JPH0450429A - 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】 ［産業上の利用分野コ 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。

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（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、前記掃気ポートの近傍に
設けられ所定の低負荷域側で前記空気系吸気通路を閉じ
る一方、所定の高負荷域側でクランク角変化に同期して
前記空気系吸気通路を開閉するロータリバルブとを具備
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、
前記掃気ポートと前記吸気弁を順次閉じる。

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
激しく流圧する。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、エンジンが所定の低負荷域にあれば
、ロータリバルブによって空気系吸気通路が閉じれられ
ているため、排気ガスの逆流が防止される。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圧縮空気のみが、掃気ポートから
シリンダ内に供給され、該シリンダ内の残留ガスを排気
弁を通して押出すことになる。一定の掃気期間を経た後
に、前記吸気弁が開成して、混合気の導入が開始され、
それと相前後して排気弁が閉じられる。しかる後、掃気
ポートと吸気弁が相次いで閉じられるが、掃気ポートが
閉じられた後もシリンダ内には吸気弁を介して混合気が
導入される。また、掃気ポートが閉じる前にロータリバ
ルブを「閉」側に回転させるようにすれば、空気系吸気
通路を通過する空気の量を細密に絞ることが可能となる
。このため、シリンダ内の頂部側に層状の混合気層が形
成し易くなり、その混合気層が掃気ポートから導入され
る空気によって攪拌され難くなる。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。また、負荷の大きさによって
ロータリバルブの開度と方向性を与えることにより掃気
を確実に行える。

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、空気系吸気通路がロータリバルブにより
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。

スーツマーチャージャ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、過給圧が設定圧を上回ると、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の途中には、前記掃気ホ
ト５に近接させて、ロータリバルブ１５を設けである。

ロータリバルブ１５は、軸直交方向に連通孔１５ａを有
しており、図示しないクラッチを介してカムシャフト１
６の駆動用ギヤ（図示せず）に接続しである。クラッチ
は、ニアコンディショナ等の駆動系に使用されるものと
同様なもので、ＯＮ・ＯＦＦ的に断続制御されるように
なっている。エンジンが所定の低負荷域、例えば、アイ
ドリングのような軽負荷域の場合には、前記クラッチが
「断」側に制御されて、前記駆動用ギヤとの接続状態が
断たれる。その際には、ロータリバルブ１５が空気系吸
気通路１４を閉じる位置で回転が停止するようになって
いる。一方、軽負荷域を上回って中負荷域〜高負荷域に
移行すると、前記クラッチが「続」側に制御されて、前
記駆動用ギヤの回転動力がロータリバルブ１５に伝達さ
れ、ロータリバルブ１５がクランク角変化に同期して回
転駆動されるようになっている。ロータリバルブ１５は
、前記掃気ポート５の開時期の範囲内で空気系吸気通路
１４を開成するようになっている。

ロータリバルブ１５の開時期および閉時期は、空気系吸
気通路１４を通過する空気の量に対応させて、一定範囲
内で設定するようにしている。

また、前記吸気弁２と、排気弁３と、掃気ポート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１７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。一定のブ
ロー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を相次
いで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１７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相次いで閉じ、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、ロータリバルブ１５により空気系吸気
通路１４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を介して空気と燃料とがシリ
ンダ４内に供給される。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
、空気系吸気通路１４がロータリバルブ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１７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、掃気ポ
ート５からシリンダ４に供給される空気の量が調節され
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
の残留ガスを排気弁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。それと相前後して排気弁３が閉じら
れ、その後、掃気ポート５が閉じられる。掃気ポート５
が閉じられる前にロータリバルブ１５が「閉」側に回転
するため、空気系吸気通路１４を通過する空気量が絞ら
れることになる。前記掃気ポート５が閉じた後もシリン
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１８の近傍に層状混合
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。また、負荷の大きさによってロータリバルブ１
５の開度と方向性を与えることにより掃気が行える。詳
述すると、負荷が大きな場合には、掃気ポート５が開き
始める際のロータリバルブ１５の連通孔１５ａが、ピス
トン７のヘッド面側に向（ように設定すれば、掃気空気
（第３図の矢印参照）がピストン７のヘッド面側を通過
して上昇することになる。かかる領域において、負荷が
中負荷側の小さな場合には、掃気ポート５が開き始める
際のロータリバルブ１５の連通孔１５ａが、ピストン７
のヘッド面より上方側に向くように設定すれば、掃気空
気（第４図の矢印参照）がピストン７のヘッド面より上
方側に向けて吐出されることになる。

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１８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、ロータリバルブ１５により空気系吸気
通路１４が閉じられているため、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に逆流
するの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、ロータリバルブ１５によって絞ることがで
きるため、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くなる。その結果、点火プラグ
１８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、この中負荷域
〜高負荷域では、クランクシャフト１７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１７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、−船釣な２サイクル
燃焼を行う場合にも好適に採用可能である。

また、ロータリバルブは、動弁系の回転駆動力で回転駆
動する場合に限らず、クランクシャフト系の駆動力で回
転駆動させるようにしてもよい。

［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、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、低負
荷域では、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、高負荷域側では、特に圧縮空気によっ
て掃気性を有効に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図および第４図は作用説明図である。 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・・・ロータリバルブ

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、前記掃気ポー
   トの近傍に設けられ所定の低負荷域側で前記空気系吸気
   通路を閉じる一方、所定の高負荷域側でクランク角変化
   に同期して前記空気系吸気通路を開閉するロータリバル
   ブとを具備し、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、
   前記掃気ポートと前記吸気弁を順次閉じる。