JP3143394B2 - ２サイクルエンジン - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、クランク室圧縮形
の２サイクルエンジン、特に、シリンダに吸気、掃気お
よび排気の各ポートを有し、燃焼室内に導入された掃気
が一旦上昇してから反転して排ガスを押し出すようにな
ったシュニューレ形の２サイクルエンジンに関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来から、構造が簡単で高性能な２サイ
クルエンジンとして、シュニューレ形のものが知られて
いる。このシュニューレ形の２サイクルエンジンは、キ
ャブレタから吸気ポートを通じてクランク室内に吸引し
た混合気を、ピストンの下降時にクランク室内で一旦圧
縮し、この圧縮した混合気を、排気ポートに対しシリン
ダの内周面における周方向に相対向しない位置に開口し
た掃気ポートを通じて燃焼室内に噴出させるようになっ
ており、これによって、噴出された掃気（混合気）が燃
焼室内を一旦上昇してから反転するよう流動し、この反
転した掃気によって燃焼ガスを排気ポートから効率的に
送り出す。

【０００３】この種の２サイクルエンジンでは、ピスト
ン下降時において排気ポートの開くタイミングが遅れ過
ぎると、シリンダ内が高圧力のまま比較的長い時間保持
されてシリンダおよび排気ポートが高温となり、排気ポ
ートがカーボンなどの燃焼残滓の付着により閉塞し易
い。そこで、燃焼室を減圧するためのスリット部を排気
ポートの上縁に形成した２サイクルエンジンが提案され
ている（実開平５−１９５６５号公報参照）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、この種の２
サイクルエンジンは、その構造上、排気行程とそれに続
く掃気行程が一部重複するため、掃気ポートから燃焼室
へ導入した掃気の一部がそのまま排気ポートに出てしま
い（吹抜け）、排ガス中に含まれる炭化水素（以下、Ｈ
Ｃと称す）の濃度が高くなる。しかしながら、上記した
スリット付きの２サイクルエンジンを含む従来のいずれ
の２サイクルエンジンも、排気ポートを開くタイミング
が遅れることによる上述の不都合の発生を考慮して、排
気ポートが開くタイミングをピストンの上死点からクラ
ンク軸の回転角度で１０５°〜１１０°程度に設定して
いるため、掃気ポートが開くタイミングよりもかなり早
く排気ポートが開く結果、上記した吹抜けが多くなり、
ＨＣ濃度が高くなる。

【０００５】すなわち、ピストン下降時には、排気ポー
トが上述のように比較的早いタイミングで開き始めてシ
リンダの内圧が低下し、かつクランク室の内圧が上昇す
るので、掃気ポートが開き始めると同時に、シリンダの
内圧（燃焼室の圧力）よりも大きな圧力で掃気ポートか
ら燃焼室内に噴き出された掃気の一部が燃焼室を素通り
して排気ポートに吹き抜けてしまうので、排ガスのＨＣ
濃度が高くなる。一方、ピストン上昇時には、ピストン
が掃気ポートを完全に閉じてから排気ポートが完全に閉
じられるまでの期間が比較的長いので、排気ポートが開
いた状態でのピストンの上昇に伴い、シリンダ内に充填
された掃気の一部を排気ポートに押し出してしまう、所
謂プレスアウトが発生し、やはり排ガスのＨＣ濃度が高
くなる。また、シリンダ内に充填された掃気の一部が排
気ポートに排出されてしまうと、充填効率が低下するの
で、エンジン出力も低下する。

【０００６】そこで本発明は、カーボンなどの排気ポー
トへの堆積を防止しながらも、掃気の吹き抜けおよびプ
レスアウトを抑制して排ガス中のＨＣ濃度を低減でき、
かつエンジン出力の低下も抑制できる２サイクルエンジ
ンを提供することを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記した目的を達成する
ために、本発明の２サイクルエンジンは、クランク室で
圧縮した掃気を燃焼室へ導入する掃気ポートと、燃焼ガ
スを燃焼室から排出する排気ポートとがシリンダの内周
面における周方向に相対向しない位置に開口しており、
前記掃気ポートおよび排気ポートがピストンにより開閉
される２サイクルエンジンであって、前記シリンダに開
口したほぼ矩形の前記排気ポートの上縁に、上方へ延び
るスリットが形成され、前記上縁は、前記ピストンの上
死点からクランク軸の回転角度で１１５°以上離れた位
置に設定され、前記スリットは、その幅が前記排気ポー
トの幅の１／９以上で５／１８以下に設定され、その上
縁は前記排気ポートの上縁と前記回転角度で３°以上、
１４°以下離れて設定されている。

【０００８】前記の２サイクルエンジンでは、ピストン
下降時における排気ポートが開くタイミングが従来より
も遅くなるよう設定されているので、掃気ポートが開口
され始めた時点での排気ポートの開口面積が小さく、燃
焼ガスの排出が少ない分だけ燃焼室内の圧力も高い。そ
れにより、燃焼室内に導入された掃気の排気ポートへの
吹き抜けを格段に低減できる。このピストン下降時に、
排気ポートが開くのに先立ってスリットが開口されて、
少量の燃焼ガスがスリットを通って排出される。それに
より、シリンダおよび排気ポートの温度上昇を防止でき
るから、排気ポートには少量のカーボンが付着するだけ
である。しかも、付着したカーボンは、開口面積の小さ
いスリット内を高速度で通過する燃焼ガスにより吹き飛
ばされて除去される。また、スリットは、排気ポートに
比較して開口面積が十分に小さいことから、シリンダ内
に供給した掃気を殆ど通さない。

【０００９】一方、ピストン上昇時には、ピストンが掃
気ポートを完全に閉じてから排気ポートを完全に閉じる
までの時間が短いため、シリンダの内圧が高くなる以前
に排気ポートが完全に閉じられてしまい、シリンダ内に
充填された掃気が排気ポートに押し出されるプレスアウ
トが低減する。したがって、排ガス中のＨＣ濃度を低減
できるとともに、エンジン出力の低下を抑制できる。

【００１０】また、スリットの幅は、排気ポートの幅の
１／９以上であって、高速で燃焼ガスを通過させること
ができる程度に大きいため、スリットへのカーボンの付
着を防止できる。また、スリットの幅は、排気ポートの
幅の５／１８以下であって、掃気を通さない程度に小さ
く設定されているため、ＨＣ濃度が高くならない。さら
に、スリットの上縁と排気ポートの上縁との角度間隔、
つまり、クランク軸の回転角度での間隔が３°以上であ
るから、上記した温度上昇を効果的に抑制できるととも
に、同角度間隔が１４°以下であるから、燃焼室の圧力
低下による大きな出力低下を抑制できる。

【００１１】さらにまた、掃気ポートの上縁と、前記排
気ポートの上縁との間隔を、同回転角度で３°以上、１
５°以下に設定する。上記間隔を３°以上に設定するこ
とにより、排ガスがその圧力を高められて掃気ポートに
逆流するといったことが発生せず、掃気ポートから十分
な掃気を導入してシリンダ内の充填効率を高めることが
できる。また、上記間隔を、同回転角度で１５°以下に
設定することにより、ピストン下降時において、掃気が
導入される以前に燃焼ガスの多くが排出されて燃焼室内
の圧力が低下し過ぎるといった事態が生じないので、掃
気が高い圧力で燃焼室内に導入されても、この導入され
た掃気の排気ポートへの吹き抜けはほとんど生じない。
一方、ピストン上昇時においては、掃気ポートが閉じら
れてから排気ポートが閉じられるまでの時間が長くなら
ないので、掃気のプレスアウトが殆ど生じない。しか
も、前記スリットが前記シリンダからマフラまでの排気
通路の全長にわたって形成されている。これにより、排
気ポートが開く以前に、必要量の燃焼ガスがスリット内
を円滑に流動してマフラに排出される。

【００１２】好ましくは、前記排気ポートの上縁を前記
上死点から前記回転角度で１２０°以上離れた位置に設
定する。これにより、掃気ポートが開口され始めた時点
での排気ポートの開口面積をさらに小さくできるため、
掃気の排気ポートへの吹き抜けが殆どなくなる。

【００１３】さらに好ましくは、前記スリットの上端を
前記排気ポートの上縁と前記回転角度で５°以上、１０
°以下離れて設定する。これにより、排気ポートが開く
のに先立ってスリットから適当な量の排ガスを排出させ
て、シリンダおよび排気ポートの温度上昇を防止できる
とともに、掃気がスリットを通って排出されるのを阻止
して、ＨＣ濃度が高くなるのを防止できる。

【００１４】

【００１５】

【発明の実施の形態】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詳述する。図１は本発明の
一実施形態の２サイクルエンジンを示す縦断面図であ
る。同図には、シュニューレ形のものを図示してあり、
掃気ポート４と排気ポート８とがシリンダ９の内周面に
おける周方向に相対向しない位置、例えば約９０°離れ
た位置に開口しており、燃焼室７内に導入された掃気は
一旦上昇したのちに反転するよう流動する。

【００１６】２サイクルエンジンでは、ピストン１が下
死点（図示位置）と上死点との間を上下方向に１往復し
てクランク軸２が１回転する間に、吸気、圧縮、爆発お
よび排気の４行程を繰り返す。すなわち、ピストン１が
下死点に達する手前で、掃気ポート４が開かれて、クラ
ンク室３から掃気ポート４を通って燃焼室７内に掃気
（混合気）Ｅが導入され、この掃気Ｅは、燃焼室７内で
一旦上昇したのちに反転して下方に流動し、燃焼室７内
の燃焼ガスＧを排気ポート８に押し出す。ピストン１が
下死点からシリンダ９内を上昇して、掃気ポート４に続
いて排気ポート８も閉められた時点から燃焼室７内の掃
気Ｅの圧縮が始まり、他方、ピストン１の上昇に伴って
吸気ポート１０が開けられたときに、クリーナ１１を通
った空気にキャブレタ１２内で燃料（ガソリン）が混合
されて可燃性の混合気となった新気Ａが、吸気ポート１
０からクランク室３内に流入する。

【００１７】ピストン１が上死点に達したときに、圧縮
された掃気Ｅが点火プラグ１３により点火されて爆発す
る。この爆発によってピストン１が下降するときに、排
気ポート８が開けられた時点で、燃焼室７内の燃焼ガス
Ｇが排気ポート８から排出され始める。その直後に掃気
ポート４が開けられて、クランク室３内で圧縮された混
合気Ｅが、掃気ポート４を通り燃焼室７内に流入して、
燃焼室７内に残っている排ガスＧが排気ポート８から押
し出され、排気通路３０を経てマフラ１４内に流入して
消音されたのち、外部へ排出される。すなわち、２サイ
クルエンジンでは、排気行程と掃気行程とが一部重複し
ている。以下、上述と同様の動作を繰り返す。

【００１８】上記２サイクルエンジンには、図２に示す
ように、シリンダ９にほぼ矩形に開口した排気ポート８
の上縁に、上方へ延びるスリット１８が形成されてお
り、このスリット１８は、図１に示すように、シリンダ
９からマフラ１４までの排気通路３０の全長にわたって
形成されている。すなわち、シリンダ９、マフラ１４の
燃焼ガス入口部１９には、シリンダ９とマフラ１４との
間に介挿されたガスケット２１にわたって、スリット１
８が形成されている。

【００１９】図２は上記２サイクルエンジンのシリンダ
９の要部の展開図、図３は同エンジンの各行程をクラン
ク軸２の回転角度によって示した弁開閉図をそれぞれ示
す。図３において、ピストン１が上死点ＴＤＣから下降
するのに伴ってクランク軸２がＲ方向に回転すると、下
降するピストン１によって、吸気ポート１０が閉じ（Ｉ
Ｃ）、スリット１８が開き（Ｅ_S Ｏ）、排気ポート８が
開き（ＥＯ）、掃気ポート４が開き（ＳＯ）、ピストン
１が下死点ＢＤＣに達する。ピストン１が下死点ＢＤＣ
から上昇するのに伴ってクランク軸２がさらにＲ方向に
向かって回転すると、上昇するピストン１によって、掃
気ポート４が閉じ（ＳＣ）、排気ポート８が閉じ（Ｅ
Ｃ）、スリット１８が閉じ（Ｅ_S Ｃ）、吸気ポート１０
が開き（ＩＯ）、ピストン１が上死点ＴＤＣに戻る。し
たがって、排気ポート８が開く主排気行程Ｅと掃気ポー
ト４が開く掃気行程Ｓとが一部重複している。

【００２０】つぎに、図２において、ピストン１の上死
点ＴＤＣから排気ポート８が開き始めるまで（ＥＯ）の
クランク軸２の回転角度ＥＯは１１５°に設定されてい
る。つまり排気ポート８の上縁８ａは、ピストン１の上
死点ＴＤＣからクランク軸２の回転角度で１１５°に設
定されている。なお、この回転角度ＥＯは、１２０°以
上に設定すれば、好ましい。また、排気ポート８の上縁
８ａと掃気ポート４の上縁４ａとの間隔は、クランク軸
２による回転角度Ｈで３°以上、１５°以下、好ましく
は５°以上、１２°以下に設定する。この実施形態では
上記回転角度Ｈを１０°に設定している。

【００２１】一方、スリット１８の幅Ｂ_S は、排気ポー
ト１０の幅Ｂ_E の１／９以上で５／１８以下に設定し、
この実施形態では３．８／１８に設定されている。この
スリット１８の上縁１８ａと排気ポート８の上縁８ａと
の回転角度での間隔ｈは、３°以上で１４°以下に設定
する。この角度間隔ｈは、好ましくは５°以上で１０°
以下であり、この実施形態では７°に設定されている。
したがって、スリット１８の上縁１８ａの回転角度Ｅ_S
Ｏは１０８°に設定されていることになる。

【００２２】なお、従来の２サイクルエンジンの排気ポ
ート８の配設位置を比較のために２点鎖線で示してあ
り、この従来の排気ポート８の上縁８ａは、ピストン１
の上死点ＴＤＣからクランク軸２の回転角度Ｅ_P Ｏで１
０５°に設定されており、この排気ポート８の上縁８ａ
と掃気ポート４の上縁までの角度間隔Ｈ_P は、掃気ポー
ト４の配設位置が従来と同じであるから、実施形態の回
転角度Ｈによる間隔よりも大きい。

【００２３】次に、上記２サイクルエンジンの動作につ
いて説明する。排気ポート８の上縁８ａは、ピストン１
の上死点ＴＤＣからクランク軸２の回転角度ＥＯで従来
の１０５〜１１０から１１５°に下げた位置に設定され
ているので、ピストン１の下降時に排気ポート８が開く
タイミングが、従来に比較して遅くなる。したがって、
掃気ポート４が開き始めた時点ＳＯでの排気ポート８の
開口面積は小さく、しかも、排ガスの排出が進んでいな
い分だけ燃焼室内の圧力も高いので、掃気ポート４から
流入した掃気Ｅが排気ポート８へ吹き抜ける量が減少す
る。また、これに伴い、充填効率の低下も抑制される。

【００２４】ここで、排気ポート８が開くタイミングが
遅くなることによって燃焼室７およびおよび排気ポート
８の温度が上昇し、排気ポート８にカーボンが付着する
おそれが生じる。しかし、上記２サイクルエンジンで
は、排気ポート８が開くのに先立って、スリット１８が
開かれて燃焼室７内の少量の燃焼ガスＧが排出されるた
め、シリンダ９および排気ポート８の温度上昇を防止で
きる。しかも、排気ポート８に少量のカーボンが付着し
ても、スリット１８は、開口面積が小さく、かつシリン
ダ９からマフラ１４までの排気通路３０の全長に渡って
形成されているので、スリット１８内を燃焼ガスＧが高
速度で円滑に通過して、スリット１８に付着しようとす
るカーボンを吹き飛ばして除去する。また、スリット１
８は、開口面積が小さいことから、シリンダ９内に吸引
された掃気を殆ど通さない。

【００２５】一方、ピストン１の上昇時には、ピストン
１が掃気ポート４を完全に閉じてから排気ポート８を完
全に閉じるまでの時間が短いので、排気ポート８が閉じ
られるまでの間にシリンダ９の内圧がさほど高くなら
ず、シリンダ９内に充填された掃気Ｅが排気ポート８に
押し出されるプレスアウトが減少する。このプレスアウ
トの減少と上述の掃気Ｅの排気ポート８への吹き抜けの
減少とにより、排ガスＧ中のＨＣ濃度を低減できる。

【００２６】また、スリット１８の幅Ｂ_s は排気ポート
８の幅Ｂ_E に対して３／１８に設定されている。このＢ
_s ／Ｂ_E を１／９未満に設定すると、スリット１８内を
高速で通過しようとする燃焼ガスＧは、通路抵抗が大き
いことからスリット１８内を円滑に流動しなくなる。一
方、上記のＢ_s ／Ｂ_E が５／１８を越えると、相当量の
燃焼ガスと掃気がスリット１８を通過して排出されてし
まう。実施形態では、スリット１８の幅Ｂ_s を排気ポー
ト８の幅Ｂ_E に対して３．８／１８に設定することによ
って、上述の不都合の発生を防止している。

【００２７】さらに、スリット１８の上縁１８ａと排気
ポート８の上縁８ａとの角度間隔ｈは７°に設定されて
いる。この角度間隔ｈが３°未満であると、燃焼室７内
の圧力上昇とこれに伴う温度上昇を効果的に抑制できな
い。また、同角度間隔ｈが１４°を越えると、燃焼室７
の圧力低下によるエンジン出力の低下が大きくなる。

【００２８】さらに、排気ポート８の上縁８ａと掃気ポ
ート４の上縁４ａとの間隔を、クランク軸２の回転角度
Ｈで１０°に設定しているので、シリンダ９内の充填効
率の低下を一層効果的に防止できる。

【００２９】すなわち、上記回転角度Ｈを３°未満に設
定すると、ピストン１の下降時に、排気ポート８が開い
てから比較的短い時間の経過後に掃気ポート４が開くの
で、掃気ポート４が開いた時点では、高い圧力を保持し
ている排ガスＧが掃気ポート４に逆流して混合気Ｅを押
し戻してしまうとともに、燃焼ガスＧが排気ポート８か
ら十分に排出されていないので、掃気の導入量が不十分
となってシリンダ９の充填効率が低下する。一方、上記
回転角度Ｈが１５°を越えると、ピストン１の下降時
に、掃気ポートが閉じられた状態において燃焼ガスＧが
排気ポート８から排出される時間が長くなって燃焼室７
の圧力が低下し、逆にクランク室３の圧力は上がるの
で、掃気ポート４が開き始めると同時に掃気が排気ポー
ト８に勢いよく吹き抜けてしまい、排ガスＧ中のＨＣ濃
度が高くなる。しかも、ピストン１の上昇時において、
掃気ポート４が閉じられてから排気ポート８が閉じられ
るまでの時間が長くなって、掃気が排気ポート８から押
し出されるプレスアウトが発生し、シリンダ９の充填効
率が低下する。

【００３０】図４は排気ポート８が開き始めるタイミン
グを順次変えた場合における排ガス中のＨＣ濃度の変化
を実測した結果を示すもので、排気ポート８が開き始め
るタイミングを、ピストン１の上死点からのクランク軸
２の回転角度で示してある。実線は上記実施形態のスリ
ット１８を設けた場合の特性曲線で、スリット１８の幅
Ｂ_S を排気ポート８の幅Ｂ_E の３．８／１８に設定し
た。２点鎖線はスリット１８を設けない場合の特性曲線
である。同図から明らかなように、本発明では、排気ポ
ート８が開き始めるタイミングを１１５°以上に設定し
たから、そのタイミングでのスリット１８を設けない場
合よりもＨＣ濃度は若干高くなるが、排気ポート８が開
き始めるタイミングが１０５°〜１１０°である従来の
ものに比較して、ＨＣ濃度が低減している。また、エン
ジン出力は従来のものとほぼ同一であった。

【００３１】

【発明の効果】以上のように本発明の２サイクルエンジ
ンによれば、ピストン下降時における排気ポートが開く
タイミングを従来よりも遅くなるよう設定したので、ピ
ストン下降時における掃気の排気ポートへの吹き抜け
と、ピストン上昇時における掃気が排気ポートに押し出
されるプレスアウトとを共に低減することができ、排ガ
ス中のＨＣ濃度を低減できるとともに、動力の低下を抑
制できる。また、排気ポートの上縁から上方に延びるス
リットを設けたので、シリンダ内の高圧力化を抑制して
排気ポートへのカーボンなどの付着を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る２サイクルエンジン
を示す縦断面図である。

【図２】同上エンジンにおけるシリンダの要部の展開図
である。

【図３】同上エンジンの各行程をクランク軸２の回転角
度によって示した弁開閉図である。

【図４】２サイクルエンジンにおける排気開始タンミン
グと排ガス中のＨＣ濃度の関係を示す特性図である。

【符号の説明】

１…ピストン、２…クランク軸、３…クランク室、４…
掃気ポート、４ａ…掃気ポートの上縁、７…燃焼室、８
…排気ポート、８ａ…排気ポートの上縁、９…シリン
ダ、１８…スリット、１８ａ…スリットの上端、ＴＤＣ
…ピストンの上死点。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭56−92321（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−64119（ＪＰ，Ａ) 特公 平５−57407（ＪＰ，Ｂ２) 実公 昭56−11623（ＪＰ，Ｙ２) 実公 平５−9457（ＪＰ，Ｙ２) 実公 平４−20979（ＪＰ，Ｙ２) 実用新案登録2515738（ＪＰ，Ｙ２) 「月刊「内燃機関」９月号臨時増刊 ’82国産エンジンデータブック」，株式 会社山海堂，昭和57年９月10日，ｐ. 422−423 富塚清著，「二サイクル機関」，第１ 版，株式会社養賢堂，昭和60年11月30 日，ｐ．98 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F01N 7/08 F02B 25/16 F02F 1/22

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 クランク室で圧縮した掃気を燃焼室へ導
   入する掃気ポートと、燃焼ガスを燃焼室から排出する排
   気ポートとがシリンダの内周面における周方向に相対向
   しない位置に開口しており、前記掃気ポートおよび排気
   ポートがピストンにより開閉される２サイクルエンジン
   であって、 前記シリンダに開口したほぼ矩形の前記排気ポートの上
   縁に、上方へ延びるスリットが形成され、前記上縁は、
   前記ピストンの上死点からクランク軸の回転角度で１１
   ５°以上離れた位置に設定され、 前記スリットは、その幅が前記排気ポートの幅の１／９
   以上で５／１８以下に設定され、その上縁が前記排気ポ
   ートの上縁と前記回転角度で３°以上、１４°以下離れ
   て設定されて、前記シリンダからマフラまでの排気通路
   の全長にわたって形成され、 前記掃気ポートの上縁が前記排気ポートの上縁と前記回
   転角度で３°以上、１５°以下離れて設定されている２
   サイクルエンジン。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記排気ポートの上
   縁は上死点から前記回転角度で１２０°以上離れた位置
   に設定されている２サイクルエンジン。
3. 【請求項３】 請求項１または２において、前記スリッ
   トの上端は、前記排気ポートの上縁と前記回転角度で５
   °以上、１０°以下離れて設定されている２サイクルエ
   ンジン。