JP4220510B2 - Ｖ形２気筒エンジン - Google Patents

Description

本発明は、主として産業用機械、農業機械等に用いられる汎用Ｖ形２気筒エンジンに関し、特に、気筒間のＶ形空間を有効利用して、この空間内に燃料噴射器および配管等を集約して配置し、コンパクトな配置構成としたＶ形２気筒エンジンに関する。

農業用機械や小型発電機などに用いられる汎用ガソリンエンジンでは、一般に、燃料供給装置として吸気系に気化器が使用されている。しかしながら、加速減速時のエンジンの応答性、昨今の排出ガス規制対策、さらに一様な混合気の分配等を考慮した場合、気化器よりも、ガソリンを吸気管内に直接噴射する燃料噴射装置（特に電子制御式燃料噴射システム）が有利であると考えられる。このような背景から、コンパクト化に有利なＶ形２気筒エンジンにおいても、現在では、前記燃料噴射装置が採用されつつある。

汎用Ｖ形２気筒エンジンに前記燃料噴射装置を設けたものとして、省スペース化のために、１噴射弁にして、両気筒に混合気を分配したものがある。しかしながら、２気筒エンジンでは、各気筒の吸気タイミングが不均等なために、１噴射弁にすると、各気筒に分配される混合気の量や空燃比に差が生じたり、噴射弁から吸気ポートまでに遠くなるために燃料の霧化状態が良くない。

そこで、各気筒への混合気分配を均等にするため、各気筒ごとに一つずつ燃料噴射弁を配置すると（特許文献１参照）、前記各気筒への混合気の均等分配という点では一定の効果があるものの、２つの燃料噴射弁、これら２つの燃料噴射弁に燃料を分配するための燃料分配管、さらに２つの燃料噴射弁に分配供給される燃料の圧力を調整するために必要な燃料圧調整器（燃料圧レギュレータ）等の各部品を配置するために、大きな配置スペースが必要となる。また、気化器型から燃料噴射型への仕様変更が容易でない。
特開２０００−１４５５９６号

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、気化器型からの仕様変更が容易で、かつ燃料の霧化状態を良好にしたＶ形２気筒エンジンを提供することを目的とする。

前記した目的を達成するために、本発明に係るＶ形２気筒エンジンは、
気筒ごとに独立した２つの吸気通路を有するＶ形２気筒エンジンであって、
スロットル弁を有するスロットルボディと、前記スロットルボディと両気筒の２つの吸気口との間に介装された吸気マニホールドとを備え、
前記スロットルボディに前記２つの吸気通路の一部を形成する第１および第２の上流側吸気通路が形成され、
前記吸気マニホールドに前記２つの吸気通路の一部を形成する第１および第２の下流側吸気通路が形成され、
前記第１の上流側吸気通路の下流側に一方の前記第１の下流側吸気通路が、前記第２の上流側吸気通路の下流側に前記第２の下流側吸気通路が、それぞれ接続され、
前記第１の下流側吸気通路の下流端が一方の前記吸気口に、前記第２の下流側吸気通路の下流端が他方の前記吸気口にそれぞれ接続され、
前記吸気口に燃料を噴射するように、前記吸気マニホールドに各気筒用の２つの燃料噴射器が取り付けられ、
前記スロットルボディに、燃料通路の噴射燃料導入部が設けられ、
前記噴射燃料導入部に、この噴射燃料導入部から前記２つの燃料噴射器へ供給される燃料の圧力を調整する共通の燃料圧調整器が装着され、さらに、前記スロットルボディ（４）に前記２つの吸気通路（１１ａ，１１ｂ）の圧力を前記燃料圧調整器（１４）に導入する圧力導入通路（２５）が形成されている。

前記したＶ形２気筒エンジンによれば、前記スロットルボディと前記両気筒の吸気口との間に介装された吸気マニホールドに、各気筒ごとに設けられた燃料噴射器が取り付けられているから、一般的な気化器型のＶ形２気筒エンジンの気化器と気化器用のマニホールドを前記スロットルボディおよび吸気マニホールドで置き替えることにより、容易に燃料噴射型のＶ形２気筒エンジンとすることができる。したがって、ニーズに応じて直ちに気化器型から本発明の燃料噴射装置型へ仕様変更することができる。さらに、各気筒に１つずつ燃料噴射器を設けたから、燃料噴射器を対応する気筒を吸気口に近づけて配置できるので、前記燃料噴射器から燃料を前記吸気口に向けて噴射したとき、吸気口壁面への燃料の付着が少なくなる結果、霧化状態が良好になる。

また、本発明の好ましい実施形態では、前記スロットルボディの前記第１および第２の上流側吸気通路がエンジンの回転軸心に沿った前後方向に設定されている。

本発明の好ましい実施形態では、前記スロットルボディがエンジンの回転軸心に沿った前後方向から見て前記燃料噴射器と前記シリンダとの間に囲まれて配設されている。

本発明の好ましい実施形態では、前記燃料噴射器よりもエンジンの回転軸心側に吸気マニホールドが配設されている。

本発明に係るＶ形２気筒エンジンによれば、前記スロットルボディと前記両気筒の吸気口との間に介装された吸気マニホールドに、各気筒ごとに設けられた燃料噴射器が取り付けられているから、一般的な気化器型のＶ形２気筒エンジンの気化器と気化器用のマニホールドを前記スロットルボディおよび吸気マニホールドで置き替えることにより、容易に燃料噴射型のＶ形２気筒エンジンとすることができる。したがって、ニーズに応じて直ちに気化器型から本発明の燃料噴射装置型へ仕様変更することができる。さらに、各気筒に１つずつ燃料噴射器を設けたから、燃料噴射器を対応する気筒を吸気口に近づけて配置できるので、前記燃料噴射器から燃料を前記吸気口に向けて噴射したとき、吸気口壁面への燃料の付着が少なくなる結果、霧化状態が良好になる。

以下、本発明の一実施形態にかかるＶ形２気筒エンジンについて図１〜図５を参照しながら説明する。図１において、Ｖ形２気筒エンジン１は、産業用機械、農業機械等に用いられる汎用エンジンであって、クランク軸心ＣＴの回りに相異なる角度（例えば９０°）位置でＶ形に配置された気筒２，３と、これらの気筒２，３の間に形成されるＶ形空間（バンク空間）に配置されたスロットルボディ４（前端のフランジ部分のみ示されている）と、このスロットルボディ４と前記両気筒２，３の吸気口２ａ，３ａとの間に介装された吸気マニホールド５とを備えている。前記スロットルボディ４は、図３に示すように、前端フランジ面４ｅに取り付けられた吸気ダクト部材１５を介して、上方のエアクリーナＤに接続されている。エアクリーナＤの底部には、エアクリーナＤ内で浄化後の空気の温度を検出する吸気温度センサＡが設けられている。

図１に示す各気筒２，３は、ピストンＰが摺動自在に嵌挿されたシリンダ本体２ｂ，３ｂとシリンダヘッド２ｃ，３ｃとを備えており、前記シリンダヘッド２ｃ，３ｃには、点火プラグ２ｄ，３ｄと吸気バルブ２ｅ，３ｅとが設けられ、前記ピストンＰの上下運動はコンロッドＲを介してクランクシャフトＫに回転運動として伝えられる。

また、前記各気筒２，３の間には、それぞれ燃料噴射器６，７が，先端ノズル１０ａ，１０ｂを斜め外側方下向きにして、傾斜して取り付けられている。これらの燃料噴射器６，７は、前記吸気マニホールド５の左右に等間隔に設けられた取付孔８ａ，８ｂに、リング状のゴムシール９ａ，９ｂを介して、その先端ノズル１０ａ，１０ｂ側が前記各気筒２，３の吸気口２ａ，３ａに向けられるようにして、それぞれ取り付けられている。

また、Ｖ形２気筒エンジン１には、各気筒２，３に気筒２，３ごとに独立して吸気を供給する２つの吸気通路１１ａ，１１ｂが形成されており、前記スロットルボディ４には、前記吸気通路１１ａおよび吸気通路１１ｂの一部である第１および第２の上流側吸気通路４ａ，４ｂが形成され、図３に示すように、それぞれ、その内部にスロットル弁４ｃを備えている。前記吸気マニホールド５には、吸気通路１１ａ，１１ｂの一部である第１および第２の下流側吸気通路５ａａ，５ｂｂが形成されている。吸気ダクト部材１５の内部にも前記吸気通路４ａ，４ｂに連通して吸気通路１１ａ，１１ｂの一部を形成する２つの吸気通路１５ａ，１５ｂが設けられている。

スロットルボディ４の上部側には、燃料通路１２の噴射燃料導入部１２ａが設けられている。この噴射燃料導入部１２ａから燃料噴射器６，７（図１）へ燃料を供給する２つの燃料導入パイプ１３が、前記スロットルボディ４と吸気マニホールド５とに差し込まれて両者間に支持されている。燃料導入パイプ１３の支持手段は、図４に示すように、燃料導入パイプ１３の一端に設けた突起部１３ａを吸気マニホールド５に設けた位置決め孔５ａに係合させると共に、燃料導入パイプ１３の先端部分を、Ｏ−リング１２ｃを介して燃料導入部１２ａに設けた燃料導入パイプ取付孔１２ｂ内に差し込む。これにより、前記燃料導入パイプ１３は、前記スロットルボディ４と吸気マニホールド５との間に支持される。また、スロットルボディ４と吸気マニホールド５とは、図３に示す吸気マニホールド５のねじ孔１７にねじ込まれたボルト２１ｂにより固定される。

さらに、前記スロットルボディ４の上部には、スロットル弁４ｃ下流の吸気通路１１ａの吸気圧を取り出す図６の負圧取出通路１８が設けられており、この負圧取出通路１８の先端が圧力センサＣ（図７）に接続されて、一方の吸気通路１１ａ（吸気通路１１ｂでもよい）内の吸気圧を前記圧力センサＣで検出できるように構成されている。前記圧力センサＣは、図５に示すように、吸気マニホールド５の後部にブラケット１９を介して取り付けられている。この圧力センサＣで検出した圧力値は、検出信号として、燃料制御手段である図１のコンピュータ２０に送られ、このコンピュータ２０に予めプログラムされたマップにより、圧力値とエンジン回転数ｒｐｍとの関係から、各気筒２，３の燃料噴射器６，７の燃料噴射量が決定される。この燃料噴射量の決定に際し、前記吸気温度センサＡと、図３に示す冷却水通路２２に挿入された水温計Ｂでの検出データもコンピュータ２０に入力され、燃料の噴射量が補正される。

一方、図１に示す前記燃料噴射器６，７は、その先端ノズル１０ａ，１０ｂ側が前記吸気マニホールド５の取付孔８ａ，８ｂにてゴムシール９ａ，９ｂを介して支持され、その基端側が、燃料噴射器６における場合を代表として説明すると、図４に示す燃料導入パイプ１３の燃料噴射器挿入用孔１３ｂ内に吸振用のダンバ６ａとＯ−リング６ｂとを介して挿入されることで、前記燃料導入パイプ１３と前記吸気マニホールド５とに差し込まれて、両者間でシールされた状態で支持される。なお、前記噴射燃料導入部１２ａは、望ましくはスロットルボディ４と一体形成されるが、噴射燃料導入部１２ａを別部材で構成し、これをスロットルボディ４に対してねじ止め等の取付手段で取付けた構成であってもよい。

図２に示すように、前記燃料噴射器６，７の間で、その若干上方には、前記燃料噴射器６，７へ供給される燃料の圧力を調整する共通の燃料圧調整器１４が装着されている。この燃料圧調整器１４は、図３に示すように、その前部（図３の右側）から延設した側管部１４ａを、スロットルボディ４に設けた燃料圧調整器取付孔４ｄにＯ−リング１４ｂを介して取り付けることにより、シールされた状態でスロットルボディ４に接続され、図示しないボルトによりスロットルボディ４に取り付けられている。

また、前記燃料圧調整器１４は、図５に示すように、平面視において、エンジンの回転軸心ＣＴに沿った前後方向における燃料噴射器６，７を挟んでその一方側（前側）に配置され、他方側（後側）には吸気通路１１ａ，１１ｂ内の圧力を検出する圧力センサＣが配置されている。なお、図示するように、燃料タンク（図示を省略）内の燃料は、スロットルボディ４内の燃料導入部１２ａに接続された燃料接続管１６に燃料配管を取り付けることにより、噴射燃料導入部１２ａを経て図３の燃料導入パイプ１３に導かれる。前記噴射燃料導入部１２ａ内に導かれた燃料は、実線矢印ａで示すように、燃料導入パイプ１３から燃料噴射器６，７（図２）に流れ、一方、余分な燃料は、点線矢印ｂで示すように、燃料圧調整器１４からリターン通路２８を通って燃料タンク側へリターンされるようになっている。このような配置とした場合、一般的な気化器型のＶ形２気筒エンジンの気化器と気化器用のマニホールドを、前記スロットルボディ４および吸気マニホールド５で置き替えることにより、容易に本発明の燃料噴射型のＶ形２気筒エンジンとすることができる。したがって、ニーズに応じて直ちに気化器型から本発明の燃料噴射装置型へ仕様変更することができる。

上記構成のＶ形２気筒エンジンにおいて、吸気工程で図１に示す吸気バルブ２ｅ，３ｅが開き、ピストンＰが下降するにつれ、気筒６，７内の圧力が下がり、スロットルボディ４および吸気マニホールド５に形成された吸気通路１１ａ，１１ｂから空気が吸い込まれる。この際、吸い込まれる空気の吸気負圧は，圧力センサＣ（図５）によって高い精度で検出され、得られた検出値がエンジン回転数と共に、燃料制御手段であるコンピュータ２０に入力され、燃料の噴射量が決定される。この際、吸気温度センサＡおよび水温計Ｂ（図３）での検出データもコンピュータ２０に入力され、上記で決定された噴射量を補正する。そして、前記コンピュータ２０の指示に基づき、燃料噴射器６，７による噴射量が制御され、前記燃料噴射器６，７から制御された噴射量の燃料が前記吸気マニホールド５の吸気通路１１ａ，１１ｂ内に噴射され、最適な混合気として，気筒６，７内に均等に分配されて送り込まれる。

ここで、各気筒２，３ごとにそれぞれ燃料噴射器６，７をＶ空間内に設けたので、混合気の分配を均等にすることが可能である。しかも前記燃料噴射器６，７のみならず、これに付随する燃料圧調整器１４をも前記Ｖ形空間内に集約した構成とし、しかも吸気通路１１ａ，１１ｂや燃料通路１２をスロットルボディ４や吸気マニホールド５内に一体的に形成することで、使用する配管類を必要最小限にとどめているので、全体としてコンパクト化が図れる。しかも燃料噴射器６，７および燃料導入パイプ１３をボルト締めでなく、差し込みによってスロットボディ４および吸気マニホールド５に取付けているから、取付性・組付性も向上する。

次に、図６および図７を参照しながら、吸気通路の負圧取出部の詳細について説明する。なお、図６〜図７は、特に前記負圧取出通路１８の構成を理解しやすくするために便宜上、燃料噴射器６，７および燃料圧調整器１４を省略したものを示している。

図６において、前記負圧取出通路１８は、スロットルボディ４における吸気マニホールド５との合わせ面であるフランジ面４ｆに対して直交する方向に延びて形成されており、一端に、一方の吸気通路４ａ（１１ａ）に開口する負圧取出口１８ａを備え、他端はフランジ面４ｆに開口する図２の細長い溝１８ｃとなっている。この溝１８ｃの一端部は、図７に示すように、吸気マニホールド５に設けた連通路２３および接続パイプ２４を介して圧力センサＣに接続されている。また、図６に示すように、前負圧取出通路１８には、絞り部１８ｂが形成され、この絞り部１８ｂの通路面積は、前記負圧取出口１８ａの通路面積の約１/ ９以下の通路面積となるように設定する。前記絞り部１８ｂの通路面積が前記負圧取出口１８ａの通路面積の約１/ ９を越える通路面積である場合、実験によれば、圧力センサＣ（図７）で検出される負圧値が動圧の影響を受けて不安定となる場合がある。

一方、図７の燃料圧調整器１４を制御するための制御用負圧の検出経路として、スロットルボディ４に、前記吸気通路１１ａ，１１ｂの圧力を燃料圧調整器１４に導入する圧力導入通路２５が形成されており、この圧力導入通路２５の一部分である先端部は、吸気マニホールド５におけるスロットルボディ４との合わせ面５ｆに位置している。この先端部は、図２に示すように、膨張室２５ａと、この膨張室２５ａと吸気通路４ａ，４ｂとを接続する導入孔２５ｂ，２５ｃを有している。前記導入孔２５ｂ，２５ｃの通路面積は膨張室２５ａの最大通路面積よりも小さくなるように設定されている。ここで、膨張室２５ａの通路面積とは、膨張室２５ａ内の空気の流れに直交する断面の面積である。なお、前記導入孔２５ｂ，２５ｃは、微小断面に形成されており、前記膨張室２５ａは望ましくは導入孔２５ｂ，２５ｃの５倍以上の通路面積を有する。

図６の負圧取出通路１８および図７の膨張室２５ａは、いずれもスロットルボディ４と吸気マニホールド５との合わせ面であるフランジ面４ｆ，５ｆに対して直交する方向に形成されているので、その加工が容易となる。

上記構成の負圧検出手段によれば、図７の圧力センサＣが検出するのは一つの吸気通路４ａ（１１ａ）からの負圧であって、複数の吸気通路からの負圧ではないので、負圧が平均化されることがなくなり、正確な負圧の検出が可能となる。したがって、負圧に基づく吸入空気量の検出精度がよくなり、この負圧に基づく、コンピュータ２０（図１）による燃料制御の精度も向上する。ここで、負圧を検出していない吸気通路１１ｂの吸入空気量は、負圧を検出する吸気通路１１ａの吸入空気量との比を予め求めておき、そのデータをコンピュータ２０に記憶させておくことにより、負圧を検出する吸気通路１１ａの負圧、つまり吸入空気量から容易に得られる。

また、図７の圧力センサＣについては、検出された負圧値が負圧取出通路１８に設けた絞り部１８ｂの存在によって圧力変動の波形が安定し、図８（Ａ）に示すように、ピーク値およびボトム値が明確になる。このため、所望の空燃比となるように、燃料噴射量を調整できる。この点、図８（Ｂ）に示すように、絞り部がない場合、動圧の影響により圧力変動が不安定で、ピーク値およびボトム値が不明確になって、所望の空燃比が得られなかった。

なお、本発明は自動二輪車のような車両用のエンジンにも適用できる。

本発明の一実施形態に係るＶ形２気筒エンジンを示す正面断面図である。 同実施形態に係るＶ形２気筒エンジンの要部を示す正面図であり、スロットルボディ、燃料圧調整器、燃料導入パイプ等の配置を示す。 同実施形態に係るＶ形２気筒エンジンの要部縦断面図であり、吸気通路、燃料通路等を示す。 図１のIV―IV線断面図である。 同実施形態に係るＶ形２気筒エンジンの要部を示す平面図である。 図２のVI―VI線に沿って切断し、吸気マニホールドを付加した断面図である。 図２のVII―VII線に沿って切断し、吸気マニホールドを付加した断面図である。 負圧取出通路における絞り部の有無による圧力変動についての負圧値と時間との関係を示す図である。

符号の説明

１ Ｖ形２気筒エンジン
２，３ 気筒
４ スロットルボディ
４ａ，４ｂ 上流側吸気通路
４ｃ スロットル弁
４ｆ フランジ面
５ 吸気マニホールド
５ａａ，５ｂｂ 下流側吸気通路
５ｆ フランジ面
６，７ 燃料噴射器
１２ 燃料通路
１２ａ 噴射燃料導入部
１３ 燃料導入パイプ
１４ 燃料圧調整器
１５ 吸気ダクト部材
Ｃ 圧力センサ

Claims (5)

1. 気筒（２，３）ごとに独立した２つの吸気通路（１１ａ，１１ｂ）を有するＶ形２気筒エンジン（１）であって、
   スロットル弁（４ｃ）を有するスロットルボディ（４）と、前記スロットルボディ（４）と両気筒（２，３）の２つの吸気口（２ａ，３ａ）との間に介装された吸気マニホールド（５）とを備え、
   前記スロットルボディ（４）に前記２つの吸気通路（１１ａ，１１ｂ）の一部を形成する第１および第２の上流側吸気通路（４ａ，４ｂ）が形成され、
   前記吸気マニホールド（５）に前記２つの吸気通路（１１ａ，１１ｂ）の一部を形成する第１および第２の下流側吸気通路（５ａａ，５ｂｂ）が形成され、
   前記第１の上流側吸気通路（４ａ）の下流側に前記第１の下流側吸気通路（５ａａ）が、前記第２の上流側吸気通路（４ｂ）の下流側に前記第２の下流側吸気通路（５ｂｂ）が、それぞれ接続され、
   前記第１の下流側吸気通路（５ａａ）の下流端が一方の前記吸気口（２ａ）に、前記第２の下流側吸気通路（５ｂｂ）の下流端が他方の前記吸気口（３ａ）にそれぞれ接続され、
   前記吸気口（２ａ，３ａ）に燃料を噴射するように、前記吸気マニホールド（５）に各気筒（２，３）用の２つの燃料噴射器（６，７）が取り付けられ、
   前記スロットルボディ（４）に、燃料通路（１２）の噴射燃料導入部（１２ａ）が設けられ、
   前記噴射燃料導入部（１２ａ）に、この噴射燃料導入部（１２ａ）から前記２つの燃料噴射器（６，７）へ供給される燃料の圧力を調整する共通の燃料圧調整器（１４）が装着され、
   さらに、前記スロットルボディ（４）に前記２つの吸気通路（１１ａ，１１ｂ）の圧力を前記燃料圧調整器（１４）に導入する圧力導入通路（２５）が形成されているＶ形２気筒エンジン。
2. 請求項１において、
   前記スロットルボディ（４）の前記第１および第２の上流側吸気通路（４ａ，４ｂ）の流れ方向がエンジン（１）の回転軸心（ＣＴ）に沿った前後方向に設定されているＶ形２気筒エンジン。
3. 請求項１または２において、
   前記スロットルボディ（４）がエンジン（１）の回転軸心（ＣＴ）に沿った前後方向から見て前記燃料噴射器（６，７）とシリンダ（２ｂ，３ｂ）との間に囲まれて配設されているＶ形２気筒エンジン。
4. 請求項１から３のいずれか一項において、
   前記燃料噴射器（６，７）よりもエンジン（１）の回転軸心（ＣＴ）側に吸気マニホールド（５）が配設されているＶ形２気筒エンジン。
5. 請求項１から４のいずれか一項において、
   前記燃料圧調整器（１４）に、余分な燃料を燃料タンク側へ戻すリターン通路（２８）が接続されているＶ形２気筒エンジン。

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