JP2018080613A - ２サイクルエンジン - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構造で、加速性を向上させることができる２サイクルエンジンを提供する。【解決手段】２サイクルエンジンのシリンダ１の左右の一側に、空気通路２１と混合気通路２２とを有する吸気通路４４が設けられている。気化器３の上方に混合気通路２１が形成され、下方に空気通路２２が形成されている。混合気通路２２の上部に、燃料を混合気通路２２に供給するメインノズル５０が配置されている。気化器３とシリンダボア１ｃとの間の中間部における空気通路２１に、空気の逆流を阻止するリードバルブ３６が配置されている。リードバルブ３６を収容するバルブ室３５よりもシリンダボア１ｃ寄りの領域に、空気通路２１を前後一対の掃気通路２５に連通させる空気分岐通路３０が形成されている。【選択図】図２

Description

本発明は、チェーンソーや刈払機のような携帯型の作業機に用いられる小形の２サイクルエンジンに関するものである。

一般に、層状掃気式２サイクルエンジンは、回転軸心と直交する左右方向の一側に混合気通路と空気通路とを有する吸気通路を備え、空気通路に連通する掃気口が、混合気通路に連通する吸気ポートよりも上側に形成されている。したがって、気化器においても、上方に空気通路が形成され、下方に混合気通路が形成されることが多い。混合気通路には燃料を噴射するメインノズルが設けられており、エンジンが始動すると、吸気通路は負圧となり、気化器の下部のメタリングチャンバ内の燃料がメインノズルから混合気通路に供給される。一方、メタリングチャンバ内の燃料が消費されると、大気圧に押されたダイヤフラムがコントロールレバーを押すので、インレットニードルが開き、メタリングチャンバ内に燃料を補充する。

例えば、エンジンを冷機状態からチョークなどにより始動させた後、すぐにスロットルを全開にして急加速すると、先導空気掃気のため燃料が追い付かず、加速不良を起こすことがある。また、刈払機で草木を刈っているような定常状態では、負荷がかかっているから、エンジンの回転数が低くなっているので、吸入負圧が小さい。したがって、気化器のメインノズルからの燃料の供給量は抑制されている。このような定常状態から、負荷がなくなる状態に移行すると、エンジンが急加速するので、燃料の補充が追い付かず、加速不良を起こすことがある。特許文献１のエンジンでは、メタリングチャンバを吸気通路の上方に配置し、重力による燃料ヘッドがメインノズルにかかるようにして燃料の供給を促進し、急加速性の向上を図っている。

特許第５１１１００１号公報

しかしながら、特許文献１では、シリンダにおいて、空気通路と混合気通路が上下にクロスしている。このような通路の構造では、シリンダ構造が複雑になるうえに、中子を用いないと、通路を形成することができず、製造工数および製造コストが増大する。

本発明は、簡単な構造で、加速性を向上させることができる２サイクルエンジンを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の２サイクルエンジンは、左右の一側に混合気通路と空気通路とを有する吸気通路を備え、気化器におけるシリンダボアの軸心方向に沿った上方に前記混合気通路が、下方に前記空気通路がそれぞれ形成され、前記混合気通路の上部に、燃料を前記混合気通路に供給するメインノズルが配置され、前記気化器と前記シリンダボアとの間の中間部における前記空気通路に、空気の逆流を阻止するリードバルブが配置され、前記リードバルブを収容するバルブ室よりも前記シリンダボア寄りの領域に、前記空気通路を前後一対の掃気通路に連通させる空気分岐通路が形成されている。

この構成によれば、メインノズルが混合気通路の上部に配置されているので、燃料ヘッドがメインノズルに作用して燃料の供給が促進される。また、ダイヤフラムが自重で下がり、コントロールレバーを押し易くなっているから、コントロールレバーに接続されているインレットニードルが素早く開くので、燃料の供給が促進される。その結果、エンジンの加速性が向上する。また、空気通路と掃気通路とが、バルブ室および空気分岐通路を介して連通されているので、空気通路の構造が簡潔であるうえに、例えば、スライド型により形成できるので、製造も容易である。

本発明において、前記空気分岐通路は、前記バルブ室の上部と前記掃気通路の上端部とを接続していることが好ましい。この構成によれば、空気分岐通路を直線状に形成できるので、吸気抵抗が減少する。

本発明において、前記シリンダボア寄りの領域に、前記混合気通路を前記空気分岐通路の間を通って斜め下方に直線状に延びて前記シリンダボアの吸気ポートに連通させる傾斜通路部が形成されていることが好ましい。この構成によれば、ダウンドラフト構造により混合気がシリンダボアに急速に供給されるので、エンジンの性能が向上する。

前記傾斜通路部が形成されている場合、前記吸気ポートよりも下方に、前記リードバルブの少なくとも大部分が位置していることが好ましい。この構成によれば、バルブ室が、シリンダの冷却フィンの形成エリアを圧迫しないので、冷却フィンを確保し易い。したがって、シリンダの冷却性が向上する。

前記傾斜通路部が形成されている場合、前記吸気通路における前記リードバルブから前記シリンダボア寄りの領域が、前記シリンダボアを形成するシリンダに一体形成されていることが好ましい。この構成によれば、傾斜通路部を中子無しにシリンダに一体形成できるので、製造工数および製造コストを低減できる。

本発明において、前記気化器は、前記混合気通路と前記空気通路を径方向に貫通した円柱状のピストン弁を有することが好ましい。この構成によれば、バタフライ弁に比べて混合気の漏れの少ない単一のピストン弁の回動によって、混合気と空気の両方を容易に制御できる。

本発明の２サイクルエンジンによれば、簡単な空気通路構造で、エンジンの加速性を向上させることができる。

本発明の第１実施形態に係る２サイクルエンジンを示す正面断面図である。 同エンジンのシリンダと気化器を示す正面断面図である。 同エンジンのシリンダと気化器を示す水平断面図である。 図２のIV−IV線に沿った縦断面図である。 同シリンダを示す斜視図である。 図５のVI−VI線に沿った水平断面図である。 同気化器を示す縦断面図である。

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。本明細書において、「前後方向」とはエンジンのクランク軸の軸心方向をいい、「上下方向」とはシリンダボアの軸心方向をいい、「左右方向」とは前後方向と上下方向の両方に直交する方向をいう。以下の実施形態では、刈払機に使用される小形の２サイクルエンジンを例示してある。

図１において、この２サイクルエンジンは、内部に燃焼室１ａを形成したシリンダ１が、クランク室２ａを形成するクランクケース２の上部に連結されている。このシリンダ１は、シリンダボア１ｃの外周を形成するシリンダ部分と、その上方のシリンダヘッド部分とを一体形成したものである。シリンダ１およびクランクケース２はそれぞれ、アルミニウム合金のような金属製であり、成形型（鋳型）により成形される。シリンダ１の外周には冷却フィン１ｂが形成されている。シリンダ１の左右の一側部（図１の左側）には、吸気系を構成する気化器３とエアクリーナ４が接続され、左右の他側部（図１の右側）には排気系を構成するマフラ７が接続されている。シリンダ１の前方（図１の手前）とマフラ７のシリンダ１側を除く外周囲は、シュラウド５により覆われている。クランクケース２の下部には燃料タンク８が取り付けられている。

シリンダ１の内側に前記シリンダボア１ｃが形成されて、このシリンダボア１ｃ内に軸心方向Ｃ１（上下方向）に往復動するピストン９が挿入されている。クランクケース２に前後一対のクランク軸受１０，１０を介して、クランク軸１１が回転自在に支持されている。このクランク軸１１の軸心から変位した位置に、中空状のクランクピン１２が設けられ、このクランクピン１２とピストン９に設けた中空状のピストンピン１３との間が、大端部軸受１４および小端部軸受１７を介してコンロッド１８により連結されている。クランク軸１１にはクランクウェブ１９が設けられ、シリンダ１の上部には点火プラグＰが設けられている。シリンダ１と気化器３の間には、高温のシリンダ１からの断熱を目的として、樹脂のような遮熱材料からなるインシュレータ２０が設けられている。

図２に示すように、インシュレータ２０内には、下部側にシリンダ１に連通する空気通路２１の一部が形成され、上部側にシリンダ１に連通して空気通路２１に平行に配設された混合気通路２２の一部が形成されている。空気通路２１と混合気通路２２が吸気通路４４を形成する。シリンダ１の周壁には、混合気通路２２からの混合気Ｍをシリンダボア１ｃに導入する吸気ポート２２ａが形成され、さらに、シリンダ１の内周面に開口する排気ポート２３ａを有する排気通路２３が形成されている。この排気通路２３からの排気ガスは、図１に示すマフラ７を経て外部に排出される。

図１に示すように、シリンダ１とクランクケース２の内部には、燃焼室１ａとクランク室２ａとを連通させる掃気通路２５が設けられている。掃気通路２５は、混合気と空気の両方が導入される第１掃気通路部分２６および第２掃気通路部分２７を含む。

第１および第２掃気通路部分２６，２７の上端の第１および第２掃気口２６ａ，２７ａは、排気ポート２３ａの上端よりも若干低い位置に設定されている。また、第２掃気口２７ａの上縁が第１掃気口２６ａの上縁よりも高い位置に設定されている。これにより、ピストン７が下降する掃気行程において、混合気Ｍよりも空気Ａによる掃気が優先されるようになっている。図１に示すように、第１および第２掃気通路部分２６，２７の２つの下端は軸受１０の付近でシリンダ内周面に開口している。第１および第２掃気通路部分２６，２７の第１および第２掃気口２６ａ，２７ａはシリンダ１の内面に開口している。

図３に示すように、吸気通路４４および排気通路２３の軸心Ｃ２，Ｃ３は、シリンダ軸心Ｃ１方向から見て略同一線上にある。第１および第２掃気通路部分２６，２７は、吸気通路４４の軸心Ｃ２、または、排気通路２３の軸心Ｃ３を中心にして対称に前後に各一対設けられている。第２掃気通路部分２７は、第１掃気通路部分２６よりも排気ポート２３ａ寄りに形成されている。

シリンダ１の内部には、インシュレータ２０の空気通路２１からの空気Ａをシリンダ１内の単一のバルブ室３５を経たのち第１および第２掃気通路部分２６，２７に連通させる空気分岐通路３０が形成されている。詳細には、第１および第２掃気口２６ａ，２７ａを含む掃気通路上部２６ｂ，２７ｂと空気通路２１（図２）とが、空気分岐通路３０を介して連通されている。

インシュレータ２０には、シリンダ１内に進出して空気分岐通路３０の壁面の一部を形成する突起３２が一体形成されている。シリンダ１には、空気分岐通路３０を形成するための空洞３４が形成されている。この空洞３４は、吸気通路４４と略平行な方向、つまりシリンダ軸心Ｃ１と直交する方向に鋳抜きすることにより、シリンダ１の型成形時にスライド型により形成されている。この空洞３４内に突起３２が進出して空気分岐通路３０の第１側壁３３が形成されている。こうして、図４に示すように、混合気通路２２の両側に２つの空気分岐通路３０が配置されている。

図２に示すインシュレータ２０における空気通路２１の下流側出口には、前記バルブ室３５が形成され、このバルブ室３５に単一のリードバルブ３６が収納され、その基端部がねじ体３７によりインシュレータ２０に取り付けられている。リードバルブ３６は、空気通路２１に連なる空気分岐通路３０の圧力が所定値以上に上昇したときに、空気通路２１を閉じる。換言すれば、リードバルブ３６は、気化器３とシリンダボア１ｃとの間の中間部における空気通路２１に配置され、空気の逆流を阻止する。空気通路２１からの空気Ａは、リードバルブ３６の開放によって、図３の空気分岐通路３０を経て、第１および第２掃気通路部分２６，２７の掃気通路上部２６ｂ，２７ｂに導入される。

図２に示すように、リードバルブ３６は、その先端部を除く大部分、例えば７０％以上、本実施形態では８５％が、吸気ポート２２ａよりも下方に配置されている。シリンダ１におけるバルブ室３５よりもシリンダボア１ｃ寄りの領域に、空気分岐通路３０が形成されている。図５に示すように、バルブ室３５は、空洞３４から下方に延びる空間により形成されている。つまり、空気分岐通路３０は、バルブ室３５の上部と掃気通路２６，２７の上端部２６ｂ、２７ｂとを接続している。吸気通路４４におけるリードバルブ３６（図２）からシリンダボア１ｃ寄りの領域が、前述の型成形によりシリンダ１に一体形成されている。

混合気通路２２は、図２に示すインシュレータ２０の混合気通路２２の出口から斜め下方に直線状に延びて吸気ポート２２ａに連通する傾斜通路部４０を有している。傾斜通路部４０は、インシュレータ２０からシリンダボア１ｃに向かって下方に傾斜して延びる。図６に示すように、傾斜通路部４０は、空気分岐通路３０，３０の間を通ってシリンダボア１ｃに延びている。この傾斜通路部４０は、シリンダ１に装着したスライド型により成形される。

図２に示すように、気化器３における上方に混合気通路２２の一部が形成され、下方に空気通路２１の一部が形成されている。気化器３内の混合気通路２２の上部に、燃料を混合気通路２２に供給するメインノズル５０およびこれに燃料を供給するメタリングチャンバ５２が配置されている。気化器３は、混合気通路２２と空気通路２１を径方向（上下方向）に貫通した円柱状の単一のピストン弁５４を有する。ピストン弁５４には、空気通路２１および混合気通路２２の一部を形成する図７に示す貫通孔５５が設けられている。

気化器３の下端に、スロットルレバー（図示せず）にワイヤ（図示せず）で接続された弁駆動機構５６が設けられ、この弁駆動機構５６によりピストン弁５４が回動される。このピストン弁５４の回動によって、混合気と空気の両方が制御される。

一方、図７に示すように、気化器３の上端部にダイヤフラム５８と、コントロールレバー５９に連動して動作するインレットニードル６０が設けられている。ダイヤフラム５８はメタリングチャンバ５２の隔膜として組み込まれ、その一方側の定圧室６９は大気圧に保たれている。インレットニードル６０は、メタリングチャンバ５２への燃料の流入経路を開閉する。エンジンが始動すると、吸気通路４４が負圧となるので、メタリングチャンバ５２内の燃料がメインノズル５０から混合気通路２２へ吸い出される。

メタリングチャンバ５２内の燃料が消費されると、大気圧に押されたダイヤフラム５８によりコントロールレバー５９を介してインレットニードル６０が開き、メタリングチャンバ５２内の燃料に補充する。このように、メタリングチャンバ５２内の燃料および圧力は一定量に保たれる。

つぎに、エンジンの動作について説明する。吸気行程において、図１のピストン９が上昇すると、シリンダ１やクランク室２ａの内部が負圧状態となる。このとき、混合気Ｍが混合気通路２２からシリンダ１の内周面に開口する吸気ポート２２ａを通ってクランク室２ａ内へ直接導入される。この導入された混合気Ｍにより、大端部軸受１４や小端部軸受１７が潤滑される。

このとき、クランク室２ａに連通している第１掃気通路部分２６および第２掃気通路部分２７も負圧になるので、これら第１および第２掃気通路部分２６，２７に連なる、図３の空気分岐通路３０も負圧になる。これにより、インシュレータ２０の空気通路２１の出口に取り付けたリードバルブ３６（図２）が開放され、空気通路２１からの空気Ａが空気分岐通路３０を通って、一旦、第１および第２掃気通路部分２６，２７の上端部２６ｂ、２７ｂ内に導入される。

このように、ピストン９が上昇する吸気行程においてクランク室２ａの負圧を受けてリードブルブ３６が開放しているときは、第１および第２掃気通路部分２６，２７の上端部２６ｂ、２７ｂ内に常に空気Ａが導入される。このため、両掃気通路部分２６，２７内に先導空気掃気用の十分な空気量が確保される。

つづいて、爆発行程を経て、図１のピストン９が下降する掃気行程では、第１掃気通路部分２６の第１掃気口２６ａおよび第２掃気通路部分２７の第２掃気口２７ａから空気Ａと混合気Ｍとが燃焼室１ａ内に向かって斜め上方に噴出される。このとき、まず、高い位置にある第２掃気口２７ａから空気Ａが導入され、少し遅れて第１掃気口２６ａから空気Ａが導入され、つづいて両掃気口２６ａ，２７ａから混合気Ｍが導入される。第２掃気口２７ａからの空気Ａの方が排気口２３ａ寄りから燃焼室１ａに導入されるので、先に導入された第２掃気口２７ａからの空気Ａにより燃焼ガスを排気口２３ａから円滑に排出する。したがって、排気口２３ａからの混合気Ｍの吹き抜けを防止できる。

上記構成によれば、図７に示すメインノズル５０およびメタリングチャンバ５２が混合気通路２２の上部に配置されているので、燃料ヘッドがメインノズル５０にかかって燃料の供給が促進される。また、ダイヤフラム５８が自重で下がり、コントロールレバー５９を押し易くなっているから、コントロールレバー５９に接続されているインレットニードル６０が素早く開くので、燃料の供給が促進される。その結果、急加速時であっても、燃料が不足することがなくなって、エンジンの加速性が向上する。空気通路２１（図２）と図６に示す第１および第２掃気通路２６，２７とが、バルブ室３５および空気分岐通路３０を介して連通されている。これらバルブ室３５および空気分岐通路３０は、左右方向に開くシリンダ１の成形型により形成できるので、製造が容易で、吸気通路４４の構造も簡単になる。

また、空気分岐通路３０は、バルブ室３５の上部と第１および第２掃気通路２６，２７の上端部とを接続している。これにより、空気分岐通路３０を直線状に形成できるので、吸気抵抗が減少する。

図２に示すように、混合気通路２２におけるインシュレータ２０よりもシリンダボア１ｃ寄りの領域に、吸気ポート２２ａに向かって斜め下方に傾斜して延びる傾斜通路部４０が形成されている。これにより、混合気Ｍが、ダウンドラフト構造でシリンダボア１ｃに急速に供給されるので、エンジンの性能が向上する。

リードバルブ３６の大部分が、吸気ポート２２ａよりも下方に配置されているので、バルブ室３５がシリンダ１の冷却フィン１ｂの形成エリアを圧迫しない。したがって、冷却フィン１ｂを確保し易い。したがって、シリンダ１の冷却性が向上する。

図５に示すように、吸気通路４４におけるリードバルブ３６（図２）からシリンダボア１ｃ寄りの領域が、型成形によりシリンダ１に一体形成されている。これにより、傾斜通路部４０を中子無しにシリンダ１に一体形成できるので、製造工数および製造コストを低減できる。

図７に示す気化器３は、混合気通路２２と空気通路２１を径方向に貫通する単一の円柱状のピストン弁５４を有している。スロットル弁としてバタフライ弁を用いると、空気通路２１に混合気Ｍが漏れるか恐れがあるが、単一のピストン弁５４を用いることで、混合気漏れを抑制しつつ、混合気と空気の両方を容易に制御できる。

本発明は、以上の実施形態に限定されるものでなく、本発明の要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。

１ シリンダ
１ｃ シリンダボア
３ 気化器
２１ 空気通路
２２ 混合気通路
２２ａ 吸気ポート
２６ 第１掃気通路部分（掃気通路）
２７ 第２掃気通路部分（掃気通路）
３０ 空気分岐通路
３５ バルブ室
３６ リードバルブ
４０ 傾斜通路部
４４ 吸気通路
５０ メインノズル
５４ ピストン弁

Claims (6)

1. 左右の一側に混合気通路と空気通路とを有する吸気通路を備え、
   気化器におけるシリンダボアの軸心方向に沿った上方に前記混合気通路が、下方に前記空気通路がそれぞれ形成され、
   前記混合気通路の上部に、燃料を前記混合気通路に供給するメインノズルが配置され、
   前記気化器と前記シリンダボアとの間の中間部における前記空気通路に、空気の逆流を阻止するリードバルブが配置され、
   前記リードバルブを収容するバルブ室よりも前記シリンダボア寄りの領域に、前記空気通路を前後一対の掃気通路に連通させる空気分岐通路が形成されている２サイクルエンジン。
2. 請求項１に記載の２サイクルエンジンにおいて、前記空気分岐通路は、前記バルブ室の上部と前記掃気通路の上端部とを接続している２サイクルエンジン。
3. 請求項１または２に記載の２サイクルエンジンにおいて、前記シリンダボア寄りの領域に、前記混合気通路を前記空気分岐通路の間を通って斜め下方に直線状に延びて前記シリンダボアの吸気ポートに連通させる傾斜通路部が形成されている２サイクルエンジン。
4. 請求項３に記載の２サイクルエンジンにおいて、前記吸気ポートよりも下方に、前記リードバルブの少なくとも大部分が位置している２サイクルエンジン。
5. 請求項３または４に記載の２サイクルエンジンにおいて、前記吸気通路における前記リードバルブから前記シリンダボア寄りの領域が、前記シリンダボアを形成するシリンダに一体形成されている２サイクルエンジン。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載の２サイクルエンジンにおいて、前記気化器は、前記混合気通路と前記空気通路を径方向に貫通した円柱状のピストン弁を有する２サイクルエンジン。

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