JPH0968015A - ２サイクル機関のロータリ弁装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 排気通路や掃気通路の開閉時期設定に自由度
を与えて，出力低下を伴なう事なく新気の素通り損失を
減少させ、２サイクル特有の不整燃焼を解消すると共に
シリンダーの剛性を高める事のできる構造を提供するこ
と。 【構成】 互いに向かい合う状態に配置されると共に各
々軸にしっかりと剛性的に固定された回転摺動面１１，
１２を有するロータリ弁１０をシリンダーヘッド４に備
える。シール手段Ｓ，Ｓ′を回転摺動面１１，１２に各
々密着させる如く燃焼室３側に備える。機関の主軸と同
期して回転するロータリ弁１０の回転に従ってロータリ
弁１０に形成された弁内連通路１３，１４（１３′，１
４′）をシール手段Ｓ，Ｓ′に各々連絡させる。これに
より図１（イ）では新気を流入させて既燃ガスを掃気す
る様にする。図１（ニ）ではシリンダー１内の既燃ガス
を弁内連通路１３′，１４′を介して排出する様にす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は２サイクル機関のロータ
リ弁装置に係わり、掃気通路又は排気通路の開閉時期設
定と自由度を与えて、新気の素通りを抑止したものに関
する。

【０００２】

【従来の技術】一般に２サイクル機関では掃気通路や排
気通路はシリンダー内周面に開口してており、それらの
開閉時期は下死点位置を挟んで対称となる特徴があり
（例えば排気通路、掃気通路の開時期を各々下死点前８
０゜，６０゜とすれば、閉時期は各々必然的に下死点後
８０゜，６０゜となる）、新気の素通りは避けられな
い。新気の素通りを抑止するには出来る限り早目に排気
通路を閉じたり、出来る限り遅く掃気通路を開く事であ
るが、これらは排気や掃気期間の不足となって現われて
くる為、出力低下を招く。高出力機関ほど排気通路や掃
気通路を早目に開く必要があり、従って多量の新気の素
通りを伴ない、燃費や排ガス特性を悪化させていた。
又、２サイクル機関では低負荷域では多量の既燃ガスが
存在し、不快な不整燃焼を伴ない、排気通路や掃気通路
がシリンダーの剛性を下げるなどの欠点があった。

【０００３】

【発明が解決しようとする問題点】本発明の目的は、排
気通路や掃気通路の開閉時期設定に自由度を与えて出力
低下を伴なう事なく新気の素通り損失を減少させ、２サ
イクル機関特有の不整燃焼を解消すると共にシリンダー
の剛性を高める事のできる構造を提供しようとしたもの
である。

【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、互いに向かい合う状態に配置されると共に各
々軸にしっかりと剛性的に固定された回転摺動面を有す
るロータリ弁をシリンダーヘッドに備え、更にシール手
段を前記各々の回転摺動面に密着させる如く各々燃焼室
側に備えて燃焼室内圧力をシールし、機関の主軸と同期
して回転するロータリ弁の回転に従ってロータリ弁に形
成された弁内連通路が前記各々のシール手段に各々連絡
する事によって、前記各々の弁内連通路を介してシリン
ダー内に新気を流入させて既燃ガスを掃気するか又はシ
リンダー内な既燃ガスを前記各々の弁内連通路を介して
排出する様に構成したのである。

【０００５】

【作用】シリンダーヘッドに備えられた弁は機関の主軸
によりチェーン、スプロケット等を介して同期的に駆動
される。ロータリ弁の各回転摺動面に密着するシール手
段が燃焼室側に各々備えられているから、燃焼室内圧力
は確実にシールされる。更にロータリ弁に形成された弁
内連通路が前記各々のシール手段に各々連絡する事によ
って、前記各々の弁内連通路を介してシリンダー内に新
気を流入させて既燃ガスを掃気するか又はシリンダー内
の既燃ガスを前記各々の弁内連通路を介して排出する様
に構成してある。ロータリ弁の開閉時期はピストン位置
とは無関係に自由に設定する事ができる。従って、排気
通路又は掃気通路の開閉時期は下死点を挟んで非対称と
する事が可能で、排気期間や掃気期間の減少を伴なう事
なく排気通路を早目に閉じたり、掃気通路を遅く開いた
りする事ができるから、新気の素通りは抑止される。
又、本発明では掃気時の流れが一方向のユニフロー式と
なるから、燃焼室内における燃料の分布が偏り、燃料の
多く分布した部分に点火栓を置く事により着火性を大幅
に改善する事ができる。更に本発明では排気通路又は掃
気通路がシリンダーヘッド側に移るから、シリンダーの
剛性は極めて高くなる。

【０００６】

【実施例】図１は本発明による２サイクル機関のロータ
リ弁装置の一実施例で、先ず図１（イ）においてシリン
ダーヘッド４に備えられたロータリ弁１０は互いに向か
い合う状態に配置された回転摺動面１１，１２を有して
おり、各々軸にしっかりと剛性的に固定されている（図
では回転摺動面１１，１２を軸心に対して垂直としてあ
る）。１はシリンダー，２はピストンで、ロータリ弁１
０は機関の主軸（クランク軸）により例えばチェーン，
スプロケット５を介して駆動され、機関の主軸と同期し
て回転する。６，７はロータリ弁１０を支持する軸受
（転がり軸受）で、オイルシールを備えている。ロータ
リ弁１０は通常は軸受６，７で支持するが、図示の如く
回転摺動面１１，１２を軸心に対して垂直とする場合は
ロータリ弁１０は燃焼室内ガス圧によるラジアル荷重が
加わらないから、ロータリ弁１０や軸の外周を囲むシリ
ンダーヘッド４の内壁面を滑り軸受として支持する様に
しても良い。尚、シリンダーヘッド４はロータリ弁１０
の組み付けの関係上、Ａ−Ａ′線で分割されている。燃
焼室３側には新気を通すシール手段Ｓ，Ｓ′が備えら
れ、各々を回転摺動面１１，１２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１０に形
成された弁内連通路１３，１４がシール手段Ｓ，Ｓ′に
各々連絡する事によって（掃気通路９を開く）弁内連通
路１３，１４を介して新気をシリンダー１内へ流入させ
る様にしている。図１（ロ）はこれをわかり易くする
為、ロータリ弁１０の軸方向から見て略図的に示したも
のである（図はロータリ弁１０を機関主軸の回転の１／
２に減速して、駆動する例であるが、１／１の等速駆動
の場合は図１（ハ）の様になる）。この時、シール手段
Ｓ，Ｓ′を通った新気は互いに合流してシリンダー１内
へ向かう様にし（流れを太くする）、掃気効率を高める
様にする。この様に新気がシリンダー１内に流入する
と，シリンダー１内の既燃ガスは排気通路８（図面より
手前のシリンダー内周面に開口している）から追い出さ
れ、掃気過程が終了する。続くピストン２の上昇に従っ
て排気通路８が閉鎖されると（シール手段Ｓ，Ｓ′と弁
内連通路１３，１４との各間の連通も遮断）シリンダー
１内の新気は圧縮され、上死点付近で点火栓により点火
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８が開かれると，シリンダー１内
の燃焼ガスが排出され、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。シリンダー
１内に供給される新気は気化器等から例えばリード弁を
介して図示しないクランク室内に導入され、掃気通路９
を経て弁内連通路１３，１４まで導びかれる。尚、シリ
ンダー１内に供給される新気は予圧しておく必要があ
り、通常はクランク室を利用するが、掃気ポンプ（ルー
ツ型など）を別に備える場合は、掃気通路９はこの掃気
ポンプに接続させるのである。以上により毎回転爆発力
が得られる。次にシール手段Ｓ（Ｓ′）は合い口のない
シール体１５（１５′）とシールリング１６（１６′）
とこれらを回転摺動面１１（１２）に押圧するバネ１７
（１７′）とにより構成されており、シール手段Ｓ
（Ｓ′）の軸方向遊びを僅かにすれば燃焼室内圧力上昇
により容易に回転摺動面１１（１２）に密着するから、
バネ１７（１７′）は不要となる。シールリング１６
（１６′）は図２（イ）又は（ロ）の如く合い口が特殊
な密閉型合い口のものを使用する事が望ましく（公知で
ある）、その外周は正確に加工された対応壁面に張り付
いている。又、シール体１５（１５′）は回転摺動面１
１（１２）の面振れ等に正しく追随して密着する必要が
ある為、その外周と対応壁面との間には若干のギャップ
が与えられている。シール手段Ｓについては図２（ハ）
の如くシール体１５とダイアフラムシール１８とを用
い、ダイアフラムシール１８自身の弾性力によりシール
体１５を回転摺動面１１に密着させてシールしても良
く、図２（ニ）の如くシール体１５の外周にシールリン
グ１９を嵌め込み、回転摺動面１１に密着させてシール
しても良い。シール体１５の強度、即ち肉厚を十分に確
保しながらガス圧によりシール体１５が回転摺動面１１
に押し付けられる押圧力を減らすには、図２（ホ）の如
くシール体１５に面取りを施こす事が考えられる（面取
りに相当する分だけシール体１５の有効受圧面積が減る
故）。尚、シール体１５は必要ならば図２（ヘ）の如く
鍔２０を形成しておいても良い。ところでシール体１５
はロータリ弁１０の回転により自身も回転しようとする
から、必要ならば図２（ト）の如く突起部２１を形成
し、廻り止め処置を行なっても良い。以上はシール手段
Ｓ′についても同様である。シール手段Ｓ（Ｓ′）と回
転摺動面１１（１２）との間の潤滑については２サイク
ル機関では一般に新気中に潤滑油が含まれている為、こ
れによって為される。

【０００７】図１（イ）ではロータリ弁１０を掃気用と
して使用したが、図１（ニ）の如く排気用として使用す
る事もできる。即ち図１（ニ）においてロータリ弁１０
は機関主軸と同期して回転し（図では１／２に減速して
駆動）、ピストン２の下降に従って燃焼室内圧力が十分
に膨張したら、ロータリ弁１０に形成された弁内連通路
１３′，１４′がシール手段Ｓ，Ｓ′に各々連通し（排
気通路８′を開く）、弁内連通路１３′，１４′を介し
てシリンダー１内の既燃ガスを排出し、続く掃気過程に
よって掃気通路９′から流入する新気により更に既燃ガ
スが弁内連通路１３′，１４′を介して追い出され、掃
気されるのである。ピストン２の上昇に従って弁内連通
路１３′，１４′とシール手段Ｓ，Ｓ′との各間の連通
が遮断されると（掃気通路９′も閉鎖）シリンダー１内
の新気は圧縮され、ピストン２の上死点付近で点火され
て燃焼し，爆発力を発生する。かくしてピストン２を押
し下げるのである。回転摺動面１１，１２に密着させる
如く燃焼室３側に備えられたシール手段Ｓ，Ｓ′は既に
説明した構造のものであるが、排出される既燃ガスから
の熱害を避ける為、通路の外側に備える事が望ましい。
この場合、シール手段Ｓ，Ｓ′をＡｌ合金や銅合金など
の熱伝導率の高い材料を使用すれば各部の温度は下り、
圧縮比を高める事ができる。又、シール手段Ｓ，Ｓ′と
回転摺動面１１，１２との各間の潤滑は負荷等に応じて
計量されたメータリングポンプ（図示せず）からの潤滑
油を供給する事により行なう様にする。

【０００８】図３は本発明における各種実施態様を示し
たもので、先ず図３（イ）は図１（イ）における掃気通
路９を高い位置まで上げ、回転摺動面１１，１２を経て
弁内連通路１３，１４に連絡する様にしたものである。
この場合、図示の如くシールリング２２を回転摺動面１
１，１２に密着させる様に備えれば、弁内連通路１３，
１４はクランク室圧縮比の計算要素とはならないから、
高圧縮比を採用する事ができる。図３（ロ）は各々の弁
内連通路１３，１４にクランク室から独立的に分岐して
きた掃気通路９を接続をさせものであり、図３（ハ）は
ロータリ弁１０の軸内部へ掃気通路９が接続する様した
ものである。尚、図３（ロ）では掃気通路９を二点鎖線
示の如くロータリ弁１０の端面に連絡させても良い（図
３（イ）と同様のシールリング２２を使用する事ができ
る）。次に図４（イ）は図１（イ）における掃気通路９
に絞り弁２３を備えたもので、この絞り弁２３により掃
気通路９が絞られている時は掃気がゆっくりと行なわれ
る為、新気の素通りはより完全に抑止されるのである。
この絞り弁２３は機関の負荷、回転速度などの運転状態
に応じて制御する様にする。例えば、絞り弁２３をアク
セルペダルや二点鎖線示の如く駆動装置２４により駆動
する様にするのである。駆動装置２４は例えばダイアフ
ラム装置が用いられ、アクセルペダルの開度や機関回転
速度がある一定値以上になったら（電気信号として取り
出すのが良い）クランク室内の圧力が導入され、絞り弁
２３を開く様に制御する（これらは公知技術であるか
ら、詳しくは説明しない）。いずれにせよ絞り弁２３は
高負荷、高速回転域では全開をさせなければならない。
以上の如く絞り弁２３により低負荷域ではもちろん、高
負荷・低速域における新気の素通りが完全に抑止され
る。本発明では回転摺動面１１，１２を図４（ロ）の如
く円錐面状とする事もできるが（更には球面状も考えら
れる）、シール手段Ｓ，Ｓ′を通った新気が互いに合流
して（流れを太くする）シリンダー１内に向かう様に構
成し、高い掃気効率が得られる様に留意する必要があ
る，この場合、ロータリ弁１０が受けるラジアル荷重は
回転摺動面１１，１２の傾斜角に相当する分力として現
われてくる為、円筒型よりは小さく、摩擦損失も少ない
（図１（イ）の如く回転摺動面１１，１２を軸心に対し
て垂直とすればラジアル荷重は原則として受けない）。
図４（ロ）も図１（イ）の場合もシール手段Ｓ，Ｓ′の
外径を互いに等しくして、ロータリ弁１０にスラストが
加わらない様にする事が望ましい。図４（ハ）はシール
手段Ｓ，Ｓ′間の距離がシリンダー１のほぼ直径程度と
大きくしたもので、シール手段Ｓ，Ｓ′を通った新気は
互いに衝突・合流して極く太い流れとなってシリンダー
１に向かう様になっている。

【０００９】

【発明の効果】本発明ではシリンダーヘッド４にロータ
リ弁１０を備えている為、ピストン位置とは無関係に自
由に排気通路や掃気通路の開閉時期を設定する事ができ
る。従って、排気期間や掃気期間の減少を伴なう事なく
排気通路を早目に閉じたり、掃気通路を遅く開く事がで
きるから、新気の素通り損失は大幅に減少する。更に図
４（イ）で述べた様に掃気通路９に絞り弁２３を備える
事により、完全に新気の素通りを抑止する事ができる。
又、本発明では掃気時の流れが一方向のユニフロー式と
なるから、燃焼室３内における燃料分布は偏り、燃料が
多く分布した部分に点火栓を置く事により（図１（ニ）
では上死点位置におけるピストン頂面に出来る限り近ず
ける如く配置する）着火性を大幅に改善し、不整燃焼を
解消する事ができる。加えて本発明では掃気通路、又は
排気通路のいずれか一方がシリンダーヘッド側に移るか
ら、シリンダー１の剛性は大幅に高まり、ピストンリン
グなどの寿命が長くなる上、シリンダー１の内周面に開
口する掃気通路又は、排気通路の開口面積は十分に大き
く取れる利点がある。尚、既に述べた様に本発明におけ
るロータリ弁１０の摩擦損失は小さい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による２サイクル機関のロータリ弁装置
を示す図である。

【図２】シール手段を示す図である。

【図３】本発明による各種実施態様の図である。

【図４】本発明による各種実施態様の図である。

【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・７は軸受，８は
排気通路，８′は排気通路，９は掃気通路，９′は掃気
通路，１０はロータリ弁，１１・１２は回転摺動面，１
３・１４は弁内連通路，１５・１５′はシール体，１６
・１６′はシールリング，１７・１７′はバネ，Ｓ・
Ｓ′はシール手段，１３′・１４′は弁内連通路，１８
はダイアフラムシール，１９はシールリング，２０は
鍔，２１は突起部，２２はシールリング，２３は絞り
弁，２４は駆動装置である。

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
   により毎回転爆発力が得られる２サイクル機関におい
   て、互いに向かい合う状態に配置されると共に各々軸に
   しっかりと剛性的に固定された回転摺動面を有するロー
   タリ弁をシリンダーヘッドに備え、更にシール手段を前
   記各々の回転摺動面に密着させる如く各々燃焼室側に備
   えて燃焼室内圧力をシールし、かつ前記シール手段を通
   った新気が互いに合流してシリンダー内へ向かう様に構
   成し、機関の主軸と同期して回転するロータリ弁の回転
   に従って、ロータリ弁に形成された弁内連通路が前記各
   々のシール手段に各々連絡する事によって前記各々の弁
   内連通路を介して新気をシリンダー内に流入させてシリ
   ンダー内の既燃ガスを掃気する様にした事を特徴とする
   ２サイクル機関のロータリ弁装置。
2. 【請求項２】新気によって既燃ガスを追い出す掃気過程
   により毎回転爆発力が得られる２サイクル機関におい
   て、互いに向かい合う状態に配置されると共に各々軸に
   しっかりと剛性的に固定された回転摺動面を有するロー
   タリ弁をシリダーヘッドに備え、更にシール手段を前記
   各々の回転摺動面に密着させる如く各々燃焼室側に備え
   て燃焼室内圧力をシールし、機関の主軸と同期して回転
   するロータリ弁の回転に従って、ロータリ弁に形成され
   た弁内連通路が前記各々のシール手段に各々連絡する事
   によってシリンダー内の既燃ガスを前記各々の弁内連通
   路を介して排出し、続く掃気過程によって更に既燃ガス
   を新気により前記各々の弁内連通路を介して追い出す事
   を特徴とする２サイクル機関のロータリ弁装置。
3. 【請求項３】互いに向かい合う状態に配置された回転摺
   動面が軸心に対して各々垂直である請求項１又は２記載
   の２サイクル機関のロータリ弁装置。
4. 【請求項４】弁内連通路に連絡する掃気通路に絞り弁を
   備え、この絞り弁を機関の運転状態に応じて制御して新
   気の素通り損失を減少させた請求項１又は３記載の２サ
   イクル機関のロータリ弁装置。