JP4194007B2 - 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、O2センサでシリンダ内の酸素を検出している２サイクルエンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料（ガソリン）を吸気管内に噴射する従来の２サイクルエンジンにおいては、潤滑オイル（以下、オイルと呼ぶ）が燃料と共にクランク室内に導入されるため、オイルが燃料で希釈されて粘度が低くなっている。そして、このオイルがシリンダ内に流入している。また、シリンダ内の燃焼ガス中の酸素を検出するために、O2センサが設けられている。
【０００３】
従来の２サイクルエンジンにおけるO2センサの取付構造を図１１で説明する。図１１は従来の２サイクルエンジンの要部断面図である。図１１において、シリンダ０１の壁０２には、貫通孔０３が形成されている。また、このシリンダ０１の外側には、センサ用ホルダー０８が設けられ、このセンサ用ホルダー０８にO2 センサ０７が取り付けられている。そして、センサ用ホルダー０８の内部には、 O2センサ０７のセンサ部０９が収納されるセンサ部収納空間０１１、シリンダ０１の貫通孔０３と同軸のガス導入孔０１２、およびセンサ部収納空間０１１とガス導入孔０１２とを連通させる細い連通孔０１３が形成されている。シリンダ０１の貫通孔０３およびセンサ用ホルダー０８のガス導入孔０１２の内部には、カラー０１６が嵌められている。このカラー０１６の両端部には、比較的幅のある鍔部０１７が設けられ、シリンダ側の鍔部０１７は貫通孔０３内に位置し、一方、センサ側の鍔部０１７は貫通孔０３内およびガス導入孔０１２内の両者にわたって位置している。そして、カラー０１６における両鍔部０１７の間の中央部は、貫通孔０３およびガス導入孔０１２には当接せずに、空間０２１が形成されている。このカラー０１６の内部を、高温の燃焼ガスが行き来しており、カラー０１６は高温となり、オイルなどが付着した際に燃焼させている。そして、カラー０１６の熱がシリンダ０１の壁０２やセンサ用ホルダー０８に逃げて、カラー０１６の温度が低下しないように、カラー０１６に鍔部０１７を設けて、前述の断熱用の空間０２１が形成されている。このカラー０１６の両鍔部０１７は、カラー０１６を支持しているので、支持強度を確保するために、幅広に形成されており、センサ側鍔部０１７は、シリンダ０１の壁０２およびセンサ用ホルダー０８の両者と接触している。そして、センサ用ホルダー０８がセンサ用ホルダー０６よりも温度が低いので、幅広のセンサ側鍔部０１７から比較的低温のセンサ用ホルダー０８へ熱が逃げている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、未燃焼燃料すなわち炭化水素（ＨＣ）の排出量を逓減するために、燃料を直接シリンダ内に噴射することが考えられている。この様に、燃料を直接シリンダ内に噴射すると、オイルは単独で、クランク室内に供給されることになり、粘性が大きくなる。そのため、O2センサ０７のセンサ部０９にオイルが付着することがあり、O2センサ０７の出力が異常となることがある。また、オイルが燃料で希釈されていないので、カラー０１６内に付着したオイルが燃えにくく炭化し、カラー０１６が詰まることがある。したがって、従来の２サイクルエンジンのカラー０１６よりも、さらに温度を上昇させて、カラー０１６内部でオイルを燃焼させることが望まれている。
【０００５】
本発明は、以上のような課題を解決するためのもので、O2センサに燃焼ガスを導くカラーを高温とすることができる２サイクルエンジンを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の２サイクルエンジン（６）は、シリンダ（１２）内を摺動するピストン（１３）と、前記シリンダの外側に設けられているセンサ用ホルダー（７３）と、このセンサ用ホルダーに取り付けられているO2センサ（６０）と、前記センサ用ホルダー本体（７６）の内部に形成されているとともに前記O2センサのセンサ部（７７）が収納されるセンサ部収納空間（８１）と、前記シリンダの壁（７１）を貫通しているシリンダ壁貫通孔（７２）と、前記センサ用ホルダー本体の内部に形成されているとともに前記シリンダ壁貫通孔と略同軸に形成されてシリンダ壁貫通孔と連通しているガス導入孔（８２）と、前記センサ用ホルダー本体の内部に形成されているとともに、前記ガス導入孔と前記センサ部収納空間とを連通させている連通孔（８３）と、前記シリンダ壁貫通孔およびガス導入孔の内部に嵌められている筒状のカラー（８６）とを備えている。そして、前記カラーの外面には、両端部側および中央部に各々鍔部（８７）が形成され、シリンダ側鍔部および中央部鍔部はシリンダ壁貫通孔内に位置しているとともにその周面がシリンダ壁貫通孔の内面に当接し、センサ側鍔部はガス導入孔内に位置しているとともにその周面がシリンダ壁貫通孔の内面に接触しない状態でガス導入孔の内面に当接している。
【０００７】
また、前記連通孔の径が、O2センサのセンサ部の径よりも大きい場合がある。
【０００８】
さらに、燃料が前記シリンダの内部に直接噴射される場合がある。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明における２サイクルエンジンの実施の一形態を図１ないし図１０を用いて説明する。図１は本発明の実施の形態の２サイクルエンジンを搭載した船外機の基本構成を示す模式的構成図である。図２は本発明の実施の形態の２サイクルエンジン要部の断面図である。図３は２サイクルエンジンの第１変形例である。図４は２サイクルエンジンの第２変形例である。図５はセンサ用ホルダーの内部空間およびカラーの共振周波数と、センサ用ホルダー内部の温度との関係を示すグラフである。図６はカラーの内径と、センサ用ホルダーの内部空間およびカラーの共振周波数との関係を示すグラフである。図７はセンサ用ホルダーの内部空間の容積と、センサ用ホルダーの内部空間およびカラーの共振周波数との関係を示すグラフである。図８はカラーの長さと、センサ用ホルダーの内部空間およびカラーの共振周波数との関係を示すグラフである。図９は空燃比と、O2センサの出力との関係を示すグラフである。図１０は空燃比制御域と空燃比非制御域とを示すグラフである。
【００１０】
図１に示す船外機１は、トップカウル２、エキゾーストガイド３、アッパーケース４及びロアーケース５で構成されるハウジングを有しており、トップカウル２内には筒内噴射式２サイクルエンジン６が収納されている。尚、２サイクルエンジン６の上下方向に配されたクランク軸７には、エキゾーストガイド３、アッパーケース４及びロアーケース５内に縦設された不図示のドライブ軸が連結されており、該ドライブ軸の下端は前後進切換機構を介してプロペラ軸（共に不図示）が連結されている。そして、プロペラ軸のロアーケース５外へ延出する後端部にはプロペラ８が取り付けられている。
【００１１】
筒内噴射式２サイクルエンジン６はＶ型６気筒エンジンであり、アルミ製のシリンダボディ９には６つの気筒１０ａ〜ｌ０ｆが、平面視略Ｖ形を成して横置き状態で上下方向に並設されており、シリンダボディ９の後端部にはシリンダヘッド１１が被着されている。
【００１２】
そして、シリンダボディ９に形成された各気筒１０ａ〜１０ｆのシリンダ１２（図２参照）には、各々ピストン１３が摺動自在に嵌装されており、該ピストン１３はコンロッド１４を介して前記クランク軸７に連結されている。
【００１３】
また、シリンダヘッド１１には、電極部が燃焼室に臨む点火プラグ１５と、燃料噴射口が燃焼室に開口するインジェクタ１６とが各気筒１０ａ〜１０ｆ毎にそれぞれ装着されている。
【００１４】
一方、シリンダボディ９の前部にはクランクケース１７が取り付けられており、このクランクケース１７内のクランク室には吸気マニホールドの吸気管１８が接続されており、この吸気管１８のクランク室への接続部には逆流防止用のリード弁１９が設けられ、このリード弁１９の上流側には吸気量を制御するためのスロットル弁２０が配設されている。そして、リード弁１９の下流側において、オイルポンプ２１によって潤滑オイルが吐出され、クランク室に潤滑オイルが供給されている。
【００１５】
次に、燃料供給系を図１に基づいて説明する。
図１に示す主燃料タンク３２内の燃料は、第１の低圧燃料ポンプ３３によってフィルタ３４を経て第２の低圧燃料ポンプ３５に送られる。この第２の低圧燃料ポンプ３５はエンジン６のクランク室のパルス圧によって駆動されるダイヤフラム式ポンプであって、燃料を気液分離装置であるベーパーセパレータタンク３６に送る。
【００１６】
このベーパーセパレータタンク３６内には電動モータによって駆動される燃料予圧ポンプ３７が配設されており、燃料はこの燃料予圧ポンプ３７によって加圧されて予圧配管３８を通って高圧燃料ポンプ３９に送られる。ここで、高圧燃料ポンプ３９の吐出側は各気筒１０ａ〜１０ｆに沿って縦方向に配設された燃料供給レール４０に高圧ホース４０ａを介して接続されるとともに、燃料戻し配管４１を介してベーパーセパレ一タタンク３６に接続されている。尚、燃料戻し配管４１の途中には高圧調整弁４２及び燃料冷却器４３が設けられている。又、予圧配管３８とベーパーセパレータタンク３６との間には予圧調整弁４４が設けられている。
【００１７】
そして、ベーパーセパレータタンク３６内の燃料は燃料予圧ポンプ３７によって例えば３〜１０ｋｇ／ｃｍ2 程度に予圧され、予圧された燃料は高圧燃料ポンプ３９によって５０〜１００ｋｇ／ｃｍ2 程度に加圧されて燃料供給レール４０から各インンジェクタ１６に供給され、各インジェクタ１６によって適当なタイミングで各気筒１０ａ〜１０ｆのシリンダ１２内に直接噴射される。尚、噴射されないで余った余剰燃料は高圧調整弁４２及び燃料冷却器４３を通過して燃料戻し配管４１からベーパーセパレータタンク３６に戻される。
【００１８】
前記点火プラグ１５、インジェクタ１６、オイルポンプ２１及び燃料予圧ポンプ３７はエンジン制御装置（ＥＣＵ）４５によって制御されるが、エンジン制御装置４５には、エンジン６の運転状態および、船外機１や船体の状態を示す各種センサからの検出信号が入力される。
【００１９】
即ち、エンジン制御装置４５には、クランク軸７の回転数を検出する回転センサ４６、特定気筒を判別する気筒判別センサ４７、シリンダボディ９の温度を検出するエンジン温度センサ４９、各気筒１０ａ〜１０ｆの背圧を検出する背圧センサ５０、スロットル弁２０の開度を検出するスロットル開度センサ５１、冷却水の温度を検出する冷却水温度センサ５２、エンジン６の振動を検出するエンジン振動センサ５３、エンジン６のマウント高さを検出するエンジンマウント高さ検出センサ５４、船外機１のニュートラル状態を検出するニュートラルセンサ５５、船外機１の傾動位置を検出するトリム角検出センサ５６、船速を検出する船速センサ５７、船体の姿勢を検出する姿勢センサ５８、大気圧を検出する大気圧センサ５９、燃焼ガスの酸素を検出するO2センサ６０及び燃料圧を検出する圧力センサ６１などからの検出信号がそれぞれ入力される。なお、O2センサ６０の取付構造の詳細は後述する。また、エンジン制御装置４５は、O2センサ６０の出力に基づいて、最適な空燃比となる様に、インジェクタ１６の燃料噴射量を制御している。
【００２０】
そして、筒内噴射式２サイクルエンジン６が始動されると、各気筒１０ａ〜１０ｆにおいて、ピストン１３がシリンダ１２内を下死点（ＢＤＣ）から上死点（ＴＤＣ）に向かって摺動する圧縮行程においては、クランク室内に発生する負圧に引かれて空気（新気）が吸気管１８内に吸引され、この空気はスロットル弁２０およびリード弁１９を通過した後、オイルポンプ２１によって吐出されたオイルと共にクランク室内に流入する。そして、クランク室内に流入した空気とオイルはその後の膨張行程において上死点から下死点に向かって摺動するピストン１３によって一次圧縮される。クランク室内のオイルは各部に供給されて各摺動部の潤滑に供される。
【００２１】
上述のようにピストン１３が下死点に向かって摺動して排気ポートが開き始めると、燃焼室での混合気の燃焼によって発生した高温・高圧の排気ガスが排気ポートから排気通路へと排出される。その後、掃気ポートが開くと、前のサイクルで一次圧縮されたクランク室内の空気がオイルと共に掃気通路を通って掃気ポートからシリンダ１２内に流入し、掃気される。
【００２２】
そして、圧縮行程において、ピストン１３によって掃気ポートが閉じられ、続いて排気ポートが閉じられると、シリンダ１２内の空気は圧縮され、この空気に、エンジン制御装置４５で制御されているインジェクタ１６から、適当なタイミングで適量の燃料が噴射されて所要の空燃比の混合気が形成される。そして、この混合気はピストン１３によって更に圧縮され、ピストン１３が上死点近傍に達した時点或は上死点を過ぎた直後の適当なタイミングで点火プラグ１５によって着火されて燃焼せしめられる。
【００２３】
そして、燃焼室での混合気の燃焼によって発生した高温・高圧の排気ガスは前述のように排気ポートを通って排気通路へと排出される。以後、上記と同様の作用が繰り返されて当該２サイクルエンジン６が連続して運転される。
【００２４】
ところで、前述のO2センサ６０は、図２に図示するような状態で、シリンダボディ９の外側（すなわち気筒１０ｄのシリンダ１２の外側）に取り付けられている。このO2センサ６０の取付構造を説明する。図２において、シリンダ１２の壁７１には、シリンダ壁貫通孔７２が形成されている。また、このシリンダ１２の外側（すなわち、シリンダボディ９の外側）には、センサ用ホルダー７３が設けられ、このセンサ用ホルダー７３にO2センサ６０が取り付けられている。そして、センサ用ホルダー７３の本体７６の内部には、O2センサ６０のセンサ部７７が収納されるセンサ部収納空間８１、シリンダ１２のシリンダ壁貫通孔７２と同軸のガス導入孔８２、およびセンサ部収納空間８１とガス導入孔８２とを連通させる細い連通孔８３が形成されている。この連通孔８３の径は、O2センサ６０のセンサ部７７の径よりも小さくなっている。そして、センサ部収納空間８１、ガス導入孔８２および連通孔８３でセンサ用ホルダー７３の本体７６の内部空間が形成されている。
【００２５】
また、シリンダ１２のシリンダ壁貫通孔７２およびセンサ用ホルダー７３のガス導入孔８２の内部には、シリンダボディ９のアルミよりも断熱性を有するステンレスなどからなる筒状のカラー８６が嵌められている。このカラー８６の両端部および中央部には、その外側に比較的幅の狭い鍔部８７が設けられている。シリンダ側鍔部８７および中央部鍔部８７はシリンダ壁貫通孔７２内に位置し、その外周面がシリンダ壁貫通孔７２の内面に当接している。一方、センサ側鍔部８７はガス導入孔８２内に位置し、その外周面がガス導入孔８２の内面に当接している。そして、カラー８６における鍔部８７同士の間は、シリンダ壁貫通孔７２およびガス導入孔８２には当接せずに、２個の空間８８が形成されている。このカラー８６の内部を、高温の燃焼ガスが行き来しており、カラー８６は高温となり、オイルなどが付着した際に燃焼させている。そして、カラー８６の熱がシリンダ１２の壁７１やセンサ用ホルダー７３の本体７６に逃げて、カラー８６の温度が低下しないように、カラー８６に３個の鍔部８７を設けて、前述の断熱用の空間８８が形成されている。このカラー８６の鍔部８７は、３個でカラー８６を支持しているので、従来のカラー０１６の鍔部０１７と略同じ支持強度とすると、各鍔部８７は、従来のカラー０１６の鍔部０１７よりも幅狭にすることができる。そして、２個の鍔部８７は、シリンダ１２の壁７１に接触しており、熱が逃げることは比較的少ない。また、残りの一個のセンサ側鍔部８７が、カラー８６よりも温度の低いセンサ用ホルダー７３の本体７６に接触しているが、前述のように、従来のカラー０１６の鍔部０１７よりも幅を狭くすることができるので、センサ用ホルダー７３の本体７６に逃げる熱の量を、従来のものに比して格段に少なくすることができる。また、空間８８に相当するカラー部分の肉厚が、内径／外径＞０．５に設定されており、通路肉厚化によりカラー本体の保温効果も向上させることができる。
【００２６】
次に、O2センサ６０の取付構造の第１変形例を図３で説明する。この第１変形例においては、センサ用ホルダー７３の本体７６の連通孔８３の径が、O2センサ６０のセンサ部７７の径よりも大きくなっており、センサ部収納空間８１と略同形となっている。センサ部収納空間８１、ガス導入孔８２、連通孔８３およびカラー８６で、共鳴箱が構成され、エンジン６の回転数が所定の回転数になると、共鳴して、燃焼ガスの行き来が活発化して、カラー８６の温度をさらに上昇させることができる。
【００２７】
次に、O2センサ６０の取付構造の第２変形例を図４で説明する。この第２変形例においては、カラー８６のセンサ側端部が、センサ側鍔部８７より延びて突出し延長部９１が形成されている。この延長部９１の長さを変更することにより、簡単にカラー８６の全長を変更することができる。そして、このカラー８６の長さの変更により、共振周波数を変更することができる。また、延長部９１の長さの異なるカラー８６と交換することにより、簡単に共振周波数を変更することができる。
【００２８】
そして、第１変形例や第２変形例の様に、共鳴箱を形成すると、カラー８６の温度を上昇させることができるとともに、センサ部収納空間８１の温度も上昇する。それにともなって、O2センサ６０のセンサ部７７の温度が上昇しすぎて、センサ部７７などが損傷することがある。そこで、センサ部収納空間８１内の温度と、共鳴箱の共振周波数との間には、図５に図示する様な関係があるので、センサ部収納空間８１内の温度を設定温度Ｔ以下にするために、共鳴箱の共振周波数をＮ(Hz)以上にする。すなわち、共鳴箱の共振周波数を、エンジン回転数が高い時に合わせることになる。
【００２９】
共鳴箱の共振周波数を変更する手段としては、図６に図示するカラー８６の内径の変更、図７に図示するセンサ用ホルダー７３の内部空間の容積の変更、および図８に図示するカラー８６の長さの変更がある。この様な変更により、センサ部収納空間８１内の温度を適切な温度に設定することができる。また、エンジン６の仕様により、センサ部収納空間８１内の温度特性が変化することがあるので、その際にも、カラー８６の内径の変更、センサ用ホルダー７３の内部空間の容積の変更、およびカラー８６の長さの変更により、共鳴箱の共振周波数を変更することが好ましい。
【００３０】
また、エンジン６の掃気中は、従来のエンジンにおいては、燃料が混合された空気が流入しているが、筒内噴射式２サイクルエンジンにおいては、燃料が混合されていない空気がシリンダ１２に流入している。そして、掃気時の空気の酸素分子がセンサ部収納空間８１内に拡散流入すると、酸素成分が多くなり、図９に示す様に、従来よりもO2センサ６０の出力がリーン側にシフトする。なお、従来は、空気とともに、燃料分もセンサ部収納空間８１内に流入しており、O2センサ６０で、素子部分表面の触媒効果により流入した酸素分と燃料分とを酸化させることから、略正確に空燃比を判定することができる。そこで、スロットル開度が大きい時、およびエンジン回転数が高い時には、掃気流量が多く、掃気時の空気がセンサ部収納空間８１内に多量に拡散流入しているので、この様な場合には、O2センサ６０による空燃比制御を行うと、燃料消費量が増大するので、図１０に図示する様に、O2センサ６０による空燃比制御を行っていない。そして、たとえば、エンジン回転数やスロットル開度などに基づいて、燃料噴射量を制御している。一方、スロットル開度が小さく、かつ、エンジン回転数が低い時には、O2センサ６０による空燃比制御を行っている。
【００３１】
以上、本発明の実施の形態を詳述したが、本発明は、前記実施の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要旨の範囲内で、種々の変更を行うことが可能である。本発明の変更例を下記に例示する。
【００３２】
（１）前記実施の形態においては、２サイクルエンジン６は、船外機に搭載されているが、他の用途、たとえば、発電機や自動二輪車などに使用することも可能である。また、気筒数や気筒の配置などは適宜変更可能である。
（２）前記実施の形態においては、カラー８６はステンレス製であるが、シリンダボディ９の材質よりも断熱性を有している材質であれば、その材質は適宜変更可能である。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、鍔部が、カラーの外面の両端部側および中央部の３か所に形成されており、従来のカラーの鍔部と略同じ支持強度とすると、各鍔部の幅を従来の２個の鍔部のものよりも小さくすることができる。したがって、センサ用ホルダーの本体に接触しているセンサ側鍔部の幅を小さくでき、センサ用ホルダーの本体に逃げる熱の量を少なくすることができる。しかも、シリンダ側鍔部および中央部鍔部の２個の鍔部はシリンダ壁貫通孔内に位置しており、カラーよりも低温のセンサ用ホルダーの本体には接触しておらず、幅広の鍔部がセンサ用ホルダーの本体に接触している場合に比して、カラーから逃げる熱の量を格段に少なくすることができる。したがって、カラーの温度を上昇させて、カラー内でオイルを燃焼させることができる。その結果、カラー内での詰まりや、オイルのO2センサへの付着を極力防止することができる。
【００３４】
また、連通孔の径が、O2センサのセンサ部の径よりも大きい場合には、カラー、ガス導入孔、連通孔およびセンサ部収納空間で、共鳴箱を構成することができ、カラー内を多量の燃焼ガスが行き来して、カラーの温度を上昇させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は本発明の実施の形態の２サイクルエンジンを搭載した船外機の基本構成を示す模式的構成図である。
【図２】 図２は本発明の実施の形態の２サイクルエンジン要部の断面図である。
【図３】 図３は２サイクルエンジンの第１変形例である。
【図４】 図４は２サイクルエンジンの第２変形例である。
【図５】 図５はセンサ用ホルダーの内部空間およびカラーの共振周波数と、センサ用ホルダー内部の温度との関係を示すグラフである。
【図６】 図６はカラーの内径と、センサ用ホルダーの内部空間およびカラーの共振周波数との関係を示すグラフである。
【図７】 図７はセンサ用ホルダーの内部空間の容積と、センサ用ホルダーの内部空間およびカラーの共振周波数との関係を示すグラフである。
【図８】 図８はカラーの長さと、センサ用ホルダーの内部空間およびカラーの共振周波数との関係を示すグラフである。
【図９】 図９は空燃比と、O2センサの出力との関係を示すグラフである。
【図１０】 図１０は空燃比制御域と空燃比非制御域とを示すグラフである。
【図１１】 図１１は従来の２サイクルエンジンの要部断面図である。
【符号の説明】
６ ２サイクルエンジン
１２ シリンダ
１３ ピストン
６０ O2センサ
７１ シリンダの壁
７２ シリンダ壁貫通孔
７３ センサ用ホルダー
７６ センサ用ホルダーの本体
７７ O2センサのセンサ部
８１ センサ部収納空間
８２ ガス導入孔
８３ 連通孔
８６ カラー
８７ カラーの鍔部
【発明の属する技術分野】
本発明は、O2センサでシリンダ内の酸素を検出している２サイクルエンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料（ガソリン）を吸気管内に噴射する従来の２サイクルエンジンにおいては、潤滑オイル（以下、オイルと呼ぶ）が燃料と共にクランク室内に導入されるため、オイルが燃料で希釈されて粘度が低くなっている。そして、このオイルがシリンダ内に流入している。また、シリンダ内の燃焼ガス中の酸素を検出するために、O2センサが設けられている。
【０００３】
従来の２サイクルエンジンにおけるO2センサの取付構造を図１１で説明する。図１１は従来の２サイクルエンジンの要部断面図である。図１１において、シリンダ０１の壁０２には、貫通孔０３が形成されている。また、このシリンダ０１の外側には、センサ用ホルダー０８が設けられ、このセンサ用ホルダー０８にO2 センサ０７が取り付けられている。そして、センサ用ホルダー０８の内部には、 O2センサ０７のセンサ部０９が収納されるセンサ部収納空間０１１、シリンダ０１の貫通孔０３と同軸のガス導入孔０１２、およびセンサ部収納空間０１１とガス導入孔０１２とを連通させる細い連通孔０１３が形成されている。シリンダ０１の貫通孔０３およびセンサ用ホルダー０８のガス導入孔０１２の内部には、カラー０１６が嵌められている。このカラー０１６の両端部には、比較的幅のある鍔部０１７が設けられ、シリンダ側の鍔部０１７は貫通孔０３内に位置し、一方、センサ側の鍔部０１７は貫通孔０３内およびガス導入孔０１２内の両者にわたって位置している。そして、カラー０１６における両鍔部０１７の間の中央部は、貫通孔０３およびガス導入孔０１２には当接せずに、空間０２１が形成されている。このカラー０１６の内部を、高温の燃焼ガスが行き来しており、カラー０１６は高温となり、オイルなどが付着した際に燃焼させている。そして、カラー０１６の熱がシリンダ０１の壁０２やセンサ用ホルダー０８に逃げて、カラー０１６の温度が低下しないように、カラー０１６に鍔部０１７を設けて、前述の断熱用の空間０２１が形成されている。このカラー０１６の両鍔部０１７は、カラー０１６を支持しているので、支持強度を確保するために、幅広に形成されており、センサ側鍔部０１７は、シリンダ０１の壁０２およびセンサ用ホルダー０８の両者と接触している。そして、センサ用ホルダー０８がセンサ用ホルダー０６よりも温度が低いので、幅広のセンサ側鍔部０１７から比較的低温のセンサ用ホルダー０８へ熱が逃げている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、未燃焼燃料すなわち炭化水素（ＨＣ）の排出量を逓減するために、燃料を直接シリンダ内に噴射することが考えられている。この様に、燃料を直接シリンダ内に噴射すると、オイルは単独で、クランク室内に供給されることになり、粘性が大きくなる。そのため、O2センサ０７のセンサ部０９にオイルが付着することがあり、O2センサ０７の出力が異常となることがある。また、オイルが燃料で希釈されていないので、カラー０１６内に付着したオイルが燃えにくく炭化し、カラー０１６が詰まることがある。したがって、従来の２サイクルエンジンのカラー０１６よりも、さらに温度を上昇させて、カラー０１６内部でオイルを燃焼させることが望まれている。
【０００５】
本発明は、以上のような課題を解決するためのもので、O2センサに燃焼ガスを導くカラーを高温とすることができる２サイクルエンジンを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の２サイクルエンジン（６）は、シリンダ（１２）内を摺動するピストン（１３）と、前記シリンダの外側に設けられているセンサ用ホルダー（７３）と、このセンサ用ホルダーに取り付けられているO2センサ（６０）と、前記センサ用ホルダー本体（７６）の内部に形成されているとともに前記O2センサのセンサ部（７７）が収納されるセンサ部収納空間（８１）と、前記シリンダの壁（７１）を貫通しているシリンダ壁貫通孔（７２）と、前記センサ用ホルダー本体の内部に形成されているとともに前記シリンダ壁貫通孔と略同軸に形成されてシリンダ壁貫通孔と連通しているガス導入孔（８２）と、前記センサ用ホルダー本体の内部に形成されているとともに、前記ガス導入孔と前記センサ部収納空間とを連通させている連通孔（８３）と、前記シリンダ壁貫通孔およびガス導入孔の内部に嵌められている筒状のカラー（８６）とを備えている。そして、前記カラーの外面には、両端部側および中央部に各々鍔部（８７）が形成され、シリンダ側鍔部および中央部鍔部はシリンダ壁貫通孔内に位置しているとともにその周面がシリンダ壁貫通孔の内面に当接し、センサ側鍔部はガス導入孔内に位置しているとともにその周面がシリンダ壁貫通孔の内面に接触しない状態でガス導入孔の内面に当接している。
【０００７】
また、前記連通孔の径が、O2センサのセンサ部の径よりも大きい場合がある。
【０００８】
さらに、燃料が前記シリンダの内部に直接噴射される場合がある。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明における２サイクルエンジンの実施の一形態を図１ないし図１０を用いて説明する。図１は本発明の実施の形態の２サイクルエンジンを搭載した船外機の基本構成を示す模式的構成図である。図２は本発明の実施の形態の２サイクルエンジン要部の断面図である。図３は２サイクルエンジンの第１変形例である。図４は２サイクルエンジンの第２変形例である。図５はセンサ用ホルダーの内部空間およびカラーの共振周波数と、センサ用ホルダー内部の温度との関係を示すグラフである。図６はカラーの内径と、センサ用ホルダーの内部空間およびカラーの共振周波数との関係を示すグラフである。図７はセンサ用ホルダーの内部空間の容積と、センサ用ホルダーの内部空間およびカラーの共振周波数との関係を示すグラフである。図８はカラーの長さと、センサ用ホルダーの内部空間およびカラーの共振周波数との関係を示すグラフである。図９は空燃比と、O2センサの出力との関係を示すグラフである。図１０は空燃比制御域と空燃比非制御域とを示すグラフである。
【００１０】
図１に示す船外機１は、トップカウル２、エキゾーストガイド３、アッパーケース４及びロアーケース５で構成されるハウジングを有しており、トップカウル２内には筒内噴射式２サイクルエンジン６が収納されている。尚、２サイクルエンジン６の上下方向に配されたクランク軸７には、エキゾーストガイド３、アッパーケース４及びロアーケース５内に縦設された不図示のドライブ軸が連結されており、該ドライブ軸の下端は前後進切換機構を介してプロペラ軸（共に不図示）が連結されている。そして、プロペラ軸のロアーケース５外へ延出する後端部にはプロペラ８が取り付けられている。
【００１１】
筒内噴射式２サイクルエンジン６はＶ型６気筒エンジンであり、アルミ製のシリンダボディ９には６つの気筒１０ａ〜ｌ０ｆが、平面視略Ｖ形を成して横置き状態で上下方向に並設されており、シリンダボディ９の後端部にはシリンダヘッド１１が被着されている。
【００１２】
そして、シリンダボディ９に形成された各気筒１０ａ〜１０ｆのシリンダ１２（図２参照）には、各々ピストン１３が摺動自在に嵌装されており、該ピストン１３はコンロッド１４を介して前記クランク軸７に連結されている。
【００１３】
また、シリンダヘッド１１には、電極部が燃焼室に臨む点火プラグ１５と、燃料噴射口が燃焼室に開口するインジェクタ１６とが各気筒１０ａ〜１０ｆ毎にそれぞれ装着されている。
【００１４】
一方、シリンダボディ９の前部にはクランクケース１７が取り付けられており、このクランクケース１７内のクランク室には吸気マニホールドの吸気管１８が接続されており、この吸気管１８のクランク室への接続部には逆流防止用のリード弁１９が設けられ、このリード弁１９の上流側には吸気量を制御するためのスロットル弁２０が配設されている。そして、リード弁１９の下流側において、オイルポンプ２１によって潤滑オイルが吐出され、クランク室に潤滑オイルが供給されている。
【００１５】
次に、燃料供給系を図１に基づいて説明する。
図１に示す主燃料タンク３２内の燃料は、第１の低圧燃料ポンプ３３によってフィルタ３４を経て第２の低圧燃料ポンプ３５に送られる。この第２の低圧燃料ポンプ３５はエンジン６のクランク室のパルス圧によって駆動されるダイヤフラム式ポンプであって、燃料を気液分離装置であるベーパーセパレータタンク３６に送る。
【００１６】
このベーパーセパレータタンク３６内には電動モータによって駆動される燃料予圧ポンプ３７が配設されており、燃料はこの燃料予圧ポンプ３７によって加圧されて予圧配管３８を通って高圧燃料ポンプ３９に送られる。ここで、高圧燃料ポンプ３９の吐出側は各気筒１０ａ〜１０ｆに沿って縦方向に配設された燃料供給レール４０に高圧ホース４０ａを介して接続されるとともに、燃料戻し配管４１を介してベーパーセパレ一タタンク３６に接続されている。尚、燃料戻し配管４１の途中には高圧調整弁４２及び燃料冷却器４３が設けられている。又、予圧配管３８とベーパーセパレータタンク３６との間には予圧調整弁４４が設けられている。
【００１７】
そして、ベーパーセパレータタンク３６内の燃料は燃料予圧ポンプ３７によって例えば３〜１０ｋｇ／ｃｍ2 程度に予圧され、予圧された燃料は高圧燃料ポンプ３９によって５０〜１００ｋｇ／ｃｍ2 程度に加圧されて燃料供給レール４０から各インンジェクタ１６に供給され、各インジェクタ１６によって適当なタイミングで各気筒１０ａ〜１０ｆのシリンダ１２内に直接噴射される。尚、噴射されないで余った余剰燃料は高圧調整弁４２及び燃料冷却器４３を通過して燃料戻し配管４１からベーパーセパレータタンク３６に戻される。
【００１８】
前記点火プラグ１５、インジェクタ１６、オイルポンプ２１及び燃料予圧ポンプ３７はエンジン制御装置（ＥＣＵ）４５によって制御されるが、エンジン制御装置４５には、エンジン６の運転状態および、船外機１や船体の状態を示す各種センサからの検出信号が入力される。
【００１９】
即ち、エンジン制御装置４５には、クランク軸７の回転数を検出する回転センサ４６、特定気筒を判別する気筒判別センサ４７、シリンダボディ９の温度を検出するエンジン温度センサ４９、各気筒１０ａ〜１０ｆの背圧を検出する背圧センサ５０、スロットル弁２０の開度を検出するスロットル開度センサ５１、冷却水の温度を検出する冷却水温度センサ５２、エンジン６の振動を検出するエンジン振動センサ５３、エンジン６のマウント高さを検出するエンジンマウント高さ検出センサ５４、船外機１のニュートラル状態を検出するニュートラルセンサ５５、船外機１の傾動位置を検出するトリム角検出センサ５６、船速を検出する船速センサ５７、船体の姿勢を検出する姿勢センサ５８、大気圧を検出する大気圧センサ５９、燃焼ガスの酸素を検出するO2センサ６０及び燃料圧を検出する圧力センサ６１などからの検出信号がそれぞれ入力される。なお、O2センサ６０の取付構造の詳細は後述する。また、エンジン制御装置４５は、O2センサ６０の出力に基づいて、最適な空燃比となる様に、インジェクタ１６の燃料噴射量を制御している。
【００２０】
そして、筒内噴射式２サイクルエンジン６が始動されると、各気筒１０ａ〜１０ｆにおいて、ピストン１３がシリンダ１２内を下死点（ＢＤＣ）から上死点（ＴＤＣ）に向かって摺動する圧縮行程においては、クランク室内に発生する負圧に引かれて空気（新気）が吸気管１８内に吸引され、この空気はスロットル弁２０およびリード弁１９を通過した後、オイルポンプ２１によって吐出されたオイルと共にクランク室内に流入する。そして、クランク室内に流入した空気とオイルはその後の膨張行程において上死点から下死点に向かって摺動するピストン１３によって一次圧縮される。クランク室内のオイルは各部に供給されて各摺動部の潤滑に供される。
【００２１】
上述のようにピストン１３が下死点に向かって摺動して排気ポートが開き始めると、燃焼室での混合気の燃焼によって発生した高温・高圧の排気ガスが排気ポートから排気通路へと排出される。その後、掃気ポートが開くと、前のサイクルで一次圧縮されたクランク室内の空気がオイルと共に掃気通路を通って掃気ポートからシリンダ１２内に流入し、掃気される。
【００２２】
そして、圧縮行程において、ピストン１３によって掃気ポートが閉じられ、続いて排気ポートが閉じられると、シリンダ１２内の空気は圧縮され、この空気に、エンジン制御装置４５で制御されているインジェクタ１６から、適当なタイミングで適量の燃料が噴射されて所要の空燃比の混合気が形成される。そして、この混合気はピストン１３によって更に圧縮され、ピストン１３が上死点近傍に達した時点或は上死点を過ぎた直後の適当なタイミングで点火プラグ１５によって着火されて燃焼せしめられる。
【００２３】
そして、燃焼室での混合気の燃焼によって発生した高温・高圧の排気ガスは前述のように排気ポートを通って排気通路へと排出される。以後、上記と同様の作用が繰り返されて当該２サイクルエンジン６が連続して運転される。
【００２４】
ところで、前述のO2センサ６０は、図２に図示するような状態で、シリンダボディ９の外側（すなわち気筒１０ｄのシリンダ１２の外側）に取り付けられている。このO2センサ６０の取付構造を説明する。図２において、シリンダ１２の壁７１には、シリンダ壁貫通孔７２が形成されている。また、このシリンダ１２の外側（すなわち、シリンダボディ９の外側）には、センサ用ホルダー７３が設けられ、このセンサ用ホルダー７３にO2センサ６０が取り付けられている。そして、センサ用ホルダー７３の本体７６の内部には、O2センサ６０のセンサ部７７が収納されるセンサ部収納空間８１、シリンダ１２のシリンダ壁貫通孔７２と同軸のガス導入孔８２、およびセンサ部収納空間８１とガス導入孔８２とを連通させる細い連通孔８３が形成されている。この連通孔８３の径は、O2センサ６０のセンサ部７７の径よりも小さくなっている。そして、センサ部収納空間８１、ガス導入孔８２および連通孔８３でセンサ用ホルダー７３の本体７６の内部空間が形成されている。
【００２５】
また、シリンダ１２のシリンダ壁貫通孔７２およびセンサ用ホルダー７３のガス導入孔８２の内部には、シリンダボディ９のアルミよりも断熱性を有するステンレスなどからなる筒状のカラー８６が嵌められている。このカラー８６の両端部および中央部には、その外側に比較的幅の狭い鍔部８７が設けられている。シリンダ側鍔部８７および中央部鍔部８７はシリンダ壁貫通孔７２内に位置し、その外周面がシリンダ壁貫通孔７２の内面に当接している。一方、センサ側鍔部８７はガス導入孔８２内に位置し、その外周面がガス導入孔８２の内面に当接している。そして、カラー８６における鍔部８７同士の間は、シリンダ壁貫通孔７２およびガス導入孔８２には当接せずに、２個の空間８８が形成されている。このカラー８６の内部を、高温の燃焼ガスが行き来しており、カラー８６は高温となり、オイルなどが付着した際に燃焼させている。そして、カラー８６の熱がシリンダ１２の壁７１やセンサ用ホルダー７３の本体７６に逃げて、カラー８６の温度が低下しないように、カラー８６に３個の鍔部８７を設けて、前述の断熱用の空間８８が形成されている。このカラー８６の鍔部８７は、３個でカラー８６を支持しているので、従来のカラー０１６の鍔部０１７と略同じ支持強度とすると、各鍔部８７は、従来のカラー０１６の鍔部０１７よりも幅狭にすることができる。そして、２個の鍔部８７は、シリンダ１２の壁７１に接触しており、熱が逃げることは比較的少ない。また、残りの一個のセンサ側鍔部８７が、カラー８６よりも温度の低いセンサ用ホルダー７３の本体７６に接触しているが、前述のように、従来のカラー０１６の鍔部０１７よりも幅を狭くすることができるので、センサ用ホルダー７３の本体７６に逃げる熱の量を、従来のものに比して格段に少なくすることができる。また、空間８８に相当するカラー部分の肉厚が、内径／外径＞０．５に設定されており、通路肉厚化によりカラー本体の保温効果も向上させることができる。
【００２６】
次に、O2センサ６０の取付構造の第１変形例を図３で説明する。この第１変形例においては、センサ用ホルダー７３の本体７６の連通孔８３の径が、O2センサ６０のセンサ部７７の径よりも大きくなっており、センサ部収納空間８１と略同形となっている。センサ部収納空間８１、ガス導入孔８２、連通孔８３およびカラー８６で、共鳴箱が構成され、エンジン６の回転数が所定の回転数になると、共鳴して、燃焼ガスの行き来が活発化して、カラー８６の温度をさらに上昇させることができる。
【００２７】
次に、O2センサ６０の取付構造の第２変形例を図４で説明する。この第２変形例においては、カラー８６のセンサ側端部が、センサ側鍔部８７より延びて突出し延長部９１が形成されている。この延長部９１の長さを変更することにより、簡単にカラー８６の全長を変更することができる。そして、このカラー８６の長さの変更により、共振周波数を変更することができる。また、延長部９１の長さの異なるカラー８６と交換することにより、簡単に共振周波数を変更することができる。
【００２８】
そして、第１変形例や第２変形例の様に、共鳴箱を形成すると、カラー８６の温度を上昇させることができるとともに、センサ部収納空間８１の温度も上昇する。それにともなって、O2センサ６０のセンサ部７７の温度が上昇しすぎて、センサ部７７などが損傷することがある。そこで、センサ部収納空間８１内の温度と、共鳴箱の共振周波数との間には、図５に図示する様な関係があるので、センサ部収納空間８１内の温度を設定温度Ｔ以下にするために、共鳴箱の共振周波数をＮ(Hz)以上にする。すなわち、共鳴箱の共振周波数を、エンジン回転数が高い時に合わせることになる。
【００２９】
共鳴箱の共振周波数を変更する手段としては、図６に図示するカラー８６の内径の変更、図７に図示するセンサ用ホルダー７３の内部空間の容積の変更、および図８に図示するカラー８６の長さの変更がある。この様な変更により、センサ部収納空間８１内の温度を適切な温度に設定することができる。また、エンジン６の仕様により、センサ部収納空間８１内の温度特性が変化することがあるので、その際にも、カラー８６の内径の変更、センサ用ホルダー７３の内部空間の容積の変更、およびカラー８６の長さの変更により、共鳴箱の共振周波数を変更することが好ましい。
【００３０】
また、エンジン６の掃気中は、従来のエンジンにおいては、燃料が混合された空気が流入しているが、筒内噴射式２サイクルエンジンにおいては、燃料が混合されていない空気がシリンダ１２に流入している。そして、掃気時の空気の酸素分子がセンサ部収納空間８１内に拡散流入すると、酸素成分が多くなり、図９に示す様に、従来よりもO2センサ６０の出力がリーン側にシフトする。なお、従来は、空気とともに、燃料分もセンサ部収納空間８１内に流入しており、O2センサ６０で、素子部分表面の触媒効果により流入した酸素分と燃料分とを酸化させることから、略正確に空燃比を判定することができる。そこで、スロットル開度が大きい時、およびエンジン回転数が高い時には、掃気流量が多く、掃気時の空気がセンサ部収納空間８１内に多量に拡散流入しているので、この様な場合には、O2センサ６０による空燃比制御を行うと、燃料消費量が増大するので、図１０に図示する様に、O2センサ６０による空燃比制御を行っていない。そして、たとえば、エンジン回転数やスロットル開度などに基づいて、燃料噴射量を制御している。一方、スロットル開度が小さく、かつ、エンジン回転数が低い時には、O2センサ６０による空燃比制御を行っている。
【００３１】
以上、本発明の実施の形態を詳述したが、本発明は、前記実施の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要旨の範囲内で、種々の変更を行うことが可能である。本発明の変更例を下記に例示する。
【００３２】
（１）前記実施の形態においては、２サイクルエンジン６は、船外機に搭載されているが、他の用途、たとえば、発電機や自動二輪車などに使用することも可能である。また、気筒数や気筒の配置などは適宜変更可能である。
（２）前記実施の形態においては、カラー８６はステンレス製であるが、シリンダボディ９の材質よりも断熱性を有している材質であれば、その材質は適宜変更可能である。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、鍔部が、カラーの外面の両端部側および中央部の３か所に形成されており、従来のカラーの鍔部と略同じ支持強度とすると、各鍔部の幅を従来の２個の鍔部のものよりも小さくすることができる。したがって、センサ用ホルダーの本体に接触しているセンサ側鍔部の幅を小さくでき、センサ用ホルダーの本体に逃げる熱の量を少なくすることができる。しかも、シリンダ側鍔部および中央部鍔部の２個の鍔部はシリンダ壁貫通孔内に位置しており、カラーよりも低温のセンサ用ホルダーの本体には接触しておらず、幅広の鍔部がセンサ用ホルダーの本体に接触している場合に比して、カラーから逃げる熱の量を格段に少なくすることができる。したがって、カラーの温度を上昇させて、カラー内でオイルを燃焼させることができる。その結果、カラー内での詰まりや、オイルのO2センサへの付着を極力防止することができる。
【００３４】
また、連通孔の径が、O2センサのセンサ部の径よりも大きい場合には、カラー、ガス導入孔、連通孔およびセンサ部収納空間で、共鳴箱を構成することができ、カラー内を多量の燃焼ガスが行き来して、カラーの温度を上昇させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は本発明の実施の形態の２サイクルエンジンを搭載した船外機の基本構成を示す模式的構成図である。
【図２】 図２は本発明の実施の形態の２サイクルエンジン要部の断面図である。
【図３】 図３は２サイクルエンジンの第１変形例である。
【図４】 図４は２サイクルエンジンの第２変形例である。
【図５】 図５はセンサ用ホルダーの内部空間およびカラーの共振周波数と、センサ用ホルダー内部の温度との関係を示すグラフである。
【図６】 図６はカラーの内径と、センサ用ホルダーの内部空間およびカラーの共振周波数との関係を示すグラフである。
【図７】 図７はセンサ用ホルダーの内部空間の容積と、センサ用ホルダーの内部空間およびカラーの共振周波数との関係を示すグラフである。
【図８】 図８はカラーの長さと、センサ用ホルダーの内部空間およびカラーの共振周波数との関係を示すグラフである。
【図９】 図９は空燃比と、O2センサの出力との関係を示すグラフである。
【図１０】 図１０は空燃比制御域と空燃比非制御域とを示すグラフである。
【図１１】 図１１は従来の２サイクルエンジンの要部断面図である。
【符号の説明】
６ ２サイクルエンジン
１２ シリンダ
１３ ピストン
６０ O2センサ
７１ シリンダの壁
７２ シリンダ壁貫通孔
７３ センサ用ホルダー
７６ センサ用ホルダーの本体
７７ O2センサのセンサ部
８１ センサ部収納空間
８２ ガス導入孔
８３ 連通孔
８６ カラー
８７ カラーの鍔部
Claims (3)
- シリンダ内を摺動するピストンと、
前記シリンダの外側に設けられているセンサ用ホルダーと、
このセンサ用ホルダーに取り付けられているO2センサと、
前記センサ用ホルダー本体の内部に形成されているとともに前記O2センサのセンサ部が収納されるセンサ部収納空間と、
前記シリンダの壁を貫通しているシリンダ壁貫通孔と、
前記センサ用ホルダー本体の内部に形成されているとともに前記シリンダ壁貫通孔と略同軸に形成されてシリンダ壁貫通孔と連通しているガス導入孔と、
前記センサ用ホルダー本体の内部に形成されているとともに、前記ガス導入孔と前記センサ部収納空間とを連通させている連通孔と、
前記シリンダ壁貫通孔およびガス導入孔の内部に嵌められている筒状のカラーとを備え、
前記カラーの外面には、両端部側および中央部に各々鍔部が形成され、
シリンダ側鍔部および中央部鍔部はシリンダ壁貫通孔内に位置しているとともにその周面がシリンダ壁貫通孔の内面に当接し、センサ側鍔部はガス導入孔内に位置しているとともにその周面がシリンダ壁貫通孔の内面に接触しない状態でガス導入孔の内面に当接していることを特徴とする２サイクルエンジン。 - 前記連通孔の径が、O2センサのセンサ部の径よりも大きいことを特徴とする請求項１記載の２サイクルエンジン。
- 燃料が前記シリンダの内部に直接噴射されることを特徴とする請求項１または２記載の２サイクルエンジン。
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