JPH09280053A

JPH09280053A - ２サイクルエンジン

Info

Publication number: JPH09280053A
Application number: JP8094452A
Authority: JP
Inventors: Masao Sakaguchi; 征男坂口; Noboru Nagai; 昇永井; Shigeru Sato; 滋佐藤; Yasuharu Sato; 康晴佐藤
Original assignee: Kioritz Corp
Current assignee: Kioritz Corp
Priority date: 1996-04-16
Filing date: 1996-04-16
Publication date: 1997-10-28
Also published as: DE19715947A1; US5826567A

Abstract

(57)【要約】【課題】出力特性の低下を招来することなく、また、
大きな構造的変更を伴うことなく、効果的にＴＨＣ成分
の低減化を図ることができるようにされた２サイクルエ
ンジンを提供する。【解決手段】スキッシュドーム型の燃焼室５を備えた
シュニューレ掃気式の２サイクルエンジンにおいて、前
記燃焼室５を半球状の主面５ａとこの下部に連なるリン
グ状のスキッシュバンド５ｂとで形成し、点火プラグ１
５の着火点ＳＰを前記燃焼室５の中央部に位置せしめ、
かつ、前記スキッシュバンド５ｂのバンド幅αを可及的
に小さくしてなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、刈払機やチェーン
ソー等の手持式小型作業機用として好適な排気量が１５
〜３５ｃｃ程度の小型空冷２サイクルガソリンエンジン
に関し、特に、出力特性を損なうことなく排ガス中の有
害成分、特にトータルＨＣ（ＴＨＣ）の低減化を図った
小型空冷２サイクルガソリンエンジンに関する。

【０００２】

【従来の技術】最近、環境問題の高まりから、刈払機や
チェーンソー等の手持式作業機に使用される小型空冷２
サイクルガソリンエンジンにおいても、それから排出さ
れる排ガス中の有害成分であるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ等を
低減浄化することが強く要望されて来ており、例えば、
アメリカ合衆国のカリフォルニア州における排ガス規制
法案、所謂カーブ（ＣＡＲＢ）１９９９では、西暦１９
９９年からは、ＣＯを１３０g/bhp-h 以下、トータルＨ
Ｃ（ＴＨＣ）を５０g/bhp-h 以下、ＮＯｘを４g/bhp-h
以下に低減することが求められている。

【０００３】図８及び図９は、かかる排ガス中の有害成
分の低減化が課題となっている従来の小型空冷２サイク
ルガソリンエンジンの一例を示したものである。図示の
内燃エンジン１' は、刈払機やチェーンソー等の手持式
作業機の動力源として組み込まれているシュニューレ掃
気式の小型空冷２サイクルガソリンエンジンとされ、排
気量は約２３ｃｃとなっている。該内燃エンジン１'
は、点火プラグ１５が配置された燃焼室５' を有するシ
リンダ２' とその下側に連結されたクランクケース３と
を備え、前記シリンダ２' にはピストン４’が嵌挿され
るとともに、気化器（図示省略）が接続された吸気口７
と排気口１０' とが段違いで対向するように設けられ、
さらに、前記排気口１０' 及び吸気口７を二分割する縦
断面を挟んで対称的に一対の掃気口９' ，９' が設けら
れ、それぞれ前記ピストン４’により開閉制御されてい
る。

【０００４】また、通常のエンジンと同様に、前記ピス
トン４’の往復運動は、コンロッド１１を介してバラン
スウエイト１４を備えたクランクシャフト１２の回転運
動に変換され、その軸出力が前記手持式作業機の動力と
して利用されるようになっている。ここで、該内燃エン
ジン１' においては、前記ピストン４’の往復運動に同
期して、その上下動にともない、よく知られている通常
の態様で、圧縮、燃焼、吸入、掃気、膨張、排気の各行
程が行われるのであるが、この従来例のエンジン１' に
おいては、例えば、図６（Ｂ）の概念図で示される如く
に、前記排気口１０' 及び掃気口９' ，９' の前記ピス
トン４’による開閉タイミングが、主に出力特性を考慮
して、それぞれクランク角度で見て下死点（ＢＤＣ）を
挟んで１４０度及び１０７度とされている。

【０００５】また、前記燃焼室５' は、図５（Ｂ）にそ
の周辺が拡大図示されているように、概略円錐状ないし
ひづめ状の主面５ａ' と、この下部に連なる比較的ゆる
やかに傾斜した、バンド幅α’が比較的広い（最大幅部
で８ｍｍ，最小幅部で３ｍｍ）リング状のスキッシュバ
ンド５ｂ' からなるスキッシュドーム型とされており、
前記燃焼室５' における前記排気口１０' とは反対側の
斜面に点火プラグ１５が装着され、この点火プラグ１５
の着火点ＳＰ' が前記燃焼室５' の中心線Ｃより排気口
１０側へ偏った部位に位置せしめられている。さらに、
図５（Ｂ）を参照すればよくわかるように、ピストンリ
ングのうちのトップリング２１' の溝の上縁４ｂ’と前
記ピストン４’の頂面４ａ' との離隔距離Ｌ' が２．５
ｍｍ程度で、ピストンリング２１’，２２’の幅ｄ' は
２．０ｍｍ程度とされている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前記した如くの手持式
作業用の従来例の小型空冷２サイクルガソリンエンジン
１' においては、燃焼室５’の下部周辺、特にスキッシ
ュバンド５ｂ’とピストン４’との間に形成される狭窄
空間Ｄ’や、ピストン４’とシリンダ２’の内周壁と一
番上のトップリング２１’との間に形成される隙間Ｅ’
等が比較的大きなものとなっていたため、そこに未燃混
合気が溜まりやすく、これが排ガス中のＴＨＣを増加さ
せる原因となっていた。本発明は、このような問題に鑑
みてなされたもので、その目的とするところは、出力特
性の低下を伴うことなく、また、大きな構造的変更を伴
うことなく、燃焼室下部周辺に未燃混合気を溜まり難く
して効果的にＴＨＣ成分の低減化を図ることができるよ
うにされた２サイクルエンジンを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成すべ
く、本発明は、スキッシュドーム型の燃焼室を備えたシ
ュニューレ掃気式の２サイクルエンジンにおける燃焼室
周辺に着目してなされたもので、前記燃焼室を半球状の
主面とこの下部に連なるリング状のスキッシュバンドと
で形成し、点火プラグの着火点を前記燃焼室の中央部に
位置せしめ、かつ、前記スキッシュバンド幅を可及的に
小さくしたことを特徴としている。

【０００８】前記のように、燃焼室の主面を半球状と
し、点火プラグの着火点（中心電極）を前記燃焼室の中
央部に位置させたことにより、火炎伝播が燃焼室各部に
同時に到達するという理想の燃焼形態が得られ、それに
よって、爆発圧力が高くなり、出力が増大する。また、
スキッシュバンドを可及的に小さくしたことにより、未
燃混合気が溜まり難くなり、その結果、排ガス中のＴＨ
Ｃ成分が低減される。なお、従来用いられているスキッ
シュバンドは、混合気を激しく燃焼室中心部へ押し出す
作用があるので、燃焼速度を早める効果はあるものの、
Ｓ／Ｖ値（燃焼室の表面積／容積比）が大きくなり、熱
を奪われ易くなって未燃混合気を増加させる原因とな
る。

【０００９】一方、排気量が１５〜３５ｃｃの範囲にあ
る本発明に係るエンジンでは、ピストンリングのうちの
トップリングの溝の上縁とピストンの頂面との離隔距離
を２．０ｍｍ以下となし、ピストンリングの厚さを１．
５ｍｍ以下となすことが好ましい。ここで、従来例の同
種の前記エンジン１’では、前記ピストンリング２１’
の溝の上縁４ｂ’とピストン４’の頂面４ａ’との離隔
距離Ｌ’は２．５ｍｍ程度であり、また、前記ピストン
リング２１’の厚さｄ’も２．０ｍｍ程度であったもの
を、本発明では、前記離隔距離Ｌを２．０ｍｍ以下とす
ることにより、未燃混合気の溜まり（シリンダ内壁面と
ピストン側周面とトップリングとの間に形成される空
間）が小さくなり、排ガス中に含まれるＴＨＣ成分が低
減れされ、また、前記ピストンリング２１の厚さｄを
１．５ｍｍ以下とすることにより、シリンダ内壁面との
間のフリクションロスが小さくなり、その結果出力が増
大する。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照しながら説明する。図１及び図２は、本発明に係る
一実施形態の小型空冷２サイクルガソリンエンジン（以
下、内燃エンジンと云う）を示している。図において、
内燃エンジン１は、刈払機やチェーンソー等の手持式作
業機の動力源として組み込まれているシュニューレ掃気
式の内燃エンジンとされ、排気量は約２３ｃｃとなって
いる。

【００１１】該内燃エンジン１は、前述した従来例の内
燃エンジン１' と同様に、点火プラグ１５が配置された
燃焼室５を有するシリンダ２と、その下側に連結された
クランクケース３とを備え、前記シリンダ２にはピスト
ン４が嵌挿されるとともに、気化器（図示省略）が接続
された掃気口７と排気口１０とが段違いで対向するよう
に設けられ、さらに、図３に示される如くに、前記排気
口１０及び吸気口７を二分割する縦断面Ｆを挟んで対称
的に一対の掃気口９，９が設けられ、それぞれ前記ピス
トン４により開閉制御されている。

【００１２】また、前記ピストン４の往復運動はコンロ
ッド１１を介して、バランスウエイト１４を備えたクラ
ンクシャフト１２の回転運動に変換され、その軸出力が
前記手持式作業機の動力として利用されるようになって
いる。そして、該内燃エンジン１においても、前記ピス
トン４の往復運動に同期して、その上下動にともない、
よく知られている通常の態様で、圧縮、燃焼、吸入、掃
気、膨張、排気の各行程が行われるのであるが、前記内
燃エンジン１においては、図６（Ａ）の概念図で示され
る如くに、前記排気口１０及び掃気口９，９の前記ピス
トン４による開閉タイミングが、それぞれクランク角度
で見て下死点（ＢＤＣ）を挟んで１１０度及び９４度と
されている。

【００１３】本実施形態において、前記排気口１０及び
掃気口９，９の開閉タイミングの設定は、前記排気口１
０及び掃気口９，９の上端位置１０ａ，９ａ，９ａを下
げるとともに、前記排気口１０の上端１０ａ位置と前記
掃気口９，９の上端９ａ，９ａ位置との、上下方向の離
隔距離を短くすることにより達成される。なお、図４に
は、本実施形態の排気口１０（実線）と従来の排気口１
０' （仮想線）とが重ねられて示されており、これか
ら、本実施形態の排気口１０の上端１０ａ位置は、従来
の排気口１０' の上端１０ａ' 位置よりもかなり下方に
位置せしめられることが理解されよう。

【００１４】ここで、従来の内燃エンジン１' において
は、前記排気口１０' 及び掃気口９' ９' の開閉タイミ
ングは、前記したように１４０及び１０７度に設定され
ているのに対し、本実施形態ではそれらを前記のように
設定したので、前記排気口１０及び掃気口９，９は、ピ
ストン４の下降行程では従来のものより遅く開かれ、ピ
ストンの上昇行程では従来のものより早く閉じられる。
このため、前記排気口１０が開き始める排気開始時点ま
でで充分に爆発エネルギーが前記ピストン４を下方に押
す力に変換され、そのときの排気圧力が小さくなるた
め、掃気流が背圧に押し戻されることなく、図６におい
て白抜き矢印で示される如くに、掃気流の流速が従来例
のエンジン１' に比して大幅に増大して掃気が効果的に
行われる。

【００１５】掃気が効果的に行われることから、吹き抜
け量が低減され、排ガス中に含まれるＴＨＣ成分が低減
されるとともに、出力も改善される。すなわち、図７に
本実施形態のエンジン１（実線）と従来のエンジン１'
（仮想線）のＰＶ線図を示したが、前記のように排気口
１０及び掃気口９，９の開閉タイミングを１１０度及び
９４度としたことにより、出力が従来のものに比して図
７のハッチング領域Ｋの面積に対応した分だけ増大す
る。この場合、排気口及び掃気口の形状、位置を変更す
るだけで済むのでコストアップにもつながらない。

【００１６】一方、前記燃焼室５は、図５（Ａ）にその
周辺が拡大図示されているように、裾広がりなシリンダ
中心線Ｃ上に中心が位置する半球状の主面５ａと、この
下部に連なる比較的ゆるやかに傾斜し、かつ従来のスキ
ッシュバンド５ｂ' のバンド幅α’よりもかなり小さな
（２ｍｍ）バンド幅αを有するリング状のスキッシュバ
ンド５ｂからなるスキッシュドーム型とされており、前
記燃焼室５の中心線Ｃ上に点火プラグ１５が直立して配
設されるととともに、前記点火プラグ１５の着火点ＳＰ
（中心電極）が前記燃焼室５の中央部に位置せしめられ
ている。

【００１７】前記のように、燃焼室５の主面５ａを半球
状とし、点火プラグ１５の着火点ＳＰを前記燃焼室５の
中央部に位置させたことにより、火炎伝播が前記燃焼室
５の各部に同時に到達するという理想の燃焼形態が得ら
れ、それによって、爆発圧力が高くなり、出力が増大す
る。すなわち、図７のＰＶ線図において、出力が従来の
ものに比して図のハッチング領域Ｊの面積に対応した分
だけ増大する。また、前記スキッシュバンド５ｂのバン
ド幅αを従来のものより大幅に小さくしたことにより、
スキッシュバンド５ｂとピストン４との間に形成される
狭窄空間Ｄが従来のそれ（Ｄ’）より大幅に小さくさ
れ、その結果、未燃混合気が溜まり難くなり、その結
果、排ガス中のＴＨＣ成分が低減される。

【００１８】さらに、トップリング２１の溝の上縁４ｂ
とピストン４の頂面４ａとの離隔距離Ｌが１．５ｍｍ程
度と、短くされ、前記ピストンリング２１，２２の厚さ
ｄは１．２ｍｍ程度と、薄くされている。ここで、従来
のエンジン１’では、トップリング２１’とピストン
４’の頂面４ａ’との離隔距離Ｌ’は２．５ｍｍ程度で
あり、また、トップリング２１’の厚さｄ’も２．０ｍ
ｍ程度であるので、本実施形態の如く、前記離隔距離Ｌ
を２．０ｍｍ以下とすることにより、図５（Ａ）に示さ
れる如くに、シリンダ２の内壁面とピストン４の側周面
と最上のピストンリング２１との間に形成される隙間Ｅ
（未燃混合気の溜まり場所）が小さくなり、排ガス中に
含まれるＴＨＣ成分が低減れされ、また、前記ピストン
リング２１，２２の厚さｄを１．５ｍｍ以下とすること
により、シリンダ２の内壁面との間のフリクションロス
が小さくなり、その結果出力が増大する。更に、燃焼室
５を半球状とするとともに、スキッシュバンド幅αを狭
くすることにより、燃焼ガスの接触面積を可及的に小さ
くして放熱を抑制し、完全燃焼を促進させることもでき
る。

【００１９】前述した如くの効果を確認すべく、本実施
形態の内燃エンジン１と従来例の内燃エンジン１' とを
用意して同一条件で比較実験を行った。実験結果を図１
０に示す。この図１０を参照すれば、本発明の一実施形
態の内燃エンジン１では、従来例のものに比して排ガス
中のＴＨＣが共に大幅に低減されることが理解されよ
う。以上、本発明の一実施形態について詳述したが、本
発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、特許
請求の範囲に記載された発明の精神を逸脱しない範囲
で、設計において、種々の変更ができるものである。例
えば、排気口及び掃気口のピストンによる開閉タイミン
グは、それぞれクラング角度で見て下死点を挟んで１０
０〜１２０度及び８５〜１００度が望ましいが、それぞ
れ１３０度及び１１０より小さく設定されていれば、十
分効果を奏することができる。

【００２０】

【発明の効果】以上の説明から理解されるように、本発
明に係る２サイクルエンジンによれば燃焼室下部周辺に
未燃混合気を溜まり難くして、出力特性の低下を伴うこ
となく、また、大きな構造的変更を伴うことなく、効果
的にＴＨＣ成分の低減化を図ることができるという優れ
た効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る２サイクルエンジンの一実施形態
を示すクランクシャフトと直角な横方向中央断面図。

【図２】図１の２サイクルエンジンの一実施形態を示す
クランクシャフトに沿った縦方向中央断面図。

【図３】図１のIII −III 矢視断面図。

【図４】図１に示される本発明一実施形態の内燃エンジ
ンと図８に示される従来例の内燃エンジンの排気口の比
較説明に用いられる図。

【図５】（Ａ）は図１に示される本発明一実施形態の内
燃エンジンの燃焼室周辺を示す拡大図、（Ｂ）は図８に
示される従来例の内燃エンジンの燃焼室周辺を示す拡大
図。

【図６】図１に示される本発明一実施形態の内燃エンジ
ンと図８に示される従来例の内燃エンジンの排気口及び
掃気口の開閉タイミングの説明に供される図（説明の都
合上、掃気口の位置を９０度変位せしめて図示した）。

【図７】図１に示される本発明一実施形態の内燃エンジ
ンと図８に示される従来例の内燃エンジンの出力特性の
の説明に供される図。

【図８】従来の２サイクルエンジンの一例を示すクラン
クシャフトと直角な横方向中央断面図。

【図９】図８の２サイクルエンジンの一例を示すクラン
クシャフトに沿った縦方向中央断面図。

【図１０】図１に示される本発明一実施形態の内燃エン
ジンと図８に示される従来例の内燃エンジンの排ガス浄
化性能についての比較実験結果を示すグラフ。

【符号の説明】

１２サイクルエンジン４ピストン４ａピストンの頂面４ｂトップリングの溝の上縁５燃焼室５ａ主面５ｂスキッシュバンド１５点火プラグ２１，２２ピストンリングＣ中心線ＳＰ着火点ｄピストンリングの厚さ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｆ０２Ｆ 3/00 Ｆ０２Ｆ 3/00 ＲＢＦ０２Ｐ 13/00 ３０１Ｆ０２Ｐ 13/00 ３０１Ａ３０２３０２Ｄ (72)発明者佐藤康晴東京都青梅市末広町１丁目７番地２株式会社共立内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】スキッシュドーム型の燃焼室５を備えた
シュニューレ掃気式の２サイクルエンジン１において、前記燃焼室５を裾広がりの半球状の主面５ａとこの下部
に連なるリング状のスキッシュバンド５ｂとで形成し、
点火プラグ１５の着火点ＳＰを前記燃焼室５の中央部に
位置せしめ、かつ、前記スキッシュバンド５ｂのバンド
幅αを可及的に小さくしたことを特徴とする２サイクル
エンジン。
【請求項２】前記２サイクルエンジン１は、排気量が
１５〜３５ｃｃの範囲であって、ピストンリング２１，
２２のうちのトップリング２１の溝の上縁４ｂとピスト
ン４の頂面４ａとの離隔距離Ｌが２．０ｍｍ以下で、ピ
ストンリング２１，２２の厚さｄを１．５ｍｍ以下とし
たことを特徴とする請求項１に記載の２サイクルエンジ
ン。