JPS6131287B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は２サイクルエンジンに係る。

２サイクルエンジンは、一般に４サイクルエン
ジンに比して同一回転数に対し２倍の仕事ストロ
ークを有し、小型軽量のエンジンにて大出力を発
生することができるという利点を有しているが、
周知の如く、新気によつてエンジンシリンダ室内
の既燃焼ガスを押出すことにより、即ち掃気によ
りエンジンシリンダ室内のガス交換を行うので、
完全なガス交換を行うことがむずかしく、又新気
がエンジンシリンダ室内を素通りして既燃焼ガス
と共に排出される、謂ゆる新気の吹抜けを避ける
ことがむずかしい。通常、気化器方式、或は燃料
噴射方式により造成した均一混合気をエンジンシ
リンダ室内に供給される２サイクルガソリンエン
ジンでは、吹抜け新気中の燃料（ガソリン）は未
燃焼のまま排気系へ排出されるので、HC排出濃
度が高くなることが避けられない。２サイクルエ
ンジンに於る新気の吹抜けは給気比が高い程、即
ちエンジン負荷が高い運転域ほど多くなり、最大
トルク運転時には供給された燃料のうち半分近く
が吹抜けるようになり、そのため高負荷運転域で
はHC排出濃度が著しく増加する。これに対し、
低負荷、低速に於る運転域では給気比が低く、給
気効率が高くなるので、吹抜けによる新気の損失
は少ないが、掃気効率が低く、エンジンシリンダ
室内に多量の既燃焼ガスが残留し、既燃焼ガスに
よる新気の希釈が甚だしいため、新気の着火が困
難になり、不整燃焼を生じ、トルク変動、出力低
下、燃費増大などのためにエンジン性能が急激に
悪化する。又このときには不燃焼サイクルからの
未燃燃料の排出があるため、排気中のHC濃度が
著しく増加するようになる。

ところで、上述した如き不整燃焼を生じる低負
荷運転時には、２サイクルエンジンではエンジン
シリンダ室内に供給される新気量に比してエンジ
ンシリンダ室内に残留している既燃焼ガス量が多
く、そのため掃気行程の初期にエンジンシリンダ
室内には大量且つ高温の残留既燃焼ガスによつて
極く少量の燃料が活性化が行われ得る、謂ゆる活
性雰囲気が醸成されることが知られており、かか
る活性熱雰囲気がエンジンの圧縮行程の末期にま
で持続されると、燃料は活性化によりラジカルを
発生して自己発火し、自己発火燃焼を生じる。か
かる自己発火燃焼が各燃焼サイクル毎に連続的に
行われれば、低負荷運転域にても静粛な高性能な
エンジンの運転を行うことができ、しかもこの自
己発火燃焼は希薄混合気を使用した場合にも行わ
せることができるので、排気ガス中の有害成分を
大幅に低減できると共に燃費の改善を行うことが
できる。

従来の２サイクルエンジンに於いて、低負荷高
回転時には点火プラグによる着火によらず、自己
着火により燃焼が行われることがあることが知ら
れているが、この燃焼はピストンの溶損等の問題
をひき起す、所謂熱点着火による異常燃焼であ
り、上述の如き自己発火によるものではない。従
来の一般的な２サイクルエンジンに於て、上述し
た如き自己発火燃焼が起こらないのは、エンジン
シリンダ室内に流入する新気、特に混合気供給ポ
ート（掃気ポート）が開かれた瞬時にエンジンシ
リンダ室内に高流速にて流入する新気によつてエ
ンジンシリンダ室内に残留している既燃焼ガスが
乱流動を起こし、エンジンシリンダ壁からの熱の
逸散等によつてエンジンシリンダ室内の既燃焼ガ
ス温度が低下し、エンジン圧縮行程末期には既に
自己発火に必要な活性熱雰囲気が消滅しているか
らであると推測される。

従つて本発明の一つの目的は、エンジンの圧縮
行程末期まで自己発火に必要な活性熱雰囲気を安
定状態にて持続させ、連続的な自己発火燃焼によ
り運転を行うように構成された、２サイクルエン
ジンを提供することである。

自己発火燃焼を行わせる場合は、燃料の活性化
に必要な熱エネルギをエンジンシリンダ室内にて
確保するためにエンジンシリンダ室内に比較的多
量の既燃焼ガスを残留させなければならず、その
ためこの場合には掃気効率は低く、エンジンシリ
ンダ室内に流入する新気の量が必然的に少なくな
る。中、高負荷運転域では、特に高速、高負荷運
転域では、必要なエンジン出力を得るためめに新
気の流入量が多くなり、流入速度も高くなるため
上述した如き燃焼機構による運転は不可能にな
る。そのため、かかる運転域では掃気効率及び給
気効率を高めて点火プラグの火花点火により混合
気を燃焼して運転することが好ましい。

従つて、本発明の他の一つの目的は、低負荷運
転域では上述した如き自己発火燃焼により運転を
行い、高負荷運転域では掃気効率を高めると共に
給気効率を高め、点火プラグによる火花点火燃焼
により運転を行うように構成された２サイクルエ
ンジンを提供することである。

かかる目的は、本発明によれば、ボアを有する
エンジンケースと、前記ボア内に移動可能に配置
されエンジンシリンダ室を郭定するエンジンピス
トンと、前記エンジンシリンダ室内に開口する混
合気供給ポートと、前記混合気供給ポートより開
時期が早い位置にて前記エンジンシリンダ室内に
開口する空気供給ポートと、前記エンジンシリン
ダ室内に開口する排気ポートと、混合気供給装置
と、前記混合気供給装置からの混合気を前記混合
気供給ポートに導く主混合気通路と、前記混合気
通路を開閉する混合気制御弁と、前記混合気制御
弁をバイパスしてこれの上流側と下流側とを接続
する細長い副混合気通路と、圧縮空気源装置と、
前記圧縮空気源装置からの空気を前記空気供給ポ
ートに導く空気通路と、前記空気通路を流れる空
気の流れを制御する空気制御弁と、前記混合気制
御弁及び前記空気制御弁の開閉をエンジンの運転
状態に応じて制御する制御装置とを含んでいる如
き２サイクルエンジンによつて達成される。

以下に添付の図を用いて本発明を実施例につい
て詳細に説明する。

添付の図は本発明による２サイクルエンジンの
一つの実施例を示す解図的断面図である。エンジ
ンケース１はシリンダヘツド２、シリンダブロツ
ク３、クランクケース４との組立体によつて構成
されており、その内部に前記シリンダヘツド２に
よつてその上端を閉じられたボア５を有してい
る。前記ボア５内にはエンジンピストン６が図に
て上下方向に移動可能に配置されており、このエ
ンジンピストン６はその図にて上側にエンジンシ
リンダ室７を、又図にて下側にクランク室８を郭
定している。前記エンジンピストン６にはコネク
テイング９の一端部がピストンピン１０によつて
連結されており、又前記コネクテイングロツド９
の他端は前記クランクケース４に支持されている
クランクシヤフト１１のクランクピン１２に連結
されている。これにより前記エンジンピストン６
の往復動は前記クランクシヤフト１１に回転力と
して取出される。尚この場合、圧縮比が４〜10に
なるよう、ピストン行程、シリンダ室横断面積等
が設計されていて良い。

前記シリンダブロツク３には前記エンジンシリ
ンダ室７内に開口する混合気供給ポート１３と、
前記混合気供給ポート１３より開時期が早い位置
にて前記エンジンシリンダ室７内に開口する空気
供給ポート１４と、前記空気供給ポート１４より
更に開時期が早い位置にて前記エンジンシリンダ
室７内に開口する排気ポート１５とが形成されて
いる。

前記混合気供給ポート１３にはエアクリーナ１
６、気化器１７、排気ターボチヤージヤ１８、主
混合気導管１９を経て混合気が供給されるように
なつている。気化器１７はスロツトルバルブ２０
やフロート室、各種燃料供給系を含む一般的な気
化器によつて構成されていて良いが、前記空気供
給ポート１４からの空気供給時、その空気供給量
に対応して混合気の空燃比を補正する補正燃料供
給系を備えていることが好ましい。前記排気ター
ボチヤージヤ１８はタービン室２１とポンプ室２
２とを郭定するケーシング２３を含んでいる。前
記タービン室２１にはタービン羽根車２４が、又
前記ポンプ室２２には圧縮機羽根車２５が各々配
置されており、前記タービン羽根車２４と前記圧
縮機羽根車２５とは軸２６によつて互いに連結さ
れている。前記タービン室２１にはエンジンの排
気ポート１５より排気管２７、排気通路２８を経
て排気ガスが供給され、該タービン室２１を流れ
る排気ガスの流れにより前記タービン羽根車２４
が回転させるようになつている。前記圧縮機羽根
車２５は前記タービン羽根車２４と一体的に回転
し、前記気化器１７に通じている混合気吸入ポー
ト２９より混合気を吸引し、その混合気を混合気
吐出ポート３０より前記主混合気導管１９へ向け
て吐出するようになつている。

前記主混合気導管１９の途中には、好ましくは
前記混合気吐出ポート３０に可及的に近い部位に
混合気制御弁３１が設けられている。この混合気
制御弁３１は後述する制御装置３２からの制御信
号に基き作動されるようになつている。

又、前記主混合気導管１９には前記混合気制御
弁３１をバイパスし、これの上流側と下流側とを
連通接続する細長い副混合気導管３３が設けられ
ている。この副混合気導管３３はその通路断面積
が前記主混合気導管１９のそれより小さく、又充
分に長い通路長さを有しており、又その出口端は
前記混合気供給ポート１３より充分離れた部位に
て前記主混合気導管１９に接続されている。

前記空気供給ポート１４は空気通路３４を経て
前記クランク室８に接続されている。前記空気通
路３４の途中には、好ましくは該空気通路への排
気ガスの吹き返しを少くなくするため可及的に前
記空気供給ポート１４に近い部位に、該通路を流
れる空気の流れを制御するための空気制御弁３５
が設けられている。この空気制御弁３５は前記制
御装置３２からの制御信号に基き作動されるよう
になつている。又、前記クランクケース４は前記
クランク室８内に開口する空気取入れポート３６
を有している。この空気取入れポート３６にはエ
アクリーナ３７、空気供給管３８、リード弁３９
を経て空気が供給されるようになつている。又、
前記エンジンシリンダヘツド２には点火プラグ４
０が取付けられている。

前記制御装置３２は前記気化器１７よりスロツ
トル弁開度信号を与えられ、そのスロツトル弁開
度に応じて前記混合気制御弁３１及び空気制御弁
３５に対して開弁量制御信号を出力するように構
成されている。これにより前記混合気制御弁３１
はスロツトル弁２０の開度がある所定の値に達す
るまでは全閉し、それよりスロツトル弁開度が増
大するに従い徐々に開弁し、スロツトル弁１７が
中負荷程度のスロツトル弁開度に達したとき全開
し、それよりスロツトル弁開度が大きいときには
全開位置に保持されるようになつている。又前記
空気制御弁３５は前記混合気制御弁３１が或る開
度にまで開かれるまで、例えば全開近くにまで開
かれるまで全閉位置に保持され、それより混合気
制御弁３１が開かれるに従い、換言すればスロツ
トル弁２０の開度が増大するに従い徐々に開弁
し、スロツトル弁２０が全開になつたとき全開位
置に保持されるようになつている。

次に上述した構成からなる２サイクルエンジン
の作用について説明する。

エンジン運転時、混合気は排気ターボチヤージ
ヤ１８の作動によりポンプ室２２を経て主混合気
導管１９へ向けて吐出される。このときスロツト
ル弁２０の開度が所定値以下で、エンジンがアイ
ドリング運転又低負荷運転されているときは、前
記空気制御弁３５が閉じられているため、空気供
給ポート１４からの空気の供給はなく、又混合気
制御弁３１が主混合気導管１９を閉じているの
で、混合気は副混合気導管３３を経て混合気供給
ポート１３へ送られ、これによりエンジンシリン
ダ室７内に流入する。副混合気導管３３はその通
路断面積が小さいため、その内部を流れる混合気
に対して絞り作用を行うので、混合気はその副混
合気導管３３を流れる際、絞り作用を受ける。そ
の結果、混合気が前記エンジンシリンダ室７内へ
流入し始めるときにピーク流速が生じることが回
避され、その最大混合気流速を低下し、混合気は
流入期間中に亘つて一様な比較的低い流速にて、
且つ混合気供給ポート１３へ至る間に乱れを除去
され、層流になつてエンジンシリンダ室７内へ流
入する。このように混合気が低速度にてエンジン
シリンダ室７内に供給されることによりエンジン
シリンダ室７内に充分な量の且つ高温の既燃焼ガ
スが残留し、又その既燃焼ガスは流動や乱れを生
じることなく、該既燃焼ガスはエンジンシリンダ
室内にて混合気と層状に分布するようになり、エ
ンジンシリンダ壁面への熱の逸散を抑制される。
その結果、前記エンジンシリンダ室７内に安定し
た良好な活性熱雰囲気が醸成されるようになる。
この活性熱雰囲気は、圧縮行程中もエンジンシリ
ンダ室７内に於るガス流動が非常に小さく熱エネ
ルギーの損失が少ないため、圧縮行程末期まで持
続され、その間、混合気は前記既燃焼ガスとの境
界部にてその既燃焼ガスの熱により活性化してラ
ジカル（C₂、CH、OOH、CHO、Ｈ等の燃料中
間生成物）を生成し、このラジカルを含んだ状態
にてエンジンピストン６により断熱圧縮されるこ
とにより圧縮行程末期に自己発火し、自己発火燃
焼をする。

この場合、混合気は通路長さが長い前記副混合
気導管３３を流れる際、絞り作用を受けて流速を
早められ、その結果、混合気中の燃料の気化が促
進される。このように燃料の気化が促進されて混
合気がエンジンシリンダ室に流入されることは、
燃料の活性化を行う上で有利になり、燃料の活性
化が促進されるようになる。

上述した如き自己発火燃焼による運転域に於て
は、気化器１７は空燃比が12〜20の範囲内から選
択された空燃比の混合気を造成するよう調整され
ていて良い。

上述した如く、活性化熱雰囲気がエンジンシリ
ンダ室内に安定状態で醸成されることにより混合
気は各燃焼サイクル毎に確実に自己発火燃焼を
し、その結果、エンジンは騒音、振動の少ない静
粛な運転を行なうようになり、又排気ガス中の有
害成分濃度も火花点火方式のときに比べて大幅に
低減される。

エンジン負荷の増大に伴い、即ちスロツトル弁
２０の開弁量が増大するに従い混合気制御弁３１
は徐々に開かれる。それに伴い給気効率は増大す
るが、同時に混合気のエンジンシリンダ室内への
流入速度が増大するので、或る値の負荷運転状態
になると、エンジンシリンダ室７内に活性熱雰囲
気が醸成されなくなり、混合気は自己発火しなく
なり、点火プラグ４０によつて火花点火されるよ
うになる。

かかる負荷運転のときには、既に空気制御弁３
５が開弁し、前記エンジンピストン６の降下に伴
い圧縮されたクランク室８内の空気が空気通路３
４を経て空気供給ポート１４に供給される。空気
供給ポート１４は前記混合気供給ポート１３より
早い時期に前記エンジンシリンダ室７内に向けて
開くので、このときには前記エンジンシリンダ室
７内に混合気に先立つて空気供給ポート１４より
空気が供給され、該空気によつて先ず掃気が行わ
れる。そして次に混合気供給ポート１３よりエン
ジンシリンダ室７内に混合気が供給される。混合
気供給ポート１３からの混合気は、このときには
通常の流速を持つているので、又混合気供給ポー
ト１３と空気供給ポート１４との開口方向などか
らして前記空気供給ポート１４からの空気と共に
撹拌され、エンジンピストン６により断熱圧縮さ
れて圧縮行程末期に点火プラグ４０により火花点
火され、火花点火燃焼をする。このように空気に
よりエンジンシリンダ室内の既燃焼ガスが掃気さ
れた後に混合気がエンジンシリンダ室内に給気さ
れるので、エンジンシリンダ室内へ供給された混
合気中の燃料成分が排気ポート１５から吹抜ける
ことがなく、しかも良好に掃気が行われる。その
結果、給気効率並びに掃気効率が共に向上し、エ
ンジンシリンダ室内の混合気は点火プラグ４０に
より確実に点火され、良好なる燃焼を行う。

かかる火花点火運転域ではエンジンシリンダ室
内にて混合気が掃気用の空気により希釈されるの
で、気化器１７は上述した自己発火運転域のとき
に比べて濃い混合気、例えば空燃比が６〜16程度
の混合気を造成するよう調整されていて良い。又
このときの混合気の空燃比は掃気後、エンジンシ
リンダ室内に残存する空気量に対応して連続的
に、又は段階的に可変調整されることが好まし
い。

以上に於ては本発明を特定の実施例について詳
細に説明したが、本発明はこれに限られるもので
はなく、本発明の範囲内にて種々の実施例が可能
であることは当業者にとつて明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

添付の図は本発明による２サイクルエンジンの
一つの実施例を示す解図的断面図である。 １…エンジンケース、２…シリンダヘツド、３
…シリンダブロツク、４…クランクケース、５…
ボア、６…エンジンピストン、７…エンジンシリ
ンダ室、８…クランク室、９…コネクテイングロ
ツド、１０…ピストンピン、１１…クランクシヤ
フト、１２…クランクピン、１３…混合気供給ポ
ート、１４…空気供給ポート、１５…排気ポー
ト、１６…エアクリーナ、１７…気化器、１８…
排気ターボチヤージヤ、１９…主混合気導管、２
０…スロツトル弁、２１…タービン室、２２…ポ
ンプ室、２３…ケーシング、２４…タービン羽根
車、２５…圧縮機羽根車、２６…軸、２７…排気
管、２８…排気通路、２９…混合気吸入ポート、
３０…混合気吐出ポート、３１…混合気制御弁、
３２…制御装置、３３…副混合気導管、３４…空
気通路、３５…空気制御弁、３６…空気取入れポ
ート、３７…エアクリーナ、３８…空気供給管、
３９…リード弁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ボアを有するエンジンケースと、前記ボア内
   に移動可能に配置されエンジンシリンダ室を郭定
   するエンジンピストンと、前記エンジンシリンダ
   室内に開口する混合気供給ポートと、前記混合気
   供給ポートより開時期が早い位置にて前記エンジ
   ンシリンダ室内に開口する空気供給ポートと、前
   記エンジンシリンダ室内に開口する排気ポート
   と、混合気供給装置と、前記混合気供旧給装置か
   らの混合気を前記混合気供給ポートに導く主混合
   気通路と、前記混合気通路を開閉する混合気制御
   弁と、前記混合気制御弁をバイパスしてこれの上
   流側と下流側とを接続する細長い副混合気通路
   と、圧縮空気源装置と、前記圧縮空気源装置から
   の空気を前記空気供給ポートに導く空気通路と、
   前記空気通路を流れる空気の流れを制御する空気
   制御弁と、前記混合気制御弁及び前記空気制御弁
   の開閉をエンジンの運転状態に応じて制御する制
   御装置とを含んでいることを特徴とする２サイク
   ルエンジン。