JP2013164010A - ２ストロークエンジン - Google Patents

Abstract

【課題】排気口からの掃気の吹き抜けを効果的に抑制して、エンジン出力の向上及び低公害化を図ることが可能な２ストロークエンジンを提供すること。
【解決手段】本実施形態の２ストロークエンジン１は、排気を排出することが可能な排気口２７ａと、排気の排出方向とは略反対方向へ燃料及び空気の掃気を送り込むことが可能な掃気口２５ｂとを有し、略円柱形状に形成されるシリンダ５と、シリンダ５の内部を上死点位置と下死点位置との間で往復移動可能なピストン２１と、を備え、ピストン２１の頂面２１ａの一部には、下側方向へ向けて窪む略球面状のピストン側凹部２１ｂが形成されている。ピストン側凹部２１ｂは、その全体が略球面状に形成され、排出方向側の外周縁から最深部２１ｂ−３へ向かう勾配が急な急斜面部２１ｂ−１と、反排出方向側の外周縁から最深部２１−ｂへ向かう勾配が急斜面部２１ｂ−１よりも緩やかな緩斜面部２１ｂ−２とを有している。
【選択図】図２

Description

本発明は、２ストロークエンジンに関する。

従来から、小型の２ストロークエンジンでは、シリンダに、排気口と、燃料及び空気を少なくとも含む掃気（新気）をシリンダの内側面のうち排気口とは反対側の側面へ向けて送り込むことが可能な掃気口と、が設けられたもの（以下、「シュニューレ型２ストロークエンジン」と称す）が広く知られている。

一般に、シュニューレ型２ストロークエンジンは、ピストンの往復動によって、排気口及び掃気口が閉塞または開口され、シリンダ内への掃気の流入及びシリンダからの排気の排出が行われるように構成されている。

このような２ストロークエンジンでは、その構造の簡易性ゆえ、掃気口を介してシリンダ内に流入した掃気の一部が、点火プラグによる燃焼に供されることなく、そのまま排気口から排出されるといった、所謂、吹き抜け現象が生じる場合が少なくない。斯かる場合、排気口から排出された排気ガス中に含まれる有害成分が増大してしまい、排気口から有害な成分が排出されるとともに、充填効率の低下に伴い、エンジン出力が低下してしまうといった問題があった。

そこで、例えば、ピストンの頂面に、断面略円弧状の溝が形成されたシュニューレ型２ストロークエンジンが提案されている（特許文献１参照）。

特許文献１に記載の２ストロークエンジンによれば、ピストンの頂面に形成された溝によって、掃気口から流入された掃気（残留ガスを含む）に対してタンブル流を良好に生じさせることが可能である。その結果、このような掃気が、シリンダ内において旋回運動することとなるため、上記のような、吹き抜け現象を低減することが可能となる。

特開２００５−２３３０６４号公報

ここで、一般に、上記吹き抜けてしまう掃気には、シリンダ内を旋回運動した後に排気口から排出されるようなものの他、タンブル流（シリンダヘッドへ向かう流れ）となることなくそのまま排気口から排出されるもの、または、一旦タンブル流となったものの、シリンダヘッドに達することなく、そのまま排気口から排出されてしまうものなど、様々な態様のものが含まれる。

すなわち、特許文献１に記載の２ストロークエンジンでは、上記のような、旋回運動する掃気に対しては吹き抜けを抑制することが可能であるが、その他の態様の掃気に対しては、何ら考慮されていないため、吹き抜けの抑制という観点からは不十分であるといった問題があった。

本発明の目的は、掃気の吹き抜けを効果的に抑制して、エンジン出力の向上及び低公害化を図ることが可能な２ストロークエンジンを提供することである。

（請求項１）
本発明の２ストロークエンジンは、略円柱形状に形成され、排気を排出することが可能な排気口と、前記排気の排出方向とは略反対の反排出方向へ燃料及び空気を含む掃気を送り込むことが可能な掃気口とを有するシリンダと、前記シリンダの内部を上死点位置と下死点位置との間で往復移動可能なピストンと、を備え、前記ピストンの頂面には、その一部を窪ませたピストン側凹部が形成され、前記ピストン側凹部は、前記頂面の前記排出方向側近傍に設けられ、その全体が略球面状に形成されているとともに、その前記排出方向側の外周縁から最深部へ向かう勾配が前記反排出方向側の外周縁から前記最深部へ向かう勾配よりも急となるように形成されている。

（請求項２）
好適には、前記シリンダは、前記ピストンの頂面と対向する対向面部に、前記ピストンが前記上死点位置側へ向けて移動する方向に窪むシリンダ側凹部を有する。

（請求項３）
好適には、前記シリンダ側凹部の外周縁は、前記ピストンが前記上死点位置へ移動したときに前記ピストン側凹部の外周縁と近接する位置に形成されている。

（請求項４）
好適には、前記シリンダ側凹部は、略球面状に形成されている。

（請求項５）
好適には、前記ピストンは、前記頂面に、前記ピストン側凹部の外周縁から前記反排出方向へ延びるピストン側延設面を有し、前記シリンダは、前記対向面部に、前記シリンダ側凹部の外周縁から前記反排出方向へ延び、前記ピストンが前記上死点位置へ移動したときに前記ピストン側延設面との間に間隙が形成されるように設けられるシリンダ側延設面を有している。

（請求項６）
好適には、前記間隙は、スキッシュ流を生じさせる大きさである。

（請求項７）
好適には、前記シリンダ側凹部には、前記シリンダの外部から点火プラグを取り付けることが可能な取付部が形成されている。

（請求項８）
好適には、前記取付部は、前記シリンダ側凹部の前記排出方向側と前記反排出方向側との間の中心位置よりも前記反排出方向側に形成されている。

（請求項９）
好適には、前記排気口には、前記排気口の幅方向における中央部の少なくとも一部を塞ぐように壁面が形成されている。

本発明によって、掃気の吹き抜けを効果的に抑制することが可能となる。その結果、給気効率、掃気効率及び充填効率が高まることによって、エンジン出力及び燃費（熱効率）の向上を図ることができ、また、低公害化を実現することが可能となる。

発明の第１の実施形態に係る２ストロークエンジンの断面図である。 図１におけるピストンが下死点位置へ移動した際の状態を示す要部拡大断面図である。 図１におけるピストンが上死点位置へ移動した際の状態を示す要部拡大断面図である。 図１におけるＩＶ−ＩＶでの断面での説明図である。 図１におけるＶ−Ｖでの断面での説明図である。 第２の実施形態を説明するための説明図である。 第３の実施形態を説明するための説明図である。 第４の実施形態を説明するための説明図である。 第４の実施形態の変形例を説明するための説明図である。 第４の実施形態の変形例を説明するための説明図である。 第５の実施形態を説明するための説明図である。 第５の実施形態の変形例を説明するための説明図である。 第６の実施形態を説明するための説明図である。 第６の実施形態の変形例を説明するための説明図である。 第７の実施形態を説明するための説明図である。

以下、本発明に係る２ストロークエンジン１について、図１〜図５を用いて詳細に説明する。
なお、本実施形態で想定する２ストロークエンジン１は、携帯するために小型なものであり、その携帯性ゆえに、必ずしも一定の方向において作業されるものではない。
しかし、通常用途であれば、もっとも一般的な作業状態というのが想定されているのが通常である。つまり、一時的には、天地を逆にして使用する、大きく傾けて使用する等の事態が想定されるが、総合的にみると多くの時間ある一定の状態における使用が想定されて設計される。そして、ユーザは一時的には異なった状態で使用しても、通常はその設計された状態において使用している。

以下、ピストンの往復動が縦方向である２ストロークエンジンに基づいて説明するが、ピストンの往復動が、横方向または斜め方向の２ストロークエンジンにも本発明を適用できることは言うまでもない。

図１のように、２ストロークエンジン１は、シリンダ５、クランクケース７、ピストン２１及びコネクティングロッド１９を有している。

シリンダ５とクランクケース７及びピストン２１によってクランク室３１が形成されている。つまり、シリンダ５の内周面とピストン２１で形成される、クランクケース７側（以下、「下側」と称す）の略円柱状空間がクランク室３１である。
このクランク室３１は、ピストン２１が往復移動するに従いその内部空間の容積が変化する。

クランク室３１には、クランク室側掃気口２５ａが開口しており、このクランク室側掃気口２５ａを通じて、空気及び燃料を少なくとも含む掃気が掃気通路部２５に送出されるようになっている。また、掃気通路部２５の掃気は、後述する、シリンダ５に形成された掃気口２５ｂを通じて、シリンダ５の内周面と後述するピストン２１の頂面２１ａとによって区画される、シリンダ内空間２９に流入するように構成されている。
ここで、「掃気」とは、クランク室側掃気口２５ａを通じて、シリンダ内空間２９に流入したガスのうち、未だ、燃焼室３０（図３参照）において燃焼されていないものをいう。なお、以下の説明において、上記シリンダ内空間２９に流入したガスのうち、燃焼室３０において既に燃焼されたものを、「燃焼ガス」と称して使用する。

クランク室３１には、クランクシャフト９が回転自在に支持されている。
クランクシャフト９は、クランクピン１１、クランクジャーナル１３、カウンタウエイト１５、クランクアーム１７を有する。
コネクティングロッド１９は、その下側の部分において、クランクピン１１によって回転自在に支持されている。また、コネクティングロッド１９は、そのシリンダヘッド３側（以下、「上側」と称す）の部分において、ピストンピン２０を介し、ピストン２１を揺動自在に支持している。ピストンピン２０は、ピストン２１を支持した状態で、ボア中心線Ｌ１上またはこれに近接する位置に配設されるようになっている。
このように支持されたピストン２１は、シリンダ５の内部を、下死点位置と上死点位置（図２及び図３参照）との間を摺動しつつ往復移動するように構成されている。

ここで、ピストン２１について、図２〜図５を参照して説明する。
図２〜図５のように、ピストン２１は、頂面２１ａを有し、この頂面２１ａは、そのボア中心線Ｌ１よりも排気口２７ａ側（排気の排出方向側、以下、「排出方向側」と称す）に、下側方向へ向けて窪むピストン側凹部２１ｂと、ピストン側凹部２１ｂの外周縁から排出方向とは略反対側（以下、「反排出方向側」と称す）へ向けて延設される略平面状のピストン側延設面２１ｃとを有している。

ピストン側凹部２１ｂは、平面視において、略円状に形成され、その表面全体が略球面状に形成されている。このピストン側凹部２１ｂは、最も深い部位である最深部２１ｂ−３と、その排出方向側の外周縁から最深部２１ｂ−３へ向かう勾配が急となるように形成された急斜面部２１ｂ−１と、反排出方向側から最深部２１ｂ−３へ向かう勾配が急斜面部２１ｂ−１よりも緩やかとなるように形成された緩斜面部２１ｂ−２とを有している。また、このピストン側凹部２１ｂは、その表面と裏面とが略平行となるように形成され、ピストン側延設面２１ｃと略同一の肉厚を有している。

図３のように、ピストン側凹部２１ｂは、その径方向の１／２以上がシリンダ５のボア中心線Ｌ１よりも排出方向側に位置するように形成されている。また、ピストン側凹部２１ｂは、その排出方向側の外周縁が、排気口２７ａに近接するように形成されている。

次に、シリンダ５について、図１〜図５を参照して説明する。
図１〜図５のように、シリンダ５は、その上側にシリンダヘッド３を有している。
なお、シリンダヘッド３は、シリンダ５と分離されている必要はなく、図１等のように、一体に形成されていてもよい。

シリンダ５には、その下側の部分に吸気口２３ａが形成されている。
この吸気口２３ａを通じて、キャブレタ（図示せず）を経由した、吸気がクランク室３１に流入する吸気通路部２３が設けられている。
また、この吸気通路部２３は、上側から下側、かつシリンダ５のボア中心線Ｌ１に向かって連通されている。

本実施形態では、クランクシャフト９の回転方向は、図１中、反時計回りに回転している。つまり、吸気口２３ａから流入した吸気が入って行く方向にクランクシャフト９は回転している。
換言すると、図１の状態において、吸気口２３ａからクランクシャフト９のカウンタウエイト１５に直線を引いた場合に、この直線の向きと、クランクシャフト９の回転方向が一致する。

このように形成されていることから、クランクシャフト９（特に、カウンタウエイト１５）の回転によって、吸気口２３ａからクランク室３１へと、よりスムーズに吸気が流れることが可能となっている。

また、シリンダ５には、吸気口２３ａの他、掃気口２５ｂ及び排気口２７ａが形成されている。

図１、図４及び図５のように、掃気口２５ｂは、掃気通路部２５を介して、クランク室３１に開口するクランク室側掃気口２５ａと連通する。
掃気通路部２５は、２本の通路部から構成されている。図４のように、シリンダ５のボア中心線Ｌ１よりも右側の通路部が右側掃気通路部２５Ｒであり、シリンダ５のボア中心線Ｌ１よりも左側の通路部が左側掃気通路部２５Ｌである。
右側掃気通路部２５Ｒ及び左側掃気通路部２５Ｌは、図４の紙面奥側から手前側に向かって延びるように形成されている。
掃気は、この掃気通路部２５、右側掃気口２５ｂＲ及び左側掃気口２５ｂＬを通じて、シリンダ内空間２９に流入する。
なお、本実施形態では、掃気通路部２５が左右に１本ずつ設けられた、所謂２流掃気式の２ストロークエンジンに適用した場合を例にとって説明するが、これに限られず、４流式の２ストロークエンジン（掃気通路部が左右に２本ずつ設けられたもの）や、６流式の２ストロークエンジン（掃気通路部が左右に３本ずつ設けられたもの）、その他の２ストロークエンジンにも適用することも可能である。

図１及び図５のように、掃気通路部２５は、シリンダ５のボア中心線Ｌ１に沿って延び、掃気口２５ｂによってシリンダ５に開口しているため、掃気口２５ｂから流入した掃気は、上側方向の方向成分を有している。そのうえ、シュニューレ型の２ストロークエンジン１では、掃気が排気口２７ａとは反対位置のシリンダ５の側面側に向けて流入するように構成されている。
そのため、図４のように、掃気口２５ｂから流入した掃気は、シリンダ５のボア中心線Ｌ１よりも図中上側方向（反排出方向）へ向かう方向成分を有している。すなわち、この掃気口２５ｂから流入した上記掃気は、シリンダ５のボア中心線Ｌ１よりも反排出方向側の側面（図４参照）で、かつ、上側の側面（図２参照）に向けて流入することとなり、その後、シリンダ５のボア中心線Ｌ１よりも排出方向側の側面（図４中下側の側面）で、かつ、上側の側面（図２参照）に衝突することによって、シリンダ内空間２９内を対流する。さらに、この対流した掃気の少なくとも一部は、後述する、壁面２７ｂに沿って下降し、さらに対流することとなる。

一方、排気口２７ａは、図２のように、掃気口２５ｂ（右側掃気口２５ｂＲ、左側掃気口２５ｂＬ）よりも上側に形成され、燃焼室３０（図３参照）において燃焼された燃焼ガスＣは、この排気口２７ａを通じ、排気Ｅとして排気通路部２７から排出されるようになっている。これにより、本実施形態では、ピストン２１が上死点位置から下死点位置側へ下がってくる場合、排気口２７ａが先に開口され、その次に、掃気口２５ｂが開口するポートタイミングとなるように形成されている。

このように、排気口２７ａが上側に形成されていることから、ピストン２１が下死点位置へ向けて移動するに従い、最初に、排気通路部２７（排気口２７ａ）がシリンダ内空間２９に連通することになる。
その結果、シリンダ内空間２９内の燃焼ガスＣは、排気口２７ａの上側の部分から排気Ｅとしてシリンダ５外に排出される。
そして、ピストン２１が下死点位置側へ向けて移動する間に、ある程度、シリンダ内空間２９に残留する燃焼ガスＣが排気口２７ａを介して排出される。
その燃焼ガスＣの排出によってシリンダ内空間２９の圧力が下がった状態で、右側掃気通路部２５Ｒ（右側掃気口２５ｂＲ）及び左側掃気通路部２５Ｌ（左側掃気口２５ｂＬ）が、シリンダ内空間２９に連通する。
この様になっていることによって、前回の燃焼サイクルにおいて燃焼が終わった燃焼ガスＣが排気Ｅとして排気口２７ａから排出された状態にて、流れＳ１〜Ｓ３の掃気が流入することになるので、より効果的に排気Ｅを排出することが可能となっている。

図４及び図５のように、排気口２７ａには、排気Ｅを右側及び左側に分断することが可能な壁面２７ｂが形成されている。
この壁面２７ｂは、シリンダ５のボア中心線Ｌ１側から見ると壁面２７ｂはＹ字形状を有する（図５参照）。
つまり、この壁面２７ｂによって、壁面２７ｂの左側方向位置に左側排気口２７ａＬが形成されている。また、この壁面２７ｂによって、壁面２７ｂ右側方向位置に右側排気口２７ａＲが形成されている。

さらに、壁面２７ｂは、ボア方向の断面形状が略三角形状を有している（図４参照）。この略三角形状において、シリンダ５側の一辺２７ｂ１がシリンダ５の内周面の形状と同一の形状を有している。
なお、本実施形態では、シリンダ５のボア中心線Ｌ１側から見た場合の壁面２７ｂの形状をＹ字状に形成したが、これに限られず、例えば、Ｉ字形状等、他の形状に形成することも可能である。

ここで、シリンダ内空間２９内の掃気の流れについて図２及び図５を参照して説明する。
シリンダ内空間２９の掃気の大部分は、図２及び図５に示す流れＳ１のように、シリンダ５の内側面の両側に沿ってそれぞれ上側へ向けて上昇し、その後、シリンダヘッド３の内周面の中央部分で合流して、ピストン２１の頂面２１ａに向かって下降するように流れる。

このため、仮に、本実施形態のように、排気口２７ａに上記壁面２７ｂが形成されていないとすると、上記下降する掃気の流れＳ１上には、排気口２７ａが形成されているため、掃気がそのまま排気口２７ａから排出されるといった、所謂吹き抜け現象を抑制することができ難くなる。しかしながら、本実施形態では、上記下降する掃気の流れＳ１上に壁面２７ｂが設けられているため、掃気の吹き抜けを有効に抑制することが可能となり、掃気をピストン２１の頂面２１ａに有効に案内することができるようになっている。
このように排気口２７ａの中央部（壁面２７ｂ）を通過して、ピストン２１の頂面２１ａに達した掃気は、略球面状のピストン側凹部２１ｂにより、シリンダ５の内側面の反排出方向側へ向けて、良好に案内されるようになっている。それによって、この掃気は、シリンダ空間２９内に留まることになり、吹き抜けることがない。

次に、シリンダヘッドについて、図１〜図３を参照して説明する。
図１〜図３のように、シリンダヘッド３は、その排出方向側に、上側方向へ向けて窪むシリンダ側凹部３ｂと、シリンダ側凹部３ｂの外周縁から反排出方向へ向けて延設される平面状のシリンダ側延設面３ｃとを有している。

このシリンダ側凹部３ｂは、その内周面全体が略球面状に形成されているとともに、内周面と外周面とが略平行となるように形成されている。このシリンダ側凹部３ｂの内周面側の外周縁は、ピストン２１が上支点位置に移動したときに、ピストン側凹部２１ｂの外周縁と相互に近接するようになっている。すなわち、ピストン２１が上死点位置に移動した状態では、シリンダ側凹部３ｂとピストン側凹部２１ｂとによって、略楕円球状の空間が形成される。

また、シリンダ側延設面３ｃは、ピストン側延設面２１ｃと対向配置され、ピストン２１が上死点位置に移動した際、ピストン側延設面２１ｃとの間に、例えば、１ｍｍ程度の間隙Ｗが形成されるようになっている（図３参照）。

このため、ピストン２１が上死点位置に移動した場合には、シリンダ側延設面３ｃとピストン側延設面２１ｃとの間に所定の間隙Ｗを有するエリアＳが形成されるため、このエリアＳから燃焼室３０へ向けて強いスキッシュ流を生じさせることが可能となっている。

また、シリンダヘッド３には、そのボア中心線Ｌ１上又はこれに近接した位置に、点火プラグ３３をシリンダ５の外部から取り付けることが可能な取付孔３ａが形成されている。

点火プラグ３３がシリンダヘッド３に取り付けられた状態では、電極部３３ｂが燃焼室３０内に配置されるとともに、点火プラグ本体部３３ａが外部に露出するようになっている。

次に、２ストロークエンジン１内の掃気の流れについて、ピストン２１が下死点位置にある場合と、ピストン２１が上死点位置側へ向けて移動した場合とに分けて、図２〜図５を参照して説明する。

先ず、ピストン２１が下死点位置にある場合の掃気の流れについて、図２、図４及び図５を参照して説明する。
図２、図４及び図５のように、ピストン２１が下死点位置にある状態では、掃気口２５ｂ（右側掃気口２５ｂＲ及び左側掃気口２５ｂＬ）が開口されているため、掃気通路部２５から燃料及び空気を少なくとも含む掃気が、シリンダヘッド３、シリンダ５及びピストン２１によってシリンダ内空間２９に流入することとなる。
前述のように、掃気通路部２５は、シリンダ５のボア中心線Ｌ１の軸方向の成分に延びて、掃気口２５ｂによってシリンダ５に開口しているため、掃気口２５ｂから流入した掃気の大部分（流れＳ１の掃気）は、上側方向へ向かう角度成分を有している（図２参照）。その結果、ピストン２１が下死点位置付近まで移動して掃気口２５ｂのピストン２１による閉塞が解除された際に、掃気口２５ｂから流入した掃気（流れＳ１、Ｓ２及びＳ３）は、主に、図２に示す流れＳ１のように、シリンダ５のボア中心線Ｌ１よりも反排出方向側の側面、かつ、上側の側面に、衝突するように勢いよく流入する。

これら側面に衝突した掃気は、図２及び図４に示す流れＳ１のように、シリンダ５の反排出方向側の側面に沿って、上側方向へ向かうタンブル流となる。その後、この掃気は、シリンダヘッド３の内周面及びシリンダ５の排出方向側の側面に沿って、強い勢いのまま、排気口２７ａ（ピストン２１の頂面２１ａ）へ向かって流れることとなる。

本実施形態では、頂面２１ａに、急斜面部２１ｂ−１及び緩斜面部２１ｂ−２を有するピストン側凹部２１ｂが形成されているため、シリンダ５の排出方向側の側面に沿って、頂面２１ａ付近に達した掃気は、先ず、勾配が急である急斜面部２１ｂ−１に沿って良好に案内されて最深部２１ｂ−３に達し、その後、勾配が緩やかである緩斜面部２１ｂ−２に沿って、再び、シリンダ５の反排出方向部側の側面に円滑に案内されることとなる。その結果、このような掃気を、排気口２７ａから吹き抜けてしまうことなく、流れＳ１のように、シリンダ内領域を複数回ループ状に旋回させることが可能となっている。

また、図２及び図５のように、本実施形態では、流れＳ１の掃気の先頭部分が、排気口２７ａに到達する前後に、ピストン２１が移動して、掃気口２５ｂを閉塞するようになっている。流れＳ１の掃気は、シリンダ内空間２９内をこのように流れることから、この掃気の流れによって、燃焼室３０において燃焼された燃焼ガスＣを、排気口２７ａから、排気Ｅとしてより効率的に排出することが可能となる（図５参照）。

また、ピストン２１が下死点位置から上死点位置側へ向けて移動すると、排気口２７ａがＹ字状の壁面２７ｂによって急激に減少するため、掃気の吹き抜けを効果的に抑制することが可能となっている。

ここで、掃気口２５ｂから流入した掃気の中には、流れＳ１のような掃気の他、タンブル流となることなくそのまま排気口２７ａへ向かう流れＳ３のような掃気や、一旦タンブル流となったもののシリンダヘッド３へ達することなく、その途中から分岐して排気口２７ａへ向かう流れＳ２のような掃気も存在する。

一般に、このような流れＳ２及び流れＳ３の掃気は、特に、ピストン２１が、下死点位置から上死点位置側へ移動して排気口２７ａを閉塞していく際に、吹き抜けてしまうことが多いが、本実施形態では、このような掃気においても吹き抜けを有効に抑制すること可能となっている。以下、その理由について、流れＳ２の掃気と流れＳ３の掃気とに分けて説明する。

先ず、流れＳ２の掃気について説明する。
流れＳ２の掃気は、前述のように、一旦タンブル流となったもののシリンダヘッド３へ達することなく、排気口２７ａへ向かうものであるが、このような掃気が、シリンダ５の排出方向側の側面付近に達すると、上記流れＳ１の掃気に捕捉されることとなる。すなわち、この捕捉された掃気は、その流れが、流れＳ２から流れＳ１に変更されるため、上昇過程のピストン側凹部２１ｂの球面形状に沿って、シリンダ５の反排出方向部側の側面に良好に案内されることとなる。また、流れＳ２の掃気が、流れＳ１の掃気に捕捉されない場合であっても、図２、図４及び図５のように、流れＳ２の掃気は、左右対称の掃気口２３ａから出ているため、シリンダ中心面Ｄ、すなわち、掃気口中央部に到達して壁面２７ｂに衝突し、排気口２７ａから直接吹き抜けるのを防止・抑制することができる。この場合も、上昇過程のピストン側凹部２１ｂの球面形状に沿って、シリンダ５の反排出方向側の側面に良好に案内されることとなる。したがって、流れＳ２の掃気においても吹き抜けを有効に抑制することが可能となる。

次に、流れＳ３の掃気について、図２及び図４を参照して説明する。
図２及び図４のように、流れＳ３の掃気は、そのまま排気口２７ａへ向かって流れることとなる。

流れＳ３の掃気がシリンダ５の排出方向側の側面付近に到達する前に、この掃気は、上昇過程のピストン側凹部２１ｂに流れ込み、Ｓ１やＳ２の掃気に捕捉されることとなる。したがって、本実施形態では、流れＳ３の掃気においても、吹き抜けを有効に抑制することが可能となる。

このように、ピストン２１の頂面２１ａにピストン側凹部２１ｂを形成することによって、上記のような様々な流れ（Ｓ１、Ｓ２及びＳ３）の掃気においても、排気口２７ａからの掃気の吹き抜けを有効に抑制することが可能となる。ピストン側凹部２１ｂは、排出方向側が急斜面に、また、反排出方向側が緩斜面になっており、ピストン２１の上昇過程において、ピストン２１上部のガスの流れは、急斜面部２１ｂ−１から緩斜面部２１ｂ−２への流れとなる。したがって、排気口２７ａから反排出方向側へ向かう流れとなり、吹き抜けを防止・抑制することができる。

また、前述のように、本実施形態では、排気口２７ａにＹ字状の壁面２７ｂが形成されているため、排気口２７ａに向かう流れＳ１、Ｓ２及びＳ３の少なくとも一部（特に、流れＳ１及びＳ２）の掃気を、この壁面２７ｂに衝突させることが可能である（図４及び図５参照）。したがって、本実施形態では、上述したように、ピストン２１にピストン側凹部２１ｂを形成することによって、掃気の吹き抜けを抑制することが可能となっているが、さらに、ピストン側凹部２１ｂと壁面２７ｂを設けることによって、排気口２７ａからの掃気の吹き抜けをより効果的に抑制することが可能となっている。

次に、ピストン２１が上死点位置に達した場合の掃気の流れについて、図３を参照して説明する。

図３のように、本実施形態では、ピストン２１が上死点位置に移動すると、シリンダ側延設面３ｃとピストン側延設面２１ｃとの間に間隙Ｗを有するエリアＳが形成されるように構成されている。このため、本実施形態では、このエリアＳを介して、上記流れＳ４のような、燃料と空気が混合された混合気を、燃焼室３０内に勢いよく流入させることが可能となる。このため、このような混合気は、燃焼室３０内に流入することによって、燃焼室３０内において有効に攪拌されるため、燃焼速度を向上させることができるとともに、燃焼圧力を向上させることが可能となる。

また、本実施形態では、ピストン２１が上死点位置に移動すると、ピストン側凹部２１ｂとシリンダ側凹部３ｂとの間に、略楕円球状の燃焼室３０が形成されるように構成されている。このため、上記のようなスキッシュ流による混合気が燃焼室３０へ流入すると、この混合気は、流れＳ４のように、燃焼室３０の内面形状に沿ってループ状に勢いよく旋回することとなる。したがって、混合気がより効果的に攪拌されることとなるため、結果として、エンジン出力を効果的に向上させることが可能となる。

また、燃焼室３０の内部形状が略楕円球状であるため、燃焼初期におけるＳ／Ｖ比（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｖｏｌｕｍｅ Ｒａｔｉｏ）を低減させることが可能となる。したがって、熱効率の向上により、エンジン出力の向上を図ることが可能となる。

さらに、点火プラグ３３の電極部３３ｂは、燃焼室３０の燃焼室中心線Ｌ２上またはこれに近接する位置に設けられている。すなわち、燃焼室３０に流入する流れＳ４の混合気を、点火プラグ３３の電極部３３ｂにより、効率よく点火させることができるため、エンジン出力をより効果的に向上させることができる。

＜第２の実施形態＞
図６は、第２の実施形態を説明するための説明図である。

上記第１の実施形態では、平面視において、略円状に形成されたピストン側凹部２１ｂ内に、頂面２１ａの中心（ボア中心線Ｌ１）が位置するように形成した。これに限られず、ピストン側凹部の中心位置が頂面２１ａの中心よりも排出方向側に位置し、且つ、ピストン側凹部を排出方向側の外周縁から最深部へ向かう勾配が反排出方向側の外周縁から最深部へ向かう勾配よりも急となるように形成していれば、図６に示す第２の実施形態のように、平面視において略円状に形成された、ピストン側凹部１２１ｂ内に、頂面１２１ａの中心を位置させないことも可能である。なお、第２の実施形態においても、ピストン側凹部１２１ｂの表面全体は、上記第１の実施形態と同様に、略球面状に形成されている。

＜第３の実施形態＞
図７は、第３の実施形態を説明するための説明図である。

上記第１の実施形態では、平面視において、ピストン側凹部２１ｂを、略円状に形成するとともに、その中心位置が頂面２１ａの中心位置よりも排気口側となるように形成した。これに限られず、ピストン側凹部の排出方向側と反排出方向側との間の距離の中心位置ｃ２が頂面２１ａの中心よりも排出方向側に位置し、且つ、ピストン側凹部を排出方向側の外周縁から最深部へ向かう勾配が反排出方向側の外周縁から最深部へ向かう勾配よりも急となるように形成していれば、図７に示す第３の実施形態のように、頂面２２１ａに形成されるピストン側凹部２２１ｂを、略楕円状（ラクビーボール状）に形成することも可能である。なお、第３の実施形態においても、ピストン側凹部２２１ｂの表面全体は、上記各実施形態と同様に、略球面状に形成されている。

＜第４の実施形態＞
図８〜図１０は、第４の実施形態及びその変形例を説明するための説明図である。

上記第１の実施形態では、ピストン側凹部２１ｂを、平面視において、略円状に形成するとともに、その中心位置が頂面２１ａの中心よりも排気口側となるように形成した。これに限られず、ピストン側凹部を排出方向側の外周縁から最深部へ向かう勾配が反排出方向側の外周縁から最深部へ向かう勾配よりも急となるように形成していれば、図８に示す第４の実施形態のように、頂面３２１ａに形成されるピストン側凹部３２１ｂの円の中心位置ｃ３を頂面２１ａの中心と一致させるとともに、平面視におけるピストン側凹部３２１ｂの形状を反排出方向側の一部を切り欠いた略Ｄ字状に形成することも可能である。

また、図９及び図１０のように、図８に示す第４の実施形態を変形することも可能である。すなわち、図９及び図１０の変形例では、図８と同様に、ピストン側凹部３２１ｂの円の中心位置ｃ３を頂面２１ａの中心と一致させるとともに、平面視におけるピストン側凹部の形状を略Ｄ字状に形成している。しかし、図９の変形例では、ピストン側凹部３２１ｂ´の反排出方向側の外周縁を、図８に示すピストン側凹部３２１ｂの反排出方向側の外周縁よりも排出方向側に位置させ、図１０の変形例では、ピストン側凹部３２１ｂ´´の反排出方向側の外周縁を、図８に示すピストン側凹部３２１ｂの反排出方向側の外周縁よりも反排出方向側に位置させようにしている。
なお、第４の実施形態及びその変形例においても、ピストン側凹部３２１ｂ（ピストン側凹部３２１ｂ´及びピストン側凹部３２１´´）の表面全体は、上記各実施形態と同様に、略球面状に形成されている。

＜第５の実施形態＞
図１１及び図１２は、第５の実施形態及びその変形例を説明するための説明図である。

上記第４の実施形態では、平面視において略Ｄ字状に形成された、ピストン側凹部３２１ｂの円の中心位置ｃ３を頂面２１ａの中心と一致させたが、これに限られず、ピストン側凹部を排出方向側の外周縁から最深部へ向かう勾配が反排出方向側の外周縁から最深部へ向かう勾配よりも急となるように形成していれば、図１１に示す第５の実施形態のように、頂面４２１ａに形成されるピストン側凹部４２１ｂの円の中心位置ｃ３を、頂面２１ａの中心よりも排出方向側に位置させることも可能である。

また、図１２のように、図１１に示す第５の実施形態を変形することも可能である。すなわち、図１２の変形例では、図１１と同様に、ピストン側凹部３２１ｂの円の中心位置ｃ３を頂面２１ａの中心よりも排出方向側に位置させるとともに、平面視におけるピストン側凹部の形状を略Ｄ字状に形成しているが、ピストン側凹部４２１ｂ´の反排出方向側の外周縁を、図１１に示すピストン側凹部３２１ｂの反排出方向側の外周縁よりも排出方向側に位置させるようにしている。
なお、第５の実施形態及びその変形例においても、ピストン側凹部４２１ｂ（ピストン側凹部４２１ｂ´）の表面全体は、上記各実施形態と同様に、略球面状に形成されている。

＜第６の実施形態＞
図１３及び図１４は、第６の実施形態及びその変形例を説明するための説明図である。

上記各実施形態では、平面視におけるピストン側凹部の形状を、略円状（第１及び第２の実施形態）、略楕円状（第３の実施形態）、略Ｄ字状（第４及び第５の実施形態）に形成したが、図１３のように、略Ｃ字状に形成することも可能である。この際、ピストン側凹部を排出方向側の外周縁から最深部へ向かう勾配が前記反排出方向側の外周縁から前記最深部へ向かう勾配よりも急となるように形成していれば、図１３のように、頂面５２１ａの中心をさけた位置に、ピストン側凹部５２１ｂを形成してもよい。このようにすれば、図１４のように、ピストン２１を製作する際に必要となる場合のある、センター孔用ボス５２１ｄを形成することが可能となる。なお、第６の実施形態においても、ピストン側凹部５２１ｂ（ピストン側凹部５２１ｂ´）の表面全体は、上記各実施形態と同様に、略球面状に形成されている。

＜第７の実施形態＞
図１５は、第７の実施形態を説明するための説明図である。

上記第１の実施形態では、図３のように、ピストン２１が上死点位置へ移動した状態で、シリンダ側凹部３ｂの外周縁全体を、ピストン側凹部２１ｂの外周縁全体と近接する位置となるように形成したが、例えば、図１５に示すシリンダ側凹部１０３ｂのように、その外周縁の一部のみを、ピストン側凹部２１ｂの外周縁に近接する位置に形成することも可能である。また、図示は省略するが、シリンダ側凹部の外周縁を、ピストン２１が上死点位置へ移動した状態で、ピストン側凹部２１ｂの外周縁と近接する位置に形成することなく、例えば、ピストン側凹部２１ｂの外周縁の内側又は外側に位置するように形成することも可能である。

＜実施形態の構成及び効果＞
本発明の２ストロークエンジン１は、排気を排出することが可能な排気口２７ａと、排気の排出方向とは略反対方向へ燃料及び空気の掃気を送り込むことが可能な掃気口２５ｂとを有し、略円柱形状に形成されるシリンダ５と、シリンダ５内を上死点と下死点との間で往復移動可能なピストン２１と、を備え、ピストン２１の頂面２１ａは、下側方向へ向けて窪む略球面状のピストン側凹部２１ｂを有している。そして、このピストン側凹部２１ｂは、その全体が略球面状に形成され、排出方向側の外周縁から最深部２１ｂ−３へ向かう勾配が急な急斜面部２１ｂ−１と、反排出方向側の外周縁から前記最深部へ向かう勾配が急斜面部２１ｂ−１よりも緩やかな緩斜面部２１ｂ−２とを有している。

このような構成を有することから、前述のように、排気口２７ａからの、流れＳ１〜Ｓ３のような掃気の吹き抜けを効果的に抑制することが可能となる。その結果、給気効率、掃気効率及び充填効率が向上するとともに、充填比（シリンダ内全ガス量／シリンダ容積量）及び修正給気比（新規吸入ガス量／シリンダ内全ガス量）もまた向上するため、エンジン出力の向上及び低公害化を図ることが可能となる。また、燃料を含む掃気の吹き抜けが効果的に抑制されるため、低公害化を図ることができる。

また、本実施形態によれば、ピストン側凹部２１ｂは、その径方向の１／２以上がシリンダ５のボア中心線Ｌ１よりも排気口側に位置するように形成されている。

このような構成を有するから、排気口２７ａ付近を流動する流れＳ１等の掃気は、ピストン側凹部２１ｂによって、その流れの方向を、排気口２７ａへ向かわないようにする変更することが可能である。したがって、排気口２７ａからの吹き抜けをより効果的に抑制することができるため、さらなる、エンジン出力及び熱効率の向上を図ることができ、併せて、低公害化を図ることが可能となる。

また、本実施形態によれば、シリンダヘッド３は、ピストン２１の頂面２１ａと対向するシリンダヘッド３の内周面の一部に、上側方向へ向けて窪むシリンダ側凹部３ｂを有し、シリンダ側凹部３ｂの外周縁は、ピストン２１が上死点位置へ移動したときにピストン側凹部２１ｂの外周縁と近接する位置に形成されている。

このような構成を有することから、ピストン２１が上死点位置へ移動した場合には、ピストン側凹部２１ｂとシリンダ側凹部３ｂとの間に、略楕円球状の燃焼室３０が形成されることとなる。すなわち、燃焼室３０に流入する流れＳ４の混合気は、略楕円球形状に形成された燃焼室３０の内周面に沿って、ループ状に流動し、良好に攪拌されることとなる。したがって、掃気の燃焼速度及び燃焼圧力を向上させることができ、結果として、エンジン出力及び熱効率をより効果的に向上させることが可能となる。

また、このような構成とすることにより、燃焼室３０の内面形状が略楕円球状となるため、燃焼初期におけるＳ／Ｖ比を低減させることが可能なため、エンジン出力及び熱効率を確実に向上させることができる。

さらに本実施形態によれば、シリンダ側凹部３ｂは、球面状に形成されている。

このような構成を有することから、燃焼室３０に流入した流れＳ４の混合気を、燃焼室３０の内周面に沿って円滑に流すことが可能である。したがって、エンジン出力及び熱効率をより効果的に向上させることができる。

また、本実施形態によれば、ピストン２１は、その頂面２１ａに、ピストン側凹部２１ｂの外周縁からピストン側凹部２１ｂの径方向外側へ延びるピストン側延設面２１ｃを有し、シリンダ５（シリンダヘッド３）は、その内周面に、シリンダ側凹部３ｂの外周縁からピストン側凹部２１ｂの径方向外側へ延び、ピストン２１が上死点へ移動したときにピストン側延設面２１ｃとの間に間隙Ｗが形成されるように設けられるシリンダ側延設面３ｃを有している。

このような構成を有することから、ピストン２１が上死点へ移動した際、流れＳ４の混合気を、間隙Ｗを介して、ピストン側凹部２１ｂ及びシリンダ側凹部３ｂにより形成される燃焼室３０内に勢いよく流入させることが可能となる。すなわち、混合気は、燃焼室３０内において、より攪拌されることとなるため、エンジン出力及び熱効率を更に向上させることが可能となる。

さらに、本実施形態によれば、前記間隙Ｗは、スキッシュ流を生じさせる大きさに形成されている。

このような構成を有することから、燃焼室３０内へのスキッシュ流を生じた流れＳ４の混合気は、燃焼室３０内において、より攪拌されることとなるため、エンジン出力及び熱効率を確実に向上させることが可能となる。

また、本実施形態によれば、燃焼室３０は、その燃焼室中心線Ｌ２がシリンダ５のボア中心線Ｌ１よりも排出方向側となるように設けられている（図２参照）。すなわち、本実施形態では、燃焼室３０を構成するシリンダ側凹部３ｂを、排出方向側に位置させたことによって、図２のように、点火プラグ３３をシリンダヘッド３の取付孔３ａの他、例えば、取付孔３ａ´にも取り付けることが可能となっている。このように、本実施形態によれば、シリンダ５に対する点火プラグ３３の取付自由度が向上するため、作業機等の様々な機械毎に、点火プラグ３３の取付位置を適宜設定することにより、２ストロークエンジンを上記作業機等に対してコンパクトに搭載することが可能となる。

さらに、本実施形態によれば、排気口２７ａには、排気口２７ａの幅方向における中央部の少なくとも一部を塞ぐように壁面２７ｂが形成され、壁面２７ｂのシリンダヘッド３側とクランク室３１側との中央位置における排気口２７ａの幅は、壁面２７ｂのシリンダヘッド３側における排気口２７ａの幅の合計よりも大きく形成されている。

このような構成を有することから、本来ならば排気口２７ａから流出してしまう掃気をさらに対流させることができることから、吹き抜けを抑制し、給気効率、充填効率の向上が生じ、出力の向上、排ガス性能の向上が図れる。

なお、本実施形態では、ピストン２１の頂面２１ａを構成する、ピストン側凹部２１ｂの外周面やピストン側延設面２１ｃ、及び、当該ピストン側凹部２１ｂの外周縁及びピストン側延設面２１ｃに対向するシリンダ５の面（シリンダ側凹部３ｂの外周縁から延設される、シリンダ側延設面３ｃを含む面全体）を、それぞれ略平面状に形成したが、これらの面をそれぞれ略球面状に形成してもよい。この際、上記ピストン側凹部２１ｂの外周面やピストン側延設面２１ｃと、上記シリンダ５の面とが、それぞれ略平行となるように形成することも可能である。

１ ２ストロークエンジン
３ シリンダヘッド
３ａ 取付孔（取付部）
３ｂ シリンダ側凹部
３ｃ シリンダ側延設面
５ シリンダ
９ クランクシャフト
２１ ピストン
２１ａ 頂面
２１ｂ ピストン側凹部
２１ｂ−１ 急斜面部
２１ｂ−２ 緩斜面部
２１ｂ−３ 最深部
２１ｃ ピストン側延設面
２３ 吸気通路部
２３ａ 吸気口
２５ 掃気通路部
２５ｂ 掃気口
２５ｂＬ 左側掃気口
２５ｂＲ 右側掃気口
２７ 排気通路部
２７ａ 排気口
２７ａＬ 左側排気口
２７ａＲ 右側排気口
２７ｂ 壁面
２９ シリンダ内空間
３０ 燃焼室
３３ 点火プラグ
Ｌ１ ボア中心線
Ｌ２ 燃焼室中心線
Ｃ シリンダ側凹部中心
Ｄ ボア中心面

Claims (9)

1. 略円柱形状に形成され、排気を排出することが可能な排気口と、前記排気の排出方向とは略反対の反排出方向へ燃料及び空気を含む掃気を送り込むことが可能な掃気口とを有するシリンダと、
   前記シリンダの内部を上死点位置と下死点位置との間で往復移動可能なピストンと、を備え、
   前記ピストンの頂面には、その一部を窪ませたピストン側凹部が形成され、
   前記ピストン側凹部は、前記頂面の前記排出方向側近傍に設けられ、その全体が略球面状に形成されているとともに、その前記排出方向側の外周縁から最深部へ向かう勾配が前記反排出方向側の外周縁から前記最深部へ向かう勾配よりも急となるように形成されている
   ２ストロークエンジン。
2. 前記シリンダは、前記ピストンの頂面と対向する対向面部に、前記ピストンが前記上死点位置側へ向けて移動する方向に窪むシリンダ側凹部を有する
   請求項１に記載の２ストロークエンジン。
3. 前記シリンダ側凹部の外周縁は、前記ピストンが前記上死点位置へ移動したときに前記ピストン側凹部の外周縁と近接する位置に形成されている
   請求項２に記載の２ストロークエンジン。
4. 前記シリンダ側凹部は、略球面状に形成されている
   請求項２又は請求項３に記載の２ストロークエンジン。
5. 前記ピストンは、前記頂面に、前記ピストン側凹部の外周縁から前記反排出方向へ延びるピストン側延設面を有し、
   前記シリンダは、前記対向面部に、前記シリンダ側凹部の外周縁から前記反排出方向へ延び、前記ピストンが前記上死点位置へ移動したときに前記ピストン側延設面との間に間隙が形成されるように設けられるシリンダ側延設面を有する。
   請求項２〜請求項４の何れか１項に記載の２ストロークエンジン。
6. 前記間隙は、スキッシュ流を生じさせる大きさである
   請求項５に記載の２ストロークエンジン。
7. 前記シリンダ側凹部には、前記シリンダの外部から点火プラグを取り付けることが可能な取付部が形成されている
   請求項２〜請求項６の何れか１項に記載の２ストロークエンジン。
8. 前記取付部は、前記シリンダ側凹部の前記排出方向側と前記反排出方向側との間の中心位置よりも前記反排出方向側に形成されている
   請求項７に記載の２ストロークエンジン。
9. 前記排気口には、前記排気口の幅方向における中央部の少なくとも一部を塞ぐように壁面が形成されている
   請求項１〜請求項８の何れか１項に記載の２ストロークエンジン。