JPH108975A - クランク室過給式４サイクルエンジンの吸気装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 所定負荷以上においてクランク室過給を可能
とするとともに、所定負荷以下において時間の経過と共
に充填効率が低下することがないクランク室過給式４サ
イクルエンジンの吸気装置を提供すること。 【構成】 クランク室８に導入される混合気をクランク
室８で圧縮してこれを燃焼室Ｓに導くクランク室過給式
４サイクルエンジン１の吸気装置において、混合気をク
ランク室８をバイパスして燃焼室Ｓに導くバイパス管
（バイパス通路）２７と、所定負荷以下においては混合
気の導入経路を前記バイパス管２７側に切り換える三方
弁（切換手段）２４を設ける。本発明によれば、所定負
荷以下においては混合気はクランク室８をバイパスして
燃焼室Ｓに直接供給されるため、時間の経過と共に混合
気が昇温することがなく、安定した出力を導き出すこと
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、クランク室に導入
される新気又は混合気をクランク室で圧縮してこれを燃
焼室に導くクランク室過給式４サイクルエンジンの吸気
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、出力向上を目的としたクランク室
過給式４サイクルエンジンが提案されているが、このク
ランク室過給式４サイクルエンジンは、新気又は混合気
をクランク室内におけるピストンの往復運動によって圧
縮して燃焼室に供給（過給）することによって充填効率
を高め、以て出力の向上を図るものである。

【０００３】又、本出願人は、コンロッドの揺動運動に
よってクランク室内で新気又は混合気を圧縮するクラン
ク室過給エンジンを提案している。

【０００４】ところで、これらのクランク室過給エンジ
ンにおいては、燃費を低く抑える等の目的でアイドリン
グ時にはクランク室から燃焼室への通路の途中の圧縮空
気をバイパス通路を経てクランク室より上流側の空気導
入経路に戻すことによって過給を停止し、混合気量或は
新気量をアイドリング状態に合わせて減少させることが
考えられていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述の方法
によって所定負荷以下の運転状態の混合気量或は新気量
を減少させる場合には、少量の低温の混合気或は新気が
空気導入経路に新規に吸引供給される一方、クランク室
においてピストン又はコンロッドにより過給仕事がなさ
れ、昇温した混合気或は新気がバイパス通路を経て空気
導入経路に吐出される。低温の混合気或は新気は昇温し
た混合気或は新気と混合して温度が高くなり、クランク
室においてピストン又はコンロッドにより再び過給仕事
がなされて更に昇温する。この昇温した混合気或は新気
の一部少量が燃焼室に供給されるが、大部分はバイパス
通路を経て空気堂に入経路に循環する。このため、所定
負荷以下においてバイパス通路を開にした後、時間の経
過と共に充填効率が低下し、出力不足が生じてしまうこ
とがあった。

【０００６】又、クランク室で圧縮された新気又は混合
気と共に潤滑オイルがクランク室から流出してクランク
室から燃焼室への通路の途中に溜るために潤滑オイルの
消費量が増大するという問題もあった。

【０００７】本発明は上記問題に鑑みてなされたもの
で、その目的とする処は、所定負荷以上においてクラン
ク室過給を可能とするとともに、所定負荷以下において
時間の経過と共に充填効率が低下することがないクラン
ク室過給式４サイクルエンジンの吸気装置を提供するこ
とにある。

【０００８】又、本発明の目的とする処は、クランク室
からの潤滑オイルの流出を抑えて潤滑オイルの消費量低
減を図ることができるクランク室過給式４サイクルエン
ジンの吸気装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の発明は、クランク室に導入される新
気又は混合気をクランク室で圧縮してこれを燃焼室に導
くクランク室過給エンジンの吸気装置において、新気又
は混合気をクランク室をバイパスして燃焼室に導くバイ
パス通路と、少なくともアイドリング時には新気又は混
合気の導入経路を前記バイパス通路側に切り換える切換
手段を設けたことを特徴とする。

【００１０】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、前記バイパス通路に、新気又は混合気の燃
焼室方向への流れのみを許容する逆止弁を設けたことを
特徴とする。

【００１１】請求項３記載の発明は、請求項１又は２記
載の発明において、前記切換手段は、エンジン回転数又
はスロットル開度に基づいてその駆動が制御されるアク
チュエータによって駆動されるものとしたことを特徴と
する。

【００１２】請求項４記載の発明は、請求項１，２又は
３記載の発明において、前記切換手段を、新気又は混合
気をクランク室に導入する吸入管から前記バイパス通路
が分岐する分岐部に設けられた三方弁で構成したことを
特徴とする。

【００１３】請求項５記載の発明は、請求項１，２，３
又は４記載の発明において、クランク室で圧縮された新
気又は混合気を燃焼室に導く加圧吸入管の途中に蓄圧室
を設けたことを特徴とする。

【００１４】従って、本発明によれば、所定負荷以下に
おいては新気又は混合気はクランク室をバイパスして燃
焼室に直接供給されるため、時間の経過と共に新気又は
混合気が昇温することがなく、安定した出力を導き出す
ことができる。

【００１５】又、所定負荷以下においては新気又は混合
気がクランク室をバイパスするため、クランク室内の潤
滑オイルが新気又は混合気と共にクランク室外へ流出す
ることがなく、潤滑オイルの消費量を低く抑えることが
できる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて説明する。

【００１７】図１は本発明に係る吸気装置を備えるクラ
ンク室過給式４サイクルエンジンの構成を示すユニット
スイング式エンジンユニットの模式的断面図、図２はク
ランク室過給式４サイクルエンジンのコンロッド過給機
構の構成を示す断面斜視図、図３は本発明に係る吸気装
置の合流器部分の構成を示す部分断面図である。

【００１８】先ず、図１に基づいてクランク室過給式４
サイクルエンジン１の概略構成を説明すると、同図中、
１００はスクータ型自動二輪車に搭載されたユニットス
イング式エンジンユニットであり、該エンジンユニット
１００はその前端部がピボット軸１０１によって車体側
のブラケット１０２に上下揺動可能に支持され、後端部
がリヤクッション１０３を介して車体に懸架されてい
る。

【００１９】而して、上記ユニットスイング式エンジン
ユニット１００にクランク室過給式４サイクルエンジン
１が一体に組み込まれているが、このクランク室過給式
４サイクルエンジン１は空冷単気筒エンジンであって、
これのシリンダボディ２に形成されるシリンダ３内には
ピストン４が略水平方向に摺動自在に嵌装されている。
そして、このピストン４はコンロッド５を介してクラン
ク軸６に連結されており、クランク軸６はクランクケー
ス７内に形成されたクランク室８に回転自在に収納され
ており、その回転は不図示の変速機構等を経て不図示の
後輪に伝達される。

【００２０】ところで、本実施の形態に係るクランク室
過給式４サイクルエンジン１はクランク室８内にコンロ
ッド過給機構を備えている。ここで、このコンロッド過
給機構の構成を図２に基づいて説明する。

【００２１】コンロッド５は、その小端部がピストンピ
ン９によって前記ピストン４に連結され、大端部がクラ
ンクピン１０によってクランクウェブ１１に連結されて
いるが、クランクケース７にはクランクウェブ１１の外
周に沿う円筒曲面状の内周壁７ａが形成されており、こ
の内周壁７ａに沿ってコンロッド５の大端部が微小クリ
アランスをもって移動することによって所要のポンピン
グ作用がなされる。

【００２２】又、シリンダボディ２とピストン４には、
コンロッド５との干渉を避けるための斜面状の切欠面２
ａ，４ａがそれぞれ形成されるとともに、クランクウェ
ブ１１と同一平面を成す凹部側壁２ｂ，４ｂがそれぞれ
形成されており、これらの凹部側壁２ｂ，４ｂとクラン
クウェブ１１とはコンロッド５の一側面（図２では下
面）に微小クリアランスをもって対向している。

【００２３】而して、コンロッド過給機構は、図１に示
すようにコンロッド５の大端部が前記内周壁７ａに沿っ
て移動しているときはクランク室８内をコンロッド５に
よって吸入室Ａと圧縮室Ｂとに区画し、コンロッド５の
揺動運動に伴って容積が増大する吸入室Ａに混合気を吸
入し、容積が減少する圧縮室Ｂ内の混合気を圧縮する一
種の容積型圧縮機を構成するものであって、クランクケ
ース７には吸入室Ａに開口する吸入口１２と圧縮室Ｂに
開口する吐出口１３が形成されている。

【００２４】一方、図１に示すように、前記シリンダボ
ディ２に被着されたシリンダヘッド１４には吸気通路１
５と排気通路１６が形成されており、これらの吸気通路
１５と排気通路１６が燃焼室Ｓに開口する吸気ポートと
排気ポートとが吸気バルブ１７と排気バルブ１８によっ
てそれぞれ適当なタイミングで開閉されることによって
シリンダ３内で所要のガス交換がなされる。尚、吸気バ
ルブ１７と排気バルブ１８は、カム軸１９に一体に形成
されたカム１９ａによって駆動されるタペット２０，２
１によってそれぞれ開閉動作せしめられる。

【００２５】ここで、本発明に係る吸気装置の構成を説
明する。

【００２６】図１において、２２は吸込口２２ａを介し
て大気に開口するエアクリーナであって、該エアクリー
ナ２２は第１の吸入管２３を介して切換手段である三方
弁２４に接続されており、第１の吸入管２３の途中には
アクセル位置（即ち、負荷）に応じて開度が増減される
スロットル弁を配したキャブレタ２５が設けられてい
る。

【００２７】そして、上記三方弁２４からは第２の吸入
管２６とバイパス管２７が導出しており、第２の吸入管
２６はクランクケース７の前記吸入口１２に接続されて
いる。

【００２８】又、クランクケース７に形成された前記吐
出口１３には第１の加圧吸入管２８が接続されており、
この第１の加圧吸入管２８は合流器２９に接続されてい
る。そして、第１の加圧吸入管２８の途中には蓄圧室３
０が設けられている。尚、第１の加圧吸入管２８の前記
吐出口１３への接続部には、クランク室８で加圧された
混合気のクランク室８側への逆流を防ぐためのリード弁
３１が設けられている。又、この第１の加圧吸入管２８
の外周には複数の冷却フィン２８ａが一体に突設されて
いる。

【００２９】而して、前記合流器２９には前記バイパス
管２７が接続されるとともに、第２の加圧吸入管３２が
接続されており、該第２の加圧吸入管３２はシリンダヘ
ッド１４に形成された前記吸気通路１５に接続されてい
る。尚、シリンダヘッド１４に形成された前記排気通路
１６には排気管３３が接続されている。

【００３０】ここで、合流器２９の構成の詳細を図３に
基づいて説明する。

【００３１】合流器２９の本体２９ａの内部には、蓄圧
室３０に貯留されている高圧の混合気を絞って第２の加
圧吸入管３２へと流すノズル部２９ｂが形成されてお
り、このノズル部２９ａの周囲にはリング状の室２９ｃ
が形成され、本体２９ａの外周の一部には室２９ｃに連
なる接続管２９ｄが突設されている。そして、この接続
管２９ｄには、間にリード弁３４を介在させて前記バイ
パス管２７が接続されている。尚、リード弁３４はバイ
パス管２７を流れる混合気の合流器２９方向への流れの
みを許容する（つまり、三方弁２４方向への逆流を防
ぐ）ものである。

【００３２】ところで、前記三方弁２４は前記キャブレ
タ２５において形成された混合気を第２の吸入管２６側
又はバイパス管２７側の何れか一方に選択的に或は更に
両方に流すものであって、これはサーボモータ等のアク
チュエータ３５によって軸３６を中心として回動操作さ
れる切換ベーン３７を備えている。そして、アクチュエ
ータ３５はエンジン制御装置（以下、ＥＣＵと略称す
る）３８によってその駆動が次のように制御される。

【００３３】即ち、ＥＣＵ３８は、これに入力されるエ
ンジン回転数信号ａ又はスロットル開度信号ｂに基づい
てエンジン１の運転状態を判断し、エンジン１がアイド
リング状態にあるときには前記アクチュエータ３５に対
して制御信号ｃを出力し、アクチュエータ３５を駆動し
て三方弁２４を切り換え、三方弁２４の切換ベーン２７
を図１の実線にて示す状態から鎖線にて示す状態に切り
換えて第２の吸入管２６を閉じると同時にバイパス管２
７を開き、混合気をクランク室８をバイパスさせてバイ
パス管２７へと流す。

【００３４】そして、ＥＣＵ３８はエンジン１の運転状
態がアイドリング状態にないと判断した場合には、前記
と同様にアクチュエータ３５に対し制御信号ｃを出力
し、アクチュエータ２５を駆動して三方弁２４を切り換
え、三方弁２４の切換ベーン３７を図１の鎖線にて示す
状態から実線にて示す状態に切り換えてバイパス管２７
を閉じると同時に第２の吸入管２６を開き、混合気を第
２の吸入管２６側へと流す。

【００３５】更に、高回転・高負荷の運転状態時におい
ては切換ベーン３７を両位置の中間位置に保持し、キャ
ブレタ２５と三方弁２４の間の吸入管２３は下流に向け
て拡がっていることにもより、吸入管２６側とバイパス
管２７の両方にそれぞれ十分な混合気を流すことを可能
とする。

【００３６】次に、クランク室過給エンジン１の潤滑オ
イル供給系について説明する。

【００３７】図１に示すオイルタンク３９に収容された
潤滑オイルは、ストレーナ４０を経てオイルポンプ４１
に吸引され、該オイルポンプ４１によって昇圧されてデ
リバリパイプ４２を経てピストン４、クランク軸６、ク
ランクピン１０等の摺動部に供給されてそれらの摺動部
の潤滑に供される。尚、潤滑に供されてクランクケース
７の底部に溜った潤滑オイルは、逆止弁４３及びオイル
ドレン戻り管４４を経てオイルポンプ４１に回収され、
繰り返し各摺動部の潤滑に供される。

【００３８】次に、クランク室過給エンジン１の作用を
説明する。

【００３９】当該クランク室過給式４サイクルエンジン
１が駆動されると、ＥＣＵ３８は前述のようにエンジン
回転数又はスロットル開度によってエンジン１の運転状
態を判断し、エンジン１の運転状態に応じてアクチュエ
ータ３５を制御する。

【００４０】而して、エンジン１の運転状態がアイドリ
ング状態にないときには、前述のように三方弁２４の切
換ベーン３７は図１に実線にて示すようにバイパス管２
７を閉じて第２の吸入管２６を開くため、キャブレタ２
５において形成された混合気は第１の吸入管２３から第
２の吸入管２６へと流れ、クランクケース７の吸入口１
２からクランク室８内の吸入室Ａに導入され、前述のよ
うにコンロッド過給機構によってクランク軸６の１回転
毎に圧縮されて圧縮室Ｂから吐出口１３へと吐出され
る。そして、吐出口１３に吐出された高圧の混合気は、
リード弁３１を通過して第１の加圧吸入管２８を流れ、
途中で冷却フィン２８ａからの放熱によって冷却された
後に蓄圧室３０に蓄えられ、クランク軸６の２回転に１
回毎のエンジン１の吸入行程において吸気バルブ１７が
開くと同時に蓄圧室３０から第２の加圧吸入管３２及び
吸気通路１５を通ってシリンダ３内に供給（過給）され
る。

【００４１】上述のようにシリンダ３内に供給（過給）
された混合気は、その後の圧縮行程において圧縮された
後に燃焼室Ｓでの燃焼に供され、この燃焼によって発生
する熱エネルギーの一部がクランク軸６の回転動力とし
て取り出される。尚、混合気の燃焼によってシリンダ３
内に生じた排気ガスは、排気行程において排気バルブ１
８が開くと同時に排気通路１６及び排気管３３を経て大
気中に排出される。

【００４２】以上のように、アイドリング時以外におい
ては混合気がクランク室８で圧縮されてシリンダ３内に
過給されるため、混合気の充填効率が高められてエンジ
ン１の出力が高められる。尚、混合気は第１の加圧吸入
管２８を流れる途中で冷却されるためにその密度が高め
られ、このことによっても充填効率が高められる。

【００４３】一方、ＥＣＵ３８がエンジン１の運転状態
がアイドリング状態にある判断した場合には、前述のよ
うにアクチュエータ３５を駆動制御して三方弁２４を切
り換える。すると、該三方弁２４の切換ベーン３７は図
１に鎖線にて示すように第２の吸入管２６を閉じてバイ
パス管２７を開くため、混合気はバイパス管２７へと流
れ、クランク室８をバイパスして（つまり、コンロッド
過給機構によって圧縮されることなく）合流器２９及び
第２の加圧吸入管３２からシリンダ３（燃焼室Ｓ）に直
接供給されるため、該混合気の過給は行われない。

【００４４】而して、アイドリング時には上述のように
混合気はクランク室８に導入されないため、燃焼室Ｓへ
は低温の混合気が常に供給される。更に、クランク室８
では三方弁２４からリード弁３１の間が負圧となるた
め、コンロッド過給機構による過給仕事がなされず、従
って、過給仕事に伴うエネルギーロスが小さく抑えられ
て燃費が改善される。

【００４５】又、アイドリング時には混合気がクランク
室８をバイパスするため、クランク室８内の潤滑オイル
が混合気と共にクランク室８外に流出して蓄圧室３０に
溜ることがなく、従って、潤滑オイルの消費量が低く抑
えられる。

【００４６】又、ＥＣＵ３８がエンジン１の運転状態が
高回転・高負荷荷あると判断する場合には、前述のよう
にアクチュエータ３５を駆動して切換ベーン３７を中間
位置に保持するため、混合気は吸入管２６側に流れ、ク
ランク室８内で加圧されて加圧吸入管２８、蓄圧室３０
及び第２の加圧吸入管３２に蓄えられ、エンジン１の吸
気行程時に燃焼室Ｓへ流入する。そして、合流器２９よ
り上流部に蓄えられる混合気が燃焼室Ｓ方向へ流れると
き、該混合気は室２９ｃを負圧にするため、混合気がバ
イパス管２７を通っても燃焼室Ｓに供給されることにな
り、充填効率が向上する。

【００４７】尚、クランク室８の吸入室Ａと圧縮室Ｂ
を、途中にＥＣＵ３８により開閉制御される開閉弁２０
１を配置した第２のバイパス通路２００で連通しても良
い。エンジン１がアイドリング状態にあるとき、切換ベ
ーン３７が第２の吸入管２６を閉じるのに合わせて開閉
弁２０１を開とし、それ以外の運転状態の時に同開閉弁
２０１を閉とする。これにより、クランク室８の吸入室
Ａと圧縮室Ｂとで混合気が循環して温度が上昇するが、
燃焼室Ｓへは直接バイパス管２７から直接低温の混合気
が供給される一方、アクセル位置をアイドリング状態か
ら負荷大側に変化させるとき、クランク室８内は負圧と
なっていないために温度は高くなっているが、過給され
た混合気を切換弁３７の切り換えと共に直ちに燃焼室Ｓ
に供給することができる。これにより、エンジン１の加
速応答性が損なわれない。

【００４８】又、上記開閉弁２０１を配置した第２のバ
イパス通路２００は、合流器２９の上流側且つ圧縮室Ｂ
までの部分と、切換弁２４の下流側且つ吸入室Ａまでの
部分を連通するようにしても良い。

【００４９】更に、少なくともアイドリング状態におい
て混合気をバイパス管２７を通っても燃焼室Ｓへ供給す
るようにしているが、アクセル位置（即ち、負荷）が中
負荷域以下において切換弁２４を切り換え、混合気をバ
イパス管２７を通っても燃焼室Ｓへ供給するようにして
も良い。この場合、第２のバイパス通路１００が設けら
れたものにおいては、切換弁２４の切換動作に同期して
開閉弁２０１を開に切り換える。

【００５０】ところで、本実施の形態ではキャブレタ２
５を第１の吸入管２３の途中に設けたが、図１に鎖線に
て示すようにキャブレタ２５’或は燃料噴射用インジェ
クタ２５”を第２の加圧吸入管３２の途中に設けても良
く、この場合には新気のみがクランク室８のコンロッド
過給機構によって圧縮される。

【００５１】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、所定負荷以下においては新気又は混合気はクラ
ンク室をバイパスして燃焼室に直接供給されるため、時
間の経過と共に新気又は混合気が昇温することがなく、
安定した出力を導き出すことができる。

【００５２】又、所定負荷以下においては新気又は混合
気がクランク室をバイパスするため、クランク室内の潤
滑オイルが新気又は混合気と共にクランク室外へ流出す
ることがなく、潤滑オイルの消費量を低く抑えることが
できるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る吸気装置を備えるクランク室過給
式４サイクルエンジンの構成を示すユニットスイング式
エンジンユニットの模式的断面図である。

【図２】本発明に係る吸気装置を備えるクランク室過給
エンジンのコンロッド過給機構の構成を示す断面斜視図
である。

【図３】本発明に係る吸気装置の合流器部分の構成を示
す部分断面図である。

【符号の説明】

１ クランク室過給式４サイクルエンジン ８ クランク室 ２４ 三方弁（切換手段） ２７ バイパス管（バイパス通路） ３４ リード弁（逆止弁） ３５ アクチュエータ ２３，２６ 吸入管 ２８，３２ 加圧吸入管 ３０ 蓄圧室 ３８ エンジン制御装置（ＥＣＵ） Ｓ 燃焼室

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 クランク室に導入される新気又は混合気
   をクランク室で圧縮してこれを燃焼室に導くクランク室
   過給式４サイクルエンジンの吸気装置において、 新気又は混合気をクランク室をバイパスして燃焼室に導
   くバイパス通路と、所定負荷以下においては新気又は混
   合気の導入経路を前記バイパス通路側に切り換える切換
   手段を設けたことを特徴とするクランク室過給式４サイ
   クルエンジンの吸気装置。
2. 【請求項２】 前記バイパス通路に、新気又は混合気の
   燃焼室方向への流れのみを許容する逆止弁を設けたこと
   を特徴とする請求項１記載のクランク室過給式４サイク
   ルエンジンの吸気装置。
3. 【請求項３】 前記切換手段は、エンジン回転数又はス
   ロットル開度に基づいてその駆動が制御されるアクチュ
   エータによって駆動されることを特徴とする請求項１又
   は２記載のクランク室過給式４サイクルエンジンの吸気
   装置。
4. 【請求項４】 前記切換手段は、新気又は混合気をクラ
   ンク室に導入する吸入管から前記バイパス通路が分岐す
   る分岐部に設けられた三方弁で構成されることを特徴と
   する請求項１，２又は３記載のクランク室過給式４サイ
   クルエンジンの吸気装置。
5. 【請求項５】 クランク室で圧縮された新気又は混合気
   を燃焼室に導く加圧吸入管の途中に蓄圧室を設けたこと
   を特徴とする請求項１，２，３又は４記載のクランク室
   過給式４サイクルエンジンの吸気装置。
6. 【請求項６】 高回転・高負荷時に新気又は混合気をク
   ランク室に導入するとともに、バイパス通路にも導入可
   能とするように前記切換手段を制御するようにしたこと
   を特徴とする請求項３記載のクランク室過給式４サイク
   ルエンジンの吸気装置。