增压式发动机的吸气装置 【技术领域】
本发明涉及具有增压机构的增压式4冲程发动机的吸气装置。
技术背景
作为增压式4冲程发动机，例如提出了如下方法：将用曲轴室、曲柄及活塞围成的连杆存放室利用连杆而分成吸入室和压缩室，通过所述连杆的摆动压缩吸入的空气，以使其在燃烧室增压(参照日本发明专利公开1994年第93869号公报)。
现有的这种增压式发动机的吸气装置，将较大容量的腔与所述压缩室接通，且用进气通道将所述腔与燃烧室接通，同时在所述进气通道上设置有汽化器。所述腔是通过贮存所述加压后的空气，在吸气行程中防止气压降低而提高充气效率用的，传统方式是尽量将腔的容积做大，例如设定在发动机排气量的20倍以上。
但是，若将所述增压式发动机用于例如机器脚踏车等小型车辆时，则存在着难以确保所述大容积腔的配置空间的问题。
另外，采用上述增压式发动机时，若将压缩比仍与往常一样设定而提高增压压力，就发生暴震，即使增加混合气量也不能提高发动机输出功率。
鉴于上述存在的问题，本发明的目的在于，提供一种既可防止在具有增压机构时暴震又可实现小型化、可用于小型车辆的增压式发动机的吸气装置。发明的公开
本发明的技术方案1是一种将由增压机构加压的吸入空气供给燃烧室的增压式发动机地吸气装置，其特点是，在将所述增压机构与燃烧室接通的进气通道的容积设为V，排气量设为V0时，将V/V0设定在1～20范围内，并且在下死点后70～100度关闭对进气通道下游端的燃烧室开口进行开闭的进气阀。
技术方案2是在技术方案1中，将所述进气通道的横截面积沿整个长度做成大致均等。
这里，在技术方案2中，所谓横截面积大致均等，是指不存在作为加压空气的储存腔积极发挥功能的部分。此外，所述进气阀的定时关闭既可在上述角度范围内固定，也可在上述角度范围内或是从上述角度范围内向范围外变化。
附图的简单说明
图1是用于说明本发明一实施例的增压式4冲程发动机吸气装置的剖视侧视图。
图2是表示上述实施例发动机曲轴部分的剖视后视图(沿图1中II-II线的剖视图)。
图3是上述实施例装置的汽化器剖视侧视图。
图4是上述实施例装置的汽化器剖视后视图。
图5是使用上述实施例发动机的小型摩托车型机器脚踏车的侧视图。
图6是表示上述实施例发动机的阀配气相位的时间图。实施发明的最佳形态
下面根据附图说明本发明实施例。
图1至图6是用于说明本发明一实施例的增压式4冲程发动机吸气装置的视图，图1是本实施例发动机的剖视侧视图，图2是沿图1中II-II线的剖视图，图3、图4分别是汽化器部分的剖视侧视图、剖视后视图，图5是装载本实施例发动机的小型摩托车型机器脚踏车的侧视图，图6是阀配气相位的时间图。另外在本实施例中，左、右就是在车辆行进方向所看到状态的左、右。
在图5的结构中，200是装载本实施例发动机的小型摩托车型机器脚踏车，它的车架201是底架型的，将侧视略呈L字状的主架201b的上端与头部管201a连接，将左右一对的侧架201c、201c的前端与所述主架201b的下端连接，将所述两侧架201c向上提起再向后方延长。另外，在所述头部管201a中，轴支承有左右操作自如的在下端轴支承前轮202的前轮叉203，在所述前轮叉203的上端固定有操纵方向的手柄204。
所述操纵方向的手柄204周围是手柄罩205，所述头部管201a的周围分别用前罩206a和后罩206b的2块结构的前部罩206遮住。另外，在所述主架201b和侧架201c的连接部上配设有构成放脚部的脚板207，在所述侧架201c的左右侧方配设有侧盖208。而在所述侧盖208的上部配设有座位209，在所述座位209的下方装载有容纳箱210、燃料箱49。
在所述左右侧架201c向上立起部下方附近，装载有独立振动式发动机装置214。所述发动机装置214包括：利用在所述侧架201c之间通过悬架托架212架设的枢轴213而上下方向可摆动地悬架支承的后述的发动机本体1；在所述发动机本体1的左侧部向后方延伸而一体地连接形成的后轮传动装置215。在所述传动装置215内，内藏有皮带驱动式的无级变速装置(未图示)，并在其后端部轴支承有后轮216。另外，在所述后轮传动装置215的传动箱215a的后端部上面，轴支承着减振器217的下端，所述减振器217的上端轴支承于所述侧架201c。
在用所述发动机本体1的左侧壁和传动箱215a的前壁形成的拐角部分处，配设有空气滤清器218，所述空气滤清器218与发动机本体1和传动箱215a螺栓连接固定。所述空气滤清器218可与发动机装置214一起摆动。因此在218、214两者之间，由于无相对移动，故可不要两者接通时的可挠性，使结构简单化。另外，空气滤清器218也可配置在传动箱215a的上部或发动机本体1的上部。又，在所述发动机本体1的右侧方配设有油箱220，而在所述发动机本体1的上部配设有汽化器100。再在所述发动机本体1的下面，连接有排气管221，并在所述排气管221的后端连接有配置在后轮216右侧方的消音器222。
接下来就本实施例发动机本体1进行详细说明。
所述发动机本体1是横置式曲轴4冲程单缸增压式发动机，在所述发动机1的曲轴箱2的前侧结合面连接有风冷式的气缸体3，在所述气缸体3的前侧结合面连接有气缸头4。在所述气缸头4的前侧结合面与气缸内径3a相对的部分，凹设有构成燃烧室的燃烧凹部4a，而在该凹部4a内插入有未图示的火花塞。
在上述气缸头4的燃烧凹部4a，分别开有进气口5、排气口6，所述进气口5向气缸头4的上壁侧、排气口6向下壁侧分别导出。另外，在进气口5的燃烧室开口、在排气口6的燃烧室开口，分别配置有使各开口开闭自如的进气阀7、排气阀8，气门弹簧9对所述进气阀7、排气阀8向关闭方向施加力。
在上述气缸头4上，向着与纸面成直角方向配置有作为开闭、驱动各气阀7、8的阀动机构的凸轮轴10。该凸轮轴10的一端通过未图示的链轮与链条而连接在与后述的曲轴20结合的驱动链轮13上(参照图2)，凸轮轴10的转速减速为曲轴20的1/2。在所述凸轮轴10的上、下侧配置有与它平行地延伸的一对摇臂轴11、11，在所述各摇臂轴11上，安装有摆动自如的摇臂12。所述摇臂12的一端与凸轮轴10的凸轮顶端抵接，另一端与进、排气阀7、8的上端抵接。
并且，上述进气凸轮顶端的形状设成，进气阀7在活塞16的上死点前10～15度打开、在下死点后70～100度之间关闭。另外，所述排气凸轮顶端的形状设成，排气阀8在下死点前40～60度打开、在上死点后10～20度关闭。又，定时点火设定在上死点前5～25度。
在上述气缸体3的的气缸内径3a内滑动自如地插入活塞16。以所述活塞16为界限，用与燃烧室相反侧的气缸内径3a与曲轴箱2而形成曲轴室23。在所述活塞16上，通过活塞销18、轴承19而连有连杆17的小端部17a，该连杆17的大端部17b通过轴承22而与曲轴20的曲柄销21连接。
所述曲轴20放置在曲轴室23的曲轴箱室23a内，用所述曲柄销21连接圆板状的一对曲柄24，并在该各曲柄24上一体形成轴颈部25，所述轴颈部25通过轴颈轴承26而支承于曲轴箱2。另外，所述轴颈部25向曲轴箱2的外方伸出，在一个突出部上安装有发电机28。27是油封。
与所述曲轴箱2的曲轴20正交的左右内侧壁2a和在气缸体3装到曲轴箱2的嵌合部3b的图示的上下方形成的切口3c为一个面，在所述左右内侧壁2a及切口3c，所述连杆17的左右侧面17c以微小间隙与所述左右内侧壁2a及切口3c滑动接触，另外，在围住所述曲轴箱2的曲轴20所形成的圆弧状内周壁2b，所述连杆17的大端部17b的外周面以极小间隙与之滑动接触。另外，在曲轴箱2的所述左右内侧壁2a凹设有插入、配置所述各曲柄24的圆形凹部2c，在该凹部2a与曲柄24之间设有微量间隙。而且曲柄24的连杆一侧侧壁24a和连杆17的左右侧面17c都以微小间隙滑动接触。在左右的圆形凹部2c的各自的口边，在曲轴箱2上固定而配置有环2d，该环2d与曲柄24的凸状的外周接触，或基本上以0间隙滑动接触。所述环2d用比曲轴箱2高硬度的或具有较高耐磨性的材料做成。
另外，在所述活塞16的裙部上凹设有三角形的凹部16a，且该凹部16a的与裙外周的相对部形成切口16b。在所述凹部16a内，插入、配置有所述连杆17的小端部17a。在所述凹部16a的内周面是所述连杆17的小端部17a的外周面、在凹部16a的左右侧面16c是所述左右侧面17c，分别以微小间隙滑动接触。
根据上述结构，用上述曲轴室23、曲柄24与活塞16围成的部分形成连杆存放室。在除了活塞16处于上死点附近的曲柄转角中，所述连杆17嵌合在上下方中、至少一方曲轴箱2的左右内侧壁2a或气缸体3的切口3c，所述连杆存放室被连杆17分成吸入室A和压缩室B。另外，活塞16位于上死点时，连杆17不和所述两左右内侧壁2a、2a嵌合，但由于活塞16的裙端部与气缸内径3a的端部基本上一致，故维持由连杆17分成的吸入室A和压缩室B。这样，随着曲轴20从所述活塞16位于上死点的状态而顺时针方向旋转，如图1所示，通过连杆17从图示的单点划线位置、双点划线位置再移动到实线位置而增大吸入室A的容积并吸入空气，同时减少压缩室B的容积，构成压缩在前行程所吸入的空气的活塞式增压机。另外，相关结构由所述的日本发明专利公开1994年第93869号公报详细记载。
在所述曲轴箱2的下面一体形成有与所述吸入室A连通且在下方开口的吸入通道35。在所述吸入通道35的图1面前一侧的壁面指向曲轴方向地形成有吸入口35a，在该吸入口35a上连接有吸入管37的下游端。该吸入管37通过发动机的侧方而向外方延长，在上游端连接有所述的空气滤清器218。
在所述曲轴箱2的上面一体形成有与压缩室B连通且在上方开口的进气通道38，在该进气通道38上一体形成有把该通道38和压缩室B隔开的隔壁部39。在该隔壁部39上形成有将进气通道38和压缩室B连通的阀开口40，该阀开口40的开口面积设定成其大小可使通气阻力足够小。
在所述隔壁部39的外面配设有开闭阀开口40的针簧片阀42。该针簧片阀42包括由以钛为主要成分的轻合金材料所构成的阀板41a和配设在所述针簧片阀42上升侧、限制所述阀板41a开度的挡块41b，所述挡块41b与阀板41a的一端用螺栓43一起紧固在隔壁部39上。
在所述进气通道38上连接有进气管46的上游端，所述进气管46的下游端与所述气缸头4的进气口5连接。所述进气通道38和进气管37通过旁通通道50而连通。该旁通通道50通过旁通阀51而开闭自如。所述旁通阀51的结构是，利用隔膜室52内的负压而使阀体51a移动到开位置，所述隔膜室52通过负压通道53而与所述进气管46的下游端连通。所述旁通阀51在例如节流阀开度较小时，一旦进气负压增大，则由于该负压而打开旁通通道50，使进气通道38内的压力下降。
在所述进气管46的中途设有汽化器100。该汽化器100是将作为燃料积蓄部的浮子室102用螺栓紧固在汽化器体101的下面开口上，所述汽化器体101是将具有供吸入空气流动的汾丘里通道103的筒状本体部101a、从该本体部101a向上方垂直延伸且在汾丘里通道103的汾丘里部103a开口的气缸部101b、与该气缸部101b同轴地延伸到浮子室102内的燃料导入部101c一体形成。
在所述气缸部101b的上端开口螺纹连接有盖104，且在所述气缸部101b内沿轴向滑动自如地插入有有底圆筒状的可变活塞阀105。在所述活塞阀105和所述盖104之间配设有始终向关闭方向对该活塞阀105加力的弹簧106。另外，在所述活塞阀105上连接有节流阀多心导线107的一端，该多心导线107的延长端通过连接在所述盖104上的导管108内而与操纵方向的手把204的节流阀手柄(未图示)连接。通过所述节流阀手柄的操作，活塞阀105沿上下方向移动而使所述汾丘里部103a的通道面积在全闭到全开之间变化。另外在所述气缸部101b上，安装有与设在活塞阀105上的长槽嵌合、阻止活塞阀105回转的止头螺钉109。
在所述燃料导入部101c内插入有放气套管110，该套管110的燃料排出口110a在汾丘里部103a内的活塞阀105下方开口。另外在所述放气套管110的下端螺纹连接有主喷头111，它在浮子室102内开口。在所述放气套管110内可进退地插入有探针112，该探针112的上端部与活塞阀105的底部贯通固定。探针112随着所述活塞阀105的上下移动而进退移动，使所述燃料排出口110a的有效面积变化，由此可调整被吸入汾丘里通道103内的燃料量。
在所述燃料导入部101c的下游侧形成有滞后燃料导入部101e，在该导入部101e内插入有滞后喷头115。另外在所述燃料导入部101c的上游侧形成有面向所述进气管46而开口的泄气导入孔101f，在该导入孔101f内插入有空气喷头116。在所述放气套管110的侧壁设有未图示的泄气孔。
在所述汽化器体101上形成有与浮子室102内连通的燃料导入口101d。在该导入口101d上接通有燃料供给管113的一端，而该供给管113的另一端与燃料箱49的底部接通。所述燃料箱49位于汽化器100的上方，靠重力将燃料供给浮子室102内。另外在所述燃料箱49的上壁连接有与所述进气通道38接通的加压管114a，由此对燃料箱49内的燃料附加增压压力。并且在所述燃料箱49的箱盖114b上配设有当增压压力超过规定压力时可打开的安全阀114c。
另外，在所述浮子室102内配设有浮子120，该浮子120由板118、支承轴119可上下摆动地支承。另外在所述浮子室102内的燃料导入口101d配设有燃料进入阀117，该进入阀117的阀体117a的下端与所述板118抵接并被支承。因此浮子120随着所述浮子室102内的燃料液面的变化而升降，并通过所述阀体117a开闭燃料导入孔，使浮子室102内的燃料液面保持一定。
并且在所述汽化器体101的气缸部101b上轴向形成有向轴向延伸的加压通道125，该加压通道125的下端朝浮子室102内开口。另外在所述加压通道125的上端连接有加压管126的一端，而该加压管126的另一端与进气通道38内接通。由此将进气通道38内的增压压力附加到浮子室102内的液面上。
由于如此地在汽化器体101上形成与浮子室102内连通的加压通道125，并通过加压管26将该加压通道125和进气通道38连通，故即使增压压力使汾丘里部103a的压力变高，也可将比该汾丘里部103a的燃料排出口110a部分压力大的压力附加到浮子室102内的液面上，因此可稳定地进行燃料供给。此时，即使汾丘里部103a的排出口110a的压力随着增压压力的变动而变动，由于与该变动相应的压力作用与浮子室102内，故可充分进行燃料供给，进而可提高发动机输出功率与燃料消耗率。
另外，由于靠重力供给燃料箱49内的燃料，同时将增压压力附加到该燃料箱49内，故在增压压力低的运转区域，燃料与现有的汽化器式燃料供给装置完全相同地从燃料箱49被供给到浮子室102内。并且，在增压区域，由于在燃料箱49与浮子室102两方都发生增压压力，故可得到燃料的压力平衡，靠所述重力从燃料箱49供给到浮子室102。这样可不用燃料泵或特殊的汽化器而将燃料供给到增压式发动机1，从而可降低成本，缩小配置空间。
又，由于将所述进气通道38内的增压压力附加到浮子室102内，故加压变动本身可缩小，可进一步稳定地进行燃料供给。另外，由于不必利用燃料喷射装置等始终对燃料进行加压，故起动时的燃料压力上升的时间滞后问题或增加电消耗的问题也不会发生。又，由于即使在电池放电状态下，也可进行燃料供给，故作为应急措施也是有效的。
60是润滑装置，它包括第1润滑系统61和另外独立设置的第2润滑系统62。所述第1润滑系统61是，经供给泵64将润滑油供给管65连接到充入4循环用润滑油的第1储存箱63，并将该供给管65的供给口65a与构成气缸头4的阀动机构的凸轮轴10部分连接。另外，润滑该凸轮轴10部分的润滑油回到容纳所述链条的链条室10b内，在此对链条、驱动链轮13、被动链轮及在图2中的左侧轴颈轴承26(带密封环)进行润滑，然后通过回收管66被回收到所述第1储存箱63。
所述第2润滑系统62是，在充入2循环用润滑油的第2储存箱70上连接主供给管71、压送泵72，在该泵72上连接第1、第2副供给管73、74，该第1副供给管73与气缸体3的活塞滑动部连接，同时第2副供给管74与曲轴室23的轴颈支承部连接。
所述压送泵72未在图中详细示出，是对电磁式自动循环泵的螺线管进改进，在柱塞的推杆上固定转子，用螺线管吸引该转子。因此，从该泵72排出的压力增大，可克服增压压力而供给润滑油。
所述第1副供给管73的润滑油排出口73a在与曲轴20正交方向贯通气缸体3的套筒部，且其位置位于下死点的活塞16的第2活塞环更靠近曲轴室一侧。另外，在所述活塞16的比第2活塞环更靠近曲轴室一侧的外面，沿曲轴方向平行地凹切形成有2个润滑油积蓄用凹部75、76。由于所述凹部75在因活塞16的移动而与排出口73a一致时积蓄由该排出口73a供给的润滑油，又由于凹部76如上述那样积蓄由所述排出口73a供给的润滑油，故可分别在所述排出口73a被活塞16堵塞时进行润滑，结果，可防止因所述排出口73a被活塞16堵塞而产生的润滑上的故障。
另外在所述连杆17的小端部17a的外周面形成有沿它的周向延伸的润滑油导向槽81，且在所述活塞16上形成有将所述导向槽81和所述下侧凹部76连通的连通孔77。另外在所述小端部17a的与所述连通孔77相反一侧形成有与活塞销18、轴承19连通的连通孔78。因此，由所述排出口73a和下述的润滑油回收孔80供给的所述导向槽81内的一部分润滑油从所述连通孔78供给于轴承19，剩余的一部分润滑油从所述连通孔77供给于小端部17a和活塞16之间的滑动面，再供给于所述凹部76。
所述第2副供给管74的润滑油排出口74a贯通曲轴箱2并到达图2中的右侧轴颈轴承26。而供给于该右侧的轴颈轴承26的润滑油，供给于曲轴箱2的各内周壁2a、2b及圆形凹部2c和曲轴20之间的间隙及各滑动面。
另外，在所述隔壁部39的倾斜面下部形成有与吸入通道35连通的小径润滑油回收孔80，再在安装在所述曲轴箱2下部的罩壳部36上形成有回收通道83。在该回收通道83上连接有回收管84，该回收管84与所述第2储存箱70连接。
因此，由所述第1、第2副供给管73、74供给的润滑油在对各滑动面进行润滑后，集中于吸入通道35内的罩壳部36上面，并从此处被回收。在本实施例中，将所述发动机1做成横置式，将增压压力较高的压缩室B朝上配置，并采用从曲轴箱2的下方吸入空气的结构。因此，利用重力和增压压力的互相作用，润滑油集中在曲轴箱2的最下部，故润滑油的回收可靠，且能够再使用。曲轴箱2内以图2左侧的带密封环轴承26的密封环为界限，曲轴室23侧用2循环润滑油润滑，包括带密封环轴承的滚珠部在内、链条室10b一侧用4循环润滑油润滑。
下面就本实施例的作用与效果进行说明。
本发动机1的曲轴20每旋转1次，容积V1的空气从进气通道38被压送到进气管46，该容积V1是从连杆17的大端部17b靠近曲轴箱2的圆弧状周壁2b并开始滑动接触的瞬间的压缩室B的容积V2减去连杆17b最靠近隔壁部时的压缩室B的最小容积V3后得到。
由进气通道38、汽化器100前后的进气管46、汽化器100内部的汾丘里通道103及进气口5所组成的进气通道200的容积V，设定为活塞16行程的排气量(内径×行程)V0的1～20倍范围内，在前个吸气行程后期，进气阀7关闭时，对于滞留在作为容积V空间的进气通道200的新空气，从增压机构重新压入容积2V1的新空气并储存，在此后的进气阀7打开的吸气行程中，进气通道200中的新空气进入燃烧室内。即、进气通道200中的压力大致被提高到(2V1+V)/V。而且在发动机1的吸入行程中，当打开进气阀7时，所述曲轴20旋转1次的压送空气V1的2倍空气就在燃烧室内被增压。
V1/V0之比设为大于1的值，因增压导致的新空气的充填量增加，由此压缩比增大(压缩比公式为(2V1+VC)/VC，但由于形成压缩室B，连杆17在曲轴箱的圆弧状周壁2b或曲柄24的侧壁24a等以非接触状态滑动的这些滑接部的泄漏，针簧片阀中的微量逆流等，故实际小于公式的值)，发生暴震。
因而在本发动机1中，由于在曲轴角度从活塞16的下死点起到达70度～100度时，进气阀7关闭，故实际上可缩小压缩比，可防止用增压机构将吸入空气加压时发生暴震。另外，由于仅缩小压缩比，由活塞内径×行程和燃烧室容积决定的膨胀比不会变化，故可避免对燃料消耗率与发动机输出功率的影响。
另外，由于延迟关闭所述进气阀7，故虽有混合气倒流之虞，但由于进气通道200的容积V1仅为排气量V0的1～20倍左右，故可抑制所述倒流量，进气阀关闭定时与原有技术一样，可确保容积V1为排气量V0的20倍以上的空气充填量。
另外，由于在本实施例中不要大容量的腔，故可构成小型、紧凑且轻量的增压发动机1，可用于小型摩托车型机器脚踏车200。
又，由于延迟关闭进气阀7，且将来自增压机构的加压空气直接供给到燃烧室，故与通过腔供给到燃烧室的情况相比，吸入的空气容易冷却。因而可不要对来自增压机构的加压空气进行冷却的中间冷却器，从这一点也可适应小型化、紧凑化。
由于如此缩小了进气通道200的容积，故可提高将来自增压机构的加压空气供给到燃烧室时的响应性，加速时的起动相应就快，可提高加速性能。另外，即使在减速时，因增压压力的降低很快被进行，故可提高过渡特性。又由于不要大容量的腔，故来自汽化器100的燃料不会滞留，避免对混合比的影响而可防止发动机熄火或起动不良，并可避免起动时发生反转等情况下的损伤。
另外，在上述实施例中，是以4冲程单缸曲轴室增压式发动机为例子的，但本发明对于具有上述以外的增压机构，例如涡轮增压器、增压器的发动机当然也可适用，并且也可适用于多缸发动机。另外，虽然适用于小型摩托车型机器脚踏车，但本发明的适用范围不限于此，对于其它车辆当然也可适用。工业上利用的可能性
如上所述，根据技术方案1的增压式发动机的吸气装置，由于在下死点后70度～100度关闭进气阀，故由活塞内径×行程和燃烧室容积决定的膨胀比不会变化，而只降低压缩比，可防止暴震，且有防止燃料消耗率恶化的效果。
另一方面，当把进气阀的关闭定时延迟到下死点70度～100度时，流入到燃烧室的吸气极易倒流到进气通道，而本发明，由于将进气通道的容积做成排气量的1～20倍，即不存在作为加压空气的储存腔而积极发挥功能的部分，故可抑制所述倒流量，将进气阀的关闭定时做成与现有技术相同，同时可确保与有大容量的进气通道同等的空气充填量。
另外，如果不要腔，可使增压发动机整体小型化、紧凑化，可用于所述小型车辆。