JP3558110B2 - 内燃エンジンのシリンダヘッド構造 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両に搭載される内燃エンジンのシリンダヘッド構造に係り、詳しくはＳＯＨＣ型内燃エンジンのシリンダヘッド構造に関する。
【０００２】
【関連する背景技術】
近年、車両に搭載される火花点火式内燃エンジンにおいて、有害排ガス成分の低減や燃費の向上等を図るため、旧来の吸気管噴射型に代えて燃焼室に直接燃料を噴射する方式の筒内噴射型のガソリンエンジンが種々提案されており、その構成例が、例えば特開平５−２４００４４号公報、特開平８−２９６４４６号公報等に開示されている。
【０００３】
上述の公報に開示された筒内噴射ガソリンエンジンでは、吸気ポートをシリンダヘッド内を直立に延びるポートとして形成しており、これにより吸気効率の高い吸気を行うとともに燃焼室内に縦方向の旋回渦（逆タンブル流）を生起させることを可能としている。
故に、このような筒内噴射ガソリンエンジンでは燃焼効率が高いものとされており、一酸化炭素（ＣＯ）や炭化水素（ＨＣ）等の有害排ガス成分の排出量を減少させ、燃費を向上させることが可能となっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記公報に開示された筒内噴射ガソリンエンジンは、ＤＯＨＣ（ダブルオーバヘッドカムシャフト）型のガソリンエンジンを筒内噴射可能にして構成されている。
ところが、このようなＤＯＨＣ型のガソリンエンジンは、カムシャフトを２本備えているために製造コストが高いという問題がある。また、カムシャフトを２本備えるということは、シリンダヘッドの幅方向の寸法を広げることになり、エンジン本体を大型化させる要因ともなっている。このようにエンジン本体が大型化すると、例えば、筒内噴射ガソリンエンジンが排気量の比較的小さなものであっても、エンジン全体の大きさを小さくできないことになり、エンジンの車両への搭載性が悪化する虞がある。
【０００５】
そこで、比較的製造コストが低く小型化可能なＳＯＨＣ（シングルオーバヘッドカムシャフト）型のガソリンエンジンに筒内噴射可能な燃料噴射弁を備えて筒内噴射ガソリンエンジンを構成することが考えられる。
この場合、ＳＯＨＣ型の筒内噴射ガソリンエンジンで上記ＤＯＨＣ型の筒内噴射ガソリンエンジンと同様の燃焼効率の高い筒内噴射ガソリンエンジンを実現し且つ小型化を図るためには、カムシャフトが１本であることに対する吸排気ポートや点火プラグ等の位置の適正化を図る必要がある。
【０００６】
本発明は、上述した事情に基づきなされたもので、その目的とするところは、ＳＯＨＣ型内燃エンジンのシリンダヘッドにおいて、シリンダヘッド内の各構成部品の配置の適正化を図り、内燃エンジンの小型化と吸気効率、燃焼効率の向上とを実現可能な内燃エンジンのシリンダヘッド構造を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、請求項１の発明では、１本のカムシャフトを有したＳＯＨＣ型内燃エンジンのシリンダヘッドにおいて、カムシャフトがシリンダ軸線を含む平面を挟んで一側及び他側のいずれか一方に偏倚して設けられており、吸気ポートは、その一端が燃焼室に開口する一方で他端がシリンダヘッドの上面に向けて延び、且つ、その一部がシリンダ軸線に略沿って延びるとともにカムシャフトと該カムシャフトの偏倚する側と反対側に位置する吸気弁及び排気弁のいずれか一方との間の領域内においてロッカアームの２つの腕部の間を通るよう設けられている。
【０００８】
これにより、吸気ポートの配置に関し、シリンダヘッド内の空間の有効利用が図られ、内燃エンジンの幅方向の寸法が小さく抑えられて内燃エンジンの小型化が図られる。
また、吸気ポートをシリンダ軸線に略沿って延びる直立ポートとして構成すれば、シリンダヘッド内での吸気ポート設定の自由度が高くなり、吸気ポートは容易にして吸気効率の高い適正なものとされる。これにより、吸気行程において吸入空気がシリンダに対し縦方向で極めて吸気効率よく燃焼室内に導入されることになり、燃焼効率が向上する。例えば、当該直立ポートを有したシリンダヘッド構造をＳＯＨＣ型の筒内噴射型内燃エンジンに適用すれば、燃焼室内において縦方向に旋回する渦（逆タンブル流）が良好に生起され、燃焼効率がより一層向上する。つまり、吸気行程において吸入吸気がシリンダに対し縦方向で極めて吸気効率よく燃焼室内に導入されることになり、燃焼効率が向上する。つまり、ＳＯＨＣ型の内燃エンジンにおいて、従来のＤＯＨＣ型の筒内噴射ガソリンエンジンの場合と同様の効果が得られる。
【０００９】
なお、カムシャフトのカム部と該カムシャフトの偏倚する側と反対側に位置する吸気弁及び排気弁のいずれか一方との間に渡されたロッカアームは、吸気ポートとの干渉なく且つ吸気ポートの設定の自由度を極力大きくできるような形状（例えば、Ｙ字形状）とされるのがよい。
また、請求項２の発明では、ロッカアームを腕部と胴部からなる形状（例えば、Ｙ字形状）に形成することにより、吸気ポートが独立の２本からなるような場合であっても、吸気ポートが胴部を挟むように互いに接近して設けられる。これによりロッカアームと吸気ポートが干渉することなく配設され、吸気ポートが良好に略直立に設けられることになる。
また、請求項３の発明では、点火栓の挿入孔が、吸気ポートの上流部とカムシャフトとの間または吸気ポートの上流部とカムシャフトの偏倚する側の反対側に位置する吸気弁及び排気弁のいずれか一方との間を通るよう設けられている。
【００１０】
これにより、点火栓が好適な位置とされ、また、点火栓の挿入孔がシリンダヘッド内の空間に吸気ポートとの干渉なく且つ吸気ポートの設定の自由度を抑制することなく良好に配設される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
先ず、第１実施形態について説明する。
図１を参照すると、車両に搭載された本発明に係るシリンダヘッド構造を有したＳＯＨＣ（シングルオーバヘッドカムシャフト）型のガソリンエンジンの縦断面図が示されており、図２を参照すると、ロッカカバーを外した状態での該ガソリンエンジンの上視図が示されている。以下、図１及び図２を参照して本発明に係るＳＯＨＣ型ガソリンエンジンのシリンダヘッド構造について説明する。
【００１２】
同図に示すように、当該ＳＯＨＣ型ガソリンエンジンは、例えば４弁式４気筒からなるＳＯＨＣ型の筒内噴射ガソリンエンジンであり、４気筒の全てについて吸気行程のみならず圧縮行程での燃料噴射が可能に構成されている。以下、４気筒のうち１気筒部分のシリンダヘッド構造を代表に説明する。
図１に示すように、ＳＯＨＣ型筒内噴射ガソリンエンジン（以下、単にエンジンと記す）１は、通常のガソリンエンジンと同様に、シリンダブロック２上に、シリンダヘッド４及びロッカカバー６がそれぞれ順に載置され各々ボルト等で固定されて構成されている。
【００１３】
同図に示すように、シリンダブロック２の円筒状のシリンダ１０には、ピストン１２が嵌挿されている。このピストン１２は、コネクティングロッド１４を介してクランクシャフト（図示せず）に連結されており、クランクシャフトの回転に応じてシリンダ１０内を摺動して往復動する。そして、ピストン１２の頂面には、公知である従来のＤＯＨＣ（ダブルオーバヘッドカムシャフト）型の筒内噴射ガソリンエンジンと同様に、半球状のキャビティ１６が形成されている。なお、その形状については上記従来のＤＯＨＣ型の筒内噴射ガソリンエンジンのものと同様であり、ここではその形状の詳細については説明を省略する。
【００１４】
一方、シリンダヘッド４には、シリンダヘッド４の下面とピストン１２の頂面とによって区分され形成される燃焼室２０に向けて燃料を直接噴射可能にして燃料噴射弁（インジェクタ）２２が設けられている。より詳しくは、燃料噴射弁２２は、シリンダ１０の外周壁近傍に対応する位置に、シリンダ１０の中心軸、即ちシリンダ軸線Ｘに対して斜めに燃料を噴射可能なよう所定の角度を有してシリンダヘッド４にボルト２３で取り付けられており、その所定の角度は、上記ピストン１２が上死点近傍にあるとき、上記キャビティ１６の半球状の底面に沿うようにして燃料を噴射可能な角度とされている。なお、この燃料噴射弁２２は、吸気行程のみならず燃焼室２０内が高圧となる圧縮行程時においても良好に燃料をシリンダ１０内に供給可能なよう、その許容燃料噴射圧は高圧（例えば、５０ｋｇｆ／ｃｍ２以上）に設定されている。
【００１５】
また、シリンダヘッド４には、Ｙ字状に分岐して吸気ポート４４が形成されている。詳しくは、シリンダヘッド４の下面には上記シリンダ軸線Ｘと各気筒の中心軸を結ぶエンジン１の中心線Ｙ（図２参照）を含む基面（平面）の一側に位置して一対の吸気口（吸気開口部、２個の開口部）４０，４０が形成されており、吸気ポート４４は、その一対の分岐ポート部４５，４５の各下端（一端）が上記一対の吸気口４０，４０において燃焼室２０に臨んで開口する一方、上端（他端）がシリンダヘッド４内で１本のポートとなるよう構成されている。そして、ロッカカバー６には補助ポート４４ｂが形成されており、該補助ポート４４ｂは吸気ポート４４の上流部４４ａと連通して吸気ポートの一部をなしている。
【００１６】
また、シリンダヘッド４には、やはりＹ字状に分岐した排気ポート４６が形成されている。詳しくは、シリンダヘッド４の下面には上記基面の他側に位置して一対の排気口（排気開口部、２個の開口部）４２，４２が形成されており、排気ポート４６は、その一対の分岐ポート部４７，４７の各一端が上記一対の排気口４２，４２において燃焼室２０に臨んで開口する一方、他端がシリンダヘッド４の側面で開口している。つまり、排気ポート４６は、排気口４２，４２からシリンダヘッド４内を水平方向に延びている。
【００１７】
吸気口４０，４０には、分岐ポート部４５，４５と燃焼室２０との連通と遮断とを行う一対の吸気弁（２個の弁部材）５０，５０が設けられており、一方、排気口４２，４２には、分岐ポート部４７，４７と燃焼室２０との連通と遮断とを行う一対の排気弁（２個の弁部材）５２，５２が設けられている。
同図に示すように、吸気弁５０，５０と排気弁５２，５２とは、上記吸気口４０，４０と排気口４２，４２との位置関係と同様に、上記基面を挟むようにしてシリンダヘッド４に設けられている。即ち、吸気弁５０，５０が上記基面の一側に、また排気弁５２，５２が上記基面の他側に設けられている。詳しくは、これら吸気弁５０，５０と排気弁５２，５２は、該基面に対してそれぞれ所定の角度を有しており、つまり吸気弁５０，５０と排気弁５２，５２とは、シリンダヘッド４内を互いに離反するように延びて設けられている。
【００１８】
ところで、これら吸気弁５０，５０と排気弁５２，５２は特殊なものではなく、内燃エンジンで一般に使用されるものと同様のものである。従って、吸気弁５０，５０及び排気弁５２，５２の軸部の各先端にはそれぞれスプリングシート５４，５４及びスプリングシート５６，５６が設けられており、これらスプリングシート５４，５４及びスプリングシート５６，５６とシリンダヘッド４の部材間にはそれぞれ吸気弁５０，５０と排気弁５２，５２を外嵌するようにしてコイルスプリング６０，６０及びコイルスプリング６２，６２が縮設されている。故に、通常は、吸気弁５０，５０と排気弁５２，５２とは、これらコイルスプリング６０，６０及びコイルスプリング６２，６２に付勢されて吸気口４０，４０及び排気口４２，４２を閉じた状態に保持されている。なお、図中符号６４及び符号６６はそれぞれ吸気弁５０、排気弁５２の弁ガイドであり、これにより吸気弁５０，５０、排気弁５２，５２が弁ガイド６４，６６に沿い確実に上記所定の角度でもって滑らかに摺動可能とされ、良好に開閉弁可能とされている。
【００１９】
また、シリンダヘッド４には、上記基面の一側にオフセット（偏倚）し且つ該基面に沿うようにして１本のカムシャフト３０が回転自在に軸支されている。詳しくは、カムシャフト３０は、各気筒間及びシリンダヘッド４の両端部に形成された複数の軸支持部３２上に支持されており、さらにこれら支持部３２に対応して設けられたカムキャップ３４によって挟持されてシリンダヘッド４に回転可能に軸支されている。なお、カムキャップ３４はそれぞれ一対のボルト３８，３８で支持部３２に固定されている。
【００２０】
そして、カムシャフト３０には、それぞれ吸気弁５０，５０及び排気弁５２，５２に対応するようにして一対のカム部３０ａ，３０ａ及びカム部３０ｂが形成されている。
カム部３０ａ，３０ａと吸気弁５０，５０との間にはスイングアーム７０，７０が介装されている。詳しくは、スイングアーム７０，７０は、一端がそれぞれ吸気弁５０，５０の各先端と当接する一方、他端がそれぞれラッシュアジャスタ（ピボット）７１，７１に回動自在に支持されており、ローラ部７４，７４がカム部３０ａ，３０ａと当接している。
【００２１】
一方、カム部３０ｂと排気弁５２，５２との間にはシリンダ軸線Ｘ方向で視てＹ字形状をなすロッカアーム７２が渡されている。詳しくは、上記カムキャップ３４にはカムシャフト３０と平行にしてロッカシャフト７６が軸支されており、ロッカアーム７２は、該ロッカシャフト７６に揺動自在に支持されている。そして、ロッカアーム７２の一端に設けられたローラ７８がカム部３０ｂと当接し、一方、他端、即ちＹ字状に分岐した腕部７３，７３の各先端に設けられた一対のバルブアジャスタ７９，７９が排気弁５２，５２の各先端にそれぞれ当接している。なお、当該ロッカシャフト７６についても、上記カムシャフト３０と同様に上記基面の一側にオフセットして設けられている。
【００２２】
従って、カムシャフト３０が回転すると、カム部３０ａ，３０ａの形状に応じてスイングアーム７０，７０が各々ラッシュアジャスタ７１，７１を支点に回動するとともに、カム部３０ｂの形状に応じてロッカアーム７２がロッカシャフト７６回りに揺動することになり、故に吸気弁５０，５０、排気弁５２，５２がそれぞれコイルスプリング６０，６０、コイルスプリング６２，６２の付勢力に抗して開閉作動することになる。
【００２３】
ここで、改めて吸気ポート４４について述べると、図１に示すように、吸気ポート４４は、シリンダ軸線Ｘに略沿い僅かにＳ字状のカーブを描きながらシリンダヘッド４内を吸気口４０，４０からシリンダヘッド４の上面に向けて延びている。つまり、吸気ポート４４はシリンダヘッド４の下面に対し直立するようにしてシリンダヘッド４内を延びている。そして、図２から明らかなように、吸気ポート４４，４４は、シリンダ軸線Ｘ方向から視て、少なくとも一部が吸気弁５２，５２の各軸部の先端とカムシャフト３０とを最短距離で結ぶ線、つまり各軸部先端からカムシャフト３０に対して延ばした垂線間の領域を通るようにして吸気弁５２，５２とカムシャフト３０との間を延びている。
【００２４】
このように吸気ポート４４が直立するように設けられていると、吸気ポート４４と上記カムシャフト３０やロッカアーム７２、ロッカシャフト７６との干渉が問題となる。しかしながら、当該エンジン１においては、上述したように、カムシャフト３０及びロッカシャフト７６は基面の一側にオフセットしており、またロッカアーム７２はＹ字形状に成形されている。従って、当該エンジン１では、吸気ポート４４の１本に纏められた上流部４４ａがロッカアーム７２の腕部７３，７３間を通るように配設され、吸気ポート４４とカムシャフト３０、ロッカシャフト７６との干渉は勿論のこと、ロッカアーム７２との干渉が良好に回避されている。これにより、エンジン１の小型化を図った吸気ポート４４のレイアウトが実現されている。
【００２５】
また、シリンダヘッド４には、燃焼室２０の略中央、即ち燃焼室２０内の混合気を最も有効に燃焼させることの可能な着火位置に火花発生部を突出させて点火プラグ（点火栓）９０が取り付けられている。詳しくは、点火プラグ９０は、図１に示すように、シリンダ軸線Ｘに対して角度を有して取り付けられており、その角度は、点火プラグ９０を排気弁５２，５２と吸気ポート４４の間を通って挿入、取り付け可能な角度とされている。つまり、図１を参照すると、点火プラグ９０の挿入ガイドとして機能し且つシリンダヘッド４内を飛散する潤滑油が点火プラグ９０に付着することを防止するための直管、即ちガイドチューブ（挿入孔）９４が設けられており、このガイドチューブ９４が、排気弁５２，５２と吸気ポート４４の間を通るようシリンダヘッド４の部材に上記角度をもって固定されている。
【００２６】
ところで、このガイドチューブ９４についても、上記吸気ポート４４の場合と同様、上記ロッカアーム７２等との干渉が問題となる。しかしながら、図２に示すように、ガイドチューブ９４は吸気ポート４４の上流部４４ａとともにロッカアーム７２の腕部７３，７３間を通るように配設されている。故に、ガイドチューブ９４についてもロッカアーム７２等との干渉が良好に回避されている。なお、同図に示すように、ガイドチューブ９４の上端はオイルシール９６を介してロッカカバー６と着脱自在に嵌合している。
【００２７】
つまり、本発明に係るシリンダヘッド構造では、吸気ポート４４とガイドチューブ９４とが、基面に対して一側にオフセットしたカムシャフト３０と反対側（他側）の排気弁５２，５２との間の空間にこれらを繋ぐロッカアーム７２との干渉なくそれぞれ良好に配設されている。これにより、シリンダヘッド４内の空間を有効に活用して最適な位置に吸気ポート４４を配設でき、またガイドチューブ９４を吸気ポート４４との干渉なく吸気ポート４４の設定自由度を損なうことなく適切に配設できることになり、シリンダヘッド４の幅方向の寸法を小さく抑えてエンジン１の小型化を図ることができる。
【００２８】
また、吸気ポート４４が直立であることにより、ＳＯＨＣ型筒内噴射ガソリンエンジンではさらに次のような作用、効果が得られる。以下、図３を参照しながら直立の吸気ポート４４を有したＳＯＨＣ型筒内噴射ガソリンエンジンの作用、効果について説明する。なお、ここでは燃料が圧縮行程で噴射される場合を例に説明する。
【００２９】
吸気ポート４４がシリンダ軸線Ｘに略沿い直立にされていると、吸気行程において、ピストン１２の下降に伴い分岐ポート部４５，４５を経て吸気が行われる際、吸入空気はシリンダ１０の壁面に沿うようにして燃焼室２０内に進入する。このとき、吸気ポート４４は僅かにカーブしているのみで略真っ直ぐに延びているため、吸入空気は吸気効率よくスムースに燃焼室２０内に導入される。
【００３０】
その後、圧縮行程に移行し、ピストン１２が上昇すると、その上昇に伴い、ピストン１２の頂面に設けられたキャビティ１６の半球状の底面に沿うようにして吸入空気が巻き上げられ、吸入空気は、図３中に矢印で示すように、シリンダ壁面からシリンダ中央に向けてシリンダ１０内を縦方向に旋回する流れ、即ち渦状の逆タンブル流８０となってキャビティ１６内で旋回する。
【００３１】
そして、ピストン１２が上死点近傍に達すると、図３中に示すように、燃料噴射弁２２から燃料がキャビティ１６の半球状の底面に沿うように、つまり逆タンブル流８０と同一方向に噴射されることになるが、この噴射された燃料はキャビティ１６内で吸入空気と良好に混合されて燃料噴霧８１となり好適な状態で点火プラグ９０に達することとなる。
【００３２】
ところで、このように燃料が逆タンブル流８０とともにキャビティ１６内に略閉じこめられたような状態、つまり層状化された状態で点火プラグ９０に達することになると、燃料噴射量が少なくても、つまり全体として空燃比が希薄（リーン）であっても点火プラグ９０近傍では比較的空燃比が濃い（理論空燃比またはリッチ）状態とされる。従って、その後ピストン１２がさらに上死点近傍とされたときには、点火プラグ９０によって点火が行われることになるのであるが、点火プラグ９０周りでは着火性がよく、故に失火（リーン失火）等の発生もなく極めて良好且つ効率のよい燃焼、即ち層状燃焼が実現されることとなる。なお、層状燃焼の作用と効果についての詳細については、従来のＤＯＨＣ型の筒内噴射ガソリンエンジンで明らかにされており、ここではその詳細な説明は省略する。
【００３３】
これにより、ＳＯＨＣ型の筒内噴射ガソリンエンジンにおいて、従来のＤＯＨＣ型の筒内噴射ガソリンエンジンの場合と同様に燃焼効率を向上させて炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）等の有害な排ガス成分を低減できることになり、且つ、燃料消費量を極めて少なく抑えて燃費を向上させることができる。
特に、本発明に係るシリンダヘッド構造では、カムシャフト３０が基面に対してオフセットして配設されているため、ロッカシャフト７６と排気弁５２，５２間の空間が比較的広く、吸気ポート４４の設定自由度が大きなものとされている。従って、吸気ポート４４の形状を容易に直立且つ吸気効率の高いものに設定でき、燃焼効率の極めて高い内燃エンジンを実現することが可能である。
【００３４】
なお、ここでは、燃料が圧縮行程で噴射される場合を例に説明したが、直立の吸気ポート４４を用いることは燃料が吸気行程で噴射されるような場合においても有効である。つまり、直立の吸気ポート４４を用いて吸気効率よく吸気を行い逆タンブル流８０を生起させることにより、例えば吸気行程で燃料を少量だけ噴射し希薄空燃比での運転を行った場合であっても、燃焼に好適な混合気を良好に生成することができ、やはり燃焼効率及び燃費を向上させることができることとなる。
【００３５】
ここで、図４及び図５を参照すると、本発明に係るシリンダヘッド構造を有したＳＯＨＣ型筒内噴射ガソリンエンジンの他の実施形態である第２実施形態及び第３実施形態がそれぞれ示されており、以下当該他の実施形態についても説明しておく。
第２実施形態の適用されるエンジン１’では、図４に示すように、上記図１に示した第１実施形態に対し、吸気ポートの位置と点火プラグのガイドチューブの位置が入れ代わったものとされている。つまり、当該第２実施形態では、点火プラグ９０’のガイドチューブ９４’がシリンダ軸線Ｘにより一層沿うようにしてロッカアーム７２の腕部７３，７３間に配設され、吸気ポート４４’は、その分岐ポート部４５’，４５’がガイドチューブ９４’を跨ぐようにして且つ上流部４４ａ’が腕部７３，７３間を通るように配設されている。
【００３６】
従って、この第２実施形態の場合にも、吸気ポート４４’やガイドチューブ９４’がロッカアーム７２と干渉することなく良好にシリンダヘッド４内に配設され、吸気ポート４４’が良好に略直立に設けられることになり、やはり上記第１実施形態の場合と同様の作用、効果が得られることとなる。また、この第２実施形態では、点火プラグ９０’をシリンダ１０の中央に直立に配設できるので、燃焼室２０内の燃料噴霧への点火性を高めて燃焼効率を向上させることができる。
【００３７】
第３実施形態が適用されるエンジン１”では、図５に示すように、上記図１に示した第１実施形態に対し、カムシャフトの位置が基面を挟んで対称に位置したものとされている。つまり、当該第３実施形態では、カムシャフト３０’が上記基面の一側ではなく他側にオフセットして配設されており、吸気弁５０，５０がやはり上記基面の他側にオフセットして配設されたロッカシャフト７６’回りに回動するロッカアーム７２’を介して開閉駆動され、排気弁５２，５２がスイングアーム７０’を介して開閉駆動されるよう構成されている。これらロッカアーム７２’及びスイングアーム７０’は上記ロッカアーム７２、スイングアーム７０と略同一のものであり、ロッカアーム７２’は上記腕部７３，７３と同様の腕部７３’，７３’を有して構成されている。
【００３８】
そしてこの場合、点火プラグ９０”のガイドチューブ９４”がシリンダ軸線Ｘに沿うようにしてロッカアーム７２’の腕部７３’，７３’間に配設され、吸気ポート４４’は、その分岐ポート部４５”，４５”がガイドチューブ９４’の一部を挟むようにして且つ上流部４４ａ”が腕部７３’，７３’間を通るように配設されている。
【００３９】
従って、この第３実施形態の場合にも、吸気ポート４４”やガイドチューブ９４”がロッカアーム７２’と干渉することなく良好にシリンダヘッド４内に配設され、吸気ポート４４”が良好に略直立に設けられることになり、やはり上記第１実施形態の場合と同様の作用、効果が得られることとなる。
なお、図示しないが、上記第２実施形態で示した如く、当該第３実施形態をさらに変形させ、吸気ポート４４”の位置とガイドチューブ９４”の位置とを互いに入れ代えてもよい。
【００４０】
また、図６を参照すると、吸気ポート及びロッカアームの形状を変えた変形例が示されており、以下当該変形例について説明する。なお、当該変形例は上記第１乃至第３実施形態の全てに適用可能であるが、ここでは、上記第１実施形態と比較して説明する。
この変形例では、吸気ポートは、上記のようにＹ字形状に分岐した吸気ポート４４とは異なり、独立の２本の吸気ポート１４５，１４５で構成されている。また、ロッカアームは、ロッカアーム１７２として、上記ロッカアーム７２と同様にＹ字形状にして腕部１７３，１７３を有するとともに、中心線Ｙ方向で薄肉に成形された胴部１７２ａを有して構成されている。
【００４１】
つまり、当該変形例のロッカアーム１７２を用いるようにすれば、吸気ポートが独立の２本の吸気ポート１４５，１４５からなるような場合であっても、これら吸気ポート１４５，１４５が薄肉の胴部１７２ａを挟むように互いに接近して配設可能である一方、ガイドチューブ９４が腕部１７３，１７３間に配設可能とされる。故に、吸気ポート１４５，１４５やガイドチューブ９４がロッカアーム１７２と干渉することなく配設され、吸気ポート１４５，１４５が良好に略直立に設けられることになり、やはり上記第１実施形態の場合と同様の作用、効果が得られることとなる。
【００４２】
以上、説明したように、本発明に係る内燃エンジンのシリンダヘッド構造では、１本のカムシャフトをカムシャフト３０、３０’のようにシリンダ軸線Ｘと中心線Ｙからなる基面の一側または他側にオフセットするように配設している。
従って、直立の吸気ポート４４、４４’、４４”或いは吸気ポート１４５，１４５及び点火プラグ９０の挿入孔であるガイドチューブ９４、９４’、９４”をカムシャフト３０と排気弁５２，５２またはカムシャフト３０’と吸気弁５０，５０との間の空間を有効に活用してロッカアーム７２、７２’、１７２との干渉なく良好に配設することができ、エンジン１の幅方向の寸法を小さく抑えてエンジン１の小型化を図ることが可能である。特に、上記各実施形態では、カムシャフト３０，３０’がシリンダ軸線Ｘ方向から視て吸気弁５０，５０と排気弁５２，５２との間に位置して延びているので、カムシャフト３０，３０’がシリンダヘッド４の幅方向の寸法を広げてしまうこともない。
【００４３】
また、直立の吸気ポート４４、４４’、４４”或いは吸気ポート吸気ポート１４５，１４５を設定の自由度高く配設できるので、吸気行程において当該直立の吸気ポートを介してシリンダ１０の壁面に沿い極めて吸気効率よくスムースに吸気を行い、圧縮行程におけるピストン１２の上昇時に燃焼室２０内で逆タンブル流８０を良好に生起させることが可能である。故に、内燃エンジンが上記エンジン１のようにＳＯＨＣ型筒内噴射ガソリンエンジンである場合、燃焼効率の極めて高いＳＯＨＣ型筒内噴射ガソリンエンジンを実現することができ、有害な排ガス成分の発生を少なく抑えるとともに燃費の向上を図ることができる。
【００４４】
つまり、本発明に係るシリンダヘッド構造を筒内噴射ガソリンエンジンに適用するようにすれば、内燃エンジンの小型化を図るとともに、ＳＯＨＣ型にして廉価且つ低公害化、低燃費化を図った理想的な内燃エンジンを実現することが可能となる。
なお、上記各実施形態では、ロッカカバー６に補助ポート４４ｂを設け、該補助ポート４４ｂをロッカカバー６の上面で開口させるようにしたが、補助ポート４４ｂをロッカカバー６の上面に沿って延長し、シリンダヘッド４の側面側で開口させるようにしてもよい。また、補助ポート４４ｂはロッカカバー６に一体に形成されていなくてもよく、別部品で構成されていてもよい。
【００４５】
さらに、上記各実施形態では、４弁式のシリンダヘッド構造について説明したが、これに限らず、吸気ポートが１本からなる２弁式のシリンダヘッド構造であっても本発明を良好に適用可能である。
また、上記各実施形態では、カムシャフト３０のカム部３０ａ，３０ａと吸気弁５０，５０との間にスイングアーム７０，７０を介装するようにし、またカムシャフト３０’と排気弁５２，５２との間にスイングアーム７０’，７０’を介装するようにしたが、これに限らず、カムシャフト３０のカム部３０ａ，３０ａで直接に吸気弁５０，５０を駆動させ、カムシャフト３０’で直接に排気弁５２，５２を駆動させるようにしてもよい。
【００４６】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明に係る請求項１の内燃エンジンのシリンダヘッド構造によれば、吸気ポートの配置に関し、シリンダヘッド内の空間の有効利用を図ることができ、内燃エンジンの幅方向の寸法を小さく抑えて内燃エンジンの小型化を図ることができる。
【００４７】
また、シリンダヘッド内での設定の自由度が抑制されることなく、吸気ポートをシリンダ軸線に略沿って延びる直立ポートとして構成することもでき、吸気効率を高くして燃焼効率を向上させることができる。
また、請求項２の内燃エンジンのシリンダヘッド構造によれば、吸気ポートが独立の２本からなるような場合であっても、吸気ポートが互いに接近し、ロッカアームと吸気ポート等が干渉することなく配設され、吸気ポートを良好に略直立に設けることができる。
また、請求項３の内燃エンジンのシリンダヘッド構造によれば、内燃エンジンの幅方向の寸法に影響を与えることなく点火栓を好適な位置に設定でき、点火栓の挿入孔をシリンダヘッド内の空間に吸気ポートとの干渉なく且つ吸気ポートの設定の自由度を抑制することなく良好に配設することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るシリンダヘッド構造を有したＳＯＨＣ型筒内噴射ガソリンエンジンの縦断面図であって、シリンダヘッド構造の第１実施形態を示す図である。
【図２】図１に示すＳＯＨＣ型筒内噴射ガソリンエンジンのロッカカバーを外した状態での上視図である。
【図３】本発明に係るシリンダヘッド構造を有したＳＯＨＣ型筒内噴射ガソリンエンジンの作用及び効果を説明する図である。
【図４】本発明に係るシリンダヘッド構造の他の実施形態（第２実施形態）を示す図である。
【図５】本発明に係るシリンダヘッド構造の他の実施形態（第３実施形態）を示す図である。
【図６】本発明に係るシリンダヘッド構造に適用される吸気ポート及びロッカアームの変形例を示す図である。
【符号の説明】
１ エンジン（ＳＯＨＣ型筒内噴射ガソリンエンジン）
２ シリンダブロック
４ シリンダヘッド
６ ロッカカバー
１０ シリンダ
１２ ピストン
２０ 燃焼室
３０，３０’ カムシャフト
３０ａ カム部
３０ｂ カム部
４０ 吸気口（吸気開口部）
４２ 排気口（排気開口部）
４４，４４’，４４” 吸気ポート
４４ａ，４４ａ’，４４ａ” 上流部
４５，４５’，４５” 分岐ポート部
４６ 排気ポート
５０ 吸気弁
５２ 排気弁
７０ スイングアーム
７１ ラッシュアジャスタ
７２，７２’ ロッカアーム
７３，７３’ 腕部
７６ ロッカシャフト
９０ 点火プラグ（点火栓）
９４、９４’ ガイドチューブ（挿入孔）
１４５ 吸気ポート
１７２ ロッカアーム
１７２ａ 胴部
１７３ 腕部
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両に搭載される内燃エンジンのシリンダヘッド構造に係り、詳しくはＳＯＨＣ型内燃エンジンのシリンダヘッド構造に関する。
【０００２】
【関連する背景技術】
近年、車両に搭載される火花点火式内燃エンジンにおいて、有害排ガス成分の低減や燃費の向上等を図るため、旧来の吸気管噴射型に代えて燃焼室に直接燃料を噴射する方式の筒内噴射型のガソリンエンジンが種々提案されており、その構成例が、例えば特開平５−２４００４４号公報、特開平８−２９６４４６号公報等に開示されている。
【０００３】
上述の公報に開示された筒内噴射ガソリンエンジンでは、吸気ポートをシリンダヘッド内を直立に延びるポートとして形成しており、これにより吸気効率の高い吸気を行うとともに燃焼室内に縦方向の旋回渦（逆タンブル流）を生起させることを可能としている。
故に、このような筒内噴射ガソリンエンジンでは燃焼効率が高いものとされており、一酸化炭素（ＣＯ）や炭化水素（ＨＣ）等の有害排ガス成分の排出量を減少させ、燃費を向上させることが可能となっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記公報に開示された筒内噴射ガソリンエンジンは、ＤＯＨＣ（ダブルオーバヘッドカムシャフト）型のガソリンエンジンを筒内噴射可能にして構成されている。
ところが、このようなＤＯＨＣ型のガソリンエンジンは、カムシャフトを２本備えているために製造コストが高いという問題がある。また、カムシャフトを２本備えるということは、シリンダヘッドの幅方向の寸法を広げることになり、エンジン本体を大型化させる要因ともなっている。このようにエンジン本体が大型化すると、例えば、筒内噴射ガソリンエンジンが排気量の比較的小さなものであっても、エンジン全体の大きさを小さくできないことになり、エンジンの車両への搭載性が悪化する虞がある。
【０００５】
そこで、比較的製造コストが低く小型化可能なＳＯＨＣ（シングルオーバヘッドカムシャフト）型のガソリンエンジンに筒内噴射可能な燃料噴射弁を備えて筒内噴射ガソリンエンジンを構成することが考えられる。
この場合、ＳＯＨＣ型の筒内噴射ガソリンエンジンで上記ＤＯＨＣ型の筒内噴射ガソリンエンジンと同様の燃焼効率の高い筒内噴射ガソリンエンジンを実現し且つ小型化を図るためには、カムシャフトが１本であることに対する吸排気ポートや点火プラグ等の位置の適正化を図る必要がある。
【０００６】
本発明は、上述した事情に基づきなされたもので、その目的とするところは、ＳＯＨＣ型内燃エンジンのシリンダヘッドにおいて、シリンダヘッド内の各構成部品の配置の適正化を図り、内燃エンジンの小型化と吸気効率、燃焼効率の向上とを実現可能な内燃エンジンのシリンダヘッド構造を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、請求項１の発明では、１本のカムシャフトを有したＳＯＨＣ型内燃エンジンのシリンダヘッドにおいて、カムシャフトがシリンダ軸線を含む平面を挟んで一側及び他側のいずれか一方に偏倚して設けられており、吸気ポートは、その一端が燃焼室に開口する一方で他端がシリンダヘッドの上面に向けて延び、且つ、その一部がシリンダ軸線に略沿って延びるとともにカムシャフトと該カムシャフトの偏倚する側と反対側に位置する吸気弁及び排気弁のいずれか一方との間の領域内においてロッカアームの２つの腕部の間を通るよう設けられている。
【０００８】
これにより、吸気ポートの配置に関し、シリンダヘッド内の空間の有効利用が図られ、内燃エンジンの幅方向の寸法が小さく抑えられて内燃エンジンの小型化が図られる。
また、吸気ポートをシリンダ軸線に略沿って延びる直立ポートとして構成すれば、シリンダヘッド内での吸気ポート設定の自由度が高くなり、吸気ポートは容易にして吸気効率の高い適正なものとされる。これにより、吸気行程において吸入空気がシリンダに対し縦方向で極めて吸気効率よく燃焼室内に導入されることになり、燃焼効率が向上する。例えば、当該直立ポートを有したシリンダヘッド構造をＳＯＨＣ型の筒内噴射型内燃エンジンに適用すれば、燃焼室内において縦方向に旋回する渦（逆タンブル流）が良好に生起され、燃焼効率がより一層向上する。つまり、吸気行程において吸入吸気がシリンダに対し縦方向で極めて吸気効率よく燃焼室内に導入されることになり、燃焼効率が向上する。つまり、ＳＯＨＣ型の内燃エンジンにおいて、従来のＤＯＨＣ型の筒内噴射ガソリンエンジンの場合と同様の効果が得られる。
【０００９】
なお、カムシャフトのカム部と該カムシャフトの偏倚する側と反対側に位置する吸気弁及び排気弁のいずれか一方との間に渡されたロッカアームは、吸気ポートとの干渉なく且つ吸気ポートの設定の自由度を極力大きくできるような形状（例えば、Ｙ字形状）とされるのがよい。
また、請求項２の発明では、ロッカアームを腕部と胴部からなる形状（例えば、Ｙ字形状）に形成することにより、吸気ポートが独立の２本からなるような場合であっても、吸気ポートが胴部を挟むように互いに接近して設けられる。これによりロッカアームと吸気ポートが干渉することなく配設され、吸気ポートが良好に略直立に設けられることになる。
また、請求項３の発明では、点火栓の挿入孔が、吸気ポートの上流部とカムシャフトとの間または吸気ポートの上流部とカムシャフトの偏倚する側の反対側に位置する吸気弁及び排気弁のいずれか一方との間を通るよう設けられている。
【００１０】
これにより、点火栓が好適な位置とされ、また、点火栓の挿入孔がシリンダヘッド内の空間に吸気ポートとの干渉なく且つ吸気ポートの設定の自由度を抑制することなく良好に配設される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
先ず、第１実施形態について説明する。
図１を参照すると、車両に搭載された本発明に係るシリンダヘッド構造を有したＳＯＨＣ（シングルオーバヘッドカムシャフト）型のガソリンエンジンの縦断面図が示されており、図２を参照すると、ロッカカバーを外した状態での該ガソリンエンジンの上視図が示されている。以下、図１及び図２を参照して本発明に係るＳＯＨＣ型ガソリンエンジンのシリンダヘッド構造について説明する。
【００１２】
同図に示すように、当該ＳＯＨＣ型ガソリンエンジンは、例えば４弁式４気筒からなるＳＯＨＣ型の筒内噴射ガソリンエンジンであり、４気筒の全てについて吸気行程のみならず圧縮行程での燃料噴射が可能に構成されている。以下、４気筒のうち１気筒部分のシリンダヘッド構造を代表に説明する。
図１に示すように、ＳＯＨＣ型筒内噴射ガソリンエンジン（以下、単にエンジンと記す）１は、通常のガソリンエンジンと同様に、シリンダブロック２上に、シリンダヘッド４及びロッカカバー６がそれぞれ順に載置され各々ボルト等で固定されて構成されている。
【００１３】
同図に示すように、シリンダブロック２の円筒状のシリンダ１０には、ピストン１２が嵌挿されている。このピストン１２は、コネクティングロッド１４を介してクランクシャフト（図示せず）に連結されており、クランクシャフトの回転に応じてシリンダ１０内を摺動して往復動する。そして、ピストン１２の頂面には、公知である従来のＤＯＨＣ（ダブルオーバヘッドカムシャフト）型の筒内噴射ガソリンエンジンと同様に、半球状のキャビティ１６が形成されている。なお、その形状については上記従来のＤＯＨＣ型の筒内噴射ガソリンエンジンのものと同様であり、ここではその形状の詳細については説明を省略する。
【００１４】
一方、シリンダヘッド４には、シリンダヘッド４の下面とピストン１２の頂面とによって区分され形成される燃焼室２０に向けて燃料を直接噴射可能にして燃料噴射弁（インジェクタ）２２が設けられている。より詳しくは、燃料噴射弁２２は、シリンダ１０の外周壁近傍に対応する位置に、シリンダ１０の中心軸、即ちシリンダ軸線Ｘに対して斜めに燃料を噴射可能なよう所定の角度を有してシリンダヘッド４にボルト２３で取り付けられており、その所定の角度は、上記ピストン１２が上死点近傍にあるとき、上記キャビティ１６の半球状の底面に沿うようにして燃料を噴射可能な角度とされている。なお、この燃料噴射弁２２は、吸気行程のみならず燃焼室２０内が高圧となる圧縮行程時においても良好に燃料をシリンダ１０内に供給可能なよう、その許容燃料噴射圧は高圧（例えば、５０ｋｇｆ／ｃｍ２以上）に設定されている。
【００１５】
また、シリンダヘッド４には、Ｙ字状に分岐して吸気ポート４４が形成されている。詳しくは、シリンダヘッド４の下面には上記シリンダ軸線Ｘと各気筒の中心軸を結ぶエンジン１の中心線Ｙ（図２参照）を含む基面（平面）の一側に位置して一対の吸気口（吸気開口部、２個の開口部）４０，４０が形成されており、吸気ポート４４は、その一対の分岐ポート部４５，４５の各下端（一端）が上記一対の吸気口４０，４０において燃焼室２０に臨んで開口する一方、上端（他端）がシリンダヘッド４内で１本のポートとなるよう構成されている。そして、ロッカカバー６には補助ポート４４ｂが形成されており、該補助ポート４４ｂは吸気ポート４４の上流部４４ａと連通して吸気ポートの一部をなしている。
【００１６】
また、シリンダヘッド４には、やはりＹ字状に分岐した排気ポート４６が形成されている。詳しくは、シリンダヘッド４の下面には上記基面の他側に位置して一対の排気口（排気開口部、２個の開口部）４２，４２が形成されており、排気ポート４６は、その一対の分岐ポート部４７，４７の各一端が上記一対の排気口４２，４２において燃焼室２０に臨んで開口する一方、他端がシリンダヘッド４の側面で開口している。つまり、排気ポート４６は、排気口４２，４２からシリンダヘッド４内を水平方向に延びている。
【００１７】
吸気口４０，４０には、分岐ポート部４５，４５と燃焼室２０との連通と遮断とを行う一対の吸気弁（２個の弁部材）５０，５０が設けられており、一方、排気口４２，４２には、分岐ポート部４７，４７と燃焼室２０との連通と遮断とを行う一対の排気弁（２個の弁部材）５２，５２が設けられている。
同図に示すように、吸気弁５０，５０と排気弁５２，５２とは、上記吸気口４０，４０と排気口４２，４２との位置関係と同様に、上記基面を挟むようにしてシリンダヘッド４に設けられている。即ち、吸気弁５０，５０が上記基面の一側に、また排気弁５２，５２が上記基面の他側に設けられている。詳しくは、これら吸気弁５０，５０と排気弁５２，５２は、該基面に対してそれぞれ所定の角度を有しており、つまり吸気弁５０，５０と排気弁５２，５２とは、シリンダヘッド４内を互いに離反するように延びて設けられている。
【００１８】
ところで、これら吸気弁５０，５０と排気弁５２，５２は特殊なものではなく、内燃エンジンで一般に使用されるものと同様のものである。従って、吸気弁５０，５０及び排気弁５２，５２の軸部の各先端にはそれぞれスプリングシート５４，５４及びスプリングシート５６，５６が設けられており、これらスプリングシート５４，５４及びスプリングシート５６，５６とシリンダヘッド４の部材間にはそれぞれ吸気弁５０，５０と排気弁５２，５２を外嵌するようにしてコイルスプリング６０，６０及びコイルスプリング６２，６２が縮設されている。故に、通常は、吸気弁５０，５０と排気弁５２，５２とは、これらコイルスプリング６０，６０及びコイルスプリング６２，６２に付勢されて吸気口４０，４０及び排気口４２，４２を閉じた状態に保持されている。なお、図中符号６４及び符号６６はそれぞれ吸気弁５０、排気弁５２の弁ガイドであり、これにより吸気弁５０，５０、排気弁５２，５２が弁ガイド６４，６６に沿い確実に上記所定の角度でもって滑らかに摺動可能とされ、良好に開閉弁可能とされている。
【００１９】
また、シリンダヘッド４には、上記基面の一側にオフセット（偏倚）し且つ該基面に沿うようにして１本のカムシャフト３０が回転自在に軸支されている。詳しくは、カムシャフト３０は、各気筒間及びシリンダヘッド４の両端部に形成された複数の軸支持部３２上に支持されており、さらにこれら支持部３２に対応して設けられたカムキャップ３４によって挟持されてシリンダヘッド４に回転可能に軸支されている。なお、カムキャップ３４はそれぞれ一対のボルト３８，３８で支持部３２に固定されている。
【００２０】
そして、カムシャフト３０には、それぞれ吸気弁５０，５０及び排気弁５２，５２に対応するようにして一対のカム部３０ａ，３０ａ及びカム部３０ｂが形成されている。
カム部３０ａ，３０ａと吸気弁５０，５０との間にはスイングアーム７０，７０が介装されている。詳しくは、スイングアーム７０，７０は、一端がそれぞれ吸気弁５０，５０の各先端と当接する一方、他端がそれぞれラッシュアジャスタ（ピボット）７１，７１に回動自在に支持されており、ローラ部７４，７４がカム部３０ａ，３０ａと当接している。
【００２１】
一方、カム部３０ｂと排気弁５２，５２との間にはシリンダ軸線Ｘ方向で視てＹ字形状をなすロッカアーム７２が渡されている。詳しくは、上記カムキャップ３４にはカムシャフト３０と平行にしてロッカシャフト７６が軸支されており、ロッカアーム７２は、該ロッカシャフト７６に揺動自在に支持されている。そして、ロッカアーム７２の一端に設けられたローラ７８がカム部３０ｂと当接し、一方、他端、即ちＹ字状に分岐した腕部７３，７３の各先端に設けられた一対のバルブアジャスタ７９，７９が排気弁５２，５２の各先端にそれぞれ当接している。なお、当該ロッカシャフト７６についても、上記カムシャフト３０と同様に上記基面の一側にオフセットして設けられている。
【００２２】
従って、カムシャフト３０が回転すると、カム部３０ａ，３０ａの形状に応じてスイングアーム７０，７０が各々ラッシュアジャスタ７１，７１を支点に回動するとともに、カム部３０ｂの形状に応じてロッカアーム７２がロッカシャフト７６回りに揺動することになり、故に吸気弁５０，５０、排気弁５２，５２がそれぞれコイルスプリング６０，６０、コイルスプリング６２，６２の付勢力に抗して開閉作動することになる。
【００２３】
ここで、改めて吸気ポート４４について述べると、図１に示すように、吸気ポート４４は、シリンダ軸線Ｘに略沿い僅かにＳ字状のカーブを描きながらシリンダヘッド４内を吸気口４０，４０からシリンダヘッド４の上面に向けて延びている。つまり、吸気ポート４４はシリンダヘッド４の下面に対し直立するようにしてシリンダヘッド４内を延びている。そして、図２から明らかなように、吸気ポート４４，４４は、シリンダ軸線Ｘ方向から視て、少なくとも一部が吸気弁５２，５２の各軸部の先端とカムシャフト３０とを最短距離で結ぶ線、つまり各軸部先端からカムシャフト３０に対して延ばした垂線間の領域を通るようにして吸気弁５２，５２とカムシャフト３０との間を延びている。
【００２４】
このように吸気ポート４４が直立するように設けられていると、吸気ポート４４と上記カムシャフト３０やロッカアーム７２、ロッカシャフト７６との干渉が問題となる。しかしながら、当該エンジン１においては、上述したように、カムシャフト３０及びロッカシャフト７６は基面の一側にオフセットしており、またロッカアーム７２はＹ字形状に成形されている。従って、当該エンジン１では、吸気ポート４４の１本に纏められた上流部４４ａがロッカアーム７２の腕部７３，７３間を通るように配設され、吸気ポート４４とカムシャフト３０、ロッカシャフト７６との干渉は勿論のこと、ロッカアーム７２との干渉が良好に回避されている。これにより、エンジン１の小型化を図った吸気ポート４４のレイアウトが実現されている。
【００２５】
また、シリンダヘッド４には、燃焼室２０の略中央、即ち燃焼室２０内の混合気を最も有効に燃焼させることの可能な着火位置に火花発生部を突出させて点火プラグ（点火栓）９０が取り付けられている。詳しくは、点火プラグ９０は、図１に示すように、シリンダ軸線Ｘに対して角度を有して取り付けられており、その角度は、点火プラグ９０を排気弁５２，５２と吸気ポート４４の間を通って挿入、取り付け可能な角度とされている。つまり、図１を参照すると、点火プラグ９０の挿入ガイドとして機能し且つシリンダヘッド４内を飛散する潤滑油が点火プラグ９０に付着することを防止するための直管、即ちガイドチューブ（挿入孔）９４が設けられており、このガイドチューブ９４が、排気弁５２，５２と吸気ポート４４の間を通るようシリンダヘッド４の部材に上記角度をもって固定されている。
【００２６】
ところで、このガイドチューブ９４についても、上記吸気ポート４４の場合と同様、上記ロッカアーム７２等との干渉が問題となる。しかしながら、図２に示すように、ガイドチューブ９４は吸気ポート４４の上流部４４ａとともにロッカアーム７２の腕部７３，７３間を通るように配設されている。故に、ガイドチューブ９４についてもロッカアーム７２等との干渉が良好に回避されている。なお、同図に示すように、ガイドチューブ９４の上端はオイルシール９６を介してロッカカバー６と着脱自在に嵌合している。
【００２７】
つまり、本発明に係るシリンダヘッド構造では、吸気ポート４４とガイドチューブ９４とが、基面に対して一側にオフセットしたカムシャフト３０と反対側（他側）の排気弁５２，５２との間の空間にこれらを繋ぐロッカアーム７２との干渉なくそれぞれ良好に配設されている。これにより、シリンダヘッド４内の空間を有効に活用して最適な位置に吸気ポート４４を配設でき、またガイドチューブ９４を吸気ポート４４との干渉なく吸気ポート４４の設定自由度を損なうことなく適切に配設できることになり、シリンダヘッド４の幅方向の寸法を小さく抑えてエンジン１の小型化を図ることができる。
【００２８】
また、吸気ポート４４が直立であることにより、ＳＯＨＣ型筒内噴射ガソリンエンジンではさらに次のような作用、効果が得られる。以下、図３を参照しながら直立の吸気ポート４４を有したＳＯＨＣ型筒内噴射ガソリンエンジンの作用、効果について説明する。なお、ここでは燃料が圧縮行程で噴射される場合を例に説明する。
【００２９】
吸気ポート４４がシリンダ軸線Ｘに略沿い直立にされていると、吸気行程において、ピストン１２の下降に伴い分岐ポート部４５，４５を経て吸気が行われる際、吸入空気はシリンダ１０の壁面に沿うようにして燃焼室２０内に進入する。このとき、吸気ポート４４は僅かにカーブしているのみで略真っ直ぐに延びているため、吸入空気は吸気効率よくスムースに燃焼室２０内に導入される。
【００３０】
その後、圧縮行程に移行し、ピストン１２が上昇すると、その上昇に伴い、ピストン１２の頂面に設けられたキャビティ１６の半球状の底面に沿うようにして吸入空気が巻き上げられ、吸入空気は、図３中に矢印で示すように、シリンダ壁面からシリンダ中央に向けてシリンダ１０内を縦方向に旋回する流れ、即ち渦状の逆タンブル流８０となってキャビティ１６内で旋回する。
【００３１】
そして、ピストン１２が上死点近傍に達すると、図３中に示すように、燃料噴射弁２２から燃料がキャビティ１６の半球状の底面に沿うように、つまり逆タンブル流８０と同一方向に噴射されることになるが、この噴射された燃料はキャビティ１６内で吸入空気と良好に混合されて燃料噴霧８１となり好適な状態で点火プラグ９０に達することとなる。
【００３２】
ところで、このように燃料が逆タンブル流８０とともにキャビティ１６内に略閉じこめられたような状態、つまり層状化された状態で点火プラグ９０に達することになると、燃料噴射量が少なくても、つまり全体として空燃比が希薄（リーン）であっても点火プラグ９０近傍では比較的空燃比が濃い（理論空燃比またはリッチ）状態とされる。従って、その後ピストン１２がさらに上死点近傍とされたときには、点火プラグ９０によって点火が行われることになるのであるが、点火プラグ９０周りでは着火性がよく、故に失火（リーン失火）等の発生もなく極めて良好且つ効率のよい燃焼、即ち層状燃焼が実現されることとなる。なお、層状燃焼の作用と効果についての詳細については、従来のＤＯＨＣ型の筒内噴射ガソリンエンジンで明らかにされており、ここではその詳細な説明は省略する。
【００３３】
これにより、ＳＯＨＣ型の筒内噴射ガソリンエンジンにおいて、従来のＤＯＨＣ型の筒内噴射ガソリンエンジンの場合と同様に燃焼効率を向上させて炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）等の有害な排ガス成分を低減できることになり、且つ、燃料消費量を極めて少なく抑えて燃費を向上させることができる。
特に、本発明に係るシリンダヘッド構造では、カムシャフト３０が基面に対してオフセットして配設されているため、ロッカシャフト７６と排気弁５２，５２間の空間が比較的広く、吸気ポート４４の設定自由度が大きなものとされている。従って、吸気ポート４４の形状を容易に直立且つ吸気効率の高いものに設定でき、燃焼効率の極めて高い内燃エンジンを実現することが可能である。
【００３４】
なお、ここでは、燃料が圧縮行程で噴射される場合を例に説明したが、直立の吸気ポート４４を用いることは燃料が吸気行程で噴射されるような場合においても有効である。つまり、直立の吸気ポート４４を用いて吸気効率よく吸気を行い逆タンブル流８０を生起させることにより、例えば吸気行程で燃料を少量だけ噴射し希薄空燃比での運転を行った場合であっても、燃焼に好適な混合気を良好に生成することができ、やはり燃焼効率及び燃費を向上させることができることとなる。
【００３５】
ここで、図４及び図５を参照すると、本発明に係るシリンダヘッド構造を有したＳＯＨＣ型筒内噴射ガソリンエンジンの他の実施形態である第２実施形態及び第３実施形態がそれぞれ示されており、以下当該他の実施形態についても説明しておく。
第２実施形態の適用されるエンジン１’では、図４に示すように、上記図１に示した第１実施形態に対し、吸気ポートの位置と点火プラグのガイドチューブの位置が入れ代わったものとされている。つまり、当該第２実施形態では、点火プラグ９０’のガイドチューブ９４’がシリンダ軸線Ｘにより一層沿うようにしてロッカアーム７２の腕部７３，７３間に配設され、吸気ポート４４’は、その分岐ポート部４５’，４５’がガイドチューブ９４’を跨ぐようにして且つ上流部４４ａ’が腕部７３，７３間を通るように配設されている。
【００３６】
従って、この第２実施形態の場合にも、吸気ポート４４’やガイドチューブ９４’がロッカアーム７２と干渉することなく良好にシリンダヘッド４内に配設され、吸気ポート４４’が良好に略直立に設けられることになり、やはり上記第１実施形態の場合と同様の作用、効果が得られることとなる。また、この第２実施形態では、点火プラグ９０’をシリンダ１０の中央に直立に配設できるので、燃焼室２０内の燃料噴霧への点火性を高めて燃焼効率を向上させることができる。
【００３７】
第３実施形態が適用されるエンジン１”では、図５に示すように、上記図１に示した第１実施形態に対し、カムシャフトの位置が基面を挟んで対称に位置したものとされている。つまり、当該第３実施形態では、カムシャフト３０’が上記基面の一側ではなく他側にオフセットして配設されており、吸気弁５０，５０がやはり上記基面の他側にオフセットして配設されたロッカシャフト７６’回りに回動するロッカアーム７２’を介して開閉駆動され、排気弁５２，５２がスイングアーム７０’を介して開閉駆動されるよう構成されている。これらロッカアーム７２’及びスイングアーム７０’は上記ロッカアーム７２、スイングアーム７０と略同一のものであり、ロッカアーム７２’は上記腕部７３，７３と同様の腕部７３’，７３’を有して構成されている。
【００３８】
そしてこの場合、点火プラグ９０”のガイドチューブ９４”がシリンダ軸線Ｘに沿うようにしてロッカアーム７２’の腕部７３’，７３’間に配設され、吸気ポート４４’は、その分岐ポート部４５”，４５”がガイドチューブ９４’の一部を挟むようにして且つ上流部４４ａ”が腕部７３’，７３’間を通るように配設されている。
【００３９】
従って、この第３実施形態の場合にも、吸気ポート４４”やガイドチューブ９４”がロッカアーム７２’と干渉することなく良好にシリンダヘッド４内に配設され、吸気ポート４４”が良好に略直立に設けられることになり、やはり上記第１実施形態の場合と同様の作用、効果が得られることとなる。
なお、図示しないが、上記第２実施形態で示した如く、当該第３実施形態をさらに変形させ、吸気ポート４４”の位置とガイドチューブ９４”の位置とを互いに入れ代えてもよい。
【００４０】
また、図６を参照すると、吸気ポート及びロッカアームの形状を変えた変形例が示されており、以下当該変形例について説明する。なお、当該変形例は上記第１乃至第３実施形態の全てに適用可能であるが、ここでは、上記第１実施形態と比較して説明する。
この変形例では、吸気ポートは、上記のようにＹ字形状に分岐した吸気ポート４４とは異なり、独立の２本の吸気ポート１４５，１４５で構成されている。また、ロッカアームは、ロッカアーム１７２として、上記ロッカアーム７２と同様にＹ字形状にして腕部１７３，１７３を有するとともに、中心線Ｙ方向で薄肉に成形された胴部１７２ａを有して構成されている。
【００４１】
つまり、当該変形例のロッカアーム１７２を用いるようにすれば、吸気ポートが独立の２本の吸気ポート１４５，１４５からなるような場合であっても、これら吸気ポート１４５，１４５が薄肉の胴部１７２ａを挟むように互いに接近して配設可能である一方、ガイドチューブ９４が腕部１７３，１７３間に配設可能とされる。故に、吸気ポート１４５，１４５やガイドチューブ９４がロッカアーム１７２と干渉することなく配設され、吸気ポート１４５，１４５が良好に略直立に設けられることになり、やはり上記第１実施形態の場合と同様の作用、効果が得られることとなる。
【００４２】
以上、説明したように、本発明に係る内燃エンジンのシリンダヘッド構造では、１本のカムシャフトをカムシャフト３０、３０’のようにシリンダ軸線Ｘと中心線Ｙからなる基面の一側または他側にオフセットするように配設している。
従って、直立の吸気ポート４４、４４’、４４”或いは吸気ポート１４５，１４５及び点火プラグ９０の挿入孔であるガイドチューブ９４、９４’、９４”をカムシャフト３０と排気弁５２，５２またはカムシャフト３０’と吸気弁５０，５０との間の空間を有効に活用してロッカアーム７２、７２’、１７２との干渉なく良好に配設することができ、エンジン１の幅方向の寸法を小さく抑えてエンジン１の小型化を図ることが可能である。特に、上記各実施形態では、カムシャフト３０，３０’がシリンダ軸線Ｘ方向から視て吸気弁５０，５０と排気弁５２，５２との間に位置して延びているので、カムシャフト３０，３０’がシリンダヘッド４の幅方向の寸法を広げてしまうこともない。
【００４３】
また、直立の吸気ポート４４、４４’、４４”或いは吸気ポート吸気ポート１４５，１４５を設定の自由度高く配設できるので、吸気行程において当該直立の吸気ポートを介してシリンダ１０の壁面に沿い極めて吸気効率よくスムースに吸気を行い、圧縮行程におけるピストン１２の上昇時に燃焼室２０内で逆タンブル流８０を良好に生起させることが可能である。故に、内燃エンジンが上記エンジン１のようにＳＯＨＣ型筒内噴射ガソリンエンジンである場合、燃焼効率の極めて高いＳＯＨＣ型筒内噴射ガソリンエンジンを実現することができ、有害な排ガス成分の発生を少なく抑えるとともに燃費の向上を図ることができる。
【００４４】
つまり、本発明に係るシリンダヘッド構造を筒内噴射ガソリンエンジンに適用するようにすれば、内燃エンジンの小型化を図るとともに、ＳＯＨＣ型にして廉価且つ低公害化、低燃費化を図った理想的な内燃エンジンを実現することが可能となる。
なお、上記各実施形態では、ロッカカバー６に補助ポート４４ｂを設け、該補助ポート４４ｂをロッカカバー６の上面で開口させるようにしたが、補助ポート４４ｂをロッカカバー６の上面に沿って延長し、シリンダヘッド４の側面側で開口させるようにしてもよい。また、補助ポート４４ｂはロッカカバー６に一体に形成されていなくてもよく、別部品で構成されていてもよい。
【００４５】
さらに、上記各実施形態では、４弁式のシリンダヘッド構造について説明したが、これに限らず、吸気ポートが１本からなる２弁式のシリンダヘッド構造であっても本発明を良好に適用可能である。
また、上記各実施形態では、カムシャフト３０のカム部３０ａ，３０ａと吸気弁５０，５０との間にスイングアーム７０，７０を介装するようにし、またカムシャフト３０’と排気弁５２，５２との間にスイングアーム７０’，７０’を介装するようにしたが、これに限らず、カムシャフト３０のカム部３０ａ，３０ａで直接に吸気弁５０，５０を駆動させ、カムシャフト３０’で直接に排気弁５２，５２を駆動させるようにしてもよい。
【００４６】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明に係る請求項１の内燃エンジンのシリンダヘッド構造によれば、吸気ポートの配置に関し、シリンダヘッド内の空間の有効利用を図ることができ、内燃エンジンの幅方向の寸法を小さく抑えて内燃エンジンの小型化を図ることができる。
【００４７】
また、シリンダヘッド内での設定の自由度が抑制されることなく、吸気ポートをシリンダ軸線に略沿って延びる直立ポートとして構成することもでき、吸気効率を高くして燃焼効率を向上させることができる。
また、請求項２の内燃エンジンのシリンダヘッド構造によれば、吸気ポートが独立の２本からなるような場合であっても、吸気ポートが互いに接近し、ロッカアームと吸気ポート等が干渉することなく配設され、吸気ポートを良好に略直立に設けることができる。
また、請求項３の内燃エンジンのシリンダヘッド構造によれば、内燃エンジンの幅方向の寸法に影響を与えることなく点火栓を好適な位置に設定でき、点火栓の挿入孔をシリンダヘッド内の空間に吸気ポートとの干渉なく且つ吸気ポートの設定の自由度を抑制することなく良好に配設することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るシリンダヘッド構造を有したＳＯＨＣ型筒内噴射ガソリンエンジンの縦断面図であって、シリンダヘッド構造の第１実施形態を示す図である。
【図２】図１に示すＳＯＨＣ型筒内噴射ガソリンエンジンのロッカカバーを外した状態での上視図である。
【図３】本発明に係るシリンダヘッド構造を有したＳＯＨＣ型筒内噴射ガソリンエンジンの作用及び効果を説明する図である。
【図４】本発明に係るシリンダヘッド構造の他の実施形態（第２実施形態）を示す図である。
【図５】本発明に係るシリンダヘッド構造の他の実施形態（第３実施形態）を示す図である。
【図６】本発明に係るシリンダヘッド構造に適用される吸気ポート及びロッカアームの変形例を示す図である。
【符号の説明】
１ エンジン（ＳＯＨＣ型筒内噴射ガソリンエンジン）
２ シリンダブロック
４ シリンダヘッド
６ ロッカカバー
１０ シリンダ
１２ ピストン
２０ 燃焼室
３０，３０’ カムシャフト
３０ａ カム部
３０ｂ カム部
４０ 吸気口（吸気開口部）
４２ 排気口（排気開口部）
４４，４４’，４４” 吸気ポート
４４ａ，４４ａ’，４４ａ” 上流部
４５，４５’，４５” 分岐ポート部
４６ 排気ポート
５０ 吸気弁
５２ 排気弁
７０ スイングアーム
７１ ラッシュアジャスタ
７２，７２’ ロッカアーム
７３，７３’ 腕部
７６ ロッカシャフト
９０ 点火プラグ（点火栓）
９４、９４’ ガイドチューブ（挿入孔）
１４５ 吸気ポート
１７２ ロッカアーム
１７２ａ 胴部
１７３ 腕部
Claims (3)
- シリンダヘッドの下面とシリンダ内に嵌挿されたピストンの頂面との間に形成され、前記シリンダヘッドの下面にシリンダ軸線を含む平面を挟んで一側に位置する吸気開口部と他側に位置する排気開口部とを有する燃焼室と、
前記燃焼室に臨むよう前記シリンダヘッドに設けられた点火栓と、
一端が前記吸気開口部と連通するとともに、前記シリンダヘッド内を該シリンダヘッドの上面に向かって延びる吸気ポートと、
一端が前記排気開口部と連通するとともに、前記シリンダヘッド内を該シリンダヘッドの側面に向かって延びる排気ポートと、
前記吸気開口部を開閉する弁本体及び該弁本体と一体に設けられた軸部を有し、前記吸気ポートから前記燃焼室内への吸気の連通と遮断とを行う吸気弁と、
前記排気開口部を開閉する弁本体及び該弁本体と一体に設けられた軸部を有し、前記平面を挟んで前記吸気弁と略対称に位置して前記燃焼室内から前記排気ポートへの排気の連通と遮断とを行う排気弁と、
前記吸気弁及び前記排気弁をそれぞれ開閉駆動させるカム部を有し、前記平面を挟んで一側及び他側のいずれか一方に偏倚し且つ前記平面に略平行に延びて前記シリンダヘッドに軸支された１本のカムシャフトと、
前記カム部と当接するとともに、前記カムシャフトの偏倚する側と反対側に位置する前記吸気弁及び排気弁のいずれか一方の軸部の先端と当接する２つの腕部を有するロッカアームとを備え、
前記吸気開口部及び前記排気開口部は、前記平面に沿いそれぞれ２個の開口部を有するとともに、前記吸気弁及び前記排気弁は、前記２個の開口部に対応して前記軸部が互いに略平行になるよう設けられた２個の弁部材からなり、前記吸気弁及び排気弁のいずれか一方の２個の弁部材の各軸部の先端が前記ロッカアームの２つの腕部とそれぞれ当接しており、
前記吸気ポートは、前記シリンダ軸線方向から視て少なくとも一部が前記カムシャフトの偏倚する側と反対側に位置する前記吸気弁及び排気弁のいずれか一方の２個の弁部材の各軸部の先端と前記カムシャフトとをそれぞれ最短距離で結ぶ線間の領域内で前記２つの腕部の間を通って延びていることを特徴とする内燃エンジンのシリンダヘッド構造。 - シリンダヘッドの下面とシリンダ内に嵌挿されたピストンの頂面との間に形成され、前記シリンダヘッドの下面にシリンダ軸線を含む平面を挟んで一側に位置する吸気開口部と他側に位置する排気開口部とを有する燃焼室と、
前記燃焼室に臨むよう前記シリンダヘッドに設けられた点火栓と、
一端が前記吸気開口部と連通するとともに、前記シリンダヘッド内を該シリンダヘッドの上面に向かって延びる吸気ポートと、
一端が前記排気開口部と連通するとともに、前記シリンダヘッド内を該シリンダヘッドの側面に向かって延びる排気ポートと、
前記吸気開口部を開閉する弁本体及び該弁本体と一体に設けられた軸部を有し、前記吸気ポートから前記燃焼室内への吸気の連通と遮断とを行う吸気弁と、
前記排気開口部を開閉する弁本体及び該弁本体と一体に設けられた軸部を有し、前記平面を挟んで前記吸気弁と略対称に位置して前記燃焼室内から前記排気ポートへの排気の連通と遮断とを行う排気弁と、
前記吸気弁及び前記排気弁をそれぞれ開閉駆動させるカム部を有し、前記平面を挟んで一側及び他側のいずれか一方に偏倚し且つ前記平面に略平行に延びて前記シリンダヘッドに軸支された１本のカムシャフトと、
前記カム部と当接するとともに、前記カムシャフトの偏倚する側と反対側に位置する前記吸気弁及び排気弁のいずれか一方の軸部の先端と当接するロッカアームとを備え、
前記吸気開口部及び前記排気開口部は、前記平面に沿いそれぞれ２個の開口部を有するとともに、前記吸気弁及び前記排気弁は、前記２個の開口部に対応して前記軸部が互いに略平行になるよう設けられた２個の弁部材からなっており、
前記吸気ポートは、前記２個の吸気開口部に対応して２本が独立して延びるとともに、前記シリンダ軸線方向から視て少なくとも該独立した２本の各一部が前記カムシャフトの偏倚する側と反対側に位置する前記吸気弁及び排気弁のいずれか一方の２個の弁部材の各軸部の先端と前記カムシャフトとをそれぞれ最短距離で結ぶ線間の領域を通って延びており、
前記ロッカアームは、前記２本の吸気ポートの間を通って配設されていることを特徴とする内燃エンジンのシリンダヘッド構造。 - 前記点火栓の挿入孔は、前記シリンダ軸線方向から視て、前記領域内且つ前記吸気ポートの上流部と前記カムシャフトとの間または前記吸気ポートの上流部と前記カムシャフトの偏倚する側の反対側に位置する前記吸気弁及び前記排気弁のいずれか一方との間を通るよう設けられていることを特徴とする、請求項１または２記載の内燃エンジンのシリンダヘッド構造。
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