JP2008274804A

JP2008274804A - ２サイクルエンジン

Info

Publication number: JP2008274804A
Application number: JP2007117461A
Authority: JP
Inventors: Etsuo Kijima; 悦男木島
Original assignee: IHI Shibaura Machinery Corp
Current assignee: IHI Shibaura Machinery Corp
Priority date: 2007-04-26
Filing date: 2007-04-26
Publication date: 2008-11-13

Abstract

【課題】一般的な反転掃気型２サイクルエンジンの機関主要部品の構成に大きな変更、改良を必要とせず、新たな部品を追加することなく、低コストで、燃費を向上させ、未燃混合気の吹き抜けによる有害物質の排出を低減できる２サイクルエンジン１を提供する。
【解決手段】シリンダ６内壁に、掃気ポートの開口部１８・１８が設けられた２サイクルエンジン１であって、前記開口部１８・１８は、シリンダ６の中心軸と排気口１６の中心軸とを含む平面に対して略対称に設けられており、前記開口部１８・１８上部に、前記排気口側寄りが高い段差部２３の形状を設けた。
【選択図】図３

Description

本発明は、２サイクルエンジンに関する。より詳細には、主に携帯型作業機械に用いられる２サイクルエンジンに関する。

芝刈機やチェーンソーを代表とする携帯型作業機械に使用される一般的な２サイクルエンジンは、シリンダの中をピストンが一往復してシリンダ内壁面に設けられた排気口、吸気口、掃気口の開閉が行われる。そして、排気、吸気もしくは掃気といった独立した行程がなく、特に排気行程と掃気行程は同時期に連続して行われるため、掃気行程による未燃混合気の排気口への吹き抜けが多く、燃費の悪化や炭化水素を代表とする有害物質の放出が多いなどの欠点があった。

前記欠点を解決するため、一般的に使用されている反転掃気式の掃気方法を基にして、排気口の数、配置、掃気通路などを改良した技術は、従来より公知となっている。（たとえば、特許文献１及び特許文献２参照）
特開２００６−３４８７８５号公報特開２００５−１６４８８号公報

上述した特許文献１及び特許文献２に開示された構成では、掃気口より燃焼室内に導入される混合気の気流の強さに大きな変化はないため、排気口が開いたことなどにより生じる燃焼室内における気圧の変化の影響を受けやすく、結果として、排気口への吹き抜け低減や、燃費の向上といった効果を生じにくかった。

本発明は係る課題を鑑みてなされたものであり、一般的な反転掃気型２サイクルエンジンの機関主要部品の構成に大きな変更、改良を必要とせず、新たな部品を追加することなく、低コストで、燃費を向上させ、未燃混合気の吹き抜けによる有害物質の排出を低減できる２サイクルエンジンの提供を目的とする。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、シリンダ内壁に、掃気ポートの開口部が設けられた２サイクルエンジンであって、前記開口部は、シリンダの中心軸と排気口の中心軸とを含む平面に対して略対称に設けられており、前記開口部上部は、前記排気口側寄りが高い段差部の形状とされているものである。

請求項２においては、請求項１に記載の２サイクルエンジンにおいて、前記掃気ポートを形成する掃気通路の壁面を前記シリンダの方向に略円弧状に湾曲させたものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１の構成によれば、前記掃気口における段差部の高位置側近傍より強い掃気流（第一掃気流）が発生し、次いで前記掃気口における段差部の低位置側近傍より掃気流（第二掃気流）が発生するので、未燃混合気の吹き抜けを低減させて、燃費を改善することができる。
つまり、前記第一掃気流は、ピストンの下降により掃気口が開口した瞬間のものであり、クランク室の内圧が、全行程中で最も高くなった状態で発生したものなので、強いものである。そして、前記排気行程において排気口へ向かう燃焼ガスの流れが生じるが、前述の如く強い第一掃気流を発生させるので、前記燃焼ガスの流れの影響を受けにくくなるからである。
また、第一掃気流は、第二掃気流に近接して、排気口寄りに発生するので、第二掃気流の掃気口への吹き抜けを防止するカベとして作用する。よって、第二掃気流の吹き抜けを低減できるので、前記第一掃気流による燃焼ガスの掃気残しを大幅に減少させ、新気の充填効率を向上、すなわち出力向上をさせることができる。

請求項２の構成によれば、第二掃気流が渦流を発生させながらシリンダに流入するので、混合気の霧化が促進され、燃費効率が向上し、出力向上、排気ガス成分のクリーン化につながる。
また、従来機の機関構成の変更、追加をすることなく、一般的な２サイクルエンジンの掃気口上部を削ったり掃気通路を加工するなど、シリンダの形状変更だけで前記効果を得ることができるので、コスト低減化が図れる。

次に、発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の一実施例に係る２サイクルエンジンの全体的な構成を示した縦断正面図、図２は第一掃気口が開口したときにおける、２サイクルエンジンの拡大縦断正面図、図３は第二掃気口が開口したときにおける、２サイクルエンジンの拡大縦断正面図、図４は請求項２に係る発明の２サイクルエンジンの全体的な構成を示した縦断正面図、図５は第二掃気口が開口したときにおける、請求項２に係る発明の２サイクルエンジンの拡大横断平面図、図６は挿入部材が固定されたクランク軸の側面図である。
なお、以下において、図１における左方向を前とし、右方向を後とし、前後方向を決定する。また、かかる前後方向と水平方向に直交する方向を、左右方向と規定する。

まず、本発明の一実施例に係る２サイクルエンジン１の全体構成について図１乃至図３に基づいて説明する。
２サイクルエンジン１のクランク軸２の一側（後側）にフライホイール３を配置し、他側（前側）にリコイルスタータを配置し、前記フライホイール３に遠心クラッチ４などの動力切断手段を介して動力伝達軸と連結し、前記動力伝達軸の他端に、本実施例では回転刃が取り付けられて、刈払機を構成している。この刈払機は２サイクルエンジン１後方の動力伝達軸を覆う支持パイプ、又は、支持パイプより延設したハンドルを作業者が握って作業するようにしている。

前記２サイクルエンジン１の駆動部はシリンダケース５内に配置されるシリンダ６と、前記シリンダ６に形成された燃焼室１４と、前記シリンダ６内で上下摺動可能に配置されたピストン７と、前記ピストン７の下方に配置されたクランク軸２と、前記ピストン７とクランク軸２とを連結するコンロッド８などで構成されている。シリンダ６外周には冷却フィン６ａ・６ａ・・・が設けられており、シリンダ２の表面積を大きくすることで冷却を促進させる構成となっている。クランク軸２はクランクケース９内に、ピストン７の上下摺動方向と直交する方向に軸線を向けて回動可能に軸止される。シリンダ６の下方にクランク室１５が形成されている。シリンダケース５の一側面には冷却風排出口５ａ・５ａ・・・としてスリットが開口されている。前記シリンダ６内の一側には排気口１６が、他側には前記排気口１６より低い位置にピストン７の往復運動により開口されクランク室１５内に混合機を供給する吸気口１７がそれぞれ設けられている。図５に示すように、シリンダ６の中心軸と排気口１６の中心軸とを含む平面に対して略対称で、図３に示すように、排気口１６の上端より低い位置に掃気口１８・１８の上端が位置するように設けられている。掃気口１８・１８とクランク室１５は掃気通路１９・１９で接続されている。前記掃気口１８・１８は反転掃気式をとり、第一掃気口１８ａ・１８ａと第二掃気口１８ｂ・１８ｂとで構成される。
つまり、前記左右の掃気口１８・１８は略対称に構成されるので、一側について説明すると、掃気口１８の上部は段差部２３が形成され、前記掃気口１８は図３に示すように、排気口１６側寄りの高位置側近傍を第一開口部１８ａ、吸気口１７側寄りの低位置側近傍を第二開口部１８ｂとし、掃気通路１９に連通され、該掃気通路１９から掃気口１８を介して吐出される混合気は、図３に示すように、正面視で燃焼室１４の吸気口１６側の斜め上方壁面に吹きつけるように形成し、かつ、図５に示すように、平面視で吸気口１６側のシリンダ（燃焼室１４の）前後中央方向に吹きつけるように構成している。
但し、前記掃気通路１９は、図４に示すように、壁面を前記シリンダ６の方向に略円弧状に湾曲させてシリンダ中心方向に吐出するように掃気通路１９ａを形成することも可能である。
前記段差部２３や図４に示す掃気通路１９ａは、一般的な２サイクルエンジンの掃気口１６上部を削ったり、シリンダ製造時に掃気通路１９を一体的に成形加工などして設けたりすることも可能である。

前記クランク軸２の一端にはフライホイール３が結合され、前記フライホイール３には前記クランク軸２の反対側に遠心クラッチ４が結合され、前記遠心クラッチ４を覆うようにクラッチドラム１０が配置されている。ここで、遠心クラッチ４はフライホイールに固定される本体と、前記本体に枢支される遠心体４ａと、前記遠心体４ａと本体との間に介装して、前記遠心体４ａを中心側に引っ張るバネ４ｂより構成されている。前記遠心体４ａは本体の外周部分に適宜間隔をあけて複数配設される。そして前記クラッチドラム１０には、クラッチドラム１０の回転軸と同軸上で回動可能に駆動軸１１が結合され、前記駆動軸１１の回動基部にはベアリング１２が配設されてファンカバー１３に回転自在に支持されている。なお駆動軸１１は、回転基部のみ表示し、中途部は省略している。

次に、前記２サイクルエンジン１の作動状態について説明する。
前記ピストン７の上昇過程では、ピストン７によって掃気口１８・１８、排気口１６が閉じられ、燃焼室１４内の混合気の圧縮が始まる。そして、前記ピストン７の上昇により、前記クランク室１５内の圧力が低下していく。そして、シリンダ６の内壁に設けられた吸気口１７が開口し、気化器２４で生成された混合気がクランク室１５内に供給される（吸気行程）。そして、点火プラグ２５により前記燃焼室１４内の圧縮された混合気が点火されて、燃焼が行われる。前記燃焼により発生する燃焼ガスの圧力でピストン７が押し下げられて、下降過程に移行する。

ピストン７の下降過程では、まず排気口１６が開き、前記燃焼ガスの排出（排気行程。燃焼ガスの排出される流れは図中一点鎖線で示す。）が開始される。そして、掃気口１８が開き、前記クランク室１５内で圧縮された混合気が掃気通路１９を経て前記掃気口１８から掃気流として前記燃焼室内１４に流入（掃気行程）してくる。そして、排気行程と掃気行程とが同時に行われ、ピストン７が最下点に到達すると上昇過程に移行する。

前記燃焼室１４内での混合気の燃焼によるエネルギーはピストン７の上下往復運動となり、コンロッド８を介してクランク軸２に伝えられ、クランク軸２の回転運動へと変換される。前記クランク軸２の回動はフライホイール３を介して遠心クラッチ４へと伝えられる。ここで前記遠心クラッチ４の回転数が大きくなると遠心体４ａの遠心力によってバネ４ｂを引き伸ばし、前記遠心クラッチ４の一端である遠心体４ａがクラッチドラム１０と接合される。これによりクラッチドラム１０が回動し、前記クラッチドラム１０の回動は駆動軸１１へと伝えられ、図示しない作業部へと伝えられるのである。

次に、前記掃気行程について説明する。
前述の如く、前記掃気口１８・１８上部は排気口側寄りが高い段差部２３・２３の形状とされており、図３に示すように、前記掃気口１８における前記段差部２３の高位置側近傍を第一開口部１８ａ、吸気口１７側寄りの低位置側近傍を第二開口部１８ｂとする。
前記第一開口部１８ａの幅、面積などを、一般的な２サイクルエンジンの掃気口より小さく設定することも可能である。

前記下降過程において、ピストン７が下降していき、まず排気口１６が開き、前記排気行程が開始される。そして、前記第一開口部１８ａが開き、第一開口部１８ａより掃気流（第一掃気流。図中実線で示す。）が流入してくる。続けてピストン７が下降して、前記第二開口部１８ｂより掃気流（第二掃気流。図中点線で示す。）が流入してくる。

前記第一掃気流は、ピストン７の下降により第一掃気口１８ａが開口した瞬間のものであり、前記クランク室１５の内圧が、全行程中で最も高くなった状態で発生したものなので、強いものである。
前述の如く、前記第一開口部１８ａの幅、面積などを一般的な２サイクルエンジンの掃気口より小さく設定して、第一掃気流をさらに強いものとすることが可能である。
図６に示すように、クランクシャフト２６を構成するクランクアーム２７とカウンターウェイト２８を軸線方向から見たときに略Ｔ字型に形成し、前記クランクアーム２７両側に形成される切り欠き部にカウンターウェイトより比重が小さい材質からなる挿入部材２９を、環状部材３０を外嵌することにより固定してクランク室１５の容積を小さくすることにより、クランク室圧縮比が高くなるので、第一掃気流をさらに強いものとすることも可能である。

前記排気行程において排気口１６へ向かう燃焼ガスの流れが生じるが、前述の如く強い第一掃気流を発生させることにより、第一掃気流は前記燃焼ガスの流れの影響を受けにくくなるので、未燃混合気の吹き抜けを低減させて、燃費を改善することが可能である。
前記第一開口部１８ａを小さく設定したなどにより、第一掃気流によるものだけではシリンダ内への新気充填が不十分であったとしても、前記第二掃気流が流入してくるので、新気充填が不十分であるため出力不足になるといった問題は生じない。
第二掃気流は第一掃気流とシリンダボア面に挟まれた空間でスワール流となり流入していく。そして、第一掃気流は、第二掃気流に近接して、排気口１６寄りに発生するので、第二掃気流の排気口１６への吹き抜けを防止するカベとして作用する。よって、第二掃気流の吹き抜けを低減できるので、前記第一掃気流による燃焼ガスの掃気残しを大幅に減少させ、新気の充填効率を向上、すなわち出力向上をさせることができる。

また、前記掃気通路１９ａの壁面を前記シリンダ６の方向に略円弧状に湾曲させて形成することにより、図５に示すように、第二掃気流が渦流を発生させながらシリンダ６に流入するので、混合気の霧化が促進され、燃費効率が向上し、出力向上、排気ガス成分のクリーン化につながる。
また、従来機の機関構成の変更、追加をすることなく、一般的な２サイクルエンジンの掃気口上部を削ったり、掃気通路を一体的に加工するなど、シリンダの形状変更だけで、段差部２３や掃気通路１９ａを設けることができ、前記効果を得ることができる。

以上のように、シリンダ６内壁に、掃気ポートの開口部１８・１８が設けられた２サイクルエンジン１であって、前記開口部１８・１８は、シリンダ６の中心軸と排気口１６の中心軸とを含む平面に対して略対称に設けられており、前記開口部１８・１８上部は、前記排気口１６側寄りが高い段差部２３の形状とされていることにより、前記掃気口１８・１８における段差部２３の高位置側近傍１８ａ・１８ａより強い掃気流（第一掃気流）が発生し、次いで前記掃気口１８・１８における段差部２３の低位置側近傍１８ｂ・１８ｂより掃気流（第二掃気流）が発生するので、未燃混合気の吹き抜けを低減させて、燃費を改善することができる。
つまり、前記第一掃気流は、ピストン７の下降により第一掃気口１８ａ・１８ａが開口した瞬間のものであり、前記クランク室１５の内圧が、全行程中で最も高くなった状態で発生したものなので、強いものである。そして、前記排気行程において排気口１６へ向かう燃焼ガスの流れが生じるが、前述の如く強い第一掃気流を発生させるので、前記燃焼ガスの流れの影響を受けにくくなるからである。
また、第一掃気流は、第二掃気流に近接して、排気口１６寄りに発生するので、第二掃気流の排気口１６への吹き抜けを防止するカベとして作用する。よって、第二掃気流の吹き抜けを低減できるので、前記第一掃気流による燃焼ガスの掃気残しを大幅に減少させ、新気の充填効率を向上、すなわち出力向上をさせることができる。

また、前記掃気ポートを形成する掃気通路１９ａの壁面を前記シリンダの方向に略円弧状に湾曲させたことにより、第二掃気流が渦流を発生させながらシリンダ６に流入するので、混合気の霧化が促進され、燃費効率が向上し、出力向上、排気ガス成分のクリーン化につながる。
また、従来機の機関構成の変更、追加をすることなく、一般的な２サイクルエンジンの掃気口上部を削ったり掃気通路を加工するなど、シリンダの形状変更だけで前記効果を得ることができるので、コスト低減化が図れる。

本発明の一実施例に係る２サイクルエンジンの全体的な構成を示した縦断正面図。第一掃気口が開口したときにおける、２サイクルエンジンの拡大縦断正面図。第二掃気口が開口したときにおける、２サイクルエンジンの拡大縦断正面図。請求項２に係る発明の２サイクルエンジンの全体的な構成を示した縦断正面図。第二掃気口が開口したときにおける、請求項２に係る発明の２サイクルエンジンの拡大横断平面図。挿入部材が固定されたクランク軸の側面図。

符号の説明

１２サイクルエンジン
５シリンダケース
６シリンダ
７ピストン
１４燃焼室
１５クランク室
１６排気口
１８掃気口
１９掃気通路
２３段差部

Claims

シリンダ内壁に、掃気ポートの開口部が設けられた２サイクルエンジンであって、
前記開口部は、シリンダの中心軸と排気口の中心軸とを含む平面に対して略対称に設けられており、
前記開口部上部は、前記排気口側寄りが高い段差部の形状とされている
ことを特徴とする２サイクルエンジン。
前記掃気ポートを形成する掃気通路の壁面を前記シリンダの方向に略円弧状に湾曲させた
ことを特徴とする請求項１記載の２サイクルエンジン。