JPH06159068A - ユニフロー式２サイクルエンジン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ユニフロー式２サイクルエンジンのシリンダ
ライナ周りを複雑化させることなくスワール強度を調整
できるようにする。 【構成】 シリンダライナに弱スワールの掃気ポートと
強スワールの掃気ポートを交互に設けるとともに、シリ
ンダライナ周りに負荷領域に応じて掃気ポートを選択的
に開閉するリングを配設し、低負荷時（０〜ａ）には弱
スワールの掃気ポートのみを使用し、中負荷時（ａ〜
ｂ）には強スワールの掃気ポートのみを使用し、高負荷
時（ｂ〜）には全掃気ポートを使用するようにする。 【効果】 低負荷時にスワールを弱め成層化を促進して
着火性を向上させ、中負荷時にスワールを強化し燃焼を
向上させてＥＧＲリミットおよびリーンリミットを高
め、また高負荷時に掃気効率を向上させることが可能と
なる。しかも、シリンダライナ周りを複雑化させない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はユニフロー式２サイクル
エンジンに係り、特に、シリンダライナにスワール生成
式の複数の掃気ポートを備えたユニフロー式２サイクル
エンジンに関する。

【０００２】

【従来の技術】シリンダライナに設けられピストンの往
復動に伴って開閉される掃気ポートからシリンダヘッド
に設けられた弁開閉式の排気ポートへ向けて単一方向の
掃気流を形成するユニフロー式２サイクルエンジンにお
いて、燃焼性を改善するため掃気ポートに所定の入射角
を設けて掃気ポートから流入する吸気の流速によりシリ
ンダ内にスワールを生じさせるようにしたものが知られ
ている。

【０００３】ところで、このようにユニフロー式２サイ
クルエンジンの掃気ポートに入射角を設けてスワールを
形成するようにした場合に、高負荷時には吸気流速が大
きくてスワールが強くなるが、スワールがあまり強いと
新気の吹き抜けが多くなって掃気効率が低下する。逆
に、負荷が低い時には吸気流速が小さく、しかも残留ガ
スが多いことによって筒内流速が低下し、スワールが弱
くなって、スワールがあまり弱いと燃焼速度が低下し燃
焼が悪化する。そのため、高負荷時に最適なスワール強
度が得られるよう掃気ポートを設定したのでは負荷が低
い時にスワール強度が十分でなくなって燃焼最適化が達
成できず、また、負荷が低い時に最適なスワール強度が
得られるよう掃気ポートを設定したのでは高負荷時にス
ワールが強くなり過ぎて掃気効率の最適化が達成できな
い。そこで、エンジンの運転状態に応じてスワール強度
を調整するための機構が従来から提案されている。たと
えば、特開昭６２−１５００２７号公報にはシリンダラ
イナ全周に設けた複数の掃気ポートにそれぞれ案内板を
設けて、これら案内板の角度を変更することによりスワ
ール強度を調整可能としたものが記載されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ユニフロー式２サイク
ルエンジンにおいては高負荷時には特に掃気効率を高め
て出力向上を図ることが必要であり、中負荷から低負荷
にかけては特に燃焼速度を高めて燃焼を改善しＥＧＲリ
ミットおよびリーンリミットを高めるようにすることが
必要であり、また、特に低負荷時には残留ガス割合が増
大することによる着火性の悪化を解決する必要があっ
て、これら運転状態によって異なる要求のいずれをも満
たすようスワール制御を行うことが望まれる。しかし、
上記のように掃気ポートに角度変更可能な案内板を設け
ることによってスワール強度を調整するというもので
は、シリンダライナ周りの構造が複雑となり、エンジン
のコンパクト化が妨げられる。

【０００５】本発明はこのような問題点に鑑みてなされ
たものであって、シリンダライナ周りの構造を複雑化さ
せることなく周方向のスワール強度を調整可能とし高負
荷時の掃気効率の確保，中負荷時のＥＧＲリミットおよ
びリーンリミットの向上および低負荷時の着火性向上を
共に実現することのできるユニフロー式２サイクルエン
ジンを提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明はシリンダライナ
に周方向スワール生成用の複数の掃気ポートが設けられ
たユニフロー式２サイクルエンジンに係るものであっ
て、前記複数の掃気ポートをスワール生成力の弱い第１
の掃気ポートと該第１のポートよりもスワール生成力の
強い第２の掃気ポートとで構成するとともに、エンジン
運転状態に応じてこれら第１および第２の掃気ポートを
選択使用可能とするポート切換手段を設けたことを特徴
とし、より具体的には、低負荷時には前記第１の掃気ポ
ートのみを使用し、中負荷時には前記第２の掃気ポート
のみを使用し、高負荷時には全掃気ポートを使用するよ
う前記ポート切換手段を制御するものである。

【０００７】本発明に係るユニフロー式２サイクルエン
ジンは、また、使用する掃気ポートの数を負荷が低い程
少なくするようポート切換手段を制御するものであり、
より具体的には、使用する掃気ポートをシリンダ中心に
対し常に対称となるようポート切換手段を設定するもの
である。

【０００８】

【作用】本発明によれば、シリンダライナに設けられた
複数の掃気ポートから気筒内に流入する吸気によって気
筒内に掃気流とともに周方向のスワールが生起される。
また、スワール生成力の弱い第１の掃気ポートと第１の
掃気ポートよりもスワール生成力の強い第２の掃気ポー
トとが選択使用され、それによって、例えば低負荷時に
はスワールを弱くして着火性を改善するよう弱スワール
の第１の掃気ポートのみを使用して掃気が行われ、中負
荷時にはスワールを強め燃焼速度を高めて燃焼を改善す
るよう強スワールの第２の掃気ポートのみを使用して掃
気が行われ、高負荷時にはスワールを抑えつつ掃気効率
を高めるよう全掃気ポートを使用して掃気が行われる。
また、本発明によれば、負荷が低い程使用する掃気ポー
トの数が少なくされることにより、燃焼速度を高めるた
めスワールを強化したい領域で吸気流速を一層増大させ
てスワール強化を促進することができ、また、着火性を
向上させるためスワールを弱くして新気と残留ガスとの
混合を抑制したい領域でスワール生成に寄与しない主流
の流速を高めることにより新気と残留ガスの成層化を促
進して着火性を向上させることができる。そして、使用
する掃気ポートがシリンダ中心に対し対称とされること
により、吸気流入が全周にわたって均等となり、上記作
用が一層促進される。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００１０】実施例１．図１は本発明の実施例１に係る
ユニフロー式２サイクルエンジンの縦断面図、図２は図
１のＡ−Ａ断面図である。この実施例のエンジンは直列
３気筒であって、シリンダブロック１と、該シリンダブ
ロック１に装着され各気筒のシリンダ室２を構成するシ
リンダライナ３と、コネクティングロッド４を介してク
ランクシャフト（図示せず）に連結され各シリンダライ
ナ２内を上下往復動するピストン５と、シリンダブロッ
ク１の上端に連結され各シリンダ室３の上部に燃焼室６
を区画するシリンダヘッド７とで構成されている。そし
て、各気筒のシリンダライナ２には、ピストン５により
所定のタイミングで開閉される位置で全周にわたり周方
向に並んで入射角の異なる２種類のスワール生成用掃気
ポート８Ａ，８Ｂが多数交互に設けられ、シリンダブロ
ック１には、各気筒のシリンダライナ２周りに上記掃気
ポート８Ａ，８Ｂに連通するよう掃気室９が設けられて
いる。また、シリンダヘッド７には、側方から延びて燃
焼室６の偏心位置に開口するよう排気ポート１０が設け
られて、該排気ポート１０の開口部を開閉するよう排気
弁１１が設けられるとともに、燃焼室６の中央に燃料噴
射弁１２が設けられ、また、電極部が燃焼室６の中央に
突出するよう点火プラグ１３が設けられている。

【００１１】各シリンダライナ３に形成された２種類の
掃気ポート８Ａ，８Ｂにうちの一方は入射角が小さくて
スワール生成力が弱い弱スワールの掃気ポート８Ａとさ
れ、他方はそれより入射角が大きくてスワール生成力が
強い強スワールの掃気ポート８Ｂとされている。また、
各シリンダライナ３の外周には、上下および周方向にス
ライドさせることによってエンジンの負荷領域に応じ２
種類の掃気ポート８Ａ，８Ｂを選択的に開閉するための
ポート切換リング１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃがそれぞれ配
設されている。

【００１２】これらポート切換リング１４Ａ，１４Ｂ，
１４Ｃは、図３〜図５（各負荷領域でのポート開閉状態
を示すシリンダライナ３およびポート切換リング１４の
展開図）に示すように、交互に並ぶ２種類の掃気ポート
８Ａ，８Ｂのうちの片方のみを閉じもう片方を開くこと
ができるよう上縁に凸部１５および凹部１６を交互に有
し、また、各ポート切換リング１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ
の外周には相互に９０゜隔たった位置に周方向に並ぶ所
定幅の歯列１７と上下方向の歯列１８がそれぞれ形成さ
れている。このうち、一端側の気筒のポート切換リング
１４Ａと真ん中の気筒のポート切換リング１４Ｂには、
それぞれ１８０゜対向する２箇所に周方向の歯列１７が
設けられている。そして、これらポート切換リング１４
Ａ，１４Ｂ，１４Ｃは、それぞれの周方向の歯列１７同
士が噛み合うよう配設され、また、シリンダブロック１
の一端に第１のステップモータ１９が配設され、その駆
動軸に連結された駆動ギヤ２０が一端側のポート切換リ
ング１４Ａの外端側の周方向の歯列１７と噛み合わされ
ている。そして、上記第１のステップモータ１９の制御
により各気筒のポート切換リング１４Ａ，１４Ｂ，１４
Ｃが連動し周方向に駆動される。

【００１３】また、シリンダブロック１には各気筒のポ
ート切換リング１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃの側方を気筒列
方向に延びる一本のギヤ軸２１が設けられ、該ギヤ軸２
１には各ポート切換リング１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃの上
下方向の歯列１８と噛み合うようピニオン２２がそれぞ
れ固定され、また、ギヤ軸２１の一端は第２のステップ
モータ２３に連結されている。そして、上記第２のステ
ップモータ２３の制御により各気筒のポート切換リング
１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃは上下方向に駆動される。

【００１４】上記実施例１において、低負荷時には両ス
テップモータ１９，２３により図３に示す位置にポート
切換リング１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃが制御され、これら
ポート切換リング１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃの各凸部１５
によって強スワールの掃気ポート８Ｂが全部閉じられ、
弱スワールの掃気ポート８Ａの方はポート切換リング１
４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃの各凹部１６に位置することによ
って全部開かれる。この時、各気筒のシリンダ室２には
弱スワールの掃気ポート８Ａのみから吸気が流入するこ
とによってシリンダ中心寄りに集中し、しかも、ポート
数が少ないことによってシリンダ中心寄りの主流の流速
が高まり、それにより乱流が抑制され新気と残留ガスの
成層化が促進されて着火性が向上する。

【００１５】また、中負荷時には図４に示す位置にポー
ト切換リング１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃが制御され、強ス
ワールの掃気ポート８Ｂは全部開かれ、弱スワールの掃
気ポート８Ａは全部閉じられる。この時、各気筒のシリ
ンダ室２には強スワールの掃気ポート８Ｂのみから吸気
が流入することにより、吸気流速が高まるともに入射角
が大きいことによってスワールが強化され、筒内の乱流
強度の上昇と残留ガスとの混合促進によって燃焼が向上
する。

【００１６】また、高負荷時には図５に示す位置にポー
ト切換リング１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃが制御され、全部
の掃気ポート８Ａ，８Ｂが開かれる。この時、各気筒の
シリンダ室２には全掃気ポート８Ａ，８Ｂから吸気が流
入し、また、２種類の掃気ポート８Ａ，８Ｂからの吸気
流が相互に干渉することによってスワールが弱められ、
その結果、掃気効率が向上する。

【００１７】図６は上記実施例における掃気ポート８
Ａ，８Ｂの開閉と掃気効率との関係を示す特性図であ
る。この図からわかるように、吸気比が小さい領域では
使用する掃気ポートを減少させても掃気効率が悪化しな
い領域が存在する。すなわち、強スワールの掃気ポート
８Ｂを閉じて弱スワールの掃気ポート８Ａのみを開いた
状態では吸気比が図の０〜ａの領域で掃気効率が悪化し
ないし、弱スワールの掃気ポート８Ａを閉じて強スワー
ルの掃気ポート８Ｂのみを開いた状態では吸気比が図の
０〜ｂの領域で掃気効率が悪化しない。したがって、低
負荷時に弱スワールの掃気ポート８Ａのみを使用する領
域を図６の０〜ａの吸気比領域に限定し、中負荷時に強
スワールの掃気ポート８Ｂのみを使用する領域は図６の
ａ〜ｂの吸気比領域に限定することにより、掃気効率の
悪化を防ぐことができる。なお、掃気効率は掃気完了後
に気筒内にとどまる吸気量と供給された全吸気量との比
で定義され、吸気比は供給された全吸気量と運転時の大
気状態で行程容積を占める吸気量との比で定義されるも
のである。

【００１８】実施例２．図７は本発明の実施例２におけ
るシリンダライナおよびポート切換リングの展開図であ
る。なお、この実施例２に係るユニフロー式２サイクル
エンジン本体の構造は先の実施例１と同様である。

【００１９】この実施例２は弱スワールの掃気ポート８
Ａを半分ずつ段階的に閉じることができるようにポート
切換リング２４を構成したものである。すなわち、この
場合のポート切換リング２４は、上縁に掃気ポート８
Ａ，８Ｂの高さ寸法と略同寸だけ突出する第１の凸部２
５ａと、その２倍の寸法で突出する第２の凸部２５ｂが
凹部２６を挟んで交互に設けらたものとされている。そ
して、このポート切換リング２４を上下および周方向に
移動させることにより、低負荷時には強スワールの掃気
ポート８Ｂを閉じて弱スワールの全掃気ポート８Ａを使
用し、中負荷時には弱スワールの掃気ポート８Ａを全部
閉じて強スワールの掃気ポート８Ｂのみを使用し、高負
荷時には弱スワールの掃気ポート８Ａの半分だけを閉め
て弱スワールの掃気ポート８Ａの残りの半分と強スワー
ルの掃気ポート８Ｂを使用する領域と、全部の掃気ポー
ト８Ａ，８Ｂを使用する領域とに分けて掃気を行う。

【００２０】上記実施例２の場合の掃気ポート８Ａ，８
Ｂの開閉と掃気効率との関係は図８に示すとおりであ
る。この場合、掃気効率を悪化させることなくポート数
を減らしてスワールを強化することのできる吸気比領域
が図の０〜ｂ’のように広くなる。

【００２１】なお、上記実施例ではポート切換リングを
ステップモータによって駆動するものを説明したが、駆
動源は油圧，空気圧等であってもよい。また、駆動源か
らリングへの駆動力の伝達構造も上記実施例に限定され
ずいろいろな機構を利用することができる。

【００２２】

【発明の効果】本発明は以上のように構成されているの
で、シリンダ周りの構造を複雑化させることなく周方向
のスワール強度を調整することができて、低負荷時の着
火性を改善することができ、中負荷時にはスワールを強
化して燃焼を改善しＥＧＲリミットおよびリーンリミッ
トを高めてエミッション性能および燃費性能を向上させ
ることができ、また、高負荷時の掃気効率を確保するこ
とができる。また、負荷の低下とともに使用する掃気ポ
ートの数を少なくすることによって、スワール生成力の
強い掃気ポートを使用する際のスワール強化を促進し、
また、スワール生成力の弱い掃気ポートを使用する際の
成層化を促進することができる。

【００２３】また、本発明の上記構成によれば、掃気効
率の悪化を防止しつつスワールを有効に利用できるた
め、筒内に送り込む吸気量は最小限度でよく、したがっ
て、過給機の負荷を低減することができる。また、スワ
ール強化により燃焼が改善され、また、成層化により着
火性が向上することによって、残留ガス割合を高くし筒
内温度を高くして燃料微粒化を促進しＨＣ排出量を低減
することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１に係るユニフロー式２サイク
ルエンジンの縦断面図

【図２】図１のＡ−Ａ断面図

【図３】本発明の実施例１における低負荷時のポート開
閉状態を示すシリンダライナおよびポート切換リングの
展開図

【図４】本発明の実施例１における中負荷時のポート開
閉状態を示すシリンダライナおよびポート切換リングの
展開図

【図５】本発明の実施例１における高負荷時のポート開
閉状態を示すシリンダライナおよびポート切換リングの
展開図

【図６】本発明の実施例１における掃気ポートの開閉と
掃気効率との関係を示す特性図

【図７】本発明の実施例２における高負荷時のポート開
閉状態を示すシリンダライナおよびポート切換リングの
展開図

【図８】本発明の実施例２における掃気ポートの開閉と
掃気効率との関係を示す特性図

【符号の説明】

１ シリンダブロック ３ シリンダライナ ８Ａ 掃気ポート（弱スワール） ８Ｂ 掃気ポート（強スワール） １３ 点火プラグ １４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ，２４ ポート切換リング

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダライナに周方向スワール生成用
   の複数の掃気ポートが設けられたユニフロー式２サイク
   ルエンジンにおいて、前記複数の掃気ポートをスワール
   生成力の弱い第１の掃気ポートと該第１のポートよりも
   スワール生成力の強い第２の掃気ポートとで構成すると
   ともに、エンジン運転状態に応じてこれら第１および第
   ２の掃気ポートを選択使用可能とするポート切換手段を
   設けたことを特徴とするユニフロー式２サイクルエンジ
   ン。
2. 【請求項２】 低負荷時には前記第１の掃気ポートのみ
   を使用し、中負荷時には前記第２の掃気ポートのみを使
   用し、高負荷時には全掃気ポートを使用するよう前記ポ
   ート切換手段を制御する請求項１記載のユニフロー式２
   サイクルエンジン。
3. 【請求項３】 シリンダライナにスワール生成用の複数
   の掃気ポートが設けられたユニフロー式２サイクルエン
   ジンにおいて、エンジン運転状態に応じて前記複数の掃
   気ポートを選択使用可能とするポート切換手段を設け、
   使用する掃気ポートの数を負荷が低い程少なくするよう
   前記ポート切換手段を制御するユニフロー式２サイクル
   エンジン。
4. 【請求項４】 ポート切換手段は使用する掃気ポートを
   シリンダ中心に対し常に対称となるよう設定するものと
   された請求項３記載のユニフロー式２サイクルエンジ
   ン。