(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストン（３）が摺動自在に嵌合されるシリンダボア（１ａ）を有するシリンダ（１）と、前記ピストン（３）とシリンダヘッド（２）との間に形成される燃焼室（４）とを備え、吸気通路（10）に連通する第１および第２吸気ポート（11，12）が、それぞれ吸気口（11ａ，12ａ）にて前記燃焼室（４）に開口し、該両吸気口（11ａ，12ａ）が、第１および第２吸気弁（13，14）によりそれぞれ開閉される内燃機関（Ｅ）において、
前記第２吸気弁（14）の開時期（Ｔ４）は、前記第１吸気弁（13）の開時期（Ｔ１）よりも該第１吸気弁（13）が前記最大リフト量で開弁される時期（Ｔ２）に近い時期であり、前記第１吸気弁（13）の最大リフト量よりも小さな最大リフト量で開弁され、前記第１および第２吸気弁（13，14）は、圧縮行程時に前記燃焼室（４）内の吸気をそれぞれ前記第１および第２吸気ポート（11，12）に還流させる下死点後のほぼ同一閉時期に閉弁され、前記第１吸気ポート（11）は、前記燃焼室（４）内で前記シリンダボア（１ａ）の中心軸線の回りにスワールを生成するように吸気を流入させ、
前記第２吸気弁（14）は、下死点後に最大リフト量となることを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記第２吸気ポート（12）は、前記中心軸線の方向から見てスワールの向きに対向して前記燃焼室（４）に開放するストレートポートにより構成されることを特徴とする請求項１記載の内燃機関。
【請求項３】
前記第１および第２吸気ポート（11，12）は、前記シリンダヘッド（２）に形成されて、該シリンダヘッド（２）の内部で相互に連通することを特徴とする請求項１ないし請求項２のいずれかに記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃焼室内に吸入された吸気を、圧縮行程時に吸気ポートに還流させるように吸気弁の閉時期が設定された、いわゆるミラーサイクルで運転される内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の技術として、特開昭５８−１２２３１７号公報に開示されたエンジンの吸気装置が知られている。この吸気装置は、シリンダ内にスワールを生成する吸気ポートを開閉する主吸気バルブと、スワールに対向して開口する吸気還流ポートを開閉する吸気還流バルブとを備え、主吸気バルブよりも遅い時期に開弁する吸気還流バルブは、下死点付近で閉弁する主吸気バルブが閉弁した後の圧縮行程時にも開弁し続けており、それによってシリンダ内に吸入された吸気が、開閉弁が設けられた吸気還流通路を経て吸気通路に還流する。このとき、吸気還流ポートはスワールに対向して開口しているので、スワールが大きく破壊されることがない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記吸気装置では、主吸気バルブが下死点付近で閉弁することから、吸気還流バルブは、シリンダ内へ吸入される吸気量の確保および主吸気バルブの閉弁後に所要量の吸気の還流のために、主吸気バルブが最大リフト量で開弁される時期よりもかなり前に開弁されるうえ、主吸気バルブとほぼ同じ最大リフト量で開弁されるので、吸気行程時に、吸気還流ポートから、スワールの向きとは反対の向きに流入する比較的多量の吸気によりスワールが減衰される難点がある。
【０００４】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、請求項１ないし請求項３記載の発明は、圧縮行程時に吸気を還流させる内燃機関において、燃焼室内に強いスワールを生成することを目的とする。さらに、請求項３記載の発明は、さらに、更なる燃料の気化の促進を図ることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
請求項１記載の発明は、ピストン３が摺動自在に嵌合されるシリンダボア１ａを有するシリンダ１と、前記ピストン３とシリンダヘッド２との間に形成される燃焼室４とを備え、吸気通路10に連通する第１および第２吸気ポート11，12が、それぞれ吸気口11ａ，12ａにて前記燃焼室４に開口し、該両吸気口11ａ，12ａが、第１および第２吸気弁13，14によりそれぞれ開閉される内燃機関Ｅにおいて、前記第２吸気弁14の開時期Ｔ４は、前記第１吸気弁13の開時期Ｔ１よりも該第１吸気弁13が前記最大リフト量で開弁される時期Ｔ２に近い時期であり、前記第１吸気弁13の最大リフト量よりも小さな最大リフト量で開弁され、前記第１および第２吸気弁13，14は、圧縮行程時に前記燃焼室４内の吸気をそれぞれ前記第１および第２吸気ポート11，12に還流させる下死点後のほぼ同一閉時期に閉弁され、前記第１吸気ポート11は、前記燃焼室４内で前記シリンダボア１ａの中心軸線の回りにスワールを生成するように吸気を流入させ、前記第２吸気弁14は、下死点後に最大リフト量となることを特徴とする内燃機関である。
【０００６】
この請求項１記載の発明によれば、第１および第２吸気弁13，14は下死点後のほぼ同一閉時期に閉弁されるため、所要量の吸気の還流は、第２吸気ポート12からだけでなく、第１吸気ポート11からも行われるので、第２吸気弁14の最大リフト量は第１吸気弁13のそれよりも小さくてよく、その開弁期間も前記従来技術に比べて短くてよい。その結果、次の効果が奏される。すなわち、第１吸気弁13は、圧縮行程時に燃焼室４内の吸気を第１吸気ポート11に還流させる下死点後まで開弁されているので、その最大リフト量を大きく設定することができて、第１吸気ポート11から流入する吸気により、燃焼室内４で、シリンダ１の中心軸線の回りに強いスワールを生成することが可能になる。しかも、第２吸気弁14は、第１吸気弁13よりも遅い時期に開弁され、かつ最大リフト量が第１吸気弁13のそれよりも小さいので、第２吸気ポートか12ら流入する吸気がスワールを減衰させることを、少なくとも抑制することができる。これによって、吸気が還流された後も、燃焼室４には強いスワールが存することになり、燃費の改善のために希薄燃焼させる際にも良好な燃焼性が得られる。
また、第２吸気弁14は、第１吸気弁13の開時期よりも第１吸気弁13が最大リフト量で開弁される時期に近い時期に開弁されるので、第２吸気弁14が開弁されるまでのより長い期間において第１吸気ポート11からの吸気により、燃焼室４内には強いスワールが生成される。
【０００７】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の内燃機関において、前記第２吸気ポート12は、前記中心軸線の方向から見てスワールの向きに対向して前記燃焼室４に開放するストレートポートにより構成されるものである。
【０００８】
この請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明の効果に加えて、次の効果が奏される。すなわち、第２吸気ポート12はスワールの向きに対向して燃焼室４に開放するストレートポートから構成されるので、強いスワールが生成されるにも拘わらず、第２吸気ポート12を通って還流する吸気は、小さい通気抵抗で、円滑に第２吸気ポート12に流入するので、還流される吸気の所要量を容易に確保することができ、それによって、スワールの向きとは反対方向に向いて燃焼室４に開放しているために、燃焼室４から吸気が流出し難くなっている第１吸気ポート11を通じて還流される吸気量の不足分を補償することができる一方で、第２吸気弁14の開時期は、第１吸気弁13の開時期よりも第１吸気弁13が最大リフト量で開弁される時期に近い時期であることから、第２吸気ポート12からの吸気によるスワールの減衰は抑制されたものとなる。
【０００９】
請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２記載の内燃機関において、前記第１および第２吸気ポートは11，12、前記シリンダヘッド２に形成されて、該シリンダヘッド２の内部で相互に連通するものである。
【００１０】
この請求項３記載の発明によれば、第２吸気ポート12を経て還流される吸気は、シリンダヘッド２の内部を流れて第１吸気ポート11に流入する。その結果、引用された請求項記載の発明の効果に加えて、次の効果が奏される。すなわち、第２吸気ポート12を経て還流される吸気は、比較的温度が高いシリンダヘッド２の熱を受けて、混合気の燃料液滴の気化が促進されて、着火され易い状態に近づくことから、次の吸気行程時に、この着火され易くなった混合気を含む吸気が第１吸気ポート11から燃焼室４内に流入して燃焼するので、さらに希薄な混合気での運転が可能となって、燃費が改善される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図１ないし図４を参照して説明する。
図１および図２を参照すると、本発明の実施例である内燃機関Ｅは、自動二輪車を含む鞍乗型車両等に搭載される単気筒の４サイクル内燃機関である。頭上カム軸式の内燃機関Ｅは、シリンダ１と、シリンダ１の上端に結合されるシリンダヘッド２とを備える。シリンダ１に形成されるシリンダボア1aに摺動自在に嵌合されるピストン３とシリンダヘッド２の下面の凹部2aとの間に燃焼室４が形成され、シリンダヘッド２には、吸気ポート10および排気ポート20が形成され、さらに凹部2aに臨んで点火栓５が装着される。
【００１２】
吸気ポート10の一端は、往復動するピストン３により回転駆動されるクランク軸（図示されず）の回転軸線およびシリンダボア1aの中心軸線Ｌを含む仮想平面に対してシリンダヘッド２の吸気側2bで開口する接続開口10aを構成し、液体燃料を噴射する燃料噴射弁が装着された吸気管がシリンダ１ヘッドに結合されて、接続開口10aは該吸気管により構成される吸気通路（図示されず）に接続される。前記燃料噴射弁から噴射される燃料量は、内燃機関Ｅの低負荷運転時に希薄混合気が形成されるように、図示されない電子制御装置により制御される。
【００１３】
さらに、吸気ポート10は、シリンダヘッド２の内部で第１吸気ポート11および第２吸気ポート12に分岐し、第１，第２吸気ポート11，12は、それぞれ、吸気ポート10の他端を構成する第１吸気ポート11の吸気口11aおよび第２吸気ポート12の吸気口12aにて燃焼室４に連通する。そして、両吸気口11a，12aは、シリンダヘッド２に回転自在に支持されて、前記クランク軸からの動力により該クランク軸の１／２の回転数で駆動されるカム軸６を有する動弁装置により作動される第１吸気弁13および第２吸気弁14により、それぞれ、後述する所定の開閉時期およびリフト量で開閉される。
【００１４】
第１吸気ポート11は、第１吸気ポート11から流入する吸気が、燃焼室４内において中心軸線Ｌの回りの渦流であるスワールＳ（図１参照）を生成するように、該中心軸線Ｌの方向から見て、中心軸線Ｌに対して径方向外方に凹んだ形状を有し、しかも流速を高めるために通路面積が小さくされたヘリカルポートにより構成される。また、第２吸気ポート12は、中心軸線Ｌの方向から見てスワールＳの向きに対向して燃焼室４に開放するストレートポートにより構成される。
【００１５】
一方、排気ポート20の一端は、シリンダヘッド２の排気側2cで開口する接続開口20aを構成し、排気管がシリンダヘッド２に結合されて、接続開口20aは該排気管により構成される排気通路（図示されず）に接続される。さらに、排気ポート20は、その他端を構成する排気口20bにて燃焼室４に連通する。そして、排気口20bは、カム軸６により作動される排気弁21により、それぞれ所定の開閉時期およびリフト量で開閉される。
【００１６】
第１，第２吸気弁13，14および排気弁21は、前記動弁装置を構成するカム軸６に設けられる第１吸気カム、第２吸気カムおよび排気カムのカムプロフィルに応じて、図３に示される開閉時期およびリフト量で開閉作動される。
【００１７】
すなわち、排気弁21は、設定されたリフト量により膨張下死点前に開弁され、排気上死点後に閉弁される。
【００１８】
そして、第１吸気弁13は、排気上死点前の開時期T1で開弁され、排気上死点よりも圧縮下死点寄りの時期T2に最大リフト量で開弁され、吸気下死点を越えた圧縮行程での閉時期T3に閉弁される。さらに、第２吸気弁14は、第１吸気弁13の開時期T1よりも第１吸気弁13が最大リフト量となる時期T2に近い時期である開時期T4に開弁され、第１吸気弁13の閉時期T3とほぼ同じ閉時期T5に閉弁される。ここで、ほぼ同じ閉時期とは、同一の閉時期および第２吸気ポート12から還流される吸気量に大差をもたらさない程度に閉時期が異なることを意味する。
【００１９】
ここで、第１，第２吸気弁13，14の閉時期T3，T5は、燃焼室４内に吸入された吸気の一部が、内燃機関Ｅがミラーサイクルで運転されて、熱効率の向上やポンピングロスの低減がなされる所要量だけ、圧縮行程で第１，第２吸気ポート11，12に還流するように予め設定される。
【００２０】
また、第２吸気弁14の開時期T4は、吸気行程において燃焼室４内に吸入される吸気量が、第１吸気ポート11のみでは得られなくなる時点を基準の一つとして設定され、リフト量やバルブ径等により決定される面積であって、吸気口11aと開弁状態の第１吸気弁13との間に形成される有効開口面積が大きいほど、その開時期を遅く設定することができる。その結果、第２吸気ポート12が中心軸線Ｌの方向から見てスワールＳの向きに対向して燃焼室４に開放していることに起因して、吸気行程時にスワールＳを減衰させる向きに流入する第２吸気ポート12からの吸気の流入開始時期を遅くすることができ、しかも流入期間も短くすることができて、より強いスワールＳを生成させることができる。その一方で、前記所要量の吸気を還流させるために必要な第２吸気弁14の開弁期間や最大リフト量をも考慮すると、第２吸気弁14の開時期T4は、前述のように、第１吸気弁13の開時期T1よりも第１吸気弁13が最大リフト量となる時期T2に近い時期、しかも可能な限り時期T2に近い時期であるのが好ましく、さらには前記所要量の吸気が還流可能であることを前提として、時期T2よりも遅い時期であってもよい。
【００２１】
そして、第２吸気弁14の最大リフト量は、第１吸気弁13の最大リフト量よりも小さく、かつその開弁期間において、常に第１吸気弁13のリフト量よりも小さく設定される。図４に示されるように、所定の寸法を有する第１，第２吸気弁13，14の最大リフト量の差とスワールＳの強さを示すスワール比との間には、該リフト量の差が大きいほどスワール比が大きくなる（すなわち、スワールＳが強くなる）関係が存することから、強いスワールＳを生成させるために、前記所要量の吸気の還流がなされるための第２吸気弁14のリフト量が確保されることを条件として、両吸気弁13，14の最大リフト量の差が大きくなるように、第１，第２吸気弁13，14の最大リフト量が設定される。
【００２２】
次に、前述のように構成された実施例の作用および効果について説明する。
内燃機関Ｅが運転されると、空気と前記燃料噴射弁から噴射された燃料との混合気となった吸気は、吸気行程において、前記吸気通路を経て接続開口10aから第１吸気ポート11を通り、燃焼室４内にスワールＳを生成しつつ流入する。そして、第１吸気弁13の開時期T1よりも第１吸気弁13が最大リフト量で開かれる時期T2に近い開時期T4に、第２吸気弁14が開弁されて、燃焼室４内に流入する吸気量がその分増加する。その後、圧縮行程に移行すると、依然として開かれている第１，第２吸気弁13，14を通じて、燃焼室４内に吸入された吸気の一部が第１，第２吸気ポート11，12、さらには前記吸気通路に還流され、両吸気弁13，14はほぼ同じ閉時期T3，T5に閉弁される。
【００２３】
このように、第１，第２吸気弁13，14は下死点後のほぼ同じ閉時期T3，T5に閉弁されるため、前記所要量の吸気の還流は、第２吸気ポート12からだけでなく、第１吸気ポート11からも行われるので、第２吸気弁14の最大リフト量は第１吸気弁13のそれよりも小さくてよく、その開弁期間も前記従来技術に比べて短くてよい。その結果、第１吸気弁13は、圧縮行程時に燃焼室４内の吸気を第１吸気ポート11に還流させる下死点後まで開弁されているので、その最大リフト量を大きく設定することができて、第１吸気ポート11から流入する吸気により、燃焼室４内で、シリンダボア1aの中心軸線Ｌの回りに強いスワールＳを生成することが可能となる。しかも、第２吸気弁14は、第１吸気弁13の開時期T1よりも遅い時期であって、該開時期T1よりも第１吸気弁13が最大リフト量で開弁される時期T2に近い開時期T4に開弁されること、および第２吸気弁14の最大リフト量が第１吸気弁13のそれよりも小さいことから、スワールＳの向きに対向して燃焼室４に開放するストレートポートから構成される第２吸気ポート12から流入する吸気がスワールＳを減衰させることが抑制される。これによって、吸気が還流された後も、燃焼室４には強いスワールＳが存することになり、燃費の改善のために希薄燃焼させる際にも良好な燃焼性が得られる。
【００２４】
また、第２吸気ポート12はスワールＳの向きに対向して燃焼室４に開放するストレートポートから構成されているので、第１吸気ポート11からの吸気により強いスワールＳが生成されるにも拘わらず、第２吸気ポート12を通って還流する吸気は、小さい通気抵抗で、円滑に第２吸気ポート12に流入し、還流される吸気の所要量を容易に確保することができ、それによって、スワールＳの向きとは反対方向に向いて燃焼室４に開放していること、および通路面積が小さくされ通気抵抗が大きくなっていることに起因して、燃焼室４から吸気が流出し難くなっている第１吸気ポート11を通じて還流される吸気量の不足分を補償することができる。
【００２５】
シリンダヘッド２の内部で吸気ポート10から分岐する第１，第２吸気ポート11，12は、シリンダヘッド２内で連通しているので、第２吸気ポート12を経て還流される吸気は、シリンダヘッド２内を流れて第１吸気ポート11に流入する。その結果、第２吸気ポート12を経て還流される吸気は、比較的温度が高いシリンダヘッド２の熱を受けて、混合気の燃料液滴の気化が促進されて、着火され易い状態に近づくことから、次の吸気行程時に、この着火され易くなった混合気を含む吸気が第１吸気ポート11から燃焼室４内に流入して燃焼するので、さらに希薄な混合気での運転が可能となって、燃費が改善される。
【００２６】
以下、前述した実施例の一部の構成を変更した実施例について、変更した構成に関して説明する。
前記実施例では、第１，第２吸気ポート11，12はシリンダヘッド２内で吸気ポート10が分岐することにより形成されたが、第１，第２吸気ポートを、シリンダヘッド２内では相互に連通しない独立したポートとして形成することもでき、その場合は、吸気通路において第１吸気ポートと第２吸気ポートとが連通される。
【００２７】
前記実施例では、吸気ポート10は、燃焼室４に吸気口11a，12aにて開口する２つの吸気ポート11，12を有するものであったが、吸気ポートが、燃焼室４に吸気口にて開口する３以上の吸気ポートを有するものであってもよく、その場合は、それらポートのうち、２つの吸気ポートに対して本発明が適用される。
第１吸気ポート11は、前記実施例ではヘリカルポートから構成されたが、シリンダボア1aの中心軸線Ｌの方向から見て、シリンダの内周面の接線方向に延びるストレートポートにより構成されてもよく、さらに他のスワール生成手段を有するポートにより構成されてもよい。また、内燃機関は、前記実施例では単気筒であったが、多気筒であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例である内燃機関のシリンダヘッドの概略の下面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線での要部断面図である。
【図３】図１の内燃機関の吸気弁および排気弁の開閉時期およびリフト量を示すグラフである。
【図４】図１の内燃機関の２つの吸気弁の最大リフト量の差とスワール比の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１…シリンダ、1a…シリンダボア、２…シリンダヘッド、３…ピストン、４…燃焼室、５…点火栓、６…カム軸、
10…吸気ポート、11…第１吸気ポート、12…第２吸気ポート、13，14…吸気弁、
20…排気ポート、21…排気弁、
Ｅ…内燃機関、Ｌ…シリンダボアの中心軸線、Ｓ…スワール。
【図１】
0004878694.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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