JP2016094839A - ユニフロー２ストロークエンジン - Google Patents

Abstract

【課題】 ユニフロー２ストロークエンジンにおいて、層状掃気を可能にするために、シリンダのピストンよりも下側部分と掃気通路との接続を阻止する。
【解決手段】 ユニフロー２ストロークエンジンＥであって、シリンダスリーブ１９と、シリンダに連通する排気通路５３及び掃気口５６と、往復動に応じて掃気口の内端を開閉するピストン２３と、掃気口の外端とクランク室２Ａとを接続する掃気通路５３と、掃気通路に接続された吸気通路７０と、クランク室に向けて燃料を噴射するインジェクタ１０３と、シリンダスリーブの外周面に回転可能に支持され、掃気口の外端を覆うシャッター部材５８と、シャッター部材に形成され、シャッター部材の回転位置が所定の範囲にあるときに掃気口と連通する連通口６３とを有し、シャッター部材は、ピストンの下縁が掃気口の下縁よりも上方にあるときに掃気口を閉じる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、ユニフロー２ストロークエンジンに関する。

シリンダの上端部に設けられた排気通路と、シリンダの下部側部に設けられた掃気通路とを有するユニフロー２ストロークエンジンが公知である。掃気通路は、シリンダ内を往復動するピストンの側部によって開閉される。このエンジンでは、ピストンが上死点付近にあるときに燃焼が発生し、ピストンの下降に応じて排気弁が開かれ、膨張した既燃焼ガス（排気ガス）が排気通路から排出される。このとき、一般的な２ストロークエンジンでは、ピストンの下降によって、クランク室内の混合気が圧縮されると共に掃気通路が開かれ、クランク室内の混合気が掃気通路を通過してシリンダ内に流入する。これにより、シリンダ内の既燃焼ガスは流入する混合気によって排気通路から押し出される。このとき、シリンダに流入する混合気の層と既燃焼ガスの層とが混ざり合わず、境界が明確であれば、既燃焼ガスのみを排気通路から排出することが可能である。しかしながら、混合気の一部は、既燃焼ガスと混ざり合い、或いは既燃焼ガスよりも速い速度を有することによって、既燃焼ガスと共に排気通路から外部に排出される、いわゆる吹き抜けが発生する。混合気の吹き抜けは、燃費や環境汚染の観点から好ましくない。

このような問題に対して、掃気通路がピストンによって閉じられているときに、掃気通路を空気で満たし、掃気通路が開かれたときに最初に空気層をシリンダ内に流入させる層状掃気によって、混合気と既燃焼ガスとの混合を避け、排気通路からの混合気の流出を低減させる２ストロークエンジンがある（例えば、特許文献１）。このエンジンでは、層状掃気を可能にするために、掃気通路に空気通路が接続されている。空気通路は、空気供給源に接続された上流部と、掃気通路に接続された下流部とに分割されており、上流部の下流端はシリンダに連通し、下流部の上流端はシリンダに連通している。ピストンの側部には、空気通路の上流部と下流部とを接続する接続通路が凹設されている。ピストンは、所定の位置にあるときに接続通路によって空気通路の上流部と下流部とを連通させ、空気通路から掃気通路に空気を充填し、他の範囲にあるときに空気通路を遮断する。

特開２００２−３３２８４７号公報

しかしながら、特許文献１に係るエンジンは、掃気通路への空気の充填を可能にするために、ピストンが上死点付近にあるときにもピストンによって掃気通路が閉じられる必要がある。ピストンが上死点付近にあるときに、クランク室と接続されたシリンダのピストンの下側部分と掃気通路とが連通する場合、掃気通路は両端においてクランク室と連通することになり、掃気通路に空気層を維持することが困難になる。ピストンの側部（スカート部）を延長することによって、上死点付近にあるピストンも掃気通路を閉じることが可能である。しかしながら、ピストンの側部の延長化には限界があり、特にロングストロークエンジンには適用が困難である。

本発明は、以上の背景を鑑み、ユニフロー２ストロークエンジンにおいて、層状掃気を可能にするために、シリンダのピストンよりも下側部分と掃気通路との接続を阻止することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明はユニフロー２ストロークエンジン（Ｅ）であって、機関本体（１）に支持され、内側にシリンダ（２２）を形成する円筒形のシリンダスリーブ（１９）と、前記シリンダに連通する排気通路（５３）と、前記シリンダスリーブの側部を径方向に貫通する掃気口（５６）と、前記シリンダスリーブ内に往復動可能に受容され、往復動に応じて前記掃気口の内端をその側部で開閉するピストン（２３）と、前記掃気口の外端と前記機関本体内に形成されたクランク室（２Ａ）とを接続する掃気通路（５３）と、前記掃気通路に接続された吸気通路（７０）と、前記クランク室に向けて燃料を噴射するインジェクタ（１０３）と、前記シリンダスリーブの外周面に同軸かつ回転可能に支持され、前記掃気口の外端を覆う円筒形のシャッター部材（５８）と、前記シャッター部材の側部を径方向に貫通し、前記シリンダスリーブに対する前記シャッター部材の回転位置が所定の範囲にあるときに前記掃気口と連通する連通口（６３）とを有し、前記シャッター部材は、前記ピストンの往復動と同期して回転し、前記ピストンの下縁が前記掃気口の下縁よりも上方に位置するときに前記掃気口を閉じ、前記ピストンの下縁が前記掃気口の下縁よりも下方に位置する位置範囲内において、前記連通口と前記掃気口とを連通させることを特徴とする。

この構成によれば、ピストンが上死点付近に移動することによって、ピストンの下縁が掃気口の下縁よりも上方に位置し、掃気口の内端とシリンダのピストンよりも下側部分とが連通する場合に、シャッター部材が掃気口を外端側から閉じるため、シリンダのピストンよりも下側部分と掃気通路との連通が阻止される。これにより、吸気通路から掃気通路を介してクランク室に流入する空気（新気）によって、掃気通路には空気層が形成される。インジェクタはクランク室に向けて燃焼を噴射するため、混合気はクランク室において形成される。ピストンの下降及びシャッター部材の回転によって掃気口が開かれたときには、最初に掃気通路に保持された空気層がシリンダ内に流入し、続いてクランク室内の混合気が掃気通路を通過してシリンダ内に流入するため、層状掃気が実現される。

また、上記の発明において、前記ピストンの上縁が前記掃気口の上縁よりも下方に位置するときに、前記連通口と前記掃気口とを連通させるとよい。

この構成によれば、掃気口の内端とシリンダのピストンよりも上側部分とが連通するときには、シャッター部材が掃気口の外端を開くようになり、ピストンが掃気口を開くタイミングで掃気通路と燃焼室とが連通する。

また、上記の発明において、前記掃気口は、周方向に等間隔でｎ個形成され、前記連通口は、周方向に等間隔でｎ個形成され、前記シャッター部材は、クランクシャフトの回転速度に対して１／ｎの回転速度で回転するとよい。

この構成によれば、シャッター部材の回転速度が低下するため、シャッター部材及びシリンダスリーブの摺接面の摩擦が抑制されると共に、シャッター部材の回転によって生じる振動が抑制される。

また、上記の発明において、前記掃気口及び前記連通口は、２個形成されているとよい。

この構成によれば、各掃気口の断面積を比較的広くすることができるため、流路抵抗を低減することができる。

また、上記の発明において、前記シャッター部材は、動力伝達機構（６９）を介してクランクシャフト（８）と連結されているとよい。

この構成によれば、シャッター部材はピストンの往復動と同期して回転することができるため、シャッター部材はピストンの位置に応じて掃気口を開閉することができる。

また、上記の発明において、前記動力伝達機構は、前記クランクシャフトに対して前記シャッター部材の回転速度を減速するとよい。

この構成によれば、簡単な構成で、クランクシャフトに対するシャッター部材の回転速度を低下させることができる。

また、上記の発明において、前記動力伝達機構は、前記シャッター部材の軸線を中心として前記シャッター部材の外周面に形成された従動歯車（６５）と、前記従動歯車と噛み合う駆動歯車（６６）とを有するとよい。

この構成によれば、簡素な構成によってクランクシャフトの回転力をシャッター部材に伝達することができる。

また、上記の発明において、前記従動歯車及び前記駆動歯車は、かさ歯車であり、前記動力伝達機構は、前記クランクシャフトと平行に配置され、歯車列（４６、４７）を介して前記クランクシャフトに連結されて前記クランクシャフトと同じ回転速度で回転するカムシャフト（４１）を有し、前記駆動歯車は、前記カムシャフトに設けられ、前記カムシャフトは、前記排気通路に設けられた排気バルブ（３２）を駆動するとよい。

この構成によれば、軸線が互いに直交するクランクシャフト及びシャッター部材を動力伝達機構によって連結することができる。また、動弁機構の一部を利用して動力伝達機構が構成されるため、部品点数の削減が可能になる。

また、上記の発明において、前記シャッター部材の外周部には、環状の油路形成部材（８０）が前記シャッター部材に対して回転可能に支持され、前記シャッター部材の外周面と前記油路形成部材の内周面との間には第１油路（８６）が形成され、前記シャッター部材の内周面と前記シリンダスリーブの外周面との間には第２油路（９２）が形成され、前記シャッター部材には前記第１油路と前記第２油路とを連通する第１油孔（９１）が形成され、前記油路形成部材は、オイルポンプから潤滑油の供給を受けるとよい。

この構成によれば、シリンダスリーブとシャッター部材との摺接部、及びシャッター部材と油路形成部材との摺接部に潤滑油が供給される。

また、上記の発明において、前記シリンダスリーブには、前記第２油路から前記シリンダスリーブの内周面に到達する第２油孔が形成されているとよい。

この構成によれば、シリンダスリーブとピストンとの摺接部に潤滑油が供給される。

以上の構成によれば、ユニフロー２ストロークエンジンにおいて、層状掃気を可能にするために、シリンダのピストンよりも下側部分と掃気通路との接続を阻止することができる。

実施形態に係るエンジンの縦断面図 図１のII-II断面図 図２の要部を拡大した断面図 シリンダスリーブ、シャッター部材、及び潤滑装置の斜視図 シャッター部材による掃気口の開閉タイミングをピストン位置で示す説明図

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

図１〜図３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の上部に接合されたシリンダブロック３と、シリンダブロック３の上部に接合されたシリンダヘッド４と、シリンダヘッド４の上部に接合され、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とを有する。

クランクケース２は、図２に示すように、上下に延びる面（シリンダ軸線Ａ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によって構成される。左右のクランクケース半体は、ボルトによって互いに締結され、両半体間にクランク室２Ａを形成する。クランクケース２の左右の側壁２Ｂ、２Ｃには、軸受を介してクランクシャフト８が回転可能に支持される。

クランクシャフト８は、クランクケース２の側壁２Ｂ、２Ｃに支持される一対のジャーナル８Ａと、両ジャーナル８Ａ間に設けられた一対のウェブ８Ｂと、両ウェブ８Ｂによってジャーナル８Ａから偏心した位置に支持されたクランクピン８Ｃとを有する。

右側壁２Ｃの外面側にはエンドプレート１１が締結される。エンドプレート１１は、周縁部において右側壁２Ｃの外面に締結され、右側壁２Ｃとの間に下部動弁室１２を形成する。クランクシャフト８の左端部８Ｄは、クランクケース２の左側壁２Ｂを貫通して左方に延出する。クランクシャフト８の右端部８Ｅは、クランクケース２の右側壁２Ｃ及びエンドプレート１１を貫通して右方へと延出する。クランクシャフト８の左端部８Ｄが左側壁２Ｂを貫通する部分、及び右端部８Ｅがエンドプレート１１を貫通する部分には、クランク室２Ａの気密性を確保するためのシール部材がそれぞれ設けられる。

クランクケース２の上部には、上下に延び、上端がクランクケース２の上端面に開口すると共に、下端がクランク室２Ａに向けて開口する上部開口１６が形成されている。

シリンダブロック３は、上下に延在し、下端面においてクランクケース２の上端面に接合される。シリンダブロック３には、上端面から下端面に上下に貫通するスリーブ受容孔１８が形成されている。スリーブ受容孔１８は、上部が下部に対して段違いに拡径された円形断面の段付き孔であり、上部及び下部の境界部に上方を向く環状の肩面１８Ａを有する。スリーブ受容孔１８の下端開口は、シリンダブロック３の上部開口１６の上端開口と同軸に対向し、互いに連通する。上部開口１６の内径は、スリーブ受容孔１８の内径より大きく形成されている。

スリーブ受容孔１８には、円筒状のシリンダスリーブ１９が圧入される。シリンダスリーブ１９は、外周部に径方向外方に突出する環状の凸部２１を有する。凸部２１が肩面１８Ａに当接することによって、シリンダスリーブ１９のスリーブ受容孔１８に対する位置が定まる。シリンダスリーブ１９の下端は、スリーブ受容孔１８の下端から下方に突出し、上部開口１６の内部に突入し、突出端（遊端）となっている。シリンダスリーブ１９の上端はシリンダブロック３の上端面と面一となる位置に配置され、シリンダブロック３に接合されるシリンダヘッド４の下端面に当接する。これにより、シリンダスリーブ１９は、肩面１８Ａとシリンダヘッド４の下面との間に挟持され、シリンダ軸線Ａ方向において位置が定まる。シリンダスリーブ１９の内孔は、シリンダ２２を形成する。

シリンダ２２には、往復動可能にピストン２３が受容される。ピストン２３は、クランクシャフト８と平行に延びるピストンピン２３Ａを有する。ピストンピン２３Ａには、軸受を介してコンロッド２６の小端部が回動可能に支持される。コンロッド２６の大端部は、軸受を介してクランクピン８Ｃに回動可能に支持される。ピストン２３とクランクシャフト８とがコンロッド２６によって連結されることによって、ピストン２３の往復動がクランクシャフト８の回転運動に変換される。

図１及び図２に示すように、シリンダヘッド４の下端面におけるシリンダスリーブ１９に対応する位置には、半球状の燃焼室凹部２８が形成されている。シリンダ２２の上部は、燃焼室凹部２８及びピストン２３の頂面と共に燃焼室２９を形成する。

シリンダヘッド４には、点火プラグ３０が燃焼室２９に臨むように設けられている。また、シリンダヘッド４には、排気ポート３１が燃焼室２９の頂部に開口するように形成されると共に、排気ポート３１を開閉するポペット型の排気弁３２が設けられている。排気弁３２は、そのステムエンドが上部動弁室６に配置され、バルブスプリング３３によって閉方向に付勢されている。排気弁３２は、動弁機構３４によって、クランクシャフト８の回転に同期して開閉駆動される。

図２に示すように、動弁機構３４は、クランクシャフト８の回転に応じて回転するカムシャフト４１と、カムシャフト４１によって進退駆動されるプッシュロッド４２と、プッシュロッド４２によって駆動され、排気弁３２を開方向に押すロッカアーム４３とを有する。カムシャフト４１は、下部動弁室１２にクランクシャフト８と平行に配置されている。カムシャフト４１は、一端がクランクケース２の右側壁２Ｃに形成された軸受孔４４に軸受を介して回転可能に支持されると共に、他端がエンドプレート１１に形成された軸受孔４５に軸受を介して回転可能に支持される。軸受孔４４は、右側壁２Ｃを貫通し、カムシャフト４１の端部は軸受孔４５を介してクランク室２Ａ側に露出している。

クランクシャフト８は、下部動弁室１２に位置する部分にクランクギヤ４６を有し、カムシャフト４１はクランクギヤ４６に噛み合うカムギヤ４７を有する。クランクギヤ４６とカムギヤ４７のギヤ比は１：１である。カムシャフト４１には、径方向に突出するカム４８が設けられている。

プッシュロッド４２は、両端が開口した管状のロッドケース５１に進退可能に収容されている。ロッドケース５１は、上下に延在し、下端がクランクケース２の右側壁２Ｃに接合されて下部動弁室１２に連通すると共に、上端がシリンダブロック３に接合されて上部動弁室６に連通する。プッシュロッド４２は、下端においてカムシャフト４１のカム４８に当接し、カムシャフト４１の回転に応じて進退する。プッシュロッド４２の下端にローラを設け、ローラにおいてカム４８に転接するようにしてもよい。

ロッカアーム４３は、シリンダヘッド４に支持されたロッカシャフト５２に回動可能に支持される。ロッカシャフト５２は、シリンダ軸線Ａ及びクランクシャフト８の軸線と直交する方向に延在する。ロッカアーム４３は、一端にプッシュロッド４２の上端に当接する受け部を有し、他端に排気弁３２のステムエンドに当接するスクリュアジャスタ４３Ｂを有する。

以上の構成の動弁機構３４によって、クランクシャフト８が１回転する毎に、所定のタイミングで排気弁３２が１回開かれる。

シリンダスリーブ１９の外周面と、クランクケース２の上部開口１６の内壁面との間には、上下に延びる筒状の掃気通路５３が形成される。掃気通路５３の上端はシリンダブロック３の下端面によって閉じられ、掃気通路５３の下端はクランク室２Ａに連通している。詳細には、クランクケース２の内部空間において、シリンダスリーブ１９の下端より下側の部分をクランク室２Ａとし、シリンダスリーブ１９の下端より上側の部分を掃気通路５３とする。

図３に示すように、シリンダスリーブ１９の上部開口１６内に突入した部分の外周部には、段違いに外径が縮径された縮径部５４が形成されている。縮径部５４は、外径が一定の円周面に形成され、シリンダスリーブ１９の下端まで到達している。縮径部５４の上端部には、シリンダ軸線と直交し、下方を向く肩面５５が形成されている。

シリンダスリーブ１９のクランクケース２の上部開口１６内に突入した部分には、２つの掃気口５６が形成されている。各掃気口５６は、シリンダスリーブ１９を径方向に貫通する孔である。掃気口５６におけるシリンダスリーブ１９の内周面側の開口端を内端、外周面側の開口端を外端とする。掃気口５６の外端は、縮径部５４に開口し、掃気通路５３の上部と連通している。各掃気口５６は、同じ形状に形成され、シリンダスリーブ１９の軸線を中心として点対称となる位置に形成されている。各掃気口５６は、断面が略四角形に形成され、長辺をなす上縁及び下縁が平行に周方向に延在している。また、両掃気口５６は、シリンダ軸線方向において同位置に配置されている。掃気口５６の上下幅は、ピストン２３の上下幅よりも小さく設定されている。

掃気口５６の内端は、ピストン２３の往復動に応じてピストン２３の側部によって開閉される。具体的には、ピストン２３の側部の上縁（以下、単にピストン２３の上縁という）が各掃気口５６の上縁より上方にあり、かつピストン２３の側部の下縁（以下、単にピストン２３の下縁という）が各掃気口５６の下縁より下方にあるときに、掃気口５６の内端は閉じられる。ピストン２３の上縁が各掃気口５６の上縁より下方にある場合に、掃気口５６の内端は開かれ、掃気口５６はシリンダ２２のピストン２３より上側部分（燃焼室２９）と連通する。また、ピストン２３の下縁が各掃気口５６の下縁より上方にある場合に、掃気口５６の内端は開かれ、掃気口５６はシリンダ２２のピストン２３より下側部分と連通する。すなわち、ピストン２３が下死点付近にあるときに、掃気口５６はシリンダ２２のピストン２３より上側部分（燃焼室２９）と連通し、ピストン２３が上死点付近にあるときに、掃気口５６はシリンダ２２のピストン２３より下側部分と連通する。なお、ピストン２３の上下幅は、掃気口５６の上下幅よりも大きく設定されているため、シリンダ２２のピストン２３よりも上側部分と、シリンダ２２のピストン２３よりも下側部分とが、同時に掃気口５６と連通することはない。

図１〜図４に示すように、縮径部５４には、シャッター部材５８が装着されている。シャッター部材５８は、両端が開口した円筒部材であり、シリンダスリーブ１９と同軸に配置され、その内周面が縮径部５４の外周面と摺接している。シャッター部材５８は、その上端縁において肩面５５と当接するように配置される。このとき、シャッター部材５８は、各掃気口５６と重なる位置に配置され、各掃気口５６の外端を閉じる（覆う）。シャッター部材５８の下側には、縮径部５４の外周面に装着された円筒形のカラー６０が設けられている。カラー６０の下縁は、シリンダスリーブ１９に結合されたスラストクリップ６１によって支持されている。スラストクリップ６１は、Ｃ字形をなす部材であり、縮径部５４の外面周に周方向に延びるように環状に形成された係合溝に結合されている。シャッター部材５８は、肩面５５及びスラストクリップ６１に支持されたカラー６０の間に配置されることによって、シリンダ軸線方向の移動が規制される一方、シリンダ軸線を中心としてシリンダスリーブ１９に対して回転可能となっている。

図４に示すように、シャッター部材５８には、２つの連通口６３が形成されている。各連通口６３は、シャッター部材５８を径方向に貫通する孔である。各連通口６３は、同じ形状に形成され、シャッター部材５８の軸線を中心として点対称となる位置に形成されている。本実施形態では、各連通口６３は、断面が略四角形に形成され、長辺をなす上縁及び下縁が平行に周方向に延在している。各連通口６３の上縁及び下縁は、シリンダ軸線方向において掃気口５６の上縁及び下縁と同じ位置に配置されている。各連通口６３の周方向における角度幅は、各掃気口５６の周方向における角度幅よりも大きく形成されている。

シャッター部材５８の下部の外周面には、シャッター部材５８の軸線を回転軸とするかさ歯車である第１歯車６５が設けられている。第１歯車６５は、下方かつシャッター部材５８の径方向外方に向けて突出する歯を含み、各歯はシャッター部材５８の周方向に沿って環状に配列されている。

図３に示すように、カムシャフト４１のクランク室２Ａ側の端部には、第２歯車６６が結合されている。第２歯車６６は、カムシャフト４１の軸線を回転軸線とするかさ歯車であり、クランク室２Ａ内に配置されている。第２歯車６６は、左方かつカムシャフト４１の径方向外方に向けて突出する歯を含み、各歯はカムシャフト４１の軸線を中心として環状に配列されている。第２歯車６６は、カムシャフト４１側の中心部に回転軸線を中心とする軸部６７を有する。軸部６７の外周面と、軸受孔４４の内周面との間にシール部材６８が介装され、クランク室２Ａと下部動弁室１２とが互いにシールされている。

第１歯車６５と第２歯車６６とは互いに噛み合っている。第１歯車６５の歯数は、第２歯車６６の歯数の２倍に設定されており、第１歯車６５は第２歯車６６の１／２の回転数で回転する。第２歯車６６が結合されたカムシャフト４１はクランクシャフト８と同じ回転数で回転するため、シャッター部材５８はクランクシャフト８が１回転する間、すなわちピストン２３が１往復する間に１／２回転する。このように、クランクギヤ４６、カムギヤ４７、カムシャフト４１、第２歯車６６、及び第１歯車６５は、クランクシャフト８の動力をシャッター部材５８に伝達する動力伝達機構６９を構成する。動力伝達機構６９は、動弁機構３４の一部の構成（クランクギヤ４６、カムギヤ４７、カムシャフト４１）を利用して構成されている。

シャッター部材５８がシリンダスリーブ１９に対して回転することによって、所定の回転範囲のときに連通口６３が掃気口５６と連通し、他の回転範囲のときに連通口６３が掃気口５６から離れ、掃気口５６はシャッター部材５８によって閉じられる。

図５は、シャッター部材５８による掃気口５６の開閉タイミングをピストン２３の位置を基準として表したものである。ピストン位置は、角度で表され、上死点を０度とし、下死点を１８０度として表す。ピストン２３は、ピストン位置が０度〜１８０度の範囲で下降し、１８０度〜３６０度（０度）の範囲で上昇する。

ピストン位置が０度（上死点）のとき、ピストン２３の下縁は、掃気口５６の上縁よりも上方に位置する。そのため、掃気口５６の内端は、全開となり、シリンダ２２のピストン２３よりも下側部分と連通している。このとき、シャッター部材５８は掃気口５６の外端を閉じている。ピストン２３が下降すると、位置Ｐ１においてピストン２３の下縁と掃気口５６の上縁とが一致し、その後ピストン２３の下降に伴って掃気口５６の内端の開度（開口面積）が小さくなる。ピストン２３が更に下降すると、位置Ｐ２においてピストン２３の下縁と掃気口５６の下縁とが一致し、掃気口５６の内端がピストン２３によって完全に閉じられる（全閉）。

ピストン２３の下降に伴ってシャッター部材５８は回転し、ピストン２３が位置Ｐ２よりも下降した後、すなわち掃気口５６の内端がピストン２３によって閉じられた後の位置Ｐ３において、連通口６３と掃気口５６とが連通する。すなわち、シャッター部材５８によって掃気口５６の外端が開かれる。その後、ピストン２３が位置Ｐ３よりも下降した位置Ｐ４において、ピストン２３の上縁と掃気口５６の上縁とが一致する。位置Ｐ４よりもピストン２３が下降すると、掃気口５６の内端は、シリンダ２２のピストン２３よりも上側部分（燃焼室２９）と連通する。このとき、掃気口５６の外端と連通口６３とが連通しているため、掃気口５６及び連通口６３を介して掃気通路５３と燃焼室２９が連通する。

ピストン位置が１８０度（下死点）のとき、ピストン２３の上縁は掃気口５６の上縁よりも下方に位置し、掃気口５６及び連通口６３は互いに連通している。ピストン２３の上昇時においては、位置Ｐ４と対応する位置Ｐ５において、ピストン２３の上縁と掃気口５６の上縁とが一致して掃気口５６の内端が閉じられる。その後、位置Ｐ３と対応する位置Ｐ６において、掃気口５６と連通口６３との重なりがなくなり、シャッター部材５８が掃気口５６の外端を閉じる。ピストン２３が更に上昇すると、位置Ｐ２と対応する位置Ｐ７において、ピストン２３の下縁が掃気口５６の下縁と一致する。ピストン２３が位置Ｐ７より上昇すると、掃気口５６の内端とシリンダ２２のピストン２３よりも下側部分と連通し、ピストン２３の上昇に伴って開度が大きくなる。その後、位置Ｐ１と対応する位置Ｐ８において、ピストン２３の下縁が掃気口５６の上縁と一致し、掃気口５６の内端の開度が全開になる。

このように、シャッター部材５８は、掃気口５６の内端とシリンダ２２のピストン２３よりも下側部分とが連通するときには掃気口５６の外端を閉じ、掃気口５６の内端とシリンダ２２のピストン２３よりも上側部分とが連通するときに、連通口６３と掃気口５６とを連通させ、掃気口５６の外端を開く。

図１に示すように、クランクケース２の前壁部２Ｄの上部には、掃気通路５３から前方に延び、前壁部２Ｄの前面に開口した吸気通路７０が形成されている。吸気通路７０の前端（上流端）には、バルブユニット７１が結合され、バルブユニット７１の上流端には吸気管７２が結合されている。図示しないが、吸気管７２には、上流側から吸気入口、エアフィルタ、スロットルバルブ等が設けられている。

バルブユニット７１は、内部に通路７１Ａを形成するケース７１Ｂと、ケース７１Ｂに設けられたリード弁７１Ｃとを有する。リード弁７１Ｃは、通常は通路７１Ａを閉じており、ピストン２３の上昇によって吸気通路７０側の圧力が吸気管７２側の圧力より所定値以上低くなると、弾性変形して通路７１Ａを開くように設定されている。

図１〜図４に示すように、シャッター部材５８の外周面における第１歯車６５よりも上側の部分には、環状の油路形成部材８０が回転可能に装着されている。油路形成部材８０の内周面は、シャッター部材５８の外周面と周方向にわたって面接触している。シャッター部材５８に対する油路形成部材８０の軸線方向の位置は、シャッター部材５８の外周面に突設された規制壁８３と、シャッター部材５８の外周面に結合されたスラストクリップ８４とによって規制されている。

図２及び図３に示すように、油路形成部材８０は、その外周部における右部及び左部が上部開口１６の内壁面と係合することによって、クランクケース２に対して固定されている。これにより、シャッター部材５８は、シリンダスリーブ１９及び油路形成部材８０に対して回転する。なお、図１に示すように、油路形成部材８０の外周部における前部及び後部は上部開口１６の内壁面との間に空間を形成しており、掃気通路５３がクランク室２Ａと連通している。

図３に示すように、油路形成部材８０の、シャッター部材５８の外周面と摺接する内周面には、周方向に延在する第１油溝８６（第１油路）が形成されている。図１及び図４に示すように、油路形成部材８０の上部には、導入管８７が設けられている。導入管８７によって形成される通路は、第１油溝８６に連通している。他の実施形態では、第１油溝８６は油路形成部材８０の内周面に代えて、シャッター部材５８の外周面に形成されてもよい。

図３に示すように、シャッター部材５８の第１油溝８６と対向する部分には、径方向に貫通する第１油孔９１が形成されている。第１油孔９１は、シャッター部材５８の周方向に互いに間隔をおいて複数形成されている。シリンダスリーブ１９の縮径部５４の外周面において、複数の第１油孔９１と対向する部分には、周方向に延在する第２油溝９２（第２油路）が形成されている。他の実施形態では、第２油溝９２はシリンダスリーブ１９の縮径部５４の外周面に代えて、シャッター部材５８の外周面に形成されてもよい。また、シリンダスリーブ１９には、第２油溝９２から径方向に貫通し、シリンダスリーブ１９の内周面に連通する第２油孔９３が形成されている。第２油孔９３は、シリンダスリーブ１９の周方向に互いに間隔をおいて複数形成されている。

シリンダブロック３には、油路９５が形成されている。油路９５は、シリンダブロック３の側面に開口する一端と、シリンダブロック３の下端面に開口する他端とを有する。油路９５の一端は、図示しない管等によってオイルポンプに接続されている。油路９５の他端は、導入管８７と接続されている。これにより、オイルポンプによって圧送されたオイルは、油路９５、導入管８７、第１油溝８６、第１油孔９１、第２油溝９２、第２油孔９３を介して、油路形成部材８０とシャッター部材５８との摺接部、シャッター部材５８とシリンダスリーブ１９との摺接部、シリンダスリーブ１９とピストン２３との摺接部に供給される。このように、油路形成部材８０、第１油溝８６、第１油孔９１、第２油溝９２、及び第２油孔９３等は、潤滑装置９９を構成する。

図２に示すように、クランクケース２の左右側壁２Ｂ、２Ｃの内面には、互いに近接する方向に突出する鍔部１０１が設けられている。鍔部１０１は、クランクシャフト８と干渉しないように、ピストン２３が上死点に位置するときのウェブ８Ｂの上端よりも上方に配置される。また、一対の鍔部１０１は、コンロッド２６と干渉しないように、その先端同士が左右方向において所定の隙間を有するように配置されている。

潤滑装置９９によって、各摺接部に供給された潤滑油は、重力によって鍔部１０１上に落下し、鍔部１０１によってクランクピン８Ｃとコンロッド２６の大端部との摺接部に導かれる。その後、潤滑油は、クランクシャフト８のジャーナル８Ａ等に流れ、その後クランク室２Ａの下部に捕集される。捕集された潤滑油は、図示しない循環路を介してオイルポンプに循環する。

図１に示すように、クランクケース２の後側壁２Ｅであって、鍔部１０１よりも上方に位置する部分には、インジェクタ１０３が取り付けられている。インジェクタ１０３の先端は、シリンダスリーブ１９の下端を向いている。インジェクタ１０３は、所定のタイミングでクランク室２Ａに燃料を噴射する。

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。最初に、ピストン２３の上昇行程では、掃気口５６がピストン２３によって閉じられ、ピストン２３の上昇に伴うクランク室２Ａの膨張によって、クランク室２Ａの圧力が低下する。これにより、リード弁７１Ｃが開弁し、新気が吸気通路７０及び掃気通路５３を通過してクランク室２Ａに流入する。これにより、掃気通路５３内に存在した混合気はクランク室２Ａに押し流され、掃気通路５３には新気が充填され、空気層が形成される。ピストン２３が上昇すると、ピストン２３の下縁が掃気口５６の下縁よりも上方に移動し、掃気口５６の内端とシリンダ２２のピストン２３よりも下側部分とが連通することになるが、その前にシャッター部材５８が掃気口５６の外端を閉じるため、掃気口５６を介して掃気通路５３とシリンダ２２のピストン２３よりも下側部分とが連通することはない。そのため、掃気通路５３に形成された空気層は、掃気通路５３に留まり、維持されることになる。

このとき、クランク室２Ａに流入した新気にはインジェクタ１０３から燃料が噴射され、混合気が生成される。シリンダ２２の燃焼室２９の混合気はピストン２３によって圧縮され、ピストン２３が上死点付近にあるときに燃焼する。

その後、ピストン２３が下降行程に移ると、ピストン２３の下降に伴うクランク室２Ａの収縮によって、クランク室２Ａの圧力が上昇する。これにより、リード弁７１Ｃが閉じられ、クランク室２Ａ内の混合気が圧縮される。ピストン２３の下降が進むと、動弁機構３４に駆動された排気弁３２が排気ポート３１を開く。これにより、燃焼室２９内の膨張した排気ガス（既燃焼ガス）が排気ポート３１に流れる。続いて、ピストン２３の下縁が掃気口５６の下縁よりも下方に移動し、掃気口５６がピストン２３によって閉じられる。その後、ピストン２３と同期して回転するシャッター部材５８は、連通口６３を掃気口５６に連通させ、掃気口５６の外端を開く。

その後、ピストン２３の下降が進み、ピストン２３の上縁が掃気口５６の上縁より下がると、掃気口５６の内端が開かれ、シリンダ２２のピストン２３より上側部分（燃焼室２９）と掃気通路５３とが、掃気口５６及び連通口６３を介して連通する。これにより、掃気通路５３に維持された空気層が最初に燃焼室２９内に流入し、続いてクランク室２Ａ内の混合気が掃気通路５３を通って燃焼室２９に流入する。これにより、層状掃気が実現される。このようにして、エンジンＥは２サイクル動作を行う。掃気通路５３からシリンダ２２を経由して排気ポート３１へと流れる掃気及び排気の流れは、曲がりの少ないユニフローとなる。

以下、本実施形態に係るエンジンＥの効果を説明する。エンジンＥでは、吸気通路７０が掃気通路５３に接続されているため、吸気通路７０から新気が流入するときに、掃気通路５３の混合気は新気によってクランク室２Ａに押し流され、掃気通路５３には空気層が形成される。ピストン２３が上昇し、掃気口５６の内端がシリンダ２２のピストン２３よりも下側部分と連通するときには、シャッター部材５８によって掃気口５６の外端が閉じられているため、掃気通路５３とシリンダ２２のピストン２３よりも下側部分とが連通することはない。そのため、掃気通路５３の一端は閉鎖端となり、空気層が留まり易くなる。これにより、ピストン２３の下降、及びシャッター部材５８の回転によって掃気口５６が開かれ、掃気通路５３とシリンダ２２のピストン２３よりも上側部分（燃焼室２９）とが連通するときに、最初に掃気通路５３内に形成された空気層が燃焼室２９に流れ、続いてクランク室２Ａの混合気が燃焼室２９に流れる層状掃気が可能になる。これにより、燃焼室２９に流入する混合気と燃焼室２９内の既燃焼ガスとの混合が抑制され、混合気の吹き抜けが抑制される。

シャッター部材５８は、第１歯車６５、第２歯車６６、カムシャフト４１、カムギヤ４７、クランクギヤ４６を含む動力伝達機構６９によってクランクシャフト８に連結されているため、ピストン２３と同期して回転し、ピストン２３の位置に応じて掃気口５６を所定のタイミングで開閉することができる。

また、シャッター部材５８は周方向に等間隔に配置された２つの連通口６３を有するため、連通口６３の１つが特定の掃気口５６と連通するために１／２回転すればよい。そのため、シャッター部材５８の回転速度を、クランクシャフト８の１／２にすることができる。シャッター部材５８の回転速度を低下させることによって、シャッター部材５８及びシリンダスリーブ１９の摺接面の摩擦が抑制されると共に、シャッター部材５８の回転によって生じる振動が抑制される。

また、シャッター部材５８とクランクシャフト８とを連結する動力伝達機構６９は、かさ歯車である第１歯車６５及び第２歯車６６を含むため、回転軸線が互いに直交するシャッター部材５８とクランクシャフト８を簡素な構成によって連結することができる。また、第１歯車６５及び第２歯車６６の歯数を変化させることによって、クランクシャフト８に対するシャッター部材５８の回転速度を容易に変化させることができる。また、動力伝達機構６９は、動弁機構３４の一部を利用するため、部品点数の削減が可能になる。

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。上記の実施形態では、掃気口５６及び連通口６３の数をそれぞれ２個としたが、掃気口５６及び連通口６３の数は任意に設定することができる。掃気口５６及び連通口６３の数をそれぞれｎ個とした場合、シャッター部材５８はクランクシャフト８に対する回転速度を１／ｎにすることができる。そのため、掃気口５６及び連通口６３の数が増加するほど、シャッター部材５８の回転速度を遅くすることができ、シャッター部材５８及びシリンダスリーブ１９の摩擦が抑制されると共に、シャッター部材５８の回転によって生じる振動が抑制される。

上記実施形態では、クランクシャフト８の回転力を利用してシャッター部材５８を回転させる構成としたが、他の実施形態では電動モータ等を利用してシャッター部材５８を回転させてもよい。また、上記実施形態では、インジェクタ１０３がシリンダ２２の下端に向けて燃料を噴射する構成としたが、インジェクタ１０３の位置及び噴射方向はこれに限定されるものではなく、例えば鍔部１０１より下側のクランク室２Ａに向けてインジェクタ１０３が燃料を噴射するようにしてもよい。

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、８...クランクシャフト、１２...下部動弁室、１９...シリンダスリーブ、２２...シリンダ、２３...ピストン、３２...排気弁、３４...動弁機構、４１...カムシャフト、４６...クランクギヤ、４７...カムギヤ、５３...掃気通路、５６...掃気口、５８...シャッター部材、６３...連通口、６５...第１歯車（従動歯車）、６６...第２歯車（駆動歯車）、６９...動力伝達機構、７０...吸気通路、７１...バルブユニット、７２...吸気管、８０...油路形成部材、１０３...インジェクタ、Ａ...シリンダ軸線、Ｅ...エンジン

Claims (10)

1. 機関本体に支持され、内側にシリンダを形成する円筒形のシリンダスリーブと、
   前記シリンダに連通する排気通路と、
   前記シリンダスリーブの側部を径方向に貫通する掃気口と、
   前記シリンダスリーブ内に往復動可能に受容され、往復動に応じて前記掃気口の内端をその側部で開閉するピストンと、
   前記掃気口の外端と前記機関本体内に形成されたクランク室とを接続する掃気通路と、
   前記掃気通路に接続された吸気通路と、
   前記クランク室に向けて燃料を噴射するインジェクタと、
   前記シリンダスリーブの外周面に同軸かつ回転可能に支持され、前記掃気口の外端を覆う円筒形のシャッター部材と、
   前記シャッター部材の側部を径方向に貫通し、前記シリンダスリーブに対する前記シャッター部材の回転位置が所定の範囲にあるときに前記掃気口と連通する連通口とを有し、
   前記シャッター部材は、前記ピストンの往復動と同期して回転し、前記ピストンの下縁が前記掃気口の下縁よりも上方に位置するときに前記掃気口を閉じ、前記ピストンの下縁が前記掃気口の下縁よりも下方に位置する位置範囲内において、前記連通口と前記掃気口とを連通させることを特徴とするユニフロー２ストロークエンジン。
2. 前記ピストンの上縁が前記掃気口の上縁よりも下方に位置するときに、前記連通口と前記掃気口とを連通させることを特徴とする請求項１に記載のユニフロー２ストロークエンジン。
3. 前記掃気口は、周方向に等間隔でｎ個形成され、
   前記連通口は、周方向に等間隔でｎ個形成され、
   前記シャッター部材は、クランクシャフトの回転速度に対して１／ｎの回転速度で回転することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のユニフロー２ストロークエンジン。
4. 前記掃気口及び前記連通口は、２個形成されていることを特徴とする請求項３に記載のユニフロー２ストロークエンジン。
5. 前記シャッター部材は、動力伝達機構を介してクランクシャフトと連結されていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つの項に記載のユニフロー２ストロークエンジン。
6. 前記動力伝達機構は、前記クランクシャフトに対して前記シャッター部材の回転速度を減速することを特徴とする請求項５に記載のユニフロー２ストロークエンジン。
7. 前記動力伝達機構は、前記シャッター部材の軸線を中心として前記シャッター部材の外周面に形成された従動歯車と、前記従動歯車と噛み合う駆動歯車とを有することを特徴とする請求項５又は請求項６に記載のユニフロー２ストロークエンジン。
8. 前記従動歯車及び前記駆動歯車は、かさ歯車であり、
   前記動力伝達機構は、前記クランクシャフトと平行に配置され、歯車列を介して前記クランクシャフトに連結されて前記クランクシャフトと同じ回転速度で回転するカムシャフトを有し、
   前記駆動歯車は、前記カムシャフトに設けられ、
   前記カムシャフトは、前記排気通路に設けられた排気バルブを駆動することを特徴とする請求項７に記載のユニフロー２ストロークエンジン。
9. 前記シャッター部材の外周部には、環状の油路形成部材が前記シャッター部材に対して回転可能に支持され、
   前記シャッター部材の外周面と前記油路形成部材の内周面との間には第１油路が形成され、
   前記シャッター部材の内周面と前記シリンダスリーブの外周面との間には第２油路が形成され、
   前記シャッター部材には前記第１油路と前記第２油路とを連通する第１油孔が形成され、
   前記油路形成部材は、オイルポンプから潤滑油の供給を受けることを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１つの項に記載のユニフロー２ストロークエンジン。
10. 前記シリンダスリーブには、前記第２油路から前記シリンダスリーブの内周面に到達する第２油孔が形成されていることを特徴とする請求項９に記載のユニフロー２ストロークエンジン。

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