JP4956040B2 - ２ストロークエンジン - Google Patents

Description

本発明は、２ストロークエンジンに係り、詳しくは、正回転、または逆回転のいずれの回転方向でも使用可能な２ストロークエンジンに関する。

従来、２ストロークエンジンにおける点火プラグを放電させるため、次のような構成が知られている。
すなわち、エンジンの回転と同期して回転する回転部に、回転位置を検出するための被検出部、具体的には永久磁石を設けるとともに、この永久磁石に対向可能に点火コイルを設け、回転部の回転に伴い永久磁石が点火コイルの近くを通過することによって点火コイルが起電され、この起電力を点火プラグに供給して放電させている。
このとき、エンジンを適正に動作させるためには、点火プラグの放電を適正な時期、つまり、ピストンが上死点に至る時期より所定時間前に点火プラグを放電させる必要がある。このため、点火コイルの設けられる位置を基準とした場合、永久磁石が回転部に設けられる位置は、ピストンの上死点における点火コイルと対向する位置に対し、回転方向とは逆方向に所定角度離れた位置となっている。
また、近年では、エンジンの小型化への要求から点火コイルの代わりに磁気センサを利用し、磁気センサが永久磁石を検出した際に発生する検出信号に応じて、バッテリにより点火プラグを放電させる方法が一般的になってきている。

一方、例えば、ラジコン飛行機における双発機に搭載されるエンジンにおいては、エンジンの反動を相殺するために左右のエンジンを互いに逆回転させる必要がある。
しかしながら、前述のように一方向で回転するように適正点火時期が調整されたエンジンを単純に逆回転させようとした場合には、ピストンが上死点を通過した後に永久磁石が検出されることになるため、点火プラグの放電を適正な時期に行うことができなかった。
そこで、エンジンを逆回転させた場合においても、点火プラグの放電を適正な時期に行うことができる方法が提案されている（例えば、特許文献１）。
特許文献１では、ピストンの上死点においてセンサと対向する回転部の所定位置から、回転部の回転方向の前後に一定角度づつ離れた二つの位置に、それぞれ回転位置を検出するための被検出部、具体的には回転部の径方向外側に突出する歯を設けることにより、正、逆回転時においても点火プラグの放電を適正な時期に行っている。

特開２００２−２４２８０９

しかしながら、特許文献１の方法では、それぞれの歯を検出して出力される複数の信号を処理することにより点火プラグの制御を行っているため、センサから出力される信号を誤検出しやすいという問題があった。

本発明の目的は、エンジンの回転方向が正、逆回転のいずれの場合であっても、点火プラグの放電を適正な時期に行うことができ、かつ、センサから出力される信号を精度よく検出することができる２ストロークエンジンを提供することにある。

本発明の請求項１に係る２ストロークエンジンは、エンジンの回転と同期して回転する回転部に設けられた回転位置検出用被検出部と、この回転位置検出用被検出部を検出するとともにエンジン本体側に取付けられるセンサと、このセンサからの検出信号を受信して点火プラグに点火信号を送信する点火時期制御手段とを備えた２ストロークエンジンにおいて、前記回転位置検出用被検出部を回転部の１箇所に設けるとともに、エンジン本体側の２箇所位置にセンサ取付部を設け、これらの２箇所のセンサ取付部のいずれか一方に前記センサを取付け、前記エンジン本体側に設けられるセンサ取付部の形成位置は、エンジンの所定方向の回転時における適正点火時期を前記センサにより検出する位置と、前記エンジンの所定方向の回転とは逆回転時における適正点火時期を前記センサにより検出する位置との２箇所とされていることを特徴とする。

本発明の請求項２に係る２ストロークエンジンは、請求項１に記載の２ストロークエンジンにおいて、エンジン本体側に設けられるセンサ取付部の形成位置は、エンジン本体をシリンダ側が上方になるように配置した状態で、エンジンに設けられるクランクケースの下部側位置と、クランクケースの側部側で、かつ、マフラーから離間した位置との２箇所とされていることを特徴とする。

本発明の請求項３に係る２ストロークエンジンは、請求項１または請求項２に記載の２ストロークエンジンにおいて、回転位置検出用被検出部は、永久磁石により構成されるとともに、センサは、磁気センサにより構成されることを特徴とする。

本発明の請求項４に係る２ストロークエンジンは、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の２ストロークエンジンにおいて、回転位置検出用被検出部は、回転部のエンジン本体と対向する側面に取付けられることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、回転位置検出用被検出部が回転部の１箇所にのみ設けられているため、センサから出力される信号を誤検出しにくく、精度よく検出することができる。また、センサ取付部がエンジン本体側の２箇所位置に設けられているため、エンジンの回転方向に応じてセンサの取付位置を変更することにより、同一の部品構成からなるエンジンを使って容易に正、逆回転の仕様に対応することができる。すなわち、エンジンの回転方向が正、逆回転のいずれの場合であっても、ピストンが上死点に至る時期より所定時期前に点火プラグを放電させることができる。また、センサ取付部の形成位置がエンジンの正、逆回転時における適正点火時期を検出する位置に設けられているため、点火プラグの放電をより適正な時期に行うことができる。

請求項２の発明によれば、エンジンの駆動時において、シリンダ、及びマフラーからセンサへ伝達される熱の影響を、シリンダ、及びマフラーに近接した位置にセンサ取付部が設けられる場合と比較して軽減することができ、耐久性を向上させることができる。

請求項３の発明によれば、磁気センサは、永久磁石の磁界を検出することにより、非接触でエンジンの回転を検出でき、エンジンの回転を阻害することがない。さらに、塵芥が付着するような環境下でエンジンを使用した場合であっても、磁気センサから出力される信号を精度よく検出することができる。

請求項４の発明によれば、回転位置検出用被検出部と、センサとを近接させることができ、センサから出力される信号をより精度よく検出できる。また、回転位置検出用被検出部が側面に取付けられているから、遠心力によって回転部から剥がれ落ちることもない。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る一実施形態であるラジコン飛行機用２ストロークエンジンの所定方向の回転時、すなわち、後述する正回転時における正面図、図２は、同エンジンの右側面図である。
図１、及び図２に示す２ストロークエンジンは、エンジン本体１と、エンジン本体１の図１中上側の一端に設けられた点火プラグ４と、エンジン本体１の図示しない軸受けにより回転自在に支持されるクランクシャフト５（後述）と、エンジン本体１の図１中右側の側面に、インシュレータ６を介して取付けられたキャブレター７と、エンジン本体１の図１中左側の側面に取付けられたマフラー８とを主な構成要素として構成される。

エンジン本体１は、複数のフィンを有するシリンダ２と、シリンダ２の図１中下側に設けられたクランクケース３とを備えている。
クランクケース３の二箇所位置、すなわち、エンジン本体１をシリンダ２側が上方になるように配置した状態で、クランクケース３の下部側位置と、側部側で、かつ、マフラー８から離間した位置とには、センサ取付部３１、３２がそれぞれ設けられている。
このような構成によれば、センサ取付部３１、３２が、発熱するシリンダ２、及びマフラー８から離れているため、センサ取付部３１、３２に取付けられる磁気センサ９への熱影響を軽減することができ、磁気センサ９（後述）の耐久性を向上させることができる。
これらのセンサ取付部３１、３２は、クランクケース３から突出形成される一対のボスと、このボスに形成される図示しないねじ穴とを備えて構成される。

また、これらのセンサ取付部３１、３２のうち、クランクケース３の下部側位置のセンサ取付部３１は、２ストロークエンジンの所定方向の回転（以下、正回転という）における適正点火時期をセンサで検出するためのもので（以下、正回転時用センサ取付部３１という）、一方、クランクケース３の側部側で、かつ、マフラー８から離間した位置のセンサ取付部３２は、２ストロークエンジンの所定方向とは逆方向の回転（以下、逆回転という）における適正点火時期をセンサで検出するためのものである（以下、逆回転時用センサ取付部３２という）。

正回転時用センサ取付部３１には、２ストロークエンジンの正回転時における適正点火時期を検出するセンサとしての磁気センサ９が取付けられる。
磁気センサ９は、センサ本体部１０と鍔部１１とを備えて構成され、鍔部１１には、図示しないセンサ取付用の穴が形成される。磁気センサ９は、ボルト１２が、このセンサ取付用の穴を貫通して、正回転時用センサ取付部３１、または逆回転時用センサ取付部３２の一対のボスに形成されたねじ穴にねじ止めされることによって取付けられる。

また、クランクケース３から図２中左側に突出した位置には、２ストロークエンジンの回転、すなわち、クランクシャフト５（後述）の回転と同期して回転する回転部としてのプロペラハブ１３が取付けられる。
プロペラハブ１３は、クランクケース３に近接して形成されるフランジ部１４と、ラジコン飛行機のプロペラを挟持するためのプロペラ挟持部１５とを備えて構成される。フランジ部１４には、エンジン本体１と対向する側面に回転位置検出用被検出部としての永久磁石１４１が設けられている。
この際、フランジ部１４には、エンジン本体１と対向する側面に穴が形成され、永久磁石１４１は、この穴に接着剤等により固定される。また、この穴は、磁気センサ９が永久磁石１４１を検出可能な位置に形成される。

永久磁石１４１がフランジ部１４の側面に設けられた穴に固定されていることで、永久磁石１４１と、磁気センサ９とを近接させることができ、磁気センサ９から出力される信号をより精度よく検出することができる。さらに、永久磁石１４１が遠心力によってフランジ部１４から剥がれ落ちることもない。
また、永久磁石１４１を取付ける回転部としてフランジ部１４を利用しているから、他に特別な部品を必要とせず、かつ、比較的大径の部品であるから、磁気センサ９による永久磁石１４１の検出が容易であり、さらに、磁気センサ９のエンジン本体１への取付けも容易となる利点がある。

磁気センサ９には、図１中左側の位置に点火時期制御手段としてのイグニションモジュール１６が接続され、イグニションモジュール１６には、点火プラグ４、及びバッテリ１７が所定のハイテンションコードやケーブルを介して接続される。イグニションモジュール１６は、磁気センサ９が永久磁石１４１の通過を検出した信号を受けて、バッテリ１７からの電圧を必要な電圧まで昇圧して点火プラグ４に送電するものである。
この際、永久磁石１４１はフランジ部１４の１箇所にのみ設けられているため、磁気センサ９から出力される信号を精度よく検出することができる。
また、磁気センサ９は、永久磁石１４１の磁界を検出することにより、非接触でエンジンの回転を検出でき、エンジンの回転を阻害することがない。さらに、塵芥が付着するような環境下でエンジンを使用した場合であっても、磁気センサ９から出力される信号を精度よく検出することができる。

一方、図３は、図１、２に示した一実施形態であるラジコン飛行機用２ストロークエンジンを逆回転用に適用した場合の正面図である。
２ストロークエンジンの逆回転時においては、図３に示すように、磁気センサ９は、２ストロークエンジンの逆回転時における適正点火時期を検出する逆回転時用センサ取付部３２に取付けられる。

次に、本実施形態に係る２ストロークエンジンの動作について、図４（Ａ）〜（Ｄ）をも参照して説明する。
図４は、エンジン本体１の内部構造（以下、エンジン内部とする）の概略を示す。ここで、図４（Ａ）は、ピストンの下死点、図４（Ｂ）は、正回転時の適正点火時期、図４（Ｃ）は、ピストンの上死点、図４（Ｄ）は、逆回転時の適正点火時期におけるそれぞれのエンジン内部の状態を示す。

シリンダ２には、ピストン１８が摺動自在に挿入され、ピストン１８には、コネクティングロッド１９の一端が回転自在に連結されている。コネクティングロッド１９の他端には、クランクシャフト５が回転自在に連結される。クランクシャフト５の一端側は、クランクケース３の有する図示しない軸受けにより回転自在に支持され、かつ、クランクケース３の外部に露出しており、その露出部に前述のプロペラハブ１３が取付けられている。
このような構成によって、ピストン１８の上下運動が、コネクティングロッド１９を介してクランクシャフト５の回転運動に変換され、クランクシャフト５の回転に伴ってプロペラハブ１３が回転する。さらに、プロペラハブ１３の回転と同期して、フランジ部１４が回転し、これに伴って永久磁石１４１が回転する。

また、シリンダ２には、図４では図示されていないインシュレータ６を介してキャブレター７に連通される吸気ポート２１と、マフラー８に連通される排気ポート２２とが形成される。
エンジン内部は、ピストン１８の上部に形成されるシリンダ室２３と、ピストン１８の下部に形成されるクランク室２４とを備え、さらに、シリンダ室２３と、クランク室２４とに連通される掃気通路２５が形成されている。

本実施形態のエンジンの正回転（矢印Ａ）時における動作について、図４（Ａ）〜（Ｃ）をも参照して説明する。この際、磁気センサ９は、２ストロークエンジンの正回転時における適正点火時期を検出する正回転時用センサ取付部３１に取付けられている。
なお、エンジンの動作はサイクル運動であるので、ピストン１８の下死点（図４（Ａ））を起点として説明する。
まず、エンジンの回転により、ピストン１８が下死点（図４（Ａ））から上昇すると、クランク室２４の圧力が低下し始めるとともにシリンダ室２３の圧力が上昇し始め、シリンダ室２３内に開口していた掃気通路２５、及び排気ポート２２が順次閉じる。そして、クランク室２４の圧力が低下したことにより、キャブレター７において燃料と空気が混合された混合気が、インシュレータ６を介して吸気ポート２１からクランク室２４に吸入される。

この後、ピストン１８がさらに上昇し、クランクシャフト５の回転角が、適正点火時期である上死点手前４５°の位置（図４（Ｂ））に達すると、磁気センサ９が永久磁石１４１を検出する。そして、イグニションモジュール１６は、磁気センサ９からの検出信号を受信し、その受信した信号に応じて、バッテリ１７により点火プラグ４を放電させシリンダ室２３内の混合気に点火する。
この際、ピストン１８は、エンジンの回転の慣性力により上昇を継続しているため、ピストン１８が上死点（図４（Ｃ））に達し、次いで、混合気の爆発力によりピストン１８が下降をし始めると、吸気ポート２１に図示しない逆止弁が設けられているために、クランク室２４の圧力が上昇し始める。

さらに、ピストン１８が下降すると、排気ポート２２および掃気通路２５が順次シリンダ室２３に開口された状態になり、排気ポート２２から燃焼した混合気が排出されると同時に、掃気通路２５からクランク室２４の混合気が流入して、シリンダ室２３に残留している燃焼した混合気を排気ポート２２から掃気する。
そしてまた、エンジンの回転の慣性力により、下死点を通過して、ピストン１８が上昇し始めることによって、クランク室２４の圧力が低下し始めるとともに、掃気通路２５および排気ポート２２が順次閉じ、上記サイクルを再び繰り返すことになる。

一方、本実施形態のエンジンの逆回転（矢印Ｂ）時においては、図３に示すように磁気センサ９は、逆回転時用センサ取付部３２に取付けられている。このため、クランクシャフト５の回転角が、適正点火時期である上死点手前、例えば、４５°の位置（図４（Ｄ））に達すると、磁気センサ９が永久磁石１４１を検出する。すなわち、本実施形態のエンジンは、逆回転（矢印Ｂ）時においても、正回転（矢印Ａ）時と同様に動作する。
このように、エンジンの回転方向に応じて磁気センサ９の取付位置を変更することにより、同一の部品構成からなるエンジンを使って容易に正、逆回転の仕様に対応することができる。すなわち、エンジンの回転方向が正、逆回転のいずれの場合であっても、ピストンが上死点に至る時期より所定時期前に点火プラグを放電させることができる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記実施形態では、回転部は、フランジ部１４により構成されていたが、プロペラハブ１３そのもの、あるいはクランクシャフト５そのもの、さらにはクランクシャフト５に別個に取付けられたものでもよく、要するに、エンジンの回転と同期して回転する部位であればよい。
しかし、本実施形態のように構成すれば、前述のような効果がある。

また、以下の各変形例に対しても、本実施形態は各前述のような効果がある。
例えば、点火プラグ４を点火する点火時期制御手段は、イグニションモジュール１６と、バッテリ１７とにより構成されていたが、点火コイルでもよく、点火時期を制御できればよい。
さらに、適正点火時期は、クランクシャフト５の回転角が上死点手前４５°の位置としていたが、エンジン仕様に対応して、この位置より多少ずれていてもよく、エンジンが回転を続けることができる位置であればよい。

また、例えば、センサ取付部３１、３２の形成位置は、エンジン本体１をシリンダ２側が上方になるように配置した状態で、クランクケース３の下部側位置と、前記クランクケース３の側部側で、かつ、マフラー８から離間した位置との２箇所とされていたが、この位置でなくてもよく、少なくともエンジン本体１側の２箇所位置に設けられていればよい。この際、センサ取付部３１、３２は、２ストロークエンジンが取付けられる側、例えば、ラジコン飛行機の機体側に設けることも可能だが、正、逆回転時における適正点火時期を磁気センサ９により検出する位置にセンサ取付部を調整して設ける必要があるため実用的ではない。

さらに、回転位置検出用被検出部は、永久磁石１４１により構成されるとともに、センサは、磁気センサ９により構成されていたが、光源と、光学センサとで構成してもよく、クランクシャフト５の回転角度を検出できればよい。
また、フランジ部１４には、エンジン本体１と対向する側面に穴が形成され、永久磁石１４１は、この穴に接着剤等により固定されていたが、ねじ止め等、他の固定手法でもよく、その取付け位置も、フランジ部１４の外周面等、磁気センサ９が永久磁石１４１を検出可能な位置であればよい。

本発明は、エンジンの回転方向が正、逆回転のいずれにも回転可能な２ストロークエンジンとして好適に利用可能であり、特にホビー用の２ストロークエンジンとして有効である。

本発明の一実施の形態における正回転時の２ストロークエンジンを示す正面図である。 同正回転時の２ストロークエンジンを示す右側面図である。 前記実施形態における逆回転時の２ストロークエンジンを示す正面図である。 ２ストロークエンジンのエンジンの動作説明を示す概略図であり、（Ａ）は下死点状態、（Ｂ）は正回転時の適正点火時期状態、（Ｃ）は上死点状態、（Ｄ）は逆回転時の適正点火時期状態をそれぞれ示す。

符号の説明

１…エンジン本体、２…シリンダ、３…クランクケース、４…点火プラグ、５…クランクシャフト、６…インシュレータ、７…キャブレター、８…マフラー、９…磁気センサ、１３…プロペラハブ、１４…フランジ部、１５…プロペラ挟持部、１６…イグニションモジュール、１７…バッテリ、３１…正回転時用センサ取付部、３２…逆回転時用センサ取付部、１４１…永久磁石

Claims (4)

1. エンジンの回転と同期して回転する回転部に設けられた回転位置検出用被検出部と、
   この回転位置検出用被検出部を検出するとともにエンジン本体側に取付けられるセンサと、
   このセンサからの検出信号を受信して点火プラグに点火信号を送信する点火時期制御手段とを備えた２ストロークエンジンにおいて、
   前記回転位置検出用被検出部を回転部の１箇所に設けるとともに、
   エンジン本体側の２箇所位置にセンサ取付部を設け、
   これらの２箇所のセンサ取付部のいずれか一方に前記センサを取付け、
   前記エンジン本体側に設けられるセンサ取付部の形成位置は、エンジンの所定方向の回転時における適正点火時期を前記センサにより検出する位置と、
   前記エンジンの所定方向の回転とは逆回転時における適正点火時期を前記センサにより検出する位置との２箇所とされている
   ことを特徴とする２ストロークエンジン。
2. 請求項１に記載した２ストロークエンジンにおいて、
   前記エンジン本体側に設けられるセンサ取付部の形成位置は、エンジン本体をシリンダ側が上方になるように配置した状態で、エンジンに設けられるクランクケースの下部側位置と、
   前記クランクケースの側部側で、かつ、マフラーから離間した位置との２箇所とされている
   ことを特徴とする２ストロークエンジン。
3. 請求項１または請求項２に記載した２ストロークエンジンにおいて、
   前記回転位置検出用被検出部は、永久磁石により構成されるとともに、
   前記センサは、磁気センサにより構成される
   ことを特徴とする２ストロークエンジン。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載した２ストロークエンジンにおいて、
   前記回転位置検出用被検出部は、前記回転部のエンジン本体と対向する側面に取付けられる
   ことを特徴とする２ストロークエンジン。

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