JP2018188967A - 鞍乗型乗物用の内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】 より高効率の鞍乗型乗物用の内燃機関を提供する。【解決手段】 内燃機関が、シリンダ内で往復するピストンと、吸気口を開閉する吸気弁および排気口を開閉する排気弁を動作させる動弁機構と、吸気を圧縮する過給機と、吸気量を調整するスロットル弁と、燃料を噴射するインジェクタと、を備える。吸気口および排気口が、ピストンの上死点よりもシリンダ軸方向上側に形成され、スロットル弁が、過給機よりも吸気流れ方向下流側に配置される。ピストンが、上死点から次の上死点まで１往復する間に、排気弁も吸気弁も開弁している期間であるバルブオーバーラップ期間が存在するように動弁機構が吸気弁および排気弁を動作させ、インジェクタが排気弁の閉弁後に燃料をシリンダに噴射し、かつ、混合気が燃焼される。【選択図】図４

Description

本発明は、自動二輪車のような鞍乗型乗物に搭載される内燃機関に関する。

特許文献１および２に示されるように、鞍乗型乗物用の内燃機関の効率の向上を目的として、種々の技術が提案されている。

特開２００６−７０７５７号公報 特開平１０−７７９０５号公報

鞍乗型乗物用の内燃機関には、更なる効率の向上が求められている。

本発明は、より高効率の鞍乗型乗物用の内燃機関を提供することを目的としている。

本発明の一形態に係る鞍乗型乗物用の内燃機関は、シリンダ内で往復するピストンと、吸気口を開閉する吸気弁および排気口を開閉する排気弁を動作させる動弁機構と、吸気を圧縮する過給機と、吸気量を調整するスロットル弁と、燃料を噴射するインジェクタと、を備え、前記吸気口および前記排気口が、前記ピストンの上死点よりもシリンダ軸方向上側に形成され、前記スロットル弁が、前記過給機よりも吸気流れ方向下流側に配置され、前記ピストンが、上死点から次の上死点まで１往復する間に、前記排気弁も前記吸気弁も開弁している期間であるバルブオーバーラップ期間が存在するように前記動弁機構が前記吸気弁および前記排気弁を動作させ、前記インジェクタが前記排気弁の閉弁後に前記燃料を前記シリンダに噴射し、かつ、混合気が燃焼される。

前記構成によれば、ピストンが１往復するたびに混合気を１回燃焼するエンジン、すなわち、２ストロークエンジンが提供される。ピストンが２往復するたびに混合気を１回燃焼する４ストロークエンジンと比べ、単位回転数当たりに取り出せるエネルギー（燃焼による熱エネルギー、ひいてはクランク軸の回転運動の力学的エネルギー）が大きい。よって、出力ピークが得られるエンジン回転数を下げることを許容され、４ストロークエンジンで使用されていた高回転域での運転が不要になる。高回転域での運転が不要になれば、内燃機関における機械損失を低減できる。よって、より高効率の内燃機関を提供できる。

また、過給機を備えているので、吸気期間が短くても吸気量を向上できる。バルブオーバーラップ期間を設けているので、この期間内に吸気を利用して掃気できる。吸気は過給機で圧縮されているので、掃気を促進できる。このようなことからも、効率を向上できる。燃料は、排気弁の閉弁後にシリンダに噴射される。よって、バルブオーバーラップ期間に未燃燃料がシリンダから排出されるのを防止できる。また、スロットル弁が過給機よりも吸気流れ方向下流側に配置されるので、スロットル弁による出力変化の応答性を高めることができる。

前記シリンダが複数設けられ、前記スロットル弁が前記複数のシリンダに対応して複数設けられていてもよい。

前記構成によれば、スロットル弁による出力変化の応答性を高めることができる。

前記スロットル弁が、運転者により操作されるアクセル操作部材からは機械的に分離された弁体と、前記弁体を駆動するアクチュエータと、を備えてもよい。

前記構成によれば、スロットル弁に、運転者のアクセル操作に関わらず、アクチュエータの動作に応じて吸気量を調整でき、掃気効率の向上に資する。

前記過給機が、前記ピストンと連結されたクランク軸によって駆動されてもよい。

機械式過給機は、低〜中回転域において排気が少量でも、その性能を発揮しやすい。よって、本エンジンの運転回転域の広くにわたって、過給機がその性能を発揮でき、吸気効率および掃気効率を高く維持できる。

前記燃料を加圧して前記インジェクタに供給する燃料加圧機構を備え、前記インジェクタおよび前記燃料加圧機構がシリンダヘッドに取り付けられ、前記動弁機構が前記シリンダヘッドに収容され、前記燃料加圧機構が前記動弁機構によって駆動されてもよい。

前記構成によれば、動弁機構により駆動される燃料加圧機構をインクジェクタの近くに配置できるので、装置の小型化を図ることができる。

乗物搭載状態において、前記排気口から繋がる排気ポートが、前記吸気口に繋がる吸気ポートよりも前方に配置され、前記動弁機構が、前記吸気弁を駆動するための吸気カムおよび吸気カム軸と、前記排気弁を駆動するための排気カムおよび排気カム軸とを備え、前記燃料加圧機構が、前記動弁機構のうち前記排気カムまたは前記排気カム軸によって駆動されてもよい。

前記構成によれば、燃料加圧機構を車両前方に配置しやすくなり、燃料加圧機構の配置スペースを確保しやすい。

本発明によれば、より高効率の鞍乗型乗物用の内燃機関を提供できる。

実施形態に係る鞍乗型乗物用の内燃機関の概念図である。 図２Ａが燃焼室を下から見て示す図、図２Ｂが吸排気口周辺を拡大して示す図である。 鞍乗型乗物への搭載状態で示す内燃機関の側面図である。 吸排気弁リフト量の推移を示すグラフである。 実施形態に係る内燃機関の回転数−出力線図である。 変更例に係る内燃機関の断面図である。 変更例に係る燃焼室を下から見て示す図である。

以下、図面を参照しながら実施形態について説明する。全図を通じて同一のまたは対応する要素には同一の符号を付して重複する詳細な説明を省略する。シリンダ軸方向下側は、シリンダ軸方向において当該シリンダに挿入されるピストンの下死点側であり、シリンダ軸方向上側は、シリンダ軸方向において当該シリンダに挿入されるピストンの上死点側である。

図１は、実施形態に係る鞍乗型乗物用の内燃機関１（以下、「エンジン」という）の概念図である。鞍乗型乗物は、運転者が跨って着座するシートあるいはサドルを備える乗物であり、車輪の有無は限定されない。乗員が横並びで着座する車両（四輪自動車など）と対比して、鞍乗型乗物は、運転者が跨った姿勢で着座することを可能にすべく車幅方向寸法が小さく、そのため軽量でもある。鞍乗型乗物の好適例として、自動二輪車（いわゆるスクータも含む）、自動三輪車、バギー車、および、小型滑走艇を挙げることができる。

本実施形態に係るエンジン１は、多気筒式、２ストローク式、レシプロ式、火花点火式、ダウンドラフト式エンジンであり、ガソリン（エタノール、メタノールといった液体アルコールであってもよい）を燃料とする。また、エンジン１は、過給機付きエンジンである。図１は、エンジン１がインライン式の４気筒エンジンである旨を概念的に例示しているが、気筒の数および配列は特に限定されない。エンジン１は、単気筒エンジンでもよい。多気筒式の場合、複数の気筒は、Ｖ型に配列されても水平対向型に配列されてもよい。

エンジン１は、シリンダ６、燃焼室７およびクランク室８を形成するエンジン本体２を有する。図１の符号Ａ１は、シリンダ軸である。エンジン本体２は、シリンダヘッド３、シリンダブロック４およびクランクケース５を含み、これら本体部材３〜５が、シリンダ軸方向に順に連結されている。本書では、シリンダヘッドカバー３ａ（図３を参照）も「シリンダヘッド３」の一部とする。シリンダ６は、主としてシリンダブロック４により形成され、クランク室８は、主としてクランクケース５により形成されている。

エンジン１は、ピストン９およびクランク軸１０を有する。ピストン９は、シリンダ６内で往復し、コネクティングロッド１１を介してクランク軸１０と連結されている。クランク軸１０は、クランクケース５に回転可能に支持され、クランク室８内に収容されている。ピストン９が１往復する間に、クランク軸１０は１回転する。

（燃焼室、動弁系）
燃焼室７は、ピストン９の上面よりもシリンダ軸方向上側に形成されている。燃焼室７の天井面は、シリンダヘッド３によって形成されている。燃焼室７、特にその天井面に、１以上の吸気口１２および１以上の排気口１３が開口している。吸気口１２は、シリンダヘッド３内に形成された吸気ポート１４と連通し、吸気ポート１４ひいては吸気通路の下流端を成している。排気口１３は、シリンダヘッド３内に形成された排気ポート１５と連通し、排気ポート１５ひいては排気通路の上流端を成している。

吸気口１２は吸気弁１７によって開閉され、排気口１３は排気弁１８によって開閉される。吸気弁１７はポペット弁であり、バルブスプリング（図示略）によって傘状の弁体が吸気口１２周辺に設けられたバルブシート（図示略）に密着するように付勢されている。排気弁１８も同様である。また、点火プラグ１９が、その電極（火花発生部位）が燃焼室７内で天井面付近に位置付けられるように、シリンダヘッド３に取り付けられている。点火プラグ１９の動作タイミング、すなわち、混合気の点火時期は、エンジン制御ユニット（図示略）によって制御される。エンジン制御ユニットは、このエンジン１と共に、鞍乗型乗物に搭載される。

図２Ａは、燃焼室７を下から見て示す図であり、燃焼室７の天井面が図示されている。本実施形態では、吸気口１２および排気口１３が２つずつ設けられている。吸気ポート１４は、吸気を取り込む入口を１つ有し、途中で二股に分岐し、２つの吸気口１２と連通している。排気ポート１５は、２つの排気口１３と連通し、途中で合流して排気を排出する出口を１つ有する。燃焼室７の天井面は、概略半球形状に形成されている。点火プラグ１９（図１を参照）を収容するプラグホール１９ａが、天井面の中央に形成されている。燃焼室７の天井面には、天井面の直径方向に延びる段差部２０が設けられており、天井面は、段差部２０によって第１領域７Ａと第２領域７Ｂとに二分されている。２つの吸気口１２は第１領域７Ａに開口し、２つの排気口１３は第２領域７Ｂに開口している。図２Ｂに示すように、第２領域７Ｂは第１領域７Ａよりもシリンダ軸方向下側に位置付けられている。吸気口１２も排気口１３も、燃焼室７の天井面に開口しているので、シリンダ６の上死点よりもシリンダ軸方向上側に形成されるが、排気口１３は吸気口１２よりもシリンダ軸方向下側で燃焼室７に開口している。

図１に戻り、エンジン１は、吸気弁１７および排気弁１８を動作させる動弁機構２１を備える。本実施形態では、動弁機構２１が、オーバーヘッドカム（ＯＨＣ）式、特に、ダブルオーバーヘッドカム（ＤＯＨＣ）式である。動弁機構２１は、吸気カム軸２２、吸気カム２３、排気カム軸２４、排気カム２５、および動伝機構２６を含む。吸気カム軸２２および排気カム軸２４は、吸気弁１７および排気弁１８よりもシリンダ軸方向上側に配置され、クランク軸１０と平行に延びている。動伝機構２６は、クランク軸１０の回転を吸気カム軸２２および排気カム軸２４に伝達する。動伝機構２６は、一例としてチェーン伝動機構であり、クランク軸１０に固定された駆動スプロケット２６ａ、吸気カム軸２２に固定された吸気側従動スプロケット２６ｂ、排気カム軸２４に固定された排気側従動スプロケット２６ｃ、および、３スプロケット２６ａ−ｃに巻回されたチェーン２６ｄで構成されている。動伝機構２６はギヤ列でもよい。吸気カム２３は、吸気カム軸２２に固定されて吸気カム軸２２と一体回転し、吸気弁１７の上端部に接触する。排気カム２５は、排気カム軸２４に固定されて排気カム軸２４と一体回転し、排気弁１８の上端部に接触する。吸気カム２３および排気カム２５は、１つのカム山を有している。言い換えると、カム軸方向に見て卵形状に形成されている。カム２３，２５は、対応するカム軸２２，２４が１回転する間に対応する弁１７，１８を１度開弁させる。

このエンジン１は２ストローク式であり、ピストン９が１往復してクランク軸１０が１回転する間に、吸気、点火燃焼および排気を含む１エンジン周期が完結する。この点については、図４を参照して後述するが、吸気カム軸２２および排気カム軸２４はクランク軸１０と等速で回転する。本実施形態では、３スプロケット２６ａ−ｃが互いに同じ歯数あるいは径を有している。これにより、ピストン９が１往復してクランク軸１０が１回転する間に、吸気弁１７の開弁期間および排気弁１８の開弁期間が１回ずつ設定される。

（吸気系、燃料系）
このエンジン１は、吸気系を構成する要素として、エアクリーナ３９、過給機３１、吸気チャンバボックス３２およびスロットル弁３３を備えている。この吸気系においては、外気が吸気として取り込まれ、エアクリーナ３９で浄化される。浄化された吸気が過給機３１で圧縮され、吸気チャンバボックス３２に流入する。過給機３１は、一例として、メカニカルスーパーチャージャーであり、クランク軸１０によって回転駆動される。メカニカルスーパーチャージャーには、種々の型式があるが、本実施形態では、過給機３１は、遠心式ポンプで実現されている。吸気チャンバボックス３２は、吸気圧脈動を吸収する。スロットル弁３３は、吸気ポート１４、燃焼室７あるいはシリンダ６に供給される吸気量を調整する。スロットル弁３３は、バタフライ弁であり、円形の弁体３４を回転させることで吸気通路の開度を変え、それにより吸気量が調整される。スロットル弁３３は、電子スロットル弁であり、弁体３４が固定される弁軸３５を回転駆動する弁アクチュエータ３６を備えている。弁体３４および弁軸３５は、運転者により操作されるアクセル操作部材（自動二輪車であればスロットルグリップ）からは機械的に分離されている。弁アクチュエータ３６は、一例として電気モータであり、前述したエンジン制御ユニット（図示略）によって制御される。エンジン制御ユニットは、アクセル操作部材における操作量を検出するアクセル操作量センサの検出値に応じて弁アクチュエータ３６を操作し、それによりスロットル開度を制御する。

スロットル弁３３は、過給機３１および吸気チャンバボックス３２よりも吸気流れ方向下流側に配置されている。過給機３１および吸気チャンバボックス３２は単一であり、過給機出口はチャンバ入口と単一系統の吸気通路３０ａで接続されている。吸気チャンバボックス３２は、気筒と同数のチャンバ出口を有し、吸気系は、互いに独立し、かつ、複数のチャンバ出口を複数の燃焼室７それぞれに接続する複数系統の吸気通路３０ｂを備える。スロットル弁３３は、複数のシリンダ６に対応する複数設けられている。言い換えると、スロットル弁３３は、複数の吸気通路３０ｂそれぞれに内蔵される複数の弁体３４を備えている。弁軸３５は、複数の弁体３４の一部または全部と一体化されている。

このエンジン１は、燃料系を構成する要素として、燃料タンク４１、燃料加圧機構４２、燃料パイプ４３、上流インジェクタ４４、下流インジェクタ４５、一次燃料ポンプ４６、およびアキュムレータ４７を備える。燃料タンク４１は、エンジン１の燃料としてのガソリンを貯留する。

一次燃料ポンプ４６は、燃料タンク４１に貯留されている燃料を加圧する。一例として、燃料は３００kPa程度まで昇圧される。燃料加圧機構４２は、一次燃料ポンプ４６で昇圧された燃料を更に加圧する。燃料加圧機構４２は、一例としてプランジャ式ポンプであり、燃料は２MPa程度まで昇圧される。本実施形態では、燃料加圧機構４２の加圧動力源（燃料加圧機構４２のプランジャの往復動力源）が、動弁機構２１ひいてはエンジン１である。動弁機構２１は、吸排気弁１７，１８を動作させる機能と、燃料加圧機構４２を動作させる機能とを兼ねている。燃料加圧機構４２は吸排気弁１７，１８よりもシリンダ軸方向上側に配置されてシリンダヘッド３に取り付けられている。燃料加圧機構４２のプランジャは、排気カム２５に接触しており、燃料加圧機構４２が排気カム軸２４の径方向において排気弁１８と反対側に配置されている。排気カム軸２４および排気カム２５が１回転する間に、燃料加圧機構４２のプランジャが１往復し、一次燃料ポンプ４６から燃料加圧機構４２のハウジング内に流入した燃料がハウジング外へと圧送される。

上流インジェクタ４４および下流インジェクタ４５は、気筒毎に設けられている。上流インジェクタ４４は、スロットル弁３３よりも吸気流れ方向上流側に配置され、下流インジェクタ４５は、スロットル弁３３よりも吸気流れ方向下流側に配置される。上流インジェクタ４４および下流インジェクタ４５は、いずれも常閉電磁開閉弁であり、前述したエンジン制御ユニット（図示略）によって開弁時期、開弁期間および閉弁時期を制御される。燃料パイプ４３は、一次燃料ポンプ４６によって加圧された燃料を上流インジェクタ４４に供給し、また、燃料加圧機構４２によって加圧された燃料を下流インジェクタ４５に供給する。アキュムレータ４７は、燃料パイプ４３のうち燃料加圧機構４２を下流インジェクタ４５に接続する系統に接続されており、当該系統における燃圧脈動を吸収する。

複数の上流インジェクタ４４は、複数の吸気通路３０ｂそれぞれに対応している。一例として、各上流インジェクタ４４は、スロットル弁３３よりも吸気流れ方向上流側にて、対応する吸気通路３０ｂ内に燃料を噴射する。図３に示すように、上流インジェクタ４４は、吸気チャンバボックス３２に収容されていてもよい。

複数の下流インジェクタ４５は、上流インジェクタ４４よりも吸気流れ方向下流側に配置されている。複数の下流インジェクタ４５は、シリンダヘッド３に取り付けられており、複数のシリンダ６それぞれに対応している。本実施形態では、各下流インジェクタ４５の噴射口は、対応するシリンダ６に開口されており、対応するシリンダ６に燃料を直接的に噴射する。下流インジェクタ４５は、吸気ポート１４よりもシリンダ軸方向下側に配置されている。図２Ａに示すように、吸気ポート１４は、下流側で二股に分かれているが、下流インジェクタ４５は、この吸気ポート１４の二股部分の中間に位置付けられている。

図３は、鞍乗型乗物への搭載状態で示す内燃機関の側面図である。ここでの上下前後左右方向の概念は、鞍乗型乗物の運転者が見る方向を基準としている。クランク軸１０およびカム軸２２，２４は左右方向に延びるように配置される。エンジン１は、排気ポート１５が吸気ポート１４よりも前方に位置付けられるようにして、鞍乗型乗物に搭載される。燃料加圧機構４２は、シリンダヘッド３（シリンダヘッドカバー３ａ）に取り付けられており、エンジン本体２の前上端部に配置されている。

エンジン１は、ダウンドラフト型であり、チャンバ出口が吸気ポート１４の中心線の延長線Ａ２上に配置されている。この延長線Ａ２は、吸気通路３０ｂの中心線と重なる。これら吸気系を構成する部品は、シリンダヘッド３の後面から後上方に向かって延在している。下流インジェクタ４５は、段付き筒状に形成されており、その中心線Ａ３ひいては燃料噴射方向は、吸気通路３０ｂの中心線と概略平行に延びている。

エンジン本体２の後上方には、比較的大型の部品である吸気チャンバボックス３２が配置されている。クランクケース５は、変速機を収容する変速機ケース部５ｂを一体に有している。クランクケース５の後部（変速機ケース部５ｂ）の上方とシリンダヘッド３の後方に形成されるスペースには、過給機３１が配置されている。

（エンジン周期）
図４は、吸排気弁リフト量の推移、燃料噴射時期および点火時期を示すグラフである。ここでは、ピストン９が上死点にあるときのクランク角度を便宜上０°あるいは３６０°とし、ピストン９が下死点にあるときのクランク角度を便宜上１８０°としている。エンジン１は、２スロトークエンジンであり、ピストン９が上死点から次の上死点まで１往復する間に、１つのエンジン周期が完結する。

下死点付近で、排気弁１８が閉弁すると共に吸気弁１７が開弁する。これにより、過給機３１で圧縮された吸気が、吸気口１２を通って燃焼室７内に供給される。

ピストン９の上動中であって排気弁１８の閉弁後、下流インジェクタ４５が燃料を噴射し、燃焼室７内で混合気が形成される。本実施形態では、下流インジェクタ４５は、複数回（例えば、２回）に分けて燃料を噴射している。逆にいえば、各回の燃料噴射期間の間には、燃料が直噴されない噴射停止期間が存在する。各回の燃料噴射期間はいずれも吸気弁１７の開弁期間内に設定されている。

吸気弁１７は、ピストン９の上動中に閉弁する。吸気弁１７の閉弁後、点火プラグ１９が動作し、燃焼室７内で圧縮された混合気が点火燃焼される。点火時期は、吸気弁１７の閉弁時期ｔ_ICよりも後であって、上死点付近に設定される。ピストン９は、混合気の燃焼エネルギーを受けて下動し、クランク軸１０を回転駆動する。

ピストン９の下動中、排気弁１８が開弁し、燃焼ガスが排気口１３を通って排気ポート１５ひいては外気に排出される。排気弁１８の閉弁時期ｔ_ECは、吸気弁１７の開弁時期よりも後に設定されている。このため、このエンジン１には、下死点付近に、吸気弁１７も排気弁１８も開弁している期間、いわゆるバルブオーバーラップ期間（以下、「ＶＯＬ期間」という）が存在する（図４のクロスハッチ領域を参照）。ＶＯＬ期間は、吸気カム２３および排気カム２５のプロファイルの設計を通じて設定可能である。

本実施形態に係るエンジン１によれば、ピストン９が１往復するたびに混合気を１回燃焼するエンジン、すなわち、２ストロークエンジンが提供される。ピストン９が２往復するたびに混合気を１回燃焼する４ストロークエンジンと比べ、単位回転数当たりに取り出せるエネルギー（燃焼による熱エネルギー、ひいてはクランク軸１０の回転運動の力学的エネルギー）が大きい。よって、出力ピークが得られるエンジン回転数を下げることを許容され、４ストロークエンジンで使用されていた高回転域での運転が不要になる。

この点について、図５を参照して説明する。図５では、本実施形態に係るエンジン１の回転数−出力線図を太実線で示し、比較例に係るエンジンの同線図を二点鎖線で示している。比較例に係るエンジンは、４ストロークエンジンであり、本実施形態に係るエンジン１と出力ピーク値Ｗｐが同じである。図示のとおり、本実施形態では、比較例と同じ出力ピーク値Ｗｐを得るために必要なエンジン回転数（出力ピーク時回転数Ｎｐ）を、比較例の出力ピーク時回転数Ｎｐ´の略半分に低減することができる。よって、高回転域での運転が不要になる。

図５には、エンジン回転数に対する機械損失の絶対値を併せて示している（細実線およびその下のクロスハッチ領域を参照）。レシプロエンジンでは、機械損失（ポンピングロスや摩擦など）が、概ねエンジン回転数の２乗に比例して発生する。比較例のように出力ピーク時回転数Ｎｐ´が高回転域にあると、そのときの機械損失も大きくなる。そのため、エンジン回転数が出力ピーク時回転数Ｎｐ´であるときに得られる正味出力ピーク値Ｗｐｎ´は、出力ピーク値Ｗｐに比べて小さくなる。これに対し、本実施形態に係るエンジン１では、出力ピーク時回転数Ｎｐが比較例よりも低いので、そのときに発生する機械損失も比較例よりも小さくなる。そのため、正味出力ピーク値Ｗｐｎが比較例のものよりも大きくなる。

このような観点から、高回転域での運転が不要になることで、エンジン１で生じる機会損失を低減できる。よって高効率のエンジン１を提供できる。

過給機３１を備えているので、吸気効率が向上する。具体的には、吸気期間が短くても吸気量を向上できる。特に、本実施形態に係るエンジン１では、ピストン９の上動中に吸気を燃焼室７に供給するが、吸気は過給機３１で圧縮されているので、吸気を燃焼室７に押し込むことができる。吸気弁１８の開弁時期直後は、ＶＯＬ期間となる。このＶＯＬ期間中（吸気開始直後）には、吸気を利用して掃気できる。吸気は過給機３１で圧縮されているので、掃気効率も高まる。このようなことからも、効率を向上できる。なお、掃気が完全でないにしても、内部ＥＧＲによる出力向上が見込まれる。過給機３１で圧縮された吸気をエンジン１に供給することで、シリンダ６内の流動を強化でき、燃焼室７内での空燃比分布の均質化が図られる。

過給機３１はクランク軸１０によって駆動されており、メカニカルスーパーチャージャーで構成されている。上述のとおり、本実施形態に係るエンジン１では、高回転域での運転は不要になる。メカニカルスーパーチャージャーは、低〜中回転域において、排気が少量であってもその性能を発揮しやすい。よって、メカニカルスーパーチャージャーの採用により、本エンジン１の稼働回転域の広くにわたって、過給機３１がその性能を発揮でき、吸気効率および掃気効率を高く維持できる。

燃料は、排気弁１８の閉弁後に直噴される。よって、ＶＯＬ期間を設定して掃気効率を高めつつ、ＶＯＬ期間に未燃燃料がシリンダ６から排出されるのを防止できる。また、吸気に燃料を含ませないようにする、あるいは含んでいたとしても、混合気生成に必要な燃料量に対して微量とすることができ、ＶＯＬ期間におけるいわゆる吹抜け現象を防止または抑制できる。更に、スロットル弁３３が過給機３１よりも吸気流れ方向下流側に配置されるので、過給機３１の影響を抑えてスロットル弁３３による出力変化の応答性を高めることができる。このようにしてアクセルレスポンスを高めることができ、また、上述のとおり低回転域での出力上昇が図られるので、加速性能が高くなる。

また、燃料は、吸気弁１７の開弁中に直噴される。吸気弁１７が開いていることで、下流インジェクタ４５の噴射口周辺の圧力を下げた状態で、下流インジェクタ４５から燃料を噴射できる。上記のとおり、エンジン１の稼働回転域を低く設定できるため、１エンジン周期は長くなる。吸気期間が長くなるので、要求される空燃比として必要な燃料量を噴射しやすい。

１エンジン周期において、燃料は複数回に分けて噴射される。ある回の燃料噴射から次の燃料噴射までの間に燃圧を回復させることができ、燃料噴射量のバラつきの抑制ひいては燃焼状態の安定が図られる。燃料を直噴すると、燃料はシリンダ６内で気化する。気化熱で筒内温度の上昇を抑制できるので、充填効率の向上やノッキング軽減が図られる。

燃料を加圧してインジェクタ４４，４５に供給する燃料加圧機構４２を備えている。これにより、本実施形態に係るエンジン１のように、ピストン９の上動中に過給された吸気が供給されている状況下でも、燃料の直噴を実現できる。

下流インジェクタ４５および燃料加圧機構４２がシリンダヘッド３に取り付けられ、動弁機構２１がシリンダヘッド３に収容され、燃料加圧機構４２が動弁機構２１によって駆動されている。このように、動弁機構２１ひいてはエンジン１によって燃料を加圧するので、専用の加圧源が不要となり、当該エンジン１の全体構成および当該エンジン１が搭載される乗物の小型化および軽量化に資する。動弁機構２１により駆動される燃料加圧機構４２を下流インジェクタ４５の近くに配置できるようになり、燃料系の小型化を図ることができる。

動弁機構２１がいわゆるＤＯＨＣ型であり、乗物搭載状態において排気ポート１５が吸気ポート１４よりも前方に配置され、燃料加圧機構４２が排気カム２５によって駆動されている。これにより、燃料加圧機構４２を車両前方、エンジン１の前上方に配置しやすくなる。前述のとおり、エンジン１の上方および後方には、吸気系を構成する部品が集約されている。このようなスペースを避けて燃料加圧機構４２を配置するので、燃料加圧機構４２の配置スペースを確保しやすい。

スロットル弁３３が、運転者により操作されるアクセル操作部材（図示略）からは機械的に分離された弁体３４と、弁体３４を駆動する弁アクチュエータ３６とを備える。換言すれば、スロットル弁３３は、いわゆる電子スロットル弁で構成されている。この場合、スロットル開度を運転者のアクセル操作に関わらず、弁アクチュエータ３６を動作に応じて吸気量を調整できるようになる。よって、掃気効率の向上、特に低負荷時の掃気効率の向上に資する。

これまで実施形態について説明したが、上記構成は本発明の趣旨の範囲内で適宜変更、追加または削除可能である。

（変更例：ポートインジェクション）
上記実施形態では、「燃料をシリンダに噴射」すべく、下流インジェクタ４５の噴射口がシリンダ６内で開口されたが、下流インジェクタ（特に、その噴射口）の配置はこれに限定されない。

図６および７に示すように、下流インジェクタ１４５は、噴射口が吸気ポート１４内で開口されるようにして、シリンダヘッド３に取り付けられていてもよい。この場合、下流インジェクタ１４５は、吸気弁１７の開弁中に燃料を噴射する（図６を参照）。吸気口１２が２つ、吸気ポート１４の入口が１つの場合、下流インジェクタ１４５の噴射口は、吸気ポート１４のうち二股に分岐する分岐点よりも入口側に配置される（図７を参照）。

図６に示すように、下流インジェクタ１４５は、燃料が概略円錐状に拡散していくようにして、燃料を噴射する。以下、この円錐状に拡散している燃料の中心線を「噴射燃料中心」という。下流インジェクタ１４５は、噴射燃料中心が吸気弁１７の弁体とバルブシートとの隙間を通過するようにして燃料を噴射する。それにより吸気ポート１４内に噴射された燃料が、シリンダ６内に到達できる。燃料が隙間を通過できるように、吸気弁１７のリフト量を考慮して、下流インジェクタ１４５の開弁期間が設定される。この変更例でも、図４に示したようにＶＯＬ期間が設定されており、燃料は排気弁１８の閉弁後に噴射される。排気弁１８の閉弁時期ｔ_ECにおいて、吸気弁１７のリフト量は、上昇途上であり且つ最大リフト量の９０％程に達しているので、排気弁１８の閉弁直後に燃料噴射を開始するように下流インジェクタ１４５の開弁期間を設定しても、噴射燃料中心が容易に隙間を通過可能である。隙間は吸気口１２の周方向全周にわたってリング状に形成される。図６に示すように、点火プラグ１９と近位の隙間を通過させる場合、吸気ポート１４に対してシリンダ軸方向下側に下流インジェクタ１４５の取付孔を形成すればよく、吸気ポート１４に燃料を噴射する下流インジェクタ１４５の配置スペースを容易に確保できる。

図７に示すように、下流インジェクタ１４５の噴射口は、燃料を２方向に噴射するように構成されている。一方の噴射燃料中心は一方の吸気口１２に向けられ、他方の噴射燃料中心は他方の吸気口１２に向けられている。このように、どちらの吸気口１２にも燃料が供給されることで、燃焼室７内の混合気分布の均質化が図られる。また、過給雰囲気での燃料噴射であるので、燃料がシリンダ６から逆流するのを防ぎやすい。また、下流インジェクタ４５に煤が付着しにくい。

この変更例では、燃圧を下げても燃料を噴射可能になるので、燃料加圧機構４２およびアキュムレータ４７の省略が許容され、燃料系の構造を単純化できる。また、下流インジェクタ１４５に耐圧性が高く求められず、より汎用性の高いインジェクタを使用できる。
下流インジェクタ１４５には一次燃料ポンプ４６から吐出された燃料が供給される。

この変更例では、下流インジェクタ１４５に燃料噴射指令（開弁指令）を与え始めてから燃料がシリンダ６内に到達するまでの間に、若干のタイムラグが発生する。このタイムラグを考慮して、燃料噴射指令を早めてもよい。例えば、排気弁１８の閉弁時期よりもタイムラグ分早めて燃料噴射指令を下流インジェクタ１４５に与えてもよい。このように、「排気弁閉弁後の燃料噴射」には、燃料がインジェクタ１４５から噴射された後、シリンダ６に到達する前に、排気弁１８が閉弁する場合も含まれる。

このようなポートインジェクションを採用する場合において、図６および７に示した構成および配置は単なる一例であり、適宜変更可能である。燃料を通過させる隙間は、図６に示したように、点火プラグ１９とシリンダ軸直交方向に近接する部位に限定されず、吸気口１２の周囲にリング状に形成される隙間のどの部位であってもよい。また、１つのシリンダ６に対応して設けられる下流インジェクタ１４５の個数は１つに限定されない。１つのシリンダ６に関して、複数の下流インジェクタ１４５が、複数の吸気口１２それぞれに対応して設けられていてもよい。

（その他の変更例）
更に、上記実施形態では、カム２３，２５に１つのカム山を設け、クランク軸１０とカム軸２２，２４を等速で回転させたが、カム２３，２５が、周方向に等間隔に配列されたｎ個のカム山を有していてもよい（ｎは２以上）。その場合、動伝機構２６は、カム軸２２，２４をクランク軸１０の１／ｎ倍で回転させるようにして、クランク軸１０の回転力をカム軸２２，２４に伝達するように構成される。

過給機３１は、遠心式ポンプに限定されず、その他の型式、例えば容積型ポンプによって実現されてもよい。過給機３１は、メカニカルスーパーチャージャーに代えてまたは加えて、排気を利用して駆動されるターボチャージャーで構成されてもよい。メカニカルスーパーチャージャーとターボチャージャーとを組み合わせることで、エンジン回転数が低くても高くても充填効率を高めやすい。

上流インジェクタ４４は省略してもよく、上流インジェクタ４４の省略により、いわゆる吹抜け現象を抑制しやすくなる。

１ 内燃機関
３ シリンダヘッド
６ シリンダ
９ ピストン
１０ クランク軸
１２ 吸気口
１３ 排気口
１７ 吸気弁
１８ 排気弁
２１ 動弁機構
２２ 吸気カム軸
２３ 吸気カム
２４ 排気カム軸
２５ 排気カム
３１ 過給機
３３ スロットル弁
３４ 弁体
３６ 弁アクチュエータ
４２ 燃料加圧機構
４４ 上流インジェクタ
４５，１４５ 下流インジェクタ

Claims (6)

1. 鞍乗型乗物に用いられる内燃機関であって、
   シリンダ内で往復するピストンと、
   吸気口を開閉する吸気弁および排気口を開閉する排気弁を動作させる動弁機構と、
   吸気を圧縮する過給機と、
   吸気量を調整するスロットル弁と、
   燃料を噴射するインジェクタと、を備え、
   前記吸気口および前記排気口が、前記ピストンの上死点よりもシリンダ軸方向上側に形成され、
   前記スロットル弁が、前記過給機よりも吸気流れ方向下流側に配置され、
   前記ピストンが、上死点から次の上死点まで１往復する間に、
   前記排気弁も前記吸気弁も開弁している期間であるバルブオーバーラップ期間が存在するように前記動弁機構が前記吸気弁および前記排気弁を動作させ、
   前記インジェクタが前記排気弁の閉弁後に前記燃料を前記シリンダに噴射し、かつ、
   混合気が燃焼される、鞍乗型乗物用の内燃機関。
2. 前記シリンダが複数設けられ、前記スロットル弁が前記複数のシリンダに対応して複数設けられている、請求項１に記載の鞍乗型乗物用の内燃機関。
3. 前記スロットル弁が、運転者により操作されるアクセル操作部材からは機械的に分離された弁体と、前記弁体を駆動するアクチュエータと、を備える、請求項１または２に記載の鞍乗型乗物用の内燃機関。
4. 前記過給機が、前記ピストンと連結されたクランク軸によって駆動される、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の鞍乗型乗物用の内燃機関。
5. 前記燃料を加圧して前記インジェクタに供給する燃料加圧機構を備え、
   前記インジェクタおよび前記燃料加圧機構がシリンダヘッドに取り付けられ、前記動弁機構が前記シリンダヘッドに収容され、
   前記燃料加圧機構が前記動弁機構によって駆動される、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の鞍乗型乗物用の内燃機関。
6. 乗物搭載状態において、前記排気口から繋がる排気ポートが、前記吸気口に繋がる吸気ポートよりも前方に配置され、
   前記動弁機構が、前記吸気弁を駆動するための吸気カムおよび吸気カム軸と、前記排気弁を駆動するための排気カムおよび排気カム軸とを備え、
   前記燃料加圧機構が、前記動弁機構のうち前記排気カムまたは前記排気カム軸によって駆動される、請求項５に記載の鞍乗型乗物用の内燃機関。

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