JP2015124703A - ２ストロークエンジン - Google Patents

Abstract

【課題】 ２ストロークエンジンにおいて、掃気ポートの開閉タイミングを変更可能にする。
【解決手段】 ２ストロークエンジンＥであって、シリンダボア３ａの側部を形成する壁部４２に開口する開口端４２ｃを有し、シリンダボア内を往復動するピストン２２が下死点近傍にあるときに燃焼室４４に向けて開口端が開かれる掃気ポート４３と、シリンダボアの径方向外方に設けられ、シリンダ軸線３Ｘ方向に変位して掃気ポートの開口端の上縁部４２ｄから開口端内に突入するシャッター７３とを有する。
【選択図】 図５

Description

本発明は、２ストロークエンジンに関し、詳細には掃気ポートの開閉タイミングを変更可能にする技術に関する。

従来、２ストロークエンジンでは、シリンダボアの側部とクランク室とを連通する掃気ポートが形成され、この掃気ポートを介してクランク室からシリンダボアに燃料を含む混合気が供給される。掃気ポートは、シリンダボア内を往復動するピストンの位置に応じて開閉され、ピストンが下死点付近にあるときにシリンダボア上部の燃焼室と連通し、ピストンが上死点付近にあるときに燃焼室との連通が遮断される。

このような２ストロークエンジンにおいて、掃気ポートのシリンダボア側の開口部に、シリンダボアの周方向に傾倒可能なフローガイドを設け、フローガイドの傾倒角度を変更することによって、掃気ポートからシリンダボアに流入する混合気の向きを調整可能にしたものがある（例えば、特許文献１）。この２ストロークエンジンでは、フローガイドの延在方向をシリンダボアの接線に近づけることによって、掃気ポートからシリンダボアに流入する混合気の向きがシリンダボアの接線方向に近付き、シリンダボア内において混合気のスワール流を生成することができる。

実開昭６３−１８３３２３号公報

しかしながら、特許文献１に係る２ストロークエンジンのフローガイドは、掃気ポートの開閉タイミングを変化させることはできない。掃気ポートの開閉タイミングを変更できるようにすると、運転状態に応じて混合気の燃焼室への供給量や内部ＥＧＲ量を調整することが可能になり、出力や熱効率の向上が図れる。

本発明は、以上の背景を鑑み、２ストロークエンジンにおいて、掃気ポートの開閉タイミングを変更可能にすることを課題とする。

上記課題を解決するために、２ストロークエンジン（Ｅ）であって、シリンダボア（３ａ）の側部を形成する壁部（４２）に開口する開口端（４２ｃ）を有し、シリンダボア内を往復動するピストン（２２）が下死点近傍にあるときに燃焼室（４４）に向けて前記開口端が開かれる掃気ポート（４３）と、前記シリンダボアの径方向外方に設けられ、シリンダ軸線（３Ｘ）方向に変位して前記掃気ポートの前記開口端の上縁部（４２ｄ）から前記開口端内に突入するシャッター（７３）とを有することを特徴とする。

この構成によれば、シャッターの突入量を変更することで、掃気ポートの開閉タイミングが調整可能になる。２ストロークエンジンでは、掃気ポートと燃焼室との連通状態は、ピストンの外周上縁が掃気ポートのシリンダボア側開口端の上縁より下方に下がることによって形成される。本発明では、シャッターが掃気ポートのシリンダボア側開口端の上縁から下方に向けて開口端内に突入し、シャッターが掃気ポートの上縁を構成（画定）するため、掃気ポートと燃焼室との連通状態は、ピストンの外周上縁がシャッターの下縁より下方に下がることによって形成される。そのため、シャッター位置をシリンダ軸線方向に沿って上下に変位させ、シャッターの突入量を変更することによって、任意に掃気ポートの開閉タイミングを調整することができる。

また、上記の発明において、前記シャッターは、前記シリンダボアと同軸に設けられ、かつ前記シリンダボアに対してシリンダ軸線方向に変位可能に設けられた筒部（７４）を有するとよい。

この構成によれば、掃気ポートがシリンダボアの周囲に複数設けられる場合にも、全ての掃気ポートを１つのシャッターで開閉することができる。また、複数の掃気ポートが設けられる場合において、シャッターは各掃気ポートを通過する混合気からシリンダボアの径方向に荷重を受けるため、シリンダボアに対する倒れが発生し難く、安定性良く掃気ポートの開口端を開閉することができる。

また、上記の発明において、前記シリンダボアの側部は、機関本体に設けられた円筒形のシリンダスリーブ（４２）によって形成され、前記掃気ポートの前記開口端は、前記シリンダスリーブを径方向に貫通する孔（４２ｃ）であり、前記筒部は、前記シリンダスリーブの外周部に摺動可能に設けられているとよい。

この構成によれば、シャッターをシリンダボアの周囲にシリンダ軸線方向に変位可能な状態で組み付けることができる。また、シャッターの筒部がシリンダスリーブの外周に配置されるため、シャッターはシリンダスリーブ及びシリンダボアに対して倒れることなく、円滑にシリンダの軸線方向に変位することができる。また、シャッターを有する２ストロークエンジンの構成を簡素にすることができる。

また、上記の発明において、前記シリンダスリーブは、前記機関本体に形成された貫通孔（４１）に挿入され、前記貫通孔の周囲には、前記クランク室から前記シリンダスリーブに形成された前記掃気ポートの前記開口端に延びる通路（３ｂ）が形成されているとよい。

この構成によれば、簡素な構成で機関本体に掃気ポートを容易に形成することができる。

また、上記の発明において、前記シリンダスリーブの外周面には、周方向に延びて環状をなし、シリンダ軸線方向に所定の幅を有する受容溝（７０）が凹設され、前記シャッターの前記筒部は、前記受容溝内で前記シリンダ軸線方向に変位可能に前記受容溝に受容されているとよい。

この構成によれば、シャッターのシリンダ軸線方向における移動の上限位置及び下限位置を規定することができる。

また、上記の発明において、前記シャッターは、前記掃気ポートの前記開口端の上縁と前記シリンダボアの径方向において重なる位置に常時配置された下端縁（７４ｂ）と、前記下端縁から前記シリンダボア側に突出して前記シリンダスリーブの内周面と面一となる突出端面（９０ａ）を形成する凸部（９０）とを有するとよい。

この構成によれば、シャッターの下端縁に設けられる凸部がピストンに摺接する位置まで張り出し、シリンダボアの径方向におけるピストンとシャッターとの隙間が埋められる。これにより、ピストンの外周上縁が、掃気ポートの開口端の上縁より下方、かつシャッターの下縁より上方に位置するときに、燃焼室と掃気ポートとの連通状態が確実に遮断される。

また、上記の発明において、前記シャッターの外面に、シリンダ軸線方向に延在するように設けられたラック（７５）と、前記ラックに噛み合い、駆動源に連結されたピニオン（７８）とを有するとよい。

この構成によれば、簡素な構成でシャッターをシリンダ軸線方向に変位させることができる。

以上の構成によれば、２ストロークエンジンにおいて、掃気ポートの開閉タイミングを変更可能にすることができる。

実施形態に係るエンジンの縦断面図（図２中のＩ−Ｉ断面図） 図１中のII-II断面図 図２中のIII−III断面図 複リンク機構の動作説明図 図２におけるシリンダボア周囲の拡大断面図 変形実施形態に係るシリンダボア周囲の拡大断面図

以下、図面を参照して、本発明をユニフロー型単気筒２ストロークエンジン（以下、単にエンジンＥと称する。）に適用した実施形態について詳細に説明する。

図１および図２に示すように、エンジンＥの機関本体１は、内部にクランク室２ａを画成するクランクケース２と、クランクケース２の上部に起立状態で接合され、内部にシリンダボア３ａを画成するシリンダブロック３と、シリンダブロック３の上部に接合されるシリンダヘッド４と、シリンダヘッド４の上部に接合されてシリンダヘッド４との間に上部動弁室６を画成するヘッドカバー５とを有している。

クランクケース２は、図２に示すように、シリンダ軸線３Ｘを通る面で左右に分割された一対のクランクケース半体７、７によって構成される。左右のクランクケース半体７、７は、適所に配置された本実施形態では７本のボルト９（図１、図３）によって互いに締結されて一体となっている。各クランクケース半体７の側壁７Ｓには、クランクシャフト８を支持する第１ベアリングＢ１がそれぞれ設けられている。クランクシャフト８は、クランク室２ａにクランクスローが収容された状態で第１ベアリングＢ１を介してクランクケース２によって回転自在に支持される。

クランクシャフト８は、第１ベアリングＢ１によって支持される一対のジャーナル１１、１１と、両ジャーナル１１、１１の互いに近接する側の端部に結合された一対のウェブ１２、１２と、両ウェブ１２、１２によってジャーナル１１から偏心した位置に支持されたクランクピン１３と、各ジャーナル１１から同軸に延びる一対の延出部１４、１４とを有している。各ウェブ１２は、クランク軸線８Ｘを中心としてクランクピン１３までの距離よりも大きな半径を有する円盤状に形成されており、クランクシャフト８の回転を安定化させるフライホイールの役割を果たしている。

クランクシャフト８の各延出部１４は、各クランクケース半体７の側壁７Ｓに形成された貫通孔１５、１５を通ってクランクケース２の外部に延出している。クランクケース２の両側壁７Ｓにおける第１ベアリングＢ１の外側には、クランク室２ａの気密性を確保するための第１シール部材Ｓ１、Ｓ１がそれぞれ設けられている。図２および図３に示すように、右側のクランクケース半体７の側壁７Ｓには、クランクシャフト８の右側の延出部１４を取り囲むように突出する下部動弁ケース本体１７が一体に形成されている。

下部動弁ケース本体１７は、突出端が開放された有底筒状に形成されており、内部に下部動弁室１８を画成する。下部動弁ケース本体１７の突出端には、下部動弁室１８を塞ぐように動弁室カバー１９が取り付けられる。下部動弁ケース本体１７の突出端面にはシール溝１７ａが形成されており、シール溝１７ａに装着された第２シール部材Ｓ２によって下部動弁ケース本体１７と動弁室カバー１９とが気密性をもって接合される。

クランクシャフト８の右側の延出部１４は、動弁室カバー１９を貫通してさらに外方に延出している。動弁室カバー１９のクランクシャフト８を貫通させる貫通孔１９ａの内面には、下部動弁室１８の気密性を確保し、ひいてはクランク室２ａの気密性を確保するための第３シール部材Ｓ３が設けられている。

図１に示すように、クランクシャフト８は、クランクピン１３の回転中心となるクランク軸線８Ｘ、すなわちジャーナル１１の軸心がシリンダ軸線３Ｘに対して一側方（図１の左側方）にオフセットした位置に配置される。クランクピン１３には、３つの支点（２０ａ、２０ｂ、２０ｃ）を有するトリゴナルリンク２０の中間支点をなす筒状の中間筒部２０ａが第２ベアリングＢ２を介して回動自在に連結されている。

本実施形態では、トリゴナルリンク２０は、中間筒部２０ａによって互いに平行に延在するように連結された２つの板状部２０ｄ、２０ｄと、両端部近傍で両板状部２０ｄ、２０ｄによってそれぞれ両軸端を支持されてそれぞれ支点をなす第１連結ピン２０ｂおよび第２連結ピン２０ｃとを有しており、３つの支点（２０ａ、２０ｂ、２０ｃ）が略直線上に概ね等間隔に配置されている。

トリゴナルリンク２０のシリンダ軸線３Ｘ側の第１連結ピン２０ｂ（一端部）には、コネクティングロッド（以下、コンロッド２１と略称する。）の大端部２１ａが第３ベアリングＢ３を介して回動自在に連結されている。コンロッド２１の小端部２１ｂは、シリンダボア３ａ内を往復動するピストン２２にピストンピン２２ａおよび第４ベアリングＢ４を介して連結されている。

クランク軸線８Ｘに対してシリンダ軸線３Ｘと相反する側、かつクランク軸線８Ｘよりも下側には、クランク軸線８Ｘと平行な軸線を有する支点軸２３が配置されている。支点軸２３は、図２に示すように両端部がクランクケース２に形成された有底孔２４に圧入されることによってクランクケース２に固定されている。支点軸２３には揺動リンク２５の基端部２５ａが第５ベアリングＢ５を介して回動可能に連結されている。揺動リンク２５は基端部２５ａから概ね上方に向けて延び、その上端となる揺動端部２５ｂがトリゴナルリンク２０のシリンダ軸線３Ｘから遠い側の第２連結ピン２０ｃ（他端部）に第６ベアリングＢ６を介して回動可能に連結される。

このように、エンジンＥは、コンロッド２１に加えてトリゴナルリンク２０および揺動リンク２５を備えた複リンク機構３０を有している。複リンク機構３０は、ピストン２２の往復運動をクランクシャフト８の回転運動に変換する。そして複リンク機構３０を構成する部材は、予混合された混合気の自着火が適切に行われるように燃料の特性に応じて設定された圧縮比（有効２次圧縮比およびこれに対応する幾何学的圧縮比）が実現されるように、その配置や寸法などが設定される。燃料としては、ガソリン、軽油、灯油、ガス（都市ガスやＬＰガス）などが用いられる。

エンジンＥが複リンク機構３０を備えることにより、エンジンＥの大型化を抑制しつつ、大きなピストンストロークＬによって燃焼エネルギーの取出量を増やすことが可能になり、熱効率が大幅に向上する。すなわち、図４（Ａ）に示すように、ピストン２２の上死点では、コンロッド２１の大端部２１ａが、トリゴナルリンク２０の右端の第１連結ピン２０ｂによってクランクピン１３よりも上方へ第１距離Ｄ１だけ押し上げられる。一方、図４（Ｂ）に示すように、ピストン２２の下死点では、コンロッド２１の大端部２１ａは、トリゴナルリンク２０の右端の第１連結ピン２０ｂによってクランクピン１３よりも下方へ第２距離Ｄ２だけ押し下げられる。その結果、ピストンストロークＬは、コンロッド２１の大端部２１ａをクランクピン１３に直接連結した同一クランク半径Ｒを有する通常のレシプロエンジンに比べ、上記距離の和（Ｄ１＋Ｄ２）だけ伸長することになる。従って、本実施形態のエンジンＥでは、クランクケース２の大型化やエンジンＥの全高の増大を抑制しつつ、ピストンストロークＬを増大させることが可能である。

また、このエンジンＥでは、コンロッド２１の大端部２１ａの軌跡Ｔが図４に示すように円形ではなく縦長な形状になる。すなわち、同一クランク半径Ｒを有する通常のレシプロエンジンに比べ、コンロッド２１の揺動角度が小さくなる。そのため、シリンダボア３ａの小径化を可能にしながら、シリンダ下端部（後述するシリンダスリーブ４２の下端部）とコンロッド２１との干渉を回避することができる。また、コンロッド２１の揺動角度が小さくなることから、ピストン２２がスラスト側および反スラスト側でシリンダに与える荷重が低減される。

図１に示すように、旋回するトリゴナルリンク２０や揺動する揺動リンク２５、縦長の軌跡Ｔをもって回転運動するコンロッド２１の大端部２１ａなどが干渉しないように、クランク室２ａは、揺動リンク２５側では幅方向に長く、ピストン２２の直下では上下方向に長く形成される。クランクケース２の上部には、クランク室２ａに接続する円形断面の開口部３１が鉛直に延在するように形成されている。開口部３１は、シリンダスリーブ４２の下部の外径よりも大きな内径を有し、シリンダスリーブ４２の下部の周囲にクランク室２ａに繋がる環状の空間を形成する。

また、クランクケース２の上部における開口部３１に隣接した位置には、吸気ポート３２が斜め上方からクランクシャフト８に向けてクランク室２ａに接続するように形成されている。吸気ポート３２には、吸気ポート３２側からクランク室２ａ側への流体の流れを許容する一方で、クランク室２ａ側から吸気ポート３２側への流体の流れを阻止するリード弁３３が設けられている。リード弁３３は、ベース部材３３ａと、ベース部材３３ａに取り付けられた板状の一対の弁体３３ｂ、３３ｂと、各弁体３３ｂの背面側に設けられる一対のストッパ３３ｃ、３３ｃとを有している。弁体３３ｂはストッパ３３ｃとともにベース部材３３ａに固定されている。リード弁３３は、通常は閉弁しており、ピストン２２の上昇によってクランク室２ａ内の圧力が低下すると開弁する。

クランクケース２には、リード弁３３を介して通路部材３４が取り付けられている。通路部材３４は、鉛直に延在して吸気ポート３２に接続する吸気通路３４ａを画成するとともに、吸気通路３４ａを開閉するスロットル弁３４ｂを水平な軸心をもって軸支している。また、通路部材３４には、吸気通路３４ａのスロットル弁３４ｂよりも下流側を臨む位置に燃料噴射弁３５が取り付けられている。燃料噴射弁３５は、噴射ノズル３５ａを斜め下方のリード弁３３に向けて傾斜配置されており、リード弁３３が開くタイミングに合わせて吸気通路３４ａの下流側部分に燃料を噴射する。通路部材３４の上流側には、上方に向けて延びた後に屈曲して水平に延在するＬ字状の吸気管３６が接続されている。

クランクケース２の上面には、上方に向けて突出する４本のスタッドボルト３８がシリンダボア３ａを取り囲むように四隅に植設されている（図１参照）。シリンダブロック３およびシリンダヘッド４は、これら４本のスタッドボルト３８およびそれぞれに螺合する袋ナット３９によってクランクケース２に共締めされている。

図１および図２に示すように、シリンダブロック３には上下方向に延在する円形断面の貫通孔４１が形成されており、この貫通孔４１に円筒状のシリンダスリーブ４２が下端を突出させるように圧入されている。シリンダブロック３の貫通孔４１は、上部において中間部よりも大きな径を有する段付孔となっており、この段部には上向きの環状肩面４１ａが形成される。貫通孔４１の上部における下部に対して拡径した部分（正確には、後述する環状突起４２ｂよりも上方の部分）には、環状空間４１ｂが形成される。

シリンダスリーブ４２は、面取りされた下端を除き、軸方向の全長にわたって同一の内径を有しており、シリンダスリーブ４２の内周面４２ａによってシリンダボア３ａが画成される。また、シリンダスリーブ４２の外周面における環状肩面４１ａに対応する位置には環状突起４２ｂが形成されており、環状突起４２ｂが環状肩面４１ａに係止されることによってシリンダブロック３に対するシリンダスリーブ４２の下方への位置決めがなされる。シリンダスリーブ４２は、シリンダブロック３の高さよりも大きな高さを有しており、上端面をシリンダブロック３の上端面と同一平面上に配置するとともに、下部をシリンダブロック３よりも下方に突出させるとともにクランクケース２の開口部３１に突入させている。

シリンダスリーブ４２の左右両側には、周壁を貫通する掃気孔４２ｃ、４２ｃが形成されている。両掃気孔４２ｃ、４２ｃは、同一の形状および同一の大きさに形成され、シリンダ軸線３Ｘを中心として１８０度異なる位置に且つ同一の高さに配置されている。図５に示すように、各掃気孔４２ｃは、シリンダブロック３とクランクケース２との接合面よりも高い位置に配置された上縁４２ｄを有し、接合面よりも低い位置に配置された下縁４２ｅを有している。少なくとも、ピストン２２が上死点に位置するときにピストン２２の外周上縁よりも掃気孔４２ｃの上縁４２ｄが下方に位置し、かつピストン２２が下死点に位置するときにピストン２２の外周上縁よりも掃気孔４２ｃの上縁４２ｄが上方に位置するように、掃気孔４２ｃは配置されている。好ましくは、ピストン２２が上死点に位置するときにピストン２２の外周下縁よりも掃気孔４２ｃの上縁４２ｄが下方に位置し、かつピストン２２が下死点に位置するときにピストン２２の外周上縁よりも掃気孔４２ｃの下縁４２ｅが上方に位置するように、掃気孔４２ｃは配置されている。

図１、図２及び図５に示すように、シリンダスリーブ４２の外周面には、周方向に延在して環状をなし、上下方向（軸方向）に所定の幅を有する受容溝７０が凹設されている。受容溝７０は、底面７０ａがシリンダ軸線３Ｘを中心とした円周面に形成されている。受容溝７０の上縁及び下縁を画定する上側壁７０ｂ及び下側壁７０ｃは、底面７０ａに対してそれぞれ略垂直に立ち上がり、シリンダスリーブ４２の周方向に延在している。これにより、受容溝７０の横断面は、略長方形となっている。受容溝７０は、上側壁７０ｂ及び下側壁７０ｃによって形成される段部を介してシリンダスリーブ４２の他の外周面と連続している。

受容溝７０の上側壁７０ｂは各掃気孔４２ｃの上縁４２ｄよりも上方に配置され、受容溝７０の下側壁７０ｃは各掃気孔４２ｃの上縁４２ｄと下縁４２ｅとの間に配置されている。各掃気孔４２ｃは、受容溝７０の下側壁７０ｃを上下に跨ぐように配置され、その上半部が受容溝７０の底面７０ａに開口し、その下半部がシリンダスリーブ４２の受容溝７０より下側の外周面に開口している。

図１及び図２に示すように、シリンダブロック３の下面における貫通孔４１の開口端の周囲には、貫通孔４１を拡径するように凹設された通路３ｂが形成されている。通路３ｂは、シリンダスリーブ４２の外周を囲むように、シリンダ軸線３Ｘを中心とした環状に形成されている。また、通路３ｂは、上下に延び、その下端部はシリンダブロック３の下面に開口し、クランクケース２の開口部３１と接続している。通路３ｂの上端部は掃気孔４２ｃの上縁４２ｄと同じ位置まで延びている。他の実施形態では、通路３ｂの上端部は掃気孔４２ｃの上縁４２ｄよりも上方に延びていてもよい。

クランクケース２の開口部３１、シリンダブロック３の通路３ｂ、及びシリンダスリーブ４２の掃気孔４２ｃによって形成される一連の掃気ポート４３は、クランク室２ａとシリンダボア３ａとを連通する。掃気孔４２ｃは、掃気ポート４３のシリンダボア３ａ側の開口端をなす。通路３ｂの上端部は、通路３ｂを下から上に流れる混合気を側方に配置される掃気孔４２ｃに円滑に流すように、上方に進むほどシリンダスリーブ４２側に進むように曲面状に湾曲した壁面によって形成されている。

図５に示すように、シリンダスリーブ４２の外周側、すなわちシリンダボア３ａの径方向外方には、シャッター７３がシリンダ軸線３Ｘ方向に変位可能に設けられている。シャッター７３は、両端が開口した円筒形の筒部７４と、筒部７４の外周面に突設されたラック部７５とを有している。ラック部７５は、筒部７４の軸線方向に延在し、その突出端に筒部７４の軸線方向に列設された複数のラック歯７５ａを有している。

シャッター７３の筒部７４は、シリンダスリーブ４２の受容溝７０に受容され、シリンダスリーブ４２（シリンダボア３ａ）と同軸に配置される。このとき、筒部７４の内周面は、受容溝７０の底面７０ａに摺接する。筒部７４の軸線方向長さは、受容溝７０を画成する上側壁７０ｂ及び下側壁７０ｃ間の距離よりも短く設定されており、筒部７４は受容溝７０内をシリンダ軸線３Ｘ方向に変位可能である。筒部７４は、上縁７４ａが上側壁７０ｂに突き当たることによって上限位置が規定され、下縁７４ｂが下側壁７０ｃ部に突き当たることによって下限位置が規定される。すなわち、筒部７４は受容溝７０に配置されることによって、所定の範囲でシリンダ軸線３Ｘ方向に変位可能になっている。

図５に示すように、ラック部７５は、筒部７４に対してクランク軸線８Ｘ方向における一側に配置される。シリンダブロック３には、ラック部７５と対応した位置に凹部７７が形成されている。凹部７７は、通路３ｂの上端部から上方に延びている。ラック部７５は、シャッター７３が上限位置側に位置するときに凹部７７内に配置され、シャッター７３が下方に移動するに従って通路３ｂ内に突入する。このように、凹部７７内にラック部７５が出没可能に配置されることによって、シャッター７３はシリンダブロック３と干渉することなく、シリンダ軸線３Ｘ方向への移動が可能になっている。ラック部７５のシリンダ軸線３Ｘを中心とした周方向における側部は、凹部７７を画定する側壁と摺接し、シャッター７３のシリンダ軸線３Ｘを中心とした回転を阻止している。

ラック部７５のラック歯７５ａには、ピニオン７８が噛み合っている。ピニオン７８は、シリンダブロックに形成されたピニオン孔７９内に回転可能に配置され、シリンダブロック３に回転可能に支持されたシャフト８１の一端に結合されている。ピニオン孔７９は、凹部７７と連続して形成され、ピニオン孔７９を形成する壁部８２は、シリンダブロック３の側面に対して外方に張り出している。図３に示すように、シャフト８１は、クランク軸線８Ｘ及びシリンダ軸線３Ｘと直交する方向に延び、他端がシリンダブロックの外方に突出している。シャフト８１の他端は、電動モータ８４の回転軸に連結されている。電動モータ８４は、ブラケット８５を介してシリンダブロック３の側面に取り付けられている。これにより、電動モータ８４が回転するとピニオン７８が回転し、ラック部７５においてピニオン７８に噛み合うシャッター７３はシリンダ軸線３Ｘ方向に移動する。電動モータ８４は、図示しない電子制御装置（ＥＣＵ）に制御されている。

図５では、シャッター７３が上限位置にある状態を実線で表し、シャッター７３が下限位置にある状態を２点鎖線で表す。シャッター７３は、上限位置において筒部７４の下縁７４ｂが掃気孔４２ｃの上縁４２ｄと一致する位置に配置されている。下限位置において、筒部７４の下縁７４ｂが掃気孔４２ｃと径方向において対向する位置に配置される。

以上の構成によれば、シャッター７３が上限位置からシリンダ軸線３Ｘ方向に沿って下方に移動することによって、筒部７４の下縁７４ｂは掃気孔４２ｃの上縁４２ｄから掃気孔４２ｃ内に突入し、掃気ポート４３のシリンダボア３ａ側の開口端の上縁を構成する。そのため、シャッター７３のシリンダ軸線３Ｘ方向における位置を変化させることによって、ピストン２２の下降時に掃気ポート４３とシリンダボア３ａのピストン２２より上側の部分（燃焼室４４）とが連通を開始するタイミング、すなわち掃気ポート４３の開タイミングと、ピストン２２の上昇時に掃気ポート４３とシリンダボア３ａのピストン２２より上側の部分との連通が遮断されるタイミング、すなわち掃気ポート４３の閉タイミングとを変化させることができる。掃気ポート４３の開タイミング及び閉タイミングが変化することによって、掃気ポート４３が開状態を維持する期間、すなわち開期間が変化する。

図１および図２に示すように、シリンダヘッド４の下面におけるシリンダボア３ａに対応する位置には、ドーム状のヘッド側燃焼室４ａが凹設されており、ピストン２２の頂面とシリンダヘッド４との間に燃焼室４４が形成される。また、シリンダヘッド４の下面におけるヘッド側燃焼室４ａの周囲には、前述したシリンダブロック３に形成された環状空間４１ｂと接続する環状溝４ｂが形成されている。環状空間４１ｂおよび環状溝４ｂによって、ヘッド側燃焼室４ａおよびシリンダボア３ａの上部を囲繞するウォータージャケット４５が構成される。

シリンダヘッド４には、排気ポート４６が燃焼室４４の頂部に開口するように形成されるとともに、点火プラグ４７が燃焼室４４に臨むように螺着されている。点火プラグ４７は、エンジン始動時に点火駆動され、燃焼室４４内の混合気に火花点火を行う。また、シリンダヘッド４には、排気ポート４６を開閉するポペット型の排気弁４８が、クランク軸線８Ｘ方向に傾斜した状態でステムエンドを上部動弁室６に配置して摺動可能に設けられている。上部動弁室６には、排気弁４８を開閉駆動する動弁機構５０の一部が配置されている。

動弁機構５０は、排気弁４８を閉弁方向（上方）に付勢するバルブスプリング５１と、シリンダヘッド４に設けられた支柱５２によってクランクシャフト８と直交する方向に支持された上部ロッカシャフト５３と、上部ロッカシャフト５３によって揺動自在に支持された上部ロッカアーム５４とを含んでいる。上部ロッカアーム５４は、クランクシャフト８と概ね平行に延在しており、一端にはプッシュロッド５５の上端５５ａに当接する受け部５４ａが形成され、他端には排気弁４８のステムエンドに当接するスクリュアジャスタ５４ｂが設けられている。プッシュロッド５５の上端５５ａは半球状とされており、上部ロッカアーム５４の受け部５４ａは、プッシュロッド５５に対応する球状に凹陥した座面を形成してプッシュロッド５５の上端５５ａを摺動可能に受容する。

図２および図３に示すように、プッシュロッド５５は、シリンダブロック３に対してクランク軸線８Ｘ方向の一側に概ね鉛直に延在するように配置され、シリンダヘッド４に接続された上端を有する中空のロッドケース５６に収容されている。ロッドケース５６はシリンダヘッド４と下部動弁ケース本体１７とに掛け渡され、ロッドケース５６の下端は下部動弁ケース本体１７の上壁に接続している。

ロッドケース５６の下端は、クランクシャフト８がシリンダ軸線３Ｘからオフセットしていることから、下部動弁ケース本体１７の上壁におけるクランクシャフト８から側方にオフセットした部位に接続される。下部動弁室１８にも動弁機構５０の一部が配置される。下部動弁ケース本体１７の下壁には、下部動弁室１８内の潤滑油を排出するためのドレン孔５７が形成されており、ドレンプラグ５８によってドレン孔５７は閉塞される。

動弁機構５０は、クランクシャフト８の下部動弁室１８内に延在する部位に設けられたカム６１と、クランクケース２の側壁７Ｓと動弁室カバー１９とによってクランクシャフト８と平行に支持された下部ロッカシャフト６３と、下部ロッカシャフト６３によってカム６１に対応する位置に揺動自在に支持された下部ロッカアーム６４とを含んでいる。すなわちクランクシャフト８の一方（図２の右側）の延出部１４がカムシャフト６６を構成している。

図３に示すように、下部ロッカアーム６４は、下部ロッカシャフト６３によって支持される筒部６４ａと、筒部６４ａからクランクシャフト８側に延びる第１アーム６４ｂと、第１アーム６４ｂの端部に軸支され、カム６１に転接するローラ６４ｃと、筒部６４ａから第１アーム６４ｂと反対側に延びる第２アーム６４ｄと、第２アーム６４ｄの端部に形成されてプッシュロッド５５の下端５５ｂを支持する受け部６４ｅとを有している。プッシュロッド５５の下端５５ｂは半球状とされており、受け部６４ｅはこれに対応する球面状に凹陥する座面を形成してプッシュロッド５５の下端５５ｂを摺動可能に受容する。

このように構成されたエンジンＥは、始動後、次のように動作する。図１を参照すると、まず、ピストン２２の上昇行程では、これに伴ってクランク室２ａの減圧によってリード弁３３が開弁し、スロットル弁３４ｂによって流量を制御された新気と、この新気に向けて燃料噴射弁３５によって噴射された燃料とが混合気を形成しつつ、リード弁３３および吸気ポート３２を通過してクランク室２ａに吸入される。なお、シリンダボア３ａ内の混合気はピストン２２によって圧縮され、ピストン２２の上死点近傍で点火プラグ４７が火花点火を行うことにより燃料が着火する。

その後、ピストン２２が下降行程に移ると、リード弁３３が閉じることからスロットル弁３４ｂ側への逆流が阻止され、クランク室２ａ内の混合気は圧縮される。ピストン２２の下降が進んでピストン２２が掃気ポート４３を開放する前に、カム６１のプロファイルにしたがって動弁機構５０によって駆動された排気弁４８が排気ポート４６を開放する。次いで、ピストン２２が掃気ポート４３を開放すると、圧縮された混合気が掃気ポート４３を通ってシリンダボア３ａ内（燃焼室４４内）に送り込まれる。燃焼室４４内の既燃焼ガス（排気ガス）は混合気によって押し出されるようにして排気ポート４６から排出され、その一部は内部ＥＧＲガスとして燃焼室４４内に残留する。排気弁４８の閉弁タイミングは、燃焼室４４内に残留するＥＧＲガス量が比較的多くなり、ＥＧＲガス量の増大に伴って上昇する混合気の圧縮時温度の上昇によって自着火が容易になるように設定されている。

ピストン２２が再び上昇行程に移ると、ピストン２２が掃気ポート４３を閉じた後、カム６１によって駆動された排気弁４８が排気ポート４６を閉じ、ピストン２２の上昇に伴ってシリンダボア３ａ内（燃焼室４４）内の混合気を圧縮しつつ、クランク室２ａ内を減圧してリード弁３３から混合気を吸入させる。エンジンＥの回転が安定してくると、ピストン２２が上死点近傍に到達したときに混合気が自着火して燃焼、膨張し、ピストン２２を下降させるようになる。

このようにして、エンジンＥは２サイクル動作を行い、始動時には点火プラグ４７によって火花点火を行いながらも、回転が安定してくると、予混合圧縮自着火による２サイクル動作を行う。そして、掃気ポート４３からシリンダボア３ａを経由して排気ポート４６へと流れる掃排気の流れは、曲がりの少ないユニフローとなる。

本実施形態に係るエンジンＥは、シャッター７３を有するため、掃気ポート４３の開タイミング、閉タイミング、及び開期間を任意に変化させることができる。シャッター７３の筒部７４の下縁７４ｂは、掃気ポート４３のシリンダボア３ａ側の開口端の上縁をなすため、シャッター７３をシリンダ軸線３Ｘ方向に変位させることによって、ピストン２２の外周上縁が筒部７４の下縁７４ｂを上下に通過するタイミングが変化し、開タイミング及び閉タイミングが変化する。なお、ピストン２２の外周と筒部７４の内周面との間には、シリンダスリーブ４２の厚み分の隙間が形成されるが、この隙間の断面積は掃気ポート４３の断面積に比べて微小であり、この隙間は燃焼室４４と掃気ポート４３とを連通状態には寄与しない。

掃気ポート４３の開タイミング、閉タイミング、及び開期間を変化させることによって、掃気ポート４３から燃焼室４４に流れる混合気量、及び燃焼室４４に留まる内部ＥＧＲガス量が変化する。例えば、開タイミングを遅角側に変化させると共に閉タイミングを進角側に変化させ、開期間を短くすることによって、混合気の燃焼室４４への供給量を低下させると共に、内部ＥＧＲガス量を増加させることができる。掃気ポート４３の開タイミング、閉タイミング、及び開期間を変化させるためのシャッター７３の位置制御は、エンジン回転数やアクセルペダルの操作量等に基づいて設定される要求負荷等の運転条件に応じて、連続的に行われるとよい。

シャッター７３の筒部７４は、シリンダボア３ａ及びシリンダスリーブ４２と同軸に設けられ、かつシリンダボア３ａに対してシリンダ軸線３Ｘ方向に変位可能に設けられている。そのため、掃気孔４２ｃ（掃気ポート４３）がシリンダボア３ａの周囲に複数設けられる場合にも、全ての掃気孔４２ｃを１つのシャッター７３で開閉することができる。また、各掃気孔４２ｃを通過する混合気、及びシリンダボア３ａ内で圧縮される混合気からシャッター７３はシリンダボア３ａの径方向に荷重を受けるが、筒部７４が環状をなし、かつシリンダスリーブ４２の外周面に配置されているため、シリンダボア３ａに対する倒れが発生し難く、安定性良く掃気孔４２ｃを開閉することができる。

シャッター７３の筒部７４は、シリンダスリーブ４２の外周面に凹設された受容溝７０に受容されているため、シャッター７３のシリンダ軸線３Ｘ方向における移動の上限位置及び下限位置が規定される。

次に、上記の実施形態の一部を変更した変形実施形態を、図６を参照して説明する。変形実施形態では、シャッター７３が上死点にあるときに、筒部７４の下縁７４ｂは掃気孔４２ｃの上縁４２ｄよりも下方に配置されている。すなわち、筒部７４の下縁７４ｂは、掃気孔４２ｃの上縁４２ｄよりも常時下方に配置され（筒部７４の下縁７４ｂは、掃気孔４２ｃとシリンダボア３ａの径方向において重なる位置に常時配置され）、掃気ポート４３のシリンダボア３ａ側の開口端の上縁を構成する。

筒部７４の下縁７４ｂの内周面側には、シリンダボア３ａの中心側（シリンダ軸線３Ｘ側）に突出する凸部９０が設けられている。凸部９０の突出端９０ａは、シリンダスリーブ４２の内周面と面一に連続する円周面に形成されている。すなわち、凸部９０はシリンダボア３ａの外周部の一部をなし、ピストン２２の外周部（詳細には、ピストン２２の外周部に支持されたオイルリングやコンプレッションリングの外周部）と摺接可能になっている。

変形実施形態によれば、シリンダスリーブ４２の厚みが比較的大きい場合にも、シリンダボア３ａの径方向においてシャッター７３とピストン２２との間に隙間が形成されない。そのため、ピストン２２の外周部の上縁が、掃気孔４２ｃの上縁４２ｄより下方に位置し、かつ筒部７４の下縁７４ｂより上方に位置する状態において、燃焼室４４と掃気ポート４３との連通状態が確実に遮断される。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。例えば、上記実施形態では、一例としてシャッター７３が筒部７４を有し、筒部７４において掃気孔４２ｃを開閉する構成としたが、筒部７４に代えて、複数の板部材を各掃気孔４２ｃに対応して設ける構成としてもよい。

また、上記の実施形態では、シャッター７３をシリンダ軸線３Ｘ方向に移動させる駆動手段としてラック部７５及びピニオン７８からなるラックアンドピニオン機構を例示したが、駆動機構は公知の様々な手段に置換することができる。例えば、電磁力を利用してシャッター７３をシリンダ軸線３Ｘ方向に移動させるようにしてもよい。

上記の実施形態では、シリンダスリーブ４２の外周面に受容溝７０を形成し、受容溝７０に筒部７４を配置することによって筒部７４の移動範囲を上限位置及び下限位置の間で規制した。他の実施形態では、受容溝７０の下側壁７０ｃを形成せず、底面７０ａがシリンダスリーブ４２の下端まで到達するようにしてもよい。このようにすると、筒部７４の受容溝７０への配置（取り付け）が容易である。

１ 機関本体
２ クランクケース
２ａ クランク室
３ シリンダブロック
３ａ シリンダボア
３ｂ 通路
２２ ピストン
４２ シリンダスリーブ
４２ｃ 掃気孔
４２ｄ 上縁
４２ｅ 下縁
４３ 掃気ポート
４４ 燃焼室
７０ 受容溝
７０ａ 底面
７０ｂ 上側壁
７３ シャッター
７４ 筒部
７５ ラック部
７８ ピニオン
９０ 凸部
９０ａ 突出端
Ｅ エンジン

Claims (7)

1. ２ストロークエンジンであって、
   シリンダボアの側部を形成する壁部に開口する開口端を有し、シリンダボア内を往復動するピストンが下死点近傍にあるときに燃焼室に向けて前記開口端が開かれる掃気ポートと、
   前記シリンダボアの径方向外方に設けられ、シリンダ軸線方向に変位して前記掃気ポートの前記開口端の上縁部から前記開口端内に突入するシャッターとを有することを特徴とする２ストロークエンジン。
2. 前記シャッターは、前記シリンダボアと同軸に設けられ、かつ前記シリンダボアに対してシリンダ軸線方向に変位可能に設けられた筒部を有する請求項１に記載の２ストロークエンジン。
3. 前記シリンダボアの側部は、機関本体に設けられた円筒形のシリンダスリーブによって形成され、
   前記掃気ポートの前記開口端は、前記シリンダスリーブを径方向に貫通する孔であり、
   前記筒部は、前記シリンダスリーブの外周部に摺動可能に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の２ストロークエンジン。
4. 前記シリンダスリーブは、前記機関本体に形成された貫通孔に挿入され、
   前記貫通孔の周囲には、クランク室から前記シリンダスリーブに形成された前記掃気ポートの前記開口端に延びる通路が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の２ストロークエンジン。
5. 前記シリンダスリーブの外周面には、周方向に延びて環状をなし、シリンダ軸線方向に所定の幅を有する受容溝が凹設され、
   前記シャッターの前記筒部は、前記受容溝内で前記シリンダ軸線方向に変位可能に前記受容溝に受容されていることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の２ストロークエンジン。
6. 前記シャッターは、前記掃気ポートの前記開口端の上縁と前記シリンダボアの径方向において重なる位置に常時配置された下端縁と、前記下端縁から前記シリンダボア側に突出して前記シリンダスリーブの内周面と面一となる突出端面を形成する凸部とを有することを特徴とする請求項３〜請求項５のいずれか１つの項に記載の２ストロークエンジン。
7. 前記シャッターの外面に、シリンダ軸線方向に延在するように設けられたラックと、
   前記ラックに噛み合い、駆動源に連結されたピニオンとを有する請求項１〜請求項６のいずれか１つの項に記載の２ストロークエンジン。

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