JP2004324643A

JP2004324643A - ２サイクルエンジン

Info

Publication number: JP2004324643A
Application number: JP2004089369A
Authority: JP
Inventors: Antonio Fattorusso; ファトルッソアントニオ
Original assignee: Andreas Stihl AG and Co KG
Current assignee: Andreas Stihl AG and Co KG
Priority date: 2003-04-29
Filing date: 2004-03-25
Publication date: 2004-11-18
Anticipated expiration: 2024-03-25
Also published as: DE10319216B4; JP4500572B2; CN100416060C; US7013850B2; DE10319216A1; CN1550648A; US20040216706A1

Abstract

【課題】サイズを小型化して好適な排ガス値を達成できる２サイクルエンジンを提供する。
【解決手段】ピストン５が所定の位置にあるときに燃焼室３は、ピストン５に形成された少なくとも１つのピストン窓１６，２３と少なくとも１つの搬送通路１１，１３とを介してクランクケース４と連通する。搬送通路１１，１３は搬送窓１２，１４）によって燃焼室３に開口している。搬送穴１５と搬送窓１２，１４とは、ピストン５によってかすめられるシリンダ穴２５の領域に開口している。この種の２サイクルエンジンにおいて、本発明によれば、ピストン５がクランクケース４に対し運動するときに搬送穴1５はまだ完全に閉鎖せず、搬送窓１２，１４は開口し始める。
【選択図】図１

Description

本発明は、シリンダと、シリンダ内に形成された燃焼室と、燃料の吸気部と、燃焼室から排ガスを排気させるための排気部と、クランクケースに通じている搬送穴とを備え、燃焼室がシリンダ長手軸線の方向に上下動するピストンによって画成され、ピストンが、連接棒を介して、クランクケース内に回転可能に支持されているクランク軸を駆動させ、ピストンが所定の位置にあるときに燃焼室がピストンに形成された少なくとも１つのピストン窓と少なくとも１つの搬送通路とを介してクランクケースと連通し、搬送通路が搬送窓によって燃焼室に開口し、搬送穴と搬送窓とが、ピストンによってかすめられるシリンダ穴の領域に開口している２サイクルエンジン、特にパワーソー、切断研削機等の手で操縦される作業機用の２サイクルエンジンに関するものである。

２サイクルエンジンで発生する排ガスは低減させる必要がある。同時に、２サイクルエンジンのサイズも小型化させる必要がある。２サイクルエンジンの場合、排ガスは排気部から排出されるが、すでに燃焼室には新しい燃料・空気混合気が流入してきている。この場合、新しい燃料・空気混合気が排気部を通じて燃焼室から出るのを防止しなければならない。というのは、これによって排ガス中のＨＣ値が増大するからである。このため、新しい混合気を搬送（溢流）させる搬送通路は、排気部が開口して排ガスが燃焼室から出た後、できるだけ遅く開口する必要がある。しかしながら、搬送通路をクランクケースのほうへずらすことによってエンジンのサイズが大型になる。さらに、十分な量の燃料を含んだ新しい混合気が燃焼室へ供給されるよう保証するには、搬送通路は十分大きなサイズでなければならず、しかも十分長い時間開口していなければならない。このため、シリンダにおける搬送通路の配置構成はかなり制限されている。

特許文献１からは、排ガスを予め搬送通路内に蓄積しておくことが知られている。このため、搬送通路はクランクケースに対し閉鎖され、他方燃焼室側の端部によって排ガスを搬送通路内へ流入させる構成になっている。これによって搬送通路内の圧力レベルが高くなるので、燃焼室内への燃料・空気混合気の流入を遅延させる必要がある。しかしながら、この配置構成では十分な遅延は達成できないことが明らかになった。というのは、燃焼室内の圧力が十分に搬送通路内へ伝達されず、搬送通路内へ排ガスが流動しないからである。

ＵＳ２００２／０１３４３２６Ａ１

本発明の課題は、サイズを小型化して好適な排ガス値を達成できるこの種の２サイクルエンジンを提供することである。

本発明は、上記課題を達成するため、ピストンがクランクケースに対し運動するときに搬送穴はまだ完全に閉鎖せず、搬送窓は開口し始めることを特徴とするものである。

これによれば、搬送通路はクランクケースに対しまだ開口しており、他方搬送通路は燃焼室に対し開口する。搬送通路がクランクケースに対しまだ開口している場合、燃焼室から搬送通路内への圧力の伝達が著しく改善されていることが明らかになった。これにより、搬送通路内の圧力レベルを燃焼室内のそれに対応させることが達成できる。搬送通路が燃焼室に対し開口した直後に、搬送通路がクランクケースに対し閉鎖されることにより、排ガスが燃焼室からクランクケース内へ達しないよう保証されている。搬送通路内の圧力がクランクケース内の圧力よりも大きいので、搬送通路がクランクケースに対し開口しているときに燃料・空気混合気が搬送通路内へ流入することはない。クランクケースの方向へピストンがさらに下降運動することにより、クランクケース内の混合気がほぼ搬送通路内の圧力に相当する状態になったときにはじめて搬送通路から燃焼室内への混合気の急激な流出が行われる。遅延した急激な流出により、これと同時に掃気挙動も改善される。これによりサイズを小型化して２サイクルエンジンの少ない排ガス値を達成できる。

搬送通路の所望の制御は、搬送窓の燃焼室側の上稜と搬送通路の搬送穴のクランクケース側の下稜との、シリンダ長手軸線の方向に測った間隔が、搬送通路の領域でのピストンの、シリンダ長手軸線に対し平行に測った高さよりも大きいことにより簡単に達成できる。ピストンは搬送通路の２つの穴を同時に完全に閉鎖させることはできないので、搬送穴は開口したばかりであるのに対し、搬送窓はすでに開いている。搬送窓の上稜と搬送穴の下稜との間隔が、搬送通路の領域でのピストンの高さよりも２ｍｍないし４ｍｍ大きければ、前記流出の好適な遅延が得られる。或いは、搬送窓の上稜と搬送穴の下稜との間隔が、クランク軸の５゜ないし３０゜の回転、特に１５゜ないし２０゜の回転に相当していても同様に前記流出の好適な遅延が得られる。搬送窓が開口した直後の時点で搬送穴がすでに閉じていることを保証するため、搬送窓のクランクケース側の下稜と搬送通路の搬送穴の燃焼室側の上稜との、シリンダ長手軸線の方向に測った間隔は、搬送通路の領域でのピストンの、シリンダ長手軸線に対し平行に測った高さよりも小さい。したがって、搬送窓が開口し始めたときには搬送穴はすでに部分的に閉じている。

本発明によれば、搬送窓は排気部の開口とほぼ同時にまたはその直後に開口する。特に搬送窓と排気部とがほぼ同時に開口すれば、搬送通路内に十分高い圧力が発生する。合目的には、排気部の燃焼室側の上稜と搬送通路の上稜との、シリンダ長手軸線の方向に測った間隔が、クランク軸の０゜ないし２０゜の回転に相当しているのがよい。ピストン窓がピストン内部に対するピストンボディの開口部として形成されていれば、ピストンの簡潔な構成が得られる。燃焼室の対称掃気を達成するため、よってこれに関連して排ガス値を少なくさせるため、中心面に関し対称に配置された４つの搬送通路が設けられ、中心面はシリンダ長手軸線を含み且つ排気部をほぼ中心で分割している。

次に、本発明の実施形態を添付の図面を用いて詳細に説明する。
図１に図示した２サイクルエンジン１はシリンダ２を有し、シリンダ２内には燃焼室３が形成されている。燃焼室３はピストン５によって画成されており、ピストン５は、連接棒６を介して、クランクケース４内に支持されているクランク軸７を駆動する。クランクケース４には吸気部１０が開口し、吸気部１０はクランクケース４に燃料・空気混合気を供給する。燃料・空気混合気は、たとえば気化器のような混合気調製装置で調製されたものである。吸気部１０はシリンダ穴２５に開口しており、ピストン５のピストンボディ２４によって開閉制御される。燃焼室３からは、同様に開閉制御される排気部９が出ている。シリンダ２内には搬送通路１１と１３が設けられている。搬送通路１１と１３は、ピストン５が所定の位置にあるときに燃焼室３をクランクケース４と連通させる。この場合、排気部に近い側に２つの搬送通路１１と、排気部から遠い側に２つの搬送通路１３とが設けられ、これら搬送通路は、図１の断面を成している中心面に関し対称に配置されている。

排気部に近い側の搬送通路１１は搬送窓１２によって燃焼室３に開口し、排気部から遠い側の搬送通路１３は搬送窓１４によって燃焼室３に開口している。ピストン５は、ピストンボディ２４からピストン内部への開口部として形成されたピストン窓１６と２３を有している。これらのピストン窓１６，２３を介して搬送通路１１，１３はピストン５の下死点範囲でクランクケース４と連通する。したがって搬送通路１１，１３のクランクケース側の端部は、ピストン５の下死点範囲でのピストン窓１６，２３の位置に対応する高さでシリンダ２内に配置されている。

搬送窓１２，１４は、燃焼室３側のその上稜１８がほぼ排気部９の燃焼室３側の上稜２７の高さに位置するように配置されるか、或いは、排気部９の上稜２７に対し間隔ｄだけクランクケース４の方向へずれるように配置されている。この場合間隔ｄは、クランク軸７の０゜ないし２０゜の回転に相当しているのが合目的である。

図２は、シリンダ２を排気部から遠い側の搬送通路１３の高さで切断した断面図である。２つの搬送通路１３は、２サイクルエンジン１の排気部９をほぼ中心で分割し且つシリンダ長手軸線２０を含んでいる中心面２８に関し対称に配置されている。搬送通路１３は搬送穴１５によってクランクケース４に開口している。この場合搬送穴１５は、搬送窓１４と同様に、ピストン５がその上をかすめるシリンダ穴２５の領域に配置されている。したがって搬送穴１５も搬送窓１４も開閉制御される。搬送通路１３は取っ手状の通路(Henkelkanal)として形成されており、その長さ全体にわたってシリンダ内部空間に対し閉鎖されている。この場合、搬送穴１５の燃焼室３側の上稜２１は、搬送窓１４の燃焼室３側の下稜１９に対し間隔ａを有している。この間隔ａは、搬送通路１３の領域におけるピストン５の高さｃよりも小さい。図示した実施形態では、燃焼室３を画成しているピストン底部１７は、ピストン５のクランクケース４側の側面と同様に平らに形成され、シリンダ長手軸線２０に対し垂直に延びているので、ピストン５はどの位置でもシリンダ長手軸線２０に対し平行に測った高さｃは同じである。

搬送穴１５の下稜２２と搬送窓１４の上稜１８との、シリンダ長手軸線方向に測った間隔ｂは、ピストン５の高さｃよりも大きい。したがって、ピストン５が図２に図示した位置にあるとき、ピストン５が燃焼室３からピストンケース４の方向へ移動すると、搬送穴１５はまだ開口したばかりであるのに対し、搬送窓１４はすでに開口している。有利には、間隔ｂがピストン５の高さｃよりも２ｍｍないし４ｍｍ大きいのがよく、このように選定すると、搬送穴１５はまだ２ｍｍないし４ｍｍ開口しただけであるのに対し、搬送窓１４はすでに開口している。間隔ｂはクランク軸の５゜ないし３０゜の回転、特に１５゜ないし２０゜の回転に対応しているのが有利である。

２サイクルエンジン１が作動すると、まずピストン５の上死点範囲で燃料・空気混合気がクランクケース４内へ吸込まれる。ピストン５が下降すると、クランクケース４内の混合気が圧縮され、その後ピストン窓１６，２３と、搬送穴１５と、搬送通路１３，１１と、搬送窓１２，１４とを通って燃焼室３内へ流入する。ピストン５の上死点範囲では、燃料・空気混合気はシリンダ２内に配置されている点火プラグ８によって点火される。続いてピストン５が下降運動すると、搬送通路１１と１３が開口するのとほぼ同時に、或いは搬送通路１１と１３が開口する直前に排気部９が開口する。搬送通路は開口するのに対し、搬送穴はクランクケース４に対しまだ完全には閉じていない。このため、燃焼室３内の高圧が搬送通路１１と１３へ伝達されるので、搬送通路１１と１３内は高圧になる。排ガスが燃焼室３からクランクケース４内へ流入する前に、搬送穴１５はピストン５がさらに下降運動することにより閉鎖される。

図３は、ピストンボディ２４によって閉鎖されている搬送穴１５を図示したものである。搬送穴１５がすでに完全に閉鎖した時点で、このときはじめて搬送窓１４はピストン底部１７によってほぼ半分だけ開口している。図４に図示したように、ピストン５がさらにクランクケース４の方向へ下降運動すると、搬送穴１５がピストン窓１６によって開口される。このとき、ピストン窓１６のクランクケース４側の下稜１６は、搬送通路が燃焼室３とクランクケース４とを連通させる時点を決定する。

搬送穴１５がクランクケース４に対し開口した時点でのクランクケース４内の圧力は、搬送通路１３と１１内で支配的な排ガス圧よりも小さい。このため、搬送穴１５が開口しても、すぐに燃料・空気混合気が搬送通路１１，１３を通って燃焼室３内へ流入し始めることはない。むしろ燃焼室３内への流入は、クランクケース４内の燃料・空気混合気の圧力が搬送通路１１と１３内の排ガス圧に達するまで遅延される。この時間的な遅延の後に、燃料・空気混合気が搬送通路１１，１３またはクランクケース４から急速に燃焼室３内へ流入し始める。このような流入遅延により優れた掃気結果が達成できる。急速な流入は、同時に、十分な量の燃料・空気混合気が燃焼室３内へ流入するよう保証する。前記遅延により、搬送窓１２，１４をほぼ排気部９の高さに配置できる。これにより２サイクルエンジン１のサイズを小さくできる。

４つの搬送通路を設ける代わりに、他の数量の搬送通路でも合目的である。また、個々の搬送通路における制御時間が異なるように構成して、燃焼室３の非対称掃気を達成するのも合目的である。

２サイクルエンジンの概略縦断面図である。ピストンを内設した２サイクルエンジンのシリンダの概略断面図で、ピストンが特定の位置にあるときの図である。ピストンを内設した２サイクルエンジンのシリンダの概略断面図で、ピストンが他の特定の位置にあるときの図である。ピストンを内設した２サイクルエンジンのシリンダの概略断面図で、ピストンが他の特定の位置にあるときの図である。

符号の説明

１２サイクルエンジン
２シリンダ
３燃焼室
４クランクケース
５ピストン
６連接棒
７クランク軸
９排気部
１０吸気部
１１搬送通路
１２搬送窓
１３搬送通路
１４搬送窓
１５搬送穴
２０シリンダ長手軸線
２５シリンダ穴

Claims

シリンダ（２）と、シリンダ（２）内に形成された燃焼室（３）と、燃料の吸気部（１０）と、燃焼室（３）から排ガスを排気させるための排気部（９）と、クランクケース（４）に通じている搬送穴（１５）とを備え、燃焼室（３）がシリンダ長手軸線（２０）の方向に上下動するピストン（５）によって画成され、ピストン（５）が、連接棒（６）を介して、クランクケース（４）内に回転可能に支持されているクランク軸（７）を駆動させ、ピストン（５）が所定の位置にあるときに燃焼室（３）がピストン（５）に形成された少なくとも１つのピストン窓（１６，２３）と少なくとも１つの搬送通路（１１，１３）とを介してクランクケース（４）と連通し、搬送通路（１１，１３）が搬送窓（１２，１４）によって燃焼室（３）に開口し、搬送穴（１５）と搬送窓（１２，１４）とが、ピストン（５）によってかすめられるシリンダ穴（２５）の領域に開口している２サイクルエンジンにおいて、
ピストン（５）がクランクケース（４）に対し運動するときに搬送穴（１５）はまだ完全に閉鎖せず、搬送窓（１２，１４）は開口し始めることを特徴とする２サイクルエンジン。
搬送窓（１４）の燃焼室（３）側の上稜（１８）と搬送通路（１３）の搬送穴（１５）のクランクケース（４）側の下稜（２２）との、シリンダ長手軸線（２０）の方向に測った間隔（ｂ）が、搬送通路（１３）の領域でのピストン（５）の、シリンダ長手軸線（２０）に対し平行に測った高さ（ｃ）よりも大きいことを特徴とする、請求項１に記載の２サイクルエンジン。
搬送窓（１４）の上稜（１８）と搬送穴（１５）の下稜（２２）との間隔（ｂ）が、搬送通路（１３）の領域でのピストン（５）の高さ（ｃ）よりも２ｍｍないし４ｍｍ大きいことを特徴とする、請求項２に記載の２サイクルエンジン。
搬送窓（１４）の上稜（１８）と搬送穴（１５）の下稜（２２）との間隔（ｂ）が、クランク軸（７）の５゜ないし３０゜の回転、特に１５゜ないし２０゜の回転に相当していることを特徴とする、請求項２または３に記載のサイクルエンジン。
搬送窓（１８）のクランクケース（４）側の下稜（１９）と搬送通路（１３）の搬送穴（１５）の燃焼室（３）側の上稜（２１）との、シリンダ長手軸線（２０）の方向に測った間隔（ａ）が、搬送通路（１３）の領域でのピストン（５）の、シリンダ長手軸線（２０）に対し平行に測った高さ（ｃ）よりも小さいことを特徴とする、請求項１から４までのいずれか一つに記載の２サイクルエンジン。
搬送窓（１４）が排気部（９）の開口とほぼ同時にまたはその直後に開口することを特徴とする、請求項１から５までのいずれか一つに記載の２サイクルエンジン。
排気部（９）の燃焼室（３）側の上稜（２７）と搬送通路（１１，１３）の上稜（１８）との、シリンダ長手軸線（２０）の方向に測った間隔（ｄ）が、クランク軸（７）の０゜ないし２０゜の回転に相当していることを特徴とする、請求項６に記載の２サイクルエンジン。
ピストン窓（１６，２３）がピストン内部に対するピストンボディ（２４）の開口部として形成されていることを特徴とする、請求項１から７までのいずれか一つに記載の２サイクルエンジン。
中心面（２８）に関し対称に配置された４つの搬送通路（１１，１３）が設けられ、中心面（２８）がシリンダ長手軸線（２０）を含み且つ排気部（９）をほぼ中心で分割していることを特徴とする、請求項１から８までのいずれか一つに記載の２サイクルエンジン。