JP5922569B2 - 層状掃気2ストロークエンジン - Google Patents

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Description

本発明は、層状掃気2ストロークエンジンに関し、より詳細には、掃気通路に先行掃気用の空気を導入する空気通路を備え、この空気通路の掃気通路に対する開閉を逆止弁によって規制する層状掃気2ストロークエンジンに関する。
層状掃気2ストロークエンジンでは、ピストンの上昇行程にて、クランクケース内に生じる負圧によって吸気通路からクランクケース内に混合気を吸入するとともに、空気通路から掃気通路に空気を導入し、ピストンの下降行程にて、クランクケース内の混合気を供給するのに先立ち、先の上昇行程にて掃気通路に導入した空気を先行掃気用の空気としてシリンダ内に流出させる。これにより、燃焼後の燃焼ガス(排ガス)と掃気通路を介して新たに供給する混合気との間に空気の層が介在することとなるので、燃焼ガスへの混合気の混入が抑制され、未燃焼ガスの排気ポートへの吹抜けを防止することができる。
ここで、層状掃気2ストロークエンジンは、掃気通路に対する空気通路の開閉を規制する方式に応じ、概して次の2種に大別される。
1つは、空気通路に逆止弁を設置し、空気通路から掃気通路へ向かう空気の流れを許容する一方、その逆向きの、即ち掃気通路から空気通路を介して外部へ向かう空気及び混合気の流れを、この逆止弁によって遮断するものである。他の1つは、ピストンの側面に溝を形成し、掃気通路と空気通路とを、この溝を介して一時的に連通させて、掃気通路に空気を導入する一方、シリンダ内に混合気を供給する際には、空気通路をピストンによって閉塞させるものである。
下記特許文献1には、前者の方式に属する層状掃気2ストロークエンジンが開示されている。
国際公開第2010/035684パンフレット
前掲文献1の層状掃気2ストロークエンジンでは、クランクケース内に開口する掃気流入口からシリンダ内に開口する掃気ポートまで延在する掃気通路に対し、先行掃気用の空気を導入する空気通路が掃気流入口から掃気ポートまでの略中間位置にて接続され、この空気通路の掃気通路に対する接続部に、掃気通路から空気通路への逆流を規制する逆止弁(例えば、リードバルブ)が設けられている。ピストンには、その下面に切欠きが形成されており、掃気ポートは、ピストンの上昇行程後期から下降行程初期に移行する過程でこの切欠きにおいて開放される。これにより、クランクケース内に生じる負圧が掃気ポートを介して掃気通路内に作用し、空気通路から掃気通路に先行掃気用の空気が導入される。ここで、クランクケース内の負圧が掃気流入口を介して掃気通路内に波及するのを回避するため、掃気流入口には、掃気通路からクランクケース内へ向かう空気の流れを遮断する逆止弁(例えば、リードバルブ)が設けられている。
このような構成によれば、掃気通路に導入された空気は、掃気通路内を空気通路の接続部から掃気流入口に向かって流れることなく、掃気ポートに向かって一方向に流れるので、先行掃気用の空気への混合気の混入が抑制されて、空気と混合気との層状分離が維持され、未燃焼ガスの排気ポートへの吹抜けが防止される。
本発明の主たる目的は、空気先導式層状掃気の一層良好な実現のため、先行掃気のために可能な限り多くの量の空気を掃気通路に貯え、未燃焼ガスの排気ポートへの吹抜けを抑制することにある。
本発明は、上記目的の達成のため、クランクケース内に燃料及び空気の混合気を導入する吸気通路と、クランクケース内に開口する第1掃気流入口から、ピストンの作動位置に応じてシリンダ内に開口する第1掃気ポートまで延在する第1掃気通路と、クランクケース内に開口する第2掃気流入口から、ピストンの作動位置に応じてシリンダ内に開口する第2掃気ポートまで延在する第2掃気通路と、第1掃気通路と第2掃気通路とが互いに連通する連通部と、この連通部よりも第1掃気流入口に近い位置にて第1掃気通路に先行掃気用の空気を導入する空気通路と、ピストンの上昇行程にて第1掃気通路からクランクケース内へ向かう空気の流れを遮断する第1逆止弁と、ピストンの下降行程にて第1掃気通路から空気通路を介して外部へ向かう空気及び混合気の流れを遮断する第2逆止弁と、を含んで構成され、ピストンの上昇行程にて、吸気通路からクランクケース内に混合気が導入されるとともに、空気通路から第1掃気通路に導入された空気の一部が上記連通部を介して第2掃気通路に流入し、ピストンの下降行程にて、ピストンの先の上昇行程にて流入した第1及び第2掃気通路内の空気が第1及び第2掃気ポートからシリンダ内に流出し、これに追随して、クランクケース内の混合気が第1及び第2掃気通路を介して第1及び第2掃気ポートからシリンダ内に供給されるようにした層状掃気2ストロークエンジンを提供するものである。
本発明によれば、先行掃気用の空気が空気通路から直接導入される第1掃気通路に加え、空気通路から第1掃気通路及び連通部を介して導入される第2掃気通路を設け、第1及び第2掃気通路の双方に空気を貯え、これらのいずれもからシリンダ内に流出させるようにしたので、掃気通路として第1掃気通路に相当する構成のみを備える場合と比較して、先行掃気のためにより多くの量の空気を確保し、未燃焼ガスの吹抜けを抑制することができる。
本発明の第1実施形態に係る層状掃気2ストロークエンジンの構成図 同上エンジンの、図1に示すI−I線による断面図 同上エンジンの、図2に示すII−II線による破断斜視図 同上エンジンの動作説明図(上昇行程中期) 同上エンジンの動作説明図(上昇行程終期) 同上エンジンの動作説明図(下降行程中期) 同上エンジンの動作説明図(下降行程終期) 同上エンジンの動作説明図(上昇行程初期) 同上エンジンのポートタイミング図 本発明の第2実施形態に係る層状掃気2ストロークエンジンの特徴を示す部分断面図(a)及びピストンの側面図(b) 同上エンジンのポートタイミング図 本発明の第3実施形態に係る層状掃気2ストロークエンジンの特徴を示す部分断面図(a)及びピストンの側面図(b) 本発明の第4実施形態に係る層状掃気2ストロークエンジンの断面図 本発明の第5実施形態に係る層状掃気2ストロークエンジンの構成図 本発明の第6実施形態に係る層状掃気2ストロークエンジンの構成図 本発明の第7実施形態に係る層状掃気2ストロークエンジンの構成図 本発明の第8実施形態に係る層状掃気2ストロークエンジンの構成図 本発明の第9実施形態に係る層状掃気2ストロークエンジンの構成図
以下に図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
図1は、本発明の第1実施形態に係る層状掃気2ストロークエンジン(以下、単に「エンジン」という)10の全体構成を示す断面図である。
エンジン10は、単気筒の小型2ストロークエンジンであって、チェーンソー及びブロワー等、手に持つか又は背負って使用する各種の可搬式作業機に、その動力源として適用することが可能である。
エンジン10は、大きく分けてエンジン本体20と、燃料添加装置(本実施形態では、キャブレタ)50と、空気ダクト60と、排気マフラ70とから構成されている。
エンジン本体20は、シリンダ22と、クランクケース24と、クランクケースカバー26とから構成されており、シリンダ22の下部にクランクケース24が固定され、クランクケース24の側部にクランクケースカバー26が固定されている。シリンダ22には、ピストン28が上下に往復自在に収容されており、クランクケース24には、クランクシャフト30が回転自在に収容されている。ピストン28とクランクシャフト30とは、コンロッド32(破断してその一部のみを示す)を介して互いに連結されており、ピストン28の上下運動がクランクシャフト30の回転運動に変換される。クランクシャフト30は、一端がクランクケース24外まで延設されており、クランクシャフト30の回転運動がエンジン10の出力として取り出される。
エンジン本体20には、吸気通路34、掃気通路36,38及び排気通路40が形成されている。本実施形態において、これらの通路34〜40は、いずれも一端がシリンダ22の内部(図中符号Aで示す空間をいい、以下「シリンダ内」という)に開口しており、シリンダ22内に対する開閉がピストン28によって制御される。
吸気通路34は、吸気ポート342にてシリンダ22内に連通しており、吸気ポート342は、その上縁が下死点にあるピストン28の上面28aよりも下方に位置し、下縁が上死点にあるピストン28の下面28bよりも下方に位置するように設定されている。これにより、吸気通路34は、ピストン28が下死点にあるときにピストン28によって閉塞される一方、ピストン28の上昇行程中期から下降行程中期に移行する過程でピストン28の下方で開口し、クランクケース24の内部(図中符号Bで示す空間をいうが、ピストン28下方のシリンダ22内空間を含めていうときもある。以下「クランクケース内」という)に生じた負圧を通路34内に導入して、混合気を吸入させる。ここで、上昇行程は、ピストン28が下死点から上死点に向けて移動する行程をいい、下降行程は、ピストン28が上死点から下死点に向けて移動する行程をいう。吸気ポート342は、シリンダ28に限らず、クランクケース24に形成されてもよく、その場合は、吸気ポート342に逆止弁を設置して、クランクケース24内からの混合気の逆流を抑止する。
掃気通路は、第1掃気通路36と第2掃気通路38とを含み、第1及び第2掃気通路36,38は、いずれも一端の掃気流入口362,382にてクランクケース24内に連通する一方、他端の掃気ポート364,384にてシリンダ22内に連通し、クランクケース24内とシリンダ22内とを空間的に接続している。
具体的には、第1掃気通路36は、クランクケース24に形成された第1掃気流入口362から上方に向けてS字状に湾曲して延在し、シリンダ22に形成された第1掃気ポート364に接続している。本実施形態において、第1掃気流入口362は、クランクケース24のうちクランクシャフト30の軸線Yに垂直な方向に存在する部分を内外に貫通して形成されている。第1掃気通路36は、シリンダ22とクランクケース24との結合部Cよりも下方では、クランクケースカバー26の内面26aによってクランクケース24の外側に形成されており、結合部Cよりも上方では、シリンダ22の側壁の内部に形成されている。図2に示すように、第1掃気通路36は、後に述べる空気通路42の接続部Dよりも下流で二方向に分岐している。シリンダ22の軸線Xを挟んで各側に第1掃気ポート364が1つずつ形成されており、第1掃気通路36は、分岐点Eから下流に伸びる枝路が対応する第1掃気ポート364に夫々接続している。
第2掃気通路38は、クランクケース24に形成された第2掃気流入口382からシリンダ22の軸線Xに沿って上方に向けて延在し、シリンダ22に形成された第2掃気ポート384に接続している。本実施形態において、第2掃気流入口382は、結合部Cにてシリンダ22の端部と噛み合うクランクケース24の周壁を上下に貫通して形成されている(図2)。第2掃気通路38は、結合部Cの領域では、クランクケース24の周壁の内部に形成されており、これを除く第2掃気通路38の略全域でシリンダ22の側壁の内部に形成されている。第1掃気ポート364と同様に、シリンダ22の軸線Xを挟んで各側に第2掃気ポート384が1つずつ形成されており、第2掃気通路38は、対応する第2掃気ポート384に夫々接続している。
第1及び第2掃気ポート364,384は、シリンダ22の軸線Xを中心とする円周方向に互いに隣接して形成されており、図3に示すように、シリンダ22の内面22aから続く壁部222によって互いに隔てられ、シリンダ22の内面22aに夫々独立した開口を形成している。
図1に戻り、第1及び第2掃気ポート364,384は、それらの上縁が下死点にあるピストン28の上面28aよりも上方に位置し、下縁が上死点にあるピストン28の下面28bよりも上方に位置するように設定されている。本実施形態では、ピストン28の下面28bに僅かな切欠きが形成されており、第1及び第2掃気ポート364,384の下縁は、ピストン28が上死点にあるときに、この切欠きの蓋面よりも上方に位置する。これにより、第1及び第2掃気通路36,38は、第1及び第2掃気ポート364,384がピストン28の下降行程終期にピストン28の上方で開口することで、クランクケース24内とシリンダ22内とを連通させ、クランクケース24内の混合気をシリンダ22内に供給するための通路を形成する。一方で、第1及び第2掃気ポート364,384は、ピストン28が上死点にあるときを含め、上昇行程初期と下降行程終期とを除く全期間に亘ってピストン28によって閉塞される。
第1掃気通路36と第2掃気通路38とは、シリンダ22の内面22aに夫々独立した開口(第1及び第2掃気ポート364,384)を形成する一方、これよりも僅かに外側の領域で互いに連通し、第1掃気流入口362からこの連通部44を介して第2掃気流入口382に通じる一続きの通路36,44,38を形成している。図3に示すように、本実施形態では、第1及び第2掃気ポート364,384の近傍で第1掃気通路36と第2掃気通路38とを隔てるシリンダ22の壁部222に切欠孔(「第1切欠孔」に相当する)442が形成されており、第1及び第2掃気通路36,38は、この切欠孔442を介して連通している。
排気通路40は、排気ポート402にてシリンダ22内に連通しており、排気ポート402は、その上縁が下死点にあるピストン28の上面28aよりも上方に位置し、下縁が上死点にあるピストン28の下面28bよりも上方に位置するように設定されている。これにより、排気通路40は、ピストン28が上死点にあるときにピストン28によって閉塞される一方、ピストン28の下降行程中期以降の期間にて第1及び第2掃気ポート364,384よりも先にシリンダ22内に開口し、燃焼ガスを排出して、シリンダ22内の圧力を低下させる。
本実施形態において、クランクケースカバー26には、その上部に空気ダクト60が取り付けられている。空気通路42は、クランクケースカバー26と空気ダクト60とによって形成され、第1掃気通路36に対し、切欠孔442よりも第1掃気流入口362に近い位置、具体的には、第1掃気流入口362から第1掃気ポート364までの略中間位置に接続している。第1掃気通路36がS字状に湾曲して形成され、空気通路42が第1掃気通路36の中間部に接続されることで、これらの通路42,36は、接続部Dから第1掃気通路36の分岐部Eにかけて直線状に延伸している。
第1掃気通路36には、掃気通路36,38への空気の導入に際し、クランクケース24内に生じた負圧が第1掃気流入口362を介して第1掃気通路36に及ぶのを回避するための逆止弁(「第1逆止弁」に相当する)46が設置されている。本実施形態では、この逆止弁46としてリードバルブが採用されている。クランクケース24のうち第1掃気流入口362の周辺の外面24aが平坦に形成されており、リードバルブ46は、この平坦面24aに対し、クランクケース24内から第1掃気通路36へ向かう流れを許容する一方、その逆向きの流れを遮断可能に取り付けられている。
空気通路42には、シリンダ22内の掃気に際して空気通路42への空気及び混合気の流入を阻止するための逆止弁(「第2逆止弁」に相当する)48が設置されている。本実施形態では、この逆止弁48としてリードバルブが採用されている。空気ダクト60のクランクケースカバー26に対する結合部の下面60aが平坦に形成されており、リードバルブは、この平坦面60aに対し、空気通路42から第1掃気通路36に向かう流れを許容する一方、その逆向きの流れを遮断可能に取り付けられている。
以上に加え、吸気通路34には、エンジン10に対する燃料供給量を調節する燃料調節弁92が設置されている。本実施形態において、燃料調節弁92は、キャブレタ50に内蔵されている。
空気通路42には、これを通過する空気の流量を調節する空気調節弁94が設置されている。本実施形態において、空気調節弁94は、先に述べた燃料調節弁92に対して連動可能に連結されている。
シリンダ22には、その頂部に点火プラグ96が取り付けられている。点火プラグ96は、ピストン28が上死点又はその近傍にあるときに作動して、燃焼室Cm内の混合気に点火する。
排気通路40には、排気マフラ70が取り付けられている。燃焼後の燃焼ガスは、排気通路40を通過した後、この排気マフラ70を介して大気中に放出される。
本実施形態に係る層状掃気2ストロークエンジン10の動作について、図4〜9を参照して説明する。
図4〜8は、エンジン10の動作を時系列順に示しており、図中白抜きの丸印(○)は空気を、黒く塗り潰した丸印(●)は混合気を、ばつ印(×)は燃焼ガスを夫々示す。図9は、エンジン10のポートタイミングを示しており、図中左側が吸気、掃気及び排気タイミングを、右側が空気の導入タイミングを夫々示す。
下死点にあるピストン28は、上昇行程に移ると上死点に向けて移動を開始する。エンジン10内と外部(エンジン10外)との接続がピストン28によって遮断されているため、クランクケース24内に負圧が生じ、この負圧は、ピストン28の上昇に伴って発達する。本実施形態では、第1掃気通路36と第2掃気通路38とが「第1切欠孔」である切欠孔442を介して常に連通した状態にあるので、クランクケース24内に生じた負圧は、第2掃気流入口382から第2掃気ポート384に向けて第2掃気通路38内を伝播するとともに、切欠孔442を介してピストンストローク全体に亘って第1掃気通路36に波及し、リードバルブ48を開弁させる(図9中右側の斜線部)。ここで、本実施形態では、第1掃気流入口362が「第1逆止弁」であるリードバルブ46によって気密に閉塞されているので、クランクケース24内の負圧が第1掃気流入口362を介して第1掃気通路36に波及することはない。
図4は、上昇行程中期(図9中左側で点T1)の動作を示している。負圧の波及によって第1掃気通路36内の圧力が大気圧よりも低下することで、「第2逆止弁」であるリードバルブ48が開弁し、空気通路42から第1掃気通路36に空気が流入する。この空気の一部は、切欠孔442を介して第2掃気通路38に流入する。
図5は、上昇行程終期(点T2)の動作を示している。第1及び第2掃気通路36,38に対する空気の導入が進行し、掃気通路36,38の略全域が空気で満たされている。その一方で、ピストン28が吸気ポート342を通過することで、ピストン28の下方で吸気ポート342が開放され、クランクケース24内の負圧が吸気ポート342を介して吸気通路34に波及する。これにより、エンジン10外の空気がキャブレタ50に取り込まれ、キャブレタ50によって添加された燃料と空気との混合気が吸気通路34を介してクランクケース24内に導入される。
ピストン28が上死点に到達すると、点火プラグ96が作動して、燃焼室Cm内の混合気に点火する。この混合気は、前サイクルでシリンダ22内に供給されたものである。
下降行程に移り、ピストン28は、燃料の体積膨張によって押し下げられ、コンロッド32を介してクランクシャフト30を回転させる。クランクシャフト30の回転動作は、エンジン10の出力として取り出される。
図6は、下降行程中期(点T3)の動作を示している。ピストン28が排気ポート402を通過することで、ピストン28の上方で排気ポート402が開放され、燃焼後の燃焼ガスが排気通路40に排出される。これにより、シリンダ22内の圧力が急激に減少する。その一方で、クランクケース24内では、ピストン28の下降によって混合気が圧縮され、圧力が上昇する。クランクケース24内の圧力が第1掃気通路36内の圧力よりも上昇することで、リードバルブ46が開弁して第1掃気流入口362が開放され、クランクケース24内の混合気が第1掃気流入口362から第1掃気通路36に流入する。クランクケース24内の混合気は、第2掃気流入口382から第2掃気通路38にも流入する。下降行程中期では、未だ第1及び第2掃気ポート364,384がピストン28によって閉塞されたままであるため、第1及び第2掃気通路36,38に流入した混合気は、先の上昇行程で導入した各通路36,38内の空気を圧縮する。ここで、本実施形態では、第1掃気通路36と空気通路42との接続がリードバルブ48によって気密に遮断されているため、第1掃気通路36内の混合気が空気通路42を介してエンジン10外に流出することはない。
図7は、下降行程終期(点T4)の動作を示している。ピストン28が第1及び第2掃気ポート364,384を通過することで、ピストン28の上方で第1及び第2掃気ポート364,384が開放され、第1及び第2掃気通路36,38内の空気が対応する掃気ポート362,364を介してシリンダ22内に流出する。シリンダ22内で排出されずに残っている燃焼ガスは、まずこの空気によって先行して掃気され、排気通路40への排出が促進される。これに続き、第1及び第2掃気通路36,38内の混合気、ならびにクランクケース24内の混合気がシリンダ22内に流出し、先行掃気を経てなおシリンダ22内に残存する燃焼ガス及び先にシリンダ22内に流出した空気が、この混合気によって掃気される。ここで、燃焼ガスと混合気との間に空気の層が介在することになるので、掃気に際して排気通路40に混合気が流出するのを防止し、未燃焼ガスの吹抜けを防止することができる。
図8は、次サイクルにおける上昇行程初期(点T5)の動作を示している。第1及び第2掃気ポート364,384がピストン28によって閉塞される一方、排気ポート402は依然として開放されたままであり、シリンダ22内の空気が引き続き掃気される。ピストン28が更に上昇し、排気ポート402が閉塞されると(点T6)、シリンダ22内が密閉状態となり、混合気の圧縮が開始される。
本実施形態によれば、次のような効果を得ることができる。
第1に、第1掃気通路36に加えて第2掃気通路38を設け、これらの通路36,38を、切欠孔442(第1切欠孔)を介して連通させたことで、先行掃気用の空気を第1及び第2掃気通路36,38の双方に貯え、シリンダ22内に流出させることができる。従って、先行掃気のために充分な量の空気を確保することが可能となり、より良好な層状掃気を実現することができる。
第2に、第1掃気通路36と第2掃気通路38とを第1及び第2掃気ポート364,384の近傍で連通させたことで、先後のサイクルを跨いで第1及び第2掃気ポート364,384の近傍に残留する混合気を可及的に減少させ、先行掃気用の空気に混合気が混入するのを防止することができる。
第3に、第1及び第2掃気通路364,384を、シリンダ22の壁部に形成した切欠孔442を介して常に連通させるようにしたことで、掃気通路36,38に空気を導入するのに充分な時間を確保することができる。
第4に、第1及び第2掃気ポート364,384の下縁の位置を上死点にあるピストン28の下面28b(本実施形態では、切欠きの蓋面)よりも上方に設定し、これらの掃気ポート364,384を上死点にあるピストン28によって閉塞させたことで、ピストン28が上死点から下降し始めた際に、クランクケース24内の混合気がピストン28によって第1及び第2掃気ポート364,384から第1及び第2掃気通路36,38内に押し込まれ、先行掃気用の空気に混入するのを防止することができる。
以下に、本発明の他の実施形態について、それぞれの特徴を中心に説明する。
図10(a)は、本発明の第2実施形態に係る層状掃気2ストロークエンジン10の、シリンダ28の軸線に垂直な平面による部分断面図であり、同図(b)は、エンジン10に備わるピストン28の側面図である。図11は、本実施形態に係るエンジン10のポートタイミングを示している。
本実施形態では、ピストン28の側面に溝28cが形成され、第1掃気通路36と第2掃気通路38とが、ピストン28の上昇行程終期から下降行程初期にかけてこの溝28cを介して互いに連通するように構成されている(図11中右側の斜線部)。ここで、吸気ポートが開放される期間(ピストンストロークSm)と、第1及び第2掃気通路36,38が連通して空気通路42のリードバルブが開弁する期間(ピストンストロークSa)とは、略等しい長さに設定されている。しかし、これに限らず、前者の期間(Sm)を後者の期間(Sa)よりも長くしたり、又はこれとは逆に、後者の期間(Sa)の方を長くしたりしてもよい。第1及び第2掃気ポート364,384の下縁の位置は、本実施形態でも、上死点にあるピストン28の下面28bよりも上方に設定され、第1及び第2掃気ポート364,384は、ピストン28の上方で開放される下降行程終期から上昇行程初期にかけての期間を除き、シリンダ22内に対してピストン28によって閉塞された状態を維持する。従って、ピストン28の上昇に伴ってクランクケース24内に生じる負圧が第1及び第2掃気ポート364,384を介して対応する掃気通路36,38に波及することはなく、この負圧は、第1及び第2掃気通路36,38が溝28cを介して連通することによって第1掃気通路36に波及し、空気通路42から第1掃気通路36に空気を流入させる。そして、その空気の一部は、溝28cを介して第2掃気通路38に導入される。第1及び第2掃気通路36,38内の空気がピストン28の下降行程にてシリンダ22内に送出され、シリンダ22内の燃焼ガスを掃気することは、第1実施形態におけると同様である。シリンダ28、クランクケース24及びクランクケースカバー26等、ピストン28以外の構成は、シリンダ22の壁部に「第1切欠孔」である切欠孔442が形成されていないことを除いて第1実施形態におけると同様である。しかし、切欠孔442と溝28cとを併設し、第1及び第2掃気通路36,38をこれらの双方を介して連通させるようにしてもよい。
本実施形態によれば、第1及び第2掃気通路36,38をピストン28の溝28cを介して連通させ、第1及び第2掃気ポート364,384を上死点にあるピストン28によって閉塞させたことで、ピストン28が上死点から下降し始めた際に、クランクケース24内の混合気がピストン28によって第1及び第2掃気ポート364,384から第1及び第2掃気通路36,38内に押し込まれ、先行掃気用の空気に混入するのを防止することができる。
図12(a)は、本発明の第3実施形態に係る層状掃気2ストロークエンジン10の、シリンダ28の軸線に垂直な平面による部分断面図であり、同図(b)は、エンジン10に備わるピストン28の側面図である。
第1実施形態では、「第1切欠孔」である切欠孔442が、第1掃気通路36と第2掃気通路38とを隔てるシリンダ22の壁部のうち第1及び第2掃気ポート364,384よりも外側の部分を切除することによって形成され、第1及び第2掃気ポート364,384自体は、壁部222(図2)によって2つに区画されていた。これに対し、本実施形態では、「第1切欠孔」が、第1及び第2掃気ポート364,384を隔てるシリンダ22の壁部を切除することによって形成され(切欠孔444)、これらの掃気ポート364,384が互いに連通して、シリンダ22の内面22aに一続きの開口Pを形成している。従って、第1及び第2掃気通路36,38は、第1実施形態におけると同様に、ピストン28の位置に拘わりなく、切欠孔444を介して常に連通した状態にある。クランクケース24、クランクケースカバー26及びピストン28等、シリンダ22以外の構成は、第1の実施形態におけると同様である。シリンダ22の構成は、「第1切欠孔」の位置を除いて第1の実施形態におけると同様である。
本実施形態によれば、第1及び第2掃気通路36,38を、第1及び第2掃気ポート364,384を隔てるシリンダ22の壁部を切除することによって連通させたことで、掃気通路36,38への空気の導入に際して第1及び第2掃気ポート364,384の近傍における流れの滞留をなくし、前サイクルから掃気ポートの近傍に残存する混合気を排除することができる。
図13は、本発明の第4実施形態に係る層状掃気2ストロークエンジン10の、シリンダ28の軸線に平行な平面による断面図である。
本実施形態では、第1実施形態における構成に加え、第1掃気通路36と第2掃気通路38とを隔てるシリンダ22の壁部のうち「第1切欠孔」である切欠孔442よりもクランクケース24に近い部分、具体的には、空気通路42と第1掃気通路36との接続部Dと第1掃気通路36の分岐部Eとをつなぐ延長線上にある部分に、切欠孔(「第2切欠孔」に相当する)446が形成されている。切欠孔446を追加したこと以外の構成は、第1実施形態におけると同様である。
本実施形態によれば、第1掃気通路36と第2掃気通路38とが2つの切欠孔442,446を介して連通することとなり、第1掃気通路36への負圧の導入がより円滑となるので、先行掃気のためにより多くの量の空気を確保することが可能となる。
図14は、本発明の第5実施形態に係る層状掃気2ストロークエンジン10の全体構成図である。
本実施形態では、ピストン28の下面28bに切欠きNが形成され、第1及び第2掃気ポート364,384が、ピストン28が上死点及びその近傍にあるときにこの切欠きNにおいて開放されるように構成されている。換言すれば、第1及び第2掃気ポート364,384の下縁が、ピストン28が上死点にあるときに、切欠きNの蓋面よりも下方に位置するように設定されている。これにより、本実施形態では、ピストン28の上昇行程終期に、クランクケース24内が第1及び第2掃気ポート364,384を介して第1及び第2掃気通路36,38と連通することとなり、クランクケース24内の負圧が第1及び第2掃気ポート364,384を介して対応する掃気通路36,38に波及する。切欠きNの深さ(シリンダ28の軸線Xに沿った寸法)を調節して、第1及び第2掃気ポート364,384が切欠きNにおいて開放される期間を極短くすることで、ピストン28が上死点から下降し始めた直後の、掃気通路36,38への混合気の混入を抑制することが可能である。
本実施形態によれば、第1及び第2掃気ポート364,384の近傍に残存する前サイクルの混合気をこれらの掃気ポート364,384からシリンダ22内に吸い出し、先行掃気用の空気に混入するのを回避することができる。
これに加え、本実施形態によれば、第1及び第2掃気ポート364,384を一時的に開放することによってポート近傍の残存混合気を掃気通路36,38から排除することが可能となることで、第1掃気通路36と第2掃気通路38とを連通する「第1切欠孔」の位置を定める際の自由度が増大する。換言すれば、「第1切欠孔」である切欠孔442を第1及び第2掃気ポート364,384からより離れた位置に形成することが可能となる。このことは、第1及び第2掃気通路36,38からシリンダ22内に流出する空気及び混合気の指向性を保持するうえで有利である。
図15は、本発明の第6実施形態に係る層状掃気2ストロークエンジン10の全体構成図である。
本実施形態では、第1掃気通路36が第1掃気流入口362から第1掃気ポート364まで延在して、クランクケース24内とシリンダ22内とを接続しているのに対し、第2掃気通路38は、一端が第2掃気流入口382でクランクケース24内に連通する一方、他端が第1掃気通路36に接続し、第1掃気ポート364を第2掃気ポート384と共用の掃気ポートとしてシリンダ22内に連通している。換言すれば、本実施形態に係る掃気通路36,38は、シリンダ22内に開口する1つの掃気ポート364からシリンダ22の軸線Xに沿って下方に延在し、途中で二方向に分岐して、一方の枝路は、シリンダ22とクランクケース24との結合部Cにてクランクケース24内に開口して、第2掃気流入口382を形成し、他方の枝路は、クランクケース24の側部にてクランクケース24内に開口して、第1掃気流入口362を形成している。これにより、本実施形態では、ピストン28の下降行程にて、第1及び第2掃気通路36,38内の空気が共用の掃気ポート364からシリンダ22内に流出するとともに、クランクケース24内の混合気が第1及び第2掃気通路36,38を介して共用の掃気ポート364からシリンダ22内に供給されることとなる。ピストン28、クランクケース24及びクランクケースカバー26等、シリンダ22以外の構成は、第1実施形態におけると同様である。吸気通路34及び排気通路40等、掃気通路36,38以外のシリンダ22の構成は、第1実施形態におけると同様である。
本実施形態によれば、狭い空間のなかにあっても第2掃気通路38を形成し、先行掃気用の空気の増量を図ることができる。
図16は、本発明の第7実施形態に係る層状掃気2ストロークエンジン10の全体構成図である。
本実施形態では、シリンダ22の軸線Xを中心とする各側にて、夫々1つの第1掃気通路36に対して複数の第2掃気通路38,38が設けられている。第2掃気通路38,38は、いずれも第2掃気流入口382から第2掃気ポート384まで延在して、クランクケース24内とシリンダ22内とを接続するとともに、シリンダ22に形成された切欠孔442(「第1切欠孔」に相当する)を介して互いに、且つ第1掃気通路36と連通している。これにより、本実施形態では、ピストン28の上昇行程にて、クランクケース24内に生じた負圧が第2掃気通路38,38のそれぞれを介して第1掃気通路36に波及し、空気通路42から第1掃気通路36に空気が導入され、更にその空気の一部が切欠孔442を介して第2掃気通路38,38のそれぞれに流入し、第1及び全ての第2掃気通路36,38,38が空気で満たされることとなる。そして、ピストン28の下降行程にて、第1及び各第2掃気通路36,38,38内の空気が対応する掃気ポート364,384,384からシリンダ22内に流出するとともに、クランクケース24内の混合気が第1及び各第2掃気通路36,38,38を介してシリンダ22内に供給される。シリンダ22及びクランクケース24以外の構成は、第1実施形態におけると同様である。シリンダ22及びクランクケース24の構成は、第2掃気通路38が複数設けられ、これに付随して、第2掃気流入口382、第2掃気ポート384及び切欠孔442も複数設けられていることを除いて第1実施形態におけると同様である。第1掃気通路36と第2掃気通路38とは、切欠孔442に限らず、第2実施形態におけると同様に、ピストン28の側面に形成した溝28cを介して連通させてもよい。
本実施形態によれば、掃気通路36,38の容量が増大するとともに、第2掃気通路38の実質開口面積が増大して掃気通路36,38の全体に速やかに空気を導入することができるので、充分な量の空気を確保することが容易となる。
図17は、本発明の第8実施形態に係る層状掃気2ストロークエンジン10の全体構成図である。
本実施形態では、クランクケース24内に開口する第1掃気流入口362から、ピストンの作動位置に応じてシリンダ22内に開口する掃気ポートPまで延在する第1掃気通路36に対し、第2掃気通路38が第1掃気通路36の中間位置から分岐し、クランクケース24内に開口する第2掃気流入口382まで延在するように形成される。
ここで、第1掃気通路36の第2掃気通路38が分岐する中間位置は、シリンダ22下端部のクランクケース24上端面に近い位置にある。そして、空気通路42から第1掃気通路36に至り、前記中間位置で第2掃気通路38に繋がって第2掃気流入口382に至る通路部分は、シリンダ22の軸線に対して略直角な方向に直線状に形成され、一方、第1掃気通路36の前記中間位置から掃気ポートPに至る通路部分は、シリンダ22の軸線方向に直線状に形成される。
また、掃気ポートPは、ピストン28の上死点またはその近傍位置でピストン28の切り欠きNにおいて開放され、ピストン28下方のシリンダ22内空間を介してクランクケース24内に連通する形状、位置に形成されている。
本実施形態の作用を説明する。
ピストン28上昇行程の初期においては、空気通路42から第1掃気通路36及び第2掃気通路38内に空気が導入される。
ここで、空気通路42から第1掃気通路36の中間位置までの部分と第2掃気通路38とが直線状に形成されるため、空気の流通抵抗が小さくスムーズに空気が流入する。このため、ピストン28の上昇が進行すると空気は、第2掃気流入口382からクランクケース24内に流出し、第2掃気流入口382周辺部にも所定量の空気が蓄えられる。
さらに、ピストン28が上昇し、掃気ポートPは、ピストン28の上死点またはその近傍位置でピストン28の切り欠きNにおいて開放され、ピストン28下方のシリンダ22内空間を介してクランクケース24内に連通する。これにより、クランクケース24内の負圧によって、第1掃気通路36の中間位置から掃気ポートPまで空気が吸い上げられ、この部分も空気で満たされる。同時に、前回のピストン下降行程終了時に掃気ポートP近傍に残留していた一部の混合気が、吸気通路34から供給される新たな混合気と共に、ピストン26下方のクランクケース24内に通じるシリンダ22内空間に押し出され、該シリンダ22内空間に蓄えられる。この一部の混合気は前記新たな混合気と共に燃焼に供され、掃気行程で未燃焼ガスとなって流出することが抑制される。
そして、ピストン28の下降行程に移行し、掃気ポートPが燃焼室Cm内に開放されると、まず、第1掃気通路36の中間位置から掃気ポートPに至る通路部分に蓄えられた空気が燃焼室Cm内に流出する。次いで、第1掃気通路36の中間位置より下方に位置する通路部分及び第2掃気通路38内に蓄えられていた空気、さらに、クランクケース内の第2掃気流入口382周辺部に蓄えられて空気が、順次燃焼室Cm内に流出する。
次いで、ピストン28下方のシリンダ22内空間に蓄えられていた混合気がピストン28の下降によってクランクケース24内に押し出され、第1掃気通路36及び第2掃気通路38を介して掃気ポートPから燃焼室Cm内に供給され、燃焼に供される。
このように、本実施形態によれば、第1掃気通路36、第2掃気通路38を空気で満たし、かつ、クランクケース24内の第2掃気流入口382周辺部にも所定量の空気を蓄えることが可能となり、先行掃気用の空気をより多く確保して未燃焼ガス吹き抜け抑制効果をより高めることができる。
なお、図示しないが、第1掃気通路36及び第2掃気通路38のクランクケース24上端縁部に沿った直線状の通路部分に、クランクケース24内に開口する孔を1以上設けてもよい。このようにすれば、ピストン28の上昇行程時に、該孔からも先行掃気用の空気をクランクケース24内の孔周辺部に取り入れ、ピストン28の下降行程時に、該取り入れた先行掃気用の空気を孔から第1または第2掃気通路36,38内に吸入し、掃気ポートPから燃焼室Cm内に供給することができ、さらに多くの先行掃気用の空気を得ることができる。
また、本実施形態では、掃気ポートPが、ピストン28の上死点またはその近傍位置でピストン28の切り欠きNにおいてクランクケース24内に開放されるものを示したが、ピストン28の上死点においても掃気ポートPがクランクケース24内に開放されない構成であってもよい。
図18は、本発明の第9実施形態に係る層状掃気2ストロークエンジン10の全体構成図である。
本実施形態は、第2掃気通路38の一部(ピストン28下降行程時における下流部)38aをクランクケース24の下部まで延在して形成したものである。
その他の構成は、第8実施形態と同様のものを示したが、第2掃気通路38の一部をクランクケース24の下部まで延在して形成した第9実施形態の特徴的な構成は、他の第1〜第7実施形態にも同様に適用できる。
かかる構成とすれば、該延在した第2掃気通路38の通路部分38aにも先行掃気用の空気を蓄えることができ、混合気と混合しない掃気通路内に先行掃気用の空気をさらに多く蓄えることが可能となり、未燃焼ガス吹き抜け抑制効果をさらに高めることができる。
また、図18では、第2掃気通路38のクランクケース24下部まで延在する部分38aを、クランクケース24壁に形成したが、該延在する通路部分を、クランクケース24壁の外側に管(ホース)を接続して形成する構成としてもよい。
以上で述べた全ての実施形態において、第2掃気ポート384を形成するシリンダ22の壁部(図15、図17、図18に示す実施形態では、1つの掃気ポートPを形成する壁部)に、第2掃気通路38を介してシリンダ22内に流出する空気及び混合気の流れを排気ポート40から離れる方向に傾斜させる案内面22bを形成してもよい。図10は、第2掃気ポート384を形成する壁部に設けられた案内面22bを示し、図12は、1つの掃気ポートPを形成する壁部に設けられた案内面22bを示している。これにより、空気及び混合気がシリンダ22内に流出した後、排気ポート40に直接向かう流れが生じるのを抑制して、掃気を良好に達成することが可能となる。
以上の説明では、第1及び第2逆止弁46,48としていずれもリードバルブを採用した例について述べたが、これに限らず、第1及び第2逆止弁46,48としてロータリーバルブ又は電磁弁等、各種の弁手段を採用することができる。クランクシャフト30のカウンターウェイトにおいて、その外周面に弁となる構成を付加し、これによって第1掃気流入口362を閉塞させることとしてもよい。
10…層状掃気2ストロークエンジン、20…エンジン本体、22…シリンダ、24…クランクケース24…クランクケースカバー、28…ピストン、28c…溝、30…クランクシャフト、32…コンロッド、34…吸気通路、342…吸気ポート、36…第1掃気通路、362…第1掃気流入口、364…第1掃気ポート、38…第2掃気通路、382…第2掃気流入口、384…第2掃気ポート、40…排気通路、402…排気ポート、42…空気通路、44…連通部、442…切欠孔(第1切欠孔)、446…切欠孔(第2切欠孔)、46…リードバルブ(第1逆止弁)、48…リードバルブ(第2逆止弁)、50…キャブレタ、60…空気ダクト、70…排気マフラ、92…燃料調節弁、94…空気調節弁、96…点火プラグ。

Claims (17)

  1. クランクケース内に燃料及び空気の混合気を導入する吸気通路と、
    前記クランクケース内に開口する第1掃気流入口から、ピストンの作動位置に応じて前記シリンダ内に開口する第1掃気ポートまで延在する第1掃気通路と、
    前記クランクケース内に開口する第2掃気流入口から、前記ピストンの作動位置に応じて前記シリンダ内に開口する第2掃気ポートまで延在する第2掃気通路と、
    前記第1掃気通路と前記第2掃気通路とが互いに連通する連通部と、
    前記連通部よりも前記第1掃気流入口に近い位置にて前記第1掃気通路に先行掃気用の空気を導入する空気通路と、
    前記ピストンの上昇行程にて前記第1掃気通路から前記クランクケース内へ向かう空気の流れを遮断する第1逆止弁と、
    前記ピストンの下降行程にて前記第1掃気通路から前記空気通路を介して外部へ向かう空気及び混合気の流れを遮断する第2逆止弁と、
    を含んで構成され、
    前記ピストンの上昇行程にて、前記吸気通路から前記クランクケース内に混合気が流入するとともに、前記第2掃気流入口に作用する負圧により、先行掃気用の空気が前記空気通路から前記第1掃気通路及び前記連通部を介して前記第2掃気通路に流入し、
    前記ピストンの下降行程にて、前記ピストンの先の上昇行程にて流入した前記第1及び第2掃気通路内の空気が前記第1及び第2掃気ポートから前記シリンダ内に流出し、これに追随して、前記クランクケース内の混合気が前記第1及び第2掃気通路を介して前記第1及び第2掃気ポートから前記シリンダ内に供給されるようにした、
    層状掃気2ストロークエンジン。
  2. クランクケース内に燃料及び空気の混合気を導入する吸気通路と、
    前記クランクケース内に開口する第1掃気流入口から、ピストンの作動位置に応じて前記シリンダ内に開口する第1掃気ポートまで延在する第1掃気通路と、
    前記クランクケース内に開口する第2掃気流入口から、前記ピストンの作動位置に応じて前記シリンダ内に開口する第2掃気ポートまで延在する第2掃気通路と、
    前記第1掃気通路と前記第2掃気通路とが互いに連通する連通部と、
    前記連通部よりも前記第1掃気流入口に近い位置にて前記第1掃気通路に先行掃気用の空気を導入する空気通路と、
    前記ピストンの上昇行程にて前記第1掃気通路から前記クランクケース内へ向かう空気の流れを遮断する第1逆止弁と、
    前記ピストンの下降行程にて前記第1掃気通路から前記空気通路を介して外部へ向かう空気及び混合気の流れを遮断する第2逆止弁と、
    を含んで構成され、
    前記ピストンの上昇行程にて、前記吸気通路から前記クランクケース内に混合気が導入されるとともに、前記空気通路から前記第1掃気通路に導入された空気が前記連通部を介して前記第2掃気通路に流入し、
    前記ピストンの下降行程にて、前記ピストンの先の上昇行程にて流入した前記第1及び第2掃気通路内の空気が前記第1及び第2掃気ポートから前記シリンダ内に流出し、これに追随して、前記クランクケース内の混合気が前記第1及び第2掃気通路を介して前記第1及び第2掃気ポートから前記シリンダ内に供給されるようにした、
    層状掃気2ストロークエンジン。
  3. 前記第1及び第2掃気ポートは、前記ピストンが上死点にあるとき、その下縁が前記ピストンの下面よりも上方に位置し、前記クランク内に未開放な状態を維持される請求項1又は2に記載の層状掃気2ストロークエンジン。
  4. 前記第1及び第2掃気ポートは、前記ピストンが上死点及びその近傍にあるとき、前記クランクケース内に開放される、請求項1又は2に記載の層状掃気2ストロークエンジン。
  5. 前記第1掃気通路と前記第2掃気通路とは、前記第1及び第2掃気ポートの近傍の前記連通部にて連通する、請求項1〜4のいずれか1つに記載の層状掃気2ストロークエンジン。
  6. 前記連通部は、前記シリンダ又は前記ピストンに設けられた通路又は開口である、請求項5に記載の層状掃気2ストロークエンジン。
  7. 前記連通部は、前記第1及び第2掃気ポートの近傍で前記第1掃気通路と前記第2掃気通路とを隔てる前記シリンダの壁部に設けられた第1切欠孔である、請求項6に記載の層状掃気2ストロークエンジン。
  8. 前記第1掃気ポートと前記第2掃気ポートとは、前記第1切欠孔を介して互いに連通し、前記シリンダの内面に一続きの開口を形成する、請求項7に記載の層状掃気2ストロークエンジン。
  9. 前記第2掃気通路は、一端の前記第2掃気流入口において前記クランクケース内に連通する一方、他端において前記第1掃気通路に接続し、
    前記第2掃気ポートは、前記第1掃気ポートを共用の掃気ポートとして、前記シリンダ内に開口する、
    請求項6に記載の層状掃気2ストロークエンジン。
  10. 前記連通部は、前記ピストンの側面に設けられた溝であり、
    前記第1掃気通路と前記第2掃気通路とは、前記溝を介して前記上昇行程中の所定の時期に連通する、
    請求項6に記載の層状掃気2ストロークエンジン。
  11. 前記連通部よりも前記クランクケースに近い前記シリンダの壁部に設けられた第2切欠孔を更に含んで構成され、
    前記第1掃気通路と前記第2掃気通路とは、前記連通部及び前記第2切欠孔を介して連通する、
    請求項1〜10のいずれか1つに記載の層状掃気2ストロークエンジン。
  12. 前記第2掃気ポートを形成する前記シリンダの壁部は、前記第2掃気通路を介して前記シリンダ内に流出する流れを排気ポートから離れる方向に傾斜させる案内面を含んで構成される、請求項1〜11のいずれか1つに記載の層状掃気2ストロークエンジン。
  13. 前記第2掃気通路を複数備え、前記第2掃気通路のそれぞれが前記連通部を介して前記第1掃気通路と連通する、請求項1〜12のいずれか1つに記載の層状掃気2ストロークエンジン。
  14. クランクケース内に燃料及び空気の混合気を導入する吸気通路と、
    前記クランクケース内に開口する第1掃気流入口から、ピストンの作動位置に応じて前記シリンダ内に開口する掃気ポートまで延在する第1掃気通路と、
    前記第1掃気通路から分岐し、前記クランクケース内に開口する第2掃気流入口まで延在する第2掃気通路と、
    前記第1掃気通路の前記第2掃気通路が分岐する位置よりも前記第1掃気流入口に近い位置にて前記第1掃気通路に先行掃気用の空気を導入する空気通路と、
    前記ピストンの上昇行程にて前記第1掃気通路から前記クランクケース内へ向かう空気の流れを遮断する第1逆止弁と、
    前記ピストンの下降行程にて前記第1掃気通路から前記空気通路を介して外部へ向かう空気及び混合気の流れを遮断する第2逆止弁と、
    を含んで構成され、
    前記ピストンの上昇行程にて、前記吸気通路から前記クランクケース内に混合気が導入されるとともに、前記空気通路から導入された空気が前記第1掃気通路及び前記第2掃気通路内に流入し、
    前記ピストンの下降行程にて、前記ピストンの先の上昇行程にて流入した前記第1及び第2掃気通路内の空気が前記掃気ポートから前記シリンダ内に流出し、これに追随して、前記クランクケース内の混合気が前記第1及び第2掃気通路を介して前記第1及び第2掃気ポートから前記シリンダ内に供給されるようにした、
    層状掃気2ストロークエンジン。
  15. 前記掃気ポートは、前記ピストンが上死点にあるとき、その下縁が前記ピストンの下面よりも上方に位置し、前記クランクケース内に未開放な状態を維持される請求項14に記載の層状掃気2ストロークエンジン。
  16. 前記掃気ポートは、前記ピストンが上死点及びその近傍にあるとき、前記クランクケース内に開放される、請求項14に記載の層状掃気2ストロークエンジン。
  17. 前記第2掃気通路の一部は、前記クランクケース壁またはその外側に延在して形成される、請求項1〜16のいずれか1つに記載の層状掃気2ストロークエンジン。
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