JPH06330717A - ４サイクルエンジン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 この発明は、ポンピングロスを低減して、燃
料消費率を良好にしつつ出力を向上させることができる
ようにしている。 【構成】 この発明は、燃焼室１７に吸気ポート１８が
開口され、この吸気ポートに吸気通路２０が連通される
とともにこの吸気ポートに吸気バルブ２２が配設され、
この吸気バルブが吸気工程で開操作され、吸気通路から
燃焼室へ混合気が供給される４サイクルエンジン１０に
おいて、吸気通路には、この吸気通路を開閉可能とする
制御バルブ２６が配設され、この制御バルブがエンジン
の負荷に応じて開閉タイミングを任意に変更し得るよう
構成されたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、高効率なミラーサイ
クルエンジンを実現した４サイクルエンジンに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、環境保全の観点から、低燃費で高
出力を発揮できる高効率なエンジン、即ちミラーサイク
ルエンジンを実現する発明等が提案されている。このよ
うなものとして、特開平3-217612号公報記載の４サイク
ルエンジンがある。

【０００３】このエンジンは、シリンダへッドに形成さ
れた混合気系吸気通路と燃焼室との間の吸気ポートに、
通常のポペットタイプの吸気バルブを設置し、また、シ
リンダ壁面にサイドポートを形成し、このサイドポート
に連通した空気系吸気通路に開閉弁を配設し、この開閉
弁の閉じタイミングを、特定の低負荷時には高負荷時よ
りも早く設定したものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記公報記
載のエンジンでは、特定の低負荷時には開閉弁が閉じ
て、エンジンの有効吸気工程の終了時期（終了タイミン
グ）が早まり、この特定の負荷時においてミラーサイク
ルエンジンとなっているが、任意の低負荷時に常にミラ
ーサイクルエンジンを実現できるものではない。

【０００５】また、上記従来のエンジンは負荷制御をス
ロットルバルブによって実施しているので、このスロッ
トルバルブが吸気通路の管路抵抗となって、エンジンの
ポンピングロスに悪影響を及ぼしている。

【０００６】この発明は、上述の事情を考慮してなされ
たものであり、ポンピングロスを低減して燃料消費率を
良好にしつつ（低燃費）出力を向上させることができる
４サイクルエンジンを提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明は、燃焼室に吸
気ポートが開口され、この吸気ポートに吸気通路が連通
されるとともにこの吸気ポートに吸気バルブが配設さ
れ、この吸気バルブがクランク角変化と同期して吸気工
程で開操作され、上記吸気通路から上記燃焼室へ混合気
が供給される４サイクルエンジンにおいて、上記吸気通
路には、この吸気通路を開閉可能とする制御バルブが配
設され、この制御バルブがエンジン負荷に応じて開閉タ
イミングを任意に変更し得るよう構成されたものであ
る。

【０００８】

【作用】従って、この発明に係る４サイクルエンジンに
よれば、通常の吸気バルブの他に制御バルブを吸気通路
に配設し、この制御バルブがエンジンの負荷に応じて吸
気通路の開閉タイミングを任意に変更するので、この制
御バルブが有効吸気工程の終了タイミングを負荷に応じ
て任意に変更させることができる。このため、制御バル
ブにて負荷を制御でき、吸気系にスロットルバルブを設
置する必要がない。この結果、エンジンのポンピングロ
スを低減でき、低燃費で高出力を発揮できる高効率なエ
ンジン、即ちミラーサイクルエンジンを実現できる。

【０００９】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基づいて説
明する。図１（Ａ）は、この発明に係る４サイクルエン
ジンの低負荷時を示す断面図であり、図１（Ｂ）は、図
１（Ａ）の低負荷時におけるバルブタイミングダイヤグ
ラムを示す。

【００１０】図１（Ａ）に示すように、４サイクルエン
ジン１０は、シリンダブロック１１にシリンダヘッド１
２及び図示しないヘッドカバーが連設され、シリンダブ
ロック１１内にピストン１３が往復移動可能に収容さ
れ、クランクケース内にクランクシャフト１４が回転可
能に配設して構成される。ピストン１３は、シリンダブ
ロック１１内に嵌装されたシリンダスリーブ１５内を摺
動する。また、このピストン１３はコンロッド１６を介
してクランクシャフト１４に連結され、ピストン１３の
往復運動がクランクシャフト１４の回転運動に変換され
る。

【００１１】シリンダヘッド１２には、ピストン１３と
の間で燃焼室１７が形成され、この燃焼室１７に吸気ポ
ート１８及び排気ポート１９が開口される。更に、シリ
ンダヘッド１２には、吸気ポート１８と連通して吸気通
路２０が、排気ポート１９と連通して排気通路２１がそ
れぞれ形成される。吸気ポート１８は、吸気バルブ２２
により開閉されて、吸気通路２０から吸気ポート１８を
経て燃焼室１７内へ混合気が供給される。また、排気ポ
ート１９は、排気バルブ２３により開閉されて、燃焼室
１７内で燃焼された後の排ガスが、排気ポート１９を経
て排気通路２１へ排出される。

【００１２】吸気バルブ２２及び排気バルブ２３は、回
転駆動されたカムシャフト２４上のカム２５により、図
示しないロッカアームを介して開閉操作される。カムシ
ャフト２４は、図示しないカムチェーンを介してクラン
クシャフト１４により回転駆動されるので、吸気バルブ
２２及び排気バルブ２３は、クランク角変化と同期して
開閉操作される。つまり、吸気バルブ２２は、図１、図
２及び図３のそれぞれ（Ｂ）に示すように、ピストン１
３の上死点直前に開き、下死点直後に閉じて、吸気工程
で開操作される。また、排気バルブ２３は、ピストン１
３の下死点直前に開き、上死点直後に閉じて、排気工程
で開操作される。

【００１３】さて、図１（Ａ）に示すように、シリンダ
ヘッド１２にはロータリー式の制御バルブ２６が回動可
能に配設され、この制御バルブ２６の回動により吸気通
路２０が開閉操作される。制御バルブ２６の回動は、揺
動リンク２７、支持リンク２８及び回転リンク２９、並
びにドライブギア３０及びドリブンギア３１により実施
される。

【００１４】つまり、ドライブギア３０は、カムシャフ
ト２４と同軸に配設され、クランクシャフト１４の１回
転中にドライブギア３０も１回転するよう構成される。
ドリブンギア３１は、このドライブギア３０に噛み合
い、このドライブギア３０と逆方向に２倍の回転数で回
転する。ドリブンギア３１の軸心３１ａは、シリンダヘ
ッド１２及びヘッドカバーに刻設されたガイド溝３２に
沿って移動可能に設けられる。このガイド溝３２は、カ
ムシャフト２４直上位置から角度θの範囲に亘り形成さ
れる。

【００１５】回転リンク２９の一端部はドリブンギア３
１の側面に、支持リンク２８の一端部はヘッドカバー等
の静止部に、揺動リンク２７の一端部は制御バルブ２６
にそれぞれ回転自在に連結される。また、回転リンク２
９、支持リンク２８及び揺動リンク２７のそれぞれの他
端部は、ピン３３により回転自在に軸支されている。従
って、ドリブンギア３１の矢印Ａ方向の回転により、支
持リンク２８が矢印Ｂ方向に揺動し、揺動リンク２７が
ピン３３を中心として矢印Ｃ方向に揺動可能とされ、こ
の結果、制御バルブ２６が矢印Ｄ方向に正逆回動を可能
に設けられる。この制御バルブ２６の回動により、吸気
通路２０が開閉操作される。

【００１６】但し、ドリブンギア３１の軸心３１ａがカ
ムシャフト２４の直上から角度θの位置にある場合（エ
ンジン高負荷時位置：図３（Ａ））では、回転リンク２
９及び揺動リンク２７が離れているので、ドリブンギア
３１の回転にもかかわらず揺動リンク２７が矢印Ｃ方向
にほとんど揺動せず、従って制御バルブ２６もＤ方向に
回動しない。このため、制御バルブ２６は、図３（Ｂ）
に示すように吸気通路２０を閉じることがない。

【００１７】また、ドリブンギア３１の軸心３１ａがカ
ムシャフト２４の直上から角度αの位置にある場合（エ
ンジン低負荷時位置：図１（Ａ））では、回転リンク２
９が揺動リンク２７に接近するので、ドリブンギア３１
の回転により揺動リンク２７がＣ方向に揺動し、制御バ
ルブ２６がＤ方向に正逆回動する。このため、制御バル
ブ２６は、図１（Ｂ）に示すように、吸気バルブ２２が
開弁する吸気工程の以前から開き始め、吸気バルブ２２
が閉弁する前に閉じる。

【００１８】更に、ドリブンギア３１の軸心３１ａがカ
ムシャフト２４の直上にある場合（エンジン無負荷時位
置：図２（Ａ））には、開弁リンク２９が揺動リンク２
７に最も接近するので、ドリブンギア３１の回転により
揺動リンク２７が大きく揺動し、制御バルブ２６も早期
にＤ方向に回動を開始する。このため、制御バルブ２６
は、図２（Ｂ）に示すように、吸気バルブ２２が閉弁す
る前から開き始め、吸気バルブ２２の閉弁後開弁直後に
閉じる。

【００１９】上記ドリブンギア３１のガイド溝３２に対
する位置制御は、ギアレバー３４、ワイヤ３５及びアク
セルレバー３６により実施される。つまり、ギアレバー
３４はカムシャフト２４と同軸に軸支されるとともに、
ドリブンギア３１の軸心３１ａを支持する。このギアレ
バー３４がワイヤ３５を介してアクセルレバー３６に連
結される。アクセルレバー３６を深く踏み込むエンジン
高負荷時に、ドリブンギア３１がカムシャフト２４直上
から角θの位置に設定され、アクセルレバー３６を浅く
踏み込むエンジン低負荷時に、ドリブンギア３１がカム
シャフト２４直上から角αの位置に設定され、アクセル
レバー３６を踏み込むことがないエンジンの無負荷時
に、ドリブンギア３１がカムシャフト２４の直上に設定
される。

【００２０】次に作用を説明する。エンジン高負荷時に
は、図３（Ａ）に示すように、アクセルレバー３６が深
く踏み込まれ、ドリブンギア３１の軸心３１ａがカムシ
ャフト２４の直上から角度θの位置に設定されるので、
ドリブンギア３１の回転によっても制御バルブ２６がほ
とんど回動せず、図３（Ｂ）に示すように、制御バルブ
２６は吸気通路２０を閉じることがない。このため、燃
焼室１７へ流入する混合気は、吸気バルブ２２のみによ
って制御される。このときのエンジン１０はオットーサ
イクル機関となり、その P-V線図は図６に示すようにサ
イクルａｃｄｅｆａとなる。

【００２１】また、エンジン低負荷時にはアクセルレバ
ー３６が浅く踏み込まれて、例えば図１（Ａ）に示すよ
うに、ドリブンギア３１の軸心３１ａはカムシャフト２
４直上から角度αの位置に設定される。このため、ドリ
ブンギア３１の回転によって制御バルブ２６が回動し、
図１（Ｂ）に示すように、この制御バルブ２６は、吸気
バルブ２２の開弁前に吸気通路２０を閉じる。従って、
燃焼室１７へ流入する混合気は、吸気バルブ２２及び制
御バルブ２６によって制御され、エンジン１０はミラー
サイクル機関となる。即ち、図４に示すように、このと
きの P-V線図はサイクルａｂｃｂｄｅｆａとなる。点ｂ
で制御バルブ２６が閉じるので、ｂｃ間では燃焼室１７
内へ混合気が流入されず、断熱膨張、断熱圧縮となる。
この低負荷時のポンピングロスは、図４の斜線部とな
る。

【００２２】エンジン無負荷時には、図２（Ａ）に示す
ように、アクセルレバー３６が踏み込まれず、ドリブン
ギア３１の軸心３１ａがカムシャフト２４直上位置に設
定されるので、ドリブンギア３１の回転により制御バル
ブ２６が早期から回動し、図２（Ｂ）に示すように、こ
の制御バルブ２６は吸気バルブ２２の開弁直後に吸気通
路２０を閉じる。このため、燃焼室１７内へ流入する混
合気は、吸気バルブ２２及び制御バルブ２６によって制
御され、エンジン１０はミラーサイクル機関となる。即
ち、この場合の P-V線図は図５に示すように、サイクル
ａｂ’ｃｂ’ｄｅｆａとなる。この場合も、点ｂ’で制
御バルブ２６が閉じるので、ｂ’ｃ間は混合気が燃焼室
１７内へ流入されず断熱膨張、断熱圧縮となる。この無
負荷時のポンピングロスは図５の斜線部となる。

【００２３】上記実施例によれば、通常の吸気バルブ２
２の他に制御バルブ２６を吸気通路２０に配設し、この
制御バルブ２６がエンジンの負荷、特に無負荷及び任意
の低負荷に応じて吸気通路２０を閉じる時期を任意に変
更するので、無負荷及び低負荷時におけるエンジンの有
効吸気工程の終了タイミングが図４及び図５にそれぞれ
示す点ｂ、点ｂ’となる。この点ｂは、低負荷の程度に
応じてドリブンギア３１の軸心３１ａがガイド溝３２に
沿って移動するのに対応して、点ｃから点ｂ’の範囲で
変動する。このように、制御バルブ２６にて負荷制御が
できるので、吸気系にスロットルバルブを設置する必要
がなく、この結果、エンジンのポンピングロスを低減で
き（尚、図４及び図５の２点鎖線は制御バルブ２６がな
く吸気バルブ２２のみによって制御されるオットーサイ
クルの P-V線図であり、この場合のポンピングロスは、
制御バルブ２６を備えた上記実線に示すミラーサイクル
機関の場合よりも大きい。）、低燃費で高出力を発揮で
きる高効率なエンジン、即ちミラーサイクルエンジンを
実現できる。

【００２４】尚、吸気通路２６に過給機からの吸気が供
給される場合には、吸入混合気の温度が下がるので、圧
力比を上げることが可能となり、更に効率の良いエンジ
ンを実現できる。また、制御バルブ２６を排気通路に設
置することができる。

【００２５】図７は、図１（Ａ）、図２（Ａ）及び図３
（Ａ）に示す４サイクルエンジンが、船外機のエンジン
に適用された他の実施例を示す船外機の一部断面図であ
る。この他の実施例において、前記一実施例と同様な部
分は、同一の符号を付すことにより説明を省略する。

【００２６】船外機４０は、図示しないプロペラを備え
た推進ユニット４１と、この推進ユニット４１上に設置
されたエンジン４２と、スイベルブラケット４３及びク
ランプブラケット４４と、を有して構成される。エンジ
ン４２は、カウリング４５に覆われて、水等から保護さ
れる。

【００２７】推進ユニット４１は、スイベルブラケット
４３に水平方向に揺動可能に軸支され、このスイベルブ
ラケット４３は、クランプブラケット４４にチルト軸４
６を介して、鉛直方向に傾動可能に軸支される。船外機
４０は、クランプブラケット４４にて船体４７に取り付
け可能に構成される。また、上記推進ユニット４１には
ステアリングハンドル４８が設置され、このステアリン
グハンドル４８を水平方向に揺動することにより、推進
ユニット４１及びエンジン４２がスイベルブラケット４
３に対し揺動して、船外機４０が操舵される。このステ
アリングハンドル４８の先端部にエンジンコントロール
グリップ４９が配設される。

【００２８】さて、上記エンジン４２は、クランクシャ
フト１４が縦置きに配置され、ピストン１３が水平方向
に往復移動可能に配設される。また、エンジン４２の上
面に、カムドライブプーリ５０、カムドリブンプーリ５
１及びカムドライブベルト５２が配設されて、クランク
シャフト１４の回転によりカムシャフト２４が回転駆動
される。また、カムシャフト２４の下端部にオイルポン
プ５３が設置されて、オイルパン５４内に溜ったオイル
を、ピストン１３や給気バルブ２２及び排気バルブ２３
等へ供給して、これらを潤滑している。

【００２９】このような船外機エンジン４２のシリンダ
ブロック１１にリンク保持アーム５５が設置される。こ
のリンク保持アーム５５の一端部によって、支持リンク
２８の一端部が回転自在に支持される。また、エンジン
４２のヘッドカバー５６にガイド溝３２が刻設され、こ
のガイド溝３２にドリブンギア３１の軸心３１ａが嵌合
される。この軸心３１ａは、図７には図示しないギアレ
バー、及びこのギアレバーに接続されたワイヤ（図示せ
ず）を介して、ステアリングハンドル４８のエンジンコ
ントロールグリップ４９に連結される。従って、このエ
ンジンコントロールグリップ４９の操作によって、ドリ
ブンギア３１の軸心３１ａがガイド溝３２に沿って移動
する。

【００３０】この実施例によれば、船外機４０のエンジ
ン４２においても、エンジンコントロールグリップ４９
を操作することによって制御バルブ２６を制御でき、こ
の制御バルブ２６によりエンジン４２の有効吸気工程の
終了のタイミングを変更して、ポンピングロスの低いミ
ラーサイクルエンジンを実現できる。特に、船外機４０
のエンジン４２がミラーサイクルエンジンである場合に
は、低燃費となるために長期間の航走が可能となる。こ
の結果、海上で燃料補給の機会が少ない船外機にとって
有利である。

【００３１】

【発明の効果】この発明に係る４サイクルエンジンによ
れば、ポンピングロスを低減して、燃料消費率を良好に
しつつ（低燃費）出力を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）は、この発明に係る４サイクルエンジン
の低負荷時を示す断面図であり、（Ｂ）は、図１（Ａ）
の低負荷時におけるバルブタイミングダイヤグラムを示
す。

【図２】（Ａ）は、図１の４サイクルエンジンの無負荷
時を示す断面図であり、（Ｂ）は、図２（Ａ）の無負荷
時におけるバルブタイミングダイヤグラムを示す。

【図３】（Ａ）は、図１の４サイクルエンジンにおける
高負荷時を示す断面図であり、、（Ｂ）は、図３（Ａ）
の高負荷時におけるバルブタイミングダイヤグラムを示
す。

【図４】図１（Ａ）に示す低負荷時における４サイクル
エンジンの P-V線図。

【図５】図２（Ａ）に示す無負荷時における４サイクル
エンジンの P-V線図。

【図６】図３（Ａ）に示す高負荷時における４サイクル
エンジンの P-V線図。

【図７】図１（Ａ）、図２（Ａ）及び図３（Ａ）に示す
４サイクルエンジンが、船外機のエンジンに適用された
他の実施例を示す船外機の一部断面図である。

【符号の説明】

１０ ４サイクルエンジン １７ 燃焼室 １８ 吸気ポート ２０ 吸気通路 ２２ 吸気バルブ ２６ 制御バルブ ２７ 揺動リンク ２８ 支持リンク ２９ 回転リンク ３０ ドライブギア ３１ ドリブンギア ３１ａ ドリブンギアの軸心 ３２ ガイド溝

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃焼室に吸気ポートが開口され、この吸
   気ポートに吸気通路が連通されるとともにこの吸気ポー
   トに吸気バルブが配設され、この吸気バルブがクランク
   角変化と同期して吸気工程で開操作され、上記吸気通路
   から上記燃焼室へ混合気が供給される４サイクルエンジ
   ンにおいて、上記吸気通路には、この吸気通路を開閉可
   能とする制御バルブが配設され、この制御バルブがエン
   ジン負荷に応じて開閉タイミングを任意に変更し得るよ
   う構成されたことを特徴とする４サイクルエンジン。