JP2012207611A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構造で燃焼室内のスワール流およびタンブル流を制御できる内燃機関を提供する。
【解決手段】複数の吸気バルブ６４からそれぞれ上流に延びる吸入気ポート５１，５２と、吸入気ポート５１，５２の上流に設けられるスロットルバルブ８５，８６と、を備える内燃機関において、各吸入気ポート５１，５２に対してそれぞれスロットルバルブ８５，８６が設けられるとともに、少なくとも一組のスロットルバルブ軸９８，９９の軸線１００，１０１が交差し、それぞれが独立して駆動することを特徴とする内燃機関。
【選択図】図５

Description

本発明は、吸気の際にスワール流、タンブル流を生成する内燃機関に関する。

従来、単一のポート内の同一面上に複数のバタフライバルブを配置したスロットルバルブを備え、各バタフライバルブを互い違いに開くことでポート内に渦流を発生させ、燃焼室内にスワール流を発生させる内燃機関が知られている。（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−０２９３００号公報

しかしながら、上記従来の技術では、ポート内に強い渦流を発生させることはできるものの、燃焼室内に強力なスワール流を発生させることは難しいという課題がある。また、単一のポート内に複数のバタフライバルブが配置されているため、各バタフライバルブ間のクリアランス調整が難しくスロットルボディが高価になるという課題がある。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、簡単な構造で燃焼室内のスワール流およびタンブル流を制御できる内燃機関を提供することを目的とする。

本発明は、複数の吸気バルブ（６４）からそれぞれ上流に延びる吸入気ポート（５１，５２）と、吸入気ポート（５１，５２）の上流に設けられるスロットルバルブ（８５，８６）と、を備える内燃機関において、各吸入気ポート（５１，５２）に対してそれぞれスロットルバルブ（８５，８６）が設けられるとともに、少なくとも一組のスロットルバルブ軸（９８，９９）の軸線（１００，１０１）が交差し、それぞれが独立して駆動することを特徴とする。

本発明では、各吸入気ポートにそれぞれスロットルバルブが設けられているので、これらのスロットルバルブが低開度で開いて空気が流れるときには、各吸入気ポートに、ポート壁面の一部に沿う強い流れを有する不均一な気流が生じ、この気流の強い流れがポート壁面に沿って燃焼室内に吸入され、燃焼室内にスワール流やタンブル流が生じる。
ここで、少なくとも一組の吸入気ポートのスロットルバルブ軸の軸線が交差しているので、これら２つのスロットルバルブのうち、一方を低開度で開くときに生じるスワール流およびタンブル流と、他方を低開度で開くときに生じるスワール流およびタンブル流とが異なる。そして、この２つの吸入気ポートに設けられたスロットルバルブはそれぞれが独立して駆動するので、燃焼室内のスワール流およびタンブル流を調整できる。
これにより、各ポートにそれぞれ一つのスロットルバルブを設けただけの簡単な構造で、燃焼室内のスワール流およびタンブル流を制御できる。

前記一組のスロットルバルブ軸（９８，９９）の軸線（１００，１０１）が直交しても良い。
２つの不均一な気流の流れが強い箇所が重複することがないので、効率よくスワール流、タンブル流を発生させることができる。
前記スロットルバルブ（８５，８６）の開口の一側に拡開部（１０２，１０３）を設け、スロットルバルブ（８５，８６）低開度での拡開部（１０２，１０３）側の吸入気を制限しても良い。
気流がより不均一となるので、スロットルバルブ低開度で強いスワール流やタンブル流を発生させることができる。
それぞれのスロットルバルブ（８５，８６）はモータ（８７，８８）によって独立して駆動されても良い。
各スロットルバルブの開度を正確に制御できるので、スワール流およびタンブル流の強さや比率を正確に制御できる。

前記スロットルバルブ（８５，８６）は内燃機関の低回転から高回転になるにつれて、スワール燃焼、タンブル燃焼、通常燃焼に順次切り換えられるように前記一組のスロットルバルブ軸（９８，９９）が駆動されても良い。
燃焼状態を順次切り換えることで、内燃機関の燃焼効率を向上させることができる。
スワール発生側のスロットルバルブ（８５）は、シリンダ（４２）外側寄りのポート壁面に沿って吸入気が流れても良い。
シリンダ外側の流れが強い気流を燃焼室に導入できるので、より強力なスワール流を発生させることができる。
タンブル発生側のスロットルバルブ（８６）は、ポート軸線（１０８）に対して外周側のポート壁面に沿って吸入気が流れても良い。
ポート軸線に対して外周側の流れが強い気流を燃焼室に導入できるので、より強力なタンブル流を発生させることができる。

本発明によれば、各吸入気ポートにそれぞれスロットルバルブが設けられているので、これらのスロットルバルブが低開度で開いて空気が流れるときには、各吸入気ポートに、ポート壁面の一部に沿う強い流れを有する不均一な気流が生じ、気流の強い流れがポート壁面に沿って燃焼室内に吸入され、燃焼室内にスワール流やタンブル流が生じる。
ここで、少なくとも一組の吸入気ポートのスロットルバルブ軸の軸線が交差しているので、これら２つのスロットルバルブのうち、一方を低開度で開くときに生じるスワール流およびタンブル流と、他方を低開度で開くときに生じるスワール流およびタンブル流とが異なる。そして、この２つの吸入気ポートに設けられたスロットルバルブはそれぞれが独立して駆動するので、燃焼室内のスワール流およびタンブル流を調整できる。
これにより、各ポートにそれぞれ一つのスロットルバルブを設けただけの簡単な構造で燃焼室内のスワール流およびタンブル流を制御できる。

一組のスロットルバルブ軸の軸線を直交させれば、２つの不均一な気流の流れが強い箇所が重複することがないので、効率よくスワール流、タンブル流を発生させることができる。
スロットルバルブの開口の一側に拡開部を設け、スロットルバルブ低開度での拡開部側の吸入気を制限すれば、気流がより不均一となり、スロットルバルブ低開度で強いスワール流やタンブル流を発生させることができる。
それぞれのスロットルバルブがモータによって駆動されていれば、各スロットルバルブの開度を正確に制御でき、スワール流およびタンブル流の強さや比率を正確に制御できる。

スロットルバルブは内燃機関の低回転から高回転になるにつれて、スワール燃焼、タンブル燃焼、通常燃焼に順次切り換えられれば、内燃機関の燃焼効率を向上させることができる。
スワール発生側のスロットルバルブは、シリンダ外側寄りのポート壁面に沿って吸入気が流れるようにすれば、シリンダ外側の流れが強い気流を燃焼室に導入できるので、より強力なスワール流を発生させることができる。
タンブル発生側のスロットルバルブは、ポート軸線に対して外周側のポート壁面に沿って吸入気が流れるようにすれば、ポート軸線に対して外周側の流れが強い気流を燃焼室に導入できるので、より強力なタンブル流を発生させることができる。

本発明に係るエンジンを搭載した自動二輪車の左側面図である。 エンジンの一部断面図である。 シリンダヘッドの一部省略背面図である。 図２におけるスロットルボディのＩＶ−ＩＶ断面図である。 （Ａ）は低回転時のスロットルボディおよびエンジンの右側吸気通路近傍の断面図、（Ｂ）は低回転時の右側および左側の吸気通路を模式的に示す図である。 （Ａ）は中回転時のスロットルボディおよびエンジンの右側吸気通路近傍の断面図、（Ｂ）は中回転時の右側および左側の吸気通路を模式的に示す図である。 （Ａ）は高回転時のスロットルボディおよびエンジンの右側吸気通路近傍の断面図、（Ｂ）は低回転時の右側および左側の吸気通路を模式的に示す図である。 エンジンの燃焼状態の説明図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、以下の説明における前後左右等の向きは、特に記載が無ければ車両における向きと同一とする。また、図中矢印ＦＲは車両前方を、矢印ＬＨは車両左方を、矢印ＵＰは車両上方をそれぞれ示す。
図１は、本発明に係る内燃機関を搭載した自動二輪車１の左側面図である。自動二輪車１は、車体フレーム２を備える。車体フレーム２の前端部に位置するヘッドパイプ３には、前輪４を軸支する左右のフロントフォーク５がステアリングステム６を介して操向可能に枢支される。ステアリングステム６の上部には、転舵用のバーハンドル７が取り付けられる。

ヘッドパイプ３には、斜め下後方に延びる一本のメインチューブ８の前端部が結合されている。メインチューブ８の後端部には左右のピボットプレート１０が接合され、該左右のピボットプレート１０には後輪１１を軸支するスイングアーム１２の前端部が揺動可能に枢支される。メインチューブ８の後部には、斜め上後方へ延びる左右のシートフレーム１３の前端部が接合され、該左右のシートフレーム１３の前後中間部とスイングアーム１２の左右アーム後端部との間には、それぞれ左右のリアクッション１４が配置される。左右のシートフレーム１３の上方には、運転者用及び後部同乗者用の座面を前後に有する前記シート９が配置される。なお、図中符号１５は運転者用のステップを、符号１６は後部同乗者用のステップをそれぞれ示す。

車体フレーム２の中央下部には、内燃機関であるエンジン２０が配置される。エンジン２０は、クランク軸線が車幅方向（左右方向）に沿い、大きく前傾した空冷単気筒エンジンであり、クランクケース２１と、クランクケース２１の前端部から前方に延びるシリンダ部２２とからなる。エンジン２０は、クランクケース２１の後部上下が左右のピボットプレート１０に支持されると共に、クランクケース２１の上部がエンジンハンガ８ａを介してメインチューブ８の前後中間部に支持されることで、車体フレーム２に懸架される。

シリンダ部２２の上面には、スロットルボディ２６が接続され、このスロットルボディ２６にはメインチューブ８前部下側に支持されたエアクリーナケース２６ａが接続される。シリンダ部２２の下面には、排気管２７が接続される。排気管２７は、シリンダ部２２下方で一端前方に屈曲した後に後方へ折り返して延び、エンジン２０後方でサイレンサ２７ａに接続される。排気管２７においてシリンダ部２２の下方に位置する部位には、排ガス浄化用の触媒コンバータ２８が設けられる。
クランクケース２１後部左側にはドライブスプロケット３２が設けられている。このドライブスプロケット３２には、クランクケース２１内のクラッチ及び変速機を介して、エンジン２０の回転動力が出力される。ドライブスプロケット３２と後輪１１左側のドリブンスプロケット３４とにはドライブチェーン３３が掛け回されており、エンジン２０の回転動力はドライブスプロケット３２からドライブチェーン３３およびドリブンスプロケット３４を介して後輪１１に伝達される。

車体フレーム２の前部、エンジン２０のシリンダ部２２、スロットルボディ２６、及びエアクリーナケース２６ａ等は、合成樹脂製の前部車体カバー３５により覆われる。前部車体カバー３５は、運転者の脚部を前方からの風圧等から保護するレッグシールドも兼ねる。また、車体フレーム２の後部は、同じく合成樹脂製の後部車体カバー３６により覆われる。この後部車体カバー３６は、左右のシートフレーム１３と共にシート９を支持する。後部車体カバー３６内には、シート９下に位置する物品収納箱３７が配置され、該物品収納箱３７の前部下側には、左右のシートフレーム１３の前部に支持される燃料タンク３８が配置される。

次にエンジン２０について詳細に説明する。
図２はエンジンの一部断面図である。尚、スロットルボディ２６の配置に関し図１のものと一部不整合があるが、この部位に関し図１は概略図とする。
図２に示すように、エンジン２０は、クランクケース２１と、シリンダ部２２とを備えている。シリンダ部２２は、クランクケース２１に連設されたシリンダブロック３９と、シリンダブロック３９の前側に設けられたシリンダヘッド４０と、シリンダヘッド４０の前側を覆うシリンダヘッドカバー４１とからなる。
シリンダブロック３９には、シリンダ室４２が形成されており、このシリンダ室４２内には、ピストン４３が摺動自在に嵌め込まれている。ピストン４３はコンロッド４４を介して、クランクケース２１に回転自在に支持されたクランクシャフト４５に連結されており、ピストン４３の往復動がクランクシャフト４５の回転動に変換される。
ピストン４３のピストン頂面４６、シリンダ室４２の側壁４７、およびシリンダヘッド４０で囲まれた部分は、燃焼室４９を形成している。

図２、図３に示すように、シリンダヘッド４０の上部には、第１吸気ポート５１および第２吸気ポート５２が左右に並んで形成されている。第１吸気ポート５１および第２吸気ポート５２はそれぞれ弓状に湾曲し、燃焼室４９とシリンダヘッド上面５０とを連通する。第１吸気ポート５１の一端はシリンダヘッド後面４８の燃焼室前壁部４８ａの左上部に第１吸気口５３を形成し、他端はシリンダヘッド上面５０の左部に第１吸気接続口５４を形成する。第２吸気ポート５２の一端はシリンダヘッド後面４８の燃焼室前壁部４８ａの右上部に第２吸気口５５を形成し、他端はシリンダヘッド上面５０の右部に第２吸気接続口５６を形成する。

シリンダヘッド４０の下部には、燃焼室４９とシリンダヘッド下面５７とを連通する排気ポート５８が形成されている。排気ポート５８は燃焼室４９側で二股に分かれ、一方が燃焼室前壁部４８ａの左下部に第１排気口６０を形成し、他方が燃焼室前壁部４８ａの右下部に第２排気口６２を形成する。排気ポート５８はシリンダヘッド下面５７側では合流し、シリンダヘッド下面５７に排気接続口６１を形成する。燃焼室前壁部４８ａの中央部には、点火プラグ孔５９が設けられ、この点火プラグ孔５９に点火プラグ（不図示）が配置される。

第１吸気ポート５１および第２吸気ポート５２には、それぞれ第１吸気口５３および第２吸気口５５を開閉する第１吸気バルブ（不図示）および第２吸気バルブ６４が設けられている。また排気ポート５８には、第１排気口６０および第２排気口６２を開閉する第１排気バルブ（不図示）および第２排気バルブ６５が設けられている。
図２に示すように、第２吸気バルブ６４は、第２吸気口５５に沿う傘部６６と、傘部６６から前方上方へ延びる棒状のステム部６７とを備え、第２排気バルブ６５は、第２排気口６２に沿う傘部６８と、傘部６８から前方下方へ延びる棒状のステム部６９とを備えている。

第２吸気バルブ６４のステム部６７および第２排気バルブ６５のステム部６９は、それぞれシリンダヘッド４０に設けられたバルブガイド７０に摺動自在に挿通され、それぞれの先端が、シリンダヘッド４０の動弁室７２内に突出している。
そして、第２吸気バルブ６４のステム部６７の先端および第２排気バルブ６５のステム部６９の先端には、それぞれリテーナ７３，７４が取り付けられ、このリテーナ７３，７４とシリンダヘッド４０との間にバルブスプリング７５，７６が設けられている。
すなわち、第２吸気バルブ６４および第２排気バルブ６５は、それぞれリテーナ７３，７４およびバルブスプリング７５，７６を介してシリンダヘッド４０に支持され、バルブスプリング７５，７６により、第２吸気口５５および第２排気口６２を閉じる方向に付勢されている。

また、図示を省略するが、第１吸気バルブは、第１吸気口５３（図３参照）に沿う傘部と傘部から前方上方へ延びる棒状のステム部とを備え、第１排気バルブは、第１排気口６０（図３参照）に沿う傘部と傘部から前方下方へ延びる棒状のステム部とを備えている。第１吸気バルブのステム部および第１排気バルブのステム部は、それぞれシリンダヘッド４０に設けられたバルブガイドに摺動自在に挿通され、それぞれの先端が、シリンダヘッド４０の動弁室７２内に突出している。そして、第１吸気バルブのステム部の先端および第１排気バルブのステム部の先端には、それぞれリテーナが取り付けられ、このリテーナとシリンダヘッド４０との間にバルブスプリングが設けられている。すなわち、第１吸気バルブおよび第１排気バルブは、それぞれリテーナおよびバルブスプリングを介してシリンダヘッド４０に支持され、バルブスプリングにより、第１吸気口５３（図３参照）および第１排気口６０（図３参照）を閉じる方向に付勢されている。

図２に示すように、シリンダヘッド４０の動弁室７２の中央部には、クランクシャフト４５と平行に延びる単一のカムシャフト７７が配置されている。カムシャフト７７はシリンダヘッド４０に回転自在に支持され、その長手方向中間部に２つの吸気カム７８及び２つの排気カム７９を一体に備えている。カムシャフト７７には、カムチェーン（不図示）を介してクランクシャフト４５の回転が伝達される。
また、シリンダヘッド４０の動弁室７２のシリンダヘッドカバー４１側には、吸気側ロッカーアームシャフト８０及び排気側ロッカーアームシャフト８１が設けられている。

吸気側ロッカーアームシャフト８０には、２つの吸気カム７８と、第１吸気バルブ（不図示）のステム部（不図示）先端および第２吸気バルブ６４のステム部６７先端に跨って延びる２つの吸気側ロッカーアーム８２の中間部が揺動自在に支持されている。
排気側ロッカーアームシャフト８１には、２つの排気カム７９と、第１排気バルブ（不図示）のステム部（不図示）先端および第２排気バルブ６５のステム部６９の先端とに跨って延びる２本の排気側ロッカーアーム８３の中間部が揺動自在に支持される。
そして、カムシャフト７７の回転に伴い各カムの外周パターンに応じて各ロッカーアーム８２，８３が揺動することで、各バルブが往復動し、各吸気口５３，５５および各排気口６０，６２を開閉させる。

図２に示すように、シリンダヘッド上面５０には、スロットルボディ２６が設けられている。図４は、図２のＩＶ−ＩＶ断面図（スロットルバルブ軸で切った断面図。）である。図２および図４に示すように、スロットルボディ２６は、ケース体８４と、第１スロットルバルブ８５と、第２スロットルバルブ８６と、第１モータ８７と、第２モータ８８と、第１インジェクタ（不図示）と、第２インジェクタ８９とを備えている。

ケース体８４には、第１吸気通路９０および第２吸気通路９１が左右に並んで形成されている。第１吸気通路９０は、その入口（不図示）がエアクリーナケース２６ａ（図１参照）に接続され、入口から前下方へ延びて下方へ湾曲し、その出口（不図示）がシリンダヘッド上面５０の第１吸気接続口５４に接続されている。また、第２吸気通路９１は、その入口９５がエアクリーナケース２６ａ（図１参照）に接続され、入口９５から前下方へ延びて下方へ湾曲し、その出口９３がシリンダヘッド上面５０の第２吸気接続口５６に接続されている。
すなわち、スロットルボディ２６の第１吸気通路９０とシリンダヘッド４０の第１吸気ポート５１とは連通して、側面視で弓状に湾曲した左側吸気通路９２（図４Ｂ参照）を構成し、スロットルボディ２６の第２吸気通路９１とシリンダヘッド４０の第２吸気ポート５２とは連通して、側面視で弓状に湾曲した右側吸気通路９４を構成している。これにより、エアクリーナを通った空気は、左側吸気通路９２または右側吸気通路９４を通り、燃焼室４９に供給される。

第１吸気通路９０の出口（不図示）および第２吸気通路９１の出口９３近傍には、それぞれ第１インジェクタ（不図示）および第２インジェクタ８９が設けられている。第１インジェクタ（不図示）および第２インジェクタ８９は、それぞれ、第１吸気通路９０および第２吸気通路９１から第１吸気ポート５１および第２吸気ポート５２に流れる空気に微粒子化した（霧状にした）燃料を噴射する。第１インジェクタ（不図示）および第２インジェクタ８９は、第１吸気バルブ（不図示）の傘部（不図示）および第２吸気バルブ６４の傘部６６に向かって燃料を直接噴射可能な位置に設けられている。

第１吸気通路９０および第２吸気通路９１の各入口側には、それぞれ第１スロットルバルブ８５および第２スロットルバルブ８６が設けられている。
第１スロットルバルブ８５および第２スロットルバルブ８６は、それぞれ第１吸気通路９０および第２吸気通路９１を開閉して、燃焼室４９に供給される空気量を調整するバタフライバルブである。第１スロットルバルブ８５および第２スロットルバルブ８６は、それぞれ、弁体９６，９７と、弁体９６，９７に一体に設けられた弁軸９８，９９とを備え、それぞれの弁軸９８，９９が、ケース体８４に回動自在に支持されている。第１スロットルバルブ８５の弁軸９８の軸線１００は、第２スロットルバルブ８６の弁軸９９の軸線１０１と直交している。
第１スロットルバルブ８５の弁軸９８および第２スロットルバルブ８６の弁軸９９には、図示しないギヤを介してそれぞれ第１モータ８７および第２モータ８８が連結されている。第１スロットルバルブ８５および第２スロットルバルブ８６は、第１モータ８７および第２モータ８８によりそれぞれ独立に駆動される。

図８は本実施形態に係るエンジン２０の燃焼状態の説明図である。縦軸がタンブル比を示し、横軸がスワール比を示し。スワール比とは、燃焼室４９内に生じるスワール流Ｓの回転数をエンジン回転数で除した値であり、タンブル比とはタンブル流Ｔの回転数をエンジン回転数で除した値である。また、図中の数字は燃焼下限界空燃比を示し、図中の曲線は燃焼下限界空燃比の等高線を示している。
エンジン２０の低回転モードにおける燃焼状態は、点１０４で示される。点１０４では、スワール比が３に近く、強いスワール流Ｓが生じている。また、燃焼下限界空燃比も２３付近と高い。中回転モードにおける燃焼状態は、点１０５で示される。点１０５では、スワール比は小さいが、タンブル比が２を超えており、強いタンブル流Ｔが生じている。また、燃焼下限界空燃比も２２付近と高い。
移行モードにおける燃焼状態は、点１０４から点１０５への移行で示される。
高回転モードにおける燃焼状態は、点１０６で示される。点１０６では、スワール比、タンブル比ともに小さく、燃焼下限界空燃比も２０を下回っている。

ところで、スロットルボディ２６およびエンジン２０は、第１スロットルバルブ８５を低開度として燃焼室４９に空気を吸入することで、燃焼室４９内に吸入される空気に、シリンダ室４２の円周方向の渦流であるスワール流Ｓを発生可能に構成されている。
具体的には、図４および図５に示すように、第１スロットルバルブ８５の弁軸９８の軸線１００は、第１吸気通路９０の中心軸線１０７と直交して車体左右方向と垂直な面内で前傾して延びている。そして、第１スロットルバルブ８５は、図５（Ａ）中矢印１０９で示すように前上方から見たときには、弁体９６が左右方向に略沿う場合に閉状態となり、弁体９６が時計回りに回動することで開状態となるように構成されている。すなわち、図５（Ｂ）に示すように、第１スロットルバルブ８５が低開度で開いて空気が流れる場合には、第１スロットルバルブ８５の左方を流れる空気の流速が、右方を流れる空気の流速より速くなり、第１吸気通路９０の出口側に左側に強い流れを有する不均一な気流が生じる。

さらに、第１吸気通路９０において、第１スロットルバルブ８５の右方入口側には、吸気通路の断面形状変化部である第１拡開部１０２が設けられている。この第１拡開部１０２は、第１スロットルバルブ８５を回動させたときの弁体９６外縁の軌跡に沿う形状に形成されており、第１スロットルバルブ８５が低開度のときには、この第１拡開部１０２により第１吸気通路９０右側の空気の流れが制限される。すなわち、第１スロットルバルブ８５が低開度で開いて空気が流れる場合には、第１吸気通路９０の出口側に、左側に特に強い流れを有する不均一な気流が生じる。

そして、上述したように、第１吸気通路９０はシリンダヘッド４０の上部左側に設けられた第１吸気ポート５１と連通し、第１吸気ポート５１は燃焼室前壁部４８ａの左上部に形成された第１吸気口５３で燃焼室４９と連通している。
これにより、第１スロットルバルブ８５を低開度として燃焼室４９に空気が吸入される場合には、第１スロットルバルブ８５および第１拡開部１０２により生成された左側に強い流れを有する不均一な気流が、第１吸気通路９０および第１吸気ポート５１を通り第１吸気口５３から燃焼室４９内に入る。このとき、気流の強い流れは、第１吸気通路９０および第１吸気ポート５１の左側に沿って第１吸気口５３の左側からシリンダ室４２に導入され、シリンダ室４２の側壁４７に沿って進行してシリンダ室４２の円周方向に旋回する。これにより、燃焼室４９内に吸入される空気に強いスワール流Ｓが生成される。

また、スロットルボディ２６およびエンジン２０は、第２スロットルバルブ８６を低開度として燃焼室４９に空気を吸入することで、燃焼室４９内に吸入される空気に、シリンダ室４２の軸方向の渦流であるタンブル流Ｔを発生可能に構成されている。
具体的には、図４および図６に示すように、第２スロットルバルブ８６の弁軸９９の軸線１０１は、第１吸気通路９０の中心軸線１０８と直交して車体左右方向に延びている。そして、第２スロットルバルブ８６は、右側面視では、弁体９７が第１吸気通路９０の中心軸線１０８と略直交する場合に閉状態となり、弁体９７が時計回りに回動することで開状態となるように構成されている。
すなわち、図６Ａに示すように、第２スロットルバルブ８６が低開度で開いた場合には、第２スロットルバルブ８６の上方すなわち第２吸気通路９１の湾曲外側を流れる空気の流速が、下方すなわち第２吸気通路９１の湾曲内側を流れる空気の流速より速くなり、第２吸気通路９１の出口側に湾曲外側に強い流れを有する不均一な気流が生じる。

さらに、第２吸気通路９１において、第２スロットルバルブ８６の下方入口側（湾曲内側）には、吸気通路の断面形状変化部である第２拡開部１０３が設けられている。この第２拡開部１０３は、第２スロットルバルブ８６を回動させたときの弁体９７外縁の軌跡に沿う形状に形成されており、第２スロットルバルブ８６が低開度のときには、この第２拡開部１０３により第２吸気通路９１の下側すなわち湾曲内側の空気の流量が制限される。すなわち、第２スロットルバルブ８６が低開度で開いて空気が流れる場合には、第２吸気通路９１の出口側に、湾曲外側に特に強い流れを有する不均一な気流が生じる。

そして、上述したように、第２吸気通路９１はシリンダヘッド４０の上部右側に設けられた第２吸気ポート５２と連通し、第２吸気ポート５２は燃焼室前壁部４８ａの右上部に形成された第２吸気口５５で燃焼室４９と連通している。
これにより、第２スロットルバルブ８６を低開度として燃焼室４９に空気が吸入される場合には、第２スロットルバルブ８６および第２拡開部１０３により生成された湾曲外側に強い流れを有する不均一な気流が、第２吸気通路９１および第２吸気ポート５２を通り第２吸気口５５から燃焼室４９内に入る。このとき、気流の強い流れは、第２吸気通路９１および第２吸気ポート５２の湾曲外側に沿って第２吸気口５５の下側からシリンダ室４２に導入され、後方（ピストン４３側）へ向かった後、ピストン頂面４６の中央付近に衝突して前方（シリンダヘッド４０側）へ向きを変え、シリンダ室４２の軸方向に旋回する。これにより、燃焼室４９内に吸入される空気に強いタンブル流Ｔが生成される。

この実施の形態では、いわゆるスロットル・バイ・ワイヤ（ＴＢＷ）方式のスロットルシステムが採用されている。この方式のスロットルシステムは、前述した第１スロットルバルブ８５、第２スロットルバルブ８６を、ＥＣＵにより制御された第１モータ８７、および第２モータ８８により開閉制御している。
このスロットルシステムは、第１スロットルバルブ８５および第２スロットルバルブ８６と、第１モータ８７および第２モータ８８と、第１モータ８７および第２モータ８８を制御する図示しないＥＣＵと、ＥＣＵにユーザのアクセル操作を示す信号を出力するアクセル開度センサ（不図示）と、ＥＣＵにスロットルバルブ開度を示す信号を出力するスロットルバルブ開度センサ（不図示）とを備え、ユーザのアクセル操作量や操作速度に応じて、燃焼室４９への供給空気量を制御する。

また、スロットルシステムは、上述した構成の他に、ＥＣＵにエンジン回転数を示す信号を出力するクランク角センサ（不図示）を備え、エンジン回転数に応じて、燃焼室４９に供給される空気のスワール流Ｓおよびタンブル流Ｔを制御する。
以下、このスワール流Ｓおよびタンブル流Ｔの制御について説明する。
ＥＣＵは、第１スロットルバルブ８５および第２スロットルバルブ８６の開閉を制御する４つの制御モード、すなわち、低回転モード、移行モード、中回転モード、高回転モードを記憶している。

ＥＣＵは、エンジン回転数の閾値として、所定の低回転閾値と、中回転閾値を記憶しており、クランク角センサ（不図示）の信号が示すエンジン回転数が低回転閾値未満すなわち低回転のときには低回転モードで各スロットルバルブの開閉を制御し、低回転閾値未満と低回転閾値を超える値との間を移行するときには移行モードで各スロットルバルブの開閉を制御し、低回転閾値を超えかつ中回転閾値未満すなわち中回転のときには中回転モードで各スロットルバルブの開閉を制御し、中回転閾値以上すなわち高回転のときには高回転モードで各スロットルバルブの開閉を制御する。

低回転モードでは、ＥＣＵは、第２スロットルバルブ８６を全閉状態としたまま、第１スロットルバルブ８５だけを開閉する。
例えば、アクセル全閉の状態からアクセルを開けていく操作が入力された場合には、ＥＣＵは、第２スロットルバルブ８６および第１スロットルバルブ８５の両方を全閉とした状態から、図５に示すように、第２スロットルバルブ８６を全閉としたまま、第１スロットルバルブ８５だけを開いていき、エンジン回転数をアイドル回転数から上昇させていく。第１スロットルバルブ８５が所定開度だけ開くと、エンジン回転数が低回転閾値近傍となる。この所定開度が低回転モードにおける第１スロットルバルブ８５の最大開度であるが、この最大開度は低開度である。

このように低回転モードでは、第２スロットルバルブ８６が全閉のまま、第１スロットルバルブ８５だけが開閉される。したがって、吸気行程で第１吸気口５３および第２吸気口５５が開くと、空気が、左側吸気通路９２を通って燃焼室４９内に吸入される。
ここで、低回転モードでは、第１スロットルバルブ８５の開度が低開度であるため、上述したように燃焼室４９内に強いスワール流Ｓが生成される。これにより、インジェクタから燃焼室４９内に噴射された燃料がスワール流Ｓに巻込まれて燃焼室４９内の混合気が均一となるうえ、スワール流Ｓにより火炎速度が速くなり、いわゆるスワール燃焼が生じて燃焼が促進される。

移行モードでは、ＥＣＵは、空気供給量が一定となるように、第１スロットルバルブ８５と第２スロットルバルブ８６とを連動させて開閉する。
例えば、エンジン回転数が低回転閾値未満であり低回転閾値近傍のときにアクセルを連続的に開けていく操作が入力された場合には、ＥＣＵは、燃焼室４９に供給される空気量が一定と成るように、図示は省略したが、第１スロットルバルブ８５を、低回転モードにおける最大開度から閉じていくと同時に、第２スロットルバルブ８６を開いていく。すなわち、移行モード開始時には、第１スロットルバルブ８５が低開度で開き、第２スロットルバルブ８６が全閉であるが、移行モード終了時には、第１スロットルバルブ８５が全閉となり、第２スロットルバルブ８６が低開度で開く。

中回転モードでは、ＥＣＵは、第２スロットルバルブ８６を低開度で開いたまま保持し、第１スロットルバルブ８５を開閉する。
例えば、エンジン回転数が低回転閾値を超えたときにアクセルを連続的に開けていく操作が入力された場合には、ＥＣＵは、図６に示すように、第２スロットルバルブ８６を低開度で開いたまま、第１スロットルバルブ８５だけを全閉から開いていき、エンジン回転数を低回転閾値から上昇させていく。第１スロットルバルブ８５が全開のときエンジン回転数が中回転閾値近傍となる。

このように中回転モードでは、第２スロットルバルブ８６は低開度のまま、第１スロットルバルブ８５が開閉される。したがって、吸気行程で第１吸気口５３および第２吸気口５５が開くと、空気が、左側吸気通路９２および右側吸気通路９４を通って燃焼室４９内に吸入される。
ここで、第２スロットルバルブ８６は低開度であるため、上述したように燃焼室４９内に強いタンブル流Ｔが生成される。これにより、インジェクタから燃焼室４９内に噴射された燃料がタンブル流Ｔに巻込まれて空気との混合が促進され、また圧縮行程の後半でタンブル流Ｔが崩壊する際には、ガス流動や乱れが強まって更に混合が促進され、燃焼室４９内の混合気が均一となるうえ、タンブル流Ｔにより火炎速度が速くなり、いわゆるタンブル燃焼が生じて燃焼が促進される。

高回転モードでは、ＥＣＵは、第１スロットルバルブ８５を全開のまま保持し、第２スロットルバルブ８６を開閉する。
例えば、エンジン回転数が中回転閾値を超えたときにアクセルを連続的に開けていく操作が入力された場合には、図７に示すように、第１スロットルバルブ８５を全開としたまま、第２スロットルバルブ８６を開いていき、中回転閾値からエンジン回転数を上昇させていく。第１スロットルバルブ８５および第２スロットルバルブ８６が全開のとき、エンジン回転数は上限値近傍となる。

高回転モードでは、第１スロットルバルブ８５は全開のまま、第２スロットルバルブ８６が低開度からさらに開かれる。したがって、吸気行程で第１吸気口５３および第２吸気口５５が開くと、空気が、左側吸気通路９２および右側吸気通路９４を通って燃焼室４９内に吸入される。
ここで、左側吸気通路９２の第１スロットルバルブ８５は全開であり、右側吸気通路９４の第２スロットルバルブ８６の開度も大きいため、吸気行程では、多量の空気が２つの吸気ポートにより迅速且つ円滑にシリンダ内に吸入されて、いわゆる通常燃焼が生じて大きいエンジン出力が得られる。

以上説明したように、本実施形態では、エンジン２０の第１吸気バルブ（不図示）から上流に延びる第１吸気ポート５１にスロットルボディ２６の第１吸気通路９０が連通して左側吸気通路９２を構成し、エンジン２０の第２吸気バルブ６４から上流に延びる第２吸気ポート５２にスロットルボディ２６の第２吸気通路９１が連通して右側吸気通路９４を構成している。左側吸気通路９２には第１スロットルバルブ８５が設けられ、第１スロットルバルブ８５の軸線１００は、車体左右方向と垂直な面内で前傾するように延在し、第１スロットルバルブ８５を低開度としたときに左側吸気通路９２に左右不均一な気流を生じて燃焼室４９内にスワール流Ｓを発生可能になっている。

右側吸気通路９４には、第２スロットルバルブ８６が設けられており、第２スロットルバルブ８６の軸線１０１は、車体左右方向に延在し、第２スロットルバルブ８６を低開度としたときに上下不均一な気流を生じて燃焼室４９内にタンブル流Ｔを発生可能になっている。そして、第１スロットルバルブ８５および第２スロットルバルブ８６はそれぞれ独立して駆動されるので、左側吸気通路９２および右側吸気通路９４にそれぞれ一つのバタフライバルブを設けただけの簡単な構造で、燃焼室４９内におけるスワール流Ｓおよびタンブル流Ｔの生成を制御できる。なお、第２スロットルバルブ８６の軸線１０１は第１スロットルバルブ８５の軸線１００と直交するので、不均一な気流の流れが強い箇所が重複することがない。

また、本実施形態では、第１吸気通路９０において、第１スロットルバルブ８５の右方入口側に、第１拡開部１０２を設け、第１スロットルバルブ８５が低開度のときの第１吸気通路９０右側の空気の流れを制限している。また、第２吸気通路９１において、第２スロットルバルブ８６の下方入口側（湾曲内側）に、第２拡開部１０３を設け、第２スロットルバルブ８６が低開度のときの第２吸気通路９１の下側すなわち湾曲内側の空気の流れを制限している。これにより、各スロットルバルブの下流に生成される不均一な気流の強い部分をさらに強めることができ、各スロットルバルブを低開度で開くことで強いスワール流Ｓやタンブル流Ｔを発生させることができる。

また、本実施形態では、第１スロットルバルブ８５および第２スロットルバルブ８６は、それぞれ第１モータ８７および第２モータ８８により駆動されるので、各スロットルバルブの開度を正確に制御でき、スワール流Ｓやタンブル流Ｔの生成を正確に制御できる。

また、本実施形態では、ＥＣＵがエンジン回転数に応じて各スロットルバルブの開閉を制御し、エンジン回転数が低回転のときには燃焼室４９内に強いスワール流Ｓを発生させて燃焼状態をスワール燃焼とし、エンジン回転数が中回転のときには燃焼室４９内強いタンブル流Ｔを発生させて燃焼状態をタンブル燃焼とし、エンジン回転数が高回転のときには、燃焼室４９内に多量の空気を迅速且つ円滑に供給して燃焼状態を通常燃焼とする。そして、エンジン回転数が低回転から高回転になるにつれて、燃焼状態をスワール燃焼、タンブル燃焼、通常燃焼に順次切り換えるので、エンジン２０の燃焼効率を向上させることができる。

また、本実施形態では、第１スロットルバルブ８５を低開度としたときに、第１スロットルバルブ８５および第１拡開部１０２により、第１吸気通路９０に左側に強い流れを有する不均一な気流が生じ、この気流の強い流れは、第１吸気ポート５１の左側に沿って流れる。そして、第１吸気ポート５１は燃焼室前壁部４８ａの左上部に形成された第１吸気口５３で燃焼室４９と連通しているので、気流の強い流れを、第１吸気口５３の左側からシリンダ室４２の側壁４７に沿って導入できる。これにより、シリンダ室４２に入った気流の強い流れを、シリンダ室４２の側壁４７に沿って進行させてシリンダ室４２の円周方向に旋回させることができ、より強力なスワール流Ｓを発生させることができる。

また、本実施形態では、第２スロットルバルブ８６を低開度としたときに、第２スロットルバルブ８６および第２拡開部１０３により第２吸気通路９１に湾曲外側に強い流れを有する不均一な気流が生じ、この気流の強い流れは、第２吸気ポート５２の湾曲外側に沿って流れる。そして、第２吸気ポート５２は燃焼室前壁部４８ａの右上部に形成された第２吸気口５５で燃焼室４９と連通しているので、気流の強い流れを、第２吸気口５５の下側から後方（ピストン４３側）に向けて導入できる。これにより、シリンダ室４２に入った気流の強い流れを、ピストン頂面４６の中央付近に衝突させて前方（シリンダヘッド４０側）へ向きを変えさせ、シリンダ室４２の軸方向に旋回させることができ、より強力なタンブル流Ｔを発生させることができる。

また、本実施形態では、第１スロットルバルブ８５および第２スロットルバルブ８６によりスワール流Ｓおよびタンブル流Ｔを制御可能としたので、スワールコントロールバルブやタンブルコントロールバルブが不要となり、部品数を削減するとともにスロットルボディ２６をコンパクト化できる。また、本実施形態では、第１インジェクタ（不図示）および第２インジェクタ８９をスロットルボディ２６に配置したので、シリンダヘッド４０をコンパクトな構造とできる。

なお、上述した実施の形態は、あくまでも本発明の一態様を示すものであり、本発明の範囲内で任意に変形が可能である。
例えば、上述した実施の形態では、第１スロットルバルブ８５の軸線１００を、第１吸気通路９０の中心軸線１０７と直交して車体左右方向と垂直な面内で前傾するように延在させ、第２スロットルバルブ８６の軸線１０１を、第１吸気通路９０の中心軸線１０８と直交して車体左右方向に延在させることで、第１スロットルバルブ８５を低開度としたときに燃焼室４９内にスワール流Ｓを発生可能に、また第２スロットルバルブ８６を低開度としたときに燃焼室４９内にタンブル流Ｔを発生可能な構成としたが、各スロットルバルブの軸線の向きはこれに限定されず、例えば、各スロットルバルブを、各スロットルバルブの軸線が正面視でＶ字状をなすように設けても良い。この構成によれば、一方のスロットルバルブだけを低開度で開くことで、吸気通路内の左右いずれかに強い流れを有する空気の流れを生成して、燃焼室４９内にスワール流Ｓを生成できる。また、両方のスロットルバルブを低開度で開くことで、吸気通路内の湾曲外側に強い流れを有する空気の流れを生成して燃焼室４９内にタンブル流Ｔを生成できる。

また、上述した実施の形態では、第１吸気通路９０において、第１スロットルバルブ８５の右方入口側に、第１拡開部１０２を設け、第１スロットルバルブ８５が低開度のときの第１吸気通路９０右側の空気の流れを制限し、第２吸気通路９１において、第２スロットルバルブ８６の下方入口側（湾曲内側）に、第２拡開部１０３を設け、第２スロットルバルブ８６が低開度のときの第２吸気通路９１の下側すなわち湾曲内側の空気の流れを制限し、各スロットルバルブの下流に生成される不均一な気流の強い部分をさらに強める構成としたが、不均一な気流の強い部分を強める方法はこれに限定されず、例えば、各吸気通路におけるスロットルバルブの下流の一側に突起を設けても良い。この構成によれば、突起を設けた一側の流速が低くなるので、不均一な気流の強い部分をさらに強めることができる。また、例えば各スロットルバルブの裏面に遮蔽物を取り付けても良い。
また、上述した実施の形態では、単気筒エンジンを例示したが、エンジンの気筒数はこれに限定されず、多気筒エンジンであっても良い。さらに、上述した実施の形態では、燃料噴射位置を吸気バルブの傘部とした構成を例示したが、燃料噴射位置はこれに限定されず、筒内噴射いわゆる直噴であっても良い。また、本実施の形態では、各スロットルバルブを駆動する各モータを、ケース体（８４）に一体に取り付けているが、各モータを、例えばケース体（８４）から離れた場所に配置し、リンクやワイヤなどを介して、各スロットルバルブを駆動しても良い。

２０ エンジン（内燃機関）
２６ スロットルボディ
４２ シリンダ室（シリンダ）
５１ 第１吸気ポート（吸入気ポート）
５２ 第２吸気ポート（吸入気ポート）
６４ 第２吸気バルブ
８５ 第１スロットルバルブ
８６ 第２スロットルバルブ
８７ 第１モータ
８８ 第２モータ
８９ 第２インジェクタ
９８，９９ 弁軸（バルブ軸）
１００，１０１ 軸線
１０２ 第１拡開部
１０３ 第２拡開部
１０７，１０８ 中心軸線（ポート軸線）
Ｓ スワール流
Ｔ タンブル流

Claims (7)

1. 複数の吸気バルブ（６４）からそれぞれ上流に延びる吸入気ポート（５１，５２）と、
   吸入気ポート（５１，５２）の上流に設けられるスロットルバルブ（８５，８６）と、を備える内燃機関において、
   各吸入気ポート（５１，５２）に対してそれぞれスロットルバルブ（８５，８６）が設けられるとともに、少なくとも一組のスロットルバルブ軸（９８，９９）の軸線（１００，１０１）が交差し、それぞれが独立して駆動することを特徴とする内燃機関。
2. 前記一組のスロットルバルブ軸（９８，９９）の軸線（１００，１０１）が直交することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
3. 前記スロットルバルブ（８５，８６）の開口の一側に拡開部（１０２，１０３）を設け、スロットルバルブ（８５，８６）低開度での拡開部（１０２，１０３）側の吸入気を制限したことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関。
4. それぞれのスロットルバルブ（８５，８６）はモータ（８７，８８）によって独立して駆動される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。
5. 前記スロットルバルブ（８５，８６）は内燃機関の低回転から高回転になるにつれて、スワール燃焼、タンブル燃焼、通常燃焼に順次切り換えられるように前記一組のスロットルバルブ軸（９８，９９）が駆動されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の内燃機関。
6. スワール発生側のスロットルバルブ（８５）は、シリンダ（４２）外側寄りのポート壁面に沿って吸入気が流れることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の内燃機関。
7. タンブル発生側のスロットルバルブ（８６）は、ポート軸線（１０８）に対して外周側のポート壁面に沿って吸入気が流れることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の内燃機関。

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