JP6710749B2 - 内燃機関 - Google Patents

Description

本発明は内燃機関に関する。

特許文献１は直噴式ディーゼル内燃機関を開示する。内燃機関はシリンダーヘッドに取り付けられるインジェクターを備える。インジェクターの噴射口は燃焼室に臨む。

日本特開２００５−３０７７７５号公報

インジェクターは、シリンダーヘッドに包まれることから、シリンダーヘッドの熱の影響を受けやすい。シリンダーヘッドは水冷式で冷却されることから、構造が複雑であって、部品点数が増加してしまう。

本発明は、部品点数の減少に貢献しつつも熱の影響をできるだけ抑制することができる内燃機関を提供することを目的とする。

本発明の第１側面によれば、ピストンのスライド移動を案内するシリンダーボアを区画するシリンダーブロックと、前記シリンダーブロックに結合されて前記シリンダーボアを塞ぎ、前記ピストンとの間に燃焼室を区画するシリンダーヘッドと、前記燃焼室に臨んで燃料を噴射する噴射口を有するノズルを備える燃料噴射装置と、先部が前記シリンダーヘッドの取り付け孔に差し込まれ、前記燃料噴射装置を受け入れる貫通孔を区画し、前記シリンダーヘッドの熱伝導率よりも低い熱伝導率を有する低熱伝導材ガイドと、前記低熱伝導材ガイドの先端に設けられた、前記低熱伝導材ガイド及び前記燃焼室を仕切る金属製の遮壁とを備え、前記遮壁は、径方向の内端部が前記ノズル外周壁の前記燃焼室に向けて筒状に延びる部分と接触しており、前記ノズル外周壁の前記筒状に延びる部分の先端は、前記遮壁及び前記低熱伝導材ガイドの接続面よりも燃焼室側に突出している内燃機関が提供される。

第２側面によれば、第１側面の構成に加えて、前記低熱伝導材ガイドは樹脂体である。

第３側面によれば、第１または第２側面の構成に加えて、内燃機関は空冷式である。

第４側面によれば、第１〜第３側面のいずれかの構成に加えて、前記ノズルを囲みつつ前記シリンダーヘッドの外面に区画された座面に向き合わされるようにして前記燃料噴射装置に形成された段差面と、前記燃料噴射装置を前記シリンダーヘッドに取り付けるためのインジェクターホルダーとを備え、前記燃料噴射装置は、前記段差面と前記座面とに挟まれた前記低熱伝導材ガイドに前記インジェクターホルダーによって押し当てられるようにして、該インジェクターホルダーと前記低熱伝導材ガイドとにより前記シリンダーヘッドに固定される。

第５側面によれば、第４側面の構成に加えて、前記低熱伝導材ガイドは、前記座面と、前記段差面との間に挟まれる大径部を備える。

第６側面によれば、第１〜第５側面のいずれかの構成に加えて、前記燃料噴射装置は、円柱空間を区画する前記取り付け孔内に位置する円柱形状の前記ノズルと、該ノズルの外面から突き出て周方向に連続する環状のシール部とを有する。

第７側面によれば、第１〜第６側面のいずれかの構成に加えて、前記低熱伝導材ガイドの上端は、前記取り付け孔の外端より前記シリンダーヘッドの外面から離間する向きに延びて形成される。

第１側面によれば、低熱伝導材ガイドは、隣接するシリンダーヘッドの熱伝導率より低い熱伝導率を有する部材から構成されることから、燃料噴射装置に伝わる熱は低減される。シリンダーヘッドと燃料噴射装置との間に低熱伝導材ガイドが介在するので、シリンダーヘッドから燃料噴射装置に向かって熱伝達が緩和される。したがって、燃料噴射装置の高温化は抑制される。また、低熱伝導材ガイドは金属製の遮壁によって燃焼室から仕切られるので、燃焼室で発生する熱から低熱伝導材ガイドは保護されることができる。また更に、シリンダーヘッドに遮壁を形成することと比べて、低熱伝導材ガイドの先端に遮壁が固定されることから、遮壁は低熱伝導材ガイドの差し込み具合に応じて自由に変位することができる。したがって、遮壁の位置精度は緩和されることができる。そのため加工コストを低減できる。

第２側面によれば、低熱伝導材ガイドは樹脂材から形成されるので、簡単に形成されることができる。

第３側面によれば、空冷式の内燃機関であっても、シリンダーヘッドから燃料噴射装置に向かって熱伝達が緩和される。

第５側面によれば、燃料噴射装置が取り付け孔に差し込まれると、シリンダーヘッドの外面と燃料噴射装置との間に大径部は挟まれ、シリンダーヘッドに大径部が押し当てられることで低熱伝導材ガイドはシリンダーヘッドに固定されることができる。低熱伝導材ガイドはそれ固有の固定手段で固定されなくて済む。低熱伝導材ガイドの固定は簡易化される。

第６面によれば、ノズルが取り付け孔内に差し込まれると、シール部でノズルの外面と取り付け孔の内面との間隔は狭まる。したがって、特にシール部で低熱伝導材ガイドはノズルの外面および取り付け孔の内面に密着する。こうしてシール部はオイルシールの機能を実現する。低熱伝導材ガイドは、シール部に対してシリンダーヘッドから伝わる熱を低減することができる。

図１は内燃機関の構造を概略的に示す断面図である。（第１の実施の形態） 図２は点火プラグおよび燃料噴射装置の構成を概略的に示す拡大一部断面図である。（第１の実施の形態）

１１…内燃機関
１５…シリンダーブロック
１６…シリンダーヘッド
１８…ピストン
１９…シリンダーボア
２２…燃焼室
３８…燃料噴射装置（インジェクター）
４４…ノズル
４５…噴射口
４６…段差面
４７…インジェクターホルダー
５４…取り付け孔
５５…座面
５６…低熱伝導材ガイド（樹脂キャップ）
５７…貫通孔
５８…遮壁
５９…大径部
６１…シール部

以下、添付図面を参照しつつ本発明の一実施形態を説明する。

第１の実施の形態

図１は本発明の一実施形態に係る内燃機関１１の全体像を示す。内燃機関１１の機関本体１２は、回転軸線Ｘｉｓ回りで回転自在にクランクシャフト１３を支持するクランクケース１４と、クランクケース１４に結合されるシリンダーブロック１５と、シリンダーブロック１５に結合されるシリンダーヘッド１６と、シリンダーヘッド１６に結合されるヘッドカバー１７とを備える。シリンダーブロック１５にはピストン１８のスライド移動を案内するシリンダーボア１９が区画される。ピストン１８にはコネクティングロッド２１でクランクシャフト１３が連結される。ピストン１８の軸方向移動はクランクシャフト１３の回転動作に変換される。シリンダーヘッド１６は、シリンダーボア１９を塞ぎ、ピストン１８との間に燃焼室２２を区画する。例えば内燃機関１１が自動二輪車といった鞍乗り型車両に搭載される場合には、クランクシャフト１３の回転軸線Ｘｉｓは後輪の車軸に平行に配置される。

内燃機関１１は空冷式に構成される。シリンダーブロック１５は、その外面から外側に広がる複数の放熱フィン２３を有する。シリンダーブロック１５に伝わる熱は放熱フィン２３から大気中に放熱される。シリンダーブロック１５やシリンダーヘッド１６は例えばアルミニウム合金から成型される。

シリンダーヘッド１６には吸気ポート２４および排気ポート２５が区画される。吸気ポート２４および排気ポート２５は燃焼室２２で開口する。シリンダーヘッド１６には吸気ポート２５を開閉する吸気弁２６が支持される。同様にシリンダーヘッド１６には排気ポート２５を開閉する排気弁２７が支持される。吸気弁２６および排気弁２７にはそれぞれ吸気ポート２４および排気ポート２５を閉じる向きにばねから弾性力が加わる。

シリンダーヘッド１６およびヘッドカバー１７の間には吸気弁２６および排気弁２７に連結される動弁機構２８が収容される。動弁機構２８は、個々にロッカーシャフト２９ａ、２９ｂに揺動自在に支持される吸気側ロッカーアーム３１および排気側ロッカーアーム３２を備える。吸気側ロッカーアーム３１は一端で吸気弁２６の弁軸に押し当てられ他端で吸気用カム３３に接触する。排気側ロッカーアーム３２は一端で排気弁２７の弁軸に押し当てられ他端で排気用カム３４に接触する。吸気用カム３３および排気用カム３４はロッカーシャフト２９ａ、２９ｂの軸心に平行な軸心を有するカムシャフト３５上に形成される。カムシャフト３５の軸心はクランクシャフト１３の回転軸線に平行に配置される。図示されない伝動機構を介してクランクシャフト１３の回転力はカムシャフト３５に伝達される。カムシャフト３５の回転動作に応じて吸気弁２６および排気弁２７の開閉動作は制御される。

図２に示されるように、シリンダーヘッド１６には点火プラグ３７および燃料噴射装置としてのインジェクター３８が取り付けられる。点火プラグ３７はシリンダーヘッド１６のプラグ孔３９に嵌め込まれる。点火プラグ３７の先端は燃焼室２２に臨む。点火プラグ３７は燃焼室２２内で圧縮された混合気に点火する。

インジェクター３８は、接続管４１およびカプラー４２を支持するインジェクター本体４３と、インジェクター本体４３から延びてインジェクター本体４３よりも小径のノズル４４とを備える。インジェクター３８は、ノズル４４の先端に配置されて、燃焼室２２に臨んで燃料を噴射する噴射口４５を有する。インジェクター本体４３には、ノズル４４を囲みながらシリンダーヘッド１６の外面に向き合わせられる段差面４６が区画される。

接続管４１にはインジェクターホルダー４７が結合される。接続管４１は例えばＯリング４８を介して供給ポート４９に嵌め込まれる。こうしてインジェクター３８はインジェクターホルダー４７に取り付けられる。インジェクターホルダー４７は、シリンダーヘッド１６の外面に形成されるボス５１に重ねられる取り付け片５２を備える。インジェクターホルダー４７は取り付け片５２でシリンダーヘッド１６にボルト留めされる。こうしてインジェクターホルダー４７はシリンダーヘッド１６に固定される。

インジェクターホルダー４７には燃料ポンプに繋がる燃料管（図示されず）が接続される。燃料ポンプからインジェクター３８に規定の圧力で燃料は供給される。カプラー４２には電子制御装置（図示されず）から制御線が接続される。電子制御装置はインジェクター３８の動作を特定する制御信号をインジェクター３８に供給する。

シリンダーヘッド１６には取り付け孔５４が形成される。取り付け孔５４はシリンダーヘッド１６を貫通する。取り付け孔５４の先端は燃焼室２２で開口する。取り付け孔５４は円柱空間を区画する。シリンダーヘッド１６の外面には、取り付け孔５４の周囲で取り付け孔５４を囲んで取り付け孔５４の中心軸線に直交する平面で区画される座面５５が形成される。座面５５に段差面４６は向き合わせられる。

取り付け孔５４には低熱伝導材ガイドとしての樹脂キャップ５６が差し込まれる。樹脂キャップ５６はインジェクター３８を受け入れる貫通孔５７を区画する。取り付け孔５４内で貫通孔５７にノズル４４は差し込まれる。ノズル４４の中心軸線周りで全周にわたってノズル４４とシリンダーヘッド１６との間には樹脂キャップ５６が介在する。樹脂キャップ５６は、隣接するシリンダーヘッド１６の熱伝導率より低い熱伝導率を有する部材として構成されることから、インジェクター３８に伝わる熱は低減される。

樹脂キャップ５６は樹脂以外であってもシリンダーヘッド１６の材料よりも低熱伝導率を有する材料から形成されればよい。本実施形態では、シリンダーヘッド１６は鉄に比べて比重の軽いアルミニウムで構成され、この場合には、低熱伝導材ガイドは、アルミニウムよりも低い熱伝導率を有する樹脂材やセラミックスなどに加えて、焼結体であるモリブデンやコバルトなどで形成されてもよい。

樹脂キャップ５６の先端には遮壁５８が固定される。遮壁５８は金属その他の耐熱性を有する材料から形成される。遮壁５８は樹脂キャップ５６と燃焼室２２とを仕切る。

樹脂キャップ５６はシリンダーヘッド１６の座面５５とインジェクター３８の段差面４６との間に挟まれる大径部５９を備える。シリンダーヘッド１６に大径部５９が押し当てられる。インジェクターホルダー４７の働きで大径部５９の押し当ては保持される。

インジェクター３８は、遮壁５８から軸線方向に離れた位置で、ノズル４４の外面から突き出て周方向に連続する環状のシール部６１を有する。シール部６１でノズル４４の外面と取り付け孔５４の内面との間隔は狭まる。特にシール部６１で樹脂キャップ５６はノズル４４の外面および取り付け孔５４の内面に密着する。

内燃機関１１では、樹脂キャップ５６がシリンダーヘッド１６の取り付け孔５４に差し込まれ、樹脂キャップ５６の貫通孔５７にインジェクター３８のノズル４４が受け入れられる。シリンダーヘッド１６とノズル４４との間に樹脂キャップ５６が介在するので、シリンダーヘッド１６からノズル４４に向かって熱伝達が緩和される。したがって、ノズル４４の高温化は抑制される。

内燃機関１１は空冷式に構成される。シリンダーブロック１５には放熱フィン２３が形成される。こうした空冷式の内燃機関１１であっても、シリンダーヘッド１６からノズル４４に向かって熱伝達が緩和される。

本実施形態では、遮壁５８は樹脂キャップ５６と燃焼室２２とを仕切る。燃焼室２２で発生する熱から樹脂キャップ５６は保護されることができる。特に、遮壁５８は樹脂キャップ５６の先端に固定されることから、遮壁５８は樹脂キャップ５６の差し込み具合に応じて自由に変位することができる。したがって、遮壁５８の位置精度は緩和されることができる。その一方で、仮にシリンダーヘッド１６に遮壁５８が形成されると、遮壁５８の位置に応じて樹脂キャップ５６の差し込み具合が決定されてしまうので、遮壁５８に高い位置精度が要求される。加工の難易度が上がり、加工コストが上昇してしまう。

樹脂キャップ５６の大径部５９は、シリンダーヘッド１６の外面に区画される座面５５と、インジェクター３８に形成される段差面４６との間に挟まれる。インジェクター３８が取り付け孔５４に差し込まれると、シリンダーヘッド１６の外面とインジェクター３８との間に大径部５９は挟まれ、シリンダーヘッド１６に大径部５９が押し当てられることで樹脂キャップ５６はシリンダーヘッド１６に固定される。樹脂キャップ５６はそれ固有の固定手段で固定されなくて済む。樹脂キャップ５６の固定は簡易化される。

ノズル４４が取り付け孔５４内に差し込まれると、シール部６１でノズル４４の外面と取り付け孔５４の内面との間隔は狭まる。したがって、特にシール部６１で樹脂キャップ５６はノズル４４の外面および取り付け孔５４の内面に密着する。こうしてシール部６１周りで樹脂キャップ５６はオイルシールの機能を実現する。樹脂キャップ５６は、シール部６１に対してシリンダーヘッド１６から伝わる熱を低減することができる。

Claims (7)

1. ピストン（１８）のスライド移動を案内するシリンダーボア（１９）を区画するシリンダーブロック（１５）と、
   前記シリンダーブロック（１５）に結合されて前記シリンダーボア（１９）を塞ぎ、前記ピストン（１８）との間に燃焼室（２２）を区画するシリンダーヘッド（１６）と、
   前記燃焼室（２２）に臨んで燃料を噴射する噴射口（４５）を有するノズル（４４）を備える燃料噴射装置（３８）と、
   先部が前記シリンダーヘッド（１６）の取り付け孔（５４）に差し込まれ、前記燃料噴射装置（３８）から延びる前記ノズル（４４）を受け入れる貫通孔（５７）を区画し、前記シリンダーヘッド（１６）の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有する低熱伝導材ガイド（５６）と、
   前記低熱伝導材ガイド（５６）の先端に設けられた、前記低熱伝導材ガイド（５６）及び前記燃焼室（２２）を仕切る金属製の遮壁（５８）とを備え、
   前記遮壁（５８）は、径方向の内端部が前記ノズル（４４）外周壁の前記燃焼室（２２）に向けて筒状に延びる部分と接触しており、前記ノズル（４４）外周壁の前記筒状に延びる部分の先端は、前記遮壁（５８）及び前記低熱伝導材ガイド（５６）の接続面よりも燃焼室側に突出していることを特徴とする内燃機関。
2. 請求項１に記載の内燃機関において、前記低熱伝導材ガイド（５６）は樹脂体であることを特徴とする内燃機関。
3. 請求項１または２に記載の内燃機関において、空冷式であることを特徴とする内燃機関。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関において、前記ノズル（４４）を囲みつつ前記シリンダーヘッド（１６）の外面に区画された座面（５５）に向き合わされるようにして前記燃料噴射装置（３８）に形成された段差面（４６）と、前記燃料噴射装置（３８）を前記シリンダーヘッド（１６）に取り付けるためのインジェクターホルダー（４７）とを備え、前記燃料噴射装置（３８）は、前記段差面（４６）と前記座面（５５）とに挟まれた前記低熱伝導材ガイド（５６）に前記インジェクターホルダー（４７）によって押し当てられるようにして、該インジェクターホルダー（４７）と前記低熱伝導材ガイド（５６）とにより前記シリンダーヘッド（１６）に固定されることを特徴とする内燃機関。
5. 請求項４に記載の内燃機関において、前記低熱伝導材ガイド（５６）は、前記座面（５５）と、前記段差面（４６）との間に挟まれる大径部（５９）を備えることを特徴とする内燃機関。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の内燃機関において、前記燃料噴射装置（３８）は、円柱空間を区画する前記取り付け孔（５４）内に位置する円柱形状の前記ノズル（４４）と、該ノズル（４４）の外面から突き出て周方向に連続する環状のシール部（６１）とを有することを特徴とする内燃機関。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の内燃機関において、前記低熱伝導材ガイド（５６）の上端は、前記取り付け孔（５４）の外端より前記シリンダーヘッド（１６）の外面から離間する向きに延びて形成されることを特徴とする内燃機関。

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