JPS5945805B2 - クランクケ−ス圧縮内燃機関 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は内燃機関特に内燃機関の燃焼室への混合気の供
給を制御する方法さその位置に関するもので、特に２サ
イクルエンジン（ｔｗｏ −ｓｔ ｒｏｋｅｔｙｐｅ
）をその対象ζこ含む。

２サイクルエンジンでは、そのピストンの動きを利用し
て混合気のエンジンシリンダへの取り入れ、燃焼ガスの
エンジンシリンダからの排気が実行される。

原理的にいえばこれはピストンを使ってシリンダ壁にあ
けられた３つの穴（吸入孔、排気孔、及び掃気孔）を開
閉することにより実行される。

ピストンの上向行程で上昇するピストンによって混合気
がクランクケースの中に吸入され、ピストの下向き行程
の間そこで圧縮され、その後掃気孔から燃焼室に送られ
る。

ピストンは掃気孔と排気孔の両者を開きこれによって混
合気の吸入と燃焼ガスの排気が実行される。

２サイクルエンジンの設計について当初問題にされたの
は新しく吸入された混合気と燃焼ガスが混合するという
ことで、このため出力馬力が減少し燃料の経済性も悪く
なる。

この問題を解決するために頂部にデフレクタを備えたピ
ストン（ｄｅｆ −１ｅｃｔｏｒ−ｔｏｐ ｐｉｓｔｏ
ｎ）が考えられた。

これはピストン頂部のそらせ面によって新しく吸入した
混合気をシリンダヘッドの方に送り、同時に開孔してい
る排気孔からそのまま流出するのを防止しようというも
のである。

この方法は後になってシリンダ掃気の方法によってかわ
られた。

後者は掃気孔から放出される混合気の速度、方向を制御
しさらに吸排気管内の共振、圧力脈動を利用して気体流
の適確な制御を実行するものである。

この方法は、共振点あるいは圧力脈動がエンジン速度の
関数であり、かつ非常に狭い範囲の速度に対してだけし
か最適な条件が得られないという点で好ましくない。

こうした工夫をほどこされたエンジンは広い範囲のエン
ジン速度に対して出力を取り出すという目的に対しては
融通のきかないものとなる。

上記の問題に対して多少の努力がなされ、混合気をエン
ジンの吸入口からタイミングよく放射するために一段型
のり一ド弁が利用されてきた。

しかしこの設計では一段型のリード弁（薄い一片の鋼製
の板バネ（フラップ）から作られるのが普通）の１つ或
いは複数個の組を利用するのであるが、一段型リード弁
の方式はそのリード構造に対して２つの互いに反する条
件を要求し、それらの条件に妥協した形のエンジンはそ
の出力及び応答性が低速度の部分で減少する。

簡単にその構造を考察すれば問題点は明らかになるもの
と思われる。

低速度に於いて弁の下流側の真空度は低く、この条件の
下で弁が吸入混合気流のタイミングをうまく取るように
働くためにはそのリードとして比較的たわみやすいもの
、すなわち小さなバネ定数をもつものを利用しなければ
ならない。

ところが一方このリードは中速度、゛高速度の範囲にお
いては最適な性能を発揮しない。

すなわちエンジン速度が増すにつれて弁の下流側の真空
度は高まり、弁の両側の圧力差によってリードは開放さ
れた状態になる。

こうして吸入混合気の強さとそのタイミングの積極的な
制御ができなくなり、さらに吸入混合気の一部が気化器
に吹返されるおそれも生じる。

さらにリードの寿命もその定常的な羽ばたきによって著
しく減少する。

逆に曲がりにくいすなわちバネ定数の大きなバネを用い
た場合には、低速での効率が非常に悪くなる。

これは弁の下流側の真空度が低いため充分な吸入混合気
が流れ込むのに必要な時間だけリードが開かないためで
ある。

現在この形式の装置では低速での効率と高速での効率を
考えてその折衷案を採用しているため中程度の速度でそ
の出力は最大となるが低速・高速の範囲における出力は
最適なものより低くなる。

本発明は、内燃機関特に２サイクル型の内燃機関への混
合気流体を制御するための改良された弁装置を含む混合
気吸入システムを含む装置を提供することを目的の１つ
とする。

弁手段の寿命を長くすることを本発明の目的の１つとす
る。

さらに太きい出力、広い出力帯域、優れた出力特性を有
する２サイクルエンジンを提供することを本発明の目的
の１つとする。

さらに内燃機関において燃焼室への混合気流体の充填容
量増加を伴う過給効果を得ることを本発載の目的の１つ
とする。

さらに、２サイクルエンジンのための大きく増大された
吸入口構造とそれに伴うエンジンサイクルに於ける吸入
口開放持続時間の増加特性について提供することを本発
明の目的の１つとする。

さらに混合気をクランクケースに送り込みそこで圧縮す
るためにピストン周縁部分に作られた開口構造で、掃気
口が開の状態にある場合同時に開の状態を保ち、さらに
ピストンが吸入口を覆う場合にも吸入路とクランクケー
スの連絡を保つべく位置決めされ、こうしてエンジンの
全動作サイクルにわたって吸入路とクランクケースの間
が常につながるようになったピストン開口構造を提案す
ることを本発明の目的の１つとする。

第１図は２サイクルエンジンＮの概略図でシリンダ１２
及びピストン１４が見られる。

シリンダ１２には混合気をクランクケース（図示されて
いない）からピストン１４の燃焼側に放出するための主
掃気孔１６がつくられている。

従来の通り、混合気は下降するピストンによって圧縮さ
れさらにクランクケースから適当な導管（図示されてい
ない）を通して主掃気孔１６に送られる。

シリンダ１２には吸入孔１８も開口し、シリンダ１２の
円筒胴の一部である、或いはそこに取りつけられた弁収
納部２０とつながっている。

弁装置２２は収納部２０に納められ容易に取り外しでき
るふた板２４でそこに固定される。

ふた板には気化器（図示されていない）を取り付けるた
めの突出２６が用意されている。

第２図には弁形式の１つの実施例が詳細に示されている
。

この弁装置２７の弁装置本体２９は一点に向かう２つの
面３０及び３２を持ち、その頂点て横軸材３５に連結し
ている。

２つの面３０及び３２には少なくとも１つの開孔３４及
び３６があけられている。

この開孔３４及び３６としては、１つのつながったすき
まの形でもよいが、以下に述べるように面３０及び面３
２に少なくとも２つの孔をあけるのが望ましい。

以下に述べる弁装置は面３０の上のものと面３２の上の
ものとが同一であるので面３０の上に取りつけられたリ
ードに関してだけ説明するが、同様の説明が面３２に対
しても成り立つものと理解されたい。

開孔３４の上には一次リード３８がとりつけられている
。

この主リード３８はその周縁部分が開孔３４の側端をお
おうような形状と大きさをもち、リード３８が自身の弾
性で表面３０にはりついて、開孔３４を通過する燃料流
を容易に遮断できるようになっている。

１次リード３８にはそれを貫いて通気孔４０があけられ
ている。

２次リード４２に通気孔４０をおおうのに充分な大きさ
と形状をもち、例えば小ねじを使って通気孔４０の上に
取りつけられてい。

る。

この小ねじは２次リードと１次リードを同時に弁装置本
体２９に固定している。

この１次リード３８及び２次リード４２はそれぞれ屈曲
可能な弾力性物質で作られる。

ここで２次リードが１次リードに比して曲がりやすいと
いうことが重要で、以下に述べる様に吸入孔の圧力が低
い場合には１次リードでなく２次リードが開くのである
。

もちろん任意の薄い弾力性物質を１次リード、２次リー
ドの材料として利用できるが、実験の結果得られた望ま
しい材料としてはＦｏｒ−ｍｉｃａＧ−１０の商品名で
売られている。

グラスファイバの織布にエポキシ樹脂の薄層をかぶせた
ものである。

この材料からなる弁装置（１次リードの厚みはだいたい
０．０２２インチ（約０．５５９ｍｍ）から０．０２６
インチ（約０．６６０ｍｍ）の間、２次リードの厚みは
だいたい０．０１４インチ（約０、３５６ｍｍ）から０
．０１６インチ（約０．４０６ｍｍ）の間）が満足のい
くものであることが判明した。

複数個の開孔３４及び３６、したがって複数個の１次リ
ード及び２次リードを用意することによっておのおのの
リードの質量は最小におさえられる。

このこさば１次及び２次のリードの慣性効果を減少させ
したがってリードの応答性は増しエンジンはスロットル
（絞り弁）の変化調節にすぐ感応するようになる。

さらに通気孔４０によっても１次リード３８の質量は減
少するので、このリードの慣性効果はさらに少なくなる
。

１次及び２次のリードの質量の減少は過度の屈曲を防ぎ
リードの寿命をひき伸ばすと六もに、従来の一段型リー
ド構造で使用されていたリード止めの必要性を消滅させ
た。

第１図、第２図に見られるように弁装置本体は面３０と
面３２の収束点としての頂点横軸材３５を備えている。

この部材３５は空気力学面な面３７をもち、結局部材３
５の断面は翼型或いは涙粒の形をしている。

部材３５がこのような形に作られているため、吸入ガス
の通過の際の抵抗が最小になる。

前に述べた一段型のリード構造では、頂点材３５の対応
する表面３７は平らで、ガスがここを通過する際の非空
気力学的な障壁となっている。

この平らな表面は一段型リード構造に於ては必ず必要で
これによってリードの下流側に充分の圧力が発生しリー
ドはその取り付けられた弁装置本体の表面からもちあが
るのである。

一方この表面形状は放出混合気の乱流をひきおこし、混
合気の吸入口への一様かつ適時の放出に悪影響を及ぼす
。

これまで述べてきた弁装置の動作について第１図及び第
２図を用いて説明する。

エンジンが低速の場合には、ピストン１４がシリンダ内
を上昇し吸入孔１８を開孔させる毎に２次リード４２が
開く。

これは２次リードの上流側の混合気例えば燃料−空気混
合物の圧力によって発生するが比較的屈曲しやすい２次
リードの抵抗力に打ち勝つだけの大きさをもっているか
らである。

こうしてピストンの各行程で多量の燃料−空気混合物が
吸入口に流れ込み低速におけるエンジンシリンダ１２に
十分の燃料−空気混合物を供給する。

エンジンの速度が増加して中速の範囲になると２次リー
ド４２の下流側の圧力差は十分大きくなって２次リード
は浮きあがり羽ばたきを始める。

さらにこの速度範囲で１次リード３８が働き始めピスト
ンの行程に従って開閉し、燃料−空気混合物を開孔３４
から吸入口１８にタイミングよく放出する。

高速においては吸入孔１８の高い真空度によって２次リ
ード４２は限界点まで開いた状態に保たれ、一方向がり
にくい１次リード３８が上に述べた様な方式で混合気の
適時供給を続ける。

こうして上記の装置はエンジンのすべての速度範囲にわ
たってバルブによるタイミング調節を実行する。

高い回転速度における通気孔４０を通しての燃料−空気
混合物の吹きもどしは、これらの通気孔の面積が小さい
ためと、導入高速混合気の（大きい）運動量によって防
止される。

上述の装置のもう１つの特徴は、高い回転速度に際して
２次リード４２が開放されたままになっているため吸入
孔１８への燃料−空気混合物の流れがより定常的になる
ということである。

１段型リード構造の装置ではその１つのリードの開閉で
熱料−空気混合物の流れの停止、動き始めが支配される
ため、吸入孔１８に流れ込む燃料−空気混合物の流れ速
度が減少されかつその均一性も低下する。

ここに記述した弁装置の利点の１つには、低速のエンジ
ン回転に際して働く２次リードの存在によってシリンダ
及びピストンのより効果的なボーティング（ｐｏｒｔｉ
ｎｇ ：吸気孔、掃気孔、排気孔の形状、寸法、配置）
が許されるということもある。

一段型のリード構造ではリードを開くために吸入口の高
い真空度を必要としこの必要な真空度を得るためにピス
トンは吸気系統とクランクケースの間を締め切らなけれ
ばならない。

このことが排気量の大きいエンジン例えば１００ｃｃを
超す排気量のエンジンではしばしば問題となる。

一方ここに述べた弁装置に於てはその２次す−ドヲ動か
すためにそんなに高い真空を必要としないためエンジン
の吸気系統は直接にクランクケースに常時開口させてお
くことができ、したがって大排気量のエンジンが低速運
転される場合にも燃料−空気混合物の良好な流れをもた
らす。

このようなボーティング配置が第１図に示されている。

従って、第１図に示された如く、ピストン自身、ピスト
ン孔４８及びシリンダー壁の吸入孔１８はすべてシリン
ダーの軸線方向に配置され、且つ寸法付けられており、
ピストンの下死点位置を含むエンジンの全サイクル中吸
入路からクランクケースへの流れ通路を提供する。

この通路が下部死点位置から上死点位置へピストンの吸
入行程、即ち上昇行程中、常に混合気の所望の連続的吸
入を提供する。

第１図にもどってこの効果的なボーティングで、は、副
掃気孔４６を通しての過給効果によってピストン１４の
燃焼側に放出される混合気は増加する。

この過給効果は圧縮混合気がクランクケースから主掃気
管１６に流出した後のクランクケース内の低圧に起因す
る。

クランクケース内の低圧はピストンにあけられた窓穴４
８を通して吸入孔１８に伝えられる。

さらにこのために２次リード４２が開き、弁装置に隣接
して下流側に位置する副掃気孔４６から混合気が少しの
間付加的に放出される。

この付加的な混合気はピストンの燃焼側に放出され、排
気ガスの掃気及びシリンダの混合気充填を助ける。

こうしてエンジンの総体としての圧縮比は上昇し、出力
も増加する。

上に述べた２枚リード構造によってもたらされる他の改
良点はエンジンの応答性の向上ということである。

これは気化器（図示されていない）の絞り板が閉じると
弁装置２７の上流側の真空度がクランクケースの真空度
に比べて高くなりしたがって両方のリードは閉じたまま
の状態になるからである。

一方気化器（図示されていない）の絞り板が開放される
やいなや弁装置２７の上流側の真空度はＯに落ちるがク
ランクケースの中の真空度はそのままに保たれる。

この際の大きな圧力差によって１次及び２次のリードは
開孔し、その結果多量の燃料−空気混合物が吸入口１８
に送り込まれる。

上に述べた構造の利点の１つはそれによってリードの寿
命が著しくひきのばされたということである。

−膜製のリード構造ではリードの疲労破損が２０時間の
内に起こり始める。

この状況を解消する努力の１つとして弾力鋼製のリード
の使用が考えられる。

このリード要素の耐久時間は長いが、この要素が破損し
た場合そのリード片がシリンダ内に吸い込まれエンジン
の破壊をひきおこすことになる。

一方上に述べた様な２つのリード組は普通の使用状態で
１年余の寿命をもっている。

第３図は以上で述べてきた修正をほどこした２５０ＣＣ
エンジン（普通の形式でピストン制御の吸入孔及び排気
系統に排気膨張室を備えた２サイクルエンジン）につい
て行なった実験結果のグラフでエンジンの回転速度に対
する出力を示している。

数字“１“の付いている実線は、上記エンジンの以上で
述べたリード弁装置を使わず、かつキャブレタ（気化器
）の噴霧状態を標準負荷に対するのと同じ状態にしたと
きの動力計による試験結果である。

グラフかられかる通り、６６００ｒｐｍの回転速度付近
で最大出力２２馬力を記録しその後この最大出力速度よ
り早い回転速度に対して出力は急速に減少している。

実線２は実験１と同じエンジンを同じ条件の下でただキ
ャブレタの噴霧状態を最大の動力計指示を得られるよう
に調節しながら運転した場合の試験結果である。

６６００ｒｐｍ付近の回転速度で最大出力２８馬力が得
られた。

この実験でも第１の実験の場合と同様に最大出力をこえ
てからの急激な出力低下が見られる。

安定な範囲で得られる最大回転速度は約８５０Ｏｒｐｍ
である。

実験の結果わかることは、試験２のエンジンはオートバ
イ用としては不適であるということである。

これは絞り弁（スロットバルブ）が全閉の状態になるた
びに混合気は望ましくない程度にまで濃くなり、不燃混
合気がシリンダに充填されることになる。

３の試験では、１，２の試験と同じ形式のエンジンに上
述した形式のリード弁と上述した形式の副吸入孔を取り
つけたものをその対象とした。

試験３のグラフかられかる通り、５０００ｒｐｍ以下の
回転速度における出力は著しく増加し、場所によっては
５０％程度の増加になっている。

７３００ｒｐｍの回転速度で最大出力約２９馬力が得ら
れ、さらに最大出力の回転速度を越してからも、第１、
第２の試験の場合に比してその出力は非常にゆっくりと
しか減少しない。

加えて約１１，０００ｒｐｍの最大回転速度が達成され
た。

４の試験では、３の試験と同じ改良をほどこしたエンジ
ンにさらに３８龍ベンチユリ管のキャブレタ、掃気孔及
び排気孔、改良型膨張室を備えたものが実験された。

このエンジンの最大出力は９２’ ００ｒｐｍ付近にお
ける３４馬力にまで上昇した。

このエンジンの最大回転速度も１２，５００ ｒｐｍを
越えることが判明した。

【図面の簡単な説明】

第′１図はここに述べられた形式の弁装置を使った２、
サイクル内燃機関の断面図である。 第２図は改良型弁装置の側面図である。 第３図は従来のエンジンとここに述べられた発明を使っ
たエンジンの、回転速度に対する出力のグラフである。 １２・・・・・・シリンダ、１４・・・・・・ピストン
、１６・・・・・・主掃気孔、１８・・・・・・吸入孔
、２２・・・・・・弁装置、３８・・・・・・１次リー
ド、４０・・・・・・通気孔、４２・・・・・・２次リ
ード。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ シリンダ１２と、該シリンダ内に移動可能に配置さ
   れたピストン１４と、混合気吸入システムとを具備し； 該混合気吸入システムが、該シリンダ１２の一方の側に
   吸入路２０．２６を含み、□且つ該吸入路を介する流れ
   を制御するためのリード弁手段２７を有し； 該混合気吸入システムが、該シリンダの該吸入路と同じ
   側に配置された、該シリンダの壁内及び該ピストン内の
   孔１８，４８を含み； ・該吸入路、該リード弁手段及
   び該シリンダの壁内の該吸入システム孔の全てが、該ピ
   ストンが下死点位置に配置されている場合に、・該ピス
   トンの方に向くように設けられており： 該ピストン１４と該シリンダ及び該ビス＋ン１４内の孔
   １８．４８とが、該シリンダの軸線方向に配置され、且
   つ寸法付けられていて、該ピストンの下死点位置を含む
   エンジンの全サイクルを通じて該エンジンの該吸入路と
   該クランクケースとの間で開いている流れ通路を提供し
   、これによって、下死点位置から上死点位置までの該ピ
   ストンの全吸入行程中にクランクケース内へ混合気の連
   続吸入を提供し、 該ピストン内の該孔が、孔４８開口を具備し、該孔４８
   開口が該ピストン内の該孔開口の実質上金離れ面積が該
   ピストンの下死点位置にて該シリンダの該孔に連通ずる
   ように、該ピストンの軸線方向に位置付けされており、 そして更に、該クランクケースから該ピストンの燃焼側
   に混合気を移送するための掃気システムを具備し； 該掃気システムが、該クランクケースと連通した掃気路
   を含み、且つ該シリンダ壁を介して延び且つ該ピストン
   の上死点位置の領域にて該ピストンによって閉じられる
   ように軸線方向に位置付けられた掃気孔１６を有し； 該掃気孔が該シリンダの周囲方向にて該シリンダ及びピ
   ストン吸入孔からずれており、これによって、該吸入路
   ２０．２６に関係なく該ピストンの燃焼側において、該
   掃気システム内に、該クランクケースから該シリンダへ
   の混合気のための流路が提供されることを特徴とする可
   変速２サイクルクランクケ一ス圧縮内燃機関。