JP2015055242A - Ｏｈｖエンジン - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンの高さを抑制できる、ＯＨＶエンジンを提供する。
【解決手段】ＯＨＶエンジン２４は、シリンダ５４と、シリンダ５４内に設けられるピストン６４と、ピストン６４の往復運動を回転運動に変換するクランクシャフト６６と、ピストン６４とクランクシャフト６６とを連結するコンロッド７２と、クランクシャフト６６に連動するカムシャフト６８とを備える。クランクシャフト６６側からシリンダ５４を見たとき、シリンダ５４は、シリンダ中心軸線Ａと水平面Ｈとのなす角度θ１が０度より大きくかつ４５度未満になるように斜め上方に傾斜し、カムシャフト６８は、シリンダ中心軸線Ａより下方に位置し、シリンダ中心軸線Ａは、クランクシャフト６６の回転軸線Ｂを通りシリンダ中心軸線Ａと平行な線Ｃに対してカムシャフト６８の反対側にオフセットされている。
【選択図】図３

Description

この発明はＯＨＶエンジンに関し、より特定的には、汎用エンジンとして用いられるＯＨＶエンジンに関する。

汎用エンジンでは、高価な燃料ポンプを設けずに燃料を供給するために、燃料タンクをエンジン上方に配置するのが一般的である。燃料タンクの位置が高いほど、燃料が充填された燃料タンクを含めたエンジンの重心が高くなるため、エンジンの振動が大きくなったり、エンジンを装置に取り付けた場合の取り回しにも影響が出てくる。よって、エンジンの高さを低くすることが求められる。そこで、シリンダを傾斜させることが考えられるが、装置へのシリンダの取付寸法が制限されるので、エンジンの水平方向の寸法（幅および奥行）も短縮することが同時に求められる。

その場合、特許文献１に記載されているような、傾斜したシリンダの下方にカムシャフトを設けたＯＨＶエンジンは、エンジンの寸法（高さ、幅および奥行）を低減するのに有効である。

実開平３−５９０９号公報

しかしながら、近年、燃費向上を目的としてピストンのストロークをより長くすることが求められている。ピストンのストロークをより長くすると、シリンダも長くなるためエンジンの高さも増加するが、ピストンのストロークを長くしてもエンジンの高さを抑制することが望ましい。

それゆえにこの発明の主たる目的は、エンジンの高さを抑制できる、ＯＨＶエンジンを提供することである。

上述の目的を達成するために、請求項１に記載のＯＨＶエンジンは、シリンダと、シリンダ内に設けられるピストンと、ピストンの往復運動を回転運動に変換するクランクシャフトと、ピストンとクランクシャフトとを連結するコンロッドと、クランクシャフトに連動するカムシャフトとを備え、クランクシャフト側からシリンダを見たとき、シリンダは、シリンダの中心軸線と水平面とのなす角度θ１が０度より大きくかつ４５度未満になるように斜め上方に傾斜し、カムシャフトは、シリンダの中心軸線より下方に位置し、シリンダの中心軸線は、クランクシャフトの回転軸線を通りシリンダの中心軸線と平行な線に対してカムシャフトの反対側にオフセットされていることを特徴とする。

請求項２に記載のＯＨＶエンジンは、請求項１に記載のＯＨＶエンジンにおいて、シリンダに設けられかつクランクシャフトおよびカムシャフトを収納するクランクケースと、クランクシャフトに設けられる駆動ギアと、カムシャフトに設けられかつ駆動ギアの回転に伴って回転する被駆動ギアとをさらに含み、カムシャフトの回転軸線は、クランクシャフトの回転軸線を通る水平面よりも下方に位置し、カムシャフトの回転軸線とクランクシャフトの回転軸線とを結ぶ直線と水平面とのなす角度θ２は０度より大きくかつ４５度未満であることを特徴とする。

請求項３に記載のＯＨＶエンジンは、請求項２に記載のＯＨＶエンジンにおいて、角度θ１は角度θ２よりも大きいことを特徴とする。

請求項４に記載のＯＨＶエンジンは、請求項１から３のいずれかに記載のＯＨＶエンジンにおいて、向かって左側にクランクシャフトが位置しかつ右側にカムシャフトが位置するように当該ＯＨＶエンジンを見たとき、クランクシャフトの回転が反時計回りであることを特徴とする。

請求項１に記載のＯＨＶエンジンでは、シリンダの中心軸線をカムシャフトの反対側にオフセットすることで、シリンダとカムシャフトとの距離を長くすることができる。したがって、シリンダとカムシャフトとが相互に干渉しない範囲で、カムシャフトとクランクシャフトとの距離（カムシャフトの回転軸線とクランクシャフトの回転軸線との距離）を変えることなくシリンダをより傾斜させることができるので、エンジンの高さを低くできる。さらに、シリンダの中心軸線と水平面とのなす角度θ１が０度より大きくかつ４５度未満になるように、シリンダが傾斜することによって、シリンダのストロークをより長くした場合でも、エンジンの水平方向の長さの増加に比べてエンジンの高さの増加を抑制できる。その結果、シリンダのストロークを長くしても、エンジンの高さを抑制できる。

請求項２に記載のＯＨＶエンジンでは、ピストンのストロークをより長くする場合、クランクウェブの外径が大きくなるので、クランクウェブとの干渉を避けるためにカムシャフトの位置をクランクシャフトから離す必要がある。この場合、カムシャフトの回転軸線とクランクシャフトの回転軸線との距離が長くなるとともにカムシャフトの被駆動ギアの（半）径が大きくなるため、カムシャフトの被駆動ギアがクランクケース内に収容されるオイルに浸漬する高さ（深さ）が増加する。被駆動ギアがオイルに浸漬する高さ（深さ）が増加した状態でオイルをかきあげると、ロス馬力が増加する。しかし、カムシャフトの回転軸線とクランクシャフトの回転軸線とを結ぶ直線と水平面とのなす角度θ２を０度より大きくかつ４５度未満に設定すれば、カムシャフトの回転軸線とクランクシャフトの回転軸線との距離を長くした場合でも、水平方向の距離増加分に比べて垂直方向の距離増加分が少なくなる。そのため、水平面とオイルの液面とは平行であるから、カムシャフトの被駆動ギアにおいてオイルに浸漬する部分の表面積の増加を抑制でき、ロス馬力の増加を抑制できる。また、エンジンの高さの増加も抑制できる。

請求項３に記載のＯＨＶエンジンでは、角度θ２が角度θ１より小さくなるようにカムシャフトの位置が制限され、カムシャフトの回転軸線はクランクシャフトの回転軸線を通る水平面に近づくようにより上方に配置される。カムシャフトが上方に配置されると、カムシャフトとクランケース内のオイルの液面との距離を稼ぐことができるので、当該オイルの液面高さを上昇させる（クランクシャフトの回転軸線を通る水平面側に近づける）ことができる。したがって、クランクケースの上下方向の寸法を小さくできる。その結果、エンジンの上下方向の寸法すなわちエンジンの高さを低減できる。

請求項４に記載のＯＨＶエンジンでは、ピストンが上死点をやや過ぎた時点において、シリンダとピストンとによって囲まれる空間内の燃焼圧は最大となり、ピストンに対するスラスト力も大きくなる。しかし、上記のように、シリンダの中心軸線をカムシャフトの反対側にオフセットしかつクランクシャフトを反時計廻りに回転させることによって、ピストンが上死点をやや過ぎた時点でコンロッド（特に、コンロッドのクランクシャフト側）をシリンダの中心軸線に近づけることができる。すなわち、燃焼圧の高い時点におけるコンロッドとシリンダとの位置関係が、ピストンに作用するスラスト力を抑制できる位置関係となる。したがって、ピストンの摩擦が減少し、燃費が向上する。

この発明によれば、エンジンの高さを抑制できる。

この発明の一実施形態のＯＨＶエンジンを含むエンジン発電機を左前方からみた斜視図である。 この発明の一実施形態のＯＨＶエンジンを含むエンジン発電機を右後方からみた斜視図である。 エンジンを示す縦断面図解図である。 エンジンのクランク角とシリンダ筒内圧力との関係を示すグラフである。 （ａ）はシリンダをオフセットしない場合においてピストンに働く力を説明するための図解図であり、（ｂ）はシリンダをオフセットした場合においてピストンに働く力を説明するための図解図である。

以下、図面を参照してこの発明の実施の形態について説明する。

図１および図２に、この発明の一実施形態のＯＨＶエンジン（Over Head Valve Engine: 以下、「エンジン」という）２４（後述）を含むエンジン発電機１０を示す。この明細書では説明の便宜上、エンジン発電機１０において、図１および図２に示すように、「前後方向」および「左右方向」が定義される。したがって、エンジン２４が設けられている側が「前方」、発電機２６（後述）が設けられている側が「後方」、操作パネル４８（後述）が設けられている側が「左方」となる。

エンジン発電機１０は、可搬型の発電機であり、発電機フレーム１２を含む。発電機フレーム１２は、前フレーム１４と、後フレーム１６と、上フレーム１８と、一対の下フレーム２０，２２とを含む。前フレーム１４はパイプ状かつ前面視略逆Ｕ字状に形成され、後フレーム１６はパイプ状かつ後面視略逆Ｕ字状に形成され、前フレーム１４と後フレーム１６とは、それぞれの両端部で相互に接続される。上フレーム１８は、パイプ状に形成されて前後方向に延び、前フレーム１４および後フレーム１６のそれぞれの左上端部を連結する。上フレーム１８は把持部として機能する。下フレーム２０は、板状に形成されて左右方向に延び、前フレーム１４の左右両側の下部を連結する。下フレーム２２は、板状に形成されて左右方向に延び、後フレーム１６の左右両側の下部を連結する。

下フレーム２０上にエンジン２４が設けられ、下フレーム２２上に発電機２６が設けられる。エンジン２４と発電機２６とは前後方向に並べられ、エンジン２４が前側、発電機２６が後側にそれぞれ配置され、エンジン２４のクランクシャフト６６（後述）が発電機２６の回転軸（図示せず）に接続される。

エンジン２４は、その前側に外気を取り入れるための空気取り入れ部２８を含み、空気取り入れ部２８には冷却ファン（図示せず）が内蔵される。空気取り入れ部２８の右方にはエアクリーナ３０が設けられる。冷却ファンの駆動によって空気取り入れ部２８から取り込まれた外気は、エンジン２４を冷却する。また、空気取り入れ部２８近傍には、リコイルスタータ３２が設けられる。

エンジン２４の後方でありかつ発電機２６の右方には、マフラ３４が設けられる。エンジン２４からの排気ガスはマフラ３４を介して外部へ排出される。エンジン２４の下方にはキャニスタ３６が設けられる。燃料タンク３８とエアクリーナ３０とはキャニスタ３６を介して連結され、燃料タンク３８からのガソリン蒸気はキャニスタ３６に吸着される。

エンジン２４および発電機２６を上方から覆うように、燃料タンク３８が設けられる。燃料タンク３８には、エンジン２４へ供給される燃料（この実施形態ではガソリン）が収容される。燃料タンク３８の右側部は、前フレーム１４および後フレーム１６のそれぞれの右上端部を連結する支持フレーム４０に取り付けられ、燃料タンク３８の左前部および左後部はそれぞれ、ブラケット４２および４４を介して前フレーム１４および後フレーム１６に連結される。

燃料タンク３８の左方には操作ボックス４６が設けられる。操作ボックス４６は、操作パネル４８と、操作パネル４８の右方に設けられかつ制御部（図示せず）等が収容されるケース５０とを含む。ケース５０の下方にはバッテリ５２が設けられる。

このようなエンジン発電機１０では、リコイルスタータ３２を引くことによってクランクシャフト６６が回転されエンジン２４が始動される。エンジン２４が始動されると発電機２６の発電動作が開始される。発電機２６からの電力は、操作パネル４８から取り出すことができるとともにバッテリ５２に蓄電できる。

図３を参照して、エンジン２４について説明する。
エンジン２４は、たとえば空冷式単気筒４サイクルエンジンであり、シリンダ中心軸線Ａが斜め方向に傾斜した傾斜型のエンジンである。エンジン２４は、シリンダ５４を含む。シリンダ５４は、シリンダボディ５６と、シリンダボディ５６の上端部に取り付けられるシリンダヘッド５８とを含む。シリンダヘッド５８の上端部にはシリンダヘッドカバー６０が取り付けられる。シリンダボディ５６の下部には、クランクケース６２が設けられる。

シリンダボディ５６の内周面にはシリンダライナ５６ａが設けられ、シリンダボディ５６内にはシリンダライナ５６ａに対して摺動可能なピストン６４が設けられる。クランクケース６２内には、クランクシャフト６６と、クランクシャフト６６に連動するカムシャフト６８とが収納される。クランクシャフト６６とカムシャフト６８とは略平行に配置される。カムシャフト６８は、クランクシャフト６６のクランクウェブ７０と干渉（接触）しないように配置される。ピストン６４とクランクシャフト６６とはコンロッド７２によって連結され、ピストン６４の往復運動がクランクシャフト６６によって回転運動に変換される。クランクシャフト６６には駆動ギア７４が設けられ、カムシャフト６８には、駆動ギア７４の回転に伴って回転する被駆動ギア７６が設けられる。また、クランクケース６２内にはバランサ７８が収納され、バランサ７８は、クランクシャフト６６に設けられるギア８０と噛み合い、振動を低減する。

シリンダボディ５６からシリンダヘッド５８にかけて、クランクケース６２内とシリンダヘッドカバー６０内のロッカアーム室８２とを連通する連通路８４が形成される。プッシュロッド８６およびプッシュロッド８６の一端部に設けられるタペット８８が連通路８４に挿入される。タペット８８の先端部が、クランクケース６２内で、カムシャフト６８のカム９０に当接される。プッシュロッド８６の他端部は、ロッカアーム室８２内に設けられるロッカアーム９２に当接され、ロッカアーム９２によって排気弁９４が駆動される。なお、図３には図示されていないが、エンジン２４内には、吸気弁駆動用のプッシュロッド、タペットおよびロッカアームが、排気弁９４用のプッシュロッド８６、タペット８８およびロッカアーム９２と略平行に設けられている。

また、コンロッド７２の大端部７２ａにはオイルディッパ９６が取り付けられ、クランクケース６２内にはオイル９７が収容される。オイルディッパ９６によって跳ね上げられたオイル９７は、直接に、またはクランクシャフト６６やカムシャフト６８等に当たって飛散されて、シリンダボディ５６、シリンダヘッド５８およびシリンダヘッドカバー６０等に付与される。これによって、クランクシャフト６６、カムシャフト６８、シリンダボディ５６およびロッカアーム９２等が潤滑される。

ここで、クランクシャフト６６側からシリンダボディ５６を見たとき、シリンダボディ５６は、シリンダ中心軸線Ａと水平面Ｈとのなす角度θ１が０度より大きくかつ４５度未満になるように斜め上方に傾斜し、カムシャフト６８は、シリンダ中心軸線Ａより下方に位置し、シリンダ中心軸線Ａは、クランクシャフト６６の回転軸線Ｂを通りシリンダ中心軸線Ａと平行な線Ｃに対してカムシャフト６８の反対側に距離Ｘだけオフセットされている。なお、水平面Ｈは、クランクケース６２内に収容されるオイル９７の液面９７ａと平行な面である。図３には、クランクシャフト６６の回転軸線Ｂを通る水平面Ｈが示されている。

また、カムシャフト６８の回転軸線Ｄは、クランクシャフト６６の回転軸線Ｂを通る水平面Ｈよりも下方に位置し、カムシャフト６８の回転軸線Ｄとクランクシャフト６６の回転軸線Ｂとを結ぶ直線Ｅと水平面Ｈとのなす角度θ２は、０度より大きくかつ４５度未満である。角度θ１は角度θ２よりも大きいことが好ましい。

さらに、図３に示すように、向かって左側にクランクシャフト６６が位置しかつ右側にカムシャフト６８が位置するように、エンジン２４を見たとき、クランクシャフト６６の回転は矢印Ｆで示すように反時計回りである。

このようなエンジン２４では、シリンダ中心軸線Ａをカムシャフト６８の反対側にオフセットすることで、シリンダボディ５６とカムシャフト６８との距離を長くすることができる。したがって、シリンダボディ５６とカムシャフト６８とが相互に干渉しない範囲で、カムシャフト６８とクランクシャフト６６との距離（カムシャフト６８の回転軸線Ｄとクランクシャフト６６の回転軸線Ｂとの距離）を変えることなくシリンダボディ５６をより傾斜させることができるので、エンジン２４の高さを低くできる。さらに、シリンダ中心軸線Ａと水平面Ｈとのなす角度θ１が０度より大きくかつ４５度未満になるように、シリンダボディ５６が傾斜することによって、シリンダボディ５６のストロークをより長くした場合でも、エンジン２４の水平方向の長さの増加に比べてエンジン２４の高さの増加を抑制できる。その結果、シリンダボディ５６のストロークを長くしても、エンジン２４の高さを抑制できる。

一般に、ＯＨＶエンジンでは、ピストンのストロークをより長くする場合、クランクウェブの外径が大きくなるので、クランクウェブとの干渉を避けるためにカムシャフトの位置をクランクシャフトから離す必要がある。この場合、カムシャフトの回転軸線とクランクシャフトの回転軸線との距離が長くなるとともにカムシャフトの被駆動ギアの（半）径が大きくなるため、カムシャフトの被駆動ギアがクランクケース内に収容されるオイルに浸漬する高さ（深さ）が増加する。被駆動ギアがオイルに浸漬する高さ（深さ）が増加した状態でオイルをかきあげると、ロス馬力が増加する。しかし、エンジン２４では、カムシャフト６８の回転軸線Ｄとクランクシャフト６６の回転軸線Ｂとを結ぶ直線Ｅと水平面Ｈとなす角度θ２を０度より大きくかつ４５度未満に設定することによって、カムシャフト６８の回転軸線Ｄとクランクシャフト６６の回転軸線Ｂとの距離を長くした場合でも、水平方向の距離増加分に比べて垂直方向の距離増加分が少なくなる。そのため、水平面Ｈとオイル９７の液面９７ａとは平行であるから、カムシャフト６８の被駆動ギア７６においてオイル９７に浸漬する部分の表面積の増加を抑制でき、ロス馬力の増加を抑制できる。また、エンジン２４の高さの増加も抑制できる。さらに、クランクシャフト６６の回転軸線Ｂの位置を上げずにシリンダ中心軸線Ａと平行な線Ｃとの距離Ｘを長くすれば、エンジン２４の高さの増加を抑制しつつカムシャフト６８の回転軸線Ｄとクランクシャフト６６の回転軸線Ｂとの距離を短くできるため、カムシャフト６８の被駆動ギア７６の下端がオイル９７の液面９７ａに触れない程度にカムシャフト６８の被駆動ギア７６の（半）径を小さくすることもできる。このようにすることによって、ロス馬力を減少できる。

エンジン２４では、角度θ２が角度θ１より小さくなるようにカムシャフト６８の位置が制限され、カムシャフト６８の回転軸線Ｄはクランクシャフト６６の回転軸線Ｂを通る水平面Ｈに近づくようにより上方に配置される。カムシャフト６８が上方に配置されると、カムシャフト６８とクランケース６２内のオイル９７の液面９７ａとの距離を稼ぐことができるので、オイル９７の液面高さを上昇させる（クランクシャフト６６の回転軸線Ｂを通る水平面Ｈ側に近づける）ことができる。したがって、クランクケース６２の上下方向の寸法を小さくできる。その結果、エンジン２４の上下方向の寸法すなわちエンジン２４の高さを低減できる。

エンジン２４では、ピストン６４が上死点をやや過ぎた時点において、シリンダボディ５６とピストン６４とによって囲まれる空間内の燃焼圧は最大となり、ピストン６４に対するスラスト力も大きくなる。しかし、上記のように、シリンダ中心軸線Ａをカムシャフト６８の反対側にオフセットしかつクランクシャフト６６を反時計廻り（図３において矢印Ｆで示す）に回転させることによって、ピストン６４が上死点をやや過ぎた時点でコンロッド７２（特に、大端部７２ａの中心）をシリンダ中心軸線Ａに近づけることができる。すなわち、燃焼圧の高い時点におけるコンロッド７２とシリンダボディ５６との位置関係が、ピストン６４に作用するスラスト力を抑制できる位置関係となる。したがって、ピストン６４の摩擦が減少し、燃費が向上する。

この点について、図４および図５を参照して説明する。
エンジン２４において、ピストン６４に作用する燃焼圧（シリンダ筒内圧力）はコンロッド７２を介してクランクシャフト６６を回転させる。ピストン６４の上死点前に点火しても燃焼に時間がかかるので、図４に示すように、シリンダ筒内圧力のピークは上死点以降に発生する。ここで、ピストン６４が上死点にある時点のクランク角とシリンダ筒内圧力のピーク時のクランク角との角度差をαとする。

図５（ａ）を参照して、仮にシリンダオフセットがない場合には、コンロッド反力は角度差α分のスラスト成分を有し、ピストン６４へのスラスト力が発生する。この場合、ピストン６４とシリンダ５４との間の摩擦力が大きく、フリクションロスが発生する。

一方、図５（ｂ）を参照して、シリンダ筒内圧力のピーク時付近におけるコンロッド７２の長手方向（コンロッド７２およびピストン６４の接続部とコンロッド７２およびクランクシャフト６６の接続部とを結ぶ直線）とシリンダ中心軸線Ａとが略一致または略平行となり、コンロッド反力のスラスト成分がゼロまたは小さくなるように、シリンダ５４のオフセット量を設定すると、ピストン６４とシリンダ５４との間の摩擦力を小さくでき、フリクションロスを抑制できる。

１０ エンジン発電機
２４ ＯＨＶエンジン
２６ 発電機
５４ シリンダ
６２ クランクケース
６４ ピストン
６６ クランクシャフト
６８ カムシャフト
７０ クランクウェブ
７２ コンロッド
７４ 駆動ギア
７６ 被駆動ギア
９６ オイルディッパ
Ａ シリンダ中心軸線
Ｂ クランクシャフトの回転軸線
Ｃ シリンダ中心軸線と平行な線
Ｄ カムシャフトの回転軸線
Ｅ 回転軸線ＢとＤとを結ぶ直線
Ｆ クランクシャフトの回転方向
Ｈ 水平面
θ１，θ２ 角度

Claims (4)

1. シリンダと、
   前記シリンダ内に設けられるピストンと、
   前記ピストンの往復運動を回転運動に変換する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、
   前記クランクシャフトに連動するカムシャフトとを備え、
   前記クランクシャフト側から前記シリンダを見たとき、前記シリンダは、前記シリンダの中心軸線と水平面とのなす角度θ１が０度より大きくかつ４５度未満になるように斜め上方に傾斜し、
   前記カムシャフトは、前記シリンダの中心軸線より下方に位置し、
   前記シリンダの中心軸線は、前記クランクシャフトの回転軸線を通り前記シリンダの中心軸線と平行な線に対して前記カムシャフトの反対側にオフセットされている、ＯＨＶエンジン。
2. 前記シリンダに設けられかつ前記クランクシャフトおよび前記カムシャフトを収納するクランクケースと、
   前記クランクシャフトに設けられる駆動ギアと、
   前記カムシャフトに設けられかつ前記駆動ギアの回転に伴って回転する被駆動ギアとをさらに含み、
   前記カムシャフトの回転軸線は、前記クランクシャフトの回転軸線を通る水平面よりも下方に位置し、
   前記カムシャフトの回転軸線と前記クランクシャフトの回転軸線とを結ぶ直線と前記水平面とのなす角度θ２は０度より大きくかつ４５度未満である、請求項１に記載のＯＨＶエンジン。
3. 前記角度θ１は前記角度θ２よりも大きい、請求項２に記載のＯＨＶエンジン。
4. 向かって左側に前記クランクシャフトが位置しかつ右側に前記カムシャフトが位置するように当該ＯＨＶエンジンを見たとき、前記クランクシャフトの回転が反時計回りである、請求項１から３のいずれかに記載のＯＨＶエンジン。

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