JPH1122473A - 過給ポンプ付き火花点火式4サイクル内燃機関 - Google Patents
過給ポンプ付き火花点火式4サイクル内燃機関Info
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Abstract
とは別個の過給弁を介して燃焼室に過給するように構成
された過給ポンプ付き火花点火式4ストロークサイクル
内燃機関を提供することにある。 【解決手段】 過給ポンプ40により加圧された給気が、
吸気弁とは別個の過給弁19を介して燃焼室14に過給さ
れる過給ポンプ付き火花点火式4 サイクル内燃機関1 に
おいて、シリンダヘッド4 に枢支された吸排気弁駆動用
カムシャフト25により駆動される過給ポンプ40が、該カ
ムシャフト25の軸線上に配置されるとともに前記カムシ
ャフトの端部に直結され、前記過給ポンプ40は、前記吸
排気弁駆動用カムシャフト25の動弁駆動系端部33の反対
側の端部に配置されたものである。
Description
より加圧された給気を、吸気弁とは別個の過給弁を介し
て燃焼室に過給するように構成された過給ポンプ付き火
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。
給気を吸気弁とは別個の過給弁を介して燃焼室に過給す
る火花点火式4サイクル内燃機関として、特公昭63−
5562号公報および特開平7−109929号に記載
されたものがある。
ものでは、気化器を内蔵した吸気通路は、主吸気通路と
副吸気通路とに並列に分岐されており、主吸気通路内を
通過する混合気は、リード弁および主吸気弁を介して内
燃機関の燃焼室内に供給されとともに、副吸気通路内を
通過する混合気は、過給ポンプにより加圧され、副吸弁
を介して燃焼室内に供給されるようになっている。
のものにおいては、並列に形成された主吸気通路および
副吸気通路の各上流端は、それぞれエアクリーナに接続
されるとともに、この主吸気通路および副吸気通路の各
下流端は、それぞれ吸気弁を介て内燃機関の燃焼室に接
続され、主吸気通路には気化器が介装されるとともに、
副吸気通路には往復型過給ポンプが付設されている。
に記載されたものにおいては、過給ポンプは、吸気弁が
設けられているシリンダヘッドに設けられ、かつカムシ
ャフトに伝動部材を介して連結されているため、加圧混
合気の通路容積がそれ程大きくならず、応答性は良好で
はあるものの、伝動系を必要とする結果、構造が複雑化
し、しかも内燃機関全体がコンパクトになりにくい。
のものでは、内燃機関のクランク軸に連結されたピスト
ンの往復動でもって吸気が過給されるようになっている
ため、過給ポンプから吸気弁迄の吸気通路容積が大き
く、応答性と効率が悪く、さらにこの往復動型過給ポン
プは単動型であるので、一定の過給量確保のためには、
大型の過給ポンプが必要となる不具合があった。
ような不具合を解消した過給ポンプ付き火花点火式4サ
イクル内燃機関の改良に係り、請求項1記載の発明は、
過給ポンプにより加圧された給気が、吸気弁とは別個の
過給弁を介して燃焼室に過給される過給ポンプ付き火花
点火式4サイクル内燃機関において、シリンダヘッドに
枢支された吸排気弁駆動用カムシャフトにより駆動され
る過給ポンプが、該カムシャフトの軸線上に配置された
ことを特徴とするものである。
成されているので、過給ポンプから吸気弁迄の吸気通路
が短くなって、その通路容積が小さくなる結果、応答性
と効率が向上する。
ことにより、カムシャフトと過給ポンプとの動力伝達系
を排除して、構造の簡略化とコンパクト化を推進するこ
とができ、コストダウンを図ることができる。
ることにより、吸気弁駆動用カムシャフトの動弁駆動系
と干渉を起こすことなく、前記過給ポンプを吸排気弁に
接近させ、内燃機関のシリンダヘッドをコンパクトにま
とめて、内燃機関の小型化をさらに促進することができ
る。
成することにより、過給ポンプをさらに一段と小型化す
ることができる。
ことにより、前記過給ポンプ内で混合気中の燃料を均一
に分散させることができる。
ることにより、過給されない通常吸気の吸気期間を延長
することができるとともに、加圧された過給給気による
通常給気の吹返しを阻止することができ、給気効率を大
巾に向上させることができる。
図示された本出願発明の一実施形態について説明する。
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。
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。
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。
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。
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11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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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6
2、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。
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41
a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。
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。
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11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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
カムシャフト25に直結された過給ポンプ40のクランクシ
ャフト45は、コネクティングロッド49を介してピストン
44に連結されたが、図12に図示されるように、カムシ
ャフト25に直結された過給ポンプのクランクシャフト45
の小径部45aが、ピストン44の横方向溝(紙面に対し直
交する方向)に係合された構造でもよい。
の回転に対してピストン44が往復駆動されうる。
4サイクル内燃機関1では、左右の吸気バルブ20および
排気バルブ21のステム20a、21aの頂端が、基準円錐面
のカム山25a、25bに該当し、過給バルブ19のステム19
aの頂端は、基準円柱面のカム山25cに当接し、カム山
25bのみが、カムシャフト25に対し軸方向へ調整可能と
なっているが、カム山25aも軸方向へ調整可能に構成す
れば、吸気バルブ20および排気バルブ21のタペットクリ
アランス調整が容易となる。
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。
実施形態の縦断面図である。
る。
る。
る。
である。
である。
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。
る。
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 (6)
- 【請求項1】 過給ポンプにより加圧された給気が、吸
気弁とは別個の過給弁を介して燃焼室に過給される過給
ポンプ付き火花点火式4サイクル内燃機関において、シ
リンダヘッドに枢支された吸排気弁駆動用カムシャフト
により駆動される過給ポンプが、該カムシャフトの軸線
上に配置されたことを特徴とする過給ポンプ付き火花点
火式4サイクル内燃機関。 - 【請求項2】 前記過給ポンプは、前記カムシャフトの
端部に直結されたこを特徴とする請求項1記載の過給ポ
ンプ付き火花点火式4サイクル内燃機関。 - 【請求項3】 前記過給ポンプは、前記吸排気弁駆動用
カムシャフトの動弁駆動系端部の反対側の端部に配置さ
れたことを特徴とする請求項1または請求項2記載の過
給ポンプ付き火花点火式4サイクル内燃機関。 - 【請求項4】 前記過給ポンプは、往復型複動ポンプで
あって、前記吸排気弁駆動用カムシャフトにクランク機
構を介して直結されたことを特徴とする請求項1ないし
請求項3いずれか記載の過給ポンプ付き火花点火式4サ
イクル内燃機関。 - 【請求項5】 前記給気は、気化器からの混合気である
ことを特徴とする請求項1ないし請求項4いずれか記載
の過給ポンプ付き火花点火式4サイクル内燃機関。 - 【請求項6】 前記過給ポンプで加圧された過給給気
は、吸入行程終期の下死点を過ぎた時期より開始される
ことを特徴とする請求項1ないし請求項5いずれか記載
の過給ポンプ付き火花点火式4サイクル内燃機関。
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