JP4114601B2 - 燃料噴射ノズルの固定構造 - Google Patents

Description

本発明は、直噴式内燃機関において燃料噴射ノズルをシリンダヘッドに固定するためのノズル固定構造の改良に関する。

多弁形式の直噴式内燃機関では、燃料噴射ノズルは一般に吸気弁または排気弁に包囲されるように燃焼室の中央上方部に位置するように取り付けられている。このようなノズル配置においては動弁系との干渉を避けるレイアウト上の制約からその固定構造の設計も難しいものとなる。

この種の燃料噴射弁の固定構造として、特許文献１に示されるようなものが知られている。これは、図１に示したように、燃料噴射ノズル１３をシリンダヘッド１１との間に固定するノズル押さえアーム１４を設け、このノズル押さえアーム１４を固定ボルト１５によりシリンダヘッド１１に締めつけている。ノズル押さえアーム１４は、その一方の端部に燃料噴射ノズル１３の段付部に当接する押さえ部１４Ａを、他端部にはシリンダヘッド１１上に植え込まれたピン２上に支持される支持部１４Ｂをそれぞれ備えている。固定ボルト１５を締め付けることにより、ピン２と支持部１４Ｂとによって構成されるピボットを支点としてアーム先端の押さえ部１４Ｂを介して燃料噴射ノズル１３に燃焼室方向への軸方向荷重を作用させ、該ノズル１３をシリンダヘッド１１に固定している。
特開平１０−８２３５５号公報

図示されるように、吸排気弁駆動用のカムシャフト１６をシリンダヘッド１１上に支持する頭上カム形式の動弁系を備える内燃機関では、ノズル押さえアーム１４をカムシャフト１６と干渉しないようにシリンダヘッド１１上の比較的高い位置に設ける必要がある。この場合、前記従来の構造では、ノズル押さえアーム１４を支持するピボット部も高位置に設けることになるためピン２の支持剛性を充分に確保することが難しくなる。ピン２を例えば外径が大きな高剛性の形状とすることで必要な剛性を確保することは可能であるが、そのためにはシリンダヘッド上に大きな空間的余裕が必要となり、シリンダヘッド構造によっては必ずしもそのような構成を適用することができない。

ピン２の支持剛性が低いと、固定ボルト１５を締め付けたときに生じるアーム長手方向（図面上で左右方向）の偏荷重により燃料噴射ノズル１３に歪みが生じてその作動性を悪化させるおそれを生じる。

図示したものでは、ピン２自体の倒れ変形量を少なくするためのその長さを短くしているが、この場合もシリンダヘッド１１のピン支持部分を上方に延設する必要が生じるので、シリンダヘッド１１の材質や構造によっては当該延設部分の剛性確保のために重量が増大するという問題が生じる。

本発明では、ノズル押さえアームの支点となるピボット部を、シリンダヘッドを貫通して該シリンダヘッドをシリンダブロックに締結するヘッドボルトの上端部に設ける。ノズル押さえアームには、該アームをシリンダヘッド上に締結する固定ボルトの貫通孔の一方側に、燃料噴射ノズルに前記固定ボルトによる燃焼室方向への軸方向荷重を作用させる押さえ部を形成し、前記貫通孔の他方側には、シリンダヘッド上の前記ピボット部に該アームを支持する支持部を形成する。
ヘッドボルトは、締結用の工具を掛けるための異形断面部を備え、その異形断面部と上端部との間に設けた延長部によって、前記ピボット部の高さが前記ノズル押さえアームの押さえ部と略同一となるようにその長さを設定する。

本発明では、ノズル押さえアームを支持するピボット部を、シリンダヘッドを貫通してシリンダブロックに結合するヘッドボルトの上端部に設けている。シリンダブロックに達するヘッドボルトはそれ自体が大きな剛性を有するので、燃料噴射ノズルの固定構造として、シリンダヘッド上に支持用のピンを植え込んだ従来の構成に比較して充分に大きな剛性を確保することができる。

また、本発明のノズル固定構造は、ノズル押さえアームの支持部下方にヘッドボルトが通る空間的余裕があれば適用できるので、シリンダヘッドの構造やレイアウトに影響を及ぼすことが少なく、適用範囲が広いという特長を有する。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図２〜図４は本発明を適用した頭上カム４弁式の動弁機構を有する直噴式内燃機関のシリンダヘッド構造の要部を示している。図２は平面図、図３は横断面図、図４は縦断面図である。ただし図３と図４では部品の位置関係を明瞭にするために断面の手前部分に動弁機構を表してある。

図において、１１はシリンダヘッド、１２はそのノズル取付孔部、１３は燃料噴射ノズル、１４はノズル押さえアーム、１５はその固定ボルト、１６はカムシャフト、１７は吸気弁、１８は排気弁、１９と２０はヘッドボルトを表している。

燃料噴射ノズル１３は、その先端のノズル部１３ａが燃焼室に臨むように取付孔部１２に挿入される。細径のノズル部１３ａとその背後側の太径のノズルボディ部１３ｂとの間の肩部１３ｃを前記ノズル取付孔部１２の途中に形成された段部１２ａに当接させることで、燃料噴射ノズル１３の軸方向の位置決めをすると共に、後述するノズル押さえアーム１４の締結に伴い燃料噴射ノズル１３に作用する軸方向荷重を支持させている。前記ノズルボディ部１３ｂの上部にはノズル押さえアーム１４の押さえ部１４Ａと当接する第２の肩部１３ｄを備えている。

前記ノズル押さえアーム１４は、図５〜図７に示したように、その略中央部に固定ボルト１５が鉛直方向に貫通する貫通孔１４ａを備え、この貫通孔１４ａを挟んで一方側に前記押さえ部１４Ａ、他方側にノズル固定時の支点となる支持部１４Ｂをそれぞれ延設してある。固定ボルト１５は、シリンダヘッド１１の燃料噴射ノズル１３の一側方位置にてノズル押さえアーム１４を固定する。

ノズル押さえアーム１４の押さえ部１４Ａは、前記固定ボルト１５による締付時に燃料噴射ノズル１３に対しその中心部両側から均等な軸方向荷重を作用させるためにフォーク状に形成してある。押さえ部１４Ａの正面形状は図６に示したように上向きに凸の湾曲形状とし、これによりシリンダヘッド１１への締付状態でカムシャフト１６との干渉を避け、その上方を横断する態様で燃料噴射ノズル１３を固定するようにしてある。また押さえ部１４Ａ下部のノズル肩部１３ｄとの当接面１４ｂは、同じく締付時に図のＸ−Ｘ線周りの傾きをある程度許容するように曲面で形成してある。

前記貫通孔１４ａの上端部には、固定ボルト１５との間に球面座金２２を介装するためにテーパ形状の座ぐり部１４ｃを形成してある。また、アーム支持部１４Ｂの下面には、ヘッドボルト２０との間でピボットを構成するためのテーパ形状の凹部１４ｄを形成してある。

ヘッドボルト１９，２０は、シリンダヘッド１１の所要箇所に鉛直方向に形成された貫通孔１１ａを貫通してシリンダヘッド１１を図示しないシリンダブロックのアッパーデッキ部に締結する。燃料噴射ノズル１３の一側方に位置するヘッドボルト２０を除いては、他のヘッドボルト１９は一般的な六角ボルトである。これに対して前記ヘッドボルト２０は、図８に示したように、その軸部途中部分にフランジ部２０ａおよび締結用の工具を掛けるための異形断面部２０ｂを形成したフランジ付ボルトとなっている。

ヘッドボルト２０の上端部には、前記アーム支持部１４Ｂに形成した凹部１４ｄに内接する凸部２０ｃを球面加工により一体形成してある。この凸部２０ｃは前記凹部１４ｄと共にノズル押さえアーム１４の支点となるピボット部２１を構成する（図３参照）。前記ヘッドボルト２０のフランジ部２０ａの軸方向位置もしくは該フランジ部２０ａから前記凸部２０ｃまでの長さＬｐは、図３に示したようにこのヘッドボルト２０により座金２２を挟んでシリンダヘッド１１を締め付けたときに、前記ピボット部２１の高さが、固定ボルト１５によりノズル押さえアーム１４をシリンダヘッド１１に締め付けた状態にてその押さえ部１４Ａないしノズル肩部１３ｄと略同一となるように設定してある。前記ピボット２１を構成するヘッドボルト２０としては、図示したようなフランジ付形状のものに限られず、ナットとの組み合わせでシリンダヘッド１１を締め付ける一般的なスタッドボルトを適用してもよい。

シリンダヘッド１１をシリンダブロックに組み付ける際に、ヘッドボルト１９，２０はシリンダブロックのボルト孔によりその位置が決まり、シリンダヘッド１１はシリンダブロックとの双方に嵌合するように互いの接合面間に嵌装されるダウエルカラーもしくはピンにより位置決めされる。従って、ノズル押さえアーム１４を、その支持部１４Ｂがヘッドボルト２０の上端部にそれぞれ凹部１４ｄと凸部２０ｃとが当接するように、かつ押さえ部１４Ａの当接面１４ｂが燃料噴射ノズル１３の肩部１３ｄに当接するように取り付けたうえで球面座金２２および固定ボルト１５によりシリンダヘッド１１に締め付けた状態においては、ノズル押さえアーム１４は上方から観察したときには主軸方向に対して正確に直交し（図２）、正面から観察したときには前記凹部１４ｄと凸部２０ｃとからなるピボット部２１と押さえ部当接面１４ｂとがほぼ同一高さの水平状態となるように、正確に位置決めされる。

前記固定ボルト１５による締付けにより、ノズル押さえアーム１４はピボット部２１を支点として、固定ボルト１５による締付力を押さえ部１４Ａから燃料噴射ノズル肩部１３ｄに作用させて、この軸方向荷重により該押さえ部１４Ａとシリンダヘッド１１の取付穴段部１２ａとの間に燃料噴射ノズル１３をしっかりと固定する。

前記ノズル押さえアーム１４による燃料噴射ノズル１３の固定構造においては、前述したようにノズル押さえアーム１４がシリンダヘッド１１上に正確に位置決めされ、かつその支点（ピボット部２１）をなすヘッドボルト２０が容易に倒れ変形や歪みを生じない高剛性の支持構造を構成する。また、ノズル押さえアーム１４は球面座金２２を介して固定ボルト１５により締め付けた構造によりピボット部２１を中心としてある程度の傾きが許容されるので、ピボット部２１と押さえ部１４Ａの高さに若干のずれがあったとしても、これを吸収してずれによる偏荷重の発生を回避できる。このため燃料噴射ノズル１３に横方向ないしは曲げ方向の偏荷重が作用するようなことがなく、正確に軸方向にのみ作用する荷重によってその固定を行うことができる。したがって、偏荷重の作用に起因する燃料噴射ノズル１３の作動性悪化のおそれを解消することができる。

また、前記高剛性のノズル固定構造を適用するにあたり、シリンダヘッド１１には燃料噴射ノズル１３の一側方にヘッドボルト２０を配置する空間的余裕があればよいので、本発明による燃料噴射ノズルの固定構造は、既存のシリンダヘッドに大幅な改変を施すことなく適用することができる。

従来例の概略構成図。 本発明の一実施形態に係るシリンダヘッドの平面図。 同じく横断面図。 同じく縦断面図。 前記実施形態に用いるノズル押さえアームの平面図。 同じく正面図。 同じく側面図。 前記実施形態に用いるヘッドボルトの正面図。

符号の説明

１１ シリンダヘッド
１２ ノズル取付孔部
１３ 燃料噴射ノズル
１４ ノズル押さえアーム
１４Ａ 押さえ部
１４ａ 貫通孔
１４Ｂ 支持部
１４ｄ 凹部
１５ 固定ボルト
１６ カムシャフト
１７ 吸気弁
１８ 排気弁
１９，２０ ヘッドボルト
２０ａ フランジ部
２０ｃ 凸部
２１ ピボット部

Claims (6)

1. シリンダヘッドの燃焼室上方に位置させた燃料噴射ノズルをシリンダヘッドとの間に固定するノズル押さえアームを備え、
   前記ノズル押さえアームは、該アームをシリンダヘッド上に締結する固定ボルトの貫通孔と、該貫通孔の一方側に形成され、燃料噴射ノズルに前記固定ボルトによる燃焼室方向への軸方向荷重を作用させる押さえ部と、前記貫通孔の他方側に形成され、シリンダヘッド上のピボット部に該アームを支持する支持部とを備え、
   前記ピボット部は、前記シリンダヘッドを貫通して該シリンダヘッドをシリンダブロックに締結するヘッドボルトの上端部に設け、
   前記ヘッドボルトは、締結用の工具を掛けるための異形断面部を備え、その異形断面部と上端部との間に設けた延長部によって、前記ピボット部の高さが前記ノズル押さえアームの押さえ部と略同一となるようにその長さが設定してある
   ことを特徴とする燃料噴射ノズルの固定構造。
2. 前記ピボット部は、前記ノズル押さえアームの支持部下面に形成したテーパ形状の凹部と、該凹部に内接するように前記ヘッドボルトの上端部に設けた球面形状の凸部からなる請求項１に記載の燃料噴射ノズルの固定構造。
3. 前記凸部は、前記ヘッドボルト上端部を球面加工することにより一体的に形成してある請求項２に記載の燃料噴射ノズルの固定構造。
4. 前記ノズル押さえアームと前記固定ボルトとの間に球面座金を介装し、かつ前記球面座金が内接するように貫通孔の周囲にテーパ形状の座ぐり部を形成した請求項１に記載の燃料噴射ノズルの固定構造。
5. 前記ヘッドボルトは、シリンダブロックへの締結時にシリンダヘッドからの突出高さが所定量となるように規制するフランジ部を有する請求項１に記載の燃料噴射ノズルの固定構造。
6. 前記シリンダヘッドは、前記燃料噴射弁を包囲するように複数の吸気弁および排気弁を備えると共に、その上方に該吸気弁または排気弁を駆動するカムシャフトを備え、
   前記ノズル押さえアームは、前記カムシャフトをその上方にて横断するようにシリンダヘッドに固定する請求項１に記載の燃料噴射ノズルの固定構造。

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