JP6585637B2 - ２ストローク燃焼エンジン - Google Patents

Description

本発明は、自動車、オートバイ、スポーツ及び観光用の航空機で使用するための、又は、産業用装置の駆動のための、２ストローク燃焼エンジンに関する。

２ストロークバルブレス火花点火式エンジンが、吸入パイプライン内の絞りフラップによる吸気の絞りを伴う、クランクケースを経由したエンジンシリンダの充填を使用するか、又は、気化器を使用する。圧縮点火式バルブレス２ストロークエンジンでは、ターボチャージャー過給が使用されている。両方の場合とも、シリンダの戻り掃気（ｒｅｔｕｒｎ ｒｉｎｓｉｎｇ）が様々な形で使用される。シリンダの戻り掃気を伴う従来技術のエンジンの欠点が、新気、又は、新気と燃料との混合気によるシリンダの不完全な掃気と、低い容積効率と、エンジンシリンダ及びピストンの不均一な熱負荷であるようであり、このことは、より低い容積出力（ｖｏｌｕｍｅ ｏｕｔｐｕｔ）と、より多い燃料消費とを結果的にもたらす。

上述した従来技術の欠点は、シリンダブロック内に固定されているシリンダと、シリンダ内に取り付けられているピストンとを備える、本発明による２ストローク燃焼エンジンによって取り除かれ、この２ストローク燃焼エンジンの原理は、シリンダの外周部が、シリンダ外周部の外側に位置している排気流路に通じる少なくとも１つの列の排気窓（ｅｘｈａｕｓｔ ｗｉｎｄｏｗ）を備え、この排気窓の下方に、シリンダの外周部の外側に位置している掃気流路に通じる少なくとも１つの列の掃気窓（ｒｉｎｓｅ ｗｉｎｄｏｗ）を備えており、排気窓の各列において少なくとも２つの排気窓が存在し、掃気窓の各列において少なくとも２つの掃気窓が存在し、排気窓は掃気窓に対して角度的にオフセットしており、ピストンが、燃焼空間と、そのピストンの外周部上に分布している掃気開口部とを備えており、掃気開口部が、燃焼空間をピストンの下死点において掃気窓に相互連結させるということである。

有利な実施態様の１つでは、シリンダ外周部は、互いの上方に位置している少なくとも２つの列の排気窓を備えており、排気窓は、異なる列の排気窓がシリンダ軸線に対して平行な直線に沿って互いの上方に位置しており、シリンダ外周部は、さらに、互いの上方に位置している少なくとも２つの列の掃気窓を備えており、掃気窓は、異なる列の掃気窓がシリンダ軸線に対して平行な直線に沿って互いの上方に位置しているように配置されている。

好適には、すべての排気窓が同一の形状及びサイズを有してもよい。さらに、好都合なことに、すべての掃気窓が同一の形状及びサイズを有してもよい。

有利な実施態様では、すべての排気窓とすべての掃気窓が、丸コーナーと同一サイズとを有する略長方形の形状を有する。

有利な実施態様では、掃気窓が、排気窓の間隔の半分だけ排気窓に対して角度的にオフセットしている。

有利な実施態様では、火花点火式２ストローク燃焼エンジンが、排気流路と掃気流路との空間の中で回転自在な形でシリンダ上に取り付けられているブッシュを含み、このブッシュは、少なくとも１つの列の絞り排気開口部（ｔｈｒｏｔｔｌｉｎｇ ｅｘｈａｕｓｔ ｏｐｅｎｉｎｇ）をそのブッシュの外周部に備えており、その排気開口部の下方に、少なくとも１つの列の絞り掃気開口部（ｔｈｒｏｔｔｌｉｎｇ ｒｉｎｓｅ ｏｐｅｎｉｎｇ）を備えており、このブッシュは、エンジンがアイドリング状態にあるその第１の位置から、エンジンがその最大出力で動作する第２の位置までの範囲内で、制御された形で回転させられることが可能である。

上述した第１の位置では、排気窓と絞り排気開口部とを通過するシリンダからの排気ガスの通過全断面積（ｔｏｔａｌ ｐａｓｓｉｎｇ ｃｒｏｓｓ−ｓｅｃｔｉｏｎ）が、絞り掃気開口部と掃気窓とを通過するシリンダに対する空気入口の通過全断面積よりも大きく、第１の位置では、これらの通過全断面積の両方がその最大値にあり、第１の位置からのブッシュの回転に応じて、これらの通過全断面積が、上記第２の位置におけるその最大値にまで増大する。

ブッシュの回転がアクセルペダル又はエンジン速度制御装置にもとづくことが有利である。

有利な実施態様では、絞り排気開口部は、丸コーナーを有する略長方形台形の形状を有し、絞り掃気開口部は、丸コーナーを有する略長方形三角形の形状を有する。

掃気開口部は、例えば略円形であってもよい。

掃気開口部は、圧縮空間に対して開いているカットアウトとして設計されてもよい。

上述したように、シリンダは、その外周部上において、排気流路に通じる排気窓を備えており、その排気窓の下方には、有利には排気窓の間隔の半分だけ排気窓に対して角度的にオフセットしておりかつ掃気流路に通じる掃気窓が付けられている。エンジンのピストンは、ピストン外周部上に分布している傾斜掃気開口部が中に通じている燃焼空間を備えている。ピストンの下死点位置では、これらの掃気開口部は、燃焼空間を掃気窓に相互連結させる。

このエンジンの火花点火式の形態では、排気流路と掃気流路との空間内においてエンジンシリンダ上に回転可能な形で取り付けられており、シリンダの外周部上に互いに隣接して配置されている１つの列の絞り排気開口部を備えており、この列の下方において互いに隣接して配置されている１つの列の絞り掃気開口部を備えている、ブッシュを使用することが有利である。これらの列の開口部の両方が、これらの開口部の間隔の半分だけ互いに対して角度的にオフセットしていることが有利である。
絞り排気開口部の形状は、例えば、丸コーナーを有する略長方形台形の形状であり、絞り掃気開口部は、例えば、丸端縁を有する略長方形三角形の形状である。
ブッシュの回転が、シリンダに対する空気入口の通過断面積の減少又は増大と、エンジンシリンダの外への排気ガスの通過断面積の減少又は増大と、したがって、シリンダの排気及び掃気のタイミングの変化とを生じさせる。
排気窓と掃気窓は、カットアウトとして設計されており、丸い端縁を有する略長方形の形状を有する。上述したタイミングの変化は、これらの窓の通過断面積の減少中に（上死点により近い）最上列の窓が最初に閉じられることによって可能にされる。

ピストン内に形成された掃気開口部が、圧縮空間に対して開いているカットアウトの形状を有してもよい。
この掃気開口部は、円形の形状、又は、丸コーナーを有する略長方形の形状を有してもよい。

上述したように、本発明による設計は、エンジン内において、上死点に向かってシリンダの中央部を通ってエンジンピストン内の燃焼空間を経由してシリンダが掃気され、その次に、排気ガスがシリンダ壁と排気管とに強制的に送り込まれるということを生じさせる。ブロワ（ｂｌｏｗｅｒ）又はターボチャージャーの使用によって、エンジンシリンダの中に入る前に新気の十分な圧力を生じさせることが、エンジンシリンダの流路が完全に開いている時にさえ、燃焼生成物の侵入（ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ）（ブローオフ（ｂｌｏｗ−ｏｆｆ））を減少させ、新気によるシリンダのより適切な充填を確実なものにする。エンジンピストンがちょうど下死点を通過し終わった瞬間における、火花点火式の形態のエンジンにおける燃料ノズルによる燃料噴射が、シリンダヘッド内での点火プラグにおける点火一貫性（ｉｇｎｉｔｉｏｎ ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｃｙ）の層状混合気（ｌａｙｅｒｅｄ ｍｉｘｔｕｒｅ）を生じさせる可能性を伴った燃料損失を排除する。

本発明を、添付図面に概略的に示されている本発明の実施形態の例の使用によって、さらに詳細に説明する。

本発明による圧縮点火式のエンジンの実施形態の一例の断面を示す。 クランクシャフトを経由した充填を伴うエンジンの火花点火式形態を示す。 ブロワを使用する過給と、排気とシリンダ掃気とのタイミングの変化を可能にするブッシュとを伴う、エンジンの火花点火式形態を示す。 シリンダ上の排気窓と掃気窓の分布と形状の一例を展開形状の形で示す。 エンジンピストン内の掃気開口部の実施形態の一例を示す。 絞り排気開口部と絞り掃気開口部の形状の一例と、エンジンのアイドリング状態における、及び、ブッシュを伴うシリンダの展開形状における、排気窓と掃気窓に対する絞り排気開口部と絞り掃気開口部との位置とを示す。 絞り排気開口部と絞り掃気開口部の形状の一例と、全開状態（ｆｕｌｌ ｇａｓ ｍｏｄｅ）における、及び、ブッシュを伴うシリンダの展開形状における、排気窓と掃気窓に関する絞り排気開口部と絞り掃気開口部との位置とを示す。 エンジンのアイドリング状態における、ブッシュの最も閉鎖された絞り開口部又は閉鎖された絞りフラップのための分布図（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｄｉａｇｒａｍ）を示す。 ブロワ過給又はクランクシャフト経由の充填を伴う火花点火式エンジンの全開状態（ｐｅｒｆｅｃｔ ｇａｓ ｍｏｄｅ）における、最大に開放された、即ち、完全に開放された流路又は絞りフラップに関する分布図を示す。

図１は、本発明によるエンジンの実施形態の第１の例を示す。
このエンジンは、噴射ノズル４が固定されているヘッド１を含む圧縮点火式のエンジンである。シリンダブロック１２がシリンダ２を含み、このシリンダ２の中央部分内には、シリンダ２の外周部に沿って排気窓８が設けられており、この排気窓８の下方には掃気窓１０が備えられている。シリンダ２内ではピストン３が滑動する形で移動し、このピストン３の移動はクランク機構によってもたらされる。ピストン３には、その外周部上に分布している傾斜掃気開口部９が備えられており、この掃気開口部９は、ピストン３の頂部部分内の燃焼空間１５の中に通じている。シリンダブロック１２内では、排気開口部８の空間内に、排気ガスを取り除くために円形の排気流路７が形成されており、この排気流路７の下方には、掃気窓１０の空間内に、環状掃気流路１１が形成されており、この環状掃気流路１１は、ブロワ１３からの新気を充填されている。

図２は、本発明によるエンジンの実施形態の第２の例を示す。
このエンジンは、点火プラグ５が中に固定されているヘッド１を含む火花点火式のエンジンである。火花点火式エンジン内において噴射ノズルの代わりに気化器が一般的に使用されることが可能なので、噴射ノズルが示されていない。シリンダブロック１２内では、排気窓８が外周部に沿って形成されておりかつ掃気窓１０が排気窓８の下方に成形されている、シリンダの中央部分において、シリンダ２が押し付けられている。シリンダ２内では、ピストン３が滑動する形で移動し、この移動はクランク機構によって生じさせられる。ピストン３には、そのピストン３の頂部部分内の燃焼空間１５に通じる、ピストン３の外周部上に分布した傾斜掃気開口部３が備えられている。シリンダブロック１２内には、排気開口部８の空間内に、排気ガスを取り除くための円形の排気流路７が形成されており、この排気流路７の下方には、掃気窓１０の空間内に、環状の掃気流路１１が形成されており、この掃気流路は、連結流路１４を経由してブロワクランクケースからの新気が充填される。代替案としては、この掃気流路はブロワからの空気を充填されてもよい。

図３は、実施形態の第３の例、即ち、火花点火式エンジンを図示し、このエンジンのシリンダ２上にかつシリンダ２の外側から、ブッシュ１６が、排気窓８と掃気窓１０の空間内に取り付けられている。ブッシュ１６の外周部上には、絞り排気開口部１７が形成されており、絞り排気開口部１７の下方には、絞り掃気開口部１８が形成されている。好都合には、ブッシュ１６の回転が、アクセルペダル又はエンジン速度制御装置から得られてもよい。空気が、掃気流路１１から掃気窓１０を経由して掃気開口部９を通って圧縮空間６の中に入り、圧縮空間１５がピストン３によって圧縮される。

２ストローク燃焼エンジンは、クランクケース又はブロワ１３からの新気が圧力下でパイプを経由して掃気流路１１に強制的に送り込まれ、掃気流路１１から、ピストン３が下死点に移動する最中に掃気窓１０を開放した直後に、掃気開口部９と燃焼空間１５とを通して圧縮空間６に送られ、排気窓８を経由して排気流路７に排気ガスを送り出す。
ピストン３が下死点から移動してシリンダ２内で空気を圧縮し始めて、掃気窓１０を閉じると、排気窓８の同時閉鎖時に、火花点火式エンジンの噴射ノズル４が微細霧状燃料を圧縮空気の中に噴射する。点火プラグ５によって、上死点の前に、圧縮された均一性の混合気が発火させられる。
圧縮点火式エンジンでは、ピストン３が上死点の直前の位置にある時に、燃料が噴射され、この場合に、このエンジンでは、空気入口の絞りなしに出力変化が数量規則（ｑｕａｎｔｉｔｙ ｌａｗ）によって制御される。
火花点火式のエンジンでは、気化器又は吸引パイプ内の絞りフラップを用いたシリンダに対する空気供給の絞りによって、又は、恐らくは、エンジンがブッシュ１６を含む形態においては、ブッシュ１６の旋回（回転）による空気入口の絞りによって、出力の変化が決定される。

図４は、掃気窓１０及び排気窓８の形状及び分布の例を示す。この形状は、丸コーナーを有する略長方形の形状である。

図５は、ピストン３内に形成されている掃気開口部の実施形態の一例の詳細を示す。

図７は、掃気窓１０及び排気窓８の採用可能な形状の別の例を示す。この例では、これらの窓は、互いの上方に３つの列の形で配置されている。この図は、さらに、丸コーナーを有する略長方形三角形の形状と表現されることが可能である絞り掃気開口部１８の形状の一例と、丸コーナーを有する略四角形台形の形状と表現されることが可能である絞り排気開口部の形状の一例とを示す。絞り排気開口部１７と絞り掃気開口部１８との互いに異なる形状の目的を後述する。図７に示されている、排気窓８に対する絞り排気開口部１７の位置と、掃気窓１０に対する絞り掃気開口部１８の位置は、エンジンの全開状態（ｆｕｌｌ ｇａｓ ｒｅｓｉｍｅ）に対応する。

図６は、エンジンのアイドリング状態（ｉｄｌｅ ｒｅｓｉｍｅ）に対応する、排気窓８に対する絞り排気開口部１７の位置と、掃気窓１０に対する絞り掃気開口部１８の位置とを示す。

次に、ブッシュ１６の機能を説明する。ブッシュ１６は、２つの末端位置、即ち、アイドリング位置と最大出力位置を有する。アイドリング位置は図６と図８に示されており、最大出力位置は図７と図９に示されている。
アイドリング位置では、シリンダ内の掃気窓１０は、絞り掃気開口部１８によって部分的に閉じられており、この絞り掃気開口部１８は、有利には、丸コーナーを有する略三角形の形状であり、アイドリング状態のために必要とされる量の空気を提供する。図６に示されているように、絞り排気開口部１７の形状が丸コーナーを有する略長方形台形の形状に相当するので、アイドリング状態における排気窓８の通過断面積は、略三角形の形状である絞り掃気開口部１８によって絞られる掃気窓１０の通過断面積よりも大きい。この通過断面積の相違は、まさに絞り排気開口部１７と絞り掃気開口部１８との形状の相違の結果として生じる。
最大出力位置（図７と図９を参照されたい）では、掃気窓１０は完全に開いている。掃気窓１０と排気窓８とが、有利には互いの上方に位置している幾つかの列の形でシリンダ外周部上に分布している、例えば長方形のカットアウトとして設計されている場合には、シリンダの排気と掃気のタイミングは、アイドリング位置から最大出力位置へブッシュ１６を回転（旋回）させることによって変化させられることが可能である。
アイドリング状態では、ブッシュ１６は、掃気窓１０と排気窓８との最下列（即ち、下死点に向かう列）内の長方形カットアウトだけが開いているような位置にある。
したがって、膨張ストローク中は、ピストン３は、掃気窓１０と排気窓８との長方形カットアウトの最下列だけを開き、このことが、長方形カットアウトの他の列がブッシュ１６によって塞がれているので、シリンダの排気と掃気の遅延と、シリンダの掃気と排気の加速とを生じさせる。

本発明は、上述した実施形態例と添付図面に示されている実施形態とにだけ限定されるのではなく、さらに、添付特許請求項に記載されている範囲内に含まれるすべての変形と変更とを含む。

本発明による２ストローク燃焼エンジンは、主として、自動車産業、オートバイ産業、及び、航空機産業において使用されることが可能である。

Claims (4)

1. シリンダブロック（１２）内に固定されているシリンダ（２）と、前記シリンダ（２）内に取り付けられているピストン（３）とを備え、
   前記シリンダ（２）の外周部が、排気流路（７）に通じる排気窓（８）と、前記排気窓（８）の下方において、前記排気窓（８）の間隔の半分までだけ前記排気窓（８）に対して角度的にオフセットしており、掃気流路（１１）に通じる掃気窓（１０）とを備えている２ストローク燃焼エンジンにおいて、
   ピストン（３）には、圧縮空間（６）の中への幅広の開口部を有する燃焼空間（１５）と、ピストン（３）の外周部上に分布している掃気開口部（９）とが設けられており、
   前記掃気開口部（９）は、燃焼空間（１５）に通じており、かつ、圧縮空間（６）に対して開いているカットアウトとして設計され、
   前記掃気開口部（９）は、前記ピストン（３）が下死点にある時に、前記燃焼空間（１５）を前記掃気窓（１０）に相互連結させる、
   ことを特徴とする２ストローク燃焼エンジン。
2. 前記シリンダ（２）上に回転自在な形で取り付けられているブッシュ（１６）を含み、 前記ブッシュ（１６）は、前記排気流路（７）の空間内において、前記ブッシュ（１６）の外周部上に、絞り排気開口部（１７）を備えており、
   前記掃気流路（１１）の空間内において、互いの上方に位置した２つの列の形に配置されており、それらの間隔の半分までだけ前記絞り排気開口部（１７）から角度的にオフセットしている絞り掃気開口部（１８）を備えている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の２ストローク燃焼エンジン。
3. 前記絞り排気開口部（１７）は、丸コーナーを有する略長方形台形の形状を有する、ことを特徴とする請求項２に記載の２ストローク燃焼エンジン。
4. 前記排気窓（８）と前記掃気窓（１０）は、互いの上方に位置した幾つかの列の形で前記シリンダ（２）の周辺部に沿って分布している長方形のカットアウトとして行われる、
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の２ストローク燃焼エンジン。

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