JPH02233827A - クランク室圧縮付吸気方による４行程エンジン吸気量増加方 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この考案は、エンジンの出力特性を決定する吸気量増加
方のうち、４行程エンジンにおいて、過給器を使用しな
いで充分な吸気量を確保するためのものである。

従来の技術 従来のエンジンのうち、２行程エンジンは構造が簡単で
構成部品が少なく、吸気量も同排気量の４行程エンジン
より多いので、高出力を出し易い利点がある反面、掃気
残や掃気吹き抜けがあるため、部分負荷特性の悪さや低
燃費がついてまわり、それらを改善すべく種々の吸排気
時機変更用補助装置が開発され、実用化しているが、低
燃費は改善されていないので、経済性を重視する自動車
用エンジンとしては採用されにくい。

一方、４行程エンジンは、各行程がきちんと区分されて
おり、不安定要素が殆んどないため、部分負荷から最大
負荷まで安定した燃焼を示し、回転がなめらかで好燃費
であるが、同排気量の２行程エンジンに比べると吸気量
が少ない分だけ比出力も低い。この低比出力を改善すべ
く種々の過給器が開発され実用化しているが、過給器の
分だけ大型になり重くなり複雑になって高片となり、エ
ンジンの理想とする小型・軽量・構造簡単・高効率のう
ち、前３項からだんだん遠ざかってきた。

しかし、４行程エンジンの長所はどの様な過給をしても
、２行程エンジンより安定した回転と、全国地域にわた
る好燃費を示すことである。

考案が解決しようとする課題 そこで、２行程エンジンなみの比出力と、４行程エンジ
ンの安定回転・好燃費をうまく取り入れ、過給器を使う
ことなく小型・軽量・構造簡単・高比出力の４行程エン
ジンを作ることを目標とした。本案によれば、２気筒以
上の多気筒エンジンでは特に構造簡単で現行４行程エン
ジンに比べ吸気量がほば倍になり、比出力もその分大き
くできる。また、単気筒でも２気筒ほどではないが、大
略、目的を達成できる。そのうえ部品的には特殊なもの
を必要とせず、すべて既存の技術で対応可能であり、４
行程エンジンであれば火花点火式（ガソリンエンジン）
または、圧縮着火式（ディーゼルエンジン）を問わず適
用可能である。

課題を解決する手段 本案による大きな特徴は、２行程エンジンのようにクラ
ンク室を密閉構造とし、２気筒以上の場合、第２−０図
の概念図と第２−１図のように、吸入管に取り付けた吸
入用リードバルブを通し、ピストンの上昇行程時にクラ
ンク室に吸気を取り入れ、下降工程時に送出用リードバ
ルブと吸気分配管を通し、複気筒分を１つのシリンダー
に送り込むことにあり、単気筒と一部の２気筒の場合は
第１−１図から第１−４図のように、１回目の送出され
た吸気を蓄気室に蓄え、２回目の送出された吸気と合わ
せて、２回分の吸気を１回の吸気行程のときにシリンダ
ーに送り込む点にある。

４行程エンジンは、周知のように４つの行程をクランク
軸２回転で一巡させる。このうちピストンの上昇行程は
圧縮行程と排気行程であり、下降行程は吸気行程と燃焼
行程である。これらはクランク軸作動角では１８０度ず
つであり、クランク室側では２回の呼吸作用となる。一
方、シリンダー側では、吸気行程はクランク軸作動角１
８０度１回のみであるので、これをうまく利用し、複気
筒分のクランク室吸記を１シリンダーに向けて送り込む
。

この方法を解決するのが各気筒あたり２個のリードバル
ブであり、吸気分配管である。吸気分配管は送出用リー
ドバルブを出た後１本に集合し、再び気筒数に分配する
もので、本案でのカギとなる重要なものである。また、
３気筒や５気筒のような奇数気筒でも、吸気分配管を１
本にまとめた後、気筒数に分配するのは同様であり、吸
気の流れが少し複雑になるだけで、作用は同じである。

しかし、単気筒では、１回目の吸気管の途中の蓄気室に
蓄えることになり、吸気管容積が必然的に大きくなるの
で、排気量・クランク室容積・吸気管容積の３者の関係
から、２気筒の場合よりシリンダーへの充填効率が少し
低下する。

以上の手段で２気筒以上、何気筒でも２気筒または３気
筒単位で考えることができ、効果は同じとなる。以下、
図にもとづいて説明するが、シリンダーから上の燃焼室
やシリンダーヘッド部・動弁機構部等については、現行
型４行程エンジンと同様なので省略し、主に吸気系路と
、これに付隨する潤滑方について説明する。

なお、本案による最大効果を示すのは２気筒以上の多気
筒エンジンであるが、単気筒と多気筒での違いは、蓄気
室をもつ吸気管か、または蓄気室をもたない吸気分配管
かだけであるので、作用をわかり易くするため、単気筒
による基本型からとする。

作用 （１）第１−０図が単気筒の基本型の縦断面図である。

このエンジンの特徴は、吸気を直接シリンダーに吸入せ
ず、一旦クランク室に吸入しクランク室圧機を利用して
、１回分を蓄気室へ蓄え、燃焼室側での吸気行程のとき
、１回目の蓄気と２回目のクランク室吸気を合わせて吸
入することにある。図中クランク室ＣＲは、２行程エン
ジンと同じように密閉構造とし、吸入用リードバルブ１
・送出用リードバルブ２・蓄気室３・吸入量調節弁４・
スロットバルブ５で構成するのが、本案での吸気系路で
ある。

この図ではクランク室には空気だけを吸入するので、ク
ランク室内とシリンダー壁等の潤滑は、潤滑油全圧送で
行うことを示している。潤滑油通路の概念は第４図に示
す。第４図は直列４気筒の左半分であるが、単気筒では
＃１ＣＲ側のみとすればよい。また第１−０図中９の金
網と１０の潤滑油障壁は潤滑油回収用で、できるだけク
ランク軸回転方向から反対側へ開口させ、クランク軸等
から飛び散る潤滑油を、吸気の中から少しでも多く回収
しようとするものである。

第１−０図による作用を第１−１図から第１−４図に従
って説明すれば、以下のとおりになる。

なお、作用説明図なので第１−０図を簡略化して表わし
た。また、わかり易くするためピストンの圧縮行程から
とした。

（ア）第１−１図ではピストンの圧縮行程を示し、ピス
トン１７は上昇行程にあり、ピストンの上昇に従って、
クランク室ＣＦ内は負圧となって吸入用リードバルブ１
が開き、矢印３０のように吸気が流れ込む。ピストンが
上死点を通過し、下降を始めてＣＲ内圧が高くなりだし
たときに１が閉じる。吸気弁６と排気弁７は共に閉じて
いる。

（イ）第１−２図では燃焼行程を示し、ピストン１７は
下降行程にあり、ピストンの下降に従ってＣＲ内圧は高
まり、吸入用リードバルブ１は閉じたまま送出用リード
バルブ２を押し開き、押し出された吸気は矢印３０のよ
うに流れるが、吸気弁６が閉じているので、蓄気室３に
１回分の吸気として蓄えられる。送出用リードバルブ２
はピストンの下死点通過後、ＣＲ内圧が蓄気室３の内圧
より負圧になりしだい閉じる。

（ウ）第１−３図では排気行程を示し、排気弁７が開き
、ピストン１７は上昇行程に入り、ＣＲ内圧が負圧にな
りしだい吸入用リードバルブ１が開いて、矢印３０のよ
うに吸気が流れ込む。なお、送出用リードバルブ２と吸
気弁６が共に閉じているので、前（イ）号で蓄えられた
吸気は、そのまま留まっている。吸入用リードバルブ１
はピストンが上死点通過後閉じる。

（エ）第１−４図では吸気行程を示し、吸気弁６が開き
ピストン１７は下降行程に入り、ＣＲ内圧が高まりだす
と共に、前（ウ）号でのクランク室吸気は吸入用リード
バルブ１を閉じ、送出用リードバルブ２を押し開き、す
でにシリンダーに流れ込み始めている前（ウ）号で蓄え
られていた蓄気と合流しながらシリンダーに押し入れら
れる。以上、単気筒エンジンでの動作原理のとおり、各
行程はすべて複合利用され、確実に吸気量は倍になる。

（２）２気筒エンジンでの作用 直列２気筒３６０度クランク型や水平対向２気筒１８０
度クランク型、または９０Ｖ型クランク９０Ｖ気筒配列
のエンジンでは、第２−１図に示すように吸気分配管２
７を、２死筒分を１本に集合させ、再び気筒枚数に分配
することにより、第１−０図基本図による吸気管途中の
蓄気室も不要となって更に構造簡単になり、吸気管容積
が小さくなるので、シリンダーへの吸気充填効率もあが
る。ここでは、代表的な直列２気筒３６０°クランク型
について説明する。

第２−１図は、第２−０図２気筒エンジン縦断面図の概
念図のうち、吸気系路を２点鎮線のｘ−ｘに従って引き
伸ばして書いた横断面図である。直列２気通３６０度ク
ランク型エンジンでは、＃１シリンダーと＃２シリンダ
ーは３６０度ずれた行程を行っているが、ピストンは見
掛け上、同位相で上下運動しているので＃１ＣＲと＃２
ＣＲのクランク室では、常に同時に、吸入または送出行
程を行っている。これらから順を追って説明する。

（ア）＃１シリンダーの排気行程では＃２シリンダーは
圧縮行程で、クランク室側＃１ＣＲと＃２ＣＲは共に吸
入行程である。

（イ）＃１シリンダーの吸気行程と、＃２シリンダーの
燃焼行程では、クランク室側は＃１ＣＲと、＃２ＣＲと
も送出行程であり、シリンダー側の吸気弁６が開いてい
るのは、＃１シリンダー側だけなので第２−７図、吸気
分配管内の吸気流け図のように２ブランク室分の吸気送
出分が同時に＃１シリンダーへ流れ込む。

（ウ）＃１シリンダーの圧縮行程と、＃２シリンダーの
排気行程では、クランク室側は＃１ＣＲと＃２ＣＲは共
に吸入行程である。

（エ）＃１シリンダーの燃焼行程と、＃２シリンダーの
吸気行程では、吸気弁６が開いているのは＃２シリンダ
ー側のみで、クランク室側では、＃１ＣＲと＃２ＣＲは
共に遂出行程なので、２クランク室分の吸気が同時に＃
２シリンダーへ流れ込む（第２−８図の吸気流れ図）。

以上の説明のように、クランク室＃１ＣＲと＃２ＣＲで
の吸入行程または送出行程は同時に行われ、送出行程の
ときは、必ずどちらかの吸気弁６が開いているので蓄気
室が不要になる。また、ピストンの上下運動が見掛け上
、同位相であるので、クランク室間の仕切壁も省略する
ことができ、リードバルブも２クランク室分をまとめて
、吸入用と送出用ともに各１個とし、第２−２図のよう
な構成とすることができる。このときの吸気流れ図は第
２−９図と第２−１０図であり、第２−１図の構成によ
る吸気流れ図、第２−７図と第２−８図と効果は同じで
ある。すなわち構造を簡略できる。また、潤滑は第４図
のように潤滑油全圧送とすればよい。ただし、第４図は
直列４気筒エンジンの左半分であるから、２気通の場合
はクランクの向きは同一方向となる。

（３）３気筒以上の多気筒エンジンでは、２気筒３６０
度クランク型の作用と類似である。まず、３気筒または
５気筒等、奇数気筒型ではピストンの運動の位相がずれ
ているため、クランク室間の仕切変が省略できず、吸気
の流れが多少複雑になるだけで、各フランク室からの吸
気分配管を１本に集合させ、その後、気筒数に分配する
のは同じである。ただし、４気筒以上の偶数気筒になれ
ば、吸気分配管は分割することができる。分割の仕方は
４気筒での方法をそのまま適用できるので、４気筒での
１系路吸気分配管と２系路分割の吸気分配管から説明す
る。

（ア）第３−１図は、直列４気筒エンジンの吸気系路断
面図である。第３−０図の直列４気筒の縦断面の概念図
のうち、吸気系路を２点鎮線のｘ−ｘに従って引き伸ば
して書いた横断面図であり、点火順序１・３・４・２の
側である。

吸気分配管を一旦１本に集合させ、その後、気筒数に分
配するのは２気筒のときと同じであり、各行程における
吸気の流れは、第３−３図から第３−６図までであって
、図中２段書きの英数文字は、上段が吸気行程で下段が
燃焼行程のシリンダー番号である。図のように常に２つ
のクランク室から、１つのシリンダーに向けて吸気が流
れ込むのは、２気筒の場合と同様である。

（イ）第３−２図は第３−１図の変型で、見掛け上、同
位相で運動するクランク室どうしの吸気分配管を結が、
２系路の吸気分配管に分割したもので、吸気分配管の取
りまわしに制約がある場合や、吸気分配管の長さを短か
くしたい場合には、このように分割してもよい。また、
＃２ＣＲと＃３ＣＲの間のクランク室仕切壁を省略でき
ることも、２気筒３６０度クランク型のときと同様であ
る。このときの吸気の流れ図は、第３−７図から第３−
１０図までとなり、吸気分配管を１本に集合させたもの
と同様の作用となる。

（ウ）６気筒以上の多気筒になれば、吸気分配管の長さ
の関係から、前出のように吸気分配管を２気筒単位、ま
たき３気筒単位に分割した方式が、より好都合な場合が
多くなる。これはＶ型気筒配列のとき、特に好都合とな
る場合が多い。また、このときの分けかたは見掛け上、
同位相で運動するピストンどうしの２気筒単位、または
１２０度ずつ位相のずれた３気筒単位、さらに８気筒に
なれば、同位相の２気筒単位または第３−１図のような
４気筒単位にするのは、前出のとおりである。

〔以上、作用（１）の（ア）〜（エ）が精求項（１）に
関する説明、（２）の（ア）〜（３）の（ウ）が請求項
（２）に関する説明とする〕実施例 （１）請求工項（１）に関する実施例 （ア）単気筒において、部分負荷時のシリンダーへの吸
気充填効率をあげるため、負荷に応じて蓄気室の容積を
ベローズ等で変化させる方法（第１−５図）。

（イ）余分な構成品を省くため、第１−０図のうち、蓄
気室３の容積分を吸気管の太さで吸収し、蓄気室３を省
略する方法。

（ウ）エンジン出力特性の性格づけにおいて、第２−１
１図（１）のように直線的でよいなら、第１−６図のよ
うに、第１−０図におけるスロットルバルブ５を省略す
る方法。

（エ）エンジン出力特性の性格づけにおいて、第２−１
１図（２）のように低速重視とするなら、また第２−１
１図（３）のように中速重視とするなら、第１−０図の
スロットルバルブ５と吸入量調節弁４の開度の関係を、
５よりも４を低速側でより多く、または中速側でより多
く開く方法。

（オ）ピストンおよびクランク軸を混合潤滑とするため
、燃料供給装置と潤滑油供給口を、第１−７図のように
吸入用リードバルブよりも前へもってくる方法。

（カ）直列２気筒１８０度クランク型は、各気筒ごとに
独立した吸気管２本となるだけなので、前（ア）〜（オ
）の各号と同様の方法。

（キ）圧縮着火式エンジンにおいても、吸気量調節弁と
スロットバルブが不用となるだけであり、吸気方は同じ
なので、前（ア）・（イ）の各号による方法。

（ク）圧縮着火式エンジンは圧縮圧力が高く、そのため
始動抵抗が大きいので、始動時のみクランク室圧縮をや
めたいときは、第５−２図のように等圧管２０と仕切弁
２８を設け、始動継電器Ｓ．Ｒと連動するレバーで、第
５−４図のように２８を始動時にＯＰの位置で開き、始
動後はＣＬの位置で閉じさせる方法。

（２）請求項（２）に関する実施例 （ア）第２−１図から実施例（１）の（ウ）と同じよう
にスロットルバルブ５を省略する方法。

（イ）クランク室仕切壁を省略し、リードバルブも吸入
用と送出用各１個とした第２−５図のように前（ア）号
と同じようにスロットバルブ５を省略する方法。

（ウ）混合気の均一化を計るため、第２−１図の吸気分
配管２７を、第２−３図の吸気分配管と入換えて、各気
筒個別燃料供給とする方法。同じく第２−２図と第２−
４図を組合わせる方法。

（エ）実施例（１）は（エ）と同じように低速重視、ま
たは中途重視とする方法。

（オ）実施例（１）の（オ）と同じように混合潤滑とす
る方法（第２−６図） （カ）充填効率が低くてよいなら第２−１図・第２−２
図の、送出用リードバルブを全廃する方法。

（キ）２気筒以上の多気筒エンジンで、２気筒または３
気筒単位に分割して考えることができるものは、前（ア
）〜（カ）の各号と同様の方法。

（ク）圧縮着火式でエンジンで始動時のみブランク室圧
縮をやめたいときは、２気筒３６０度クランク型のとき
は実施例（１）の（ク）と同じように第５−２図の方法
。また、３気筒以上のときは、気筒数に関係なく全クラ
ンク壁を等圧管２０と仕切弁２８で接続し、始動時のみ
仕切弁を開ける第５−１図（図では３気筒の例）と第５
−４図の方法。または偶数気筒であれば、第５−３図の
ように位相が１８０度ずれたクランク室どうしを結ぶ方
法。

効果 以上のことから、本案による効果を総合的にまとめれば
、 （１）自然吸気で現在の４行程エンジンの倍近い吸気量
が得られる。吸入管を長く、吸気分配管を短かくすれば
、なお吸気量がふえる。

（２）構造が簡単で、リードバルブが増加し、吸気分配
管の工夫以外、特殊な部品を必要としない。

（３）吸気で常にピストンの裏側が冷却され、熱的に楽
になる。

（４）全行程を無駄なく複合利用している。

（５）補機は使用していないので、信頼性がよく動力損
失がない。

これらのことから、エンジンの理想とする小型・軽量・
構造簡単・高出力を達成できる。

【図面の簡単な説明】

第１−０図　単気筒エンジンの縦断面図。 第１−１図　第１−０図の作用説明図のうち、圧縮行程
時の作用図 第１−２図　第１−０図の作用説明図のうち、燃焼行程
時の作用図。 第１−３図　第１−０図の作用説明図のうち、排気行程
時の作用図。 第１−４図　第１−０図の作用説明図のうち、吸気行程
時の作用図。 第１−５図　第１−０図のうち、蓄気室３を容積可変型
とした簡略図。 第１−６図　第１−０図のうち、スロットルバルブ５を
省略した簡略図。 第１−７図　第１−０図のうち、燃料供給装置を吸入用
リードバルブより前へ取りつけた混合潤滑方式の簡略図
。 第２−０図　２気筒３６０度クランク型エンジンの縦断
面の概念図。 第２−１図　第２−０図のうち、２点鎖線ｘ−ｘに従っ
て、引き伸ばして書いた吸気系路横断面図。 第２−２図　第２−１図のうち、クランク室仕切壁を省
略し、吸入用・送出用リードバルブを各１個にまとめた
クランク室横断面図。 第２−３図　第２−１図のうち、吸気分配管２７を個別
燃料供給方式とした吸気分配管図。 第２−４図　第２−２図の送出用リードバルブ＃２５の
後へ付く、個別燃料供給方式の吸気分配管。 第２−５図　第２−２図のクランク室とスロットルバル
ブ５を省略した吸気分配管を組合わせた構成図。 第２−６図　第２−５図による構成図のうち、燃料供給
装置を吸入用リードバルブ＃１５より前へ取りつけた混
合潤滑方式の簡略図。 第２−７図　第２−５図の吸気分配管の吸気流気行程の
ときの吸気流れ図。 第２−８図　第２−７図からクランク軸が１回転し、＃
２シリンダーが吸気行程のときの吸気流れ図。 第２−９図　第２−５図の構成による吸気分配管内、吸
気流れ図のうち、＃１シリンダーが吸気行程のときの吸
気流れ図。 第２−１０図　第２−９図からクランク軸が１回転し、
＃２シリンダーが吸気行程のときの吸気流図。 第２−１１図　第２−１図におけるエンジンの、回転数
と吸気量の関係図。 第３−０図　直列４気筒エンジンの縦断面の概念図 第３−１図　第３−０図のうち、２点鎖線ｘ−ｘに従っ
て、引き伸ばして書いた吸気系路横断面図。点火順序１
・３・４・２。 第３−２図　第３−１図のうち、＃２ＣＲと＃３ＣＲ間
の仕切壁を省略し、吸気分配管を２系路に分割した構成
図。 第３−３図　第３−１図による吸気分配管の、＃１シリ
ンダーが吸気行程のときの吸気流れ図。 第３−４図　第３−３図よりクランク軸が半回転後の＃
３シリンダーが吸気行程のときの吸気流れ図。 第３−５図　第３−４図よりクランク軸が半回転後の＃
４シリンダーが吸気行程のときの吸気流れ図。 第３−６図　第３−５図よりクランク軸が半回転後の＃
２シリンダーが吸気行程のときの吸気流れ図。 第３−７図　第３−２図による吸気分配管の＃１シリン
ダーが吸気行程のときの吸気流れ図。 第３−８図　第３−７図よりクランク軸が半回転後の＃
３シリンダーが吸気行程のときの吸気流れ図。 第３−９図　第３−８図よりクランク軸が半回転後の＃
４シリンダーが吸気行程のときの吸気流れ図。 第３−１０図　第３−９図よりクランク軸が半回転後の
＃２シリンダーが吸気行程のときの吸気流れ図。 第４図　潤滑充全圧送のときのクランク室廻り潤滑油経
路概念図。 第５−１図　圧縮着火式エンジンの始動時負荷低減用等
圧管の取付け図（３気筒のときの例）。 第５−２図　圧縮着火式エンジンの単気筒・２気筒のと
きの等圧管取付図。 第５−３図　圧縮着火式エンジンの４気筒以上での等圧
管分割取付け図。 第５−４図　第５−１図‘Ａ’部の拡大図では切弁の開
閉位置図。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）単気筒および２気筒１８０度クランク型エンジン
   において、吸気をピストンの上昇行程時にクランク室に
   吸入し、下降行程のうち、燃焼行程時の吸気送出分を蓄
   気室に蓄え、吸気行程時に、先に蓄えた吸気分と、この
   回の吸気送出分をまとめてシリンダー内に吸気する方法
   。
2. （２）請求項（１）以外の２気筒および３気筒以上の多
   気筒エンジンにおいて、吸気ピストンの 上昇行程時にクランク室に吸入し、下降工程時に複クラ
   ンク室吸入分を１シリンダーに、まとめて吸気する方法
   。