JP5006972B2 - 層状掃気２ストロークエンジン - Google Patents

Description

本発明は、層状掃気２ストロークエンジンに関する。特に、空気による先行掃気が行われる空気先導式の層状掃気２ストロークエンジンに関する。

日本国特許出願公開２００１−２５４６２４号公報（文献１）に、空気先導式の層状掃気２ストロークエンジンが開示されている。この２ストロークエンジンは、ピストンと、ピストンが往復動可能に収容されているシリンダと、ピストンにコンロッドを介して接続されているクランクシャフトと、クランクシャフトが回転可能に収容されているクランクケースを備えている。また、この２ストロークエンジンには、クランクケース内に混合気（燃料と空気の混合気）を導入する混合気通路と、クランクケース内に開口する掃気流入口からシリンダ内に開口する掃気ポートまで伸びている掃気通路と、掃気通路の中間位置に接続されている空気通路が形成されている。

この２ストロークエンジンでは、ピストンの上昇行程時に、クランクケースに発生した負圧が掃気流入口を経て掃気通路に作用し、空気通路からの空気が掃気通路に導入される。掃気通路に導入された空気は、ピストンの下降行程時に、混合気に先立ってシリンダ内に導入される。シリンダ内から燃焼ガスが掃気される際に、燃焼ガスと混合気との間に空気層が形成されることから、混合気の吹き抜けが防止され、未燃焼ガスの排出を抑制することができる。

国際公開第９８／５７０５３号パンフレット（文献２）に、他の空気先導式の層状掃気２ストロークエンジンが開示されている。この２ストロークエンジンでは、ピストンの上昇行程時に、空気通路がピストンを介して掃気ポートに接続される。それにより、掃気通路への空気の充填が、掃気ポートから行われる。この構成によると、掃気通路に空気を充填する際に、掃気ポートの近傍に混合気が残存することを防止することができる。

従来の２ストロークエンジンでは、掃気通路に空気を充填する際に、空気通路から掃気通路に流入した空気が、掃気通路内をクランクケースの掃気流入口に向かって流れる。その後、掃気通路に流入した空気は、掃気通路内をシリンダの掃気ポートに向かって、シリンダ内に導入される。即ち、従来の２ストロークエンジンでは、掃気通路へ充填された空気が、シリンダへ導入される際に、その流れ方向を反転する必要がある。このような構成であると、掃気通路に充填された空気に、クランクケースからの混合気が混ざり合いやすい。その結果、シリンダに先行導入する空気にも燃料が含まれてしまい、燃料を未燃焼のままで排出させてしまうことになる。

本発明は、上記の問題を解決する。本発明は、空気先導式の層状掃気２ストロークエンジンにおいて、未燃焼ガスの排出量を低減する技術を提供する。

本発明によって具現化される層状掃気２ストロークエンジンは、ピストンと、ピストンが往復動可能に収容されているシリンダと、ピストンにコンロッドを介して接続されているクランクシャフトと、クランクシャフトが回転可能に収容されているクランクケースと、クランクケース内に混合気を導入する混合気通路と、クランクケース内に開口する掃気流入口からシリンダ内に開口する掃気ポートまで伸びている掃気通路と、掃気通路の中間位置に接続されている空気通路を備えている。このエンジンでは、ピストンが反クランクケース側へ移動する上昇行程の一部の期間において、負圧の発生したクランクケースが掃気ポートを経て掃気通路に接続される。

ここで、本明細書では、便宜上、シリンダの軸線に平行であって反クランクケースに向かう方向を上方と表現し、シリンダの軸線に平行であってクランクケースに向かう方向を下方と表現することがある。従って、ピストンが反クランクケース側へ移動する行程を上昇行程と表現し、ピストンがクランクケース側へ移動する行程を下降行程と表現することがある。

本発明によって具現化されるエンジンでは、掃気通路へ導入された空気の少なくとも一部が、その流れ方向を反転することなく、シリンダ内へ流入することができる。掃気通路において空気の流れに乱れが生じにくく、掃気通路に導入された空気に混合気が混ざり合うことを抑制することができる。シリンダ内に先行導入する空気に含まれる燃料を有意に減少させることができ、燃料が未燃焼のままで外部に排出されることを防止することができる。

掃気通路では、空気通路から導入された空気の多くが、掃気流入口ではなく、掃気ポートに向って流れることが好ましい。それにより、掃気通路において空気の流れに乱れが生じることを防ぎ、導入した空気に混合気が混ざり合うことを効果的に防止することできる。この点に関して、２ストロークエンジンは、下記する特徴の少なくとも一つを有することが好ましい。

第１に、掃気通路では、空気通路の接続位置から前記掃気ポートへ向う流れに対する抵抗が、前記空気通路の接続位置から前記掃気流入口へ向う流れに対する抵抗よりも、小さいことが好ましい。この構成によると、空気通路から掃気通路へ導入された空気は、抵抗の少ない掃気ポートに向って、より多く流れることができる。

第２に、掃気通路では、空気通路の接続位置から掃気流入口へ向う流れに対する抵抗が、掃気流入口から空気通路の接続位置へ向う流れに対する抵抗よりも、大きいことが好ましい。この構成によると、掃気通路に導入された空気が掃気流入口へ向って流れることを抑制できる一方で、その後にクランクケースから掃気通路に流れ込む混合気をシリンダへスムーズに送り込むことができる。

第３に、掃気通路では、負圧の発生したクランクケースが掃気ポートを経て掃気通路に接続されている間、空気通路の接続位置から掃気流入口までの区間が実質的に閉鎖されることが好ましい。この構成によると、空気通路から掃気通路へ導入された空気は、掃気流入口へ向うことなく、掃気ポートに向ってスムーズに流れることができる。

第４に、掃気通路では、空気通路の接続位置から掃気流入口に向って流れる空気の量が、空気通路から掃気通路に導入された空気の全量に対して、１０パーセント以下であることが好ましい。この構成によると、掃気通路において空気の流れに生じる乱れを十分に抑制でき、掃気通路に導入された空気に混合気が混ざり合うことを有意に抑制できることが確認されている。

上記した特徴のそれぞれは、様々な構造によって具体化することができ、特定の構造に限定されるものではない。ただし、最も好ましい具体例の一つとして、掃気通路には、掃気流入口側への流れを禁止する第１逆止弁が、掃気流入口から空気通路の接続位置までの区間に設けられていることが好ましい。この構成によると、上記した全ての特徴を具備する２サイクルエンジンを具現化することができる。加えて、空気通路から掃気通路に導入された空気のほぼ全てが掃気ポートに向って流れ、掃気通路において空気の流れに反転が生じないことから、理想的な層状掃気を実現することができる。

掃気通路では、空気通路の接続位置から掃気ポートまでの区間へ、多く空気を導入することが好ましい。そのことから、掃気通路は、空気通路の接続位置から掃気ポートまでの区間の長さが、空気通路の接続位置から掃気通路の掃気流入口までの区間の長さよりも、長いことが好ましい。あるいは、空気通路の接続位置から掃気ポートまでの区間の容積が、空気通路の接続位置から掃気流入口までの区間の容積よりも、大きいことが好ましい。

本発明によると、２ストロークエンジンにおいて、未燃焼ガスの排出量を低減することができる。それにより、２ストロークエンジンの環境性能を顕著に向上させることができる。

実施例のエンジンの縦断面図。

図１中のII−II線断面図

ピストンの上昇行程の終期の状態を示す図。

ピストンが上死点に位置する状態を示す図。

ピストンの下降行程の中期の状態を示す図。

ピストンの下降行程の終期の状態を示す図。

ピストンの上昇行程の中期の状態を示す図。

本明細書で開示される実施例の好適な特徴を列記する。
（特徴１） 掃気ポートの少なくとも一部は、ピストンの上昇行程の一部の期間において、ピストンの下方で開放される。それにより、負圧の発生したクランクケースに、掃気ポートを経て掃気通路が接続される。ただし、負圧の発生したクランクケースに掃気ポートを経て掃気通路を接続する構成は、実施例で採用された上記の構成に限定されない。例えば、ピストン側面に貫通孔を形成しておき、ピストンの上昇行程の一部の期間において、掃気ポートがピストン側面の貫通孔に連通する構成としてもよい。あるいは、ピストン側面にその下端へ連なる溝を形成しておき、ピストンの上昇行程の一部の期間において、掃気ポートがピストン側面の溝に連通する構成としてもよい。なお、ピストン側面に、上記した貫通孔と溝の両者を形成しておくこともできる。

（特徴２） 掃気通路では、掃気流入口から前記空気通路の接続位置までの区間に、第１リード弁が設けられている。第１リードバルブは、逆止弁の一種であり、掃気流入口に向う流れを禁止する向きに取り付けられている。なお、第１リードバルブは、他の種類の逆止弁に変更することもできる。

（特徴３） 掃気通路では、第１リードバルブが設けられていることにより、空気通路の接続位置から掃気ポートへ向う流れに対する抵抗が、空気通路の接続位置から前記掃気流入口へ向う流れに対する抵抗よりも、小さくなっている。それにより、空気通路から導入された空気のほとんどが、掃気流入口ではなく、掃気ポートに向って流れることができる。なお、本実施例の第１リードバルブは、空気通路の接続位置から前記掃気流入口へ向う流れに対して、掃気通路を完全に閉鎖することができるが、第１リードバルブは、空気通路の接続位置から前記掃気流入口へ向う流れに対して、掃気通路を部分的に閉鎖するものであってもよい。

（特徴４） 掃気通路では、第１リードバルブが設けられていることにより、空気通路の接続位置から掃気流入口へ向う流れに対する抵抗が、掃気流入口から空気通路の接続位置へ向う流れに対する抵抗よりも、大きくなっている。それにより、掃気通路に導入された空気が掃気流入口へ向って流れることを抑制できる一方で、その後にクランクケースから掃気通路に流れ込む混合気をシリンダ内へスムーズに送り込むことができる。なお、本実施例の第１リードバルブは、空気通路の接続位置から前記掃気流入口へ向う流れを完全に禁止することができるが、第１リードバルブは、空気通路の接続位置から前記掃気流入口へ向う流れを部分的に禁止するものであってもよい。

（特徴５） 掃気通路では、第１リードバルブが設けられていることにより、掃気通路が掃気ポートを経て負圧の発生したクランクケースに接続されている間、空気通路の接続位置から掃気流入口までの区間が実質的に閉鎖される。それにより、空気通路から掃気通路へ導入された空気は、掃気流入口へ向うことなく、掃気ポートに向ってスムーズに流れることができる。なお、本実施例のエンジンでは、第１リードバルブに代えて、ピストンやクランクシャフトのサイクルに連動して掃気通路を開閉する可動バルブを設けてもよい。あるいは、クランクシャフトのカウンタウエイトに、掃気通路の掃気流入口に対向するバルブ面を設けることで、ピストンやクランクシャフトのサイクルに連動して、掃気通路の掃気流入口を閉塞することもできる。バルブ面を形成する角度範囲を調整することで、掃気通路が掃気ポートを経て負圧の発生したクランクケースに接続されている間、空気通路の接続位置から掃気ポートまでの区間を実質的に閉鎖することができる。

（特徴６） 掃気通路では、第１リードバルブが設けられていることにより、空気通路から掃気通路へ導入された空気のほぼ全量が、掃気ポートに向って流れる。それにより、掃気通路において空気の流れに反転が生じないことから、理想的な層状掃気を実現することができる。ただし、導入された空気のほぼ全量が掃気ポートに向って流れなくとも、掃気流入口に向って流れる空気の量が、導入された空気の全量に対して１０パーセント以下に抑制されていれば、掃気通路において空気の流れに生じる乱れを十分に抑制することができる。

（特徴７） ピストンの上昇行程の初期では、掃気ポートに対向するピストン側面の上端が、掃気ポートの上端よりも下方に位置するとともに、掃気ポートに対向するピストン側面の下端が、掃気ポートの下端よりも下方に位置する。即ち、ピストンの上昇行程の初期では、掃気ポートがピストンよりも上方で開放され、掃気通路が掃気ポートを経てシリンダに接続される。ピストンの上昇行程の中期では、掃気ポートに対向するピストン側面の上端が、掃気ポートの上端よりも上方に位置するとともに、掃気ポートに対向するピストン側面の下端が、掃気ポートの下端よりも下方に位置する。即ち、ピストンの上昇行程の中期では、掃気ポートがピストンの側面によって閉鎖される。ピストンの上昇行程の終期では、掃気ポートに対向するピストン側面の上端が、掃気ポートの上端よりも上方に位置するとともに、掃気ポートに対向するピストン側面の下端が、掃気ポートの下端よりも上方に位置する。即ち、ピストンの上昇行程の終期では、掃気ポートがピストンよりも下方で開放され、掃気通路が掃気ポートを経てクランクケースに接続される。

（特徴８） 掃気ポートに対向するピストン側面の下端には、切欠部が設けられている。そして、その切欠部と、シリンダ内に開口する掃気ポートは、クランクケースの軸線に対して、クランクシャフトの軸線が伸びる方位に位置していることが好ましい。

（特徴９） 空気通路には、反掃気通路側への流れを禁止する第２逆止弁が設けられている。この第２逆止弁により、掃気通路から空気や混合気が空気通路へ逆流することが防止される。掃気通路の空気や混合気を、シリンダ内へスムーズに送り込むことができる。

（特徴１０） シリンダ内には、複数の掃気ポートが設けられている。そして、掃気通路は、空気通路の接続位置よりも掃気ポート側の区間で、各々の掃気ポートに向かって分岐している。即ち、掃気通路では、掃気ポートに向かって分岐している分岐位置よりも上流側の位置に、空気通路が接続されている。この構成によれば、分岐した掃気通路のそれぞれに、空気通路を接続する必要がない。

（特徴１１） 掃気通路の掃気流入口から空気通路の接続位置までの区間と、空気通路と、混合気通路は、シリンダの軸線に対して同じ方位に設けられている。この構成によると、エンジンを小型に構成することができる。また、空気通路や混合気通路を短くすることでき、各通路における流動抵抗を低減することができる。

（特徴１２） 空気通路は、混合気通路の下方において、掃気通路に接続されている。即ち、空気通路は、シリンダの軸線方向に関して、混合気通路の下方に設けられており、空気通路の掃気通路への接続位置についても、混合気通路の下方に設けられている。さらに、空気通路と混合気通路は、実質的に平行に設けられている。多くの２ストロークエンジンでは、シリンダの周囲に空間的余裕がない一方で、クランクケースの周囲には空間的余裕を有するものが多い。そのことから、空気通路を混合気通路の下方に配置し、空気通路を混合気通路の下方で掃気通路に接続すれば、デッドスペースを有効に利用することができ、エンジンを小型化することが可能となる。また、空気通路を混合気通路の下方で空気通路に接続することにより、空気通路の接続位置から掃気ポートまでの掃気通路の区間を長くすることができ、掃気通路に多くの空気を導入することが可能となる。

（特徴１３） エンジンは、クランクケースに固定されており、クランクケースとの間に掃気通路の少なくとも一部が形成されているクランクケースカバーを備えている。クランクケースには、クランクケースカバーに対向する平坦面が形成されている。その平坦面は、クランクシャフトの軸線に平行であるとともに、シリンダの軸線に対して０°から３０°のいずれかの角度を成している。この構成によると、エンジンを大型化することなく、長く容積の大きい掃気通路を形成することができる。特に、前記角度を３０°に近く設計するほど、掃気通路をシリンダの軸線方向において長くすることができる。この場合、掃気通路では、重量差によって、濃い混合気が下方（クランクケース側）に位置し、薄い燃料が上方（シリンダ側）に位置することになる。シリンダへは薄い燃料が先に導入されることにより、未燃焼ガスの排出量を有意に低減することができる。

（特徴１４） クランクケースに形成された平坦面には、掃気通路に位置するとともに、掃気流入口に向かう流れを禁止する第１リードバルブが設けられている。そして、その平坦面は、第１リードバルブが当接／離反するシート面となっている。クランクケースが平坦面を有していると、その平坦面に第１リードバルブを容易に設けることができる。また、第１リードバルブを大型化することも可能であり、それによって混合気の流動抵抗を低減することもできる。なお、空気通路の存在にかかわらず、掃気通路に第１リードバルブを設けることは有効である。掃気通路に第１リードバルブを設けると、ピストンの上昇行程時に、クランクケースと掃気通路を互いに遮断することができる。それにより、クランクケースに強い負圧を発生させることができ（即ち、クランクケースの圧力が大きく低下する）、クランクケースに多くの混合気を導入することができる。ここで、第１リードバルブは、掃気流入口に向かう流れを禁止する第１逆止弁の一例である。第１リードバルブは、他の種類の逆止弁(好ましくは平坦面をシート面とするもの)に変更することもできる。

（特徴１５） クランクケースに形成された平坦面には、掃気流入口から伸びる掃気通路の一部と、掃気ポートから伸びる掃気通路の一部が、それぞれ開口していることが好ましい。この場合、その掃気流入口から伸びる掃気通路の一部と、その掃気ポートから伸びる掃気通路の一部が、クランクケースカバーによって互いに接続されていることが好ましい。

（特徴１６） クランクケースカバーには、空気通路の少なくとも一部がさらに形成されていることが好ましい。この場合、クランクケースカバーの掃気通路に面している内面と空気通路に面している内面との境界位置に、クランクケースからの混合気を掃気ポートへ連なる掃気通路に向けて案内する湾曲面を有するガイド突起が設けられていることが好ましい。

（特徴１７） エンジンは、クランクケースカバーに固定され、クランクケースカバーとの間に空気通路の少なくとも一部が形成されている空気マニホールドをさらに備えることが好ましい。この場合、空気マニホールドには、空気クランクケースカバーに対向する平坦面が形成されていることが好ましい。その平坦面は、クランクケースに形成された平坦面に対して、８０°から１３０°のいずれかの角度を成していることが好ましい。

（特徴１８） 空気マニホールドに形成された平坦面には、空気通路に位置するとともに、反掃気通路側への流れを禁止する第２逆止弁が設けられていることが好ましい。この場合、空気マニホールドに形成された平坦面は、第２逆止弁が当接／離反するシート面であることが好ましい。

本発明を実施した実施例について図面を参照しながら説明する。図１は、本実施例の層状掃気２ストロークエンジン１０（以下、単にエンジン１０と称す）の縦断面図を示している。図２、図１中のII−II線断面図を示している。本実施例のエンジン１０は、単気筒型の小型エンジンであり、例えば動力工具や作業機に搭載可能なエンジンである。

図１に示すように、エンジン１０は、エンジン本体２０と、ピストン３２と、コネクティングロッド８０と、クランクシャフト６２を備えている。エンジン本体２０は、主に、シリンダ２４と、クランクケース６０と、クランクケースカバー５０と、空気マニホールド４２を備えている。クランクケース６０は、シリンダ２４の下部に固定されている。クランクケースカバー５０は、クランクケース６０の側部に固定されている。空気マニホールド４２は、クランクケースカバー５０の上部に固定されている。

シリンダ２４は、ピストン３２を収容している。ピストン３２は、シリンダ２４の軸線Ｘに沿って、往復動可能となっている。シリンダ２４内には、ピストン３２の上方に燃焼室２６が形成されている。燃焼室２６には、点火プラグ２８が配設されている。

クランクケース６０は、クランクシャフト６２を収容している。クランクシャフト６２は、クランクケース６０によって回転可能に支持されている。クランクシャフト６２には、コネクティングロッド８０及びピストンピン３０を介して、ピストン３２が接続されている。それにより、ピストン３２がシリンダ２４内で往復運動すると、クランクシャフト６２がクランクケース６０内で回転運動する。なお、図１では、コネクティングロッド８０の一部が図示省略されている。クランクシャフト６２は、エンジン１０の出力軸であり、クランクシャフト６２の端部は、クランクケース６０の外まで伸びている。

エンジン本体２０には、混合気通路３６、掃気通路６６、空気通路４４、排気通路７０が形成されている。混合気通路３６、排気通路７０は、シリンダ２４に形成されている。掃気通路６６は、クランクケース６０、クランクケースカバー５０、シリンダ２４によって形成されている。空気通路４４は、クランクケースカバー５０と空気マニホールド４２によって形成されている。

シリンダ２４の内面２４ａには、吸気ポート３４と複数の掃気ポート６８と排気ポート７２が形成されている。吸気ポート３４と複数の掃気ポート６８と排気ポート７２は、シリンダ２４内を往復動するピストン３２によって開閉される。吸気ポート３４と掃気ポート６８は、シリンダ２４の軸線Ｘに対して、クランクシャフト６２の軸線Ｙと直交する方向に形成されており、互いに対向している。複数の掃気ポート６８は、シリンダ２４の軸線Ｘに対して、クランクシャフト６２の軸線Ｙと直交する方向に形成されている。なお、図１では２つの掃気ポート６８が図示されているが、実際には、その２つの掃気ポート６８に対向する位置に、図示されない２つの掃気ポートがさらに形成されている。即ち、シリンダ２４の内面２４ａには、合計４つの掃気ポートが形成されている。

吸気ポート３４には、混合気通路３６が接続されている。混合気通路３６には、外部から導入した空気に燃料を混合するキャブレタ３８が設けられている。キャブレタ３８で生成された可燃性の混合気は、混合気通路３６を通じて、吸気ポート３４に供給される。吸気ポート３４は、ピストン３２の上昇行程（反クランクケース６０側への移動行程）の終期から下降行程（クランクケース６０側への移動行程）の初期に亘って、ピストン３２よりも下方で開放される。吸気ポート３４がピストン３２の下方で開放されている間、クランクケース６０内に発生する負圧によって、混合気通路３６からの混合気がクランクケース６０内へ導入される。

掃気ポート６８には、掃気通路６６が接続されている。掃気通路６６は、クランクケース６０内に開口する掃気流入口５６から、シリンダ２４に開口する掃気ポート６８まで伸びている。図１、図２に示すように、掃気通路６６は、その経路上の分岐位置６６ｂにおいて、複数の掃気ポート６８に向かって分岐している。掃気ポート６８は、ピストン３２の下降行程の終期から上昇行程の初期に亘って、ピストン３２よりも上方で開放される。掃気ポート６８がピストン３２の上方で開放されている間、クランクケース６０内に発生する正圧によって、クランクケース６０内の混合気が掃気通路６６を通じてシリンダ２４内へ送り出される。

掃気ポート６８は、さらに、ピストン３２の上昇行程の終期から下降行程の初期に亘って、ピストン３２よりも下方で開放される。掃気ポート６８がピストン３２の下方で開放されている間、負圧の発生しているクランクケース６０が、掃気ポート６８を経て掃気通路６６に接続される。掃気通路６６には、その経路上に、外部から空気を導入する空気通路４４が接続されている。

掃気通路６６には、掃気流入口５６から空気通路４４の接続位置６６ａまでの区間に、第１リードバルブ５４が設けられている。第１リードバルブ５４は、掃気流入口５６に向う流れを禁止する逆止弁であり、掃気ポート６８に向う流れのみを許容する。従って、掃気ポート６８がピストン３２の下方で開放されている間、空気通路４４から掃気通路６６に空気が導入され、導入された空気が掃気ポート６８に向かって流れる。それにより、掃気通路６６のうち、空気通路４４の接続位置６６ａから掃気ポート６８までの区間が、空気によって充満される。詳しくは後述するが、掃気通路６６に導入された空気は、混合気に先立ってシリンダ２４内に導入され、シリンダ２４内の燃焼ガス（燃焼後のガス）を掃気する。なお、第１リードバルブ５４は、掃気流入口５６に向う流れを完全に禁止するものでなくてもよく、掃気流入口５６に向う流れに対して有意な抵抗を付与するものであればよい。それにより、掃気通路６６に導入された空気の多くを、掃気ポート６８に向かって流すことができる。

排気ポート７２には、排気通路７０が接続されている。排気通路７０には、マフラ７４が設けられている。排気ポート７２は、ピストン３２の下降行程の終期からピストン３２の上昇行程の初期に亘って、ピストン３２よりも上方で開放される。排気ポート７２がピストン３２の上方で開放されている間、シリンダ２４内の燃焼ガスが、排気ポート７２を経て排気通路７０へと排出される。燃焼ガスの排出は、燃焼ガスの圧力で行われるとともに、掃気ポート６８から流入する空気及び混合気による掃気によって行われる。

以上、本実施例のエンジン１０の全体構成について説明した。次に、エンジン１０の各部の詳細な構成について説明する。
掃気通路６６に空気通路４４が接続されている接続位置６６ａは、シリンダ２４側の掃気ポート６８よりも、クランクケース６０側の掃気流入口５６の近くに設けられている。即ち、掃気通路６６では、掃気ポート６８から空気通路４４の接続位置６６ａまでの区間の長さが、掃気通路６６の掃気流入口５６から空気通路４４の接続位置６６ａまでの区間の長さよりも、長くなっている。また、掃気ポート６８から空気通路４４の接続位置６６ａまでの区間の容積は、掃気通路６６の掃気流入口５６から空気通路４４の接続位置６６ａまでの区間の容積よりも、大きくなっている。それにより、空気通路４４からの空気を掃気通路６６に充填する際に、掃気通路６６内に多くの空気を充填できるようになっている。本実施例のエンジン１０では、空気通路４４の接続位置６６ａを掃気ポート６８から離れた位置に設けるほど、掃気通路６６内により多くの空気を充填することができる。

掃気通路６６では、空気通路４４の接続位置６６ａが、掃気通路６６の分岐位置６６ｂよりも、掃気流入口５６側（クランクケース６０側）に設けられている。即ち、掃気通路６６の分岐位置６６ｂよりも上流側で、空気通路４４から空気が供給されるように構成されている。この構成によると、分岐した掃気通路６６のそれぞれに、単一の空気通路４４によって空気を供給することができる。このように、分岐位置６６ｂよりも上流側で空気を供給することによって、分岐した掃気通路６６のそれぞれに空気通路４４を接続する必要がない。

ピストン３２の下端３２ｂには、ピストン３２の軽量化のために、切欠部３３が設けられている（即ち、ピストンスカートの部分が短縮されている）。切欠部３３は、クランクシャフト６２の軸線Ｙと平行な方向に設けられており、掃気ポート６８が形成されている方向と一致している。このように、シリンダ２４内の掃気ポート６８を形成する位置を、ピストン３２に切欠部３３を形成する位置に対応させることで、掃気ポート６８を下方に向けて大きく拡大することなく、掃気ポート６８をピストン３２よりも下方で開口させることができる。

空気通路４４には、第２リードバルブ４８と、空気調節バルブ４０が設けられている。第２リードバルブ４８は、反掃気通路６６側への流れを禁止する逆止弁であり、掃気通路６６へ向かう流れのみを許容する。第２リードバルブ４８によって、掃気通路６６内の空気や混合気が、空気通路４４を逆流することが禁止される。空気調節バルブ４０は、空気通路４４の開度を調節し、空気通路４４を流れる空気の流量を調節する。空気調節バルブ４０は、キャブレタ３８の混合気調節バルブ３８ａに接続されており、混合気調節バルブ３８ａと連動するように構成されている。

掃気通路６６の掃気流入口５６から空気通路４４の接続位置６６ａまでの区間と、空気通路４４と、混合気通路３６は、シリンダ２４の軸線Ｘに対して、同じ方位に設けられている。空気通路４４と混合気通路３６は、略平行に設けられている。また、空気通路４４は、シリンダ２４の軸線Ｘに平行な方向（軸線方向）に関して、混合気通路３６の下方に設けられているとともに、混合気通路３６の下方で掃気通路６６に接続されている。混合気通路３６の下方には、混合気通路３６の上方に比して、大きな空間的余裕が存在する。従って、空気通路４４を混合気通路３６の下方に配置し、空気通路４４を混合気通路３６の下方で掃気通路６６に接続することで、デッドスペースを有効に利用することができ、エンジン１０を小型化することが可能となる。エンジン１０を小型化することで、エンジン１０をハンドヘルドタイプの動力工具や作業機（例えばチェーンソーや刈払機）に搭載した場合に、その動力工具や作業機の操作性を顕著に向上することができる。

図１に示すように、クランクケース６０には、クランクケースカバー５０に対向する平坦面５８が形成されている。クランクケース６０の平坦面５８は、クランクシャフト６２の軸線Ｙに対して平行であるとともに、シリンダ２４の軸線Ｘに対して略１８°を成すように、下方に傾けられている。ここで、平坦面５８がシリンダ２４の軸線Ｘに対して成す角度θは、必ずしも１８°である必要はない。ただし、平坦面５８がシリンダ２４の軸線Ｘに対して成す角度θは、０°から３０°のいずれかの角度であることが好ましい。

クランクケース６０の平坦面５８には、掃気流入口５６から伸びる掃気通路６６の上流部と、掃気ポート６８へと伸びる掃気通路６６の下流部が、それぞれ開口している。そして、掃気流入口５６から伸びる掃気通路６６の上流部と、掃気ポート６８へと伸びる掃気通路６６の下流部が、平坦面５８に対向するクランクケースカバー５０によって互いに接続されている。

クランクケース６０の平坦面５８には、先に説明した第１リードバルブ５４が固定されている。また、クランクケース６０の平坦面５８は、第１リードバルブ５４が当接／離間するシート面となっている。第１リードバルブ５４は、クランクケース６０の平坦面５８に当接／離間することによって、掃気通路６６を閉鎖／開放する。

クランクケースカバー５０には、掃気通路６６の一部に加えて、空気通路４４の一部が形成されている。そして、クランクケースカバー５０の掃気通路６６に面している内面５０ａと空気通路４４に面している内面５０ｂとの境界位置には、ガイド突起５２が設けられている。ガイド突起５２には、掃気流入口５６（クランクケース６０）からの混合気を、掃気通路６６の下流部へ案内するガイド面５２ａが形成されている。ガイド面５２ａは、掃気通路６６の下流部に向けて湾曲している。

空気マニホールド４２には、クランクケースカバー５０に対向する平坦面４６が形成されている。空気マニホールド４２の平坦面４６は、クランクシャフト６２の軸線Ｙに対して平行であるとともに、クランクケース６０の平坦面５８に対して略１０５°を成している。ここで、空気マニホールド４２の平坦面４６とクランクケース６０の平坦面５８が成す角度は、必ずしも１０５°である必要はない。ただし、２つの平坦面４６、５８が成す角度は、８０°から１３０°のいずれかの角度であることが好ましい。

空気マニホールド４２の平坦面４６には、先に説明した第２リードバルブ４８が着脱可能に固定されている。また、空気マニホールド４２の平坦面４６は、第２リードバルブ４８が当接／離間するシート面となっている。第２リードバルブ４８は、空気マニホールド４２の平坦面４６に当接／離間することによって、空気通路４４を閉鎖／開放する。

次に、図３から図７を参照し、エンジン１０の１サイクルにおける動作を説明する。エンジン１０は、２ストロークエンジンであり、ピストン３２の上昇行程及び下降行程によって１サイクルの動作が行われる。図３から図７において、黒丸印（●）は混合気を示しており、白丸印（○）は空気を示しており、ばつ印（×）は燃焼ガスを示している。

図３は、ピストン３２の上昇行程の終期の状態を示している。ピストン３２の上昇行程の終期において、排気ポート７２は、ピストン３２によって閉鎖されており、吸気ポート３４は、ピストン３２の下方において開放されている。また、掃気ポート６８は、ピストン３２の下方において開放されている。即ち、掃気ポート６８に対向するピストン３２の側面の上端３２ａは、掃気ポート６８の上端６８ａよりも上方に位置しており、掃気ポート６８に対向するピストン３２の側面の下端３２ｂ（即ち、ピストン３２の切欠部３３における下端３２ｂ）は、掃気ポート６８の下端６８ｂよりも上方に位置している。

ピストン３２の上昇行程の終期では、ピストン３２の上方に位置する燃焼室２６において、先のサイクルで導入された混合気の圧縮が行われる。一方、ピストン３２の下方に位置するクランクケース６０内では、ピストン３２の上昇に伴って強い負圧が発生している。負圧の発生したクランクケース６０内には、吸気ポート３４を経て、混合気通路３６が接続された状態となっている。それにより、ピストン３２の下方に位置するクランクケース６０内に、吸気ポート３４から混合気が流入する。

また、ピストン３２の上昇行程の終期では、負圧の発生したクランクケース６０に、掃気ポート６８を経て、掃気通路６６が接続されている。それにより、クランクケース６０内に発生している負圧が、掃気ポート６８を経て掃気通路６６に作用し、空気通路４４から掃気通路６６に空気が流れ込む。このとき、掃気通路６６に導入された空気は、掃気通路６６内を掃気ポート６８に向かって流れていく。なお、クランクケース６０内に負圧が発生している間、第１リードバルブ５４は閉じた状態となり、掃気通路６６は完全に閉鎖されている。従って、掃気通路６６に導入された空気が、掃気流入口５６に向かって流れることは禁止される。その結果、図３に示すように、掃気通路６６のうち、空気通路４４の接続位置６６ａから掃気ポート６８までの区間が、空気によって充満される。

次に、図４は、ピストン３２が上死点に位置する状態を示している。ピストン３２が上死点に位置する時点において、排気ポート７２は、ピストン３２によって閉鎖されており、吸気ポート３４は、ピストン３２の下方において開放されている。また、掃気ポート６８は、ピストン３２の下方において開放されている。即ち、掃気ポート６８に対向するピストン３２の側面の上端３２ａは、掃気ポート６８の上端６８ａよりも上方に位置しており、掃気ポート６８に対向するピストン３２の側面の下端３２ｂは、掃気ポート６８の下端６８ｂよりも上方に位置している。

ピストン３２が上死点に達した時点では、混合気の圧縮、クランクケース６０への混合気の導入、及び掃気通路６６への空気の導入がほぼ完了している。この状態から、点火プラグ２８による混合気への点火が行われる。混合気が燃焼した燃焼ガスは、急速に膨張し、ピストン３２を下方に押し下げる。ピストン３２は、下降行程に移行する。

次に、図５は、ピストン３２の下降行程の中期の状態を示している。ピストン３２の下降行程の中期において、排気ポート７２は、ピストン３２の上方において開放されており、吸気ポート３４は、ピストン３２によって閉鎖されている。また、掃気ポート６８は、ピストン３２によって閉鎖されている。即ち、掃気ポート６８に対向するピストン３２の側面の上端３２ａは、掃気ポート６８の上端６８ａよりも上方に位置しており、掃気ポート６８に対向するピストン３２の側面の下端３２ｂは、掃気ポート６８の下端６８ｂよりも下方に位置している。

ピストン３２の下降行程の初期から中期に亘って、ピストン３２の上方に位置する燃焼室２６では、開放された排気ポート７２から燃焼ガスの排出が行われる。一方、ピストン３２の下方に位置するクランクケース６０内では、ピストン３２の下降に伴って正圧が発生する。それにより、クランクケース６０内の混合気が、掃気流入口５６を経て掃気通路６６へ流れ込む。掃気通路６６に流入した混合気は、掃気通路６６内を掃気ポート６８に向かって流れる。この掃気通路６６内における混合気の流れ方向は、先の行程で掃気通路６６に導入された空気の流れ方向と一致している。従って、掃気通路６６に流入した混合気が、掃気通路６６内の空気と混ざり合うことが防止される。その結果、掃気通路６６内には、掃気ポート６８側に空気層が形成され、掃気流入口５６側に混合気層が形成される。

次に、図６は、ピストン３２の下降行程の終期の状態を示している。ピストン３２の下降行程の終期において、排気ポート７２は、ピストン３２の上方において開放されており、吸気ポート３４は、ピストン３２によって閉鎖されている。また、掃気ポート６８は、ピストン３２の上方において開放されている。即ち、掃気ポート６８に対向するピストン３２の側面の上端３２ａは、掃気ポート６８の上端６８ａよりも下方に位置しており、掃気ポート６８に対向するピストン３２の側面の下端３２ｂは、掃気ポート６８の下端６８ｂよりも下方に位置している。

ピストン３２の下降行程の終期から上昇行程の初期に亘って、ピストン３２の上方に位置する燃焼室２６では、掃気通路６６内に充填された空気及び混合気によって、燃焼ガスの掃気が行われる。先ず、掃気通路６６内に充填されていた空気が、掃気ポート６８から、燃焼室２６内に噴出する。それにより、燃焼室２６内の燃焼ガスが、開放された排気ポート７２から排出される。次いで、掃気通路６６及びクランクケース６０内の混合気が、掃気ポート６８から燃焼室２６に噴出する。それにより、燃焼室２６内の燃焼ガス及び空気が、開放された排気ポート７２から排出される。

次に、図７は、ピストン３２の上昇行程の中期の状態を示している。ピストン３２の下降行程の中期において、排気ポート７２は、ピストン３２の上方において開放されており、吸気ポート３４は、ピストン３２によって閉鎖されている。また、掃気ポート６８は、ピストン３２によって閉鎖されている。即ち、掃気ポート６８に対向するピストン３２の側面の上端３２ａは、掃気ポート６８の上端６８ａよりも上方に位置しており、掃気ポート６８に対向するピストン３２の側面の下端３２ｂは、掃気ポート６８の下端６８ｂよりも下方に位置している。ピストン３２の上昇行程の中期では、ピストン３２の上昇に伴って、シリンダ２４内に残存する空気が、開放された排気ポート７２から排出される。その後、排気ポート７２はピストン３２によって閉鎖され、混合気の圧縮が開始される。

以上のように、本実施例のエンジン１０では、掃気通路６６に空気を充填する際に、空気通路４４から掃気通路６６に導入された空気が、掃気通路６６内をシリンダ２４内の掃気ポート６８に向かって流れる。その後、掃気通路６６に充填された空気は、やはり掃気ポート６８に向かって流れ、シリンダ２４内に導入される。このように、本実施例のエンジン１０では、掃気通路６６へ充填された空気が、シリンダ２４へ導入される際に、その流れ方向を反転する必要がない。そのことから、掃気通路６６に充填された空気に、クランクケース６０からの混合気が混ざり合うことが防止される。シリンダ２４内に先行導入される空気に含まれる燃料が少なく、未燃焼のままで排出させてしまう燃料（未燃焼ガス）の排出量を顕著に低減することができる。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。

例えば、上記した実施例では、掃気ポート６８がピストン３２の下方において開放されるように構成し、負圧の発生したクランクケース６０を掃気ポート６８から掃気通路６６に接続させている。この点については、例えばピストン３２に溝や孔を形成しておき、負圧の発生したクランクケース６０と掃気ポート６８が、ピストン３２に形成された溝や孔を介して連通させるように構成することもできる。

本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組合せに限定されるものではない。本明細書または図面に例示した技術は複数の目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

１０：エンジン
２０：エンジン本体
２４：シリンダ
２６：燃焼室
３２：ピストン
３３：切欠部
３４：吸気ポート
３６：混合気通路
４２：空気マニホールド
４４：空気通路
４６：空気マニホールド４２の平坦面
４８：第２リードバルブ
５０：クランクケースカバー
５２：ガイド突起
５２ａ：ガイド突起５２のガイド面
５４：第１リードバルブ
５６：掃気流入口
５８：クランクケースカバー５０の平坦面
６０：クランクケース
６２：クランクシャフト
６６：掃気通路
６８：掃気ポート
６８ａ：掃気ポート６８の上端
６８ｂ：掃気ポート６８の下端
７０：排気通路
７２：排気ポート

Claims (16)

1. ピストンと、
   ピストンが往復動可能に収容されているシリンダと、
   ピストンにコネクティングロッドを介して接続されているクランクシャフトと、
   クランクシャフトが回転可能に収容されているクランクケースと、
   クランクケース内に混合気を導入する混合気通路と、
   クランクケース内に開口する掃気流入口からシリンダ内に開口する掃気ポートまで伸びている掃気通路と、
   掃気通路の中間位置に接続されており、掃気通路に空気を導入する空気通路を備え、
   ピストンが反クランクケース側へ移動する上昇行程の一部の期間において、負圧の発生したクランクケースが掃気ポートを経て掃気通路に接続され、
   前記掃気通路では、前記空気通路の接続位置から前記掃気ポートへ向う流れに対する抵抗が、前記空気通路の接続位置から前記掃気流入口へ向う流れに対する抵抗よりも、小さいことを特徴とする層状掃気２ストロークエンジン。
2. 前記掃気通路では、前記空気通路の接続位置から前記掃気流入口へ向う流れに対する抵抗が、前記掃気流入口から前記空気通路の接続位置へ向う流れに対する抵抗よりも、大きいことを特徴とする請求項１に記載の層状掃気２ストロークエンジン。
3. 前記掃気通路では、掃気通路が掃気ポートを経て負圧の発生したクランクケースに接続されている間、前記空気通路の接続位置から前記掃気流入口までの区間が閉鎖されることを特徴とする請求項１又は２に記載の層状掃気２ストロークエンジン。
4. 前記掃気通路では、前記空気通路の接続位置から前記掃気流入口に向って流れる空気の量が、前記空気通路から前記掃気通路に導入された空気の全量に対して、１０パーセント以下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層状掃気２ストロークエンジン。
5. 前記掃気通路には、掃気流入口に向う流れを禁止する第１逆止弁が、前記掃気流入口から前記空気通路の接続位置までの区間に設けられてい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層状掃気２ストロークエンジン。
6. 前記掃気通路では、前記空気通路の接続位置から前記掃気ポートまでの区間の長さが、前記空気通路の接続位置から前記掃気流入口までの区間の長さよりも、長いことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の層状掃気２ストロークエンジン。
7. 前記掃気通路では、前記空気通路の接続位置から前記掃気ポートまでの区間の容積が、前記空気通路の接続位置から前記掃気流入口までの区間の容積よりも、大きいことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の層状掃気２ストロークエンジン。
8. 前記シリンダ内には、複数の掃気ポートが設けられており、
   前記掃気通路は、前記空気通路の接続位置よりも掃気ポート側の区間で、各々の掃気ポートに向って分岐していることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の層状掃気２ストロークエンジン。
9. 前記掃気通路の掃気流入口から前記空気通路の接続位置までの区間と、前記空気通路と、前記混合気通路は、シリンダの軸線に対して同じ方位に設けられていることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の層状掃気２ストロークエンジン。
10. 前記空気通路の接続位置は、シリンダの軸線方向に関して、前記混合気通路よりも下方に設けられていることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の層状掃気２ストロークエンジン。
11. 前記クランクケースに固定されており、前記クランクケースとの間に前記掃気通路の少なくとも一部が形成されているクランクケースカバーをさらに備え、
    前記クランクケースには、前記クランクケースカバーに対向する平坦面が形成されており、その平坦面は、前記クランクシャフトの軸線に平行であるとともに、前記シリンダの軸線に対して０°から３０°のいずれかの角度を成していることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の層状掃気２ストロークエンジン。
12. 前記クランクケースに形成された平坦面には、前記掃気通路に位置しているとともに、前記掃気流入口に向かう流れを禁止する第１逆止弁が設けられていることを特徴とする請求項１１に記載の層状掃気２ストロークエンジン。
13. 前記クランクケースに形成された平坦面には、掃気流入口から伸びる掃気通路の一部と、掃気ポートから伸びる掃気通路の一部が、それぞれ開口していることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の層状掃気２ストロークエンジン。
14. 前記クランクケースカバーには、前記空気通路の少なくとも一部がさらに形成されており、
    前記クランクケースカバーの前記掃気通路に面している内面と前記空気通路に面している内面との境界位置に、クランクケースからの混合気を前記掃気ポートへ連なる掃気通路に向けて案内する湾曲面を有するガイド突起が設けられていることを特徴とする請求項１１から１３のいずれか一項に記載の層状掃気２ストロークエンジン。
15. 前記クランクケースカバーに固定され、前記クランクケースカバーとの間に前記空気通路の少なくとも一部が形成されている空気マニホールドをさらに備え、
    前記空気マニホールドには、前記クランクケースカバーに対向する平坦面が形成されており、その平坦面は、前記クランクケースに形成された平坦面に対して、８０°から１３０°のいずれかの角度を成していることを特徴とする請求項１１から１４のいずれか一項に記載の層状掃気２ストロークエンジン。
16. 前記空気マニホールドに形成された平坦面には、前記空気通路に位置しているとともに、反掃気通路側への流れを禁止する第２逆止弁が設けられていることを特徴とする請求項１５に記載の層状掃気２ストロークエンジン。

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