JP6347482B2 - 内燃機関及びその組み立て方法並びにこれに使用するシリンダヘッド - Google Patents

Description

本願発明は、車両用等の内燃機関及びその組み立て方法並びにこれに使用するシリンダヘッドに関するものである。

車両用の内燃機関は、一般に、１つの気筒に対して吸気弁と排気弁を２つずつ設けている。また、近年の内燃機関では、吸気ポートにインジェクタで燃料を噴射していることが殆どである。この場合、１つの気筒に対して１つのインジェクタから燃料を供給するシングルタイプと、１つの気筒に２つのインジェクタから燃料を供給するデュアルタイプとがあり、デュアルタイプでは、正確かつきめ細かい制御を行える利点がある。

いずれにしても、複数のインジェクタは１本のデリバリ管（燃料分配管）に接続されていて、複数本のインジェクタと１本のデリバリ管とでインジェクタユニットが構成されており、各インジェクタをシリンダヘッドのインジェクタ取付け穴に一斉に挿入してから、デリバリ管に設けたブラケットをシリンダヘッドにボルトで固定している（例えば特許文献１）。

特開２００９−１９１６３６号公報

インジェクタの先端は燃料が噴射されるノズルになっているが、ノズルは細くてデリケートな構造であるため、組み付けに際しては、先端がシリンダヘッドに当たらないように慎重に位置決めしながら、インジェクタをインジェクタ取付け穴に挿入せねばならず、このため、インジェクタユニットの組み付け作業に手間が掛かっていた。特に、１つの気筒に対応して２つのインジェクタを有する場合は、シングルタイプに比べてノズルがヘッドに接触しやすいため、組み付けの手間が倍加していた。

本願発明は、このような現状に鑑みなされたものであり、インジェクタの組み付けの手間を、構造を複雑化することなく軽減しようとするものである。

本願発明は、内燃機関とその組み立て方法、シリンダヘッドとを含んでいる。内燃機関は、請求項１のとおり、
「吸気弁用カム軸と排気弁用カム軸とがカムキャップを介して回転自在に保持されたシリンダヘッドと、前記シリンダヘッドの上面にボルトで固定されたヘッドカバーと、前記シリンダヘッドに形成された各吸気ポートに燃料を噴射するインジェクタユニットとを備えており、
前記シリンダヘッドの一側面に、クランク軸線方向に並んだ左右一対の前記吸気ポートとその上に配置された左右一対のインジェクタ取付け穴とが、各気筒に対応して一対ずつ形成されている」
という基本構成において、
「前記各インジェクタ取付け穴は、クランク軸線方向から見て、前記吸気弁用カム軸を気筒軸線方向に降ろしたエリアよりも外側に位置しており、
更に、前記シリンダヘッドの一側面のうち、前記一対のインジェクタ取付け穴の中間部の真上の部位に、前記ヘッドカバーを固定するためのタップ穴が空いたカバー取付け用リブが形成されている一方、
前記インジェクタユニットは、前記各インジェクタ取付け穴に挿入されるインジェクタの群と、前記インジェクタの群が接続された１本のデリバリ管とを有しており、前記デリバリ管には、その長手方向と交差した方向に突出したソケットの群が設けられており、前記各ソケットにそれぞれ前記インジェクタが装着されている」
というものである。

シリンダヘッドは、請求項２のとおり、
「一側面に吸気ポート及びインジェクタ取付け穴を開口させており、上面にはヘッドカバーがボルトで固定される構成であって、
前記吸気ポートとインジェクタ取付け穴とは１つの気筒に対応して２つが対になっており、これら一対の吸気ポート及びインジェクタ取付け穴が、インジェクタ取付け穴が上に位置した状態でクランク軸線方向に並べて配置されており、
更に、前記一側面のうち、前記一対のインジェクタ取付け穴の中間部の真上の部位に、前記ヘッドカバーを固定するためのカバー取付け用リブが、前記一対のインジェクタ取付け穴の間の部位まで延びるように形成されており、
かつ、前記一対の吸気ポートは隔壁で区分されており、前記隔壁が前記カバー取付け用リブの下方に位置している」
というものである。
内燃機関の組み立て方法は、請求項３のとおり、
「シリンダヘッドにインジェクタユニットが取り付けられている内燃機関の組み立て方法であって、
前記シリンダヘッドの一側面に、クランク軸線方向に並んだ左右一対の吸気ポートとその上に配置された左右一対のインジェクタ取付け穴とが、各気筒に対応して一対ずつ形成されており、
前記シリンダヘッドの一側面のうち、前記一対のインジェクタ取付け穴の中間部の真上の部位に、ヘッドカバーを固定するためのタップ穴が空いたカバー取付け用リブが形成されている一方、
前記インジェクタユニットは、前記各インジェクタ取付け穴に挿入されるインジェクタの群と、前記インジェクタの群が接続された１本のデリバリ管とを有していて、前記各インジェクタは、前記デリバリ管に突設したソケットに装着されており、
前記各インジェクタをデリバリ管に予め接続してインジェクタユニットに構成してから、各インジェクタを各インジェクタ取付け穴に一斉に挿入する工程を有している」
というものである。

本願発明では、一対のインジェクタ取付け穴の上にカバー取付け用リブが位置しているため、インジェクタユニットをシリンダヘッドに組み付けるに際しては、カバー取付け用リブを位置決めの目安（目印・指標）として、一対のインジェクタがカバー取付け用リブの両側に位置するように配置することにより、各インジェクタを各インジェクタ取付け穴に正確に挿入することができる。

更に述べると、インジェクタ取付け穴も目印にはなり得るが、インジェクタのセンターとインジェクタ取付け穴のセンターとが合致しているかどうかは人が視認しにくいため、インジェクタが芯ずれした状態でインジェクタ取付け穴に挿入される場合があり、このため、ノズルがインジェクタ取付け穴の内面に当たって損傷することが有り得るが、カバー取付け用リブはシリンダヘッドの外面に突出していて視認性が高いため、カバー取付け用リブが一対のインジェクタの間に位置するようにインジェクタユニットの位置を規定することで、各インジェクタを各インジェクタ取付け穴に対して同心状に挿入できるのであり、その結果、インジェクタユニットの組み付けを、正確にかつ能率良く行える。

そして、カバー取付け用リブを目印とするものであるため、コストアップや重量の増大はない。従って、コストアップを招来することなく、インジェクタの取付けを正確かつ能率良く行える。

さて、１つの気筒に対応して２つのインジェクタを設けた場合、インジェクタの先端が臨んだ部分のみを２つの吸気ポートに分岐することも可能であり、従って、２つの吸気ポートをカバー取付け用リブの下方では合体させておくことも可能であるが、この場合は、ボルトでヘッドカバーを固定したときに、吸気ポートの上の部分の肉がボルトで引っ張られることで、吸気ポートが変形してしまうおそれがある。

これに対して請求項２の構成を採用すると、隔壁によって吸気ポートの上下両面が繋がっているため、ヘッドカバーを固定するボルトによって上向きの引っ張りが作用しても、吸気ポートの変形を防止できる利点がある。

実施形態に係る内燃機関の部分的な概略正面図である。 シリンダヘッドの斜視図である。 サージタンク一体型吸気マニホールドの斜視図である（平行斜線は面の表示であり、断面表示ではない。）。 吸気マニホールドの背面図である。 吸気ポートの平断面図であり、図６の V-V視断面図である。 １つの吸気ポートの箇所の縦断正面図であり、インジェクタを取り付けた状態での図９のVI-VI 視断面図である。 （Ａ）は吸気マニホールドを表示した状態での図６の部分拡大図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ視断面図である。 シリンダヘッドとヘッドカバーとの分離平面図である。 シリンダヘッドとインジェクタユニットとの分離平面図である。 （Ａ）はインジェクタユニットの分離斜視図、（Ｂ）はインジェクタユニットの分離正面図である。

(1).実施形態の概要
次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。まず、主として図１〜４を参照して、内燃機関の概略を説明する。本願発明は車両用の内燃機関に適用しており、図１に示すように、内燃機関は、従来と同様にシリンダブロック１とその上面に固定されたシリンダヘッド２とを備えており、シリンダヘッド２の上面にはヘッドカバー３を固定している。シリンダヘッド２及びシリンダブロック１の一端面には、タイミングチェーンを覆うフロントカバーが配置されているが、図では省略している。

本実施形態の内燃機関は、運転者から見て、クランク軸（図示せず）を左右横向きにした姿勢で車両のエンジンルームに配置されている。また、気筒軸線４を鉛直線５の方向に向けている（前傾状等にスラントさせてもよい。）。従って、上下方向は気筒軸線５の方向と一致している。前後方向は、車両の運転者から見た方向として定義している。正面視はクランク軸線方向から見た状態である。上記したとおり、左右方向はクランク軸線方向と同じになる。

シリンダヘッド２は左右横長の略四角形であって、その一側面（吸気側面）２ａの略下半部は下に行くに従って後ろにずれるように傾斜しており、この傾斜した一側面２ａに、吸気マニホールド６のフランジ６ａをボルトで固定している。また、本実施形態の内燃機関は３気筒であり、そこで、図２に示すように、シリンダヘッド２には、クランク軸線７の方向に並んだ３つの点火プラグ挿通穴７が形成されている。シリンダヘッド２はアルミの鋳造品であり、吸気マニホールド６は、ナイロン樹脂等を素材とした樹脂成形品である。

シリンダヘッド２の周囲には、前後の長辺壁部９と左右の短辺壁部１０とが一連に連続した状態で形成されており、１つの短辺壁部１０には、カム軸１１（図９参照）を下方から支持するサイド軸受け１２が形成されている。また、シリンダヘッド２の内部のうち、各点火プラグ挿通穴７を挟んだ前後両側の部位にも、カム軸１１を下方から支持する中間軸受け１３を形成している。敢えて述べるまでもないが、軸受け１２，１３には、吸気弁用カム軸１１を上から覆うカムキャップ１４（図９参照）が、ボルトで固定されている。当然ながら、シリンダヘッド２には、排気弁用カム軸もカムキャップによって回転自在に保持されている。

なお、図２において示す符号１５は、ＥＧＲガス取り出し口である。符号１６で示すのは、冷却水通路の開口である。

吸気マニホールド６は図２〜４で示している。本実施形態の吸気マニホールド６はサージタンク１７を一体に設けており、サージタンク１７には、図３（Ｂ）に示すように吸気入口１８が空いている。吸気入口１８には、図１に示すように、スロットルバルブ１９が接続されている。

吸気マニホールド６は樹脂製であって、上下３つのパーツを接合して構成されている。そして、３気筒であるため、左右方向に並んだ３つの枝管２０を有しているが、各枝管２０は、サージタンク１７の前端部からいったん下向きに向かって上向きに方向を変えて前向きに開口しており、従って、楽器のホルンのような曲がり形態を成している。また、各枝管２０の上半部は、サージタンク１７に部分的に入り込んでいる。

図３（Ｂ）に示すように、吸気マニホールド６の後部上面には、枝管２０の並び方向（左右方向）に延びるランド部２１が形成されており、ランド部２１には蓋板２２を溶着している。ランド部２１と蓋板２２との合わせ面にはＥＧＲ通路（図示せず）が形成されており、ＥＧＲ通路は、分岐通路を介して各枝管２０に連通している。

ランド部２１の一端にはフランジ２３を設けており、フランジ２３に、ＥＧＲパイプ（図示せず）の終端が固定される。従って、ＥＧＲ通路はフランジ２３の外面に開口しており、ＥＧＲパイプの始端は、図２示すＥＧＲガス取り出し口１５に接続される。

(2).吸気ポート・吸気マニホールドの吸気路
次に、吸気ポートと吸気マニホールド６の吸気路とを、図５〜７も参照して説明する。本実施形態の内燃機関は３気筒であるが、１つの気筒２５（図６参照）に対応して、クランク軸線方向に並んだ左右２つの吸気弁２６を配置しているので、シリンダヘッド２には、１つの気筒２５に対応して２つの吸気ポート２７を１セットして、３セットの吸気ポート２７が形成されている。なお、図６ではカムは省略している。説明は省略するが、排気弁も１つの気筒２５に２つ設けている。

図５に示すように、各セットを構成する２つの吸気ポート２７は隔壁２８で隔てられているが、隔壁２８の前端（吸気マニホールド６に向いた端部）は、シリンダヘッド２の一側面２ａよりも少し後ろに入り込んでいる。すなわち、隔壁２８の前端はシリンダヘッド２の一側面２ａに至っていない。

他方、図３や図４から理解できるように、吸気マニホールド６における各枝管２０の終端部はそれぞれ隔壁２９で左右に仕切られており、このため、各枝管２０の終端部は２つの吸気路３０に分離されており、１つの吸気路３０が１つの吸気ポート２７に連通している。

そして、吸気マニホールド６の隔壁２９は、フランジ６ａの後面（シリンダヘッド２との重合面）と同一面を成している。従って、シリンダヘッド２の隔壁２８と吸気マニホールド６の隔壁２９との間には、隙間３２が空いている。

この場合、シリンダヘッド２における隔壁２８の前面は、クランク軸線方向から見て、吸気マニホールド６に向けて凹んだ横向きＶ形（くの字形）になっている。従って、隔壁２８の前面は、下から上に向けて吸気ポート２７の奥側にずれる下部傾斜面３３と、上から下に向けて吸気ポート２７の奥側にずれる上部傾斜面３４とで構成されており、上下傾斜面３３，３４の交叉部（前面の奥底部）は、吸気ポート２７の上下中間部に位置している。

また、シリンダヘッド２の隔壁２８は、上下中間部が最も薄肉で、上方及び下方に行くに従って肉厚が厚くなっている。従って、吸気ポート２７のうち隔壁２８で内面を構成されている部分は円弧状になっている。また、２つの吸気ポート２７が全体として小判形を成している。このため、各吸気ポート２７は断面略円形になっている。また、図５及び図７（Ｂ）に示すように、シリンダヘッド２の隔壁２８の前端面は、２つの吸気ポート２７が平行に並んで見える平断面視で、丸みを帯びた断面形状になっている。すなわち、隔壁２８の前端部は円弧状の横断面形状になっている。

他方、吸気マニホールド６において１セットを成す２つの吸気路３０は、全体として小判形を成しており、１セットの吸気ポート２７と１セットの吸気路３０とは、全体としての外形は同一形状になっている。但し、吸気マニホールド６の隔壁２９は上下全長にわたって等厚になっており、かつ、図７（Ｂ）に明示するように、吸気マニホールド６の隔壁２９の厚さは、シリンダヘッド２の隔壁２８よりも薄くなっている。また、吸気マニホールド６の壁２９の後端は、平断面視で角張っている（極く僅かの丸みは持たせている。）。

上記のとおり、各枝管２０には吸気マニホールド６のランド部２１の箇所からＥＧＲガスが供給されるが、吸気マニホールド６の隔壁２９は、ＥＧＲガスの供給口よりも下流側に設けている。

図６に示すように、吸気ポート２７は、先端に行くほど下にずれるように正面視で傾斜しつつ、ほぼ一直線の姿勢で延びている。このため、吸気は直進性を持って気筒に流入する。その結果、強いタンブル流を形成できる。また、シリンダヘッド２の前部２ａを傾斜させたことにより、シリンダヘッド２の前端には、シリンダブロック１の一側面の後ろにはみ出たオーバーハング部が形成されている。

(3).インジェクタ及びヘッドカバー
図６及び図７（Ａ）に示すように、各吸気ポート２７の箇所には、燃料噴射用のインジェクタ３６を取付けている。このインジェクタ３６とヘッドカバー３とを、従前の図に加えて図８〜１０も参照して説明する。

インジェクタ３６は円筒状のボデー３７を備えており、ボデー３７の先端に、中間径部３８を介して小径のノズル３９を設けている。シリンダヘッド２の後面のうち傾斜面よりも上の部分には、ボデー３７の略半分程度が遊嵌するインジェクタ取付け穴４０が空いており、インジェクタ取付け穴４０の奥部には、中間径部３８が嵌まるシール穴４１を設けている。

そして、インジェクタ３６の中間径部３８にＯリング（図示せず）を装着して、Ｏリングをシール穴４１に嵌め込むことにより、インジェクタ３６の先端部の位置決めとシールとが行われる。インジェクタ３６は各吸気ポート２７に配置されるので、図２に示すように、２つの吸気ポート２７のセットに対応して２つのインジェクタ取付け穴４０がセットになって形成されている。図６に示すように、インジェクタ取付け穴４０は、吸気弁用カム軸１１の外端から気筒軸線方向に降ろした線Ｓよりも外側に形成されている。

図１０に示すように、各インジェクタ３６は、クランク軸線方向に長いデリバリ管（燃料分配管）４２に取付けられている。従って、１本のデリバリ管４２と６本のインジェクタ３６とでインジェクタユニット４３が構成されており、予めインジェクタユニット４３を形成してから、インジェクタユニット４３全体をシリンダヘッド２にセットする。

インジェクタ３６におけるボデー３７の後端には小径の導入管４４が開口している一方、デリバリ管４２には、各インジェクタ３６のボデー３７の後端部が嵌まるソケット４５を並設しており、インジェクタ３６のボデー３７は、図８（Ｂ）に簡単に示すクリップ（ホルダー）４６でソケット４５に抜け不能に保持されている。各インジェクタ３６のボデー３７には、弁を内蔵した制御部４７が分岐しており、ＥＣＵからの信号によって制御部４７を駆動することにより、適正な量の燃料が吸気ポート２７に噴射される。

デリバリ管４２には左右２つのブラケット４８が固定されており、ブラケット４８がスペーサ４９が介してシリンダヘッド２における一方の長辺壁部９の上面にボルト５０で固定されている。このため、シリンダヘッド２における一方の長辺壁部９の上面には、ボルト５０をねじ込む２つのインジェクタ用タップ穴５１が空けられている。

２つのインジェクタ用タップ穴５１のうちシリンダヘッド２の端部に位置したものは、シリンダヘッドにおける一方の長辺壁部９から後ろに大きく突出した第１前向きリブ５２に形成されている。他方のインジェクタ用タップ穴５１は、一方の長辺壁部９から後ろに少し突出した第２前向きリブ５３の箇所に形成されている。

他方、図８に示すように、ヘッドカバー３は、シリンダヘッド２における３つの壁部９，１０の上面に重なるフランジ５４を有している一方、シリンダヘッド２における壁部９，１０に、外向きで上下長手のカバー取付け用リブ５５を設けて、カバー取付け用リブ５５にカバー用タップ穴５６を空けており、ヘッドカバー３のフランジ５４に設けた外向き突出部５４ａを、カバー取付け用リブ５５にボルト５７（図１参照）で固定している。

なお、図示の例では、ヘッドカバー３には全周にフランジ５４を設けているが、シリンダヘッド２のカバー用タップ穴５６の箇所のみにフランジを設けて、これをボルト５７で固定してもよい。

そして、図２，９に明示するように、一方の長辺壁部９における３つのカバー取付け用リブ５５は、対になっている２つのインジェクタ取付け穴４０の間の中間部の真上から下方に延びており、下端は２つのインジェクタ取付け穴４０の間の部位に位置している（図６及び図７（Ａ）も参照）。そして、インジェクタ取付け穴４０は吸気ポート２７の真上に位置しているので、一対の吸気ポート２７を隔てる隔壁２８は、カバー取付け用リブ５５の真下に位置している（カバー取付け用リブ５５が隔壁２８の真上に位置しており、両者は連続している。）。

インジェクタユニット４３の組み付けに当たっては、予めインジェクタユニット４３をセットしておいて、各インジェクタ３６を一斉にインジェクタ取付け穴４０に嵌め入れてから、ブラケット４８をシリンダヘッド２に固定しているが、本実施形態では、カバー取付け用リブ５５が左右セットを成す吸気ポート２７の間に位置しているため、カバー取付け用リブ５５を目印として、各インジェクタ３６を取付け穴４９に容易かつ正確に嵌め入れることができる。このため、インジェクタユニット４３の取付けを、簡単かつ正確に行える。

すなわち、カバー取付け用リブ５５は外側に露出していて視認性が高いため、各カバー取付け用リブ５５を目印として、一対のインジェクタ３６がカバー取付け用リブ５５の左右両側に位置するように位置合わせすることにより、各インジェクタ３６をインジェクタ取付け穴４０に対して同心状に挿入できるのであり、これにより、ノズル３９の損傷のような不具合を防止しつつ、インジェクタユニット４３をシリンダヘッド２に手際よく取付けできるのである。

また、シリンダヘッド２の隔壁２８がカバー取付け用リブ５５の真下に位置していて、吸気ポート２７の周囲の部分の剛性が格段に高くなっているため、ボルト５７による引っ張り力が吸気ポート２７の上面まで作用しても、吸気ポート２７の上面が上向きに引っ張られて変形するようなこともない。

本願発明は、実際の内燃機関に具体化できる。従って、産業上利用できる。

２ シリンダヘッド
２ａ シリンダヘッドの前面（一側面）
３ ヘッドカバー
６ 吸気マニホールド
７ クランク軸線
９，１０ シリンダヘッドの壁部
２５ 気筒
２６ 吸気弁
２７ 吸気ポート
２８ 吸気ポートを仕切る隔壁
３６ インジェクタ
３７ インジェクタのボデー
３９ インジェクタのノズル
４０ インジェクタ取付け穴
４２ デリバリ管（燃料分配管）
４３ インジェクタユニット
４５ ソケット
５４ ヘッドカバーのフランジ
５４ フランジの外向き突出部
５５ カバー取付け用リブ

Claims (3)

1. 吸気弁用カム軸と排気弁用カム軸とがカムキャップを介して回転自在に保持されたシリンダヘッドと、前記シリンダヘッドの上面にボルトで固定されたヘッドカバーと、前記シリンダヘッドに形成された各吸気ポートに燃料を噴射するインジェクタユニットとを備えており、
   前記シリンダヘッドの一側面に、クランク軸線方向に並んだ左右一対の前記吸気ポートとその上に配置された左右一対のインジェクタ取付け穴とが、各気筒に対応して一対ずつ形成されている構成であって、
   前記各インジェクタ取付け穴は、クランク軸線方向から見て、前記吸気弁用カム軸を気筒軸線方向に降ろしたエリアよりも外側に位置しており、
   更に、前記シリンダヘッドの一側面のうち、前記一対のインジェクタ取付け穴の中間部の真上の部位に、前記ヘッドカバーを固定するためのタップ穴が空いたカバー取付け用リブが形成されている一方、
   前記インジェクタユニットは、前記各インジェクタ取付け穴に挿入されるインジェクタの群と、前記インジェクタの群が接続された１本のデリバリ管とを有しており、前記デリバリ管には、その長手方向と交差した方向に突出したソケットの群が設けられており、前記各ソケットにそれぞれ前記インジェクタが装着されている、
   内燃機関。
2. 一側面に吸気ポート及びインジェクタ取付け穴を開口させており、上面にはヘッドカバーがボルトで固定される構成であって、
   前記吸気ポートとインジェクタ取付け穴とは１つの気筒に対応して２つが対になっており、これら一対の吸気ポート及びインジェクタ取付け穴が、インジェクタ取付け穴が上に位置した状態でクランク軸線方向に並べて配置されており、
   更に、前記一側面のうち、前記一対のインジェクタ取付け穴の中間部の真上の部位に、前記ヘッドカバーを固定するためのカバー取付け用リブが、前記一対のインジェクタ取付け穴の間の部位まで延びるように形成されており、
   かつ、前記一対の吸気ポートは隔壁で区分されており、前記隔壁が前記カバー取付け用リブの下方に位置している、
   シリンダヘッド。
3. シリンダヘッドにインジェクタユニットが取り付けられている内燃機関の組み立て方法であって、
   前記シリンダヘッドの一側面に、クランク軸線方向に並んだ左右一対の吸気ポートとその上に配置された左右一対のインジェクタ取付け穴とが、各気筒に対応して一対ずつ形成されており、
   前記シリンダヘッドの一側面のうち、前記一対のインジェクタ取付け穴の中間部の真上の部位に、ヘッドカバーを固定するためのタップ穴が空いたカバー取付け用リブが形成されている一方、
   前記インジェクタユニットは、前記各インジェクタ取付け穴に挿入されるインジェクタの群と、前記インジェクタの群が接続された１本のデリバリ管とを有していて、前記各インジェクタは、前記デリバリ管に突設したソケットに装着されており、
   前記各インジェクタをデリバリ管に予め接続してインジェクタユニットに構成してから、各インジェクタを各インジェクタ取付け穴に一斉に挿入する工程を有している、
   内燃機関の組み立て方法。

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