JPH0338408B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、当該機関で駆動された圧縮機によつ
て加圧された空気のみからなる掃気流体をシリン
ダ内へ供給し且つ燃料または混合気をシリンダ内
へ噴射供給し、又は、空気と燃料の混合気からな
る掃気流体をシリンダ内へ供給し、ピストンで圧
縮して火花点火によつて燃焼を行わせて出力を発
生し、シリンダ頭部に設けた排気弁から排気ガス
を排出するようにした二サイクル・ユニフロー火
花点火機関に関する。

従来の技術 従来の二サイクル火花点火機関は、1891年に英
国人デイによつて考案されたいわゆる三孔式機関
を原形とするものであつて、シリンダの吸入口か
らの空気と燃料の混合気をクランク室内で予圧縮
し、掃気通路を経てシリンダとピストンの摺動面
の掃気口からシリンダ内へ供給し、更にピストン
で圧縮し且つ火花点火によつて燃焼を行つて出力
を発生し、シリンダとピストンの摺動面に設けた
排気口から排気ガスを排出する方式のものであ
る。

このような機関の掃気方式としては、掃気口と
排気口をシリンダに対して互いに対向配置し、ピ
ストンヘツドに突起を設けて掃気流が排気口へ短
絡されることを防いだいわゆる横断掃気方式と、
排気口に対して両側に対称配置された複数の掃気
口によるいわゆる反転掃気方式とがあり、これら
の方式について主として性能向上と燃料消費率の
低減のために改良研究が重ねられてきたが、それ
らは概ね限界に達していると考えられる。

また、燃焼に関しては、前記の両掃気方式を採
用した場合、新気（空気と燃料の混合気）に対す
る既燃焼残留ガスによる希釈度が通常の四サイク
ル火花点火機関と比較して遥かに高いので、シリ
ンダ内の充填混合気の着火性が悪く、このため四
サイクル火花点火機関と同程度の希薄運転は無理
であり、特に強力な火花エネルギによる点火を行
わない限り、一般に失火が起こり易く、この欠点
の解決には従来の二サイクル掃気方式との関連で
困難をきたしている。

更に、従来の二サイクル火花点火機関は、潤滑
油の使用量が比較的多いという問題に加えて、掃
気及び燃焼の問題と関連して排気ガス中の炭化水
素量及び一酸化炭素量が共に多く、またシリンダ
内の混合気に潤滑油分が混合され易いことによつ
て燃焼後の排気ガスが悪臭と濃煙を伴う欠点をも
つている。

従来の二サイクル火花点火機関は、同一排気量
の四サイクル火花点火機関と比較すると、一般に
出力性能が若干高く、構造が簡単で小型軽量であ
り、製造費が安いという長所を有するが、他方で
は燃料消費率が高く、潤滑油の消費量も多く、特
に排気ガスの性状による環境汚染が懸念されるの
みならず、運転の安定性や円滑性に欠けるために
振動や騒音が大きいなどの短所を有している。

このため、現在の二サイクル火花点火機関は特
に小型携帯用の産業機械、小型二輪車、船外機な
どの限定された分野でその長所を活かしている
が、四輪車その他のより大きい出力が要求される
分野や市街地など低騒音が要求される分野から殆
ど締め出されているのが現状である。

発明が解決しようとする課題 そこで、本発明は、二サイクル火花点火機関の
長所を維持しながら、さらに一段の性能の向上を
はかり上述した従来の二サイルク火花点火機関の
問題点及び欠点を取除いた二サイクル・ユニフロ
ー火花点火機関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 即ち、本発明による、二サイクル・ユニフロー
火花点火機関は、当該機関で駆動される圧縮機に
よつて吸入され加圧された流体をシリンダの全周
に設けた環状掃気室に圧送して蓄圧を行うと共
に、ピストンの下降行程の終期において開口する
複数個の掃気口から前記環状掃気室中の流体を掃
気流体としてピストンの上方のシリンダ室中へ吐
出させて旋回を伴うユニフロー流れを生成させ、
ピストンの上昇行程によつてシリンダ室内で圧縮
された混合気を点火栓の火花によつて点火燃焼さ
せ、その燃焼ガス爆発膨張を行なうピストンの下
降行程の終期にシリンダヘツドの中央に設けた排
気弁を開いて燃焼排気ガスを排出する構成を特徴
とする。

作 用 従つて、当該機関で駆動される圧縮機によつて
吸入され加圧された流体は環状掃気室に圧送され
て蓄圧され、掃気口から掃気流体としてシリンダ
室中へ吐出され、シリンダ室内で旋回流となつて
流れながらピストンの上昇行程によつて圧縮さ
れ、且つ点火栓によつて点火されて燃焼し、出力
を発生する。

実施例 次に、本発明を図面の実施例に基づいて説明す
る。

まず、第１図乃至第４図に示す実施例は、シリ
ンダ１と、該シリンダ１のシリンダ室２内に往復
動可能に設けられたピストン３と、前記シリンダ
１の下部に設けられたクランクケース４とを有
し、前記シリンダ室２の下端部及び前記クランク
ケースの上端部は互いに連通している。前記クラ
ンクケース４は軸受６及び７を介してクランク軸
８を回転可能に支持しており、該クランク軸８は
クランク９において連接棒１０を介して前記ピス
トン３に連結されている。前記クランクケース４
のクランク室５は前記クランク９の回転と前記連
接棒１０の運動が許容されるとともに潤滑油の溜
まりとなるだけの内容積を有し、さらにブリーザ
装置（図示せず）を介して外部に導通する。

前記シリンダ１はその内部に全周にわたる環状
掃気室１３を形成しており、該環状掃気室１３は
その一部に形成された掃気導入口１４を通して、
当該機関で駆動される圧縮機（図示せず）の吐出
口に連通されており、例えば圧縮機で加圧された
空気を掃気流体として前記環状掃気室１３中へ導
入して蓄圧する。前記環状掃気室１３は、例えば
前記シリンダ１の内壁部１５（第２図参照）に形
成された複数個（この実施例では９個）の掃気口
１６を通して前記シリンダ室２内へ通じている。
前記掃気口１６は前記シリンダ１の中心軸線Ｏに
対して直角な平面に沿つており（第３図参照）、
又は別に僅かな円錐面に沿うように構成すること
ができる。更に、前記掃気口１６のそれぞれは、
各掃気口１６の前記シリンダ室２へ開く端部の中
心が前記シリンダ１の中心軸線Ｏを通る半径線に
対して約45°の傾斜角度をもつて同じ方向に傾斜
するように形成されている（第２図参照）。この
構成により、前記環状掃気室１３からそれぞれの
掃気口１６を通して前記シリンダ室２内へ吐出さ
れた掃気流体は該シリンダ室２内でその周方向へ
旋回する旋回流を形成する。更に、前記掃気口１
６のいくつかを異なる傾斜角度をもつて配設し、
前記シリンダ室２内に掃気流体の所望の旋回流を
発生させるように構成することができる。

また、前記シリンダ室２はその周方向にほぼ等
角度に離間して配置された複数個（この実施例で
は３個）の燃料噴射ノズル１７または混合気噴出
ノズル１７′を設けており、該燃料噴射ノズル１
７または混合気噴出ノズル１７′はそのノズル先
端部１８を前記シリンダ内壁部１５から前記シリ
ンダ室２内へ向けており、且つ燃料または混合気
を前記シリンダ室２の中心軸線付近に向けて噴射
するように配設されている。このため、それぞれ
の燃料噴射ノズル１７のノズル先端部１８から前
記シリンダ室２内へ噴射された燃料または混合気
は、該シリンダ室２の中心軸線付近で互いに衝突
して微粒化し、且つ前記掃気口１６からシリンダ
室２内へ吐出された空気の旋回流中に混合され
る。前記混合気噴射ノズル１７′が圧縮空気霧化
形式のものである場合には、圧縮空気の供給を必
要とするので混合気噴射ノズル１７′を前記圧縮
機の吐出側へ連通して、加圧された高圧空気の一
部の供給を受けるように構成することができる。
更に、前記混合気噴射ノズル１７′を当該機関で
駆動される空気ポンプに連結し、それから高圧空
気の供給を受けるように構成することができる。

また、前記燃料噴射ノズル１７として圧力霧化
形式のものを使用することができる。

また、前記燃料噴射ノズル１７から、液体燃料
のみならず都市ガス、天然ガスなどのガス燃料、
さらにLPGなどを直接にシリンダ室２内へ噴射
して使用することができる。

前記ピストン３は頂部に混合気の燃焼空間を形
成させるための凹部１９を設けている。

なお、前記掃気口１６から空気、及び燃料の混
合気を、前記シリンダ室２中へ吐出させることが
できる。

更に、前記シリンダ１の頂部、すなわちシリン
ダヘツド２０の側部に点火栓２１が設けられてお
り、該点火栓２１は、図示しない電気式点火回路
に接続されて、前記ピストン３がその上死点近く
に達した時に作動して前記シリンダ室２内の加圧
された混合気を点火燃焼させることができる。

前記シリンダ１はその頂部に排気口２２を形成
しており、該排気口２２は排気弁２３によつて開
閉される。該排気弁２３は通常の四サイクル火花
点火機関で使用されるポペツト排気弁と同様な構
造を有することができ、前記排気弁２３はばね２
４によつてカム軸２５のカム面２６に当接されて
おり、該カム軸２５は歯付タイミングベルト２７
によつて前記クランク軸８に連結されて該クラン
ク軸８と同一回転数げ同期して回転駆動され、前
記排気弁２３を所定のタイミングで開閉して前記
シリンダ室２内の燃焼排気ガスを外部へ排出する
ようになつている。この排気弁２３の動作は通常
の四サイクル火花点火機関をOHV或いはOHC方
式と同様である。また、排気弁２３はシリンダの
側方に設けることができ、この場合には弁装置は
いわゆるSV方式と同様になる。

また、潤滑については、通常の四サイクル火花
点火機関と全く同様に、クランク軸で駆動される
ポンプ装置によつて機関運動部分へ直接に供給す
るか又は連接棒１０に設けた油すくいによつて、
クランク室５内に溜つている潤滑油を直接に運動
部分へはねかけて供給する。

次に、上述した本発明実施例における単一シリ
ンダの二サイクル・ユニフロー火花点火機関のク
ランク角度で示した作動線図の一例を第５図に示
す。

更に、本発明による機関は従来の往復動火花点
火機関において実施されている多シリンダ機関と
して構成することができるのみならず、冷却方式
においても同様に空冷方式や水冷方式を適用する
ことができ、また在来の四サイクル火花点火機関
が主体をなしている排気量領域への適用が展開さ
れ得る。なお、前記圧縮機の吸入口に排気ガスタ
ービンで駆動される過給機の吐出口を連結して過
給することができる。

発明の効果 以上説明した本発明の構成により、本発明は、
従来の二サイクル火花点火機関に対して、さらに
機関出力の向上と燃料消費率の低減を達成し、潤
滑油分の燃焼を抑制し、排気ガスの性状の顕著な
改善をはかり、且つ信頼性の高い機関として、各
種産業機械用及び各種交通機械用など広範囲な使
用が期待できる新方式の原動機を提供する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る一実施例を示す縦断面
図、第２図は第１図の線−に沿つて切つたシ
リンダ部分の断面図、第３図は第２図のシリンダ
部分の縦断面図、第４図は第１図の断面と直角な
垂直面に沿つた縦断面図、そして第５図はクラン
ク角度で示した本発明実施例機関の作動線図であ
る。 １……シリンダ、２……シリンダ室、３……ピ
ストン、５……クランク室、１３……環状掃気
室、１６……掃気口、１７……燃料噴射ノズル、
１７′……混合気噴射ノズル、２０……シリンダ
ヘツド、２１……点火栓、２３……排気弁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 当該機関で駆動される圧縮機によつて吸入さ
   れ加圧された流体をシリンダ１の全周に設けた環
   状掃気室１３に圧送して畜圧を行うと共に、ピス
   トン３の下降行程の終期において開口する複数個
   の掃気口１６から前記環状掃気室１３中の流体を
   掃気流体として前記ピストン３の上方のシリンダ
   室２中へ吐出させて旋回を伴うユニフロー流れを
   生成させ、前記ピストン３の上昇行程によつて前
   記シリンダ室２内で圧縮された混合気を点火栓２
   １の火花によつて点火燃焼させ、その燃焼ガスの
   爆発膨張を行なう前記ピストン３の下降行程の終
   期にシリンダヘツド２０の中央に設けた排気弁２
   ３を開いて燃焼排気ガスを排出する二サイクル・
   ユニフロー火花点火機関。 ２ 前記圧縮機で加圧されて前記環状掃気室１３
   へ圧送され且つ前記掃気口１６から前記シリンダ
   室２中へ吐出される掃気流体が空気であり、且つ
   前記シリンダ１に燃料を前記シリンダ室２中へ噴
   射する複数個の燃料噴射ノズル１７または混合気
   噴出ノズル１７′を設け、前記燃料噴射ノズル１
   ７または混合気噴出ノズル１７′から噴射された
   燃料が前記シリンダ室２内で互いに衝突する特許
   請求の範囲第１項記載の二サイクル・ユニフロー
   火花点火機関。 ３ 前記圧縮機で加圧されて前記環状掃気室１３
   へ圧送され且つ前記掃気口１６から前記シリンダ
   室２中へ吐出される掃気流体が空気及び燃料の混
   合気である特許請求の範囲第１項記載の二サイク
   ル・ユニフロー火花点火機関。