(57)【要約】【課題】内燃機関の温度変化により、弁リフト量が変化するのを防止できるガス燃料内燃機関を提供する。【解決手段】クランク室圧縮式２行程のガス燃料内燃機関であって、動弁機構３１によるポペット弁２０の弁リフト量を、暖機開始時と暖機終了時とで略同一とするバルブクリアランス補正機構（弁リフト量固定手段）２３を備える。【選択図】      図２
2009097338.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランク室圧縮式２行程のガス燃料内燃機関であって、
燃焼室に開口する燃焼室開口と、該燃焼室開口に連通する燃料供給通路と、弁軸の一端に形成された傘状の弁頭により前記燃焼室開口を開閉するポペット弁と、該ポペット弁を開閉駆動する動弁機構と、前記燃料供給通路にガス燃料を供給する燃料供給弁と、前記動弁機構による前記ポペット弁の弁リフト量を、暖機開始時と暖機終了時とで略同一とする弁リフト量固定手段とを備えたことを特徴とするガス燃料内燃機関。
【請求項２】
請求項１において、前記弁リフト量固定手段は、前記動弁機構と前記ポペット弁との間に形成されるバルブクリアランスを常時零とするバルブクリアランス補正機構により構成されていることを特徴とするガス燃料内燃機関。
【請求項３】
請求項１において、前記動弁機構は、カム軸と、該カム軸と前記ポペット弁の弁軸との間に介設され、一端部で該弁軸を押圧するロッカアームとを有し、前記バルブクリアランス補正機構は、前記ロッカアームの他端部を前記一端部が前記弁軸に常時当接するよう押圧付勢しつつ支持する支持部材を有することを特徴とするガス燃料内燃機関。  
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クランク室圧縮式２行程のガス燃料内燃機関に関し、詳細には燃焼室開口を開閉するポペット弁と、該ポペット弁を開閉駆動する動弁機構とのバルブクリアランス調整構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
クランク室圧縮式の２サイクル内燃機関では、燃料の吹き抜けを抑制するために、燃料を燃焼室内に直接供給する場合がある。例えば、特許文献１では、燃焼室に開口する燃焼室開口をポペット弁により開閉し、燃焼室開口に連通接続された燃料供給通路からガソリン燃料を燃焼室に直接供給するようにしている。
【０００３】
一方、２サイクル内燃機関では、ＣＯ2排出量低減や燃料コストの低減を図る等のために、ガソリン燃料に代えてガス燃料を用いることが検討されている。
【０００４】
そして、ガス燃料をポペット弁により燃焼室開口から直接供給するものでは、ポペット弁の弁リフト量を、約１ｍｍ程度とガソリン燃料を使用する場合の動弁機構のリフト量より大幅に小さくすることにより、燃料の燃焼室内への貫通力を高め、燃料と空気との混合，霧化を促進する方法が採用可能である。
【特許文献１】特開平１０−３２５３８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、弁リフト量を小さく設定した場合、僅かな弁リフト量の変化であってもガス燃料の噴射量が大きく変化するという問題が生じる。この問題を回避するためには、弁リフト量を高精度に安定させることが必要となる。しかし内燃機関の温度変化による熱膨張や動弁機構の磨耗によりバルブクリアランスが変化し、これに伴ってポペット弁の弁リフト量が変化するという問題がある。その結果、燃料噴射量が変化し、空燃比にばらつきが生じ、排気ガスの性状や燃費が悪化するという不具合が生じる。
【０００６】
本発明は、前記従来の状況に鑑みてなされたもので、内燃機関の温度変化により、弁リフト量が変化するのを防止できるガス燃料内燃機関を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の発明は、クランク室圧縮式２行程のガス燃料内燃機関であって、燃焼室に開口する燃焼室開口と、該燃焼室開口に連通する燃料供給通路と、弁軸の一端に形成された傘状の弁頭により前記燃焼室開口を開閉するポペット弁と、該ポペット弁を開閉駆動する動弁機構と、前記燃料供給通路にガス燃料を供給する燃料供給弁と、前記動弁機構による前記ポペット弁の弁リフト量を、暖機開始時と暖機終了時とで略同一とする弁リフト量固定手段とを備えたことを特徴としている。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１において、前記弁リフト量固定手段は、前記動弁機構と前記ポペット弁との間に形成されるバルブクリアランスを常時零とするバルブクリアランス補正機構により構成されていることを特徴としている。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項１において、前記動弁機構は、カム軸と、該カム軸と前記ポペット弁の弁軸との間に介設され、一端部で該弁軸を押圧するロッカアームとを有し、前記バルブクリアランス補正機構は、前記ロッカアームの他端部を前記一端部が前記弁軸に常時当接するよう押圧付勢しつつ支持する支持部材を有することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
通常、内燃機関においては、弁軸と動弁機構との間に０．１〜０．３ｍｍ程度のバルブクリアランスを設けるのが一般的である。そしてこのバルブクリアランスは、シリンダヘッドと弁の材質の違いによる熱膨張率の差により一般的に暖機運転の進行に伴って機関温度が上昇すると大きくなる。一方、前記ポペット弁式ガス燃料内燃機関の場合、前記通常のバルブクリアランスを設けた場合、該バルブクリアランスの弁リフト量に対する割合は、通常のガソリン機関における割合と比べて極端に大きい。そのため暖機運転が進むに連れてバルブクリアランスが増加すると弁リフト量が減少し、それだけ燃料噴射量が減少して空燃比が変化する。
【００１１】
請求項１の発明に係るガス燃料内燃機関によれば、動弁機構によるポペット弁の弁リフト量を、暖機開始時と暖機終了時とで略同一とする弁リフト量固定手段を設けたので、内燃機関の温度変化による熱膨張差や動弁機構の磨耗が生じても、弁リフト量はほとんどの変化しない。その結果、燃料噴射量の変化を抑制することができ、空燃比のばらつきによる排気ガスの性状や燃費の悪化を回避できる。
【００１２】
請求項２の発明では、バルブクリアランス補正機構により、動弁機構とポペット弁とのバルブクリアランスを常時零としたので、暖機の進行に伴って弁リフト量が変化するのを防止でき、ひいてはガス燃料噴射量が変化するのを防止できる。
【００１３】
請求項３の発明では、ロッカアームの一端部がポペット弁の弁軸に常時当接するよう該ロッカアームの他端部を押圧付勢しつつ支持する支持部材を設けたので、動弁機構とポペット弁とのバルブクリアランスを常時零にでき、弁リフト量の変化を防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１５】
図１ないし図４は、本発明の一実施形態によるガス燃料内燃機関を説明するための図であり、図１，図２はガス燃料内燃機関の断面図、図３はポペット弁を開閉駆動する動弁機構の断面図、図４はポペット弁の弁開度と弁リフト量との関係を示す特性図である。
【００１６】
図において、１はクランク室圧縮式２サイクルのガス燃料内燃機関であり、該ガス燃料内燃機関１は以下の概略構造を有する。上下分割式のクランクケース２の上合面２ｃにシリンダブロック３が接続され、該シリンダブロック３の上合面３ｄにシリンダヘッド４が接続されている。そして前記クランクケース２のクランク室２ａ内にクランク軸５が収容配置され、また前記シリンダブロック３のシリンダボア（気筒）３ａ内にピストン６が摺動自在に配置されており、該ピストン６はコンロッド７を介して前記クランク軸５のクランクピン５ａに連結されている。
【００１７】
前記クランクケース２には、クランク室２ａに連通する吸気通路２ｂが形成されている。この吸気通路２ｂには、クランク室２ａ内に流入した空気の逆流を阻止するリード弁１０が配置されている。
【００１８】
また前記吸気通路２ｂの外部開口には、スロットル弁１１を内蔵するスロットルボディ１２が接続され、該スロットルボディ１２の上流側にはエアクリーナ１３が接続されている。
【００１９】
前記シリンダブロック３の気筒軸線ａを挟んだ吸気通路２ｂの反対側には排気ポート３ｂが形成されている。該排気ポート３ｂには、図示してないが、排気管が接続され、該排気管の下流端にはマフラが接続される。
【００２０】
前記シリンダブロック３には、前記ピストン６の下降によりクランク室２ａで圧縮された空気又はガソリン燃料との混合気をシリンダボア３ａ内に導入する複数の掃気ポート３ｃが形成されている。この各掃気ポート３ｃのシリンダボア３ａ側開口は、排気ポート３ｂのシリンダボア側開口を囲むように周方向に所定間隔をあけて配置されている。
【００２１】
前記シリンダヘッド４のシリンダボア３ａに対向する下合面部分には、燃焼凹部４ａが形成されている。該燃焼凹部４ａと、シリンダボア３ａと、排気ポート閉じ位置に上昇したピストン６の頂面６ａとで囲まれた空間が燃焼室１８となっている。
【００２２】
前記シリンダヘッド４には点火プラグ１９が装着され、該点火プラグ１９の電極部１９ａは燃焼凹部４ａの内表面付近に位置している。この点火プラグ１９は、クランク軸方向に見ると、気筒軸線ａより排気ポート３ｂ側に、かつ該気筒軸線ａに対して所定角度をなすよう傾斜させて配置されている。
【００２３】
前記ガス燃料内燃機関１は、前記燃焼室１８に開口する燃焼室開口４ｂと、該燃焼室開口４ｂに連通する燃料供給通路２１と、前記燃焼室開口４ｂを開閉するポペット弁２０と、該ポペット弁２０を開閉駆動する動弁機構３１と、前記燃料供給通路２１にガス燃料を供給するガス燃料供給弁２２とを備えている。
【００２４】
そしてガス燃料内燃機関１は、前記動弁機構３１による前記ポペット弁２０の弁リフト量を、暖機開始時と暖機終了時とで同一とするバルブクリアランス補正機構（弁リフト量固定手段）２３とを備えており、詳細には以下の構造を有する。
【００２５】
ここで、前記内燃機関１は、該内燃機関１の機関回転数，スロットル開度等に基づく運転状態に応じて点火プラグ１９の点火時期、ガス燃料供給弁２２からのガス燃料供給量，供給時期を制御するＥＣＵ（不図示）を備えている。
【００２６】
前記燃焼室開口４ｂは、前記シリンダヘッド４の燃焼凹部４ａの気筒軸線ａを挟んだ点火プラグ１９の反対側に該点火プラグ１９に隣接するよう形成されている。
【００２７】
前記燃料供給通路２１は、前記燃焼室開口４ｂに連通する主蓄圧室３８と、該主蓄圧室３８に連通路３９を介して連通する副蓄圧室４０とを有する。
【００２８】
前記主蓄圧室３８は、シリンダヘッド４に燃焼室開口４ｂに続くポペット弁２０の下部外周部を囲むように形成されている。該主蓄圧室３８の容積は、副蓄圧室４０の容積より小さい値に設定されている。詳細には、主蓄圧室３８の容積は、最小負荷運転時における必要なガス燃料量を確保でき、かつ燃焼室１８内を貫通するガス圧力を保持できる容積に設定されている。
【００２９】
前記副蓄圧室４０は、シリンダヘッド４の気筒軸線ａを挟んだ排気ポート３ｂの反対側端面に接続された蓄圧タンク４１により構成されている。
【００３０】
前記主蓄圧室３８と、連通路３９を含む副蓄圧室４０とを加えた前記燃料供給通路２１の全容積は、最大負荷運転時における必要なガス燃料量を確保できる大きさに設定されている。
【００３１】
前記ガス燃料供給弁２２は、ソレノイド式のものであり、カム収容部４ｄと蓄圧タンク４１との間に、かつポペット弁２０側に近接するよう配置されている。該ガス燃料供給弁２２は、燃料噴射口２２ａが前記連通路３９の主蓄圧室３８近傍に位置するようシリンダヘッド４に装着されている。ガス燃料供給弁２２から供給されたガス燃料は、連通路３９から主蓄圧室３８，副蓄圧室４０に蓄えられ、ポペット弁２０が開くと燃焼室開口４ｂから燃焼室１８内に噴射供給される。
【００３２】
前記ポペット弁２０は、クランク軸方向に見ると、気筒軸線ａを挟んだ排気ポート３ｂの反対側に、かつ該気筒軸線ａに対して所定角度をなすよう傾斜させて配置されている。詳細には、ポペット弁２０は、これの中心線ｃの延長線がピストン６の下死点近傍位置にて気筒軸線ａに交差するよう配置されている。
【００３３】
前記ポペット弁２０は、棒状の弁軸２０ａと、該弁軸２０ａの下端に形成された円板傘状の弁頭２０ｂとを有し、該弁頭２０ｂの弁裏面が前記燃焼室開口４ｂの周縁に当接している。
【００３４】
前記ポペット弁２０の弁軸２０ａは、シリンダヘッド４に圧入固定された円筒状のバルブガイド２４により摺動自在に支持されている。また前記弁軸２０ａの上端部にはリテーナ２５が装着され、該リテーナ２５とシリンダヘッド４のばね受け座４ｃとの間には、ポペット弁２０を常時閉方向に付勢するばね２６が介設されている。
【００３５】
前記弁軸２０ａとバルブガイド２４との間には、両者の隙間に侵入したガス燃料を掃気ポート３ｃに戻すリーク燃料導入通路２７が形成されている。
【００３６】
前記シリンダヘッド４の上部には、ポペット弁２０を囲むように上方に延びる大略筒状のカム収容部４ｄが形成され、該カム収容部４ｄの上端開口には軸受キャップ部材２８ａが配置されている。このようにして油密なカム室３０が形成されている。
【００３７】
前記カム室３０内に前記動弁機構３１が配設されている。この動弁機構３１は、カム軸３５と、該カム軸３５とポペット弁２０の弁軸２０ａとの間に介設されたロッカアーム３３とを有している。
【００３８】
該ロッカアーム３３は、その先端部（一端部）３３ｂが前記ポペット弁２０の弁軸２０ａの上端面に当接しており、基部（他端部）３３ａが前記バルブクリアランス補正機構２３により支持されている。
【００３９】
また前記ロッカアーム３３にはカム当接ローラ３４が回転自在に装着され、該カム当接ローラ３４に前記カム軸３５が転接している。このカム軸３５は、クランク軸５と平行に配置され、不図示のタイミングベルトを介して該クランク軸５により回転駆動される。前記カム軸３５の回転に伴って、該カム軸３５のカムノーズ３５ａ，３５ａがロッカアーム３３を介してポペット弁２０を開閉駆動する。該カム軸３５のカムノーズ３５ａは、ポペット弁２０の弁リフト量及び開弁期間に対応した形状を有している。
【００４０】
前記バルブクリアランス補正機構２３は、前記動弁機構３１とポペット弁２０との間、つまりロッカアーム３３の先端部３３ｂとポペット弁２０の弁軸２０ａの上端面との間に形成されるバルブクリアランスｔを常時零とするよう構成されている。
【００４１】
前記ポペット弁２０の弁リフト量は、０．７〜１ｍｍ程度に設定されており、また前記バルブクリアランス補正機構２３によるバルブクリアランス補正量は０．１〜０．３ｍｍ程度であり、従ってバルブクリアランス補正量は弁リフト量の１／７〜１／３．３程度である。
【００４２】
前記バルブクリアランス補正機構２３は、シリンダヘッド４のカム収容部４ｄ内に形成された収容孔４ｆ内に挿入固定されたシリンダ部２３ａと、該シリンダ部２３ａ内に進退可能に挿入された砲弾状の支持部材２３ｂとを有する。前記シリンダ部２３ａ内には、ロッカアーム３３の先端部３３ｂが弁軸２０ａに常時当接するよう前記支持部材２３ｂを付勢するリターンばね（不図示）が配置されている。
【００４３】
また前記カム収容部４ｄには、前記シリンダ部２３ａ内に油圧を供給する油圧通路４ｇが形成されており、該油圧通路４ｇに油圧が供給されるとシリンダ部２３ａがロッカアーム３３を支持し、油圧が開放されるとロッカアーム３３はフリーとなり、ロッカアーム３３を支持しない。
【００４４】
このようにして前記バルブクリアランス補正機構２３の支持部材２３ｂは、ロッカアーム３３の基部３３ａを先端部３３ｂがポペット弁２０の弁軸２０ａに常時当接するよう押圧付勢しつつ支持している。
【００４５】
本実施形態によれば、動弁機構３１によるポペット弁２０の弁リフト量を、暖機開始時と暖機終了時とで略同一とするバルブクリアランス補正機構２３を設けたので、該バルブクリアランス補正機構２３によりロッカアーム３３とポペット弁２０の弁軸２０ａとの間に形成されるバルブクリアランスｔを常時零とすることができる。これにより、ガス燃料内燃機関１の暖機状態の変化による熱膨張差や磨耗が生じても、バルブクリアランスｔを常時零として弁リフト量の変化をなくすことができる。その結果、ガス燃料の噴射量の変化をなくすことができ、空燃比のばらつきによる排気ガスの性状や燃費の悪化を防止できる（図４参照）。
【００４６】
ちなみに、バルブクリアランス補正機構２３を用いない場合、ポペット弁２０の材質を耐熱鋼、シリンダヘッド４の材質をアルミニュウム合金、ポペット弁長８０ｍｍとし、シリンダヘッドの暖機運転開始時（２０度）と暖機運転終了時（３００度）との温度差を２８０度とすると、バルブクリアランスの増加は約０．１３ｍｍとなる。暖機運転前の設定弁リフト量を０．７５ｍｍとすると、暖機運転後の弁リフト量は約０．１３ｍｍ減少して約１７％減少する。このため暖機運転後では、ガス燃料噴射量が約１７％減少することとなり、暖機期間中に空燃比がばらつき排気ガス性状や燃費が悪化する。また、バルブシートやポペット弁の弁頭２０ｂの磨耗によっても、同様にバルブクリアランスが変化し、初期設定値に対して空燃比がばらつくこととなる。
【００４７】
本実施形態では、バルブクリアランス補正機構２３の支持部材２３ｂにより、ロッカアーム３３をポペット弁２０の弁軸２０ａに常時当接するよう押圧付勢しつつ支持したので、動弁機構３１のロッカアーム３３とポペット弁２０とのバルブクリアランスｔを常時零にでき、弁リフト量の変化を確実に防止できる。
【００４８】
なお、前記実施形態では、弁リフト量固定手段として機能するバルブクリアランス補正機構２３を、ロッカアーム３３の基部３３ａを支持部材２３ｂで上方に付勢支持することにより、ロッカアーム３３の先端部３３ｂをポペット弁２０の弁軸２０ａに常時当接させる構造としたが、本発明のバルブクリアランス補正機構は、これに限られるものではない。例えばロッカ軸で揺動可能に支持されたロッカアームの先端部にバルブクリアランス吸収機構を内蔵したタイプ、あるいはバルブクリアランス吸収機構を内蔵した直動用油圧リフタタイプも採用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の一実施形態によるガス燃料内燃機関の断面図である。
【図２】前記ガス燃料内燃機関のシリンダヘッド部分の断面図である。
【図３】前記ガス燃料内燃機関の動弁機構の断面図である。
【図４】前記実施形態のポペット弁の弁開度と弁リフト量との関係を示す特性図である。
【符号の説明】
【００５０】
１  ガス燃料内燃機関
４ｂ  燃焼室開口
１８  燃焼室
２０  ポペット弁
２０ａ  弁軸
２０ｂ  弁頭
２１  燃料供給通路
２２  ガス燃料供給弁
２３  バルブクリアランス補正機構（弁リフト量固定手段）
２３ｂ  支持部材
３１  動弁機構
３３  ロッカアーム
３３ａ  基部（他端部）
３３ｂ  先端部（一端部）
３５  カム軸
ｔ  バルブクリアランス
【図１】
2009097338.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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