JPH0584372B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、高圧縮比の小型エンジンに好適な反
転掃気式の２サイクルガソリンエンジンに関する
ものである。

（発明の背景） エンジンの燃焼効率を向上する場合、エンジン
の圧縮比を高くすることは、一つの方法である
が、小型の２サイクルガソリンエンジンにおいて
エンジンの高圧縮比化を図ると点火直前の燃焼室
形状が偏平になつてしまい、燃焼効率の大きな向
上は期待できない。その為、小型にエンジンにお
いてその燃焼効率を改善するためには、スキツシ
ユ、スワール等のいわゆる急速燃焼手段を利用す
ることが多い。

ところで、前記の急速燃焼手段の中のスワール
は、シリンダボアが円形であることから、一般に
シリンダ軸回りの旋回流として４サイクルエンジ
ンでは広く用いられている。

しかし、吸入混合気によりシリンダ内の掃気を
行う反転掃気式の２サイクルエンジンにあつて
は、シリンダ内を掃気を行う関係から４サイクル
エンジンにようにシリンダ軸回りの旋回流を形成
することは良好な燃焼になりにくく、急速燃焼手
段としてのスワールが利用され難い状況にある。

（発明の目的） 本発明はこのような事情に鑑みなされたもので
あり、小型の２サイクルガソリンエンジンにおい
て、エンジンの高圧縮比化が燃焼効率の向上に十
分寄与できるようにするとともに、２サイクルエ
ンジンに適した急速燃焼手段を具備させて、小型
２サイクルエンジンの燃焼効率の向上を図ること
を目的とするものである。

（発明の思想） このような現状に対し、鋭意検討の結果、発明
者らは先ず２サイクルエンジン特有の掃気の流れ
に着目し、掃気流の持つ運動エネルギーを利用し
てシリンダ軸方向に旋回流を形成させ、これを急
速燃焼手段たるスワールとして機能させようとす
る発想に至つた（以下、縦スワールという）。

そして、かかる縦スワールを急速燃焼手段とし
て機能させてゆくうえでの問題点は、点火時期付
近での偏平な燃焼室形状にあることを知つた。す
なわち偏平な燃焼室形状は縦スワールを減衰して
消滅させる大きな要因となるからである。

すなわち、縦スワールが点火時期付近の燃焼室
形状により大きく影響を受けるのは、次のような
理由によるものと想定される。

運動慣性力を持つ混合気による縦スワールが
楕円形のように偏平形状となる。曲率の大きい
部分での旋回時に運動エネルギーを損失して、
このスワールの流速を低下する。

スワールはその流れ自体に幅を持つものであ
るからスワールが過度に偏平にされると、往復
のスワールの流れの中心側部分同士が衝突して
運動エネルギが失われる。

このような理由から縦スワールはなるべく大径
で偏平の度合が小さい形状とすることが好まし
い。

すなわち、最圧縮状態において燃焼室形状が過
度に偏平となると縦スワールは偏平な楕円形にな
るので、スワールの旋回速度の減衰が大きくな
る。そこで最圧縮時における縦スワールを強くす
るためには、ある程度より燃焼室の高さを高くす
る必要がある。

また一方急速燃焼を可能にするためには縦スワ
ール自体特に流速の早い部分に直接点火すること
が必要である。しかしシリンダヘツドからの点火
栓の突出量には限度があり、前記の狙いを達する
ためには最圧縮状態における燃焼室形状を過度に
高く形成すると、この縦スワールが点火栓を避け
た位置で旋回するため、折角の縦スワールによる
急速燃焼の達成が困難になる。

そのため、この発明の燃焼室形状は、かかる観
点から、本案趣旨に適応しうる燃焼室形状を点火
栓を頂点に位置させた円錐面と上面を平坦に形成
したピストンとで形成し、前記円錐面の底面をシ
リンダより小径とする一方この円錐面の底角を所
定の範囲とするのが好ましいことが解つた。

（発明の構成） 本発明ではこの目的は、反転掃気式２サイクル
ガソリンエンジンにおいて、中心軸がシリンダ中
心軸に略一致する略円錐形の凹部と、略平坦なピ
ストン頂面との間に燃焼室を形成し、前記燃焼室
の略円錐形の頂点付近に点火栓を配設する一方、
この凹部の底面の径をシリンダ径よりも小さくし
底角を32.5〜56.5°の範囲に設定したことを特徴と
する２サイクルガソリンエンジンにより達成され
る。

すなわち燃焼室を略円錐状とすることにより、
高圧縮比化を図りつつ最圧縮時付近における燃焼
室形状が過度に偏平化するのを防止し、さらに縦
スワールの流れに十分まじわるように点火栓の発
火部を位置させて急速燃焼を可能にするものであ
る。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例であるクランク室予
圧式のエンジンの断面図、第２図は掃気・圧縮行
程での混合気の流れを示す図である。この図で符
号１０はクランクケースであり、このクランクケ
ース１０にはクランク軸１２が支持されている。
クランクケース１０のクランク室１０ａにはリー
ド弁１４を介して吸気通路１６が接続されてい
る。１８，２０はこの吸気通路１６の上流側に順
次接続された気化器とエアクリーナである。２２
はシリンダ、２４はシリンダヘツド、２６はピス
トン、２８はこのピストン２６とクランク軸１２
とを連結するコンロツドである。

３０は主掃気通路であり、一端がクランク室１
０ａに、他端がシリンダ内壁にそれぞれ開口して
いる。主掃気通路３０はピストン２６を挟んで一
対設けられているが、図では一方のみが示されて
いる。３２は副掃気通路であり、一端がリード弁
１４を介して吸気通路１６に、他端がシリンダ内
壁にそれぞれ開口している。

３４は排気通路であり副掃気通路３２の反対側
に位置している。なお主掃気通路３０は、この排
気通路３４から離れる方向を指向してシリンダ内
に開口し、副掃気通路３２は燃焼室頂部方向を指
向してシリンダ内に開口している。

３６は燃焼室であり、シリンダ２４に形成され
た略円錐状の凹部３８と、ピストン２６の平坦状
の頂面４０との間に形成されている。略円錐状の
凹部３８の中心軸はシリンダ中心軸とほぼ一致
し、この円錐形状の頂点に対応する位置付近には
点火栓４２が配設されている。また凹部３８の底
面の径はシリンダ径よりも小さくされている。

次にこの実施例の動作を説明する。

ピストン２６の上昇（圧縮）行程においては、
クランク室１０ａが負圧になり吸気通路１６から
混合気がクランク室１０ａ内に流入する。そして
ピストン２６の下降（爆発）行程においては、ク
ランク室１０ａ内で混合気が加圧される。ピスト
ン２６が排気通路３４の開口、すなわち排気ポー
ト３４ａを開くと、既燃焼ガスが排気通路３４に
流出し始める。ピストン２６がさらに下降して
主．副掃気通路３０，３２の開口すなわち掃気ポ
ート３０ａ，３１ａを開くと、クランク室１０ａ
で予圧された混合気がシリンダ内に流入する。こ
の時各掃気ポートからの混合気は、第２図Ａに示
すように排気ポート３４ａと反対側のシリンダ内
面に沿つて点火栓４２方向に層状に流れ、凹部３
８の内面に導かれ運動エネルギを大きく失うこと
なく反転し、既燃焼ガスを排気ポート３４ａに押
し出す。ピストン２６が再び上昇し圧縮行程に入
ると、ピストン２６は掃・排気の各ポート３０
ａ，３２ａ，３４ａを閉じるが、混合気は第２図
Ｂに示すようにその運動エネルギを十分に持つて
いるので、混合気のシリンダ中心軸に沿う方向の
流動（縦スワール）が生成される。この縦スワー
ルはピストン２６の上昇に伴つて加速され、点火
栓４２付近に強い渦流を生成させる。このため燃
焼が促進される。

なお、燃焼室形状をかかる形状として所定の排
気量とする場合には、燃焼室の周縁部分にスキツ
シユ領域が形成されるので、縦スワールへの点火
後にこの領域からのスキツシユによる濃厚混合気
がスワールに吹きつけられ、スワールに乱れを生
じさせスワール領域内の燃焼の促進に寄与するの
で高速燃焼の効果はさらに顕著なものとなる。

また燃焼室３６の円錐形の底角を過大にする
と、スキツシユ領域が増えるが、このスキツシユ
領域と円錐形との角部Ａ（第１図）が過度に鋭角
化するとこの角部Ａが縦スワールの流れを防止
し、縦スワールが弱められる。従つて角部Ａも過
度に鋭角化するのは好ましくない。

発明者はこのような小型エンジンで燃焼室形状
を種々変更して実験を行つた。第３図は圧縮比を
７、排気量を49.9c.c.（ボア40mm×ストローク39.7
mm）とした時の燃焼室形状を示す図、第４図はそ
の実験結果であり、横軸θは凹部３８の円錐形の
底角（単位°）を縦軸BSFCは燃費（単位ｇ／
ps・ｈ）を示す。第３図の１〜２０の各図は底各
θ＝0°から底角θ＝90°まで順次変えたものであ
る。このように底角θを変えた場合、クランク回
転速度Ｎ＝4000R.P.M.で出力0.55psの時には燃費
特性は曲線Ａに、同じく出力0.50psの時には曲線
Ｂのようになつた。この結果から、燃費が最少か
ら２％増加するまでの範囲を許容するものとすれ
ば、θとしての許容範囲は32.5°〜56.5°となる。
すなわち第３図の７〜１２までの形状が好適であ
ることが解つた。

この第３図に示す形状では凹部３８はほぼ完全
な円錐形とし、ピストン頂面４０はほぼ完全な平
担面としているが、実験に基づいて多少変形する
ことは勿論可能であり、これらの場合も本発明に
包含されるものである。

（発明の効果） 本発明は以上のように燃焼室を略円錐形の凹部
と略平坦なピストン頂面との間に形成し、この円
錐形の凹部の底面をシリンダより小径としつつ、
その底角を32.5°〜56.5°に設定したからたから、
高圧縮比化を縦スワールの促進に寄与させ、急速
燃焼を可能にすることができる。すなわち略円錐
状の凹部の斜面によつて、掃気流は滑らかに反転
するから、最圧縮時付近で縦スワールの流れが過
度に偏平化することがなくなり、その運動エネル
ギを有効に利用して縦スワールの減衰を防止する
ことができ、燃焼が促進され安定した運転が可能
になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例であるクランク室予
圧式エンジンの断面図、第２図は掃気・圧縮行程
での混合気の流れを示す図、第３図は実験に用い
た各種の燃焼室形状を示す図、第４図はその実験
結果を示す図である。 ２２……シリンダ、３６……燃焼室、３８……
凹部、４０……ピストン頂面、４２……点火栓、
θ……底角。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 反転掃気式２サイクルガソリンエンジンにお
   いて、 中心軸がシリンダ中心軸に略一致する略円錐形
   の凹部と、略平坦なピストン頂面との間に燃焼室
   を形成し、前記凹部の略円錐形の頂点付近に点火
   栓を配設する一方、この凹部の底面の径をシリン
   ダ径より小さくし底角を32.5°〜56.5°の範囲に設
   定したことを特徴とする２サイクルガソリンエン
   ジン。