JP3778319B2 - ２サイクル内燃機関 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願の発明は、燃焼室内混合気の吹抜けを阻止して、燃焼安定性、燃費および排気浄化性能を高めた２サイクル内燃機関に関し、さらに詳しくは、燃焼室と該燃焼室に隣接するチャンバー部との連通路に、該連通路を開閉自在に制御する制御弁を配設するとともに、該連通路を介して前記燃焼室に燃料または混合気を、前記チャンバーに高圧縮ガスを、それぞれ供給もしくは充填する２サイクル内燃機関において、特に連通路と制御弁の形状と位置とを最適化して、これらの効果をさらに高めた２サイクル内燃機関に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来の２サイクル内燃機関では、気化器等により供給された燃料が吸入空気と混合され、この混合気がクランク室内に吸入された後、掃気開口を介して燃焼室に供給され、排気開口の開放時期が掃気開口の開放時期よりも早く（排気開口の開口上縁が掃気開口の開口上縁より高い）設定されているため、燃焼室内に供給された混合気が排気通路に排出され、いわゆる、吹抜けが生じ易かった。
【０００３】
この吹抜けは、排気チャンバーの排気脈動効果により、抑制されるものの、全運転域に亘っては、抑制は困難であり、その結果、燃費と排気浄化性能とに影響が出ていた。
【０００４】
これを解決するものとして、特開平３−１００３１８号公報および特開平５−３０２５２１号公報の２サイクル内燃機関があった。
【０００５】
特開平３−１００３１８号公報に記載された２サイクル内燃機関では、クランク室に逆止弁を介して高圧室が接続され、該高圧室と燃焼室とは空気通路でもって接続され、該空気通路の下端に電磁弁が介装され、該空気通路の上端には、燃焼室に向って燃料を噴射し得る燃料噴射弁が設けられている。
【０００６】
また、特開平５−３０２５２１号公報に記載された２サイクル内燃機関では、クランクケースとシリンダブロックとに隣接してチャンバーが配設され、クランク室とチャンバーとの間に吸気制御弁が介装されるとともに、該チャンバーとシリンダの燃焼室との間に掃気制御弁が介装され、該チャンバー内に向って燃料を噴射する燃料噴射弁が設けられている。
【０００７】
【解決しようとする課題】
しかしながら、特開平３−１００３１８号公報記載の２サイクル内燃機関においては、シリンダ側壁に燃焼室に臨んで燃料供給用開口を設け、該開口に向けて垂直に直に燃料噴射弁を配設しているため、噴霧は排気開口側のシリンダ壁に衝突して、そこに付着し易い。
【０００８】
また、ピストンと噴霧が干渉しないように、噴霧時期を早めると、排気開口に吹き抜け易くなり、逆に噴霧時期を遅らせるために燃料供給用開口を高い位置に配設すると、燃料噴射弁が高温の燃焼ガスに曝され、噴射弁に高い耐熱性が要求される。
【０００９】
また、特開平５−３０２５２１号公報記載の２サイクル内燃機関においては、掃気制御弁から噴射される混合気は、全ての掃気開口を介して燃焼室に供給される構造とされているため、混合気の排気開口からの吹抜けが避けられない。
【００１０】
本出願人は、これら従来のものが有する問題点を解決したものとして、先に特願平８−２６９３６６号の出願をした。
このものは、燃焼室と該燃焼室の側方に並設され燃料噴射装置に連なるチャンバーとの連通路に、該連通路を開閉自在に制御する制御弁が配設され、該連通路を介して燃焼室に燃料を、チャンバーに高圧縮ガスを、それぞれ供給もしくは充填する２サイクル内燃機関において、連通路は、燃焼室からチャンバーに高圧縮ガスが流れる第１連通路と、チャンバーから燃焼室に混合気が流れる第２連通路とからなっており、制御弁は、第１連通路に設けられる第１制御弁と、第２連通路に設けられる第２制御弁とからなっており、第１制御弁は、排気開口閉塞時近傍で前記第１連通路を連通させ、かつ、圧縮工程途中で第１連通路を閉塞させ、第２制御弁は、掃気開口閉塞時近傍で第２連通路を連通させ、かつ、圧縮工程途中で第１連通路が閉塞される前に第２連通路を閉塞させるようにされている。
【００１１】
本出願人による前記出願のものは、前記のように構成されているので、掃気初期に空気のみによる掃気が行なわれ、混合気がそのまま燃焼室内を通過して排気通路へ排出される吹抜けが未然に阻止される。また、燃焼室に供給される燃料（濃混合気）は、前記空気によって充分に掃気された燃焼室内に流入し、燃焼室内で適正な濃度の混合気となり、良好な燃焼が得られるので、高水準の燃費と、高い排気浄化性能が達成され得る。
【００１２】
また、チャンバーへの高圧縮ガスの充填は、圧縮工程下にある燃焼室から第１連通路を介して行われるので、その充填に燃焼室内のほぼ一定の高圧を利用することができ、従来のクランク室内の圧力を利用する充填に比べ、エンジン回転数の上昇に伴うスロットル弁の全開による圧力低下の影響がないため、より確実で、安定した高いチャンバー圧力が得られる（図９、図１０参照）。
【００１３】
さらに、濃混合気を作るための高圧縮ガスを燃焼室から得るようにしたので、チャンバーと燃焼室とを連通する連通路に配設される制御弁（回転弁）を燃焼室近傍のシリンダ壁に設けることが可能になり、この結果、制御弁と混合気噴射開口（第２連通路の燃焼室側開口）との間の連通路長さを短くすることができて、その分、混合気を連通路を通過させて移動させるのに必要とされていた空気の量を低減できる。
【００１４】
加えて、燃料が該連通路を移動するのに要する時間が短縮され、該時間のファクターが制御弁の開き時期の設定に及ぼす影響が小さくされて、制御弁の開き時期の設定が容易になるとともに、設定された制御弁の開き時期が、広い回転数範囲にわたって適合し易くなる。
【００１５】
本出願人による前記出願のものは、以上のように、種々の効果を奏することができるが、これらの効果をさらによく奏することができるようにするために、特に燃焼室とチャンバーとの連通路、該連通路に配設される制御弁等の形状と位置関係について、さらに最適化を図るべき点が残されていた。
【００１６】
【課題を解決するための手段および効果】
本願の発明は、前記のような課題を解決した２サイクル内燃機関の改良に係り、その請求項１に記載された発明は、燃焼室と該燃焼室に隣接するチャンバー部との連通路に、該連通路を開閉自在に制御する制御弁を配設するとともに、前記連通路を介して前記燃焼室に燃料または混合気を、前記チャンバーに高圧縮ガスを、それぞれ供給もしくは充填する２サイクル内燃機関において、前記連通路は、前記燃焼室から前記チャンバーに高圧縮ガスが流れる第１連通路と、前記チャンバーから前記燃焼室に混合気が流れる第２連通路とからなり、前記制御弁は、前記第１連通路に設けられる第１制御弁と、前記第２連通路に設けられる第２制御弁とからなり、前記第１制御弁は、排気開口閉塞時近傍で前記第１連通路を連通させ、かつ、圧縮工程途中で前記第１連通路を閉塞させ、前記第２制御弁は、掃気開口閉塞時近傍で前記第２連通路を連通させ、かつ、圧縮工程途中で前記第１連通路が閉塞される前に前記第２連通路を閉塞させるとともに、前記第１連通路と前記第２連通路の各燃焼室側開口は、シリンダ孔に開口され、かつ、前記第１連通路の燃焼室側開口の上端位置が、前記第２連通路の燃焼室側開口の上端位置より低くならないようにされたことを特徴とする２サイクル内燃機関である。
【００１７】
請求項１に記載された発明は、前記のように構成されているので、第１連通路は、第２連通路が第２制御弁により閉塞（混合気供給が終了）された後、第１制御弁により閉塞（高圧縮ガス充填が終了）されるが、これら連通路の燃焼室側開口も、この順序に従って圧縮工程下にあるピストンの上昇により閉塞されるようにすることができる。したがって、これら連通路の燃焼室側開口の位置を可能な限り最も低い位置にすることができるので、内燃機関の膨張比を略維持することができ、その熱効率を維持することができる。
【００１８】
また、その請求項２に記載された発明は、燃焼室と該燃焼室に隣接するチャンバー部との連通路に、該連通路を開閉自在に制御する制御弁を配設するとともに、前記連通路を介して前記燃焼室に燃料または混合気を、前記チャンバーに高圧縮ガスを、それぞれ供給もしくは充填する２サイクル内燃機関において、前記連通路は、前記燃焼室から前記チャンバーに高圧縮ガスが流れる第１連通路と、前記チャンバーから前記燃焼室に混合気が流れる第２連通路とからなり、前記制御弁は、前記第１連通路に設けられる第１制御弁と、前記第２連通路に設けられる第２制御弁とからなり、前記第１制御弁は、排気開口閉塞時近傍で前記第１連通路を連通させ、かつ、圧縮工程途中で前記第１連通路を閉塞させ、前記第２制御弁は、掃気開口閉塞時近傍で前記第２連通路を連通させ、かつ、圧縮工程途中で前記第１連通路が閉塞される前に前記第２連通路を閉塞させるとともに、前記第１連通路と前記第２連通路の各燃焼室側開口は、シリンダ孔に開口され、かつ、前記第２連通路の燃焼室側開口の位置が、前記第２制御弁が前記第２連通路を連通させた初期に、ピストンで閉ざされないようにされたことを特徴とする２サイクル内燃機関である。
【００１９】
請求項２に記載された発明は、前記のように構成されているので、制御弁から燃焼室に至る第２連通路の形状により調節された混合気の噴霧の方向が、ピストンにより乱されるようなことがなくなる。この結果、良好な燃焼が得られて、高い燃費および排気浄化性能が得られる。
【００２０】
また、その請求項３に記載された発明は、燃焼室と該燃焼室に隣接するチャンバー部との連通路に、該連通路を開閉自在に制御する制御弁を配設するとともに、前記連通路を介して前記燃焼室に燃料または混合気を、前記チャンバーに高圧縮ガスを、それぞれ供給もしくは充填する２サイクル内燃機関において、前記連通路は、前記燃焼室から前記チャンバーに高圧縮ガスが流れる第１連通路と、前記チャンバーから前記燃焼室に混合気が流れる第２連通路とからなり、前記制御弁は、前記第１連通路に設けられる第１制御弁と、前記第２連通路に設けられる第２制御弁とからなり、前記第１制御弁は、排気開口閉塞時近傍で前記第１連通路を連通させ、かつ、圧縮工程途中で前記第１連通路を閉塞させ、前記第２制御弁は、掃気開口閉塞時近傍で前記第２連通路を連通させ、かつ、圧縮工程途中で前記第１連通路が閉塞される前に前記第２連通路を閉塞させるとともに、前記第１連通路を前記燃焼室から前記チャンバーに高圧縮ガスが流れる時の流通時間と、該高圧縮ガスの圧力と、該第１連通路の通路断面積との積と、前記第２連通路を前記チャンバーから前記燃焼室に混合気が流れる時の流通時間と、該混合気の圧力と、該第２連通路の通路断面積との積とが、略等しくされたことを特徴とする２サイクル内燃機関である。
【００２１】
請求項３に記載された発明は、前記のように構成されているので、高圧縮ガスのチャンバーへの充填時間が短くても、燃焼室に混合気を供給するに必要な十分な量の高圧縮ガスがチャンバーに広い回転域にわたって確保されて、適正な燃料の供給と良好な噴霧が得られて、良好な燃焼が行なわれる。
【００２２】
また、第１連通路の燃焼室側開口の面積、したがって、また、第１連通路の燃焼室側容積を必要最小限に小さくすることができるので、内燃機関の膨張比を略維持することができて、その熱効率を維持することができる。
【００２３】
さらに、その請求項４に記載された発明は、燃焼室と該燃焼室に隣接するチャンバー部との連通路に、該連通路を開閉自在に制御する制御弁を配設するとともに、前記連通路を介して前記燃焼室に燃料または混合気を、前記チャンバーに高圧縮ガスを、それぞれ供給もしくは充填する２サイクル内燃機関において、前記連通路は、前記燃焼室から前記チャンバーに高圧縮ガスが流れる第１連通路と、前記チャンバーから前記燃焼室に混合気が流れる第２連通路とからなり、前記制御弁は、前記第１連通路に設けられる第１制御弁と、前記第２連通路に設けられる第２制御弁とからなり、前記第１制御弁は、排気開口閉塞時近傍で前記第１連通路を連通させ、かつ、圧縮工程途中で前記第１連通路を閉塞させ、前記第２制御弁は、掃気開口閉塞時近傍で前記第２連通路を連通させ、かつ、圧縮工程途中で前記第１連通路が閉塞される前に前記第２連通路を閉塞させるとともに、前記チャンバーへの高圧縮ガスの充填時期と、前記燃焼室への混合気の供給時期とは、互いに重なり合う時期があるようにされたことを特徴とする２サイクル内燃機関である。
【００２４】
請求項４に記載された発明は、前記のように構成されているので、シリンダ内圧力（燃焼室圧力）が内燃機関の運転条件によって変動しても、チャンバー圧力がシリンダ内圧力と等しくなるクランク角においては、常に高圧縮ガスの充填と混合気の供給とが可能な状態にされているので、チャンバーへは混合気を燃焼室に搬送するに必要な十分な量の高圧縮ガスが効率よく充填され、燃焼室へは適正な量の混合気が効率よく供給される。
【００２５】
また、請求項５記載のように請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の発明を構成することにより、第１制御弁と第２制御弁の製造と、それらの制御機構の構成が容易になる。
【００２６】
その他、本願の請求項１ないし請求項５に記載された各発明は、前記効果のほか、本出願人による先の出願のものが奏する効果を、それぞれ奏することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、図１ないし図１０に図示される本願の請求項１ないし請求項５に記載された発明の一実施形態について説明する。
図１は本実施形態における火花点火式２サイクル内燃機関の縦断側面図、図２および図３は、それぞれ図１の異なる要部の拡大図、図４は図１のＩＶ−ＩＶ線で切断した横断側面図、図５は回転弁の縦断面図、図６および図７は、それぞれ図５のＶＩ−ＶＩ線およびＶＩＩ−ＶＩＩ線で切断した断面図、図８は火花点火式２サイクル内燃機関の運転サイクルを図示した説明図、図９および図１０は、火花点火式２サイクル内燃機関の運転特性を示した図であって、図９はスロットル全開の場合の、図１０はスロットル２０％開の場合の、クランク角とシリンダ内、クランクケース、チャンバーの各圧力との関係を示した図である。
【００２８】
これらの図において、火花点火式２サイクル内燃機関１は、図示されない自動二輪車に搭載されるもので、該火花点火式２サイクル内燃機関１では、クランクケース２の上方にシリンダブロック３およびシリンダヘッド４が順次重ねられて、相互に一体に結合されている。
【００２９】
また、シリンダブロック３に形成されたシリンダ孔５にピストン６が上下に摺動自在に嵌装され、該ピストン６とクランク軸８とは連接棒７によって相互に連結されており、ピストン６の昇降に伴なってクランク軸８が回転駆動されるようになっている。
【００３０】
さらに、車体後方から前方に指向した吸気通路10がクランクケース２の吸気通路10に接続され、該吸気通路10にはスロットル弁（図示されず）とリード弁12とが直列に介装され、スロットル弁は図示されない連結手段を介してスロットルグリップ（図示されず）に連結されており、スロットルグリップを一方向へ捩ると、スロットル弁の開度が増大するようになっている。
【００３１】
さらにまた、クランクケース２およびシリンダブロック３には、シリンダ孔５の上部とクランク室９とを連通する左右２本ずつ、合計で４本の空気供給用掃気通路14、15と、後述する混合気（燃料）供給用開口34および高圧縮ガス取入れ用開口31下方に開口する後方の空気供給用掃気通路42との、全部で５本の空気供給用掃気通路が形成され、それらのシリンダ孔５側の端部は、開口16、17、43とされて、該シリンダ孔５に開口している。空気供給用掃気通路42は、リード弁12の後流側のクランクケース２の吸気通路10に直接連なっている。
【００３２】
排気通路21のシリンダ孔５側排気開口22は、これら空気供給用掃気通路14、15、42の開口16、17、43より高い位置にまで延びて、後述する混合気供給用開口34および高圧縮ガス取入れ用開口31と対抗した位置に配置されている。24は排気通路21の排気開口22の近くに設けられ、該排気開口22の上縁高さを変化させて排気タイミングを可変にし、かつ排気通路21の断面積をも可変にする排気制御弁である。
【００３３】
シリンダ孔５の上方の略半球形状の燃焼室13は、排気開口22寄りにオフセットされ、該燃焼室13に点火栓23が配設されている。
【００３４】
車体後方寄りに位置して、燃焼室13側方のシリンダブロック３には、チャンバー29が並設されている。そして、該チャンバー29と燃焼室13とを連通する第１連通路（高圧縮ガス通路）30、第２連通路（混合気通路）33の途中の弁収納孔40には、回転弁36が回転自在に嵌装され、該回転弁36は、図示されない伝動機構により、クランク軸８と反対方向 (図１で時計方向) に同一回転速度で回転駆動されるようになっている。39は回転弁36の一端に装着され、前記図示されない伝動機構が架渡されるプーリである（図４参照）。
【００３５】
第１連通路30には、燃焼室13からチャンバー29に高圧縮ガスが流れる。また、第２連通路33には、チャンバー29から燃焼室13に混合気もしくは該混合気形成前の高圧縮ガスが流れる。そして、これら両連通路30、33における高圧縮ガスと混合気の流れは、図５ないし図７に図示されるように、回転弁36を構成し第１連通路30に配設される一方の第１制御弁（高圧縮ガス充填制御弁）38と、回転弁36を構成し第２連通路33に配設される他方の第２制御弁（混合気噴射制御弁）37とにより、それぞれ所定のタイミングで連通・遮断制御される。
【００３６】
第１連通路30は、図４に図示されるように、左右（図において上下）に２個所設けられており、これら左右２個所の連通路30の各々に第１制御弁38が設けられ、これら左右２個所の連通路30の間に、第２連通路33が配置されている。
【００３７】
図５ないし図７には、これら第１制御弁38と第２制御弁37とが並設された回転弁36の断面図が示されている。第１制御弁38は、回転弁36の素材をなす回転体の外周所定長の円弧の両端を直線で結んだ三日月形状に切り落として形成され、第２制御弁37は、周方向所定長、所定の深さの切欠きとして形成され、その先端は、混合気の噴霧が直線的に円滑になされるように、段差をなくして形成されている。
【００３８】
ここで、第１連通路30、第２連通路33、第１制御弁38、第２制御弁37等の形状と位置関係は、次のように設定されている。
第１連通路30の燃焼室13側開口である高圧縮ガス取入れ用開口31の上端位置ｈ1 は、第２連通路33の燃焼室13側開口である混合気供給用開口34の上端位置ｈ2 より低くならないように、高く設定されている。また、該混合気供給用開口34の位置は、第２制御弁37が第２連通路33を連通させた初期に、該開口34がピストンにより閉ざされないように、その下端とピストン６の外周上端との間に距離ｓ（可変）が保持されるようにして、形成されている（図１ないし図３参照）。
【００３９】
さらに、第１連通路30を燃焼室13からチャンバー29に高圧縮ガスが流れる時の流通時間と、該高圧縮ガスの圧力と、高圧縮ガス取入れ用開口31の面積との積と、第２連通路33をチャンバー29から燃焼室13に混合気が流れる時の流通時間と、該混合気の圧力と、混合気供給用開口34の面積との積とは、略等しくなるように設定されている。
【００４０】
第１制御弁38、第２制御弁37の開閉のタイミングは、次のようになされる。
図８ないし図１０をも参照して、第１制御弁38は、排気開口22の閉塞時近傍で第１連通路30を連通させ、かつ、圧縮工程途中で該第１連通路30を閉塞させ、この間、燃焼室13に臨む高圧縮ガス取入れ用開口31から燃焼室13内の高圧縮ガスをチャンバー29に取り入れ充填する（図９および図１０におけるｂ）。32は第１連通路30のチャンバー29側開口である。
【００４１】
他方、第２制御弁37は、掃気開口16、17、43の閉塞時近傍で第２連通路33を連通させ、かつ、圧縮工程途中で第１連通路30が閉塞される前に該第２連通路33を閉塞させ、この間、チャンバー29から燃焼室13内に混合気を供給噴射せしめる（図９および図１０におけるａ）。このように、チャンバー29への高圧縮ガスの充填時期と、燃焼室13への混合気の供給時期とは、互いに重なり合う時期があるように設定されている（図９および図１０におけるｃ）。
【００４２】
混合気の形成は、次のようにしてなされる。
図４に図示されるように、チャンバー29の左右両側には、燃料噴射装置41がシリンダブロック３に左右対称に取り付けられており、これらの燃料噴射装置41より噴射された燃料は、第２制御弁37が第２連通路33を連通させる直前に、該第２制御弁37の切欠きが臨む混合気形成用空間44（図３参照）内に両側斜め下方から噴出される。その噴出位置は、平面視第２連通路33の略中央部であり、該位置において、チャンバー29は、第２連通路33のチャンバー29側開口35、前記混合気形成用空間44を介して燃料噴射装置41に連なっている。
【００４３】
次いで、第２制御弁37が第２連通路33を連通させると、チャンバー29に充填されていた高圧縮ガスが、開口35より第２連通路33内に流入し、待機していた燃料と混合して混合気を形成しつつ、チャンバー29内の高圧により圧送されて、混合気供給用開口34から燃焼室13に噴射される。
【００４４】
図示の火花点火式２サイクル内燃機関１は、前記のように構成されているので、次のように作動する。
図示されないスタータモータによりクランク軸８が図１にて反時計方向へ回転駆動されると、図８に図示されるように、上死点（ＴＤＣ）前90°の時点にて排気開口22がピストン６により閉塞されて圧縮工程に入る。そうすると、第１制御弁38が開いて第１連通路30を連通させ、燃焼室13内の高圧縮ガスが、高圧縮ガス取入れ用開口31、第１連通路30、開口32を介してチャンバー29に充填される。
【００４５】
さらに、上死点（ＴＤＣ）前略75°の時点にて第２連通路33の燃焼室13側端部の混合気供給用開口34がピストン６により閉塞され、その後、高圧縮ガス取入れ開口31がピストン６により閉塞され、燃焼室13への混合気の供給、チャンバー29への高圧縮ガスの充填が相次いで終了する。
【００４６】
さらに燃焼室13が圧縮され、上死点前所定タイミングにて点火栓23が点火され、また、ピストン６の上昇によりクランク室９は膨張を続けて、吸気が続行される。
【００４７】
そして、上死点（ＴＤＣ）に達した以後、燃焼室13内の混合気が燃焼して膨張するとともに、ピストン６の下降によりクランク室９は圧縮され、クランク室９内の空気は圧縮される。
さらに、上死点（ＴＤＣ）から90°経過した時点 (排気制御弁24の上下位置で変動する) で、排気開口22が開放され、燃焼ガスが排気通路21より排出される。
【００４８】
さらにまた、上死点（ＴＤＣ）から約122 °経過した時点で、ピストン６の下降により掃気開口16、17、43が開口され、クランク室９内の圧縮された空気 (燃料を含んでいない) が空気供給用掃気通路14、15、42を介して掃気開口16、17、43より燃焼室13内に流入し、燃焼室13内の既燃焼ガスが排気開口22の方に向って押し出され、空気のみによる掃気が行なわれ、それと同時に燃料噴射装置41より燃料が、第２制御弁37の切欠きが臨む混合気形成用空間44内に噴出される。
【００４９】
次に、下死点（ＢＤＣ）から約58°経過した時点で掃気開口16、17、43がピストン６の上昇により閉塞され、掃気開口16、17、43からの空気の流入による掃気が停止されるとともに、ほぼこの時点から、第２制御弁37が第２連通路33を連通させ、混合気が混合気供給用開口34から燃焼室13内に噴射される。同時に、ピストン６の上昇によるクランク室９の膨張でもって、吸気通路10よりリード弁12を介してクランク室９内に空気が吸入される。なお、前記混合気の噴射に際し、該混合気の吹抜けはほとんどない。
【００５０】
本実施形態における火花点火式２サイクル内燃機関１は、前記のように構成され、前記のように作動するので、次のような効果を奏することができる。
前記のように、図示の火花点火式２サイクル内燃機関１では、掃気初期に空気のみによる掃気が行なわれるので、混合気がそのまま燃焼室13内を通過して排気通路21へ排出される吹抜けが未然に阻止され、燃費の向上と未燃ガスによる大気汚染の防止が達成され得る。
【００５１】
また、チャンバー29に充填された高圧縮ガスと、燃料噴射装置41より噴射された燃料とにより、第２連通路33内において生成される混合気は、濃い混合気であり、これが、空気供給用掃気通路14、15、42を通過した燃料を含まない空気によって充分に掃気された燃焼室13内に流入するので、該燃焼室13内で適正な濃度の混合気となり、良好な燃焼が得られて、高水準の燃費と、高い排気浄化性能が達成され得る。
【００５２】
また、高圧縮ガス取入れ用開口31の上端位置が、混合気供給用開口34の上端位置より低くならないようにされているので、第１連通路30は、第２連通路33が第２制御弁37により閉塞（混合気供給が終了）された後、第１制御弁38により閉塞（高圧縮ガス充填が終了）されるが、これら連通路30、33の燃焼室側開口である高圧縮ガス取入れ用開口31、混合気供給用開口34も、この順序に従って圧縮工程下にあるピストンの上昇により閉塞されるようにすることができる。したがって、これら高圧縮ガス取入れ用開口31、混合気供給用開口34の位置を可能な限り最も低い位置にすることができるので、内燃機関１の膨張比をほぼ維持することができ、その熱効率を維持することができる。
【００５３】
仮に、高圧縮ガス取入れ用開口31の上端位置が、混合気供給用開口34の上端位置より低くされたとする。そうすると、高圧縮ガス取入れ用開口31の上端位置は、第１連通路30が第１制御弁38により閉塞される前、該第１連通路30を流れる高圧縮ガスの流れを閉塞しないように十分な高さにされなければならないところ、該第１制御弁38による第１連通路30の閉塞に先立って既に閉塞されている第２連通路33の燃焼室側開口である混合気供給用開口34の上端位置は、高圧縮ガス取入れ用開口31の上端位置より不要に高いのであるから、全体的に、これら開口31、34の上端位置は、高い水準位置に形成されることになり、この結果、内燃機関１の膨張比が低減されて、その熱効率を維持することができなくなる。
【００５４】
さらに、混合気供給用開口34の位置は、第２制御弁37が第２連通路33を連通させた初期に、ピストン６で閉ざされないように、距離ｓ（可変）が保持されるようにされているので、第２制御弁37から燃焼室13に至る第２連通路33の形状により調節される混合気の噴霧の方向が、ピストン６により乱されるようなことがなくなる。この結果、良好な燃焼が得られて、高い燃費および排気浄化性能が得られる。
【００５５】
また、第１連通路30を燃焼室13からチャンバー29に高圧縮ガスが流れる時の流通時間と、該高圧縮ガスの圧力と、高圧縮ガス取入れ用開口31の面積との積と、第２連通路33をチャンバー29から燃焼室13に混合気が流れる時の流通時間と、該混合気の圧力と、混合気供給用開口34の面積との積とは、略等しくなるように設定されているので、図８ないし図１０から明らかなように、高圧縮ガス（圧縮ガス）のチャンバー29への充填時間が短くても、高圧縮ガスの圧力ないしは高圧縮ガス取入れ用開口31の面積を増加することにより、これら３者の積が稼げるので、高圧縮ガスのチャンバー29への充填量は、ほぼ混合気の燃焼室13への供給量と見合う量になり、燃焼室13に混合気を供給するに十分な量の高圧縮ガスがチャンバー29に広い回転域にわたって確保されて、適正な燃料の供給と良好な噴霧が得られ、良好な燃焼が行なわれる。
【００５６】
なお、この場合、各流体の流通時間、圧力、流通通路断面積としては、必ずしも、第１連通路30および第２連通路33の燃焼室13側開口31、34の位置におけるそれらの値に限定されず、第１制御弁38および第２制御弁37の各周方向切欠きの位置におけるそれらの値が選択されてもよく、この場合にあっては、第１連通路30に配設される第１制御弁38の周方向切欠きの深さを、第２連通路33に配設される第２制御弁37の周方向切欠きの深さより深く形成することにより、前記と同様の効果を奏することができる（図６、図７参照）。
【００５７】
また、前記のように、両者の積が略等しくなるようにすることにより、高圧縮ガス取入れ用開口31の面積、したがって、また、第１連通路30の燃焼室13側容積を必要最小限に小さくすることができるので、内燃機関１の膨張比を略維持することができて、その熱効率を維持することができる。
【００５８】
さらに、チャンバー29への高圧縮ガスの充填時期と、燃焼室13への混合気の供給時期とは、互いに重なり合う時期があるように設定されているので、シリンダ内圧力（燃焼室13内圧力）が内燃機関１の運転条件によって変動しても、チャンバー29の圧力がシリンダ内圧力と等しくなるクランク角においては、常に高圧縮ガスの充填と混合気の供給とが可能な状態にされており、このため、チャンバー29へは、混合気を燃焼室13に搬送するに十分な高圧縮ガスが効率よく充填され、また、燃焼室13へは、適正な量の混合気が効率よく供給される。
【００５９】
また、第１制御弁38と第２制御弁37とは、回転弁36の素材をなす回転体の軸方向に並設され、位相を変えて一体に連結された回転弁として構成されているので、これら制御弁の製造と、それらの制御機構の構成が容易になる。
【００６０】
その他、本実施形態における火花点火式２サイクル内燃機関１は、前記した、本出願人による先の出願のものが奏する効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願の請求項１ないし請求項５に記載された発明の一実施形態ににおける火花点火式２サイクル内燃機関の縦断側面図である。
【図２】図１の要部の拡大図である。
【図３】図１の他の要部の拡大図である。
【図４】図１のＩＶ−ＩＶ線で切断した横断側面図である。
【図５】図１の実施形態において、回転弁の縦断面図である。
【図６】図５のＶＩ−ＶＩ線で切断した断面図である。
【図７】図５のＶＩＩ−ＶＩＩ線で切断した断面図である。
【図８】図１の実施形態において、火花点火式２サイクル内燃機関の運転サイクルを図示した説明図である。
【図９】図１の実施形態において、火花点火式２サイクル内燃機関の運転特性を示した図である。
【図１０】図１の実施形態において、火花点火式２サイクル内燃機関の他の異なる状態における運転特性を示した図である。
【符号の説明】
１…火花点火式２サイクル内燃機関、２…クランクケース、３…シリンダブロック、４…シリンダヘッド、５…シリンダ孔、６…ピストン、７…連接棒、８…クランク軸、９…クランク室、10…吸気通路、12…リード弁、13…燃焼室、14, 15…空気供給用掃気通路、16、17…掃気開口、21…排気通路、22…排気開口、23…点火栓、24…排気制御弁、29…チャンバー、30…第１連通路（高圧縮ガス通路）、31…高圧縮ガス取入れ用開口、32…開口、33…第２連通路（混合気通路）、34…混合気供給用開口、35…開口、36…回転弁、37…第２制御弁（切欠き）、38…第１制御弁（切欠き）、39…プーリ、40…弁収納孔、41…燃料噴射弁、42…空気供給用掃気通路、43…掃気開口、44…混合気形成用空間。
【発明の属する技術分野】
本願の発明は、燃焼室内混合気の吹抜けを阻止して、燃焼安定性、燃費および排気浄化性能を高めた２サイクル内燃機関に関し、さらに詳しくは、燃焼室と該燃焼室に隣接するチャンバー部との連通路に、該連通路を開閉自在に制御する制御弁を配設するとともに、該連通路を介して前記燃焼室に燃料または混合気を、前記チャンバーに高圧縮ガスを、それぞれ供給もしくは充填する２サイクル内燃機関において、特に連通路と制御弁の形状と位置とを最適化して、これらの効果をさらに高めた２サイクル内燃機関に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来の２サイクル内燃機関では、気化器等により供給された燃料が吸入空気と混合され、この混合気がクランク室内に吸入された後、掃気開口を介して燃焼室に供給され、排気開口の開放時期が掃気開口の開放時期よりも早く（排気開口の開口上縁が掃気開口の開口上縁より高い）設定されているため、燃焼室内に供給された混合気が排気通路に排出され、いわゆる、吹抜けが生じ易かった。
【０００３】
この吹抜けは、排気チャンバーの排気脈動効果により、抑制されるものの、全運転域に亘っては、抑制は困難であり、その結果、燃費と排気浄化性能とに影響が出ていた。
【０００４】
これを解決するものとして、特開平３−１００３１８号公報および特開平５−３０２５２１号公報の２サイクル内燃機関があった。
【０００５】
特開平３−１００３１８号公報に記載された２サイクル内燃機関では、クランク室に逆止弁を介して高圧室が接続され、該高圧室と燃焼室とは空気通路でもって接続され、該空気通路の下端に電磁弁が介装され、該空気通路の上端には、燃焼室に向って燃料を噴射し得る燃料噴射弁が設けられている。
【０００６】
また、特開平５−３０２５２１号公報に記載された２サイクル内燃機関では、クランクケースとシリンダブロックとに隣接してチャンバーが配設され、クランク室とチャンバーとの間に吸気制御弁が介装されるとともに、該チャンバーとシリンダの燃焼室との間に掃気制御弁が介装され、該チャンバー内に向って燃料を噴射する燃料噴射弁が設けられている。
【０００７】
【解決しようとする課題】
しかしながら、特開平３−１００３１８号公報記載の２サイクル内燃機関においては、シリンダ側壁に燃焼室に臨んで燃料供給用開口を設け、該開口に向けて垂直に直に燃料噴射弁を配設しているため、噴霧は排気開口側のシリンダ壁に衝突して、そこに付着し易い。
【０００８】
また、ピストンと噴霧が干渉しないように、噴霧時期を早めると、排気開口に吹き抜け易くなり、逆に噴霧時期を遅らせるために燃料供給用開口を高い位置に配設すると、燃料噴射弁が高温の燃焼ガスに曝され、噴射弁に高い耐熱性が要求される。
【０００９】
また、特開平５−３０２５２１号公報記載の２サイクル内燃機関においては、掃気制御弁から噴射される混合気は、全ての掃気開口を介して燃焼室に供給される構造とされているため、混合気の排気開口からの吹抜けが避けられない。
【００１０】
本出願人は、これら従来のものが有する問題点を解決したものとして、先に特願平８−２６９３６６号の出願をした。
このものは、燃焼室と該燃焼室の側方に並設され燃料噴射装置に連なるチャンバーとの連通路に、該連通路を開閉自在に制御する制御弁が配設され、該連通路を介して燃焼室に燃料を、チャンバーに高圧縮ガスを、それぞれ供給もしくは充填する２サイクル内燃機関において、連通路は、燃焼室からチャンバーに高圧縮ガスが流れる第１連通路と、チャンバーから燃焼室に混合気が流れる第２連通路とからなっており、制御弁は、第１連通路に設けられる第１制御弁と、第２連通路に設けられる第２制御弁とからなっており、第１制御弁は、排気開口閉塞時近傍で前記第１連通路を連通させ、かつ、圧縮工程途中で第１連通路を閉塞させ、第２制御弁は、掃気開口閉塞時近傍で第２連通路を連通させ、かつ、圧縮工程途中で第１連通路が閉塞される前に第２連通路を閉塞させるようにされている。
【００１１】
本出願人による前記出願のものは、前記のように構成されているので、掃気初期に空気のみによる掃気が行なわれ、混合気がそのまま燃焼室内を通過して排気通路へ排出される吹抜けが未然に阻止される。また、燃焼室に供給される燃料（濃混合気）は、前記空気によって充分に掃気された燃焼室内に流入し、燃焼室内で適正な濃度の混合気となり、良好な燃焼が得られるので、高水準の燃費と、高い排気浄化性能が達成され得る。
【００１２】
また、チャンバーへの高圧縮ガスの充填は、圧縮工程下にある燃焼室から第１連通路を介して行われるので、その充填に燃焼室内のほぼ一定の高圧を利用することができ、従来のクランク室内の圧力を利用する充填に比べ、エンジン回転数の上昇に伴うスロットル弁の全開による圧力低下の影響がないため、より確実で、安定した高いチャンバー圧力が得られる（図９、図１０参照）。
【００１３】
さらに、濃混合気を作るための高圧縮ガスを燃焼室から得るようにしたので、チャンバーと燃焼室とを連通する連通路に配設される制御弁（回転弁）を燃焼室近傍のシリンダ壁に設けることが可能になり、この結果、制御弁と混合気噴射開口（第２連通路の燃焼室側開口）との間の連通路長さを短くすることができて、その分、混合気を連通路を通過させて移動させるのに必要とされていた空気の量を低減できる。
【００１４】
加えて、燃料が該連通路を移動するのに要する時間が短縮され、該時間のファクターが制御弁の開き時期の設定に及ぼす影響が小さくされて、制御弁の開き時期の設定が容易になるとともに、設定された制御弁の開き時期が、広い回転数範囲にわたって適合し易くなる。
【００１５】
本出願人による前記出願のものは、以上のように、種々の効果を奏することができるが、これらの効果をさらによく奏することができるようにするために、特に燃焼室とチャンバーとの連通路、該連通路に配設される制御弁等の形状と位置関係について、さらに最適化を図るべき点が残されていた。
【００１６】
【課題を解決するための手段および効果】
本願の発明は、前記のような課題を解決した２サイクル内燃機関の改良に係り、その請求項１に記載された発明は、燃焼室と該燃焼室に隣接するチャンバー部との連通路に、該連通路を開閉自在に制御する制御弁を配設するとともに、前記連通路を介して前記燃焼室に燃料または混合気を、前記チャンバーに高圧縮ガスを、それぞれ供給もしくは充填する２サイクル内燃機関において、前記連通路は、前記燃焼室から前記チャンバーに高圧縮ガスが流れる第１連通路と、前記チャンバーから前記燃焼室に混合気が流れる第２連通路とからなり、前記制御弁は、前記第１連通路に設けられる第１制御弁と、前記第２連通路に設けられる第２制御弁とからなり、前記第１制御弁は、排気開口閉塞時近傍で前記第１連通路を連通させ、かつ、圧縮工程途中で前記第１連通路を閉塞させ、前記第２制御弁は、掃気開口閉塞時近傍で前記第２連通路を連通させ、かつ、圧縮工程途中で前記第１連通路が閉塞される前に前記第２連通路を閉塞させるとともに、前記第１連通路と前記第２連通路の各燃焼室側開口は、シリンダ孔に開口され、かつ、前記第１連通路の燃焼室側開口の上端位置が、前記第２連通路の燃焼室側開口の上端位置より低くならないようにされたことを特徴とする２サイクル内燃機関である。
【００１７】
請求項１に記載された発明は、前記のように構成されているので、第１連通路は、第２連通路が第２制御弁により閉塞（混合気供給が終了）された後、第１制御弁により閉塞（高圧縮ガス充填が終了）されるが、これら連通路の燃焼室側開口も、この順序に従って圧縮工程下にあるピストンの上昇により閉塞されるようにすることができる。したがって、これら連通路の燃焼室側開口の位置を可能な限り最も低い位置にすることができるので、内燃機関の膨張比を略維持することができ、その熱効率を維持することができる。
【００１８】
また、その請求項２に記載された発明は、燃焼室と該燃焼室に隣接するチャンバー部との連通路に、該連通路を開閉自在に制御する制御弁を配設するとともに、前記連通路を介して前記燃焼室に燃料または混合気を、前記チャンバーに高圧縮ガスを、それぞれ供給もしくは充填する２サイクル内燃機関において、前記連通路は、前記燃焼室から前記チャンバーに高圧縮ガスが流れる第１連通路と、前記チャンバーから前記燃焼室に混合気が流れる第２連通路とからなり、前記制御弁は、前記第１連通路に設けられる第１制御弁と、前記第２連通路に設けられる第２制御弁とからなり、前記第１制御弁は、排気開口閉塞時近傍で前記第１連通路を連通させ、かつ、圧縮工程途中で前記第１連通路を閉塞させ、前記第２制御弁は、掃気開口閉塞時近傍で前記第２連通路を連通させ、かつ、圧縮工程途中で前記第１連通路が閉塞される前に前記第２連通路を閉塞させるとともに、前記第１連通路と前記第２連通路の各燃焼室側開口は、シリンダ孔に開口され、かつ、前記第２連通路の燃焼室側開口の位置が、前記第２制御弁が前記第２連通路を連通させた初期に、ピストンで閉ざされないようにされたことを特徴とする２サイクル内燃機関である。
【００１９】
請求項２に記載された発明は、前記のように構成されているので、制御弁から燃焼室に至る第２連通路の形状により調節された混合気の噴霧の方向が、ピストンにより乱されるようなことがなくなる。この結果、良好な燃焼が得られて、高い燃費および排気浄化性能が得られる。
【００２０】
また、その請求項３に記載された発明は、燃焼室と該燃焼室に隣接するチャンバー部との連通路に、該連通路を開閉自在に制御する制御弁を配設するとともに、前記連通路を介して前記燃焼室に燃料または混合気を、前記チャンバーに高圧縮ガスを、それぞれ供給もしくは充填する２サイクル内燃機関において、前記連通路は、前記燃焼室から前記チャンバーに高圧縮ガスが流れる第１連通路と、前記チャンバーから前記燃焼室に混合気が流れる第２連通路とからなり、前記制御弁は、前記第１連通路に設けられる第１制御弁と、前記第２連通路に設けられる第２制御弁とからなり、前記第１制御弁は、排気開口閉塞時近傍で前記第１連通路を連通させ、かつ、圧縮工程途中で前記第１連通路を閉塞させ、前記第２制御弁は、掃気開口閉塞時近傍で前記第２連通路を連通させ、かつ、圧縮工程途中で前記第１連通路が閉塞される前に前記第２連通路を閉塞させるとともに、前記第１連通路を前記燃焼室から前記チャンバーに高圧縮ガスが流れる時の流通時間と、該高圧縮ガスの圧力と、該第１連通路の通路断面積との積と、前記第２連通路を前記チャンバーから前記燃焼室に混合気が流れる時の流通時間と、該混合気の圧力と、該第２連通路の通路断面積との積とが、略等しくされたことを特徴とする２サイクル内燃機関である。
【００２１】
請求項３に記載された発明は、前記のように構成されているので、高圧縮ガスのチャンバーへの充填時間が短くても、燃焼室に混合気を供給するに必要な十分な量の高圧縮ガスがチャンバーに広い回転域にわたって確保されて、適正な燃料の供給と良好な噴霧が得られて、良好な燃焼が行なわれる。
【００２２】
また、第１連通路の燃焼室側開口の面積、したがって、また、第１連通路の燃焼室側容積を必要最小限に小さくすることができるので、内燃機関の膨張比を略維持することができて、その熱効率を維持することができる。
【００２３】
さらに、その請求項４に記載された発明は、燃焼室と該燃焼室に隣接するチャンバー部との連通路に、該連通路を開閉自在に制御する制御弁を配設するとともに、前記連通路を介して前記燃焼室に燃料または混合気を、前記チャンバーに高圧縮ガスを、それぞれ供給もしくは充填する２サイクル内燃機関において、前記連通路は、前記燃焼室から前記チャンバーに高圧縮ガスが流れる第１連通路と、前記チャンバーから前記燃焼室に混合気が流れる第２連通路とからなり、前記制御弁は、前記第１連通路に設けられる第１制御弁と、前記第２連通路に設けられる第２制御弁とからなり、前記第１制御弁は、排気開口閉塞時近傍で前記第１連通路を連通させ、かつ、圧縮工程途中で前記第１連通路を閉塞させ、前記第２制御弁は、掃気開口閉塞時近傍で前記第２連通路を連通させ、かつ、圧縮工程途中で前記第１連通路が閉塞される前に前記第２連通路を閉塞させるとともに、前記チャンバーへの高圧縮ガスの充填時期と、前記燃焼室への混合気の供給時期とは、互いに重なり合う時期があるようにされたことを特徴とする２サイクル内燃機関である。
【００２４】
請求項４に記載された発明は、前記のように構成されているので、シリンダ内圧力（燃焼室圧力）が内燃機関の運転条件によって変動しても、チャンバー圧力がシリンダ内圧力と等しくなるクランク角においては、常に高圧縮ガスの充填と混合気の供給とが可能な状態にされているので、チャンバーへは混合気を燃焼室に搬送するに必要な十分な量の高圧縮ガスが効率よく充填され、燃焼室へは適正な量の混合気が効率よく供給される。
【００２５】
また、請求項５記載のように請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の発明を構成することにより、第１制御弁と第２制御弁の製造と、それらの制御機構の構成が容易になる。
【００２６】
その他、本願の請求項１ないし請求項５に記載された各発明は、前記効果のほか、本出願人による先の出願のものが奏する効果を、それぞれ奏することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、図１ないし図１０に図示される本願の請求項１ないし請求項５に記載された発明の一実施形態について説明する。
図１は本実施形態における火花点火式２サイクル内燃機関の縦断側面図、図２および図３は、それぞれ図１の異なる要部の拡大図、図４は図１のＩＶ−ＩＶ線で切断した横断側面図、図５は回転弁の縦断面図、図６および図７は、それぞれ図５のＶＩ−ＶＩ線およびＶＩＩ−ＶＩＩ線で切断した断面図、図８は火花点火式２サイクル内燃機関の運転サイクルを図示した説明図、図９および図１０は、火花点火式２サイクル内燃機関の運転特性を示した図であって、図９はスロットル全開の場合の、図１０はスロットル２０％開の場合の、クランク角とシリンダ内、クランクケース、チャンバーの各圧力との関係を示した図である。
【００２８】
これらの図において、火花点火式２サイクル内燃機関１は、図示されない自動二輪車に搭載されるもので、該火花点火式２サイクル内燃機関１では、クランクケース２の上方にシリンダブロック３およびシリンダヘッド４が順次重ねられて、相互に一体に結合されている。
【００２９】
また、シリンダブロック３に形成されたシリンダ孔５にピストン６が上下に摺動自在に嵌装され、該ピストン６とクランク軸８とは連接棒７によって相互に連結されており、ピストン６の昇降に伴なってクランク軸８が回転駆動されるようになっている。
【００３０】
さらに、車体後方から前方に指向した吸気通路10がクランクケース２の吸気通路10に接続され、該吸気通路10にはスロットル弁（図示されず）とリード弁12とが直列に介装され、スロットル弁は図示されない連結手段を介してスロットルグリップ（図示されず）に連結されており、スロットルグリップを一方向へ捩ると、スロットル弁の開度が増大するようになっている。
【００３１】
さらにまた、クランクケース２およびシリンダブロック３には、シリンダ孔５の上部とクランク室９とを連通する左右２本ずつ、合計で４本の空気供給用掃気通路14、15と、後述する混合気（燃料）供給用開口34および高圧縮ガス取入れ用開口31下方に開口する後方の空気供給用掃気通路42との、全部で５本の空気供給用掃気通路が形成され、それらのシリンダ孔５側の端部は、開口16、17、43とされて、該シリンダ孔５に開口している。空気供給用掃気通路42は、リード弁12の後流側のクランクケース２の吸気通路10に直接連なっている。
【００３２】
排気通路21のシリンダ孔５側排気開口22は、これら空気供給用掃気通路14、15、42の開口16、17、43より高い位置にまで延びて、後述する混合気供給用開口34および高圧縮ガス取入れ用開口31と対抗した位置に配置されている。24は排気通路21の排気開口22の近くに設けられ、該排気開口22の上縁高さを変化させて排気タイミングを可変にし、かつ排気通路21の断面積をも可変にする排気制御弁である。
【００３３】
シリンダ孔５の上方の略半球形状の燃焼室13は、排気開口22寄りにオフセットされ、該燃焼室13に点火栓23が配設されている。
【００３４】
車体後方寄りに位置して、燃焼室13側方のシリンダブロック３には、チャンバー29が並設されている。そして、該チャンバー29と燃焼室13とを連通する第１連通路（高圧縮ガス通路）30、第２連通路（混合気通路）33の途中の弁収納孔40には、回転弁36が回転自在に嵌装され、該回転弁36は、図示されない伝動機構により、クランク軸８と反対方向 (図１で時計方向) に同一回転速度で回転駆動されるようになっている。39は回転弁36の一端に装着され、前記図示されない伝動機構が架渡されるプーリである（図４参照）。
【００３５】
第１連通路30には、燃焼室13からチャンバー29に高圧縮ガスが流れる。また、第２連通路33には、チャンバー29から燃焼室13に混合気もしくは該混合気形成前の高圧縮ガスが流れる。そして、これら両連通路30、33における高圧縮ガスと混合気の流れは、図５ないし図７に図示されるように、回転弁36を構成し第１連通路30に配設される一方の第１制御弁（高圧縮ガス充填制御弁）38と、回転弁36を構成し第２連通路33に配設される他方の第２制御弁（混合気噴射制御弁）37とにより、それぞれ所定のタイミングで連通・遮断制御される。
【００３６】
第１連通路30は、図４に図示されるように、左右（図において上下）に２個所設けられており、これら左右２個所の連通路30の各々に第１制御弁38が設けられ、これら左右２個所の連通路30の間に、第２連通路33が配置されている。
【００３７】
図５ないし図７には、これら第１制御弁38と第２制御弁37とが並設された回転弁36の断面図が示されている。第１制御弁38は、回転弁36の素材をなす回転体の外周所定長の円弧の両端を直線で結んだ三日月形状に切り落として形成され、第２制御弁37は、周方向所定長、所定の深さの切欠きとして形成され、その先端は、混合気の噴霧が直線的に円滑になされるように、段差をなくして形成されている。
【００３８】
ここで、第１連通路30、第２連通路33、第１制御弁38、第２制御弁37等の形状と位置関係は、次のように設定されている。
第１連通路30の燃焼室13側開口である高圧縮ガス取入れ用開口31の上端位置ｈ1 は、第２連通路33の燃焼室13側開口である混合気供給用開口34の上端位置ｈ2 より低くならないように、高く設定されている。また、該混合気供給用開口34の位置は、第２制御弁37が第２連通路33を連通させた初期に、該開口34がピストンにより閉ざされないように、その下端とピストン６の外周上端との間に距離ｓ（可変）が保持されるようにして、形成されている（図１ないし図３参照）。
【００３９】
さらに、第１連通路30を燃焼室13からチャンバー29に高圧縮ガスが流れる時の流通時間と、該高圧縮ガスの圧力と、高圧縮ガス取入れ用開口31の面積との積と、第２連通路33をチャンバー29から燃焼室13に混合気が流れる時の流通時間と、該混合気の圧力と、混合気供給用開口34の面積との積とは、略等しくなるように設定されている。
【００４０】
第１制御弁38、第２制御弁37の開閉のタイミングは、次のようになされる。
図８ないし図１０をも参照して、第１制御弁38は、排気開口22の閉塞時近傍で第１連通路30を連通させ、かつ、圧縮工程途中で該第１連通路30を閉塞させ、この間、燃焼室13に臨む高圧縮ガス取入れ用開口31から燃焼室13内の高圧縮ガスをチャンバー29に取り入れ充填する（図９および図１０におけるｂ）。32は第１連通路30のチャンバー29側開口である。
【００４１】
他方、第２制御弁37は、掃気開口16、17、43の閉塞時近傍で第２連通路33を連通させ、かつ、圧縮工程途中で第１連通路30が閉塞される前に該第２連通路33を閉塞させ、この間、チャンバー29から燃焼室13内に混合気を供給噴射せしめる（図９および図１０におけるａ）。このように、チャンバー29への高圧縮ガスの充填時期と、燃焼室13への混合気の供給時期とは、互いに重なり合う時期があるように設定されている（図９および図１０におけるｃ）。
【００４２】
混合気の形成は、次のようにしてなされる。
図４に図示されるように、チャンバー29の左右両側には、燃料噴射装置41がシリンダブロック３に左右対称に取り付けられており、これらの燃料噴射装置41より噴射された燃料は、第２制御弁37が第２連通路33を連通させる直前に、該第２制御弁37の切欠きが臨む混合気形成用空間44（図３参照）内に両側斜め下方から噴出される。その噴出位置は、平面視第２連通路33の略中央部であり、該位置において、チャンバー29は、第２連通路33のチャンバー29側開口35、前記混合気形成用空間44を介して燃料噴射装置41に連なっている。
【００４３】
次いで、第２制御弁37が第２連通路33を連通させると、チャンバー29に充填されていた高圧縮ガスが、開口35より第２連通路33内に流入し、待機していた燃料と混合して混合気を形成しつつ、チャンバー29内の高圧により圧送されて、混合気供給用開口34から燃焼室13に噴射される。
【００４４】
図示の火花点火式２サイクル内燃機関１は、前記のように構成されているので、次のように作動する。
図示されないスタータモータによりクランク軸８が図１にて反時計方向へ回転駆動されると、図８に図示されるように、上死点（ＴＤＣ）前90°の時点にて排気開口22がピストン６により閉塞されて圧縮工程に入る。そうすると、第１制御弁38が開いて第１連通路30を連通させ、燃焼室13内の高圧縮ガスが、高圧縮ガス取入れ用開口31、第１連通路30、開口32を介してチャンバー29に充填される。
【００４５】
さらに、上死点（ＴＤＣ）前略75°の時点にて第２連通路33の燃焼室13側端部の混合気供給用開口34がピストン６により閉塞され、その後、高圧縮ガス取入れ開口31がピストン６により閉塞され、燃焼室13への混合気の供給、チャンバー29への高圧縮ガスの充填が相次いで終了する。
【００４６】
さらに燃焼室13が圧縮され、上死点前所定タイミングにて点火栓23が点火され、また、ピストン６の上昇によりクランク室９は膨張を続けて、吸気が続行される。
【００４７】
そして、上死点（ＴＤＣ）に達した以後、燃焼室13内の混合気が燃焼して膨張するとともに、ピストン６の下降によりクランク室９は圧縮され、クランク室９内の空気は圧縮される。
さらに、上死点（ＴＤＣ）から90°経過した時点 (排気制御弁24の上下位置で変動する) で、排気開口22が開放され、燃焼ガスが排気通路21より排出される。
【００４８】
さらにまた、上死点（ＴＤＣ）から約122 °経過した時点で、ピストン６の下降により掃気開口16、17、43が開口され、クランク室９内の圧縮された空気 (燃料を含んでいない) が空気供給用掃気通路14、15、42を介して掃気開口16、17、43より燃焼室13内に流入し、燃焼室13内の既燃焼ガスが排気開口22の方に向って押し出され、空気のみによる掃気が行なわれ、それと同時に燃料噴射装置41より燃料が、第２制御弁37の切欠きが臨む混合気形成用空間44内に噴出される。
【００４９】
次に、下死点（ＢＤＣ）から約58°経過した時点で掃気開口16、17、43がピストン６の上昇により閉塞され、掃気開口16、17、43からの空気の流入による掃気が停止されるとともに、ほぼこの時点から、第２制御弁37が第２連通路33を連通させ、混合気が混合気供給用開口34から燃焼室13内に噴射される。同時に、ピストン６の上昇によるクランク室９の膨張でもって、吸気通路10よりリード弁12を介してクランク室９内に空気が吸入される。なお、前記混合気の噴射に際し、該混合気の吹抜けはほとんどない。
【００５０】
本実施形態における火花点火式２サイクル内燃機関１は、前記のように構成され、前記のように作動するので、次のような効果を奏することができる。
前記のように、図示の火花点火式２サイクル内燃機関１では、掃気初期に空気のみによる掃気が行なわれるので、混合気がそのまま燃焼室13内を通過して排気通路21へ排出される吹抜けが未然に阻止され、燃費の向上と未燃ガスによる大気汚染の防止が達成され得る。
【００５１】
また、チャンバー29に充填された高圧縮ガスと、燃料噴射装置41より噴射された燃料とにより、第２連通路33内において生成される混合気は、濃い混合気であり、これが、空気供給用掃気通路14、15、42を通過した燃料を含まない空気によって充分に掃気された燃焼室13内に流入するので、該燃焼室13内で適正な濃度の混合気となり、良好な燃焼が得られて、高水準の燃費と、高い排気浄化性能が達成され得る。
【００５２】
また、高圧縮ガス取入れ用開口31の上端位置が、混合気供給用開口34の上端位置より低くならないようにされているので、第１連通路30は、第２連通路33が第２制御弁37により閉塞（混合気供給が終了）された後、第１制御弁38により閉塞（高圧縮ガス充填が終了）されるが、これら連通路30、33の燃焼室側開口である高圧縮ガス取入れ用開口31、混合気供給用開口34も、この順序に従って圧縮工程下にあるピストンの上昇により閉塞されるようにすることができる。したがって、これら高圧縮ガス取入れ用開口31、混合気供給用開口34の位置を可能な限り最も低い位置にすることができるので、内燃機関１の膨張比をほぼ維持することができ、その熱効率を維持することができる。
【００５３】
仮に、高圧縮ガス取入れ用開口31の上端位置が、混合気供給用開口34の上端位置より低くされたとする。そうすると、高圧縮ガス取入れ用開口31の上端位置は、第１連通路30が第１制御弁38により閉塞される前、該第１連通路30を流れる高圧縮ガスの流れを閉塞しないように十分な高さにされなければならないところ、該第１制御弁38による第１連通路30の閉塞に先立って既に閉塞されている第２連通路33の燃焼室側開口である混合気供給用開口34の上端位置は、高圧縮ガス取入れ用開口31の上端位置より不要に高いのであるから、全体的に、これら開口31、34の上端位置は、高い水準位置に形成されることになり、この結果、内燃機関１の膨張比が低減されて、その熱効率を維持することができなくなる。
【００５４】
さらに、混合気供給用開口34の位置は、第２制御弁37が第２連通路33を連通させた初期に、ピストン６で閉ざされないように、距離ｓ（可変）が保持されるようにされているので、第２制御弁37から燃焼室13に至る第２連通路33の形状により調節される混合気の噴霧の方向が、ピストン６により乱されるようなことがなくなる。この結果、良好な燃焼が得られて、高い燃費および排気浄化性能が得られる。
【００５５】
また、第１連通路30を燃焼室13からチャンバー29に高圧縮ガスが流れる時の流通時間と、該高圧縮ガスの圧力と、高圧縮ガス取入れ用開口31の面積との積と、第２連通路33をチャンバー29から燃焼室13に混合気が流れる時の流通時間と、該混合気の圧力と、混合気供給用開口34の面積との積とは、略等しくなるように設定されているので、図８ないし図１０から明らかなように、高圧縮ガス（圧縮ガス）のチャンバー29への充填時間が短くても、高圧縮ガスの圧力ないしは高圧縮ガス取入れ用開口31の面積を増加することにより、これら３者の積が稼げるので、高圧縮ガスのチャンバー29への充填量は、ほぼ混合気の燃焼室13への供給量と見合う量になり、燃焼室13に混合気を供給するに十分な量の高圧縮ガスがチャンバー29に広い回転域にわたって確保されて、適正な燃料の供給と良好な噴霧が得られ、良好な燃焼が行なわれる。
【００５６】
なお、この場合、各流体の流通時間、圧力、流通通路断面積としては、必ずしも、第１連通路30および第２連通路33の燃焼室13側開口31、34の位置におけるそれらの値に限定されず、第１制御弁38および第２制御弁37の各周方向切欠きの位置におけるそれらの値が選択されてもよく、この場合にあっては、第１連通路30に配設される第１制御弁38の周方向切欠きの深さを、第２連通路33に配設される第２制御弁37の周方向切欠きの深さより深く形成することにより、前記と同様の効果を奏することができる（図６、図７参照）。
【００５７】
また、前記のように、両者の積が略等しくなるようにすることにより、高圧縮ガス取入れ用開口31の面積、したがって、また、第１連通路30の燃焼室13側容積を必要最小限に小さくすることができるので、内燃機関１の膨張比を略維持することができて、その熱効率を維持することができる。
【００５８】
さらに、チャンバー29への高圧縮ガスの充填時期と、燃焼室13への混合気の供給時期とは、互いに重なり合う時期があるように設定されているので、シリンダ内圧力（燃焼室13内圧力）が内燃機関１の運転条件によって変動しても、チャンバー29の圧力がシリンダ内圧力と等しくなるクランク角においては、常に高圧縮ガスの充填と混合気の供給とが可能な状態にされており、このため、チャンバー29へは、混合気を燃焼室13に搬送するに十分な高圧縮ガスが効率よく充填され、また、燃焼室13へは、適正な量の混合気が効率よく供給される。
【００５９】
また、第１制御弁38と第２制御弁37とは、回転弁36の素材をなす回転体の軸方向に並設され、位相を変えて一体に連結された回転弁として構成されているので、これら制御弁の製造と、それらの制御機構の構成が容易になる。
【００６０】
その他、本実施形態における火花点火式２サイクル内燃機関１は、前記した、本出願人による先の出願のものが奏する効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願の請求項１ないし請求項５に記載された発明の一実施形態ににおける火花点火式２サイクル内燃機関の縦断側面図である。
【図２】図１の要部の拡大図である。
【図３】図１の他の要部の拡大図である。
【図４】図１のＩＶ−ＩＶ線で切断した横断側面図である。
【図５】図１の実施形態において、回転弁の縦断面図である。
【図６】図５のＶＩ−ＶＩ線で切断した断面図である。
【図７】図５のＶＩＩ−ＶＩＩ線で切断した断面図である。
【図８】図１の実施形態において、火花点火式２サイクル内燃機関の運転サイクルを図示した説明図である。
【図９】図１の実施形態において、火花点火式２サイクル内燃機関の運転特性を示した図である。
【図１０】図１の実施形態において、火花点火式２サイクル内燃機関の他の異なる状態における運転特性を示した図である。
【符号の説明】
１…火花点火式２サイクル内燃機関、２…クランクケース、３…シリンダブロック、４…シリンダヘッド、５…シリンダ孔、６…ピストン、７…連接棒、８…クランク軸、９…クランク室、10…吸気通路、12…リード弁、13…燃焼室、14, 15…空気供給用掃気通路、16、17…掃気開口、21…排気通路、22…排気開口、23…点火栓、24…排気制御弁、29…チャンバー、30…第１連通路（高圧縮ガス通路）、31…高圧縮ガス取入れ用開口、32…開口、33…第２連通路（混合気通路）、34…混合気供給用開口、35…開口、36…回転弁、37…第２制御弁（切欠き）、38…第１制御弁（切欠き）、39…プーリ、40…弁収納孔、41…燃料噴射弁、42…空気供給用掃気通路、43…掃気開口、44…混合気形成用空間。
Claims (5)
- 燃焼室と該燃焼室に隣接するチャンバー部との連通路に、該連通路を開閉自在に制御する制御弁を配設するとともに、前記連通路を介して前記燃焼室に燃料または混合気を、前記チャンバーに高圧縮ガスを、それぞれ供給もしくは充填する２サイクル内燃機関において、
前記連通路は、前記燃焼室から前記チャンバーに高圧縮ガスが流れる第１連通路と、前記チャンバーから前記燃焼室に混合気が流れる第２連通路とからなり、
前記制御弁は、前記第１連通路に設けられる第１制御弁と、前記第２連通路に設けられる第２制御弁とからなり、
前記第１制御弁は、排気開口閉塞時近傍で前記第１連通路を連通させ、かつ、圧縮工程途中で前記第１連通路を閉塞させ、
前記第２制御弁は、掃気開口閉塞時近傍で前記第２連通路を連通させ、かつ、圧縮工程途中で前記第１連通路が閉塞される前に前記第２連通路を閉塞させるとともに、
前記第１連通路と前記第２連通路の各燃焼室側開口は、シリンダ孔に開口され、かつ、前記第１連通路の燃焼室側開口の上端位置が、前記第２連通路の燃焼室側開口の上端位置より低くならないようにされたことを特徴とする２サイクル内燃機関。 - 燃焼室と該燃焼室に隣接するチャンバー部との連通路に、該連通路を開閉自在に制御する制御弁を配設するとともに、前記連通路を介して前記燃焼室に燃料または混合気を、前記チャンバーに高圧縮ガスを、それぞれ供給もしくは充填する２サイクル内燃機関において、
前記連通路は、前記燃焼室から前記チャンバーに高圧縮ガスが流れる第１連通路と、前記チャンバーから前記燃焼室に混合気が流れる第２連通路とからなり、
前記制御弁は、前記第１連通路に設けられる第１制御弁と、前記第２連通路に設けられる第２制御弁とからなり、
前記第１制御弁は、排気開口閉塞時近傍で前記第１連通路を連通させ、かつ、圧縮工程途中で前記第１連通路を閉塞させ、
前記第２制御弁は、掃気開口閉塞時近傍で前記第２連通路を連通させ、かつ、圧縮工程途中で前記第１連通路が閉塞される前に前記第２連通路を閉塞させるとともに、
前記第１連通路と前記第２連通路の各燃焼室側開口は、シリンダ孔に開口され、かつ、前記第２連通路の燃焼室側開口の位置が、前記第２制御弁が前記第２連通路を連通させた初期に、ピストンで閉ざされないようにされたことを特徴とする２サイクル内燃機関。 - 燃焼室と該燃焼室に隣接するチャンバー部との連通路に、該連通路を開閉自在に制御する制御弁を配設するとともに、前記連通路を介して前記燃焼室に燃料または混合気を、前記チャンバーに高圧縮ガスを、それぞれ供給もしくは充填する２サイクル内燃機関において、
前記連通路は、前記燃焼室から前記チャンバーに高圧縮ガスが流れる第１連通路と、前記チャンバーから前記燃焼室に混合気が流れる第２連通路とからなり、
前記制御弁は、前記第１連通路に設けられる第１制御弁と、前記第２連通路に設けられる第２制御弁とからなり、
前記第１制御弁は、排気開口閉塞時近傍で前記第１連通路を連通させ、かつ、圧縮工程途中で前記第１連通路を閉塞させ、
前記第２制御弁は、掃気開口閉塞時近傍で前記第２連通路を連通させ、かつ、圧縮工程途中で前記第１連通路が閉塞される前に前記第２連通路を閉塞させるとともに、
前記第１連通路を前記燃焼室から前記チャンバーに高圧縮ガスが流れる時の流通時間と、該高圧縮ガスの圧力と、該第１連通路の通路断面積との積と、前記第２連通路を前記チャンバーから前記燃焼室に混合気が流れる時の流通時間と、該混合気の圧力と、該第２連通路の通路断面積との積とが、略等しくされたことを特徴とする２サイクル内燃機関。 - 燃焼室と該燃焼室に隣接するチャンバー部との連通路に、該連通路を開閉自在に制御する制御弁を配設するとともに、前記連通路を介して前記燃焼室に燃料または混合気を、前記チャンバーに高圧縮ガスを、それぞれ供給もしくは充填する２サイクル内燃機関において、
前記連通路は、前記燃焼室から前記チャンバーに高圧縮ガスが流れる第１連通路と、前記チャンバーから前記燃焼室に混合気が流れる第２連通路とからなり、
前記制御弁は、前記第１連通路に設けられる第１制御弁と、前記第２連通路に設けられる第２制御弁とからなり、
前記第１制御弁は、排気開口閉塞時近傍で前記第１連通路を連通させ、かつ、圧縮工程途中で前記第１連通路を閉塞させ、
前記第２制御弁は、掃気開口閉塞時近傍で前記第２連通路を連通させ、かつ、圧縮工程途中で前記第１連通路が閉塞される前に前記第２連通路を閉塞させるとともに、
前記チャンバーへの高圧縮ガスの充填時期と、前記燃焼室への混合気の供給時期とは、互いに重なり合う時期があるようにされたことを特徴とする２サイクル内燃機関。 - 前記第１制御弁と前記第２制御弁とは、回転体の軸方向に並設されて一体に連結された回転弁として構成されたことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の２サイクル内燃機関。
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