JPH066193Y2 - ２サイクルエンジン - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この考案は、排気タイミングを変更して出力特性を変え
ることのできる２サイクルエンジンに関するものであ
る。

［従来の技術］ ２サイクルエンジンでは、燃焼室内への吸気（掃気）・
排気のためのガス通路が、ピストンの往復動によって開
閉される。すなわち、２サイクルエンジンには４サイク
ルエンジンのようなバルブ（きのこ弁）がなく、シリン
ダーに開設された掃気ポートや排気ポートが、ピストン
そのものを一種の弁体として開閉され、ガスを導入・排
出する。

ところで、２サイクルエンジンの出力特性は燃焼室から
の排気のタイミングによって大きく影響を受ける。排気
タイミングの早いものは高速型（比較的高速回転時に最
高出力を発生するもの）、同タイミングの遅いものは低
速型（比較的低速回転時に最高出力を発生するもの）の
エンジンとなる。

上記した構造上、２サイクルエンジンでは、シリンダー
における排気ポート（他のポートより上にある）の高
さ、とくに同ポートの上縁の高さによって排気タイミン
グが決まるため、排気ポートの位置でそのエンジンの出
力特性のおおよそが決まることになる。そこで、エンジ
ンの特性を低速型または高速型に任意に変更することを
目的として、排気ポートの上縁部に制御弁などを設け、
所望する出力特性に応じこの弁の開度を設定して排気タ
イミングを変える、という技術が、すでに実開昭63-115
530号、特公昭38-6506号公報などで公開されている。

第４図は、上記公報（前者）の考案に基づく従来の排気
制御弁の概略を示す図である。板状の制御弁70は、シリ
ンダー10′に開設された排気ポート11′の上縁部に、支
持軸70cで揺動自在に支持されており、駆動手段（図示
せず）からピン70bに駆動力が伝えられて上下に揺動す
る。こうして制御弁70に揺動変位を与え、先端下部の突
出端70aの高さを変えれば、ピストン（図示せず）がシ
リンダー10′の内壁面を摺動して下降するとき排気ポー
ト11′が開き始めるタイミングが変更され、排気タイミ
ングが変わる。したがって、制御弁70を図の実線の位置
にすれば排気タイミングが早くなる一方、制御弁70を仮
想線（鎖線）の位置に下げれば排気タイミングが遅くな
って、前記のとおりエンジン特性が変更されることにな
る。

後者（特公昭38-6506号公報）の発明は、上記形式の制
御弁に代えて、シリンダー内壁の一部を構成する調整子
を上下動可能にして排気ポートの上に配置し、同ポート
の上縁をその調整子で形成したものである。シリンダー
に対し調整子を上方へ摺動させれば、排気ポートの上縁
が高くなり排気タイミングが早くなって、エンジン特性
が高速型になる。

［考案が解決しようとする課題］ 排気タイミングを変更するための上記のような制御弁
（調整子を含む）は、その開度に拘わらず排気の吹き抜
けを防止することが求められる。開度によって、あるい
はどの開度においても吹き抜けが激しいようだと、その
制御弁により正確に排気タイミングを定めることができ
ないからである。また、圧縮行程でも未燃焼ガスの吹き
抜けのない方がよいことはいうまでもない。したがっ
て、制御弁とシリンダーまたはピストンとの間に、ガス
が吹き抜けるすき間ができるだけないことが望まれる。

第４図に示した排気制御弁70は、先端下部を突出させ、
その突出部70aを、製作誤差などを見込んで可能な限り
シリンダー10′の内壁面（したがってピストンの外周
面）に近づけて、吹き抜けすき間を小さくしたものであ
るが、その状態は、制御弁70が上下動する間、つねに維
持されるとは限らない。すなわち制御弁70は、図の実線
の位置にあるとき、上記のとおり突出端70aとシリンダ
ー10′の内壁面との距離がきわめて小さくa0であるもの
の、支持軸70cを支点に下方へ揺動したときにはその距
離がa1に広がってしまう。この広がり方は、制御弁70の
幅方向（紙面と直角方向）の端部ではさらに大きい。そ
のため、低速回転時に制御弁70を下方へ揺動させたと
き、ここ（寸法a1のすき間）を排気が吹き抜けて実質的
には排気タイミングがほとんど遅くならないことがあ
る。

一方、前記した調整子は、シリンダー内壁の一部を構成
しながらシリンダー（の他の部分）に対し上下摺動する
ものであるため、その摺動面にあるすき間からガスの吹
き抜けることが避けられない。

この考案の目的は、排気タイミングを変更するために排
気ポートの位置を上下することのできる２サイクルエン
ジンであって、排気（未燃焼ガスも）の吹き抜けがない
ものを提供することである。

［課題を解決するための手段］ この考案の２サイクルエンジンは、シリンダーブロック
の内側であってピストンとの摺動部分の全周に、エンジ
ン本体の各ガス通路にそれぞれ連通する複数のポートを
備えたスリーブを嵌め、同スリーブをエンジン本体に対
し軸方向に摺動可能としたものである。

上記エンジンについては、請求項２に記載したように、
スリーブの上端部にシリンダーヘッドを結合し、両者を
一体で移動可能にするのもよい。

さらに請求項３のように、シリンダーヘッドの上端部分
に、スリーブと軸心が平行なねじ部を形成し、このねじ
部に、エンジン本体の定位置で回転して上記ねじ部を螺
進・螺退させる回転体を螺合したうえ、この回転体を、
エンジンの回転速度に応じて回転変位を発生する駆動手
段に連結するのもよい。

［作用］ この考案の２サイクルエンジンにおいては、上記スリー
ブをエンジン本体に対して上方へ摺動させれば、吸気ポ
ートや掃気ポートとともにスリーブに開設された排気ポ
ートの位置が高くなって排気タイミングが早くなり、逆
にスリーブを下方へ摺動させれば、排気ポートの位置が
下がって排気タイミングが遅くなる。

このスリーブは、シリンダーブロックの内側のピストン
との摺接部分の全周に一体として嵌められ、ガス通路に
連通する上記の各ポート以外の部分ではピストンに摺接
するので、ピストンヘッドがそれらポートの上縁より上
にある限りガスの吹き抜けを生じない。すなわち排気
は、ピストンヘッドが排気ポートの上縁より下がったと
きはじめて行われ、それ以前に吹き抜けることはない。
したがって、排気タイミングはスリーブの位置によって
正確に定まる。

スリーブの位置を変えれば、排気ポートとともに吸気ポ
ートや掃気ポートの高さも変わり、吸気・掃気のタイミ
ングも変わるが、この変化は、排気タイミングの変化に
よるエンジン特性の変更に関し支障となるものではな
い。

請求項２に記載した２サイクルエンジンによれば、スリ
ーブの上下摺動にともなってシリンダーヘッドも上下に
移動するので、排気タイミングとともに圧縮化が変化す
るが、両者の作用は相まってエンジン特性の変更に寄与
する。すなわち、たとえばスリーブを上げて排気タイミ
ングを早めたときは、同時に圧縮比が下がるが、排気タ
イミングの早期化および圧縮比の低下はともにエンジン
特性を高速型にする（スリーブを下げたときはこの逆に
なる）ので、より顕著な特性変更がなされることにな
る。

また、請求項３に記載の２サイクルエンジンでは、駆動
手段により回転変位を与えられる回転体は、ねじ部を螺
進・螺退させてシリンダーヘッドおよびこれと結合した
スリーブを上下に変位させ、上記のとおり排気タイミン
グおよび圧縮比を変更する。この回転体は、駆動手段か
らエンジンの回転速度に応じた回転変位を与えられるの
で、排気タイミングおよび圧縮比の変更は回転速度に応
じてなされる。そして回転体の回転向きを、高速回転時
にはシリンダーヘッドおよびスリーブを引き上げ、低速
回転時にはそれを下げるようにすることにより、低速か
ら高速にわたる広い回転域でエンジンの出力特性を向上
することができる。

［実施例］ 第１図はこの考案の実施例である２サイクルエンジンに
関するもので、エンジン１の上部を示す縦断面図であ
る。、シリンダーブロック10には、排気通路11、吸気通
路12および掃気通路（図示せず）のほか、冷却水通路14
が形成されている。このブロック10の上には、ガスケッ
ト15を介し、ボルト42およびナット43によってシリンダ
ーヘッドカバー40が取り付けられ、その冷却水通路41が
前記の同通路14に連通している。

このエンジン１において、シリンダーブロック10の内
側、つまりピストン（図示せず）との摺接部分に、一体
に形成したアルミ合金製のスリーブ20を摺動可能に嵌挿
した。このスリーブ20には、前記した排気通路11、吸気
通路12および掃気通路にそれぞれ連通する排気ポート2
1、吸気ポート22および掃気ポート23を開設し、図のよ
うに上端の鍔部25がブロック10に当たるまでスリーブ20
を最も下げたとき、各ポートが各通路と完全に（段差な
く）つながるようにしている。そして、スリーブ20がブ
ロック10に対して回転せず軸方向（上下）にのみ摺動す
るように、鍔部25に係合する回り止めピン32をブロック
10の上部に嵌着した。

スリーブ20の上端部には、シリンダーヘッド30を結合し
た。結合方法としてここでは、スリーブ20の鍔部25の内
側にシリンダーヘッド30を螺着し、外ねじナット31で緩
み止めをしている。この結合により、スリーブ20とシリ
ンダーヘッド30とは、スリーブ20の（したがってシリン
ダーブロック10の）軸方向に一体となって移動すること
が可能である。なお、図中の符号24、33、34は、冷却水を
シールするためのＯリングである。

上記移動のための入力部として、シリンダーヘッド30の
上端部分にねじ部35を形成し、シリンダーヘッドカバー
40の開口部に突出させた。ねじ部35はスリーブ20と軸心
が平行（または同軸）である。そしてこのねじ部35に回
転体50を螺合し、カバー40とそれに固着した押え板44に
よって位置を定めた。これにより、回転体50は図示の定
位置で回転するが、それにともなってシリンダーヘッド
30のねじ部35は軸方向（図の上または下）に螺進・螺退
し、同ヘッド30およびスリーブ20を上下に移動する。

第２図（エンジン１の上部平面図）に示すように、回転
体50には、これに止端部51を係着した２本のワイヤ52を
巻き付け、その他端をサーボモータ（図示せず）の出力
軸60上の回転体61に連結した。つまり回転体50は、この
サーボモータを駆動手段として、出力軸60上の回転体61
およびワイヤ52を介して回転させられる。同モータは出
力軸６０において、エンジン１の回転速度に応じ第２図
の右回りの回転変位を発生する。したがって回転体50
は、エンジン１の回転速度が高いほど右回りに大きく回
転させられるが、ねじ部35が右ねじなので、このときシ
リンダーヘッド30およびスリーブ20を上方へ引き上げ
る。エンジン１の回転速度が低いときは、回転体５０は
逆向きに回転してシリンダーヘッド30およびスリーブ20
を押し下げる。

さて、以上のとおり構成したエンジン１は、低速回転時
には出力特性が低速型になる一方、高速回転時には同特
性が高速型になることにより、広い回転域で高い出力を
発生する。エンジン１はこの作用が顕著に現れるところ
に特徴があるが、その理由はつぎのように説明される。

エンジン１の回転速度が高いときは、上述したようにス
リーブ20およびシリンダーヘッド30がシリンダーブロッ
ク10に対して上方へ移動し、それにともない、排気ポー
ト21の位置が高くなって排気タイミングが早くなるとと
もに、燃焼室容積が増して圧縮比が低下する。排気タイ
ミングが早まると高速回転時の出力が増してエンジン１
は高速型の特性を発揮するようになるが、圧縮比の低下
によってその特性がさらに増長される。一方、回転速度
が低いときは、スリーブ20およびシリンダーヘッド30が
下がり、排気タイミングが遅くなるとともに圧縮比が高
まるが、これらはいずれも、上記とは逆に低速回転時の
出力を増してエンジン１を低速型に変更するのに作用す
る。このように、圧縮比の変化が排気タイミングの変化
を補って、エンジン１の出力特性の改善に寄与するので
ある。

さらにもう１つの理由は、燃焼室からの排気の吹き抜け
がないために排気タイミングがスリーブ20の位置（高
さ）で定まり、これによって出力特性が効果的に変更さ
れる点である。これは、スリーブ20の内壁面とピストン
（ピストンリング）の外周との間にはほとんどすき間が
ない（従来のエンジンのシリンダー内壁面とピストンと
の間におけるのと同様である）ので、燃焼室からの排気
は、ピストンヘッドが排気ポートの上縁より下がったと
きはじめて行われることによる。

続いて、この考案の第２実施例を紹介する。第３図は第
２実施例に関する２サイクルエンジンの縦断面図であ
る。このエンジン２も、シリンダーブロック10の内壁
を、同ブロック10に対して摺動可能なスリーブ20で形成
したものである。このため、第１実施例（第１図）と共
通する部分については同一の符号を付して説明を省略す
る。

このエンジン２が前記第１実施例のエンジン１と相違す
るのは、下記の点である。

ａ）シリンダーブロック10に対して、シリンダーヘッド
30を固定しスリーブ20のみを摺動可能とした。すなわち
シリンダーヘッド30は、冷却水通路36を設けたうえ、シ
リンダーブロック10の上部にガスケット15を介しボルト
42およびナット43により固定したが、スリーブ20は、シ
リンダーヘッド30の内側下面に形成した環状みぞ37内に
上端部を嵌装した状態で、シリンダーブロック10の内側
において軸方向（上下）に摺動可能である。シリンダー
ヘッド30が移動しないので、スリーブ20の位置（高さ）
を変えて排気タイミングを変更しても、圧縮比が変化す
ることはない。したがって、出力特性を変える上での効
果は第１実施例のエンジン１に比べてやや劣るが、圧縮
比の変化にともなうノッキング防止策または点火時期の
調整などが不要である。

ｂ）スリーブ20に開設した排気ポート21、吸気ポート22
および掃気ポート23（排気通路11、吸気通路12および掃
気通路（図示せず）にそれぞれ連通する）の位置は、ス
リーブ20が最上位置まで上がったとき各ポートが各通路
と段差なくつながるようにした。このため、スリーブ20
を上げて排気タイミングを早めたときに、排気の流れが
よりスムーズになってエンジン出力がさらに向上する。

ｃ）シリンダーブロック10の冷却水通路14を前記のもの
から変更し、スリーブ20の外周面を冷却水に直接接触さ
せて冷却する方式とした。これによって、Ｏリング24の
配備数は増えるが、スリーブ20に対する冷却能力が高ま
るので、スリーブ20として熱伝導率の低い材質を用いる
こともできる。

ｄ）スリーブ20を上下に駆動する手段としては、その上
端の複数箇所にスタッドボルト26を植込んでシリンダー
ヘッド30上に突出させ、これにナット27を螺着するとと
もに、シリンダーヘッド30に固定したナット押え38でナ
ット27の回転位置を定めた。したがって、ナット27を回
すことによりボルト26が螺進・螺退してスリーブ20が上
下動する。図示のエンジン２は、高速回転での使用機会
が多いときにはナット27を回してスリーブ20を上げる
（よって排気タイミングを早める）など、使用状態に適
合するようあらかじめ出力特性を設定しておくものであ
るが、たとえばナット27の回転駆動方法を工夫すれば、
第１実施例のように回転速度に応じた特性変更も可能に
なる。

以上、この考案に関し２つの実施例を紹介したが、細部
の構成については上記の実施例に限るものではない。た
とえば、 イ）スリーブ20はアルミ合金製でなくともよい。自己潤
滑性のある鋳鉄、または熱伝導率の高い銅合金などを用
いることも可能である。

ロ）スリーブ20とシリンダーヘッド30とを結合するため
には、第１実施例の方法によらず、両者を溶接して一体
とする、あるいは鋳造などによりもともと一体に形成す
る、などの方法によってもよい。

ハ）シリンダーにおけるピストン摺動部に排気、吸気、
掃気の各ポートを備えるエンジンに限ることはない。リ
ードバルブを有するものなど、ピストン摺動部には排気
ポートと掃気ポートのみがある２サイクルエンジンであ
ってもよい。

ニ）スリーブに設けたポートとエンジン本体の各ガス通
路とは、上記実施例にも二通り示したように、スリーブ
が最下位置にあるとき段差なくつながるようにしても、
最上位置またはそれらの途中にあるときに段差がなくな
るようにしてもよい。

ホ）本明細書において「上」または「下」と称した（た
とえば「上縁」、「上下動」）のは、「上死点」、「下
死点」などの言葉にしたがい、シリンダーにおいてシリ
ンダーヘッドに近い方を「上」、その逆を「下」と呼ん
だにすぎない。すなわち、本考案は、シリンダーが垂直
またはそれに近く配置された２サイクルエンジンに限る
ものではない。

［考案の効果］ この考案の２サイクルエンジンによれば、排気の吹き抜
けが生じないので、スリーブを摺動させて排気ポートの
高さを変えることにより、排気タイミングの変更が有効
に行われて出力特性が望ましいものに変更される。スリ
ーブの上下動ストロークに拘わらず排気の吹き抜けがな
いので、エンジンの特性上、同ストロークを大きくとる
必要のある場合にも効果的である。

また、シリンダーブロックの内側であってピストンとの
摺接部分の全周に、シリンダーブロックとは別体のスリ
ーブを嵌めるので、ピストンと摺接する内壁面に鋳造欠
陥（ポロシティなど）があるときはシリンダーブロック
そのものが使用不能であるという、従来からある製造上
の非効率が改善される。

請求項２の２サイクルエンジンによれば、排気タイミン
グを変えるとき、それを補うように圧縮比が変化し、両
者の作用でエンジン特性はより顕著に変更される。

請求項３の２サイクルエンジンでは、排気タイミングお
よび圧縮比が回転速度に応じて変更され、低速から高速
にわたる広い回転域で出力特性が向上される。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の第１実施例に関するもので２サイク
ルエンジンの上部縦断面図、第２図はそのII−II線矢視
図（平面図）である。第３図は第２実施例に関する２サ
イクルエンジンの縦断面図である。そして第４図は、従
来の２サイクルエンジンの一部を示す縦断面図である。 10…シリンダーブロック、11…排気通路、20…スリー
ブ、21…排気ポート、30…シリンダーヘッド、35…ねじ
部、50…回転体。

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】シリンダーブロックの内側であってピスト
   ンとの摺接部分の全周に、エンジン本体の各ガス通路に
   それぞれ連通する複数のポートを備えたスリーブを嵌
   め、同スリーブをエンジン本体に対し軸方向に摺動可能
   としたことを特徴とする２サイクルエンジン。
2. 【請求項２】上記スリーブの上端部にシリンダーヘッド
   を結合し、両者を一体で移動可能とした請求項１に記載
   の２サイクルエンジン。
3. 【請求項３】上記シリンダーヘッドの上端部分に、上記
   スリーブと軸心が平行なねじ部を形成し、 このねじ部に、エンジン本体の定位置で回転して上記ね
   じ部を螺進・螺退させる回転体を螺合したうえ、 この回転体を、エンジンの回転速度に応じて回転変位を
   発生する駆動手段に連結した請求項２に記載の２サイク
   ルエンジン。