JP4049344B2 - 筒内燃料噴射式エンジン - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高圧燃料を筒内に噴射するエンジンにおいて、燃料噴射弁の取付構造の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、高圧燃料を筒内に噴射するエンジンにおいては、シリンダヘッドに挿入穴を設け、該挿入穴に燃料噴射弁のノズル部を挿入し、燃料噴射弁とシリンダヘッド間に皿バネ等の弾性部材を介在させることにより、燃焼室と外部との間のシールを確保している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
筒内燃料噴射式エンジンの場合、燃料噴射弁の先端ノズル部は、直接、燃焼室に臨んでいるために、常に、火炎にさらされることから、高温になりやすい。実際には、噴射される燃料による冷却効果で、ある程度、温度上昇は抑えられるが、それだけでは、燃料の９０％蒸留温度（ガソリン１５０℃前後）を下回ることが難しい現状であり、蒸留温度を超えたまま運転すると、ノズル部先端に滞留する燃料中の重質分がノズル部先端の噴口に堆積し、噴射量が減少してしまうという問題を有している。特に、マリンエンジンのように燃焼温度が高くなる高負荷／高回転域での使用頻度の高いエンジンや、毎回燃焼する２サイクルエンジンでは、この問題が顕著になる。
【０００４】
本発明は、上記従来の問題を解決するものであって、燃料噴射弁先端ノズル部の温度上昇を防止し、安定した燃料噴射を維持することができる筒内燃料噴射式エンジンを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１記載のマリン用の筒内燃料噴射式エンジン発明は、シリンダヘッド８に装着される点火プラグ１４と、前記シリンダヘッドに形成される装着穴９３と、該装着穴に挿入、固定される燃料噴射弁１３とを備え、前記点火プラグと前記燃料噴射弁を燃焼室８３の中心線を挟んで対向するようにオフセットするとともに、前記点火プラグ軸心を前記燃焼室中心線に対して平行又は傾斜して配設し、前記点火プラグと前記燃料噴射弁の間の前記シリンダヘッド内に冷却水通路９０ａを設け、シリンダ本体８ａと前記燃料噴射弁の間の外気接触部に防水シール材１００を配設し、前記シリンダヘッドと前記燃料噴射弁の間に、断熱機能を有するとともに燃焼火炎にさらされることを防止する部材９４を配設し、前記燃料噴射弁は、本体支持面１３ｃから延びる小径のノズル部１３ｂを有し、前記ノズル部を前記軸穴部に挿入し、一方、前記装着穴の前記燃焼室側には、該装着穴より小径の軸穴部９３ａが形成され、前記装着穴又は前記軸穴部に前記断熱機能を有するとともに燃焼火炎にさらされることを防止する部材を装着し、前記断熱機能を有するとともに燃焼火炎にさらされることを防止する部材は、リング状又は円筒状の薄板からなり、前記ノズル部と前記軸穴部間に挿入され、前記軸穴部の途中に大径の軸穴部を設け空気層を形成し、前記軸穴部の燃焼室側に前記軸穴部より小径で拡径する軸穴部９３ｅを形成したことを特徴とし、請求項２記載の発明は、請求項１において、前記小径で拡径する軸穴部と前記ノズルの間に前記断熱機能を有するとともに燃焼火炎にさらされることを防止する部材を配設したことを特徴とし、請求項３記載の発明は、請求項１又は２において、前記軸穴部に筒状支持部材９９を圧入したことを特徴とし、請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれかにおいて、前記筒状支持部材の前記燃焼室側に前記軸穴部より小径で拡径する軸穴部を形成したことを特徴とし、請求項５記載の発明は、請求項１〜４のいずれかにおいて、前記燃料噴射弁に燃料を供給する燃料供給レール３３が前記シリンダヘッドに取り付けられ、前記燃料供給レールと前記シリンダヘッドの間に断熱材(９７)を配設したことを特徴とし、請求項６記載の発明は、請求項１〜５のいずれかにおいて、前記燃料噴射弁の前記装着穴に薄肉部９３ｃを形成したことを特徴とし、請求項７記載の発明は、請求項１〜６のいずれかにおいて、前記冷却水通路に点火プラグ取付部１４ａから放射状に延びる放熱リブｒ６〜ｒ８を設けたことを特徴とし、請求項８記載の発明は、請求項１〜７のいずれかにおいて、前記燃料噴射弁の前記ノズル部を前記シリンダヘッドのスキッシュエリアＳＡに臨ませたことを特徴とし、請求項９記載の発明は、請求項１〜８のいずれかにおいて、前記エンジンが２サイクルエンジンであることを特徴とする。
以上
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明が適用される船外機の模式図であり、図（Ａ）はエンジンの平面図、図（Ｂ）は図（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う縦断面図、図（Ｃ）は船外機の側面図、図（Ｄ）は燃料供給系の構成図である。
【０００７】
図（Ｃ）において、１は船外機であり、クランク軸１０（図Ａ）が縦置状態で搭載されるエンジン２と、エンジン２の下端面に接続されエンジン２を支持するガイドエキゾースト部３と、ガイドエキゾースト部３の下端面に接続されるアッパケース４、ロアケース５及びプロペラ６からなる。上記エンジン２は、筒内噴射式Ｖ型６気筒２サイクルエンジンであり、６つの気筒７ａ〜７ｆ（図Ｂ）が平面視でＶバンクをなすように横置き状態で且つ縦方向に２列に配設されたシリンダボディ７に、シリンダヘッド８が連結、固定されている。
【０００８】
上記気筒７ａ〜７ｆ内には、ピストン１１が摺動自在に嵌合配置され、各ピストン１１はクランク軸１０に連結されている。シリンダヘッド８には、磁力で開閉作動されるソレノイド開閉式の燃料噴射弁１３及び点火プラグ１４が挿入配置されている。気筒７ａ〜７ｆは、それぞれ掃気ポート８５、８６（図４）によりクランク室１２に連通され、また、気筒７ａ〜７ｆには排気ポート１５が接続されている。図（Ｂ）の左バンクの排気ポート１５は左集合排気通路１６に、右バンクの排気ポート１５は右集合排気通路１７に合流されている。エンジン２のクランク室１２には、吸気マニホールドから分岐する吸気通路１９が接続されており、該吸気通路１９のクランク室１２への接続部には、逆流防止用のリード弁２０が配設され、また、リード弁２０の上流側には、エンジン内にオイルを供給するためのオイルポンプ２１と、吸気量を調節するためのスロットル弁２２が配設されている。
【０００９】
図（Ｄ）に示すように、船体側に設置されている燃料タンク２３内の燃料は、手動式の第１の低圧燃料ポンプ２５によりフィルタ２６を経て船外機側の第２の低圧燃料ポンプ２７に送られる。この第２の低圧燃料ポンプ２７は、エンジン２のクランク室１２のパルス圧により駆動されるダイヤフラム式ポンプであり、燃料を気液分離装置であるベーパーセパレータタンク２９に送る。ベーパーセパレータタンク２９内には、電動モータにより駆動される燃料予圧ポンプ３０が配設されており、燃料を加圧し予圧配管３１を経て高圧燃料ポンプ３２に送る。エンジン２は複数の気筒７ａ〜７ｆがＶバンクをなすように２列に配設されており、燃料供給レール３３は、各列のシリンダヘッド８に縦方向に固定されている。高圧燃料ポンプ３２の吐出側は、燃料供給レール３３に接続されるとともに、高圧圧力調整弁３５および燃料冷却器３６、戻り配管３７を介してベーパーセパレータタンク２９に接続されている。また、予圧配管３１とベーパーセパレータタンク２９間には予圧圧力調整弁３９が設けられている。
【００１０】
高圧燃料ポンプ３２は、ポンプ駆動ユニット４０により駆動される。このポンプ駆動ユニット４０は駆動ベルト４１を介してクランク軸１０に連結されている。ベーパーセパレータタンク２９内の燃料は、燃料予圧ポンプ３０により例えば３〜１０ｋｇ／ｃｍ2程度に予圧され、加圧された燃料は、高圧燃料ポンプ３２により５０〜１００ｋｇ／ｃｍ2程度若しくはそれ以上に加圧され、加圧された高圧燃料は、高圧圧力調整弁３５にて設定圧を越える余剰燃料がベーパーセパレータタンク２９に戻され、必要な高圧燃料分のみを燃料供給レール３３に供給し、各気筒７ａ〜７ｆに装着した燃料噴射弁１３に供給するようにしている。
【００１１】
ＥＣＵ（電子制御装置）４２には、エンジン２の駆動状態、船外機１や船の状態を示す各種センサからの検出信号が入力される。例えば、クランク軸１０の回転角（回転数）を検出するエンジン回転数センサ４３、吸気通路１９内の温度を検出する吸気温センサ４４、スロットル弁２２の開度を検出するスロットル開度センサ４５、最上段の気筒７ｄ内の空燃比を検出するに空燃比センサ４６、高圧燃料配管内の圧力を検出する燃料圧力センサ４７、エンジンの冷却水温度を検出する冷却水温センサ４８等が設けられている。ＥＣＵ４２は、これら各センサの検出信号を制御マップに基づき演算処理し、制御信号を燃料噴射弁１３、点火プラグ１４、オイルポンプ２１、予圧燃料ポンプ３０に伝送する。
【００１２】
図２は、図１の船外機の平面図である。なお、以下の説明では前述の図と同一の構成には同一番号を付けて説明を省略する場合がある。クランク軸１０にはフライホイール８０が固定され、その上部すなわちクランク軸１０の上端に駆動プーリ５０が取り付けられ、また、ポンプ駆動ユニット４０の回動軸５１には従動プーリ５２が設けられ、駆動プーリ５０と従動プーリ５２には駆動ベルト４１が張設されている。ポンプ駆動ユニット４０にはボルト６４により高圧燃料ポンプ３２が取り付けられている。これによりクランク軸１０の回転が駆動ベルト４１を介して回動軸５１に伝達され、高圧燃料ポンプ３２を駆動するようにしている。
【００１３】
シリンダボディ７には取付用ステー５３が固定され、ポンプ駆動ユニット４０は、取付用ステー５３及びシリンダボディ７に３本のボルト５４、５５、５６により取り付けられている。また、燃料供給レール３３および燃料噴射弁１３は、シリンダヘッド８にボルトにより固定され、燃料噴射弁１３は燃料供給レール３３に接続されている。また、高圧燃料ポンプ３２は燃料給排ユニット６０を有し、燃料給排ユニット６０の２つの出口と左右の燃料供給レール３３はそれぞれコネクタ６１、６２およびフレキシブル配管６３により接続されている。
【００１４】
なお、図中、１ａはエンジン２を覆うカウリング（エンジンカバー）、５７はスタータモータ、５８はベルトテンショナー、５９はサイレンサである。カウリング１ａには、エンジン２の両側に空気取入口１ｂが形成されている。また、エンジン２の上部には、フライホイール８０、駆動プーリ５０、従動プーリ５２、高圧燃料ポンプ３２等を覆う回転体カバー８１が装着されている。
【００１５】
図３は、図２のＹ方向から見た図であり、高圧燃料噴射ユニット６５のエンジン２への取付状態を示す分解斜視図である。なお、本例においては、高圧圧力調整弁３５は高圧燃料ポンプ３２内に内蔵されている。シリンダボディ７の前方上部には３つのボス６６、６７、６８が形成されており、ボス６６、６７にボルト６９により取付用ステー５３が固定される。ポンプ駆動ユニット４０にはボルト６４により高圧燃料ポンプ３２が固定され、ポンプ駆動ユニット４０は、ボルト５５、５４により取付用ステー５３のボルト孔５３ａ、５３ｂに固定されると共に、ボルト５６によりシリンダボディ７のボス６８に固定される。
【００１６】
左右のシリンダヘッド８には、燃料噴射弁１３挿入用のボス７０と、燃料噴射弁１３固定用のボス７１と、点火プラグ１４挿入穴８ｅが縦方向に３つづつ合計６つ形成され、また、燃料供給レール３３固定用のボス７３が３つづつ合計６つ形成されている。燃料噴射弁１３の一端は、燃料供給レール３３の燃料通路に圧入されて仮止めされ、燃料噴射弁１３が装着された燃料供給レール３３は、ボルト７５によりシリンダヘッド８のボス７３に固定される。燃料噴射弁１３は外周にフランジ１３ａを有し、フランジ１３ａに固定金具７６を装着し、この固定金具７６をボルト７７によりボス７１に固定することにより、燃料噴射弁１３はシリンダヘッド８に固定される。
【００１７】
高圧燃料ポンプ３２に固定された燃料給排ユニット６０の入口にはコネクタ７９が取り付けられ、コネクタ７９にはベーパーセパレータタンク２９に接続された予圧配管３１が装着されている。燃料給排ユニット６０の出口にはコネクタ６１が取り付けられ、コネクタ６１と左右の燃料供給レール３３の上部にはそれぞれフレキシブル配管６３およびコネクタ６２により接続されている。
【００１８】
図４（Ａ）は、図１（Ａ）のシリンダボディ７とシリンダヘッド８の断面図、図４（Ｂ）は図４（Ａ）のＸ−Ｘ線に沿って矢印方向に見た模式図である。
【００１９】
図４（Ａ）には、シリンダボディ７、シリンダヘッド８、ピストン１１、燃料噴射弁１３、ノズル部１３ｂ、点火プラグ１４、燃焼室８２、８３、排気ポート１５、主掃気ポート８５、副掃気ポート８６、ピストン軸線Ｐ、燃料噴霧Ｆ、燃焼室頂部掃気流Ｓが示され、ピストン１１が下死点位置の状態が示されている。点火プラグ１４は燃焼室８３の中心部に設けられ、燃料噴射弁１３は、ピストン軸線Ｐに対して排気ポート１５側に、かつ、ノズル部１３ｂが副掃気ポート８６に対向するように傾斜してシリンダヘッド８に配置される。さらに、図４（Ｂ）に示すように、燃料噴射弁ノズル部１３ｂ位置を、燃焼室頂部掃気流Ｓ（副掃気ポート８６から排気ポート１５方向）の軸線中心からオフセットさせ、図示点線矢印に示すように、噴霧中心方向ＦＡに掃気流を利用したスワール（回転）を与え、噴霧同士の衝突による噴霧粒径の拡大を防止している。
【００２０】
次に、本発明に係わる冷却水循環系について説明する。図４（Ａ）において、シリンダボディ７とシリンダヘッド８の間にはガスケット８７が介在され、シリンダボディ７の燃焼室８２の周囲にはシリンダ冷却水通路８９が形成されている。また、シリンダヘッド８は、ヘッド本体８ａと、ヘッド本体８ａとガスケット８ｃを介して固定されるカバー部材８ｂからなり、ヘッド本体８ａ内には、燃焼室８３の頂面を冷却する主冷却水通路９０と、燃焼室８３の側部を冷却する副冷却水通路９１が形成され、また、カバー部材８ｂ内には戻り通路９２が形成されている。
【００２１】
図５は、冷却水循環系を示す模式図である。冷却水は、冷却水ポンプからシリンダボディ７の各気筒７ａ〜７ｃのシリンダ冷却水通路８９を下から上に供給された後、シリンダヘッド８側の副冷却水通路９１を今度は上から下に流れ、次に、主冷却水通路９０に冷却水が下から上に供給され、サーモスタットを経て戻り通路９２を落下する。
【００２２】
図６〜図１０は、本発明の筒内燃料噴射式エンジンの１実施形態を示し、図６はシリンダヘッドの水平断面図である。シリンダヘッド８は、ヘッド本体８ａとガスケット８ｃを介して固定されるカバー部材８ｂからなり、ヘッド本体８ａおよびカバー部材８ｂはダイカスト等の鋳造で作られている。本実施形態においては、燃料噴射弁１３と点火プラグ１４を燃焼室８３の中心線を挟んで対向するようにオフセットさせ、且つ両者の軸心が燃焼室８３の略中心に向かうように傾斜するように配置し、これにより、点火プラグ１４から燃料噴射弁１３のノズル部１３ｂへの熱伝達を減少させると共に、ヘッド本体８ａの燃料噴射弁１３と点火プラグ１４の間にも冷却水通路９０ａを形成し、ヘッド本体８ａの冷却を図るようにしている。
【００２３】
ヘッド本体８ａには、燃焼室８３に貫通された装着穴９３が形成されている。装着穴９３の燃焼室８３側には、装着穴９３より小径の軸穴部９３ｂと、軸穴部９３ｂより更に小径の軸穴部９３ａが形成されている。燃料噴射弁１３は、本体支持面１３ｃから延びる小径のノズル部１３ｂを有し、ノズル部１３ｂの外周に断熱機能を有するとともに燃焼火炎にさらされることを防止する部材９４を装着し、ノズル部１３ｂを軸穴部９３ａ、９３ｂに挿入した後、燃料噴射弁１３の鍔部１３ａに固定金具７６を係止しボルト７７によりヘッド本体８ａに締め付けると、前記部材９４は燃料噴射弁１３の支持面１３ｃとヘッド本体８ａの間で押し潰され、この部材９４により燃焼室８３の燃焼ガスの漏れをシールし、かつ、ヘッド本体８ａから燃料噴射弁１３に熱が伝達されないようにし、また、燃料噴射弁本体が燃焼火炎にさらされるのを防止している。また、大径の軸穴部９３ｂにより空気層が形成され、ヘッド本体８ａからノズル部１３ｂに熱が伝達されないようにしている。さらに、燃料噴射弁１３の鍔部１３ａとヘッド本体８ａの間に断熱材９５を配設すると共に、ヘッド本体８ａと燃料供給レール３３の間に断熱材９６を配設し、ヘッド本体８ａからの熱が燃料噴射弁１３および燃料供給レール３３に伝達されないようにしている。
【００２４】
以上の構成により、高温のヘッド本体８ａの熱は燃料噴射弁１３および燃料供給レール３３に伝達されにくくなり、燃料噴射弁１３に伝達された熱は、主として内部を流れる燃料によって冷却され、一部は外気に放熱される。従って、燃料噴射弁１３先端ノズル部１３ｂの温度上昇を防止し、安定した燃料噴射を維持することができる。
【００２５】
図７は、図６の断熱機能を有するとともに燃焼火炎にさらされることを防止する部材材９４の例を示し、図７（Ａ）は断面図、図７（Ｂ）は平面図である。断熱兼シール材９４は、リング状の断熱材９４ａと、断熱材９４ａの穴部上下に挟着される金属製のシール材９４ｂからなる。なお、シール材９４ｂはなくてもよい。
【００２６】
図８は、図６の燃料噴射弁１３挿入用のボス７０の平面図である。ボス７０には燃料噴射弁１３の装着穴９３が形成されるが、この装着穴９３の内面に薄肉部９３ｃ、除去部９３ｄを形成し、燃料噴射弁１３との接触面積を減少させ、ヘッド本体８ａからの熱が燃料噴射弁１３に伝達されないようにし、除去部９３ｄより装着穴９３奥部の熱が放熱されるようにしている。
【００２７】
図９は、図６のヘッド本体８ａを内側から見た平面図である。ヘッド本体８ａの各気筒７ａ〜７ｃには、噴射弁軸穴部９３ａ、点火プラグ挿入穴８ｄが形成され、また、ヘッド本体８ａの下部には、副冷却水通路９１から主冷却水通路９０への連絡通路８ｇが設けられ、また、気筒７ａと気筒７ｂの間および気筒７ｂと気筒７ｃの間には副冷却水通路９１から主冷却水通路９０へのバイパス通路８ｆが設けられている。冷却水は、図示矢印に示すように、シリンダボディ７の上部気筒７ａのシリンダ冷却水通路８９から、ヘッド８ａの気筒７ａの副冷却水通路９１に供給され、各気筒を上から下に流れ、バイパス通路８ｆおよび連絡通路８ｇから主冷却水通路９０に供給される。なお、気筒７ｄ〜７ｆについても同様である。
【００２８】
図１０（Ａ）は図９の裏側から見た一部平面図、図１０（Ｂ）は図１０（Ａ）のＢ線に沿って切断し矢印方向に見た断面図である。図１０（Ａ）には、図９で説明した点火プラグ挿入穴８ｄ、バイパス通路８ｆが図示され、さらに、図３で説明した燃料噴射弁１３挿入用のボス７０と、燃料噴射弁１３固定用のボス７１と、燃料レール３３固定用のボス７３が図示され、図６で説明した燃料噴射弁１３と点火プラグ１４の間の冷却水通路９０ａが示されている。ヘッド本体８ａの外面には、各気筒７ａ〜７ｃの燃焼室頂面に対向し且つ、ボス７０の基部７０ａおよび点火プラグ取付部１４ａを除いて凹環状の主冷却水通路９０が形成されており、冷却水は、図９の副冷却水通路９１から連絡通路８ｇを通って主冷却水通路９０を下から上に流れるようにされている。
【００２９】
そして、点火プラグ取付部１４ａつまり燃焼室の中心部から主冷却水通路９０の内周面に向けて放射状に複数の放熱兼補強リブr1〜r8を設けている。この場合、燃焼室の軸心を通る垂直線に対して燃料噴射弁１３側の放熱兼補強リブr6〜r8に対して燃料噴射弁１３と反対側の放熱兼補強リブr1〜r5の本数を増加させるようにしている。これは、図４に示すように、燃料噴射弁１３側つまり略排気ポート８４側が燃焼室頂部掃気流Ｓに乗って流れてくる噴霧の気化潜熱によって冷却されるため、燃料噴射弁１３の反対側が温度が高くなりこれを効果的に冷却するためである。
【００３０】
次に、本発明の筒内燃料噴射式エンジンの他の実施形態について説明する。図１１は、本発明の他の実施形態を示すシリンダヘッドの水平断面図である。なお、以下の説明で上記実施形態と同一の構成については同一番号を付して説明を省略する。本実施形態においては、点火プラグ１４を燃焼室８３の中心線に平行に配置することにより、点火プラグ１４先端をノズル部１３ｂから遠ざけ、点火プラグ１４で着火され生成される燃焼火炎から燃料噴射弁１３のノズル部１３ｂへの熱伝達を減少させるようにしている。
【００３１】
図１２は、本発明の他の実施形態を示し、図１２（Ａ）はヘッド本体８ａの平面図、図１２（Ｂ）は図１２（Ａ）のＢ−Ｂ線で切断し矢印方向に見た断面図（各部品装着後の状態を示す）である。本実施形態においては、点火プラグ１４を燃焼室８３の中心線上に配置し、燃料噴射弁１３のノズル部１３ｂをヘッド本体８ａ下面のスキッシュエリアＳＡに向けるように配置し、ノズル部１３ｂに火炎がきにくいようにしている。この場合にも、燃料噴射弁１３と点火プラグ１４の間にも冷却水通路９０ａが形成可能になる。さらに、ノズル部１３ｂの軸穴部９３ａの燃焼室８３側に、軸穴部９３ａより小径で角度θで拡径する軸穴部９３ｅを形成することにより、ノズル部１３ｂの火炎にさらされる面積を減少させるようにし、また、ノズル部１３ｂと軸穴部９３ｅの間に断熱材９７を配設し、ヘッド本体８ａからの受熱量を減少させ、ノズル部１３ｂの温度を低い状態に維持できるようにしている。
【００３２】
図１３は、本発明の他の実施形態を示す要部断面図である。図１３（Ａ）の実施形態においては、ヘッド本体８ａの軸穴部９３ａにフランジ９９ａ付カラーからなる筒状支持部材９９が圧入されている。筒状支持部材９９内にノズル部１３ｂが挿入されている。これにより、断熱機能を有するとともに燃焼火炎にさらされることを防止する部材９４が当接する面に鋳造部がないので鋳巣の心配がなく、燃料噴射弁１３と燃焼室８３間を確実にシールすることができる。また、装着穴９３内にも断熱材９５ａを充填しヘッド本体８ａからの熱伝達を減少させている。
【００３３】
図１３（Ｂ）の実施形態においては、筒状支持部材９９の先端を有底とし、軸穴部９３ａより小径で角度θで拡径する軸穴部９３ｅを形成することにより、ノズル部１３ｂの火炎にさらされる面積を減少させるようにし、また、ノズル部１３ｂと軸穴部９３ｅの間に断熱機能を有するとともに燃焼火炎にさらされることを防止する部材９７を配設し、ヘッド本体８ａからの受熱量を減少させ、ノズル部１３ｂの温度を低い状態に維持できるようにしている。
【００３４】
図１４は、本発明の他の実施形態を示す要部断面図である。マリンエンジンの場合、水ミストの雰囲気中で使用されるため、ステンレス製の燃料噴射弁１３とアルミ製のヘッド本体８ａとが接する部位に水が侵入し電気腐食により錆が発生し、エンジン分解時、燃料噴射弁１３がヘッド本体８ａから外れないという問題がある。そこで、ヘッド本体８ａと燃料噴射弁１３の間の外気接触部に防水シール材１００を配設し、燃料噴射弁の腐食、固着の防止を図るようにしている。
【００３５】
図１５は、本発明の他の実施形態を示し、４サイクルエンジンに適用した船外機の平面図である。本実施形態においては、ポンプ駆動ユニット４０がエンジン２の中央部に配置され、ポンプ駆動ユニット４０の両側に高圧燃料ポンプ３２、３４が配置されている。図中、７はシリンダボディ、８はシリンダヘッド、１０はクランク軸、１３は燃料噴射弁、１９は吸気管、２９はベーパーセパレータタンク、３３は燃料供給レール、１０１は吸気弁、１０２はカムシャフトである。
【００３６】
図１６は、本発明の他の実施形態を示す要部断面図である。本実施形態においては、図（Ａ）に示すように軸穴部９３ａとノズル部１３ｂとの間に、断熱機能を有するとともに燃焼火炎にさらされることを防止する部材１０３を圧入している。部材１０２は、図（Ｂ）に示すように、金属又はセラミックスで形成されたリング状で側面にへこみ１０３ａ設けられ、弾性機能を有している。図（Ｃ）は変形例を示し、断熱機能を有するとともに燃焼火炎にさらされることを防止する部材１０４が、有底円筒状で底部に膨出部１０４ａと穴１０４ｂが形成されている。本変形例によれば、ノズル部１３ｂの先端も燃焼火炎にさらされるのを防止することができる。
【００３７】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく種々の変更が可能である。例えば、上記各実施形態の断熱材や筒状支持部材の組み合わせは適宜変更可能である。また、上記実施形態においては、船外機用エンジンに適用した例について説明しているが、自動車用エンジンにも適用可能である。
【００３８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、請求項１、２記載の発明によれば、高温のシリンダヘッドの熱は燃料噴射弁に伝達されにくくなり、燃料噴射弁に伝達された熱は、主として内部を流れる燃料によって冷却され、一部は外気に放熱され、従って、燃料噴射弁先端ノズル部の温度上昇を防止し、安定した燃料噴射を維持することができ、
請求項３記載の発明によれば、燃料噴射弁先端ノズル部の温度上昇と、燃焼ガスの漏れを確実に防止することができ、
請求項４記載の発明によれば、ノズル部が燃焼火炎にさらされるのを防止することができ、
請求項５記載の発明によれば、シリンダヘッドからノズル部に熱が更に伝達されないようにすることができ、
請求項６、９記載の発明によれば、ノズル部の火炎にさらされる面積を減少させることができ、
請求項７、１０記載の発明によれば、シリンダヘッドからの受熱量を減少させることができ、
請求項８記載の発明によれば、断熱兼シール材が当接する面に鋳造部がないので鋳巣の心配がなく、燃料噴射弁と燃焼室間を確実にシールすることができ、
請求項１１記載の発明によれば、供給される燃料の温度上昇を防止し、燃料噴射弁先端ノズル部の温度上昇を防止することができ、
請求項１２記載の発明によれば、薄肉部により形成される空気層により、シリンダヘッドからの受熱量を減少させることができ、
請求項１３、１４記載の発明によれば、前記点火プラグと燃料噴射弁まわりの冷却を改善することができ、
請求項１５記載の発明によれば、ノズル部に火炎がきにくいようにすることができ、
請求項１６記載の発明によれば、点火プラグから燃料噴射弁のノズル部への熱伝達を減少させることができ、
請求項１７記載の発明によれば、毎回燃焼する２サイクルエンジンに好適に採用することができ、
請求項１８記載の発明によれば、マリンエンジンのように燃焼温度が高くなる高負荷／高回転域での使用頻度の高いエンジンに好適に採用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用される船外機の模式図であり、図（Ａ）はエンジンの平面図、図（Ｂ）は図（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う縦断面図、図（Ｃ）は船外機の側面図、図（Ｄ）は燃料供給系の構成図である。
【図２】図１のエンジンの平面図である。
【図３】図２における高圧燃料噴射ユニットのエンジンへの取付状態を示す分解斜視図である。
【図４】図４（Ａ）は図１（Ａ）のシリンダボディ７とシリンダヘッド８の断面図、図４（Ｂ）は図４（Ａ）のＸ−Ｘ線に沿って矢印方向に見た模式図である。
【図５】本発明に係わる冷却水循環系を示す模式図である。
【図６】本発明の筒内燃料噴射式エンジンの１実施形態を示すシリンダヘッドの水平断面図である。
【図７】図６の断熱兼シール材９４の例を示し、図６（Ａ）は断面図、図６（Ｂ）は平面図である。
【図８】図６の燃料噴射弁１３挿入用のボス７０の平面図である。
【図９】図６のヘッド本体８ａを内側から見た平面図である。
【図１０】図１０（Ａ）は図９の裏側から見た一部平面図、図１０（Ｂ）は図１０（Ａ）のＢ線に沿って切断し矢印方向に見た断面図である。
【図１１】本発明の筒内燃料噴射式エンジンの他の実施形態を示すシリンダヘッドの水平断面図である。
【図１２】本発明の他の実施形態を示し、図１２（Ａ）はヘッド本体８ａの平面図、図１２（Ｂ）は図１２（Ａ）のＢ−Ｂ線で切断し矢印方向に見た断面図（各部品装着後の状態を示す）である。
【図１３】本発明の他の実施形態を示す要部断面図である。
【図１４】本発明の他の実施形態を示す要部断面図である。
【図１５】本発明の他の実施形態を示し、４サイクルエンジンに適用した船外機の平面図である。
【図１６】本発明の他の実施形態を示す要部断面図である。
【符号の説明】
８…シリンダヘッド
１３…燃料噴射弁
１４…点火プラグ
９０…冷却水通路
９３…外周部
９４…断熱機能を有するとともに燃焼火炎にさらされることを防止する部材
r1〜r7…放熱兼補強リブ
【発明の属する技術分野】
本発明は、高圧燃料を筒内に噴射するエンジンにおいて、燃料噴射弁の取付構造の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、高圧燃料を筒内に噴射するエンジンにおいては、シリンダヘッドに挿入穴を設け、該挿入穴に燃料噴射弁のノズル部を挿入し、燃料噴射弁とシリンダヘッド間に皿バネ等の弾性部材を介在させることにより、燃焼室と外部との間のシールを確保している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
筒内燃料噴射式エンジンの場合、燃料噴射弁の先端ノズル部は、直接、燃焼室に臨んでいるために、常に、火炎にさらされることから、高温になりやすい。実際には、噴射される燃料による冷却効果で、ある程度、温度上昇は抑えられるが、それだけでは、燃料の９０％蒸留温度（ガソリン１５０℃前後）を下回ることが難しい現状であり、蒸留温度を超えたまま運転すると、ノズル部先端に滞留する燃料中の重質分がノズル部先端の噴口に堆積し、噴射量が減少してしまうという問題を有している。特に、マリンエンジンのように燃焼温度が高くなる高負荷／高回転域での使用頻度の高いエンジンや、毎回燃焼する２サイクルエンジンでは、この問題が顕著になる。
【０００４】
本発明は、上記従来の問題を解決するものであって、燃料噴射弁先端ノズル部の温度上昇を防止し、安定した燃料噴射を維持することができる筒内燃料噴射式エンジンを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１記載のマリン用の筒内燃料噴射式エンジン発明は、シリンダヘッド８に装着される点火プラグ１４と、前記シリンダヘッドに形成される装着穴９３と、該装着穴に挿入、固定される燃料噴射弁１３とを備え、前記点火プラグと前記燃料噴射弁を燃焼室８３の中心線を挟んで対向するようにオフセットするとともに、前記点火プラグ軸心を前記燃焼室中心線に対して平行又は傾斜して配設し、前記点火プラグと前記燃料噴射弁の間の前記シリンダヘッド内に冷却水通路９０ａを設け、シリンダ本体８ａと前記燃料噴射弁の間の外気接触部に防水シール材１００を配設し、前記シリンダヘッドと前記燃料噴射弁の間に、断熱機能を有するとともに燃焼火炎にさらされることを防止する部材９４を配設し、前記燃料噴射弁は、本体支持面１３ｃから延びる小径のノズル部１３ｂを有し、前記ノズル部を前記軸穴部に挿入し、一方、前記装着穴の前記燃焼室側には、該装着穴より小径の軸穴部９３ａが形成され、前記装着穴又は前記軸穴部に前記断熱機能を有するとともに燃焼火炎にさらされることを防止する部材を装着し、前記断熱機能を有するとともに燃焼火炎にさらされることを防止する部材は、リング状又は円筒状の薄板からなり、前記ノズル部と前記軸穴部間に挿入され、前記軸穴部の途中に大径の軸穴部を設け空気層を形成し、前記軸穴部の燃焼室側に前記軸穴部より小径で拡径する軸穴部９３ｅを形成したことを特徴とし、請求項２記載の発明は、請求項１において、前記小径で拡径する軸穴部と前記ノズルの間に前記断熱機能を有するとともに燃焼火炎にさらされることを防止する部材を配設したことを特徴とし、請求項３記載の発明は、請求項１又は２において、前記軸穴部に筒状支持部材９９を圧入したことを特徴とし、請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれかにおいて、前記筒状支持部材の前記燃焼室側に前記軸穴部より小径で拡径する軸穴部を形成したことを特徴とし、請求項５記載の発明は、請求項１〜４のいずれかにおいて、前記燃料噴射弁に燃料を供給する燃料供給レール３３が前記シリンダヘッドに取り付けられ、前記燃料供給レールと前記シリンダヘッドの間に断熱材(９７)を配設したことを特徴とし、請求項６記載の発明は、請求項１〜５のいずれかにおいて、前記燃料噴射弁の前記装着穴に薄肉部９３ｃを形成したことを特徴とし、請求項７記載の発明は、請求項１〜６のいずれかにおいて、前記冷却水通路に点火プラグ取付部１４ａから放射状に延びる放熱リブｒ６〜ｒ８を設けたことを特徴とし、請求項８記載の発明は、請求項１〜７のいずれかにおいて、前記燃料噴射弁の前記ノズル部を前記シリンダヘッドのスキッシュエリアＳＡに臨ませたことを特徴とし、請求項９記載の発明は、請求項１〜８のいずれかにおいて、前記エンジンが２サイクルエンジンであることを特徴とする。
以上
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明が適用される船外機の模式図であり、図（Ａ）はエンジンの平面図、図（Ｂ）は図（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う縦断面図、図（Ｃ）は船外機の側面図、図（Ｄ）は燃料供給系の構成図である。
【０００７】
図（Ｃ）において、１は船外機であり、クランク軸１０（図Ａ）が縦置状態で搭載されるエンジン２と、エンジン２の下端面に接続されエンジン２を支持するガイドエキゾースト部３と、ガイドエキゾースト部３の下端面に接続されるアッパケース４、ロアケース５及びプロペラ６からなる。上記エンジン２は、筒内噴射式Ｖ型６気筒２サイクルエンジンであり、６つの気筒７ａ〜７ｆ（図Ｂ）が平面視でＶバンクをなすように横置き状態で且つ縦方向に２列に配設されたシリンダボディ７に、シリンダヘッド８が連結、固定されている。
【０００８】
上記気筒７ａ〜７ｆ内には、ピストン１１が摺動自在に嵌合配置され、各ピストン１１はクランク軸１０に連結されている。シリンダヘッド８には、磁力で開閉作動されるソレノイド開閉式の燃料噴射弁１３及び点火プラグ１４が挿入配置されている。気筒７ａ〜７ｆは、それぞれ掃気ポート８５、８６（図４）によりクランク室１２に連通され、また、気筒７ａ〜７ｆには排気ポート１５が接続されている。図（Ｂ）の左バンクの排気ポート１５は左集合排気通路１６に、右バンクの排気ポート１５は右集合排気通路１７に合流されている。エンジン２のクランク室１２には、吸気マニホールドから分岐する吸気通路１９が接続されており、該吸気通路１９のクランク室１２への接続部には、逆流防止用のリード弁２０が配設され、また、リード弁２０の上流側には、エンジン内にオイルを供給するためのオイルポンプ２１と、吸気量を調節するためのスロットル弁２２が配設されている。
【０００９】
図（Ｄ）に示すように、船体側に設置されている燃料タンク２３内の燃料は、手動式の第１の低圧燃料ポンプ２５によりフィルタ２６を経て船外機側の第２の低圧燃料ポンプ２７に送られる。この第２の低圧燃料ポンプ２７は、エンジン２のクランク室１２のパルス圧により駆動されるダイヤフラム式ポンプであり、燃料を気液分離装置であるベーパーセパレータタンク２９に送る。ベーパーセパレータタンク２９内には、電動モータにより駆動される燃料予圧ポンプ３０が配設されており、燃料を加圧し予圧配管３１を経て高圧燃料ポンプ３２に送る。エンジン２は複数の気筒７ａ〜７ｆがＶバンクをなすように２列に配設されており、燃料供給レール３３は、各列のシリンダヘッド８に縦方向に固定されている。高圧燃料ポンプ３２の吐出側は、燃料供給レール３３に接続されるとともに、高圧圧力調整弁３５および燃料冷却器３６、戻り配管３７を介してベーパーセパレータタンク２９に接続されている。また、予圧配管３１とベーパーセパレータタンク２９間には予圧圧力調整弁３９が設けられている。
【００１０】
高圧燃料ポンプ３２は、ポンプ駆動ユニット４０により駆動される。このポンプ駆動ユニット４０は駆動ベルト４１を介してクランク軸１０に連結されている。ベーパーセパレータタンク２９内の燃料は、燃料予圧ポンプ３０により例えば３〜１０ｋｇ／ｃｍ2程度に予圧され、加圧された燃料は、高圧燃料ポンプ３２により５０〜１００ｋｇ／ｃｍ2程度若しくはそれ以上に加圧され、加圧された高圧燃料は、高圧圧力調整弁３５にて設定圧を越える余剰燃料がベーパーセパレータタンク２９に戻され、必要な高圧燃料分のみを燃料供給レール３３に供給し、各気筒７ａ〜７ｆに装着した燃料噴射弁１３に供給するようにしている。
【００１１】
ＥＣＵ（電子制御装置）４２には、エンジン２の駆動状態、船外機１や船の状態を示す各種センサからの検出信号が入力される。例えば、クランク軸１０の回転角（回転数）を検出するエンジン回転数センサ４３、吸気通路１９内の温度を検出する吸気温センサ４４、スロットル弁２２の開度を検出するスロットル開度センサ４５、最上段の気筒７ｄ内の空燃比を検出するに空燃比センサ４６、高圧燃料配管内の圧力を検出する燃料圧力センサ４７、エンジンの冷却水温度を検出する冷却水温センサ４８等が設けられている。ＥＣＵ４２は、これら各センサの検出信号を制御マップに基づき演算処理し、制御信号を燃料噴射弁１３、点火プラグ１４、オイルポンプ２１、予圧燃料ポンプ３０に伝送する。
【００１２】
図２は、図１の船外機の平面図である。なお、以下の説明では前述の図と同一の構成には同一番号を付けて説明を省略する場合がある。クランク軸１０にはフライホイール８０が固定され、その上部すなわちクランク軸１０の上端に駆動プーリ５０が取り付けられ、また、ポンプ駆動ユニット４０の回動軸５１には従動プーリ５２が設けられ、駆動プーリ５０と従動プーリ５２には駆動ベルト４１が張設されている。ポンプ駆動ユニット４０にはボルト６４により高圧燃料ポンプ３２が取り付けられている。これによりクランク軸１０の回転が駆動ベルト４１を介して回動軸５１に伝達され、高圧燃料ポンプ３２を駆動するようにしている。
【００１３】
シリンダボディ７には取付用ステー５３が固定され、ポンプ駆動ユニット４０は、取付用ステー５３及びシリンダボディ７に３本のボルト５４、５５、５６により取り付けられている。また、燃料供給レール３３および燃料噴射弁１３は、シリンダヘッド８にボルトにより固定され、燃料噴射弁１３は燃料供給レール３３に接続されている。また、高圧燃料ポンプ３２は燃料給排ユニット６０を有し、燃料給排ユニット６０の２つの出口と左右の燃料供給レール３３はそれぞれコネクタ６１、６２およびフレキシブル配管６３により接続されている。
【００１４】
なお、図中、１ａはエンジン２を覆うカウリング（エンジンカバー）、５７はスタータモータ、５８はベルトテンショナー、５９はサイレンサである。カウリング１ａには、エンジン２の両側に空気取入口１ｂが形成されている。また、エンジン２の上部には、フライホイール８０、駆動プーリ５０、従動プーリ５２、高圧燃料ポンプ３２等を覆う回転体カバー８１が装着されている。
【００１５】
図３は、図２のＹ方向から見た図であり、高圧燃料噴射ユニット６５のエンジン２への取付状態を示す分解斜視図である。なお、本例においては、高圧圧力調整弁３５は高圧燃料ポンプ３２内に内蔵されている。シリンダボディ７の前方上部には３つのボス６６、６７、６８が形成されており、ボス６６、６７にボルト６９により取付用ステー５３が固定される。ポンプ駆動ユニット４０にはボルト６４により高圧燃料ポンプ３２が固定され、ポンプ駆動ユニット４０は、ボルト５５、５４により取付用ステー５３のボルト孔５３ａ、５３ｂに固定されると共に、ボルト５６によりシリンダボディ７のボス６８に固定される。
【００１６】
左右のシリンダヘッド８には、燃料噴射弁１３挿入用のボス７０と、燃料噴射弁１３固定用のボス７１と、点火プラグ１４挿入穴８ｅが縦方向に３つづつ合計６つ形成され、また、燃料供給レール３３固定用のボス７３が３つづつ合計６つ形成されている。燃料噴射弁１３の一端は、燃料供給レール３３の燃料通路に圧入されて仮止めされ、燃料噴射弁１３が装着された燃料供給レール３３は、ボルト７５によりシリンダヘッド８のボス７３に固定される。燃料噴射弁１３は外周にフランジ１３ａを有し、フランジ１３ａに固定金具７６を装着し、この固定金具７６をボルト７７によりボス７１に固定することにより、燃料噴射弁１３はシリンダヘッド８に固定される。
【００１７】
高圧燃料ポンプ３２に固定された燃料給排ユニット６０の入口にはコネクタ７９が取り付けられ、コネクタ７９にはベーパーセパレータタンク２９に接続された予圧配管３１が装着されている。燃料給排ユニット６０の出口にはコネクタ６１が取り付けられ、コネクタ６１と左右の燃料供給レール３３の上部にはそれぞれフレキシブル配管６３およびコネクタ６２により接続されている。
【００１８】
図４（Ａ）は、図１（Ａ）のシリンダボディ７とシリンダヘッド８の断面図、図４（Ｂ）は図４（Ａ）のＸ−Ｘ線に沿って矢印方向に見た模式図である。
【００１９】
図４（Ａ）には、シリンダボディ７、シリンダヘッド８、ピストン１１、燃料噴射弁１３、ノズル部１３ｂ、点火プラグ１４、燃焼室８２、８３、排気ポート１５、主掃気ポート８５、副掃気ポート８６、ピストン軸線Ｐ、燃料噴霧Ｆ、燃焼室頂部掃気流Ｓが示され、ピストン１１が下死点位置の状態が示されている。点火プラグ１４は燃焼室８３の中心部に設けられ、燃料噴射弁１３は、ピストン軸線Ｐに対して排気ポート１５側に、かつ、ノズル部１３ｂが副掃気ポート８６に対向するように傾斜してシリンダヘッド８に配置される。さらに、図４（Ｂ）に示すように、燃料噴射弁ノズル部１３ｂ位置を、燃焼室頂部掃気流Ｓ（副掃気ポート８６から排気ポート１５方向）の軸線中心からオフセットさせ、図示点線矢印に示すように、噴霧中心方向ＦＡに掃気流を利用したスワール（回転）を与え、噴霧同士の衝突による噴霧粒径の拡大を防止している。
【００２０】
次に、本発明に係わる冷却水循環系について説明する。図４（Ａ）において、シリンダボディ７とシリンダヘッド８の間にはガスケット８７が介在され、シリンダボディ７の燃焼室８２の周囲にはシリンダ冷却水通路８９が形成されている。また、シリンダヘッド８は、ヘッド本体８ａと、ヘッド本体８ａとガスケット８ｃを介して固定されるカバー部材８ｂからなり、ヘッド本体８ａ内には、燃焼室８３の頂面を冷却する主冷却水通路９０と、燃焼室８３の側部を冷却する副冷却水通路９１が形成され、また、カバー部材８ｂ内には戻り通路９２が形成されている。
【００２１】
図５は、冷却水循環系を示す模式図である。冷却水は、冷却水ポンプからシリンダボディ７の各気筒７ａ〜７ｃのシリンダ冷却水通路８９を下から上に供給された後、シリンダヘッド８側の副冷却水通路９１を今度は上から下に流れ、次に、主冷却水通路９０に冷却水が下から上に供給され、サーモスタットを経て戻り通路９２を落下する。
【００２２】
図６〜図１０は、本発明の筒内燃料噴射式エンジンの１実施形態を示し、図６はシリンダヘッドの水平断面図である。シリンダヘッド８は、ヘッド本体８ａとガスケット８ｃを介して固定されるカバー部材８ｂからなり、ヘッド本体８ａおよびカバー部材８ｂはダイカスト等の鋳造で作られている。本実施形態においては、燃料噴射弁１３と点火プラグ１４を燃焼室８３の中心線を挟んで対向するようにオフセットさせ、且つ両者の軸心が燃焼室８３の略中心に向かうように傾斜するように配置し、これにより、点火プラグ１４から燃料噴射弁１３のノズル部１３ｂへの熱伝達を減少させると共に、ヘッド本体８ａの燃料噴射弁１３と点火プラグ１４の間にも冷却水通路９０ａを形成し、ヘッド本体８ａの冷却を図るようにしている。
【００２３】
ヘッド本体８ａには、燃焼室８３に貫通された装着穴９３が形成されている。装着穴９３の燃焼室８３側には、装着穴９３より小径の軸穴部９３ｂと、軸穴部９３ｂより更に小径の軸穴部９３ａが形成されている。燃料噴射弁１３は、本体支持面１３ｃから延びる小径のノズル部１３ｂを有し、ノズル部１３ｂの外周に断熱機能を有するとともに燃焼火炎にさらされることを防止する部材９４を装着し、ノズル部１３ｂを軸穴部９３ａ、９３ｂに挿入した後、燃料噴射弁１３の鍔部１３ａに固定金具７６を係止しボルト７７によりヘッド本体８ａに締め付けると、前記部材９４は燃料噴射弁１３の支持面１３ｃとヘッド本体８ａの間で押し潰され、この部材９４により燃焼室８３の燃焼ガスの漏れをシールし、かつ、ヘッド本体８ａから燃料噴射弁１３に熱が伝達されないようにし、また、燃料噴射弁本体が燃焼火炎にさらされるのを防止している。また、大径の軸穴部９３ｂにより空気層が形成され、ヘッド本体８ａからノズル部１３ｂに熱が伝達されないようにしている。さらに、燃料噴射弁１３の鍔部１３ａとヘッド本体８ａの間に断熱材９５を配設すると共に、ヘッド本体８ａと燃料供給レール３３の間に断熱材９６を配設し、ヘッド本体８ａからの熱が燃料噴射弁１３および燃料供給レール３３に伝達されないようにしている。
【００２４】
以上の構成により、高温のヘッド本体８ａの熱は燃料噴射弁１３および燃料供給レール３３に伝達されにくくなり、燃料噴射弁１３に伝達された熱は、主として内部を流れる燃料によって冷却され、一部は外気に放熱される。従って、燃料噴射弁１３先端ノズル部１３ｂの温度上昇を防止し、安定した燃料噴射を維持することができる。
【００２５】
図７は、図６の断熱機能を有するとともに燃焼火炎にさらされることを防止する部材材９４の例を示し、図７（Ａ）は断面図、図７（Ｂ）は平面図である。断熱兼シール材９４は、リング状の断熱材９４ａと、断熱材９４ａの穴部上下に挟着される金属製のシール材９４ｂからなる。なお、シール材９４ｂはなくてもよい。
【００２６】
図８は、図６の燃料噴射弁１３挿入用のボス７０の平面図である。ボス７０には燃料噴射弁１３の装着穴９３が形成されるが、この装着穴９３の内面に薄肉部９３ｃ、除去部９３ｄを形成し、燃料噴射弁１３との接触面積を減少させ、ヘッド本体８ａからの熱が燃料噴射弁１３に伝達されないようにし、除去部９３ｄより装着穴９３奥部の熱が放熱されるようにしている。
【００２７】
図９は、図６のヘッド本体８ａを内側から見た平面図である。ヘッド本体８ａの各気筒７ａ〜７ｃには、噴射弁軸穴部９３ａ、点火プラグ挿入穴８ｄが形成され、また、ヘッド本体８ａの下部には、副冷却水通路９１から主冷却水通路９０への連絡通路８ｇが設けられ、また、気筒７ａと気筒７ｂの間および気筒７ｂと気筒７ｃの間には副冷却水通路９１から主冷却水通路９０へのバイパス通路８ｆが設けられている。冷却水は、図示矢印に示すように、シリンダボディ７の上部気筒７ａのシリンダ冷却水通路８９から、ヘッド８ａの気筒７ａの副冷却水通路９１に供給され、各気筒を上から下に流れ、バイパス通路８ｆおよび連絡通路８ｇから主冷却水通路９０に供給される。なお、気筒７ｄ〜７ｆについても同様である。
【００２８】
図１０（Ａ）は図９の裏側から見た一部平面図、図１０（Ｂ）は図１０（Ａ）のＢ線に沿って切断し矢印方向に見た断面図である。図１０（Ａ）には、図９で説明した点火プラグ挿入穴８ｄ、バイパス通路８ｆが図示され、さらに、図３で説明した燃料噴射弁１３挿入用のボス７０と、燃料噴射弁１３固定用のボス７１と、燃料レール３３固定用のボス７３が図示され、図６で説明した燃料噴射弁１３と点火プラグ１４の間の冷却水通路９０ａが示されている。ヘッド本体８ａの外面には、各気筒７ａ〜７ｃの燃焼室頂面に対向し且つ、ボス７０の基部７０ａおよび点火プラグ取付部１４ａを除いて凹環状の主冷却水通路９０が形成されており、冷却水は、図９の副冷却水通路９１から連絡通路８ｇを通って主冷却水通路９０を下から上に流れるようにされている。
【００２９】
そして、点火プラグ取付部１４ａつまり燃焼室の中心部から主冷却水通路９０の内周面に向けて放射状に複数の放熱兼補強リブr1〜r8を設けている。この場合、燃焼室の軸心を通る垂直線に対して燃料噴射弁１３側の放熱兼補強リブr6〜r8に対して燃料噴射弁１３と反対側の放熱兼補強リブr1〜r5の本数を増加させるようにしている。これは、図４に示すように、燃料噴射弁１３側つまり略排気ポート８４側が燃焼室頂部掃気流Ｓに乗って流れてくる噴霧の気化潜熱によって冷却されるため、燃料噴射弁１３の反対側が温度が高くなりこれを効果的に冷却するためである。
【００３０】
次に、本発明の筒内燃料噴射式エンジンの他の実施形態について説明する。図１１は、本発明の他の実施形態を示すシリンダヘッドの水平断面図である。なお、以下の説明で上記実施形態と同一の構成については同一番号を付して説明を省略する。本実施形態においては、点火プラグ１４を燃焼室８３の中心線に平行に配置することにより、点火プラグ１４先端をノズル部１３ｂから遠ざけ、点火プラグ１４で着火され生成される燃焼火炎から燃料噴射弁１３のノズル部１３ｂへの熱伝達を減少させるようにしている。
【００３１】
図１２は、本発明の他の実施形態を示し、図１２（Ａ）はヘッド本体８ａの平面図、図１２（Ｂ）は図１２（Ａ）のＢ−Ｂ線で切断し矢印方向に見た断面図（各部品装着後の状態を示す）である。本実施形態においては、点火プラグ１４を燃焼室８３の中心線上に配置し、燃料噴射弁１３のノズル部１３ｂをヘッド本体８ａ下面のスキッシュエリアＳＡに向けるように配置し、ノズル部１３ｂに火炎がきにくいようにしている。この場合にも、燃料噴射弁１３と点火プラグ１４の間にも冷却水通路９０ａが形成可能になる。さらに、ノズル部１３ｂの軸穴部９３ａの燃焼室８３側に、軸穴部９３ａより小径で角度θで拡径する軸穴部９３ｅを形成することにより、ノズル部１３ｂの火炎にさらされる面積を減少させるようにし、また、ノズル部１３ｂと軸穴部９３ｅの間に断熱材９７を配設し、ヘッド本体８ａからの受熱量を減少させ、ノズル部１３ｂの温度を低い状態に維持できるようにしている。
【００３２】
図１３は、本発明の他の実施形態を示す要部断面図である。図１３（Ａ）の実施形態においては、ヘッド本体８ａの軸穴部９３ａにフランジ９９ａ付カラーからなる筒状支持部材９９が圧入されている。筒状支持部材９９内にノズル部１３ｂが挿入されている。これにより、断熱機能を有するとともに燃焼火炎にさらされることを防止する部材９４が当接する面に鋳造部がないので鋳巣の心配がなく、燃料噴射弁１３と燃焼室８３間を確実にシールすることができる。また、装着穴９３内にも断熱材９５ａを充填しヘッド本体８ａからの熱伝達を減少させている。
【００３３】
図１３（Ｂ）の実施形態においては、筒状支持部材９９の先端を有底とし、軸穴部９３ａより小径で角度θで拡径する軸穴部９３ｅを形成することにより、ノズル部１３ｂの火炎にさらされる面積を減少させるようにし、また、ノズル部１３ｂと軸穴部９３ｅの間に断熱機能を有するとともに燃焼火炎にさらされることを防止する部材９７を配設し、ヘッド本体８ａからの受熱量を減少させ、ノズル部１３ｂの温度を低い状態に維持できるようにしている。
【００３４】
図１４は、本発明の他の実施形態を示す要部断面図である。マリンエンジンの場合、水ミストの雰囲気中で使用されるため、ステンレス製の燃料噴射弁１３とアルミ製のヘッド本体８ａとが接する部位に水が侵入し電気腐食により錆が発生し、エンジン分解時、燃料噴射弁１３がヘッド本体８ａから外れないという問題がある。そこで、ヘッド本体８ａと燃料噴射弁１３の間の外気接触部に防水シール材１００を配設し、燃料噴射弁の腐食、固着の防止を図るようにしている。
【００３５】
図１５は、本発明の他の実施形態を示し、４サイクルエンジンに適用した船外機の平面図である。本実施形態においては、ポンプ駆動ユニット４０がエンジン２の中央部に配置され、ポンプ駆動ユニット４０の両側に高圧燃料ポンプ３２、３４が配置されている。図中、７はシリンダボディ、８はシリンダヘッド、１０はクランク軸、１３は燃料噴射弁、１９は吸気管、２９はベーパーセパレータタンク、３３は燃料供給レール、１０１は吸気弁、１０２はカムシャフトである。
【００３６】
図１６は、本発明の他の実施形態を示す要部断面図である。本実施形態においては、図（Ａ）に示すように軸穴部９３ａとノズル部１３ｂとの間に、断熱機能を有するとともに燃焼火炎にさらされることを防止する部材１０３を圧入している。部材１０２は、図（Ｂ）に示すように、金属又はセラミックスで形成されたリング状で側面にへこみ１０３ａ設けられ、弾性機能を有している。図（Ｃ）は変形例を示し、断熱機能を有するとともに燃焼火炎にさらされることを防止する部材１０４が、有底円筒状で底部に膨出部１０４ａと穴１０４ｂが形成されている。本変形例によれば、ノズル部１３ｂの先端も燃焼火炎にさらされるのを防止することができる。
【００３７】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく種々の変更が可能である。例えば、上記各実施形態の断熱材や筒状支持部材の組み合わせは適宜変更可能である。また、上記実施形態においては、船外機用エンジンに適用した例について説明しているが、自動車用エンジンにも適用可能である。
【００３８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、請求項１、２記載の発明によれば、高温のシリンダヘッドの熱は燃料噴射弁に伝達されにくくなり、燃料噴射弁に伝達された熱は、主として内部を流れる燃料によって冷却され、一部は外気に放熱され、従って、燃料噴射弁先端ノズル部の温度上昇を防止し、安定した燃料噴射を維持することができ、
請求項３記載の発明によれば、燃料噴射弁先端ノズル部の温度上昇と、燃焼ガスの漏れを確実に防止することができ、
請求項４記載の発明によれば、ノズル部が燃焼火炎にさらされるのを防止することができ、
請求項５記載の発明によれば、シリンダヘッドからノズル部に熱が更に伝達されないようにすることができ、
請求項６、９記載の発明によれば、ノズル部の火炎にさらされる面積を減少させることができ、
請求項７、１０記載の発明によれば、シリンダヘッドからの受熱量を減少させることができ、
請求項８記載の発明によれば、断熱兼シール材が当接する面に鋳造部がないので鋳巣の心配がなく、燃料噴射弁と燃焼室間を確実にシールすることができ、
請求項１１記載の発明によれば、供給される燃料の温度上昇を防止し、燃料噴射弁先端ノズル部の温度上昇を防止することができ、
請求項１２記載の発明によれば、薄肉部により形成される空気層により、シリンダヘッドからの受熱量を減少させることができ、
請求項１３、１４記載の発明によれば、前記点火プラグと燃料噴射弁まわりの冷却を改善することができ、
請求項１５記載の発明によれば、ノズル部に火炎がきにくいようにすることができ、
請求項１６記載の発明によれば、点火プラグから燃料噴射弁のノズル部への熱伝達を減少させることができ、
請求項１７記載の発明によれば、毎回燃焼する２サイクルエンジンに好適に採用することができ、
請求項１８記載の発明によれば、マリンエンジンのように燃焼温度が高くなる高負荷／高回転域での使用頻度の高いエンジンに好適に採用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用される船外機の模式図であり、図（Ａ）はエンジンの平面図、図（Ｂ）は図（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う縦断面図、図（Ｃ）は船外機の側面図、図（Ｄ）は燃料供給系の構成図である。
【図２】図１のエンジンの平面図である。
【図３】図２における高圧燃料噴射ユニットのエンジンへの取付状態を示す分解斜視図である。
【図４】図４（Ａ）は図１（Ａ）のシリンダボディ７とシリンダヘッド８の断面図、図４（Ｂ）は図４（Ａ）のＸ−Ｘ線に沿って矢印方向に見た模式図である。
【図５】本発明に係わる冷却水循環系を示す模式図である。
【図６】本発明の筒内燃料噴射式エンジンの１実施形態を示すシリンダヘッドの水平断面図である。
【図７】図６の断熱兼シール材９４の例を示し、図６（Ａ）は断面図、図６（Ｂ）は平面図である。
【図８】図６の燃料噴射弁１３挿入用のボス７０の平面図である。
【図９】図６のヘッド本体８ａを内側から見た平面図である。
【図１０】図１０（Ａ）は図９の裏側から見た一部平面図、図１０（Ｂ）は図１０（Ａ）のＢ線に沿って切断し矢印方向に見た断面図である。
【図１１】本発明の筒内燃料噴射式エンジンの他の実施形態を示すシリンダヘッドの水平断面図である。
【図１２】本発明の他の実施形態を示し、図１２（Ａ）はヘッド本体８ａの平面図、図１２（Ｂ）は図１２（Ａ）のＢ−Ｂ線で切断し矢印方向に見た断面図（各部品装着後の状態を示す）である。
【図１３】本発明の他の実施形態を示す要部断面図である。
【図１４】本発明の他の実施形態を示す要部断面図である。
【図１５】本発明の他の実施形態を示し、４サイクルエンジンに適用した船外機の平面図である。
【図１６】本発明の他の実施形態を示す要部断面図である。
【符号の説明】
８…シリンダヘッド
１３…燃料噴射弁
１４…点火プラグ
９０…冷却水通路
９３…外周部
９４…断熱機能を有するとともに燃焼火炎にさらされることを防止する部材
r1〜r7…放熱兼補強リブ
Claims (9)
- シリンダヘッド（８）に装着される点火プラグ(１４)と、前記シリンダヘッドに形成される装着穴(９３)と、該装着穴に挿入、固定される燃料噴射弁(１３)とを備え、前記点火プラグと前記燃料噴射弁を燃焼室（８３）の中心線を挟んで対向するようにオフセットするとともに、前記点火プラグ軸心を前記燃焼室中心線に対して平行又は傾斜して配設し、前記点火プラグと前記燃料噴射弁の間の前記シリンダヘッド内に冷却水通路（９０ａ）を設け、シリンダ本体（８ａ）と前記燃料噴射弁の間の外気接触部に防水シール材（１００）を配設し、前記シリンダヘッドと前記燃料噴射弁の間に、断熱機能を有するとともに燃焼火炎にさらされることを防止する部材(９４)を配設し、前記燃料噴射弁は、本体支持面（１３ｃ）から延びる小径のノズル部 ( １３ｂ ) を有し、前記ノズル部を前記軸穴部に挿入し、一方、前記装着穴の前記燃焼室側には、該装着穴より小径の軸穴部（９３ａ）が形成され、前記装着穴又は前記軸穴部に前記断熱機能を有するとともに燃焼火炎にさらされることを防止する部材を装着し、前記断熱機能を有するとともに燃焼火炎にさらされることを防止する部材は、リング状又は円筒状の薄板からなり、前記ノズル部と前記軸穴部間に挿入され、前記軸穴部の途中に大径の軸穴部を設け空気層を形成し、前記軸穴部の燃焼室側に前記軸穴部より小径で拡径する軸穴部（９３ｅ）を形成したことを特徴とするマリン用の筒内燃料噴射式エンジン。
- 前記小径で拡径する軸穴部と前記ノズルの間に前記断熱機能を有するとともに燃焼火炎にさらされることを防止する部材を配設したことを特徴とする請求項１記載の筒内燃料噴射式エンジン。
- 前記軸穴部に筒状支持部材(９９)を圧入したことを特徴とする請求項１又は２記載の筒内燃料噴射式エンジン。
- 前記筒状支持部材の前記燃焼室側に前記軸穴部より小径で拡径する軸穴部を形成したことを特徴とする請求項８記載の筒内燃料噴射式エンジン。
- 前記燃料噴射弁に燃料を供給する燃料供給(３３)が前記シリンダヘッドに取り付けられ、前記燃料供給レールと前記シリンダヘッドの間に断熱材(９７)を配設したことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の筒内燃料噴射式エンジン。
- 前記燃料噴射弁の前記装着穴に薄肉部(９３ｃ)を形成したことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の筒内燃料噴射式エンジン。
- 前記冷却水通路に点火プラグ取付部（１４ａ）から放射状に延びる放熱リブ（ｒ６〜ｒ８）を設けたことを特徴とする請求項１ないし６いずれかに記載の筒内燃料噴射式エンジン。
- 前記燃料噴射弁の前記ノズル部を前記シリンダヘッドのスキッシュエリア（ＳＡ）に臨ませたことを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の筒内燃料噴射式エンジン。
- 前記エンジンが２サイクルエンジンであることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の筒内燃料噴射式エンジン。
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