JP6228091B2 - 内燃機関の吸気構造 - Google Patents

Description

本発明は、ピストンが摺動自在に嵌合されるシリンダボアを有するシリンダブロックに、前記ピストンの頂部を臨ませる燃焼室を前記シリンダブロックとの間に形成するシリンダヘッドが結合され、シリンダ軸線に沿う方向から見て前記シリンダボアの内周から外側にはみ出した三日月状のはみ出し部を有するようにして前記燃焼室の天井部に開口する吸気弁口と、一部を屈曲させるようにして前記吸気弁口に連なる吸気ポートとが前記シリンダヘッドに形成され、前記吸気弁口を開閉可能な傘状の弁部とともに吸気弁を構成する弁軸部が前記シリンダヘッドに開閉作動可能に支持され、前記シリンダボアの前記シリンダヘッド側の開口縁に、前記弁部との干渉を回避するための切欠き部が設けられる内燃機関の吸気構造に関する。

点火後の火炎伝播の効率を高めるべく空気および燃料を燃焼室内で攪拌するためのタンブル流を発生させることを目的として、燃焼室の天井部に開口する吸気弁口を、シリンダ軸線に沿う方向から見て、シリンダボアの内周から外側にはみ出した三日月状のはみ出し部を有するように形成した吸気構造が、特許文献１で知られている。

特開２０１３−２２７９６６号公報

ところが、上記特許文献１で開示された吸気構造では、吸気弁口が吸気ポートの外端開口部に近くなり、空気および燃料の燃焼室内での流動が吸気ポートの形状の影響を受け易くなることに起因して、燃焼室内のタンブル流の回転軸が燃焼室内でシリンダ軸線に対して傾斜してしまうことが本願発明者の種々の検証によって判明した。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、燃焼室内のタンブル流の回転軸が燃焼室内でシリンダ軸線に直交するようにして、燃焼室での攪拌を偏りなく行って燃焼効率を高め得るようにした内燃機関の吸気構造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、本発明は、ピストンが摺動自在に嵌合されるシリンダボアを有するシリンダブロックに、前記ピストンの頂部を臨ませる燃焼室を前記シリンダブロックとの間に形成するシリンダヘッドが結合され、シリンダ軸線に沿う方向から見て、前記シリンダボアの内周から外側にはみ出した三日月状のはみ出し部を有するようにして前記燃焼室の天井部に開口する吸気弁口と、一部を屈曲させるようにして前記吸気弁口に連なる吸気ポートとが前記シリンダヘッドに形成され、前記吸気弁口を開閉可能な傘状の弁部とともに吸気弁を構成する弁軸部が、前記シリンダヘッドに開閉作動可能に支持され、前記シリンダボアの前記シリンダヘッド側の開口縁に、前記弁部との干渉を回避するための切欠き部が設けられる内燃機関の吸気構造において、前記吸気ポートの前記吸気弁口寄りの一部に、前記シリンダ軸線および前記弁軸部の中心軸線をともに含む仮想平面に沿って延びるストレート部が、前記シリンダ軸線と直交する平面への投影図上で、前記仮想平面に関して対称な形状の内壁面を有するようにして形成され、前記吸気ポートの前記吸気弁口と隣接する部分は、前記仮想平面上で見て、前記弁軸部の中心軸線を挟んで前記吸気弁口の前記はみ出し部側の内側面と、対向する側の内側面とが、何れも前記吸気弁口に向けて曲率が漸増するように湾曲していることを第１の特徴とする。

本発明は、第１の特徴の構成に加えて、前記ストレート部が、前記シリンダ軸線と直交する平面への投影図上で、閉弁状態の前記弁部の中心と、前記弁軸部をガイドするようにして前記シリンダヘッドに設けられるガイド筒の中心軸線の前記吸気ポート側の端部との間に形成されることを第２の特徴とする。

本発明は、第１または第２の特徴の構成に加えて、前記燃焼室に露出する電極部を有する点火プラグが、前記仮想平面から離隔した位置に前記電極部を配置するようにして前記シリンダヘッドに取付けられることを第３の特徴とする。

さらに本発明は、第１〜第３の特徴の構成のいずれかに加えて、前記シリンダブロックと、前記吸気ポートを後側壁に開口させた前記シリンダヘッドとを構成要素の一部とした機関本体が、前記吸気ポートの後方に配置されるフレーム部材を有してバックボーン型に構成される車体フレームを有する鞍乗り型車両に搭載され、前記吸気ポートの上流端開口部が、前記フレーム部材を避ける方向に指向するように形成されることを第４の特徴とする。

本発明の第１の特徴によれば、シリンダ軸線に沿う方向から見てシリンダボアの内周から外側にはみ出した三日月状のはみ出し部を有する吸気弁口を形成することで、吸気弁の開弁時に吸気弁口のはみ出し部側から燃焼室への吸気の流れを抑制して燃焼室内にタンブル流を生じさせる際に、シリンダ軸線と、吸気弁の弁軸部の中心軸線とを含む仮想平面に沿って延びるストレート部が、吸気ポートの吸気弁口寄りの一部に形成されることによって、吸気流れ方向をシリンダ軸線に指向するように矯正し、タンブル流の回転軸がシリンダ軸線と直交するようにしてタンブル流を効果的に利用して燃焼効率の向上に寄与することができる。

また、シリンダ軸線と直交する平面への投影図上で、ストレート部がシリンダ軸線および弁軸部の中心軸線をともに含む仮想平面に関して対称な形状の内壁面を有するので、吸気弁の近傍での吸気流をシリンダ軸線に向けて矯正することができる。

本発明の第２の特徴によれば、ストレート部が、シリンダ軸線と直交する平面への投影図上で、閉弁状態の弁部の中心と、ガイド筒の中心軸線の吸気ポート側の端部との間に形成されるので、タンブル流の回転軸がシリンダ軸線と直交するように吸気流を矯正することができる。

本発明の第３の特徴によれば、シリンダ軸線および弁軸部の中心軸線をともに含む仮想平面から離隔した位置で、点火プラグの電極部が燃焼室に露出するので、電極部がタンブル流の生成を阻害することがないようにして、タンブル流を燃焼室内で効果的に生じさせ、燃焼効率の向上に寄与することができる。

さらに本発明の第４の特徴によれば、バックボーン型の車体フレームの一部を構成するフレーム部材が吸気ポートの後方に配置され、吸気ポートの上流端開口部がフレーム部材を避ける方向に指向するようにしてフレーム部材との干渉を回避するように吸気系部品が配置される内燃機関でも、タンブル流を燃焼室内で効果的に生じさせ、燃焼効率の向上に寄与することができる。

自動二輪車の右側面図である。 吸気弁閉弁状態での内燃機関の要部縦断面図である。 図１の３−３線断面図である。 図２の４−４線矢視図である。 図２の５−５線矢視図である。 吸気弁開弁状態での図２に対応した縦断面図である。 吸気ポートをシリンダ軸線に沿う方向から見た簡略図である。

本発明の実施の形態について添付の図面を参照しながら説明する。なお以下の説明で、前後、上下および左右は、自動二輪車に乗車した乗員から見た方向を言うものとする。

先ず図１において、鞍乗り型車両である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から後下がりに傾斜する単一のメインフレーム１３と、該メインフレーム１３の後端部に設けられるピボットプレート１４と、前記メインフレーム１３の中間部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の前端の前記ヘッドパイプ１２への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の中間部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、バックボーン型に構成される。

前記メインフレーム１３は、前記ヘッドパイプ１２から後下がりに緩やかに傾斜するメインフレーム前部１３ａと、そのメインフレーム前部１３ａの後端から後下がりに急激に傾斜するメインフレーム後部１３ｂとを一体に有するものであり、前記ピボットフレーム１４は前記メインフレーム後部１３ｂの後端部すなわち下端部に設けられ、前記シートレール１５の前端は前記メインフレーム前部１３ａおよび前記メインフレーム後部１３ｂの連設部に接合され、前記サブパイプ１７は、前記メインフレーム前部１３ａの中間部および前記ダウンフレーム１５間に設けられる。

単気筒である内燃機関Ｅの機関本体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、シリンダボディ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。この機関本体２１は、前記メインフレーム１３の下方、かつメインフレーム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ようにして車体フレームＦに搭載されるものであり、車体フレームＦへの搭載状態で前記機関本体２１のシリンダ軸線Ｃは前上がりに傾斜する。

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。

図２において、前記シリンダボディ２４は、前記クランクシャフト２２に連接されるピストン４７を摺動自在に嵌合させるシリンダボア４８を有しており、このシリンダボディ２４と、該シリンダボディ２４に結合される前記シリンダヘッド２５との間には、前記ピストン４７の頂部を臨ませる燃焼室４８が形成される。

前記シリンダヘッド２５には、前記燃焼室４９の天井部５０に開口する吸気弁口５１および排気弁口５２と、シリンダ軸線Ｃに沿う方向から見て一部を屈曲させるようにして前記吸気弁口５１に連なる吸気ポート５３と、同じく一部を屈曲させるようにして前記排気弁口５２に連なる排気ポート５４とが形成される。

前記吸気弁口５１は、前記シリンダヘッド２５にモールド結合される弁座部材５５によって形成され、前記排気弁口５２は、前記シリンダヘッド２５にモールド結合される弁座部材５６によって形成される。

前記吸気弁口５１の開閉は吸気弁５７でなされるものであり、この吸気弁５７は前記弁座部材５５に着座して前記吸気弁口５１を閉じ得る傘状の弁部５７ａと、この弁部５７ａに同軸に連なる弁軸部５７ｂとを一体に有し、前記シリンダヘッド５７に設けられるガイド筒５９に前記弁軸部５７ｂが摺動自在に嵌合され、これによって吸気弁５７が開閉作動可能として前記シリンダヘッド２５に支持される。また前記排気弁口５２の開閉は排気弁５８でなされるものであり、この排気弁５８は前記弁座部材５６に着座して前記排気弁口５２を閉じ得る傘状の弁部５８ａと、この弁部５８ａに同軸に連なる弁軸部５８ｂとを一体に有し、前記シリンダヘッド５７に設けられるガイド筒６０に前記弁軸部５８ｂが摺動自在に嵌合され、これによって排気弁５８が開閉作動可能として前記シリンダヘッド２５に支持される。

前記排気ポート５４の外端は前記シリンダヘッド２５の前部側壁に開口するものであり、図１で示すように、排気管３６が前記排気ポート５４の外端開口部に連なるようにして前記シリンダヘッド２５の前部側壁に接続される。この排気管３６は、機関本体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３７に前記排気管３６の下流端が接続される。

図３を併せて参照して、前記吸気ポート５３の外端は前記シリンダヘッド２５の後部側壁に開口するものであり、この吸気ポート５３の外端開口部に連なるようにして吸気管３９の下流端が前記シリンダヘッド２５の後部側壁に接続され、この吸気管３９は、前記シリンダヘッド２５から後方に延出される。また前記シリンダヘッド２５の後方にはエアクリーナ４０が固定配置されており、このエアクリーナ４０に上流端が接続されるコネクティングチューブ４１の下流端は気化器４２に接続され、該気化器４２は、湾曲した接続管４３を介して前記吸気管３９の上流端に接続される。

ところで前記吸気ポート５３の後方には、車体フレームＦの一部を構成するフレーム部材として、前記メインフレーム１３の前記メインフレーム後部１３ｂが配置されている。前記吸気ポート５３の上流端開口部は、前記メインフレーム後部１３ｂを避ける方向に指向するように形成されるものであり、この実施の形態では前記吸気ポート５３の上流端開口部は斜め左後方に指向して開口するように形成される。したがって前記エアクリーナ４０および前記吸気ポート５３間を接続する前記コネクティングチューブ４１、前記気化器４２、前記接続管４３および前記吸気管３９は、前記メインフレーム後部１３ｂの左側から前方に回り込むように配置されることになる。

また前記機関本体２１を上方から覆う燃料タンク４４が、前記メインフレーム１３の前記メインフレーム前部１３ａ上に設けられ、この燃料タンク４４の後方に配置される乗車用シート４５が前記シートレール１５上に設けられる。

図４において、前記吸気弁口５１を形成する前記弁座部材５５は、前記シリンダボア４８の中心軸線すなわちシリンダ軸線Ｃに沿う方向から見て前記シリンダボア４８の内周から外側にはみ出した三日月状のはみ出し部５１ａ（点描で示す部分）を前記吸気弁口５１が有するようにした位置で、前記シリンダヘッド２５に固設される。ところで前記燃焼室４９の天井部５０の開口縁５０ａは、前記シリンダボア４８の内周にほぼ対応して形成されており、前記はみ出し部５１ａは、前記開口縁５０ａの一部を切欠いた位置に配置される。また前記天井部５０のうち前記吸気弁口５１の前記はみ出し部５１ａを除く部分の開口端部にはスキッシュ６１が形成される。

図５を併せて参照して、前記シリンダボア４８の前記シリンダヘッド２５側の開口縁には、前記吸気弁５７の前記弁部５７ａとの干渉を回避するための切欠き部４８ａが設けられ、前記ピストン４７の前記燃焼室４９側端部外縁にも前記弁部５７ａとの干渉を回避するための切欠き部４７ａが設けられる。

上述のようにシリンダ軸線Ｃに沿う方向から見てシリンダボア４８の内周すなわち天井部５０の開口縁５０ａから外側にはみ出した三日月状のはみ出し部５１ａを有する吸気弁口５１を形成することで、図６で示すように、吸気弁４７の開弁時には、吸気弁口５１のはみ出し部５１ａ側から燃焼室４９への吸気の流れが抑制されることになり、それによって燃焼室４９内にタンブル流を生じさせることができるが、吸気弁口５１が吸気ポート５３の外端開口部に近くなり、空気および燃料の燃焼室４９内での流動が吸気ポート５３の形状の影響を受け易くなることに起因して、燃焼室４９内のタンブル流の回転軸が燃焼室４９内の中心軸線すなわちシリンダ軸線Ｃに対して傾斜してしまうことが本願発明者の種々の検証によって判明しており、そのようなタンブル流の回転軸のシリンダ軸線Ｃに対する傾斜が生じないようにすることが求められる。

図７はシリンダ軸線Ｃと直交する平面への前記吸気ポート５３の投影図であり、この図７で明示するように、前記吸気ポート５３の前記吸気弁口５１寄りの一部に、前記シリンダ軸線Ｃおよび前記弁軸部５７ｂの中心軸線ＣＶをともに含む仮想平面ＶＰに沿って延びるストレート部５３ａが本発明に従って形成される。

しかも前記ストレート部５３ａは、前記シリンダ軸線Ｃと直交する平面への投影図上で、前記仮想平面ＶＰに関して対称な形状の内壁面を有するように形成される。

また図６で示すように、吸気ポート５３の吸気弁口５１と隣接する部分は、前記仮想平面ＶＰ上で見て、前記弁軸部５７ｂの中心軸線ＣＶを挟んで前記吸気弁口５１の前記はみ出し部５１ａ側の内側面と、対向する側の内側面とが、何れも吸気弁口５１に向けて曲率が漸増するように湾曲している。

また前記ストレート部５３ａは、前記シリンダ軸線Ｃと直交する平面への投影図上で、閉弁状態の前記弁部５７ａの中心ＣＰ１と、前記弁軸部５７ｂをガイドするようにして前記シリンダヘッド２５に設けられるガイド筒５９の中心軸線の前記吸気ポート５３側の端部ＣＰ２との間の領域Ａに形成される。

ところで前記シリンダヘッド２５には、前記燃焼室４９に露出する電極部６２ａを有する点火プラグ６２が取付けられるのであるが、この点火プラグ６２は、前記仮想平面ＶＰから離隔した位置に前記電極部６２ａを配置するようにして、前記シリンダヘッド２５に取付けられる。

次にこの実施の形態の作用について説明すると、吸気ポート５３の吸気弁口５１寄りの一部に、シリンダ軸線Ｃおよび弁軸部５７ｂの中心軸線ＣＶをともに含む仮想平面ＶＰに沿って延びるストレート部５３ａが形成されるので、吸気弁５７の開弁時に吸気弁口５１のはみ出し部５１ａ側から燃焼室４９への吸気の流れを抑制して燃焼室４９内にタンブル流を生じさせる際に、吸気流れ方向をシリンダ軸線Ｃに指向するように矯正し、タンブル流の回転軸が燃焼室４９内でシリンダ軸線Ｃと直交するようにしてタンブル流を効果的に利用して燃焼効率の向上に寄与することができる。

また前記ストレート部５３ａが、前記シリンダ軸線Ｃと直交する平面への投影図上で、前記仮想平面ＶＰに関して対称な形状の内壁面を有するように形成されるので、吸気弁５７の近傍での吸気流をシリンダ軸線Ｃに向けて矯正することができる。

また前記ストレート部５３ａが、前記シリンダ軸線Ｃと直交する平面への投影図上で、閉弁状態の吸気弁５７の前記弁部５７ａの中心ＣＰ１と、前記吸気弁５７の前記弁軸部５７ｂをガイドするようにして前記シリンダヘッド２５に設けられるガイド筒５９の中心軸線の前記吸気ポート５３側の端部ＣＰ２との間の領域Ａに形成されるので、タンブル流の回転軸がシリンダ軸線Ｃと直交するように吸気流を矯正することができる。

また前記燃焼室４９に露出する電極部６２ａを有する点火プラグ６２が、前記仮想平面ＶＰから離隔した位置に前記電極部６２ａを配置するようにして前記シリンダヘッド２５に取付けられるので、電極部６２ａがタンブル流の生成を阻害することがないようにして、タンブル流を燃焼室４９内で効果的に生じさせ、燃焼効率の向上に寄与することができる。

さらに機関本体２１が搭載されるバックボーン型に構成される車体フレームＦが有するメインフレーム１３のメインフレーム後部１３ｂは、前記吸気ポート５３の後方に配置されており、前記吸気ポート５３の上流端開口部が、前記メインフレーム後部１３ｂを避ける方向に指向するように形成されるので、エアクリーナ４０および吸気ポート５３間を接続するコネクティングチューブ４１、気化器４２、接続管４３および前記吸気管３９は、前記メインフレーム後部１３ｂの左側から前方に回り込むように配置されることになるが、このような内燃機関でもタンブル流を燃焼室４９内で効果的に生じさせ、燃焼効率の向上に寄与することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態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。

１３ｂ・・・フレーム部材であるメインフレームのメインフレーム後部
２１・・・機関本体
２４・・・シリンダブロック
２５・・・シリンダヘッド
４７・・・ピストン
４８・・・シリンダボア
４８ａ・・・切欠き部
４９・・・燃焼室
５０・・・天井部
５１・・・吸気弁口
５１ａ・・・はみ出し部
５３・・・吸気ポート
５３ａ・・・ストレート部
５７・・・吸気弁
５７ａ・・・弁部
５７ｂ・・・弁軸部
５９・・・ガイド筒
６２・・・点火プラグ
６２ａ・・・電極部
Ｃ・・・シリンダ軸線
ＣＰＩ・・・閉弁状態の吸気弁の弁部の中心
ＣＰ２・・・ガイド筒の中心軸線の吸気ポート側端部
ＣＶ・・・弁軸部の中心軸線
Ｆ・・・車体フレーム
ＶＰ・・・仮想平面

Claims (4)

1. ピストン（４７）が摺動自在に嵌合されるシリンダボア（４８）を有するシリンダブロック（２４）に、前記ピストン（４７）の頂部を臨ませる燃焼室（４９）を前記シリンダブロック（２４）との間に形成するシリンダヘッド（２５）が結合され、シリンダ軸線（Ｃ）に沿う方向から見て、前記シリンダボア（４８）の内周から外側にはみ出した三日月状のはみ出し部（５１ａ）を有するようにして前記燃焼室（４９）の天井部（５０）に開口する吸気弁口（５１）と、一部を屈曲させるようにして前記吸気弁口（５１）に連なる吸気ポート（５３）とが前記シリンダヘッド（２５）に形成され、前記吸気弁口（５１）を開閉可能な傘状の弁部（５７ａ）とともに吸気弁（５７）を構成する弁軸部（５７ｂ）が、前記シリンダヘッド（２５）に開閉作動可能に支持され、前記シリンダボア（４８）の前記シリンダヘッド（２５）側の開口縁に、前記弁部（５７ａ）との干渉を回避するための切欠き部（４８ａ）が設けられる内燃機関の吸気構造において、
   前記吸気ポート（５３）の前記吸気弁口（５１）寄りの一部に、前記シリンダ軸線（Ｃ）および前記弁軸部（５７ｂ）の中心軸線（ＣＶ）をともに含む仮想平面（ＶＰ）に沿って延びるストレート部（５３ａ）が、前記シリンダ軸線（Ｃ）と直交する平面への投影図上で、前記仮想平面（ＶＰ）に関して対称な形状の内壁面を有するようにして形成され、
   前記吸気ポート（５３）の前記吸気弁口（５１）と隣接する部分は、前記仮想平面（ＶＰ）上で見て、前記弁軸部（５７ｂ）の中心軸線（ＣＶ）を挟んで前記吸気弁口（５１）の前記はみ出し部（５１ａ）側の内側面と、対向する側の内側面とが、何れも前記吸気弁口（５１）に向けて曲率が漸増するように湾曲していることを特徴とする内燃機関の吸気構造。
2. 前記ストレート部（５３ａ）が、前記シリンダ中心軸線（Ｃ）と直交する平面への投影図上で、閉弁状態の前記弁部（５７ａ）の中心（ＣＰ１）と、前記弁軸部（５７ｂ）をガイドするようにして前記シリンダヘッド（２５）に設けられるガイド筒（５９）の中心軸線の前記吸気ポート（５３）側の端部（ＣＰ２）との間に形成されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の吸気構造。
3. 前記燃焼室（４９）に露出する電極部（６２ａ）を有する点火プラグ（６２）が、前記仮想平面（ＶＰ）から離隔した位置に前記電極部（６２ａ）を配置するようにして前記シリンダヘッド（２５）に取付けられることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の吸気構造。
4. 前記シリンダブロック（２４）と、前記吸気ポート（５３）を後側壁に開口させた前記シリンダヘッド（２５）とを構成要素の一部とした機関本体（２１）が、前記吸気ポート（５３）の後方に配置されるフレーム部材（１３ｂ）を有してバックボーン型に構成される車体フレーム（Ｆ）を有する鞍乗り型車両に搭載され、前記吸気ポート（５３）の上流端開口部が、前記フレーム部材（１３ｂ）を避ける方向に指向するように形成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の吸気構造。

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