JPH10115207A

JPH10115207A - 内燃機関

Info

Publication number: JPH10115207A
Application number: JP9286133A
Authority: JP
Inventors: Katsumi Kurihara; 克己栗原; Shiro Kawamoto; 志郎河本; John E Nemazi; イー．ネマジジョン; William G Conger; ジー．コンガーウイリアム
Original assignee: Ryobi Ltd
Current assignee: Ryobi Ltd
Priority date: 1996-10-04
Filing date: 1997-10-02
Publication date: 1998-05-06
Also published as: US5701855A

Abstract

(57)【要約】【課題】オイルと燃料を混合する手間を要さず、オイ
ル・燃料混合比の不適正による機関始動の困難や機関の
損傷を生じず、寒冷な気候下においても容易に機関の始
動が可能な２サイクル内燃機関の提供。またクランク室
にオイルを蓄える必要性が無く、どのような姿勢でも使
用可能な４サイクル内燃機関の提供。【解決手段】所定混合比の燃料・オイル混合体を内蔵
した燃料カートリッジが圧力調整器５８を介して気化器
５０に供給され、気化器ではこの混合体に所定の比で空
気が混入される。２サイクル内燃機関は更にピストン３
６が往復摺動するシリンダ２８と、クランクシャフト４
２が回転可能に支持されるクランクケース３４を有し、
クランク室３４ａと燃焼室は穴３２により連通してい
る。クランク室３４ａには貫通口３４ｂを通じて気化器
からの空気・燃料・オイル混合体が供給される。この混
合体がクランク室に導入されオイルが内部を潤滑する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は内燃機関に関し、特に交
換可能な燃料カートリッジを備えた２サイクル又は４サ
イクルの内燃機関に関する。より詳しくは、燃料と潤滑
油の混合体を充填した燃料カートリッジを接続可能に設
け、燃料と潤滑油が混合された状態でエンジンに供給さ
れる２サイクル又は４サイクル内燃機関に関する。

【０００２】

【従来の技術】過去１０年間に小型の２サイクル内燃機
関の需要は急速に増加してきた。この内燃機関は、特に
チェーンソー、ライントリマー、芝吸引機、リーフブロ
ワー等に使用される。このような需要の増加の理由の一
として、ライントリマーやリーフブロワー等のガソリン
機関が消費者レベルで普及してきたことが挙げられる。
又、２サイクル内燃機関のコストの低下、始動の容易
化、保守点検の煩雑の軽減等による改善も需要の増加の
理由として挙げられる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ガソリン機関には上記
のような改善が認められるが、ガソリン機関の需要は電
動機器が長い延長コードを要するという欠点があるにも
かかわらず、電動機器の需要よりも依然劣っている。ガ
ソリン機関の需要の伸びを妨げる原因としては、燃料に
潤滑油を混合する手間の煩雑が挙げられる。４サイクル
内燃機関では潤滑剤が燃料とは別にクランク室に貯蔵さ
れており、潤滑剤は潤滑を要する箇所へ、エンジンで駆
動されるオイルポンプ等により供給される。一方、２サ
イクル内燃機関では、潤滑剤は燃料にオイルを混合した
形で供給される。従って２サイクル内燃機関では、オイ
ルが点火プラグを汚すために、寒冷な気候下での燃料の
気化率の低下とも相まって始動が困難となる。

【０００４】クランク室に燃料が導入される形式の内燃
機関に必要とされる潤滑油は、従来の潤滑油と違い、特
殊なものである。燃料とオイルの混合比は８：１乃至１
００：１程度であるが、一般的には１６：１乃至５０：
１程度である。混合比が所定の通りでない場合、機関の
始動が困難になるか、潤滑の不足による内燃機関本体の
損傷等が生じることがある。また２サイクル内燃機関に
は、燃料とオイルの混合比について各々に固有の最適値
がある。各２サイクル内燃機関特有のオイルの購入や、
オイルの正確な計量、燃料・オイル混合比の異なる混合
体を貯蔵した複数の容器の保存等の必要性等により、こ
のような２サイクル内燃機関の需要の伸びを妨げてい
た。特に計量時に油分が指や衣類に付着するのは好まし
くない。

【０００５】また４サイクル内燃機関は芝刈機や高圧洗
浄機等のような装置に用いられるエンジンである。４サ
イクル内燃機関は、吸気行程と排気行程が分離している
ので、ロータリー弁等のような種類の弁を用いずにピス
トンクラウンの動きのみで吸気口や排気口の開閉が行わ
れる単純な２サイクル内燃機関に比べて排出物質が少な
いという利点がある。しかし、ヘッジトリマー、チェー
ンソー、ライントリマー等のように、様々な姿勢、時に
は上下を逆にして使用する機器に４サイクル内燃機関を
搭載するのは困難である。このような姿勢ではクランク
ケース内の激しいオイルの泡立ちが生じる可能性があ
る。このように、４サイクル内燃機関をこれらの機器に
用いるのは非現実的であった。

【０００６】そこで本発明は、オイルと燃料を混合する
手間を要さず、オイル・燃料混合比の不適正による機関
始動の困難や機関の損傷を生じず、寒冷な気候下におい
ても容易に機関の始動が可能で、それぞれ燃料・オイル
混合比の異なる混合体を入れた複数の容器の保管の必要
のない２サイクル内燃機関の提供を目的とする。本発明
は更に、クランク室にオイルを蓄える必要性が無く、ど
のような姿勢でも使用可能な４サイクル内燃機関を提供
することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、内部にクランク室３４ａを画成し、クラ
ンク室３４ａ内にクランクシャフト４２を回転可能に支
持するクランクケース部３４と、ピストン３６と、ピス
トン３６に回動可能に支持された接続ロッド３８と、該
クランクケース部３４に固定され、内周壁３０と頂壁を
有して該ピストン３６と共に燃焼室を画成するシリンダ
部２８と、ガス化する液状の加圧燃料・オイル混合体を
収容したカートリッジ２２からの該混合体の入口８４と
該混合体の出口９６を有するコネクタ２６と、該コネク
タ２６の出口９６と接続され該コネクタ２６から送られ
る燃料・オイル混合体の圧力を調節する圧力調整器５８
と、該圧力調整器５８から供給された燃料・オイル混合
体と空気とを所定の比で混合するために設けられた気化
器５０とを備え、該ピストン３６は該シリンダ部２８の
内周壁３０に気密的に摺動して該接続ロッド３８を介し
て該クランクシャフト４２を回転させ、該クランク室３
４ａに空気・燃料・オイル混合体を導入するために該シ
リンダ部２８には、貫通穴３４ｂが形成されると共に、
該クランク室３４ａに導入された空気・燃料・オイル混
合体を燃焼室に導入するために該クランク室と燃焼室と
を連通するための搬送通路３２が設けられ、燃焼ガスを
排出するために該シリンダ部２８はシリンダ内周壁に開
口する排気口４６が形成され、該気化器５０は該シリン
ダ部２８の貫通穴３４ｂに接続されて該空気・燃料・オ
イル混合体が燃焼室に導入される前に、該空気・燃料・
オイル混合体がエンジンの各機械要素を潤滑する２サイ
クル内燃機関を提供している。

【０００８】本発明は更に、シリンダボア１０２を形成
すると共に、該シリンダボア１０２と連通するクランク
ケース１０４を設けたエンジンブロック１００と、該シ
リンダボア１０２に往復摺動するピストン１０６と、一
端に第１ベアリング１１０を設けて該ピストン１０６に
回動可能に接続され、他端に第２ベアリング１１４を設
けた接続ロッド１１２と、クランクピン１１８を介して
該第２ベアリング１１４と接続されると共に該エンジン
ブロック１００に回転可能に支持される出力軸１２０を
有し更にバランサウェイト１２２を備えたクランクシャ
フト１１６と、該エンジンブロック１００に固定され、
該シリンダボア１０２、該ピストン１０６と共に燃焼室
１２６を画成し、また吸気口１２８と排気口１３０と該
燃焼室１２６に向かう点火プラグ孔１３２が形成された
シリンダヘッド１２４と、吸気口１２８を開閉する吸気
弁１３４と、該排気口１３０を開閉する排気弁１３６
と、該点火プラグ孔１３２に装着された点火プラグ１３
８と、該吸気弁１３４と該排気弁１３６とを開閉動作す
るためにエンジンの１／２の速度で該クランクシャフト
により駆動回転されるカムシャフト１４０と、該シリン
ダヘッド１２４上に装着されて弁室１４４を形成する弁
カバー１４２と、ガス化する液状の加圧燃料・オイル混
合体を収容したカートリッジ２２からの該混合体の入口
８４と該混合体の出口９６を有するコネクタ２６と、該
コネクタ出口９６と接続され該コネクタから２６送られ
る燃料・オイル混合体の圧力を調節する圧力調整器１５
０と、該燃料・オイル混合体と空気とを所定の比で混合
するために設けられた気化器１５２とを備え、該圧力調
整器１５０から供給された燃料・オイル混合体が燃焼室
１２６に導入される前に、該燃料・オイル混合体がエン
ジンの各機械要素を潤滑する４サイクル内燃機関を提供
している。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態による内燃機
関について説明する。第１の実施の形態は２サイクル内
燃機関に関するものであり、燃料供給システム以外は従
来の２サイクル内燃機関と同様である。この種の２サイ
クル内燃機関では、燃料・オイル混合体が燃焼室へ導か
れる前に、燃料とオイルの混合体の一部又は全部がクラ
ンク室を通過して引き出され、可動部に潤滑油膜が形成
される。エンジンの吸気系は、固定ポート型、筒型、デ
ィスク型、リード型等、近年の高性能２サイクルエンジ
ンに適した型のものである。

【００１０】図１は、本発明の第１の実施の形態による
２サイクル内燃機関を備えた動力部により駆動される動
力機械１を示す。ここではエンジンブーム４に２サイク
ルエンジン２が搭載されている。図のエンジンブームに
は様々な器具を装着することができる。図示の例では駆
動される器具はライントリマー６である。ライントリマ
ー６は、ライントリマーヘッド８を備え、ブーム接続手
段１０によってエンジンブーム４に取付けられている。
後方ハンドル１２はクッション材が被覆されている。ま
た前方ハンドル１４は、クランプ１６により位置の調整
が可能である。スロットル１８により２サイクルエンジ
ンの駆動速度が制御される。カートリッジ部２０がブー
ム４に取付けられている。カートリッジ部２０は、カー
トリッジ本体２２と、カートリッジ本体２２をエンジン
ブーム４に設置するためのクランプ２４と、カートリッ
ジ本体に接続されるコネクタ２６とを有する。燃料カー
トリッジは例えばエンジンに直接取付けてもよい。実際
には、動力機械１全体の重量バランスを考慮してカート
リッジ部の位置が選択される。

【００１１】本発明第１の実施の形態による２サイクル
エンジンを図２に示す。２サイクルエンジン２はシリン
ダ部２８とクランクケース部３４を備えており、シリン
ダ部２８内部のシリンダ壁（内周壁）３０には燃料・オ
イル可燃混合体をシリンダ部２８内部に供給する入口と
なる穴３２が形成されている。この燃料・オイル可燃混
合体は、クランクケース３４内の気密のクランク室３４
ａから送出されてきたものである。即ち、クランク室３
４ａと燃焼室とを連通するために穴３２に接続された図
示せぬ搬送通路が設けられている。ここでクランクケー
ス３４はそれ自体で内部にクランク室３４ａを画成する
一体型のアセンブリであって、クランク室３４ａ内にク
ランクシャフト４２を回転可能に支持している。またシ
リンダ部２８はクランクケース３４上に固定されてお
り、シリンダ壁３０と頂部壁とが一体となった一体型ア
センブリである。またシリンダ部２８には気化器５０か
ら供給された空気・燃料・オイル混合体をクランクケー
ス３４内に導入するための貫通穴３４ｂが形成されてい
る。

【００１２】ピストン３６は、接続ロッド３８、クラン
クピン４０を介してクランクシャフ４２に接続されてい
る。ピストン３６はシリンダ壁３０に対して気密に往復
摺動し、シリンダ壁３０と頂部壁とピストン３６とによ
り燃焼室が画成される。

【００１３】エンジンの出力は、クランクシャフト４２
の出力端４４を介して、エンジンブーム４内の駆動軸に
伝達される。シリンダ壁３０には排気口４６が形成され
ており、排気ガスは排気口４６から排出路を通過してマ
フラー４８へ導出される。

【００１４】燃料・オイル可燃混合体は、気化器５０を
通過してまずクランク室３４ａ内へ供給される。空気・
燃料・オイル混合体の流量は、スロットル１８（図１）
に連結された蝶形弁５２により調節される。燃料・オイ
ル混合体は燃料カートリッジ２２（図１）から燃料供給
路５４を介して、遮断弁５６、圧力調整器５８を通過
し、調整弁６０へ供給される。調整弁６０の制御方法と
しては、スロットル又はエンジンからの負圧や空気の流
量による制御、電子式エンジンコントローラ６２による
制御、その他のエンジン制御手段による制御が考えられ
る。ここで電子式エンジンコントローラ６２による制御
の場合には、マフラー４８からの制御信号６４やその他
の部分６６からの入力信号による制御である。具体的に
は、排気系、例えばマフラーに酸素センサを設け、閉ル
ープのエンジンコントローラに酸素センサと気化器を接
続し、酸素センサからの出力に基づいてコントローラが
気化器を制御して燃料・オイル混合体の流量を制御して
空燃比を所望の値に制御することができる。

【００１５】遮断弁５６はレバー６８によってバキュー
ムモータ７０に連結される一方で、反動バネ７２にも連
結している。バキュームモータ７０は逆止弁７４とブリ
ード弁７６を介してクランク室３４ａに連通しており、
通常のエンジン駆動時には遮断弁５６を開弁位置に保持
し、エンジン停止後直ちに反動バネ７２によって遮断弁
を閉弁する。

【００１６】次に本発明の第２の実施の形態による４サ
イクル内燃機関について説明する。第２の実施の形態に
よる４サイクル内燃機関においては、排気システムは従
来の４サイクルエンジンと同様であるが、吸気システム
は従来の４サイクル内燃機関と異なる。ここで、排気シ
ステムにおいては、排気通路又はマニホールドに排気弁
が連通し、マニホールドはマフラーに連通している。そ
して吸気システムでは、シリンダヘッドに設けられた少
なくとも一つの吸気弁が、直接的又は間接的にクランク
室に連通している。更に、従来の４サイクルエンジンで
はクランク室が通気されているが、本発明の４サイクル
エンジンではクランク室は気密的にシールされている。
ピストンの上昇行程において、空気と燃料カートリッジ
から供給された燃料・オイル混合体とが、クランク室内
へ引込まれる。その経路は大きく分けて２つあり、燃料
・オイル調整器及び又は気化器を通過する直接的な経路
と、弁室等を通じての間接的な経路がある。適用可能な
弁としては、リード弁、ロータリー弁などが挙げられ
る。これらの弁は、エンジンの点火行程時には閉じたま
まである。点火時、吸気弁は閉じており、クランク室の
密閉空間内の燃料・オイル・空気混合体は、単にピスト
ンの降下により圧縮され、上昇により膨張する。ガスの
移動を伴わない行程(non-transfer stroke)における動
力のロスはほとんど無いか、あるとしても僅かである。
即ちクランク室の内圧に逆らってピストンが降下するこ
とによるロスは、ピストンの上昇時にクランク室の内圧
自体によってピストンが押し戻される力によって補償さ
れるからである。吸入行程では、吸気弁が開き、燃料・
オイル・空気混合体がクランク室から吸気弁へ通じる通
路を通過して燃焼室へ導入される。ピストンの上昇によ
る圧縮行程では、クランク室が低圧となるため、燃料・
オイル・空気混合体が気化器を通過してクランク室へ引
き込まれる。第２の実施の形態の４サイクル内燃機関で
は油だめや過多なオイルが存在しないため、オイルの発
泡が生じず、いかなる姿勢でもエンジンを駆動すること
ができる。

【００１７】具体的には、図４に示されるように、４サ
イクルエンジンはエンジンブロック１００を有し、エン
ジンブロック１００は内部にシリンダボア部１０２と、
シリンダボア部１０２と連通するクランクケース１０４
とを備え、シリンダボア内部にはピストン１０６が往復
摺動可能に設けられている。ピストン１０６には接続ロ
ッド１１２が回動可能に接続されている。ここで接続ロ
ッド１１２は長尺部材１１２であってその一端にはピス
トン１０６に回動可能に連結された第１ベアリング１１
０が設けられ、他端には第２ベアリング１１４が設けら
れる。クランクシャフト１１６はクランクピン１１８と
長軸シャフト１２０とバランサウェイト１２２が設けら
れている。クランクピン１１８は接続ロッド１１２の第
２ベアリング１１４が回動可能に接続されている。長軸
シャフト（出力軸）１２０は、エンジンブロック１００
のベアリングジャーナル（図示せず）に回転可能に支持
され、動力端および出力端を備えるものである。シリン
ダヘッド１２４がエンジンブロック１００に接続され、
シリンダボア部１０２とシリンダヘッド１２４とピスト
ン１０６とにより燃焼室１２６が画成される。シリンダ
ヘッド１２４には、吸気口１２８と排気口１３０が形成
されている。また点火プラグ口１３２がシリンダボア部
１０２に形成され、点火プラグ１３８が燃焼室１２６に
向かってシリンダヘッド１２４を貫通している。シリン
ダヘッド１２４は更に吸気口１２８と排気口１３０をそ
れぞれ開閉する吸気弁１３４及び排気弁１３６が設けら
れている。カムシャフト１４０はクランクシャフト１１
６によってエンジンの１／２の速度で回転して吸気弁１
３４と排気弁１３６を連続的に開閉する。弁カバー１４
２がシリンダヘッド１２４上に装着され弁室１４４が形
成される。

【００１８】コネクタ１４６は加圧カートリッジから供
給されたガス燃料とオイルの混合体を受入れる入口と、
燃料・オイル混合体を排出する出口１４８を備える。圧
力調整器１５０は出口１４８から吐出された燃料・オイ
ル混合体を所定の圧力に調整するためのものである。気
化器１５２は、第１の実施の形態における２サイクルエ
ンジンと同様に通常のエンジン動作中の流量条件に基づ
いて燃料・オイル混合体を所定の比率で空気と混合する
ためのものである。エンジンの燃焼室に燃料・オイル混
合体を導入する前に、４サイクルエンジンのクランク室
１０４及び弁室１４４内の潤滑を要する部位に圧力調整
器１５０によってこの混合体が供給される。

【００１９】本発明の第３の実施の形態を図５に示す。
説明の便宜上図４で示した詳細な部分、例えばバルブス
プリングやカムシャフト等の図示は省略してある。図５
においては、燃料・オイルカートリッジとエンジンの接
続にコネクタ１８０が使用され、コネクタ１８０は、圧
力調整器１８２に連通されている。圧力調整器１８２は
逆止弁１８５を備えた通路１８４によってクランク室１
０４に連通し、調整された流量の燃料・オイル混合体が
クランク室１０４に供給される。燃料・オイル混合体
は、吸気に至る通路内を通過するのではなく、クランク
室から延びる通路１８６を介して気化器１８８に供給さ
れ、気化器１８８において、流量が調整されると共に燃
料・オイル混合体は弁６０で決定される所定の比率で空
気と混合される。そして、得られた燃料・オイル・空気
混合体が、最後に吸入管１２８を通り燃焼室へ導入され
る。

【００２０】次に、上述した２サイクル内燃機関や４サ
イクル内燃機関に用いられる燃料カートリッジについて
説明する。この燃料カートリッジは、液化燃料ガスとオ
イルの混合体が加圧状態で加圧容器に貯蔵されている。
液体燃料はエンジン動作中の温度では通常気体であるの
で、燃料はエンジンに導入された際瞬時に気化する。こ
のとき周囲温度は燃料の沸点よりも十分高いので、燃料
に混入されているオイルが霧状に散在する。従って、気
圧降下の目的で使用されるベンチュリ等のような流量の
制限を要しない。結果としてエンジンの空気供給がより
能率的になり、同等の排気量のエンジンであればより高
い出力を得ることができる。燃料貯蔵室の所定の高さに
燃料を維持する必要がないため、気化器は浮き球等を必
要としない。

【００２１】図３は燃料カートリッジの詳細を示してお
り、燃料カートリッジ２２は金属、繊維強化複合材、フ
ィラメントが巻回された熱可塑性材料等、高圧下におい
ても液化燃料・オイル混合体８０を確実に保持可能な素
材で構成される。燃料カートリッジは、その一端部に雄
ネジ付きの接続突起部８２を備え、雌ネジが螺刻された
凹部８４を備えたコネクタ２６に螺合接続されている。
ここで燃料カートリッジ２２がコネクタ２６に接続され
た状態では、燃料カートリッジ２２はコネクタ２６に対
して直角に延びている。接続突起部８２の中央には、シ
ュレーダータイプ(Shrader type)又はその他のタイプの
充填弁８６が設けられている。燃料カートリッジ２２が
コネクタ２６に螺合された際に、凹部８４内の突出部８
８が充填弁８６を押し上げ、燃料カートリッジ２２内の
燃料及びオイルが内部通路９０を通って外部接続口９２
へ流れる。外部接続口９２は接続手段９６により高圧供
給路９４に接続される。なお接続手段９６は、圧着やス
エージング等の流体接続手段によって高圧供給路９４と
接続される。燃料カートリッジ２２の内部頂上空間１０
０へ延びたサイフォンチューブ９８がカートリッジ内部
に設けられる。液体の燃料・オイル混合体を気化器に供
給する場合にはサイフォンチューブ９８は不要である。
燃料カートリッジ２２は取付けブラケット１０１の止め
具でブーム４に固定される。

【００２２】気化器のニードル弁により空気流の中へ所
定の比率で液体燃料・オイル混合体が混入されるのが一
般的であるが、本発明の他の実施様態としては、液体燃
料・オイル混合体を気化器に供給することなく、オイル
と燃料が共沸的混合体(azeotrope) の組成となるように
両者を調整するか、燃料・オイル混合気体がガスの状態
でエンジンへ供給されるような位置にカートリッジから
の噴射位置を設定するようにする。この場合、調整弁は
前者のものより大型のものとなる。液体燃料に比べ容積
の大きい気体燃料を制御しなければならないからであ
る。

【００２３】燃料カートリッジ組込みタイプのエンジン
用のカートリッジは、携帯プロパントーチ等に使用され
ているものと同様の構成である。ここでカートリッジ
は、そのタンクの頂上部に凹部を形成してこの凹部をコ
ネクタと螺合するか、図３に示した実施の形態のように
タンクの頂上部に突出部を設けてそれとコネクタとを螺
合することによりエンジンと連結する。また、カートリ
ッジとコネクタとの気密的な螺合が完了するまでは漏れ
が生じず、螺合が完了した時点でカートリッジとコネク
タ内部とが連通する。

【００２４】エンジンの種類によって燃料・オイル混合
比が異なる混合燃料を使用するが、カートリッジの誤っ
た装着を回避するために、燃料・オイル混合比の異なる
カートリッジ毎にねじ込み口の直径を変えエンジンに合
致したカートリッジのみが装着できるようにするのが好
ましい。又はネジのピッチや傾斜をカートリッジの種類
毎に変えてもよい。

【００２５】カートリッジは、動作の都合に合わせて頂
上部又は底部でコネクタと接続される。更にカートリッ
ジは、エンジンや気化器の特性に応じて、液体が供給さ
れるか気体が供給されるかを選択できるよう設計されて
いる。例えば、エンジンが燃料・オイルの共沸混合気体
で動作する場合には、底部でコネクタに接続され鉛直に
設置されたカートリッジを用いるには、カートリッジに
はコネクタとの接続突起部にカートリッジ内の頂上空間
まで通じる管（図３のサイホン管９８）等を備える必要
がある。このとき、カートリッジ全容量の１／２乃至２
／３程度が圧縮燃料・オイル混合液で満たされているの
が好ましい。カートリッジ内の頂上空間には燃料・オイ
ル共沸混合ガスが充満しており、カートリッジの内圧に
より気化器にこの燃料・オイル共沸混合ガスが供給され
る。そしてカートリッジ内の圧縮燃料・オイル混合液は
直ちに気化してカートリッジ内の頂上空間に充満する。

【００２６】エンジンが燃料・オイル混合液を使用する
ものである場合、上述したサイフォン管のような燃料カ
ートリッジの接続部に設けられた管は必要ではなく、燃
料・オイル混合液が接続突起部を介してコネクタに直接
供給される。液化燃料・オイル混合液がカートリッジか
ら排出されるが、液体燃料がカートリッジ内で連続的に
気化するので、カートリッジの内圧は燃料供給に必要な
値に保たれる。

【００２７】カートリッジに充填する燃料はエンジンの
動作環境を考慮してその種類が決定されるが、通常の圧
力でかつ予想される周囲動作温度でガスとなる液状の石
油製品が好ましい。例えば燃料は、プロパン、ブタン、
イソブタン、又はそれらの混合体が好ましい。これらに
微量の混合体が含まれてもよいが、その混合体としては
アセチレン、メタン、エタン、シクロペンタンやシクロ
ヘキサンを含む様々なペンタンやヘキサン、低分子量の
エーテルやケトン、例えばメチルエチルケトン、ジメチ
ルエーテル、ジエチルエーテル、メチルエチルエーテ
ル、ジ−ｎ−プロピルエーテル等が挙げられる。燃料の
成分は、カートリッジから排出された時点で完全に気化
するものであって、燃料供給や気化時にその組成が変化
しないものが選択される。換言すれば、カートリッジ内
の燃料の使い始めから終わりまでエンジンにはじめに供
給された成分構成のまま変化しないような燃料が選択さ
れる。ある燃料が好適であるかどうかは、簡単な試験を
した上で決定される。まず、所望の燃料・オイル混合体
が充満しているカートリッジでエンジンを駆動する。カ
ートリッジの使いはじめから使い終わりまでエンジンが
所望の動作をし、かつ、使用し終えた燃料カートリッジ
がほぼ空であった場合、その燃料は好適であると言え
る。燃料カートリッジの再利用を前提としない場合に
は、カートリッジの燃料をほとんど使い果たすまでエン
ジンが通常の動作をし続けたとき、燃料カートリッジは
例えば４００ｃｍ³程度の液体燃料を保持できる容量で
あればよい。

【００２８】燃料混合体は均一に気化するのが好まし
く、燃料の組成がカートリッジを取付けてから燃料を使
い果たすまでエンジン動作中大きく変化しないものが好
ましい。この種の燃料の性質を試験するためには、試験
燃料を詰めたカートリッジを弁に接続し、燃料が弁を通
じて適当な燃料処理器へ流れるようにし、所定の間隔で
燃料気体を抽出してクロマトグラフィー分析を行う。ク
ロマトグラフィー分析では、カートリッジから流れ出る
燃料中の各成分の定量分析を素早く行うことができる。
燃料の組成比が大きく変化していないかどうかを判断す
るために、各組成の分量の変化がカートリッジの使いは
じめから使い終わりにわたって比較される。

【００２９】潤滑油はカートリッジのタイプ及び使用さ
れる燃料に合わせて選択される。燃料・オイルの圧縮混
合液を気化器へ供給するよう設計されたカートリッジを
使用する場合には、潤滑剤は液体燃料に対して溶解性を
有する必要がある。従って通常の２サイクルエンジンの
潤滑油がこの要求に合致している。オイルの燃料に対す
る溶解度が低く混合液中に潤滑に必要な分量だけ供給で
きない場合には、燃料のオイル溶解力を上げるため、低
分子量で低沸点のエーテル、ケトン、エステル等の、オ
イル溶解力が高く可燃な物質が燃料に添加される。

【００３０】潤滑油の好適な組成としては、例えばパラ
フィン油２１．３％、ナフテンオイル７８．６％、芳香
族オイル２１．３％の混合体が挙げられる。上記の組成
物のうち一又はそれ以上を合成オイルに代えるか、潤滑
剤をすべて合成物としてもよい。合成潤滑剤の例として
は、多価アルコール脂肪酸エステル、ドデシルベンゼン
や様々なナフテンオイル等のようなアルキルベンゼン、
ポリブテンやデセン(Desene)やオリゴマーが重合化した
α−オレフィン(oligomeric polymerizedα-olefin)等
に代表されるようなポリオレフィン等が挙げられる。後
者は燃料・オイル混合体を用いたエンジンの排気ガスの
発生を低く抑える傾向があるので特に有用である。

【００３１】燃料・オイル混合体が気体の状態で気化器
に供給されるように設計されたエンジンとカートリッジ
との組合せの場合には、潤滑油及び燃料に求められる条
件はより厳しくなる。一般的に、燃料・オイル混合体は
「共沸的混合体」でなければならない。「共沸的に」と
は、例えば通常のエンジン動作環境において、気化した
燃料・オイル混合体の組成比が、カートリッジ内の燃料
・オイル混合液の組成比とほぼ同一であることを意味す
る。再利用可能なカートリッジの場合は、共沸混合体の
組成がその液体の組成ときわめて類似していることが重
要である。さもないと混合体をカートリッジに充填する
度に、沸点の高い成分がカートリッジの中に蒸発せずに
残留するからである。しかし、再利用不可能なカートリ
ッジでは、カートリッジから供給される気体が常に十分
な潤滑油を含むようにするために、燃料とオイルの混合
体に大量の潤滑油を混入することが可能である。このよ
うな場合、カートリッジの中の燃料を使い尽くした後
に、例えば高さ４００ｍｍタンクの中に数ｍｍか、多く
は１０乃至１５ｍｍまで潤滑油が残留することがあって
もよい。

【００３２】燃料・オイル混合体を気体状態で供給する
ように設計されたカートリッジの燃料・オイルの好まし
い組成を決定するために、簡単な試験が行なわれる。こ
の試験は以下の手順で行われる。カートリッジから供給
された気体状態の燃料・オイル混合体は、燃料とオイル
の混合体の溶剤で満たした補足器又は冷却補足器に導入
される。燃料・オイル混合体の気化物が補足器を通過し
た数分後、補足器中の液体は高圧液体クロマトグラフィ
ー（ＨＰＬＣ）又はガスクロマトグラフィー（ＧＣ）で
分析される。その後、補足器には新たな溶剤で満たされ
るかあるいは新たな冷却補足器に取り替えられ、そこに
次なる燃料・オイル混合体のサンプルが新たに導入され
る。この新たな補足器内のサンプルは、先のものと同様
にして分析される。このことにより潤滑剤と燃料との相
対的な組成比を容易に比較することができる。気化の過
程全体にわたってこれらの成分の組成比が大きくは変化
しないのが好ましい。燃料・オイル混合体の共沸的状態
については、カートリッジ内では高圧により共沸状態が
保たれ、気化器やクランク室内では低圧のため共沸状態
が壊れるのが最も好ましい。後者の場合には、気化器や
クランク室内において気体燃料の中に潤滑油がオイル滴
として霧状に存在する形となる。

【００３３】特定のエンジンに対しては特定の燃料・オ
イル混合体を内蔵した特定のカートリッジを接続するの
が好ましいが、気候の変化に応じて特定のエンジンに対
して様々なカートリッジを接続することも可能である。
例えば寒冷な環境で使用する場合には、低沸点成分を多
く含んだ燃料カートリッジを用い、寒冷な環境下での用
途であることを示すためにカートリッジを青色で表示す
る。華氏８０度以上の高温の環境下で使用するカートリ
ッジは通常より高温な状況下での用途であることを示す
ために赤色で表示し、華氏３０度から８０度等のような
通常の気候での用途であることを示すためにカートリッ
ジを中間色やその他の色の組み合わせで表示する。

【００３４】様々な大きさのカートリッジが提供される
のが好ましい。機動性が特に要求されるときや短時間の
使用のみでよいときには比較的小さなカートリッジを取
付け、一方長時間の使用が必要なときはより大きな容量
のカートリッジを取付ければよい。また動力機械が実質
的に静止している姿勢で駆動される場合、例えば横に寝
た状態で積み上げられた木材付近でチェーンソーを駆動
する場合には、２０ポンドタンクのような大容量タンク
に燃料を貯蔵し、一端がカートリッジ用のコネクタと同
じ接続構造をなす供給管を介してタンクとエンジンを接
続すればよい。

【００３５】また気化器や調整器、その他エンジン制御
器は、当業者により容易に選択される。これらは例え
ば、米国特許第４，７２１，０７８号、第４，８６４，
９９１号、第４，８８７，５７９号、第４，８９４，０
６７号、第４，９５３，５１６号、第４，９９７，４５
８号、第５，１４６，９０３号、第５，２５１，６０２
号、第５，３３０，０３１号、第５，３７０，０９８号
に記載されている。

【００３６】本発明による内燃機関は上述した実施例に
限定されず、特許請求の範囲に記載した範囲で種々の変
形や改良が可能である。例えば、吸入弁に代えてロータ
リー弁その他の弁を使用してもよい。また、制御された
流量の燃料・オイル混合体をクランク室に導入する代わ
りにバルブ室に導入してもよい。その場合にはクランク
室への混合体の導入のために適切な通路を敷設すればよ
い。更には、吸入弁を複数設け、そのうちの１個の吸入
弁をクランク室及び又はバルブ室と連通させ、別の吸入
弁を空気吸気に連通させる。また気化器によって空燃比
を調整するのではなく、圧力調整器を利用し、燃料・オ
イル混合体の圧力を変化させることにより空燃比を調整
することも可能である。特に２サイクルエンジンにおい
て、圧力調製器から供給される燃料・オイル混合体の流
れを調整するために、気化器は内部にダイヤフラムとニ
ードルバルブを有するものが好ましい。また４サイクル
エンジンにおいて、気化器を吸気弁に直結させてもよ
く、またバルブ室に連通させてもよい。また４サイクル
エンジンにおいて、気化器にリード弁を設けて燃料・オ
イル混合体の逆流を防止するようにしてもよい。

【００３７】

【発明の効果】請求項１記載の内２サイクル内燃機関に
よれば、所望の混合比の燃料・オイル混合体を内蔵する
燃料カートリッジをコネクタを介して内燃機関に接続可
能であり、圧力調整器、気化器を介して該混合体がクラ
ンク室内に導入され、クランク室から燃焼室に導入され
るので、燃料とオイルとを所望の比率で混合する手間を
要さず、またカートリッジ内の燃料・オイル混合比が適
正であるから内燃機関の始動がスムースとなり機関の損
傷も生じない。

【００３８】請求項２記載の４サイクル内燃機関によれ
ば、所望の混合比の燃料・オイル混合体を内蔵する燃料
カートリッジをコネクタを介して内燃機関に接続可能で
あり、この混合体が燃焼室に導入される前にクランク室
や弁室に導入されて所望の機械部品の潤滑が行われるの
で、４サイクル内燃機関を搭載した動力機械を様々な姿
勢で動作するような場合でも、従来の４サイクル内燃機
関のようにクランクケース内のオイルパンに潤滑油を別
個に貯留する必要がないので、オイルの泡立ちのような
問題が生じない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態による２サイクル内
燃機関により駆動されるライントリマーを示す斜視図。

【図２】本発明の第１の実施形態による２サイクル内燃
機関を示す断面図。

【図３】図１の３−３線に沿った燃料・潤滑油カートリ
ッジを示す断面図。

【図４】本発明の第２の実施形態による４サイクル内燃
機関を示す断面図。

【図５】本発明の第３の実施形態による４サイクル内燃
機関を示す断面図。

【符号の説明】

２２カートリッジ２６コネクタ２８シリンダ部３０内周壁３２穴（搬送通路）３４クランクケース３４ａクランク室３４ｂ貫通穴３６、１０６ピストン３８、１１２接続ロッド４２、１１６クランクシャフト４６排気口５０、１５２気化器５８、１５０圧力調整器８４凹部（入口）９６接続手段（出口）１００エンジンブロック１０２シリンダボア１０４クランクケース１１０第１ベアリング１１４第２ベアリング１１８クランクピン１２０出力軸１２２バランサウェイト１２４シリンダヘッド１２６燃焼室１２８吸気口１３０排気口１３２点火プラグ孔１３４吸気弁１３６排気弁１３８点火プラグ１４０カムシャフト１４２弁カバー１４４弁室

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ジョンイー．ネマジアメリカ合衆国、ミシガン州 48302、ブルームフィールドヒルス、ストーンライ 4373 (72)発明者ウイリアムジー．コンガーアメリカ合衆国、ミシガン州 48138、グロッソアイル、イーストリバーロード 21294

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内部にクランク室を画成し、クランク室
内にクランクシャフトを回転可能に支持するクランクケ
ース部と、ピストンと、ピストンに回動可能に支持された接続ロッドと、該クランクケースに固定され、内周壁と頂壁を有して該
ピストンと共に燃焼室を画成するシリンダ部と、ガス化する液状の加圧燃料・オイル混合体を収容したカ
ートリッジからの該混合体の入口と該混合体の出口を有
するコネクタと、該コネクタの出口と接続され該コネクタから送られる燃
料・オイル混合体の圧力を調節する圧力調整器と、該圧力調整器から供給された燃料・オイル混合体と空気
とを所定の比で混合するために設けられた気化器とを備
え、該ピストンは該シリンダ部の内周壁に気密的に摺動して
該接続ロッドを介して該クランクシャフトを回転させ、該クランク室に空気・燃料・オイル混合体を導入するた
めに該シリンダ部には、貫通穴が形成されると共に、該
クランク室に導入された空気・燃料・オイル混合体を燃
焼室に導入するために該クランク室と燃焼室とを連通す
るための搬送通路が設けられ、燃焼ガスを排出するために該シリンダ部はシリンダ内周
壁に開口する排気口が形成され、該気化器は該シリンダ部の貫通穴に接続されて、該空気
・燃料・オイル混合体が燃焼室に導入される前に、該空
気・燃料・オイル混合体がエンジンの各機械要素を潤滑
することを特徴とする２サイクル内燃機関。
【請求項２】シリンダボアを形成すると共に、該シリ
ンダボアと連通するクランクケースを設けたエンジンブ
ロックと、該シリンダボアに往復摺動するピストンと、一端に第１ベアリングを設けて該ピストンに回動可能に
接続され、他端に第２ベアリングを設けた接続ロッド
と、クランクピンを介して該第２ベアリングと接続されると
共に該エンジンブロックに回転可能に支持される出力軸
を有し更にバランサウェイトを備えたクランクシャフト
と、該エンジンブロックに固定され、該シリンダボア、該ピ
ストンと共に燃焼室を画成し、また吸気口と排気口と該
燃焼室に向かう点火プラグ孔が形成されたシリンダヘッ
ドと、該吸気口を開閉する吸気弁と、該排気口を開閉する排気弁と、該点火プラグ孔に装着された点火プラグと、該吸気弁と該排気弁とを開閉動作するためにエンジンの
１／２の速度で該クランクシャフトにより駆動回転され
るカムシャフトと、該シリンダヘッド上に装着されて弁室を形成する弁カバ
ーと、ガス化する液状の加圧燃料・オイル混合体を収容したカ
ートリッジからの該混合体の入口と該混合体の出口を有
するコネクタと、該コネクタの出口と接続され該コネクタから送られる燃
料・オイル混合体の圧力を調節する圧力調整器と、該燃料・オイル混合体と空気とを所定の比で混合するた
めに設けられた気化器とを備え、該圧力調整器から供給された燃料・オイル混合体が燃焼
室に導入される前に、該燃料・オイル混合体がエンジン
の各機械要素を潤滑することを特徴とする４サイクル内
燃機関。