JP3623330B2 - ２サイクルエンジンのシリンダ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、可搬式作業機等に用いられる比較的小型の２サイクルガソリンエンジンに好適なシリンダに係り、特に、排ガス中の有害成分を低減させるべく、ループ掃気式をとる左右一対の掃気通路の特定部位の形状を改善したものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、大気汚染の元凶とされる排ガスは、工場で使用されるボイラーや自動車に搭載されたエンジンから排出されるものが大部分を占めており、それらの排ガス中に含まれる有害成分、すなわち、ＮＯｘ（燃料の燃焼成分），ＣＯ（燃料の不完全燃焼成分），ＨＣ（燃料の未燃成分）等を低減させる方策が現在種々試みられている。
【０００３】
それに対し、可搬式作業機等に用いられる比較的小型（総排気量が２２５ｃｃ程度以下）の汎用２サイクルガソリンエンジンでは、その排気量が小さいことから以前はさほど問題とされていなかったが、最近においては、環境問題の高まりから、かかる小型汎用２サイクルガソリンエンジンについても、それから排出される排ガス中の有害成分の低減化が強く要請されてきており、例えば、アメリカ合衆国のカリフォルニア州における排ガス規制法案、所謂カーブ（ＣＡＲＢ）１９９９では、西暦１９９９年からは、ＣＯを１３０ｇ／ｂｈｐ−ｈ 以下、トータルＨＣ（ＴＨＣ）を５０ｇ／ｂｈｐ−ｈ 以下、ＮＯｘを４ｇ／ｂｈｐ−ｈ 以下に低減することが求められている。
【０００４】
このような排ガス規制に対拠するため、例えば、エンジンの燃焼室やシリンダの吸排気ポートや掃気通路の形状等を改善したり、排気系に酸化触媒等の排ガス浄化手段を配設する等、これまでにも様々な提案がなされているが、未だ充分に満足できる成果は得られていない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記した如くの、従来のガソリンを燃料とする小型汎用２サイクルエンジンにあっては、それから排出される排ガスに含まれる有害成分のうち、ＮＯｘ及びＣＯの低減化については、排気系の改善や空燃比を最適化すること等によりある程度の目処がついているが、ＨＣの低減化、言い換えれば、燃料が燃焼に供されることなく排気ポートから排出される、いわゆる新気の吹き抜けの低減化については、要求を十分に満たす有効な対策が見当たらないのが現状である。
【０００６】
かかる点に鑑み本発明は、大きな改造を施すことを要しないで、新気の吹き抜けを有効に防止し、エンジン性能を向上せしめるとともに、排ガス中のＨＣ成分の低減化を効果的に図ることができるようにされた２サイクルエンジンのシリンダ、及び該シリンダのコストアップにはつながらない合理的な加工手段を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するべく、本発明の発明者等は、小型汎用２サイクルエンジンの掃気通路に着目し、該掃気通路における、新気吹き出し側で吸気ポート側の端部内壁面が形成する外側水平掃気線とシリンダ内壁面との交点を含むエッジ部に特定の加工処理を施したものである。
【０００８】
本発明の具体的な構成は、２サイクルエンジンのシリンダが、前記左右一対の掃気通路における、新気吹き出し側で前記吸気ポート側の端部内壁面が形成する左右一対の外側水平掃気線とシリンダ内壁面との交点を含むエッジ部を除去して、新たに形成される新生壁面と前記シリンダ内壁面との境界点となる掃気噴出始点を前記交点より前記吸気ポート側に所定距離以上近づけ、前記掃気通路の上端部の天面が、前記吸気ポート側の前記シリンダ内壁面へ向けて所定角度上向きに傾斜したものである。
【０００９】
より具体的には、前記エッジ部が除去されて形成された新生壁面及び前記天面は、前記シリンダ内壁面及び前記掃気通路の他の内壁面より粗く仕上げられる。
【００１０】
このような構成とされた本発明に係るシリンダを備えた２サイクルエンジンにおいては、前記エッジ部が横断面で見て所定面積以上面取り除去されて、掃気噴出始点が吸気ポート側に近づけられることにより、前記左右一対の掃気通路から噴出せしめられる掃気流の流速が高められて、排気ポートから吹き抜ける新気の量、いわゆる吹き抜け損失が大幅に減少し、かつ、新生壁面が前記シリンダ内壁面及び前記掃気通路の他の内壁面より粗く仕上げられることにより、混合気の拡散効果が高められて燃料の霧化が促進されるとともに、シリンダの冷却効果も高められ、排気ポートから排出される排ガス中の未燃成分であるＨＣが著しく低減されることが確認された。
【００１１】
この場合、混合気の吹き抜け損失が減少することから、出力特性が向上するとともに、燃料の節減にもなり、また、エッジ部を除去するだけでよいので、コストアップにはつながらない。
【００１２】
なお、本発明のシリンダにおいては、前記エッジ部が横断面で見て所定面積以上面取り除去されて、前記掃気噴出始点が前記交点より前記吸気ポート側に所定距離以上近づけられるが、該距離は、エンジンの排気量やシリンダボア径等の仕様に応じて定められる。具体的には、例えば、排気量が２５ｃｃ以下の場合、３ｍｍ以上近づけることが好ましい。この場合、前記距離が短いと前記吹き抜け損失が顕著には低減されず、前記距離が過度に長いと、摺接面積が不足してシリンダ内壁面に対するピストン（ピストンリング）の摺動及び気密性が損なわれるおそれがある。
さらに、本発明に係るシリンダの好ましい態様では、前記エッジ部を電解加工により面取り除去して前記新生壁面を形成するようにされる。
【００１３】
ここで、一般に、前記した如くの小型空冷２サイクルガソリンエンジンのシリンダは、アルミニュウム合金ダイキャスト等の鋳物製とされ、鋳造後、内壁面をメッキ処理する前に、ピストンを傷つけるおそれのある前記エッジ部のバリ取りを機械加工あるいは電解加工により行っているが、本発明のシリンダは、前記バリ取りの加工範囲（通常は、０．１〜０．２ｍｍ程度のアールもしくは面取り）を通常より若干広げること、つまり、前記エッジ部を除去する範囲（横断面積及び深度）を広げることにより得られる。
【００１４】
特に、前記バリ取りを電解加工により行い、その加工範囲を広げるようにした場合、前記エッジ部が除去されて形成された新生壁面は、本来のシリンダ内壁面や掃気通路の他の内壁面より自動的に粗く仕上げられる。このように粗く仕上げられた新生壁面は、前記したように、混合気の拡散効果を高める。
【００１５】
したがって、前記のように電解加工により前記エッジ部を除去するようになせば、前記新気の吹き抜け損失の低減効果及び混合気の拡散効果が顕著に得られるシリンダを、特別な追加工程を必要とせずに、コストアップを招くことなく合理的に製作することができる。
【００１６】
なお、前記新生壁面を粗く仕上げる場合、その表面粗さは１０μ以上で３０μ以下の範囲内であることが望ましく、前記表面粗さが小さ過ぎると前記拡散効果がさほど得られず、前記表面粗さが大き過ぎると掃気流が大きく乱されるおそれがある。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図を参照して本発明の一実施形態を詳細に説明する。
図１は、本発明に係る２サイクルエンジンのシリンダの一実施形態の横断面図、図２は、図１に示されるシリンダの縦断面図、図３は、図２のＩＩＩ矢印方向から見た掃気通路部分図、図４は、図１のＩＶ部の拡大図である。説明の都合上、図１では、各ポート及び通路が同一レベルにあるものとして示し、図４では、各部を適宜に誇張ないし簡略化して示した。
【００１８】
図示のシリンダ１は、ピストンバルブ式クランクケース予圧縮形２サイクルエンジン用のものであり、ピストンが嵌挿される円柱状の内壁面５を有するブロック部分２と、スキッシュドーム形と呼ばれる燃焼室７が設けられたヘッド部分３と、が一体的に形成されており、その外周部には多数の冷却フィン１２が形成され、また、前記燃焼室７には点火プラグ装着ねじ穴８が形成されている。
【００１９】
前記ブロック部分２には、吸気ポート１４及び排気ポート１６が段違いで向かい合うように開口せしめられるとともに、前記排気ポート１６をその左右幅方向の中央で二分割する縦断面Ｆ（前記シリンダ１の軸心線を通る垂直面）を挟んで対称的にループ掃気式（シュニューレ掃気式）をとる左右一対の掃気通路２０，２０が対向して設けられている。
【００２０】
また、該左右一対の掃気通路２０，２０は、前記排気ポート１６側の端部内壁面２０ａ，２０ａの内方端にポケット状内壁面２０ｃ，２０ｃが形成されるとともに、延長壁部２０ｄ，２０ｄが設けられていて、その新気吹き出し側（図２で見て上端部）で前記排気ポート１６側の端部内壁面２０ａ，２０ａの延長線とされる内側水平掃気線ａ，ｂが形成する交点Ｐでの交差角である内側水平掃気角αが８０度前後とされ、かつ、前記新気吹き出し側で前記吸気ポート１４側の端部内壁面２０ｂ，２０ｂの延長線とされる外側水平掃気線ｃ，ｄが形成する交点Ｑでの交差角である外側水平掃気角βが８５度前後とされており、前記交点Ｑは、前記シリンダ内壁面５より外側の前記縦断面Ｆ上に位置するようにされている。
【００２１】
そして、前記構成に加え、本実施形態の前記シリンダ１では、図４に図１の右側の掃気ポート２０の前記交点Ｋ周辺（ＩＶ部）が代表して拡大図示されている（左側の掃気ポート２０の対応部分も同一構成）ように、前記左右一対の掃気通路２０，２０における、前記新気吹き出し側で前記吸気ポート１４側の端部内壁面２０ｂ，２０ｂが形成する左右一対の外側水平掃気線ｃ，ｄと前記シリンダ内壁面５との交点Ｋ，Ｋを含むエッジ部Ｅ，Ｅが、横断面で見て図２及び３の鎖線ハッチングが施されている領域分が若干幅広く面取り除去され、新たに形成された新生壁面２０ｅ，２０ｅと前記シリンダ内壁面５との境界点となる掃気噴出始点Ｊ，Ｊが前記交点Ｋ，Ｋより前記吸気ポート１４側に所定距離以上近づけられている。
【００２２】
より詳細に述べれば、本実施形態のシリンダ１は、アルミニュウム合金ダイキャスト等の鋳物製とされ、従前より、鋳造後、その内壁面をメッキ処理する前に、ピストンを傷つけるおそれのある前記エッジ部Ｅ，Ｅのバリ取りを電解加工により行っているが、それを延長して、前記バリ取りの加工範囲（通常は、排気量２１ｃｃ程度用のシリンダで０．１〜０．２ｍｍ程度のアールもしくは面取り）を若干広げること、つまり、前記エッジ部Ｅ，Ｅを除去する範囲を前記鎖線ハッチングが施された領域まで幅を広げることにより得られたものである。
【００２３】
具体的には、本実施形態のシリンダ１は、排気量２１ｃｃ程度用のものであり、ボア径が約３４ｍｍ程度とされ、前記交点Ｋ，Ｋと前記新生壁面２０ｅ，２０ｅとの離隔距離ｈが０．１５ｍｍ程度で、前記交点Ｋ，Ｋから下した垂線と前記新生壁面２０ｅ，２０ｅとの交点Ｍから前記掃気噴出始点Ｊ，Ｊまでの長さＬａ、及び前記新生壁面２０ｅ，２０ｅと前記端部内壁面２０ｂとの境界点Ｇから前記交点Ｍまでの長さＬｂがそれぞれ約３ｍｍ程度とされ、従って、前記掃気噴出始点Ｊ，Ｊは、前記シリンダ内壁面５の周方向で計って前記交点Ｋ，Ｋより吸気ポート１４側へ約３ｍｍ強近づけられている。
【００２４】
前記に加え、前記エッジ部Ｅ，Ｅが前記電解加工により面取り除去されて形成された前記新生壁面２０ｅ，２０ｅは、前記シリンダ内壁面５及び前記掃気通路２０，２０の他の内壁面２０ａ，２０ｂ，２０ｃより粗く仕上げられている。
具体的には、その表面粗さ（凹凸の最大高さ）が１０μ〜３０μ程度とされている（前記シリンダ内壁面５及び前記掃気通路２０，２０の他の内壁面２０ａ，２０ｂ，２０ｃの表面粗さは、３μ程度）。
【００２５】
なお、本実施形態においては、図３を参照すればよくわかるように、前記掃気通路２０，２０の上端部の天面２０ｆ，２０ｆは、前記吸気ポート１４側のシリンダ内壁面５へ向けて斜め上に向くように所定角度θ、具体的には横断面（水平面）に対して５度〜７度上向きに傾斜せしめられており、この天面２０ｆ，２０ｆの前記新生壁面２０ｅ，２０ｅ側の端部も前記電解加工により粗く仕上げられている。
【００２６】
このような構成とされた本実施形態のシリンダ１（本発明品）を備えた２サイクルエンジンを実際に試作して、前記エッジ部Ｅ，Ｅが除去されていない（従来一般的なバリ取りのみの）、その他の部分は本発明品と同一構成のシリンダ（従来品）を備えた２サイクルエンジンとの比較実験を行ったところ、図５及び図６に示される如くの結果が得られた。
【００２７】
すなわち、図５及び図６は、それぞれ横軸に排ガス中のＣＯ濃度（単位時間当たりの燃料消費量に相当する）をとり、縦軸に、それぞれエンジン出力及び排ガス中に含まれるＴＨＣ（排出量）を、前記従来品におけるＣＯ濃度が４％のときの平均値を約１００として指数で表したもので、この図４及び図５を参照すれば明らかなように、本発明品では、従来品に比して、エンジン出力が５〜１０％程度向上し、また、ＴＨＣ排出量が１０％以上減少した。このように、本発明品のシリンダ１は、前記エッジ部Ｅ，Ｅを電解加工により従来より若干広く面取り削除しただけでありながら、従来品との性能差は歴然としたものとなった。
【００２８】
その理由としては、前記エッジ部Ｅ，Ｅが横断面で見て所定面積以上面取り除去されて、掃気噴出始点Ｊ，Ｊが吸気ポート１４側に近づけられていることにより、特に、ピストンが前記左右一対の掃気通路２０，２０を開き始める掃気開始時において、前記左右一対の掃気通路の上端隅部に面取りにより形成されたごくわずかな隙間から噴出せしめられることにより、最初に吹き出す掃気流の流速が大幅に高められるとともに、そのジェット噴流による巻き込み効果による大きな惰性が掃気流に付与され、その結果、シュニューレ式反転掃気が完全に行われて、排気ポート１６から吹き抜ける新気の量、いわゆる吹き抜け損失が大幅に減少し、しかも、新生壁面２０ｅ，２０ｅが前記シリンダ内壁面５及び前記掃気通路２０，２０の他の内壁面２０ａ，２０ｂ，２０ｃより粗く仕上げられていることにより、混合気の拡散効果が高められて燃料の気化が促進されるとともに、シリンダ１の冷却効果も高められ、燃焼状態が理想的となって、前記排気ポート１６から排出される排ガス中の未燃成分であるＨＣが著しく低減される、ということが考えられる。
【００２９】
この場合、混合気の吹き抜け損失が減少することから、出力特性が向上するとともに、燃料の節減にもなり、また、エッジ部を除去するだけでよいので、コストアップにはつながらない。
前記に加え、前記エッジ部の除去を、従来から行われている電解バリ取り加工により行うようにしているので、前記エッジ部Ｅ、Ｅが除去されて形成された新生壁面２０ｅ，２０ｅは、シリンダ内壁面５や掃気通路の他の内壁面２０ａ，２０ｂ，２０ｃより自動的に粗く仕上げられる。この粗く仕上げられた新生壁面２０ｅ，２０ｅは、前記したように、混合気の拡散効果を高める。
【００３０】
したがって、前記のように電解加工により前記前記エッジ部Ｅ、Ｅを除去するようになせば、前記した新気の吹き抜け損失の低減効果及び混合気の拡散効果が顕著に得られるシリンダ１を、掃気ポート部のバリ取り処理を利用することにより追加工程を必要とせずに、コストアップを招くことなく合理的に製作することができる。
【００３１】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱することなく設計において種々の変更ができるものである。
本実施の形態の説明上は、簡便に実施できる電解処理による面取りの例を挙げたが、レーザー照射処理を採用することにより、面取り処理範囲、処理面の粗さ等を、正確に所望値に一致させることが可能であり、一層好適である。
【００３２】
【発明の効果】
以上の説明から理解されるように、本発明に係る２サイクルエンジンのシリンダは、既存シリンダのエッジ部を横断面で見て所定面積以上面取り除去するという簡単な構成を付加しただけでありながら、新気の吹き抜け損失を大幅に減少でき、また、新生壁面を他の部分より粗く仕上げるだけで混合気の拡散効果が顕著に得られ、それによって、排ガス中のＨＣ成分を著しく低減できるとともに、出力特性も格段に向上でき、しかも、コストアップにはつながらないという優れた効果を奏する。
【００３３】
また、電解加工により前記エッジ部を除去するようになせば、前記した新気の吹き抜け損失の低減効果及び混合気の拡散効果が顕著に得られるシリンダを、追加工程を必要とせずに、コストアップを招くことなく合理的に製作することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る２サイクルエンジンのシリンダの一実施形態の横断面図。
【図２】図１に示されるシリンダの縦断面図。
【図３】図２のＩＩＩ矢印方向から見た掃気通路部分図。
【図４】図１のＩＩＩ 部の拡大図。
【図５】図１に示される本発明品のシリンダを備えた２サイクルエンジンと、従来品のシリンダを備えた２サイクルエンジンと、のエンジン出力の比較実験結果を示すグラフ。
【図６】図１に示される本発明品のシリンダを備えた２サイクルエンジンと、従来品のシリンダを備えた２サイクルエンジンと、のＴＨＣ排出量の比較実験結果を示すグラフ。
【符号の説明】
１ シリンダ
５ シリンダ内壁面
１４ 吸気ポート
２０ 掃気通路
２０ｂ 端部内壁面
２０ｅ 新生壁面
２０ａ，２０ｃ 掃気通路の内壁面
Ｆ 縦断面
Ｋ 交点
Ｅ エッジ部
Ｊ 掃気噴出始点
ｈ 離隔距離
ｃ，ｄ 外側水平掃気線

Claims (5)

1. 吸気ポート（１４）を二分割する縦断面（Ｆ）を挟んで対称的に前記吸気ポート（１４）側へ向けてループ掃気式をとる左右一対の掃気通路（２０，２０）が対向して設けられた２サイクルエンジンのシリンダであって、
   前記左右一対の掃気通路（２０，２０）における、新気吹き出し側で前記吸気ポート（１４）側の端部内壁面（２０ｂ）が形成する左右一対の外側水平掃気線（ｃ，ｄ）とシリンダ内壁面（５）との交点（Ｋ，Ｋ）を含むエッジ部（Ｅ，Ｅ）を除去して、新たに形成される新生壁面（２０ｅ，２０ｅ）と前記シリンダ内壁面（５）との境界点となる掃気噴出始点（Ｊ，Ｊ）を前記交点（Ｋ，Ｋ）より前記吸気ポート（１４）側に所定距離以上近づけ、
   前記掃気通路（２０，２０）の上端部の天面（２０ｆ，２０ｆ）は、前記吸気ポート（１４）側の前記シリンダ内壁面（５）へ向けて所定角度（θ）上向きに傾斜し、
   前記エッジ部（Ｅ，Ｅ）が除去されて形成された新生壁面（２０ｅ，２０ｅ）及び前記天面（２０ｆ，２０ｆ）は、前記シリンダ内壁面（５）及び前記掃気通路（２０，２０）の他の内壁面（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ）より粗く仕上げられていることを特徴とする２サイクルエンジンのシリンダ。
2. 前記掃気噴出始点（Ｊ，Ｊ）が前記交点（Ｋ，Ｋ）より前記吸気ポート（１４）側に３ｍｍ以上近づけられていることを特徴とする請求項１に記載の２サイクルエンジンのシリンダ。
3. ボア径が３４ｍｍ以下のシリンダ（１）において、前記交点（Ｋ，Ｋ）と前記新生壁面（２０ｅ，２０ｅ）との離隔距離（ｈ）が０．３ｍｍ以上で０．４ｍｍ以下の範囲内に設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の２サイクルエンジンのシリンダ。
4. 前記新生壁面（２０ｅ）の表面粗さが１０μ以上で３０μ以下の範囲内であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の２サイクルエンジンのシリンダ。
5. 前記エッジ部（Ｅ，Ｅ）を電解加工により面取り除去して前記新生壁面（２０ｅ，２０ｅ）を形成することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の２サイクルエンジンのシリンダ。

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