JP2882913B2

JP2882913B2 - ４サイクルエンジン

Info

Publication number: JP2882913B2
Application number: JP17481291A
Authority: JP
Inventors: 芳隆河原; 正明中地; 美英中谷
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1991-06-20
Filing date: 1991-06-20
Publication date: 1999-04-19
Anticipated expiration: 2014-04-19
Also published as: JPH051550A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はＨＣ，ＣＯ等排出量低
減に好適な４サイクルエンジンに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の４サイクルエンジンの１例を図３
によって説明する。図３は従来の４サイクルエンジンの
１例の断面図である。図において１はシリンダ、２はク
ランクケース、３はシリンダヘッド、４はピストン、５
はクランク軸、６はコネクティングロッド、３３はカム
軸、３７は吸気弁（排気弁も形は同様）。１６は点火プ
ラグで何れも内燃機関の主要な部品で公知のものである
から説明を省く。４０は潤滑油で前記クランクケース８
内に溜められている。４１はオイルディッパで前記コネ
クティングロッド６の大端部に設けられピストンが下死
点近くにあるとき前記潤滑油４０の中へ入る構成になっ
ている。７は燃焼室で前記シリンダヘッド３をくぼませ
て設けられ、前記シリンダ１、ピストン４で囲まれてい
る。３４はタペット、３５はプッシュロッド、３６はロ
ッカアームで前記カム軸３３と合せて公知の動弁機構で
吸気弁７、及び図示しない排気弁を開閉する。

【０００３】図３において、ピストン４の動きに応じて
カム軸３３、タペット３４、プッシュロッド３５、ロッ
カアーム３６の作用により吸気弁３７が開いて新気をシ
リンダ内に吸入し公知のとおり圧縮、点火燃焼、膨張の
行程を経て図示しない排気弁が開いて排気し、１サイク
ルが終る。コネクティングロッド６の上下動と揺動によ
りオイルディッパ４１がオイル４０をクランク室８内へ
はね飛ばし、その油滴で摺動部及び回転部を潤滑してい
る。前記オイルディッパ４１を用いず潤滑油ポンプを設
けてクランクケースに溜めた油を循環給油する機関もあ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】図３に示すような従来
の４サイクルエンジンは、クランクケースの下部に潤滑
油を溜めているためエンジンの姿勢が限定される。エン
ジンを極端に傾斜させて運転するとオイルディッパが潤
滑油面にとどかず潤滑油の飛散ができなかったり、逆に
油面が高すぎると過大な飛沫量によりオイル消費量が増
大する。したがって、刈払機やチェインソーなどの手持
作業機には４サイクルエンジンは使用できず、この分野
のエンジンは２サイクルエンジンが占めている。一方熱
効率や排ガスの面からは２サイクルエンジンは欠点が多
い。例えば炭化水素の排出量は２サイクルエンジンは４
サイクルエンジンの１０倍以上である。

【０００５】本発明の目的は、前記不具合を解消し、熱
効率、排気ガスの面で有利な４サイクルエンジンで以っ
て、運転姿勢を自由にできるエンジンを提供することに
ある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１によれば、クラ
ンクケース（２）、シリンダ（１）、シリンダヘッド
（３）、シリンダ内を往復動するピストン（４）を有
し、同ピストン（４）、シリンダ（１）、シリンダヘッ
ド（３）で燃焼室（７）を形成するとともに、前記ピス
トン（４）をコネクティングロッド（６）を介してクラ
ンク軸（５）に連結して成る内燃機関において；前記シ
リンダヘッド（３）に設けられるとともにクランクケー
ス室（８）に連通される給気通路（２６）と；シリンダ
（１）下部の排気ポート（２１）に連通される排気通路
（２５）と；前記給気通路（２６）と排気通路（２５）
と燃焼室（７）への連通部（２２）との合流部に設けら
れ、前記給気通路（２６）を給気行程時に、前記排気通
路（２５）を排気行程時に前記連通部（２２）を介して
それぞれシリンダ（１）に連通する弁装置（１５）と；
前記給気通路（２６）に設けられて前記給気通路（２
６）とクランクケース室（８）とを連通し給気通路（２
６）方向への流れのみを許容する逆止弁（３１）と；前
記クランクケース室（８）の圧力によって開閉する開閉
弁（３２）を有し、前記クランクケース室（８）内に空
気、燃料及び潤滑油の混合気を供給する燃料供給装置と
を有し、さらに前記弁装置（１５）がクランク軸と同期
してその１／２の速度で回転し、単一の切欠き又は弧状
断面の通路を有する回転弁からなり；前記ピストン
（３）の往復動に伴うクランクケース室（８）内の圧力
の変化により前記燃料供給装置からの該クランクケース
室（８）内への前記混合気の吸入及び同クランクケース
室（８）内の混合気の給気通路（２６）への供給を可能
としている。

【０００７】請求項２では請求項１記載のシリンダ側壁
にピストンの下死点附近でピストンにより開閉されるシ
リンダ排気ポートが設けられるとともに、前記排気通路
と前記シリンダ排気ポートとがそれぞれ連通される一つ
のマフラを有している。

【０００８】請求項３では、請求項２記載の給気通路中
に少なくともピストンの行程容積相当容積の容量を有す
る給気チャンパを備えている。

【０００９】

【作用】請求項１の作用では、機関の給気行程で弁装置
が給気通路をシリンダへ連通し、クランクケース内の混
合気は逆止弁付きの給気通路を経て、弁装置を混合気中
の潤滑油滴で潤滑しつつ通ってシリンダ内に吸入され
る。給気行程が終ると弁装置はシリンダと給気通路との
間を閉じる。次の行程でシリンダ内の混合気が圧縮され
ると同時にクランクケースへ燃料供給装置の供給する混
合気が吸入される。混合気は圧縮行程の終り近くで図示
しない点火プラグによって点火され燃焼する。次の膨張
行程では、コネクティングロッドによりクランクシャフ
トにトルクが与えられ機関は仕事をする。同時にクラン
クケース内の混合気は給気通路へ供給されるが、シリン
ダへは入らない。ピストイ下死点近くで弁装置はシリン
ダを排気通路に連通し、既燃焼ガスが弁を通って排気通
路へ排出される。この時同時にクランクケースへ燃料供
給装置の供給する混合気を吸入する。排気が終ると１サ
イクルが終る。

【００１０】前記シリンダ排気ポートは、給気行程の終
り近くで開き、排気がシリンダ内へ逆流する。次に圧縮
行程にないシリンダ排気ポートはピストンによって閉じ
られて後圧縮がはじまる。膨張行程において、下死点の
少し手前でシリンダ排気ポートが開かれ、シリンダ内の
既燃焼ガスはブローダウンする。次に排気行程になり、
弁装置はシリンダを排気通路に連通し、シリンダ排気ポ
ートはピストンによって閉じられ、ブローダウン後のガ
スは弁装置を通って排気通路へ排出される。この排出ガ
スはブローダウン後であるから、圧力、温度ともに低
く、量も少ないので、回転弁からなる弁装置の受ける熱
はそれだけ少なく、耐久性に問題はない。

【００１１】請求項２の作用では、給気行程の終りにマ
フラの排気がシリンダ内へ逆流する。膨張行程の終りに
ブローダウンしたガスはマフラへ排出される。弁装置を
通って排気通路へ排出されたガスもマフラへ排出され
る。

【００１２】また、請求項３の作用では給気行程でクラ
ンクケース室を経て給気チャンバに溜められている混合
気が、給気通路を経てシリンダに供給される。クランク
室内の混合気は逆止弁を開いて前記給気チャンバに供給
される。膨張行程でクランクケース室内の混合気はクラ
ンクケース側の圧力の方が高くなれば逆止弁を開いて給
気チャンバへ供給される。

【００１３】

【実施例】本発明の実施例を図１〜２によって説明す
る。図１は本発明に係る実施例の断面図、図２は本発明
に係る実施例の機関の行程の説明線図で横軸はクランク
角、縦軸は上から回転弁位置、ポートの開口面積、燃焼
室内圧力である。

【００１４】図において、１はシリンダ、２はクランク
ケース、３はシリンダヘッド、４はピストン、５はクラ
ンク軸、６はコネクティングロッド、７は燃焼室、１２
はマフラで何れも内燃機関の部品で公知のものであるか
ら説明は省く。８はクランクケース室で内容積が小さく
作られている。１１は気化器で前記クランクケース室８
に連結されている。３２はリード弁で前記気化器１１の
前記クランクケース室８への連結部に設けられ、クラン
クケース室８側へのみ開く。１５は回転弁で、前記シリ
ンダヘッド３に設けられ前記クランク軸５に機械的に結
合されその１／２の速度で回転する。２２は連通部で前
記シリンダヘッド３に設けられ前記シリンダ１と前記回
転弁１５を連結している。２５は排気通路で、前記シリ
ンダヘッド３に設けられ前記回転弁１５と前記マフラ１
２を連結している。２７は給気チャンバで給気の溜り空
間であり、前記シリンダ１の下部に連結されている。

【００１５】３１はリード弁で、前記給気チャンバ２７
の前記シリンダ下部との連結部に設けられ、給気チャン
バ２７側への流れのみを許容する。２６は給気通路で前
記シリンダヘッド３に設けられ前記給気チャンバ２７と
前記回転弁１５を連結している。２３は回転ポートで前
記回転弁１５に設けられその回転により前記連通部２２
を給気通路２６或は排気通路２５へ切換え連通する。２
０はシリンダ給気ポートで、前記給気チャンバ２７とク
ラクケース室８側との接続口で、前記リード弁３１のク
ランクケース室８側に設けられている。尚、前記シリン
ダ給気ポート２０は、図ではシリンダ下部に設けられて
いるが、クランクケース２に直接設けることも可能であ
る。２１はシリンダ排気ポートで、前記シリンダ１のピ
ストンの下死点より少し上のシリンダ壁を貫通した穴で
あり、前記マフラ１２に連通されている。５０は尾管で
前記マフラ１２を大気へ連通している。

【００１６】次に前記実施例の作用を説明する。シリン
ダ内側の作用は、ピストン４の給気上死点で回転弁１５
が連通部２２を給気通路２６に連通し、始めて給気が始
まる。前記給気は下死点で終るが、下死点少し手前でピ
ストン４によりシリンダ排気ポート２１が開かれ、この
ときマフラ１２から排気がシリンダ１内へ逆流する。高
負荷時には、給気量が多く吸入下死点におけるシリンダ
内の負圧が小さいから前記逆流は少ない。給気下死点で
前記回転弁１５は連通路２２を閉じ、ピストン４がシリ
ンダ排気ポート２１を閉じて圧縮が始まる。圧縮上死点
少し手前で図示しない点火栓で点火、混合気は燃焼す
る。ピストン４は上死点を越えて膨張行程になりクラン
ク軸５にトルクを発生する。ピストン４の下死点少し手
前でシリンダ排気ポート２１がピストン４によって開か
れ、燃焼したガスはシリンダ排気ポート２１からブロー
ダウンしマフラ１２へ流出される。

【００１７】膨張下死点で回転弁１５の回転ポート２３
が連通部２２を排気通路２５に通じ、ピストン４の上昇
で排気行程になり、シリンダ排気ポート２１はピストン
４によって閉じられ、前記ブローダウンしたあとの燃焼
ガスは連通部２２、回転ポート２３、排気通路２５を通
ってマフラ１２へ排出される。前記回転ポート２３を通
るガスは、ブローダウンの後のガスであって圧力温度と
もに低く量も少ない。マフラ１２に排気されたガスは尾
管５０を経て大気へ流出する。ピストン４は吸入上死点
になる。クランクケース室８側の作用は、前記シリンダ
内側に対応しピストン４が吸入上死点から下るにしたが
いクランクケース室８の体積が減少して圧力が上り、リ
ード弁３２からの燃料は流入せず、クランクケース室８
内の圧力が給気チャンバ２７の圧力より高くなるとリー
ド弁３１を開いて給気チャンバ２７へ押しこまれる。ピ
ストン４が給気下死点を過ぎ圧縮行程になるとクランク
ケース室８の体積は大きくなり、圧力が下りリード弁３
１は開かれず、リード弁３２を開き大気が気化器１１を
通って燃料と潤滑油を混合して混合気となりクランクケ
ース室８へ流入する。

【００１８】この上死点で点火燃焼し、膨張行程になり
ピストン４が下ると前記給気行程と同様クランクケース
室８の容積が減少しリード弁３２は閉じ、クランクケー
ス室８内の混合気は圧力が給気チャンバ２７の圧力より
高くなればリード弁３１を開いて給気チャンバ２７へ流
れる。前記のとおり、機関の１サイクル中に２度給気チ
ャンバ２７へ給気が行われるが、リード弁の開閉には圧
力差が必要であるし気体であるから給気チャンバ２７の
圧力の方が高ければ入り得ないので２回目の押込み量は
かなり減少する。ピストン４の行程容積以上をシリンダ
１内に押込んでも給気行程の終りにシリンダ排気ポート
２１からマフラ１２へ吹き抜けてしまうので、出力増加
には役立たない。

【００１９】次にピストン４は上方へ動いて排気行程に
なり、クランクケース室８の容積は増加し前記同様気化
器１１からリード弁３２を開いて混合気を吸込み、上死
点に達する。機関の１サイクルを終る。結局理想的な給
気量はスロットル開度１００％のときにピストン行程容
積相当量をシリンダ１内に充填することであり、給気量
をこのようにすべく気化器１１、クランクケース室８、
リード弁３１，３２、給気チャンバ２７、回転弁１５の
諸元を設定する。

【００２０】

【発明の効果】本発明によれば、クランクケース室下部
に潤滑油を溜めないクランクケース圧縮式とすることで
４サイクルエンジンを全方向姿勢で運転可能とすること
が可能となる。又４サイクルエンジンとしてシリンダ内
ガス交換を給気と排気と各行程で別々に行わせるので、
新気が排気へ直接吹き抜けることがなく気化器による混
合気形成方式でも燃料の吹き抜けをなくすことができ
る。これにより従来の２サイクルエンジンで大きな欠点
とされていた燃料の排出レベルが高いという問題点を解
決することができる。更にシリンダ下部に設けた排気ポ
ートは高温高圧の燃焼ガスを短期間に排出させるので、
回転弁部の熱負荷を抑制しこの部分の耐久性を向上させ
る。

【００２１】また、本発明によれば、給気行程の最後に
シリンダ排気ポートが開孔するので、この排気ポートか
らマフラ内の排ガスがシリンダ内に逆流してＥＧＲ（排
ガス再循環）の作用をなし、排ガス中のＮＯｘ（窒素酸
化物）を減少させる効果を有する。

【００２２】よってこの発明は熱効率、排気ガスの面で
有利な４サイクルエンジンで以って、運転姿勢を自由に
できるエンジンを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る実施例の４サイクルエンジンの概
要図。

【図２】本発明に係る実施例の行程の説明線図。

【図３】従来の４サイクルエンジンの断面図。

【符号の説明】

１…シリンダ、２…クランクケース、３…シリンダヘッ
ド、４…ピストン、５…クランク軸、６…コネクティン
グロッド、７…燃焼室、８…クランクケース室、１１…
気化器、１５…回転弁、２０…シリンダ給気ポート、２
１…シリンダ排気ポート、２２…連通部、２３…回転ポ
ート、２５…排気通路、２６…給気通路、３１…リード
弁、３２…逆止弁（リード弁）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭61−49130（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−158328（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−288304（ＪＰ，Ａ) 実開平２−110243（ＪＰ，Ｕ) 特公昭63−59009（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F02B 29/00 F01L 7/02 F02B 25/20 F02B 33/26 F02F 1/22

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】クランクケース（２）、シリンダ
（１）、シリンダヘッド（３）、シリンダ内を往復動す
るピストン（４）を有し、同ピストン（４）、シリンダ
（１）、シリンダヘッド（３）で燃焼室（７）を形成す
るとともに、前記ピストン（４）をコネクティングロッ
ド（６）を介してクランク軸（５）に連結して成る内燃
機関において；前記シリンダヘッド（３）に設けられる
とともにクランクケース室（８）に連通される給気通路
（２６）と；シリンダ（１）下部の排気ポート（２１）
に連通される排気通路（２５）と；前記給気通路（２
６）と排気通路（２５）と燃焼室（７）への連通部（２
２）との合流部に設けられ、前記給気通路（２６）を給
気行程時に、前記排気通路（２５）を排気行程時に前記
連通部（２２）を介してそれぞれシリンダ（１）に連通
する弁装置（１５）と；前記給気通路（２６）に設けら
れて前記給気通路（２６）とクランクケース室（８）と
を連通し給気通路（２６）方向への流れのみを許容する
逆止弁（３１）と；前記クランクケース室（８）の圧力
によって開閉する開閉弁（３２）を有し、前記クランク
ケース室（８）内に空気、燃料及び潤滑油の混合気を供
給する燃料供給装置とを有し、さらに前記弁装置（１
５）がクランク軸と同期してその１／２の速度で回転
し、単一の切欠き又は弧状断面の通路を有する回転弁か
らなり；前記ピストン（３）の往復動に伴うクランクケ
ース室（８）内の圧力の変化により前記燃料供給装置か
らの該クランクケース室（８）内への前記混合気の吸入
及び同クランクケース室（８）内の混合気の給気通路
（２６）への混合気供給を可能にしたことを特徴とする
４サイクルエンジン。
【請求項２】側壁にピストン（４）により下死点附近
で開閉されるシリンダ排気ポート（２１）を有するシリ
ンダ（１）を備えるとともに、前記排気通路（２５）と
前記シリンダ排気ポート（２１）とに連通される一つの
マフラ（１２）を備えてなる請求項１記載の４サイクル
エンジン。
【請求項３】前記給気通路（２６）中に少なくともピ
ストンの行程容積相当の容積を有する給気チャンバ（２
７）を備えてなる請求項２記載の４サイクルエンジン。