(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室と該燃焼室に隣接するチャンバー部との連通路に、該連通路を開閉自在に制御する制御弁を配設するとともに、該連通路を介して前記燃焼室に燃料または混合気を供給する２サイクル内燃機関において、
前記制御弁は、シリンダ軸線方向に対し直交する軸を中心として回転する回転制御弁であって、該回転制御弁の周面に切欠きが形成され、
前記連通路のシリンダ軸線に沿った燃焼室側に位置した連通路面とクランク室側に位置した連通路面との内、前記回転制御弁の回転方向と対向する側に位置した連通路面は、前記燃焼室に指向したことを特徴とする２サイクル内燃機関。
【請求項２】
前記回転制御弁の回転中心軸に沿いシリンダ軸線より該回転制御弁を左側に見て、該回転制御弁は反時計方向に回転駆動されるとともに、前記回転制御弁の回転方向と対向する側に位置した連通路面は前記燃焼室に指向したことを特徴とする請求項１記載の２サイクル内燃機関。
【請求項３】
前記回転制御弁の回転中心軸に沿いシリンダ軸線より該回転制御弁を左側に見て、該回転制御弁は時計方向に回転駆動されるとともに、前記回転制御弁の回転方向と対向する側に位置した連通路面は前記燃焼室に指向したことを特徴とする請求項１記載の２サイクル内燃機関。
【請求項４】
前記回転制御弁の回転方向と対向する側に位置した連通路面の下流部に凹部が形成され、該凹部の上流側凹面が、前記回転制御弁の回転方向と対向する側に位置した連通路面の上流部の端線に続いて連続的に形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３いずれか記載の２サイクル内燃機関。
【請求項５】
前記連通路内の燃料供給用開口シリンダヘッド側端よりクランク室側に向かって突起部が形成され、該突起部のクランク室寄りの面が前記燃焼室に指向したことを特徴とする請求項２記載の２サイクル内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願の発明は、燃焼室内への混合気燃料の噴射に指向性をもたせて、混合気の吹抜けを阻止し、燃費および排気浄化性能を高めた２サイクル内燃機関に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
従来の２サイクル内燃機関では、気化器等により供給された燃料が吸入空気と混合され、この混合気がクランク室内に吸入された後、掃気開口を介して燃焼室に供給され、排気開口の開放時期が掃気開口の開放時期よりも早く（排気開口の開口上縁が掃気開口の開口上縁より高い）設定されているため、燃焼室内に供給された混合気が排気通路に排出され、いわゆる、吹抜けが生じ易かった。
【０００３】
この吹抜けは、排気チャンバーの排気脈動効果により、抑制されるものの、全運転域に亘っては、抑制は困難であり、その結果、燃費と排気浄化性能とに影響が出ていた。
【０００４】
これを解決するものとして、特開平３−１００３１８号公報および特開平５−３０２５２１号公報の２サイクル内燃機関があった。
【０００５】
特開平３−１００３１８号公報に記載された２サイクル内燃機関では、クランク室に逆止弁を介して高圧室が接続され、該高圧室と燃焼室とは空気通路でもって接続され、該空気通路の下端に電磁弁が介装され、該空気通路の上端には、燃焼室に向って燃料を噴射し得る燃料噴射弁が設けられている。
【０００６】
また、特開平５−３０２５２１号公報に記載された２サイクル内燃機関では、クランクケースとシリンダブロックとに隣接してチャンバーが配設され、クランク室とチャンバーとの間に吸気制御弁が介装されるとともに、該チャンバーとシリンダの燃焼室との間に掃気制御弁が介装され、該チャンバー内に向って燃料を噴射する燃料噴射弁が設けられている。
【０００７】
【解決しようとする課題】
しかしながら、特開平３−１００３１８号公報記載の２サイクル内燃機関においては、シリンダ側壁に燃焼室に臨んで燃料供給用開口を設け、該開口に向けて垂直に直に燃料噴射弁を配設しているため、噴霧は反対側の排気開口側のシリンダ壁に衝突して、そこに付着し易い。
【０００８】
また、ピストンと噴霧が干渉しないように、噴霧時期を早めると、排気開口に吹き抜け易くなり、逆に噴霧時期を遅らせるために燃料供給用開口を高い位置に配設すると、燃料噴射弁が直接高温の燃焼ガスに曝され、噴射弁に高い耐熱性が要求される。
【０００９】
さらに、特開平５−３０２５２１号公報記載の２サイクル内燃機関においては、掃気制御弁から噴射される混合気は、全ての掃気開口を介して燃焼室に供給される構造とされているため、混合気の排気開口からの吹抜けを避けられない。
【００１０】
一般に、シリンダ内に直接燃料を噴射する型式の２サイクル内燃機関において、噴霧燃料の指向性は非常に重要である。その理由は、その指向性が悪いと、噴霧燃料が排気開口からショートカットしたり、噴霧の拡散途上でシリンダ壁、燃焼室壁、ピストン等と干渉を生じるからである。
【００１１】
噴霧燃料の微粒化や拡散が不十分な段階で前記のような干渉が生じると、燃料がこれらの壁に付着し、混合気になりにくくなるため、燃焼に至らず、その結果、機関効率は損なわれる。しかしながら、前記従来のものにおいては、燃焼室への噴霧燃料の指向性について、特に考慮が払われていなかった。
特に回転弁型燃料噴射制御弁は、弁開口が周方向に広がるため、期間中常に管理された方向に燃料を噴射することは困難である。
【００１２】
【課題を解決するための手段および効果】
本出願発明は、前記のような問題点を解決した２サイクル内燃機関の改良に係り、その請求項１に記載された発明は、燃焼室と該燃焼室に隣接するチャンバー部との連通路に、該連通路を開閉自在に制御する制御弁を配設するとともに、該連通路を介して前記燃焼室に燃料または混合気を供給する２サイクル内燃機関において、前記制御弁は、シリンダ軸線方向に対し直交する軸を中心として回転する回転制御弁であって、該回転制御弁の周面に切欠きが形成され、前記連通路のシリンダ軸線に沿った燃焼室側に位置した連通路面とクランク室側に位置した連通路面との内、前記回転制御弁の回転方向と対向する側に位置した連通路面は、前記燃焼室に指向したことを特徴とする２サイクル内燃機関である。
【００１３】
請求項１ないし請求項３に記載された発明は、前記のように構成されているので、制御弁と燃料供給用開口との間の連通路部分に噴霧燃料の指向性のガイド機能を持たせることができ、燃料の噴射期間中、このガイドにより常に噴霧燃料の指向性が最適に管理される。この結果、噴霧燃料の吹抜け、シリンダ壁や燃焼室壁、ピストン等との干渉が防止される。
【００１４】
また、請求項４記載のように請求項１ないし請求項３記載の発明を構成することにより、噴射出口燃料上部の空間が広がり、燃料噴射に起因して生ずる該空間内の負圧が低減される。この結果、連通路部分が比較的短い場合であっても、噴射燃料出口上部の空間内の負圧を噴射燃料出口下部の空間内の負圧に近づけることができるので、噴射されて噴霧となった燃料のガイド方向のベクトルが維持され易くなり、該噴霧燃料の吹抜け、シリンダ壁や燃焼室壁、ピストン等との干渉がよく防止される。
【００１５】
さらに、請求項５記載のように請求項４記載の発明を構成することにより、噴射燃料出口上部に十分な空間が容易に確保されるので、燃料噴射に起因して生ずる該空間内の負圧が十分に低減される。この結果、連通路部分が比較的短い場合であっても、噴射燃料出口上部の空間内の負圧を噴射燃料出口下部の空間内の負圧に容易に近づけることができるので、噴射されて噴霧となった燃料のガイド方向のベクトルが一層維持され易くなり、該噴霧燃料の吹抜け、シリンダ壁や燃焼室壁、ピストン等との干渉がさらによく防止される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、先ず、図１ないし図３に図示される本願の請求項１に記載された発明の第１の実施形態（実施形態１）について説明する。
図１は、本実施形態における火花点火式２サイクル内燃機関の縦断側面図であり、図２は、図１の要部の説明用の概略拡大図、図３は、同内燃機関の運転サイクルを図示した説明図である。これらの図において、火花点火式２サイクル内燃機関１は、図示されない自動二輪車に搭載されるもので、該火花点火式２サイクル内燃機関１では、クランクケース２の上方にシリンダブロック３およびシリンダヘッド４が順次重ねられて、相互に一体に結合されている。
【００１７】
また、シリンダブロック３に形成されたシリンダ孔５にピストン６が上下に摺動自在に嵌装され、該ピストン６とクランク軸８とは連接棒７によって相互に連結されており、ピストン６の昇降に伴なってクランク軸８が回転駆動されるようになっている。
【００１８】
さらに、車体後方から前方に指向した吸気通路10がクランクケース２の吸気通路10に接続され、該吸気通路10にはスロットル弁（図示されず）とリード弁12とが直列に介装され、スロットル弁は図示されない連結手段を介してスロットルグリップ（図示されず）に連結されており、スロットルグリップを一方向へ捩ると、スロットル弁の開度が増大するようになっている。
【００１９】
さらにまた、クランクケース２およびシリンダブロック３には、シリンダ孔５の上部とクランク室９とを連通する左右２本ずつ、合計で４本の空気供給用掃気通路と、後述する混合気（燃料）供給用開口22および高圧縮ガス取入れ用開口27下方に開口する後方の空気供給用掃気通路との、全部で５本の空気供給用掃気通路14が形成され、それらのシリンダ孔５側の端部は開口15とされて、該シリンダ孔５に開口している。後者の空気供給用掃気通路14は、リード弁12の後流側のクランクケース２の吸気通路10に直接連なっている。
【００２０】
排気通路16のシリンダ孔５側排気開口17は、これら空気供給用掃気通路14の開口15より高い位置にまで延びて、後述する濃混合気供給用開口（燃料供給用開口）22と対抗した位置に配置されている。18は排気通路16の排気開口17近くに設けられ、該排気開口17の上縁高さを変化させて排気タイミングを可変にし、かつ排気通路16の断面積をも可変にする排気制御弁である。
シリンダ孔５の上方の略半球形状の燃焼室13は、排気開口17寄りにオフセットされ、該燃焼室13に点火栓19が配設されている。
【００２１】
車体後方寄りに位置して、燃焼室13側方のシリンダブロック３には、チャンバー20が並設されている。そして、該チャンバー20と燃焼室13とを連通する連通路21途中の弁収納孔23には、回転弁からなる濃混合気噴射制御弁24が回転自在に嵌装され、該濃混合気噴射制御弁24は、伝動機構25により、クランク軸８と同じ方向 (図１で反時計方向) へ同一回転速度で回転駆動されるようになっている。
【００２２】
前記連通路21の回転弁24が配置される位置より上流側部分21b に臨んで、燃料噴射装置26の噴射口が配置されている。
前記チャンバー20には、燃焼室13に臨んでシリンダ側壁に形成された高圧縮ガス取入れ開口27より、濃混合気形成用の高圧縮ガスが取り入れられる。
【００２３】
該高圧縮ガスは、前記チャンバー20と該取入れ開口27とを連通する連通路28を介して、前記濃混合気噴射制御弁24と軸方向に一体の回転弁により制御されて、前記チャンバー20内に取り入れられる。
【００２４】
チャンバー20内に取り入れられた高圧縮ガスは連通路部分21b に流入して、該連通路部分21b の途中に形成された混合室21c において、燃料噴射装置26から噴射された燃料と混合されて濃混合気を形成し、濃混合気噴射制御弁24が開いたとき、チャンバー20内の高圧により圧送され、濃混合気噴射制御弁24より下流側の連通路部分21a を介して、濃混合気供給用開口22より燃焼室13内に噴射される。
【００２５】
ここで、濃混合気噴射制御弁24より下流側の連通路部分21a は、その上部壁面21auが、該濃混合気噴射制御弁24から噴射される噴霧燃料を燃焼室13の方向に向けるように制御するガイドとなるように、該濃混合気噴射制御弁24、前記濃混合気供給用開口22に対してその位置関係が設定されている。したがって、該ガイドとなる連通路部分21a の上部壁面21auは、濃混合気噴射制御弁24から濃混合気供給用開口22の方向に見て、燃焼室13側に指向して形成されている。
【００２６】
濃混合気は次のように流れる。反時計方向に回転する濃混合気噴射制御弁24の周方向切欠き24a の先端が連通路部分21a の下部壁面21alを通過すると、混合室21c 内の濃混合気が連通路部分21a 内に噴射される。その噴射の方向は、濃混合気噴射制御弁24の略回転方向であるから、該濃混合気は、該濃混合気噴射制御弁24の回転方向と対向する側の上部壁面21auの最奥部に衝突し、次いで方向転換して、該上部壁面21auにガイドされながら、濃混合気供給用開口22方向に向かい、最後に該開口22を出て、ガイドされた方向を維持しつつ拡散霧化しながら、燃焼室13へと向かう。
【００２７】
図示の火花点火式２サイクル内燃機関１は、前記のように構成されているので、図示されないスタータモータによりクランク軸８が図１にて反時計方向へ回転駆動されると、図３に図示されるように、上死点（ＴＤＣ）前90°の時点にて排気開口17がピストン６により閉塞されて圧縮工程に入る。そうすると、濃混合気噴射制御弁24と一体の回転弁が開いて、燃焼室13内の高圧縮ガスが、濃混合気形成用高圧縮ガス取入れ開口27、連通路28を介してチャンバー20内に取り入れられる。
【００２８】
さらに、上死点（ＴＤＣ）前75°の時点にて連通路21の燃焼室13側端部の濃混合気供給用開口22がピストン６により閉塞され、その後、濃混合気形成用高圧縮ガス取入れ開口27がピストン６により閉塞され、燃焼室13への濃混合気の供給、チャンバー20への高圧縮ガスの充填が相次いで終了する。
【００２９】
さらに燃焼室13が圧縮され、上死点前所定タイミングにて点火栓19が点火され、また、ピストン６の上昇によりクランク室９は膨張を続けて、吸気が続行される。
【００３０】
そして、上死点（ＴＤＣ）に達した以後、燃焼室13内の混合気が燃焼して膨張するとともに、ピストン６の下降によりクランク室９は圧縮され、クランク室９内の空気は圧縮される。
さらに、上死点（ＴＤＣ）から90°経過した時点 (排気制御弁18の上下位置で変動する) で、排気開口17が開放され、燃焼ガスが排気通路16より排出される。
【００３１】
さらにまた、上死点（ＴＤＣ）から約122 °経過した時点で、ピストン６の下降により掃気開口15が開口され、クランク室９内の圧縮された空気 (燃料を含んでいない) が空気供給用掃気通路14を介して掃気開口15より燃焼室13内に流入し、燃焼室13内の既燃焼ガスが排気開口17の方に向って押し出され、空気のみによる掃気が行なわれ、それと同時に燃料噴射装置26より混合室21c 内に燃料が噴射され、濃混合気が生成される。
【００３２】
次に、下死点（ＢＤＣ）から約58°経過した時点で掃気開口15がピストン６の上昇により閉塞され、掃気開口15からの空気の流入による掃気が停止されるとともに、ほぼこの時点から、濃混合気噴射制御弁24が連通路21を開通させ、混合室21c 内の濃混合気が連通路部分21b 、濃混合気噴射制御弁24、連通路部分21a 内を通過し、濃混合気供給用開口22より燃焼室13内に噴射される。同時に、ピストン６の上昇によるクランク室９の膨張でもって、吸気通路10よりリード弁12を介してクランク室９内に空気が吸入される。なお、前記濃混合気の噴射に際し、混合気の吹抜けはほとんどない。
【００３３】
このように、図示の火花点火式２サイクル内燃機関１では、掃気初期に空気のみによる掃気が行なわれるので、混合気がそのまま燃焼室13内を通過して排気通路16へ排出される吹抜けが未然に阻止され、燃費の向上と未燃ガスによる大気汚染の防止が達成され得る。
【００３４】
また、チャンバー20に充填された空気と燃料噴射装置26より噴射された燃料とにより混合室21c 内において生成される混合気は、濃い混合気であり、これが、空気供給用掃気通路14を通過した燃料を含まない空気によって充分に掃気された燃焼室13内に流入するので、該燃焼室13内で適正な濃度の混合気となり、良好な燃焼が得られて、高水準の燃費と、高い排気浄化性能が達成され得る。
【００３５】
また、濃混合気噴射制御弁24より下流側の連通路部分21a は、その上部壁面21auが、該濃混合気噴射制御弁24から噴射される噴霧燃料を燃焼室13の方向に向けるように制御するガイドとなるように、該濃混合気噴射制御弁24、前記濃混合気供給用開口22に対してその位置関係が設定されており、該ガイドとなる連通路部分21a の上部壁面21auは、濃混合気噴射制御弁24から濃混合気供給用開口22の方向に見て、燃焼室13側に指向して形成されているので、濃混合気の噴射期間中、このガイドにより常に噴霧燃料の指向性が最適に管理される。この結果、噴霧燃料の排気開口17からのショートカット（吹抜け）、シリンダ壁や燃焼室壁、ピストン６等との干渉が防止され、さらに高水準の燃費と高い排気浄化性能が達成され得る。
【００３６】
次に、図４に図示される本願の請求項１に記載された発明の第２の実施形態（実施形態２）について説明する。
本実施形態においては、濃混合気噴射制御弁24は、クランク軸８と反対の方向 (図１で時計方向) に、該クランク軸８と同一回転速度で回転駆動されるようになっている。したがって、濃混合気噴射制御弁24から噴射される噴霧燃料を燃焼室13の方向に向けるように制御するガイドとして機能するのは、連通路部分21a の下部壁面21alとされている。この点が第１の実施形態と異なっているが、その他の点では異なるところはないので、詳細な説明を省略する。
本実施形態においても、第１の実施形態と同様の作用、効果を奏することができる。
【００３７】
さらに次に、図５ないし図７に図示される本願の請求項２および請求項３に記載された発明の一実施形態（実施形態３）について説明する。
先ず、背景について説明する。濃混合気噴射制御弁24から噴射される噴霧燃料を燃焼室13の方向に向けるように制御する連通路部分21a のガイド壁は、長ければ長い程その制御効果が高い。反面、その長さが長い程、内燃機関のコンパクト化が損なわれ、混合気の輸送時間の増加分だけ、濃混合気噴射制御弁24の弁開き時期とシリンダ内への噴射時期に時間差が生じるため、広い回転域で弁開き時期を適合させることがしにくくなる。さらに、連通路部分21a の長さの増加分だけ、混合気を輸送するための空気量を余分に必要とする。
【００３８】
したがって、連通路部分21a は、できるだけ短い方がよいといえるが、これが短か過ぎると、噴霧燃料の燃焼室13方向への指向性が損なわれ、ひいてはシリンダ５の壁面との干渉を生じることにもなる。その理由を、図８を参照しながら次に述べる。
【００３９】
濃混合気供給用開口22から噴射された混合気燃料は、周囲の空気を取り込みながら前方へ進み、拡散霧化していく。そのため、噴霧燃料周辺は負圧となり、その上側では、図８において反時計回りの渦、下側では時計回りの渦が発生する。噴射直後は、噴霧束が細く、速度も大きいため、噴霧燃料周辺への空気の巻込み流は強く、負圧は高い。噴射が上斜め方向の場合、噴射燃料出口の上部は、下部に対して空間が小さくなる分、特に負圧は高い。そのため、噴霧燃料には、上方向の偏向力が働くのである。
【００４０】
そこで、本実施形態においては、特に連通路部分21a が短く形成される場合において、噴射燃料出口の上部の高い負圧を解消するため、混合気供給用開口22の上部のシリンダ側壁に凹部29が形成され、該凹部29の凹面29a が、噴霧燃料の指向性のガイドとなる連通路部分21a の上部壁面21auの濃混合気供給用開口22側端縁に続いて連続的に形成されている。
【００４１】
そして、前記凹部29と前記連通路部分21a の上部壁面21auとは、シリンダ孔５の中心線を通る面で切断したそれらの断面形状が、混合気の噴射方向に見て、連通路部分21a の上部壁面21auがジャンプ台をなすような形状に形成されている（図５参照）。
したがって、凹部29の凹面29a は、略直交する２面を持ち、その内の１面は、上部壁面21auと略直交しており、他の１面は、上部壁面21auと略平行している。なお、直交する２面の角部には、比較的大きな丸みが付せられている。
【００４２】
上部壁面21auの濃混合気供給用開口22側端縁が凹部29の凹面29a と接続する角部は、ピストンの往復摺動により削られ摩耗し易くなるが、これを避けるため、シリンダ孔５の壁面より僅かに引っ込んで形成されるとともに、丸みが付せられている。このようにすることにより、該角部の摩耗粉がシリンダ孔５の壁面を傷付けるようなことがなくなる。
【００４３】
図６および図７には、凹部29および濃混合気供給用開口22部分の周方向横断面形状および正面形状が図示されている。濃混合気供給用開口22は、展開図において、周方向に細長い略矩形形状をなしているので、凹部29も、これと同じ周長の細長い略矩形の正面形状に形成されている。
その他の点では、実施形態１と異なるところはないので、詳細な説明を省略する。
【００４４】
本実施形態は、前記のように構成されているので、噴射燃料出口上部の空間が広がり、燃料噴射に起因して生ずる該空間内の負圧が低減される。この結果、連通路部分21a が比較的短い場合であっても、噴射出口上部の空間内の負圧を噴射燃料出口下部の空間内の負圧に近づけることができるので、噴射されて噴霧となった混合気燃料のガイド方向のベクトルが維持され易くなり、該噴霧燃料の吹抜けや、シリンダ壁、燃焼室壁、ピストン６等との干渉がよく防止される。
【００４５】
また、凹部29と連通路部分21a の上部壁面21auとは、該上部壁面21auがジャンプ台をなすような断面形状に形成されているので、噴射燃料出口上部に十分な空間が容易に確保される。この結果、燃料噴射に起因して生ずる該空間内の負圧が十分に低減され、連通路部分21a が比較的短い場合であっても、噴射燃料出口上部の空間内の負圧を噴射燃料出口下部の空間内の負圧に容易に近づけることができるので、噴射されて噴霧となった混合気燃料のガイド方向のベクトルが一層維持され易くなり、該噴霧燃料の吹抜けや、シリンダ壁、燃焼室壁、ピストン等との干渉がさらによく防止される。
【００４６】
以上の実施形態１ないし実施形態３において、濃混合気形成用の空気は、燃焼室13に臨んで形成された濃混合気形成用高圧縮ガス取入れ開口27から取り入れられたが、これに代えて、クランク室９から取り入れるようにしてもよく、この場合にあっても、濃混合気供給用開口（燃料供給用開口）22に対して本願の発明を適用することにより、これらの実施形態におけると同様の効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願の請求項１に記載された発明の第１の実施形態（実施形態１）における２サイクル内燃機関の概略縦断面図である。
【図２】図１の要部の説明用の概略拡大図である。
【図３】図１の実施形態において、２サイクル内燃機関の運転サイクルを図示した説明図である。
【図４】本願の請求項１に記載された発明の第２の実施形態（実施形態２）における２サイクル内燃機関の要部の説明用の概略拡大図であって、図２と同様の図である。
【図５】本願の請求項２および請求項３に記載された発明の一実施形態（実施形態３）における２サイクル内燃機関の要部の説明用の概略拡大図であって、図２と同様の図である。
【図６】図５のVI−VI線で切断した凹部および濃混合気供給用開口部分の横断側面図である。
【図７】図５のＡ方向から見た凹部および濃混合気供給用開口部分の正面図である。
【図８】図５の実施形態の背景を説明するための図である。
【符号の説明】
１…火花点火式２サイクル内燃機関、２…クランクケース、３…シリンダブロック、４…シリンダヘッド、５…シリンダ孔、６…ピストン、７…連接棒、８…クランク軸、９…クランク室、10…吸気通路、12…リード弁、13…燃焼室、14…空気供給用掃気通路、15…掃気開口、16…排気通路、17…排気開口、18…排気制御弁、19…点火栓、20…チャンバー、21…連通路、21a …下流側連通路部分、21au…上部壁面、21al…下部壁面、21b …上流側連通路部分、21c …混合室、22…濃混合気供給用開口（燃料供給用開口）、23…弁収納孔、24…濃混合気噴射制御弁（回転弁）、24a …周方向切欠き、25…伝動機構、26…燃料噴射装置、27…濃混合気形成用高圧縮ガス取入れ用開口、28…連通路、29…凹部、29a …凹面。
【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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