JP6811068B2 - ２ストロークエンジンの掃気ポート構造 - Google Patents

Description

本発明は、２ストロークエンジンの掃気ポート構造に関するものである。

一般に、ユニフロー式の２ストロークエンジンは、頭上弁（ＯＨＶ）方式の排気弁を備えて強制掃気を行うため、給排気がぶつかり合うループフロー式や、給排気がＵ字形の流れとなるクロスフロー式のものとは異なり、シリンダライナ下側から上方の排気弁への一方的な流れで掃気が確実になることから、排気の残留がなくなり、燃焼が安定し、出力を高めることができるものとして知られている。

図５及び図６は従来の２ストロークエンジンの一例を示すものであって、円筒状のシリンダライナ１の上端部（一端部）側にはカバー２が取り付けられて燃焼室３が形成され、前記シリンダライナ１の下端部（他端部）外周には複数の掃気ポート４が穿設され、前記シリンダライナ１の下端部外周には掃気室５を形成する外衣６が、前記掃気ポート４を包囲するように設けられている。

前記シリンダライナ１内には上死点と下死点との間で往復動するようピストン７が摺動自在に嵌挿され、該ピストン７には、ピストンリング８が嵌着されている。

前記カバー２には、燃料を燃焼室３内へ噴射する燃料噴射弁９と、前記燃焼室３に連通する排気ポート１０が形成された排気弁箱１１が取り付けられている。

前記排気弁箱１１には、前記排気ポート１０を開閉自在な排気弁１２が駆動装置１３によって押し引きされるよう配設されている。

尚、前記ピストン７に対しその下方へ延びるよう連結されるピストンロッド７ａは、前記外衣６の下部中央に装着されるスタッフィングボックス１４に摺動自在に支持され、掃気室５の空気の漏れを防いでいる。

前述の如き従来の２ストロークエンジンにおいては、図５に示される如く、ピストン７が下死点に移動して上側のピストンリング８が掃気ポート４より下方に位置した状態では、外衣６内の掃気室５から空気が掃気ポート４を介してシリンダライナ１の内部に取り入れられると共に、排気弁１２が開かれて排気ポート１０が開放され、後述する燃焼室３に残留している燃焼排ガスが排気ポート１０から外部に排気される。その後、前記ピストン７は、シリンダライナ１内を上昇し（燃焼室３に向かって移動し）、前記排気弁１２が閉状態になり且つピストン７のピストンリング８が掃気ポート４より上方に位置した状態になると、シリンダライナ１内に流入した空気は圧縮されていく。

続いて、図６に示される如く、前記ピストン７が上死点まで到達し、空気が最大に圧縮された状態で、燃料噴射弁９から燃料が燃焼室３に向けて噴射され、該燃料は燃焼室３内で自着火し、その際に生じる爆発圧力により、前記ピストン７がシリンダライナ１内を高速で下降し（反燃焼室３側へ移動し）、下死点に到達後、前述と同様の作動が繰り返し行われる。

そして、一般に、ユニフロー式の２ストロークエンジンでは、シリンダライナ１に設けられた掃気ポート４の位置は固定され、掃気ポート４がピストン７の往復動によって開かれる角度と閉じられる角度は、上死点若しくは下死点を中心として対称であり、膨張長さと圧縮長さは幾何学的に同一である。

前記２ストロークエンジンの場合、掃気行程では、掃気ポート４の開時期を長くして掃気効率を高め、膨張行程では、掃気ポート４の閉時期を長くして膨張仕事を多くすることが理想である。

これと関連して、前記掃気ポート４の開口位置を上下方向に変更可能に構成し、掃気タイミングを可変にして圧縮比を変更できるようにした２ストロークエンジンの一般的技術水準を示すものとしては、例えば、特許文献１がある。

特許第３０７４７６３号公報

しかしながら、特許文献１に開示されたものでは、掃気タイミングを可変とするためのスリーブをシリンダライナ１に対して上下方向へ移動させるアクチュエータが外部装置として必要になると共に、エンジンの作動状態を検出するセンサとしての負荷センサ及び回転センサと、該センサで検出されたエンジンの作動状態に応じて前記アクチュエータへ制御指令を出力するコントローラも設けなければならなかった。

このため、装置が大掛かりになり、且つ制御系統も複雑化するという欠点を有していた。

又、一行程中に掃気ポート４の開口位置を変更することは時間的に非常に困難であり、改善の余地が残されていた。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなしたもので、簡単な構造で、外部からの複雑な制御を行うことなく、掃気ポートの開閉タイミングの最適化を図り得る２ストロークエンジンの掃気ポート構造を提供しようとするものである。

上記目的を達成するために、本発明の２ストロークエンジンの掃気ポート構造は、円筒状のシリンダライナと、該シリンダライナの一端部側に形成される燃焼室と、前記シリンダライナの他端部外周に穿設される掃気ポートと、該掃気ポートを包囲するよう前記シリンダライナの他端部外周に形成される掃気室と、前記シリンダライナ内に上死点と下死点との間で往復動して前記掃気ポートを開閉するよう嵌挿されるピストンとを備えた２ストロークエンジンの掃気ポート構造において、
前記ピストンの上死点側から下死点側への移動行程中、該ピストンの往復動と連動して前記掃気ポートの上死点側開口縁部を下死点側へ変位させる掃気ポート位置可変機構を備え、
前記掃気ポート位置可変機構は、
前記シリンダライナの内周面に摺動自在となるよう嵌入されて前記ピストンのピストンリングとの摩擦力によって駆動され且つ前記掃気ポートと連通する掃気孔が穿設されたスリーブと、
該スリーブの掃気孔の上死点側開口縁部が前記掃気ポートの上死点側開口縁部と一致する方向へ前記スリーブを付勢する弾性部材と
を備えることができる。

本発明の２ストロークエンジンの掃気ポート構造によれば、簡単な構造で、外部からの複雑な制御を行うことなく、掃気ポートの開閉タイミングの最適化を図り得るという優れた効果を奏し得る。

本発明の２ストロークエンジンの掃気ポート構造の第一実施例を示す要部拡大断面図であって、（ａ）は膨張行程でピストンが下降してピストンリングがスリーブと接触した状態を示す図（図２のＩａ−Ｉａ断面相当図）、（ｂ）はピストンの下降途中の状態を示す図、（ｃ）はピストンが下死点に到達した状態を示す図、（ｄ）はスリーブが元の位置に復帰した状態を示す図、（ｅ）はピストンの上昇途中の状態を示す図である。 本発明の２ストロークエンジンの掃気ポート構造の第一実施例におけるスリーブをシリンダライナ中心から見た場合の展開図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。 本発明の２ストロークエンジンの掃気ポート構造の参考例を示す要部拡大断面図であって、（ａ）は膨張行程でピストンが下降している状態を示す図、（ｂ）は変位作動室が燃焼室に連通した状態を示す図、（ｃ）はピストンの下降途中の状態を示す図、（ｄ）はピストンが下死点に到達した状態を示す図、（ｅ）はピストンの上昇途中の状態を示す図である。 従来の２ストロークエンジンの一例を示す概要構成断面図であって、ピストンが下死点に移動した状態を示す図である。 従来の２ストロークエンジンの一例を示す概要構成断面図であって、ピストンが上死点に移動した状態を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。

図１〜図３は本発明の２ストロークエンジンの掃気ポート構造の第一実施例であって、図中、図５及び図６と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、基本的な構成は図５及び図６に示す従来のものと同様である。

第一実施例の特徴とするところは、図１〜図３に示す如く、ピストン７の上死点側から下死点側への移動行程中、該ピストン７の往復動と連動して前記掃気ポート４の上死点側開口縁部４ａを下死点側へ変位させる掃気ポート位置可変機構２０を備えた点にある。

前記掃気ポート位置可変機構２０は、スリーブ２１と弾性部材２２とを備えている。

前記スリーブ２１は、前記シリンダライナ１の内周面に摺動自在となるよう嵌入されて前記ピストン７のピストンリング８との摩擦力によって駆動されるようになっており、前記掃気ポート４と連通する掃気孔２３が穿設されている。前記スリーブ２１は、図２に示す如く、長円形状の掃気孔２３が周方向（図２では左右方向）へ並設されるスリーブ本体２１ａと、該スリーブ本体２１ａから上下方向へ延びるよう周方向へ所要間隔をあけて突設される係合スライド部２１ｂ，２１ｃとを備え、該係合スライド部２１ｂ，２１ｃがシリンダライナ１に凹設された係合溝１ｂ，１ｃに対して上下方向へ摺動自在に嵌入されている。

前記弾性部材２２は、例えば、コイルスプリング等によって構成され、前記スリーブ２１の掃気孔２３の上死点側開口縁部２３ａが前記掃気ポート４の上死点側開口縁部４ａと一致する方向へ前記スリーブ２１を付勢するようになっている。

次に、上記第一実施例の作用を説明する。

２ストロークエンジンの運転時、掃気ポート位置可変機構２０のスリーブ２１は、ピストン７のピストンリング８が接触していない状態では、弾性部材２２の付勢力により押し上げられ、前記スリーブ２１の掃気孔２３の上死点側開口縁部２３ａは、掃気ポート４の上死点側開口縁部４ａと一致する位置に保持されている。

膨張行程でピストン７が上死点側から下死点側へ移動する際、図１（ａ）に示す如く、ピストン７のピストンリング８が掃気ポート位置可変機構２０のスリーブ２１と接触する位置に達すると、該ピストンリング８の外周面とスリーブ２１の内周面との間に発生する摩擦力により、図１（ｂ）に示す如く、弾性部材２２の付勢力に抗して前記スリーブ２１が押し下げられる。

これに伴い、前記スリーブ２１の掃気孔２３の上死点側開口縁部２３ａは、掃気ポート４の上死点側開口縁部４ａからＳ１だけ下方にずれるため、膨張行程において、掃気ポート４の閉時期がＳ１に相当する分だけ延長される形となり、膨張仕事を多くすることが可能となる。

前記ピストン７が、図１（ｃ）に示す如く、下死点に到達すると、ピストンリング８はスリーブ２１から外れ、該スリーブ２１は、図１（ｄ）に示す如く、前記弾性部材２２の付勢力により再び押し上げられ、前記スリーブ２１の掃気孔２３の上死点側開口縁部２３ａは、掃気ポート４の上死点側開口縁部４ａと一致する元の位置に復帰する。

このため、図１（ｅ）に示す如く、ピストン７が下死点側から上死点側へ移動して行く掃気行程では、掃気ポート４の開時期を長くして掃気効率を高めることが可能となる。

尚、前記掃気行程において、万が一、前記弾性部材２２の付勢力がスリーブ２１に伝達されなかったとしても、ピストン７のピストンリング８との摩擦力によってスリーブ２１は押し上げられ、前記スリーブ２１の掃気孔２３の上死点側開口縁部２３ａが掃気ポート４の上死点側開口縁部４ａと一致する元の位置に復帰することは、支障なく行われる。

これにより、第一実施例では、特許文献１に開示されたものとは異なり、掃気タイミングを可変とするためのスリーブ２１をシリンダライナ１に対して上下方向へ移動させるアクチュエータ等の外部装置が不要になると共に、エンジンの作動状態を検出するセンサとしての負荷センサ及び回転センサと、該センサで検出されたエンジンの作動状態に応じて前記アクチュエータへ制御指令を出力するコントローラも設けなくて済む。

このため、装置が大掛かりにならずコンパクト化され、且つ複雑な制御系統も不要となる。

又、一行程中に掃気ポート４の開口位置を変更することが容易に行える。

こうして、簡単な構造で、外部からの複雑な制御を行うことなく、掃気ポート４の開閉タイミングの最適化を図り得る。

図４は本発明の２ストロークエンジンの掃気ポート構造の参考例であって、図中、図１〜図３と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、基本的な構成は図１〜図３に示す第一実施例と同様である。

参考例では、前記掃気ポート位置可変機構２０を、第一実施例のようにピストン７のピストンリング８との摩擦力によってスリーブ２１が駆動される構造とする代わりに、燃焼室３と掃気ポート４との圧力差によってスリーブ２１が駆動される構造としたものであり、参考例における掃気ポート位置可変機構２０は、スリーブ２１及び弾性部材２２に加え、作動空間２４と、受圧片２５と、変位作動通路２６と、復帰作動通路２７とを備えてなる構成を有している。

前記作動空間２４は、スリーブ２１の外周面側におけるシリンダライナ１に形成されている。

前記受圧片２５は、前記作動空間２４を変位作動室２４ａと復帰作動室２４ｂとに仕切るよう前記スリーブ２１の外周面に突設されている。

前記変位作動通路２６は、前記ピストン７の上死点側から下死点側への移動行程時に前記受圧片２５で仕切られた変位作動室２４ａを燃焼室３と連通させるよう前記シリンダライナ１に設けられている。

前記復帰作動通路２７は、前記受圧片２５で仕切られた復帰作動室２４ｂを掃気ポート４と連通させるよう前記シリンダライナ１に設けられている。

次に、上記参考例の作用を説明する。

２ストロークエンジンの運転時、膨張行程でピストン７が上死点側から下死点側へ移動する際、図４（ａ）に示す如く、作動空間２４の変位作動室２４ａが変位作動通路２６を介して燃焼室３と連通するまでの間は、作動空間２４の変位作動室２４ａの圧力が復帰作動室２４ｂの圧力より高くなっていない。このため、掃気ポート位置可変機構２０のスリーブ２１は、弾性部材２２の付勢力により押し上げられ、前記スリーブ２１の掃気孔２３の上死点側開口縁部２３ａは、掃気ポート４の上死点側開口縁部４ａと一致する位置に保持されている。

膨張行程でピストン７が上死点側から下死点側へ更に移動して、図４（ｂ）に示す如く、上側のピストンリング８が変位作動通路２６の上端開口部より下側の位置に達すると、作動空間２４の変位作動室２４ａが変位作動通路２６を介して燃焼室３と連通し、変位作動室２４ａの圧力が復帰作動室２４ｂの圧力より高くなり、弾性部材２２の付勢力に抗して前記スリーブ２１が押し下げられる。

これに伴い、前記スリーブ２１の掃気孔２３の上死点側開口縁部２３ａは、掃気ポート４の上死点側開口縁部４ａからＳ１だけ下方にずれるため、膨張行程において、掃気ポート４の閉時期がＳ１に相当する分だけ延長される形となり、膨張仕事を多くすることが可能となる（図４（ｃ）参照）。

前記ピストン７が、図４（ｄ）に示す如く、下死点に到達するまでの間に、燃焼室３と掃気ポート４とが連通し、変位作動室２４ａの圧力と復帰作動室２４ｂの圧力とが等しくなると、前記スリーブ２１は、前記弾性部材２２の付勢力により再び押し上げられ、前記スリーブ２１の掃気孔２３の上死点側開口縁部２３ａは、掃気ポート４の上死点側開口縁部４ａと一致する元の位置に復帰する。

このため、図４（ｅ）に示す如く、ピストン７が下死点側から上死点側へ移動して行く掃気行程では、掃気ポート４の開時期を長くして掃気効率を高めることが可能となる。

これにより、参考例では、特許文献１に開示されたものとは異なり、掃気タイミングを可変とするためのスリーブ２１をシリンダライナ１に対して上下方向へ移動させるアクチュエータ等の外部装置が不要になると共に、エンジンの作動状態を検出するセンサとしての負荷センサ及び回転センサと、該センサで検出されたエンジンの作動状態に応じて前記アクチュエータへ制御指令を出力するコントローラも設けなくて済む。

このため、装置が大掛かりにならずコンパクト化され、且つ複雑な制御系統も不要となる。

又、一行程中に掃気ポート４の開口位置を変更することが容易に行える。

こうして、参考例においても第一実施例と同様、簡単な構造で、外部からの複雑な制御を行うことなく、掃気ポート４の開閉タイミングの最適化を図り得る。

そして、図１〜図３に示す第一実施例の場合、前記掃気ポート位置可変機構２０は、前記シリンダライナ１の内周面に摺動自在となるよう嵌入されて前記ピストン７のピストンリング８との摩擦力によって駆動され且つ前記掃気ポート４と連通する掃気孔２３が穿設されたスリーブ２１と、該スリーブ２１の掃気孔２３の上死点側開口縁部２３ａが前記掃気ポート４の上死点側開口縁部４ａと一致する方向へ前記スリーブ２１を付勢する弾性部材２２とを備えている。このように構成すると、掃気ポート位置可変機構２０のスリーブ２１の駆動を、ピストン７のピストンリング８との摩擦力を利用して直接的に行うことができ、特別な部品等を設ける必要をなくして構造の簡素化を図る上で有効となる。

又、図４に示す参考例の場合、前記掃気ポート位置可変機構２０は、前記シリンダライナ１の内周面に摺動自在となるよう嵌入され且つ前記掃気ポート４と連通する掃気孔２３が穿設されたスリーブ２１と、該スリーブ２１の外周面側におけるシリンダライナ１に形成される作動空間２４と、該作動空間２４を変位作動室２４ａと復帰作動室２４ｂとに仕切るよう前記スリーブ２１の外周面に突設される受圧片２５と、前記ピストン７の上死点側から下死点側への移動行程時に前記受圧片２５で仕切られた変位作動室２４ａを燃焼室３と連通させる変位作動通路２６と、前記受圧片２５で仕切られた復帰作動室２４ｂを掃気ポート４と連通させる復帰作動通路２７と、該スリーブ２１の掃気孔２３の上死点側開口縁部２３ａが前記掃気ポート４の上死点側開口縁部４ａと一致する方向へ前記スリーブ２１を付勢する弾性部材２２とを備えている。このように構成すると、掃気ポート位置可変機構２０のスリーブ２１の駆動を、圧力差を利用して円滑に行うことができる。

尚、本発明の２ストロークエンジンの掃気ポート構造は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

１ シリンダライナ
３ 燃焼室
４ 掃気ポート
４ａ 上死点側開口縁部
５ 掃気室
７ ピストン
８ ピストンリング
２０ 掃気ポート位置可変機構
２１ スリーブ
２２ 弾性部材
２３ 掃気孔
２３ａ 上死点側開口縁部
２４ 作動空間
２４ａ 変位作動室
２４ｂ 復帰作動室
２５ 受圧片
２６ 変位作動通路
２７ 復帰作動通路

Claims (1)

1. 円筒状のシリンダライナと、該シリンダライナの一端部側に形成される燃焼室と、前記シリンダライナの他端部外周に穿設される掃気ポートと、該掃気ポートを包囲するよう前記シリンダライナの他端部外周に形成される掃気室と、前記シリンダライナ内に上死点と下死点との間で往復動して前記掃気ポートを開閉するよう嵌挿されるピストンとを備えた２ストロークエンジンの掃気ポート構造において、
   前記ピストンの上死点側から下死点側への移動行程中、該ピストンの往復動と連動して前記掃気ポートの上死点側開口縁部を下死点側へ変位させる掃気ポート位置可変機構を備え、
   前記掃気ポート位置可変機構は、
   前記シリンダライナの内周面に摺動自在となるよう嵌入されて前記ピストンのピストンリングとの摩擦力によって駆動され且つ前記掃気ポートと連通する掃気孔が穿設されたスリーブと、
   該スリーブの掃気孔の上死点側開口縁部が前記掃気ポートの上死点側開口縁部と一致する方向へ前記スリーブを付勢する弾性部材と
   を備えたことを特徴とする２ストロークエンジンの掃気ポート構造。
   

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