JPH04132858A - エンジンの吸気構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、２サイクルエンジンの吸気構造に関するもの
である。

［従来の技術］ 従来の燃料噴射式２サイクルエンジンにおいては、吸気
ポートと排気ポートとが下死点近傍の燃焼室の周面（シ
リンダの周面）に開口し、両ポートがピストンの側面に
よって開閉されるようになっていた。また、インジェク
タが燃焼室に直接臨んで配置されていた（例えば、特開
昭６２−１１３８２０号公報参照）。しかしながら、こ
のような従来の燃料噴射式２サイクルエンジンでは、■
燃焼室上部がデッドスペースとなりやすいので、燃焼室
内に燃焼ガスが残留して体積効率が低下する、 ■インジェクタの熱負荷が高く、その耐久性が低下する
、 ■インジェクタの燃料噴射圧が高くなるので燃料が燃焼
室内に分散され、低回転時ないし低負荷時に混合気の着
火性が悪くなるといった問題があった。

そこで、上記問題点■を解消するため、排気ポートを燃
焼室の天井面（シリンダヘッド）に開口させ、この排気
ポートを排気弁で開閉するようにした２サイクルエンジ
ンが提案されている。かかる２サイクルエンジンにおい
ては、吸気と燃焼ガスとがともに燃焼室内を一方的に上
向きに流れるといった、いわゆるユニフローが形成され
るので、デッドスペースが発生せず、掃気性が高められ
る。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、本願発明者らが、第５図に示すような、
シリンダ１０１内にピストン１０２が配置され、シリン
ダ１０１の周面に吸気通路１０６と連通ずる吸気ポート
１０５が開口し、一方燃焼室１０４（シリンダ１０１）
の天井面１０３に排気通路１０９と連通ずる排気ポート
１０７が開口し、かつ排気ポート１０７を開閉する排気
弁１０８が設けられた、上方流れユニフロー式の２サイ
クルエンジンについて、燃焼ガスの残留状況を詳細に調
べたところ、排気弁下面近傍、燃焼室上部周縁部近傍、
ピストン上端面中央部近傍、吸気ポート１０５のすぐ上
側の燃焼室周縁部近傍等、斜線で示す領域Ｓには、なお
燃焼ガスが残留しているといった事実が判明した。

また、従来の上方流れユニフロー式２サイクルエンジン
では、前記の問題点■、■が解消されていない。

本発明は上記従来の問題点を解消するためになされたも
のであって、燃焼室内の掃気を確実に行なうことができ
、インジェクタの耐久性を高めることができ、かつ低回
転時ないし低負荷時の混合気の着火性を高めることがで
きる、上方流れユニフロー式の２サイクルエンジンを提
供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記の目的を達成するため、第１の発明は、シリンダの
周面に吸気ポートが開口し、シリンダの天井面に排気弁
によって開閉される排気ポートが開口する、上方流れユ
ニフロー式の２サイクルエンジンにおいて、シリンダ内
への吸気流入方向が異なる２種の吸気ポートを設けたこ
とを特徴とするエンジンの吸気構造を提供する。

第２の発明は、第１の発明において、２種の吸気ポート
を上下方向に配置し、上側に配置される吸気ポートを、
シリンダ内への吸気流入方向が下側に配置した吸気ポー
トよりも上方に偏向するように形成したことを特徴とす
るエンジンの吸気構造を提供する。

第３の発明は、第２の発明において、エンジンを燃料噴
射式とし、上側に配置される吸気ポートに直接接続され
る吸気管にサブインジェクタを設け、低負荷時にはサブ
インジェクタのみから燃料噴射を行なうようにしたこと
を特徴とするエンジンの吸気構造を提供する。

第４の発明は、第３の発明において、低負荷時には、排
気弁閉弁後に燃料噴射を行なうようにしたことを特徴と
するエンジンの吸気構造を提供する。

［発明の作用・効果］ 第１の発明によれば、各吸気ポートのシリンダ内への吸
気流入方向を、夫々個別的に燃焼ガスの残留しやすい領
域に向けることができる。したがって、燃焼室内の掃気
性が高められ、体積効率が高められる。

第２の発明によれば、まずもって第１の発明と同様の作
用・効果が得られる。

さらに、上側に配置される吸気ポート（以下、これを上
側吸気ポートという）を、シリンダ内への吸気流入方向
が上方に偏向するように形成しているので、とくに燃焼
ガスが残留しやすい排気弁下面近傍あるいは燃焼室上部
周縁部が効果的に掃気される。かつ、燃焼室内を上昇す
る吸気の流れによって燃焼室上部に新気が十分に充填さ
れる。

したがって、体積効率が高められる。また、排気弁ある
いはシリンダヘッドの冷却が促進される。

ここで、インジェクタを燃焼室の天井面に設けた場合は
、インジェクタから噴射された燃料粒子と上側吸気ポー
トから流入する吸気とがぶつかり合うので、燃料の気化
が促進される。かつ、気化された燃料が点火プラグまわ
りに集まりやすくなるので、混合気が層状化され、低回
転時ないし低負荷時の混合気の着火性が高められる。

なお、好ましく下側に配置される吸気ポートを（以下、
これを下側吸気ポートという）、水平方向あるいはわず
かに下方に向けて開口させれば、ピストン上端部近傍の
掃気を促進することができ、かつピストンの冷却を促進
することができる。

第３の発明によれば、まずもって第２の発明と同様の作
用・効果が得られる。

さらに、低負荷時には、燃料が上側吸気ポートのみから
供給されるので、燃料が点火プラグまわりに集中し、点
火プラグまわりの混合気が層状化され、低回転時ないし
低負荷時の混合気の着火性が高められる。なお、高負荷
時には、メインインジェクタから燃料噴射が行なわれ、
燃焼室内にほぼ均一な混合気が形成され、エンジン出力
が高められるのはもちろんである。

また、メインインジェクタを吸気系統に臨設すれば、イ
ンジェクタの熱負荷を低減することができ、燃料噴射圧
を低減することができ、かつ燃料と吸気の接触時間（気
化時間）を十分に確保して燃料の気化を促進することで
きる。

第４の発明によれば、まずもって第、３の発明と同様の
作用・効果が得られる。

さらに、低負荷時においては、排気弁が閉じられた後で
燃料噴射が行なわれるので、層状化が一層促進されると
ともに、排気ポートへの燃料の漏出が防止される。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を具体的に説明する。

〈第１実施例〉 以下、請求項１〜請求項２の発明にかかる第１実施例を
説明する。

第１図に示すように、２サイクルエンジンＧＥには、シ
リンダブロックｌと、該シリンダブロック１の上側に締
結されるシリンダヘッド２とが設けられている。そして
、シリンダブロックｌ内にはシリンダ３が配置され、こ
のシリンダ３内には、ピストン４が上死点と下死点との
間をシリンダ軸線方向に自在に往復摺動できるようにし
て嵌入されている。ここで、シリンダヘッド２の下端面
と、シリンダ３の内周面と、ピストン４の上端面とによ
って燃焼室５が画成されている。

そして、下死点位置におけるピストン４の上端面よりや
や上側となる位置において（第１図はこの状態を示して
いる）、シリンダ３の周面には下側吸気ポート６が水平
方向に開口し、この下側吸気ポート６のやや上方のシリ
ンダ周面には上側吸気ポート７が後で説明するように斜
め上方に向かって開口している。そして両吸気ポート６
．７はピストン４の側面によって開閉されるようになっ
ている。

また、燃焼室５の天井面（シリンダヘッド２の下面）に
は排気ポート８が開口し、この排気ポート８は排気弁９
によって開閉されるようになっている。そして、排気弁
９は、ＨＬＡＩＩを介して、カムシャフト１２に取り付
けられた排気弁カム１３によって、所定のタイミングで
開閉されるようになっている。

ここで、ピストン４が上昇する行程（以下、これを圧縮
行程という）では、両吸気ポート６．７が閉じられた後
、燃焼室５内の吸気がピストン４によって圧縮され、燃
焼室５の天井面に設けられた燃料噴射弁１４から吸気中
に燃料が噴射されて混合気が形成され、この混合気が点
火プラグ１５によって着火・燃焼させられるようになっ
ている。

そして、上死点後ピストン４が下降する行程（以下、こ
れを膨張行程という）では、混合気の燃焼によって生じ
る圧力によってピストン４が押し下げられ、この仕事が
コンロッドＩ６とクランクピン１７とを介してクランク
軸１８の回転動力に変換されるようになっている。また
、膨張行程において、ピストン４が所定の位置まで下降
したときには排気弁９が開かれ、燃焼ガスが排気ポート
８を介して排気通路２０に排出されるようになっている
。さらにピストン４が下死点近傍まで下降すると、両吸
気ポート６．７が開かれ、両吸気ポート６．７から燃焼
室５内に過給された吸気（新気）が供給され、燃焼室５
内に残留している燃焼ガスが掃気されるようになってい
る。このとき、吸気と燃焼ガスとはともに上向きに一方
的に流れるユニフローを形成する。

そして、燃焼室５内に吸気を供給するために、両吸気ポ
ート６．７と連通ずる吸気通路２１が設けられ、この吸
気通路２１には上流側から順に、アクセルペダル（図示
せず）と連動するスロットル弁２２と、吸気を過給する
ルーツ式の過給機２３とが介設されている。

第２図に示すように、開口面積が比較的大きく設定され
る下側吸気ポート６は水平方向に開口している。したが
って、下側吸気ポート６から燃焼室５内に流入する吸気
は、基本的には燃焼室５内を水平に横切って向かい側の
シリンダ内周面にぶつかり、この後上方に向かうような
流れを形成するようになっている。

一方、上側吸気ポート７は開口面積が比較的小さく設定
され、鉛直上方向（シリンダ軸線方向）に対して適当な
角度θだけ下方に向けて開口し、排気弁９の下面のほぼ
中央部に向かって斜め上方に開口している。したがって
、上側吸気ポート７から燃焼室５内に流入する吸気は、
基本的には燃焼室５内を斜め上方に横切って排気弁９の
下面にぶつかるような流れを形成するようになっている
。

以下、第２図と第４図とを参照しつつ、膨張行程と圧縮
行程とにおける、吸気と燃料と燃焼ガスの流れないし挙
動について説明する。

膨張行程においては、ピストン４の下降に伴って、まず
排気弁９（排気ポート８）が開かれ（曲線ＣＺ）、燃焼
室５内の比較的圧力の高い燃焼ガスが自らの圧力で排気
ポート８から排気通路２０に流出する。

次に、上側吸気ポート７が開かれ（曲線Ｇ３）、＋側吸
気ポート７から燃焼室５内に吸気（新気）が流入する。

この吸気は、燃焼室５内を斜め上方に横切って排気弁９
の下面ないし燃焼室５の天井面にぶつかる。このとき、
従来の２サイクルエンジンでは燃焼ガスの残留が生じや
すかった排気弁９の下面近傍あるいは、燃焼室５の上部
周縁部近傍が確実に掃気される。また、排気弁９の冷却
が促進され、その耐久性が高められる。

さらにピストン４が下降すると、下側吸気ポート６が開
かれ（曲線Ｇ、）、下側吸気ポート６から燃焼室５内に
吸気が流入する。この吸気は、ピストン４の上端面に沿
って燃焼室５内を水平方向に横切り、向かい側のシリン
ダ内周面にぶつかって上方に向かう。このとき、従来の
２サイクルエンジンでは燃焼ガスの残留が生じやすかっ
たピストン４の上端面中央部近傍あるいは、燃焼室５の
下部周縁部近傍の掃気が確実に行なわれる。また、ピス
トン４の上端面の冷却が促進される。なお、このとき上
側吸気ポート７による掃気が続行されているのはもちろ
んである。

下死点後、圧縮行程において、ピストン４が上昇しはじ
めると、まず排気弁９（排気ポート８）が閉じられる（
曲線ＧＯ０なお、インジェクタ１４からの燃料噴射は適
当な時期に開始される。

次に、下側吸気ポート６が閉じられるが（曲線Ｇ２）、
この後若干の期間は、上側吸気ポート７が開かれている
（曲線Ｇ３）。このように、上側吸気ポート７のみが開
かれている期間においては、上側吸気ポート７から燃焼
室５内に流入する過給された吸気が上昇流によって燃焼
室５の天井面に押しつけられ、燃焼室５上部に吸気が高
密度で充填される。このとき、インジェクタ１４から下
方に向かって噴射された燃料粒子が、上昇する吸気と激
しくぶつかるので、燃料粒子の気化が促進される。そし
て、気化した燃料は上昇する吸気に伴われて燃焼室５の
上部にとどまるので、点火プラグ１５（第１図参照）ま
わりに比較的リッチな混合気が形成され、低回転時ない
し低負荷時の混合気の着火性が高められる。

さらにピストン４が上昇すると、上側吸気ポート７が閉
じられる（曲線Ｇ３）。

この後、ピストン４か上死点近傍に達したときに、点火
プラグ１５（第１図参照）によって混合気が着火され、
燃焼ガスの圧力によってピストン４が押し下げられ、上
記の各行程が繰り返される。

以上、第１実施例によれば、燃焼室５内の掃気を確実に
行なうことができ、かつ低回転時ないし低負荷時の混合
気の着火性を高めることができる。

く第２実施例〉 以下、請求項３〜請求項４の発明にかかる第２実施例を
説明するが、第２実施例は基本的には第１実施例と同様
の構成および機能を有するので、重複を避けるため、第
１実施例との相異点についてのみ説明する。

第３図に示すように、第２実施例では、両吸気ポート６
．７への分岐部より上流側の吸気通路２Ｉにメインイン
ジェクタ３２が臨設されている。

そして、上記分岐部より上側吸気ポート７側で上側吸気
ポート７に直接接続される吸気管７ａにサブインジェク
タ３１が臨設されている。

このように、両インジェクタ３１．３２が吸気系統に臨
設されているので、両インジェクタ３１゜３２の燃料噴
射圧を低減することができる。また、両インジェクタ３
１．３２の熱負荷が低減され、これらの耐久性が高めら
れる。さらに燃料と吸気の接触時間が長くなるので、燃
料の気化が促進される。

上記構成において、低回転・低負荷時には、サブインジ
ェクタ３１からのみ燃料噴射が行なわれる。この場合の
燃料噴射は、排気弁９（排気ポート８）が閉じられた直
後に開始される。このため、低回転・低負荷時には、燃
料が燃焼室５の上部に集中し、点火プラグまわりの混合
気が層状化され、成層燃焼が行なわれるので、着火性が
高められる。

一方、高回転・高負荷時には、メインインジェクタ３２
からのみ、あるいは両インジェクタ３１゜３２から燃料
噴射が行なわれる。この場合の燃料噴射は、燃料の吹き
抜けが生じない範囲内で進角される。このため、燃焼室
５内にはほぼ均一な混合気が形成され、均一混合燃焼が
行なわれるので、エンジン出力が高められる。

なお、メインインジェクタを燃焼室５の天井面（シリン
ダヘッド）に設けるようにしてもよいのはもちろんであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１実施例を示す２サイクルエンジ
ンの立面断面説明図である。 第２図は、第１図に示すエンジンの、燃焼室まわりの立
面断面を示す模式図である。 第３図は、本発明の第２実施例を示す２サイクルエンジ
ンの、燃焼室まわりの立面断面を示す模式図である。 第４図は、吸気ポートの開閉時期と、排気弁の開閉時期
のクランク角に対する特性を示す図である。 第５図は、従来の上方流れユニフロー式２サイクルエン
ジンの、燃焼室まわりの立面断面説明図である。 ＣＥ・・・エンジン、■・・・シリンダブロック、２・
・・シリンダヘッド、３・・・シリンダ、４・・・ピス
トン、５・・・燃焼室、６・・・下側吸気ポート、７・
・・上側吸気ポート、７ａ・・・吸気管、８・・・排気
ポート、９・・・排気弁、１４・・・インジェクタ、１
５・・・点火プラグ、２１・・・吸気通路、３１・・・
サブインジェクタ、３２・・・メインインジェクタ。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）シリンダの周面に吸気ポートが開口し、シリンダ
   の天井面に排気弁によって開閉される排気ポートが開口
   する、上方流れユニフロー式の２サイクルエンジンにお
   いて、 シリンダ内への吸気流入方向が異なる２種の吸気ポート
   を設けたことを特徴とするエンジンの吸気構造。
2. （２）請求項１に記載されたエンジンの吸気構造におい
   て、 ２種の吸気ポートを上下方向に配置し、上側に配置され
   る吸気ポートを、シリンダ内への吸気流入方向が下側に
   配置した吸気ポートよりも上方に偏向するように形成し
   たことを特徴とするエンジンの吸気構造。
3. （３）請求項２に記載されたエンジンの吸気構造におい
   て、 エンジンを燃料噴射式とし、上側に配置される吸気ポー
   トに直接接続される吸気管にサブインジェクタを設け、
   低負荷時にはサブインジェクタのみから燃料噴射を行な
   うようにしたことを特徴とするエンジンの吸気構造。
4. （４）請求項３に記載されたエンジンの吸気構造におい
   て、 低負荷時には、排気弁閉弁後に燃料噴射を行なうように
   したことを特徴とするエンジンの吸気構造。