(57)【要約】  【課題】エンジンとしての機械構造とコンプレッサとしての機械構造とを共用化し、より効果的に軽量・コンパクト化を図る。  【解決手段】エアクリーナ７にエンジン用の吸気通路１８とコンプレッサ用の吸気通路１９とを接続し、エンジン用排気ポート１１をマフラ２２に接続し、コンプレッサ用の排気ポート１３をリードバルブ２３を介して空気タンク３に接続する。そして、シリンダ・ピストンをコンプレッサ用として共用し、エンジン用の排気行程と吸入行程との間にコンプレッサ用の吸入行程及び排気行程を挿入する。コンプレッサ用の吸入行程では空気のみをシリンダ内に吸入し、コンプレッサ用の排気行程ではシリンダから排気ポートにかけての閉空間内の空気を圧縮し、リードバルブ２３を介して空気タンク３内に充填する。これにより、部品点数の削減によるコスト低減、軽量・コンパクト化を図ることができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料と空気との混合気をシリンダ内で燃焼させてピストンの往復運動をクランク軸の回転運動に変換するエンジンとしての機能を有すると共に、
上記シリンダ及び上記ピストンをコンプレッサ用として共用し、エンジンとして動作するための各行程以外に、燃料を含まない空気のみの吸入・排気の各行程を備えたことを特徴とするコンプレッサ一体型エンジン。
【請求項２】
燃料と空気との混合気をシリンダ内で燃焼させてピストンの往復運動をクランク軸の回転運動に変換するエンジンのシリンダヘッドに、燃料を含まない空気を上記シリンダ内に吸入するための吸気ポートと、上記シリンダ内から圧縮空気を排出するための排気ポートとを設け、
上記シリンダ内の燃焼ガスを排出する排気行程から上記シリンダ内に混合気を吸入する吸入行程に至る期間に、燃料を含まない空気を上記シリンダ内に吸入するための吸気ポートを開閉するバルブと、上記シリンダ内から圧縮空気を排出するための排気ポートを開閉するバルブとを順次開閉駆動し、空気を圧縮するコンプレッサとして動作させる行程を備えたことを特徴とするコンプレッサ一体型エンジン。
【請求項３】
上記シリンダ内から圧縮空気を排出するための排気ポートに、上記シリンダ内への圧縮空気の逆流を防止する逆止弁を設けたことを特徴とする請求項２記載のコンプレッサ一体型エンジン。
【請求項４】
上記クランク軸の３回転で１回転するカム軸を備え、このカム軸を介して、燃料と空気との混合気を上記シリンダ内に吸入するための吸気ポートを開閉するバルブ、上記シリンダ内の燃焼ガスを排気するための排気ポートを開閉するバルブ、燃料を含まない空気を上記シリンダ内に吸入するための吸気ポートを開閉するバルブ、及び上記シリンダ内から圧縮空気を排出するための排気ポートを開閉するバルブを、それぞれ駆動することを特徴とする請求項１〜３の何れか一に記載のコンプレッサ一体型エンジン。
【請求項５】
燃料と空気との混合気を上記シリンダ内に吸入するための吸気ポートと、燃料を含まない空気を上記シリンダ内に吸入するための吸気ポートとを、燃料噴射弁を介装した同一のポートで形成したことを特徴とする請求項４記載のコンプレッサ一体型エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジン機能とコンプレッサ機能とを有するコンプレッサ一体型エンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、塗装機器や空気圧駆動工具等の加圧空気源として、エンジンや電動モータ等によって駆動されるコンプレッサと、このコンプレッサによって加圧された空気を貯蔵する空気タンクとを備えたコンプレッサ装置が用いられており、例えば、特許文献１には、エンジンを用いたエンジンコンプレッサが開示されている。
【０００３】
特許文献１に開示のエンジンコンプレッサは、エンジンと、このエンジンによって駆動されるコンプレッサとを、互いのシリンダの頭部を逆方向に向け、クランク室を共用するように水平対向状に配置したものであり、エンジンに供給される空気を浄化するエンジンエアクリーナと、コンプレッサに供給される空気を浄化するコンプレッサエアクリーナとを一体に形成された単一のエアクリーナとすることにより、装置全体の軽量・コンパクト化を図っている。
【特許文献１】実開平５−４７３７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示されているように、従来のエンジンを用いたコンプレッサ装置は、エンジンと、このエンジンによって駆動されるコンプレッサ本体とが必須の構成となっている。このため、エンジンとコンプレッサ本体とをどのように連結・配置しても、エンジンとコンプレッサ本体といった２つの機械構造部が存在することには変わりがなく、装置全体としてのコンパクト化・重量低減を図る上で限界があった。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、エンジンとしての機械構造とコンプレッサとしての機械構造とを共用化し、より効果的に軽量・コンパクト化を図ることのできるコンプレッサ一体型エンジンを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明による第１のコンプレッサ一体型エンジンは、燃料と空気との混合気をシリンダ内で燃焼させてピストンの往復運動をクランク軸の回転運動に変換するエンジンとしての機能を有すると共に、上記シリンダ及び上記ピストンをコンプレッサ用として共用し、エンジンとして動作するための各行程以外に、燃料を含まない空気のみの吸入・排気の各行程を備えたことを特徴とする。
【０００７】
本発明による第２のコンプレッサ一体型エンジンは、燃料と空気との混合気をシリンダ内で燃焼させてピストンの往復運動をクランク軸の回転運動に変換するエンジンのシリンダヘッドに、燃料を含まない空気を上記シリンダ内に吸入するための吸気ポートと、上記シリンダ内から圧縮空気を排出するための排気ポートとを設け、上記シリンダ内の燃焼ガスを排出する排気行程から上記シリンダ内に混合気を吸入する吸入行程に至る期間に、燃料を含まない空気を上記シリンダ内に吸入するための吸気ポートを開閉するバルブと、上記シリンダ内から圧縮空気を排出するための排気ポートを開閉するバルブとを順次開閉駆動し、空気を圧縮するコンプレッサとして動作させる行程を備えたことを特徴とする。
【０００８】
その際、シリンダ内から圧縮空気を排出するための排気ポートには、シリンダ内への圧縮空気の逆流を防止する逆止弁を設けることが望ましく、また、クランク軸の３回転で１回転するカム軸を備え、このカム軸を介して、燃料と空気との混合気をシリンダ内に吸入するための吸気ポートを開閉するバルブ、シリンダ内の燃焼ガスを排気するための排気ポートを開閉するバルブ、燃料を含まない空気をシリンダ内に吸入するための吸気ポートを開閉するバルブ、及びシリンダ内から圧縮空気を排出するための排気ポートを開閉するバルブを、それぞれ駆動することが望ましい。燃料と空気との混合気をシリンダ内に吸入するための吸気ポートと、燃料を含まない空気をシリンダ内に吸入するための吸気ポートとは、燃料噴射弁を用いることにより、同一のポートで形成することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によるコンプレッサ一体型エンジンは、エンジンとしての機械構造とコンプレッサとしての機械構造とを共用化することができ、より効果的に軽量・コンパクト化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１〜図４は本発明の実施の一形態に係り、図１はコンプレッサ装置の外観図、図２はエンジンの吸気バルブ及び排気バルブの配置を示す説明図、図３はエンジンの吸排気系を示す概略図、図４はエンジンのバルブタイミングを示す説明図である。
【００１１】
図１に示すように、コンプレッサ装置１は、通常のエンジン機能とコンプレッサ機能とを有するコンプレッサ一体型エンジン（以下、単に「エンジン」と記載する）２と、このエンジン２を上部に搭載し、圧縮空気を貯蔵する空気タンク３とを備えて構成され、空気タンク３の下部には、搬送用のキャスタ輪３ａが取付けられている。空気タンク３に充填された圧縮空気は、空気タンク３に設けられた図示しない接続口金を介して空気圧作動の各種機器に供給することができる。
【００１２】
エンジン２は、燃料と空気との混合気をシリンダ内で燃焼させてピストンの往復運動をクランク軸の回転運動に変換する通常のエンジンとしての機能を有すると共に、シリンダ及びピストンをコンプレッサ用として共用し、燃料を含まない空気のみを吸入・圧縮して空気タンク３に圧送することができる。従って、図１中に破線で示すように、コンプレッサ装置１においては、エンジンによって駆動される従来のコンプレッサ本体４を不要としている。
【００１３】
本形態においては、エンジン２は、燃料として例えばガソリンを貯留する燃料タンク５、燃料と空気との混合気をエンジン２に供給する気化器６、エンジン２に供給する空気を清浄化するエアクリーナ７、始動用のリコイルスタータ８等を備えた単気筒４サイクルエンジンをベースとして構成され、混合気の吸入、圧縮、燃焼、排気の４行程に、混合気を含まない空気のみの吸入及び排気行程をコンプレッサ用の行程として追加し、６サイクル運転が可能となっている。
【００１４】
尚、後述するように、コンプレッサ用の排気行程とは、実質的には空気を圧縮して空気タンク３に充填する行程である。
【００１５】
この６サイクル運転を可能とするため、エンジン２は、通常の４サイクルエンジンに比較し、動弁系の構成及び作動タイミング、吸排気系の構成を変更している。すなわち、図２に示すように、エンジン２の動弁系においては、シリンダヘッドに、エンジン（Ｅ／Ｇ）用として、混合気をシリンダ内に導く吸気ポート１０と燃焼ガスを排出する排気ポート１１とが形成されると共に、コンプレッサ（Ｃｏｍｐ）用として、空気をシリンダ内に導く吸気ポート１２と圧縮空気を排出する排気ポート１３とが形成されている。
【００１６】
エンジン用の吸気ポート１０，排気ポート１１には、それぞれ、吸気バルブ１４，排気バルブ１５が介装され、クランク軸３回転で１回転するカム軸に設けられたエンジン用の吸気カム、排気カムによって開閉駆動される。同様に、コンプレッサ用の吸気ポート１２，排気ポート１３には、それぞれ、吸気バルブ１６，排気バルブ１７が介装され、上述のカム軸（クランク軸３回転で１回転する別のカム軸でも良い）にエンジン用とは独立して設けられたコンプレッサ用の吸気カム、排気カムによって開閉駆動される。
【００１７】
また、図３に示すように、エンジン２の吸気系としては、エアクリーナ７の出口側に、エンジン用の吸気ポート１０に接続される吸気通路１８と、コンプレッサ用の吸気ポート１２に接続される吸気通路１９とが接続され、エンジン用の吸気通路１８に、スロットルバルブ２０が介装されている。吸気系におけるコンプレッサ用の経路は、燃料混合気を含まないこと以外に、吸気抵抗をできるだけ小さくする必要があるため、エアクリーナ７を共通として、スロットルバルブ２０を含むエンジン用の経路とは別系統とする。
【００１８】
尚、スロットルバルブ２０は、図示しないガバナ機構に連結され、一定の回転数でエンジン２が運転されるように設定されている。また、符号２１は、点火プラグである。
【００１９】
この場合、本形態においては、気化器６を用いて燃料混合気をエンジン２に供給しているため、エンジン用の吸気ポート及び吸気バルブに対してコンプレッサ用の専用の吸気ポート及び吸気バルブを設け、燃料混合気を空気タンク３に送ってしまうことを防止するようにしている。しかしながら、気化器を用いずに燃料噴射システムを採用する場合には、エンジン用とコンプレッサ用とで吸気ポート及び吸気バルブを同一として共用することも可能であり、吸気ポートに介装した燃料噴射弁の噴射タイミングを通常のエンジンに対して変更すれば良い。
【００２０】
更に、エンジン２の排気系として、エンジン用の排気ポート１１がマフラ２２に接続され、コンプレッサ用の排気ポート１３が空気タンク３に接続されている。コンプレッサ用の排気ポート１３と空気タンク３との間には、排気ポート１３側の圧力が空気タンク３内の圧力よりも高いときにのみ開弁する逆止弁としてのリードバルブ２３が設けられている。このリードバルブ２３により、コンプレッサとしての排気行程で排気バルブ１７が開いたとき、空気タンク３からシリンダ側に圧縮空気が逆流することが防止される。
【００２１】
尚、エンジン２は、６サイクル化に伴って回転変動が大きくなることが予測されるため、通常のエンジンよりもフライホイールの慣性質量を大きくしており、この慣性質量の増加により、回転変動を抑制するようにしている。また、エンジン２は、空冷エンジンである場合、コンプレッサ用の空気により、シリンダヘッド、シリンダ、ピストン等の各部品を冷却することが可能なため、冷却用ファン及び冷却用ハウジングを省略することも可能である。
【００２２】
以上の構成を有するエンジン２の６サイクル運転においては、クランク軸３回転（クランク角１０８０°）の間に、エンジン用の吸気バルブ１４及び排気バルブ１５、コンプレッサ用の吸気バルブ１６及び排気バルブ１７が、それぞれ開閉駆動され、エンジン用の排気行程と吸入行程との間に、コンプレッサ用の吸入行程及び排気行程が挿入される。すなわち、通常の４サイクルエンジンでは、概略的に、クランク軸１回転毎に、吸入・圧縮行程、燃焼・排気行程が行われるが、本形態のエンジン２では、クランク軸１回転の燃焼・排気行程の次に、クランク軸１回転のコンプレッサ用の吸入・排気行程となり、このコンプレッサ用の吸入・排気行程の次のクランク軸１回転で、燃焼・排気行程となる。
【００２３】
図４は、６サイクル運転のバルブタイミング例を示すものであり、以下、圧縮行程の上死点（ＴＤＣ）をクランク角０°として説明する。
【００２４】
圧縮上死点より若干前のタイミングで点火が行われ、これによりシリンダ内の混合気が燃焼してピストンが下降すると、クランク角９０°近辺からエンジン用の排気バルブ１５がリフトを開始してエンジン用の排気行程（排気バルブ１５開弁；Ｔ１区間）となり、排気ポート１１から燃焼ガスが排出される。そして、クランク角３６０°の上死点を若干過ぎた位置で排気バルブ１５のリフトがゼロ（排気バルブ閉弁）となってエンジン用の排気行程が終了すると、略同時に、コンプレッサ用の吸気バルブ１６のリフトが開始され、コンプレッサ用の吸入行程（吸気バルブ１６開弁；Ｔ２区間）が始まる。
【００２５】
コンプレッサ用の吸入行程においては、エンジン用の吸気バルブ１４及び排気バルブ１５は閉弁しており、エアクリーナ７を介して空気のみがエンジン２のシリンダ内に吸入される。そして、クランク角５４０°の下死点（ＢＴＣ）近辺でコンプレッサ用の吸気バルブ１６のリフトがゼロ（吸気バルブ閉弁）になり、僅かなオーバラップを持ってコンプレッサ用の排気バルブ１７がリフトを開始し、コンプレッサ用の排気行程（排気バルブ１７開弁；Ｔ３区間）が始まる。
【００２６】
このとき、コンプレッサ用の排気バルブ１７が開弁しても、コンプレッサ用の排気ポート１３と空気タンク３との間に介装されているリードバルブ２３は、空気タンク３側からの圧力によって閉弁している。このため、シリンダから排気ポート１３にかけて閉空間が形成され、この閉空間内の空気が、ピストンの下死点からの上昇によって圧縮されてゆく。そして、閉空間内の圧力が空気タンク３内の圧力よりも高くなると、リードバルブ２３が開弁し、圧縮された空気が空気タンク３内に充填される。
【００２７】
その後、クランク角７２０°の上死点より若干前の位置でコンプレッサ用の排気バルブ１７のリフトがゼロ（排気バルブ閉弁）となってコンプレッサ用の排気行程が終了すると、同時にエンジン用の吸気バルブ１４がリフトを開始し、混合気をシリンダ内に吸入するエンジン用の吸入行程（吸気バルブ１４開弁；Ｔ４区間）が始まる。このエンジン用の吸入行程は、クランク角９００°の下死点を過ぎてクランク角９９０°近辺で終了し、次にエンジン用の排気バルブ１５が開弁するまでの間、全てのバルブが閉弁状態となり、エンジン用の圧縮行程、点火、燃焼行程を経て、最初に説明した排気行程に戻る。
【００２８】
すなわち、エンジンのシリンダ・ピストンをコンプレッサ用として共用し、燃料と空気との混合気を燃焼させて排出する通常の吸入・圧縮・燃焼・排気の各行程以外に、燃料を含まない空気のみを吸入して排出（圧縮）する行程を追加することにより、エンジン本体にコンプレッサ機能を付加することができる。
【００２９】
これにより、従来のコンプレッサ装置のように、エンジンと、このエンジンによって駆動されるコンプレッサ本体との双方を配設する必要がなく、エンジンとしての機械構造とコンプレッサとしての機械構造とを共用化することができ、部品点数の削減によるコスト低減、軽量・コンパクト化を図ることができる。
【００３０】
尚、本発明は、以上述べた実施形態のみに限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能である。例えば、本形態においては、エンジン２は、単気筒エンジンとして説明したが、多気筒エンジンでも良く、更には、火花点火機関に限定されることなく、ジーゼルエンジンにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】コンプレッサ装置の外観図
【図２】エンジンの吸気バルブ及び排気バルブの配置を示す説明図
【図３】エンジンの吸排気系を示す概略図
【図４】エンジンのバルブタイミングを示す説明図
【符号の説明】
【００３２】
１  コンプレッサ装置
２  コンプレッサ一体型エンジン
１０  エンジン用の吸気ポート
１１  エンジン用の排気ポート
１２  コンプレッサ用の吸気ポート
１３  コンプレッサ用の排気ポート
１４  エンジン用の吸気バルブ
１５  エンジン用の排気バルブ
１６  コンプレッサ用の吸気バルブ
１７  コンプレッサ用の排気バルブ
２３  リードバルブ（逆止弁）
代理人      弁理士      伊    藤      進
【図１】
2006009766.tif 000003
【図２】
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【図３】
2006009766.tif 000005
【図４】
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