JPH07317557A - 過給機を備えた２サイクル内燃機関 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 クランク室圧力の低下を回避して十分な掃気
流を確保することができ、ひいてはエンジン性能を向上
できる過給機を備えた２サイクル内燃機関を提供する。 【構成】 排気ガスにより回転駆動される過給機３０を
備えた２サイクル内燃機関１を構成する場合に、クラン
ク室圧力を検出するクランク室圧力検出手段ｃと、クラ
ンク室圧力が低いときに過給圧が増加するように過給機
を制御するＥＣＵ３９（過給圧制御手段）とを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、排気ガスにより回転駆
動される過給機を備えた２サイクル内燃機関に関する。

【０００２】

【従来の技術】２サイクル内燃機関において出力の向上
を図るために過給機を備える場合があり、例えば排気ガ
スにより回転駆動される排気タービンにて新気を過給
し、該過給した新気をクランク室内に導入するようにし
たものがある（例えば、特開昭５９−２２０４９１号公
報参照）。このような過給機を備えるにあたっては、従
来、エンジンの運転状態に応じて過給量を制御するため
に排気通路に開閉弁を配設し、該開閉弁を開閉制御する
ことにより排気タービンの過給能力を可変するようにし
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが上記従来の排
気通路を開閉制御して過給量を可変する方法では、エン
ジン回転数に見合う過給量に制御できるものの、十分な
掃気流を確保するためのクランク室圧力が得られない場
合がある。このため低速回転時には残留ガスの増加によ
り回転変動が生じたり、あるいは高速回転時には十分な
出力を引き出せないという問題が生じる。

【０００４】本発明は、上記実情に鑑みてなされたもの
で、クランク室圧の低下を回避して十分な掃気流を確保
でき、ひいてはエンジン性能を向上できる過給機を備え
た２サイクル内燃機関を提供することを目的としてい
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、排気
ガスにより回転駆動される過給機を備えた２サイクル内
燃機関において、クランク室圧力を検出するクランク室
圧力検出手段と、クランク室圧力が低いときに上記過給
機を過給圧が増加するように制御する過給圧制御手段と
を備えたことを特徴としている。

【０００６】請求項２の発明は、排気タイミングを変化
させる排気タイミング可変手段と、エンジン回転数，あ
るいはエンジン負荷状態を検出する運転状態検出手段と
を備え、高速回転域，あるいは高負荷域では排気タイミ
ングを早めるように上記排気タイミング可変手段を制御
する排気タイミング制御手段を備えたことを特徴として
いる。

【０００７】

【作用】請求項１の発明に係る過給機を備えた２サイク
ル内燃機関によれば、クランク室圧力が低いときに過給
圧を増加するようにしたので、過給量の増加にともなっ
てクランク室圧力が上がり、これにより掃気流を速くす
ることができる。その結果、低速時での残留ガスによる
回転変動を回避できるとともに、高速時でのエンジン出
力を向上できる。

【０００８】請求項２の発明では、高速回転域では排気
タイミングを早めるようにしたので、流速の速い排気ガ
スでもって排気タービンを回転させることから過給量が
増加してクランク室圧力が上昇し、よって掃気流が速く
なりエンジン出力を向上できる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図に基づいて説明す
る。図１ないし図３は本発明の一実施例による過給機を
備えた２サイクル内燃機関を説明するための図であり、
本実施例では２サイクルガソリンエンジンに適用した場
合を例にとって説明する。

【００１０】図において、１は水冷式並列３気筒２サイ
クルガソリンエンジンであり、該エンジン１のシリンダ
ブロック２の下側合面２ａにはクランクケース３が取付
けられ、シリンダブロック２の下部とクランクケース３
とで各気筒毎のクランク室４が３組構成されている。ま
た上記シリンダブロック２の上側合面２ｂにはシリンダ
ヘッド５が載置され、ヘッドボルト６によって締結固定
されている。

【００１１】上記シリンダヘッド５の下面の各気筒に対
向する部分には燃焼室７を構成する燃焼凹部５ａが凹設
されており、該凹部５ａ内には点火プラグ８ａ，及び燃
料噴射装置のインジェクタ８ｂが挿入されている。

【００１２】上記シリンダブロック２には３つのシリン
ダボア２ｃが並列に形成されており、該各シリンダボア
２ｃ内にはピストン９が摺動自在に挿入配置されてい
る。このピストン９にはコンロッド１０の小端部１０ａ
がピストンピン１１，ニードル軸受１２を介して連結さ
れており、該コンロッド１０の大端部１０ｂはクランク
軸１３のクランクピン１３ａにニードル軸受１４を介し
て連結されている。ここで、上記エンジン１の各気筒の
クランクピン位相は１２０度間隔に設定されており、ま
た上記各クランク室４の圧縮比はエンジン圧縮比より小
さい値に設定されている。

【００１３】上記クランクケース３の下面には、吸気開
口３ａが上記各クランク室４に連通するように３組形成
されており、該各吸気開口３ａには蓄圧室４０を構成す
る吸気マニホールド１６ａが接続されている。この吸気
マニホールド１６ａの合流部には吸気管１６ｂが接続さ
れており、該吸気管１６ｂの上流端にはエアクリーナ１
７が接続されている。上記蓄圧室４０の容積は各気筒の
ピストンストローク容積より大きく設定されている。

【００１４】上記各吸気開口３ａには逆止弁としてのリ
ードバルブ１８が配設されている。このリードバルブ１
８はバルブボディ１８ａに形成された開口１８ｂを弁板
１８ｃによって開閉する構造のものである。このリード
バルブ１８は、上記ピストン９の上昇によってクランク
室４内が吸気マニホールド１６ａより低い圧になると自
動的に開いて空気をクランク室４内に導入し、下降によ
ってクランク室４内が吸気マニホールド１６ａより高圧
になると閉じて空気の吹き返しを防止する。

【００１５】また上記シリンダブロック２のスカート部
には掃気調整開口２ｄが上記各クランク室４に連通する
ように形成されている。該各掃気調整開口２ｄには３つ
のクランク室４に共通の掃気チャンバ１９が接続されて
おり、該掃気チャンバ１９の各接続開口は掃気制御弁１
９ａで開閉可能になっている。

【００１６】上記掃気制御弁１９ａは、図３に示すよう
に、弁軸２０ａに３枚の弁板２０ｂを固定したものであ
り、該弁軸２０ａは一対のベベルギヤ２１を介してステ
ッピングモータ２２で回転駆動される。これにより上記
各弁板２０ｂが上記各掃気調整開口２ｄを同時に開閉す
る。また上記ステッピングモータ２２は、ＥＣＵ２３に
よって、エンジンの運転状態（エンジン回転数，燃料噴
射量，アクセル開度等）に基づいて開閉制御される。

【００１７】例えば上記掃気制御弁１９ａを開くと、各
クランク室４に掃気チャンバ１９が連通してクランク室
容積が実質的に拡大され、このため後述する過給機から
の給気圧力が各クランク室４に均一に作用し、ひいては
エンジンへの過給量が均一化される。また上記掃気制御
弁１９ａを閉じると通常のクランク室容積となり、掃気
が充分に行われる。

【００１８】また上記シリンダブロック２の上部には、
各気筒毎に１組の排気ポート２５が形成されており、該
各排気ポート２５には排気マニホールド２６ａが接続さ
れている。この排気マニホールド２６の合流部には排気
管２６ｂが接続されており、該排気管２６ｂの下流端に
はマフラ２７が接続されている。

【００１９】上記シリンダブロック２の排気ポート２５
の両隣には、一対の主掃気口２８ａが、また上記排気ポ
ート２５との対向位置には対向掃気口２８ｂがそれぞれ
形成されており、これらの各掃気口２８ａ，２８ｂは掃
気ポート２８ｃを介して該気筒用クランク室４に連通し
ている。

【００２０】また上記シリンダブロック２には、ピスト
ン摺動面に潤滑油を供給するためのオイル孔２ｅ，２ｆ
が各気筒毎に形成されている。この両オイル孔２ｅ，２
ｆはクランク軸１３と直角方向にシリンダブロック２の
壁面を貫通しており、下死点に位置するピストン９の第
１，第２ピストンリング間で、かつ上記排気ポート２５
の下方に位置している。そして上記各オイル孔２ｅ，２
ｆはオイル供給通路２９ａを介して潤滑油ポンプ２９ｂ
に接続され、該ポンプ２９ｂはＥＣＵ２３により、例え
ば高負荷・高速回転域では潤滑油を増量するよう運転制
御される。なお、上記潤滑油ポンプ２９ｂからの潤滑油
はクランク軸１３のジャーナル軸受１３ｂにも供給され
る。

【００２１】上記エンジン１は過給機３０を備えてい
る。この過給機３０は排気管２６ｂの途中に介設された
タービンハウジング３１ａと、吸気管１６ｂの途中に介
設されたコンプレッサハウジング３１ｂとを一体形成
し、該タービンハウジング３１ａ内に排気タービン３２
を、上記コンプレッサハウジング３１ｂ内にコンプレッ
サ３３をそれぞれ回転自在に配設した構造となってお
り、排気タービン３２とコンプレッサ３３とはシャフト
３４で結合されている。また上記吸気管１６ｂの過給機
３０より下流側には水冷式，又は空冷式のインタクーラ
３５が介設されている。

【００２２】ここで、上記リードバルブ１８は、上記過
給機３０の吸気管１６ｂ下流側で、かつクランク室４に
連通する吸気開口３ａに配置されており、上記インジェ
クタ８ｂ，及びオイル孔２ｅ，２ｆはリードバルブ１８
の下流側に配置されている。これにより吹き返し，過給
圧の低下によって給気が過給機３０に流入するのを防止
している。なお、上記インジェクタ８ｂは、図１に示す
ように、シリンダブロック２の掃気ポート２８ｃに臨む
部分，あるいはクランクケース３のクランク室４に臨む
部分に挿入配置してもよい。

【００２３】また上記排気ポート２５の開口上壁部には
排気タイミング可変手段としての排気可変バルブ３７が
配設されている。この排気可変バルブ３７は上記シリン
ダブロック２の各排気ポート２５をクランク軸方向に横
切るように挿入配置されている。上記排気可変バルブ３
７は、丸棒の一部を切り欠くことにより大略円弧状の弁
部３７ａを形成してなるもので、この弁部３７ａが排気
ポート２５の天壁内に没入して該排気ポート２５内面と
面一となる全開位置（図１の実線参照）と、上記弁部３
７ａが突出して排気ポート２５開口を若干絞り込む全閉
位置（図１の破線参照）との間で回動するようになって
いる。

【００２４】上記排気可変バルブ３７の外方突出端部に
は図示しない駆動プーリ，又は歯車列を介して駆動モー
タ３８が連結されており、該モータ３８はＥＣＵ３９に
より運転制御される。

【００２５】そして上記吸気管１６ｂの過給機３０の上
流側には給気制御弁４１が配置されている。この給気制
御弁４１は弁板４１ａに弁軸４１ｂを固定してなるもの
で、該弁軸４１ｂの外端部にリンク部材４２を介してロ
ッド４３が連結されている。このロッド４３の上端部に
は通電時に該ロッド４３を上方に吸引して上記給気制御
弁４１を開く電磁コイル４４が配設されており、該電磁
コイル４４は過給圧制御手段としての上記ＥＣＵ３９に
よりオンオフ制御される。また上記ロッド４３にはこれ
を下方に常時付勢し、該付勢力でもって上記給気制御弁
４１を閉じるスプリング４５が配設されている。

【００２６】また上記吸気管１６ｂの給気制御弁４１の
上流側にはスロットル制御装置４６が配設されている。
このスロットル制御装置４６は上記吸気通路１６ｂに配
設されたスロットル弁４７を駆動モータ４８を介して上
記ＥＣＵ３９により開閉制御される。

【００２７】上記ＥＣＵ３９は、エンジン回転数センサ
ａ，クランク角センサｂ，クランク室圧センサｃからの
検出値Ａ，Ｂ，Ｃをそれぞれ読み込むとともに、アクセ
ル操作量を読み込み、内蔵する制御マップに基づいて上
記給気制御弁４１を開閉制御するとともに、排気可変バ
ルブ３７の回動角度を制御し、かつインジェクタ８ｂの
燃料噴射タイミング，点火プラグ８ａの点火タイミング
を制御する。

【００２８】次に本実施例の作用効果について説明す
る。本実施例の２サイクルガソリンエンジン１は、ＥＣ
Ｕ３９により高速回転域では排気可変バルブ３７を全開
にして排気タイミングを早くし、低速回転域では全閉に
して排気タイミングを遅らせるように制御する。これに
より高速域では排気タイミングが早くなることから、高
い圧力，速い流速でもって排気ガスが排出され、この高
エネルギーの排気ガスが排気タービンを回転駆動するこ
ととなり、それだけ過給圧が上昇して過給効率を向上で
きる。また低速域では、排気タイミングが遅くなる分だ
け、排気ガスエネルギーが小さくなり、過給圧が低下す
ることとなる。しかし、排気タイミングが遅くなる分だ
け燃焼ガスのピストンに作用する時間が長くなり、低速
時の出力低下を抑制できる。その結果、高速域での過給
効率の向上を図りながら、低速域での出力低下を抑制で
き、よって低速から高速までの広い運転領域にわたって
安定した高いエンジン性能が得られる。

【００２９】また、上記ＥＣＵ３９は、クランク室圧セ
ンサｃからの検出値が設定値より低いときは給気制御弁
４１を開く。これにより過給気量の増加に伴ってクラン
ク室４の圧力が上昇し、掃気流が速くなる。さらに低速
回転域では排気タイミングを遅くするとともに給気制御
弁４１を絞る。ここで、上記クランク室圧が低いときに
排気タイミングを早めるようにしてもよい。

【００３０】このように本実施例によれば、クランク室
４の圧力が低いときは給気制御弁４１を開いて過給圧を
上げるようにしたので、過給量の増加にともなってクラ
ンク室圧力が上昇し、これにより掃気流を速くすること
ができる。その結果、低速回転域での残留ガスによる回
転変動を回避でき、低速回転時の安定性を向上できる。

【００３１】また本実施例では、高速回転域では排気可
変バルブ３７を開いて排気タイミングを早めるようにし
たので、流速の速い排気ガスでもって排気タービンを回
転させることから過給量が増大してクランク室圧力が上
昇し、よって掃気流が速くなる分だけエンジン出力を向
上できる。

【００３２】さらに本実施例では、吸気管１６ｂに給気
制御弁４１を配設したので、上述の従来公報のように排
気通路に開閉弁を配置する構造では困難であった、排気
脈動を有効利用でき、エンジン性能をさらに向上でき
る。

【００３３】図４，図５は、本発明の第２実施例による
過給機を備えた２サイクル内燃機関を説明するための図
であり、本実施例は２サイクルディーゼルエンジンに適
用した例である。図中、図１と同一符号は同一又は相当
部分を示す。

【００３４】本実施例の２サイクルディーゼルエンジン
５０は、シリンダブロック２の下側にクランクケース３
を、上側にシリンダヘッド５１を締結してなり、基本的
構造は上記実施例と略同様であるので詳細な説明は省略
する。

【００３５】上記シリンダヘッド５１の合面５１ａ側部
分には、主燃焼室５２に開口する円筒状のプラグ保持孔
５３が形成され、該保持孔５３にはホットプラグ５４が
挿入固定されている。該ホットプラグ５４の燃焼凹部５
４ａとヘッド側燃焼凹部５１ｂとで副燃焼室５５が形成
されており、該副燃焼室５５は連通孔５４ｂで上記主燃
焼室５２に連通している。また上記副燃焼室５５にはイ
ンジェクタ５６ａ，グロープラグ５６ｂが挿入されてい
る。

【００３６】上記シリンダブロック２の排気ポート６０
は、主排気口６０ａをシリンダ外部接続口に導出する主
排気ポート６０ｂと、上記主排気口６０ａの上側に開口
する一対の副排気口６０ｃを外部に導出し、途中で上記
主排気ポート６０ｂに合流する副排気ポート６０ｄとで
構成されている。また上記排気ポート６０には排気マニ
ホールド２６ａを介して排気管２６ｂが接続されてお
り、該排気管２６ｂの下流側には排気ガスを浄化するＳ
ＯＦ分解触媒６５が介設されている。

【００３７】上記シリンダブロック２の副排気ポート６
０ｄにはこれを開閉する圧縮比可変バルブ６１が挿入配
置されている。この圧縮比可変バルブ６１には歯車列等
を介して駆動モータ６２が接続されており、該モータ６
２はＥＣＵ６３により運転制御される。このＥＣＵ６３
は、スロットル開度，エンジン回転数等の運転状態に応
じて回動制御する。即ち、低回転域では上記圧縮比可変
バルブ６１を全閉位置に、高回転域では全開位置に回動
させる。この圧縮比可変バルブ６１を開いた場合の圧縮
比はピストン９の頂面が副排気口６０ｃの上縁に位置し
た時点での主燃焼室５２の容積で決定され、上記圧縮比
可変バルブ６１を閉じた場合より低くなる。

【００３８】そして上記エンジン５０の吸気管１６ｂに
は、過給機３０の上流側と下流側とを連通するバイパス
通路７０が形成されている。このバイパス通路７０の上
流側開口７０ａには給気制御弁７１が挿入配置されてお
り、該給気制御弁７１の外端部には、クランク室圧力検
出手段及び過給圧制御手段として機能するダイヤフラム
機構７２が配設されている。このダイヤフラム機構７２
は、ケース７３内にこれを上室７３ａと下室７３ｂに区
分けするダイヤフラム７４を移動自在に配設し、該ダイ
ヤフラム７４に上記給気制御弁７１の上端を固定した構
造のもので、上記下室７３ｂ内には給気制御弁７１を閉
方向に付勢するスプリング７５が配設されおり、上室７
３ａにはクランク室４に連通するダイヤフラム通路７６
が接続されている。

【００３９】次に、本実施例の作用効果を説明する。本
実施例の２サイクルディーゼルエンジン５０は、ＥＣＵ
６３により低速回転域では圧縮比可変バルブ６１を閉じ
て圧縮比を上げ、また高速回転域では圧縮比可変バルブ
６１を開いて圧縮比を下げる。これにより高速域におけ
る異常燃焼によるノッキングの発生を防止でき、また燃
焼性が改善されて排気ガスを排気タービンにスムーズに
導くことができ、過給効率を向上できるとともにＨＣ量
を低減できる。また低速運転域では圧縮比を上げるの
で、排気ガスの圧力が上昇する分だけ過給圧を上げるこ
とができ、低速域における過給効率を向上できる。その
結果、低速から高速までの広域にわたって安定した高い
エンジン性能が得られる。

【００４０】また、クランク室４の圧力が下がると上室
７３ａ内の圧力が下がることから、スプリング７５の付
勢力でもって給気制御弁７１がバイパス通路７０の開口
７０ａを閉じる。これにより過給機３０を通る空気量，
つまり過給量が増加してクランク室４の圧力が上昇し、
ひいては低速時の回転変動を回避できる。

【００４１】図６は、上記第２実施例の変形例による過
給機を備えた２サイクル内燃機関を説明するための図で
あり、図中、図５と同一符号は同一又は相当部分を示
す。

【００４２】本実施例の２サイクルディーゼルエンジン
５０は、排気管２６ｂの過給機３０の上流側に排気制御
弁８０を配設した例である。この排気制御弁８０の外端
部にはリンク部材８１を介してロッド８２が連結されて
おり、該ロッド８２には過給圧制御手段としてのダイヤ
フラム機構８３が配設されている。

【００４３】上記ダイヤフラム機構８３は、上記排気制
御弁８０に固定されたダイヤフラム８４をケース８５内
に移動自在に配設し、該ケース８５の下室８５ｂにスプ
リング８６を配設するとともに、上室８５ａにクランク
室４に連通するダイヤフラム通路８７を接続して構成さ
れており、該構造は上述のものと略同様である。

【００４４】本実施例では、クランク室４の圧力が下が
るとスプリング８６の付勢力でもって排気制御弁７１が
開く。これにより流速の速い排気ガスが排出され、これ
が過給機３０を回転駆動することから、それだけ過給気
量が増加してクランク室４の圧力を上げる。

【００４５】

【発明の効果】以上のように請求項１の発明に係る過給
機を備えた２サイクル内燃機関によれば、クランク室圧
力が低いときに過給圧を増加するようにしたので、過給
量の増加にともなってクランク室圧力が上昇し、これに
より低速時の残留ガスによる回転変動を回避できるとと
もに、高速時のエンジン出力を向上できる効果がある。

【００４６】請求項２の発明では、高速回転域では排気
タイミングを早めるようにしたので、流速の速い排気ガ
スでもって排気タービンを回転させることから過給量が
増加してクランク室圧力が上昇し、よって掃気流が速く
なりエンジン出力を向上できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例による過給機を備えた２サ
イクルガソリンエンジンを説明するための断面正面図で
ある。

【図２】上記第１実施例エンジンの概略構成図である。

【図３】図１のIII-III 線断面図である。

【図４】本発明の第２実施例による２サイクルディーゼ
ルエンジンを説明するための断面正面図である。

【図５】上記第２実施例エンジンの概略構成図である。

【図６】上記第２実施例エンジンの変形例による給気制
御手段を示す概略構成図である。

【符号の説明】

１，５０ ２サイクル内燃機関 ４ クランク室 ３０ 過給機 ３７ 排気可変バルブ（排気タイミン
グ可変手段） ３９ ＥＣＵ（給気制御手段，排気タ
イミング制御手段） ７２，８３ ダイヤフラム機構（給気制御手
段） ｃ クランク室圧力センサ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 排気ガスにより回転駆動される過給機を
   備えた２サイクル内燃機関において、クランク室圧力を
   検出するクランク室圧力検出手段と、クランク室圧力が
   低いときに上記過給機を過給圧が増加するように制御す
   る過給圧制御手段とを備えたことを特徴とする過給機を
   備えた２サイクル内燃機関。
2. 【請求項２】 請求項１において、排気タイミングを変
   化させる排気タイミング可変手段と、エンジン回転数，
   あるいはエンジン負荷状態を検出する運転状態検出手段
   と、高速回転域あるいは高負荷運転域では排気タイミン
   グを早めるように上記排気タイミング可変手段を制御す
   る排気タイミング制御手段とを備えたことを特徴とする
   過給機を備えた２サイクル内燃機関。