JP6376655B2 - 内燃機関 - Google Patents

Description

本願発明は、インジェクタの配置部の構造に特徴を有する内燃機関に関するものであり、特に，車両用の内燃機関を好適な対象にしている。

内燃機関において、吸気はシリンダヘッドに設けた吸気ポートから気筒（燃焼室）に供給されており、ガソリン機関では、燃料はインジェクタによって吸気ポートに噴射していることが多い。インジェクタはシリンダヘッドに取り付けることもあるが、一般には、吸気マニホールドに取り付けることが多く、その例が特許文献１に開示されている。

すなわち、特許文献１では、吸気マニホールドのフランジにインジェクタ挿入穴を設けて、このインジェクタ挿入穴にインジェクタを挿入している。インジェクタの先端部はインジェクタ挿入穴を貫通して吸気ポートの側に露出しているが、吸気ポートに露出している部分をインジェクタ挿入穴に嵌まっている中間部よりも小径に設定すると共に、インジェクタ挿入穴の先端部に、インジェクタの中間部の外径よりも小径の内向き環状突起を設けることで、インジェクタの挿入限度を規制している（すなわち、インジェクタが差し込まれ過ぎないように規制している。）。

特開２０１２−４１８８５号公報

さて、内燃機関の組立においては、インジェクタを予め吸気マニホールドに取付けて、インジェクタが取付けられた吸気マニホールドをヘッドに取付けているが、吸気マニホールドの取付けに際してインジェクタの先端部（ノズル部）がシリンダヘッドに当たることがあり、そこで、インジェクタの先端に円筒状のキャップを取り付けることが行われている。

特に、１気筒２吸気バルブ方式の内燃機関において、２つの吸気バルブに対応した２つの吸気ポートに別々のインジェクタで燃料を噴射するデュアルインジェクタタイプでは、インジェクタが吸気ポートに深く入り込む傾向を呈するため、組み付け時にインジェクタの先端部がシリンダヘッドに当たり易くなっており、このため、キャップの必要性も高まっている。

また、内燃機関では、機関停止後にインジェクタから燃料が僅かながら漏れ出ることがあり、これが吸気ポートに垂れ落ちると、次の始動時に燃料がリッチ化する問題があるが、インジェクタの先端部にキャップを設けると、漏れ出た燃料がキャップで受け止められることにより、次の始動時に燃料がリッチ化することを防止できる利点もある。

このように、インジェクタの先端部にキャップを設けることは意義があるが、キャップは軸方向にスライドさせて嵌め込んでいるに過ぎないため、インジェクタの交換やメンテンスのためにインジェクタを抜き外すときに、キャップの端面がインジェクタ挿入穴の内向き環状突起に当たって、キャップが外れてしまうことがある。

そして、外れたキャップを取り出すのには多大の手間がかかる。特に、吸気バルブが開いていることでキャップが気筒の内部に転がり落ちてしまうと、機関全体を分解しないとキャップを除去できないため、膨大な手間がかかってしまう。

他方、インジェクタのうちインジェクタ挿入穴から露出した先端側小径部は吸気マニホールド及びシリンダヘッドに形成された凹所に配置されているが、吸気がこの凹所に入り込んでからキャップの端面に当たることにより、凹所に吸気の渦流が発生して、吸気のスムースな流れが阻害されることも懸念される。

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、
「シリンダヘッドに固定された吸気マニホールドに、前記シリンダヘッドの吸気ポートに連通した枝通路と、前記枝通路の外周外側に位置して前記枝通路に対して斜め姿勢で交叉したインジェクタ挿入穴とが形成されて、前記インジェクタ挿入穴にインジェクタが貫通しており、
前記インジェクタは、前記インジェクタ挿入穴に嵌まった中間部と、前記中間部よりも小径の先端側小径部と、前記先端側小径部の先端に外周外側から嵌め込まれたキャップとを有しており、前記キャップの基端は、前記先端側小径部の外周外側に露出している一方、
前記吸気マニホールドのうちインジェクタ挿入穴の先端の箇所に、前記インジェクタの中間部の外径よりも小径で前記インジェクタの挿入位置を規制する内向き環状突起が形成されていて、前記内向き環状突起よりも先端側の部分のうち上端部は、前記吸気ポートの上面に繋がる連接部になって、前記内向き環状突起よりも先端側の部分のうち下端部は、先端を露出させた自由端部になっており、
前記インジェクタの先端側小径部の大部分が前記自由端部から前記吸気ポートに向けてはみ出していることにより、前記インジェクタを抜き外すに際して前記キャップの基端が前記自由端部の先端に当たり得るようになっている」
という基本構成である。

そして、上記の基本構成において、
「前記連接部は、前記シリンダヘッドに近づくに従って前記インジェクタ挿入穴の軸心からの間隔で広がる上傾斜面になっている一方、
前記自由端部の先端面は、前記吸気ポートに向くようにカットされた面になっていて、前記先端面の上側に、当該先端面と鈍角を持って連続した下傾斜面が形成されており、
かつ、前記インジェクタ挿入穴の深さと前記インジェクタにおける先端側小径部の長さとを、前記インジェクタを抜き外すに際して前記先端側小径部の基端が前記インジェクタ挿入穴から抜け出る前に前記キャップの基端が前記自由端部に当たるような関係になっている」
という構成になっている。

本願発明では、下傾斜面と上傾斜面とを連続させて、内向き環状突起よりも先端側にテーパ面を形成することができる。

本願発明では、自由端部に下傾斜面が形成されているため、インジェクタを抜き外すに際してキャップの基端が自由端部に当たっても、キャップが外れることはなく、インジェクタの後退動がガイドされる。すなわち、キャップが自由端部に当たっても、キャップが下傾斜面に沿ってスライドすることで、キャップに大きな抜き外し力がかかることを防止できる。

このため、吸気ポートに転がる落ちたキャップを回収するための手間を無くすことができる。既述のように、キャップが気筒まで落ち込むと内燃機関全体を分解せねばならないため膨大な手間がかかるが、本願発明では、ごく簡単な構成により、膨大な手間の発生を防止できるのである。

また、自由端部を吸気ポートの側に突出させ得るため、吸気マニホールドを流れてきた吸気の直進性を高めて、吸気がインジェクタにおける先端側小径部の側に入り込むことを抑制して、吸気がキャップの基端に当たることも抑制できるのであり、これにより、渦流の発生を防止又は抑制して吸気の流れのスムース化を促進でき、延いては、燃料と吸気との混合性を高めて安定した燃焼や燃費の向上に貢献できる。

また、インジェクタを抜き外す場合、最初は慎重に動かして、ある程度抜け出たらスピービを上げることが多いが、本願発明では、自由端部がインジェクタの先端の側に突出していることにより、仮にキャップが自由端部に当たっても、スピードが遅い状態で当たることが多いと云える。このため、キャップの抜け防止機能が一層高くなる利点がある。

更に、連設部が上傾斜面になっているため、インジェクタを抜き外すに際してキャップが上面に当たっても、キャップの抜けを的確に阻止できる利点がある。また、連設部を上傾斜面に形成することで吸気マニホールドの体積を低減できるため、重量低減にも貢献できる。

実施形態の要部の縦断面図である。 図１の要部拡大図である。 作用を示す図である。 吸気マニホールドの成形方法を示す図である。

(1).構造の説明
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、図１を参照して概要を説明する。本実施形態は車両用内燃機関に適用しており、内燃機関は、機関本体の主要構成要素として、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とを有している。シリンダブロック１には複数の気筒（シリンダボア）３が形成されており、各気筒にピストン４が摺動自在に嵌まっている。シリンダヘッド２には、気筒３に向けて開口した台錘状の凹所５が形成されている。

シリンダヘッド２のうちクランク軸線を挟んで両側の部位に、各気筒３に対応して吸気ポート６と排気ポート７とが振り分けて形成されている。吸気ポート６は、シリンダヘッド２の一側面（吸気側面）８に開口した集合ポート９と、集合ポート９から分岐した２つの個別ポート１０とで構成されており、２つの個別ポート１０はクランク軸線方向に並んでいる。

従って、隣り合った一対の個別ポート１０は隔壁１１によって区分されている（図１において、紙面と直交した方向に２つの個別ポート１０が並んでおり、奥側の個別ポート１０は隔壁１１で隠れて表示されない。）。集合ポート９は、吸気の流れ方向から見てクランク軸線方向に長い形態（小判形）になっている。個別ポート１０の出口は、シリンダヘッド２の凹所５を介して気筒３に開口している。

各個別ポート１０の出口（終端）は、吸気バルブ１２で開閉される。吸気バルブ１２は、ばね１４によって閉じ方向に付勢されている。なお、凹所５には弁座を嵌着している。

シリンダヘッド２の一側面８には、吸気マニホールド１５が固定されている。吸気マニホールド１５の枝通路１６が、吸気ポート６の集合ポート９に連通している。従って、枝通路１６の終端（出口）と集合ポート９の入口とは、基本的には同じ形態になっている。

吸気マニホールド１５には上向きのフランジ１７を設けており、このフランジ１７に、個別ポート１０に対応したインジェクタ１８が装着されている。すなわち、吸気マニホールド１５のフランジ１７に、シリンダヘッド２の個別ポート１０に対応したインジェクタ挿入穴１９を設け、このインジェクタ挿入穴１９にインジェクタ１８を挿入している。従って、インジェクタ挿入穴１９は枝通路１６及び吸気ポート６の上方に位置しており、また、枝通路１６に対して傾斜姿勢で交叉している。

図示は省略しているが、各インジェクタ１８は、クランク軸線方向に長い分配管（デリバリ管）に接続されており、分配管にはその端部等から燃料が供給される。３気筒の場合は、６本のインジェクタ１８を備えることになる。排気ポート７は１つの気筒３に対して２本形成されており、それぞれ排気弁２０で開閉されている。

(2).インジェクタとその取付け部
次に、インジェクタ１８の詳細と取付け構造を、主として図２に基づいて説明する。なお、図１では、シリンダヘッド２の一側面８を鉛直線に対して傾斜しているが、図２〜４では、シリンダヘッド２の一側面８を鉛直線と平行にした姿勢で表示している。

インジェクタ１８は、既述の分配管に接続される本体部２２を備えており、本体部２２の先端に、当該本体部２２より少し小径の中間部２３を一体に設け、更に、中間部２３の先端には、当該中間部２３よりも小径の先端側小径部２４を一体に設けている。先端側小径部２４は中間部２３よりも長い長さであり、その先端には、これを外周側から覆うキャップ２５を嵌め込んでいる。従って、キャップ２５の基端２５ａは、先端側小径部２４の外周面の外側に露出している。中間部２３のうち先端側の部位に環状溝２６を形成し、この環状溝２６にＯリング２７を嵌め込んでいる。

吸気マニホールド１５のインジェクタ挿入穴１９は、吸気マニホールド１５の端面１５ａよりも手前側（シリンダヘッド２と反対側）に位置しており、インジェクタ挿入穴１９にインジェクタ１８の中間部２３が嵌まっており、先端側小径部２４は、インジェクタ挿入穴１９を貫通して吸気ポート６に向けて延びている。そして、吸気マニホールド１５のうちインジェクタ挿入穴１９の先端の部位には、インジェクタ１８における中間部２３よりも小径の内向き環状突起２８が形成されており、内向き環状突起２８がストッパーとして機能することにより、インジェクタ１８の挿入限度位置が規制されている。
内向き環状突起２８よりも先端側の部位（シリンダヘッド２に寄った部位）のうち、下端部は、先端を露出させた自由端部３３になっている。

他方、内向き環状突起２８よりも先端側の部位（シリンダヘッド２に寄った部位）のうち、上端部は、シリンダヘッド２の吸気ポート６における集合ポート９の上面３１と連続した連接部３０になっている。連接部３０は、シリンダヘッド２に近づくに従ってインジェクタ挿入穴１９の軸心からの間隔が広がる上傾斜面になっており、集合ポート９の上面３１は、連接部３０と逆向きの傾斜面になっている。連接部３０と上面３１との箇所は凹部になっており、この凹部にインジェクタ１８の先端側小径部２４が配置されている。なお、インジェクタ１８の先端は吸気ポート６の集合部９に殆ど又は全く入り込んでいないが、多少は入り込ませてもよい。

内向き環状突起２８のうち、インジェクタ１８の先端側小径部２４を挟んで枝通路１６と反対側の上端部３２は下向き凸に湾曲した断面形状であり、従って、上端部３２の最も小径の部分は、インジェクタ１８の軸方向の幅を持たない内向きピーク３２ａになっている。

吸気マニホールド１５に設けた連接部３０は、枝通路１６と平行なプロフィールになっている。従って、連接部３０は、既述のとおり、内向き環状突起２８の外端部３２から離れてシリンダヘッド２に近づくに従って先端側小径部２４から離れる上傾斜面になっている。他方、シリンダヘッド２における集合ポート９の上面３１は、インジェクタ１８の軸心と平行なプロフィールになっている。つまり、集合ポート９の上面３１がインジェクタ１８の軸心と平行であるため、連接部３０を傾斜させることにより、連接部３０と集合ポート９の上面３１とが一連に連続している。

他方、自由端部３３は、インジェクタ１８の軸心と平行な内周面３３ａを有しており、上端部３２の内向きピーク３２ａと同じ位置（インジェクタ１８の軸方向の同じ位置）から、寸法Ｅ１だけシリンダヘッド２の側に突出している。

このため、内向き環状突起２８を含む自由端部３３の幅寸法Ｅ２は、インジェクタ１８の挿入位置を規制するストッパー機能を発揮するための幅寸法Ｅ３よりも長くなっている。インジェクタ１８に対するストッパー機能を発揮するための幅寸法Ｅ３とは、インジェクタ１８の動きを停止させるだけの強度を保持できる寸法であり、経験的に把握できる。

自由端部３３の内周面３３ａは、先端側がごく僅かだけ大径になっている。従って、内周面３３ａは、先端側の大径部３３ａ″と基端側の小径部３３ａ′との段違いになっている。但し、両者の寸法差はごく僅かであり、視認し難い程の僅差である。従って、実質的には、内周面３３ａは同一径でインジェクタ１８の軸方向に広がっていると言ってもよい。

自由端部３３の先端部には、その先端面３３ｂと内周面３３ａとに連続した面取り状の下傾斜面３３ｃが形成されている。下傾斜面３３ｃは、略４５°の角度で先端面３３ｂと内周面３３ａとに連接している。また、自由端部３３の内側傾斜面３３ｃと連接部３０とは滑らかに連続している。従って、内向き環状突起２８よりも先端側の部位はテーパ状になっている。自由端部３３の先端面３５ｂは、集合ポート９に向いてカットされた端面になっており、淡々面３３ｂと上傾斜面３３ｃとは鈍角を成して連続している。

以上の構成において、インジェクタ１８を抜き取るに際して、図３（Ａ）のように、キャップ２５が吸気マニホールド１５の連接部３０に当たると、連接部３０が傾斜しているため、キャップ２５の基端２５ａへの引っ掛かり作用は殆どなくて、キャップ２５の外れを招来することなく、インジェクタ１８を抜き外すことができる。

実施形態のように連接部３０を傾斜させると、インジェクタ１８を吸気マニホールド１５にセットするに際して、キャップ２５が連設部３０に当たることを防止できると共に、吸気マニホールド１５の軽量化にも貢献できる。

他方、インジェクタ１８が、分配管を持ち上げ気味にして引き抜かれると、インジェクタ１８のキャップ２５の基端２５ａが自由端部３３の先端に当たることが有り得る。そして、この場合は、図３（Ｂ）に示すように、キャップ２５の基端２５ａが自由端部３３の下傾斜面３３ｃに当たることにより、キャップ２５の外れを招来することなく、インジェクタ１８をスムースに抜き外すことができる。
そして、図３（Ｂ）のとおり、インジェクタ挿入穴１９の深さと先端側小径部２４の長さとは、前記インジェクタを抜き外すに際して前記先端側小径部の基端が前記インジェクタ挿入穴から抜け出る前に前記キャップの基端が前記自由端部に当たるような関係になっている。

また、自由端部３３は従来よりもシリンダヘッド２の側に突出しているため、吸気が連設部３９の側に入り込んでからキャップ２５の基端２５ａに当たることによって渦流が発生する現象を、防止又は著しく抑制できる。このため、図２に矢印で示すように、吸気は渦流を発生させることなくスムースに流れる。その結果、吸気と燃料との混合性を高めて、燃焼の安定化や燃費の向上に貢献できる。

図２に一点鎖線で示すように、自由端部３３の先端を、シリンダヘッド２の近くまで長く延ばすことも可能である。この場合は、吸気を直進させるガイド機能が一層高くなると共に、キャップ２５が当った場合のガイド機能も一層向上できる。

インジェクタ挿入穴１９や自由端部３３、連設部３０は、図４に示すように、同軸上に配置した一対のスライドコア３５，３６を備えた金型装置３７で成形できる。スライドコア３５，３６の合わせ面３８は、自由端部３３の内周面３３ａ′，３３ａ″の段差面の箇所に位置している。

以上、本願発明の実施形態を説明したが、本願発明は更に様々に具体化できる。例えば、本実施形態は、デュアルタイプのインジェクタに適用したが、２つの個別ポートを隔てる隔壁に向けて燃料を噴射させるシングルタイプにも適用できる。

本願発明は、車両用等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
３ 気筒
６ 吸気ポート
１０ 吸気ポートの個別ポート
１２ 吸気バルブ
１５ 吸気マニホールド
１６ 枝通路
１７ フランジ
１８ インジェクタ
１９ インジェクタ挿入穴
２３ インジェクタの中間部
２４ 先端側小径部
２５ キャップ
２５ａ キャップの基端
２８ 内向き環状突起
３０ 吸気マニホールドの連設部（上傾斜面）
３２ 内向き環状突起の上端部
３２ａ 上端部の内向きピーク
３３ 自由端部
３３ａ 自由端部の内周面
３３ｂ 自由端部の先端面
３３ｃ 自由端部の下傾斜面

Claims (1)

1. シリンダヘッドに固定された吸気マニホールドに、前記シリンダヘッドの吸気ポートに連通した枝通路と、前記枝通路の外周外側に位置して前記枝通路に対して斜め姿勢で交叉したインジェクタ挿入穴とが形成されて、前記インジェクタ挿入穴にインジェクタが貫通しており、
   前記インジェクタは、前記インジェクタ挿入穴に嵌まった中間部と、前記中間部よりも小径の先端側小径部と、前記先端側小径部の先端に外周外側から嵌め込まれたキャップとを有しており、前記キャップの基端は、前記先端側小径部の外周外側に露出している一方、
   前記吸気マニホールドのうちインジェクタ挿入穴の先端の箇所に、前記インジェクタの中間部の外径よりも小径で前記インジェクタの挿入位置を規制する内向き環状突起が形成されていて、前記内向き環状突起よりも先端側の部分のうち上端部は、前記吸気ポートの上面に繋がる連接部になって、前記内向き環状突起よりも先端側の部分のうち下端部は、先端を露出させた自由端部になっており、
   前記インジェクタの先端側小径部の大部分が前記自由端部から前記吸気ポートに向けてはみ出していることにより、前記インジェクタを抜き外すに際して前記キャップの基端が前記自由端部の先端に当たり得るようになっている構成であって、
   前記連接部は、前記シリンダヘッドに近づくに従って前記インジェクタ挿入穴の軸心からの間隔で広がる上傾斜面になっている一方、
   前記自由端部の先端面は、前記吸気ポートに向くようにカットされた面になっていて、前記先端面の上側に、当該先端面と鈍角を持って連続した下傾斜面が形成されており、
   かつ、前記インジェクタ挿入穴の深さと前記インジェクタにおける先端側小径部の長さとを、前記インジェクタを抜き外すに際して前記先端側小径部の基端が前記インジェクタ挿入穴から抜け出る前に前記キャップの基端が前記自由端部に当たるような関係になっている、
   内燃機関。

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