JPS5919785Y2 - Device for cooling internal combustion engines and promoting combustion of unburned gas - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は内燃機関の冷却及び未燃焼ガスの燃焼促進装置
に関する。[Detailed Description of the Invention] The present invention relates to an apparatus for cooling an internal combustion engine and promoting combustion of unburned gas.

従来小径部と大径部を有する２段シリンダーに小径部と
大径部を有する２段ピストンを嵌合して、２段シリンダ
ーと２段ピストンの間に環状のポンプ室を形成し、ポン
プ室に吸入用と吐出用の逆止弁を設け、ポンプ室で加圧
された空気をシリンダー内壁に明けた空気孔からピスト
ン頂部の空洞を通して反対側の排気孔から大気に放出す
るようにしたピストン冷却装置は既に提案されている（
例えば実開昭４９−１３０２４０）。Conventionally, a two-stage piston having a small diameter part and a large diameter part is fitted into a two-stage cylinder having a small diameter part and a large diameter part, and an annular pump chamber is formed between the second stage cylinder and the second stage piston. A piston cooling system is equipped with check valves for suction and discharge, and the pressurized air in the pump chamber is released into the atmosphere from an air hole in the inner wall of the cylinder, through a cavity at the top of the piston, and from an exhaust hole on the opposite side. The device has already been proposed (
For example, Utility Model Publication No. 49-130240).

ところがその場合はピストン頂部を冷却した後の空気が
比較的大径の排気孔内を単に通過するだけであるため、
熱変形及び焼付の起りやすい排気孔周辺のシリンダ一部
分が充分冷却されないという問題があった。However, in that case, the air after cooling the top of the piston simply passes through the relatively large diameter exhaust hole.
There was a problem in that a portion of the cylinder around the exhaust hole, where thermal deformation and seizure are likely to occur, was not sufficiently cooled.

本考案は過熱されやすい排気孔周辺のシリンダ一部分及
びシリンダーヘッドの肉厚内に局部冷却用通路を設け、
２段シリンダーと２段ピストンで形成される環状のポン
プ室を利用して上記局部冷却用通路に強制的に冷媒を供
給し、いわゆるスポットクーリングにより効率よく冷却
を行えるようにすると共に、局部冷却に利用後の空気又
は燃料と空気の混合気を排気通路の未燃焼ガスの促進用
として有効に利用しうるようにすることを目的としてい
る。This invention provides a local cooling passage in a part of the cylinder around the exhaust hole that is prone to overheating and within the wall thickness of the cylinder head.
An annular pump chamber formed by a two-stage cylinder and a two-stage piston is used to forcibly supply refrigerant to the local cooling passage, allowing for efficient cooling through so-called spot cooling. It is an object of the present invention to make it possible to effectively utilize air or a mixture of fuel and air after use to promote unburned gas in an exhaust passage.

またエンジン発熱量の度合に応じて合理的に冷却できる
ようにすることも本考案の目的の１つである。Another object of the present invention is to enable rational cooling depending on the degree of engine heat generation.

次に図面により説明する。Next, it will be explained with reference to the drawings.

第１図に於て２段シリンダー１は小径部１ａと大径部１
ｂを同芯に備え、そこに小径部２ａと大径部２ｂを有す
る２段ピストン２が摺動自在に嵌合し、両者の間に環状
のポンプ室４が形成されている。In Figure 1, the two-stage cylinder 1 has a small diameter part 1a and a large diameter part 1.
A two-stage piston 2 having a small diameter part 2a and a large diameter part 2b is slidably fitted therein, and an annular pump chamber 4 is formed between them.

排気通路３の右端はシリンダー小径部１ａに開口し、左
端は排気管２１を経て再反応器２２及びマフラーに連通
している。The right end of the exhaust passage 3 opens into the cylinder small diameter portion 1a, and the left end communicates with the re-reactor 22 and the muffler via the exhaust pipe 21.

ポンプ室吸入孔５は吸入口５ａの部分でポンプ室４に開
口し、空気管８を経てエアークリーナー９のクリーンサ
イドに連通し、吸入孔５の内部に逆止弁６、調整弁７を
有する。The pump chamber suction hole 5 opens into the pump chamber 4 at the suction port 5a, communicates with the clean side of the air cleaner 9 via an air pipe 8, and has a check valve 6 and a regulating valve 7 inside the suction hole 5. .

逆止弁６は空気をポンプ室４方向へのみ通す特性を備え
、調整弁７はリンクの様な連動機構１６を介して気化器
１３のスロットル弁１３ａに連結され、スロットル弁１
３ Ｈの開度が増すにつれて開度が増し、スロットル弁
１３ ａが全開時全開になり、スロットル弁１３ ａが
アイドリング開度の時ごく僅かな開度を保つように関連
づけである。The check valve 6 has a characteristic of allowing air to pass only in the direction of the pump chamber 4, and the regulating valve 7 is connected to the throttle valve 13a of the carburetor 13 via an interlocking mechanism 16 such as a link.
As the opening degree of 3H increases, the opening degree increases, and the throttle valve 13a becomes fully open when it is fully open, and the throttle valve 13a maintains a very small opening degree when it is idling.

気化器１３は逆止弁１４を経てクランク室１５に連通し
ている。The carburetor 13 communicates with a crank chamber 15 via a check valve 14.

１７はクランクケース、１８はクランク軸、１９は連接
杆である。17 is a crankcase, 18 is a crankshaft, and 19 is a connecting rod.

シリンダー小径部１ａの掃気口２４は掃気通路２５を経
てクランク室１５に連通している。The scavenging port 24 of the cylinder small diameter portion 1a communicates with the crank chamber 15 via a scavenging passage 25.

排気通路３と掃気通路２５の間のシリンダー肉厚内、す
なわち排気通路３の両側にそれぞれ冷却用通路１０が設
けてあり （第１ａ図）、これらの冷却用通路１０は排
気通路３の上部に於て合流し、シリンダー内面に沿う円
弧状断面の部分１０ ａを形成し、この通路部分１０
ａはシリンダーヘッド２０内に設けた冷却用通路１１と
、シリンダー、シリンダーヘッドの接合面に於て連通し
、通路１１は空気管２６、逆止弁１２を経て排気通路３
の壁に固定したノズル２７に連通している。Cooling passages 10 are provided within the cylinder wall thickness between the exhaust passage 3 and the scavenging passage 25, that is, on both sides of the exhaust passage 3 (Fig. 1a). The passage portion 10a joins together to form a section 10a with an arcuate cross section along the inner surface of the cylinder.
A communicates with a cooling passage 11 provided in the cylinder head 20 at the joint surface between the cylinder and the cylinder head, and the passage 11 connects to the exhaust passage 3 via an air pipe 26 and a check valve 12.
It communicates with a nozzle 27 fixed to the wall.

エンジン運転中、ピストン２の下降に伴い、ポンプ室４
に発生した負圧によってポンプ室吸入孔５より調整弁７
、逆止弁６を経て吸入された空気は、先ずポンプ室４に
充填され、ピストン２を冷却する。During engine operation, as the piston 2 descends, the pump chamber 4
Due to the negative pressure generated in the pump chamber suction hole 5, the regulating valve 7
The air sucked in through the check valve 6 first fills the pump chamber 4 and cools the piston 2.

その後ピストン２が上昇行程に移るとポンプ室４は正圧
となり、逆止弁６は閉じ空気の吸入は停止すると共に、
ポンプ室４で加圧された空気はポンプ室吐出口１０′ａ
よりシリンダー冷却用通路１０、シリンダーヘッド冷却
用通路１１を通過する。After that, when the piston 2 moves to the upward stroke, the pump chamber 4 becomes positive pressure, the check valve 6 closes, and air suction stops.
The air pressurized in the pump chamber 4 is discharged from the pump chamber outlet 10'a.
It then passes through the cylinder cooling passage 10 and the cylinder head cooling passage 11.

冷却用通路１０は第１ａ図のように排気通路３と掃気通
路２５の間のシリンダー肉厚内に設けであるので、排気
通路３の両側の特に過熱しやすい部分の局部冷却が可能
となる。Since the cooling passage 10 is provided within the thickness of the cylinder between the exhaust passage 3 and the scavenging passage 25 as shown in FIG. 1a, it is possible to locally cool parts on both sides of the exhaust passage 3 that are particularly prone to overheating.

シリンダーヘッド冷却用通路１１を通過した空気は逆止
弁１２を経て排気通路３内へ排出されるので、燃焼室か
ら排気通路３内に放出された高温の排気ガス中に含まれ
る未燃焼有害成分の再燃焼用二次空気の働きをする。Since the air that has passed through the cylinder head cooling passage 11 is discharged into the exhaust passage 3 through the check valve 12, unburned harmful components contained in the high-temperature exhaust gas discharged from the combustion chamber into the exhaust passage 3 are removed. Acts as secondary air for re-combustion.

調整弁７はスロットル弁１３ ａの開度が増すにつれて
開度が増すように機構１６により連動させであるので、
スロットル弁１３ ａの開度が増しエンジン発熱量が大
きくなるに従い冷却用通路１０゜１１を通過する空気量
も増加し、合理的な冷却が可能になる。The regulating valve 7 is interlocked by the mechanism 16 so that the opening degree increases as the opening degree of the throttle valve 13a increases.
As the opening degree of the throttle valve 13a increases and the amount of heat generated by the engine increases, the amount of air passing through the cooling passages 10 and 11 also increases, and rational cooling becomes possible.

即ち熱的条件の厳しい排気通路３周辺のシリンダー内壁
面を発熱量の多い高負荷時よく冷却するので、シリンダ
ー内壁面の局部的な熱変形やそれに起因する焼付事故を
防止することができる。That is, since the cylinder inner wall surface around the exhaust passage 3, which has severe thermal conditions, is well cooled during high loads that generate a large amount of heat, local thermal deformation of the cylinder inner wall surface and seizure accidents caused by it can be prevented.

またノズル２７から噴出する空気は圧縮行程中排気通路
３内において高圧で充満するため、ピストン２が排気通
路３のシリンダー側開口部を完全に閉鎖するまでの圧縮
行程中、シリンダー１から混合気の一部が漏出するのを
阻止する役目を果たし、即ちピストンバルブによる排気
通路閉鎖作用を助ける役目を果たし、混合気の一部が燃
焼前に無駄に流出するのを防ぐことができる。In addition, the air ejected from the nozzle 27 fills the exhaust passage 3 at high pressure during the compression stroke, so during the compression stroke until the piston 2 completely closes the cylinder side opening of the exhaust passage 3, the air-fuel mixture is discharged from the cylinder 1. This serves to prevent a portion of the air-fuel mixture from leaking out, that is, to assist the piston valve in closing the exhaust passage, thereby preventing a portion of the air-fuel mixture from flowing out wastefully before combustion.

さらにノズル２７から噴出された清浄な空気の一部はシ
リンダー１内にも流入するので、シリンダー１内の未燃
焼ガスの燃焼を促進することができる。Furthermore, since a portion of the clean air ejected from the nozzle 27 also flows into the cylinder 1, combustion of unburned gas within the cylinder 1 can be promoted.

なおシリンダー冷却用通路１０は第１ｂ図のように排気
通路３の中央リブ部２９に縦方向に設けることもできる
。Incidentally, the cylinder cooling passage 10 can also be provided vertically in the central rib portion 29 of the exhaust passage 3 as shown in FIG. 1b.

このようにすると最も焼き付きの発生しやすい中央リブ
部２９の内壁面の変形及び焼付事故を避けることができ
る。In this way, deformation of the inner wall surface of the central rib portion 29 where seizure is most likely to occur and seizure accidents can be avoided.

第２図は別の実施例を示しており、ポンプ室吸入孔５に
混合気供給用の補助気化器１３′が接続されたものであ
る。FIG. 2 shows another embodiment, in which an auxiliary carburetor 13' for supplying a mixture is connected to the pump chamber suction hole 5.

即ち前記第１図の構造では冷媒は空気であったが、第２
図の構造では混合気となっている。That is, in the structure shown in FIG. 1, the refrigerant was air, but in the structure shown in FIG.
The structure shown in the figure shows a mixture.

第２図の上記補助気化器１３′部分以外の構造及び作用
は第１図のものと同様である。The structure and operation of the auxiliary carburetor 13' in FIG. 2 other than the portion shown in FIG. 2 are the same as those in FIG. 1.

なお第１図に対応する部品には第１図と同じ番号を付し
である。Note that parts corresponding to those in FIG. 1 are given the same numbers as in FIG. 1.

以上説明したように本考案は、小径部と大径部を有する
２段シリンダーに小径部と大径部を有する２段ピストン
を嵌合して２段シリンダーと２段ピストンの間に環状の
ポンプ室を形威し、排気孔周辺のシリンダ一部分及びシ
リンダーヘッド肉厚内に局部冷却用通路を形成し、上記
ポンプ室の吸入口を逆止弁及び調整弁を介して空気供給
装置或いは空気と燃料との混合気供給装置に連通し、調
整弁を、機関のスロットル弁の開度が増すにつれて開度
が増すようにスロットル弁に連動連結し、上記冷却用通
路の出口を排気通路に逆止弁を介して連通し、冷却用通
路で加温された空気又は混合気を未燃焼ガスの燃焼促進
用として利用するようにしているので、ポンプ室４から
吐出される圧縮空気又は圧縮混合気を、最も過熱されや
すい排気孔周辺のシリンダ一部分及びシリンダヘッド２
０の強制冷却に利用できると共に、未燃焼ガスの再燃焼
促進用にも利用できるのである。As explained above, the present invention involves fitting a two-stage piston having a small-diameter part and a large-diameter part to a two-stage cylinder having a small-diameter part and a large-diameter part, and creating an annular pump between the second-stage cylinder and the second-stage piston. A chamber is formed, a local cooling passage is formed in a part of the cylinder around the exhaust hole and in the thickness of the cylinder head, and the inlet of the pump chamber is connected to an air supply device or air and fuel via a check valve and a regulating valve. A regulating valve is connected to the throttle valve so that the opening increases as the opening of the throttle valve of the engine increases, and the outlet of the cooling passage is connected to the exhaust passage with a check valve. The compressed air or compressed mixture discharged from the pump chamber 4 is used to promote combustion of unburned gas. Part of the cylinder around the exhaust hole and cylinder head 2, which are most prone to overheating
It can be used for forced cooling of zero gas, and can also be used to promote reburning of unburned gas.

いい換えれば、１つのポンプ室４から吐出される圧縮空
気又は圧縮混合気を、極めて効率良く多目的に利用でき
るのである。In other words, the compressed air or compressed air mixture discharged from one pump chamber 4 can be used extremely efficiently for multiple purposes.

しかも最も過熱されやすい排気孔周辺のシリンダ一部分
を局部冷却するため、焼付防止効果が大きい。Moreover, since the part of the cylinder around the exhaust hole, which is most likely to be overheated, is locally cooled, the anti-seizure effect is great.

本考案の利点をより詳しく説明すると次の通りである。The advantages of the present invention will be explained in more detail as follows.

（１）２段シリンダー１．２段ピストン２の大径部ｌｂ
、２ｂによって構成される容積型ポンプを利用し、ポン
プ室４から吐出される圧縮空気又は混合気により、過熱
されやすい排気孔周辺のシリンダー１部分及びシリンダ
ーヘッド２０の局部冷却を行うようにしたので、ポンプ
は作動確実であり且つコンパクトとなり、安定した冷却
が可能である。(1) Two-stage cylinder 1. Large diameter part lb of second-stage piston 2
, 2b, the compressed air or mixture discharged from the pump chamber 4 is used to locally cool the cylinder 1 and the cylinder head 20 around the exhaust hole, which are prone to overheating. The pump operates reliably, is compact, and enables stable cooling.

（２）例えば２サイクルエンジンの掃気通路２５と排気
通路３の間（第１ａ図）、排気通路３の中央ノブ２９（
第１ｂ図）等の排気孔周辺のシリンダ一部分は特に過熱
されやすく、ピストン２、シリンダー１間の焼付起点と
なることは一般によく知られているが、通常の冷却方式
（空冷、液冷）では重点的に上記部分を冷却することは
不可能であり、一様冷却となる。(2) For example, between the scavenging passage 25 and the exhaust passage 3 of a two-stroke engine (Fig. 1a), the central knob 29 of the exhaust passage 3 (
It is generally well known that the part of the cylinder around the exhaust hole, such as in Figure 1b), is particularly prone to overheating and becomes the starting point for seizure between the piston 2 and cylinder 1. It is impossible to cool the above-mentioned parts intensively, and cooling is performed uniformly.

しかし本考案はこの様な過熱個所、即ち排気孔周辺のシ
リンダ一部分を重点的に冷却するようにしているので、
耐焼付性を向上させうる。However, the present invention focuses on cooling such overheated areas, that is, the part of the cylinder around the exhaust hole.
Can improve seizure resistance.

また主冷却機能、即ち空冷エンジンに於ては冷却ファン
及び冷却フィン、水冷エンジンに於ては水ポンプ及び水
ジャケット等の必要能力を少くすることができ、この面
からもエンジンのコンパクト化が可能である。In addition, the required capacity of the main cooling function, that is, the cooling fan and cooling fins for air-cooled engines, and the water pump and water jacket for water-cooled engines, can be reduced, making it possible to make the engine more compact. It is.

（３）冷却に利用した空気又は混合気を排気通路３内に
噴出させているので、その空気又は混合気を排気ガス中
の未燃焼ガスの再反応器２２内での再燃焼に利用でき、
またシリンダー１内の未燃焼ガスの燃焼促進に利用する
こともできる。(3) Since the air or mixture used for cooling is injected into the exhaust passage 3, the air or mixture can be used for re-combustion of unburned gas in the exhaust gas in the re-reactor 22;
It can also be used to promote combustion of unburned gas within the cylinder 1.

さらに排気通路３内へ冷却用通路１１から噴出される空
気又は混合気は、ピストンバルブによる排気通路閉鎖作
用を助ける陽気バルブとしての役目を果たすため、掃気
口２４からシリンダー１内へ流入した新らしい混合気は
、圧縮行程中たとえば排気通路３とシリンダー１が連通
している間（即ちピストン２が上昇し始めて排気通路３
をピストン２の側壁が完全に閉鎖するまでの間）であっ
ても、排気通路３内へ漏出することがない。Furthermore, the air or air-fuel mixture injected into the exhaust passage 3 from the cooling passage 11 serves as a positive air valve to help the piston valve close the exhaust passage. During the compression stroke, for example, while the exhaust passage 3 and the cylinder 1 are in communication (i.e., when the piston 2 begins to rise and the exhaust passage 3
(until the side wall of the piston 2 is completely closed), there is no leakage into the exhaust passage 3.

即ち掃気口２４から送られてくる混合気を無駄に漏出さ
せることがなく、また未燃焼ガスがシリンダー１内に残
留することも殆どなくなり、しかも外部には清浄化され
た排気ガスを放出することか゛できるので゛ある。In other words, the air-fuel mixture sent from the scavenging port 24 is not leaked wastefully, almost no unburned gas remains in the cylinder 1, and purified exhaust gas is released to the outside. It is possible because it can be called.

（４）エンジン発熱量の度合に応じて合理的に排気孔周
辺部分を冷却することができる。(4) The area around the exhaust hole can be rationally cooled according to the degree of engine heat generation.

即ちポンプ室４の吸入口５ａに調整弁７を備え、調整弁
７を、機関のスロットル弁１３ａの開度が増すにつれて
開度が増すようにスロットル弁１３Ｈに連動連結してい
るので、スロットル弁１３ ａの開度が増しエンジン発
熱量が大きくなるに従い冷却用通路１０．１１に供給さ
れる空気量（又は混合気量）が増加し、合理的な冷却が
できる。That is, the intake port 5a of the pump chamber 4 is provided with a regulating valve 7, and the regulating valve 7 is interlocked and connected to the throttle valve 13H so that the opening increases as the opening of the throttle valve 13a of the engine increases. As the opening degree of the cooling passage 10.13a increases and the amount of heat generated by the engine increases, the amount of air (or the amount of air mixture) supplied to the cooling passage 10.11 increases, and rational cooling can be achieved.

つまり熱的条件の厳しい排気通路３周辺のシリンダー内
壁面等を、発熱量の多い高負荷時に強力に冷却すること
ができ、シリンダー内壁面の局部的な熱変形やそれによ
る焼付事故を防止することができる （５）未燃焼ガスの燃焼促進効果が極めてよい。In other words, the cylinder inner wall surface around the exhaust passage 3, which has severe thermal conditions, can be strongly cooled during high loads that generate a large amount of heat, thereby preventing local thermal deformation of the cylinder inner wall surface and the resulting seizure accident. (5) The effect of promoting combustion of unburned gas is extremely good.

即ち冷却用通路１０．１１で加温された空気又は混合気
を、未燃焼ガスの燃焼促進用に利用するようにしている
ので、確実に未燃焼ガスを再燃焼させることができ、排
気ガス（特にＨＣ）の浄化作用が極めてよい。In other words, since the air or mixture heated in the cooling passage 10.11 is used to promote the combustion of unburned gas, it is possible to re-burn the unburned gas reliably, and the exhaust gas ( In particular, it has an extremely good purifying effect on HC).

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第１図は本考案を適用した内燃機関の縦断面図、第１ａ
図は第１図のＩ−Ｉ断面図、第１ｂ図は変形例に於ける
第１ａ図に対応する図面、第２図は別の実施例を示す縦
断面図である。 １・・・・・・２段シリンダー、２・・・・・・２段ビ
ス１−ン、３・・・・・・排気通路、４・・・・・・ポ
ンプ室、５ａ・・・・・・吸入口、６，１２・・・・・
・逆止弁、７・・・・・・調整弁、９・・・・・・エア
ークリーナー、１０、１１・・・・・・局部冷却用通路
、１０′ａ・・・・・・吐出口、１３ａ・・・・・・ス
ロットル弁。Fig. 1 is a vertical cross-sectional view of an internal combustion engine to which the present invention is applied, Fig. 1a
The drawings are a sectional view taken along the line II in FIG. 1, FIG. 1b is a drawing corresponding to FIG. 1a in a modified example, and FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing another embodiment. 1... 2nd stage cylinder, 2... 2nd stage screw 1-on, 3... Exhaust passage, 4... Pump chamber, 5a...・・Intake port, 6, 12・・・・
・Check valve, 7...Adjustment valve, 9...Air cleaner, 10, 11...Local cooling passage, 10'a...Discharge port , 13a... Throttle valve.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] 小径部と大径部を有する２段シリンダーに小径部と大径
部を有する２段ピストンを嵌合して２段シリンダーと２
段ピストンの間に環状のポンプ室を形威し、排気孔周辺
のシリンダ一部分及びシリンダーヘッド肉厚内に局部冷
却用通路を形威し、冷却用通路の入口をポンプ室の吐出
部に連通し、上記ポンプ室の吸入口を逆止弁及び調整弁
を介して空気供給装置或いは空気と燃料との混合気供給
装置に連通し、調整弁を、機関のスロットル弁の開度が
増すにつれて開度が増すようにスロットル弁に連動連結
し、上記冷却用通路の出口を排気通路に逆止弁を介して
連通し、冷却用通路で加温された空気又は混合気を未燃
焼ガスの燃焼促進用として利用するようにしたことを特
徴とする内燃機関の冷却及び未燃焼ガスの燃焼促進装置
。A two-stage piston having a small-diameter part and a large-diameter part is fitted into a two-stage cylinder having a small-diameter part and a large-diameter part to form a two-stage cylinder and a two-stage cylinder.
An annular pump chamber is formed between the stage pistons, a local cooling passage is formed in a part of the cylinder around the exhaust hole and within the thickness of the cylinder head, and the inlet of the cooling passage is communicated with the discharge part of the pump chamber. , the suction port of the pump chamber is communicated with an air supply device or an air/fuel mixture supply device via a check valve and a regulating valve, and the regulating valve is controlled to open as the opening of the engine throttle valve increases. The outlet of the cooling passage is connected to the throttle valve so as to increase the temperature, and the outlet of the cooling passage is connected to the exhaust passage via a check valve, and the air or mixture heated in the cooling passage is used to promote combustion of unburned gas. An apparatus for cooling an internal combustion engine and promoting combustion of unburned gas, characterized in that it is used as a cooling device for an internal combustion engine and for promoting combustion of unburned gas.