JPH09209761A - 筒内噴射型火花点火式内燃機関のシリンダヘッド - Google Patents

筒内噴射型火花点火式内燃機関のシリンダヘッド

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JPH09209761A JP8014638A JP1463896A JPH09209761A JP H09209761 A JPH09209761 A JP H09209761A JP 8014638 A JP8014638 A JP 8014638A JP 1463896 A JP1463896 A JP 1463896A JP H09209761 A JPH09209761 A JP H09209761A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃料噴霧の乱れの防止の他、シリンダヘッド
の耐圧リークテストや燃料系のリークテストの容易化を
図った筒内噴射型火花点火式内燃機関のシリンダヘッド
を提供する。 【解決手段】 シリンダヘッド２には、燃料噴射弁４と
燃焼室５とを連通する噴射通路６０が形成されている。
噴射通路６０は、その断面積が燃料噴射弁４の噴口５０
側から燃焼室５側に向けて増大するように形成され、か
つ燃焼室５側の端部が吸気ポート１３の燃焼室５への開
口端（吸気開口端）６１に沿った形状となっている。ま
た、噴射通路６０には、噴口５０側の内壁が切削加工に
よりテーパ状のシール座面６２として形成されており、
該部における断面積の変化割合（増大割合）が他の部位
（断面積急増部６３）に比べて小さく設定されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、自動車等に搭載さ
れる筒内噴射型火花点火式内燃機関用のシリンダヘッド
に係り、詳しくは、燃料噴霧の乱れの防止等を図る技術
に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、自動車等に搭載される燃料噴射火
花点火式内燃機関では、有害排出ガス成分の低減や燃費
の向上等を図るため、旧来の吸気管噴射型（以下、吸気
管噴射ガソリンエンジン）に代えて燃焼室に直接燃料を
噴射する筒内噴射型（以下、筒内噴射ガソリンエンジ
ン）が種々提案されている。筒内噴射ガソリンエンジン
では、特開平7-102976号公報等に記載されたもののよう
に、燃料噴射弁からピストン頂部に設けられたキャビテ
ィ内等に燃料を噴射することで、点火時点において点火
プラグの周囲に理論空燃比に近い空燃比の混合気を生成
させている。これにより、全体に希薄な空燃比でも着火
が可能となり、ＣＯやＨＣの排出量が減少すると共に、
アイドル運転時や低負荷走行時の燃費大幅に向上させる
ことができる。また、燃料噴射量を増減させる際にも吸
気管による移送遅れがないため、加減速レスポンスも非
常に良好となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した筒
内噴射ガソリンエンジンでは、シリンダヘッドに燃料噴
射弁を取り付けることに起因して、燃料噴霧形状の悪化
が生じたり、燃料噴射弁とシリンダヘッド間等に発生す
る微細割れや引け巣を検出するための耐圧リークテスト
が必要となったり、また、エンジン組立時における燃料
系のリークテストが行い難くなる等の問題があった。
【０００４】一般に、従来の筒内噴射ガソリンエンジン
では、図８に示したように、燃料噴射弁４は、その噴口
５０が燃焼室５に臨むかたちで、シリンダヘッド２に取
り付けられている。そのため、燃料噴射弁４から噴射さ
れた燃料噴霧５１は、ごく細径の噴口５０から比較的広
い燃焼室５内に突然流入することになる。その結果、燃
料噴霧５１には剥離による乱れ（燃料噴霧形状の悪化）
が生じ、不完全燃焼等が起こりやすくなり、有害排出ガ
ス成分の増加や燃費の低下等がもたらされてしまうので
ある。また、筒内噴射ガソリンエンジンには、燃焼効率
を向上させるべく、直立型の吸気ポート１３により燃焼
室５内に逆タンブル流５２を生成させるものがある。と
ころが、燃料噴霧形状が悪化した場合、逆タンブル流５
２等の筒内流動が阻害され、これによる燃費の低下等が
生じることもあった。
【０００５】一方、燃料噴射弁４が燃焼室５に臨むかた
ちで設置されるため、上述した耐圧リークテストが必要
となる他、筒内噴射ガソリンエンジンでは、その燃圧が
吸気管噴射ガソリンエンジンに比べて遥かに高く設定さ
れるため、エンジンの組立時には燃料系のリークテスト
も不可欠となる。そして、これらのリークテストに際し
ては、シリンダヘッド２と燃料噴射弁４との隙間からの
圧縮空気のリークや燃料噴射弁４からの燃料リークの影
響を防ぐべく、燃料噴射弁４の先端および燃料噴射弁４
とシリンダヘッド２との間隙がシール治具（図示せず）
により塞がれる。ところが、図８に示したシリンダヘッ
ド２では、燃料噴射弁４の周囲に治具を取り付けるため
のシール座面と、燃料噴射弁４の先端より大径の治具を
挿入するための隙間とが存在しないため、燃料噴射弁４
とシリンダヘッド２との間隙や燃料噴射弁４の先端を完
全に塞ぐことができなかった。尚、燃料噴射弁４は、製
造時において単体での燃料リークのチェックが行われ、
そのリーク量が所定値以下のものが選別・使用される。
【０００６】本発明は上記状況に鑑みなされたもので、
燃料噴霧の乱れの防止の他、シリンダヘッドの耐圧リー
クテストや燃料系のリークテストの容易化を図った筒内
噴射型火花点火式内燃機関のシリンダヘッドを提供する
ことを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項１では、
この目的を達成するために、燃料噴射弁から燃焼室内に
直接噴射された燃料を点火装置により点火する筒内噴射
型火花点火式内燃機関に用いられるシリンダヘッドであ
って、前記燃料噴射弁の噴口と前記燃焼室とを連通する
と共に、その断面積が前記噴口側から前記燃焼室側に向
かうに連れて増大する噴射通路を備えたものを提案す
る。
【０００８】また、請求項２では、請求項１のシリンダ
ヘッドにおいて、シリンダ軸線を含む基準面の一側で前
記燃焼室に開口する吸気開口端と、当該吸気開口端から
上方に向けて延設された直立型の吸気ポートとを備え、
前記噴射通路が当該吸気開口端に隣接した位置で当該燃
焼室に開口するものを提案する。また、請求項３では、
請求項１または２のシリンダヘッドにおいて、前記噴射
通路の断面積の変化割合は、燃料噴射弁側が燃焼室側に
比べて小さく設定されているものを提案する。
【０００９】また、請求項４では、請求項１〜３のシリ
ンダヘッドにおいて、前記噴射通路の燃料噴射弁側にシ
ール座面が形成されているものを提案する。また、請求
項５では、請求項４のシリンダヘッドにおいて、前記シ
ール座面が前記噴射通路の燃料噴射弁側の内壁にテーパ
状に形成されているものを提案する。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施形態を詳細に説明する。図１は本発明を適用した筒
内噴射ガソリンエンジンの一実施形態を示す縦断面図で
あり、図中の符号１は、燃焼室をはじめ吸気装置やＥＧ
Ｒ装置等が筒内噴射専用に設計された、直列４気筒型の
エンジン本体（以下、単にエンジンと記す）を示してい
る。
【００１１】本実施形態の場合、エンジン１のシリンダ
ヘッド２には、各気筒毎に点火プラグ３と共に電磁式の
燃料噴射弁４も取り付けられており、燃焼室５内に直接
燃料が噴射されるようになっている。また、シリンダ６
に上下摺動自在に保持されたピストン７の頂面には、圧
縮行程後期に燃料噴射弁４からの燃料噴霧が到達する位
置に、半球状のキャビティ８が形成されている。また、
このエンジン１の理論圧縮比は、吸気管噴射型のものに
比べ、高く（本実施形態では、１２程度）設定されてい
る。動弁機構としてはＤＯＨＣ４弁式が採用されてお
り、シリンダヘッド２の上部には、吸排気弁９，１０を
それぞれ駆動するべく、吸気側カムシャフト１１と排気
側カムシャフト１２とが回転自在に保持されている。
【００１２】シリンダヘッド２には、両カムシャフト１
１，１２の間を抜けるようにして、直立型の吸気ポート
１３が形成されており、この吸気ポート１３を通過した
吸気流が燃焼室５内で逆タンブル流を発生させるように
なっている。一方、排気ポート１４については、通常の
エンジンと同様に略水平方向に形成されているが、斜め
下方に大径のＥＧＲポート（図示せず）が分岐してい
る。図中、１６は冷却水温Ｔwを検出する水温センサで
あり、１７はクランク角信号ＳＧＴを出力するベーン型
のクランク角センサである。
【００１３】吸気ポート１３には、吸気マニホールド２
１を介して、スロットルボディ２３等を具えた吸気管
（図示せず）が接続している。スロットルボディ２３に
は、流路を開閉するバタフライ式のスロットルバルブ２
８と共に、スロットルバルブ２８の開度θTHを検出する
スロットルセンサ２９と、全閉状態を検出するアイドル
スイッチ３０とが備えられている。一方、排気ポート１
４には、Ｏ2センサ４０が取付けられた排気マニホール
ド４１を介して、三元触媒４２や図示しないマフラー等
を具えた排気管４３が接続している。また、ＥＧＲポー
トは、大径のＥＧＲパイプ４４を介して、吸気マニホー
ルド２１の上流に接続されており、その管路にはステッ
パモータ式のＥＧＲバルブ４５が設けられている。図
中、４６は排気側カムシャフト１２により駆動される高
圧燃料ポンプであり、エンジン１のアイドル運転時にも
50〜60kg/cm2 以上の吐出圧を発生する。
【００１４】図２にはシリンダヘッド２およびシリンダ
６の縦断面を示し、図３には図２中のIII矢視を示し、
図４には図２中のIV拡大視を示してある。これらの図に
示したように、燃料噴射弁４は、シール座面８０に当接
するシールワッシャ８１を介して、シリンダヘッド２に
形成された噴射弁取付穴８２に取り付けられている。ま
た、シリンダヘッド２には、燃料噴射弁４と燃焼室５と
を連通するべく、噴射通路６０が形成されている。
【００１５】噴射通路６０は、その断面積が燃料噴射弁
４の噴口５０側から燃焼室５側に向けて増大するように
形成され、かつ燃焼室５側の端部が吸気ポート１３の燃
焼室５への開口端（吸気開口端）６１に沿った形状とな
っている。また、噴射通路６０には、噴口５０側の内壁
が切削加工によりテーパ状のシール座面６２として形成
されており、該部における断面積の変化割合（増大割
合）が他の部位（以下、断面積急増部６３）に比べて小
さく設定されている。尚、噴射通路６０の内壁面は、シ
ール座面６２を除いて、無加工（すなわち、鋳肌）とな
っている。
【００１６】以下、本実施形態の作用を述べる。さて、
所定の噴射タイミングで燃料噴射弁４が駆動されると、
噴口５０から噴射された燃料噴霧５１は、噴射通路６０
を介して燃焼室５に流入する。この際、燃料噴霧５１
は、先ず断面積の変化割合が比較的小さいシール座面６
２に流入した後、断面積の変化割合が比較的大きい断面
積急増部６３を経て、燃焼室５に流入する。そのため、
燃料噴霧５１は、徐々に広い空間に流入することにな
り、剥離による乱れが生じなくなった。その結果、不完
全燃焼等が起こり難くなり、従来装置で問題となってい
た有害排出ガス成分の増加や燃費の低下等が抑制される
と同時に、逆タンブル５２等の筒内流動が阻害されるこ
ともなくなり、これによる燃費の低下等も起こらないよ
うになった。
【００１７】一方、本実施形態の場合、耐圧リークテス
トは次の手順で行われる。すなわち、シリンダヘッド２
を耐圧リーク試験装置にセットした後、図５に示したよ
うに、ダミー噴射弁９０を噴射弁取付穴８２に挿入・固
定する。次に、シール治具７０の先端部を噴射通路６０
のシール座面６２に押しつけた後、ダミー噴射弁９０に
形成された空気導入孔９１から圧縮空気を導入する。そ
して、所定時間経過後における空気圧を計測し、その計
測結果が所定値を下回っていれば、リークが発生してい
ることになる。
【００１８】本実施形態の場合、ダミー噴射弁９０は燃
料噴射弁４と略同一形状のウレタンゴム製であり、軸心
に空気導入孔９１が形成されると共に、噴射弁取付穴８
２より小さな外径に加工され、更に、噴射弁取付穴８２
のシール座面８０に当接する位置にシール部９２を備え
ている。また、シール治具７０は、その先端に噴射通路
６０のシール座面６２に対応するテーパ状のシール面７
１が形成されたウレタンゴム製の円柱であり、アクチュ
エータ（本実施形態では、エアシリンダ）のロッド７２
に保持されて矢印で示した方向に移動する。そして、耐
圧リークテスト時には、ダミー噴射弁９０とシール治具
７０との間には所定の間隙Ｓが形成される。
【００１９】耐圧リークテスト時において、空気導入孔
９１から導入された圧縮空気は、間隙Ｓを介して噴射弁
取付穴８２とダミー噴射弁９０との間に流入し、シール
部９２によりシールされる。これにより、噴射通路６０
のシール座面６２から噴射弁取付穴８２のシール座面８
０までの間に圧縮空気が充填されることになり、噴射弁
取付穴８２に微細割れや引け巣が存在した場合、該部か
ら圧縮空気がリークして空気圧が低下するのである。
尚、シール面７１の軸線とシール座面６２の軸線とが多
少ずれていた場合にも、シール治具７０がそのずれに合
わせて弾性変形するため、耐圧リークテストに要求され
る気密性は十分に確保される。
【００２０】また、本実施形態の場合、燃料系のリーク
テストは、以下に述べる手順で行われる。すなわち、燃
料噴射弁４をはじめ、高圧燃料ポンプ４６や燃料配管等
が取り付けられたシリンダヘッド２をリーク試験機にセ
ットした後、図６に示すように、シール治具１００を燃
料噴射弁４の先端に押し付け、所定の燃圧を燃料系に印
加して燃料のリーク量を検出する。
【００２１】シール治具１００は、その先端に燃料噴射
弁４の先端面より若干大径のシール面１０１が形成され
たウレタンゴム製の円柱であり、アクチュエータのロッ
ド７２に保持されて矢印で示した方向に移動する。そし
て、シール治具１００が燃料噴射弁４に押し付けられる
と、シール面１０１が燃料噴射弁４の先端面に当接し、
噴口５０からの燃料リークの影響が防止されるのであ
る。この際、シール治具１００はシリンダヘッド２と干
渉しないが、軸線のずれにより多少の接触が起こって
も、シール治具１００が弾性変形してリークテストに要
求される液密性は十分に確保される。
【００２２】以上述べたように、本実施形態では、燃料
噴射弁４の噴口５０と燃焼室５とを連通し、かつその断
面積が噴口５０側から燃焼室５側に向かうに連れて増大
する噴射通路６０を備えると共に、噴射通路６０の噴口
５０側の内壁にシール座面６２を形成するようにしたた
め、燃料噴霧５１の乱れに起因する有害排出ガス成分の
増加や燃費の低下等を抑制できると同時に、シリンダヘ
ッド２の耐圧リークテスト時における噴射通路６０から
の圧縮空気のリークの影響や、燃料系のリークテスト時
における燃料噴射弁４からの燃料リークの影響を防止す
ることができるようになった。
【００２３】以上で、具体的実施形態の説明を終える
が、本発明の態様はこの実施形態に限るものではない。
例えば、上記実施形態は本発明を直列４気筒の筒内噴射
ガソリンエンジンに適用したものであるが、単気筒エン
ジンやＶ型６気筒エンジン等、気筒数やその配列が異な
るものに適用してもよいし、メタノール等のガソリン以
外の燃料を使用するエンジンに適用してもよい。また、
上記実施形態では、噴射通路の燃料噴射弁側の内壁にテ
ーパ状のシール座面を形成したが、図７に示したよう
に、噴射通路６０の燃料噴射弁４側の端面にシール座面
６２を形成するようにしてもよい。更に、装置の具体的
構成や噴射通路の形状等については、本発明の主旨を逸
脱しない範囲で変更することが可能である。
【００２４】
【発明の効果】本発明の請求項１によれば、燃料噴射弁
から燃焼室内に直接噴射された燃料を点火装置により点
火する筒内噴射型火花点火式内燃機関に用いられるシリ
ンダヘッドであって、前記燃料噴射弁の噴口と前記燃焼
室とを連通すると共に、その断面積が前記噴口側から前
記燃焼室側に向かうに連れて増大する噴射通路を備えた
ものとしたため、燃料噴射弁からの燃料噴霧が徐々に広
い空間に流入することになり、有害排出ガス成分の増加
や燃費の低下等の原因となる剥離による乱れが生じなく
なる。
【００２５】また、請求項２によれば、請求項１のシリ
ンダヘッドにおいて、シリンダ軸線を含む基準面の一側
で前記燃焼室に開口する吸気開口端と、当該吸気開口端
から上方に向けて延設された直立型の吸気ポートとを備
え、前記噴射通路が当該吸気開口端に隣接した位置で当
該燃焼室に開口するものとしたため、燃焼室内に逆タン
ブルが生成されて燃焼効率が向上すると共に、燃料噴霧
の乱れにより逆タンブルの生成が阻害されることがなく
なる。
【００２６】また、請求項３によれば、請求項１または
２のシリンダヘッドにおいて、前記噴射通路の断面積の
変化割合は、燃料噴射弁側が燃焼室側に比べて小さく設
定されているものとしたため、燃料噴射弁からの燃料噴
霧が徐々に広い空間に流入するようになる。また、請求
項４によれば、請求項１〜３のシリンダヘッドにおい
て、前記噴射通路の燃料噴射弁側にシール座面が形成さ
れているものとしたため、シリンダヘッドの耐圧リーク
テスト時における圧縮空気のリークを防止することがで
きる。
【００２７】また、請求項５によれば、請求項４のシリ
ンダヘッドにおいて、前記シール座面が前記噴射通路の
燃料噴射弁側の内壁にテーパ状に形成されているものと
したため、燃料噴射弁からの燃料噴霧が徐々に広い空間
に流入するようになると同時に、シリンダヘッドの耐圧
リークテスト時における圧縮空気のリークを防止するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る筒内噴射ガソリンエ
ンジンの縦断面図である。
【図２】実施形態に係るシリンダヘッドおよびシリンダ
の縦断面図である。
【図３】図２中のIII矢視図である。
【図４】図２中のIV部拡大図である。
【図５】実施形態での耐圧リークテストにおけるシール
手順を示す説明図である。
【図６】実施形態での燃料系のリークテストにおけるシ
ール手順を示す説明図である。
【図７】変形実施形態での耐圧リークテストにおけるシ
ール手順を示す説明図である。
【図８】従来装置におけるシリンダヘッドおよびシリン
ダの縦断面図である。
【符号の説明】
１ エンジン ４ 燃料噴射弁 ５ 燃焼室 ６ シリンダ ７ ピストン １３ 吸気ポート ５０ 噴口 ５１ 燃料噴霧 ５２ 逆タンブル流 ６０ 噴射通路 ６１ 吸気開口端 ６２ シール座面 ７０ シール治具 ７１ シール面 ８２ 噴射弁取付穴 ９０ ダミー噴射弁 ９１ 空気導入孔 １００ シール治具 １０１ シール面
フロントページの続き (72)発明者 上田 克則 東京都港区芝五丁目33番８号 三菱自動車 工業株式会社内 (72)発明者 村上 信明 東京都港区芝五丁目33番８号 三菱自動車 工業株式会社内 (72)発明者 駒井 弘和 東京都港区芝五丁目33番８号 三菱自動車 工業株式会社内

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 燃料噴射弁から燃焼室内に直接噴射され
    た燃料を点火装置により点火する筒内噴射型火花点火式
    内燃機関に用いられるシリンダヘッドであって、前記燃
    料噴射弁の噴口と前記燃焼室とを連通すると共に、その
    断面積が前記噴口側から前記燃焼室側に向かうに連れて
    増大する噴射通路を備えたことを特徴とする筒内噴射型
    火花点火式内燃機関のシリンダヘッド。
  2. 【請求項２】 シリンダ軸線を含む基準面の一側で前記
    燃焼室に開口する吸気開口端と、 当該吸気開口端から上方に向けて延設された直立型の吸
    気ポートとを備え、 前記噴射通路が当該吸気開口端に隣接した位置で当該燃
    焼室に開口することを特徴とする、請求項１記載の筒内
    噴射型火花点火式内燃機関のシリンダヘッド。
  3. 【請求項３】 前記噴射通路の断面積の変化割合は、燃
    料噴射弁側が燃焼室側に比べて小さく設定されているこ
    とを特徴とする、請求項１または２記載の筒内噴射型火
    花点火式内燃機関のシリンダヘッド。
  4. 【請求項４】 前記噴射通路の燃料噴射弁側にシール座
    面が形成されていることを特徴とする、請求項１〜３記
    載の筒内噴射型火花点火式内燃機関のシリンダヘッド。
  5. 【請求項５】 前記シール座面が前記噴射通路の燃料噴
    射弁側の内壁にテーパ状に形成されていることを特徴と
    する、請求項４記載の筒内噴射型火花点火式内燃機関の
    シリンダヘッド。
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