JP2023089870A - シニューレ式２ストロークエンジン - Google Patents

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Abstract

【課題】吹き抜けを抑制しながら広い回転数領域で燃焼安定性を維持可能なシニューレ式２ストロークエンジンを提供する。【解決手段】本発明のエンジンはシニューレ式２ストロークエンジン(2)である。少なくとも一つの掃気ポート(16(in1)）に関連した掃気通路(14(in1))の上端部(14a(in1))に吸気側側面(204)を有する。吸気側側面(204)によって、前記掃気ポート（16(in1)）の高さレベルにおいて、掃気ポート(16(in1)）から吐出される掃気ガスの第１の流れ方向(42)が規定される。前記掃気ポート(16(in1)）に関連した掃気通路(14(in1))の上端部(14a(in1))は、掃気ポート(16(in1)）から吐出される掃気ガスの第２の流れ方向(44)を規定するガイド部(50)を有する。第２の流れ方向(44)は、掃気ポート(16(in1)）の高さレベルにおいて、第１の流れ方向(42)よりも吸気側に偏向されている。【選択図】図3

Description

本発明はシニューレ式２ストロークエンジンに関する。
２ストロークエンジンは、掃気行程において、クランク室で予圧縮された、典型的には混合気を掃気ガスとして用いてシリンダ内の掃気が行われる。２ストロークエンジンは、クランク室と燃焼室とに連通する掃気通路を備えている。掃気通路の上端開口つまり掃気ポートは、上死点と下死点との間を往復動するピストンによって開閉される。また、このピストンの動作によって排気ポートが開閉されて、燃焼室内の既燃焼ガスが外部に排出される。
燃焼行程でピストンが下降すると、ピストンの下死点近傍で排気ポートと掃気ポートが開口され、そして、掃気ポートが開くと同時にシリンダ内の掃気が開始される。掃気通路の下端はクランク室に連通している。このことから、掃気ポートが開くと同時に、下降するピストンによって予圧縮された混合気が掃気ガスとして掃気ポートからシリンダ内に吐出される。
クランク室で混合気を予圧縮する周知の２ストロークエンジンでは、掃気行程で発生する「吹き抜け」の問題を有している。「吹き抜け」は、掃気ポートから燃焼室に吐出された混合気が掃気に貢献することなく直接的に排気ポートから排出される現象である。この吹き抜けは、未燃焼の混合気が排出されてしまうため環境を汚染させてしまうだけでなく給気効率ηtrが低下する。その結果、燃料消費率が悪化する。
混合気の吹き抜け問題に対処するために、シニューレ式２ストロークエンジンが提案され、現在の２ストロークエンジンの主流となっている。シニューレ式２ストロークエンジンは、掃気ポートから吐出される掃気ガス（典型的には混合気）を、排気ポートとは反対側である吸気側のシリンダ壁面に指向させることによって行われる。シニューレ式２ストロークエンジンは、例えば特許文献１に開示されている。シニューレ式２ストロークエンジンにおいて、特許文献１から分かるように、掃気ポートから吐出された掃気ガスは、吸気側のシリンダ壁面に差し向けられる。そして、その後、掃気ガスはシリンダ壁面に衝突することで反転して排気ポートに向かって進む。
特許文献１は、相対的に排気側に位置して互いに対抗する２つの排気側掃気ポートと、吸気側に位置して互いに対抗する２つの吸気側掃気ポートとを有する２ストロークエンジンを開示している。合計４つの掃気ポートを備えた２ストロークエンジンは「４流掃気式エンジン」と呼ばれている。特許文献１は、２つの排気側掃気ポートから吐出される掃気ガス流で形成される第１水平掃気角の好ましい角度と、２つの吸気側掃気ポートから吐出される掃気ガス流で形成される第２水平掃気角の好ましい角度とを提案している。
特許文献１の図４を抜粋して、これを本明細書の図７に図示すると、図中、参照符号Exは排気ポートを示し、Ｓａは排気側掃気ポートを示し、Ｓｂは吸気側掃気ポートを示す。第１水平掃気角βは、排気側掃気ポートＳａの高さレベルにおいて、排気側掃気ポートＳａに通じる掃気通路の上端部の吸気側壁面２０２で規定される。第２水平掃気角δは、吸気側掃気ポートＳｂの高さレベルにおいて、吸気側掃気ポートＳｂに通じる掃気通路の上端部の吸気側壁面２０４で規定される。
JP特開２０００－３４９２７号公報
上述したように、「吹き抜け」は、掃気ポートから燃焼室内へ吐出された掃気ガスが、シリンダ内に留まることなく排気ポートへ直接的に排出されることで発生する。これを防止するために、上述した特許文献１は、掃気ポートから吐出される掃気ガスの流れ方向を、掃気ポートの高さレベルにおいて、より吸気側へと傾斜つまり偏向させることで、排気ポートへのショートカットつまり吹き抜けを防止することを開示している。このことは、上述した吸気側掃気ポートＳｂの高さレベルにおいて、第２水平掃気角δの大きさに関係している。
第２水平掃気角δは、掃気通路の上端部の吸気側壁面２０４で規定される。図８を参照して、「吹き抜け」を低減するために、吸気側壁面２０４の傾斜角度θを、吸気側掃気ポートＳｂの高さレベルにおいて、吸気側に傾斜させて、上記の第２水平掃気角δを形成している。吸気側壁面２０４の傾斜角度θに関して、この傾斜角度θを大きくすると、吸気側掃気ポートＳｂの吸気側の端縁Ｓｂ(ej)の位置が吸気側に変位することから、傾斜角度θを大きくすることにスペース的な限界がある。図８中、仮想線ＶＬで示すように、吸気側の端縁Ｓｂ(ej)の位置を吸気側に変位させないで、傾斜角度θを大きく設定する場合、傾斜角度θが大きくなる程に吸気側掃気ポートＳｂに通じる掃気通路の上端部の通路断面積が小さくなる。その結果、十分な燃焼用ガス（混合気）を導入できず出力を損なうことが懸念される。
また、吸気側壁面２０４の傾斜角度θを大きく設定すると、安定した燃焼状態を維持できる回転数領域が狭くなる傾向がある。このことは、低速から高速およびその逆の操作、繰り返しの加減速の操作によって幅広い回転数領域を使用する作業機用エンジンには適さないことを意味している。
本発明の目的は、上述した吸気側掃気ポートのスペース的な制約下においても、吹き抜けを抑制しながら広い回転数領域で燃焼安定性を維持可能なシニューレ式２ストロークエンジンを提供することにある。
上記の技術的課題は、本発明にあっては、
複数の掃気通路（１４）の各掃気ポート（１６）がピストン（６）によって開閉され、
掃気行程において、前記複数の掃気ポート（１６）から吐出される掃気ガスが排気ポート（２２）とは反対側である吸気側のシリンダ壁面に差し向けられ、そして、シリンダ壁面に衝突することで反転して前記排気ポート（２２）に向かうシニューレ式２ストロークエンジン（２）において、
少なくとも一つの掃気ポート（１６(in1)）に関連した掃気通路（１４(in1)）の上端部（１４a(in1)）に吸気側側面（２０４）を有し、該吸気側側面（２０４）によって、前記掃気ポート（１６(in1)）の高さレベルにおいて、前記少なくとも一つの掃気ポート（１６(in1)）から燃焼室（８）に吐出される掃気ガスの第１の流れ方向（４２）が規定され、
前記少なくとも一つの掃気ポート（１６(in1)）に関連した掃気通路（１４(in1)）の上端部（１４a(in1)）に設けられ、当該少なくとも一つの掃気ポート（１６(in1)）から燃焼室（８）に吐出される掃気ガスの第２の流れ方向（４４）を規定するガイド部（５０）を有し、
前記第２の流れ方向（４４）が、前記掃気ポート（１６(in1)）の高さレベルにおいて、前記第１の流れ方向（４２）よりも吸気側に偏向されている、ことを特徴とするシニューレ式２ストロークエンジン（２）を提供することにより達成される。
本発明の好ましい実施形態では、前記ガイド部（５０）を備えた前記掃気通路（１４）が、シリンダブロック（７０）に固定される掃気通路形成部材（７２）によって実質的に形成される。本発明の典型的なシニューレ式２ストロークエンジンは、４つの掃気ポートを備えた４流掃気エンジンであり、前記少なくとも一つの掃気ポートが、吸気側に位置して互いに対抗して位置する２つの吸気側掃気ポートのいずれか一方又は双方の掃気ポート（１６(in1)）である。本発明は、層状掃気式エンジンに好適に適用可能である。
本発明の作用効果及び他の目的は以下の好ましい実施例の詳しい説明から明らかになろう。
実施例の単気筒２ストロークエンジンの概略縦断面図である。 実施例のエンジンを含む２ストロークエンジンの吸気系の概略図である。 実施例の２ストロークエンジンにおいて、各掃気ポートの高さレベルでの水平断面図である。 実施例の２ストロークエンジンのシリンダ内部から要部を透視した説明図である。 実施例のエンジンのシリンダブロックとこれにネジ止めされる第１掃気通路形成部材を示す。この第１掃気通路形成部材によって掃気ポートから吐出される掃気ガスの流れ方向の傾斜角が従来よりも拡大される。 図５に図示の第１掃気通路形成部材の斜視図である。 シニューレ式の従来の４流掃気エンジンの各掃気ポートから吐出される掃気ガスの流れ方向を説明するための図である。 本発明者らが検討した掃気ガスの流れ方向を説明するための図である。 従来のエンジンのシリンダブロックとこれにネジ止めされる従来の掃気通路形成部材を示す。
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。図１は、単気筒２ストロークエンジンシステム１００に含まれる実施例のエンジン２の概略縦断面図である。エンジン２は、チェーンソー、ブロワ、刈払機などの携帯作業機に好適に適用される。図１を参照して、図示のエンジン２は、シリンダ４に嵌挿されたピストン６を有し、ピストン６は上死点と下死点との間を往復動する。ピストン６によって画成される燃焼室８には点火プラグ１０が配設されている。
燃焼室８とクランク室１２とは、掃気行程において、掃気通路１４によって連通される。掃気通路１４の上端部１４aは掃気ポート１６を通じてシリンダ４に開口している。掃気ポート１６は正面視矩形である。掃気ポート１６はピストン６によって開閉される。エンジン２は４つの掃気ポート１６を有する「４流掃気エンジン」である。本発明は４流掃気エンジンに限定されないが、本発明の実施例の典型例として、以下、図示の４流掃気エンジンに基づいて実施例を説明する。
実施例の４流掃気エンジン２において、４つの掃気ポート１６は、その開放タイミングを同期させるために、矩形の掃気ポート１６の上端縁が同じ高さレベルに配置されている。各掃気通路１４の下端はクランク室１２に開放し、この開放した下端は掃気ガス入口１８を構成している。
参照符号２０は吸気ポートを示し、吸気ポート２０を通じてクランク室１２に混合気が供給される。参照符号２２は排気ポートを示す。排気ポート２２は吸気ポート２０とは反対側に配置されている。エンジン２はピストンバルブ式エンジンである。すなわち、吸気ポート２０及び排気ポート２２はピストン６によって開閉される。そして、吸気ポート２０を通じて混合気がクランク室１２に供給され、他方、排気ポート２２を通じて燃焼室８の既燃焼ガスが排出される。
図２は、２ストロークエンジンシステム１００に含まれる吸気系２４の概略図である。吸気系２４は、その上流端にエアクリーナ２６を有し、エアクリーナ２６で浄化したエアが気化器２８に供給される。気化器２８の混合気生成通路２８ａには燃料タンク３０から燃料が供給されて、気化器２８によって混合気が生成される。
エンジン２は層状掃気式エンジンである。気化器２８は、混合気を生成する第１通路２８aと、エアクリーナ２６から受け取ったエアが通過する第２通路２８bとを有している。上記の混合気生成通路である第１通路２８aは、クランク室１２に通じる混合気通路３２の一部を構成し、気化器２８で生成された混合気は混合気通路３２を通じてクランク室１２に供給され、そして、下降するピストン６によって混合気はクランク室１２で予圧縮される。
エアが通過する第２通路２８bは、掃気通路１４に先導エアを供給する先導エア通路３４の一部を構成する。ピストン６は、その周面にピストン溝６aを有している。エアクリーナ２６から受け取った先導エアは、ピストン溝６aを介して、掃気通路１４の上端部に供給される。ピストン溝６aはUS2016/0376979A1に詳しく説明されていることから、ピストン溝６aに関する説明は省略する。ピストン溝６aに代えてリードバルブを採用してもよい。リードバルブに関してはJP特開２０００―３３７１５４号公報に詳しく説明されている。
層状掃気式のエンジン２は、掃気行程の初期に先導エアが燃焼室８に供給され、次いで、クランク室１２の混合気が掃気ガスとして燃焼室８に供給される。
図３は、各掃気ポート１６の高さレベルにおいて、シリンダ４を水平に断面した概略図である。図３から分かるように、エンジン２は、４つの掃気ポート１６の各々から吐出される掃気ガスを、吸気側のシリンダ壁面に差し向ける「シニューレ式エンジン」である。吸気側のシリンダ壁面に衝突した掃気ガスは反転して排気ポート２２に向かう。
図３において、矩形の４つの掃気ポート１６は、シリンダ４の各側に２つずつ配置されている。各掃気ポート１６を識別するために、図面右側に位置する２つの掃気ポート１６のうち、排気ポート２２側に位置する掃気ポート１６を「排気側第１掃気ポート」と呼び、この排気側第１掃気ポートに参照符号「１６(ex1)」を付す。また、吸気ポート２０側に位置する掃気ポート１６を「吸気側第１掃気ポート」と呼び、この吸気側第１掃気ポートに参照符号「１６(in1)」を付す。
図面左側に位置する２つの掃気ポート１６のうち、排気ポート２２側に位置する掃気ポート１６を「排気側第２掃気ポート」と呼び、この排気側第２掃気ポートに参照符号「１６(ex2)」を付す。また、吸気ポート２０側に位置する掃気ポート１６を「吸気側第２掃気ポート」と呼び、この吸気側第２掃気ポートに参照符号「１６(in2)」を付す。
引き続き図３を参照して、４つの掃気ポート１６のうち、排気側第１掃気ポート１６(ex1)、排気側第２掃気ポート１６(ex2)、吸気側第２掃気ポート１６(in2)は、従来と同様に、排気側第１掃気ポート１６(ex1)、排気側第２掃気ポート１６(ex2)の各々に関連した吸気側壁面２０２及び吸気側第２掃気ポート１６(in2)に関連した吸気側壁面２０４で掃気ガスの第１の流れ方向が規定される。排気側第１掃気ポート１６(ex1)、排気側第２掃気ポート１６(ex2)から吐出される掃気ガスの流れ方向を矢印４０で示す。吸気側第２掃気ポート１６(in2)から吐出される掃気ガスの流れ方向を矢印４２で示す。これら流れ方向４０、４２は、吸気側壁面２０２、２０４で規定される点で共通していることから「第１の流れ方向」と呼ぶ。
残る吸気側第１掃気ポート１６(in1)は、これに関連して第１の流れ方向４２を規定する吸気側壁面２０４を有している点で、吸気側第２掃気ポート１６(in2)と共通している。吸気側第１掃気ポート１６(in1)から吐出される掃気ガスの流れは、当該吸気側第１掃気ポート１６(in1)の高さレベルにおいて、典型的には、吸気側第１掃気ポート１６(in1)に通じる吸気側第１掃気通路１４(in1)の上端部１４a(in1)の吸気側壁面２０４で規定される第１流れ方向４２よりも吸気側に大きく偏向した第２流れ方向４４に指向される。この第２流れ方向４４は、吸気側第１掃気通路１４(in1)の上端部１４a(in1)に位置するガイド部５０で規定される。
より詳しく説明すると、ピストン６が下降して吸気側第１掃気ポート１６(in1)が開き、そしてその開度が大きくなるに従って、吸気側第１掃気ポート１６(in1)から吐出される掃気ガスの流れ方向が、第１流れ方向４２から第２流れ方向４４に変化する。図３において、第１流れ方向４２の傾斜角をθ(1)で示し、これを第１傾斜角θ(1)と呼ぶ。第２流れ方向４４の傾斜角をθ(2)で示し、これを第２傾斜角θ(2)と呼ぶ。ここに傾斜角θは、吸気ポート２０と排気ポート２２とを結ぶ気筒の中心線Ｌに向けた垂線を基準とした水平面上の角度を意味し、この水平面は、吸気側第１掃気ポート１６(in1)の高さレベルの面である。第２流れ方向４４の第２傾斜角θ(2)は、第１流れ方向４２の第１傾斜角θ(1)よりも大きい。つまり第２流れ方向４４は、第１流れ方向４２に比べて、掃気ガスの流れ方向が吸気側に偏向される。
図４は、吸気側第１掃気ポート１６(in1)に関連した吸気側掃気通路１４(in1)の上端部１４a(in1)をシリンダ４の内部から見た透視図である。吸気側第１掃気通路１４(in1)は、その上端が、気筒の周方向に延びる庇６０によって規定されている。庇６０の下方には隆起部６２が位置しており、この隆起部６２によって吸気側第１掃気通路１４(in1)の上端部１４a(in1)の形状が形成される。
図４に仮想線で示す吸気側第１掃気ポート１６(in1)の左側が吸気側である。吸気側第１掃気ポート１６(in1)に関連した吸気側壁面２０４（図３）の図示は線図の錯綜を避けるために省略してある。その代わりに、吸気側壁面２０４と掃気通路上端部１４a(in1)との第１の境界線２０４aを図示してある。
隆起部６２の上端部は、吸気側第１掃気ポート１６(in1)の吸気側において、吸気側第１掃気ポート１６(in1)の下端縁に沿って水平に延びる上端段部つまり棚６２aを有し、上端段部つまり棚６２aは、吸気側第１掃気ポート１６(in1)の下端縁の高さレベルに位置している。そして、隆起部６２の上端段部つまり棚６２aは、吸気側第１掃気ポート１６(in1)の吸気端（第１境界線２０４a）から排気側に向けてシリンダ４の周方向に延びている。隆起部６２の上端段部つまり棚６２aとその上方に位置する庇６０とで、上下の幅が狭いガイド溝６４が形成されている。このガイド溝６４は、吸気側第１掃気ポート１６(in1)の吸気側の端部に臨んで位置している。
隆起部６２の上端部は、上端段部つまり棚６２aに連なり且つ上下方向に傾斜して延びる傾斜ガイド面６２bを有し、この傾斜ガイド面６２bは、吸気側第１掃気ポート１６(in1)の下端縁の下方に位置している。傾斜ガイド面６２bは、シリンダ４と平行な縦面を上方に向かうに従って吸気側且つシリンダ４の内方側に傾斜させて、吸気側第１掃気通路１４(in1)を上昇する掃気ガスの流れの方向をシリンダ４の内方側且つ吸気ポート２０側に差し向けることができる傾斜面で構成されている。
隆起部６２の上端部において、上下方向に延びる傾斜ガイド面６２bは、第２の境界線つまりガイド線６２cを介して、水平方向に延びる棚６２aと合流している。図３を参照して、吸気側第１掃気ポート１６(in1)の高さレベルにおいて、吸気側壁面２０４つまり第１の境界線２０４aは、実質的に、第１傾斜角θ(1)の方向（図３）に延びている。これに対して、第２の境界線つまりガイド線６２cは、吸気側第１掃気ポート１６(in1)の高さレベルにおいて、実質的に、第２傾斜角θ(2)の方向（図３）に延びている。
図３、図４を参照して、吸気側第１掃気ポート１６(in1)に通じる吸気側第１掃気通路１４(in1)にガイド部５０を設けた場合を例示的に説明したが、本発明はこれに限定されない。吸気側第１掃気ポート１６(in1)に通じる吸気側第１掃気通路１４(in1)に代えて、吸気側第２掃気ポート１６(in2)に通じる吸気側第２掃気通路１４(in2)にガイド部５０を設けても良いし、吸気側第１掃気通路１４(in1)および吸気側第２掃気通路１４(in2)にガイド部５０を設けてもよい。
吸気側第２掃気通路１４(in2)にガイド部５０を設けた場合を例に、吸気側第２掃気通路１４(in2)を形成する第１掃気通路形成プレート７２について図５，図６を参照して説明する。図５の参照符号７０はエンジン２のシリンダブロックを示す。シリンダブロック７０において、ガイド部５０を備えた吸気側第２掃気通路１４(in2)は、第１掃気通路形成プレート７２をシリンダブロック７０に脱着可能にネジ止めすることにより構成されている。図６は第１掃気通路形成プレート７２の拡大図である。吸気側第２掃気ポート１６(in2)に関連した吸気側第２掃気通路１４(in2)は、その通路形状が第１掃気通路形成プレート７２の隆起部６２によって実質的に形成される。隆起部６２は、上述したように、上端段部つまり棚６２a、傾斜ガイド面６２b、ガイド線６２cを有し、これらの要素がガイド部５０を構成している。
比較例として、図９に図示の従来構造を説明する。図９を参照して、従来の掃気ポートＳｂ（図７）は、他の掃気ポートＳａ（図７）も同様であるが、従来の掃気通路形成プレート７４をシリンダブロック７０に脱着可能にネジ止めすることにより構成されている。
本発明に関連した第１掃気通路形成プレート７２（図５、図６）と、従来の掃気通路形成プレート７４（図９）とを対比するとよく分かるように、第１掃気通路形成プレート７２、従来の掃気通路形成プレート７４は共に庇６０を有し、この庇６０で掃気通路１４の上端を規定している点で共通している。しかし、本発明に含まれる第１掃気通路形成プレート７２は隆起部６２を有しているのに対して、従来の掃気通路形成プレート７４は、隆起部６２の無い平らな面で構成されている。
図３に例示的に図示の実施例のエンジン２に戻って、図３に図示の吸気側第２掃気ポート１６(in2)に通じる吸気側第２掃気通路１４(in2)は、その通路形状が従来の掃気通路形成プレート７４（図９）で実質的に形成されている。また、排気側第１、第２掃気ポート１６(ex1)、１６(ex2)に通じる排気側第１、第２掃気通路１４(ex1)、１４(ex2)も従来の掃気通路形成プレート７４で構成されている。
図３に例示的に図示のエンジン２において、従来の掃気通路形成プレート７４（図９）は上述したように平らな面で構成されているため、吸気側第２掃気ポート１６(in2)から吐出される掃気ガス流の流れ方向４２は、第２掃気ポート１６(in2)の開き度合いに関わりなく一様である。
図３に例示的に図示のエンジン２において、吸気側第２掃気ポート１６(in2)および従来の掃気通路形成プレート７４（図９）によって形成される吸気側第２掃気通路１４(in2)の掃気行程における作用を説明すると、クランク室１２の混合気は、吸気側第２掃気通路１４(in2)の中に入り、そして、上昇して、吸気側第２掃気ポート１６(in2)を通じて燃焼室８に吐出される。吸気側第２掃気ポート１６(in2)から吐出される混合気（掃気ガス）の流れ方向４２は、ピストン６の下降に伴う吸気側第２掃気ポート１６(in2)の開き度合いの変化に関係なく、前述したように、吸気側第２掃気ポート１６(in2)に関連した吸気側壁面２０４（図３）で規定される。そして、吸気側第２掃気ポート１６(in2)から吐出される掃気ガスの第１流れ方向４２の傾斜角はθ(1)であり、ピストン６の下降に伴う吸気側第２掃気ポート１６(in2)の開き度合いの変化に関係なく一様である。
図３に例示的に図示のエンジン２において、吸気側第１掃気ポート１６(in1)に通じる吸気側第１掃気通路１４(in1)は、前述した第１掃気通路形成プレート７２と実質的に同様に隆起部６２を備えたプレート７２（図５、図６）で規定される。吸気側第１掃気通路１４(in1)および吸気側第１掃気ポート１６(in1)における掃気ガスの流れを、層状掃気式エンジンを例として説明する。ピストン６が上昇してクランク室１２が負圧になると、吸気系２４の先導エア通路３４からピストン溝６aを介して吸気側第１掃気通路１４(in1)の上部に先導エアが充填される。
一方、クランク室１２の混合気は、ピストン６が下降するに伴って、吸気側第１掃気通路１４(in1)の掃気ガス入口１８から吸気側第１掃気通路１４(in1)に導入される。ピストン６が上死点に到達し、続いてピストン６が下降し排気ポート２２が開くと、前回サイクルで燃焼した既燃焼ガスが排気ポート２２から排出される。次に吸気側第１掃気ポート１６(in1)が開くと、吸気側第１掃気通路１４(in1)の上部に充填されていた先導エアが先行して燃焼室８に導入され、続いて、クランク室１２で予圧縮された混合気が燃焼室８へ導入される。
先導エア、混合気ともに吸気側第１掃気通路１４(in1)を通過する際、吸気側第１掃気通路１４(in1)の上端部１４a(in1)に位置するガイド部５０によって流れ方向に特別の指向性が付与され、そして、吸気側第１掃気ポート１６(in1)から燃焼室８に向けて吐出される。
吸気側第１掃気ポート１６(in1)から吐出される掃気ガスの第２流れ方向４４の傾斜角は典型的にはθ(2)である（図３）。この第２流れ方向４４は、ガイド部５０によって誘起される。第２流れ方向４４の第２傾斜角θ(2)は、上述した第１傾斜角θ(1)よりも大きい。
以下に、図３に例示的に図示のエンジン２の作用を詳しく説明する。掃気行程においてもっとも初期では、下降するピストン６によって、矩形の吸気側第１掃気ポート１６(in1)の上端がわずかに開放される。このときの掃気ガス流の指向性は、吸気側第１掃気ポート１６(in1)に通じる吸気側第１掃気通路１４(in1)の上端部１４a(in1)の吸気側壁面２０４によって規定される。すなわち、掃気行程において、そのもっとも初期では、吸気側第１掃気ポート１６(in1)から吐出される掃気ガスは、従来と同様に、吸気側第１掃気ポート１６(in1)に関連した吸気側壁面２０４に案内され、その流れ方向は第１の流れ方向４２である。層状掃気式エンジンの場合、掃気行程の初期には、先導エアが、吸気側第１掃気ポート１６(in1)に関連した吸気側壁面２０４によって指向されて燃焼室８に導入されることになる。
ピストン６が更に下降して吸気側第１掃気ポート１６(in1)が上下方向中間まで開くと、クランク室１２で予圧縮された混合気が燃焼室８に導入され始める。このときの掃気ガスの吐出方向は、吸気側第１掃気通路１４(in1)の上端部１４a(in1)に設けられたガイド部５０（特に、傾斜ガイド面６２b及び/又はガイド線６２c）によって生成される掃気ガス流の流れ方向（第２傾斜角θ(2)）と、吸気側壁面２０４によって規定される掃気ガス流の流れ方向(第１傾斜角θ(1)）とがともに影響する。この段階において、吸気側第１掃気ポート１６(in1)から吐出される掃気ガスの流れは、水平面上において、第２傾斜角θ(2)によって第１傾斜角θ(1)よりも大きな傾斜角度の流れとなる。つまり、掃気行程が進むにつれて、吸気側第１掃気ポート１６(in1)から吐出される掃気ガスの流れ方向が吸気側に偏向され、その水平傾斜角が吸気側に大きくなる。
ピストン６が更に下降し、吸気側第１掃気ポート１６(in1)が大きく開放された状態になると、層状掃気式エンジンでは、クランク室１２で予圧縮された混合気が掃気ガスとして燃焼室８に吐出される。吸気側第１掃気ポート１６(in1)が大きく開放された状態になると、吸気側第１掃気通路１４(in1)内の掃気ガス流の大部分が吸気側壁面２０４に達することなく燃焼室８に導入される。このことから、吸気側第１掃気ポート１６(in1)から吐出される掃気ガスの流れ方向は、これを規定する要因が、ガイド部５０（特に、傾斜ガイド面６２b及び/又はガイド線６２c）によって規定される第２傾斜角θ(2)となる。すなわち、吸気側第１掃気ポート１６(in1)が大きく開放された状態での掃気ガス流の流れ方向は、最も吸気側へ偏向される。この掃気ガスの流れ方向の水平傾斜角は第２傾斜角θ(2)である。
上述したように、本発明が適用された吸気側第１掃気ポート１６(in1)による掃気ガスの流れ方向は、掃気行程の進行度合い、つまり吸気側第１掃気ポート１６(in1)の開き度合いによって、吸気側壁面２０４によって規定される第１傾斜角θ(1)から、ガイド溝６４によって規定される第２傾斜角θ(2)に変化する。この第２傾斜角θ(2)は第１傾斜角θ(1)よりも大きい（図３）。
とりわけ、層状掃気式エンジンにおいては掃気行程の初期から後期にかけて、掃気ガスの成分が変化することに対応して指向性を組み合わせることで、吹き抜け防止、エンジン出力の向上、燃焼安定性のバランスを好適に調整できる。
図３に例示的に図示のエンジン２は、図８を参照して説明した吸気側壁面２０４の傾斜角度θを大きく設定した試作品と同様に、出力が増大し、エミッション特性を改善しながら、燃焼安定性も維持することができた。実施例のエンジン２では、吸気側第１掃気ポート１６(in1)に通じる吸気側第１掃気通路１４(in1)の上端部１４a(in1)のガイド部５０によって、第１流れ方向４２よりも傾斜角θが大きい第２流れ方向４４を実現しているため、図８において仮想線ＶＬで図示して説明した吸気側掃気ポートＳｂの掃気通路断面積が小さくなることはない。このことから、層状掃気式エンジン２においては、掃気通路１４の上端部の容積、つまり、先導エアを貯留する空間を狭めないという利点もある。
吸気側第２掃気ポート１６(in2)に通じる吸気側第２掃気通路１４(in2)に対しても、吸気側第１掃気ポート１６(in1)に通じる吸気側第１掃気通路１４(in1)の上端部１４a(in1)と同様にガイド溝６４を設けてもよい。この場合、吸気側第１、第２掃気ポート１６(in1)、１６(in2)に関連したガイド部５０によって夫々形成される掃気ガスの第２の流れ方向４４の傾斜角θ(2)は同じであってもよいし、異なっていてもよい。また、このタイプの２ストロークエンジンでは、吸気ポートと排気ポートとが１８０°位置で対面しているエンジンと、１８０°位置からややずれて位置するエンジンとがある。様々な吸気ポートと排気ポートの位置関係に対応して、最適な第１傾斜角および第２傾斜角の組み合わせが選択可能である。
以上、本発明を層状掃気式エンジンに適用した実施例を説明したが、掃気ガスに先導エアを含まない２ストロークエンジン、つまりクランク室１２で予圧縮した混合気を掃気ガスとして用いるコンベンショナルなエンジンに対して本発明を適用することができる。掃気ガス流の全てが混合気で構成される上記のコンベンショナルなエンジンにおいても、掃気ガス流の流れ方向を組み合わせて未燃焼ガスのシリンダ内での滞留時間を延長することで、吹き抜けの低減と出力向上、燃焼安定性が達成される。
また、掃気ポートの数は４つに限定されず、その数は任意である。例えば、本発明は、２つの掃気ポートを備えた２流掃気エンジンに対しても好適に適用できる。また、気化器２８に代えて燃料噴射装置を採用した２ストロークエンジンに対しても本発明を好適に適用することができる。例えば本発明を筒内直噴２ストロークエンジンに適用した場合、クランク室で予圧縮されたエアが掃気ガスとして使われる。この筒内直噴２ストロークエンジンに本発明を適用することにより、シリンダ４内の掃気効率を高めることができる。
尚、２ストロークエンジンにおいて、より精密な燃料コントロールを目的として、気化器に代えて燃料噴射装置を採用したものがある。これらのエンジンにおける燃料噴射装置の配置に関し、(i)燃料噴射装置をエンジンの吸気系に配置する,(ii)燃料噴射装置をクランク室に配置する等の他に、(iii)燃料噴射装置を気筒に配置することが考えられる。燃料噴射装置を気筒に配置した形式のエンジンは「筒内直噴エンジン」と呼ばれている。筒内直噴２ストロークエンジンにおいて、クランク室にはエアが供給され、このエアはクランク室で予圧縮される。そして、予圧縮されたエアは掃気ガスとして掃気通路、掃気ポートを通じてシリンダ４内に導入されてシリンダ４内の掃気に用いられる。
２ エンジン
４ シリンダ
６ ピストン
８ 燃焼室
１２ クランク室
１４ 掃気通路
１４a 掃気通路の上端部
１６ 掃気ポート
２０ 吸気ポート
２２ 排気ポート
４２ 第１の流れ方向
θ(1) 第１の流れ方向の傾斜角度
４４ 第２の流れ方向
θ(2) 第２の流れ方向の傾斜角度
５０ ガイド部
６０ 庇
６２ 隆起部
６２a 棚（隆起部の上端段部）
６２b 傾斜ガイド面
６２c ガイド線
６４ ガイド溝
７０ シリンダブロック
７２ 本発明に関連した掃気通路形成プレート
７４ 従来の掃気通路形成プレート
２０４ 吸気側壁面

Claims (11)

  1. 複数の掃気通路の各掃気ポートがピストンによって開閉され、
    掃気行程において、前記複数の掃気ポートから吐出される掃気ガスが排気ポートとは反対側である吸気側のシリンダ壁面に差し向けられ、そして、シリンダ壁面に衝突することで反転して前記排気ポートに向かうシニューレ式２ストロークエンジンにおいて、
    少なくとも一つの掃気ポートに関連した掃気通路の上端部に吸気側側面を有し、該吸気側側面によって、前記掃気ポートの高さレベルにおいて、前記少なくとも一つの掃気ポートから燃焼室に吐出される掃気ガスの第１の流れ方向が規定され、
    前記少なくとも一つの掃気ポートに関連した掃気通路の上端部に設けられ、当該少なくとも一つの掃気ポートから燃焼室に吐出される掃気ガスの第２の流れ方向を規定するガイド部を有し、
    前記第２の流れ方向が、前記掃気ポートの高さレベルにおいて、前記第１の流れ方向よりも吸気側に偏向されている、ことを特徴とするシニューレ式２ストロークエンジン。
  2. 請求項１に記載の前記シニューレ式２ストロークエンジンにおいて、
    前記少なくとも一つの掃気ポートに関連した掃気通路の上端部に設けられ、掃気行程において、該掃気通路を上昇する掃気ガスの流れ方向をシリンダの内方側に差し向けるガイド面を有し、
    該ガイド面は、前記少なくとも一つの掃気ポートの下端縁よりも下方に位置して、該ガイド面が前記ガイド部を構成している。
  3. 請求項２に記載の前記シニューレ式２ストロークエンジンにおいて、
    前記少なくとも一つの掃気ポートに関連した掃気通路の上端部に設けられ、該少なくとも一つの掃気ポートの下端縁に沿ってシリンダの周方向に延びる棚を有し、該棚によって、前記少なくとも一つの掃気ポートに関連した掃気通路の上端部にシリンダの周方向に延びるガイド溝が形成され、
    該ガイド溝が前記少なくとも一つの掃気ポートに臨んで位置している。
  4. 請求項３に記載の前記シニューレ式２ストロークエンジンにおいて、
    前記棚と前記ガイド面との間の境界を構成するガイド線を有する。
  5. 請求項１～４のいずれか一項に記載の前記シニューレ式２ストロークエンジンにおいて、
    該シニューレ式２ストロークエンジンが４つの掃気ポートを備えた４流掃気エンジンであり、
    該４つの掃気ポートが、排気ポート側において、互いに対抗して位置する２つの排気側掃気ポートと、吸気ポート側において、互いに対抗して位置する２つの吸気側掃気ポートとを有し、
    該２つの吸気側掃気ポートの少なくともいずれか一方の吸気側掃気ポートに関連した掃気通路に前記ガイド部が設けられている。
  6. 請求項１～４のいずれか一項に記載の前記シニューレ式２ストロークエンジンにおいて、
    該シニューレ式２ストロークエンジンが４つの掃気ポートを備えた４流掃気エンジンであり、
    該４つの掃気ポートが、排気ポート側において、互いに対抗して位置する２つの排気側掃気ポートと、吸気ポート側において、互いに対抗して位置する２つの吸気側掃気ポートとを有し、
    該２つの吸気側掃気ポートの各々に関連した各掃気通路に前記ガイド部が設けられている。
  7. 請求項６に記載の前記シニューレ式２ストロークエンジンにおいて、
    前記２つの吸気側掃気ポートの各々から吐出される掃気ガスの第２の流れ方向は、その傾斜角が等しい。
  8. 請求項６に記載の前記シニューレ式２ストロークエンジンにおいて、
    前記２つの吸気側掃気ポートの各々から吐出される第２の流れ方向は、その傾斜角が異なる。
  9. 請求項１～８のいずれか一項に記載の前記シニューレ式２ストロークエンジンにおいて、
    前記複数の掃気通路が、シリンダブロックに脱着可能に固定される掃気通路形成部材により形成される。
  10. 請求項１～９のいずれか一項に記載の前記シニューレ式２ストロークエンジンにおいて、
    前記シニューレ式２ストロークエンジンが、クランク室で予圧縮した混合気を掃気ガスとして使用するコンベンショナルなエンジンである。
  11. 請求項１～９のいずれか一項に記載の前記シニューレ式２ストロークエンジンにおいて、
    前記シニューレ式２ストロークエンジンが層状掃気式エンジンである。
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