JP6435944B2 - エンジンの設計方法 - Google Patents

Description

本発明は、シリンダボア内をピストン往復動するレシプロ式のエンジン（内燃機関）の設計方法に関する。

車両等に搭載されるエンジンには、シリンダボア内を往復動するピストンと、シリンダボア内に連通する吸気ポート及び排気ポートと、吸気ポートを開閉する吸気バルブと、排気ポートを開閉する排気バルブとが設けられている。

このようなレシプロ式のエンジンでは、燃費（燃料消費率）や出力性能の向上を目的として、ピストンのストローク及びシリンダボアのボア径を規定している（例えば、特許文献１及び２参照）。また、排気量のバリエーションについては、ボア径を固定してストロークを変更することにより対応している（従来技術）。

特開２０１３−１２７２５５号公報 特開２０１０−０７７８５８号公報

ところで、上記した従来技術では、排気量のバリエーションに対してはボア径を固定してストロークを変更しているため、ストローク／ボア径比を固定化して、エンジン機種ごとに燃費及び出力性能を最適化することはできていない。

本発明はそのような実情を考慮してなされたもので、シリンダボア内を往復動するピストンと、吸気バルブ及び排気バルブとを備えたエンジンにおいて、ストローク／ボア径比を固定化して、エンジン機種ごとに燃費及び出力性能を最適化することが可能な技術を提供することを目的とする。

−発明の解決原理−
本発明者らは、ストローク／ボア径比及びバルブ挟み角が燃費及び出力性能に影響を与えるという点に着目し、それらストローク／ボア径比及びバルブ挟み角をどうように規定すれば、エンジン機種に関係なく燃費及び出力性能を最適化できるのかについて鋭意研究した。その結果、ストローク／ボア径比を１．１５〜１．２５、バルブ挟み角を４１°±１°に固定すれば、エンジン機種に関係なく、燃費及び出力性能を最大限に引き出すことができるということを見出した。本発明は、このような知見に基づいてなされたものである。

−解決手段−
具体的に、本発明は、シリンダボア内を往復動するピストンと、前記シリンダボア内に連通する吸気ポート及び排気ポートと、前記吸気ポートを開閉する吸気バルブと、前記排気ポートを開閉する排気バルブとを備えたエンジンを設計するエンジンの設計方法において、前記ピストンのストロークと前記シリンダボアのボア径との比であるストローク／ボア径比を１．１５〜１．２５に設定し、かつ、前記吸気バルブと前記排気バルブとのバルブ挟み角を４１°±１°に設定した気筒を燃焼モジュール化し、前記燃焼モジュールの排気量及び数により、前記エンジンの排気量を調整することを技術的特徴とする。

本発明によれば、ストローク／ボア径比及びバルブ挟み角を固定化して、燃費及び出力性能を最大限に引き出すことができるので、エンジン機種に関係なく燃費及び出力性能を最適化することが可能になる。

本発明によれば、シリンダボア内を往復動するピストンと、吸気バルブ及び排気バルブとを備えたエンジンにおいて、エンジン機種に関係なく燃費及び出力性能を最適化することができる。

本発明を適用するエンジンの概略構成を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

−エンジンの構成−
図１は本発明を適用するエンジンの概略構成を示す図である。エンジン１は、自動車用の直列４気筒ガソリンエンジンであって、シリンダブロック２、シリンダヘッド３、ピストン１１、吸気バルブ３３、及び、排気バルブ３４などを備えている。

シリンダブロック２には、複数のシリンダボア２１が設けられている（図１では１つの気筒のみを示している）。シリンダボア２１内には、当該シリンダボア２１内を往復動するピストン１１が収容されている。ピストン１１はコネクティングロッド１３を介してクランクシャフト１２に連結されており、ピストン１１の往復運動がコネクティングロッド１３によってクランクシャフト１２の回転へと変換される。

シリンダブロック２の上端にはシリンダヘッド３が設けられており、このシリンダヘッド３とピストン１１との間に燃焼室１４が形成されている。シリンダヘッド３には点火プラグ（図示せず）が燃焼室１４内に臨んで配置されている。

シリンダヘッド３には、燃焼室１４に連通する吸気ポート３１及び排気ポート３２が設けられている。吸気ポート３１の燃焼室１４内には吸気バルブ３３が設けられており、排気ポート３２には排気バルブ３４が設けられている。なお、シリンダヘッド３には、吸気ポート３１内もしくは燃焼室１４内に燃料を噴射するインジェクタ（図示せず）が配置されている。

吸気バルブ３３は、棒状のバルブステム（軸部）３３ａと、バルブステム３３ａの一端に設けられた傘部３３ｂとによって構成されている。吸気バルブ３３は、バルブステム３３ａの延びる方向（シリンダボア２１の中心軸ＣＬに対して傾斜する方向）に沿って往復動可能にシリンダヘッド３に支持されている。バルブステム３３ａは、シリンダヘッド３に固定された中空のバルブガイド３５内に挿入されており、そのバルブガイド３５によって吸気バルブ３３の往復動作（開閉動作）が案内される。

排気バルブ３４も、同様に、棒状のバルブステム（軸部）３４ａと、バルブステム３４ａの一端に設けられた傘部３４ｂとによって構成されている。排気バルブ３４は、バルブステム３４ａの延びる方向（シリンダボア２１の中心軸に対して傾斜する方向（吸気バルブ３４ａとは逆側に傾斜する方向））に沿って往復動可能にシリンダヘッド３に支持されている。バルブステム３４ａは、シリンダヘッド３に固定された中空のバルブガイド３６内に挿入されており、そのバルブガイド３６によって排気バルブ３４の往復動作（開閉動作）が案内される。

吸気バルブ３３及び排気バルブ３４は動弁系のカムシャフト（図示せず）によって開閉駆動され、この吸気バルブ３３の開閉駆動によって吸気ポート３１が開閉され、吸気バルブ３３が開状態のときに吸気ポート３１と燃焼室１４とが連通する。また、排気バルブ３４の開閉駆動によって排気ポート３２が開閉され、排気バルブ３４が開状態のときに排気ポート３２と燃焼室１４とが連通する。

ここで、図１に示すように、吸気バルブ３３と排気バルブ３４とは、クランクシャフト１２の軸線方向から見てＶ字状に配置されており、これら吸気バルブ３３の軸線（バルブステム３３ａの軸線）と排気バルブ３４の軸線（バルブステム３４ａの軸線）とがなす角度がバルブ挟み角θである。

−特徴部分−
本実施形態では、上記した知見（ストローク／ボア径比を１．１５〜１．２５、バルブ挟み角を４１°±１°に固定すれば、エンジン機種に関係なく燃費及び出力性能を最大限に引き出すことができるという知見）に基づいて、ピストン１１のストロークとシリンダボア２１のボア径との比であるストローク／ボア径比を１．１５〜１．２５とし、バルブ挟み角θを４１°±１°としていることを特徴としている。

本実施形態によれば、ストローク／ボア径比及びバルブ挟み角を固定化して、燃費及び出力性能を最大限に引き出すことができるので、エンジン機種に関係なく燃費及び出力性能を最適化することが可能になる。

ここで、本実施形態において、エンジン１の基本骨格設計を、ストローク／ボア径比＝１．１５〜１．２５、バルブ挟み角θ＝４１°±１°に固定して燃焼モジュール化しておけば、そのモジュールごと（気筒ごと）の排気量と気筒数にて排気量バリエーションを持たせることができる。

−他の実施形態−
以上の実施形態では、自動車用の直列４気筒ガソリンエンジンに本発明を適用した場合について説明したが、本発明はこれに限られることなく、自動車以外に適用されるエンジンに対しても適用することが可能である。また、気筒数やエンジンの形式（Ｖ型や水平対向型等）は特に限定されるものではない。また、ディーゼルエンジンに対しても本発明は適用が可能である。

本発明は、コンベンショナル車両（駆動力源としてエンジンのみを搭載した車両）のエンジンのほか、ハイブリッド車両（駆動力源としてエンジン及び電動モータを搭載した車両）のエンジンにも適用可能である。

本発明は、シリンダボア内をピストン往復動するレシプロ式のエンジン（内燃機関）に利用可能であり、さらに詳しくは、エンジン機種に関係なく、燃費及び出力性能の最適化を図る技術に有効に利用することができる。

１ エンジン
２ シリンダブロック
２１ シリンダボア
３ シリンダヘッド
３１ 吸気ポート
３２ 排気ポート
３３ 吸気バルブ
３４ 排気バルブ
１１ ピストン
１４ 燃焼室

Claims (1)

1. シリンダボア内を往復動するピストンと、前記シリンダボア内に連通する吸気ポート及び排気ポートと、前記吸気ポートを開閉する吸気バルブと、前記排気ポートを開閉する排気バルブとを備えたエンジンを設計するエンジンの設計方法であって、
   前記ピストンのストロークと前記シリンダボアのボア径との比であるストローク／ボア径比を１．１５〜１．２５に設定し、かつ、前記吸気バルブと前記排気バルブとのバルブ挟み角を４１°±１°に設定した気筒を燃焼モジュール化し、
   前記燃焼モジュールの排気量及び数により、前記エンジンの排気量を調整することを特徴とするエンジンの設計方法。

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