられた排気通路10から排出される。
The
また、内燃機関の運転時には、冷却水が内燃機関内を循環し、冷却水はシリンダヘッド1に形成されたウォータジャケット20にも流れる。シリンダヘッド1に形成されるウォータジャケット20は、燃焼室ウォータジャケット21と排気通路ウォータジャケット25とが形成されているが、これらのウォータジャケット20に流れる冷却水は、内燃機関の暖機運転時と通常運転時とにより流れる経路が異なっている。なお、ここでいう暖機運転とは、内燃機関の運転時において冷却水の温度が所定の温度に上昇するまでの運転のことをいい、通常運転とは、内燃機関の運転時において冷却水の温度が所定の温度以上に上昇した状態での運転をいう。また、この暖機運転と通常運転との切替えの判断基準になる所定の温度は、約80℃になっている。
Further, during operation of the internal combustion engine, cooling water circulates in the internal combustion engine, and the cooling water also flows to the
シリンダヘッド1に形成されたウォータジャケット20に流れる冷却水は、このように内燃機関の暖機運転時と通常運転時とにより流れる経路が異なって流れるが、詳しくは、シリンダヘッド1を含むヒータ配管構造40が有する切替バルブ46が、内燃機関の暖機運転時と通常運転時とで切替えられることにより、冷却水が流れる経路が変化する。
The coolant flowing through the
まず、内燃機関の暖機運転時は、切替バルブ46は、ウォータジャケット20の取出通路開口部27から冷却水配管45を伝わってヒータ41に流れる経路を解放し、冷却水流出部32から冷却水配管45を伝わってヒータ41に流れる経路を遮断する。このように、切替バルブ46を切替えることにより、暖機運転時の冷却水の経路は、取出通路開口部27からヒータ41に流れる経路になるため、ウォータジャケット20内の冷却水は取出通路開口部27から取り出される。つまり、取出通路開口部27は、内燃機関の暖機運転時に冷却水を取り出し可能に形成されており、暖機運転時における冷却水の取り出し口である暖機運転時取出口として設けられている。また、この取出通路開口部27は取出通路26の開口部となっており、取出通路26は排気通路ウォータジャケット25に形成されている。このため、冷却水を取出通路開口部27から取り出す場合には、より多くの冷却水が排気通路ウォータジャケット25を流れる。
First, during the warm-up operation of the internal combustion engine, the switching
暖機運転時に、このように多くの冷却水が流れる排気通路ウォータジャケット25は、排気通路10の近傍に設けられており、排気通路10の直線通路12に沿って形成されている。このため、シリンダヘッド1に形成されるウォータジャケット20を流れる冷却水は、排気通路10を流れる排出ガスと熱交換をし易くなる。
The exhaust
また、直線通路12は集合部15を有しており、複数の分岐通路11に流れた排出ガスは集合部15に集まるため、集合部15は多量の排出ガスが流れることになり、温度が高くなり易くなっている。排気通路ウォータジャケット25は、直線通路12に沿って形成されているため、排気通路ウォータジャケット25を流れる冷却水は集合部15の外を流れることになるが、集合部15はこのように温度が高くなり易いため、排気通路ウォータジャケット25を流れる冷却水は、高温になった集合部15の排出ガスと熱交換をする。このため、集合部15の排出ガスと熱交換をした冷却水は温度が高くなる。
Further, since the
集合部15の排出ガスと熱交換をし、温度が高くなった冷却水は、取出通路26を通って取出通路開口部27から冷却水配管45に流れる。取出通路開口部27から冷却水配管45に流れた冷却水は、切替バルブ46を通った後、ヒータ流入部42からヒータ41に流入する。このように冷却水が流入したヒータ41は、この冷却水と車両の室内に流れる空気との間で熱交換を行なう。つまり、ヒータ41に流入した冷却水は、排気通路10の集合部15の外を流れることにより温度が高くなった冷却水であるため、ヒータ41がこの冷却水と空気との間で熱交換をする場合には、冷却水の熱が空気に伝達される。これにより、空気の温度は上昇し、車両の室内には温度が高くなった空気が流れる。
The cooling water whose temperature has been increased by exchanging heat with the exhaust gas from the collecting
また、このようにヒータ41で、車両の室内に流れる空気との間で熱交換を行なった冷却水は、空気に熱を伝達した分、温度が低下し、ヒータ41に流入する前と比較して温度が低下した状態でヒータ流出部43から冷却水配管45に流出する。ヒータ41から冷却水配管45に流出した冷却水は、冷却水配管45を通ってシリンダヘッド1の冷却水流入部31から、再びシリンダヘッド1に形成されたウォータジャケット20に流入する。
In addition, the cooling water that has exchanged heat with the air flowing in the vehicle interior by the
また、暖機運転を続けることにより冷却水の温度が所定の温度まで上昇した場合には、内燃機関の運転は通常運転に切替えられる。内燃機関が通常運転になった場合には、切替バルブ46は、ウォータジャケット20の冷却水流出部32から冷却水配管45を伝わってヒータ41に流れる経路を解放し、取出通路開口部27から冷却水配管45を伝わってヒータ41に流れる経路を遮断する。つまり、切替バルブ46は、ウォータジャケット20からヒータ41に流れる冷却水の経路を、内燃機関の暖機運転時には取出通路開口部27からヒータ41に流れる経路に切替え、内燃機関の通常運転時には冷却水流出部32からヒータ41に流れる経路に切替え可能に設けられている。
Further, when the temperature of the cooling water rises to a predetermined temperature by continuing the warm-up operation, the operation of the internal combustion engine is switched to the normal operation. When the internal combustion engine is in a normal operation, the switching
内燃機関の通常運転時には、このように切替バルブ46を切替えることにより、通常運転時の冷却水の経路は、冷却水流出部32からヒータ41に流れる経路になる。このため、ウォータジャケット20内の冷却水は冷却水流出部32から取り出され、この冷却水流出部32は、内燃機関の通常運転時における冷却水の取り出し口である通常運転時取出口として設けられている。内燃機関の通常運転時には、ウォータジャケット20内の冷却水は、このように冷却水流出部32から取り出されるが、ウォータジャケット20の冷却水流入部31と冷却水流出部32とは、複数の燃焼室8が並べられている方向である直線状の方向におけるシリンダヘッド1の両端に形成されている。これにより、シリンダヘッド1のウォータジャケット20を流れる冷却水は、複数の燃焼室8に沿って流れる。このため、冷却水を冷却水流出部32から取り出す場合には、より多くの冷却水が燃焼室ウォータジャケット21を流れる。
During normal operation of the internal combustion engine, the switching
従って、冷却水は燃焼室8との間で熱交換が行なわれ易くなり、燃焼室8は冷却水によって冷却されて温度が低下する一方、冷却水は燃焼室8の熱が伝達されることにより温度が上昇する。このように、燃焼室8との間で熱交換をすることで温度が高くなった冷却水は、冷却水流出部32から冷却水配管45に流れる。冷却水流出部32から冷却水配管45に流れた冷却水は、切替バルブ46を通った後、ヒータ流入部42からヒータ41に流入する。
Therefore, the heat of the cooling water is easily exchanged with the
温度が上昇した冷却水が流入したヒータ41は、暖機運転時に取出通路開口部27から冷却水が取り出され、温度が高くなった冷却水がヒータ41に流入した場合と同様に、この冷却水と車両の室内に流れる空気との間で熱交換を行なう。これにより、空気の温度は上昇し、車両の室内には温度が高くなった空気が流れる。
In the
また、このようにヒータ41で、車両の室内に流れる空気との間で熱交換を行なった冷却水は、空気に熱を伝達した分、温度が低下し、ヒータ41に流入する前と比較して温度が低下した状態でヒータ流出部43から冷却水配管45に流出する。ヒータ41から冷却水配管45に流出した冷却水は、冷却水配管45を通ってシリンダヘッド1の冷却水流入部31から、再びシリンダヘッド1に形成されたウォータジャケット20に流入する。
In addition, the cooling water that has exchanged heat with the air flowing in the vehicle interior by the
このように、ウォータジャケット20は、暖機運転時に、冷却水を排気ガスの流れ方向における集合部15の下流側の直後に位置する取出通路開口部27から取り出すことができるように形成されている。つまり、ウォータジャケット20は、早期加熱流体である冷却水を、暖機運転時に集合部15の外に流した直後に取り出すことができるように形成された早期加熱流体流動手段として設けられている。
Thus, the
以上のシリンダヘッド1は、シリンダヘッド1に排気通路10を設けると共に排気通路10に集合部15を形成し、さらに、早期加熱流体流動手段であるウォータジャケット20を設けている。このうち、排気通路10の集合部15は、内燃機関で燃料を燃焼させた後の排出ガスが集合する部分であるため温度が高くなり易くなっており、内燃機関の暖機運転時でも、他の部分と比較して温度が高くなり易くなっている。このため、シリンダヘッド1にウォータジャケット20を設け、暖機運転時には集合部15の外に流した直後の早期加熱流体である冷却水を取り出すことにより、集合部15の熱が伝達された直後の冷却水を取り出すことができる。これにより、温度が高くなった状態の冷却水を取り出すことができるため、暖機運転時に冷却水の温度を上昇させることができる。
The
また、暖機運転時に、集合部15の外に流した直後の冷却水を取り出すことにより、内燃機関の通常運転時には冷却水は、集合部15の外に流した直後以外の状態、即ち、冷却水は、内燃機関の通常運転時には燃焼室8の近傍を通った状態で取り出される。このため、集合部15の外に流した直後の冷却水が取り出され続けることに起因する不具合、つまり、通常運転時においても集合部15の外に流した直後の冷却水が取り出され続けることにより、燃焼室8を冷却し難くなるなどの不具合を抑制できる。この結果、内燃機関の暖機運転時に早期に温度上昇が望まれる流体である冷却水を早期に温度上昇させ、且つ、内燃機関の通常運転時における不具合を抑制することができる。
Further, by taking out the cooling water immediately after flowing outside the collecting
また、早期加熱流体は内燃機関の冷却に用いる冷却媒体である冷却水になっており、冷却水が流れるウォータジャケット20は、ウォータジャケット20の一部が排気通路10の集合部15の外に形成され、さらに、暖機運転時取出口である取出通路開口部27と通常運転時取出口である冷却水流出部32とが設けられることにより、早期加熱流体流動手段として形成されている。このため、内燃機関の暖機運転時に早期に温度を上昇させることが望まれる流体である冷却水を、暖機運転中は集合部15の外を流した直後に取出通路開口部27から取り出すことができるため、暖機運転中は早期に冷却水の温度を上昇させることができる。
Further, the early heating fluid is cooling water that is a cooling medium used for cooling the internal combustion engine, and the
また、集合部15の外を流れた直後の冷却水を取り出すのは暖機運転中であり、通常運転時は、集合部15の外を流れた直後以外の冷却水、即ち、燃焼室8の近傍を流れた冷却水を冷却水流出部32から取り出すため、冷却水を燃焼室8の近傍に流すことができる。これにより、燃焼室8を冷却できるため、冷却水が燃焼室8を流れないことにより燃焼室8が冷却され難くなることを抑制できる。つまり、通常運転時に、集合部15の外に流した直後の冷却水が取り出されることに起因する不具合を抑制できる。この結果、内燃機関の暖機運転時に早期に温度上昇が望まれる流体である冷却水を早期に温度上昇させ、且つ、内燃機関の通常運転時における不具合を抑制することができる。
Further, it is during the warm-up operation that the cooling water immediately after flowing outside the collecting
また、以上のヒータ配管構造40は、シリンダヘッド1のウォータジャケット20とヒータ41とを接続する冷却水配管45に、内燃機関の暖機運転時と通常運転時とでウォータジャケット20からヒータ41に流れる冷却水の経路を切替え可能な切替バルブ46を接続している。このため、暖機運転時はウォータジャケット20からヒータ41に流れる冷却水の経路を、取出通路開口部27からヒータ41に流れる経路に切替えることにより、暖機運転中は、排気通路ウォータジャケット25を流れた冷却水、つまり、集合部15の外を流した直後の冷却水を取出通路開口部27からヒータ41に流すことができる。これにより、暖機運転中は早期に冷却水の温度を上昇させることができ、早期に温度が上昇した冷却水をヒータに流すことができる。
Further, the above
また、ウォータジャケット20からヒータ41に流れる冷却水の経路を、取出通路開口部27からヒータ41に流れる経路に切替えるのは暖機運転中であり、内燃機関の通常運転時は、冷却水の経路を、冷却水流出部32からヒータ41に流れる経路に切替える。このため、通常運転時には、冷却水を燃焼室8の近傍に流すことができ、通常運転時に、集合部15の外に流した直後の冷却水が取出通路開口部27から取り出されることに起因する不具合を抑制できる。この結果、内燃機関の暖機運転時に早期に温度上昇が望まれる流体である冷却水を早期に温度上昇させ、且つ、内燃機関の通常運転時における不具合を抑制することができる。
The path of the cooling water flowing from the
また、内燃機関の暖機運転時には、冷却水の経路を取出通路開口部27からヒータ41に流れる経路に切替えることにより、早期に温度が上昇した冷却水をヒータ41に流すことができるため、ヒータの早期暖気を行なうことができる。つまり、内燃機関の冷間始動時の暖機運転時においても、早期にヒータ41によって車両の室内の温度を上昇させることができる。この結果、内燃機関の暖機運転時におけるヒータ41による暖気性能の向上を図ることができる。
Further, during the warm-up operation of the internal combustion engine, the cooling water path is switched to a path that flows from the take-out passage opening 27 to the
実施例2に係るシリンダヘッドは、実施例1に係るシリンダヘッドと略同様の構成であるが、早期加熱流体流動手段がオイルジェットである点に特徴がある。他の構成は実施例1と同様なので、その説明を省略すると共に、同一の符号を付す。図4は、本発明の実施例2に係るシリンダヘッドの平面図である。図5は、図4のB−B断面図である。同図に示すシリンダヘッド50は、実施例1に係るシリンダヘッド1と同様に複数の燃焼室8が設けられており、さらに、燃焼室8には、実施例1に係るシリンダヘッド1に設けられた排気通路10と同様に排気通路10が設けられている。また、内燃機関運転時に内燃機関を冷却する冷却水の通路であるウォータジャケット20は、実施例1に係るシリンダヘッド1に設けられたウォータジャケット20と同様に燃焼室ウォータジャケット21と排気通路ウォータジャケット25とが設けられている。このうち、燃焼室ウォータジャケット21は、実施例1に係るシリンダヘッド1の燃焼室ウォータジャケット21と同様な形状であるのに対し、排気通路ウォータジャケット25は、排気通路10の取付面4側にのみ配設されている。
The cylinder head according to the second embodiment has substantially the same configuration as the cylinder head according to the first embodiment, but is characterized in that the early heating fluid flow means is an oil jet. Since other configurations are the same as those of the first embodiment, the description thereof is omitted and the same reference numerals are given. FIG. 4 is a plan view of a cylinder head according to the second embodiment of the present invention. 5 is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. The
また、実施例2に係るシリンダヘッド50には、内燃機関の運転時の潤滑に用いられる潤滑油であるオイルの通路としてオイル通路51が形成されている。このオイル通路51は、排気通路10よりもシリンダヘッド上面3寄りに配設されている。また、このオイル通路51に対しては、当該オイル通路51に連通すると共にシリンダブロックなどシリンダヘッド50以外の部分に形成されたオイル通路55に接続された電磁弁56によって、オイルの供給または遮断が切替え可能に設けられている。この電磁弁56は、車両の各部を制御するECUに接続されており、ECUによって制御可能に設けられている。
In the
また、このように設けられるオイル通路51の一端部は、排気通路10の集合部15の近傍におけるシリンダヘッド上面3寄りに位置している。さらに、オイル通路51には、この排気通路10の集合部15の近傍におけるシリンダヘッド上面3寄りに位置している端部に、オイル通路51内を流れるオイルを噴射可能なオイルジェット52が設けられている。このオイルジェット52は、当該オイルジェット52に対してオイルが供給された際に、排気通路10の集合部15に向かってオイルを吹き付け可能に設けられている。また、このオイルジェット52は、内燃機関の暖機運転時にオイルを集合部15に向かって吹き付け可能に形成された早期加熱流体流動手段として設けられている。
Further, one end portion of the
また、オイルは、温度が低くなるに従って粘度が高くなり、温度が高くなるに従って粘度が低くなるが、内燃機関の運転時には、各作動部を潤滑するオイルの粘度が高くなるに従って運転時の抵抗が大きくなる。このため、オイルは、内燃機関の暖機運転時には早期に温度を上昇させるのが好ましい。従って、内燃機関の各作動部を潤滑するオイルは、内燃機関の運転時に用いられる流体のうち内燃機関の暖機運転時に早期の温度上昇が望まれる流体である早期加熱流体となっている。 In addition, the viscosity of the oil increases as the temperature decreases, and the viscosity decreases as the temperature increases, but during operation of the internal combustion engine, the resistance during operation increases as the viscosity of the oil that lubricates each operating part increases. growing. For this reason, it is preferable that the temperature of the oil rises early when the internal combustion engine is warmed up. Therefore, the oil that lubricates each operating part of the internal combustion engine is an early heating fluid that is a fluid that is desired to rise in temperature early during the warm-up operation of the internal combustion engine among the fluids used during the operation of the internal combustion engine.
この実施例2に係るシリンダヘッド50は、以上のごとき構成からなり、以下、その作用について説明する。このシリンダヘッド50を有する内燃機関の運転時には、実施例1に係るシリンダヘッド1を有する内燃機関の運転時と同様に、排出ガスが燃焼室8から排気通路10の分岐通路11に流れ、分岐通路11から直線通路12に流れて直線通路12が有する集合部15で集合する。集合部15で集合した排出ガスは、さらに集合部15から集合通路13に流れ、シリンダヘッド側面6に接続される排気管に流れて、シリンダヘッド50に設けられた排気通路10から排出される。
The
また、内燃機関の運転時には、内燃機関の各作動部を潤滑するオイルが内燃機関を循環するが、内燃機関の暖機運転時には、シリンダヘッド50に設けられるオイル通路51にも、オイルは流れる。つまり、暖機運転時には、シリンダヘッド50に設けられるオイル通路51にオイルの供給または遮断を切替え可能な電磁弁56を切替えて、オイル通路51にオイルを供給する。
Further, during operation of the internal combustion engine, oil that lubricates each operating portion of the internal combustion engine circulates through the internal combustion engine. However, during warm-up operation of the internal combustion engine, the oil also flows through the
シリンダヘッド50に設けられるオイル通路51にオイルが供給された場合、このオイル通路51にはオイルジェット52が設けられているため、オイル通路51に供給されたオイルはオイルジェット52から噴射する。その噴射の方向は、排気通路10が有する集合部15の方向となっており、このためオイルジェット52は、内燃機関の暖機運転時には、集合部15に向かってオイルを吹き付ける。
When oil is supplied to the
オイルジェット52から集合部15に向かってオイルが吹き付けられた場合、オイルは集合部15を形成する外壁に付着するが、この集合部15は複数の分岐通路11を流れる排出ガスが集合する部分であるため、暖機運転時おいても温度が上昇し易くなっている。このため、オイルが集合部15を形成する外壁に付着した場合、排出ガスの熱、或いは集合部15の熱がオイルに伝達され、オイルの温度は上昇する。温度が上昇したオイルは、内燃機関の下部に位置するオイルパン(図示省略)に流れ、オイルパンに貯留される。このため、オイルパンに貯留されたオイル全体の温度が上昇する。
When oil is sprayed from the
オイルパンに貯留されたオイルは、温度が上昇した状態で内燃機関内を循環して各作動部を潤滑するが、オイルは温度が高くなるに従って粘度が低下する。従って、このオイルによって各作動部を潤滑することにより、内燃機関運転時のオイルによる抵抗が低減し、フリクションロスが低減する。 The oil stored in the oil pan circulates in the internal combustion engine in a state where the temperature is increased and lubricates each operating portion. However, the viscosity of the oil decreases as the temperature increases. Therefore, by lubricating each operating part with this oil, resistance due to oil during operation of the internal combustion engine is reduced, and friction loss is reduced.
また、暖機運転を続けることにより冷却水の温度が所定の温度まで上昇した場合には、内燃機関の運転は通常運転に切替えられる。内燃機関が通常運転になった場合には、電磁弁56が切替えられることにより、シリンダヘッド50に設けられるオイル通路51には、オイルは供給されなくなる。このため、オイル通路51に設けられたオイルジェット52からもオイルは噴射されなくなり、オイルは集合部15には吹き付けられなくなる。
Further, when the temperature of the cooling water rises to a predetermined temperature by continuing the warm-up operation, the operation of the internal combustion engine is switched to the normal operation. When the internal combustion engine is in normal operation, the oil is not supplied to the
排気通路10の集合部15は、複数の分岐通路11を流れる排出ガスが集合する部分であるため温度が高くなり易くなっており、通常運転時の集合部15の温度は暖機運転時の集合部15の温度よりもさらに高くなっているが、通常運転時には集合部15にオイルを吹き付けないため、オイルには排出ガスの熱が伝達され難くなり、温度が上昇し難くなる。これにより、オイルは酸化し難くなり、オイルの劣化が抑制される。
Since the collecting
このように、オイルジェット52は、暖機運転時にオイルを排気通路10の集合部15に向かって吹き付けることにより、暖機運転時にオイルをオイルパンに集めることができるため、オイルを暖機運転時に集合部15の外に流した直後に取り出すことができる。
Thus, the
以上のシリンダヘッド50は、早期加熱流体は内燃機関の運転時の潤滑に用いるオイルになっており、早期加熱流体流動手段であるオイルジェット52は、内燃機関の暖機運転時にオイルを排気通路10の集合部15に向かって吹き付け可能に設けられている。このため、内燃機関の暖機運転時に早期に温度を上昇させることが望まれる流体であるオイルを、暖機運転中は集合部15に向かって吹き付けることによって、集合部15の外を流した直後にオイルを取り出すことができる。これにより、集合部15を流れる高温の排出ガスと熱交換をし、温度が高くなった直後のオイルを取り出すことができるため、暖機運転中は早期にオイルの温度を上昇させることができる。
In the
また、排気通路10の集合部15に向かってオイルを吹き付けるのは暖機運転中であり、通常運転時は、オイルは集合部15に向かって吹き付けないで循環させる。このため、通常運転時に、集合部15の外にオイルが流れることに起因する不具合を抑制できる。つまり、通常運転時は、暖機運転時よりも集合部15の温度が高くなるが、通常運転時はオイルを集合部15に吹き付けないため、集合部15の外にオイルが流れ続けることによりオイルの温度が上昇し、オイルが劣化し易くなることを抑制できる。この結果、内燃機関の暖機運転時に早期に温度上昇が望まれる流体であるオイルを早期に温度上昇させ、且つ、内燃機関の通常運転時における不具合を抑制することができる。
Further, the oil is blown toward the collecting
図6は、実施例1に係るシリンダヘッドの変形例を示す平面図である。図7は、図6のC−C断面図である。なお、上述したシリンダヘッドは、排気通路10の内側の形状は特に規定していないが、排気通路10の内側の形状を規定してもよい。例えば、図6、図7に示すように、排気通路61は、接続通路である直線通路62の内側に突起を設けてもよい。具体的には、直線通路62の内側には、直線通路62の内壁から内側方向に突出していると共に、略円筒形の形状で形成された直線通路62の軸方向に向かいつつ円周方向に向かった螺旋状の形状で形成された突起である突起部63を形成してもよい。このように螺旋状の形状で形成される突起部63は、図6、図7に示すシリンダヘッド60では、4つの突起部63が、直線通路62の形状である略円筒形の円周方向に約90°ずつずれて形成されている。
FIG. 6 is a plan view illustrating a modification of the cylinder head according to the first embodiment. 7 is a cross-sectional view taken along the line CC of FIG. In addition, although the cylinder head mentioned above does not prescribe | regulate the shape inside the
また、この排気通路61には、当該排気通路61を流れる排出ガスの流れ方向における集合部15の下流側に位置する集合通路13に、排出ガスの成分を検出可能な排出ガス成分検出手段である空燃比センサ65が設けられている。
Further, the
このように、排気通路61に直線通路62を設け、この直線通路62には、螺旋状に形成された突起部63を形成することにより、直線通路62に排出ガスが流れた際に、螺旋状に形成された突起部63によって排出ガスを整流することができる。また、直線通路62が有する集合部15の下流側に位置する集合通路13には、空燃比センサ65が設けられているため、空燃比センサ65は、直線通路62に形成された螺旋状の突起部63によって整流された後の排出ガスの成分を検出することができる。従って、空燃比センサ65で排出ガスの成分を検出する際のバラツキを抑制することができる。この結果、精度よく排出ガスの成分を検出することができる。
Thus, the
なお、直線通路62に突起部63を設ける場合は、突起部63の数は4つ以外でもよい。また、このように直線通路62を流れる排出ガスを整流する場合は、突起部63以外のものを設けて整流してもよい。例えば、直線通路62には、螺旋状に形成された溝を形成することにより、排出ガスを整流してもよい。直線通路62に螺旋状の溝を形成した場合でも、直線通路62を流れる排出ガスを整流することができる。つまり、直線通路62には、螺旋状に形成された溝または突起のうち少なくともいずれか一方が形成されていればよい。直線通路62に、螺旋状に形成された溝または突起のうち少なくともいずれか一方を形成することにより、直線通路62を流れる排出ガスは、螺旋状の溝や突起で整流するので、空燃比センサ65で排出ガスの成分を検出する際に、精度よく排出ガスの成分を検出することができる。
In addition, when providing the
また、実施例2に係るシリンダヘッド50では、オイルジェット52は排気通路10の集合部15のシリンダヘッド上面3側に1つが設けられているのみであるが、オイルジェット52を設ける位置及び数は、これ以外でもよい。オイルジェット52は、内燃機関の暖気運転時に集合部の外に向かってオイルを吹き付けることができれば、その位置や数は問わない。
Further, in the
また、実施例2に係るシリンダヘッド50では、シリンダヘッド50以外の部分に形成されたオイル通路55に接続された電磁弁56によって、オイルジェット52によるオイルの噴射を制御しているが、オイルジェット52によるオイルの噴射は、これ以外によって制御してもよい。例えば、電磁弁56は、シリンダヘッド50に形成されたオイル通路51に設けてもよく、またはオイルジェット52の近傍に設けて、オイルジェット52にオイルを供給するかを、直接制御してもよい。または、オイルの経路上や冷却水の経路上にサーモスタットやバイメタルを設け、オイルや冷却水の温度によって、オイルジェット52にオイルを供給するかを自動的に制御してもよい。オイルジェット52の噴射の制御は、内燃機関の暖気運転時にオイルを噴射することができるように設けられていれば、その構造や方法は問わない。
In the
また、実施例1に係るシリンダヘッド1では、早期加熱流体は内燃機関の運転時に内燃機関を冷却する冷却水となっており、実施例2に係るシリンダヘッド50では、早期加熱流体は内燃機関の運転時に各作動部を潤滑するオイルになっているが、早期加熱流体はこれら以外のものでもよい。早期加熱流体は、例えば、内燃機関の燃料や、燃料を燃焼させる際に気筒内に吸入される空気でもよい。燃料は、温度が低い場合には揮発性が悪いため、内燃機関の冷間始動時における暖気運転時には、燃料の温度は早期に上昇させるのが好ましい。また、空気の温度が低いと着火性が低下するので、内燃機関の冷間始動時における暖気運転時には、空気の温度は早期に上昇させるのが好ましい。
In the
燃料を早期加熱流体として暖気運転時には排気通路10の集合部15の外に流し、暖気運転時の燃料の温度を上昇させた場合には、暖気運転時における燃料の揮発性を確保することができる。これにより、暖気運転時に、より確実に燃料と空気とを混合させることができる。また、空気を早期加熱流体として暖気運転時には排気通路10の集合部15の外に流し、暖気運転時の空気の温度を上昇させた場合には、暖気運転時における混合気の着火性を確保することができる。これにより、暖気運転時に、より確実に燃料を燃焼させることができる。これらのように、早期加熱流体は、内燃機関の運転時に用いられる流体のうち内燃機関の暖機運転時に早期の温度上昇が望まれる流体であれば、冷却水やオイル以外のものでもよい。
When the fuel is caused to flow out of the collecting
また、上述したシリンダヘッド1、50では、シリンダヘッド1、50に形成された燃焼室8に接続された全ての分岐通路11は、1つの集合部15に集合しているが、集合部15は複数設けられていてもよい。つまり、シリンダヘッド1、50に複数形成されている燃焼室8に接続された複数の分岐通路11は、全てが1つの集合部15に集合するのではなく、複数の分岐通路のうちの、一部の複数の分岐通路11が1つの集合部15に集合したものを1つの組みとし、この組みが複数形成されていてもよい。排気通路10は、ウォータジャケット20などの早期加熱流体流動手段が、冷却水などの早期加熱流体を内燃機関の暖機運転時に排気通路10の集合部15の外に流すことができるように設けられていれば、その形態は問わない。
Further, in the
以上のように、本発明に係るシリンダヘッド及びヒータ配管構造は、排気通路がシリンダヘッドに形成されている内燃機関に有用であり、特に、排気通路が集合している場合に適している。 As described above, the cylinder head and heater piping structure according to the present invention is useful for an internal combustion engine in which the exhaust passage is formed in the cylinder head, and is particularly suitable when the exhaust passages are gathered.
1、50、60 シリンダヘッド
3 シリンダヘッド上面
4 取付面
6 シリンダヘッド側面
8 燃焼室
10、61 排気通路
11 分岐通路
12、62 直線通路
13 集合通路
15 集合部
18 貫通穴
20 ウォータジャケット
21 燃焼室ウォータジャケット
25 排気通路ウォータジャケット
26 取出通路
27 取出通路開口部
31 冷却水流入部
32 冷却水流出部
40 ヒータ配管構造
41 ヒータ
42 ヒータ流入部
43 ヒータ流出部
45 冷却水配管
46 切替バルブ
51 オイル通路
52 オイルジェット
55 オイル通路
56 電磁弁
63 突起部
65 空燃比センサ
1, 50, 60
Claims (3)
前記内燃機関の運転時に用いられる流体のうち前記内燃機関の暖機運転時に早期の温度上昇が望まれる前記流体である早期加熱流体を、前記暖機運転時に前記集合部の外に流した直後に取り出すことができる早期加熱流体流動手段と、
を備え、
前記早期加熱流体は、前記内燃機関の冷却に用いられる冷却媒体となっており、
前記早期加熱流体流動手段は、前記冷却媒体の通路として設けられる冷却媒体通路の一部が前記集合部の外に形成され、且つ、前記冷却媒体通路のうち前記排気通路の近傍に設けられて前記集合部の外に形成される部分である排気通路ウォータジャケットに連通し、前記排気通路ウォータジャケットからの前記冷却媒体の取り出し口であると共に前記内燃機関の暖機運転時における前記冷却媒体の取り出し口である暖機運転時取出口と、前記冷却媒体通路のうち前記燃焼室の近傍で前記排気通路を避けて形成される前記冷却媒体通路である燃焼室ウォータジャケットからの前記冷却媒体の取り出し口であり、且つ、前記内燃機関の通常運転時における前記冷却媒体の取り出し口である通常運転時取出口とが設けられることにより形成されており、
前記暖機運転時取出口は、前記排出ガスの流れ方向における前記集合部の下流側の直後に位置することにより、前記冷却媒体を前記集合部の外に流した直後に取り出すことが可能になっていることを特徴とするシリンダヘッド。 A plurality of branch passages provided as a passage through which exhaust gas of the internal combustion engine flows, and a plurality of branch passages connected to combustion chambers of a plurality of cylinders of the internal combustion engine, and a collective portion formed by collecting the plurality of branch passages An exhaust passage having
Immediately after flowing the early heating fluid, which is the fluid that is desired to rise in temperature at the time of warming-up operation of the internal combustion engine, out of the collecting portion during the warming-up operation, among the fluids used during the operation of the internal combustion engine. Early heating fluid flow means that can be removed;
Equipped with a,
The early heating fluid is a cooling medium used for cooling the internal combustion engine,
The early heating fluid flow means has a part of a cooling medium passage provided as a passage for the cooling medium formed outside the collecting portion, and is provided in the vicinity of the exhaust passage in the cooling medium passage. An exhaust passage water jacket, which is a portion formed outside the collecting portion, is an outlet for the cooling medium from the exhaust passage water jacket, and is an outlet for the cooling medium during warm-up operation of the internal combustion engine And a cooling medium outlet from the combustion chamber water jacket, which is the cooling medium passage formed by avoiding the exhaust passage in the vicinity of the combustion chamber of the cooling medium passage. And an outlet for normal operation that is an outlet for taking out the cooling medium during normal operation of the internal combustion engine. ,
The outlet during the warm-up operation is located immediately after the downstream side of the collecting portion in the exhaust gas flow direction, so that the cooling medium can be taken out immediately after flowing out of the collecting portion. Tei cylinder head, characterized in Rukoto.
前記接続通路には、螺旋状に形成された溝または突起のうち少なくともいずれか一方が形成されており、
さらに、前記排気通路を流れる前記排出ガスの流れ方向における前記集合部の下流側には、前記排出ガスの成分を検出可能な排出ガス成分検出手段が設けられていることを特徴とする請求項1に記載のシリンダヘッド。 The exhaust passage is connected to the plurality of branch passages and is provided with a connection passage having the collecting portion.
The connection passage is formed with at least one of a spirally formed groove or projection,
Further, according to claim 1 wherein the downstream side of the collecting portion in the flow direction of the exhaust gas flowing through the exhaust passage, characterized in that the component of the exhaust gas is detectable exhaust gas component detection means is provided Cylinder head as described in
前記冷却媒体と空気とで熱交換を行なわせることにより前記空気の温度を上昇させることが可能なヒータと、
前記シリンダヘッドに設けられる前記冷却媒体通路と前記ヒータとを接続する冷却媒体配管と、
前記冷却媒体配管に接続されると共に、前記冷却媒体通路から前記ヒータに流れる前記冷却媒体の経路を、前記内燃機関の暖機運転時には前記早期加熱時取出口から前記ヒータに流れる経路に切替え、前記内燃機関の通常運転時には前記通常運転時取出口から前記ヒータに流れる経路に切替え可能な切替手段と、
を備えることを特徴とするヒータ配管構造。 A cylinder head according to claim 1 ;
A heater capable of raising the temperature of the air by causing heat exchange between the cooling medium and air;
A cooling medium pipe connecting the cooling medium passage provided in the cylinder head and the heater;
The cooling medium path connected to the cooling medium pipe and flowing from the cooling medium passage to the heater is switched to a path flowing from the early heating outlet to the heater during the warm-up operation of the internal combustion engine, A switching means capable of switching from the normal operation outlet to the heater during normal operation of the internal combustion engine;
A heater piping structure comprising:
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