(57)【要約】【課題】吸気ポート、排気ポートをそれぞれエンジンの一方の側にまとめることでエンジンの高さを抑えつつ排気の転換効率を高め、さらに、左右のバンクでガス流動をほぼ同じにして、偏りのない燃焼を実現する。【解決手段】２つのバンクに交互に配列される複数のシリンダ２を有するＶ型エンジンにおいて、各シリンダ２に対応して設けられる燃焼室と、燃焼室を吸気マニホールド５０に接続する吸気ポート２０と、燃焼室を排気マニホールド７０に接続する排気ポート３０とを備える。そして、２つのバンクの吸気ポート２０が全て一方のバンクを通るように構成するとともに、２つのバンクの排気ポート３０が全て他方のバンクを通るように構成し、２つのバンクのなす角を８度以下に設定する。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
隣接する２つのバンクに交互に配列される複数のシリンダと、
前記シリンダに収装されるピストンと、
前記シリンダに対応して設けられる燃焼室と、
前記燃焼室を吸気マニホールドに接続する吸気ポートと、
前記燃焼室を排気マニホールドに接続する排気ポートと、
クランクシャフトと、
前記ピストンと前記クランクシャフトとを連結するコンロッドと、
を備えた狭角Ｖ型エンジンにおいて、
前記２つのバンクの吸気ポートが全て一方のバンクを通るように構成するとともに、前記２つのバンクの排気ポートが全て他方のバンクを通るように構成し、前記２つのバンクのなす角を８度以下に設定したことを特徴とする狭角Ｖ型エンジン。
【請求項２】
前記２つのバンクに対して単一のシリンダヘッドを設けたことを特徴とする請求項１に記載の狭角Ｖ型エンジン。
【請求項３】
前記エンジンを正面から見た場合、前記コンロッドとクランクシャフトが連結する位置は前記２つのバンクのシリンダの中心線が交差する位置よりも上方にオフセットしていることを特徴とする請求項１または２に記載の狭角Ｖ型エンジン。
【請求項４】
前記ピストンの冠面はシリンダブロックの上面と平行であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の狭角Ｖ型エンジン。
【請求項５】
前記ピストンと前記コンロッドはピストンピンを介して連結されており、
前記ピストンピンは、前記ピストン及びシリンダの中心線よりもエンジン中心寄りにオフセットしていることを特徴とする請求項１から４のいずれかひとつに記載の狭角Ｖ型エンジン。
【請求項６】
前記ピストンのエンジン外側寄りのスカート部がエンジン中心寄りのスカート部よりも長くなっていることを特徴とする請求項１から５のいずれかひとつに記載の狭角Ｖ型エンジン。
【請求項７】
前記吸気マニホールドと連通し、前記吸気マニホールドの燃焼室と反対側の端が開口するコレクタを備え、
全ての燃焼室について燃焼室から前記吸気マニホールドの開口までの長さが等しくなるように、前記２つのバンクの吸気ポートのうち長さが短いほうに接続する吸気マニホールドを前記コレクタの内部まで延長し前記コレクタの内部で開口させたことを特徴とする請求項１から６のいずれかひとつに記載の狭角Ｖ型エンジン。
【請求項８】
前記２つのバンクの吸入効率が等しくなるように、前記２つのバンクの吸気ポートのうち長さが長いほうの吸気バルブを閉じるタイミングを、長さが短いほうの吸気バルブを閉じるタイミングよりも遅くしたことを特徴とする請求項１から６のいずれかひとつに記載の狭角Ｖ型エンジン。
【請求項９】
少なくとも２つのバンクそれぞれに対して燃料を吸気中に噴射するインジェクタを備え、
全ての燃焼室について燃焼室から燃料噴射位置までの距離が等しくなるように２つのバンクでインジェクタの取り付け位置を変えたことを特徴とする請求項１から８のいずれかひとつに記載の狭角Ｖ型エンジン。
【請求項１０】
全ての燃焼室について燃焼室から排気マニホールドの集合部までの距離が等しくなるように、前記２つのバンクの排気ポートのうち長さが短いほうに接続する排気マニホールドの枝部の長さを、長さが長いほうに接続する排気マニホールドの枝部の長さよりも長くしたことを特徴とする請求項１から９のいずれか一つに記載の狭角Ｖ型エンジン。
【請求項１１】
一方のバンクのエンジン中心寄りのポートを開閉するバルブと他方のバンクのエンジン中心寄りのポートを開閉するバルブとを単一のカムシャフトで駆動するように構成したことを特徴とする請求項１から１０のいずれかひとつに記載の狭角Ｖ型エンジン。
【請求項１２】
前記クランクシャフトを、全てのクランクピンが同一平面状にあるシングルプレーンにしたことを特徴とする請求項１から１１のいずれか一つに記載の狭角Ｖ型エンジン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はＶ型エンジンに関し、特に、バンク角の小さな狭角Ｖ型エンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｖ型エンジンのバンク角はシリンダ数に応じて決定され、４シリンダＶ型エンジンの場合は９０度、６シリンダＶ型エンジンの場合は１２０度に設定されることが多いが、特許文献１のようにバンク角を狭く３０度に設定したエンジンも提案されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−１２１９８０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとしている問題点】
しかしながら、上記従来技術のエンジンでは、吸気をシリンダヘッドの上側から供給する構成であるため、エンジンの全高が高くなり、また、排気がエンジンの両側からバンク毎に排出される構成であるため、排気温度が低くなって触媒の転換効率が低くなるという問題があった。
【０００５】
この点に対し、吸気ポート、排気ポートをそれぞれエンジンの一方の側にまとめることも考えられるが、上記エンジンではバンク角が３０度と大きいために吸気ポートの流入角度（バルブシート直前の吸気ポートの中心線の接線とシリンダ中心線のなす角）が左右のバンクで異なることとなり、今度はシリンダ内のガス流動が偏って燃焼にばらつきが生じるという別の問題が生じる。バンク角が１５度のものも存在するが、ガス流動が偏ってしまうことには変わりなく、安定した燃焼が得られない。
【０００６】
本発明は、かかる技術的課題を鑑みてなされたものであり、吸気ポート、排気ポートをそれぞれエンジンの一方の側にまとめることでエンジンの高さを抑えつつ排気の転換効率を高め、さらに、左右のバンクでガス流動をほぼ同じにして、偏りのない燃焼を実現することを目的とする。
【０００７】
【問題点を解決するための手段】
２つのバンクに交互に配列される複数のシリンダを有するＶ型エンジンにおいて、シリンダ毎に設けられる燃焼室と、燃焼室を吸気マニホールドに接続する吸気ポートと、燃焼室を排気マニホールドに接続する排気ポートとを備え、２つのバンクの吸気ポートが全て一方のバンクを通るように構成するとともに、２つのバンクの排気ポートが全て他方のバンクを通るように構成し、２つのバンクのなす角を８度以下に設定する。
【０００８】
【作用及び効果】
本発明によれば、エンジンの高さを抑えるために２つのバンクの吸気ポートが一方のバンクにまとめられ、また、触媒の転換効率を高めるために２つのバンクの排気ポートが他方のバンクにまとめられるが（図３、図４参照）、バンク角が８度以下に設定されるので、２つのバンクでタンブル比を均等にすることができ（図９参照）、偏りのない燃焼を実現することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の説明では、便宜上、エンジンを正面から見て、左側を左バンク、右側を右バンクとして説明を進める。
【００１０】
図１、図２は、本発明に係るＶ型４気筒エンジンの構成を示す。シリンダブロック１の左右のバンクには、それぞれシリンダブロック上面に開口する複数のシリンダ２がエンジンの長手方向に並んで複数形成されており、各シリンダ２にはそれぞれピストン３が摺動可能に収装されている。ピストン３はコンロッド４の上端にピストンピン５を介して揺動可能に連結されており、コンロッド４の下部はクランクピンを介してクランクシャフト６に連結されている。ピストン３の往復運動はクランクシャフト６により回転運動に変換され、図示しない変速機、終減速装置、ドライブシャフトを介して駆動輪に伝達される。
【００１１】
コンロッド４とクランクシャフト６とは、エンジンを正面から見た場合、左バンクのシリンダの中心線と右バンクのシリンダの中心線とが交差する位置Ｏｃではなく、中心線が交差する位置Ｏｃよりもエンジン上方にｈだけオフセットさせた位置Ｏにおいて連結される。このようにクランクシャフト６を上方にオフセットさせているのは、エンジンの高さを抑えるためである。
【００１２】
また、ピストン３とコンロッド４は、図２に示すように、シリンダ２及びピストン３の中心軸上ではなく、シリンダ２及びピストン３の中心軸からシリンダ２及びピストン３の径方向（シリンダ２及びピストン３の中心軸に垂直な方向）であってエンジン中心側にｔだけオフセットしたところで連結される。オフセット量ｔは、例えばシリンダ径の５％程度に設定される。このようにピストンピン５をエンジン中心側にオフセットさせるのは、クランクシャフト６を上方にオフセットさせたことによりピストン３が摺動する際にピストン３からシリンダ２の内壁に作用する力（サイドフォース）が大きくなるので、これを小さくするためである。なお、このエンジンでは、サイドフォースをさらに小さくするために、コンロッド４の連桿比を従来のものに比べて大きくとっている。
【００１３】
ピストン３は、その冠面がシリンダブロック１の上面に平行になるように、また、シリンダブロック１外側寄り（以下、スラスト側）のスカート部がエンジン中心寄りのスカート部に比べてシリンダ２及びピストン３の軸方向に長くなる形状をしている。
【００１４】
ピストン３の冠面をシリンダブロック１の上面と平行にするのは、点火プラグ７の点火ギャップ近傍で発生する火炎核から火炎が勢いよく燃え広がり、かつ熱が逃げにくい形状とし、急速燃焼を実現するためである。つまり、ピストン３の冠面をシリンダブロック１の上面と平行にすることで、放射状に燃え広がる炎の速度の半径方向成分を大きくすることができ、また、燃焼室をコンパクトにするとともにピストン冠面の表面積を小さくし、燃焼室で発生した熱エネルギーがシリンダヘッド１やピストン３の冠面から逃げるのを抑えることができる。また、燃焼室をコンパクトにすることにより圧縮比を上げることもできる。
【００１５】
スラスト側のスカート部を長くするのは、ピストンピン５の位置をオフセットさせたためスラストが小さくなり、ピストン３が摺動する際にピストンピン５周りにモーメントが発生し、ピストン３が傾転しようとするので、ピストン３のスラスト側のスカート部を長くすることでこれを支持し、往復運動時のピストン３の姿勢を安定させるためである。また、クランクシャフト６を上方にオフセットさせたことでシリンダ内壁に作用するサイドフォースが大きくなるので、スカート部の面積を増大させて面圧を下げるためでもある。スカート部を長くすることにより、ピストン３の打音（スラップ音）を低減することにも効果がある。
【００１６】
なお、長くするのはスラスト側のスカート部だけであり、内側のスカート部はそのままであるので、ピストン３が下降して下死点に達したときであってもピストン３とカウンターウェイトの回転軌跡が干渉することはない。
【００１７】
また、シリンダ２は、エンジン前方から左バンクのシリンダと右バンクのシリンダが交互に千鳥状（ジグザグ）に配置され、同じバンクにおいて連続して配置されないように、また、エンジンの前端から同じ距離にはシリンダが複数存在しないように左右のバンクで交互交替的に配置される。さらに、エンジンを正面から見たときの左バンクのシリンダの中心線と右バンクのシリンダの中心線とが成す角θ（以下、バンク角）を、８度以下（好ましくは８度）に設定する。８度以下とするのは左右のバンクでタンブル比を略均等にし、安定した燃焼を実現するためであり、この点については後で詳しく説明する。
【００１８】
シリンダブロック１の上面には単一のシリンダヘッド１０が接続される。このように左右のバンクで一つのシリンダヘッドにできるのは、バンク角が小さいからであり、シリンダヘッドを左右のバンクで共用することにより、エンジンの剛性を高く保つことができる。
【００１９】
シリンダヘッド１０の下面のシリンダ２の上側開口に対応する位置にはそれぞれ燃焼室の一部を形成することになる凹部１１が形成されている。凹部１１には吸気ポート２０、排気ポート３０が開口するとともに、点火プラグ７の点火ギャップが突出している。
【００２０】
左バンクの燃焼室には吸気ポート２０、排気ポート３０との連通を遮断するための吸気バルブ２１Ｌ、排気バルブ３１Ｌが設けられており、同様に、右バンクの燃焼室には吸気バルブ２１Ｒ、排気バルブ３１Ｒが設けられている。左バンクの排気バルブ３１Ｌは左側カムシャフト４０、左バンクの吸気バルブ２１Ｌと右バンクの排気バルブ３１Ｒは中央カムシャフト４１、右バンクの吸気バルブ２１Ｒは右側カムシャフト４２によってそれぞれ開閉駆動される。吸気ポート２０は吸気マニホールド５０を介して、新気が導入される箱型形状のコレクタ６０に接続され、また、排気ポート３０は排気マニホールド７０を介して図示しない排気管に接続される。
【００２１】
図３から図５に示すように、上記エンジンでは、吸気ポート２０が全て右バンクを通るように、また、排気ポート３０が全て左バンクを通るようにまとめられており、吸気ポート２０、排気ポート３０の長さが左バンクと右バンクとでそれぞれ異なっている。
【００２２】
そこで、吸気側に関しては、図３に示すように、吸気マニホールド６０の管長を吸気ポート２０の長さに応じて変化させることで左右のバンクの吸気ポート２０の長さの違いを補償している。すなわち、左バンクのものよりも長さが短くなる右バンクの吸気ポート２０に連結する吸気マニホールド５０をコレクタ６０の内部まで延長し、全ての燃焼室について燃焼室から吸気ポート２０を経て吸気マニホールドの開口に至るまでの距離を等長にしている。
【００２３】
あるいは、図６に示すように吸気バルブの閉じるタイミングを左右のバンクで変化させることによりこの左右のバンクの吸気ポート２０の長さの違いを補償するようにしてもよい。この場合、吸気ポート２０が右バンクよりも長くなる左バンクについて吸気バルブの閉じるタイミングを右バンクよりも遅らせるようにすれば、体積効率を左右のバンクで等しくすることができる。
【００２４】
また、排気側に関しては、図４、図５に示すように、排気マニホールド７０の枝部の長さを排気ポート３０の長さに応じて変化させることにより左右のバンクの排気ポート３０の長さの違いを補償している。ここでは、排気ポート３０の長さが右バンクよりも短くなる左バンクについて、排気マニホールド３０の屈曲を大きくして枝部を長くすることにより、全ての燃焼室について燃焼室から排気ポート３０を経て排気マニホールド７０の集合部７１に至るまでの管長を等長に設定している。
【００２５】
また、図３に示すように、吸気側には燃料を噴射するインジェクタ８０Ｒ、８０Ｌが設けられており、インジェクタ８０Ｒ、８０Ｌの取り付け位置は左右のバンクで異なっている。すなわち、吸気ポート２０の左バンクの燃焼室に連通する部分には左バンクの燃焼室に供給する空気に燃料を噴射するための燃料インジェクタ８０Ｌが設けられ、吸気マニホールド５０の右バンクの燃焼室に連通する部分には右バンクの燃焼室に供給する空気に燃料を噴射するための燃料インジェクタ８０Ｒがそれぞれ設けられている。左バンクと右バンクとでインジェクタの取り付け位置を変えているのは、左バンクと右バンクのすべての燃焼室について燃料噴射位置（インジェクタ８０Ｒ、８０Ｌの噴口の位置）から燃焼室までの距離を等しくするためであり、これにより、混合気の混合状態を等しくし、混合気の混合ばらつきや燃料、空気の分配が不均一になることによる出力の低下や燃費性能の低下を避けることができる。
【００２６】
なお、吸気ポート２０、排気ポート３０をそれぞれ片側のバンクにまとめたことにより、排気を熱いうちに集め排気管に流すことができ、触媒に流入する排気の温度を高く保って、触媒の転換効率を改善することができる。これにより、始動直後における排気触媒のウォームアップが促進されるとともに、冷間時の排気浄化効率も向上させることができる。また、燃焼室から排気マニホールド７０の集合部７１までの長さを等しくしたことにより、排気効率の低下をより少なくすることができる。
【００２７】
また、図７、図８は上記エンジンのカム機構を示したものである。シリンダヘッド１０には、３つのカムシャフト４０、４１、４２が回転可能に支持されており、各カムシャフトのエンジン前端側の端部にはそれぞれカムギア４３、４４、４５が設けられている。吸気バルブ２１Ｒ、２１Ｌ、排気バルブ３１Ｒ、３１Ｌはこれら３本のカムシャフトの外周に形成されたカム面によって駆動される。
【００２８】
バンク角を８度以下と小さくしたことにより、左右のバンクのシリンダ間距離が狭まり、シリンダヘッド１０を左右のバンクで一つにすることができ、さらに、左バンクの吸気バルブ２１Ｌを駆動するカムシャフトと右バンクの排気バルブ３１Ｒを駆動するカムシャフトを共用化することができる。よって、本発明に係るエンジンでは、ＤＯＨＣ型のＶ型エンジンであるにも拘わらず、カムシャフトの本数を減らして３本にすることができる。
【００２９】
カム駆動機構について説明すると、カムギア４３、４４、４５は同径のギアであり、カムギア４３とカムギア４４とが噛み合い、カムギア４４とカムギア４５とが噛み合っている。また、中央カムシャフト４１のカムギア４４がカムスプロケット４６と一体回転するアイドラギア４７と噛み合っている。このアイドラギア４７もカムシャフト４３、４４、４５と同径である。カムスプロケット４６と、クランクシャフト６と一体回転するクランクスプロケット（図示せず）との間にはチェーンが掛け回されており、クランクシャフト６の回転がクランクスプロケット、カムスプロケット４６を介してカムギア４３、４４、４５に伝達され、カムシャフト４０、４１、４２が図中矢印で示すように回転駆動される。なお、カムスプロケット４６はクランクスプロケットの半分の速度で回転する。
【００３０】
カムギア間の同期をチェーンのみで取ろうとすると、高回転時にチェーンが伸びるため、クランク軸の回転に同期した正確なカム駆動は困難になるが、上記ギアとチェーンを併用した駆動とすることによりカムギア間の同期を正確にとることができる。また、それによりカムの駆動機構をコンパクトにすることができ、部品点数も削減することができる。なお、ここではクランクスプロケットとカムスプロケット４６の間をチェーン駆動としたが、この間の駆動もギア駆動としても良い。
【００３１】
また、図９はバンク角とタンブル比の関係を示したものである。タンブル比とは吸気の平均速度とタンブル流の速度との比であり、偏りのない燃焼を実現するためには左右のバンクのタンブル比を等しくする必要がある。
【００３２】
従来のＶ型エンジンにおいて吸気ポート、排気ポートをそれぞれエンジンの一方の側にまとめた場合、一方のバンクで吸気の流入角度（バルブシート直前の吸気ポートの中心線の接線とシリンダ中心線とのなす角）が大きくなってシリンダ内に発生する縦方向のガス流動が阻害され、左右のバンクでタンブル比に差が生じ、燃焼に偏りが生じる。また、流入角度が大きくなると吸気抵抗も増大する。
【００３３】
これに対し、本発明に係るエンジンでは、バンク角を８度以下に設定したことにより、各吸気バルブからシリンダ２内に流れ込むことにより発生する縦方向の渦の比、すなわちタンブル比を左右のバンクで略均等にし、左右のバンクの燃焼を均等にすることができる。
【００３４】
したがって、本発明によれば、いずれのバンクにおいてもシリンダによるガス流動により燃料の粒と空気をよく混ぜ合わせて偏りのない燃焼を実現させることができ、Ｖ型エンジンであるにも拘わらず直列エンジンと変わらない燃焼効率を得ることができる。
【００３５】
さらに、バンク角が狭くてもバンク角に対応した分だけ燃焼間隔が左右のバンクでずれるが、本発明のようにバンク角を８度以下に設定した場合は、事実上燃焼間隔が不等になることを無視することができ、クランクシャフト６をシングルプレーンにすることができる。すなわち、図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、１番と４番シリンダー用のクランクピンがそれぞれ同位相、２番と３番シリンダのクランクピンがそれぞれ１８０°位相となり、一つの平面に全てのクランクピンが位置させることができる。クランクシャフト６をシングルプレーンにできれば、クランクシャフト６の製造が容易になり、コストダウンを図ることができる。
【００３６】
なお、本発明におけるエンジンの場合は２シリンダエンジンを、２つ燃焼間隔がほぼ等しくなるように交互に組み合わせたものと考えることができるが、元来、２シリンダエンジンはそれぞれが１次の振動ではバランスしており、これを組み合わせても振動上は何ら問題がないため、上記エンジンも振動上の問題はないといえる。
【００３７】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、上記実施形態は本発明を適用したエンジンの一例を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の構成に限定する趣旨ではない。
【００３８】
例えば、上記実施形態は４シリンダのＶ型エンジンであるが、本発明は、６シリンダ、８シリンダ等、他のシリンダ数のＶ型エンジンであっても適用することができる。また、シリンダの数も偶数個に限らず奇数個であっても構わない。さらに、上記４シリンダのＶ型エンジンを並列に２つ組み合せて８シリンダのＷ型エンジンにすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る狭角Ｖ型エンジンの全体構成図である。
【図２】ピストンピンのオフセットを説明するための図である。
【図３】エンジンの吸気側の構造を説明するための図である。
【図４】エンジンの排気側の構造を説明するための図である。
【図５】同じくエンジンの排気側の構造を説明するための図である。
【図６】吸気バルブのバルブタイミングを説明するための図である。
【図７】エンジンのカム機構を説明するための図である。
【図８】同じくエンジンのカム機構を説明するための図である。
【図９】バンク角とタンブル比の関係を示した図である。
【図１０】クランクシャフトの形状を説明するための図である。
【符号の説明】
１　シリンダブロック
２　シリンダ
３　ピストン
４　コンロッド
５　ピストンピン
６　クランクシャフト
７　点火プラグ
１０　シリンダヘッド
２０　吸気ポート
３０　排気ポート
２１Ｒ、２１Ｌ　吸気バルブ
３１Ｒ、３１Ｌ　排気バルブ
４０、４１、４２　カムシャフト
４３、４４、４５　カムギア
４６　カムスプロケット
４７　アイドラギア
５０　吸気マニホールド
６０　コレクタ
７０　排気マニホールド
７１　排気管集合部
８０Ｒ、８０Ｌ　インジェクタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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