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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2015-124704(P2015-124704A)
(43)【公開日】2015年7月6日
(54)【発明の名称】2ストロークエンジン
(51)【国際特許分類】
   F02B 25/16 20060101AFI20150609BHJP
   F02B 25/04 20060101ALI20150609BHJP
   F02B 75/04 20060101ALI20150609BHJP
   F02B 75/32 20060101ALI20150609BHJP
【FI】
   F02B25/16 R
   F02B25/04
   F02B75/04
   F02B75/32 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】OL
【全頁数】16
(21)【出願番号】特願2013-269850(P2013-269850)
(22)【出願日】2013年12月26日
(71)【出願人】
【識別番号】000005326
【氏名又は名称】本田技研工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001379
【氏名又は名称】特許業務法人 大島特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】倉田 眞秀
(72)【発明者】
【氏名】山田 義和
(57)【要約】
【課題】 2ストロークエンジンにおいて、簡素な構成でピストンの冷却を可能にする。
【解決手段】 2ストロークエンジンE1、E2であって、シリンダボア3a内に往復動可能に収容されたピストン22と、クランク室2aとシリンダボアの側部とを連通し、ピストンの位置に応じて開閉される掃気ポート43bと、ピストンの裏面側及びシリンダボアを形成するシリンダ壁42のピストンよりもクランク室側部分の少なくとも一方に向けて燃料を噴射する燃料噴射装置71とを有する。
【選択図】 図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
2ストロークエンジンであって、
シリンダボア内に往復動可能に収容されたピストンと、
クランク室と前記シリンダボアの側部とを連通し、前記ピストンの位置に応じて開閉される掃気ポートと、
前記ピストンの裏面側及び前記シリンダボアを形成するシリンダ壁の前記ピストンよりもクランク室側部分の少なくとも一方に向けて燃料を噴射する燃料噴射装置とを有することを特徴とする2ストロークエンジン。
【請求項2】
前記燃料噴射装置は、前記掃気ポートを形成する部材に設けられ、前記掃気ポートから前記ピストンの裏面側及び前記シリンダ壁の前記ピストンよりもクランク室側部分の少なくとも一方に向けて燃焼を噴射することを特徴とする請求項1に記載の2ストロークエンジン。
【請求項3】
前記燃料噴射装置は、前記ピストンが上死点側に位置し、前記シリンダボアの前記ピストンよりもクランク室側部分と前記掃気ポートとが連通するタイミングにおいて燃料を噴射することを特徴とする請求項2に記載の2ストロークエンジン。
【請求項4】
前記燃料噴射装置は、その燃料噴射軸線が、斜め上方を向き、かつ前記シリンダボアに向けて開口する前記掃気ポートの開口端を通過するように配置されていることを特徴とする請求項3に記載の2ストロークエンジン。
【請求項5】
前記燃料噴射装置は、液体燃料を噴射することを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか1つの項に記載の2ストロークエンジン。
【請求項6】
前記液体燃料は、潤滑性能を有することを特徴とする請求項5に記載の2ストロークエンジン。
【請求項7】
前記クランク室には、クランクピンを有し、前記シリンダボアの軸線に対して一側に偏倚して配置されたクランクシャフトと、前記クランクピンに中間部が軸支されたトリゴナルリンクと、前記トリゴナルリンクの一端に軸支される一端と、前記ピストンに軸支される他端とを有するコネクティングロッドと、前記トリゴナルリンクの他端に軸支される一端と、前記クランク室を形成する機関本体に軸支される他端とを有する揺動リンクとが設けられ、
前記燃料噴射装置は、前記機関本体の前記クランク室に臨む部分であって、前記シリンダボアの軸線に対して前記クランクシャフトの軸線が配置される側と相反する側に配置され、前記シリンダボアの下端開口を通して前記シリンダボア内に向けて燃焼を噴射することを特徴とする請求項1に記載の2ストロークエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、2ストロークエンジンに関し、詳細には2ストロークエンジンの燃料噴射装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、汎用機等に使用される2ストロークエンジンは、4ストロークエンジンに比べて構成が簡素であり、潤滑油の循環装置を備えていないものが多い。このような2ストロークエンジンでは、吸気又は燃料に潤滑油を混合し、潤滑油を含む混合気を燃焼室に供給する前にクランク室に流すことによって、ピストンとシリンダとの摺動部等のエンジンの内部を潤滑している。このような潤滑方式では、潤滑油の循環装置を備える4ストロークエンジンに対して、各部に供給される潤滑油量が少ないため、潤滑油による冷却効果が小さい。そのため、2ストロークエンジンでは、特にピストン及びシリンダの冷却が問題となることがある。
【0003】
このような2ストロークエンジンにおいて、ピストンの裏側に向けて開口する通路を形成し、通路を介してポンプで圧縮した空気をピストンの裏側に吹き付けるようにしたものがある(例えば、特許文献1)。また、ピストンの裏側にシリンダ軸線に対して傾斜した案内板を設け、ピストンの下降時に案内板によってガスをピストンの裏側に導き、ピストンを冷却するようにしたものがある(例えば、特許文献2)。また、特許文献2に係る2ストロークエンジンでは、ピストンのスカート部に開口を形成し、ピストンの下降時に吸気ポートと連通するようにし、吸気ポートにおいて燃料が混合された混合気を、吸気ポート、開口、ピストンの裏側空間、クランク室の順に流し、ピストンを冷却している。また、ピストンのスカート部に開口を形成し、ピストンの下降時に、クランク室、ピストンの裏側空間、開口、掃気ポート、燃焼室の順に混合気が流れるようにしたものがある(例えば、特許文献3)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開平4−237815号公報
【特許文献2】特開昭61−101655号公報
【特許文献3】特開平3−26920号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、特許文献1に係る発明では、エンジンに通路を形成すると共に、ポンプを設けなければならないため、エンジンが大型化すると共に、構成が複雑になる。また、特許文献2及び3に係る発明では、スカート部に開口を有する特殊な形状のピストンを使用しなければならず、汎用性が低く、製造コストが増加するという問題がある。
【0006】
本発明は、以上の背景を鑑み、2ストロークエンジンにおいて、簡素な構成でピストンの冷却を可能にすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記課題を解決するために、2ストロークエンジン(E1、E2)であって、シリンダボア(3a)内に往復動可能に収容されたピストン(22)と、クランク室(2a)と前記シリンダボアの側部とを連通し、前記ピストンの位置に応じて開閉される掃気ポート(43b)と、前記ピストンの裏面側及び前記シリンダボアを形成するシリンダ壁(42)の前記ピストンよりも前記クランク室側部分の少なくとも一方に向けて燃料を噴射する燃料噴射装置(71)とを有することを特徴とする。
【0008】
この構成によれば、燃料噴射装置からピストンの裏側及びシリンダ壁のピストンよりもクランク室側部分の少なくとも一方に向けて燃料が噴射され、燃料とピストン及びシリンダの少なくとも一方とが熱交換をし、ピストン及びシリンダが冷却される。
【0009】
また、上記の発明において、前記燃料噴射装置(71)は、前記掃気ポートを形成する部材(2)に設けられ、前記掃気ポートから前記ピストンの裏面側及び前記シリンダ壁の前記ピストンよりも前記クランク室側部分の少なくとも一方に向けて燃焼を噴射するとよい。
【0010】
この構成によれば、燃料噴射装置は掃気ポートからピストンの裏側及びシリンダ壁のピストンよりもクランク室側部分の少なくとも一方に向けて燃料を噴射するため、噴射される燃料は、クランクシャフトを避け、ピストンの裏側等の噴射目標に到達し易くなる。また、燃料噴射装置と噴射目標との距離を比較的短くすることができるため、燃料を確実に噴射目標に吹き付けることが可能になる。
【0011】
また、上記の発明において、前記燃料噴射装置は、前記ピストンが上死点側に位置し、前記シリンダボアの前記ピストンよりも前記クランク室側部分と前記掃気ポートとが連通するタイミングにおいて燃料を噴射するとよい。
【0012】
この構成によれば、燃料噴射装置から噴射される燃料は、ピストンの裏側及びシリンダ壁のピストンよりもクランク室側部分の少なくとも一方に到達することができる。
【0013】
また、上記の発明において、前記燃料噴射装置は、その燃料噴射軸線(71X)が、斜め上方を向き、かつ前記シリンダボアに向けて開口する前記掃気ポートの開口端を通過するように配置されているとよい。
【0014】
この構成によれば、燃料噴射装置は、ピストンの裏側に向けて燃料を噴射することができる。
【0015】
また、上記の発明において、前記燃料噴射装置は、液体燃料を噴射するとよい。
【0016】
この構成によれば、ピストン及びシリンダの表面において液体燃料が気化するため、気化熱によってピストン及びシリンダの冷却が一層促進される。また、噴射される燃料の気化が促進され、クランク室内での混合気の均質性が向上し、燃焼室における燃焼状態が安定する。
【0017】
また、上記の発明において、前記液体燃料は、潤滑性能を有するとよい。
【0018】
この構成によれば、シリンダボアの壁面に付着した燃料がピストンとシリンダ壁との間の潤滑剤として機能する。
【0019】
また、上記の発明において、前記クランク室には、クランクピン(13)を有し、前記シリンダボアの軸線(3X)に対して一側に偏倚して配置されたクランクシャフト(8)と、前記クランクピンに中間部が軸支されたトリゴナルリンク(20)と、前記トリゴナルリンクの一端に軸支される一端と、前記ピストンに軸支される他端とを有するコネクティングロッド(21)と、前記トリゴナルリンクの他端に軸支される一端と、前記クランク室を形成する機関本体(1)に軸支される他端とを有する揺動リンク(25)とが設けられ、前記燃料噴射装置は、前記機関本体の前記クランク室に臨む部分であって、前記シリンダボアの軸線に対して前記クランクシャフトの軸線(8X)が配置される側と相反する側に配置され、前記シリンダボアの下端開口を通して前記シリンダボア内に向けて燃焼を噴射するとよい。
【0020】
この構成によれば、クランク室側に配置された燃料噴射装置から噴射される燃料は、クランクシャフトを避けてシリンダ内及びピストンの裏側に到達することができる。
【発明の効果】
【0021】
以上の構成によれば、2ストロークエンジンにおいて、簡素な構成でピストンの冷却を可能にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【0022】
図1】第1実施形態に係るエンジンの縦断面図(図2中のI−I断面図)
図2図1中のII-II断面図
図3図2中のIII−III断面図
図4】複リンク機構の動作説明図
図5】第1実施形態に係る燃料噴射タイミングを示す説明図
図6】第2実施形態に係るエンジンの縦断面図
図7】第1実施形態に係る燃料噴射タイミングを示す説明図
【発明を実施するための形態】
【0023】
以下、図面を参照して、本発明をユニフロー型単気筒2ストロークエンジン(以下、単にエンジンE1と称する。)に適用した第1実施形態について詳細に説明する。
【0024】
図1および図2に示すように、エンジンE1の機関本体1は、内部にクランク室2aを画成するクランクケース2と、クランクケース2の上部に起立状態で接合され、内部にシリンダボア3aを画成するシリンダブロック3と、シリンダブロック3の上部に接合されるシリンダヘッド4と、シリンダヘッド4の上部に接合されてシリンダヘッド4との間に上部動弁室6を画成するヘッドカバー5とを有している。
【0025】
クランクケース2は、図2に示すように、シリンダ軸線3Xを通る面で左右に分割された一対のクランクケース半体7、7によって構成される。左右のクランクケース半体7、7は、適所に配置された本実施形態では7本のボルト9(図1図3)によって互いに締結されて一体となっている。各クランクケース半体7の側壁7Sには、クランクシャフト8を支持する第1ベアリングB1がそれぞれ設けられている。クランクシャフト8は、クランク室2aにクランクスローが収容された状態で第1ベアリングB1を介してクランクケース2によって回転自在に支持される。
【0026】
クランクシャフト8は、第1ベアリングB1によって支持される一対のジャーナル11、11と、両ジャーナル11、11の互いに近接する側の端部に結合された一対のウェブ12、12と、両ウェブ12、12によってジャーナル11から偏心した位置に支持されたクランクピン13と、各ジャーナル11から同軸に延びる一対の延出部14、14とを有している。各ウェブ12は、クランク軸線8Xを中心としてクランクピン13までの距離よりも大きな半径を有する円盤状に形成されており、クランクシャフト8の回転を安定化させるフライホイールの役割を果たしている。
【0027】
クランクシャフト8の各延出部14は、各クランクケース半体7の側壁7Sに形成された貫通孔15、15を通ってクランクケース2の外部に延出している。クランクケース2の両側壁7Sにおける第1ベアリングB1の外側には、クランク室2aの気密性を確保するための第1シール部材S1、S1がそれぞれ設けられている。図2および図3に示すように、右側のクランクケース半体7の側壁7Sには、クランクシャフト8の右側の延出部14を取り囲むように突出する下部動弁ケース本体17が一体に形成されている。
【0028】
下部動弁ケース本体17は、突出端が開放された有底筒状に形成されており、内部に下部動弁室18を画成する。下部動弁ケース本体17の突出端には、下部動弁室18を塞ぐように動弁室カバー19が取り付けられる。下部動弁ケース本体17の突出端面にはシール溝17aが形成されており、シール溝17aに装着された第2シール部材S2によって下部動弁ケース本体17と動弁室カバー19とが気密性をもって接合される。
【0029】
クランクシャフト8の右側の延出部14は、動弁室カバー19を貫通してさらに外方に延出している。動弁室カバー19のクランクシャフト8を貫通させる貫通孔19aの内面には、下部動弁室18の気密性を確保し、ひいてはクランク室2aの気密性を確保するための第3シール部材S3が設けられている。
【0030】
図1に示すように、クランクシャフト8は、クランクピン13の回転中心となるクランク軸線8X、すなわちジャーナル11の軸心がシリンダ軸線3Xに対して一側方(図1の左側方)にオフセットした位置に配置される。以下、説明の便宜上、クランク軸線8Xの延在方向をエンジンE1の左右方向とし、クランク軸線8Xに対してシリンダ軸線3Xが配置された側を前方と規定する。クランクピン13には、3つの支点(20a、20b、20c)を有するトリゴナルリンク20の中間支点をなす筒状の中間筒部20aが第2ベアリングB2を介して回動自在に連結されている。
【0031】
本実施形態では、トリゴナルリンク20は、中間筒部20aによって互いに平行に延在するように連結された2つの板状部20d、20dと、両端部近傍で両板状部20d、20dによってそれぞれ両軸端を支持されてそれぞれ支点をなす第1連結ピン20bおよび第2連結ピン20cとを有しており、3つの支点(20a、20b、20c)が略直線上に概ね等間隔に配置されている。
【0032】
トリゴナルリンク20のシリンダ軸線3X側の第1連結ピン20b(一端部)には、コネクティングロッド(以下、コンロッド21と略称する。)の大端部21aが第3ベアリングB3を介して回動自在に連結されている。コンロッド21の小端部21bは、シリンダボア3a内を往復動するピストン22にピストンピン22aおよび第4ベアリングB4を介して連結されている。
【0033】
クランク軸線8Xに対してシリンダ軸線3Xと相反する側、かつクランク軸線8Xよりも下側には、クランク軸線8Xと平行な軸線を有する支点軸23が配置されている。支点軸23は、図2に示すように両端部がクランクケース2に形成された有底孔24に圧入されることによってクランクケース2に固定されている。支点軸23には揺動リンク25の基端部25aが第5ベアリングB5を介して回動可能に連結されている。揺動リンク25は基端部25aから概ね上方に向けて延び、その上端となる揺動端部25bがトリゴナルリンク20のシリンダ軸線3Xから遠い側の第2連結ピン20c(他端部)に第6ベアリングB6を介して回動可能に連結される。
【0034】
このように、エンジンE1は、コンロッド21に加えてトリゴナルリンク20および揺動リンク25を備えた複リンク機構30を有している。複リンク機構30は、ピストン22の往復運動をクランクシャフト8の回転運動に変換する。そして複リンク機構30を構成する部材は、予混合された混合気の自着火が適切に行われるように燃料の特性に応じて設定された圧縮比(有効2次圧縮比およびこれに対応する幾何学的圧縮比)が実現されるように、その配置や寸法などが設定される。
【0035】
エンジンE1が複リンク機構30を備えることにより、エンジンE1の大型化を抑制しつつ、大きなピストンストロークLによって燃焼エネルギーの取出量を増やすことが可能になり、熱効率が大幅に向上する。すなわち、図4(A)に示すように、ピストン22の上死点では、コンロッド21の大端部21aが、トリゴナルリンク20の右端の第1連結ピン20bによってクランクピン13よりも上方へ第1距離D1だけ押し上げられる。一方、図4(B)に示すように、ピストン22の下死点では、コンロッド21の大端部21aは、トリゴナルリンク20の右端の第1連結ピン20bによってクランクピン13よりも下方へ第2距離D2だけ押し下げられる。その結果、ピストンストロークLは、コンロッド21の大端部21aをクランクピン13に直接連結した同一クランク半径Rを有する通常のレシプロエンジンに比べ、上記距離の和(D1+D2)だけ伸長することになる。従って、本実施形態のエンジンE1では、クランクケース2の大型化やエンジンE1の全高の増大を抑制しつつ、ピストンストロークLを増大させることが可能である。
【0036】
また、このエンジンE1では、コンロッド21の大端部21aの軌跡Tが図4に示すように円形ではなく縦長な形状になる。すなわち、同一クランク半径Rを有する通常のレシプロエンジンに比べ、コンロッド21の揺動角度が小さくなる。そのため、シリンダボア3aの小径化を可能にしながら、シリンダ下端部(後述するシリンダスリーブ42の下端部)とコンロッド21との干渉を回避することができる。また、コンロッド21の揺動角度が小さくなることから、ピストン22がスラスト側および反スラスト側でシリンダに与える荷重が低減される。
【0037】
図1に示すように、旋回するトリゴナルリンク20や揺動する揺動リンク25、縦長の軌跡Tをもって回転運動するコンロッド21の大端部21aなどが干渉しないように、クランク室2aは、揺動リンク25側では幅方向に長く、ピストン22の直下では上下方向に長く形成される。クランクケース2の上部には、クランク室2aに接続する円形断面の開口部31が鉛直に延在するように形成されている。開口部31は、シリンダスリーブ42の下部の外径よりも大きな内径を有し、シリンダスリーブ42の下部の周囲にクランク室2aに繋がる環状の空間を形成する。
【0038】
また、クランクケース2の上部における開口部31に隣接した位置には、吸気ポート32が斜め上方からクランクシャフト8に向けてクランク室2aに接続するように形成されている。吸気ポート32には、吸気ポート32側からクランク室2a側への流体の流れを許容する一方で、クランク室2a側から吸気ポート32側への流体の流れを阻止するリード弁33が設けられている。リード弁33は、ベース部材33aと、ベース部材33aに取り付けられた板状の一対の弁体33b、33bと、各弁体33bの背面側に設けられる一対のストッパ33c、33cとを有している。弁体33bはストッパ33cとともにベース部材33aに固定されている。リード弁33は、通常は閉弁しており、ピストン22の上昇によってクランク室2a内の圧力が低下すると開弁する。
【0039】
クランクケース2には、リード弁33を介して通路部材34が取り付けられている。通路部材34は、鉛直に延在して吸気ポート32に接続する吸気通路34aを画成するとともに、吸気通路34aを開閉するスロットル弁34bを水平な軸心をもって軸支している。通路部材34の上流側には、上方に向けて延びた後に屈曲して水平に延在するL字状の吸気管36が接続されている。
【0040】
クランクケース2の上面には、上方に向けて突出する4本のスタッドボルト38がシリンダボア3aを取り囲むように四隅に植設されている(図1参照)。シリンダブロック3およびシリンダヘッド4は、これら4本のスタッドボルト38およびそれぞれに螺合する袋ナット39によってクランクケース2に共締めされている。
【0041】
図1および図2に示すように、シリンダブロック3には上下方向に延在する円形断面の貫通孔41が形成されており、この貫通孔41に円筒状のシリンダスリーブ42が下端を突出させるように圧入されている。シリンダブロック3の貫通孔41は、上部において中間部よりも大きな径を有する段付孔となっており、この段部には上向きの環状肩面41aが形成される。貫通孔41の上部における下部に対して拡径した部分(正確には、後述する環状突起42bよりも上方の部分)には、環状空間41bが形成される。
【0042】
シリンダスリーブ42は、面取りされた下端を除き、軸方向の全長にわたって同一の内径を有しており、シリンダスリーブ42の内周面42aによってシリンダボア3aが画成される。また、シリンダスリーブ42の外周面における環状肩面41aに対応する位置には環状突起42bが形成されており、環状突起42bが環状肩面41aに係止されることによってシリンダブロック3に対するシリンダスリーブ42の下方への位置決めがなされる。シリンダスリーブ42は、シリンダブロック3の高さよりも大きな高さを有しており、上端面をシリンダブロック3の上端面と同一平面上に配置するとともに、下部をシリンダブロック3よりも下方に突出させるとともにクランクケース2の開口部31に突入させている。
【0043】
シリンダスリーブ42には、周壁を厚み方向(径方向)に貫通する複数の掃気孔42c、42dが形成されている。本実施形態では、シリンダスリーブ42の左右両側部に1つずつ第1掃気孔42cが設けられ、シリンダスリーブ42の前側部(クランク軸線8Xと直交する方向においてクランクシャフト8と相反する側の側部)に1つの第2掃気孔42dが設けられている。両第1掃気孔42cは、同一の形状および同一の大きさに形成されている。第2掃気孔42dは、第1掃気孔42cに比べてシリンダ軸線3X方向に長く形成されている。第2掃気孔42dの上縁は第1掃気孔42cの上縁と同じ高さに配置され、第2掃気孔42dの下縁は第1掃気孔42cの下縁よりも低い位置に配置されている。
【0044】
シリンダスリーブ42の前側部の下端には、切欠部42eが形成されている。切欠部42eは、シリンダスリーブ42を厚み方向(径方向)に貫通すると共に、下部がシリンダスリーブ42の下縁に開口している。切欠部42eは、第2掃気孔42dの下方に配置されている。
【0045】
シリンダブロック3の下面における貫通孔41の開口端の周囲には、貫通孔41の内周面を軸線方向に延びるように凹設された複数の通路3bが形成されている。各通路3bは、各掃気孔42c、42dに対応して形成され、貫通孔41の左右側部及び前側部に形成されている。各通路3bは、上下に延び、その下端部はシリンダブロック3の下面に開口し、クランクケース2の開口部31と接続している。各通路3bの上端部は各掃気孔42c、42dの上縁と同じ位置まで延びている。
【0046】
クランクケース2の開口部31、シリンダブロック3の各通路3b、及びシリンダスリーブ42の各掃気孔42c、42dによって形成される一連の掃気ポート43a、43bは、クランク室2aとシリンダボア3aとを連通する。第1掃気孔42cを含む掃気ポートを第1掃気ポート43aとし、第2掃気孔42dを含む掃気ポートを第2掃気ポート43bとする。掃気孔42c、42dは、掃気ポート43a、43bのシリンダボア3a側の開口端をなす。通路3bの上端部は、通路3bを下から上に流れる混合気を側方に配置される掃気孔42cに円滑に流すように、上方に進むほどシリンダスリーブ42側に進むように曲面状に湾曲した壁面によって形成されている。
【0047】
シリンダヘッド4の下面におけるシリンダボア3aに対応する位置には、ドーム状のヘッド側燃焼室4aが凹設されており、ピストン22の頂面とシリンダヘッド4との間に燃焼室44が形成される。また、シリンダヘッド4の下面におけるヘッド側燃焼室4aの周囲には、前述したシリンダブロック3に形成された環状空間41bと接続する環状溝4bが形成されている。環状空間41bおよび環状溝4bによって、ヘッド側燃焼室4aおよびシリンダボア3aの上部を囲繞するウォータージャケット45が構成される。
【0048】
シリンダヘッド4には、排気ポート46が燃焼室44の頂部に開口するように形成されるとともに、点火プラグ47が燃焼室44に臨むように螺着されている。点火プラグ47は、エンジン始動時に点火駆動され、燃焼室44内の混合気に火花点火を行う。また、シリンダヘッド4には、排気ポート46を開閉するポペット型の排気弁48が、クランク軸線8X方向に傾斜した状態でステムエンドを上部動弁室6に配置して摺動可能に設けられている。上部動弁室6には、排気弁48を開閉駆動する動弁機構50の一部が配置されている。
【0049】
動弁機構50は、排気弁48を閉弁方向(上方)に付勢するバルブスプリング51と、シリンダヘッド4に設けられた支柱52によってクランクシャフト8と直交する方向に支持された上部ロッカシャフト53と、上部ロッカシャフト53によって揺動自在に支持された上部ロッカアーム54とを含んでいる。上部ロッカアーム54は、クランクシャフト8と概ね平行に延在しており、一端にはプッシュロッド55の上端55aに当接する受け部54aが形成され、他端には排気弁48のステムエンドに当接するスクリュアジャスタ54bが設けられている。プッシュロッド55の上端55aは半球状とされており、上部ロッカアーム54の受け部54aは、プッシュロッド55に対応する球状に凹陥した座面を形成してプッシュロッド55の上端55aを摺動可能に受容する。
【0050】
図2および図3に示すように、プッシュロッド55は、シリンダブロック3に対してクランク軸線8X方向の一側に概ね鉛直に延在するように配置され、シリンダヘッド4に接続された上端を有する中空のロッドケース56に収容されている。ロッドケース56はシリンダヘッド4と下部動弁ケース本体17とに掛け渡され、ロッドケース56の下端は下部動弁ケース本体17の上壁に接続している。
【0051】
ロッドケース56の下端は、クランクシャフト8がシリンダ軸線3Xからオフセットしていることから、下部動弁ケース本体17の上壁におけるクランクシャフト8から側方にオフセットした部位に接続される。下部動弁室18にも動弁機構50の一部が配置される。下部動弁ケース本体17の下壁には、下部動弁室18内の潤滑油を排出するためのドレン孔57が形成されており、ドレンプラグ58によってドレン孔57は閉塞される。
【0052】
動弁機構50は、クランクシャフト8の下部動弁室18内に延在する部位に設けられたカム61と、クランクケース2の側壁7Sと動弁室カバー19とによってクランクシャフト8と平行に支持された下部ロッカシャフト63と、下部ロッカシャフト63によってカム61に対応する位置に揺動自在に支持された下部ロッカアーム64とを含んでいる。すなわちクランクシャフト8の一方(図2の右側)の延出部14がカムシャフト66を構成している。
【0053】
図3に示すように、下部ロッカアーム64は、下部ロッカシャフト63によって支持される筒部64aと、筒部64aからクランクシャフト8側に延びる第1アーム64bと、第1アーム64bの端部に軸支され、カム61に転接するローラ64cと、筒部64aから第1アーム64bと反対側に延びる第2アーム64dと、第2アーム64dの端部に形成されてプッシュロッド55の下端55bを支持する受け部64eとを有している。プッシュロッド55の下端55bは半球状とされており、受け部64eはこれに対応する球面状に凹陥する座面を形成してプッシュロッド55の下端55bを摺動可能に受容する。
【0054】
図1に示すように、クランクケース2の前上部における開口部31の外周部には、クランクケース2の外面から開口部31に貫通するインジェクタ孔70が形成されている。インジェクタ孔70の開口部31側の開口端は、第2掃気ポート43bに対応する部分に連通している。インジェクタ孔70の軸線は、前側から後側に進むにつれて上方に進むように傾斜している。インジェクタ孔70の軸線を延長した直線は、第2掃気孔42dを通過するように配置されている。
【0055】
インジェクタ孔70には、燃料噴射装置71が挿入されている。燃料噴射装置71は、公知の燃料噴射装置であり、内部に形成された燃料通路(不図示)と、先端部に設けられ、燃料通路に連通したノズル72と、燃料通路を開閉する弁体(不図示)と、弁体を駆動するアクチュエータ(不図示)とを有している。アクチュエータは、ソレノイドやピエゾ素子等であり、電子制御装置(不図示)から供給される電力に応じて駆動し、弁体を開閉制御する。ノズル72は、筒状をなし、先端部に燃料噴射孔(不図示)を有している。ノズル72は、インジェクタ孔70に挿入され、先端部の燃料噴射孔が第2掃気ポート43b(開口部31)に臨むように配置される。燃料噴射装置71は、ボルトによってクランクケース2の外面に固定される押さえ部材74に係止され、インジェクタ孔70からの抜け止めがなされている。
【0056】
燃料噴射装置71は、燃料噴射孔から燃料噴射軸線71Xに沿った方向に、所定の噴射角をもって燃料を噴射する。これにより、燃料は、燃料噴射軸線71Xを中心とした円錐状に噴射される。燃料噴射軸線71Xは、インジェクタ孔70の軸線及びノズル72の軸線と同軸に配置され、前側から後側に進むにつれて上側に進むように傾斜し、第2掃気孔42dを通過するように配置されている。これにより、燃料噴射装置71は、開口部31、通路3b、掃気孔42dを通過し、シリンダスリーブ42の内周面42aに向けて燃料を噴射する。また、ピストン22の外周下縁が掃気孔42dの上縁近傍に位置し、燃料噴射軸線71Xがピストン22の裏面を通過するときには、燃料噴射装置71は、開口部31、通路3b、掃気孔42dを通過し、ピストン22の裏面側に向けて燃料を噴射する。
【0057】
燃料噴射装置71が噴射する燃料は、ガソリン、軽油、灯油、バイオ燃料等の液体燃料や、都市ガスやLPガス等の気体燃料であってよい。液体燃料は、気化熱によってピストン22やシリンダスリーブ42から熱を奪うことができるため、好ましい。また、液体燃料は、軽油のように潤滑性能を有することが好ましい。燃料が潤滑性能を有することで、シリンダスリーブ42の内周面42aに付着した燃料は、ピストン22とシリンダスリーブ42との間の潤滑剤として機能する。
【0058】
このように構成されたエンジンE1は、始動後、次のように動作する。図1を参照すると、まず、ピストン22の上昇行程では、これに伴ってクランク室2aの減圧によってリード弁33が開弁し、スロットル弁34bによって流量を制御された新気がリード弁33および吸気ポート32を通過してクランク室2aに吸入される。燃料噴射装置71は、クランク室2a内に燃料を噴射し、吸入された新気と燃料とが混合されて混合気が生成される。なお、シリンダボア3a内の混合気はピストン22によって圧縮され、ピストン22の上死点近傍で点火プラグ47が火花点火を行うことにより燃料が着火する。
【0059】
その後、ピストン22が下降行程に移ると、リード弁33が閉じることからスロットル弁34b側への逆流が阻止され、クランク室2a内の混合気は圧縮される。ピストン22の下降が進んでピストン22が掃気ポート43a、43bを開放する前に、カム61のプロファイルにしたがって動弁機構50によって駆動された排気弁48が排気ポート46を開放する。次いで、ピストン22が掃気ポート43a、43bを開放すると、圧縮された混合気が掃気ポート43a、43bを通ってシリンダボア3a内(燃焼室44内)に送り込まれる。燃焼室44内の既燃焼ガス(排気ガス)は混合気によって押し出されるようにして排気ポート46から排出され、その一部は内部EGRガスとして燃焼室44内に残留する。排気弁48の閉弁タイミングは、燃焼室44内に残留するEGRガス量が比較的多くなり、EGRガス量の増大に伴って上昇する混合気の圧縮時温度の上昇によって自着火が容易になるように設定されている。
【0060】
ピストン22が再び上昇行程に移ると、ピストン22が掃気ポート43a、43bを閉じた後、カム61によって駆動された排気弁48が排気ポート46を閉じ、ピストン22の上昇に伴ってシリンダボア3a内(燃焼室44)内の混合気を圧縮しつつ、クランク室2a内を減圧してリード弁33から混合気を吸入させる。エンジンE1の回転が安定してくると、ピストン22が上死点近傍に到達したときに混合気が自着火して燃焼、膨張し、ピストン22を下降させるようになる。
【0061】
このようにして、エンジンE1は2サイクル動作を行い、始動時には点火プラグ47によって火花点火を行いながらも、回転が安定してくると、予混合圧縮自着火による2サイクル動作を行う。そして、掃気ポート43a、43bからシリンダボア3aを経由して排気ポート46へと流れる掃排気の流れは、曲がりの少ないユニフローとなる。
【0062】
図5は、燃料噴射装置71が燃料噴射を行うタイミングをピストン22の位置を基準として表したものである。ピストン位置は、角度で表され、上死点を0度とし、下死点を180°として表す。ピストン22は、ピストン位置が0度〜180度の範囲で下降し、180度〜360度(0度)の範囲で上昇する。
【0063】
ピストン位置が0度(上死点)のときに燃焼室44で燃料の燃焼が発生すると、燃焼室44内のガスが膨張し、ピストン22は上死点から下降する。ピストン位置がA1に達するまでは、ピストン22の外周下縁は掃気孔42dの上縁より上方に位置し、掃気ポート43bはシリンダボア3aのピストン22より下側部分と連通する。そして、ピストン位置がA1のときにおいて、ピストン22の外周下縁が掃気孔42dの上縁と一致する。その後、ピストン位置がA1〜A2の範囲では、ピストン22の下降によって掃気孔42dが閉じられていき、ピストン位置がA2のときにピストン22の外周下縁が掃気孔42dの下縁と一致して掃気ポート43bとシリンダボア3aのピストン22より下側部分との連通が遮断される。
【0064】
その後、ピストン22の下降が進み、ピストン位置がA3に達すると排気弁48が開かれて既燃焼ガスの排出が始まる。そして、ピストン位置がA4に達すると、ピストン22の外周上縁が掃気孔42dの上縁と一致し、その後、掃気ポート43bとシリンダボア3aのピストン22より上側部分とが連通する。
【0065】
ピストン22は、180度(下死点)を越えると再び上昇し、ピストン位置がA5のときに、ピストン22の外周上縁が掃気孔42dの上縁と一致し、掃気ポート43bとシリンダボア3aのピストン22より上側部分との連通が遮断される。ピストン位置がA4からA5の範囲は、掃気ポート43a、43bが開いた掃気ポート開範囲である。
【0066】
その後、ピストン22の上昇により、ピストン位置がA6に達すると排気弁48が閉じられる。ピストン位置がA3からA6の範囲は、排気ポート46が開いた排気ポート開範囲である。
【0067】
その後、ピストン22の上昇により、ピストン位置がA7に達するとピストン22の外周下縁が掃気孔42dの下縁と一致し、その後、掃気ポート43bはシリンダボア3aのピストン22より下側部分と連通を開始する。A7〜A8の範囲では、ピストン22の上昇によって掃気孔42dが開かれていき、ピストン位置がA8に達するとピストン22の外周下縁が掃気孔42dの上縁と一致し、掃気孔42dが完全に開かれた状態となる。
【0068】
燃料噴射装置71は、ピストン22の上昇行程(圧縮行程)におけるピストン22の外周下縁が掃気孔42dの下縁と一致するA7から、ピストン22の下降行程(膨張行程)におけるピストン22の外周下縁が掃気孔42dの下縁と一致するA2までの範囲で燃料を噴射することができる。この第1噴射可能範囲(A7〜A2)では、掃気ポート43bはシリンダボア3aのピストン22より下側部分と連通するため、燃料はシリンダボア3aのピストン22よりも下側に噴射され、燃焼室44に噴射されることがない。
【0069】
また、燃料噴射装置71は、ピストン22の上昇行程(圧縮行程)におけるピストン22の外周下縁が掃気孔42dの上縁と一致するA8から、ピストン22の下降行程(膨張行程)におけるピストン22の外周下縁が掃気孔42dの上縁と一致するA1までの範囲で燃料を噴射することができる。この第2噴射可能範囲(A8〜A1)では、掃気ポート43bはシリンダボア3aのピストン22より下側部分と連通し、かつピストン22の外周下縁が掃気孔42dの上縁よりも上方に位置するため、燃料はシリンダボア3aのピストン22よりも下側に噴射され、燃焼室44やピストン22の外周面に噴射されることがない。
【0070】
また、第2噴射可能範囲(A8〜A1)の内で、ピストン22の外周下縁が掃気孔42dの上縁近傍に位置する第3噴射可能範囲(図中の黒塗り矢印で示す範囲)で噴射すると、燃料噴射装置71の燃料噴射軸線71Xの上にピストン22の裏面側が位置するため、ピストン22の裏面側に向けて燃料を噴射することができる。第3噴射可能範囲は、燃料噴射装置71の燃料噴射軸線71Xが障害物(ピストン22の外周面)を通過することなく、ピストン22の裏面に直接に交わる範囲として規定される。
【0071】
燃料噴射装置71は、少なくとも第1噴射可能範囲において燃料を噴射し、好ましくは第2噴射可能範囲において燃料を噴射し、更に好ましくは第3噴射可能範囲において燃料を噴射する。
【0072】
本実施形態に係るエンジンE1は、ピストン22の裏面側及びシリンダスリーブ42の内周面42aのピストン22よりも下側部分に燃料を噴射するため、ピストン22及びシリンダスリーブ42は噴射される燃料によって冷却される。特に、燃料が液体燃料である場合には、燃料の気化熱によってピストン22及びシリンダスリーブ42の冷却効果が一層向上する。一方、燃料側から見ると、燃料はエンジンE1の中で高温であるピストン22及びシリンダスリーブ42から熱を受けて気化が促進され、クランク室2a内の混合気の均質性が向上する。
【0073】
また、ピストン22の裏面側及びシリンダスリーブ42の内周面42aのピストン22よりも下側に噴射された燃料は、ピストン22の下降によって、クランク室2aに押し出され、クランク室2a内の混合気との攪拌が促進される。
【0074】
燃料噴射装置71は掃気ポート43bからピストン22の裏側及びシリンダスリーブ42に向けて燃料を噴射するため、噴射される燃料は、クランクシャフト8を避け、ピストン22の裏側及びシリンダスリーブ42の内周面42aの噴射目標に到達し易くなる。また、燃料噴射装置71と噴射目標との距離が比較的短いため、噴射される燃料は噴射目標に到達し易くなる。
【0075】
本実施形態では、第2掃気孔42dが第1掃気孔42cよりも上下に長く形成されているため、第2掃気孔42dを通過する燃料噴射軸線71Xの水平方向に対する上方への傾斜角を大きく設定することができる。これにより、燃料噴射装置71は、ピストン22の裏面側に燃料を到達させ易くなる。
【0076】
次に、上記の実施形態の一部を変更した第2実施形態を、図6及び図7を参照して説明する。第2実施形態に係るエンジンE2では、燃料噴射装置71の機関本体1への取付位置が異なる。以下の説明では、第1実施形態と同様の構成は、同一の符号を付して説明を省略する。
【0077】
図6に示すように、エンジンE2では、インジェクタ孔80は、クランクケース2の前上部における開口部31の外周部であって、上下方向においてシリンダスリーブ42の下端よりも下方に配置されている。インジェクタ孔80は、クランクケース2の外面から開口部31に貫通し、開口部31側の開口端は、第2掃気ポート43bに対応する部分に連通している。インジェクタ孔80の軸線は、前側から後側に進むにつれて上方に進むように傾斜している。インジェクタ孔80の軸線を延長した直線は、シリンダスリーブ42の下端開口又は切欠部42eを通過するように配置されている。
【0078】
燃料噴射装置71は、インジェクタ孔80に挿入されている。燃料噴射装置71のノズル72は、インジェクタ孔80に挿入され、先端部の燃料噴射孔が第2掃気ポート43b(開口部31)を臨むように配置される。
【0079】
燃料噴射軸線71Xは、インジェクタ孔80の軸線と同軸に配置され、前側から後側に進むにつれて上側に進むように傾斜し、シリンダスリーブ42の下端開口又は切欠部42eを通過するように配置されている。これにより、燃料噴射装置71は、開口部31からシリンダスリーブ42の下端開口又は切欠部42eを通過し、シリンダスリーブ42の内周面42aに向けて燃料を噴射する。また、ピストン22が下死点付近に位置するときには、燃料噴射装置71は、開口部31からシリンダスリーブ42の下端開口又は切欠部42eを通過し、ピストン22の裏面側に向けて燃料を噴射する。
【0080】
図7は、第2実施形態において燃料噴射装置71が燃料噴射を行うタイミングをピストン22の位置を基準として表したものである。
【0081】
第2実施形態に係るエンジンE2では、燃料噴射装置71がシリンダスリーブ42の下端開口側からピストン22及びシリンダスリーブ42に向けて燃料を噴射する。シリンダスリーブ42の下端開口は、常時クランク室側に向けて開口しており、かつピストン22によって燃焼室44と連通が遮断されているため、燃料噴射装置71は任意のタイミングで燃料を噴射することができる。また、ピストン22が下死点近傍に位置する範囲(図中の黒塗り矢印で示す範囲)で噴射すると、燃料噴射装置71の燃料噴射軸線71Xの上にピストン22の裏面側が位置するため、ピストン22の裏面側に向けて燃料を噴射することができる。燃料噴射装置71がピストン22の裏面側に向けて燃料を噴射可能な範囲は、燃料噴射装置71の燃料噴射軸線71Xが障害物(ピストン22の外周面)を通過することなく、ピストン22の裏面に直接に交わる範囲として規定される。
【0082】
シリンダスリーブ42の下縁に切欠部42eが形成されているため、燃料噴射装置71は燃料噴射軸線71Xが切欠部42eを通過するように配置することができ、燃料噴射装置71の配置の自由度が向上する。切欠部42eによって、燃料噴射軸線71Xをシリンダスリーブ42の下端開口を通過させながら、水平に近づけることができ、また上下方向においてシリンダスリーブ42の下端側に近づけることができる。これにより、燃料噴射装置71を、クランクシャフト8やトリゴナルリンク20から離れた位置に配置し、これらとの干渉を避けることができる。
【0083】
エンジンE2は、トリゴナルリンク20を含む複リンク機構30を有し、クランクシャフト8がシリンダボア3aに対して後方に偏倚した位置に配置される。これにより、クランクケース2の前側に配置される燃料噴射装置71を、クランクシャフト8との干渉を避けながら、前後方向においてシリンダスリーブ42に一層近接した位置に配置することができる。
【0084】
以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。例えば、燃料噴射装置71は、ノズル72の軸線と角度を有する燃料噴射軸線71Xを有してもよい。この場合には、燃料噴射装置71のレイアウト自由度が大きくなる。
【符号の説明】
【0085】
1 機関本体
2 クランクケース
2a クランク室
3 シリンダブロック
3a シリンダボア
3b 通路
22 ピストン
42 シリンダスリーブ(シリンダ壁)
42c 第1掃気孔
42d 第2掃気孔
42e 切欠部
43a 第1掃気ポート
43b 第2掃気ポート
44 燃焼室
70、80 インジェクタ孔
71 燃料噴射装置
71X 燃料噴射軸線
72 ノズル
E1、E2 エンジン
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7