JP2010133362A

JP2010133362A - ２サイクルエンジン

Info

Publication number: JP2010133362A
Application number: JP2008311104A
Authority: JP
Inventors: Terutake Yasuda; 輝毅安田
Original assignee: Maruyama Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Maruyama Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2008-12-05
Filing date: 2008-12-05
Publication date: 2010-06-17
Anticipated expiration: 2028-12-05
Also published as: US20100139637A1; JP4719266B2; DE102009057071A1; SE534556C2; SE0950926A1; US8215269B2

Abstract

【課題】ガス交換の効率化を図りつつ、吹き抜けを効果的に低減できる２サイクルエンジンを提供することを課題とする。
【解決手段】クランクシャフト１にコンロッド２を介して連結されたピストン３が、クランクシャフト１の回転駆動に従い燃焼室４内を往復動することにより、掃気孔１１及び排気孔１０の開閉を制御する２サイクルエンジン１００であって、クランクシャフト１の回転中心Ｒを通りピストン３の往復動方向に平行な直線Ａ１に対し、ピストン３が下死点から上死点に移動し排気孔１０が閉となるときのクランクシャフト１のコンロッド２との連結中心Ｐの位置と同じ側にピストン３のコンロッド２との連結位置ＣをオフセットＤし、混合気の導入と排気ガスの排出とを十分に行い、ガス交換の効率化を図ると共に、吹き抜けの原因となる掃気行程後の排気孔１０の閉口までの時間を短くし、吹き抜けを効果的に減少する。
【選択図】図１

Description

本発明は、２サイクルエンジンに関する。

従来、燃焼室に燃料を含有する作動ガスを導入する掃気孔と、燃料室内のガスを排出する排気孔とを備える２サイクルエンジンであって、クランクシャフトにコンロッドを介して連結されたピストンが、クランクシャフトの回転駆動に従い燃焼室内を往復動することにより、掃気孔及び排気孔の開閉を制御して、ピストンが上死点から下死点に至る場合には、排気孔、掃気孔の順で開とし、ピストンが下死点から上死点に至る場合には、掃気孔、排気孔の順で閉とする２サイクルエンジンが知られている。

ところで、上記従来の２サイクルエンジンにあっては、ピストンが上死点から下死点に至る掃気行程の終了後で、ピストンの上昇に伴い掃気孔が閉じ、追って排気孔が閉じて圧縮行程が開始されるまでの間、燃焼室と排気孔との圧力差はほとんどないため、燃焼室内の新気ガス（混合ガス）が容易に排気孔から流れ出てしまう。これにより、掃気孔より燃焼室へ導入された新気ガス全てが燃焼室へ留まらず、そのまま排気孔へ抜け出るいわゆる「吹き抜け」が生じ、この吹き抜けた新気ガスが、未燃ガスとして浄化されずに大気中へと放出されてしまっていた。この未燃ガスは、主成分が燃料であるため、炭化水素成分を多く含み、排気ガス中の総炭化水素量（ＴＨＣ：Total Hydro Carbon）が増大してしまう。

そこで、例えば以下の特許文献１に記載の２サイクルエンジンにあっては、掃気行程において新気ガスの導入の前に、まず第１の掃気孔から吹き抜けのための排気ガスを燃料室へ導入し、その後に第２の掃気孔から新気ガスを導入し、燃料室を掃気することで、新気ガスの吹き抜けの防止を図り、排気ガス内のＴＨＣ量を抑制するようにしている。
特開２００１−１４０６５１号公報

しかしながら、上記特許文献１にあっては、掃気行程時において新気ガスの導入前に排気ガスを導入するため、ガス交換の効率が低いといった問題があった。

本発明は、このような課題を解決するために成されたものであり、ガス交換の効率化を図りつつ、吹き抜けを効果的に低減できる２サイクルエンジンを提供することを目的とする。

本発明による２サイクルエンジン（１００）は、燃焼室（４）に燃料を含有する作動ガスを導入する掃気孔（１１）と、燃焼室（４）内のガスを排出する排気孔（１０）とを備える２サイクルエンジン（１００）であって、クランクシャフト（１）にコンロッド（２）を介して連結されたピストン（３）が、クランクシャフト（１）の回転駆動に従い燃焼室（４）内を往復動することにより、掃気孔（１１）及び排気孔（１０）の開閉を制御して、ピストン（３）が上死点から下死点に至る場合には、排気孔（１０）、掃気孔（１１）の順で開とし、ピストン（３）が下死点から上死点に至る場合には、掃気孔（１１）、排気孔（１０）の順で閉とする２サイクルエンジン（１００）において、ピストン（３）のコンロッド（２）との連結位置（Ｃ）は、クランクシャフト（１）の回転中心（Ｒ）を通りピストン（３）の往復動方向に平行な直線（Ａ１）に対し、ピストン（３）が下死点から上死点に移動し排気孔（１０）が閉となるときのクランクシャフト（１）のコンロッド（２）との連結中心（Ｐ）の位置と同じ側にオフセットされていることを特徴とする。

このような２サイクルエンジン（１００）によれば、ピストン（３）のコンロッド（２）との連結位置（Ｃ）は、クランクシャフト（１）の回転中心（Ｒ）を通りピストン（３）の往復動方向に平行な直線（Ａ１）に対し、ピストン（３）が下死点から上死点に移動し排気孔（１０）が閉となるときのクランクシャフト（１）のコンロッド（２）との連結中心（Ｐ）の位置と同じ側にオフセットされているので、ピストン（３）が上死点に向かい排気孔（１０）が閉口する場合において、コンロッド（２）のクランクシャフト（１）との連結中心（Ｐ）とクランクシャフト（１）の回転中心（Ｒ）とを結ぶ線分（Ｌ１）と、ピストン（３）が下死点のときのコンロッド（２）のクランクシャフト（１）との連結中心（Ｐ１）とクランクシャフト（１）の回転中心（Ｒ）とを結ぶ線分（Ｌ２）とが成す角度であるクランク角（θ１）が、ピストン（３）が下死点に向かい排気孔（１０）が開口する場合において、コンロッド（２）のクランクシャフト（１）との連結中心（Ｐ）とクランクシャフト（１）の回転中心（Ｒ）とを結ぶ線分（Ｌ１）と、ピストン（３）が下死点のときのコンロッド（２）のクランクシャフト（１）との連結中心（Ｐ１）とクランクシャフト（１）の回転中心（Ｒ）とを結ぶ線分（Ｌ２）とが成す角度であるクランク角（θ２）よりも小さくなる。そのため、ピストン（３）の下降時において排気孔（１０）が開口している時間に対して、ピストン（３）が下死点からの上昇時において排気孔（１０）が閉口するまでの時間を短くすることができる。これにより、排気孔（１０）が開口してからピストン（３）が至る下死点までの時間が長くなるので、新気ガスの導入と排気ガスの排出とを十分に行うことができ、ガス交換の効率化を図ることができると共に、吹き抜けの原因となる掃気行程後の排気孔（１０）の閉口までの時間が短くなるので、吹き抜けを効果的に減少することができる。

ここで、ピストン（３）とコンロッド（２）との連結位置（Ｃ）は、ピストン（３）の中心軸（Ａ２）上にあり、排気孔（１０）は、上記直線（Ａ１）を挟んで連結位置（Ｃ）のオフセットしている側と反対側に設けられていることが好ましい。このような構成を採用した場合、ピストン（３）自体がクランクシャフト（１）の回転中心（Ｒ）に対して排気孔（１０）と反対側にオフセットされているため、ピストン（３）を収容するシリンダブロック（５）がクランクシャフト（１）を収容するクランクケース（６）に対して排気孔（１０）の反対側寄りに配置されることになり、２サイクルエンジン（１００）全体の幅を変えることなく、シリンダブロック（５）の排気孔（１０）側に設けられる冷却フィン（１４）の長さを大きくでき、冷却効率を高めることができる。

このように本発明によれば、ガス交換の効率化を図りつつ、吹き抜けを効果的に低減できる。

以下、本発明に係る２サイクルエンジンの好適な実施形態について添付図面を参照しながら説明する。図１〜図３は、本発明の一実施形態に係る２サイクルエンジンを示す縦断面図であり、図１は、ピストンが上死点に向かう状態を示し、図２は、ピストンが下死点に向かう状態を示し、図３は、ピストンが下死点に達した状態を各々示している。

図１〜図３に示すように、２サイクルエンジン１００は、クランクシャフト１にコンロッド２を介して連結されたピストン３が、クランクシャフト１の回転駆動に従い燃焼室４内を往復動する２サイクルエンジンである。この２サイクルエンジン１００は、図示上部のシリンダブロック５と、このシリンダブロック５に連結された図示下部のクランクケース６とにより外形が構成されている。

シリンダブロック５には、上述のようにピストン３が往復動する燃焼室（シリンダ）４が形成され、この燃焼室４の先端側の窪みに点火プラグ７の放電電極が配置されている。このシリンダブロック５には、後述するクランク室１３に混合気（作動ガス）を導入するための吸気孔８、及び、燃焼室４内のガスをマフラ９に排出するための排気孔１０が、燃焼室４に連通するように設けられている。この吸気孔８及び排気孔１０は、燃焼室４の周方向へ１８０°離れた位置で、吸気孔８よりも排気孔１０が上死点側寄りとなるように、それぞれシリンダブロック５に設けられている。

また、図３に示すように、シリンダブロック５の内部には、燃焼室４に燃料を含有する混合気を導入する掃気孔１１が設けられている。この掃気孔１１は、燃焼室４の軸方向に延びる掃気通路１２の先端部に形成されており、ピストン３が下死点に近づくと燃焼室４内に開口する位置に設けられている。

このシリンダブロック５にあっては、その外面で排気孔１０側の位置及び吸気孔８側の位置に、放熱用の複数個の冷却フィン１４が外側に張り出すようにして上下方向に並設されている。

一方、クランクケース６には、上述した掃気通路１２と連通するクランク室１３が形成され、このクランク室１３にピストン３の駆動部を構成するクランクシャフト１と、クランクシャフト１に回転可能に連結されたコンロッド２が配置され、このクランクシャフト１が回転することによってコンロッド２を介して、ピストン３が燃焼室４内を図示上下方向に往復動し、掃気孔１１及び排気孔１０の開閉を制御する。

具体的には、クランクシャフト１が回転中心Ｒを中心に回転駆動すると、コンロッド２のクランクシャフト１に対する連結中心Ｐがクランクシャフト１の回転中心Ｒの周囲を円運動し、図１に示すように、ピストン３が上死点に向かって移動することによって、シリンダブロック５に設けられた掃気孔１１及び排気孔１０がこの順で各々閉となり、燃焼室４内の混合気が圧縮されていき、ピストン３の更なる上死点への移動によって、吸気孔８がクランク室１３と連通し、混合気がクランク室１３に導入され、ピストン３が燃焼室４の上死点近傍に達すると、点火プラグ７の放電が起こり、燃焼室４内の混合気中の燃料が着火・爆発し、その爆発力によってピストン３が下死点側に移動される（圧縮行程）。

そして、混合気への点火後、図２に示すように、ピストン３が下死点に向かって移動することによって、燃焼室４の容積が増大し、排気孔１０及び掃気孔１１がこの順で各々開となり、排気ガスが排気孔１０からマフラ９に排出されると共に、新気ガス（混合気）が掃気孔１１から燃焼室４内に導入され、ガス交換が行われる（掃気行程）。

ここで、特に本実施形態においては、ピストン３とコンロッド２との連結位置（ピストンピンの中心位置）Ｃは、クランクシャフト１の回転中心Ｒを通りピストン３の往復動方向に平行な直線Ａ１に対し、ピストン３が下死点から上死点に移動し排気孔１０が閉となるときのクランクシャフト１のコンロッド２との連結中心Ｐの位置と同じ側にオフセットＤされている。

上記のようにピストン１とコンロッド２との連結位置ＣをオフセットＤすることにより、ピストン３が上死点に向かい排気孔１０が閉口する場合において、コンロッド２のクランクシャフト１との連結中心Ｐとクランクシャフト１の回転中心Ｒとを結ぶ線分Ｌ１と、ピストン３が下死点のときのコンロッド２のクランクシャフト１との連結中心Ｐ１とクランクシャフト１の回転中心Ｒとを結ぶ線分Ｌ２とが成す角度であるクランク角θ１（図１参照）が、ピストン３が下死点に向かい排気孔１０が開口する場合において、コンロッド２のクランクシャフト１との連結中心Ｐとクランクシャフト１の回転中心Ｒとを結ぶ線分Ｌ１と、ピストン３が下死点のときのコンロッド２のクランクシャフト１との連結中心Ｐ１とクランクシャフト１の回転中心Ｒとを結ぶ線分Ｌ２とが成す角度であるクランク角θ２（図２参照）よりも小さく（θ１＜θ２）なる。

そして、ここでは、ピストン３とコンロッド２との連結位置Ｃは、ピストン３の中心軸Ａ２上にあり、排気孔１０は、直線Ａ１を挟んでピストン３とコンロッド２との連結位置Ｃのオフセットしている側と反対側に設けられている。すなわち、ピストン３自体が、直線Ａ１に対して図示左側にオフセットＤされており、排気孔１０が、直線Ａ１に対して図示右側に設けられている。

このように、本実施形態にあっては、ピストン３のコンロッド２との連結位置Ｃは、クランクシャフト１の回転中心Ｒを通りピストン３の往復動方向に平行な直線Ａ１に対し、ピストン３が下死点から上死点に移動し排気孔１０が閉となるときのクランクシャフト１のコンロッド２との連結中心Ｐの位置と同じ側にオフセットされているので、ピストン３が上死点に向かい排気孔１０が閉口する場合において、コンロッド２のクランクシャフト１との連結中心Ｐとクランクシャフト１の回転中心Ｒとを結ぶ線分Ｌ１と、ピストン３が下死点のときのコンロッド２のクランクシャフト１との連結中心Ｐ１とクランクシャフト１の回転中心Ｒとを結ぶ線分Ｌ２とが成す角度であるクランク角θ１が、ピストン３が下死点に向かい排気孔１０が開口する場合において、コンロッド２のクランクシャフト１との連結中心Ｐとクランクシャフト１の回転中心Ｒとを結ぶ線分Ｌ１と、ピストン３が下死点のときのコンロッド２のクランクシャフト１との連結中心Ｐ１とクランクシャフト１の回転中心Ｒとを結ぶ線分Ｌ２とが成す角度であるクランク角θ２よりも小さくなる。そのため、ピストン３の下降時において排気孔１０が開口している時間に対して、ピストン３が下死点からの上昇時において排気孔１０が閉口するまでの時間を短くすることができる。これにより、排気孔１０が開口してからピストン３が至る下死点までの時間が長くなるので、新気ガスの導入と排気ガスの排出とを十分に行うことができ、ガス交換の効率化を図ることができると共に、吹き抜けの原因となる掃気行程後の排気孔１０の閉口までの時間が短くなるので、吹き抜けを効果的に減少することができる。

また、本実施形態にあっては、ピストン３とコンロッド２との連結位置Ｃをピストン３の中心軸Ａ２上とし、排気孔１０を直線Ａ１を挟んで連結位置ＣのオフセットＤしている側と反対側に設けているため、ピストン３を収容するシリンダブロック５がクランクシャフト１を収容するクランクケース６に対して排気孔１０の反対側寄りに配置されることになり、２サイクルエンジン１００全体の幅（図示左右方向）を変えることなく、シリンダブロック５の排気孔１０側に設けられる冷却フィン１４の長さを大きくでき、冷却効率を高めることができる。

以上、本発明をその実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、オフセット量は適宜変更することができる。そして、オフセット量を増加した場合には、クランク角θ１とクランク角θ２との差を増大できる。

本発明の一実施形態に係る２サイクルエンジンにおいてピストンが上死点に向かう状態を示す縦断面図である。２サイクルエンジンにおいてピストンが下死点に向かう状態を示す縦断面図である。２サイクルエンジンにおいてピストンが下死点に達した状態を示す縦断面図である。

符号の説明

１…クランクシャフト、２…コンロッド、３…ピストン、４…燃焼室、１０…排気孔、１１…掃気孔、１００…２サイクルエンジン、Ａ１…クランクシャフトの回転中心を通りピストンの往復動方向に平行な直線、Ａ２…中心軸、Ｃ…ピストンとコンロッドとの連結位置、Ｄ…オフセット、Ｐ…コンロッドのクランクシャフトとの連結中心、Ｐ１…ピストンが下死点のときのコンロッドのクランクシャフトとの連結中心、Ｒ…クランクシャフトの回転中心、θ１，θ２…クランク角。

Claims

燃焼室（４）に燃料を含有する作動ガスを導入する掃気孔（１１）と、前記燃焼室（４）内のガスを排出する排気孔（１０）とを備える２サイクルエンジン（１００）であって、クランクシャフト（１）にコンロッド（２）を介して連結されたピストン（３）が、前記クランクシャフト（１）の回転駆動に従い前記燃焼室（４）内を往復動することにより、前記掃気孔（１１）及び前記排気孔（１０）の開閉を制御して、前記ピストン（３）が上死点から下死点に至る場合には、前記排気孔（１０）、前記掃気孔（１１）の順で開とし、前記ピストン（３）が下死点から上死点に至る場合には、前記掃気孔（１１）、前記排気孔（１０）の順で閉とする２サイクルエンジン（１００）において、
前記ピストン（３）の前記コンロッド（２）との連結位置（Ｃ）は、前記クランクシャフト（１）の回転中心（Ｒ）を通り前記ピストン（３）の往復動方向に平行な直線（Ａ１）に対し、前記ピストン（３）が下死点から上死点に移動し前記排気孔（１０）が閉となるときの前記クランクシャフト（１）の前記コンロッド（２）との連結中心（Ｐ）の位置と同じ側にオフセットされていることを特徴とする２サイクルエンジン（１００）。
前記ピストン（３）と前記コンロッド（２）との前記連結位置（Ｃ）は、前記ピストン（３）の中心軸（Ａ２）上にあり、
前記排気孔（１０）は、前記直線（Ａ１）を挟んで前記連結位置（Ｃ）のオフセットしている側と反対側に設けられていることを特徴とする請求項１記載の２サイクルエンジン（１００）。