JPH03149329A - 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］ 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−ヒ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］ 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
を特徴とする特＊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ポートを開成させて、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、空気系吸気弁と混合気系吸気弁は、それ
ぞれ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
、空気系吸気弁と混合気系吸気弁とを、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、混合気と空
気にスワールを発生させる上で好ましい。過給効果等を
特に強化したい場合には、複数弁形式を採用するとよい
。

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ポートが開
成する。その結果、その排気ポート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。

一定のブローダウン期間を経た後に前記空気系吸気弁が
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ボー
トから押し出すことに−フ　− なる。このように、シリンダヘッド側から新気を導入し
、燃焼ガスをシリンダ下部側から排出させると、排気ガ
スの流れが一方向となるので、掃気性が高め易く、残留
ガスの量が減少させ易くなる。

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
記排気ボートが閉じる。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、両吸気弁をそれぞれ単弁形式のものにした場
合には、両吸気弁からシリンダ内に導入される混合気と
空気とにスワールが発生させ易くなる。両吸気弁をそれ
ぞれ複数弁形式にした場合には、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。しかして、新気および
混合気をシリンダヘッド部分から供給し、燃焼ガスをシ
リンダ下部側から排出させるようにしておけば、燃焼室
部分の温度が下げられるため、圧縮比　　　　を無理な
く高めることも可能になる。

［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とをシリンダヘッド３にそれぞれ設
けておき、過給機たるスーパーチ＝　１０− ャージャ４から吐出される給気を、空気系吸気通路５と
、混合気系吸気通路６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。空気系吸気弁１と混合
気系吸気弁２とは、第２図に示すように、シリンダ７の
中心を挾んで対向する位置に相対配置しである。空気系
吸気通路５は、前記空気系吸気弁１を介してシリンダ７
内に連通しているとともに、面積比で混合気系吸気通路
６の約２倍の断面積を有している。この空気系吸気通路
５には、吸入空気を冷却するためのインタークーラ８を
設けである。混合気系吸気通路６は、前記混合気系吸気
弁２を介してシリンダ７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６がら空気系吸気
通路５側への混合気の吹き返しを防止するためのリード
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５と混合気系吸気通路６との分岐部１１ま
での距離Ｓが約５０ｍｍ以上あれば、前記リード弁１０
を廃止してもよい。スーパーチャージャ４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が圧カリリーフ通
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、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を排気通路１７に
連通させである。

前記空気系吸気弁１と、混合気系吸気弁２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１
５が−ヒ死点から下死点ＢＤＣに向かう途中で前記排気
ポート１６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、掃気を開始させる。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
導入を開始する。これに若干おくらせて前記排気ポート
１６を閉じ、一定期間混合気系吸気通路６から混合気を
シリンダ７内に過給した後に、空気系吸気弁１と混合気
系吸気弁２を閉じる。なお、混合気系吸気弁２の方は、
空気系吸気弁１より後に閉じてもよい。そして、ピスト
ン１５の上死点直前でスパークプラグ１８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７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１９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ポート１６が開成する。その
結果、その排気弁ポート１６からシリンダ７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。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が開き始めて掃気が開始され、前記排気ポート１
６からシリンダ７内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５を通過
した空気のみが、スーパーチャージャ４の過給作用によ
りシリンダツ内に押し込められるようにして供給され、
シリンダ７内の残留ガスを排気ポート１６を通して外部
に押し出すことになる。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が開成して、混合
気の導入が開始され、それに若干遅れて前記排気ポート
１６が閉じる。しかして、前記混合気は、スーパーチャ
ージャ４の過給作用により、強制的にシリンダ７内に供
給される。その際にも、空気系吸気通路５からは空気の
みの過給が続けられている。そのため、シリンダ７内に
高速のスワールを発生させることができ、空気と燃料と
が、さらに均一に混合され、シリンダ７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でき
る。このようにして一定期間混合気をシリンダ７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。なお、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６内に残留している混合気を、効果的に
シリンダ７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、振動も
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、燃料分を含まない加圧
された空気のみがシリンダへラド３個からシリンダ７内
に強制的に押し込められ、シリンダ７内の残留ガスを排
気ポート１６個にダウンフローさせて、該排気ポート１
６から強制的に排出させることができるので、シリンダ
７内の燃焼ガスの流れが一方向となる。その結果、シリ
ンダの上部側で９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、燃焼ガスの流れを良く
することができ、掃気性を大巾に改善することができる
。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７内に過給しつつ充填するよう
にしているので、ガス交換性がよく、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。なお、掃気性を改善する
手法として、排気ポートをシ、リンダヘッド部分および
シリンダ下部の双方に設けることも考えられるが、この
ようにすると、シリンダヘッド側から排出された排気ガ
スの圧力がシリンダ下部側の排気ポートを介してピスト
ンの側面に作用し、ブローバイガスを増加させる虞があ
る。

しかして、前述のように、シリンダ下部にのみ排気ポー
ト１６を設けておけば、このような不具合を招くことが
ない。

また、新気および混合気をシリンダヘッド３部分から供
給し、燃焼ガスをダウンフローさせてシリンダ下部側か
ら排出させるようにしであるため、燃焼室部分の温度を
有効に下げることができる。

このため、圧縮比を無理なく高めることができので、エ
ンジン出力を高めることもできる。

クランク室２０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。

前記実施例のように、空気系吸気弁１と混合気系吸気弁
２とをシリンダ７の中心を挟んで対向する位置に相対配
置しておけば、混合気と空気にスワールを発生させるこ
とができるので、シリンダ７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でき、低速軽負
荷等における燃焼を安定させることが可能となる。

また、過給機としてスーパーチャージャ４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
、掃気性の改善およびスワール効果と相俟って、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
。

なお、排気ポートは、混合気系吸気弁に対向する側のシ
リンダ下部に設けてもよい。

また、前記実施例は、空気系吸気弁と混合気系吸気弁と
をそれぞれ単弁形式にした場合であるが、これらを複数
弁形式のものにしてもよい。例えば、空気の充填効率お
よび掃気性等を特に高めたい場合には、第４図に示すよ
うに、シリンダヘッドに空気系吸気弁４１を２個配設し
、混合気系吸気弁４２を一個配設してもよい。なお、４
３は、前記空気系吸気弁４１を介してシリンダ４４内に
連通する空気系吸気通路を示し、４５は、前記混合気系
吸気弁４２を介してシリンダ４４内に連通ずる混合気系
吸気通路を示している。

空気および混合気の双方の充填効率等をさらに高めたい
場合には、第５図に示すように、空気系吸気弁５１と混
合気系吸気弁５２をシリンダヘッドにそれぞれ２個づつ
対向させて配置してもよい。

なお、５３は、前記空気系吸気弁５１を介してシリンダ
５４内に連通ずる空気系吸気通路を示し、５５は、前記
混合気系吸気弁５２を介してシリンダ５４内に連通ずる
混合気系吸気通路を示している。このように４弁形式を
採用すると、接近した両吸気弁５１．５２から、混合気
と、空気とが激しく衝突しながらシリンダ５４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５４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できる。

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。

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、空気と混合気をシリンダの
上部側から供給し、燃焼ガスをシリンダの下部側から排
出させるようにしであるので、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るとと
もに、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。さらに、このような構成によれば
、燃焼室部分の温度を効果的に下げることができるので
、混合気の高圧縮化が可能となり、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図と第５図は
それぞれ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・・・シリンダヘッド ４・・・過給機（スーパーチャージャ）５・・・空気系
吸気通路 ６・・・混合気系吸気通路 ７・・・シリンダ ９・・・燃料供給手段（インジェクタ）１５・・・ピス
トン １６・・・排気ボート

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
   排気ポートを開成させて、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。