JP2012177309A - ４ストロークエンジン - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で、吸気口や排気口を集約して配置させてスペース効率に優れるとともに、吸気面積を大きく確保してエンジンの出力向上を期待できる４ストロークエンジンを提供する。
【解決手段】シリンダヘッド１４において、平面視で、その中心がシリンダ１２の一直径線Ｄ上又は該一直径線Ｄに近接する平行な直線上ｄ１に並ぶように複数の吸気口１６を直列状に配列し、それらの吸気口１６の両側に設置スペース２６ａ、２６ｂを形成させて構成された直列吸気口群２０と、一つの設置スペース２６ａに形成され、吸気口１６の直列状の配列方向と平行に複数の排気口１８を直列状に配列した直列排気口群２２と、他の設置スペース２６ｂに配置された燃料供給装置２４と、を有する４ストロークエンジンから構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、シリンダ内のピストンの２往復間に吸入、圧縮、爆発、排気の１サイクルを完結させる４ストロークエンジンに関する。

現在、シリンダ内のピストンの２往復４行程（４ストローク）で吸入、圧縮、爆発、排気の１サイクルを完結させる４ストローク１サイクルエンジンが知られており、自動四輪車、自動二輪車等で多く採用されている。４ストロークエンジンでは、各行程に対応して開閉される吸気バルブと排気バルブを備えており、これらのバルブの面積、個数等を含むバルブ構成の設定によって、出力や燃費などのエンジン性能、及び製造性が異なる。特に、エンジンの高出力化はガス（混合気又は空気）の吸気量に大きく左右されることから、バルブ径を大きく確保することが重要である。また、バルブの個数を増加すると１個あたりのバルブ重量が軽くなり、バルブスプリングの負担が減少されてエンジンの高回転化を図ることも考えられている。従来、４ストロークエンジンは、例えば、吸気バルブと排気バルブを２個ずつ設けた４バルブ構成のものが利用されている。また、例えば、エンジンの高出力化のために５バルブ、６バルブ、８バルブ等を備えたマルチバルブ構成のエンジンも提案されている。例えば、特許文献１の図４に示すように、３つの吸気バルブと２つの排気バルブを備え、それらを平面視で５角形の頂点位置に配置して設けられた５バルブ構成のエンジンが開示されている。また、特許文献１の図１には、吸気バルブにより開閉される吸気ポートと、排気バルブにより開閉される排気ポートと、を各々３つ設けるとともに、各々のバルブを一直線上に互いに平行に配設した６バルブ構成のエンジンが開示されている。

特開平７−１２７４５８号公報

特許文献１の図４に記載の５バルブエンジンでは、３つの吸気バルブが一直線上に並んでいないので、１つのカムシャフトに対するバルブ軸の角度が異なり構造が複雑化するとともに、燃焼室形状も複雑化する結果、製造性が低下する問題があった。また、特許文献１の図１に記載の６バルブエンジンでは、３つの吸気口が直線上に配列されているものの、吸気口はシリンダの直径線から比較的遠くに、例えば、同図１上では吸気バルブの略半径の長さ程度に、離隔した位置に形成されている。したがって、吸気ポート全体での吸気面積が比較的小さく形成された構造であり、吸気抵抗が大きくなりエンジンの出力が劣るものであった。さらに、限られたシリンダヘッドにおいて吸気口及び排気口の配置効率が悪くてスペースの無駄が多かった。よって、吸気バルブと排気バルブに囲まれた狭い空間に点火プラグを設けざるを得なかった。その結果、燃料への点火能力が低い小型の点火プラグの利用を余儀なくされ、シリンダ内で確実な点火及び燃焼を行えずくすぶり等が発生し、エンジン出力の低下を招くおそれがあった。さらに、シリンダヘッドに燃料噴射装置を設置する場所も制限され、シリンダヘッドの横側の狭い空間等に噴射ノズルのみを設けることしかできない等の問題があった。

本発明は、上記従来の課題に鑑みてなされたものであり、その１つの目的は、簡単な構成で、吸気口や排気口を集約して配置させてスペース効率に優れるとともに、吸気面積を大きく確保してエンジンの出力向上を期待できる４ストロークエンジンを提供することにある。

上記の目的を達成するために本発明は、シリンダ１２が横断面円形状に形成され、シリンダヘッド１４に吸気バルブ５０により開閉される複数の吸気口１６と排気バルブ５２により開閉される複数の排気口１８とが形成された４ストロークエンジンであり、シリンダヘッド１４において、平面視で、その中心がシリンダ１２の一直径線Ｄ上又は該一直径線Ｄに近接する平行な直線上ｄ１に並ぶように複数の吸気口１６を直列状に配列し、それらの直列状に配列された吸気口１６の両側のシリンダヘッド１４部分に吸気口１６以外の構成要素（１８、２４、２６）の設置スペース２６ａ、２６ｂを形成させて構成された直列吸気口群２０と、一つの設置スペース２６ａに形成され、吸気口１６の直列状の配列方向と平行に複数の排気口１８を直列状に配列した直列排気口群２２と、他の設置スペース２６ｂに配置され、燃焼室４８内に燃料を供給する燃料供給装置２４と、を有することを特徴とする４ストロークエンジン１０から構成される。４ストロークエンジン１０は、ガソリンエンジンのような火花点火式機関、ディーゼルエンジンのような圧縮点火式機関のいずれにも採用できる。燃料供給装置が直噴式のエンジンに有効である。設置スペース２６ａ、２６ｂに設けられる吸気口１６以外の構成要素は、例えば、排気口１８、燃料供給装置２４、点火プラグ２８などである。

この際、吸気口１６は３個形成されるとともに、排気口１８は２個形成されると好適である。スペース効率を向上して燃料供給装置２４や大型点火プラグ２８の配置スペースの確保する点では、吸気口１６、排気口１８の個数は任意でも良いが、ガスの吸気量や吸気抵抗等を考慮すると吸気口１６が３個の場合が吸気面積を最大限に確保でき好適であると考えられる。また、排気ガスの排出効率や、冷却等を考慮すると、排気口１８は２個の場合が好適であると考えられる。

また、平面視で、燃料供給装置２４が配置される他の設置スペース２６ｂに対応して、該燃料供給装置２４に隣接して点火プラグ２８が配置されることとしてもよい。点火プラグ２８は大型のものが利用できる。

また、吸気口１６の中心がシリンダの一直径線Ｄの左右両側のシリンダ直径長さの５％の範囲内（Ｘ）に設定されて、直列状に配列されたこととしてもよい。

また、シリンダヘッド内壁４６は、縦断面で山頂部から裾部までの長さが異なる２つの斜面４６１、４６２を有する山形状に形成され、シリンダヘッド内壁の長い方の斜面４６１に直列吸気口群２０と直列排気口群２２とが設けられ、シリンダヘッド内壁の短い方の斜面４６２に燃料供給装置２４及び点火プラグ２８が配置されたこととしてもよい。

また、シリンダヘッド内壁４６は、縦断面台形状に形成され、シリンダヘッド内壁の上面４６ａに直列吸気口群２０が設けられ、シリンダヘッド内壁の一方の斜面４６ｂに直列排気口群２２が設けられ、シリンダヘッド内壁の他方の斜面４６ｃに燃料供給装置２４及び点火プラグ２８が配置されたこととしてもよい。

また、シリンダヘッド内壁４６は、縦断面で頂部から裾部までの長さが異なる２つの斜面４６１、４６２を有するような山形状に形成され、シリンダヘッド内壁の長い方の斜面４６１に直列吸気口群２０と燃料供給装置２４及び点火プラグ２８が設けられ、シリンダヘッド内壁の短い方の斜面４６２に直列排気口群２２が設けられたこととしてもよい。

本発明の４ストロークエンジンによれば、シリンダが横断面円形状に形成され、シリンダヘッドに吸気バルブにより開閉される複数の吸気口と排気バルブにより開閉される複数の排気口とが形成された４ストロークエンジンであり、シリンダヘッドにおいて、平面視で、その中心がシリンダの一直径線上又は該一直径線に近接する平行な直線上に並ぶように複数の吸気口を直列状に配列し、それらの直列状に配列された吸気口の両側のシリンダヘッド部分に吸気口以外の構成要素の設置スペースを形成させて構成された直列吸気口群と、一つの設置スペースに形成され、吸気口の直列状の配列方向と平行に複数の排気口を直列状に配列した直列排気口群と、他の設置スペースに配置され、燃焼室内に燃料を供給する燃料供給装置と、を有することから、シリンダヘッドの限られたスペースで吸気口の吸気面積を大きく確保して効率良く大量に吸気できると同時に、複数の吸気口と排気口とを集約して効率良く配置でき、スペースの無駄を省いて比較的余裕のある設置スペースを確保して燃料供給装置や点火プラグを含む構成要素を適切に設置することができる。さらに、設置スペースを十分に確保できることで、該燃料供給装置の冷却も効率良く行うことができる。例えば、ガソリンエンジンの場合には、ガソリン燃料の直噴による燃焼室内空気の冷却による体積効率の向上や異常燃焼防止及び圧縮比向上、正確な空燃比の保持効果等をより効果的に実現できる。また、例えば、ガソリンエンジンの場合には、大型点火プラグを利用することも可能となり、直噴式の構造であっても確実な点火を実現して、くすぶりによる出力低下を良好に防止できる。その結果、エンジンの出力向上及び燃費改善を同時に実現できる。また、複数の吸気バルブ及び複数の排気バルブはそれぞれ直列状に配置されるので、バルブの開閉機構の構造や燃焼室形状等も簡単に製造することができる。

また、吸気口は３個形成されるとともに、排気口は２個形成された構成とすることにより、シリンダヘッドの限られたスペースにおいて効率良く配置できるとともに、吸気口の総面積を最大限に確保して吸気抵抗を低減して高出力化できる。さらに、２個の排気口により高温高圧の排気ガスを効率良く排出できる。

また、平面視で、燃料供給装置が配置される他の設置スペースに対応して、該燃料供給装置に隣接して点火プラグが配置される構成とすることにより、十分に広い設置スペースを利用して、例えば大型の点火プラグを設置することができ、燃焼室内に燃料を直接噴射するタイプの燃料供給装置を備えたエンジン構造であっても、確実な着火を実現してエンジン性能を向上しうる。

また、吸気口の中心がシリンダの一直径線の左右両側のシリンダ直径長さの５％の範囲内に設定されて、直列状に配列された構成とすることにより、吸気面積を十分に大きく確保でき、エンジンの高出力化を具体的に実現できる。

また、シリンダヘッド内壁は、縦断面で山頂部から裾部までの長さが異なる２つの斜面を有する山形状に形成され、シリンダヘッド内壁の長い方の斜面に直列吸気口群と直列排気口群とが設けられ、シリンダヘッド内壁の短い方の斜面に燃料供給装置及び点火プラグが配置された構成とすることにより、複数の吸気口、排気口を効率良く配置させて、燃料供給装置や大型点火プラグの配置スペース十分に確保できるシリンダヘッドを具体的に実現できる。さらに、吸気バルブと排気バルブとをバルブ軸を平行に並べて配置できるので、シリンダヘッドのコンパクト化を実現できる。

また、シリンダヘッド内壁は、縦断面台形状に形成され、シリンダヘッド内壁の上面に直列吸気口群が設けられ、シリンダヘッド内壁の一方の斜面に直列排気口群が設けられ、シリンダヘッド内壁の他方の斜面に燃料供給装置及び点火プラグが配置された構成とすることにより、複数の吸気口、排気口を効率良く配置させて、燃料供給装置や大型点火プラグの配置スペース十分に確保できるシリンダヘッドを具体的に実現できる。さらに、吸気バルブと排気バルブとを挟み角をある程度確保して配置できるので、バルブの開閉構成を比較的簡単な構成で製造できる。

また、シリンダヘッド内壁は、縦断面で頂部から裾部までの長さが異なる２つの斜面を有するような山形状に形成され、シリンダヘッド内壁の長い方の斜面に直列吸気口群と燃料供給装置及び点火プラグが設けられ、シリンダヘッド内壁の短い方の斜面に直列排気口群が設けられた構成とすることにより、複数の吸気口、排気口を効率良く配置させて、燃料供給装置や大型点火プラグの配置スペース十分に確保できるシリンダヘッドを具体的に実現できる。さらに、吸気バルブと排気バルブとを挟み角をある程度確保して配置できるので、バルブの開閉構成を比較的簡単な構成で製造できる。

本発明の第１実施形態に係る４ストロークエンジンの構成要素の配置関係を説明するために所定位置で縦断面した説明図である。 図１の４ストロークエンジンの要部拡大説明図である。 図１の４ストロークエンジンの平面的な配置構成を概念的に示した説明図である。 図１の４ストロークエンジンの直列吸気口群の複数の吸気口の中心が設定される範囲を平面的に示した説明図である。 本発明の第２実施形態に係る４ストロークエンジンの構成要素の配置関係を説明するために所定位置で縦断面した説明図の要部拡大図である。 図５の４ストロークエンジンの平面的な配置構成を概念的に示した説明図である。 本発明の第３実施形態に係る４ストロークエンジンの構成要素の配置関係を説明するために所定位置で縦断面した説明図の要部拡大図である。 図７の４ストロークエンジンの平面的な配置構成を概念的に示した説明図である。

以下、添付図面を参照しつつ本発明を実施するための形態について説明する。本発明の４ストロークエンジンは、例えば、自動四輪車、自動二輪車、農業機械、船外機、発電機等で利用されるレシプロ型内燃機関であり、シリンダ内のピストンの２往復間に吸入、圧縮、爆発、排気の１サイクルを行って動力を発生させる４ストローク１サイクルエンジンである。図１ないし図４は、本発明の第１実施形態に係る４ストロークエンジン１０を示している。図１、図２、図３に示すように、本実施形態において、４ストロークエンジン１０は、シリンダ１２と、複数の吸気口１６及び複数の排気口１８が形成されたシリンダヘッド１４と、を備え、さらに、シリンダヘッド１４において、複数の吸気口１６で構成される直列吸気口群２０と、複数の排気口１８で構成される直列排気口群２２と、燃料供給装置２４と、を有している。さらに、シリンダヘッド１４には直列吸気口群２０により吸気口１６の両側に形成される２つの設置スペース２６ａ、２６ｂを有している。この実施形態では、例えばガソリン点火式の４ストロークエンジンに適用した例で説明しており、シリンダヘッド１４には点火プラグ２８が設けられている。なお、ディーゼル機関による４ストロークエンジンについても本発明の構成を適用することができる。

図１は、本実施形態に係る４ストロークエンジン１０の構成要素の配置構成を説明するために４ストロークエンジン１０を所定位置で縦断面してあらわした概念説明図である。図２は、図１の要部拡大図である。図３は、シリンダヘッド１４の平面視での構成要素の配置構成を概念的に示した説明図であり、吸気口１６、排気口１８、燃料供給装置２４、点火プラグ２８等の構成要素を模式的に図示している。なお、シリンダ１２側（燃焼室４８側）からシリンダヘッド１４を見ると平面視での構成要素の配置構成（図３）とは対称的な配置構成となる。図１に示すように、シリンダ１２は、例えば、アルミニウム合金により鋳造形成され、シリンダ内壁が横断面円形状となる略円筒状に形成されている。シリンダ側壁１２ａには、例えば、内部に冷却水を循環させるウォータジャケット６４が形成されている。シリンダ１２の下部側にはクランクシャフト４４を内蔵するクランク室２９を内部に形成したクランクケース３０が設けられ、シリンダ１２内部空間とクランク室２９とは互いに連通している。クランクケース３０の下部にはオイルパン３１が設けられている。シリンダ１２内には、ピストン３２が上下動往復自在に設けられている。ピストン３２の冠面は、例えば、平面に形成されている。ピストン３２の外周には、シリンダ１２の内壁面に接摺するピストンリングが嵌合されている。ピストン３２は、ピストンピン３４、コネクティングロッド３６、クランクピン３８及びクランクアーム４０を介してクランクジャーナル４２と連結されている。ピストン３２の往復運動をクランクシャフト４４により回転運動に変換して出力する。なお、クランクアームには、例えば、重量バランスをとるためのカウンタウェイト４５が一体形成されている。

図１、図２に示すように、シリンダヘッド１４は、例えば、アルミニウム合金により鋳造成形されており、シリンダ１２の上端側に組み付けられている。シリンダヘッド１４は、例えば、下端側が上方に向けて凹設され、この凹設部分がシリンダ１２内部と連通しており、凹設された部分のシリンダヘッド内壁４６はシリンダ１２内壁とピストン３２とともに燃焼室４８を構成している。本実施形態では、シリンダヘッド内壁４６には、燃焼室４８に臨むように複数の吸気口１６及び複数の排気口１８が開口されている。シリンダヘッド１４には、複数の吸気口１６をそれぞれ開閉する複数の吸気バルブ５０と、複数の排気口１８をそれぞれ開閉する複数の排気バルブ５２と、を含むマルチバルブ機構が構成されている。さらに、シリンダヘッド１４には、一端を図示しないインテークマニホールドに接続し他端を吸気口１６に連通して燃焼室４８へのガス（空気）の吸気通路となる複数の吸気ポート５４（吸気管）と、一端を図示しないエキゾーストマニホールドに接続し他端を排気口１８に連通して燃焼室４８からの燃焼済みガスの排気通路となる複数の排気ポート５６（排気管）と、が設けられている。また、シリンダヘッド１４には、吸気バルブ５０や排気バルブ５２のバルブステム６６をガイドするバルブガイド５８と、点火プラグ２８を装着するプラグ用孔６０と、燃料供給装置２４を取り付けるための燃料供給装置用孔６２と、燃焼室４８、燃料供給装置２４、吸気ポート５４や排気ポート５６等を冷却するための水を循環させるウォータジャケット６４と、が設けられている。なお、ウォータジャケット６４は、吸気ポート５４と排気ポート５６との間に水を通流させて熱的に遮断するように形成されている。

吸気バルブ５０及び排気バルブ５２は、例えば、ポペットバルブからなり、棒状のバルブステム６６と、円形（または楕円形）の傘部６８と、から構成され、バルブ開閉機構６９により開閉制御される。バルブステム６６の上端にはバルブリフタ７０が設けられており、バルブ制御機構６９を構成するカムシャフト７４の回転に応じてロッカーアーム７２を介してバルブリフタ７０が押されてバルブを開閉させる。また、吸気バルブ５０及び排気バルブ５２は、それぞれバルブスプリング７６により吸気口１６及び排気口１８を閉じる方向に付勢されている。なお、バルブ開閉機構６９は、ロッカーアーム７２を設けずカムシャフト７４がバルブリフタ７０に直接当たるような構成としてもよい。

図２に示すように、燃焼室４８に臨むシリンダヘッド内壁４６は、例えば、クランクジャーナル４２の軸方向に垂直な縦断面で、山頂部から裾部までの長さが異なる２つの斜面４６１、４６２を有する断面山形状に形成されている。すなわち、ピストン３２がシリンダ１２の上死点位置に移動した際に、シリンダヘッド内壁４６とピストン３２冠面とで形成される燃焼室４８は、くさび型又はウェッジタイプといえるような縦断面略三角形形状となる。本実施形態では、シリンダヘッド内壁４６の長さが異なる２つの斜面の長い方を第１斜面４６１とし、短い方を第２斜面４６２とする。それらの長さが異なる第１、第２斜面４６１、４６２が成す山頂部（稜線）４６３は、図２において、クランクジャーナルの軸方向に対して平行なシリンダ直径線（一直径線Ｄ）と平行で、かつそのシリンダ直径線（一直径線Ｄ）の真上位置より右方向にずれた位置に設定されている。なお、本実施形態では、シリンダの直径線の一つであって、クランクジャーナルの軸方向に平行な直径線をシリンダの一直径線Ｄとする。

図３に示すように、本実施形態では、シリンダヘッド１４には、３個の吸気口１６と、２個の排気口１８と、が設けられている。すなわち、本実施形態に係る４ストロークエンジン１０は、３個の吸気バルブ５０と、２個の排気バルブ５２と、を備えた５バルブ構成となっている。３個の吸気口１６と、２個の排気口１８と、は全てシリンダヘッド内壁において同じ第１斜面４６１に配置されている。後述のように、３個の排気口１６は直列状に配列されて直列吸気口群２０を構成し、２個の排気口１８は直列状に配列されて直列排気口群２２を構成している。直列吸気口群２０と直列排気口群２２とは、シリンダヘッド内壁４６の長い方の第１斜面４６１に設けられ、互いに平行になっている。

直列吸気口群２０は、シリンダヘッド１４において、平面視で、３個の吸気口１６の中心がシリンダ１２の一直径線Ｄに近接する平行な直線ｄ１上に並ぶように、それらの３個の吸気口１６を直列状に配列して構成されている。すなわち、直列吸気口群２０を構成する直列状に配列された３個の吸気口１６は、シリンダヘッド１４における平面的な配置構成で、吸気口１６の開口中心を通る配列線Ｒ１（直線）がシリンダ１２の一直径線Ｄに対して平行で近接して設定されている。また、言い換えると、本実施形態に係る４ストロークエンジン１０では、吸気口１６を開閉する３個の吸気バルブ５０が、平面視でそれらの傘部６８の直径線を通る配列線がシリンダ１２の一直径線Ｄに近接して平行に設定されるように、直列状に配列された直列吸気バルブ群を構成しているとも言える。直列吸気口群２０は、シリンダヘッド内壁の長い方の第１斜面４６１において、山頂部４６３に近接して斜面の上位側に設けられている。３個の吸気口１６は、例えば、それぞれの直径はシリンダ直径長の３分の１の長さより若干短く設定されている。よって、３個の吸気口１６は、平面視で、互いに僅かな間隙をあけてシリンダ一直径線Ｄの略全長に亘って開口を配列させるとともに、各吸気口１６はシリンダ一直径線Ｄを跨るように配置されている。

図３に示すように、直列吸気口群２０の吸気口１６の中心は、シリンダの一直径線Ｄ上から僅かに、例えば、シリンダ直径長の約２〜３％程度、左にずれて近接する平行な直線ｄ１上に設定されている。直列吸気口群２０は、シリンダヘッド１４において平面視で、複数の吸気口１６の中心がシリンダの一直径線Ｄ上に設定されると複数の吸気口１６の開口総面積を最大限に確保することが可能となり、また、該一直径線Ｄになるべく近接した位置に設定される方が複数の吸気口１６の開口総面積を大きく確保できる。本実施形態では、シリンダヘッド内壁４６が上述のような縦断面山形状に形成されていることから、吸気口１６を開閉する吸気バルブ５０が燃焼室４８に斜め方向に進出、退避するので、吸気バルブ５０が開くための部分を確保するために上記のような一直径線Ｄに近接する直線ｄ１上位置に吸気口１６の中心が並ぶように設定されている。図４に示すように、直列吸気口群２０を構成する吸気口１６の配列線Ｒ１すなわち吸気口１６の中心が並ぶ直線ｄ１上の位置は、シリンダの一直径線Ｄの左右両側それぞれにシリンダ直径長さＬの５％の範囲内、すなわち、一直径線Ｄを中央としてシリンダ直径長さＬの１０％となる帯状の中央範囲Ｘ内（Ｘ＝Ｌ／１０）に設定されるとよい。吸気口１６の中心が並ぶ直線ｄ１の位置をこの中央範囲Ｘ内に設定することで、十分な吸気口面積の確保を実現できると考えられる。

さらに、図２、図３に示すように、直列吸気口群２０は、シリンダヘッド１４において平面視で、円形状のシリンダ上の略中央位置に直線的に構成されているので、その左右両側にある程度大きな２つの残余のスペースを形成している。このシリンダヘッド１４の２つの残余のスペースは、直列吸気口群２０に対して左右対称状に略同じ大きさで形成されており、２個の排気口１８すなわち直列排気口群２２と、燃料供給装置２４と、点火プラグ２８と、を設置するための設置スペース２６ａ、２６ｂとなる。すなわち、直列吸気口群２０は、その配列された吸気口１６の左右両側すなわちシリンダの一直径線Ｄと直交方向となる左右両側のシリンダヘッド１４部分に、吸気口１６以外の構成要素の設置スペース２６ａ、２６ｂを形成するように構成されている。これらの設置スペース２６ａ、２６ｂは、シリンダヘッド内壁４６において、山頂部４６３から裾部までの長さが長い第１斜面４６１の傾斜下部側部分に第１設置スペース２６ａが設けられるとともに、短い方の第２斜面４６２全体に第２設置スペース２６ｂが設けられている。

直列排気口群２２は、例えば、第１の設置スペース２６ａに形成されており、直列吸気口群２０における吸気口１６の直列状の配列方向と平行方向に２個の排気口１８を直列状に配列して構成されている。よって、直列排気口群２２は、平面視で、２個の排気口１８の中心がシリンダ１２の一直径線Ｄに対して平行な直線ｄ２上に並ぶように、それらの２個の排気口１８を直列状に配列して構成されている。すなわち、直列排気口群２２を構成する直列状に配列された２個の排気口１８は、シリンダヘッド１４における平面的な配置構成で、排気口１８の開口中心を通る配列線Ｒ２（直線）がシリンダ１２の一直径線Ｄ及び直列吸気群２０の吸気口の配列線Ｒ１と平行に設定されている。また、言い換えると、排気口１８を開閉する２個の排気バルブ５２が、平面視でそれらの傘部６８の直径線を通る配列線が吸気バルブの傘部の配列線に対して平行に設定されるように、直列状に配列された直列排気バルブ群を構成しているとも言える。直列排気口群２２は、シリンダヘッド内壁の長い方の第１斜面４６１において斜面下部側に設けられている。２個の排気口１８は、例えば、それぞれ吸気口１６と略同じ大きさ、すなわちそれぞれの直径がシリンダ直径長さの３分の１の長さより若干短い長さ、で設定されている。２個の排気口１８は、平面視で、第１の設置スペース２６ａ位置で互いに僅かな間隙をあけて開口を配列されている。また、２個の排気口１８は、シリンダの一直径線Ｄに沿った方向の位置は、隣接する吸気口１６の間に対応した位置で設定されており、排気口１８と吸気口１６とは互い違い状の位置関係となっている。

直列吸気口群２０と直列排気口群２２とはシリンダ内壁の同一の斜面４６１に形成されているので、それらの吸気口１６を開閉する吸気バルブ５０のバルブステム６６と、排気口１８を開閉する排気バルブ５２のバルブステム６６と、は平行（挟み角が０度）に設けられている。よって、マルチバルブ構成を比較的まとめた構造として、シリンダヘッド１４のコンパクト化を図ることができる。なお、直列吸気口群２０を構成する吸気口１６（吸気バルブ５０）の数は、基本的には任意の複数個でもよいが、大きな吸気面積の確保と、排気口１８や燃料供給装置２４等の吸気口以外の構成要素の配置スペース及び全体のスペース効率とのバランスから上述のような３個の吸気口１６（吸気バルブ５０）を設けた構成が好適であると考えられる。同様に、直列排気口群２２を構成する排気口１８（排気バルブ５２）の数は、基本的には任意の複数個でもよいが、設置スペースへの集積効率と排気ポート５４における冷却構造とのバランスから、上述のような２個の排気口１８（排気バルブ５２）を設けた構成が好適であると考えられる。

図２、図３に示すように、燃料供給装置２４は、本実施形態では、例えば、シリンダ１２内のピストン３２の上下往復の所定のタイミングで機械的又は電気的に制御されてガソリン燃料を燃焼室４８内に直接噴射する直接噴射式（直噴式）の燃料噴射器からなる。燃料供給装置２４は、シリンダヘッド１４において、シリンダヘッド内壁の第２斜面４６２から噴射ノズル２４ａの先端を燃焼室４８に向けるように、第２設置スペース２６ｂ部分に対応して設けられている。本実施形態では、比較的広く形成される第２設置スペース２６ｂを利用することで、限られたシリンダヘッド１４のスペースに燃料供給装置２４の設置スペースを十分に確保することができる。同時に、例えば、燃料供給装置２４の周囲のシリンダヘッド１４部分にウォータジャケット６４を形成して冷却することができる。

図２、図３に示すように、点火プラグ２８は、シリンダヘッド１４において、第２設置スペース２６ｂに燃料供給装置２４に隣接して配置されている。よって、本実施形態では、点火プラグ２８は、シリンダヘッド内壁の短い方の第２斜面４６２に設けられている。点火プラグ２８は、燃料供給装置２４との並び方向が直列吸気口群２０の直列方向と略平行となるように配置されている。点火プラグ２８は、例えば、先端側の着火部を燃焼室２４内に臨ませるように、シリンダヘッド１４に設けられた点火プラグ用孔６０を介して着脱交換可能に取り付けられている。点火プラグ２８は、比較的広く形成される第２設置スペース２６ｂを利用して配置させることができるので、例えば、強力な火花を発生させる大型の点火プラグを利用することができる。

上記のように、シリンダヘッド１４において、直列吸気口群２０、直列排気口群２２、燃料供給装置２４、点火プラグ２８、等の構成要素をこのような配置構成とすることにより、吸気面積を大きく確保して吸気行程での吸気抵抗を低減して効率良く大量に吸気できると同時に、シリンダヘッド１４の限られたスペースに複数の吸気口１６と複数の排気口１８とを集約して効率良く配置でき、スペースの無駄を省いて燃料供給装置２４や大型点火プラグ２８の設置スペースを十分に確保できる。さらに、設置スペースを十分に確保できることで、該燃料供給装置の冷却も効率良く行うことができ、ガソリン燃料の直噴による燃焼室内空気の冷却による体積効率の向上や異常燃焼防止及び圧縮比向上、正確な空燃比の保持等をより効果的に実現できる。また、大型点火プラグ２８を利用できることで、直噴式の構造であっても確実な点火を行え、くすぶりを防止して燃費効率の向上を期待できる。その結果、エンジンの出力向上及び燃費向上を同時に実現できる。また、複数の吸気バルブや複数の排気バルブが直列に並ぶとともに燃焼室形状も良いので、製造性が良く、低コストで製造することができる。

次に、図５、図６を参照しつつ、本発明の第２実施形態の４ストロークエンジン１０−２について説明する。上記した第１実施形態と同一構成、同一部材には、同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。本実施形態では第１実施形態同様に、３個の吸気口１６により構成された直列吸気口群２０と、２個の排気口１８で構成された直列排気口群２２と、を有しており、直列吸気口群２０の両側のシリンダヘッド１４部分に設置スペース２６ａ、２６ｂが形成されている。図６に示すように、シリンダヘッド１４において平面視で、直列吸気口群２０、直列排気口群２２、燃料供給装置２４、点火プラグ２８、の相対的な配置構成は第１実施形態での配置構成と略同じようになっている。図５に示すように、本実施形態では、シリンダヘッド内壁４６は、シリンダの一直径線Ｄに直交した方向の縦断面視で台形状に形成されている。すなわち、ピストン３２が上死点位置に移動した際に、シリンダヘッド内壁４６とピストン３２とで形成される燃焼室４８の形状が縦断面略台形状となっている。燃焼室４８に臨むシリンダ内壁４６は、シリンダ軸に直交する水平な上面４６ａと、その上面４６ａの両側にハ字状に拡がって対向する２つの斜面４６ｂ、４６ｃと、を有している。

図５、図６に示すように、シリンダヘッド内壁の上面４６ａに直列吸気口群２０が設けられている。本実施形態では、直列吸気口群２０を構成している吸気口１６の中心は、平面視で、シリンダの一直径線Ｄ上に一致して設定されており、吸気面積を最大限に確保できる態様となっている。直列吸気口群２０が設けられた上面４６ａの両側の２つの斜面４６ｂ、４６ｃは、第１、第２設置スペース２６ａ、２６ｂを構成している。例えば、シリンダヘッド内壁の一方（図上の左側）の斜面４６ｂは第１設置スペース２６ａを構成しており、直列排気口群２２が設けられている。この実施形態では、直列吸気口群２０と直列排気口群２２とは所定の角度で隣接する２つの平面に設けられているので、吸気バルブ５０のバルブステム６６と排気バルブ５２のバルブステム６６とが所定の角度（挟み角＞０度）で形成されている。シリンダヘッド内壁の他方（図上の右側）の斜面４６ｃは第２設置スペース２６ｂを構成しており、燃料供給装置２４及び点火プラグ２８が配置されている。この第２実施形態でも、第１実施形態同様に、吸気面積を大きく確保して吸気抵抗を低減して効率良く大量に吸気できると同時に、シリンダヘッドの限られたスペースに複数の吸気口と複数の排気口とを集約して効率良く配置でき、スペースの無駄を省いて燃料供給装置や大型点火プラグを含む構成要素の設置スペースを十分に確保できる等の作用効果を奏することができる。

次に、図７、図８を参照しつつ、本発明の第３の実施形態の４ストロークエンジン１０−３について説明するが、上記した第１実施形態と同一構成、同一部材には、同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。本実施形態では第１実施形態同様に、３個の吸気口１６により構成された直列吸気口群２０と、２個の排気口１８で構成された直列排気口群２２と、を有しており、直列吸気口群２０の両側のシリンダヘッド１４部分に設置スペース２６ａ、２６ｂが形成されている。図８に示すように、シリンダヘッド１４において平面視で、直列吸気口群２０、直列排気口群２２、燃料供給装置２４、点火プラグ２８、の相対的な配置構成は第１実施形態での配置構成と略同じようになっている。図７に示すように、シリンダヘッド内壁４６は、第１実施形態同様に、山頂部４６３から裾部までの長さが異なる２つの斜面４６１、４６２を有する縦断面山形状に形成されている。すなわち、ピストン３２がシリンダ１２の上死点位置に移動した際に、シリンダヘッド内壁４６とピストン３２冠面とで形成される燃焼室４８は、くさび型又はウェッジタイプといえるような縦断面略三角形形状となる。なお、図７において、シリンダヘッド内壁の２つの斜面４６１、４６２が成す山頂部４６３は、シリンダの一直径線Ｄに対して左側にずれて形成されている。

図７、図８に示すように、シリンダヘッド内壁の長い方の第１斜面４６１の傾斜上位側部分に直列吸気口群２０が設けられている。本実施形態では、直列吸気口群２０を構成している吸気口１６の中心は、平面視で、シリンダの一直径線Ｄから僅かに、例えば、シリンダ直径長さの約２〜３％程度、右にずれて近接する平行な直線ｄ１上に設定されている。シリンダヘッド内壁４６において、山頂部４６３から裾部までの長さが短い方（図上、左側）の第２斜面４６２略全体が第１設置スペース２６ａとして構成されており、直列排気口群２２が設けられている。この実施形態では、直列吸気口群２０と直列排気口群２２とは所定の角度で隣接する２つの平面に設けられているので、吸気バルブ５０のバルブステム６６と排気バルブ５２のバルブステム６６とが所定の角度（挟み角＞０度）で形成されている。シリンダヘッド内壁の長い方（図上、右側）の第１斜面４６１の傾斜下部側部分が第２設置スペース２６ｂとして構成されており、燃料供給装置２４及び点火プラグ２８が配置されている。すなわち、シリンダヘッド内壁の長い方の第１斜面４６１に直列吸気口群２０、燃料供給装置２４及び点火プラグ２８が設けられ、シリンダヘッド内壁の短い方の第２斜面４６２に直列排気口群２２が設けられている。この第３実施形態でも、第１実施形態同様に、吸気面積を大きく確保して吸気抵抗を低減して効率良く大量に吸気できると同時に、シリンダヘッドの限られたスペースに複数の吸気口と複数の排気口とを集約して効率良く配置でき、スペースの無駄を省いて燃料供給装置やその冷却構造、大型点火プラグを含む成要素の設置スペースを十分に確保できる等の作用効果を奏することができる。なお、吸気ポート（吸気管）は、図上では右側に曲がる態様で記載しているが、その態様に限らず、燃料供給装置や点火プラグ等と干渉しないように適宜構成するとよい。

なお、上記した実施形態では、シリンダ及びシリンダヘッドの機関本体を冷却水で冷却する構成で説明したが空冷式の構造としてもよい。また、ピストン３２の頂面の形状は、水平な平面形状に限らず、例えば、山形やドーム状に突設した突出形状、円弧状に凹設された凹設形状等、その他任意形状でもよい。また、上記実施形態では、直列吸気口群２０の配列の基準としているシリンダの一直径線Ｄはクランクジャーナルの軸方向に沿って設定される態様で説明したが、基準となるシリンダの一直径線Ｄの方向は任意の方向の直径線でもよく、燃焼室形状又はシリンダヘッド内壁の形状に応じて基準を設定することとしてもよい。

以上説明した本発明の４ストロークエンジンは、上記した実施形態のみに限定されるものではなく、特許請求の範囲に示した発明の本質を逸脱しない範囲において、任意の改変を行ってもよい。

本発明の４ストロークエンジンは、ガソリンエンジン又はディーゼルエンジンについて適用でき、例えば、自動四輪車、自動二輪車、船外機、発電機、農業機械等に利用できる。

１０ ４ストロークエンジン
１２ シリンダ
１４ シリンダヘッド
１６ 吸気口
１８ 排気口
２０ 直列吸気口群
２２ 直列排気口群
２４ 燃料供給装置
２６ａ、２６ｂ 設置スペース
２８ 点火プラグ
４６ シリンダヘッド内壁
４６１ 第１斜面
４６２ 第２斜面
４６ａ 上面
４６ｂ 斜面
４６ｃ 斜面
４８ 燃焼室
５０ 吸気バルブ
５２ 排気バルブ
Ｄ シリンダの一直径線

Claims (7)

1. シリンダが横断面円形状に形成され、シリンダヘッドに吸気バルブにより開閉される複数の吸気口と排気バルブにより開閉される複数の排気口とが形成された４ストロークエンジンであり、
   シリンダヘッドにおいて、平面視で、その中心がシリンダの一直径線上又は該一直径線に近接する平行な直線上に並ぶように複数の吸気口を直列状に配列し、それらの直列状に配列された吸気口の両側のシリンダヘッド部分に吸気口以外の構成要素の設置スペースを形成させて構成された直列吸気口群と、
   一つの設置スペースに形成され、吸気口の直列状の配列方向と平行に複数の排気口を直列状に配列した直列排気口群と、
   他の設置スペースに配置され、燃焼室内に燃料を供給する燃料供給装置と、を有することを特徴とする４ストロークエンジン。
2. 吸気口は３個形成されるとともに、排気口は２個形成されたことを特徴とする請求項１記載の４ストロークエンジン。
3. 平面視で、燃料供給装置が配置される他の設置スペースに対応して、該燃料供給装置に隣接して点火プラグが配置されることを特徴とする請求項１又は２記載の４ストロークエンジン。
4. 吸気口の中心がシリンダの一直径線の左右両側のシリンダ直径長さの５％の範囲内に設定されて、直列状に配列されたことを特徴とする請求項３記載の４ストロークエンジン。
5. シリンダヘッド内壁は、縦断面で山頂部から裾部までの長さが異なる２つの斜面を有する山形状に形成され、
   シリンダヘッド内壁の長い方の斜面に直列吸気口群と直列排気口群とが設けられ、
   シリンダヘッド内壁の短い方の斜面に燃料供給装置及び点火プラグが配置されたことを特徴とする請求項３又は４記載の４ストロークエンジン。
6. シリンダヘッド内壁は、縦断面台形状に形成され、
   シリンダヘッド内壁の上面に直列吸気口群が設けられ、
   シリンダヘッド内壁の一方の斜面に直列排気口群が設けられ、
   シリンダヘッド内壁の他方の斜面に燃料供給装置及び点火プラグが配置されたことを特徴とする請求項３又は４記載の４ストロークエンジン。
7. シリンダヘッド内壁は、縦断面で頂部から裾部までの長さが異なる２つの斜面を有するような山形状に形成され、
   シリンダヘッド内壁の長い方の斜面に直列吸気口群と燃料供給装置及び点火プラグが設けられ、
   シリンダヘッド内壁の短い方の斜面に直列排気口群が設けられたことを特徴とする請求項３又は４記載の４ストロークエンジン。

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