JP3685777B2 - クランクケース掃気機能付きの２ストローク内燃エンジン - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
発明の背景
本発明は、ピストンによって制御される排気通路と、少なくとも二つの第１移送通路と少なくとも一つの第２移送通路とを備え、これら移送通路は、それぞれ、シリンダチャンバ内に開口する移送窓と、シリンダチャンバとクランクケースとの間を連通するクランクケース側の窓を備えており、前記第１移送通路の移送窓は、ピストンの上部エッジによって制御され、前記第２移送通路のクランクケース側の窓はピストンのピストンスカートによって掃気されるシリンダ壁の領域に配設されており、前記第２移送通路の制御のために、前記ピストンのピストンスカートは、前記第２移送通路の前記クランクケース側窓の領域に制御窓を備えている、クランクケース掃気機能付きの２ストローク内燃エンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
米国特許第３，８８１，４５４号は、一対の主掃気通路と、燃料インジェクタが配設された一つの副掃気通路とを備えた２ストロークエンジン構造を記載している。少なくとも副掃気窓がピストンによって覆われていない限り、ピストンの往復移動によって、一方の端部においてクランクケースと連通している排気、主及び副掃気の各通路が開閉される。燃料インジェクタが、副掃気通路の燃焼室への入り口近傍に配置されているので、噴射ノズルの温度が非常に高くなって、カーボン・デポジットと磨耗が生じる。
【０００３】
ＡＴ３９９ ９１３Ｂに記載された２ストロークエンジンでは、所望の掃気作用を得るために、移送又は掃気通路のうちの二つが他の通路よりも早期に、すなわち、シリンダ内の圧力がまだクランクケース内の圧力を超えている時に開放されるので、排気ガス流がこれら二つの通路に流入して、内部の新鮮なチャージが、クランクケース自身の内部に流入することなく押し戻される。これら移送通路のタイミングは、制御エッジとして作用するピストンの上部エッジによって操作される。燃料は、キャブレタを介して、クランクケースに接続された供給通路内へ供給される。
【０００４】
ＡＴ３９７ ６９５Ｂには、燃料インジェクタが移送通路に配置され、噴射した燃料流がピストン頂部のシリンダチャンバに面する側に向けられる内燃エンジンが記載されている。噴射した燃料流の軸芯はピストン軸芯に対して９０度を下回る角度を形成し、これによって、燃料はその大半が、排気窓と反対側の、フラットで回転対称なピストンの頂部の半部分に当たる。この構成の欠点は、低速域において大きな掃気ロスが発生することにある。更に、噴射サイクルに利用可能な時間が掃気窓の開放時間によって制限される。これは、インジェクタの選択において、ダイナミックレンジ、すなわち、全負荷量に対するアイドル量の比率の問題を生じさせる。噴射時間が短いことにより、燃料は、ピストンエッジとピストンリングに向けて噴射されるが、これは、ＨＣ（炭化水素）放出に対して悪影響を与え、シリンダ壁の濡れを引き起こし、潤滑膜を洗い流してしまう。
【０００５】
ＤＥ １９６ ２７ ０４０ Ａ１は、２燃料インジェクタがシリンダチャンバの横のシリンダ壁に配置されたストローク火花点火エンジンを示している。この構成とインジェクタの周囲に於ける循環空気の欠乏とによって、噴射ノズルに高温とカーボン・デポジットの増加が生じる。更に、噴射した燃料流の方向によって生じる他の欠点は、シリンダ壁の濡れと潤滑膜の洗い流しである。
【０００６】
米国特許第５，４４３，０４５号には、インジェクタがシリンダ壁を通ってシリンダ内へ延出する別の２ストローク内燃エンジンが記載されている。インジェクタが下向きの角度で排気窓に面していることで、低速域での強い掃気ロスが生じる。インジェクタが、シリンダ壁の圧縮行程中に拭われる領域に配置されているので、空気循環の欠如によって、インジェクタノズルにおいて高温とカーボン・デポジットのビルドアップ増加が生じる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目標は、これらの欠点を解決し、高速と低速並びに高負荷状態と低負荷状態の両方において、単純な方法によって燃料ロスと炭化水素放出量が最小化された、上述したタイプの２ストローク内燃エンジンを提案することにある。本発明のもう一つの課題は、インジェクタの寿命を延びさせることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、この目標は、前記シリンダ壁が少なくとも一つの凹部を有し、少なくとも一つの燃料インジェクタが、第２移送通路の移送窓の近傍に配置された前記凹部内に開口しており、凹部と第２移送通路との間に狭隘路が配設されている構成によって達成される。
第２移送通路と連通する凹部にインジェクタを配置することによって、この領域において優勢な空気循環が冷却を提供し、気化を高めるので、カーボン・デポジットが大幅に減少する。狭隘路により、第２移送通路から凹部へ流れる空気流が加速され、従って、インジェクタのオリフィスの冷却が改善される。
【０００９】
一好適変形例において、狭隘路は、シリンダ壁に形成された少なくとも一つの溝によって形成される。別実施例では、凹部は第２移送通路から分岐して凹部へと延出するダクトによって形成されても良い。もしも、凹部が第２移送通路の移送窓の上方、すなわち、燃焼チャンバの頂部側に配置されるならば、前記溝はシリンダ軸芯の方向に配置されても良い。
【００１０】
本発明の別実施例によれば、狭隘路は、一つの交差リブの分離エッジによって形成され、前記分離エッジは、凹部を、前記第２移送通路の移送窓から分離する。分離エッジとシリンダ軸芯の間の距離は、シリンダ壁とシリンダ軸芯の間の距離よりも大きい。
【００１１】
本発明の更に別の実施例によれば、カーボン・デポジットの減少は、少なくとも一つの移送通路内にて、第２移送窓の上部エッジと下部エッジとの間に配置された分離エッジによって達成可能である。分離エッジは、第２移送窓を、上部領域と下部領域とに分離し、分離エッジは、上部あるいは下部エッジよりも、シリンダ軸芯から大きな距離で離間している。ピストンのエッジが分離エッジを通過すると、第２移送窓の下部領域が閉じられる。分離エッジとピストンの間には小さなギャップがあり、吸入流はここを通って上部領域へと流入し、ノズルの周りを流れノズルを冷却する。分離エッジは、シリンダ軸芯に対して直角に配置された交差リブによって形成されている。
【００１２】
燃料インジェクタの軸芯は、シリンダ軸芯またはその平行線に対してα＝２０〜１４０°の広い角度範囲内に配置することができる。更に、インジェクタから来る燃料流の軸芯すなわち噴射軸芯の方向は、インジェクタの軸芯と相違しても良い。このようにして、インジェクタの噴射特性を個々の要請に合わせても良い。
【００１３】
本発明の好適変形例では、少なくとも二つの第２移送通路が、排気通路の側に配置され、かつ、好ましくは、少なくとも一つの凹部又は一つの第２移送通路内に開口する燃料インジェクタは、排気通路の反対側のシリンダチャンバの半部分に面している構成となっている。このように構成することにより、掃気ロスを極めて小さく維持できる。
【００１４】
本発明の別の変形例では、少なくとも一つの第２移送通路を、シリンダの排気通路とは反対の側に配設することが提案されている。第２移送通路は、排気通路の軸芯とシリンダ軸芯を含む対称平面内に配置しても良い。
【００１５】
掃気ロスを可能な限り小さくするために、少なくとも二つの第２移送通路を、排気通路軸芯とシリンダ軸芯を含む対称平面の外部に配設した構成とすることも可能である。これに関しては、インジェクタの噴射軸芯は、シリンダ軸芯に向かう方向視で、好ましくは径方向において反対側の移送通路の移送窓に向けられることが好ましい。
【００１６】
シリンダ壁が燃料によって濡れることを防止するために、インジェクタの噴射軸芯を、シリンダ軸芯に向かう方向視で、排気通路の排気窓に向ける構成としても良い。
【００１７】
第１と第２移送通路を互いに対して独立してタイミング調節することを可能し、かつ、シリンダチャンバ内への燃料噴射を最適化するために、第２移送通路の移送窓の上部エッジを、第１移送通路の移送窓の上部エッジに比して、燃焼チャンバの頂部から近い距離に配置することが提案される。この構成は、回転対称状のフラットピストン頂部用に特に適している。
【００１８】
各シリンダに対して複数のインジェクタを備える内燃エンジンの場合、本発明によって、第２移送通路に配置された複数のインジェクタの噴射軸芯が、互いに、及び／又は、シリンダ軸芯かシリンダ軸芯の平行線に対して、異なる角度を有するように構成しても良い。この構成により、エンジンのあらゆる運転状態に気化を調節可能としながら、噴射特性の異なる種々のインジェクタが使用可能となる。例えば、一つの燃料インジェクタを全負荷インジェクタとして、別の一つを部分負荷インジェクタとして構成することができる。
【００１９】
噴射プロセスを個々の要求に最適に調節させるために、本発明の更なる展開では、インジェクタを、好ましくは燃料量及び／又は噴射時間に関して互いに異なる少なくとも二つの燃料噴射が備わったマルチインジェクタとして構成しても良い。
【００２０】
本発明によって提案される如くに内燃エンジンを設計すると、第１と第２移送通路の移送窓、少なくとも一つの第２移送通路のクランクケース側の窓、及び、対応する制御窓を、ピストンの異なる行程位置にタイミング調節可能となる。もちろん、移送通路は、第１と第２移送通路がほぼ同時に、但し異なる制御エッジによって制御されるように構成することも可能である。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下は、添付図面によって示された本発明のより詳細な記載である。
図１は、本発明に依る２ストローク内燃エンジンを軸芯方向視で示しており、ここで、シリンダ壁１ｂの周部に沿った複数の第１移送通路２と、少なくとも一つの第２移送通路２ａとが、シリンダチャンバ１内に開口することによって、移送窓１２，１２ａを形成するとともに、更に、排気窓１３を備えた排気通路３によって補完されている。シリンダケーシングは２０によって示され、１１は、燃焼チャンバ頂部１ａに設けられた点火源を示している。
【００２２】
第２移送窓１２ａの上部エッジ１２ａ’は、第１移送窓１２の上部エッジ１２’よりも、燃焼チャンバ頂部１ａから短い距離に配置されている。クランクケース側において、第２移送通路２ａは、シリンダ壁１ｂ内に開口し、クランクケース側の窓は参照番号２２によって示されている。第２移送通路２ａの制御は、ピストン４のピストンスカート４１に形成された制御開口部４０を介して行われる。
【００２３】
図１〜３に図示する本発明の第１実施例では、第２移送通路２ａ内にインジェクタ５が配設され、その燃料流又は噴射流７は移送窓１２ａを介してシリンダチャンバ１内へ移動する。この噴射流７の噴射軸芯７’は、シリンダ軸芯１０又はこのシリンダ軸芯１０の平行線に対して、２０°〜１４０°の角度αを有する。第２移送通路２ａの位置により、インジェクタ５の方向の選択において、図１中に角度βによって示す範囲のかなりの自由度が提供される。この噴射軸芯の極限位置をそれぞれ７ａ’と７ｂ’とによって示す。
【００２４】
第２移送通路２ａの移送窓１２ａを第１移送通路２の移送窓１２の上方に配置することにより、そして、第２移送通路２ａの制御が、ピストン４の上部エッジ４ａではなく、参照符号２２ａによって制御エッジを示す別の制御開口部２２を介して行われることによって、第１及び第２移送通路２，２ａとインジェクタ５による燃料噴射のタイミングを互いに分離でき、吸気流と燃料噴射の特性を個々の要請に対して調節可能となる。その結果、ＨＣ（炭化水素）放出量と燃料消費を、部分負荷状態と全負荷状態の両方において、極めて低く保つことが可能となる。インジェクタ５を第２移送通路２ａに配置することによって、噴射ノズル５ｂはカーボン・デポジットのビルドアップに対して十分に保護される。噴射燃料流の方向は、燃料がシリンダ壁を濡らすことを防止するように選択されている。
【００２５】
第２移送窓１２ａの上部エッジ１２ａ’と下部エッジ１２ａ’’の間では、第２移送通路２ａに分離エッジ１２ａ’’’が配設され、これは、第２移送窓１２ａを下部領域２１ａと上部領域２１ｂとに分離している。交差リブ２５によって形成されるこの分離エッジ１２ａ’’’は、図１及び３に図示されているように、シリンダ軸芯１０に対して直角に配置されている。
【００２６】
分離エッジ１２ａ’’’は、上部エッジ１２’及び下部エッジ１２ａ’’よりも、シリンダ軸芯１０から大きな距離で離間し、第２移送通路２ａの上部領域２１ｂと下部領域２１ａとの間に狭隘路２８を形成している。ピストン４の上部エッジ４ａが分離エッジ１２’’’の近傍の位置へ来ると、第２移送窓１２ａの下部領域２１ａは、ピストン４が図１において破線によって示されている位置になる時の分離エッジ１２’’’とピストン４との間の小さなギャップ２７を除いて、ほとんど閉じられる。このギャップ２７が狭隘路２８を形成し、通過する吸気流の加速を生み出す。ギャップ２７を通過する第２移送通路２ａの吸気流は、上部領域２１ｂへと勢いよく流れ、インジェクタ５のノズル５ｂを冷却する。従って、インジェクタ５のノズル５ｂの過熱を避けることができる。上部領域２１bの断面積は、下部領域２１ａの断面積よりも小さいものとすることができる。
【００２７】
交差リブ２５の代わりに、或いはこれに加えて、インジェクタ５を、第２移送通路２ａの上部領域２１ｂの凹部２６に配設することができる。図４は、インジェクタ５が凹部２６内に開口するそのような本発明の第２の実施例を図示している。
【００２８】
図２は、第２移送通路２ａとインジェクタ５との可能な構成を備える本内燃エンジンの平面図である。Ａは第１の構成を示し、ここでは、第２移送通路２ａは排気通路３の横に配置され、インジェクタ５によって噴射された燃料噴射流７の噴射軸芯７は、インジェクタ５の直径方向反対側の第１移送通路２の移送窓１２ａの方向視に延出している。噴射軸芯７’の方向を、インジェクタ軸芯５’と異ならせ、それに対して、約３０°以下の角度で傾斜させてもよい。Ｂは、第２移送通路２ａの第２構成を示し、ここで、詳細には図示されていないインジェクタ５の噴射軸芯７’は、横向きに配置された第２移送通路２ａの移送窓１２ａに向かって延出している。移送窓１２ａは、実質的に、排気窓１３の反対側に位置する。構成Ｃは、インジェクタ５の噴射軸芯７’が排気窓１３に向けられていることにおいて構成Ｂと異なる。
【００２９】
これら変形構成Ａ，Ｂ及びＣの共通の特徴は、第２移送通路２ａがシリンダ軸芯１０と排気通路３の軸芯３ａとを通過する対称平面１０ａにないことである。
【００３０】
Ｄで示す第４の構成においては、インジェクタ５を含む第２移送通路２ａが、対称平面１０ａに配置されている。インジェクタ５の噴射軸芯７’と、シリンダ軸芯１０又はその平行線との間の傾斜角度αを適切に選択することによって、掃気ロスを避けることができる。尚、燃料噴射特性の異なる複数のインジェクタ５が提供される場合においては、これらの変形構成Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを組み合わせることが可能である。
【００３１】
更に、インジェクタ５を、その噴射燃料量、更に、個々の燃料流の噴射の開始および／又は終了が異なる、マルチインジェクタ、たとえば、２燃料インジェクタ、として構成することも可能である。
【００３２】
図５及び６は、本発明の第３実施例に依る２ストローク内燃エンジンの第１移送通路１０２と、第２移送通路１０２ａと、排気通路１０３と、副排気通路１０３ａとを図示している。この第３実施例に類似して、図７及び８は、本発明の第４実施例の斜視図である。明瞭化のために、シリンダ、ピストン、点火源、及びシリンダケーシングは図５−８には図示されていない。
【００３３】
図１〜４に図示した第１及び第２実施例と同様に、第１及び第２移送通路１０２，１０２ａはシリンダチャンバ（図５と図６には図示せず）内に開口して移送窓１１２，１１２ａを形成しており、更に、排気窓１１３，１１３ａを有する排気通路１０３と副排気通路１０３ａが設けられている。
【００３４】
前記第１及び第２実施例と異なり、第３及び第４実施例においては、少なくとも一つのインジェクタ１０５が、シリンダ壁に形成された凹部１２６に開口している。この凹部１２６は、前記シリンダ壁に形成された少なくとも一つの溝１２７によって形成される狭隘路１２８を介して第２移送通路１０２ａと流体連通している。ピストンが溝１２７の近くの位置に来ると、第２移送通路１０２ａと凹部１２６が、溝１２７を除いて、分離される。溝１２７を通過する第２移送通路１０２ａの吸気流は高速で凹部１２６へと流れ、インジェクタ１０５のノズル１０５ｂを冷却する。
【００３５】
図５及び図６に図示する第３実施例においては、各インジェクタ１０５に対して、一つの凹部１２６と一つの溝１２７とが設けられている。これに対して、図７及び図８に図示する第４実施例においては、両方のインジェクタ１０５が同じ凹部１２６内に開口している。ピストン、排気通路及び点火源は、図９及び１０には図示されていない。
【００３６】
図９及び図１０は、本発明の第４実施例による２ストローク内燃エンジンの第１移送通路２０２、第２移送通路２０２ａ、及びシリンダチャンバ２０１を図示している。狭隘路２２８は、第２移送通路２０２ａから分岐して、凹部２２６へと延出するダクト２２７によって形成されている。ピストンが第２移送通路２０２ａの移送窓２１２ａを覆う位置に来ると、第２移送通路２０２ａと凹部２２６は、ダクト２２７を除いて分離される。ダクト２２７を通過する第２移送通路２０２ａの吸気流は高速で凹部２２６へと流れ、インジェクタ２０５のノズル２０５ｂを冷却する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に依る２ストローク内燃エンジンの長手方向視の略図
【図２】このエンジンのシリンダ軸芯の方向視の平面図
【図３】第１実施例の第２移送窓の詳細図
【図４】本発明の第２実施例の第２移送窓の詳細図
【図５】本発明の第３実施例の移送通路の、第２移送通路の方向視の斜視図
【図６】第３実施例の移送通路の、排気通路の方向視の斜視図
【図７】本発明の第４実施例の移送通路の、第２移送通路の方向視の斜視図
【図８】第４実施例の移送通路の、第２移送通路の方向視の斜視図
【図９】本発明の第５実施例の移送通路の斜視図
【図１０】第５実施例の移送通路の別の斜視図

Claims (9)

1. ピストンによって制御される排気通路と、少なくとも二つの第１移送通路と少なくとも一つの第２移送通路とを備え、これら移送通路が、それぞれ、シリンダチャンバ内に開口する移送窓と、シリンダチャンバとクランクケースとの間を連通するクランクケース側窓とを備え、前記第１移送通路の移送窓が、ピストンの上部エッジによって制御され、前記第２移送通路の前記クランクケース側窓がピストンのピストンスカートによって掃気されるシリンダ壁の領域に配設され、前記第２移送通路の制御のために、前記ピストンのピストンスカートが、前記第２移送通路の前記クランクケース側窓の領域に制御窓を備える、クランクケース掃気機能付きの２ストローク内燃エンジンであって、
   前記シリンダ壁が少なくとも一つの凹部を有し、少なくとも一つのインジェクタが、前記第２移送通路の前記移送窓の近傍に配置された前記凹部内に開口しており、前記凹部と前記第２移送通路との間に狭隘路が配設されているクランクケース掃気機能付きの２ストローク内燃エンジン。
2. 前記狭隘路は、シリンダ壁に形成された少なくとも一つの溝によって、前記凹部と前記第２移送通路の前記移送窓との間に形成されている請求項１による２ストローク内燃エンジン。
3. 前記狭隘路はギャップとして形成され、このギャップは、前記凹部を、前記第２移送通路の前記移送窓から分離する分離エッジによって形成されている請求項１による２ストローク内燃エンジン。
4. 前記分離エッジと前記シリンダ軸芯との間の距離は、前記シリンダ壁と前記シリンダ軸芯との間の距離よりも大きい請求項３による２ストローク内燃エンジン。
5. 前記分離エッジは、シリンダ軸芯に対して直角に配置されている請求項３による２ストローク内燃エンジン。
6. 前記凹部は、前記第２移送通路の前記移送窓の上方で、燃焼チャンバ頂部の側に配置されている請求項１による２ストローク内燃エンジン。
7. 少なくとも二つの燃料インジェクタが一つの凹部に開口している請求項１による２ストローク内燃エンジン。
8. 前記狭隘路は、シリンダケーシングに形成された少なくとも一つのダクトによって形成されている請求項１による２ストローク内燃エンジン。
9. ピストンによって制御される排気通路と、少なくとも二つの第１移送通路と少なくとも一つの第２移送通路とを備え、これら移送通路が、それぞれ、シリンダチャンバ内に開口する移送窓と、シリンダチャンバとクランクケースとの間を連通するクランクケース側窓とを備え、前記第１移送通路の移送窓が、ピストンの上部エッジによって制御され、前記第２移送通路の前記クランクケース側窓がピストンのピストンスカートによって掃気されるシリンダ壁の領域に配設され、前記第２移送通路の制御のために、前記ピストンのピストンスカートが前記第２移送通路の前記クランクケース側窓の領域に制御窓を備える、クランクケース掃気機能付きの２ストローク内燃エンジンであって、
   少なくとも一つの第２移送通路内の、前記第２移送窓の上部エッジと下部エッジとの間に分離エッジが配置され、この分離エッジが、前記第２移送窓を、上部領域と下部領域とに分離し、前記分離エッジとシリンダ軸芯との間の距離は、前記上部エッジと前記シリンダ軸芯との間の距離よりも大きく、少なくとも一つの燃料インジェクタが、少なくとも一つの第２移送通路の前記上部領域内に開口し、前記分離エッジが交差リブによって形成され、前記分離エッジが、前記シリンダ軸芯に対して直角に配置されているクランクケース掃気機能付きの２ストローク内燃エンジン。

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