JP2012180798A - 車両の吸気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成でシリンダ内に渦流を発生させることができる車両の吸気装置を提供する。
【解決手段】エンジンＥの吸気量を制御するスロットルバルブ４２は、その回動軸４２Ａが吸気通路ＫＴの中心軸Ｂ１からオフセットして配置される。
【選択図】図２

Description

本発明は、エンジンの吸気通路にスロットルバルブを有する車両の吸気装置に関する。

吸気通路に連続して吸気バルブを介してシリンダに吸気する吸気ポートを有するエンジンと、エンジンの吸気通路を横断する軸周りに回動し、吸気量を制御するスロットルバルブとを備える車両が知られている。
この種の車両には、スロットルバルブを２つ具備し、上流側のスロットルバルブの回動軸心を下流側のスロットルバルブの回動軸心に対して、吸気通路長さ方向に見て交差するように配置したものが開示されている（例えば、特許文献１参照）。この構成によれば、一方の吸気ポートからシリンダ内に供給される吸気にスワールを発生させ、燃焼状態を向上させることができる。

特開２００５−４２６５５号公報

しかしながら、従来の構成では、２つのスロットルバルブを含む吸気系が必要となるため、吸気系のレイアウトに要する広いスペースが必要になり、部品点数が増えてしまう。また、２つのスロットルバルブを制御するため、制御が複雑になるという課題もある。
本発明は、上述した事情を鑑みてなされたものであり、簡易な構成でシリンダ内に渦流を発生させることができる車両の吸気装置を提供することを目的としている。

上述した課題を解決するため、本発明は、吸気通路（ＫＴ）に連続して吸気バルブ（３２）を介してシリンダ（１２Ａ）に吸気する吸気ポート（３１）を有するエンジン（Ｅ）と、エンジン（Ｅ）の吸気通路（ＫＴ）を横断する軸周りに回動し、吸気量を制御するスロットルバルブ（４２）とを備える車両の吸気装置において、前記スロットルバルブ（４２）は、その回動軸（４２Ａ）が前記吸気通路（ＫＴ）の中心軸（Ｂ１）からオフセットして配置されることを特徴とする。
この構成によれば、吸気量を制御するスロットルバルブは、その回動軸が吸気通路の中心軸からオフセットして配置されるので、スロットルバルブの回動軸の位置を偏芯させる、という簡易な構成で、シリンダ内に渦流を発生し易くすることができ、燃焼状態を向上させることができる。

上記構成において、前記スロットルバルブ（４２）の回動軸（４２Ａ）は、前記シリンダ（１２Ａ）に直交する方向に配置され、前記吸気通路（ＫＴ）の中心軸（Ｂ１）に対し、シリンダ軸（Ａ１）に沿ってオフセットされるようにしてもよい。この構成によれば、シリンダ軸に沿った断面視でスロットルバルブの両端を通る吸気量に差をつけることができ、シリンダ内にタンブル流を発生し易くすることができる。
この場合、スロットルバルブ（４２）の回動軸（４２Ａ）は、前記シリンダ軸（Ａ１）に沿って前記吸気ポート（３１）から前記シリンダ（１２Ａ）の天井中心近傍に供給される吸気を増やす側にオフセットされるようにしてもよい。この構成によれば、よりシリンダ内に渦流を発生しやすくすることができ、燃焼状態を向上させることができる。

また、上記構成において、前記スロットルバルブ（４２）の回動軸（４２Ａ）を、前記シリンダ軸（Ａ１）に直交する軸（Ｃ１）に対して傾けるようにしてもよい。この構成によれば、スロットルバルブの回動軸の位置を偏芯及び回転させる、という簡易な構成で、シリンダ内にスワール流を含む渦流を発生し易くすることができ、燃焼状態を向上させることができる。
この場合、前記吸気ポート（３１）は２つ形成され、前記スロットルバルブ（４２）の回動軸（４２Ａ）は、一方の前記吸気ポート（３１）に供給される吸気を、他方の前記吸気ポート（３１）よりも増やすように前記シリンダ軸（Ａ１）に直交する軸（Ｃ１）に対して傾けられるようにしてもよい。この構成によれば、スワール流をより発生し易くできる。

また、上記構成において、前記スロットルバルブ（４２）は、前記エンジン（Ｅ）の吸気ポート（３１）に近接して配置されるようにしてもよい。この構成によれば、スロットルバルブの開閉に応じてシリンダの吸気量を迅速に可変できると共に、スロットルバルブでバランスを変えた吸気をそのままシリンダへ送ることができる。このため、エンジンの操作性向上と燃焼状態の向上とを図ることができる。

本発明では、吸気量を制御するスロットルバルブは、その回動軸が吸気通路の中心軸からオフセットして配置されるので、スロットルバルブの回動軸の位置を偏芯させる、という簡易な構成で、シリンダ内に渦流を発生し易くすることができ、燃焼状態を向上させることができる。
また、スロットルバルブの回動軸が、シリンダに直交する方向に配置され、吸気通路の中心軸に対し、シリンダ軸に沿ってオフセットされるようにすれば、シリンダ軸に沿った断面視でスロットルバルブの両端を通る吸気量に差をつけてタンブル流を発生し易くすることができる。
また、スロットルバルブの回動軸は、シリンダ軸に沿って吸気ポートからシリンダの天井中心近傍に供給される吸気を増やす側にオフセットされるようにすれば、よりシリンダ内に渦流を発生しやすくすることができ、燃焼状態を向上させることができる。

また、スロットルバルブの回動軸を、シリンダ軸に直交する軸に対して傾けるようにすれば、スロットルバルブの回動軸の位置を偏芯及び回転させる、という簡易な構成で、シリンダ内にスワール流を含む渦流を発生し易くすることができ、燃焼状態を向上させることができる。
また、吸気ポートは２つ形成され、スロットルバルブの回動軸は、一方の吸気ポートに供給される吸気を、他方の吸気ポートよりも増やすようにシリンダ軸に直交する軸に対して傾けられるようにすれば、スワール流をより発生し易くできる。
また、スロットルバルブは、エンジンの吸気ポートに近接して配置されるようにすれば、スロットルバルブの開閉に応じてシリンダの吸気量を迅速に可変できると共に、スロットルバルブでバランスを変えた吸気をそのままシリンダへ送ることができ、エンジンの操作性向上と燃焼状態の向上とを図ることができる。

本発明の第１実施形態に係る吸気装置を備えたパワーユニットを示す図である。 吸気通路を周辺構成と共に示す図である。 （Ａ）は、オフセットされた回動軸でスロットルバルブを開いた状態を示し、（Ｂ）は、オフセットされていない回動軸でスロットルバルブを開いた状態を示す図である。 （Ａ）は、第２実施形態の吸気通路を周辺構成と共に示す図であり、（Ｂ）は、スロットルバルブを車体後側から見た図である。 吸気通路を周辺構成と共に斜め上方から見た斜視図である。

以下、図面を参照して本発明の一実施の形態について説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る吸気装置を備えたパワーユニットＰを示す。
このパワーユニットＰは、自動二輪車に搭載されるパワーユニットであり、エンジン（内燃機関）Ｅと、エンジンＥのクランクケースに設けられる変速機Ｍを一体に備えている。なお、図中、符号ＦＲは、このパワーユニットＰを自動二輪車に搭載した場合の前方向を示し、符号ＵＰは上方向を示しており、以下の説明中、前後左右及び上下といった方向の記載は、特に記載がなければ車体に対する方向と同一とする。

エンジンＥは、クランクケース１１と、シリンダ部１２とを備え、シリンダ部１２に単一のシリンダ（シリンダボアとも言う）１２Ａを備えた４サイクル単気筒エンジンである。
シリンダ部１２は、シリンダブロック１３と、シリンダヘッド１４と、ヘッドカバー１５とを備え、シリンダブロック１３のシリンダ１２Ａには、ピストン２１が摺動自在に収容され、クランクケース１１には、ピストン２１にコンロッド２２を介して連結されたクランクシャフト２３が回転自在に支持される。

クランクケース１１には、クランクシャフト２３と平行にメインシャフト２４及びカウンタシャフト２５が回転自在に支持され、このメインシャフト２４とカウンタシャフト２５とに互いに噛み合って複数の変速段を構成するギア列が設けられ、これらによって変速機Ｍが構成されている。この変速機Ｍは、シフトドラム２６の回転によって作動する一対のシフトフォーク２７，２８によって、いずれか一つの変速段が選択される。
これによって、エンジンＥの回転（クランクシャフト２３の回転）がメインシャフト２４に伝達された後、所定の変速比でカウンタシャフト２５に伝達される。このカウンタシャフト２５の回転は、自動二輪車の駆動輪（後輪）に伝達される。なお、このパワーユニットＰでは、カウンタシャフト２５がパワーユニットＰの出力軸を兼用しているが、これに限らず、カウンタシャフト２５とは独立した出力軸を設けてもよい。

シリンダヘッド１４は、シリンダ１２Ａの開口を閉塞してピストン２１と共に燃焼室Ｒを形成する。このエンジンＥは、４バルブであり、シリンダヘッド１４には、燃焼室Ｒに開口する吸気ポート３１及び排気ポート（不図示）が２つずつ形成されると共に、吸気ポート３１を開閉する吸気バルブ３２と、排気ポートを開閉する排気バルブ（不図示）とが設けられる。また、シリンダヘッド１４とヘッドカバー１５との間には、各バルブを駆動する動弁機構３３が配置される。

図２は、エンジンＥの吸気通路を周辺構成と共に示す図である。
図１及び図２に示すように、吸気ポート３１は、燃焼室Ｒに開口する開口端（出口開口端）３１Ａからシリンダ１２Ａの軸線（シリンダ軸）Ａ１に略沿って上方に延びた後に、このシリンダ軸Ａ１から徐々に離れるように屈曲して後方に延びる屈曲吸気経路に形成されており、シリンダヘッド１４の背面に、エンジンＥの吸気口となる入口開口端３１Ｂ（図２参照）が設けられる。
２つの吸気ポート３１の入口開口端３１Ｂには、吸気管３５を介して単一のスロットルボディ（吸気装置）４１が連結され、このスロットルボディ４１を介して不図示のエアクリーナで清浄化された空気がエンジンＥに供給される。つまり、スロットルボディ４１は、エアクリーナとエンジンＥとの間の吸気通路を形成している。

このスロットルボディ４１或いはスロットルボディ４１の下流には、燃焼室Ｒ（シリンダ１２Ａ）に向けて燃料を供給する不図示の燃料噴射装置が取り付けられ、燃料と空気とがエンジンＥに供給される。
また、シリンダヘッド１４には、点火プラグ３６（図２参照）がその先端を燃焼室Ｒの中心（シリンダ軸Ａ１が通る位置）に臨ませて取り付けられ、この点火プラグ３６が図示せぬ点火装置を介して点火制御されるようになっている。

図２に示すように、スロットルボディ４１は、その内部にバタフライ式のスロットルバルブ（吸気絞り弁）４２を備え、このスロットルバルブ４２が、吸気通路ＫＴを横断する回動軸４２Ａを支点にして回動することによって、吸気通路ＫＴを略全閉の状態から略全開の状態まで開閉し、エンジンＥに供給される吸入空気量つまり、吸気量を可変する。
同図に示すように、このスロットルボディ４１は、エンジンＥの吸気口となる入口開口端３１Ｂに近接配置され、エンジンＥの吸気口近傍で吸気量を可変する。このため、スロットルバルブ４２の開閉に応じてエンジンＥの吸気量を迅速に可変でき、乗員（運転者）のスロットル操作に応じて迅速にエンジン出力を可変できる。

また、本実施形態では、このエンジンＥ近傍に配置されるスロットルバルブ４２の回動軸４２Ａが、スロットルボディ４１によって形成される吸気通路ＫＴの中心軸Ｂ１からオフセットして配置されている。
図３（Ａ）は、オフセットされた回動軸４２Ａでスロットルバルブ４２を開いた状態を示し、図３（Ｂ）は、オフセットされていない回動軸４２Ａでスロットルバルブ４２を開いた状態を示している。
スロットルバルブ４２は回動軸４２Ａを支点に回動するため、図３（Ａ）に示すように、オフセットされている場合には、スロットルバルブ４２を開くと、回動軸４２Ａに直交する断面視でスロットルバルブ４２の両端に形成される開口量（開口面積）Ｋ１，Ｋ２に差ができる。従って、開口量が大きい方（開口量Ｋ１）が、開口量が小さい方（開口量Ｋ２）よりも多く空気が通過し、スロットルバルブ４２両端の空気量が偏ることになる。
一方、図３（Ｂ）に示すように、オフセットされていない場合には、スロットルバルブ４２を開くと、回動軸４２Ａに直交する断面視でスロットルバルブ４２の両端に形成される開口量（開口面積）Ｋ１，Ｋ２は常に同じであり、スロットルバルブ４２両端の空気量は偏らない。

すなわち、スロットルバルブ４２の回動軸４２Ａを吸気通路ＫＴの中心軸Ｂ１からオフセットすれば、回動軸４２Ａに直交する断面視で、吸気通路ＫＴの中心軸Ｂ１を境にしたスロットルバルブ４２の両端で空気量に差をつけることができる。しかも、このスロットルバルブ４２は、エンジンＥの吸気ポート３１に近接して配置されるので、その空気量に差をつけた状態のままエンジンＥに吸気することができる。このため、燃料と混合した吸気（混合気）は、燃焼室Ｒ内で特定方向の流れが強くなり、渦を発生させることができる。

より具体的には、本構成では、図２に示すように、スロットルバルブ４２の回動軸４２Ａを、シリンダ軸Ａ１に対して直交する方向（パワーユニットＰの幅方向と一致）に延びる軸にすると共に、シリンダ軸Ａ１に沿った一方側（下側）にオフセットしている。
この構成によれば、シリンダ軸Ａ１に沿った断面視で、吸気通路ＫＴの中心軸Ｂ１を境にした一方側（下側）と他方側（上側）とで空気量に差ができ、吸気ポート３１から燃焼室Ｒの天井中心近傍に供給される吸気（「ポート上側吸気（第１吸気）Ｗ１」という）が、吸気ポート３１から燃焼室Ｒの天井中心から離れた領域に供給される吸気（「ポート下側吸気（第２吸気）Ｗ２」という）よりも多くなる。

従って、燃焼室Ｒ内では、ポート上側吸気Ｗ１の流れが支配的となり、燃料と混合した吸気（混合気）は、燃焼室Ｒの天井中心から天井面１２Ｂに案内されて燃焼室Ｒの壁面１２Ｃへと流れ、壁面１２Ｃに案内されて底面（ピストン２１）へ向かって流れ、底面（ピストン２１）にて天井面１２Ｂに向かう流れへと向きを変える。これにより、燃焼室Ｒ内に、縦旋回流れであるタンブル流の渦を生成でき、この筒内流によって燃焼を促進させることができ、燃焼状態が向上する。

また、スロットルバルブ４２の回動軸４２Ａのオフセット量Ｌ１を変更すれば、ポート上側吸気Ｗ１とポート下側吸気Ｗ２との風量差を変えることができ、このオフセット量Ｌ１の調整によって燃料促進に有利な渦流に調整することが可能である。
ここで、図２では、スロットルバルブ開度を２０度にした場合を示しているが、スロットルバルブ開度が零度〜９０度の間で吸気を偏らせることができる。特に、スロットルバルブ開度が低開度であるほど、空気量のバランスが変わるので、エンジン低出力時に効率よくタンブル流を発生させることができ、エンジン低出力時の燃焼状態を効率よく向上させることが可能である。

以上説明したように、本実施の形態によれば、スロットルバルブ４２の回動軸４２Ａが、吸気通路ＫＴの中心軸Ｂ１からオフセットして配置されるので、スロットルバルブ４２の回動軸４２Ａの位置を偏芯させるだけの簡易な構成で、シリンダ１２Ａ内に渦流を発生し易くすることができ、燃焼状態を向上させることができる。
また、このスロットルバルブ４２の回動軸４２Ａを、シリンダ１２Ａに直交する方向に配置し、吸気通路ＫＴの中心軸Ｂ１に対し、シリンダ軸Ａ１に沿ってオフセットしたので、シリンダ軸Ａ１に沿った断面視でスロットルバルブ４２の両端を通る吸気量に差をつけることができ、シリンダ１２Ａ内にタンブル流を発生し易くすることができる。

しかも、この回動軸４２Ａを、シリンダ軸Ａ１に沿って吸気ポート３１からシリンダ１２Ａの天井中心近傍に供給される吸気（ポート上側吸気Ｗ１）を増やす側にオフセットしたので、よりシリンダ１２Ａ内に渦流を発生しやすくすることができ、燃焼状態を向上させることができる。この場合、シリンダ１２Ａの天井中心に点火プラグ３６を配置することで点火プラグ３６に向けて混合気を集約して流すことができ、これによっても燃焼状態を向上させることができる。
また、本構成のエンジンＥでは、スロットルバルブ４２が吸気ポート３１に近接して配置されるので、スロットルバルブ４２の開閉に応じてシリンダ１２Ａの吸気量を迅速に可変でき、かつ、スロットルバルブ４２でバランスを変えた吸気をそのままシリンダ１２Ａ内へ送ることができる。従って、エンジンＥの操作性向上と燃焼状態の向上とを図ることができる。

＜第２実施形態＞
図４（Ａ）（Ｂ）及び図５は、第２実施形態を示している。具体的には、図４（Ａ）は、エンジンＥの吸気通路ＫＴを周辺構成と共に示す図であり、図４（Ｂ）は、スロットルバルブ４２を車体後側から見た図であり、図５は、吸気通路ＫＴを周辺構成と共に斜め上方から見た斜視図である。
第２実施形態では、スロットルバルブ４２の回動軸４２Ａを、シリンダ軸Ａ１に直交する軸である水平軸Ｃ１に対して、角度θ１だけ傾けている点が、第１実施形態と異なる。ここで、この角度θ１は、鋭角の範囲内（０°＜θ１＜９０°）に設定され、本実施形態では３０°である。
このように、スロットルバルブ４２の回動軸４２Ａをシリンダ軸Ａ１に沿ってオフセットし、水平軸Ｃ１に対して角度θ１だけ傾けた場合には、図４（Ｂ）に示すように、回動軸４２Ａに直交する断面視でスロットルバルブ４２の左右の開口量（開口面積）Ｋ１，Ｋ２に差ができることになり（Ｋ１＞Ｋ２）、吸気ポート３１の上下かつ左右で空気量を偏らせることができる。

より具体的には、本実施形態では、スロットルバルブ４２の回動軸４２Ａを、シリンダ軸Ａ１に沿った一方側（下側）にオフセットし、かつ、水平軸Ｃ１に対して、角度θ１だけ傾けることによって、吸気ポート３１の上側かつ左右一方側を流れる第１吸気Ｗ１を、他の吸気（吸気ポート３１の下側かつ左右他方を流れる第２吸気Ｗ２等）よりも多くしている。
従って、上記第１吸気Ｗ１の流れが支配的となり、図５に示すように、２つの吸気ポート３１のうちの片側の吸気ポート３１に多く吸気を供給することができる。このため、図４及び図５に示すように、燃焼室Ｒ内に、縦旋回流れであるタンブル流とシリンダ軸Ａ１回りに旋回するスワール流を含む渦を生成することができ、より一層、筒内流を形成し易くでき、燃焼状態をより向上させることができる。

このように、本実施形態では、スロットルバルブ４２の回動軸４２Ａの位置を偏芯及び回転させるという簡易な構成で、シリンダ１２Ａ内にスワール流を発生し易くすることができ、燃焼状態を向上させることができる。
また、このスロットルバルブ４２の回動軸４２Ａを、一方の吸気ポート３１に供給される吸気を他方の吸気ポート３１よりも増やすように傾けるので、スワール流をより発生し易くできる。
また、本実施形態では、上記角度θ１を変更すれば、スワール流に影響する空気量のバランスを変えることができ、この角度θ１の調整によって燃焼促進に有利な渦流に調整することが可能である。
また、本実施形態においても、第１実施形態と同様に、スロットルバルブ４２が吸気ポート３１に近接して配置されるので、スロットルバルブ４２の開閉に応じてシリンダ１２Ａの吸気量を迅速に可変でき、かつ、スロットルバルブ４２でバランスを変えた吸気をそのままシリンダ１２Ａ内へ送ることができる。従って、エンジンＥの操作性向上と燃焼状態の向上とを図ることが可能である。

上述した実施形態は、あくまでも本発明の一態様を示すものであり、本発明の主旨を逸脱しない範囲で任意に変形及び応用が可能である。
例えば、上記実施形態では、４サイクル単気筒のエンジンＥの吸気装置に本発明を適用する場合について説明したが、これに限らず、様々なエンジンの吸気装置に本発明を広く適用可能である。
また、自動二輪車の吸気装置に本発明を適用する場合に限らず、鞍乗り型車両の吸気装置に本発明を広く適用することができる。なお、鞍乗り型車両とは、車体に跨って乗車する車両全般を含み、自動二輪車（原動機付き自転車も含む）のみならず、ＡＴＶ（不整地走行車両）に分類される三輪車両や四輪車両を含む車両である。

１２ シリンダ部
１２Ａ シリンダ（シリンダボア）
２１ ピストン
３１ 吸気ポート
３２ 吸気バルブ
４１ スロットルボディ（吸気装置）
４２ スロットルバルブ
４２Ａ 回動軸
Ｐ パワーユニット
Ｅ エンジン
Ｍ 変速機
Ａ１ シリンダ軸
Ｂ１ 吸気通路の中心軸
Ｃ１ シリンダ軸に直交する水平軸
ＫＴ 吸気通路

Claims (6)

1. 吸気通路（ＫＴ）に連続して吸気バルブ（３２）を介してシリンダ（１２Ａ）に吸気する吸気ポート（３１）を有するエンジン（Ｅ）と、エンジン（Ｅ）の吸気通路（ＫＴ）を横断する軸周りに回動し、吸気量を制御するスロットルバルブ（４２）とを備える車両の吸気装置において、
   前記スロットルバルブ（４２）は、その回動軸（４２Ａ）が前記吸気通路（ＫＴ）の中心軸（Ｂ１）からオフセットして配置されることを特徴とする車両の吸気装置。
2. 前記スロットルバルブ（４２）の回動軸（４２Ａ）は、前記シリンダ（１２Ａ）に直交する方向に配置され、前記吸気通路（ＫＴ）の中心軸（Ｂ１）に対し、シリンダ軸（Ａ１）に沿ってオフセットされることを特徴とする請求項１に記載の車両の吸気装置。
3. 前記スロットルバルブ（４２）の回動軸（４２Ａ）は、前記シリンダ軸（Ａ１）に沿って前記吸気ポート（３１）から前記シリンダ（１２Ａ）の天井中心近傍に供給される吸気を増やす側にオフセットされることを特徴とする請求項２に記載の車両の吸気装置。
4. 前記スロットルバルブ（４２）の回動軸（４２Ａ）を、前記シリンダ軸（Ａ１）に直交する軸（Ｃ１）に対して傾けたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の車両の吸気装置。
5. 前記吸気ポート（３１）は２つ形成され、
   前記スロットルバルブ（４２）の回動軸（４２Ａ）は、一方の前記吸気ポート（３１）に供給される吸気を、他方の前記吸気ポート（３１）よりも増やすように前記シリンダ軸（Ａ１）に直交する軸（Ｃ１）に対して傾けられることを特徴とする請求項４に記載の車両の吸気装置。
6. 前記スロットルバルブ（４２）は、前記エンジン（Ｅ）の吸気ポート（３１）に近接して配置されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の車両の吸気装置。

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