JPH04303121A

JPH04303121A - ２ストロークエンジン

Info

Publication number: JPH04303121A
Application number: JP9097591A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Matsuoka; 寛松岡
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 1991-03-30
Filing date: 1991-03-30
Publication date: 1992-10-27
Anticipated expiration: 2015-08-07
Also published as: JP3074763B2

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、２段階に掃気タイミ
ングを変更できる２ストロークエンジンに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、２ストロークエンジン（即ち、２
サイクルエンジン）には、掃気作用がシリンダ中心線に
対して一定方向の気流によって行われて掃気効率が良好
なユニフロータイプのものがある。該ユニフロー式２ス
トロークエンジンは、掃気ポートをシリンダライナ下部
に形成し、また、排気ポートをシリンダヘッドに形成し
、該排気ポートの開閉を排気バルブで行うものである。

【０００３】また、可変スワール可変圧縮比装置として
、特開昭６３−１５０４１７号公報に開示されたものが
ある。該可変スワール可変圧縮比装置は、２サイクルエ
ンジンのスカベンジングポート（掃気ポート）として主
ポートと副ポートを設け、副ポートにはロータリ式開閉
弁を設ける。該可変スワール可変圧縮比装置は、エンジ
ン回転速度、負荷に応じて開閉弁を作動させるものであ
り、主ポートが作り出すスワールを妨げる方向又は助長
する方向の副ポートを形成し、開閉弁の開閉によりスワ
ールを可変にする。また、該可変スワール可変圧縮比装
置は、主ポートの上縁よりも副ポートの上縁を上側に位
置させ、これにより副ポート開時には圧縮比を下げ、副
ポート閉時には圧縮比を上げるものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、断熱エンジ
ンについては、断熱度を上げるためには、筒内への吸入
空気量を増大させ、筒内の燃焼ガスの平均温度をできる
限り上昇させないことが必要である。断熱エンジンをこ
のように構成すれば、燃焼室内壁の温度とガス温度の温
度差が減少し、燃焼室壁部を通じての放熱量が減少する
。このためには、過給圧即ち掃気圧を高める必要がある
が、圧縮比が高いままだと、この状態を実現することが
できない。そこで、上記状態を実現させるため、低圧縮
比にすることが必要となるが、低圧縮比にすると、逆に
エンジンの部分負荷時、始動時等の筒内の内壁温度が低
い場合には、失火等が発生して好ましくなく、常に低圧
縮比にしておくことはエンジンとして成立しないことで
ある。これらのことを考慮すると、断熱エンジンにおけ
る理想的な圧縮比は、エンジン始動時、部分負荷時等の
筒内の内壁温度が低い状態の時には、圧縮比は２０〜１
８であることが好ましく、また、エンジン高速・高負荷
時の筒内の内壁温度が高い状態或いはターボチャージャ
等の過給によって掃気圧が高い状態の時には、圧縮比は
１６〜１４であることが好ましい。

【０００５】また、前掲特開昭６３−１５０４１７号公
報に開示された可変スワール可変圧縮比装置は、ポート
の開閉作動をポートの外部に設けたロータリ式開閉弁で
行っており、ポートから開閉弁までの空間部が無駄容積
になり、エンジン効率を低下させる原因になり、好まし
くないものである。

【０００６】そこで、この発明の目的は、上記の課題を
解決することであり、シリンダヘッドに排気ポートを形
成して該排気ポートに排気バルブを配置し、シリンダラ
イナ下部に掃気ポートを形成し、掃気作用をシリンダ中
心線に対して一定方向の気流によって行う２サイクルエ
ンジン即ち２ストロークエンジンにおいて、掃気ポート
の開口位置を上下方向に変更可能に構成して、掃気タイ
ミングを可変にして実圧縮比を変更し、エンジンの作動
状態に応じて最も適した理想的な実圧縮比を得ることが
でき、しかもシリンダに形成した掃気ポート周りの無駄
容積を増加させることなく、掃気タイミングを可変にし
て実圧縮比を２段に変更可能に構成した２ストロークエ
ンジンを提供することである。ここで、実圧縮比とは、
ピストン頂面が掃気ポートの上壁面に位置する時のシリ
ンダの全容積（燃焼室と排気容積の和）とピストンが上
死点に位置する時にピストンの上に残るシリンダの容積
との比を指すものであり、圧縮前に気体の比体積と圧縮
後の比体積との比を指すものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記目的を
達成するため、次のように構成されている。即ち、この
発明は、シリンダヘッドに形成した排気ポート、該排気
ポートに配置した排気バルブ、シリンダライナ下部に形
成した複数の掃気ポート開孔部、シリンダライナに摺動
可能に嵌合したスリーブ、該スリーブの上下位置に隔置
して形成し且つ該スリーブの上下移動に応じて前記掃気
ポート開孔部に何れか一方が連通可能になる２組の複数
の掃気ポート及び前記スリーブを前記シリンダライナに
対して上下方向に移動させるアクチュエータを有する２
ストロークエンジンに関する。

【０００８】また、この２ストロークエンジンにおいて
、エンジンの作動状態を検出するセンサー、及び該セン
サーの検出信号に応答して掃気タイミングを変更させる
ため、前記アクチュエータを作動して何れか一方の組の
前記掃気ポートを前記掃気ポート開孔部に連通させるコ
ントローラを有するものである。

【０００９】また、この２ストロークエンジンにおいて
、前記スリーブはシリンダライナ壁面の一部を形成し且
つ前記掃気ポート開孔部に嵌合して摺動可能な係合部を
有し、該係合部の上方に一方の組の前記掃気ポートが形
成され且つ下方に他方の組の前記掃気ポートが形成され
ているものである。

【００１０】

【作用】この発明は、上記のように構成され、次のよう
に作用する。即ち、この２ストロークエンジンは、シリ
ンダライナに摺動可能に嵌合したスリーブに２組の複数
の掃気ポートを上下位置に隔置して形成し、該掃気ポー
トをスリーブの上下移動に応じてシリンダライナ下部に
形成した掃気ポート開孔部に連通可能に構成したので、
該スリーブをアクチュエータでシリンダライナに対して
上下方向に移動させることで、シリンダ中心軸の上下方
向に掃気ポートの位置を変更できる。従って、掃気ポー
トの上下方向の位置を変更することで、掃気タイミング
を変更して実圧縮比を２段階に変更することができる。

【００１１】また、この２ストロークエンジンにおいて
、コントローラによってエンジンの作動状態を検出する
センサーの検出信号に応答して、前記アクチュエータを
作動して何れか一方の組の前記掃気ポートを前記掃気ポ
ート開孔部に連通させるので、エンジン作動状態に応じ
て最適の掃気タイミングに変更して実圧縮比を２段階に
変更することができる。例えば、低速低負荷時又は始動
時には、吸入空気量を増大させて実圧縮比を高め、筒内
の燃焼ガスの平均温度をできるだけ上昇させないように
し、燃焼室内壁の温度とガス温度の温度差を小さくし、
シリンダヘッド等を通じて放熱する放熱量を減少させ、
失火等の発生を防止する。また、高速高負荷時には、タ
ーボチャージャ等の過給によって掃気圧が上昇するため
、実圧縮比が高いままであると、圧縮比が高くなり過ぎ
てエンジンが破損する恐れがある。そこで、一般的には
ターボチャージャの過給圧を低下させる手段を必要とし
ているが、本発明では、高速高負荷時には、掃気ポート
をシリンダ中心軸上で上方に開口するように切り換えで
きるように構成されているので、ターボチャージャの過
給圧を低下させることなく、最適の掃気タイミングに変
更して最適の圧縮比に調整することができる。

【００１２】また、この２ストロークエンジンにおいて
、前記スリーブはシリンダライナ壁面の一部を形成し且
つ前記掃気ポート開孔部に嵌合して摺動可能な係合部を
有し、該係合部の上方に一方の組の前記掃気ポートが且
つ下方に他方の組の前記掃気ポートが形成されているの
で、特に、シリンダに形成された掃気ポート周りの無駄
容積を無くす構造に構成することができ、無駄容積によ
るエンジン効率の低下を避けることができる。

【００１３】また、この２ストロークエンジンについて
、圧縮時の壁面と燃焼ガスとの間の熱伝達量を考慮し、
圧縮仕事を考慮した場合に、壁面が高温である断熱エン
ジンは、圧縮行程時の圧縮仕事が一般水冷エンジンに比
較して大きくなり、断熱エンジンの高効率化の効果を少
ないものとする一因になっている。これに対して、本発
明では、圧縮時の実圧縮をシリンダで行うに当たり、高
速高負荷時には小さい圧縮比で作動することになり、こ
のことはシリンダ外部での圧縮を意味しており、吸入空
気がシリンダに入った時点では、吸気即ち掃気は、既に
高圧で且つ一般エンジンに比較して高温になっているた
め、壁面との温度差が減少し、ポリトロープ数の増大に
よる効率低下を低減させることができる。

【００１４】

【実施例】以下、図面を参照して、この発明による２ス
トロークエンジンの実施例を説明する。図１は、この発
明による２ストロークエンジンの一実施例が示され、ス
リーブを実圧縮比を高い側に移動させた状態を示す断面
図である。図２は、図１の２ストロークエンジンのシリ
ンダライナとスリーブとの関係を示す断面図である。図
３は、図１の２ストロークエンジンにおいて、スリーブ
を実圧縮比を低い側に移動させた状態を示す断面図であ
る。この２ストロークエンジンは、排気バルブ１をシリ
ンダヘッド３に配置して掃気作用をシリンダ中心線に対
して一定方向の気流によって行わせ、エンジンの効率を
アップさせたユニフロータイプに適用したものである。この２ストロークエンジンは、シリンダブロック２５に
固定したシリンダヘッド３に排気ポート１１を形成し、
排気ポート１１には排気バルブ１が配置されている。こ
の２ストロークエンジンにおいて、シリンダブロック２
５に形成した孔部２４にはシリンダライナ２が嵌合し、
シリンダライナ２の下部には周方向にほぼ均等に数個の
掃気ポート開孔部１０及び掃気ポート１８が形成され、
該掃気ポート開孔部１０はスリーブ４を介してシリンダ
ブロック２５に形成された環状掃気通路９に連通してい
る。また、掃気ポート１８は環状掃気通路９に常時連通
状態になっている。シリンダライナ２で形成されるシリ
ンダ１２内をピストン１３が往復運動するように構成さ
れている。特に、掃気ポート開孔部１０は、スリーブ４
に形成した多数の上側吸気ポート７又は下側吸気ポート
８を通じて環状掃気通路９に連通状態になっている。そ
して、ピストン１３のピストンヘッド頂面１４が掃気ポ
ート開孔部１０の上壁面より下方に降下することで、掃
気がシリンダ１２内に導入される。更に、環状の吸気通
路９には、掃気マニホルド５が連結されている。掃気マ
ニホルド５には、ターボチャージャの過給機、メカニカ
ル過給機等から成る過給機から送られる掃気が送り込ま
れるように構成されている。

【００１５】この２ストロークエンジンにおいて、スリ
ーブ４はシリンダライナ２の外周面に嵌合しており、シ
リンダライナ２の外周面とシリンダブロック２５の内周
面との間に形成された空所１５内をシリンダライナ２に
沿って摺動可能に構成されている。スリーブ４は、例え
ば、二つ割の構造に構成することでシリンダライナ２に
嵌合した状態に容易に配置できる。スリーブ４は、シリ
ンダライナ壁面１６即ちシリンダ１２の一部を形成し且
つ各掃気ポート開孔部１０に嵌合して摺動可能な半径方
向内向きに突出した係合部６を有している。これらの係
合部６の上方に一方の組の各上側掃気ポート７が形成さ
れ、また、係合部６の下方に他方の組の各下側掃気ポー
ト８が形成されている。即ち、上側掃気ポート７と下側
掃気ポート８は、スリーブ４の上下位置に係合部６で隔
置され、該スリーブ４の上下移動に応じて何れか一方の
掃気ポート７又は８が掃気ポート開孔部１０に連通可能
になる。勿論、シリンダライナ３の外周面とスリーブ４
の内周面との接触面及びシリンダブロック２５の孔部２
４壁面とスリーブ４の外周面との接触面は、相対摺動面
となるが、各相対摺動面は極めて良好なガスのシール面
に形成されている。更に、スリーブ４は、コントローラ
２０の指令で作動する油圧シリンダ、ソレノイド等のア
クチュエータ１７によってシリンダライナ２に対して上
下方向に移動するように構成されている。

【００１６】従って、この２ストロークエンジンにおい
て、実圧縮比については、ピストン頂面１４が上側掃気
ポート７と下側掃気ポート８の上壁面に位置する時のシ
リンダ１２の全容積（燃焼室と排気容積の和）とピスト
ン１３が上死点に位置する時にピストン頂面１４の上に
残るシリンダ１２の容積との比を指すものである。図１
に示すように、アクチュエータ１７の作動によってスリ
ーブ４がシリンダライナ２に対して上昇した場合には、
下側掃気ポート８が環状掃気通路９と掃気ポート開孔部
１０とに連通状態になり、掃気ポートの開放位置はシリ
ンダライナ２に対して下方位置で連通することになり、
断熱圧縮になる時の筒内容積は大きく、実圧縮比は大き
くなる。また、図３に示すように、アクチュエータ１７
の作動によってスリーブ４がシリンダライナ２に対して
下降した場合には、上側掃気ポート７が環状掃気通路９
と掃気ポート開孔部１０とに連通状態になり、掃気ポー
トの開放位置はシリンダライナ２に対して上方位置で連
通することになり、断熱圧縮になる時の筒内容積は小さ
く、実圧縮比は小さくなる。例えば、エンジンの作動状
態が低速低負荷時又は始動時には、実圧縮比を高めるこ
とが好ましいので、スリーブ４を上昇させ、掃気タイミ
ングを遅らせて、実圧縮比を高める。また、エンジンの
作動状態が高速高負荷時には、実圧縮比を低くすること
が好ましいので、スリーブ４を下降させ、掃気タイミン
グを早めて、実圧縮比を低くし、ターボチャージャ等の
過給により掃気圧が上昇している状態に合わせ、圧縮比
が過度に高くなる状態を避ける。なお、掃気ポート１８
は、掃気ポート開孔部１０と環状掃気通路９に常時連通
しており、該掃気ポート１８から掃気することで時間面
積当たりが不足する場合に、エンジン高速高負荷時の掃
気効率を向上させることができる。

【００１７】この２ストロークエンジンにおいて、スリ
ーブ４はエンジンの作動状態に応じてコントローラ２０
の指令で上下何れかの位置に移動させるものであり、エ
ンジン作動状態としては、負荷センサー２１でエンジン
負荷Ｌを検出し、回転センサー２２でエンジン回転数Ｎ
を検出するものである。エンジン負荷Ｌは、例えば、燃
料供給量或いはアクセルペダルの踏込み量を負荷センサ
ー２１で測定することで検出できる。また、エンジン回
転数Ｎは、クランクシャフトの回転数を回転センサー２
２で測定することで検出できる。検出した各検出信号を
コントローラ２０に入力され、該コントローラ２０は、
該各信号に応答して掃気タイミングを変更させるため、
アクチュエータ１７を作動して何れか一方の組の上側掃
気ポート７又は下側掃気ポート８を掃気ポート開孔部１
０に連通させる制御を行う。

【００１８】次に、この２ストロークエンジンの作動の
一実施例を、図４を参照して説明する。エンジン駆動に
応じて、負荷センサー２１でエンジン負荷Ｌを検出し、
また回転センサー２２でエンジン回転数Ｎを検出する（
ステップ３０）。該各検出信号をコントローラ２０に入
力する。コントローラ２０は該検出信号を受けて、エン
ジン負荷Ｌが予め決定したエンジン負荷Ｌ０　より大き
いか否かを判断する（ステップ３１）。エンジン負荷Ｌ
が予め決定したエンジン負荷Ｌ０　より大きい場合には
、引き続き、エンジン回転数Ｎが予め決定したエンジン
回転数Ｎ０　より大きいか否かを判断する（ステップ３
２）。また、エンジン負荷Ｌが予め決定したエンジン負
荷Ｌ０　より大きくない場合には、処理はステップ３６
に進む。

【００１９】エンジン負荷Ｌが予め決定したエンジン負
荷Ｌ０　より大きく、且つエンジン回転数Ｎが予め決定
したエンジン回転数Ｎ０　より大きい場合には、エンジ
ンは高速高負荷時であるので、実圧縮比を低くすること
が好ましい。そこで、コントローラ２０は指令を出して
アクチュエータ１７を作動してスリーブ４を下方へ移動
させる（ステップ３３）。スリーブ４が下方へ移動する
と、上側掃気ポート７が掃気ポート開孔部１０と環状掃
気通路９に連通し（ステップ３４）、掃気タイミングが
遅れ、実圧縮比が低くなる（ステップ３５）。

【００２０】また、エンジン負荷Ｌが予め決定したエン
ジン負荷Ｌ０　より小さく、且つエンジン回転数Ｎが予
め決定したエンジン回転数Ｎ０　より小さい場合には、
エンジンは低速低負荷時（場合によっては、高速低負荷
時、低速高負荷時）であるので、実圧縮比を高くするこ
とが好ましい。そこで、コントローラ２０は指令を出し
てアクチュエータ１７を作動してスリーブ４を上方へ移
動させる（ステップ３６）。スリーブ４が上方へ移動す
ると、下側掃気ポート８が掃気ポート開孔部１０と環状
掃気通路９に連通し（ステップ３７）、掃気タイミング
が早く、実圧縮比が高くなる（ステップ３８）。

【００２１】

【発明の効果】この発明による２ストロークエンジンは
、上記のように構成されており、次のような効果を有す
る。この２ストロークエンジンは、シリンダライナ下部
に掃気ポート開孔部を形成すると共に、シリンダライナ
に摺動可能に嵌合したスリーブの上下位置に隔置して２
組の掃気ポートを形成したので、前記スリーブをアクチ
ュエータでシリンダライナに対して上下方向に移動させ
ることで、２組の前記掃気ポートの何れか一方を前記掃
気ポート開孔部に連通させることができる。従って、シ
リンダ中心軸の上下方向に掃気ポートの位置を変更でき
、前記掃気ポートの上下方向の位置を変更することで、
掃気タイミングを変更して圧縮比を２段に変更すること
ができる。

【００２２】また、この２ストロークエンジンにおいて
、エンジンの作動状態を検出するセンサー、及び該セン
サーの検出信号に応答して掃気タイミングを変更させる
ため、前記アクチュエータを作動して何れか一方の組の
前記掃気ポートを前記掃気ポート開孔部に連通させるコ
ントローラを有するので、エンジン作動状態に応じて最
適の掃気タイミングに変更して圧縮比を２段に変更する
ことができる。例えば、低速低負荷時又は始動時には、
吸入空気量を増大させて実圧縮比を高め、筒内の燃焼ガ
スの平均温度をできるだけ上昇させないようにし、燃焼
室内壁の温度とガス温度の温度差を小さくし、シリンダ
ヘッド等を通じて放熱する放熱量を減少させ、失火等の
発生を防止する。また、高速高負荷時には、ターボチャ
ージャ等の過給によって掃気圧が上昇するため、実圧縮
比が高いままであると、圧縮比が高くなり過ぎてエンジ
ンが破損する恐れがある。そこで、一般的にはターボチ
ャージャの過給圧を低下させる手段を必要としているが
、本発明では、高速高負荷時には、掃気ポートをシリン
ダ中心軸上で上方に開口するように切り換えできるよう
に構成されているので、ターボチャージャの過給圧を低
下させることなく、最適の掃気タイミングに変更して最
適の圧縮比に調整することができる。

【００２３】特に、この２ストロークエンジンでは、前
記スリーブは、シリンダライナ壁面の一部を形成し且つ
前記掃気ポート開孔部に嵌合して摺動可能な係合部を有
し、該係合部の上方に一方の組の前記掃気ポートが且つ
下方に他方の組の前記掃気ポートが形成されているので
、シリンダに形成された掃気ポート周りの無駄容積を無
くす構造に構成することができ、無駄容積によるエンジ
ン効率の低下を避けることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による２ストロークエンジンの一実施
例を示し、スリーブを実圧縮比を高い側に移動させた状
態を示す断面図である。

【図２】図１の２ストロークエンジンのシリンダライナ
とスリーブとの関係を示す断面図である。

【図３】図１の２ストロークエンジンにおいて、スリー
ブを実圧縮比を低い側に移動させた状態を示す断面図で
ある。

【図４】この発明による２ストロークエンジンの作動の
一実施例を示す処理フロー図である。

【符号の説明】

１　　　　排気バルブ２　　　　シリンダライナ３　　　　シリンダヘッド４　　　　スリーブ６　　　　係合部７　　　　上側掃気ポート８　　　　下側掃気ポート９　　　　環状掃気通路１０　　掃気ポート開孔部１１　　排気ポート１７　　アクチュエータ２０　　コントローラ２１　　負荷センサー２２　　回転センサー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　シリンダヘッドに形成した排気ポート
、該排気ポートに配置した排気バルブ、シリンダライナ
下部に形成した複数の掃気ポート開孔部、シリンダライ
ナに摺動可能に嵌合したスリーブ、該スリーブの上下位
置に隔置して形成し且つ該スリーブの上下移動に応じて
前記掃気ポート開孔部に何れか一方が連通可能になる２
組の複数の掃気ポート、及び前記スリーブを前記シリン
ダライナに対して上下方向に移動させるアクチュエータ
、を有する２ストロークエンジン。
【請求項２】　　エンジンの作動状態を検出するセンサ
ー、及び該センサーの検出信号に応答して掃気タイミン
グを変更させるため、前記アクチュエータを作動して何
れか一方の組の前記掃気ポートを前記掃気ポート開孔部
に連通させるコントローラを有する請求項１に記載の２
ストロークエンジン。
【請求項３】　　前記スリーブは、シリンダライナ壁面
の一部を形成し且つ前記掃気ポート開孔部に嵌合して摺
動可能な係合部を有し、該係合部の上方に一方の組の前
記掃気ポートが形成され且つ下方に他方の組の前記掃気
ポートが形成されている請求項１に記載の２ストローク
エンジン。