JP4344724B2 - 内燃機関 - Google Patents

Description

本発明は、シリンダブロックに摺動自在に嵌合されるピストンの頂部を臨ませる燃焼室の天井面に吸気弁口および排気弁口が１つずつ設けられ、前記吸気弁口を開閉する吸気弁ならびに前記排気弁口を開閉する排気弁が略Ｖ字状をなしてシリンダヘッドに開閉作動可能に配設される内燃機関に関する。

このような内燃機関において、燃焼室内にタンブル流を形成して燃焼性能を高めるようにした内燃機関が、たとえば特許文献１で知られている。
特許第３５９８８８０号公報

ところが、上記従来のものでは、吸気ポートから燃焼室内に流入する吸気を効率よく攪拌するようにすべく、ピストンの頂部が大きく凹んで形成され、吸気弁口の近傍で吸気ポートはピストンの頂部の凹みに向けて吸気を供給すべくピストンの頂部に対向するようにピストンの軸線にほぼ沿うように形成されている。このため吸気ポートを流通してきた吸気は吸気弁口の近傍で吸気ポートの略上下に延びる壁面に衝突してしまうことになり、気流が阻害されてしまい、機関出力に影響を及ぼしてしまう。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、吸気弁口での気流阻害を最小限に抑えつつ、燃焼室内で効率よく気流を攪拌して機関出力および燃費の低減に寄与し得るようにした内燃機関を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、シリンダブロックに摺動自在に嵌合されるピストンの頂部を臨ませる燃焼室の天井面に吸気弁口および排気弁口が１つずつ設けられ、前記吸気弁口を開閉する吸気弁ならびに前記排気弁口を開閉する排気弁が略Ｖ字状をなしてシリンダヘッドに開閉作動可能に配設される内燃機関において、前記吸気弁口に連なって前記シリンダヘッドに設けられる吸気ポートが、前記シリンダヘッドの一側面から前記吸気弁口の近傍まで略直線状に延びる上流側通路部と、前記ピストンの軸線に直交する平面への投影図では彎曲して前記上流側通路部および前記吸気弁口を結ぶ下流側通路部とから成り、前記燃焼室の天井面には、前記吸気弁口及び排気弁口が開口しており且つその吸、排気弁口の中心間を結ぶ方向を長円方向とした楕円状の横断面形状を有していてドーム形をなすドーム形天井部分が形成されることを特徴とする。

また請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明の構成に加えて、前記ピストンの軸線に直交する平面への投影図上で、前記吸気弁口の中心と前記排気弁口の中心とを結ぶ直線が区画する一方の側と他方の側のうち前記上流側通路部の中心線の延長線が前記直線と鈍角をなす側で、吸気弁口および排気弁口間に点火プラグが配置されることを特徴とする。

さらに請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の発明の構成に加えて、前記ピストンの頂部が浅い皿状に凹んで形成されることを特徴とする。

さらに請求項４記載の発明は、請求項１〜３の何れかに記載の発明の構成に加えて、前記ドーム形天井部分の周辺で前記天井面及びピストンの頂部間に形成されるスキッシュエリアが、該ピストンの軸線方向から見て、燃焼室の中央部から吸気弁口および排気弁口側に向かうにつれて幅を狭くするように形成されることを特徴とする。

さらに請求項５記載の発明は、請求項１〜４の何れかに記載の発明の構成に加えて、排ガス浄化用の二次空気を排気ポートに供給するための二次空気供給口が排気ポートに開口するようにしてシリンダヘッドに設けられ、この二次空気供給口は、吸気ポートの上流側通路部の中心線の燃焼室側への延長線の近傍で該延長線に沿うようにして排気ポートに開口していることを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、吸気ポートからの吸気は直線状に延びる上流側通路部を流通するときの慣性力で略直線状の流通方向を維持しつつ彎曲した下流側通路部によって旋回力を付与されて吸気弁口から気流が阻害されることなく燃焼室にスムーズに流入することになり、楕円形の横断面形状を有する燃焼室内で螺旋状に旋回するので、気流の乱れを促進して燃焼スピードを高めることができ、それにより機関出力の向上および燃費の低減を図ることができる。

また請求項２記載の発明によれば、吸気ポートから吸気弁口を経て燃焼室に流入する吸気流に点火プラグが直接晒されることを避けて、デポジット形成による汚れが点火プラグに生じることを抑制することができる。

さらに請求項３記載の発明によれば、燃焼室内での気流の螺旋状の旋回がピストンの頂部で打ち消されてしまうことを防止することができ、機関出力の向上および燃費の低減をより一層図ることができる。

さらに請求項４記載の発明によれば、スキッシュエリアによってピストンの上死点近傍まで吸気の乱れを残して点火性を維持することができ、機関出力の向上および燃費の低減をより一層図ることができる。

さらに請求項５記載の発明によれば、二次空気供給口から二次空気を供給することにより、吸気ポートから燃焼室に流入した混合気が、前記延長線に沿って排気ポート側に吹き抜けることを防止することができる。

以下、本発明の実施形態を、添付図面に示す本発明の一実施例に基づいて説明する。

図１〜図４は本発明の一実施例を示すものであり、図１は自動二輪車の側面図、図２は内燃機関の要部縦断側面図、図３は図２の３−３線断面図、図４は図３の４−４線矢視図である。

先ず図１において、自動二輪車の車体フレームＦは、前輪ＷＦを軸支するフロントフォーク１１を操向可能に支承するヘッドパイプ１２と、該ヘッドパイプ１２からわずかに後下がりに傾斜する緩傾斜部１３ａならびに該緩傾斜部１３ａの後端から下方に延びる急傾斜部１３ｂを有する単一のメインフレーム１３と、該メインフレーム１３における前記急傾斜部１３ｂの後端部に設けられるピボットプレート１４と、前記緩傾斜部１３ａおよび急傾斜部１３ｂの連結部で前記メインフレーム１３に前端が接合されて後方に延びる左右一対のシートレール１５…と、前記メインフレーム１３の前端連設部よりも下方で前記ヘッドパイプ１２に前端部が接合されて後下がりに延びる単一のダウンフレーム１６と、前記メインフレーム１３の緩傾斜部１３ａおよび前記ダウンフレーム１６間を結ぶサブパイプ１７と、前記ピボットプレート１４および前記両シートレール１５…間を結ぶ左右一対の補強フレーム１８…とを備えて、バックボーン形式に構成される。

図２を併せて参照して、単気筒であるエンジンのエンジン本体２１は、自動二輪車の幅方向に軸線を配置したクランクシャフト２２を支承するクランクケース２３、シリンダブロック２４、シリンダヘッド２５およびヘッドカバー２６が結合されて成るものであり、前記車体フレームＦにおけるメインフレーム１３、ピボットプレート１４およびダウンフレーム１６で囲まれる空間に配置される。しかもダウンフレーム１６の下端部に取付けられる支持ブラケット２７に前記クランクケース２３の前部上下２箇所が支持され、前記ピボットプレート１４に前記クランクケース２３の後部上下２箇所が支持される。

前記クランクケース２３内には、前記クランクシャフト２２の回転動力を変速する変速機（図示せず）が収容されており、該変速機の出力軸２８の一端部が前記クランクシャフト２２よりも後方でクランクケース２３から外方に突出される。しかも出力軸２８の突出端部に固定される駆動スプロケット２９と、後輪ＷＲに設けられる被動スプロケット３０とには無端状のチェーン３１が巻き掛けられる。

前記後輪ＷＲはスイングアーム３２の後端部で回転自在に軸支されており、このスイングアーム３２の前端部は、前記補強フレーム１８…を前記ピボットプレート１４に連結する連結軸３３の軸線まわりに揺動することを可能として前記ピボットプレート１４に支承される。また補強フレーム１８…のシートレール１５…への連設部と、前記スイングアーム３２の後部との間にはリヤクッションユニット３４…が設けられる。

前記シリンダヘッド２５の前側面には排気管３５の上流端が接続されており、該排気管３５は、エンジン本体２１の前方からクランクケース２３の下方に回り込んで後方に延出され、後輪ＷＲの右側に配置される排気マフラー３６に前記排気管３５の下流端が接続される。

メインフレーム１３の後部すなわち急傾斜部１３ｂよりも前方に配置されるエンジン本体２１が備えるシリンダヘッド２５の後側面には吸気系３７が接続されるものであり、この吸気系３７は、シリンダヘッド２５の後側面に下流端が接続される吸気管３８と、該吸気管３８の後方に配置される気化器３９と、前記急傾斜部１３ｂよりも後方に大部分を配置するようにして気化器３９のさらに後方に配置されるエアクリーナ４０とを備える。

図２に注目して、シリンダブロック２４に設けられたシリンダボア４１にはピストン４２が摺動可能に嵌合されており、該ピストン４２はコネクティングロッド４３およびクランクピン４４を介してクランクシャフト２２に連接される。

図３を併せて参照して、シリンダブロック２４およびシリンダヘッド２５間には前記ピストン４２の頂部を臨ませる燃焼室４５が形成されており、この燃焼室４５の天井面４６はシリンダヘッド２５によって形成されており、１つずつの吸気弁口４７および排気弁口４８が前記天井面４６に設けられる。而して吸気弁口４７を開閉する吸気弁４９ならびに前記排気弁口４８を開閉する排気弁５０が、それらの弁４９，５０の作動軸線が略Ｖ字状をなすようにしてシリンダヘッド２５に開閉作動可能に配設され、吸気弁４９および排気弁５０は、弁ばね５１，５２で閉弁方向に付勢される。

また吸気弁４９および排気弁５０は、シリンダヘッド２５およびヘッドカバー２６間に形成される動弁室５３に収容される動弁機構５４で開閉駆動されるものであり、該動弁機構５４は、クランクシャフト２２から１／２の減速比で動力が伝達されるようにしてシリンダヘッド２５で回転自在に支承されるカムシャフト５５と、該カムシャフト５５に設けられる吸気側カム５６に従動して揺動することで吸気弁４９を開閉駆動する吸気側ロッカアーム５８と、前記カムシャフト５５に設けられる排気側カム５７に従動して揺動することで排気弁５０を開閉駆動する排気側ロッカアーム５９とを備える。

さらに図４を併せて参照して、シリンダヘッド２５には、自動二輪車への搭載時にシリンダヘッド２５の後側面に上流端を開口する吸気ポート６０が前記吸気弁口４７に連なって設けられるとともに、自動二輪車への搭載時にシリンダヘッド２５の前側面に下流端を開口する排気ポート６１が前記排気弁口４８に連なって設けられており、吸気ポート６０の上流端に通じるようにして吸気系３７の吸気管３８がシリンダヘッド２５に接続され、排気ポート６１の下流端に通じるようにして排気管３５がシリンダヘッド２５に接続される。

しかも吸気ポート６０は、シリンダヘッド２５の前記後側面から吸気弁口４７の近傍まで略直線状に延びる上流側通路部６０ａと、前記ピストン４２の軸線に直交する平面への投影図では彎曲して前記上流側通路部６０ａおよび前記吸気弁口４７を結ぶ下流側通路部６０ｂとから成る。

また燃焼室４５の天井面４６には、吸気弁口４７及び排気弁口４８が開口しており且つその吸、排気弁口４７，４８の中心間を結ぶ方向を長円方向とした楕円状の横断面形状を有していてドーム形をなすドーム形天井部分が形成されるものであり、そのドーム形天井部分の周辺において、図４において網かけ部で示すスキッシュエリア６２が、ピストン４２の軸線方向から見て（即ち図４で見て）、燃焼室４５の中央部から吸気弁口４７および排気弁口４８側に向かうにつれて幅を狭くするようにして燃焼室４５の天井面４６およびピストン４２の頂部間に形成される。また前記ピストン４２の頂部は、図３で示すように、浅い皿状に凹むように形成される。

しかも吸気ポート６０の上流側通路部６０ａは、ピストン４２の軸線に直交する平面への投影図上では、吸気弁口４７の中心および排気弁口４８の中心を結ぶ直線Ｌ１に対して、前記上流側通路部６０ａの中心線の燃焼室４５側への延長線Ｌ２が斜めに交差するようにしてシリンダヘッド２５に設けられる。

しかもシリンダヘッド２５の天井面４６には、ピストン４２の軸線に直交する平面への投影図上で、前記直線Ｌ１が区画する一方の側と他方の側のうち上流側通路部６０ａの中心線の延長線Ｌ２が前記直線Ｌ１と鈍角αをなす側で、吸気弁口４７および排気弁口４８間に位置するようにしてプラグ取付け孔６３（図４参照）が設けられており、燃焼室４５に先端部を臨ませる点火プラグ６４が該プラグ取付け孔６３に取付けられる。

ところで、シリンダブロック２４およびシリンダヘッド２５には、クランクシャフト２２および前記カムシャフト５５間に設けられる調時伝動機構の一部を構成するタイミングチェーンを走行させるためのチェーン通路６５が設けられるものであり、前記点火プラグ６４は、前記吸気弁口４７および排気弁口４８の中心を結ぶ直線Ｌ１に関して前記チェーン通路６５とは反対側でシリンダヘッド２５に取付けられるものであり、このような構成にすると、点火プラグ６４の配置上の自由度を増大することができる。

また排気ポート６１から排出される排ガスを浄化するために清浄な二次空気を排気ポートに供給するための二次空気供給口６６が排気ポート６１に開口するようにしてシリンダヘッド２５に設けられるが、この二次空気供給口６６は、吸気ポート６０の上流側通路部６０ａの中心線の燃焼室４５側への延長線Ｌ２の近傍で該延長線Ｌ２に沿うようにして排気ポート６１に開口しており、このような二次空気供給口６６から二次空気を供給することにより、吸気ポート６０から燃焼室４５に流入した混合気が、前記延長線Ｌ２に沿って排気ポート６１側に吹き抜けることを防止することができる。

次にこの実施例の作用について説明すると、吸気弁口４７に連なってシリンダヘッド２５に設けられる吸気ポート６０が、シリンダヘッド２５の後側面から吸気弁口４７の近傍まで略直線状に延びる上流側通路部６０ａと、ピストン４２の軸線に直交する平面への投影図では彎曲して前記上流側通路部６０ａおよび前記吸気弁口４７を結ぶ下流側通路部６０ｂとから成り、燃焼室４５の天井面４６には、吸気弁口４７及び排気弁口４８が開口しており且つその吸、排気弁口４７，４８の中心間を結ぶ方向を長円方向とした楕円状の横断面形状を有していてドーム形をなすドーム形天井部分が形成されている。

したがって吸気ポート６０からの吸気は直線状に延びる上流側通路部６０ａを流通するときの慣性力で略直線状の流通方向を維持しつつ彎曲した下流側通路部６０ｂによって旋回力を付与されて吸気弁口４７から気流が阻害されることなく燃焼室４５にスムーズに流入することになり、楕円形の横断面形状を有する燃焼室４５内で螺旋状に旋回するので、気流の乱れを促進して燃焼スピードを高めることができ、それにより機関出力の向上および燃費の低減を図ることができる。

またピストン４２の軸線に直交する平面への投影図上で、吸気弁口４７の中心および排気弁口４８の中心を結ぶ直線Ｌ１が区画する一方の側と他方の側のうち上流側通路部６０ａの中心線の延長線Ｌ２が前記直線Ｌ１と鈍角αをなす側で、吸気弁口４７および排気弁口４８間に点火プラグ６４が配置されるので、吸気ポート６０から吸気弁口４８を経て燃焼室４５に流入する吸気流に点火プラグ６４が直接晒されることを避けることができ、デポジット形成による汚れが点火プラグ６４に生じることを抑制することができる。

さらにピストン４２の頂部が浅い皿状に凹んで形成されるので、燃焼室４５内での気流の螺旋状の旋回がピストン４２の頂部で打ち消されてしまうことを防止しつつ、スキッシュエリア６２によってピストン４２の上死点近傍まで吸気の乱れを残して点火性を維持することができ、機関出力の向上および燃費の低減をより一層図ることができる。

以上、本発明の実施例を説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明を逸脱することなく種々の設計変更を行うことが可能である。

自動二輪車の側面図である。 内燃機関の要部縦断側面図である。 図２の３−３線断面図である。 図３の４−４線矢視図である。

符号の説明

２４・・・シリンダブロック
２５・・・シリンダヘッド
４２・・・ピストン
４５・・・燃焼室
４６・・・天井面
４７・・・吸気弁口
４８・・・排気弁口
４９・・・吸気弁
５０・・・排気弁
６０・・・吸気ポート
６０ａ・・上流側通路部
６０ｂ・・下流側通路部
６１・・・排気ポート
６２・・・スキッシュエリア
６４・・・点火プラグ
６６・・・二次空気供給口
Ｌ１・・・直線
Ｌ２・・・延長線
α・・・・鈍角

Claims (5)

1. シリンダブロック（２４）に摺動自在に嵌合されるピストン（４２）の頂部を臨ませる燃焼室（４５）の天井面（４６）に吸気弁口（４７）および排気弁口（４８）が１つずつ設けられ、前記吸気弁口（４７）を開閉する吸気弁（４９）ならびに前記排気弁口（４８）を開閉する排気弁（５０）が略Ｖ字状をなしてシリンダヘッド（２５）に開閉作動可能に配設される内燃機関において、
   前記吸気弁口（４７）に連なって前記シリンダヘッド（２５）に設けられる吸気ポート（６０）が、前記シリンダヘッド（２５）の一側面から前記吸気弁口（４７）の近傍まで略直線状に延びる上流側通路部（６０ａ）と、前記ピストン（４２）の軸線に直交する平面への投影図では彎曲して前記上流側通路部（６０ａ）および前記吸気弁口（４７）を結ぶ下流側通路部（６０ｂ）とから成り、
   前記燃焼室（４５）の天井面（４６）には、前記吸気弁口（４７）及び排気弁口（４８）が開口しており且つその吸、排気弁口（４７，４８）の中心間を結ぶ方向を長円方向とした楕円状の横断面形状を有していてドーム形をなすドーム形天井部分が形成されることを特徴とする内燃機関。
2. 前記ピストン（４２）の軸線に直交する平面への投影図上で、前記吸気弁口（４７）の中心と前記排気弁口（４８）の中心とを結ぶ直線（Ｌ１）が区画する一方の側と他方の側のうち前記上流側通路部（６０ａ）の中心線の延長線（Ｌ２）が前記直線（Ｌ１）と鈍角（α）をなす側で、吸気弁口（４７）および排気弁口（４８）間に点火プラグ（６４）が配置されることを特徴とする請求項１記載の内燃機関。
3. 前記ピストン（４２）の頂部が浅い皿状に凹んで形成されることを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関。
4. 前記ドーム形天井部分の周辺で前記天井面（４６）及びピストン（４２）の頂部間に形成されるスキッシュエリア（６２）が、該ピストン（４２）の軸線方向から見て、燃焼室（４５）の中央部から吸気弁口（４７）および排気弁口（４８）側に向かうにつれて幅を狭くするように形成されることを特徴とする、請求項１〜３の何れか１項に記載の内燃機関。
5. 排ガス浄化用の二次空気を排気ポート（６１）に供給するための二次空気供給口（６６）が排気ポート（６１）に開口するようにしてシリンダヘッド（２５）に設けられ、この二次空気供給口（６６）は、吸気ポート（６０）の上流側通路部（６０ａ）の中心線の燃焼室（４５）側への延長線（Ｌ２）の近傍で該延長線（Ｌ２）に沿うようにして排気ポート（６１）に開口していることを特徴とする、請求項１〜４の何れか１項に記載の内燃機関。

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