(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダヘッドの上面に、クランクシャフトの軸線方向に沿って互いに平行に離間する吸気用カムシャフト及び排気用カムシャフトを配設し、これら吸気用カムシャフト及び排気用カムシャフト間のシリンダヘッドの上面に、燃焼室内で着火動作を行う点火プラグと、上部に接続した燃料レールから供給されてきた燃料を燃焼室内に直接噴射する燃料インジェクターとを、前記クランクシャフトの軸線と直交する方向に配置した筒内噴射ガソリンエンジンにおいて、
前記シリンダヘッドの上面の前記クランクシャフトの軸線と直交する方向に吸気用カムシャフト及び排気用カムシャフトに共通の一体部材からなるカムキャップを固定し、この一体カムキャップの両端部近傍の２箇所の軸受け部により前記吸気用カムシャフト及び前記排気用カムシャフトをそれぞれ回転自在に支持するとともに、前記２箇所の軸受け部の間にキャップ開口孔を形成し、この開口孔内に前記点火プラグ及び前記インジェクターを配置し、点火プラグと燃料インジェクターとを吸気用カムシャフトと排気用カムシャフトの間から上方へ着脱する筒内噴射ガソリンエンジンであって、
前記カムキャップより上方に位置する前記燃料レールを固定する際に、前記カムキャップの一部に上下方向に貫通する貫通孔を形成しておき、前記燃料レールの固定用ボルトを前記貫通孔に貫通させた後、前記シリンダヘッドの上面に形成したねじ穴に螺合したことを特徴とする筒内噴射ガソリンエンジン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、筒内噴射ガソリンンエンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料インジェクターから燃焼室内に燃料を直接噴射する筒内噴射ガソリンエンジンは、従来のキャブレター方式や吸気ポート噴射方式のガソリンエンジンと比較して希薄な燃料混合比の運転が可能となり、しかも、大幅な燃費向上を出力の犠牲なしに実現することができる。この筒内噴射ガソリンエンジンは、通常、ＤＯＨＣ４バルブ方式のエンジンをベースとして開発されているが、その中で、各燃焼室に対応する点火プラグ及び燃料インジェクターの組をクランクシャフトの軸線方向と直交する方向に配置した筒内噴射ガソリンエンジンが知られている。このエンジンは、シリンダヘッドの上部に互いに平行に配置した排気用カムシャフト及び吸気用カムシャフトのうち一方のシャフト側に点火プラグが位置し、他方のシャフト側に燃料インジェクターが位置する。ここで、排気用カムシャフト及び吸気用カムシャフトは、それぞれ専用のカムキャップにより回転自在に支持されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、それぞれ専用のカムキャップによって排気用カムシャフト及び吸気用カムシャフトを支持すると、各キャップを取付けるためのボルト等の取付部材を別々に必要とし、また取付部のスペースをそれぞれ必要とするため、排気用カムシャフト及び吸気用カムシャフト間のスペースを広く要し、また限られたスペース内にボルト等の取付け部を必要とするため点火プラグや燃料インジェクターの配設スペースが制限され、点火プラグ及び燃料インジェクターのレイアウト自由度が低下する。
【０００４】
また、吸気および排気用カムキャップを別々に設けると、吸気および排気カムシャフトをそれぞれ挟んで各カムキャップをボルトで固定するため、各カムシャフトの両側にボルトが配設され両シャフト間の間隔が広くなる。このため、吸気用カムシャフトの下部に配設した吸気バルブと、排気用カムシャフトの下部に配設した排気バルブとの間のなす角度（以下、バルブ挟み角）が増大してしまう。このように、バルブ挟み角が増大してしまうと、シリンダー内の圧縮比が低下して熱効率が低下しやすく、エンジン性能の面で問題がある。
【０００５】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであって、クランクシャフトの軸線方向と直交する方向に点火プラグ及び燃料インジェクターを配置してもレイアウト自由度が向上するとともに、バルブ挟み角を小さく設定してエンジン性能を向上させることが可能な筒内噴射ガソリンエンジンを提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明では、シリンダヘッドの上面に、クランクシャフトの軸線方向に沿って互いに平行に離間する吸気用カムシャフト及び排気用カムシャフトを配設し、これら吸気用カムシャフト及び排気用カムシャフト間のシリンダヘッドの上面に、燃焼室内で着火動作を行う点火プラグと、上部に接続した燃料レールから供給されてきた燃料を燃焼室内に直接噴射する燃料インジェクターとを、前記クランクシャフトの軸線と直交する方向に配置した筒内噴射ガソリンエンジンにおいて、前記シリンダヘッドの上面の前記クランクシャフトの軸線と直交する方向に吸気用カムシャフト及び排気用カムシャフトに共通の一体部材からなるカムキャップを固定し、この一体カムキャップの両端部近傍の２箇所の軸受け部により前記吸気用カムシャフト及び前記排気用カムシャフトをそれぞれ回転自在に支持するとともに、前記２箇所の軸受け部の間に開口孔を形成し、この開口孔内に前記点火プラグ及び前記インジェクターを配置した。
【０００７】
【発明の実施の形態】
好ましい実地の形態においては、前記カムキャップより上方に位置する前記燃料レールを固定する際に、前記カムキャップの一部に上下方向に貫通する貫通孔を形成しておき、前記燃料レールの固定用ボルトを前記貫通孔に貫通させた後、前記シリンダヘッドの上面に形成したねじ穴に螺合した。
【０００８】
【実地例】
以下、本発明の１実施例として、直列４気筒ＤＯＨＣ４バルブ形式の筒内噴射ガソリンエンジンについて図面を参照して説明する。
【０００９】
図１は、アルミ鋳造により形成したシリンダヘッド２の略矩形状の外観を有するシリンダヘッド上面２ａを示すものであり、図２は、このシリンダヘッドの断面を示すものである。図１に示すように、シリンダヘッド上面２ａのクランク軸と直交する方向（以下幅方向という）の一方側には、クランクシャフトの軸線Ｓ方向に沿って複数の吸気バルブのバルブリフタ挿入孔４が形成されており、各バルブリフタ挿入孔４から幅方向の他方側に離間したシリンダ上面２ａにも、クランクシャフトの軸線Ｓ方向に沿って複数の排気バルブのバルブリフタ挿入孔６が形成されている。これらバルブリフタ挿入孔４及び６にはそれぞれ吸気バルブ１４および排気バルブ１６の上端に連結されたバルブリフタが摺動可能に挿入され、スプリングにより上方のカム側に付勢される。各吸気バルブ１４および排気バルブ１６は、図２に示すように、シリンダヘッド２の燃焼室８の上壁の吸気及び排気孔をカム動作に応じて開閉する（図はスプリングによりリフタが押上げられバルブが閉じた状態を示す）。
【００１０】
吸気用及び排気用カムシャフト１８、２０には、クランクシャフトの回転がタイミングベルト等の伝達手段（図示せず）を介して伝達される。吸入行程において吸気用カムシャフト１８のカムがバルブリフタを介して吸気バルブ１４を下方に押し下げて、吸気ポート１０端部の燃焼室８に臨む吸気孔を開く。排気行程において排気用カムシャフト２０のカムがバルブリフタを介して吸気バルブ１６を下側に押し下げて、排気ポート１２端部の燃焼室８に臨む排気孔を開く。
【００１１】
シリンダヘッド上面２ａの幅方向の一方側及び他方側には、それぞれ軸受け面（ジャーナル）２ｂ、２ｃが形成されており、軸受け面２ｂ、２ｃより幅方向の外側には、カムキャップ固定用ねじ穴２ｄ、２ｅが形成されている。そして、幅方向に互い対向する軸受け面（ジャーナル）２ｂ、２ｃ間には、後述する燃料レール２６に連なるインジェクター２２と点火プラグ２４が上下方向に通過する通過穴２ｆ（後述のカムキャップの開口孔４２ａに対応する）が形成されている。この通過穴２ｆの周縁には、カムキャップ用フランジ面２ｇが形成されている。また、カムキャップ用フランジ面２ｇには、カムキャップ固定用ねじ穴２ｈ及び燃料レール固定用ねじ穴２ｉが形成されている。
【００１２】
また、前述した通過穴２ｆの底面には、図３に示すように、燃焼室８の頂部に連通するインジェクター嵌入用孔２ｊ及びプラグ嵌入用孔２ｋがクランクシャフトの軸線Ｓと直交する方向に形成されており、インジェクター嵌入用孔２ｊに燃料インジェクター２２が嵌入し、プラグ嵌入用孔２ｋに点火プラグ２４が嵌入している。そして、燃料インジェクター２２の上部には、燃料を供給する燃料通路３２ａを介して燃料レール２６が配置されている。また点火プラグ２４の上部には電気配線用のソケット２４ａが装着されている。
【００１３】
燃料レール２６はアルミ鋳造により形成した部材であり、図３及び図４に示すように、クランクシャフトの軸線Ｓに沿う方向に延在する矩形板状のレール本体３０と、このレール本体３０の長手方向内部に形成され、図示しない燃料ポンプから燃料が供給されてくる燃料通路３０ａと、レール本体３０の下部に一体形成されて各燃料インジェクター２２の上部外周を保持するインジェクター保持部３２、インジェクター保持部３２内に形成されて燃料通路３０ａ及び燃料インジェクター２２の燃料取り入れ口間を連通する燃料通路３２ａとを備えている。
【００１４】
また、レール本体３０には、燃料レール固定用ボルト３６を下方に向けて貫通させる貫通孔３０ｂが形成されている。そして、燃料レール２６の側部にはリード線３３が固着されており、図示しない制御装置からリード線３３を介して各燃料インジェクター２２のソレノイド弁に弁開閉動作信号が入力するようになっている。
【００１５】
ここで、シリンダヘッド上面２ａに形成した軸受け面２ｂには吸気用カムシャフト１８が載置され、軸受け面２ｃには排気用カムシャフト２０が載置されており、これら吸気用カムシャフト１８及び排気用カムシャフト２０は、シリンダヘッド上面２ａに共通のカムキャップ４０を固定することにより回転自在に支持される。
【００１６】
すなわち、前記カムキャップ４０は、図５及び図６に示すように、シリンダヘッド上面２ａのカムキャップ用フランジ面２ｇと略同一の外周形状に形成されたキャップ本体４２と、キャップ本体４２の長手方向から互いに離間する方向に直線状に延在する排気カム用第１支持部４４、吸気カム用第２支持部４６とを備えた両カムシャフトに共通の一体部材である。
【００１７】
前記キャップ本体４２には、シリンダヘッド上面２ａの通過孔２ｆと略同形状のキャップ開口孔４２ａが形成され、シリンダヘッド上面２ａのカムキャップ固定用ねじ穴２ｈと対応する位置に第１貫通孔４２ｂが形成されているとともに、前述した燃料レール固定用ボルト３６を貫通させる第２貫通孔４２ｃが形成されている。
【００１８】
また、第１及び第２支持部４４、４６の下面には、吸気用カムシャフト１８及び排気用カムシャフト２０の上部にそれぞれ当接する軸受け面４４ａ、４６ａが形成されおり、これら軸受け面４４ａ、４６ａを形成した位置より外側には、シリンダヘッド上面２ａのカムキャップ固定用ねじ穴２ｄ、２ｅに対応する第３貫通孔４４ｂ、４６ｂが形成されている。
【００１９】
上記構成のカムキャップ４０をシリンダヘッド上面２ａに固定するには、キャップ本体４２の下面をカムキャップ用フランジ面２ｇに当接した後、図３に示すように、第３貫通孔４４ｂ、４６ｂ内を貫通させたキャップ固定用ボルト５０をカムキャップ固定用ねじ穴２ｄ、２ｅに螺合する。また、図示しないが、シリンダヘッド上面２ａのカムキャップ固定用ねじ穴２ｈに対応する第１貫通孔４２ｂ内にもキャップ固定用ボルトを貫通させてカムキャップ固定用ねじ穴２ｈに螺合する。
【００２０】
そして、キャップ本体４２のキャップ開口孔４２ａから通過穴２ｆ内に挿入した燃料インジェクター２２をインジェクター嵌入用孔２ｊに嵌入し、同様にキャップ開口孔４２ａから通過穴２ｆ内に挿入した点火プラグ２４をプラグ嵌入用孔２ｋに嵌入する。また、燃料インジェクター２２の上部に燃料レール２６のインジェクター保持部３２を接続する。
【００２１】
そして、図４に示すように、レール本体３０の貫通孔３０ｂに上方から貫通した燃料レール固定用ボルト３６を、カムキャップ４０の第２貫通孔４２ｃに貫通した後、シリンダヘッド上面２ａの燃料レール固定用ねじ穴２ｉに螺合する。
【００２２】
これにより、吸気用及び排気用カムシャフト１８、２０は、シリンダヘッド上面２ａの軸受け面２ｂ、２ｃと、カムキャップ４０の軸受け面４４ａ、４６ａとにより回転自在に支持される。そして、クランクシャフトの回転がタイミングベルト等の伝達手段（図示せず）を介して吸気用及び排気用カムシャフト１８、２０に伝達されると、吸入工程において吸気用カムシャフト１８のカムが吸気バルブ１４を下側に押し下げて吸入通路１０及び燃焼室８間を連通し、排気工程において排気用カムシャフト２０のカムが排気バルブ１６を下側に押し下げて排気通路１２及び燃焼室８間を連通する。
なお、図７は、燃焼室８内を向く燃料インジェクター２２及び点火プラグ２４の下端部の詳細を示すものであるが、本実施例では図７の斜線Ａで示す領域にシリンダヘッド２の肉厚を設けず、点火プラグ２４の下端部を燃焼室８内に突出させることによって燃料インジェクター２２及び点火プラグ２４の下端部間の距離Ｂを小さな寸法に設定している。このように、距離Ｂを小さな寸法設定すると、吸気バルブ１４及び排気バルブ１６の取り付け角度や配置の自由度を向上させることができる。
【００２３】
上記実施例の筒内噴射ガソリンエンジンによると、クランクシャフトの軸線Ｓと直交する方向に配置した点火プラグ２４及び燃料レール２６（下部に燃料インジェクター２２が接続している）は、共通のカムキャップ４０のキャップ開口孔４２ａ内を通過するように配置されているので、レイアウト自由度が向上する。また、吸気用及び排気用カムシャフト１８、２０は、２箇所の軸受け面４４ａ、４６ａを備えた共通カムキャップ４０によって回転自在に支持されているので、それら吸気用カムシャフト１８及び排気用カムシャフト２０間の距離を短く設定することができる。このようにカムシャフト１８、２０間の距離が短くなると、図２に示すように、吸気バルブ１４と排気バルブ１６との間のバルブ挟み角αを小さく設定することができる。これにより、シリンダー内の圧縮比が増大して熱効率が向上するので、良好なエンジン性能を得ることができる。
【００２４】
さらに、燃料レール固定用ボルト３６を、カムキャップ４０の第２貫通孔４２ｃに貫通させた後にシリンダヘッド上面２ａの燃料レール固定用ねじ穴２ｉに螺合し、燃料レール２６をカムキャップ４０に固定せずにシリンダヘッド上面２ａに固定した構造としているので、カムキャップ４０の耐久性が向上するとともに、吸気用及び排気用カムシャフト１８、２０を支持しているカムキャップ４０から燃料レール２６への振動伝達を防止することができる。
【００２５】
なお、本実施例では直列４気筒ＤＯＨＣ４バルブ形式の筒内噴射ガソリンエンジンについて説明したが、吸気用カムシャフト１８及び排気用カムシャフト２０間に燃料レール２６を配置することができるエンジンであれば、他の形式の筒内噴射ガソリンエンジンに適用しても同様の作用効果を得ることができる。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る筒内噴射ガソリンエンジンによると、クランクシャフトの軸線と直交する方向に配置した点火プラグ及び上部に燃料レールを接続した燃料インジェクターは、シリンダヘッドの上面のクランクシャフトの軸線と直交する方向に固定した吸排気共通のカムキャップのキャップ開口孔内に配置されるので、点火プラグ及び燃料インジェクターのレイアウト自由度を向上させることができる。
【００２７】
また、この共通のカムキャップは、クランクシャフトの軸線と直交する方向に互いに離間した位置に２箇所の軸受け部を形成しているが、吸気用カムシャフト及び排気用カムシャフトは、それら２箇所の軸受け部により回転自在に支持されている。このため、吸気用カムシャフト及び排気用カムシャフトをそれぞれ専用のカムキャップにより別々に支持する場合と比較して、特にクランク軸に直交する方向に点火プラグおよびインジェクターを並べて配置する構成においては、これらを共通の孔内に挿入配置することによりコンパクトな構造になるとともに、排気用カムシャフト及び吸気用カムシャフト間の距離が短くなる。このように排気用カムシャフト及び吸気用カムシャフト間の距離が短くなると、吸気バルブと排気バルブとの間のバルブ挟み角を小さく設定することができる。したがって、燃焼室形状を良好にしたまま圧縮比を増大できるので熱効率が向上し、エンジン性能が良好な筒内噴射ガソリンエンジンを提供することができる。
【００２８】
また、カムキャップより上方に位置する燃料レールを固定する際に、カムキャップの一部に上下方向に貫通する貫通孔を形成しておき、燃料レールの固定用ボルトを前記貫通孔に貫通させた後、シリンダヘッドの上面に形成したねじ穴に螺合する構成とすれば、カムキャップの耐久性が向上するとともに、吸気用カムシャフト及び排気用カムシャフトを支持しているカムキャップから燃料レールへの振動伝達を防止することができる。
【００２９】
また、燃料レールとこれに連結されるインジェクターが同じシリンダヘッドに対し取付けられるため、構造が簡単になるとともに相互の位置合わせ等の取付け精度が高められる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係るシリンダヘッドの上面を示す図。
【図２】  図１のシリンダヘッドの断面を示す図。
【図３】  シリンダヘッドの上面に吸気用カムシャフト及び排気用カムシャフトを支持するカムキャップを固定した状態を示す図。
【図４】  本発明に係わる燃料レールがシリンダヘッドの上面に固定されている状態を示す図。
【図５】  カムキャップを示す平面図。
【図６】  図５におけるＶＩ−ＶＩ線矢視図。
【図７】燃料インジェクター及び点火プラグの下端部を示す図。
【符号の説明】
２：シリンダヘッド、２ａ：シリンダヘッド上面、
２ｉ：燃料レール固定用ねじ穴（ねじ穴）、８：燃焼室、
１８：吸気用カムシャフト、２０：排気用カムシャフト、
２２：燃料インジェクター、２４：点火プラグ、２６：燃料レール、
３０：レール本体、３２：インジェクター保持部、３２ａ：燃料通路、
３６：燃料レール固定用ボルト、４０：カムキャップ、４２：キャップ本体、
４２ａ：キャップ開口孔、４２ｃ：第２貫通孔（貫通孔）、４４：第１支持部、
４４ａ、４６ａ：軸受け面（軸受け部）、４６：第２支持部、
Ｓ：クランクシャフトの軸線。
【図１】
0003722177.tif 000002
【図２】
0003722177.tif 000003
【図３】
0003722177.tif 000004
【図４】
0003722177.tif 000005
【図５】
0003722177.tif 000006
【図６】
0003722177.tif 000007
【図７】
0003722177.tif 000008