JP2008274899A - 上蓋部掃気孔付水素二行程エンジンとそのトラップ弁 - Google Patents

Abstract

【課題】 水素を燃料とする二行程エンジンの排気効率が悪く充分な出力が出ないという欠点を無くし、掃気能力を高め、新鮮な空気を筒内に取り込んで、水素燃料の燃焼効果を高めることのできる上蓋部掃気孔付水素二行程エンジンとそのトラップ弁を提供することを目的とする。
【解決手段】
上蓋部に水素を噴射するインジェクターを配置し、インジェクターの近傍の上蓋部に掃気孔を設け、筒内の圧力と掃気ガスの圧力差を利用して掃気ガスを筒内の上部より吹き込んで、排気ガスを筒内より効率良く排出させ、新鮮な空気を筒内に送り込むことを特徴とする上蓋部掃気孔付水素二行程エンジンとした。
【選択図】 図３

Description

本発明は、水素を燃料とする上蓋部掃気孔付水素二行程エンジンとそのトラップ弁に関するものである。

従来の二行程エンジンでは、通常運転で約６５％、アイドリングで２５％しか排気ガスの掃気が出来ず、それぞれ３５％と７５％の燃料ガスが無駄に排気されていた。

また、水素を燃料とする二行程エンジンも、そのままでは排気効率の悪さが支障となって、充分な出力が出ないという事が欠点となって実用化が控えられている。

しかし、二行程エンジンは部品点数が少なく、故障が少ないこと、軽量である割に大きい出力が得られること、価格が安いことなどから、このエンジンの水素化が求められている。
特開２００６−０７７６３８号公報

本発明は、水素を燃料とする二行程エンジンの掃気能力を高め、新鮮な空気を筒内に取り込んで、水素燃料の燃焼効果を高めるものである。

本発明は、上記の事情に鑑み、高い掃気効果を実現するために、上蓋部に水素を噴射するインジェクターを配置し、インジェクターの近傍の上蓋部に掃気孔を設け、筒内の圧力と掃気ガスの圧力差を利用して掃気ガスを筒内の上部より吹き込んで、排気ガスを筒内より効率良く排出させ、新鮮な空気を筒内に送り込むことを特徴とする上蓋部掃気孔付水素二行程エンジンとした。

また、本発明は、掃気孔に設けた円形弁のバネの力と筒内の圧力と掃気ガスの圧力差によって円形弁の開閉を行わせ、掃気気体を送ったり、排気ガスの通るのを防ぐようにした上蓋部掃気孔付水素二行程エンジンのトラップ弁とし、水素燃料の供給は上蓋部に設けられたインジェクターにより適時成される。

本発明は、上蓋部に水素を噴射するインジェクターを配置し、インジェクターの近傍の上蓋部に掃気孔を設け、筒内の圧力と掃気ガスの圧力差を利用して掃気ガスを筒内の上部より吹き込んで、排気ガスを筒内より効率良く排出させ、新鮮な空気を筒内に送り込むことを特徴とする上蓋部掃気孔付水素二行程エンジンであるので、上蓋部に設けた掃気孔より吹き出された空気が筒内の排気ガスを筒内下部に設けられた排気孔より効率よく追い出し、この空気がピストンで圧縮され、ピストンが上死点の直前にまで上昇したところで燃料としての水素をインジェクターで筒内に直接噴射して混合気を作る。この混合気に点火プラグで点火し爆発させる。ピストンが下降し、動力をクランクシャフトに伝える。爆発した燃料ガスは排気ガスとなって排気孔より排出されると同時に、筒内の気圧が掃気ガスの気圧より下がる。この時、掃気孔より一気に掃気ガスが筒内に残った排気ガスを追い出し、筒内に新鮮な空気を満たし、同時にピストンが上昇して圧縮行程に入る。この時、筒内の圧力が上がって掃気孔のバルブが閉じる。

このようにして、掃気孔を上蓋部に設けたので、効率良く排気ガスを排気でき、新鮮な空気を取込むことができ、水素二行程エンジンが実施できる。

本発明を添付する図面の具体的な実施例に基づいて、以下詳細に説明する。

図１は従来の二行程エンジンを示す図、図２は従来エンジンのアイドリング時の掃気状況を示す図、図３は本発明の二行程エンジンの掃気行程の図、図４は本発明のエンジンの混合ガスの爆発時の図、図５は本発明のトラップ弁の平面図、図６は本発明のトラップ弁の閉口時の断面図、図７は本発明のトラップ弁の開口時の断面図である。

二行程エンジンの掃気方法は、図１に示すように、ピストン１の降下と共に排気孔２が開き、排気ガス流３が排出される。すぐ後で掃気孔４が開き、クランク室６より送り込まれた混合ガス７が筒内（シリンダー）８に送り込まれる。図１のように既燃焼の排気ガスが筒内８ででうまく回転しながら掃気されるとよいが、実際には図２に示すように一部の掃気の混合ガス７が掃気孔４から排気孔２に直行してしまい、その分だけ既燃焼の排気ガスが筒内８に残留し、全体として酸素不足になって、不完全燃焼がおこり、出力不足や混合ガスの消音器でのバックファイアーとなっていた。

本発明では、図３、図４に示すように、エンジンの上蓋部の排気孔３２と対向する場所に掃気孔１３を設け、ここにトラップ弁９を設ける。トラップ弁９は筒内２８の圧力と掃気の空気２７との圧力差によって開閉するが、バネの力によって通常は閉の状態にある。トラップ弁９を掃気する空気は、筒内２８に移動する事はできるが、爆圧気体はトラップ弁９を通過することはできない。

ピストン３１が下降して、排気口３２に達すると、既燃焼のガスは矢印２５のように排気される。掃気の空気が掃気孔１３よりトラック弁９を通って矢印２７のように筒内２８の上部より流れ込んで既燃焼のガスを追い出し、筒内２８を新鮮な空気で満たす。ピストン３１が上昇し、圧縮行程に入り、上死点近くまできた時にインジェクター１２より５〜１０ＭＰａの水素を噴射させ、筒内２８上部で混合気を作る。この混合気を点火プラグ１０で点火し爆発させる。爆発したガスはトラップ弁９を通れないため、ピストン３１を押し下げクランクシャフトを回転させ動力を得る。ピストン３１の下降によって排気孔３２が開き、既燃焼ガスは図３のように排気される。これが上蓋部掃気付水素二行程エンジンである。

掃気孔１３に取付けるトラップ弁９は吸気を司るが、何らの駆動装置も要しないでトラップ弁９を通常閉の状態に置くための弱いバネ１６と、傘型の円形弁１４、円形弁１４のシャフト１５、これを受ける支持メタル１７と、支持メタル１７を支えるアーム１９、これを固定する躯体１８はシリンダーブロック２２に取付けられている。

図５はトラップ弁９の平面図である。

図６と図７はトラップ弁９の断面図で、図６は円形弁１４が閉の状態の場合と、図７は円形弁１４が開の状態の場合であって、円形弁１４はバネ１６と筒内２８側と掃気孔１３側の圧力差によって安定的に作動し、円形弁１４と躯体１８との隙間２１から掃気のための空気が通過する。圧力差が逆になって筒内２８側が高くなった時は、トラップ弁９は閉の状態となる。このトラップ弁９は、バネ１６と円形弁１４の両側の圧力差で作動するもので、カムもシャフトも必要としないので、従来の二行程エンジンと同様に単純な構造で故障が少ない、軽量、安価であるという特徴を残しながらも排気孔３２を従前の掃気孔４の位置まで下げた時は、その分だけ容量が増えることもあり、強力な出力の水素を燃料とする二行程エンジンとなる。

本発明は、水素を燃料とする二行程エンジンであるが、ガソリンを使用する二行程エンジンに利用すると、水素と同様に効率的なエンジンになる。

図１は従来の二行程エンジンを示す図である。 図２は従来エンジンのアイドリング時の掃気状況を示す図である。 図３は本発明の二行程エンジンの掃気行程の図である。 図４は本発明のエンジンの混合ガスの爆発時の図である。 図５は本発明のトラップ弁の平面図である。 図６は本発明のトラップ弁の閉口時の断面図である。 図７は本発明のトラップ弁の開口時の断面図である。

符号の説明

１２…インジェクター
１３…掃気孔
２８…筒内
１４…円形弁
１６…バネ

Claims (2)

1. 上蓋部に水素を噴射するインジェクターを配置し、インジェクターの近傍の上蓋部に掃気孔を設け、筒内の圧力と掃気ガスの圧力差を利用して掃気ガスを筒内の上部より吹き込んで、排気ガスを筒内より効率良く排出させ、新鮮な空気を筒内に送り込むことを特徴とする上蓋部掃気孔付水素二行程エンジン。
2. 掃気孔に設けた円形弁のバネの力と筒内の圧力と掃気ガスの圧力差によって円形弁の開閉を行わせ、掃気気体を送ったり、排気ガスの通るのを防ぐようにした請求項１記載の上蓋部掃気孔付水素二行程エンジンのトラップ弁。

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