JP2001140651A

JP2001140651A - ２サイクルエンジン

Info

Publication number: JP2001140651A
Application number: JP32299399A
Authority: JP
Inventors: Toshihisa Nemoto; 俊久根本; Terutake Yasuda; 輝毅安田
Original assignee: Maruyama Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Maruyama Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1999-11-12
Filing date: 1999-11-12
Publication date: 2001-05-22

Abstract

(57)【要約】【課題】シュニーレ方式２サイクルエンジン10におい
て、排気中のＨＣを抑制する。【解決手段】ピストン33が上死点近辺になると、ピス
トン33の下端部の溝40の両端部はそれぞれ排出口16及び
第１の掃気口18へ臨み、排出口16の排気ガスを第１の掃
気口18の上端部へ導き、そこに所定量、充填させる。掃
気行程では、１対の第１の掃気口18が、先に燃焼室14へ
開口して、排気ガスを燃焼室14へ導入してから、１対の
第２の掃気口19は、燃焼室14へ開口し、混合気を燃焼室
14へ導入する。第１の掃気口18から先に導入された排気
ガスは、反転渦となって、燃焼室14内を掃気し、吹き抜
けガスとなって、排出口16へそのまま導出される。第２
の掃気口19から後に導入された混合気は、吹き抜けを抑
制され、燃焼室14内に留まる。

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、例えば刈払機や
背負動力散布機等に装備される２サイクルエンジンに係
り、詳しくはＴＨＣ（ＴｏｔａｌＨｙｄｒｏＣａｒ
ｂｏｎ：総炭化水素量）の低減を実現する２サイクルエ
ンジンに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】刈払機や背負動力散布機に装備される２
サイクルエンジンでは、クランク室内の混合気が、掃気
行程時に掃気口より燃焼室へ導入され、燃焼室を掃気し
つつ、燃焼室に充填されるようになっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の２サイクルエン
ジンでは、掃気口より燃焼室へ導入された混合気が、燃
焼室へ留まらず、そのまま、排出口へ抜け出る吹き抜け
があり、その吹き抜けた混合気が、未燃ガスとして大気
中へ放出され、大気汚染の原因になっている。

【０００４】この発明の目的は、混合気の吹き抜けを効
率的に低減できる２サイクルエンジンを提供することで
ある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明の２サイクルエ
ンジン(10)によれば、第１の掃気口(18)が、掃気行程に
おいて第２の掃気口(19)に先立って、燃焼室(14)へ開口
し、第２の掃気口(19)から燃焼室(14)への燃料含有ガス
（以下、このガスを「ガスＡ」と言う。）の前に、ガス
Ａより燃料重量濃度の小さいガス（以下、このガスを
「ガスＢ」と言う。）を燃焼室(14)へ導入して、燃焼室
(14)を掃気するようになっている。

【０００６】ガスの燃料重量濃度Ｇとは、燃料の重量Ｇ
１、及びその燃料を含むガスの重量をＧ２とそれぞれ定
義するとき、Ｇ＝Ｇ１／（Ｇ１＋Ｇ２）で定義する。２
サイクルエンジン(10)には、特にシュニーレ方式２サイ
クルエンジン10 を含む。シュニーレ方式２サイクルエ
ンジン10 とは、激突反転型とも言われ、燃焼室(14)の
横断面において対称位置に設けられた１対の掃気口から
燃焼室(14)内へ導入されたガス流が相互に衝突し、反転
渦となる２サイクルエンジンである。

【０００７】ガスＢは、燃料重量濃度の０であるガスを
含む。ガスＡは、例えば吸入行程時に吸入口(15)を介し
て気化器からクランク室(28)へ導入されたガス（以下、
このガスを「ガスＣ」と言う。）が第２の掃気口(19)へ
導かれたものであるが、ガスＣそのものでなくてもよ
く、例えば排気中のＨＣ量を低減するために、ガスＣに
排気ガスを適当に混合したもの（ただし、ガスＢよりは
燃料重量濃度の大のもの）であってもよい。

【０００８】第１の掃気口(18)は、燃焼室(14)への第２
の掃気口(19)からのガスＡの導入に先立って、燃焼室(1
4)へガスＢを導入すれば十分であり、掃気行程の全期間
にわたり、ガスＢを燃焼室(14)へ導入し続けなくてもよ
い。すなわち、掃気口から排出口(16)へのガスの吹き抜
け率が低下する掃気行程の後期では、例えば、第２の掃
気口(19)と同様に、第１の掃気口(18)から燃焼室(14)へ
ガスＡを導入するようになっていてもよい。

【０００９】掃気初期において掃気口から燃焼室(14)へ
供給されるガスは、吹き抜けとなり易い。そこで、掃気
初期では、すなわち、第１の掃気口(18)が第２の掃気口
(19)に先立って燃焼室(14)へ開口する時期では、燃料重
量濃度の小さいガスとしてのガスＢが、第１の掃気口(1
8)から燃焼室(14)へ導入され、燃焼室(14)内を掃気する
ことにより、燃焼室(14)内の適切な掃気を実施しつつ、
吹き抜けガスの中の燃料分の量を低減して、排気ガス内
のＨＣ量を抑制できる。

【００１０】この発明の２サイクルエンジン(10)によれ
ば、吸入口(15)及び排出口(16)が燃焼室(14)の円形横断
面の直径(44)の両側に位置し、第１の掃気口(18)及び第
２の掃気口(19)はそれぞれ直径(44)の両側に１個ずつ対
で設けられ、第１の掃気口(18)の対は第２の掃気口(19)
の対より燃焼室(14)の横断面において排出口(16)側に配
置されている。

【００１１】燃焼室(14)へ先に導入されるガスＢは、第
１の掃気口(18)の対から燃焼室(14)へ導入されて、燃焼
室(14)内の燃焼済みガスを排出口(16)から掃気する。第
２の掃気口(19)の対からのガスＡは、ガスＢから遅れ
て、かつガスＢに対して吸入口(15)側の燃焼室(14)の部
分へ導入される。したがって、吹き抜けガスの大部分
は、燃料重量濃度の小さいガスＢにより占められ、排気
ガス中のＨＣ量の低減と、燃料分の燃焼効率の改善とが
図られる。

【００１２】この発明の２サイクルエンジン(10)によれ
ば、第１の掃気口(18)同士及び第２の掃気口(19)同士は
燃焼室(14)への導入ガスが相互に衝突するように向きを
設定されている。

【００１３】第１の掃気口(18)の対から燃焼室(14)へ導
入されたガスＢは、相互に衝突して、反転渦となる。第
２の掃気口(19)からの対から燃焼室(14)へ導入されたガ
スＡは、相互に衝突して、反転渦となる。ガスＡの反転
渦は、その排出口(16)側にガスＢの気流及び反転渦が存
在するので、排出口(16)の方への流れ、すなわち吹き抜
けガスとなるのを抑制される。

【００１４】この発明の２サイクルエンジン(10)によれ
ば、ガスＢは、排気系(16)から第１の掃気口(18)へ供給
される排気ガスを主成分としている。

【００１５】排気ガスを主成分とするガスＢとは、排気
ガスそのものであっても、また、排気ガスとクランク室
(28)本来の混合気とを適当に混合させたガスであっても
よい。

【００１６】この発明の２サイクルエンジン(10)によれ
ば、排気系(16)から第１の掃気口(18)への排気ガスの供
給は、シリンダ(11)内を往復動して燃焼室(14)の容積を
増減するピストン(33)の上死点を含むクランク角範囲で
あるときに、両端がそれぞれ第１の掃気口(18)及び排出
口(16)へ臨むようにピストン(33)及び／又はシリンダ(1
1)に形成された連通路(40)を介して行われるようになっ
ている。

【００１７】連通路(40)は、ピストン(33)及び／又はシ
リンダ(11)の表面に形成されるときは、溝であり、ピス
トン(33)及び／又はシリンダ(11)の内部に形成されると
きは、通孔となる。

【００１８】吸入行程では、クランク室(28)、したがっ
て第１の掃気口(18)の気圧は排出口(16)の気圧より低下
する。吸入行程後期では、ピストン(33)は上死点近辺に
達し、第１の掃気口(18)及び排出口(16)は連通路(40)を
介して相互に連通状態になり、圧力差により排出口(16)
の排気ガスの所定量が、第１の掃気口(18)へ導入され、
第１の掃気口(18)に充填される。この構造では、ガスＢ
の流入出コントロールがピストン弁により行われ、連通
路(40)に開閉弁を特別に付加する必要がなくなり、構造
が簡単化される。

【００１９】この発明の２サイクルエンジン(10)によれ
ば、ガスＢは、外部の大気空間から開閉弁(51)を介して
第１の掃気口(18)へ供給される大気である。

【００２０】開閉弁(51)は、開閉時期を制御されるため
に、例えばクランク軸(29)に同期して開閉するものや、
単なる大気空間から第１の掃気口(18)へ一方向の流れの
みを許容する逆止弁を含む。開閉弁(51)が単なる逆止弁
であっても、第１の掃気口(18)が大気圧に対して負圧に
なる期間は、吸入行程に限られるので、掃気行程開始前
に、第１の掃気口(18)に大気を充填させることができ
る。

【００２１】この発明の２サイクルエンジン(10)によれ
ば、ガスＢは、加圧ガス源(56)から開閉弁(55)を介して
供給される不活性ガスである。

【００２２】加圧ガス源(56)とは例えばガスボンベであ
る。不活性ガスには、例えば、Ｈｅ、Ｎｅ、水蒸気、及
び窒素等を含む。開閉弁(55)は、開閉時期を設定され
て、不活性ガスを第１の掃気口(18)へ供給するようにな
っている。加圧ガス源(55)から適切に加圧された不活性
ガスが第１の掃気口(18)へ供給されるので、開閉弁(55)
の制御により適切な時期に短時間で不活性ガスを第１の
掃気口(18)へ供給することができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、発明の実施の形態について
図面を参照して説明する。図１はシュニーレ方式２サイ
クルエンジン10の縦断面図である。図１では、ピストン
33はほぼ下死点にある。シュニーレ方式２サイクルエン
ジン10は例えば刈払機や背負動力散布機に装備される。
シリンダブロック11において、円柱空間12は、シリンダ
ブロック11の中心線に沿ってシリンダブロック11内を延
び、シリンダブロック11の下端面に開口している。頂部
凹所13は、円柱空間12の頂面に形成され、図示しない点
火プラグの放電電極を配置される。円柱空間12の内、ピ
ストン33より上側の部分、及び頂部凹所13は、燃焼室14
を形成する。吸入口15及び排出口16は、円柱空間12の周
方向へ１８０°離れた位置で、円柱空間12の高さ方向へ
は排出口16が吸入口15より少し高い位置となるように、
シリンダブロック11の周壁に形成され、シリンダブロッ
ク11の外部と円柱空間12内とを連通させている。複数個
の冷却フィン17は、シリンダブロック11の外面の上半部
においてシリンダブロック11の放射方向へ相互に平行に
外方へ張出している。第１の掃気口18及び第２の掃気口
19は、ピストン33が下死点へ近づくと、燃焼室14へ開口
する位置に形成される。カバー24はシリンダブロック11
の上部及び冷却フィン17を外側から覆う。クランクケー
ス27は、その上面をシリンダブロック11の下面へ接合さ
れ、内部にクランク室28を画定する。クランク室28は、
第１の掃気口18及び第２の掃気口19へは常時、連通して
いるとともに、ピストン33が上死点の方へ接近すると、
吸入口15へ連通する。クランク軸29はクランクケース27
の両端壁に回転自在に軸支され、ピストン33は、円柱空
間12内へ摺動自在に嵌挿され、往復動により燃焼室14の
容積を増減する。コンロッド35は、小端部においてピス
トン33へピストンピン36により回転自在に結合し、大端
部においてクランク軸29のクランクピン37へ回転自在に
結合している。

【００２４】溝40は、ピストン33の周面の下端部に形成
され、周方向へは排出口16から第１の掃気口18までの範
囲に延びている。ピストン33の上死点を含む所定クラン
ク角範囲では、溝40は、両端をそれぞれ排出口16及び第
１の掃気口18へ臨ませ、排出口16及び第１の掃気口18を
相互に連通させる。

【００２５】図２は第１の掃気口18及び第２の掃気口19
の高さにおけるシリンダブロック11の横断面図である。
シリンダブロック11の横断面において吸入口15及び排出
口16は、円柱空間12の円形横断面の同一直径上において
円柱空間12の横断面の中心46に対して相互に反対側に位
置しつつ、円柱空間12に開口している。第１の直線44
は、シリンダブロック11の横断面において吸入口15及び
排出口16の開口中心を結ぶ中心線と定義する。第２の直
線45は、中心46を通りかつ第１の直線44に対して直角な
直線と定義する。第１の掃気口18及び第２の掃気口19は
各１対ずつかつ第２の直線45に対してそれぞれ排出口16
側及び吸入口15側に配置されている。また、第１の掃気
口18同士、及び第２の掃気口19同士は、共に第１の直線
44に対して対称であるとともに、第１の掃気口18及び第
２の掃気口19共に吸入口15の方へ向けられている。

【００２６】図３はピストン33を省略して図２の第１の
直線44を通る垂直面で切断したシリンダブロック11の断
面図、図４はピストン33を省略して両第１の掃気口18を
通る垂直面で切断したシリンダブロック11の断面図であ
る。第１の掃気口18及び第２の掃気口19は、開口が共に
横長長方形となっており、縦寸法は第１の掃気口18の方
が第２の掃気口19より大となっており、この結果、開口
面積は第１の掃気口18の方が第２の掃気口19より大とな
っている。第１の掃気口18及び第２の掃気口19の下辺の
高さは、相互にほぼ等しく、ほぼ排出口16の下端に一致
し、第１の掃気口18及び第２の掃気口19の上辺の高さは
第１の掃気口18の方が第２の掃気口19より少し高く、第
１の掃気口18の上辺の高さは排出口16の上端の高さより
少し低くなっている。また、第１の掃気口18は、第２の
掃気口19も同様であるが、図４から分かるように、円柱
空間12の垂直方向への中心線に対して円柱空間12の頂部
の方へ斜めに傾斜した向きとなっており、第１の掃気口
18及び第２の掃気口19から燃焼室14へのガスの流入は円
柱空間12の垂直断面では円柱空間12の頂部の方へ向か
う。

【００２７】シュニーレ方式２サイクルエンジン10の作
用について説明する。以下、シュニーレ方式２サイクル
エンジン10の運転の位相はクランク軸29の回転角、すな
わちクランク角に換算して、説明する。

【００２８】ピストン33がその下死点から上死点の方へ
移動する行程では、燃焼室14の容積が減少し、クランク
室28の容積が増大する。クランク角がＣ１になると、排
出口16はピストン33により閉じられ、混合気（燃料と空
気との混合気）は、燃焼室14に密封状態になって、圧縮
される。さらに、クランク角がＣ２（Ｃ２＞Ｃ１）にな
ると、吸入口15はクランク室28へ連通し、燃焼室14にお
ける混合気の圧縮に並行して、気化器からの混合気は吸
入口15を介してクランク室28へ導入される。

【００２９】ピストン33が上死点近くになると、点火プ
ラグの放電が起こり、燃焼室14内の混合気中の燃料は、
着火されて、爆発し、ピストン33を下方へ駆動する。一
方、ピストン33が上死点近辺において、ピストン33の下
端は排出口16及び第１の掃気口18の高さに達し、溝40が
排出口16及び第１の掃気口18を相互に連通する。第１の
掃気口18は、この時、吸気行程のクランク室28と同圧状
態にあり、低圧となっているので、第１の掃気口18の排
気ガスは溝40を介して排出口16へ導入され、排出口16に
所定量、充填される。

【００３０】ピストン33が上死点から下死点の方へ移動
し、クランク角がＣ３（Ｃ３＞Ｃ２）になると、排出口
16が燃焼室14へ開口し、燃焼済みガスは、排気ガスとし
て排出口16からマフラ（図示せず）へ排出される。さら
に、クランク角がＣ４（Ｃ４＞Ｃ３）になると、第１の
掃気口18が燃焼室14へ開口開始する。これに伴い、第１
の掃気口18に充填されていた排気ガスが燃焼室14へ導入
される。両第１の掃気口18から燃焼室14内への排気ガス
は、円柱空間12の横断面において少し吸入口15の方へ向
かって、燃焼室14内へ流入し、第１の直線44上において
相互に衝突し、反転渦となって、今度は排出口16の方へ
向かい、燃焼室14を掃気して、燃焼室14内の燃焼済みガ
スを排出口16から排出する。両第１の掃気口18から燃焼
室14の排気ガスの大部は、吹き抜けガスとして、燃焼済
みガスと共に排出口16から排出される。クランク角がＣ
５（Ｃ５＞Ｃ４）になると、第２の掃気口19が、燃焼室
14へ開口開始し、今度は、クランク室28内の混合気が、
両第２の掃気口19から燃焼室14内へ円柱空間12の横断面
において少し吸入口15の方へ向かって、燃焼室14内へ流
入し、ほぼ第１の直線44上で相互に衝突し、反転渦とな
る。この混合気の反転渦は、その排出口16側に第１の掃
気口18からの排気ガスの気流及び相互衝突部が存在する
ので、排出口16の方への移動を抑制され、排出口16から
の吹き抜けが抑制されて、燃焼室14内に留まる。

【００３１】このように、燃焼室14を掃気して、吹き抜
けるガスを、燃料重量濃度の小さい方のガスとしての燃
焼室14へ先に開口する第１の掃気口18からの排気ガスと
することにより、排気中のＨＣを大幅に低減できる。ま
た、１対の第１の掃気口18からの排気ガスは、１対の第
２の掃気口19からの混合気に対して排出口16側に気流及
び衝突部を生成し、１対の第２の掃気口19からの燃料重
量濃度の大きい方のガスとしての混合気の吹き抜けを阻
止するので、この点においても排気ガス中のＨＣを低減
する。

【００３２】図５は第１の掃気口18から燃焼室14へ導入
するガスとして排気ガスの代わりに大気を使用するシュ
ニーレ方式２サイクルエンジン10の要部構造図である。
逆止弁51は、シリンダブロック11の外部としての大気空
間側から第１の掃気口18の上端部への一方向のガスの流
れを許容し、その逆方向へのガスの流れは阻止する。シ
ュニーレ方式２サイクルエンジン10の吸気行程では、ク
ランク室28内が負圧となり、この負圧期間において、大
気空間の大気がフィルタ52及び逆止弁51を介して第１の
掃気口18へ流入する。なお、この第１の掃気口18への大
気の流入量は、クランク室28が正圧に近づいて吸入口15
からクランク室28への混合気の流入に支障を来たさない
程度の量とされる。この結果、次の掃気行程では、第１
の掃気口18の大気が第１の掃気口18から燃焼室14へ導入
され、燃焼室14内を掃気し、吹き抜けガスとなり、これ
により、第２の掃気口19から燃焼室14へ導入される燃料
分が、吹き抜けガスに含まれて、未燃のまま排気系へ導
出されるのを防止する。

【００３３】図６は第１の掃気口18から燃焼室14へ導入
するガスとして不活性ガスを使用するシュニーレ方式２
サイクルエンジン10の要部構造図である。ガスボンベ55
は、例えばＨｅ、Ａｒ、Ｎｅ等の不活性ガスを加圧状態
で充填され、制御弁56を介して第１の掃気口18の上端部
へ連通している。制御弁56は、クランク軸29に同期して
開閉し、シュニーレ方式２サイクルエンジン10の吸入行
程後期では開位置になり、ガスボンベ55内の不活性ガス
が第１の掃気口18へ導入され、第１の掃気口18に所定
量、充填する。この結果、次の掃気行程では、第１の掃
気口18の不活性ガスが第１の掃気口18から燃焼室14へ導
入され、燃焼室14内を掃気し、吹き抜けガスとなり、こ
れにより、第２の掃気口19から燃焼室14へ導入される燃
料分が、吹き抜けガスに含まれて、未燃のまま排気系へ
導出されるのを防止する。

【００３４】図６では、不活性ガスを充填されたガスボ
ンベ55が使用されるが、ガスボンベ55の代わりに、加圧
空気を貯留するエアタンクを利用することも可能であ
る。加圧空気は、所定のポンプにより生成して、エアタ
ンクへ適宜、補給することとし、これにより、ガスボン
ベ55の交換やガスボンベ55へのガスの詰め替えを省略で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】シュニーレ方式２サイクルエンジンの縦断面図
である。

【図２】第１の掃気口及び第２の掃気口の高さにおける
シリンダブロックの横断面図である。

【図３】ピストンを省略して図２の第１の直線を通る垂
直面で切断したシリンダブロックの断面図である。

【図４】ピストンを省略して両第１の掃気口を通る垂直
面で切断したシリンダブロックの断面図である。

【図５】第１の掃気口から燃焼室へ導入するガスとして
排気ガスの代わりに大気を使用するシュニーレ方式２サ
イクルエンジンの要部構造図である。

【図６】第１の掃気口から燃焼室へ導入するガスとして
不活性ガスを使用するシュニーレ方式２サイクルエンジ
ンの要部構造図である。

【符号の説明】

１０シュニーレ方式２サイクルエンジン（２サイク
ルエンジン）１１シリンダブロック（シリンダ）１４燃焼室１５吸入口１５吸入口１６排出口（排気系）１８第１の掃気口１９第２の掃気口２８クランク室２９クランク軸３３ピストン４０溝（連通路）４４第１の直線４６中心（横断面中心）５１逆止弁（開閉弁）５５制御弁（開閉弁）５６ガスボンベ（加圧源）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の掃気口(18)が、掃気行程において
第２の掃気口(19)に先立って、燃焼室(14)へ開口し、前
記第２の掃気口(19)から前記燃焼室(14)への燃料含有ガ
ス（以下、このガスを「ガスＡ」と言う。）の前に、前
記ガスＡより燃料重量濃度の小さいガス（以下、このガ
スを「ガスＢ」と言う。）を前記燃焼室(14)へ導入し
て、前記燃焼室(14)を掃気するようになっていることを
特徴とする２サイクルエンジン。
【請求項２】吸入口(15)及び排出口(16)が前記燃焼室
(14)の円形横断面の直径(44)の両側に位置し、前記第１
の掃気口(18)及び前記第２の掃気口(19)はそれぞれ前記
直径(44)の両側に１個ずつ対で設けられ、前記第１の掃
気口(18)の対は前記第２の掃気口(19)の対より前記燃焼
室(14)の横断面において前記排出口(16)側に配置されて
いることを特徴とする請求項１記載の２サイクルエンジ
ン。
【請求項３】前記第１の掃気口(18)同士及び前記第２
の掃気口(19)同士は、前記燃焼室(14)への導入ガスが相
互に衝突するように向きを設定されていることを特徴と
する請求項２記載の２サイクルエンジン。
【請求項４】前記ガスＢは、排気系(16)から前記第１
の掃気口(18)へ供給される排気ガスを主成分としている
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の２サ
イクルエンジン。
【請求項５】排気系(16)から前記第１の掃気口(18)へ
の排気ガスの供給は、前記シリンダ(11)内を往復動して
前記燃焼室(14)の容積を増減するピストン(33)の上死点
を含むクランク角範囲であるときに、両端がそれぞれ前
記第１の掃気口(18)及び前記排出口(16)へ臨むように前
記ピストン(33)及び／又は前記シリンダ(11)に形成され
た連通路(40)を介して行われるようになっていることを
特徴とする請求項４記載の２サイクルエンジン。
【請求項６】前記ガスＢは、外部の大気空間から開閉
弁(51)を介して前記第１の掃気口(18)へ供給される大気
であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載
の２サイクルエンジン。
【請求項７】前記ガスＢは、加圧ガス源(56)から開閉
弁(55)を介して供給される不活性ガスであることを特徴
とする請求項１〜３のいずれかに記載の２サイクルエン
ジン。