JPH07109929A - 多吸気弁式エンジン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡単な構造で過給による出力向上と、旋回流
利用による排気ガスの清浄化とを図れるようにする。 【構成】 一つの気筒に吸気弁８を複数設け、自然吸気
用吸気通路Ａと過給用吸気通路Ｂを設ける。自然吸気用
吸気通路Ａから燃焼室に流入する吸気と、過給用吸気通
路から燃焼室内に流入する吸気とでは流速に差が生じ
る。この流速差がきっかけとなって燃焼室内に旋回流が
生じ燃焼が改善されて排気ガスが浄化される。すなわ
ち、旋回流発生用の特別な機構、構造が不要になる。こ
のため、きわめて簡単な構成によって高出力化および排
気ガスの清浄化を図ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、１気筒当たりに吸気弁
が複数設けられた多吸気弁式エンジンに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、出力向上を図るために過給機によ
って吸気量を増やすようにしたエンジンがある。この種
のエンジンとしては、例えば特開昭６１−８５５３７号
公報に開示された過給機付きエンジンがある。この公報
に示された過給機付きエンジンは、Ｖ型エンジンであっ
て、一方の気筒を４サイクル式の熱機関として用い、他
方の気筒をピストン式過給機として用いるように構成さ
れていた。

【０００３】このエンジンに設けられたピストン式過給
機は、４サイクル式内燃機関とクランク軸を共用するよ
うに構成され、クランク軸が１回転する毎にピストンが
気筒内を往復して空気を吸入、吐出する構造になってい
た。そして、空気吐出口が空気溜め室を介して熱機関用
気筒の吸気通路に連通されていた。この吸気通路中には
４サイクル式内燃機関に燃料を供給するための気化器が
介装されていた。

【０００４】すなわち、この過給機付きエンジンでは、
過給機による吸気量は気筒内容積の約３倍になり、４サ
イクル式内燃機関が吸気行程にあるときに前記気筒内容
積の約３倍の量の吸気が吸気通路から気筒内に圧送され
ることになる。

【０００５】一方、近年では排気ガスが可及的に清浄で
あるエンジンが要請されてきており、それに応えるエン
ジンとして燃焼室内に吸気流からなる渦流を発生させる
ものが提案されている。渦流としてはシリンダ軸線を中
心として旋回するスワールと、シリンダと直交する軸線
を中心として旋回するタンブルとがある。これらのスワ
ールやタンブルを発生させるには、吸気弁の配置や吸気
ポートの傾斜角度等に工夫を凝らしたり、旋回流が発生
するためのきっかけとなる旋回流発生部材を吸気通路に
設けたりして行っていた。

【０００６】このようなスワールやタンブルが燃焼室内
に発生すると、燃焼が改善されて排気ガスが清浄になる
ことが知られている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】発明者らは、過給によ
って出力向上を図りつつスワールやタンブルを利用して
排気ガスの浄化を図ることを考えた。しかし、単に上述
した過給機付きエンジンにスワールやタンブルを発生さ
せる旋回流発生機構を付加したのでは、構造がきわめて
複雑になってしまうという問題が生じた。すなわち、通
常のエンジンに過給機と旋回流発生機構との両方が設け
られるからである。

【０００８】本発明はこのような問題点を解消するため
になされたもので、簡単な構造で過給による出力向上
と、旋回流利用による排気ガスの清浄化とを図ることが
できるようにすることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に係る多吸気弁式
エンジンは、一つの気筒に吸気弁を複数設けると共に、
これらの吸気弁によって開閉される吸気通路を２系統設
け、一方の吸気通路を自然吸気用とし、他方の吸気通路
を過給用としたものである。

【００１０】

【作用】自然吸気用吸気通路から燃焼室に流入する吸気
と、過給用吸気通路から燃焼室内に流入する吸気とでは
流速に差が生じるので、この流速差がきっかけとなって
燃焼室内に旋回流が生じる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１および図２に
よって詳細に説明する。図１は本発明に係る多吸気弁式
エンジンの概略構成を示す縦断面図、図２は吸排気通路
の構成を示す平面図である。本実施例では、Ｖ型エンジ
ンに本発明を適用した例について説明する。

【００１２】図１および図２において、符号１は本発明
に係る多吸気弁式エンジンである。このエンジン１は、
４サイクル式内燃機関を構成する熱機関用気筒２と、過
給機の一部を構成するピストン式過給機用気筒３とがバ
ンク角が９０度となるように一体的に設けられている。
前記熱機関用気筒２は、クランク軸４にコンロッド５を
介して連結されたピストン６が摺動自在に嵌入するシリ
ンダボディ７と、吸気弁８および排気弁９を駆動する従
来周知の動弁機構を有するシリンダヘッド１０とから形
成されている。

【００１３】前記シリンダヘッド１０は、図２に示すよ
うに吸気ポート１１および排気ポート１２が２つずつ設
けられ、各ポート毎に吸気弁８，排気弁９が設けられて
いる。なお、これらの吸気弁８、排気弁９を駆動する動
弁機構は、各吸気弁８，８および排気弁９，９を所定タ
イミングをもって開閉させる構造になっている。詳述す
ると、２つの吸気弁８，８のうち一方の吸気弁８と他方
の吸気弁８とでは開閉時期が異なるように構成されてい
る。吸気弁開閉時期としては、例えば図２において上側
に位置する吸気弁８（後述する自然吸気用吸気通路Ａを
開閉する方の吸気弁）を先に開き、吸気行程の終期に他
方の吸気弁を開くようにすることが考えられる。

【００１４】そして、前記２つの吸気ポート１１，１１
によって形成される２系統の吸気通路のうち一方（これ
を自然吸気用吸気通路として図中符号Ａで示す）は、蝶
形のスロットル弁１３および気化器１４を介してエアク
リーナボックス１５に連通されている。このエアクリー
ナボックス１５内に設けられた符号１６で示すものはエ
アクリーナエレメントである。他方の吸気通路（これを
過給用吸気通路として図中符号Ｂで示す）は、スロット
ル弁１３を介して空気溜め室としてのインレットチャン
バー１７に連通されている。なお、図２においては、エ
アクリーナボックス１５やインレットチャンバー１７は
本実施例を理解し易いように図１と略同じ形状に描いて
ある。また、前記２つの吸気通路Ａ，Ｂにそれぞれ介装
されたスロットル弁１３，１３は、不図示の手動式操作
手段に連結され、それぞれ設定された開度をもって連動
して開閉するように構成されている。このスロットル弁
開度は、吸気通路Ａに設けられた方のスロットル弁１３
が他方のスロットル弁１３より開きが大きくなるように
設定される。

【００１５】前記インレットチャンバー１７は前記エア
クリーナボックス１５に隣接して一体的に形成されてお
り、その内方空間は吐出用リード弁装置１８を介して後
述する過給機の空気通路１９に連通されている。リード
弁装置１８は図中矢印で示すように、空気通路１９から
インレットチャンバー１７へのみ空気が流れるように構
成されている。また、空気通路１９は、吸入用リード弁
装置２０を介してエアクリーナボックス１５に連通され
ている。このリード弁装置２０は、エアクリーナボック
ス１５から空気通路１９へのみに空気が流れるように構
成されている。インレットチャンバー１７とエアクリー
ナボックス１５とを仕切る隔壁に設けられた符号１７ａ
で示すものは、インレットチャンバー１７の内圧が設定
圧力以上になるのを防ぐためのリリーフ弁装置である。
このリリーフ弁装置１７ａは、インレットチャンバー１
７内の空気をエアクリーナボックス１５内に導入するよ
うに構成されている。

【００１６】前記ピストン式過給機用気筒３は、クラン
ク軸４にコンロッド２１を介して連結されたピストン２
２が摺動自在に嵌入するシリンダボディ２３と、このシ
リンダボディ２３の軸方向端部に固着された空気通路形
成部材２４とを備えている。なお、このピストン式過給
機用気筒３は、ボアおよびストロークが共に熱機関用気
筒２と同等に設定されている。

【００１７】前記空気通路形成部材２４はその内部に前
記空気通路１９が形成され、前記インレットチャンバー
１７やエアクリーナボックス１５に接続されている。ま
た、前記コンロッド２１は、前記熱機関用気筒２のコン
ロッド５と同じ位置でクランク軸４に連結されている。
言い換えれば、コンロッド５とコンロッド２１とは、ク
ランクピンを共用してクランク軸４に連結されている。

【００１８】すなわち、ピストン式過給機は、上述した
ピストン式過給機用気筒３、詳述するとコンロッド２
１、ピストン２２、シリンダボディ２３、空気通路形成
部材２４等によって構成されている。

【００１９】次に、本発明に係る多吸気弁式エンジン１
の動作について説明する。この多吸気弁式エンジン１
は、クランク軸４が回ることによって熱機関用気筒２の
ピストン６と、過給機用気筒３のピストン２２とがそれ
ぞれシリンダボディ７，２３内で往復運動する。熱機関
用気筒２は、従来周知の４サイクルエンジンと同様に吸
気→圧縮→爆発→排気という行程をもって運転される。

【００２０】一方、過給機では、ピストン２２が下降す
るときに空気通路１９が負圧になってエアクリーナボッ
クス１５からリード弁装置２０を介して新気が空気通路
１９に吸い込まれ、ピストン２２が上昇するときに空気
通路１９内の新気がリード弁装置１８を介してインレッ
トチャンバー１７に吐出される。この新気の吸入、吐出
は、クランク軸４が１回転する毎に行われる。すなわ
ち、熱機関用気筒２において吸気行程が開始されてから
排気行程が終了時するまでの間に、過給機ではピストン
２２が２往復して気筒内容積の２倍の空気がインレット
チャンバー１７に吐出されることになる。この場合の気
筒内容積とは、ピストン２２が上死点から下死点まで移
動することによって増加するシリンダボディ２３内の容
積のことである。

【００２１】このように吸気通路Ａにシリンダボディ７
内の負圧によってエアクリーナボックス１５に吸い込ま
れた空気が流れることになる。そして、吸気通路Ａを空
気が流れるときに気化器１４によって燃料が噴出され
る。一方、インレットチャンバー１７に圧送された空気
は、熱機関用気筒２の吸気弁８が開くと同時に一方の吸
気ポート１１を通ってシリンダボディ７内に流入する。
すなわち、２つ設けられた吸気通路の一方（吸気通路
Ｂ）に過給機からの圧力空気が流れる。

【００２２】熱機関用気筒２は、上述したように一方の
吸気通路Ａを介して所定量の燃料が流入し、次に吸気通
路Ｂを介してインレットチャンバー１７から大量の空気
が流入する。そして、２系統の吸気通路を流れる吸気に
流速差があることがきっかけとなって燃焼室内にスワー
ルが発生する。

【００２３】したがって、過給によって大量の空気と燃
料が供給されて高出力が得られると共に、燃焼室内にス
ワールが生じることによって燃焼が改善され排気ガスが
浄化される。

【００２４】また、気化器１４で燃料を大量に噴出させ
ることができるようになると、燃料供給量を制御するに
当たって、ニードルのストローク長を長くとることがで
きる、絞りの精密度が要求されない等の理由により制御
が容易になる。

【００２５】さらに、熱機関用気筒２と過給機用気筒３
とでクランク軸４を共用しているため、熱機関用気筒２
の残存不平衡力を過給機用気筒３で打ち消すことができ
る。このため、熱機関用気筒２が実質的に単気筒エンジ
ンと同じであっても、振動はＶ形２気筒エンジンと同等
になる。

【００２６】次に、本発明を４気筒エンジンに適用した
例を図３〜図８によって説明する。図３は４気筒エンジ
ンに本発明を適用した場合の吸気通路の構成を示す底面
図、図４は図３におけるIV−IV線断面図、図５は図３に
おけるV−V線断面図、図６は図３におけるVI−VI線断面
図、図７は図４におけるVII−VII線断面図、図８は吸排
気弁の開閉時期を示すグラフである。これらの図におい
て前記図１および図２で説明したものと同一もしくは同
等部材については、同一符号を付し詳細な説明は省略す
る。

【００２７】本実施例で用いるエンジン１は４気筒形の
もので、中央寄りの２つの気筒が熱機関用気筒となり、
両側の２つの気筒が過給機用気筒となるように構成され
ている。すなわち、図３〜図５中に符号３１で示すシリ
ンダヘッドは、中央寄りの２つの気筒（熱機関用気筒）
と対応する部位には吸気弁８，８、排気弁９，９が設け
られ、両側の２つの気筒（過給機用気筒）と対応する部
位には空気通路１９の一部となる空気ポート３２のみが
形成されている。そして、このエンジン１のクランク軸
（図示せず）は、熱機関用気筒のピストン６と、過給機
用気筒のピストン２２とがそれぞれコンロッド５，２１
を介して連結されている。なお、クランクピンの位置
は、熱機関用気筒と過給機用気筒とでは位相が１８０度
ずれている。

【００２８】本実施例で用いるインレットチャンバー１
７は、前記シリンダヘッド３１から側方へ延びる吸気通
路群の上方に配置され、エアクリーナボックス１５はイ
ンレットチャンバー１７に対してシリンダヘッド３１と
は反対側に配置されている。そして、熱機関用気筒の２
つの吸気通路のうち気化器１４が介装された吸気通路Ａ
は図４に示すようにインレットチャンバー１７の下方を
通ってエアクリーナボックス１５に連通され、他方の吸
気通路Ｂは図６に示すようにインレットチャンバー１７
の下方で上方へ向けられてインレットチャンバー１７に
連通されている。また、過給機用気筒の空気通路１９
は、インレットチャンバー１７の底部にリード弁装置１
８を介して連通されると共に、エアクリーナボックス１
５にリード弁装置２０を介して連通されている。

【００２９】また、このエンジン１の動弁機構は、１気
筒当たり２つの吸気弁８，８の開閉時期が互いにずれる
ように構成されている。詳述すると、吸気通路Ａを開閉
する吸気弁８は通常の４サイクルエンジンと同様に開閉
され、吸気通路Ｂを開閉する吸気弁８は前記吸気弁が閉
じる直前に開き、圧縮行程に入ってから閉じるように構
成されている。この吸気弁８の開閉時期を図８に示す。
図８においてｉｎＡで示す曲線は吸気通路Ａを開閉する
吸気弁８の開度を示し、ｉｎＢで示す曲線は吸気通路Ｂ
を開閉する吸気弁８の開度を示し、ｅｘは排気弁９の開
度を示す。

【００３０】すなわち、燃料が供給される吸気通路Ａに
主に吸気負圧が作用するようにして燃料をより多く吸い
込ませ、吸気負圧が小さくなる吸気行程の終期に吸気通
路Ｂから圧力空気を流入させる構造になっている。

【００３１】このように４気筒エンジンに本発明を適用
したとしても、過給機用気筒のピストン２２が往復する
ことによってエアクリーナボックス１５からインレット
チャンバー１７に新気が圧送され、吸気弁８が開いたと
きに吸気通路Ａ，Ｂから混合気および圧力空気が熱機関
用気筒に流入することになる。吸気行程では、１気筒当
たり２つの吸気弁８のうち吸気通路Ａを開閉する吸気弁
８が他方の吸気弁８より先に開いて混合気が吸気通路Ａ
を介して吸い込まれ、燃料が充分に吸入された状態で他
方の吸気弁８が開いてインレットチャンバー１７から大
量の空気が送り込まれる。このように片方の吸気通路Ｂ
から大量の空気が燃焼室内に流入することで燃焼室内に
スワールが生じることになる。

【００３２】したがって、このように構成しても熱機関
用気筒に供給される空気および燃料が共に従来のエンジ
ンに較べて多くなって出力が向上すると共に、燃焼室内
にスワールが生じて燃焼が改善され排気ガスが浄化され
る。また、４気筒エンジンの２気筒を過給機用気筒とし
て用いると、実質的に直列（並列）２気筒エンジンにな
ったとしても、直列（並列）４気筒エンジンと同等の低
振動エンジンが得られる。

【００３３】また、上述した各実施例では吸気弁８を１
気筒当たり２つ設け、これらの吸気弁８，８で２系統の
吸気通路（吸気通路Ａ，Ｂ）をそれぞれ開閉させる例を
示したが、１気筒当たり吸気弁を３つ以上設け、これら
の吸気弁によって２系統の吸気通路を開閉させるように
することもできる。この例を図９に示す。

【００３４】図９は吸気弁を３つ設けた他の例を示す構
成図で、同図（ａ）は燃料供給用吸気通路を２つの吸気
弁によって開閉させると共に過給用吸気通路を１つの吸
気弁によって開閉させる例を示し、同図（ｂ）は燃料供
給用吸気通路を１つの吸気弁によって開閉させると共に
過給用吸気通路を２つの吸気弁によって開閉させる例を
示す。同図において前記図１ないし図８で説明したもの
と同一もしくは同等部材については、同一符号を付し詳
細な説明は省略する。

【００３５】図９（ａ），（ｂ）において、符号８ａは
吸気通路Ａを開閉させる吸気弁、８ｂは吸気通路Ｂを開
閉させる吸気弁である。なお、排気弁９はこの例では１
つとしたが、その数量は適宜変更することが可能であ
る。すなわち、排気弁を２つとすると共に吸気弁を３つ
とし、３つの吸気弁の両側の吸気弁によって開閉される
吸気通路を過給用とすれば、燃焼室内にタンブルが発生
することになる。

【００３６】さらに、本発明は上述した２気筒エンジン
や４気筒エンジンの他に、６気筒エンジン、８気筒エン
ジンあるいは３気筒エンジンにも適用することができ
る。これらの多気筒エンジンに実施するに当たっては、
熱機関用気筒と過給機用気筒の配置は図１０に示すよう
に行う。

【００３７】図１０は総気筒数に応じたクランク軸の構
成、クランクピン配置およびシリンダ配置を説明するた
めの図である。同図においてａは前記図１および図２で
説明したような２気筒エンジンに本発明を適用した場合
を示し、ｂは図３〜図８で説明したような４気筒エンジ
ンに本発明を適用した場合を示し、同様にｃはＶ形６気
筒エンジン、ｄは直列（並列）６気筒エンジン、ｅはＶ
形８気筒エンジン、ｆはＶ形３気筒エンジンにそれぞれ
本発明を適用した場合を示す。また、クランク軸に複数
設けられたコンロッド連結部のうち過給機用気筒のコン
ロッドが連結される部分にはハッチングを施してある。

【００３８】さらに、クランクピン配置およびシリンダ
配置は、図１１および図１２に示したようにクランク軸
を軸方向端部から見たときの状態を示している。図１１
は２気筒エンジンに用いられるクランク軸の正面図、図
１２は３気筒エンジンに用いられるクランク軸の正面図
である。

【００３９】多気筒エンジンに本発明を適用するに当た
っては、図１０中にａ，ｃ，ｅおよびｆで示すようなＶ
形多気筒エンジンであれば、Ｖバンクの一方と他方とに
熱機関用気筒と過給機用気筒とを振り分けるようにす
る。このようにすると、このＶ形エンジンを自動二輪車
に搭載する場合には、クランク軸方向を車体左右方向に
向けると共に過給機用気筒を後側に位置づけることによ
って、エンジン後部の上方に広い空間が形成される。こ
れは、過給機用気筒には動弁機構が設けられておらず、
熱機関用気筒に較べて上方突出寸法が小さくて済むから
である。自動車に搭載する場合には、クランク軸方向を
車幅方向に向けると共に過給機用気筒を前側に位置づけ
ることによって、ボンネットのスラントノーズ化が図れ
る。

【００４０】また、図１０中にｂおよびｄで示すように
気筒が一列に並べられた多気筒エンジンであれば、クラ
ンク軸方向両端部に過給機用気筒を位置づけるようにす
る。このようにすると、このエンジンを自動二輪車に搭
載する場合には、クランク軸方向を車体左右方向に向け
ることによって、乗員がニーグリップし易くなる。これ
は、エンジンの最も外側となる部分に上方突出寸法の小
さな過給機用気筒が位置づけられるからである。自動車
に搭載する場合には、クランク軸方向を車体前後方向に
向けることによって、ボンネットのスラントノーズ化が
図られ、クランク軸方向を車幅方向に向けることによっ
て、タイヤハウスの部分を低くすることができる。

【００４１】さらに、振動特性としては、図１０中ｃの
場合には実質的に並列３気筒エンジンでありながらＶ６
気筒エンジンと同等の振動になり、ｄの場合には実質的
に並列４気筒エンジンでありながら並列６気筒エンジン
と同等の振動になる。また、ｅの場合には実施的に並列
４気筒エンジンでありながらＶ形８気筒エンジンと同等
の振動になり、ｆの場合には、過給機用気筒のピスト
ン、コンロッド等の往復重量を熱機関用気筒のピスト
ン，コンロッドの往復重量の２倍に設定することによっ
て、実質的に並列２気筒でありながらＶ形４気筒エンジ
ンと同等の振動になる。

【００４２】加えて、上述した各実施例では過給機用気
筒のボア、ストロークを熱機関用気筒のボア、ストロー
クと同等に設定したが、本発明はこのような限定にとら
われることなく、過給機用気筒のボア、ストロークは適
宜変更することができる。すなわち、過給効率を実施例
に対して増減させることもできる。また、過給機用気筒
のピストン、コンロッド、シリンダ等の構成部品は、熱
機関用気筒のそれに較べて熱負荷を受けない分、耐熱
性、強度の面で低級化、軽量化できる。

【００４３】また、熱機関用気筒に燃料を供給するに当
たっては、気化器以外に燃料噴射装置を用いてもよい。
さらに、上述した各実施例では過給機をエンジンに設け
た例を示したが、本発明はこのような限定にとらわれる
ことなく、過給用吸気通路はエンジンとは別体の過給機
に連通させてもよい。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る多吸気
弁式エンジンは、一つの気筒に吸気弁を複数設けると共
に、これらの吸気弁によって開閉される吸気通路を２系
統設け、一方の吸気通路を自然吸気用とし、他方の吸気
通路を過給用としたため、自然吸気用吸気通路から燃焼
室に流入する吸気と、過給用吸気通路から燃焼室内に流
入する吸気とでは流速に差が生じるので、この流速差が
きっかけとなって燃焼室内に旋回流が生じる。

【００４５】したがって、過給によって高出力化を図れ
ると共に、燃焼室内に旋回流が生じることによって燃焼
が改善されて排気ガスが浄化される。すなわち、過給を
利用して燃焼室内に旋回流を発生させるため、旋回流を
発生させるための特別な機構、構造が不要になる。この
ため、きわめて簡単な構成によって高出力化および排気
ガスの清浄化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る多吸気弁式エンジンの概略構成を
示す縦断面図である。

【図２】吸排気通路の構成を示す平面図である。

【図３】４気筒エンジンに本発明を適用した場合の吸気
通路の構成を示す底面図である。

【図４】図３におけるIV−IV線断面図である。

【図５】図３におけるV−V線断面図である。

【図６】図３におけるVI−VI線断面図である。

【図７】図４におけるVII−VII線断面図である。

【図８】吸排気弁の開閉時期を示すグラフである。

【図９】吸気弁を３つ設けた他の例を示す構成図であ
る。

【図１０】総気筒数に応じたクランク軸の構成、クラン
クピン配置およびシリンダ配置を説明するための図であ
る。

【図１１】２気筒エンジンに用いられるクランク軸の正
面図である。

【図１２】３気筒エンジンに用いられるクランク軸の正
面図である。

【符号の説明】

２ 熱機関用気筒 ３ 過給機用気筒 ４ クランク軸 ５ コンロッド ６ ピストン ８ 吸気弁 １１ 吸気ポート １４ 気化器 １５ エアクリーナボックス １７ インレットチャンバー １８ リード弁装置 １９ 空気通路 ２０ リード弁装置 ２１ コンロッド ２２ ピストン ３１ シリンダヘッド Ａ 吸気通路 Ｂ 吸気通路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一つの気筒に吸気弁を複数設けると共
   に、これらの吸気弁によって開閉される吸気通路を２系
   統設け、一方の吸気通路を自然吸気用とし、他方の吸気
   通路を過給用としたことを特徴とする多吸気弁式エンジ
   ン。