JP3817092B2 - ２サイクルエンジン - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２サイクルエンジンのクランクケース構成に関し、燃費を向上するための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、クランクケース圧縮掃気式２サイクルエンジンでは、クランクケースの容積をできるだけ小さくしてクランクケース圧縮比を大きくし、掃気圧を上げてシリンダー内に過大な混合気を供給することで、質量当たりの出力を比較的大きくするようにしていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような過大な混合気の供給は、燃費の増大と未燃焼混合気が排気側へ素通りする割合の増大を招き、排ガス対策を困難にしている。
これを打開するための技術として、層状掃気、気筒内燃料噴射等が試みられているが、ハンドヘルドエンジンの長所、特に、低コストを達成し得る技術は、未だ確立されていない。
一方、２サイクルエンジンの排ガス浄化手段として、触媒を使用するとき、従来のエンジンにただ触媒を組み込んだだけでは、排気中の未燃焼混合気の酸化反応に伴う発熱量が甚大になり、触媒の温度劣化が早期に進んでしまう。
またその場合、排ガス出口温度が極めて高くなり、温度低減化対策が大掛かりになるため、軽量、コンパクト、低コストを特徴とするハンドヘルドエンジンでは、その長所を損ないかねない。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
クランクケース２上にシリンダー３を載置固定し、該シリンダー３内にピストン４を収納し、該ピストン４はコンロッド７の上端と連結し、該コンロッド７の下端はクランク軸１１のクランクウエッブ１０と連結し、該クランク軸１１を軸受１２を介してクランクケース２に回転自在に支持し、前記シリンダー３の側面の下部位置に吸気ポート１４を、上部位置に排気ポート１５を、シリンダー３の内部側面にピストン４の摺動方向と平行な掃気ポート１６の空間を形成した２サイクルエンジン１において、前記クランクケース２内 の軸受１２周囲に空間２０を設け、クランクケース圧縮比を小さくすべく構成し、該空間２０は、クランクケース２のクランク軸１１を軸受する軸受１２の外周囲に、クランク軸１１と略同心円状のドーナッツ状の空間として設け、該ドーナッツ状の空間２０は、軸受１２を収納するケース部２ａと、クランクケース２の底面２ｂおよび前後面２ｃに囲まれ、側面２ｄはクランクウエッブ１０の外径と略同じ外形とし、そのままの外径で、前記シリンダー３と幅と略同幅の位置まで膨出させて構成し、前記空間２０を、前記シリンダー３の掃気ポート１６と連通させたものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を添付の図面を用いて説明する。
図１は本発明の２サイクルエンジンの断面図、図２は図１におけるＡ−Ａ断面図、図３は他の実施例を示すクランクケース部分の断面図、図４は図３におけるＢ−Ｂ断面図、図５は本発明の２サイクルエンジンの圧縮から膨張までの工程を示す図、図６は同じく膨張から掃気までの工程を示す図である。
【０００６】
まず、図１、図２を用いて本発明のエンジン１の全体構成について説明する。
クランクケース２上にシリンダー３が載置固定され、該シリンダー３内にピストン４を収納し、該シリンダー３の上端よりスパークプラグ５が挿入されている。前記ピストン４はピストンピン６を介してコンロッド７の上端と連結され、該コンロッド７の下端はクランクピン９を介してクランクウエッブ１０と連結されている。
【０００７】
該クランクウエッブ１０はクランク軸１１の一端に設けられ、該クランク軸１１は軸受１２を介してクランクケース２に回転自在に支持されている。該クランク軸１１とクランクケース２の間にはシール１３が介装され、クランクケース２内を密閉している。前記シリンダー３の側面には、図５に示すように、ピストン４がストロークする下部位置に吸気ポート１４が、上部位置に排気ポート１５が設けられ、また、シリンダー３の内部側面にピストン４の摺動方向と平行な空間を形成して掃気ポート１６が設けられている。
【０００８】
そして、本発明では、クランクケース２のクランク軸１１を軸受する軸受１２の周囲に、前記掃気ポート１６に連通する空間２０が設けられている。
即ち、該空間２０はクランク軸１１と略同心円状のドーナッツ状の空間として、前記軸受１２の外周側に位置し、クランクケース２内に配置されている。つまり、該空間２０は軸受１２を収納するケース部２ａと、クランクケース２の底面２ｂおよび前後面２ｃに囲まれ、側面２ｄはクランクウエッブ１０の外径と略同じ長さのまま、シリンダー３と略同等の位置まで膨出させて、シリンダー３と略同じ幅となるように構成している。
【０００９】
また、図３、図４に示す別実施例のように、前記空間２０にリブ２１を設けることも可能である。このリブ２１を設けることによって、空間２０の大きくなった分の強度をアップし、この空間内を移動する混合気の流速も該リブ２１で規制するようにしている。なお、リブ２１の突出長さを配置位置で異なるようにすることで、部分的な流速を変化させることもできる。図１、図２の前記クランクケース２、及び、図３、図４の別実施例のクランクケース２’は左右半割りに構成して、左右それぞれ金型で成形するようにしており、シリンダー３やクランク軸１１、軸受１２等は従来と同じで、金型のみを変更することによって容易にクランクケースを得ることができ、製造ラインの変更は極わずかで済むのである。
【００１０】
このような本発明のクランクケース２に対して、従来は、図７、図８に示すように、軸受１２の周囲には空間はなく、クランクケース２５に直接支持される構成としていた。つまり、クランクケース２５内の容積は小さく、できるだけコンパクトとなるように構成していたのである。
【００１１】
このような構成において、２サイクルエンジンの作動について、比較するために、従来の作動から説明する。
まず、図９（ａ）において、クランク軸１１が矢印の方向に回転され、ピストン４の上昇によって、吸気ポート１４と排気ポート１５と掃気ポート１６が閉じられ、そのままクランク軸１１の回転によってピストン４が上昇され、図９（ｂ）のように、シリンダー３内の混合気が圧縮される。続いて、吸気ポート１４が開いて、該吸気ポート１４よりクランクケース２内の体積が増加することによって負圧となり混合気がクランクケース２内に入る。そして、図９（ｃ）の上死点の手前でスパークプラグ５を点火させることによって、圧縮された混合気が爆発燃焼する。
【００１２】
混合気をクランクケース２内に吸入しながら、ピストン４は慣性で図９（ｄ）の上死点を過ぎ、前記爆発燃焼によってピストン４は押し下げられる。そして、吸気ポート１４が閉じられ、図９（ｅ）のように、シリンダー３内を膨張させつつ、クランクケース２内を圧縮し、図１０（ｆ）で排気ポート１５が開けられ、図１０（ｇ）で排気ポート１５から排気されながら、クランク軸１１は慣性で回転し、図１０（ｈ）で掃気ポート１６が開かれて、クランクケース２内の混合気がシリンダー３内に入り、排気ポート１５より燃焼ガスを排出する。
【００１３】
下死点を過ぎて、図１０（ｉ）の排気ポート１５が閉じる直前において、従来では掃気の吹き抜けが生じて、未燃焼混合気の一部が排気され、燃料の無駄が生じ、排ガス対策が十分行えなかった。
そして、図１０（ｊ）で排気ポート１５が閉じて、図９（ａ）の位置と同じとなり、以上が繰り返される。
【００１４】
次に、本発明の２サイクルエンジンの作動について、図５、図６より説明する。
全体の動き、タイミングは従来と略同じであるが、前述のように、本発明では空間２０がクランクケース２内に設けられているため、吸気ポート１４より混合気を吸入するとき、図９（ｃ）で、ピストン４の上昇によってクランクケース２内は負圧となるが、従来よりも容積が大きいためにその負圧は小さい。
従って、混合気がクランクケース２内に入る速度も従来よりも小さくなり、吸気ポート１４が開いている時間が同じであれば、クランクケース２内に入る混合気の量は従来よりも少なくなる。
【００１５】
また、図６（ｆ）で、上死点を過ぎてクランクケース２内を圧縮するときも、クランクケース２内の容積が増加しているために圧縮圧は従来よりも小さい。つまり、クランクケース圧縮比は小さくなる。尚、クランクケース圧縮比ＸはＸ＝Ｙ／Ｚで表され、Ｙは吸気バルブ（吸気ポート）閉位置での掃気路を含むクランクケース内容積、Ｚは掃気バルブ（掃気ポート）開位置での掃気路を含むクランクケース内容積である。
従って、掃気ポート１６が開いたときにシリンダー３内に混合気が入る速度も従来よりも遅く、その量も若干少なくなる。そして、図６（ｉ）の排気ポート１５が閉じる直前においては、排気ガスは殆ど抜けるが、混合気は流速が遅いために同時に抜けることはなくなるのである。つまり、希薄燃焼が可能となり、完全燃焼されて、低燃費で有害物質の排出量も押さえることができるのである。
【００１６】
【発明の効果】
本発明は以上の如く構成したので、以下の効果を奏するものである。
クランクケース２上にシリンダー３を載置固定し、該シリンダー３内にピストン４を収納し、該ピストン４はコンロッド７の上端と連結し、該コンロッド７の下端はクランク軸１１のクランクウエッブ１０と連結し、該クランク軸１１を軸受１２を介してクランクケ ース２に回転自在に支持し、前記シリンダー３の側面の下部位置に吸気ポート１４を、上部位置に排気ポート１５を、シリンダー３の内部側面にピストン４の摺動方向と平行な掃気ポート１６の空間を形成した２サイクルエンジン１において、前記クランクケース２内の軸受１２周囲に空間２０を設け、クランクケース圧縮比を小さくすべく構成し、該空間２０は、クランクケース２のクランク軸１１を軸受する軸受１２の外周囲に、クランク軸１１と略同心円状のドーナッツ状の空間として設け、該ドーナッツ状の空間２０は、軸受１２を収納するケース部２ａと、クランクケース２の底面２ｂおよび前後面２ｃに囲まれ、側面２ｄはクランクウエッブ１０の外径と略同じ外形とし、そのままの外径で、前記シリンダー３と幅と略同幅の位置まで膨出させて構成し、前記空間２０を、前記シリンダー３の掃気ポート１６と連通させたので、クランクケース容量を大きくするために、クランクウエッブ外径とクランクケース内径との隙間を増やすことなく、クランク軸の軸受周りに空間を設けるため、コンパクトにでき、従来のエンジン各部寸法をそのまま踏襲できる。
そして、この空間は金型で成形でき、従来のエンジン構造を変更する必要もないので、低コストのエンジンが得られる。
また、有害な排ガスとなる一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）を低減して効果的に燃焼でき、低燃費を実現できたのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の２サイクルエンジンの断面図である。
【図２】 図１におけるＡ−Ａ断面図である。
【図３】 他の実施例を示すクランクケース部分の断面図である。
【図４】 図３におけるＢ−Ｂ断面図である。
【図５】 本発明の２サイクルエンジンの圧縮から膨張までの工程を示す図である。
【図６】 同じく膨張から掃気までの工程を示す図である。
【図７】 従来のクランクケース部分の断面図である。
【図８】 図７におけるＣ−Ｃ断面図である。
【図９】 従来の２サイクルエンジンの圧縮から膨張までの工程を示す図である。
【図１０】 同じく膨張から掃気までの工程を示す図である。
【符号の説明】
１ ２サイクルエンジン
２ クランクケース
１１ クランク軸
１２ 軸受
２０ 空間
【発明の属する技術分野】
本発明は、２サイクルエンジンのクランクケース構成に関し、燃費を向上するための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、クランクケース圧縮掃気式２サイクルエンジンでは、クランクケースの容積をできるだけ小さくしてクランクケース圧縮比を大きくし、掃気圧を上げてシリンダー内に過大な混合気を供給することで、質量当たりの出力を比較的大きくするようにしていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような過大な混合気の供給は、燃費の増大と未燃焼混合気が排気側へ素通りする割合の増大を招き、排ガス対策を困難にしている。
これを打開するための技術として、層状掃気、気筒内燃料噴射等が試みられているが、ハンドヘルドエンジンの長所、特に、低コストを達成し得る技術は、未だ確立されていない。
一方、２サイクルエンジンの排ガス浄化手段として、触媒を使用するとき、従来のエンジンにただ触媒を組み込んだだけでは、排気中の未燃焼混合気の酸化反応に伴う発熱量が甚大になり、触媒の温度劣化が早期に進んでしまう。
またその場合、排ガス出口温度が極めて高くなり、温度低減化対策が大掛かりになるため、軽量、コンパクト、低コストを特徴とするハンドヘルドエンジンでは、その長所を損ないかねない。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
クランクケース２上にシリンダー３を載置固定し、該シリンダー３内にピストン４を収納し、該ピストン４はコンロッド７の上端と連結し、該コンロッド７の下端はクランク軸１１のクランクウエッブ１０と連結し、該クランク軸１１を軸受１２を介してクランクケース２に回転自在に支持し、前記シリンダー３の側面の下部位置に吸気ポート１４を、上部位置に排気ポート１５を、シリンダー３の内部側面にピストン４の摺動方向と平行な掃気ポート１６の空間を形成した２サイクルエンジン１において、前記クランクケース２内 の軸受１２周囲に空間２０を設け、クランクケース圧縮比を小さくすべく構成し、該空間２０は、クランクケース２のクランク軸１１を軸受する軸受１２の外周囲に、クランク軸１１と略同心円状のドーナッツ状の空間として設け、該ドーナッツ状の空間２０は、軸受１２を収納するケース部２ａと、クランクケース２の底面２ｂおよび前後面２ｃに囲まれ、側面２ｄはクランクウエッブ１０の外径と略同じ外形とし、そのままの外径で、前記シリンダー３と幅と略同幅の位置まで膨出させて構成し、前記空間２０を、前記シリンダー３の掃気ポート１６と連通させたものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を添付の図面を用いて説明する。
図１は本発明の２サイクルエンジンの断面図、図２は図１におけるＡ−Ａ断面図、図３は他の実施例を示すクランクケース部分の断面図、図４は図３におけるＢ−Ｂ断面図、図５は本発明の２サイクルエンジンの圧縮から膨張までの工程を示す図、図６は同じく膨張から掃気までの工程を示す図である。
【０００６】
まず、図１、図２を用いて本発明のエンジン１の全体構成について説明する。
クランクケース２上にシリンダー３が載置固定され、該シリンダー３内にピストン４を収納し、該シリンダー３の上端よりスパークプラグ５が挿入されている。前記ピストン４はピストンピン６を介してコンロッド７の上端と連結され、該コンロッド７の下端はクランクピン９を介してクランクウエッブ１０と連結されている。
【０００７】
該クランクウエッブ１０はクランク軸１１の一端に設けられ、該クランク軸１１は軸受１２を介してクランクケース２に回転自在に支持されている。該クランク軸１１とクランクケース２の間にはシール１３が介装され、クランクケース２内を密閉している。前記シリンダー３の側面には、図５に示すように、ピストン４がストロークする下部位置に吸気ポート１４が、上部位置に排気ポート１５が設けられ、また、シリンダー３の内部側面にピストン４の摺動方向と平行な空間を形成して掃気ポート１６が設けられている。
【０００８】
そして、本発明では、クランクケース２のクランク軸１１を軸受する軸受１２の周囲に、前記掃気ポート１６に連通する空間２０が設けられている。
即ち、該空間２０はクランク軸１１と略同心円状のドーナッツ状の空間として、前記軸受１２の外周側に位置し、クランクケース２内に配置されている。つまり、該空間２０は軸受１２を収納するケース部２ａと、クランクケース２の底面２ｂおよび前後面２ｃに囲まれ、側面２ｄはクランクウエッブ１０の外径と略同じ長さのまま、シリンダー３と略同等の位置まで膨出させて、シリンダー３と略同じ幅となるように構成している。
【０００９】
また、図３、図４に示す別実施例のように、前記空間２０にリブ２１を設けることも可能である。このリブ２１を設けることによって、空間２０の大きくなった分の強度をアップし、この空間内を移動する混合気の流速も該リブ２１で規制するようにしている。なお、リブ２１の突出長さを配置位置で異なるようにすることで、部分的な流速を変化させることもできる。図１、図２の前記クランクケース２、及び、図３、図４の別実施例のクランクケース２’は左右半割りに構成して、左右それぞれ金型で成形するようにしており、シリンダー３やクランク軸１１、軸受１２等は従来と同じで、金型のみを変更することによって容易にクランクケースを得ることができ、製造ラインの変更は極わずかで済むのである。
【００１０】
このような本発明のクランクケース２に対して、従来は、図７、図８に示すように、軸受１２の周囲には空間はなく、クランクケース２５に直接支持される構成としていた。つまり、クランクケース２５内の容積は小さく、できるだけコンパクトとなるように構成していたのである。
【００１１】
このような構成において、２サイクルエンジンの作動について、比較するために、従来の作動から説明する。
まず、図９（ａ）において、クランク軸１１が矢印の方向に回転され、ピストン４の上昇によって、吸気ポート１４と排気ポート１５と掃気ポート１６が閉じられ、そのままクランク軸１１の回転によってピストン４が上昇され、図９（ｂ）のように、シリンダー３内の混合気が圧縮される。続いて、吸気ポート１４が開いて、該吸気ポート１４よりクランクケース２内の体積が増加することによって負圧となり混合気がクランクケース２内に入る。そして、図９（ｃ）の上死点の手前でスパークプラグ５を点火させることによって、圧縮された混合気が爆発燃焼する。
【００１２】
混合気をクランクケース２内に吸入しながら、ピストン４は慣性で図９（ｄ）の上死点を過ぎ、前記爆発燃焼によってピストン４は押し下げられる。そして、吸気ポート１４が閉じられ、図９（ｅ）のように、シリンダー３内を膨張させつつ、クランクケース２内を圧縮し、図１０（ｆ）で排気ポート１５が開けられ、図１０（ｇ）で排気ポート１５から排気されながら、クランク軸１１は慣性で回転し、図１０（ｈ）で掃気ポート１６が開かれて、クランクケース２内の混合気がシリンダー３内に入り、排気ポート１５より燃焼ガスを排出する。
【００１３】
下死点を過ぎて、図１０（ｉ）の排気ポート１５が閉じる直前において、従来では掃気の吹き抜けが生じて、未燃焼混合気の一部が排気され、燃料の無駄が生じ、排ガス対策が十分行えなかった。
そして、図１０（ｊ）で排気ポート１５が閉じて、図９（ａ）の位置と同じとなり、以上が繰り返される。
【００１４】
次に、本発明の２サイクルエンジンの作動について、図５、図６より説明する。
全体の動き、タイミングは従来と略同じであるが、前述のように、本発明では空間２０がクランクケース２内に設けられているため、吸気ポート１４より混合気を吸入するとき、図９（ｃ）で、ピストン４の上昇によってクランクケース２内は負圧となるが、従来よりも容積が大きいためにその負圧は小さい。
従って、混合気がクランクケース２内に入る速度も従来よりも小さくなり、吸気ポート１４が開いている時間が同じであれば、クランクケース２内に入る混合気の量は従来よりも少なくなる。
【００１５】
また、図６（ｆ）で、上死点を過ぎてクランクケース２内を圧縮するときも、クランクケース２内の容積が増加しているために圧縮圧は従来よりも小さい。つまり、クランクケース圧縮比は小さくなる。尚、クランクケース圧縮比ＸはＸ＝Ｙ／Ｚで表され、Ｙは吸気バルブ（吸気ポート）閉位置での掃気路を含むクランクケース内容積、Ｚは掃気バルブ（掃気ポート）開位置での掃気路を含むクランクケース内容積である。
従って、掃気ポート１６が開いたときにシリンダー３内に混合気が入る速度も従来よりも遅く、その量も若干少なくなる。そして、図６（ｉ）の排気ポート１５が閉じる直前においては、排気ガスは殆ど抜けるが、混合気は流速が遅いために同時に抜けることはなくなるのである。つまり、希薄燃焼が可能となり、完全燃焼されて、低燃費で有害物質の排出量も押さえることができるのである。
【００１６】
【発明の効果】
本発明は以上の如く構成したので、以下の効果を奏するものである。
クランクケース２上にシリンダー３を載置固定し、該シリンダー３内にピストン４を収納し、該ピストン４はコンロッド７の上端と連結し、該コンロッド７の下端はクランク軸１１のクランクウエッブ１０と連結し、該クランク軸１１を軸受１２を介してクランクケ ース２に回転自在に支持し、前記シリンダー３の側面の下部位置に吸気ポート１４を、上部位置に排気ポート１５を、シリンダー３の内部側面にピストン４の摺動方向と平行な掃気ポート１６の空間を形成した２サイクルエンジン１において、前記クランクケース２内の軸受１２周囲に空間２０を設け、クランクケース圧縮比を小さくすべく構成し、該空間２０は、クランクケース２のクランク軸１１を軸受する軸受１２の外周囲に、クランク軸１１と略同心円状のドーナッツ状の空間として設け、該ドーナッツ状の空間２０は、軸受１２を収納するケース部２ａと、クランクケース２の底面２ｂおよび前後面２ｃに囲まれ、側面２ｄはクランクウエッブ１０の外径と略同じ外形とし、そのままの外径で、前記シリンダー３と幅と略同幅の位置まで膨出させて構成し、前記空間２０を、前記シリンダー３の掃気ポート１６と連通させたので、クランクケース容量を大きくするために、クランクウエッブ外径とクランクケース内径との隙間を増やすことなく、クランク軸の軸受周りに空間を設けるため、コンパクトにでき、従来のエンジン各部寸法をそのまま踏襲できる。
そして、この空間は金型で成形でき、従来のエンジン構造を変更する必要もないので、低コストのエンジンが得られる。
また、有害な排ガスとなる一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）を低減して効果的に燃焼でき、低燃費を実現できたのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の２サイクルエンジンの断面図である。
【図２】 図１におけるＡ−Ａ断面図である。
【図３】 他の実施例を示すクランクケース部分の断面図である。
【図４】 図３におけるＢ−Ｂ断面図である。
【図５】 本発明の２サイクルエンジンの圧縮から膨張までの工程を示す図である。
【図６】 同じく膨張から掃気までの工程を示す図である。
【図７】 従来のクランクケース部分の断面図である。
【図８】 図７におけるＣ−Ｃ断面図である。
【図９】 従来の２サイクルエンジンの圧縮から膨張までの工程を示す図である。
【図１０】 同じく膨張から掃気までの工程を示す図である。
【符号の説明】
１ ２サイクルエンジン
２ クランクケース
１１ クランク軸
１２ 軸受
２０ 空間
Claims (1)
- クランクケース２上にシリンダー３を載置固定し、該シリンダー３内にピストン４を収納し、該ピストン４はコンロッド７の上端と連結し、該コンロッド７の下端はクランク軸１１のクランクウエッブ１０と連結し、該クランク軸１１を軸受１２を介してクランクケース２に回転自在に支持し、前記シリンダー３の側面の下部位置に吸気ポート１４を、上部位置に排気ポート１５を、シリンダー３の内部側面にピストン４の摺動方向と平行な掃気ポート１６の空間を形成した２サイクルエンジン１において、前記クランクケース２内の軸受１２周囲に空間２０を設け、クランクケース圧縮比を小さくすべく構成し、該空間２０は、クランクケース２のクランク軸１１を軸受する軸受１２の外周囲に、クランク軸１１と略同心円状のドーナッツ状の空間として設け、該ドーナッツ状の空間２０は、軸受１２を収納するケース部２ａと、クランクケース２の底面２ｂおよび前後面２ｃに囲まれ、側面２ｄはクランクウエッブ１０の外径と略同じ外形とし、そのままの外径で、前記シリンダー３と幅と略同幅の位置まで膨出させて構成し、前記空間２０を、前記シリンダー３の掃気ポート１６と連通させたことを特徴とする２サイクルエンジン。
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| JP19142299A Expired - Fee Related JP3817092B2 (ja) | 1999-07-06 | 1999-07-06 | ２サイクルエンジン |
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1999
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