(57)【要約】【課題】吸気ポートにインジェクタから燃料が噴射されるシリンダヘッドにおいて、吸気ポートへの燃料の付着を防止できる構造を提供する。【解決手段】インジェクタ２１は、吸気ポート６の上側に配置されており、燃料は、上部凹所２７から吸気ポート６に噴出する。上部凹所２７のうちインジェクタ２１の直下部に、吸気バルブ８の側に凹んだ補助凹所３０を形成している。補助凹所３０を形成する隔壁３１は等厚であり、このため、動弁空間１７に向けて突出した突部３２が形成されている。補助凹所３０のバッファ効果により、燃料が上部凹所２７の上流部に付着することを防止できる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気側面と燃焼室とに連通した吸気ポートが、気筒軸線に対して傾斜した姿勢で形成されて、前記吸気ポートの上側に、燃料噴射用インジェクタを挿入するインジェクタ取付け穴が、クランク軸線方向から見て前記吸気ポートの軸心と交差した姿勢で形成されており、
前記インジェクタの先端面は、前記吸気ポートの上側に形成された上部凹所に露出しており、前記インジェクタから噴出した燃料は、前記上部凹所を経由して吸気ポートに拡散するようになっている構成であって、
前記上部凹所のうち前記インジェクタの先端面の直下部に、前記吸気ポートと反対側に凹んだ補助凹所を形成している、
シリンダヘッド。
【請求項２】
前記補助凹所を構成する隔壁を挟んで前記上部凹所と反対側の部位は、バルブリフタが配置された動弁空間になっており、前記補助凹所を構成する隔壁を略同じ厚さに形成することにより、前記隔壁のうち前記補助凹所と反対側の内面が前記動弁空間に向いた突部になっている、
請求項１に記載したシリンダヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、インジェクタで燃料が噴射される内燃機関に使用するシリンダヘッドに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車用等のガソリンエンジンでは、吸気に燃料を混合して燃焼させており、燃料は、一般に、吸気ポートに向けて開口したインジェクタによって噴射されている。インジェクタは、吸気マニホールドに取り付ける場合とシリンダヘッドに取り付ける場合とがある。
【０００３】
シリンダヘッドに取り付ける場合の構成の一例が、特許文献１に開示されている。すなわち、この特許文献１では、インジェクタは吸気ポートの上方部に傾斜姿勢で配置されており、吸気ポートの上面に形成した上部凹所にインジェクタの先端面を露出させており、インジェクタから噴出した燃料は、上部凹所を経由して吸気ポートに拡散するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−４７０２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
燃料は、インジェクタのノズル穴から所定の角度を持って広がりながら噴出し、吸気ポートにおいて吸気と混合しつつ気筒に流入するが、特許文献１のような構造では、霧化した微細な燃料が吸気ポートの内面やバルブの背面に付着しやすくて、デポジットが発生しやすくなることが懸念される。つまり、霧化して微細燃料がボート内面に付着すると、付着した燃料粒子が互いに結びついて滴に成長していき、吸気ポートに吹き返した燃焼ガスの影響も受けてデボジット化するのであり、デポジットが剥離して燃焼室に入ると、排気ガスの成分を悪化させることになる。
【０００６】
また、特許文献１からも容易に推測できるが、従来は、燃料が気筒に向かうように勢いを付けて噴射していることから、ペネトレーションが高くなる傾向をしており、このため、バルブの背面やバルブライナーの露出面に燃料が付着する現象も見られた。このように燃料がバルブやバルブライナーなどに付着することは、別の見方をすると、燃料の霧化が不十分であることを意味しており、結果として、燃費の低下や排気ガスの悪化にもつながりやすい。
【０００７】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願発明は、請求項１のとおり、
「吸気側面と燃焼室とに連通した吸気ポートが、気筒軸線に対して傾斜した姿勢で形成されて、前記吸気ポートの上側に、燃料噴射用インジェクタを挿入するインジェクタ取付け穴が、クランク軸線方向から見て前記吸気ポートの軸心と交差した姿勢で形成されており、
前記インジェクタの先端面は、前記吸気ポートの上側に形成された上部凹所に露出しており、前記インジェクタから噴出した燃料は、前記上部凹所を経由して吸気ポートに拡散するようになっている」
という基本構成において、
「前記上部凹所のうち前記インジェクタの先端面の直下部に、前記吸気ポートと反対側に凹んだ補助凹所を形成している、」
という構成を付加している。
【０００９】
この場合、補助凹所は、実施形態のように、上流側ではインジェクタの軸心から広がって、途中でインジェクタの軸心に向かうように、クランク軸線方向から見てく字形に凹ませることができる。
【００１０】
本願発明は、請求項２の構成も含んでいる。この請求項２の発明は、請求項１において、
「前記補助凹所を構成する隔壁を挟んで前記上部凹所と反対側の部位は、バルブリフタが配置された動弁空間になっており、前記補助凹所を構成する隔壁を略同じ厚さに形成することにより、前記隔壁のうち前記補助凹所と反対側の内面が前記動弁空間に向いた突部になっている」
という構成を付加している。
【発明の効果】
【００１１】
さて、燃料の霧化促進のためには、インジェクタによる燃料の噴射角を大きくすることが有益である。しかし、単に噴射角を大きくしただけであると、吸気バルブやバルブライナーへの燃料の付着は防止できても、直進性の低下によって吸気ポートの上面への付着が増加するおそれがある。
【００１２】
これに対して、本願発明のように上部凹所に補助凹所を設けると、燃料がインジェクタから噴出した直後に上部凹所の内面に付着することを防止できる。その効果は、燃料の噴射角度の大小に関係なく発揮されるが、燃料の噴射角が大きくなると燃料は上部凹所の内面に付着しやすくなるため、本願発明の効果が特に顕著に現れる。
【００１３】
また、補助凹所は下流側に向けて上部凹所の内面に収束するように絞られるため、燃料が補助凹所の箇所を通過するにおいて、燃料を下向きにガイドする機能が発揮される。その結果、燃料が補助凹所よりも下流側において上部凹所又は吸気ポートの内面に付着することも、防止又は大幅に抑制できる。特に、実施形態のように補助凹所を断面く字形に形成すると、絞り効果を強く発揮できて好適である。
【００１４】
更に、補助凹所が存在しない場合は、負圧効果により、燃料が上部凹所の上面に引かれる傾向を呈するおそれがあるが、本願発明のように補助凹所を設けると、燃料が負圧効果によって引かれることを防止して、燃料を吸気の流れに乗せて気筒に向けて流すことができる。このような面でも、燃料の霧化を促進できる。
【００１５】
従って、本願発明によると、燃料が吸気ポート等に付着することを防止又は著しく抑制して、燃料の霧化を促進できる。その結果、燃費の向上に貢献と排気ガスの成分悪化防止とに貢献できる。
【００１６】
さて、動弁室の底にはオイルが流れ込んでおり、内燃機関の振動や自動車の揺れなどにより、オイルが揺れ動いて補助凹所を構成する隔壁に当たることが有り得る。そして、請求項２のように、隔壁に突部を形成すると、オイルが突部に当たる機会が増大することにより、オイルから隔壁への熱交換を助長して、隔壁の昇温（熱交換）を促進できる。その結果、燃料が補助凹所に付着したとしても、すぐに蒸発させることができる。従って、燃料の霧化を促進して完全燃焼化を促進し、延いては、燃費の向上と排気ガスの成分悪化防止とに更に貢献できる。                                                          
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施形態の要部の縦断正面図である。
【図２】図１の部分拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
(1).基本構造
次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は、自動車用ガソリンエンジンに適用しており、エンジンは、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とを備えている。シリンダヘッド２の上面には、ヘッドカバー３が固定されている。エンジンは、例えば３気筒又は４気筒であり、シリンダブロック１には、３つ又は４つのシリンダボア４がクランク軸線方向に並んで形成されている。
【００１９】
シリンダヘッド２には、シリンダボア４に対応した下向き開口の燃焼室５と、燃焼室５と吸気側面２ａとに連通した吸気ポート６の群と、燃焼室５と排気側面（図示せず）とに連通した排気ポート７の群とが形成されている。吸気ポート６は１つの燃焼室５に対応して２つずつ形成されており、各吸気ポート６は、それぞれ吸気バルブ８によって開閉される。
【００２０】
排気ポート７も１つの燃焼室５に対応して２つずつ形成されており、各排気ポート７は、それぞれ排気バルブ９によって開閉される。シリンダヘッド２には、バルブ８，９を受けるバルブライナー１０，１１を嵌着している。バルブ８，９のバルブ軸８ａ，９ａは、スリーブ１２によって摺動自在に保持されている。
【００２１】
吸気バルブ８と排気バルブ９とは、クランク軸線方向から見て、上に向けて互いの間隔が離れるように、気筒軸心１３に対して傾斜している。吸気バルブ８におけるバルブ軸８ａの上端には、ばね１４で上向きに付勢されたバルブリフタ（ヘッド）１５が固定されており、バルブリフタ１５にはカム軸１６が上から当たっている。シリンダヘッド２には、吸気バルブ８のバルブリフタ１５が往復動する動弁空間１７が存在している。排気バルブ９も同様である。符号１８で示すのは、カムキャップである。実施形態のバルブリフタ１５はバルブ軸８ａに設けたヘッドで構成されているが、ロッカーアームであってもよい。
【００２２】
吸気ポート６は、クランク軸線方向から見て大きく寝た姿勢になるように、気筒軸心１３に対して傾斜しており、その開口端には、吸気マニホールド１９が接続されている。なお、１つの気筒に対応して一対の吸気ポート６が形成されているが、一対の吸気ポート６は、それぞれ独立して吸気マニホールド１９に連通していてもよいし、吸気マニホールド１９には１つの集合部で連通して、１つの集合部から２つの吸気ポート６が分離していてもよい。
【００２３】
(2).インジェクタとその周辺の構造
シリンダヘッド２のうち各吸気ポート６の上の部位には、それぞれインジェクタ２１が取付けられている。従って、本実施形態のインジェクタ２１は、１つの吸気ポート６に１つのインジェクタ２１から燃料を噴射するデュアルタイプである。
【００２４】
インジェクタ２１は、筒状の本体２２を備えている。本体２２の先端部は段違いになっていて、これが、シリンダヘッド２に形成したインジェクタ取付け穴２３にＯリング２４を介して取付けられている。更に、本体２２の基端は、クランク軸線方向に長いデリバリ管２５に接続されている。また、本体２２のうち基端寄りの部位には、ケーブルによってＥＣＵに接続されたコネクタ２６を設けており、本体２２には電磁式のアクチュエータを内蔵している。
【００２５】
インジェクタ２１の先端は、吸気ポート６の上方にずれて配置されている。従って、吸気ポート６の上面に上部凹所２７を形成して、本体２２の先端面２２ａを上部凹所２７に露出させている。従って、燃料は、上部凹所２７を経由して吸気ポート６に噴出する。本体２２の先端面２２ａは、インジェクタ取付け穴２３の開口面（上部凹所２７の基端面）２３ａと同一面を成している。
【００２６】
インジェクタ２１は、クランク軸線方向から見て、気筒軸心１３及びシリンダヘッド２下面に対して傾斜しているが、気筒軸心１３に対する傾斜角度は、吸気バルブ８の傾斜角度よりは大きくて、吸気ポート６の傾斜角度よりは小さくなっている。従って、クランク軸線方向からみて、インジェクタ２１の軸心２８と吸気ポート６の軸心２９とは交差している。逆に見ると、インジェクタ２１の軸心２８と吸気ポート６の軸心２９とが交差しているため、インジェクタ２１から燃料を吸気ポート６に噴出できる。
【００２７】
上部凹所２７は、インジェクタ２１の先端を吸気ポート６から逃がすために必要な空所であり、インジェクタ２１から離れるに従って断面積は小さくなっている。そして、上部凹所２７のうちインジェクタ２１の直下部に、吸気ポート６と反対側（或いは動弁空間１７の側）に凹んだ補助凹所３０を形成している。上部凹所２７は、インジェクタ２１の軸心方向から見ると、インジェクタ２１の軸心を囲うように湾曲している。補助凹所３０も同様である。
【００２８】
補助凹所３０のうち、インジェクタ２１に近いある程度の範囲は、インジェクタ２１から遠ざかるに従ってインジェクタ２１の軸心２８から離れる広がり面（拡径テーパ面）３０ａになって、それよりも下流側の部分は、インジェクタ２１から遠ざかるに従ってインジェクタ２１の軸心２８に近づく絞り面（縮径テーパ面）３０ｂになっている。従って、補助凹所３０は、クランク軸線方向から見てく字形の形態を成している。
【００２９】
上部凹所２７のうち補助凹所３０よりも下流側の部分の上部は、インジェクタ２１における燃料噴射の噴射角度θで広がる仮想円錐の一部と重なっている。すなわち、燃料噴射エリアの外延を構成する仮想円錐面の上部を成すように、基準円錐面２７ａが形成されている。
【００３０】
他方、補助凹所３０の絞り面３０ｂは、インジェクタ２１の軸心２８と同心の円柱の一部を成すように形成されている。すなわち、補助凹所３０の絞り面３０ｂは、インジェクタ２１と同心の円弧面が連続したストレート状の凹面になっている。
【００３１】
補助凹所３０の広がり面３０ａは、大まかには、基準円錐面２７ａと同様に、燃料噴射角度θと同じ角度で拡径する円錐面の一部と重なっている。従って、広がり面３０ａと仮想円錐面との間には、どの部位においても等しい間隔なっている。但し、広がり面３０ａは、図１，２の縦断側面視において、直線状でなく下向きに凹んだ曲面となすことが可能である。この場合は、仮想円錐面の一部を成すとは云えず、仮想円錐面の外側に膨れた形態になる。
【００３２】
また、補助凹所３０では、広がり面３０ａよりも絞り面３０ｂの範囲（軸方向の長さ）が大きくなっている。具体的には、絞り面３０ｂは、広がり面３０ａの２倍程度の長さになっている。従って、インジェクタ２１の軸心２８と成す角度は、広がり面３０ａの方が絞り面３０ｂよりも大きくなっている。補助凹所３０は湾曲した断面形状であってもよいが、この場合、湾曲の程度は、インジェクタ２１に近い側が急で、インジェクタ２１から遠い部位が緩くなるように、頂点をインジェクタ２１に近い側に寄せるのが好ましい。
【００３３】
補助凹所３０は、隔壁３１によって動弁空間１７と仕切られており、隔壁３１は、全体に亙ってほぼ等しい厚さになっている。このため、隔壁３１により、動弁空間１７に向けて突出した突部３２が形成されている。この突部３２も、クランク軸線方向から見てく字形になっている。なお、動弁空間１７には、隔壁３１と対向するようにガイド片３３が配置されている。従って、動弁空間１７のうち、隔壁３１とガイド片３３とで囲われた部位は、下方に開口したポケット部１７ａになっている。
【００３４】
さて、燃料は、インジェクタ２１からテーパ状の広がりを持って噴出し拡散していく。そして、従来は、一般に、インジェクタ２１の軸心２８が吸気ポート６の入り口の中心（吸気バルブ８の中心）を通るように設定しているが、本実施形態では、インジェクタ２１の軸心２８が、吸気バルブ８の外周のうち、気筒軸心１３から遠い下端（或いはその近傍）を通るように設定している。従って、従来に比べると、インジェクタ２１は、気筒軸心１３の側に起きた姿勢で配置されている。
【００３５】
更に、燃料はテーパ状に広がって拡散するが、従来は、概ねテーパで吸気バルブ８を内接するような態様になっていたのに対して、本実施形態では、吸気バルブ８は、テーパの半分の角度内に収まっている。従って、本実施形態における燃料の噴射角度（広がり角度）θは、従来に比べて２倍程度になっている。
【００３６】
(3).補助凹所３０に関連したまとめ
本実施形態では、インジェクタ２１は従来よりも気筒軸心１３の側に起きた姿勢になっているため、インジェクタ２１は気筒軸心１３の側に寄せられる。従って、インジェクタ２１を配置するための肉部が吸気ポート６の内部に進入することを防止又は著しく抑制できる。従って、吸気ポート６の断面積をできるだけ均等化して、吸気のスムースな流れを確保できる。
【００３７】
また、図２では、補助凹所３０が存在しない状態を一点鎖線で表示しており、この状態では、上部凹所２７のうちインジェクタ２１の直下部に燃料が付着しやすくなるが、本実施形態のようにインジェクタ２１の直下部に補助凹所３０を形成すると、燃料の付着を防止又は大幅に抑制できる。更に述べると、補助凹所３０の箇所がバッファ空間となって空気の緩衝層が形成されることにより、補助凹所３０に向かった燃料は空気の緩衝層によって押し戻される傾向を呈して、燃料の付着が防止されると云える。
【００３８】
特に、本実施形態のように、補助凹所３０のうちインジェクタ２１に近い部分を広がり面３０ａに形成すると、広がり面３０ａが基準円錐面２７ａの外側に広がった状態になるため、燃料の付着防止効果を特に向上できる。
【００３９】
また、補助凹所３０は、絞り面３０ｂによって下流側に向けて絞られており、やがて基準円錐面２７ａの上部凹所２７に収束しているため、補助凹所３０に近い部位に位置した燃料は流速を増す。すなわち、燃料の流れによって空気が引かれるが、引かれた空気が絞り面３０ｂで挟まれて燃料が下方に押される現象が生じることから、燃料の速度が高くなる。従って、燃料は補助凹所３０から速やかに離脱して吸気ポート６に流れ込み、吸気に乗って気筒に送られる。
【００４０】
更に、燃料は吸気に引かれるにおいて、補助凹所３０が存在しないと、インジェクタ２１の直下部が負圧になって燃料の逃げが悪くなるおそれがあるが、本実施形態のように補助凹所３０があると、補助凹所３０の箇所が負圧になることを防止して、吸気による燃料の引き作用を確実化できる。この面でも、燃料の付着を防止できる。
【００４１】
また、上部凹所２７の基準円錐面２７ａは燃料噴射エリアを成す円錐面と一致しているため、燃料は上部凹所２７の基準円錐面２７ａを掠めるようにして飛散していく。従って、霧化した燃料が上部凹所２７の基準円錐面２７ａに付着することを防止又は著しく抑制できるし、補助凹所３０に入り込んだ燃料の吸引作用も確実化できると云える。
【００４２】
さて、動弁空間１７には油滴が飛散しており、底面にはかなりのオイルが溜まっている。従って、動弁空間１７の下面に溜まったオイルは、自動車の揺れやエンジンの振動等により、図２に模式的に矢印３５で示すように、前後左右に流れ移動して、隔壁３１の内面に触れる機会も多い。そして、オイルは昇温しているため、オイルから隔壁３１に熱交換されて、補助凹所３０に燃料が付着したときに、燃料を蒸発させる作用を発揮し得る。
【００４３】
しかるに、補助凹所３０が存在しない場合や、存在しても隔壁３１の内面がフラットに形成されている場合は、オイルが隔壁３１に触れてもすぐに逃げ移動するため、オイルから隔壁３１の熱交換の程度が低いが、本実施形態のように、隔壁３１の内面を突部３２に形成すると、オイルが当たり易くなると共に、オイルが当たると流速が低下して隔壁３１との接触時間が長くなるため、オイルから隔壁３１への熱交換の効率を向上できる。その結果、仮に燃料が補助凹所３０に付着しても速やかに蒸発させて、デポジット化することを防止できる。
【００４４】
特に、実施形態のように、突部３２をポケット部１７ａに臨ませると、オイルがポケット部１７ａの内部を移動して突部３２に当たる機会が増えるため、熱交換を増進して燃料の蒸発をより確実化できる。
【００４５】
オイルの接触性を高めるために、突部３２を補助凹所３０よりも大きく突出させることも可能であるが、この場合、隔壁３１は、突部３２の頂点の箇所が最も厚くなるように不等厚になり、すると、熱が補助凹所３０に伝達されにくくなるおそれがある。これに対して本実施形態のように、隔壁３１を略等厚に形成すると、補助凹所３０への伝熱性をできるだけ高くしつつ、オイルから隔壁３１の熱交換を促進できる。また、隔壁３１をできるだけ等厚に形成することは、熱ひずみの発生防止の点でも好ましい。
【００４６】
(4).燃料噴射の態様に関連したまとめ
さて、本実施形態では、燃料の噴射角度θは従来に比べて大きくて、インジェクタ２１の軸心２８が吸気バルブ８の下縁のあたりを通っているため、燃料の相当量が吸気ポート６の下面６ａに向かう傾向を呈する。しかし、燃料の噴射角度θは大きいことに起因して霧化が促進されて直進性が低下しているため、燃料が吸気ポート６の下面６ａに向かっても、吸気に乗って気筒に送られる。従って、燃料が吸気ポート６の下面６ａに付着することは、現実には生じない。この作用を、図２において矢印３６で模式的に示している。
【００４７】
また、吸気ポート６の下面はシリンダブロック１に近くて昇温しているため、燃料が下面６ａに付着しても即座に蒸発して、吸気に乗って気筒に送られる。この面においても、インジェクタ２１の軸心２８の通過位置を下側にずらしても、吸気ポート６の下面に６ａに燃料が付着することはない。
【００４８】
また、燃料の噴射角度θを大きくすると、既述のとおり燃料の霧化は促進されるため、燃料粒子の運動エネルギは大きく低下する。従って、吸気ポート６の上面近傍に噴射された燃料であっても、吸気ポート６の上面に付着することなく、吸気に乗って気筒に送られる。この面においても、燃料の付着を防止できる共に、燃料と吸気との混合性を向上できる。
【００４９】
(5).その他
以上、本願発明の実施形態を説明したが、本願発明は、他にも様々に具体化できる。例えば、インジェクタは、必ずしも１つの吸気ポートに対応して１本が配置されるデュアルタイプである必要はなく、２つの吸気ポートに１本のインジェクタを配置したシングルタイプにも適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本願発明は、内燃機関のシリンダヘッドに具体化できる。従って、産業上利用できる。
【符号の説明】
【００５１】
２  シリンダヘッド
２ａ  吸気側面
５  燃焼室
６  吸気ポート
８  吸気バルブ
１３  気筒軸心
１５  バルブリフタ
１７  動弁空間
２１  インジェクタ
２２  インジェクタ取付け穴
２７  上部凹所
２８  インジェクタの軸心
３０  補助凹所
３１  隔壁
３２  突部
【図１】
2020033901.tif 000003
【図２】
2020033901.tif 000004