JPH04219418A - ２サイクルトランクピストン型ユニフロー掃気機関 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は２サイクルトランク型ユ
ニフロー掃気機関に関する。

【０００２】

【従来の技術】往復動トランクピストン型内燃機関は、
小型の特殊分野では２サイクル機関が使用されているが
、他の殆んど分野では４サイクル機関が使用されている
。４サイクル機関はクランク軸が２回転で作動ストロー
クが１回しかないので下記のような欠点がある。 （ａ）　トルク変動が大きい。 振動が大きく多気筒を要す。トルク変動を少なくするた
め、フライホイールの慣性モーメントを大きくしなけれ
ばならない、従って重量が大きくなり構造が複雑でコス
トが高くなる。 （ｂ）　シリンダ容積当りの出力が２サイクル機関に比
べ小さいので、高速回転させるため機械摩擦損失及び燃
費率が共に大きくなる。

【０００３】これに対して２サイクル機関では上記（ａ
），（ｂ）　の欠点は解消されるが、燃料及び潤滑油の
消費量が多く、排気色において４サイクル機関よりも劣
っている。この２サイクル機関の欠点は４サイクルの前
記（ａ），（ｂ）　の欠点よりも総合的に大と見做され
、２サイクル機関は特殊分野にしか使用されず、殆んど
の分野で４サイクル機関が使用されている。

【０００４】従来の２サイクルトランクピストン型排気
弁付ユニフロー掃気機関（以下２サイクルユニフロー掃
気機関と称す）の実例を下記に示す。 （第１従来例）図１，６，７によって説明する。図１は
２サイクルユニフロー掃気機関の横断面を示す。シリン
ダブロック１には掃気ポート３を有するシリンダライナ
２が嵌入されており、該シリンダライナ２にはピストン
５が挿入され、さらにこのピストン５はピストンピン６
、コネクティングロッド７（以下コンロッドと略称）を
介して図示しないクランク軸に連結されている。シリン
ダブロック１の上面にはシリンダヘッド４が取り付けら
れ、図示しないクランク軸と連動して同一回転速度で回
転するカム軸上のカム８によってタペット９，ブッシュ
ロッド１０，ロッカ１１，ブリッジ１２を介して排気弁
（通常２〜４個）を開閉する。又シリンダブロック１の
側面にはクランク軸と連動して回転する掃気ポンプ１４
及び給気管１５が取り付けられ、シリンダヘッド４の排
気口側には排気管１６が取り付けられている。シリンダ
ライナ２の掃気ポート３の上方部断面Ａ−Ａを図６に、
掃気ポート３の下方部断面Ｂ−Ｂを図７に示す。

【０００５】次に前記第１従来例の作用について説明す
る。図示しないクランク軸が回転すると、クランク軸に
連結されているコンロッド７，ピストンピン６を介して
、ピストン５はシリンダライナ２内を往復運動する。 同時にクランク軸と連動して掃気ポンプ１４及びカムが
回転し、給気（空気又は混合気）は給気管１５から掃気
ポンプ１４により吸入圧縮されて、掃気ポート３よりシ
リンダライナ２内に流入する。ピストン５の下降行程で
ピストン５の上端部が掃気ポートを開く直前（通常クラ
ンク角度１５°前後）に、カム８により排気弁１３が開
くと、排気はグローダウンして排気管１６より排出され
、更に掃気ポート３より流入した掃気で排気を押し出し
、シリンダライナ内を新気（空気又は混合気）で充満さ
せる。これをピストン５で圧縮し、さらに燃料をシンリ
ダ内に高圧噴射して着火燃焼させて高圧ガスを発生させ
、ピストン５を下降させて動力を発生する。なお掃気効
率をよくするため、掃気ポート３の形状は上半部（図１
の断面Ａ−Ａ）は図６のように強い掃気スワールを与え
るような形状とし、下半部（図１の断面Ｂ−Ｂ）は図７
のように放射状とすることが多い。

【０００６】本型式のユニフロー掃気機関は、掃気ポー
ト及び排気弁（通常排気弁は２〜４個）の開口時間面積
が大きくとれ、さらに掃気の流れはユニフローなので掃
気効率は非常によく、機関性能も良好である。しかし、
シリンダライナ２の中央部全周にわたり掃気ポートを設
けているので、ピストン５の往復運動によりピストン５
とシリンダライナ２の潤滑油膜は掃気ポート（３ａ，３
ｂ）の上縁及び下縁で切断されるので潤滑不良となり焼
付を起す。これを防止するため過度の潤滑油を送るので
潤滑油の消費量が多く、そのため排気色が青色となり、
排気口周辺にカーボンや潤滑油が付着する等の不具合を
発生する。なお潤滑油の価格は燃料の１０倍程度となる
ので、潤滑油消費量の増大は経済的に不利である。これ
らの点が２サイクルユニフロー掃気機関の本質的な長所
及び短所である。

【０００７】（第２従来例）最近発表された２サイクル
給、排気弁付掃気ポートレス機関の横断面を図８に示す
。シリンダブロック１８のシリンダ部にはウォータジャ
ケット部が形成され、内壁の内面はシリンダ１９となっ
ており、ピストン５が挿入されピストンピン６，コンロ
ッド７をへてクランク軸２１と連結されている。なお上
述の事項は通常の４サイクル機関と同様である。シリン
ダブロック１８の上部にはシリンダヘッド２０が取り付
けられ、シリンダヘッド２０の給気側には給気弁２２，
給気弁タペット２３，給気カム２４が取り付けられ、排
気側には排気弁２５，排気弁タペット２６，排気カム２
７が図示の如く取付られている。さらにシリンダヘッド
２０の給気側には掃気ポンプ１４が取り付けられ、排気
口側には排気管１６が取り付けられている。給気カム２
４及び排気カム２７はクランク軸２１と連動して、クラ
ンク軸２１と同一回転速度で回転する。給気弁２２，排
気弁２５の開閉タイミングは図９に示す（排気弁開口期
間ＥＯ〜ＥＣは約１５０°、給気弁開口期間ＳＯ〜ＳＣ
は約１２０°）掃気ポンプ１４もクランク軸２１と適当
な回転比で連動している。

【０００８】次に前記第２従来例の作用について説明す
る。クランク軸２１が回転するとコンロッド７，ピスト
ンピン６をへてピストン５はシリンダ１９内を往復運動
し、給気弁２２，排気弁２５は図９のタイミングで開閉
する。掃気ポンプ１４で圧縮された給気は給気弁２２（
通常１〜２個）をへて排気管１６より排出しようとする
が、排気は給気に押されてシリンダ１９内の下方に溜り
、給気（新気）は排気弁２５を通って排気管１６より外
部へ排出することが多い。即ち給気（新気）は給，排気
弁（２２，２５）を素通りして排気管１６より外部へ排
出されシリンダ内には排気が残溜する。従って掃気効率
は大変悪い。

【０００９】これを少しでも改善するため、給気弁２２
と排気弁２５との間に種々のデフレクタを設ける対策を
しているが効果は少ない。この事は本機関の本質的な欠
点であり、これを前部ユニフロー掃気機関のように改良
することは不可能である。又給気弁２２及び排気弁２５
は構造上各２弁よりも多くすることはできないので一層
不利である。しかしシリンダライナ１９には、４サイク
ル機関と同様にピストンの摺動内面に１個のポートもな
いので、ピストン５とライナ１９との摺動面の潤滑油膜
は切れることがなく潤滑油の消費量は非常に少なく長所
がある。前記のとおり本機関とユニフロー掃気機関とは
長所と短所が相互に逆となっている。即ちユニフロー掃
気機関の短所は本機関では長所となっており、又本機関
の短所はユニフロー掃気機関では長所となっている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】前記のとおり、４サイ
クル機関では、振動，重量が大で、多気筒化のため、構
造複雑でコスト高でトルク変動も大きく、さらに高速回
転のため機械摩擦損失も大きい。又２サイクルユニフロ
ー掃気機関は潤滑油消費量が多く排気色が不良でカーボ
ン、潤滑油の付着が多い。さらに２サイクル給，排気弁
付排気ポートレス機関では掃気不良で出力不足等の欠点
がある。

【００１１】本発明の目的は前記従来装置の問題点を解
消し、潤滑油消費量が少なく掃気効率のすぐれた２サイ
クルユニフロー掃気機関を提供するにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の２サイクルユニ
フロー掃気機関は、シリンダライナに設けた掃気ポート
群を、ピストンの側圧が作用しないピストンピン方向の
両側にシリンダライナ円周でセンク軸に対するはり角が
６０°〜１２０°の範囲内に設けたことを特徴としてい
る。

【００１３】

【作用】本発明では、上記のようにシリンダライナの掃
気ポートをピストンピン方向のみに設け、スラストサイ
ドには掃気ポートを設けていない。従ってピストンの往
復運動により推力が発生する側に起る油膜の切断による
焼付を防止できるため、注油量の増加をはかる必要がな
くなった。他方、ピストンピン方向側に設けた掃気ポー
トの上縁及び下縁ではピストンの往復運動により油膜が
切断されるが、この方向にはスラストがかからないので
、潤滑油量は微小量でよい。そのため掃気ポートの上縁
及び下縁でピストンの往復運動により油膜が切断されて
も、消費される潤滑油は微小である。従って、これに伴
ない排気色不良カーボン、潤滑油の付着等の不具合は同
時に解消する。

【００１４】以下図１〜５を参照し本発明の一実施例に
ついて説明する。図１は本発明に関わる第１実施例の２
サイクルユニフロー掃気機関の要部断面図、図２は図１
のＡ−Ａ断面図、図３は図１のＢ−Ｂ断面図である。シ
リンダブロック１には掃気ポート３を有するシリンダラ
イナ２が嵌入されている。シリンダライナ２にはピスト
ン５が挿入され、ピストンピン６，コンロッド７を介し
て図示していないクランク軸に連結されている。シリン
ダブロック１の上面にはシリンダヘッド４が取り付けら
れ図示しないクランク軸と連動して同一回転速度で回転
するカム軸上のカム８によってタペット９，プッシュロ
ッド１０，ロッカ１１，ブリッジ１２を介して排気弁１
３（通常２〜４個）を開閉する。

【００１５】又シリンダブロック１の側面には、クラン
ク軸と適当な回転比で連動して回転する掃気ポンプ１４
及び給気管１５が取り付けられ、シリンダヘッド４の排
気口側には排気管１６が取り付けられている。なおシリ
ンダヘッド４の上面にはシリンダヘッドカバー１７が取
り付けられている。シリンダライナ２の掃気ポート３の
上方部の断面Ａ−Ａを図２に、下方部の断面Ｂ−Ｂを図
３に示す。

【００１６】次に前記実施例の作用について説明する。 図示していないクランク軸が回転すると、コンロッド７
，ピストンピン６を介してピストン５はシリンダライナ
２内を往復運動する。同時にクランク軸と連動する掃気
ポンプ１４及びカム８が回転し、給気（空気又は混合気
）は給気管１５から掃気ホンプ１４で吸入，圧縮され掃
気ポート３よりシリンダライナ２内に流入する。ピスト
ン５の下降行程でピストン５の上面が掃気ポート３を開
く直前（通常クラン角で２０°前後）にカムによって排
気弁１３を開くと、排気をブローダウンして排気管１６
より排気を排出し、さらに掃気ポート３より流入した掃
気で排気を押し出してシリンダライナ２内を新気（空気
２は混合気）で充満させ、これをピストン５で圧縮し、
さらに着火，燃焼させてピストンを押し下げ動力を発生
する。

【００１７】図１のシリンダライナ２に設けた掃気ポー
トの上半部の断面Ａ−Ａを第２図に、又下半部の断面図
Ｂ−Ｂの形状を図３に示す。これら断面図で明らかなよ
うに、シリンダライナ２のピストン２のスラスト側αｔ
　及び反スラスト側αａｔ間には掃気ポート３ａ，３ｂ
を設けずピストンスラストが作用しないピストンピン側
のαｐ　間のみに設けたものである。αｔ　，αａｔ，
αｐ　は掃気ポートの開口時間面積、ピストンの推力等
を考慮して最適値に決定する。

【００１８】今仮りにαｔ　＝αａｔ＝αｐ　＝９０°
し、ピストンが推力を受けるシリンダ内径をＤとすると
、Ｌｔ　＝０．７０７Ｄとなるので、可成り広い受圧面
積を受けることができる。この際、ピストン２の側圧は
基本的にはαｔ　だけで受けるものと考え、このαｔ　
間のみを積極的に潤滑油量を増大する等の手段を講じる
と、これだけでピストンのスラストを受けることは十分
可能であると考えられる。このαｔ　の間はシリンダラ
イナ２の内面には、掃気ポート３ａ，３ｂのような切欠
部は全くなく、完全な平滑面なので、潤滑油により潤滑
油を流せば、良好な油膜が形成され油膜の切断は生じな
いので、このαｔ　間における潤滑油消費量は極めて僅
かである。

【００１９】次の掃気ポート３ａ，３ｂのあるαｐ　間
ではピストンスラストは全く作用しないので、αｔ　間
に比較して潤滑油は僅かでよい、従ってピストンの往復
運動により掃気ポートの上縁，下縁で油膜が切断されて
、潤滑油の微粒子が掃気流と共にシリンダ内に流入した
としても、潤滑油量自体が僅少であるからシリンダ内に
流入する量も当然少ない。そのための機関全体の潤滑油
消費量も少なくなり経済的であると共に、排気色，潤滑
油及びカーボンの付着等は著しく改善される。

【００２０】図４は図１のシリンダライナ２の掃気ポー
ト３の下半分の断面Ｂ−Ｂの形状が異なる第２実施例で
ある。掃気ポート３ａはαｐ　の間だけに設けられてお
り、すべての掃気ポート３ａの軸方向をピストンピンと
同方向とした場合を示す。図５は図４と同様に図３の改
良型である。即ち掃気ポート３ａの取付角αｐ　及びそ
の個数は図２と同様であるがピストンスラストの受圧角
αｔ　及び有効受圧部の長さＬｔ　を反スラスト側のα
ａｔ及びＬａｔよりも大きくしてピストンのスラスト面
圧を低下させた第３実施例である。今αｔ　を１１０°
とするとＬｔ　＝０．８２Ｄとなり、受圧面積は実質的
に掃気ポートのないライナ（例えば４サイクル機関のも
の）と同等となる。 これらの形状及び配置の組合せは、その他公知の掃気ポ
ートに当然適用できる。

【００２１】

【発明の効果】本発明の２サイクルユニフロー掃気機関
は前記のとおりの新規なシリンダライナの掃気ポートの
配置形状としたので、前記機関の本質的な欠点である潤
滑油消費量の大きい点が除去され、潤滑と掃気の双方を
両立させることができ、小型軽量，高出力，低燃費，低
公害，低振動の機関とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の２サイクルユニフロー掃気機関の要部
断面図

【図２】図１のＡ−Ａ断面図

【図３】図１のＢ−Ｂ断面図（第１実施例）

【図４】図
３の第２実施例

【図５】図３の第３実施例

【図６】図２に応当する従来例のＡ−Ａ断面図

【図７】
図２に応当する従来例のＢ−Ｂ断面図

【図８】従来形２
サイクル給排気弁付掃気ポートレス機関（第２従来例）
の横断面図

【図９】図８に示す機関の給排気弁の開閉タイミング図
である。

【符号の説明】

２　　　　シリンダライナ ３　　　　掃気ポート ５　　　　ピストン ６　　　　ピストンピン

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　２サイクルトランクピストン型排気弁
   付ユニフロー掃気機関において、シリンダライナに設け
   た掃気ポート群を、ピストンの側圧が作用しないピスト
   ンピン方向の両側に、シリンダライナ円周のセンタ軸に
   対するはり角が６０°〜１２０°の範囲内に設けたこと
   を特徴とする２サイクルトランクピストン型ユニフロー
   掃気機関。