JP2019210892A - エンジン - Google Patents

エンジン

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Abstract

【課題】吸気系装置をエンジンの周辺に配置し易い直噴インジェクタを備えたエンジンを提供する。【解決手段】エンジンＥは、燃焼室４５が形成されるシリンダ４４と、燃焼室４５の吸気ポート６０を開閉する吸気弁６４を駆動する吸気側動弁機構６８と、燃焼室４５の排気ポート６２を開閉する排気弁６６を駆動する排気側動弁機構７０と、燃焼室４５内に噴射口８０ａが開口して燃焼室４５に燃料を噴射する直噴インジェクタ８０と、排気側動弁機構７０から与えられる動力により駆動されて直噴インジェクタ８０の噴射圧を高める高圧ポンプ７８とを備えている。【選択図】図２

Description

本発明は、燃焼室に燃料を直接噴射する直噴インジェクタを備えたエンジンに関するものである。
鞍乗型車両のエンジンにおいて、燃焼室に燃料を直接噴射する直噴インジェクタを備えたものがある（例えば、特許文献１）。特許文献１のエンジンでは、吸排気弁を駆動する動弁機構からの動力により高圧ポンプが駆動され、この高圧ポンプにより直噴インジェクタの噴射圧が高められている。特許文献１では、吸気側動弁機構から高圧ポンプの動力が取り出されている。
特開２００８−１６３７５７号公報
しかしながら、特許文献１では、エアクリーナ、スロットルボディなどの吸気系装置と高圧ポンプとが干渉する恐れがある。そのため、このような吸気系装置をエンジンの周辺にコンパクトに配置するのが難しい。
本発明は、吸気系装置をエンジンの周辺に配置し易い直噴インジェクタを備えたエンジンを提供する。
上記目的を達成するために、本発明のエンジンは、燃焼室が形成されるシリンダと、前記燃焼室の吸気ポートを開閉する吸気弁を駆動する吸気側動弁機構と、前記燃焼室の排気ポートを開閉する排気弁を駆動する排気側動弁機構と、前記燃焼室内に噴射口が開口して前記燃焼室に燃料を噴射する直噴インジェクタと、前記排気側動弁機構から与えられる動力により駆動されて前記直噴インジェクタの噴射圧を高める高圧ポンプとを備えている。
この構成によれば、高圧ポンプが排気側動弁機構からの動力により駆動されるので、吸気管、エアクリーナ、スロットルボディなどの吸気系装置をエンジンの周辺に配置し易い。したがって、吸気系装置の配置の自由度が向上する。ここで、「吸気系装置」とは、吸気管、スロットルボディ、吸気チャンバ、過給機、エアクリーナなどの内部に吸気が流れる吸気通路が形成された装置をいう。
本発明において、前記吸気側動弁機構を挟んで前記排気側動弁機構と反対側に、吸気を貯留するエアタンクが形成されていてもよい。エアタンクは、吸気を濾過するエアクリーナまたは過給機で加圧された吸気が貯留される吸気チャンバを含む。この構成によれば、高圧ポンプが排気側動弁機構からの動力により駆動されるので、エアタンクと高圧ポンプとの干渉を抑えることができる。これにより、エアタンクの配置の自由度が向上するうえに、エアタンクの大形化を実現し易い。
前記エアタンクが形成されている場合、前記エアタンクは、タンク内に吸気を導入するタンク入口と、前記燃焼室に向けて前記タンク内の吸気を排出するタンク出口とを有し、前記タンク出口が前記タンク入口よりも前記吸気側動弁機構寄りに配置されていてもよい。この構成によれば、高圧ポンプとの干渉を抑えて、エアタンクの出口付近の容積を確保し易い。これにより、エアタンクの出口付近での吸気抵抗や吸気脈動が抑制し易くなり、エンジン出力の向上を図ることができる。
前記タンク出口が前記タンク入口よりも前記吸気側動弁機構寄りに配置されている場合、前記エアタンクに吸気として走行風が取り入れられ、前記タンク入口は前記タンク出口よりも走行方向前方に配置され、前記排気側動弁機構が前記吸気側動弁機構よりも下方に配置されていてもよい。この場合、エアタンクは、例えば、吸気を濾過するエアクリーナである。この構成によれば、走行風圧を利用して充填効率を高めることで、エンジン出力の向上を図ることができる。また、排気側動弁機構が吸気側動弁機構よりも下方に配置されているので、排気側動弁機構からの動力により駆動される高圧ポンプも下方に配置される。これにより、エアタンクを高圧ポンプと離間させて上方に配置し易くなるので、ダウンドラフトを実現し易い。その結果、さらなるエンジン出力の向上を図ることができる。
前記エアタンクが形成されている場合、前記エアタンクに、過給機で加圧された吸気が導入されてもよい。この場合、エアタンクは、例えば、過給機で加圧された吸気が貯留される吸気チャンバである。この構成によれば、高圧ポンプとの干渉を抑えて、吸気チャンバの容積を確保できる。これにより、過給によるサージングや脈動を抑制し易い。この場合、前記過給機は、エンジンの動力により駆動され、前記シリンダの後方で、クランクケースの後端よりも前方に配置され、前記エアタンクが前記過給機および前記シリンダよりも上方に配置されていてもよい。この構成によれば、過給機から燃焼室までの吸気通路を短くできるので、応答性が高まる。
前記エアタンクが形成されている場合、前記吸気入口と前記タンク出口との間に吸気管が接続され、前記吸気管における前記吸気側動弁機構寄りの部分に、吸気系部品が設けられていてもよい。ここで、吸気系部品は、前記吸気系装置に取り付けられる部品であり、例えば、スロットル弁の駆動装置、各種センサを含む。この構成によれば、高圧ポンプが排気側動弁機構寄りに配置されることで、吸気系部品と高圧ポンプとの干渉を防ぐことができる。したがって、吸気系部品の配置の自由度が向上する。
本発明において、吸気通路における前記直噴インジェクタよりも吸気流れ方向上流側に、上流側インジェクタが設けられていてもよい。この構成によれば、２つのインジェクタにより、車両やエンジンの状況に応じた多様な制御を実現できる。この場合、前記上流側インジェクタは、前記吸気ポートに向けて燃料を噴射していてもよい。この構成によれば、燃焼室に直接噴射する直噴インジェクタと吸気ポートに向かって噴射する上流側インジェクタを併用することで、エンジン出力向上と排気ガスの浄化の両立を図ることができる。
前記上流側インジェクタが設けられる場合、前記直噴インジェクタおよび前記上流側インジェクタが、前記吸気通路によって分けられる空間に対して同じ側に配置されていてもよい。この構成によれば、２つのインジェクタが近接しているので、燃料配管を近接配置できる。したがって、配管の取りまわしが容易である。具体的には、各インジェクタへの燃料配管の接続作業、電気配線作業を同じ領域で行うことができ、作業性が向上する。
前記上流側インジェクタが設けられる場合、シリンダヘッドにエンジンの吸気入口が形成され、前記吸気入口に、内部にスロットル弁が収納されたスロットルボディが接続され、前記上流側インジェクタは前記スロットルボディに設けられ、前記上流側インジェクタの噴射口が、前記スロットル弁よりも下流側に配置されていてもよい。この構成によれば、スロットル弁で絞られて流速が増した吸気によって、上流側インジェクタから噴射された燃料が燃焼室に導入され易くなる。
本発明において、エンジンの内面における前記直噴インジェクタの噴射口が形成される部分が、残余の部分に比べて凹んでいてもよい。この構成によれば、噴射口が燃焼室内に突出しないので、噴射口に煤が付くのを抑制することができる。さらに、噴射口の周辺が残余の部分に比べて凹んでいるので、噴射された燃料がスプレー状に広域に広がる。
本発明において、さらに、エンジンの外面から突出する柱部を備え、前記柱部に前記直噴インジェクタの燃料パイプが固定され、前記柱部は前記直噴インジェクタと同数設けられていてもよい。この構成によれば、柱部を直噴インジェクタの近傍に設けやすい。柱部を直噴インジェクタの近傍に設けることで、柱部に燃料パイプを固定すると、直噴インジェクタがシリンダヘッドに押し付けられる。これにより、直噴インジェクタの支持が安定する。
本発明の別のエンジンは、複数の気筒を備えた多気筒エンジンであって、気筒ごとに、シリンダ内部の燃焼室に燃料を噴射する直噴インジェクタと、シリンダヘッドに形成されたエンジンの吸気入口に接続されたスロットルボディとが設けられ、前記スロットルボディの内部に、前記燃焼室に供給される吸気量を調整するスロットル弁が収納され、前記スロットルボディに、前記シリンダヘッドの吸気ポートに燃焼を噴射する上流側インジェクタが設けられ、前記上流側インジェクタの噴射口が、前記スロットル弁よりも下流側に配置されている。
この構成によれば、２つのインジェクタにより、車両やエンジンの状況に応じた多様な制御を実現できる。また、燃焼室に直接噴射する直噴インジェクタと吸気ポートに向かって噴射する上流側インジェクタを併用することで、エンジン出力向上と排気ガスの浄化の両立を図ることができる。さらに、スロットル弁で絞られて流速が増した吸気によって、上流側インジェクタから噴射された燃料が燃焼室に導入され易くなる。
本発明の自動二輪車は、エンジンと、前記エンジンに供給する吸気を加圧する過給機と、前記過給機からの吸気を貯留する吸気チャンバとを備え、前記エンジンは、クランクシャフトを回転自在支持するクランクケースと、前記クランクケースの前部から上方に延びるシリンダと、前記シリンダから上方に延びるシリンダと、前記シリンダ内部の燃焼室に燃料を噴射する直噴インジェクタと、前記直噴インジェクタに燃料を供給するポンプとを備え、前記過給機は前記クランクケースの上方で前記シリンダの後方に配置され、前記吸気チャンバは前記過給機および前記シリンダの上方に配置され、前記吸気チャンバの下方に前記直噴インジェクタが配置されている。
この構成によれば、吸気系統をコンパクトにして吸気通路を短くしながら、直噴インジェクタを配置できる。過給機で加圧された高圧空気は高温になり易いが、直噴インジェクタから燃焼室に噴射された燃料により吸気温度が上昇するのを抑制できる。
本発明のエンジンによれば、直噴インジェクタを備えつつ、吸気系装置をエンジンの周辺に配置し易い。
本発明の第１実施形態に係るエンジンを備えた鞍乗型車両の一種である自動二輪車を示す側面図である。 同エンジンを示す側面図である。 同エンジンの燃焼室の周辺を示す簡略側面図である。 同エンジンのシリンダヘッドを内側から見た底面図である。 本発明の第２実施形態に係るエンジンを示す側面図である。
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は本発明の第１実施形態に係るエンジンＥを搭載した鞍乗型車両の一種である自動二輪車を示す側面図である。
この自動二輪車の車体フレームＦＲは、前半部を形成するメインフレーム１と、このメインフレーム１の後部に取り付けられて車体フレームＦＲの後半部を形成するシートレール２とを有している。メインフレーム１の前端のヘッドブロック４にヘッドパイプ６が一体形成されている。ヘッドパイプ６に、図示しないステアリングシャフトを介してフロントフォーク８が回動自在に軸支されている。フロントフォーク８の上端にハンドル９が固定され、フロントフォーク８の下端に前輪１０が取り付けられている。
メインフレーム１の後端部にスイングアームブラケット１２が設けられている。スイングアームブラケット１２にスイングアーム１４の前端が上下揺動自在に軸支され、スイングアーム１４の後端に後輪１６が取り付けられている。
車体フレームＦＲの中央下部でスイングアームブラケット１２の前側に、エンジンＥが取り付けられている。エンジンＥにより、チェーンのような動力伝達部材（図示せず）を介して後輪１６を駆動する。エンジンＥは、例えば、複数の気筒が車幅方向に並ぶ４気筒４サイクルエンジンである。ただし、エンジンＥの形式はこれに限定されず、単気筒であってもよく４気筒以外であってもよい。エンジンＥの走行方向前方に、エンジン冷却水を放熱するラジエータ１８が配置されている。
メインフレーム１の上部に燃料タンク２０が配置され、シートレール２に操縦者用シート２２および同乗車用シート２４が装着されている。エンジンＥは、車両の前後方向におけるハンドル９と操縦者用シート２２との間に配置されている。車体前部に、樹脂製のカウリング２６が装着されている。カウリング２６に、エンジンＥへの吸気を取り入れる空気取入口３０が形成されている。本実施形態のカウリング２６は、フロントフォーク８の上端部の前方から車体前部の側方にかけての部分を覆っている。
前記ヘッドブロック４は、前端が開口した吸入ダクト部３２と、前記ヘッドパイプ６とを有し、これら吸入ダクト部３２およびヘッドパイプ６が型成形品で一体に形成されている。吸入ダクト部３２の前端部に、ラムダクトユニット３４が接続されている。ラムダクトユニット３４は、前端開口をカウリング２６の空気取入口３０に臨ませた配置で、ヘッドブロック４に連結されている。ヘッドブロック４の後端部に、エアクリーナ３６が接続されている。エアクリーナ３６は、空気取入口３０から取り入れられた吸気を濾過する。
走行風Ａは、空気取入口３０からラムダクトユニット３４および吸入ダクト部３２を通り、エアクリーナ３６で濾過されて清浄空気ＣＡとなって、エンジンＥへ導入される。なお、ラムダクトユニット３４は省略してもよい。また、本実施形態では、エアクリーナ３６に吸気として走行風が取り入れられているが、エンジンＥの後方または車幅方向外側方の空気を吸気としてエアクリーナ３６に取り入れるようにしてもよい。
図２に示すように、エンジンＥは、回転軸であるクランク軸４０と、クランク軸４０を支持するクランクケース４２と、クランクケース４２の上部に連結されてピストン４３を収納するシリンダ４４と、シリンダ４４の上部に連結されたシリンダヘッド４６と、シリンダヘッド４６の上部を覆うシリンダヘッドカバー４８とを備えている。クランク軸４０は、エンジンＥの幅方向、すなわち車幅方向に延びている。シリンダ４４の軸線ＡＸ１は、上下方向に延びる。本実施形態では、軸線ＡＸ１は、上方に向かって前方に傾斜している。つまり、シリンダ４４およびシリンダヘッド４６は前方に傾斜して配置されている。また、シリンダヘッドカバー４８の上面は、前方に向かって下方に傾斜している。ただし、軸線ＡＸ１は傾斜していなくてもよい。
シリンダ４４の内部に、燃焼室４５が形成されている。燃焼室４５の上面はシリンダヘッド４６の下面（内面）により形成されている。シリンダヘッド４６、つまり、燃焼室４５の上部に吸気ポート６０および排気ポート６２が形成されている。吸気ポート６０は排気ポート６２よりも後方に配置されている。吸気ポート６０に、これを開閉する吸気弁６４が設けられている。排気ポート６２に、これを開閉する排気弁６６が設けられている。
本実施形態のエンジンＥは、ＤＯＨＣ（Double OverHead Camshaft）タイプのエンジンである。つまり、シリンダヘッド４６の上面に、吸気弁６４を駆動する吸気側動弁機構６８と、排気弁６６を駆動する排気側動弁機構７０とが配置されている。両動弁機構６８，７０は、クランクシャフト４０に連動して回転するカムシャフト６８ａ，７０ａを含む。両動弁機構６８，７０は、シリンダヘッドカバー４８により覆われている。本実施形態では、排気側のカムシャフト７０ａは、吸気側のカムシャフト６８ａよりも前方で下方に配置されている。
吸気側動弁機構６８は、排気側動弁機構７０の後方に配置されている。本実施形態では、シリンダ４４およびシリンダヘッド４６が前方に傾斜して配置されているので、吸気側動弁機構６８は、排気側動弁機構７０よりも上方に位置している。つまり、排気側動弁機構７０は、吸気側動弁機構６８よりも前方で下方に配置されている。
シリンダヘッド４６の後面に吸気入口４６ａが形成され、前面に排気出口４６ｂが形成されている。シリンダ軸線ＡＸ１は、鉛直方向の上方に向かって排気出口４６ｂ側に傾斜している。シリンダヘッド４６の吸気入口４６ａの軸心ＡＸ２は、シリンダ軸線ＡＸ１およびクランクシャフト４０の軸心に直交する方向にシリンダヘッド４６から離れるに従って、シリンダ軸線ＡＸ１の方向にクランクシャフト４０から離れるように延びている。本実施形態では、吸気入口４６ａの軸心ＡＸ２は、後方に向かって上方に傾斜して延びている。
吸気入口４６ａと吸気ポート６０とが、シリンダヘッド４６に形成された内部吸気通路６９により連通されている。排気出口４６ｂと排気ポート６２とが内部排気通路７１により連通されている。吸気入口４６ａから内部吸気通路６９および吸気ポート６０を介して、吸気が燃焼室４５に供給され、燃焼室４５で燃焼される。燃焼後の排気が、排気ポート６２および内部排気通路７１を介して排気出口４６ｂから排出される。排気ポート４６ａに排気管５０が接続され、排気管５０はエンジンＥの下方で集合され、車体後方のマフラ（図示せず）に接続されている。
シリンダヘッドカバー４８の上方に、エアクリーナ３６が配置されている。エアクリーナ３６は、内部に吸気を貯留する空間が形成されたクリーナケース５２と、クリーナケース５２に収納されたフィルタエレメント５４とを有している。つまり、本実施形態では、エアクリーナ３６が、吸気を貯留するエアタンクを構成する。フィルタエレメント５４は吸気を濾過する。つまり、クリーナケース５２の内部空間におけるフィルタエレメント５４よりも吸気流れ方向上流側にダーティ室５３が形成され、下流側にクリーン室５５が形成されている。
クリーナケース５２に、ケース５２内に吸気を導入するクリーナ入口５２ａと、ケース５２内の吸気を排出するクリーナ出口５２ｂとが形成されている。つまり、クリーナ入口５２ａが前記エアタンクのタンク入口を構成し、クリーナ出口５２ｂが前記エアタンクのタンク出口を構成する。クリーナ入口５２ａはクリーナケース５２の前部に形成され、クリーナ出口５２ｂはクリーナケース５２の後部に形成されている。つまり、クリーナ入口５２ａはクリーナ出口５２ｂよりも前方に配置されている。本実施形態では、前方とは、シリンダ４４に対してラジエータ１８が配置される側をいう。
エアクリーナ３６のケース５２のクリーナ出口５２ｂが、ケース５２の下部に設けられ、エンジンＥのシリンダヘッド４６の上方に配置されている。クリーナ出口５２ｂは、クリーナ入口５２ａよりも吸気入口４６ａ寄り（吸気側動弁機構６８寄り）に配置されている。また、クリーナ出口５２ｂが、吸気側動弁機構６８を挟んで排気側動弁機構７０と反対側に配置されている。本実施形態では、クリーン室５５が、吸気入口４６ａの上方で、吸気側動弁機構６８を挟んで排気側動弁機構７０と反対側に配置されている。
クリーナ出口５２ｂと吸気入口４６ａとの間に、スロットルボディ７２が接続されている。つまり、スロットルボディ７２は、シリンダヘッド４６に近接配置され、シリンダヘッド４６に直接固定されている。スロットルボディ７２は、吸気入口４６ａとタンク出口（クリーナ出口）５２ｂとの間に接続される吸気管を構成する。
スロットルボディ７２内の吸気通路の軸心は、吸気入口４６ａの軸心ＡＸ２と一致している。つまり、本実施形態のスロットルボディ７２（吸気管）は、エンジンＥに供給される空気が上方から下方に向かって流れるダウンドラフト構造である。これら吸入ダクト部３２、エアクリーナ３６、スロットルボディ７２が、吸気をエンジンに導くための通路が形成された吸気系装置を構成する。
スロットルボディ７２の内部の吸気通路に、吸気量を調整するスロットル弁７４が設けられている。スロットルボディ７２およびスロットル弁７４は、気筒ごとに設けられている。スロットルボディ７２に、上流側インジェクタ７５が装着されている。上流側インジェクタ７５は、スロットルボディ７２の内部の吸気通路におけるスロットル弁７４の吸気流れ方向下流側に燃料Ｆ１を噴射する。したがって、燃料Ｆ１の気化熱により、吸気ポート６０付近の空気が冷却される。
本実施形態の上流側インジェクタ７５は、吸気ポート６０に向けて燃料Ｆ１を噴射する。詳細には、上流側インジェクタ７５は、その軸心ＩＸ（図３）が出口７５ａから吸気ポート６０を通過して燃焼室４５に至るように配置されている。なお、上流側インジェクタ７５は、吸気バルブ６４が閉じているときに燃料Ｆ１を噴射してもよい。
上流側インジェクタ７５は、スロットルボディ７２の下部に設けられている。つまり、スロットルボディ７２にスロットル弁７４および上流インジェクタ７５が固定されて、サブユニット化されている。上流側インジェクタ７５は、エンジンの回転数および／または車両の運転状況に応じて燃料を噴射する。本実施形態では、上流側インジェクタ７５は、スロットルボディ７２（吸気管）におけるクランクシャフト４０側に配置されている。
一方、スロットルボディ７２に、上流側インジェクタ７５以外の吸気系部品７６の少なくとも一つが設けられている。本実施形態では、スロットルボディ７２の上部に、吸気系部品７６の少なくとも一つが設けられている。吸気系部品７６は、スロットルボディ７２（吸気管）における吸気側動弁機構６８寄りの部分に設けられている。本実施形態の吸気系部品７６は、スロットルボディ７２（吸気管）に取り付けられる部品である。吸気系部品７６は、例えば、スロットル弁７５の駆動装置、各種センサを含む。
シリンダヘッド４６の上方に、高圧ポンプ７８が取り付けられている。高圧ポンプ７８は、排気側動弁機構７０からの動力により駆動される。本実施形態では、高圧ポンプ７８は、排気側動弁機構７０のカムシャフト７０ａに固定されたカム７０ｂによって駆動されている。具体的には、高圧ポンプ７８は、内部にピストン（図示せず）を有し、このピストンがカム７０ｂにより往復動される。また、高圧ポンプ７８に逆止弁（図示せず）が設けられており、この逆止弁によりピストンで高圧化された燃料が上流側（燃料タンク２０側）に逆流するのが防がれるとともに、下流側（直噴インジェクタ８０側）に供給される。
高圧ポンプ７８は、シリンダヘッド４６に固定され、シリンダヘッドカバー４８の上面に装着されている。詳細には、高圧ポンプ７８は、シリンダヘッドカバー４８の上面の前部に配置されている。シリンダヘッドカバー４８の上面は前方に向かって下方に傾斜しているので、高圧ポンプ７８の上方に配置スペースを設けやすい。このようなスペースに、吸入ダクト部３２およびエアクリーナ３６などを配置できる。
シリンダ４４の後面に、直噴インジェクタ８０が取り付けられている。直噴インジェクタ８０の噴射口８０ａは燃焼室４５の内面に開口している。つまり、直噴インジェクタ８０は、燃焼室４５に燃料Ｆ２を直接噴射する。高圧ポンプ７８と直噴インジェクタ８０とは燃料配管８４（図４）により接続されている。すなわち、高圧ポンプ７８により、直噴インジェクタ８０の噴射圧が高められている。本実施形態では、直噴インジェクタ８０の噴射圧は約１０Ｍｐａである。一方、上流側インジェクタ７５の噴射圧は約０．３Ｍｐａである。
直噴インジェクタ８０は、エアクリーナ３６の下方に配置されている。直噴インジェクタ８０は、スロットルボディ７２の下方に配置されている。直噴インジェクタ８０は、上流側インジェクタ７５に対しシリンダ軸心ＡＸ１方向におけるクランクシャフト４０側に配置されている。
スロットルボディ７２のスロットル弁７４を電動制御する場合、電動モータ、センサ、動力ケーブル、制御ケーブルなどの電動制御部品を配置するため、スロットルボディ７２付近の機器配置は制約を受け易い。本実施形態では、高圧ポンプ７８を吸気系から離して配置できるので、スロットル弁７４の電動制御部品と高圧ポンプ７８との干渉を防ぐことができる。ただし、スロットル弁７４は、電動制御でなくてもよい。
直噴インジェクタ８０および上流側インジェクタ７５は、シリンダヘッド４６の内部吸気通路６９およびスロットルボディ７２内の吸気通路によって２つに分けられる空間に対して、同じ側に配置されている。本実施形態では、直噴インジェクタ８０および上流側インジェクタ７５は、該吸気通路の後方で下方に配置されている。これにより、各インジェクタ８０，７５の燃料配管を近接配置できる。
本実施形態では、上流側インジェクタ７５はスロットルボディ７２に設けられているが、これに限定されない。例えば、図２に二点鎖線で示すように、上流側インジェクタ７５Ａをエアクリーナ３６に設けてもよい。また、スロットルボディ７２の上流側インジェクタ７５と、エアクリーナ３６の上流側インジェクタ７５Ａの両方を設けてもよい。さらに、上流側インジェクタ７５の噴射口７５ａは、スロットル弁７４よりも上流側に配置されてもよく、スロットルボディ７２の内部の吸気通路よりも下流側の内部吸気通路６９に設けられてもよい。
本実施形態では、上流側インジェクタ７５は、吸気ポート６０に向けて燃料Ｆ１を噴射しているが、これに限定されない。上流側インジェクタ７５は、例えば、スロットルボディ７２内部の吸気通路の壁面に向けて燃料Ｆ１を噴射してもよく、内部吸気通路６９の壁面に向けて燃料Ｆ１を噴射してもよい。
直噴インジェクタ８０、上流側インジェクタ７５およびスロットル弁７４は近接配置されている。上述のように、本実施形態では、スロットルボディ７２の内部の吸気通路の軸心が、吸気入口４６ａの軸心ＡＸ２と一致している。スロットルボディ７２内の吸気通路の軸心は、例えば、スロットル弁７４が配置される弁配置部分の軸線が吸気入口４６ａの軸心ＡＸ２に沿って配置されていればよく、好ましくは両者が平行、より好ましくは、同軸に配置される。
本実施形態では、上流側インジェクタ７５は、内部吸気通路６９のうち、シリンダ軸線Ａ１寄りの領域に向けて燃料Ｆ１を噴射している。換言すれば、内部吸気通路６９における曲率半径の大きな領域に燃料Ｆ１が噴射されている。これにより、内部吸気通路６９における流速が大きくなる領域に、多くの燃料Ｆ１が噴射されることになる。したがって、内部吸気通路６９の壁面に燃料Ｆ１が留まることを防いで、燃焼室４５に燃料Ｆ１を導入し易い。壁面に燃料Ｆ１が留まることを防ぐことで、１回の燃料噴射ごとに所望の燃焼状態に制御し易い。
本実施形態の上流側インジェクタ７５は、吸気バルブ６４によって吸気ポート６０が塞がれた状態においても、燃料Ｆ１を噴射してもよい。これにより、吸気ポート６０付近の空気が、燃料Ｆ１の気化熱により冷却される。また、スロットル弁７４は、全開状態で、上流側インジェクタ７５から燃料Ｆ１が噴射される領域における吸気の流速が大きくなるように角変位方向が設定されてもよい。具体的には、スロットル弁７４がバラフライ弁の場合、全閉状態からの開動作は、スロットル弁７４のシリンダ軸線Ａ１寄りの部分が吸気の流れ方向の下流側に回動するように設定されてもよい。この場合、開弁状態では、スロットル弁７４により吸気がシリンダ軸線Ａ１寄りの領域に導かれる。
図４は、シリンダヘッド４６を下方（燃焼室側）から見た図である。図４は、４つの気筒のうち、２つを示している。同図に示すように、１気筒当たり吸気弁６４が２つ設けられており、噴射口８０ａは、２つの吸気弁６４の間に配置されている。シリンダヘッド４６の底面４６ｃにおける直噴インジェクタ８０の噴射口８０ａの周辺は、残余の部分に比べて凹んでいる。換言すれば、シリンダヘッド４６の底面４６ｃに、上方に凹んだ凹所８２が形成され、この凹所８２内に噴射口８０ａが配置されている。
これにより、噴射口８０ａが燃焼室内に突出しないので、噴射口８０ａに煤が付くのを抑制することができる。さらに、噴射口８０ａの周辺が残余の部分に比べて凹んでいるので、噴射された燃料がスプレー状に広域に広がる。
直噴インジェクタ８０の燃料パイプ８４は、シリンダヘッド４６に固定されている。詳細には、シリンダヘッド４６の外面（本実施形態では後面）に、外方に延びる柱部８６が設けられており、この柱部８６の先端にねじ孔（図示せず）が形成されている。燃料パイプ８４は、柱部８６に締結部材（図示せず）により取り付けられている。
本実施形態では、柱部８６は直噴インジェクタ８０の近傍に設けられている。つまり、柱部８６は、気筒と同数（本実施形態では４本）設けられている。このように、柱部８６が直噴インジェクタ８０の近傍に設けられているので、柱部８６に燃料パイプ８４を固定することで、直噴インジェクタ８０がシリンダヘッド４６に押し付けられる。これにより、直噴インジェクタ８０の支持が安定する。
つぎに、本実施形態のエンジンの吸気系の作用について説明する。図１のエンジンＥが始動して自動二輪車が走行すると、走行風Ａが空気取入口３０からラムダクトユニット３４に導入される。走行風Ａは、ラムダクトユニット３４から吸入ダクト部３２を通過して、図２に示すエアクリーナ３６に導入される。走行風Ａは、エアクリーナ３６内でフィルタエレメント５４により濾過され、清浄空気ＣＡとなる。
クリーン室５５内の清浄空気ＣＡは、図３に示すスロットルボディ７２を介してエンジンＥの吸気入口４６ａに導入される。このとき、スロットルボディ７２内部で、スロットル弁７４により空気量が調整されるとともに、スロットル弁７４の下流側で上流側インジェクタ７５から清浄空気ＣＡに燃料Ｆ１が噴霧され混合気Ｍが生成される。このとき、スロットル弁７４で絞られて流速が増した清浄空気ＣＡによって、上流側インジェクタ７５から噴射された燃料Ｆ１（混合気Ｍ）が円滑に流れる。
混合気Ｍは、吸気入口４６ａからエンジンＥの内部に導入され、シリンダヘッド４６（図２）の内部吸気通路６９を通過して吸気ポート６０から燃焼室４５に導入される。また、直噴インジェクタ８０から燃焼室４５内に燃料Ｆ２が直接噴射されている。吸気ポート６０から導入された混合気Ｍは、直噴インジェクタ８０から燃焼室４５に噴霧された燃料Ｆ２と共に燃焼室４５内で燃焼される。燃焼後の排気ガスＥＧは、排気ポート６２を介して燃焼室４５の外部に排出される。
燃焼室４５内に燃料Ｆ２が直接噴射されるから、燃料Ｆ２が燃焼室４５内で気化するので、燃焼室４５内の温度が低下する。このように、燃焼室４５内の温度が低下することで、ノッキング（異常燃焼）が緩和され、エンジンの高圧縮比化を図ることができる。その結果、エンジンの燃焼効率の向上に起因して、エンジンの出力向上および燃費向上を図ることができる。また、排気弁６６が閉じた後に、直噴インジェクタ８０から燃料Ｆ２を噴射するように設定することで、排気ポート６２から混合気が吹き抜けるのを抑制できる。これにより、排気ガス中のＨＣ濃度の低減に寄与できる。なお、上記実施形態では、上流側インジェクタ７５が設けられているが、上流側インジェクタ７５は省略できる。
上記構成によれば、高圧ポンプ７８が排気側動弁機構７０からの動力により駆動され、この高圧ポンプ７８により直噴インジェクタ８０が増圧されている。動弁機構６８，７０はクランクシャフト４０の回動力により駆動されるので、電気モータによる駆動に比べて大きな圧力（本実施形態では、約１０Ｍｐａ）を得ることができる。したがって、エンジンＥの大形化を防ぎつつ、燃焼室４５に燃料を直接噴射できる。
また、高圧ポンプ７８が排気側動弁機構７０からの動力により駆動されるので、図２に示す吸入ダクト部３２、エアクリーナ３６、スロットルボディ７２などと高圧ポンプ７８との干渉を防ぎ易い。これにより、吸気系装置をエンジンの周辺に配置し易くなる。その結果、吸気系装置の配置の自由度が向上する。また、高圧ポンプ７８の動力を吸気側動弁機構６８から取り出す場合に比べて、排気側動弁機構７０が設けられるシリンダヘッド上面部分が低いことから、シリンダヘッド４６の上方に空間を確保し易い。
また、高圧ポンプ７８が排気側動弁機構７０から与えられる動力により駆動されるので、高圧ポンプ７８を排気側動弁機構７０に近づけて配置し易い。換言すれば、排気側動弁機構７０から高圧ポンプ７８へ動力を伝達する伝達機構が大形化するのを防いで、高圧ポンプ７８を吸気側から離して配置し易い。これにより、高圧ポンプ７８と吸気系装置との干渉を防ぐことができ、吸気系装置の設計の自由度を向上させることができる。
吸気を貯留するエアクリーナ３６のクリーン室５５が、吸気側動弁機構６８を挟んで排気側動弁機構７０と反対側に形成されている。具体的には、エアクリーナ３６のクリーン室５５が吸気側動弁機構６８の後方斜め上方に配置され、排気側動弁機構７０が吸気側動弁機構６８の前方斜め下方に配置されている。これにより、高圧ポンプ７８とエアクリーナ３６との干渉を抑えることができる。その結果、エアクリーナ３６の配置の自由度が向上するうえに、エアクリーナ３６の大形化を実現し易い。
エアクリーナ３６のクリーナ出口５２ｂが、クリーナ入口５２ａよりも吸気側動弁機構６８寄りに配置されている。これにより、クリーナ出口５２ｂと高圧ポンプ７８との干渉を抑えて、クリーナ出口５２ｂ付近の容積を確保し易い。その結果、クリーナ出口５２ｂ付近での吸気抵抗や吸気脈動を抑制し易くなり、エンジン出力の向上を図ることができる。
エアクリーナ３６に吸気として走行風Ａが取り入れられているので、ラムエアを利用して充填効率を高め、エンジン出力向上を図ることができる。排気側動弁機構７０が吸気側動弁機構６８よりも下方に配置されているので、排気側動弁機構７０からの動力で駆動される高圧ポンプ７８も下方に配置される。これにより、エアクリーナ３６を高圧ポンプ７８と離間させて上方に配置し易くなるので、ダウンドラフトを実現し易い。その結果、さらなるエンジン出力の向上を図ることができる。また、直噴インジェクタ８０がエアクリーナ３６の下方に配置されているので、ダウンドラフト構造としながら、空いたスペースに直噴インジェクタ８０を配置できる。
吸気通路における直噴インジェクタ８０よりも吸気流れ方向上流側に、上流側インジェクタ７５が設けられている。２つのインジェクタ７５，８０を設けることにより、自動二輪車やエンジンＥの特性に応じて噴射量、噴射タイミングを調整して多様な制御を実現できる。例えば、エンジンの高回転状態など、直噴インジェクタ８０の燃料噴射量では、気筒内の混合気に含まれる燃料が不足する場合、上流側インジェクタ７５により燃料を追加噴射してもよい。また、上流側インジェクタ７５がスロットル弁７４の下流側に燃料Ｆ１を噴射しているので、スロットル弁７４で絞られて流速が大きくなった空気によって燃料がＦ１が燃焼室４５に導入されるから、レスポンスを向上させることができる。
また、２つのインジェクタ８０，７５を併用することで、エンジン出力向上と排気ガスの浄化の両立を図ることができる。詳細には、直噴インジェクタ８０により、吸気バルブ６４が閉じた状態で燃料Ｆ１が噴射されることで、内部吸気通路６９に燃料蒸気が浸入するのを防止できる。これにより、吸入空気量が増えるので、空気の充填効率が向上する。また、上流側インジェクタ７５からの燃料Ｆ２の気化熱により、内部吸気通路６９内の吸気の温度が低下する。これによっても、空気の充填効率が向上する。このように、空気の充填効率が向上することで、エンジン出力が向上する。
上述のように、排気弁６６が閉じた後に、直噴インジェクタ８０から燃料Ｆ２を噴射することで、排気ポート６２から混合気が吹き抜けるのを抑制できる。これにより、排気ガス中のＨＣ濃度の低減に寄与できる。また、上流側インジェクタ７５を併用することで、直噴インジェクタ８０からの燃料Ｆ１の燃焼に起因する煤の発生を抑制できる。このように、ＨＣ濃度が低減されるとともに、煤の発生が抑制されることで、排気ガスが浄化される。以上のように、エンジン出力向上と排気ガスの浄化が両立される。
直噴インジェクタ８０が、上流側インジェクタ７５に対しシリンダ軸心ＡＸ１方向におけるクランクシャフト４０側（下側）に配置されている。このように、２つのインジェクタ７５，８０がシリンダ軸心ＡＸ１方向に近接しているので、両インジェクタ７５，８０の燃料配管を近接配置できる。これにより、配管の取りまわしが容易である。
スロットルボディ７２における吸気側動弁機構６８寄りの部分（上側部分）に、吸気系部品７６が設けられている。高圧ポンプ７８が排気側動弁機構７０からの動力により駆動されているので、吸気系部品７６と高圧ポンプ７８との干渉を防ぐことができる。したがって、吸気系部品７６の配置の自由度が向上する。
図５は、本発明の第２実施形態のエンジンＥを示す。第２実施形態において、第１実施形態と共通の構成については、同一の符号を付し、説明を省略する。第２実施形態のエンジンＥは、エアクリーナ３６の下流側に過給機１００と吸気チャンバ１０２が設けられる点で、第１実施形態のエンジンＥと相違している。つまり、第２実施形態では、吸入ダクト部３２、エアクリーナ３６、過給機１００、吸気チャンバ１０２およびスロットルボディ７２が、吸気をエンジンに導く吸気系装置を構成する。
具体的には、エアクリーナ３６のクリーナ出口５２ｂから導出された清浄空気ＣＡが、過給機１００により加圧されて吸気チャンバ１０２に貯留される。吸気チャンバ１０２の過給空気ＳＡが、スロットルボディ７２を介してエンジンＥの吸気入口４６ａに供給される。つまり、第２実施形態では、吸気チャンバ１０２が、吸気を貯留するエアタンクを構成する。
エアクリーナ３６の後端のクリーナ出口５２ｂから導出された清浄空気ＣＡは、下方に案内されて過給機１００の吸込み口（図示せず）に吸い込まれる。過給機１００は、シリンダ４４の後方で、クランクケース４２の上方に配置されている。詳細には、クランクケース４２の後部が、変速機を収納するミッションケース部を構成し、過給機１００は、ミッションケース部の上方に配置されている。つまり、過給機１００は、クランクケース４２の後端よりも前方に配置されている。
本実施形態の過給機１００は、遠心渦巻きポンプである。過給機１００の軸心方向は、この例では、車幅方向と一致している。過給機１００は、車幅方向から吸い込んだ空気を圧縮し、上方に吐出している。過給機１００は、エンジンＥに機械的に連結されて、エンジンＥの動力により駆動される。詳細には、クランクシャフト４０にバランサギヤ１０４が設けられ、アイドル軸１０６に一体回転するように設けられた駆動ギヤ１０８と噛み合っている。これにより、アイドル軸１０６は、クランクシャフト４０に連動して回転している。アイドル軸１０６にスプロケット１１０が設けられており、チェーン１１２を介して過給機１００の回転軸１００ａにクランクシャフト４０の回転力が伝達されている。ただし、過給機１００の駆動方法はこれに限定されない。
過給機１００の吐出口１００ｂから導出された過給空気ＳＡが、吸気チャンバ１０２のチャンバ入口１０２ａから吸気チャンバ１０２内に導入される。吸気チャンバ１０２は、過給機１００およびシリンダヘッド４６よりも上方に配置されている。吸気チャンバ１０２は、吸気側動弁機構６８を挟んで排気側動弁機構７０と反対側に配置されている。吸気チャンバ１０２のチャンバ出口１０２ｂは、チャンバ入口１０２ａよりも吸気側動弁機構６８寄り（後方より）に配置されている。吸気チャンバ１０２のチャンバ出口１０２ｂに、スロットルボディ７２が連結されている。
上流側インジェクタ７５および直噴インジェクタ８０は、吸気チャンバ１０２およびスロットルボディ７２の下方で、過給機１００の上方に配置されている。第１実施形態と同様に、第２実施形態においても上流側インジェクタ７５を省略してもよい。その他の構成は、第１実施形態と同じであり、第１実施形態と同様の効果を奏する。
過給機１００で加圧された過給空気ＳＡは高温になり易いが、上記構成によれば、直噴インジェクタ８０から燃焼室４５に噴射された燃料Ｆ２により吸気温度が上昇するのを抑制できる。これにより、ノッキングを回避し易い。また、吸気側動弁機構６８を挟んで排気側動弁機構７０と反対側に吸気チャンバ１０２が形成されているので、排気側動弁機構７０により駆動される高圧ポンプと７８の干渉を抑えることができる。これにより、吸気チャンバ１０２の容積を確保し易い。吸気チャンバ１０２の容積を大形化することで、過給によるサージングや脈動を抑制し易い。
シリンダ４４の後方でクランクケース４２の後端よりも前方の空間内に、過給機１００および吸気チャンバ１０２が配置されている。これにより、過給機１００から燃焼室４５までの吸気通路を短くできるので、応答性が高まる。また、過給機１００の上方で、吸気チャンバ１０２の下方に直噴インジェクタ８０が配置されている。これにより、吸気系統をコンパクトにして吸気通路を短くしながら、空いたスペースに直噴インジェクタ８０を配置できる。
上記実施形態では、吸気通路（吸入ダクト部３２）は、エンジンＥの上方の空間を通過しているが、吸気通路がエンジンＥのシリンダ４４またはシリンダヘッド４６の側方の空間を通過してもよい。つまり、図５に二点鎖線で示すように、側面視で、吸気通路を構成する吸気ダクト１２０が、エンジンＥのシリンダ４４またはシリンダヘッド４６と重なってもよい。この場合、エアクリーナは、例えば、過給機１００の車幅方向の側方に配置される。この構成によれば、吸気系をより一層コンパクトに配置できる。
過給機１００を搭載したエンジンＥの場合、吸気側動弁機構６８からの動力により高圧ポンプ７８を駆動してもよい。この構成によっても、高温になり易い過給空気ＳＡが、直噴インジェクタ８０で燃焼室４５に噴射された燃料Ｆ２により冷却される。この場合、図５に二点鎖線で示すように、吸気ダクト１２０をシリンダヘッド４６の上方ではなく、シリンダ４４またはシリンダヘッド４６の外側方に配置すれば、吸気ダクト１２０と高圧ポンプ７８との干渉を回避できる。これにより、吸気系をコンパクトに配置できる。
本発明は、以上の実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。例えば、上記実施形態では、本発明のエンジンＥを自動二輪車に適用した例について説明したが、本発明のエンジンＥは、三輪車、四輪バギーのような自動二輪車以外の鞍乗型車両にも適用可能である。したがって、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。
３６ エアクリーナ（エアタンク）
４０ クランクシャフト
４２ クランクケース
４４ シリンダ
４５ 燃焼室
４６ シリンダヘッド
４６ａ 吸気入口
５２ａ クリーナ入口（タンク入口）
５２ｂ クリーナ出口（タンク出口）
６０ 吸気ポート
６２ 排気ポート
６４ 吸気弁
６６ 排気弁
６８ 吸気側動弁機構（動弁機構）
７０ 排気側動弁機構（動弁機構）
７２ スロットルボディ（吸気管）
７５ 上流側インジェクタ
７６ 吸気系部品
７８ 高圧ポンプ
８０ 直噴インジェクタ
８０ａ 噴射口
８２ 凹所
８６ 柱部
１００ 過給機
１０２ 吸気チャンバ（エアタンク）
１０２ａ チャンバ入口（タンク入口）
１０２ｂ チャンバ出口（タンク出口）
ＡＸ１ シリンダ軸線
ＡＸ２ 吸気入口の軸心
Ｅ エンジン

Claims (15)

  1. 燃焼室が形成されるシリンダと、
    前記燃焼室の吸気ポートを開閉する吸気弁を駆動する吸気側動弁機構と、
    前記燃焼室の排気ポートを開閉する排気弁を駆動する排気側動弁機構と、
    前記燃焼室内に噴射口が開口して前記燃焼室に燃料を噴射する直噴インジェクタと、
    前記排気側動弁機構から与えられる動力により駆動されて前記直噴インジェクタの噴射圧を高める高圧ポンプと、を備えているエンジン。
  2. 請求項１に記載のエンジンにおいて、前記吸気側動弁機構を挟んで前記排気側動弁機構と反対側に、吸気を貯留するエアタンクが形成されているエンジン。
  3. 請求項２に記載のエンジンにおいて、前記エアタンクは、タンク内に吸気を導入するタンク入口と、前記燃焼室に向けて前記タンク内の吸気を排出するタンク出口とを有し、
    前記タンク出口が、前記タンク入口よりも前記吸気側動弁機構寄りに配置されているエンジン。
  4. 請求項３に記載のエンジンにおいて、前記エアタンクには、吸気として走行風が取り入れられ、
    前記タンク入口は、前記タンク出口よりも走行方向前方に配置され、
    前記排気側動弁機構が、前記吸気側動弁機構よりも下方に配置されているエンジン。
  5. 請求項２または３に記載のエンジンにおいて、前記エアタンクには、過給機で加圧された吸気が導入されるエンジン。
  6. 請求項５に記載のエンジンにおいて、前記過給機は、エンジンの動力により駆動され、前記シリンダの後方で、クランクケースの後端よりも前方に配置され、
    前記エアタンクが、前記過給機および前記シリンダよりも上方に配置されているエンジン。
  7. 請求項３から６のいずれか一項に記載のエンジンにおいて、シリンダヘッドに、エンジンの吸気入口が形成され、
    前記吸気入口と前記タンク出口との間に吸気管が接続され、
    前記吸気管における前記吸気側動弁機構寄りの部分に、吸気系部品が設けられているエンジン。
  8. 請求項１から７のいずれか一項に記載のエンジンにおいて、吸気通路における前記直噴インジェクタよりも吸気流れ方向上流側に、上流側インジェクタが設けられているエンジン。
  9. 請求項８に記載のエンジンにおいて、前記上流側インジェクタは、前記吸気ポートに向けて燃料を噴射しているエンジン。
  10. 請求項９に記載のエンジンにおいて、前記直噴インジェクタおよび前記上流側インジェクタが、前記吸気通路によって分けられる空間に対して同じ側に配置されているエンジン。
  11. 請求項８から１０のいずれか一項に記載のエンジンにおいて、シリンダヘッドに、エンジンの吸気入口が形成され、
    前記吸気入口に、内部にスロットル弁が収納されたスロットルボディが接続され、
    前記上流側インジェクタは、前記スロットルボディに設けられ、
    前記上流側インジェクタの噴射口が、前記スロットル弁よりも下流側に配置されているエンジン。
  12. 請求項１から１１のいずれか一項に記載のエンジンにおいて、エンジンの内面における前記直噴インジェクタの噴射口が形成される部分が、残余の部分に比べて凹んでいるエンジン。
  13. 請求項１から１２のいずれか一項に記載のエンジンにおいて、さらに、エンジンの外面から突出する柱部を備え、
    前記柱部に、前記直噴インジェクタの燃料パイプが固定され、
    前記柱部は、前記直噴インジェクタと同数設けられているエンジン。
  14. 複数の気筒を備えた多気筒エンジンであって、
    気筒ごとに、シリンダ内部の燃焼室に燃料を噴射する直噴インジェクタと、シリンダヘッドに形成されたエンジンの吸気入口に接続されたスロットルボディとが設けられ、
    前記スロットルボディの内部に、前記燃焼室に供給される吸気量を調整するスロットル弁が収納され、
    前記スロットルボディに、前記シリンダヘッドの吸気ポートに燃焼を噴射する上流側インジェクタが設けられ、
    前記上流側インジェクタの噴射口が、前記スロットル弁よりも下流側に配置されているエンジン。
  15. エンジンと、前記エンジンに供給する吸気を加圧する過給機と、前記過給機からの吸気を貯留する吸気チャンバとを備えた鞍乗型車両であって、
    前記エンジンは、
    クランクシャフトを回転自在支持するクランクケースと、
    前記クランクケースの前部から上方に延びるシリンダと、
    前記シリンダ内部の燃焼室に燃料を噴射する直噴インジェクタと、を備え、
    前記過給機は、前記クランクケースの上方で前記シリンダの後方に配置され、
    前記吸気チャンバは、前記過給機および前記シリンダの上方に配置され、
    前記吸気チャンバの下方に、前記直噴インジェクタが配置されている鞍乗型車両。
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