JP3879954B2

JP3879954B2 - 筒内燃料噴射式エンジン

Info

Publication number: JP3879954B2
Application number: JP07720898A
Authority: JP
Inventors: 雅彦加藤; 博昭藤本
Original assignee: ヤマハマリン株式会社
Priority date: 1998-03-25
Filing date: 1998-03-25
Publication date: 2007-02-14
Anticipated expiration: 2018-03-25
Also published as: JPH11270430A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、クランク軸が縦方向に配設されたエンジンにおいて、高圧燃料を筒内に噴射する技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
２サイクルエンジンにおいては、掃気ポートと排気ポートが同時に連通するタイミングがあるためＨＣ等の未燃ガスが排気されやすく、また、低速、低負荷で残留ガスが多いため失火を起こし未燃ガスが排気されやすい。そこで、排気ポートが閉じた後、高圧燃料を筒内に直接噴射することにより燃料を霧化して燃焼を改善させると共に、低速、低負荷では新気を多く供給するようにして失火を防ぐことにより未燃ガスの排出を低減する方式が知られている。前述した高圧燃料を筒内に直接噴射しようとする場合、燃料供給系に高圧燃料ポンプを設けることが必要になる。従来、４サイクルエンジンにおいては、動弁機構のカムシャフトの回転を利用して高圧燃料ポンプを駆動させている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、２サイクルエンジンにおいては、４サイクルエンジンのように動弁機構のカムシャフトがなく、既存の部品を利用していかに高圧燃料ポンプを駆動させるかが課題となっている。また、自動車用の高圧燃料ポンプを採用するようにした場合、高圧燃料ポンプは、水平方向に配設されたクランク軸或はカムシャフトにより駆動され、そのため高圧燃料ポンプは、プランジャ軸が水平方向に配設されることを前提として、エア抜き、潤滑および駆動機構が設計されているので、これを船外機のようにクランク軸或はカムシャフトが縦方向に配置されたエンジンに適用する場合には、特別の対策、工夫が必要である。
【０００４】
さらに、クランク軸の回転により高圧燃料ポンプを駆動させる関係上、高圧燃料ポンプや高圧圧力調整弁は、燃料配管である燃料供給レールの上方に配置するのが通常考えられるが、燃料供給レールの下端が燃料脈動の反対端となり脈動が大きくなるため、特に燃料供給レールの下端に近い燃料噴射弁ほど、配管内の燃料脈動の影響を受けることになる。一方、燃料噴射弁の燃料噴射量は、燃料圧力が一定であることを前提にして通電時間にて燃料噴射量の計算を行って空燃比制御を行っているが、燃料圧力が変動すると燃料噴射量も変動し正確な空燃比制御ができず、燃焼の悪化につながるという問題が生じる。
【０００５】
本発明は、上記従来の問題、課題を解決するものであって、クランク軸が縦方向に配設されたエンジンに高圧燃料噴射ユニットを搭載した場合に、燃料配管内の脈動を低減させ正確な空燃比制御を行うことができる筒内燃料噴射式エンジンを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１記載の発明は、クランク軸１０が縦方向に配設された船外機用の筒内燃料噴射式エンジン２において、エンジン２の上部に配設されたポンプ駆動ユニット４０、高圧燃料ポンプ３２及び高圧圧力調整弁３５と、前記高圧燃料ポンプ３２及び高圧圧力調整弁３５に接続され、高圧燃料ポンプ３２の燃料を燃料噴射弁１３に供給する燃料供給レール３３と、該燃料供給レール３３の下端に接続された脈動緩衝器９１とを備え、前記エンジン（２）は複数の気筒７ａ〜７ｆがＶバンクをなすように２列に配設されており、前記燃料供給レール３３は、各列のシリンダヘッド８に固定された左右の垂直レール３３ｂと、該垂直レール３３ｂの上端に接続された水平レール３３ａとからなり、前記高圧燃料ポンプ３２の吐出側及び高圧圧力調整弁３５を前記水平レール３３ａに接続し、前記燃料噴射弁１３は垂直レール３３ｂに固定され、前記脈動緩衝器９１は左右の垂直レール３３ｂの下端に連結されることを特徴とし、請求項２記載の発明は、請求項１において、複数の高圧燃料ポンプ３２がポンプ駆動ユニット４０に連結されたことを特徴とし、請求項３記載の発明は、請求項１または２において、前記エンジン２が２サイクルエンジンであることを特徴とし、請求項４記載の発明は、請求項１または２において、前記エンジン２が４サイクルエンジンであることを特徴とする。なお、上記構成に付加した番号は、本発明の理解を容易にするために図面と対比させるもので、これにより本発明が何ら限定されるものではない。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の筒内燃料噴射式エンジンの１実施形態を示す船外機の模式図であり、図（Ａ）はエンジンの平面図、図（Ｂ）は図（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う縦断面図、図（Ｃ）は船外機の側面図、図（Ｄ）は燃料供給系の構成図である。
【０００８】
図１において、１は船外機であり、クランク軸１０が縦置状態で搭載されるエンジン２と、エンジン２の下端面に接続されエンジン２を支持するガイドエキゾースト部３と、ガイドエキゾースト部３の下端面に接続されるアッパケース４、ロアケース５及びプロペラ６からなる。上記エンジン２は、筒内噴射式Ｖ型６気筒２サイクルエンジンであり、６つの気筒７ａ〜７ｆが平面視でＶバンクをなすように横置き状態で且つ縦方向に２列に配設されたシリンダボディ７に、シリンダヘッド８が連結、固定されている。
【０００９】
上記気筒７ａ〜７ｆ内には、ピストン１１が摺動自在に嵌合配置され、各ピストン１１はクランク軸１０に連結されている。シリンダヘッド８には、磁力で開閉作動されるソレノイド開閉式の燃料噴射弁１３及び点火プラグ１４が挿入配置されている。気筒７ａ〜７ｆは、それぞれ掃気ポート（図示せず）によりクランク室１２に連通され、また、気筒７ａ〜７ｆには排気ポート１５が接続されている。図１（Ｂ）の左バンクの排気ポート１５は左集合排気通路１６に、右バンクの排気ポート１５は右集合排気通路１７に合流されている。エンジン２のクランク室１２には、吸気マニホールドから分岐する吸気通路１９が接続されており、該吸気通路１９のクランク室１２への接続部には、逆流防止用のリード弁２０が配設され、また、リード弁２０の上流側には、エンジン内にオイルを供給するためのオイルポンプ２１と、吸気量を調節するためのスロットル弁２２が配設されている。
【００１０】
図１（Ｄ）に示すように、船体側に設置されている燃料タンク２３内の燃料は、手動式の第１の低圧燃料ポンプ２５によりフィルタ２６を経て船外機側の第２の低圧燃料ポンプ２７に送られる。この第２の低圧燃料ポンプ２７は、エンジン２のクランク室１２のパルス圧により駆動されるダイヤフラム式ポンプであり、燃料を気液分離装置であるベーパーセパレータタンク２９に送る。ベーパーセパレータタンク２９内には、電動モータにより駆動される燃料予圧ポンプ３０が配設されており、燃料を加圧し予圧配管３１を経て高圧燃料ポンプ３２に送る。高圧燃料ポンプ３２の吐出側は、各気筒７ａ〜７ｆに沿って縦方向に配設された燃料供給レール３３に接続されるとともに、高圧圧力調整弁３５および燃料冷却器３６、戻り配管３７を介してベーパーセパレータタンク２９に接続されている。また、予圧配管３１とベーパーセパレータタンク２９間には予圧圧力調整弁３９が設けられている。なお、９１は燃料供給レール３３の下端に配設された後述する脈動緩衝器である。
【００１１】
高圧燃料ポンプ３２は、ポンプ駆動ユニット４０により駆動される。このポンプ駆動ユニット４０はベルト４１を介してクランク軸１０に連結されている。ベーパーセパレータタンク２９内の燃料は、燃料予圧ポンプ３０により例えば３〜１０ｋｇ／ｃｍ²程度に予圧され、加圧された燃料は、高圧燃料ポンプ３２により５０〜１００ｋｇ／ｃｍ²程度若しくはそれ以上に加圧され、加圧された高圧燃料は、圧力調整弁３５にて設定圧を越える余剰燃料がベーパーセパレータタンク２９に戻され、必要な高圧燃料分のみを燃料供給レール３３に供給し、各気筒７ａ〜７ｆに装着した燃料噴射弁１３に供給するようにしている。
【００１２】
ＥＣＵ（電子制御装置）４２には、エンジン２の駆動状態、船外機１や船の状態を示す各種センサからの検出信号が入力される。例えば、クランク軸１０の回転角（回転数）を検出するエンジン回転数センサ４３、吸気通路１９内の温度を検出する吸気温センサ４４、スロットル弁２２の開度を検出するスロットル開度センサ４５、最上段の気筒７ｄ内の空燃比を検出するに空燃比センサ４６、高圧燃料配管内の圧力を検出する燃料圧力センサ４７、エンジンの冷却水温度を検出する冷却水温センサ４８等が設けられている。ＥＣＵ４２は、これら各センサの検出信号を制御マップに基づき演算処理し、制御信号を燃料噴射弁１３、点火プラグ１４、オイルポンプ２１、予圧燃料ポンプ３０に伝送する。
【００１３】
図２は、図１のエンジン２の平面図である。なお、図１と同一の構成には同一番号を付けて説明を省略する。クランク軸１０には駆動プーリ５０が設けられ、また、ポンプ駆動ユニット４０の回動軸５１には被駆動プーリ５２が設けられ、駆動プーリ５０と被駆動プーリ５２にはベルト４１が張設されている。これによりクランク軸１０の回転がベルト４１を介して回動軸５１に伝達され、高圧燃料ポンプ３２を駆動するようにしている。
【００１４】
シリンダボディ７には取付用ステー５３が固定され、ポンプ駆動ユニット４０は、取付用ステー５３及びシリンダボディ７に３本のボルト５４、５５、５６により取り付けられている。また、燃料供給レール３３は、水平レール３３ａと水平レール３３ａの両側に接続された垂直レール３３ｂを有し、垂直レール３３ｂに燃料噴射弁１３が装着されている。また、高圧燃料ポンプ３２は燃料給排ユニット６０を有し、燃料出口管６０ａが燃料供給レール３３の水平レール３３ａに接続されている。なお、図中、１ａはエンジン２を覆うカウリング、５７はスタータモータ、５８はテンションプーリ、５９はサイレンサである。
【００１５】
図３は、図２のＹ方向から見た一部断面図である。図３には、図２で説明したように、ポンプ駆動ユニット４０が取付用ステー５３を介してボルト５４により取り付けられている状態が示されている。ポンプ駆動ユニット４０の回転軸５１にはカム４０ａが固定され、カム４０ａが高圧燃料ポンプ３２のプランジャ３２ａを押圧することにより高圧燃料を発生するように構成されている。
【００１６】
高圧燃料ポンプ３２は４本のボルト６１によりポンプ駆動ユニット４０に取り付けられている。このボルト結合は、ポンプ駆動ユニット４０側のボルト孔をボルト６１の径より若干大きくして、高圧燃料ポンプ３２とポンプ駆動ユニット４０の取付時において両者の間に若干の遊動を可能にしている。
【００１７】
エンジン２は複数の気筒７ａ〜７ｆをＶバンクをなすように２列に配設しており、燃料供給レール３３は、各列のシリンダヘッド８に固定された垂直レール３３ｂと、垂直レール３３ｂの上端に接続された水平レール３３ａとからなり、水平レール３３ａと垂直レール３３ｂは、ボルト６２により連結されている。水平レール３３ａ及び垂直レール３３ｂの内部には燃料通路６３が形成され、両者の接続部にはＯリング６４でシールされたコネクタ６５が配設されている。２本の垂直レール３３ｂは、それぞれボルト６６によりシリンダヘッド８に固定され、また、燃料噴射弁１３はボルト６７により垂直レール３３ｂに固定されている。このボルト６７の位置は燃料噴射弁１３に近接させるようにしている。
【００１８】
そして、左右の垂直レール３３ｂの下端に本発明に係わる脈動緩衝器９１を連結している。この脈動緩衝器９１はレゾネータ（共鳴器）と呼ばれるタイプで、ハウジング９１ｃの内部に容積空間９１ａを有し、オリフィス９１ｂに燃料通路６３に連通させている。なお、脈動緩衝器９１として内部に圧縮空気を内蔵させたアキュムレータを採用するようにしてもよい。
【００１９】
燃料給排ユニット６０は、燃料出口管６０ａ、燃料入口管６０ｂ、オーバーフロー管６０ｃを一体化したハウジングを構成しており、燃料出口管６０ａは、Ｏリング６９でシールされたコネクタ７０により水平レール３３ａの燃料通路６３に接続されている。なお、オーバーフロー管６０ｃはベーパーセパレータタンク２９に接続されている。また、高圧圧力調整弁３５は、ボルト６８（図４）によりポンプ駆動ユニット４０に固定され、Ｏリング７１でシールされたコネクタ７２により水平レール３３ａの燃料通路６３に接続されている。
【００２０】
図４は、図３のＸ方向から見た一部断面図である。図４には、前述した取付用ステー５３によるポンプ駆動ユニット４０の取付構造と、燃料供給レール３３及び燃料噴射弁１３の取付構造の詳細が示されている。取付用ステー５３は、シリンダボディ７に形成された２つのボス７３にボルト７４により固定されている。ポンプ駆動ユニット４０は、取付用ステー５３にボルト５４、５５により取り付けられ、さらに、ボルト５６によりシリンダボディ７のボス８２（図５）に固定され、ポンプ駆動ユニット４０及び高圧燃料ポンプ３２はシリンダボディ７に３点支持で固定されることになる。このように取付用ステー５３を用いることにより、ポンプ駆動ユニット４０及び高圧燃料ポンプ３２をシリンダボディ７のＶバンク間にオーバーハングするように装着することが可能となる。
【００２１】
燃料噴射弁１３に形成されたフランジ１３ａと垂直レール３３ｂ間には馬蹄形のスペーサ７６が配設され、このスペーサ７６と垂直レール３３ｂをボルト６７により固定することにより、燃料噴射弁１３を垂直レール３３ｂに固定している。燃料供給レール３３の垂直レール３３ｂは、ボルト６６によりシリンダヘッド８に形成されたボス７５に固定され、また、燃料噴射弁１３の燃料通路６３側にはＯリング７８が配設され、また、シリンダヘッド８の軸穴８１の燃焼室７９側には、皿バネからなる弾性金属シール材８０が配設されている。シリンダヘッド８の軸穴８１は、燃料噴射弁１３の外径より若干大きくされ、燃料噴射弁１３の取付時において両者の間に若干の遊動を可能にしている。
【００２２】
図５は、図２〜図４の分解組立斜視図を示し、ポンプ駆動ユニット４０、高圧燃料ポンプ３２、高圧圧力調整弁３５、燃料供給レール３３及び燃料噴射弁１３は、本発明に係わる高圧燃料噴射ユニット９０を示している。この高圧燃料噴射ユニット９０のエンジン２への取付方法を図２〜図５を参照しつつ説明する。
【００２３】
先ず、シリンダボディ７にボルト７４により取付用ステー５３を固定しておく。次に、燃料供給レール３３の水平レール３３ａと垂直レール３３ｂを連結し、垂直レール３３ｂに燃料噴射弁１３を装着し、さらに、ポンプ駆動ユニット４０、高圧燃料ポンプ３２、３４及び高圧圧力調整弁３５を装着し、燃料給排ユニット６０の燃料出口管６０ａと高圧圧力調整弁３５をそれぞれコネクタ７０、７２により水平レール３３ａに接続する。このようにして高圧燃料噴射ユニット９０を組み立てた後、燃料噴射弁１３をシリンダヘッド８の軸穴８１に挿入し、垂直レール３３ｂをボルト６７によりシリンダヘッド８に仮止めした後、ポンプ駆動ユニット４０をシリンダボディ７及び取付用ステー５３上に載せてボルト５４、５５、５６によりシリンダボディ７に仮止めする。
【００２４】
そして、ポンプ駆動ユニット４０と高圧燃料ポンプ３２、３４のボルト６１とボルト穴間の遊びと、燃料噴射弁１３とシリンダヘッド８の軸穴８１間の遊びにより、高圧燃料噴射ユニットの各部材の公差を調整しながらボルト６１、６７を本締めする。このときボルト６７の本締めによりノズル１３ｂの外周に配設された弾性金属シール材８０が押圧収縮され、これにより燃料噴射弁１３を燃焼圧力に対抗させると共に燃焼ガスが軸穴８１から漏洩するのを防止している。
【００２５】
以上の取付構造により、高圧燃料噴射ユニットを一体化してその剛性を高めるとともに、ユニットのエンジンへの組み付けに際して集積公差を吸収可能にして組立性を向上させることができる。また、高圧燃料ポンプ及び高圧圧力調整弁と燃料供給レールの接続を簡単に行うことができるとともに、従来のフレキシブル配管や金属パイプ配管の強度的問題を解消することができ、特に振動の大きい船外機等では有効である。
【００２６】
次に、図６により本発明の他の実施形態について説明する。図６の実施形態においては、ポンプ駆動ユニット４０の両側に高圧燃料ポンプ３２、３４を配設し、ポンプ駆動ユニット４０により高圧燃料ポンプ３２、３４を駆動し、高圧燃料を燃料供給レール３３から燃料噴射弁１３に供給するようにしている。この場合、複数のポンプによる吐出脈動は、１個のポンプによる場合に比して大きくなるが、垂直レール３３ｂの下端に配設した脈動緩衝器９１により、複数のポンプによる吐出脈動を最小限に抑えることができる。
【００２７】
図７の参考例においては、水平レール３３ａを無くして各バンクの垂直レール３３ｂのみとし、２つの高圧燃料ポンプ３２、３４の高圧燃料をそれぞれ各バンクの垂直レール３３ｂに供給するようにしている。この場合、各高圧燃料ポンプ３２、３４の吐出側にそれぞれ高圧燃料調整弁３５を設けることにより、２つの垂直レール３３ｂ内の燃料脈動が互いに影響しないので、さらに吐出脈動を低減させることができる。
【００２８】
図８は、本発明の他の参考例を示し、４サイクルエンジンに適用した船外機の平面図である。本実施形態においても、ポンプ駆動ユニット４０がエンジン２の中央部に配置され、ポンプ駆動ユニット４０の両側に高圧燃料ポンプ３２、３４が配置されている。図中、７はシリンダボディ、８はシリンダヘッド、１０はクランク軸、１３は燃料噴射弁、１９は吸気管、２９はベーパーセパレータタンク、３３は燃料供給レール、９８は吸気弁、９９はカムシャフトである。
【００２９】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態においては、船外機に適用した例について説明しているが、船体側にエンジンを設置するマリン用エンジンや、あるいは芝刈り機等の移動式エンジンや定置式エンジンにも適用可能である。
【００３０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、請求項１記載の発明によれば、クランク軸が縦方向に配設されたエンジンに高圧燃料噴射ユニットを搭載した場合に、燃料配管内の脈動を低減させ正確な空燃比制御を行うことができ、
請求項２記載の発明によれば、高圧燃料ポンプ及び高圧圧力調整弁と燃料供給レールの接続を簡単に行うことができるとともに、従来のフレキシブル配管や金属パイプ配管の強度的問題を解消することができ、特に振動の大きい船外機等では有効であり、
請求項３記載の発明によれば、複数のポンプによる吐出脈動を最小限に抑えることができ、
請求項４記載の発明によれば、左右の垂直レール内の燃料脈動が互いに影響しないので、さらに吐出脈動を低減させることができ、
請求項５記載の発明によれば、左右の垂直レール内の吐出脈動を低減させることができ、
請求項６記載の発明によれば、カムシャフトのない２サイクルエンジンに有効に適用させることができ、
請求項７記載の発明によれば、４サイクルエンジンにも適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の筒内燃料噴射式エンジンの１実施形態を示す船外機の模式図であり、図（Ａ）はエンジンの平面図、図（Ｂ）は図（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う縦断面図、図（Ｃ）は船外機の側面図、図（Ｄ）は燃料供給系の構成図である。
【図２】図１のエンジンの平面図である。
【図３】図２のＹ方向から見た一部断面図である。
【図４】図３のＸ方向から見た一部断面図である。
【図５】図２〜図４の分解組立斜視図である。
【図６】本発明の筒内燃料噴射式エンジンの他の実施形態を示す船外機の模式図である。
【図７】本発明の筒内燃料噴射式エンジンの参考例を示す船外機の模式図である。
【図８】本発明の他の参考例を示し、４サイクルエンジンに適用した船外機の平面図である。
【符号の説明】
８…シリンダヘッド１０…クランク軸１３…燃料噴射弁３２…高圧燃料ポンプ３３…燃料供給レール、３３ａ…水平レール、３３ｂ…垂直レール３５…高圧圧力調整弁４０…ポンプ駆動ユニット９１…脈動緩衝器
以上

Claims

クランク軸（１０）が縦方向に配設された船外機用の筒内燃料噴射式エンジン（２）において、エンジン（２）の上部に配設されたポンプ駆動ユニット（４０）、高圧燃料ポンプ（３２）及び高圧圧力調整弁（３５）と、前記高圧燃料ポンプ（３２）及び高圧圧力調整弁（３５）に接続され、高圧燃料ポンプ（３２）の燃料を燃料噴射弁（１３）に供給する燃料供給レール（３３）と、該燃料供給レール（３３）の下端に接続された脈動緩衝器（９１）とを備え、前記エンジン（２）は複数の気筒（７ａ〜７ｆ）がＶバンクをなすように２列に配設されており、前記燃料供給レール（３３）は、各列のシリンダヘッド（８）に固定された左右の垂直レール（３３ｂ）と、該垂直レール（３３ｂ）の上端に接続された水平レール（３３ａ）とからなり、前記高圧燃料ポンプ（３２）の吐出側及び高圧圧力調整弁（３５）を前記水平レール（３３ａ）に接続し、前記燃料噴射弁（１３）は垂直レール（３３ｂ）に固定され、前記脈動緩衝器（９１）は左右の垂直レール（３３ｂ）の下端に連結されることを特徴とする筒内燃料噴射式エンジン。
複数の高圧燃料ポンプ（３２）がポンプ駆動ユニット（４０）に連結されたことを特徴とする請求項１記載の筒内燃料噴射式エンジン。
前記エンジン（２）が２サイクルエンジンであることを特徴とする請求項１または２に記載の筒内燃料噴射式エンジン。
前記エンジン（２）が４サイクルエンジンであることを特徴とする請求項１または２に記載の筒内燃料噴射式エンジン。