JP5550962B2

JP5550962B2 - 内燃機関

Info

Publication number: JP5550962B2
Application number: JP2010075865A
Authority: JP
Inventors: 直久河野
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2010-03-29
Filing date: 2010-03-29
Publication date: 2014-07-16
Anticipated expiration: 2030-03-29
Also published as: JP2011208548A

Description

本願発明は、吸気ポートに燃料を噴射して混合気を形成する方式の内燃機関に関するものである。

ガソリンを燃料にした内燃機関では、シリンダヘッドに設けた吸気ポートにインジェクタ（燃料噴射弁）で燃料を噴射することで混合気を形成している。そして、インジェクタは、例えば特許文献１に開示されているようにシリンダヘッドに取り付ける場合と、例えば特許文献２に開示されているように吸気マニホールドに取り付ける場合とがある。そして、特許文献２のようにインジェクタを吸気マニホールドに取り付けると、シリンダヘッドの大型化を防止して内燃機関のコンパクト化に貢献できる利点がある。

特開２００４−３０１０６４号公報特開平０９−１７７６４１号公報

さて、ガソリン式の内燃機関において燃焼性をアップして効率を高めるには、インジェクタから噴射される霧化燃料の粒子をできるだけ微粒子化（微細化）するのが好ましいが、燃料を微粒子化するためにはインジェクタの噴射穴から噴射されたときの噴射角（広がり角度）を大きくする必要がある。そして、噴射角が大きくなると燃料が吸気ポートから放出される前に吸気ポートの内面に付着するポートウエット現象が顕れやすくなる。

この点、特許文献２は、インジェクタの先端を吸気マニホールドとシリンダヘッドとの合わせ面よりも内側（吸気ポートと反対側）に後退させているため、燃料を微細化するため噴射角を大きくすると、ポートウエット現象が顕著に顕れると言える。すなわち、特許文献２の構成は、燃料の微細化に対応し難いと言える。

そこで、霧化燃料の微粒化（微細化）が進むと、ポートウエット現象を回避するため、インジェクタの先端をできるだけ吸気弁に（或いは燃焼室に）近づける必要がある。ところが、内燃機関では燃焼室に燃焼ガスが残った状態で吸気弁が開くバルブオーバーラップが存在しており、バルブオーバーラップ時に燃焼ガスがその圧力によって吸気ポートに吹き戻す現象が生じることがある。

このため、インジェクタの先端を吸気弁に近づけると、バルブオーバーラップ時の燃焼ガスの吹き戻しによってインジェクタの先端面の温度が高くなり、その結果、燃料とゴミ類との混合物がインジェクタの先端面に付着して良好な燃料噴射を阻害するデポジット現象が発生しやすくなり、燃料を微細化したことの利点が損なわれるおそれがある。

本願発明は、このような現状を改善すべく成されたものである。

本願発明の内燃機関は、吸気マニホールドが固定されたシリンダヘッドを有しており、前記シリンダヘッドには、一端はシリンダボアに開口して他端は吸気マニホールドに連通した吸気ポートが開口していると共に、前記吸気ポートの一端を開閉する吸気弁が設けられており、更に、前記吸気マニホールドには、前記吸気ポートの一端と他端との間の部位に向けて斜め方向から燃料を噴射するインジェクタが、その先端部を前記吸気マニホールドとシリンダヘッドとの合わせ面から前記吸気ポートに向けて突出させた状態で取付けられている、という基本構成になっている。

そして、上記基本構成において、前記シリンダヘッドに、前記インジェクタの先端部を前記吸気ポートと反対側から囲う凹所が形成されている一方、前記吸気マニホールドには、前記インジェクタの先端部を前記吸気ポートの側から囲う保護部が、前記インジェクタの先端面から更に突出した状態で設けられており、前記保護部のうち前記インジェクタの先端面から突出した部分を、前記凹所と対向させた状態で前記インジェクタの外周面よりも軸心の側に向けてオーバーハングさせている。

本願発明では、保護部を吸気マニホールドとは別部材に製造してこれを吸気マニホールドに取り付けることも可能であるし、吸気マニホールドに一体成形することも可能である。更に、保護部のうち吸気ポートに臨んだ面は、吸気マニホールドの内面を延長させた形態とするのが好ましい。

本願発明によると、インジェクタの前方部が保護部で覆われているため、インジェクタの先端部をできるだけ長くして吸気弁に近づけても、バルブオーバーラップに起因した燃焼ガスの吹き返しによってインジェクタの先端面に熱が伝わることを大幅に低減できる。その結果、噴射される燃料の粒子を微細化して燃費向上を図ることを、吸気マニホールドのポートウェット現象を生じさせることくなく的確に実現できる。

さて、バルブオーバーラップ時の燃焼ガスの吹き返しは、吸気ポートを逆流する状態で行われる。従って、インジェクタの先端面のうち吸気ポートに寄った部分に対して燃焼ガスが強く当たることになる。従って、上記のように（或いは実施形態のように）、インジェクタの先端面のうち吸気ポートに寄った部分を保護部で部分的に覆うと、燃焼ガスがインジェクタの先端面に当たることを効果的に防止できて好適である。また、保護部の内面を吸気マニホールド及び吸気ポートの内面と同一面を成すような形態にすると、シリンダヘッドにインジェクタ配置用凹所を形成しても空気はスムースに流れるため、より好ましい。

実施形態を示す断面図である。（Ａ）は図１の部分拡大図、（Ｂ）は図１の IIB-IIB視断面図図である。

次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。内燃機関は、シリンダボア１を有するシリンダ２と、シリンダボア１を摺動するピストン３と、シリンダ３の上面に固着されたシリンダヘッド４とを有している。シリンダヘッド４には、一端が吸気弁５で開閉される吸気ポート６と、一端が排気弁７で開閉される排気ポート８とが形成されており、かつ、シリンダヘッド４における傾斜した一方の側面９には吸気ポート６の他端に連通した吸気マニホールド１０が固定され、シリンダヘッド４における傾斜した他方の側面１１には排気ポート８の他端に連通した排気マニホールド１２が固定されている。

吸気弁５と排気弁７とは、互いの軸線の成す角度が上向きに緩く広がるようにシリンダボア１の軸心Ｏに対して若干の角度だけ傾斜している。また、吸気ポート６及び排気ポート８は軸心Ｏに対して凸の状態に緩い曲率で湾曲しており、当然ながら、吸気マニホールド１０，１２の穴１３，１４は、それぞれ吸気ポート６及び排気ポート８の内面と同一面を成して連続している。本実施形態では吸気マニホールド１０は樹脂の成形品を使用しているが、鋳物製品やダイキャスト製品とすることも可能である。

吸気マニホールド１０はシリンダヘッド４にボルトで固定するためのフランジ１５を有しており、このフランジ１５のうち吸気弁５の弁棒５ａに寄った部位に、燃料噴射用のインジェクタ１６を固定している。フランジ１５のうちインジェクタ１６が取付けられる部分は外向きに突出した厚肉部１５ａになっており、この厚肉部１５ａに設けた座ぐり穴１７にインジェクタ１６の本体部１６ａを外側から嵌め込み固定しており、インジェクタ１６における小径の先端部１６ｂは吸気マニホールド１０のフランジ１５から突出している。インジェクタ１６の先端面１６ｃには多数の噴出穴１８が空いている。

インジェクタ１６は、シリンダボア１の軸線Ｏに対して上広がり状に傾斜しており、また、吸気弁５の軸線に対しても若干の角度だけ上広がり状に傾斜している。また、インジェクタ１６の先端部１６ｂは、空気の流れを阻害しないようにシリンダヘッド４の内面に形成した凹所１９にすっぽり入り込んでおり、そして、吸気マニホールド１０に、インジェクタ１６の先端部１６ｂを吸気ポート６の側から覆う保護部２０が一体に成形されている。従って、保護部２０の内面はインジェクタ１６の先端部に向いて凹の円弧形状になっており、保護部２０と凹所１９とでインジェクタ１６の先端部１６ｂが囲われている。空気の流れ方向とインジェクタ１６の軸線とは斜めに交叉している。

保護部２０はシリンダヘッド４の凹所１９に入り込んでおり、かつ、保護部２０の内面（吸気ポート６に向いた内面）は、吸気マニホールド１０の内面１３と同一面を成して連続していると共に、吸気ポート６の内面ともほぼ同一面を成している。保護部２０と凹所１９との間に若干の隙間を設けている。

保護部２０はインジェクタ１６の先端面１６ｃの前方に突出した先端部（突出部）２０ａを有しており、かつ、保護部２０の先端部２０ａは、インジェクタ１６における先端面１６ｃの周縁部のうち吸気ポート６に寄った半周程度の部分１６ｃ′を覆うように、インジェクタ１６の軸心に向けて僅かに内向きオーバーハングしている。保護部２０の先端部２０ａによって燃料の広がりが阻害されてはならず、従って、保護部２０の先端部２０ａが内向きオーバーハングする寸法は燃料の広がりを阻害しない範囲に設定されている。

以上の構成において、インジェクタ１６の先端部１６ｂを吸気マニホールド１０のフランジ１５よりも吸気ポート６の側に突出させているため、インジェクタ１６から噴出する燃料が微細化されていて広がり角度が大きくても、燃料が吸気ポート６の内面に付着するポートウエット現象を防止できる。なお、シリンダヘッド４の凹所１９はインジェクタ１６の先端面１６ｃよりも前方に延びている。

そして、インジェクタ１６の前方部が保護部２０によって吸気ポート６の側から覆われているため、バルブオーバーラップによって燃焼ガスが吸気ポート６に吹き返しても、吹き返した燃焼ガスにインジェクタ１６の先端面１６ｃが晒されることを著しく抑制でき、その結果、インジェクタ１６の先端面１６ｃに汚れが付着していくデポジット現象を防止して、燃料噴射機能を適切な状態に維持できる。特に、実施形態のように保護部２０の先端部２０ａでインジェクタ１６における先端面１６ｃの周縁部の一部１６ｃ′を覆うと、燃焼ガスがインジェクタ１６の先端面１６ｃに到達することを的確に抑制できるため、特に好適である。

保護部２０の全体を筒状に形成してインジェクタ１６の先端部１６ｂの全体を保護部２０でぐるりと囲ったり、或いは、保護部２０の先端部２０ａのみを筒状に形成したりすることも理論的には可能であるが、この場合は、吸気マニホールド１０を成形するに当たって複雑な金型を使用せねば型抜できず、このため加工コストが嵩む問題がある。

これに対して本実施形態では、保護部２０はインジェクタ１６の先端部１６ｂを吸気ポート６の側のみから覆う形態であるため、吸気マニホールド１０を簡単な構造の金型で成形できる利点がある。

本願発明は、ガソリンエンジンのような混合気方式内燃機関に適用して有用性を発揮する。従って、産業上利用できる。

２シリンダ
３ピストン
４シリンダヘッド
５吸気弁
６吸気ポート
９シリンダヘッドの一側面（吸気マニホールド取付け面）
１０吸気マニホールド
１５吸気マニホールドのフランジ
１６インジェクタ
１６ｂインジェクタの先端部
１６ｃインジェクタの先端面
１８燃料噴出穴
１９シリンダヘッドの凹所
２０保護部
２０ａ保護部の先端部

Claims

吸気マニホールドが固定されたシリンダヘッドを有しており、前記シリンダヘッドには、一端はシリンダボアに開口して他端は吸気マニホールドに連通した吸気ポートが開口していると共に、前記吸気ポートの一端を開閉する吸気弁が設けられており、更に、前記吸気マニホールドには、前記吸気ポートの一端と他端との間の部位に向けて斜め方向から燃料を噴射するインジェクタが、その先端部を前記吸気マニホールドとシリンダヘッドとの合わせ面から前記吸気ポートに向けて突出させた状態で取付けられている構成であって、
前記シリンダヘッドに、前記インジェクタの先端部を前記吸気ポートと反対側から囲う凹所が形成されている一方、前記吸気マニホールドには、前記インジェクタの先端部を前記吸気ポートの側から囲う保護部が、前記インジェクタの先端面から更に突出した状態で設けられており、前記保護部のうち前記インジェクタの先端面から突出した部分を、前記凹所と対向させた状態で前記インジェクタの外周面よりも軸心の側に向けてオーバーハングさせている、
内燃機関。