JP2009162084A - 内燃機関の点火プラグ配置構造 - Google Patents

Abstract

【課題】ロッカーアームを備えた内燃機関の大型化を回避しつつ１気筒当たりの点火プラグ数を増やすことができる内燃機関の点火プラグ配置構造。
【解決手段】シリンダヘッド４に、吸気カム６４、６４と排気カム６３とを設けた単一のカムシャフト６１と、吸気カム６４、６４又は排気カム６３のいずれか一方により駆動されるロッカーアーム６２とを配置し、このシリンダヘッド４のロッカーアーム６２内方に、シリンダヘッド４下方に形成される燃焼室７に臨む第１点火プラグ８２を配置すると共に、ロッカーアーム６２外方に、第１点火プラグ８２が臨む燃焼室７に臨む第２点火プラグ８６を配置した。
【選択図】図１

Description

本発明は、ロッカーアームを備えた内燃機関の点火プラグ配置構造に関する。

４ストロークサイクルの内燃機関には、単一のロッカーアームがカムシャフト中央の排気カムに駆動されることによって排気ポペット弁を開閉駆動し、カムシャフト両側の吸気カムによって吸気ポペット弁を直接開閉駆動するものがある（例えば、特許文献１参照）。この内燃機関は、単一のロッカーアームを備えた構造であるため、排気ポペット弁及び吸気ポペット弁を各々専用のロッカーアームで駆動するものに比して全体形状をコンパクト化できる。
特開２００６−３０００７３号公報

上述の内燃機関は、１気筒当たりの点火プラグが１本であるため、燃焼室内に供給された混合気の燃焼速度を速めるには限度があり、更なる性能向上を図るために１気筒当たりの点火プラグを複数本にすることが考えられる。
しかし、例えば、１気筒当たりの点火プラグ数を増やすと、その分、シリンダヘッドが大型化して内燃機関が大型化してしまう可能性がある。

本発明の目的は、上述した事情を鑑みてなされたものであり、ロッカーアームを備えた内燃機関の大型化を回避しつつ１気筒当たりの点火プラグ数を増やすことができる内燃機関の点火プラグ配置構造を提供する。

上述課題を解決するため、本発明は、内燃機関の点火プラグ配置構造において、シリンダヘッドに、吸気カムと排気カムとを設けた単一のカムシャフトと、吸気カム又は排気カムのいずれか一方により駆動されるロッカーアームとを配置し、このシリンダヘッドのロッカーアーム内方に、前記シリンダヘッド下方に形成される燃焼室に臨む第１点火プラグを配置すると共に、ロッカーアーム外方に、前記第１点火プラグが臨む燃焼室に臨む第２点火プラグを配置したことを特徴とする。この発明によれば、シリンダヘッドのロッカーアーム内方に、シリンダヘッド下方に形成される燃焼室に臨む第１点火プラグを配置すると共に、ロッカーアーム外方に、上記第１点火プラグが臨む燃焼室に臨む第２点火プラグを配置したので、シリンダヘッドの空きスペースを有効利用して各点火プラグを配置することができ、ロッカーアームを備えた内燃機関の大型化を回避しつつ１気筒当たりの点火プラグ数を増やすことが可能になる。

上記構成において、前記カムシャフトの一端側に巻回されるカムチェーンを備え、前記第２点火プラグは、前記カムチェーンの反対側に設けるようにしてもよい。この構成によれば、第２点火プラグをカムチェーンの反対側に設けたので、カムチェーンが存在しないシリンダヘッド側壁を有効利用でき、シリンダヘッドの大型化をより回避することができる。

また、上記構成において、前記ロッカーアームは、前記シリンダヘッドに設けられた複数のポペット弁を押動する複数のアーム部を有し、前記第１点火プラグは、前記アーム部間の隙間を通って前記ロッカーアームの下方に取り付けられ、前記第２点火プラグは、前記シリンダヘッドの動弁機構を収容する傾斜壁に沿って斜めに取り付けられるようにしてもよい。この構成によれば、第１点火プラグがロッカーアームのアーム部間の隙間を通ってロッカーアームの下方に取り付けられるため、かかるアーム部間の隙間を有効利用でき、また、第２点火プラグがシリンダヘッドの動弁機構を収容する傾斜壁に沿って斜めに取り付けられるため、第２点火プラグをシリンダヘッドに近接配置することができる。

また、上記構成において、前記第１点火プラグを前記燃焼室の天井中央部に臨ませ、前記第２点火プラグを前記燃焼室の天井サイド部に臨ませるようにしてもよい。この構成によれば、第１点火プラグと第２点火プラグとを離間して配置できるため、燃焼室内の火炎伝播時間の短縮化に有利となる。

本発明では、シリンダヘッドのロッカーアーム内方に、シリンダヘッド下方に形成される燃焼室に臨む第１点火プラグを配置すると共に、ロッカーアーム外方に、上記第１点火プラグが臨む燃焼室に臨む第２点火プラグを配置したので、ロッカーアームを備えた内燃機関の大型化を回避しつつ１気筒当たりの点火プラグ数を増やすことができる。
また、第２点火プラグをカムチェーンの反対側に設けたので、シリンダヘッドの大型化をより回避することができる。
また、第１点火プラグがロッカーアームのアーム部間の隙間を通ってロッカーアーム下方に取り付けられ、第２点火プラグがシリンダヘッドの動弁機構を収容する傾斜壁に沿って斜めに取り付けられるため、アーム部間の隙間を有効利用できると共に、第２点火プラグをシリンダヘッドに近接配置でき、シリンダヘッドの大型化をより回避することができる。
また、第１点火プラグを燃焼室の天井中央部に臨ませ、第２点火プラグを燃焼室の天井サイド部に臨ませたので、第１点火プラグと第２点火プラグとを離間して配置できる。

以下、本発明の一実施形態を添付した図面を参照して説明する。なお、説明中、前後左右および上下といった方向の記載は、運転者から見た方向に従う。また、図中矢印ＦＲは車両前方を、矢印Ｒは車両右方を、矢印ＵＰは車体上方をそれぞれ示している。
図１は本実施形態に係るエンジン（内燃機関）の断面図である。
このエンジン１は自動二輪車用の単気筒４サイクルエンジンであり、クランクシャフト１０が車幅方向に指向するように自動二輪車の車体フレームに搭載される。このエンジン１は、クランクシャフト１０を軸支するクランクケース２の上方に、シリンダブロック３、シリンダヘッド４およびシリンダヘッドカバー５を順次重ね、これらを不図示のボルトで相互に一体に結合して構成されている。

クランクケース２は、クランクシャフト１０の他に、ＡＣＧ（発電機）１２や変速機構１４や変速クラッチ１６等を収容し、クランクシャフト１０の一方の軸端側にＡＣＧ１２が同軸心に配置され、他方の軸端に駆動歯車１７が設けられる。
この駆動歯車１７は、変速機構１４のメインシャフト１８に設けられた被動歯車１９に噛み合い、この被動歯車１９は、エンジン右方にてメインシャフト１８と同軸心に配置された変速クラッチ１６に連結され、この変速クラッチ１６を介してクランクシャフト１０の回転力がメインシャフト１８に伝達される。このクランクシャフト１０からメインシャフト１８に伝達された回転力は、メインシャフト１８及び不図示のカウンタシャフトに構成された複数の変速歯車からなる変速機構１４を介してカウンタシャフトに伝達され、このカウンタシャフトに連結された不図示の最終出力軸に伝達される。なお、上記メインシャフト１８は、クランクシャフト１０の車体後方に位置するが、図１では、説明の便宜上、クランクシャフト１０の下方に示している。

上記クランクシャフト１０には、クランクピン２１を介してコンロッド２２が連結され、このコンロッド２２の上端は、シリンダブロック３のシリンダ孔（気筒）３１に上下に摺動自在に配置されたピストン２３に連結される。このピストン２３の頂面と、シリンダ孔３１と、シリンダヘッド４の下面中央の略断面三角形状の凹面４Ａとで燃焼室７が構成されており、この燃焼室７内にて燃焼ガスが点火されてピストン２３が下方へ押圧され、この押圧力によりクランクシャフト１０が回転駆動される。

図２はエンジン１のシリンダヘッド４を周辺構成と共に示す側断面図である。
シリンダヘッド４の後側には、燃焼室７に連通してシリンダヘッド４の後面に開口する左右一対対の吸気ポート４１、４１（片側のみ図示）が形成され、シリンダヘッド４の前側には、燃焼室７に連通してシリンダヘッド４の前面に開口する左右一対の排気ポート４２、４２が形成される。これら吸気ポート４１、４１および排気ポート４２、４２には、各ポート４１および４２をそれぞれ開閉する吸気ポペット弁４３、４３および排気ポペット弁４４、４４が、バルブ狭角の小さな角度で、左右一対のガイド筒４５、４５および左右一対のガイド筒４６、４６に摺動可能に支持される。
吸気ポペット弁４３、４３および排気ポペット弁４４、４４には、各々その頂端にリテーナ４７、４７、４８、４８が設けられ、各リテーナ４７、４７、４８、４８とシリンダヘッド４との間に各々介挿されたバルブスプリング４９、４９、５０、５０の弾性力によって吸気ポート４１、４１および排気ポート４２、４２が常閉される。なお、吸気ポペット弁４３、４３の頂端には、後述する吸気カム６４に当接する有底円筒形状のバルブリフタ５１、５１がリフタガイド５２に摺動自在に設けられる。

また、シリンダヘッド４の上方に形成された動弁室６０Ａには、吸気ポペット弁４３、４３および排気ポペット弁４４、４４を開閉駆動する動弁機構６０が配置されている。図３は動弁機構６０の主要部を示す斜視図である。
図２および図３に示すように、この動弁機構６０は、吸気ポペット弁４３、４３の上方にてクランクシャフト１０と平行に軸支される１本のカムシャフト６１と、このカムシャフト６１の車体側に揺動自在に支持されるロッカーアーム６２とを備える。
カムシャフト６１は、図１に示すように、シリンダヘッド４上部に設けられたカムシャフトホルダ７０に軸受７１、７２を介して回転支持され、このカムシャフト６１の軸方向略中央位置に単一の排気カム６３（図３参照）が設けられ、この排気カム６３の両側に左右一対の吸気カム６４、６４（参照）が設けられ、吸気カム６４、６４は、吸気ポペット弁４３、４３の頂端に設けられたバルブリフタ５１、５１（図２参照）に各々当接する。

このカムシャフト６１は、図１に示すチェーン伝動機構７５を介してクランクシャフト１０の回転に応じて回転駆動される。
このチェーン伝動機構７５は、エンジン１の左側に構成され、つまり、シリンダ孔（気筒）３１に対してエンジン左側に形成されたカムチェーン室７５Ａに配置されており、カムシャフト６１の左端に設けられたカムスプロケット７６と、クランクシャフト１０に固定されたドライブスプロケット７７と、これらスプロケット７６、７７間に巻回されたカムチェーン７８とを備えている。これらスプロケット７６、７７の歯数比は１：２に設定されており、クランクシャフト１０が回転すると、カムシャフト６１が１／２の回転速度で回転駆動されるようになっている。
なお、図１に示す例では、エンジン１の始動時の始動性を向上させるべく、デコンプ部８０がカムシャフト６１の右端部に設けられた構成となっている。そのため、動弁室６０Ａの必要な容積を確保する必要があるため、シリンダヘッドカバー５の外形は右方向に向かって、つまり、第２点火プラグ８６の方向に膨らんだ形状となっている。
なお、図１に示す例では、デコンプ部８０をカムシャフト６１の右端部に配置した構成を例示したが、図４に示すように、カムシャフト６１自体にデコンプ部８０を設け、ローラ６７Ａをそのデコンプ部８０により押し上げる構成を採用してもよい（詳細を図４を参照）。

ロッカーアーム６２は、図２に示すように、クランクシャフト１０に対しエンジン前側下方に配置され、カムシャフトホルダ７０にロッカーアームシャフト６５を介して揺動自在に支持される。このロッカーアーム６２は、ロッカーアームシャフト６５を支持する支持部６６から略上方に延びる左右一対のブラケット６７、６７（図３参照）を有し、このブラケット６７、６７にローラ６７Ａが回転自在に軸支され、該ローラ６７Ａが排気カム６３に当接するようになっている。さらに、このロッカーアーム６２は、該支持部６６から略Ｕ字状に分岐して車体前方へ延びる左右一対のアーム部６８、６８を有しており、これらアーム部６８，６８の先端が、車体前方側に位置する排気ポペット弁４４、４４の頂端にそれぞれ当接するようになっている。

上記動弁機構６０の吸気カム６４、６４および排気カム６３は、単気筒４サイクルエンジンの運転状況に適合した吸気特性と排気特性とを吸気ポペット弁４３、４３および排気ポペット弁４４、４４に与えるカムプロフィールに設定されている。この動弁機構６０では、通常、吸気効率向上のために弁径が大きく弁重量が大きくなる２本の吸気ポペット弁４３、４３が、カムシャフト６１の吸気カム６４、６４により直接開閉駆動され、弁重量の小さな排気ポペット弁４４、４４がロッカーアーム６２を介して単一の排気カム６３により間接開閉駆動される。このため、吸気系と排気系との等価重量が均等化され、高速回転域における弁開閉追従性を向上することができる。
また、ロッカーアーム６２の一端にローラ６７Ａが回転自在に支持され、このローラ６７Ａが排気カム６３に当接するため、カムシャフト６１の回転摩擦力が低減すると共に、排気カム６３との摩擦も少なくすることができる。

図４はエンジン頂部の断面図である。図４はデコンプ部８０がカムシャフト６１自体に設けられる点を除いて上記エンジン１と略同構成であり、以下、図４と上述の各図を用いてシリンダヘッド４の点火プラグ配置構造を説明する。図２および図４に示すように、シリンダヘッド４には、ロッカーアーム６２の左右一対のアーム部６８、６８内の隙間を通って燃焼室７へ向かって上下方向に延びる第１プラグ通し孔部８１が形成される。この第１プラグ通し孔部８１には、点火プラグ（以下、第１点火プラグという）８２（図１参照）が挿入され、その奥部でねじ止めされることによって、図１に示すように、第１点火プラグ８２がその先端の電極を燃焼室７の天井中央部に臨ませた状態、つまり、燃焼効率の向上に有利なセンタープラグ方式で固定される。

また、シリンダヘッド４には、チェーン伝動機構７５の反対側のシリンダヘッド側壁４Ｂに対し、燃焼室７に向かって斜めに延びる第２プラグ通し孔部８５（図１参照）が形成され、この第２プラグ通し孔部８５にも、点火プラグ（以下、第２点火プラグという）８６が挿入されてねじ止めされることによって、第２点火プラグ８６がその先端の電極を燃焼室７の天井サイド部に臨ませた状態、より具体的には、燃焼室７の天井面に対し、車体右側の吸気ポペット弁４３および排気ポペット弁４４の略右側領域に臨ませた状態で固定される。
この場合、第２点火プラグ８６の先端は、エンジン右側から見れば、吸気ポペット弁４３および排気ポペット弁４４の中間位置から燃焼室７に露出し、言い換えれば、エンジン右側から見れば燃焼室７の略センターに露出するようになっている。

また、上記第１プラグ通し孔部８１は、第１点火プラグ８２に連結されるプラグキャップ８３（図１参照）を挿通可能な比較的大径の孔に形成されるのに対し、第２プラグ通し孔部８５は、第２点火プラグ８６のみを締結可能な比較的小径の雌ねじ孔に形成される。すなわち、第２点火プラグ８６は、図１に示すように、この点火プラグ８６のねじ部だけがシリンダヘッド４を貫通し、この点火プラグ８６の頭部はシリンダヘッド外部に露出し、不図示のプラグキャップ等で覆われる。このため、チェーン伝動機構７５の反対側のシリンダヘッド側壁４Ｂが比較的薄い壁であっても、この壁に空けられる孔径が小さく、この壁部分の剛性を十分に確保することができる。
また、シリンダヘッド４には、上記第１プラグ通し孔部８１および第２プラグ通し孔部８５を貫通する水抜き孔８７が設けられ、この共通の水抜き孔を通って該プラグ通し孔部８１、８５に入った水がシリンダヘッド４外に排出されるようになっている。この水抜き孔８７は、カムチェーン７８とは反対側の方向、即ち、第２点火プラグ８６の方向に延出して設けられるようになっている。そのため、シリンダヘッド４の製作性を向上させることができる。

このように、本構成では同じ燃焼室７に２本の点火プラグ８２、８５を配置したので、点火プラグを１本だけにした場合よりも、燃焼室７内に供給された混合気の燃焼速度を速めることができ、より高い圧縮比を設定することができる。このため、エンジン１の出力性能を上げることができると共に、燃費性能も向上でき、また、燃焼期間の短縮化によりエンジン１の冷却損失が削減され、エネルギー利用効率を上げることもできる。

このレイアウトでは、図４および図１に示すように、第１点火プラグ８２が、シリンダヘッド４のロッカーアーム６２内方に配置されるため、ロッカーアーム６２内方のスペースを有効利用して第１点火プラグ８２を配置でき、シリンダヘッド４の大型化を回避することができる。しかも、この第１点火プラグ８２をロッカーアーム６２の左右一対のアーム部６８、６８間の隙間を通して配置したので、かかる隙間を有効利用でき、これによってもシリンダヘッド４の大型化を回避できる。
さらに、第２点火プラグ８６が、図４に示すように、シリンダヘッド４のロッカーアーム６２外方に配置されるため、ロッカーアーム６２の配置スペースを十分に確保しつつ第２点火プラグ８６を配置できる。このため、ロッカーアーム６２を含む動弁機構６０を第２点火プラグ８６の配置スペースを確保するために大型化する必要がなく、これによってもシリンダヘッド４の大型化が回避される。
しかも、この第２点火プラグ８６を、カムチェーン７８の反対側のシリンダヘッド側壁４Ｂに固定したので、カムチェーン７８等のチェーン伝動機構７５を構成する各部品が内部に存在しないシリンダヘッド側壁４Ｂを有効利用することができ、これによってもシリンダヘッド４の大型化が回避される。また、このレイアウトでは第２点火プラグ８６の着脱も容易である。

さらに、本構成では、上記第２点火プラグ８６が、図１に示すように、シリンダヘッド４上部で膨出する動弁室６０Ａの側方を覆う斜めのシリンダヘッド側壁（傾斜壁）４Ｃに沿って斜めに配置されるため、第２点火プラグ８６をシリンダヘッド側壁（傾斜壁）４Ｃに近接配置することができ、第２点火プラグ８６のシリンダヘッド４からの張り出し量を抑えることができる。つまり、動弁室６０Ａの必要な容積を確保することができると共に、シリンダヘッド４の周辺の小型化を図ることができる。
従って、本構成では、上記点火プラグ８２、８６のレイアウトを採用することによって、エンジン１の大型化を回避しつつ１気筒当たりの点火プラグ数を増やすことが可能になる。
また、本構成では、第１点火プラグ８２を燃焼室７の天井中央部に臨ませ、第２点火プラグ８６を燃焼室７の天井サイド部に臨ませたので、これら点火プラグ８２、８６が離間して配置され、燃焼室７内の火炎伝播時間の短縮化に有利となる。この場合、２点の点火タイミングを最適に組み合わせる２点位相差点火制御を採用することによってより一層急速燃焼させることが可能になる。

また、図４に示すカムシャフト６１にも、エンジン１の始動時（特にキックスタート時）における始動性を向上させるべくデコンプ部８０が設けられている。該デコンプ部８０は、ローラ６７Ａに接触するプランジャ部８０Ａを有し、該プランジャ部８０Ａは、エンジン１が低回転の状態では、ローラ６７Ａを押し上げるように作動し、エンジン１が中速から高速回転の状態になったときにはローラ６７Ａを押し上げないように動作する。

以上、一実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものでなく、種々の設計変形を行うことができる。例えば、上述の実施形態では、カムシャフト６１の吸気カム６４、６４で吸気ポペット弁４３、４３を直接開閉駆動し、カムシャフト６１の排気カム６３がロッカーアーム６２を介して排気ポペット弁４４、４４を間接開閉駆動する場合を説明したが、これに限らない。例えば、カムシャフト６１の排気カムで吸気ポペット弁４３、４３を直接開閉駆動し、カムシャフトの吸気カムがロッカーアームを介して排気ポペット弁４４、４４を間接開閉駆動するように構成してもよい。
また、上述の実施形態では、自動二輪車用の単気筒エンジンに本発明を適用する場合について説明したが、これに限らず、様々な多気筒エンジンに本発明を適用することができる。また、ガソリンエンジンに限らず、水素エンジン等の点火プラグを備える様々な内燃機関に本発明を適用することができる。

本実施形態に係るエンジンの断面図である。 エンジンのシリンダヘッドを周辺構成と共に示す側断面図である。 動弁機構の主要部を示す斜視図である。 エンジン頂部を上方から見た場合の断面図である。

符号の説明

１ エンジン（内燃機関）
２ クランクケース
３ シリンダブロック
４ シリンダヘッド
５ シリンダヘッドカバー
７ 燃焼室
１０ クランクシャフト
２３ ピストン
３１ シリンダ孔（気筒）
４３、４３ 吸気ポペット弁
４４、４４ 排気ポペット弁
６０ 動弁機構
６１ カムシャフト
６２ ロッカーアーム
６３ 排気カム
６４、６４ 吸気カム
６８、６８ アーム部
８１ 第１プラグ通し孔部
８２ 点火プラグ（第１点火プラグ）
８５ 第２プラグ通し孔部
８６ 点火プラグ（第２点火プラグ）

Claims (4)

1. シリンダヘッドに、吸気カムと排気カムとを設けた単一のカムシャフトと、吸気カム又は排気カムのいずれか一方により駆動されるロッカーアームとを配置し、
   このシリンダヘッドのロッカーアーム内方に、前記シリンダヘッド下方に形成される燃焼室に臨む第１点火プラグを配置すると共に、ロッカーアーム外方に、前記第１点火プラグが臨む燃焼室に臨む第２点火プラグを配置したことを特徴とする内燃機関の点火プラグ配置構造。
2. 前記カムシャフトの一端側に巻回されるカムチェーンを備え、前記第２点火プラグは、前記カムチェーンの反対側に設けられたことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の点火プラグ配置構造。
3. 前記ロッカーアームは、前記シリンダヘッドに設けられた複数のポペット弁を押動する複数のアーム部を有し、前記第１点火プラグは、前記アーム部間の隙間を通って前記ロッカーアームの下方に取り付けられ、前記第２点火プラグは、前記シリンダヘッドの動弁機構を収容する傾斜壁に沿って斜めに取り付けられることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の点火プラグ配置構造。
4. 前記第１点火プラグを前記燃焼室の天井中央部に臨ませ、前記第２点火プラグを前記燃焼室の天井サイド部に臨ませたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の内燃機関の点火プラグ配置構造。

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