JPH0718341B2 - ２サイクルエンジンの排気時期制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明はエンジンの排気時期制御装置に係わり、特に、
２サイクルエンジンに用いられる排気時期制御装置に関
するものである。

「従来の技術」 一般に、車両等に用いられているエンジンは、低速走行
時（低回転時）における動力特性に重点をおいた低回転
型と、高速走行時（高回転時）における動力特性に重点
をおいた高回転型とに大略２分されており、前者は、エ
ンジン出力のピークが低回転域において得られるよう
に、また、後者は、エンジン出力のピークが高回転域に
おいて得られるようになっているが、前者の場合には、
高回転域での出力が頭打ちとなり、後者の場合には、低
回転域での出力が前者に比して低くなってしまうといっ
た特性をも合わせ持っている。

そこで、高回転域での高い出力を維持しつつ、低中回転
域での出力を高めることにより、低速走行時（低中回転
時）から高速走行時（高回転時）に至る広い回転域で動
力特性を向上させることが検討されており、その具体的
な解決手段の一例として、低回転時と高回転時とで、エ
ンジンの排気時期を変化させることが挙げられている。

ところで、２サイクルエンジンにおいては、その排気操
作が、ピストンの下死点側への移動によって排気ポート
が開放されて、排気通路とシリンダ内部とが連通させら
れることによって行なわれることから、前述したように
排気時期を変化させるためには、排気ポートの上縁（以
降、ピストンの上死点側を上とし、下死点側を下とす
る）の位置を、ピストンの移動方向に沿って変化させる
必要がある。

そこで従来では、排気ポート上部の開閉を行なうための
具体的な解決手段として、例えば、特公昭47-36047号公
報や、実公昭58-36818号公報に示される技術が既に提案
されている。

前者は、排気通路の排気ポート近傍に配設した円弧状の
可動板を、前記排気通路内に位置させた揺動レバーによ
って支持し、前記可動板をレバーの揺動によって、ピス
トンの移動方向に沿って上下動させることにより、該可
動板を排気ポートの上部と、排気通路の内壁下部に形成
した凹所とのいずれかに選択的に位置させて、排気ポー
トの上端縁の位置変更を行なうようにしたもので、ま
た、後者は、断面半月状の制御弁を排気ポートの上部近
傍に回動自在に配設し、該制御弁の回動により、その外
周面の一部を前記排気ポートの上部に突出および後退さ
せて排気ポート上部の開閉を行なうことによって、ピス
トンの下降動作時における排気通路とシリンダ内部との
連通時期を変化させるようにしたものである。

「発明が解決しようとする問題点」 本発明は、前述した従来の技術における次のような問題
点を解決せんとするものである。

すなわち、２サイクルエンジンにおいては、排気ポート
の上部を閉塞して排気時期を遅くした場合、その分、圧
縮工程の開始時期が早められて、圧縮比が高められると
ともに発生トルクが増加する傾向を有しているが、前述
した従来技術のように、エンジンが低回転域で運転され
ている間、可動板や制御弁によって排気ポートの上部を
閉塞した状態に保持しておくと、アイドル回転域での新
気交換率が低下する（排気チャンバは高速出力特性向き
にセッティングされているため、特に低回転域での新気
交換率が低くなる）。これにより、アイドル回転数域で
の不整燃焼および回転変動が大きくなるという問題点で
ある。

このような問題点は、特に単気筒や90度のＶ型２気筒の
２サイクルエンジンにおいて顕著に現れる。

一方、このような問題点を解消するための一手段とし
て、前記クランクシャフトに取り付けられるフライホイ
ールの慣性質量を大きくすることが挙げられるが、この
方法であると、エンジンの回転を滑らかにする場合に、
前記フライホイールの質量増加に伴うクランク系の慣性
質量が増加し、エンジンの応答性を低下させてしまうこ
とから、さらなる改善が必要とされる。

「問題点を解決するための手段」 本発明は、前述した従来の問題点を有効に解消し得る２
サイクルエンジンの排気時期制御装置を提供せんとする
もので、該排気時期制御装置は、特に、排気ポート近傍
の排気通路の上部壁に取り付けられて、前記排気ポート
の上部の開閉をなす制御弁と、該制御弁を開閉駆動する
アクチュエータと、前記２サイクルエンジンの回転数を
検出する回転数検出手段と、該回転数検出手段からの出
力信号に基づき、前記２サイクルエンジンの回転数がア
イドリング回転数付近の低回転域にある場合には、前記
制御弁を開方向へ作動させ、前記低回転域以上の中回転
域に至った場合には、前記制御弁を閉方向へ作動させ、
該中回転域以上の高回転域に至った場合には、前記制御
弁を開方向へ作動させるべく、前記アクチュエータへ駆
動信号を出力する制御ユニットとからなることを特徴と
する。

「作用」 本発明に係わる２サイクルエンジンの排気時期制御装置
は、前述した構成とすることにより、エンジンがアイド
リング回転数付近の低回転域において運転させられてい
る場合には、排気時期を制御する制御弁を開方向へ作動
させておくことにより、エンジンの圧縮比を下げてクラ
ンクシャフトのトルク（回転）の変動を抑え、また、爆
発間隔が狭められて、前述したトルク変動の影響が微少
となる回転域に至った時点で制御弁を閉方向に作動させ
て出力特性を向上させ、さらに、高回転域に至った場合
においては制御弁を開方向に作動させて高回転域におけ
る出力特性を向上させるものである。

「実施例」 以下、本発明の一実施例を図面に基づき説明する。

第１図および第２図は、本実施例に係わる排気時期制御
装置が適用された２サイクルエンジンの要部を示すもの
で、該２サイクルエンジン１は、筒状のシリンダブロッ
ク２と、該シリンダブロック２に取り付けられて燃焼室
３を形成するシリンダヘッド４と、前記シリンダブロッ
ク２内に摺動自在に嵌装されたピストン５と、前記シリ
ンダブロック２のピストン５の摺動面に開口するととも
に、前記ピストン５の摺動に伴って開閉させられる複数
の掃気ポート６および単一の排気ポート７と、前記掃気
ポート６および排気ポート７のそれぞれに連続して、前
記シリンダブロック２の周壁内に形成された掃気通路８
および排気通路９とを備えており、該排気通路９の上部
壁で前記排気ポート７の近傍に、本実施例に係わる排気
時期制御装置10が設けられている。

該排気時期制御装置10は、第１図に示すように、前記排
気通路９の上部壁に取り付けられて、前記排気ポート７
上部の開閉をなす制御弁11と、第２図に示すように、該
制御弁11を開閉駆動するアクチュエータ12と、該アクチ
ュエータ12の作動量を制御する制御ユニット13とを備
え、該制御ユニット13には、前記２サイクルエンジン１
の回転数を検出する回転数検出手段14が取り付けられて
いて、該回転数検出手段14からの出力信号に基づき、前
記２サイクルエンジン１の回転数がアイドリング回転数
付近（例えばアイドリング回転数を含む数1000回転の範
囲内）の低回転域にある場合には、前記制御弁11を開方
向へ作動させ、前記低回転域以上の中回転域に至った場
合には、前記制御弁11を閉方向へ作動させ、該中回転域
以上の高回転域に至った場合には、前記制御弁11を開方
向へ作動させるべく、前記アクチュエータ12へ駆動信号
を出力するようになっている。

次いで、これらの詳細について説明すれば、前記排気通
路９の上部壁には、第１図および第２図に示すように、
排気ポート７の近傍から下流側へ向かって所定距離、排
気通路９内に開口する凹部15が形成されているととも
に、該凹部15の下流側の端部を貫通するように、シリン
ダブロック２の中心線と直交する方向に沿う回動軸16が
取り付けられ、また、排気ポート７から下流側へ向かっ
て、該排気ポート７および排気通路９をシリンダブロッ
ク２の周方向に２分割するリブ17が設けられている。

前記制御弁11は、第１図および第２図に示すように、ほ
ぼ板状に形成されているとともにシリンダブロック２の
周方向に２分割され、それぞれの一端部が、前記回動軸
16に相対回動が拘束された状態で連結されることによ
り、前記リブ17の両側に配設され、かつ、該回動軸16の
所定角度の範囲内における往復回動によって、該回動軸
16を中心として同期して揺動させられるようになってい
る。そして、該制御弁11は、第１図に鎖線で示すよう
に、上方の揺動限度まで揺動させられた状態において、
前記凹部15内に収納されるようにその形状が設定され、
また、揺動側の端部は、前記シリンダブロック２のピス
トン５の摺動面とほぼ同等の曲率で湾曲させられてお
り、下方の揺動限度まで揺動させられた状態において、
第２図に示すように、燃焼室３の内面とほぼ連続させら
れるようになっている。さらに、前記制御弁11の揺動中
心側の端部は、前記凹部15の内壁面との間にシール機能
を発生させ、かつ、制御弁11自体の揺動動作を許容し得
る程度の隙間を形成するようになされ、また、前記凹部
15内に収納された状態において、その下面が、前記排気
通路９の内面に連続する湾曲面となされている。

したがって、このように形成された制御弁11は、凹部15
から突出させられて下方の揺動限度に位置させられた状
態において、前記排気ポート７の上部を閉塞し、また、
上方の揺動限度に位置させられた状態において、排気ポ
ート７の上部を開放して、該排気ポート７と燃焼室３と
の間隔を変化させるようになっている。

一方、前記回動軸16は、一端部がシリンダブロック２の
壁を貫通して外部へ突出させられており、その突出させ
られた部分に、前記アクチュエータ12が連結されてい
る。

すなわち、前記回動軸16の一端部には、ワイヤドラム18
が一体に取り付けられており、該ワイヤドラム18に巻回
されたワイヤ19を介してアクチュエータ12が連結されて
いる。

該アクチュエータ12は、例えば、サーボモータが用いら
れ、前記シリンダブロック２やその他のエンジン構成
体、あるいは、車体フレームのシリンダブロック２の近
傍に取り付けられる。そして、その制御された回転によ
り、前記ワイヤ19およびワイヤドラム18を介して前記回
動軸16（すなわち制御弁11）を所定角度の範囲内で、回
動あるいは揺動させるようになっている。

前記制御ユニット13に接続された回転数検出手段14は、
例えば、２サイクルエンジン１のクランクシャフト（図
示略）に取り付けられたパルスジェネレータであって、
２サイクルエンジン１の回転数に応じたパルスを発生す
るとともに、該パルス数に比例した電気信号を後段の制
御ユニット13に出力するようになっている。

該制御ユニット13は、アイドル回転数を含む数1000回転
の範囲の下限のエンジン回転数Ａおよび上限のエンジン
回転数Ｂ、中回転域の上限を設定するエンジン回転数
Ｃ、および、高回転域の下限を設定するエンジン回転数
Ｄが予め入力されており、前記回転数検出手段14からの
情報に基づき、第３図に示すように、エンジンが、回転
数Ａ未満である場合には、制御弁11を全閉位置に位置さ
せるべくアクチュエータ12に駆動信号を出力し、回転数
Ａ以上回転数Ｂ未満の範囲内にある場合に、前記制御弁
11を全開位置と全閉位置との間の中間位置に位置させる
べく、前記アクチュエータ12に駆動信号を出力し、ま
た、回転数Ｂ以上回転数Ｃ未満の範囲内にある場合に、
制御弁11を全閉位置に位置させるべく駆動信号を出力
し、さらに、回転数Ｃ以上回転数Ｄ未満にある場合に、
その回転数に比例した制御弁11を全閉位置から全開位置
へ向けて移動させるとともに、回転数Ｄ以上に至った際
に、制御弁11を全開位置に位置させるべく、前記アクチ
ュエータ12へ駆動信号を出力するようになっている。

そして、前記エンジン回転数Ｃは、前記２サイクルエン
ジン１を例えば自動二輪車に適用する場合においては、
一般の市街地走行で多用される回転数の上限で約5000〜
7000rpmである。

さらに、本実施例では、２サイクルエンジン１の始動後
においてエンジンの回転数がアイドル回転数以上の回転
数Ｘに至った時点で、制御弁11を１度全開位置まで往復
させるようになっている。この回転数Ｘは、前記アイド
ル回転数とごく近い値に設定される。

しかしてこのように構成された本実施例の排気時期制御
装置10の作動について、第４図のフロー図を参照して説
明すれば以下のとおりである。

２サイクルエンジン１が停止状態にある場合には、制御
弁11は全閉位置に位置させられているとともに、排気ポ
ート７の上部を閉塞した状態に保持されている。

これにより、２サイクルエンジン１が始動させられる
と、該２サイクルエンジン１の回転数が回転数検出手段
14によって検出されるとともに、該回転数の情報が電気
信号に変換されて回転数検出手段14から連続して制御ユ
ニット13出力される。

始動後における２サイクルエンジン１の回転数がアイド
リング回転数以上に至ると、制御ユニット13からアクチ
ュエータ12へ駆動信号が出力されて、該アクチュエータ
12により制御弁11が一旦全開位置まで移動させられたの
ちに、閉方向へ向けて移動させられる。

このような制御弁11の往復動により、前記制御弁11に付
着したカーボンが、制御弁11と前記凹部15の内面との摺
接によって強制的に掻き落とされる。

このようにして制御弁11の往復動がなされたのちに、２
サイクルエンジン１の回転数が回転数Ａ〜回転数Ｂの低
回転域にある場合、この情報が回転数検出手段14から制
御ユニット13へ出力されるとともに、制御ユニット13か
らアクチュエータ12へ駆動信号が出力されることによ
り、前記制御弁11が全閉位置と全開位置との間の中間位
置に揺動させられる。このように、低回転域において、
制御弁11が中間位置に位置させられると、排気ポート６
の上縁が上死点側に変位させられて圧縮比が減少させら
れることになり、この結果、アイドル回転域付近での新
気交換率が向上し、不整燃焼およびこれに伴うトルク変
動が減少させられる。そして、低回転域において制御弁
11を中間位置に保持するのは、前述したように圧縮比を
下げてトルク変動を小さくすることと、低回転域におい
て制御弁11を全開にして高速回転側にセットした場合、
燃焼音が大きくなる傾向があり、この燃焼音を極力小さ
くすることとの兼合いで設定されるものである。

さらに、２サイクルエンジン１が前述した低回転域から
回転数Ｂ〜Ｃの間の通常走行時に多用される中回転域に
至ると、回転数検出手段14からの信号に基づき、制御ユ
ニット13からアクチュエータ12へ駆動信号が出力され
て、前記制御弁11が全閉位置に揺動させられる。これに
よって、トルク変動に与える影響が小さい爆発間隔に至
った時点で、排気時期が適切な状態となされて、通常走
行時における回転の変動が抑制されるとともに出力特性
の向上が図られる。

一方、２サイクルエンジン１の回転が、前記中回転域の
上限回転数Ｃを越えた場合には、高回転域の下限回転数
Ｄに至る間に、制御弁11が全閉状態から徐々に開放され
て、前記回転数Ｄに至った時点で全開位置に保持され、
２サイクルエンジン１の排気時期が高回転域において適
正な状態となされる。

以上の操作を２サイクルエンジン１の回転数に対応して
行なうことにより、低回転域から高回転域に至る広い回
転域で出力特性の向上が図れるとともに、特に、爆発間
隔が長いトルク変動の影響の出やすい回転域である、ア
イドリング回転数を含む数1000回転の低回転域でのトル
ク変動すなわち回転変動を抑制し、かつ、本実施例で
は、低回転域での制御弁11の開度を中間開度としている
ことから、爆発音の低減が図られる。

一方、２サイクルエンジン１の回転が前述した低回転域
にある場合に、前記制御弁11がカーボンが最も付着しや
すい条件下に置かれるが、本実施例では、高回転域ある
いは中回転域から回転数Ｂ未満の低回転域に下降した場
合に、制御弁11が全閉位置を経て中間開度まで揺動させ
られるから、運転中における制御弁11の揺動回数が増加
させられ、この結果、制御弁11に付着したカーボンの掻
き落とし作用が向上させられる。したがって制御弁11の
作動の円滑性が常時確保され、高精度の排気時期の制御
が可能となる。

なお、前記実施例において示した各構成部材の諸形状や
寸法等は一例であって、適用する２サイクルエンジン１
の種類や設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、前記各回転域の範囲を設定する回転数は、車両
や２サイクルエンジン１の仕様等により変更されるもの
であり、また、制御弁11の中間開度における保持位置
も、２サイクルエンジン１の工程容積を決定するシリン
ダ内径と工程距離との兼合い等により変更され得るもの
である。さらに、前記回転数の検出は、２サイクルエン
ジンの点火パルスを検出することによっても行なうこと
ができ、また、アクチュエータは電気的な制御によるも
のに限定されるものではなく、流体圧、例えば、空気圧
を利用したものであってもよい。

「発明の効果」 以上説明したように、本発明に係わる２サイクルエンジ
ンの排気時期制御装置は、２サイクルエンジンの排気ポ
ートと燃焼室との距離を変化させて、該排気ポートに連
続して形成された排気通路と前記シリンダの内部との連
通時期を変化させるようにした排気時期制御装置であっ
て、前記排気通路の上部壁に取り付けられて、前記排気
ポートの上部の開閉をなす制御弁と、該制御弁を開閉駆
動するアクチュエータと、前記２サイクルエンジンの回
転数を検出する回転数検出手段と、該回転数検出手段か
らの出力信号に基づき、前記２サイクルエンジンの回転
数がアイドリング回転数付近の低回転域にある場合に
は、前記制御弁を開方向へ作動させ、前記低回転域以上
の中回転域に至った場合には、前記制御弁を閉方向へ作
動させ、該中回転域以上の高回転域に至った場合に、前
記制御弁を開方向へ作動させるべく、前記アクチュエー
タへ駆動信号を出力する制御ユニットとからなることを
特徴とするもので、低回転域から高回転域に至る広い回
転域で出力特性の向上を図ることができるとともに、特
に、爆発間隔が長いトルク変動の影響の出やすい回転域
であるアイドリング回転数付近の低回転域での圧縮比を
下げるとともに新気交換率を高めて、２サイクルエンジ
ンのトルク変動を抑制し、この結果、低回転域から高回
転域まで高い出力特性を維持しつつ、円滑な作動状態を
維持することができる等の優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示すもので、第１図は一実施
例が適用された２サイクルエンジンの要部を示す縦断面
図、第２図は第１図のII-II線に沿う矢視断面図、第３
図は制御弁の作動時期とエンジン回転数との対応を示す
図、第４図はフロー図である。 １……２サイクルエンジン、５……ピストン、７……排
気ポート、９……排気通路、10……排気時期制御装置、
11……制御弁、12……アクチュエータ、13……制御ユニ
ット、14……回転数検出手段、15……凹部、16……回動
軸、18……ワイヤドラム、19……ワイヤ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】２サイクルエンジンの排気ポートと燃焼室
   との距離を変化させて、前記排気ポートに連続して形成
   された排気通路と前記シリンダの内部との連通時期を変
   化させるようにした排気時期制御装置であって、前記排
   気通路の上部壁に取り付けられて、前記排気ポートの上
   部の開閉をなす制御弁と、該制御弁を開閉駆動するアク
   チュエータと、前記２サイクルエンジンの回転数を検出
   する回転数検出手段と、該回転数検出手段からの出力信
   号に基づき、前記２サイクルエンジンの回転数がアイド
   リング回転数付近の低回転域にある場合には、前記制御
   弁を開方向へ作動させ、前記低回転域以上の中回転域に
   至った場合には、前記制御弁を閉方向へ作動させ、該中
   回転域以上の高回転域に至った場合に、前記制御弁を開
   方向へ作動させるべく、前記アクチュエータへ駆動信号
   を出力する制御ユニットとからなることを特徴とする２
   サイクルエンジンの排気時期制御装置。