JPS6312821A - 2サイクル内燃機関 - Google Patents

2サイクル内燃機関

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JPS6312821A
JPS6312821A JP61154228A JP15422886A JPS6312821A JP S6312821 A JPS6312821 A JP S6312821A JP 61154228 A JP61154228 A JP 61154228A JP 15422886 A JP15422886 A JP 15422886A JP S6312821 A JPS6312821 A JP S6312821A
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博史 野口
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は3又はその倍数の気筒数を有し、気筒間排気パ
ルス過給効果を生じさせると共に、クランク角に同期し
て作動される吸気弁及び排気弁を有する2サイクル内燃
機関に関する。
〔従来の技術〕
特開昭48−51126号には、2サイクル内燃機関に
おいて、シリンダとクランク室を結ぶ掃気通路の1系統
に濃混合気を形成するための副室を設け、この副室とク
ランク室にリード弁を設けたものが開示されている。
また、6気筒2サイクル内燃機関の排気系を、位相が1
20度づつ異なる3つの気筒が1グループとなるように
2つに分け、3気筒2サイクル内燃機関特有の排気パル
ス過給効果により出力をアップするものは既に知られて
いる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
前述の特開昭48−51126号におけるり一ド弁は、
3気筒2サイクル内燃機関特有の気筒間排気パルス供給
効果による排気系から吸気系への吹き返しを防止するこ
とを意図したものではない。
従って、すべての気筒の吸気ポートに個別にリード弁を
設けたものではない。そこで、本発明では排気パルス過
給効果による排気系から吸気系への吹き返しを防止し、
新気の充填効率を確保すると共に、過給気の駆動…失を
防止することである。
なお、実公昭59−22250号には、4サイクル内燃
機関において、吸気ポートにリード弁を設け、シリンダ
内の新気の吹き返しを防止するようにしたものが開示さ
れているが、これは4サイ ゛クルエンジンであり、排
気パルス過給効果がないばかりでなく、吸気弁や排気弁
の開閉時期をまったく異にするものである。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明によれば、3又はその倍数の気筒数を有し、かつ
過給手段を有する新気供給系と、シリンダヘッド部分に
設けられた吸気ポート及び排気ポートを開閉するために
、クランク角に同期して駆動される吸気弁及び排気弁と
を存する2サイクル内燃機関において、過給手段の側へ
の逆流を防止するように吸気弁と過給手段との間の各気
筒の吸気通路に設けた逆止弁と、ピストン下降速度の速
い時期に排気弁を吸気弁より早く開くようにこれらの弁
を駆動する弁駆動機構と、少なくとも高負荷域において
横断掃気及び気筒間排気パルス過給を行うに適した新気
供給系及び排気系構造とを含んで成る2サイクル内燃機
関が提供される。
〔作 用〕
本発明によれば、特に高負荷域において、次のように効
果的に横断掃気及び気筒間排気パルス過給を達成する。
燃焼室の内圧が高くかつピストンの下降速度の速い時期
に排気弁が開弁じ、その多量の排気が急激に排気ポート
へ流出し、強い排気ブローダウンとなる。相当量の排気
が流出し、更に排気ポート内に負圧が発生する頃吸気弁
が開弁じ、新気が流入して、シリンダ内で横断掃気とな
る。新気の一部は一旦排気ポートに貯えられる。
ついで、他の気筒の排気ブローダウンよによって当該気
筒の排気ポートは強い正圧を受け、排気ポートに一時貯
えられていた新気が燃焼室内へ逆流するように押し戻さ
れる。新気が燃焼室に押し戻される際に、新気が吸気ポ
ートに対して動圧として作用するが、逆止弁により新気
の逆流が阻止されるので、この動圧は上流側の過給手段
には作用しない。
〔実施例〕
以下、添付図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明
する。
第1図は本発明の実施例にかかわる6気筒2サイクル内
燃機関の概略図、第2図はその主要部を示す概略図、第
3図は同2サイクル内燃機関の断面図である。これらの
図において、1は内燃機関本体、10は吸気系、30は
排気系である。内燃機関本体1において、2は燃焼室(
シリンダ)、3はピストン、4は点火栓、5はマスク、
6はシリンダヘッド、7はシリンダブロックである。吸
気系10において、11はエアクリーナ、12はエアフ
ローメータ、13はスロットル弁、14は機械式過給機
(スーパーチャージャ)、15はインタークーラ、16
は吸気制御弁、17a、17bはサージタンク、18a
、18bはリード弁(逆止弁)、19a、19bは燃料
噴射弁、20a、20bは吸気ポート、21a、21b
は吸気弁である。また、排気系30において、31a、
31bは排気弁、32a、32bは排気ポート、33は
排気マニホルド、34は排気制御弁、35は触媒、36
はマフラーである。
吸入空気はエアクリーナ11から流入し、スロットル弁
13で空気量を調整される。エアクリーナ11とスロッ
トル弁13との間にはエアフローメータ12が設けられ
、吸入空気量を計測する。
スロットル弁13の下流には機械式過給機(スーパーチ
ャージャ)14が設けられ吸入空気を過給するとともに
、過給により温度上昇した吸入空気をその下流に設けた
インタークーラ15により冷却し、吸入空気の体積効率
を向上する。機械駆動式過給機14は、例えばルーツ式
ポンプ過給機であって、ハウジング内でポンプ作用をす
ることにより吸入空気を過給するものである。
インタークーラ15の下流において吸気系10は軽負荷
用吸気通路10aと高負荷用吸気通路IQbの2つに分
けられ、高負荷用吸気通路10bには吸気制御弁16が
設けられる。この吸気制御弁16は通常のバタフライ弁
からなり、機関のアイドル域、軽負荷域では閉じられ、
高負荷域(中負荷域も含む、以下同じ)では開かれる。
各吸気通路10a、10bはそれぞれサージタンク17
a、17bに接続され、サージタンク17a、17bの
下流はそれぞれ分岐管で各気筒に分岐され、シ□ リン
ダヘッド6に形成された吸気ポート20a。
20bを介して燃焼室2に接続される。これらの吸気ポ
ート20a、20bはシリンダへラド6側から直接燃焼
室2に開口している。各気筒の吸気ポート20a、20
bには燃料噴射弁19a、19bがそれぞれ設けられ、
これらの燃料噴射弁19a、19bの上流でかつサージ
タンク17a、17bの下流には、リード弁等の逆止弁
18a、18bをそれぞれ設ける。これらの逆止弁18
a118bは各気筒の吸気ポート20a、20bにおい
て、サージタンク17a、17b側への逆流を防止する
ように配置されている。一方の燃料噴射弁19aは全運
転域で燃焼室2の点火栓4の周辺に向けて燃料を噴射し
、他方の高負荷用燃料噴射弁19bは吸気制御弁16の
開いている高負荷域でのみ燃焼室2の中央部に向けて燃
料を噴射するもので、燃料噴射弁19aより噴射量を多
くとれるようにより大きな噴口を有する。噴射された燃
料と混合された吸気空気は吸 気ポート20a、20b
からポペット型吸気弁21a、21bを介して燃焼室2
内へ流入する。これらの吸気弁20a、20bは後述の
ようなタイミングでクランク角に同期してそれぞれ開閉
される。
吸気ポート20a、20bから燃焼室2内へ流入する混
合気はそれぞれ第4図及び第5図に示すように流れるよ
うにされる。即ち、吸気ポート20aからは第4図に示
すように実質上吸気弁21aの傘部の全周から流入する
ようにされ、吸気ポート20bからは第5図に示すよう
に吸気弁21bの傘部の周囲の一部の領域、即ち燃焼室
シリンダ2の壁部に近い領域から直接下方へシリンダ壁
に沿って流れるようにされる。このため、例えば、吸気
ポート20bの内壁の、吸気弁21bに近接した領域で
あってシリンダ2の中央に近い側に第3図及び第5図の
破線で示すようなマスク壁22が形成されている。従っ
て、吸気ポート20bを流れる多量で高速の混合気(新
気)はマスク壁22の傾斜部分に沿ってシリンダ壁側に
案内され、そのまま燃焼室2に流入して直接下方へシリ
ンダ壁に沿って素早く流れる。
吸気ポート20a、20bと対向する位置でシリンダヘ
ッド6側から直接燃焼室2に開口している2つの排気ポ
ート32a、32bもシリンダヘッド6に形成されてい
る。これらの排気ポート32a、32bも後述のような
タイミングでクランク角に同期して作動されるポペット
型排気弁31a、31bによりそれぞれ開閉される。2
つの排気ポート32a、32bは排気弁31a、31b
下流の近い位置で合流し、排気マニホルド33に接続さ
れる。排気マニホルド33は各気筒の枝管の集合部にお
いて、第1〜第3気筒の枝管集合部33aと第4〜第6
気筒の枝管集合部33bとを分離又は流通できるように
排気制御弁34を設けている。また2つに分離された枝
管集合部33a、33bは、下流で1本に集合された二
叉枝管37を通じて排気管38に連結される。ここで、
図示の6気筒2サイクル内燃機関で、行程順序がクラン
ク角60度毎に第1、第6、第2、第4、第3、第5気
筒の順で繰り返されるものとすると、第1〜第3気筒の
グループ及び第4〜第6気筒のグループの各グループ内
では気筒行程が120度毎に繰り返されることとなる。
排気管38の下流には触媒35及びマフラー36が設け
られる。排気制御弁34は単に排気圧力を制御するため
のもので、閉じている時のシール性をあまり要求されな
いので、通常のバタフライ弁で充分である。もっとも、
ポペット弁のような閉鎖時のシール性の高いものを用い
てもよいことは勿論である。この排気制御弁34は機関
のアイドル域、軽負荷域で開くように制4ffllされ
高負荷域では閉じるように制′4″J口される。
各気筒の燃焼室2はシリンダヘッド6、ピストン3及び
シリンダブロック7間に形成され、シリンダヘッド6側
上部中央に点火栓4が配置される。
シリンダヘッド6の排気弁31a、31b周囲にはマス
ク5が形成されており、これらのマスク5は排気が排気
ポート32a、32bからポペット型排気弁31a、3
1bの全周囲を経て燃焼室2内へ逆流する際に排気にス
ワールを与え、特にアイドル域、軽負荷域で燃焼室2内
にシリンダ(燃焼室2)の軸をほぼ中心とする適度なス
ワールを形成するような形状を有する。このようなマス
ク5に代えて、或いはマスク5とともにスワール形成手
段として排気ポート32a、32bの一方又は両方を第
2図の32bで示すような偏心ポートとしてもよい。こ
のように排気ポートをシリンダの軸心より偏心させるこ
とにより、排気が排気ポートから燃焼室2内へ接線方向
に逆流する際に排気に適度なスワールを与えるようにす
ることができる。
各気筒の吸気弁21a、21b及び排気弁31a、31
bは、図示しないが、クランクシャフトと同じ回転速度
で回転するカム軸に取付られた適切なカムにより作動さ
れ、第6図に示すような所定のタイミングでそれぞれ開
閉される。即ち、下死点(BDC)を基準として約−1
25度の時点で先ず排気弁31a、31bが開き、次い
で約−90度の時点で吸気弁21a、21bが開く。ま
た、下死点(B D C)を基準として約+40度の時
点で排気弁31a、31bが閉じ、次いで約+60度の
時点で吸気弁21a、21bが閉じる。なお、燃料噴射
弁19a、19bは下死点(B D C)を基準として
約+45度から一40度までの間で燃料を噴射する。
図示のように6気筒2サイクル内燃機関で、行程順序が
前述のようにクランク角60度毎に第1、第6、第2、
第4、第3、第5気筒の順で繰り返されるものとすると
、各気筒の排気弁31a、31bの開閉状態は第7図に
示すようになる。即ち、第7図において、第1気筒のク
ランク角に対し実線で示した部分が各気筒の排気弁31
a、31bが開いている期間である。一方、排気制御弁
34は前述のように少なくとも機関のアイドル域、軽負
荷域で開くように制御される。従って、アイドル域、軽
負荷域ではすべての気筒の排気マニホルド33の枝管が
相互に連通した状態となる。
これを第1気筒についてみると、第7図において、排気
弁31a、31bの開き始めの領域にでは第3気筒の排
気弁がまだ開いており、中間の領域1、で第6気筒の排
気弁が開き始め、終わりの領域Mで第2気筒の排気弁が
開き始める。特に他の気筒グループ(第6気筒)からの
排気圧力の影響を受けることにより、排気ポートは実質
上、常時正圧となっていて、各気筒の排気パルス過給効
果が生じない。他の気筒についても同様で、各気筒の排
気圧力が互いに干渉し、後述のように背圧を制御する。
他方、排気制御弁34は機関の高負荷運転域で閉じてい
るので、第7図における中間領域りでは、第6気筒の排
気弁が開くことによる背圧の影響を実質上受けないこと
となり、このため第1気筒の排気ポートは第2気筒の排
気圧力(M)の干渉を受は排気パルスによる過給効果を
生ずる。
なお、低回転時、排気ブローダウン直後に発生する脈動
を抑えるため、排気ポート近傍に排気弁を付けたり、共
鳴室を連結する方法を組合せてもよい。
次に本発明にかかわる2サイクル内燃機関の作用につい
て説明する。
まず、機関のアイドル域、軽負荷域において、吸気制御
弁16は閉し、一方排気制御弁34は開いている。ピス
トン3の下降行程で、第6図の上死点(TDC)よりク
ランク角−125度の位置に達するの時点で、排気弁3
1a、31bが開き始める。従って、第6図の(A)の
時点ごろは、燃焼後の排気が、第8図Aに示しているよ
うに、開き始めたばかりの排気弁31a、31bから流
出(弱いブローダウンP)する。アイドル域、軽負荷域
ではシリンダ内での燃焼圧力は低く、排気の量が少ない
のでこのブローダウン(P)は短時間で終了する。即ち
、排気ポー)32a、32bの部位では、最初の弱い排
気ブローダウン(P)のために排気圧力は瞬間的に2〜
3kg/aJ程度になるが、直ぐに1.05 kg/ 
ctl程度に下がり安定化する。この傾向はエンジン回
転数が高まるにつれ一層安定する。ついで、第6図のク
ランク角−90度程度の(B)の時点では、ピストン3
の下降速度が相当大きく、シリンダ内圧は負圧となり、
しかも第7図の領域りで示したように他の気筒グループ
(第6気筒)の排気圧力の影響を受ける。よって、排気
ポート32a、32bにブローダウンした高温の排気が
燃焼室2内へ逆流(Q)する。
その際、排気スワール形成手段、即ち偏心ポート32b
とマスク5により、略シリンダ軸を中心とするスワール
(R)が形成される。この時のスワールはゆっくりとし
た旋回として、シリンダ内の排気の熱免敗を防止する。
ついで、吸気弁21a、21bの開弁後、吸気ポート2
0Hの圧力はスロットル弁13で調圧され、吸気弁21
aのリフト量が少なく、絞られているので、新気の流入
はなく、排気ポー)32a、32bからの排気逆流が進
む。さらにピストンが下がり下降速度がゆるやかになっ
た頃吸気弁リフトが増大し、第6図の(C)及び第8図
Cで示した状態となり、スロットル弁13で絞られかつ
過給機14で低圧に過給された新気(混合気)が吸気ポ
ート20aより吸気弁21aを介して燃焼室2に流入す
る。この際、前述のように、吸気ポート20aからは第
4図に示すように実質上吸気弁21aの傘部の全周から
流入するようにされ、しかもこの運転域ではピストン3
の下降速度が小さいので、シリンダ内圧低下は少なく、
よって新気の流速が低くなり、新気は排気スワール上に
ゆっくり流入し燃焼室2の上部のシリンダヘッド6側の
点火栓4に近い部位に集まる。よって、シリンダヘッド
側(上層部)の新気(S)とピストン3 (下層部)側
の排気(R)の成層化が得られる。なお、吸気弁21a
、21bの開弁直後、燃焼室2例の圧力が高い場合でも
、逆止弁18a、18bにより新気が逆流することはな
い。排気(R)は略シリンダ軸まわりにスワールしてい
るので、ピストン3が下死点に達し第6図の(D)及び
第8図りで示した状態となっても、新気(S)と排気(
R)と間の成層状態が維持される。吸気弁21aが閉じ
て新気の流入が実質上終了した第6図の(E)及び第8
図Eで示した状態でも新気(S)と排気(R)と間の成
層状態が維持され、圧縮行程の終了時点までこの成層状
態が維持されるので、シリンダへラド6側にある新気は
ピストン3側の高温の排気により活性化され、アイドル
域では圧縮行程末期に点火栓4により容易に着火し火炎
伝搬が進み確実な燃焼が得られると共に、暖機後の軽負
荷域ではシリンダ内の排気の温度は高くなり新気の活性
化が進んで圧縮行程時に断熱圧縮される結果、点火栓4
によらず自己着火燃焼が可能となる。尚、D及びEの状
態では、第7図の領域り及びMで示したように他の気筒
からの排気圧力(背圧)を影響を受けており、アイドル
域、軽負荷域では実質上排気ポート32a、32bの背
圧が常時正圧となっている。
従って、排気パルスによる過給効果を停止しているので
、排気系への新気の流出(いわゆる新気の吹き抜け)や
新気の逆流人が行われず、スワール(R)が乱されるこ
とはない。このため、確実な成層燃焼が実現される。
次に、機関の高負荷域において、吸気制御弁16は開き
、一方、排気制御弁34は閉じる。ピストン3の下降行
程で、第6図の(a)の時点で、第9図へに示している
ように、排気弁31a、31bが開き始める。燃焼後の
排気は開き始めたばかりの排気弁31a、31bから急
激に流出(ブローダウンP)する。高負荷域では排気量
が多いので強い排気ブローダウンとなり、ブローダウン
(P)の持続時間も長い。ブローダウンはクランク角−
90度でほぼ終了する。よって、大量の排気ガスの排出
が終了される。第6図の(b)に達したときは第9図B
に示すように、クランク角−80度程度の時点で、吸気
弁21a、21bが実質上開弁じ、新気(T)の流入が
開始される。
従って、過給された新気(混合気)が吸気ポート20a
、20bより吸気弁21a、21bを介して燃焼室2に
流入を開始する。尚、高負荷域では、前述のように吸気
制御弁16が開いているので、新気は両吸気ポート20
a、20bから流入するが、吸気ポート20bからは多
量の新気が第5図で示したように燃焼室2内を直接下方
へシリンダ璧に沿って素早く流される。これにより、第
9図Bで示すように排気(U)と新気(T)との間でい
わゆる横断掃気が開始されることとなる。なお、吸気弁
21a、21bの開弁直後、燃焼室2例の圧力が高くて
も逆止弁18a、18bがあるために新気が逆流するこ
とはない。つぎに、第6図の(b)、(c)及び第9図
B、C(クランク角〜80度〜−50程度度の時点)で
は、強い排気ブローダウンによる排気パルスの効果で排
気ポー1−32a。
32bの圧力が一時的に負圧となり、シリンダ内への新
気の流入を助け、新気の一部(V)が排気ポート32a
、32b及び排気マニホルド33に一旦貯えられる。つ
ぎに、第6図の(d)及び第9図りの時点では、第7図
のMの領域で示したような排気弁の開き始めた他の気筒
(第2気筒)からの強い排気ブローダウンによる強い正
圧力を受け、排気ポートは32a、32b及び排気マニ
ホルド33に一時貯められていた新気を燃焼室2へ逆流
(W)させるように押込む。なお、新気が燃焼室2へ押
し込まれることにより、吸気ポート20a、20bに動
圧が作用するが、逆止弁18a、18bにより2の動圧
の上流への伝達が阻止される。吸気弁21a、21bが
閉じた第6図の(e)及び第9図Eの状態ではもはや新
気の吹き返しは生じない。この新気は燃焼室2へ逆流す
る際、偏心排気ポート32b及びマスク5により燃焼室
2の上部のシリンダヘッド6側に強い新気スワール(X
)を形成する。吸気弁21a、21bが閉じた第6図の
(e)及び第9図Eの状態ではもはや新気の吹き返しは
生じない。
第2図の実施例に示したように、逆止弁18a、18b
の下流に燃料噴射弁19a、19bを設けた場合は、噴
射された燃料が、逆止弁18a、18bによって吸気ポ
ート20a、20bに一時溜められた高温の排気により
加熱され、気化が促進される。また、新気の吹き返しの
際に燃料が噴射されても、燃料又は混合気がサージタン
ク17a、17bを介して他の気筒へ流れてしまうこと
はない。また、実施例に示したように、吸気通路を全運
転域で新気が流入する軽負荷用10aと高負荷用fob
とに分けた2系統の吸気系を有する場合、吸気制御弁1
6を一方のサージタンク17bの入口に1個設けるだけ
で十分である。
上述の実施例では、6気筒2サイクル内燃機関の場合に
ついて説明したが、本発明はこれに限らず、3気筒又は
3の倍数の気筒を有する2サイクル内燃機関において適
用することができる。3気筒の場合、第10図に示すよ
うに各気筒の排気管41を1本に連結する。各排気管4
1は第11図に示したような行程順序が120度ごとの
他の気筒の背圧のブローダウンMの影響で前述のような
排気パルス過給効果がある。
尚、第6図では2つの吸気弁21a、21bを全く同時
に開閉する場合について示しであるが、吸気弁21bの
方を吸気弁21bよりも若干早く開(ようにしてもよい
。これは、高負荷域でより早く多量の新気を燃焼室2に
流入させるためである。この場合、吸気ポート20a側
には燃焼室2側からの吹き返しによる動圧がほとんど作
用しないので、吸気ポート20.tの逆止弁18aを省
略し、逆止弁18bを高負荷用の吸気ポート20bのみ
に設けることができる。
〔発明の効果〕
以上のように、逆止弁18a、18bにより新気の逆流
が防止されるので、吸気弁21a、21bを開き始めた
際、あるいは高負荷域において、燃焼室の高圧排気がサ
ージタンク17a、17bへ吹き返されるのが防止され
、また吸気弁21a、21bが閉じる直前排気ポートヘ
一時貯えられた新気が排気パルスにより燃焼室へ押し込
まれる際、サージタンク17a、17bまで吹き返され
るのが防止される。よって、過給機14は新気又は排気
吹き返しの影響は何ら受けず、駆動1員失が増加するこ
とはない。また、燃焼室2へ充填される新気の量が増加
し、出゛力向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例にかかわる6気筒2サイクツ1
内燃機関の概略図、第2図はその主要部を示す概略図、
第3図は同2サイクル内燃機関の断面図、第4図及び第
5図は2つの吸気弁からの新気の流れを示す図、第6図
は排気弁及び吸気弁の開閉タイミング並びに燃料噴射弁
の噴射タイミングを示した図、第7図は気筒相互間の排
気弁の開弁タイミングを示した図、第8図はアイドル又
は軽jL荷載における排気及び新気の状態を説明するた
めの図、第9図は高負荷域における排気及び新気の状態
を説明するための図、第10図は3気筒の場合の排気制
御機構を示した図、第11図は3気筒の場合の排気弁開
閉タイミングを示した図である。 1・・・2サイクル内燃機関本体 2・・・燃焼室路 5・・・マスク tOa、10b・・・吸気通路 14・・過給機 16・・吸気制御弁 17a、17b・・・サージタンク 18a、18b・・・逆止弁 19a、19b・・・燃料噴射弁 21a、21b・・・吸気弁 31a、31b・・・排気弁 34・・排気制御弁

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、3又はその倍数の気筒数を有し、かつ過給手段を有
    する新気供給系と、シリンダヘッド部分に設けられた吸
    気ポート及び排気ポートを開閉するために、クランク角
    に同期して駆動される吸気弁及び排気弁とを有する2サ
    イクル内燃機関において、過給手段の側への逆流を防止
    するように吸気弁と過給手段との間の各気筒の吸気通路
    に設けた逆止弁と、ピストン下降速度の速い時期に排気
    弁を吸気弁より早く開くようにこれらの弁を駆動する弁
    駆動機構と、少なくとも高負荷域において横断掃気及び
    気筒間排気パルス過給を行うに適した新気供給系及び排
    気系構造とを含んで成る2サイクル内燃機関。
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