JP5039790B2 - ２ストローク内燃エンジン - Google Patents

Description

本発明は、吸気孔を有するクランクケースと、クランクケースに接続され、内部に設けられたピストンと共に、燃焼チャンバを画定する少なくとも一つのシリンダとを備えた２ストローク内燃エンジンに関する。シリンダは、吸気ダクトを介して、内部に空気、潤滑オイル及びもしあれば燃料の混合物が収容されたクランクケースに連通する少なくとも一つの吸気孔を備えている。

米国特許第４，４８１，９１０号（特許文献１）には、前文で説明したような２ストローク内燃エンジンが開示されている。このエンジンでは、程度の差はあるが、クランクケースに接続された気化器から清浄空気と燃料空気混合物とを燃焼チャンバに供給することによって層状吸気が提供される。気化器は、クランクケース内が負圧の時に開弁し、クランクケース内が正圧の時に閉弁するバルブを備えている。クランクケース内で正圧が生じる時、燃料空気混合物が、短い吸引ダクトと長い空気ダクトとを通して、クランクケースから押し出される。クランクケース内で負圧を伴う先のエンジンサイクルの間、付加的な空気シャッターを介して、空気ダクトが清浄空気で満たされ、殆どの清浄空気が吸気孔を介してエンジンのシリンダ内に押し込まれるので、この方法では、シリンダは、最小限の燃料漏れで清浄される。その結果、排気ガスがより清浄されることに加えて、燃費が改善される。

米国特許第４，４８１，９１０号

米国特許第４，４８１，９１０号から公知の層状吸気式エンジンは、本発明により解決される二つの欠点を持っている。第一の欠点は、従来技術の解決手段が、付加的な空気シャッターが、クランクケース内のよりリッチな燃料空気混合物による影響を全く受けない外気を取り入れるので、リッチな燃料空気混合物を必要とする低温始動が困難であることにある。第二の欠点は、従来技術の解決手段が、比較的大きいことにある。これは、機能的に関連した長い空気ダクトだけでなく、付加的な空気シャッターを介してダクト内ね流れ込む空気にも起因して、第一に清浄を必要とする。これにより、エンジン用の通常の空気フィルタに加えて、付加的な空気フィルタが必要になるか、又は、通常の空気フィルタから前記空気シャッターまでの付加的な空気導管が必要になる。

要するに、米国特許４，４８１，９１０号によるエンジンは、手持ち動力工具のように、特に、重量及び外径寸法が重要な機械の中で駆動ユニットとして使用するための適合性が低い。本発明の目的は、従来技術の解決手段の欠点を排除すると共に、同時に、その利点を維持することにある。

本発明によれば、この目的は、前文で説明したような２ストローク内燃エンジンを、吸気ダクトがセパレータを介してクランクケースに接続され、前記セパレータが、クランクケースからくる空気からオイル及びもしあれば燃料を除去し、前記セパレータに遠心分離式チャンバを設け、この遠心分離式チャンバ内で、潤滑オイル及びもしあれば燃料が、円運動中に、円周壁に向けて外側に押し出され、それにより、実質的に清浄された空気が、前記円運動に関して径方向内側にある出口であるチャンバ出口を介して前記吸気ダクトを通過し、吸気孔を介して燃焼チャンバに供給されるようにすることによって達成される。

従って、本発明は、単一の吸気孔を備えたエンジンを動かし、かつ、シリンダへ空気を送る短い空気ダクトを使用することを可能にする。これにより、一つの通常の空気フィルタのみが必要となり、クランクケースとシリンダとの間の空気ダクトも非常に短くすることができる。

セパレータの遠心分離式チャンバは、適当には前記円運動に対して、軸線方向の第一端部を備え、この第一端部は、吸気ダクトによってクランクケースに接続される。遠心分離式チャンバの端部における連結は、該チャンバ内での前記円運動の効果的な生成を大いに促進し、特に、特に吸気ダクトが遠心分離式チャンバに実質的に接線方向で接続されている場合に、円運動の効果的な生成を著しく促進する。その結果、チャンバ内に流れ込む空気、潤滑オイル及びもしあれば燃料の混合物は、非常に自然な動きで、チャンバの円周壁に沿った円運動におかれ、チャンバの径方向内側部分には、径方向内側のチャンバ出口を介して送り出されるべき非常にリーンな燃料空気混合物が得られる。

別の実施例では、吸気ダクトは、実質的に軸線方向に遠心分離式チャンバに接続される。ここでは、遠心分離式チャンバの第一端部には攪拌器が設けられ、その結果、チャンバ内に流れ込む空気、潤滑オイル及びもしあれば燃料の混合物が、チャンバの円周壁に沿った要求される円運動におかれる。

クランクケース内に燃料がない燃料噴射装置を備えたエンジンの変形例では、吸気ダクトは、重力によって、前記潤滑オイルを排出してクランクケースに戻すように設けられる。

好ましくは、セパレータの遠心分離式チャンバは、前記円運動に関して、軸線方向の第二端部を有し、この第二端部に、径方向内側のチャンバ出口が形成される。この解決手段により、遠心分離式チャンバはコンパクトに設計され、かつ、カラーが前記第二端部からチャンバの中にのび、該カラーが径方向内側のチャンバ出口を囲むようにされていれば、さらに改善され得る。カラーはオイル及びもしあれば燃料が、チャンバ端壁に沿って、このチャンバ出口内に流れ込むことを効果的に防止する。

クランクケース内に燃料があるエンジンの変形例では、前記第二端部は、前記円運動に関して、径方向外側のチャンバ出口を有する。このチャンバ出口は、吸引ダクトによってシリンダの吸引ポートに接続され、吸引ダクトは、液体のダイナミックスに起因して、遠心分離式チャンバに実質的に接線方向で適当に接続される。従って、本発明によって用いられる遠心分離式セパレータは、エンジンの吸気孔への空気又は非常にリーンな燃料空気混合物の供給と、エンジンの吸引ポートへのリッチな、即ち、引火し易い燃料空気混合物の供給の両方に、効果的に用いられ得る。

この場合、吸気孔は、好ましくは、シリンダにおける吸引ポートの両側部に形成され、これらの吸気孔は、少なくとも一つのセパレータに空気ダクトによって接続される。このことは、複数の吸気孔により、燃焼チャンバの所謂、掃気が著しく改善でき、排気ガスを相当きれにするので有利である。

複数の空気ダクトは、各々、セパレータに適当に接続され、セパレータは、それ自身の吸引ダクトによって、同一の吸引ポートに接続される。好ましくは二つのセパレータを含む解決手段は、クランクケースにおけるクランク機構の両側部にセパレータを設けることによって、非常にコンパクトなエンジン設計を可能にする。

セパレータを介してシリンダに燃料を供給しないエンジンの変形例では、前記第二端部は、前記円運動に関して、径方向外側のチャンバ出口を有し、この出口は、リターンダクトを介してクランクケースに接続される。この方法では、分離されたオイルは、効率よくクランクケースに戻されることになる。好ましくは、リターンダクトは、クランクケースにおけるクランク機構の偏心部分に形成された開口を有する。この方法では、クランク機構の回転により、クランク機構の中心から径方向外側に向けてオイル及び空気の混合物が投げ出され、従って、リターンダクトに吸引力を生じさせ、クランクケースへのオイルの戻りを増大させる。

気化器を備えた本発明による改良型エンジンを一部切り欠いた図である。 直接噴射機構を備えた本発明による改良型エンジンを一部切り欠いた図である。 クランクケースへのオイルの戻し機構を備えた本発明による改良型エンジンを一部切り欠いた図である。 本発明によるエンジンの一部を部分的に切り欠いた図である。

図１，２及び３は、クランクケース２及びクランクケース２に接続されたシリンダ４を備えた２ストロール内燃エンジン１を示しており、図４はこのようなエンジン１に適用するためのシリンダ４を示している。読み易くするために、これらの図面では、同等の構成要素には同じ符号を付す。

クランクケース２は、（図面に示された状態における）その底部に、吸気孔３を備え、この吸気孔３は、バルブフラップ２２によって、クランクケース２内が負圧の時に開けられ、クランクケース２内が正圧の時に閉じられる。クランクケース２内には、従来技術の方法で、ピストン５に連結されたクランク機構２３が設けられている。

ピストン５は、シリンダ４内に摺動可能に配置され、摺動している間、シリンダ４に形成された開口を閉じたり開いたりする。これらの開口は、排ガスポート２４、吸気孔７、及び図１におけるエンジン１では吸引ポート２１である。

排ガスポート２４は、従来技術の方法で、排気パイプ（図示せず）に接続されている。しかし、他の開口は、本発明特有の方法で、セパレータ１０に接続されており、これについては、最初に、図１に示された改良型エンジンのために、次に、図２に示された改良型エンジンのために、以下により詳細に説明される。

図１におけるエンジン１は、２ストロークエンジンであり、キャブレタ２５によって燃料が供給される。キャブレタ２５は吸気孔３に接続されており、燃料ライン２６を通して潤滑燃料が供給される。第一エンジンサイクル（ピストン５の上昇ストローク）の時、クランクケース２内に負圧が生じ、潤滑燃料が空気と共にクランクケース２の中に吸引され、それが、空気と燃料及び潤滑オイルの霧化した液滴とを含むミストを形成する。第二エンジンサイクル（ピストン５の下降ストローク）の時、クランクケース２内に正圧が生じ、ミストは、吸気ダクト１５を介して、クランクケース２の外に押し出され、セパレータ１０に入れられる。

図１の実施例では、セパレータ１０は、円筒形遠心分離式チャンバ１１を備え、遠心分離式チャンバ１１の軸線方向に関して、その底部には軸方向第一端部１４を有し、その頂部には軸方向第二端部１７を有する。二つの端部１４及び１７の間には、チャンバ１１の円周壁１２がのびており、これは、滑らかで均一なシリンダ壁表面の形態である。

吸気ダクト１５は、実質的に接線方向で、遠心分離式チャンバ１１に接続されており、図１から明らかなように、チャンバ１１の軸線方向に垂直でない角度で、吸気ダクト１５がチャンバ１１に達するのを妨害しないようにしてある。遠心分離式チャンバ１１内に流れるミストは、この接線方向の接続によって、チャンバ１１の内部で円運動におかれ、重い燃料及びオイル液滴は、遠心力によってチャンバ１１の円周壁１２に向けて外側に押し出され、軽い空気がチャンバの中心に残る。

従って、吸気ダクト１５から少し離れた、遠心分離式チャンバ１１の軸方向第二端部１７に隣接した位置で、燃料及びオイルと空気とが分離される。この端部１７には、二つの出口、即ち、径方向内側の軸線方向チャンバ出口１３及び径方向外側チャンバ出口１９が配置されている。

径方向外側チャンバ出口１９は吸引ダクト２０に接続され、この吸引ダクト２０は、始めに、上昇曲線に沿って接線方向に遠心分離式チャンバ１１から離れる方向にのびる。これは、チャンバ１１に対して実質的に接線方向である吸気ダクト１５から始まるチャンバ１１の円周壁１２に沿って螺旋状に伸びる螺旋状線の自然な延長線である。吸引ダクト２０の他端は、上述した吸引ポート２１の近くでシリンダ４に開口しており、燃料及びオイルと空気との分離によって、この他端には、相当リッチで、引火しやすい燃料空気混合物が到達する。

径方向内側の軸線方向チャンバ出口１３は、吸気ダクト８に接続されており、この吸気ダクト８は、遠心分離式チャンバ１１から離れる方向に、実質的に遠心分離チャンバ１１の軸線方向に伸びている。吸気ダクト８は、そのチャンバ開口部の位置にカラー１８を有し、このカラー１８は、チャンバ１１の中に伸び、燃料及びオイルに対するさらなる障壁として機能するようにされている。吸気ダクト８の他端は、シリンダ４の前記吸気孔７に接続されている。図示された実施例では、このような吸気孔７が二つ配置されているが、図面における前方の吸気孔は切断されて、吸気ダクトの分岐路によってのみ示され、前記分岐路は破線の楕円の形態で図示されている。

図１におけるエンジン１の動作中、前述したセパレータ１０は、吸気ポート２１を通してシリンダチャンバ６にリッチな燃料空気混合物を供給する機能を有する。前記リッチな燃料空気混合物は、シリンダ４の頂部にあるスパークリングプラグ２７によって容易に点火され得る。また、セパレータ１０は、同時に、吸気孔７を通して非常にリーンな燃料空気混合物を供給する機能を有する。このリーンな燃料空気混合物は、非常に少ない燃料損失で、排ガスポートを通して、前の燃焼サイクルからの排気ガスの追い出しを補助する。

図２におけるエンジン１も、２ストロークタイプのエンジンである。スパークリングプラグ２７で燃料空気混合物を点火する図１におけるエンジンと対比すると、図２におけるエンジン１は、圧縮点火で作動する。この目的のために、シリンダ４の頂部には、燃料噴射装置２８がある。この燃料噴射装置２８は、従来技術の方法で、燃料ライン２６を通して供給される燃料を霧化するために設けられている。

図１の解決手段と同じように、クランクケースの底部（図面に示した状態を参照）には、吸気孔３が設けられている。第一エンジンサイクル（ピストン５の上昇ストローク）の間に、クランクケース２の内部に負圧が発生する時、この吸気孔３を通して、エンジン１内に空気が吸引される。図２におけるエンジン１においては、この空気は燃料と混合されていないが、エンジン１を潤滑するためにクランクケース内に噴霧する公知の不図示の方法で、ある程度の潤滑オイルが混合されている。次のエンジンサイクル（ピストンの下降ストローク）において、クランクケース２の内部に正圧が発生し、空気と潤滑オイルのミストが、吸気ダクト１５を通してクランクケース２からセパレータ１０へ押し出される。

図２における実施例においても、セパレータ１０は円筒形遠心分離式チャンバ１１を備え、該チャンバ１１は、遠心分離式チャンバ１１の軸線方向に関して、その底部には軸方向第一端部１４を有し、その頂部に軸方向第二端部１７を有する。端部１４と端部１７との間には、チャンバ１１の円周壁１２がのびており、これは、滑らかで均一なシリンダ壁表面の形態であり、この壁１２は、円筒形であり、かつ、クランクケース２に開口する軸方向吸気ダクト１５の中まで連続している。

チャンバ１１の円周壁１２に沿った望ましい円運動を作り出すために、図２における吸気ダクト１５は攪拌器１６を有する。この攪拌器１６は、遠心分離式チャンバ１１の軸方向第一端部１４に配置されており、実質的に多数の傾斜したガイドプレートから成る。円運動の結果、重いオイル液滴は、遠心力によって円周壁１２に向けて外側に押し出され、軽い空気がチャンバ１１の中心に残る。

オイルと空気との分離は、吸気ダクト１５から遠ざかるに従って大きくなり、言い換えれば、遠心分離式チャンバ１１の軸方向第二端部１７に近づくにつれて大きくなる。図２の実施例では、この第二端部１７に、径方向内側の軸線方向チャンバ出口１３があり、出口１３の周囲には、環状の閉鎖したチャンバ端壁だけがある。分離された潤滑オイルは、この端壁で集められ、油膜を形成し、遠心分離式チャンバ１１の円周壁１２及び吸気ダクト１５に沿って流れ落ち、クランクケース２に戻される。

図２における実施例では、径方向内側の軸線方向チャンバ出口１３は、吸気ダクト８に接続されている。吸気ダクト８は、実質的に遠心分離式チャンバ１１の軸方向に、チャンバ１１から離れる向きに伸びる。吸気ダクト８は、そのチャンバ開口の位置に、カラー１８を有し、このカラー１８はチャンバ１１内に伸び、この実施例の場合には、オイルに対するさらなる障壁として機能するようにされている。吸気ダクト８の他端は、分岐され、シリンダ４の複数の吸気孔７に接続されている。第一の吸気孔７は、排ガスポート２４と対向する位置に設けられ、それ以外の吸気孔７は、排ガスポート２４と第一吸気孔７との間に設けられている（繰り返し説明すると、吸気孔は、シリンダ４の切りかかれた部分においては示されていない。）。

図２におけるエンジン１の作動中において、前述したセパレータ１０は、複数の吸気孔７を通してシリンダチャンバ６に非常にリーンな混合物を供給する。このリーンな混合物は、空気と、セパレータにおける分離の結果、極めて少量の潤滑オイルとから成る。ディーゼルのような燃料は、このエンジン１では、燃料噴射装置２８によって供給され、シリンダチャンバ６においてピストン５の上昇ストローク中に、圧縮によって、それが燃料の自動点火温度を越える温度に達した時に点火される。ピストン５が、この点火位置に達する前に、前の燃焼サイクルから出た排気ガスが、非常に僅かなオイル損失を伴って排ガスポート２４を通して流し出される。

図３の実施例におけるエンジン１は、基本的には図２におけるエンジンと同じ形式であるが、図２におけるエンジンと異なり、図１におけるエンジン１と同じようにセパレータ１０が設けられている。このセパレータ１０には、径方向外側チャンバ出口１９が設けられている。チャンバ出口１９は、リターンダクト３０に接続され、このリターンダクト３０は、オイル及び空気の混合物をクランクケース２に戻すように構成されている。

リターンダクト３０は、シリンダ４及びクランクケース２の構成要素を貫通して、クランク機構２３に含まれているクランクシャフト３１の第一端部のための第一ベアリングまでのびている。さらに、リターンダクト３０は、クランクシャフト３１の軌道に沿って、クランクシャフト３１の境界面の一部分に位置するクランクケース２に向かう開口３２までのびている。前記部分は、基本的に、クランクシャフト３１の回転軸線に関連して位置決めされる。言い換えれば、開口３２は、図面に示すように、クランクシャフト３１におけるバランサ３３内に形成され得るか、又は、バランサ３３に対向するクランクアーム３４内に形成され得る。クランクケース２におけるリターンダクト３０の開口３２と、クランクシャフト３１の回転軸線との間の径方向距離の増大に伴って、リターン効果が増大することは理解される。

勿論、上述した実施例は、特許請求の範囲の範囲内で様々な方法で変更され得る。例えば、図３におけるセパレータ１０についての変形例においては、リターンダクトをなくして、図１及び図３に示された形式の吸気ダクト１５を通して、図２における実施例に示された方法と同じ方法でリターン流を使用することができる。また、例えば、勿論、セパレータ１０に接続された吸引ダクト２０又はリターンダクト３０で補う必要はあるが、図２におけるセパレータ１０を、図１又は図３におけるエンジン１に使用してもよい。

加えて、本発明による全てのセパレータ１０において、吸気ダクト８内に乱流減衰手段を設けることが考えられる。乱流減衰手段は、例えば、吸気ダクト８の吸気口１３の近くに設けられた複数の小さい羽根(small vanes)３５の携帯であり得る（図３参照）。乱流減衰手段は、吸気ダクト８及びそれに続くシリンダチャンバ６内の流動状態をより有効なものにし、従って、エンジン１の効率を僅かに改善する。

また、クランクケース３の各側部に、従って、クランク機構２３の両側部に、二つ以上のセパレータ１０を配置することも可能であることは理解されだろう。この例は図４に示されており、図面において、二つのセパレータ１０を備えた解決手段が、シリンダ４を横切る分割線に沿った断面に示されている。図４に示されたセパレータ１０は、図１及び図３におけるセパレータと同じ形式のものであるが、非常にコンパクトな解決手段を得るように、それらとは異なり、シリンダ４にあり、シリンダチャンバ６の近くで、シリンダチャンバ６の周囲で曲げられた軸線Ａを有する。

また、言うまでもなく、エンジン１の吸気孔３を、図面に示した以外の方法で設計することも可能であり、必要に応じて、複数の吸気孔７及び吸引ポートを設けることも可能である。

Claims (1)

1. 吸気孔（３）を有するクランクケース（２）と、
   クランクケース（２）に接続され、内部に設けられたピストン（５）と共に、燃焼チャンバ（６）を画定する少なくとも一つのシリンダ（４）と
   を有し、
   前記シリンダ（４）が、吸気ダクト（８）を介して、内部に空気、潤滑オイル及びもしあれば燃料の混合物が収容されたクランクケース（２）に連通する少なくとも一つの吸気孔（７）を備えている
   ２ストローク内燃エンジンにおいて、
   前記吸気ダクト（８）が、セパレータ（１０）を介してクランクケース（２）に接続され、
   前記セパレータ（１０）が、クランクケース（２）からくる空気からオイル及びもしあれば燃料を除去し、
   前記セパレータ（１０）が遠心分離式チャンバ（１１）を有し、この遠心分離式チャンバ（１１）内で、潤滑オイル及びもしあれば燃料が、円運動中に、円周壁（１２）に向けて外側に押し出され、それにより、実質的に清浄された空気が、前記円運動に関して径方向内側にある出口であるチャンバ出口（１３）を介して前記吸気ダクト（８）を通過し、吸気孔（７）を介して燃焼チャンバ（６）に供給され、
   前記セパレータ（１０）の遠心分離式チャンバ（１１）が、前記円運動に関して軸線方向の第一端部（１４）を有し、この第一端部（１４）が吸気ダクト（１５）によってクランクケース（２）に接続され、
   前記セパレータ（１０）の遠心分離式チャンバ（１１）が、前記円運動に関して、軸線方向の第二端部（１７）を有し、
   この第二端部（１７）に、径方向内側のチャンバ出口（１３）が形成され、
   前記第二端部（１７）が、前記円運動に関して、径方向外側のチャンバ出口（１９）を有し、
   前記チャンバ出口（１９）が、リターンダクト（３０）によって、クランクケース（２）に接続される
   ことを特徴とする内燃エンジン。

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