(57)【要約】【課題】燃焼室内の燃料濃度にムラを生じ難くできるインジェクタの取付構造を提供する。【解決手段】燃料の噴射口１Ｈを有するインジェクタ１と、前記噴射口１Ｈを燃焼室９に臨ませるようにインジェクタ１を支持するシリンダヘッド４とを備えるインジェクタ１の取付構造であって、インジェクタ１をシリンダヘッド４に対して回転自在に支持する回転支持機構を備える。【選択図】図１
2017180341.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料の噴射口を有するインジェクタと、前記噴射口を燃焼室に臨ませるようにインジェクタを支持するシリンダヘッドとを備えるインジェクタの取付構造であって、
前記インジェクタを前記シリンダヘッドに対して回転自在に支持する回転支持機構を備えるインジェクタの取付構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼室に燃料を噴射するインジェクタの取付構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関として、燃焼室内の空気をピストンで圧縮して高温にし、インジェクタから燃料を噴射することで、燃焼室内で空気と燃料とを混合して自然着火（圧縮着火）させるディーゼルエンジンが知られている。燃料の噴射を行なうインジェクタは、内部に燃料通路を有する筒状のバルブボディーと、その内部に配置されるニードルバルブとを備え、バルブボディーの先端部には、燃料通路内の燃料を先端部の外部に噴射させる複数の噴射孔が形成されている。このような構成を備えるインジェクタでは、ニードルバルブが後退（バルブボディーの先端とは反対側に移動）することで、噴射孔から燃料が噴射される。
【０００３】
ディーゼルエンジンでは、ピストンの頂面に凹部を設けることで当該頂面に燃焼室が形成される。このような燃焼室では、インジェクタから噴射された燃料を燃焼室の全体に均一に分散させ、空気と燃料とを速やかに混合して燃焼室内全体の空気を有効利用することが望まれる。例えば、特許文献１では、凹部の形状を所定の形状とし、スワールとの相乗効果により、燃焼室内の空気の有効利用を図り、局所的に燃料濃度の低いところや高いところが生じることを低減している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−５７５６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、凹部の形状の工夫などにより空気の流動を改善する手法には限界がある。従来のインジェクタは、その先端部に設けた複数の噴射孔から放射状に燃料を噴射しており、各噴射孔の間に面した空間は噴射孔に面した空間に比べて燃料濃度が低くなる傾向にある。この燃料濃度のムラは、空気の流動の強化によりある程度改善できるが、流動を強化すると、高温の燃焼室の内面が低温の空気により冷やされ、冷却損失が増加する。
【０００６】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、その目的の一つは、燃焼室内の燃料濃度にムラを生じ難くできるインジェクタの取付構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）本発明の一態様に係るインジェクタの取付構造は、燃料の噴射口を有するインジェクタと、前記噴射口を燃焼室に臨ませるように前記インジェクタを支持するシリンダヘッドとを備えるインジェクタの取付構造であって、前記インジェクタを前記シリンダヘッドに対して回転自在に支持する回転支持機構を備える。
【０００８】
（２）上記（１）に係るインジェクタの取付構造の一形態として、前記回転支持機構は、シリンダヘッドに設けられて、インジェクタが挿入される円筒状の挿入孔と、挿入孔の内周面及び前記インジェクタの外周面の一方から突出するキーと、挿入孔の内周面及びインジェクタの外周面の他方に螺旋状に形成され、前記キーが嵌合されるキー溝と、インジェクタを挿入孔の軸方向に進退させる進退機構とを備える形態が挙げられる。
【０００９】
（３）上記（２）に係るインジェクタの取付構造の一形態として、前記進退機構は、回転によりインジェクタを挿入孔の軸方向に間歇的に進出させるカムと、インジェクタを挿入孔の軸方向に後退させるように付勢する弾性体とを備える形態が挙げられる。
【発明の効果】
【００１０】
上記のインジェクタの取付構造によれば、回転支持機構を備えることで、インジェクタをシリンダヘッドに対して回転させることができる。インジェクタを回転しながら燃料を噴射すれば、燃焼室の径方向だけでなく、周方向にも燃料を広く分散させることができる。この燃焼室への燃料の均一的な噴射は、空気の流動の強化を伴わなくても実現できるため、冷却損失の増加を伴うこともない。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係るインジェクタの取付構造を示す燃焼室周辺の概略構成図である。
【図２】図１のインジェクタの取付構造において、（Ａ）はインジェクタ後退時のインジェクタ先端部付近の構成を示す拡大図、（Ｂ）は同後退時のキーとキー溝の嵌合状態を示す説明図、（Ｃ）は同後退時における燃料の噴射方向をインジェクタの軸方向から見て示す説明図である。
【図３】図１のインジェクタの取付構造において、（Ａ）はインジェクタ進出時のインジェクタ先端部付近の構成を示す拡大図、（Ｂ）は同進出時のキーとキー溝の嵌合状態を示す説明図、（Ｃ）は同進出時における燃料の噴射方向をインジェクタの軸方向から見て示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態に係るインジェクタの取付構造を図１〜図３に基づいて説明する。各図において、インジェクタ１がその先端側（紙面下方）へ移動することを進出、後端側（紙面上方）へ移動することを後退ということがある。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００１３】
＜実施形態１＞
≪概要≫
インジェクタ１の取付構造を備える内燃機関１００は、ピストン２と、内部でピストン２を往復させるシリンダライナー３と、シリンダライナー３の上部に配置されるシリンダヘッド４とを備える。ピストン２の頂面には凹部２ｃが形成されており、その凹部２ｃによって燃焼室９が構成される。シリンダヘッド４には、吸気ポート６と排気ポート７とが設けられており、両ポート６，７はシリンダライナー３の内周空間に繋がっている。吸気ポート６のシリンダライナー３側の開口端である吸気孔は吸気バルブ６ｂによって開閉され、排気ポート７のシリンダライナー３側の開口端である排気孔は排気バルブ７ｂによって開閉される。この内燃機関１００の燃焼室９の天井部分、即ちシリンダヘッド４のうち、燃焼室９に対向するルーフ面には、燃焼室９に燃料を噴射するインジェクタ１が取り付けられている。本実施形態に係るインジェクタ１の取付構造の特徴の一つは、このインジェクタ１が回転支持機構によりシリンダヘッド４に対して回転自在に支持されていることにある。
【００１４】
≪インジェクタ≫
インジェクタ１は、燃焼室９内に燃料の噴射を行う部材である。具体的には、内部に燃料通路を有する筒状のバルブボディー１Ｂと、その内部に配置されるニードルバルブ（図示せず）とを備える。バルブボディー１Ｂは、後端側の大径部１Ｌと先端側の小径部１Ｓとを備え、小径部１Ｓの先端部には、燃料通路内の燃料を先端部の外部に噴射させる複数の噴射口１Ｈ（本例では８つ）が形成されている。このような構成を備えるインジェクタ１では、ニードルバルブが後退（バルブボディー１Ｂの先端とは反対側に移動）することで、噴射口１Ｈから燃料が噴射される。インジェクタ１は、エンジンコントロールユニットなどで構成される制御部（図示せず）に繋がっており、制御部の指令によってニードルバルブが進退することで、燃料の噴射量や時間を調節することができる。ニードルバルブは、ソレノイドなどやピエゾ素子などで進退される。
【００１５】
≪挿入孔≫
インジェクタ１は、バルブボディー１Ｂの大半がシリンダヘッド４の挿入孔４Ｈに収納され、噴射口１Ｈを有する先端部が燃焼室９内に露出するように取り付けられている。挿入孔４Ｈは円筒孔で、バルブボディー１Ｂの大径部１Ｌが挿入される大径孔４Ｌと、小径部１Ｓが挿入される小径孔４Ｓとを備える。また、小径部１Ｓと小径孔４Ｓとの間等の適所には、燃焼室９内を気密に保持するシール部材８が配置されている。この挿入孔４Ｈへのインジェクタ１の取り付けには、インジェクタ１をシリンダヘッド４に対して回転しながら進退させる回転支持機構が用いられる。
【００１６】
≪回転支持機構≫
回転支持機構は、シリンダヘッド４に対してバルブボディー１Ｂを回転させる旋回機構と、シリンダヘッド４に対してバルブボディー１Ｂを進退させる進退機構とを備えている。本例では、図２，３に示すように、旋回機構として、キー１Ｐとキー溝４Ｒとを用い、進退機構としてカム２０（図１）と弾性体３０とを用いている。
【００１７】
（旋回機構）
旋回機構は、インジェクタ１を回転できる機構であれば、特に限定されない。本例の旋回機構は、バルブボディー１Ｂの外周面に設けられたキー１Ｐと、バルブボディー１Ｂが挿入されるシリンダヘッド４の挿入孔４Ｈに設けられたキー溝４Ｒとを備える。
【００１８】
キー１Ｐは、バルブボディー１Ｂの外周面から径方向外方に突出する突片である。本例では、丸棒状の短片、つまり上記径方向と直交する横断面が円形の部材をキー１Ｐに用いている。丸棒状のキーであれば、キー溝４Ｒとの摩擦を低減しやすく、キー溝４Ｒに対する円滑な摺動を行いやすい。キー１Ｐの数は特に限定されないが、複数とすることが好ましい。バルブボディー１Ｂをシリンダヘッド４の挿入孔４Ｈ内で円滑に回転しながら進退させ易いからである。キー１Ｐを複数とする場合、各々の配置は、バルブボディー１Ｂの周方向に均等に配置することが好ましい。バルブボディー１Ｂの外周面をキー１Ｐによりバランスよく支持できるからである。本例では、４つのキー１Ｐをバルブボディー１Ｂの周方向に均等に配置している。
【００１９】
キー溝４Ｒは、上記キー１Ｐが嵌合する溝で、シリンダヘッド４の挿入孔４Ｈの内周面に螺旋状に形成されている。この「螺旋状」は、バルブボディー１Ｂ（挿入孔４Ｈ）の周方向に旋回しながら軸方向に変位を伴う軌跡を有することをいい、１ピッチ以上の長さを有していない場合も含む。キー溝４Ｒの数は、キー１Ｐの数に対応した数とする。キー溝４Ｒの周方向の長さ（バルブボディー１Ｂを軸方向視した場合のキー溝形成範囲の中心角）は、隣接する噴射口１Ｈの中心角θ以上、つまり８つの噴射口１Ｈを有する本例では４５°以上に対応する長さとすることが好ましい。隣接する噴射口１Ｈの間に、燃料の噴射されない領域を形成しないためである。キー溝４Ｒの軸方向の長さ（螺旋のリード角）は、インジェクタ１の進退するストロークが過大にならず、キー１Ｐがキー溝４Ｒ内を円滑に摺動できるような適宜な長さ（角度）を選択すればよい。リード角が小さければ、インジェクタ１が進退するストロークが小さいが、リード角が大きければ、キーを円滑に摺動し易い。キー溝４Ｒの横断面形状は、キー１Ｐの横断面形状に応じて、キー１Ｐとの接触面積を極力小さくできる形状が好ましい。本例では、正方形の横断面形状を有するキー溝４Ｒとしている。この正方形の横断面形状により、キー溝４Ｒの内周面は丸棒状のキー１Ｐの外周面と線接触される。
【００２０】
（進退機構）
進退機構は、インジェクタ１を挿入孔４Ｈ内で進退できる機構であれば特に限定されない。本例の進退機構は、回転によりインジェクタ１を挿入孔４Ｈの軸方向に間歇的に進出させるカム２０と、インジェクタ１を挿入孔４Ｈの軸方向に後退させるように付勢する弾性体３０とを備える。
【００２１】
カム２０は、回転軸に対して偏心した部材で、インジェクタ１の後端に当接することで、間歇的にインジェクタ１を進出させる。本例では、回転軸からの距離が小さい円周面２０ｃと、回転軸からの距離が大きい突出面２０ｐとが連続する卵型の偏心カムを用いている。円周面２０ｃがインジェクタ１に当接しているときはインジェクタ１が後退され、突出面２０ｐがインジェクタ１に当接しているときはインジェクタ１が進出される。カム２０の回転は、カム回転用のモータを利用してもよいし、適宜な回転伝達機構を介してクランクシャフト（カムシャフト）の回転に連動させることで行ってもよい。カム２０をクランクシャフトと連動させる場合、クランクシャフトの回転、つまりピストン２の上下位置と、インジェクタ１の進退位置との関係は、カム２０の位相により適宜調整できる。また、燃料の噴射は、基本的にインジェクタ１が回転している間に行うが、カム２０の回転をクランクシャフトと連動させることで、インジェクタ１の進出状態と燃料の噴射時期との関係を調整し易い。
【００２２】
弾性体３０は、カム２０の回転により進出されたインジェクタ１を後退位置に復帰させるための部材である。本例では弾性体としてインジェクタを後退方向に付勢する圧縮ばねを用いている。弾性体３０の配置は、インジェクタ１を後退方向に付勢できるように適宜行えばよい。本例では、バルブボディー１Ｂの後端側の大径部１Ｌと先端側の小径部１Ｓとの段差面が、圧縮ばねの一端のばね受けとなる。また、シリンダヘッド４に形成される挿入孔４Ｈにおいて、バルブボディー１Ｂの大径部１Ｌが挿入される大径孔４Ｌと小径部１Ｓが挿入される小径孔４Ｓとの段差面が、圧縮ばねの他端のばね受けとなる。つまり、圧縮ばねは、バルブボディー１Ｂの小径部１Ｓの外側に嵌め込まれるように配置されている。この構成によれば、インジェクタ１の仕様を実質的に変更しなくても、容易に弾性体３０を配置することができる。
【００２３】
≪インジェクタのシリンダヘッドへの組み付け≫
インジェクタ１のシリンダヘッド４への組み付けは、例えば次のように行うことができる（図示略）。ここでは２通りの組み付け構造を例示するが、シリンダヘッド４に対してインジェクタを回転自在に支持できれば、以下の組み付け構造に限定されるわけではない。
【００２４】
（１）シリンダヘッド４を分割式とする。具体的には、シリンダヘッド４を、本体部と押え部との２つの部材で構成し、さらに押え部を複数片に分割可能とする。本体部は、後退側から進出側に向かって順に内径が小さくなる３段階の孔、即ち、押え部の収納孔、大径孔４Ｌ、小径孔４Ｓを有し、大径孔４Ｌの後退側にキー溝４Ｒが形成されている。押え部は、収納孔に嵌め込まれる円筒状の部材で、収納孔に嵌めこむことで、押え部の内周面が大径孔４Ｌの内周面と面一になる厚さに形成されている。さらに押え部は、複数片に分割でき、例えば半円筒状（樋状）の２つの分割片を組み合わせることで円筒状に形成できる構成が挙げられる。
【００２５】
まず、インジェクタ１の外周面のうち、キー１Ｐよりも後端側の領域を外側から押え部で覆う。その際、複数の分割片を組み合わせて円筒状に形成する。このインジェクタ１と押え部の組物を収納孔に嵌め込み、さらにキー１Ｐを大径孔のキー溝４Ｒに嵌め込む。そして、押え部を適宜な手段で本体部に固定する。これにより、キー溝４Ｒの後退側の端部が押え部の進出側の端面で規定され、キー１Ｐはキー溝４Ｒから外れない状態になる。
【００２６】
（２）キー溝４Ｒをシリンダヘッド４の上面（インジェクタ１の後端側の表面）まで形成する。具体的には、上述した所定の螺旋状のキー溝４Ｒに続いて、シリンダヘッド４の上面まで軸方向に沿った直線状のキー溝を形成しておく。キー溝がシリンダヘッド４の上面に開口しているため、この開口からキー１Ｐをキー溝に嵌め、直線状のキー溝を介して螺旋状のキー溝４Ｒにキー１Ｐが嵌合するまでインジェクタ１を挿入孔に挿入する。インジェクタ１の後端面はカム２０で支持されるため、インジェクタ１が挿入孔４Ｈから抜け出ることはない。
【００２７】
≪動作≫
上述した取付機構でシリンダヘッド４に支持されるインジェクタ１の動作を図２、図３に基づいて説明する。
【００２８】
カム２０の円周面２０ｃがインジェクタ１の後端に当接している場合、図２（Ａ）に示すように、インジェクタ１は後退される。このとき、弾性体３０は伸びた状態で、キー１Ｐがキー溝４Ｒの後端に当接される状態にバルブボディー１Ｂを後退させている（図２（Ｂ））。この状態においても、インジェクタ１の先端部は挿入孔４Ｈから突出され、燃焼室９に進出されている。
【００２９】
インジェクタ１との当接箇所がカム２０の円周面２０ｃから突出面２０ｐに移行するに従い、インジェクタ１は前進される。その際、インジェクタ１から突出するキー１Ｐが螺旋状のキー溝４Ｒに沿って案内されるため、インジェクタ１は回転しながら進出されることになる。インジェクタ１が回転しながら進出する際に噴射口１Ｈから燃料を噴出すれば、図２（Ｃ）、図３（Ｃ）に示すように、放射状の噴射軌跡を回転させることができる。
【００３０】
図１のように、カム２０の突出面２０ｐがインジェクタ１の後端に当接している場合、図３（Ａ）に示すように、インジェクタ１は進出される。このとき、弾性体３０は圧縮された状態で、キー１Ｐがキー溝４Ｒの先端に当接される状態にバルブボディー１Ｂを進出させている（図３（Ｂ））。この状態において、インジェクタ１の先端部は図２の後退時よりもさらに燃焼室９内に進出されている。
【００３１】
さらにカム２０が回転してインジェクタ１との当接箇所が突出面２０ｐから円周面２０ｃに移行するに従い、インジェクタ１は弾性体３０に付勢されると共にキー１Ｐがキー溝４Ｒに沿って案内されることで、進出時と逆方向に回転しながら後退される。
【００３２】
このような突出面２０ｐの押圧によるインジェクタ１の進出と弾性体３０の付勢とによるインジェクタ１の後退は、カム２０の回転により繰り返し行われる。
【００３３】
≪効果≫
以上のインジェクタの取付構造は、以下の効果を奏する。
【００３４】
（１）インジェクタ１が回転支持機構によりシリンダヘッド４に支持されているため、インジェクタ１を回転させることができる。それにより、インジェクタ１を回転しながら燃料を噴射すれば、燃焼室９の径方向だけでなく、周方向にも燃料を広く分散させることができる。よって、燃焼室９内の空気を有効利用して適正な燃焼を実現でき、排ガスを清浄化することが期待できる。
【００３５】
（２）インジェクタ１の回転による燃料の噴射軌跡の回転は、空気の流動の強化と関係なく実現されるため、この流動を低減した状態でも冷却損失の増加を抑制したり、排ガスを清浄化することが期待できる。
【００３６】
（３）回転支持機構として、バルブボディー１Ｂから突出するキー１Ｐと、挿入孔４Ｈの内周面に形成された螺旋状のキー溝４Ｒとを用いることで、インジェクタ１の仕様の変更を極力少なくしてインジェクタ１を回転自在に支持することができる。
【００３７】
（４）進退機構として、カム２０と弾性体３０を用いることで、インジェクタ１の進出と後退の一方に駆動源を用いれば、他方は弾性体３０の弾性力により、インジェクタ１を自動的に進出と後退の他方に復帰させることができる。
【００３８】
（５）カム２０をクランクシャフトに連動して回転させれば、カム２０の駆動源を個別に用意しなくても、既存の構成部材を利用してカム２０を回転させることができる。
【００３９】
＜変形例＞
以上の実施形態は、次の構成の変更を伴うことができる。
【００４０】
（１）実施形態１ではインジェクタ１にキー１Ｐを設け、シリンダヘッド４の挿入孔４Ｈにキー溝４Ｒを設けたが、逆にインジェクタにキー溝を設け、シリンダヘッドの挿入孔にキーを設けてもよい。
【００４１】
（２）実施形態１ではキー１Ｐとキー溝４Ｒによる旋回機構を用いたが、その代わりにモータによりインジェクタを回転させてもよい。その場合、インジェクタが進退しなくても構わない。
【００４２】
（３）実施形態１では進退機構にカム２０を用いたが、その代わりにソレノイドを用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明のインジェクタの取付構造は、ディーゼルエンジンなどの内燃機関においてインジェクタを支持することに好適に利用できる。
【符号の説明】
【００４４】
１  インジェクタ
１Ｂ  バルブボディー
１Ｌ  大径部  １Ｓ  小径部
１Ｐ  キー  １Ｈ  噴射口
２  ピストン  ２ｃ  凹部  ３  シリンダライナー
４  シリンダヘッド
４Ｈ  挿入孔  ４Ｌ  大径孔  ４Ｓ  小径孔  ４Ｒ  キー溝
６  吸気ポート  ６ｂ  吸気バルブ  ７  排気ポート  ７ｂ  排気バルブ
８  シール部材  ９  燃焼室
２０  カム  ２０ｃ  円周面  ２０ｐ  突出面
３０  弾性体
１００  内燃機関
【図１】
2017180341.tif 000003
【図２】
2017180341.tif 000004
【図３】
2017180341.tif 000005