JP2011196285A

JP2011196285A - ２ストロークエンジン

Info

Publication number: JP2011196285A
Application number: JP2010065302A
Authority: JP
Inventors: Yukio Hirano; 由樹夫平野
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-03-20
Filing date: 2010-03-20
Publication date: 2011-10-06

Abstract

【課題】簡単な構成で軽量、低コストにして掃気効率及び冷却効果に優れる２ストロークエンジンを提供する。
【解決手段】シリンダ側壁１２１のピストン１４の下死点位置に対応する部分に設けられ１８０度対向位置に配置された２個の排気口１６と、シリンダ側壁１２１のピストン１４の下死点位置に対応する部分に設けられピストン中心軸１５０に対して１８０度対向位置に配置された２個を１対とした２対４個の掃気口１８と、４個の掃気口１８からの掃気どうしをピストン中心軸位置で衝合させてシリンダ内にピストン中心軸に沿った上昇掃気流ｆｕを生起する衝合気流生起手段であり、前記掃気口１８の配置構成と、掃気の吹出し方向がピストン中心軸１５０を向くように掃気を案内する４つの掃気通路５２と、隣接する２個の掃気口１８の中間に設けられた排気口１６の配置構成と、を有する衝合気流生起手段２０と、を含む２ストロークエンジン１０から構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、シリンダ内のピストンの１往復２行程間に吸入、圧縮、爆発、排気のサイクルを完結させる２ストロークエンジンに関する。

従来、シリンダ内のピストンの１往復２行程間に吸入、圧縮、爆発、排気の１サイクルを完結させる２ストロークエンジンが公知である。２ストロークエンジンは、ピストン１往復で１サイクルを完了するから運動エネルギー消費が少なく、また、ガソリンエンジンの場合、カムや動弁機構が不要で部品点数が少なく、構造が単純で軽量かつ製造コストが廉価である等の利点があり、自動車、オートバイ、船外機、農林業用機器等で多く採用されている。従来、２ストロークエンジンについて、例えば、特許文献１、２、３により提案されたものがある。

実用新案登録第３１３１６５５号公報特許第３００８４１７号公報特開昭６２−１０３４１４号公報

上記の特許文献１は、２ストロークエンジンのピストン上部の掃気口に対向する箇所に障壁を形成し、掃気口から吹き出す混合ガス又は空気を垂直方向に吹き上げさせ、排気ガス口に遠いところに向けて未燃焼混合ガスを供給することにより既燃焼排気ガスを押し下げて排気口から排気させるものであり、これによって、排気ガスの排出効率を向上させ、燃料ガスの無駄をなくすようにしたものである。しかしながら、この特許文献１の２ストロークエンジンでは、掃気口と略対向するシリンダ周方向位置に排気口が設けられているのみであるから、点火後の爆発によるピストンの下降時に掃気口から吹き出される混合ガスまたは空気は、文献１図３のようにシリンダの燃焼室の内壁に沿って流動し、そのまま対向する排気口から排出されるから、既燃焼ガスが燃焼室の中心部分に滞留するおそれがあり、このため十分な掃気がなされず、回転出力の不足、排気ガス中の高濃度のＣＯ、ＨＣ成分の残存等の問題があった。また、文献１図１の構造では、シリンダ内での掃気による回転追い出し機能が不安定で同図２のように掃気口から排気口へ未燃焼混合気体が直行し燃料の無駄、出力不足、大気汚染の原因となるおそれがあった。さらに、ピストン上部に障壁を形成するのでピストン構造が複雑化し、製造しにくく、高コストとなる問題があった。

また、特許文献２の２ストロークエンジンでは、シリンダの途中にピストンによる開閉タイミングの異なる第１と第２の排気ポート及び第１と第２掃気ポートを開口させ、第２排気ポートは第１排気ポートより、第２掃気ポートは第１掃気ポートよりそれぞれシリンダ上方に位置し、第２排気ポートと第２掃気ポートのそれぞれにエンジンに同期して回転作動するロータリバルブを設け、第２排気ポートに設けられるロータリバルブをピストンの下降時に開弁させる一方、第２掃気ポートに設けられるロータリバルブをピストンの上昇時に開弁させる構成としたものが開示されている。しかしながら、この文献２の構成では、シリンダ室と掃排気口とのガスの流路内で回転しながらロータリバルブの弁開閉を行う構成であるから、たとえばピストンバルブ等に比べてロータリバルブの耐久性が劣る上に、回転駆動用の軸支持構造、駆動力伝達機構、制御機構等が必要となり構造が複雑となって、重量化し、高コストとなる問題があった。さらに、一般にエンジンは稼動時に高温となるため、常に冷却してオーバーヒートや各部材の熱疲労等の問題を考慮する必要があるが、簡単な構造でしかも効率良く冷却できるような冷却構造の開発が望まれている。

また、特許文献３の２サイクル内燃機関のポートシステムでは、文献３添付図面の第２Ａ図、第２Ｂ図に示すように、１８０度間隔をおいて配置した２つのインテークポートと、１８０度間隔を置いて配置した２つの排気ポートを有しており、インテークポートは排気ポートから９０度ずれた位置に設けられている。そして、給気時には２つのインテークポートからガスを互いに衝突してシリンダの中心で上方への乱流を生じさせるものであった。しかしながら、２つのインテークポートからの給気ガスの流れは１８０度で衝突されるので、衝突した際に給気ガスは横方向へも流れやすい。さらに、インテークポートの９０度ずれた位置には排気ポートが設けられているので、多量の給気ガスが排気ポートに直行するおそれが高く、燃料の無駄が多くなるとともに、上昇流の生起も弱くなり既燃焼ガスの追い出し機能が不安定で掃気効率が悪い結果、エンジンの稼動効率の悪化、出力不足等を招く問題があった。

本発明は、上記従来の課題に鑑みてなされたものであり、その１つの目的は、簡単な構成で軽量、低コストにして、掃気効率に優れ、同時にピストンの冷却効果を向上しうる２ストロークエンジンを提供することにある。

上記の目的を達成するために本発明は、シリンダ１２内のピストン１４の１往復間にサイクルを完結させる２ストロークエンジンにおいて、シリンダ側壁１２１のピストン１４の下死点位置に対応する部分に設けられ、互いに同じ高さ位置で、かつピストン中心軸１５０に対して１８０度対向位置に配置された２個の排気口１６と、シリンダ側壁１２１のピストン１４の下死点位置に対応する部分に設けられ、互いに同じ高さ位置で、かつピストン中心軸１５０に対して１８０度対向位置に配置された２個を１対とした２対４個の掃気口１８と、４個の掃気口１８からの掃気どうしｆＡ〜ｆＤをピストン中心軸１５０位置で衝合させてシリンダ内にピストン中心軸１５０に沿った上昇掃気流ｆｕを生起する衝合気流生起手段２０であり、ピストン中心軸１５０に開口を向けた前記４個の掃気口１８の配置構成と、それらの掃気口にそれぞれ連通し掃気口１８からの掃気の吹出し方向がピストン中心軸１５０を向くように供給源側からの掃気を案内する４つの掃気通路５２と、隣接する２個の掃気口１８の中間にそれらの掃気口１８から等間隔位置に設けられた該排気口１６の配置構成と、を有する衝合気流生起手段２０と、を含むことを特徴とする２ストロークエンジン１０から構成される。均等量あるいは燃焼室内で均衡する量の掃気ガス量を４個の掃気口から導入させてピストン中心軸で衝合、上昇気流を生起することに伴ってシリンダ側壁側に下降流を形成し、既燃焼ガスを追い出しながら対向位置の排気口から排気させる。したがって、燃焼室内へ導入するガスの量と流れを一定、あるいは安定化させ、さらに排気口から排気するガスの量と流れを一定、あるいは安定化させる。これによって、既燃焼ガスが燃焼室内で滞留するのを防止することで掃気を確実に行ない、掃気効率を向上させる。なお、ピストンヘッドの冠面２２の形状は、例えばフラットな平面、球面の一部形状、円錐形状等の中心軸周りに対称となる形状で形成されるとよく、４個の掃気口からの掃気ガスをピストン中心軸位置で衝合させるような形状で形成されるとよい。

また、衝合気流生起手段２０は、掃気通路５２の掃気口近傍においてピストン中心軸に垂直な面Ｓに対して０度以上４５度以下の角度で形成された通路壁面５６、５８、６０を含むこととしてもよい。通路壁面（５６、５８、６０）のピストン中心軸に垂直な面に対する角度により掃気ガスｆＡ〜ｆＤの吹出し角度が設定される。掃気ガスの吹出し角度は０度でもよいが、４５度以下の角度をつけて吹出すことにより上昇掃気流の生起が促進される。掃気ガスｆＡ〜ｆＤの吹出し角度が４５度よりも大きいと、ピストン冠面２２上の既燃焼ガスを追い出すことが困難となるおそれがあり、既燃焼ガスが滞留して掃気効率が劣る可能性がある。

また、４個の掃気口１８は、ピストン中心軸周りに９０度等間隔で配置されたこととしてもよい。

また、４個の掃気口１８は、ピストン中心軸１５０に対して１８０度対向した掃気口を結ぶ２本の仮想直線が非直角でＸ状に交差するような位置に配置され、２個の排気口１６は、２本の仮想直線の交差角度が鋭角となる側（β１、β３）のシリンダ側壁１２１にそれぞれ配置されたこととしてもよい。

また、衝合気流生起手段２０は、外縁側からピストン中心軸１５０に向けて次第に突出させた円錐形状のピストン冠面２２、２２ａを含むこととしてもよい。ピストン冠面を円錐形状に形成すると、ピストン中心軸に垂直な面に対して４５度以下の吹出し角度で吹出される掃気ガスｆＡ〜ｆＤがピストン冠面に沿って流れ、既燃焼ガスを滞留させることなく確実に掃気できる。同時に、掃気ガスによりピストンを効率良く冷却することができる。

本発明の２ストロークエンジンによれば、シリンダ内のピストンの１往復間にサイクルを完結させる２ストロークエンジンにおいて、シリンダ側壁のピストンの下死点位置に対応する部分に設けられ、互いに同じ高さ位置で、かつピストン中心軸に対して１８０度対向位置に配置された２個の排気口と、シリンダ側壁のピストンの下死点位置に対応する部分に設けられ、互いに同じ高さ位置で、かつピストン中心軸に対して１８０度対向位置に配置された２個を１対とした２対４個の掃気口と、４個の掃気口からの掃気どうしをピストン中心軸位置で衝合させてシリンダ内にピストン中心軸に沿った上昇掃気流を生起する衝合気流生起手段であり、ピストン中心軸に開口を向けた前記４個の掃気口の配置構成と、それらの掃気口にそれぞれ連通し掃気口からの掃気の吹出し方向がピストン中心軸を向くように供給源側からの掃気を案内する４つの掃気通路と、隣接する２個の掃気口の中間にそれらの掃気口から等間隔位置に設けられた該排気口の配置構成と、を有する衝合気流生起手段と、を含むことから、４個の対称位置から導入した掃気ガスをピストン中心軸位置で衝突合流させて上昇気流を生起させ、燃焼室の上部で外周方向に向けて分散、反転し、さらにシリンダ側壁に沿って下降するガス流れを生起させることにより、排気口に向けて既燃焼ガスをスムーズに追い出す結果、効率良く掃気できる。特に、掃気ガスが直接に排気口に横漏れするロスを少なくし、掃気の確実性及び掃気効率、さらには燃料混合ガスの供給効率を大幅に向上できる。さらに、ピストンヘッドを特殊な複雑な形状に加工することなく、簡単な構造で軽量、低コストで製造できる。また、掃気ガスの流れによりピストンを効率良く冷却できる。また、燃焼室内において中心部分で掃気ガス（混合ガス）の密度が高くなるので、確実に着火、爆発させてエンジン効率を向上しうる。

また、衝合気流生起手段は、掃気通路の掃気口近傍においてピストン中心軸に垂直な面に対して０度以上４５度以下の角度で形成された通路壁面を含む構成とすることにより、通路壁面により掃気ガスの吹出し角度を設定させてピストン中心軸位置で衝合した上昇掃気流の生起を促進させ、掃気効率を向上しうる。

また、４個の掃気口は、ピストン中心軸周りに９０度等間隔で配置された構成とすることにより、極めて簡単、シンプルな構造で、対称位置の掃気口からの掃気ガスのバランスが良く、効率良い掃気機能を実現し得る上、低コストで製造できる。

また、４個の掃気口は、ピストン中心軸に対して１８０度対向した掃気口を結ぶ２本の仮想直線が非直角でＸ状に交差するような位置に配置され、２個の排気口は、２本の仮想直線の交差角度が鋭角となる側のシリンダ側壁にそれぞれ配置された構成とすることにより、掃気口からの掃気ガスが直接に排気口に横漏れするのをより低減して、効率良い掃気機能を実現し得る上、低コストで製造できる。

また、衝合気流生起手段は、外縁側からピストン中心軸に向けて次第に突出させた円錐形状のピストン冠面を含む構成とすることにより、掃気口からの掃気ガスが円錐形状のピストン冠面に沿って流れてピストン中心軸位置で衝合し、既燃焼ガスの滞留を防止しつつ上昇掃気流の生起を促進させ、掃気効率を向上しうる。また、掃気ガスがピストン冠面に沿って流れるので、掃気ガスにより効率良くピストンを冷却できる。

本発明の第１実施形態に係る２ストロークエンジンの一部省略縦断面図である。図１の２ストロークエンジンの概略外観図である。図１のＡ−Ａ線概略断面図である。図３のＢ−Ｂ線位置での機体上部側の一部省略断面図である。図１の２ストロークエンジンの作用を説明する概略縦断面図である。図１の２ストロークエンジンの作用を説明する概略縦断面図である。図１の２ストロークエンジンの作用を説明する概略縦断面図である。本発明の第２実施形態に係る２ストロークエンジンの一部省略縦断面図である。本発明の第３実施形態に係る２ストロークエンジンの一部省略縦断面図である。図９のＣ−Ｃ線一部省略断面図である。図９の２ストロークエンジンの作用を説明する概略縦断面図である。

以下、添付図面を参照しつつ本発明を実施するための形態について説明する。本発明の２ストロークエンジンは、ピストンが上昇しつつ新気を吸入するとともに燃料混合ガスを圧縮する上昇行程と、混合ガスの爆発によりピストンが下降しつつ下降後期に既燃焼ガスの排気を行う下降行程と、の２行程を１サイクルとして動力伝達軸となるクランクシャフトを回転させる機関である。図１ないし図４は、本発明の第１実施形態に係る２ストロークエンジン１０を示している。図１、図２、図３に示すように、本実施形態において、２ストロークエンジン１０は、シリンダ１２と、該シリンダ内１２を往復運動するピストン１４と、を備えており、さらに、シリンダ側壁１２１に設けられた２個の排気口１６と、該シリンダ側壁１２１に設けられた４個の掃気口１８と、掃気時にシリンダ１２内で掃気ガスを衝合させて上昇流を生起する衝合気流生起手段２０と、を含む。なお、この実施形態では、例えばガソリン点火式の２ストロークエンジンに適用した例で説明するが、本質的な構成はディーゼル機関の場合と異なるところはないので、ディーゼル機関による２ストロークエンジンについても本発明の構成を適用することができる。

図１、図２に示すように、２ストロークエンジンの機関本体は、例えばそれぞれ鉄、アルミニウム合金等により一体鋳造成形された略円筒形状のシリンダ１２とシリンダヘッド１３とを組み付けて形成されている。シリンダ１２内のシリンダボア１５にはピストン１４が上下摺動自在に設けられている。ピストンヘッドの冠面（頂面）２２は、そのピストン中心軸１５０に対して対称となる形状で形成されており、例えば、球面の一部状に外縁側から中心軸に向けて次第に突出した隆起形状に設けられている。なお、ピストン冠面の形状は、球面の一部形状に限らず、円錐形状に形成してもよく、又は平面に形成してもよい。シリンダ１２の上部と、シリンダヘッド１３と、ピストン１４の冠面２２と、で燃焼室２４が形成される。シリンダ１２の下端側にはクランクケース２６が形成され、シリンダボア１５とクランクケース２６内のクランク室２８とは連通しておりピストン１４はシリンダボア１５とクランクケース２６の一部との間を往復動する。ピストン１４はピストンピン３０、コンロッド３２、クランクピン３４を介してクランクシャフト３６と連結しており、ピストン１４の往復運動を回転運動に変換出力する。なお、３８はバランスウエイトである。円筒形のピストン１４の外周には気密保持及び油かき用のピストンリング４０が嵌合されている。さらに、クランク室２８に連通するように吸気口４２を介して吸気管４４が連通接続されている。吸気口４２近傍の吸気管４４に接続されたアダプタ管４６にはリードバルブ４８が設けられ、吸気管４４に接続された図示しない気化器で生成される混合ガスを調量しつつクランク室２８内に吸気させる。また、本実施形態において、シリンダヘッド１３には、着火部を燃焼室２４内に臨ませた点火栓４９が取り付けられている。さらに、シリンダヘッド１３の燃焼室側の外周縁部側には、ヘッド凹部内に向けて傾斜壁又は段差が形成されてスキッシュエリア５１が設けられている。シリンダヘッド１３にスキッシュエリア５１を設けることにより、ピストン１４が上死点に移動した際に（図７上、仮想線参照）混合ガスがピストン１４とスキッシュエリア５１との間に挟まれ点火栓４９が設けられている中心側に向かうように流れて高い燃焼効率を得る。

図１、図３、図４に示すように、２個の排気口１６は、シリンダ側壁１２１を内外貫通して燃焼室２４に連通して形成されるとともにそれぞれに排気管５０が接続されており、燃焼室２４内の既燃焼ガスを該排気口１６、排気管５０を介して外部へ排出させる。なお、排気管５０の端部は例えば結合されて１本にまとめられ、排気マニホルド（図示せず）を形成している。本実施形態では、２個の排気口１６は、互いにシリンダ側壁１２１の同じ高さ位置で、かつピストン中心軸１５０すなわちピストン１４の往復動方向の動軸に対して１８０度対向位置に配置されている。すなわち、２個の排気口１６Ａ、１６Ｂは、ピストン中心軸１５０と直交方向、すなわち円筒形のシリンダ側壁１２１の直径方向に直線状に貫通する１８０度対向位置に配置された配置構成となっている。排気口１６は、例えば、全て同じ開口面積（同じ大きさ）の縦長四角形状で形成されており、ピストン中心軸１５０方向と同じ方向となる機関本体の高さ方向Ｙに対して同じ下端高さ位置ｈに設置されている。この下端高さ位置ｈは、ピストン１４の下死点あるいはその近傍位置に設定されている。このように２個の排気口を同じ高さ位置で１８０度対向位置に設置したことにより、後述のように、掃気時にはシリンダ側壁に沿って下降する既燃焼ガスは該２個の排気口１６から無理なく排出される。

図１、図３、図４に示すように、４個の掃気口１８は、シリンダ側壁１２１を内外貫通して燃焼室２４に連通して開口をピストン中心軸１５０に向けて形成されるとともに、一端側がクランク室２８に連通した管路状の掃気通路５２の他端側とそれぞれ接続されている。そして、掃気時にピストンが下死点又はその近傍位置に移動した際に、掃気口１８は燃焼室２４に臨んで開口連通し、供給源からリードバルブ４６、吸気管４４、クランク室２８、掃気通路５２を介して送られてくる掃気ガス（混合ガス）を燃焼室２４内に供給させる。本実施形態では、４個の掃気口１８は、互いにシリンダ側壁１２１の同じ高さ位置で、かつピストン中心軸１５０に対して対称位置に配置されている。具体的には、掃気口１８は、例えば、排気口１６よりも高さが低く横幅を大きくした略横長四角形状で、全ての掃気口１８が同じ開口面積（同じ大きさ）で形成されており、機関本体の高さ方向Ｙに対して同じ下端高さ位置ｈに設置されている。この下端高さ位置ｈは、排気口１６Ａ、１６Ｂと同じ下端高さ位置でありピストン１４の下死点あるいはその近傍位置に設定されており、ピストン１４が下死点近傍位置に移動している際に掃気口１８が開口するようになっている。さらに、掃気口１８は、ピストン中心軸１５０周りに９０度間隔（等角度）位置に４個配置されている。言い換えると、４個の掃気口１８Ａ〜１８Ｄは、ピストン中心軸１５０と直交方向、すなわち円筒形のシリンダ側壁１２１の直径方向に直線状に貫通する１８０度対向位置に配置された２個の掃気口（１８Ａと１８Ｃ、１８Ｂと１８Ｄ）を１対とし、それらを２対配置した配置構成となっており、さらに、２対の対向掃気口どうしは、それらの対向方向が直交する位置に配置されている。また、４個の掃気口１８Ａ〜１８Ｄは、１８０度対向した２個の排気口１６Ａ、１６Ｂを基準としてそれらを間に挟むように線対称となる位置に配置されている。そして、隣接する２個の掃気口１８Ａと１８Ｂ（１８Ｃと１８Ｄ）の中間のそれらの掃気口から等間隔位置に排気口１６Ａ（１６Ｂ）が設けられている。

４個の掃気口１８Ａ〜１８Ｄに連通接続される掃気通路５２は、シリンダボアの外側から囲むようにシリンダ側壁１２１の外側に設けられている。掃気通路５２は、クランク室２８から図１上縦方向上向きの通路が形成され、その通路上部側の掃気口１８との連通接続側に、燃焼室２４の中心軸方向に向くように通路壁面５６を横方向に曲折させた導入路５４が形成されている。よって、掃気通路５２は、クランク室２８内から掃気ガス（混合ガス）を縦方向に導きつつ、掃気口１８Ａ〜１８Ｄ接続側でピストン中心軸１５０に向かう方向に変向案内し燃焼室２４内に向けて供給させるようになっており、後述の衝合気流生起手段２０の構成要素を実現している。本実施形態では、導入路５４は、例えば、ピストン中心軸１５０に垂直な面（仮想面）Ｓに対して４５度以下の角度θで燃焼室２４に向けて上り傾斜した通路壁面５６により構成されている。したがって、掃気口１８からの掃気ガスｆＡ〜ｆＤは、ピストン中心軸に垂直な面に対して傾斜角度θの吹出し角度となっており、球面の一部状に突出したピストン冠面２２に略沿うように吹出される。よって、掃気ガスの吹出し角度の縦方向成分により燃焼室内での上昇流ｆｕの生起を促進しうる。また、ピストン冠面２２に掃気ガスが当接することでピストン１４を冷却させうる。

図１、図５、図６、図７に示すように、本実施形態では、排気口１６の上口縁１６ａは掃気口１８の上口縁１８ａよりも高く設定されており、ピストンの下降時に掃気が燃焼室２４内に流入する前に（掃気口１８を開く前に）排気口１６を開いて既燃焼ガスを排気させる。さらに、排気口１６Ａ、１６Ｂの下口縁１６ｂは、掃気口１８Ａ〜１８Ｄの下口縁１８ｂと同じ高さ位置に設定されており、ピストンの下死点付近動作時に排気口、掃気口ともに全開となる。なお、排気口、掃気口の形状は、四角形状でなくとも、円、楕円、三角形、平行四辺形、その他の多角形などでもよく、例えば、排気口、掃気口の形状、数はそれぞれ同じ高さレベル位置に設定し、対称な位置と数を保持しておれば、任意に設定したものでもよい。

衝合気流生起手段２０は、図１、図３、図５に示すように、掃気時に各掃気口１８Ａ〜１８Ｄからシリンダの燃焼室２４内へ吹出す掃気ガスｆＡ〜ｆＤをピストン中心軸１５０に向けた方向とし、それらの掃気どうしをピストン１４の冠面２２上の中心軸１５０位置で衝合させてシリンダ内に該ピストン中心軸１５０に沿った上昇気流を生起する掃気流れ形成手段である。本実施形態では、衝合とは掃気ガスを互いに衝突及び合流させることとしている。本実施形態では、対称位置の掃気口１８Ａ〜１８Ｄから吹出す掃気ガスｆＡ〜ｆＤを、ピストン中心軸向きに均等量で、かつピストン中心軸１５０に垂直な面に対して同じ角度で吹出させて、燃焼室２４内のピストン中心軸位置で衝合させることで上昇気流ｆｕを生起する。衝合気流生起手段２０は、例えば、掃気口１８Ａ〜１８Ｄに連通接続される４つの掃気通路５２を含む。掃気通路５２は、掃気口１８と協働して掃気ガスｆＡ〜ｆＤの燃焼室２４内への吹出し方向を設定する。図３に示すように、各掃気通路５２は、該掃気口側の導入路５４を形成している通路壁面５６がピストン中心軸１５０方向から見た際にシリンダ径方向に沿った方向に設けられることで掃気ガスｆＡ〜ｆＤをピストン中心軸１５０に向けて案内する。同時に、通路壁面５６は、図１に示すように縦断面で見た際にピストン中心軸と垂直な面に対して傾斜角度θで形成されることで、掃気ガスｆＡ〜ｆＤをピストン冠面２２に略沿わせるように案内する構成を実現している。したがって、ピストンが下死点側に移動した掃気時には、図３に示すように、対称に配置された４個の掃気口１８Ａ〜１８Ｄから燃焼室２４内へ吹出される掃気ガスｆＡ〜ｆＤの吹出し方向は、ピストン中心軸１５０方向から見た際には、シリンダ径方向に沿いながら該中心軸１５０周りに対称となる中心向き方向の流れとなっており、それらの掃気ガス流れのピストン中心軸周りの衝合角度α１〜α４がそれぞれ９０度で等角度間隔となっている。すなわち、中心軸１５０方向視で、対向する掃気口からの掃気ガスどうし（ｆＡとｆＣ、ｆＢとｆＤ）は１８０度で衝合するとともに、隣接する掃気口からの掃気ガスどうし（ｆＡとｆＢ、ｆＢとｆＣ、ｆＣとｆＤ、ｆＤとｆＡ）では直角にぶつかるようになっている。さらに、縦断面で見た際には、図５に示すように、それぞれの掃気ガスｆＡ〜ｆＤの燃焼室２４内への吹出し角度は同一角度θとなる。したがって、ピストン中心軸位置で衝合した掃気ガスは、下方側はピストン冠面２２で閉鎖されているとともに、互いの流れで横方向への移動が邪魔されことから、燃焼室内に中心軸１５０に沿った上昇流ｆｕを生起する。特に、本実施形態では、ピストン中心軸に向けた４つの対称的な掃気ガスの流れと、上述のように２個の掃気口１８Ａと１８Ｂ（１８Ｃと１８Ｄ）の間に排気口１６Ａ（１６Ｂ）を配置した構成により、衝合させた掃気ガスが横方向へ流れて排気口１６へ直行するのを良好に低減でき、上昇掃気流を良好に生起させうる。すなわち、衝合気流生起手段２０は、上記のような、掃気口１８Ａ〜１８Ｄの配置構成と、掃気通路５２と、排気口１６Ａ，１６Ｂの配置構成と、を含むといえる。さらに、掃気口からの掃気ガスは隆起形状のピストン冠面２２に沿って上向きの角度で流れピストン中心軸位置で衝合して上昇気流を促進させうる。

上記のように２個の排気口１６Ａ、１６Ｂ、４個の掃気口１８Ａ〜１８Ｄ、衝合気流生起手段２０を構成とすることにより、シリンダ側壁１２１の同じ高さ位置で対称となる複数の異なる位置の掃気口１８Ａ〜１８Ｄからバランス良く燃焼室内に掃気ガスｆＡ〜ｆＤを導入し、掃気ガスをピストン冠面２２に略沿うように流しつつ、燃焼室の中心軸部分で互いに衝合して上昇流ｆｕを生起して、燃焼室上部側で分散、反転させて、シリンダ側壁側で下降する下降流ｆｓとなるガス流れをシリンダ側壁に沿った下降流ｆｓを生起させ、さらに、対称となる複数の異なる位置の排気口１６Ａ、１６Ｂから排気させる結果、燃焼室内でのガス滞留状態を生じさせることなく、しかも安定した掃気流れ、排気流れを燃焼室２４内で生起させることができる。この際、掃気ガスが直接に排気口に横漏れするロスを少なくすることができ、シリンダ内のピストン中心軸位置に確実に上昇流を生起できる。その結果、簡単な構成で掃気効率、燃料混合ガスの供給効率を向上できる。さらに、燃焼室内において中心部分で掃気ガス（混合ガス）の密度が高くなるので、確実に着火、爆発させてエンジン効率を向上しうる。さらに、４方向から掃気ガスを衝合させることにより掃気、排気の流れを形成するので、ピストンヘッドを複雑な形状としないので、比較的簡単な構成で、低コストで製造できる。また、掃気ガスがピストン冠面に接触するので高温にさらされるピストンの冷却効果を期待できる。

次に、図５ないし図７をも参照して上記の第１実施形態に係る２ストロークエンジンの作用について説明する。図７においてピストン１４が上死点付近に位置して燃焼室２４内が圧縮され、点火栓４８の着火により圧縮ガスが爆発燃焼する。燃焼によるガスの膨張エネルギーがピストンヘッドを介してピストン１４を下方に押し下げる。ピストン１４の上死点付近位置では排気口１６、掃気口１８は、ともにピストン１４の円筒外周面とシリンダ側壁内面との気密摺動により閉鎖されているが、図６に示すように、ピストン１４が下方に押し下げられて下降し、ピストン冠面２２が排気口１６の上口縁１６ａ以下に位置すると、燃焼室２４内と排気口１６とが一部連通し既燃焼ガスが排気口１６から排出される。ピストン１４の下降に伴って燃焼室２４内と排気口１６との連通開口は増大し、排気量を増加させる。さらにピストン１４が下降すると、図１、図５のように燃焼室２４内と掃気口１８とが連通し、クランク室２８内で予備圧縮された掃気ガス（混合ガス）が掃気通路５２を経由して導入路５４により横に曲げられて、ピストン中心軸１５０に対して対称位置に配置された掃気口１８Ａ〜１８Ｄから同時にかつ均等量で掃気ガスｆＡ〜ｆＤが燃焼室内に導入される。この際、図５に示すように、掃気口からの掃気ガスｆＡ〜ｆＤは、ピストン中心軸１５０位置で互いに衝合し、上昇流ｆｕを生起する。このピストン中心軸に沿って生起される上昇流ｆｕは、燃焼室の頂部付近で分散、反転し、シリンダ側壁に沿った下降流ｆｓを生起する流れを形成する。このピストン中心軸で衝合する４つの掃気ガスｆＡ〜ｆＤは、互いに横方向への流れが規制をしあって直接排気口１６へ流出するのを低減できる。衝合した掃気ガスの上昇及び反転、下降の流れの中で既燃焼ガスは追われて排気口１６Ａ、１６Ｂから追い出される。これによって、燃焼室内での既燃焼ガスの滞留ぶんはなくなり、確実に掃気するとともに、掃気ガス（混合ガス）を燃焼室内に充満させる。そして、ピストン１４が図１の略下死点位置から上昇すると、掃気口１８、排気口１６の順に閉鎖し、再び図６、図７位置のようにピストン１４がシリンダ内を変位しこの間、混合ガスの吸入、燃焼室内での圧縮、点火を行い、以下上記の行程を繰り返すこととなる。

次に、図８を参照しつつ、本発明の第２実施形態の２ストロークエンジン１０−２について説明する。上記した第１実施形態と同一構成、同一部材には、同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。本実施形態では第１実施形態同様に、２個の排気口１６Ａ、１６Ｂと、４個の掃気口１８Ａ〜１８Ｄと、衝合気流生起手段２０と、を有するが、ピストン冠面２２ａの形状が外縁側からピストン中心軸に向けて次第に突出させた円錐形状に形成されている点が異なっている。さらに、縦断面では掃気通路５２の導入路５４を形成している通路壁面５８の傾斜角度θがピストン冠面２２ａの円錐形状の角度に対応した角度に形成されている。この第２実施形態においても第１実施形態同様に、ピストンの下降時に掃気口１８からの掃気ガスを対称対向位置から均等量で燃焼室内に導入し、ピストン中心軸位置で互いに衝合させて上昇流を生起し、それに伴って燃焼室の頂部付近で分散、反転して、シリンダ側壁に沿った下降流を生起する流れを形成することにより、既燃焼ガスを排気口１６から追い出して、確実に効率良く掃気させることができる。さらに、円錐形状のピストン冠面２２ａと掃気通路５２の上り傾斜の導入路５４とが協働して、ピストン中心軸で衝合させる掃気ガスによる上昇気流の生起を促進しうる。よって、本実施形態では、衝合気流生起手段２０は、円錐形状のピストン冠面２２ａを含むといえる。さらに、ピストン中心軸に垂直な面Ｓに対して４５度以下の吹出し角度で斜め上方に吹出される掃気ガスは、円錐形状のピストン冠面２２ａに沿って流れてピストン中心軸位置で衝合されるので、ピストン冠面の上方に既燃焼ガスが滞留させることなく確実に掃気できると同時に、ピストンの冷却効果を期待できる。

次に、図９、図１０、図１１を参照しつつ、本発明の第３の実施形態の２ストロークエンジン１０−３について説明するが、上記した第１実施形態と同一構成、同一部材には、同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。本実施形態では上記実施形態と略同じ構成で、２個の排気口１６Ａ，１６Ｂと、４個の掃気口１８Ａ〜１８Ｄと、衝合気流生起手段２０と、を有するが、掃気口１８Ａ〜１８Ｄの配置構成が異なっている。本実施形態では、図１０に示すように４個の掃気口１８Ａ〜１８Ｄが９０度（等角度）間隔の位置ではなく、例えば２対の１８０度方向に対向する掃気口の対向方向が互いに非直交にＸ状に交差する配置としている。すなわち、４個の掃気口１８Ａ〜１８Ｄは、１８０度方向に対向する掃気口を結ぶ２本の仮想的な直線が非直交に交差するように配置されている。よって、比較的に近接して隣接する２個の掃気口（１８Ａと１８Ｂ、１８Ｃと１８Ｄ）はそれぞれピストン中心軸周りに鋭角（β１、β３）に配置されており、比較的に離隔して隣接する２個の掃気口（１８Ａと１８Ｄ、１８Ｂと１８Ｃ）はそれぞれピストン中心軸周りに鈍角（β４、β２）に配置されている。排気口１６Ａ、１６Ｂは、２本の仮想直線の交差角度が鋭角となる側、すなわち隣接する２個の掃気口の間隔が近い側のシリンダ側壁１２１にそれぞれ配置されている。よって、排気口１６Ａ（１６Ｂ）を間に挟む２個の隣接の掃気口１８Ａ、１８Ｂ（１８Ｃ、１８Ｄ）から吹出す掃気ガスどうしの衝合角度β１（β３）が鋭角となる。これにより、掃気ガスが直接排気口へ漏れる量を比較的少量としうる。

図９に示すように、本実施形態では、ピストン冠面２２ｂは、フラットな平面で形成されている。さらに、掃気通路５２の掃気口側の導入路５４は、クランク室２８から図９上縦方向上向きの通路が形成された通路上部側を燃焼室の中心軸方向に向くように約９０度横方向に曲折させて設けられており、導入路５４を形成する通路壁面６０はピストン中心軸１５０に垂直な面に対して０度に設けられている。図１０に示すように、通路壁面６０はピストン中心軸方向に見た際にはシリンダ径方向に沿って形成され、掃気ガスｆＡ〜ｆＤをピストン中心軸１５０に向けて案内させる。図１１に示すように縦断面では、掃気口１８からの掃気ガスの吹出し角度は、フラットなピストン冠面２２ｂに略沿うように真横方向に０度の角度で吹出すようになっている。本実施形態においても、ピストンの下降時に掃気口１８からの掃気ガスを対称対向位置から均等量で燃焼室内に導入し、ピストン中心軸位置で互いに衝合させて上昇流を生起し、それに伴って燃焼室の頂部付近で分散、反転して、シリンダ側壁に沿った下降流を生起する流れを形成することにより、既燃焼ガスを排気口１６から追い出して、確実に効率良く掃気させることができる。

以上説明した本発明の２ストロークエンジンは、上記した実施形態のみに限定されるものではなく、特許請求の範囲に示した発明の本質を逸脱しない範囲において、任意の改変を行ってもよい。

本発明の２ストロークエンジンは、ガソリンエンジンのみならず、ディーゼルエンジンについても適用でき、さらにガソリン式についても燃料直噴式エンジンについても適用可能である。

１０、１０−２、１０−３２ストロークエンジン
１２シリンダ
１４ピストン
１６（１６Ａ、１６Ｂ）排気口
１８（１８Ａ〜１８Ｄ）掃気口
２０衝合気流生起手段
２２、２２ａ、２２ｂピストン冠面
５２掃気通路
５６、５８、６０通路壁面
１５０ピストン中心軸

Claims

シリンダ内のピストンの１往復間にサイクルを完結させる２ストロークエンジンにおいて、
シリンダ側壁のピストンの下死点位置に対応する部分に設けられ、互いに同じ高さ位置で、かつピストン中心軸に対して１８０度対向位置に配置された２個の排気口と、
シリンダ側壁のピストンの下死点位置に対応する部分に設けられ、互いに同じ高さ位置で、かつピストン中心軸に対して１８０度対向位置に配置された２個を１対とした２対４個の掃気口と、
４個の掃気口からの掃気どうしをピストン中心軸位置で衝合させてシリンダ内にピストン中心軸に沿った上昇掃気流を生起する衝合気流生起手段であり、ピストン中心軸に開口を向けた前記４個の掃気口の配置構成と、それらの掃気口にそれぞれ連通し掃気口からの掃気の吹出し方向がピストン中心軸を向くように供給源側からの掃気を案内する４つの掃気通路と、隣接する２個の掃気口の中間にそれらの掃気口から等間隔位置に設けられた該排気口の配置構成と、を有する衝合気流生起手段と、を含むことを特徴とする２ストロークエンジン。
衝合気流生起手段は、掃気通路の掃気口近傍においてピストン中心軸に垂直な面に対して０度以上４５度以下の角度で形成された通路壁面を含む請求項１記載の２ストロークエンジン。
４個の掃気口は、ピストン中心軸周りに９０度等間隔で配置された請求項１又は２記載の２ストロークエンジン。
４個の掃気口は、ピストン中心軸に対して１８０度対向した掃気口を結ぶ２本の仮想直線が非直角でＸ状に交差するような位置に配置され、
２個の排気口は、２本の仮想直線の交差角度が鋭角となる側のシリンダ側壁にそれぞれ配置された請求項１又は２記載の２ストロークエンジン。
衝合気流生起手段は、外縁側からピストン中心軸に向けて次第に突出させた円錐形状のピストン冠面を含む請求項１ないし４のいずれかに記載の２ストロークエンジン。