JP4483955B2 - エンジンヘッドモジュール - Google Patents

Description

本発明は、例えば自動車，船舶等のエンジンのシリンダヘッドに設けられるエンジンヘッドモジュールに関する。

例えば自動車の燃料直接噴射方式のエンジン（ガソリンエンジン）においては、エンジンのシリンダヘッドに、燃料噴射用のインジェクタと、点火プラグとを組付けて構成されるものがある（例えば特許文献１参照）。

ところで、この種の自動車エンジンの電子制御を行うシステムにあっては、エンジンの状態検出のための複数のセンサの検出信号に基づいて、ＥＣＵにより、燃料噴射制御や点火時期制御などの制御を行い、エンジンを最適な状態で駆動させるようになっている。近年では、エンジンのシリンダ室内の圧力を検出する圧力センサを設け、失火（混合気の燃焼（着火）不良）の検出等を行うことが考えられている。このような用途に用いられる圧力センサの具体例として、ハウジングにパイプ部を一体に設け、そのパイプ部の先端部に、シリンダ室内の圧力を直接受けるダイヤフラムや、その圧力が伝達される圧力検出素子などを備えて構成されるものがある（例えば特許文献２参照）。
特表２０００−５０１８１６号公報 特開２００６−２００９７４号公報

上記のような圧力センサをエンジンに取付ける場合、例えばシリンダヘッド（あるいはシリンダブロック）に取付穴を設け、その取付穴に圧力センサを外側から挿入し、溶接等の方法により固着することが必要となる。しかしながら、例えば、吸気及び排気用のバルブ、インジェクタ、点火プラグなどが設けられているため、新たに圧力センサを追加取付けすることは、取付スペース面での困難性が高いものとなっている。つまり、圧力センサをエンジンに取付けるにあたっては、いかにしてコンパクトに組付けるかが課題となるのである。

尚、シリンダ室内は、燃焼圧力により１０ＭＰａ程度の圧力となるため、取付穴と圧力センサと間の気密シール構造が必要となり、構造の複雑化を招く不具合がある。しかも、一般に、圧力センサは熱に比較的弱いため、エンジンに組付ける場合に、圧力センサが高温となることを抑える構造とし、信頼性を高めることも重要となる。また、シリンダヘッドのような大形の部品に対し、圧力センサのような小さい部品を溶接することは、溶接のための装置が大形となると共に、組立作業性に劣り、製造コストが高くなってしまう問題点もある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、エンジンのシリンダ室内の圧力を検出する圧力センサをコンパクトに配置することができると共に、その取付構造を簡単に済ませることができるエンジンヘッドモジュールを提供するにある。

上記課題を解決するために、本発明のエンジンヘッドモジュールは、シリンダヘッドに形成された取付穴に嵌合取付けされる共通ハウジングに、インジェクタ、点火プラグ、シリンダ室の内圧検出用の圧力センサの三者を、それらの先端部が夫々シリンダ室内に臨むように一体的に組付けて構成されていると共に、前記共通ハウジングの外周部分に、エンジン冷却水が供給される冷却水路が設けられ、前記冷却水路は、該共通ハウジングの外周壁部に、前記取付穴の内周壁との間に空隙を形成する凹部を設けると共に、その空隙の上下部に夫々位置してＯリングを配置することにより形成されるところに特徴を有する（請求項１の発明）。

上記構成によれば、１個の共通ハウジングに、インジェクタ、点火プラグ、圧力センサの三者を一体的に組付け、その上で、共通ハウジングをシリンダヘッドに取付けることができるので、シリンダヘッドに対し圧力センサをコンパクトに配置することが可能となる。このとき、インジェクタ、点火プラグ、圧力センサの三者を個々に組付ける場合と比較して、組付けスペース的に有利となり、また、取付構造の簡単化を図ることができる。尚、例えば圧力センサ等を溶接により共通ハウジングに組付ける場合でも、シリンダヘッドのような大形の部材に直接的に溶接する必要はなくなるので、溶接設備が大形化することなく、組付作業性に優れるものとなる。
しかも、前記共通ハウジングの外周部分に、エンジン冷却水が供給される冷却水路が設けられるので、エンジン冷却水により共通ハウジングひいては圧力センサの冷却を図ることができ、シリンダ室内の圧力検出の安定性、信頼性を高めることができる。このとき、前記冷却水路を、共通ハウジングの外周壁部に、取付穴の内周壁との間に空隙を形成する凹部を設けると共に、その空隙の上下部に夫々位置してＯリングを配置して形成することにより、簡単な構成で、冷却水路を形成することが可能となる。

本発明においては、前記インジェクタ及び点火プラグ並びに圧力センサを、夫々シリンダ室の中心を向くように、共通ハウジングに対して傾斜状に組付けるようにすることができる（請求項２の発明）。これによれば、共通ハウジングの外形を、全体的にシリンダ室内側に向けてすぼむような形態とすることができ、シリンダ室に臨む面を小さく済ませることができるので、より有効となる。

また、本発明においては、共通ハウジングの下端部の外周壁に、取付穴の内周壁との間に圧力を遮断するための耐熱性のガスケットを設けると共に、共通ハウジングの上端部に、取付穴の上面を塞ぐように配置されシリンダヘッドにボルト締めされる連結部を設けることができる（請求項３の発明）。これにより、耐熱性のガスケットによって気密シール構造を容易に設けることができると共に、連結部におけるボルト締めにより、シリンダヘッドに対する取付けを簡単に行うことができる。

更に、本発明においては、共通ハウジングの上面部に、インジェクタ及び点火プラグ並びに圧力センサと、外部との電気的接続のための共通化されたコネクタ部を設ける構成とすることができる（請求項４の発明）。これによれば、インジェクタ及び点火プラグ並びに圧力センサの夫々に関して別々にコネクタを設ける場合に比べて、外部との電気的接続のための構成の簡単化を図ることができる。

そして、本発明においては、共通ハウジングの下面、並びに、インジェクタ及び圧力センサの先端を、シリンダヘッドの下面と、凹凸なく滑らかに連なる面を形成するように構成することが望ましい（請求項５の発明）。これにより、シリンダ室を構成する内壁面の凹凸を少なく済ませることができ、異常燃焼の発生や、カーボンの付着といった不具合の発生を未然に防止することができる。

以下、本発明を具体化した一実施例について、図面を参照しながら説明する。
図３は、例えば自動車のエンジンの１個のシリンダ室１の要部（上部）部分の構成を概略的に示している。シリンダ室１は、シリンダブロック２とシリンダヘッド３とから構成され、その内部には、ピストン４が上下動するように設けられている。シリンダ室１の上部には、図で右左に位置して吸気口及び排気口を夫々開閉するバルブ５及び６が設けられている。そして、シリンダヘッド３には、前記吸気口と排気口との中間部に位置して、本実施例に係るエンジンヘッドモジュール７（以下、単にモジュール７と称する）が設けられる。尚、このモジュール７は、エンジンの全気筒に搭載される。

図１は、本実施例に係るモジュール７の全体構成及びその取付構造を示している。ここで、前記シリンダヘッド３の中央部には、モジュール７が嵌合取付けされる取付穴８が上下に貫通するように形成されている。この取付穴８は、全体として円形状をなすのであるが、詳細には、シリンダヘッド３の下面部側が最も径小に形成され、第１の段部８ａを介してその上部にそれよりやや径大となった部分が形成されている。さらに、その上部に、第２の段部８ｂを介してそれより径大となった部分が上端部近傍まで形成され、第３の段部８ｃを介してシリンダヘッド３の上面部側が最も径大に形成されている。尚、シリンダヘッド３内には、前記取付穴８の周囲部に位置して、エンジン冷却水が循環供給される水路９が形成されている。

これに対し、前記モジュール７は、共通ハウジング１０に、インジェクタ１１と、点火プラグ１２と、シリンダ室１の内圧検出用の圧力センサ１３とを一体的に組付けて構成され、前記取付穴８に嵌合されて取付けられるようになっている。そのうち共通ハウジング１０は、例えばＳＵＳやアルミ等の金属から、全体として円柱ブロック状に構成されているのであるが、この場合、前記取付穴８に上方から嵌合するような、上から下に行くにつれて、言い換えればシリンダ室１に向かうにつれて段階的に径小となるような形状をなしている。

具体的には、共通ハウジング１０の下端部は、前記取付穴８の下端部に対応して最も径小に構成されており、第１の段部１０ａを介してその上部がやや径大に構成されている。さらに、その上部に、第２の段部１０ｂを介してそれより径大となった部分が上端部近傍まで形成され、第３の段部１０ｃを介し更に径大とされ、さらに上端部が取付穴８の内径よりも径大な鍔状に形成されている。

この上端部の鍔状部分が、取付穴８を塞ぐようにシリンダヘッド３の上面に載置され、該シリンダヘッド３に複数個所でボルト締めされる連結部１４とされている。このとき、シリンダヘッド３の上面部には複数個（例えば９０度間隔で４箇所）のねじ穴３ａが形成されており、図２にも示すように、共通ハウジング１０の連結部１４には、それらに対応するボルト挿通穴１４ａが形成されている。図１に示すように、このボルト挿通穴１４ａを通して、ボルト１５がねじ穴３ａにねじ込まれるようになっている。

また、この共通ハウジング１０の外周面の中段部（前記第２の段部１０ｂと第３の段部１０ｃとの間の部分）には、取付穴８の内周壁（前記第２の段部８ｂと第３の段部８ｃとの間の部分）との間に空隙を形成するための凹部１６が形成されている。この凹部１６は、円周方向全周に延び断面が円弧状（半円形状）をなす溝からなり、この場合上下２段に形成されている。後述するように、この凹部１６によって、共通ハウジング１０の外周部分（取付穴８の内周壁との間）に冷却水路が形成されるようになっている。

そして、この共通ハウジング１０には、図２に示すように、第１〜第３の３個の挿入孔１７，１８，１９が形成されている。このとき、各挿入孔１７，１８、１９は、共通ハウジング１０の上面及び下面にて開口する（上下に貫通する）ように形成されているのであるが、それらの上端の開口部は、共通ハウジング１０の上面中心からやや外周に離れた位置に、円周方向に等間隔（１２０度間隔）に形成されると共に、下端部側が中心を向く（中心に近付く）ように傾斜した形態で延びている。これら各挿入孔１７、１８、１９には、インジェクタ１１、点火プラグ１２、圧力センサ１３が夫々挿入固定されるようになっており、それらの形状に合せて、先端側（下側）が径小となる形態に形成されている。

前記インジェクタ１１は、詳しく図示はしないが、縦長なハウジングの先端部に噴射口１１ａを有すると共に、その内部にニードル式のバルブやそのバルブを駆動するソレノイド等を配設した周知構成を備えている。このインジェクタ１１は、前記第１の挿入孔１７に上方から差込まれた状態で、例えば溶接（或いはかしめ、ねじ込み）等の方法により固着されている。このとき、噴射口１１ａが共通ハウジング１０の下面と面一になるように配置される。

前記点火プラグ１２は、詳しく図示はしないが、先端側外周が金属製のシェルで覆われたセラミック（陶器）製の絶縁体の先端部（下端部）に、中心電極１２ａと接地電極１２ｂとをスパークギャップを存して対向配置してなる周知構成を備えている。この点火プラグ１２は、前記第２の挿入孔１８に上方から差込まれた状態で、やはり例えば溶接（或いはかしめ、ねじ込み）等の方法により固着されている。このとき、中心電極１２ａ及び接地電極１２ｂ部分が、共通ハウジング１０の下面から下方に突出して配置される。

前記圧力センサ１３は、例えば、本出願人の先の出願に係る特開２００６−２００９７４号公報に記載されているように、金属（ＳＵＳ）製のハウジングにパイプ部を一体に設け、そのパイプ部の先端部にシリンダ室１内の圧力を直接受ける金属製ダイヤフラムやその圧力が伝達される感圧素子を設け、ハウジング内に信号処理回路を設けて構成されている。この圧力センサ１３は、前記第３の挿入孔１９に上方から差込まれた状態で、やはり例えば溶接（或いはかしめ、ねじ込み）等の方法により固着されている。このとき、パイプ部の先端が共通ハウジング１０の下面と面一になるように配置される。

また、図１に示すように、前記モジュール７（共通ハウジング１０）の上面部には、前記インジェクタ１１、点火プラグ１２、圧力センサ１３の上端部全体を覆うような蓋部２０が例えば溶接等により設けられている。この蓋部２０の上面には、前記インジェクタ１１及び圧力センサ１３と、ＥＣＵ（図示せず）との電気的接続用の共通コネクタ２１が設けられると共に、前記インジェクタ１１に燃料を供給するための燃料コネクタ２２が設けられている。更に、図示はしないが、前記点火プラグ１２に対する電圧印加用の高圧コネクタが、前記共通コネクタ２１とは別に設けられている。

さて、上記のように構成されたモジュール７は、シリンダヘッド３の取付穴８に上方から嵌合され、連結部１４におけるボルト締めによって該シリンダヘッド３に取付けられる。このとき、本実施例では、図１に示すように、共通ハウジング１０の外周壁の下端部と取付穴８の内周壁との間、この場合、第１の段部１０ａと第１の段部８ａとの間に、圧力遮断（気密シール）のために、例えば金属製Ｃリングからなる耐熱性のガスケット２３が配置される。このガスケット２３としては、メタルタッチシールや発泡カーボンなども採用することができる。

さらに、共通ハウジング１０の外周壁と、取付穴８の内周壁との間には、前記凹部１６の上下部に夫々位置して、つまり、第２の段部１０ｂと第２の段部８ｂとの間、及び、第３の段部１０ｃと第３の段部８ｃとの間に夫々位置して、例えばゴム製のＯリング２４及び２５が配置されている。これにより、凹部１６により形成される空隙が、上下においてシールされ、これと共に、前記シリンダヘッド３に形成されている水路９の一部が、連通路９ａを介してその空隙に連通するようになっている。以て、共通ハウジング１０の外周部分に、エンジン冷却水が供給される冷却水路２６が設けられるのである。

そして、このモジュール７の取付状態では、共通ハウジング１０の下面、並びに、インジェクタ１１及び圧力センサ１２の先端が面一となり、且つ、それらが、シリンダヘッド３の下面（シリンダ室１を向く面）と、凹凸なく滑らかに連なる面を形成するようになっている。点火プラグ１２の先端部（火花発生部分）のみは、シリンダ室１内に突出した形態となる。

また、この状態では、インジェクタ１１の先端の噴射口１１ａが、シリンダ室１内の中心（中心線Ｏ）を向くようになっており、インジェクタ１１からシリンダ室１内の中心に向けて燃料が噴射されるようになるのである。さらに、圧力センサ１３の先端の圧力を受ける部分（ダイヤフラム）がシリンダ室１内に臨み、シリンダ室１内の圧力を検出することが可能となる。尚、この圧力センサ１３は、排気口（バルブ６）側よりも温度の低い吸気口（バルブ５）に近い側に配置されるようになっている。

次に、上記構成の作用及び効果について述べる。上記したモジュール７においては、１個の共通ハウジング１０に、インジェクタ１１、点火プラグ１２、圧力センサ１３の三者を一体的に組付け、その上で、共通ハウジング１０をシリンダヘッド３に取付けることができるので、シリンダヘッド３に対し圧力センサ１３をコンパクトに配置することが可能となる。

このとき、インジェクタ１１、点火プラグ１２、圧力センサ１３の三者を個々に組付ける場合と比較して、組付けスペース的に有利となり、また、シール部の共用化等により取付構造も簡単となる。連結部１４におけるボルト締めにより、シリンダヘッド３に対する共通ハウジング１０の取付けを簡単に行うことができる。また、圧力センサ１３を例えば溶接により共通ハウジング１０に組付けるようにしているが、シリンダヘッド３のような大形の部材に直接的に溶接する必要はなくなるので、溶接設備が大形化することなく、組付作業性に優れるものとなる。

本実施例のモジュール７においては、インジェクタ１１及び点火プラグ１２並びに圧力センサ１３を、夫々シリンダ室１の中心を向くように、共通ハウジング１０に対して傾斜状に組付けるようにしたので、インジェクタ１１の噴出口１１ａからシリンダ室１内の中心に向けて燃料を噴射でき、これと共に、共通ハウジング１０の外形を全体的にシリンダ室内１側に向けてすぼむような形態としてシリンダ室１に臨む面を小さく済ませることができるので、より有効となる。

本実施例では、共通ハウジング１０の外周部分に、エンジン冷却水が供給される冷却水路２６を設けるようにしたので、エンジン冷却水により共通ハウジング１０ひいては圧力センサ１３の効果的な冷却を図ることができ、圧力センサ１３を吸気口（バルブ５）側に配置したことと相まって、圧力センサ１３によるシリンダ室１内の圧力検出の安定性、信頼性を高めることができる。このとき、共通ハウジング１０に凹部１６を形成すると共に２個のＯリング２４，２５を設けるという簡単な構成で、冷却水路２６を形成することができた。

また、共通ハウジング１０の下端部の外周壁に、取付穴８の内周壁との間に圧力を遮断するための耐熱性のガスケット２３を設けると共に、２個のＯリング２４，２５を設け、さらに連結部１４により取付穴８の上面開口部を塞ぐようにしたので、気密性に優れたシール構造を設けることができる。共通ハウジング１０の上面部（蓋部２０）に、インジェクタ１１及び圧力センサ１３と、外部（ＥＣＵ）との電気的接続のための共通コネクタ２１を設けたので、電気的接続のための構成の簡単化を図ることができる。

そして、本実施例では、共通ハウジング１０の下面、並びに、インジェクタ１１及び圧力センサ１３の先端を、シリンダヘッド３の下面と、凹凸なく滑らかに連なる面を形成するように構成したので、シリンダ室１を構成する内壁面の凹凸を少なく済ませることができ、異常燃焼の発生や、カーボンの付着といった不具合の発生を未然に防止することができるものである。

このように本実施例によれば、共通ハウジング１０に、インジェクタ１１、点火プラグ１２、圧力センサ１３の三者を一体的に組付けたモジュール７を、シリンダヘッド３に取付ける構成としたので、エンジンのシリンダ室１内の圧力を検出する圧力センサ１３をコンパクトに配置することができると共に、その取付構造を簡単に済ませることができる等の優れた効果を得ることができるものである。

尚、上記した実施例では、インジェクタ１１及び圧力センサ１３と外部との電気的接続のための共通コネクタ２１と、点火プラグ１２用の高圧コネクタとを別体に設けるようににしたが、それらを共通化したコネクタとしても良い。また、上記実施例では、インジェクタ１１、点火プラグ１２、圧力センサ１３の三者を共通ハウジング１０に円周方向に並ぶように配置したが、それら三者を共通ハウジング１０に例えば横方向に一列に並ぶように配置しても良い。この場合、中央に点火プラグ１２、吸気口（バルブ５）側に圧力センサ１３を設けることが望ましい。

そして、上記実施例では、共通ハウジング１０の下面、インジェクタ１１及び圧力センサ１３の先端を、シリンダヘッド３の下面と凹凸なく滑らかに連なる面を形成するように構成したが、それに限定されず、シリンダヘッド３の下面から若干凹となるように配置しても良い。さらに、インジェクタ１１、点火プラグ１２、圧力センサ１３の共通ハウジング１０に対する組付け方法や、共通ハウジング１０のシリンダヘッド３に対する取付け方法についても、溶接やボルト締めに限定されず、例えばかしめやろう付け等の別の手段を採用することもできる。その他、例えば耐熱性ガスケットやＯリングの材質や形状等についても、様々な変形が可能である等、本発明は要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施し得るものである。

本発明の一実施例を示すもので、エンジンヘッドモジュールの構成及び取付構造を示す縦断面図 共通ハウジングの平面図 エンジンのシリンダ室内の要部構成を概略的に示す縦断面図

符号の説明

図面中、１はシリンダ室、３はシリンダヘッド、７はエンジンヘッドモジュール、８は取付穴、１０は共通ハウジング、１１はインジェクタ、１２は点火プラグ、１３は圧力センサ、１４は連結部、１５はボルト、１６は凹部、２１は共通コネクタ、２３はガスケット、２４，２５はＯリング、２６は冷却水路を示す。

Claims (5)

1. エンジンのシリンダヘッドに設けられるものであって、
   前記シリンダヘッドに形成された取付穴に嵌合取付けされる共通ハウジングに、インジェクタ、点火プラグ、シリンダ室の内圧検出用の圧力センサの三者を、それらの先端部が夫々前記シリンダ室内に臨むように一体的に組付けて構成されると共に、
   前記共通ハウジングの外周部分には、エンジン冷却水が供給される冷却水路が設けられ、前記冷却水路は、該共通ハウジングの外周壁部に、前記取付穴の内周壁との間に空隙を形成する凹部を設けると共に、前記空隙の上下部に夫々位置してＯリングを配置することにより形成されることを特徴とするエンジンヘッドモジュール。
2. 前記インジェクタ及び点火プラグ並びに圧力センサは、夫々シリンダ室の中心を向くように、前記共通ハウジングに対して傾斜状に組付けられることを特徴とする請求項１記載のエンジンヘッドモジュール。
3. 前記共通ハウジングの下端部の外周壁には、前記取付穴の内周壁との間に圧力を遮断するための耐熱性のガスケットが設けられると共に、前記共通ハウジングの上端部には、前記取付穴の上面を塞ぐように配置され、前記シリンダヘッドにボルト締めされる連結部が設けられていること特徴とする請求項１又は２記載のエンジンヘッドモジュール。
4. 前記共通ハウジングの上面部には、前記インジェクタ及び点火プラグ並びに圧力センサと、外部との電気的接続のための共通化されたコネクタ部が設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のエンジンヘッドモジュール。
5. 前記共通ハウジングの下面、並びに、前記インジェクタ及び圧力センサの先端は、前記シリンダヘッドの下面と、凹凸なく滑らかに連なる面を形成するように構成されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のエンジンヘッドモジュール。

Images