JP4066286B2

JP4066286B2 - 筒内燃料噴射式エンジン

Info

Publication number: JP4066286B2
Application number: JP24454698A
Authority: JP
Inventors: 雅彦加藤
Original assignee: ヤマハマリン株式会社
Priority date: 1998-08-31
Filing date: 1998-08-31
Publication date: 2008-03-26
Anticipated expiration: 2018-08-31
Also published as: US20040050366A1; JP2000073853A; US6302088B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高圧燃料を筒内に噴射するエンジンにおいて、燃料噴射弁の固定構造の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
従来、高圧燃料を筒内に噴射するエンジンにおいては、燃料噴射弁は、その先端に設けた皿バネを潰すことにより燃焼室とのシールを確保している。しかしながら、燃料噴射弁の取付部及び燃料噴射弁の固定部材には寸法誤差があり、常に、燃料噴射弁軸方向近傍を押さえることができず、燃料噴射弁の軸が傾いてしまい、皿バネによるシールが均等に行われず、燃焼圧が抜けてしまい、その結果、燃料噴射弁のノズルにススが付着してしまうという問題を有している。
【０００３】
本発明は、上記従来の問題を解決するものであって、燃料噴射弁の先端を確実にシールすることができる筒内燃料噴射式エンジンを提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１記載の発明は、シリンダヘッド８に挿入される燃料噴射弁１３と、該燃料噴射弁の外周に形成されるフランジ１３ａと、前記燃料噴射弁を前記シリンダヘッドに固定する固定部材７６とを備え、該固定部材は、前記シリンダヘッドにボルト７７により固定される固定部７６ａと、該固定部から二股状に延び前記フランジに係止される押さえ部７６ｂとを有し、前記固定部及び前記押さえ部の固定面及び係止面の内少なくとも１つの面に曲面Ｒを形成し、前記シリンダヘッド内には点火プラグ１４の回りに冷却水通路が形成されており、前記冷却水通路は燃焼室Ｆの頂面を冷却する主冷却水通路９２と、前記燃焼室の側部を冷却する副冷却水通路９１からなり、前記ボルトは、前記点火プラグと反対側に位置し、前記ボルトと前記燃料噴射弁の間に、前記主冷却水通路と前記副冷却水通路を連通するバイパス通路９５を形成したことを特徴とし、請求項２記載の発明は、請求項１において、クランク軸１０が縦方向に配置されたエンジン２において、前記固定部材の前記固定部の固定面には凸部７６ｃが形成され、前記シリンダヘッドには、前記凸部が嵌合される凹部８ｄが形成されていることを特徴とし、請求項３記載の発明は、請求項１において、クランク軸が縦方向に配置されたエンジンにおいて、前記シリンダヘッドに突起８ｅを設け、該突起により前記固定部材の前記固定部を支持させたことを特徴とし、請求項４記載の発明は、請求項１において、クランク軸が縦方向に配置され複数の気筒を有するエンジンにおいて、複数の前記燃料噴射弁の前記固定部材の前記固定部を一体化させたことを特徴とし、請求項５記載の発明は、請求項１〜４のいずれかにおいて、前記エンジンが２サイクルエンジンであり、高圧燃料ポンプ３２は前記クランク軸により駆動されることを特徴とし、請求項６記載の発明は、請求項１〜４のいずれかにおいて、前記エンジンが４サイクルエンジンであり、高圧燃料ポンプは前記クランク軸により駆動されることを特徴とする。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の筒内燃料噴射式エンジンが適用される船外機の模式図であり、図（Ａ）はエンジンの平面図、図（Ｂ）は図（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う縦断面図、図（Ｃ）は船外機の側面図、図（Ｄ）は燃料供給系の構成図である。
【０００６】
図（Ｃ）において、１は船外機であり、クランク軸１０（図Ａ）が縦置状態で搭載されるエンジン２と、エンジン２の下端面に接続されエンジン２を支持するガイドエキゾースト部３と、ガイドエキゾースト部３の下端面に接続されるアッパケース４、ロアケース５及びプロペラ６からなる。上記エンジン２は、筒内噴射式Ｖ型６気筒２サイクルエンジンであり、６つの気筒７ａ〜７ｆ（図Ｂ）が平面視でＶバンクをなすように横置き状態で且つ縦方向に２列に配設されたシリンダボディ７に、シリンダヘッド８が連結、固定されている。
【０００７】
上記気筒７ａ〜７ｆ内には、ピストン１１が摺動自在に嵌合配置され、各ピストン１１はクランク軸１０に連結されている。シリンダヘッド８には、磁力で開閉作動されるソレノイド開閉式の燃料噴射弁１３及び点火プラグ１４が挿入配置されている。気筒７ａ〜７ｆは、それぞれ掃気ポート（図示せず）によりクランク室１２に連通され、また、気筒７ａ〜７ｆには排気ポート１５が接続されている。図（Ｂ）の左バンクの排気ポート１５は左集合排気通路１６に、右バンクの排気ポート１５は右集合排気通路１７に合流されている。エンジン２のクランク室１２には、吸気マニホールドから分岐する吸気通路１９が接続されており、該吸気通路１９のクランク室１２への接続部には、逆流防止用のリード弁２０が配設され、また、リード弁２０の上流側には、エンジン内にオイルを供給するためのオイルポンプ２１と、吸気量を調節するためのスロットル弁２２が配設されている。
【０００８】
図（Ｄ）に示すように、船体側に設置されている燃料タンク２３内の燃料は、手動式の第１の低圧燃料ポンプ２５によりフィルタ２６を経て船外機側の第２の低圧燃料ポンプ２７に送られる。この第２の低圧燃料ポンプ２７は、エンジン２のクランク室１２のパルス圧により駆動されるダイヤフラム式ポンプであり、燃料を気液分離装置であるベーパーセパレータタンク２９に送る。ベーパーセパレータタンク２９内には、電動モータにより駆動される燃料予圧ポンプ３０が配設されており、燃料を加圧し予圧配管３１を経て高圧燃料ポンプ３２に送る。エンジン２は複数の気筒７ａ〜７ｆがＶバンクをなすように２列に配設されており、燃料供給レール３３は、各列のシリンダヘッド８に縦方向に固定されている。高圧燃料ポンプ３２の吐出側は、燃料供給レール３３に接続されるとともに、高圧圧力調整弁３５および燃料冷却器３６、戻り配管３７を介してベーパーセパレータタンク２９に接続されている。また、予圧配管３１とベーパーセパレータタンク２９間には予圧圧力調整弁３９が設けられている。
【０００９】
高圧燃料ポンプ３２は、ポンプ駆動ユニット４０により駆動される。このポンプ駆動ユニット４０は駆動ベルト４１を介してクランク軸１０に連結されている。ベーパーセパレータタンク２９内の燃料は、燃料予圧ポンプ３０により例えば３〜１０ｋｇ／ｃｍ²程度に予圧され、加圧された燃料は、高圧燃料ポンプ３２により５０〜１００ｋｇ／ｃｍ²程度若しくはそれ以上に加圧され、加圧された高圧燃料は、高圧圧力調整弁３５にて設定圧を越える余剰燃料がベーパーセパレータタンク２９に戻され、必要な高圧燃料分のみを燃料供給レール３３に供給し、各気筒７ａ〜７ｆに装着した燃料噴射弁１３に供給するようにしている。
【００１０】
ＥＣＵ（電子制御装置）４２には、エンジン２の駆動状態、船外機１や船の状態を示す各種センサからの検出信号が入力される。例えば、クランク軸１０の回転角（回転数）を検出するエンジン回転数センサ４３、吸気通路１９内の温度を検出する吸気温センサ４４、スロットル弁２２の開度を検出するスロットル開度センサ４５、最上段の気筒７ｄ内の空燃比を検出するに空燃比センサ４６、高圧燃料配管内の圧力を検出する燃料圧力センサ４７、エンジンの冷却水温度を検出する冷却水温センサ４８等が設けられている。ＥＣＵ４２は、これら各センサの検出信号を制御マップに基づき演算処理し、制御信号を燃料噴射弁１３、点火プラグ１４、オイルポンプ２１、予圧燃料ポンプ３０に伝送する。
【００１１】
図２は、図１の船外機の平面図である。なお、以下の説明では前述の図と同一の構成には同一番号を付けて説明を省略する場合がある。クランク軸１０にはフライホイール８０が固定され、その上部すなわちクランク軸１０の上端に駆動プーリ５０が取り付けられ、また、ポンプ駆動ユニット４０の回動軸５１には従動プーリ５２が設けられ、駆動プーリ５０と従動プーリ５２には駆動ベルト４１が張設されている。ポンプ駆動ユニット４０にはボルト６４により高圧燃料ポンプ３２が取り付けられている。これによりクランク軸１０の回転が駆動ベルト４１を介して回動軸５１に伝達され、高圧燃料ポンプ３２を駆動するようにしている。
【００１２】
シリンダボディ７には取付用ステー５３が固定され、ポンプ駆動ユニット４０は、取付用ステー５３及びシリンダボディ７に３本のボルト５４、５５、５６により取り付けられている。また、燃料供給レール３３および燃料噴射弁１３は、シリンダヘッド８にボルトにより固定され、燃料噴射弁１３は燃料供給レール３３に接続されている。また、高圧燃料ポンプ３２は燃料給排ユニット６０を有し、燃料給排ユニット６０の２つの出口と左右の燃料供給レール３３はそれぞれコネクタ６１、６２およびフレキシブル配管６３により接続されている。
【００１３】
なお、図中、１ａはエンジン２を覆うカウリング（エンジンカバー）、５７はスタータモータ、５８はベルトテンショナー、５９はサイレンサである。カウリング１ａには、エンジン２の両側に空気取入口１ｂが形成されている。また、エンジン２の上部には、フライホイール８０、駆動プーリ５０、従動プーリ５２、高圧燃料ポンプ３２等を覆う回転体カバー８１が装着されている。
【００１４】
図３は、図２のＹ方向から見た図であり、高圧燃料噴射ユニット６５のエンジン２への取付状態を示す分解斜視図である。なお、本例においては、高圧圧力調整弁３５は高圧燃料ポンプ３２内に内蔵されている。シリンダボディ７の前方上部には３つのボス６６、６７、６８が形成されており、ボス６６、６７にボルト６９により取付用ステー５３が固定される。ポンプ駆動ユニット４０にはボルト６４により高圧燃料ポンプ３２が固定され、ポンプ駆動ユニット４０は、ボルト５５、５４により取付用ステー５３のボルト孔５３ａ、５３ｂに固定されると共に、ボルト５６によりシリンダボディ７のボス６８に固定される。
【００１５】
左右のシリンダヘッド８には、燃料噴射弁１３挿入用のボス７０と、燃料噴射弁１３固定用のボス７１と、点火プラグ１４挿入用の軸穴７２が縦方向に３つづつ合計６つ形成され、また、燃料供給レール３３固定用のボス７３が３つづ合計６つ形成されている。燃料噴射弁１３の一端は、燃料供給レール３３の燃料通路に圧入されて仮止めされ、燃料噴射弁１３が装着された燃料供給レール３３は、ボルト７５によりシリンダヘッド８のボス７３に固定される。燃料噴射弁１３は外周にフランジ１３ａを有し、フランジ１３ａに固定金具７６を装着し、この固定金具７６をボルト７７によりボス７１に固定することにより、燃料噴射弁１３はシリンダヘッド８に固定される。
【００１６】
高圧燃料ポンプ３２に固定された燃料給排ユニット６０の入口にはコネクタ７９が取り付けられ、コネクタ７９にはベーパーセパレータタンク２９に接続された予圧配管３１が装着されている。燃料給排ユニット６０の出口にはコネクタ６１が取り付けられ、コネクタ６１と左右の燃料供給レール３３の上部にはそれぞれフレキシブル配管６３およびコネクタ６２により接続されている。
【００１７】
図４〜図７は、本発明の筒内燃料噴射式エンジンの１実施形態を示し、図４（Ａ）はシリンダヘッドの断面図、図４（Ｂ）は図４（Ａ）のＢ方向から見た一部正面図、図４（Ｃ）は図４（Ａ）のＣ−Ｃ線に沿う固定部材の断面図、図５は冷却水の流れを示す模式図、図６はシリンダヘッド本体を内側から見た平面図、図７（Ａ）は図６の裏側から見た平面図、図７（Ｂ）は、図７（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿って矢印方向に見た断面図である。
【００１８】
図４において、シリンダヘッド８は、ヘッド本体８ａとガスケット８ｃを介して固定されるカバー部材８ｂからなり、燃料供給レール３３は、ボルト７５によりヘッド本体８ａに固定されている。燃料噴射弁１３の固定部材（固定金具）７６は、固定部７６ａと、この固定部７６ａから二股状に延びる押さえ部７６ｂを有し、燃料噴射弁１３のフランジ１３ａに押さえ部７６ｂを係止し、固定部７６ａをボルト７７によりヘッド本体８ａに固定している。ボルト７７は、点火プラグ１４と反対側の箇所にあり、これにより冷却水の流れを阻害することなく、制約された狭いスペースの中で燃料噴射弁１３の取付を可能にしている。
【００１９】
固定部材７６は、ステンレス、アルミ等の耐食性のある金属や樹脂で製造され、固定部材の腐食により燃料噴射弁１３の軸力が低下し、先端部のシール不良を防止する。固定部材７６の固定部７６ａの固定面には凸部７６ｄが形成され、一方、ヘッド本体８ｃには、前記凸部７６ｄが嵌合される凹部８ｄが形成されている。これにより、固定部材７６の凸部７６ｄを凹部８ｄに嵌合させて仮止めすることにより、各固定部材７６の落下を防止することができ、ボルト７７による各燃料噴射弁１３の組み付けを容易に行うことができる。
【００２０】
固定部材７６の固定部７６ａの固定面７６ｄ及びボルト７７の座面７６ｅには所定の曲率からなる曲面Ｒが形成され、また、押さえ部７６ｂの係止面７６ｃにも所定の曲率からなる曲面Ｒが形成されている。これにより、燃料噴射弁１３の固定面及び燃料噴射弁１３の固定部材７６の固定面及び係止面に寸法誤差があっても、曲面Ｒによりその誤差を吸収することができ、常に、燃料噴射弁１３軸方向近傍を押さえることができ、燃料噴射弁１３の軸が傾くことがなく、皿バネ８２によるシールが均等に行われるため、燃焼圧が抜けることにより生じる燃料噴射弁のノズルにススが付着してしまうという問題を解消することができる。
【００２１】
図４において、ヘッド本体８ａ内には、燃焼室Ｆの頂面を冷却する主冷却水通路９２と、燃焼室Ｆの側部を冷却する副冷却水通路９１が形成されている。そして、図５に示すように、冷却水は、冷却水ポンプからシリンダボディ７の各気筒７ａ〜７ｃの冷却水通路８５を下から上に供給されるとともに、シリンダヘッド８側の副冷却水通路９１を今度は上から下に流れ、次に、主冷却水通路９２に冷却水が下から上に供給され、サーモスタットを経て戻り通路９３を落下する。なお、図６において、ヘッド本体８ａの下部にはシリンダボディ７の副冷却水通路９１から主冷却水通路９２への水供給口９２ａが設けられ、また、図６及び図７に示すように、気筒７ａと気筒７ｂの間および気筒７ｂと気筒７ｃの間には副冷却水通路９１から主冷却水通路９２への水供給孔９２ｂが設けられている。気筒７ｄ〜７ｆについても同様である。
【００２２】
さらに、図４及び図６に示すように、ヘッド本体８ａの副冷却水通路９１の燃料噴射弁１３近傍に、副冷却水通路９１から外方に向けて延設される冷却水通路延設部９１ａを設け、燃料噴射弁１３の先端部を冷却するようにしている。また、図４、図５及び図７に示すように、シリンダヘッド８側の副冷却水通路９１と主冷却水通路９２を連通するバイパス通路９５を設け、燃料噴射弁１３の側部近傍を冷却するようにしている。なお、図６において、９６は点火プラグ挿入用の穴、９７は燃料噴射弁挿入用の穴を示している。
【００２３】
図８及び図９は、固定部材７６の落下防止構造の他の例を示し、図８（Ａ）はシリンダヘッドの断面図、図８（Ｂ）は図８（Ａ）のＢ方向から見た一部正面図、図９は図８（Ｂ）と同様の正面図である。図８の例においては、ヘッド本体８ａに突起８ｅを設け、突起８ｅにより固定部材７６を支持させその落下を防止している。また、図９の例においては、各燃料噴射弁１３の固定部材７６を一体化することにより、固定部材７６の落下を防止している。
以上
【００２４】
図１０は、本発明の他の実施形態を示し、４サイクルエンジンに適用した船外機の平面図である。本実施形態においては、ポンプ駆動ユニット４０がエンジン２の中央部に配置され、ポンプ駆動ユニット４０の両側に高圧燃料ポンプ３２、３４が配置されている。図中、７はシリンダボディ、８はシリンダヘッド、１０はクランク軸、１３は燃料噴射弁、１９は吸気管、２９はベーパーセパレータタンク、３３は燃料供給レール、９８は吸気弁、９９はカムシャフトである。
【００２５】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態においては、船外機に適用した例について説明しているが、船体側にエンジンを設置するマリン用エンジン、自動二輪車用エンジン、あるいは高圧燃料部品の固定箇所がエンジンの複数の部材（例えばシリンダボディとシリンダヘッド）にまたがる自動車用エンジンにも適用可能である。
【００２６】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、請求項１記載の発明によれば、燃料噴射弁の固定面及び燃料噴射弁の固定部材に寸法誤差があっても、曲面によりその誤差を吸収することができ、常に、燃料噴射弁軸方向近傍を押さえることができ、燃料噴射弁の軸が傾くことがなく、皿バネによるシールが均等に行われるため、燃焼圧が抜けることにより生じる燃料噴射弁のノズルにススが付着してしまうという問題を解消することができ、
請求項２記載の発明によれば、冷却水の流れを阻害することなく、制約された狭いスペースの中で燃料噴射弁の取付を可能にし、
請求項３記載の発明によれば、主冷却水通路のよどみ部をなくすことができ、さらに、燃料噴射弁の先端温度を低く維持することができ、
請求項４〜６記載の発明によれば、燃料噴射弁の固定部材の落下を防止することができ、ボルトによる燃料噴射弁の組み付けを容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の筒内燃料噴射式エンジンが適用される船外機の模式図であり、図（Ａ）はエンジンの平面図、図（Ｂ）は図（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う縦断面図、図（Ｃ）は船外機の側面図、図（Ｄ）は燃料供給系の構成図である。
【図２】図１のエンジンの平面図である。
【図３】高圧燃料噴射ユニットのエンジンへの取付状態を示す分解斜視図である。
【図４】本発明の筒内燃料噴射式エンジンの１実施形態を示し、図４（Ａ）はシリンダヘッドの断面図、図４（Ｂ）は図４（Ａ）のＢ方向から見た一部正面図、図４（Ｃ）は図４（Ａ）のＣ−Ｃ線に沿う固定部材の断面図である。
【図５】冷却水の流れを示す模式図である。
【図６】図４のシリンダヘッド本体を内側から見た平面図である。
【図７】図７（Ａ）は図６の裏側から見た平面図、図７（Ｂ）は、図７（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿って矢印方向に見た断面図である。
【図８】固定部材の落下防止構造の他の例を示し、図８（Ａ）はシリンダヘッドの断面図、図８（Ｂ）は図８（Ａ）のＢ方向から見た一部正面図である。
【図９】固定部材の落下防止構造の他の例を示す図４（Ｂ）と同様の正面図である。
【図１０】本発明の他の実施形態を示し、４サイクルエンジンに適用した船外機の平面図である。
【符号の説明】
８…シリンダヘッド、８ｄ…凹部、８ｅ…突起
１０…クランク軸
１３…燃料噴射弁、１３ａ…フランジ
１４…点火プラグ
３２…高圧燃料ポンプ
７６…固定部材、７６ａ…固定部、７６ｂ…押さえ部、７６ｃ…凸部
７７…ボルト
９１…副冷却水通路
９２…主冷却水通路
９５…バイパス通路
Ｒ…曲面

Claims

シリンダヘッド（８）に挿入される燃料噴射弁(１３)と、該燃料噴射弁の外周に形成されるフランジ（１３ａ）と、前記燃料噴射弁を前記シリンダヘッドに固定する固定部材（７６）とを備え、該固定部材は、前記シリンダヘッドにボルト(７７)により固定される固定部（７６ａ）と、該固定部から二股状に延び前記フランジに係止される押さえ部（７６ｂ）とを有し、前記固定部及び前記押さえ部の固定面及び係止面の内少なくとも１つの面に曲面（Ｒ）を形成し、前記シリンダヘッド内には点火プラグ（１４）の回りに冷却水通路が形成されており、前記冷却水通路は燃焼室（Ｆ）の頂面を冷却する主冷却水通路（９２）と、前記燃焼室の側部を冷却する副冷却水通路（９１）からなり、前記ボルトは、前記点火プラグと反対側に位置し、前記ボルトと前記燃料噴射弁の間に、前記主冷却水通路と前記副冷却水通路を連通するバイパス通路（９５）を形成したことを特徴とする筒内燃料噴射式エンジン。
クランク軸(１０)が縦方向に配置されたエンジン（２）において、前記固定部材の前記固定部の固定面には凸部（７６ｃ）が形成され、前記シリンダヘッドには、前記凸部が嵌合される凹部（８ｄ）が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の筒内燃料噴射式エンジン。
クランク軸が縦方向に配置されたエンジンにおいて、前記シリンダヘッドに突起（８ｅ）を設け、該突起により前記固定部材の前記固定部を支持させたことを特徴とする請求項１に記載の筒内燃料噴射式エンジン。
クランク軸が縦方向に配置され複数の気筒を有するエンジンにおいて、複数の前記燃料噴射弁の前記固定部材の前記固定部を一体化させたことを特徴とする請求項１に記載の筒内燃料噴射式エンジン。
前記エンジンが２サイクルエンジンであり、高圧燃料ポンプ（３２）は前記クランク軸により駆動されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の筒内燃料噴射式エンジン。
前記エンジンが４サイクルエンジンであり、高圧燃料ポンプはクランク軸により駆動されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の筒内燃料噴射式エンジン。