以下、図面を参照して本発明を実施する� ��めの最良の形態について説明する。なお、� ��下では、本発明の目的の達成のために説明� ��必要な範囲を模式的に示し、本発明の該当� ��分の説明に必要な範囲を主に説明すること� ��し、説明を省略する箇所については公知技� ��によるものとする。

 図1A及び図1Bは、本実施形態に係る2サイ� �ルエンジンの概略図である。図1Aに係る2サ� �クルエンジンと図1Bに係る2サイクルエンジ� �は、排気ポート14、掃気ポート15及び吸気ポ� ��ト19の位置や向きが異なる点を除いて機能� �動作原理は同様であるため、重複する部分� �ついての説明は一方の説明をもって省略す� �方の説明に換えるものとする。

 図1Aに示すように、本実施形態の2サイク� ��エンジン1は、ピストン2と、ピストン2を収� ��するシリンダー本体3と、混合燃料を貯留す る燃料タンク4と、混合燃料を霧化するキャ� �レタ5と、外気を吸入するエアクリーナー6と を少なくとも具備して構成される。混合燃料 は、作業員がガソリン等の燃料と各部材を潤 滑する潤滑油とを所定割合で混合することで 作製する。なお、図1Aは本願の概要を理解し� ��すくする目的のもと、各構成部分及びその� ��合せを模式的に示したものである。したが� ��て、同図においてはたとえば、排気ポート1 4、掃気ポート15、吸気ポート19が同一断面上� ��存在するかのような図となっているが、実� ��には同一断面にはない場合もあり、たとえ� ��、排気ポート14と吸気ポート19とが平面的(� �方向)に180°ずれていたり、排気ポート14と掃 気ポート15とが平面的(周方向)に略90°ずれて� ��たりする構成であってよく、これら総てが� ��願の実施形態に含まれる。図1Bは、排気ポ� �ト14、掃気ポート15、吸気ポート19の別の配� �態様に係る本実施形態の2サイクルエンジン1 の断面を示すものであり、排気ポート14と吸� ��ポート19とは平面的(周方向)に略180°ずれ、� ��気ポート14と掃気ポート15とが略90°ずれて� �設される構成を示している。

 ピストン2は、コンロッド7の一方端側と� �結され、シリンダー本体3のシリンダー8内に シリンダー8の軸方向に沿って摺動可能に収� �されている。なお、ピストン2の筒部9にはリ ング溝部10が設けられており、シリンダー本� ��3の後述する燃焼室11側の空間とクランク室1 2側の混合気の気密性を高めるとともに、シ� �ンダー8の壁面に接して圧縮ガス漏れを防止� ��る機能を有する輪状のピストンリングが、� ��ング溝部10に嵌装されている。図中ではピ� �トンリングは省略している。

 シリンダー8の上方には、混合気が燃焼さ れる燃焼室11が設けられている。燃焼室11に� �点火プラグ13が設けられており、燃焼室11内� ��流入した混合気は点火プラグ13から生じる� �花により燃焼する。

 また、シリンダー8の下方には、クランク 室12が設けられている。クランク室12には、� �ランクシャフト16が回転可能に収容されてい る。また、クランクシャフト16のピン部17に� �ンロッド7の他方端側が連結されている。

 燃焼室11付近には、燃焼室11で燃焼された 燃焼ガスをシリンダー本体3外部へ排出する� �気ポート14が設けられている。排気ポート14� ��は図示しない排気管が連結されている。排� ��ポート14は、ピストン2が上死点(上限)にあ� �際にピストン2の筒部9で閉口される位置で、 かつ、ピストン2が下降する際に、燃焼室11側 の空間において、後述する掃気ポート15の開� ��よりも早く開口が露出する位置に設けられ� ��いる。かくして燃料室で燃焼した燃焼ガス� ��、排気ポート14、排気管を通って大気中に� �出される。

 また、シリンダー8において排気ポート14� ��下方には、クランク室12内にキャブレタ5で� ��化された混合燃料とエアクリーナー6で吸入 された空気とが混合された混合気18を流入さ� ��る吸気ポート19が開口して設けられている� �吸気ポート19は、一方側がキャブレタ5に連� �された吸気管20の他方側に接続されている。 これにより、エアクリーナー6で吸入された� �気がキャブレタ5内で混合燃料と混合され、� ��気と混合燃料との混合気18がクランク室12内 に流入する。なお、混合気18はクランク室12� �に流入する前に、一度シリンダー8内に流入� ��る。すなわち、吸気ポート19は、シリンダ� �8内に混合気を流入させるポートでもある。

 また、シリンダー本体3には、クランク室 12側の空間と燃焼室11側の空間とを、シリン� �ー8とは別の経路で連通させる掃気ポート15� �設けられている。掃気ポート15の燃焼室11側� ��開口は、シリンダー8において、排気ポート 14よりも下側に設けられており、吸気ポート1 9よりも上側に設けられている。掃気ポート15 により、クランク室12内の混合気18は、シリ� �ダー8の燃焼室11側の領域内に流入した後、� �リンダー8に連続して設けられた燃焼室11に� �入する。すなわち、掃気ポート15は、シリン ダー8内に混合気を流入させるポートでもあ� �。

 ここで、図2及び図3を参照して、ピスト� �について説明する。

 図2(a)は本願の一実施形態に係る貫通孔21� ��設けたピストン2を斜め上方向から見た外観 斜視図であり、(b)は貫通孔21を含んで断面視� ��た断面図である。

 図2(a)及び(b)に図示するように、本実施形 態のピストン2には、筒部9を貫通する貫通孔2 1が穿設されている。本実施形態のピストン2� ��おいて、貫通孔21は筒部9の外側から内側へ� ��るまで一定の径で設けられている。また、� ��通孔21は、2サイクルエンジン1の排気ポート 14、掃気ポート15、及び吸気ポート19以外のシ リンダー8の内壁面に対向する位置、具体的� �は2サイクルエンジン1に配設されたときに各 ポート(排気ポート14、掃気ポート15及び吸気� ��ート19)に対して周方向でずれた位置に設け� ��れている。なお、貫通孔21は、ピストン2の� ��度低下が許容できる範囲内でいくつ設けら� ��ていても構わない。

 すなわち、貫通孔21とは、ピストンを貫� �する孔もしくは切欠部であって、貫通孔21の 径、形状(例えば、円形、楕円形若しくは四� �形等、又はテーパ(例えば、内側から外側に� ��かって径が漸減する形状を含む。)もしくは 段差の有無、その他貫通を可能にするあらゆ る形状)、数及び間隔に限定はないが、貫通� �21に傾斜及びテーパを設けずに略等間隔に穿 設することが好ましい。一方、貫通孔21の加� ��位置にも限定はないが、排気ポート14、掃� �ポート15及び吸気ポート19のいずれの経路口� ��重複しない位置に加工するのが好ましい。

 詳細には、リング溝部10に貫通孔21を設け ると(図示しない)、ピストンリング付近で圧� ��ガス漏れが発生し始動不能となる可能性が� ��るため、及びピストンの壁厚によっては材� ��欠損を招きかねない点から好ましくない。� ��た、リング溝部10の下面部(図示しない)から 傾斜を持たせて貫通孔21を設けることは製造� ��法が困難であるため、小径なピストンには� ��通孔21を設けることは好ましくない。しか� �、これらの点が是正される別途手段を設け� �場合には、貫通孔21の穿設位置、加工位置に ついては上記位置であってもよい。さらに、 所定の位置に貫通孔21を一つのみ単独に設け� ��としても、混合気の摺動面への供給不足が� ��じるため好ましくなく、複数設けるのが望� ��しいが、孔の径によっては単独であっても� ��滑効果に支障をきたさずに所望の効果を発� ��できる場合もある。以上を纏めると、所望� ��効果を得るためには、然るべき径、形状、� ��及び間隔を有する貫通孔21を設ける必要が� �る。

図3(a)は本願の別の一実施形態に係る貫通� �21及び溝部30を設けたピストン2を斜め上方向 から見た外観図であり、(b)は貫通孔21及び溝� ��30を含んで断面視した断面図である。

 図3(a)及び(b)に図示される態様においては 、貫通孔21の上部に溝部30を設け、さらに溝� �30はリング溝部10と直結している。溝部30の� �さ寸法に限定はないが、(b)に示すとおり、� �適にはリング溝部10よりも浅く(小さく)、具� ��的には、例えば、リング溝部10の深さ寸法� �1mmである場合、溝部30の深さ寸法は1mm未満で あることが好ましく、好適には0.5mm~0.8mm程度� ��深さ寸法がよい。これは、点線で示すピス� ��ンリング31が接しないリング溝部10の下面部 面積を最小限に抑え、可能な限りリング溝部 10の下面部面積を多くすることが好ましいか� ��である。さらに、溝部30の数に限定はない� �、好適には全ての貫通孔21の上部に設けるこ とが好ましい。

 上述したような2サイクルエンジン1では� �ピストン2が上昇することで、燃焼室11の内� �に存在する混合気18が圧縮される。このとき 、クランク室12側の空間において吸気ポート1 9の開口が露出し、吸気ポート19からクランク 室12内に混合気18が流入する。そして、ピス� �ン2が上死点(上限)に達したときに、燃焼室11 に設けられた点火プラグ13が火花を生じさせ� ��。この火花により燃焼室11内の混合気18が爆 発・膨張し、混合気18が燃焼した後の燃焼ガ� ��の膨張力によってピストン2が下降する。

 そして、ピストン2が下降し、燃焼室11側� ��空間において排気ポート14の開口が露出さ� �ると、燃焼ガスが排気ポート14からシリンダ ー本体3外部へ排出される。このとき、ピス� �ン2の下降によりクランク室12側の混合気18が 圧縮される。さらにピストン2が下降し、燃� �室11側の空間において掃気ポート15の燃焼室1 1側の開口が露出されるとすると、クランク� �12側の空間と燃焼室11側の空間とが掃気ポー� ��15で連通される空間内に流入すると同時に� �燃焼室11側の空間内に残留した燃焼ガスを排 気ポート14からシリンダー本体3外部に押し出 して排出させる。これにより、燃焼室11側の� ��間内は全て未燃焼の混合気18で満たされる� �そして、下死点(下限)まで下降したピストン 2は上昇を開始し、再び圧縮、燃焼・膨張、� �気(吸気)工程を繰り返す。すなわち、実際の エンジンにおいて、ピストン2が下降し吸気� �ート19下部にピストン下部が達したときから 混合気の圧縮が開始され、ピストンリングの 合い口の隙間及びピストンリング部より浸透 し排気ポート14より排気ガスが排出され、掃� ��ポート15より混合気が出る直前に圧縮が最� �化されることとなる。

 次に、図4A、図4B、図4C及び図4Dを参照し� �混合気18の流れを説明する。

 図4Aは、ピストン2が上昇中に起こる混合� ��18の流れを示した概略図である。図4Aに図示 するように、上述した2サイクルエンジン1の� ��転に伴う一連の各部材の動作の際、クラン� ��室12側の空間の混合気18は、クランクシャフ ト16の回転等に伴って上昇し、ピストン2の内 側から貫通孔21を通ってシリンダー8の内壁面 に吐出する。すなわち、ピストン2に設けら� �た貫通孔21が、シリンダー8の内壁とピスト� �2の筒部9との間に混合気を供給する供給手段 として機能し、ピストンの駆動作用に連動し て自動的に混合気がシリンダー8とピストン2� ��摺動面に積極的に供給される。これにより� ��シリンダー8とピストン2の摺動面を良好に� �滑することができ、シリンダー8とピストン2 の摺動面の焼き付きの発生を抑制することが できる。

 図4Bは、ピストン2下降時の混合気18に含� �れる潤滑油18-1の流路を示した概略図である� ��図4Bに図示するように、ピストン2が上限に� ��達後、燃焼室11内の混合気18が爆発・膨張し 、混合気18が燃焼した後の燃焼ガスの膨張力� ��よってピストン2が下降すると、燃焼ガスの 膨張力による押し出しによって貫通孔21から� ��出した混合気18に含まれる潤滑油18-1は貫通� ��21を介して溝部30に湧出する。或いは、摺動 面に対して浸透しきれない(余分な)潤滑油18-1 は、溝部30に滞留する。これは、ピストン2は 下向きに高速移動する一方で潤滑油18-1は燃� �ガスの膨出力によってその向きの力を受け� �結果、摺動面より凹んでいる溝部30に滞留す ることになるためである。貫通孔21の上部の� ��部30に直結するリング溝部10(以下、「第一� �リング溝部10」ともいう。)の下面部が排気� �ート14の内側の下面部を通過後、第一のリン グ溝部10が掃気ポート15の内側の上面部到達� �において、ピストンリング付近が密閉状態� �なり圧縮されるため、その間に最も混合気� �浸透する。

 図4Cは、ピストン2の下降直後におけるピ� ��トンリング31の挙動と潤滑油18-1の流路との� ��係を示す図4BのX部の拡大図である。同図に� ��示するように、このときピストンリング31� �リング溝部10の下面部に接しているため、潤 滑油18-1はリング溝部10に流入しきれない。一 方、図4Dは、ピストン2の下降における所定時 間経過後のピストンリング31の挙動と潤滑油1 8-1の流路との関係を示す図4BのX部の拡大図で ある。図示するように、ピストン2の下降に� �い、それまで排気ガスの圧力によってリン� �溝部10の下面部に接していたピストンリング 31がリング溝部10の上面部に移動する(接する) ため、リング溝部10の下面部に隙間が生じ、� ��滑油18-1がリング溝部30を介してリング溝部1 0に供給される。したがって、リング溝部10を 介してシリンダー8の摺動面に潤滑油18-1は供� ��されるため、ピストン駆動の回転数や効率� ��下げることなく、極めて良好、確実かつ効� ��よく混合気を摺動面に供給することができ� ��。

 上述したように構成された本実施形態の2 サイクルエンジン1及びピストン2によれば、� ��通孔21により、混合気がシリンダー8とピス� ��ン2の摺動面に積極的に供給される。つまり 、潤滑油の混合割合が従来と同じ混合燃料を 使用する場合、従来の構成に比べて、シリン ダー8とピストン2の摺動面には単位時間当た� ��により多くの潤滑油の割合を低減させるこ� ��ができる。低減させても、シリンダーとピ� ��トンの摺動面には、焼き付きが生じない十� ��な量の潤滑油が供給されるからである。し� ��がって、本実施形態によれば従来よりも潤� ��油に係るコストを大幅に低減できる。

 なお、従来の構成ではガソリンと市販さ� ��ている安価な潤滑油の割合は20:1~25:1にしな� ��ればならなかったが、本発明者が実際に本� ��施形態、具体的には直径及び高さが約32mmで 貫通孔21の直径が約4mmであるピストン2を有す る2サイクルエンジン1で実験したところ、ガ� ��リンと潤滑油の割合を120:1にしても、シリ� �ダーとピストンの摺動面が焼き付きを起す� �とはなく良好に使用できることを確認した� �

 一般に、潤滑油には潤滑機能を高めるた� ��様々な添加物が混入されており、従来の構� ��の2サイクルエンジンでは、こうした潤滑油 が燃焼することにより発生する有害な排気ガ スの量が比較的多かった。

 この点で、本実施形態によれば、混合燃� ��における潤滑油の割合を低減させることが� ��き、実際に低減させることにより、燃焼室1 1内に浸入して燃料と共に燃焼される潤滑油� �量も減少する。したがって、発生する人体� �び環境に有害な排気ガスの量も減少させる� �とができる。

 また本実施形態のピストン2の貫通孔21は� ��燃焼室11で燃焼された燃焼ガスを排気する� �気ポート14以外のシリンダー8の内壁面に対� �して設けられている。これにより、ピスト� �2がシリンダー8の内壁を摺動する際に、未燃 焼の混合気が貫通孔21を通って直接排気ポー� ��14へ排出されてしまうことを防止すること� �できる。

 さらに、本実施形態のピストン2の貫通孔 21は、シリンダー8内に混合気を流入させるポ ート以外のシリンダー8の内壁面、具体的に� �吸気ポート19及び掃気ポート15以外のシリン� ��ー8の内壁面に対向して設けられている。こ れにより、各ポートから混合気18が漏出して� ��まうガス抜けの発生を確実に防止できる。

 また、本実施形態によれば、混合燃料に� ��ける潤滑油の割合を低減することができる� ��そして、実際に低減することにより、燃焼� ��11内に浸入する潤滑油の量も減少する。こ� �により、従来一般に市販されている潤滑油� �使用しても点火プラグ13に燃焼後に生ずるカ ーボンが付着する「かぶり」と称される事象 が発生し難くなるという効果を奏すると共に 、燃焼ガスが排気されるマフラーや排気ポー トにカーボンが堆積してエンジンの回転が上 昇しなくなったりエンジンが不調となってし まう事態を防止することができる。(某メー� �ーの取扱説明書には、100時間使用毎にマフ� �ーを外してカーボンを落としてください、� �記載されているが、本発明を実施すること� �このようなことは全く不要となり、維持管� �時間を節約することができる。)

 以上、本発明の各実施形態について説明� ��たが、本発明の構成は上述したものに限定� ��れるものではない。すなわち、上述した実� ��形態では、ピストンの筒部9に設けられた貫 通孔21又は溝部30が、シリンダーとピストン� �摺動面に混合気を供給する供給手段である� �を示したが、シリンダーとピストンの摺動� �に混合気を供給する機能を果たすのであれ� �、供給手段はこれに限定されるものではな� �。

 また、上述した各実施形態では、予め燃� ��と潤滑油とを混合した混合燃料を使用する� ��成を示したが、本発明はこれに限定されず� ��クランク室12内に別々に燃料と潤滑油とが� �入する構成の2サイクルエンジンにおいても� ��果を奏するものである。

 さらにまた、本願発明を用いて生産され� ��生産品及び/又は方法が、その2次的生産品� �登載されて商品化された場合であっても、� �願発明の価値は何ら減ずるものではない。

 本発明に係るエンジン及びピストンに係� ��技術思想は、その本質から、草刈機やチェ� ��ンソーに限らず、ガソリン車やディーゼル� ��を含む4サイクルエンジン搭載の自動車や2� �イクルエンジン搭載の自動二輪車その他小� �機械等のエンジンにも適用することができ� �。

 ガソリンやディーゼルを利用する環境対� ��車も、正常なエンジンの圧縮があって初め� ��成り立つものであるといえる。そこで、化� ��燃料を使用するエンジンを搭載する車にお� ��て、燃費を大幅に改善する残された唯一の� ��段は、熱効率を上げること(すなわち、一定 の燃料を燃焼させたときに、どれ位動力とし て取り出すことができるかを表したもの)で� �り、圧縮を可能な限り向上させ、小規模エ� �ジンで最大限のトルクを得ることができる� �ンジンを実現することが環境対策として最� �である。従来は、出力を向上させるため排� �量の大きなエンジンを搭載しているが、エ� �ジンを大きくすればするほど、エンジンを� �載可能な必要容積が巨大化し、重量が増す� �め、燃料消費量が増加し、燃費が悪化して� �まうことになる。

 現在、ガソリン車の熱効率は14~20%、ディ� ��ゼル車の熱効率は38~40%で、残りの分は全て� ��になったり、排気ガスとして排出されたり� ��る。1リットル当たり100円のガソリンの場合 、動力として取り出せるのはせいぜい20円分� ��、残り80円分は熱や排ガスになっていると� �うのが現状である。したがって、熱効率を� �上することができれば、燃料にかかるコス� �は現在の価格に比べて3分の1~4分の1になるこ とも可能であると考えられる。また、エンジ ンの圧縮を1.5倍にするとトルクは2倍以上と� �る。例えば、ガソリン車で、ガソリンのオ� �タン価が同じ場合、ノッキングが発生する� �ともある。一方、ディーゼル車の場合、デ� �ーゼルノックが大きくなる等の問題はある� �、燃焼室直接噴射や瞬時に燃料をきめ細か� �コントロールするピエゾインジェクターや� �モンレール方式により解決されている。

 一方で、エンジンのピストンリングは、� ��縮率を1.5倍にすると、圧縮力がピストンの� ��側からピストンリングがシリンダー或いは� ��リンダーライナー面へ、従来と比較して略1 .5倍強力に押し付けることとなるため、摺動� ��に油膜を形成することによる効果はさらに� ��大なものとなる。仮にシリンダーライナー� ��いはシリンダーが摩耗した場合、ピストン� ��ングも摩耗していることが多く、ピストン� ��ングの合い口の隙間をさらに大きくし、高� ��となった燃焼ガスのエンジンのクランクケ� ��スへの吹き抜けが増大する。

 高温となった燃焼ガスの吹き抜けは、ク� ��ンクケースのエンジンオイルを劣化させ、� ��らに一部は油煙となり、増大したブローバ� ��ガス(クランクケースに吹き抜けた燃焼ガス )がエンジンの吸気側へ送られたとき、内部� �オイルにより粘着質になってしまう。さら� �、ピストンが下死点方向へ移動し最下部へ� �したときにはエンジンのクランクシャフト� �よってエンジンオイルがピストン側へ汲み� �げられ、摩耗したシリンダーライナーと、� �くなったピストンリングの合い口を通り、� �焼室へエンジンオイルが上がり、さらにオ� �ルの消費増大となる。したがって、摩耗は� �悪循環の繰り返しの原因となり得る。

 総じて、本願によれば、摺動面の焼き付� ��や摩耗を抑制する油膜を形成するための種� ��の供給手段、具体的にはピストンの貫通孔� ��び/または溝部を設けることで、混合燃料の 混合比率を大幅に低下させ、摺動面に随時混 合気の供給による油膜を生成することができ る。こうすることで、熱効率も向上し、燃費 の低下が実現し得る。したがって本願の技術 思想によれば、究極的には、4サイクルエン� �ンや2サイクルエンジンを搭載する自動車や� ��動二輪車を環境対策車として確立すること� ��繋がる。

 さらに、環境対策車だけでなく、エンジ� ��を駆動源とするものであれば、例えば、寒� ��地仕様の自動車、船舶、船外機、スノーモ� ��ビルその他の機械、乗り物、草刈機やチェ� ��ンソー等の産業機械、器具等にも本願の技� ��思想は適用することができる。

 本願では、エンジンのシリンダー及びシ� ��ンダーライナーとピストン及びピストンリ� ��グ間に供給手段により積極的にエンジンオ� ��ルを供給して油膜を確実に確りと形成し続� ��ることで相対する物質間の摩擦がなくなり� ��新品時のエンジンの燃焼室の圧縮を恒久的� ��持続させることができる。

 4サイクルエンジンのピストンリング下部 面全周にエンジンオイルの供給手段が設けら れた場合、摩耗以前においては、エンジンオ イルはピストンの往復運動によりピストンリ ングの僅かな隙間が移動することにより、ピ ストンリング周り、シリンダー及びシリンダ ーライナー面への供給は、適度に適量自動的 に確り供給され続け油膜を形成して摩耗を極 力低減することができる。エンジンオイルの 供給手段を設けることにより高価なエンジン オイルも必要としない。

 現在使用されているエンジンの場合、高� ��なエンジンオイルを使用しても、長い間摩� ��を防止することは困難であり、このことは� ��状を見れば明らかである。現在使用されて� ��るエンジンにおいては、走行距離が10万km前 後でエンジンオイル消費量が増加し、エンジ ンオイル交換目安とされる5千km使用ではエン ジンオイルレベルゲージに全くエンジンオイ ルが付かない程摩耗したエンジンが多々見ら れる。

 そうしたエンジンの燃焼室の圧縮力は、� ��常な場合より1kg~2kgは必ず落ちているのが通 例である。

 本発明の一実施形態に係るエンジンの油� ��確立対策車においては、通常と同条件下の7 年間のテストにおいてエンジンのシリンダー ライナー、ピストン、ピストンリングが殆ど 摩耗することなく使用できている。

 ピストン周りの摩耗を防止し燃焼室の圧� ��力を保つことは、寒冷時のエンジンの始動� ��容易に確実に、そして始動後は、今までの� ��うに燃料を増大させたり、噴射量を多くし� ��回転数の安定維持をしていたが、寒さに左� ��されず、安定した回転数とパワー(特にトル ク)を持続させ燃費の悪化を防止することが� �きる。