JPH10153123A - 2サイクル内燃エンジン - Google Patents
2サイクル内燃エンジンInfo
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- JPH10153123A JPH10153123A JP8312383A JP31238396A JPH10153123A JP H10153123 A JPH10153123 A JP H10153123A JP 8312383 A JP8312383 A JP 8312383A JP 31238396 A JP31238396 A JP 31238396A JP H10153123 A JPH10153123 A JP H10153123A
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Abstract
騒音と振動の小さい小型2サイクル内燃エンジンを提供
する。 【解決手段】 シリンダ室に開口する排気ポートと掃気
ポートとを有し、前記排気ポートと前記掃気ポートと
は、定格出力運転時における回転数を低くするべく、排
気量に対する開口面積を可及的に小さくし、前記排気ポ
ートの開口横方向の幅が、シリンダ室の中心から扇形に
60゜の角度となるように開口し、前記掃気ポートの横
方向の幅が、前記シリンダ室の中心から扇形に32゜の
角度となるように開口しており、燃料を前記シリンダ室
内に直接噴射する燃料噴射ノズルを備えてなる。
Description
ンジンに係り、特に、チエーンソー、刈払機等の可搬式
作業機に用いて好適な、比較的小型の、例えば、燃料噴
射式の2サイクル内燃エンジンに関する。
作業機に用いられている比較的小型の2サイクル内燃エ
ンジン(例えば、総排気量21.2CC、シリンダ直径
32.2mm、ピストンストローク26mmのエンジ
ン)の一般的な構造のものは、図4に示されている2サ
イクル内燃エンジン1´のように、ピストン4´が嵌挿
される円筒状の内壁面を有するシリンダ部分2´と、ス
キッシュドーム形と呼ばれるシリンダ室3´を備えたヘ
ッド部分7´とが一体に形成され、前記両部分の外周部
には多数の空冷用冷却フィン8´・・・を形成したもので
あり、該シリンダ部分2´の下側には、内部にクランク
室6´を形成した割り型のクランクケース5´が取着さ
れている。
ポート41´及び排気ポート40´が互いに対向して上
下に位置をずらして開口されていると共に、該両ポート
40´、41´とほぼ直角な方向に左右一対の掃気ポー
ト42´、42´が左右に対向して開口せしめられてい
て、シュニューレ掃気式の2サイクル内燃エンジン1を
構成している。
ド部分7´とをハイプレッシャダイキャストでの一体鋳
造を容易にせしめるために、前記シリンダ部分2´の前
記掃気ポート42´、42´に連なる掃気通路部43
´、43´に、該掃気通路部43´、43´が外部と連
通するべく鋳造用開口44´、44´を設けた構成と
し、該鋳造用開口44´、44´に別途製造した掃気通
路蓋45´、45´を装着固定することで、前記鋳造用
開口44´、44´を閉鎖して滑らかにカーブした完全
な前記掃気通路43´、43´を形成せしめるようにな
っている。
短円筒形をしており、その左右端の中央部分にクランク
軸30´が軸支され、該クランク軸30´のクランクピ
ン31´には連接ロッド32´を介して前記ピストン4
´が作動上連結されていると共に、前記連接ロッド32
´を挟むように前記クランクピン31´の左右に一対の
扇形等のクランクウェブ34´、34´が固定されてお
り、該クランクウェブ34´、34´は前記クランク軸
30´と一体に回転せしめられる
は、所要の定格馬力を出力するべく、前記シリンダ室3
´内に必要な量の混合気を供給し、かつ、燃焼排ガスを
効率良く排出するために、前記シリンダ部分2´に開口
している前記掃気ポート42´、42´と前記排気ポー
ト40´との位置関係の大きさを、図3の(ロ)に示さ
れるような、同時開放されるオーバーラップ部分が形成
される位置、形状及び大きさとしている。即ち、前記排
気ポート40´の横方向の端は、該排気ポート40´を
左右に二等分割する縦断面線F´を起点として前記シリ
ンダ室3´の中心から左右へそれぞれ53゜の位置で前
記シリンダ室3´の内径面と接するようになっており、
したがって、前記排気ポート40´は、その横方向の幅
が106゜の中心角度となるように開口していると共
に、前記掃気ポート42´、42´は、前記排気ポート
40´の端から16゜の角度移動し、その横方向の幅が
前記シリンダ室3´の中心から扇形に64゜の角度とな
るように開口した構成となっている。
問題の高まりから、前記の如き可搬式作業機等に用いら
れる小型2サイクル内燃エンジンにおいても、その規制
が強化される方向に動いており、排ガス中の有害成分の
低減化と低騒音化が強く要請されている。特に、2サイ
クル内燃エンジンに特有の問題として、高速回転に伴う
騒音と振動の低減、未燃混合気のシリンダ室からの吹き
抜け現象に起因する排ガス中のHCの低減化、あるい
は、エアクリーナ側への燃料の吹き返し現象による未燃
燃料ガスの排出の防止が大きな課題となっており、その
解決が望まれているところである。
は、一方において、重量軽減と製造コスト低減等も課題
となっており、該課題を解決するべく、なるべく排気量
の小さい構造の内燃エンジンによって、必要とする所要
の定格馬力を出力するために、通常、8000回転/分
程度の高速回転で運転使用されるように構成されてい
る。これは、4サイクル内燃エンジンが、高速のもので
も4000回転/分程度で使用されるのと、その使用回
転速度が大きく相違しており、前記小型2サイクル内燃
エンジンは、高回転で回転使用されることによって、騒
音と振動が大きくなってしまうという不具合を生じてい
る。
は、回転数に依存し、該回転数が高くなるほど大きくな
る傾向があるので、前記小型2サイクル内燃エンジンの
回転数を低くすれば、該エンジンの騒音と振動は小さく
なるが、回転数の低下と共に出力も低下してしまい、必
要とする大きさの馬力を取り出すことができなくなる。
るには、排気量の大きな内燃エンジンを低速で使用すれ
ば可能であるが、内燃エンジンの排気量を大きくすれ
ば、該内燃エンジンの全体の構造が大きくなると共に、
その出し得る出力に対応した強度の部材を用いていて重
量も重くなるので、可搬式作業機に装置した場合にはそ
の操作性が悪くなり、かつ、製造コストも増大すると共
に、その内燃エンジンの本来の馬力を出さずに、常時、
低速運転することになるので、効率的な運転ができない
との不具合を生じ、また、作業部等が強度上予定してい
る以上の出力を出してしまう危険性もあるものであり、
適切ではない。本発明は、このような問題に鑑みてなさ
れたもので、その目的とするところは、通常負荷で運転
しても回転数が低く、かつ、騒音と振動の小さい小型2
サイクル内燃エンジンを提供することである。
本発明に係る2サイクル内燃エンジンは、シリンダ室に
開口する排気ポートと掃気ポートとを有し、定格出力運
転時におけるクランク軸の回転数を制限せしめるべく、
前記シリンダ室の容積を十分大きなものとするととも
に、前記排気ポートと前記掃気ポートとの開口面積を可
及的に小さくしたものであり、更に好ましい実施の形態
として、前記排気ポートの開口横方向の幅が、シリンダ
室の中心から扇形に60゜の角度となるように開口し、
前記掃気ポートの横方向の幅が、前記シリンダ室の中心
から扇形に32゜の角度となるように開口しており、ま
た、燃料を前記シリンダ室内に直接噴射する燃料噴射ノ
ズルを備えている。
内燃エンジンは、従来一般的な2サイクル内燃エンジン
よりも、その総排気量に対する排気ポートと掃気ポート
の開口面積の大きさの割合を小さくしている。即ち、本
発明の2サイクル内燃エンジンは、従来の2サイクル内
燃エンジンに比べて、その2サイクル内燃エンジンの総
排気量に対する排気ポートと掃気ポートとの開口面積を
可及的に小さくして、前記2サイクル内燃エンジンの一
サイクルにおいて掃気及び排気される空気・ガス量を、
従来の同じ総排気量の2サイクル内燃エンジンに比べて
チューニングの範囲を越えて大幅に制限し、高速運転不
能として、その出力馬力を小さくしたものである。
軸の回転数を低下させれば、該内燃エンジンの騒音と振
動とを減少させることができるが、馬力も低下してしま
い、該内燃エンジンから必要とする馬力を取り出すこと
ができない。そこで、内燃エンジンの出力馬力を一定に
しつつ、回転数を低下させるためには、総排気量を大き
くする必要がある。
エンジンのクランク室から供給される掃気の圧力が同じ
であれば、前記シリンダ室に掃気時に供給される気体重
量は、前記掃気ポートの開口面積に比例し、該開口面積
が小さい場合は供給される気体重量も少なくなり、一定
容積の前記シリンダ室に供給される気体重量が少なけれ
ば、前記内燃エンジンの出力も小さくなり、回転数も上
昇しないことになる。本発明の2サイクル内燃エンジン
は、同一総排気量の従来の内燃エンジンに比べて排気ポ
ートと掃気ポートとの開口面積を可及的に小さくしたの
で、全負荷時でも、回転数を低くして運転することがで
き、騒音と振動とを低減できる。
は、所要の定格出力馬力は従来の排気量の小さい内燃エ
ンジンと同じであるので、大きくする必要があるのはシ
リンダ部分のみで、クランク軸やクランクケース部分は
従来の内燃エンジンと同じ大きさに製造できる。更に、
本実施形態の2サイクル内燃エンジンは、燃料噴射ノズ
ルを配置したので、前記排気ポートと前記掃気ポートと
の開口面積が小さいことで、吸入空気の量が制限されて
いても、その吸入空気に見合う燃料を適宜噴射すること
ができ、燃焼が良好に行えると共に、リーンバーン燃焼
等のエンジンの空燃比制御も、正確に、かつ、容易に行
える。
クル内燃エンジンの一実施形態について説明する。図1
は、本実施形態の燃料噴射式の2サイクル内燃エンジン
1(以下、単に内燃エンジンという)の縦断面図を示し
ており、該内燃エンジン1は、いわゆる、シュニューレ
式のクランク室予圧縮型空冷2サイクル内燃エンジン
(例えば、図1及至図3(イ)の実施の形態の2サイク
ル内燃エンジン1は、総排気量39.7CC、シリンダ
内径38mm、ピストンストローク35mm)であり、
ピストン4が上下方向に摺動自在に嵌挿されたシリンダ
室3を有するシリンダブロック2と、該シリンダブロッ
ク2の下側に連結されて内部にクランク室6を形成する
割り型のクランクケース5と、前記シリンダブロック2
の上側に該シリンダブロック2と一体に成形されたシリ
ンダヘッド部7とを備えており、その外周部には多数の
空冷用の冷却フィン8が形成され、前記シリンダヘッド
部7の適位置に、図示しない電子制御式点火装置に接続
された点火プラグ9が装着されている。
をしており、その左右端の中央部分にクランク軸30が
軸支され、該クランク軸30のクランクピン31には連
接ロッド32を介して前記ピストン4が作動上連結され
ていると共に、前記連接ロッド32を挟むように前記ク
ランクピン31の左右に一対の扇形等のクランクウェブ
34、34が固定されており、該クランクウェブ34、
34は前記クランク軸30と一体に回転せしめられる。
リンダ室3の前記クランク軸30と直交する内面に開口
する排気ポート40を備えると共に、該排気ポート40
と対向する内面(180度ずれた位置)に段違いに下げ
た吸気ポート41を開口し、前記排気ポート40と前記
吸気ポート41と90度位置をずらせた内面(図1の左
右)に、前記排気ポート40と同時開放されるオーバー
ラップ部分を形成しないように下げた位置に一対の掃気
ポート42、42が対向して開口している。これ等の掃
気ポート42、42は、前記シリンダブロック2の下方
に延びて前記クランク室6に連通する、いわゆる、壁付
き形の掃気通路43、43の上端に形成されている。
ブロック2と前記シリンダヘッド7とをハイプレッシャ
ダイキャストでの一体鋳造を容易にせしめるために、前
記シリンダブロック2の前記掃気通路43、43に、該
掃気通路43、43の外壁側を外部と連通せしめるべ
く、鋳造用開口44、44が穿設されており、該鋳造用
開口44、44に、別途製造した滑らかにカーブした掃
気路内面を有する掃気通路蓋45、45が装着固定され
ている。前記鋳造用開口44、44に前記掃気通路蓋4
5、45を装着することで、前記鋳造用開口44、44
を閉鎖して前記掃気通路45、45が掃気を流通させる
滑らかにカーブした掃気効率の良い通路として完成す
る。なお、前記シリンダブロック2は、消失中子を使用
する等して、前記掃気通路蓋45、45部分をも、一体
成形せしめることもできる。
には、雌ねじ付き貫通孔45aが穿設されており、該貫
通孔45aには、その外周に雄ねじを備えた、例えば、
バブルジェット式の燃料噴射ノズル46が螺合挿入固着
されている。該燃料噴射ノズル46のノズル先端部46
aは、前記シリンダ室3の頂部方向に向けられ、燃料が
噴射された時、該燃料が前記シリンダ室3内の燃焼に最
適な位置に直接噴射されるべく配置されている。
エンジン1と従来の内燃エンジン1´とを同一縮尺で対
比した縦断面図であり、両者は、クランクケース5、5
´側のすべての部材の大きさを同じくしているが、シリ
ンダブロック2、2´側の部材の大きさを異にしてい
る。即ち、本実施形態の内燃エンジン1は、従来の内燃
エンジン1´に比べて、実質的に同じ大きさのクランク
ケース5に対して、シリンダブロック2の大きさのみを
大きくした構造にしている。
内燃エンジン1のIII-III矢視断面図であり、前記排気
ポート40と前記掃気ポート42、42との大きさを示
している。即ち、前記排気ポート40の横方向の端は、
該排気ポート40を左右に二等分割する縦断面線Fを起
点として前記シリンダ室3の中心から左右へそれぞれ3
0゜の位置で前記シリンダ室3の内径面と接するように
なっており、したがって、前記排気ポート40は、その
横方向の幅が60゜の中心角度となるように開口してい
ると共に、前記掃気ポート42、42は、前記排気ポー
ト40の端から55゜の角度移動し、その横方向の幅が
前記シリンダ室3の中心から扇形に32゜の角度となる
ように開口した構成となっている。
力I.P.Sは、次の式(1)で表せる。 I.P.S=Pmi×L×A×N×Z×K/60×75 (1)
行程、A:シリンダ断面積、N:回転数、Z:シリンダ
数、K:定数、
エンジンの回転数Nを低下させれば、該内燃エンジンの
騒音と振動とを減少させることができるが、馬力も低下
してしまい、前記内燃エンジンから必要とする出力を取
り出すことができない。そこで、内燃エンジンの馬力を
一定にしつつ、回転数Nを低下させるためには、総排気
量L×Aを大きくする必要があることが解る。
は、内燃エンジンの通常負荷運転においても、前記回転
数Nを低くしておくために、前記図3の(イ)に示すよ
うに、前記排気ポート40と掃気ポート42、42の開
口幅を狭くすると共に、高さも狭くして、その開口面積
を従来の同じ所要定格馬力を出力する前記内燃エンジン
1´に比べても、大幅に小さくしている。
気空気の圧力が同じであれば、前記シリンダ室3に掃気
時に供給される空気重量は、前記掃気ポート42、42
の開口面積に比例し、該開口面積が小さい場合は供給さ
れる空気重量も少なくなり、一定容積の前記シリンダ室
6に供給される空気重量が少なければ、前記内燃エンジ
ン1の馬力も小さくなり、回転数も上昇しないことにな
る。
ート40と掃気ポート42、42の開口面積の総排気量
に対する大きさの割合は、図3の(ロ)に示されている
従来の内燃エンジン1´と比較してみると明らかなよう
に、大幅に小さくなっている。即ち、本実施形態の内燃
エンジン1は、従来の内燃エンジン1´に比べて、その
内燃エンジンの総排気量に対する排気ポートと掃気ポー
トの開口面積の大きさを可及的に小さくして、内燃エン
ジンの一サイクルにおいて掃気及び排気される空気・ガ
ス量を従来の同じ総排気量の内燃エンジンに比べて制限
し、その出力される馬力を意図的に小さくしたものであ
る。
つである、総排気量39.7CC、シリンダ直径38m
m、ピストンストローク35mmの内燃エンジンにおい
ては、前記排気ポート40と前記掃気ポート42、42
との開口面積を、従来の同じ総排気量の内燃エンジンに
比べて50%程度に小さくすることで、従来、定格出力
2.4KW・回転数8000rpmの内燃エンジンを、定
格出力1.0KW・回転数4000rpm程度の内燃エン
ジンとしている。
内燃エンジン1の作動について説明する。本実施形態の
内燃エンジン1は、いわゆるピストンバルブ式のもので
あり、吸入バルブや排気バルブを設けずに、前記ピスト
ン4が上下摺動移動することで、前記吸気ポート41、
掃気ポート42、42もしくは排気ポート40を前記ク
ランク室6もしくは前記シリンダ室3に開口せしめて、
吸気、掃気もしくは排気を行うバルブの作用をしてい
る。
ン4が上下移動をしている状態において、前記ピストン
4が下降して下死点近くなると、最初に前記排気ポート
40が開口して前記シリンダ室3内の燃焼排ガスを前記
内燃エンジン1外に排出し、次で、前記掃気ポート4
2、42が開口する。該掃気ポート42、42の開口に
より、予圧縮された前記クランク室6内の吸入空気が前
記掃気通路43、43を介して前記シリンダ室3に流入
し、該シリンダ室3に残留している燃焼排ガスを前記排
気ポート40を介して外部に追い出し前記シリンダ室3
を掃気する。この時、前記吸入空気も前記排気ポート4
0から幾分排出されることとなる。
ピストン4が上昇を始め、再び、前記掃気ポート42を
塞ぐこととなるが、該掃気ポート42が塞がれる前の適
宜タイミングで、前記燃料噴射ノズル46から燃料が前
記シリンダ3内に直接噴射され、前記シリンダ3内の前
記吸入空気と混合される。前記燃料の噴射の後に、更
に、前記ピストン4が上昇して、まず、前記掃気ポート
42、42を塞ぎ、次いで前記排気ポート40を塞いで
圧縮行程に入り、前記ピストン4が上死点近傍に来たと
き前記点火プラグ9の放電火花により点火され、混合気
が爆発燃焼される。
なると、該ピストン4が上昇することによって、前記ク
ランク室6内の圧力が低下するので、前記ピストン4の
スカート部4aが前記吸気ポート41の下縁を通過して
上昇し、該吸気ポート41が前記クランク室6に開口す
ると同時に、外部空気を図示しないエアークリーナを介
して前記クランク室6内に吸入し始める。
記ピストン4が下降し、該ピストン4によって前記吸気
ポート41を塞ぐと、前記吸入された空気は前記クラン
ク室6内で予圧縮され、前記掃気ポート42、42が開
かれて前記シリンダ室3に連通すると、前記予圧縮され
た吸入空気は、前記掃気通路43、43を介して前記掃
気ポート42、42から前記シリンダ室3に流入され、
前述の行程を繰り返す。
燃エンジン1の前記クランク軸30の一回転毎の前記内
燃エンジン1が掃気行程にある時期に毎回燃料を噴射さ
せるだけでなく、適宜制御手段によって、前記クランク
軸30が二回転する間に一回噴射する間引き噴射、また
は、前記クランク軸30が三回転する間に一回噴射もし
くは三回転する間に一回噴射を休止する等の間引き噴射
ができるように、選択的に制御されるものである。
ンジン1は、同一総排気量の従来の内燃エンジンに比べ
て排気ポート40と掃気ポート42、42との開口面積
を可及的に小さくしたので、全負荷でも、回転数を低く
維持して運転することができ、騒音と振動とを低減でき
る。
ン1は、排気ポート40と掃気ポート42,42との開
口面積を小さくしたことで、同一総排気量の従来の内燃
エンジンに比べて出力し得る定格馬力が小さくなり、同
じ定格馬力の内燃エンジンとするためには、総排気量の
大きな内燃エンジン、つまり、内燃エンジンのシリンダ
室の容積を十分大きくしなければならないが、定格馬力
は従来のより排気量の小さい内燃エンジンと同じである
ので、大きくなるのは、直径と高さが若干大きくなるシ
リンダ部分のみで、クランクケース部分は従来の同じ定
格馬力内燃エンジンと同じ大きさでも、強度的には、何
等の問題はない。このことから内燃エンジン全体の外形
寸法や重量も、従来のものとさほど変わらずに製造でき
る。
ン1は、燃料噴射ノズル46を配置し、該燃料噴射ノズ
ル46から直接燃料をシリンダ室3に、燃料が微粒化さ
れて供給され、かつ、シリンダ室3で始めて吸入空気と
燃料微粒子とが混合されるので、前記排気ポート40と
前記掃気ポート42、42との開口面積が小さくされた
ことで、吸入空気の量が制限されていても、その吸入空
気に見合う燃料を調量して噴射することができ、燃焼が
良好に行えると共に、リーンバーン燃焼等のエンジンの
空燃比制御も、正確に、かつ、容易に行うことができ
る。
たが、本発明は、前記実施形態に限定されるものではな
く、特許請求の範囲に記載された発明の精神を逸脱しな
い範囲で、設計において種々の変更ができるものであ
る。
明の2サイクル内燃エンジンは、排気ポートと掃気ポー
トとの開口面積を可及的に小さくすることで、回転数を
低く維持して、エンジン騒音と振動とを低減できる。ま
た、前記排気ポートと前記掃気ポートとの開口面積が小
さくなって吸入空気が制限されても、シリンダ室に直接
噴射する燃料噴射ノズルによって、その吸入空気に見合
う燃料を噴射することができ、燃焼が良好に行える。
の縦断面図。
(イ)は本発明の一実施形態を示した図であり、(ロ)
は従来例を示した図。
(イ)は図1の本発明の一実施形態のIII-III矢視断面
図であり、(ロ)は図4の従来例のIII´-III´矢視断
面図。
馬力I.P.Sは、次の式(1)で表せる。 I.P.S=Pmi×L×A×N×Z×K/(60×75) (1)
Claims (3)
- 【請求項1】 シリンダ室(3)に開口する排気ポート
(40)と掃気ポート(42、42)とを有する2サイ
クル内燃エンジン(1)において、 定格出力運転時におけるクランク軸(30)の回転数
(N)を制限せしめるべく、前記シリンダ室(3)の容
積を十分大きなものとするとともに、前記排気ポート
(40)と前記掃気ポート(42、42)との開口面積
を可及的に小さくしたことを特徴とする2サイクル内燃
エンジン。 - 【請求項2】 前記排気ポート(40)の開口横方向の
幅は、前記シリンダ室(3)の中心から扇形に60゜の
角度となるように開口し、前記掃気ポート(42、4
2)の横方向の幅は、前記シリンダ室(3)の中心から
扇形に32゜の角度となるように開口していることを特
徴とする請求項1に記載の2サイクル内燃エンジン。 - 【請求項3】 燃料を前記シリンダ室(3)内に直接噴
射する燃料噴射ノズル(46)を備えていることを特徴
とする請求項1又は2に記載の2サイクル内燃エンジ
ン。
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