JP3329405B2 - ２バルブエンジンの吸気制御構造 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、気筒毎にそれぞれ１個
の吸気バルブと排気バルブを備えた２バルブエンジンに
関し、特に、吸気通路の燃焼室開口部近傍の底壁に吸気
制御弁を設けた２バルブエンジンの吸気制御構造に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】４バルブエンジンや５バルブエンジンの
ような高出力化を目的として気筒毎に複数の吸気バルブ
を設け１気筒当たりの充填効率を向上させた多バルブエ
ンジンにおいては、エンジンの燃費率を向上させるため
に空燃比を高く設定して希薄燃焼させる場合に、燃焼室
への吸気開口面積が大きいため、低中速・低負荷運転域
のように吸気量の少ない運転領域では、燃焼室への吸気
の流速が低くなって燃焼が不安定になることがある。

【０００３】これに対応するために、エンジンの吸気通
路の燃焼室開口部近傍の底壁に吸気制御弁を設けて、吸
気量の少ない場合には、吸気制御弁により吸気通路を底
壁側から絞り込むことにより、燃焼室に送り込む吸気流
の流速を高めると共にその流れを天壁側に偏らせて、吸
気通路の開口部から流入する吸気流により燃焼室内にタ
ンブル（縦渦）を起こし、それによって希薄燃焼を安定
させるという技術が既に公知となっている。（特開平５
−１７９９６５号公報参照）

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、気筒毎に吸
気バルブにより開閉される吸気通路と排気バルブにより
開閉される排気通路とがそれぞれ１本づつ開口されてい
る２バルブエンジンにおいては、燃焼室への吸気開口面
積が大きくならず、吸気量の少ない運転領域でも燃焼室
への吸気流速の低下がそれ程問題とならなかったため、
従来、吸気制御弁により燃焼室内にタンブルを起こして
希薄燃焼の安定を図るということまでは考慮されていな
かった。

【０００５】しかしながら、２バルブエンジンにおいて
も、空燃比をより高く設定することによりエンジンの燃
費率を更に向上させようとする場合、それにより生じる
燃焼の不安定化を避けるため、多バルブエンジンの場合
と同様に吸気制御弁を設けて燃焼の安定化を図ろうとす
ることは当然考えられるところであり、上記の引用文献
（特開平５−１７９９６５号公報）中にも、多バルブエ
ンジン（４バルブエンジン）についての実施例が具体的
に開示されていると共に、これを２バルブエンジンに適
用できる旨の記載がなされている。

【０００６】ところが、上記のような多バルブエンジン
を実施例として開示されている公知技術をそのまま２バ
ルブエンジンに適用したところ、結果的には思ったよう
な燃焼改善の効果を得ることができない場合があった。
そこで、その原因について検討した結果、次のようなこ
とがその一因となっていることが判った。

【０００７】すなわち、燃焼室に開口する吸気通路と排
気通路は、吸気通路に設けられる吸気バルブと排気通路
に設けられる排気バルブのそれぞれのバルブステムがシ
リンダの軸線方向において所定の挟み角をなすよう、互
いに反対方向斜め上方に向かって延びているものである
が、４バルブエンジンなどの多バルブエンジンにおける
吸気通路の形態をそのまま２バルブエンジンに適用して
その燃焼室開口部の近傍に吸気制御弁を設けると、吸気
制御弁付近の吸気通路がシリンダの軸線方向と直交する
方向から急激に立ち上がっているため、吸気制御弁によ
り吸気流を絞ったときに吸気流が天壁に沿って流れにく
くなって、燃焼室内にタンブルが発生しにくくなる。

【０００８】本発明は、上記のような知見に基づいて２
バルブエンジンでの燃焼改善における不都合を解消する
ことを目的としたもので、具体的には、吸気制御弁付近
の吸気通路の角度をシリンダの軸線方向と直交する方向
に近いものとすることによって、吸気制御弁により絞ら
れる吸気流を天壁に沿って点火プラグの方向に流れ易く
し、燃焼室内にタンブルが発生し易いものとして、燃焼
改善の効果を充分に得られるようにすることを目的とし
ている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決しかつ目的を達成するために、シリンダブロックと
シリンダヘッドが、カム軸よりも内側に設けられたヘッ
ドボルトにより結合され、シリンダヘッドの下面に形成
された燃焼室天壁からシリンダヘッド内に吸気通路と排
気通路がそれぞれ１本づつ引き込まれ、吸気通路の燃焼
室開口部にはシリンダヘッド上方に配置された吸気カム
軸の回動により直接的に開閉される吸気バルブが、排気
通路の燃焼室開口部には排気バルブがそれぞれ設けら
れ、燃焼室の中心から偏って燃焼室天壁に点火プラグの
電極が配置されている２バルブエンジンにおいて、その
吸気構造として、吸気通路の燃焼室開口部近傍の底壁
に、吸気通路を底壁側から絞り込むための吸気制御弁
を、カム軸と平行な回動軸の一部として、絞り込んだと
きに吸気通路の点火プラグの側に寄った部分の面積が広
く なるように形成すると共に、該吸気制御弁を、シリン
ダの軸線方向から見てヘッドボルトと吸気カム軸の間に
配置することを特徴とするものである。

【００１０】

【作 用】上記のような構成により、吸気制御弁付近の
吸気通路の角度がシリンダの軸線方向と直交する方向に
近いものとなるため、吸気制御弁により絞られた吸気流
が天壁に沿って点火プラグの方向に流れ易くなって、吸
気制御弁がヘッドボルトの外側で燃焼室開口部から比較
的遠くに配置されても、燃焼室内で必要なタンブルを起
こすことができる。

【００１１】また、タンブルを起こし易くするため単に
吸気制御弁を燃焼室開口部により近づけて配置した場合
には、エンジンの構造上、ヘッドボルトの位置を燃焼室
の中心からみて吸気制御弁よりも更に遠くに変更する必
要が生じ、それに伴ってヘッドの剛性低下、変形、ガス
漏れ等を生じることがあるが、上記のように吸気制御弁
をヘッドボルトの外側で燃焼室開口部から比較的遠くに
配置してもタンブルが確実に起きることによって、ヘッ
ドボルトの位置を変更する必要がなくなり、それに伴う
ヘッドの剛性低下、変形、ガス漏れ等の問題がなくな
る。

【００１２】なお、吸気制御弁を吸気カム軸よりも外側
に配置すると、エンジン自体の平面視形状が従来のもの
よりも大きくなってしまうと共に、吸気制御弁が燃焼室
開口部から遠くなりすぎてタンブルが起こりにくくな
る。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。なお、図１〜図７は本発明の一実施例を示すもの
で、図１は、多気筒２バルブエンジンの一つの気筒にお
ける主要部縦断面を示し、図２は、図１のＡ−Ａ線に沿
った断面を示し、図３は、吸気カム軸と吸気制御弁とヘ
ッドボルトの配置関係を示し、図４は、燃焼室天壁の下
面を示し、図５は、吸気通路の吸気制御弁付近を上流側
から見た状態を示し、図６は、吸気制御弁の全開状態を
示し、図７は、吸気制御弁の全閉状態を示すものであ
る。

【００１４】２バルブエンジン１は、クランクケース２
上にシリンダブロック３とシリンダヘッド４とを積層し
てヘッドボルト１０により結合し、シリンダヘッド４の
吸気カム軸５と排気カム軸６の上にヘッドカバー７を装
着したもので、シリンダブロック３に形成されたシリン
ダボア３ａ内にピストン８が摺動自在に挿入されてお
り、ピストン８はコンロッド９で図示しないクランク軸
に連結される。

【００１５】シリンダヘッド４には、各気筒の燃焼室に
おいてその天壁４ａを構成するための凹部がその下面に
形成されていて、この凹部４ａとシリンダブロック３の
シリンダボア３ａとピストン８とにより、各気筒におい
てそれぞれの燃焼室が画成されている。

【００１６】このシリンダヘッド下面の凹部、すなわ
ち、燃焼室の天壁４ａからはシリンダヘッド４内に吸気
通路１１と排気通路１２がそれぞれ１本づつ引き出さ
れ、吸気通路１１と排気通路１２のそれぞれの燃焼室開
口部１１ａ，１２ａは、燃焼室天壁４ａの天頂部４ｂを
挟んで対向する傾斜部分にそれぞれ配置されていて、吸
気通路１１の燃焼室開口部１１ａには吸気バルブ１５
が、排気通路１２の燃焼室開口部１２ａには排気バルブ
１６がそれぞれ設けられている。

【００１７】吸気バルブ１５および排気バルブ１６につ
いては、それぞれのバルブステム１５ａ，１６ａが、シ
リンダの軸線方向において所定の挟み角をなすよう、互
いに反対方向斜め上方に向かって延びており、各バルブ
ステム１５ａ，１６ａの上端にある吸気リフタ１５ｂお
よび排気リフタ１６ｂとシリンダヘッド４との間にそれ
ぞれバルブスプリング１５ｃ，１６ｃを介して、吸・排
気バルブ１５，１６はシリンダヘッド４に装着されてい
る。

【００１８】この吸気バルブ１５および排気バルブ１６
は、何れも、それぞれのバルブスプリング１５ｃ，１６
ｃによって常に閉方向に付勢されていると共に、各リフ
タ１５ｂ，１６ｂ上にシリンダの軸線と直角でかつ互い
に平行に配設されている吸気カム軸および排気カム軸６
によって、直接的に（即ち、ロッカーアームを介するこ
となく）、バルブスプリング１５ｃ，１６ｃの弾力に抗
して各リフタ１５ｂ，１６ｂが押圧されることにより、
開方向に移動されるものである。

【００１９】吸気バルブ１５によりその燃焼室開口部１
１ａが開閉される吸気通路１１には、燃焼室開口部１１
ａ近傍の底壁に吸気制御弁１８が設けられており、その
上流には、接続管２０、ジョイント２１を介して、スロ
ットル操作によって開閉するバタフライ式スロットルバ
ルブ３１とエンジンの吸気負圧で自動的に開閉するピス
トンバルブ３２とを有する自動可変ベンチュリ式の気化
器３０が接続されている。

【００２０】吸気制御弁１８は、各気筒の吸気通路１１
を横切って配置される回動可能な１本の共通した回動軸
１７の一部として形成されるもので、その下方が吸気通
路１１の底壁に埋設された回動軸１７の吸気通路１１を
横切る上方が、吸気通路１１の底壁上面に沿うように切
欠かれた形状となっており、この切欠かれた残りの部分
が弁として機能するものである。

【００２１】なお、図示していないが、吸気制御弁１８
が形成された回転軸１７の外端部には制御プーリが固着
されており、この制御プーリが制御モータに固着された
駆動プーリとケーブルで連結されていて、スロットル開
度センサによるスロットルバルブの開度信号と回転セン
サによるエンジン回転速度信号に基づき、ＥＣＵ、制御
モータを介して、低中速・低負荷運転域のように吸入空
気量が少ないときは閉方向に、高速・高負荷運転域のよ
うに吸入空気量が多いときは開方向に、吸気制御弁はそ
れぞれ回動される。

【００２２】吸気通路１１と排気通路１２の各燃焼室開
口部１１ａ，１２ａは、シリンダ上方（シリンダ軸線方
向）からみると、図２に示すように、それらの中心を結
ぶ線が燃焼室のほぼ中心を通るように、燃焼室天壁４ａ
の天頂部４ｂを間に挟んで対向して配置されており、燃
焼室のほぼ中心を通り各燃焼室開口部１１ａ，１２ａの
中心を結ぶ線の一側において、燃焼室の中心から離れた
位置で、燃焼室天壁４ａに点火プラグ５０が配置されて
いる。

【００２３】さらに、吸気通路１１の燃焼室開口部１１
ａから気化器の接続部２１に向かって上流側に延びる吸
気通路１１は、吸気通路１１の燃焼室開口部１１ａに対
して、燃焼室のほぼ中心を通り各燃焼室開口部１１ａ，
１２ａの中心を結ぶ線を基準として、点火プラグ５０が
配置されている側とは反対の側に振られている。

【００２４】この吸気通路１１の吸気制御弁１８付近に
ついては、図５に示すように、吸気通路１１全体が燃焼
室開口部１１ａに対して点火プラグ５０とは反対の側に
ずれていると共に、吸気制御弁１８上方の吸気通路１１
の天壁がバルブガイド１４のボス部４ｃにより下方に突
出して膨らんでいるため、当該部分の吸気通路１１の断
面形状は中央部が狭くなった凹形となっている。

【００２５】なお、燃焼室天壁４ａの下面には、図４に
示すように、点火プラグ５０の電極５１を配置した側と
反対の側に、縦壁４ｅを形成して下方に突出したスキッ
シュ部４ｄが形成されており、このスキッシュ部４ｄの
縦壁４ｅと吸気バルブ１５とによってマスキング効果が
保たれ、スキッシュ部４ｄの縦壁４ｅから点火プラグ側
に向かった吸気流の流れが生じることとなる。

【００２６】ところで、上記の吸気制御弁１８は、図３
に示すように、吸気通路１１の燃焼室開口部１１ａから
僅かに上流で、シリンダの軸線Ｃの方向（上方）から見
て、その回動軸１７がヘッドボルト１０と吸気カム軸５
の間に位置するように配置されている。

【００２７】このヘッドボルト１０は、吸気制御弁１８
が設けられていない一般の２バルブエンジンの場合と比
べて特に変更なくほぼ同じ位置に設けられているもので
あり、各カム軸５，６よりも内側に設けられているもの
であって、そのようなヘッドボルト１０に対して、シリ
ンダの軸線Ｃの方向から見て、吸気制御弁１８の回動軸
１７がヘッドボルト１０と吸気カム軸５の間に配置され
ているという構成をとることによって、吸気制御弁１８
が設けられている付近の吸気通路１１はシリンダの軸線
Ｃと直交する方向に対して平行に近くなる。

【００２８】上記のような構成を有する２バルブエンジ
ンの吸気制御弁１８による吸気流の制御については、高
速・高負荷運転域のように吸気量の多いときには、吸気
制御弁１８はその切欠き面が吸気通路の底壁とほぼ面一
となるまで開方向に回動されて、図６（Ａ），（Ｂ）に
示すように、吸気通路１１が全開の状態で吸気流が燃焼
室に送り込まれ、低中速・低負荷運転域のように吸気量
が少ないときには、吸気制御弁１８はその切欠き面が立
ち上がるように閉方向に回動されて、図７に示すよう
に、吸気通路１１の底壁側が絞り込まれた全閉状態とな
り、弁１８の上縁と吸気通路１１の天壁との間を通って
吸気流が燃焼室に送り込まれる。

【００２９】なお、本実施例では、全閉状態における吸
気制御弁１８の上縁１８ａは、図８に示すように、部分
的にカットされていて、吸気制御弁１８は、図９あるい
は図１０に示すように、絞られたときに吸気通路１１の
点火プラグの側に寄った部分の面積が広くなるように形
成されている。

【００３０】したがって、吸気量が少ない場合でも、燃
焼室に送り込まれる吸気流の速度が上昇されると共に、
吸気流が吸気通路１１の天壁側に偏って点火プラグの方
向に流されるため、吸気流に方向性を与えることがで
き、燃焼室にタンブルを起こすことができる。

【００３１】しかも、吸気制御弁１８が設けられている
付近の吸気通路１１がシリンダの軸線Ｃと直交する方向
に対して平行に近くなっているため、吸気制御弁１１に
より絞られた吸気流が吸気通路１１の天壁に沿って流れ
易いものとなり、吸気制御弁が燃焼室開口部のすぐ近く
に位置していなくても、吸気制御弁１１により絞られて
方向付けられた吸気流が、図３に矢印で示すように、燃
焼室の天壁４ａに沿うように流れ、燃焼室内にタンブル
を確実に起こすことができる。

【００３２】さらに、吸気制御弁１８付近の吸気通路１
１の角度がシリンダの軸線方向と直交する方向に近いも
のになっていることにより、吸気バルブと排気バルブの
各バルブステムの挟み角を大きくしてバルブ面積を大き
くとることができる。

【００３３】以上、本発明の２バルブエンジンの吸気制
御構造の一実施例について説明したが、本発明はこれに
限定されるものではなく、例えば、実施例は自動可変ベ
ンチュリ式の気化器により燃料が供給される形式の２バ
ルブエンジンに適用したものであるが、燃料噴射弁によ
り燃料が供給される形式の２バルブエンジンにも適用可
能であり、また、吸気制御弁１８の部分についてみて
も、例えば、図１１に示すような変形例が可能であっ
て、この変形例では、全閉状態における吸気制御弁１８
の上縁１８ａがカットされていると共に、吸気制御弁１
８の底面１８ｃに制御弁上流に溜った燃料を下流に抜く
ための溝１８ｄが設けられている。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したような本発明の２バルブエ
ンジンの吸気制御構造によれば、２バルブエンジンにお
いて、ヘッドボルトの位置を変更することなく、且つ、
ヘッドボルトと干渉することなく、吸気制御弁を配置す
ることにより、ヘッドボルトの位置の変更に伴うヘッド
の剛性低下、変形、ガス漏れ等の問題を回避することが
できて、しかも、そのように吸気制御弁を配置しても、
吸気制御弁により絞り込まれた吸気流が天壁に沿って点
火プラグの方向に流れ易いものとなっているため、燃焼
室内にタンブルを確実に起こすことができ、２バルブエ
ンジンにおける希薄燃焼の改善を効果的に行うことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の２バルブエンジンの吸気制御構造の一
実施例を示す縦断面図。

【図２】図１に示した実施例の図１Ａ−Ａ線に沿った横
断面図。

【図３】図１に示した実施例における吸気バルブと吸気
制御弁とヘッドボルトの配置関係を示す説明図。

【図４】図１に示した実施例の燃焼室天壁の下面図。

【図５】図１に示した実施例の吸気制御弁付近の吸気通
路を上流側から見た状態を示す説明図。

【図６】図１に示した実施例において吸気制御弁が全開
の状態を示す（Ａ）吸気通路を上流側から見た説明図、
および、（Ｂ）その状態での吸気制御弁の縦断面図。

【図７】図１に示した実施例において吸気制御弁が全閉
の状態を示す縦断面図。

【図８】図７に示した吸気制御弁における上縁のカット
部分を示す縦断面図。

【図９】本発明の吸気制御弁部分の一例について、全閉
の吸気制御弁を吸気通路を上流側から見た状態を示す説
明図。

【図１０】本発明の吸気制御弁部分の他の例について、
全閉の吸気制御弁を吸気通路を上流側から見た状態を示
す説明図。

【図１１】本発明の吸気制御弁部分の変形例を示す縦断
面図。

【符号の説明】

１ ２バルブエンジン ３ シリンダブロック ４ シリンダヘッド ４ａ 燃焼室の天壁 ５ 吸気カム軸 ６ 排気カム軸 １０ ヘッドボルト １１ 吸気通路 １１ａ 吸気通路の燃焼室開口部 １２ 排気通路 １２ａ 排気通路の燃焼室開口部 １５ 吸気バルブ １６ 排気バルブ １８ 吸気制御弁 ５０ 点火プラグ ５１ 点火プラグの電極

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダブロックとシリンダヘッドが、
   カム軸よりも内側に設けられたヘッドボルトにより結合
   され、シリンダヘッドの下面に形成された燃焼室天壁か
   らシリンダヘッド内に吸気通路と排気通路がそれぞれ１
   本づつ引き込まれ、吸気通路の燃焼室開口部にはシリン
   ダヘッド上方に配置された吸気カム軸の回動により直接
   的に開閉される吸気バルブが、排気通路の燃焼室開口部
   には排気バルブがそれぞれ設けられ、燃焼室の中心から
   偏って燃焼室天壁に点火プラグの電極が配置されている
   ２バルブエンジンにおいて、吸気通路の燃焼室開口部近
   傍の底壁に、吸気通路を底壁側から絞り込むための吸気
   制御弁が、カム軸と平行な回動軸の一部として、絞り込
   んだときに吸気通路の点火プラグの側に寄った部分の面
   積が広くなるように形成されていると共に、該吸気制御
   弁が、シリンダの軸線方向から見てヘッドボルトと吸気
   カム軸の間に配置されていることを特徴とする２バルブ
   エンジンの吸気制御構造。