JP3867820B2 - 火花点火式４サイクル内燃機関 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本出願発明は、吸気バルブ開弁時の燃焼室内圧力よりも高圧に加圧された吸気が、過給ポペットバルブを摺動自在に支持するバルブガイドから外部へ漏洩しないように密封した火花点火式４ストロークサイクル内燃機関（以下通称のように４サイクル内燃機関と称する）に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
特開平４−３１８２１１号公報に記載されているように、通常の内燃機関は、吸気ポペットバルブは排気ポペットバルブとオーバーラップして開弁するため、内燃機関の燃焼室の高温の燃焼ガスが、吸気ポペットバルブの開弁初期にて、吸気通路に逆流し、吸気ポペットバルブのステム周辺部が高温燃焼ガスに晒される結果、吸気ポペットバルブのステムと該ステムを摺動自在に支持するバルブガイドとの隙間からオイルが吸気路側へ漏れ出ないように密封するシール部材は、バルブガイドの外表面に配設されていた。
【０００３】
【解決しようとする課題】
通常、動弁系のカムやロッカアーム等の動弁系摩擦部分を潤滑した潤滑オイルの一部が吸気ポペットバルブとバルブガイドとの隙間に浸入し、該吸気ポペットバルブステムとバルブガイドとの摺動部分に潤滑されるようになっている。バルブガイドの外表面にシール部材が覆われていると、吸気ポペットバルブステムとバルブガイドとの潤滑が妨げられる。
【０００４】
【問題を解決するための手段および効果】
本出願発明は、このような不具合を解消した火花点火式内燃機関の改良に係り、複数個の吸気ポペットバルブを備えた火花点火式４サイクル内燃機関において、その内の一個の吸気ポペットバルブは、高圧に加圧された吸気を燃焼室に間欠的に供給する過給通路用吸気ポペットバルブであり、該過給通路用ポペットバルブが、バルブガイドに摺動自在に支持され、該バルブガイドのポペット弁頭端部は、過給ポートを流れる混合気の吸気流路よりバルブ弁軸端側に配置され、該バルブガイドと前記過給通路用吸気ポペットバルブのステムとの摺動間隔部を密封するシール部材が、前記バルブガイドの吸気通路側表面に接して前記バルブガイドと前記過給ポートのポペット弁軸端側で形成される凹部内に配設されたことを特徴とするものである。
【０００５】
本出願の請求項１記載の発明は、前記したように構成されているので、前記吸気ポペットバルブが開弁した時には、該吸気ポペットバルブに通ずる吸気通路内の圧力が、高いものの、シール部材が吸気通路側にあるため、潤滑油が、バルブガイドと過給通路用吸気ポペットバルブのステムとの摺動部分の間隔に容易に浸入でき、該摺動部分が充分に潤滑され、前記吸気ポペットバルブが軽快に摺動でき、吸気が円滑に遂行されるとともに、該吸気ポペットバルブの耐久性が大巾に向上する。
【０００６】
また吸気ポペットバルブステムと、バルブガイドとの摺動部分を密封するシール部材が、高圧の吸気通路側に配置されているため、密封性が高く、吸気が外部へ漏洩することが未然に阻止される。
【０００７】
また請求項３記載のように発明を構成することにより、内燃機関がたとえ低速度で運転していて、排気バルブ下流側の排気通路から吸気ポペットバルブ上流側の吸気通路へ燃焼ガスが逆流し易い状態となっていても、その逆流がより一層確実に阻止される。
【０００８】
さらに請求項４記載のように発明を構成することにより、吸気バルブの開放による混合気の吸入が略終了する下死点近傍の時点から、過給ポンプにより高圧に加圧された高圧混合気が過給通路用吸気ポペットバルブの開放に伴なって燃焼室内に供給されるため、高圧混合気が吸気バルブより吸気通路上流側へ吹返すことがなく、火花点火式４サイクル内燃機関への混合気の過給が、円滑に行なわれ、排気量増大を伴なうことなく、高出力化が可能となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図１ないし図１１の図面に図示された本出願発明の一実施形態について説明する。
【００１０】
空冷頭上弁火花点火式単気筒４サイクル内燃機関１は、図示されない自動二輪車に、クランクシャフト７が車巾方向に指向するように搭載され、クランクケース２上にシリンダブロック３、シリンダヘッド４およびシリンダヘッドカバー5 が順次重ねられ、これらを貫通するボルト６でもって、クランクケース２、シリンダブロック３、シリンダヘッド４およびシリンダヘッドカバー５は、相互に一体に結合されている。
【００１１】
また図２に図示されるように、クランクシャフト７はクランクケース２に回転自在に枢支され、シリンダブロック３のシリンダ孔８に上下に摺動自在にピストン９が嵌装され、該ピストン９のピストンピン10とクランクシャフト７のクランクピン11とにコネクティングロッド12の両端が回転自在に枢着されており、シリンダヘッド４の下面中央の略半球状凹面13とシリンダブロック３のシリンダ孔８とピストン９の頂面とで画成される燃焼室14内にて、シリンダ孔８の上死点近傍で間欠的に点火プラグ15でもって点火される燃焼ガスにより、ピストン９が下方へ押圧され、その押圧力によりクランクシャフト７は回転駆動されるようになっている。
【００１２】
さらに図１に図示されるように、クランクシャフト７およびシリンダ孔８の各中心線を通る平面に沿いシリンダヘッド４を貫通して点火プラグ15および過給ポート16が配設されるとともに、図２に図示されるように、シリンダ孔８の中心線を通り前記平面と直交する平面に沿い吸気ポート17および排気ポート18が配設され、前記過給ポート16、吸気ポート17および排気ポート18にそれぞれ過給バルブ19、吸気バルブ20および排気バルブ21が、それぞれ開閉自在に設けられている。
【００１３】
さらにまた図１に図示されるように、シリンダ孔８の中心線から大径の吸気バルブ20よりも小径の排気バルブ21側にカムシャフト25がオフセットされて、該カムシャフト25はアンギュラーボールベアリング26およびボールベアリング27を介してシリンダヘッド４に回転自在に枢着されている。
【００１４】
また図２に図示されるように、カムシャフト25に対し等距離でかつ対称位置に、ロッカアームシャフト28、29が、カムシャフト25と平行してシリンダヘッド４に貫通支持され、該ロッカアームシャフト28、29に、それぞれロッカアーム30、31が揺動自在に枢支され、クランクシャフト７にドライブスプロケット32が、一体に嵌着されるとともに、該ドライブスプロケット32の倍の歯数のドリブンスプロケット33が、カムシャフト25にボルト34でもって一体に嵌着され、該ドライブスプロケット32およびドリブンスプロケット33に、無端カムチェーン35が架渡されており、クランクシャフト７が、図２にて時計方向へ２回転する毎に、過給バルブ19、吸気バルブ20および排気バルブ21が、図１２に図示されるようなタイミングで１回開閉駆動されるようになっている。
【００１５】
さらにアンギュラーボールベアリング26より外側に位置してカムシャフト25の外周に、２枚のシム36が嵌合され、その外側に過給カム37が、キーでもってカムシャフト25に周方向へ相対的に回転不能に嵌合され、さらにその外側に位置してカムシャフト25の中心ネジ孔（左回り方向ネジ）に、ボルト38が螺着されており、図２にて時計方向へ回転するカムシャフト25の回転を阻止する力が、該ボルト38に働いた場合には、該ボルト38は、カムシャフト25の中心ネジ孔に向ってネジ込まれ、過給カム37が、シム36を介してアンギュラーボールベアリング26に向って強く締付けられるようになっている。
そして図１にてシリンダヘッド４の左側を覆うヘッドカバー５にカムシャフト固定ボルト78が螺着され、該カムシャフト固定ボルト78の先端（右端）はボール79を介してカムシャフト25の先端に当接されており、該カムシャフト固定ボルト78を螺入し、ロックナット80でもってカムシャフト固定ボルト78を固定することにより、アンギュラーボールベアリング26とカムシャフト固定ボルト78とで、カムシャフト25を軸方向へ移動しないように固定できるようになっている。
【００１６】
さらにまた図１、図３に図示されるように、シリンダヘッド４の右側にポンプ取付けブロック39を介して、過給ポンプ40のシリンダケース41が、ボルト43により一体に嵌着され、図５および図６に詳細に図示されるように、該シリンダケース41のシリンダ孔42に、ピストン44が摺動自在に嵌装され、該シリンダケース41にクランクシャフト45が、シールベアリング46を介して回転自在に枢支され、該クランクシャフト45の先端は、前記カムシャフト25に螺着されたボルト38の頭部中心孔38ａにスプライン嵌合され、前記ピストン44に嵌挿されたピストンピン47とクランクシャフト45に嵌挿されたクランクピン48とに、コネクティングロッド49の両端が、ボールベアリング50、51を介して回転自在に嵌合されており、カムシャフト25と一体のクランクシャフト45が回転駆動されると、ピストン44が往復駆動されるようになっている。
【００１７】
なお過給ポンプ40のシリンダケース41とピストン44とは、その軸方向長さの中心を境にして２分割され、分割されたシリンダケース41は、ポンプ取付けブロック39とボルト43とにより相互一体に結合されるとともに、図６に図示されたように、分割されたピストン44は、ボルト52により相互に一体に結合され、シリンダ孔42内においては、ピストン44によって２個のシリンダ室53に仕切られている。
【００１８】
またシリンダケース40の両端面には、図８ないし図１０に図示されるように、吸入バルブ押えリング54、吸入リードバルブ55、リードバルブベース56、吐出リードバルブ57およびキャップ58が、順次重ねられ、吸入バルブ押えリング54、吸入リードバルブ55を貫通したノックピン60が、リードバルブベース56の盲孔に嵌合されるとともに、吐出リードバルブ57を貫通したノックピン61は、リードバルブベース56およびキャップ58の盲孔に嵌合されて、吸入バルブ押えリング54、吸入リードバルブ55、リードバルブベース56および吐出リードバルブ57は、シリンダケース40およびキャップ58に対しシリンダケース40の軸線を中心に回転できないように固定され、上方のキャップ58およびシリンダケース40を貫通して下方のキャップ58に螺着されるボルト59（図７参照）によって、これら吸入バルブ押えリング54、吸入リードバルブ55、リードバルブベース56、吐出リードバルブ57およびキャップ58は、シリンダケース40に一体に装着される。
【００１９】
そして図１０に図示されるように、吸入リードバルブ55には、外周部から中心に向った４枚のリード55ａが形成されており、該リード55ａの先端部は、リードバルブベース56の吸入孔56ａを開閉自在に塞ぐようになっている。
しかも吐出リードバルブ57には、半円形状の切欠き57ａが形成されており、その中心側のリード57ｂがリードバルブベース56の吐出孔56ｂを開閉自在に塞ぐようになっている。なお吸入リードバルブ55には、リードバルブベース56の吐出孔56ｂを連通させることができる長孔55ｂが形成されている。
【００２０】
さらに図５および図６に図示されるように、リードバルブベース56とキャップ58との間の中心部に、吸入室62が形成されるとともに、リードバルブベース56とキャップ58との間の外周部に、吐出室63（図６参照）が形成され、該上下のキャップ58の一側面に、連通ブロック64がボルト65によって一体に装着され、該上下の連通ブロック64に、吸入連通管66および吐出連通管67の上下両端が嵌着され、一方の吸入室62は、キャップ58および連通ブロック64に形成された吸入連通路68と吸入連通管66を介して他方の吸入室62に連通されるとともに、一方の吐出室63は、キャップ58および連通ブロック64に形成された吐出連通路69と吐出連通管67を介して他方の吐出室63に連通されている。
【００２１】
さらにまた下方の連通ブロック64における吸入連通路68より前後水平方向に向って吸入通路（図示されず）が形成され、該吸入通路は図示されない連通管を介して気化器（図示されず）に接続され、下方の連通ブロック64における吐出連通路69よりシリンダヘッド４に向う左右水平方向に沿って吐出通路71が形成され、図１、図３および図４に図示されるように、該吐出通路71は管継手ボルト72および連通管73を介して過給ポート16に接続されており、気化器にて燃料と混合された混合給気が吸入通路、吸入連通路68、吸入連通管66、吸入室62、吸入リードバルブ55およびリードバルブベース56の吸入孔56ａを介して上下のシリンダ室53に吸入され、ピストン44の上下動により加圧された後、リードバルブベース56の吐出孔56ｂ、吐出リードバルブ57、吐出室63、吐出連通管67、吐出連通路69、吐出通路71、連通路73および管継手ボルト72を介して過給ポート16に流入し、過給バルブ19が開弁した時に、混合気は、空冷頭上弁火花点火式単気筒４サイクル内燃機関1 の行程容積の１５０％（１例であって、これよりも大きくてもまたは小さくてもよい）の容積分だけ、燃焼室14内に供給されるようになっている。
【００２２】
しかも図６に図示されるように、上下に２分割されたシリンダケース41の合せ部近傍のシリンダ孔42に、浅い凹部42ａが形成され、吸入連通管66の長手方向中央に形成された孔66ａの外周を覆うように、リリーフブロック74に吸入連通管66が嵌合され、該リリーフブロック74の空間74ａとシリンダ孔42の凹部42ａとを連通する連通孔41ａが、シリンダケース41に形成され、該連通孔41ａの開口に当接しうるリリーフバルブ75がリリーフブロック74の空間74ａ内に設けられ、リリーフバルブ75は圧縮コイルスプリング76のバネ力によって連通孔41ａの開口に押付けられており、ピストン44の往復動により加圧されてピストン44内の空間44ａ内に浸入した加圧混合気は、ピストン44の側方開口44ｂよりシリンダ孔42の凹部42ａおよびシリンダケース40の連通孔41ａを通過して、リリーフブロック74の空間74ａ、吸入連通管66の孔66ａを介して吸入連通管66内に排出されるようになっている。
【００２３】
また図１に図示されるように、過給ポート16に露出したバルブガイド22の表面と、該バルブガイド22より突出した過給バルブ19のステム19ａとに、ゴムまたは合成樹脂製の軟質シール部材77が嵌装され、その外周面にバンド77ａが嵌装されて、軟質シール部材77が脱落しないようになっている。
【００２４】
図１ないし図１１に図示の実施形態は前記したように構成されているので、空冷頭上弁火花点火式単気筒４サイクル内燃機関１の運転状態では、クランクシャフト７が２回転する間に、図１２に図示されるようなタイミングで、吸気バルブ20おび排気バルブ21が開閉駆動されるとともに、過給バルブ19も開閉駆動され、吸気バルブ20の開放で燃焼室14内に吸入された混合気と、過給バルブ19の開放で燃焼室14内に過給された高圧混合気とが、上死点近傍の時点において、点火プラグ15の火花で着火され、この燃焼ガスの膨張により、ピストン９が下降され、コネクティングロッド12を介してクランクシャフト７が回転駆動される。
【００２５】
また過給ポンプ40は、カムシャフト25に直結されているため、過給ポンプ40の駆動系は極めて簡単な構造となる。そして動弁系のドリブンスプロケット33と反対側のカムシャフト25の端部に、過給ポンプ40が配置されているため、カムシャフト25近傍の構造が単純化される。
【００２６】
さらに過給ポンプ40は、空冷頭上弁火花点火式単気筒４サイクル内燃機関１の燃焼室14に接近して配置されているため、過給ポンプ40から燃焼室14への過給通路が大巾に短縮化され、過給効率および応答性が高水準に維持される。
【００２７】
さらにまた図９に図示されるように、吸気バルブ20の開放による混合気の吸入が略終了する下死点近傍の時点から、過給ポンプ40により高圧に加圧された高圧混合気が過給バルブ19の開放に伴なって燃焼室14内に供給されるため、高圧混合気が吸気バルブ20より吸気通路上流側へ吹返すことがなく、空冷頭上弁火花点火式単気筒４サイクル内燃機関１への混合気の過給が、円滑に行なわれ、排気量増大を伴なうことなく、高出力化が可能となる。
【００２８】
しかも過給ポンプ40は複動式であるため、たとえ、カムシャフト25および過給ポンプ40のクランクシャフト45が、空冷頭上弁火花点火式単気筒４サイクル内燃機関１のクランクシャフト７の半分の回転数で回転駆動されても、過給ポンプ40全体の大きさに比べて過給能力が高く、燃焼室14に高圧混合気が充分に過給される。
【００２９】
また過給ポンプ40は、圧力差に応じて自動的に開閉する吸入リードバルブ55および吐出リードバルブ57を備えているため、構造が簡単でコンパクトになり、コストダウンが可能である。
【００３０】
さらに過給バルブ19と過給カム37とのタペットクリアランスは、厚さの異なるシム36の交換によるカムシャフト25に対する過給カム37の軸方向移動でもって、頗る容易にかつ簡単にしかも適切に調整可能である。
【００３１】
さらにまた過給バルブ19のステム部19ａとバルブガイド22の過給ポート16側表面16ａとに、シール部材77が配設されているため、過給ポート16内の高圧混合気により、シール部材77がバルブガイド22の過給ポート16側の表面に押付けられて、過給バルブ19のステム部19ａとバルブガイド22との間隙が密封され、混合気の漏洩が阻止される。そして過給バルブ19の開弁時には、排気バルブ21が閉塞され、かつ過給ポート16内には燃焼室14内の排気ガスよりも高圧の高圧混合気が存在するため、燃焼室14内の排気ガスが、過給ポート16内に侵入することはなく、シール部材77は、高温の排気ガスでもって損傷される惧れがない。
【００３２】
しかも過給ポート16の延長線と吸気ポート17の延長線とが上方からみて直交し、かつ交叉するように過給ポート16と吸気ポート17とが配置されているため、混合気が充分に均一に混合しうるとともに、その交点に向って点火プラグ15からの火花が飛ぶため、点火が円滑に遂行されうる。
【００３３】
図示の実施形態の空冷頭上弁火花点火式単気筒４サイクル内燃機関１では、気化器により空気と燃料とが予め混合された混合気が、燃焼室14に供給されていたが、給気は空気のみで、燃焼室14内に燃料が直接噴射する形式の内燃機関にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本出願発明に係る空冷頭上弁火花点火式単気筒４サイクル内燃機関１の一実 施形態の縦断面図である。
【図２】図１のII−II線に沿って裁断した横断面図である。
【図３】図１の過給ポンプの平面図である。
【図４】図３のIVの矢視図である。
【図５】 図４のＶ−Ｖ線に沿って裁断した縦断面図である。
【図６】図５のVI−VI線に沿って裁断した縦断面図である。
【図７】図６のVII −VII 線に沿って裁断した従断面図である。
【図８】図５のVIII−VIII矢視図である。
【図９】図６のIX−IX矢視図である。
【図１０】 過給ポンプの吸排リードバルブの分解説明図である。
【図１１】 図１の要部拡大断面図である。
【図１２】図１の実施形態における過給バルブ、吸気バルブおよび排気バルブの開閉タイミングを図示した特性図である。
【符号の説明】
１…空冷頭上弁火花点火式単気筒４サイクル内燃機関、２…クランクケース、３…シリンダブロック、４…シリンダヘッド、５…シリンダヘッドカバー、６…ボルト、７…クランクシャフト、８…シリンダ孔、９…ピストン、10…ピストンピン、11…クランクピン、12…コネクティングロッド、13…略半球状凹面、14…燃焼室、15…点火プラグ、16…過給ポート、17…吸気ポート、18…排気ポート、19…過給バルブ、20…吸気バルブ、21…排気バルブ、22,23,24…バルブガイド、25…カムシャフト、26…アンギュラーボールベアリング、27…ボールベアリング、28,29 …ロッカアームシャフト、30,31 …ロッカアーム、32…ドライブスプロケット、33…ドリブンスプロケット、34…ボルト、35…無端カムチェーン、36…シム、37…過給カム、38…ボルト、39…ポンプ取付けブロック、40…過給ポンプ、41…シリンダケース、42…シリンダ孔、43…ボルト、44…ピストン、45…クランクシャフト、46…シールベアリング、47…ピストンピン、48…クランクピン、49…コネクティングロッド、50,51 …ボールベアリング、52…ボルト、53…シリンダ室、54…吸入バルブ押えリング、55…吸入リードバルブ、56…リードバルブベース、57…吐出リードバルブ、58…キャップ、59…ボルト、60,61 …ノックピン、62…吸入室、63…吐出室、64…連通ブロック、65…ボルト、66…吸入連通管、67…吐出連通管、68…吸入連通路、69…吐出連通路、71…吐出通路、72…管継手ボルト、73…連通管、74…リリーフブロック、75…リリーフバルブ、76…圧縮コイルスプリング、77…シール部材、78…カムシャフト固定ボルト、79…ボール、80…ロックナット。

Claims (4)

1. 複数個の吸気ポペットバルブを備えた火花点火式４サイクル内燃機関において、その内の一個の吸気ポペットバルブは、高圧に加圧された吸気を燃焼室に間欠的に供給する過給通路用吸気ポペットバルブであり、該過給通路用ポペットバルブが、バルブガイドに摺動自在に支持され、該バルブガイドのポペット弁頭端部は、過給ポートを流れる混合気の吸気流路よりバルブ弁軸端側に配置され、該バルブガイドと前記過給通路用吸気ポペットバルブのステムとの摺動間隔部を密封するシール部材が、前記バルブガイドの吸気通路側表面に接して前記バルブガイドと前記過給ポートのポペット弁軸端側で形成される凹部内に配設されたことを特徴とする火花点火式４サイクル内燃機関。
2. 前記バルブガイドのポペット弁頭端部を覆う前記シール部材のポペット弁軸端側部にシール止め部材が取り付けられたことを特徴とする請求項１記載の火花点火式４サイクル内燃機関。
3. 前記過給通路用吸気ポペットバルブは、排気ポペットバルブの閉弁後に開弁することを特徴とする請求項１または請求項２記載の火花点火式４サイクル内燃機関。
4. 前記過給通路用吸気ポペットバルブは、吸入下死点近傍で開弁することを特徴とする請求項３記載の火花点火式４サイクル内燃機関。

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