JP2004239275A - 直噴火花点火式内燃機関のシリンダヘッド構造 - Google Patents

Abstract

【課題】直噴火花点火式機関のシリンダヘッド構造をコンパクト化する。
【解決手段】１つの燃焼室40に一対の吸気ポート29と一対の排気ポート22とを備えたシリンダヘッド21の中央部に燃料噴射弁26を配設し、点火プラグ25の電極部25ａを一対の排気弁の間に位置させ、点火プラグ25のボディ部25ｂを排気カムシャフト24と排気ポート22との間に位置させて点火プラグ25を配設する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、燃焼室内に燃料噴射弁から燃料を噴射し、点火プラグによって火花点火を行う直噴火花点火式内燃機関のシリンダヘッド構造に関する。

従来のこの種の直噴火花点火式内燃機関のシリンダヘッド構造としては、特許文献１に示すようなものがある。
図15に基づいて、その概要を説明すると、ピストン１１の冠面に凹み１１ａを形成し、機関の低負荷運転時には圧縮行程末期に凹み１１ａ内に向けて燃料噴射弁１２から燃料を噴射することにより、点火プラグ１３周りの限られた領域内にのみ混合気を形成する。

そして、クランキング開始後機関回転速度が予め定められた速度まで上昇する間は成層行程と圧縮行程末期の２回に分けて燃料を噴霧し、機関回転速度が予め定められた速度を超えた後は、圧縮行程末期に１回燃料を噴射するようにしている。
特開平６−２０７５４２号公報

しかしながら、このような従来の直噴火花点火式内燃機関のシリンダヘッド構造にあっては、燃料噴射弁１２は排気ポート１４とシリンダヘッド１５下面の間に横置きに配置され、燃料噴霧は、燃料噴射弁１２の中心軸より下側に偏向噴霧する構成となっていたため、燃料噴射弁１２が水平側に寝かせた状態で取り付けられ、噴霧方向を敢えて偏向させた噴霧偏向タイプとしているため、他の機関との共用化ができない。

したがって、汎用型の燃料噴射弁として位置づけることが難しく、製造コストが高くつき、また、該偏向噴霧タイプはカーボン付着，取付誤差，加工精度等により信頼性を上げられず、組立方向が指定されるため、組立能率が極めて劣るといった問題があった。
本発明は、このような従来の問題点に鑑みなされたもので、燃料噴射弁、点火プラグの取付け位置を適切に設定し、更には、吸・排気ポート形状の工夫等によって上記問題点を解決した直噴火花点火式内燃機関のシリンダヘッド構造を提供することを目的とする。

このため、請求項１に係る発明は、
気筒毎に一対の吸気弁と一対の排気弁及び該吸・排気弁を駆動する吸気カムシャフトと排気カムシャフトとを備え、かつ、燃焼室内に燃料噴射弁から燃料を噴射し、点火プラグによって火花点火を行う直噴火花点火式内燃機関のシリンダヘッド構造において、前記燃料噴射弁を一対の吸気弁と一対の排気弁とで囲まれる燃焼室中央部分にシリンダ中心軸と同軸上に配設し、かつ、前記点火プラグを、先端の電極部が一対の排気弁の間に位置し、ボディ部が排気ポートと排気カムシャフトとの間に位置するように配設したことを特徴とする。

このようにすれば、燃料噴射弁がシリンダヘッド下面に対して直立して取り付けられ、取付け角度を最大限大きく採ることができるため、噴霧偏向タイプ等の特殊な機能を有する必要がなく、製造コストを低減でき、組立の方向性管理が不要となるので組立能率も高められる。また、燃料噴射弁が燃焼室中心部に位置して配設され、排気ポートから離れているので、排気熱の影響を受けることなない。

さらに、車両に機関を組付けた状態で、容易に燃料噴射弁の交換が可能となり、組立整備時間の短縮が図れる。
また、請求項２に係る発明は、同一燃焼室内の一対の吸気弁相互の間隔と一対の排気弁相互の間隔とを異なる寸法としたことを特徴とする。
このようにすれば、同一のシリンダボア径に対して吸・排気弁の径を大きくすることができる。

特に請求項３に係る発明のように、前記一対の排気弁相互の間隔を一対の吸気弁相互の間隔より大きく設定した場合には、排気弁の径を大きくすることができる。
また、請求項４に係る発明は、前記一対の排気弁に対応する排気ポートを排気下流側に向かって両排気ポート相互の間隔が拡がった後、排気下流端のシリンダヘッド端面近傍で１本の排気ポートに集合する形状としたことを特徴とする。

このようにすれば、点火プラグの取付用ボスが、排気ポート内に割り込みやすく、一対の排気弁相互の間隔を拡げることなく点火プラグの電極部を配置できる。
また、請求項５に係る発明は、前記一対の排気弁に対応する排気ポート間に位置する点火プラグの取付用ボス部を、パイプ材による後付け形成にしたことを特徴とする。
このようにすれば、点火プラグの取付用ボス部の肉厚を十分小さくすることができるので、排気ポートや点火プラグ周りの冷却水通路の通路断面積を確保しつつ、シリンダヘッド全体をコンパクトに配設できる。

以下に、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図１〜図５は、本発明の一実施形態に係る直噴式火花点火機関のシリンダヘッド構造を示す。
構成から説明すると、シリンダヘッド21に形成された一対の排気ポート22と該排気ポート22を開閉する一対の排気弁23を駆動するための排気カムシャフト24との間に、点火プラグ25を配設する。

前記点火プラグ25の先端の電極部25ａを一対の排気弁が着座する一対の排気弁シート30の間に位置するように、点火プラグ25のボディ部25ｂを排気ポート22と排気カムシャフト24との間に着脱自由に取り付けられている。
燃料噴射弁26は、一対の排気弁23と一対の吸気弁27とで囲まれた燃焼室40中心部に位置し、シリンダ中心軸と同軸上に配設される。

前記一対の吸気弁27は、一対の吸気弁シート28に着座され、吸気ポート29を開閉し、一対の排気弁23は、一対の排気弁シート30に着座され、排気ポート22を開閉する。
図３に示すように、吸気弁27にはバルブリフタ31が組み込まれ、吸気カムシャフト32により開閉制御される。同様に、排気弁23にもバルブリフタ33が組み込まれ、排気カムシャフト24により開閉制御される。

図４に示すように、シリンダヘッド21には、燃料噴射弁取付用のボス34、図示しないバルブスプリングの取付座35、点火プラグ取付用のボス36等が形成されている。
次に、作用を説明する。
吸入空気は、図示しない吸気マニホールドからシリンダヘッド21内の吸気ポート29を介して吸気弁シート28からより燃焼室40内に吸い込まれる。

また、燃料は、燃料噴射弁26を通過して、図示しないコントロールユニットからの制御信号により、噴孔部26ａから超微粒化した燃料が直接燃焼室40に噴霧される。
そして、図示しないピストンの圧縮と共に、点火プラグ25の点火により着火燃焼する。
ここで、燃料噴射弁26の噴孔部26ａが燃焼室40の中心部に位置し、点火プラグ25を排気ポート22と排気カムシャフト24との間に配設しているため、燃料噴射弁25がシリンダヘッド21下面に対して直立し (取付角度α＝９０°) 、その結果、噴霧偏向タイプ等の特殊な機能を有する必要がなく、低コストで製造でき、組立の方向性を管理する必要がないので組立能率も高められる。

また、燃料噴射弁25が燃焼室40中心部に位置するため、排気ポート側に配置したときのような熱の影響を受けることもない。
さらに、車両に機関を組付けた状態で、容易に燃料噴射弁25の交換が可能となり、組立整備時間の短縮が図れる。図６は、本発明の第２の実施形態を示す。
このものは、前記実施形態と同様の構成において、同一の燃焼室における一対の吸気弁シート41相互つまり図示しない吸気弁相互の間隔ｌ1 と一対の排気弁シート42相互つまり図示しない排気弁相互の間隔ｌ2 とをｌ₁ ≠ｌ₂ となるように吸気弁シート41及び排気弁シート42を配置したもので、このようにすることにより、ｌ₁ ＝ｌ₂ としたものに比較して同一シリンダボア径の場合、吸・排気弁の径を大きく確保することができる。

特に図７に示した第３の実施形態は、前記ｌ₁ ＜ｌ₂ となるように吸気弁シート51及び排気弁シート52を配置したもので、このようにすることにより、ｌ₁ ＝ｌ₂ としたものに比較して同一シリンダボア径の場合、排気弁の径を大きく確保することができる。
図８〜図13は、本発明の第４の実施形態を示す。
構成を説明すると、同一の燃焼室61における一対の排気ポート62を、それらの上流端開口部から下流端のシリンダヘッド端面に向けて略線対称軸となるセンターラインＣＬを設定したとき、前記一対の各排気ポート62が上流端部では下流側に向かって夫々センターラインＣＬに対して角度θずつ外側に拡げられ、中央部分から下流に向かうにつれて相互に内側に接近し、下流端部のシリンダヘッド端面63部分で集合して１つの排気ポートとなるように形成されている。

このようにすれば、点火プラグの取付用ボス64が、前記排気ポート62内に割り込みやすい形状となり、一対の排気弁相互の間隔を拡げることなく、点火プラグの電極部を配置できると共に、排気ポート62の断面積を確保しつつ、燃料噴射弁のボディ部を装着でき、シリンダヘッド全体をコンパクト化できる。図14は、本発明の第５の実施形態寺示す。
構成を説明すると、一対の排気ポート71内に割り込んで形成される点火プラグ取付用ボス72を、パイプ材により後付け形成したものである。

このようにすれば、点火プラグ取付用ボス72がパイプ材で形成されるので、肉厚を最小限に薄く形成することができ、もって、排気ポート71や点火プラグ73周りの冷却水通路の通路断面積を確保することができ、ひいては、シリンダヘッド全体を可及的にコンパクト化できる。
以上説明してきたように請求項１に係る発明によれば、
燃料噴射弁のシリンダヘッド下面に対する取付角度を最大限大きく採れるため、噴霧偏向タイプ等の特殊な機能を有する必要がなく、製造コストを低減でき、組立の方向性管理が不要となるので組立能率も高められる。また、燃料噴射弁を燃焼室中心部に配置するため、排気熱の影響を受けることもなく、さらに、車両に機関を組付けた状態で、容易に燃料噴射弁の交換が可能となり、組立整備時間の短縮が図れる。

また、請求項２に係る発明によれば、
同一燃焼室内の一対の吸気弁相互の間隔と一対の排気弁相互の間隔とを異なる寸法としたことにより、同一のシリンダボア径に対して吸・排気弁の径を大きくすることができる。
また、請求項３に係る発明によれば、
前記一対の排気弁相互の間隔を一対の吸気弁相互の間隔より大きく設定したことにより、排気弁の径を大きくすることができる。

また、請求項４に係る発明によれば、
点火プラグの取付用ボスが、排気ポート内に割り込みやすく、一対の排気弁相互の間隔を拡げることなく点火プラグの電極部を配置できると共に、排気ポート断面積を確保しつつ燃料噴射弁のボディ部を装着でき、シリンダヘッド全体をコンパクトに配設できる。
また、請求項５に係る発明によれば、
点火プラグ取付用ボスの肉厚がパイプ材により最小限に薄くすることができるので、排気ポートや点火プラグ周りの冷却水通路の通路断面積を確保することができ、シリンダヘッド全体を可及的にコンパクト化できる。

本発明の第１の実施形態の構成を示す縦断面図。 図１のＡ矢視図。 図２のＢ−Ｂ断面図。 図１のＣ−Ｃ断面図。 図１のＤ矢視図。 本発明の第２の実施形態の構成を示す底面図。 本発明の第３の実施形態の構成を示す底面図。 本発明の第４の実施形態の縦断面図。 同じく横断面図。 図８のＥ断面図。 図８のＦ断面図。 図８のＧ断面図。 図８のＨ断面図。 本発明の第５の実施形態の構成を示す底面図。 従来例を示す断面図。

符号の説明

21 シリンダヘッド
22 排気ポート
23 排気弁
24 排気カムシャフト
25 点火プラグ
25ａ 電極部
25ｂ ボディ部
26 燃料噴射弁
27 吸気弁
28 吸気弁シート
29 吸気ポート
30 吸気弁シート
33 吸気カムシャフト
34 燃料噴射弁の取付用ボス
36 点火プラグの取付用ボス
41 吸気弁シート
42 排気弁シート
51 吸気弁シート
52 排気弁シート
61 燃焼室
62 排気ポート
63 シリンダヘッド端面
64 点火プラグの取付用ボス
71 排気ポート
72 点火プラグの取付用ボス
73 点火プラグ
ＣＬ センターライン

Claims (5)

1. 気筒毎に一対の吸気弁と一対の排気弁及び該吸・排気弁を駆動する吸気カムシャフトと排気カムシャフトとを備え、かつ、燃焼室内に燃料噴射弁から燃料を噴射し、点火プラグによって火花点火を行う直噴火花点火式内燃機関のシリンダヘッド構造において、
   前記燃料噴射弁を一対の吸気弁と一対の排気弁とで囲まれる燃焼室中央部分にシリンダ中心軸と同軸上に配設し、
   かつ、前記点火プラグを、先端の電極部が一対の排気弁の間に位置し、ボディ部が排気ポートと排気カムシャフトとの間に位置するように配設したことを特徴とする直噴火花点火式内燃機関のシリンダヘッド構造。
2. 同一燃焼室内の一対の吸気弁相互の間隔と一対の排気弁相互の間隔とを異なる寸法としたことを特徴とする請求項１に記載の直噴火花点火式内燃機関のシリンダヘッド構造。
3. 前記一対の排気弁相互の間隔を一対の吸気弁相互の間隔より大きく設定したことを特徴とする請求項２に記載の直噴火花点火式内燃機関のシリンダヘッド構造。
4. 前記一対の排気弁に対応する排気ポートを排気下流側に向かって両排気ポート相互の間隔が拡がった後、排気下流端のシリンダヘッド端面近傍で１本の排気ポートに集合する形状としたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の直噴火花点火式内燃機関のシリンダヘッド構造。
5. 前記一対の排気弁に対応する排気ポート間に位置する点火プラグの取付用ボス部を、パイプ材による後付け形成にしたことを特徴とする請求項１〜請求項４にいずれか１つに記載の内燃機関のシリンダヘッド構造。
   

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