JPH03149328A - ２サイクルエンジン - 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】 ［産業上の利用分野１一 本発明は、２サイクルエンジンに関し、特に、掃気と混
合気の導入とを過給機の過給作用を利用して行うように
した２サイクルエンジンの改良に係るものである。

［従来の技術］ 一般に、２−サイクルエンジンは、１回転毎に爆発行程
を有しているため、、４サイクルエンジンに比べて単位
気筒容積あたりの出力（比出力）が大きく、振動も少な
い。そのため、小形軽量化を図るには好都合である。

ところが、従来普及しているいわゆるクランク室圧縮掃
気方式の２サイクルエンジンは、クランク室内に潤滑系
統を独立して配置することができないため、ピストンの
焼き付きを有効に防止するのが難しい。また、混合気内
に潤滑オイルを混入させる関係で、オイル消費量が多く
、排気白煙の発生を招き易い。しかも、シリンダ内に供
給される新気に混入する残留ガスが多く、また、新気の
吹抜けも多いので、エミッションの悪化を招き易い上に
、始動性や低速軽負荷時の安定性に問題がある。

本発明は、以上のような利点を損ねることなしに、その
欠点を解消することができる新しい方式の２サイクルエ
ンジンを開発する途上においてなされたものであるが、
その先行技術として、例えば、実開昭６２−９５１３６
号公報に示されるようなものがある。この２サイクルエ
ンジンは、クランク角変化に同期させて開閉駆動される
吸気弁と、排気弁とをシリンダヘッドにそれぞれ設けて
いる。シリンダヘッドには、その吸気弁を介してシリン
ダ内に連通ずる吸気通路を接続しておき、その吸気通路
に過給機から吐出される圧縮空気を導入するようにして
いる。シリンダ内には、燃料噴射弁の先端を臨ませてい
る。

その作動は次のようである。まず、シリンダ内の爆発圧
力によりピストンが上死点から下死点に向かう途中にお
いて、排気弁を開いて排気ブローダウンを行わせる。一
定のブローダウン期間が経過した後に吸気弁を開き始め
掃気を開始する。一定の掃気期間が経過した後に、排気
弁を閉じる。

その後は、前記吸気通路から空気のみをシリンダ内に過
給する。一定期間過給を行った時点で吸気弁を閉じ圧縮
行程に移行する。その圧縮行程で前記燃料噴射弁からシ
リンダ内に燃料を噴射し、上死点近傍で点火を行って爆
発行程に移る。

しかして、このようなものであれば、４サイクルエンジ
ンと同様に燃料系統と潤滑系統とを分離することができ
るので、ピストンの焼き付きを有効に防止することがで
き、また、混合気中にオイルが混入することによって発
生する種々の不具合をも解消することができる。しかも
、燃料分を含まない空気のみによって掃気を行うことが
できるので、残留ガスの影響による不斉燃焼や、混合気
の吹抜けによるエミッションの悪化等も防止できる。

［発明が解決しようとする課題コ ところが、このような構成のものでは、高温になるシリ
ンダ内に燃料噴射弁を臨設しておく必要があり、しかも
、高圧になる圧縮行程で、その燃料噴射弁から所要量の
燃料を正確なタイミングで噴射する必要がある。そのた
め、燃料噴射機構が複雑化するという問題がある。

このような不具合に対処するために、前記吸気弁よりも
上流側に位置する吸気通路内に燃料を噴射するように構
成することも考えられる。ところが、このようにすると
、その吸気通路の内壁面に燃料が付着するため、掃気時
にその燃料の一部がシリンダ内に持ち出され、混合気の
吹抜けに類似した現象を惹起させる虞がある。

本発明は、以上のような不具合をことごとく解消するこ
とを目的としている。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、このような目的を達成するために、次のよう
な構成を採用したものである。

すなわち、本発明に係る２サイクルエンジンは、クラン
ク角変化に同期させて開閉駆動される空気系吸気弁と、
混合気系吸気弁と、排気弁とをシリンダヘッドにそれぞ
れ設け、ピストンにより開閉される排気ポートをシリン
ダ下部に設けるとともにその排気ポートを途中に逆止弁
を有した残留ガス排出通路を介して排気弁下流の排気通
路に連通させておき、過給機から吐出される給気を、前
記空気系吸気弁を介してシリンダ内に連通ずる空気系吸
気通路と、途中に燃料供給手段を有し前記混合気系吸気
弁を介してシリンダ内に連通ずる混合気系吸気通路との
双方に導入し得るように構成し、前記空気系吸気弁と、
前記混合気系吸気弁と、前記排気弁と、前記排気ポート
とを、次の（ａ）〜（ｄ）に示すタイミングで開閉させ
るように設定して（１ること番特徴とする。

（８）ピストンが上死点から下死点に向かう途中で前記
排気弁を開成させて、ブローダウンを開始させる。

（ｂ）一定のブローダウン期間を経た後に前記空気系吸
気弁と前記排気ポートを開き始め、掃気を開始させる。

（ｃ）一定の掃気期間を経た後に、前記混合気系吸気弁
を開成させるとともに、前記排気弁と前記排気ポートを
閉じる。

（ｄ）一定期間混合気をシリンダ内に過給した後に、前
記空気系吸気弁と前記混合気系吸気弁を閉じる。

なお、ここで、排気弁は単弁形式のものであってもよい
し、複数′弁形式のものであってもよい。

単弁形式のものを採用する場合には、該排気弁と前記空
気系吸気弁とを、シリンダの中心を挟んで対向する位置
に相対配置するのが、掃気を確実に行う上で好ましい。

多気筒エンジンの場合には、通常、前記空気系吸気通路
および前記混合気系吸気通路は、それぞれ途中で分岐さ
せて各々のシリンダに接続する。

その際、前記燃料供給手段は、前記混合気系吸気通路の
分岐していない上流部分に設けてもよいし、分岐した後
の各分岐通路部分にそれぞれ設けてもよい。

過給機としては、低速回転域から過給効果を発揮し得る
スーパーチャージャ等の機械式のものを採用するのが好
ましいが、他の形式のものも必要に応じて使用し得る。

［作用］ シリンダ内の爆発燃焼圧力により、ピストンが上死点か
ら下死点に向けて押し下げられ、クランクシャフトから
外部にエネルギが出力される。その爆発行程を終了させ
るべき所定のクランク角に達した時点で排気弁が開成す
る。その結果、その排気弁からシリンダ内の排気ガスが
激しく流出する。つまり、ブローダウンが開始される。

その際−フ　　− 高圧の排気ガスが排気弁側から排気ポートを介してピス
トンの側方に作用するのが、逆止弁により防止される。

一定のブローダウン期間を経た後に前記空気系吸気弁と
排気ポートが開成し、掃気が開始される。この際には、
燃料供給手段を有しない空気系吸気通路を通過した空気
のみが、シリンダ内に供給され、該シリンダ内の排気ガ
スを排気弁および排気ポートを通して、シリンダヘッド
側およびシリンダの下部側から押し出すことになる。

一定の掃気期間を経た後に、前記混合気系吸気弁が開成
し、混合気の導入が開始される。それと相前後して、前
記排気弁と排気ポートが閉じる。しかして、前記混合気
は、過給機の過給作用により、強制的にシリンダ内に供
給される。その際にも、空気系吸気通路からは空気のみ
の過給が続けられている。そのため、接近した両吸気弁
から、混合気と、空気とが激しく衝突しながらシリンダ
内に導入されることになり、いわゆるマイクロボルテッ
クス（小満）が発生し易くなる。その結果、空気と燃料
とが、さらに均一に混合される。このような作用は、例
えば、混合気のみをシリンダヘッド部分から供給し、掃
気用空気は、シリンダの側壁から供給するようにしたよ
うな場合には得られないものである。すなわち、本発明
のように、空気系吸気弁と、混合気系吸気弁とを共にシ
リンダヘッドに設けて相互に近接配置することによって
、シリンダ内における燃料の分布性や霧化性を極めて良
好なものにすることが可能になる。このようにして一定
期間混合気をシリンダ内に過給した後に、前記空気系吸
気弁と前記混合気系吸気弁が閉じて、圧縮行程に移行す
ることになる。空気系吸気弁と混合気系吸気弁とは、略
同時に閉じるように設定してもよいが、混合気系吸気弁
の方を、若干遅らせて閉止させれば、混合気系吸気通路
内に残留している混合気を、効果的にシリンダ内に押し
出すことができる。その結果、より精度の高い燃料供給
制御が可能となる。また、排気系をシリンダヘッド側と
シリンダ下部側との２系統にしたことにより、掃気性を
良くすることができるとともに、新気の充填効率を上げ
ることも可能となる。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例を第１図〜第３図を参照して説
明する。

第１図に概略的に示したエンジンは、空気系吸気弁１と
、混合気系吸気弁２と、排気弁３とをシリンダヘッド４
にそれぞれ設けておき、過給機たるスーパーチャージャ
５から吐出される給気を、空気系吸気通路６と、混合気
系吸気通路７との双方に導入し得るように構成した２サ
イクルエンジンである。空気系吸気通路６は、前記空気
系吸気弁１を介してシリンダ８内に連通しているととも
に、面積比で混合気系吸気通路７の約２倍の断面積を有
している。混合気系吸気通路７は、前記混合気系吸気弁
２を介してシリンダ８内に連通しており、途中に燃料供
給手段たるインジェクタ９を有している。インジェクタ
９の上流側には、混合気系吸気通路７から空気系吸気通
路６側への混合気の吹き返しを防止するためのりード弁
１０を設けである。なお、前記インジェクタ９がら空気
系吸気通路６と混合気系吸気通路７との分岐部１１まで
の距離Ｓが約５０ｍｍ以上あれは、前記リード弁１０を
廃止してもよい。スーパーチャージャ５は、前記分岐部
１１とスロットルボディ１２との間に配置してあり、過
給圧制御弁１３を備えている。そして、過給圧が設定圧
を上回ると、前記過給圧制御弁１３か圧カリリーフ通路
１４を開いて過給圧を図示しないスロットルバルブの下
流側にリリーフするようになっている。

シリンダ下部に、前記ピストン１５により開閉される排
気ポート１６を設け、この排気ポート１６を、残留ガス
排出通路１７を介して排気弁下流の排気通路１８に連通
させである。残留ガス排出通路１７の途中には、前記排
気通路１８側から前記排気ポート１６側へ排気ガスの圧
力が作用するのを阻止するための逆止弁たるリード弁１
９を設けである。

前記空気系吸気弁１と、混合気系吸気弁２と、排気弁３
と、排気ポート１６とを、第３図に示すように、クラン
ク角変化に同期させてそれぞれ開閉するようにしている
。ピストン１５が上死点から下死点ＢＤＣに向かう途中
で前記排気弁３を開成させて、ブローダウンを開始させ
る。一定のブローダウン期間を経た後に前記空気系吸気
弁１を開き始めて、掃気を開始きせ、ピストン１５が下
死点に達する前に排気ポート１６を開き始める。ピスト
ン１５が下死点に達した段階で排気弁３を閉じ、下死点
を通過した段階で排気ポート１６を閉じる。このように
して、一定の掃気期間を経た後に、前記混合気系吸気弁
２を開成させて、混合気の導入を開始し、一定期間混合
気系吸気通路７から混合気をシリンダ８内に過給した後
に、先ず、空気系吸気弁１を閉じ、これに若干遅らせて
混合気系吸気弁２を閉じる。そして、ピストン１５の上
死点直前でスパークプラグ２０により混合気に点火を行
うようにしている。

このような構成によると、シリンダ８内の爆発燃焼圧力
により、ピストン１５が上死点から下死点に向けて押し
下げられ、クランクシャフト２１から外部にエネルギが
出力される。その爆発行程を終了させるべき所定のクラ
ンク角に達した時点で排気弁３が開成する。その結果、
その排気弁３からシリンダ８内の排気ガスが激しく流出
する。

つまり、ブローダウンが開始される。その際、残留ガス
排出通路１７に設けたり一ド弁１９により、排気ガスの
動圧が排気ポート１６を介してピストン１５の側方に作
用するが防止される。一定のブローダウン期間を経た後
に、先ず、前記空気系吸気弁１が開き始めて掃気が開始
され、次いで、ピストン１５が下死点に達する前に排気
ポート１６が開き始めて、この排気ポート１６からシリ
ンダ下部側の残留ガスが排出される。この際には、イン
ジェクタ９を有しない空気系吸気通路６を通過した空気
のみが、スーパーチャージャ５の過給作用によりシリン
ダ８内に押し込められるようにして供給され、シリンダ
８内の排気ガスを排気弁３および排気ポート１６を通し
て外部に押し出すことになる。ピストン１５が下死点に
達した段階で排気ポート１６が最大に開口し、これと同
時に排気弁３が閉じられる。ピストン１５が下死点を通
過するに伴って排気ポート１６かピストン１５により閉
じられていく。このようにして、一定の掃気期間を経た
後に、前記混合気系吸気弁２が開成し、混合気の導入が
開始される。それと相前後して前記排気ポート１６が閉
じる。しかして、前記混合気は、スーパーチャージャ５
の過給作用により、強制的にシリンダ８内に供給される
。その際にも、空気系吸気通路６からは空気のみの過給
が続けられている。そのため、接近した両吸気弁１．２
から、混合気と、空気とが激しく衝突しながらシリンダ
８内に導入されることになり、マイクロボルテックスが
発生し易くなる。その結果、空気と燃料とが、さらに均
一に混合され、シリンダ８内における燃料の分布性や霧
化性を極めて良好なものにすることが可能になる。この
ようにして一定期間混合気をシリンダ８内に過給した後
に、前記空気系吸気弁１と前記混合気系吸気弁２が閉じ
て、圧縮行程に移行することになるが、混合気系吸気弁
２の方を、若干遅らせて閉止させれば、混合気系吸気通
路７内に残留している混合気を、効果的にシリンダ８内
に押し出すことができる。その結果、より精度の高い燃
料供給制御が可能となる。

以上のような構成によれば、比出力が大きく、振勲も少
ない２サイクルエンジンの有する利点を損ねることなし
に、その欠点たるガス交換性等を改善することができる
。すなわち、ガス交換の際は、まず、燃料分を含まない
加圧された空気のみによりシリンダ８内の燃焼ガスをシ
リンダ８の上部側および下部側から強制的に押出すよう
にして排出させることができるので、シリンダの上部側
でのみ、あるいは、シリンダの下部側でのみガス交換を
行うものに比べて、掃気性を大巾に改善することができ
る。また、排気通路１８側の排圧が高い場合は、リード
弁１９が閉じて、ピストン１゜　５の側方に排気ガスの
動圧が作用するのを阻止するため、ピストン１５とシリ
ンダ８との部間からブローバイガス等がクランク室２２
側に洩れる等の不具合が回避できる。そして、所定の掃
気期間を経た後に混合気系吸気通路６から混合気をシリ
ンダ８内に過給しつつ充填するようにしているので、残
留ガスの影響による不斉燃焼や、混合気の吹き抜けによ
るエミッションの悪化等が有効に防止できる。しかも、
排気系をシリンダ８の上部側と下部側の２系統にしてお
けば、排気ポートタイ　　ーミングが狭くできるととも
に、新気の過給期間を多くとることができる。その結果
、実効圧縮比および新気の充填効率を上げることができ
るので、エンジン出力を有効に高めることができる。

また、クランク室２２内を介さずにガス交換を行うこと
ができるため、４サイクルエンジンと同様に燃料系統と
潤滑系統とを分離することができる。そのため、ピスト
ン１５や慴動部等を強制潤滑することができ、これらの
焼き付きを有効に防止することができる。また、混合気
中に潤滑オイルを混入させる必要がないので、これによ
る種々の不具合、例えば、オイル消費量が多く、排気白
煙の発生等を招くこともない。

過給機としてスーパーチャージャ５を用いると、低速回
転域から過給効果を発揮させることができるので、掃気
性の改善と相俟って、低速軽負荷時の運転性の不安定に
有効に対処することができる。

以上、本発明の一実施例について述べたが、本発明は前
記実施例に限定されないのは勿論である。

例えば、前記実施例では、一つの気筒について排気弁を
２個配設したが、単弁形式のものを採用する場合には、
第４図に示すように、排気弁４１と空気系吸気弁４２と
を、シリンダ４３の中心を挾んで対向する位置に相対配
置するのが、掃気を確実に行う上で好ましい。なお、４
４は、混合気系吸気弁４５を介してシリンダ４３内に連
通ずる混合気系吸気通路を示し、４６は空気系吸気通路
を示している。

また、多気筒エンジンの場合には、空気系吸気通路およ
び混合気系吸気通路を、それぞれ途中で分岐させて各々
のシリンダに接続しておき、燃料供給手段を、前記混合
気系吸気通路の分岐していない上流部分に設けてもよい
し、分岐した後の各分岐通路部分にそれぞれ設けてもよ
い。燃料供給手段としては、気化器を用いることも可能
である。

空気系吸気通路には、インタークーラを配置して、新気
の充填効率を上げるようにしてもよい。

さらに、過給機としては、エアポンプ若しくは排気ター
ビン過給機等を利用することが可能である。また、過給
機は、スロットルボディの上流側に配置してもよい。

［発明の効果］ 以上詳述したように、本発明では、空気と混合気を所定
のバルブタイミングでもって各別に供給するとともに、
空気と混合気の導入を過給機の過給作用を利用して行う
ようにしているので、掃気性を効果的に高めることがで
きる。しかも、このものは、シリンダの上部側および下
部側に排気系を設けであるので、シリンダの上部側での
み、あるいは、シリンダの下部側でのみガス交換を行う
ものに比べて、掃気性を大巾に改善することができ、燃
料の吹き抜けを有効に回避することができる。その結果
、エミッションや始動性、低速軽負荷時等の運転性等が
改善できる。そして、排気系を前述のように２系統にし
ておけば、排気ポートタイミングや新気の過給期間を多
くとることができるので、実効圧縮比および新気の充填
効率を上げることができ、エンジン出力を有効に高める
こともできる。

また、前述のガス交換は、クランク室を介さずに行われ
るので、４サイクルエンジンと同様に燃料系と潤滑系と
を独立させることができる。このため、オイル消費量や
ピストンの焼き付き等を有効に防止することができる信
頼性および燃料制御性等に優れた２サイクルエンジンを
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図から第３図は本発明の一実施例を示し、第１図は
２サイクルエンジン全体を示す概略図、第２図は同エン
ジンの一部を概略的に示す平面図、第３図はバルブタイ
ミングを示すダイヤグラム図である。第４図は本発明の
他の実施例を示す第２図相当の概略的な平面図である。 １・・・空気系吸気弁 ２・・・混合気系吸気弁 ３・・・排気弁 ４・・・シリンダヘッド ５・・・過給機（スーパーチャージャ）６・・・空気系
吸気通路 ７・・・混合気系吸気通路 ８・・・シリンダ ９・・・燃料供給手段（インジェクタ）１５・・・ピス
トン １６・・・排気ポート １７・・・残留ガス排出通路 １８・・・排気通路 １９・・・逆止弁（リード弁）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 クランク角変化に同期させて開閉駆動される空気系吸気
   弁と、混合気系吸気弁と、排気弁とをシリンダヘッドに
   それぞれ設け、ピストンにより開閉される排気ポートを
   シリンダ下部に設けるとともにその排気ポートを途中に
   逆止弁を有した残留ガス排出通路を介して排気弁下流の
   排気通路に連通させておき、過給機から吐出される給気
   を、前記空気系吸気弁を介してシリンダ内に連通する空
   気系吸気通路と、途中に燃料供給手段を有し前記混合気
   系吸気弁を介してシリンダ内に連通する混合気系吸気通
   路との双方に導入し得るように構成し、前記空気系吸気
   弁と、前記混合気系吸気弁と、前記排気弁と、前記排気
   ポートとを、次の（ａ）〜（ｄ）に示すタイミングで開
   閉させるように設定していることを特徴とする２サイク
   ルエンジン。 （ａ）ピストンが上死点から下死点に向かう途中で前記
   排気弁を開成させて、ブローダウンを開始させる。 （ｂ）一定のブローダウン期間を経た後に前記空気系吸
   気弁と前記排気ポートを開き始め、掃気を開始させる。 （ｃ）一定の掃気期間を経た後に、前記混合気系吸気弁
   を開成させるとともに、前記排気弁と前記排気ポートを
   閉じる。 （ｄ）一定期間混合気をシリンダ内に過給した後に、前
   記空気系吸気弁と前記混合気系吸気弁を閉じる。