JP2021175876A - 火花点火式エンジン及び車両 - Google Patents

Abstract

【課題】 熱効率を向上することができる火花点火式エンジンを提供すること。【解決手段】 火花点火式エンジンは、燃焼室が形成されたシリンダ部と、ピストン部と、クランクシャフトと、ただ１つの排気ポートと、ただ１つのシングルセンタータンブルポートと、オフセット点火プラグと、ただ１つの排気バルブと、ただ１つの吸気バルブを備える。ただ１つの吸気バルブは、延長領域が排気口と重なるように設けられた吸気口を閉鎖することでピストン部及びシリンダ部とともに燃焼室を画定するバルブ面部を有し、ピストン部が下死点に移動する時に吸気口を開放することによってシングルセンタータンブルポートを通して燃焼室に吸気されるガスにタンブル流を生成させるとともに、吸気口の閉鎖をピストン部の下死点への到達より早く若しくは遅くすることによって、火花点火式エンジンの圧縮比を膨張比よりも小さくする。【選択図】図１

Description

本発明は、火花点火式エンジン及び車両に関する。

点火プラグの火花点火により燃焼する火花点火式エンジンが知られている。

例えば、特許文献１には、エンジン（内燃機関）の制御装置が示されている。特許文献１のエンジンは、２つの吸気ポートと、２つの排気ポートと、点火プラグを備えた火花点火式エンジンである。特許文献１のエンジンは、気筒内にタンブル流を発生させる。また、特許文献１のエンジンには、アトキンソンサイクル（ミラーサイクル）が採用されている。

例えば、特許文献２には、エンジン（内燃機関）の吸気装置が示されている。特許文献２のエンジンは、１気筒当たり３つの吸気弁を有する。これら３つの吸気弁のうち排気弁から最も離れて配置された第１の吸気弁は、下死点近傍で閉じる。第１の吸気弁の両脇に配置された第２と第３の吸気弁は、下死点よりも遅角領域で閉じる。特許文献２の技術は、気筒中央付近の領域を流れる第１の吸気弁付近の上昇流が吸気弁から流出することを抑えようとしている。これによって、特許文献２の技術は、筒内混合気の燃焼の改善を図ろうとしている。

特開２０１３−１１２４８号公報 特開２００９−２６４２３４号公報

火花点火式エンジンでは、さらなる熱効率の向上が望まれている。

本発明は、熱効率を向上することができる火花点火式エンジンを提供することを目的とする。

上述したように、火花点火式エンジンの熱効率を向上するためタンブル流が利用されている。また、火花点火式エンジンの熱効率を向上するためミラーサイクルが提案されている。
しかし、タンブル流を利用する火花点火式エンジンにミラーサイクルを組合せると、タンブル流の効果が低下しやすいという問題がある。このため、タンブル流を利用する火花点火式エンジンにミラーサイクルを組合せて熱効率を向上させることが困難である。
例えば、特許文献１の内燃機関では、ミラーサイクルを実現するため吸気バルブの閉じ時期が遅角する。つまり、吸気バルブが吸気後も開いている。このため、燃焼室内の上昇流の一部が燃焼室から流出し、気流が減衰しやすい。つまり、タンブル流が減衰しやすい。特にタンブル流の中央部分のガスが燃焼室の外へ流出してしまうと、タンブル流全体の流速が減少しやすく、且つ流れが乱れやすい。
特許文献１の内燃機関では、ミラーサイクルの動作において、２つの吸気ポートのうち一方のポートのバルブの閉じ時期が他方のバルブに比して遅角する。つまり、閉じ時期が遅角するバルブが限定されている。
しかし、閉じ時期が遅角するバルブの周縁は、ピストン部の往復方向に見てタンブル流の中央付近まで延びている。このため、タンブル流の中央部分を流れるガスは、遅角するバルブに対応するポートから流出しやすい。このため、遅角するバルブが限定されても、タンブル流は減衰しやすい。

特許文献２のエンジンでは、３つの吸気弁のうち第１の吸気弁が下死点近傍で閉じ、両脇に配置された第２の吸気弁と第３の吸気弁が遅閉じする。
しかし、第２と第３の吸気弁が開いていると、第２の吸気弁と第３の吸気弁のそれぞれの周縁のうち第１の吸気弁に近い部分から、第１の吸気弁付近を流れるガスが流出しやすい。つまり、ピストン部の往復方向に見て中心付近を流れるガスが、第２の吸気弁と第３の吸気弁から流出しやすい。特許文献２のエンジンでも、タンブル流は減衰しやすい。

本発明者らは、ミラーサイクルが採用される場合でもタンブル流の減衰が抑えられる方法を検討した。
タンブル流の減衰を検討する中で、本発明者らは、火花点火式エンジンに備えられる吸気バルブを敢えてただ１つに限定することを検討した。
ただ１つの吸気バルブを備える火花点火式エンジンは、タンブル流を生成するただ１つのシングルセンタータンブルポート（ＳＣＴＰ）を備える。ただ１つのシングルセンタータンブルポート（ＳＣＴＰ）の吸気口は、ピストン部の往復方向に見てこの吸気口の幅を有し且つ吸気口から吸気方向へ延びる領域と排気口とが重なるように配置することができる。このため、吸気口及び吸気バルブは、ピストン部の往復方向に見てタンブル流の中央部分に相当する位置に配置することができる。
ただ１つのシングルセンタータンブルポートから吸気されたガスによって燃焼室で形成されたタンブル流は、ピストン部の往復方向に見て、燃焼室の中心で速い流速を有する。このため、燃焼室の全体に亘って速いタンブル流が維持されやすい。

しかも、ただ１つのシングルセンタータンブルポート（ＳＣＴＰ）を経由して燃焼室内に吸気されたガスで形成されるタンブル流のうち、吸気口に向かって上昇する流れの中央部分は、このシングルセンタータンブルポート（ＳＣＴＰ）に対応するただ１つの吸気バルブに当たる。即ち、吸気バルブが有するバルブ面部は、タンブル流のうち吸気口に向かって上昇する流れの中央部分を妨げるように配置されている。吸気口に向かって上昇する流れの一部は、バルブの周縁と吸気口との隙間全体を通って燃焼室から流出する。しかし、上昇する流れの中央部分のガスは、バルブ面部に当たりそしてバルブ面部に沿って燃焼室内を流れ続ける。つまりピストン部の往復方向に見て燃焼室の中心付近を流れるガスの流出が抑えられる。このため、中心付近で速い流速が維持されやすい。

また、２バルブ構成における吸気口は、例えば複数の吸気口を有する場合の１つ当たり吸気口と比べて大きい。従って、吸気口を閉鎖する吸気バルブのバルブ面部も大きい。２バルブ構成の場合、ピストン部の往復方向に見て、排気口の中心と吸気口の中心を通る区分直線上でバルブの縁から燃焼室の筒状の壁面までの距離は、例えば複数の吸気口を有する場合の距離と比べて短い。
タンブル流が回る軸の向きに見た場合、吸気口に向かって上昇する流れは、シリンダ部の筒状の壁面に沿って流れる。上述したように、バルブの縁から燃焼室の筒状の壁面までの距離が小さいため、吸気口に向かって上昇する流れの中央部分は、燃焼室の天井に当たって向きを変えられる前に、バルブ面部に直接当たる。この結果、吸気口から燃焼室の外へガスの流れが妨げられる。つまり、中央部分で速い流れを形成するガスの外への流出が抑えられる。このため、吸気バルブによる吸気口の閉鎖がピストン部の下死点への到達より遅くとも、流れの中央部分で速い流速が維持されやすい。従って、速いタンブル流が維持されやすい。
このようにして、本発明者らは、火花点火式エンジンを、ただ１つのシングルセンタータンブルポート及びただ１つの吸気バルブを有する２バルブ構成にすることによって、吸気バルブを遅閉じする場合でも速いタンブル流を維持できることを見出した。

また、本発明者らは、２バルブ構成の火花点火式エンジンを、吸気バルブによる吸気口の閉鎖がピストン部の下死点への到達より早い場合、即ち早閉じの場合に適用してみた。
早閉じの場合、燃焼室に吸気されるガスの量が減少するため、燃焼室内でガスによって形成されるタンブル流が遅くなりやすい。
しかし、２バルブ構成の火花点火式エンジンにおける吸気口の面積は、例えば複数の吸気口を有するエンジンの吸気口のトータルの面積と比べて小さい。従って、シングルセンタータンブルポートの吸気口を速い流速で通過するガスによって、燃焼室で速いタンブル流が生じる。この結果、吸気バルブによる閉鎖がピストン部の下死点への到達より早い場合でも燃焼室内で速いタンブル流が維持される。

このようにして、本発明者らは、火花点火式エンジンを敢えて２バルブ構成とすることによって、吸気口の閉鎖がピストン部の下死点への到達より遅く若しくは早くても、速いタンブル流が維持されることを見出した。この結果、本発明者らは、吸気口の閉鎖をピストン部の下死点への到達より遅く若しくは早くすることによって圧縮比を膨張比よりも小さくして熱効率を向上できるとともに、速いタンブル流を維持することによって熱効率を向上できることを見出した。

以上の知見に基づいて完成した本発明の各観点による火花点火式エンジンは、次の構成を備える。

（１） 火花点火式エンジンであって、
前記火花点火式エンジンは、
燃焼室が形成されたシリンダ部と、
前記シリンダ部内に往復動するよう配置され、前記シリンダ部とともに前記燃焼室を画定するピストン部と、
前記ピストン部の往復動に応じて回転するよう前記ピストン部と連結されたクランクシャフトと、
前記シリンダ部に設けられ前記燃焼室に排気口を介して連通するただ１つの排気ポートと、
前記シリンダ部に設けられ前記燃焼室に吸気口を介して連通し、前記吸気口から前記燃焼室へ吸気されたガスに前記往復方向と交わる方向に延びた軸線周りのタンブル流を生成させる構造を有し、前記吸気口は、前記ピストン部の往復方向に見たときに前記吸気口の幅を有し且つ前記吸気口から吸気方向へ延びる領域として定義される延長領域が前記排気口と重なるように設けられた、ただ１つのシングルセンタータンブルポートと、
前記往復方向に見たときに前記排気口の中心及び前記吸気口の中心を通る区分直線により前記燃焼室が区分されることにより定義される２つの領域のうち第１の領域に、前記区分直線と重ならないように配置されるオフセット点火部により、前記燃焼室のガスに火花点火するように構成されたオフセット点火プラグと、
前記排気口を開放及び閉鎖するただ１つの排気バルブと、
前記吸気口を開放及び閉鎖するただ１つの吸気バルブであって、前記延長領域が前記排気口と重なるように設けられた前記吸気口を閉鎖することで前記ピストン部及び前記シリンダ部とともに前記燃焼室を画定するバルブ面部を有し、前記ピストン部が下死点に移動する時に前記吸気口を開放することによって前記シングルセンタータンブルポートを通して燃焼室に吸気されるガスに前記タンブル流を生成させるとともに、前記吸気口の閉鎖を前記ピストン部の前記下死点への到達より早く若しくは遅くすることによって、前記火花点火式エンジンの圧縮比を膨張比よりも小さくする吸気バルブと、
を備える。

（１）の火花点火式エンジンは、シリンダ部と、ピストン部と、クランクシャフトと、ただ１つの排気ポートと、ただ１つのシングルセンタータンブルポートと、オフセット点火プラグと、ただ１つの排気バルブと、ただ１つの吸気バルブとを備える。シリンダ部には、燃焼室が形成されている。ピストン部は、シリンダ部内に往復動するよう配置されている。ピストン部は、シリンダ部とともに燃焼室を画定する。クランクシャフトは、ピストン部の往復動に応じて回転するようピストン部と連結されている。
排気ポート、及びシングルセンタータンブルポート（ＳＣＴＰ）は、シリンダ部に設けられている。排気ポートは、燃焼室に排気口を介して連通する。シングルセンタータンブルポートは、吸気口を介して燃焼室に連通する。吸気口は、吸気口の延長領域が排気口と重なるように配置されている。延長領域は、ピストン部の往復方向に見たときに吸気口の幅を有し且つ吸気口から吸気方向へ延びる領域として定義される。オフセット点火部は、区分直線により燃焼室が区分されることにより定義される２つの領域のうち第１の領域に、区分直線と重ならないように位置している。排気バルブは、排気口を開放及び閉鎖する。吸気バルブは、吸気口を開放及び閉鎖する。吸気バルブは、吸気口を閉鎖することでピストン部及びシリンダ部とともに燃焼室を画定するバルブ面部を有している。吸気バルブは、吸気口を開放した状態でピストン部が下死点へ向けて移動する時に前記シングルセンタータンブルポートを通してガスを燃焼室に吸気させる。シングルセンタータンブルポートを通して燃焼室に吸気されたガスはタンブル流を生成する。

（１）の構成によれば、燃焼室では、ピストン部が下死点へ移動する時、シングルセンタータンブルポート（ＳＣＴＰ）から吸気されたガスによるタンブル流が形成される。
オフセット点火部は、燃焼室の第１の領域に区分直線と重ならないように位置しているため、オフセット点火部の配置の影響を抑えて大きな吸気口を確保することができる。ただ１つのシングルセンタータンブルポートを通ったガスが、吸気バルブで開放された吸気口から燃焼室に吸気されタンブル流を形成する。
ただ１つのシングルセンタータンブルポートにおける吸気口の面積は、例えば複数の吸気口を有するエンジンの吸気口のトータルの面積と比べて小さい。ガスは、小さい開口ほど、速い流速で通過する性質を有するので、ただ１つのシングルセンタータンブルポートの吸気口を通過するガスは、燃焼室で速いタンブル流を生じさせる。
またさらに、ただ１つのシングルセンタータンブルポートの吸気口は、ピストン部の往復方向に見た場合に吸気口の延長領域と排気口とが重なるように配置されている。このため、シングルセンタータンブルポートから吸気されたガスにより燃焼室で形成されたタンブル流は、往復方向に見て、燃焼室の中心付近で速い流速の成分を有する。従って、燃焼室の全体に亘って速いタンブル流が維持されやすい。

吸気バルブが吸気口を閉鎖するタイミングがピストン部の下死点への到達より早く若しくは遅くなることによって、燃焼室の圧縮比が膨張比よりも小さくなる。つまり、（１）の火花点火式エンジンはミラーサイクルで動作するため、火花点火式エンジンの熱効率が高い。

例えば、吸気バルブによる吸気口の閉鎖がピストン部の下死点への到達より遅い場合、ピストン部が下死点の位置に達した後も吸気バルブが吸気口を開放している。このため、燃焼室内のガスの一部が、吸気口を通じてシングルセンタータンブルポートへ流出する。
吸気口は、延長領域が排気口と重なるように設けられている。延長領域は、ピストン部の往復方向に見たときに吸気口の幅を有し且つ吸気口から吸気方向へ延びる領域である。従って、燃焼室内で形成されたタンブル流のうちピストン部とは反対方向へ向かう部分は、吸気口に向かう。吸気口の位置にただ１つの吸気バルブのバルブ面部が配置されている。タンブル流のうちピストン部に押されて吸気口に向かう流れに対し、ただ１つの吸気バルブのバルブ面部は、流れを妨げるように配置される。吸気口へ向かう流れは、吸気バルブのバルブ面部に直接当たり、吸気バルブのバルブ面部に沿って流れるため、吸気口から流出することが抑えられる。この結果、往復方向に見て燃焼室の中心付近での流れは速い。

バルブ面部の径は、ただ１つのシングルセンタータンブルポートの大きな吸気口に対応しているため大きい。このため往復方向に見てバルブ面部の、中心線と重なる縁から燃焼室の天井部の縁までの距離が、例えば複数の吸気口を有する場合の距離と比べて短い。筒状の壁面に沿って流れるガスは、燃焼室の天井部に当たって曲がることなく、吸気バルブのバルブ面部に当たりやすい。このため、流れの中央部分のガスが吸気口から燃焼室の外に流れることが抑えられる。このため、往復方向に見て燃焼室の中心付近での速い流れが維持されやすい。従って、速いタンブル流が維持されやすい。
このように、吸気バルブによる吸気口の閉鎖がピストン部の下死点への到達より遅くとも、往復方向に見て燃焼室の中心付近での速い流れが維持されやすい。この結果、ガスの燃焼に要する時間が減少する。このため、熱効率が増大する。

また、上述したのとは逆に、吸気バルブによる閉鎖がピストン部の下死点への到達より早い場合、燃焼室に吸気されるガスの量が減少する。このため、燃焼室のタンブル流が弱くなりやすい。
しかし、（１）の火花点火式エンジンが備えるただ１つのシングルセンタータンブルポートの吸気口の面積は、例えば複数の吸気口を有するエンジンの吸気口のトータルの面積と比べて小さい。従って、吸気行程では、シングルセンタータンブルポートの吸気口を速い流速で通過するガスによって、燃焼室で速いタンブル流が生じる。この結果、（１）の火花点火式エンジンは、吸気バルブによる閉鎖がピストン部の下死点への到達より早い場合でも燃焼室内で速いタンブル流が維持されるため、ガスの燃焼に要する時間が減少する。このため、熱効率が増大する。

このように（１）の火花点火式エンジンでは、燃焼室の圧縮比を膨張比よりも小さくして熱効率を高めるために吸気口の閉鎖をピストン部の下死点への到達より遅く若しくは早くしても、燃焼室で速いタンブル流が維持されるため熱効率が増大する。よって、火花点火式エンジンの熱効率を向上することができる。
なお、本明細書において、ミラーサイクルは、必ずしも、ターボやスーパーチャージャー等の過給機の使用を必要としない。アトキンソンサイクルについても同様である。

（２） （１）の火花点火式エンジンであって、
前記シリンダ部は、前記排気ポート及び前記シングルセンタータンブルポートが設けられ、前記燃焼室の天井部を形成するシリンダヘッド部と、前記ピストン部を収容するシリンダボディ部と、を備え、
前記天井部のうち前記シリンダボディ部に続く周縁部は、少なくとも、前記ピストン部の往復方向に見たときに前記延長領域が前記吸気口から前記吸気方向とは逆方向へ延びる領域に非スキッシュ領域を有しており、前記非スキッシュ領域は前記燃焼室に向いた突状部が設けられていない領域である。

（２）の構成によれば、燃焼室内部でタンブル流を形成するガスのうちピストン部に押されて吸気口に向かうガスの中心線付近の流れが、非スキッシュ領域付近を通る。吸気口付近でのタンブル流が、突状部によるスキッシュ流により妨げられるという事態が抑えられるので、往復方向に見て燃焼室の中心付近でタンブル流の速い流れが維持されやすい。この結果、燃焼室の全体に亘ってタンブル流が維持されやすい。従って、火花点火式エンジンの熱効率をより向上することができる。

（３） （１）又は（２）の火花点火式エンジンであって、
前記吸気バルブは、前記吸気口の閉鎖を前記ピストン部の前記下死点への到達より遅くするように構成されている。

（３）の構成によれば、吸気バルブによる吸気口の閉鎖がピストン部の下死点への到達より遅いので、ピストン部が下死点の位置に達した後も吸気バルブが吸気口を開放している。このため、燃焼室内のガスの一部が、吸気口を通じてシングルセンタータンブルポートへ流出する。この場合でも、タンブル流のうち、吸気口へ向かう流れは、吸気バルブのバルブ面部に直接当たり、ガスが吸気口から流出することが抑えられる。この結果、往復方向に見て燃焼室の中心付近での流れは速い。
ミラーサイクルによって熱効率を高めるために吸気口の閉鎖をピストン部の下死点への到達より遅くしても、燃焼室で速いタンブル流が維持されるため熱効率が増大する。よって、火花点火式エンジンの熱効率を向上することができる。なお、（３）の構成においては、ピストン部が下死点（吸気下死点）から上死点（圧縮上死点）に向かう時に、吸気バルブが吸気口を閉鎖する。

（４） （３）の火花点火式エンジンであって、
前記吸気バルブの前記バルブ面部は、前記吸気口の閉鎖時、前記往復方向に見て、前記区分直線と平行な方向において、前記バルブ面部における排気口に近い端点が、前記オフセット点火部を前記燃焼室内に露出させるように前記シリンダ部に形成されたプラグ穴における吸気口に近い端点よりも、前記排気口に近いように構成されている。

（４）の構成によれば、オフセット点火部が区分直線と重ならないようにオフセットしている。そして、区分直線と平行な方向において、バルブ面部における排気口に近い端点がオフセット点火部のプラグ穴における吸気口に近い端点よりも排気口に近い。つまりバルブ面部が大きく形成されている。そのため、速い流れを形成する中心線付近のガスが吸気口から、燃焼室の外に流れることがより効果的に抑えられる。このため、往復方向に見て燃焼室の中心付近で速い流れがより維持されやすい。従って、熱効率をより向上することができる。

（５） （１）又は（２）の火花点火式エンジンであって、
前記吸気バルブは、前記吸気口の閉鎖を前記ピストン部の前記下死点への到達より早くするように構成されている。

（５）の構成によれば、吸気バルブによる閉鎖がピストン部の下死点への到達より早いため、燃焼室に吸気されるガスの量が減少する。しかし、シングルセンタータンブルポートにおける吸気口の面積は、例えば複数の吸気口を有するエンジンの吸気口のトータルの面積と比べて小さい。従って、シングルセンタータンブルポートの吸気口を速い流速で通過するガスによって、燃焼室で速いタンブル流が生じる。（５）の構成によれば、吸気バルブによる閉鎖がピストン部の下死点への到達より早いミラーサイクルによって動作の熱効率が高い。しかも、燃焼室内で速いタンブル流が維持されるため、ガスの燃焼に要する時間が減少する。このため、熱効率をより向上することができる。なお、（５）の構成においては、ピストン部が上死点（排気上死点）から下死点（吸気下死点）に向かう時に、吸気バルブが吸気口を閉鎖する。

（６） （１）から（５）いずれか１の火花点火式エンジンであって、
前記燃焼室は、前記往復方向に見たときに、前記ピストン部の往復動のストロークより短い径を有する。

（６）の構成によれば、ピストン部が下死点へ向かって移動する時、シングルセンタータンブルポート（ＳＣＴＰ）から吸気されたガスによるタンブル流が形成される。ピストン部が移動するストロークが燃焼室の径より長いため、ピストン部の移動速度が大きい。さらに、ピストン部が上死点に向かって移動する時、燃焼室では、ピストン部に押されたガスがピストン部の上死点に向かうことによって、タンブル流が増強ないし維持される。ピストン部が移動するストロークは燃焼室の径より長いため、ピストン部の移動速度は大きい。移動速度が大きいピストン部にガスが押し戻されることによって、速いタンブル流が維持されやすい。
吸気バルブによる閉鎖がピストン部の下死点への到達より早いミラーサイクルによって動作の熱効率が高く、燃焼室内で速いタンブル流が維持されるため、ガスの燃焼に要する時間が減少する。このため、熱効率をより向上することができる。

（７） （６）の火花点火式エンジンであって、
前記シリンダ部のストローク容積は、０．２Ｌ未満である。

（７）の火花点火式エンジンは、１つの吸気バルブとして機能するシングルセンタータンブルポートと１つの排気バルブを備えた簡潔な構造を有している。このため、０．２Ｌ未満のストローク容積を有する小型エンジンの大型化を抑えつつ、ミラーサイクルと速いタンブル流の維持によって、熱効率を向上することができる。

（８） （１）から（７）いずれか１の火花点火式エンジンと、
前記火花点火式エンジンに駆動される車輪と、
を備える車両。

（８）の車両によれば、（１）から（７）いずれか１の火花点火式エンジンを備えている。このため、燃焼室の圧縮比を膨張比よりも小さくしても、燃焼室で速いタンブル流が維持される。エンジンの熱効率が向上する結果、車両の燃費は向上する。

シングルセンタータンブルポート（ＳＣＴＰ）は、燃焼室へ供給されるガスの通路であり、タンブルポートとしての機能を有する。タンブルポートとしての機能は、燃焼室内で吸気がタンブル流（縦渦流）を発生させる機能である。シングルセンタータンブルポート（ＳＣＴＰ）は、燃焼室内で吸気がタンブル流を発生させるように吸気を燃焼室内に流す形状の壁面を有する。シングルセンタータンブルポート（ＳＣＴＰ）が有するタンブル流を生成させる構造は、例えば、シングルセンタータンブルポート（ＳＣＴＰ）の吸気口に続く筒状の壁面のうち、排気口から最も遠い壁面部分からガス流を剥離させる構造である。タンブル流を生成させる構造は、例えば、上記壁面部分に設けた突起を有する。タンブル流を生成させる構造は、これに限られず、例えば、壁面部分よりもガス流での上流部分に、ポートの外向きに膨らんだ膨出部を有する。シングルセンタータンブルポート（ＳＣＴＰ）を備えたシリンダ部は、ロングストローク分のピストン部の移動により、比較的大きな唯一のタンブルポートからシリンダボア内へ吸気を行う。これにより、速いタンブル流を生じさせることができる。
シリンダ部では、ボア径よりもストロークが長い。また、シリンダでは、ボア径よりもストロークが長い。ボア径に対するストロークの割合は、例えば、１．０よりも大きいことが好ましく、１．１以上であることがより好ましい。
また、シングルセンタータンブルポート（ＳＣＴＰ）は、例えば、下記（ｉ）〜（ｉｉｉ）の少なくとも１つの要件を満たすように構成されてもよい。
（ｉ）シングルセンタータンブルポート（ＳＣＴＰ）は、吸気口の中心と排気口の中心とを通る区分直線上における吸気口と排気口との間の間隔がオフセット点火部の径よりも短くなるように形成された吸気口を備えてもよい。オフセット点火部がオフセットしているため、吸気口の径が大きく確保され得る。
（ｉｉ）シングルセンタータンブルポート（ＳＣＴＰ）は、ピストン部の往復方向に見た時にシリンダボアの中心（即ちピストン部の中心線が通る点）が吸気口内に位置するように形成された吸気口を備えてもよい。
（ｉｉｉ）シングルセンタータンブルポート（ＳＣＴＰ）は、ピストン部の往復方向に見て、吸気口を含む領域内の中心通過線上において、中心通過線と吸気口とが重なる部分が、中心通過線と吸気口とが重ならない部分よりも長くなるように形成された吸気口を備えてもよい。これにより、シリンダボアの径に対して吸気口が広く確保される。また、吸気口の径が吸気口を含む領域内の中心通過線よりも長くてもよい。これにより、シリンダボアの径に対して吸気口がより広く確保される。なお、吸気口を含む領域とは、ピストン部の往復方向に見て上記区分直線と直交し且つシリンダボアの中心を通る直線によって燃焼室が２つの領域に区分された場合において主として吸気口が含まれる領域をいう。また、中心通過線とは、ピストン部の往復方向に見た時に、区分直線と平行であり且つシリンダボアの中心を通る直線をいう。中心通過線は区分直線と重複してもよい。
上述したように大きな吸気口を有するシングルセンタータンブルポート（ＳＣＴＰ）からシリンダ部へガスが供給されることにより、燃焼室でより速いタンブル流を生じさせることができる。シングルセンタータンブルポート（ＳＣＴＰ）は、例えば、以下のいずれかを満たすように構成されていてもよい。
・上記（ｉ）〜（ｉｉｉ）の全て
・上記（ｉ）及び（ｉｉ）
・上記（ｉｉ）及び（ｉｉｉ）
・上記（ｉ）及び（ｉｉｉ）
・上記（ｉ）
・上記（ｉｉ）
・上記（ｉｉｉ）
本明細書において、シングルセンタータンブルポート（ＳＣＴＰ）及び排気ポートにおけるポートは、シリンダ部に形成されるガスの通路を指す。一方、吸気口は、吸気のための開口であり、排気口は、排気のための開口である。吸気口は、シングルセンタータンブルポート（ＳＣＴＰ）と燃焼室との境界に相当する。排気口は、排気ポートと燃焼室との境界に相当する。

燃焼室は、ピストン部及びシリンダ部によって画定された空間である。燃焼室は、ピストン部の往復動のストロークより長い径を有していてもよい。

タンブル流は、ピストン部の往復方向と交わる方向に延びた軸線周りの渦である。タンブル流を生成している燃焼室ガスは、タンブル流以外の渦も生成していてよい。例えば、燃焼室ガスは、タンブル流とともに、ピストン部の往復方向に延びる軸線周りに回転するスワール流を有してもよい。
また、タンブル流は、燃焼室の上部（シリンダヘッドに近い部分）で吸気口から排気口へ向かって流れる。但し、タンブル流が形成されているとき、燃焼室内のガスは、例えば燃焼室の上部で吸気口から排気口へ向かう流れとは逆向きの流れを含んでもよい。

ピストン部及び燃焼室は、往復方向に見たときに円形である。但し、ピストン部及び燃焼室の少なくとも一方は、例えば往復方向に見たときに長円形であってもよい。

延長領域は、ピストン部の往復方向に見たときに吸気口の幅を有し、吸気口から吸気方向に延びる領域として定義される。吸気方向は、吸気口からシングルセンタータンブルポート（ＳＣＴＰ）の中心線を延長した直線の向きに相当する。吸気口の幅としては、吸気方向と垂直な方向において最も大きい吸気口の幅が用いられる。ピストン部の往復方向に見たときに、延長領域は、例えば、ピストン部の頂面の中心と重なる。
また、区分直線は、ピストン部の往復方向に見て排気口の中心及び吸気口の中心を通る直線である。

火花点火式エンジンは、例えばオフセット点火プラグとしての１つの点火プラグを備えている。但し、火花点火式エンジンは、これに限られず、例えば、２つ以上のオフセット点火プラグを備えていてもよい。

火花点火式エンジンは、例えば、４ストロークエンジンである。但し、火花点火式エンジンは、これに限られず、例えば、６ストロークエンジン又は８ストロークエンジンであってもよい。
火花点火式エンジンにおけるピストン部の往復動のストロークは、燃焼室の径よりも長いものに限られず、燃焼室の径より短いか又は等しくともよい。

車両は、エンジンに加え、例えば、車輪を有する。車輪には、エンジンから出力される動力を受けて回転する駆動輪が含まれる。車輪の数は、特に限定されない。車両としては、特に限定されず、例えば、四輪自動車、鞍乗型車両などが挙げられる。四輪自動車は、例えば、車室を有する。鞍乗型車両とは、運転者がサドルに跨って着座する形式の車両をいう。鞍乗型車両としては、例えば、自動二輪車、自動三輪車、ＡＴＶ（Ａｌｌ−Ｔｅｒｒａｉｎ Ｖｅｈｉｃｌｅ）が挙げられる。

本明細書にて使用される専門用語は特定の実施例のみを定義する目的であって発明を制限する意図を有しない。本明細書にて使用される用語「および/または」はひとつの、または複数の関連した列挙された構成物のあらゆるまたはすべての組み合わせを含む。本明細書中で使用される場合、用語「含む、備える（including）」「含む、備える（comprising）」または「有する（having）」およびその変形の使用は、記載された特徴、工程、操作、要素、成分および/またはそれらの等価物の存在を特定するが、ステップ、動作、要素、コンポーネント、および/またはそれらのグループのうちの1つまたは複数を含むことができる。本明細書中で使用される場合、用語「取り付けられた」、「接続された」、「結合された」および/またはそれらの等価物は広く使用され、直接的および間接的な取り付け、接続および結合の両方を包含する。さらに、「接続された」および「結合された」は、物理的または機械的な接続または結合に限定されず、直接的または間接的な電気的接続または結合を含むことができる。他に定義されない限り、本明細書で使用される全ての用語（技術用語および科学用語を含む）は、本発明が属する当業者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有する。一般的に使用される辞書に定義された用語のような用語は、関連する技術および本開示の文脈における意味と一致する意味を有すると解釈されるべきであり、本明細書で明示的に定義されていない限り、理想的または過度に形式的な意味で解釈されることはない。本発明の説明においては、多くの技術および工程が開示されていると理解される。これらの各々は個別の利益を有し、それぞれは、他の開示された技術の1つ以上、または、場合によっては全てと共に使用することもできる。したがって、明確にするために、この説明は、不要に個々のステップの可能な組み合わせをすべて繰り返すことを控える。それにもかかわらず、明細書および特許請求の範囲は、そのような組み合わせがすべて本発明および請求項の範囲内にあることを理解して読まれるべきである。
本明細書では、新しい火花点火式エンジンについて説明する。以下の説明では、説明の目的で、本発明の完全な理解を提供するために多数の具体的な詳細を述べる。しかしながら、当業者には、これらの特定の詳細なしに本発明を実施できることが明らかである。本開示は、本発明の例示として考慮されるべきであり、本発明を以下の図面または説明によって示される特定の実施形態に限定することを意図するものではない。

本発明によれば、熱効率を向上することができる火花点火式エンジンを提供できる。

（Ａ）は、本発明の第一実施形態に係る火花点火式エンジンを説明する、ピストン部の往復方向に見た内部の透視図である。（Ｂ）は、火花点火式エンジンの概略構成を示す側面断面図である。（Ｃ）は、火花点火式エンジンのバルブタイミングを説明するグラフである。 図１に示す火花点火式エンジンの正面断面図である。 図１に示す火花点火式エンジンのピストン部を示す斜視図である。 図１（Ａ）に示す火花点火式エンジン内部の拡大図である。 図１に示す火花点火式エンジンのシングルセンタータンブルポート（ＳＣＴＰ）及びその周辺部分を拡大して示す断面図である。 （Ａ）は、図１に示す火花点火式エンジンの燃焼室内の混合ガスの流れを模式的に説明する、吸気行程の平面図である。（Ｂ）は吸気行程の斜視図である。（Ｃ）は圧縮行程の平面図である。（Ｄ）は圧縮行程の斜視図である。 比較例としての火花点火式４バルブエンジンでの圧縮行程におけるガスの流出の状況を説明する平面図である。 火花点火式エンジンの燃焼室の径と熱効率の関係を示すグラフである。 火花点火式エンジンの排気量と熱効率の関係を示すグラフである。 （Ａ）は、火花点火式エンジンにおけるポートの変形例を示す図である。（Ｂ）は、火花点火式エンジンにおけるポートの別の変形例を示す図である。 第一実施形態の変形例に係る火花点火式エンジンの動作を説明するグラフである。 図１に示す火花点火式エンジンが搭載された鞍乗型車両を示す側面図である。 図１２に示す車両のエンジンユニットの配置を概略的に示す図である。 図１２とは別の種類の鞍乗型車両を示す側面図である。 図１４に示す車両のエンジンユニットの配置を概略的に示す図である。 図１５とは更に別のエンジンユニットの配置を概略的に示す図である。

図１は、本発明の第一実施形態に係る火花点火式エンジンを説明する図であり、（Ａ）はピストン部の往復方向に見た内部の透視図であり、（Ｂ）は側面断面図であり、（Ｃ）は、火花点火式エンジンのバルブタイミングを説明するグラフである。
図２は、図１に示す火花点火式エンジンの正面断面図である。

図１及び図２に示す火花点火式エンジン１（以降、単にエンジン１とも称する）は、例えば図１２に示される鞍乗型車両１００に搭載される。
火花点火式エンジン１は、クランクシャフト２、クランクケース部２１、シリンダ部４、ピストン部５、燃料噴射部６、オフセット点火部７ａ（オフセット点火プラグ７）、吸気バルブ８１、及び排気バルブ８２を備えている。火花点火式エンジン１は、単気筒エンジンである。

シリンダ部４には、燃焼室４ｒが形成されている。シリンダ部４は、シリンダヘッド部４１、及びシリンダボディ部４２を備えている。クランクケース部２１、シリンダボディ部４２、及びシリンダヘッド部４１は、この順で積み上げられ、互いに締結されている。

シリンダボディ部４２の内部には、シリンダボア４２ｂが形成されている。シリンダボア４２ｂは、シリンダボディ部４２内の空間である。
シリンダヘッド部４１は、燃焼室４ｒの天井部４１ｃを形成している。

ピストン部５は、シリンダボア４２ｂに収容されている。ピストン部５は、往復動可能に配置されている。ピストン部５が往復する方向を往復方向Ｚと称する。ピストン部５は、図１の実線で示す上死点と、破線で示す下死点の間で往復動する。ピストン部５は、シリンダ部４とともに燃焼室４ｒを画定している。より詳細には、ピストン部５、シリンダ部４、吸気バルブ８１、及び排気バルブ８２は、燃焼室４ｒを画定している。
燃焼室４ｒは、往復方向Ｚに見たときに、ピストン部５の往復動のストロークＳｔより短い径Ｂを有している。即ち、ピストン部５の往復動のストロークＳｔは、燃焼室４ｒの径Ｂよりも長い。

図３は、図１に示す火花点火式エンジンのピストン部を示す斜視図である。
ピストン部５は、ピストン部５の頂面５ｔに、周囲よりも窪んだ凹部５ｃを有している。凹部５ｃは、往復方向Ｚに見た時に円状である。凹部５ｃは、往復方向Ｚに見た時にピストン部５の中心線Ｌｃを中心とした円状である。
なお、本実施形態では、往復方向Ｚに見てピストン部５の中心及び燃焼室４ｒの中心は重なっている。また、往復方向Ｚに見てピストン部５の中心及び燃焼室４ｒの中心は、中心線Ｌｃと重なっている。従って、往復方向Ｚに見てピストン部５の中心、燃焼室４ｒの中心、及び中心線について、同じ符号Ｌｃを付して参照する。
また、ピストン部５の頂面５ｔには、吸気バルブ８１及び排気バルブ８２との干渉を避けるためのバルブリセス５ａ，５ｂも設けられている。バルブリセス５ａ，５ｂは、凹部５ｃと隣り合っている。バルブリセス５ａ，５ｂには、吸気バルブ８１及び排気バルブ８２の一部が受け入れられる。凹部５ｃは、バルブリセス５ａ，５ｂとは別の部分であり、吸気バルブ８１及び排気バルブ８２を受け入れない。

図１及び図２に示すクランクシャフト２は、軸受３１（図２参照）を介してクランクケース部２１に支持されている。クランクシャフト２は、ピストン部５の往復動に応じて回転するようにピストン部５と連結されている。クランクシャフト２は、コンロッド３２を介してピストン部５と連結されている。コンロッド３２の一端は、クランクシャフト２に回転自在に支持されており、コンロッド３２の他端は、ピストン部５に回転自在に支持されている。
クランクシャフト２が延びる方向をクランクシャフト方向Ｘとする。図には、クランクシャフト方向Ｘ及び往復方向Ｚの双方と交わる方向Ｙも示されている。

火花点火式エンジン１は、ただ１つのシングルセンタータンブルポート（ＳＣＴＰ）４１ａとただ１つの排気ポート４１ｅを備えている。シングルセンタータンブルポート（ＳＣＴＰ）４１ａは吸気ポートとして機能する。シングルセンタータンブルポート（ＳＣＴＰ）４１ａと排気ポート４１ｅは、シリンダ部４に形成されている。詳細には、シングルセンタータンブルポート（ＳＣＴＰ）４１ａと排気ポート４１ｅは、シリンダヘッド部４１に形成されている。シングルセンタータンブルポート（ＳＣＴＰ）４１ａ及び排気ポート４１ｅのそれぞれは、燃焼室４ｒに続いている。シリンダヘッド部４１は、吸気口４１ｂ及び排気口４１ｆを有している。吸気口４１ｂは、シングルセンタータンブルポート（ＳＣＴＰ）４１ａの燃焼室４ｒにおける開口部である。排気口４１ｆは、排気ポート４１ｅの燃焼室４ｒにおける開口部である。シングルセンタータンブルポート（ＳＣＴＰ）４１ａを通るガスは、吸気口４１ｂを通り燃焼室４ｒへ供給される。火花点火式エンジン１における吸気口４１ｂは、排気口４１ｆよりも大きい。吸気口４１ｂは、ピストン部の往復方向Ｚに見た時にシリンダボア４２ｂの中心（即ちピストン部５の中心線Ｌｃが通る点）が吸気口４１ｂ内に位置するように形成されている。

シングルセンタータンブルポート（ＳＣＴＰ）４１ａは、吸気口４１ｂを介して燃焼室４ｒに連通している。シングルセンタータンブルポート（ＳＣＴＰ）４１ａは、吸気口４１ｂから燃焼室４ｒへ吸気されたガスに、タンブル流を生成させる構造を有している。タンブル流は、燃焼室４ｒ内で、往復方向Ｚと交わる方向に延びた軸線周りの流れである。タンブル流を生成させる構造の詳細は後述する。

シングルセンタータンブルポート（ＳＣＴＰ）４１ａにおける吸気口４１ｂとは反対の端（上流端）は、シリンダヘッド部４１の外面に開口している。吸気口４１ｂの端（上流端）に、吸気通路１１５が接続されている。詳細には、吸気口４１ｂの上流端に、吸気通路１１５を構成する吸気管１１４が連結されている。

排気ポート４１ｅは、排気口４１ｆを介して燃焼室４ｒに連通している。排気ポート４１ｅは、燃焼室４ｒの排気口４１ｆから曲がりながらシリンダヘッド部４１内を下流へ向けて延びるように形成されている。排気ポート４１ｅにおける排気口４１ｆの反対の端（下流端）は、シリンダヘッド部４１の外面に開口している。排気口４１ｆの端（下流端）に、排気通路１１７（図１２参照）が連結される。

図１（Ａ）に示すように、シリンダ部４を往復方向Ｚに見たとき、吸気口４１ｂの幅を有し且つ吸気口４１ｂから吸気方向Ｙ１へ延びる領域として、延長領域Ａｅが定義される。シングルセンタータンブルポート（ＳＣＴＰ）４１ａ及び吸気口４１ｂは、延長領域Ａｅが排気口４１ｆと重なるように設けられている。本実施形態において吸気方向Ｙ１は、方向Ｙに含まれる。

図１（Ａ）に示すように、シリンダ部４を往復方向Ｚに見たとき、延長領域Ａｅに対し、吸気口４１ｂから吸気方向Ｙ１とは逆方向へ延びた領域として、吸気口近傍領域Ａｒが定義される。少なくとも燃焼室４ｒの天井部４１ｃのうちシリンダボディ部４２に続く周縁部は、吸気口近傍領域Ａｒに非スキッシュ領域ＮＳを有している。非スキッシュ領域ＮＳは、天井部４１ｃの周縁部のうち、燃焼室４ｒに向いた突状部が設けられていない領域である。つまり、非スキッシュ領域ＮＳは、スキッシュ効果の発生のための突状部が設けられていない領域である。
非スキッシュ領域ＮＳでは、ピストン部５の中心線Ｌｃ方向におけるシリンダヘッド部４１とピストン部５との離間距離が、燃焼室４ｒの径方向における中心に向かって連続的に大きくなるように構成されている。
本実施形態では、非スキッシュ領域ＮＳが、天井部４１ｃの周縁部の全体に設けられている。

燃料噴射部６は、シングルセンタータンブルポート（ＳＣＴＰ）４１ａを向け取付けられている。燃料噴射部６は、シングルセンタータンブルポート（ＳＣＴＰ）４１ａに燃料を噴射する。燃料噴射部６は、吸気口４１ｂよりも上流の位置で燃料を噴射する。燃料噴射部６は、シングルセンタータンブルポート（ＳＣＴＰ）４１ａ内に供給された空気に燃料を噴射することによって、混合ガス（以降、単にガスとも称する。）を作り出している。ガスは、空気と燃料とを含んでいる。ガスが、吸気口４１ｂを通って燃焼室４ｒに供給される。

オフセット点火プラグ７は、シリンダヘッド部４１に設けられている。オフセット点火プラグ７は、オフセット点火部７ａを有する。オフセット点火プラグ７は、シリンダ部４に形成されたプラグ穴４１ｄに差し込まれている。オフセット点火部７ａは、燃焼室４ｒに露出している。オフセット点火部７ａは、燃焼室４ｒのガスに火花点火する。
図１（Ａ）に示すように燃焼室４ｒは、往復方向Ｚに見たときに、２つの領域即ち第１の領域Ａ１と第２の領域Ａ２に区分される。第１の領域Ａ１及び第２の領域Ａ２は、排気口４１ｆの中心ｆ及び吸気口４１ｂの中心ｂを通る区分直線Ｓにより区分される。オフセット点火部７ａは、第１の領域Ａ１に、区分直線Ｓと重ならないように配置される。
吸気口４１ｂは、区分直線Ｓ上における吸気口４１ｂと排気口４１ｆとの間の間隔がオフセット点火部７ａの径よりも短くなるように形成されている。オフセット点火部７ａが、区分直線Ｓと重ならないよう配置され、吸気口４１ｂの径が大きく確保され得る。

吸気バルブ８１は、吸気口４１ｂを開放及び閉鎖する。排気バルブ８２は、排気口４１ｆを開放及び閉鎖する。
シリンダヘッド部４１には、カムシャフト４１ｓが回転自在に設けられている。カムシャフト４１ｓにはカム４１ｔ，４１ｕ，４１ｖが設けられている。カムシャフト４１ｓ及びカム４１ｔ，４１ｕ，４１ｖは一体で、クランクシャフト２の回転と連動して回転する。カム４１ｔの動作によって排気バルブ８２が直線往復動することにより、排気口４１ｆが開放及び閉鎖する。また、カム４１ｕ，４１ｖの動作によって吸気バルブ８１が直線往復動することにより、吸気口４１ｂが開放及び閉鎖する。

吸気バルブ８１は、ピストン部５が下死点（図１の破線で示す位置）に移動する時に吸気口４１ｂを開放することによって、シングルセンタータンブルポート（ＳＣＴＰ）４１ａを通して燃焼室４ｒに吸気されるガスにタンブル流を生成させる。

吸気バルブ８１は、吸気口４１ｂの閉鎖をピストン部５の下死点への到達より遅くすることによって、火花点火式エンジン１の圧縮比を膨張比よりも小さくする。火花点火式エンジン１は、可変バルブタイミング機構４３を備えている。可変バルブタイミング機構４３は、図示しない制御部の制御に応じて、吸気バルブ８１が閉鎖するタイミングを切換える。詳細には、可変バルブタイミング機構４３は、吸気バルブ８１を駆動するカムを、カム４１ｕと４１ｖとで切換えることによって、吸気バルブ８１が閉鎖するタイミングを切換える。

図１（Ｃ）のグラフは、吸気バルブ８１のバルブタイミングを示している。図１（Ｃ）のグラフにおける横軸はクランク角を示し、縦軸は吸気バルブ８１のバルブリフト量を示している。「吸気ＴＤＣ」は吸気上死点を示し、「吸気ＢＤＣ」は吸気下死点を示す。
可変バルブタイミング機構４３は、吸気バルブ８１が閉鎖するタイミングを図１（Ｃ）のグラフの破線で示すように吸気下死点のタイミングと、実線で示すように吸気下死点のタイミングより遅いタイミングとで切換える。
吸気バルブ８１は、図１（Ｃ）のグラフの実線で示すように吸気口４１ｂの閉鎖をピストン部５の下死点への到達（吸気ＢＤＣ）より遅くすることによって、火花点火式エンジン１の圧縮比を膨張比よりも小さくする。これによって火花点火式エンジン１のミラーサイクルが実現する。

シリンダ部４は、往復方向Ｚに見たときの燃焼室４ｒの径Ｂより長いストローク分ピストン部５が下死点へ向けて移動する時に、シングルセンタータンブルポート（ＳＣＴＰ）４１ａから吸気されたガスにタンブル流を生成させる。具体的には、シリンダ部４は、ピストン部５が収容された円筒状のシリンダボア４２ｂを有している。シリンダ部４及びピストン部５によって燃焼室４ｒが画定されている。シリンダ部４の中で、ピストン部５は、燃焼室４ｒの径Ｂより長いストロークＳｔだけ移動する。シングルセンタータンブルポート（ＳＣＴＰ）４１ａから吸気されたガスは、主に排気バルブ８２の方へ向かって流れ、次に筒状のシリンダボア４２ｂの壁面に案内される。これによって、タンブル流が生成される。 ピストン部５が上死点に向かって移動する時、ピストン部５は、上死点に向かってガスを押す。シリンダ部４は、ピストン部５が上死点に向かってピストン部５に押されたガスを吸気バルブ８１が配置された吸気口４１ｂに向かわせるように形成されている。ピストン部５に押されたガスは、筒状のシリンダボア４２ｂの壁面に案内され、吸気バルブ８１が配置された吸気口４１ｂに向かって上昇する。これによっても、タンブル流が生成される。タンブル流の詳細については後述する。

図４は、図１（Ａ）に示す火花点火式エンジン内部の拡大図である。
図４には、図１（Ａ）とは別の観点による燃焼室４ｒの区分が示されている。即ち、燃焼室４ｒは、図４に示すように、ピストン部５（図１参照）の往復方向Ｚに見て区分直線Ｓと直交し且つシリンダボア４２ｂの中心Ｌｃを通る直線Ｔによって、吸気口４１ｂを含む領域Ａｂと排気口４１ｆを含む領域Ａｆとに区分される。また、図４には、ピストン部５の往復方向Ｚに見た時に、区分直線Ｓと平行であり且つシリンダボアの中心Ｌｃを通る中心通過線が示されている。本実施形態における中心通過線は、区分直線Ｓと重なっているので、区分直線と同じ符号Ｓを付す。

本実施形態において、シングルセンタータンブルポート（ＳＣＴＰ）４１ａに備えられた吸気口４１ｂは、小径のシリンダボア４２ｂに対して広く確保されている。具体的には、吸気口４１ｂは、次のように形成されている。往復方向Ｚに見て、吸気口４１ｂを含む領域Ａｂ内の中心通過線Ｓ上において、中心通過線Ｓと吸気口４１ｂとが重なる部分が、中心通過線Ｓと吸気口４１ｂとが重ならない部分よりも長い。
このように、大きな吸気口４１ｂを有するシングルセンタータンブルポート（ＳＣＴＰ）４１ａからシリンダ部４へガスが供給されることにより、燃焼室４ｒで速いタンブル流を生じさせることができる。
例えば、図４に示す例において、中心通過線Ｓと吸気口４１ｂとが重ならない部分の長さは実質的に０である。即ち、往復方向Ｚに見て、吸気口４１ｂは、燃焼室４ｒに内接するように配置されている。また、往復方向Ｚに見て、シリンダボア４２ｂの中心Ｌｃは、吸気口４１ｂの範囲に含まれている。

また、本実施形態において、吸気バルブ８１は、次のように配置されている。吸気バルブ８１のバルブ面部８１ｃが吸気口４１ｂを閉鎖する時、バルブ面部８１ｃにおける排気口４１ｆに近い端点（図４ではＬｃと重なる点）が、往復方向Ｚに見て区分直線Ｓと平行な方向において、プラグ穴４１ｄにおける吸気口に近い端点ｄよりも、排気口４１ｆに近い。これによって、大きな吸気口４１ｂが形成されている。

例えば、燃焼室４ｒの直径は、４０ｍｍより大きく６０ｍｍより小さい。この場合、吸気口４１ｂを含む領域Ａｂ内の中心通過線Ｓの長さは２０ｍｍより大きく３０ｍｍより小さい。このうち、中心通過線Ｓと吸気口４１ｂとが重なる部分は、２０ｍｍより大きく３０ｍｍより小さい。図４に示す例では、吸気口４１ｂを含む領域Ａｂ内の中心通過線Ｓ上において、中心通過線Ｓと吸気口４１ｂとが重なる部分の長さは、２０ｍｍより大きく３０ｍｍより小さい。但し、燃焼室４ｒの直径、吸気口４１ｂを含む領域Ａｂ内の中心通過線Ｓの長さ、中心通過線Ｓと吸気口４１ｂとが重なる部分の長さ、及び重ならない部分の長さのそれぞれは、上述した範囲に限られない。

図５は、図１に示す火花点火式エンジンのシングルセンタータンブルポート（ＳＣＴＰ）及びその周辺部分を拡大して示す断面図である。

先に説明したように、火花点火式エンジン１には、ただ１つのシングルセンタータンブルポート（ＳＣＴＰ）４１ａが設けられている。シングルセンタータンブルポート（ＳＣＴＰ）４１ａは、筒状に延びる内壁を有する。
吸気バルブ８１は、傘部８１ａ及びステム部８１ｂを有している。傘部８１ａは円盤状である。ステム部８１ｂは柱状であり、傘部８１ａに続いている。吸気バルブ８１は、バルブ面部８１ｃを有している。バルブ面部８１ｃは、傘部８１ａのうち、燃焼室４ｒに向いた部分である。バルブ面部８１ｃは、円状である。吸気バルブ８１が吸気口４１ｂを閉鎖するとき、バルブ面部８１ｃが吸気口４１ｂを塞ぐ。吸気バルブ８１が吸気口４１ｂを閉鎖するとき、バルブ面部８１ｃと吸気口４１ｂの間の隙間がなくなり、バルブ面部８１ｃとシリンダ部４とピストン部５とによって燃焼室４ｒが完全に画定される。
シングルセンタータンブルポート（ＳＣＴＰ）４１ａは、吸気口４１ｂから燃焼室４ｒへ吸気されたガスに、タンブル流を生成させる構造を有している。詳細には、シングルセンタータンブルポート（ＳＣＴＰ）４１ａの内壁に、凸部４１ｐが設けられている。凸部４１ｐは、シングルセンタータンブルポート（ＳＣＴＰ）４１ａ内の空間に向かって突出している。凸部４１ｐは、吸気口４１ｂよりもガスの流れの上流の内壁の環状の周に沿って延びる突条である。但し、凸部４１ｐは内壁を一周していない。シングルセンタータンブルポート（ＳＣＴＰ）４１ａは、環状の周のうち、排気口４１ｆから最も遠い部分に凸部４１ｐを有している。凸部４１ｐはエッジを有している。従って図５に示すシングルセンタータンブルポート（ＳＣＴＰ）４１ａの内壁は、シングルセンタータンブルポート（ＳＣＴＰ）４１ａの延伸方向に沿って凸部４１ｐで不連続である。凸部４１ｐは図５に示す断面において鋭角を成している。
シングルセンタータンブルポート（ＳＣＴＰ）４１ａ内を壁面に接しながら吸気口４１ｂに向かって流れるガスは、凸部４１ｐで壁面から剥離する。このため、吸気口４１ｂと吸気バルブ８１と間の隙間を通って燃焼室４ｒに吸気されるガスの流れのうち、吸気口４１ｂから排気口４１ｆに向かう流れが、他の向きの流れよりも速い。吸気口４１ｂから排気口４１ｆに向かう流れにより、燃焼室４ｒの中でタンブル流が生成される。タンブル流の詳細については、後述する。

燃料噴射部６は、シングルセンタータンブルポート（ＳＣＴＰ）４１ａの吸気口４１ｂに向かって燃料を噴射するように配置されている。燃料噴射部６は、霧化した燃料を円錐状の範囲に噴射する。噴射される燃料の密度は、噴射範囲の中心６ｃに近づくほど大きい。噴射範囲の中心６ｃにおける燃料の密度は最大である。
燃料噴射部６は、燃料の噴射範囲の中心６ｃが、シングルセンタータンブルポート（ＳＣＴＰ）４１ａの凸部４１ｐと交わらないように配置されている。燃料噴射部６は、燃料の噴射範囲の中心６ｃが、吸気バルブ８１のステム部８１ｂと交わるように配置されている。最大の燃料の密度を有する噴射範囲の中心６ｃが凸部４１ｐと交わらない。このため、燃料が凸部４１ｐに付着して凸部４１ｐ付近に凝集する事態の発生が抑えられる。この結果、凝集した燃焼が大きな塊（液滴）となって間欠的に燃焼室４ｒに入るといった事態の発生が抑えられる。従って、シングルセンタータンブルポート（ＳＣＴＰ）４１ａからの意図しない間欠的な燃料供給の変動が抑えられる。従って、熱効率が向上する。

図６は、図１に示す火花点火式エンジンの燃焼室内の混合ガスの流れを模式的に説明する図である。（Ａ）は吸気行程の平面図を示し、（Ｂ）は吸気行程の斜視図を示す。（Ｃ）は圧縮行程の平面図を示し、（Ｄ）は圧縮行程の斜視図を示す。

図６（Ａ），（Ｂ）に示すように、吸気行程ではピストン部５が上死点から下死点へ向かって移動する。また、吸気行程では、吸気バルブ８１が吸気口４１ｂを開放する。この結果、ガスがシングルセンタータンブルポート（ＳＣＴＰ）４１ａ及び吸気口４１ｂを通って燃焼室４ｒに流入する。
図６（Ａ）に示すように、往復方向Ｚに見たときに吸気口４１ｂから吸気方向Ｙ１へ延びる延長領域Ａｅは、排気口４１ｆと重なる。従って図６（Ａ）に示すようにシングルセンタータンブルポート（ＳＣＴＰ）４１ａを吸気方向Ｙ１に流れ、吸気口４１ｂから燃焼室４ｒに入ったガスの多くは、シングルセンタータンブルポート（ＳＣＴＰ）４１ａの構造によって、特に排気口４１ｆが配置された方向、即ち吸気方向Ｙ１に流れる。より詳細には、シングルセンタータンブルポート（ＳＣＴＰ）４１ａ内を流れるガス流が、凸部４１ｐによって、ガス流がシングルセンタータンブルポート（ＳＣＴＰ）４１ａの壁面から剥離する。このため、図６（Ａ）に示すように、吸気口４１ｂと吸気バルブ８１と間の円環状の隙間を通って燃焼室４ｒに吸気されるガスの流れのうち、吸気口４１ｂから排気口４１ｆに向かう流れは、他の向きの流れよりも速く多い。図６（Ａ）〜（Ｄ）では速い流れが太い矢印線で示されている。吸気口４１ｂから燃焼室４ｒに入ったガスの多くは、排気バルブ８２のバルブ面部に沿って流れ、ピストン部５に引き込まれるようにピストン部５の下死点に向かって流れる。この結果、燃焼室４ｒ内でタンブル流が形成される。タンブル流は、往復方向Ｚと交わる方向に延びた軸線Ｘ１の周りの渦である。図６に示す本実施形態の例では、軸線Ｘ１は、クランクシャフト方向Ｘと実質的に平行である。但し、燃焼室４ｒ内の流れは、タンブル流に加え、中心線Ｌｃ周りの渦であるスワール流を含む場合もある。この場合、タンブル流の成分の軸線は、クランクシャフト方向Ｘと実質的に平行ではない。なお、バルブ面部は、燃焼室に臨む面状の部分である。

火花点火式エンジン１は、ただ１つのシングルセンタータンブルポート（ＳＣＴＰ）４１ａの吸気口４１ｂと、ただ１つの排気ポート４１ｅの排気口４１ｆを備えている。例えば３つ以上の吸気口及び排気口を有するエンジンとは異なり、１つの吸気口４１ｂと１つの排気口４１ｆは、往復方向Ｚに見たとき燃焼室４ｒの共通の直径と重なるように配置されている。即ち、１つの吸気口４１ｂと１つの排気口４１ｆは、往復方向Ｚに見たとき燃焼室４ｒの中心線Ｌｃを通り吸気方向Ｙ１と平行な直線上に配置されている。このため、吸気口４１ｂから燃焼室４ｒに入ったガスの流れのうち、中心線Ｌｃ付近を通るガスの流れが最も速い。
火花点火式エンジン１には、例えば複数の吸気口を備える場合と比べて大きな吸気口４１ｂが設けられている。このため、往復方向Ｚに見たとき吸気口４１ｂから排気口４１ｆの方へ幅の広いガスの流れが生じる。そして、ガスの流れのうち中心線Ｌｃ付近を通る中央部分の流れが最も速い。
火花点火式エンジン１のオフセット点火部７ａ（図１参照）は、燃焼室の第１の領域Ａ１に区分直線Ｓと重ならないように位置している。このため、例えば往復方向Ｚに見て点火部が燃焼室４ｒの中心に配置される場合と比べて大きな吸気口４１ｂが設けられている。このことによっても、吸気口４１ｂから排気口４１ｆの方へ幅の広いガスの流れが生じる。
このようにして、吸気口４１ｂから燃焼室４ｒに入ったガスによって、広い幅を有し幅方向（本実施形態では軸線Ｘ１方向）での中央部分の流れが速いタンブル流が形成される。

火花点火式エンジン１には、例えば複数の吸気口を備える構成における１つの吸気口と比べて、大きな吸気口４１ｂが確保されている。但し、吸気口４１ｂの面積は、例えば複数の吸気口が設けられる場合の吸気口の面積の総計と比べて小さい。開口が小さいほど速い流速でガスが通過するので、シングルセンタータンブルポート（ＳＣＴＰ）４１ａの吸気口４１ｂを通過するガスは、複数の吸気口を有する場合と比べて速いタンブル流を生じさせる。
このようにして、図６（Ｂ）に示すように、燃焼室４ｒ内では、幅が広く、しかも幅方向での中央部分で最も速い流れを有するタンブル流が形成される。中心部分が最も速い流れを有するタンブル流が、燃焼室４ｒの径Ｂよりも長いストロークＳｔ分移動するピストン部５の移動によって形成される。幅方向での中央部分で最も速い流れを有するタンブル流によって、流れの乱れが抑えられる。このようなタンブル流は、長い期間、速度が維持されやすい。

吸気行程に続く圧縮行程では、図６（Ｄ）に示すように、ピストン部５が上死点に向かって移動する。即ち、ピストン部５が下死点の位置から上昇する。吸気行程で図６（Ｂ）に示すように吸気口４１ｂから出て排気バルブ８２のバルブ面部に沿って流れ、そしてピストン部５に向かって流れたガスが、圧縮行程で図６（Ｄ）に示すようにピストン部５に押される。ピストン部５に押されたガスが吸気口４１ｂに向かって流れる。これによってタンブル流が維持される。ピストン部５が移動するストロークＳｔは、燃焼室４ｒの径Ｂより長い。従って、圧縮行程におけるピストン部５の移動速度も大きい。このため、ピストン部５に押されたガスによって速いタンブル流が維持されやすい。

燃焼室４ｒ内のタンブル流は渦である。図６（Ｂ），（Ｄ）では、燃焼室４ｒ内の渦のうち、速い部分が矢印で示されている。図６（Ｄ）には、燃焼室４ｒ内のタンブル流のうち、吸気口４１ｂに向かって、即ちピストン部５とは反対方向に向かって上昇する部分が矢印で示されている。吸気バルブ８１に向かって上昇する部分の中央部分は、ただ１つのシングルセンタータンブルポート（ＳＣＴＰ）に対応するただ１つの吸気バルブ８１が有するバルブ面部８１ｃに当たる。つまり、吸気バルブ８１のバルブ面部８１ｃは、タンブル流のうち吸気口４１ｂに向かって上昇する流れの中央部分を妨げるように配置されている。
また、吸気バルブ８１のバルブ面部８１ｃは、次のように配置されている。吸気バルブ８１のバルブ面部８１ｃが吸気口４１ｂを閉鎖する時、図４に示すように、バルブ面部８１ｃにおける排気口４１ｆに近い端点（図４ではＬｃと重なっている点）が、往復方向Ｚに見て区分直線Ｓと平行な方向において、プラグ穴４１ｄにおける吸気口に近い端点ｄよりも、排気口４１ｆに近い。これによって、大きなバルブ面部８１ｃが確保されている。
吸気口４１ｂに向かって上昇する流れの一部は、図６（Ｃ）に示すように吸気バルブ８１（バルブ面部８１ｃ）の周縁と吸気口４１ｂとの隙間全体を通って燃焼室４ｒから流出する。しかし、上昇する流れの中央部分は、大きなバルブ面部８１ｃに当たり、そしてバルブ面部８１ｃに沿って燃焼室内を流れ続ける。つまり、往復方向Ｚに見て燃焼室４ｒの中心Ｌｃ線付近を流れるガスの外への流出が抑えられる。このため、中心線Ｌｃ付近で速い流速が維持されやすい。

２バルブ構成における吸気口４１ｂは、例えば複数の吸気口を有する場合の１つ当たり吸気口と比べて大きい。例えば、吸気口４１ｂを閉鎖する吸気バルブ８１のバルブ面部８１ｃも大きい。このため、往復方向Ｚに見て、排気口４１ｆの中心ｆ（図４参照）と吸気口４１ｂの中心ｂ（図４参照）を通る区分直線Ｓの方向で、バルブ面部８１ｃの縁から燃焼室４ｒの壁面までの距離Ｇは、例えば複数の吸気口を有する場合の距離と比べて短い。
タンブル流が回る軸線Ｘ１の向きに見た場合、吸気口４１ｂに向かって上昇する流れは、燃焼室４ｒの筒状の壁面に沿って流れる。上述したように、バルブ面部８１ｃの縁から燃焼室４ｒの壁面までの距離Ｇが小さいため、吸気口４１ｂに向かって上昇する流れの中央部分は、燃焼室４ｒの天井に当たって向きを変えられる前に、バルブ面部８１ｃに直接当たる。この結果、流れの中央部分で、吸気口４１ｂから燃焼室４ｒの外へガスが流出することが妨げられる。つまり、中央部分で速い流れを形成するガスの外への流出が抑えられる。このため、吸気バルブ８１による吸気口４１ｂの閉鎖がピストン部５の下死点への到達（図１（Ｃ）における「吸気ＢＤＣ」）より遅くとも、速いタンブル流が維持されやすい。

また、図１（Ａ）に示すように、少なくとも燃焼室４ｒの天井部４１ｃの周縁部は、吸気口近傍領域Ａｒに非スキッシュ領域ＮＳを有している。このため、燃焼室４ｒにおけるタンブル流の乱れが抑えられる。

このようにして、ただ１つのシングルセンタータンブルポート（ＳＣＴＰ）４１ａ（図１参照）及びただ１つの吸気バルブ８１を有する火花点火式エンジン１では、吸気バルブが遅閉じする場合でも速いタンブル流が維持される。

火花点火の時点では、燃焼室４ｒ内の速いタンブル流が速い乱流に変化する。この結果、火炎が短い期間で伝播する。
また、燃焼室４ｒが、往復方向Ｚに見たときに、ピストン部５の往復動のストロークＳｔより短い径Ｂを有している。短い径Ｂによって、ピストン部５が上死点にある時にピストン部５によって画定される燃焼室４ｒの扁平度が低下する。従って、オフセット点火部７ａによる点火後、火炎が伝播する時に、火炎が伝播する最大距離が減少する。このことによっても、燃焼時間が減少する。

火花点火式エンジン１のオフセット点火部７ａは、往復方向Ｚに見て燃焼室４ｒの中心からオフセットした位置に配置されている。しかし、本実施形態の火花点火式エンジン１では、速いタンブル流と、火炎伝播の最大距離の減少とによって、オフセット点火部７ａのオフセットした配置位置に起因する燃焼時間への影響が抑えられる。
このように、燃焼室内で速いタンブル流が維持されるとともに、火炎が伝播する距離が減少するため、ガスの燃焼に要する時間が減少する。燃焼に要する時間が減少することによって、火花点火式エンジン１の熱効率が向上する。

図７は、比較例としての火花点火式４バルブエンジンでの圧縮行程におけるガスの流出の状況を説明する平面図である。

図７に示す比較例のエンジン９は、４つのバルブを備えている。エンジン９は、２つの吸気口９４１ｂを備えている。区分直線Ｓ９の方向で、バルブ面部９８１ｃの縁から燃焼室４ｒの壁面までの距離Ｇ９は、本実施形態における距離Ｇ（図６参照）よりも長い。
エンジン９では、本実施形態と同じく吸気バルブ９８１が遅閉じする。図７には、図６（Ｃ）に対応して、ピストン部が下死点への到達した後の圧縮行程で、吸気バルブ９８１が閉じるまでの状態が示されている。
図７に示す比較例のエンジン９では、ピストン部が下死点の位置から上昇するのに伴いタンブル流のうち、吸気口９４１ｂに向かって上昇する流れは、シリンダ部の筒状の壁面に沿って流れる。バルブ面部９８１ｃの縁から燃焼室４ｒの壁面までの距離Ｇ９が長いため、流れの中央部分は、バルブ面部９８１ｃに当たる前に燃焼室９４ｒの天井に当たり、流れの向きが変えられる。向きが変えられた中央部分の流れは、バルブ面部９８１ｃに沿う方向に流れる。中央部分の流れは、図６（Ｃ）に示す本実施形態の場合と比べ長い距離に亘って、吸気バルブ９８１と吸気口９４１ｂとの間の隙間に重なるように流れる。このため、中央部分の流れは、吸気バルブ９８１と吸気口９４１ｂとの間の隙間を通って燃焼室９４ｒの外に流出しやすい。従って、中央部分の流れは遅くなる。つまり、圧縮行程で、吸気バルブ９８１が開いていることによって、タンブル流が減衰しやすい。当該隙間は、バルブ面部９８１ｃの全周縁に沿う円環状を有する。２つの吸気バルブ９８１は、図７に示すように、吸気方向と直交する方向に並べて配置されている。そのため、当該隙間のうち、中心通過線Ｓ´に臨むように開いた部分（ピストン部の往復方向に見て中心通過線と交差するように法線が生じる部分）が大きくなる。中央部分の流れが流出し易いため、タンブル流の減衰が顕著に生じている。３つ以上の吸気バルブが吸気方向と直交する方向に並べて配置される場合においても、当該隙間のうち、中心通過線に臨むように開いた部分が大きくなるため、タンブル流の減衰が顕著に生じることになる。

これに対し、本実施形態の火花点火式エンジン１では、図６に示すように、距離Ｇが短い。さらに、吸気バルブ８１と吸気口４１ｂとの隙間では、中心通過線Ｓに臨むように開いた部分は小さい。具体的には、本実施形態において、当該隙間は、中心通過線Ｓに臨むように開いた部分を実質的に有していない。そのため、流れの中央部分で、吸気口４１ｂから燃焼室４ｒの外へガスが流出することが抑えられる。これによって、より速いタンブル流が形成される。このように、シングルセンタータンブルポートが設けられる場合と、複数の吸気ポートが設けられる場合とでは、燃焼室内のタンブル流の流れが全く異なっている。

本実施形態の火花点火式エンジン１によれば、吸気口４１ｂの閉鎖をピストン部５の下死点への到達より遅くすることによって圧縮比が膨張比よりも小さいミラーサイクルが実現する。ミラーサイクルによって熱効率が向上し、しかも速いタンブル流が維持されることによって熱効率が増大する。

図８は、火花点火式エンジンの燃焼室の径と熱効率の関係を示すグラフである。

図８には、例として、排気量（ストローク容積）を１５０ｃｃに固定した火花点火式エンジンにおいて、燃焼室の径とピストン部のストロークを変えた場合における熱効率（図示熱効率）の計算結果が示されている。シミュレーションの対象の火花点火式エンジンは、燃焼室の径とピストン部のストローク以外は、図１及び図２に示す構成と同じ構成を有している。つまり、計算対象の火花点火式エンジンは、シングルセンタータンブルポート（ＳＣＴＰ）４１ａを備えている。
図８のグラフにおいて、燃焼室の径がＲ１より小さい領域、即ち図中でＲ１より左の領域は、燃焼室の径がピストン部のストロークよりも短い。

シングルセンタータンブルポート（ＳＣＴＰ）４１ａ及びオフセット点火部７ａを備える火花点火式エンジン１では、図８に示すように、燃焼室の径Ｂがピストン部のストロークＳｔよりも短いことによって、高い熱効率が得られる。

図９は、エンジンの排気量と熱効率の関係を示すグラフである。

図９のグラフは、圧縮比が一定の条件におけるエンジンの排気量と熱効率の関係を示している。図９のグラフの横軸はエンジンの排気量である。排気量は、１気筒当たりの排気量（ストローク容積）である。縦軸は、熱効率（図示熱効率）を示している。グラフの実線η１は、本実施形態のシングルセンタータンブルポート（ＳＣＴＰ）を備えたエンジンのモデルによる熱効率の試算結果を示す。グラフの破線η２は、シングルセンタータンブルポート（ＳＣＴＰ）を備えないエンジンのモデルによる熱効率の試算結果を示す。
本実施形態によれば、熱効率が低下しやすい０．２Ｌ未満のストローク容積を有する火花点火式２バルブエンジン１において、タンブル流を維持しやすくすることにより熱効率の低下が抑えられる。即ち、本実施形態によれば、０．２Ｌ未満のストローク容積において、シングルセンタータンブルポート（ＳＣＴＰ）４１ａ及びミラーサイクルを有さない構成の熱効率（η２）と比べ、高い熱効率（η１）が得られる。

図１０（Ａ）は、火花点火式エンジンにおけるポートの変形例を示す図である。（Ｂ）は、火花点火式エンジンにおけるポートの別の変形例を示す図である。

図１０（Ａ）に示すシングルセンタータンブルポート（ＳＣＴＰ）２４１ａは、凸部２４１ｐを有している。凸部２４１ｐは、シングルセンタータンブルポート（ＳＣＴＰ）２４１ａ内部に突出している。図１０（Ａ）に示すシングルセンタータンブルポート（ＳＣＴＰ）２４１ａは、ガスの流れにおける凸部２４１ｐよりも上流に、凹部２４１ｖを有している。凹部２４１ｖは、凸部２４１ｐに隣接しており、シングルセンタータンブルポート（ＳＣＴＰ）２４１ａの延伸方向に沿った断面において曲面を成している。凸部２４１ｐはエッジを有している。従って、シングルセンタータンブルポート（ＳＣＴＰ）２４１ａの内壁は、シングルセンタータンブルポート（ＳＣＴＰ）２４１ａの延伸方向に沿って凸部２４１ｐで不連続である。凹部２４１ｖ及び凸部２４１ｐにより、ガスは壁面から剥離する。

図１０（Ｂ）に示すシングルセンタータンブルポート（ＳＣＴＰ）３４１ａは、凸部３４１ｐを有している。凸部３４１ｐは、シングルセンタータンブルポート（ＳＣＴＰ）３４１ａ内部に突出している。凸部３４１ｐはエッジを有している。シングルセンタータンブルポート（ＳＣＴＰ）３４１ａの内壁は、シングルセンタータンブルポート（ＳＣＴＰ）３４１ａの延伸方向に沿って凸部３４１ｐで不連続である。凸部３４１ｐは、図１０（Ｂ）に示す断面で鈍角を成している。凸部３４１ｐが角を成すことにより、ガスは壁面から剥離する。

続いて、第一実施形態の変形例に係る火花点火式エンジンについて説明する。

変形例の火花点火式エンジン１では、吸気バルブ８１を駆動するカム４１ｕのプロフィールが上述した第一実施形態と異なる。変形例の残りの構成は、第一実施形態と同じである。従って、変形例の説明では、第一実施形態の図を流用し、第一実施形態と共通の符号を用いる。
変形例の火花点火式エンジン１が備える吸気バルブ８１は、吸気口４１ｂの閉鎖をピストン部５の下死点への到達より早くすることによって、火花点火式エンジン１の圧縮比を膨張比よりも小さくする。これによってミラーサイクルが実現する。

図１１は、第一実施形態の変形例に係る火花点火式エンジンの動作を説明するグラフである。
グラフにおける横軸はクランク角を示し、縦軸は吸気バルブ８１のバルブリフト量を示している。「吸気ＴＤＣ」は吸気上死点を示し、「吸気ＢＤＣ」は吸気下死点を示す。 変形例における可変バルブタイミング機構４３（図１（Ｂ）参照）は、吸気バルブ８１が閉鎖するタイミングを、図１１のグラフの破線で示すような吸気下死点のタイミングと、実線で示すような吸気下死点のタイミングより速いタイミングとで切換える。

変形例に係る火花点火式エンジン１では、吸気口４１ｂの閉鎖が、ピストン部５の下死点への到達より早い早閉じが実施される。これによって、ミラーサイクルが実現する。
この場合、第一実施形態で説明したような、圧縮行程でも吸気口が開くことに起因するタンブル流の減衰は生じない。しかし、早閉じの場合、吸気行程で燃焼室４ｒに吸気されるガスの量が減少するため、燃焼室４ｒ内で形成されるタンブル流の速度が遅くなりやすい。
しかし、変形例における火花点火式エンジン１は、２バルブ構成であり、ただ１つのシングルセンタータンブルポート（ＳＣＴＰ）４１ａを備える。このため、第一実施形態と同様に、吸気口４１ｂの面積は、例えば複数の吸気口を有するエンジンにおける吸気口のトータルの面積と比べて小さい。従って、シングルセンタータンブルポート（ＳＣＴＰ）４１ａの吸気口４１ｂを速い流速で通過するガスによって、燃焼室４ｒで速いタンブル流が生じる。
この結果、吸気バルブ８１による閉鎖がピストン部５の下死点への到達より早い場合でも燃焼室４ｒ内で速いタンブル流が維持される。

本実施形態の火花点火式エンジン１によれば、吸気口４１ｂの閉鎖をピストン部５の下死点への到達より早くすることによって圧縮比が膨張比よりも小さいミラーサイクルが実現する。ミラーサイクルによって熱効率が向上し、しかも速いタンブル流が維持されることによって熱効率が増大する。

図１２は、図１に示す火花点火式エンジンが搭載された鞍乗型車両を示す側面図である。
図１２に示す鞍乗型車両１００は、車体１０２及び車輪１０３ａ，１０３ｂを備えている。詳細には、鞍乗型車両１００は、自動二輪車である。鞍乗型車両１００は、スクータタイプの車両である。後ろの車輪１０３ｂは駆動輪である。車体１０２には、フレーム１０４が設けられている。フレーム１０４は、ダウンフレーム１０４ａを含んでいる。
また、鞍乗型車両１００は、加速指示部１０８を備えている。加速指示部１０８は、操作に応じて鞍乗型車両１００の加速を指示するための操作子である。加速指示部１０８は、操作に応じて変位する。加速指示部１０８は、アクセルグリップである。
鞍乗型車両１００は、エンジンユニットＥＵ１を備えている。エンジンユニットＥＵ１は、火花点火式エンジン１、吸気通路１１５、及びスロットルボディ１１６を含んでいる。

図１３は、図１１に示す車両のエンジンユニットの配置を概略的に示す図である。
エンジンユニットＥＵ１が搭載される鞍乗型車両１００の走行方向を前方Ｆｒとし、前方Ｆｒの逆を後方Ｂｋとする。また、前方Ｆｒ及び後方Ｂｋを含む方向を前後方向ＦＢとも称する。
エンジンユニットＥＵ１は、火花点火式エンジン１、吸気通路１１５、スロットルボディ１１６、排気通路１１７、及び触媒ユニット１１９を備えている。
吸気通路１１５は、火花点火式エンジン１と接続されている。
スロットルボディ１１６は、吸気通路１１５の途中に設けられている。明細書では、吸気通路１１５は、スロットルボディ１１６内のガスの通路を含んでいる。スロットルボディ１１６は、火花点火式エンジン１に供給される空気の流量を制御する。スロットルボディ１１６は、加速指示部１０８の操作量に基づいて火花点火式エンジン１に供給される空気の量を制御する。
排気通路１１７は、火花点火式エンジン１から排出されるガスを通す。触媒ユニット１１９は、排気通路１１７に設けられている。触媒ユニット１１９は、排気通路１１７を通るガスを浄化する。

火花点火式エンジン１は、鞍乗型車両１００に横向きで配置されている。即ち、火花点火式エンジン１は、前後方向ＦＢと垂直な鉛直面とピストン部５の往復方向Ｚとで成す角よりも、水平面と往復方向Ｚとで成す角が小さくなるように配置されている。
吸気通路１１５は、図示しないエアフィルタと、火花点火式エンジン１とを接続する。吸気通路１１５は、火花点火式エンジン１のシングルセンタータンブルポート（ＳＣＴＰ）４１ａに連通している。より詳細には、吸気通路１１５に含まれる吸気管１１４が、シングルセンタータンブルポート（ＳＣＴＰ）４１ａとスロットルボディ１１６とを接続している。吸気通路１１５は、シングルセンタータンブルポート（ＳＣＴＰ）４１ａにガスを供給する。より詳細には、吸気通路１１５は、図示しないエアフィルタから取り込んだ空気をシングルセンタータンブルポート（ＳＣＴＰ）４１ａに供給する。
スロットルボディ１１６は、スロットル弁１１６ａを備えている。スロットル弁１１６ａは、吸気通路１１５を流れるガスの流量を調節する。より詳細には、スロットル弁１１６ａは、加速指示部１０８の操作量に基づいて吸気通路１１５を流れる空気の量を制御する。

図１３に示すエンジンユニットＥＵ１のスロットルボディ１１６は、ピストン部５の往復方向Ｚとスロットルボディ１１６における吸気通路１１５の中心線１１５ａとで成す角θ１が、往復方向Ｚに垂直な面Ｖと中心線１１５ａとで成す角θ２よりも小さくなるように配置されている。また、スロットルボディ１１６は、往復方向Ｚと垂直な方向Ｙでシリンダ部４と重なる位置に配置されている。

また、触媒ユニット１１９は、往復方向Ｚと垂直な方向Ｙでシリンダ部４と重なる位置に配置されている。つまり、触媒ユニット１１９は、シリンダ部４に沿うように配置されている。触媒ユニット１１９は、直立状態における鞍乗型車両１００の鉛直方向でシリンダ部４よりも下に配置されている。

エンジンユニットＥＵ１は、鞍乗型車両１００へ搭載されるため、小型であることが求められる。例えば、エンジンユニットＥＵ１に備えられる火花点火式エンジン１のシリンダ部４は、鉛直方向で、ダウンフレーム１０４ａより上に配置される。また、エンジンユニットＥＵ１に備えられる吸気通路１１５及びスロットルボディ１１６もダウンフレーム１０４ａより上に配置される。
エンジンユニットＥＵ１より上には、例えば図示しないバッテリ又は収納部が配置される。エンジンユニットＥＵ１は、ダウンフレーム１０４ａと、バッテリ又は収納部との間の限られた空間に配置される。
図１３に示すエンジンユニットＥＵ１が備える火花点火式エンジンの燃焼室４ｒは、往復方向Ｚに見たときにピストン部５の往復動のストロークＳｔ（図１参照）より短い径Ｂを有している。このため、燃焼室４ｒを画定するシリンダ部４の径方向へのサイズは、例えばストロークより長い径を有している場合の構成と比べて小さい。このため、シリンダ部４と重なる位置に配置されているスロットルボディ１１６の配置の自由度が高い。
従って、図１３に示されているように、往復方向Ｚと吸気通路の中心線１１５ａとで成す角θ１が、ピストン部５の往復方向Ｚに垂直な面Ｖと中心線１１５ａとで成す角θ２よりも小さくなるようにスロットルボディ１１６が配置されている場合に、吸気通路１１５及びシングルセンタータンブルポート（ＳＣＴＰ）４１ａを曲率の低い曲線に沿って配置することができる。従って、燃焼室４ｒ内における速いタンブル流の生成が妨げられにくい。速いタンブル流によって熱効率がより増大する。

また、触媒ユニット１１９は、往復方向Ｚと垂直な方向Ｙでシリンダ部４と重なる位置に配置されている。これによって、触媒ユニット１１９を火花点火式エンジン１の近くに配置することができる。触媒ユニット１１９が火花点火式エンジン１の近くに配置される場合、より高温の排ガスが触媒ユニット１１９の触媒に供給されるので、例えばエンジン始動後に触媒の浄化性能をより効果的に発揮することができる。ただし、触媒ユニット１１９が火花点火式エンジン１の近くに配置されると、火花点火式エンジン１から排気される排ガスの流れに対する触媒ユニット１１９抵抗の影響が大きい。

図１１及び図１３に示す触媒ユニット１１９は、鞍乗型車両１００におけるエンジンユニットＥＵ１の最低地上高を維持するような位置に配置されている。従って、触媒ユニット１１９が配置される低さには制限がある。しかし、シリンダ部４の径方向でのサイズは、例えばストロークより長い径を有している場合と比べて小さい。このため、触媒ユニット１１９の形状設計の自由度が高い。このため、例えば、触媒ユニット１１９を太径とすることによって、排ガスの流れに対する触媒ユニット１１９の抵抗を抑えることができる。この場合、排ガスの流れに対する抵抗が抑えられることによって、火花点火式エンジン１の熱効率が向上する。

また、シリンダ部４の径方向でのサイズが小さいことによって、火花点火式エンジン１自体の配置の自由度も高められる。例えば、触媒ユニット１１９の位置と形状を維持したまま、火花点火式エンジン１を鉛直方向でより下方に配置することができる。この結果、吸気通路１１５及びシングルセンタータンブルポート（ＳＣＴＰ）４１ａを曲率の低い曲線に沿って配置することができる。従って、燃焼室４ｒ内における速いタンブル流の生成が妨げられにくい。速いタンブル流によって熱効率がより増大する。

このように、図１３に示すエンジンユニットＥＵ１によれば、車両への搭載性を有しつつ、熱効率を向上することができる。

図１４は、図１２とは別の種類の鞍乗型車両を示す側面図である。

図１４に示す鞍乗型車両２００は、いわゆるストリートタイプの自動二輪車である。鞍乗型車両２００は、車体２０２、車輪２０３ａ，２０３ｂを備えている。車体２０２には、フレーム２０４が設けられている。フレーム２０４は、フロントフレーム２０４ｆを有する。
鞍乗型車両２００は、エンジンユニットＥＵ２を備えている。エンジンユニットＥＵ２は、火花点火式エンジン１、吸気通路２１５、スロットルボディ２１６、排気通路２１７、及び触媒ユニット２１９を備えている。車輪２０３ｂは、火花点火式エンジン１から出力される回転力を受け鞍乗型車両２００を駆動する。
スロットルボディ２１６は、火花点火式エンジン１に供給される空気の流量を制御する。
排気通路２１７は、火花点火式エンジン１から排出されるガスを通す。触媒ユニット２１９は、排気通路２１７に設けられている。

図１５は、図１４に示す車両のエンジンユニットの配置を概略的に示す図である。

火花点火式エンジン１は、鞍乗型車両に縦向きで配置されている。即ち、火花点火式エンジン１は、鞍乗型車両２００における鉛直面とピストン部５の往復方向Ｚとで成す角よりも、水平面と往復方向Ｚとで成す角の方を大きくするように配置されている。
鞍乗型車両２００における前後方向ＦＢで火花点火式エンジン１よりも前Ｆｒに、フロントフレーム２０４ｆが配置されている。

図１５に示すエンジンユニットＥＵ２のスロットルボディ２１６は、ピストン部５の往復方向Ｚに延びるピストン部の中心線Ｌｃとスロットルボディ２１６における吸気通路２１５の中心線２１５ａとが交わるように配置されている。

図１５に示すエンジンユニットＥＵ２は、前後方向ＦＢでフロントフレーム２０４ｆよりも後ろＢｋに配置されている。火花点火式エンジンの燃焼室４ｒは、往復方向Ｚに見たときにピストン部５の往復動のストロークＳｔ（図１参照）より短い径Ｂを有している。従って、燃焼室４ｒを画定するシリンダ部４の径方向へのサイズは、例えばストロークより長い径を有している場合の構成と比べて小さい。このため、ピストン部５の中心線と吸気通路２１５の中心線２１５ａとが交わるよう配置されるスロットルボディ２１６の配置の自由度が高い。燃焼室４ｒ内における速いタンブル流の生成が妨げられ難いようにスロットルボディ２１６を配置することができるので、速いタンブル流によって熱効率をより増大することができる。

図１６は、図１５とは更に別のエンジンユニットの配置を概略的に示す図である。
図１６に示すエンジンユニットＥＵ３の触媒ユニット３１９は、図１４に示す触媒ユニット２１９とは異なる位置に配置されている。触媒ユニット３１９の位置を分かりやすく示すため、フロントフレーム２０４ｆの図示は省略されている。その他の点は、図１５と同じである。

図１６に示す触媒ユニット３１９は、往復方向Ｚと垂直な方向Ｙでシリンダ部４と重なる位置に配置されている。つまり、触媒ユニット３１９は、シリンダ部４に沿うように配置されている。触媒ユニット３１９は、エンジンユニットＥＵ３が搭載される鞍乗型車両の前後方向ＦＢでシリンダ部４よりも前Ｆｒに配置されている。

図１６に示すエンジンユニットＥＵ３も、図１５に示すエンジンユニットＥＵ２と同様に、鞍乗型車両２００（図１４参照）へ搭載されるため小型であることが求められる。例えば、エンジンユニットＥＵ３は、前の車輪２０３ａ（図１４参照）と間隔をあけて配置される。

エンジンユニットＥＵ３が備える火花点火式エンジン１の燃焼室４ｒは、往復方向Ｚに見たときにピストン部５の往復動のストロークＳｔ（図１参照）より短い径Ｂを有している。このため、燃焼室４ｒを画定するシリンダ部４の径方向へのサイズは、例えばストロークより長い径を有している場合の構成と比べて小さい。このため、シリンダ部４と重なる位置に配置されている触媒ユニット３１９の配置の自由度が高い。
図１６に示すエンジンユニットＥＵ３において、触媒ユニット３１９が火花点火式エンジン１の近くに配置されることによって、例えばエンジン始動後に触媒の浄化性能をより効果的に発揮することができる。また、ピストン部５の往復動のストロークＳｔ（図１参照）より短い径Ｂを有する燃焼室４ｒを備えた火花点火式エンジン１のシリンダ部４に沿うように触媒ユニット３１９が配置されているので、触媒ユニット３１９に太い径を採用することができるため、火花点火式エンジン１から排出された排ガスが触媒ユニット３１９を通過するときの抵抗を減少することができる。従って、排気行程における排ガス流の抵抗が減少するので熱効率を向上することができる。

本発明は、上述した例に限定されず、例えば、下記（９）〜（１１）の構成を採用し得る。下記（９）〜（１１）の実施形態としては、上述した実施形態が挙げられる。

（９） エンジンユニットであって
前記エンジンユニットは、
（６）または（７）の火花点火式エンジンと、
前記シングルセンタータンブルポートに連通し前記シングルセンタータンブルポートにガスを供給する吸気通路と、
前記吸気通路を流れるガスの流量を調節するスロットル弁を有するスロットルボディとを備え、
前記スロットルボディは、前記ピストン部の往復方向と前記スロットルボディにおける前記吸気通路の中心線とで成す角が、前記ピストン部の往復方向に垂直な面と前記中心線とで成す角よりも小さくなるように、前記ピストン部の往復方向と垂直な方向で前記シリンダ部と重なる位置に配置されている。

（９）のエンジンユニットが備える火花点火式エンジンの燃焼室は、往復方向に見たときにピストン部の往復動のストロークより短い径を有している。このため、燃焼室を画定するシリンダ部の径方向へのサイズの増大が抑えられる。このため、シリンダ部と重なる位置に配置されているスロットルボディの配置の自由度が高い。従って、ピストン部の往復方向と吸気通路の中心線とで成す角が、ピストン部の往復方向に垂直な面と中心線とで成す角よりも小さくなるようにスロットルボディが配置される場合に、速いタンブル流の生成を妨げるような吸気通路の配置を避けることができる。この結果、ミラーサイクルによって動作の熱効率が高く、燃焼室内で速いタンブル流が維持されることによって熱効率をより向上することができる。

（１０） エンジンユニットであって
前記エンジンユニットは、
（６）または（７）の火花点火式エンジンと、
前記シングルセンタータンブルポートに連通し前記シングルセンタータンブルポートにガスを供給する吸気通路と、
前記吸気通路を流れるガスの流量を調節するスロットル弁を有するスロットルボディと
を備え、
前記スロットルボディは、前記ピストン部の往復方向に延びる前記ピストン部の中心線と前記スロットルボディにおける前記吸気通路の中心線とが交わるように配置されている。

（１０）のエンジンユニットが備える火花点火式エンジンの燃焼室は、往復方向に見たときにピストン部の往復動のストロークより短い径を有している。このため、燃焼室を画定するシリンダ部の径方向へのサイズの増大が抑えられる。このため、スロットルボディの配置の自由度が高い。従って、ピストン部の中心線と吸気通路の中心線とが交わるようスロットルボディが配置される場合に、速いタンブル流の生成を妨げるような吸気通路の配置を避けることができる。この結果、ミラーサイクルによって動作の熱効率が高く、燃焼室内で速いタンブル流が維持されることによって熱効率をより向上することができる。

（１１） エンジンユニットであって
前記エンジンユニットは、
（６）または（７）の火花点火式エンジンと、
前記シリンダ部の径方向に見たときに前記シリンダ部と少なくとも部分的に重なり合うように配置され、前記火花点火式エンジンの前記燃焼室から排出された排ガスを浄化する触媒を収容する触媒ユニットと
を備える。

（１１）のエンジンユニットが備える火花点火式エンジンの燃焼室は、往復方向に見たときにピストン部の往復動のストロークより短い径を有している。そのため、燃焼室を画定するシリンダ部の径方向へのサイズの増大を抑制しつつ、触媒ユニットがシリンダ部の径方向においてシリンダ部と重なり合うように配置できる。このような配置により、触媒の浄化性能をより効果的に発揮するために、より高温の排ガスが触媒に供給されるように、燃焼室と触媒との距離を短くすることが可能となる。上記（１１）のエンジンユニットは、車両、特に鞍乗型車両に好適に搭載される。

例えば、鞍乗型車両は、走行時にライダーの体重移動による姿勢制御が行われ、カーブ中心に向かってリーンして旋回する性質を有している。鞍乗型車両は、一般的に、シート高及び最低地上高に関して、上記の性質による制約を受けるため、シート高及び最低地上高の変更は容易ではない。上記（１１）のエンジンユニットは、このような鞍乗型車両に特に好適に適用される。上記（１１）のエンジンユニットによれば、シリンダ部の径方向へのサイズの増大を抑制しつつ、触媒ユニットがシリンダ部の径方向においてシリンダ部と重なり合うように触媒ユニットを配置することができる。これにより、シート高及び／又は最低地上高の変更を抑制しつつ又は行わずに、触媒の浄化性能をより効果的に発揮できるように触媒ユニットを配置できる。触媒の浄化性能の向上によって、熱効率に適した運転が行い易くなる。従って、熱効率をより向上させることが可能になる。

１ 火花点火式エンジン
２ クランクシャフト
４ シリンダ部
４ｒ 燃焼室
５ ピストン部
７ オフセット点火プラグ
７ａ オフセット点火部
４１ シリンダヘッド部
４２ シリンダボディ部
４１ａ，２４１ａ，３４１ａ シングルセンタータンブルポート（ＳＣＴＰ）
４１ｂ 吸気口
４１ｅ 排気ポート
４１ｆ 排気口
８１ 吸気バルブ
８２ 排気バルブ
８１ｃ バルブ面部
１００，２００ 鞍乗型車両
１１５，２１５ 吸気通路
１１６，２１６ スロットルボディ
１１６ａ スロットル弁
１１７ 排気通路
１１９，２１９，３１９ 触媒ユニット
ＥＵ１，ＥＵ２，ＥＵ３ エンジンユニット
ＮＳ 非スキッシュ領域

Claims (8)

1. 火花点火式エンジンであって、
   前記火花点火式エンジンは、
   燃焼室が形成されたシリンダ部と、
   前記シリンダ部内に往復動するよう配置され、前記シリンダ部とともに前記燃焼室を画定するピストン部と、
   前記ピストン部の往復動に応じて回転するよう前記ピストン部と連結されたクランクシャフトと、
   前記シリンダ部に設けられ前記燃焼室に排気口を介して連通するただ１つの排気ポートと、
   前記シリンダ部に設けられ前記燃焼室に吸気口を介して連通し、前記吸気口から前記燃焼室へ吸気されたガスに前記往復方向と交わる方向に延びた軸線周りのタンブル流を生成させる構造を有し、前記吸気口は、前記ピストン部の往復方向に見たときに前記吸気口の幅を有し且つ前記吸気口から吸気方向へ延びる領域として定義される延長領域が前記排気口と重なるように設けられた、ただ１つのシングルセンタータンブルポートと、
   前記往復方向に見たときに前記排気口の中心及び前記吸気口の中心を通る区分直線により前記燃焼室が区分されることにより定義される２つの領域のうち第１の領域に、前記区分直線と重ならないように配置されるオフセット点火部により、前記燃焼室のガスに火花点火するように構成されたオフセット点火プラグと、
   前記排気口を開放及び閉鎖するただ１つの排気バルブと、
   前記吸気口を開放及び閉鎖するただ１つの吸気バルブであって、前記延長領域が前記排気口と重なるように設けられた前記吸気口を閉鎖することで前記ピストン部及び前記シリンダ部とともに前記燃焼室を画定するバルブ面部を有し、前記ピストン部が下死点に移動する時に前記吸気口を開放することによって前記シングルセンタータンブルポートを通して燃焼室に吸気されるガスに前記タンブル流を生成させるとともに、前記吸気口の閉鎖を前記ピストン部の前記下死点への到達より早く若しくは遅くすることによって、前記火花点火式エンジンの圧縮比を膨張比よりも小さくする吸気バルブと、
   を備える。
2. 請求項１に記載の火花点火式エンジンであって、
   前記シリンダ部は、前記排気ポート及び前記シングルセンタータンブルポートが設けられ、前記燃焼室の天井部を構成するシリンダヘッド部と、前記ピストン部を収容するシリンダボディ部と、を備え、
   前記天井部のうち前記シリンダヘッド部に続く周縁部は、少なくとも、前記ピストン部の往復方向に見たときに前記延長領域が前記吸気口から前記吸気方向とは逆方向へ延びる領域に非スキッシュ領域を有しており、前記非スキッシュ領域は前記燃焼室に向いた突状部が設けられていない領域である。
3. 請求項１に記載の火花点火式エンジンであって、
   前記吸気バルブは、前記吸気口の閉鎖を前記ピストン部の前記下死点への到達より遅くするように構成されている。
4. 請求項３に記載の火花点火式エンジンであって、
   前記吸気バルブの前記バルブ面部は、前記吸気口の閉鎖時、前記往復方向に見て、前記区分直線と平行な方向において、前記バルブ面部における排気口に近い端点が、前記オフセット点火部を前記燃焼室内に露出させるように前記シリンダ部に形成されたプラグ穴における吸気口に近い端点よりも、前記排気口に近いように構成されている。
5. 請求項１に記載の火花点火式エンジンであって、
   前記吸気バルブは、前記吸気口の閉鎖を前記ピストン部の前記下死点への到達より早くするように構成されている。
6. 請求項１に記載の火花点火式エンジンであって、
   前記燃焼室は、前記往復方向に見たときに、前記ピストン部の往復動のストロークより短い径を有する。
7. 請求項６に記載の火花点火式エンジンであって、
   前記シリンダ部のストローク容積は、０．２Ｌ未満である。
8. 請求項１に記載の火花点火式エンジンと、
   前記火花点火式エンジンに駆動される車輪と、
   を備える車両。

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