JP2000213342A - 多気筒２サイクルエンジン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 多気筒２サイクルエンジンにおいて、排気系
のコンパクト化と同時に、エンジン全体の出力向上を図
ることを目的としている。 【解決手段】 １２０°位相差を有する３つの気筒を有
する多気筒２サイクルエンジンにおいて、各気筒１１，
１２，１３の排気孔２３，２４，２５を１つの集合部３
６に集合して共通の排気系に接続する。集合部３６に
は、各気筒１１，１２，１３の排気孔２３，２４，２５
のうち１つを排気系に連通する状態と、２つを排気系に
連通する状態とに切り替える切換弁３８を設けている。
また、各気筒１１，１２，１３の排気孔２３，２４，２
５から集合部３６までの距離を、等長とし，切換弁３８
を回転式とすると共にクランク軸１９と同期回転させ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願発明は多気筒２サイクル
エンジンに関し、特に、小型滑走艇あるいはスノーモー
ビル等のように跨式シートを備えた乗物に適した多気筒
２サイクルエンジンに関する。

【０００２】

【従来の技術】図３は小型滑走艇の全体略図を示してお
り、デッキ１の上側に跨式（鞍式）のシート３及びハン
ドル４等を装備しており、一般に、前記シート３の下側
にエンジン収納室を形成し、エンジン１０を収納してい
る。このような小型滑走艇において、近年、二人乗りあ
るいは三人乗り等の大型化が進んでおり、この大型化に
必要な性能を確保するために、搭載エンジンの排気量も
増加しつつあるが、エンジン排気量の増加に対し、ピス
トン・スピード及びボアの大型化の制約のために、多気
筒化も図られている。

【０００３】現在では前記多気筒化の要望に応え、二人
乗りあるいは三人乗りの滑走艇用のエンジンとして、図
２に示すように３気筒の２サイクルエンジン１０を搭載
することも多くなり、このような３気筒のエンジンを搭
載する場合には、シート下の限られたスペースに配置で
きるように、各気筒１１，１２，１３を前後方向に一列
配置したタンデム型が適している。

【０００４】ところが、上記のようにタンデム型のエン
ジン１０を搭載しても、図１３に示すようにエンジン本
体の左右には、排気マフラ１６のような排気系備品並び
にエアクリーナ１０９のような吸気系部品が配置されて
おり、これら備品は、仮に各気筒に独自のマフラー等排
気系を備える場合には、前記多気筒化に伴って増えた気
筒数だけ部品点数も増加し、大型化する。なお、図１３
において、１０５はステップ面、１０９は吸気管であ
る。

【０００５】一方、シート幅Ｗは、人間工学上一定幅以
上に大きくすることが困難であるため、多気筒化した場
合に、上記のように各気筒独立の排気系を備えている
と、排気系装備品の配置が困難になる。

【０００６】その対策として、３気筒エンジン等の多気
筒エンジンを採用する場合には、図１１に示すように各
気筒１１，１２，１３の排気孔２３，２４，２５を排気
マニホールド１００により集合し、共通の排気マフラ１
６を有する排気系に連通し、排気系のコンパクト化を図
っている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで２サイクルエ
ンジンは排気系の制御を工夫することにより、出力向上
が可能であり、このことを２サイクルエンジンの簡略図
である図９により簡単に説明する。気筒１０１の排気孔
１２０に接続された排気マフラ１６は、排気下流側に行
く従い緩やかに拡径するディフューザ部１６ａと、下流
側に行くに従い比較的急激に縮径するコーン部１６ｂを
有している。排気孔１２０においてはディフューザ部１
６ａの膨張作用により負圧が発生し、コーン部１６ｂの
圧縮作用により正圧が発生し、これら負圧と正圧を利用
して、燃焼ガスの排気、新気の吸出し及び新気の押込み
による一種の過給効果を生み出させることができる。こ
の現象を排気孔１２０内の圧力変化曲線で表すと、図１
０の中段に示す圧力波形Ｐ２が、上記過給作用を効果的
に発揮できる理想的（同調時）な波形となる。

【０００８】すなわち、図１０の中段の圧力波形では、
掃気孔が開いている区間ＴＯ−ＴＣ内の負圧（クロス線
領域Ｙ１）により新気を排気系へ吸い出し、掃気孔の閉
時ＴＣから排気孔の閉時ＥＣまでの区間の正圧（斜線領
域Ｙ２）により、排気系に吸い出された新気を気筒１０
１内に押し込む（押し戻す）ようになっており、この過
給作用により高出力が得られるのである。

【０００９】上記過給効果は、排気系長Ｍ１が、上記同
調時の排気系長より長くなっても短くなっても，得られ
ないものである。たとえば排気系長が短いと図１０の上
段に示すような圧力波形Ｐ１となり、区間ＴＯ−ＴＣ内
で、負圧−正圧−負圧と変化すると共に、区間ＴＣ−Ｅ
Ｃ内では負圧となり、新気の吸出し及び押込み作用が期
待できない。また、排気系長が長いと図１０の下段に示
すような圧力波形Ｐ３となり、掃気孔閉区間ＴＯ−ＴＣ
の負圧と連続して区間ＴＣ−ＥＣも負圧となり、新気の
押込み作用が期待できない。

【００１０】図１１に示す従来の３気筒２サイクルエン
ジンの排気系において、図１２に示すように各気筒１
１，１２，１３の各排気孔２３，２４，２５から排気マ
ニホールド１００の集合部１１１までの距離Ｌ１，Ｌ
２，Ｌ３は異なっている。ここで、たとえば第２の気筒
１２の排気孔２４から集合部１１１までの通路長Ｌ２
を、図１０の中段に示される同調時の圧力波形Ｐ２が得
られる長さに設定するとすれば、第１及び第３の気筒１
１，１３の排気孔２４，２５の圧力波形は、図１０の上
段あるいは下段のような非同調の波形Ｐ１，Ｐ３にな
り、過給効果が薄く、３気筒全体としての出力向上には
つながらない。

【００１１】図８は性能曲線を示しているが、図１１の
ような排気マニホールドを備えた３気筒２サイクルエン
ジンによると、破線で示すような性能曲線Ｘ３となり、
理想的な性能曲線Ｘ１と比較すると全体的に出力が低く
なっている。

【００１２】ちなみに、出力向上を図るために、前述の
ように３つの気筒毎に独立の排気系を接続しようとすれ
ば、前述のように図２及び図３のシート３の下方に大き
な配置スペースを確保しなければならず、操縦者の搭乗
位置を確保することが困難である。また、仮に狭いスペ
ース内に独立型排気系を配置したとしても、図８に示す
ように同調回転域Ｎ１付近では高出力がえられるが、非
同調回転域Ｎ２付近では非同調となり、一点鎖線の性能
曲線Ｘ２で示すように、理想曲線Ｘ１よりも回転域Ｎ２
付近で出力は低下し、加速性を期待できない。

【００１３】３つの気筒を縦列にタンデム配列し、か
つ、排気マニホールドを備えた２サイクルエンジンが記
載された先行技術文献としては、特許２７６７３８６号
公報があるが、排気マニホールド内の排気通路形状を工
夫することにより、気筒間相互の干渉を減らし、出力の
維持を図ったものである。

【００１４】

【発明の目的】本願発明は、３気筒あるいは３の倍数の
気筒を有する多気筒２サイクルエンジンにおいて、排気
マフラ等排気系のコンパクト性を保ちつつ、エンジン全
体の出力向上を図ることを目的としている。特に、水上
滑走艇あるいはスノーモービル等のように、排気系に対
して十分なスペースを確保することが困難な乗物に搭載
するのに適した２サイクル多気筒エンジンを提供するも
のである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本願請求項１記載の発明は、１２０°位相差を有する
３つの気筒を備えた多気筒２サイクルエンジンにおい
て、各気筒の排気孔を１つの集合部に集合して共通の排
気系に接続し、集合部には、各気筒の排気孔のうち１つ
を排気系に連通する状態と、各気筒の排気孔のうち２つ
を排気系に連通する状態とに切り替える切換弁を設けて
いることを特徴としている。これにより、排気系備品の
大部分が３気筒共通化されて排気系のコンパクト性を確
保できると同時に、各気筒毎に、排気系による過給作用
を発揮できる理想的な圧力波形で排気孔内を圧力変化さ
せることができ、かつ、１つの気筒の新気押し込み行程
において、次の気筒の正圧を利用して、過給効果を増強
することができ、エンジン出力が向上する。

【００１６】請求項２記載の発明は、請求項１記載の多
気筒２サイクルエンジンにおいて、各気筒の排気孔から
集合部までの距離を等長としている。これにより、各気
筒の排気孔圧力の変化を、同様な圧力波形に統一するこ
とができる。

【００１７】請求項３記載の発明は、請求項１又は２記
載の多気筒２サイクルエンジンにおいて、集合部の切換
弁を回転式としたことを特徴としている。これにより、
繰り返しの切り換え動作を円滑に行える。

【００１８】請求項４記載の発明は、請求項１，２又は
３記載の多気筒２サイクルエンジンにおいて、切換弁を
クランク軸と同期作動させるようにしたことを特徴とし
ている。これにより、エンジンの回転速度が変化して
も、高出力を維持することができる。

【００１９】また、３の倍数の気筒を備えた多気筒２サ
イクルエンジンにも、３つの気筒毎に請求項１，２，３
又は４記載の構成を備えることができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】図３は本願発明に係る３気筒２サ
イクルエンジンが搭載される小型水上滑走艇を示してお
り、艇本体は、上部のデッキ１と下部のハル２から構成
され、デッキ１の上側には前側から順にハンドル４と開
閉自在なシート３が備えられ、該シート３の下側にはエ
ンジン室が形成され、エンジン室に３気筒２サイクルエ
ンジン１０が収納されている。ハル２の後端部には推進
用のジェットポンプ５が配置されている。

【００２１】図２はシート３を取り外して示す小型滑走
艇の平面図であり、エンジン１０はタンデム型であっ
て、前から順に第１、第２及び第３の気筒１１，１２，
１３が前後方向に一列配置されており、点火順もこの順
番となっている。３つの気筒１１，１２，１３は、前の
気筒１１から後方へと順に、クランク角度で１２０°ず
つ位相が遅れるように設定されている。エンジン１０の
後端部からはクランク軸１９が突出し、継手２０を介し
て推進軸２１が接続しており、該推進軸２１によりジェ
ットポンプ５を駆動するようになっている。

【００２２】図１はエンジン１０を取り出して示す左側
面図であり、一体型のクランクケース２２の上側に前記
各気筒（シリンダ）１１，１２，１３が締結されてお
り、各気筒１１，１２，１３の左側面にそれぞれ排気孔
２３，２４，２５が形成され、それぞれ排気管２８，２
９，３０が接続している。各排気管２８，２９，３０は
等長に形成されると共に、切換弁内蔵の集合部３６に接
続している。集合部３６の前端排気出口３６ａには３つ
の気筒共有の単１の排気マフラ１６が接続している。該
排気マフラ１６は上方後向きに湾曲すると共にシリンダ
ヘッド２６の左側方を後方へと延びており、下流側端部
は水マフラー３２に上方から突入している。排気マフラ
１６の途中には、下流側に行くに従い拡径するテーパー
状のディフューザ部１６ａと、下流側へ行くに従い縮径
するコーン部１６ｂが順次形成されている。水マフラ３
２の排出管３３は図示しないが艇外に至っている。

【００２３】本願発明においては、各排気孔２３，２
４，２５から排気管２８，２９，３０、集合部３６、排
気マフラ１６、水マフラ３２及び排出管３３の出口端に
至るまでの排気経路を排気系と称しており、したがって
前記のように各排気管２８，２９，３０の長さが等しい
ことから、各気筒１１，１２，１３の排気系長も等しく
なっている。

【００２４】図６は集合部３６をクランク軸１９と直角
な面で切断した断面図であり、集合部３６のケース４２
は、円筒状内周面を有すると共に周方向に１２０°間隔
で３つのポート４４，４５，４６を有しており、第１の
ポート４４は排気管２８を介して第１の気筒１１の排気
孔２３に連通し、第２のポート４５は排気管２９を介し
て第２の気筒１２の排気孔２４に連通し、第３のポート
４６は排気管３０を介して第３の気筒１３の排気孔２５
に連通している。ケース４２の円筒状内周面には、図４
に示すように円柱部材に排気通路用切欠き４３を形成し
てなる切換弁３８がシールリング４１を介して回転自在
に嵌合している。

【００２５】図５のＡは図６のＡのVa-Va断面図、図５
のＢは図６のＢのVｂ-Vｂ断面図であり、切換弁３８の
下流側の端部（前端部）は、排気マフラ１６の入口に対
して常時連通するように開口しており、切欠き４３は途
中で径方向の外方へと湾曲し、円筒状外周面に開口して
いる。すなわち、切換弁３８が回転することにより、図
５のＡに示すように１つのポート４４等のみに連通する
状態と、図５のＢに示すように、２つのポート４４，４
５に同時に連通する状態とに、連続的に切り換えること
ができるようになっている。

【００２６】具体的には、図６のＡの状態から、切換弁
３８がＲ方向へとへ１回転することにより、図６のＢ，
Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆの状態似順次変化してＡの状態に戻るよ
うになっている。すなわち、排気マフラ１６（図５）に
対して、図６のＡの状態は第１のポート４４のみが連通
し、Ｂの状態は第１，第２のポート４４，４５が連通
し、Ｃの状態は第２のポート４５のみが連通し、Ｄの状
態は第２，第３のポート４５，４６が連通し、Ｅの状態
は第３のポート４６のみが連通し、Ｆの状態は第３，第
１のポ‐ト４６，４４が連通しており、一回転して再び
図６のＡの状態に戻る。

【００２７】切換弁３８はまたクランク軸１９と同期回
転するようになっており、該実施の形態では、図５の切
換弁３８に連結された弁駆動軸３７が、図１に示すよう
に１対の同径の伝動ギヤ４０を介してクランク軸１９に
連動連結している。したがって、クランク角度３６０°
で上記切換弁３８は１回転する。

【００２８】各気筒１１，１２，１３の排気系は、集合
部３６より下流側が共通であり、かつ、排気管２８，２
９，３０の長さが等しいので、各気筒１１，１２，１３
の排気孔２３，２４，２５の圧力波形は略同じとなる
が、それらの圧力波形が単独の気筒と仮定した場合に図
１０の中段に示す理想波形Ｐ２となるように、排気系長
を設定している。

【００２９】図７の下段は、図６のように変化する切換
弁３８の各ポート４４，４５，４６の開閉変化を示した
図である。図７のＳ１は第１のポート４４が開いている
範囲を示し、第１の気筒１１の下死点ＢＤＣ（１）に対
し前後各１２０°ずつ開いている。Ｓ２は第２のポート
４５が開いている範囲を示し、第２の気筒１２の下死点
ＢＤＣ（２）に対し前後各１２０°ずつ開いている。Ｓ
３は第３のポート４６が開いている範囲を示し、第３の
気筒１３の下死点ＢＤＣ（３）に対し前後各１２０°ず
つ開いている。Ｓ１＋Ｓ２は、第１、第２のポート４
４，４５が同時に開いている範囲を示し、第１、第２の
気筒１１，１２の下死点ＢＤＣ（１），（２）間に相当
する。Ｓ２＋Ｓ３は、第２、第３のポート４５，４６が
同時に開いている範囲を示し、第２、第３の気筒１２，
１３の下死点ＢＤＣ（２），（３）間に相当する。Ｓ３
＋Ｓ１は第３、第１のポート４６，４４が同時に開いて
いる範囲を示し、第３、第１の気筒１３，１１の下死点
ＢＤＣ（３），（１）間に相当する。

【００３０】図７の上段は、前記のように各気筒１１，
１２，１３の排気孔部の単独圧力波形が図１０の中段に
示す理想波形となるように排気系長を設定し、かつ、切
換弁３８による排気通路の切り換えを図７の下段に示す
ように設定した時において、実際に発生する各気筒の排
気孔部の圧力波形を示している。ただし、各排気孔２
３，２４，２５の開閉タイミング（ＥＯ−ＥＣ区間）
は、各気筒の下死点ＢＤＣに対し前後略９０°ずつの範
囲である。なお、周知のことではあるが、ＥＯは排気孔
開時、ＥＣは排気孔閉時、ＴＯは掃気孔開時、ＴＣは掃
気孔閉時、ＴＤＣは上死点、ＢＤＣは下死点である。第
１の気筒１１で新気押込み作用が働く区間（ＴＣ−Ｅ
Ｃ）及びその直前区間は、第２の気筒１２の排気孔２３
は正圧となっている。同様に第２の気筒で新気押込み作
用が働く区間（ＴＯ−ＥＣ）及びその直前区間は第３の
気筒１３の排気孔２５は正圧となり、第３の気筒１３で
新気押込み作用が働く区間（ＴＯ−ＥＣ）は、第１の気
筒１１の排気孔２４は正圧となっている。

【００３１】

【作用】エンジン運転中、図６の切換弁３８は矢印Ｒ方
向にクランク軸１９と同期回転し、クランク角度３６０
°の範囲で、図６のＡ−Ｆに示す順に各ポート４４，４
５，４６を開閉し、その開閉タイミングは前述のように
図７の下段に示す通りである。

【００３２】エンジン運転中の排気孔の圧力変化を第１
の気筒１１を基準として説明すると、図７の上段におい
て、排気孔開（ＥＯ）後、排気孔内圧力は上昇するが、
排気マフラ１６のディフューザ部１６ａにより掃気孔閉
（ＴＯ）後に減圧を開始し、第１の気筒１１の下死点Ｂ
ＤＣ付近で、下段のＳ１＋Ｓ２で示すように第１、第２
ポート４４，４５が連通し、その後は第２の気筒１２の
排気孔開ＥＯ後の正圧の影響により、第１の気筒１１の
排気孔内圧力は第１の気筒１１の掃気孔閉ＴＣの直前よ
り急激に上昇を開始し、第１の気筒１１のＴＣ−ＥＣ間
では斜線で示すように十分高い正圧となる。このように
して、第１の気筒１１において、理想的な排気の吸出し
と、第２の気筒１２の正圧による理想的な新気の押込み
が達成できる。上記関係は、切換弁３８がクランク軸１
９と同期回転していることにより、エンジン回転数が変
化しても殆ど影響は受けない。

【００３３】第２、第３の気筒１２，１３に関しても、
第３、第１の気筒１３，１１の正圧がそれぞれ作用する
ことにより、理想的な新気の押込みができる。したがっ
てエンジン全体として、図８の性能曲線Ｘ１で示すよう
な理想的な出力性能を得ることができる。

【００３４】

【その他の実施の形態】（１）本願発明は３気筒２サイ
クルエンジンの他に、６気筒等、３の倍数の気筒を有す
る多気筒エンジンに適用できる。この場合は３気筒毎に
集合部を設けて排気を集合し、１つの排気マフラに接続
する。したがって、６気筒では２つの集合部及び２つの
排気マフラを装備することになる。

【００３５】（２）図示の実施の形態は、第１、第２及
び第３の気筒１１，１２，１３が、この順番で１２０°
ずつの位相差を有する構成であるが、第１，第３及び第
２の気筒の順に位相が１２０°ずつずれている３気筒２
サイクルエンジンにも適用できる。この場合は、切換弁
の開閉順序も上記順（すなわち点火順）に合わせて開閉
するように構成する。

【００３６】（３）切換弁の駆動機構としては、図１の
ようにクランク軸１９によって駆動する機構の他に、電
動モータあるいは油圧モータ等を利用することもでき
る。この場合は、クランク軸１９の回転速度を検知する
検知機構を備え、上記モータがクランク軸と同期回転す
るように構成することが好ましい。

【００３７】（４）切換弁は回転弁には限定されず、た
とえば軸方向に直線状に摺動するスプール式とすること
も可能である。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように本願発明によると、 （１）１２０°位相差を有する３つの気筒の排気孔を集
合する集合部を備え、該集合部より下流側の排気マフラ
等排気系を３気筒共通とすることにより、排気系用の備
品数を削減して、排気系をコンパクトにしている。これ
により小型滑走艇などのようにエンジン配置スペースが
制限されている乗物でも、容易に搭載することができ
る。

【００３９】（２）集合部には、３つの気筒の排気孔の
うち、１つの排気孔を排気系に連通する状態と、２つの
排気孔を同時に排気系に接続する状態とに切り換える切
換弁を設けているので、各気筒について、それらの排気
孔内圧が、新気吸出しと新気押込みによる過給作用が期
待できる理想の圧力波形となるように設定でき、しか
も、１つの気筒の新気押込み作用に対して、次の気筒の
正圧が影響するようにして、上記過給作用を増強するこ
とができ、排気系の制御による出力向上が達成できる。

【００４０】（３）集合部までの各気筒の排気管を等長
とすることにより、各気筒の排気孔内圧の変化を、統一
的に理想的な波形とすることができ、一層の出力向上が
達成できる。

【００４１】（３）切換弁をクランク軸と同期作動する
ように構成すると、エンジン回転の低速及び高速にかか
わらず、上記過給効果を常に発揮できる。

【００４２】（４）切換弁を回転式とすることにより、
集合部内の排気通路の切換を連続的に円滑に行えると共
に、構造も簡素化され、騒音の発生も少ない。また、ク
ランク軸回転と容易に同期させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本願発明を適用した３気筒２サイクルエンジ
ンの側面図である。

【図２】 本願発明によるエンジンが搭載される小型滑
走艇の平面図である。

【図３】 図２と同じ水上滑走艇の左側面図である。

【図４】 切換弁の斜視図である。

【図５】 集合部の縦断面拡大図であり、Ａは１つの排
気孔に連通した状態、Ｂは２つの排気孔に連通した状態
を示している。

【図６】 図５のVI-VI断面図であり、ＡからＦは、切
換弁の１回転分の回転位置の変化を順に示している。

【図７】 上段はクランク角度に対する各気筒の排気孔
内圧力の変化を示し、下段はクランク角度に対する切換
弁の各気筒用ポートの開閉変化を示す図である。

【図８】 エンジンの出力特性線図である。

【図９】 単気筒の場合の排気系の断面図である。

【図１０】 図９の排気系において、排気系長の長短に
より異なる圧力波形を示す図である。

【図１１】 従来エンジンの側面図である。

【図１２】 図１１のXII-XII断面拡大図である。

【図１３】 従来例のエンジンを搭載した小型滑走艇の
垂直断面図である。

【符号の説明】

１０ エンジン １１，１２，１３ 第１、第２、第３の気筒 １６ 排気マフラ １９ クランク軸 ２３，２４，２５ 排気孔 ２８、２９，３０ 排気管 ３６ 集合部 ３８ 切換弁

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 １２０°位相差を有する３つの気筒を備
   えた多気筒２サイクルエンジンにおいて、各気筒の排気
   孔を１つの集合部に集合して共通の排気系に接続し、集
   合部には、各気筒の排気孔のうち１つを排気系に連通す
   る状態と、各気筒の排気孔のうち２つを排気系に連通す
   る状態とに切り替える切換弁を設けていることを特徴と
   する多気筒２サイクルエンジン。
2. 【請求項２】 請求項１記載の多気筒２サイクルエンジ
   ンにおいて、各気筒の排気孔から集合部までの距離を、
   等長としたことを特徴とする多気筒２サイクルエンジ
   ン。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の多気筒２サイクル
   エンジンにおいて、集合部の切換弁を回転式としたこと
   を特徴とする多気筒２サイクルエンジン。
4. 【請求項４】 請求項１，２又は３記載の多気筒２サイ
   クルエンジンにおいて、切換弁をクランク軸と同期作動
   させるようにしたことを特徴とする多気筒２サイクルエ
   ンジン。
5. 【請求項５】 ３の倍数の気筒を備え、３つの気筒毎に
   請求項１，２，３又は４記載の構成を備えたことを特徴
   とする多気筒２サイクルエンジン。