(57)【要約】【課題】簡易な構造でエンジン出力の向上や排気ガスを清浄化できる層状掃気２ストロークエンジンを提供すること。【解決手段】シリンダ２内に開口する掃気ポート７１を有して燃焼室Ｒ１とクランク室Ｒ２とを連通する掃気通路７に掃気ポート７１側から先導空気を充填する層状掃気２ストロークエンジン１は、シリンダ２内に往復動自在に挿入され、シリンダ内周面と対向する外周面に凹部５１を有するピストン５と、シリンダ内周面に設けられた先導空気供給用の空気ポート８１を有し、凹部５１を介して掃気通路７と連通する空気通路８とを備え、空気通路８と掃気通路７とは、ピストン５の往復動に伴って当該ピストン５により連通遮断され、空気ポート８１は、ピストン５が下死点位置にあるときに一部が燃焼室Ｒ１に開口する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ内に開口する掃気ポートを有して燃焼室とクランク室とを連通する掃気通路に前記掃気ポート側から先導空気を充填する層状掃気２ストロークエンジンであって、
前記シリンダ内に往復動自在に挿入され、シリンダ内周面と対向する外周面に凹部を有するピストンと、
前記シリンダ内周面に設けられた先導空気供給用の空気ポートを有し、前記凹部を介して前記掃気通路と連通する空気通路とを備え、
前記空気通路と前記掃気通路とは、前記ピストンの往復動に伴って当該ピストンにより連通遮断され、
前記空気ポートは、前記ピストンが下死点位置にあるときに一部が前記燃焼室に開口する
ことを特徴とする層状掃気２ストロークエンジン。
【請求項２】
請求項１に記載の層状掃気２ストロークエンジンにおいて、
前記ピストンが下死点位置にあるときに、前記空気ポートのピストン往復方向の開口幅が１ｍｍ以下である
ことを特徴とする層状掃気２ストロークエンジン。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の層状掃気２ストロークエンジンにおいて、
前記空気ポートは平面視Ｌ字状に形成されている
ことを特徴とする層状掃気２ストロークエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、層状掃気２ストロークエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、シリンダ掃気用の先導空気を導入する空気通路を備えた層状掃気２ストロークエンジンが知られている（例えば、特許文献１，２参照）。この層状掃気２ストロークエンジンでは、空気通路が掃気通路と接続されており、掃気の際は、先ず空気通路から掃気通路内に充填された先導空気が、燃焼室内の排気ガスを掃気する。このため、混合気で排気ガスを掃気する２ストロークエンジンに比べて、掃気の際に排気ガスとともに排気されてしまう混合気量を減少させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第６９１８３５９号明細書
【特許文献２】米国特許第６６６２７６６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１，２に記載の層状掃気２ストロークエンジンンでは、空気通路がクランクケース内と常時連通しているため、先導空気とクランクケース内の混合気とが空気通路内を逆流することを防ぐために、空気通路にリードバルブ等のチェックバルブを設ける必要がある。このため、構造が複雑になるとともに、製造コストが増加してしまうという問題がある。
また、燃費や排気ガスに対する要求は年々高くなっており、燃費改善につながるエンジン出力の向上や、さらなる排気ガスの清浄化が望まれている。
【０００５】
本発明の目的は、簡易な構造でエンジン出力の向上や排気ガスを清浄化できる層状掃気２ストロークエンジンを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、シリンダ内に開口する掃気ポートを有して燃焼室とクランク室とを連通する掃気通路に前記掃気ポート側から先導空気を充填する層状掃気２ストロークエンジンであって、前記シリンダ内に往復動自在に挿入され、シリンダ内周面と対向する外周面に凹部を有するピストンと、前記シリンダ内周面に設けられた先導空気供給用の空気ポートを有し、前記凹部を介して前記掃気通路と連通する空気通路とを備え、前記空気通路と前記掃気通路とは、前記ピストンの往復動に伴って当該ピストンにより連通遮断され、前記空気ポートは、前記ピストンが下死点位置にあるときに一部が前記燃焼室に開口することを特徴とする。
【０００７】
本発明において、前記ピストンが下死点位置にあるときに、前記空気ポートのピストン往復方向の開口幅が１ｍｍ以下であることが好ましい。
【０００８】
本発明において、前記空気ポートは平面視Ｌ字状に形成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の層状掃気２ストロークエンジンによれば、空気通路と掃気通路とは、ピストンの往復動に伴ってピストンにより連通遮断されるので、空気通路にチェックバルブを設ける必要がなく、簡易な構造で層状掃気することができる。
また、空気ポートは、ピストンが下死点位置にあるときに一部が燃焼室に開口するため、排気ポート側とは異なる方向の排気ガスの流れを確保することができ、従来と比べて燃焼室内で乱流が発生しやすくなる。このため、掃気時に混合気が燃焼室Ｒ１を通過して排気ガスとともに排気される、いわゆる混合気の吹き抜け量を低減することができるので、排気ガスを清浄化することができる。
さらに、排気ガスが空気通路に流れ込むことを防止する必要がないため、空気ポートのピストン往復方向の開口幅を大きく取ることができる。従って、燃焼室に流れ込む先導空気量が従来に比べて多くなるため、燃焼室の混合気の空燃比がより理論空燃比に近くなり、エンジンの出力が向上する。
【００１０】
本発明において、ピストンが下死点位置にあるときに、空気ポートのピストン往復方向の開口幅が１ｍｍ以下であるようにすれば、空気通路から排気通路を介して燃焼室に流れ込む排気ガス量が多くなり過ぎることを防ぎ、エンジンの出力を効果的に向上させることができる。
【００１１】
本発明において、空気ポートを平面視Ｌ字状に形成すれば、掃気ポートとの干渉を回避しつつ、空気ポートの開口面積を確保することができる。従って、掃気通路に充填される先導空気量をより増やすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係る層状掃気２ストロークエンジンの縦断面図。
【図２】図１のII−II線断面図。
【図３】層状掃気２ストロークエンジンの動作を説明するための図。
【図４】層状掃気２ストロークエンジンの動作を説明するための模式図。
【図５】層状掃気２ストロークエンジンの動作を説明するための模式図
【図６】層状掃気２ストロークエンジンの動作を説明するための模式図
【図７】本発明の効果を説明するための図。
【図８】本発明の効果を説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
なお、以下の説明における明示のない例えば、上、下、左、右、または、手前、奥という方向を示す表現は、全て図１を基準に用いられている。また、後述するピストン５の上死点側への移動を上昇といい、ピストン５の下死点側への移動を下降という。
【００１４】
図１および図２において、層状掃気２ストロークエンジン（以下、単にエンジンと称する）１は、シリンダ２と、シリンダ２の図１中下側に設けられたクランクケース３と、クランクケース３に支持されたクランクシャフト３１にコネクティングロッド４を介して連結され、シリンダ２内に往復動自在に挿入されたピストン５とを備えている。ピストン５を境にして、クランクケース３とは反対側のシリンダ内部空間により燃焼室Ｒ１が形成され、シリンダ２内のクランクケース３側の空間とクランクケース３の内部空間とにより、クランク室Ｒ２が形成されている。
【００１５】
シリンダ２の側方には、クランク室Ｒ２に混合気を供給する吸気通路６と、吸気通路６の上方に位置して一対の掃気通路７に先導空気を供給する空気通路８とが設けられ、これらの通路６，８の燃焼室Ｒ１を挟んだ反対側には、シリンダ２内周面に開口する排気ポート９１を有する排気通路９が設けられている。
【００１６】
吸気通路６は、シリンダ２の内周面に開口する吸気ポート６１を備えている。吸気ポート６１は、ピストン５の往復動（図１中の上下動）によって開閉し、ピストン５の上昇時に吸気ポート６１が開いて、クランク室Ｒ２内に混合気が吸引される。
【００１７】
掃気通路７は、シリンダ２の径方向に対向して２箇所に設けられており、吸気通路６や排気通路９に対して略９０°ずれた位置に設けられている。この掃気通路７は、シリンダ２の内周面に開口する掃気ポート７１を備え、ピストン５の下降に伴って掃気ポート７１が開き、掃気通路７が燃焼室Ｒ１とクランク室Ｒ２とを連通する。
【００１８】
空気通路８は、排気ポート９１の燃焼室Ｒ１を挟んだ反対側かつ吸気ポート６１の上方側に設けられてシリンダ２内周面に開口する空気ポート８１を備えている。図３にも示すように、空気ポート８１は、平面視Ｌ字状に形成されており、掃気ポート７１との干渉を回避しつつ、開口面積を確保することができるようになっている。また、空気ポート８１の上端は、排気ポート９１の下端よりも上方に位置しており、ピストン５が下死点位置にあるときに、空気ポート８１が燃焼室Ｒ１にわずかに開口するように構成されている。
【００１９】
一方、ピストン５の外周面には、平面視Ｌ字状の凹部５１が設けられている。凹部５１を平面視Ｌ字状とすることで、ピストンピン挿入部５２との干渉を回避しつつ、凹部５１のピストン往復方向の高さを確保することができる。この凹部５１は、ピストン５の上昇に伴って空気通路８と掃気通路７とを連通し、空気通路８内の先導空気は、凹部５１を通って掃気ポート７１側から掃気通路７内に充填される。
【００２０】
本実施形態に係るエンジン１は、混合気の吸気方式および掃気通路７への先導空気の充填方式についてピストンバルブ式を採用している。すなわち、ピストン５は、その外周面で吸気ポート６１を開閉して混合気の吸気を制御するとともに、外周面および凹部５１で空気通路８と掃気通路７とを連通遮断する。
【００２１】
ここで、従来のピストンバルブ式の層状掃気２ストロークエンジンでは、ピストン５が下死点位置にある場合に、空気ポート８１をピストン５で閉じるようにすることで、燃焼室Ｒ１室内の排気ガスが空気通路８に流れ込まないようにしていた。
これに対し、本実施形態に係るエンジン１では、前述のように、ピストン５が下死点位置にあるときに、空気ポート８１が燃焼室Ｒ１にわずかに開口するように構成されており、燃焼室Ｒ１内の排気ガスを空気通路８に取り込めるようになっている。
【００２２】
以下、エンジン１の動作および作用効果について説明する。
図４から図６は、図２のＩＶ−ＩＶ線で断面して示す摸式図である。エンジン１が吸入する先導空気および混合気の基となる空気は、図示しないエアクリーナを通過し、吸気通路６および空気通路８に送られる。図４に示すように、空気通路８に送られる空気は、キャブレタ等の燃料供給装置からの燃料供給により燃焼室Ｒ１内で先導空気となるとともに一部は混合気となり、空気通路８を流れていく。この混合気は、状況に応じて理論空燃比よりも濃い濃度に調整される。
【００２３】
一方、エンジン１において、燃焼室Ｒ１内の混合気の燃焼により生じた排気ガスは、ピストン５が下死点近傍に位置することで燃焼室Ｒ１に開口した排気ポート９１から排気通路９（共に図１〜図３参照）に流れ出るとともに、一部の排気ガスが空気ポート８１から空気通路８に流れ込む。
【００２４】
そして、図５に示すように、ピストン５が下死点から上死点側に移動すると、クランク室Ｒ２内の圧力が低下して負圧が生じるとともに、吸気ポート６１が開いて吸気通路６とクランク室Ｒ２とが連通された状態になる。このため、吸気通路６内の混合気が、クランク室Ｒ２内の負圧により吸引されてクランク室Ｒ２に流れ込む。また、空気通路８が、ピストン５の凹部５１を介して掃気ポート７１と連通し、空気通路８内の排気ガスおよび先導空気が、空気ポート８１から凹部５１を通って、掃気ポート７１側から掃気通路７内に充填される。
【００２５】
その後、図６に示すように、ピストン５が下降して掃気ポート７１および排気ポート９１が燃焼室Ｒ１に開口された状態になると、掃気通路７内に充填されていた先導空気および排気ガスが、クランク室Ｒ２内の上昇した圧力によって燃焼室Ｒ１に流れ込んで、燃焼室Ｒ１内の排気ガスを排気通路９に押し出す。次いで、クランク室Ｒ２内の混合気が、掃気通路７を通って燃焼室Ｒ１室に流れ込む。そして、ピストン５が上昇し上死点付近に達すると、燃焼室Ｒ１内の混合気が点火されて燃焼し、その後は、上記サイクルを再び繰り返すことになる。
【００２６】
以上のような構成のエンジン１によれば、ピストン５が下死点位置にあるときに、空気ポート８１が燃焼室Ｒ１に開口するように、空気ポート８１の上端位置を高くしてピストン往復方向の開口幅を大きくしたため、空気ポート８１の開口面積が大きくなる。従って、掃気通路７に充填される先導空気量が従来に比べて多くなり、掃気の際に燃焼室Ｒ１に流れ込む空気量が増えて、燃焼室Ｒ１内の混合気の空燃比が理論空燃比に近付くため、エンジン１の出力が向上する。
【００２７】
また、ピストン５が下死点位置にあるときに、空気ポート８１が燃焼室Ｒ１に開口するため、排気ポート９１側とは逆方向の排気ガスの流れを確保することができ、従来と比べて燃焼室Ｒ１内で乱流が発生しやすくなる。このため、掃気時に混合気が燃焼室Ｒ１を通過して排気ガスとともに排気される、いわゆる混合気の吹き抜け量を低減することができるので、排気ガスを清浄化することができる。
【００２８】
また、空気ポート８１を平面視Ｌ字状に形成したため、掃気ポート７１との干渉を回避しつつ、開口面積を確保することができる。さらに、ピストン５の凹部５１を平面視Ｌ字状とすることで、ピストンピン挿入部５２との干渉を回避しつつ、凹部５１のピストン往復方向の高さを高くすることができるので、ピストン５上昇中の空気通路８と掃気通路７との連通継続時間を長くすることができる。従って、掃気通路７に充填される先導空気量をより増やすことができる。
【００２９】
なお、ピストン５が下死点位置にあるときに、空気ポート８１のピストン往復方向の開口幅、つまり図３に示す空気ポート８１の上端位置とで示すピストン５の肩部の位置との幅Ｈは、１ｍｍ以下であることが好ましい。空気ポート８１の開口幅がそれ以上大きくなると、排気ガスが空気通路８に必要以上に流れ込み、空気通路８から掃気通路７を介して燃焼室Ｒ１に流れ込む排気ガス量が多くなり過ぎて、エンジン１の出力向上という効果が得られないおそれがあるからである。
【００３０】
図７および図８には、本実施形態のエンジン１と、ピストンが下死点近傍にある場合に空気ポート８１がピストンで閉じられる従来の層状掃気２ストロークエンジンとを用いて、エンジン回転数に応じた出力、およびＴＨＣ濃度を測定した結果を示す。図７に示すように、特にエンジン回転数が高回転の領域において、Ａ１線で示すエンジン１の出力の方が、Ａ２線で示す従来のエンジンの出力よりも大きいと認められる。また、図８に示すように、全てのエンジン回転数領域において、Ｂ１線で示すエンジン１のＴＨＣ濃度の方が、Ｂ２線で示す従来のエンジンのＴＨＣ濃度よりも少ないと認められる。
【００３１】
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記実施形態において、空気ポート８１は、平面視Ｌ字状に形成されていたが、空気ポート８１の形状としては、これに限られない。要するに、掃気ポート７１との干渉を回避しつつ、開口面積を確保することができればよく、空気ポート８１の形状は、矩形、台形、円形、平行四辺形その他の形状としてもよい。
【００３２】
前記実施形態において、ピストン５の凹部５１は、平面視Ｌ字状に形成されていたが、空気ポート８１の形状としては、これに限られない。すなわち、凹部５１を介して空気通路８と掃気通路７とを連通できればよく、凹部５１の形状は、掃気ポート７１および空気ポート８１の位置や、掃気に要求される先導空気量等に応じて、矩形、台形、円形、平行四辺形、Ｕ字状その他の形状としてもよい。
【００３３】
前記実施形態では、掃気通路７がシリンダ２の径方向に対向して２箇所に設けられ、空気通路８が排気通路９の燃焼室Ｒ１を挟んだ反対側に設けられていたが、ピストン５で空気通路８と掃気通路７とを連通遮断するとともに、ピストン５が下死点位置にあるときに空気ポート８１が燃焼室Ｒ１に開口するように構成すれば、これら通路７〜９の配置としては、前記実施形態のものに限られない。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は、層状掃気式の２ストロークエンジンとして、チェーンソーや、刈払い機、ブロワー等の携帯作業機などに利用できる。
【符号の説明】
【００３５】
１…層状掃気２ストロークエンジン、２…シリンダ、５…ピストン、６…吸気通路、７…掃気通路、８…空気通路、５１…凹部、７１…掃気ポート、８１…空気ポート、Ｒ１…燃焼室、Ｒ２…クランク室。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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