JP7441782B2 - インジェクタ取付構造 - Google Patents

Description

本発明は、産業用ガソリンエンジンなどの燃料噴射装置を備えるエンジンにおけるインジェクタの取付構造、即ち、インジェクタ取付構造に関するものである。

燃料噴射装置を備えるエンジンでは、各気筒毎にインジェクタ（燃料噴射機構）が装備されている。従来のインジェクタ取付構造は、インジェクタを吸気マニホルドのフランジ部に差し込み、フランジ部のボスで支持されるデリバリパイプで各インジェクタを抜け止め固定する、というものであった（特許文献１を参照）。

インジェクタを吸気マニホルドに装着させる場合は、噴射方向を適正に保つ関係上、インジェクタが寝る方向に大きく傾斜した姿勢となり、エンジンの横側方に大きく張り出す傾向になっている。従って、インジェクタが横側方に張り出すことにより、吸気マニホルドの取り回しに対する制限が多くなるとか、エンジンの左右方向の寸法が増大しがちであるといった不利があった。

特開２０００－７３９１０号公報

本発明の目的は、インジェクタの配置や支持構造などを見直して再検討することにより、前述した不利の解消又は抑制が可能となるインジェクタ取付構造を提供する点にある。

本発明は、インジェクタ取付構造において、インジェクタ装着用孔がシリンダヘッドに形成され、前記インジェクタ装着用孔に筒状のホルダがシール状態で螺入され、前記ホルダにインジェクタがシール状態で挿入され、
前記シリンダヘッドの上面が、動弁機構を収容したヘッドカバーの下端部を載せるカバー載置面と、このカバー載置面から前記ヘッドカバー外に突出するカバー外突出面を備え、前記シリンダヘッドが、前記カバー外突出面を上面とする突出ヘッド部分を備え、この突出ヘッド部分に吸気マニホルドが連結され、前記カバー外突出面に配置されたボルト頭部を備えた取付ボルトで、前記突出ヘッド部分がシリンダブロックに取り付けられ、
前記突出ヘッド部分に前記インジェクタ装着用孔が形成され、このインジェクタ装着用孔に前記ホルダが嵌合され、このホルダに前記インジェクタの噴射部側の端部がシール状態で差し込まれ、
前記インジェクタの噴射部側と反対側の端部をシール状態で接続させるデリバリパイプが、前記吸気マニホルドに支持されている、ことを特徴とする。

前記ホルダは前記インジェクタ装着用孔にテーパねじにより螺入されていると好都合であり、前記ホルダのインジェクタ挿入方向で下手側や上手側の端部に、前記ホルダの工具による回し操作を可能とする被操作部が形成されているとさらに好都合である。

本発明に関して、上述した構成（手段）以外の特徴構成や手段ついては、請求項４～７を参照のこと。

本発明によれば、インジェクタは、吸気マニホルドではなくシリンダヘッドに装着されているので、インジェクタがエンジン幅方向にいたずらに張り出すことが抑制され、周辺配置部品のレイアウト自由度が増すとか、エンジン幅が抑えられるといった利点がある。
インジェクタの噴射燃料は、吸気マニホルドを通ることなく直接シリンダヘッド内に通されるので、途中に余計な部品がなく、寸法誤差少なく噴射燃料を的確に弁開口に向かわせることができる。

ホルダは、シール状態で螺入する手段によってシリンダヘッドに取付けられているので、シリンダヘッドの吸気ポートの上方に対応する位置に、デリバリパイプを支持するための専用部品（例：取付フランジ）を設ける必要がなく、従って、その箇所のヘッド高さ（シリンダヘッドの高さ）を抑制させることが可能である。

その結果、インジェクタの配置や支持構造などを見直して再検討することにより、前述した不利（吸気マニホルドの取り回しに対する制限が多くなるとか、エンジンの左右方向の寸法が増大しがちであるといった不利）の解消又は抑制が可能となるインジェクタ取付構造を提供することができる。

産業用ガソリン・ガスエンジンの平面図 シリンダヘッド回りの構造を示す要部の前から見た断面図 インジェクタ取付構造を示す要部の前から見た断面図 ホルダを示し、（Ａ）は一部切欠きの側面図、（Ｂ）は底面図 デリバリパイプの底面図 図５のデリバリパイプの部分図であり、（Ａ）は背面図、（Ｂ）は図５のＹ－Ｙ線断面図、（Ｃ）は図５のＺ－Ｚ線断面図 インジェクタ装着用孔を示すシリンダヘッド要部の断面図 参考形態によるインジェクタ取付構造を示す要部の断面図

以下に、本発明によるインジェクタ取付構造の実施の形態を、トラクタなどの農機や建機などに搭載される産業用ガソリンエンジンに適用された場合について、図面を参照しながら説明する。なお、冷却ファン３のある側を前、フライホイールハウジング４のある側を後、吸気マニホルド５のある側を右、排気マニホルド６のある側を左とする。

図１に直列４気筒の産業用ガソリンエンジン（以下、「エンジン）と略称する）Ｅの平面図が示され、１はシリンダヘッド、２はシリンダヘッド１の上に組付けられるヘッドカバー、３は冷却ファン、４はフライホイールハウジング、５は吸気マニホルドである。６は排気マニホルド、７はオルタネータ、８はウォータフランジ、９は前後向き配置されるデリバリパイプ（高圧燃料の供給パイプ）、１２は圧力レギュレータである。

吸気マニホルド５は、前後に並ぶ４つの枝管部５ａとそれら４つの枝管部５ａのそれぞれの基端に連通するマニホルド本体部５Ａとを有している。ヘッドカバー２の前後中間部の上方突出部２ａと、マニホルド本体部５Ａとを連通させるチューブ状のブローバイガス通路１３が設けられている。

シリンダヘッド１は前後に長い形状であって、コイル（イグニッションコイル）１０ａ一体型のプラグキャップ１０が前後に４箇所並んで設けられている。ヘッドカバー２は、それら４つのプラグキャップ１０（及び点火プラグ）を避けた形状の右側壁を有して前後に長い無底箱状のものに形成されている。

各プラグキャップ１０の前後間及び最前列のプラグキャップ１０の前側の４箇所にはインジェクタ１１が配置されている。そして、各インジェクタ１１に連通接続されるデリバリパイプ９が、各プラグキャップ１０の右横に横臥配置されている。各コイル１０ａは、ブラケットを介するなどにより、ヘッドカバー２にボルト止め固定されている。

図２，３及び図１に示されるように、シリンダヘッド１の右側面１ａに、吸気マニホルド５の各枝管部５ａがガスケット（符記省略）を介してボルト止めなどにより連結されている。その連結状態では、枝管部５ａの内部流路であるエア通路５ｂと、シリンダヘッドの吸気ポート（吸気通路）１４とが連通されており、吸気ポート１４の燃焼室側の弁開口である吸気バルブ孔１４ａを開閉させる吸気バルブ１５が配置されている。

吸気バルブ１５は、吸気バルブ孔１４ａの開閉が可能な弁座１５ａと、シリンダヘッド１にスライド移動可能に支持される弁軸１５ｂと、ロッカーアーム１６で押し駆動される弁頂部１５ｃとを有している。ロッカーアーム１６と、ロッカーアーム１６を押し駆動するプッシュロッド１７、及び吸気バルブ１５などにより、ヘッドカバー２内に収容される動弁機構Ｄが構成されている。

〔本実施形態〕
図２、図３に示されるように、インジェクタ１１は、シリンダヘッドにおける吸気ポート１４の上側に開けられたインジェクタ装着用孔１８に挿入されている。詳しくは、インジェクタ装着用孔１８がシリンダヘッド１に形成され、インジェクタ装着用孔１８に筒状のホルダ１９がシール状態で螺入され、ホルダ１９にインジェクタ１１がシール状態で挿入されている。

図１～図３に示されるように、各インジェクタ１１の上端部にはデリバリパイプ９がシール状態で被せられており、デリバリパイプ９は、吸気マニホルド５の各枝管部５ａの先端上面から立設されている上向きボス５Ｂにボルト止めされている。つまり、４つのインジェクタ１１は、デリバリパイプ９の吸気マニホルド５への取付に伴い、抜け止め状態でシリンダヘッド１に内嵌装着される構造が採られている。

図２、図７に示されるように、インジェクタ装着用孔１８は、水平面（シリンダヘッド１の下面１ｂであって、シリンダブロック３２との接合面）に対して角度θで傾いた傾斜孔である。インジェクタ装着用孔１８の一端（上端）はシリンダヘッド１の上面１ｃに開口され、他端（下端）は吸気ポート１４に開口されている。そして、インジェクタ装着用孔１８は、上部の大径孔部１８ａと、下部の小径孔部１８ｂと、それらの上下中間のテーパ雌ネジ部１８ｃとからなる複合段差孔に形成されている。

図３及び図４（Ａ），（Ｂ）に示されるように、ホルダ１９はインジェクタ１１の下部を嵌入可能な挿入穴部１９ａを備える大径筒部１９Ａと、インジェクタ装着用孔１８のテーパ雌ネジ部１８ｃに螺合可能なテーパ雄ネジ部１９ｂを備える先端筒部１９Ｂとを有している。テーパ雌ネジ部１８ｃとテーパ雄ネジ部１９ｂとでテーパねじｔが構成されている。

ホルダ１９に、工具による回し操作を可能とする被操作部２０が形成されている。具体的には、被操作部２０は、ホルダ１９のインジェクタ挿入方向で下手側の端部、即ち、先端筒部１９Ｂの先端側（下端側）に形成された六角孔２０である。つまり、ホルダ１９は、六角孔２０にアーレンキー（内六角レンチ）を差し込んでの回し操作が可能とされており、インジェクタ装着用孔１８への螺入や螺着解除（着脱）が便利に行える。

なお、図示は省略するが、被操作部２０は、ホルダ１９のインジェクタ挿入方向で上手側の端部、即ち、基端側である大径筒部１９Ａの基端側（上端側）に形成された六角形外周部又はマイナス状切込みでも良い。六角外周部２０は、六角筒又は内形が円形で外形が六角の筒であって、ソケットレンチやスパナでの回し操作が可能である。マイナス状切込みは、軸心Ｐを挟んで対抗する２箇所に形成される小幅の溝であり、それら各溝に亘って差し込まれるマイナスドライバーや先板状の回し工具により回動操作できる。

ホルダ１９における被操作部（六角孔）２０と挿入穴部１９ａとの間は、六角孔である被操作部２０の最大径よりも大きく、かつ、挿入穴部１９ａの径よりは小さい径の中間穴部１９ｃに形成されている。被操作部２０は、ホルダ１９に装着されたインジェクタ１１から噴射された燃料の通過を許容できるように、中間穴部１９ｃの径に近付けて極力大きい径の六角孔に形成されている。

図２、図３に示されるように、インジェクタ１１は、一端（下端）の噴射部１１ａ、他端（上端）の被供給部１１ｇ及び第１シール部１１ｂ、噴射部１１ａの他端側の隣にあるフランジ１１ｃ、第１シール部１１ｂとフランジ１１ｃとの間の部分であるインジェクタ本体１１Ａを備えている。インジェクタ本体１１Ａは、挿入穴部１９ａに密内嵌される挿入筒部１１ｄ、挿入筒部１１ｄの一端側に配置される第２シール部１１ｅ、中間突出部（電気的な接続部など）１１ｆを有している。

図５及び図６（Ａ）に示されるように、デリバリパイプ９は、内部に燃料通路２１ａを持つパイプ本体２１と、４箇所のインジェクタ接続部２２と、４箇所の取付部２３と、を備えた細長い部品である。パイプ本体２１の両端のそれぞれには、高圧燃料の供給口２１ｂ，２１ｃが形成されている。各ネジ孔２１ｂ，２１ｃには、止め栓や計測機器など、種々の螺合接続が可能である。

各インジェクタ接続部２２は、図５及び図６（Ｂ）に示されるように、燃料通路２１ａに連通される嵌合穴２２ａと、軸心ｐを有する嵌合穴２２ａと平行で、かつ、同一の開口面（底面）２２ｃを有する雌ネジ２２ｂとを有して、パイプ本体２１から膨出する突起部に形成されている。各取付部２３は、図５及び図６（Ｃ）に示されるように、嵌合穴２２ａの軸心ｐに対して角度θ（例：４５度）傾いた軸心ｑを持つ通孔２３ａを有し、インジェクタ接続部２２の横傍に一体化される状態でパイプ本体２１に形成されている。

インジェクタ取付構造について説明する。図２、図３に示されるように、ホルダ１９が、テーパ雄ネジ部１９ｂとテーパ雌ネジ部１８ｃとの螺合により（テーパねじｔにより）シリンダヘッド１のインジェクタ装着用孔１８にシール状態で嵌合装着されている。インジェクタ１１は、挿入筒部１１ｄ及び第２シール部１１ｅが挿入穴部１９ａに内嵌され、かつ、噴射部１１ａの下端が中間穴部１９ｃに位置してのシール状態でホルダ１９に差し込まれている。

インジェクタ１１の上端部はデリバリパイプ９の嵌合穴２２ａに差し込まれて内嵌されている。第１シール部１１ｂにより、デリバリパイプ９とインジェクタ１１とはシール状態で接続されており、嵌合穴２２ａと被供給部１１ｇ先端（上端）の開口（図示省略）とが連通されている。インジェクタ本体１１Ａの上部には、外周側に開口する全周溝１１ｍが形成されており、その全周溝１１ｍに着脱可能に嵌入される固定板２４が、雌ネジ２２ｂに螺着されるボルトによって開口面２２ｃに取付けられている。

固定板２４には、インジェクタ本体１１Ａに突出形成されたストッパ部１１ｓを両側から挟む係合箇所（符記省略）が形成されている。従って、固定板２４のインジェクタ接続部２２への装着（ボルト止め）により、インジェクタ１１の軸心Ｐ回りの移動を阻止する回り止め機能が発揮されるように設定されている。

デリバリパイプ９が、４箇所の取付部２３でもって４箇所の上向きボス５Ｂにボルト止めされた状態では、各インジェクタ１１の下部が、ホルダ１９を介してインジェクタ装着用孔１８にシール状態で挿入され、かつ、各インジェクタ１１の上部がデリバリパイプ９にシール状態で内嵌されている。従って、各インジェクタ１１は、デリバリパイプ９による抜け止め状態でシリンダヘッド１に装着されている。

そして、図２，３に示されるように、インジェクタ装着用孔１８の軸心Ｐのシリンダヘッド１に対する位置及び傾斜の角度（傾斜角）θは、インジェクタ１１から噴射された高圧燃料の気流、即ち噴射経路ｗが吸気バルブ孔１４ａ（弁座１５ａ）に丁度合致して向かうように設定されている。
すなわち、本実施形態では、図３に示されるように、前記シリンダヘッ１ドの上面１ｃが、動弁機構Ｄを収容したヘッドカバー２の下端部を載せるカバー載置面１ｃｂと、このカバー載置面１ｃｂから前記ヘッドカバー２外に突出するカバー外突出面１ｃａを備え、前記シリンダヘッド１が、前記カバー外突出面１ｃａを上面とする突出ヘッド部分１Ａを備え、この突出ヘッド部分１Ａに吸気マニホルド６が連結され、前記カバー外突出面１ｃａに配置されたボルト頭部３３ａを備えた取付ボルト３３で、前記突出ヘッド部分１Ａがシリンダブロック３２に取り付けられている。
また、図３に示されるように、前記突出ヘッド部分１Ａに前記インジェクタ装着用孔１８が形成され、このインジェクタ装着用孔１８に前記ホルダ１９が嵌合され、このホルダ１９に前記インジェクタ１１の噴射部１１ａ側の端部がシール状態で差し込まれている。
また、図３に示されるように、前記インジェクタ１１の噴射部１１ａ側と反対側の端部をシール状態で接続させるデリバリパイプ９が、前記吸気マニホルド５に支持されている。

〔参考形態〕
図８に本発明の参考形態を示す。
参考形態は、インジェクタ１１とデリバリパイプ２９とを共にシリンダヘッド３１に取付ける構成を備えている。即ち、インジェクタ１１の上部を内嵌支持するデリバリパイプ２９がボルト止めされるとともに、インジェクタ１１の下部が内嵌される取付フランジ３０が、シリンダヘッド３１の上面３１ｃに取付けられている。各インジェクタ１１の上部は、デリバリパイプ２９の嵌合穴２９ｄに内嵌されており、それによって取付フランジ３０からの抜け止めもされている。

インジェクタ１１は、取付フランジ３０の装着孔３０ａにシール状態で差し込んで（挿入して）装着されており、シリンダヘッド３１には、取付フランジ３０の装着孔３０ａに合せて続き、かつ、吸気ポート１４に開口する燃料噴射用孔３１ａが斜め形成されている。取付フランジ３０は、ガスケット（符記省略）を介してシリンダヘッド３１にボルト止めされるが、そのボルトは、シリンダヘッド３１をシリンダブロック３２に取付ける共締めボルト３４が共用されている。

取付フランジ３０は、斜め孔である装着孔３０ａが形成された差込み部３０Ａと、デリバリパイプ２９をボルト止めなどにより支持する縦ボス部３０Ｂと、共締めボルト３４を通す箇所である取付ボス部３０Ｃとを有する前後に長い形状の部品である。デリバリパイプ２９は、枝管部５ａの上面側の台座部５ｃに装着されたガスインジェクタ３５に、左右方向で僅かな隙間を有して近接する状態に配置されている。なお、デリバリパイプ２９において、２９ａは燃料通路、２９ｂはインジェクタ接続部、２９ｃは取付部である。

つまり、参考形態によるインジェクタ取付構造は、シリンダヘッド３１のヘッドカバー側面に取付けられる取付フランジ３０を備え、前記取付フランジ３０の差込み部３０Ａにインジェクタ１１の噴射部１１ａ側の端部がシール状態で内嵌され、かつ、前記インジェクタの噴射部１１ａと反対側の端部が内嵌されるデリバリパイプ２９が、前記取付フランジ３０に支持される、という構成である。

この参考形態によるインジェクタ取付構造では、インジェクタ１１の装着（内嵌支持）及びデリバリパイプ２９の支持を、シリンダヘッド３１に支持（ボルト止め）される取付フランジ３０のみによって機能させる合理的な構造が採られていた。この手段によれば、機能が集中された多機能部品である取付フランジ３０を設けるだけで、シリンダヘッド１には単なる孔である燃料噴射用孔３１ａを形成すればよく、かつ、吸気マニホルドとは無関係にインジェクタ１１の支持及びデリバリパイプ２９の支持が行える良さがあった。

ところが、エンジンの仕様によっては、取付フランジ３０を用いない構造が採られることがあり（例：ＬＰＧ仕様）、その場合はシリンダヘッド３１をシリンダブロック３２に取付ける取付ボルト３３（図２，３を参照）は、前述の共締めボルト３４よりも首下長さが短いものとなる。つまり、エンジンの仕様により、シリンダヘッドを組付けるために互いに長さが異なる２種類のボルトを用意する必要があった。また、シリンダヘッド３１の上に組付ける取付フランジ３０にインジェクタ１１の下部を挿入させる構造上、シリンダヘッド３１に対するインジェクタ１１の装着位置が比較的高い位置となる不利もあった。

それに対して、前述した本実施形態によるインジェクタ取付構造では、基本、インジェクタ１１はホルダ１９を介してシリンダヘッド１に支持させ、インジェクタ１１の抜け止め及び燃料供給を行うデリバリパイプ９は吸気マニホルド５に取付ける構造とされているので、参考実施形態によるものに比べて、次の（１）～（３）の利点がある。

（１）ヘッドボルトが１種類で済み、組立管理が簡素化される。
（２）ホルダは必要にはなるが、比較的大きな部品である取付フランジ及びガスケットが省略できるので、構造の簡素化やコストダウンが可能になる。
（３）取付フランジを用いる構造に比べて、インジェクタの装着位置を低くすることができ、従ってデリバリパイプの配置高さを低く抑えることが可能になる。

また、参考形態及び本実施形態によるインジェクタ取付構造を採れば、前述の従来技術（特許文献１）に比べて、次の（４），（５）に記す作用効果が得られる。（４）インジェクタは、吸気マニホルドではなくシリンダヘッドに装着されているので、インジェクタがエンジン幅方向にいたずらに張り出ることが抑制され、周辺配置部品のレイアウト自由度が増すとか、エンジン幅が抑えられるといった利点がある。（５）インジェクタの噴射燃料は、吸気マニホルドを通ることなく直接シリンダヘッド内に通されるので、途中に余計な部品がなく、寸法誤差少なく噴射燃料を的確に弁開口に向かわせることができる。

さらに、本実施形態によるインジェクタ取付構造により、次の（６），（７）に示す独特の作用効果を奏することができる。
（６）ホルダ１９を、テーパネジなどのシール状態で螺入する手段によってシリンダヘッド１に取付けてあるので、シリンダヘッド１の吸気ポート１４の上方に対応する位置に、インジェクタの取付フランジを設ける必要がなく、従って、その箇所のヘッド高さ（シリンダヘッド１の高さ）を抑制させることが可能である。
（７）ホルダ１９の下端（一端）に形成された工具操作用の六角孔（被操作部：２０）は、インジェクタ１１の燃料噴射を通す孔に兼用されているので、必要な機能を備えてコストダウンしながらホルダ全長の抑制は図れる利点がある。

〔別実施形態〕
図示は省略するが、ホルダ１９は、テーパネジ螺合に代えて、シール座金を用いた一般的な螺着手段（ボルト・ナット）により、シリンダヘッド１のインジェクタ装着用孔１８にシール状態で螺入される構成としてもよい。

１ シリンダヘッド
１ｂ シリンダブロックとの接合面
１１ インジェクタ
１４ 吸気ポート
１４ａ 吸気バルブ孔
１８ インジェクタ装着用孔
１９ ホルダ
２０ 被操作部（六角孔、六角外周部、マイナス状切込み）
Ｐ 中心線
ｔ テーパねじ
θ 角度

Claims (7)

1. インジェクタ装着用孔がシリンダヘッドに形成され、前記インジェクタ装着用孔に筒状のホルダがシール状態で螺入され、前記ホルダにインジェクタがシール状態で挿入され、
   前記シリンダヘッドの上面が、動弁機構を収容したヘッドカバーの下端部を載せるカバー載置面と、このカバー載置面から前記ヘッドカバー外に突出するカバー外突出面を備え、前記シリンダヘッドが、前記カバー外突出面を上面とする突出ヘッド部分を備え、この突出ヘッド部分に吸気マニホルドが連結され、前記カバー外突出面に配置されたボルト頭部を備えた取付ボルトで、前記突出ヘッド部分がシリンダブロックに取り付けられ、
   前記突出ヘッド部分に前記インジェクタ装着用孔が形成され、このインジェクタ装着用孔に前記ホルダが嵌合され、このホルダに前記インジェクタの噴射部側の端部がシール状態で差し込まれ、
   前記インジェクタの噴射部側と反対側の端部をシール状態で接続させるデリバリパイプが、前記吸気マニホルドに支持されている、ことを特徴とするインジェクタ取付構造。
2. 前記ホルダは前記インジェクタ装着用孔にテーパねじにより螺入されている請求項１に記載のインジェクタ取付構造。
3. 前記ホルダに、工具による回し操作を可能とする被操作部が形成されている請求項１又は２に記載のインジェクタ取付構造。
4. 前記被操作部は、前記ホルダのインジェクタ挿入方向で下手側の端部に形成された六角孔である請求項３に記載のインジェクタ取付構造。
5. 前記被操作部は、前記ホルダのインジェクタ挿入方向で上手側の端部に形成された六角形外周部又はマイナス状切込みである請求項３に記載のインジェクタ取付構造。
6. 前記インジェクタ装着用孔は吸気ポートに開口されている請求項１～５の何れか一項に記載のインジェクタ取付構造。
7. 前記インジェクタ装着用孔の中心線が、前記吸気ポートにおける燃焼室への開口である吸気バルブ孔に向かうように、前記インジェクタ装着用孔は、前記シリンダヘッドの前記シリンダブロックとの接合面に対して傾斜した角度を持つ孔に形成されている請求項６に記載のインジェクタ取付構造。

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