JPH1054249A - ロータリ弁を有する２サイクル機関 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 ロータリ弁の開時期を制御する事によって、
機関の低負荷域において圧縮始めの給気温度を高め、既
燃残留ガス中の活性基による自己着火を引き起こして燃
焼を改善し、更に新気の吹き抜けを防止する事によって
排ガス中の有害成分を減少させ、燃費を改善すること。 【解決手段】 機関の主軸と同期して回転するロータリ
弁７をシリンダー１の横脇に前記主軸と平行に備え、ロ
ータリ弁７の回転に従ってロータリ弁７に形成された弁
内連通路８が、ピストン２による閉時期が排気通路４の
それよりも遅い掃気通路６のシリンダー内壁面に開口す
る開口部を介してシリンダー１内へ連通することによっ
て、新気をシリンダー１内へ流入させて既燃ガスを掃気
する様に構成する。更に機関の低負荷域でロータリ弁７
を排気通路４の閉時期付近から開かせる事によって弁内
連通路８を介して新気をシリンダー１内に流入させて圧
縮始めの給気温度を高める様に構成する。

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有する２サ
イクル機関に係わり、ロータリ弁の開時期を制御する事
によって低負荷域における燃焼を改善し、新気の吹き抜
けを防止したものに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に２サイクル機関では新気によって
既燃ガスを追い出す掃気過程を有しており、アイドル状
態を含む機関の低負荷域では給気比が小さく、シリンダ
ー内既燃ガスの残留量が多い為、着火性が悪化し、不整
燃焼を引き起す。又、排気通路を掃気通路よりも早く閉
じる事はできず、かつ各々の開閉タイミングが固定され
ている為、新気の吹き抜けを避ける事ができない。従っ
て排ガス中の有害成分が増加し、燃費も悪化していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする問題点】本発明の目的はロー
タリ弁の開時期を制御する事によって、アイドル状態を
含む機関の低負荷域において圧縮始めの給気温度を高
め、既燃残留ガス中の活性基による自己着火を引き起こ
して燃焼を改善し、更に新気の吹き抜けを防止する事に
よって排ガス中の有害成分を減じ、燃費を改善しようと
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、機関の主軸を同期して回転するロータリ弁を
シリンダーの横脇に前記主軸と平行に備え、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、
ピストンによる閉時期が排気通路のそれよりも遅い掃気
通路のシリンダー内壁面に開口する開口部を介してシリ
ンダー内へ連通する事によって、新気を流入させて既燃
ガスを掃気する様に構成し、更に機関の低負荷域でロー
タリ弁を前記排気通路の閉時期付近から開かせる事によ
って前記弁内連通路を介して新気をシリンダー内に流入
させて圧縮始めの給気温度を高める様に構成した。ロー
タリ弁の開時期を変化させる手段としては、第１にロー
タリ弁の内周面又は外周面に密接又は接触する閉鎖面を
有する回動体を備え、これを機関の運転状態に応じて回
動させる事によって前記回動体に形成された制御口と弁
内連通路との連通開始時期を変化させる。第２ロータリ
弁と機関の主軸との間の位相を変化させる位相可変装置
によってロータリ弁の開時期を変化させることが考えら
れている。

【０００５】

【実施例】図１（イ）は本発明によるロータリ弁を有す
る２サイクル機関の一実施例で、機関の主軸（クランク
軸）と同期して回転するロータリ弁７をシリンダー１の
横脇に前記主軸と平行に備えてある。ロータリ弁７は機
関主軸の回転の１／１又は１／２の速度比（図では前
者）でチェーン、スプロケット等を介して駆動される。
１２はガスシール装置で、十分に膨張し切った低圧が働
くのみのものであるから、不要とする事もできる。気化
器等を介してクランク室に導入された新気は掃気通路５
からロータリ弁７の内部へ到り、更にロータリ弁７に形
成された弁内連通路８が掃気通路６（ピストン２による
掃気通路６の閉時期が排気通路４のそれよりも遅くなる
位置に開口している）のシリンダー内壁面に開口する開
口部を介してシリンダー１内へ連通する事によってシリ
ンダー１内に流入し、既燃ガスを掃気する。この場合、
掃気通路５はクランク室内へ接続をせずにルーツ型など
の掃気ポンプへ接続する様にしても良い。この様にして
シリンダー１内の既燃ガスは排気通路４から追い出さ
れ、掃気過程を終了するが、引き続くピストン２の移動
によりシリンダー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。ロータリ弁７に
はその内周面に密接する（微小ギャップを以って接する
こと）閉鎖面（円周面）を有する回動体１０が備えら
れ、回動体１０はロータリ弁７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回動体１０に形成さ
れた制御口１１と弁内連通路８との連通開始時期を変化
させ、以ってロータリ弁７の開時期を変化させる事がで
きる。即ち、図示の如く弁内連通路８は掃気通路６とは
既に連通していても、回動体の制御口１１との連通は未
だに遮断されており、制御口１１と連通するに到って初
めてロータリ弁７が実質的に開き、開時期が変化するの
である。この場合、回動体１０にスリットを形成し（軸
方向に形成）、あたかもピストンリングの如くロータリ
弁７の内周面に張り付かせ、接触させても良い。以上の
構成により本発明では例えばクランク角で排気通路４は
下死点前６０°で開、下死点後６０°で閉、掃気通路６
は下死点前８０°でピストンにより開、下死点後８０°
で閉となっており、機関のアイドル状態を含む低負荷域
では回動体１０を図示の位置まで回動させ、ロータリ弁
７を排気通路４の閉時期付近（例えば下死点後４０°）
から開かせる事によって新気をシリンダー１内に流入さ
せる様にしているのである。これによりシリンダー１内
には従来より多量の既燃ガスが残留し（掃気過程中に排
気通路４から追い出される事が殆どない為）、圧縮始め
の給気温度を大幅に高める事ができる。従って圧縮端温
度は十分に高まるから、従来は困難であった活性基によ
る自己着火が起り、確実で完全な燃焼を達成することが
できる。新気は掃気通路６がピストン２により閉鎖され
るまでシリンダー１内に流入すると考えられるが、これ
以後も弁内連通路８と掃気通路６との連通は所定期間続
く。これは掃気通路６がピストン２とロータリ弁７とに
より二重に絞られるのを防ぐ為である。従って、回動体
１０によりロータリ弁７の開時期を最も進めた場合で
も、弁内連通路８と掃気通路６との連通遮断時期は前記
二重絞りを避ける為、ピストン２による掃気通路６の閉
時期よりもかなり遅らせる事が望ましい（もちろん、ほ
ぼ同時としても良いが）。ところで図において、弁内連
通路８の進み側の壁面９をロータリ弁の回転方向側に倒
した形状の如く形成すると（壁面９の根本部よりもその
先端部の方が進み側にある如く形成）、進み側の壁面９
の根本部と掃気通路６の壁面との距離ｈが大となり、弁
内連通路８が制御口１１に連通した後の新気の流出抵抗
を減ずる事ができる（壁面９の根本部と先端部とが同一
半径上にある形状を考えると、前記距離ｈが小さくな
り、新気の流出抵抗は増加するであろう）。又、図２
（イ）の如く弁内連通路８を分割しても新気の流出抵抗
を減ずる事ができる。即ち、図２（イ）の如く弁内連通
路８を分離壁２１により分割し（８ａ，８ｂに分割）、
弁内連通路８ａが制御口１１に連通し始める時期の近傍
に分離壁２１が掃気通路６（ガスシール装置１２）を通
過し始める様に構成すれば、ロータリ弁７が開く時は弁
内連通路８ａ，８ｂの両者を介して新気が流出するの
で、新気の流出抵抗が減少するのである。さてこの様な
状態から機関の負荷が増して来た場合は回動体１０を図
１（イ）において右方向に回動させ、ロータリ弁７の開
時期を順次早めて十分な掃気期間を与える様に制御す
る。この場合、ロータリ弁７の開時期は新気の吹き抜け
が起らない程度に早めるのであるが、高負荷・低速域で
は例えば下死点後１０°、高負荷・中速域では下死点前
１５°、高負加・高速域では下死点前４０°の如く制御
し、機関の運転状態に応じて最適制御するのである。自
己着火による燃焼は機関の負荷を増してゆくと、ある時
点から通常の点火栓による燃焼に自動的に切り換わる。
尚、ピストン２の下降により掃気通路６が開かれても、
この時はロータリ弁７は閉鎖している為、既燃ガスの逆
流はない。

【０００６】図１（イ）はディフレクター１３を有する
横断掃気方式のものであるが、図２（ロ）の如くシリン
ダー１の両横脇にロータリ弁７を各々備えればループ掃
気方式とする事ができる、この場合、排気通路４は二点
鎖線の如くロータリ弁７に向かう様に形成しても良い。
図１（ロ）、（ハ）は単一のロータリ弁によりループ掃
気方式としたもので（後者は前者の上方から見た模式図
である）、新気は掃気通路５からロータリ弁７の内部に
到り、更に各々の掃気通路６から掃気流がシリンダー内
壁面に衝突・反転してループを描く様になっている。排
気通路４は図示の如くシリンダー内壁面に垂直な直線か
らシリンダーヘッド３側に傾斜した角度を以ってシリン
ダー内壁面から延びて来る様に構成すれば、排気通路４
がシリンダー内壁面に垂直である場合に比しロータリ弁
７の位置をそれだけシリンダーヘッド３側に近づける事
ができるから、掃気通路６の長さ（容積）を減少させ、
ピストン２により掃気通路６が開かれた直後の既燃ガス
の逆流量を減ずる事ができる。もちろん排気通路４は、
これとは反対にシリンダーヘッド３から遠ざかる角度を
以ってシリンダー内壁面から延びて来る様にする事はで
きる（図２（ニ）参照）。又、図２（ハ）の如くロータ
リ弁７の軸線がシリンダー内壁面に最も近い部分の近傍
のロータリ弁直径がこの隣のロータリ弁直径よりも小と
なる様に構成すれば、ロータリ弁７をシリンダー１の中
心に近づける事ができる為、その分全体的に小型化され
る。２２は第３の掃気通路で、必要に応じて備えるが、
機関の低負荷域ではロータリ弁７を排気通路４の閉時期
付近から開かせているのであるから、バタフライバルブ
等で閉鎖しておく必要がある。尚、図１（ロ）において
ロータリ弁７は掃気通路６と同じ部分で切断した断面図
を示してあり、その構造・作用は図１（イ）で説明した
から省略する。図１（ニ）は回動体１０をロータリ弁７
の外周面に密接又は接触する様に備え、回動体１０を回
動させる事により弁内連通路８と制御口１１（回動体１
０の切欠き部）との連通開始時期を変化させ、以ってロ
ータリ弁７の開時期を制御して本発明の目的を達成しよ
うとしたものである（図は機関の低負荷域においてロー
タリ弁７が下死点後４０°で開き始める瞬間を示してい
る）。次に図１（ホ）、（ヘ）は位相可変装置１４によ
ってロータリ弁７の開時期を変化させて本発明の目的を
達成しようとしたもので、ロータリ弁７は開時期をかな
り大きく変化させなければならない為、機関主軸の回転
の１／２に減速して駆動され、弁内連通路８が、ピスト
ン２による閉時期が排気通路４のそれよりも遅い掃気通
路６のシリンダー内壁面に開口する開口部を介してシリ
ンダー１内へ連通する事によって、新気を流入させ、既
燃ガスを掃気する様に構成している。位相可変装置１４
は互いに反対方向に切られたヘリカルスプライン１５，
１７を有しており、ヘリカルスプライン１５はロータリ
弁７の軸１６と一体、ヘリカルスプライン１７はスプロ
ケット１８（軸１６に固定されておらず、自由に回転で
きる）と一体で、ヘリカルスプライン１５，１７はこれ
らが嵌るスリーブ１９を介して一体的に回転する様にな
っている。従って、滑りリング２０によりスリーブ１９
を軸方向に移動させれば（油圧を利用するのが良い）位
相が変わり、機関主軸とロータリ弁７との間の位相を変
化させ、以ってロータリ弁７の開時期を変化させる事が
できる（閉時期も同時に変化するが、掃気期間は掃気通
路６がピストン２により閉鎖される事により終了する様
に構成する）。かくして機関の運転状態に応じて位相可
変装置１４によりロータリ弁７の開時期を制御して新気
の吹き抜けを防止すると共に、機関の低負荷域でロータ
リ弁７を排気通路４の閉時期付近から開かせて圧縮始め
の給気温度を高め、本発明の目的を達成するのである。
尚、スプロケット１８はベルトによりロータリ弁７を駆
動する場合はプーリとなる。本発明は多気筒機関にも適
用する事が可能で、例えば図１（ロ）のものを２気筒機
関に適用した実施例を図２（ホ）に示す。図で掃気通路
５を掃気ポンプに接続する場合は問題ないが、クランク
室に接続する場合は各々のクランク室間に連通があって
はならず、従って例えば回動体１０に仕切壁２３を備え
て連通を防ぐ様にする。図３はロータリ弁７の開時期を
変化させる回動体１０を駆動する装置を示すもので、簡
単には図示しないアクセルペダルの開度を検出するアク
セル開度センサー２４から得たアクセル開度信号がマイ
クロコンピューター２５に入力され、演算されてサーボ
モーター２６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２５に予め記憶させたアクセル開度と
望ましい回動体１０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２６は駆動さ
れ、ウォームギア２７を介して機関の運転状態に応じて
回動体１０を制御するのである。この場合、機関回転速
度センサーからの信号もマイクロコンピューター２５に
入力し、より細かく回動体１０を制御する様にする事が
望ましい。２８は回動体１０と一体となった回動軸であ
る。

【０００７】

【発明の効果】本発明では回動体又は位相可変装置によ
りロータリ弁７の開時期を機関の運転状態に応じて最適
制御している為、新気の吹き抜けを防止する事ができ
る。又、機関の低負荷域ではロータリ弁７を排気通路４
の閉時期付近から開かせている為、掃気過程によっても
シリンダー１内の既燃ガスが殆ど排出されずに、より多
量の既燃残留ガスが残存し、圧縮始めの給気温度が大幅
に高められる。この残留ガス中には活性基（−ＯＨ，Ｃ
Ｈ−等）が含まれ、圧縮が進むにつれて増え、遂には混
合気に点火するエネルギー源となり、自己着火を引き起
こす。従来は圧縮始めの給気温度が十分でない為、発生
する事はなかった。この自己着火は無数の点でほぼ同時
に起るので（多量の既燃ガスを含む為、燃焼は緩やか
で、ノックの様な急激な圧力上昇はなく、静粛であ
る）、不整燃焼は解消され、燃焼は著しく改善され、確
実で完全な燃焼を達成する事ができる。従って排ガス中
の有害成分は著しく減少し、燃費も向上する（この自己
着火の為には、希薄混合気の使用が必要で、これにより
前記効果は一段と増す事になる）。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるロータリ弁を有する２サイクル機
関の図である。

【図２】本発明によるロータリ弁を有する２サイクル機
関の各種実施態様の図である。

【図３】回動体を駆動する装置の模式図である。

【符号の説明】 １はシリンダー、２はピストン、３はシリンダーヘッ
ド、４は排気通路、５は掃気通路、６は掃気通路、７は
ロータリ弁、８は弁内連通路、９は弁内連通路の進み側
の壁面、１０は回動体、１１は制御口、１２はガスシー
ル装置、１３はディフレクター、１４は位相可変装置、
１５・１７はヘリカルスプライン、１８はスプロケッ
ト、１９はスリーブ、２０は滑りリング、２１は分離
壁、２２は第３の掃気通路、２３は仕切壁、２４はセン
サー、２５はマイクロコンピューター、２６はサーボモ
ーター、２７はウォームギア、２８は回動軸、８ａ・８
ｂは分割された弁内連通路である。１６は軸である。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 新気によって既燃ガスを排気通路から追
   い出す掃気過程を有する２サイクル機関において、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の横
   脇に前記主軸と平行に備え、前記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、ピストンに
   よる閉時期が排気通路のそれよりも遅い掃気通路のシリ
   ンダー内壁面に開口する開口部を介してシリンダー内へ
   連通する事によって、新気をシリンダー内へ流入させて
   既燃ガスを掃気する様に構成し、更に前記ロータリ弁の
   内周面又は外周面に密接又は接触する閉鎖面を有する回
   動体を備え、機関の運転状態に応じて前記回動体を回動
   させる事によって前記回動体に形成された制御口と前記
   弁内連通路との連通開始時期を変化させ、以ってロータ
   リ弁の開時期を変化させ、機関の低負荷域で前記回動体
   によりロータリ弁を前記排気通路の閉時期付近から開か
   せる事によって前記弁内連通路を介して新気をシリンダ
   ー内に流入させて圧縮始めの給気温度を高める様に構成
   した事を特徴とするロータリ弁を有する２サイクル機
   関。
2. 【請求項２】 新気によって既燃ガスを排気通路から追
   い出す掃気過程を有する２サイクル機関において、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の横
   脇に前記主軸と平行に備え、前記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、ピストンに
   よる閉時期が排気通路のそれよりも遅い掃気通路のシリ
   ンダー内壁面に開口する開口部を介してシリンダー内へ
   連通する事によって、新気をシリンダー内へ流入させて
   既燃ガスを掃気する様に構成し、更に前記ロータリ弁と
   機関の主軸との間の位相を変化させる位相可変装置によ
   って機関の運転状態に応じて前記ロータリ弁の開時期を
   変化させ、機関の低負荷域で前記位相可変装置によりロ
   ータリ弁を前記排気通路の閉時期付近から開かせる事に
   よって前記弁内連通路を介して新気をシリンダー内に流
   入させて圧縮始めの給気温度を高める様に構成したロー
   タリ弁を有する２サイクル機関。
3. 【請求項３】 弁内連通路の進み側の壁面をロータリ弁
   の回転方向側に倒した形状の如く形成した請求項１記載
   のロータリ弁を有する２サイクル機関。
4. 【請求項４】 掃気通路がピストンにより閉鎖された後
   に、常に遅れて前記掃気通路がロータリ弁により閉鎖さ
   れる様に構成した請求項１ないし３のいずれかに記載の
   ロータリ弁を有する２サイクル機関。
5. 【請求項５】 シリンダー内壁面からの排気通路がシリ
   ンダー内壁面に垂直な直線からシリンダーヘッド側に傾
   斜した角度を以って延びて来る様に構成した請求項１な
   いし４のいずれかに記載のロータリ弁を有する２サイク
   ル機関。
6. 【請求項６】 ロータリ弁の軸線がシリンダー内壁面に
   最も近い部分の近傍のロータリ弁直径が、この隣のロー
   タリ弁直径よりも小となる様に構成した請求項１ないし
   ５のいずれかに記載のロータリ弁を有する２サイクル機
   関。
7. 【請求項７】 掃気流がシリンダー内壁面に衝突・反転
   してループを描くループ掃気方式を採用した請求項１な
   いし６のいずれかに記載のロータリ弁を有する２サイク
   ル機関。