JP2000337154A - 層状掃気２サイクルエンジン - Google Patents

層状掃気２サイクルエンジン

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  • Control Of Throttle Valves Provided In The Intake System Or In The Exhaust System (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Means For Warming Up And Starting Carburetors (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 構造簡単で、始動性が良く、排気ガスを清浄
化する層状掃気２サイクルエンジンを提供する。 【解決手段】 層状掃気２サイクルエンジンの掃気口
と、クランク室とを接続する掃気流路１０に接続する先
導空気通路１１に、逆止弁１２を設ける。逆止弁１２
は、リードバルブ３１と、バイメタル製又は形状記憶合
金製のストッパ３２及び鋼製の最大開度ストッパ３３を
有する開度制御手段３０とを備える。ストッパ３２は逆
止弁１２近傍温度が常温時にはリードバルブ３１の開度
を絞り、燃料と空気の空燃比を小さくして始動性を向上
し、逆止弁１２近傍温度が高温時には変形してリードバ
ルブ３１の開度を全開にし、空燃比を大きくして排気ガ
スを清浄化する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、層状掃気２サイク
ルエンジンに関し、特には掃気用先導空気流量を制御
し、始動性を良好にし、排気ガスの清浄化を図ることの
できる層状掃気２サイクルエンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】図７は層状掃気２サイクルエンジンの構
成図である。クランクケース１の上部にはシリンダ２が
設けられ、その上部にはシリンダヘッド３が取着されて
いる。クランクケース１のクランク室１ａ内にはクラン
ク４が回転自在に設けられ、クランク４の回転軸はクラ
ンクケース１に回転自在に支承されている。またクラン
ク４と、シリンダ２内に上下方向に摺動自在に挿嵌され
たピストン５とは、コネクティングロッド６により連結
されている。シリンダ２には排気口７と掃気口８とが設
けられると共に、掃気口８とクランク室１ａとを接続す
る掃気流路１０が設けられている。
【０００３】掃気用の先導空気を吸入する先導空気通路
１１は掃気流路１０に接続して設けられ、先導空気通路
１１の掃気流路１０への出口には逆止弁１２ｃが設けら
れている。逆止弁１２ｃはリードバルブ式であり、先導
空気通路１１から掃気流路１０方向への流れを許容し、
掃気流路１０から先導空気通路１１方向への流れを阻止
するようになっている。逆止弁１２ｃよりも上流側の先
導空気通路１１内には空気流量制御手段１３が設けられ
ており、空気流量制御手段１３は開閉弁１３ａにより空
気の流量を制御するようになっている。また、燃料と空
気との混合気を吸入する混合気流路２０はクランク室１
ａに接続して設けられ、混合気流路２０のクランク室１
ａへの出口には混合気用逆止弁２１が設けられている。
混合気用逆止弁２１はリードバルブ式であり、混合気流
路２０からクランク室１ａ方向への流れを許容し、クラ
ンク室１ａから混合気流路２０方向への流れを阻止する
ようになっている。混合気用逆止弁２１よりも上流側の
混合気流路２０内には混合気流量制御手段２２が設けら
れている。混合気流量制御手段２２はスロットル弁２２
ａにより混合気の流量を制御するようになっている。混
合気流量制御手段２２はスロットル弁２２ａの上流側に
気化器２２ｂを一体に有している。開閉弁１３ａとスロ
ットル弁２２ａとはリンク装置２３により連結され、ス
ロットルレバー２４を作動させると連動するようになっ
ている。
【０００４】次に作動について説明する。ピストン５が
上昇すると、クランク室１ａ及び掃気流路１０は低圧と
なり、混合気は混合気用逆止弁２１を混合気流の力によ
り開いてクランク室１ａ内に流入する。同時に先導空気
は空気流の力により逆止弁１２ｃを開いて先導空気通路
１１、掃気流路１０を通ってクランク室１ａに流入す
る。ピストン５が上死点近傍に達すると、シリンダ室２
ａ内の混合気は着火されて爆発し、ピストン５は押し下
げられ、クランク室１ａの圧力が上昇する。ピストン５
が下降してピストン５の頂部が排気口７の上縁を過ぎる
と排気ガスは排出を開始する。次にピストン５の頂部が
掃気口８の上縁を過ぎると先導空気はシリンダ室２ａ内
に流入を開始し、シリンダ室２ａに残った排気ガスを排
気口７から排出する。その後でクランク室１ａ内の混合
気はシリンダ室２ａ内に流入する。したがって、混合気
の排気口７からの吹き抜けは少なく、排気ガスは清浄化
される。
【０００５】エンジン回転を加速する場合にはスロット
ルレバー２４を加速側に作動させる。これによりスロッ
トル弁２２ａは開度が大きくなり、混合気の流量が増加
してエンジン回転は加速する。同時に開閉弁１３ａの開
度も大きくなり、混合気の流量に対応した空気を供給
し、一定の空燃比になるようにする。
【０００６】層状掃気２サイクルエンジンの混合気の空
燃比（すなわち、空気の重量／燃料の重量）は一般の２
サイクルエンジンの空燃比より大きく（混合気が薄く）
なり、排気ガス中の炭化水素ＨＣ及び窒素酸化物ＮＯX
の排出量が低減される。しかしながら、空燃比が大きい
ために加速性が悪いという問題がある。これを解決する
には空燃比を小さく（混合気を濃く）すれば良いが、そ
うすると排気ガス中の炭化水素ＨＣ及び窒素酸化物ＮＯ
X の排出量が増大すると共に、燃料消費も多く燃費が悪
化するという問題がある。
【０００７】この問題を解決するための先行技術として
は、国際公開番号ＷＯ９８／１７９０２号に開示された
ものがある。国際公開番号ＷＯ９８／１７９０２号に開
示されたものは、スロットルレバー２４を加速方向に作
動させたときに、開閉弁１３ａの開度をスロットル弁２
２ａの開度より遅らせる手段を設けている。これによ
り、加速作動時には空燃比は小さくなって加速性を向上
し、定常運転時には空燃比を大きくして排気ガスを清浄
にすると共に、燃料消費を低減して燃費を改善すること
ができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
国際公開番号ＷＯ９８／１７９０２号に開示されたよう
な技術においては、常温状態における始動時には空燃比
は大きいため、始動性が悪いという問題がある。又、開
閉弁１３ａの開度をスロットル弁２２ａの開度より遅ら
せる空気供給遅れ装置が必要となる。空気供給遅れ装置
は、開閉弁１３ａとスロットル弁２２ａとを連結するリ
ンクの途中に例えば緩衝装置を設けたり、あるいは制御
器、変換器、サーボアンプ及びサーボモータ等により構
成する制御装置を設けたりする必要があるため、構造が
複雑で、場積が多く必要となり、部品点数が多くてコス
トが高いという問題がある。
【０００９】本発明は、上記の問題点に着目し、始動性
が良好で、排気ガスも清浄化可能で、かつ燃料消費量が
少なく、しかも構造が簡単で、占有場積も小さくて済
み、コストも安い層状掃気２サイクルエンジンを提供す
ることを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段、作用及び効果】上記目的
を達成するために、本発明に係る層状掃気２サイクルエ
ンジンの第１発明は、シリンダ室及びクランク室間を接
続する掃気流路と、この掃気流路に接続され、かつ掃気
用の空気を導入する先導空気通路とを有し、この先導空
気通路に、先導空気通路から掃気流路方向への流れを許
容し、かつ掃気流路から先導空気通路方向への流れを阻
止する逆止弁を備えた層状掃気２サイクルエンジンにお
いて、前記逆止弁は、先導空気通路から掃気流路方向へ
の空気の流量を制御するリードバルブと、逆止弁近傍の
温度に応じて、常温状態における始動時にはリードバル
ブの開度を絞り、エンジン運転状態での高温時にはリー
ドバルブの開度を全開とするように開度を制御する開度
制御手段とを有する構成としている。
【００１１】第１発明によれば、開度制御手段によっ
て、逆止弁近傍の温度が常温の状態における始動時には
リードバルブの開度が絞られ、その後、温度の上昇に伴
ってリードバルブの開度が開かれ、逆止弁近傍の温度が
高くなる通常のエンジン運転状態時にはリードバルブの
開度が全開となる。そのため、始動時には先導空気量が
減少し、空燃比は小さくなって始動性を向上できるとと
もに、通常運転時には先導空気量は増大し、空燃比は大
きくなって排気ガスが清浄化され、燃料消費が少なくな
って燃費を改善することができる。
【００１２】第２発明は、第１発明に基づき、前記開度
制御手段は、リードバルブの開度を、少なくとも、逆止
弁近傍の温度が常温状態における始動時に対応する第１
の開度と、暖気後運転状態時に対応する第２の開度との
２段階に制御している。
【００１３】第２発明によれば、リードバルブの開度に
は、絞った第１の開度と、開いた第２の開度の２段階が
設けられ、逆止弁近傍の温度が常温状態での始動時には
リードバルブの開度を絞るため先導空気量が減少し、空
燃比が小さくなるので始動性を向上できる。また、暖気
後運転状態時にはリードバルブの開度を開くため先導空
気量が増大し、空燃比が大きくなるので排気ガスが清浄
化され、燃料消費量を少なくして燃費を改善することが
できる。
【００１４】第３発明は、第１又は第２発明に基づき、
前記開度制御手段は、リードバルブの開度を温度に応じ
て制限するストッパと、リードバルブの開度を最大位置
に制限する最大開度ストッパとを有する構成としてい
る。
【００１５】上記構成によれば、ストッパは温度に応じ
て温度が高くなると開度を開き、最大開度ストッパによ
り所定の開度で停止する。したがって、ストッパの開度
を予め所定温度で所定の開度になるように設定すること
ができる。すなわち、逆止弁を、温度に対応して常温時
には開度を絞り、高温時には開度を開くようにすること
ができる。また、最大開度ストッパがあるため、ストッ
パが開き過ぎて過大応力を発生することにより故障する
ことを防止できる。したがって、始動性が良好で、排気
ガスを清浄化し、燃料消費が少なく、信頼性が高く、構
造が簡単で、場積が小さく、かつコストの安い層状掃気
２サイクルエンジンが得られる。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る層状掃気２
サイクルエンジンの実施形態について、図１〜図６を参
照して詳述する。
【００１７】図１は、エンジン全体の構成図である。同
図において図７に示した構成と同一の構成には同一符号
を付し、ここでの説明を省略する。先導空気通路１１の
掃気流路１０への出口には、先導用空気の流量を制御す
るリードバルブ（後述する）を有する逆止弁１２が設け
られている。本発明に係る逆止弁１２は、後述するよう
にこのリードバルブの開度が温度に応じて制御される。
【００１８】図２は第１実施形態の先導空気用の逆止弁
１２の模式図である。先導空気通路１１に設けられた逆
止弁１２は、一端部を弁座４０に固設され、矢印方向か
らの空気流により開閉するリードバルブ３１と、リード
バルブ３１に重ねて設けられ、リードバルブ３１の開度
を温度に応じて制御する開度制御手段３０とを有してい
る。開度制御手段３０は、リードバルブ３１に重ねて設
けられたバイメタルより成るストッパ３２と、ストッパ
３２の外側に重ねて設けられ、かつストッパ３２の開度
を最大位置に制限する鋼製の最大開度ストッパ３３とを
備えている。
【００１９】次に、逆止弁１２の作動について説明す
る。逆止弁１２の近傍が常温状態（エンジン運転状態時
の高温よりも低温の状態を言う）のときはストッパ３２
は、図２の実線に示すようにリードバルブ３１を弁座４
０側に押し付けて先導空気通路１１を閉じている。逆止
弁１２の近傍の温度が上昇すると、その温度上昇に伴っ
てストッパ３２は細い２点鎖線に示す形状に徐々に変形
する。そして最大開度位置で最大開度ストッパ３３に当
接して変形を停止する。リードバルブ３１は、上記のよ
うに温度に応じて設定されるストッパ３２の位置まで開
くことが可能とされている。
【００２０】図３はストッパ３２の作動を示すグラフで
あり、縦軸はストッパ３２による弁開度量を示し、横軸
は逆止弁近傍の温度を示している。同グラフに示すよう
に、逆止弁近傍温度が常温の時、例えば常温状態で始動
するときには、ストッパ３２の弁開度量は少ない。した
がって、リードバルブ３１の開度量は少なく、流入する
先導空気量が少ないので、混合気の空燃比が小さく、エ
ンジンの始動性は良好である。エンジンが始動して逆止
弁近傍温度が上昇するとストッパ３２は徐々に変形し、
弁開度量は温度に応じて増大する。そして、暖気後運転
状態において逆止弁近傍温度ｔが所定温度ｔ１（例えば
２００°Ｃ）に達すると、ストッパ３２は弁開度量全開
状態となって最大開度ストッパ３３に当接し、変形は停
止する。したがって、リードバルブ３１は全開状態まで
開くことが可能となり、混合気の空燃比は大きくなって
排気ガスは清浄化され、燃料消費量は低減される。
【００２１】次に、図４に基づいて第２実施形態を説明
する。図４は、第２実施形態の逆止弁１２ａの模式図で
ある。同図において、図２と同一の構成には同一符号を
付しており、以下での説明を省く。開度制御手段３０を
構成する、リードバルブ３１に重ねて設けられたストッ
パ３２ａは、形状記憶合金から成っている。ストッパ３
２ａは逆止弁近傍温度が常温のときにはリードバルブ３
１の開度を絞った状態（実線で示す位置）にあり、逆止
弁近傍温度が暖気後運転状態の温度に達したときには全
開状態（細い２点鎖線で示す位置）になって最大開度ス
トッパ３３に当接するようになっている。
【００２２】図５はストッパ３２ａの作動を示すグラフ
であり、縦軸はストッパ３２ａによる弁開度量を、横軸
は逆止弁近傍温度を示している。グラフに示すように、
逆止弁近傍温度が低い場合には弁開度量は第１の開度状
態（絞られた状態）にあり、逆止弁近傍温度ｔが所定温
度ｔ２に達すると弁開度量は第２の開度状態（全開状
態）になる。したがって、常温状態での始動時には混合
気の空燃比は小さくて始動が容易であり、暖気後運転状
態では空燃比が大きくなるので排気ガスは清浄化され、
燃料消費量は低減される。
【００２３】図６は、第３実施形態の先導空気用の逆止
弁１２ｂの模式図である。構成は第１実形態と略同一で
あるが、バイメタル製のストッパ３２ｂは当初から多少
変形させてあり、リードバルブ３１との間に所定の隙間
Ｓを設けている。したがって、常温状態で始動した場合
には、逆止弁１２ｂは第１の開度状態（絞った状態）と
なり、隙間Ｓにより僅かの先導空気が導入される。隙間
Ｓは、始動性を考慮して定められる。そして逆止弁近傍
温度ｔが所定温度ｔ２に達すると、逆止弁１２ｂは第２
の開度状態（全開状態）になる。なお、ストッパ３２ｂ
は形状記憶合金であっても良い。
【００２４】なお、これまでの実施形態の説明では、ス
トッパの最大開度を制限するための最大開度ストッパを
ストッパと重ねて設けた例を示したが、本発明はこのよ
うな構成に限定するものではなく、最大開度ストッパを
用いずにストッパをシリンダ等の壁面部に当接させるよ
うにしてもよい。
【００２５】上記のように、本発明の先導空気用の逆止
弁は、バイメタル又は形状記憶合金等の温度依存性形状
を有する材料からなるストッパをリードバルブに重ねて
設け、常温での始動時には先導空気量を絞り、暖気後運
転状態では先導空気量を最大とするようにしたため、始
動性は良好であり、排気ガスは清浄化されると共に、燃
料消費量が少なく燃費が改善される。また、空気供給遅
れ装置を必要としないので、構造が簡単で、場積も小さ
く、部品点数が少なくなり、コストの安い層状掃気２サ
イクルエンジンが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る層状掃気２サイクルエンジンの構
成図である。
【図２】本発明の、第１実施形態の逆止弁の模式図であ
る。
【図３】本発明の、第１実施形態のストッパの作動を示
すグラフである。
【図４】本発明の、第２実施形態の逆止弁の模式図であ
る。
【図５】本発明の、第２実施形態のストッパの作動を示
すグラフである。
【図６】本発明の、第３実施形態の逆止弁の模式図であ
る。
【図７】従来技術に係る層状掃気２サイクルエンジンの
構成図である。
【符号の説明】
１１：先導空気通路、１２，１２ａ，１２ｂ：逆止弁、
３０，３０ａ，３０ｂ：開度制御手段、３１：リードバ
ルブ、３２，３２ａ，３２ｂ：ストッパ、３３：最大開
度ストッパ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｂ 33/04 Ｆ０２Ｂ 33/04 Ａ Ｆ０２Ｄ 9/02 Ｆ０２Ｄ 9/02 Ｇ 41/02 ３１０ 41/02 ３１０Ｂ Ｆターム(参考） 3G023 AA02 AA03 AA08 AC01 AD03 AF02 3G065 AA02 CA12 FA06 HA02 HA06 HA19 HA21 3G301 HA03 JA03 LA02

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 シリンダ室(2a)及びクランク室(1a)間を
    接続する掃気流路(10)と、この掃気流路(10)に接続さ
    れ、かつ掃気用の空気を導入する先導空気通路(11)とを
    有し、この先導空気通路(11)に、先導空気通路(11)から
    掃気流路(10)方向への流れを許容し、かつ掃気流路(10)
    から先導空気通路(11)方向への流れを阻止する逆止弁を
    備えた層状掃気２サイクルエンジンにおいて、 前記逆止弁(12)は、先導空気通路(11)から掃気流路(10)
    方向への空気の流量を制御するリードバルブ(31)と、逆
    止弁(12)近傍の温度に応じて、常温状態における始動時
    にはリードバルブ(31)の開度を絞り、エンジン運転状態
    での高温時にはリードバルブ(31)の開度を全開とするよ
    うに開度を制御する開度制御手段(30)とを有することを
    特徴とする層状掃気２サイクルエンジン。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の層状掃気２サイクルエン
    ジンにおいて、 前記開度制御手段(30)は、リードバルブ(31)の開度を、
    少なくとも、逆止弁(12a) 近傍の温度が常温状態におけ
    る始動時に対応する第１の開度と、暖気後運転状態時に
    対応する第２の開度との２段階に制御することを特徴と
    する層状掃気２サイクルエンジン。
  3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の層状掃気２サイク
    ルエンジンにおいて、 前記開度制御手段(30)は、リードバルブ(31)の開度を温
    度に応じて制限するストッパ(32,32a)と、リードバルブ
    (31)の開度を最大位置に制限する最大開度ストッパ(33)
    とを有することを特徴とする層状掃気２サイクルエンジ
    ン。
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