JP6713705B2

JP6713705B2 - 直噴式内燃機関

Info

Publication number: JP6713705B2
Application number: JP2016069568A
Authority: JP
Inventors: 正弘前田
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2016-03-30
Filing date: 2016-03-30
Publication date: 2020-06-24
Anticipated expiration: 2036-03-30
Also published as: JP2017180333A

Description

本願発明は、インジェクタをシリンダボアと同心に配置している直噴式内燃機関に関するものである。

ディーゼル機関では、一般に、インジェクタはシリンダボアと同心に配置されており、インジェクタの列を挟んだ両側に、吸気弁用カム軸と排気弁用カム軸とが平行に配置されている。

そして、シリンダヘッドに動弁室を覆うヘッドカバーが固定されているが、インジェクタの上部は、ヘッドカバーを貫通して上方に露出している。従って、ヘッドカバーにはインジェクタが貫通する穴が空いており、そこで、インジェクタとヘッドカバーとの間をシールする必要がある。この点、特許文献１には、ヘッドカバーとインジェクタの間の隙間をＯリング等のシール材で塞ぐことが開示されている。

特開平７−１０３１０７号公報

シリンダヘッドにはインジェクタが挿入される保持穴が空いており、特許文献１の場合は、保持穴の上端は、シリンダヘッドの底面に開口している。従って、インジェクタの中間部は動弁室に露出している。

他方、シリンダヘッドに、ヘッドカバーの下面まで至る筒形ボスを形成して、この筒形ボスの内部にインジェクタを挿入することも行われており、この場合は、インジェクタとは動弁室に露出しないため、オイルで汚れることはない。しかし、シリンダヘッドに筒形ボスを設けると、筒形ボスとヘッドカバーとの間のシールの問題が、カム軸の配置に影響するという問題があった。

つまり、筒形ボスを設けると、当該筒形ボスとヘッドカバーとの間をリング状のシール材でシールせねばならず、高いシール性を確保するにはシール材の幅がある程度は必要であり、すると、筒形ボスの外径もシール材の外径に合わねばならないが、かくすると、インジェクタの軸心（シリンダボア軸心）から吸気弁用カム軸及びと排気弁用カム軸までの間隔も広がることになり、すると、図５に誇張して示すように、弁４０はその軸心４１をシリンダボア４２の軸心４３に対して傾斜させないと、必要な弁面積を確保できず、すると、弁４０の下面がシリンダヘッド４４の下面に対して傾斜することになり、このため、シリンダヘッド４４の下面に凹み４５ができて燃焼室の容積を増大させ、結果として圧縮比が低くなるのであった。

本願発明はこのような現状に鑑み成されたものであり、筒形ボスを小径化・薄肉化してもヘッドカバーとの間のシール性を確保できるようにすることを目的とするものである。

本願発明は、
「２本のカム軸を回転自在に保持するシリンダヘッドと、前記カム軸を覆う上面板と周壁とを備えて前記周壁が前記シリンダヘッドの上面に重ね固定されたヘッドカバーとを有しており、
前記シリンダヘッドのうち前記両カム軸の間の部位に、シリンダボアと同心状に配置されたインジェクタが嵌まる筒形ボスを、前記ヘッドカバーの上面板に向けて上向きに突設している一方、
前記ヘッドカバーの上面板には、前記インジェクタが挿入される取り付け穴が空いており、前記ヘッドカバーの上面板と筒形ボスの上端面との間に、前記インジェクタを囲うシール材が介在している」
という基本構成である。

そして、上記基本構成において、
「前記筒形ボスに、当該筒形ボスよりも大径のフランジを備えた筒状のスリーブが上から嵌め込まれて、前記スリーブのフランジと前記ヘッドカバーの上面板との間に前記シール材が介在しており、
かつ、前記スリーブの内周と前記筒形ボスとの間にシールリングを介在させている」
という構成を備えている。

本願発明によると、スリーブのフランジの外径は筒形ボスの外径とは関係なく設定できるため、スリーブのフランジの上面の面積を、筒形ボスの上端面の面積よりも遥かに大きくできる。従って、筒形ボスでインジェクタを覆うタイプにおいて、筒形ボスの肉厚を薄くしても、ヘッドカバーとの間のシール性を確保できる。

従って、カム軸がシリンダボアの軸心から離れる距離をできるだけ小さくして、吸気弁及び排気弁をシリンダボアの軸心と平行にできたり、傾斜させたとしてもその角度を小さくできる。これにより、燃焼室の容積が不必要に増大することを防止又は大幅に抑制して、出力向上に貢献できる。

また、本願発明では、インジェクタの外周とスリーブの内周との間がシールされていることによっても、筒形ボスの外径をできるだけ小径に設定できる。

第１実施形態の縦断正面図である。第１実施形態の上下分離断面図である。第２〜第４実施形態の要部断面図である。第５〜６実施形態の要部断面である。従来技術の問題を示す図である。

次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明では、方向を特定するため「前後」「左右」の文言を使用するが、これは、内燃機関に関する通常の呼び方に倣って、クランク軸線方向（従ってカム軸の軸線方向）を前後方向として、これと直交した水平方向を左右方向としている。上下方向は、シリンダボアの軸線方向である。

(1).第１実施形態
まず、図１，２に示す第１実施形態を説明する。本実施形態は請求項１の具体例であり、基本的な構成要素は従来と同様であり、必須の要素として、アルミ製等のシリンダヘッド１と、樹脂製のヘッドカバー２とを有している。ヘッドカバー２は、上面板２ｂと図示しない周壁とで構成されて、周壁の下端にフランジが形成されており、フランジがシリンダヘッド１の外周部上面に固定されている。

シリンダヘッド１に、半円状で左右一対ずつの軸受け部３が前後に複数形成されており、軸受け部３で吸気弁用カム軸４と排気弁用カム軸５とが回転自在に支持されている。図では、カムキャップは省略している。両カム軸４，５の間の中間位置には、シリンダボア軸心６と同心のインジェクタ保持穴７が空いており、このインジェクタ保持穴７に、燃料を噴射するインジェクタ８が嵌め込まれている。

インジェクタ８の下部は何段階かに縮径しており、上段の段部９とシリンダヘッド１の受け座１０との間には、平板状のノズルシート１１が介挿されている。また、シリンダヘッド１には、インジェクタ８を囲う筒形ボス１２が、ヘッドカバー２における上面板２ｂに向かうように上向きに突設されている。

インジェクタ８は、ヘッドカバー２を貫通している。従って、ヘッドカバー２には、インジェクタ８が挿入される取り付け穴１３が空いている。そして、筒形ボス１２の上端部に樹脂製のスリーブ１４を嵌め込み装着して、スリーブ１４とヘッドカバー２との間に、軟質材から成るリング板状のシール材１５を介在させている。

スリーブ１４は、筒形ボス１２の内部にきっちり嵌まる内筒１６と、その上端に一体に設けたフランジ１７とで構成されており、フランジ１７とヘッドカバー２とでシール材１５が挟まれている。ヘッドカバー２をシリンダヘッド１にボルトで締結すると、シール材１５はヘッドカバー２でスリーブ１４のフランジ１７に押さえられる。これにより、ヘッドカバー２と筒形ボス１２との間がシールされている。インジェクタ８のうちスリーブ１４の内筒１６と重複する部位には環状溝１８が形成されており、この環状溝１８に、Ｏリングより成るシールリング１９が嵌め込まれている。

図１に示すように、スリーブ１４のフランジ１７及びシール材１５は筒形ボス１２の外径よりも大径になっており、フランジ１７及びシール材１５の面積は筒形ボス１２の上端面の面積よりも大きくなっているため、筒形ボス１２の厚さｔを極力小さくしつつ、シール材１５には必要にして十分な幅寸法を確保することができる。従って、筒形ボス１２の外径Ｄをできるだけ小さくすることができ、結果として、シリンダボア軸心６からカム軸４，５までの距離Ｌもできるだけ小さくすることができる。

その結果、吸気弁及び排気弁（いずれも図示せず）は、シリンダボア軸心６と平行に配置しつつ、必要な弁面積を確保することができる。すると、弁の下面とシリンダヘッド１の下面（或いは燃焼室の下面）とを同一面に揃えることができて、高い圧縮比を確保でき、その結果、出力向上に貢献できる。また、燃焼圧は弁に対して軸心方向に作用するため、弁の負担も軽減できる。

(2).他の実施形態及び参考例
次に、参考例及び他の実施形態を説明する。まず、図３に第２〜４実施形態を説明する。図３（Ａ）に示すのは第１参考例であり、スリーブ１４は、筒形ボス１２に内側から嵌入する内筒１６と、内筒１６の上端に設けた上向き拡径部２１とを有しており、上向き拡径部２１の上端に、ヘッドカバー２の取り付け穴１３に入り込む上向き筒部２２が形成されている。上向き筒部２２の上端には、ガイドのためのテーパ部２２ａが形成されている。

この第１参考例では、スリーブ１４は上向き拡径部２１によって筒形ボス１２に落下不能に保持されている。そして、スリーブ１４の上向き筒部２２とヘッドカバー２の上向き筒部２ａとの、及び、インジェクタ８の外周とスリーブ１４の内筒１６との間に、それぞれＯリングより成るシール材２３とシールリング１９を介在させている。この第１参考例でも、筒形ボス１２はヘッドカバー２に規制されることなく必要最小限の外径で足りるので、第１実施形態と同様の効果を発揮できる。

なお、スリーブ１４の落下防止手段としては、上向き拡径部２１に代えて、直角に曲がった外向きフランジを形成してもよい。また、この実施形態のスリーブ１４は、金属管の絞り加工によって製造することも容易である。

図３（Ｂ）に示す第２実施形態は第１実施形態の変形例であり、スリーブ１４に、筒形ボス１２の外周に嵌まる外筒２４を一体に設けている。この実施形態では、スリーブ１４が筒形ボス１２に対する補強部材の役割を果たすので、筒形ボス１２は一層薄肉化できる。また、天板１７の曲がりも生じないので、シール材１５を均一に圧縮変形させることができる。従って、シールの信頼性に優れていると共に、耐久性も向上できるといえる。

図３（Ｃ）に示す第３実施形態では、天板１７の外周に上向き筒部２２を一体に設けて、ヘッドカバー２に形成された下向きボス部を囲っている。従って、シール性は格段に向上する。この第３実施形態に既述の第２実施形態を付加することも可能である。

図４（Ａ）に示す第４実施形態では、スリーブ１４には、筒形ボス１２の内外から挟む内筒１６と外筒２４とを形成し、かつ、天板１７のうち内周と外周との間の中途部に上向き突部２８を形成している。他方、ヘッドカバー２には、上向き突部２８に嵌まる下向き開口の環状溝２９を形成し、環状溝２９に、シールリング（Ｏリング）３０を嵌め入れている。

この実施形態では、上向き突部２８と環状溝２９が第一義的にシール手段を構成している。

上記の各実施形態はいずれも筒形ボス１２の内部に嵌入する内筒１６を設けていたが、図４（Ｂ）に示す第２参考例では、スリーブ１４には外筒２４を設けているが内筒１６は設けていない。そして、スリーブ１４に、ヘッドカバー２の取り付け穴１３に嵌入する上向き筒部２２を設けて、上向き筒部２２と取り付け穴１３との間にＯリングより成るシール材２３を介在させている。また、筒形ボス１２と上向き筒部２２との間にもシールリング１９を介在させている。

この第２参考例では内筒１６を備えていないため、筒形ボス１２の外径は一層小径化できる。このため、シリンダボア軸心６からカム軸４，５までの距離は一層短くできる。従って、吸気弁及び排気弁の配置について、寸法上の余裕がでてくる。

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、スリーブ１４を、天板から内筒及び外筒を下向き突出すると共に、内外の上向き筒部を形成して、内外の上向き筒部の間に形成された環状溝にヘッドカバーの下向き筒部を嵌め入れるといったことも可能である。この場合は、ヘッドカバーとスリーブとの嵌まり合い部でシール手段が構成される。

本願発明は、内燃機関のシリンダヘッドとヘッドカバーとに具体化できる。従って、産業上利用できる。

１シリンダヘッド
２ヘッドカバー
２ｂ上面板
３軸受け部
４，５カム軸
６シリンダボア軸心
８インジェクタ
１２筒形ボス
１４スリーブ
１５平板状シール材
１６内筒
１７フランジ
１９シールリング
２２上向き筒部

Claims

２本のカム軸を回転自在に保持するシリンダヘッドと、前記カム軸を覆う上面板と周壁とを備えて前記周壁が前記シリンダヘッドの上面に重ね固定されたヘッドカバーとを有しており、
前記シリンダヘッドのうち前記両カム軸の間の部位に、シリンダボアと同心状に配置されたインジェクタが嵌まる筒形ボスを、前記ヘッドカバーの上面板に向けて上向きに突設している一方、
前記ヘッドカバーの上面板には、前記インジェクタが挿入される取り付け穴が空いており、前記ヘッドカバーの上面板と筒形ボスの上端面との間に、前記インジェクタを囲うシール材が介在している構成であって、
前記筒形ボスに、当該筒形ボスよりも大径のフランジを備えた筒状のスリーブが上から嵌め込まれて、前記スリーブのフランジと前記ヘッドカバーの上面板との間に前記シール材が介在しており、
かつ、前記スリーブの内周と前記筒形ボスとの間にシールリングを介在させている、
直噴式内燃機関。