JPH02199206A - 多弁式エンジンの吸気装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は多弁式エンジンの吸気装置に関するものであっ
て、とくに１つの燃焼室に３つ以上の吸気弁が設けられ
たエンジンにおいて、排気弁から遠い側に配置される吸
気弁の開弁時期を早めて、高速時のエンジン出力の向上
と低速軽負荷時の燃焼性の向上とを両立させるようにし
た多弁式エンジンの吸気装置に関するものである。

［従来の技術］ 吸気ボートの吸気抵抗を低減して吸気充填効率を高める
ために、１つの燃焼室の上面壁に３つ以上の吸気ボート
を設け、これらの各吸気ボートを夫々開閉する吸気弁を
設けた多弁式エンジンは一般に知られている（例えば、
特開昭６１−２１５４２２号公報、実開昭６１−１８６
７２４号公報、実開昭６２−１８３３６号公報参照）。

このように３つ以上の吸気弁が設けられたエンジンにお
いては、吸気弁ないし吸気ボートの形状、配設位置、開
閉タイミング等の各種仕様を個別的にある程度自由に設
定することができるので、各吸気弁ないし吸気ボートの
仕様を工夫することによって、燃費性能、エンジン出力
特性等の向上を図ることができるといった利点がある。

例えば、上記の特開昭６１−２１５４２２号公報に開示
された３吸気弁式エンジンにオイテハ、所定の低負荷低
回転域では１つの吸気ボートを閉止し、ヘリカル形状に
形成された他の吸気ボートから燃焼室内に吸気を流入さ
せて燃焼室内にスワールを形成し、燃焼性の向上を図る
一方、高負荷高回転域では全吸気ポートから燃焼室内に
吸気を供給してエンジン出力の向上を図るようにしてい
る。

しかしながら、３つ以上の吸気弁が設けられた従来の多
弁式エンジンにおいては、大半が単に吸気ボートの通路
断面積を大きくして充填効率を高めることを主目的とし
ており、吸気弁ないし吸気ボートの各種仕様を工夫して
上記利点を十分に利用しているとはいいがたい。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、一般に吸気弁の開弁時期と排気弁の開弁時期
とのオーバーラツプ期間を長（すると、高速時には燃焼
室内の掃気が促進され充填効率が高まりエンジン出力が
向上する。しかしながら、上記オーバーラツプ期間を長
くすると、低速軽負荷時には吸気負圧が大きいので排気
ポート内の既燃ガスが吸気ボート内に吹き返され、次回
の吸気行程で上記の吹き返された既燃ガスが燃焼室内に
吸入され、燃焼性が低下するといった問題がある。

したがって、従来のエンジンでは、吸気弁の開弁時期と
排気弁の開弁時期とを調整しても高速時の出力向上と低
速軽負荷時の燃焼性の向上とを両立させることは困難で
あるといった問題があった。

本発明は上記従来の問題点に鑑みてなされたものであっ
て、３つ以上の吸気弁が設けられた多弁式エンジンにお
いて、吸気弁の各種仕様を個別的にある程度自由に設定
できるという利点を十分に生かして、高速時の出力向上
と低速軽負荷時の燃焼性の向上とを両立させることがで
き１、さらにその他の各種エンジン性能の向上をも図る
ことができる多弁式エンジンの吸気装置を４供すること
を目Ｃ白とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明は上記の目的を達するため、１つの燃焼室に３つ
以上の吸気弁が設けられたエンジンにおいて、排気弁か
ら遠い側に位置する吸気弁の開弁時期を、排気弁側に位
置する吸気弁の開弁時期よりも早く設定したことを特徴
とする多弁式エンジンの吸気装置を１是供する。

［発明の作用・効果］ １つの気筒に３つ以上の吸気弁が設けられたエンジンに
おいて、吸気ボートの総断面積をできるだけ太き（しよ
うとすれば、エンジンの長手方向にみて中央に位置する
吸気ボート（吸気弁）は、他の吸気ボート（吸気弁）に
比べてエンジンの幅方向にみて排気弁から遠い位置に配
置される。

そして、本発明によれば、エンジンの幅方向にみて排気
弁から遠い側に配置される吸気弁（以下、これを反排気
側吸気弁という）の開弁時期が、排気弁側に配置される
吸気弁（以下、これを排気側吸気弁という）の開弁時期
よりも早く設定されるので、反排気側吸気弁と排気弁と
のオーバーラツプ期間が長（なる。このため、高速時に
は燃焼室内の掃気を促進することができ、充填効率を高
めてエンジン出力の向上を図ることができる。

一方、低速軽負荷時には、吸気負圧が大きいので排気ポ
ート内の既燃ガスが吸気ポート側に吹き返される。しか
し、排気弁の開弁時期と排気側吸気弁の開弁時期とはオ
ーバーラツプ期間が普通のエンジンと同様に比較的短（
設定されているので、吸気ボートへの既燃ガスの吹き返
しは格別多くはならない。また、前記したように排気弁
の開弁時期と反排気側吸気弁の開弁時期とはオーバーラ
ツプ期間が長くなっているが、反排気側吸気弁は排気弁
から比較的離れた位置に配置されているので、両弁の開
弁時期のオーバーラツプ期間が長くても、反排気側吸気
弁の吸気ボートへの既燃ガスの吹き返しは格別多くはな
らない。このため、低速軽負荷時の燃焼性の低下が起こ
らない。

したがって、高速時のエンジン出力の向上と、低速軽負
荷時の燃焼性の向上とを両立させることができる。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を具体的に説明する。

く第１実施例〉 第１図に示すように、４気筒エンジンＧ　Ｅ　（１１気
筒のみ図示している）は、第１．第２排気側吸気弁１．
２と反排気側吸気弁３とが開かれたときに、第１〜第３
吸気ボート４〜６から燃焼室７内に吸気を吸入し、この
吸気をピストン（図示せず）で圧縮して点火プラグ８で
着火燃焼させ、第１゜第２排気弁冊、１２が開かれたと
きに燃焼ガスを第１．第２排気ボート１３．１４から排
出するようになっている。

第２図に示すように、第１．第２吸気ボート４゜５は、
燃焼室７（第１図参照）の上端部に略球面状に形成され
た上面壁１５に、エンジンＣＥの幅方向（第２図では左
右方向）にみてほぼ中央部において、エンジンＣＥの長
手方向（第２図では上下方面）に１列に並べて配置され
、これらの第１．第２吸気ポート４，５は、夫々第１．
第２排気側吸気弁ｌ、２によって開閉されるようになっ
ている。また、第３吸気ボート６は、エンジンＣＥの幅
方向にみて第１．第２吸気ボート４，５よりやや吸気側
（第２図では右側）となる位置において、エンジンＣＥ
の長手方向にみて第１．第２吸気ポート４，５の中央位
置に配置され、この第３吸気ボート６は反排気側吸気弁
３によって開閉されるようになっている。このように、
第１〜第３吸気ボート４〜６（すなわち、第１．第２排
気側吸気弁１，２と反排気側吸気弁３）が、上面壁１５
上に干、ｌ配置（三角配置）されているので、吸気通路
断面積を大きく確保することができ、充填効率が高めら
れるようになっている。

一方、第１．第２排気ボート１３．１４は、燃焼室７（
第１図参照）の上面壁１５の排気側半部において、エン
ジンＣＥの長手方向に１列に並べて配置され、これらの
第１．第２　ｆＪｌ’気ボート１３．１４は、第１．第
２排気弁１１．１２によって開閉されるようになってい
る。

なお、燃焼室７（第１図参照）内の排気側上端部にスキ
ッシュエリアＩＯを設け、告火直前において燃焼室７内
に混合気の強い乱れ（スキッシュ流）を生じさせ、混合
気の燃焼性を高めるようにしている。

再び第１図に示すように、第１排気側吸気弁１は、第１
吸気ボート４を開閉するバルブ部１６と、該バルブ部Ｉ
６を支持する弁！＋ｂ　Ｉ　’ｆと、該弁軸１７を軸線
方向に摺動自在に軸支するバルブガイド部１８と、後で
説明するバケット部１９と、該第１排気側吸気弁１を閉
弁方向（上向き）に常時付勢するコイル状のスプリング
２１とで構成されている。そして、バケット部１９の上
端面は排気側吸気弁用カムシャフト２２に取り付けられ
た排気側吸気弁用カム２３と常時当接しており、排気側
吸気弁用カムシャフト２２の回転に伴って、排気側吸気
弁用カム２３がスプリング２Ｉの付勢力に抗して第１排
気側吸気弁１を押し下げたときには、第１吸気ポート４
が開かれ、燃焼室７内に吸気が吸入されるようになって
いる。上記排気側吸気弁用カム２３のカム面は、第１．
第２排気側吸気弁１、　２の開閉タイミングが第４図中
の曲線Ｇ、で示すような普通の吸気弁と同様の開閉特性
となるような形状に設定されている。なお、図示してい
ないが、第２排気側吸気弁２も、第１排気側吸気弁１と
同一の構成となっており、第１排気側吸気弁１と同一タ
イミングで第２吸気ボート５を開閉するようになってい
る。

また、反排気側吸気弁３も、第１排気側吸気弁１と同様
に、バルブ部２５と弁軸２６とバルブガイド部２７とバ
ケット部２８とスプリング２９とで構成され、この反排
気側吸気弁３は、反排気側吸気弁用カムシャフト３２に
取り付けられた反排気側吸気弁用カム３３によって開閉
されるようになっている。上記反排気側吸気弁用カム３
３のカム面は、反排気側吸気弁３の開閉タイミングが、
第１．第２排気側吸気弁１，２より開弁時期が早められ
た第４図中の曲線Ｇ２で示すような開閉特性となるよう
な形状に設定されている。

さらに、第１排気弁１１も、第１排気側吸気弁ｌと同様
に、バルブ部３５と弁軸３６とバルブガイド部３７とバ
ケット部３８とスプリング３９とで構成され、この第１
排気弁１１は排気弁用カムシャフト４２に取り付けられ
た排気弁用カム４３によって所定のタイミングで開閉さ
れるようになっている。上記排気弁用カム４３のカム面
は、第１゜第２υ［気弁１１，１２の開閉タイミングが
第４図中の曲線Ｇ、で示すような普通の排気弁と同様の
開閉特性となるような形状に設定されている。なお、図
示していないが、第２排気弁１２も第１徘免許１１と同
一の構成となっており、第１排気弁１１と同一タイミン
グで第２排気ボート１４！開閉するようになっている。

そして、排気側吸気弁用カムシャフト２２はシリンダヘ
ッド■４の上端部にこれと一体的に形成された軸受は部
４５と、該軸受は部４５の上側にボルト４６で取り付け
られるベアリングキャ・ツブ４７とで構成される排気側
吸気弁用ベアリング４８によって回転自在に軸支されて
いる。同様に、反排気側吸気弁用カムシャフト３２は軸
受は部５１とベアリングキャップ５２とで構成される反
排気側吸気弁用ベアリング５３によって回転自在に軸支
されている。なお、排気側吸気弁用ベアリング４８のベ
アリングキャ・ツブ４７と、反排気側吸気弁用ベアリン
グ５３のベアリングキャ・ノブ５２とは、後で詳説する
ように一体的に形成されている。

また、排気弁用カムシャフト４２は、軸受は部５４とベ
アリングキャップ５５とで構成される排気弁用ベアリン
グ５６によって回転自在に軸支されている。

ここにおいて、排気弁用カムシャフト４２と排気側吸気
弁用カムシャフト２２と反排気側吸気弁用カムシャフト
３２とは、各軸心がシリンダヘッドＩ−１の上端面に形
成される平面Ｐ上に位置するように、したがってエンジ
ンＣＥの幅方向に直線的に配置されている。そして、シ
リンダヘッドＨの上端部に形成される各軸受は部５４，
４５．５１の上端面はシリンダヘッドＨの上端面と同一
平面上に形成され、したがって、軸受は部５４，４５，
５１の上端面を含むシリンダヘッドＨの上端面は全体と
して平面となっている。このため、各ベアリングキャッ
プ５５，４７．５２は全て鉛直下向きにボルト４６をね
じ込むことにより取り付けることができるので、取付時
の作業性が良好となる。

また、各軸受は部５４，４５．５１の上端面を含むシリ
ンダヘッドＨの上端面を形成する平面Ｐは、エンジンＣ
Ｅの幅方向にみて、吸気側（第１図では右側）程高くな
るような傾斜を有する平面に形成されている。このため
、第１排気側吸気弁ｌのバケット部１９上面とパルプ部
１６下面間の長さ（バルブステム長）を比較的大きく設
定することができる。したがって、弁軸１７の長さを十
分に確保できるので、該弁軸１７を軸支するバルブガイ
ド部１８の長さも十分な長さに設定することができ、第
１排気側吸気弁１を強固に支持して、ガタつきの発生を
有効に防止することができる。もちろん、・第２排気側
吸気弁２についても同様である。

なお、反排気側吸気弁３についてもバルブステム長が長
くなるので、同様のガタつき防止効果が得られることは
もちろんである。

また、吸気側動弁系用オイルギヤラリ７１が、反排気側
吸気弁３のバケット部２８より外側においてシリンダヘ
ッド■！の長平方向に伸長して配置されている。そして
、この吸気側動弁系用オイルギヤラリ７１には、反排気
側吸気弁３のバケット部２８に潤滑油を供給する第１潤
滑油通路７２と、反排気側吸気弁用カムシャフト３２と
反排気側吸気弁用ベアリング５３とのジャーナル部に潤
滑油を供給する第２潤滑油通路７３とが接続されている
。

上記第１潤滑油通路７２の下流側端部は、ノシケフト部
２８に対するバケ・ットホールの内周面に沿って環状に
形成された環状オイル溝７４に接続されている。そして
、この環状オイル溝７４には、第１、第２排気側吸気弁
１，２の／ｆヶ、、ト部１９（こ潤滑油を供給する第３
．第４潤滑油通路７５．７６が接続されている。さらに
、環状オイル溝７４には、排気側吸気弁用カムシャフト
２２と排気側吸気弁用ベアリング４８とのジャーナル部
に潤滑油を供給する第５潤滑油通路７７が接続されてい
る。

また、排気側動弁系に対しては排気側動弁系用オイルギ
ヤラリ８１が設けられ、この排気側動弁系用オイルギヤ
ラリ８１には、第１．第２排気弁１１．１２用のパケッ
ト３８に潤滑油を供給する第６．第７オイル通路８２．
８３と、排気弁用カムシャフト４２と排気弁用ベアリン
グ５６とのジャーナル部に潤滑油を供給する第８オイル
通路８４とが接続されている。

以下、排気側吸気弁用カムシャフト２２と反排気側吸気
弁用カムシャフト３２と排気弁用カムシャフト４２の駆
動機構について説明する。

第３図に示すように、エンジンＣＥの幅方向吸気側端部
近傍と排気側端部近傍とにおいて、夫々エンジンＣＥの
長手方向に伸長して配置される反排気側吸気弁用カムシ
ャフト３２と排気弁用カムシャフト４２のフロント側端
部とには、夫々これらと同軸に反排気側吸気弁用プーリ
６１と排気弁用プーリ６２とが取り付けられている。ま
た、反排気側吸気弁用カムシャフト３２のリヤ側端部に
は駆動ギヤ６３がこれと同１＋ｂに取り付けられる一方
、排気側吸気弁用カムシャフト２２のリヤ側端部には上
記駆動ギヤ６３と噛み合う被駆動ギヤ６４が同軸に取り
付けられている。

そして、エンジンＣＥのクランク軸６６のフロント側端
部に同軸に取り付けられたクランクプーリ６７と、反排
気側吸気弁用プーリ６１と、排気弁用プーリ６２とにま
たがってタイミングベルト６８がかけられ、反排気側吸
気弁用プーリ６１と排気弁用プーリ６２とはクランク軸
６６によってこれと同期して回転駆動され、これに伴っ
て反排気側吸気弁用カムシャフト３２と排気弁用カムシ
ャフト４２とがクランク軸６６と同期回転するようにな
っている。また、反排気側吸気弁用カムシャフト３２の
回転は駆動ギヤ６３と被駆動ギヤ６４とを介して排気側
吸気弁用カムシャフト２２に伝達されるので、排気側吸
気弁用カムシャフト２２もクランク軸６６と同期回転す
るようになっている。

以下、第１．第２排気側吸気弁１，２と反排気側吸気弁
３と第１５．第２排気弁１１．１２の開閉特性及びその
作用について説明する。

第４図に示すように、反排気側吸気弁３の開弁時期（Ｇ
、）は、普通のタイミングで開閉される第１．第２排気
側吸気弁１，２の開弁時期（Ｇ１）よりも早くなるよう
に設定されているので、第１゜第２ｔＪｌ気弁１１，１
２の開弁時期（Ｇ、）と反排気側吸気弁３の開弁時期（
Ｇ、）リオーバーラップ期間が長くなる。このため、高
速時においては燃焼室７内の掃気が促進され、充填効率
が高まり、エンジン出力の向上が図られる。

一方、低速軽負荷時においては、吸気負圧が大きいので
、第１．第２排気ボート１３．１４内の既燃ガスが、第
２図中の矢印Ｓ、、Ｓ、で示すように第１．第２吸気ボ
ート４．５に吹き返される。

しかし、第１．第２排気弁１１．１２の開弁時期（Ｇ、
）と第１．第２排気側吸気弁１，２の開弁時期（Ｇ１）
のオーバーラツプ期間は短いので、上記吹き返しは第１
．第２吸気ボート４，５にはそれ程流入しない。また、
第１．第２排気ボート、１３．１４内の既燃ガスは、第
２図中の矢印Ｔ　Ｉ＋Ｔ、で示すように第３吸気ボート
６にも吹き返される。しかし、第１．第２排気弁１１．
１２と反排気側吸気弁６間との距離が比較的離れている
ので、これらのオーバーラツプ期間が長くても、上記吹
き返しは第３吸気ポード６にはそれ程流入しない。した
がって、低速軽負荷時において既燃ガスの吸気ボート側
への吹き返しは普通のエンジンとほぼ同程度となり、と
くに燃焼性の低下は起こらない。

このようにして、高速時のエンジン出力の向上と、低速
軽負荷時の燃焼性の同上とを両立させることができる。

なお、排気側吸気弁用カム２３と反俳気側吸免許用カム
３３のカム面の形状を同一にするとともに、反排気側吸
気弁用カムシャフト３２に可変動弁機構を設け、高速時
には反排気側吸気弁３の開閉タイミングを進角させ、第
１．第２排気弁１１゜１２と反排気側吸気弁３の開弁時
期のオーパーラ・２ブ期間を長くする一方、低速軽負荷
時には、反排気側吸気弁３の開閉タイミングを遅角させ
、第１第２排気弁１１．１２と反排気側吸気弁３の開弁
時期のオーバーラツプ期間を短くするようにしてもよい
。

く第２実施例〉 図示していないが、第１排気側吸気弁１（第２排気側吸
気弁２でもよい）と反排気側吸気弁３とに対して、油圧
で制御される普通の弁停止機構を設け、低速時には第１
排気側吸嬢弁１と反排気側吸気弁３とを常時閉弁するよ
うにしてもよい。このようにすれば、低速時には、燃焼
室７のシリンダ軸に対して偏心して配置された第２吸気
ボート５のみから燃焼室７内に吸気が吸入されるので、
燃焼室７内にスワールが発生し、燃焼安定性の向上を図
ることができる。

また、第１．第２排気側吸気弁１，２に対して、油圧で
制御される普通の弁停止機構を設け、低速時には第１．
第２排気側吸気弁１，２を常時閉弁するようにしてもよ
い。このようにすれば、低速時には、第１．第２排気弁
１１．１２から離れた位置に配置された第３吸気ボート
６のみから燃焼室７内に吸気が吸入されるので、既燃ガ
スの吹き返しを一層低減することができ、燃焼安定性の
向上を図ることができる。

〈第３実施例〉 反排気側吸気弁３のバルブ部２５の筒径を小さく設定す
るとともに、反排気側吸気弁用カム３３のカム面を、反
排気側吸気弁３のバルブリフト量が小さくなるような形
状に設定してもよい。このとき、反排気側吸気弁３の開
閉特性は第５図中の曲線Ｇ、のようになる。なお、第１
．第２排気弁Ｉｆ、１２の開閉特性は第５図中の曲線Ｇ
、のようになり、第１．第２排気側吸気弁１，２の開閉
特性は第５図中の曲線Ｇ４のようになる。

このようにすれば、第３吸気ボート６から燃焼室７内に
流入する吸気の流速が速くなり、かつ、第６図に示すよ
うに、吸気が燃焼室７内に流入した後、上面壁１５に沿
って流れるので（ｕ　ｌ＋　　ｕ　ｔ）、点火プラグ８
近傍の帰気を良くすることができる。

このため、着火性が向上し、かつ排気ガス中のＨＣ（炭
化水素）を低減することができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は、本発明にかかる吸気装置を備えた多弁式エン
ジンのシリンダヘッドの横断面説明図である。 第２図は、第１図に示すエンジンの燃焼室の平面説明図
であり、吸気ポートと排気ポートの配置状況を示す。 第３図は、第１図に示すエンジンの正面説明図であり、
各カムシャフトの駆動機構を示す。 第４図は、吸・排気弁の開閉タイミングを示す図である
。 第５図は、第３実施例における、吸・排気弁の開閉タイ
ミングを示す図である。 第６図は、第３実施例における、反排気側の吸気ボート
から燃焼室内に流入する吸気の流れを示す図である。 ＣＥ・・・エンジン、Ｈ・・・シリンダヘラ）’、１．
２・・・第１．第２排気側吸気弁、３・・・反排気側吸
気弁、４〜６・・・第１〜第３吸気ボート、７・・・燃
焼室、１１．１２・・・第１．第２排気弁、１３．１４
・・・第１．第２排気ボート、２２・・・排気側吸気弁
用カムシャフト、２３・・・排気側吸気弁用カム、３２
・・・反排気側吸気弁用カムシャフト、３３・・・反排
気側吸気弁用カム、４２・・・排気弁用カムシャフト、
４３・・・排気弁用カム。 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）１つの燃焼室に３つ以上の吸気弁が設けられたエ
   ンジンにおいて、 排気弁から遠い側に位置する吸気弁の開弁時期を、排気
   弁側に位置する吸気弁の開弁時期よりも早く設定したこ
   とを特徴とする多弁式エンジンの吸気装置。