(57)【要約】【課題】  未燃焼の混合気の排気ポートへの吹抜けを有効に抑制するとともに、混合気の効果的な燃焼をも可能にする２サイクルエンジンの給排気装置を提供することを目的とする。【解決手段】  ピストン１の上下移動に伴って開閉弁する排気ポート、掃気ポート、吸気ポートおよび燃料インジェクターを備えた２サイクルエンジンにおいて、ピストン１のヘッド冠面の一部に掃気ポート６、７側に潜行する混合気滞留用のキャビティ１５を形成したことにより、燃料インジェクター１１から供給された燃料は吸気ポート１０からの空気と混合されて、ピストンヘッド冠面の一部に形成された混合気滞留用のキャビティ１５内に噴出されて、掃気ポート６、７からの掃気のための空気流と効果的に分離され、混合気が妄りに排気ポート５から漏洩する虞れがなくなり、燃焼効率や出力の低下が抑制される。【選択図】  図４                                                        
2006009642.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンの上下移動に伴って開閉弁する排気ポート、掃気ポート、吸気ポートおよび燃料インジェクターを備えた２サイクルエンジンにおいて、ピストンヘッド冠面の一部に掃気ポート側に潜行する混合気滞留用のキャビティを形成したことを特徴とする２サイクルエンジンの給排気装置。
【請求項２】
前記掃気ポート側からキャビティ開口部に向かうピストンヘッド冠面に高さが漸増する傾斜面を形成したことを特徴とする請求項１に記載の２サイクルエンジンの給排気装置。
【請求項３】
前記吸気ポートからの空気および燃料インジェクターからの燃料の供給方向が前記キャビティ開口部を向いて構成されたことを特徴とする請求項１または２に記載の２サイクルエンジンの給排気装置。
【請求項４】
前記吸気ポートからの空気および燃料インジェクターからの燃料の供給方向が前記キャビティ開口部に対して接線方向を向いて構成されたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の２サイクルエンジンの給排気装置。
【請求項５】
混合気を燃焼させるための点火プラグが前記キャビティ開口部に対向して配置されたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の２サイクルエンジンの給排気装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピストンの上下移動に伴って開閉弁する排気ポート、掃気ポート、吸気ポートおよび燃料インジェクターを備えた２サイクルエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等の内燃機関における２サイクルエンジンは、ピストンの上下移動に伴って開閉弁する排気ポート、掃気ポート、吸気ポートおよび燃料インジェクターを備え、ピストンの上下動の２行程で排気までを行えて、複雑な給排気弁機構等が不要なため低コストな内燃機関として多用されている。一般的な２サイクルエンジンは、シリンダ壁面に、排気ポート、掃気ポート、吸気ポートおよび燃料インジェクターを備える。
【０００３】
このような２サイクルエンジンについて簡単に説明すると、ピストンが下降を始めると、先ず、排気ポートが開き排気ガスを排出し始める。その後、掃気ポートが開いて空気が燃焼室内に噴出して排気ガスを押し出す。次いで、吸気ポートが開いて空気が供給されるとともに、吸気ポートに設けられた燃料噴射弁（インジェクター）から燃料が噴射される。その後、ピストンが上昇して燃焼室内の混合気体を圧縮し、上死点近傍にて点火プラグに点火されて混合気が爆発燃焼してピストンを押し下げる。ピストンが下降して、前述の行程を繰り返す。
【０００４】
ところが、このような単純な各ポートの配設により燃焼ガスや排気ガスの給排気を行える反面、燃焼に供されるべく供給された混合気の排気ポートへの漏洩、いわゆる混合気の吹抜け現象が避け難いものとなっている。そのため、従来からこの混合気の吹抜けを抑制するための様々な技術が提案されている（例えば下記特許文献１および２参照）。
【特許文献１】特開２０００−１８６５６０号公報（段落００３３および００３４参照）
【特許文献２】特開２００１−１３２４５９号公報（請求項１参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図６を用いて、前記特許文献１に開示された層状掃気２サイクルエンジンについて説明する。運転時において、燃焼室１２５内の爆発圧力によりピストン１０４が下降し、排気ポート１１３Ａが開かれると、燃焼室１２５内の燃焼排気ガスは排気ポート１１３Ａを通って排気通路１１３へ排出される。さらにピストン１０４が下降すると、左右の掃気ポート１１９Ａ、１１９Ａが開口し、空気供給通路１１０を経た空気が燃焼室１２５内に流入して、排気ガスを排気ポート１１３Ａ側に押し出す。
【０００６】
次いで、前記左右の掃気ポート１１９Ａ、１１９Ａから一定タイミング遅れて排気ポート１１３Ａに対向する掃気ポート１０９Ａが開口し、クランク室１１５Ａ内の混合気が掃気通路１０９を経て、該掃気ポート１０９Ａから燃焼室１２５内に流入せしめられる。一方、左右の掃気ポート１１９Ａ、１１９Ａからもクランク室１１５Ａから掃気連通孔１１９Ｂ、掃気通路１１９Ｄ、掃気通路１１９Ｃおよび掃気通路１１９Ｅからなる長さの長い掃気通路を経た混合気が流入せしめられる。このように、本例のものは、ピストン１０４による掃気ポート１１９Ａの開弁位置と混合気流入のための掃気通路１０９Ａの開弁位置とをずらせることで、混合気の吹抜けを抑制することができる。
【０００７】
図７を用いて、前記特許文献２に開示された２サイクルエンジンについて説明する。燃焼室２０３内に点火プラグ２０７を有し、燃焼室２０３内壁面に開口しピストン２０４の往復運動によって開閉する掃気ポート２０８を有するとともに、掃気ポート２０８がクランク室２１０に接続され、燃焼室２０３内において燃料ｇと酸素含有ガスａとの混合気を燃焼させ、クランク軸２０５の回転を維持するもので、掃気ポート２０８に燃料ｇを供給する燃料供給手段２１３を備え、該燃料供給手段２１３が、前記掃気ポート２０８が開状態となった時期に対して遅れ時間を有する供給開始時期に、燃料の供給を開始するように構成した。これにより、混合気の吹抜けを抑制することができるものである。
【０００８】
しかしながら、これらの２サイクルエンジンでは、いずれのものも、掃気動作に遅れて供給される燃料が空気と混合されて混合気として燃焼室内に拡散され、少しでも排気ポートから漏洩する機会が減少して、混合気の吹抜けの抑制効果が見られるものの、燃料の供給時に開いている排気ポートを通じて、依然として混合気が漏洩する懸念があった。
【０００９】
そこで本発明は、このような従来の２サイクルエンジンの課題を解決して、未燃焼の混合気の排気ポートへの吹抜けを有効に抑制するとともに、混合気の効果的な燃焼をも可能にする２サイクルエンジンの給排気装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
このため本発明は、ピストンの上下移動に伴って開閉弁する排気ポート、掃気ポート、吸気ポートおよび燃料インジェクターを備えた２サイクルエンジンにおいて、ピストンヘッド冠面の一部に掃気ポート側に潜行する混合気滞留用のキャビティを形成したことを特徴とする。また本発明は、前記掃気ポート側からキャビティ開口部に向かうピストンヘッド冠面に高さが漸増する傾斜面を形成したことを特徴とする。また本発明は、前記吸気ポートからの空気および燃料インジェクターからの燃料の供給方向が前記キャビティ開口部を向いて構成されたことを特徴とする。また本発明は、前記吸気ポートからの空気および燃料インジェクターからの燃料の供給方向が前記キャビティ開口部に対して接線方向を向いて構成されたことを特徴とする。また本発明は、混合気を燃焼させるための点火プラグが前記キャビティ開口部に対向して配置されたことを特徴とするもので、これらを課題解決のための手段とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ピストンの上下移動に伴って開閉弁する排気ポート、掃気ポート、吸気ポートおよび燃料インジェクターを備えた２サイクルエンジンにおいて、ピストンヘッド冠面の一部に掃気ポート側に潜行する混合気滞留用のキャビティを形成したことにより、燃料インジェクターから供給された燃料は吸気ポートからの空気と混合されて、ピストンヘッド冠面の一部に形成された混合気滞留用のキャビティ内に噴出されて、掃気ポートからの掃気のための空気流と効果的に分離され、妄りに排気ポートから漏洩する虞れがなくなり、燃焼効率や出力の低下が抑制される。
【００１２】
また、前記掃気ポート側からキャビティ開口部に向かうピストンヘッド冠面に高さが漸増する傾斜面を形成した場合は、掃気ポートからの掃気のための空気流とキャビティ開口部との分離をより確実にして、混合気の排気ポートへの吹抜けをさらに確実に抑制することができる。さらに、前記吸気ポートからの空気および燃料インジェクターからの燃料の供給方向が前記キャビティ開口部を向いて構成された場合は、混合気のキャビティ開口部への流入を円滑にして、混合気の掃気に先立つ噴射時の事前の漏洩が有効に抑制される。
【００１３】
さらにまた、前記吸気ポートからの空気および燃料インジェクターからの燃料の供給方向が前記キャビティ開口部に対して接線方向を向いて構成された場合は、燃料と吸気がキャビティ内にスワール状態にて効果的に攪拌され、均一な混合気として効率的な燃焼に供することができる。また、混合気を燃焼させるための点火プラグが前記キャビティ開口部に対向して配置された場合は、ピストンの上死点近傍において、キャビティ内に滞留している圧縮された混合気を効果的に燃焼させて出力を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。図１から図４は本発明の２サイクルエンジンの給排気装置の１つの実施例を示すもので、図１はエンジンのピストンを含む面での全体断面図、図２はピストンの斜視図、図３はピストンの側断面図、図４はピストンの上方から見た各ポート位置の関係図である。図５は各ポートの開閉弁タイミングを示す図である。本発明の２サイクルエンジンの給排気装置の基本的な構成は、図１に示すように、ピストン１の上下移動に伴って開閉弁する排気ポート５、掃気ポート（図４の６、７）、吸気ポート１０および燃料インジェクター１１を備えた２サイクルエンジンにおいて、ピストンヘッド冠面の一部に掃気ポート（６、７）側に潜行する混合気滞留用のキャビティ１５を形成したことを特徴とする。
【００１５】
以下に詳述する。図１はエンジンが横に描かれているが、実際は図面左側の点火プラグ１２が上端に位置する。２サイクルエンジンのシリンダ１６の下部（図面では右側）にクランク室４が配置され、クランク軸３から変位したクランクウェブ間を接続する軸部にコネクティングロッド（コンロッド）２の下端部が軸示され、該コンロッド２の上端部にはピストン１が軸支される。ピストン１の上下動に伴って、開閉弁する排気ポート５、掃気ポート（図４の６、７）、吸気ポート１０および燃料インジェクター１１がシリンダ６の壁面に形成されている。
【００１６】
図１は、ピストン１が上死点に位置する状態で混合気が圧縮されて点火プラグ１２がまさに点火した直後であり、燃焼室が爆発燃焼を始める寸前の状態である。この状態では、排気ポート５、掃気ポート６、７、吸気ポート１０のいずれもが閉塞されている。燃焼室内の爆発燃焼により、ピストン１が下降を始める。ピストン１のヘッド冠面が排気ポート５の開口部に到達すると、排気ポート５が開弁し、燃焼排気ガスが排出を始める。さらにピストン１が下降すると、図４に示したように、掃気体ート６、７が開弁する。掃気ポート６、７から噴出する空気が前記排気ガスを押し出す掃気を行う。
【００１７】
次いで、図１に示すように、ヘリカル吸気ポート１０が開弁して空気を供給すし、直後に該ヘリカル吸気ポート１０内等に配設された燃料インジェクター１１から燃料が噴射され、前記空気とともに混合気として燃焼室内に噴出する。ピストン１は下死点から上昇に転じ、順次、吸気ポート１０、掃気ポート６、７および排気ポート５を閉じて燃焼室内を圧縮する。そして、上死点近傍にて点火プラグ１２が着火されて混合気が爆発燃焼する。前記掃気および吸気の際に供給される空気は、クランク室４の側面に設けられた吸気管８にエアーフィルター１７を経て供給された大気から取り入れられ、リードバルブ９からクランク室内に流れ込む。その後、ヘリカル吸気ポート１０および掃気ポート６、７から供給されることになる。以上の各ポートの動作を時系列で示したものが図５である。
【００１８】
本発明では、図２の斜視図に明確なように、ピストン１のヘッド冠面の一部に掃気ポート側に潜行する混合気滞留用のキャビティ１５を形成したことを特徴とする。図示の例では、前記掃気ポート側からキャビティ開口部１５Ａに向かうピストンヘッド冠面に高さが漸増する傾斜面１３を形成した。つまり、傾斜面１３を形成したことで、キャビティ開口部１５Ａを含む面と傾斜面１３との間にはキャビティ１５の上部に段差１４が形成される。これを側方から見たのが図３である。この段差１４が形成されていることにより、ヘリカル吸気ポート１０側から供給された混合気は排気ポート５へと未燃焼のまま流出することを抑制することができる。さらに、キャビティ１５が単に開口部１５Ａから略下方へと穿設した形状とするのではなく、吸気側から排気側へと潜行するように形成することにより未燃焼ガスの流出抑制効果を高めることができる。また、段差部１４へ向けて排気ポート側および掃気ポート側から上方へと傾斜する傾斜面１３を設けたことにより、掃気ポートから供給される空気が傾斜面１３に沿って上昇しながら吸気ポート側へと流れ込む。したがって、吸気ポートから供給される混合気と掃気ポートから供給される空気とが干渉しにくく、未燃焼ガスの流出抑制効果を高めることができる。また、図１に示すように、ヘリカル吸気ポート１０からの空気および燃料インジェクター１１からの燃料の供給方向が前記キャビティ開口部１５Ａを向いて構成され、混合気のキャビティ開口部１５Ａへの流入を円滑にして、混合気の掃気に先立つ噴射時の事前の漏洩が有効に抑制される。
【００１９】
掃気については、図４に示すように、排気ポート５の両側に位置して配設された掃気ポート６、７から空気が供給されて、燃焼排気ガスを押し出して掃気作用を行う。掃気ポート６、７から供給された掃気空気は、前記傾斜面１３および段差１４の存在によってキャビティ１５側とは効果的に分離される。また、前記吸気ポート１０からの空気および燃料インジェクター１１からの燃料の供給方向が前記キャビティ開口部１５Ａに対して接線方向を向いて構成され、供給された混合気がキャビティ１５内においてスワール状態の渦流を形成して、効果的に攪拌され、均一な混合気として効率的な燃焼に供することができる。また、混合気を燃焼させるための点火プラグが前記キャビティ開口部に対向して配置されており、ピストンの上死点近傍において、キャビティ１５内に滞留している圧縮された混合気を効果的に燃焼させて出力を向上させることができる。
【００２０】
以上、本発明の各実施の形態について説明してきたが、本発明の趣旨の範囲内で、２サイクルエンジンとしての内燃機関の形状、形式（掃気ポートが排気ポートの両側に位置するシニューレ掃気方式の他、キャビティと掃気流を分離できてなおかつ排気ガスの排気を掃気できるならその他の適宜の形式のものが採用され得る）、排気ポート、掃気ポート、吸気ポートの形状、形式およびそれらの各ポートの流入角度（円滑な混合気の流入を促進できるように、吸気ポートからの空気および燃料の供給方向が前記キャビティ開口部を向いて構成されるが、この構成に必ずしも限定されない。また、混合気の渦流形成を促進できるように、吸気ポートからの空気および燃料の供給方向が前記キャビティ開口部に対して接線方向を向いて構成されるが、これもこの構成に必ずしも限定されない。）ならびに開閉弁時期、燃料インジェクターの形状、形式および燃料の噴射時期、ピストンヘッド冠面におけるキャビティの形状（噴射された混合気が確実に滞留されるように掃気ポート側への潜行程度を含む形状、混合気の渦流が促進されるような渦状のヒレ等を施す等の各種の形状、ピストンヘッド冠面における面積の占有率をキャビティ開口部の形状等）、傾斜面の斜度、点火プラグの形状、形式およびその配設位置（好適には、キャビティ開口部に対向して配置されるが、この構成に必ずしも限定されない）等については適宜選定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の２サイクルエンジンの給排気装置の１つの実施例を示すもので、エンジンのピストンを含む面での全体断面図である。
【図２】同、ピストンの斜視図である。
【図３】同、ピストンの側断面図である。
【図４】同、ピストンの上方から見た各ポート位置の関係図である。
【図５】同、各ポートの開閉弁タイミングを示す図である。
【図６】第１従来例の層状掃気２サイクルエンジンの説明図である。
【図７】第２従来例の２サイクルエンジンの説明図である。
【符号の説明】
【００２２】
１        ピストン
３        クランク軸
４        クランク室
５        排気ポート
６        第１掃気ポート
７        第２掃気ポート
１０        吸気ポート
１１        燃料インジェクター
１２        点火プラグ
１３        傾斜面
１５        キャビティ
１５Ａ      キャビティ開口部
１６        シリンダー
【図１】
2006009642.tif 000003
【図２】
2006009642.tif 000004
【図３】
2006009642.tif 000005
【図４】
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【図５】
2006009642.tif 000007
【図６】
2006009642.tif 000008
【図７】
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