JP5908321B2

JP5908321B2 - 内燃機関

Info

Publication number: JP5908321B2
Application number: JP2012080063A
Authority: JP
Inventors: 貴盛白砂; 貴博今村; 田邉　和也; 和也田邉
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2012-03-30
Filing date: 2012-03-30
Publication date: 2016-04-26
Anticipated expiration: 2032-03-30
Also published as: JP2013209914A

Description

本発明は、車両に搭載される内燃機関の吸気装置に関する。

内燃機関の低負荷領域において、燃費の向上を図るために、燃焼室内で吸入された吸気がタンブルを発生し、燃焼室上部の点火プラグの周りに燃料を送り成層化して燃焼効率の向上を図る吸気装置を構成したものがある。

シリンダヘッドの燃焼室の天井面の吸気弁口と排気弁口から吸気ポートと排気ポートが互いに離れる方向に湾曲しながら延出しており、この吸気ポートが燃焼室に案内する吸気のうちで吸気弁口のシリンダ軸（シリンダボアの中心軸）に近い内側縁側から燃焼室に吸入される吸気が、排気側に向け流入しながらシリンダボアの排気側を下降した後にピストン頂面に沿って流れを曲げて吸気側を上昇することで縦渦いわゆるタンブルを形成する。

そこで、吸気弁口のシリンダ軸に近い内側縁側から吸入される吸気の割合を大きくするために、吸気ポートの内部を仕切壁により上下の通路に仕切り、仕切壁の上流側に下方の通路の開閉を行う吸気制御弁を設け、機関始動直後に下方の通路を閉じることで、吸気ポートの上方の通路を流れる吸気が上方の通路の延長である吸気弁口の内側縁側から吸入されることになり、強い渦流のタンブルを発生するようにした吸気装置の例がある（特許文献１参照）。

特開２００８−１５１０７８号公報

特許文献１の吸気装置では、吸気ポートの仕切壁の上流側に設けられる吸気制御弁は、基端の軸部が吸気ポートの下壁に軸支されて回動し、下壁の内面に沿って伏せることで下方の通路の上流側開口を開き上下双方の通路を吸気が流れ、上方に回動して先端縁が仕切壁の上流端縁に接することで下方の通路の上流側開口が閉じられ、上方の通路のみを吸気が流れる。
したがって、機関始動直後は吸気制御弁が下方の通路の上流側開口を閉じ、上方の通路を吸気が流れ燃焼室に入ることで、強い渦流のタンブルを発生させ燃焼効率を上げている。

仕切壁により内燃機関の負荷状態によらず全域で、タンブルは向上するため、中負荷から高負荷領域においては、タンブルの渦流が強すぎる傾向にあり、特に中負荷状態では急速燃焼により燃費の低減が妨げられ、また急速燃焼を原因としたクランク打音が発生することがある。

そこで、中負荷領域では、タンブル発生量を抑制したいが、特許文献１の吸気制御弁による吸気制御では、上方の通路の上流側開口のみを部分的に閉じて上方の通路を流れる吸気を抑制することはできない。

本発明は、かかる点に鑑みなされたもので、その目的とする処は、吸気バルブリフト量可変機構を備え、内燃機関の負荷状態に応じて吸気振分け弁と同時に吸気弁の最大バルブリフト量を制御してタンブルの渦流の強さを調整して燃焼効率の最適化を図ることができる内燃機関の吸気装置を供する点にある。

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(16)のシリンダボア(16b)内を摺動自在に嵌合されるピストン(25)の頂面と同頂面が対向するシリンダヘッド(17)の天井面(41)との間に燃焼室(40)が構成され、
前記シリンダヘッド(17)の前記天井面(41)に開口した吸気弁口(42)と排気弁口(43)から各々吸気ポート(44)と排気ポート(45)が互いに離れる方向に湾曲しながら延出して形成され、
吸気ポート(44)にインレットパイプ(20)が接続されて連続した吸気通路(P)が構成され、
前記インレットパイプ(20)にスロットル弁(22)が設けられ、
前記吸気通路(P)が部分的に仕切板(60)により上側吸気通路(Up)と下側吸気通路(Lp)に仕切られ、
前記スロットル弁(22)よりも下流で前記仕切板(60)の上流に設けられた吸気振分け弁(61)により前記上側吸気通路(Up)と前記下側吸気通路(Lp)を流れる吸気が制御される内燃機関の吸気装置において、
前記吸気振分け弁(61)は、基端が前記インレットパイプに前記仕切板(60)の上流端縁の近傍で軸支されて吸気上流側に向けた先端を上下に揺動自在とし、
前記吸気弁口(42)を開閉する吸気弁(46)の最大バルブリフト量を変更する吸気バルブリフト量可変機構(90)と、
内燃機関の負荷状態に応じて前記吸気振分け弁(61)と前記吸気バルブリフト量可変機構(90)を駆動制御する吸気制御手段(66)とを備え、
前記吸気制御手段(66)は、
内燃機関が低負荷状態のときは、吸気を大部分上方に振り分けて前記上側吸気通路(Up)を流れるように前記吸気振分け弁(61)を位置決めするとともに、前記吸気バルブリフト量可変機構(90)を駆動して吸気弁(46)の最大バルブリフト量(D)を最小値(d1)に設定し、
内燃機関が中負荷状態のときは、吸気を下方より上方の割合を小さく振り分けて前記上側吸気通路(Up)を流れる吸気を抑制するように前記吸気振分け弁(61)を位置決めするとともに、前記吸気バルブリフト量可変機構(90)を駆動して吸気弁(46)の最大バルブリフト量(D)を中間値(d2)に設定し、
内燃機関が高負荷状態のときは、前記仕切板(60)に仕切られた割合に吸気を上下に振り分けるように前記吸気振分け弁(61)を位置決めするとともに、前記吸気バルブリフト量可変機構(90)を駆動して吸気弁(46)の最大バルブリフト量(D)を最大値(d3)に設定することを特徴とする内燃機関の吸気装置である。

請求項２記載の発明は、
請求項１記載の内燃機関の吸気装置において、
前記吸気制御手段(66)は、
内燃機関が中負荷状態から高負荷状態に移行するときは、吸気を下方より上方の割合を小さく振り分ける中負荷位置に位置決めされた前記吸気振分け弁(61)を仕切板に仕切られた割合に吸気を上下に振り分ける高負荷位置に駆動すると同時に、前記吸気バルブリフト量可変機構(90)を駆動して吸気弁(46)の最大バルブリフト量(D)を中間値(d2)から一度小さくしてから再び大きくして最大値(d3)に設定することを特徴とする。

請求項３記載の発明は、
請求項１または請求項２記載の内燃機関の吸気装置において、
前記シリンダヘッド(17)の前記天井面(41)にシリンダボア(16b)の中心軸であるシリンダ軸(C)に関して互いに反対位置に１つずつ前記吸気弁口(42)と前記排気弁口(43)が前記燃焼室(40)に臨んで開口され、
前記吸気弁口(42)がシリンダボア(16b)の円孔よりシリンダ軸方向視で外側にはみ出した三日月状のはみ出し部(42a)を有するようにオフセットして形成され、
前記シリンダブロック(16)のシリンダボア(16b)のシリンダヘッド(17)側の開口縁における前記吸気弁口のはみ出し部(42a)に対向する部分を吸気弁(46)の移動方向に前記吸気弁(46)のかさ部周縁に沿って吸気弁(46)の最大バルブリフト量(D)の前記中間値(d2)まで切り欠いてシリンダボア(16b)の内周面に至る切欠き円曲面(55)が形成されることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、
請求項３記載の内燃機関の吸気装置において、
内燃機関が中負荷状態における吸気弁(46)の最大バルブリフト量(D)の前記中間値(d2)は、吸気弁(46)のかさ部(46p)が前記切欠き円曲面55の下端に位置するリフト量であることを特徴とする。

請求項１記載の内燃機関の吸気装置によれば、吸気制御手段(66)が内燃機関の負荷状態に応じて吸気振分け弁(61)と吸気バルブリフト量可変機構(90)を駆動制御するので、吸気振分け弁(61)を駆動して上側吸気通路(Up)を流れる吸気を多くすれば、吸気弁口(42)のシリンダ軸(C)に近い内側縁側から吸入される吸気が多くなることで、強い渦流のタンブルを形成することができ、上側吸気通路(Up)を流れる吸気を抑制すればタンブルも抑えられ、一方で、吸気バルブリフト量可変機構(90)を駆動制御して吸気弁(46)の最大バルブリフト量を加減することで、吸気の流速と通気抵抗による吸気効率とを調整できるため、吸気振分け弁(61)と最大バルブリフト量を制御することで、内燃機関の負荷状態に応じて相乗効果によりタンブルの渦流の強さを容易に調整して燃焼効率の最適化を図ることができる。

吸気制御手段(66)は、内燃機関が低負荷状態のときは、吸気を大部分上方に振り分けて上側吸気通路(Up)を流れるように吸気振分け弁(61)を低負荷位置に位置決めするとともに、吸気バルブリフト量可変機構(90)を駆動して吸気弁(46)の最大バルブリフト量(D)を最小値(d1)に設定して流速を高めることで、相乗効果により強い渦流のタンブルを形成することができ、内燃機関が中負荷状態のときは、吸気を下方より上方の割合を小さく振り分けて上側吸気通路(Up)を流れる吸気を抑制するように吸気振分け弁(61)を中負荷位置に位置決めするとともに、吸気バルブリフト量可変機構(90)を駆動して吸気弁(46)の最大バルブリフト量(D)を中間値(d2)に設定することで、タンブルの渦流を抑制して急速燃焼による燃費の低減を回避でき、内燃機関が高負荷状態のときは、仕切板(60)に仕切られた割合に吸気を上下に振り分けるように吸気振分け弁(61)を高負荷位置に位置決めするとともに、吸気バルブリフト量可変機構(90)を駆動して吸気弁(46)の最大バルブリフト量(D)を最大値(d3)に設定することで、タンブルの渦流を適度に抑えて吸気効率を良好に（全吸気量を最大と）することができ、内燃機関の負荷状態に応じてタンブルの渦流の強さを調整して燃焼効率の最適化を図ることができる。

請求項２記載の内燃機関の吸気装置によれば、前記吸気制御手段(66)は、内燃機関が中負荷状態から高負荷状態に移行するとき、吸気振分け弁(61)が上側吸気通路(Up)を流れる吸気を抑制した中負荷位置から仕切板に仕切られた割合に吸気を上下に振り分ける高負荷位置に駆動すると、上側吸気通路(Up)を流れる吸気の抑制が解除されることになり、抑制が解除された直後タンブルの渦流が強くなり過ぎるため、吸気弁(46)の最大バルブリフト量(D)を中間値(d2)から一度小さくしてタンブルを抑制してから再び大きくして高負荷状態の最大値(d3)に設定することで、燃焼効率の最適化を推進することができる。

請求項３記載の内燃機関の吸気装置によれば、シリンダヘッド(17)の天井面(41)にシリンダボア(16b)の中心軸であるシリンダ軸(C)に関して互いに反対位置に１つずつ吸気弁口(42)と排気弁口(43)が燃焼室(40)に臨んで開口され、吸気弁口(42)がシリンダボア(16b)の円孔よりシリンダ軸方向視で外側にはみ出した三日月状のはみ出し部(42a)を有するようにオフセットして形成されるので、吸気弁口(42)の開口全周長に対するはみ出し部(42a)の開口周長の割合すなわちマスキング割合(Rm)を大きく確保でき、かつシリンダブロック(16)のシリンダボア(16b)のシリンダヘッド(17)側の開口縁における吸気弁口(42)のはみ出し部(42a)に対向する部分を吸気弁(46)の移動方向に吸気弁(46)のかさ部周縁に沿って吸気弁(46)の最大バルブリフト量(D)の前記中間値(d2)まで切り欠いてシリンダボア(16b)の内周面に至る切欠き円曲面(55)が形成されるので、内燃機関の低負荷領域から中負荷領域までは、吸気弁口(42)の外側縁側（はみ出し部(42a)側）から吸気の燃焼室(40)への吸入が妨げられて、吸気弁口(42)の内側縁側から吸入されて発生するタンブルを抑えるような逆タンブルの発生が抑制されることで、タンブルの発生を促すことができ、内燃機関の高負荷領域では吸気弁(46)のかさ部(46p)が切欠き円曲面(55)を越えてリフトして、タンブルの渦流を適度に抑え、かつ吸気効率を良好にすることができる。

請求項４記載の内燃機関の吸気装置によれば、内燃機関が中負荷状態における吸気弁(46)の最大バルブリフト量(D)の前記中間値(d2)が、吸気弁(46)のかさ部(46p)が前記切欠き円曲面55の下端に位置するリフト量であるので、低負荷状態のときよりバルブ有効開口面積が大きくなるが、吸気弁口(42)の外側縁側はなおもマスキングされた状態にあり、適度に抑制されたタンブルを発生し、強過ぎるタンブルによる急速燃焼のため燃費が増加するのを防止できるとともに、急速燃焼を原因としたクランク打音の発生も防止できる。

本発明の一実施の形態に係る内燃機関を搭載した自動二輪車の右側面図である。同内燃機関の右側断面図である。シリンダブロックの上面図である。シリンダヘッドの下面図である。燃焼室の天井面の説明図である。吸気弁の最大バルブリフト位置を示す内燃機関の要部断面図である。低負荷状態における内燃機関の要部断面図である。中負荷状態における内燃機関の要部断面図である。高負荷状態における内燃機関の要部断面図である。スロットル開度θに対する吸気振分け弁開度φの制御と最大バルブリフト量Ｄの制御とタンブル比Ｒｔの変化と吸気流量Ｑの変化を示すグラフである。

以下、本発明に係る一実施の形態について図１ないし図１０に基づいて説明する。
図１は、本実施の形態に係る内燃機関10を搭載した自動二輪車１の全体側面図である。

本自動二輪車１の車体フレーム２は、ヘッドパイプ２ａから後方へ左右一対のメインフレーム２ｂ，２ｂが延出した後に下方に屈曲して急傾斜部２ba，２baを形成し、その下部をくの字に前方に屈曲させて下端部に至っている。
またヘッドパイプ２ａから斜め急角度に下方へ左右一対のダウンフレーム２ｃ，２ｃが、側面視でメインフレーム２ｂの急傾斜部２baに略平行に延出している。

メインフレーム２ｂ，２ｂの急傾斜部２ba，２baの上部からはシートレール２ｄ，２ｄが後方に延出し、同シートレール２ｄ，２ｄの中央部と急傾斜部２ba，２baの下部とを連結したバックステー２ｅ，２ｅがシートレール２ｄ，２ｄを支持している。

以上のような車体フレーム２において、ヘッドパイプ２ａにはフロントフォーク３が枢支され、その下端に前輪４が軸支され、メインフレーム２ｂ，２ｂの下部に設けられたピボットプレート２ｆに前端を軸支されたリヤフォーク５が後方へ延出し、その後端に後輪６が軸支され、リヤフォーク５の後部とシートレール２ｄ，２ｄの中央部との間にリヤクッション７が介装されている。
メインフレーム２ｂ，２ｂには燃料タンク８が架設され、燃料タンク８の後方にシート９がシートレール２ｄ，２ｄに支持されて設けられている。

車体フレーム２に搭載される内燃機関10は、ＳＯＨＣ型２バルブの単気筒４ストローク内燃機関であり、車体に対してクランク軸20を車体幅方向に指向させ、気筒を若干前傾させて起立した姿勢で懸架される。

内燃機関10のクランク軸12を回転自在に軸支するクランクケース11は、クランク軸12の後方に配設されるメイン軸13とカウンタ軸14の間に変速歯車機構15が構成されており、カウンタ軸14は出力軸であり、後輪６の回転軸との間にチェーン（図示せず）が架渡され動力が後輪６に伝達される。

図２を参照して、クランクケース11の上には、１本の鋳鉄製のシリンダライナ16Ｌが鋳込まれたシリンダブロック16と、シリンダブロック16の上にガスケットを介してシリンダヘッド17が重ねられ、スタッドボルトにより一体に締結され、シリンダヘッド17の上方をシリンダヘッドカバー18が覆っている。
クランクケース11の上に重ねられるシリンダブロック16，シリンダヘッド17，シリンダヘッドカバー18は、クランクケース11から若干前傾した姿勢で上方に延出している（図１，図２参照）。

このように車体フレームに搭載された内燃機関10の若干前傾して立設されたシリンダヘッド16から後方に連結管19を介してインレットパイプ20が延出し、インレットパイプ20にはスロットル弁22を内蔵するバタフライ型のスロットルボディ21が設けられるとともに、インジェクタ23が装着され、さらに後記する吸気振分け弁61が設けられている。

このインレットパイプ20の後端に連結されるエアクリーナ24が側面視でメインフレーム２ａとシートレール２ｄとバックステー２ｅに囲まれた空間に配設される（図１参照）。
また、シリンダヘッド13から前方に延出した排気管25は、下方に屈曲し、さらに後方に屈曲してクランクケース12の下面に沿って後方にかつ右側に寄って後輪６の右側に配置されたマフラー26に連結している。

図２を参照して、クランクケース11は左右割りで、左右クランクケースの合せ面に形成された開口にシリンダライナ16Ｌの下端部が嵌入してシリンダブロック16が若干前傾して上方に突出しており、同シリンダライナ16Ｌの内部のシリンダボア16ｂにピストン25が往復摺動自在に嵌合され、ピストン25のピストンピン25ｐとクランク軸12のクランクピン12ｐとの間をコンロッド26が連接してクランク機構を構成している。

シリンダブロック16のシリンダボア16ｂ内を摺動するピストン25の頂面25ｔと同頂面25ｔが対向するシリンダヘッド17の天井面41との間に燃焼室40が構成される。
シリンダヘッド17には、天井面41にシリンダボア16ｂの中心軸であるシリンダ軸Ｃに関して互いに反対位置に１つずつ吸気弁口42と排気弁口43が燃焼室40に臨んで開口されるとともに、吸気弁口42と排気弁口43から各々吸気ポート44と排気ポート45が互いに離れる方向に湾曲しながら延出して形成されている。

吸気ポート44は、吸気弁口42から後方に延出し、連結管19を介してインレットパイプ20に連通し、排気ポート45は排気管25に連結される。
シリンダヘッド16に一体に嵌着された弁ガイド34ｉ，34ｅにそれぞれバルブステム46ｓ，47ｓが摺動可能に支持された吸気弁46および排気弁47は、シリンダヘッド13の上に設けられる動弁装置30により駆動されて、吸気ポート44の吸気弁口42および排気ポート45の排気弁口43をクランク軸12の回転に同期して開閉される。

図２を参照して、本内燃機関10の動弁装置30は、吸気弁46と排気弁47のバルブステム46ｓ，47ｓをプランジャとして進退させる吸気弁リフト量可変ソレノイド90と排気弁リフト量可変ソレノイド91がシリンダヘッド17の上に設けられている。
吸気弁リフト量可変ソレノイド90と排気弁リフト量可変ソレノイド91は電磁ソレノイドであり、吸気弁46と排気弁47のリフト量は印加電圧により調整することができる。

図３は、シリンダブロック16の上面図であり、シリンダヘッド17との合せ面16ｆにシリンダボア16ｂの円孔と動弁機構30に動力を伝達するチェーンを挿通するチェーン室16ｃの矩形孔が穿設されている。
図４は、シリンダブロック16に重ね合わされるシリンダヘッド17の下面図であり、シリンダブロック16に合せ面16ｆに対向する合せ面17ｆに、シリンダボア16ｂに対応して燃焼室40の天井面41が凹んで形成されるとともに、チェーン室16ｃに対応して連通するチェーン室17ｃが穿設されている。

シリンダヘッド17の合せ面17ｆにおける燃焼室40の天井面41の円形開口縁41ｓがシリンダボア16ｂの円孔に一致する。
天井面41の後側に大径の吸気弁口42が開口し、天井面41の前側に吸気弁口42より幾らか小径の排気弁口43が開口している。
また、天井面41には点火プラグ（図示せず）が先端を突出させるプラグ孔48が穿設されている。

図５は、シリンダヘッド17の燃焼室40をシリンダ軸Ｃの軸方向に視た、すなわちシリンダ軸方向視で示した図であり、同図５を参照して、吸気弁口42が燃焼室40の天井面41のシリンダボア16ｂの円孔に対応する円形の天井面開口縁41ｓよりシリンダ軸方向視で外側にはみ出してオフセットしており、吸気弁口42は天井面開口縁41ｓからはみ出した三日月状のはみ出し部42ａ（図５の散点で示した部分）を有する。

吸気弁口42の開口縁42ｓの開口全周長に対するはみ出し部42ａの開口周長の割合をマスキング割合Ｒｍとすると、本吸気弁口42のオフセットによるマスキング割合Ｒｍは26％程度である。

また、図５を参照して、天井面41には、吸気弁口42と排気弁口43を長径方向両側に囲む楕円状の横断面形状を有してドーム状凹部51が形成されており、天井面41のうちドーム状凹部51の外側の左右１対の三日月状部分にそれぞれスキッシュ52，52が形成されている。

そして、吸気弁口42の外周囲に、吸気弁口42の三日月状のはみ出し部42ａの両端部辺りから吸気弁口42の開口縁42ｓに沿って湾曲した１対のガイド壁面53，53が、互いに対向して前記排気弁口43側に向けて徐々に拡開して形成されている。

以上のように形成されたシリンダヘッド17の燃焼室40の天井面41に対して、シリンダブロック16のシリンダボア16ｂは、図３および図６に示すように、シリンダボア16ｂのシリンダヘッド17側の開口縁における吸気弁口42のはみ出し部42ａに対向する後側部分を吸気弁46の移動方向に吸気弁46のかさ部46ｐ周縁に沿ってシリンダボア16ｂまで切り欠いた切欠き円曲面55が形成されている。

図６に示すように、切欠き円曲面55は、鋳鉄製のシリンダライナ16Ｌが鋳込まれたアルミ合金製のシリンダブロック16のシリンダライナ16Ｌの端面を覆う部分に斜めに切り欠かれて形成されている。

この切欠き円曲面55に沿って切欠き円曲面55に近接して吸気弁46のかさ部46ｐ周縁が移動するので、吸気弁46が開いて最大バルブリフト位置まで移動する間、吸気弁口42の外側縁側（はみ出し部42ａ側）からの吸気は、吸気弁46のかさ部46ｐ周縁と切欠き円曲面55との極めて狭い隙間を通らなければならず燃焼室40への吸入が殆ど妨げられマスキングされた状態にある。

したがって、吸気弁口42の外側縁側からはマスキングされて燃焼室40には僅かに吸入されるだけで、吸気弁口42の内側縁側からの吸入が主になり、よってタンブルが発生し易い構造となっている。

なお、ピストン25の頂面25ｔの周縁部の吸気弁口42のはみ出し部42ａに対向する部分が吸気弁46のかさ部46ｐの端面46pfと平行に切り欠かれてピストン切欠き面56が形成されており（図６参照）、吸気行程でピストン25の下降とともに吸気弁46が開弁しリフトするときに、ピストン切欠き面56と吸気弁46のかさ部46ｐの端面46pfとが平行に略間隔を維持して移動して負圧が生じ難いため、吸気弁口42の外側縁側から燃焼室40に吸気の吸入が促されることはなく、逆タンブルの発生がより抑えられている。

そして、吸気系において、インレットパイプ20から連結管19を介して吸気ポート44に至る吸気通路Ｐが、インレットパイプ20の下流部から吸気ポート44の湾曲部まで仕切板60により上側吸気通路Ｕｐと下側吸気通路Ｌｐに仕切られている。

仕切板60は、インレットパイプ20と一体に形成されており、仕切板60の上流端部がインレットパイプ20の内側に上下を仕切って設けられ、下流側に大きく飛び出した延出部分が吸気ポート44に挿入されている。
仕切板60の帯状の延出部分はその両側縁を吸気ポート44の内周面に沿って挿入される。
仕切板60は、吸気通路Ｐを上方に寄っており、上側吸気通路Ｕｐの通路断面積が下側吸気通路Ｌｐの通路断面積より小さい。

仕切板60の長尺の延出部は、吸気ポート44の形状に沿って曲がっており、先端の下流端部60ｅは吸気ポート44の湾曲部に位置する吸気弁46の吸気バルブステム46ｓに達しており、仕切板60の下流端部60ｅは先端縁から凹んだ凹部60ｕが形成されていて、このＵ字状凹部60ｕを吸気バルブステム46ｓが貫通している（図６参照）。

そして、下流端部60ｅは、湾曲していない平板状で吸気ポート44の湾曲部に直線的に挿入され、その下流端部60ｅの左右側部が吸気ポート44の湾曲部に左右に対向して形成された左右凹溝44ｖ，44ｖに嵌入されて固定支持される（図６参照）。

インレットパイプ20内において、スロットル弁22よりも下流で仕切板60の上流に吸気振分け弁61が設けられている。
図６，図７，図８を参照して、吸気振分け弁61は、基端の回動軸61ａがインレットパイプ20に仕切板60の上流端縁の近傍で軸支されて吸気上流側に向けた先端を上下に揺動自在としたフラッグバルブであり、モータ駆動機構62により揺動させられる。

吸気振分け弁61は、上流のスロットル弁22に先端を向けて揺動することで、スロットル弁22より下流の吸気を上下に振り分け上側吸気通路Ｕｐと下側吸気通路Ｌｐを流れる吸気の割合を変更することができる。

内燃機関10を制御するＥＣＵ（電子制御ユニット）65は、吸気制御手段66を備えており、内燃機関10の運転状態を解析して吸気制御手段66により吸気系のスロットル弁21やインジェクタ23が駆動制御されるが、吸気振分け弁61および前記吸気弁リフト量可変ソレノイド90も吸気制御手段66により駆動制御される。
なお、排気弁リフト量可変ソレノイド91もＥＣＵ65により駆動制御される。

吸気制御手段66により制御されて吸気弁リフト量可変ソレノイド90により進退する吸気弁46の最大バルブリフト量Ｄとして、内燃機関10の負荷状態に応じて所定の最小値ｄ１，中間値ｄ２，最大値ｄ３の３つの値を設定している。

図６には、３つの吸気弁46の最大バルブリフト位置を実線と２点鎖線で示している。
図６において、最大バルブリフト量Ｄが最小値ｄ１である実線で示された吸気弁46の位置が、内燃機関10の低負荷状態における最大バルブリフト位置であり、最大バルブリフト量Ｄが中間値ｄ２である２点鎖線で示された吸気弁46の位置が、内燃機関10の中負荷状態における最大バルブリフト位置であり、最大バルブリフト量Ｄが最大値ｄ３である２点鎖線で示された吸気弁46の位置が、内燃機関10の高負荷状態における最大バルブリフト位置である。

シリンダブロック16のシリンダボア16ｂのシリンダヘッド17側の開口縁に形成された切欠き円曲面55は、吸気弁46の閉弁位置から最大バルブリフト量Ｄが最小値ｄ１を経て中間値ｄ２まで吸気弁46のかさ部46ｐに近接して極めて狭い隙間を形成して、吸気の吸気弁口42の外側縁側（はみ出し部42ａ側）から燃焼室40への吸入は殆ど妨げられマスキングされる。

しかし、高負荷状態のときの吸気弁46の最大バルブリフト量Ｄが最大値ｄ３の最大バルブリフト位置は、切欠き円曲面55を越えた位置にあり、よって吸気の吸気弁口42の外側縁側から燃焼室40への吸入はマスキングされず、容易に吸入されるので、タンブルと逆向きの所謂逆タンブルを発生しタンブルを抑制する。

図７を参照して、スロットル弁22のスロットル開度θは、全閉時から回動して吸気通路に平行になったときが全開状態であり、内燃機関10の負荷状態を示す。
吸気振分け弁61は、内燃機関10の負荷状態に応じて揺動制御され、吸気振分け弁61の揺動角である吸気振分け弁開度φは、図７に示す低負荷状態のときの吸気振分け弁61の低負荷位置を基準０度として図７で時計回りに揺動角度が増加する。

タンブルの状態は、クランク軸の１回転当りのタンブルの回転数であるタンブル比Ｒｔで表わすことができる。
タンブル比Ｒｔ＝タンブル回転角速度／クランク軸角速度
タンブル比Ｒｔが大きければ、強い渦流がタンブルが発生している。

図１０には、スロットル開度θに応じて吸気振分け弁61を揺動制御する吸気振分け弁開度φの制御と吸気弁46の最大バルブリフト量Ｄの制御とタンブル比Ｒｔの変化および吸気流量Ｑの変化を示している。
以下、図１０を参照しつつ、内燃機関10の負荷状態による吸気振分け弁61の揺動制御と吸気弁46の最大バルブリフト量制御とタンブル比Ｒｔおよび吸気流量Ｑの変化を考察する。

内燃機関10が低負荷運転状態のときは、図７に示すように、スロットル弁21は小さく開いており（スロットル開度θ：小）、吸気振分け弁61は先端縁が吸気通路Ｐの下側周面に接した低負荷位置（吸気振分け弁開度φ＝０度）に位置決めされているので、吸気振分け弁61は吸気を大部分上方に振り分けて上側吸気通路Ｕｐを流れ、吸気弁46の最大バルブリフト量を最小値ｄ１としている。
最大バルブリフト量の最小値ｄ１は、吸気弁46のかさ部46ｐが切欠き円曲面55に位置するリフト量であり、吸気弁口42から燃焼室40に入るところが狭くなってバルブ有効開口面積が小さく、吸気弁口42の外側縁側はマスキングされた状態にある。

したがって、吸気流量Ｑは小さい。
そして、スロットル弁21の僅かに開いた開口を通った吸気は、大部分吸気振分け弁61により大部分上方の比較的狭い上側吸気通路Ｕｐに案内され流れるために高速となり、さらに吸気ポート44の湾曲部に位置する吸気バルブステム46sまで延出した仕切板60により吸気弁口42の近くまで案内され、大部分の吸気が吸気弁口42の内側縁側（シリンダ軸Ｃ側）から絞られてより高速になって燃焼室40に吸入されることになり、図７に示すように、強い渦流のタンブルが発生する（タンブル比Ｒｔが上昇）。

吸気弁口42がシリンダボア16bの円孔よりシリンダ軸方向視で外側にはみ出した三日月状のはみ出し部42ａを有するようにオフセットして、吸気弁口42の外側縁側（はみ出し部42ａ側）はマスキングされ、かつ下側吸気通路Ｌｐを通る吸気は殆どないため、吸気弁口42の外側縁側から燃焼室40に吸入する吸気はなく、タンブルを妨げる逆タンブルも発生せず、タンブルをより強く発生させ、タンブル比Ｒｔは高くなり、低負荷時の燃焼効率を向上させることができる。

内燃機関10が中負荷運転状態のときは、図８に示すように、スロットル弁21は中開度に開き（スロットル開度θ：中）、吸気振分け弁61は先端縁が吸気通路Ｐの上側周面に近づいた中負荷位置（吸気振分け弁開度φ＝β度）に位置決めされているので、吸気振分け弁61は吸気を下方より上方の割合を小さく振り分けている。
したがって、図８に矢印で示すように、下側吸気通路Ｌｐは十分な吸気が流れるが、上側吸気通路Ｕｐを流れる吸気は抑制される。
そして、吸気弁46の最大バルブリフト量は、吸気弁46のかさ部46ｐが切欠き円曲面55の下端に位置する中間値ｄ２に設定され、吸気弁46の最大バルブリフト量を中間値ｄ２としてバルブ有効開口面積が大きくなるが、吸気弁口42の外側縁側はなおもマスキングされた状態にある。

そのため、上側吸気通路Ｕｐを流れる抑制された吸気は、吸気弁口42の内側縁側から燃焼室40に入っても、弱い渦流のタンブルしか発生しないが、吸気弁口42の外側縁側から燃焼室40に吸入される吸気はマスキングされて逆タンブルは生じ難いため、適度に抑えられたタンブルを発生し、強過ぎるタンブルによる急速燃焼のため燃費が増加するのを防止できるとともに、急速燃焼を原因としたクランク打音の発生も防止できる。

内燃機関10が高負荷運転状態のときは、図９に示すように、スロットル弁21は全開となり（スロットル開度θ：全開）、吸気振分け弁61は仕切板60と同一平面をなす高負荷位置（吸気振分け弁開度φ＝α度）に位置決めされているので、吸気振分け弁61は吸気を仕切板(60)に仕切られた割合に吸気を上下に振り分けている。
そして、吸気弁46の最大バルブリフト量を最大値ｄ３としてバルブ有効開口面積がさらに大きくなり、吸気弁46のかさ部46ｐは切欠き円曲面55を越えて吸気弁口42の外側縁側のマスキングは解除される。

したがって、吸気流量Ｑは大きい。
そして、図９に矢印で示すように、上側吸気通路Ｕｐと下側吸気通路Ｌｐを十分な吸気が流れ、上側吸気通路Ｕｐを流れた吸気は、吸気弁口42の内側縁側から燃焼室40に吸入されてタンブルを発生するが、下側吸気通路Ｌｐを流れた吸気は、マスキングが解除され、吸気弁口42の外側縁側から燃焼室40に入って逆タンブルを生じ、タンブルは抑制される。
しかし上側吸気通路Ｕｐと下側吸気通路Ｌｐから十分な吸気量が吸入され、吸気効率は良好である。

以上のように、本内燃機関10の吸気装置は、内燃機関の負荷状態に応じて吸気振分け弁61による吸気の上下の振分け割合と吸気弁46の最大バルブリフト量とを変えて、タンブルの渦流の強さを調整して燃焼効率の最適化を図ることができる。

なお、内燃機関10が中負荷状態から高負荷状態に移る際に、吸気振分け弁61を中負荷位置（吸気振分け弁開度φ＝β度）から高負荷位置（吸気振分け弁開度φ＝α度）に揺動するが、揺動直後に上側吸気通路Ｕｐを流れる吸気が一気に増え、そのため吸気弁口42の内側縁側から燃焼室40に入る高速の吸気の増加により強いタンブルが発生することがあり、強過ぎるタンブルによる急速燃焼のおそれがある。

そこで、内燃機関10が中負荷状態から高負荷状態に移る際は、図１０の最大バルブリフト量の制御グラフにおいて破線で示すように、吸気弁46の最大バルブリフト量を中間値ｄ２から一度小さく落として、有効開口面積を小さく抑えてタンブルを抑制し、その後最大バルブリフト量を大きくして最大値ｄ３にすることで、急速燃焼を防止し、燃焼効率の最適化を推進することができる。

以上の実施の形態では、吸気弁46の最大バルブリフト量を変える吸気バルブリフト量可変機構として吸気弁リフト量可変ソレノイドを用いたが、クランク軸に連動するカム軸の回動により吸気弁が駆動される機械的な動弁カム機構において、カム軸と吸気弁との間に例えば圧力制御可能な油圧室を仲介させるなど、吸気弁の最大バルブリフト量を可変とする機構を用いてもよい。

１…自動二輪車、２…車体フレーム、10…内燃機関、11…クランクケース、12…クランク軸、13…メイン軸、14…カウンタ軸、15…クランクケース、16…シリンダブロック、16ｂ…シリンダボア、17…シリンダヘッド、18…シリンダヘッドカバー、19…連結管、
20…インレットパイプ、21…スロットルボディ、22…スロットル弁、23…インジェクタ、24…エアクリーナ、25…ピストン、26…コンロッド、34ｉ，34ｅ…弁ガイド、
40…燃焼室、41…天井面、42…吸気弁口、42ａ…はみ出し部、43…排気弁口、44…吸気ポート、45…排気ポート、46…吸気弁、46ｐ…かさ部、46pf…端面、46ｓ…吸気バルブステム、47…排気弁、48…プラグ孔、
51…ドーム状凹部、52…スキッシュ、53…ガイド壁面、54…、55…切欠き円曲面、56…ピストン切欠き面、
60…仕切板、61…吸気振分け弁、62…モータ駆動機構、65…ECU、66…吸気制御手段、
90…吸気弁リフト量可変ソレノイド、91…排気弁リフト量可変ソレノイド。

Claims

シリンダブロック(16)のシリンダボア(16b)内を摺動自在に嵌合されるピストン(25)の頂面と同頂面が対向するシリンダヘッド(17)の天井面(41)との間に燃焼室(40)が構成され、
前記シリンダヘッド(17)の前記天井面(41)に開口した吸気弁口(42)と排気弁口(43)から各々吸気ポート(44)と排気ポート(45)が互いに離れる方向に湾曲しながら延出して形成され、
吸気ポート(44)にインレットパイプ(20)が接続されて連続した吸気通路(P)が構成され、
前記インレットパイプ(20)にスロットル弁(22)が設けられ、
前記吸気通路(P)が部分的に仕切板(60)により上側吸気通路(Up)と下側吸気通路(Lp)に仕切られ、
前記スロットル弁(22)よりも下流で前記仕切板(60)の上流に設けられた吸気振分け弁(61)により前記上側吸気通路(Up)と前記下側吸気通路(Lp)を流れる吸気が制御される内燃機関の吸気装置において、
前記吸気振分け弁(61)は、基端が前記インレットパイプに前記仕切板(60)の上流端縁の近傍で軸支されて吸気上流側に向けた先端を上下に揺動自在とし、
前記吸気弁口(42)を開閉する吸気弁(46)の最大バルブリフト量を変更する吸気バルブリフト量可変機構(90)と、
内燃機関の負荷状態に応じて前記吸気振分け弁(61)と前記吸気バルブリフト量可変機構(90)を駆動制御する吸気制御手段(66)とを備え、
前記吸気制御手段(66)は、
内燃機関が低負荷状態のときは、吸気を大部分上方に振り分けて前記上側吸気通路(Up)を流れるように前記吸気振分け弁(61)を位置決めするとともに、前記吸気バルブリフト量可変機構(90)を駆動して吸気弁(46)の最大バルブリフト量(D)を最小値(d1)に設定し、
内燃機関が中負荷状態のときは、吸気を下方より上方の割合を小さく振り分けて前記上側吸気通路(Up)を流れる吸気を抑制するように前記吸気振分け弁(61)を位置決めするとともに、前記吸気バルブリフト量可変機構(90)を駆動して吸気弁(46)の最大バルブリフト量(D)を中間値(d2)に設定し、
内燃機関が高負荷状態のときは、前記仕切板(60)に仕切られた割合に吸気を上下に振り分けるように前記吸気振分け弁(61)を位置決めするとともに、前記吸気バルブリフト量可変機構(90)を駆動して吸気弁(46)の最大バルブリフト量(D)を最大値(d3)に設定することを特徴とする内燃機関の吸気装置。
前記吸気制御手段(66)は、
内燃機関が中負荷状態から高負荷状態に移行するときは、吸気を下方より上方の割合を小さく振り分ける中負荷位置に位置決めされた前記吸気振分け弁(61)を仕切板に仕切られた割合に吸気を上下に振り分ける高負荷位置に駆動すると同時に、前記吸気バルブリフト量可変機構(90)を駆動して吸気弁(46)の最大バルブリフト量(D)を中間値(d2)から一度小さくしてから再び大きくして最大値(d3)に設定することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の吸気装置。
前記シリンダヘッド(17)の前記天井面(41)にシリンダボア(16b)の中心軸であるシリンダ軸(C)に関して互いに反対位置に１つずつ前記吸気弁口(42)と前記排気弁口(43)が前記燃焼室(40)に臨んで開口され、
前記吸気弁口(42)がシリンダボア(16b)の円孔よりシリンダ軸方向視で外側にはみ出した三日月状のはみ出し部(42a)を有するようにオフセットして形成され、
前記シリンダブロック(16)のシリンダボア(16b)のシリンダヘッド(17)側の開口縁における前記吸気弁口のはみ出し部(42a)に対向する部分を吸気弁(46)の移動方向に前記吸気弁(46)のかさ部周縁に沿って吸気弁(46)の最大バルブリフト量(D)の前記中間値(d2)まで切り欠いてシリンダボア(16b)の内周面に至る切欠き円曲面(55)が形成されることを特徴とする請求項１または請求項２記載の内燃機関の吸気装置。
内燃機関が中負荷状態における吸気弁(46)の最大バルブリフト量(D)の前記中間値(d2)は、吸気弁(46)のかさ部(46p)が前記切欠き円曲面55の下端に位置するリフト量であることを特徴とする請求項３記載の内燃機関の吸気装置。