JPH03151532A - 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
に機械式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。

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、機械式の過給機を用いると、エンジン負荷が
増加する上に、駆動時の機械的エネルギ損失が避けられ
なくなる。そのため、前記先行技術に示されるような構
成のものでは、低速軽負荷時の運転性が不安定になりや
すい上に、燃料消費量が増加し、燃費の悪化を招くこと
になる。

また、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、少
なくとも前記シリンダヘッド若しくはシリンダ下部に排
気手段を設けておき、排気タービン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、前記排気手段とを
、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。

（ａ）ピストンが上死点から下死点に向かう途中で前記
排気手段を開成させて、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、前記排気手段を閉じる。

（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、排気手段は、シリンダヘッドに設ける場
合は排気弁であって、シリンダ下部に設ける場合はピス
トンにより開閉される排気ポートとなる。この場合、排
気弁は主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。

主弁形式のものを採用する場合には、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。

［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手段が開成
する。その結果、その排気手段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。ブローダウンが開始されると、高圧の排気ガスのエ
ネルギが排気タービン過給機のタービンに作用するため
、タービンと同軸上に設けられたコンプレッサが高速回
転し、空気系吸気通路および混合気系吸気通路に新気を
過給する。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、該シリンダ内の残留ガス
を排気手段を通して、シリンダ外に押し出すことになる
。２サイクルエンジンの場合、残留ガス中のＨＣ成分が
比較的多い。このため、シリンダ外に排出された高温・
高圧の排気ガス中に、掃気による二次空気を送り込めば
、排気タービン過給機内等で、未燃焼ガスを再燃焼させ
ることも可能になり、ガスボリュームを増大させ易くな
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
、前記排気手段が閉じる。しかして、前記混合気は、排
気タービン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、いわゆるマイクロポ
ルテックス（生温）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。なお、排気手段をシリンダ
ヘッド若しくはシリンダ下部に設けた場合には、燃焼ガ
スが一方向に流れ、双方に設けた場合には、シリンダヘ
ッド側とシリンダ下部側との２方向から燃焼ガスを排出
させることになる。

［実施例コ 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、排気手段たる排気弁３とをシリ
ンダヘッド４にそれぞれ設けておき、排気タービン過給
機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がら空気系吸気
通路６側への混合気の吹き返しを防止するためのリード
弁１０を設けである。なお、前記インジェクタ９から空
気系吸気通路６と混合気系吸気通路７との分岐部１１ま
での距離が約５０ｍｍ以上あれば、前記リード弁１０を
廃止してもよい。排気タービン過給機５は、排気通路１
２に設けたタービン１３と、スロットルバルブ１４の上
流側の吸気通路１５に設けたコンプレッサ１６とを備え
ている。そして、過給圧が設定圧を上回ると、図示しな
いアクチュエータがウェイストゲートバルブを介して排
気バイパス通路を開き、排気ガスを前記タービン１３を
迂回させるようになっている。

シリンダ下部に、ピストン１７により開閉される排気手
段たる排気ポート１８を設け、この排気ポート１８を、
残留ガス排出通路１９を介して前記排気通路１２に連通
させである。

前記空気系吸気弁１を、混合気系吸気弁２と、排気弁３
と、排気ポート１８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１７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（６０〜７０８ＢＤＣ’　）　　
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、ピストン１７が下死点に達する前に排気
ポート１８を開き始める。ピストン１７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１８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
合気の導入を開始する。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、空気系吸気弁
１を閉じ（５０〜６０°ＡＢＤＣ）、これに若干遅らせ
て混合気系吸気弁２を閉じる（５０〜６０’　ＡＢＤＣ
）。この場合、インジェクタ９からの燃料噴射は、前記
混合気系吸気弁２が閉じる寸前（５０〜６０°ＡＢＤＣ
）に終了しておく。そして、ピストン１７が上死点に達
する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１７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。ブローダウンが開
始されると、高圧の排気ガスのエネルギが排気タービン
過給機５のタービン１３に作用するため、タービン１３
と同軸上に設けられたコンプレッサ１６が前記タービン
１３と共に高速回転し、空気系吸気通路６および混合気
系吸気通路７に新気を過給する。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、排
気弁３側から掃気が開始される。ピストン１７が下死点
に達する前に排気ポート１８が開き始めて、この排気ポ
ート１８からシリンダ下部側の残留ガスが排出される。

この掃気時には、インジェクタ９を−Ｈしない空気系吸
気通路６を通過した空気のみが、排気タービン過給機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１８を通して外部に押し出すことになる。

このため、排気通路１２や排気タービン過給機５内に導
かれた高温・高圧の排気ガス中には、掃気による二次空
気が送り込まれ、残留ガス中の未燃焼ガスを再燃焼させ
て、ガスボリュームを増大させることになる。ピストン
１７が下死点に達した段階で排気ポート１８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１
７が下死点を通過するに伴って排気ポート１８がピスト
ン１７により閉じられる。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、混合気
の導入が開始される。しかして、前記混合気は、排気タ
ービン過給機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
ポ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、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内あ燃焼ガスをシ
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、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。

また、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サイクルエンジンより排気圧力が高く
、熱負荷が厳しいが、前述のような構成によれば、その
排気ガスの有するエネルギを有効に利用して、効果的に
排気タービン過給機５を駆動させることができる。その
結果、機械式過給機のように、エンジン負荷の増加や駆
動時の機械的エネルギ損失を招いたりすることなく、２
サイクルエンジンの有する高い排気エネルギによって有
効にエンジン出力を高めることができるので、燃料消費
ｍを抑えることができるとともに、低速軽負荷時等の運
転性が向上できる。

さらに、２サイクルエンジンの場合は、未燃焼ガスが発
生し易いが、以上のような構成によれば、その未燃焼ガ
スを排気タービン過給機５内等で再燃焼させることがで
きる。その結果、低速回転域においても、排気タービン
過給機５内のガスボリュームを増大させることができ、
低速回転域でも十分な過給効果を得ることができる。し
かも、未燃焼ガスを再燃焼させれば、排気ガス中のＨＣ
等の排出量を有効に減少させることもできるので、エミ
ッションを効果的に改善することができる。

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１７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。

なお、一般には、排気タービン過給機５を装着すると、
シリンダ８内の掃気が悪化するが、本実施例のように、
シリンダ下部に排気ポート１８を設けておけば、排気タ
ービン過給機５装着による前述の弊害を有効に解消する
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、排気手段はシリンダ下部に設けた排気ポートの
みにしてもよい。その場合、タービンは排気ポートの下
流側に配置することになる。また、排気手段を、シリン
ダヘッドに設けた排気弁にする場合は、該排気弁を主弁
形式にしてもよく、あるいは、複数弁形式にしてもよい
。主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４
３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、４４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。

［発明の効果コ 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排気タービン過給機の過給作用を
利用して行うようにしているので、掃気性および混合気
の充填効率を効果的に高めることができる。しかも、新
気の過給に排気タービン過給機を用いることによって、
２サイクルエンジン特有の高い排気エネルギを効率よく
利用できるので、燃料消費量を有効に抑えることができ
るとともに、エンジン出力を効果的に高めることができ
る。また、このような構成によれば、未燃焼ガスを排気
タービン過給機内等で再燃焼させることもできる。その
結果、エミッションが改善できるとともに、低速回転域
でも十分な過給効果を得ることができ、低速軽負荷時等
の運転性を高めることができる。

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、オイル消費口や
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サイクル工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・・・排気手段（排気弁） ４・・・シリンダヘッド ５・・・排気タービン過給機 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）１７・・・ピス
トン １８・・・排気手段（排気ポート）

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、少なくとも前記シリンダヘッド若しくはシリンダ下
   部に排気手段を設けておき、排気タービン過給機から吐
   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、前記排気手
   段とを、 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
   排気手段を開成させて、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、前記排気手段を閉じる。 （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。