JPH0450428A - ２サイクル燃焼 - 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、自動車等のエンジンに好適に採用可能な２サ
イクル燃焼に関するものである。

［従来の技術］ 自動車用エンジンの主流を占めている４サイクルエンジ
ンは、ガス交換が確実に行えるため、始動性や低速軽負
荷時の運転性が安定している上に、燃料消費量の点等で
２サイクルエンジンに勝る。

一方、２サイクルエンジンは、クランクシャフトの１回
転毎に燃焼行程を有しているため、４すイクルエンジン
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（、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。

このような不具合を解消するために、先に出願した特願
平１−３２４６６７号に示すように、クランク角変化に
同期させて開閉駆動される吸気弁および排気弁をシリン
ダヘッドに設け、シリンダの側壁に掃気ポートを設けて
おき、過給機から吐出される給気を、途中に燃料供給手
段を有し前記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、前記掃気ポートを介してシリンダ内に
連通ずる空気系吸気通路との双方に導入し得るように構
成したものがある。このものは、２サイクル機関と同様
なサイクルで運転され、掃気ポートから供給した空気の
みによってシリンダ内を強制的に掃気するととに、吸気
弁を介してシリンダ内に混合気を供給するようにしたも
のである。

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抑制できる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、このような構成のものでは、吸気弁を介
してシリンダ内に導入された混合気が掃気ポートから導
入された空気に攪拌されてしまう。

このため、点火プラグの近傍をリッチ層とする層状の混
合気層が形成し難く、安定した燃焼を行わせるのが難し
い。しかして、吸入空気量が少なく、その流速が低い低
回転域では、残留ガスによる影響が少ないため、確実な
掃気は必要としていない。

一方、吸入空気量が多い高負荷域においては、シリンダ
内の掃気を充分に行う必要がある。

また、掃気ポートをピストンにのみ開閉させると、その
開成とともにブローダウン後の排気ガスが空気系吸気通
路内に逆流する可能性がある。特に、吸入空気量が少な
く、吸気の流速が低い低回転域でこのような不具合が発
生すると、燃焼が不安定になってしまう。

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サイクル燃焼は、シリンダヘ
ッドに設けられクランク角変化に同期させて開閉駆動さ
れる吸気弁および排気弁と、シリンダの側壁に設けた掃
気ポートと、途中に燃料供給手段を有し前記吸気弁を介
してシリンダ内に連通ずる混合気系吸気通路と、前記燃
料供給手段の上流側で前記混合気系吸気通路と連通ずる
とともに、前記掃気ポートを介してシリンダ内に連通ず
る空気系吸気通路と、前記混合気系吸気通路と前記空気
系吸気通路との双方に給気を導入する過給機と、所定の
低負荷域側で前記空気系吸気通路を閉じる一方、前記混
合気系吸気通路側の圧力が前記掃気ポート側の圧力を上
回っている場合に開弁するリード弁とを具備し、前記吸
気弁と、前記排気弁と、前記掃気ポートとを、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、前記掃気ポ
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、前記吸気弁を開成さ
せるとともに、前記排気弁を閉じる。

（ｄ）一定期間混合気をシリンダ内に過給した後、に、
前記吸気弁と前記掃気ポートを閉じる。

なお、ここで、吸気弁や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。

多気筒エンジンの場合には、通常、前記混合気系吸気通
路および前記空気系吸気通路は、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、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、他の形式のものを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。その燃焼行程を終了させ
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。

一定のブローダウン期間を経た後に前記掃気ポートが開
き始める。ここで、空気系吸気通路における掃気ポート
側の圧力が混合気系吸気通路側より高くなれば、リード
弁が閉じて排気ガスの逆流を防止する。エンジンが高負
荷域側にあれば、燃料供給手段を有しない前記空気系吸
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を通して押出すことに
なる。−定の掃気期間を経た後に、前記吸気弁が開成し
、混合気の導入が開始される。それと相前後して排気弁
が閉じる。吸気弁が開成するに伴って、混合気系吸気通
路内の圧力が徐々に低下するため、掃気ポート側との差
圧が小さ（なる。このため、空気系吸気通路を通過する
空気量は、リード弁により徐々に絞られる。その際にも
、吸気弁を介して混合気がシリンダ内に頂部側から導入
されているため、シリンダ内には、その頂部の点火プラ
グ付近をリッチ層とする層状混合気層が形成し易くなる
。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、掃気ポートと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、前記空気と混合気は、過給機
の過給作用により強制的にシリンダ内に過給されるため
、シリンダ内の残留排気ガスが空気のみよって強制的に
押出された後、混合気が過給されることになる。

エンジンが所定の低負荷域側、例えば、アイドリング状
態の場合には、空気系吸気通路がリード弁により閉じら
れる。このため、シリンダ内には吸気弁を介して空気と
燃料が供給されることになり、点火プラグ付近をリッリ
層とする混合気の層状化が行いやすくなる。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例を図面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、シリンダヘッド１
に設けた吸気弁２と、排気弁３と、シリンダ４の側壁４
ａに設けた掃気ポート５と、過給機たるスーパーチャー
ジャＳ／Ｃ６とを備えたもので、エンジンの負荷変化に
対応させて、燃焼サイクルを変化させるように構成した
可変サイクルエンジンである。

吸気弁２および排気弁３は、１気筒についてそれぞれ２
弁づつ配設しであるとともに、エンジン１回転中に交互
に開閉駆動されるようになっている。掃気ポート５は、
ピストン７の下死点ＢＤＣ付近に対応する位置に設けて
あり、ピストン７により開閉されるようになっている。

スーパーチャジャＳ／Ｃ６は、スロットルボディ８の上
流側に配置してあり、過給圧制御弁９を備えている。そ
して、過給圧が設定圧を−Ｆ回ると、前記過給圧制御弁
９が圧力リリーフ通路１０を開いて、過給圧をエアクリ
ーナＡ／Ｃ１１内にリリーフするようになっている。こ
のスーパーチャージャＳ／Ｃ６から吐出される給気を、
途中に燃料供給手段たるインジェクタ１２を有し前記吸
気弁２を介してシリンダ４内に連通ずる混合気系吸気通
路１３と、前記掃気ポート５を介してシリンダ４内に連
通ずる空気系吸気通路１４との双方に導入するようにし
ている。空気系吸気通路１４は、前記インジェクタ１２
の上流側で混合気系給気通路１３と連通しているととも
に、その人口１４ａにリード弁１５を有している。リー
ド弁１５は、所定の低負荷域側、具体的には、第３図に
示すように、アイドリングおよびその近傍の軽負荷域で
前記空気系吸気通路１４を閉じるように開弁圧Ｐ、を設
定しである。

そして、軽負荷域を上回る中負荷域および高負荷域（第
３図では全負荷域と表示）において、前記混合気系吸気
通路１３側の圧力Ｐ１が開弁圧Ｐ。

を上回っている場合には、その圧力に応じて開弁じ、逆
に、掃気ポート５側の圧力が混合気系吸気通路１３側の
圧力を上回った場合には、閉じるように設定しである。

また、前記吸気弁２と、排気弁３と、掃気ホト５とを、
第２図に示すように、クランク角変化に同期させて開閉
させるとともに、エンジンが中負荷域〜高負荷域にある
場合には、クランクシャフト１６が１回転する毎に燃焼
を行うように設定しである。具体的には、ピストン７が
上死点ＴＤＣから下死点ＢＤＣに向かう途中で排気弁３
を開成させて、ブローダウンを開始させる。一定のプロ
ダウン期間を経た後に掃気ポート５を開き始め、掃気を
開始させる。一定の掃気期間を経た後に、吸気弁２を開
き始める。そして、あらかじめ、吸気弁２近傍にインジ
ェクタ１２によって噴射された（又は噴射中の）混合気
をシリンダ４内に供給するとともに、排気弁３を閉じる
。一定期間混合気系吸気通路１３から混合気をシリンダ
４内に過給した後、掃気ポート５と吸気弁２を閉じて圧
縮行程に移行する。

一方、エンジンが軽負荷域にある場合には、吸気時にシ
リンダ４内の残留ガスの排気を確実にするために空気の
みをシリンダ４内に供給する空気サイクルと、混合気を
シリンダ４内に供給して燃焼を行わせる燃焼サイクルと
を、前述のバルブタイミングでもって、クランクシャフ
ト１６が１回転する毎に交互に行うように設定しである
。ピストン７が上死点ＴＤＣから下死点ＢＤＣに向かう
途中で排気弁３を開成させて、掃気を開始させる。所定
のクランク角に達した時点で掃気ポート５と吸気弁２を
順次開き始める。この場合には、インジェクタ１２から
燃料噴射が行われず、空気のみが吸気弁２を介してシリ
ンダ４内に導入される。しかる後、排気弁３と、掃気ポ
ート５と、吸気弁２とが所定のクランク角で閉じられ、
圧縮行程に移行する。ピストン７が上死点ＴＤＣから下
死点ＢＤＣに向かう途中で空気のみを膨張させ、所定の
クランク角に達した時点で前記排気弁３を開成させて、
シリンダ４内の空気を排出する。次いで、掃気ポート５
が開成されるが、この軽負荷域では、リード弁１５が閉
じられているため、掃気ポート５からは空気が導入され
ず、吸気弁２の開成に相前後してインジェクタ１２から
燃料供給が行われる。

その後は、前述の燃焼サイクルに移行し、掃気と混合気
の導入とが相次いで行われ、しかる後、圧縮行程と燃焼
行程に順次移行する。その後は、再び、前述の空気サイ
クルに移行する。なお、負荷状態の検出は、例えば、イ
ンテークマニホールド内の圧力に基づいて行われるよう
になっている。

このような構成によると、吸気量が少ない軽負荷域では
、リード弁１５の開弁圧がその上流側の吸気圧を上回り
、空気系吸気通路１４がリード弁１５により閉じられる
。そのため、燃焼サイクルにおける吸気時には、吸気弁
２を介して空気と必要量の燃料とがシリンダ４内に導入
されることになる。空気サイクルの場合には、前記吸気
弁２を介してシリンダ４内に導入された空気により、シ
リンダ４内の掃気が行われることになる。

エンジンが中負荷域および高負荷域に移行すると、前述
の空気サイクルおよび燃焼サイクルからクランクシャフ
ト１６が１回転する毎に燃焼が行われるサイクルに切り
替えられる。そして、掃気時および吸気時には、リード
弁１５がその上流側の圧力と下流側の圧力バランスに対
応して開閉するとともに、圧力の変化量に応じて掃気ポ
ート５からシリンダ４に供給する空気の量を自動的に調
節することになる。すなわち、一定のブローダウン期間
を経た後に前記掃気ポート５が開き始めると、空気系吸
気通路１４を通過した空気のみが、シリンダ４内に供給
され、該シリンダ４内の排気ガスを排気弁３を通して強
制的に押出す。一定の掃気期間を経た後に、前記吸気弁
２が開成し、混合気の導入が開始されると、混合気系吸
気通路１３内の圧力が徐々に低下するとともに、シリン
ダ４内の圧力は、略大気圧に近い圧力まで低下する。

このため、リード弁１５の上流側と下流側との差圧が徐
々に小さくなり、空気系吸気通路１４を通過する空気の
量が徐々に絞られる。その際にも、シリンダ４内には、
吸気弁２を介して混合気が導入されているため、頂部に
臨設する点火プラグ１７の近傍に層状混合気層が形成し
易（なる。このようにして一定期間混合気をシリンダ４
内に過給した後に、掃気ポート５と吸気弁２が閉じて圧
縮行程および燃焼行程に順次移行することになる。

したがって、このような構成によれば、エンジンが軽負
荷域で運転されている場合には、空気および必要量の燃
料が吸気弁２のみを介してシリンダ４内に導入できるの
で、点火プラグ１７の近傍に混合気のリッチ層を形成す
ることができるとともに、混合気の霧化を促進させるこ
とができる。

その結果、混合気の着火性を有効に高めることができ、
軽負荷域における燃焼を安定させることができる。また
、軽負荷域では、リード弁１５が閉じているため、掃気
ポート５の開成時にシリンダ４内の残留ガスが空気系吸
気通路１４から逆流するを有効に防止することもできる
。

一方、エンジンが中負荷域および高負荷域に移行した場
合には、スーパーチャージャＳ／Ｃ６の過給作用により
、シリンダ４内の残留ガスを掃気ポート５から導入した
圧縮空気のみによって強制的に押出した後、混合気をシ
リンダ４に供給できるので、残留ガスの影響による不斉
燃焼を防止することができるととに、燃焼効率を有効に
高めることができる。しかも、掃気ポート５から導入さ
れる空気は、吸気弁２の開弁に伴って徐々に絞られるた
め、吸気弁２を介して導入された混合気層が前記空気に
よって攪拌され難いものとなる。そのため、点火プラグ
１７近傍の層状混合気により、着火性を高めることがで
き、燃焼を安定させることができる。いたずらに、掃気
時の空気量を増大させると、エンジンの駆動損失を増加
させることになるため、前記のようなものであれば、こ
のような不具合を招くこともない。また、掃気ポート５
が開成した際に、その近傍の圧力がリード弁１５の上流
側の圧力を上回ると、直ちにリード弁１５が閉じるため
、シリンダ４内の残留ガスが空気系吸気通路１４内に逆
流するのを防止することができる。そして、この中負荷
域〜高負荷域では、クランクシャフト１６が１回転する
毎に燃焼が行われ、その度にエネルギが出力されるため
、エンジン出力を有効に高めることができる。

また、前記実施例のように、軽負荷域において、燃焼サ
イクルと空気サイクルとを交互に行うようにすれば、４
サイクルエンジンと同様に、クランクシャフト１６が２
回転する間に燃料供給を一回行えばよいので、軽負荷域
における燃料消費量を抑えることができ、燃料経済性が
向上できる。

なお、本発明は、負荷によって燃焼サイクルを変える場
合に限定されないのは勿論であり、一般的な２サイクル
燃焼を行う場合にも好適に採用可能である。

［発明の効果］ 以上のような構成からなる本発明によれば、軽負荷域か
ら高負荷域の広い領域において、シリンダ内に層状の混
合気層を生成することができるとともに、排気ガスが吸
気系に逆流するのを有効に防止することができるので、
軽負荷域から高負荷域の広い領域で燃焼を安定させるこ
とができる。

また、高負荷域側では、特に掃気性を高めることができ
るので、エミッションが改善できるとともに、高効率な
燃焼を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示し、第１図はエンジンを概
略的に示す図、第２図はバルブタイミングを示すダイヤ
グラム図、第３図は吸気弁とり一ド弁の開弁態様を示す
図である。 １・・・シリンダヘッド ２・・・吸気弁 ３・・・排気弁 ４・・・シリンダ ４ａ・・・側壁 ５・・・掃気ポート ６・・・過給機（スーパーチャージャ）７・・・ピスト
ン １２・・・燃料供給手段（インジェクタ）１３・・・混
合気系吸気通路 １４・・・空気系吸気通路 １５・・・リード弁

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 シリンダヘッドに設けられクランク角変化に同期させて
   開閉駆動される吸気弁および排気弁と、シリンダの側壁
   に設けた掃気ポートと、途中に燃料供給手段を有し前記
   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、前記燃料供給手段の上流側で前記混合気系吸気通路
   と連通するとともに、前記掃気ポートを介してシリンダ
   内に連通する空気系吸気通路と、前記混合気系吸気通路
   と前記空気系吸気通路との双方に給気を導入する過給機
   と、所定の低負荷域側で前記空気系吸気通路を閉じる一
   方、前記混合気系吸気通路側の圧力が前記掃気ポート側
   の圧力を上回っている場合に開弁するリード弁とを具備
   し、前記吸気弁と、前記排気弁と、前記掃気ポートとを
   、次の（ａ）〜（ｄ）に示すタイミングで開閉させるよ
   うにしていることを特徴とする２サイクル燃焼。 （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、前記掃気ポ
   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、前記吸気弁を開成さ
   せるとともに、前記排気弁を閉じる。 （ｄ）一定期間混合気をシリンダ内に過給した後、に、
   前記吸気弁と前記掃気ポートを閉じる。