JPH0535249B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、ピストン自体が排気弁として作用す
る２サイクルエンジンの排気制御装置に関する。

「従来の技術」 上記２サイクルエンジンでは、エンジン本体の
排気通路の断面積をエンジンの回転速度に見合つ
た面積にすることにより、高速時の出力の向上を
図つた排気制御装置がある（たとえば、特開昭60
−249614号公報参照）。この種の排気制御装置の
一例を第１図に示す。

第１図において、エンジン本体１の排気通路２
には、弁体３が設けられている。この弁体３は軸
５０に固定され、この軸５０の回転力で矢印方向
に回転して、排気通路２における排気ポート６の
近傍の断面積を変えている。この従来技術は、上
記排気ポート６のの近傍に断面積を変えることに
より、排気通路２の断面積を有効に変えている。

「発明が解決しようとする問題点」 ところが、上記従来技術では、排気ポート６か
ら離れた軸５０により、弁体３を回転させてい
る。このため、軸５０におけるエンジンの回転速
度に対する回転位置が多少でもずれることによつ
て、弁体３の下面３ｂの左端の回動位置が大きく
ずれる。したがつて、エンジンの回転速度に対す
る排気ポート６の近傍における断面積の精度、つ
まり、排気制御の精度が悪いため、エンジンの出
力が十分に向上しない。

また、排気の圧力が加わる弁体３を、その回転
中心である軸５０により回転させるから、軸５０
に大きな駆動力が必要となる。

この考案は上記従来の問題に鑑みてなされたも
ので、排気制御の精度を向上させることにより、
エンジンの出力を増大させ得るとともに、小さな
駆動力によりバルブを回転させ得る２サイクルエ
ンジンの排気制御装置を提供することを目的とし
ている。

「問題点を解決するための手段」 上記目的を達成するために、この考案は、ま
ず、排気通路における排気ポートの近傍の断面積
を変える弁体が、軸により、弁体における排気の
下流側の端部で、回転自在に支持されている。上
記弁体の上流側には、駆動部材が係合している。
上記弁体は、上記駆動部材により、エンジンの回
転速度の変化に応じて、軸の回りに回転されるこ
とによつて、上記断面積を変える 「作用」 この発明によれば、弁体の下流側が支持軸によ
つて回転自在に支持され、一方、弁体の上流側に
駆動部材が係合して、この駆動部材により弁体が
回転される。このため、従来よりも弁体における
排気ポートに近いところに駆動力が与えられるか
ら、エンジンの回転速度に対する弁体の位置精度
が向上する。したがつて、エンジンの出力が向上
する。

また、弁体の回転中心である軸から離れたとこ
ろで駆動部材が係合して、この駆動部材により弁
体が回転される。したがつて、駆動部材の小さな
力で弁体を回転させ得る。

「実施例」 以下、本発明の一実施例について第２図ａ，ｂ
〜第６図ａ，ｂを参照して説明する。

第２図は本発明に係る排気時期制御装置を備え
たエンジンの要部横断面図、第３図は第２図の
−線を沿う断面図、第４図ａは同エンジンの要
部縦断面図、第４図ｂは第４図ａのＢ矢視図であ
る。

これらの図において符号１１はシリンダブロツ
ク、１２はシリンダヘツド、１３はシリンダ内に
摺動自在に嵌挿されたピストン、１４は掃気通
路、１５は排気通路である。排気通路１５は左右
方向中央には補強用リブ１６が、シリンダ内面へ
開口する排気ポート１５ａから排気通路１５の下
流側へ所定箇所まで延びて設けられている。この
リブ１６は排気通路１５の排気ポート１５ａ近傍
を補強するとともに、ピストンの外周に嵌合され
るピストンリングがそれ自体の弾性により径方向
外方へ広がつて排気ポート１５ａの上縁や下縁に
突き当たるのを防止する機能を果たす。

排気通路１５の上部であつて排気ポート１５ａ
の若干下流側には凹部１７が設けられている。凹
部１７には軸１８が凹所１７を横断するようシリ
ンダの中心線と直交する方向に延びてかつ回転自
在に設けられている。軸１８の中央部は断面方形
状に形成され、そこには排気時期制御用の弁体１
９，１９がリブ１６を挟むように、リブ１６の両
側に位置して配されている。

両弁体１９，１９は左右対称となつている。弁
体１９は、第２図および第４図ａに示すように軸
挿通部２０と、軸挿通部２０から一側に延びる平
板部２１と、平板部２１の先端近傍に立設された
つば部２２とからなつている。

弁体１９のシリンダ中心に向く面２３は、上下
動操作された際排気ポート１５ａの上端を実質的
に上下動する制御面として機能する面である。該
制御面２３のうちつば部２２のシリンダ内面側に
形成される上側の面２３ａは平板部２１のシリン
ダ内面側に形成される下側の面２３ｂより、軸挿
通部２０側に若干後退して形成されている（第６
図ａ，ｂ参照）。また、下側の制御面２３ｂはシ
リンダ内面と整合するよう同内面とほぼ同じ曲率
をもつた円弧面状に形成される一方、上側の制御
面２３ａはそれよりも若干大きい曲率をもつた円
弧面状に形成されている（第２図参照）。また、
前記つば部２２は開弁状態において排気ポート１
５ａの上端から垂れ下がるエツジ部２４の内側に
収納配置される。ここで、開弁状態とは、制御面
２３が上死点側に移動されている状態を言い、閉
弁状態とは制御面２３が下死点側に移動されてい
る状態を言う。

また、弁体１９の平板部２１の揺動先端は、第
４図ｂに示すように閉弁状態において、両端部が
中央に比べて若干下がるように湾曲して形成され
ている。このように平板部２１の揺動先端を両端
部が下がるよう予め湾曲して形成したのは、第２
図に示すように、構造上、弁体１９の排気通路１
５両端部側の揺動半径l₁が弁体１９の排気通路中
央部側に揺動半径l₂より長くなつており、第５図
に示すように開弁状態となつたとき、弁体１９の
下側の制御面２３ｂを、同一高さで水平方向に延
びて形成された、排気ポート１５ａの上端エツジ
部２４に連続的かつ緊密に当接させるためであ
る。

またさらに、つば部２２は第５図ｂに示すよう
に、中央から左右方向両端に向かうに従い漸次高
さが高くなるように形成されている。これも前記
同様の理由であつて、第４図に示すように閉弁状
態において、つば部２２の上端をエツジ部２４の
は内側に同エツジ部２４に対して一様にオーバー
ラツプさせるためである。

また、弁体１９の平板部２１の揺動先端両側
は、第４図ｂ、第５図ｂにそれぞれ示すように下
方に若干突出するように湾曲して形成されてい
る。これは、排気ポート１５ａの上端両側がＲ形
成に形成されているのに合わせて、同様に湾曲さ
せたためであり、機械的および熱的強度を保つ目
的上、弁体１９の厚さを一様に保つためである。

前記弁体１９を支持する軸１８の一端はシリン
ダブロツク１１から外方へ突出して設けられ、そ
の突出部分には軸１８を介して弁体１９を閉弁方
向へ付勢するスプリング２５が設けられている。

排気通路１５の上部であつて弁体１９の上側に
位置する箇所には、弁体１９をを駆動する駆動部
材としてのカム２６が弁体１９を支持する軸１８
と平行に延びるようにかつ回動可能に設けられて
いる。カム２６は、第４図に示すように上部が排
気通路１４を形成する壁部に埋め込まれるととも
に、下部が排気通路１４に露出して配置されてい
る。さらに、同カム２６は第３図に示すように弁
体１９，１９の上面に接する部分２６ａのみが所
望の制御面形状に形成され、他の部分は円柱状に
形成されている。

また、カム２６の一端はシリンダブロツク１１
の外方へ突出しており、そこには同カム２６を回
転操作するアーム２７が一体的に回転するように
取り付けられている。アーム２７の揺動先端に
は、エンジンの回転速度に応じて操作される図示
せぬアクチユエータが取り付けられている。

そして、この図示せぬアクチユエータ、アーム
２７等によつてカム２６をエンジンの回転速度に
応じて回転操作するカム操作機構が構成されてい
る。

さらに、この実施例のエンジンでは、シリンダ
ブロツク１１にスリーブ２８が嵌挿され、このス
リーブ２８の内面に前記ピストン１３が摺動自在
に嵌挿されている。このスリーブ２８には、当然
ながら排気ポート、掃気ポートとなる開口が形成
されている。なお、図中Ｒは冷却水を通すための
通路、２９はシール部材を示す。

しかして、このように構成された排気時期制御
装置によれば、弁体１９をエンジンの運転速度に
基づき揺動操作させることによつて、エンジンの
出力特性を全回転域において高めることができ
る。

すなわち、エンジンが低回転で運転されている
場合には、カム２６の制御面２６ａのうちベース
円と同一半径に形成されている部分が弁体１９の
上面に対向する。このとき、弁体１９は上面が前
記カム２６の制御面２６ａに押圧されて、第４図
ａ，ｂに示すように、制御面２３が下死点側に下
がつた状態つまり閉弁状態となる。弁体１９がこ
のように閉状態になるとき、排気ポート１５ａの
上縁は見掛け上、弁体制御面２３の下端縁まで下
がる。このため、制御面２３を下げた分、ピスト
ン１３の移動により開閉される排気ポート１５ａ
を、遅く開かせかつ早く閉じさせることができ
る。

このように、エンジンが低回転のときには、ピ
ストン１３の上下動周期が長いのに対応させて排
気ポート１５ａを遅く開かせかつ速く閉じさせ、
これにより、排気ポート１５ａが閉じられる寸前
に排気反射波を排気ポート１５ａに戻すようにし
て、燃焼ガス充填効率を高めている。

また、エンジンの回転速度が小さい低速時に
は、排気ポート１５ａの配度の開度が小さく保た
れる。このため、排気通路１５の断面積が低速時
に見合つたものになるとともに、排気のタイミン
グが遅くなる。

一方、エンジンが高回転域に至つた場合には、
図示しないアクチユエータによりアーム２７を介
してカム２６を回転させ、同カムの制御面のうち
ベース円から内方へ凹んで形成された部分を弁体
１９の上面に対向させる。これに伴い、弁体１９
はスプリング２５の付勢力によつて開方向に所定
角度回転され、第５図ａに示すように、排気通路
１５上部に形成された凹所１７内に収納される。
この結果、排気ポート１５ａの上端は実質的に上
方へ移動することとなる。

すなわちこの場合にあつては、ピストン１３の
上下動周期が短くなるのに対応して、排気ポート
１５ａを前述した場合に比べて早く開かせかつ遅
く閉じらせる。したがつて、この場合において
も、排気ポート１５ａが閉じられる寸前に排気反
射波を排気ポート１５ａに戻し、前述と同様、反
射波の有効利用によつて燃焼ガスの充填効率を高
めている。

また、エンジンの回転速度が大きくなるに従
い、排気ポート１５ａは大きく開放されて排気さ
れるので、排気通路１５は断面積が高速時に見合
つた大きさになる。したがつて、高速時の出力が
向上し、排気のタイミングが早くなる。

ところで、排気通路１５の断面積は、弁体１９
における排気ポート１５ａ寄りの下面の位置によ
つて決まる。このため、精度よく排気制御を行う
には、弁体１９の下面の回転端の位置精度、なら
びに、エンジンの回転速度に対する下面の位置精
度を良くする必要があるが、本実施例において
は、排気ポート１５ａよりの弁体１９に駆動部材
としてのカム２６が当接しているので、弁体１９
がピストンの摺動方向に沿つて回転する場合に
は、排気タイミングの精度も向上する。したがつ
て、エンジンの出力が向上する。

さらには弁体１９は軸１８から離れて設けられ
たカム２６によつて回転させるために、カム２６
の小さな力で弁体１９を駆動させることができ
る。

このように、エンジンの排気時期を弁体１９の
制御面２３によつて制御し、高速回転、低速回転
双方の出力特性の向上を図つているのである。

上述した弁体１９の制御方法によれば、弁体１
９の上面が常にカム２６に当接しており、しかも
カム２６の上部は排気通路１５を形成する壁部内
に埋め込まれていることから、弁体１９とそれに
相対する排気通路１５の上面との間のシールが確
実に行なわれる。したがつて、開弁状態は勿論、
エツジ部２４とつば部２２とのオーバラツプ量が
小さくなる閉弁状態においても、弁体１９と排気
通路１５上面との間からのガス漏れを防止するこ
とができる。

また、上記のように、弁体１９を揺動操作する
のに、アクチユエータで直接行うのではなく、ア
クチユエータの力を一旦カム２６に伝達し、カム
２６の制御面２６ａで弁体１９を揺動操作する構
成であるから、アクチユエータにより操作される
アーム２７の回動角度θaおよび回動速度は一定
であつても、カム２６の制御面２６ａを任意の形
状に定めることにより、弁体１９の揺動角度θb、
および弁体１９の回動速度を自由に設定すること
ができる（第５図ａ，ｂ参照）。このことから、
特別なアクチユエータを用いることなく、一般的
なアクチユエータを用いても、エンジン特性にあ
つた所望角度、所望速度の弁体可変特性の設定が
可能となり、最適な排気時期制御装置が極めて容
易に行える。

また、上記排気時期制御装置にあつては、弁体
１９の制御面２３を下死点側が突出する段部形状
としており、これにより、シリンダの排気ポート
１５ａの上端に垂れ下がるエツジ部２４の厚さを
厚くすると共に、弁体１９とシリンダ内面とクリ
アランスG₁をできるだけ小に設定することが可
能となつている。

すなわち、弁体１９の揺動先端とシリンダ内面
とのクリアランスをできるだけ小さく押さえるこ
とは、そこからのガス漏れを少なく押さえること
につながり、排気時期制御を行う上で非常に重要
なことである、第１図ａ，ｂに示す如く弁体揺動
先端が段部形状でなく一様な円弧面状に形成され
た弁体３を用いる場合では、弁体３の揺動先端と
シリンダ内面との間のクリアランスG₀をできる
だけ小さく設定しようとすると、シリンダのエツ
ジ部６の先端が所定以上に細くなり、同エツジ部
６の先端が強度的に劣つたり、熱容量が小さくな
つて過熱してしまうという不具合を来す。このた
め、このような形式の弁体をもつエンジンでは、
クリアランスG₀を所定以上小さく設定すること
は出来なかつた。

しかしながら、本実施例のものでは、下部側が
突出する段部形状の制御面２３を持つ弁体１９を
用いているので、シリンダのエツジ部２４の厚さ
を、弁体制御面２３の段部突出量に応じて任意に
設定でき、しかも同エツジ部２４の厚さとは無関
係に、弁体制御面２３ｂとシリンダ内面との間の
クリアランスG₀を設定することができ、このた
め、シリンダのエツジ部２４の厚さを所望どおり
厚く確保すること、および弁体１９とシリンダ内
面とのクリアランスG₀をできるだけ小に設定す
ることといつた相反する２つの問題を同時に解決
することが可能となつた。この結果、エツジ部２
４の機械的強度および熱的強度を高めるととも
に、弁体揺動先端とシリンダ内面とのクリアラン
スからのガス漏れをできるだけ小さく押さえるこ
とができる。

また、上記実施例では、シリンダブロツク１１
にスリーブ２８を嵌挿しており、この点において
も、弁体１９回りのクリアランスから生じるガス
漏れの発生をできるだけ小さく押さえることがで
きる。

すなわち、第１図ａ，ｂに示す如く鋳造によつ
てつくつたシリンダブロツクに直接ピストンおよ
び弁体３を組み込む構成のエンジンでは、予め設
計段階において鋳肌の寸法バラツキを考慮してつ
くることから、弁体１９と弁体収納部１７との間
にある程度以上のクリアランスが生じるのは避け
られず、このクリアランスからガス漏れが生じる
関係上、バルブタイミングを所望どおり制御させ
にくいという欠点があつた。

これに対して本実施例のものでは、シリンダブ
ロツク１１にスリーブ２８を嵌挿し、この状態で
ピストン１３および弁体１９をセツトする構成と
なつている。このようなエンジンは、スリーブ２
８の弁体１９と当接する部分を予め機械加工し、
この機械加工したスリーブ２８を金型内にセツト
し、鋳込むことで造られる。したがつて、弁体１
９と弁体収納凹所１７のクリアランスをスリーブ
の機械加工寸法のバラツキを許容する範囲内に押
されることができ、現在の技術レベルにおいては
機械加工の寸法バラツキを鋳肌の寸法バラツキよ
りも小さくできることから、結果的に前記弁体１
９と弁体収納凹所１７との間のクリアランスを従
来のものに比べて小さく押さえることができ、よ
り高い排気タイミング可変効果が得られることと
なる。なお、第２図および第４図中、Ｋはスリー
ブ２８の機械加工部分を示している。

なお、上記実施例では、カム２６の上部を排気
通路１５を形成する壁部に埋め込ませた状態で配
置しているが、必ずしもその必要はなく、排気通
路上面に当接させた状態であれば足りる。

「発明の効果」 以上説明したように本発明にかかる排気時期制
御装置によれば、排気制御の精度を向上させるこ
とにより、エンジンの出力の増大を図り得るとと
もに、駆動部材の小さな駆動力により、弁体を回
転し得る。また、エンジンの回転速度と弁体開度
との関係を任意に設定しやすい。

【図面の簡単な説明】

第１図ａは従来の排気時期制御装置を備えたエ
ンジンの一部の縦断面図、第１図ｂはその一部の
拡大断面図、第２図〜第６図は本発明の一実施例
を示し、第２図はエンジン要部の横断面図、第３
図は第２図の−線に沿う断面図、第４図ａは
エンジンの縦断面図、第４図ｂは第４図ａのＢ矢
視図、第５図ａ，ｂは開弁状態を示す第４図ａ，
ｂと同様の図、第６図ａ，ｂは弁体の作用を示す
拡大図である。 １１……シリンダブロツク、１２……シリンダ
ヘツド、１５……排気通路、１５ａ……排気ポー
ト、１８……軸、１９……弁体、２２……つば
部、２３……制御面、２４……エツジ部、２６…
…駆動部材（カム）、２６ａ……制御面、２７…
…アーム。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ２サイクルエンジンの排気通路の断面積を排
   気ポートの近傍において変える弁体と、この弁体
   における排気の下流側の端部を回転自在に支持す
   る軸と、前記軸と離間して上記弁体における上流
   側に係合する駆動部材とを備え、エンジンの運転
   状況に応じて上記駆動部材を作動させ、上記弁体
   を上記軸の回りに回転させることにより上記排気
   通路の断面積を調節することを特徴とする２サイ
   クルエンジンの排気時期制御装置。