(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周に燃焼室側から順にトップリングとセカンドリングを外嵌して成るピストンが摺動するシリンダ内に燃料を直接噴射する筒内噴射式２サイクルエンジンにおいて、リング溝に嵌合された前記セカンドリングを、その前記燃焼室側と反対側の端部が前記燃焼室側の端部よりも前記セカンドリングの径方向内側に位置する逆テーパ面を形成する逆テーパリングで構成し、前記逆テーパ面を、その前記燃焼室側と反対側の端部が、前記リング溝の前記ピストンの外周側の端部よりも内側に位置するよう形成したことを特徴とする筒内噴射式２サイクルエンジン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、外周にトップリングとセカンドリングを外嵌して成るピストンが摺動するシリンダ内に燃料を直接噴射する筒内噴射式２サイクルエンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料を吸気管内に噴射する旧来の２サイクルエンジンにおいては、オイルが燃料と共にクランク室内に導入されるため、オイルが燃料（ガソリン）で希釈された状態で各部に十分行き渡って各摺動部の潤滑に供される。
【０００３】
一方、燃料をシリンダ内に直接噴射する筒内噴射式２サイクルエンジンにおいては、燃焼室以外は生オイルと空気による潤滑となるため、オイルの流動性不足による潤滑不良が発生し易く、図７に示すようにクランク室側からの粘度の高いオイルがピストン１１３のセカンドリング１６３によって遮られてトップリング１６２側へ十分供給されず、トップリング１６２の摩耗やシリンダ１１２のスカッフィングが生じ易いという問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、４サイクルエンジンと同様に２サイクルエンジンにオイルパンを設けてクランク室内を積極的に潤滑する提案がなされているが、これによればシステムが複雑化及び大型化し、４サイクルエンジンと同様に高コスト化を免れないという問題が発生する。
【０００５】
又、オイルポンプによってオイルを吸気管内に供給する方式も提案されているが、この方式によっても低・中速域においてオイルの流動性不足による潤滑不良が発生し、ピストンのトップリングの摩耗やスカッフィングが生じ易いという問題があった。
【０００６】
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、簡単な構成でピストンのトップリングの摩耗やスカッフィングの発生を効果的に防ぐことができる筒内噴射式２サイクルエンジンを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、外周に燃焼室側から順にトップリングとセカンドリングを外嵌して成るピストンが摺動するシリンダ内に燃料を直接噴射する筒内噴射式２サイクルエンジンにおいて、リング溝に嵌合された前記セカンドリングを、その前記燃焼室側と反対側の端部が前記燃焼室側の端部よりも前記セカンドリングの径方向内側に位置する逆テーパ面を形成する逆テーパリングで構成し、前記逆テーパ面を、その前記燃焼室側と反対側の端部が、前記リング溝の前記ピストンの外周側の端部よりも内側に位置するよう形成したことを特徴とする。
【０００８】
従って、本発明によれば、ピストンのセカンドリングを逆テーパリングで構成したため、ピストンの下降行程時においてはシリンダの内周面に付着したオイルを逆テーパリングによる楔作用によってトップリング側に十分供給することができ、ピストンの上昇行程時においてはシリンダの内周面に付着したオイルを逆テーパリングの外周エッジ部で掻き上げてトップリング側に十分供給することができ、この結果、トップリング周辺の潤滑が飛躍的に向上し、簡単な構成でピストンのトップリングの摩耗やスカッフィングの発生を効果的に防ぐことができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１０】
図１は本発明に係る筒内噴射式２サイクルエンジンを備える船外機の基本構成を示す模式的構成図、図２は同船外機の縦断面図、図３は本発明に係る筒内噴射式２サイクルエンジン要部の断面図、図４は図３のＡ−Ａ線断面図、図５は図３のＢ部拡大断面図である。
【００１１】
図１に示す船外機１は、トップカウル２、エキゾーストガイド３、アッパーケース４及びロアーケース５で構成されるハウジングを有しており、トップカウル２内には本発明に係る筒内噴射式２サイクルエンジン６が収納されている。尚、２サイクルエンジン６の上下方向に配されたクランク軸７にはエキゾーストガイド３とアッパーケース４及びロアーケース５内に縦設された不図示のドライブ軸が連結されており、該ドライブ軸の下端は前後進切換機構を介してプロペラ軸（共に不図示）が連結されている。そして、プロペラ軸のロアーケース５外へ延出する後端部にはプロペラ８が取り付けられている。
【００１２】
ところで、本発明に係る前記筒内噴射式２サイクルエンジン６はＶ型６気筒エンジンであり、図２に示すように、シリンダボディ９には６つの気筒１０ａ〜１０ｆが平面視Ｖ形を成して横置き状態で上下方向に並設されており、シリンダボディ９の端部にはシリンダヘッド１１が被着されている（図１及び図３参照）。
【００１３】
而して、図３に示すように、シリンダボディ９に形成された各気筒１０ａ〜１０ｆのシリンダ１２にはピストン１３が摺動自在に嵌装されており、該ピストン１３はコンロッド１４を介して前記クランク軸７（図１参照）に連結されている。
【００１４】
又、図３に示すように、前記シリンダヘッド１１の各気筒１０ａ〜１０ｆには燃焼室Ｓがそれぞれ形成されており、シリンダヘッド１１にはその電極部が燃焼室Ｓに臨む点火プラグ１５と燃料噴射口が燃焼室Ｓに開口するインジェクタ１６が各気筒１０ａ〜１０ｆ毎にそれぞれ螺着されている。
【００１５】
一方、図１に示すように、シリンダボディ９の側端部にはクランクケース１７が取り付けられており、このクランクケース１７内のクランク室には吸気マニホールドの吸気管１８が接続されており、この吸気管１８のクランク室への接続部には逆流防止用のリード弁１９が設けられ、このリード弁１９の上流側には吸気料を制御するためのスロットル弁２０が配設されている。そして、吸気管１８内のスロットル弁２０の下流側にはオイルポンプ２１によって潤滑用のオイルが噴射される。
【００１６】
ところで、図３及び図４に示すように、シリンダボディ９にはクランク室と各気筒１０ａ〜１０ｆのシリンダ１２内とを連通させる掃気通路２２，２３，２４と排気通路２５が各気筒１０ａ〜１０ｆについてそれぞれ形成されており、掃気通路２２，２３，２４は掃気ポート２２ａ，２３ａ，２４ａとしてシリンダ１２内に開口しており、排気通路２５は排気ポート２５ａとしてシリンダ１２内に開口している。
【００１７】
上記各排気通路２５は、図２に示すように、左右の各バンク毎に集合されて排気通路２６ａ，２６ｂを形成しており、これらの排気通路２６ａ，２６ｂは前記エキゾーストガイド３に形成された排気通路２７ａ，２７ｂを介して前記アッパーケース４内に収納された排気管２８ａ，２８ｂにそれぞれ接続されている。
【００１８】
上記排気管２８ａ，２８ｂは同じくアッパーケース４内に収納されたマフラー２９内の隔壁３０によって左右に区画された膨張室２９ａ，２９ｂにそれぞれ開口している。そして、マフラー２９は前記ロアーケース５に形成された排気通路３１に接続されている。
【００１９】
次に、燃料供給系を図１に基づいて説明する。
【００２０】
図１に示す主燃料タンク３２内の燃料は、第１の低圧燃料ポンプ３３によってフィルタ３４を経て第２の低圧燃料ポンプ３５に送られる。この第２の低圧燃料ポンプ３５はエンジン６のクランク室のパルス圧によって駆動されるダイヤフラム式ポンプであって、これは燃料を気液分離装置であるベーパーセパレータタンク３６に送る。
【００２１】
上記ベーパーセパレータタンク３６内には電動モータによって駆動される燃料予圧ポンプ３７が配設されており、燃料はこの燃料予圧ポンプ３７によって加圧されて予圧配管３８を通って高圧燃料ポンプ３９に送られる。ここで、高圧燃料ポンプ３９の吐出側は各気筒１０ａ〜１０ｆに沿って縦方向に配設された燃料供給レール４０に接続されるとともに、燃料戻し配管４１を介してベーパーセパレータタンク３６に接続されている。尚、燃料戻し配管４１の途中には高圧調整弁４２及び燃料冷却器４３が設けられている。又、予圧配管３８とベーパーセパレータタンク３６との間には予圧調整弁４４が設けられている。
【００２２】
而して、ベーパーセパレータタンク３６内の燃料は燃料予圧ポンプ３７によって例えば３〜１０ｋｇ／ｃｍ2 程度に予圧され、予圧された燃料は高圧燃料ポンプ３９によって５０〜１００ｋｇ／ｃｍ2 程度に加圧されて燃料供給レール４０から各インンジェクタ１６に供給され、各インジェクタ１６によって適当なタイミングで各気筒１０ａ〜１０ｆのシリンダ１２内に直接噴射される。尚、噴射されないで余った余剰燃料は高圧調整弁４２及び燃料冷却器４３を通過して燃料戻し配管４１からベーパーセパレータタンク３６に戻される。
【００２３】
而して、前記点火プラグ１５、インジェクタ１６、オイルポンプ２１及び燃料予圧ポンプ３７はエンジン制御装置（ＥＣＵ）４５によって制御されるが、エンジン制御装置４５にはエンジン６の運転状態や船外機１或は船体の状態を示す各種センサからの検出信号が入力される。
【００２４】
即ち、エンジン制御装置４５には、クランク軸７の回転数を検出する回転センサ４６、特定気筒を判別する気筒判別センサ４７、吸気管１８内の温度を検出する吸気温センサ４８、シリンダボディ９の温度を検出するエンジン温度センサ４９、各気筒１０ａ〜１０ｆの背圧を検出する背圧センサ５０、スロットル弁２０の開度を検出するスロットル開度センサ５１、冷却水の温度を検出する冷却水温度センサ５２、エンジン６の振動を検出するエンジン振動センサ５３、エンジン６のマウント高さを検出するエンジンマウント高さ検出センサ５４、船外機１のニュートラル状態を検出するニュートラルセンサ５５、船外機１の上下回動位置を検出するトリム角検出センサ５６、船速を検出する船速センサ５７、船体の姿勢を検出する姿勢センサ５８、大気圧を検出する大気圧センサ５９、混合気の空燃比を検出する空燃比センサ６０及び燃料圧を検出する圧力センサ６１からの検出信号がそれぞれ入力される。
【００２５】
ところで、図５に詳細に示すように、ピストン１３の外周には２つのリング溝１３ａ，１３ｂが全周に亘って２段に形成されており、燃焼室Ｓ側（図５の上側）のリング溝１３ａにはトップリング６２が嵌合され、他方のリング溝１３ｂにはセカンドリング６３が嵌合されている。
【００２６】
而して、上記トップリング６２には従来の２サイクルエンジン同様のバレルフェース形状の外周面を有するリングが使用され、セカンドリング６３には、その外周面が燃焼室Ｓ方向（図５の上方）に向かって幅広となる逆テーパ面６３ａを形成する逆テーパリングが使用されている。
【００２７】
次に、本発明に係る筒内噴射２サイクルエンジン６の作用を説明する。
【００２８】
筒内噴射式２サイクルエンジン６が始動され、各気筒１０ａ〜１０ｆにおいてピストン１３がシリンダ１２内を下死点（ＢＤＣ）から上死点（ＴＤＣ）に向かって摺動する圧縮行程においては、クランク室内に発生する負圧に引かれて空気（新気）が吸気管１８内に吸引され、この空気はスロットル弁２０を通過した後、オイルポンプ２１によって吸気管１８内に噴射されるオイルと共にリード弁１９を通過してクランク室内に流入する。そして、クランク室内に流入した空気とオイルはその後の膨張行程において上死点から下死点に向かって摺動するピストン１３によって一次圧縮される。尚、このとき、クランク室内のオイルは各部に供給されて各摺動部の潤滑に供されるが、図５に示すように、シリンダ１２の内周面に付着したオイルは逆テーパリングで構成されるセカンドリング６３による楔作用（呼び込み作用）によってトップリング６２側に十分供給される。
【００２９】
上述のようにピストン１３が下死点に向かって摺動して先ず排気ポート２５ａが開き始めると、燃焼室Ｓでの混合気の燃焼によって発生した高温・高圧の排気ガスが排気ポート２５ａから排気通路２５へと排出される排気ブローダウンが開始され、その後、掃気ポート２２ａ〜２４ａが開くと、前のサイクルで一次圧縮されたクランク室内の空気が図４に矢印にて示すようにオイルと共に掃気通路２２〜２４を通って掃気ポート２２ａ〜２４ａからシリンダ１２内に流入し、シリンダ１２内の排気ガスを排気ポート２５ａから排気通路２５へと押し出す掃気作用を行う。
【００３０】
そして、ピストン１３が下死点を過ぎて上死点側に向かって摺動する圧縮行程に移行すると、シリンダ１２の内周面に付着したオイルを逆テーパリングで構成されたセカンドリング６３の外周エッジ部６３ｂで掻き上げられてトップリング６２側に十分供給される。
【００３１】
上記圧縮行程において、ピストン１３によって掃気ポート２２ａ〜２４ａが閉じられ、続いて排気ポート２５ａが閉じられると、シリンダ１２内の空気は圧縮され、この空気にインジェクタ１６から適当なタイミングで適量の燃料が噴射されて所要の空燃比の混合気が形成される。そして、この混合気はピストン１３によって更に圧縮され、ピストン１３が上死点近傍に達した時点或は上死点を過ぎた直後の適当なタイミングで点火プラグ１５によって着火されて燃焼せしめられる。
【００３２】
而して、燃焼室Ｓでの混合気の燃焼によって発生した高温・高圧の排気ガスは前述のように排気行程において排気ポート２５ａを通って排気通路２５へと排出される。
【００３３】
以後、上記と同様の作用が繰り返されて当該２サイクルエンジン６が連続して運転される。
【００３４】
以上のように、本実施の形態に係る筒内噴射式２サイクルエンジン６においては、ピストン１３のセカンドリング６３を逆テーパリングで構成したため、ピストン６の下降行程時においてはシリンダ１２の内周面に付着したオイルを逆テーパリング６３による楔作用によってトップリング６２側に十分供給することができ、ピストン１３の上昇行程時においてはシリンダ１２の内周面に付着したオイルを逆テーパリング６３の外周エッジ部６３ｂで掻き上げてトップリング６２側に十分供給することができる。この結果、トップリング６２周辺の潤滑が飛躍的に向上し、簡単な構成でピストン１３のトップリング６２の摩耗やスカッフィングの発生を効果的に防ぐことができる。
【００３５】
ここで、トップリング６２の摩耗量の実測結果を従来との比較において図６に示すが、本発明によればトップリング６２の摩耗量を従来よりも小さく抑えることができることが分かる。
【００３６】
尚、以上は特に船外機に搭載された筒内噴射式２サイクルエンジンに本発明を適用した例について述べたが、本発明は他の任意の筒内噴射２サイクルエンジンに対しても同様に適用することもができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、外周にトップリングとセカクドリングを外嵌して成るピストンが摺動するシリンダ内に燃料を直接噴射する筒内噴射式２サイクルエンジンにおいて、前記セカンドリングをその外周面が燃焼室側に向かって幅広となる逆テーパ面を形成する逆テーパリングで構成したため、簡単な構成でピストンのトップリングの摩耗やスカッフィングの発生を効果的に防ぐことができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る筒内噴射式２サイクルエンジンを備える船外機の基本構成を示す模式的構成図である。
【図２】本発明に係る筒内噴射式２サイクルエンジンを備える船外機の縦断面図である。
【図３】本発明に係る筒内噴射式２サイクルエンジン要部の断面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ線断面図である。
【図５】図３のＢ部拡大断面図である。
【図６】本発明に係る筒内噴射式２サイクルエンジンのトップリングの摩耗量の実測結果を従来と比較して示す図である。
【図７】従来の筒内噴射式２サイクルエンジンのピストンリング部分の断面図である。
【符号の説明】
６        筒内噴射式２サイクルエンジン
１２      シリンダ
１３      ピストン
６２      トップリング
６３      セカンドリング（逆テーパリング）
６３ａ    逆テーパ面
Ｓ        燃焼室
【図１】
0004046824.tif 000002
【図２】
0004046824.tif 000003
【図３】
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【図４】
0004046824.tif 000005
【図５】
0004046824.tif 000006
【図６】
0004046824.tif 000007
【図７】
0004046824.tif 000008