JP2004301113A - 直噴式内燃機関の混合気供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 圧縮空気と燃料との混合気を燃焼室に供給する混合気噴射弁を備えた直噴式内燃機関の混合気供給装置において、空気圧レギュレータの取付部の位置を工夫して、空気ポンプ・混合気噴射弁・空気圧レギュレータ間の空気通路の短縮化・構造簡単化を図ろうとするものである。
【解決手段】 上記圧縮空気の圧力と大気圧との圧力差を一定に保つ空気圧レギュレータを、上記内燃機関の吸気ポート側部のシリンダヘッド部に取付けた。
【選択図】 図１５

Description

本発明は直噴式内燃機関の混合気供給装置に関するものである。

燃料消費率向上のために、燃料と圧縮空気とを混合したものを、燃焼室内に噴射してリーンバーンを実現する直噴式内燃機関において、燃料圧力と圧縮空気圧力との差圧を一定に調整する差圧レギュレータを用いている例が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

また、従来は圧力レギュレータが車体フレームに支持されており、内燃機関までの配管が長く複雑になっていた（例えば、特許文献１参照。）。

また、コンプレッサで空気を圧縮して、それを混合気噴射弁へ供給する時、圧縮空気の膨張に伴い、空気中の水蒸気が結露して、空気通路内に付着する恐れがある。特に、従来、空気圧レギュレータから排出される余剰空気をエアクリーナの清浄側（エレメントの下流側）へ戻すことが行われていた。高圧の余剰空気を低温部へ送ると、結露を生じることがある。

特許第３１５９９９８号公報（図４など）。

本発明は、空気圧レギュレータに大気圧を導入して基準圧とし、燃料制御精度の向上を図ろうとするものである。

また、空気圧レギュレータの取付部の位置を工夫して、空気ポンプ・混合気噴射弁・空気圧レギュレータ間の空気通路の短縮化・構造簡単化を図ると共に、圧縮空気中の結露を防止して、空気圧レギュレータの燃料制御精度を更に向上させようとするものである。

本発明は上記課題を解決したものであって、請求項１に記載の発明は、圧縮空気と燃料との混合気を燃焼室に供給する混合気噴射弁を備えた直噴式内燃機関の混合気供給装置において、上記圧縮空気の圧力と大気圧との圧力差を一定に保つ空気圧レギュレータを設け、該空気圧レギュレータを、上記内燃機関の吸気ポート側部のシリンダヘッド部に取付けたことを特徴とするものである。

本発明の空気圧レギュレータは、該空気圧レギュレータに設定差圧値以上の圧力の圧縮空気を送り込み、設定差圧を超過する圧力に相当する空気を排出させ、基準圧に対する一定差圧の空気を得る装置である。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の直噴式内燃機関の混合気供給装置において、上記内燃機関を、シリンダヘッド部および吸気ポート部が走行風によって冷却される小型車両に搭載し、上記空気圧レギュレータを上記吸気ポートの車両進行方向前側に設け、かつ上記空気圧レギュレータの基準圧として大気圧を用いるものとし、該空気圧レギュレータの背圧室に大気圧導入孔を設け、該大気圧導入孔にカバーを設けて走行風が当たらないようにしたことを特徴とするものである。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の直噴式内燃機関の混合気供給装置において、混合気噴射弁を上記内燃機関のシリンダヘッド部に設け、上記混合気噴射弁から上記空気圧レギュレータへ向かう圧縮空気導入通路が、シリンダヘッド部の壁体内部に形成されていることを特徴とするものである。

請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の直噴式内燃機関の混合気供給装置において、シリンダヘッド部冷却水用ジョイントが、上記吸気ポートの車両進行方向後側に設けられたことを特徴とするものである。

請求項５に記載の発明は、圧縮空気と燃料との混合気を燃焼室に供給する混合気噴射弁を備えた直噴式内燃機関の混合気供給装置において、上記圧縮空気の圧力と大気圧との圧力差を一定に保つ空気圧レギュレータを設け、該空気圧レギュレータから排出される余剰空気を、スロットル弁下流の吸気管に導くことを特徴とするものである。

請求項６に記載の発明は、圧縮空気と燃料との混合気を燃焼室に供給する混合気噴射弁を備えた直噴式内燃機関の混合気供給装置において、上記圧縮空気の圧力と大気圧との圧力差を一定に保つ空気圧レギュレータを設け、該空気圧レギュレータから排出される余剰空気を、マフラに導くことを特徴とするものである。

請求項１に記載の発明においては、空気圧レギュレータが内燃機関と離れた車体に取付けられている従来技術に比して配管が短縮されている。また吸気ポートの近くに空気圧レギュレータが配置されているので、大気圧の導入の構造が簡単であり、また、配管が短縮されているので、配管中の結露が防止され、燃料制御精度が向上し、燃料消費率が向上する。

請求項２に記載の発明においては、大気圧導入孔にカバーを設ける構造により、走行風の影響によって燃料制御精度が低下することを避け、空気圧レギュレータを保温し、結露を防止し、大気圧補正による燃料消費率向上を図ることができる。

請求項３に記載の発明においては、壁体内部通路によって、空気通路の短縮化および構造の簡単化を図ることができる。また、空気通路が内燃機関の熱によって保温されるので、結露が防止され、燃料消費率が向上する。

請求項４に記載の発明においては、シリンダヘッド部の小型化を図ることができると共に、空気圧レギュレータや空気通路が冷却水によって直接冷却されないので、結露が防止される。

請求項５に記載の発明において、スロットル弁下流の吸気管と称しているのは、吸気管内、クランクケース内、シリンダヘッドカバー内などであり、余剰空気は、そのいずれの場所へ導かれても、最終的には燃焼室へ入り、混合気と共に燃焼に供され、燃焼ガス中の水蒸気となって、排気管から排出されるので、結露の発生を防止できる。また、余剰空気を、スロットル弁下流の吸気管に導くので、スロットル弁への埃の付着を防止する効果がある。

請求項６に記載の発明においては、マフラ内へ排出された余剰空気は、排気ガスと共に大気中へ排出される。また、仮にマフラ内で余剰空気から結露水が出ても、マフラに設けられた水分排出用のドレイン排出装置があるので、速やかに排出することが出来る。

図１は本発明の第１実施形態に係る内燃機関１を搭載した自動二輪車２の側面図である。この自動二輪車２の車体フレーム３は、フロントフォーク４を回動可能に支承するヘッドパイプ５と、同ヘッドパイプ５から後下がりに伸びるメインフレーム６と、同メインフレーム６の後部に連接されて後上がりに伸びる左右一対のリヤフレーム７とを備えている。

フロントフォーク４の下端には前輪８が軸支され、フロントフォーク４の上部には走行ハンドル９が連結され、前輪８の上方を覆うフロントフェンダ10が、フロントフォーク４に支持されている。

メインフレーム６は断面四角形の角パイプからなるものであり、このメインフレーム６の中間部両側面にハンガープレート11が固着され、メインフレーム６の後部両側面にピボットプレート12が固着されている。メインフレーム６の下方には、シリンダ軸線をわずかに前上がりとした内燃機関１が配置され、前記ハンガープレート11とピボットプレート12とによって車体フレーム３に懸架されている。内燃機関１の上方には、スロットルボディ13、同スロットルボディ13の前方にエアクリーナ14が設けられ、ヘッドパイプ５の前側に近接してラジエータ15が配置されている。

前記ピボットプレート12にはリヤフォーク16の前端が上下に揺動可能に支承され、リヤフォーク16とリヤフレーム７との間にはリヤクッション17が設けてある。リヤフォーク16の後端には後輪18が軸支されている。前記内燃機関１は、燃焼機構部19と変速機部20とから構成されている。変速機部20の出力はチェーン21を介して後輪18に伝達される。

後輪18の上方には燃料タンク22、同燃料タンクの前方に収納ボックス23、燃料タンク22と収納ボックス23の上方に乗車用シート24が配置されている。車体フレーム３には、合成樹脂製の複数の部材を連ねた車体カバー25が取付けられ、内燃機関やその他の機器類を覆っている。車両後部にリヤフェンダ26が設けてある。

図２は上記内燃機関１の縦断面を左方から見た図である。内燃機関の前後上下を表現するために、内燃機関の前方と上方を定義する。内燃機関の前方は、シリンダ軸線に平行で、クランクケース側からシリンダヘッドを見た方向を前方とする。図には矢印Ｆで前方を示してある。内燃機関の上方は、シリンダ軸線とクランク軸線とに共に直交し、吸気ポートのある側を上方とする。図には矢印Ｕで示してある。図の線Ｅは車両が置かれている地面と平行な面を示している。

自動二輪車の前方は、車両が置かれている地面Ｅに平行かつ車両の進行方向である。車両の上方は、車両を地面に鉛直に立てたときの地面に対する鉛直上方である。上記内燃機関１を自動二輪車に搭載する時は、前方矢印Ｆの線を車両の前方に対してやや前上がりにし、上方矢印Ｕの線を車両の上方に対してやや後傾させて斜搭載される。以下の説明では、内燃機関の前方・上方を述べる時は、車両の前方・上方ではなく、先に定義した内燃機関の前方Ｆ・内燃機関の上方Ｕを用いる。

図において、31はクランクケース、32はその前方に連なるシリンダブロック、33はその前方に連なるシリンダヘッド、34は更にその前方に連なるシリンダヘッドカバー、39はクランク室である。35はクランク室39内に回転可能に支持されているクランク軸、36は同クランク軸に連なるコンロッド、37は同コンロッドの前端に連なり、シリンダ孔38の中で摺動するピストンである。ピストン37の頂面には凹部37ａが形成してある。

シリンダヘッド33には、ピストン37に対面する端面に燃焼室40が形成され、さらに、同燃焼室40に連なり上方へ延びる吸気ポート41と、同燃焼室40に連なり下方へ延びる排気ポート42が形成されている。吸気ポート41はシリンダヘッドの中で二叉になっており、燃焼室に２箇所で開口している。その開口に、吸気弁43Ａ、43Ｂが設けてある。図には手前側の吸気弁43Ａが示してある。排気ポート42には排気弁44が設けてある。106は後述の燃料噴射弁、140は後述の空気圧レギュレータである。吸気ポート41の外端には吸気管47が接続されている。

図３は上記内燃機関の横断面を上方から見た図である。シリンダヘッドカバー34とシリンダヘッド33を貫通して、それぞれ燃料噴射弁106と混合気噴射弁107が設けてある。この混合気噴射弁107は直噴型であり、圧縮空気によって混合気を燃焼室40へ直接噴射するようになっている。シリンダヘッド33には燃焼室40に臨む点火プラグ46が設けてある。

この内燃機関の左側部分には、動弁機構が設けてある。クランク軸35の左側部分にはカムチェーン50を駆動するカム用ドライブスプロケット51が設けてある。シリンダブロック32の左側にはカム軸52が回転可能に設けられ、吸気カム53、排気カム54が一体的に形成されている。カム軸52にはカム用ドリブンスプロケット55が設けられ、上記カムチェーン50が掛け回されている。

図４は上記内燃機関１の動弁機構部の縦断面を左方から見た図である。カム軸52の前方の吸気ポート41側には、端部にローラ56を備え、吸気第１ロッカー軸57を中心として回動する吸気第１ロッカーアーム58が設けてある。シリンダヘッドカバー34の中には、吸気第２ロッカー軸59を中心として回動する吸気第２ロッカーアーム60が設けてある。吸気第２ロッカーアーム60の外側端は、吸気弁43Ａ、43Ｂの軸頭部に当接している。図には吸気弁43Ａが示してある。吸気第１ロッカーアーム58の前端と吸気第２ロッカーアーム60の内側端には、それぞれ球面凹部58ａ、60ａが形成してあり、その間に、両端に鋼ボール68を介して吸気側駆動ロッド61が装着してある。

同様に、カム軸52の前方、排気ポート42側には、端部にローラ62を備え排気第１ロッカー軸63を中心として回動する排気第１ロッカーアーム64が設けてある。シリンダヘッドカバー34の中には、排気第２ロッカー軸65を中心として回動する排気第２ロッカーアーム66が設けてある。排気第２ロッカーアーム66の外側端は、排気弁44の軸頭部に当接している。排気第１ロッカーアーム64の前端と排気第２ロッカーアーム66の内側端には、それぞれ球面凹部64ａ、66ａが形成してあり、その間に、両端に鋼ボール68を介して排気側駆動ロッド67が装着してある。

この動弁機構において、クランク軸35からカムチェーン50を介してカム軸52が駆動され、カム軸52に形成されているカム53、54の回転が、吸気、排気それぞれの第１ロッカーアーム58、64、駆動ロッド61、67、第２ロッカーアーム60、66を介して、吸気弁43Ａ、43Ｂ、排気弁44の軸頭部に伝達され、それぞれの弁の開閉がなされる。クランク軸35の２回転に対してカム軸52は１回転する。

図において、80はポンプ作動室であり、81はポンプ駆動軸である。ポンプ駆動軸81は、カム用ドリブンスプロケット55と一体となってカム軸52に装着されたポンプ用ドライブスプロケット82（図３も参照）から、ポンプ駆動用チェーン83、および、ポンプ駆動軸81に装着されたポンプ用ドリブンスプロケット84を介して駆動される。

図５は上記内燃機関の前部を下側から見た図であり、一部に断面が示してある。シリンダブロック32の下側（図では手前側）にポンプ作動室80が設けてある。ポンプ作動室80の中心部に左右方向を向く円筒状の軸受部材86が設けてある。その中心を貫通して、ポンプ駆動軸81（図４も参照）がローラベアリング87とボールベアリング88を介して回転可能に支持されている。ポンプ駆動軸81にはポンプ用ドリブンスプロケット84が固定され、ポンプ駆動用チェーン83を介して、前述のカム軸52に装着されたポンプ用ドライブスプロケット82から駆動される。クランク軸35の２回転に対してポンプ駆動軸81は１回転する。

ポンプ作動室80の左端部（図では右端）に空気ポンプ90が設けられ、右端部に冷却水ポンプ室85が設けてある。ポンプ駆動軸81の左端（図では右端）に空気ポンプ駆動用偏心軸91が一体的に設けてある。ポンプ駆動軸81の右端には図示していないマグネットが装着され、密閉された冷却水ポンプ室85の中の羽根車を回転駆動するようになっている。

ポンプ作動室80の左端部には、往復動式の空気ポンプ90のシリンダ92が形成され、その中にピストン93が前後方向（シリンダ軸線と平行）に摺動可能に嵌装されている。ピストン93には後方へ伸びるロッド部93ａが一体に形成され、その端部に上記空気ポンプ駆動用偏心軸91が係合している。ポンプ駆動軸81の回転によってロッド部93ａを介してピストン93がシリンダ92の中で往復運動をする。シリンダ92とピストン93と蓋部材94とに囲まれた部分に圧縮室95が形成されている。

空気ポンプ90の蓋部材94には、図示していないエアクリーナから空気を導くホースを接続する空気吸入管96が設けてある。この空気吸入管96は蓋部材94に内蔵される図示していないリード弁を介して空気ポンプ90の圧縮室95に接続されている。蓋部材94には、空気ポンプ90の圧縮室95の圧力増大に応じて開弁する弁97が設けてあり、圧縮空気は弁97を経て吐出部98から吐出される。

シリンダヘッド33の壁体部には、複数の穿設孔99、100、101を連ねた圧縮空気通路102が形成され、空気ポンプに最も近い穿設孔99と空気ポンプ90の吐出部98との間は管部材103で結ばれている。空気ポンプから最も遠い穿設孔101は後述のシリンダヘッドカバーの圧縮空気通路に接続される。

シリンダヘッドカバー34とシリンダヘッド33には、同軸的に連なる燃料噴射弁収容孔104と混合気噴射弁収容孔105とが設けてある。図５には燃料噴射弁収容孔104が断面で示してあるが、同図には混合気噴射弁収容孔105は示してない。上記各収容孔104、105に、燃料噴射弁106と混合気噴射弁107がそれぞれ収容され固定されている。図５には、燃料噴射弁106の全体と、混合気噴射弁107の一部が示してある。

シリンダヘッドカバー34の壁体には穿設孔109、穿設孔110、および穿設孔111を連ねた圧縮空気通路112が形成されている。シリンダヘッド33との接触面の側に開口している穿設孔109は、シリンダヘッド33の穿設孔101に連なっている。穿設孔109と穿設孔101との接続部は、上記両穿設孔に両端が圧入された管状ノックピン113によって接続され、シリンダヘッドカバー34とシリンダヘッド33の合わせ面にはＯリング114が装着され、気密性が確保されている。穿設孔110は一端が燃料噴射弁収容孔104に開口し、他端の近くで穿設孔111に連通している。穿設孔111は、穿設孔110から分岐する空気通路であり、空気圧レギュレータへ向かうものである。

シリンダヘッドカバー34の上部には燃料供給通路115が設けてあり、これは燃料噴射弁収容孔104に開口している。燃料供給通路115へ向かう燃料は、継手116および燃料ホース取付管117を介して接続された燃料ホースから供給される。

図６は、上記内燃機関の前部を、シリンダヘッドカバー34を取り外して、前から見た図である。図中の矢印Ｕは内燃機関の上方を指している。図の中央部には、シリンダヘッド33のシリンダヘッドカバー34との接続端面33ａの内側に、動弁室70が見える。

シリンダヘッド33の上部には、吸気管47が設けてある。同吸気管47に連なる吸気ポート41はシリンダヘッド33の中で二叉に分かれ、燃焼室に２箇所の開口を持っている。シリンダヘッド33の下部には排気ポート42が開口している。車載状態における内燃機関の右側（図では左側）に、排気ガスのＮＯxを減らすための排気還流装置（ＥＧＲ）が設けてある。還流される排気ガスは、排気ポート42に連なる排気ガス抽出部71から抽出され、抽出側連結管72、還流制御装置73、供給側連結管74を経由して、吸気管47に連なる排気ガス供給部75から吸気の中に混入される。還流制御装置73には、駆動アクチュエータ73ａが併設されている。73ｂは同アクチュエータの電線接続端子である。

動弁室70には、前記吸気ポート41の二叉に分かれたそれぞれの燃焼室側開口端を開閉する吸気弁43Ａ、43Ｂと、前記排気ポートの燃焼室側開口端を開閉する排気弁44が設けてある。これらの弁に近接して、図４で紹介した吸気第２ロッカー軸59と排気第２ロッカー軸65とが平行に設けてある。吸気第２ロッカー軸59によって、吸気第２ロッカーアーム60が回動可能に支持され、排気第２ロッカー軸65によって、排気第２ロッカーアーム66が回動可能に支持されている。上記第１・第２のそれぞれの、吸気ロッカーアーム58、60（図４）と排気ロッカーアーム64、66とをつなぐ吸気側駆動ロッド61、排気側駆動ロッド67が見えている。駆動ロッド61、67は鋼ボールを介して上記各ロッカーアームの球面状凹部60ａ、66ａに当接している。吸気第２ロッカーアーム60の先端は二叉になっており、それぞれ上記吸気弁43Ａ、43Ｂの頂部を押圧する二叉の押圧腕部となっている。排気第２ロッカーアーム66の先端は、排気弁44の頂部を押圧する押圧腕部となっている。

吸気第２ロッカー軸59と排気第２ロッカー軸65との間に混合気噴射弁107が見える。混合気噴射弁107に連なりシリンダヘッド33から外部へ導き出されている電線118は、混合気噴射弁107のソレノイドに連なる電線であり、混合気噴射弁107を開弁する時に通電される。同様の電線は燃料噴射弁106にも設けられている。混合気噴射弁107を中心として描いてある破線の円は燃焼室40の位置を示している。シリンダヘッドの外側部には、燃焼室40内へ向かう点火プラグ46が設けてある。

内燃機関の下部左側（図では右側）に燃料圧送用空気ポンプ90が設けてある。空気ポンプ90の蓋部材94には、図示していないエアクリーナから空気を導くホースを接続する空気吸入管96が設けてある。前記蓋部材94には、空気ポンプ90の圧縮室の圧力増大に応じて開弁する弁97（図５参照、図６には図示せず）が内蔵されており、空気ポンプ90から吐出される圧縮空気は弁97、吐出部98、管部材103および圧縮空気供給路102を介してシリンダヘッドカバー側へ送られる。内燃機関の下部右側（図では左側）に内燃機関冷却水循環用水ポンプ室85が見える。

図７は、上記内燃機関１の前部の水平断面を上から見た図であり、特に燃料噴射弁106と混合気噴射弁107とその周辺を拡大して示した図である。シリンダヘッドカバー34には燃料噴射弁収容孔104が設けられ、燃料噴射弁106が装着されている。

シリンダヘッド33には混合気噴射弁収容孔105が設けられ、混合気噴射弁107が装着されている。混合気噴射弁107の前部はシリンダヘッド33の前面より前方へ突出し、シリンダヘッドカバー34の燃料噴射弁収容孔104の中へ挿入されている。燃料噴射弁106の後端部は混合気噴射弁107の前端の凹部に挿入されている。図の左側に燃料噴射弁106と混合気噴射弁107の長手方向の範囲を両端矢印線で示してある。これは、両噴射弁の一部が重なっていることを示したものである。

燃料噴射弁106の前部と後部にシール部材120、121が装着され、その間の、燃料噴射弁収容孔104と燃料噴射弁106とに挟まれた部分に燃料噴射弁106に連なる燃料室122が形成されている。

混合気噴射弁107の前部と後部にシール部材123、124が装着されている。前部シール部材123は、混合気噴射弁107と燃料噴射弁収容孔104との間に装着されている。シール部材121とシール部材123との間で、かつ燃料噴射弁106の後部と混合気噴射弁107の前部と燃料噴射弁収容孔104との間に、混合気噴射弁107に連なる圧縮空気室125が形成されている。

燃料噴射弁106には一端が燃料噴射弁106の後部に開口する中心孔（図示無し）が設けられ、同中心孔の前端には燃料室122に連通する燃料注入孔126が設けてある。上記中心孔の中には、中心孔の下端を開閉するポペット弁（図示無し）が設けられ、燃料噴射弁106内に装着されたソレノイド（図示無し）によって開閉される。

混合気噴射弁107には貫通中心孔（図示無し）が設けてある。同貫通中心孔の中には、貫通中心孔の下端を開閉するポペット弁127が設けられ、混合気噴射弁107に装着されたソレノイド（図示無し）によって開閉される。

燃料は、図５の燃料供給通路115を経て、図７の燃料室122に供給される。圧縮空気は、図５の圧縮空気通路102、112を経て、図７の圧縮空気室125に供給される。燃料は圧縮空気より高い圧力で供給される。供給された燃料と圧縮空気は、混合されて混合気噴射弁107の後端から燃焼室40に噴射される。

図８〜図１３はシリンダヘッドカバー34の図であり、主として壁体に穿設してある空気通路109、110、111と空気圧レギュレータ取付部130の位置を示すための図である。図８は内燃機関１のシリンダヘッドカバー34を前から見た図である。図中の矢印Ｕは上方を指している。図９は図８のＡ−Ａ断面図、図１０は図８のＢ−Ｂ断面図、図１１は図８のＣ−Ｃ断面図、図１２は図１１のＤ矢視図、図１３は図１２のＥ−Ｅ断面図である。

これらの図において、シリンダヘッドカバー34のほぼ中心部に燃料噴射弁収容孔104が開口している（図８、９）。シリンダヘッドカバー34の上部に空気圧レギュレータ取付孔131が開口している（図８、１１、１２、１３）。図６に示した燃料供給通路115がシリンダヘッドカバー34の壁体に穿設してあり、その先端が燃料噴射弁収容孔104に開口している（図８、９）。その後端には燃料供給継手116を取り付ける継手取付部115ａが見える（図８）。また、図６に示した圧縮空気通路112を構成する穿設孔109、110、111が、シリンダヘッドカバー34の壁体に穿設してある。穿設孔109はシリンダヘッド33の圧縮空気通路に接続する通路である（図８、１０）。穿設孔110は穿設孔109に連なり先端が燃料噴射弁収容孔104に開口する通路である（図８、１０）。穿設孔111は穿設孔110から分岐し、前記空気圧レギュレータ取付孔131に連通する通路である（図８、１０、１１）。穿設孔111の空気圧レギュレータ取付孔131に近い空気通路上にオリフィス132が設けてある（図８、１１）。空気圧レギュレータ取付孔131には、図示してないエアクリーナに連なる余剰空気排出通路133と燃料圧レギュレータの背圧室へ基準圧として圧力調整された圧縮空気を送る連絡通路134が設けてある（図８、１２、１３）。

図１４は上記内燃機関１の前部を右側から見た図である。空気圧レギュレータ取り付け部130は、シリンダヘッドカバー34の上部において、シリンダヘッド33から上方へ伸びる吸気管47に隣接して設けられている。空気圧レギュレータ取り付け部130から分岐して、燃料圧レギュレータへ基準圧として圧力調整された空気を送る連絡通路134が見える。空気圧レギュレータ取り付け部130に、空気圧レギュレータ140が取付けてある。143は空気圧レギュレータ140のキャップである。

図１５は上記内燃機関１の前部縦断面を左側から見た図である。空気圧レギュレータ取付部130に通じる穿設孔111と同穿設孔111に装着されたオリフィス132が見える。空気圧レギュレータ取付部130に空気圧レギュレータ140が取付けてある。本実施形態の空気圧レギュレータ140は基準圧として大気圧を用いるものであり、背圧室141の壁体に設けられた大気圧導入孔142から大気を導入するようになっている。空気圧レギュレータ140の取付位置が内燃機関１の前部、吸気管47の前側であるので、走行時の走行風の影響を避けるためにキャップ143が設けてあり、上記大気圧導入孔142に走行風が吹き込まないようにしてある。上記キャップ143と空気圧レギュレータ取付部130との間に外気連通孔144が設けてあり、ここを経て大気圧を大気圧導入孔142へ導入する。吸気ポート41の後側に、シリンダヘッドに冷却水を循環させるホースを接続するための、シリンダヘッド部冷却水用ジョイント145が設けてある。

図１６は、空気圧レギュレータ140のキャップ143をその頂部から見た図である。図１５に示した外気連通孔144は、キャップ143の裾部を折り曲げて形成された三角面を有する突出部143ａと空気圧レギュレータ取付部130との間に形成されている。

図１７は上記内燃機関１の燃料供給装置のシステム図であり、燃料および空気が圧力調整されてそれぞれ燃料噴射弁106と混合気噴射弁107へ供給される経路を示している。空気は空気ポンプ90によって圧縮空気として送り出され、混合気噴射弁107に連なる圧縮空気室125へ送り込まれる。混合気噴射弁107へ向かう経路から分岐した圧縮空気はオリフィス132を経て空気圧レギュレータ140へ向かう。

混合気噴射弁107へ向かう圧縮空気は、前記空気ポンプ90のピストン93の上昇に伴い圧力が上昇して高温高圧となり、空気中の水分が水蒸気として空気通路内へ送り込まれる。オリフィス132は、燃料圧レギュレータ146の基準圧に空気ポンプ90の脈動波の影響を及ぼさないようにするためと、混合気噴射弁107における混合気の噴射に高圧圧縮空気を利用するための高圧保持との二つの目的をもって設けられた装置である。上記オリフィスで急激な圧力上昇が防止され、かつ空気圧レギュレータ140で圧力調整された圧縮空気が、空気圧レギュレータ140から燃料圧レギュレータ146へ基準圧としてその背圧室へ送られる。空気圧レギュレータ140に加わった設定圧力以上の余剰空気は、戻り空気としてエアクリーナ14の清浄側等へ戻され、再び空気ポンプ90へ供給される。空気ポンプからオリフィスを経て空気圧レギュレータに至る空気通路は、内燃機関の温度の高い部分に形成されており、圧縮空気内の水蒸気は冷やされることがないので、余剰空気と共に水蒸気は結露することなく空気圧レギュレータへ送られ、そこを通ることができる。

燃料は、燃料タンク22からフィルタを経て燃料ポンプへ送られ、高圧で吐出され、脈動ダンパーを経て燃料噴射弁106に連なる燃料室122へ送り込まれる。燃料噴射弁106へ向かう経路から分岐した燃料は燃料圧レギュレータ146へ向かう。ここで燃料は、前記のオリフィス132下流の圧力調整された圧縮空気を基準圧として、この基準圧より高く、かつ圧力差が一定となるよう圧力調整される。このようにして、燃料は、圧縮空気室125内の空気圧より高い圧力で、燃料室122内へ送り込まれる。燃料圧レギュレータ146に加わった設定圧力以上の余剰燃料は、戻り燃料として再び燃料タンクへ戻され、再び燃料ポンプへ供給され利用される。

圧縮空気室125に圧縮空気圧が加わり、それより高圧の燃料が燃料室122にて計量されている状態で、燃料噴射弁106のソレノイドに通電され、ポペット弁が開くと、燃料室122の高圧の燃料が燃料噴射弁106を経て混合気噴射弁107の中へ噴射され、圧縮空気と混合される。次の段階として混合気噴射弁107のポペット弁127が開くと、上記混合気は圧縮空気に押し出されて燃焼室40に噴射される。

混合気噴射弁107へ送る圧縮空気は、内燃機関の補機として搭載したコンプレッサで発生させているために、温度が高く水蒸気量が多いという特性をもっている。この圧縮空気を温度の低いところへ導くと、温度が低下するため、飽和蒸気圧が変化し、結露を発生する。

上述の第１実施形態では、空気圧レギュレータ140からの余剰空気を戻り空気としてエアクリーナ14の清浄側へ送り、エアクリーナ14の下流側から空気ポンプ90を介して循環利用している。

次に図１８〜図２２に示す第２実施形態〜第５実施形態は、空気圧レギュレータ140から排出される余剰空気をエアクリーナ14の清浄側以外のところへ送るようにして、このような不具合を防止した例である。先に示した第１実施形態との違いは、いずれも、空気圧レギュレータ140から排出される余剰空気の、送り先とそこに至る経路の変化例に関するものであり、それ以外の部分の構成・作用は第１実施形態と同じである。

図１８は本発明の第２実施形態に係る内燃機関150の図であり、図（ａ）は内燃機関の要部縦断面図、（ｂ）は（ａ）に示したシリンダヘッド33、およびシリンダヘッドカバー34を内燃機関の上方から見た図である。本実施形態では、余剰空気の送り元の空気圧レギュレータ取付部130は第１実施形態と同じであり、余剰空気排出通路133も第１実施形態と同じであるが、余剰空気の送り先は、スロットル弁より下流の吸気管47内となっており、吸気管47に余剰空気流入通路151が設けてある。空気圧レギュレータ取付部130の余剰空気排出通路133と上記余剰空気流入通路151との間は、可撓性のホース152を介して連通している。

吸気管47内へ排出された余剰空気は、吸気ポート41を経て燃焼室40へ入り、混合気と共に燃焼に供される。一般に吸気管47は比較的低温であり、結露の発生はあるが、内燃機関の運転のサイクル毎に新気が吸入され、結露はそれに混ざって薄められて燃焼室40へ入り、混合気と共に燃焼に供され、余剰空気中の水蒸気は燃焼ガス中の水蒸気となって、排気ポート42とそれに連なる排気管から排出される。

図１９は本発明の第３実施形態に係る内燃機関160の図であり、（ａ）は内燃機関の要部縦断面図、（ｂ）は（ａ）に示したシリンダヘッド33、およびシリンダヘッドカバー34を内燃機関の上方から見た図である。本実施形態では、余剰空気の送り元の空気圧レギュレータ取付部130は第１実施形態と同じであり、余剰空気排出通路133も第１実施形態と同じであるが、余剰空気の送り先はクランク室39内であり、クランクケース31に余剰空気流入通路161が設けてある。空気圧レギュレータ取付部130の余剰空気排出通路133と上記余剰空気流入通路161との間は、可撓性のホース162を介して連通している。

クランク室39内は一般に温度が高いので、そこで結露が生じることはない。クランク室39内へ排出された余剰空気中の水蒸気は、ブローバイガスと共にブリーザ装置を介して、スロットル弁より下流の吸気管47内へ還流され、上記第２実施形態と同じく、吸気管47から燃焼室40へ入り、混合気と共に燃焼に供され、燃焼ガス中の水蒸気となって、排気ポート42から排出される。

図２０は本発明の第４実施形態に係る内燃機関170の要部縦断面図である。本実施形態では、空気圧レギュレータ取付部171が改造されている。第１実施形態の図１３に示された余剰空気排出通路133を廃し、その代りに図２０に示すようにシリンダヘッドカバー34内に直接連通する余剰空気排出通路172を設け、空気圧レギュレータ140の余剰空気をシリンダヘッドカバー34内へ排出するようにしたものである。

シリンダヘッドカバー34内へ排出された余剰空気は、動弁室70を通り、ロッカーアーム駆動ロッド61、67の収納室および、カムチェーン50の収納室を通って、クランク室39に流入し、上記第２実施形態と同じく、ブローバイガスと共に、ブリーザ装置を介して、スロットル弁より下流の吸気管47内へ還流され、吸気管47から燃焼室40へ入り、混合気と共に燃焼に供される。余剰空気中の水蒸気は、燃焼ガス中の水蒸気となって、排気ポート42から排出される。

図２１は本発明の第５実施形態に係る図であり、（ａ）は内燃機関180のシリンダヘッド33、およびシリンダヘッドカバー34を内燃機関の上方から見た図であり、（ｂ）はマフラ181を上方から見た図である。本実施形態では、余剰空気の送り元の空気圧レギュレータ取付部130は第１実施形態と同じであり、余剰空気排出通路133も第１実施形態と同じであるが、余剰空気の送り先はマフラ181内となっている。図において、182はマフラの周壁、183は内燃機関の排気管、184は排気ガス出口管である。マフラ181の周壁182には余剰空気流入通路185が設けてある。空気圧レギュレータ取付部130の余剰空気排出通路133と上記余剰空気流入通路185との間は、可撓性のホース186を介して連通している。

マフラ181内へ排出された余剰空気は、マフラ内を移動した後、排気ガスと共に大気中へ排出される。また、マフラ内で余剰空気から結露水が出ても、マフラに設けられた水分排出用のドレイン排出装置（後述）があるので速やかに排出される。

図２２は上記マフラ181の断面図であり、（ａ）は高さ方向中央部の水平断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図、（ｃ）は（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。矢印Ｆは前方、矢印Ｕは上方を指している。マフラ181の周壁182は、外壁182ａと内壁182ｂとからなる二重壁となっており、内壁182ｂはパンチングメタル製である。両壁の間には吸音断熱材187が充填されている。マフラ181の内部は前後方向に延びる仕切板188と横方向に延びる仕切板189、190とによって、１個の大きい室191と２個の小さい室192、193とに仕切られている。大きい室191と小さい室192とは、パイプ194によって連通している。小さい室192と小さい室193とはパイプ195によって連通している。図２１に示された内燃機関の排気管183の終端に接続された排気ガス導入管196が、仕切板189、190に支持されてマフラ内部の最奥部に達している。排気ガス導入管196の側壁には多数のガス噴出用小孔197が穿設してある。排気ガス導入管196の入口196ａから導入された排気ガスは、図中の矢印に沿ってマフラ内を流れ、その過程で吸音されて、排気ガス出口管184から大気中に放出される。マフラ181の前部の周壁182下部にドレイン排出装置198が設けてある。

図２３は上記ドレイン排出装置198の断面図である。周壁182に穿設されたドレイン排出孔199に対応するマフラの内側の位置において、外壁182ａに脚付き雌ネジ部材200がその脚の下端で溶接されている。201は溶接部である。上記脚付き雌ネジ部材200にボルト202が螺入されている。ボルト202の頭部と外壁182ａとの間にシーリングワッシャ203が介装してある。ドレイン排出装置198は以上のような構成のものである。この装置は、排気ガス中の蒸気が結露してマフラ181内に溜まることがあるので、時々、ドレイン排出装置198の蓋となっているボルト202を緩めて結露水を排出するための装置である。

図２４は、上記第２実施形態〜第５実施形態に示した混合気供給装置のシステム図であり、燃料および空気が圧力調整されて燃料噴射弁と混合気噴射弁へ供給される経路を示している。第１７図に示したシステム図との違いは、空気圧レギュレータからの余剰空気の送り先であり、その他の構成は第１実施形態と同じである。なお、図２４では区分していないが、余剰空気の送り先が、吸気管内、クランクケース内、シリンダヘッドカバー内となっているものは、余剰空気を吸気系へ送る例であり、マフラー内となっているものは、排気系へ送る例である。

以上詳述した実施形態においては次のような特徴がある。
（1）圧力レギュレータが内燃機関と離れた車体に取付けられている従来技術に比して、配管が短縮されている。また吸気ポートの近くに空気圧レギュレータが配置されているので、大気圧導入の構造が簡単であり配管が短縮されているので、配管中の結露が防止され、燃料制御精度が向上し、燃料消費率が向上する。
（2）空気圧レギュレータの大気圧導入孔にカバーを設けているので、走行風の影響によって燃料制御精度が低下することを避け、かつ、レギュレータ部の結露が防止され、大気圧補正による燃料消費率向上を図ることができる。
（3）壁体内部通路により空気通路の短縮化および構造の簡単化を図っている。さらに、空気通路が内燃機関の熱によって保温されるので、結露が防止され、燃料消費率が向上する。
（4）また、シリンダヘッド部冷却水用ジョイントが、上記吸気ポートの車両進行方向後側に設けられているので、シリンダヘッド部の小型化を図り、かつ、圧力レギュレータやその付近の空気通路が冷却水によって直接冷却されることがないので、結露を防止することができる。
（5）さらに、余剰空気は、吸気管内、クランクケース内、シリンダヘッドカバー内などのいずれの場所へ導かれても、最終的には燃焼室へ入り、混合気と共に燃焼に供され、余剰空気中の水蒸気は燃焼ガス中の水蒸気となって、排気管から排出される。
（6）また、マフラ内へ排出された余剰空気は、排気ガスと共に大気中へ排出され、仮にマフラ内で余剰空気から結露水が出ても、マフラに設けられた水分排出用のドレイン排出装置があるので速やかに排出される。

本発明の第１実施形態に係る内燃機関を搭載した自動二輪車の側面図である。 上記内燃機関の縦断面を左方から見た図である。 上記内燃機関の横断面を上方から見た図である。 上記内燃機関の動弁機構部の縦断面を左方から見た図である。 上記内燃機関の前部を下側から見た図であり、一部に断面が示してある。 上記内燃機関の前部を、シリンダヘッドカバーを取り外して、前から見た図である。 上記内燃機関の前部の水平断面を上から見た図である。 上記内燃機関のシリンダヘッドカバーを前から見た図である。 図８のＡ−Ａ断面図である。 図８のＢ−Ｂ断面図である。 図８のＣ−Ｃ断面図である。 図１１のＤ矢視図である。 図１２のＥ−Ｅ断面図である。 上記内燃機関の前部を右側から見た図である。 上記内燃機関の前部縦断面を左側から見た図である。 上記内燃機関の空気圧レギュレータのキャップをその頂部から見た図である。 上記直噴式内燃機関の混合気供給装置のシステム図であり、燃料および空気が圧力調整されて燃料噴射弁と混合気噴射弁へ供給される経路を示している。 本発明の第２実施形態に係る内燃機関の図である。 本発明の第３実施形態に係る内燃機関の図である。 本発明の第４実施形態に係る内燃機関の要部縦断面図である。 本発明の第５実施形態に係る図であり、（ａ）は内燃機関の要部の図であり、（ｂ）はマフラを上方から見た図である。 上記マフラ181の断面図であり、（ａ）は高さ方向中央部の水平断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図、（ｃ）は（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。 上記マフラに設けてあるドレイン排出装置198の断面図である。 上記第２実施形態〜第５実施形態に示した混合気供給装置のシステム図である。

符号の説明

１…内燃機関、２…自動二輪車、３…車体フレーム、４…フロントフォーク、５…ヘッドパイプ、６…メインフレーム、７…リヤフレーム、８…前輪、９…走行ハンドル、10…フロントフェンダ、11…ハンガープレート、12…ピボットプレート、13…スロットルボディ、14…エアクリーナ、15…ラジエータ、16…リヤフォーク、17…リヤクッション、18…後輪、19…燃焼機構部、20…変速機部、21…チェーン、22…燃料タンク、23…収納ボックス、24…乗車用シート、25…車体カバー、26…リヤフェンダ、31…クランクケース、32…シリンダブロック、33…シリンダヘッド、33ａ…接続端面、34…シリンダヘッドカバー、35…クランク軸、36…コンロッド、37…ピストン、37ａ…ピストン頂面の凹部、38…シリンダ、39…クランク室、40…燃焼室、41…吸気ポート、42…排気ポート、43Ａ、43Ｂ…吸気弁、44…排気弁、46…点火プラグ、47…吸気管、50…カムチェーン、51…カム用ドライブスプロケット、52…カム軸、53…吸気カム、54…排気カム、55…カム用ドリブンスプロケット、56…ローラ、57…吸気第１ロッカー軸、58…吸気第１ロッカーアーム、58ａ…球面状凹部、59…吸気第２ロッカー軸、60…吸気第２ロッカーアーム、60ａ…球面状凹部、61…吸気側駆動ロッド、62…ローラ、63…排気第１ロッカー軸、64…排気第１ロッカーアーム、64ａ…球面状凹部、65…排気第２ロッカー軸、66…排気第２ロッカーアーム、66ａ…球面状凹部、67…排気側駆動ロッド、68…鋼ボール、70…動弁室、71…排気ガス抽出部、72…抽出側連結管、73…還流制御装置、73ａ…駆動アクチュエータ部、73ｂ…電線接続端子、74…供給側連結管、75…排気ガス供給部、80…ポンプ作動室、81…ポンプ駆動軸、82…ポンプ用ドライブスプロケット、83…ポンプ駆動用チェーン、84…ポンプ用ドリブンスプロケット、85…冷却水ポンプ室、86…軸受部材、87…ローラーベアリング、88…ボールベアリング、90…空気ポンプ、91…空気ポンプ駆動用偏心軸、92…シリンダ、93…ピストン、93ａ…ロッド部、94…蓋部材、95…圧縮室、96…空気吸入管、97…弁、98…吐出部、99…穿設孔、100…穿設孔、101…穿設孔、102…圧縮空気通路、103…管部材、104…燃料噴射弁収容孔、105…混合気噴射弁収容孔、106…燃料噴射弁、107…混合気噴射弁、109…穿設孔、110…穿設孔、111…穿設孔、112…圧縮空気通路、113…管状ノックピン、114…Ｏリング、115…燃料供給通路、115ａ…継手取付部、116…継手、117…燃料ホース、118…電線、120…シール部材、121…シール部材、122…燃料室、123…シール部材、124…シール部材、125…圧縮空気室、126…燃料注入孔、127…ポペット弁、130…空気圧レギュレータ取付部、131…空気圧レギュレータ取付孔、132…オリフィス、133…余剰空気排出通路、134…燃料圧レギュレータへの連絡通路、140…空気圧レギュレータ、141…背圧室、142…大気圧導入孔、143…キャップ、143ａ…三角面を有する突出部、144…外気連通孔、145…シリンダヘッド部冷却水用ジョイント、146…燃料圧レギュレータ、150…内燃機関、151…余剰空気流入通路、152…ホース、160…内燃機関、161…余剰空気流入通路、162…ホース162、170…内燃機関、171…空気圧レギュレータ取付部、172…余剰空気排出通路、180…内燃機関、181…マフラ、182…マフラの周壁、182ａ…外壁、182ｂ…内壁、183…内燃機関の排気管、184…排気ガス出口管、185…余剰空気流入通路、186…ホース、187…吸音断熱材、188…前後方向に延びる仕切板、189…横方向に延びる仕切板、190…横方向に延びる仕切板、191…大きい室、192…小さい室、193…小さい室、194…パイプ、195…パイプ、196…排気ガス導入管、196ａ…排気ガス導入管の入口、197…ガス噴出用小孔、198…ドレイン排出装置、199…ドレイン排出孔、200…脚付き雌ネジ部材、201…溶接部、202…ボルト、203…シーリングワッシャ。

Claims (6)

1. 圧縮空気と燃料との混合気を燃焼室に供給する混合気噴射弁を備えた直噴式内燃機関の混合気供給装置において、
   上記圧縮空気の圧力と大気圧との圧力差を一定に保つ空気圧レギュレータを設け、
   該空気圧レギュレータを、上記内燃機関の吸気ポート側部のシリンダヘッド部に取付けたことを特徴とする直噴式内燃機関の混合気供給装置。
2. 上記内燃機関を、シリンダヘッド部および吸気ポート部が走行風によって冷却される小型車両に搭載し、
   上記空気圧レギュレータを上記吸気ポートの車両進行方向前側に設け、
   かつ上記空気圧レギュレータの基準圧として大気圧を用いるものとし、該空気圧レギュレータの背圧室に大気圧導入孔を設け、該大気圧導入孔にカバーを設けて走行風が当たらないようにしたことを特徴とする請求項１に記載の直噴式内燃機関の混合気供給装置。
3. 混合気噴射弁を上記内燃機関のシリンダヘッド部に設け、
   上記混合気噴射弁から上記空気圧レギュレータへ向かう圧縮空気導入通路が、シリンダヘッド部の壁体内部に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の直噴式内燃機関の混合気供給装置。
4. シリンダヘッド部冷却水用ジョイントが、上記吸気ポートの車両進行方向後側に設けられたことを特徴とする請求項２に記載の直噴式内燃機関の混合気供給装置。
5. 圧縮空気と燃料との混合気を燃焼室に供給する混合気噴射弁を備えた直噴式内燃機関の混合気供給装置において、
   上記圧縮空気の圧力と大気圧との圧力差を一定に保つ空気圧レギュレータを設け、
   該空気圧レギュレータから排出される余剰空気を、スロットル弁下流の吸気管に導くことを特徴とする直噴式内燃機関の混合気供給装置。
6. 圧縮空気と燃料との混合気を燃焼室に供給する混合気噴射弁を備えた直噴式内燃機関の混合気供給装置において、
   上記圧縮空気の圧力と大気圧との圧力差を一定に保つ空気圧レギュレータを設け、
   該空気圧レギュレータから排出される余剰空気を、マフラに導くことを特徴とする直噴式内燃機関の混合気供給装置。

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