JP2013189905A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料噴射弁に発生する曲げ応力を低減することが可能な内燃機関を提供する。
【解決手段】内燃機関１は、燃料噴射弁５０と、燃料噴射弁５０が挿入される取付孔３３が形成されるシリンダーヘッド３０と、取付孔３３に取り付けられるブッシュ２２とを有する。燃料噴射弁５０は、燃料噴射弁５０の外面側に突出し、かつ燃料噴射弁５０の中心軸ＣＦ方向においてブッシュ２２の接触面２２Ａと対向する着座部５２を有する。また、燃料噴射弁５０は、取付孔３３の内部においてシール部材２３に支持される凹部５３Ａを有する。着座部５２は、燃料噴射弁５０の中心軸ＣＦから離れるにつれて燃料噴射弁５０の噴射口５４から離れる側に突出する球面形状の着座面５２Ａを有する。また、ブッシュ２２の着座面５２Ａと接触する接触面２２Ａは、取付孔３３の中心軸ＣＰに近づくにつれて燃料噴射弁５０の噴射口５４から離れる側に突出する球面形状を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、燃料噴射弁が挿入される取付孔を備えるシリンダー壁を有する内燃機関に関する。

特許文献１の内燃機関の燃料噴射弁は、燃料噴射弁の本体から燃料噴射弁の径方向に突出し、かつシリンダー壁と燃料噴射弁の中心軸方向においてシリンダー壁と対向する着座部を有する。また、燃料噴射弁は、取付孔の内部において燃料噴射弁の外面が支持される支持受部を有する。

特表２００１−５０８５２０号公報

内燃機関においては、例えば稼動熱によりシリンダー壁および燃料噴射弁に接続されるデリバリーパイプが変形するおそれがある。この変形は、燃料噴射弁を取付孔に対して傾かせる方向の力を発生させることがある。

特許文献１の燃料噴射弁は、取付孔の内部に防熱スリーブを有する。このため、燃料噴射弁は、防熱スリーブとの接触部分である支持受部において取付孔の径方向に移動し難い。また、上記の燃料噴射弁は、テーパー形状の着座部とシリンダー壁とが接触している。このため、燃料噴射弁は着座部においても取付孔の径方向に移動し難い。

すなわち、上記の燃料噴射弁は、支持受部および着座部の２箇所において、取付孔の径方向に移動でき難い。このため、燃料噴射弁を取付孔に対して傾かせる方向の力が発生したとき、燃料噴射弁には、支持受部および着座部の間で曲げ応力が発生する。

本発明は、上記課題を解決するため、燃料噴射弁に発生する曲げ応力を低減することが可能な内燃機関を提供することを目的とする。

（１）第１の手段は、請求項１に記載の発明すなわち、燃料噴射弁と、前記燃料噴射弁が挿入される取付孔が形成されるシリンダー壁とを有する内燃機関であって、前記燃料噴射弁は、前記燃料噴射弁の中心軸方向において前記シリンダー壁と対向する着座部を有し、前記取付孔の内部において前記シリンダー壁に支持される支持受部を有し、前記支持受部は、前記燃料噴射弁の中心軸方向において前記着座部とは別の部分である内燃機関において、前記着座部は、前記燃料噴射弁の中心軸に近づくにつれて前記燃料噴射弁の噴射口から離れる側に凹む球面形状の着座面を有し、前記シリンダー壁のうちの前記着座面と接触する接触面は、前記取付孔の中心軸に近づくにつれて前記燃料噴射弁の噴射口から離れる側に突出する球面形状を有する内燃機関であることを要旨とする。

上記発明の内燃機関によれば、球面形状の着座面が球面形状の接触面に支持されるため、燃料噴射弁を傾かせる方向の力が働いたとき、着座面は接触面に沿って移動する。すなわち、着座部は、取付孔の径方向へ移動しやすい。このため、燃料噴射弁は取付孔に対して傾くことができるようになる。これにより、燃料噴射弁に発生する曲げ応力を低減することができる。

（２）第２の手段は、請求項２に記載の発明すなわち、前記着座面および前記接触面の少なくとも一方は、摩擦を低減する表面加工が施される請求項１に記載の内燃機関であることを要旨とする。

上記発明の内燃機関によれば、着座面および接触面の少なくとも一方は、摩擦を低減する表面加工が施されるため、着座面は、接触面に沿ってより移動しやすくなる。これにより、燃料噴射弁が取付孔に対して傾くことがより容易になる。

（３）第３の手段は、請求項３に記載の発明すなわち、前記シリンダー壁は、シリンダー壁本体と、このシリンダー壁本体に組みつけられて前記接触面を構成するブッシュを有する請求項１または２に記載の内燃機関であることを要旨とする。

上記発明のシリンダー壁は、シリンダー壁本体とは別体のブッシュを有する。このため、ブッシュの材料をシリンダー壁よりも剛性の高い材料にすることができる。すなわち、接触面が変形し難くなる。

本発明の実施形態の内燃機関の全体構成を示す断面図。 実施形態の内燃機関の燃料噴射弁および取付孔付近の断面構造を示す断面図。 実施形態の内燃機関の燃料噴射弁の動作を示す動作図。

図１を参照して、内燃機関１の構成について説明する。
内燃機関１は、燃焼室１１を形成する機関本体２０、機関本体２０に燃料を供給する燃料供給装置４０、点火プラグ１４、吸気弁１５、排気弁１６、ピストン１２、およびクランクシャフト１３を有する。なお、機関本体２０は、シリンダー壁に相当する。

内燃機関１は、燃焼室１１での混合気の燃焼にともなうピストン１２の直線運転をクランクシャフト１３の回転運転に変換する。吸気弁１５は、燃焼室１１を吸気通路１７に対して開閉する。排気弁１６は、燃焼室１１を排気通路１８に対して開閉する。点火プラグ１４は、燃焼室１１に火花放電する。

機関本体２０は、シリンダーブロック２１、シリンダーヘッド３０、ブッシュ２２（図２参照）、およびシール部材２３を有する。なお、シリンダーヘッド３０は、シリンダー壁本体に相当する。ブッシュ２２は、接触部に相当する。

燃料供給装置４０は、燃料が貯留される燃料タンク４１、燃料を燃焼室１１に噴射する燃料噴射弁５０、および燃料タンク４１と燃料噴射弁５０とを接続するデリバリーパイプ４２を有する。燃料噴射弁５０は、燃焼室１１に燃料を直接的に噴射する。燃料噴射弁５０は、デリバリーパイプ４２およびシリンダーヘッド３０に固定される。

図２に示されるように、シリンダーヘッド３０は、機関本体２０の外面を構成する外面３１、燃焼室１１の壁面の一部を構成する内面３２、および燃料噴射弁５０を取り付けるための取付孔３３を有する。また、シリンダーヘッド３０には、ブッシュ２２、およびシール部材２３が取り付けられる。取付孔３３は、外面３１側の大径部３４、および内面３２側の小径部３５を有する。大径部３４および小径部３５は連続して形成される。

ブッシュ２２は、断面がＬ字状の円筒形状を有する。ブッシュ２２は、大径部３４の外面３１側の内周面３６および外面３１により形成される角部３０ＣにＬ字状の谷間が嵌め込まれる。具体的には、ブッシュ２２は、取付孔３３の内周面３６に圧入される。これにより、ブッシュ２２は、シリンダーヘッド３０に固定される。ブッシュ２２は、ブッシュ２２の中心軸が取付孔３３の中心軸ＣＰと一致するように配置される。

ブッシュ２２のうちの機関本体２０の外面を構成する接触面２２Ａは、ブッシュ２２の中心軸を中心に球面形状を有する。接触面２２Ａを延長した面（以下、「仮想面Ｓ」）は、取付孔３３の中心軸ＣＰと一致する部分が最も燃焼室１１から離れる側に向かって突出する球面を形成する。接触面２２Ａは、低摩擦加工が施されている。低摩擦加工としては、例えばダイヤライクカーボン（以下、「ＤＬＣ」）コーティング加工が挙げられる。

シール部材２３は、小径部３５の内周面３６に配置される。シール部材２３は、弾性を有する樹脂材料、例えばポリテトラフルオロエチレン、いわゆるテフロン（登録商標）により形成される。

燃料噴射弁５０は、デリバリーパイプ４２と接続される基端部５１、および燃焼室１１に燃料を噴射する噴射口５４が露出する先端部５３を有する。
基端部５１の燃焼室１１側の端部は、燃料噴射弁５０の中心軸ＣＦから外周面に向けて突出する着座部５２を有する。着座部５２は、シリンダーヘッド３０の外面３１と接触する着座面５２Ａを有する。着座面５２Ａは、低摩擦加工が施されている。低摩擦加工としては、例えばＤＬＣコーティング加工が挙げられる。着座面５２Ａは、仮想面Ｓと一致する形状として形成される。すなわち、燃料噴射弁５０の中心軸ＣＦと一致する部分が最も噴射口５４および燃焼室１１から離れる側に向かって凹む球面を形成する。

先端部５３は、噴射口５４の付近において、燃料噴射弁５０の中心軸ＣＦに向かけて凹む凹部５３Ａを有する。なお、凹部５３Ａは、支持受部に相当する。
凹部５３Ａには、シール部材２３が嵌め込まれる。シール部材２３により、燃焼室１１と燃焼室１１の外部との間での気体の流通が抑制される。燃料噴射弁５０は、シール部材２３により凹部５３Ａにおいて取付孔３３に対して径方向および軸方向に移動し難い。一方、凹部５３Ａを中心とした傾斜方向への移動は、径方向および軸方向への移動と比較して容易である。

燃料噴射弁５０は、中心軸ＣＦが取付孔３３の中心軸ＣＰと一致するように組み付けられる。しかし、内燃機関１の稼動熱等により、デリバリーパイプ４２およびシリンダーヘッド３０に変形が生じたとき、燃料噴射弁５０の中心軸ＣＦが、取付孔３３の中心軸ＣＰに対して移動する力が作用することがある。燃料噴射弁５０は、シール部材２３との接触部分が径方向に移動し難い。このため、燃料噴射弁５０に取付孔３３の中心軸ＣＰに対して移動する力が作用したとき、燃料噴射弁５０は、シール部材２３との接触部分を中心に中心軸ＣＦが取付孔３３の中心軸ＣＰに対して傾く。

デリバリーパイプ４２の図２における左方側が右方側よりも大きく膨張したとき、およびシリンダーヘッド３０の図２における右方側が左方側よりも大きく膨張したとき、燃料噴射弁５０は図２における左方側に傾く。

デリバリーパイプ４２の図２における右方側が左方側よりも大きく膨張したとき、およびシリンダーヘッド３０の図２における左方側が右方側よりも大きく膨張したとき、燃料噴射弁５０は図２における右方側に傾く。

図３を参照して、燃料噴射弁５０の中心軸ＣＦが取付孔３３の中心軸ＣＰに対して傾くときの燃料噴射弁５０の動作の例について説明する。なお、図３は、燃料噴射弁５０の動作をわかりやすくするため、燃料噴射弁５０の傾斜角度を実際の傾斜角度よりも大きくした模式図を示す。

図３（ａ）に示されるように、燃料噴射弁５０に対して図３における左方側に傾く力が作用するとき、燃料噴射弁５０の着座面５２Ａが接触面２２Ａ上を滑り、燃料噴射弁５０はシール部材２３との接触部分である凹部５３Ａを中心に左方側に傾く。

図３（ｂ）に示されるように、燃料噴射弁５０に対して図３における右方側に傾く力が作用するとき、燃料噴射弁５０の着座面５２Ａが接触面２２Ａ上を滑り、燃料噴射弁５０はシール部材２３との接触部分である凹部５３Ａを中心に右方側に傾く。

本実施形態の内燃機関１は、以下の効果を奏する。
（１）着座部５２は、燃料噴射弁５０の中心軸ＣＦに近づくにつれて噴射口５４から離れる側に凹む球面形状の着座面５２Ａを有する。接触面２２Ａは、取付孔３３の中心軸ＣＰに近づくにつれて噴射口５４から離れる側に突出する球面形状の接触面２２Ａを有する。この内燃機関１によれば、球面形状の着座面５２Ａが球面形状の接触面２２Ａに支持されるため、燃料噴射弁５０を傾かせる方向の力が働いたとき、着座面５２Ａは接触面２２Ａに沿って移動する。すなわち、着座部５２は、取付孔３３の径方向へ移動しやすい。このため、燃料噴射弁５０は取付孔３３に対して傾くことができるようになる。これにより、燃料噴射弁５０に発生する曲げ応力を低減することができる。

（２）着座面５２Ａおよび接触面２２Ａは、摩擦を低減する表面加工が施される。このため、着座面５２Ａは、接触面２２Ａに沿ってより移動しやすくなる。これにより、燃料噴射弁５０が取付孔３３に対して傾くことがより容易になる。

（３）機関本体２０は、シリンダーヘッド３０と、シリンダーヘッド３０に組みつけられる接触面２２Ａを構成するブッシュ２２を有する。このため、ブッシュ２２の材料をシリンダーヘッド３０よりも剛性の高い材料にすることができる。すなわち、接触面２２Ａが変形し難くなる。

（４）ブッシュ２２が取付孔３３の径方向に対して移動が許容される構成によれば、以下のような問題が生じるおそれがある。すなわち、燃料噴射弁５０が取付孔３３に対して傾き、かつブッシュ２２が燃料噴射弁５０の傾く方向とは反対側に移動しているとき、燃料噴射弁５０の大径部３４がブッシュ２２に接触しやすくなる。そして、燃料噴射弁５０とブッシュ２２の接触により、燃料噴射弁５０に応力が発生するおそれがある。実施形態のブッシュ２２は、取付孔３３の径方向に対して固定される。このため、上記の問題が発生しない。

本発明は、上記実施形態以外の実施形態を含む。以下、本発明のその他の実施形態としての上記実施形態の変形例を示す。なお、以下の各変形例は、互いに組み合わせることもできる。

・実施形態の機関本体２０は、シリンダーヘッド３０およびブッシュ２２が別体である。一方、変形例の機関本体２０は、シリンダーヘッド３０の外面３１にブッシュ２２に相当する構造が形成される。

・実施形態の機関本体２０は、ブッシュ２２の接触面２２Ａおよび着座面５２Ａに低摩擦加工が施されている。一方、変形例のブッシュ２２の接触面２２Ａおよび着座面５２Ａは、一方、または両方の低摩擦加工が省略されている。

・実施形態のシール部材２３は、樹脂材料により形成されている。一方、変形例のシール部材２３は、金属材料の板ばねにより形成されている。
・実施形態の燃料噴射弁５０は、凹部５３Ａを有する。一方、変形例の燃料噴射弁５０は、凹部５３Ａを省略している。

・実施形態の機関本体２０は、シール部材２３を有する。一方、変形例の機関本体２０は、シール部材２３を省略している。この変形例においては、取付孔３３の小径部３５に中心軸ＣＰに向かって突出する突出部分を形成することにより、突出部分が直接的に機関本体２０を支持することもできる。この場合、燃料噴射弁５０の突出部分との接触部分が支持受部に相当する。

・実施形態の取付孔３３は、大径部３４および小径部３５を有する。一方、変形例の取付孔３３は、軸方向において内径が一定の形状を有する。
・実施形態の燃料噴射弁５０は、基端部５１において着座部５２が中心軸ＣＦから突出する形状を有する。すなわち、着座部５２の径方向の大きさは、基端部５１の着座部５２よりもデリバリーパイプ４２側の径方向の大きさよりも大きい。一方、変形例の燃料噴射弁５０は、着座部５２の径方向の大きさが、基端部５１の着座部５２よりもデリバリーパイプ４２側の径方向の大きさ以下である。

・実施形態の内燃機関１は、シリンダー壁本体としてのシリンダーヘッド３０に取付孔３３を有する。一方、変形例の内燃機関１は、シリンダー壁本体としてのシリンダーブロック２１に取付孔３３を有する。

・実施形態の内燃機関１は、燃料噴射弁５０の噴射口５４が燃焼室１１に露出して、筒内噴射を行う。一方、変形例の内燃機関１は、燃料噴射弁５０の噴射口５４が吸気通路１７に露出して、吸気ポートへの噴射を行う。

１…内燃機関、１１…燃焼室、１２…ピストン、１３…クランクシャフト、１４…点火プラグ、１５…吸気弁、１６…排気弁、１７…吸気通路、１８…排気通路、２０…機関本体（シリンダー壁）、２１…シリンダーブロック、２２…ブッシュ（接触部）、２２Ａ…接触面、２３…シール部材、３０…シリンダーヘッド（シリンダー壁本体）、３０Ｃ…角部、３１…外面、３２…内面、３３…取付孔、３４…大径部、３５…小径部、３６…内周面、４０…燃料供給装置、４１…燃料タンク、４２…デリバリーパイプ、５０…燃料噴射弁、５１…基端部、５２…着座部、５２Ａ…着座面、５３…先端部、５３Ａ…凹部（支持受部）、５４…噴射口。

Claims (3)

1. 燃料噴射弁と、前記燃料噴射弁が挿入される取付孔が形成されるシリンダー壁とを有する内燃機関であって、前記燃料噴射弁は、前記燃料噴射弁の中心軸方向において前記シリンダー壁と対向する着座部を有し、前記取付孔の内部において前記シリンダー壁に支持される支持受部を有し、前記支持受部は、前記燃料噴射弁の中心軸方向において前記着座部とは別の部分である内燃機関において、
   前記着座部は、前記燃料噴射弁の中心軸に近づくにつれて前記燃料噴射弁の噴射口から離れる側に凹む球面形状の着座面を有し、
   前記シリンダー壁のうちの前記着座面と接触する接触面は、前記取付孔の中心軸に近づくにつれて前記燃料噴射弁の噴射口から離れる側に突出する球面形状を有する
   内燃機関。
2. 前記着座面および前記接触面の少なくとも一方は、摩擦を低減する表面加工が施される
   請求項１に記載の内燃機関。
3. 前記シリンダー壁は、シリンダー壁本体と、このシリンダー壁本体に組みつけられて前記接触面を構成するブッシュを有する
   請求項１または２に記載の内燃機関。