JP4288032B2

JP4288032B2 - ２サイクルエンジン

Info

Publication number: JP4288032B2
Application number: JP2002003392A
Authority: JP
Inventors: 芳隆河原; 和憲工藤; 芳雄小林
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-01-10
Filing date: 2002-01-10
Publication date: 2009-07-01
Anticipated expiration: 2022-01-10
Also published as: JP2003206744A

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、特にクランク室圧縮式汎用２サイクルエンジンであって、シリンダの周方向に沿って配設された排気孔と掃気孔とを備えピストンの下降時に排気孔、掃気孔の順に開口するように構成された２サイクルエンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７〜図９は、クランクケース圧縮式２サイクルガソリンの従来技術の１例を示し、図７はシリンダ中心線及びクランク軸心に沿う断面図、図８はシリンダ中心を含みクランク軸心に直角な断面図（図７のＺ−Ｚ線断面図）、図９は掃、排気流量のクランク角度に対する変化を示す線図である。
【０００３】
図７〜図８において、１はクランクケース、２５は該クランクケース１の内部に形成されたクランク室、２はシリンダで、該シリンダ２は、前記クランクケース１との合せ面１ａにて複数のボルト（図示省略）によって流体密に固着されている。４はピストン、１７は点火プラグ、５はクランク軸、２４はピストンピン、６は該ピストンピン２４に嵌装され前記ピストンとクランク軸５とを連結するコネクティングロッド、２３は前記クランク軸５をクランクケース１に回転自在に支持する主軸受である。
【０００４】
また、２２は前記シリンダ２の内面とピストン４の上面とにより区画形成された燃焼室である。１１は前記シリンダ２の側部に開設された排気孔、１３ａ、１３ｂは該シリンダ２の側部に対をなして開設された掃気孔である。該掃気孔１３ａ、１３ｂは、図７に示すように、排気孔１１に対して円周方向に略９０゜の位置に互いに対向して設けられている。
そして前記排気孔１１及び掃気孔１３ａ、１３ｂは、ピストン４の下降時にまず排気孔１１が開口し、次いで掃気孔１３ａ、１３ｂが開口するように配置されている。
また、前記掃気孔１３ａ、１３ｂは、前記燃焼室２２を構成するシリンダ２の内部及びクランクケース１の内部に形成された掃気通路１４ａ、１４ｂを介してクランク室２５と連通している。１２は前記シリンダ２の側部に設置された吸気孔で、該吸気孔１２は外部と気化器及び空気清浄器（何れも図示省略）を介して連通されている。
【０００５】
かかる従来のクランクケース圧縮式２サイクルエンジンの運転時において、燃焼室２２内における混合ガスの爆発、燃焼によってピストン４が押し下げられてクランク軸５を回転させる。前記ピストン４が下降し該ピストン４により排気孔１１が開口されると、燃焼室２２内の燃焼ガスが排気ガスとなって排気孔１１から排出されてマフラ（図示省略）に送られる。
更にピストン４が下降すると該ピストン４により前記掃気孔１３ａ、１３ｂが開口せしめられ、該ピストン４で圧縮されたクランク室２５内の新気（混合ガス）が掃気通路１４ａ、１４ｂを通り前記各掃気孔１３ａ、１３ｂから燃焼室２２内に流入する。
【０００６】
前記新気（混合ガス）が該燃焼室２２内を流動することにより、図９に示すように、燃焼室２２内に残留している排気ガスを排気孔１１に押し出す掃気作用を行うと共に、この新気が燃焼室２２内に充填される。かかる掃気作用後、ピストン４の上昇によって前記掃気孔１３ａ、１３ｂ及び排気孔１１が閉じ、燃焼室２２内には、前記新気と掃気作用で置換されなかった残留ガスとが混在する。
さらにピストン４が上昇するとクランク室２５の容積が拡大し圧力が低下する。該ピストン４が上死点に近づくと該ピストン４の下縁により吸気孔１２が開口せしめられ、クランク室２５の負圧により気化器（図示省略）からの新気（混合ガス）がクランク室２５内に吸引される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
かかるクランクケース圧縮式２サイクルエンジンの運転時において、前記排気孔１１及び掃気孔１３ａ、１３ｂが閉じたときのシリンダ容積（燃焼室２２の容積）と新気との割合を掃気効率と称し、燃焼室２２内に充填される新気の量が増大することによって、即ち前記掃気効率の増加によって燃焼量が増大しエンジン出力が増大する。
一方、エンジンの燃料消費率（以下燃費率という）は、主として掃気行程中に排気孔１１に吹き抜ける新気の割合によって決まるので、この吹き抜け量を減少し、燃費率を低減する技術が種々提案されている。
【０００８】
気化器（図示省略）から供給される新気量のうち、排気孔１１から吹き抜けずに燃焼室２２内に充填される新気の割合を給気効率と称する。前記燃費率の低減は、排気ガス中のＨＣ（炭化水素）等の有害物質を低減することにもなるので、この方面の技術も近年多く提案されている。
かかる技術として、特願平８−２７４９８９、特願平１１−１２２５９９等の発明が提案されている。これは、吸気系を空気と混合気に分けた２系統とし、初期の掃気を空気により行うことにより燃料成分の吹き抜けを抑制するものである。
【０００９】
しかしながら、かかる発明にあっては、２系統の吸気装置を設置することを要するため構造が複雑になる他、空気系及び混合気系の通路形状、流量制御のデバイスが異なることにより運転条件の広い範囲で、安定的に最適な流量比を維持することが困難である、等の問題点を有している。
【００１０】
本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、吸気装置の追設、流量制御装置等の格別な装置を必要とせず簡単かつ低コストの構造で以って新気の吹き抜けを抑制可能として、掃気効率及び給気効率を向上せしめることによりエンジンの燃料消費率を低下するとともに排気ガス中のＨＣ等の有害物質を低減させた２サイクルエンジンを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる課題を解決するため、請求項１記載の発明として、シリンダの周方向に沿ってピストンの往復動によって開閉される排気孔と掃気孔とを備えて、前記ピストンの下降時に排気孔、掃気孔の順に開口するように構成された２サイクルエンジンにおいて、前記ピストンの往復動によって開閉され該ピストンの下降時（排気行程時）に前記排気孔と同時または該排気孔よりも早期に開口されるパルス孔を、シリンダ周方向において前記排気孔の両側に２個設けられた掃気孔と前記排気孔との間に各１個備えるとともに、それぞれのパルス孔をシリンダ内の前記各掃気孔の近傍に向かうように開口し、前記パルス孔に連通されシリンダ内のガスが該パルス孔を介して給排されるパルス室を設け、前記ピストンの下降時（排気行程時）にシリンダ内のガスを前記パルス孔を通して前記パルス室に貯え、前記掃気孔の開口時に該パルス室内のガスを前記パルス孔を通して前記シリンダ内に前記各掃気孔の近傍に向かうように送出して、前記掃気孔からの新気の流れが前記排気孔の方に流れるのを抑えるように構成されてなることを特徴とする２サイクルエンジンを提案する。
【００１２】
請求項１において好ましくは請求項２のように、前記パルス室を前記排気孔に連通されるマフラ内に区画形成するのがよい。
【００１３】
【００１４】
請求項３ないし４記載の発明は、前記パルス孔及び排気孔の具体的構造に係り、請求項３の発明は請求項１において、前記各パルス孔の上縁と前記排気孔の上縁とを前記シリンダの軸線方向において同一線上に配置してなることを特徴とする。
【００１５】
請求項４の発明は請求項１において、前記排気孔は、シリンダ周方向において前記各パルス孔の下方部位に延設された周方向拡張部を形成してなることを特徴とする。
【００１６】
かかる発明によれば、ピストンの下降によって排気孔と同時または該排気孔よりも早期にパルス孔が開口されるとシリンダ内（燃焼室内）のガスが該パルス孔を通ってパルス室内に導入されて該パルス室に貯えられる。そしてピストンのさらなる下降によってシリンダ内の圧力が低下し掃気孔が開口され新気がシリンダ内に流入する時期になると前記パルス室内に貯えられたガスが前記パルス孔を通り、シリンダ内の掃気孔近傍に向けて吹き出す。
【００１７】
従ってかかる発明によれば、パルス孔を通しての掃気孔近傍へのガスの吹き出しによって、掃気孔から排気孔に向かう新気の流れが抑制され、掃気孔からシリンダ内に流入した新気が排気流に引き摺られて排気孔側に流れて該排気孔に吹き抜けるのが防止される。
これにより、シリンダ内における新気の充填量が増大して給気効率及び掃気効率が向上して、エンジンの燃料消費率が低減されるとともにＨＣ等の有害ガスの排出も抑制される。
【００１８】
また、従来技術のような、吸気装置の追設あるいは流量制御装置等の格別な装置を必要とせず、排気孔の近傍にパルス孔を設けるとともにマフラの内部等にパルス孔に連通されるパルス室を設けるという、きわめて簡単かつ低コストの構造で以って、前記のような新気の排気孔側への吹き抜けを防止することができる。
【００１９】
さらに請求項４記載のように構成すれば、各パルス孔の下方部位にシリンダ周方向に延設された排気孔の周方向拡張部を形成することにより、排気孔面積を大きく取ることができるとともに、各パルス孔の位置が排気孔により近くなるので、パルス孔から燃焼室に吹き出すガス流の向きをシリンダの中央部に向けることができて新気の吹き抜け防止効果をさらに向上できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載される構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載が無い限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
【００２１】
図１は本発明の第１実施例に係るクランク室圧縮式２サイクルガソリンエンジンのシリンダ中心線に沿うクランク軸心線に直角な断面図、図２は図１のＡ−Ａ線に沿う断面図、図３は図１のＢ−Ｂ矢視図である。図４は前記実施例における排気孔、掃気孔、及びパルス孔の開口タイミング線図である。図５は第２実施例を示す図３対応図、図６は第３実施例を示す図３対応図である。
【００２２】
図１〜図３において、１はクランクケース、２５は該クランクケース１の内部に形成されたクランク室である。２はシリンダで、前記クランクケース１との合せ面１ａにて複数のボルト（図示省略）によって流体密に固着されている。４はピストン、１７は点火プラグ、５はクランク軸、２４はピストンピン、６は該ピストンピン２４に嵌装され前記ピストン４とクランク軸５とを連結するコネクティングロッドである。
【００２３】
また、２２は前記シリンダ２の内面とピストン４の上面とにより区画形成された燃焼室である。１１は前記シリンダ２の側部に開設された排気孔、１３ａ、１３ｂは該シリンダ２の側部に対をなして開設された掃気孔である。該掃気孔１３ａ、１３ｂは、図２に示すように、排気孔１１に対して円周方向に略９０゜の位置に互いに対向して設けられている。
そして前記排気孔１１及び掃気孔１３ａ、１３ｂは、ピストン４の下降時にまず排気孔１１が開口し、次いで掃気孔１３ａ、１３ｂが開口するように配置されている。また、前記掃気孔１３ａ、１３ｂは、前記燃焼室２２を構成するシリンダ２の内部及びクランクケース１の内部に形成された掃気通路１４ａ、１４ｂ（図７参照）を介してクランク室２５と連通している。１２は前記シリンダ２の側部に設置された吸気孔で、該吸気孔１２は外部と気化器及び空気清浄器（何れも図示省略）を介して連通されている。
以上に示す基本構成は、図７〜８に示す従来技術と同様である。
【００２４】
６１は前記排気孔１１に連通されるマフラ、６３は該マフラ６１の排気出口を構成するテールパイプである。前記マフラ６１は、前記シリンダ２の側部にねじ込まれたスタッドボルト６６及びナット６７により該シリンダ２に固着されている。６８は前記スタッドボルト６６が挿通される補強用のパイプである。
５５はマフラ６１内に独立して区画形成されたパルス室である。５１ａ及び５１ｂは前記パルス室５５とシリンダ２内（燃焼室２２）とを連通するパルス孔である。該パルス孔５１ａ及び５１ｂは図２及び図３に示すように、前記シリンダ２の前記排気孔１１の両側部位に各１個穿孔されている。
従って前記パルス室５５は前記パルス孔５１ａ及び５１ｂのみでシリンダ２内と連通され、ピストン４が該パルス穴５１ａ及び５１ｂを閉じているときには密閉状態となる。また、該パルス室５５は、この実施例のようにパルス穴５１ａ及び５１ｂに共通して１個設けても、パルス穴５１ａ、５１ｂ毎に独立して各１個設けてもよい。
【００２５】
また、該２個のパルス孔５１ａ及び５１ｂは、そのシリンダ２内における開口端がシリンダ周方向において前記排気孔１１と前記各掃気孔１３ａ及び１３ｂとの間に位置し、かつシリンダ２内開口部が前記各掃気孔１３ａ及び１３ｂ側に向くように設けられている。さらに前記２個のパルス孔５１ａ及び５１ｂは、図３に示すように、その上縁線２１が前記排気孔１１の上縁１１ａよりも一定距離Ｃだけ上方に位置せしめられて、前記ピストン４の下降時（排気行程時）に前記排気孔１１よりも早期に開口されるようになっている。
【００２６】
かかる構成からなるクランクケース圧縮式２サイクルエンジンの運転時において、燃焼室２２内における混合ガスの爆発、燃焼によってピストン４が押し下げられてクランク軸５を回転させる。
前記ピストン４の下降時において、先ず該ピストン４によりパルス孔５１ａ及び５１ｂが開口され、燃焼室２２の高圧燃焼ガスが該パルス孔５１ａ及び５１ｂを経てパルス室５５内に充填される。
ピストン４がさらに下降すると該ピストン４により排気孔１１が開口され、燃焼室２２内の高温高圧ガスは排気孔１１からマフラ６１を経てテールパイプ６３から外部に排出される。
【００２７】
そして、前記燃焼室２２内の圧力が低下すると、前記パルス室５５に充填された燃焼ガスが、今度は燃焼室２２に向けて吹き出す。この時期には、ピストン４のさらなる下降により前記掃気孔１３ａ、１３ｂが開口せしめられ、該ピストン４で圧縮されたクランク室２５内の新気（混合ガス）が掃気通路１４ａ、１４ｂ（図７参照）を通り前記各掃気孔１３ａ、１３ｂから燃焼室２２内に流入する。
【００２８】
図４は前記のような、排気孔１１、掃気孔１３ａ、１３ｂ及びパルス孔５１ａ、５１ｂの流量の時間的な変化を示している。
図４において、パルス孔部５１ａ、５１ｂの流量は、燃焼室２２からパルス室５５へ流れる向きを正の方向とし、パルス室５５から燃焼室２２（シリンダ２内）に流出する方向を負の流量で示している。先ず、燃焼室２２からパルス室５５への流れが生じ、次いで排気孔部１１でマフラ６１に流れる排気流が続く。掃気孔１３ａ、１３ｂが開かれ掃気流量が立ち上がる時期には、パルス室５５から燃焼室２２（シリンダ２内）へ逆流する流れが発生する。
このパルス室５５から燃焼室２２（シリンダ２内）への流れは、前記２個のパルス孔５１ａ、５１ｂのシリンダ２内開口部の向きが夫々２個の掃気孔１３ａ、１３ｂに向かっているため、該掃気孔１３ａ、１３ｂから燃焼室２２（シリンダ２内）に吹き出される新気の流れが排気流に引き摺られて排気孔１１の方に流れるのが回避され、新気の吹き抜けを抑制できる。
【００２９】
前記のようにして排気孔１１側への吹き抜けが抑制された新気（混合ガス）が該燃焼室２２内を流動することにより、燃焼室２２内に残留している燃焼ガスを排気孔１１に押し出す掃気作用を行うと共に、この新気が燃焼室２２内に充填される。
かかる掃気作用後、ピストン４の上昇によって前記掃気孔１３ａ、１３ｂ及び排気孔１１が閉じ、燃焼室２２内には、前記新気と掃気作用で置換されなかった残留ガスとが混在する。
さらにピストン４が上昇するとクランク室２５の容積が拡大し圧力が低下する。該ピストン４が上死点に近づくと該ピストン４の下縁により吸気孔１２が開口せしめられ、クランク室２５の負圧により気化器（図示省略）からの新気（混合ガス）がクランク室２５内に吸引される。
【００３０】
図５に示す第２実施例においては、排気孔１１を、シリンダ周方向において前記各パルス孔５１ａ、５１ｂの下方部位に延設された周方向拡張部１１ｂを形成した構造としている。
かかる第２実施例によれば、前記各パルス孔５１ａ、５１ｂの下方部位にシリンダ周方向に延設された排気孔の周方向拡張部１１ｂを形成することにより、排気孔面積を大きく取ることができる。また、前記各パルス孔５１ａ、５１ｂの位置が前記第１実施例よりも排気孔１１に近くなるので、パルス孔５１ａ、５１ｂから燃焼室２２に吹き出すガス流の向きをシリンダ２の中央部に向けることができて新気の吹き抜け防止効果がさらに向上する。
その他の構成は、図示を省略したが、前記第１実施例と同様である。
【００３１】
図６に示す第３実施例においては、前記各パルス孔５１ａ、５１ｂの上縁線２１を前記排気孔の上縁と前記シリンダ２の軸線方向において同一線上に配置し、該パルス孔５１ａ、５１ｂの開口時期を排気孔１１と同時期にしている。
かかる第３実施例によれば、マフラ部６１の通路面積、長さとの関係において、初期の排気孔１１からの流動を抑えた条件の場合に効果的であり、この場合は掃気孔１３ａ、１３ｂの開口タイミングも遅らせているので前記パルス孔５１ａ、５１ｂの開口を遅らせて、より遅いタイミングで掃気の流れをコントロールすることが可能となる。
その他の構成は、図示を省略したが、前記第１実施例と同様である。
【００３２】
【発明の効果】
以上記載の如く本発明によれば、排気孔と同時または該排気孔よりも早期に開口されるパルス孔及び該パルス孔を通してガスを貯えるパルス室を設けることにより、パルス孔を通して該パルス室に貯えられたガスを掃気孔近傍へ吹き出すことによって、掃気孔から排気孔に向かう新気の流れが抑制され、掃気孔からシリンダ内に流入した新気が排気流に引き摺られて排気孔側に流れて該排気孔に吹き抜けるのを防止できる。
これにより、シリンダ内における新気の充填量が増大して給気効率及び掃気効率が向上し、エンジンの燃料消費率を低減できるとともにＨＣ等の有害ガスの排出も抑制することができる。
【００３３】
また、排気孔の近傍にパルス孔を設けるとともにマフラの内部等にパルス孔に連通されるパルス室を設けるという、きわめて簡単かつ低コストの構造で以って、前記のような新気の排気孔側への吹き抜けを防止することができる。
【００３４】
さらに請求項４記載のように構成すれば、各パルス孔の下方部位にシリンダ周方向に延設された排気孔の周方向拡張部を形成することにより、排気孔面積を大きく取ることができるとともに、各パルス孔の位置が排気孔により近くなるので、パルス孔から燃焼室に吹き出すガス流の向きをシリンダの中央部に向けることができて新気の吹き抜け防止効果をさらに向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係るクランク室圧縮式２サイクルガソリンエンジンのシリンダ中心線に沿うクランク軸心線に直角な断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ矢視図である。
【図４】前記第１実施例における排気孔、掃気孔、及びパルス孔の開口タイミング線図である。
【図５】第２実施例を示す図３対応図である。
【図６】第３実施例を示す図３対応図である。
【図７】従来のクランク室圧縮式２サイクルガソリンエンジンにおけるシリンダ中心線及びクランク軸心に沿う断面図である。
【図８】前記従来技術におけるシリンダ中心を含みクランク軸心に直角な断面図（図７のＺ−Ｚ線断面図）である。
【図９】前記従来技術における掃、排気流量のクランク角度に対する変化を示す線図である。
【符号の説明】
１クランクケース
２シリンダ
４ピストン
５クランク軸
１１排気孔
１２吸気孔
１３ａ、１３ｂ掃気孔
１４ａ、１４ｂ掃気通路
２２燃焼室
２５クランク室
５１ａ、５１ｂパルス孔
５５パルス室
６１マフラ
６３テールパイプ

Claims

シリンダの周方向に沿ってピストンの往復動によって開閉される排気孔と掃気孔とを備えて、前記ピストンの下降時に排気孔、掃気孔の順に開口するように構成された２サイクルエンジンにおいて、
前記ピストンの往復動によって開閉され該ピストンの下降時（排気行程時）に前記排気孔と同時または該排気孔よりも早期に開口されるパルス孔を、シリンダ周方向において前記排気孔の両側に２個設けられた掃気孔と前記排気孔との間に各１個備えるとともに、それぞれのパルス孔をシリンダ内の前記各掃気孔の近傍に向かうように開口し、前記パルス孔に連通されシリンダ内のガスが該パルス孔を介して給排されるパルス室を設け、前記ピストンの下降時（排気行程時）にシリンダ内のガスを前記パルス孔を通して前記パルス室に貯え、前記掃気孔の開口時に該パルス室内のガスを前記パルス孔を通して前記シリンダ内に前記各掃気孔の近傍に向かうように送出して、前記掃気孔からの新気の流れが前記排気孔の方に流れるのを抑えるように構成されてなることを特徴とする２サイクルエンジン。
前記パルス室を前記排気孔に連通されるマフラ内に区画形成したことを特徴とする請求項１記載の２サイクルエンジン。
前記各パルス孔の上縁と前記排気孔の上縁とを前記シリンダの軸線方向において同一線上に配置してなることを特徴とする請求項１記載の２サイクルエンジン。
前記排気孔は、シリンダ周方向において前記各パルス孔の下方部位に延設された周方向拡張部を形成してなることを特徴とする請求項１記載の２サイクルエンジン。