JP2006274902A - 筒内噴射式のレシプロ型エンジン - Google Patents

Abstract

【課題】 エアポンプのポンプ効率を向上させる構成の筒内噴射式のレシプロ型エンジンを提供する。
【解決手段】
ポンプピストン５３の上動行程によりエア圧縮室５０ａ１で圧縮されたエアを、燃焼室１１に燃料を含んだ混合気を噴射する混合気噴射手段１００(１１０)の混合気室１１１に供給するエアポンプＡＰと、エンジンクランクシャフト１６の回転を受け、エンジンピストン１３が下死点に位置するときにポンプピストン５３が上死点に位置する位置関係で、ポンプピストン５３を往復動させる駆動力伝達手段ＴＭとを有し、エンジンクランクケース１８の内部空間とポンプシリンダ空間の内周面およびポンプシリンダの下面に囲まれて形成される空間５０ａ２とを連通させている。
【選択図】図９

Description

本発明は、エンジンシリンダ空間内に配設されるエンジンピストンの往復動によりエンジンクランクシャフトを回転駆動するレシプロ型エンジンに関し、さらに詳しくは燃料をエアポンプからのエアと混合して燃焼室に噴射する筒内噴射式のレシプロ型エンジンに関する。

二輪車等の内燃機関に適用される上記レシプロ型エンジンは、エンジンピストンがエンジンシリンダ空間をエンジンピストンの上面側に形成される空間（燃焼室）と下面側に形成される空間とに仕切って配設される。また、エンジンシリンダ空間を有するエンジンシリンダボディとエンジンクランクシャフトを収容するクランクケースとは結合されて一体のエンジンハウジングを形成しており、エンジンピストンの下面側の空間とエンジンクランクケースの内部空間とが連通している。このため、エンジンピストンの上動行程においては、エンジンクランクケースの内部空間が膨張されてエンジンクランクケースの内圧が下降し、エンジンピストンの下動行程においては、エンジンクランクケースの内部空間が圧縮されてエンジンクランクケースの内圧が上昇する。

また、燃焼行程で消費される燃料を燃焼室に供給する手段として、燃料を噴射する燃料インジェクタと、混合気室内に蓄えられた圧縮エアを燃料インジェクタから噴射される燃料と混合して燃焼室内に直接噴射するエアインジェクタとからなる混合気インジェクタを備えた筒内噴射式が知られている。

筒内噴射式のエンジンには、エアインジェクタに圧縮エアを供給する手段として、例えば、ポンプシリンダ内に配設されるポンプピストンの往復動によりポンプピストンの上面に形成されるポンプ圧縮室にエアを取り入れて圧縮するレシプロ型のエアポンプが設けられる。このようなエアポンプのポンプピストンは、エンジンクランクシャフトの回転駆動力が所定の駆動力伝達手段を介して機械的に伝達されて駆動される。また、エンジンが４サイクル式であると、エンジンの一連の作動行程はエンジンピストンが２往復、すなわちエンジンクランクシャフトが２回転して完了する。このため、筒内噴射式であって４サイクル式のレシプロ型エンジンにおいては、クランクシャフトが２回転するとポンプシャフトが１往復するように駆動力を伝達し、エアポンプからのエアを混合気インジェクタの噴射タイミングに合わせて設定された所定の作動タイミングＴ′で上記一連の作動行程中に１回吐出し、吐出されたエアを混合気インジェクタが作動するまでエアインジェクタの混合気室内に蓄えるように構成される（図９二点鎖線参照）。
特開２００４−３４００４６号公報

ところで、このようなエアポンプは、ポンプピストンの往復動に伴ってポンプシリンダ空間の内周面とのフリクションが発生したり、ポンプ圧縮室に取り入れられたエアが圧縮時にエア漏れを引き起こす等、ポンプ効率を低下させる種々の要因を有している。このようなポンプ効率の低下が見られると、所望する空気圧の圧縮エアを得るためにポンプを大型化する必要が生じ、高コスト化を招くといった課題があり、結果としてエンジンの燃費悪化を招くといった課題があった。このようなことから、筒内噴射式のエンジンにおいて、ポンプ効率を向上させるエアポンプの構成が求められている。

上記課題に鑑み、本発明は、エアポンプのポンプ効率を向上させる構成の筒内噴射式のレシプロ型エンジンを提供することを目的とする。

上記目的達成のため、本発明に係る筒内噴射式のレシプロ型エンジンは、エンジンシリンダ空間を有するエンジンシリンダボディと、エンジンシリンダ空間内を往復動自在に配設されるエンジンピストンと、エンジンピストンの往復動を受けて回転駆動されるエンジンクランクシャフトと、エンジンシリンダボディに結合されてエンジンシリンダ空間と連通する内部空間内にエンジンクランクシャフトを収容するエンジンクランクケースとを有して構成されるレシプロ型エンジンにおいて、ポンプシリンダ空間を有するポンプシリンダボディと、ポンプシリンダ空間内を往復動自在に配設されるポンプピストンとを有して構成され、ポンプピストンの上動行程によりポンプシリンダ空間の内周面およびポンプピストンの上面に囲まれて形成されるエア圧縮室で圧縮されたエアを、エンジンシリンダ空間の内周面およびエンジンピストンの上面に囲まれて形成される燃焼室に燃料を含んだ混合気を噴射する混合気噴射手段の混合気室に供給するエアポンプと、エンジンクランクシャフトの回転を受け、エンジンピストンが下死点に位置するときにポンプピストンが上死点に位置する位置関係で、ポンプピストンを往復動させる駆動力伝達手段とを有し、エンジンクランクケースの内部空間とポンプシリンダ空間の内周面およびポンプシリンダの下面に囲まれて形成される空間とを連通させて構成される。

また、このレシプロ型エンジンが４サイクル式であり、ポンプ圧縮室と混合気室とを連通する圧縮エア通路にポンプ圧縮室からのエアを蓄える蓄圧室を備えて構成することが好ましい。

なお、蓄圧室を混合気噴射手段の近傍に位置してレシプロ型エンジンの内部に一体に形成することが好ましい。

本発明に係る筒内噴射式のレシプロ型エンジンの構成によると、エンジンクランクシャフトが１回転すると、エンジンピストンが下死点に位置するときにポンプピストンが上死点に位置する位置関係で、エアポンプのポンプピストンが１往復する。すなわち、エンジンピストンの下動に同期してポンプピストンは上動する。このとき、上記の通りエンジンクランクケースの内圧は上昇する。また、ポンプピストンの上動時に膨張されるポンプピストンの下面に形成される空間が、エンジンクランクケースの内部空間に連通している。このことから、エアを圧縮するポンプピストンの上動時に、ポンプピストンの下面に形成される空間に上昇するエンジンクランクケースの内圧が作用し、ポンプピストンの上動がアシストされる。同様にしてポンプピストンの下動時においても、圧縮されるポンプピストンの下面に形成される空間に下降するエンジンクランクケースの内圧が作用し、ポンプピストンの下動がアシストされる。従って、ポンプピストンのポンピングロスが低減され、エアポンプのポンプ効率を向上させることができる。

また、上記構成のレシプロ型エンジンが４サイクル式であると、エンジンの一連の作動行程中にポンプピストンが２往復する。このため、混合気噴射手段の噴射に必要なエア量が２回に分けて吐出され、噴射に必要なエア量を１回の吐出で賄う構成のエアポンプと比較してポンプ容量をおよそ半分にすることができ、エアポンプをコンパクトに構成できる。また、混合気噴射手段の混合気室とは別に吐出されたエアを蓄えるための蓄圧室を備えていることから、混合気室の容量を小さくでき、混合気噴射手段をコンパクトに構成できる。

なお、混合気噴射手段の近傍に蓄圧室を設けることにより、蓄圧室内に蓄えられたエアは圧力損失を小さくして混合気噴射手段に供給される。このように、蓄圧室に蓄えられたエアの圧力を噴射で有効に利用することができる。また、蓄圧室がエンジン内部に形成されることから蓄圧室内の保温性が高く、エアポンプからのエアに含まれる水分が蓄圧室内で結露するおそれを低減でき、蓄圧室の耐久性を向上することができる。

以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。図１〜図８に本発明に係る筒内噴射式のレシプロ型エンジンが適用された二輪車の駆動装置を示しており、まずこの二輪車の駆動装置について説明する。この駆動装置は単気筒のエンジンＥと、図示しない変速機とを備え、エンジンＥのエンジンクランクシャフト１６の回転駆動力を変速機で変速して図示しない二輪車の後輪を駆動するように構成されている。

エンジンＥは、エンジンシリンダ空間１０ａを有したエンジンシリンダボディ１０と、エンジンシリンダボディ１０の上面を覆って取り付けられたエンジンシリンダ１２と、エンジンシリンダ空間１０ａに嵌合して配設され、エンジンシリンダ空間１０ａ内を往復摺動可能なエンジンピストン１３と、エンジンシリンダボディ１０に結合されて内部空間がエンジンシリンダ空間１０ａに連通するエンジンクランクケース１８と、エンジンクランクケース１８の内部空間にベアリング１７ａ，１７ｂ等により回転自在に支持されたエンジンクランクシャフト１６と、先端部１４ａがピストンピン１３ａを介してエンジンピストン１３に枢結されるとともに基端部１４ｂがクランクピン１５を介してエンジンクランクシャフト１６のクランク部１６ａに枢結されたコンロッド１４とを有して構成される。

エンジンシリンダ空間１０ａは、エンジンピストン１３によりピストン上面側の空間１０ａ１とピストン下面側の空間１０ａ２とに仕切られ、ピストン下面側の空間１０ａ２がエンジンクランクケース１８の内部空間に連通する。ピストン上面側の空間１０ａ１は、ピストンシリンダ空間１０ａの内周面と、エンジンピストン１３の上面と、エンジンシリンダヘッド１２とに囲まれる燃焼室１１が形成される。なお、エンジンピストン１３の上面には、混合気インジェクタ１００のノズル部１１３より噴射される混合気を受け止めてその混合気を燃え易い状態にするためのキャビティ部１３ｂが設けられている。

エンジンシリンダ１２およびエンジンヘッドカバー２６にそれぞれ跨って点火プラグ２１及び混合気インジェクタ１００が取り付けられており、混合気インジェクタ１００より圧縮エアと霧化された燃料の混合気を燃焼室１１に噴射し、点火プラグ２１により燃焼室１１内の混合気を点火燃焼させるようになっている。また、エンジンシリンダ１２には吸気バルブ２３及び排気バルブ２４がバルブスプリング２３ａ，２４ａにより閉止方向に付勢されて取り付けられており、吸気バルブ２３はエンジンシリンダ１２に形成された吸気通路１２ａを開閉し、排気バルブ２４は排気通路１２ｂを開閉する。なお、吸気通路１２ａには吸気マニホールド２５が繋がり、排気通路１２ｂの出口端１２ｃには排気マニホールド（図示せず）が繋がる。

このエンジンＥは４サイクル式のエンジンからなり、ピストン１３が２往復する間に吸気、圧縮、燃焼、排気行程が行われ、これに合わせて吸排気バルブ２３，２４が開閉作動される。この吸排気バルブ２３，２４の開閉作動のため、エンジンクランクシャフト１６の端部に第１スプロケット３１が結合して設けられ、エンジンシリンダボディ１０の側部に回転自在に設けられたカムシャフト３４に第２スプロケット３３が設けられ、第１及び第２スプロケット３１，３３に第１チェーン３２が掛け回されている。第１及び第２スプロケット３１，３３の歯数は１：２に設定されており、エンジンクランクシャフト１６の１／２の回転速度でカムシャフト３４が回転駆動される。カムシャフト３４には吸気用カム部３４ａと排気用カム部３４ｂとが形成されており、それぞれ連結ピン３５ａ，３６ａによりエンジンシリンダボディ１０に枢結されたカムフォロア３５，３６のローラ３５ｂ，３６ｂが各カム部３４ａ，３４ｂに当接している。このように第１チェーンが設けられており、エンジンクランクケース１８の内部空間とエンジンシリンダボディ１０の内部空間とは連通している。

一方、エンジンシリンダ１２の上面には吸排気バルブ２３，２４作動用のロッカーアーム３９，４０が枢結ピン３９ａ，４０ａにより枢結されて揺動自在に取り付けられており、これらロッカーアーム３９，４０の一端と上記カムフォロア３５，３６を繋いでプッシュロッド３７，３８が図示のように配設されている。ロッカーアーム３９，４０の他端は上記吸排気バルブ２３，２４の先端に当接しており、ロッカーアーム３９，４０の揺動により吸排気バルブ２３，２４をバルブスプリング２３ａ，２４ａの付勢に抗して押し下げてこれを開放させる。

上記構成の機構においては、エンジンクランクシャフト１６の１／２の回転速度でカムシャフト３４が回転駆動され、これに応じてカムフォロア３５，３６がカムシャフト３４の一回転ごとに一回（すなわち、エンジンクランクシャフト１６の二回転ごとに一回）上下に揺動される。この揺動に応じてプッシュロッド３７，３８が上下に往復動されてロッカーアーム３９，４０が枢結ピン３９ａ，４０ａを介して揺動され、吸排気バルブ２３，２４がバルブスプリング２３ａ，２４ａの付勢力に抗して押し下げられて開放され、吸気及び排気通路１２ａ，１２ｂを燃焼室１１と連通させる。なお、吸気バルブ２３は吸気行程において開放され、排気バルブ２４は排気行程において開放されるようにカム部３４ａ，３４ｂが設定されている。

また、所定のタイミングで混合気インジェクタ１００から燃焼室１１内に圧縮エアと燃料との混合気が噴射され、点火プラグ２１の先端部２１ａにおける放電によりこの混合気を点火燃焼させ、燃焼行程が行われる。

混合気インジェクタ１００は、図３に示すように、キャビティ部１３ｂに対向して設けられて混合気室１１１内の圧縮エアを燃焼室１１内に噴射するエアインジェクタ１１０と、エアインジェクタ１１０に対して直列的に配置され、燃料ポンプＦＰから燃料室１２１に供給される燃料をエアインジェクタ１１０の混合気室１１１内に噴射する燃料インジェクタ１２０とから構成される。

エアインジェクタ１１０および燃料インジェクタ１２０はそれぞれ、図示しないＥＣＵ（電子制御装置）からの信号を受けて開閉駆動されるソレノイドバルブ１１０ａ，１２０ａを有して構成される。燃料インジェクタ１２０は、ＥＣＵによるソレノイドバルブ１２０ａの開閉弁制御により、燃料室１２１からこのソレノイドバルブ１２０ａのバルブボディ１２２に形成された燃料導入口１２３を通ってバルブボディ１２２に流入した燃料を、エンジンＥの状態に応じて予め設定された所定の噴射タイミング、所定の燃料量でノズル部１２４から噴射する。ノズル部１２４からの燃料は、エア導入部１２５を通ってエアインジェクタのバルブボディ１１２の内部に噴射される。エアインジェクタ１１０も同様にして、ＥＣＵによるソレノイドバルブ１１０ａの開閉弁制御により、予め設定された所定の噴射タイミングおよび噴射量で、混合気室１１１内の圧縮エアにバルブボディ１１２の内部に噴射された燃料が混合されて生成される混合気をノズル部１１３から燃焼室１１に噴射する。

燃料インジェクタ１２０の燃料室１２１に燃料を供給する燃料供給系Ｆは、燃料タンクＦＴから汲み上げた液体燃料を高圧にして圧送する燃料ポンプＦＰと、燃料ポンプＦＰから燃料室１２１に供給される燃料の圧力を所定の設定燃料圧ＰFに調圧する燃料圧レギュレータＦＲと、燃料タンクＦＴ、燃料ポンプＦＰ、燃料レギュレータＦＲ、および燃料室１２１を連通する燃料供給通路系９０とから構成される。なお、燃料ポンプＦＰからの高圧の燃料が設定燃料圧ＰFを超えており、燃料レギュレータＦＲによる調圧で余剰とされた燃料は、余剰燃料戻し通路９１を介して燃料タンクＦＴに還流される。

エアインジェクタ１１０の混合気室１１１に圧縮エアを供給するエア供給系Ａは、外気を清浄化するエアクリーナＡＣと、エアクリーナＡＣからの清浄化されたエアを高圧の圧縮エアにして吐出するエアポンプＡＰと、エアポンプＡＰから吐出される圧縮エアの圧力を所定の設定空気圧ＰAに調圧する空気圧レギュレータＡＲと、これらエアクリーナＡＣ、エアポンプＡＰ、エアレギュレータＡＲおよび混合気室１１１を連通するエア供給通路系９５とから構成される。

エアクリーナＡＣは、吸気マニホールド２５の上流端に取り付けられており、内部に空間を形成するとともに入口開口及び出口開口が設けられたクリーナケース（図示せず）と、クリーナケースの内部空間を入口開口が連通する入口側空間（ダーティ側空間）と出口側空間（クリーン側空間）とに仕切って配設されるフィルタエレメント（図示せず）とから構成される。エアクリーナＡＣは、入口開口から入口側空間に取り入れた外気をフィルタエレメントを通過させて濾過し、出口側空間の清浄エアが出口開口から排出され、吸気マニホールド２５内に導かれる。

図４〜図８に示すように、エアポンプＡＰは、エンジンシリンダボディ１０と一体に繋がって構成されており、ポンプシリンダ空間５０ａを有したポンプシリンダボディ５１と、ポンプシリンダボディ５１の上面を覆って取り付けられたポンプシリンダヘッド５２と、ポンプシリンダ空間５０ａに嵌合してポンプシリンダ空間５０ａ内を往復摺動可能なポンプピストン５３と、ポンプピストン５３を往復動させるためのスコッチヨーク機構ＳＹとを有して構成される。ポンプシリンダ空間５０ａは、ポンプピストン５３によりポンプピストンの上面側に形成されたポンプ圧縮室５０ａ１と、ポンプピストンの下面側に形成されてポンプピストン５３の下面およびポンプシリンダ空間５０ａの内周面により囲まれたピストン下面側空間５０ａ２とに仕切って配設される。

スコッチヨーク機構ＳＹは、ポンプピストン５３と一体に繋がった平板状のピストンロッド５４の先端に形成された摺動孔５４ａ内に嵌合してポンプシリンダ空間５０ａのシリンダ軸と直角方向に摺動自在に設けられたスライダ５５と、エンジンシリンダボディ１０の側部に設けられたポンプ駆動シャフト５６の先端に偏芯して形成された偏芯シャフト５７とを有して構成され、偏芯シャフト５７がスライダ５５に回転自在に嵌合連結されている。なお、ポンプ駆動シャフト５６はベアリング５８ａ，５８ｂを介してエンジンシリンダボディ１０により回転自在に支持されている。なお、一体に成形されるポンプ駆動シャフト５６および偏心シャフト５７は、エンジンシリンダボディ１０に設けられる連通孔１０ｂを介して、エンジンシリンダボディ１０内およびポンプシリンダボディ５１内に跨って配設される。このように、連通孔１０ｂを介して、エンジンシリンダボディ１０の内部空間とポンプシリンダボディ５１のピストン下面側空間５０ａ２が連通されている。

このような構成において、ポンプ駆動シャフト５６を回転駆動すると、スコッチヨークＳＹの作用によりポンプピストン５３をシリンダ内周面５１ａに摺接させながら往復運動させることができる。このポンプ駆動シャフト５６を回転駆動するため、カムシャフト３４に結合して設けられた第２スプロケット３３と一体に第３スプロケット６０が設けられ、ポンプ駆動シャフト５６には第４スプロケット６１が結合して設けられ、第３及び第４スプロケット６０，６１に第２チェーン６２が掛け回されている。第３及び第４スプロケット６０，６１の歯数は２：１に設定されており、カムシャフト３４の２倍の回転速度でポンプ駆動シャフト５６が回転駆動される。このように、第１及び第２スプロケット３１，３３、第１チェーン３２、カムシャフト３４、第３及び第４スプロケット６０，６１、および第２チェーン６２からなる駆動力伝達機構ＴＭにより、ポンプ駆動シャフト５６は、エンジンクランクシャフト１６の回転を受けてエンジンクランクシャフト１６と同一回転速度で回転され、エンジンクランクシャフト１６が一回転するとポンプピストン５３は一往復する。このようにしてポンプピストン５３が往復動されるのに応じてポンプ圧縮室５０ａ１内にエアを吸入して圧縮する。

ポンプシリンダボディ５１とポンプシリンダヘッド５２との間には薄い金属板からなるバルブプレート６３が挟持されてガスケットとしての機能を果たしている。このバルブプレート６３には吸気孔５２ａを塞ぐようにして吸気リード弁６４が舌片状に打ち抜き加工して形成されている。吸気リード弁６４は、ポンプピストン５３が下方に移動するときに、ポンプ圧縮室５０ａ１内に発生する負圧を受けて下方に撓んで吸気孔５２ａを開放し、吸気孔５２ａからのエアがポンプ圧縮室５０ａ１に導入される。なお、吸気孔５２ａには、吸気マニホールド２５の上流部における側壁から分岐して設けられる清浄エア供給通路（図示せず）が接続されており、エアクリーナＡＣから吸気マニホールド２５に導かれた清浄エアがこの清浄エア供給通路を経て吸気孔５２ａからポンプ圧縮室５０ａ１内に導入される。また、上記バルブプレート６３には、ポンプピストン５３に形成された凸部５３ａが嵌入し得る円形孔６５が形成されている。

バルブプレート６３の上方には排気ポペット弁７０が設けられている。この排気ポペット弁７０は、図８に示すように、ポンプシリンダヘッド５２に形成された圧縮エア通過空間５２ｄ内における着座面５２ｃに着座するように設けられた円盤状の弁体７１と、この弁体７１を着座面５２ｃに着座する方向に付勢する圧縮ばね７４とから構成される。圧縮エア通過空間５２ｄにおける着座面５２ｃからポンプ圧縮室５０ａ１内に連通してエア連通孔５２ｄが形成されており、弁体７１が着座面５２ｃに着座した状態でエア通過孔５２ｂが弁体７１により覆われて閉止される。このような構成の排気ポペット弁７１は、図８に矢印Ａで示すようにポンプピストン５３が下方に移動されるときに、ポンプ圧縮室５０ａ１内に発生する負圧を受けて弁体７１が着座面５２ｃに着座した状態で保持されてエア通過孔５２ｂを閉塞し、圧縮エア通過空間５２ｄ内の圧縮エアがポンプ圧縮室５０ａ１内に逆流するのを防止する。

このようにエアポンプＡＰは、エンジンクランクシャフト１６が回転されると、駆動力伝達機構ＴＭにより回転力が伝達され、ポンプ駆動シャフト５６がエンジンクランクシャフト１６と同一回転速度で回転駆動される。そして、ポンプピストン５３がポンプ駆動シャフト５６の回転に対応して往復動され、その結果、エンジンクランクシャフト１６の一回転ごとにポンプピストン５３が一回往復動される。ポンプピストン５３が往復動されるときに、ポンプピストン５３の下動行程（図８中の矢印Ａ方向に移動する行程）では吸気リード弁６４が開放されて吸気孔５２ａからポンプ圧縮室５０ａ１内に清浄エアを吸入し、上動行程（図８中に矢印Ｂ方向に移動する行程）では排気ポペット弁７０が開放されて、ポンプピストン５３の上動に応じて圧縮されたポンプ圧縮室５０ａ１内の圧縮エアが圧縮エア通過空間５２ｄ内に押し出される。また、ポンプピストン５３が上死点近傍まで上動したときには、ポンプピストン５３に形成された前述の凸部５３ａはバルブプレート６３に形成された円形孔６５からポンプシリンダ５２に形成されたエア通過孔５２ｂ内に嵌入する。これにより、エア通過孔５２ｂの内部空間のエアが凸部５３ａにより圧縮されて圧縮エア通過空間５２ｄ内に押し出されることになるので、圧縮デッドスペースが小さくなって圧縮効率が高められる。

上記のように圧縮エアが供給される圧縮エア通過空間５２ｄには圧縮エア供給管９５ａが接続されている。この圧縮エア供給管９５ａは、図５に示すように、エンジンシリンダ１２およびエンジンヘッドカバー２６に形成された圧縮エア供給路９５ｂと繋がっており、圧縮エア供給路９５ｂはエアインジェクタ１１０の前述の混合気室１１１に開口している。

エアポンプＡＰから混合気室１１１内に供給される圧縮エアの圧力を調整する空気圧レギュレータＡＲは、オリフィスＯを介して上記圧縮エア供給路９５ｂに繋がって設けられる。圧縮エアの圧力が所定の設定空気圧ＰAを超えており、空気圧レギュレータＡＲの調圧で余剰とされたエアは、余剰エア戻し通路９６を経てエアクリーナＡＣに還流される。また、オリフィスＯにより空気圧レギュレータＡＲに導かれるエアの脈動が抑制され、空気圧レギュレータの調圧性能を向上させるようになっている。

図６に示すように、エンジンヘッドカバー２６には、エアインジェクタ１１０の混合気室１１１の近傍に、圧縮エア供給路９５ｂに連通してエアポンプＡＰから吐出される圧縮エアを蓄える蓄圧室２６ａが一体に成形されている。この蓄圧室２６ａは、エアポンプＡＰが１回の作動で吐出するエア量を蓄えることができる容量を有して成形されている。

このように構成されるエンジンＥの作動タイミングについて、図９を参照して説明する。このエンジンＥは上記の通り４サイクル式のエンジンからなり、クランク角が０度で上死点に位置するエンジンピストン１３が下動すると、排気バルブ２４が閉弁され、前の作動サイクルの排気行程中に開弁された吸気バルブ２３を介して吸気マニホールド２５からのエアが吸気通路１２ａを経て燃焼室１１内に吸気される（吸気行程）。クランク角が１８０度でエンジンピストン１３が下死点に達すると、エンジンピストン１３がエンジンクランクシャフト１６の慣性力で上動し、吸気バルブ２３が閉弁され、燃焼室１１内のエアが圧縮される（圧縮行程）。この圧縮行程中に混合気インジェクタ１００のノズル１１３から混合気が噴射され、点火プラグ２１により混合気が点火燃焼され、クランク角が３６０度で上死点に達したエンジンピストン１３が燃焼膨張により再び下動する（燃焼行程）。エンジンピストン１３が下動し、クランク角が５４０度となって下死点に達すると、再びエンジンクランクシャフト１６の慣性力を受けて上動する。この過程で排気バルブ２４が開弁され、燃焼室１１内のエアが排気通路１２ｂに排出される（排気行程）。

なお、燃焼行程に係る作動タイミングについては、吸気行程中に燃料インジェクタ１２０のソレノイドバルブ１２０ａが開弁されて燃料室１２２内の燃料の噴射が行われ、次いでエアポンプＡＰによる圧縮エアの吐出が行われ、圧縮行程中にエアインジェクタ１１０のソレノイドバルブ１１０ａが開弁されて混合気室１１１から燃焼室１１への混合気の噴射が行われ、エンジンピストン１３が上死点に達する直前に点火プラグ２１の先端部２１ａの放電が行われるようになっている。

燃料インジェクタ１２０、エアインジェクタ１１０、および点火プラグ２１の作動タイミングは、図示しないクランク角検出器等、エンジンＥの状態を検出する検出手段からの検出信号を基にしてＥＣＵにより制御されており、吸気行程から排気行程に至る上記一連のエンジンＥの作動サイクルにおいてそれぞれ１回ずつ作動する。

このようにエンジンクランクシャフト１６が２回転、エンジンピストン１３が２往復して一連のエンジンＥの作動サイクルが行われるが、このエンジンピストン１３の往復動により、エンジンピストン１３の下面側の空間１０ａ２に連通するエンジンクランクケース１８の内部空間が圧縮、膨張を繰り返すことから、エンジンクランクケース１８の内圧が変動する。図９に示すように、エンジンピストン１３が上動するとエンジンクランクケース１８の内部空間が膨張されてエンジンクランクケース１８の内圧は下降し、エンジンピストン１３が下動するとエンジンクランクケース１８の内部空間が圧縮されてエンジンクランクケース１８の内圧は上昇する。

ここで、本実施例のエアポンプＡＰは、エンジンクランクシャフト１６の回転を駆動力伝達機構ＴＭを介して機械的に伝達し、エンジンクランクシャフト１６の回転に同期してポンプピストン５６を摺動させることにより駆動されている。このため、エアポンプＡＰの圧縮エアを吐出するタイミングは、クランク角に応じたポンプピストン５６の位置で決まる。本実施例においては、エアポンプＡＰは、クランク角が１８０度および５４０度であるとき、すなわちエンジンピストン１３が下死点に位置するときに、ポンプピストン５６が上死点に位置するように設定されている。

これによりエアポンプＡＰは、エンジンピストン１３が下死点近傍に位置するとき、すなわち、燃焼行程から排気行程への移行時（以下「第１作動タイミングＴ１」と称する）および吸気行程から圧縮行程への移行時（以下「第２作動タイミングＴ２」と称する）をそれぞれ作動タイミングとして、ポンプ圧縮室５０ａ１から圧縮エアを吐出してエアインジェクタ１１０に供給する。

第１作動タイミングＴ１で吐出される圧縮エアは、圧縮エア供給管９５ａ、圧縮エア供給路９５ｂを通り、圧縮エア供給路９５ｂに連通する蓄圧室２６ａ内に供給され、蓄圧室２６ａ内で圧力を保持されたまま蓄えられる。上記のように蓄圧室２６ａの容量はエアポンプＡＰが１回の作動で吐出する圧縮エアの量に相当することから、蓄圧室２６ａは第１作動タイミングＴ１で吐出された圧縮エアで満たされる。次いで、第２作動タイミングＴ２で吐出される圧縮エアは、蓄圧室２６ａが第１作動タイミングＴ１において吐出された圧縮エアで満たされていることから、エアインジェクタ１１０の混合気室１１１内に蓄えられる。

その後、エアインジェクタ１１０のソレノイドバルブ１１０ａが開弁されると、混合気室１１１内に蓄えられていた圧縮エアが開放されて燃焼室１１内に噴射されるとともに、蓄圧室２６ａに蓄えられていた圧縮エアがともに混合気室１１１を経て燃焼室１１内に噴射される。圧縮エアの噴射の終了はソレノイドバルブ１１０ａの閉弁により行われ、ソレノイドバルブ１１０ａが閉弁された後の蓄圧室２６ａおよび混合気室１１１内の空気圧は、圧縮エアが蓄えられる前の圧力状態に戻される。

上記のように構成されるエアポンプＡＰにおいて、ポンプ圧縮室５０ａ１内のエアを圧縮するポンプピストン５３の上動時に、エンジンピストン１３が下動するようになっており、エンジンクランクケース１８の内圧が上昇する。ポンプピストン５３の上動時に体積が膨張されるピストン下面側空間５０ａ２は、エンジンクランクケース１８の内部空間と、連通孔１０ｂ、エンジンシリンダボディ１０の内部空間を介して連通している。このため、ポンプピストン５３が上動する第１および第２作動タイミングＴ１，Ｔ２において、ピストン下面側空間５０ａ２に、上昇するエンジンクランクケース１８の内圧が作用し、この内圧によってポンプピストン５３の上動がアシストされる。

また逆に、ポンプ圧縮室５０ａ１内に清浄エアを取り入れるポンプピストン５３の下動時においても、エンジンピストン１３が上動してエンジンクランクケース１８の内圧が下降する。このとき、ピストン下面側空間５０ａ２は圧縮されるが、下降するエンジンクランクケース１８の内圧がピストン下面側空間５０ａ２に作用するため、ポンプピストン５３の下動がアシストされる。このように、本発明に係る筒内噴射式のレシプロ型エンジンによると、エンジンクランクケース１８の内圧を利用してポンプピストン５３の往復動をアシストできることから、ポンプピストン５３のポンピングロスが低減され、エアポンプＡＰの作動効率を向上させることができる。

また、このように、エンジンピストン１３とポンプピストン５３の往復動周期を同期させているため、本実施例のようにエンジンＥが４サイクル式であると、吸気行程から排気行程に至るまでにエアポンプの圧縮が２回行われる。一方、エアインジェクタ１１０による燃焼室１１への圧縮エアの噴射は従来と同様に１回である。このように、１回に噴射される圧縮エアを２回に分けて吐出する構成であるため、混合気インジェクタ１００の噴射に必要なエア量を１回の吐出で賄う構成のエアポンプと比較して、ポンプ容量をおよそ半分にすることができ、筒内噴射式のレシプロ型エンジンのエアポンプをコンパクトに構成することができる。

また、２回に分けて吐出される圧縮エアのうち、１回分の吐出量に相当するエア量を蓄えることができる容量を有した蓄圧室２６ａを、ポンプ圧縮室５０ａ１からエアインジェクタ１１０の混合気室１１１に至る通路に備えている。これにより、燃焼行程から排気行程への移行時（第１作動タイミングＴ１）に吐出されるエアが蓄圧室２６ａに蓄えられ、吸気行程から圧縮行程への移行時（第２作動タイミングＴ２）に吐出されるエアが混合気室１１１に蓄えられ、エアインジェクタ１１０のソレノイドバルブ１１０ａの開弁時に、蓄圧室２６ａおよび混合気室１１１に蓄えられたエアが燃焼室１１に噴射されるようになっている。このため、上記同様、噴射に必要なエアを混合気室１１１のみで蓄える構成の混合気インジェクタ１００と比較して、混合気室１１１の容量をおよそ半分にして構成することができ、筒内噴射式のレシプロ型エンジンをコンパクトに構成することができる。

また、このような蓄圧室２６ａはエンジンヘッドカバー２６の内部に一体に形成されているため、上記効果を有する筒内噴射式のレシプロ型エンジンを複雑化させることなく構成できる。また、蓄圧室２６ａをエンジンヘッドカバー２６の外部に設けた際には、外気温の影響を受けて圧縮エア内の水分が蓄圧室２６ａ内に結露するおそれがあるが、エンジンＥの作動に伴って高温となるエンジンヘッドカバー２６の内部に設けていることから蓄圧室内の保温性を高くすることができ、このような結露のおそれが低減して蓄圧室２６ａの耐久性を向上することができる。さらに、この蓄圧室２６ａはエアインジェクタ１１０の混合気室１１０ａの近傍に設けられていることから、蓄圧室２６ａ内のエアは圧力損失を小さくしてエアインジェクタ１１０に供給され、蓄圧室２６ａに蓄えられた圧力を噴射に有効利用することができる。

以上、本発明に係る筒内噴射式のレシプロ型エンジンの実施例について説明したが、必ずしも上記実施例の形態に限られない。例えば、エンジンクランクシャフト１６の回転駆動力をポンプ駆動シャフト５６に伝達する伝達機構は、エンジンクランクシャフト１６とポンプ駆動シャフト５６がエンジンクランクシャフト１６と同一回転速度で回転駆動されるように構成され、また、エンジンピストンが下死点に位置するときにポンプピストンが上死点に位置するようにして駆動されていればていればどのような形態のものであってもよい。

また、本実施例では単気筒４サイクル式のエンジンを例示したが、多気筒のエンジンであってもよい。また、本発明に係る内燃機関を有した車両として二輪車を例示したが、四輪車など、他の形態の車両に適用しても同様に実施可能であり、同様の効果を得ることができる。

本発明に係る筒内噴射式内燃機関を有した二輪車の駆動装置のエンジン部を、エンジンクランクシャフトの軸心を通る平面において切断して示す断面図である。 上記駆動装置のエンジン部をシリンダ軸および吸排気バルブの中心を通る面において切断して示す正面断面図である。 上記筒内噴射式内燃機関におけるエア供給系および燃料供給系について示すブロック図である。 上記エンジン部の正面前面側を示す部分断面図である。 上記エンジン部に設けられるエアポンプの構成を示す正面断面図である。 上記エアポンプの構成を示す側面断面図である。 上記エアポンプの構成を示す平面断面図である。 ポンプシリンダヘッドを拡大して示す上記エアポンプの正面断面図である。 本発明に係る筒内噴射式内燃機関のエンジンクランクシャフト、エアポンプ等の作動について示すタイミングチャートである。

符号の説明

Ｅ エンジン
ＡＰ エアポンプ
１０ エンジンシリンダボディ
１０ａ エンジンシリンダ空間
１０ｂ 連通孔
１１ 燃焼室
１３ エンジンピストン
１６ エンジンクランクシャフト
１８ エンジンクランクケース
２６ａ 蓄圧室
５０ａ ポンプシリンダ空間
５０ａ１ ポンプ圧縮室 ５０ａ２ ピストン下面側空間
５１ ポンプシリンダボディ
５３ ポンプピストン
９５ エア供給通路系
１００ 混合気インジェクタ
１１０ エアインジェクタ
１１１ 混合気室

Claims (3)

1. エンジンシリンダ空間を有するエンジンシリンダボディと、
   前記エンジンシリンダ空間内を往復動自在に配設されるエンジンピストンと、
   前記エンジンピストンの往復動を受けて回転駆動されるエンジンクランクシャフトと、
   前記エンジンシリンダボディに結合されて前記エンジンシリンダ空間と連通する内部空間内に前記エンジンクランクシャフトを収容するエンジンクランクケースとを有して構成されるレシプロ型エンジンにおいて、
   ポンプシリンダ空間を有するポンプシリンダボディと、前記ポンプシリンダ空間内に配設されて前記ポンプシャフトの回転を受けて往復動されるポンプピストンとを有して構成され、前記ポンプピストンの上動行程により前記ポンプシリンダ空間の内周面および前記ポンプピストンの上面に囲まれて形成されるエア圧縮室で圧縮されたエアを、前記エンジンシリンダ空間の内周面および前記エンジンピストンの上面に囲まれて形成される燃焼室に燃料を含んだ混合気を噴射する混合気噴射手段の混合気室に供給するエアポンプと、
   前記エンジンクランクシャフトの回転を受け、前記エンジンピストンが下死点に位置するときに前記ポンプピストンが上死点に位置する位置関係で、前記ポンプピストンを往復動させる駆動力伝達手段とを有し、
   前記エンジンクランクケースの内部空間と前記ポンプシリンダ空間の内周面および前記ポンプシリンダの下面に囲まれて形成される空間とを連通させて構成されることを特徴とする筒内噴射式のレシプロ型エンジン。
2. 前記レシプロ型エンジンは４サイクル式であり、
   前記ポンプ圧縮室と前記混合気室とを連通する圧縮エア通路に、前記ポンプ圧縮室からのエアを蓄える蓄圧室を備えて構成されることを特徴とする請求項１に記載の筒内噴射式のレシプロ型エンジン。
3. 前記蓄圧室を前記混合気噴射手段の近傍に位置して前記レシプロ型エンジンの内部に一体に形成することを特徴とする請求項２に記載の筒内噴射式のレシプロ型エンジン。

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