JP2006226281A - 火花点火式エンジン - Google Patents
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Abstract
【解決手段】シリンダヘッド1に設けた吸気ポート2内にインジェクタ3から燃料を噴射するように構成した火花点火式エンジンにおいて、インジェクタ3の燃料噴射孔を吸気ポート2の内壁面に向け、気筒5・6の排気行程中に燃料の噴射を開始3aするように構成し、噴射した燃料を吸気ポート2の内壁面に衝突させるようにした。望ましくは、気筒5・6の排気行程の後半に燃料の噴射を開始3aするように構成する。より望ましくは、クランク角度で排気行程終了前31°〜25°の期間に燃料の噴射を開始3aするように構成する。
【選択図】 図1
Description
この種のエンジンでは、キャブレータよりも正確な空燃比の混合気を得ることができ、優れた排気ガス特性、出力特性を得ることができる利点がある。
《問題》 噴射された燃料の気化が不十分になりやすい。
噴射された燃料が吸気ポート内で熱を吸収する余地がないので、その気化が不十分になりやすい。このため、排気ガス特性、出力特性、燃費特性等の各特性の改善を図ることが困難である。
図1に例示するように、シリンダヘッド(1)に設けた吸気ポート(2)内にインジェクタ(3)から燃料を噴射するように構成した火花点火式エンジンにおいて、
図1、図2(A)(B)、図5、図6、図7に例示するように、インジェクタ(3)の燃料噴射孔(35)(36)を吸気ポート(2)の内壁面に向け、気筒(5)(6)の排気行程中に燃料の噴射を開始(3a)するように構成し、噴射した燃料を吸気ポート(2)の内壁面に衝突させるようにした、ことを特徴とする火花点火式エンジン。
《効果》 噴射された燃料の気化が促進される。
図1、図2(A)、図6、図7に例示するように、噴射した燃料を吸気ポート(2)の内壁面に衝突させるようにしたので、燃料はその衝突箇所に接触するとともに、その周囲にも広がり、吸気ポート(2)の内壁面の熱を受け、その気化が促進される。本発明では、図2(B)に例示するように、排気行程中に燃料噴射を開始(3a)するので、吸気行程中に燃料噴射を開始する場合に比べ、気化時間を長くすることができ、気化に有利となる。また、排気行程中は、圧縮行程、爆発行程、排気行程を経て、吸気ポート(2)の内壁面に圧縮熱と燃焼熱と排気熱とが蓄熱されているので、吸気ポート(2)の内壁面の温度は高く、この点も気化に有利となる。
請求項1に係る発明に加え、次の効果を奏する。
《効果》 噴射された燃料の気化に有利となる。
図2(B)に例示するように、排気行程の後半に燃料の噴射を開始(3a)するように構成したので、噴射された燃料の気化に有利となる。排気行程の後半は、排気行程の前半に比べ、排気熱が吸気ポート(2)の内壁面に蓄熱される時間が長くなるからである。
請求項2に係る発明に加え、次の作用効果を奏する。
《効果》 噴射された燃料の気化に有利となる。
図2(B)に例示するように、クランク角度で排気行程終了前31°〜25°の期間に燃料の噴射を開始(3a)するように構成したので、噴射された燃料の気化に有利となる。クランク角度で排気行程終了前31°よりも前に燃料の噴射を開始すると、排気熱が吸気ポート(2)の内壁面に蓄熱される時間が比較的短かく、吸気ポート(2)の内壁面の温度が十分に高まらず、燃料の気化が不十分となるおそれがある。また、クランク角度で排気行程終了前25°よりも後に燃料の噴射を開始すると、燃料の気化時間が短過ぎ、燃料の気化が不十分となるおそれがある。これに対し、クランク角度で排気行程終了前31°〜25°の期間に燃料の噴射を開始(3a)すると、上記のおそれがなく、噴射された燃料の気化に有利となる。
請求項1から請求項3のいずれかに係る発明に加え、次の作用効果を促進する。
《効果》 部品点数を少なくすることができる。
図1、図6、図7に例示するように、隣り合う左右の気筒(5)(6)の一対に対し、一のスロットルボディ(7)を用いるので、スロットルボディ(7)の数が気筒数の半分で済み、部品点数を少なくすることができる。
請求項4に係る発明に加え、次の作用効果を促進する。
《効果》 インジェクタ内での燃料の気化を防止することができる。
図1、図2(A)、図6、図7に例示するように、前記スロットルボディ(7)にインジェクタ(3)を取り付けたので、シリンダヘッドにインジェクタを取り付ける場合に比べ、シリンダヘッド(1)からインジェクタ(3)への入熱を抑制することができ、インジェクタ(3)内での燃料の気化を防止することができる。
請求項4または請求項5に係る発明に加え、次の効果を奏する。
《効果》 部品点数を少なくすることができる。
図1、図6、図7に例示するように、一のスロットルボディ(7)に対し、一のインジェクタ(3)を用いたので、インジェクタ(3)の数は気筒数の半分で済み、部品点数を少なくすることができる。
請求項6に係る発明に加え、次の効果を奏する。
《効果》 左右の気筒に等量の燃料を正確に分配することができる。
図1、図5、図6、図7に例示するように、左右の燃料噴射孔(35)(36)から左右に分けて噴射した燃料を、それぞれ中央吸気ポート壁(34)の左右で、吸気ポート(2)の内壁面に衝突させるようにしたので、単一の燃料噴射孔から噴射した燃料を中央吸気ポート壁に衝突させて左右に分流させる場合に比べ、左右の気筒(5)(6)に等量の燃料を正確に分配することができる。
請求項7に係る発明に加え、次の効果を奏する。
《効果》 噴射された燃料の気化に有利となる。
図1、図2(A)、図6、図7に例示するように、前後に分けて同時に噴射した燃料を、それぞれ中央吸気ポート壁(34)の左右で、吸気ポート(2)の内壁面に前後にずらして衝突させるようにしたので、噴射した燃料が、吸気ポート(2)の内壁面で、前後方向の広い範囲に広がる。このため、噴射された燃料の気化に有利となる。
請求項7または請求項8に係る発明に加え、次の効果を奏する。
《効果》 インジェクタの構造や噴射の制御が簡単になる。
図1、図6、図7に例示するように、燃料を、左右の燃料噴射孔(35)(36)から同時に噴射するように構成したので、異なる時期に噴射する場合に比べ、インジェクタ(3)の構造や噴射の制御が簡単になる。
請求項9に係る発明に加え、次の効果を奏する。
《効果》 噴射された燃料の気化に有利となる。
図2(B)に例示するように、1サイクル中、一方の気筒の圧縮行程と他方の気筒の排気行程とが同期する2回の同期期間に、それぞれ燃料の噴射を開始(3a)するように構成したので、噴射された燃料の気化に有利となる。この期間は、一方の気筒から、圧縮行程、爆発行程、排気行程を経て、吸気ポート(2)の内壁面に、圧縮熱と燃焼熱と排気熱とが蓄積されているとともに、他方の気筒から圧縮行程中の圧縮熱が伝達され、吸気ポートの内壁面の温度が高いためである。
請求項10に係る発明に加え、次の効果を奏する。
《効果》 左右の気筒に分配する燃料の状態を均等にすることができる。
図2(B)に例示するように、1サイクル中に2回行われる燃料噴射の開始(3a)を、実質的にクランク角度360°の位相差で行うように構成したので、左右の気筒(5)(6)に分配する燃料の状態を均等にすることができる。この位相差が360°からずれると、1サイクル中、1回目の燃料噴射の開始(3a)から一方の気筒の吸気行程が開始するまでのクランク角度と、2回目の燃料噴射の開始(3a)から他方の気筒の吸気行程が開始するまでのクランク角度とが相違することになり、左右の気筒(5)(6)に分配する燃料の状態を均等にすることが困難になる。
請求項4から請求項11に係る発明の効果に加え、次の効果を奏する。
《効果》 スロットルボディの左右方向の幅を短くすることができる。
図1、図6に例示するように、中央吸気ポート壁(34)は、スロットル吸気通路(7a)に近づくにつれて、その左右方向の幅が次第に狭くなるようにしたので、左右方向の幅が一定である場合に比べ、スロットルボディ(7) の左右方向の幅を短くすることができる。
請求項12に係る発明の効果に加え、次の効果を奏する。
《効果》 噴射された燃料の気化に有利となる。
図1に例示するように、吸気ポート(2)を、一の吸気ポート入口(4)から相互に隣り合う左右の気筒(5)(6)の各吸気弁口(5)a(6a)に向かう分岐構造としたので、図6、図7に例示するように、吸気ポート(2)が中央吸気ポート壁(34)で左右に分割されている場合に比べ、中央吸気ポート壁(34)の両側に形成された吸気ポート(2)が温度の高い気筒間部分(38)に近づく。このため、吸気ポート(2)の内壁面の温度が高く、噴射された燃料の気化に有利となる。
請求項1から請求項13のいずれかに係る発明に加え、次の効果を奏する。
《効果》 エンジンを安価に製作できる。
図1に例示するように、スロットル弁(8)をメカニカルガバナに連動連結し、吸気圧センサ(9)で検出した吸気圧と、エンジン回転数センサ(10)で検出したエンジン回転数とに基づいて、制御手段(11)がインジェクタ(3)からの燃料噴射を調節するようにしたので、電子ガバナやエアフローセンサ等の高価な電子部品を用いることなく、吸気量に応じた燃料を噴射することができ、エンジンを安価に製作することができる。
請求項14に係る発明に加え、次の効果を奏する。
《効果》 寒冷時のアイドル回転を安定化させることができる。
図1に例示するように、エンジン温度が所定値よりも低い場合には、制御手段(11)がバイパス弁(14)を開弁するようにしたので、寒冷時のアイドル回転を安定化させることができる。寒冷時には、エンジンオイルの粘度が高くなる等の理由で回転抵抗が大きくなり、アイドル回転が不安定になりやすい。しかし、本発明では、寒冷時にバイパス弁(14)を開弁することにより、吸気バイパス通路(13)から補充される吸気の分だけ、燃料噴射量を増加させ、この燃料を吸気ポート(2)の内壁面の熱で速やかに気化させることができるので、寒冷時のアイドル回転を安定化させることができるのである。
請求項14または請求項15に係る発明に加え、次の効果を奏する。
《効果》 エンストを抑制することができる。
図1に例示するように、吸気圧センサ(9)で検出した吸気圧の減少速度が所定値よりも大きい場合には、制御手段(11)の制御により、所定時間だけバイパス弁(14)を開弁するようにしたので、エンストを抑制することができる。メカニカルガバナを用いた場合、負荷の急減等が起こると、スロットル弁(8)が閉弁側にオーバーシュートし、吸気量が不足し、混合気不足により、エンストを起こすおそれがある。本発明では、吸気圧の減少速度の検出により、上記オーバーシュートの前兆を検出し、スロットル弁(8)のオーバーシュート前から吸気バイパス通路(8)を開通させておくことにより、オーバーシュート時の吸気量の不足を防止するので、エンストを抑制することができるのである。
請求項16に係る発明に加え、次の効果を奏する。
《効果》 エンスト抑制機能を高めることができる。
吸気圧の減少速度が大きい程、バイパス弁(14)の開弁時間を長くするようにしたので、エンストの抑制機能を高めることができる。吸気圧の減少速度が大きい程、スロットル弁(8)の閉弁側へのオーバーシュートの度合いが大きく、スロットル弁(8)が適正開度に復帰する時間が遅れ、エンストが起こりやすい。このため、本発明では、吸気圧の減少速度が大きい程、バイパス弁(14)の開弁時間を長くすることにより、エンストの抑制機能を高めるのである。
吸気圧の減少速度が小さい程、バイパス弁(14)の開弁時間を短くするので、無駄に燃料を供給することがなく、燃費を低くすることができる。
図4に示すように、シリンダブロック(15)の上部にシリンダヘッド(1)を組み付け、シリンダヘッド(1)の上部にヘッドカバー(16)を組み付けている。シリンダブロック(15)の下部にはオイルパン(17)を組み付けている。シリンダブロック(15)の左部にはギヤケース(18)を組み付け、ギヤケース(18)の左部にはベルトケース(19)を組み付けている。ベルトケース(19)の左部には冷却ファン(20)を配置している。シリンダブロック(15)の右部にはフライホイル(26)を配置している。シリンダヘッド(1)の手前にはスロットルボディ(7)を組み付けている。シリンダブロック(15)の手前にはメカニカルガバナのガバナレバー(21)とガバナスプリング(22)とを配置している。このエンジンは、電子燃料噴射装置を備えている。
図1に示すように、シリンダヘッド(1)に設けた吸気ポート(2)内にインジェクタ(3)から燃料を噴射する。スロットルボディ(7)にスロットル弁(8)とインジェクタ(3)を取り付けている。スロットル弁(8)はメカニカルガバナのガバナレバー(21)に連動連結している。スロットル弁(8)の吸気下流側の吸気圧を検出する吸気圧センサ(9)と、エンジン回転数センサ(10)と、制御手段(11)とを設け、吸気圧センサ(9)とエンジン回転数センサ(10)とを制御手段(11)を介してインジェクタ(3)に連携させ、吸気圧センサ(9)で検出した吸気圧と、エンジン回転数センサ(10)で検出したエンジン回転数とに基づいて、計算された吸気量に応じ、制御手段(11)がインジェクタ(3)からの燃料噴射量を調節する。燃料には、ガソリンを用いているが、他の液体燃料や、液化ガス燃料を用いることもできる。液体燃料とは、常温常圧下(15°C〜20°C、760mmHg)で液体の燃料をいい、液化ガス燃料とは、常温常圧下ではガスであるが、加圧下で液体の燃料をいう。この発明は、燃料の気化を促進するものであるため、燃料噴射後に気化しやすいガス燃料よりも、気化しにくい液体燃料を用いた場合に、効果が顕著に現れる。
図2(A)に示すように、インジェクタ(3)は、スロットルボディ(7)の上部に取り付けられている。図1に示すように、インジェクタ(3)は、燃料タンク(23)内に設けた燃料圧送ポンプ(24)に接続されている。インジェクタ(3)には燃料タンク(23)から燃料圧送ポンプ(24)により燃料が圧送される。そして、制御手段(11)でインジェクタ(3)からの燃料噴射期間を制御することにより、燃料噴射量が調節される。制御手段(11)はマイクロコンピュータである。制御手段(11)は点火時期も制御する。
図1、図2(A)(B)、図5に示すように、インジェクタ(3)の燃料噴射孔(35)(36)を吸気ポート(2)の内壁面に向け、気筒(5)(6)の排気行程中に燃料の噴射を開始(3a)するように構成し、噴射した燃料を吸気ポート(2)の内壁面に衝突させるようにしている。
図2(B)に示すように、4サイクル式直列2気筒の構造で、クランクピン角度を360°とし、1サイクル中、一方の気筒の圧縮行程と他方の気筒の排気行程とが同期する2回の同期期間に、それぞれ燃料の噴射を開始(3a)するようように構成している。すなわち、図2(B)に示すように、第1気筒(5)が圧縮行程で、かつ第2気筒(6)が排気行程となる期間中に、吸気ポート(2)の内壁面に向けて、インジェクタ(3)からの燃料噴射を開始(3a)する。また、逆に第2気筒(6)が圧縮行程で、かつ第一気筒(5)が排気行程となる期間中にも、吸気ポート(2)の内壁面に向けて、インジェクタ(3)からの燃料噴射を開始(3a)する。燃料噴射の開始時期も制御手段(11)で制御する。図3中の符号(39)(40)はクランクピンを示している。
図1に示すように、エンジン温度検出手段(12)と、スロットル弁(8)の吸気上流側と吸気下流側とを連通させる吸気バイパス通路(13)と、この吸気バイパス通路(13)を開閉するバイパス弁(14)とを設け、エンジン温度検出手段(12)を制御手段(11)を介してバイパス弁(14)に連携させ、エンジン温度が所定値よりも低い場合には、制御手段(11)がバイパス弁(14)を開弁するようにしている。エンジン温度検出手段(12)には冷却水温度検出センサを用いているが、これに代えて、エンジン温度検出センサを用いてもよい。
図6に示す第1変更例では、図1のもとの同様、中央吸気ポート壁(34)は、スロットル吸気通路(7a)に近づくにつれて、その左右方向の幅が次第に狭くな
っているが、図1のものとは異なり、吸気ポート(2)は分岐構造ではなく、中央吸気ポート壁(34)を挟んで左右に分離した分離構造である。
図7に示す第2変更例では、図1のものと異なり、中央吸気ポート壁(34)の左右の幅は一律であり、吸気ポート(2)は分岐構造ではなく、中央吸気ポート壁(34)を挟んで左右に分離した分離構造である。
これらの変更例は、上記の相違点を除き、実施形態と同一の構成と機能を備えている。図6、図7では、燃料噴射の方向を矢印で示す。図6、図7では、矢印の先端位置で燃料が吸気ポート(2)の内壁面に衝突する。
Claims (17)
- シリンダヘッド(1)に設けた吸気ポート(2)内にインジェクタ(3)から燃料を噴射するように構成した火花点火式エンジンにおいて、
インジェクタ(3)の燃料噴射孔(35)(36)を吸気ポート(2)の内壁面に向け、気筒(5)(6)の排気行程中に燃料の噴射を開始(3a)するように構成し、噴射した燃料を吸気ポート(2)の内壁面に衝突させるようにした、ことを特徴とする火花点火式エンジン。 - 請求項1に記載した火花点火式エンジンにおいて、
気筒(5)(6)の排気行程の後半に燃料の噴射を開始(3a)するように構成した、ことを特徴とする火花点火式エンジン。 - 請求項2に記載した火花点火式エンジンにおいて、
クランク角度で排気行程終了前31°〜25°の期間に燃料の噴射を開始(3a)するように構成した、ことを特徴とする火花点火式エンジン。 - 請求項1から請求項3のいずれかに記載した火花点火式エンジンにおいて、
気筒中心軸線(30)(31)と平行な向きに見て、複数の気筒(5)(6)の配列方向を左右方向、これと直交するシリンダヘッド(1)の幅方向を前後方向、その任意の一方を後方として、
隣り合う左右の気筒(5)(6)の一対に対し、一のスロットルボディ(7)を用い、このスロットルボディ(7)をシリンダヘッド(1)の後方に配置し、このスロットルボディ(7)に一のスロットル吸気通路(7a)と一のスロットル弁(8)とを設け、
上記左右の気筒(5)(6)の各弁口(5a)(6a)の間からスロットル吸気通路(7a)に向けて中央吸気ポート壁(34)を導出し、この中央吸気ポート壁(34)の左右に形成される吸気ポート(2)を介して、上記各弁口(5a)(6a)を上記一のスロットル吸気通路(7a)に連通させた、ことを特徴とする火花点火式エンジン。 - 請求項4に記載した火花点火式エンジンにおいて、
前記スロットルボディ(7)にインジェクタ(3)を取り付けた、ことを特徴とする火花点火式エンジン。 - 請求項5に記載した火花点火式エンジンにおいて、
一のスロットルボディ(7)に対し、一のインジェクタ(3)を用いた、ことを特徴とする火花点火式エンジン。 - 請求項6に記載した火花点火式エンジンにおいて、
前記インジェクタ(3)の前端部を前方の中央吸気ポート壁(34)に向け、このインジェクタ(3)の前端部に左右の燃料噴射孔(35)(36)を配置し、これら左右の燃料噴射孔(35)(36)から左右に分けて噴射した燃料を、それぞれ中央吸気ポート壁(34)の左右で、吸気ポート(2)の内壁面に衝突させるようにした、ことを特徴とする火花点火式エンジン。 - 請求項7に記載した火花点火式エンジンにおいて、
左右の燃料噴射孔(35)(36)を対として、インジェクタ(3)の前端部に複数対のものを配置し、各対のものから前後に分けて同時に噴射した燃料を、それぞれ中央吸気ポート壁(34)の左右で、吸気ポート(2)の内壁面に、前後にずらして衝突させるようにした、ことを特徴とする火花点火式エンジン。 - 請求項7または請求項8に記載した火花点火式エンジンにおいて、
燃料を、左右の燃料噴射孔(35)(36)から同時に噴射するように構成し、ことを特徴とする火花点火式エンジン。 - 請求項9に記載した火花点火式エンジンにおいて、
4サイクル式直列2気筒の構造で、クランクピン角度を360°とし、1サイクル中、一方の気筒の圧縮行程と他方の気筒の排気行程とが同期する2回の同期期間に、それぞれ燃料の噴射を開始(3a)するように構成した、ことを特徴とする火花点火式エンジン。 - 請求項10に記載した火花点火式エンジンにおいて、
1サイクル中に2回行われる燃料噴射の開始(3a)を、実質的にクランク角度360°の位相差で行うように構成した、ことを特徴とする火花点火式エンジン。 - 請求項4から請求項11のいずれかに記載した火花点火式エンジンにおいて、
中央吸気ポート壁(34)は、スロットル吸気通路(7a)に近づくにつれてその左右方向の幅が次第に狭くなるようにした、ことを特徴とする火花点火式エンジン。 - 請求項12に記載した火花点火式エンジンにおいて、
吸気ポート(2)を、一の吸気ポート入口(4)から相互に隣り合う左右の気筒(5)(6)の各吸気弁口(5a)(6a)に向かう分岐構造とした、ことを特徴とする火花点火式エンジン。 - 請求項1から請求項13のいずれかに記載した火花点火式エンジンにおいて、
吸気経路中にスロットル弁(8)を設け、このスロットル弁(8)をメカニカルガバナに連動連結し、スロットル弁(8)の吸気下流側の吸気圧を検出する吸気圧センサ(9)と、エンジン回転センサ(10)と、制御手段(11)とを設け、吸気圧センサ(9)とエンジン回転数センサ(10)とを制御手段(11)を介してインジェクタ(3)に連携させ、吸気圧センサ(9)で検出した吸気圧と、エンジン回転数センサ(10)で検出したエンジン回転数とに基づいて、制御手段(11)がインジェクタ(3)からの燃料の噴射量を調節するようにした、ことを特徴とする火花点火式エンジン。 - 請求項14に記載した火花点火式エンジンにおいて、
エンジン温度検出手段(12)と、スロットル弁(8)の吸気上流側と吸気下流側とを連通させる吸気バイパス通路(13)と、この吸気バイパス通路(13)を開閉するバイパス弁(14)とを設け、エンジン温度検出手段(12)を制御手段(11)を介してバイパス弁(14)に連携させ、エンジン温度が所定値よりも低い場合には、制御手段(11)がバイパス弁(14)を開弁するようにした、ことを特徴とする火花点火式エンジン。 - 請求項14または請求項15に記載した火花点火式エンジンにおいて、
スロットル弁(8)の上流側と下流側とを連通させる吸気バイパス通路(13)と、この吸気バイパス通路(13)を開閉するバイパス弁(14)とを設け、このバイパス弁(14)を前記制御手段(11)に連携させ、吸気圧センサ(9)で検出した吸気圧の減少速度が所定値よりも大きい場合には、制御手段(11)の制御により、所定時間だけバイパス弁(14)を開弁するようにした、ことを特徴とする火花点火式エンジン。 - 請求項16に記載した火花点火式エンジンにおいて、
吸気圧センサ(9)で検出した吸気圧の減少速度が所定値よりも大きい場合には、前記制御手段(11)の制御により、吸気圧の減少速度が大きい程、バイパス弁(14)の開弁時間を長くするようにした、ことを特徴とする火花点火式エンジン。
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