JPH10246115A

JPH10246115A - ４サイクル内燃エンジン

Info

Publication number: JPH10246115A
Application number: JP9065362A
Authority: JP
Inventors: Akira Nagashima; 彬長島
Original assignee: Kioritz Corp
Current assignee: Kioritz Corp
Priority date: 1997-03-04
Filing date: 1997-03-04
Publication date: 1998-09-14
Also published as: DE19809300C2; US5992375A; DE19809300A1

Abstract

(57)【要約】【課題】小型動力作業機に適用可能な小型軽量な４サ
イクル内燃エンジンを提供する。【解決手段】シリンダヘッド６には点火プラグ９と排気
ポート１０とが設けられ、排気ポート１０には排気バル
ブ１２が配設されている。シリンダブロック３の下端に
は、密閉したクランク室１４を形成するクランクケース
１５が取付られている。シリンダブロック３には、共に
作動室７に開口してピストン５によって開閉される第
一、第二のポート２３、２４が形成され、第二ポート２
４は連通路３１を介してクランク室１４に連通され、他
方、第一ポート２３は気化器２８に連なっており、この
第一ポート２３を通じて、気化器２８から潤滑油が混入
した混合気がクランク室１４に供給される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、携帯用の刈払
機、芝刈機、チェーンソーなどの小型動力作業機に好適
な４サイクル内燃エンジンに関する。

【０００２】

【従来の技術】２サイクル内燃エンジンは、４サイクル
内燃エンジンに比べて、小型且つ軽量で比出力が大きい
ことから、特公昭５３−４６７３３号、特公昭５４−３
０８４号に見られる如き携帯用刈払機などの小型動力作
業機にあっては、その動力源として小型空冷２サイクル
ガソリンエンジン（以下、単に２サイクルエンジンとい
う）を採用するのが一般的である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、２サイ
クルエンジンは、一般的に、ガスフローによる掃気方式
を採用していることから、燃料消費量が比較的大きく、
またエンジンの作動が不安定であると共に排ガス成分に
問題があるという欠点を有する。本件発明者は、このよ
うな欠点のない４サイクル方式でありながら２サイクル
エンジンと実質的に同程度の小型軽量化が可能なエンジ
ンの開発を目的として本件発明を案出するに至ったもの
である。すなわち、本発明の目的は、小型動力作業機に
適用可能な小型軽量な４サイクル内燃エンジンを提供す
ることにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】かかる技術的課題は、本
発明によれば、シリンダブロック（3)のボア（4)に摺動
自在に嵌挿されたピストン（5)とシリンダヘッド（6)と
の間に作動室が画成され、前記シリンダヘッド（6)に点
火プラグ（9)を備えた４サイクル内燃エンジン（1)であ
って、前記シリンダブロック（3)に形成され且つ排気系
部品（13) に連なる排気ポート（10) と、該排気ポート
（10) を開閉する排気バルブ（12) と、前記シリンダブ
ロック（3)の下端に連結されて密閉したクランク室（1
4) を形成するクランクケース（15) と、前記シリンダ
ブロック（3)に形成され、前記作動室（7)に臨んで配置
されて前記ピストン（5)により開閉され且つ燃料と共に
潤滑油を供給する吸気系部品（28) に連なる第一ポート
（23) と、前記シリンダブロック（3)に形成され、前記
作動室（7)に臨んで配置されて前記ピストン（5)により
開閉され且つ該ピストン（5)が下死点近傍に位置すると
きに開かれる第二ポート（24) と、該第二ポート（24)
と前記クランク室（14) とを連結する連通路（31) とを
有する、ことを特徴とする４サイクル内燃エンジンを提
供することによって解決することができる。

【０００５】

【発明の作用効果】このエンジン（1)によれば、前記ク
ランク室（14) の中に充填された混合気（Ｍ）が、前記
連通路（31) を通じて前記第二ポート（24) から前記作
動室（7)に供給される（吸気行程）。次に、作動室（7)
に流入した混合気（Ｍ）は、上昇動するピストン（5)に
よって圧縮され（圧縮行程）、上死点に至る直前に点火
されて膨張行程に移行し、その後前記排気バルブ（12)
が開かれて排気行程に移行する。この排気行程では、前
記ピストン（5)の上昇動によって作動室（7)の中の燃焼
ガスを物理的に押し出すことにより行われる。したがっ
て、このエンジン（1)によれば、ガス流動による掃気
（従来一般的な２サイクル内燃エンジン）と異なり、前
記ピストン（5)によって強制的に排気させるものである
ので、従来の２サイクルエンジンよりも残留ガスの変動
を小さくすることができ、エンジンの作動安定性の確保
にとって有利であると共に、エミッション対策を施し易
い。

【０００６】排気行程が完了した後、前記排気バルブ
（12) を閉じた状態で前記ピストン（5)が下降動するこ
とに伴って前記作動室（7)には負圧が生成され、このピ
ストン（5)が下死点近傍に位置すると前記第二ポート
（24) が開かれて、上述したように前記クランク室（1
4) 内の混合気(M) が前記連通路（31) を通じて前記第
二ポート（24) から前記作動室（7)に流入する。これら
一連の行程を経ることで、クランクシャフト（16) は二
回転する。

【０００７】本発明のエンジン（1)によれば、吸気系部
品（28) から混合気と一緒に前記第一ポート（23) を通
じて前記クランク室（14) の中に流入した潤滑油がエン
ジン内部の潤滑を行う。したがって、このエンジン（1)
によれば、通常の４サイクル内燃エンジンに取付られて
いるオイルパンが不要であり、これによりエンジン（1)
の高さ寸法を従来の２サイクルエンジンと実質的に同一
にすることができる。また、シリンダヘッド（6)には、
通常の４サイクルエンジンと異なり吸気ポート及び吸気
バルブが存在しておらず、唯一、排気系が存在している
にすぎないことから、排気ポート(10)の配置位置の選定
に自由度があると共に、排気系部品（13) の配置位置の
選定にも自由度がある。このことから、小型動力作業機
の動力源として採用したとしても、設計上の制約が少な
いという利点がある。

【０００８】また、前記シリンダブロック（3)に二つの
ポートを設ける本発明の構成は、掃気ポート及び排気ポ
ートを設ける従来の２サイクルエンジンと類似したもの
であるため、２サイクルエンジンの製造ラインを流用し
て本発明に基づくエンジン（1)を製造することが容易に
できるという経済的な利点がある。その他の本発明の目
的および利点は、以下の本発明の好ましい実施例の説明
から明らかになろう。

【０００９】

【実施例】以下に、添付した図面に基づいて本発明の好
ましい実施例を詳細に説明する。図１ないし図３は、本
発明を空冷単気筒エンジンに適用した第１実施例を示す
ものであり、図１は、クランクシャフトを横断する方向
に切断した第１実施例のエンジンの縦断面図であり、図
２は、クランクシャフトに沿って切断した、図１に対応
するエンジンの縦断面図であり、図３は、ピストンが下
死点に位置している状態にあるエンジンの概略的な構成
を示す説明図である。

【００１０】図示のエンジン１は、排気量２０ｃc 〜３
０ccの比較的小型のものであり、刈払機の動力源に適用
される形態のものを例示するものである。該エンジン１
は、冷却フィン２を備えたシリンダブロック３を有し、
該シリンダブロック３のボア４に摺動自在に嵌挿された
ピストン５とシリンダヘッド６との間に作動室７（燃焼
室８）が画成されている。前記シリンダヘッド６は、前
記燃焼室８に臨んで配置された点火プラグ９と、前記燃
焼室８に開口する排気ポート１０を備えた排気通路１１
とを有し、前記排気ポート１０は排気バルブ１２によっ
て開閉される。前記排気通路１１の他端には、排気系部
品としてのマフラー１３が連結され、これら排気ポート
１０、排気通路１１及びマフラー１３を通じて排ガスが
大気に放出される。

【００１１】前記シリンダブロック３の下端には、密閉
したクランク室１４を形成するクランクケース１５が取
付けられ、前記クランク室１４内に配置されたクランク
シャフト１６は、連接棒１７、ピストンピン１８を介し
て、前記ピストン５に連結されている。このエンジン１
は、動弁機構として、つまり前記排気バルブ１２の駆動
機構としてロッカアーム式が採用されている。すなわ
ち、前記エンジン１は、前記シリンダブロック３の側方
に、上下方向に延びるプッシュロッド１９を有し（図２
参照）、該プッシュロッド１９は、下端が、歯車列２０
を介して前記クランクシャフト１６により回転せしめら
れるカム２１のカムフェースに当接され、前記プッシュ
ロッド１９の上端は、ロッカアーム２２を介して前記排
気バルブ１２に連係されている。

【００１２】前記シリンダブロック３には、前記ボア４
に開口して前記ピストン５によって開閉される第一、第
二の二つのポート２３、２４が形成され、また、前記第
一ポート２３の近傍につまり前記シリンダブロック３の
ボア４の周壁に吸気系部品が取付けられている。該吸気
系部品は、基本的には、前記第一ポート２３に連なる吸
気通路２６を構成するものであり、該吸気通路２６の上
流端から下流側に向けて、エアクリーナ２５のエアフィ
ルタ２７、ダイヤフラム式気化器２８、そのスロットル
バルブ（図示せず）などが配設されている。

【００１３】前記クランクシャフト１６の出力側（図２
の左側）には、遠心クラッチ３５を介して、伝動軸３５
が駆動上連結せしめられる。前記エンジン１の下方に
は、前記クランクケース１５に近接して燃料タンク２９
が配置され、該燃料タンク２９には、潤滑油を混入した
ガソリンが収容されている。この燃料タンク２９内のガ
ソリン及び潤滑油は一緒になって管路３０を介して前記
気化器２８に供給され、この気化器２８を介して霧化さ
れて前記吸気通路２６の中に放出される。前記第二ポー
ト２４は連通路３１を介して前記クランク室１４に連結
されている（図３参照）。

【００１４】前記第一、第二ポート２３、２４の開口位
置及び前記ピストン５のスカート部５ａの長さ寸法につ
いて図３及び図４の（Ａ）を参照して説明する。先ず、
前記気化器２８に連なる前記第一ポート２３は、前記ピ
ストン５が図３に示す如く下死点に至ったとしてもこの
ピストン５によって閉じ状態が維持できる最も高い位置
に配置され、他方、前記クランク室１４に連なる前記第
二ポート２４は、ピストン５がほぼ下死点に位置したと
きに全開状態になる位置に配置されている。前記ピスト
ン５のスカート部５ａは、前記ピストン５が図４の
（Ａ）に示す如く上死点に位置したとしても前記第二ポ
ート２４を閉じ状態に維持し、且つピストン５が上死点
に位置したときに前記第一ポート２３を全開状態にする
ことのできる長さ寸法を有する（図４のＡを参照）。

【００１５】前記エンジン１は、前記ピストン５によっ
て開閉される前記第一、第二のポート２３、２４が前記
シリンダブロック３に形成されている点で、従来の２サ
イクルエンジンと類似した機械的構成を有するものであ
るが、図４ないし図９を参照した後述の説明から理解で
きるように、このエンジン１は４サイクルエンジンであ
る。このことを明確にすると共に２サイクルエンジンと
の混乱を回避するために、前記作動室７に開口する第二
ポート２４を「吸気ポート」と呼び、前記クランク室１
４に開口する第一ポート２３を「吸込ポート」と呼ぶこ
とにする。

【００１６】図４ないし図９は、前記エンジン１の作動
状態を時系列に沿って示したものであり、前記エンジン
１は、図４の（Ａ）、図４の（Ｂ）、図５の（Ｃ）、・
・・・、図９の（Ｌ）の順に動作変化して図４の（Ａ）
の状態に戻り、この一連の動作によって前記クランクシ
ャフト１６は二回転（７２０°回転）する。以下に、図
４ないし図９を参照して、前記エンジン１の各過程を説
明する。

【００１７】図４の（Ａ）は前記エンジン１の爆発行程
を示し、前記ピストン５が実質的に上死点位置にある状
態を示す。なお、この図４の（Ａ）では、前記点火プラ
グ９が点火状態にあるように描いてあるが、この図面は
説明のためであり、当業者であれば理解できるように、
実際は、前記ピストン５が上死点に至る直前で点火され
るものである。前記エンジン１がこの状態にあるとき、
混合気Ｍが気化器２８側から吸込ポート２３を通じて前
記クランク室１４に流入する。

【００１８】図４の（Ｂ）及び図５の（Ｃ）は前記エン
ジン１の膨張行程を示す。この膨張行程では、前記ピス
トン５の下降動作に伴って該ピストン５が前記吸込ポー
ト２３を閉じるまで、この吸込ポート２３を通じて混合
気Ｍが前記クランク室１４の中に流入する。図５の
（Ｄ）ないし図７の（Ｈ）は前記エンジン１の排気行程
を示す。この排気行程は、図５の（Ｄ）から理解できる
ように、前記ピストン５が下死点に至る前に開始される
（排気バルブ早開き）。この排気バルブ１２の開弁タイ
ミングは、前記吸気ポート２４が閉じ状態にあるときに
設定されている。

【００１９】図６の（Ｅ）は前記ピストン５が実質的に
下死点に位置したときの状態を示す。同図から理解でき
るように、この状態では、前記吸気ポート２４が全開状
態になっているが、前記作動室７と前記クランク室１４
との間のガス移動を防止するのが好ましいのであれば、
前記吸気ポート２４が開き始めるときの前記作動室７と
前記クランク室１４との圧力差が実質的に「零」になる
ようにすればよい。この設定は、当業者であれば理解で
きるように、前述した排気バルブ１２の開弁タイミング
の設定を調整することにより行うことができる。

【００２０】図８の（Ｉ）は前記作動室７の負圧生成過
程を示すものである。この過程では、前記排気バルブ１
２が閉じ状態にあるので前記ピストン５の下降動作に伴
って前記作動室７に負圧が生成される。また、前記クラ
ンク室１４では、既に前記クランク室１４に入り込んで
いる混合気Ｍが前記ピストン５よって圧縮される。この
ことから、前記ピストン５の下降動作に伴って、前記作
動室７は相対的に低圧になり、他方、前記クランク室１
４は相対的に高圧になる。下降動作する前記ピストン５
が下死点近傍に至ると前記吸気ポート２４が開き始め、
この吸気ポート２４を通じて、前記クランク室１４内の
混合気Ｍが前記作動室７に流入する吸気行程が行われ
る。換言すれば、この吸気行程では、前記クランク室１
４内の加圧状態にある混合気Ｍが、負圧状態の前記作動
室７の中に吸い込まれるようにして、この作動室７に流
入する（図８の（Ｊ）参照）。

【００２１】図９の（Ｋ）、（Ｌ）は前記エンジン１の
圧縮行程を示す。この行程は、混合気Ｍを前記作動室７
の中に封入した状態で前記ピストン５が上昇動すること
によって行われるものであるが、このピストン５の上昇
動に伴い、前記クランク室１４に負圧が生成され、前記
ピストン５が上死点近傍に至ると前記吸込ポート２３が
開いて、混合気Ｍが前記クランク室１４に流入し始める
（図９の（Ｌ）参照）。以上の図３ないし図９を参照し
た前記エンジン１の作動を表にしたのが図１０である。

【００２２】上述したエンジン１によれば、潤滑油が混
合気Ｍと一緒に前記吸気通路２６を通じて前記クランク
室１４の中に供給されるため、この潤滑油によってエン
ジン内部の潤滑が行われる。したがって、４サイクルエ
ンジンでは一般的なオイルパンの存在が不要であり、こ
れに伴う前記エンジン１の設置姿勢の制約が無くなると
共に前記エンジン１の高さ寸法を短縮することができ
る。このことは、手持ち式の動力作業機にとって、エン
ジンの配置姿勢およびエンジン回りのレイアウトの自由
度が増大するという実際上の効果がある。

【００２３】また、前記エンジン１では、前記シリンダ
ヘッド６に、通常の４サイクルエンジンでは一般的な吸
気ポート及び吸気バルブが設けられておらず、唯一、排
気ポート１０及び排気バルブ１２が設けられているにす
ぎないので、吸気系のレイアウトを考えに入れることな
く排気系つまり前記マフラ１３の配置位置を選定するこ
とができるので、このことも手持ち式の動力作業機の設
計において設計上の自由度が増大するという利点があ
る。

【００２４】また、前記エンジン１では、従来の２サイ
クルエンジンと同様に、前記シリンダブロック３の側方
に前記気化器２８等の吸気系部品を配置することができ
るので、小型の手持ち式の動力作業機における全体的な
レイアウトのまとまりが良い。また、前記シリンダヘッ
ド６に、通常の４サイクルエンジンでは一般的な吸気ポ
ート及び吸気バルブが設けられておらず、唯一、排気ポ
ート１０及び排気バルブ１２が設けられているにすぎな
いので、吸気系のレイアウトを考えに入れることなく排
気系部品、例えば前記マフラ１３の配置位置を選定でき
る。また、前記エンジン１は、動弁系として吸気バルブ
を具備していないため、通常の４サイクルエンジンと比
較して機構が簡単且つ軽量であり、この点からも手持ち
式の動力作業機の動力源として有利である。また、前記
エンジン１は、前記ピストン５によって強制的に排気す
る構成であるので、流体で掃気する通常の２サイクルエ
ンジンと比較して、排気を十分に行うことができるの
で、作動の安定性および燃費の点で有利である。

【００２５】また、前記ピストン５によって開閉される
第一、第二ポート２３、２４を前記シリンダブロック３
に形成するという機械的な構成は、前述したとおり従来
の２サイクルエンジンと類似した構成であるので、前記
４サイクルエンジン１の製造にあたって、２サイクルエ
ンジンの製造ラインをそのまま使うことができるという
経済的な利点を有する。

【００２６】以上、本発明の好ましい実施例のエンジン
１を説明したが、前記吸込ポート２３の配置位置として
は、例えば図１１に示すように前記ピストン５が下死点
近傍にあるときに前記吸込ポート２３が半開きになるよ
うな位置に設定してもよい。この場合、前記作動室７の
中の燃焼ガスが前記吸込ポート２３から前記気化器２８
側に逆流する恐れがあるが、この問題に対処するため
に、前記吸気通路２６にリードバルブ３２を逆止弁とし
て取付ければよい。なお、このリードバルブ３２の取付
位置を明示するために、図１に、一点鎖線でリードバル
ブ３２の存在を明らかにしてある。また、クランク室１
４に潤滑油を供給するシステムとしては、２サイクルエ
ンジンでは周知の分離供給式を採用し、ガソリンとは別
の経路で独立して前記エンジン１に供給するようにして
もよい（実開平１−２０３６０８号、実開平３−１７１
０７号、実開平４−４４４１４号など参照）。

【図面の簡単な説明】

【図１】クランクシャフトを横断する方向に切断した第
１実施例のエンジンの縦断面図。

【図２】クランクシャフトに沿って切断した第１実施例
のエンジンの縦断面図。

【図３】第１実施例のエンジンの構成概念図。

【図４】第１実施例のエンジンの動作過程を説明するた
めの図であって、（Ａ）は膨張行程の初期段階にあるエ
ンジンを示し、（Ｂ）は膨張行程の途中段階にあるエン
ジンを示す。

【図５】第１実施例のエンジンの動作過程を説明するた
めの図であって、（Ｃ）は排気行程の直前のエンジンを
示し、（Ｄ）は排気行程開始直後のエンジンを示す。

【図６】第１実施例のエンジンの動作過程を説明するた
めの図であって、（Ｅ）は排気行程の途中でピストンが
下死点に位置している状態のエンジンを示し、（Ｆ）は
排気行程においてピストンが上昇過程にある状態のエン
ジンを示す。

【図７】第１実施例のエンジンの動作過程を説明するた
めの図であって、（Ｇ）は排気行程終期のエンジンを示
し、（Ｈ）は排気行程完了直前のエンジンを示す。

【図８】第１実施例のエンジンの動作過程を説明するた
めの図であって、（Ｉ）は排気行程を完了した直後のエ
ンジンを示し、（Ｊ）は排気行程を完了した後にピスト
ンが下降して下死点に移行して作動室へ混合気が流入す
る吸気行程にあるエンジンを示す。

【図９】第１実施例のエンジンの動作過程を説明するた
めの図であって、（Ｋ）は吸気行程が完了し圧縮行程に
移行した直後のエンジンを示し、（Ｌ）は圧縮行程の終
期の状態のエンジンを示す。

【図１０】図４の（Ａ）から図９の（Ｌ）の一連の動作
過程で行われる作動室及びクランク室での各行程の一覧
表。

【図１１】図３に対応した第１実施例の変形例のエンジ
ンの構成概念図。

【符号の説明】

１４サイクル内燃エンジン３シリンダブロック４シリンダボア５ピストン６シリンダヘッド７作動室９点火プラグ１０排気ポート１２排気バルブ１３マフラ（排気系部品）１４クランク室１５クランクケース２３第一ポート２４第二ポート２８吸気系部品（気化器）３１連通路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シリンダブロック（3)のボア（4)に摺動
自在に嵌挿されたピストン（5)とシリンダヘッド（6)と
の間に作動室（7)が画成され、前記シリンダヘッド（6)
に点火プラグ（9)を備えた４サイクル内燃エンジン（1)
であって、前記シリンダブロック（3)に形成され且つ排気系部品
（13) に連なる排気ポート（10) と、該排気ポート（10) を開閉する排気バルブ（12) と、前記シリンダブロック（3)の下端に連結されて密閉した
クランク室（14) を形成するクランクケース（15) と、前記シリンダブロック（3)に形成され、前記作動室（7)
に臨んで配置されて前記ピストン（5)により開閉され且
つ燃料と共に潤滑油を供給する吸気系部品（28) に連な
る第一ポート（23) と、前記シリンダブロック（3)に形成され、前記作動室（7)
に臨んで配置されて前記ピストン（5)により開閉され且
つ該ピストン（5)が下死点近傍に位置するときに開かれ
る第二ポート（24) と、該第二ポート（24) と前記クランク室（14) とを連結す
る連通路（31) とを有する、ことを特徴とする４サイク
ル内燃エンジン。
【請求項２】前記第一ポート（23) は、下死点に位置
する前記ピストン（5)によって閉じ状態が維持される位
置に配置されている、請求項１に記載の４サイクル内燃
エンジン。
【請求項３】前記吸気系部品（28) が前記シリンダブ
ロック（3)の側壁に取付られている、請求項１又は請求
項２に記載の４サイクル内燃エンジン。
【請求項４】前記排気バルブ（12) の開弁タイミング
が、前記ピストン（5)が下降して前記第二ポート（24)
を開くよりも前に設定されている、請求項１〜請求項３
のいずれか１項に記載の４サイクル内燃エンジン。
【請求項５】前記ピストン（5)が下降して前記第二ポ
ート（24) を開くときに、前記作動室（7)と前記クラン
ク室（14) との間の圧力差が実質的に零となるように、
前記排気バルブ（12）の開弁タイミングが設定されてい
る、請求項４に記載の４サイクル内燃エンジン。
【請求項６】前記エンジン（1)が空冷エンジンであ
る、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の４サイ
クル内燃エンジン。