JPH0893484A - ４サイクルエンジン - Google Patents

４サイクルエンジン

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JPH0893484A
JPH0893484A JP6254796A JP25479694A JPH0893484A JP H0893484 A JPH0893484 A JP H0893484A JP 6254796 A JP6254796 A JP 6254796A JP 25479694 A JP25479694 A JP 25479694A JP H0893484 A JPH0893484 A JP H0893484A
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valve
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chamber
passage
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淳 田上
Shunzo Fujiwara
俊三 藤原
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 新気の吹き返しを防いで中・低速トルクの低
下を防止するために吸気通路の途中にリードバルブを設
置した４サイクルエンジンにおいて、高速運転時に吸気
通路内でリードバルブが吸気の抵抗となることによって
生じる充填効率の悪化を防止して、最大出力の向上を図
る吸気バルブの閉じる時期を遅らせると共に吸気通路内
にリードバルブを設置した４サイクルエンジンにおい
て、その運転全域での出力の向上を図りながら燃費も改
善する。 【構成】 ４サイクルエンジンにおいて、吸気通路７の
途中にリードバルブ１４を設置すると共に、リードバル
ブ１４より下流の吸気通路７を、クランクケース５また
はクランクケース５とは別に独立して設置されている吹
き返しガスを溜めるチャンバー１７の何れか一方と、切
換バルブ１６を介して切り換え可能に連通する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、吸気通路内にリードバ
ルブが設置された４サイクルエンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】クランクシャフトに連動して回転するカ
ムシャフトによって直接あるいはロッカーアームを介し
て往復動される吸・排気バルブにより、設定された一定
のバルブタイミングで吸・排気通路が開閉される４サイ
クルエンジンにおいて、吸気バルブの閉じるバルブタイ
ミングは、従来一般的には、吸気の慣性が弱い中・低速
運転時での吹き返しを防止できるタイミングに、すなわ
ち、ピストンが上昇する前あるいは上昇し始めてから早
い時期に、吸気バルブを閉じるように設定されている。
【０００３】ところが、上記のような従来一般的な４サ
イクルエンジンでは、吸気の慣性が強い高速運転時に吸
気の慣性を有効に利用することができないため、高速運
転域で充填効率を上げて高出力化を図ると共に、中・低
速運転域で吹き返しを防いでトルクの向上を図るため
に、吸気バルブの閉じる時期を（例えばピストン下死点
後６０〜７０°にまで）遅らせ、吸気通路内に一方向弁
であるリードバルブを設置するということが考えられて
いる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】すなわち、４サイクル
エンジンでは、一般的に爆発行程での膨張比（ピストン
上死点から排気バルブ開までの行程容積比、即ち、排気
バルブ開時の燃焼室容積をピストン上死点時の燃焼室容
積で割った値）が高いほど熱効率が高く燃費が良いので
あるが（高すぎると燃焼圧過大でエンジンの破損につな
がる）、膨張比を高くするために圧縮行程での圧縮比
（吸気バルブ閉からピストン上死点までの行程容積比、
即ち、吸気バルブ閉時の燃焼室容積をピストン上死点時
の燃焼室容積で割った値）を高くすると、圧縮時の混合
気の温度上昇が大きくなりすぎてノッキングを起こしや
すくなる。
【０００５】そこで、吸気バルブの閉じる時期を通常
（ピストン下死点後約３０°ぐらい）よりも遅らせる
（ピストン下死点後６０〜７０°とする）ことによっ
て、圧縮比を低くしてノッキングを防止すると共に、高
速運転域での吸気の慣性を利用して新気を過給すること
により、高速運転域での充填効率を上げて高出力化が図
られる。
【０００６】その場合、高速運転域では、吸気バルブが
閉じる前にピストンの上昇が始まっても、吸気の慣性に
よってシリンダ内からの新気の吹き返しは起きないが、
吸気の流入が弱い中・低速運転域では新気の吹き返しが
起きるため、この吹き返しを防いで中・低速運転域での
トルクの低下を防止するために、吸気通路内に一方向弁
であるリードバルブが設置されることとなる。
【０００７】ところが、上記のように吸気通路内にリー
ドバルブを設置することによって、吹き返しを防止して
中・低速トルクを向上させることはできても、高速運転
時の最大出力については、吸気通路内でリードバルブが
吸気の抵抗となるため、当初の狙い通りに充填効率を上
げて高出力化させることが困難となってくる。
【０００８】本発明は、上記のような従来の４サイクル
エンジンにおける不都合を解消することを目的としたも
ので、具体的には、新気の吹き返しを防いで中・低速ト
ルクの低下を防止するために吸気通路の途中にリードバ
ルブを設置した４サイクルエンジンにおいて、高速運転
時に吸気通路内でリードバルブが吸気の抵抗となること
によって生じる充填効率の悪化を防止して、最大出力の
向上を図ることができる４サイクルエンジンを提供する
ことを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決しかつ目的を達成するために、上記の請求項１に記
載したように、４サイクルエンジンにおいて、吸気通路
の途中にリードバルブが設置されていると共に、リード
バルブより下流の吸気通路が、吹き返しガスを溜めるチ
ャンバーと連通されていることを特徴とするものであ
る。
【００１０】また、上記の請求項２に記載したように、
４サイクルエンジンにおいて、吸気通路の途中にリード
バルブが設置されていると共に、リードバルブより下流
の吸気通路が、クランクケースと連通されていることを
特徴とするものである。
【００１１】また、上記の請求項３に記載したように、
４サイクルエンジンにおいて、吸気通路の途中にリード
バルブが設置されていると共に、リードバルブより下流
の吸気通路が、クランクケースまたはクランクケースと
は別に独立して設置されている吹き返しガスを溜めるチ
ャンバーの何れか一方と、切換バルブを介して切り換え
可能に連通されていることを特徴とすることを特徴とす
るものである。
【００１２】さらに、上記の請求項４に記載したよう
に、上記の請求項１乃至３に記載した４サイクルエンジ
ンにおいて、吸気バルブの閉じる時期が、ピストン下死
点を４０°以上過ぎる時点にまで遅らされて設定されて
いることを特徴とするものである。
【００１３】
【作 用】上記の請求項１に記載したような構成によれ
ば、高速運転時には、吸気バルブが閉じても吸気の慣性
力は維持されており、閉じられた吸気バルブの上流近傍
の新気の圧力が上昇して、この新気が吹き返しガスとし
て吸気上流側に逆流しようとするが、リードバルブによ
ってこの逆流がせき止められ、新気の吹き返しガスはチ
ャンバー内に溜められ、次の吸気バルブの開時にシリン
ダ内に送り込まれて、結果的にはシリンダ内に新気が余
計に供給されることとなる。
【００１４】また、上記の請求項２に記載したような構
成によれば、高速運転時にクランクケースが吹き返しガ
スを溜めるチャンバーとして機能すると共に、吸気行程
後のピストンの上死点方向への移動により、新気の吹き
返しガスに加えてリードバルブ上流の吸気通路内の新気
をも取り込むこととなり、次の吸気行程時のピストンの
下死点方向への移動により、それらの新気が高い圧力で
シリンダ内に送り込まれる。
【００１５】また、上記の請求項３に記載したような構
成によれば、吸気の慣性の強い高速運転時には、切換バ
ルブにより吸気通路とチャンバーを連通させて、上記の
ようにチャンバーを利用して充填効率を高め、吸気の慣
性の弱い中・低速運転時には、切換バルブにより吸気通
路とクランクケースを連通させて、クランクケースのピ
ストンの移動に伴う脈動を利用して充填効率を高めるこ
とができる。
【００１６】さらに、上記の請求項１乃至３に記載した
４サイクルエンジンにおいて、上記の請求項４に記載し
たように、吸気バルブの閉じる時期を遅らせることによ
り、高速運転時には、膨張比を高く設定しても圧縮比は
低く設定されたこととなって、ノッキングを抑えながら
燃費を改善できると共に、吸気の後半での吸気バルブに
よる通路抵抗が小さくなって、リードバルブの通路抵抗
を相殺する程度に吸気通路全体の抵抗が減らされ、リー
ドバルブの通路抵抗による最大出力の低下が防止され
る。
【００１７】また、上記の請求項１に記載ような吸気通
路が吹き返しガスを溜めるチャンバーと連通されるもの
において、上記の請求項４に記載したように吸気バルブ
の閉じる時期を遅らせれば、中・低速運転時には、吸気
ポート側に吹き返してくる新気がチャンバーに溜められ
ることによって、充填効率が下がり吸気ポンピングロス
が減じて燃費が改善される。
【００１８】また、吸気バルブの閉じる時期を遅らせる
ほど圧縮比がより低く設定され、圧縮比が低く設定され
るほど高い過給圧が必要となるが、上記の請求項２に記
載したような吸気通路がクランクケースと連通されるも
のにおいて、上記の請求項４に記載したように吸気バル
ブの閉じる時期を遅らせれば、ピストンの往復動による
クランクケース内の圧力脈動を利用して高い過給圧で新
気を過給することができる。
【００１９】なお、上記の請求項３に記載したような切
換バルブを介して吸気通路がクランクケースとチャンバ
ーに切り換え可能に連通されるものにおいて、上記の請
求項４に記載したように吸気バルブの閉じる時期を遅ら
せる場合、ピストン下死点を８０°以上過ぎる時点にま
で遅らせるときには、高速運転時に、切換バルブにより
吸気通路とクランクケースを連通させることにより、ク
ランクケース内の圧力脈動を利用して高い過給圧で新気
を過給し、中・低速運転時に、切換バルブにより吸気通
路とチャンバーを連通させることにより、吸気ポート側
に吹き返してくる新気をチャンバーに溜めて、充填効率
を下げ吸気ポンピングロスを減じて燃費を改善すること
ができる。
【００２０】
【実施例】以下、本発明の４サイクルエンジンの実施例
について図面に基づいて説明する。
【００２１】図１は、本発明の一実施例に係る４サイク
ルエンジンの概略を示すもので、シリンダ２内で上下動
するピストン３が、コンロッド４を介して、クランクケ
ース５内のクランクシャフト６に連結されているエンジ
ン本体１には、ピストン２の上方に画成される燃焼室２
ａ内にそれぞれ開口する吸気通路７と排気通路８の各ポ
ート７ａ，８ａが形成されており、各ポート７ａ，８ａ
の開口部には、クランクシャフト６の回転に連動して一
定のタイミングでそれぞれ往復動する吸気バルブ９と排
気バルブ１０がそれぞれ設置されている。
【００２２】吸気バルブ９と排気バルブ１０は、図示し
ていないが、クランクシャフト６の回転によりチェー
ン，タイミングベルト，ギア等を介して回転されるカム
シャフトによって直接あるいはロッカーアームを介して
押圧され、バルブスプリングによって復帰することによ
り往復動するもので、それぞれ設定された一定の吸・排
気タイミングで吸・排気通路７，８の開口部を開閉する
ものである。
【００２３】本実施例における吸気バルブ９と排気バル
ブ１０のバルブタイミングについては、排気バルブ１０
の開閉時期と吸気バルブ９の開く時期は従来と略同じタ
イミングに設定されているが、吸気バルブ９の閉じる時
期については、ピストン下死点を８０°以上過ぎた時点
となるようにタイミングが設定されている。
【００２４】上記のような吸気バルブ９のバルブタイミ
ングで開閉される本実施例のエンジンの吸気通路７に
は、空気取入口１１を設けたエアクリーナー１２に続い
てキャブレター１３が配置され、キャブレター１３の下
流側には、吸気流の上流方向への逆止弁となるリードバ
ルブ１４が設置されている。
【００２５】そして、リードバルブ１４より下流側の吸
気通路７からは、途中に切換バルブ１６を設けた連通路
１５が分岐されていて、連通路１５の吸気通路７から分
岐した通路１５ａは、切換バルブ１６を介して、クラン
クケース５内に連通する通路１５ｂと，吹き返しガスを
溜めるためのチャンバー１７内に連通する通路１５ｃと
に切り換え自在に接続されている。
【００２６】なお、切換バルブ１６は、図９に示すよう
に、エンジン回転数センサーによるエンジン回転数の検
出信号に応じて、検出信号を受ける制御装置を介して切
換バルブ駆動アクチュエーターが駆動され、それによっ
て切り換え動作がなされるものであるが、エンジン回転
数センサーではなく、スロットル開度センサーによる負
荷の高低の検出信号に応じて、切換バルブ１６の切り換
え動作を行うようにしてもよい。
【００２７】そして、本実施例における切換バルブ１６
の切換えタイミングについては、高速運転時には、図２
に示すように、吸気通路７とクランクケース５が通路１
５ａ，１５ｂによって連通するように切り換えられ、中
・低速運転時には、図３に示すように、吸気通路７とチ
ャンバー１７が通路１５ａ，１５ｃによって連通すると
共に、クランクケース５とエアクリーナー１２が通路１
５ｂとブローバイブリーザー１８によって連通するよう
に設定されている。
【００２８】以上に述べたような構成を有する本実施例
の４サイクルエンジンについて、その作用効果を以下に
説明する。
【００２９】本実施例では、吸気バルブの閉じる時期が
ピストン下死点後８０°以上に遅らされているため、膨
張比を高く設定しても圧縮比は低く設定されたこととな
り、圧縮行程での温度上昇が抑えられて、ノッキングを
抑えながら燃費の改善を図ることができる。
【００３０】なお、吸気バルブの閉じる時期を遅らせる
程、図８に示すように、吸気後半の同じクランク角度
（例えば、標準のバルブタイミングでは完全に閉じられ
ている時点であるＸ点）での吸気バルブのリフト量を大
きく（すなわち、吸気バルブの閉じ量を少なく）して、
吸気バルブの時間面積（グラフ中のバルブリフト曲線の
下方の面積）を多くすることができる。
【００３１】したがって、吸気バルブの閉じる時期を遅
らせて吸気バルブ９のリフト量を大きくすることによ
り、吸気バルブ９による通路抵抗が小さくなって、リー
ドバルブ１４の存在による通路抵抗を相殺する程度に吸
気通路７全体の抵抗が減らされることとなり、高速運転
域でのリードバルブ１４の通路抵抗による最大出力の低
下が防止される。
【００３２】ところで、吸気の慣性が利用できる高速運
転域では、吸気バルブの閉じる時期を遅らせて吸気バル
ブの時間面積を多くすることにより充填効率を上げるこ
とができるが、吸気バルブの閉時期の遅れが大きくなっ
て圧縮比が低くなるほど、大きな過給圧が必要となって
くる。
【００３３】この点について、本実施例では、高速運転
時には、図２に示すように、切換バルブ１６により吸気
通路７とクランクケース５が連通され、クランクケース
５内に発生する圧力脈動が通路１５ｂ，１５ａを通って
吸気通路７に伝達されるため、圧縮比がかなり低くなっ
ても、高い過給圧により新気を燃焼室２ａ内に過給して
充填効率を上げることができる。
【００３４】さらに、吸気通路７内にリードバルブ１４
が設置されていることによって、中・低速運転時には、
燃焼室２ａ側からの新気の吹き返しがあっても上流への
逆流が防がれてトルクの低下は防止されるが、その際、
本実施例では、図３に示すように、中・低速運転域で切
換バルブ１６によりリードバルブ１４下流の吸気通路７
とチャンバー１７が連通されるため、吹き返しの新気が
通路１５ａ，１５ｃを通ってチャンバー１７に溜めら
れ、充填効率が下がり吸気ポンピングロスが減じて燃費
が改善されることとなる。
【００３５】それと同時に、切換バルブ１６によりクラ
ンクケース５とエアクリーナー１２が連通されるため、
シリンダ２の燃焼室２ａからクランクケース５内に漏れ
てきたブローバイガスは、通路１５ｂおよびブローバイ
ブリーザー１８を通ってエアクリーナー１２に還流さ
れ、吸気通路７から再び燃焼室２ａに送給されて、燃料
として有効に利用されることとなる。
【００３６】以上、本発明の４サイクルエンジンの一実
施例について説明したが、本発明は上記の実施例に示し
たような具体的な構造にのみ限定されるものではなく、
例えば、図４に示すように、吸気通路７とクランクケー
ス５内を連通路１５で連通させるだけでも実施可能であ
り、また、図５に示すように、吸気通路７とチャンバー
１７を連通路１５で連通させるだけでも実施可能なもの
である。
【００３７】なお、図４に示す実施例については、クラ
ンクケース５内のブローバイガスは、特別のブローバイ
ブリーザーが無くても、連通路１５がこれを兼ねるとい
う利点があるが、図５に示す実施例については、ブロー
バイブリーザーは図示されていないが、クランクケース
５内とエアクリーナー１２を連通するブローバイブリー
ザーのある方が望ましい。
【００３８】また、キャブレター１３の配置関係につい
ては、上記の実施例のような配置に限らず、リードバル
ブ１４よりも下流側にキャブレター１３を配置してもよ
く、その場合、図６に示すように、通路１５ａをリード
バルブ１４とキャブレター１３の間の吸気通路７から分
岐させてもよいし、図７に示すように、通路１５ａをキ
ャブレター１３よりも更に下流の吸気通路７から分岐さ
せてもよい。
【００３９】さらに、上記の各実施例においては、吸気
バルブ９の閉じる時期を全てピストンの下死点後８０°
以上過ぎた時点としているが、吸気バルブ９の閉じる時
期については、下死点後８０°以上には限らず、従来よ
りも遅らせて下死点後４０°，５０°，６０°あるいは
７０°としてもよく、更には、吸気バルブ９の閉じる時
期以外の点については上記の各実施例と同様の構成をと
り、吸気バルブ９の閉じる時期を従来通りの下死点後３
０°としてもよい。
【００４０】なお、吸気バルブ９の閉じる時期を遅らせ
る程、高速運転時には、圧縮比を従来よりも低くして爆
発行程での膨張比を高め、ノッキングを減らすことがで
きて、高い熱効率および燃費の向上が得られるが、吸気
バルブ９の閉じる時期を従来通り（下死点後３０°）と
しても、高速運転時の吸気慣性を利用して性能向上を図
るということは可能である。
【００４１】すなわち、吸気バルブ９の閉じる時期を従
来通りとしても、リードバルブ１４より下流の吸気通路
７が吹き返しガスを溜めるチャンバー１７と連通されて
いるという構成により、閉じられた吸気バルブ９の上流
近傍の新気の吹き返しガスをチャンバー１７内に溜め、
次の吸気バルブの開時にシリンダ２内に送り込むことに
よってシリンダ２内に新気を余計に供給することができ
る。
【００４２】また、リードバルブ１４より下流の吸気通
路７がクランクケース５と連通されているという構成に
より、吸気行程後のピストン３の上死点方向への移動に
より、新気の吹き返しガスに加えて、リードバルブ１４
より上流の吸気通路内の新気をも取り込むことができ、
次の吸気行程時にそれらの新気を高い圧力でシリンダ２
内に送り込むことができる。
【００４３】ところで、吸気バルブ９の閉じる時期を全
てピストンの下死点後８０°以上過ぎた時点としている
上記の各実施例において、図１〜図３或いは図６，図７
に示したような切換バルブ１６を設けたものについて
は、高速運転時には吸気通路７とクランクケース５を連
通し、中・低速運転時には吸気通路７とチャンバー１７
を連通するように、切換バルブ１６の切り換えが行われ
ている。
【００４４】しかしながら、吸気バルブ９の閉じる時期
を比較的早く（例えば、下死点後３０°〜７０°）設定
した場合には、リードバルブ１４より下流の吸気通路７
が、クランクケース５または吹き返しガスを溜めるチャ
ンバー１７の何れか一方と、切換バルブ１６を介して切
り換え可能に連通されているという構成については、切
換バルブによる切り換えを、高速運転時には吸気通路７
とチャンバー１７を連通させ、中・低速運転時には吸気
通路７とクランクケース５を連通させるように行っても
よい。
【００４５】そうすることにより、吸気の慣性が強い高
速運転時には、チャンバー１７を利用して充填効率を高
め、吸気の慣性が弱い中・低速運転時には、クランクケ
ース５のピストン３の移動に伴う脈動を利用して充填効
率を高めることができる。
【００４６】
【発明の効果】以上説明したような本発明の４サイクル
エンジンによれば、吸気通路の途中にリードバルブが設
置されているにもかかわらず、高速運転時の充填効率を
高めて、吸気通路内でリードバルブが吸気の抵抗となる
ことによって生じる最大出力の低下を防止することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の４サイクルエンジンの第１実施例を示
す説明図。
【図２】図１に示した実施例の高速運転時での切換バル
ブの状態を示す説明図。
【図３】図１に示した実施例の中・低速運転時での切換
バルブの状態を示す説明図。
【図４】本発明の４サイクルエンジンの第２実施例を示
す説明図。
【図５】本発明の４サイクルエンジンの第３実施例を示
す説明図。
【図６】本発明の４サイクルエンジンの第４実施例を示
す説明図。
【図７】本発明の４サイクルエンジンの第５実施例を示
す説明図。
【図８】閉じる時期を遅らせた各吸気バルブ（Ａ，Ｂ，
Ｃ）およびバルブタイミングが標準の吸気バルブ（Ｓｔ
ｄ）について、クランク角度の変化に伴う吸気バルブの
リフト量の変化を示す吸気バルブリフト曲線のグラフ。
【図９】切換バルブの作動系統を示す説明図。
【符号の説明】
１ エンジン本体 ２ シリンダ ３ ピストン ５ クランクケース ７ 吸気通路 ９ 吸気バルブ １２ エアクリーナー １３ キャブレター １４ リードバルブ １６ 切換バルブ １７ チャンバー

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 吸気通路の途中にリードバルブが設置さ
    れていると共に、リードバルブより下流の吸気通路が、
    吹き返しガスを溜めるチャンバーと連通されていること
    を特徴とする４サイクルエンジン。
  2. 【請求項２】 吸気通路の途中にリードバルブが設置さ
    れていると共に、リードバルブより下流の吸気通路が、
    クランクケースと連通されていることを特徴とする４サ
    イクルエンジン。
  3. 【請求項３】 吸気通路の途中にリードバルブが設置さ
    れていると共に、リードバルブより下流の吸気通路が、
    クランクケースまたはクランクケースとは別に独立して
    設置されている吹き返しガスを溜めるチャンバーの何れ
    か一方と、切換バルブを介して切り換え可能に連通され
    ていることを特徴とする４サイクルエンジン。
  4. 【請求項４】 吸気バルブの閉じる時期が、ピストン下
    死点を４０°以上過ぎる時点にまで遅らされて設定され
    ていることを特徴とする請求項１乃至３に記載の４サイ
    クルエンジン。
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