JP2007231887A - ２サイクル内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】２サイクル内燃機関における潤滑油消費量を減少させる。
【解決手段】ピストン１が往復動するシリンダ２の内壁面に、ピストン１自体によって開閉される吸気ポート３が開口形成され、シリンダ２の頂部に排気弁４を備える。吸気ポート３には、潤滑油が浸透可能な多孔質部材６が配置され、その背部の潤滑油回収室７と機械式過給機５入口側とを接続した管路１５の途中にオイルセパレータ８が設けられる。ピストン１の下降時に掻き落とされて吸気ポート３内に入った潤滑油は、吸気ポート３が閉塞されている間に、過給機５から圧送される新気とともに多孔質部材６を通して潤滑油回収室７へと浸透し、回収される。従って、次に吸気ポート３が開いたときに燃焼室２４内に持ち出される潤滑油の量が減少する。
【選択図】図１

Description

この発明は、シリンダ内壁面に、ピストン自体によって開閉される吸気ポートが開口した２サイクル（２ストローク・サイクル）内燃機関に関する。

ピストンが往復動するシリンダの内壁面に、往復動するピストン自体によって開閉される吸気ポートが開口形成されているとともに、シリンダの頂部に、動弁機構により開閉駆動される排気弁を備えてなる２サイクル内燃機関が、特許文献１等に開示されている。上記吸気ポートに接続された吸気通路には、吸気を圧送するための機械式過給機が介装されている。
特開平５−２８０３４４号公報

上記のような２サイクル内燃機関においては、シリンダ内壁面との間を潤滑されているピストンが、例えば上死点位置から下降して吸気ポート前面を横切る際に、ピストンの外周面に付着していた潤滑油が吸気ポート内に一旦取り込まれ、その後、ピストンがある点まで下降して吸気ポートが開いた瞬間に、この吸気ポートに取り込まれていた潤滑油が新気の流れとともに燃焼室内に流入する、という現象が生じる。従って、潤滑油の消費量が４サイクル内燃機関に比べて多くなり、また、排気成分の悪化を引き起こす、という問題がある。

そこで、この発明は、ピストンが往復動するシリンダの内壁面に、上記ピストンによって開閉される吸気ポートが開口形成されているとともに、シリンダの頂部に、動弁機構により開閉駆動される排気弁を備えてなる２サイクル内燃機関において、上記吸気ポートに隣接した吸気通路内壁面の一部に、潤滑油が浸透可能な微細通路を設け、該微細通路を通して潤滑油を回収することを特徴としている。

上記微細通路は、例えば多孔質材料によって構成され、シリンダブロックに鋳込むことにより装着される。

あるいは、微細通路を機械加工等によりシリンダブロックに直接に形成するようにしてもよい。

望ましくは、上記吸気通路を通して吸気を圧送する過給機と、上記微細通路の出口側に形成された潤滑油回収室と、この潤滑油回収室と上記過給機上流側とを連通する吸気還流通路と、この吸気還流通路に介装されたオイルセパレータと、を備えている。

上記の構成では、ピストンの下降に伴って吸気ポート内に取り込まれた潤滑油は、吸気ポートがピストンにより閉じられている間に、例えば過給機などにより生成される吸気系上流側との圧力差により、上記微細通路を通して新気の一部とともに吸気ポート内から押し出され、回収される。

この発明によれば、吸気ポート内に一旦取り込まれて新気とともに燃焼室内に流入する潤滑油の量が少なくなり、潤滑油消費量が減少するとともに、潤滑油成分の燃焼による排気組成の悪化を抑制できる。

以下、この発明の好ましい一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、この発明に係る２サイクル内燃機関の全体的構成を示す構成説明図であって、ピストン１が往復動するシリンダ２の内壁面に、ピストン１自体によって開閉される吸気ポート３が開口形成されており、シリンダ２の頂部には、カムシャフト等の動弁機構によって開閉駆動されるポペットバルブ型の排気弁４が設けられている。また、ピストン１により画成される燃焼室２４内に燃料を直接に噴射するように、燃料噴射弁２３が配置されている。

上記吸気ポート３に接続された吸気通路２５の上流側には、新気を圧送するために例えばルーツブロアからなる機械式過給機５が介装されている。そして、上記吸気ポート３の開口部には、潤滑油が浸透可能な多孔質材料からなる多孔質部材６が配置されている。

図２および図３は、本発明の要部である吸気ポート３部分の詳細を示しており、また図４は、多孔質部材６の単体の形状を示している。これらの図に示すように、多孔質部材６は、中心部に吸気通路２５の一部となる貫通孔１０を有する円環状をなし、その一方の端面つまりシリンダ２内周へ向かう端面６ａが、シリンダ２壁面に沿った円弧面をなしている。上記シリンダ２は、この実施例では、アルミニウム合金製シリンダブロック９に鋳込まれた円筒状のシリンダライナ２６によって構成されており、上記多孔質部材６は、上記シリンダライナ２６に設けられた円形の開口部に嵌合しているとともに、シリンダライナ２６とともにシリンダブロック９内に鋳込まれている。従って、上記端面６ａは、シリンダ２内壁面の一部として露出しており、この多孔質部材６によって、実質的に吸気ポート３となる開口が構成されている。

各シリンダ２に対応するシリンダブロック９外壁面には、上記吸気通路２５を構成する吸気マニホルド１１がガスケット１２を介して取り付けられている。この吸気マニホルド１１の先端部は、図５にも示すように、上記多孔質部材６の貫通孔１０に接続される吸気通路２５を構成する中央管部１３と、その外周を同心円状に囲む外周管部１４と、の二重管構造となっており、シリンダブロック９外壁面に取り付けられた状態において、中央管部１３と外周管部１４との間の空間が潤滑油回収室７となっている。上記多孔質部材６の外側の端面６ｂは、一部がガスケット１２により覆われるものの、少なくとも一部が上記潤滑油回収室７に露出している。

また、上記外周管部１４には、潤滑油回収室７に連通する管路１５が接続されている。図１に示すように、上記管路１５は、吸気還流通路として、その先端が吸気系の過給機５上流側に接続されており、その通路途中には、吸気流から潤滑油を分離するオイルセパレータ８が介装されている。このオイルセパレータ８で分離された潤滑油は、通路２７を介して図外のオイルパンへ戻される。

次に、上記構成における作用について説明する。

上記吸気ポート３は、ピストン１の下降中に、該ピストン１が所定位置まで下降したときに開放され、その後、下死点で反転して所定位置までピストン１が上昇すると、閉塞される。ピストン１の下降の際には、シリンダ２壁面の潤滑油膜がピストンリング（オイルリング）によって掻き落とされるため、その一部が吸気ポート３内に取り込まれ、図６，図７に符号２８で示すように、多孔質部材６内周面に堆積する。ここで、吸気ポート３が開放されるまでの間、つまり吸気ポート３がピストン１により閉塞されている間は、過給機５の作用により吸気通路２５内の圧力が潤滑油回収室７内の圧力よりも相対的に高いので、圧送された新気の一部が矢印で示すように多孔質部材６の微細通路を通して潤滑油回収室７へと流れ、これに付随して、潤滑油２８が多孔質部材６に浸透し、潤滑油回収室７へと排出される。図６，図７の液滴２９は、潤滑油回収室７へと運搬された潤滑油を示しており、これらの潤滑油滴２９を含む新気は、管路１５を通して過給機５上流側へと流れ、潤滑油は、オイルセパレータ８において分離回収される。なお、このように吸気ポート３が閉塞されている間の一部の吸気の還流は、機械式過給機５のエネルギロスの低減にも寄与する。

一方、吸気ポート３が開放されている期間では、吸気通路２５内と潤滑油回収室７内との圧力差が小さく、かつ多孔質部材６は通気抵抗が大であるので、管路１５へ流れる新気の量は極めて少なく、過給機５から吐出された新気の実質的に全部がシリンダ２内に流入する。

このように上記実施例では、吸気ポート３内に入り込んだ潤滑油の少なくとも一部が回収されるので、燃焼室２４に流入して燃焼する潤滑油が相対的に減少する。

次に、図８〜図１１は、この発明の第２実施例を示している。この実施例では、多孔質部材６のシリンダ２側の端面がシリンダライナ２６によって覆われており、シリンダ２内に露出していない。また、吸気ポート３は、シリンダライナ２６の開口によって、その形状が定まっている。なお、吸気通路２５内周については、多孔質部材６の端部をテーパ状とすることで、吸気ポート３の開口縁直後の位置まで多孔質部材６が延びている。

この実施例においては、ピストン１と多孔質部材６とが接触しないので、多孔質部材６の材料の耐摩耗性が低い場合にも支障がない。また、多孔質部材６に浸透した潤滑油がシリンダ２側へ流れ出ることがないため、より確実に潤滑油回収室７へと回収することができる。

次に、図１２〜図１５は、この発明の第３実施例を示している。この実施例では、多孔質部材６の貫通孔１０の出口側の径（換言すれば吸気ポート３の径）に比べて、吸気マニホルド１１に接続される入口側の径の方が大きく、かつ、入口側から軸方向の中間部まで径が一定であるとともに、中間部から出口側へ向かって径が徐々に縮小している。つまり、貫通孔１０の出口側部分は、テーパ状をなしている。

このような構成では、図１４，図１５に示すように、貫通孔１０の内周面が折れ曲がっていることから、一旦吸気ポート３内に取り込まれた潤滑油２８が吸気ポート３から流れ出にくくなる。従って、多孔質部材６に浸透して回収される潤滑油の割合が増加する。

次に、図１６〜図１９は、この発明の第４実施例を示している。この実施例では、多孔質部材６の貫通孔１０の出口側の径（換言すれば吸気ポート３の径）と吸気マニホルド１１に接続される入口側の径とが等しく、かつ、軸方向の中間部で大径に膨らんでいる。そして、この中間部から出口側へ向かって径が徐々に縮小するテーパ状をなしている。これにより、貫通孔１０の中間部に、凹部１６が形成されている。

このような構成では、図１８，図１９に示すように、前述した実施例と同様に、一旦吸気ポート３内に取り込まれた潤滑油２８が凹部１６内に溜まり、吸気ポート３から流れ出にくくなる。しかも、貫通孔１０の入口側の通路断面積が吸気ポート３の通路断面積と等しいので、吸気ポート３が開いたときの新気の流れにより潤滑油２８が持ち出されることが少なくなる。従って、多孔質部材６に浸透して回収される潤滑油の割合が増加する。

次に、図２０〜図２３は、この発明の第５実施例を示している。この実施例では、微細通路を構成するために、前述した多孔質部材６に代えて、多孔質膜材料からなる円筒状部材１７が用いられており、この円筒状部材１７が、シリンダライナ２６の吸気ポート３用の開口部と吸気マニホルド１１との間に配設されている。従って、この実施例では、円筒状部材１７をシリンダブロック９に鋳込む必要がない。

次に、図２４〜図２７は、この発明の第６実施例を示している。この実施例では、シリンダライナ２６およびシリンダブロック９を貫通して形成された吸気通路２５の吸気ポート３開口寄りの内周面から潤滑油回収室７へと至る微細通路１８が、機械加工などによりシリンダライナ２６およびシリンダブロック９に直接に形成されている。個々の微細通路１８は、吸気通路２５に対し斜めに延びており、かつ図２５に明らかなように、多数の微細通路１８が放射状に配置されている。

次に、図２８，図２９は、ピストン１とクランクシャフト３１とを連結するピストンクランク機構として複リンク式ピストンクランク機構３０を用いた実施例を示している。この複リンク式ピストンクランク機構３０は、例えば、特開２００５−１４７０６８号公報等により公知のものであって、上記ピストン１にピストンピン３２を介して一端が連結されたアッパリンク１９と、このアッパリンク１９の他端にアッパピン３３を介して連結され、かつクランクシャフト３１のクランクピン３４に連結されたロアリンク２０と、一端がコントロールシャフト３６の偏心カム部３７に揺動可能に支持され、かつ他端が上記ロアリンク２０にコントロールピン３５を介して連結されたコントロールリンク２１と、を備えている。上記コントロールシャフト３６は、シリンダブロック９に回転可能に支持されており、このコントロールシャフト３６の回転位置に応じて、上記コントロールシャフト３６の揺動支点となる偏心カム部３７の位置が変化し、ピストン１の位置ひいては圧縮比が変化する。

このような構成では、同じクランク角に対してピストン１の位置を変化させることができるので、吸気ポート３の開口面積ないし開閉時期を可変制御することが可能である。また、図２９に示すように、ピストン１が上死点近傍にあって吸気ポート３が閉塞されているときに、アッパリンク１９が傾いた姿勢となるように設定することができ、これによりピストン１の外周面を吸気ポート３側へ押し付けて、そのシールを積極的に行うことができる。

この発明に係る２サイクル内燃機関全体の構成説明図。 その吸気ポート付近の構成の第１実施例を示す断面図。 図２のＣ−Ｃ線に沿った断面図。 多孔質部材を単体で示す（ａ）正面図、（ｂ）Ａ−Ａ線断面図および（ｃ）Ｂ−Ｂ線断面図。 吸気マニホルドの先端部の斜視図。 潤滑油が回収される状態を説明する図２と同様の断面での説明図。 潤滑油が回収される状態を説明する図３と同様の断面での説明図。 第２実施例を示す断面図。 図８のＣ−Ｃ線に沿った断面図。 潤滑油が回収される状態を説明する図８と同様の断面での説明図。 潤滑油が回収される状態を説明する図９と同様の断面での説明図。 第３実施例を示す断面図。 図１３のＣ−Ｃ線に沿った断面図。 潤滑油が回収される状態を説明する図１２と同様の断面での説明図。 潤滑油が回収される状態を説明する図１３と同様の断面での説明図。 第４実施例を示す断面図。 図１６のＣ−Ｃ線に沿った断面図。 潤滑油が回収される状態を説明する図１６と同様の断面での説明図。 潤滑油が回収される状態を説明する図１７と同様の断面での説明図。 第５実施例を示す断面図。 図２０のＣ−Ｃ線に沿った断面図。 潤滑油が回収される状態を説明する図２０と同様の断面での説明図。 潤滑油が回収される状態を説明する図２１と同様の断面での説明図。 第６実施例を示す断面図。 図２４のＣ−Ｃ線に沿った断面図。 潤滑油が回収される状態を説明する図２４と同様の断面での説明図。 潤滑油が回収される状態を説明する図２５と同様の断面での説明図。 複リンク式ピストンクランク機構と組み合わせた実施例を示す構成説明図。 ピストンが上死点近傍にあるときの構成説明図。

符号の説明

１…ピストン
２…シリンダ
３…吸気ポート
５…機械式過給機
６…多孔質部材
７…潤滑油回収室
８…オイルセパレータ

Claims (12)

1. ピストンが往復動するシリンダの内壁面に、上記ピストンによって開閉される吸気ポートが開口形成されているとともに、シリンダの頂部に、動弁機構により開閉駆動される排気弁を備えてなる２サイクル内燃機関において、
   上記吸気ポートに隣接した吸気通路内壁面の一部に、潤滑油が浸透可能な微細通路を設け、該微細通路を通して潤滑油を回収することを特徴とする２サイクル内燃機関。
2. 上記微細通路が多孔質材料によって構成されていることを特徴とする請求項１に記載の２サイクル内燃機関。
3. 上記微細通路がシリンダブロックに直接に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の２サイクル内燃機関。
4. 上記吸気通路を通して吸気を圧送する過給機と、上記微細通路の出口側に形成された潤滑油回収室と、この潤滑油回収室と上記過給機上流側とを連通する吸気還流通路と、この吸気還流通路に介装されたオイルセパレータと、を備えてなる請求項１〜３のいずれかに記載の２サイクル内燃機関。
5. 上記多孔質材料は、中心部に上記吸気通路の一部となる孔が貫通した円環状をなし、シリンダブロックに鋳込まれていることを特徴とする請求項２に記載の２サイクル内燃機関。
6. 上記多孔質材料は、シリンダ内壁面に露出し、該多孔質材料によって上記吸気ポートが構成されていることを特徴とする請求項５に記載の２サイクル内燃機関。
7. 上記多孔質材料は、吸気ポートが開口したシリンダライナの外周側に配置され、シリンダ内壁面に露出していないことを特徴とする請求項５に記載の２サイクル内燃機関。
8. 上記孔の出口の径に比べて入口側の径が拡大していることを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載の２サイクル内燃機関。
9. 上記孔の軸方向の中間部が、出口径および入口径に比べて拡大していることを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載の２サイクル内燃機関。
10. 上記微細通路が、円筒状に構成された多孔質膜材料からなり、この円筒状部材を吸気通路の一部に配置したことを特徴とする請求項１に記載の２サイクル内燃機関。
11. 上記ピストンにピストンピンを介して一端が連結されたアッパリンクと、このアッパリンクの他端にアッパピンを介して連結され、かつクランクシャフトのクランクピンに連結されたロアリンクと、一端が機関本体側に揺動可能に支持され、かつ他端が上記ロアリンクにコントロールピンを介して連結されたコントロールリンクと、からなる複リンク式ピストンクランク機構を備えることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の２サイクル内燃機関。
12. 上記コントロールリンクの機関本体側の揺動支点位置を変化させることにより上記ピストンクランク機構が可変圧縮比機構を構成することを特徴とする請求項１１に記載の２サイクル内燃機関。

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