JP2014125894A - ２ストロークエンジンとその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】排気弁の開弁時における排気ポート上縁の位置を高精度に確保して、十分なエンジン出力の向上を図ることができる２ストロークエンジンとその製造方法を提供する。
【解決手段】鋳造品であるシリンダＣＹの内面に開口した排気ポート８と、排気ポート８に連通する排気通路４と、シリンダＣＹ内に機械加工によって形成された弁体通路１２から排気通路４内にスライド移動により進退する排気弁１４とを備え、排気ポート８および排気弁１４はシリンダの周方向に並んで一対ずつ配置されており、排気弁１４が排気ポート８の近傍に進出したとき、排気弁１４の先端縁１４ａが排気タイミングを決定し、排気弁１４が後退したとき、前記弁体通路１２の形成時に機械加工によって形成された排気ポート８の上縁８ａが排気タイミングを決定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、排気タイミングを調整する排気弁を備えた２ストロークエンジンとその製造方法に関する。

従来、２ストロークエンジンにおいて、排気通路に排気弁を設けて、排気タイミング（排気の開始タイミング）を調整することで、低速回転領域から高速回転領域までのエンジン出力の改善を図るものがある（特許文献１）。このエンジンの場合、排気通路および排気弁の弁体が移動する弁体通路は、中子を用いた鋳造による型成形により、シリンダと同時に形成される。

特開平０４−１１２９２０号公報

しかしながら、前記特許文献１による２ストロークエンジンの場合、シリンダボアや排気通路のみならず弁体通路も鋳造による型成形で形成されるから、シリンダの内面に開口する排気ポートの上縁の位置精度が劣る。このため、特に、高速回転領域での排気弁の開弁時に、排気ポートの上縁の位置を高精度に確保するのが難しく、安定したエンジン出力の向上を図ることができない。

本発明の目的は、排気弁の開弁時における排気ポート上縁の位置を高精度に確保して、安定したエンジン出力の向上を図ることができる２ストロークエンジンとその製造方法を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明に係る２ストロークエンジンは、鋳造品であるシリンダの内面に開口した排気ポートと、前記排気ポートに連通する排気通路と、前記シリンダ内に機械加工によって形成された弁体通路から前記排気通路内にスライド移動により進退する排気弁とを備え、前記排気ポートおよび排気弁は前記シリンダの周方向に並んで一対ずつ配置されており、前記排気弁が排気ポートの近傍に進出したとき、前記排気弁の先端縁が排気タイミングを決定し、前記排気弁が後退したとき、前記弁体通路の形成時に機械加工によって形成された排気ポートの上縁が排気タイミングを決定する。ここで、排気ポートの上縁とは、排気ポートにおける最上位に位置する開口縁のことをいう。

この構成によれば、弁体通路および排気ポートの上縁が鋳造成形ではなく、機械加工により形成されているので、従来に比べて寸法精度が向上し、排気ポートの上縁の位置を高精度に確保できる。したがって、排気弁が後退して開弁した高速回転領域でのエンジンの出力を安定して向上させることができる。

本発明において、前記排気ポートの上縁が前記シリンダの軸心と直交する直交面上に位置する直線部により形成されていることが好ましい。この構成によれば、排気工程の開始時に、ピストンの下降によって、排気が排気ポートの上縁の直線部において一気に排出されるので、排気効率が向上する。

本発明において、前記排気弁および弁体通路は横断面が長円形であることが好ましい。この構成によれば、排気弁の先端の大部分を容易に直線状とすることができる。

本発明において、前記弁体通路はシリンダの軸心に向かって下方に傾斜していることが好ましい。この構成によれば、排気通路への弁体通路の開口部が小さくて済むので、排気弁の開弁時の排気の流れを、後退した排気弁の先端部によって乱されることが抑制される。

本発明において、前記下方に傾斜した一対の弁体通路はさらに、相対向する内側部が外側部よりも下方に位置するように傾斜していることが好ましい。この構成によれば、下方に傾斜した弁体通路の先端を排気ポートの直線部分に円滑に合致させることができる。

本発明に係る２ストロークエンジンの製造方法は、内面に開口した排気ポートと、この排気ポートに連通する排気通路とを有するシリンダを鋳造により形成し、前記排気通路内にスライド移動により進退する排気弁を収納する弁体通路を機械加工によってシリンダに形成し、前記排気ポートおよび排気弁をシリンダの周方向に並べて一対ずつ配置し、前記排気弁が前記排気ポートの近傍に進出したとき、前記排気弁の先端縁により排気のタイミングを決定させ、前記排気弁が後退したとき、前記弁体通路の形成時に機械加工によって形成された前記排気ポートの上縁により排気タイミングを決定させる。

この構成によれば、前述したように、弁体通路および排気ポートの上縁が鋳造成形ではなく、機械加工により形成されるので、加工精度が向上し、排気弁の開弁時における排気ポートの上縁の位置を高精度に確保できる。これにより、高速回転領域における排気の開始タイミングが正確に決まるので、安定したエンジン出力の向上が達成される。

本発明によれば、弁体通路および排気ポートの上縁が中子を用いた鋳造成形ではなく、機械加工により形成されているから、従来に比べて排気ポートの上縁の位置を高精度に確保できるので、排気弁が開いた高速回転領域において、安定したエンジン出力の向上が達成される。

本発明の一実施形態に係る２ストロークエンジンの要部を示し、高速回転時における縦断面図である。 図１の排気弁近傍を上方から見た横断面図である。 同エンジンの要部を示し、低速回転時における縦断面図である。 同エンジンで用いられる排気弁の斜視図である。 同エンジンの排気ポートをシリンダボア側から見た縦断面図である。 同エンジンの弁体通路をシリンダ外側から見た図である。

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は本発明の一実施形態に係る２ストロークエンジンの要部を示す縦断面図であって、エンジンの回転数が高速回転領域にある場合を示す。同図に示すように、この２ストロークエンジンＥは、中央内部にシリンダボア１が形成されたシリンダＣＹを有し、このシリンダＣＹの上部にシリンダヘッドＣＨが、下部にクランクケースＣＲがそれぞれ連結される。シリンダＣＹとシリンダヘッドＣＨと、シリンダボア１内を摺動する図示しないピストンとにより燃焼室２が形成される。このシリンダＣＹに単一の吸気通路３と、単一の排気通路４と、複数（この例では４つ）の掃気通路５が形成されている。吸気通路３、排気通路４および掃気通路５は、それぞれ、吸気ポート７、排気ポート８および複数の掃気ポート９として、前記シリンダＣＹの内周面に開口している。

排気通路４は排気ポート８からシリンダＣＹの径方向外方に向かって斜め下方に傾斜している。前記排気ポート８の上側には、シリンダＣＹの軸心Ｃに向かって下方に傾斜する一対の弁体通路１２（一方のみを示す）がシリンダＣＹの周方向に並んで形成されている。弁体通路１２の、シリンダ軸心Ｃと直交する直交面Ｈに対する傾斜角度αは、例えば約１４°であるが、これに限定されない。弁体通路１２には、同通路１２内をスライド移動する排気弁１４が挿入されている。吸気通路３，排気通路４および掃気通路５はシリンダＣＹの型成形時に中子（図示せず）によって形成されるのに対し、弁体通路１２はシリンダＣＹの外側からの、切削工具を用いた機械加工によって形成されている。排気ポート８の上縁８ａは弁体通路１２の上縁と合致しており、前記弁体通路１２の機械加工時に同時に形成されている。したがって、弁体通路１２を型成形した場合に生じる上縁８ａの丸み（アール）が存在せず、上縁８ａが鋭い角部となっている。

弁体通路１２がシリンダ軸心Ｃと直交する直交面Ｈに対して下方に傾斜しているので、図３に示すように、弁体通路１２の排気通路４への開口長さＬ１が、二点鎖線で示す傾斜していない弁体通路１２Ａを設ける場合の開口長さＬ２よりも短くなる。したがって、排気通路４への弁体通路１２の開口部が小さくて済むので、排気弁１４の開弁時の排気の流れを、後退した排気弁１４の先端部によって乱されることが抑制される。

この２ストロークエンジンＥは、伝達機構３８、開閉機構３７およびガバナ機構３９を外部に備え、２ストロークエンジンＥのクランク軸（図示せず）に同期して作動するガバナ機構３９の駆動力が前記伝達機構３８および開閉機構３７を介して、シャフト２３を回転させ、このシャフト２３に固定されたアーム１８の回動により、排気弁１４，１４を弁体通路１２内で進退させる。高速回転領域では、排気弁１４が図１に示す後退位置にあって開弁状態となっており、この開弁状態で排気ポート８の上縁８ａがピストンの下降による排気開始のタイミングを決定する。エンジン回転数の低下に伴って排気弁１４が弁体通路１２内をスライド移動し、所定の低回転領域で、図３に示す最前進位置に進出する。

図２は後退位置における排気弁１４の近傍を上方から見た横断面を示す。同図において、一対の弁体通路１２，１２の間は隔壁１５により区画されており、各弁体通路１２に一つの排気弁１４がスライド移動可能に挿入されている。

前記排気弁１４，１４は、図４の斜視図に示すように、円弧面に形成された先端縁１４ａを有する弁部１４ｂと、中間部１４ｃと、基端の弁軸部１４ｄとを有している。前記弁部１４ｂは横断面が長円形に、中間部１４ｃは外側に円筒状のガイドカラー１９が嵌合される円柱状に、弁軸部１４ｄは中間部１４ｃよりも小径の円柱状に、それぞれ形成されている。中間部１４ｃには、ストッパ用の段部１４ｅが形成され、弁軸部１４ｄには支軸１６が取り付けられている。

排気弁１４の弁部１４ｂは、図３に示す進出状態でシリンダＣＹの内面に合致する先端形状を有している。図２に示す弁軸部１４ｄは、シリンダＣＹにねじ止め（図示せず）された押さえ板２８に挿通され、この押さえ板２８とシリンダＣＹに形成された段部からなるカラーストッパ１７（図１）との間でガイドカラー１９が、その軸心方向に位置規制されている。このガイドカラー１９は、その内側に排気弁１４の中間部１４ｃが嵌合されて、排気弁１４のスライド移動をガイドする。前記押さえ板２８の外側で排気弁１４の支軸１６がアーム１８に係合されている。シリンダＣＹにはさらに、図１の排気弁１４の前記段部１４ｅに当接して排気弁１４を進出位置に位置決めする弁ストッパ２７が形成されている。排気弁１４のシリンダＣＹ外側はカバー２５で覆われている。

エンジンＥの低速回転時には、エンジンＥの回転に同期したガバナ機構３９の駆動力により、伝達機構３８および開閉機構３７を介して、アーム１８の回動によって支軸１６が進出方向（図３の左側）に押され、排気弁１４が排気ポート８に向かって弁体通路１２内をスライド移動する。ガバナ機構３９に代えてモータ駆動力によって排気弁１４をスライドさせてもよい。排気弁１４は、図３に示すように、段部１４ｅが弁ストッパ２７に当接して、進出位置に位置決めされる。この状態で、先端縁１４ａがシリンダＣＹの内面、つまり、シリンダボア１の内周面に合致しており、先端縁１４ａが排気開始のタイミングを決定する。つまり、排気弁１４の進出により排気開始タイミングを遅らせる。また、排気通路４の入口面積も低回転時の少ない排気量に見合って小さくなる

図５に示すように、一対の排気ポート８，８および一対の弁体通路１２，１２はそれぞれ、左右対称な位置で同一の高さ位置にくるように設定されている。排気ポート８の上縁８ａはシリンダＣＹの軸心と直交する直交面Ｈ上に位置する直線部により形成されている。この直線部８ａの幅Ｗ１は、排気ポート８の周方向幅Ｗ２の１／２以上が好ましい。

シリンダＣＹの径方向外側から見た図６に示すように、一対の弁体通路１２，１２は、排気弁１４の横断面形状に合致した長円形であり、この弁体通路１２，１２内を、排気弁１４（図１）がスムーズにスライド移動可能となっている。また、弁体通路１２，１２は、相対向する内側部１２ａが外側部１２ｂよりも下方に位置するように傾斜している。２つの弁体通路１２，１２がなす傾斜角度θは、例えば約８°であるが、この傾斜角度に限定されない。

図２から分かるとおり、弁体通路１２の外側部１２ｂは内側部１２ａよりも前方、すなわちシリンダ軸心Ｃ寄りに進出している分だけ、内側部１２ａよりも下方に位置することになる。これに対し、図６に示したとおり、弁体通路１２は外側部１２ｂが内側部１２ａよりも上方となるように傾斜しているので、結局、弁体通路１２の先端部分、つまり排気ポート８の上縁８ａを、図５に示したシリンダ軸心Ｃと直交する直交面Ｈ上に位置させることができる。

つぎに、上記構成の２ストロークエンジンの動作について、図１および図３を参照しながら説明する。図１に示すガバナ機構３９からの駆動力により、エンジンＥが高速回転領域にある場合、シャフト２３が反時計回りに回転して、アーム１８を介し、排気弁１４を後退させる。このとき、排気ポート８の上縁８ａによって排気タイミング（排出開始のタイミング）が決定される。前記排気ポート８の上縁８ａは弁体通路１２の形成時の機械加工によって形成されているので、その位置の精度が高いので、高速回転領域において安定したエンジン出力の向上が達成される。

エンジンＥが低速回転領域にある場合、ガバナ機構３９からの駆動力により、シャフト２３が時計回りに回転して、図３に示すように、アーム１８を介して排気弁１４を排気ポート８に向かって進出させる。排気弁１４が進出位置にあるとき、排気弁１４の先端縁１４ａによって排気タイミングが決定される。これにより、排気タイミングが高速回転領域よりも遅れるので、低速回転領域におけるエンジン出力が向上する。

図５に示すように、排気ポート８の上縁８ａがシリンダＣＹの軸心Ｃと直交する直交面Ｈ上に位置する直線部により形成されているから、排気工程の開始時に、ピストンの下降によって、排気が排気ポート８の上縁８ａの直線部において一気に排出されるので、排気効率が向上する。また、図１の排気弁１４および弁体通路１２は横断面が長円形（図６参照）であるので、排気弁１４の先端の大部分を容易に直線状とすることができる。

さらに、弁体通路１２はシリンダＣＹの軸心Ｃに向かって傾斜角度αで下方に傾斜しているから、排気通路４への弁体通路１２の開口部の長さＬ１（図３）が短くて済むので、排気弁１４の開弁時に排気通路４を通る排気の流れを、後退した排気弁１４の先端部によって乱されることが抑制される。

また、図６に示すように、一対の弁体通路１２は、相対向する内側部１２ａが外側部１２ｂよりも下方に位置するように傾斜角度θで傾斜しているので、図１に示す下方に傾斜した弁体通路１２の先端縁１４ａを排気ポート８の直線部分８ａに円滑に合致させることができる。

本発明に係る２ストロークエンジンは、自動二輪車、不整地走行車のほか、各種作業機を駆動する小型エンジンにも適用できる。

以上のとおり、図面を参照しながら好適な実施形態を説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。したがって、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。

３…吸気通路
４…排気通路
８…排気ポート
８ａ…排気ポートの上縁
１２…弁体通路
１４…排気弁
１４ａ…排気弁の先端縁
１４ｂ…弁部
Ｃ…シリンダの軸心
ＣＹ…シリンダ
Ｅ…２ストロークエンジン
Ｈ…直交面

Claims (6)

1. 鋳造品であるシリンダの内面に開口した排気ポートと、前記排気ポートに連通する排気通路と、前記シリンダ内に機械加工によって形成された弁体通路から前記排気通路内にスライド移動により進退する排気弁とを備え、
   前記排気ポートおよび排気弁は前記シリンダの周方向に並んで一対ずつ配置されており、
   前記排気弁が排気ポートの近傍に進出したとき、前記排気弁の先端縁が排気タイミングを決定し、前記排気弁が後退したとき、前記弁体通路の形成時に機械加工によって形成された排気ポートの上縁が排気タイミングを決定する２ストロークエンジン。
2. 請求項１に記載の２ストロークエンジンにおいて、前記排気ポートの上縁が前記シリンダの軸心と直交する直交面上に位置する直線部により形成されている２ストロークエンジン。
3. 請求項１または２に記載の２ストロークエンジンにおいて、前記排気弁および弁体通路は横断面が長円形である２ストロークエンジン。
4. 請求項１から３のいずれかに記載の２ストロークエンジンにおいて、前記弁体通路はシリンダの軸心に向かって下方に傾斜している２ストロークエンジン。
5. 請求項４に記載の２ストロークエンジンにおいて、前記一対の弁体通路は、相対向する内側部が外側部よりも下方に位置するように傾斜している２ストロークエンジン。
6. 内面に開口した排気ポートと、この排気ポートに連通する排気通路とを有するシリンダを鋳造により形成し、
   前記排気通路内にスライド移動により進退する排気弁を収納する弁体通路を機械加工によってシリンダに形成し、
   前記排気ポートおよび排気弁をシリンダの周方向に並べて一対ずつ配置し、前記排気弁が前記排気ポートの近傍に進出したとき、前記排気弁の先端縁によって排気タイミングを決定させ、
   前記排気弁が後退したとき、前記弁体通路の形成時に機械加工によって形成された前記排気ポートの上縁により排気タイミングを決定させる２ストロークエンジンの製造方法。

Images