JPH051550A - ４サイクルエンジン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 この発明の４サイクルエンジンの目的は熱効
率排気ガスの面で有利な４サイクルで運転姿勢を自由に
できるエンジンを提供することである。 【構成】 空気と燃料と潤滑油の混合気を供給する燃料
供給装置と、シリンダヘッドに設けられた給気通路と、
排気通路とシリンダヘッドに設けられた弁装置と、給気
通路に設けたられた給気チャンバと、給気チャンバをク
ランクケースに接続する逆止弁と、ピストンの下死点近
くの側壁にシリンダ排気ポートを設けたシリンダと、排
気通路とシリンダ排気ポートにそれぞれ連通する一つの
マフラを有することを特徴とする。

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の大部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
て設け前記シリンダ１、ピストン４でかこまれている。
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】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内へはねとばしその油
滴で摺動部及び回転部を潤滑している。オイルディッパ
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】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サイクルで運転姿勢を自由
にできるエンジンを提供することである。

【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、シリンダ、シリンダヘッド、シリンダ内を往
復動するピストンを有し、同ピストン、シリンダ及びシ
リンダヘッドで燃焼室を形成するとともに前記ピストン
をコネクティングロッドを介してクランク軸に連結して
成る内燃機関において；前記シリンダヘッドに設けられ
た給気通路と；排気通路と；給気行程に前記給気通路
に、排気行程に排気通路にそれぞれシリンダの通路を開
く弁装置と；前記給気通路をクランクケースに連結し給
気通路への流れのみを許容する逆止弁と；前記クランク
ケースに空気、燃料及び潤滑油の混合気を供給する燃料
供給装置とを有して成ることを特徴とし前記ピストンの
往復運動に伴うクランクケース内の圧力変化によりクラ
ンクケース内への前記混合気の吸入と前記クランクケー
ス内の混合気の給気通路への供給を可能にしている。

【０００７】請求項２では請求項１記載の給気通路中に
給気チャンバをそなえている。請求項３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２１が設けられてい
る。

【０００８】請求項４によれば請求項３記載の前記排気
通路と前記シリンダ排気ポートがそれぞれ連通される一
つのマフラを有している。請求項５では請求項１に記載
の弁装置１５がクランク軸と同期してその１／２の速度
で回転する回転弁としている。

【０００９】請求項６では請求項１記載の給気通路中に
少くもピストンの行程容積相当容積の容積を有する給気
チャンバを備えている。請求項７では請求項１記載の側
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を設けている。

【００１０】

【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
ラグで点火され燃焼する。次の膨張行程でコネクティン
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。ピストン
下死点近くで弁装置はシリンダを排気通路へ連通し既燃
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。

【００１１】請求項２の作用では、クランクケースから
押し出された混合気は逆止弁を経て給気チャンバに溜め
られ給気チャンバから給気通路弁を経てシリンダへ給気
される。請求項３の作用では、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。
次に圧縮行程になり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い
ので弁装置の受ける熱はそれだけ少い。

【００１２】請求項４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。請求項５の作用では請求項１に記載の弁装置１５が
クランク軸と同期してその１／２の速度で回転する回転
弁となっているが、その作用は請求項１の作用と異らな
い。

【００１３】請求項６の作用では、給気行程でクランク
ケース室をへ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
混合気はリード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リード弁を開いて給気
チャンバへ供給される。請求項７の作用では、給気行程
のピストンの下死点少し手前でシリンダ排気ポートが開
きここから排気がシリンダ内へ逆流する。次にピストン
が少し上昇するとシリンダ排気ポートは閉じ混合気の圧
縮がはじまる。膨張行程の下死点少し手前でシリンダ排
気ポートが開きシリンダ内の既燃焼ガスはブローダウン
し圧力温度が下る。次に回転弁がシリンダ排気通路に連
通しピストンの上昇にしたがってシリンダ排気ポートは
閉じられシリンダ内の既燃焼ガスは回転弁を通って排気
通路へ押し出される。ガスはブローダウンのあとである
から温度も圧力も低く量も少い回転弁の受ける熱もそれ
だけ少い。

【００１４】

【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。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、１
２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１２を連
結している。２７は給気チャンバで給気の溜り空間で前
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。２０
はシリンダ給気ポートで前記給気チャンバ２７とクラン
クケース側との接続口で前記リード弁３１のクランクケ
ース側に設けられている。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１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
前記マフラ１２に連通している。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に連通しはじめ給気がはじま
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をシリンダ内の負圧が小さい
から前記逆流は少い。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
する。

【００１７】膨張下死点で回転ポート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。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い。マフラ１
２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１の体積が減少し
て圧力が上りリード弁３２は流れずクランクケース内の
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
ンが給気下死点を過ぎ圧縮行程になるとクランクケース
１の体積は大きくなり圧力が下りリード弁３１は流れず
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
ストンの行程容積以上をシリンダ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。次にピス
トン４は上へ動いて排気行程になりクランクケース室の
容積は増加し前記同様気化器１１からリード弁３２を開
いて混合気を吸込んで上死点に達する。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。なお前記実施例で
は回転弁を用いているが図３に示す従来例に示したよう
な吸気弁、排気弁を設けてもよく、又、回転弁の代りに
スライド弁を用いても給気通路及び排気通路を開閉でき
る。

【００１９】

【発明の効果】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にする。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問
題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。よってこの発明は熱効率、排気ガスの面で有利
な４サイクルで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 ２１ 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）

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【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）に設けられた給気通路
   （２６）と；排気通路（２５）と；前記給気通路（２
   ６）を給気行程時に、前記排気通路（２５）を排気行程
   時にそれぞれシリンダ（１）に連通する弁装置（１５）
   と；前記給気通路（２６）とクランケース室（８）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）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
   して成り；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該クランクケース
   室内への前記混合気の吸入と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４サイクル内燃機関。
2. 【請求項２】 前記給気通路（２６）に給気チャンバを
   有して成る請求項１記載の４サイクル内燃機関。
3. 【請求項３】 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）を有する請求項１記載の４サイクル内燃機
   関。
4. 【請求項４】 前記排気通路（２５）と前記シリンダ排
   気ポート（２１）とに連通する一つのマフラ（１２）を
   有する請求項３記載の４サイクル内燃機関。
5. 【請求項５】 前記弁装置（１５）がクランク軸と同期
   してその１／２の速度で回転する回転弁である請求項１
   記載の４サイクル内燃機関。
6. 【請求項６】 前記給気通路（２６）中に少くともピス
   トンの行程容積相当の容積を有する給気チャンバ（２
   ７）を備えた請求項５記載の４サイクル内燃機関。
7. 【請求項７】 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（２１）が設けら
   れたシリンダを有して成る請求項１記載の４サイクル内
   燃機関。