(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ室(2a)及びクランク室(1a)間を接続する掃気流路(10)と、この掃気流路(10)に接続され、かつ掃気用の空気を導入する先導空気通路(11)とを有し、この先導空気通路(11)に、先導空気通路(11)から掃気流路(10)方向への流れを許容し、かつ掃気流路(10)から先導空気通路(11)方向への流れを阻止する逆止弁を備えた層状掃気２サイクルエンジンにおいて、
前記逆止弁(12)は、先導空気通路(11)から掃気流路(10)方向への空気の流量を制御するリードバルブ(31)と、逆止弁(12)近傍の温度に応じて、常温状態における始動時にはリードバルブ(31)の開度を絞り、エンジン運転状態での高温時にはリードバルブ(31)の開度を全開とするように開度を制御する開度制御手段(30)とを有する
ことを特徴とする層状掃気２サイクルエンジン。
【請求項２】
請求項１記載の層状掃気２サイクルエンジンにおいて、
前記開度制御手段(30)は、リードバルブ(31)の開度を、少なくとも、逆止弁(12a) 近傍の温度が常温状態における始動時に対応する第１の開度と、暖気後運転状態時に対応する第２の開度との２段階に制御する
ことを特徴とする層状掃気２サイクルエンジン。
【請求項３】
請求項１又は２記載の層状掃気２サイクルエンジンにおいて、
前記開度制御手段(30)は、リードバルブ(31)の開度を温度に応じて制限するストッパ(32,32a)と、リードバルブ(31)の開度を最大位置に制限する最大開度ストッパ(33)とを有する
ことを特徴とする層状掃気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、層状掃気２サイクルエンジンに関し、特には掃気用先導空気流量を制御し、始動性を良好にし、排気ガスの清浄化を図ることのできる層状掃気２サイクルエンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７は層状掃気２サイクルエンジンの構成図である。クランクケース１の上部にはシリンダ２が設けられ、その上部にはシリンダヘッド３が取着されている。クランクケース１のクランク室１ａ内にはクランク４が回転自在に設けられ、クランク４の回転軸はクランクケース１に回転自在に支承されている。またクランク４と、シリンダ２内に上下方向に摺動自在に挿嵌されたピストン５とは、コネクティングロッド６により連結されている。シリンダ２には排気口７と掃気口８とが設けられると共に、掃気口８とクランク室１ａとを接続する掃気流路１０が設けられている。
【０００３】
掃気用の先導空気を吸入する先導空気通路１１は掃気流路１０に接続して設けられ、先導空気通路１１の掃気流路１０への出口には逆止弁１２ｃが設けられている。逆止弁１２ｃはリードバルブ式であり、先導空気通路１１から掃気流路１０方向への流れを許容し、掃気流路１０から先導空気通路１１方向への流れを阻止するようになっている。逆止弁１２ｃよりも上流側の先導空気通路１１内には空気流量制御手段１３が設けられており、空気流量制御手段１３は開閉弁１３ａにより空気の流量を制御するようになっている。また、燃料と空気との混合気を吸入する混合気流路２０はクランク室１ａに接続して設けられ、混合気流路２０のクランク室１ａへの出口には混合気用逆止弁２１が設けられている。混合気用逆止弁２１はリードバルブ式であり、混合気流路２０からクランク室１ａ方向への流れを許容し、クランク室１ａから混合気流路２０方向への流れを阻止するようになっている。混合気用逆止弁２１よりも上流側の混合気流路２０内には混合気流量制御手段２２が設けられている。混合気流量制御手段２２はスロットル弁２２ａにより混合気の流量を制御するようになっている。混合気流量制御手段２２はスロットル弁２２ａの上流側に気化器２２ｂを一体に有している。開閉弁１３ａとスロットル弁２２ａとはリンク装置２３により連結され、スロットルレバー２４を作動させると連動するようになっている。
【０００４】
次に作動について説明する。ピストン５が上昇すると、クランク室１ａ及び掃気流路１０は低圧となり、混合気は混合気用逆止弁２１を混合気流の力により開いてクランク室１ａ内に流入する。同時に先導空気は空気流の力により逆止弁１２ｃを開いて先導空気通路１１、掃気流路１０を通ってクランク室１ａに流入する。ピストン５が上死点近傍に達すると、シリンダ室２ａ内の混合気は着火されて爆発し、ピストン５は押し下げられ、クランク室１ａの圧力が上昇する。ピストン５が下降してピストン５の頂部が排気口７の上縁を過ぎると排気ガスは排出を開始する。次にピストン５の頂部が掃気口８の上縁を過ぎると先導空気はシリンダ室２ａ内に流入を開始し、シリンダ室２ａに残った排気ガスを排気口７から排出する。その後でクランク室１ａ内の混合気はシリンダ室２ａ内に流入する。したがって、混合気の排気口７からの吹き抜けは少なく、排気ガスは清浄化される。
【０００５】
エンジン回転を加速する場合にはスロットルレバー２４を加速側に作動させる。これによりスロットル弁２２ａは開度が大きくなり、混合気の流量が増加してエンジン回転は加速する。同時に開閉弁１３ａの開度も大きくなり、混合気の流量に対応した空気を供給し、一定の空燃比になるようにする。
【０００６】
層状掃気２サイクルエンジンの混合気の空燃比（すなわち、空気の重量／燃料の重量）は一般の２サイクルエンジンの空燃比より大きく（混合気が薄く）なり、排気ガス中の炭化水素ＨＣ及び窒素酸化物ＮＯX の排出量が低減される。しかしながら、空燃比が大きいために加速性が悪いという問題がある。これを解決するには空燃比を小さく（混合気を濃く）すれば良いが、そうすると排気ガス中の炭化水素ＨＣ及び窒素酸化物ＮＯX の排出量が増大すると共に、燃料消費も多く燃費が悪化するという問題がある。
【０００７】
この問題を解決するための先行技術としては、国際公開番号ＷＯ９８／１７９０２号に開示されたものがある。国際公開番号ＷＯ９８／１７９０２号に開示されたものは、スロットルレバー２４を加速方向に作動させたときに、開閉弁１３ａの開度をスロットル弁２２ａの開度より遅らせる手段を設けている。これにより、加速作動時には空燃比は小さくなって加速性を向上し、定常運転時には空燃比を大きくして排気ガスを清浄にすると共に、燃料消費を低減して燃費を改善することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の国際公開番号ＷＯ９８／１７９０２号に開示されたような技術においては、常温状態における始動時には空燃比は大きいため、始動性が悪いという問題がある。又、開閉弁１３ａの開度をスロットル弁２２ａの開度より遅らせる空気供給遅れ装置が必要となる。空気供給遅れ装置は、開閉弁１３ａとスロットル弁２２ａとを連結するリンクの途中に例えば緩衝装置を設けたり、あるいは制御器、変換器、サーボアンプ及びサーボモータ等により構成する制御装置を設けたりする必要があるため、構造が複雑で、場積が多く必要となり、部品点数が多くてコストが高いという問題がある。
【０００９】
本発明は、上記の問題点に着目し、始動性が良好で、排気ガスも清浄化可能で、かつ燃料消費量が少なく、しかも構造が簡単で、占有場積も小さくて済み、コストも安い層状掃気２サイクルエンジンを提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段、作用及び効果】
上記目的を達成するために、本発明に係る層状掃気２サイクルエンジンの第１発明は、シリンダ室及びクランク室間を接続する掃気流路と、この掃気流路に接続され、かつ掃気用の空気を導入する先導空気通路とを有し、この先導空気通路に、先導空気通路から掃気流路方向への流れを許容し、かつ掃気流路から先導空気通路方向への流れを阻止する逆止弁を備えた層状掃気２サイクルエンジンにおいて、前記逆止弁は、先導空気通路から掃気流路方向への空気の流量を制御するリードバルブと、逆止弁近傍の温度に応じて、常温状態における始動時にはリードバルブの開度を絞り、エンジン運転状態での高温時にはリードバルブの開度を全開とするように開度を制御する開度制御手段とを有する構成としている。
【００１１】
第１発明によれば、開度制御手段によって、逆止弁近傍の温度が常温の状態における始動時にはリードバルブの開度が絞られ、その後、温度の上昇に伴ってリードバルブの開度が開かれ、逆止弁近傍の温度が高くなる通常のエンジン運転状態時にはリードバルブの開度が全開となる。そのため、始動時には先導空気量が減少し、空燃比は小さくなって始動性を向上できるとともに、通常運転時には先導空気量は増大し、空燃比は大きくなって排気ガスが清浄化され、燃料消費が少なくなって燃費を改善することができる。
【００１２】
第２発明は、第１発明に基づき、前記開度制御手段は、リードバルブの開度を、少なくとも、逆止弁近傍の温度が常温状態における始動時に対応する第１の開度と、暖気後運転状態時に対応する第２の開度との２段階に制御している。
【００１３】
第２発明によれば、リードバルブの開度には、絞った第１の開度と、開いた第２の開度の２段階が設けられ、逆止弁近傍の温度が常温状態での始動時にはリードバルブの開度を絞るため先導空気量が減少し、空燃比が小さくなるので始動性を向上できる。また、暖気後運転状態時にはリードバルブの開度を開くため先導空気量が増大し、空燃比が大きくなるので排気ガスが清浄化され、燃料消費量を少なくして燃費を改善することができる。
【００１４】
第３発明は、第１又は第２発明に基づき、前記開度制御手段は、リードバルブの開度を温度に応じて制限するストッパと、リードバルブの開度を最大位置に制限する最大開度ストッパとを有する構成としている。
【００１５】
上記構成によれば、ストッパは温度に応じて温度が高くなると開度を開き、最大開度ストッパにより所定の開度で停止する。したがって、ストッパの開度を予め所定温度で所定の開度になるように設定することができる。すなわち、逆止弁を、温度に対応して常温時には開度を絞り、高温時には開度を開くようにすることができる。また、最大開度ストッパがあるため、ストッパが開き過ぎて過大応力を発生することにより故障することを防止できる。したがって、始動性が良好で、排気ガスを清浄化し、燃料消費が少なく、信頼性が高く、構造が簡単で、場積が小さく、かつコストの安い層状掃気２サイクルエンジンが得られる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る層状掃気２サイクルエンジンの実施形態について、図１〜図６を参照して詳述する。
【００１７】
図１は、エンジン全体の構成図である。同図において図７に示した構成と同一の構成には同一符号を付し、ここでの説明を省略する。先導空気通路１１の掃気流路１０への出口には、先導用空気の流量を制御するリードバルブ（後述する）を有する逆止弁１２が設けられている。本発明に係る逆止弁１２は、後述するようにこのリードバルブの開度が温度に応じて制御される。
【００１８】
図２は第１実施形態の先導空気用の逆止弁１２の模式図である。先導空気通路１１に設けられた逆止弁１２は、一端部を弁座４０に固設され、矢印方向からの空気流により開閉するリードバルブ３１と、リードバルブ３１に重ねて設けられ、リードバルブ３１の開度を温度に応じて制御する開度制御手段３０とを有している。開度制御手段３０は、リードバルブ３１に重ねて設けられたバイメタルより成るストッパ３２と、ストッパ３２の外側に重ねて設けられ、かつストッパ３２の開度を最大位置に制限する鋼製の最大開度ストッパ３３とを備えている。
【００１９】
次に、逆止弁１２の作動について説明する。逆止弁１２の近傍が常温状態（エンジン運転状態時の高温よりも低温の状態を言う）のときはストッパ３２は、図２の実線に示すようにリードバルブ３１を弁座４０側に押し付けて先導空気通路１１を閉じている。逆止弁１２の近傍の温度が上昇すると、その温度上昇に伴ってストッパ３２は細い２点鎖線に示す形状に徐々に変形する。そして最大開度位置で最大開度ストッパ３３に当接して変形を停止する。リードバルブ３１は、上記のように温度に応じて設定されるストッパ３２の位置まで開くことが可能とされている。
【００２０】
図３はストッパ３２の作動を示すグラフであり、縦軸はストッパ３２による弁開度量を示し、横軸は逆止弁近傍の温度を示している。同グラフに示すように、逆止弁近傍温度が常温の時、例えば常温状態で始動するときには、ストッパ３２の弁開度量は少ない。したがって、リードバルブ３１の開度量は少なく、流入する先導空気量が少ないので、混合気の空燃比が小さく、エンジンの始動性は良好である。エンジンが始動して逆止弁近傍温度が上昇するとストッパ３２は徐々に変形し、弁開度量は温度に応じて増大する。そして、暖気後運転状態において逆止弁近傍温度ｔが所定温度ｔ１（例えば２００°Ｃ）に達すると、ストッパ３２は弁開度量全開状態となって最大開度ストッパ３３に当接し、変形は停止する。したがって、リードバルブ３１は全開状態まで開くことが可能となり、混合気の空燃比は大きくなって排気ガスは清浄化され、燃料消費量は低減される。
【００２１】
次に、図４に基づいて第２実施形態を説明する。図４は、第２実施形態の逆止弁１２ａの模式図である。同図において、図２と同一の構成には同一符号を付しており、以下での説明を省く。開度制御手段３０を構成する、リードバルブ３１に重ねて設けられたストッパ３２ａは、形状記憶合金から成っている。ストッパ３２ａは逆止弁近傍温度が常温のときにはリードバルブ３１の開度を絞った状態（実線で示す位置）にあり、逆止弁近傍温度が暖気後運転状態の温度に達したときには全開状態（細い２点鎖線で示す位置）になって最大開度ストッパ３３に当接するようになっている。
【００２２】
図５はストッパ３２ａの作動を示すグラフであり、縦軸はストッパ３２ａによる弁開度量を、横軸は逆止弁近傍温度を示している。グラフに示すように、逆止弁近傍温度が低い場合には弁開度量は第１の開度状態（絞られた状態）にあり、逆止弁近傍温度ｔが所定温度ｔ２に達すると弁開度量は第２の開度状態（全開状態）になる。したがって、常温状態での始動時には混合気の空燃比は小さくて始動が容易であり、暖気後運転状態では空燃比が大きくなるので排気ガスは清浄化され、燃料消費量は低減される。
【００２３】
図６は、第３実施形態の先導空気用の逆止弁１２ｂの模式図である。構成は第１実形態と略同一であるが、バイメタル製のストッパ３２ｂは当初から多少変形させてあり、リードバルブ３１との間に所定の隙間Ｓを設けている。したがって、常温状態で始動した場合には、逆止弁１２ｂは第１の開度状態（絞った状態）となり、隙間Ｓにより僅かの先導空気が導入される。隙間Ｓは、始動性を考慮して定められる。そして逆止弁近傍温度ｔが所定温度ｔ２に達すると、逆止弁１２ｂは第２の開度状態（全開状態）になる。なお、ストッパ３２ｂは形状記憶合金であっても良い。
【００２４】
なお、これまでの実施形態の説明では、ストッパの最大開度を制限するための最大開度ストッパをストッパと重ねて設けた例を示したが、本発明はこのような構成に限定するものではなく、最大開度ストッパを用いずにストッパをシリンダ等の壁面部に当接させるようにしてもよい。
【００２５】
上記のように、本発明の先導空気用の逆止弁は、バイメタル又は形状記憶合金等の温度依存性形状を有する材料からなるストッパをリードバルブに重ねて設け、常温での始動時には先導空気量を絞り、暖気後運転状態では先導空気量を最大とするようにしたため、始動性は良好であり、排気ガスは清浄化されると共に、燃料消費量が少なく燃費が改善される。また、空気供給遅れ装置を必要としないので、構造が簡単で、場積も小さく、部品点数が少なくなり、コストの安い層状掃気２サイクルエンジンが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る層状掃気２サイクルエンジンの構成図である。
【図２】本発明の、第１実施形態の逆止弁の模式図である。
【図３】本発明の、第１実施形態のストッパの作動を示すグラフである。
【図４】本発明の、第２実施形態の逆止弁の模式図である。
【図５】本発明の、第２実施形態のストッパの作動を示すグラフである。
【図６】本発明の、第３実施形態の逆止弁の模式図である。
【図７】従来技術に係る層状掃気２サイクルエンジンの構成図である。
【符号の説明】
１１：先導空気通路、１２，１２ａ，１２ｂ：逆止弁、３０，３０ａ，３０ｂ：開度制御手段、３１：リードバルブ、３２，３２ａ，３２ｂ：ストッパ、３３：最大開度ストッパ。
【図１】
0003781919.tif 000002
【図２】
0003781919.tif 000003
【図３】
0003781919.tif 000004
【図４】
0003781919.tif 000005
【図５】
0003781919.tif 000006
【図６】
0003781919.tif 000007
【図７】
0003781919.tif 000008