JP2002317639A

JP2002317639A - 内燃機関

Info

Publication number: JP2002317639A
Application number: JP2001120325A
Authority: JP
Inventors: Kazunori Kikuchi; 一紀菊池
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2001-04-18
Filing date: 2001-04-18
Publication date: 2002-10-31
Anticipated expiration: 2021-04-18
Also published as: JP4878694B2

Abstract

(57)【要約】【課題】圧縮行程時に吸気を還流させる内燃機関にお
いて、所要量の吸気の還流がなされたうえで、燃焼室内
に強いスワールを生成する。【解決手段】内燃機関は、燃焼室内にシリンダボアの
中心軸線の回りにスワールを生成するように吸気を流入
させる第１吸気ポートと、スワールの向きに対向して燃
焼室に開放するストレートポートにより構成される第２
吸気ポートとを備え、第１，第２吸気ポートの吸気口は
第１，第２吸気弁によりそれぞれ開閉される。第２吸気
弁は、第１吸気弁の時期T1よりも第１吸気弁が最大リフ
ト量で開弁される時期T2に近い開時期T4に開弁されると
共に、第１吸気弁の最大リフト量よりも小さな最大リフ
ト量で開弁され、第１，第２吸気弁は、圧縮行程時に燃
焼室内の吸気をそれぞれ第１，第２吸気ポートに還流さ
せる下死点後のほぼ同一閉時期T3，T5に閉弁される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃焼室内に吸入さ
れた吸気を、圧縮行程時に吸気ポートに還流させるよう
に吸気弁の閉時期が設定された、いわゆるミラーサイク
ルで運転される内燃機関に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の技術として、特開昭５８−１２
２３１７号公報に開示されたエンジンの吸気装置が知ら
れている。この吸気装置は、シリンダ内にスワールを生
成する吸気ポートを開閉する主吸気バルブと、スワール
に対向して開口する吸気還流ポートを開閉する吸気還流
バルブとを備え、主吸気バルブよりも遅い時期に開弁す
る吸気還流バルブは、下死点付近で閉弁する主吸気バル
ブが閉弁した後の圧縮行程時にも開弁し続けており、そ
れによってシリンダ内に吸入された吸気が、開閉弁が設
けられた吸気還流通路を経て吸気通路に還流する。この
とき、吸気還流ポートはスワールに対向して開口してい
るので、スワールが大きく破壊されることがない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記吸気装
置では、主吸気バルブが下死点付近で閉弁することか
ら、吸気還流バルブは、シリンダ内へ吸入される吸気量
の確保および主吸気バルブの閉弁後に所要量の吸気の還
流のために、主吸気バルブが最大リフト量で開弁される
時期よりもかなり前に開弁されるうえ、主吸気バルブと
ほぼ同じ最大リフト量で開弁されるので、吸気行程時
に、吸気還流ポートから、スワールの向きとは反対の向
きに流入する比較的多量の吸気によりスワールが減衰さ
れる難点がある。

【０００４】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであり、請求項１ないし請求項３記載の発明は、
圧縮行程時に吸気を還流させる内燃機関において、燃焼
室内に強いスワールを生成することを目的とする。さら
に、請求項３記載の発明は、さらに、更なる燃料の気化
の促進を図ることを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段および発明の効果】請求項
１記載の発明は、ピストンが摺動自在に嵌合されるシリ
ンダボアを有するシリンダと、前記ピストンとシリンダ
ヘッドとの間に形成される燃焼室とを備え、吸気通路に
連通する第１および第２吸気ポートが、それぞれ吸気口
にて前記燃焼室に開口し、該両吸気口が、第１および第
２吸気弁によりそれぞれ開閉される内燃機関において、
前記第２吸気弁は、前記第１吸気弁の開時期よりも遅い
開時期に開弁されると共に、前記第１吸気弁の最大リフ
ト量よりも小さな最大リフト量で開弁され、前記第１お
よび第２吸気弁は、圧縮行程時に前記燃焼室内の吸気を
それぞれ前記第１および第２吸気ポートに還流させる下
死点後のほぼ同一閉時期に閉弁され、前記第１吸気ポー
トは、前記燃焼室内で前記シリンダボアの中心軸線の回
りにスワールを生成するように吸気を流入させる内燃機
関である。

【０００６】この請求項１記載の発明によれば、第１お
よび第２吸気弁は下死点後のほぼ同一閉時期に閉弁され
るため、所要量の吸気の還流は、第２吸気ポートからだ
けでなく、第１吸気ポートからも行われるので、第２吸
気弁の最大リフト量は第１吸気弁のそれよりも小さくて
よく、その開弁期間も前記従来技術に比べて短くてよ
い。その結果、次の効果が奏される。すなわち、第１吸
気弁は、圧縮行程時に燃焼室内の吸気を第１吸気ポート
に還流させる下死点後まで開弁されているので、その最
大リフト量を大きく設定することができて、第１吸気ポ
ートから流入する吸気により、燃焼室内で、シリンダの
中心軸線の回りに強いスワールを生成することが可能に
なる。しかも、第２吸気弁は、第１吸気弁よりも遅い時
期に開弁され、かつ最大リフト量が第１吸気弁のそれよ
りも小さいので、第２吸気ポートから流入する吸気がス
ワールを減衰させることを、少なくとも抑制することが
できる。これによって、吸気が還流された後も、燃焼室
には強いスワールが存することになり、燃費の改善のた
めに希薄燃焼させる際にも良好な燃焼性が得られる。

【０００７】請求項２記載の発明は、請求項１記載の内
燃機関において、前記第２吸気弁の開時期は、前記第１
吸気弁の開時期よりも該第１吸気弁が前記最大リフト量
で開弁される時期に近い時期であり、前記第２吸気ポー
トは、前記中心軸線の方向から見てスワールの向きに対
向して前記燃焼室に開放するストレートポートにより構
成されるものである。

【０００８】この請求項２記載の発明によれば、請求項
１記載の発明の効果に加えて、次の効果が奏される。す
なわち、第２吸気弁は、第１吸気弁の開時期よりも第１
吸気弁が最大リフト量で開弁される時期に近い時期に開
弁されるので、第２吸気弁が開弁されるまでのより長い
期間において第１吸気ポートからの吸気により、燃焼室
内には強いスワールが生成される。また、第２吸気ポー
トはスワールの向きに対向して燃焼室に開放するストレ
ートポートから構成されるので、強いスワールが生成さ
れるにも拘わらず、第２吸気ポートを通って還流する吸
気は、小さい通気抵抗で、円滑に第２吸気ポートに流入
するので、還流される吸気の所要量を容易に確保するこ
とができ、それによって、スワールの向きとは反対方向
に向いて燃焼室に開放しているために、燃焼室から吸気
が流出し難くなっている第１吸気ポートを通じて還流さ
れる吸気量の不足分を補償することができる一方で、第
２吸気弁の開時期は、第１吸気弁の開時期よりも第１吸
気弁が最大リフト量で開弁される時期に近い時期である
ことから、第２吸気ポートからの吸気によるスワールの
減衰は抑制されたものとなる。

【０００９】請求項３記載の発明は、請求項１または請
求項２記載の内燃機関において、前記第１および第２吸
気ポートは、前記シリンダヘッドに形成されて、該シリ
ンダヘッドの内部で相互に連通するものである。

【００１０】この請求項３記載の発明によれば、第２吸
気ポートを経て還流される吸気は、シリンダヘッドの内
部を流れて第１吸気ポートに流入する。その結果、引用
された請求項記載の発明の効果に加えて、次の効果が奏
される。すなわち、第２吸気ポートを経て還流される吸
気は、比較的温度が高いシリンダヘッドの熱を受けて、
混合気の燃料液滴の気化が促進されて、着火され易い状
態に近づくことから、次の吸気行程時に、この着火され
易くなった混合気を含む吸気が第１吸気ポートから燃焼
室内に流入して燃焼するので、さらに希薄な混合気での
運転が可能となって、燃費が改善される。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図１ない
し図４を参照して説明する。図１および図２を参照する
と、本発明の実施例である内燃機関Ｅは、自動二輪車を
含む鞍乗型車両等に搭載される単気筒の４サイクル内燃
機関である。頭上カム軸式の内燃機関Ｅは、シリンダ１
と、シリンダ１の上端に結合されるシリンダヘッド２と
を備える。シリンダ１に形成されるシリンダボア1aに摺
動自在に嵌合されるピストン３とシリンダヘッド２の下
面の凹部2aとの間に燃焼室４が形成され、シリンダヘッ
ド２には、吸気ポート10および排気ポート20が形成さ
れ、さらに凹部2aに臨んで点火栓５が装着される。

【００１２】吸気ポート10の一端は、往復動するピスト
ン３により回転駆動されるクランク軸（図示されず）の
回転軸線およびシリンダボア1aの中心軸線Ｌを含む仮想
平面に対してシリンダヘッド２の吸気側2bで開口する接
続開口10aを構成し、液体燃料を噴射する燃料噴射弁が
装着された吸気管がシリンダ１ヘッドに結合されて、接
続開口10aは該吸気管により構成される吸気通路（図示
されず）に接続される。前記燃料噴射弁から噴射される
燃料量は、内燃機関Ｅの低負荷運転時に希薄混合気が形
成されるように、図示されない電子制御装置により制御
される。

【００１３】さらに、吸気ポート10は、シリンダヘッド
２の内部で第１吸気ポート11および第２吸気ポート12に
分岐し、第１，第２吸気ポート11，12は、それぞれ、吸
気ポート10の他端を構成する第１吸気ポート11の吸気口
11aおよび第２吸気ポート12の吸気口12aにて燃焼室４に
連通する。そして、両吸気口11a，12aは、シリンダヘッ
ド２に回転自在に支持されて、前記クランク軸からの動
力により該クランク軸の１／２の回転数で駆動されるカ
ム軸６を有する動弁装置により作動される第１吸気弁13
および第２吸気弁14により、それぞれ、後述する所定の
開閉時期およびリフト量で開閉される。

【００１４】第１吸気ポート11は、第１吸気ポート11か
ら流入する吸気が、燃焼室４内において中心軸線Ｌの回
りの渦流であるスワールＳ（図１参照）を生成するよう
に、該中心軸線Ｌの方向から見て、中心軸線Ｌに対して
径方向外方に凹んだ形状を有し、しかも流速を高めるた
めに通路面積が小さくされたヘリカルポートにより構成
される。また、第２吸気ポート12は、中心軸線Ｌの方向
から見てスワールＳの向きに対向して燃焼室４に開放す
るストレートポートにより構成される。

【００１５】一方、排気ポート20の一端は、シリンダヘ
ッド２の排気側2cで開口する接続開口20aを構成し、排
気管がシリンダヘッド２に結合されて、接続開口20aは
該排気管により構成される排気通路（図示されず）に接
続される。さらに、排気ポート20は、その他端を構成す
る排気口20bにて燃焼室４に連通する。そして、排気口2
0bは、カム軸６により作動される排気弁21により、それ
ぞれ所定の開閉時期およびリフト量で開閉される。

【００１６】第１，第２吸気弁13，14および排気弁21
は、前記動弁装置を構成するカム軸６に設けられる第１
吸気カム、第２吸気カムおよび排気カムのカムプロフィ
ルに応じて、図３に示される開閉時期およびリフト量で
開閉作動される。

【００１７】すなわち、排気弁21は、設定されたリフト
量により膨張下死点前に開弁され、排気上死点後に閉弁
される。

【００１８】そして、第１吸気弁13は、排気上死点前の
開時期T1で開弁され、排気上死点よりも圧縮下死点寄り
の時期T2に最大リフト量で開弁され、吸気下死点を越え
た圧縮行程での閉時期T3に閉弁される。さらに、第２吸
気弁14は、第１吸気弁13の開時期T1よりも第１吸気弁13
が最大リフト量となる時期T2に近い時期である開時期T4
に開弁され、第１吸気弁13の閉時期T3とほぼ同じ閉時期
T5に閉弁される。ここで、ほぼ同じ閉時期とは、同一の
閉時期および第２吸気ポート12から還流される吸気量に
大差をもたらさない程度に閉時期が異なることを意味す
る。

【００１９】ここで、第１，第２吸気弁13，14の閉時期
T3，T5は、燃焼室４内に吸入された吸気の一部が、内燃
機関Ｅがミラーサイクルで運転されて、熱効率の向上や
ポンピングロスの低減がなされる所要量だけ、圧縮行程
で第１，第２吸気ポート11，12に還流するように予め設
定される。

【００２０】また、第２吸気弁14の開時期T4は、吸気行
程において燃焼室４内に吸入される吸気量が、第１吸気
ポート11のみでは得られなくなる時点を基準の一つとし
て設定され、リフト量やバルブ径等により決定される面
積であって、吸気口11aと開弁状態の第１吸気弁13との
間に形成される有効開口面積が大きいほど、その開時期
を遅く設定することができる。その結果、第２吸気ポー
ト12が中心軸線Ｌの方向から見てスワールＳの向きに対
向して燃焼室４に開放していることに起因して、吸気行
程時にスワールＳを減衰させる向きに流入する第２吸気
ポート12からの吸気の流入開始時期を遅くすることがで
き、しかも流入期間も短くすることができて、より強い
スワールＳを生成させることができる。その一方で、前
記所要量の吸気を還流させるために必要な第２吸気弁14
の開弁期間や最大リフト量をも考慮すると、第２吸気弁
14の開時期T4は、前述のように、第１吸気弁13の開時期
T1よりも第１吸気弁13が最大リフト量となる時期T2に近
い時期、しかも可能な限り時期T2に近い時期であるのが
好ましく、さらには前記所要量の吸気が還流可能である
ことを前提として、時期T2よりも遅い時期であってもよ
い。

【００２１】そして、第２吸気弁14の最大リフト量は、
第１吸気弁13の最大リフト量よりも小さく、かつその開
弁期間において、常に第１吸気弁13のリフト量よりも小
さく設定される。図４に示されるように、所定の寸法を
有する第１，第２吸気弁13，14の最大リフト量の差とス
ワールＳの強さを示すスワール比との間には、該リフト
量の差が大きいほどスワール比が大きくなる（すなわ
ち、スワールＳが強くなる）関係が存することから、強
いスワールＳを生成させるために、前記所要量の吸気の
還流がなされるための第２吸気弁14のリフト量が確保さ
れることを条件として、両吸気弁13，14の最大リフト量
の差が大きくなるように、第１，第２吸気弁13，14の最
大リフト量が設定される。

【００２２】次に、前述のように構成された実施例の作
用および効果について説明する。内燃機関Ｅが運転され
ると、空気と前記燃料噴射弁から噴射された燃料との混
合気となった吸気は、吸気行程において、前記吸気通路
を経て接続開口10aから第１吸気ポート11を通り、燃焼
室４内にスワールＳを生成しつつ流入する。そして、第
１吸気弁13の開時期T1よりも第１吸気弁13が最大リフト
量で開かれる時期T2に近い開時期T4に、第２吸気弁14が
開弁されて、燃焼室４内に流入する吸気量がその分増加
する。その後、圧縮行程に移行すると、依然として開か
れている第１，第２吸気弁13，14を通じて、燃焼室４内
に吸入された吸気の一部が第１，第２吸気ポート11，1
2、さらには前記吸気通路に還流され、両吸気弁13，14
はほぼ同じ閉時期T3，T5に閉弁される。

【００２３】このように、第１，第２吸気弁13，14は下
死点後のほぼ同じ閉時期T3，T5に閉弁されるため、前記
所要量の吸気の還流は、第２吸気ポート12からだけでな
く、第１吸気ポート11からも行われるので、第２吸気弁
14の最大リフト量は第１吸気弁13のそれよりも小さくて
よく、その開弁期間も前記従来技術に比べて短くてよ
い。その結果、第１吸気弁13は、圧縮行程時に燃焼室４
内の吸気を第１吸気ポート11に還流させる下死点後まで
開弁されているので、その最大リフト量を大きく設定す
ることができて、第１吸気ポート11から流入する吸気に
より、燃焼室４内で、シリンダボア1aの中心軸線Ｌの回
りに強いスワールＳを生成することが可能となる。しか
も、第２吸気弁14は、第１吸気弁13の開時期T1よりも遅
い時期であって、該開時期T1よりも第１吸気弁13が最大
リフト量で開弁される時期T2に近い開時期T4に開弁され
ること、および第２吸気弁14の最大リフト量が第１吸気
弁13のそれよりも小さいことから、スワールＳの向きに
対向して燃焼室４に開放するストレートポートから構成
される第２吸気ポート12から流入する吸気がスワールＳ
を減衰させることが抑制される。これによって、吸気が
還流された後も、燃焼室４には強いスワールＳが存する
ことになり、燃費の改善のために希薄燃焼させる際にも
良好な燃焼性が得られる。

【００２４】また、第２吸気ポート12はスワールＳの向
きに対向して燃焼室４に開放するストレートポートから
構成されているので、第１吸気ポート11からの吸気によ
り強いスワールＳが生成されるにも拘わらず、第２吸気
ポート12を通って還流する吸気は、小さい通気抵抗で、
円滑に第２吸気ポート12に流入し、還流される吸気の所
要量を容易に確保することができ、それによって、スワ
ールＳの向きとは反対方向に向いて燃焼室４に開放して
いること、および通路面積が小さくされ通気抵抗が大き
くなっていることに起因して、燃焼室４から吸気が流出
し難くなっている第１吸気ポート11を通じて還流される
吸気量の不足分を補償することができる。

【００２５】シリンダヘッド２の内部で吸気ポート10か
ら分岐する第１，第２吸気ポート11，12は、シリンダヘ
ッド２内で連通しているので、第２吸気ポート12を経て
還流される吸気は、シリンダヘッド２内を流れて第１吸
気ポート11に流入する。その結果、第２吸気ポート12を
経て還流される吸気は、比較的温度が高いシリンダヘッ
ド２の熱を受けて、混合気の燃料液滴の気化が促進され
て、着火され易い状態に近づくことから、次の吸気行程
時に、この着火され易くなった混合気を含む吸気が第１
吸気ポート11から燃焼室４内に流入して燃焼するので、
さらに希薄な混合気での運転が可能となって、燃費が改
善される。

【００２６】以下、前述した実施例の一部の構成を変更
した実施例について、変更した構成に関して説明する。
前記実施例では、第１，第２吸気ポート11，12はシリン
ダヘッド２内で吸気ポート10が分岐することにより形成
されたが、第１，第２吸気ポートを、シリンダヘッド２
内では相互に連通しない独立したポートとして形成する
こともでき、その場合は、吸気通路において第１吸気ポ
ートと第２吸気ポートとが連通される。

【００２７】前記実施例では、吸気ポート10は、燃焼室
４に吸気口11a，12aにて開口する２つの吸気ポート11，
12を有するものであったが、吸気ポートが、燃焼室４に
吸気口にて開口する３以上の吸気ポートを有するもので
あってもよく、その場合は、それらポートのうち、２つ
の吸気ポートに対して本発明が適用される。第１吸気ポ
ート11は、前記実施例ではヘリカルポートから構成され
たが、シリンダボア1aの中心軸線Ｌの方向から見て、シ
リンダの内周面の接線方向に延びるストレートポートに
より構成されてもよく、さらに他のスワール生成手段を
有するポートにより構成されてもよい。また、内燃機関
は、前記実施例では単気筒であったが、多気筒であって
もよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例である内燃機関のシリンダヘッ
ドの概略の下面図である。

【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線での要部断面図である。

【図３】図１の内燃機関の吸気弁および排気弁の開閉時
期およびリフト量を示すグラフである。

【図４】図１の内燃機関の２つの吸気弁の最大リフト量
の差とスワール比の関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１…シリンダ、1a…シリンダボア、２…シリンダヘッ
ド、３…ピストン、４…燃焼室、５…点火栓、６…カム
軸、10…吸気ポート、11…第１吸気ポート、12…第２吸
気ポート、13，14…吸気弁、20…排気ポート、21…排気
弁、Ｅ…内燃機関、Ｌ…シリンダボアの中心軸線、Ｓ…
スワール。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ピストンが摺動自在に嵌合されるシリン
ダボアを有するシリンダと、前記ピストンとシリンダヘ
ッドとの間に形成される燃焼室とを備え、吸気通路に連
通する第１および第２吸気ポートが、それぞれ吸気口に
て前記燃焼室に開口し、該両吸気口が、第１および第２
吸気弁によりそれぞれ開閉される内燃機関において、前記第２吸気弁は、前記第１吸気弁の開時期よりも遅い
開時期に開弁されると共に、前記第１吸気弁の最大リフ
ト量よりも小さな最大リフト量で開弁され、前記第１お
よび第２吸気弁は、圧縮行程時に前記燃焼室内の吸気を
それぞれ前記第１および第２吸気ポートに還流させる下
死点後のほぼ同一閉時期に閉弁され、前記第１吸気ポー
トは、前記燃焼室内で前記シリンダボアの中心軸線の回
りにスワールを生成するように吸気を流入させることを
特徴とする内燃機関。
【請求項２】前記第２吸気弁の開時期は、前記第１吸
気弁の開時期よりも該第１吸気弁が前記最大リフト量で
開弁される時期に近い時期であり、前記第２吸気ポート
は、前記中心軸線の方向から見てスワールの向きに対向
して前記燃焼室に開放するストレートポートにより構成
されることを特徴とする請求項１記載の内燃機関。
【請求項３】前記第１および第２吸気ポートは、前記
シリンダヘッドに形成されて、該シリンダヘッドの内部
で相互に連通することを特徴とする請求項１または請求
項２記載の内燃機関。