JP2005090374A - ４サイクルエンジンの吸気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 吸気通路内の通気抵抗を低減し、エンジン出力の向上し得る４サイクルエンジンの吸気装置を提供する。
【解決手段】 シリンダヘッド９には、２つの個別通路部１８ａ，１８ｂが形成された吸気管１９が固設されており、吸気ポート１４ａ，１４ｂのそれぞれには２つの個別通路部１８ａ，１８ｂが連通している。吸気管１９には２つのインジェクタ２０ａ，２０ｂが配設されており、吸気ポート１４ａ，１４ｂと個別通路部１８ａ，１８ｂとにより構成される二組の吸気通路２１，２２のそれぞれに混合気を供給するようになっている。
【選択図】 図４

Description

本発明はインジェクタを用いて生成された混合気を燃焼室に供給するようにした４サイクルエンジンの吸気装置に関する。

バギー車とも言われる不整地走行車ないし全地形走行車つまりATV（All Terrain Vehicle）は、四輪の一人乗り用のオフロード車であり、ハンティングやトレールツーリングなどのレジャー用の他、一部では農業用実用車としても利用されている。かかる全地形走行車においては、運転手のアクセル操作によりスロットルバルブ開度を変化させて空気量を調節し、設定された空燃比を実現するのに必要な量の燃料を制御して所望のエンジン出力を得ている。

このような全地形走行車は、空気と燃料とにより混合気を生成する装置として気化器（キャブレタ）を搭載する形式のものが通常であるが、エンジン出力を高めるには、噴射弁つまりインジェクタにより必要な燃料を吸気管内に噴射し、設定された空熱比を実現する混合気を生成する形式のものを搭載することが望ましい。インジェクタを用いたエンジンとしては、例えば、特許文献１および２に記載されるようにマルチポイント方式でインジェクタが配設されたタイプの多気筒エンジンが開発されている。これらの特許文献に開示されたエンジンにおいては、燃焼室に空気を供給するための吸気ポートと、インジェクタが配設されて混合気を生成して燃焼室に混合気を供給するための吸気ポートとが、それぞれを流れる気体が混合しないように個別にシリンダヘッドに形成され、気筒に供給される空気量と混合気量とを個別に制御するようにしており、特許文献１においては燃焼室内のスワール生成の強化を、特許文献２においてはノッキングの抑制を図っている。
特開平８−１２８３４６号公報 特開平５−１５７３号公報

昨今の４サイクルエンジンにおいては、エンジン出力を高めるべく、複数の吸気ポートと排気ポートをシリンダヘッドに形成するようにしたタイプが主流となっている。たとえば、単気筒の４サイクルエンジンの出力を高めるために、エンジン排気量を大きくするとともに、吸気ポートと排気ポートをそれぞれ２つずつ設けるようにしたエンジンが開発されている。２つの吸気ポートから混合気を気筒内に供給するとともに、インジェクタにより管内に燃料を噴射するようにしたエンジンを開発する場合には、それぞれインジェクタから燃料が供給される吸気管を吸気ポートの噴出口の直前まで共通の通路とし、噴出口の直前で両方の噴出口に分岐させるようにすることが考えられる。共通の通路により混合気を案内するのは、インジェクタから燃料が噴出された同種の気体であり、共通の通路でも混合気の均一攪拌を達成するためであって、このことは単気筒のエンジンにおいても同様である。

ところで、燃焼室の吸気充填率を高めるためには、インジェクタから噴出口までの吸気通路内の通気抵抗をできるだけ低減することが求められる。そのため、吸気マニホールドなどの吸気管の内面はなるべつ平滑なものとされ、吸気管は無駄な曲がりが少なくなるように形成されているが、噴出口までの吸気通路の通気抵抗を低減するために種々の研究を行なったところ、インジェクタを含めてそれぞれの吸気ポートに対して相互に分離独立した吸気通路を介して混合気を供給するようにすると、それぞれの吸気通路の通気抵抗が減少し、燃焼室内への吸気充填率の向上を達成できることが判明した。この理由は、共通の吸気通路を設けた場合には、噴出口直前に設けられる分岐点において気流の乱れが発生し、共通の吸気通路内での通気抵抗が高くなるからであると考えられる。

本発明の目的は、吸気通路内の通気抵抗を低減し、エンジン出力を向上し得る４サイクルエンジンの吸気装置を提供することにある。

本発明の４サイクルエンジンの吸気装置は、それぞれ動弁カムによって開閉駆動される吸気弁と排気弁とにより燃焼室内の混合気の吸排気を行なう４サイクルエンジンの吸気装置であって、相互に合流することなく個々に独立してシリンダヘッドに形成され、前記吸気弁が往復動自在に装着される２つの吸気ポートと、前記シリンダヘッドに固設され、前記吸気ポートのそれぞれに連通する２つの個別通路部が形成された吸気管と、前記吸気ポートと前記吸気管とにより構成される二組の吸気通路のそれぞれに配設され、前記吸気通路のそれぞれに燃料を噴射して混合気を生成する２つのインジェクタとを有することを特徴とする。

本発明にあっては、それぞれ混合気を供給するために、相互に合流することなく個々に独立して形成された２つの吸気ポートと個別通路部とにより二組の吸気通路を構成することによって、吸気通路内の通気抵抗を低減することができ、燃焼室内の吸気充填率を高めることによってエンジン出力の向上を図ることができる。

二組の吸気通路のそれぞれにインジェクタを配設することによって、より大量の燃料を所定のタイミングで噴射することができる。また、吸気ポートのそれぞれから燃焼室内に供給される燃料を個別に制御することができ、燃料噴射量制御におけるダイナミックレンジを拡大することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は動力伝達装置が組み込まれる車両を示す斜視図であり、この車両はバギー車とも言われるＡＴＶつまり不整地走行車である。図１に示すように、車体１には前輪２ａ，２ｂと後輪３ａ，３ｂが設けられており、鞍乗り型の座席４が車体１の中央部に設けられている。乗員は座席４に跨って車両に乗り込み、ハンドル５を操作して走行する。

図２は図１の車両に搭載される本発明の一実施の形態である車両用動力伝達装置を示す概略図であり、図３は図２のＡ−Ａ線に沿う断面図であり、図４はシリンダヘッド９を上から見た状態の断面図である。図２に示すように、２つのケース半体６ａ，６ｂにより形成されるクランクケース６内には、クランク軸７が軸受を介して回転自在に収容されており、図３に示すように、クランクケース６の上部に形成される開口部にはシリンダ８が取り付けられ、シリンダ８にはシリンダヘッド９が搭載される。シリンダ８のシリンダボア内には、ピストン１０が往復動自在に組み込まれ、クランク軸７にその回転中心から偏心した位置に固定された中空のクランクピン１１とピストン１０との間にはコネクティングロッド１２が連結され、ピストン１０によりクランク軸７は回転駆動される。シリンダ８およびシリンダヘッド９などにより形成されるエンジンは、単気筒の４サイクル水冷エンジンである。

図３および図４に示すように、シリンダヘッド９には燃焼室１３に開口して吸気ポート１４ａ，１４ｂと、排気ポート１５ａ，１５ｂとがそれぞれ２つずつ独立して形成されており、それぞれの吸気ポート１４ａ，１４ｂを開閉するための吸気弁１６がシリンダヘッド９に往復動自在に装着され、それぞれの排気ポート１５ａ，１５ｂを開閉するための排気弁１７がシリンダヘッド９に往復動自在に装着されている。

図示するように、シリンダヘッド９には、２つの個別通路部１８ａ，１８ｂが形成された吸気管１９が固設されており、吸気ポート１４ａ，１４ｂのそれぞれには２つの個別通路部１８ａ，１８ｂが連通している。そして、吸気管１９には、微細粒状の燃料を噴射する２つのインジェクタ２０ａ，２０ｂが配設されており、吸気ポート１４ａ，１４ｂと個別通路部１８ａ，１８ｂとにより構成される二組の吸気通路２１，２２のそれぞれに混合気を生成するようになっている。生成された混合気は、吸気弁１６が開弁状態にあるとき、吸気ポート１４ａ，１４ｂから燃焼室１３内へと取り込まれる。

このように、吸気通路２１，２２内を流れる混合気は、それぞれが吸気ポート１４ａ，１４ｂを通過するまで合流することがないため、相互に干渉し合うことはなく、気流の乱れが生じにくくなっている。また、吸気ポート１４ａ，１４ｂおよび個別通路部１８ａ，１８ｂのそれぞれは、個々に独立して形状および寸法を設定することができるので、通気抵抗が低減されるように、例えば無駄な曲がりを作らないように形成することができる。加えて、二組の吸気通路２１，２２のそれぞれにインジェクタ２０ａ，２０ｂを配設することによって、より大量の燃料を所定のタイミングで供給することができる。また、吸気ポート１４ａ，１４ｂのそれぞれから燃焼室１３内に供給される燃料を個別に制御することができる。さらに、２つのインジェクタ２０ａ，２０ｂを用いることで、燃料噴射制御におけるダイナミックレンジを拡大することができる。

シリンダヘッド９には、吸気弁用と排気弁用の２本のカムシャフト２３，２４が回転自在に装着されており、カムシャフト２３には動弁カム２５が固定され、カムシャフト２４には動弁カム２６が固定されており、それぞれの動弁カム２５、２６はカムシャフト２３，２４の基端部に接触している。このように、図示する動弁機構は直動式のＤＯＨＣ型となっている。ただし、動弁機構としては、ロッカアームを介して動弁カムにより吸気弁１６と排気弁１７を開閉駆動するようにした方式のＤＯＨＣ型やＳＯＨＣ型としても良い。なお、それぞれのカムシャフト２３，２４には、２つの吸気ポート１４ａ，１４ｂと２つの排気ポート１５ａ，１５ｂのそれぞれに対応して２本ずつ吸気弁１６と排気弁１７が設けられるので、それぞれのカムシャフト２３，２４には動弁カム２５，２６が２つずつ固定されている。

図２に示すように、クランク軸７にはスプロケット２７が固定され、このスプロケット２７とそれぞれのカムシャフト２３，２４に固定された図示しないスプロケットとの間にタイミングチェーン（図示省略）が掛けわたされており、それぞれのカムシャフト２３，２４はクランク軸７の回転に同期して回転駆動される。

図２に示すように、クランクケース６にはバランサ軸３１が回転自在に装着され、バランサ軸３１にはクランク軸７に固定された歯車３２ａと噛み合う歯車３２ｂが固定され、バランサ軸３１はクランク軸７によりこれと同期して回転駆動される。バランサ軸３１にはクランク軸７の回転を円滑にするために図３に示すようにバランス重り３３が設けられている。さらに、バランサ軸３１には図２に示すようにポンプインペラ３４が取り付けられており、このポンプインペラ３４は、クランクケース６の一部とこれに取り付けられるポンプカバー３５とにより形成されるポンプハウジング内に組み込まれてウォータポンプを構成しており、シリンダ８に形成されたウォータジャケット８ａにウォータポンプからエンジン冷却液が供給される。

クランク軸７には図２に示すように、これに回転自在にスタータ歯車３６が装着され、スタータ歯車３６に隣接させてクランク軸７には永久磁石を備えたロータ３７ａが固定されている。クランクケース６に固定される発電体カバー６ｃにはコイルを備えたステータ３７ｂが取り付けられており、ロータ３７ａとステータ３７ｂとにより発電体３７が構成されている。ロータ３７ａとスタータ歯車３６との間には一方向クラッチ３８が組み込まれ、スタータ歯車３６は図示しないスタータモータの歯車に連結されている。エンジンを始動させるときには、スタータモータにより回転駆動されるスタータ歯車３６の回転は一方向クラッチ３８を介してクランク軸７に伝達される。一方、エンジンが駆動された状態のもとでは、クランク軸７により駆動されるロータ３７ａの回転は一方向クラッチ３８によりスタータ歯車３６に伝達されることが防止される。

図２に示すように、クランクケース６には変速機入力軸としての中空のメインシャフト４１と、変速機出力軸としてのカウンタシャフト４２とがそれぞれ回転自在に装着され、相互に平行となっている。クランク軸７に固定された駆動歯車４３ａは、メインシャフト４１に対して回転自在に装着された被駆動歯車４３ｂと噛合っており、この被駆動歯車４３ｂはこれに組み込まれた防振ダンパー４４を介してクラッチドラム４５に連結されている。一方、メインシャフト４１にはクラッチハブ４６が固定され、クラッチハブ４６とクラッチドラム４５との間には、クラッチドラム４５の内側に装着された複数枚のクラッチディスク４５ａと、クラッチハブ４６の外側に装着された複数枚のクラッチディスク４６ａとが組み込まれている。このようにそれぞれのクラッチディスク４５ａ，４６ａにより入力クラッチ４７が構成され、クラッチディスク４５ａ，４６ａを係合状態とするとクランク軸７の回転は入力クラッチ４７を介してメインシャフト４１に伝達され、係合を解いて解放状態とするとクランク軸７のメインシャフト４１に対する動力伝達が解除される。ケース６には入力クラッチ４７を覆うカバー６ｄが取り付けられている。

入力クラッチ４７を係合状態と解放状態とに切り換えるために、入力クラッチ４７には作動プレート４８が設けられ、この作動プレート４８には図示しないばね部材によりクラッチディスク４５ａ，４６ａを密着させる方向のばね力が加えられている。メインシャフト４１の中空孔内には、プッシュロッド４９が軸方向に摺動自在に組み込まれており、このプッシュロッド４９は軸受を介して作動プレート４８に取り付けられている。プッシュロッド４９は、図１に示すように、ハンドル５に設けられたクラッチレバー５ａにワイヤを介して連結されており、クラッチレバー５ａの操作によりプッシュロッド４９が図２において左方向に移動すると、クランク軸７のメインシャフト４１に対する動力伝達は遮断され、クラッチレバー５ａを離すとばね力により入力クラッチ４７は係合状態になる。

メインシャフト４１には、図２に示すように、第１速用の駆動歯車５１ａが一体に設けられ、第２速用と第３速用の駆動歯車５２ａ，５３ａが相互にドッグクラッチＤ１に設けられており、ドッグクラッチＤ１はメインシャフト４１に形成されたスプラインに係合してメインシャフト４１と一体回転するとともに軸方向に移動自在となっている。さらに、メインシャフト４１にはこれに回転自在に第４速用と第５速用の２つの歯車５４ａ，５５ａがドッグクラッチＤ１の両側に位置させて回転自在に装着されている。一方、カウンタシャフト４２には、駆動歯車５１ａに常時噛み合って変速歯車列を形成する第１速用の被駆動歯車５１ｂと、駆動歯車５２ａ，５３ａに常時噛み合ってそれぞれ変速歯車列を形成する第２速と第３速の被駆動歯車５２ｂ，５３ｂがそれぞれ回転自在に装着されている。カウンタシャフト４２には、さらに、駆動歯車５４ａに常時噛み合って変速歯車列を形成する第４速用の被駆動歯車５４ｂが設けられたドッグクラッチＤ２と、駆動歯車５５ａと常時噛み合って変速歯車列を形成する第５速用の被駆動歯車５５ｂが設けられたドッグクラッチＤ３とが設けられている。それぞれのドッグクラッチＤ２，Ｄ３は、切換スリーブを構成しており、カウンタシャフト４２と一体回転するとともに軸方向に移動自在となっている。

それぞれのドッグクラッチＤ１〜Ｄ３の両端面には、図５に示すように、円周方向に所定の間隔毎に突起５０が設けられており、軸方向に移動させてそれぞれの突起５０に対応させて歯車に形成された凹部に噛み合わせると、噛み合った歯車はそれぞれのドッグクラッチＤ１〜Ｄ３を介して動力を伝達する状態となる。たとえば、ドッグクラッチＤ３を第１速の被駆動歯車５１ｂに噛み合わせるとこの被駆動歯車５１ｂがドッグクラッチＤ３によりカウンタシャフト４２と一体に回転するので、第１速の変速歯車列を介してメインシャフト４１の動力がカウンタシャフト４２に伝達される。同様に、ドッグクラッチＤ１を第４速の駆動歯車５４ａに噛み合わせると第４速の変速歯車列を介して動力が伝達され、ドッグクラッチＤ１を第５速の駆動歯車５５ａに噛み合わせると第５速の変速歯車列を介して動力が伝達される。

図５は図３におけるＢ−Ｂ線に沿う断面図である。図５は断面が平面状に展開された状態となって示されているので、第１速から第５速の変速歯車列は離れた状態となって示されている。

図５に示すように、クランクケース６にはリバースシャフト５６が取り付けられており、メインシャフト４１に固定されてこれと一体に回転する後退用の駆動歯車５７ａと、カウンタシャフト４２に回転自在に装着された後退用の被駆動歯車５７ｂとに常時噛み合って後退用の変速歯車列を形成する後退用のアイドラ歯車つまりリバースアイドラギヤ５７ｃがリバースシャフト５６に装着されている。後退用の被駆動歯車５７ｂにはドッグクラッチＤ２が噛み合うようになっており、これらが噛み合うとメインシャフト４１の動力はリバースアイドラギヤ５７ｃによって回転方向が逆転されてカウンタシャフト４２に伝達される。

カウンタシャフト４２は図示しないチェーンなどの動力伝達部材を介して図１に示した駆動輪としての前輪２ａ，２ｂおよび後輪３ａ，３ｂに連結されており、エンジン動力はそれぞれの駆動輪に伝達される。

リバースシャフト５６は中空のシャフトにより形成され、中空孔には潤滑油が供給されるようになっており、リバースシャフト５６には歯車に潤滑油を吐出するための潤滑油吐出孔が形成されている。さらに、リバースシャフト５６にはリバースアイドラギヤ５７ｃが軸方向にずれないように回転自在に支持するために、環状の突起部５８が一体に設けられており、この突起部５８に対してリバースシャフト５６の端部側にはリバースアイドラギヤ５７ｃの軸方向のずれ移動を突起部５８とにより規制するためにワッシャ５９が環状部材として装着されている。ワッシャ５９はリバースアイドラギヤ５７ｃとケース６との間に配置されているので、リバースシャフト５６に段差を形成することなく、ワッシャ５９をリバースシャフト５６に固定することができる。したがって、リバースシャフト５６は突起部５８の部分を除いて全体的にほぼ同一の外径となっており、少ない切削工程でリバースシャフト５６を製造することができる。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。たとえば、この吸気装置は全地形走行車のみならず、他のタイプの車両や汎用エンジンにも適用することができる。インジェクタ２０ａ，２０ｂは、機械式でも電子式でも用いることができる。図示する場合にあっては、インジェクタ２０ａ，２０ｂは、吸気管１９の個別通路部１８ａ，１８ｂに配設されているが、これらを吸気ポート１４ａ，１４ｂに配設するようにしても良い。

動力伝達装置が組み込まれる車両を示す斜視図である。 図１の車両に搭載される本発明の一実施の形態である車両用動力伝達装置を示す概略図である。 図２のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 図３におけるシリンダヘッドを上から見た状態の断面図である。 図３のＢ−Ｂ線に沿う断面を展開状態で示す断面図である。

符号の説明

８ シリンダ
９ シリンダヘッド
１３ 燃焼室
１４ａ 吸気ポート
１４ｂ 吸気ポート
１５ａ 排気ポート
１５ｂ 排気ポート
１６ 吸気弁
１７ 排気弁
１８ａ 個別通路部
１８ｂ 個別通路部
１９ 吸気管
２０ａ インジェクタ
２０ｂ インジェクタ
２１ 吸気通路
２２ 吸気通路

Claims (1)

1. それぞれ動弁カムによって開閉駆動される吸気弁と排気弁とにより燃焼室内の混合気の吸排気を行なう４サイクルエンジンの吸気装置であって、
   相互に合流することなく個々に独立してシリンダヘッドに形成され、前記吸気弁が往復動自在に装着される２つの吸気ポートと、
   前記シリンダヘッドに固設され、前記吸気ポートのそれぞれに連通する２つの個別通路部が形成された吸気管と、
   前記吸気ポートと前記吸気管とにより構成される二組の吸気通路のそれぞれに配設され、前記吸気通路のそれぞれに燃料を噴射して混合気を生成する２つのインジェクタとを有することを特徴とする４サイクルエンジンの吸気装置。
   
   

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