JP2017008873A - 層状掃気式２サイクル内燃エンジン及びそのエアクリーナ並びに吸気方法 - Google Patents

Abstract

【課題】気化器のメインノズルの近傍の圧力変動の振幅を小さくする。
【解決手段】エアクリーナ(30)は、吸気系エア通路にエアを供給する第１吸い込み口(60)と、吸気系混合気通路にエアを供給する第２吸い込み口(62)とを有する。通路形成部材(70)は第２吸い込み口(62)に装着される。通路形成部材(70)によって形成される延長通路の通路長L2が110mm以上である。
【選択図】図4

Description

本発明は層状掃気式２サイクル内燃エンジン及びそのエアクリーナ並びに吸気方法に関する。

刈払機、チェーンソー、パワーブロアなどの携帯作業機の動力源に２サイクル内燃エンジンが用いられている。

特許文献１は層状掃気式２サイクル内燃エンジンを開示している。層状掃気式エンジンは、掃気工程において、クランク室の混合気を燃焼室に導入する前に、混合気を含まないエアつまりフレッシュエアを燃焼室に導入することを特徴とする。掃気工程の初期に燃焼室に導入する、このフレッシュエアは「先導エア」とも呼ばれている。

特許文献１に開示のエンジンは、２つの通路を有する吸気系を有している。第１の通路が「エア通路」である。第２の通路が「混合気通路」である。エア通路を通じてエンジン本体にフレッシュエアつまり先導エアが供給される。混合気通路を通じてエンジン本体のクランク室に混合気が供給される。

特許文献１に開示の吸気系は、エアクリーナ、気化器、気化器とエンジン本体とを連結するインテーク部材とで構成されている。インテーク部材は、長手方向に連続して延びる第１の仕切り壁を有している。インテーク部材には、この第１の仕切り壁によって、互いに独立したエア通路、混合気通路が形成されている。

特許文献１に開示の気化器は、スロットルバルブとチョークバルブとを有している。スロットルバルブとチョークバルブは共にバタフライ弁で構成されている。フルスロットルで作業中、スロットルバルブとチョークバルブは全開状態になる。

特許文献１に開示の気化器は内部ガス通路を２つに区分する第２の仕切り壁を有している。スロットルバルブとチョークバルブとが全開状態のとき、これら２つのバルブと第２の仕切り壁によって、気化器の内部通路が、エア通路と混合気通路とに仕切られる。

これにより、フルスロットルの運転状態で作業しているとき、エアクリーナで浄化されたエアは、エア通路を通ってエンジン本体に供給されると共に、混合気通路を通ってクランク室に供給される。気化器は混合気通路に燃料ノズルを有している。混合気通路を通るエアによって燃料ノズルから燃料が吸い出され、この気化器内混合気通路で燃料とエアとが混じり合った混合気が生成される。

特許文献１は、２つの種類の気化器を開示している。第１タイプの気化器と、第２タイプの気化器とは仕切り壁が異なる。第１タイプの気化器の仕切り壁は、全開状態のスロットルバルブ、全開状態のチョークバルブと一緒に気化器内ガス通路を２つの通路に分離する形状を有している（特許文献１の図３）。すなわち、高速回転の運転状態において、第１タイプの気化器を備えた吸気系は、互いに独立したエア通路と混合気通路とが形成される。

第２タイプの気化器の仕切り壁は、上記第１タイプの気化器の仕切り壁の一部を欠落した窓を有している（特許文献１の図４）。第２タイプの気化器のエア通路と混合気通路は仕切り壁の窓を通じて連通している。すなわち、第２タイプの気化器を備えた吸気系は、エア通路と混合気通路とに連通する窓を有している。吸気系のエア通路及び混合気通路はエアクリーナからエンジン本体まで延びている。フルスロットルの運転状態において、第２タイプの気化器を備えた吸気系はエア通路と混合気通路とが上記窓つまり開口部を通じて部分的に連通した状態にある。

特許文献２は、層状掃気式２サイクル内燃エンジンの吸気装置を開示している。特許文献２の実施例は上記第１タイプの気化器を採用している。すなわち、特許文献２に開示の吸気装置は、フルスロットルのときに、エンジン吸気系は、そのエア通路と混合気通路とが、全開状態のスロットルバルブ、全開状態のチョークバルブ、上記開口部の無い仕切り壁によって分離された状態となる。

特許文献２に開示の吸気装置は、エアクリーナと、エアクリーナと気化器との間に介在した中継部材とを有する。エアクリーナはエレメントによって浄化した清浄エア(clean air)を受け入れて気化器に供給する２つの吸い込み口を有している。第１の吸い込み口は、エア通路にエアを供給する。第２の吸い込み口は混合気通路にエアを供給する。

第１、第２の吸い込み口の圧力波を同調させる目的で、上記中継部材がエアクリーナと気化器との間に介装されている。この中継部材は、気化器に供給する前に、清浄エアが通るエア通路を延長する目的を有する。上記中継部材によって、吸気系エア通路と吸気系混合気通路の双方が、気化器の上流側において実質的に延長される。特許文献２に開示の中継部材は、仕切り壁によって区画されたエア通路と混合気通路を有し、これらエア通路及び混合気通路は共にヘアピン状に折り曲げられた形状を有している。

特許文献３は、層状掃気式２サイクル内燃エンジンに適用されるエアクリーナを開示している。このエアクリーナは、エレメントで浄化した清浄エア(clean air)を気化器のエア通路に送る第１吸い込み口と、気化器の混合気通路に送る第２吸い込み口を有し、この第２吸い込み口に追加のエア案内部材が装着されている。エア案内部材は側面視L字状の形状を有し、エア案内部材の先端部分は、第１吸い込み口に臨んで位置している。

特許文献３に開示のエアクリーナによれば、第２吸い込み口から流出する混合気の吹き返しが、L字状のエア案内部材の屈曲した部分で受け止められる。これにより、吹き返し混合気に含まれる燃料がエア案内部材の入口から出て、エアクリーナ内部に拡散するのを抑えることができる。

US 7,494,113 B2 US 2014/0261277 A1 ＪＰ特開２００８−２６１２９６号公報

本願発明者らは、前記L字状のエア案内部材を備えた特許文献３に開示のエアクリーナの更なる改良を企図して、前記エア案内部材の長さ寸法に検討を加えるなかで本発明を案出するに至ったものである。

特許文献３に開示のエア案内部材を「混合気通路延長部材」と呼び、このエア案内部材によって形成される通路を「延長混合気通路」と呼ぶこととする。延長混合気通路の通路長を様々に変えて、気化器のメインノズルの近傍の圧力変動を調べた。

特許文献１は、前述したように、２つのタイプの気化器を開示している。第１タイプの気化器の仕切り壁は、全開状態のスロットルバルブ、全開状態のチョークバルブと一緒に気化器内ガス通路を２つの通路に分離させる形状を有している。すなわち、高速回転の運転状態、つまりフルスロットル又はフルスロットルに近い運転状態において、第１タイプの気化器を備えた吸気系は、互いに独立したエア通路と混合気通路とが形成される。この第１タイプの気化器を備えた層状掃気式２サイクルエンジンの場合には、延長混合気通路の通路長を変えても、メインノズルの近傍の圧力変動の振幅はさほど変化しなかった。

特許文献１に開示の第２タイプの気化器は、仕切り壁の一部を欠落した窓を有している。この第２タイプの気化器を備えた吸気系はエア通路と混合気通路とが上記仕切り壁の窓つまり開口部を通じて連通した状態にある。この種のエンジンの場合には、延長混合気通路の通路長を延長していくと、ある長さまでは、メインノズルの近傍の圧力変動の振幅はさほど変化しないが、それ以上の長さになると、メインノズルの近傍の圧力変動の振幅が小さくなることを発見した。本件出願人は、この発見に基づく発明を提案するものである。

本発明の目的は、気化器のメインノズルの近傍の圧力変動の振幅を小さくし、これによりエンジンの運転状態の安定性（出力の安定性）を向上させることのできる層状掃気式２サイクル内燃エンジン及びそのエアクリーナ並びに吸気方法を提供することにある。

本発明は、気化器を含む吸気系のエア通路と混合気通路とが上記開口部を通じて連通している層状掃気式２サイクル内燃エンジンに適用される。その典型例が上述した特許文献１の第２タイプの気化器を備えた吸気系を備えたエンジンである。上記開口部は、典型的には、気化器に形成される。具体的には、特許文献１の図４に開示の窓を備えた仕切り壁を備えた気化器である。スロットルバルブとチョークバルブとの間に仕切り壁の無い気化器で上記開口部を形成してもよい。また、気化器はバタフライ式気化器に限らずロータリーバルブタイプであってもよい。

本発明が適用されるエンジンは典型的には単気筒である。気化器は、周知のように、スロットルバルブの開度を調整することにより、スロットルバルブの近傍に位置するメインノズルから流出する燃料の量が調整される。

本発明の層状掃気式２サイクル内燃エンジンは携帯作業機の動力源に好適に利用される。携帯作業機に搭載される２サイクル内燃エンジンの排気量は２０cc〜１００ccである。本発明は、この種の小排気量のエンジンに好適に適用される。本発明は、好ましくは排気量２５cc〜７０cc、更に好ましくは排気量３０cc〜６０cc、最も好ましくは排気量４０cc〜５０ccのエンジンに適用される。

本発明の２サイクル内燃エンジンは、気化器の上流側において、吸気系混合気通路又は吸気系エア通路の通路長が吸気系エア通路又は吸気系混合気通路よりも遙かに長い。すなわち、上記開口部からその上流側の混合気通路又はエア通路は、上記開口部からその上流側のエア通路又は混合気通路よりも長い。換言すれば、エア通路又は混合気通路に対して混合気通路又はエア通路の通路長が延長された通路長さを有する。上記開口部からその上流側の混合気通路又はエア通路の通路長と、上記開口部からその上流側のエア通路又は混合気通路の通路長との差を「延長通路長」と呼ぶ。延長通路長は110mm以上である。

延長通路長が110mmよりも短いと、メインノズル近傍の圧力変動の振幅は、延長通路長がゼロのときとさほどの変化はない。延長通路長が110mm以上になると、メインノズル近傍の圧力変動の振幅が小さくなる。メインノズル近傍の圧力変動の振幅が小さくなれば、メインノズルから燃料を安定的に混合気通路に吸い出すことができる。

延長通路長は、一般的には、通路形成部材によって形成される。この通路形成部材は、気化器とエアクリーナの間に介装してもよいが、典型的には、エアクリーナ内に配置される。通路形成部材によって形成される延長混合気通路又は延長エア通路は、ヘアピン状に曲がった形状を有していても良いし湾曲形状を有していても良い。以下に本発明を実験データに基づいて詳しく説明する。

実施例の層状掃気式２サイクルエンジンの概要を説明するための図である。 図１に組み込まれたエアクリーナの内部構造を説明するための図である。 比較例の吸気系を説明するための図である。 直線状の延長混合気通路を例に、延長混合気通路の通路長を説明するための図である。 延長通路長L2が「L2=0mm」の比較例において、エンジン回転数9,500rpmのときのメインノズル近傍の圧力変動を示す図である。 延長通路長L2が「L2=90mm」、エンジン回転数9,500rpmのときのメインノズル近傍の圧力変動を示す図である。 延長通路長L2が「L2=110mm」、エンジン回転数9,500rpmのときのメインノズル近傍の圧力変動を示す図である。 延長通路長L2が「L2=120mm」、エンジン回転数9,500rpmのときのメインノズル近傍の圧力変動を示す図である。 延長通路長L2が「L2=132.5mm」、エンジン回転数9,500rpmのときのメインノズル近傍の圧力変動を示す図である。 延長通路長L2が「L2=172.5mm」、エンジン回転数9,500rpmのときのメインノズル近傍の圧力変動を示す図である。 延長通路長L2が「L2=254mm」、エンジン回転数9,500rpmのときのメインノズル近傍の圧力変動を示す図である。 延長通路長L2が「L2=0mm」の比較例において、エンジン回転数8000rpmのときのメインノズル近傍の圧力変動を示す図である。 延長通路長L2が「L2=90mm」、エンジン回転数8000rpmのときのメインノズル近傍の圧力変動を示す図である。 延長通路長L2が「L2＝132.5mm」、エンジン回転数8000rpmのときのメインノズル近傍の圧力変動を示す図である。 延長通路長L2が「L2＝172.5mm」、エンジン回転数8000rpmのときのメインノズル近傍の圧力変動を示す図である。 延長通路長L2が「L2＝254mm」、エンジン回転数8000rpmのときのメインノズル近傍の圧力変動を示す図である。 曲線状の延長混合気通路を模式的に説明するための図である。 延長混合気通路が曲線状の形状でも直線状の形状であっても、メインノズル近傍の圧力変動の振幅に違いが無いことを説明するためのデータを示す。 ヘアピン状に屈曲した延長混合気通路を模式的に説明するための図である。 図１９に図示のヘアピン状に屈曲した延長混合気通路を採用したエンジンにおいて、メインノズル近傍の圧力変動を示す図である。 吸気系エア通路と吸気系混合気通路とを分離した層状掃気式２サイクルエンジンに延長混合気通路を設けたときのメインノズル近傍での圧力変動の振幅を示す図である。

以下に、添付の図面に基づいて本発明の好ましい実施例を説明する。以下に開示する実施例は吸気系混合気通路を延長する例である。本発明は、吸気系混合気通路の延長に代えて、吸気系エア通路を延長する例にも適用できる。

図１は、実施例の層状掃気式２サイクル内燃エンジンの概要を説明するための図である。図１を参照して、参照符号１００は層状掃気式２サイクル内燃エンジンを示す。エンジン１００は刈払機、チェーンソーなどの携帯作業機に搭載される。

図１から分かるように、エンジン１００は、単気筒エンジンであり、また、空冷式エンジンである。排気量４０cc〜５０ccである。エンジン１００は、エンジン本体２と、排気系４と、吸気系６とを有する。

エンジン本体２は、シリンダ１０に嵌挿されたピストン１２を有し、ピストン１２によって燃焼室１４が形成されている。ピストン１２は往復動する。参照符号１６は排気ポートを示す。排気ポート１６には排気系４が連結されている。参照符号１８は混合気ポートを示す。混合気ポート１８はクランク室２０に通じている。

シリンダ１０には、クランク室２０と燃焼室１４とを接続する掃気通路２２が形成されている。掃気通路２２は、一端がクランク室２０に連通し、他端が掃気ポート２４を通じて燃焼室１４に連通している。

シリンダ１０は、また、エアポート２６を有する。このエアポート２６に、後に説明するフレッシュエアつまり混合気を含まないエアが供給される。掃気ポート２４とエアポート２６とはピストン溝２８を介して連通される。すなわち、ピストン１２は、その周面にピストン溝２８が形成されている。ピストン溝２８は、ピストン周面に形成された凹部で構成されている。ピストン溝２８はエアを一次的に溜める機能を有している。

排気ポート１６、混合気ポート１８、掃気ポート２４、エアポート２６はピストン１２によって開閉される。すなわち、エンジン本体２は、いわゆるピストンバルブ式である。また、ピストン溝２８と掃気ポート２４との連通及びピストン溝２８とエアポート２６との連通はピストン１２の動作によって遮断される。すなわち、ピストン１２の往復動によって、ピストン溝２８と掃気ポート２４との連通又は遮断が制御されると共に、ピストン溝２８とエアポート２６との連通又は遮断が制御される。

エアポート２６及び混合気ポート１８には吸気系６が連結されている。吸気系６は、エアクリーナ３０、気化器３２、インテーク部材３４を有する。インテーク部材３４は可撓性材料（弾性樹脂）で作られている。気化器３２は可撓性のインテーク部材３４を介してエンジン本体２に連結されている。気化器３２の上流端にエアクリーナ３０が固定されている。

気化器３２は、スロットルバルブ４０と、その上流に位置するチョークバルブ４２を有する。気化器３２の変形例として、また、気化器３２はロータリーバルブタイプの気化器であってもよい。

図１に図示の気化器３２において、スロットルバルブ４０とチョークバルブ４２は、共に、バタフライ弁で構成されている。スロットルバルブ４０とチョークバルブ４２との間に開口部４４を有する。この開口部４４は図示を省略した第１仕切り壁の一部を切り欠くことによって形成されている。開口部４４の具体例が特許文献１の図４に開示の仕切り壁の窓である。なお、開口部４４は、気化器３２とエンジン本体２との間に位置していてもよい。

気化器３２は、上記の第１仕切り壁無しの気化器であってもよい。すなわち、スロットルバルブ４０とチョークバルブ４２の間が、開放した空間で構成された気化器であってもよい。

スロットルバルブ４０及びチョークバルブ４２が全開状態のとき、すなわち、エンジン１００が高速回転の運転状態のとき、スロットルバルブ４０とチョークバルブ４２と上記第１仕切り壁とによって、気化器３２の内部ガス通路４６には第１エア通路５０と第１混合気通路５２が形成される。

図１において、参照符号８はメインノズルを示す。部分負荷、高負荷時にメインノズル８から燃料が第１混合気通路５２に吸い出される。

気化器３２とエンジン本体２との間に介在するインテーク部材３４は、第２の仕切り壁５８を有している。インテーク部材３４は、第２の仕切り壁５８を挟んで一方側に位置する第２エア通路５４と、他方側に位置する第２混合気通路５６とを有する。このインテーク部材３４に上記開口部４４を設けてもよい。

なお、第２エア通路５４と第２混合気通路５６を備えたインテーク部材３４に代えて、第２エア通路５４を備えた第１の部材と、第１の部材とは別に、第２混合気通路５６を備えた第２の部材とで、気化器３２とエンジン本体２とを連結してもよい。

上述した説明から分かるように、エアクリーナ３０の下流には、気化器３２内の第１エア通路５０と、インテーク部材３４の第２エア通路５４とで、吸気系６のエア通路が形成されている。他方、吸気系の混合気通路は、気化器３２内の第１混合気通路５２と、インテーク部材３４の第２混合気通路５６とで形成されている。

エアクリーナ３０は、第１吸い込み口６０と第２吸い込み口６２とを有し、第１、第２吸い込み口６０、６２は互いに独立している。外気はエレメント６４で浄化されて清浄エア（clean air）が作られる。清浄エアは、第１吸い込み口６０を通じて吸気系エア通路に入り、第２吸い込み口６２を通じて吸気系混合気通路に入る。

エアクリーナ３０の第２吸い込み口６２、つまり、吸気系混合気通路に通じる吸い込み口には通路形成部材７０が接続されている。この通路形成部材７０は延長混合気通路７２を有する。延長混合気通路７２は入口７２aと出口７２bとを有している。エレメント６４で浄化されたエアの一部が入口７２aを通じて延長混合気通路７２に入る。そして、延長混合気通路７２を通るエアは出口７２bを通じて第２吸い込み口６２に入る。

通路形成部材７０は、吸気系エア通路に通じる第１吸い込み口６０の周囲を包囲する形状を有している。図２は、エアクリーナ３０を平面視した図である。

図２を参照して、エアクリーナ３０は平面視円形の形状を有し、エアクリーナ３０のベース３０aの上にエレメント６４が配置されている。エレメント６４は平面視円形リング状の形状を有し、エレメント６４の外周面６４aがエアクリーナ３０の外周面を構成している。

通路形成部材７０は平面視円弧状の形状を有する。通路形成部材７０は、エレメント６４の内周面６４bの内方に配置されている。そして、通路形成部材７０の外周面７０aとエレメント内周面６４bとは離間している（図２）。

図２から分かるように、エアクリーナ３０の内部空間に対して第１吸い込み口６０と第２吸い込み口６２は互いに独立して開口している。第１吸い込み口６０と第２吸い込み口６２は、また、互いに隣接して位置している。そして吸気系エア通路に通じる第１吸い込み口６０はエアクリーナベース３０aの内周側に位置し、吸気系混合気通路に通じる第２吸い込み口６２は外周側に位置している。

第２吸い込み口６２に装着された通路形成部材７０は、エアクリーナベース３０aの外周部分に沿って円周方向に延びている。通路形成部材７０の延長混合気通路７２の入口７２aは、出口７２bつまり第２吸い込み口６２の近傍に位置している。

吸気系エア通路に通じる第１吸い込み口６０は、その周囲が通路形成部材７０によって包囲されている。通路形成部材７０は、第１吸い込み口６０に通じる吹き返し燃料拡散防止領域７４を規定する内周壁面７０b（図２）を構成している。

エアクリーナエレメント６４は、上述したように円形リング状の形状を有している。エアクリーナエレメント６４で濾過された清浄エアは、エレメント６４で囲まれた空間に貯留される。エレメント６４で囲まれた空間を「エアクリーナ清浄空間」と呼ぶ。このエアクリーナ清浄空間に上記第１、第２吸い込み口６０、６２が開口している。

エレメント６４は、エアクリーナ３０の天井壁を規定する天井プレート部材６６（図１）を有している。エアクリーナベース３０aと対抗して位置する天井プレート部材６６は吹き返し燃料拡散防止領域７４を閉塞している。すなわち、吹き返し燃料拡散防止領域７４は、エアクリーナベース３０aと通路形成部材７０の内周壁面７０b（図２）と天井プレート部材６６とによって規定されている。

エアクリーナエレメント６４で浄化された清浄エアは、その一部が、通路形成部材７０（延長混合気通路７２）の入口７２aを通じて延長混合気通路７２に入り、そして、延長混合気通路７２を通り、出口７２b、第２吸い込み口６２を通って吸気系混合気通路に入る。

エアクリーナエレメント６４で浄化されたエアは、その一部が、通路形成部材７０（延長混合気通路７２）の入口７２aと出口７２ｂとの間の第１の隙間８０（図２）を通って吹き返し燃料拡散防止領域７４に入る。そして、第１吸い込み口６０を通って吸気系エア通路に入る。換言すれば、吹き返し燃料拡散防止領域７４は、第１の隙間８０を通じてエアクリーナ清浄空間に開放している。

エンジン１００の運転中、吸気系混合気通路を通じた混合気の吹き返しは通路形成部材７０の中に入る。吹き返し混合気に含まれる燃料成分、オイル成分は、比較的長尺の通路形成部材７０の壁面に付着する。したがって、吹き返し混合気によるエアクリーナエレメント６４の汚染を防止できる。

エンジン１００の運転中、吸気系エア通路を通じて逆流した吹き返しエアは、通路形成部材７０の内周壁面７０bによって、その拡散が阻止される。つまり吹き返しエアは、吹き返し燃料拡散防止領域７４に留められる。これにより、吹き返しエアに混合気やオイル成分が混ざっていたとしても、これによるエアクリーナエレメント６４の汚染を防止できる。

吹き返し燃料拡散防止領域７４の天井壁を作る天井プレート部材６６は、エレメント６４と一体構造であってもよいし、エレメント６４とは別部材で構成してもよい。

通路形成部材７０を平面視したときの通路形成部材７０の形状は円形に限定されない。楕円であってもよいし、多角形であってもよい。多角形という言葉は幾何学で使う言葉に限定されない。角を有する形状という意味である。この角は丸みを備えているのが好ましい。通路形成部材７０は、ヘアピンのような折れ曲がった形状又は屈曲した形状を有していても良い。

図２の例では、通路形成部材７０の一端と他端との間の第１の隙間８０を通じてエアを吹き返し燃料拡散防止領域７４に導入するようになっている。換言すれば、吹き返し燃料拡散防止領域７４は、第１の隙間８０を通じてエアクリーナ清浄空間に開放している。第１の隙間８０の大きさは、上記のように通路形成部材７０の長さや形状を変えることで任意に設定できる。通路形成部材７０と天井プレート部材６６との間の第２の隙間を利用して吹き返し燃料拡散防止領域７４に導入するエアの量を調整してもよい。換言すれば、吹き返し燃料拡散防止領域７４は、第２の隙間を通じてエアクリーナ清浄空間に開放していてもよい。この第２の隙間は、通路形成部材７０の長さ方向の全長に亘る隙間であってもよいし、部分的な隙間であってもよい。

通路形成部材７０の延長混合気通路７２は、その長さ方向の各部において、有効断面積が同じであるのが最も好ましい。勿論、許容できる範囲で各部の有効断面積が異なっていてもよい。

図２を参照して、吸気系エア通路に通じる第１吸い込み口６０は、吸気系混合気通路に通じる第２吸い込み口６２よりも内周側に位置している。そして、第２吸い込み口６２には通路形成部材７０が取り付けられている。通路形成部材７０において、第２吸い込み口６２の部分つまり通路形成部材７０（延長混合気通路７２）の出口７２bの部分に注目すると、出口７２bの部分は、第１吸い込み口６０に隣接した反射壁を構成している。

これにより、第１吹き出し口６０から出てくる吹き返しエアに対して、通路形成部材７０の出口７２bの部分は反射壁を形成する。この反射壁によって、第１吹き出し口６０から出てくる吹き返しエアに含まれる燃料がエレメント６４側に拡散するのを効果的に阻止することができる。すなわち、反射壁によって吹き返しエアが吹き返し燃料拡散防止領域７４に向けて反射される。

図３、図４は、層状掃気式２サイクル内燃エンジン１００の吸気系を模式的に表した図である。図３は、比較例として、エアクリーナ３０から通路形成部材７０を取り外した吸気系を示す。図４は、エアクリーナ３０に通路形成部材７０を取り付けて吸気系混合気通路を延長した実施例の吸気系を示す。なお、図４では、通路形成部材７０によって形成される延長混合気通路７２を直線状に図示してある。

図１に戻って、前記窓つまりスロットルバルブ４０とチョークバルブ４２との間の開口部４４からエアクリーナ３０までの通路長を「L１」で図示してある。L1は、この実施例では17.5mmである。

図４において、延長混合気通路７２の通路長を「L2」で図示してある。図１、図２を参照して説明した延長混合気通路７２の通路長L２は172.5mmである。

図３に図示の比較例では、延長混合気通路７２は無いので通路長L２は「ゼロ」である（L2=0）。延長混合気通路７２の異なる通路長L2と、メインノズル８の近傍での圧力変動との関係を検証した。図５ないし図１１はエンジン回転数9,500rpmのときのメインノズル８の近傍での圧力変動を示す。図１２ないし図１６はエンジン回転数が8,000rpmのときのメインノズル８の近傍での圧力変動を示す。図中、CAはクランク角度を示す。

図５〜図１１（エンジン回転数9,500rpm）及び図１２〜図１６（エンジン回転数8,000rpm）を見ると、延長混合気通路７２の通路長L2が0mm（図５、図１２）〜90mm（図６、図１３）は圧力変動の振幅に大した変化はみられない。ちなみに、エンジン回転数9,500rpm、8,000rpmは、エンジン１００が高速回転で動作している回転数である。

図５、図１２は延長通路長L2が「L2＝０mm」のときの圧力波を示す。図６、図１３は通路延長L2が「L2＝90mm」のときの圧力波を示す。図７は延長通路長L2が「L2＝110mm」のときの圧力波を示す。図８は延長通路長L2が「L2＝120mm」のときの圧力波を示す。図９、図１４は延長通路長L2が「L2＝132.5mm」のときの圧力波を示す。図１０、図１５は延長通路長L2が「L2＝172.5mm」のときの圧力波を示す。図１１、図１６は延長通路長L2が「L2＝254mm」のときの圧力波を示す。

図７（延長通路長L2＝110mm）の波形を見ると、図５（L2＝０mm）に図示の波形に比べて、圧力変動の振幅が相対的に小さくなっていることがわかる。そして、延長通路長L2が120mmよりも長くなると、圧力変動の振幅の減少が顕著になる（図８〜図１１、図１４〜図１６）。この傾向は、延長通路長L2を更に長くしても、圧力変動の振幅が小さくなると考えることができる。しかし、延長通路長L2の最大長さは、実際上、エアクリーナ３０の大きさによって規定される。延長通路長L2の最大長さは、実際上、254mmである。

前述したように、第１吸い込み口６０と第２吸い込み口６２はエアクリーナベース３０aに位置している（図１）。そして、第２吸い込み口６２に通路形成部材７０が装着され、この通路形成部材７０によって延長混合気通路７２が形成されている。この延長混合気通路７２は、エンジン吸気系の混合気通路を実質的に延長している。

吸気系エア通路と吸気系混合気通路とは、気化器３２の仕切り壁の窓つまり上記開口部４４によって連通している。換言すると、スロットルバルブ４０及びチョークバルブ４２が全開状態のときでも開口部４４を通じて吸気系エア通路と吸気系混合気通路とが連通している。開口部４４とエアクリーナ３０の第１吸い込み口６０との間の距離を「第１距離」と呼び、開口部４４とエアクリーナ３０の第２吸い込み口６２との間の距離を「第２距離」と呼ぶ。

図４から分かるように、第１距離と第２距離は実質的に等しい（上記「L1」）。したがって、開口部４４から第２吸い込み口６２を経て延長混合気通路７２までの混合気通路の通路長は、開口部４４から第１吸い込み口６０までのエア通路長L1よりも長い。その差は、延長混合気通路７２の通路長L2である。

したがって、開口部４４からその上流側に延びるエア通路の通路長と、開口部４４からその上流側に延びる混合気通路（延長混合気通路を含む）の通路長との相対的な長さの違いが上述した延長混合気通路７２の通路長L2であると言うことができる。

上記図５〜図１１及び図１２〜図１６に図示したデータによれば、延長通路長L2が90mmまでは変化が無いが、L2が110mmでは圧力変動の振幅に変化が現れている。したがって、延長通路長L2が90mmよりも長いとメインノズル８の近傍の圧力変動の振幅が小さくなる傾向になると言える。そして、延長通路長L2が110mm以上になると圧力変動の振幅が小さくなることが分かる。更に、延長通路長L2が120mm以上になると、メインノズル８の近傍の圧力変動の減少が顕著になることが分かる。延長通路長L2の最大値は、実際上、約250mmである。

次に、延長混合気通路７２の通路形状を直線状にした場合と曲線状にした場合との違いを検証した。図１７は曲線状の延長混合気通路７２(BD)を示す。直線状の延長混合気通路７２(ST)は前述した図４に図示の通りである。図１８は、延長混合気通路７２の通路長L２が172.5mm、エンジン回転数9,500rpmのときのメインノズル８の近傍の圧力変動を示す。直線状の延長混合気通路７２(ST)を実線で示し、曲線状の延長混合気通路７２(BD)を破線で示してある。図１８から、メインノズル８の近傍の圧力変動は延長混合気通路７２の形状に左右されないことが分かる。

図１９は、延長混合気通路７２をヘアピン状に屈曲させた例を示す。図１９に図示の延長混合気通路７２(HP)は、２箇所のヘアピン状の屈曲部を有する。ヘアピン状延長混合気通路７２(HP)の通路長L２は172.5mmである。図２０は、図１９に図示のヘアピン状に屈曲した延長混合気通路７２(HP)において、エンジン回転数9,500rpmのときのメインノズル８の近傍の圧力変動を示す。メインノズル８の近傍の圧力変動は、曲線状の延長混合気通路７２(BD)と同様に、延長混合気通路７２の形状に左右されないことが分かる。

図２１は、比較例のメインノズル８の近傍の圧力変動を示す。この比較例は、吸気系エア通路と吸気系混合気通路とを分離した状態の層状掃気式２サイクル内燃エンジンである。その典型例が前述した特許文献１の図３に開示の第１タイプの気化器を備えたエンジンである。このエンジンにおいて、吸気系混合気通路を延長混合気通路７２で延長したときのメインノズル８の近傍の圧力変動を図２１に図示してある。延長混合気通路７２の通路長L2は172.5mmである。エンジン回転数は9,500rpmである。

図２１の波形と図１０の波形を対比すると直ぐに分かるように、開口部４４を備えた吸気系の方が圧力変動の振幅が大幅に小さいことが分かる。また、図２１と図１０の対比から、開口部４４を介して吸気系エア通路と吸気系混合気通路が連通している実施例のエンジンでは、開口部４４において、吸気系エア通路の圧力変動と、混合気通路の圧力変動とが互いに干渉して、その結果、メインノズル８の近傍の圧力変動の振幅が小さくなったのは明らかである。

２つの圧力変動の干渉という観点に立てば、本発明は、吸気系エア通路のうち開口部４４よりも上流側の部分によって生成される第１の圧力変動と、吸気系混合気通路のうち開口部４４よりも上流側の部分によって生成される第２圧力変動とを開口部４４で互いに干渉させて、開口部４４の近傍における圧力変動を小さくする吸気方法を提案するものである。

以上、本発明の実施例として、吸気系混合気通路を延長する例を説明したが、本発明はこれに限定されない。本発明は、吸気系混合気通路の延長に代えて、吸気系エア通路を延長する例にも適用できる。

１００ 層状掃気式エンジン
２ エンジン本体
６ 吸気系
８ メインノズル
１２ ピストン
１４ 燃焼室
１８ 混合気ポート
２０ クランク室
２２ 掃気通路
２４ 掃気ポート
２６ エアポート
２８ ピストン溝
３０ エアクリーナ
３２ 気化器
４４ 吸気系エア通路と吸気系混合気通路との間の開口部
６０ 第１吸い込み口（吸気系エア通路に通じる）
６２ 第２吸い込み口（吸気系混合気通路に通じる）
７０ 通路形成部材
７２ 延長混合気通路
L2 延長通路長

Claims (10)

1. 掃気工程において、先ず先導エアを燃焼室に供給し、次いでクランク室から供給される混合気を前記燃焼室に供給する層状掃気式２サイクル内燃エンジンであって、
   前記先導エアをエンジン本体に供給するエア通路と、混合気を生成して該混合気を前記エンジン本体の前記クランク室に供給する混合気通路とを有する吸気装置と、
   前記吸気装置の前記エア通路と前記混合気通路とを部分的に連通させる開口部とを有し、
   前記混合気通路又は前記エア通路が前記エア通路又は前記混合気通路よりも長く、
   前記混合気通路又は前記エア通路において、前記開口部の上流側の部分が、前記エア通路又は前記混合気通路の前記開口部の上流側の部分よりも110mm以上長いことを特徴とする層状掃気式２サイクル内燃エンジン。
2. 前記混合気通路又は前記エア通路において、前記開口部の上流側の部分が、前記エア通路又は前記混合気通路の前記開口部の上流側の部分よりも120mm以上長い、請求項１に記載の層状掃気式２サイクル内燃エンジン。
3. 前記混合気通路又は前記エア通路において、前記開口部の上流側の部分の通路長さと、前記エア通路又は前記混合気通路の前記開口部の上流側の部分の通路長さとの差の最大値が254mmである、請求項１又は２に記載の層状掃気式２サイクル内燃エンジン。
4. 層状掃気式２サイクル内燃エンジンが気化器を含み、前記気化器が、前記混合気通路に燃料を供給するメインノズルを有し、
   該メインノズルの近傍に前記開口部が位置している、請求項１〜３のいずれか一項に記載の層状掃気式２サイクル内燃エンジン。
5. 掃気工程において先ず先導エアを燃焼室に供給し、次いで混合気を前記燃焼室に供給するエンジン本体と、
   前記先導エア用のエアを前記エンジン本体に供給するエア通路と、
   前記混合気を前記エンジン本体のクランク室に供給する混合気通路と、
   該混合気通路に燃料を供給するメインノズルを備えた気化器と、
   前記エア通路と前記混合気通路とを部分的に連通させる開口部とを有する層状掃気式２サイクル内燃エンジンに適用されるエアクリーナであって、
   外気を濾過するエレメントと、
   該エレメントで濾過された清浄エアを前記エア通路に供給する第１吸い込み口と、
   前記エレメントで濾過された前記清浄エアを前記混合気通路に供給する第２吸い込み口と、
   該第２吸い込み口又は第１吸い込み口に装着され、前記混合気通路又は前記エア通路を延長する通路形成部材とを有し、
   該通路形成部材によって形成される延長通路の通路長が110mm以上であることを特徴とする層状掃気式２サイクル内燃エンジン用のエアクリーナ。
6. 前記延長通路の通路長が120mm以上である、請求項５に記載の層状掃気式２サイクル内燃エンジン用のエアクリーナ。
7. 前記開口部が前記気化器の前記メインノズルの近傍に位置している、請求項５又は６に記載の層状掃気式２サイクル内燃エンジン用のエアクリーナ。
8. 前記開口部が前記気化器と前記エンジン本体との間に位置している、請求項５〜７のいずれか一項に記載の層状掃気式２サイクル内燃エンジン用のエアクリーナ。
9. 掃気工程において、先ず先導エアを燃焼室に供給し、次いでクランク室から供給される混合気を前記燃焼室に供給する層状掃気式２サイクル内燃エンジンの吸気方法であって、
   前記エンジンが、
   エアクリーナエレメントで濾過した清浄エアをエンジン本体に供給するエア通路と、
   前記清浄エアを気化器に供給して混合気を生成し、該混合気を前記エンジン本体の前記クランク室に供給する混合気通路と、
   前記エア通路と前記混合気通路とを部分的に連通させる開口部とを有し、
   前記開口部よりも上流側において、前記混合気通路又は前記エア通路が前記エア通路又は前記混合気通路よりも長く、
   前記エア通路又は前記混合気通路のうち前記開口部よりも上流側の部分によって生成される第１圧力変動と、前記混合気通路又は前記エア通路のうち前記開口部よりも上流側の部分によって生成される第２圧力変動とを前記開口部で互いに干渉させて、前記開口部の近傍での圧力変動を小さくすることを特徴とする層状掃気式２サイクル内燃エンジンの吸気方法。
10. 前記エンジンが高速回転する運転状態において、前記第１圧力変動と前記第２圧力変動とを前記開口部で互いに干渉させて、前記開口部の近傍での圧力変動を小さくする、請求項９に記載の層状掃気式２サイクル内燃エンジンの吸気方法。

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