JP5117637B1 - ツーストロークエンジン - Google Patents

Abstract

ツーストロークエンジン（１０）は、外部吸気ポートから延びてクランクケース（１２）を通る複数の吸気通路（４０ａ、４０ｂ）を有しており、クランクケース（１２）内で空気及びオイル蒸気から充填吸気を分離する。ピストン（４４）は、そこから垂下する１つ以上の対応する吸気管（４８ａ、４８ｂ）を有しており、それはピストン（４４）が往復運動する際にクランクケース吸気通路（４０ａ、４０ｂ）内に入れ子式に嵌り込む。全ての吸気は、これらの通路（４０ａ、４０ｂ）を通って流れ、クランクケースの空間の残りの部分から分離される。充填吸気は、燃焼室（５８）に入るためにピストンクラウン（５４）の同心のポペット弁（５２）を通過する。燃料は、従来の直接又はポート噴射によって供給され、点火は、１つ以上の従来の点火プラグによって行われる。排気は、シリンダーヘッド（１８）のポペット弁（６０）を通って燃焼室（５８）を出る。ポペット弁（６０）は、クランクシャフトで駆動されるカム（６２）により、ロッカーアーム（６８）及びプッシュロッド（６６）を通して作動する。

Description

本発明は、概して内燃エンジンに関し、特にオイルが充填吸気と混合するのを防止する内部構造を有するツーストローク往復内燃エンジンに関する。

往復内燃エンジンは、その出力に対する相対的な大きさ及び重量、燃費、並びに操作性の良さから、相当な期間に亘って原動力装置の中心となってきた。それにもかかわらず、このようなエンジンは欠点を有する。例えば、サイクルの排気及び圧縮部分の両方がピストンの上昇行程中に起こり、動力及び吸気行程がピストンの下降行程中に起こるツーストロークエンジンは、クランクシャフトのすべての回転における動力行程の効率的な働きにより、その大きさ及び重量に対して相対的に高い出力を生み出すことがよく知られている。しかし、このエンジンは歴史的に、従来の４サイクル（オットーサイクル）エンジンのような、それぞれが独自の行程を有するサイクルの４つの異なる段階の分離を欠くために、燃料消費及び排出物が関与する範囲において相対的に非効率であった。

ツーストロークエンジンの別の問題は、従来、このエンジンが最初に充填吸気をクランクケースに引き込むということであり、その結果、動力行程におけるピストンの下降行程は、次の動力行程に向けて充填吸気をシリンダーに押し込むために、クランクケースを加圧する。クランクケースは、本質的に絶えず空気で満たされているので、４ストロークエンジンの潤滑で使用される従来のオイル充填クランクケースは、ツーストロークエンジンの潤滑に使用することができない。したがって、ツーストロークエンジンでは、オイルは燃料供給の間に燃料と混合されるか、又はオイルは運転中にエンジンに噴射される。どちらのシステムでも、エンジンを通過して、動力を生み出すために燃焼され、排気としてエンジンから出る燃料・空気混合気のオイル汚染をもたらす。たとえ当該エンジンの重量に対する相対的に高い出力が、それが設置された車両の望ましい重量の低減をもたらし得るとしても、エンジン排出物を低減する今日の要請は、ほとんどの用途においてそのようなエンジン作動原理の使用を排除する。

したがって、前述の課題を解決するツーストロークエンジンが要望される。

ツーストロークエンジンは、充填吸気をクランクケースの空間から分離するためのシステムを含み、それによって潤滑油による充填吸気の汚染を防ぐ。クランクケース及びシリンダーの外部に、予備圧縮室又はインテークコラムが設けられる。リードバルブが、コラムへの空気の流れを制御するために、インテークコラムの入口に配置される。１つ以上の付加的な吸気通路がインテークコラムに沿って延び、エンジンのクランクケース内の対応するクランクケース移送通路と連通している。クランクケース移送通路は、エンジンのピストンから垂下してクランクケース移送通路内に入れ子式に嵌り込むピストン移送通路と連通している。したがって、吸気は全て、常にクランクケースの空間及びそのオイル蒸気から完全に分離される。

同心のポペット弁が、ピストンクラウンに配置されている。充填吸気は、ピストンクラウンの吸気バルブが開いた時に、吸気通路からクランクケース移送通路及びピストン移送通路を通り、燃焼室に流れる。燃料及びオイルがエンジンへの供給前に充填吸気に加えられないので、従来の直接燃料噴射が、燃焼室に直接燃料を供給するために使用される。あるいは、燃料を供給するために、ポート燃料噴射をエンジンの１つ以上の吸気ポートに設けてもよい。燃料・空気混合気に点火して動力を生み出すために、１つ以上の従来の点火プラグが使用される。エンジンは、圧縮着火作動用に設計及び構成されていれば、いったん初期点火が起こるとディーゼルとして作動することができる。

動力行程後に使用済みの混合気を排出するために、シリンダーヘッドにポペット排気バルブが設けられている。排気バルブは、ロッカーアーム及びプッシュロッドによって作動する。プッシュロッドは、当分野で一般的なように、クランクシャフトの回転によって駆動されるカムによって作動する。必要に応じて、クランクシャフトからの機構によって駆動されるオーバーヘッドカムによって、代わりの排気バルブの作動が提供されてもよい。

図面の大部分に開示されたエンジンは、単気筒空冷エンジンである。しかし、ここに開示された作動原理は、多気筒液体冷却エンジンにまで広げることができ、それは請求項に記載された発明の範囲に含まれることが理解されるであろう。

本発明の上記及び他の特徴は、以下の明細書及び図面をさらに考慮することにより、容易に明らかになる。

本発明のツーストロークエンジンの左側面図であり、全体的な構造を示す。 図１のエンジンの平面図であり、例示としての点火プラグ及び燃料噴射の構成を示す。 図１の線３−３に沿った断面図である。 図２の線４Ａ−４Ａに沿った断面図であり、エンジンはピストンが上死点にある状態で示されている。 図２の線４Ｂ−４Ｂに沿った断面図である。 図１のエンジンの断面による右側面図であり、図４Ａに類似しているが、クランクシャフトが図４Ａ、４Ｂに示された位置から４５°回転した状態が示されている。 図１のエンジンの断面による背面図であり、図４Ｂに類似しているが、クランクシャフトが図４Ａ、４Ｂに示された位置から４５°回転した状態が示されている。 図１のエンジンの断面による右側面図であり、図４Ａに類似しているが、クランクシャフトが図４Ａ、４Ｂに示された位置から９０°回転した状態が示されている。 図１のエンジンの断面による背面図であり、図４Ｂに類似しているが、クランクシャフトが図４Ａ、４Ｂに示された位置から９０°回転した状態が示されている。 図１のエンジンの断面による右側面図であり、図４Ａに類似しているが、クランクシャフトが図４Ａ、４Ｂに示された位置から１３５°回転した状態が示されている。 図１のエンジンの断面による背面図であり、図４Ｂに類似しているが、クランクシャフトが図４Ａ、４Ｂに示された位置から１３５°回転した状態が示されている。 図１のエンジンの断面による右側面図であり、図４Ａに類似しているが、クランクシャフトが図４Ａ、４Ｂに示された位置から１８０°回転した状態、すなわちピストンが下死点にある状態が示されている。 図１のエンジンの断面による背面図であり、図４Ｂに類似しているが、クランクシャフトが図４Ａ、４Ｂに示された位置から１８０°回転した状態、すなわちピストンが下死点にある状態が示されている。 図１のエンジンの断面による右側面図であり、図４Ａに類似しているが、クランクシャフトが図４Ａ、４Ｂに示された位置から２２５°回転した状態が示されている。 図１のエンジンの断面による背面図であり、図４Ｂに類似しているが、クランクシャフトが図４Ａ、４Ｂに示された位置から２２５°回転した状態が示されている。 図１のエンジンの断面による右側面図であり、図４Ａに類似しているが、クランクシャフトが図４Ａ、４Ｂに示された位置から２７０°回転した状態が示されている。 図１のエンジンの断面による背面図であり、図４Ｂに類似しているが、クランクシャフトが図４Ａ、４Ｂに示された位置から２７０°回転した状態が示されている。 図１のエンジンの断面による右側面図であり、図４Ａに類似しているが、クランクシャフトが図４Ａ、４Ｂに示された位置から３１５°回転した状態が示されている。 図１のエンジンの断面による背面図であり、図４Ｂに類似しているが、クランクシャフトが図４Ａ、４Ｂに示された位置から３１５°回転した状態が示されている。 複数の液体冷却式シリンダーを有する、本発明のツーストロークエンジンの別の実施形態の右側斜視図である。

類似の参照文字は、添付図面全体を通じ、一貫して対応する特徴を示す。

ツーストロークエンジンは、クランクケース内の空気及びオイル蒸気から充填吸気を分離する内部構造を備えており、したがって従来のツーストロークエンジンに比べてよりクリーンなエンジンの稼働を提供する。図１は、エンジンの例である空冷式単気筒の実施形態１０の左側面外観図を提供しており、図２〜１１は、エンジン１０の更なる外観図及び内部図を提供している。

エンジン１０は、クランクシャフト１４がその中に配置されたクランクケース１２を含む。シリンダー１６が、クランクケース１２から延びている。シリンダー１６は、その上にシリンダーヘッド１８を含む。ヘッド１８は、それに少なくとも１つの点火プラグ２０及び燃料噴射器２２（直接又はポート）を提供する。ヘッド１８は、図２に示されるように、複数の点火プラグ２０を含むことができる。

インテークコラム２４が、シリンダー１６の左側に沿って外部において延びている。インテークコラム２４は、シリンダーヘッド１６に隣接した入口端２６と、クランクケース１２と結合されてクランク室又はその内部空間３０（図４Ａ〜１１Ｂに示す通り）と連通している反対側の底部２８とを有しており、コラム２４はその中に吸気のための空間３２を定める。少なくとも１つ、好ましくは２つの外部吸気通路（管など）３４ａ、３４ｂが、シリンダー１６に沿ってインテークコラム２４に隣接して延びている。これらの２つの外部通路３４ａ、３４ｂは、インテークプレナム又はエアボックス３６によってインテークコラム２４の入口端２６と連通している入口端を有する。外部通路３４ａ、３４ｂの反対側の底部３８ａ、３８ｂはクランクケース１２内に及び、それぞれ内部のクランクケース吸気通路４０ａ、４０ｂと連通しており、クランクケース吸気通路は、クランクケース１２のクランク室又は内部空間３０の燃焼ガス、オイル又は他の流体からその中の吸気空間４２ａ、４２ｂを分離する働きをする。クランクケース吸気通路４０ａ、４０ｂは、それぞれクランクケース１２の内部から上方に延び、シリンダー１６内の下部に至り、シリンダー１６の軸に平行な上部を有する。

ピストン４４は、シリンダー１６内で往復運動し、従来のコネクティングロッド４６によってクランクシャフトのクランクスローと機械的に連結されている。ピストン４４は、そこから垂下する少なくとも１つのピストン吸気通路、好ましくは複数のピストン吸気通路４８ａ、４８ｂを含む。これらのピストン吸気通路４８ａ、４８ｂは、内部のクランクケース吸気通路４０ａ、４０ｂと数が一致し、エンジン運転中にピストン４４がシリンダー１６内で往復運動する際に、それぞれのクランクケース吸気通路４０ａ、４０ｂ内に入れ子式に嵌り込む。各ピストン吸気通路４８ａ、４８ｂは、中空であってそれぞれが吸気空間５０ａ、５０ｂを定め、クランクケース吸気通路４０ａ、４０ｂの吸気空間４２ａ、４２ｂは、エンジン運転中に、本質的に連続的な流れで、ピストン吸気通路４８ａ、４８ｂの吸気空間５０ａ、５０ｂと連通する。したがって、このように、固定したクランクケース吸気通路４０ａ、４０ｂ及びそれらの対となる入れ子式に嵌り込むピストン吸気通路４８ａ、４８ｂが、それぞれの吸気空間４２ａ、４２ｂ、５０ａ、５０ｂをクランクケース内部空間３０から分離及び密閉して、エンジン運転中にクランクケース内部空間３０からのオイル蒸気による充填吸気の汚染を防ぐことが理解される。

図４Ａ〜１１Ｂは、運転中のエンジン１０の一連の進行を示す図を提供し、図のＡ、Ｂからなる各組は、クランクシャフト１４の時計回りでの回転４５°ごとでのエンジン１０の内部構成要素の進行した位置を示している。エンジンは、クランクシャフト１４に対するカム６２のタイミングを調節し（以下でさらに説明する）、それに従って火花点火エンジン用の点火タイミングを調節することによって、反対である反時計回り方向で回転するようにできていることに注意されたい。ピストン４４は、そのクラウン５４に同心のポペット吸気バルブ５２を含み、吸気バルブ５２は往復運動してポート５６ａ、５６ｂを開閉し、ポート５６ａ、５６ｂは、ピストン４４の中を延びてピストン吸気通路４８ａ、４８ｂのそれぞれと連通している。吸気バルブ５２は、エンジン運転中における吸気通路の空間４２ａ、４２ｂ、５０ａ、５０ｂとシリンダー上部及び燃焼室５８との間の差圧によって主として作動するが、従来の戻りばね（図示せず）を必要に応じてピストン４４の吸気バルブステムのまわりに設置してもよい。バルブ５２の作動が、クランクケースとシリンダー上部との間の差圧に依存するので、いかなる機械式タイミング機構も吸気バルブ５２に与えられない。したがって、吸気バルブ５２は、エンジンの回転方向に拘らず適正に作動する。

ポペット排気バルブ６０は、シリンダーヘッド１８を貫いて同心円状に設置されている。排気バルブ６０は、クランクシャフト１４のカム６２によって作動し、カムはタペット６４を周期的に駆動し、次にタペットはプッシュロッド６６を往復運動させる。プッシュロッド６６は、シリンダーヘッド１８のロッカーアーム６８を操作し、エンジン運転中において必要とされるように排気バルブ６０を定期的に往復運動させる。例えばクランクシャフトにより回転される回転シャフトによって駆動されるオーバーヘッドカムなど、排気バルブを操作するための代わりの他の機構を使用してもよい。また、エンジン速度及び出力に応じて、所望の通りバルブタイミングを調節するための他の従来の手段（機械式、電子式、空気圧式など）を使用してもよい。

サイクルは、図４Ａ、４Ｂに示すように、ピストン４４が上死点にある、すなわちクランクシャフト１４のクランクスローがその最大高さにある状態で始まる。この時点で、効率的な作動のために燃焼室５８の圧力を最大にするように、吸気バルブ５２及び排気バルブ６０は両方とも閉じている。シリンダー１６におけるピストン４４の上昇は、ピストン４４がピストン吸気通路４８ａ、４８ｂの上方への持ち上げを終えた際に、吸気通路４０ａ、４０ｂ、４８ａ、４８ｂ内の空間４２ａ、４２ｂ、５０ａ、５０ｂを最大にする。

これはまた、クランクケース１２の内部空間３０も最大にし、それは空気をインテークコラム２４の内部空間３２から下方へ引き出す。インテークコラム２４内の空気のこの周期的な移動を最小にするために、クランクケース１２の内部空間３０は、図４Ａ、５Ａ、６Ａなどに示すとおり、固体である空間を限定する充填物７０でクランクケース１２を可能な限り満たすことによって最小にされる。この充填物７０は、エンジン１０の金属であるクランクケース１２と同じ材料である必要はなく、それが、クランクケース１２の内部空間３０によりインテークコラム２４から空気が行き来する移動を最小にするために、クランクケース１２の内部空間３０を限定する限り、所望により軽量のプラスチック材料にすることができる。クランクスローでのコネクティングロッド４６の下端の偏心回転のため及びクランクケース内部の吸気通路４０ａ、４０ｂの下部位置のためだけに、十分な空間が残される。

クランクケースの空間３０の空気は、ピストン４４の下降行程中にインテークコラム２４に向けて上方へ押され、その後にピストンの上昇行程中にクランクケースの空間に引き戻されて、インテークコラム２４の空間３２内の空気が、エンジン運転の各サイクルの間に行き来して脈動することが理解されるであろう。クランクケースの空気又はガスと、充填吸気との実際の混合は、エンジン１０のサイクル動作が速いためにごく僅かである。しかし、そのような混合は、クランクケース１２の空気の空間３０とインテークコラム２４内の充填吸気部分とを分離する摺動浮遊プランジャ又はセパレータ７２をインテークコラム２４内に設置することによって、さらに少なくされ得る。浮遊セパレータ７２は、運転中のエンジン１０の各サイクルに伴ってインテークコラム２４内を上方及び下方へ摺動し、インテークコラム２４の上部内の空気（インテークプレナム３６を通じて外部吸気通路３４ａ、３４ｂ内の流入空気と連通する）とクランクケース内の空気の空間３０とを分離する。図４Ｂでは、ピストン４４はその最大高さにあり、それによって浮遊セパレータ７２をインテークコラム２４内のその最下点まで下方へ引き下げる。インテークコラム２４上部の空間３２内の圧力は、この時点では少しの間安定しているが、その後にピストン４４がその降下を開始してクランクケース１２内の空気をインテークコラム２４の下部に押し戻すにつれて、増大し始める。したがって、インテークプレナム３６内の吸気バルブ７４（例えば炭素繊維フレキシブルリードバルブなど）は閉じられる。図４Ｂ〜１１Ｂに断面で示された比較的薄い支持部７６が、閉鎖中に吸気バルブ７４の必要以上の動きを制限するために、プレナム３６の管状部を横切って延在する。この支持部７６は、図２の平面図において、全体が基本的に示されている。

図５Ａ、５Ｂは、図４Ａ、４Ｂに図示のものからクランクシャフト１４が時計回りに４５°回転した時点のエンジンの運転を示しており、ピストン４４が、シリンダー１６の上部の燃焼圧力により、その下向き行程を開始している。排気バルブ６０は、この時点ではカム６２の位置により閉じており、ピストンクラウン５４の吸気バルブ５２もまた、クランクケースの空間３０及びインテークコラム２４の下部での圧力に比べて相対的に高い燃焼室５８及びシリンダー１６の上部内の圧力により閉じている。しかし、下降するピストン４４が、シリンダー１６下部及びクランクケース１２の内部空間３０を減少させており、したがって収容されたクランクケースの空気をインテークコラム２４の下部に押し戻すことが理解されるであろう。これにより、インテークコラム２４の浮遊セパレータ７２が上昇を始め、インテークコラム２４の上部内並びに入れ子式に嵌り込むクランクケース管又は通路４０ａ、４０ｂ及びピストン管又は通路４８ａ、４８ｂ内で増大する圧力は、インテークプレナム３６内のリードバルブ７４を周囲外部圧力に抗して閉じた状態に保つ。

図６Ａ、６Ｂでは、クランクシャフト１４は、図４Ａ、４Ｂに示されたその初期の上死点位置から９０°回転して示される。燃焼圧力は、シリンダー１６においてピストン４４を下方へ押し込み続け、排気バルブ６０及び吸気バルブ５２は閉じたままである。ピストン４４の下降に従ってクランクケース１２内の空間３０の減少が続き、浮遊セパレータ７２をインテークコラム２４の入口端２６の方向へさらに押し込む。縮小していく入れ子式に嵌り込むクランクケース管又は通路４０ａ、４０ｂ及びピストン管又は通路４８ａ、４８ｂ内の空間の減少もまた、インテークコラム２４の上部内の圧力を増大させてリード吸気バルブ７４を閉じた状態に保つが、クランクケース内の空間３０及び浮遊セパレータ７２の下方の空間は、管又は通路４０ａ、４０ｂ、４８ａ、４８ｂの空間より少なくともわずかに大きいので、浮遊セパレータ７２をインテークコラム２４内でいくらか上昇させる。

図７Ａ、７Ｂは、クランクシャフト１４が図４Ａ、４Ｂに示された上死点位置からおよそ１３５°時計回りに回転したエンジン１０のサイクルを示している。排気バルブ６０は、カム６２のローブ（突出部）がまだタペット６４を持ち上げ始めるまで回転していないので、閉じたままである。ピストン４４が下降行程を続けるにつれて、シリンダー内の膨張する空間によりシリンダー１６内の圧力が低下しているとしても、シリンダー内の圧力は、依然としてクランクケース１２内及び周囲大気の圧力を上回ったままであるため、吸気バルブ５２もまた閉じたままである。ピストン４４が下降行程を続けてクランクケース１２内の空間３０を減少させると、クランクケース１２内の圧力は、浮遊セパレータ７２をインテークコラム２４においてより高く押し上げる。これは、リード吸気バルブ７４が閉じたままになることをもたらす。

図８Ａ、８Ｂは、ピストン４４が下死点に到達した時、すなわちクランクシャフト１４が図４Ａ、４Ｂに示された上死点位置から１８０°回転した時のエンジン１０の内部構成要素の位置を示している。カム６２のローブは、それがタペット６４を持ち上げ始める位置まで回転しているので、排気バルブ機構を作動して排気バルブ６０を開き、シリンダー１６内の残留圧力を解放することが理解されるであろう。この時点でクランクケース１２の内部空間３０は最小になるので、クランクケース１２内で最大圧力を生じる。これは浮遊セパレータ７２をインテークコラム２４内でその最大高さまで押し込むので、リード吸気バルブ７４の下のコラム２４の上部の空間を最小にする。ピストン４４行程でのこの最下点はまた、縮小されて入れ子式に嵌り込む吸気通路４０ａ、４０ｂ、４８ａ、４８ｂ内の最小空間をもたらし、それらがインテークコラム２４の内部空間の上部と連通することも伴い、特に排気バルブ６０がこの時開いていることから、これらの通路内の圧力をシリンダー１６内の圧力よりも高い圧力にさらに増大させる。開いた排気バルブ６０によりシリンダー１６内においてほぼ周囲圧力である圧力と、吸気通路４０ａ、４０ｂ、４８ａ、４８ｂ内で増加した圧力との間でのこの差圧は、ピストンクラウン５４の吸気バルブ５２を押し開き、新しい充填吸気をシリンダー１６内に流入させることができる。ピストン４４を貫いて延びるポート５６ａ、５６ｂは、好ましくはピストンを通る、直径での１つの垂直面（a diametric vertical plane）内にあるのではなく、むしろピストン４４の中心から離れて、ある角度で上方かつ内方へ延びるのが好ましい。これは、充填吸気が内部シリンダー壁によって制限される際に、シリンダー１６の内部で渦巻き又は螺旋運動をする充填吸気をもたらす。充填吸気のこの渦巻き又は螺旋作用は、ピストン４４を貫くポート５６ａ、５６ｂの方向により、時計回り又は反時計回りのどちらかにすることができる。充填吸気がシリンダー１６に進入する際に排気バルブ６０が開いているので、充填吸気は、サイクルでの次の燃焼のためにシリンダー１６内に閉じ込められる充填吸気の不純物混入を低減するように、シリンダー１６から排気を放出するのを助ける。

図９Ａ、９Ｂでは、クランクシャフト１４は、図４Ａ、４Ｂでのその初期の上死点位置からおよそ２２５°回転して示されており、ピストン４４は、シリンダー１６でその上昇行程を開始している。カム６２のローブは、タペット又はリフタ６４が下降できる程に回転しておらず、そのため排気バルブ６０は少なくともいくらか開いたままである。クランクケース吸気通路４０ａ、４０ｂ及びピストン吸気通路４８ａ、４８ｂ内の相対的に小さい空間４２ａ、４２ｂ、５０ａ、５０ｂは、これらの通路内で依然として相対的に高い圧力をもたらすので、ピストンクラウン５４での開いた吸気バルブ５２を通じてシリンダー１６により多くの吸気を押し込む。しかし、吸気管又は通路４０ａ、４０ｂ、４８ａ、４８ｂ内の圧力は、それらの減少した空間、及び浮遊セパレータ７２をインテークコラム２４において上方へ押し込むクランクケース１２の相対的に高い圧力により減少したインテークコラム２４の上部の空間に起因して、依然として相対的に高いままであり、そのため吸気リードバルブ７４を閉じた状態に保つ。

図１０ａ、１０ｂは、クランクシャフト１４が図４Ａ、４Ｂに示されたその初期の上死点位置から時計回りにおよそ２７０°又は進行の４分の３回転したサイクルの時点でのエンジン１０を示している。サイクルのこの時点において、カム６２のローブは回転してタペット又はリフタ６４を過ぎているので、排気バルブ６０は閉じる。排気バルブ６０の閉鎖は、シリンダー１６におけるピストン４４の上昇行程に伴って、ピストンクラウン５４の吸気バルブ５２の閉鎖をもたらす。これは、次の燃焼及び動力行程のために、現時点で閉じられたシリンダーにおいて、新しい充填吸気の圧縮を開始させる。ピストン吸気管又は通路４８ａ、４８ｂは、それぞれの固定されたクランクケース吸気管又は通路４０ａ、４０ｂから伸ばされており、したがってその中の空間４２ａ、４２ｂ、５０ａ、５０ｂを増大させる。これは、インテークコラム２４の上部内での圧力の低下を引き起こす。上昇しているピストン４４によって、この時クランクケース１２内の空間は増大し、それに対応して圧力が低下するので、これによりコラム２４において浮遊セパレータ７２が下方へ引き下げられることによって、コラム２４内の内圧はさらに低減する。結果として、インテークコラム２４の上部内の圧力が外気圧よりも低いレベルにまで低減し、それにより外気圧が、インレットリードバルブ７４を概ね図１０Ｂに示されるように押し込む。

最後に、図１１Ａ、１１Ｂは、クランクシャフト１４が、図４Ａ、４Ｂのその上死点位置から時計回りに３１５°の位置まで回転した時のエンジン１０の内部構成要素の位置を示している。この時点で、排気バルブ６０及び吸気バルブ５２は両方とも閉じたままであり、そのためその後の燃料の噴射及び点火のために、シリンダー１６の上部において新しい充填吸気をさらに圧縮する。クランクケース１２内の空間３０は増大しており、そのため浮遊セパレータ７２をインテークコラム２４において下方へ引き下げる。これは、インテークコラム２４の上部内の空間を増大させ、それに対応してその中の圧力を低減させる。同時に、入れ子式に嵌り込むピストン吸気管４８ａ、４８ｂは、固定されたクランクケース吸気管４０ａ、４０ｂからさらに引き出され、それによりその中の空間４２ａ、４２ｂ、５０ａ、５０ｂを膨張させて管内の圧力をさらに低減させる。管又は通路４０ａ、４０ｂ、４８ａ、４８ｂ及びインテークコラム２４の上部内のこの相対的に低い圧力の結果として、吸気リードバルブ７４が概ね図１１Ｂに示されるようにさらに引き下げられて開く。このすぐ後に、好ましくはピストン４４が再び上死点に到達するわずかに前の時点で、燃料が噴射器２２によって噴射され、１つ以上の火花プラグ２０（図２）によって点火が開始されて、ツーストロークサイクルの動作を新たに開始する。

したがって、ツーストロークエンジン１０、及び充填吸気のクランクケースガスからの同一又は類似の分離を利用する他のエンジンの実施形態は、従来のツーストロークエンジンで生じるようなクランクケースのオイル蒸気による充填吸気のあらゆる汚染を本質的に防ぐ内燃式エンジンを提供することが理解されるであろう。上述のエンジン１０は、空冷式単気筒エンジンとして示されている。しかし、ここに記載された作動原理は、多くの他のエンジン形態に適応できることが理解されるであろう。

例えば、図１２は、単一のクランクケース１１２を有する多気筒直列型エンジン１１０を示しており、各シリンダー１１６は、液体冷却を行うためにウォータジャケットをその周りに用いている。液体冷却を用いる単気筒エンジン及び空冷式多気筒エンジンに本願のインテークシステムを用いることができることは明らかである。図１２に示されたエンジン１１０は、直列型４気筒として示されているが、例えばＶ型、水平対向、星型などといった他のシリンダー配列も、当然に上述したシステムを用いて構成し得る。

クランクケース内で汚染ガスから充填吸気を分離するシステムは、これまで多気筒ツーストロークエンジンにおいて達成するのが困難であった別の利点を提供する。従来の多気筒ツーストロークエンジンは、各シリンダーに対応するクランクケース内の空間の相互の分離を必要とする。これは、ピストンがその動力行程で下降する際のクランクケースにおける充填吸気の初期圧縮に起因する。バランスの取れたエンジンでは、それぞれのピストンはサイクルでの異なる時点にあり、クランクケース内の充填吸気は、ピストンがそれぞれのシリンダー内で異なる時に往復運動する際に、異なるピストンの下で脈動又は流動で行き来するに過ぎない。そのため、クランクケース内が１つの空間であると、そのような初期圧縮をもたらさないであろう。多気筒ツーストロークエンジン１１０は、クランクケース内で充填吸気を変動する空間から分離する新規なインレットシステムによって、この問題を排除する。

さらに、図１〜１１Ｂでは、複数の点火プラグを備えたエンジン１０が示されているが、エンジンは、必要であれば、ツーストローク圧縮着火（ディーゼル）原理を用いて作動するように構成され得ることが理解されよう。そのようなエンジンは、図２のエンジン１０で示された複数の点火プラグではなくて、始動のために単一のグロープラグだけを必要とするであろう。したがって、ツーストロークエンジン１０及びその他の実施形態は、多くの異なる分野及び作動環境における広範囲の用途に適応可能である。

本発明は上述の実施形態に限定されず、特許請求の範囲に含まれるあらゆるすべての実施形態を包含することが、理解されるべきである。

１０ エンジン
１２ クランクケース
１４ クランクシャフト
１６ シリンダー
１８ シリンダーヘッド
２０ 点火プラグ
２２ 燃料噴射器
２４ インテークコラム
２６ インテークコラムの入口端
３０ クランクケース室又は内部空間
３２ インテークコラムの内部空間
３４ａ、３４ｂ 外部吸気通路
３６ インテークプレナム又はエアボックス
３８ａ、３８ｂ 外部吸気通路の底部
４０ａ、４０ｂ クランクケース吸気通路
４２ａ、４２ｂ クランクケース吸気通路の吸気空間
４４ ピストン
４６ コネクティングロッド
４８ａ、４８ｂ ピストン吸気通路
５０ａ、５０ｂ ピストン吸気通路の吸気空間
５２ ポペット吸気バルブ
５４ ピストンクラウン
５６ａ、５６ｂ ポート
５８ 燃焼室
６０ ポペット排気バルブ
６２ カム
６４ タペット
６６ プッシュロッド
６８ ロッカーアーム
７０ 充填物
７２ 浮遊セパレータ
７４ 吸気バルブ
７６ ブレース
１１０ 多気筒直列型エンジン
１１２ クランクケース
１１６ シリンダー

Claims (18)

1. ツーストロークエンジンであって、
   その内部に空間を定めるクランクケースと、
   前記クランクケース内に配置されたクランクシャフトと、
   前記クランクケースから延びる少なくとも１つのシリンダーと、
   前記クランクシャフトと機械的に連結された、前記シリンダー内に配置されたピストンと、
   前記クランクケース内に配置された、その内部に吸気空間を有する少なくとも１つの吸気通路と、
   ピストンから垂下する、その内部に吸気空間を有する少なくとも１つのピストン吸気通路と、
   を含み、前記ピストン吸気通路は、前記吸気通路と入れ子式に嵌り込み、前記吸気通路及び前記ピストン吸気通路は、その中の前記吸気空間をクランクケースの前記空間から分離している、ツーストロークエンジン。
2. 前記シリンダー及び前記クランクケースの外部に配置されたインテークコラムと、
   前記インテークコラム内に配置された浮遊セパレータと、
   をさらに含み、前記インテークコラムは、前記クランクケースと連通する底部と、該底部の反対側の入口端と、その内部のインテークコラムの空間とを有しており、前記浮遊セパレータは、前記インテークコラムの空間を、前記浮遊セパレータと前記入口端との間の第１の部分及び前記浮遊セパレータと前記クランクケースとの間の第２の部分に分離しており、前記浮遊セパレータは、前記インテークコラムの空間の前記第１の部分及び前記第２の部分の互いの混合を防ぐ、請求項１に記載のツーストロークエンジン。
3. 前記ピストンはクラウンを有し、前記ツーストロークエンジンは、
   前記シリンダーの上に配置されたシリンダーヘッドと、
   前記ピストンの前記クラウン内に同心円状に配置されたポペット吸気バルブと、
   前記シリンダーヘッド内に同心円状に配置されたポペット排気バルブと、
   をさらに含む、請求項１に記載のツーストロークエンジン。
4. 前記クランクケースの前記空間の一部に配置された、前記空間を限定するための固体の充填物をさらに含む、請求項１に記載のツーストロークエンジン。
5. 前記クランクシャフトに配置された排気カムと、
   前記シリンダーの上に配置されたシリンダーヘッドと、
   前記排気カムと前記シリンダーヘッドとの間を延びるプッシュロッドと、
   前記シリンダーヘッドに配置された、前記プッシュロッドと機械的に連結したロッカーアームと、
   前記シリンダーヘッド内に同心円状に配置された、前記ロッカーアームと機械的に連結したポペット排気バルブと、
   をさらに含む、請求項１に記載のツーストロークエンジン。
6. 複数の前記シリンダーが前記クランクケースから延びる、請求項１に記載のツーストロークエンジン。
7. 少なくとも１つの前記シリンダーの周りに配置された冷却液ジャケットをさらに含む、請求項１に記載のツーストロークエンジン。
8. ツーストロークエンジンであって、
   その内部に空間を定めるクランクケースと、
   前記クランクケース内に配置されたクランクシャフトと、
   前記クランクケースから延びる少なくとも１つのシリンダーと、
   前記クランクシャフトと機械的に連結された、前記シリンダー内に配置されたピストンと、
   前記シリンダー及び前記クランクケースの外部に配置されたインテークコラムと、
   前記インテークコラム内に配置された浮遊セパレータと、
   前記クランクケース内に配置された、その内部に吸気空間を有する少なくとも１つの吸気通路と、
   ピストンから垂下する、その内部に吸気空間を有する少なくとも１つのピストン吸気通路と、
   を含み、前記インテークコラムは、前記クランクケースと連通する底部と、該底部の反対側の入口端と、その内部のインテークコラムの空間とを有しており、前記浮遊セパレータは、前記インテークコラムの空間を、前記浮遊セパレータと前記入口端との間の第１の部分及び前記浮遊セパレータと前記クランクケースとの間の第２の部分に分離しており、前記浮遊セパレータは、前記インテークコラムの空間の前記第１の部分及び前記第２の部分の互いの混合を防ぎ、前記ピストン吸気通路は、前記吸気通路と入れ子式に嵌り込み、前記吸気通路及び前記ピストン吸気通路は、その中の前記吸気空間をクランクケースの前記空間から分離している、ツーストロークエンジン。
9. 前記ピストンはクラウンを有し、前記ツーストロークエンジンは、
   前記シリンダーの上に配置されたシリンダーヘッドと、
   前記ピストンの前記クラウン内に同心円状に配置されたポペット吸気バルブと、
   前記シリンダーヘッド内に同心円状に配置されたポペット排気バルブと、
   をさらに含む、請求項８に記載のツーストロークエンジン。
10. 前記クランクケースの前記空間の一部に配置された、前記空間を限定するための固体の充填物をさらに含む、請求項８に記載のツーストロークエンジン。
11. 前記クランクシャフトに配置された排気カムと、
    前記シリンダーの上に配置されたシリンダーヘッドと、
    前記排気カムと前記シリンダーヘッドとの間を延びるプッシュロッドと、
    前記シリンダーヘッドに配置された、前記プッシュロッドと機械的に連結したロッカーアームと、
    前記シリンダーヘッド内に同心円状に配置された、前記ロッカーアームと機械的に連結したポペット排気バルブと、
    をさらに含む、請求項８に記載のツーストロークエンジン。
12. 複数の前記シリンダーが前記クランクケースから延びる、請求項８に記載のツーストロークエンジン。
13. 少なくとも１つの前記シリンダーの周りに配置された冷却液ジャケットをさらに含む、請求項８に記載のツーストロークエンジン。
14. ツーストロークエンジンであって、
    その内部に空間を定めるクランクケースと、
    前記クランクケース内に配置されたクランクシャフトと、
    前記クランクケースから延びる少なくとも１つのシリンダーと、
    前記シリンダーの上に配置されたシリンダーヘッドと、
    前記クランクシャフトと機械的に連結され、前記シリンダー内に配置された、クラウンを有するピストンと、
    前記ピストンの前記クラウン内に同心円状に配置されたポペット吸気バルブと、
    前記シリンダーヘッド内に同心円状に配置されたポペット排気バルブと、
    前記クランクケース内に配置された、その内部に吸気空間を有する少なくとも１つの吸気通路と、
    ピストンから垂下する、その内部に吸気空間を有する少なくとも１つのピストン吸気通路と、
    を含み、前記ピストン吸気通路は、前記吸気通路と入れ子式に嵌り込み、前記吸気通路及び前記ピストン吸気通路は、その中の前記吸気空間をクランクケースの前記空間から分離している、ツーストロークエンジン。
15. 前記シリンダー及び前記クランクケースの外部に配置されたインテークコラムと、
    前記インテークコラム内に配置された浮遊セパレータと、
    をさらに含み、前記インテークコラムは、前記クランクケースと連通する底部と、該底部の反対側の入口端と、その内部のインテークコラムの空間とを有しており、前記浮遊セパレータは、前記インテークコラムの空間を、前記浮遊セパレータと前記入口端との間の第１の部分及び前記浮遊セパレータと前記クランクケースとの間の第２の部分に分離しており、前記浮遊セパレータは、前記インテークコラムの空間の前記第１の部分及び前記第２の部分の互いの混合を防ぐ、請求項１４に記載のツーストロークエンジン。
16. 前記クランクケースの前記空間の一部に配置された、前記空間を限定するための固体の充填物をさらに含む、請求項１４に記載のツーストロークエンジン。
17. 前記クランクシャフトに配置された排気カムと、
    前記シリンダーの上に配置されたシリンダーヘッドと、
    前記排気カムと前記シリンダーヘッドとの間を延びるプッシュロッドと、
    前記シリンダーヘッドに配置された、前記プッシュロッドと機械的に連結したロッカーアームと、
    前記シリンダーヘッド内に同心円状に配置された、前記ロッカーアームと機械的に連結したポペット排気バルブと、
    をさらに含む、請求項１４に記載のツーストロークエンジン。
18. そこから延びる複数のシリンダーを有する単一のクランクケースと、
    前記複数のシリンダーの周りに配置された冷却液ジャケットと、
    をさらに含む、請求項１４に記載のツーストロークエンジン。

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