JP3264749B2 - ２バルブエンジンの吸気制御構造 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、気筒毎にそれぞれ１個
の吸気バルブと排気バルブを備えた２バルブエンジンに
関し、特に、吸気通路の燃焼室開口部近傍の底壁に吸気
制御弁を設けた２バルブエンジンの吸気制御構造に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】４バルブエンジンや５バルブエンジンの
ような高出力化を目的として気筒毎に複数の吸気バルブ
を設け１気筒当たりの充填効率を向上させた多バルブエ
ンジンにおいては、エンジンの燃費率を向上させるため
に空燃比を高く設定して希薄燃焼させる場合に、燃焼室
への吸気開口面積が大きいため、低中速・低負荷運転域
のように吸気量の少ない運転領域では、燃焼室への吸気
の流速が低くなって燃焼が不安定になることがある。

【０００３】これに対応するために、エンジンの吸気通
路の燃焼室開口部近傍の底壁に吸気制御弁を設けて、吸
気量の少ない場合には、吸気制御弁により吸気通路を底
壁側から絞り込むことにより、燃焼室に送り込む吸気流
の流速を高めると共にその流れを天壁側に偏らせて、吸
気通路の開口部から流入する吸気流により燃焼室内にタ
ンブル（縦渦）を起こし、それによって希薄燃焼を安定
させるという技術が既に公知となっている。（特開平５
−１７９９６５号公報参照）

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、気筒毎に吸
気バルブにより開閉される吸気通路と排気バルブにより
開閉される排気通路とがそれぞれ１本づつ開口されてい
る２バルブエンジンにおいては、燃焼室への吸気開口面
積が大きくならず、吸気量の少ない運転領域でも燃焼室
への吸気流速の低下がそれ程問題とならなかったため、
従来、吸気制御弁により燃焼室内にタンブルを起こして
希薄燃焼の安定を図るということまでは考慮されていな
かった。

【０００５】しかしながら、２バルブエンジンにおいて
も、空燃比をより高く設定することによりエンジンの燃
費率を更に向上させようとする場合、それにより生じる
燃焼の不安定化を避けるため、多バルブエンジンの場合
と同様に吸気制御弁を設けて燃焼の安定化を図ろうとす
ることは当然考えられるところであり、上記の引用文献
（特開平５−１７９９６５号公報）中にも、多バルブエ
ンジン（４バルブエンジン）についての実施例が具体的
に開示されていると共に、これを２バルブエンジンに適
用できる旨の記載がなされている。

【０００６】ところが、上記のような多バルブエンジン
を実施例として開示されている公知技術をそのまま２バ
ルブエンジンに適用したところ、結果的には思ったよう
な燃焼改善の効果を得ることができない場合があった。
そこで、その原因について検討した結果、次のようなこ
とがその一因となっていることが判った。

【０００７】すなわち、燃焼室に開口する吸気通路と排
気通路は、吸気通路に設けられる吸気バルブと排気通路
に設けられる排気バルブのそれぞれのバルブステムがシ
リンダの軸方向の面において所定の挟み角をなすよう、
互いに反対方向斜め上方に向かって延びているものであ
るが、４バルブエンジンなどの多バルブエンジンにおけ
る吸気通路の形態をそのまま２バルブエンジンに適用し
てその燃焼室開口部の近傍に吸気制御弁を設けると、バ
ルブ面積を大きくとることができず、吸気制御弁付近の
吸気通路がシリンダの軸線と直交する平面から急激に立
ち上がっているため、吸気制御弁により吸気流を絞った
ときに吸気流が天壁に沿って流れにくくなって、燃焼室
内にタンブルが発生しにくくなる。

【０００８】そのため、４バルブエンジンの場合よりも
吸気バルブと排気バルブの各バルブステムの挟み角を大
きくとり、吸気制御弁付近の吸気通路の角度をシリンダ
の軸線と直交する平面に近いものとすることによって、
バルブ面積を大きくとることを可能とし、吸気制御弁に
より絞られた吸気流を天壁に沿って流れ易くして、燃焼
室内で必要なタンブルを起こし易いものとすることが考
えられる。

【０００９】ところが、吸気制御弁付近の吸気通路を上
記のようにした上、さらに、吸入空気量を確保するため
吸気通路のシリンダヘッド入口と燃焼室開口部との間を
できるだけストレートにすると、バルブガイド近くの吸
気通路の角度が立ち上がって、シリンダヘッドのバルブ
ガイドボス部がどうしても吸気通路の天壁から下方に突
出することとなり、その下流裏側に段部を生じ、それに
よってボス部の下流裏側において流れの剥離による渦を
発生することとなって、吸気通路の天壁に沿う流れが阻
害されタンブル強度の低下をきたすこととなる。

【００１０】本発明は、上記のような知見に基づいて２
バルブエンジンでの燃焼改善における不都合を解消する
ことを目的としたもので、具体的には、吸気通路の天壁
からバルブガイドボス部が下方に突出することに起因し
て吸気流の流れに剥離が生じ渦が発生するのを防止する
ことにより、吸気制御弁により吸気通路を絞って流され
る吸気流を吸気通路の天壁に沿った滑らかなものとし、
その流速の上昇と方向の安定を図ることによって燃焼室
内に起こされるタンブルを強化し、燃焼改善の効果を充
分に得られるようにすることを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決しかつ目的を達成するために、シリンダヘッドの下
面に形成された燃焼室の天壁からシリンダヘッド内に吸
気通路と排気通路がそれぞれ１本づつ引き込まれ、吸気
通路の燃焼室開口部に吸気バルブが、排気通路の燃焼室
開口部に排気バルブがそれぞれ設けられ、燃焼室の中心
から偏って燃焼室天壁に点火プラグの電極が配置されて
いる２バルブエンジンにおいて、その吸気制御構造とし
て、吸気通路の燃焼室開口部近傍の底壁に、吸気通路を
底壁側から絞り込むための吸気制御弁を設けると共に、
吸気バルブのバルブガイドボス部により形成される吸気
通路天壁の突出部を燃焼室開口部付近まで延長して、吸
気制御弁の上方から燃焼室開口部にかけて吸気通路の天
壁を吸気流の送気方向において段差なくほぼ平滑に形成
することを特徴とするものである。

【００１２】

【作 用】上記のような構成により、吸気通路の天壁に
バルブガイドのボス部が突出していても、その下流の吸
気通路の天壁が吸気流の送気方向において段差なくほぼ
平滑に形成されていることにより、ボス部の下流裏側に
おいて流れの剥離による渦が発生することないため、吸
気流の流速が低下したりその流れ方向が変化したりする
ことがなく、燃焼室内に起こされるタンブルの流速の上
昇と方向の安定を図ることができる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。なお、図１〜図８は本発明の一実施例を示すもの
で、図１には多気筒２バルブエンジンの一つの気筒の縦
断面が示され、図２には図１のＡ−Ａ線に沿った断面が
示され、図３には燃焼室天壁の下面が示され、図４には
吸気通路の吸気制御弁付近を上流側から見た状態が示さ
れ、図５には図１に示された実施例の要部が示され、図
６には吸気通路の天壁に突出したバルブガイドボス部の
平面形状が示され、図７には吸気制御弁の全開状態が示
され、図８には吸気制御弁の全閉状態が示されている。

【００１４】２バルブエンジン１は、クランクケース２
上にシリンダブロック３とシリンダヘッド４とを積層し
てヘッドボルト１０により結合し、シリンダヘッド４の
吸気カム軸５と排気カム軸６の上にヘッドカバー７を装
着したもので、シリンダブロック３に形成されたシリン
ダボア３ａ内にピストン８が摺動自在に挿入されてお
り、ピストン８はコンロッド９で図示されていないクラ
ンク軸に連結される。

【００１５】シリンダヘッド４には、各気筒の燃焼室に
おいてその天壁４ａを構成するための凹部がその下面に
形成されていて、この凹部４ａとシリンダブロック３の
シリンダボア３ａとピストン８とにより、各気筒におい
てそれぞれの燃焼室が画成されている。

【００１６】このシリンダヘッド下面の凹部、すなわ
ち、燃焼室の天壁４ａからはシリンダヘッド４内に吸気
通路１１と排気通路１２がそれぞれ１本づつ引き出さ
れ、吸気通路１１と排気通路１２のそれぞれの燃焼室開
口部１１ａ，１２ａは、燃焼室天壁４ａの天頂部４ｂを
挟んで対向する傾斜部分にそれぞれ配置されていて、吸
気通路１１の燃焼室開口部１１ａには吸気バルブ１５
が、排気通路１２の燃焼室開口部１２ａには排気バルブ
１６がそれぞれ設けられている。

【００１７】吸気バルブ１５および排気バルブ１６につ
いては、それぞれのバルブステム１５ａ，１６ａが、シ
リンダの軸方向の面において所定の挟み角をなすよう、
互いに反対方向斜め上方に向かって延びており、各バル
ブステム１５ａ，１６ａの上端にある吸気リフタ１５ｂ
および排気リフタ１６ｂとシリンダヘッド４との間にそ
れぞれバルブスプリング１５ｃ，１６ｃを介して、吸・
排気バルブ１５，１６はシリンダヘッド４に装着されて
いる。

【００１８】この吸気バルブ１５および排気バルブ１６
は、何れも、それぞれのバルブスプリング１５ｃ，１６
ｃによって常に閉方向に付勢されていると共に、各リフ
タ１５ｂ，１６ｂ上にシリンダの軸線と直角でかつ互い
に平行に配設されている吸気カム軸および排気カム軸６
によって、直接あるいはロッカーアームを介して、バル
ブスプリング１５ｃ，１６ｃの弾力に抗して各リフタ１
５ｂ，１６ｂが押圧されることにより、開方向に移動さ
れるものである。

【００１９】吸気バルブ１５によりその燃焼室開口部１
１ａが開閉される吸気通路１１には、燃焼室開口部１１
ａ近傍の底壁に吸気制御弁１８が設けられており、その
上流には、接続管２０、ジョイント２１を介して、スロ
ットル操作によって開閉するバタフライ式スロットルバ
ルブ３１とエンジンの吸気負圧で自動的に開閉するピス
トンバルブ３２とを有する自動可変ベンチュリ式の気化
器３０が接続されている。

【００２０】吸気制御弁１８は、各気筒の吸気通路１１
を横切って配置される回動可能な１本の共通した回動軸
１７の一部として形成されるもので、その下方が吸気通
路１１の底壁に埋設された回動軸１７の吸気通路１１を
横切る上方が、吸気通路１１の底壁上面に沿うように切
欠かれた形状となっており、この切欠かれた残りの部分
が弁として機能するものである。

【００２１】なお、図示されていないが、吸気制御弁１
８が形成された回転軸１７の外端部には制御プーリが固
着されており、この制御プーリが制御モータに固着され
た駆動プーリとケーブルで連結されていて、スロットル
開度センサによるスロットルバルブの開度信号と回転セ
ンサによるエンジン回転速度信号に基づき、ＥＣＵ、制
御モータを介して、低中速・低負荷運転域のように吸入
空気量が少ないときは閉方向に、高速・高負荷運転域の
ように吸入空気量が多いときは開方向に、吸気制御弁は
それぞれ回動される。

【００２２】吸気通路１１と排気通路１２の各燃焼室開
口部１１ａ，１２ａは、シリンダ上方からみると、図２
に示されているように、それらの中心を結ぶ線が燃焼室
のほぼ中心を通るように、燃焼室天壁４ａの天頂部４ｂ
を間に挟んで対向して配置されており、燃焼室のほぼ中
心を通り各燃焼室開口部１１ａ，１２ａの中心を結ぶ線
の一側において、燃焼室の中心から離れた位置で、燃焼
室天壁４ａに点火プラグ５０が取付けられている。

【００２３】また、吸気通路１１の燃焼室開口部１１ａ
から気化器の接続部２１に向かって上流側に延びる吸気
通路１１は、吸気通路１１の燃焼室開口部１１ａに対し
て、燃焼室のほぼ中心を通り各燃焼室開口部１１ａ，１
２ａの中心を結ぶ線を基準として、点火プラグ５０が取
付けられている側とは反対の側に振られている。

【００２４】なお、燃焼室天壁４ａの下面には、図３に
示されているように、点火プラグ５０の電極５１を配置
した側と反対の側に、縦壁４ｇを形成して下方に突出し
たスキッシュ部４ｆが形成されており、このスキッシュ
部４ｆの縦壁４ｇと吸気バルブ１５とによってマスキン
グ効果が保たれ、スキッシュ部４ｆの縦壁４ｇから点火
プラグ側に向かった吸気流の流れが生じることとなる。

【００２５】ところで、図４に示されているように、こ
の吸気通路１１の吸気制御弁１８付近については、吸気
制御弁１８上方の吸気通路１１の天壁がバルブガイド１
４のボス部として下方に突出部４ｃを形成しているた
め、当該部分の吸気通路１１の断面形状は中央部が狭く
なった凹形となっている。

【００２６】そして、図５および図６に示されているよ
うに、吸気バルブ１５のバルブガイド１４のボス部とし
て形成される吸気通路天壁の突出部４ｃに対し、これと
連続してバルブガイド１４と燃焼室開口部１１ａとの間
に下流側突出部４ｅが形成されることによって、結果的
にはボス部による吸気通路天壁の突出部４ｃが燃焼室開
口部１１ａ付近まで延長されることとなり、吸気制御弁
１８の上方から燃焼室開口部１１ａにかけての吸気通路
１１の天壁は、吸気流の送気方向において段差なくほぼ
平滑に形成されることとなる。

【００２７】上記のような構成を有する２バルブエンジ
ンの吸気制御弁１８による吸気流の制御については、高
速・高負荷運転域のように吸気量の多いときには、吸気
制御弁１８はその切欠き面が吸気通路の底壁とほぼ面一
となるまで開方向に回動されて、図７（Ａ），（Ｂ）に
示されているように、吸気通路１１が全開の状態で吸気
流が燃焼室に送り込まれ、低中速・低負荷運転域のよう
に吸気量が少ないときには、吸気制御弁１８はその切欠
き面が立ち上がるように閉方向に回動されて、図８
（Ａ），（Ｂ）に示されているように、吸気通路１１の
底壁側が絞り込まれた全閉状態となり、弁１８の上縁と
吸気通路１１の天壁との間を通って吸気流が燃焼室に送
り込まれる。

【００２８】その際、吸気通路の天壁にバルブガイドの
ボス部が突出していると、通常は、図９および図１０に
示されているように、ボス部４ｃの突出の下流裏側に段
部４ｄが形成されるため、この段部４ｄによって流れの
剥離による渦が発生し、吸気流の流速が低下したりその
流れ方向が変化したりすることになる。

【００２９】ところが、本実施例では、図５および図６
に示されているように、バルブガイド１４と燃焼室開口
部１１ａとの間に下流側突出部４ｅが形成されることに
より、ボス部による吸気通路天壁の突出部４ｃが燃焼室
開口部１１ａ付近まで延長されて吸気通路１１の天壁が
吸気流の送気方向において段差なくほぼ平滑に形成され
ているため、流れの剥離による渦が発生することなく、
吸気流の流速が低下したりその流れ方向が変化したりす
ることがない。

【００３０】したがって、吸気量が少ない場合でも、燃
焼室に送り込まれる吸気流の速度が安定して上昇される
と共に、吸気流の方向に安定性を与えることができて、
燃焼室に起こされるタンブルは強化される。

【００３１】以上、本発明の２バルブエンジンの吸気制
御構造の一実施例について説明したが、本発明はこれに
限定されるものではなく、例えば、実施例は自動可変ベ
ンチュリ式の気化器により燃料が供給される形式の２バ
ルブエンジンに適用したものであるが、燃料噴射弁によ
り燃料が供給される形式の２バルブエンジンにも適用可
能であり、また、吸気制御弁１８の部分についてみて
も、図１１〜図１５に示すような様々な変形例が可能で
ある。

【００３２】すなわち、図１１（Ａ），（Ｂ）に示され
ているものは、全閉状態における吸気制御弁１８の上縁
１８ａが緩やかな凹状にカットされたもので、吸気制御
弁１８で絞られたときの吸気通路１１の中央狭断面部の
面積が拡げられたものである。

【００３３】また、図１２あるいは図１３に示されてい
るものは、何れも、全閉状態における吸気制御弁１８の
上縁１８ａの一部がカットされたもので、吸気制御弁１
８で絞られたときの吸気通路１１の点火プラグの側に寄
った部分の面積が拡げられたものである。

【００３４】さらに、図１４に示すものは、全閉状態に
おける吸気制御弁１８の上縁１８ａのボス部４ｃ下方に
位置する部分がカットされて、吸気制御弁１８で絞られ
たときの吸気通路１１の中央狭断面部の面積が拡げられ
ていると共に、吸気制御弁１８の底面１８ｃに制御弁上
流に溜った燃料を下流に抜くための溝１８ｄが設けられ
たものである。

【００３５】さらにまた、図１５に示すものは、吸気制
御弁１８の底面に溝１８ｅが設けられていると共に、吸
気制御弁１８本体との間に隙間を有するように切欠き面
１８ｂに沿って板体１８ｆが付設されたもので、このよ
うなものでは、閉弁時に、制御弁上流に溜った燃料が溝
１８ｅから板体１８ｆに沿って吸い出され、この吸い出
された燃料は燃焼室に流入する吸気流に乗って微粒化さ
れて燃焼室に供給される。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したような本発明の２バルブエ
ンジンの吸気制御構造によれば、２バルブエンジンに吸
気制御弁を設けるに際して吸気制御弁付近の吸気通路の
天壁にバルブガイドのボス部が突出しても、吸気制御弁
により絞り込まれた吸気流を吸気通路の天壁に沿った滑
らかなものとすることができ、燃焼室に送り込まれる吸
気流の流速の上昇と方向の安定を図ることができて燃焼
室内に起こるタンブルを強化することができるため、２
バルブエンジンにおける希薄燃焼の改善を効果的に行う
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の２バルブエンジンの吸気制御構造の一
実施例を示す縦断面図。

【図２】図１に示された実施例の図１Ａ−Ａ線に沿った
横断面図。

【図３】図１に示された実施例の燃焼室天壁の下面図。

【図４】図１に示された実施例の吸気制御弁付近の吸気
通路を上流側から見た状態を示す説明図。

【図５】図１に示された実施例の要部を示す縦断面図。

【図６】図５に示された部分において吸気通路の天壁か
ら下方に突出したバルブガイドボス部の平面形状を示す
説明図。

【図７】図１に示された実施例において吸気制御弁が全
開の状態を示す（Ａ）吸気通路を上流側から見た説明
図、および、（Ｂ）その状態での吸気制御弁の中央部縦
断面図。

【図８】図１に示された実施例において吸気制御弁が全
閉の状態を示す（Ａ）吸気通路を上流側から見た説明
図、および、（Ｂ）その状態での吸気制御弁の中央部縦
断面図。

【図９】本発明に対する比較例を示す図５に対応する要
部縦断面図。

【図１０】本発明に対する比較例を示す図６に対応する
説明図。

【図１１】本発明の吸気制御弁部分の第１変形例を示す
（Ａ）吸気制御弁が全閉の状態を吸気通路を上流側から
見た説明図、および、（Ｂ）その状態での吸気制御弁の
中央部縦断面図。

【図１２】本発明の吸気制御弁部分の第２変形例につい
て、全閉の吸気制御弁を吸気通路を上流側から見た状態
を示す説明図。

【図１３】本発明の吸気制御弁部分の第３変形例につい
て、全閉の吸気制御弁を吸気通路を上流側から見た状態
を示す説明図。

【図１４】本発明の吸気制御弁部分の第４変形例を示す
（Ａ）吸気制御弁が全閉の状態を吸気通路を上流側から
見た説明図、および、（Ｂ）その状態での吸気制御弁の
中央部縦断面図。

【図１５】本発明の吸気制御弁部分の第５変形例を示す
（Ａ）吸気制御弁の中央部縦断面図、および、（Ｂ）吸
気制御弁の横断面図。

【符号の説明】

１ ２バルブエンジン ４ シリンダヘッド ４ａ 燃焼室の天壁 ４ｃ ボス部による突出部 １１ 吸気通路 １１ａ 吸気通路の燃焼室開口部 １２ 排気通路 １２ａ 排気通路の燃焼室開口部 １４ バルブガイド １５ 吸気バルブ １６ 排気バルブ １８ 吸気制御弁 ５０ 点火プラグ ５１ 点火プラグの電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02B 31/00 301 F02B 29/02 F02F 1/42

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダヘッドの下面に形成された燃焼
   室の天壁からシリンダヘッド内に吸気通路と排気通路が
   それぞれ１本づつ引き込まれ、吸気通路の燃焼室開口部
   に吸気バルブが、排気通路の燃焼室開口部に排気バルブ
   がそれぞれ設けられ、燃焼室の中心から偏って燃焼室天
   壁に点火プラグの電極が配置されている２バルブエンジ
   ンにおいて、吸気通路の燃焼室開口部近傍の底壁に、吸
   気通路を底壁側から絞り込むための吸気制御弁が設けら
   れていると共に、吸気バルブのバルブガイドボス部によ
   り形成される吸気通路天壁の突出部が燃焼室開口部付近
   まで延長されて、吸気制御弁の上方から燃焼室開口部に
   かけて吸気通路の天壁が、吸気流の送気方向において段
   差なくほぼ平滑に形成されていることを特徴とする２バ
   ルブエンジンの吸気制御構造。