JP4535418B2 - 層状掃気2サイクルエンジン - Google Patents
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Description
【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する。
【0002】
【従来の技術】
従来、エンジンの燃焼室から排出される燃焼ガス(排気ガス)中のTHC(炭化水素の総量)の減少、及び、燃料消費率の低減を目的とした層状掃気2サイクルエンジンの開発・実用化が進められている。このような層状掃気2サイクルエンジンは、ピストンの上昇時に掃気通路内に空気のみを吸入しておき、掃気時に、掃気通路内に吸入しておいた空気を混合気に先立って燃焼室内に供給することにより燃焼ガスの掃気を空気のみで行うようにし、この掃気時に混合気の一部が燃焼ガスと共にエンジン外へ排気されることを防止するようにしたエンジンであり、再公表特許WO98/57053、特開2001−27122等に開示されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した層状掃気2サイクルエンジンでは、掃気通路の容積が十分でなく、掃気通路内に十分な量の空気を吸入できないため、掃気時に混合気の一部が依然として燃焼ガスと共に排出されてしまい、THCの減少や燃料消費率の低減を十分に図れないという問題がある。
【0004】
なお、クランクケースやシリンダブロックの肉厚を厚くすれば、掃気通路の容積を大きくしてその掃気通路内に十分な量の空気を吸入させることが可能であるが、それでは、必要以上にエンジンが大型化、重量アップするという問題が生じる。
【0005】
本発明の目的は、ピストンの上昇時に十分な量の空気を掃気通路内に吸入させ、エンジンの出力や加速性能を維持しつつTHCの減少や燃料消費率の低減を十分に図ることができる層状掃気2サイクルエンジンを提供することである。
【0006】
本発明の目的は、エンジンの大型化や重量アップを抑えつつTHCの減少や燃料消費率の低減を十分に図ることができる層状掃気2サイクルエンジンを提供することである。
【0007】
本発明の目的は、掃気通路を介して行う燃焼室への混合気の供給を円滑に行える層状掃気2サイクルエンジンを提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の発明は、空気の供給が行われる空気通路の端部に形成されてエンジンのシリンダに開口された空気吸入口と、燃焼ガスが排出される排気通路の端部に形成されて前記シリンダに開口された排気口と、混合気の供給が行われる混合気通路の端部に形成されて前記シリンダ内を摺動するピストンの摺動によりエンジンのクランク室に選択的に連通される混合気吸入口と、一端が前記クランク室に連通された掃気通路の他端に形成されて前記シリンダに開口された掃気口とを有し、前記ピストンの外周部にこのピストンの摺動位置に応じて前記空気吸入口と前記掃気口とを選択的に連通させる凹部が形成された層状掃気2サイクルエンジンにおいて、前記掃気通路の容積がエンジン排気量の40〜60%に形成されている。
【0009】
したがって、掃気通路内に十分な量の空気が吸入されることになり、この掃気通路内に吸入された空気を用いて燃焼ガスの掃気を行うことにより、掃気時に混合気の一部が排気ガスと共に排気通路からエンジン外に排出されるということを防止でき、排気ガス中のTHCの減少、及び、燃料消費量の低減を十分に図ることができる。しかも、掃気時に多量の空気が燃焼室内に残留して混合気の空燃費を悪くするということが起こらず、エンジンの出力や加速性能を維持することができる。
【0010】
請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明の層状掃気2サイクルエンジンにおいて、前記シリンダはシリンダブロック内に形成され、前記クランク室はクランクケース内に形成され、前記シリンダブロックの一端に形成されたシリンダブロックフランジ部と前記クランクケースの一端に形成されたクランクケースフランジ部とを接合させて前記クランクケースと前記シリンダブロックとが連結され、前記掃気通路は、前記シリンダブロック内に形成されて前記シリンダの軸心方向と略平行に延出した垂直通路部と、前記シリンダブロックフランジ部に前記シリンダを囲む形状に形成された溝部を前記クランクケースフランジ部で覆うことにより形成された水平通路部とにより形成されている。
【0011】
したがって、水平通路部は、シリンダブロックフランジ部に形成した溝部をクランクケースフランジ部で覆うことにより形成されているので、この水平通路部を形成するためにシリンダブロックやクランクケースを大型化させる必要がなく、エンジンの大型化や重量アップを抑えつつ掃気通路の容積をエンジン排気量の40〜60%に形成することができる。
【0012】
また、水平通路部は、シリンダブロックフランジ部に形成した溝部をクランクケースフランジ部で覆うことにより形成されているので、溝部を形成するための中子の抜き方向がシリンダを形成するための中子の抜き方向と同じであり、複雑な中子を使用することなく水平通路部の形成を簡単に行える。
【0013】
請求項3記載の発明は、請求項2記載の発明の層状掃気2サイクルエンジンにおいて、前記クランク室内にクランク軸が回転自在に設けられ、前記クランク軸に一対のクランクウェイトが固定され、前記クランケースフランジ部の前記溝部を覆う部分であって、前記クランク室内に配置された一対の前記クランクウェイトの間の位置に第2の凹部が形成され、この第2の凹部が前記水平通路部に連通されている。
【0014】
したがって、クランク室内に流入した混合気は、第2の凹部から掃気通路内に流入し、掃気通路を経由して燃焼室に供給されるが、この第2の凹部から掃気通路内への混合気の流入は、クランクウェイトがどのような回転位置に位置する場合であってもクランクウェイトに妨げられることなく安定して行われる。これにより、掃気通路を介して行う燃焼室への混合気の供給を円滑に行える。
【0015】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施の形態の層状掃気2サイクルエンジンは、シリンダブロック1とクランクケース2とを連結することにより形成されている。シリンダブロック1とクランクケース2との連結は、クランクケース2の一端に形成されたクランクケースフランジ部3(図5参照)と、シリンダブロック1の一端に形成されたシリンダブロックフランジ部4(図6参照)とを面接合させ、ボルトで締め付けることにより行われている。
【0016】
クランクケース2にはクランク室5が形成形成されており、このクランク室5内にはクランク軸6が回転自在に軸支されている。クランク軸6には一対のクランクウェイト7が連結され、クランク軸6の両端はクランクケース2の外部に突出している。
【0017】
また、クランクケース2は前後(クランク軸6の軸心方向)に2分割して形成されたものが接合され、ボルトで締付固定されている。そして、2分割されて接合されたクランクケース2の接合面の箇所には、後述する掃気通路に連通される凹部8が形成されている。この凹部8は、2つのクランクウェイト7の間の部分に対向する位置に一対形成されている(図5参照)。
【0018】
シリンダブロック1には、シリンダ9、空気通路10、混合気通路11、排気通路12、掃気通路13が形成されている。
【0019】
シリンダ9内にはピストン14が摺動自在に設けられており、このピストン14とクランク軸6とがコンロッド15により連結されている。
【0020】
空気通路10は、層状掃気を行うための空気を吸入するための通路であり、その入口側は1つで、出口側が2つに分岐されている。出口側の先端には空気吸入口16が形成されており、この空気吸入口16はシリンダ9に開口されている。
【0021】
混合気通路11は、燃料としての混合気を吸入するための通路であり、その出口側の先端には混合気吸入口17が形成されている。この混合気吸入口17はシリンダ9に開口されているが、ピストン14が上死点側に摺動している所定のタイミングのときにクランク室5に連通され、それ以外のときはピストン14により閉止されている。
【0022】
排気通路12は、シリンダ9の内周面とピストン14の上端面とにより囲まれて形成される燃焼室18内での燃焼により発生した燃焼ガスをエンジン外に排出するための通路であり、その一端にはシリンダ9に開口された排気口19が形成されている。排気通路12の他端側にはマフラ(図示せず)が接続されている。
【0023】
掃気通路13は、一端がクランク室5に連通されて他端にシリンダ9に開口された掃気口20が形成された通路である。この掃気通路13には、ピストン14の上昇時に空気通路10を経由した空気が吸入され、掃気時にその空気が燃焼室18内に流出することにより燃焼室18内の燃焼ガスの掃気が行われる。さらに、その掃気後に、この掃気通路13を経由してクランク室5内の混合気が燃焼室18内へ供給される。
【0024】
また、掃気通路13は、シリンダブロック1内に形成されてシリンダ9の軸心方向と略平行に延出した垂直通路部13aと、シリンダブロックフランジ部4とクランクケースフランジ部3との接合部分に形成された水平通路部13bとにより形成されている。水平通路部13bは、シリンダブロックフランジ部4にシリンダ9を囲む弧状に形成された溝部21(図6参照)を、クランクケースフランジ部3で覆うことにより形成されている。そして、この水平通路部13bの一端が垂直通路部13aに連通され、水平通路部13bの他端が凹部8に連通されている。このようにして垂直通路部13aと水平通路部13bとにより形成される掃気通路13の容積は、エンジンの排気量の40〜60%の大きさに形成されている。
【0025】
ピストン14の外周部の一部には凹部22が形成されている。この凹部22は、ピストン14の摺動位置に応じて、空気吸入口16と掃気口20とを選択的に連通させる。なお、ピストン14の外周部に凹部22を形成することにより、ピストン14の内周部における凹部22に対応する位置には、凸部22aが形成されている(図3、図8、図12参照)。
【0026】
ここで、空気吸入口16と掃気口20とは、ピストン14の周方向に沿って近接して形成され、ピストン14の周方向に沿った60度以内の範囲内に形成されている(図3参照)。
【0027】
また、凹部22は、ピストン14の軸心方向に長い形状に形成されている(図1、2等参照)。
【0028】
また、空気吸入口16と掃気口20と凹部22と混合気吸入口17との位置関係により、ピストン14の上昇時に、空気吸入口16と掃気口20とが凹部22により連通されるタイミングが、混合気吸入口17がクランク室5に連通されるタイミングより遅くならないように設定されている。具体的には、クランク角度が109.5度を超えたときに空気吸入口16と掃気口20との凹部22による連通が開始され(図1参照)、クランク角度が127.7度を超えたときに混合気吸入口17のクランク室5への連通が開始される(図2参照)。
【0029】
また、クランクウェイト7の外周側縁部には、クランク軸6の回転時にピストン14の凸部22aとの干渉を避けるための面取り部23が形成されている(図8、図12参照)。
【0030】
このような構成において、図1はピストン14が上昇している過程において、クランク角度が下死点位置から109.5度になった状態である。この状態は、空気吸入口16と掃気口20とが凹部22により連通される直前の状態であり、掃気通路13への空気の吸入は開始されていない。また、混合気吸入口17はピストン14の外周面により閉止されており、クランク室5への混合気の吸入も開始されていない。
【0031】
図2は、クランク角度が下死点位置から127.7度になった状態である。この状態では、空気吸入口16と掃気口20とが凹部22により連通され、外部の空気が矢印で示すように、空気通路10と凹部22とを経由して掃気通路13内に吸入される(より正確には、掃気通路13を経由してクランク室5に向けて吸入される)。なお、混合気吸入口17はピストン14の外周面により依然として閉止されており、クランク室5への混合気の吸入も開始されていない。図3は図2におけるA―A線断面図である。
【0032】
図7は、ピストンが上死点に上昇した状態である。この状態では、空気吸入口16と掃気口20との凹部22による連通状態が引き続き維持され、外部の空気が矢印で示すように、空気通路10と凹部22とを経由して掃気通路13内に吸入されている。また、混合気吸入口17がクランク室5に連通され、混合気が矢印で示すように混合気通路11を経由してクランク室5内に吸入されている。なお、空気吸入口16が直接クランク室5に連通することは、ピストン14により阻止されている。
【0033】
図9は、燃焼室18内での点火・爆発によりピストン14が下降し、排気口19が開口されて燃焼ガスが排気通路12を経由して排出されている状態である。このとき、掃気口20はピストン14により閉止され、掃気通路13は燃焼室18に連通されていない。
【0034】
図10は、図9の状態より僅かにピストン14が下降した状態であり、掃気口20が燃焼室18に連通された状態となる。これにより、掃気通路13内に吸入されていた空気が掃気口20から燃焼室18内に流入し、この空気による燃焼室18内の燃焼ガスの掃気が開始される。
【0035】
図11は、ピストン14が下死点位置まで下降した状態であり、掃気通路13内に吸入されていた空気の後からクランク室5内に吸入されていた混合気が掃気通路13を経由して燃焼室18内に流入している。そして、この掃気時において、空気と混合気とが層状になって燃焼室18内に流入し、燃焼ガスの掃気はほとんど空気により行われ、この掃気時に混合気が燃焼ガスと共に排気口19から排出されるということが防止される。これにより、排気ガス中のTHCを減少させることができるとともに、燃料消費率の低減を図ることができる。
【0036】
図13は、掃気通路容積比(掃気通路の容積/エンジン排気量(1気筒当り))と、THC排出率、出力、加速性能との関係を示したグラフである。この図13のグラフから、掃気通路容積比を40〜60%とすることにより、THC排出率を抑えつつ、出力の維持と加速性能の維持とを図れるということがわかる。
【0037】
この理由は、掃気通路13内に十分な量の空気を吸入することができるとともに、必要量以上の空気が掃気通路13内に吸入されることを防止するとともに掃気時に多量の空気が燃焼室内に残留して混合気の空燃費を悪くするということが起こらないためである。
【0038】
ここで、水平通路部13bは、シリンダブロックフランジ部4に形成した溝部21をクランクケースフランジ部3で覆うことにより形成されているので、この水平通路部13bを形成するためにシリンダブロック1やクランクケース2を大型化する必要がなく、エンジンの大型化や重量アップを抑えつつ掃気通路13の容積をエンジン排気量の40〜60%に形成することができる。
【0039】
また、水平通路部13bは、シリンダブロックフランジ部4に形成した溝部21をクランクケースフランジ部3で覆うことにより形成されているので、溝部21を形成するための中子の抜き方向がシリンダ9を形成するための中子の抜き方向と同じであり、複雑な中子を使用することなく水平通路部13bの形成を簡単に行える。
【0040】
掃気通路13とクランク室5との連通は、凹部8により行われ、この凹部8は、クランク室5の内周部における一対のクランクウェイト7の間の部分に対向する位置に形成されている。このため、クランク軸6の回転時において、凹部8とクランクウェイト7との間には常に一定の隙間が確保されているため、クランクウェイト7がどのような位置に回転している場合でも、凹部8から掃気通路13内への混合気の流入がクランクウェイト7により妨げられるということが起こらず、通気通路13を介して行われる燃焼室18への混合気の供給を円滑に行える。このため、低速域から高速域への加速性能が悪くなることや、アイドリングからの急加速時にエンジンが停止するということが防止される。
【0041】
【発明の効果】
請求項1記載の発明の層状掃気2サイクルエンジンによれば、掃気通路の容積がエンジン排気量の40〜60%に形成されているので、掃気通路内に十分な量の空気を吸入させることができ、この掃気通路内に吸入された空気を用いて燃焼ガスの掃気を行うことにより、掃気時に混合気の一部が排気ガスと共に排気通路からエンジン外に排出されるということを防止でき、排気ガス中のTHCの減少及び燃料消費量の低減を十分に図ることができ、しかも、掃気時に多量の空気が燃焼室内に残留して混合気の空燃費を悪くするということが起こらず、エンジンの出力や加速性能を維持することができる。
【0042】
請求項2記載の発明によれば、請求項1記載の発明の層状掃気2サイクルエンジンにおいて、掃気通路は、シリンダブロック内に形成されてシリンダの軸心方向と略平行に延出した垂直通路部と、シリンダブロックフランジ部にシリンダを囲む形状に形成された溝部をクランクケースフランジ部で覆うことにより形成された水平通路部とにより形成されているので、この水平通路部を形成するためにシリンダブロックやクランクケースを大型化させる必要がなく、エンジンの大型化や重量アップを抑えつつ掃気通路の容積をエンジン排気量の40〜60%に形成することができる。また、シリンダブロックフランジ部に溝部を形成するための中子の抜き方向がシリンダを形成するための中子の抜き方向と同じであり、複雑な中子を使用することなく水平通路部の形成を簡単に行うことができ、ひいては、エンジン排気量の40〜60%の容積を有する掃気通路の形成を簡単に行うことができる。
【0043】
請求項3記載の発明によれば、クランクウェイトがどのような回転位置に位置する場合であっても、クランクウェイトにより第2の凹部から掃気通路内への混合気の流入が妨げられるということを防止でき、掃気通路を介して行う燃焼室への混合気の供給を円滑に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施の形態の層状掃気2サイクルエンジンを示す縦断正面図である。
【図2】 空気吸入口からの空気の吸入が行われている状態を示す縦断正面図である。
【図3】 図2におけるA−A線断面図である。
【図4】 シリンダブロックを示す側面図である。
【図5】 クランクケースを示す平面図である。
【図6】 シリンダブロックを示す底面図である。
【図7】 ピストンが上死点に位置し、空気吸入口からの空気の吸入と混合気吸入口からの混合気の吸入とが行われている状態を示す縦断正面図である。
【図8】 その縦断側面図である。
【図9】 燃焼ガスの排気が行われている状態を示す縦断正面図である。
【図10】 掃気が開始された直後の状態を示す縦断正面図である。
【図11】 ピストンが下死点に下降した状態を示す縦断正面図である。
【図12】 その縦断側面図である。
【図13】 掃気通路容積比と、THC排出率、出力、加速性能との関係を示したグラフである。
【符号の説明】
1 シリンダブロック
2 クランクケース
3 クランクケースフランジ部
4 シリンダブロックフランジ部
5 クランク室
6 クランク軸
7 クランクウェイト
8 凹部(第2の凹部)
9 シリンダ
10 空気通路
11 混合気通路
12 排気通路
13 掃気通路
13a 垂直通路部
13b 水平通路部
14 ピストン
16 空気吸入口
17 混合気吸入口
19 排気口
20 掃気口
21 溝部
22 凹部
Claims (3)
- 空気の供給が行われる空気通路の端部に形成されてエンジンのシリンダに開口された空気吸入口と、燃焼ガスが排出される排気通路の端部に形成されて前記シリンダに開口された排気口と、混合気の供給が行われる混合気通路の端部に形成されて前記シリンダ内を摺動するピストンの摺動によりエンジンのクランク室に選択的に連通される混合気吸入口と、一端が前記クランク室に連通された掃気通路の他端に形成されて前記シリンダに開口された掃気口とを有し、前記ピストンの外周部にこのピストンの摺動位置に応じて前記空気吸入口と前記掃気口とを選択的に連通させる凹部が形成された層状掃気2サイクルエンジンにおいて、
前記掃気通路の容積がエンジン排気量の40〜60%に形成されていることを特徴とする層状掃気2サイクルエンジン。 - 前記シリンダはシリンダブロック内に形成され、
前記クランク室はクランクケース内に形成され、
前記シリンダブロックの一端に形成されたシリンダブロックフランジ部と前記クランクケースの一端に形成されたクランクケースフランジ部とを接合させて前記クランクケースと前記シリンダブロックとが連結され、
前記掃気通路は、前記シリンダブロック内に形成されて前記シリンダの軸心方向と略平行に延出した垂直通路部と、前記シリンダブロックフランジ部に前記シリンダを囲む形状に形成された溝部を前記クランクケースフランジ部で覆うことにより形成された水平通路部とにより形成されていることを特徴とする請求項1記載の層状掃気2サイクルエンジン。 - 前記クランク室内にクランク軸が回転自在に設けられ、
前記クランク軸に一対のクランクウェイトが固定され、
前記クランケースフランジ部の前記溝部を覆う部分であって、前記クランク室内に配置された一対の前記クランクウェイトの間の位置に第2の凹部が形成され、この第2の凹部が前記水平通路部に連通されていることを特徴とする請求項2記載の層状掃気2サイクルエンジン。
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