JPH0544479A - エンジンの吸気装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 シリンダ周壁に掃気ポートが設けられた２サ
イクルエンジンにおいて、掃気時の燃焼室内での燃焼ガ
スの停滞を防止することができ、掃気効率を高めること
ができるエンジンの吸気装置を提供する。 【構成】 シリンダ周壁４に掃気ポート１３が設けられ
た２サイクルエンジンＣＥにおいて、掃気ポート１３の
シリンダ４内への開口部の上縁部が、該開口部と対向す
る側からみて、ピストン５の移動方向と直交する平面に
対して所定の傾斜角を有する略直線状に形成され、また
は略階段状に形成され、これによって、掃気初期及び終
期に燃焼室６内にスワールが生成され、掃気中期にタン
ブルが生成されるようになっていることを特徴とする。
好ましくは、排気ポート１５がシリンダヘッド２に設け
られ、掃気ポート１３がシリンダ周壁の内周の略半周に
わたって設けられ、かつ掃気ポート１３上流の吸気通路
２３に過給機２４が設けられていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、２サイクルエンジンの
吸気装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、２サイクルエンジンにおいて
は、燃焼室(シリンダ内)にエア(新気)を供給するととも
に燃焼室内の掃気を行う掃気ポート(吸気ポート)と、燃
焼ガス(排気ガス)を排出する排気ポートとが設けられ
る。そして、従来の普通の２サイクルエンジンにおいて
は、通常、掃気ポートと排気ポートとが、下死点位置近
傍においてシリンダ周壁に設けられ、両ポートは、夫
々、ピストンによって開閉されるようになっている。こ
のように、両ポートがシリンダ周壁に設けられた２サイ
クルエンジンでは、吸・排気のための動弁機構を設ける
必要がないので、その構造が簡素化されるとともに高回
転化が図れるといった利点があるが、他面ピストンが下
死点位置付近に位置する比較的短い期間内に掃気を行わ
なければならないので、燃焼室上部がデッドスペースと
なりやすく、この部分の掃気が十分に行われない。そこ
で、掃気ポートのみシリンダ周壁に設け、排気ポートを
シリンダ頂部(シリンダヘッド)に設けてこれを排気弁で
開閉するようにしたユニフロー式の２サイクルエンジン
が提案されている（例えば、特開昭６２−２４３９１８
号公報参照）。かかるユニフロー式の２サイクルエンジ
ンにおいては、基本的には、掃気時にエアが燃焼室内を
上向きに一方的に流通するので(ユニフロー)、燃焼室上
部がデッドスペース化するのが防止され、掃気効率が高
められる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うに排気ポートをシリンダ頂部に設けた２サイクルエン
ジンにおいても、燃焼室内でのエアの流れパターンがほ
ぼ一定となるので、エアの主流からはずれた部分に燃焼
ガスの停滞域が生じてしまう。例えば、排気弁下部、燃
焼室上部周縁部、燃焼室下部中心部等に燃焼ガスの停滞
域が生じやすい。このため、前記したような従来の手法
で、単に燃焼室内でのエアの流れをユニフローとするだ
けでは、掃気効率を十分には高めることができない。と
ころで、一般に、燃焼室内でのエアの流れパターンが変
われば、燃焼ガスの停滞域が形成される位置も変化す
る。そこで、掃気の途中でエアの流れパターンを変化さ
せ、すなわちエアの流れ方向を変化させ、定常的な燃焼
ガスの停滞域の発生を防止するといった対応が考えられ
る。しかしながら、一般的に、掃気時にエアの流れ方向
を変化させるには、シリンダ内への開口方向が異なる複
数の掃気ポートを設け、開閉弁等を用いて掃気途中で掃
気ポートを切り替えるなどといった切り替え機構を必要
とするが、このようにするとエンジンの構造が複雑化
し、かつエンジンが大型化するといった問題がある。ま
た、このような切り替え機構では、通常応答遅れが伴わ
れるので、吸・排気動作の追従性が悪くなるといった問
題がある。

【０００４】本発明は、上記従来の問題点を解決するた
めになされたものであって、シリンダ周壁に掃気ポート
が設けられた２サイクルエンジンにおいて、掃気時の燃
焼室内での燃焼ガスの停滞を防止することができ、掃気
効率を高めることができるエンジンの吸気装置を提供す
ることを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達するた
め、第１の発明は、シリンダ周壁に掃気ポートが設けら
れた２サイクルエンジンにおいて、上記掃気ポートが、
掃気初期には燃焼室内にシリンダ中心線に垂直な面内で
の渦（スワール）を生成し、掃気中期には燃焼室内にシ
リンダ中心線に平行な面内での渦（タンブル）を生成
し、かつ掃気終期には燃焼室内に再びスワールを生成す
るように形成されていることを特徴とするエンジンの吸
気装置を提供する。

【０００６】第２の発明は、シリンダ周壁に、ピストン
によって開閉される掃気ポートが設けられた２サイクル
エンジンにおいて、上記掃気ポートのシリンダ内への開
口部の上縁部が、該開口部と対向する側からみて、ピス
トンの移動方向と直交する平面に対して所定の傾斜角を
有する略直線状に形成されていることを特徴とするエン
ジンの吸気装置を提供する。

【０００７】第３の発明は、シリンダ周壁に、ピストン
によって開閉される掃気ポートが設けられた２サイクル
エンジンにおいて、上記掃気ポートのシリンダ内への開
口部の上縁部が、該開口部と対向する側からみて、略階
段状に形成されていることを特徴とするエンジンの吸気
装置を提供する。

【０００８】第４の発明は、第２または第３の発明にか
かるエンジンの吸気装置において、排気ポートがシリン
ダヘッドに設けられ、該排気ポートにこれを開閉する排
気バルブが設けられてていることを特徴とするエンジン
の吸気装置を提供する。

【０００９】第５の発明は、第４の発明にかかるエンジ
ンの吸気装置において、掃気ポートが、シリンダ周方向
については、シリンダ周壁の内周の略半周にわたって設
けられていることを特徴とするエンジンの吸気装置を提
供する。

【００１０】第６の発明は、第４の発明にかかるエンジ
ンの吸気装置において、掃気ポート上流の吸気通路に過
給機が設けられていることを特徴とするエンジンの吸気
装置を提供する。

【００１１】第７の発明は、第２〜第６の発明のいずれ
か１つにかかるエンジンの吸気装置において、燃焼室内
に直接燃料を噴射する燃料噴射弁が設けられていること
を特徴とするエンジンの吸気装置を提供する。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を具体的に説明する。
図１と図２とに示すように、多気筒２サイクルエンジン
ＣＥ（１つの気筒のみ図示している）においては、シリ
ンダブロック１の上側にシリンダヘッド２が取り付けら
れ、またシリンダブロック１の下側にはオイルパン３が
取り付けられている。そして、シリンダブロック１内に
シリンダ４が配置され、このシリンダ４内にピストン５
がシリンダ軸線方向に摺動可能に嵌入されている。ここ
で、シリンダヘッド２の下面とシリンダ４の内周面とピ
ストン５の上面とによって燃焼室６が画成されている。

【００１３】ピストン５は、ピストンピン７とコンロッ
ド８とクランクピン９とクランクアーム１０とを介して
クランク軸１１に連結され、かかる一連の連結機構によ
ってピストン５の往復運動がクランク軸１１の回転運動
に変換されるようになっている。なお、クランク軸１１
はベアリングキャップ１２等によって回転自在に支持さ
れている。そして、下死点位置にあるピストン５(図１,
図２はこの状態にある)の上端面のすぐ上側となる位置
において、シリンダ４の内周面には、後で説明する掃気
ポート１３が開口している。なお、掃気ポート１３は、
ピストン５との干渉が生じないように２つの部分に分割
して形成されている。換言すれば、掃気ポート１３のシ
リンダ周方向のほぼ中央部には、シリンダ４の一部をな
すリブ状の部分１３aが形成されている。他方、シリン
ダヘッド２の、燃焼室６を画成する部分の下面(燃焼室
６の天井面)には、燃焼室６に臨んで２つの排気ポート
１４が開口している。これらの排気ポート１４を夫々開
閉するために排気弁１５が設けられ、これらの排気弁１
５は、夫々ＨＬＡ１６(ハイドロ・ラッシュ・アジャス
タ)を介して、カムシャフト１７に取り付けられた排気
弁用カム１８によって所定のタイミングで開閉されるよ
うになっている。さらに、燃焼室６の天井面には、燃焼
室６に臨んで、燃料噴射弁２１と点火プラグ２２とが設
けられている。また、前記した掃気ポート１３は、エア
を供給するための吸気通路２３と連通し、この吸気通路
２３には機械式の過給機２４が介設されている。そし
て、過給機２４より下流側において、吸気通路２３には
サージタンク２８とリードバルブ２９とが設けられてい
る。ここで、リードバルブ２９は、各気筒の掃気タイミ
ングでのみ開かれるようになっている。このようなリー
ドバルブ２９の開閉によって吸気通路２３内に圧力変動
が生じるが、この圧力変動を抑制するためにサージタン
ク２８が設けられている。排気ポート１４は排気通路２
５と連通している。なお、エンジンＣＥには、オルタネ
ータ２６、オイルフィルタ２７等が付設されている。

【００１４】上記構成において、下死点（ＢＤＣ）後、
ピストン５が上昇する行程(以下では便宜上、これを圧
縮行程という)では、順に排気ポート１４（排気弁１
５）と掃気ポート１３とが閉じられた後、ピストン５に
よって燃焼室６内のエアが圧縮され、このエア中に燃料
噴射弁２１から燃料が噴射されて混合気が形成され、こ
の後ピストン５が上死点（ＴＤＣ）位置近傍に達したと
きに、点火プラグ２２によって混合気が着火・燃焼させ
られる。上死点後、ピストン５が下降する行程(以下で
は便宜上、これを膨張行程という)では、混合気の燃焼
によって生じる圧力によって、ピストン５が押し下げら
れ、この仕事が各連結部材７〜１０を介して、クランク
軸１１に伝達され、クランク１１の回転動力として取り
出される。ピストン５がさらに下降すると、順位排気ポ
ート１４（排気弁１５）と掃気ポート１３とが開かれ
る。このとき、過給機２４によって加圧されたエアが掃
気ポート１３から燃焼室６内に供給される一方、燃焼室
６内の燃焼ガスが排気ポート１４から排気通路２５に排
出される。その際、掃気ポート１３から燃焼室６内に流
入するエア(新気)が、基本的には燃焼室６内を上向きに
流れ(ユニフロー)、これに伴って燃焼ガスが排気ポート
１４に押し出され、燃焼室６内の掃気が行われる。図７
に、かかる排気、掃気、燃料噴射及び点火のタイミング
の一例を示す。

【００１５】ところで、前記した掃気ポート１３は、掃
気時に燃焼室６内でのエアの流れのパターンを変化さ
せ、燃焼ガスの停留を防止して掃気効率を高められるよ
うな構造となっているが、以下この掃気ポート１３の具
体的な構成及び機能について説明する。掃気ポート１３
のシリンダ４内への開口部の下縁部は、該開口部と対向
する側からみて(図１はこのようにしてみた状態を示し
ている)、ピストン５の移動方向すなわちシリンダ軸線
方向と直交する直線Ｌ₁上に位置するように形成されて
いる。この下縁部は、シリンダ軸線方向については、ピ
ストン５が下死点位置にあるときの上端面とほぼ一致す
るような位置に配置されている。したがって、ピストン
５が下死点位置にあるときには、掃気ポート１３が燃焼
室６内に全面的に開かれることになる。他方、掃気ポー
ト１３のシリンダ４内への開口部の上縁部は、該開口部
と対向する側からみて、上記直線Ｌ₁に対して所定の角
度θだけ傾斜する直線Ｌ₂上に位置するように形成され
ている。なお、掃気ポート１３の全開時に、燃焼室６内
に十分なエアを供給できるように、上記上縁部と下縁部
のシリンダ軸線方向の間隔は、一番狭い部分(図１では
左端部)でも、所定の長さhが確保されている。また、掃
気ポート１３は、シリンダ周方向については、シリンダ
４のほぼ半周にわたって形成されている。

【００１６】以下、適宜図７を参照しつつ、掃気ポート
１３から燃焼室６内(シリンダ４内)に流入するエアの流
れ状態、ないし掃気状態を説明する。 (１)掃気初期 図７中の矢印Ａ₁で示すような掃気初期においては、図
３と図４とに示すように、ピストン５の下降に伴って掃
気ポート１３が開かれ始める(なお、排気ポート１４は
すでに開かれている)。この場合、前記したとおり掃気
ポート１３の開口部の上縁部が傾斜しているので、上縁
部が最も高いところに位置する部分付近(図３では右端
部近傍)、すなわち図３,図４中で斜線が引かれた部分の
みが開かれる。このとき、掃気ポート１３の燃焼室６に
開かれた部分は、図４から明らかなように、シリンダ４
(燃焼室６)の中心線Ｌ₃に対してdだけオフセットしてい
る。なお、前記したとおり、掃気ポート１３がシリンダ
４のほぼ半周にわたって形成されているので、オフセッ
トdが大きくなっている。このため、掃気ポート１３の
開かれた部分から吹き出されるエアは、シリンダ内周面
に沿うようにして燃焼室６内に流入し、この後矢印Ｘで
示すように、シリンダ内周面に沿って旋回する渦、すな
わちシリンダ中心線に垂直な面内での渦（スワール）を
生成しつつ燃焼室６内を上昇する。このとき、スワール
によって、排気弁１５下面近傍を含む燃焼室６上部の燃
焼ガスがとくに有効に掃気される。なお、エアが主とし
てシリンダ内周面近傍の部分を流れるので、燃焼室６の
周縁部の燃焼ガスも有効に掃気される。

【００１７】(２)掃気中期 図７中の矢印Ａ₂で示すような掃気中期においては、図
５と図６とに示すように、ピストン５が下死点位置付近
に位置し、掃気ポート１３が燃焼室６にほぼ全面的に開
かれる。この場合、掃気ポート１３全面から燃焼室６内
にエアが流入し、したがって燃焼室６内に流入するエア
はシリンダ中心に対して偏心していないので、燃焼室６
内にスワールは生じない。このとき、燃焼室６内に流入
したエアは、矢印Ｙで示すように、シリンダ中心線に平
行な面内での渦（縦渦）すなわちタンブルを生成する。
このタンブルによって、燃焼室６下部の燃焼ガスがとく
に有効に掃気される。なお、掃気初期から中期にかけ
て、徐々にスワールが弱まり、反面タンブルが徐々に強
まるのはもちろんである。ところで、図２に示す実施例
では、掃気ポート１３は燃焼室６に対してやや斜め上向
きに開口している。このため、燃焼室６内に生じる掃気
流が上向きに流れやすくなり、タンブルの生成が促進さ
れる。しかしながら、図６に模式的に示しているよう
に、掃気ポート１３をピストン５の上面に対して平行と
なるようにして燃焼室６に開口させてもよい。この場合
は、タンブルは若干弱くなるものの、掃気ポート１３か
ら燃焼室６内に流入するエアが最初ピストン５の上面に
沿って流れるので、ピストン５の直上部の掃気を有効に
に促進することができる。したがって、とくに掃気した
い部分がどこであるかに応じて、掃気ポート１３の燃焼
室６に対する開口方向を決定すればよい。

【００１８】(３)掃気終期 図７中の矢印Ａ₃で示すような掃気終期においては、掃
気ポート１３は、前記した掃気初期の場合と同様の状態
となる。このとき、燃焼室６内には再びスワールが生成
される。このスワールは、掃気ポート１３が閉じられた
後も、図７中の矢印Ａ₄で示すような期間、燃焼室６内
にスワール流として残存する。このスワール流は、燃料
噴射弁２１から燃焼室６内に噴射された燃料とエアとの
混合を促進させ、燃料の気化・霧化を促進させ、混合気
の着火性ないし燃焼性を向上させる。

【００１９】このように、可動部を伴った複雑な切り替
え機構を設けることなく、掃気ポート１３の形状を好ま
しく設定するだけで、燃焼室６内での燃焼ガスの掃気効
率を高めることができ、かつ混合気の着火性・燃焼性を
高めることができる。

【００２０】また、図８に示すように、掃気ポート３０
の燃焼室６への開口部の上縁を階段状に形成してもよ
い。このようにすれば、掃気初期には、掃気ポート３０
の上縁が高くなっている部分３０ａだけが開かれるの
で、燃焼室６内にスワールが生成され、前記の上縁を傾
斜させた場合とほぼ同様の作用・効果が得られる。な
お、掃気中期においては、上縁が低くなっている部分３
０ｂも開かれるので、燃焼室６内にタンブルが生成され
るのはもちろんである。

【００２１】

【発明の作用・効果】第１の発明によれば、掃気初期に
生成されるスワールによって燃焼室上部の燃焼ガスの掃
気が行われ、掃気中期に生成されるタンブルによって燃
焼室下部の燃焼ガスの掃気が行われるので、掃気効率が
高められる。また、掃気終期に生成されるスワールが、
掃気終了後に燃焼室内にスワール流として残り、このス
ワール流によって燃料とエアの混合が促進され、燃料の
気化・霧化が促進される。このため、混合気の着火性・
燃焼性が高められ、エンジン出力及び燃費性能が高めら
れる。

【００２２】第２の発明によれば、掃気ポートのシリン
ダ内への開口部の上縁部が、ピストンの移動方向と直交
する平面に対して傾斜しているので、掃気初期及び掃気
終期には、上縁部が高いところに位置する部分近傍での
み、掃気ポートが燃焼室に開かれる。このとき、掃気ポ
ートの開かれた部分は、シリンダ中心に対してオフセッ
トするので、掃気ポートから燃焼室内に流入したエアが
シリンダ内周面に沿う旋回流すなわちスワールを生成す
る。他方、掃気中期には掃気ポートが燃焼室に対して全
面的に開かれオフセットが生じないので、燃焼室内にタ
ンブルが生成される。このように、掃気初期及び終期に
は燃焼室内にスワールが生成される一方、掃気中期には
タンブルが生成されるので、第１の発明と同様の作用・
効果が得られる。

【００２３】第３の発明によれば、掃気ポートのシリン
ダ内への開口部の上縁が略階段状に形成されているの
で、掃気初期及び掃気終期には、上縁部が高いところに
位置する部分近傍でのみ、掃気ポートが燃焼室に開かれ
る。このとき、掃気ポートの開かれた部分は、シリンダ
中心に対してオフセットするので、掃気ポートから燃焼
室内に流入したエアがシリンダ内周面に沿う旋回流すな
わちスワールを生成する。他方、掃気中期には掃気ポー
トが燃焼室に対して全面的に開かれオフセットが生じな
いので、燃焼室内にタンブルが生成される。このよう
に、掃気初期及び終期には燃焼室内にスワールが生成さ
れる一方、掃気中期にはタンブルが生成されるので、第
１の発明と同様の作用・効果が得られる。

【００２４】第４の発明によれば、基本的には第２また
は第３の発明と同様の作用・効果が得られる。さらに、
排気ポートがシリンダヘッドに設けられ、この排気ポー
トが排気弁によって開閉されるので、掃気時には、エア
が燃焼室内を一方的に上向きに流通するユニフローが形
成される。このため、掃気初期及び終期でのスワールの
生成が促進され、かつ掃気中期でのタンブルの生成が促
進される。したがって、掃気効率が一層高められる。

【００２５】第５の発明によれば、基本的には第４の発
明と同様の作用・効果が得られる。さらに、掃気ポート
が、シリンダ内周面のほぼ半周にわたって形成されてい
るので、掃気初期及び終期において掃気ポートが部分的
に開かれるときには、掃気ポートの燃焼室に開かれる部
分の、シリンダ中心に対するオフセット量が大きくな
る。このため、スワールの生成が促進され、掃気効率が
より一層高められる。

【００２６】第６の発明によれば、基本的には第４の発
明と同様の作用・効果が得られる。さらに、掃気ポート
上流の吸気通路に過給機が設けられているので、燃焼室
内に流入するエアの流れが強くなり、掃気効率が大幅に
高められる。

【００２７】第７の発明によれば、基本的には第２〜第
６の発明と同様の作用・効果が得られる。さらに、燃料
が直接燃焼室内に噴射されるので、掃気終期に生成され
るスワール流によって燃料の気化・霧化が一層促進され
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明にかかる吸気装置を備えた２サイクル
エンジンの一部断面側面説明図である。

【図２】 図１に示すエンジンの一部断面正面説明図で
ある。

【図３】 掃気初期及び終期における掃気ポートの開口
状態を示す、シリンダの立面断面模式図である。

【図４】 図３に示すシリンダの平面断面模式図であ
る。

【図５】 掃気中期における掃気ポートの開口状態を示
す、シリンダの立面断面模式図である。

【図６】 図５に示すシリンダの平面断面模式図であ
る。

【図７】 図１に示すエンジンの、排気、掃気、燃料噴
射及び点火のタイミングを示す図である。

【図８】 掃気ポートの燃焼室への開口部の上縁が略階
段状に形成されたエンジンの一部断面立面説明図であ
る。

【符号の説明】

ＣＥ…エンジン ２…シリンダヘッド ４…シリンダ ５…ピストン ６…燃焼室 １３…掃気ポート １４…排気ポート ２１…燃料噴射弁 ２３…吸気通路 ２４…過給機 ３０…掃気ポート

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 久慈 洋一 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツダ 株式会社内 (72)発明者 陰山 明 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツダ 株式会社内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダ周壁に掃気ポートが設けられた
   ２サイクルエンジンにおいて、 上記掃気ポートが、掃気初期には燃焼室内にシリンダ中
   心線に垂直な面内での渦（スワール）を生成し、掃気中
   期には燃焼室内にシリンダ中心線に平行な面内での渦
   （タンブル）を生成し、かつ掃気終期には燃焼室内に再
   びスワールを生成するように形成されていることを特徴
   とするエンジンの吸気装置。
2. 【請求項２】 シリンダ周壁に、ピストンによって開閉
   される掃気ポートが設けられた２サイクルエンジンにお
   いて、 上記掃気ポートのシリンダ内への開口部の上縁部が、該
   開口部と対向する側からみて、ピストンの移動方向と直
   交する平面に対して所定の傾斜角を有する略直線状に形
   成されていることを特徴とするエンジンの吸気装置。
3. 【請求項３】 シリンダ周壁に、ピストンによって開閉
   される掃気ポートが設けられた２サイクルエンジンにお
   いて、 上記掃気ポートのシリンダ内への開口部の上縁部が、該
   開口部と対向する側からみて、略階段状に形成されてい
   ることを特徴とするエンジンの吸気装置。
4. 【請求項４】 請求項２または請求項３に記載されたエ
   ンジンの吸気装置において、 排気ポートがシリンダヘッドに設けられ、該排気ポート
   にこれを開閉する排気バルブが設けられてていることを
   特徴とするエンジンの吸気装置。
5. 【請求項５】 請求項４に記載されたエンジンの吸気装
   置において、 掃気ポートが、シリンダ周方向については、シリンダ周
   壁の内周の略半周にわたって設けられていることを特徴
   とするエンジンの吸気装置。
6. 【請求項６】 請求項４に記載されたエンジンの吸気装
   置において、 掃気ポート上流の吸気通路に過給機が設けられているこ
   とを特徴とするエンジンの吸気装置。
7. 【請求項７】 請求項２〜請求項６のいずれか１つに記
   載されたエンジンの吸気装置において、 燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁が設けられて
   いることを特徴とするエンジンの吸気装置。