JPH08177502A - ２サイクルエンジンの排気制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 排気制御弁により排気タイミングを連続的に
変化させることが可能で、しかもあらゆる排気タイミン
グにおいて十分なシール性を保証できるようにする。 【構成】 排気ポートに連通する排気通路の上壁に形成
した弁体制御凹部１６に横設する制御弁体１７は、支持
軸１８に支持され、しかもピボット旋回軸１９の一方へ
偏心した位置に設けたピボット軸１９ａの回動に従っ
て、揺動スライドされている。この制御弁体１７の先端
面に形成した排気タイミング制御面１７ｅは、その幅方
向がシリンダ壁面とほぼ同じ曲率で形成されており、こ
の排気タイミング制御面１７ｅの下端縁１７ｆの幅方向
中央が、上記排気ポートの幅方向中央線上に臨まさてい
る。上記ピボット旋回軸１９を回動させると、上記ピボ
ット軸１９ａに枢軸する上記制御弁体１７の後部が、上
記支持軸１８を支点として上下方向へ揺動すると共に、
このピボット旋回軸１９の曲率に沿って前出される。そ
の結果、この排気タイミング制御面１７ｅの少なくとも
下端縁１７ｆの幅方向中央部は、上記排気ポートの幅方
向中央線上に沿って直線的に上下移動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、排気通路に配設した制
御弁体を用いて排気タイミングを可変制御する２サイク
ルエンジンの排気制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、２サイクルエンジンで
は、ピストンの上下運動により排気ポートが開閉される
ため、クランク角に対して排気タイミングは常に一定で
あり、従って、高速運転時に高出力が得られるように排
気ポートの開閉タイミングを設定すると、低速運転では
排気ポートの開閉時間が相対的に長くなり、吹抜けが生
じる。また、逆に、排気ポートの開閉タイミングを低速
運転で滑らかな運転性能を得られるように設定すると、
高速運転での排気効率が低下して出力不足が生じる。

【０００３】このように、、従来の２サイクルエンジン
では、全運転領域で常に安定した出力を得ることは困難
であると考えられていたが、最近では、排気タイミング
を積極的に制御して、全運転領域で安定した出力を得ら
れるようにした排気制御装置の技術が種々提案されてい
る。この排気制御装置としては、以下に述べるような、
１）スライド式、２）ロータリ式、３）フラップ式等が
ある。

【０００４】１）スライド式 制御弁体を排気ポートに近接離間させる方向へ進退動作
させることで、排気タイミングを可変するもので、実公
昭６０−３３１４号公報、実公平４−２０９７９号公
報、実公平５−９４５８号公報、特開平１−１５９４１
４号公報等に開示されている。

【０００５】２）ロータリ式 切欠き部を有する鼓型や円柱型の回転制御弁体を排気通
路に横設し、この回転制御弁体の回転角度により排気タ
イミングを制御するもので、実開昭５６−５４３３６号
公報等に開示されている。

【０００６】３）フラップ式 後端を軸支する板状制御弁体の排気タイミング制御面を
排気ポートの上部に臨ませ、この排気タイミング制御面
の揺動角度によって排気タイミングを制御するもので、
特公平５−６１４５２号公報、米国特許第4,391,234号
等に開示されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、これら従来の
排気制御装置には以下に示すような課題がある。

【０００８】１）スライド式では、制御弁体を斜め上
方、或は水平方向から突出させて排気ポート上部を閉塞
するようにしているため、排気タイミングを低速−高
速、或は、低速−中速−高速といった段階的な制御しか
行えず、エンジン回転数の変化に応じて連続的な制御を
行うことができない。

【０００９】２）これに対して、ロータ式、フラップ式
では、排気タイミングを連続的に可変制御することは可
能であるが、上下方向への回転或は揺動運動により可変
制御する構造であるため、回動角或は揺動角が大きくな
るに従い、排気ポートに近接する制御弁体の排気タイミ
ング制御面とシリンダ壁面とのクリアランスが次第に大
きくなるため、正確な排気タイミングを得ることができ
ない。このことを、図８、図９に示すフラップ式の制御
弁体を用いて具体的に説明する。

【００１０】制御弁体１は、排気通路２の上部に配設さ
れ、その後端が支持軸３を介して揺動自在に支持されて
いる。この制御弁体１の排気タイミング制御面１ａは、
シリンダ壁面４の内周に沿う曲率に湾曲形成されて、こ
の排気タイミング制御面１ａの幅方向端部が排気ポート
２ａの幅方向端縁部２ｂに近接されている。

【００１１】そして、例えば、図９の実線で示すよう
に、上記制御弁体１の排気タイミング制御面１ａが排気
ポート２ａの上部に臨まされるときの、上記支持軸３の
軸中心から水平方向へ延出する延長線との交点である排
気タイミング制御面１ａの下部を上記排気ポート２ａの
周面上に臨ませ、この状態で上記制御弁体１を上下方向
へ１０ｍｍ揺動させると、図の一点鎖線、或は二点鎖線
に示すように、上記排気ポート２ａに対して、制御弁体
１の幅方向中央の下部で０．８１ｍｍ（実測値）、幅方
向端部の下部で０．９５ｍｍ（実測値）のクリアランス
が生じてしまう。その結果、この間隙部からの吹抜けに
より排気タイミングを充分に制御することができない。

【００１２】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、制御弁体と排気ポート端縁との間のクリアランスを
最小にしつつ、排気タイミングの連続的で、しかも正確
に制御することのできる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。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明による２サイクルエンジンの排気制御装置は、ピ
ストンの上下動により開閉する排気ポートの排気タイミ
ングを制御弁体の先端に設けた排気タイミング制御面に
より可変制御する２サイクルエンジンの排気制御装置に
おいて、前記排気ポートに連通する排気通路の上壁に前
記制御弁体を収納する弁体収納凹部を形成し、上記制御
弁体の前記排気タイミング制御面の幅方向をシリンダ壁
面に沿う曲率で湾曲形成すると共に、この排気タイミン
グ制御面の幅方向中央部の少なくとも下端縁を上記排気
ポートの幅方向中央線上に臨ませ、上記制御弁体の中途
に形成した支持部を上記排気ポート方向へのスライド及
び上下方向への揺動を許容した状態で支持し、この制御
弁体の後部を、この後部と上記支持部との間に旋回中心
を有するピボット旋回軸の一方へ偏心した位置に設けた
ピボット軸に枢支して上記排気タイミング制御面の少な
くとも幅方向中央部の下端縁を上記排気ポートの幅方向
中央線に沿って揺動スライドさせることを特徴とする。
また、好ましくは、前記弁体収納凹部の前記排気タイミ
ング制御面に対峙する壁面の内、少なくとも上記排気タ
イミング制御面上部の移動軌跡に対峙する面が、この排
気タイミング制御面上部の移動軌跡に沿って形成されて
いることを特徴とする。

【００１４】

【作 用】本発明では、ピボット旋回軸が回動して、こ
のピボット旋回軸の一方へ偏心した位置に設けたピボッ
ト軸に連設する制御弁体の後部が上方へ回動すると、こ
の制御弁体の先端に設けた排気タイミング制御面が、上
記制御弁体の中途に設けた支持部を支点として下方へ回
動すると共に、上記ピボット旋回軸の回動中心が制御弁
体の支持部と後部との間に設定されているため、上記排
気タイミング制御面が上記ピボット軸の回動曲率に沿っ
て排気ポートの方向へスライドされる。その結果、シリ
ンダ壁面とほぼ同じ曲率で湾曲形成された上記排気タイ
ミング制御面の幅方向中央部の少なくとも下縁部が上記
排気ポートの幅方向中心線上に沿って移動し、上記排気
ポート上縁部を次第に狭め、また、上記制御弁体の後部
が上記ピボット旋回軸の回動により下方へ所定角度回動
すると、上記排気タイミング制御面が排気通路の上壁に
形成された弁体収納凹部に収納される方向へ回動し、上
記排気ポート上縁部を次第に広げる。その結果、ピスト
ンの上下動による上記排気ポートの開閉タイミングが上
記排気タイミング制御面により可変設定される。

【００１５】尚、上記排気タイミング制御面の上部に対
峙する上記弁体収納凹部の壁面が上記排気タイミング制
御面上部の移動する軌跡に沿って略一定の微小間隙を有
する形状に形成されていると、この壁面と上記排気タイ
ミング制御面上部との間隙が常に一定の状態となり、こ
の間隙からの吹き抜けがなくなる。

【００１６】

【実施例】以下、図１〜図７の図面に基づいて本発明の
実施例を説明する。図において、符号１１は２サイクル
エンジンのシリンダブロック、１２はシリンダヘッド、
１３はピストンで、このシリンダブロック１１のシリン
ダ壁面１１ａに、掃気ポート１４ａと排気ポート１５ａ
とが各々開口されている。上記掃気ポート１４ａはクラ
ンク室に連通する掃気通路１４に連通され、上記排気ポ
ート１５ａが排気通路１５に連通され、この排気ポート
１５ａの下流端に排気孔１５ｂが開口されている。上記
両ポート１４ａ，１５ａは上記ピストン１３の上下動に
より開閉され、所定に掃排気が所定に動作される。

【００１７】また、上記排気通路１５上壁の上記排気ポ
ート１５ａ寄りに形成された弁体収納凹部１６に、制御
弁体１７が横設されている。

【００１８】この制御弁体１７の中途には、一方の側面
から他方の側面へ貫通されていると共に、上記排気ポー
ト１５ａの方向へ延びる長円形の支持孔１７ａが穿設さ
れている。この支持孔１７ａには、その両端を上記シリ
ンダブロック１１に固定する弁体支持軸１８に挿通支持
され、揺動スライド自在に支持されている。

【００１９】さらに、この制御弁体１７の後端に、ピボ
ット旋回軸１９のピボット軸１９ａが枢軸されている。
このピボット旋回軸１９のピボット旋回中心は上記支持
軸１８と、上記制御弁体１７の後端との間に存在してお
り、このピボット旋回軸１９の往復動作により、上記制
御弁体１７が前後方向及び上下方向へ揺動スライドす
る。

【００２０】また、上記制御弁体１７の先端部１７ｂが
アーム１７ｃを介して上記排気ポート１５ａの方向へ延
出されている。この先端部１７ｂは上方へ楔状に延出さ
れ、その上端部１７ｄが鋭角に切込まれ、また、上記先
端部１７ｂの上記排気ポート１５ａに対峙する面が排気
タイミング制御面１７ｅをなしている。この排気タイミ
ング制御面１７ｅの下端縁１７ｆの幅方向が上記シリン
ダ壁面１１ａとほぼ同じ曲率で湾曲形成され、さらに、
その幅方向両端縁１７ｇが上記シリンダ内壁１１ａに対
してやや大きい曲率で形成されている。尚、この排気タ
イミング制御面１７ｅ全体も、上記下端縁１７ｆとほぼ
同じ曲率で幅方向へ湾曲形成されている。

【００２１】一方、上記制御弁体１７を収納する上記弁
体収納凹部１６は、図１、図６に示すように、後部が、
上記制御弁体１７後部の上方への揺動を許容する形状に
形成されており、また、前部に形成した上記制御弁体１
７の先端部１７ｂを収納する先端部収納凹部１６ａが、
上記制御弁体１７の先端部１７ｂに対してほぼ相似形を
なしている。このような上記弁体収納凹部１６の形状
は、上記先端部収納凹部１６ａ以外の、上記制御弁体１
７の上面と対峙する全ての壁面に渡ってほぼ相似形をな
しており、上記弁体収納凹部１６と上記制御弁体１７と
のクリアランスが小さくなる面積を多く取るようになっ
ている。また、上記弁体収納凹部１６と上記制御弁体１
７の幅方向両端部においても同様に上記弁体収納凹部１
６の形状は、上記制御弁体１７に沿ったものでありクリ
アランスを小さくしてある。

【００２２】さらに、上記制御弁体１７の上記先端部１
７ｂの下端縁１７ｆの幅方向中央部が、上記排気ポート
１５ａの幅方向中央線上に臨まされており、この制御弁
体１７の揺動スライドにより、上記先端部１７ｂの下端
縁１７ｆの幅方向中央部が上記排気ポート１５ａの幅方
向中央線に沿って上下動するように、上記支持軸１８と
上記ピボット旋回軸１９の旋回中心、及びこのピボット
旋回軸１９のピボット軸１９ａの旋回半径が設定されて
いる。

【００２３】実験では、従来例で述べたように上記制御
弁体１７を上下方向へ１０ｍｍ揺動させると、上記制御
弁体１７の先端部１７ｂの下端縁１７ｆの幅方向中央と
上記排気ポート１５ａとの距離は、最大値が０．０２６
ｍｍであった。また、上記先端部収納凹部１６ａの、上
記排気タイミング制御面１７ｅに対峙する壁面１６ｂ
が、この排気タイミング制御面１７ｅの上部屈曲部１７
ｈの軌跡に対し、常に一定の微小間隙を保持して対峙す
るように設定されている。その結果、上記排気タイミン
グ制御面１７ｅの下端縁１７ｆと上記上部屈曲部１７ｈ
とがピストン１３、排気ポート１５ａの上端縁に対して
シール面となり、上記排気タイミング制御面１７ｅの上
下動により、排気ポート１５ａの開閉タイミング（排気
タイミング）が可変制御される。

【００２４】尚、図４に示すように、２気筒エンジンの
場合には、各気筒ごとに設けたピボット旋回軸１９をユ
ニバーサルジョイント２０を介して連結する。このピボ
ット旋回軸１９の一端にはプーリ２１が軸着されてお
り、このプーリ２１が、ベルト２２を介してサーボモー
タ２３に軸着されているプーリ２３ａに連設されてい
る。このサーボモータ２３は、制御装置２４からの駆動
信号に従って往復回動される。この制御装置２４には、
エンジン回転数情報と、エンジン壁温情報とが入力さ
れ、この両パラメータに応じて上記サーボモータ２４の
回動角、すなわち排気タイミングを連続的に可変設定す
る。尚、上記サーボモータ２４に代えて、ステッピング
モータ、或いはデューテイソレノイド等を採用しても良
い。

【００２５】次に、上記構成による実施例の作用につい
て説明する。排気通路１５の上面に配設した制御弁体１
７は、ピボット旋回軸１９の回動により揺動スライドさ
れる。すなわち、このピボット旋回軸１９を、図６の時
計回り方向へ回動させると、このピボット旋回軸１９の
ピボット軸１９ａが同方向へ回動し、上記制御弁体１７
は支持軸１８に支持されながら、その先端部１７ｂが図
の上方へ移動し、上記排気通路１５の上壁に形成した弁
体収納凹部１６に収納される（図６(a)）。

【００２６】一方、上記ピボット旋回軸１９が反時計回
り方向へ回動すると、上記制御弁体１７は上記支持軸１
８に支持されながら、その先端部１７ｂを、図６の下方
へ移動させる。このとき、上記ピボット軸１９ａと上記
支持軸１８との距離が次第に狭くなり、相対的に上記先
端部１７ｂの下端縁１７ｆの幅方向の中央部は、上記排
気ポート１５ａの幅方向中央線上に沿って移動すること
になる（図６(b)〜(f)）。その結果、上記制御弁体１７
の下端縁１７ｆは、シリンダ内壁１１ａに沿って鉛直方
向へ連続的に移動させることが可能になる。尚、この制
御弁体１７の回動角は、制御装置２４からサーボモータ
２３へ出力される制御信号により予め設定されている。

【００２７】一方、同時に、上記制御弁体１７の上記先
端部１７ｂの上部屈曲部１７ｈが、上記弁体収納凹部１
６の上記先端部１７ｂを収納する先端部収納凹部１６ａ
の壁面１６ｂに対して微小間隙を保持したまま移動す
る。従って、この上部屈曲部１７ｈと上記下端縁１７ｆ
とがシール面となり、上記制御弁体１７の上記排気タイ
ミング制御面１７ｅが、ピストン１３の上下動により開
閉する排気ポート１５ａの開閉タイミングを可変設定す
る。

【００２８】すなわち、上記排気タイミング制御面１７
ｅが、図６（ａ）に示すように上記弁体収納凹部１６の
先端部収納凹部１６ａに収納されている状態では、排気
ポート１５ａは早く開かれ、且つ遅く閉じられる。そし
て、上記排気タイミング制御面１７ｅが排気ポート１５
ａに露呈するに従って、排気ポート１５ａの開弁するタ
イミングが次第に遅くなり、且つ閉弁するタイミングが
次第に早くなる。

【００２９】この排気タイミングは、サーボモータ２３
の回動を制御する制御装置２４により、エンジン回転数
とエンジン壁温とをパラメータとして設定される。図７
に、この排気タイミングの一例を示す。

【００３０】エンジン壁温の低い冷態始動では、上記制
御弁体１７を上記弁体収納凹部１６内に収納する（図６
(a)）。すると、排気ポート１５ａが全開状態となるた
め、排気タイミングが早くなり、その分、排気ガスの吹
抜けが生じて、実圧縮比が低くなるため、クランキング
が楽になる。

【００３１】一方、エンジン壁温がさほど低くない通常
始動では、上記制御弁体１７の先端部１７ｂを、図６
(b)に示すように、やや下げて、排気ポート１５ａの排
気タイミングを若干遅らせる。すると、排気タイミング
が若干遅れる分、吹抜け量が減少し、圧縮圧が相対的に
高くなり良好な始動性能が得られる。

【００３２】また、エンジン始動後のアイドル状態から
低中回転域では、図６（ｆ）に示すように上記制御弁体
１７の先端部１７ｂを設定最大角に傾斜させて、排気ポ
ート１５ａを遅く開かせると共に早く閉じさせる。すな
わち、エンジン回転数が低い運転領域では、ピストン１
３の上下周期が長いため、それに応じて、排気ポートの
開くタイミングを遅らせることで、排気ポート１５ａか
らの吹抜けを防止することができる。

【００３３】このとき、上記制御弁体１７の上記排気タ
イミング制御面１７ｅのシール性が、上述したように充
分に保証されているため、排気タイミングの高い設定精
度を得ることかできて、低中回転域での回転数を安定さ
せることができる。

【００３４】そして、エンジン回転数が高回転へ移行す
るに従い、上記制御弁体１７の先端部１７ｂを上方へ移
動させて、上記排気タイミング制御面１７ｅを上記先端
面収納凹部１６ａに徐々に没入させる。その結果、高速
回転に伴うピストン１３の上下周期が短くなるに従って
排気ポートの開くタイミングが次第に早くなり、やが
て、高速回転に達すると、上記制御弁体１７の先端部１
７ｂが、図６（ａ）に示すように、排気ポート１５ａの
上端縁まで移動して、排気ポート１５ａを全開状態に
し、排気効率を良くする。

【００３５】一方、エンジン回転数が過回転領域に達し
たときは、上記制御弁体１７の先端部１７ｂを下方へ所
定角度回動させ、排気ポート１５ａの開くタイミングを
遅らせる。すると、排気効率が低下し、エンジンの過回
転が抑制される。

【００３６】このように、本発明によれば排気ポート１
５ａに臨まされた制御弁体１７の排気タイミング制御面
１７ｅが、排気ポート１５ａに対してほぼ直線的に上下
動するため、排気タイミングを連続的に制御することが
容易で、しかも、この排気タイミング制御面１７ｅの端
縁と上記排気ポート１５ａとの間が常にほぼ一定の微小
間隙を維持して移動するようにされているので、ガスの
吹き抜けがなく、排気タイミングを設定通りに制御する
ことができて、エンジンの出力向上及び安定性が得られ
る。

【００３７】

【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
排気タイミングを可変設定する制御弁体を排気ポートに
沿って上下方向へ揺動スライド自在に支持することで、
先端部に形成した排気タイミング制御面を排気ポートに
対して最小の間隙を維持したまま上下動させることがで
き、その結果、この排気タイミング制御面と排気ポート
の周縁との間からの吹抜けがなくなり、排気タイミング
の連続的制御が比較的容易で、しかも、高精度に制御す
ることができる。

【００３８】また、請求項２に記載されているように、
上記排気タイミング制御面の上部と、この排気タイミン
グ制御面の上部に対峙する、上記先端部を収納する弁体
収納凹部の壁面を、上記排気タイミング制御面上部が移
動する軌跡に沿う形状にすることで、この排気タイミン
グ制御面上部と上記弁体収納凹部の壁面との間のシール
性が向上し、吹抜けをより一層抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】２サイクルエンジンの側面断面図

【図２】図１の右側面図

【図３】制御弁体の平面図

【図４】２気筒２サイクルエンジンの要部平面図

【図５】制御弁体の側面図

【図６】制御弁体の動作を時系列に示す側面図

【図７】制御弁体の排気タイミング制御状態を示す特性
図

【図８】従来の制御弁体の平面図

【図９】従来の制御弁体の側面図

【符号の説明】

１１ａ…シリンダ壁面 １５…排気通路 １５ａ…排気ポート １６…弁体収納凹部 １６ｂ…壁面 １７…制御弁体 １７ａ…支持孔（支持部） １７ｅ…排気タイミング制御面 １７ｆ…下端縁 １９…ピボット旋回軸 １９ａ…ピボット軸 ２３…サーボモータ（駆動手段）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ピストンの上下動により開閉する排気ポ
   ートの排気タイミングを制御弁体の先端に設けた排気タ
   イミング制御面により可変制御する２サイクルエンジン
   の排気制御装置において、 前記排気ポートに連通する排気通路の上壁に前記制御弁
   体を収納する弁体収納凹部を形成し、 上記制御弁体の前記排気タイミング制御面の幅方向をシ
   リンダ壁面に沿う曲率で湾曲形成すると共に、 この排気タイミング制御面の幅方向中央部の少なくとも
   下端縁を上記排気ポートの幅方向中央線上に臨ませ、 上記制御弁体の中途に形成した支持部を上記排気ポート
   方向へのスライド及び上下方向への揺動を許容した状態
   で支持し、 この制御弁体の後部を、この後部と上記支持部との間に
   旋回中心を有するピボット旋回軸の一方へ偏心した位置
   に設けたピボット軸に枢支して上記排気タイミング制御
   面の少なくとも幅方向中央部の下端縁を上記排気ポート
   の幅方向中央線に沿って揺動スライドさせることを特徴
   とする２サイクルエンジンの排気制御装置。
2. 【請求項２】 前記弁体収納凹部の前記排気タイミング
   制御面に対峙する壁面の内、少なくとも上記排気タイミ
   ング制御面上部の移動軌跡に対峙する面が、この排気タ
   イミング制御面上部の移動軌跡に沿って形成されている
   ことを特徴とする請求項１記載の２サイクルエンジンの
   排気制御装置。