JP5670113B2 - 反転掃気式２サイクルエンジン - Google Patents

Description

本発明は、反転掃気式をとる一対又は複数対の掃気通路が設けられている２サイクルエンジンに係り、特に、新気（未燃混合気）の吹き抜けを効果的に抑制することのできる反転掃気式２サイクルエンジンに関する。

従来より、刈払機やチェーンソー等の携帯型動力作業機に使用されている一般的な２サイクルガソリンエンジンは、通常、シリンダの頭部には点火プラグが配設され、シリンダの胴部にはピストンにより開閉される吸気口、掃気口、排気口が形成され、吸気、排気のためだけの独立した行程はなく、ピストンの２行程で機関の１サイクルを完了するようになっている。

より詳細には、ピストンの上昇行程により、吸気口からピストン下方のクランク室に混合気を吸入するとともに、該混合気をピストンの下降行程により予圧縮し、掃気口から前記予圧縮された混合気をピストン上方の燃焼作動室に吹き出すことにより、燃焼廃ガスの排気口への排出を行う、言い換えれば、混合気のガス流動を利用して燃焼廃ガスの掃気を行うようになっている。

そのため、燃焼廃ガス（排気ガス）中に未燃混合気が混入しやすく、燃焼に供せられることなくそのまま大気中へ排出される新気（未燃混合気）、いわゆる吹き抜け量が大きく、４サイクルエンジンに比して燃費が悪いだけでなく、排ガス中に有害成分であるＨＣ（燃料の未燃成分）やＣＯ（燃料の不完全燃焼成分）等が多く含まれ、小型とはいえ、環境汚染が懸念されるとともに、これからますます厳しくなるであろう排ガス規制並びに燃費向上要請にどのようにして対応していくかが課題となっている。

このような課題に鑑み、従来より、例えば下記特許文献１、２、３，４等にも見られるように、掃気通路の形状・構造等を改良することにより前記吹き抜けを抑制する技術が種々提案されている。

特開平０９-０８８６１７号公報 特開２００６−３４８７８５号公報 特許第８３０４１号明細書（特許昭和４年） 特開２００９−２９９６０５号公報

前記特許文献１に所載の技術は、外部（掃気通路以外）から燃焼作動室に空気を吹き込んで縦渦を発生させることにより前記吹き抜けを抑制するようにしたものであるが、このものでは、吹き抜け抑制効果が十分ではなく、しかも、別途に空気供給手段が必要となり、構成が複雑となる、コストアップを招く等の問題がある。

前記特許文献２に所載の技術は、掃気通路の断面形状等を工夫して縦渦を発生させ、それによって燃焼作動室内における排ガス及び混合気濃度の分布を改善することにより、前記吹き抜けを抑制するようにしたものであるが、このものでも、前記吹き抜け抑制効果が十分ではない。

前記特許文献３には、ディーゼルエンジンにおいて、燃焼作動室内において旋回流を生成することにより前記吹き抜けを抑制すべく、左側に位置する掃気通路と右側に位置する掃気通路の実効通路面積が異ならしめられて、前記左側に位置する掃気通路から吹き出される掃気流と前記右側に位置する掃気通路から吹き出される掃気流とが排気口の開口中心線から左右方向にずれた部位において衝突する様子が示されているが、このものでも、吹き抜け抑制効果が十分ではなく、しかも、構成が複雑となる、コストアップを招く等の問題がある。

また、前記特許文献４には、掃気通路をクランク軸の回転軸線に直交する縦断面（中央縦断面）を挟んで左右対称的に配置するとともに、吸気口及び排気口をそれぞれ前記中央縦断面に対して平面視で偏心して設けることにより、掃気通路を長くして掃気効果を向上させようとしたものが開示されているが、このものでは、排気口が前記中央縦断面に対して偏心して設けられているので、マフラーの配置が制限され、全体のレイアウトのまとまりを欠きやすい、マフラーの取付配置に起因する熱問題が生じやすい嫌いがある。

本発明は、かかる要望に応えるべくなされたもので、その目的とするところは、比較的簡単な構成でありながら、新気の吹き抜けを効果的に抑制することのできる反転掃気式２サイクルエンジンを提供することにある。

前記目的を達成すべく、本発明に係る反転掃気式２サイクルエンジンは、基本的には、ピストンの上方に形成される燃焼作動室と、燃料と空気の混合気が流入するクランク室とを連通するように反転掃気式をとる左右一対又は複数対の掃気通路が設けられていて、前記左右一対又は複数対の掃気通路のうちの一方側に位置する掃気通路の少なくとも一カ所の横断面形状と水平掃気角が他方側に位置する掃気通路の横断面形状と水平掃気角と異ならしめられて、前記一方側に位置する掃気通路の横断面形状がシリンダ外周側が最も狭くシリンダボア壁面側が最も広い形状で、その実効通路面積が前記他方側に位置する掃気通路の横断面形状より小さくされており、前記一方側に位置する掃気通路から吹き出される前記燃料と空気の混合気からなる掃気流の主流と前記他方側に位置する掃気通路から吹き出される前記燃料と空気の混合気からなる掃気流の主流とが排気口の開口中心線から左右方向にずれた部位において平面視で衝突するようにされていることを特徴としている。

好ましい態様では、前記一方側に位置する掃気通路における吸気口側に位置する案内壁面により形成される水平掃気角と前記他方側に位置する掃気通路における吸気口側に位置する案内壁面により形成される水平掃気角とが異ならしめられる。

他の好ましい態様では、前記一方側に位置する掃気通路と前記他方側に位置する掃気通路の横断面形状又は実効通路面積が異ならしめられる。

本発明に係る反転掃気式２サイクルエンジンでは、左右で対をなす掃気通路水平掃気角が異ならしめられるので、左右の掃気通路から吹き出される掃気流の流速が相違するものとなるとともに、一方側の掃気通路から吹き出された掃気流の主流と他方側の掃気通路から吹き出された掃気流の主流とが、従来例のように排気口の開口中心線付近では衝突しないようにされる。これにより、比較的簡単な構成でありながら、特に掃気初期の掃気（新気）の吹き抜けが抑制されるとともに、掃気（新気）が排気口に到達するまでの距離（時間）が長くなり、これによって、吹き抜けが生じる時期を遅らせることができ、その結果、特に掃気中期〜後期における吹き抜けを抑制することができる。

（Ａ）は、本発明に係る反転掃気式２サイクルエンジンの一実施例の主要部を示す水平断面図（図４のＸ−Ｘ矢視相当断面図）、（Ｂ）は従来の反転掃気式２サイクルエンジンの一例の主要部を示す水平断面図（図４のＸ−Ｘ矢視相当断面図）。 （Ａ）は、図１（Ａ）に示される本発明実施例の掃気流動の説明に供される平面視解析図、（Ｂ）は、図１（Ｂ）示される従来例の掃気流動の説明に供される平面視解析図。 （Ａ）は、図１（Ａ）に示される本発明実施例の掃気流動の説明に供される斜視解析図、（Ｂ）は、図１（Ｂ）示される従来例の掃気流動の説明に供される斜視解析図。 従来の反転掃気式２サイクルエンジンの一例の主要部を示す縦断面図。

以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。

図１（Ａ）は、本発明に係る反転掃気式２サイクルエンジンの一実施例の主要部を示す水平断面図（図４のＸ−Ｘ矢視相当断面図）、図１（Ｂ）は従来の反転掃気式２サイクルエンジンの一例の主要部を示す水平断面図（図４のＸ−Ｘ矢視相当断面図）、図２（Ａ）は、図１（Ａ）に示される本発明実施例の掃気流動の説明に供される平面視解析図、図２（Ｂ）は、図１（Ｂ）示される従来例の掃気流動の説明に供される平面視解析図、図３（Ａ）は、図１（Ａ）に示される本発明実施例の掃気流動の説明に供される斜視解析図、図３（Ｂ）は、図１（Ｂ）示される従来例の掃気流動の説明に供される斜視解析図、図４は従来の反転掃気式２サイクルエンジンの一例の主要部を示す縦断面図である。

本発明実施例と従来例のエンジンにおいて、対応する部分又は同一機能部分には同一の符号が付されている。

以下においては、まず従来例のエンジン１’［図４及び図１（Ｂ）、図２（Ｂ）、図３（Ｂ）］を説明し、次に本発明実施例［図１（Ａ）、図２（Ａ）、図３（Ａ）］との相違部分を説明する。

従来例の反転掃気式２サイクルエンジン１’は、携帯型動力作業機等に使用される四流掃気式の小型空冷式２サイクルガソリンエンジンであり、ピストン２０が嵌挿されるシリンダ１０を有し、該シリンダ１０の下側には、クランクケース１２の上半分を構成するアッパークランクケース１２Ａが一体に形成されている。このアッパークランクケース１２Ａの下側には、図示されていないがロアークランクケースが例えば四本の通しボルトにより密封状態で締結される。前記クランクケース１２は、前記シリンダ１０の下方にクランク室１８を画成するとともに、ピストン２０をコンロッドを介して往復昇降させるクランク軸を、メインベアリングを介して回転自在に支持するようになっている。

前記シリンダ１０の外周部には、多数の冷却フィン１６が設けられ、その頭部には、燃焼作動室１５を構成するスキッシュドーム形（半球形）の燃焼室部１５ａが設けられ、該燃焼室部１５ａには、点火プラグ（図示省略）が取付けられる装着穴（雌ねじ部）１７が形成されている。

また、シリンダ１０の胴部の一側には排気口３４が設けられ、胴部の他側には、排気口３４より低い位置に吸気口３３が設けられている（図２では排気口３４と吸気口３３とが同じ高さ位置にあるものとして描かれている）。

また、本従来例の２サイクルエンジン１’には、反転掃気式（シュニューレ掃気式）をとる、前記排気口３４側に位置する一対の第１掃気通路（メイン掃気通路）３１、３１と、前記排気口３４とは反対側（吸気口３３側）に位置する一対の第２掃気通路（サブ掃気通路）３２、３２とが、前記シリンダ１０から前記アッパークランクケース１２Ａにかけて設けられている。第１及び第２の掃気通路３１と３１、３２と３２は、それぞれ吸気口３３及び排気口３４を二等分割する中央縦断面Ｆ−Ｆ（クランク軸の回転軸線に直交する断面であり、排気口３４の開口中心線Ｃを含む）を挟んで対称的に設けられている。

前記第１及び第２の掃気通路３１、３１、３２、３２は、その大半が隔壁３１ｋ、３１ｋ、３２ｋ、３２ｋ付き通路部となっていて、それらの下端は、前記アッパークランクケース１２Ａのメインベアリング受け面（半円筒面）１４に開口せしめられている。

前記掃気通路３１、３１、３２、３２におけるそれぞれの隔壁３１ｋ、３１ｋ、３２ｋ、３２ｋの下端部に、掃気入口となる概略矩形状の切欠開口３１ａ、３１ａ、３２ａ、３２ａが形成されている。ここでは、吸気口３３側に位置する第２掃気通路３２、３２に形成された掃気入口（切欠開口）３２ａ、３２ａの開口面積及び高さは、排気口３４側に位置する第１掃気通路３１、３１に形成された掃気入口（切欠開口）３１ａ、３１ａの開口面積及び高さより大きくされている。

また、第１掃気通路３１、３１及び第２掃気通路３２、３２の上端（下流端）には、前記燃焼作動室１５に開口する矩形状の第１掃気出口３１ｂ、３１ｂ及び第２掃気出口３２ｂ、３２ｂが設けられている。ここでは、第１掃気出口３１ｂ、３１ｂと第２掃気出口３２ｂ、３２ｂの高さ位置は同一とされていて、それらの上端の高さ位置は、前記排気口３４の上端より所定の距離だけ低くされている。したがって、第１掃気出口３１ｂ、３１ｂと第２掃気出口３２ｂ、３２ｂとは、ピストン２０の下降時に、排気口３４より若干遅れて、二対同時に開くようになっている。

前記第１及び第２掃気通路３１、３１、３２、３２の横断面形状は、その長さ方向の略全域にわたり、シリンダ外周側がシリンダボア壁面１０ａ側と同じか若干広い、角丸付き平行四辺形とされ、左右一対の第１掃気通路３１と３１とは同一（横断面）形状とされ、また、左右一対の第２掃気通路３２と３２も、同一（横断面）形状とされている。ここでは、左側の第１掃気通路３１の吸気口３３側を画成する案内壁面３１ｃの吸気口３３側への延長線Ｅａと排気口中心線Ｃとの交差角と右側の第１掃気通路３１の吸気口３３側を画成する案内壁面３１ｃの吸気口３３側への延長線Ｅａと排気口中心線Ｃとの交差角である水平掃気角は共に同じ角度θａ（６０度）とされており、また、図示はされていないが、左右一対の第２掃気通路３２、３２の水平掃気角も左右で同じ角度となっている。

このような構成とされた従来例の２サイクルエンジン１’においては、ピストン２０の上昇行程において、クランク室１８の圧力が低下するに伴い、図示しない気化器等の混合気生成手段からの混合気が、前記吸気口３３からクランク室１８に吸入されて貯留される。

そして、ピストン２０上方の燃焼作動室１５内の混合気が点火せしめられて爆発燃焼すると、ピストン２０が燃焼ガスにより押し下げられる。このピストン２０の下降行程においては、クランンク室１８及び掃気通路３１、３１、３２、３２内の混合気が、ピストン２０により圧縮せしめられるとともに、まず最初に、排気口３４が開かれ、さらにピストン２０が下降すると、掃気通路３１、３１、３２、３２下流端の掃気出口３１ｂ、３１ｂ、３２ｂ、３２ｂが同時に開かれる。

この掃気出口３１ｂ、３１ｂ、３２ｂ、３２ｂが開かれる掃気期間においては、クランク室１８内で圧縮された混合気が掃気入口３１ａ、３１ａ、３２ａ、３２ａから掃気通路３１、３１、３２、３２内に押し込まれるとともに、燃焼作動室１５側に吸引され、掃気出口３１ｂ、３１ｂ、３２ｂ、３２ｂから掃気流として所定の水平掃気角をもって排気口３４とは反対側（吸気口３３側）のシリンダボア壁面１０ａに向けて吹き出される。この場合、左右の掃気通路３１、３１及び３２、３２の横断面形状及び水平掃気角が同じであることから、吹き出された掃気流は、図２（Ｂ）及び図３（Ｂ）に示される如くに、排気口３４の開口中心線Ｃ付近で衝突して反転（縦回転）せしめられ、この反転せしめられた掃気流により燃焼廃ガス（排ガス）が排気口３４に押し出される。

以上説明した従来例のエンジン１’と本発明実施例のエンジン１とでは、左側の第１掃気通路３１（以下、本実施例の左側の第１掃気通路の符号を３１Ｌとし、右側の第１掃気通路の符号を３１Ｒとする）の横断面形状及び水平掃気角が異なり、第１掃気通路３１Ｌ、３１Ｒは非対称となっている。すなわち、本実施例の左側の第１掃気通路３１Ｌの横断面形状は、その長さ方向の略全域にわたり、シリンダ外周側が最も狭くシリンダボア壁面１０ａ側が広い、平行四辺形よりも三角形（角丸付き三角形）に近い形状にされてその実効通路面積が小さくされており［図１（Ａ）において従来例のものが仮想線で示されている］、また、前記従来例及び本実施例の右側の第１掃気通路３１Ｒの水平掃気角がθａ（６０度）に設定されているのに対し、本実施例の左側の第１掃気通路３１Ｌの水平掃気角はθｂ（４０度）に設定されている。

上記のように、左側の第１掃気通路３１Ｌと右側の第１掃気通路３１Ｒの横断面形状及び水平掃気角が異ならしめられていることにより、図２（Ａ）、図３（Ａ）の解析図に示される如くに、左側の第１掃気通路３１Ｌから吹き出された掃気流の主流は、右側の第１掃気通路３１Ｒから吹き出された掃気流の主流の上側を流れて反転（縦回転）せしめられる。言い換えれば、左側の第１掃気通路３１Ｌから吹き出された掃気流の主流と右側の第１掃気通路３１Ｒから吹き出された掃気流の主流とは、従来例のように排気口３４の開口中心線Ｃ付近では衝突せず、開口中心線Ｃから左側にずれた部位において平面視で交差するようにされ、右側の第１掃気通路３１Ｒから吹き出された掃気流は左側のボア壁面１０ａに沿って流れ、左側の第１掃気通路３１Ｌから吹き出された掃気流は、右側の第１掃気通路３１Ｒから吹き出された掃気流に比べて広がりながら流れる。

このように、本発明実施例のエンジン１では、左右の第１掃気通路３１Ｌ、３１Ｒの横断面形状及び水平掃気角が異ならしめられるので、左右の掃気通路３１Ｌ、３１Ｒから吹き出される掃気流の流速が相違するものとなるとともに、左側の第１掃気通路３１Ｌから吹き出された掃気流の主流と右側の第１掃気通路３１Ｒから吹き出された掃気流の主流とが、従来例のように排気口３４の開口中心線Ｃ付近では衝突しないようにされる。これにより、比較的簡単な構成でありながら、特に掃気初期の掃気（新気）の吹き抜けが抑制されるとともに、掃気（新気）が排気口３４に到達するまでの距離（時間）が長くなり、これによって、吹き抜けが生じる時期を遅らせることができ、その結果、特に掃気中期〜後期における吹き抜けを抑制することができる。

なお、上記実施例では二対の掃気通路を有するエンジンについて説明したが、掃気通路は一対でも三対以上であってもよい。また、上記実施例では、水平掃気角が他とは異なる箇所が一カ所だけとされているが、それを複数カ所としてもよく、さらに、掃気通路の横断面形状は、上記のような角丸付き平行四辺形や角丸付き三角形等に限られる訳ではなく、適宜選定することができる。

また、上記実施例では、掃気通路がクランク軸の回転軸線に直交する中央縦断面を挟んで左右に配置されているが、これに限られず、掃気通路を前記中央縦断面に対して平面視で所定角度傾けられている傾斜縦断面を挟んで左右に配置してもよく、また、前掲の特許文献４等に所載のもののように、前記中央縦断面に対して吸気口及び／又は排気口が平面視で偏心して設けられているものでも、本発明を同様に適用できる。

１ 反転掃気式２サイクルエンジン
１０ シリンダ
１５ 燃焼作動室
２０ ピストン
３１Ｌ 左側の第１掃気通路
３１Ｒ 右側の第１掃気通路
３２ 第２掃気通路
３１ｂ、３２ｂ 掃気出口
３１ｃ、３２ｃ 案内壁面
３３ 吸気口
３４ 排気口
θａ、θｂ 水平掃気角

Claims (3)

1. ピストンの上方に形成される燃焼作動室と、燃料と空気の混合気が流入するクランク室とを連通するように反転掃気式をとる左右一対又は複数対の掃気通路が設けられている２サイクルエンジンであって、
   前記左右一対又は複数対の掃気通路のうちの一方側に位置する掃気通路の少なくとも一カ所の横断面形状と水平掃気角が他方側に位置する掃気通路の横断面形状と水平掃気角と異ならしめられて、前記一方側に位置する掃気通路の横断面形状がシリンダ外周側が最も狭くシリンダボア壁面側が最も広い形状で、その実効通路面積が前記他方側に位置する掃気通路の横断面形状より小さくされており、前記一方側に位置する掃気通路から吹き出される前記燃料と空気の混合気からなる掃気流の主流と前記他方側に位置する掃気通路から吹き出される前記燃料と空気の混合気からなる掃気流の主流とが排気口の開口中心線から左右方向にずれた部位において平面視で衝突するようにされていることを特徴とする反転掃気式２サイクルエンジン。
2. 前記一方側に位置する掃気通路における吸気口側に位置する案内壁面により形成される水平掃気角と前記他方側に位置する掃気通路における吸気口側に位置する案内壁面により形成される水平掃気角とが異ならしめられていることを特徴とする請求項１に記載の反転掃気式２サイクルエンジン。
3. 前記一方側に位置する掃気通路と前記他方側に位置する掃気通路の横断面形状又は実効通路面積が異ならしめられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の反転掃気式２サイクルエンジン。

Images