JPH09203322A - ロータリ弁を備えた過給機付２サイクル機関 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 シリンダーヘッドに備えられたロータリ弁の
弁開時期をコントロールすることによって過給が困難と
される２サイクル機関に過給を行なう事が出来る様にす
ること。 【構成】 期間の主軸と同期して回転するロータリ弁８
をシリンダーヘッド４に備え，排気通路６が開かれた後
にロータリ弁８を開いてロータリ弁８の軸内からこれに
続く弁内掃気通路１０（１０ａ，１０ｂ），燃焼室３を
介して過給機より送られてくる新気をシリンダー１内へ
流入させて掃気すると共に排気通路９が閉鎖された後に
十分に遅らせてロータリ弁８を閉鎖する。ロータリ弁８
の軸内に，この軸の内周面に密接又は接触する制御部１
２を有する回動体１１を備える。制御部１２を回動させ
る事によってロータリ弁８の軸内と燃焼室３との連通開
始時期，即ちロータリ弁８の弁開時期を制御し，過給を
行なうに当ってはロータリ弁８の弁開時期を低速域では
遅く，高速域では早くする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はロータリ弁を備えた過給
機付２サイクル機関に係わり、ロータリ弁の弁開時期を
制御する事によって機関に過給を行なう様にしたものに
関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に２サイクル機関では排気通路及び
掃気通路はシリンダー内周面に開口しており、前者は後
者よりも遅れて閉鎖される為、過給圧が逃げてしまい機
関に過給を行なう事はできなかった。たとえ何らかの方
法により排気通路を掃気通路よりも早く閉鎖したとして
も，低速域では両者が共に開いている期間中に過給圧が
排気通路内へ逃げてしまい、過給を行なう事は困難であ
った。特に過給機としてルーツ型などの機械駆動容積型
過給機を用いた場合はこの傾向は顕著であった。

【０００３】

【発明が解決しょうとする問題点】本発明の目的は，シ
リンダーヘッドに備えられたロータリ弁の弁開時期を制
御する事によって過給が困難とされる２サイクル機関に
低速から高速まで広範囲に亙って過給を行なう事ができ
る様にしたところにある。

【０００４】

【問題点を解決する為の手段】本発明は従来の欠点を解
決する為、機関の主軸と同期して回転するロータリ弁を
シリンダーヘッドに備え、排気通路が開かれた後に前記
ロータリ弁を開いてロータリ弁の軸内からこれに続く弁
内掃気通路、燃焼室を介して新気をシリンダー内へ流入
させて掃気すると共に排気通路が閉鎖された後に十分に
遅らせてロータ弁を閉鎖し、更にロータリ弁の軸内に、
この軸の内周面に密接又は接触する制御部を有する回転
体を備え、前記制御部を回動させる事によってロータリ
弁の軸内と燃焼室との連通開始時期、即ちロータリ弁の
弁開時期を制御し過給を行なうに当っては前記ロータリ
弁の弁開時期を低速域では遅く、高速域では早くする様
に制御したのである。

【０００５】

【作用】シリンダーヘッドにロータリ弁を備え、このロ
ータリ弁の閉時期を排気通路のそれよりも十分に遅らせ
て過給期間を予め設定しておく。ロータリ弁の軸内に、
この軸の内周面に密接又は接触する制御部を有する回動
体を備え、この回動体の制御部を回動させる事によって
ロータリ弁の軸内と燃焼室との連通開始時期を制御し、
ロータリ弁の弁開時期を制御する様にする。過給を行な
うに当ってはロータリ弁の弁開時期を低速域では遅く、
高速域では早くなる様に最適制御すれば新気が排気通路
内へ逃げる事は防止できるから、前記過給期間中に過給
が行なわれる様になる。

【０００６】

【実施例】図１（イ）は本発明によるロータリ弁を備え
た過給機付２サイクル機関の一実施例で、シリンダーヘ
ッド４に備えられたロータリ弁８は機関の主軸（クラン
ク軸）と同期して回転し、チェーン、スプロケット５を
介して機関主軸の回転の１：１の速比で駆動される（１
／２に減速して駆動する事も考えられる）。ロータリ弁
８は互いに向かい合う状態に配置された回転摺動面９を
有しており、軸心に対して回転摺動面９を各々垂直とす
れば、ロータリ弁８の軸にはガス圧によるラジアル荷重
が加わらない。燃焼室３には新気を通すシール装置Ｓが
備えられ、各々を回転摺動面９に密着させる事によって
燃焼室内圧力をシールしており、ロータリ弁８に形成さ
れた弁内掃気通気１０が燃焼室３に連通する事によって
新気を掃気通路７、ロータリ弁８の軸内、燃焼室３を介
してシリンダー１内へ流入させる様にしている。これに
よりシリンダー１内の燃焼ガスは排気通路６から追い出
され、掃気過程が進行してゆく。続くピストン２の上昇
に従って排気通路６が閉鎖されると（この後、ロータリ
弁８も閉鎖される）、シリンダー１内の給気は圧縮さ
れ、上死点付近で点火されて燃焼し、爆発力を発生す
る。これによりピストン２が下降して排気通路６が開か
れると、シリンダー１内の燃焼ガスは排出され、引き続
く掃気過程により前述の如くシリンダー１内が掃気され
るのである。シール装置Ｓは、合い口のないシール筒ａ
（その外周は周囲の壁面との間に若干のギャップを有す
る）とシールリングｂ（その外周は周囲の壁面に張り付
いている）と押圧バネｃとから構成され、シールリング
ｂは合い口が特殊な密閉型合い口のもの（公知である）
を使用する事が望ましい。回転摺動面９の潤滑は新気中
に含まれる油により為される。次にロータリ弁８の軸内
には、この軸の内周面に密接又は接触する制御部１２を
有する回動体１１を備えてある。即ち、回動体の制御部
１２はロータリ弁８の軸の内周面に密接（両者間に微小
ギャップを持たせる）させるか、又は図２（ト）の如く
スリット１６を形成し、これによるバネ作用によりロー
タリ弁８の内周面に軽く接触させる様にしてある。回動
体１１はロータリ弁８と一緒に回転しないが、任意の位
置まで回動させる事によりロータリ弁８の弁開時期を制
御するものである。掃気通路７は過給機（一般にはルー
ツ式の様な容積型であり、遠心式、更には排気ターボ式
も考えられる）に接続しており、空気又は燃料との混合
物が圧送されてくる。以上の構成により具体的に説明す
ると排気通路６はクランク角で例えば下死点前５０°で
開、下死点後５０°で閉、ロータリ弁８は例えば下死点
前３０°で弁開（ロータリ弁８の軸内と燃焼室３との連
通の開始）、下死点後８５°で弁閉（同連通の遮断）と
なっており、排気通路６の閉鎖からロータリ弁８の閉鎖
までの３５°の期間は過給期間として予め設定してお
く。この場合、排気期間は１００°と一見少ないが、シ
リンダー１には従来と異なり排気通路６のみが開口して
いるわけであるから、この開口面積を１．５〜２倍又は
それ以上大きく取る事によって十分な角度面積を与える
事ができる。次に機関の過給時を説明すると、低速域で
は回動体の制御部１２を図１（ロ）の位置まで回動させ
ておくのである。これにより弁内掃気通路１０と燃焼室
３（シール装置Ｓ）との連通が既に開始していても、弁
内掃気通路１０とロータリ弁８の軸内との連通は制御部
１２により遮断されている為、ロータリ弁８の軸内と燃
焼室３との連通開始、即ちロータリ弁８の弁開時期は例
えば下死点後１０°と遅くなり、新気の吹き抜けは防止
される（ロータリ弁８の弁閉時期は変化しない）。この
場合、掃気開始（ロータリ弁開）から排気通路閉鎖まで
はクランク角で４０°であり、排気通路６が閉鎖された
後は３５°の過給期間中に過給が行なわれる様になる。
本発明では新気が燃焼室３側から排気通路６側へ流れる
ユニフロー式であるから、本来的に新気な吹き抜けは少
ない特長がある。機関過給時の中速域では制御部１２は
より右回転方向に回動させた位置にあり、これによりロ
ータリ弁８の弁開時期は早まり、十分な掃気機関が与え
られ、過給も効率的に行なわれる。高速域では制御部１
２はθの範囲に置く様にし、これによりロータリ弁８の
弁開時期は正規の状態（下死点前３０°）となり、効率
良く過給が行なわれる。弁内掃気通路１０とロータリ弁
８の軸内との連通が開始する時の制御部１２による絞り
抵抗を減少させるには、図１（イ）において弁内掃気通
路１０の回動体１１に接続する部分を二点鎖線示の如く
軸方向に拡大すれば良い。ところで図１（ロ）において
弁内掃気通路１０が燃焼室３（シール装置Ｓ）に連通し
てから弁内掃気通路１０がロータリ弁８の軸内へ連通す
るまでの期間、弁内掃気通路１０内の新気は燃焼室３内
の既燃ガスと混合し、掃気作用に悪影響を及ぼす事が考
えられるが、これを防ぐには弁内掃気通路１０内の既燃
ガスと混合する新気の量を何らかの方法で減らすのが良
く、図１（ハ）の如く回動体１１より下流側にある弁内
掃気通路１０を分離壁１４により分割し（１０ａ、１０
ｂに分割）、弁内掃気通路の燃焼室３と連通しながらロ
ータリ弁８の軸内へは連通しない部分の容積を回動体の
制御部１２と分離壁１４とにより分離する事によって小
さく（弁内掃気通路１０の全体の容積から１０ａの容積
まで小さくする）できる様に構成するのが良い。この場
合、図１（ロ）では弁内掃気通路１０がロータリ弁８の
軸内へ連通しても直後は制御部１２による絞り抵抗があ
るから、図示の如く分離壁１４が燃焼室３のロータリ弁
８に接続する部分（シール装置Ｓがある部分）に差し掛
かった時、分離壁１４の遅れ側にある弁内掃気通路１０
ｂが十分に大きな連通断面積を以ってロータリ弁８の軸
内と連通している様に制御部１２を形成（制御部１２の
中心角を小さくする）する事が望ましい。かつこの場
合、分離壁１４が燃焼室３のロータリ弁８に接続する部
分（シール装置Ｓがある部分）を通過する時、図２
（イ）の如く分離壁１４の両側にある弁内掃気通路１０
ａ、１０ｂから新気がシリンダー１内へ流入できる様に
する事が望ましい。図１（ハ）において弁内掃気通路１
０ａが燃焼室３（シール装置Ｓ）に連通する瞬間を図２
（ロ）に示す（ロータリ弁８の軸内との連通は制御部１
２により遮断されている）。本発明を円筒型ロータリ弁
により実施したものを図１（ニ）に示すが、ロータリ弁
８は図示しない排気通路が開かれた後に開かれると共に
この排気通路が閉鎖された後に十分に遅らせて閉鎖する
様にしており、回動体の制御部１２を回動させる事によ
ってロータリ弁８の軸内と燃焼室３との連通開始時期を
制御し、以ってロータリ弁の弁開時期を制御し、過給を
行なうに当ってはロータリ弁８の弁開時期を低速域では
遅く、高速域では早くする様に制御しているのである。
この場合も既に述べた様に図２（ハ）の如く回動体１１
より下流側にある弁内排気通路を分離壁１４により分割
し（１０ａ、１０ｂ分割）、弁内掃気通路の燃焼室３と
連通しながらロータリ弁８の軸内へは連通しない部分の
容積を制御部１２と分離壁１４とにより分離する事によ
って小さくできる様に構成する事が望ましく、かつ分離
壁１４が燃焼室３のロータリ弁８に接続する部分（シー
ル装置Ｓがある部分）に差し掛かった時、分離壁１４の
遅れ側にある弁内掃気通路１０ｂが十分に大きな連通断
面積を以ってロータリ弁８の軸内と連通している様に制
御部１２を形成する事が望ましい。更には図２（ニ）の
如く分離壁１４が燃焼室３のロータリ弁８に接続する部
分（シール装置Ｓがある部分）を通過する時、分離壁１
４の両側にある弁内掃気通路１０ａ、１０ｂから新気が
シリンダー１内へ流入できる様に制御部１２を形成する
事が望ましい。本発明を球面型ロータリ弁により実施し
たものを図１（ホ）に示す。これは基本的には円筒型ロ
ータリ弁によるものと同じであるから、説明は省略す
る。本発明は火花点火機関のみならず図１（ヘ）の如く
圧縮着火機関にも適用する事が可能で、ロータリ弁８と
しては例えば円筒型のものを用いる。１５は燃料噴射弁
で、上死点位置におけるピストン２を二点鎖線で示す。
尚、本発明では排気通路６はシリンダー１の内周面に開
口させる事が好ましいが、図２（ホ）の如くロータリ弁
８自体に形成しておく様にしても良い。図１（ハ）にお
いて、ロータリ弁８を機関主軸の回転の１／２に減速し
て駆動する時のロータリ弁８を図２（ヘ）に示す。図２
（チ）は本発明を多気筒（例えば２気筒）機関に実施し
たもので、多気筒のロータリ弁８の軸内に備えられた回
動体１１は各々を一体とした一体型である。１７は分離
部で、回動体１１に形成されており、ロータリ弁８の軸
内を各気筒用の空間として各々分離するもので、各空間
に燃料噴射弁から各々燃料を供給したり、各空間に気化
器を各々接続させれば、燃料の分配の問題からは解放さ
れる。図３は図１、２において述べた回動体１１を駆動
する方法を示したもので、機関回転速度を検出する回転
速度センサー１８から得た回転速度信号はマイクロコン
ピューター１９に入力され、演算されてサーボモーター
２０に出力信号を送る。この出力信号はマイクロコンピ
ューター１９に予め記憶させた機関回転速度と望ましい
回動体１１の回動量との関係に従うものであり、この出
力信号によりサーボモーター２０は駆動され、ウォーム
ギァ２１を介して機関の過給時には回動体１１を機関回
転速度に応じて最適制御するのである。この場合、図示
しないアクセル開度センサーからの信号もマイクロコン
ピューター１９に入力し、より細かく回動体１１を制御
する様にしても良い。この他、特に図示はしないが、機
関の主軸と共に回転するフライウェイトにより回動体１
１を駆動する方法も考えられる。

【０００７】図４（イ）はロータリ弁を排気用として用
いたもので、ロータリ弁８′は掃気通路７′より先に開
き、排気通路７′より十分に早く閉鎖し、例えばロータ
リ弁８′はクランク角で下死点前８０°で弁開、下死点
後３０°で弁閉、掃気通路７′は下死点前６０°で開、
下死点後６０°で閉となっており、ロータリ弁８′の弁
閉から掃気通路７′の閉鎖までの３０°の期間が過給期
間となっている。ロータリ弁８′の軸内に備えられた回
動体１１′の制御部１２′を回動させる事によりロータ
リ弁８′の弁閉時期（ロータリ弁８′の軸内と燃焼室３
との連通遮断時期）が制御され、過給を行なうに当って
はロータリ弁８′の弁閉時期を低速域では早く（例えば
下死点前２０°）、高速域では遅くする様に制御するの
である。これにより掃気通路７′からの新気はロータリ
弁８′の軸内へ逃げる事がないので、過給が行なわれ
る。この場合も図４（ロ）の如く弁内排気通路１０′を
分離壁１４′により分割し、分離壁１４′が燃焼室３の
ロータリ弁８に接続する部分に差し掛かった時、分離壁
１４′の進み側にある弁内排気通路１０′ａが十分に大
きな連通断面積を以ってロータリ弁８′の軸内と連通し
ている様に制御部１２′を形成する事が望ましく、更に
は分離壁１４′が燃焼室３のロータリ弁８′に接続する
部分を連通する時、分離壁１４′の両側にある弁内排気
通路１０ａ′、１０ｂ′から排気が流出できる様に制御
部１２′を形成する事が望ましい。

【０００８】

【発明の効果】本発明は回動体１１を回動させる事によ
ってロータリ弁８の弁開時期（排気開始時期）を自在に
制御できるので、シリンダー１内を掃気しても排気通路
６内に新気を吹き抜けさせる事がなく、排気通路６が閉
鎖してからロータリ弁８が閉鎖するまでの期間にシリン
ダー１内を大気圧以上に弁圧して従来困難であった２サ
イクル機関の過給を行なう事ができる。従って、機関の
出力、トルクを増大させる事ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるロータリ弁を備えた過給機付２サ
イクル機関の図。

【図２】本発明の各実施態様を示す図である。

【図３】回動体を駆動する装置の図である。

【図４】排気用ロータリ弁を備えた過給機付２サイクル
機関の図。

【符号の説明】

１はシリンダー、２はピストン、３は燃焼室、４はシリ
ンダーヘッド、５はスプロケット、６は排気通路、７は
掃気通路、８はロータリ弁、９は回転摺動面、１０・１
０ａ・１０ｂは弁内掃気通路、１１は回動体、１２は制
御部、１３は軸、１４は分離壁、１５は燃料噴射弁、１
６はスリット、１７は分離部、１８はセンサー、１９は
マイクロコンピューター、２０はサーボモーター、２１
はウォームギァ、ａはシール筒、ｂはシールリング、ｃ
は押圧バネ、８′はロータリ弁、１０′・１０′ａ・１
０′ｂは弁内排気通路、１１′は回動体、１２′は制御
部、１４′は分離壁、７′は掃気通路である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 新気によって既燃ガスを追い出す掃気過
   程を有する過給機付２サイクル機関において、機関の主
   軸の同期して回転するロータリ弁をシリンダーヘッドに
   備え、排気通路が開かれた後に前記ロータリ弁を開いて
   ロータリ弁の軸内からこれに続く弁内掃気通路，燃焼室
   を介して過給機より送られて来る新気をシリンダー内へ
   流入させて既燃ガスを掃気すると共に排気通路が閉鎖さ
   れた後に十分に遅らせてロータリ弁を閉鎖する様に構成
   し、更に前記ロータリ弁の軸内に，この軸の外周面に密
   接又は接触する制御部を有する回動体を備え、前記回動
   体の制御部を回動させる事によってロータリ弁の軸内と
   燃焼室との連通開始時期を制御し、以ってロータリ弁の
   弁開時期を制御し、機関に過給を行なうに当っては前記
   ロータリ弁の弁開時期を低速域では遅く，高速域では早
   くする様に制御した事を特徴とするロータリ弁を備えた
   過給機付２サイクル機関。
2. 【請求項２】 回動体より下流側にある弁内掃気通路を
   分離壁により分割し、前記弁内掃気通路の燃焼室と連通
   しながらロータリ弁の軸内へは連通しない部分の容積を
   回動体の制御部と分離壁とにより分離する事によって小
   さくできる様に構成した請求項１記載のロータリ弁を備
   えた過給機付２サイクル機関。
3. 【請求項３】 分離壁が燃焼室のロータリ弁に接続する
   部分に差し掛かった時、前記分離壁の遅れ側にある弁内
   掃気通路が十分に大きな連通断面積を以ってロータリ弁
   の軸内と連通している様に回動体の制御部を形成した請
   求項２記載のロータリ弁を備えた過給機付２サイクル機
   関。
4. 【請求項４】 分離壁が燃焼室のロータリ弁に接続する
   部分を通過する時，前記分離壁の両側にある弁内掃気通
   路から新気がシリンダー内へ流入できる様に回動体の制
   御部を形成した請求項３記載のロータリ弁を備えた過給
   機付２サイクル機関。