JPH06280610A - 複合エンジン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ２サイクルエンジンと４サイクルエンジンと
の特性を合わせ持ち、また走行状況に応じて上記両エン
ジンの使用割合を調整し、車両性能を向上できる複合エ
ンジンを提供することを目的としている。 【構成】 ４サイクルエンジンＡのクランク軸と２サイ
クルエンジンＢのクランク軸とを同一直線上で結合して
一体化し、４サイクルエンジンＡの排気側にターボ過給
器１３を設けるとともに、該過給器１３からの空気を２
サイクルエンジンＢに供給する

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エンジンに関し、詳細
には２サイクルエンジンと４サイクルエンジンとを一体
化した複合エンジンに関する。

【０００２】

【従来の技術】車両の駆動源等に用いられるエンジンに
は２サイクルエンジンと４サイクルエンジンとがある。
この２種のエンジンは互いに異なる構造及びエンジン特
性を有しており、この２種のエンジンを比較すると、
排気ガス温度については、４サイクルエンジンの方が２
サイクルエンジンより高く、燃焼効率については、高
圧縮比が可能な４サイクルエンジンの方が、圧縮比の限
界が低い２サイクルエンジンより優れており、リッタ
ー当たりの出力，トルク変動については、クランク軸１
回転毎に燃焼する２サイクルエンジンの方が４サイクル
エンジンより優れている、といった特性上の差異があ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このように２サイクル
エンジンと４サイクルエンジンとは異なる特性を有する
から、それぞれのエンジンの特性をうまく利用すること
により、より高効率で高出力のエンジンが開発可能であ
ると考えられる。

【０００４】本発明は、上記従来の状況に鑑みてなされ
たもので、２サイクルエンジンと４サイクルエンジンの
特性をうまく利用することにより、より高効率で高出力
の複合エンジンを提供することを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、２サ
イクルエンジンのクランク軸と４サイクルエンジンのク
ランク軸とを結合し、４サイクルエンジンの排気系に過
給機を設けるとともに、該過給機からの加圧空気を２サ
イクルエンジンに供給することを特徴とする複合エンジ
ンである。

【０００６】請求項２，３の発明は、両エンジンのクラ
ンク軸の結合方法を特定したものであり、請求項２の発
明は、両クランク軸を同軸をなすように一体化したこと
を特徴とし、請求項３の発明は、両クランク軸を平行に
配置するとともに、ギヤ，チェン，ベルト等の動力伝達
手段で連結したことを特徴としている。

【０００７】

【作用】ここで４サイクルエンジンと２サイクルエンジ
ンとを結合した複合エンジンにおいて、何れかのエンジ
ンの排気ガスを利用して何れかのエンジンを過給する場
合の態様には、４サイクルエンジンの排気ガスにより
４サイクルエンジンを過給する、４サイクルエンジン
の排気ガスにより２サイクルエンジンを過給する、２
サイクルエンジンの排気ガスにより２サイクルエンジン
を過給する、２サイクルエンジンの排気ガスにより４
サイクルエンジンを過給する、という４態様が考えられ
る。本発明に係る複合エンジンによれば、上記を採用
したので、以下の作用効果が得られる。

【０００８】一般に排気ガス温度は４サイクルエンジン
の方が２サイクルエンジンよりも高い。本発明では、排
気ガス温度の高い４サイクルエンジンの排気系に過給機
を設けたので、高温の排ガスの有するエネルギーを効率
的に利用でき、エンジン全体をより高効率化できるとと
もに、一般に高出力の２サイクルエンジンの出力をより
高めることができ、エンジン全体をより高出力化でき
る。

【０００９】また、４サイクルエンジンはその構造上高
圧縮比とすることが可能なエンジンであるが、この４サ
イクルエンジンを過給した場合はノッキングの発生によ
り高圧縮比化に限界が生じる。一方、２サイクルエンジ
ンはその構造上高圧縮比とすることが困難であるので、
低圧縮比にして過給するのが有利である。本発明では４
サイクルエンジン自身は過給しないので該４サイクルエ
ンジンの圧縮比を極限まで高めることが可能であり、従
って４サイクルエンジンをより高効率化でき、この点か
らもエンジン全体の効率が高まる。また２サイクルエン
ジンについては過給するようにしたので、圧縮比を高め
ることなくより高出力化でき、この点からもエンジン全
体の出力が高まる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて
説明する。図１ないし図６は請求項１，２の発明の実施
例による２サイクル／４サイクル複合エンジンを説明す
るための図であり、図１は本実施例エンジンの断面正面
図（図２のＩ−Ｉ線断面図）、図２は図１の一部断面平
面模式図、図３はカムシャフト駆動方法を説明するため
の模式図、図４は本実施例エンジンを概念的に展開した
概念展開図、図５，図６はそれぞれ図４の４サイクルエ
ンジン部分，２サイクルエンジン部分の断面側面図（図
１のＶ−Ｖ線，ＶＩ−ＶＩ線断面図）である。なお、図
４〜６と図１〜３との間で不整合の部分があるが、これ
は図４〜６が理解を容易化するための概念展開図である
ことによる。

【００１１】図において、１は本実施例の複合エンジン
であり、これは４サイクルエンジンＡと２サイクルエン
ジンＢとを一体化したものであり、共通のシリンダブロ
ック２と、これの下部に一体形成されたアッパクランク
ケース２ａの下側合面に結合されたロアクランクケース
３と、上記シリンダブロック２の上側合面に結合された
シリンダヘッド４と、これの上部に装着されたヘッドカ
バー５とを備えている。

【００１２】上記シリンダブロック２にはシリンダボア
６ａ，６ｂが形成されており、該ボア内に配置されたピ
ストン７ａ，７ｂはコンロッド８ａ，８ｂでクランクシ
ャフト９のクランクピン９ａ，９ｂに連結されている。
上記クランクシャフト９は４サイクルエンジン側部分と
２サイクルエンジン側部分とが１８０°の位相を持ち、
かつ同一直線をなす共通の一体型に構成されている。こ
こで上記シリンダボア径，ストローク，ピストン形状，
コンロッド長さ等は同一に設定されており、これにより
部品の共通化が図られている。

【００１３】そして、上記両エンジンＡ，Ｂの動弁機構
には、共に４バルブＤＯＨＣ形式のものが採用されてい
る。上記４サイクルエンジンＡの動弁機構は、２つの吸
気弁開口１７ａを開閉する２本の吸気バルブ１７ｂと、
２つの排気弁開口１８ａを開閉する２本の排気バルブ１
８ｂとを所定の挟み角をなすように配置するとともに、
該吸気，排気バルブ１７ｂ，１８ｂの上方にそれぞれ吸
気，排気カム軸１０ａ，１０ｂを互いに平行にかつ上記
クランク軸と平行に配置し、該各カム軸のカム１０ｃ，
１０ｄで上記各バルブを直接開閉駆動するように構成さ
れている。また上記吸気，排気カム軸１０ａ，１０ｂは
同一歯数の伝達ギヤ１０ｅ，１０ｅで連結されており、
かつ吸気カム軸１０ａは歯数比２：１のカムプーリ１０
ｆ，クランクプーリ１２，及び歯付ベルト１１を介して
上記一体型クランクシャフト９に連結されている。

【００１４】また上記２サイクルエンジンＢの動弁機構
は、空気燃料混合気が導入される混合気開口２０ａを開
閉する２本の掃気バルブ２０ｂと、空気のみが導入され
る空気開口１９ａを開閉する２本の掃気バルブ１９ｂと
を所定の挟み角をなすように配置するとともに、該各組
の掃気バルブ１９ａ，２０ａの上方にそれぞれ掃気カム
軸１３ａ，１３ｂを互いに平行に、かつ上記吸気，排気
カム軸１０ａ，１０ｂと同軸に配置し、該各カム軸１３
ａ，１３ｂのカム１３ｃ，１３ｄで上記各掃気バルブ１
９ｂ，２０ｂを直接開閉駆動するように構成されてい
る。また上記掃気カム軸１３ａ，１３ｂは同一歯数の連
結ギヤ１４ａ，１４ｂで連結されており、さらに上記掃
気カム軸１３ｂは上記吸気カム軸１０ａにギヤ比１：２
の連結ギヤ１４ｃ，１４ｄで連結されている。

【００１５】なお、１５ａ，１５ｂは上記各シリンダボ
アの軸心付近に配置された点火プラグ、６ｃは２サイク
ルエンジンＢのシリンダボア６ｂに開口する掃気ポー
ト、１６は上記一体型クランクシャフト２の２サイクル
エンジン側に装着されたフライホイールである。

【００１６】また、上記複合エンジン１の吸気系は、以
下のように構成されている。４サイクルエンジンＡの上
記吸気弁開口１７ａに連なる吸気通路２１ａにスロット
ルバルブ２２を備えた吸気管２１ｂを接続し、該吸気管
２１ｂの上流端にエアクリーナ２１ｃを備えたサージタ
ンク２１ｄを接続した構造になっている。なお、３３は
燃料噴射弁である。

【００１７】２サイクルエンジンＢ側の吸気系は、上記
混合気開口２０ａ，空気開口１９ａに連なる掃気通路２
３ｂ，２３ａにルーツブロア２４ａ，スロットルバルブ
２５をを備えた掃気管２３ｃを接続し、該掃気管２３ｃ
の上流端にエアクリーナ２３ｄを備えたサージタンク２
３ｅを接続した構造になっている。ここで上記ルーツブ
ロア２４ａは図示しない電磁クラッチを介して上記クラ
ンク軸９に連結されている。なお、３２は燃料噴射弁で
あり、これは混合気側の掃気通路２３ｂのみに配設され
ている。

【００１８】また上記２サイクルエンジンＢのシリンダ
ボア６ｂに形成された排気口６ｄに連なる排気通路６ｅ
には排気タイミングを制御する排気制御弁２４ｂが配設
されており、該排気通路６ｅに接続された排気管２５ａ
は上記４サイクルエンジンＡの排気通路６ｆに接続され
た排気管２５ｂと合流しており、該合流管２５ｃの途中
には両エンジンＡ，Ｂ共通の触媒装置２６とマフラー２
７とが配設されている。

【００１９】そして上記４サイクルエンジンＡ側の排気
管２５ｂの途中には、ターボ過給機２８の排気タービン
２８ａが配設されている。この排気タービン２８ａは２
サイクルエンジンＢの、上流端にエアクリーナ２９ｄを
有する吸気管２９ａの途中に配設された吸気コンプレッ
サ２８ｂに連結されている。この吸気コンプレッサ２８
ｂの吐出口は加圧空気管２９ｂを介して上記掃気管２３
ｃのスロットルバルブ上流側に接続されている。また、
上記加圧空気管２９ｂの途中には過給圧制限バルブ２９
ｃ，中間冷却器２９ｄが介設されており、この過給圧制
限バルブ２９ｃの排出口はブローオフ通路３０によって
上記サージタンク２１ｄに接続されている。なお上記排
出口は大気開放にしても良い。

【００２０】次に本実施例における作用効果を説明す
る。本実施例の複合エンジン１において所定のエンジン
回転数以上の高速運転域では、４サイクルエンジンＡか
ら排出された高温の排気ガスによりターボ過給機２８の
排気タービン２８ａが高速回転し、吸気コンプレッサ２
８ｂにより加圧された空気が上記加圧空気管２９ｂを介
して図示矢印方向に２サイクルエンジンＢの掃気管２３
ｃに供給される２サイクルエンジンＢ側に供給される空
気の圧力が過剰になると、上記過給圧制限バルブ２９ｃ
が開き、上記過給圧力を調整し、また加圧による温度上
昇は中間冷却器２９ｄで抑制される。なお、この高速運
転域では、上記ルーツブロア２４ａは上記電磁クラッチ
によりクランク軸９との連結が遮断されており、空転状
態に保持されている。

【００２１】一方、エンジン回転数が極低速の運転域で
は、上記ターボ過給機２８の加圧能力が低下するため、
上記電磁クラッチがオンし、上記ルーツブロア２４ａに
よって加圧された空気が２サイクルエンジンＢの掃気口
に供給される。またエンジン回転数が比較的低速の運転
域では、上記ターボ過給機２８と上記ルーツブロア２４
ａとが併用される。

【００２２】このように本実施例複合エンジン１では、
４サイクルエンジンＡの排気系にターボ過給器２８のタ
ービン２８ａを設け、該過給機２８のコンプレッサ２８
ｂで加圧した空気を２サイクルエンジンＢに供給するよ
うにしたので、全体としての熱効率を向上できる。即
ち、４サイクルエンジンの排気ガスは２サイクルエンジ
ンに比較して高温であり、この高温排気ガスによって２
サイクル側を過給するようにしたので、２サイクルエン
ジン自身で２サイクルエンジンを過給する場合に比較し
てより低速回転域から過給可能であり、その結果エンジ
ン全体でみた場合、４サイクルエンジンにより自身を過
給するものより高効率である。

【００２３】また４サイクルエンジン自身については過
給しないので、該４サイクルエンジンをより高圧縮比に
してより高効率にすることができ、この点からもエンジ
ン全体をより一層高効率にすることができる。ちなみ
に、４サイクルエンジン自身を過給した場合は、ノッキ
ングの発生により上記圧縮比に限界が生じ、熱効率の向
上に限界が生じる。

【００２４】また本実施例では、４サイクルエンジンＡ
のクランク軸と２サイクルエンジンＢのクランク軸とを
一体化するとともに、シリンダブロック，クランクケー
ス，シリンダヘッド，ヘッドカバーについても一体化
し、さらにシリンダボア径，ストローク，ピストン形
状，コンロッド等についても共通にしたので、２サイク
ルエンジンと４サイクルエンジンとで部品の共用化を図
ることができ、製造コストを低減できる。

【００２５】さらにまた、本実施例では２サイクルエン
ジンの一次圧縮をルーツブロア２４ａ，ターボ過給器２
８で行ったので、クランクケース内圧縮を廃止でき、従
って２サイクルエンジン側のクランクケースと４サイク
ルエンジン側のクランクケースとの間を特別にシールす
る必要はなく、両ケースを一体化できたものである。

【００２６】次に図７に基づいて動弁装置の変形例を説
明する。なお、図中、図３と同一符号は同一又は相当部
分を示す。４サイクルエンジン側の吸気カム軸１０ａ′
は中空構造になっており、該カム軸１０ａ′内に２サイ
クルエンジン側のカム軸１３ａ′が貫通している。そし
てカム軸１３ａ′とクランク軸９とは、歯数比１：１の
カムプーリ１０ｇ，クランクプーリ１２で連結されてい
る。これにより、クランク軸２の回転を、２サイクルエ
ンジン側のカム軸１３ａ′，１３ｂには同一回転数で、
４サイクルエンジン側のカム軸１０ａ′，１０ｂには１
／２に減速して伝達する。

【００２７】

【発明の効果】以上のように本発明に係る複合エンジン
によれば、２サイクル，４サイクルエンジンのクランク
軸を結合し、４サイクルエンジン側の過給機からの加圧
空気を２サイクルエンジンに供給するようにしたので、
４サイクルエンジンの高温の排ガスのエネルギーを効率
的に利用してエンジン全体をより高効率化できるととも
に、２サイクルエンジンの出力をより高めることにより
エンジン全体をより高出力化できる効果がある。

【００２８】また、本発明では４サイクルエンジン自身
は過給しないので該４サイクルエンジンの圧縮比を極限
まで高めることが可能であり、また２サイクルエンジン
については過給するようにしたので、圧縮比を高めるこ
となくより高出力化でき、この点からもエンジン全体を
高効率化，高出力化できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による複合エンジンの断面正
面図であり、図２のＩ−Ｉ線断面図に相当する。

【図２】上記実施例エンジンの一部断面平面図である。

【図３】上記実施例エンジンのカム軸駆動方法を説明す
るための模式図である。

【図４】上記実施例エンジンを概念的に展開した概念展
開図である。

【図５】上記概念展開図の４サイクルエンジン部分の断
面正面図であり、図１のＶ−Ｖ線断面図に相当する。

【図６】上記概念展開図の２サイクルエンジン部分の断
面正面図であり、図１のＶＩ−ＶＩ線断面図に相当す
る。

【図７】上記カム軸駆動方法の変形例を説明するための
模式図である。

【符号の説明】

１ 複合エンジン ２ クランク軸 ２３ｃ ２サイクルエンジンの掃気管（吸気系） ２５ｂ ４サイクルエンジンの排気管（排気系） ２８ ターボ過給機 Ａ ４サイクルエンジン Ｂ ２サイクルエンジン

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２サイクルエンジンのクランク軸と４サ
   イクルエンジンのクランク軸とを結合するとともに、４
   サイクルエンジンの排気系に過給機を設け、該過給機か
   らの加圧空気を２サイクルエンジンに供給することを特
   徴とする複合エンジン。
2. 【請求項２】 請求項１において、両クランク軸が同一
   直線をなすように配置され、かつ一体化されている事を
   特徴とする複合エンジン。
3. 【請求項３】 請求項１において、両クランク軸が互い
   に平行に配置され、かつ動力伝達手段で連結されている
   ことを特徴とする複合エンジン。