JP3715059B2 - ４サイクルエンジン - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、４サイクルエンジンに関し、特にアイドリング回転域での自己ＥＧＲ率を減少させて理論空燃比運転を可能とし、もって排気ガスの三元触媒による浄化を行うことができるようにした吸気系の改善に関する。
【０００２】
【従来の技術】
４サイクルエンジンにおいて高出力化を図る手段として、従来から排気弁と吸気弁とが共に開いているバルブオーバーラップ期間（以下、単にオーバーラップと記すこともある）を大きく設定し、高速回転域での吸入空気量を増加する方法が採用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで上記オーバーラップを大きく設定したエンジンの場合、特にアイドリング等の低速回転域において安定した運転を行うには、空燃比を理論空燃比（λ＝１）よりも高濃度のリッチ状態に制御する必要がある。
【０００４】
一方、三元触媒を用いて排気ガスを浄化するには、理論空燃比で運転することが必要である。従って、Ｏ₂ センサにより空燃比を理論空燃比にフィードバック制御し、排気ガスの浄化を図るようにしたエンジンの場合、理論空燃比で安定しして運転できる領域を拡げる必要があることから上記オーバーラップを大きくするのは困難であり、結局高出力化，排気ガス浄化，及び低燃費を達成するのは困難であるというのが実情である。
【０００５】
なお、上記低速回転域においては、可変バルブタイミング機構により上記オーバーラップを小さくし、もって低速回転域においても理論空燃比で安定的に運転することが可能である。しかし可変バルブタイミング機構を備えた場合は、構造が複雑となるとともに大型化し、かつ高コストとなる。
【０００６】
本出願人は、吸気通路の吸気弁開口からスロットルバルブまでの容積（ポート容積）の行程容積（気筒毎の排気量）に対する割合（容積比）をできるだけ小さく設定することにより、出力性能を低下させることなく、かつ低コストで排気ガスの浄化を図ることのできる４サイクルエンジンを開発し、先に提案している。
【０００７】
上記提案に係る４サイクルエンジンでは、上記容積比を従来のエンジンより相当小さくする必要があり、これを実現するにはスロットルバルブを吸気弁開口に近づけて配置する必要がある。従って、上記提案に係る４サイクルエンジンを実用化するには、スロットルバルブ，燃料噴射弁の配置等において従来と異なる工夫が必要となる。
【０００８】
本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、上記容積比を実現することのできる具体的構成を提供することを課題としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、燃焼室に連通する吸気通路と、該吸気通路の燃焼室に開口する吸気弁開口を開閉する吸気弁と、上記吸気通路の途中に介設されたスロットルバルブとを備えた４サイクルエンジンにおいて、上記吸気通路はシリンダヘッド内に形成された吸気ポートと該吸気ポートに着脱可能に接続されたスロットルボディとを有し、上記スロットルバルブは、上記スロットルボディの下流側寄りに配設され、該スロットルボディのスロットルバルブより上流側に燃料噴射弁が配設され、上記吸気ポートとスロットルボディとの接続部及び最小開度位置にあるスロットルバルブの吸気通路内における下流面の大部分は、該エンジンのシリンダヘッドを気筒軸方向に投影したときの投影面内に位置していることを特徴としている。
【００１０】
請求項２の発明は、上記吸気通路の吸気弁開口からスロットルバルブまでの容積（ポート容積）の行程容積（気筒毎の排気量）に対する割合（容積比）が０．１５〜０．４５となっていることを特徴としている。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１又は２において、上記スロットルバルブの回転軸を上記下流面と略一致するように配置し、上記スロットル駆動軸を上記スロットルバルブの回転軸と平行にかつ間隔を空けて配置し、該スロットル駆動軸とスロットルバルブの回転軸とをリンク機構により連結したことを特徴としている。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項１又は２において、上記下流面を上記スロットルバルブの回転軸より下流側に離して配置し、上記スロトル駆動軸を上記スロットルバルブの回転軸と同一直線をなすように配置したことを特徴としている。
【００１３】
請求項５の発明は、請求項３又は４において、上記スロットルバルブの回転軸に該スロットルバルブの開度を検出するスロットル開度センサを取り付け、該スロットルバルブの全閉側ストッパを該回転軸側に設けるとともに全開側ストッパを上記スロットル駆動軸側に設けたことを特徴としている。
【００１４】
請求項６の発明は、請求項３〜５の何れかにおいて、カム軸方向一端にカム軸駆動用チェンを配置したサイドカムチェン方式の動弁装置を備え、上記スロットル開度センサを反カムチェン側に、上記駆動軸をカムチェン側にそれぞれ配設したことを特徴としている。
【００１５】
請求項７の発明は、請求項３又は４において、気筒間にカム軸駆動用チェンを配置したセンタチェン方式の動弁装置を備え、上記駆動軸を上記カム軸駆動チェンの配置部位に配置したことを特徴としている。
【００１８】
請求項８の発明は、請求項１〜７の何れかにおいて、吸気通路の天壁に上記スロットルバルブをバイパスするようにアイドルエア調整通路を設け、該アイドルエア調整通路の通路面積を変化させる調整スクリューを螺挿したことを特徴としている。
【００１９】
請求項９の発明は、請求項１〜８の何れかにおいて、上記燃料噴射弁を、スロットルバルブの全開時に該燃料噴射弁からの燃料が該スロットルバルブに衝突するように配置したことを特徴としており、請求項１２の発明は、スロットルボディとインジェクタボディとを一体化したことを特徴としている。
【００２１】
【発明の作用効果】
請求項１の発明によれば、最小開度位置にあるスロットルバルブの吸気通路内に位置する下流面の大部分が該エンジンの気筒軸方向投影面内に位置するように上記スロットルバルブを配設したので、ポート容積の行程容積に対する割合（容積比）を小さくすることができ、例えばオーバーラップ期間を大きくし設定してエンジン出力の向上を企図した場合でもＥＧＲ率を減少させることができ、リーン限界空燃比を理論空燃比よりリーン側にすることが可能であり、従ってエンジンを理論空燃比で安定して運転でき、その結果、エンジン出力を向上しつつ三元触媒による排気ガスの浄化を実現できる効果がある。
【００２２】
また上記吸気通路のスロットルバルブより上流側に燃料噴射弁を配設したので、上記容積比を小さく設定するためにスロットルバルブを吸気弁開口側に寄せて配置した場合でも、燃料噴射弁の配置スペースの確保が容易である。ちなみに、従来エンジンのようにスロットルバルブの下流側に燃料噴射弁を配置しようとすると上記ポート容積が大きくなり、上記容積比の確保が困難となる。
【００２４】
請求項３の発明によれば、上記スロットルバルブの回転軸を上記下流面に略一致させ、上記スロットル駆動軸を上記スロットルバルブの回転軸と平行にかつ間隔を空けて配置し、該スロットル駆動軸とスロットルバルブの回転軸とをリンク機構により連結したので、請求項２の発明における下流面を上記投影面内に配置し、スロットル駆動軸をエンジンに干渉しないよう配置する場合の具体的構造を容易に実現できる。
【００２５】
請求項４の発明によれば、上記下流面を上記スロットルバルブの回転軸より下流側に離して配置し、上記スロトル駆動軸を上記スロットルバルブの回転軸と同一直線をなすように配置したので、この場合も上記請求項２の発明における下流面を上記投影面内に配置し、スロットル駆動軸をエンジンに干渉しないよう配置する場合の具体的構造を容易に実現できる。
【００２６】
請求項５の発明によれば、上記スロットルバルブの回転軸に該スロットルバルブの開度を検出するスロットル開度センサを取り付けたので、スロットルバルブの開度を、間にリンク機構等の検出誤差を生じるものを介在させることなく直接検出することができ、スロットル開度の検出精度を高めることができる。
【００２７】
またスロットルバルブの最小開度側ストッパを該回転軸側に設けたので、スロットルバルブのアイドリング調整等に重要な最小開度を精度良く設定できる。さらにまた全開側ストッパを上記スロットル駆動軸側に設けたので、運転者の全開操作が強い力で行われた場合でも、スロットルバルブの回転軸側への大きな力の伝達を回避でき、スロットルバルブの開度の狂いを防止できる。
【００２８】
請求項６の発明によれば、サイドカムチェン方式の動弁装置を備えている場合に、スロットル開度センサを反カムチェン側に、上記スロットル駆動軸をカムチェン側にそれぞれ配設したので、スロットルバルブの回転軸と駆動軸とを別々に設ける場合に、該スロットル駆動軸，スロットル開度センサ等の部品を、スロットル開度の検出精度を確保しつつ左，右にバランス良く配置でき、配置スペースの確保が容易である。
【００２９】
請求項７の発明によれば、センタチェン方式の動弁装置を備えている場合に、上記スロットル駆動軸をカム軸駆動チェンの配置部位に配置したので、スロットルバルブの回転軸と駆動軸とを別々に設ける場合に、該駆動軸を回転軸の長さ方向略中央に配置することができ、該駆動軸から各スロットルバルブへの回転力伝達がバランス良く行われ、各スロットルバルブを同期させて開閉できる。
【００３２】
請求項８の発明によれば、吸気通路の天壁に上記スロットルバルブをバイパスするようにアイドルエア調整通路を設けたので、上記燃料噴射弁から噴射された燃料がアイドルエア調整通路内に進入するのを回避でき、アイドリング回転を安定化できる。
【００３３】
請求項９の発明によれば、上記燃料噴射弁からの噴射燃料を全開位置のスロットルバルブに衝突させたので、噴射された燃料の空気との混合を促進できる。
【００３５】
図において、１は自動二輪車用水冷式４サイクル並列４気筒５バルブエンジンであり、該エンジン１は自動二輪車の車体フレーム２にクランク軸３を車幅方向に水平に向けて、かつ気筒軸Ａを前傾させて搭載されている。該エンジン１は変速装置を内蔵するクランクケース４の前部にシリンダボディ５を一体形成し、該シリンダボディ５上にシリンダヘッド６，ヘッドカバー７を積層締結し、上記シリンダボディ５のシリンダボア５ａ内にピストン８を摺動自在に挿入し、該ピストン８をコンロッド９により上記クランク軸３に連結した概略構造のものである。
【００３６】
また上記シリンダヘッド６のシリンダボディ５側の合面には４つの燃焼凹部６ａが凹設されており、該各燃焼凹部６ａの内面中心に点火プラグ１０の電極が臨んでいる。
【００３７】
また上記燃焼凹部６ａには各気筒当たり３つの吸気弁開口６ｂ及び２つの排気弁開口６ｃが開口している。該各吸気弁開口６ｂには吸気弁１１が、各排気弁開口６ｃには排気弁１２がそれぞれ閉方向に付勢して配置されており、該吸気弁１１は吸気カム軸１３により、排気弁１２は排気カム軸１４によりそれぞれ開閉駆動される。
【００３８】
本実施形態エンジン１の動弁機構は、サイドチェン方式のものであり、上記吸気カム軸１３，排気カム軸１４は、エンジンの右側部に形成されたチェン室６ｄ内に通るように配置されたタイミングチェンを介して上記クランク軸３で回転駆動される。
【００３９】
上記エンジン１の吸気系は、上記各気筒の吸気弁開口６ｂをシリンダヘッド６の後壁側に導出する吸気ポート１５と、該吸気ポート１５の外部接続口１５ｂに接続されたスロットルボディ１６と、該スロットルボディ１６に接続され、エアクリーナボックス１８ａ内に開口する吸気ダクト１７ａとを備えている。上記吸気ポート１５，スロットルボディ１６，及び吸気ダクト１７ａ、全体として略直線状をなすように構成され、かつ略垂直に配置されており、このようにして吸気抵抗を可能な限り小さくしている。上記スロットルボディ１６は、スロットルバルブを内蔵する部分と燃料噴射弁を保持するインジェクタボディ部分を一体形成したものであるが、両部分を別々に形成し、ジョイントで結合することも可能である。
【００４０】
上記エアクリーナボックス１８ａは車体フレーム２を構成する左，右一対のタンクレール２ａ，２ａ間に配置されており、該エアクリーナボックス１８ａの後側に燃料タンク１９が搭載され、該燃料タンク１９及び上記エアクリーナボックス１８ａはタンクカバー２０で覆われている。
【００４１】
上記吸気ポート１５は、上記各吸気弁開口６ｂに連なる３つの分岐ポート部１５ａで構成されており、上記外部接続口１５ｂは該３つの分岐ポート部１５ａを合流したカム軸方向に長い小判形をなし、かつ筒状に若干突出するように形成されている。
【００４２】
上記スロットルボディ１６は、下流側接続ボス部１６ａを上記吸気ポート１５と同じ小判形に形成し、該小判形を上流側接続ボス部１６ｃ側に行くに従い徐々に略真円形状に変化させたものであり、該略真円状の上流側接続ボス部１６ｃに上記吸気ダクト１７ａがゴム製ジョイントを介して接続されている。
【００４３】
また上記スロットルボディ１６は、上記下流側接続ボス部１６ａにゴム製リング状のジョイント１７の上流端を嵌合し、該ジョイント１７の下流端を上記吸気ポート１５の筒状に形成された外部接続口１５ｂに嵌合し、該ジョイント１７を金属プレート製のバンド１８で締め付けることにより、シリンダヘッド６に取り付けられている。
【００４４】
上記各気筒毎に１つずつ設けられた４つのスロットルボディ１６は、各スロットルボディ１６の接続フランジ１６ｂを結合ブラケット２１にボルト締め固定することによりユニット化されている。
【００４５】
また上記各スロットルボディ１６の下流側接続ボス部１６ａ側寄り部分にスロットルバルブ２２が配設されている。このスロットルバルブ２２は上述の小判形に合わせた弁板２２ａを弁軸２２ｂにボルト締め固定したものである。該弁板２２ａの全閉時の角度は、吸気通路軸線に対して直角の位置からその下側縁が下流側寄りとなるように、つまり反時計廻りに１０〜１５°に設定されており、またアイドリング運転域における角度（最小開度）は、上記全閉時の角度からさらに反時計側に約０．１〜３°回転させた角度（上記直角の位置から１０．１〜１８°となる）に設定される。
【００４６】
そして左側端部に配置されたスロットルボディ１６の左側壁にはスロットルバルブ２２の開度を検出するためのスロットルセンサ５３が装着されており、該スロットルセンサ５３は該左側端部のスロットルバルブ２２の弁軸２２ｂの外方突出端部に接続され、該弁軸２２ｂの回動角度を検出する。
【００４７】
また右側端部に配置されたスロットルボディ１６の弁軸２２ｂはリンク機構２４を介して駆動プーリ２５に連結されている。上記リンク機構２４は、上記右端部の弁軸２２ｂに固定された弁側アーム２４ａとプーリ軸（スロットル駆動軸）２５ａに固定されたプーリ側アーム２４ｂとをリンクプレート２４ｃで連結してなるものである。また駆動プーリ２５は、右端のスロットルボディ１６に形成された接続フランジ１６ｂにより上記プーリ軸２５ａを軸支し、該プーリ軸２５ａに閉側プーリ２５ｂ，開側プーリ２５ｃを固定したものであり、該両プーリ２５ｂ，２５ｃはスロットルケーブル２６，２６を介して操向ハンドルの右側に配設されたスロットルグリップに連結されている。
【００４８】
上記弁板２２ａの上記アイドリング時の角度（最小開度）は、右側端部のスロットルボディ１６に設けられたストッパ１６ｄにより上記弁側アーム２４ａの角度位置を規制することにより設定される。なお、このストッパ１６ｄによる規制角度位置を調整可能にすることも可能である。そして残り３つのスロットルボディ１６における上記アイドリング時の角度は、該各弁軸２２ｂの外方突出部同士接続する開度調整機構２３によって上記角度となるように調整される。このようにして弁板２２ａのアイドリング時の角度を精度良く調整できる。
【００４９】
また上記スロットルバルブ２２の全開時の角度位置は、開側プーリ２５ａの側面に突設されたストッパ２５ｄを上記結合ブラケット２１に突設されたストッパ２１ａを当接させることにより規制される。これにより運転者がスロットルグリップを勢いよく全開にした場合でもその回動力がリンク機構２４，ひいてはスロットルバルブ２２に伝達されるのを回避でき、該スロットルバルブ２２の開度のずれを回避できる。
【００５０】
また上記各スロットルボディ１６にはアイドル調整機構２７が設けられている。該調整機構２７は、スロットルボディ１６の天壁に最小開度位置にある弁板２２ａをバイパスするようにアイドル調整孔２７ａを形成し、該調整孔２７ａの通路面積を調整スクリュー２７ｂで調整し、もってアイドリング回転数を手動調整するものである。これにより各気筒ごとのアイドリング回転数のばらつきを回避できる。
【００５１】
そして上記スロットルボディ１６の天壁のスロットルバルブ２２より上流側に燃料噴射弁２８が装着されている。この燃料噴射弁２８の噴射口は、図２に示すように、上記最小開度位置にある弁板２２ａの開口ライン（吸気通路内面と弁板２２ａの周縁との隙間が形成するライン）の最も低い位置に燃料を噴射するようにその方向，噴射口形状が設定されている。これによりスロットルバルブ２２がアイドリング開度位置にある場合に、噴射された燃料が弁板２２ａの上流側に溜まるのを回避できる。また上記アイドル調整孔２７ａは燃料噴射位置と反対側に位置することとなるので、該アイドル調整孔２７ａに燃料が溜まることもない。なお、上記燃料噴射弁２８は図１に二点鎖線で示すようにスロットルボディ１６の背面側に配置することも可能であり、このようにすれば上記吸気系をより一層直線状にすることができる。
【００５２】
上記燃料噴射弁２８の上端部には１本の燃料供給レール２９が装着されている。この燃料供給レール２９は４つの燃料噴射弁２８に渡る長さを有し、その左端部には燃料圧力調整弁３０が配設されている。この燃料圧力調整弁３０は、燃料ポンプから供給された燃料の圧力を制御圧力に応じた圧力に調整する燃料圧力可変方式のものである。上記制御圧力は、各吸気通路のスロットルバルブ下流側に開口する採取孔１５ｃからの吸気負圧を圧力導入ホース３４，３２を介して平均化したものであり、上記燃料圧力調整弁３０内に導入される。なお、上記平均化された吸気負圧は吸気負圧センサ５４によって検出される。
【００５３】
上記燃料圧力調整弁３０は、スロットルバルブ２２がアイドリング開度（最小開度）のときには上記制御圧力（吸気負圧）が大気圧より大幅に低くなっていることからそれだけ燃料供給レール２９内の燃料圧力を低く調整する。これにより燃料供給レール２９内の燃料圧力と燃料噴射位置の圧力（スロットルボディ１６上流側の圧力で略大気圧）との差圧が小さくなり、燃料噴射量が少なくなる。その結果、燃料噴射弁２８の最小噴射量と最大噴射量との比、いわゆるダイナミックレンジを実質的に大きくすることができる。
【００５４】
ここで本実施形態では、上記スロットルバルブ２２を設けるに当たって、弁板２２ａの配置位置は、容積比εと、上記吸気バルブ１１と排気バルブ１２との両方が開いているバルブオーバーラップ期間と、安定したアイドリング運転が可能な最も薄い（低濃度の）空燃比（リーン限界空燃比）とに基づいて設定されている。
【００５５】
上記容積比εとは、上記吸気ポート１５の、上記吸気弁開口６ｂ、より正確には閉状態の吸気弁１１の傘部上表面から上記最小開度位置にある弁板２２ａの下流側外表面（下流面）までの容積（気筒当たりのポート容積）Ｑの、上記シリンダボア５ａの横断面積×行程で求められる行程容積（気筒当たりの排気量）Ｖに対する割合Ｑ／Ｖである。
【００５６】
この場合、例えば、まず要求エンジン出力に基づいて上記オーバーラップ期間が設定され、該オーバーラップ期間において上記リーン限界空燃比を理論空燃比よりリーンにすることができるように上記εが設定され、該ε及び気筒当たり行程容積Ｖに基づいて上記弁板２２ａの配置位置が設定される。
【００５７】
具体的には上記オーバーラップ期間はクランク角度で３０〜１４０°の範囲内から選択され、上記容積比εは０．１５〜０．４５の範囲から選択される。この場合、オーバーラップ期間が大きくなるほど容積比εは小さい値が選択される。この実施形態の場合は上記バルブオーバーラップ期間は５０°に設定されており、また上記容積比εは０．２５に設定されている。
【００５８】
上記容積比εを０．２５に設定するために、本実施形態では、スロットルバルブ２２を、アイドリング開度状態にある弁板２２ａの下流面が気筒軸方向投影面内に位置するように、つまりポート容積が小さくなるように吸気弁開口６ｂ側に寄せて配置している。なお本実施形態では上記スロットルバルブ２２は通常のバタフライ式のものであるから、これの回転軸である弁軸２２ｂは弁板２２ａの下流面に略一致している。またプーリ軸（スロットル駆動軸）２５ａは上記投影面外に位置するように配設されている。
【００５９】
５０は本実施例エンジン１の運転制御を行うＥＣＵであり、該ＥＣＵ５０は、気筒判別センサ５１，クランク角センサ５２，スロットルセンサ５３，吸気負圧センサ５４，ニュートラルスイッチ５５，エンジン温度センサ５６，燃料圧力センサ５７からの各検出信号が入力され、エンジンの運転状態に応じた点火時期信号を点火コイル１０ａに、燃料噴射信号を燃料噴射弁２８に出力する。
【００６０】
上記ＥＣＵ５０は、具体的には、気筒判別センサ５１，クランク角センサ５２からの信号によりエンジン回転数を演算し、スロットルセンサ５３からのスロットル開度信号又は吸気負圧センサ５４から吸気負圧信号によりエンジン負荷を演算し、該エンジン負荷及び上記エンジン回転数に基づいて運転状態を判別し、該運転状態に応じた点火操作量，燃料噴射操作量を決定し、上記点火時期、燃料噴射量，燃料噴射時期等を制御する。
【００６１】
また、上記ＥＣＵ５０は、スロットルセンサ５３からのスロットル開度の変化速度によりエンジン運転状態が過渡状態、例えば急加速状態にあることを検出し、上記点火タイミング，燃料噴射量，噴射時期等に対し過渡時補正を加え、急加時の燃料供給遅れを回避して急加速性能を確保するようにしている。
【００６２】
ここで本実施形態エンジン１では、上述の容積比εを従来エンジンよりも小さくするために、スロットルバルブ２２を吸気弁開口６ｂ側に近づけて配置しているので、吸入空気量はスロットルバルブ２２の開度に敏感に反応する。
【００６３】
さらに本実施形態エンジン１では、燃料噴射弁２８をスロットルバルブ２２より上流側に配置して吸気通路壁面に向けて燃料を噴射し、しかもスロットル開度の大きい運転域では噴射された燃料が弁板２２ｂに衝突するように構成しているので、従来の吸気弁の傘部裏面に燃料を噴射するようにしたものに比較して、噴射された燃料の吸気通路の壁面への付着量が多く、またこの付着量及びその蒸発量はエンジンの温度状態等で変動し易い。
【００６４】
そのため特に、無負荷状態でスロットルバルブ２２を急激に開ける無負荷レーシング（空吹かし）を行った場合、吸入空気量はスロットルバルブ２２の開度に敏感に応答して急激に増加し、結果的に、燃料噴射量は通常の急加速時よりもさらに遅れ、さらに壁面に付着していた燃料が上記吸気の流れによって燃焼室に吸い込まれる等の問題が顕著となり、その結果、上記無負荷レーシングにおけるスロットル操作の初期において失火が生じ、運転フィーリングが低下する懸念がある。
【００６５】
そこで本実施形態では、上記ニュートラルスイッチ５５がオンしている状態で過渡運転状態が検出された場合には、該過渡運転状態を上記急加速時の負荷過渡運転状態と区別して無負荷過渡運転状態（無負荷レーシング状態）と判断し、上記通常の負荷過渡運転状態と異なる補正を実施する。
【００６６】
具体的には、燃料噴射量の増量補正量を、上記急加速時よりも増加したり、この増量信号の出力タイミングを早めたりする方法が採用される。この場合、エンジン温度から暖機状態を判別し、暖機が遅れている場合には燃料をさらに増量する温度補正、及び吸気通路への燃料付着量，蒸発量をエンジン温度等から予測し、該燃料付着量等に応じた補正を併せて行う。
【００６７】
なお、上記エンジンの運転制御においては、本出願人先に提案したエンジン制御方式を採用することにより、上記無負荷レーシング等の過渡運転状態での不具合を回避できる。この提案に係るエンジン制御方式は、空燃比に関するエンジンの順モデルを制御系を用いて構成し、該順モデルで得られる仮想空燃比をフィードバックし、該仮想空燃比と所定の目標空燃比とに基づいてエンジンの空燃比に関する動作パラメータの操作量を算出するエンジンの逆モデルを構成するとともに、上記目標空燃比をエンジンの運転状態に適合した変動量で変動させるようにしたものである。このエンジン制御方式は特願平９−８９２５号に詳細に記載されている。
【００６８】
本実施形態エンジン１のアイドリング運転では、スロットルバルブ２２の弁板２２ａはアイドリング開度に保持される。そのためアイドリング運転状態での容積比εは０．２５となり、またバルブオーバーラップは上述のように５０°である。本実施形態エンジン１のリーン限界空燃比は約１５であることが実験で確認されており、理論空燃比よりもリーン側にある。従って本実施形態エンジン１は、理論空燃比で安定したアイドリング運転が可能である。
【００６９】
なお、バルブオーバーラップが大きいエンジンの場合、上記容積比が大きいほど自己ＥＧＲ率が大きくなり、理論空燃比での安定した運転は困難となることが本発明者等によって確認されている。自己ＥＧＲ率とは、バルブオーバーラップ期間において燃焼室内に逆流する既燃ガスの吸入空気量に対する割合である。
【００７０】
このように本実施形態エンジン１では、上記容積比を０．２５と従来エンジンよりも小さく設定したので、オーバーラップ期間を大きくし設定してエンジン出力の向上を企図した場合でもリーン限界空燃比を理論空燃比よりリーン側にすることが可能であり、従ってエンジンを理論空燃比で安定して運転でき、エンジン出力を向上しつつ三元触媒による排気ガスの浄化を実現できる。
【００７１】
またスロットルバルブ２２より上流側に燃料噴射弁２８を配設したので、上記容積比を小さく設定するためにスロットルバルブ２２を吸気弁開口６ｂ側に寄せて配置しながら燃料噴射弁２８の配置スペースの確保が容易である。ちなみに従来エンジンでは、スロットルバルブの下流側に燃料噴射弁を配置することを前提とする場合が多く、上記容積比を小さくする場合には燃料噴射弁の配置スペースの確保が困難となる。
【００７２】
またスロットルバルブ２２を、弁軸２２ｂ（回転軸）と駆動軸２５ａとの二軸タイプとし、かつ両軸２２ｂ，２５ａをリンク機構２４で連結したので、弁板２２ａを該エンジンの気筒軸方向投影面内に位置させ、かつスロットル駆動軸２５ａを上記投影面外に位置させることができ、従来よりも小さい容積率を実現し、かつスロットルバルブ２２の回転駆動機構を無理なく配置できる。
【００７３】
上記スロットルバルブ２２の弁軸２２ｂ（回転軸）にスロットルセンサ５３を取り付けたので、スロットルバルブ２２の開度を、間にリンク機構等の誤差を生じるものを介在させることなく直接検出することができ、検出精度を高めることができる。
【００７４】
またスロットルバルブ２２の最小開度（アイドリング開度）を規制するストッパ１６ｄについては該弁軸２２ｂ側に設けたので、スロットルバルブのアイドリング調整等に重要な最小開度を精度良く設定できる。さらにまた全開側ストッパ２１ａについては上記スロットル駆動軸２５ａ側に設けたので、運転者の全開操作が強い力で行われた場合でも、スロットルバルブ２２の弁軸２２ｂ側に大きな力が伝達するこことはなく、スロットルバルブ２２の開度の狂いを防止できる。
【００７５】
またサイドカムチェン方式の動弁装置を備えている場合に、スロットルセンサ５３を反カムチェン側に、上記スロットル駆動軸２５ａをカムチェン側にそれぞれ配設したので、スロットルバルブ２２の弁軸２２ｂと駆動軸２５ａとを別々に設ける場合に、該スロットル駆動軸２５ａ，スロットルセンサ５３等の各部品を、スロットル開度の検出精度を確保しつつ左，右にバランス良く配置でき、配置スペースの確保が容易である。
【００７６】
燃料圧力調整弁３０による調整圧力をスロットルバルブ２２下流側で採取した制御圧力に応じた値としたので、実質的なダイナミックレンジを大きくすることができる。即ち、必要な燃料噴射量が少ないスロットル低開度域ほど上記制御圧力は負圧側に大きくなるから、燃料噴射弁２８への燃料圧力は低下する。一方、燃料噴射弁２８はスロットルバルブ２２上流側に配置されているので、該噴射弁２８の噴射口部分の圧力は低スロットル開度域でも略大気圧であり、従って燃料圧力と噴射口部分の圧力との差が小さくなり、噴射量が減少し、その結果、実質的ダイナミックレンジが大きくなる。
【００７７】
スロットルバルブ２２より上流側に配設された燃料噴射弁２８からの燃料噴射方向を、最小開度位置にある弁板２２ａの開口ラインの最下部に指向させので、スロットル最小開度状態であっても噴射された燃料が吸気通路内に溜まり難く、アイドリング運転域での燃焼の安定性を確保できる。
【００７８】
吸気通路の天壁にアイドルエア調整機構２７を設けたので、上記燃料噴射弁２８から噴射された燃料がアイドルエア調整孔２７ａ内に進入するのを回避でき、アイドリング回転を安定化できる。
【００７９】
さらにまた、上記燃料噴射弁２８からの噴射燃料を全開位置の弁板２２ａに衝突させたので、該衝突位置が吸気通路の中心付近にあり空気流速が速いことから噴射された燃料の空気との混合を促進できる。
【００８０】
図８〜図９はセンタチェン方式の動弁装置を備えた場合の第２実施形態であり、図中、図１〜図７と同一符号は同一又は相当部分を示す。なお、以下の図１０〜１６においても同一符号は同一又は相当部分を示す。
【００８１】
図において、エンジンの幅方向中央にカム軸駆動用チェンを配置するチェン室６ｄ′が形成されており、該チェン室６ｄ′の後側にスロトル駆動軸２５ａが弁軸２２ｂと平行にかつ後方に離して配置されている。該スロットル駆動軸２５ａの左，右端部は、プーリ側アーム２４ｂ，リンクプレート２４ｃ，弁側アーム２４ａを介して中央の左，右のスロットルバルブ２２の弁軸２２ｂに連結されている。
【００８２】
このセンタチェン方式の例では、上記スロットル駆動軸２５ａをエンジン幅方向中央に配置したので、該スロットル駆動軸２５ａからの操作力が左，右のスロットルバルブ２２，２２に均等に分配されることとなり、４つのスロットルバルブを直列配置し、その端部を駆動する場合に比較して各スロットルバルブをより一層確実に同期させて動作させることができる。
【００８３】
図１１は第３実施形態を説明するための図であり、該第３実施形態は、吸気通路の途中に、スロットルバルブ２２を急激に開いた時の吸入空気量の急変を緩和するために、自動可変ベンチュリ方式の緩衝バルブ３５を設けた例である。
【００８４】
上記緩衝バルブ３５は、バルブボディ３６ａにベンチュリ通路３６ｃの通路面積を変化させるピストン３７を摺動自在に挿入配置し、該ピストン３７の上端を上記バルブボディ３６ａの上部とカバー３６ｂとで構成される作動室３６ｅ内に位置させ、該作動室３６ｅをダイヤフラム３７ｂにより負圧室ａと大気圧室ｂとに画成し、上記上記ベンチュリ通路３６ｃとピストン３７との間のベンチュリ圧を通路３６ｄを介して上記負圧室ａに導入した構造となっている。なお、３７ａはピストン３７を最小開度側に付勢するばねである。
【００８５】
また上記ピストン３７の下流側には整流羽根３８ａが配設されている。この整流羽根３８ａは、吸気通路の軸線と一致する角度（図１１に実線で示す）に固定しても、あるいはその角度を手動調整できるようにしても良い。また、スロットルバルブ２２の開度に連動してその角度を変化させるようにしてもよい。この場合には、例えばスロットルバルブ２２が最小開度のときに図示二点鎖線の角度とし、全開のときに実線の角度になるようにする。
【００８６】
この例では、スロットルバルブ２２を急開した場合、吸入空気量の増加に伴って上記ピストン３７の下端を通る空気流速が高まって該部分が負圧となり、該負圧によりダイヤフラム３７ｂがピストン３７を引き上げる。このようにしてスロットルバルブ２２の急開による吸入空気量の増加速度が緩慢となり、上述の無負荷レーシングの場合でも燃料応答性の遅れが緩和され、失火の発生を抑制でき、エンジンの運転フィーリングの低下を回避できる。
【００８７】
図１２〜図１６は、上述のバタフライ式スロットルバルブに変えてロータリ式スロットルバルブを設けた第４実施形態である。
図において、４８はロータリ式のスロットルバルブであり、該スロットルバルブ４８は、スロットルボディ４６にその軸線（回転軸）ｄがカム軸と平行になるように弁穴４６ｃを形成し、該弁穴４６ｃ内に丸棒からなる弁体４７を回動可能に挿入配置した構造のものである。該弁体４７には該スロットルボディ４６内の、上記吸気ポート１５に滑らかに連なる吸気通路４６ａと同じ内面形状を有する通路開口４７ｃが形成されている。
【００８８】
上記弁体４７は上記通路開口４７ｃの底部４７ａ及び天部４７ｂが吸気通路４６ａの底壁，天壁に凹設された底凹部４６ｂ，天凹部４６ｄ内に没入して該通路開口４７ｃの内表面が吸気通路４６ａの内表面と面一となる全開位置と、上記底部４７ａが吸気通路４６ａ内に突出して該吸気通路を最小開度に閉じる最小開度位置との間で、運転者のアクセルグリップ操作に応じてその開度が調整される。
【００８９】
ここで上記弁体４７を最小開度位置に回動させた場合、上記底部４７ａの内面（吸気通路構成面）は、車載状態でみて水平ラインに対してθだけ下向き傾斜している。そして燃料噴射弁２８からの燃料は、上記最小開度位置にある弁体４７の開口ラインの最も低い位置に噴射される。これにより弁体４７が最小開度位置にある場合であっても燃料噴射弁２８から噴射された燃料が上記底部４７ａ上に溜まるのを防止できる。
【００９０】
本実施形態においても、吸気通路４６ａにおける最小開度位置にある弁体４７の下流縁に沿った下流面ｃは、該エンジンの気筒軸方向投影面内に位置しており、これにより上述の容積比は従来エンジンより大幅に小さい０．２５付近に設定されている。その結果、上記実施例と同様に特にアイドリング回転域での燃焼安定性を確保できる。
【００９１】
一方、本実施形態では、スロットルバルブの回転軸（弁体４７の軸線）ｄは上記投影面の外方に位置しており、かつスロットル駆動軸２５ａはスロットル回転軸ｄと同軸をなしている。これにより下流面を吸気弁開口側に近づけて配置し、かつスロットルバルブの駆動機構を支障なく配置できる。
【００９２】
ここで一般にアイドリング運転域では、吸入空気量が少ないので、燃焼室内に導入される空気の流速が低くなり、良好な燃焼が得られにくい。本実施形態では、吸入空気は、弁体４７の底部４７ａによって天井壁面に沿うように偏って流れ、気筒軸方向に方向付けされてシリンダボア内に縦方向に比較的高速で導入され、いわゆるタンブル（縦渦）が発生し、良好な燃焼が得られる。
【００９３】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態による自動二輪車用４サイクルエンジンの車載状態の左側面図である。
【図２】上記エンジンの吸気ポート部分の断面右側面図である。
【図３】図２のIII-III 線断面図である。
【図４】上記エンジンのヘッドカバーを取り外した状態の平面図である。
【図５】上記エンジンのスロットルボディを図２の矢印Ｖ方向に見た図である。
【図６】図５のVI-VI 線断面図である。
【図７】上記エンジンの運転制御装置のブロック構成図である。
【図８】本発明の第２実施形態による４サイクルエンジンの吸気ポート部分の断面右側面図である。
【図９】上記エンジンのヘッドカバーを取り外した状態の平面図である。
【図１０】上記エンジンのスロットルバルブ部分の断面背面図である。
【図１１】本発明の第３実施形態エンジンの断面側面図である。
【図１２】本発明の第４実施形態エンジンの車載状態の左側面図である。
【図１３】上記エンジンの断面右側面図である。
【図１４】図１３のXIV-XIV 線断面図である。
【図１５】上記エンジンのスロットルボディの平面図である。
【図１６】図１５のXVI-XVI 線断面図である。
【符号の説明】
１ ４サイクルエンジン
６ｂ 吸気弁開口
１１ 吸気弁
１５ 吸気ポート（吸気通路）
１５ｃ 採取孔
１６ｄ 最小開度側ストッパ
２１ａ 全開側ストッパ
２２ スロットルバルブ
２２ｂ 弁軸（回転軸）
２４ リンク機構
２５ａ スロットル駆動軸（プーリ軸）
２７ａ アイドルエア調整孔
２７ｂ 調整スクリュー
２８ 燃料噴射弁
３０ 燃料圧力調整弁
５３ スロットル開度センサ
ｃ 下流面

Claims (10)

1. 燃焼室に連通する吸気通路と、該吸気通路の燃焼室に開口する吸気弁開口を開閉する吸気弁と、上記吸気通路の途中に介設されたスロットルバルブとを備えた４サイクルエンジンにおいて、上記吸気通路はシリンダヘッド内に形成された吸気ポートと該吸気ポートに着脱可能に接続されたスロットルボディとを有し、上記スロットルバルブは、上記スロットルボディの下流側寄りに配設され、該スロットルボディのスロットルバルブより上流側に燃料噴射弁が配設され、上記吸気ポートとスロットルボディとの接続部及び最小開度位置にあるスロットルバルブの吸気通路内における下流面の大部分は、該エンジンのシリンダヘッドを気筒軸方向に投影したときの投影面内に位置していることを特徴とする４サイクルエンジン。
2. 請求項１において、上記吸気通路の吸気弁開口からスロットルバルブまでの容積（ポート容積）の行程容積（気筒毎の排気量）に対する割合（容積比）が０．１５〜０．４５となっていることを特徴とする４サイクルエンジン。
3. 請求項１又は２において、上記スロットルバルブの回転軸を上記下流面と略一致するよう配置し、スロットル駆動軸を上記スロットルバルブの回転軸と平行にかつ間隔を空けて配置し、該スロットル駆動軸とスロットルバルブの回転軸とをリンク機構により連結したことを特徴とする４サイクルエンジン。
4. 請求項１又は２において、上記下流面を上記スロットルバルブの回転軸より下流側に離して配置し、スロトル駆動軸を上記スロットルバルブの回転軸と同一直線をなすように配置したことを特徴とする４サイクルエンジン。
5. 請求項３又は４において、上記スロットルバルブの回転軸に該スロットルバルブの開度を検出するスロットル開度センサを取り付け、該スロットルバルブの最小開度側ストッパを該回転軸側に設けるとともに全開側ストッパを上記スロットル駆動軸側に設けたことを特徴とする４サイクルエンジン。
6. 請求項３〜５の何れかにおいて、カム軸方向一端にカム軸駆動用チェンを配置したサイドカムチェン方式の動弁装置を備え、上記スロットル開度センサを反カムチェン側に、上記スロットル駆動軸をカムチェン側にそれぞれ配設したことを特徴とする４サイクルエンジン。
7. 請求項３又は４において、気筒間にカム軸駆動用チェンを配置したセンタチェン方式の動弁装置を備え、上記スロットル駆動軸を上記カム軸駆動チェンの配置部位に配置したことを特徴とする４サイクルエンジン。
8. 請求項１〜７の何れかにおいて、吸気通路の天壁に上記スロットルバルブをバイパスするようにアイドルエア調整通路を設け、該アイドルエア調整通路の通路面積を変化させる調整スクリューを螺挿したことを特徴とする４サイクルエンジン。
9. 請求項１〜８の何れかにおいて、上記燃料噴射弁を、スロットルバルブの全開時に該燃料噴射弁からの燃料が該スロットルバルブに衝突するように配置したことを特徴とする４サイクルエンジン。
10. 請求項１〜９の何れかにおいて、スロットルバルブを内蔵するスロットルボディと燃料噴射弁を保持するインジェクタボディとが一体形成されていることを特徴とする４サイクルエンジン。

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