JP4484743B2

JP4484743B2 - 内燃機関

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Publication number: JP4484743B2
Application number: JP2005102355A
Authority: JP
Inventors: 良久保田; 博栗原; 智司飯島
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2005-03-31
Filing date: 2005-03-31
Publication date: 2010-06-16
Anticipated expiration: 2025-03-31
Also published as: JP2006283614A

Description

本発明は、低負荷時に燃焼室において混合気のスワール流を発生させて効率よく燃焼するように構成された内燃機関に関する。

燃焼室内において混合気のスワール流を発生させると低負荷時の燃焼効率が向上するが、高負荷時には、逆に吸気抵抗が増大して充填効率が低下するため、２個の吸気ポートを設け、低負荷時には一方の吸気ポートからのみ燃焼室に混合気を供給してスワール流を発生させ、高負荷時には、両方の吸気ポートから燃焼室に混合気または空気を供給してスワール流を打ち消す構成の内燃機関が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開昭６２−１０２８５６号公報

しかしながら、２個の吸気ポートをシリンダヘッド内で水平方向に分岐させると、ポートの経路と燃焼室への流入角度が制限されるという課題があった。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、２個の吸気ポートから流入する空気または混合気の流入角度を変えることにより、効率よく燃焼させることができる内燃機関を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明に係る内燃機関（例えば、実施形態におけるエンジン１）は、少なくとも一つの燃焼室を有し、この燃焼室に連通する少なくとも２つの吸気通路（例えば、実施形態における第１および第２通路３３ｂ，３３ｃと第１および第２吸気ポート１２，１３）と、これらの吸気通路のいずれかに設けられ、吸気通路に直交する方向に設けられた軸を中心に弁部材を回転させて当該吸気通路を開閉する開閉弁（例えば、実施形態におけるＳＣＶ３５）とを有し、低負荷運転時には開閉弁を閉止するように構成されたものであり、開閉弁が設けられた吸気通路の燃焼室への流入角度を、残りの吸気通路の流入角度より大きくなるように構成される。なお、ここで流入角度とは、吸気通路と燃焼室においてこの吸気通路を開閉する吸気バルブの着座面とのなす角度のことを示す。また、吸気通路は開閉弁より上流に湾曲部が設けられ、開閉弁を開放するときは、弁部材の上流側で吸気通路の湾曲部の外周壁面側から開放されることを特徴とする。

このような本発明に係る内燃機関において、燃焼室が形成されるシリンダヘッド内において、吸気通路が各々独立して形成されていることが好ましい。

また、開閉弁は、ロータリーバルブもしくはバタフライバルブで構成されることが好ましい。

本発明に係る内燃機関を以上のように構成すると、開閉弁が設けられていない吸気ポートの燃焼室への流入角度は小さくなるため、低負荷運転時に、混合気の強い斜めスワール流が形成されて効率よく燃焼させることができる。また、開閉弁が設けられた吸気ポートの燃焼室への流入角度は大きくなるため、流入抵抗が低減し、吸気効率を高くしてスワール流を打ち消すことにより効率よく燃焼させることができる。

なお、吸気通路をシリンダヘッド内で各々独立して形成することにより、吸気通路の最適化を図る上で配置の自由度を上げることができるとともに、この吸気通路周辺のスペースを小さくすることができるので、シリンダヘッドの小型化を図ることができる。

また、開閉弁を上流側で吸気通路の湾曲部の外周壁面側から開放するように構成することにより、この吸気通路を流れる空気をスムーズに流して燃焼室に流れ込む空気の総量およびスワール比を高くすることができる。

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。まず、図１〜図５を用いて自動二輪車に搭載される空冷式内燃機関（エンジン１）について説明する。エンジン１は、シリンダヘッドカバー２、シリンダヘッド３、シリンダブロック４、および、クランクケース５から構成されている。なお、このエンジン１は、シリンダヘッド３が前方に延びるように自動二輪車に搭載されるため、以降の説明においては、図１における矢印Ｕの方向を上方とし、矢印Ｆの方向を前方として説明する。

シリンダブロック４には、円筒状のシリンダスリーブ６がはめ込まれており、このシリンダスリーブ６に囲まれて形成されたシリンダ室７にはこのシリンダ室７内を摺動自在にピストン８が配設されている。このピストン８は、コンロッド９を介してクランクケース５内に回転自在に支持されるクランクシャフト１０に接続されている。そして、シリンダスリーブ６、シリンダヘッド３およびピストン８で囲まれて燃焼室１１が形成される。

シリンダヘッド３には、２本の吸気ポート（第１吸気ポート１２および第２吸気ポート１３）と１本の排気ポート１４とが内部に形成されている。第１および第２吸気ポート１２，１３は、シリンダヘッド３内を上方に延び、第１吸気ポート１２の一端は第１吸気口１５で燃焼室１１と連通し、他端は上部に形成された第１吸気接続口１９で外部に連通する。また、第２吸気ポート１３の一端は第２吸気口１６で燃焼室１１と連通し、他端は上部に形成された第２吸気接続口２０で外部に連通する。このように、第１および第２吸気ポート１２，１３は、シリンダヘッド３内において各々独立して形成されるとともに、正面視において左右に並んで形成されている。一方、排気ポート１４は、シリンダヘッド３内で一端側が分岐してＹ字状に形成されて下方に延び、第１排気ポート１４ａが第１排気口１７で燃焼室１１に連通し、第２排気ポート１４ｂが第２排気口１８で燃焼室１１に連通し、他端が排気接続口２１で外部に連通する。

また、シリンダヘッド３は、茸形状の第１および第２吸気バルブ２２，２３と茸形状の第１および第２の排気バルブ２４，２５とを有しており、これらのバルブ２２〜２５は、一端が弁軸に取り付けられてリテーナに支持され、他端がシリンダヘッド３に支持されるバルブスプリング２６〜２９（第２の排気バルブ２５に対するバルブスプリング２９は図示しない）により、それぞれ第１および第２吸気口１５，１６と第１および第２排気口１７，１８とを常時閉じる方向に付勢されている。

さらに、シリンダヘッド３には、第１および第２吸気バルブ２２，２３と第１および第２排気バルブ２４，２５とを開閉作動させるためのカムシャフト３０が回転自在に支持されており、図示しないチェーン機構（タイミングチェーン）によりクランクシャフト１０の回転が伝達される。このカムシャフト３０には、第１および第２吸気バルブ２２，２３と第１および第２排気バルブ２４，２５とのそれぞれに対応したカム３１が形成されており、このカム３１によりロッカーアーム３２を押し上げることにより、それぞれのバルブ２２〜２５を押し下げて第１および第２吸気口１５，１６と第１および第２排気口１７，１８とをそれぞれ開閉する。

第１および第２吸気ポート１２，１３の第１および第２吸気接続口１９，２０にはインレットパイプ３３が取り付けられており、さらにこのインレットパイプ３３を介してスロットルバルブ３４が取り付けられている。インレットパイプ３３内には通路が形成されており、この通路は、スロットルバルブ３４に連通する吸気側通路３３ａと、この吸気側通路３３ａがシリンダヘッド３に向かって分岐した第１通路３３ｂおよび第２通路３３ｃとから構成される。そして、第１通路３３ｂが第１吸気接続口１９に接続され、第２通路３３ｃが第２吸気接続口２０に接続される。そのため、スロットルバルブ３４から供給された空気は吸気側通路３３ａから第１通路３３ｂおよび第２通路３３ｃに分岐され、この第１および第２通路３３ｂ，３３ｃを通って第１および第２吸気口１５，１６から燃焼室１１に供給される。

インレットパイプ３３の第１通路３３ｂの途中には、この第１通路３３ｂを開閉するスワールコントロールバルブ（以下「ＳＣＶ」と略す）３５が設けられている。このＳＣＶ３５は、エンジン１が低負荷運転時には閉じられて第２通路３３ｃ（吸気口１６）からのみ空気（混合気）を供給して燃焼室１１内にスワール（渦巻き）を形成するように構成されている。

また、図５に示すように、インレットパイプ３３の下部にはインジェクタ４６が取り付けられており、第２通路３３ｃから第２吸気ポート１３に向けて流れる空気に燃料を微粒子化して（霧状にして）噴射して、混合気として燃焼室１１に供給するように構成されている。すなわち、燃料は常時空気を供給する第２吸気ポート１３から混合気として供給されるため、インジェクタ４６の噴霧性能を確保することができる。

それでは、図６を用いてＳＣＶ３５の開閉方法について説明する。ＳＣＶ３５は、ロータリーバルブで構成されており、第１通路３３ｂを開閉する弁部材３５ａと、これと連動するアーム部材３５ｂとからなり、アーム部材３５ｂを回転させることにより弁部材３５ａの開閉動作を行うように構成されている。アーム部材３５ｂには、リンク部材３６を介してダイヤフラム３７が接続されている。ダイヤフラム３７には、内部に作用室３７ａが形成されており、この作用室３７ａには、第１吸気通路３８を介して開閉弁３９が接続されている。なお、ここでの説明はＳＣＶ３５をロータリーバルブで構成した場合について説明するが、このＳＣＶ３５を図１および図９に示すようにバタフライバルブで構成することも可能である。

一方、インレットパイプ３３の第２通路３３ｃの先端部（第２吸気接続口２０の近傍）には外部に連通する通気パイプ４０が設けられており、この通気パイプ４０が第２吸気通路４１を介して、バキュームタンク４２に接続されている。なお、第２吸気通路４１とバキュームタンク４２との間には、バキュームタンク４２から第２通路３３ｃ内に空気が流れないように逆止弁４３が設けられている。また、このバキュームタンク４２は、第３吸気通路４４を介して開閉弁３９に接続されている。このような構成において、インレットパイプ３３を介して燃焼室１１に空気を供給するとこの第２通路３３ｃ内は大気圧に対して負圧となるため、バキュームタンク４２内も負圧となる。

この開閉弁３９は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）４５からの制御により、バキュームタンク４２内の圧力か、大気圧かを切替えて、ダイヤフラム３７の作用室３７ａにかけるように構成されており、ＥＣＵ４５が、エンジン１が所定の負荷以上で運転されていると判断したときに、この開閉弁３９を切替えてバキュームタンク４２と作用室３７ａとを連通してこの作用室３７ａを負圧とする。すると、リンク部材３６が引っ張られてアーム部材３５ｂを回転させ、弁部材３５ａを開放して第１通路３３ｂから燃焼室１１に空気を供給する。また、ＥＣＵ４５が、エンジン１が所定の負荷より小さい負荷で運転されていると判断したときは、開閉弁３９を切替えて作用室３７ａを大気圧とすることにより、バネ３７ｂでリンク部材３６が押し戻されてアーム部材３５ｂを回転させ、弁部材３５ａを閉止する。

このように、常時開状態にある第２通路３３ｃのシリンダヘッド３に近い側から通気パイプ４０により負圧を取り出すことにより、ＳＣＶ３５を開作動させるための駆動力を容易に確保できるとともに、安定した負圧を確保することができる。

なお、ＳＣＶ３５の開閉作動は、図７に示すように、スロットバルブ３４の作動と連動させるように構成することもできる。すなわち、ＳＣＶ３５のアーム部材３５ｂに連結されたリンク部材３６をスロットバルブ３４のスロットルと連結する。このとき、スロットルバルブ３４が所定の開度になるまではリンク部材３６が引っ張られないように連結されている。そのため、スロットルバルブ３４が所定の開度以上になるとリンク部材３６が引っ張られてアーム部材３５ｂが回転し、弁部材３５ａが開放する。このようにＳＣＶ３５をスロットルバルブ３４の開閉に応じて開閉するように構成することにより、スロットルバルブ３４との連動性が高まり、スロットルバルブ３４の開度が低くてエンジン１が低負荷運転であるときは、第１通路３３ｂが閉じて燃焼室１１内にスワール流が発生する。

このように構成されたエンジン１において、ＳＣＶ３５が閉止されているときは、図示しないエアクリーナで正常な状態にされた空気がスロットルバルブ３４からインレットパイプ３３に流れ込み、さらに第２通路３３ｃから第２吸気ポート１３に流れ込んで燃料が混合された混合気となり、第２吸気口１６から燃焼室１１に供給される。そのため、燃焼室１１内で混合気の強い斜めスワール流が形成され効率よく燃焼することができる。一方、ＳＣＶ３５が開放されているときは、インレットパイプ３３に流れ込んだ空気は第１および第２通路３３ｂ，３３ｃから第１および第２吸気ポート１２，１３に流れ込み、第１吸気口１５からは空気が、第２吸気口１６からは混合気がそれぞれ燃焼室１１に供給される。そのため第１および第２吸気口１５，１６から流れ込む空気および混合気が衝突し、スワール流が減衰されるとともに、ダンブル流も減衰するため、不要な燃焼圧の急激な上昇が緩和され低騒音運転が可能となる。

以上のようにして燃焼室１１に供給された空気および混合気はピストン８で圧縮された後、点火プラグ４７で点火されて燃焼し、ピストン８を介してクランクシャフト１０を回転させるエネルギーとなり、その後、排気ガスとして第１および第２排気口１７、１８から排気ポート１４に流れ出し外部に排出される。

このエンジン１において、インレットパイプ３３に形成された第１および第２通路３３ｂ，３３ｃとこれに繋がるシリンダヘッド３に形成された第１および第２吸気ポート１２，１３とは、図８に示すように、側面視において、第１通路３３ｂおよび第１吸気ポート１２からなる吸気通路の方が、第２通路３３ｃおよび第２吸気ポート１３からなる吸気通路よりもエンジン１の前方側に位置している。すなわち、図８からも明らかなように、ＳＣＶ３５が接続された第１吸気ポート１２と第１吸気口１５（第１吸気バルブ２２の着座面）とのなす角度よりも、常時空気が供給される第２吸気ポート１３と第２吸気口１６（第２吸気バルブ２３の着座面）とのなす角度の方が、シリンダヘッド３側に倒れており、第１吸気口１５から燃焼室１１に流入する混合気の流入角よりも第２吸気口１６から燃焼室１１に流入する混合気の流入角が小さくなる。そのため、第２吸気ポート１３の顎部形状１３ａをシャープエッジ化して燃焼室１１内における混合気の斜めスワール成分を強化することができる。一方、第１吸気ポート１２の顎部形状１２ａはその曲率半径が大きくなり流入抵抗を低減することができるので、混合気は第１吸気口１５から燃焼室１１にスムーズに流れ込み吸気効率を高くすることができる。

なお、上述したように、第１および第２吸気口１５，１６に連通する第１および第２吸気ポート１２，１３は、それぞれ独立してシリンダヘッド３に形成されており、スロトットルバルブ３４から流出した空気はインレットパイプ３３内で第１および第２通路３３ｂ，３３ｃに分岐している。そのため、燃焼室１１への吸気通路の最適化を図る上で、第１および第２吸気ポート１２，１３の配置の自由度が上がるとともに、これらのポート１２，１３周辺のスペースを小さくすることができ、シリンダヘッド３の小型化を図ることができる。また第１および第２吸気口１５，１６に繋がる第１および第２吸気ポート１２，１３の分岐をシリンダヘッド３内ではなくインレットパイプ３３内に形成することにより、従来構造に対して分岐後の吸気ポート部分の管路長を長く取ることができる。そのため、第１および第２吸気ポート１２，１３の断面積変化を小さくすることができ、また、部分的な曲率を大きく取ることができ、そのためスムーズに混合気を燃焼室１１へ導くことができる。

また、スロットルバルブ３４はシリンダヘッド３の上方で前方に配置されているため、インレットパイプ３３の第１および第２通路３３ｂ，３３ｃは前方から下方に向かって曲げられて取り付けられるため湾曲部３３ｄを有しており、また、ＳＣＶ３５は、第１通路３３ｂが上下に延びる部分に取り付けられている。そのため、図８の矢印Ａに示すように、スロットルバルブ３４から流出した空気は、インレットパイプ３３（第１および第２通路３３ｂ，３３ｃ）の湾曲部３３ｄ内の通路における外周の壁面側、すなわち、このエンジン１が取り付けられる自動二輪車の前後方向の後方側に偏ってＳＣＶ３５に流れ込む。そのため、ＳＣＶ３５を構成する弁部材３５ａを開放するときの回転方向を、図８の矢印Ｂの方向に回転させて開放すると、この弁部材３５ａは、第１通路３３ｂのスロットルバルブ３４側の後方側と、第１通路３３ｂの燃焼室１１側の前方側とを繋くように開放されるため、弁部材３５ａは、スロットルバルブ３４から流れ込む空気が偏って流れ込む側から開放されることになり、空気の流れを妨げることなく第１吸気口１５に流出させることができる。これにより、燃焼室１１に流れ込む空気の総量およびスワール比を高くすることができる。

さらに、ＳＣＶ３５の軸は第１吸気ポート１２に対して斜めに配置され、またグランドレベルに対して並行に配置されている。そのため、常に燃焼室１１に空気を供給する第２通路３３ｃにＳＣＶ３５の軸を貫通させる必要がなく、この第２通路３３ｃの空気の流れを阻害せず、そのため、径を小さくすることができる。またこのような構造にすることにより軸受け構造の耐久性を確保することができる。

シリンダヘッド３に形成された第１および第２吸気接続口１９，２０に対して、インレットパイプ３３は、インシュレータ４８を介して接続されている。このインシュレータには、第１通路３３ｂと第１吸気ポート１２とを連通する第１接続通路４８ａと、第２通路３３ｃと第２吸気ポート１３とを連通する第２接続通路４８ｂとが形成されている。第２通路３３ｃ、第２吸気ポート１３、および、第２接続通路４８ｂは図２に示すように同一の内径を有して形成されている。しかし、ＳＣＶ３５が設けられた第１通路３３ｂの内径Ｘの方が、第１吸気ポート１２の内径Ｙよりも大きく形成されているため、これに合わせて第１接続通路４８ａの内径も、ＳＣＶ３５側の内径が大きくなるように形成されている。

このように、ＳＣＶ３５が設けられた方の吸気通路をインシュレータ４８の第１接続通路４８ａの径で絞ることにより、ＳＣＶ３５の通路断面積を等価とすることができる。そのため、ＳＣＶ３５を開放して、第１および第２吸気ポート１２，１３から燃焼室１１に空気を供給するときの流量のバランスを確保することができる。

ところで、このエンジン１は空冷構成であるため、冷却には内部の潤滑に用いられる潤滑油により行われており、シリンダヘッド３を冷却した潤滑油は、下方に流れ、クランクケース５に流れ込む。このクランクケース５の前方下部には、内部に油溜め４９が形成されており、シリンダヘッド３等を潤滑して流れ出た潤滑油は一時的にこの油溜め４９に溜まり、油面がこの油溜め４９を形成する壁の高さを超えるとクランクケース５の下部に形成されたオイル貯留部（図示せず）へ戻る。図１からも明らかなように、この油溜め４９はクランクケース５の前方下部で、シリンダブロック４の後部に形成されているため、シリンダヘッド３からシリンダブロック４を経由して戻された潤滑油はエンジン１内の他の部位から戻ってきた潤滑油と混じらずに油溜め４９に溜められる。

この油溜め４９には、油温センサ５０が取り付けられており、シリンダヘッド３から戻ってきた潤滑油の温度を測定することで、シリンダヘッド３の温度上昇を検出することができる。この油溜め４９は、図１に示すように、側面視において入口部４９ａ断面積が底部４９ｂの断面積に比べて大きく形成されているため、自動二輪車が走行中に傾いたとしても内部に十分な潤滑油が保持され、確実に油温を測定することができる。そのため、油溜め４９をこのような構成とすると、エンジン１の回転数や姿勢変化に影響されることなく、常に安定してシリンダヘッド３から戻った潤滑油の温度を測定することができる。なお、潤滑油は、温度が一旦上昇した後は、被水等の外部の影響を受けにくく、安定した温度を測定することができる。

この油温センサ５０は、図１０に示すように、クランクケース５の側面から左右方向に延びて取り付けられている。また、油温センサ５０のクランクケース５から突出する部分は、図１１に示すように、このクランクケース５の外側へ突出して、このクランクケース５と一体に形成されたカバー部５１により覆われるように構成されている。油温センサ５０をこのように取り付けることにより、側面視において、油温センサ５０はクランクケース５の輪郭内に配置されており、路面段差等による衝突を受けても、直接衝撃を受けることがなく破損しにくくすることができる。また、クランクケース５と一体で形成されたカバー部５１で囲むことにより、車両走行時に跳ね上げられた小石等の直撃を防ぐことができる。

なお、油溜まり４９は、クランクケース５に一体に形成された壁で構成されているため、機械加工の必要がなく、製造コストの増加を抑えることができる。また、カバー部５１もクランクケース５と一体に形成されているため、別体の部品を設ける必要がなく、外観が良く、製造コストを抑えることができる。

本発明に係るエンジンのシリンダヘッドを中心とする断面を示した右側面図である。第２吸気ポートの要部を示す右側面図である。エンジンの右側面図である。シリンダヘッドとインレットパイプの構成を示す正面図である。シリンダヘッドとインジェクタとの構成を示す側面図である。吸気ポートの負圧によりＳＣＶを開閉する開閉機構を示すブロック図である。スロットルバルブと連動してＳＣＶを開閉する開閉機構を示すブロック図である。インレットパイプに形成された第１および第２通路と第１および第２吸気ポートの配置を示す側面図である。シリンダヘッドとインレットパイプとの結合部に設けられたインシュレータの構成を示す側面図である。クランクケースにおける油溜め近傍の断面図である。エンジンの左側面図である。

符号の説明

１エンジン（内燃機関）
３シリンダヘッド
１１燃焼室
１２第１吸気ポート（吸気通路）
１３第２吸気ポート（吸気通路）
３３インレットパイプ
３３ａ吸気側通路（吸気通路）
３３ｂ第１通路（吸気通路）
３３ｃ第２通路（吸気通路）
３３ｄ湾曲部
３５ＳＣＶ（開閉弁）
３５ａ弁部材

Claims

少なくとも一つの燃焼室を有する内燃機関であって、前記燃焼室に連通する少なくとも２つの吸気通路と、前記吸気通路のいずれかに設けられ、前記吸気通路に直交する方向に設けられた軸を中心に弁部材を回転させて前記吸気通路を開閉する開閉弁とを有し、低負荷運転時には前記開閉弁を閉止するように構成された内燃機関において、
前記開閉弁が設けられた前記吸気通路の前記燃焼室への流入角度を、前記残りの吸気通路の前記燃焼室への流入角度より大きくなるように構成し、
前記吸気通路は前記開閉弁より上流に湾曲部が設けられ、
前記開閉弁を開放するときは、前記弁部材の上流側で前記吸気通路の前記湾曲部の外周壁面側から開放されることを特徴とする内燃機関。
前記燃焼室が形成されるシリンダヘッド内において、前記吸気通路が各々独立して形成されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
前記開閉弁はロータリーバルブで構成されることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関。
前記開閉弁はバタフライバルブで構成されることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関。