JP2005069170A - 多気筒４サイクルエンジン - Google Patents

Abstract

【課題】 連通孔切削形成時のカエリの発生がなく、ガスが円滑に流れるようにして、シリンダ内のポンプ損失を低減できる多気筒４サイクルエンジンを提供する。
【解決手段】 クランク軸５の軸心方向に沿って並んだ複数気筒３Ａ〜３Ｄのシリンダボア２０Ａおよびその下方のクランク室３を有するエンジンケースＥＣを備え、隣接する気筒３Ａ〜３Ｄのシリンダボア２０Ａおよびクランク室３間を仕切る仕切り壁２１に、これを貫通する連通孔４が切削形成されており、連通孔４の上縁４ａａおよび下縁４ａｂにおけるシリンダボア２０Ａへの開口縁部４ａａ，４ｂａは、周方向中央の主要部がシリンダ軸心ＣＨと直交する方向に延びてほぼ水平でフラットな形状となっている。
【選択図】 図５

Description

本発明は、主として自動二輪車のような車両に搭載される多気筒４サイクルエンジンに関し、詳しくはシリンダ内のポンプ損失（ポンピングロス）を低減できる多気筒４サイクルエンジンに関する。

自動二輪車に搭載される多気筒４サイクルエンジンには、部品点数および組立工数の削減を図るため、シリンダ部とクランクケース上半部を一体形成したものがある。このようなエンジンの場合、各気筒のクランク室が隔壁で仕切られて独立するから、ピストンの下降行程においてクランク室内の空気が圧縮されることにより生じるポンプ損失を軽減するために、隣接する気筒のクランク室上部または下部同士を連通孔によって連通させる構造が採用されている。この連通孔は、エンジンケースの側方から、長尺のドリルをクランク軸と平行に挿入してドリル加工により形成されるもので、横断面円形の孔（横孔）である（例えば特許文献１参照）。
特開平１１−１８２３２５号公報

ところが前記構成にかかる連通孔は、ドリル加工されているから、ドリルの抜け側にカエリ（バリ）が発生する。そこで、このカエリがピストンリングに接触するのを避けるために、前記連通孔の上縁位置を下死点でのピストンリング下端から少なくとも３ｍｍ以上下方に設定する必要があった。このように、連通孔の上縁が下死点でのピストンリング下端から遠い位置に制限され、他方、連通孔の下縁位置はクランク軸受と干渉しない位置に制限されるので、連通孔の上下寸法は制約を受ける。これに対し、連通孔は横断面円形の孔であるために、通路面積の割に上下寸法が大きくなる結果、十分な通路面積を確保しにくい場合がある。しかも、前記カエリ部分は連通孔を通るガス流に対する大きな抵抗となる。このように通路面積が小さく、通路抵抗も大きいために、ガスがスムースに流れにくくなる結果、ポンプ損失が大きくなる。さらに、エンジンケースの側面にドリルの挿入開口が残るので、この開口を別に用意した蓋部材で閉塞しなければならず、部品点数と作業工数の増加を招く。

そこで、本発明は、連通孔切削形成時のカエリの発生がなく、しかもガス流がスムースとなる連通孔を簡単かつ安価に形成できて、シリンダ内のポンプ損失を低減できる多気筒４サイクルエンジンを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る多気筒４サイクルエンジンは、クランク軸心方向に沿って並んだ複数気筒のシリンダボアおよびその下方のクランク室を有するエンジンケースを備え、隣接する気筒のシリンダボアおよびクランク室間を仕切る仕切り壁に、これを貫通する連通孔が切削形成されており、前記連通孔の上縁における前記シリンダボアへの開口縁部は、周方向中央の主要部がシリンダ軸心と直交する方向に延びている。

この構成によれば、連通孔は切削加工で形成されているから、ドリル加工とは異なり、カエリの発生を抑制できるので、連通孔の上縁位置をピストンリングに近づけて連通孔の上下寸法を大きくすることができる。しかも連通孔の上縁におけるシリンダボアへの開口縁部がほぼ水平であるから、従来の円形孔と比べて、上下寸法に対する面積を大きくできる。その結果、連通孔の通路面積を大きくできるので、ピストン下降末期のピストン下方のガス流が、隣接するクランク室へスムースに抜け出る。このことにより、シリンダ内のポンプ損失を低減して、エンジンの出力および効率を向上させることができる。

また、本発明の好ましい実施形態では、前記連通孔の下縁における前記シリンダボアへの開口縁部は、周方向中央の主要部がシリンダ軸心とほぼ直交する方向に延びている。

この構成によれば、連通孔の下縁におけるシリンダボアへの開口縁部もほぼ水平になるから、その通路面積を大きくできるので、ポンプ損失を一層低減できる。

本発明の好ましい実施形態では、前記連通孔は、前記シリンダボアの軸心に対して傾斜した方向にシリンダボアに挿入された切削工具によって切削形成されている。

この構成によれば、前記切削工具をシリンダボアから挿入するので、切削時に切削工具を出し入れするための特別の開口をシリンダボアとは別に設ける必要がなく、その開口を閉塞するための蓋部材などの部品も不要となる。このため、連通孔を切削形成する作業行程が簡略化され、コストを低く抑えて効率的に作業を行うことができる。切削工具として、例えばエンドミルを使用する場合、シリンダボアの軸心に対して傾斜した方向にエンドミルを上方向または下方向から挿入することで容易に切削作業できる。しかも、前記仕切り壁を左右方向から切削して連通孔を形成することで、連通孔形成時のカエリを完全になくすることができる。

本発明に係る多気筒４サイクルエンジンによれば、連通孔の通路面積を大きくでき、しかも連通孔にカエリが生じるのを抑制できるので、連通孔を通るガスがスムースに流れ、ポンプ損失を低減させることができる。

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る自動二輪車に搭載された多気筒４サイクルエンジンを示す側面図である。同図において、車体フレームＦに搭載されたエンジンＥは４気筒４サイクルエンジンであり、そのエンジン本体１のクランクケースＣＲ、シリンダケースＣＹおよびギヤケースＧＥが、エンジンケースＥＣを形成している。このエンジンケースＥＣは上下二ツ割りのケースアッパＣ１とケースロワーＣ２とから構成され、ケースアッパＣ１のシリンダケースＣＹの上面にシリンダヘッド１１が連結され、シリンダヘッド１１の上面に、動弁室を形成するベッドカバー１２が装着されている。ケースロワーＣ２の下面にはオイルパン１３が連結されている。これらエンジンケースＥＣ、シリンダヘッド１１、ヘッドカバー１２およびオイルパン１３がエンジン本体１を形成している。シリンダヘッド１１の４つの排気ポート１０に、それぞれ排気パイプ１５が取り付けられている。

図２に示すように、エンジンケースＥＣ内は、隣接する気筒のシリンダボア２０Ａ〜２０Ｄおよびクランク室３間を仕切る仕切り壁２１によって４つの気筒２Ａ〜２Ｄに仕切られ、これら各気筒２Ａ〜２Ｄのシリンダボア２０Ａ〜２０Ｄ内にはピストン３Ａ〜３Ｄが往復動可能に挿入されている。各ピストン３Ａ〜３Ｄ間には、往復動の位相に差がある。各ピストン３Ａ〜３Ｄは、いずれもコンロッド３２の小端部３３にピストンピン（図示せず）を介して取り付けられ、その大端部３１がクランク軸５に取り付けられている。このクランク軸５には、バランスウエイト６を含むウェブ６が形成され、一端に動弁機構のチェーンを収納するチェーントンネル７が設けられている。前記各ピストン３Ａ〜３Ｄには、それぞれピストンリング３４が取り付けられている。前記仕切り壁２１の下部には、クランク軸受３５が設けられている。クランク軸受３５の上方で仕切り壁２１に、これをクランク軸心６０方向に貫通する連通孔４が切削により形成されており、この連通孔４によって、隣接する気筒２Ａと気筒２Ｂ、および気筒２Ｃと気筒２Ｄとが、それぞれ連通している。

次に、前記連通孔４の形成方法について図３を参照して説明する。図３に示すように、例えばケースアッパＣ１における一端側の第１気筒２Ａのシリンダボア２０Ａ内に、切削工具の一種であるエンドミル８の先端８ａを上方から右斜め下方へ向けて挿入し、隣接する第２気筒２Ｂのシリンダボア２０Ａおよびクランク室３との間を仕切る仕切り壁２１の所定部位に押し当てて切削加工する。このとき、エンドミル８を二点鎖線で示す位置まで押し込んで、連通孔４の上半部を開けるとともに、この上半部の上縁の一端側（左側）を形成する。つづいて、第２気筒２Ｂのシリンダボア２０Ｂ内にエンドミル８の切削先端８ａを上方から左斜め下方へ向けて挿入し、上記連通孔４の上半部の開口縁部の他端側（右側）を形成する。第３気筒２Ｃと第４気筒２Ｄとの間の仕切り壁２１についても同様にして、エンドミル８により連通孔４の上半部を形成する。これにより、図４に示すように、連通孔の上縁４ａに、面取りされたガイド部４０が形成される。

つぎに、図３に示すボールエンドミル９をやはり第１気筒２Ａおよび第３気筒２Ｃのシリンダボア２０Ａ，２０Ｃ内に上方から右斜め下方に挿入し、仕切り壁２１を切削して前記連通孔４の下半部の下縁の一端側を形成する。同様にして、第２気筒２Ｂおよび第４気筒２Ｄのシリンダボア２０Ｂ，２０Ｄに挿入したボールエンドミル９により、連通孔４の下縁の他端側を切削形成する。なお、図３では、左側の２つの気筒２Ａ，２Ｂ間の仕切り壁２１がエンドミル８で切削される第１工程を右側の２つの気筒２Ｃ，２Ｄ間の仕切り壁２１がボールエンドミル９で切削される第２工程を示してある。こうして、２つの仕切り壁２１に連通孔４を形成する。

このようにして切削形成された連通孔４は、図４に示すように、その上縁４ａの開口縁部４ａａが、ピストン下死点時の最下段のピストンリング３４の下縁に近づけて形成されている。なお、エンジンＥの形状によっては、図３の下方向から（下ケースＣ２との合わせ面５０側から）エンドミル８およびボールエンドミル９を挿入して切削加工を行い、連通孔４を形成することもできる。また、前記エンドミル８の代わりに、フェースミル（Ｔスロッタ）といわれる切削工具を用いることもできる。

前記連通孔４をシリンダ軸心ＣＨから径方向に見ると、図５に示すように、その上縁４ａにおける前記シリンダボア２０Ａへの開口縁部４ａａは、シリンダボア２０Ａの周方向に沿った中央の主要部が、シリンダボア２０Ａの軸心、つまりシリンダ軸心ＣＨと直交する方向に延びている。すなわち、連通孔４の全幅Ｗの１/ ２以上、好ましくは２/ ３以上が、水平な直線部となっている。また、前記連通孔４の下縁４ｂにおける前記シリンダボア２０Ａへの開口縁部４ｂａも同様に、シリンダボア２０Ａの周方向に沿った中央の主要部がシリンダ軸心ＣＨと直交する方向に延び、全幅Ｗの１/ ２以上、好ましくは２/ ３以上が、水平な直線部となっている。前記連通孔４の開口縁４ａの上縁４ａａでは、エンドミル８（図３）の形状から、両側部４ａｂが丸みを帯びて形成されている。このように、前記連通孔４は、その開口縁部４ａａ，４ｂａがいずれもほぼ水平でフラットな、ほぼ矩形の形状であるので、図２の最下段のピストンリング３４とクランク軸受３５とで制約される上下寸法を小さくしながら、通路面積を大きくとることができる。

図４に示す連通孔４を通るガスＧの流れは、その流入口となる連通孔４の開口縁部４ａ，４ｂの大きさによって大きく影響を受ける。これを第１気筒２Ａを例にとって説明すると、ピストン３Ａによって押し下げられた気筒２Ａ内のガスＧは連通孔４の開口上縁４ａａから連通孔４内に入り、隣接する気筒２Ｂ内に抜けるが、このとき、斜めのガイド部４０によってスムースに連通孔４内に導入される。連通孔４の通路長さは短いので、連通孔４の通路面積は実質的に開口縁部４ａａ，４ｂａの通路面積に等しい。なお、図５中、二点鎖線で示した横孔３０は、従来の円形の連通孔であって、連通孔４の開口縁部４ａ，４ｂと同一の通路面積を持つものであり、上下寸法が相対的に大きくなり、図２のピストンリング３４およびクランク軸受３５と干渉する可能性がある。

以上のように、本発明に係る多気筒４サイクルエンジンでは、図３の隣接する気筒２Ａ〜２Ｄ間の仕切り壁２１を貫通する連通孔４が、切削により形成されているから、ドリル加工とは異なり、連通孔４の図５に示す開口縁部４ａａ，４ａｂに切削時のカエリが発生するのを抑制できる。特に、連通孔４を、図３に示したように、その両端側から切削加工することにより、カエリを完全になくすることができる。しかも、図４に示す上縁４ａの開口縁部４ａａ、つまりガスＧの流れに最も大きな影響を与える部分に、外側に向かって広がるガイド部４０が形成されているので、カエリをなくしたことと相まって、隣接する気筒２Ａ，２Ｂ間（２Ｃ，２Ｄ間も同様）のガスＧの流れがスムースになる。さらに、連通孔４の開口上縁４ａａは勿論、開口下縁４ｂａもほぼ水平となっているから、同一の上下寸法を持つ円形孔と比べて面積を大きくできるので、短時間で多くのガスＧを流すことができる。その結果、ポンプ損失を低減させ、エンジンの出力および効率が向上する。

本発明は、自動二輪車以外の車両、小型船舶、機械類等の駆動に使用されるエンジンにも適用できる。

本発明の一実施形態に係る多気筒４サイクルエンジンの要部を示す側面図である。 同多気筒４サイクルエンジンの要部を正面から見た断面図である。 連通孔の切削方法を説明する断面図である。 連通孔形成部位を拡大して示す断面図である。 連通孔形成部位を拡大して示す側面図である。

符号の説明

２Ａ〜２Ｄ…気筒
２０Ａ〜２０Ｄ…シリンダボア
３…クランク室
４…連通孔
５…クランク軸
８…エンドミル（切削工具）
９…ボールエンドミル（切削工具）
２１…仕切り壁
ＣＨ…シリンダ軸心
４ａ…連通孔の上縁
４ａａ…上縁の開口縁部
４ｂ…連通孔の下縁
４ｂａ…下縁の開口縁部
Ｅ…エンジン
ＥＣ…エンジンケース

Claims (3)

1. クランク軸心方向に沿って並んだ複数気筒のシリンダボアおよびその下方のクランク室を有するエンジンケースを備え、
   隣接する気筒のシリンダボアおよびクランク室間を仕切る仕切り壁に、これを貫通する連通孔が切削形成されており、
   前記連通孔の上縁における前記シリンダボアへの開口縁部は、周方向中央の主要部がシリンダ軸心と直交する方向に延びている多気筒４サイクルエンジン。
2. 請求項１において、前記連通孔の下縁における前記シリンダボアへの開口縁部は、周方向中央の主要部がシリンダ軸心とほぼ直交する方向に延びている多気筒４サイクルエンジン。
3. 請求項１または請求項２において、前記連通孔は、前記シリンダボアの軸心に対して傾斜した方向からシリンダボアに挿入された切削工具によって切削形成されている多気筒４サイクルエンジン。
   

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