JPH02501083A - ２‐ストロークサイクルエンジンの排気コントロールバルブ及び該バルブを使用する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 −ロー　レエゝ　を−ゝ コゝ　−レバ１　バレ　 本発明は、２−ストロークサイクルガソリンエンジンにおける、新規で有用な改 良に関し、より詳細には、膨張ストローク中に排気ポートの開きを遅らせ、所望 の場合は、圧縮ストローク中に排気ポートを閉じるのを早め、同時に、シリンダ の排気中に排気ポートを全開するような、前述のようなエンジンのための排気バ ルブの新規で有用な改良に関するものである。さらに、本発明によれば、エンジ ンの速度に応じてピストンの位置に対して排気ポートの開閉度を変化させること もできる。

エンジンが低速のときは部分的に閉じた状態を保ち、燃焼室と排気通路の間の連 絡はピストンによる排気ポートの通常の開度を越えて遅らせ、それから上方に移 動し。

燃焼室に完全にさらすような速度コントロール式排気バルブが従来知られている 。しかし、このようなバルブ国最大の掃気を許容しながら、より長い膨張・圧縮 ストロークをもたらすという利点はない。

前述のことを念頭において、本発明の主な目的は、ピストンの各ストローク中に 選択されたパターンに従って排気開口度を変えることができるような２−ストロ ークサイクルエンジンの新規な排気コントロールバルブを提供することである。

本発明の他の目的は、各サイクル中に排気開口度を変えることができるほかに、 更に、エンジン速度の変化に応じて排気開口度を変えることができるような２− ストロークサイクルエンジンの新規な排気コントロールバルブを提供することで ある。

本発明のさらなる目的は、掃気中に排気通路を全開しなから、膨張ストローク中 に排気通路が開くのを遅らせ。

且つ、圧縮ストローク中に排気通路が閉じるのを早めるように、ピストンの動き とタイミングを合わせて駆動される新規な往復運動排気コントロールバルブを提 供することである。

本発明のさらなる目的は、エンジンに容易に紐み入れられ、確実に効率良く作動 するような、２−ストロークサイクルエンジンの新規な排気コントロールバルブ を提供することである。

訂 ２−ストロークサイクルエンジンの排気コントロールバルブが、ピストンのスカ ートの近傍のエンジンの排気通路内に具えられる。バルブは、エンジンのクラン クシャフトに連結され、ピストンの圧縮ストローク中に排気通路が閉じるのを早 め、ピストンの膨張ストローク中に排気通路が開くのを遅らせるように、ピスト ンの動きにタイミングを合すせて上方・下方に往復運動する。排気通路が最初に 開かれた後、バルブは、排気ポートを通る排気ガスの流れから脱は出るように上 方に動かされ、排気ポートを全開にし、燃焼室の掃気を妨げないようにする。さ らに、エンジン速度の変化に応じてピストンに対するバルブの位置の変更ができ るように、クランクシャフトとバルブの間の連ＭＭｊ！、動関係は調節可能にな っている。

図面の簡単な説明 本発明の動作は、添付図面とともに検討すれば、以下の説明から明らかになるで あろう０図面において。

第１図は、本発明を距み入れた２−ストロークサイクルエンジンの１部分的に立 面図である。縦断面図；第２図は、第１図の２−２線に沿った横断面図；第３図 は、クランクシャフトの回転に対するピストンの位置と排気バルブの位置を示す 図表；第４図は、エンジンの高速時における排気コントロールバルブ駆動機構の 状態図； 第５図は、エンジンの低速時における排気コントロールバルブ駆動機構の状態図 ： 第６図は、排気コントロールバルブ駆動機構の側面図；第７図は、排気コントロ ールバルブ駆動機構の部品分解図；及び。

第８図は、一部分を変更した排気コントロールバルブ駆動機構の側面図である。

い　か　鮮 本発明の図示した実施例において、排気コン゛トロールバルブが、可変速度の単 気筒２−ストロークサイクルの、例えば、オートバイに使用される圧縮エンジン のクランクケースとともに示されている。しかし、この排気コントロールバルブ は１図示したものとは異なるエンジンにも有用な応用が可能である。

エンジン１０は、シリンダー１１、シリンダーヘッド１２及びクランクケース１ ３、それに１図示していないがピストン、コネクティングロッド及びクランクシ ャフトを具えている。シリンダー１１は、燃焼室１４．吸入ボート１６で終わっ ている吸入通路１５．伝達（ｔｒａｎｓ−ｆｅｒ）ボート１８，１８で終ってい る伝達通路１７．１７及び排気通路２０に通じる排気ポート１９を具えている。

入口には、米国特許第３，９０５，３４１号で説明しているのと同様なリードバ ルブ２１、補助伝達通路２２及びブースターボート２３がある。

このタイプのエンジンにおいては１図示しないピストンスカートが、吸入ボート １６、ブースターボート２３、伝達ボート１８及び排気ポート１９を開閉するバ ルブとして機能する。一般的なこのタイプのエンジンにおいて、ピストンが下死 点の方へ移動しつつあるとき、クランクシャフトの約９０度位置において、ピス トンの上縁が排気ポート１９を開き始める。この場合、０度が上死点の位置での ピストン位置、１８０度が下死点の位置でのピストン位置である。ピストンの下 方への移動がさらに継続すると、クランクシャフトが略々１２０度の位置におい て伝達ボートとブースターポートが開き始める。ピストンが下死点に達した時、 これらの全てのボートが完全に開いている。同様に、ピストンの圧縮ストローク において、クランクシャフトが２４０度の位置において伝達ボートとブースター ボートがピストンによって閉じられ、クランクシャフトが２７０度の位置におい て排気ポートがピストンによって閉じられる。従って、一般的なこのタイプのエ ンジンにおいては、ピストンの有効膨張ストローク及び有効圧縮ストロークは、 クランクシャフトの＃毒涌各９０度の回転の間にしか生じない。

本発明によると、膨張ストローク中に燃焼室１４と排気通路２０との間の流体的 連結をピストンが排気ポートの上縁を最初に開く後まで遅らせるが、伝達ボート が開く以前に前記のような流体的連結をも可能にするバルブ手段が設けられる。

同様に、この同じバルブ手段は、ピストンが排気ポートを閉じる以前に燃焼室と 伝達通路との間の伝達流れを所ち切ることが出来る。このことは、膨張及び圧縮 ストロークの有効長さを増加衣せ、かくして、エンジンの出力を増加させること ができる。

本発明の実施例において、このバルブ手段は排気通路２０内の凹所２５内の一端 に枢着された平坦な（ｆｌａｔ）バルブプレート２４を有している。この取付け は、バルブプレートに固着され同プレートとともに枢動可能であり、排気通路凹 所２５の両側においてシリンダー１１内に設けたブツシュ（図示せず、）を貫通 するバルブシャフト２６によって行なわれている。バルブプレート２４は、バル ブシャフト２６から前方に延び、排気ポート１９の所か、そのやや手前で終わっ ている。バルブプレートの前縁２４ａは、第２図に示すように、上から見ると凹 曲面になっており、燃焼室の曲率半径と等しいかやや大きい曲率半径を有してい る。バルブプレートの前縁は、排気通路凹所２５内に引っ込むことが出来るよう に上方及び後方にテーパー若しくはカーブしていてもよい。

本発明の重要な特徴は、ピストンの動きとタイミングを合わせてバルブプレート ２４を動かす手段を設けたことにある。第１図に示す位置において、バルブプレ ート２４は、排気ポート１９の上部と伝達ボート１８の上部の間の略々中間にあ り、クランクシャフトの回転によって上方に動かされる。下方に移動するピスト ンの上縁瓜想像線でＰに示す位置にあるときは、上方に動いているバルブプレー トが丁度通る位置にある。これは、図示した実施例において、クランクシャフト の約１０５度位置になる。ピストンとバルブプレートの説明した位置において、 ピストンのスカートとバルブプレートの先端の間にシールが設けられ、燃焼室内 の燃焼による膨張生成物が排気通路２０に入るのを防いでいる。排気ポート１９ の上部部分はピストンＰによって覆われていないが、燃焼室内の膨張ガスは、バ ルブプレートが障壁（バリヤー）となっているという−事実により、排気通路に 入ることができないが、前記ピストンより上部の燃焼室１４の領域と排気通路２ ０の間に僅かな漏れがあり得るのみである。

このような配置によって、ピストンに対する有効膨張力は、クランクシャフトの ９０度回転からクランクシャフトの略々１０５度回転まで拡張される。このこと は、約２０％以上もピストンのパワーストロークを増加させるこビにする。

バルブプレート２４の動きはエンジンのクランクシャフトの回転によってコント ロールされる。この目的のために、バルブシャフト２６はバルブプレート２４に 固定され、一端がシリンダ１１−を貫通して外方に延びている。操作リンク２７ がバルブシャフトに取り付けられ。

連結リンク２８によってエンジンのクランクシャフトに連結されている。

図示したように、ビニオン２９はエンジンクランクシャフトの延長部３０に支持 されている。このビニオンは歯車比１対１の関係の歯車３１を駆動し、歯車３１ Ｌｔシヤフト３２に支持されている。シャフト３２の端部に豪連結リンク２８の 下端部が取付けられている回転可能の駆動プレート３３がある。詳しく後述する ように、！１車３１の回転によりプレート３３が回転するように、歯車３１と駆 動プレート３３の間には駆動機構が具えられている。従って、バルブプレート２ ４は、ピストンの動きとタイミングを合せてエンジンのクランクシャフトによっ て駆動されることになる。

ピストンの下方への動きの間、バルブプレート２４は第１図に示すように上方に 動く、バルブプレートの前縁２４ａがピストンの上縁より高いと１．ｉ！焼主生 成物燃焼室から排気通路に出て行くことができる。クランクシャフトの回転の継 続によって、バルブプレートは、排気通路凹所２５に完全に入るまで上昇を継続 し、かくして排気通路を通る排気ガスの無ｔ＋ｍの流孔を許容する。

エンジンが高速のときは、掃気に充分な時間を与えるため、排気通路を開けるの を早めることが必要となるであろう、排気通路を開けるのを早める１つの方法が 第４図乃至第７図に示されている０図示したように、歯車３１には駆動プレート ３３と隣り合う面に直径方向の凹所３６が設けられ、一方、隣り合う駆動プレー ト面にはＳ形凹所３７が設けられている。一対の表面硬化された駆動ボール３８ が、シャフト３２の端部において、各凹所３６．３７に係合して具えられ、歯車 ３１の回転にともなって駆動プレート３３の回転を引き起こすようになっている 。シャフト３２に巻き付いているトーションスプリング３９は、通常は、Ｍ５図 に示すように、歯車３１に対し反時計方向に駆動プレート３３を付勢し、ボール ３８を内側に軸３２の方に押し込んでいる。エンジンが高速に達したとき、遠心 力がスプリング３９の捻りに抗して直径方向外方にボールを押しやり、第４図に 示すように、歯車３１に対し時計方向に駆動プレート３３を回転させる。これは 、ピストンの膨張ストローク中にバルブプレートの上方への動きを早め、エンジ ンの低・中速度の場合よりも早めに排気通路を開き、室１４の掃気に長い時間を 与えることになる。

パルプ２４駆動機構の変形例が、第８図に示されている。この実施例において、 ピストンとバルブプレートの間のより長い相対的な動きの間に、ピストンとの間 に一定の隙間を提供するため、この駆動プレートも凹んだ前縁２４ｂを有してい るが、これはテーパーではなく、上方に丸くなっている。クランクシャフトに固 定され即ちクランクシャフトによって回転させられるようになっている回転可能 の駆動プレート４０は、カム溝凹所４１を面上に有し、その中に二股に分けられ たリンク４３，４４の下部部材４３によって支えられているカムローラ４２が入 り込んでいる。二股に分けられたリンクの上部リンク４４は、駆動プレート４０ の回転にともなってバルブプレート２４の往復運動を引き起こすように、操作リ ンク２７に連結されている。アイドラーリンク４５は。

リンク部材４３．４４の枢軸連結部４６に連結されている。このアイドラーリン ク４５は、第８図において、左右に水平に動くことができ、エンジン速度の変化 に応じて、エンジンが高速の時は排気通路の開きを早め、エンジンが低速の時は 排気通路の開きを遅らせる。

第３図の図表は、ピストンの位置対クランク角のプッロットをグラフＡで示しで ある。グラフＢは、排気通路がエンジンの低速及び中速度の時に燃焼室に開いて いる時におけるバルブプレートの動きのプロットであり、グラフＣは、エンジン が高速において排気通路が開いている時、バルブプレートの動きのプロットであ る。プロットＢは、排気通路がクランク角１０５度の時に開き、クランク角２５ ５度の時に閉じることを示しているが、これらは設計上の融通性があり、排気通 路は、クランク角９０度と１２０度の間でどこででも開き、クランク角２７０度 迄のどこででも閉じるように設計することができる。

本発明の好ましい実施例をここに図示し説明したが、以下の請求の範囲内で１本 発明に変更と変形をなし得ることは明らかであろう。

ＦＩＧ、　１ ＦＩＧ、　２ ＦＩＧ、　３ ＦＩＧ、　４ 国際調査報告

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. １．クランクシャフトに連結されシリンダーの頂部と底部の間で往復運動をする ピストンを有する２−ストロークサイクル内燃機関の操作方法であって；上死点 からの前記クランクシャフトの回転が略々１０５度と１２０度の間において、前 記ピストンによって排気通路を開き始め； 上死点から前記クランクシャフトの回転が略２４０度と２７０度の間において、 前記ピストンによって前記排気道路を閉じ； 前記排気通路が最初に開いた後、上死点からの前記クランクシャフトの回転が１ ８０度に到達する以前に、前記シリンダーの頂部の方に有効排気通路の上部表面 を上昇させる； ステップからなる方法。
2. ２．前記エンジンの高速時には、低速時より前記クランクシャフトの早い回転位 置で前記ピストンによって前記排気通路を開き始めるステップを有する、請求の 範囲第１項の方法。
3. ３．排気ポートと、シリンダー内の上死点と下死点の間で往復運動をするピスト ンを有し、前記ピストンは回転可能のクランクシャフトと連結されている２−ス トロークサイクル内燃機関において； 前記排気ポートに隣り合い前記ピストンに対してシールするようになっているバ ルブ部材、及び前記シリンダーの頂部に最も近く前記排気ポートの縁に隣り合う 場所にある第１の位置から、前記排気通路を閉じて前記ピストンに対してシール する第２の位置に、前記バルブ部材を動かすバルブ部材の作動手段を有し、前記 作動手段は、前記ピストンの上縁が前記排気ポートの上縁より下方に通過した後 、前記第２の位置から前記第１の位置の方に前記バルブ部材を動かし、前記ピス トンが下死点の位置に到達した後、前記第１の位置から前記第２の位置の方へ前 記バルブ部材を動かし始めるように、前記クランクシャフトの回転及び前記ピス トンの動きにタイミングが合わせられている、２−ストロークサイクル内燃機関 。
4. ４．前記クランクシャフトの回転速度の増加にともない前記第２の位置から第１ の位置への前記バルブ部材の動きを早めるように前記作動手段に連結された調節 可能の駆動手段を含む、請求の範囲第３項の装置。
5. ５．前記バルブ部材は前記第１第の位置と前記第２の位置との間で往復過動をす る、請求の範囲第３項の装置。
6. ６．シリンダー、前記シリンダー内の燃焼室、前記燃焼室の上端部から間隔をお いてその下にあり排気通路に通じている排気ポート、及び、上死点と下死点との 間の往復運動のために前記燃焼室内に収納されたピストンを有し、前記ピストン は回転可能のクランクシャフトに連結され前記排気ポートを開閉するバルブ部材 として機能するようになっている２−ストロークサイクル内燃機関において； 前記排気通路内に具えられた凹所； 前記排気通路凹所内に少なくとも部分的に収納され前記凹所内の第１の位置と前 記排気ポートの上下縁の中間の第２の位置との間で往復運動するように取付けら れているバルブ部材を有し、 前記バルブ部材は、前記第２の位置において、前記燃焼室から前記排気通路に流 体が流れないように前記ピストンに対して実質的に気密のシールを提供するよう になっており；さらに 前記バルブ部材を前記第１の位置と前記第２の位置との間で前記ピストンの動き にタイミングを合わせて動かすように前記バルブ部材及び前記クランクシャフト に連結された作動手段、を有してなる２−ストロークサイクル内燃機関。
7. ７．前記クランクシャフトの回転速度の増加にともない前記第２の位置から第１ の位置への前記バルブ部材の動きを早めるように前記作動手段に連結された調節 可能の駆動手段を含む、請求の範囲第６項の装置。
8. ８．前記調節可能の駆動手段は前記クランクシャフトの回転によって生じる遠心 力に応答する手段を含む、請求の範囲第７項の装置。
9. ９．前記第１の位置と前記第２の位置との間で動くように前記バルブ部材を前記 凹所内に枢着する手段を含む、請求の範囲第６項の装置。
10. １０．前記バルブ部材は、前記ピストンの方に面して凹んだ前縁を有している全 体的に平坦な板であり、前記前縁は前記ピストンの動きの方向に対し直角の平面 において前記ピストンの曲率半径に略々等しい曲率半径を有している、請求の範 囲第９項の装置。
11. １１．前記作動手段は前記エンジンクランクシャフトによって回転可能に駆動さ れる駆動プレートを含み、前記調節可能の駆動手段は前記クランクシャフトの角 度位置に対して前記駆動プレートの角度位置を変更するように遠心力に応答する 手段を含む、請求の範囲第７項の装置。
12. １２．前記作動手段はカムとカム従動子を含む、請求の範囲第７項の装置。
13. １３．前記ピストンが前記バルブ部材とのシール関係でその下死点の方に動いて いる時、前記作動部材は前記バルブ部材を反対方向に前記第１の位置に方向けて 動かすようになっている、請求の範囲第６項の装置。