特許 7592690 ２サイクル内燃エンジン及びエンジン作業機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-22

(45)【発行日】2024-12-02

(54)【発明の名称】２サイクル内燃エンジン及びエンジン作業機

(51)【国際特許分類】

   F02B 25/16 20060101AFI20241125BHJP

   F02M 61/14 20060101ALI20241125BHJP

   F02M 69/04 20060101ALI20241125BHJP

   F02D 41/30 20060101ALI20241125BHJP

【ＦＩ】

F02B25/16 D

F02B25/16 H

F02M61/14 310Z

F02M69/04 Z

F02D41/30

【請求項の数】 19

(21)【出願番号】P 2022505094

(86)(22)【出願日】2021-02-15

(86)【国際出願番号】 JP2021005491

(87)【国際公開番号】W WO2021177010

(87)【国際公開日】2021-09-10

【審査請求日】2024-01-17

(31)【優先権主張番号】P 2020034899

(32)【優先日】2020-03-02

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】509264132

【氏名又は名称】株式会社やまびこ

(74)【代理人】

【識別番号】100133411

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 龍郎

(74)【代理人】

【識別番号】100067677

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 彰司

(72)【発明者】

【氏名】野口 祐則

【審査官】佐々木 淳

(56)【参考文献】

【文献】特開平０３－２６０３７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２００７／０７７８２６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０００－２１３３５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５９－１５２１５９（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２０００－２８３００８（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第９８／０５７０５３（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０２Ｂ ２５／００－２５／２８

Ｆ０２Ｍ ６１／１４

Ｆ０２Ｍ ６９／０４

Ｆ０２Ｄ ４１／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃焼室を画成し且つ排気ポートと吸気ポートを有するシリンダと、前記燃焼室の混合気に点火する点火装置と、前記燃焼室での燃焼膨張により前記シリンダ内を往復動するピストンと、前記シリンダの内部と連通するクランク室と、該クランク室内に配設されて前記ピストンと作動上連結されるクランクシャフトと、前記クランク室内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記ピストンの作動時の負圧によって空気のみを吸入する吸気通路と、前記クランク室と前記燃焼室とを連通する掃気通路と、を備え、前記吸気通路を通過する空気が前記掃気通路に導入され、吸気の終了時に前記掃気通路内に滞留する空気が掃気に関与する２サイクル内燃エンジンであって、前記ピストンの下端と前記吸気ポートの下端との間に、前記吸気通路と前記クランク室とを連通させる連通部を備える、２サイクル内燃エンジン。

【請求項2】

前記ピストンは、ピストン溝を備え、前記吸気ポートと前記掃気通路は前記ピストン溝を介して連通される、請求項１に記載の２サイクル内燃エンジン。

【請求項3】

前記ピストン溝に、前記クランク室と連通する孔が設けられる、請求項２に記載の２サイクル内燃エンジン。

【請求項4】

前記ピストンの下端に切欠きを備え、該切欠きによって前記連通部が形成される、請求項１，２又は３に記載の２サイクル内燃エンジン。

【請求項5】

前記吸気ポートの下端に下方への拡大部を備え、該拡大部によって前記連通部が形成される、請求項１，２又は３に記載の２サイクル内燃エンジン。

【請求項6】

前記掃気通路は、掃気ポートよりも前記クランク室寄りの位置に、前記ピストン溝と連通する分岐通路を有する、請求項２に記載の２サイクル内燃エンジン。

【請求項7】

前記燃料噴射弁は、前記クランク室への空気の流入を阻害しない方向に燃料を噴射する、請求項１から６のいずれか一項に記載の２サイクル内燃エンジン。

【請求項8】

前記燃料噴射弁が、電動燃料ポンプと、前記クランクシャフトの回転により動作するポンプの、少なくとも一つに燃圧を享受される高圧式燃料噴射弁である、請求項１から７のいずれか一項に記載の２サイクル内燃エンジン。

【請求項9】

前記燃料噴射弁が、前記シリンダ内又は前記クランク室内の要冷却部位に向けて高圧で燃料を噴射する、請求項８に記載の２サイクル内燃エンジン。

【請求項10】

前記燃料噴射弁が、前記ピストンの作動過程における前記クランク室の最高内圧下においても燃料を噴射可能な高圧式燃料噴射弁である、請求項８又は９に記載の２サイクル内燃エンジン。

【請求項11】

前記吸気通路は一か所のみの吸気ポートに開口する、請求項１から１０のいずれか一項に記載の２サイクル内燃エンジン。

【請求項12】

前記クランク室と前記燃焼室とを連通するブースター通路が前記掃気通路とは別に配設され、前記燃料噴射弁による燃料供給タイミングが制御装置で制御されることにより、全負荷運転時には均質燃焼が行われる一方、軽負荷運転時には、前記ブースター通路を介して燃料が前記燃焼室に流入して成層燃焼が行われる、請求項１から１１のいずれか一項に記載の２サイクル内燃エンジン。

【請求項13】

前記クランク室と前記ブースター通路とを連通させる下死点側ブースターポートと、前記燃料噴射弁から供給される燃料を軽負荷運転時に前記下死点側ブースターポートの近傍に導入する燃料供給構成と、を備える、請求項１２に記載の２サイクル内燃エンジン。

【請求項14】

前記燃料供給構成は、前記燃料噴射弁が前記下死点側ブースターポートの近傍に配置される第一構成と、前記下死点側ブースターポートの近傍に滞留可能な噴射圧で前記燃料噴射弁から燃料が噴射される第二構成と、を共に備える、請求項１３に記載の２サイクル内燃エンジン。

【請求項15】

前記燃料供給構成は、前記下死点側ブースターポートに向けて燃料が噴射されるように前記燃料噴射弁が配置される第一構成と、前記下死点側ブースターポートに到達可能な噴射圧で前記燃料噴射弁から燃料が噴射される第二構成と、を共に備える、請求項１３に記載の２サイクル内燃エンジン。

【請求項16】

全負荷運転時には、前記ピストンが上死点側付近に位置するタイミングで前記燃料噴射弁から燃料が供給され、軽負荷運転時には、前記ピストンが下死点付近に到達する直前のタイミングで前記燃料噴射弁から燃料が供給される、請求項１２から１５のいずれか一項に記載の２サイクル内燃エンジン。

【請求項17】

前記掃気通路と前記燃焼室とを連通させる掃気ポートが前記シリンダの内周面に一対配設され、該一対の掃気ポート間における一方の円弧面側に前記排気ポートが配設され、前記燃焼室と前記ブースター通路とを連通させる上死点側ブースターポートが、前記一対の掃気ポート間における他方の円弧面側に配設される、請求項１２から１６のいずれか一項に記載の２サイクル内燃エンジン。

【請求項18】

前記吸気通路に逆止弁を備える、請求項１から１７のいずれか一項に記載の２サイクル内燃エンジン。

【請求項19】

請求項１から１８のいずれか一項に記載の２サイクル内燃エンジンを動力源として備えるエンジン作業機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、２サイクル内燃エンジンと、２サイクル内燃エンジンを動力源とするエンジン作業機に関するものである。

【背景技術】

【0002】

刈払機、チェーンソー、パワーブロアなどの携帯式作業機には、動力源として２サイクル内燃エンジンが多用されている。２サイクル内燃エンジンにおいては、気化器で燃料と空気により混合気が生成され、この混合気がクランク室へと吸入される。２サイクル内燃エンジンは、クランク室と燃焼室とを連通する掃気通路を有する。シリンダ内をピストンが作動することにより、クランク室で予圧縮された混合気が掃気通路を通じて燃焼室に導入され、この混合気によって掃気が行われる。

【0003】

２サイクル内燃エンジンは、周知の「混合気（新気）の吹き抜け」の問題を有する。すなわち、燃焼室に導入される掃気用の混合気がそのままシリンダの排気口から排出されてしまうことである。混合気の吹き抜けは燃料の無駄使いであり、大気汚染の原因にもなる。

【0004】

この問題を解消するため、シリンダに導入する気体を、空気、混合気の順となるように構成した、いわゆる「層状掃気式２サイクルエンジン」が知られている（再表９８／０５７０５３）。この技術では、空気供給用吸気通路と混合気供給用吸気通路とをそれぞれ備え、シリンダ内を往復動するピストンの動作によって、掃気通路の上部に空気を、クランクケースに混合気を充填する。これによって掃気通路の上部に滞留した空気を掃気に関与させ、所謂、先導空気により吹き抜けを軽減する。

【0005】

この構成においては、先導空気と混合気の双方の供給量とタイミングが、燃焼室内に発生する負圧や掃気通路の上部に滞留した空気の量によって従属的に定まってしまい、精密なコントロールができない。一案として、先導空気と混合気の供給配分を規定するために、それぞれの吸気通路の断面積を適宜に設定し空気と混合気の吸気割合を調整する等の対策案も採用できる。しかし、このような対策であっても、広い回転数領域の全ての運転領域で最適な供給配分を実現するような精密な制御はできない。また、エンジンへの損傷を回避するためには、全ての回転数領域で運転の確実性を保つことのできる、混合気供給量を優先した（濃い目の）設定にならざるを得なかった。

【0006】

また、２サイクル内燃エンジンは携帯型作業機に広く用いられるが、その特性上、高回転、高負荷域だけでなく、低回転から高回転への加減速や中間的な回転数、軽負荷領域も頻繁に使用される。このような２サイクル内燃エンジンにおいても、エンジンの運転状態に最も適する先導空気および混合気を燃焼室へ供給することが望ましい。より詳細には、上述のようなさまざまな運転状態において、先導空気量と混合気量のそれぞれを正確にコントロールすること、エンジンの各運転領域に要求される混合気の供給量に依存せずに、充分な先導空気供給量を設定すること、エンジンのコンパクト性を維持すること、等が求められる。

【発明の開示】

【0007】

本発明は、前記のような事情に鑑みてなされたもので、掃気時の混合気の吹き抜けを防止可能であり、且つ、エンジンの運転状態に適した混合気を燃焼室に供給可能な２サイクル内燃エンジンを提供しようとするものである。

【0008】

本発明はまた、前記２サイクル内燃エンジンを動力源とするエンジン作業機を提供しようとするものである。

【0009】

前記課題を解決するため、本発明に係る２サイクル内燃エンジンは、燃焼室を画成し且つ排気ポートと吸気ポートを有するシリンダと、前記燃焼室の混合気に点火する点火装置と、前記燃焼室での燃焼膨張により前記シリンダ内を往復動するピストンと、前記シリンダの内部と連通するクランク室と、該クランク室内に配設されて前記ピストンと作動上連結されるクランクシャフトと、前記クランク室内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記ピストンの作動時の負圧によって空気のみを吸入する吸気通路と、前記クランク室と前記燃焼室とを連通する掃気通路と、を備え、前記吸気通路を通過する空気が前記掃気通路に導入され、吸気の終了時に前記掃気通路内に滞留する空気が掃気に関与する２サイクル内燃エンジンであって、前記ピストンの下端と前記吸気ポートの下端との間に、前記吸気通路と前記クランク室とを連通させる連通部を備えることを特徴とする。

【0010】

本発明によれば、燃料噴射弁によってクランク室内に燃料が噴射される。また、吸気通路を通過する空気が掃気通路に導入される。掃気通路に導入される空気はクランク室に吸入される。吸気の終了時には掃気通路に空気が滞留する。掃気通路を介してクランク室内に導入された空気は燃料と混合して混合気となる。クランク室内の混合気は、ピストンの作動によって掃気通路を通って燃焼室へと導入される。燃焼室の混合気は、ピストンによって圧縮され、点火装置によって点火されて燃焼膨張する。この燃焼膨張でピストンが押し戻される過程で、掃気と排気が行われる。すなわち、掃気通路内に滞留する空気が、燃焼室へと圧送されて掃気に関与し、この掃気により、排気口から燃焼ガスが排出される。

【0011】

以上のように、本発明によれば、燃料噴射弁によってクランク室内に燃料が供給されるので、燃料供給のタイミングの制御が容易となり、エンジンの運転状態に適した混合気の供給が可能となる。また、吸気通路は空気のみを吸入し、且つ、吸気通路を通過する空気は掃気通路に導入されるので、吸気通路を簡易に形成することができる。吸気通路が空気のみを吸入することで、吸入空気の制御が容易となるほか、空気制御の信頼性の向上にも貢献できる。吸気の終了時には掃気通路に空気が滞留し、この空気が掃気に関与するので、掃気時の混合気の吹き抜けが防止され、排気ガスの成分が改善される。また、連通部を通して吸気ポートからクランク室へも空気が流入するので、クランク室への給気量を増大させることができる。

【0012】

また、本発明によれば、吸気側には空気通路のみを配置すればよいため、従来の層状掃気式エンジンにおいて設けられていた混合気供給用の吸気通路及び吸気ポートが不要となることから、シリンダ、マニーホールド等も簡易に形成することができる。この構成により、空気制御弁を簡素化でき吸入空気量制御の容易化・信頼性の向上にも貢献できる。シリンダの構成についてより詳細には、従来、空気ポート及び混合気ポートを上下ないし周方向に並べて配置する必要があったところ、本発明では混合気供給用のポートが不要になることから、シリンダにおけるポート開口の設計自由度が格段に向上する。

【0013】

実施の一形態として、前記ピストンは、ピストン溝を備え、前記吸気ポートと前記掃気通路は前記ピストン溝を介して連通される態様としてもよい。この場合、ピストンによって吸気ポートが開閉されるので、逆止弁を配設する必要がない。

【0014】

実施の一形態として、前記ピストン溝に、前記クランク室と連通する孔が設けられる態様としてもよい。この場合、孔を通して吸気ポートからクランク室へも空気が流入するので、クランク室への給気量を増大させることができる。

【0016】

実施の一形態として、前記ピストンの下端に切欠きを備え、該切欠きによって前記連通部が形成される態様としてもよい。この場合、切欠きを通して吸気ポートからクランク室へ空気が流入する。

【0017】

実施の一形態として、前記吸気ポートの下端に下方への拡大部を備え、該拡大部によって前記連通部が形成される態様としてもよい。この場合、拡大部を通して吸気ポートからクランク室へ空気が流入する。

【0018】

実施の一形態として、前記掃気通路は、前記掃気ポートよりも前記クランク室寄りの位置に、前記ピストン溝と連通する分岐通路を有する態様としてもよい。この場合、吸気ポートから分岐通路を通してクランク室へ空気が流入するので、クランク室への給気量を増大させることができる。

【0019】

実施の一形態として、前記燃料噴射弁は、前記掃気通路から前記クランク室への空気の流入を阻害しない方向に燃料を噴射する態様としてもよい。

【0020】

実施の一形態として、前記燃料噴射弁が、電動燃料ポンプと、前記クランクシャフトの回転により動作するポンプの、少なくとも一つに燃圧を享受される高圧式燃料噴射弁である態様としてもよい。このようにすれば、狙ったところに燃料を噴射できる。

【0021】

実施の一形態として、前記燃料噴射弁が、前記シリンダ内又は前記クランク室内の要冷却部位に向けて高圧で燃料を噴射する態様としてもよい。このようにすれば、燃料噴射弁から高圧で噴射される燃料により、要冷却部位が効果的に冷却される。

【0022】

実施の一形態として、前記燃料噴射弁が、前記ピストンの作動過程における前記クランク室の最高内圧下においても燃料を噴射可能な高圧式燃料噴射弁とされる態様としてもよい。このようにすれば、クランク室内への燃料噴射のタイミングが最適化できるため、掃気通路の滞留空気への燃料混合を抑止するなど排気ガスの成分を改善できる。

【0023】

実施の一形態として、前記吸気通路は一か所のみの吸気ポートに開口する態様としてもよい。このようにすれば、従来の、混合気ポートおよび２か所の空気用ポートを設ける構成に比して吸気通路を簡易に形成することができ、作業機のコンパクト性に大いに寄与できる。

【0024】

実施の一形態として、前記クランク室と前記燃焼室とを連通するブースター通路が前記掃気通路とは別に配設され、前記燃料噴射弁による燃料供給タイミングが制御装置で制御されることにより、全負荷運転時には均質燃焼が行われる一方、軽負荷運転時には、前記ブースター通路を介して燃料が前記燃焼室に流入して成層燃焼が行われる態様としてもよい。この場合、全負荷運転時には均質燃焼が行われ、軽負荷運転時には成層燃焼が行われる。これにより、全負荷運転時に加えて軽負荷運転時の熱効率も改善される。

【0025】

実施の一形態として、前記クランク室と前記ブースター通路とを連通させる下死点側ブースターポートと、前記燃料噴射弁から供給される燃料を軽負荷運転時に前記下死点側ブースターポートの近傍に位置させる燃料供給構成と、を備える態様としてもよい。この場合、燃料噴射弁から供給される燃料が軽負荷運転時に下死点側ブースターポートの近傍に導入される（流入する）ので、燃料がブースター通路を介して燃焼室へと流入しやすい。一方、空気は掃気通路から燃焼室に導入されており、空気と混合気が別の通路から導入されることによって、軽負荷運転時の成層燃焼に適する。

【0026】

実施の一形態として、前記燃料供給構成は、前記燃料噴射弁が前記下死点側ブースターポートの近傍に配置される第一構成と、前記下死点側ブースターポートの近傍に滞留可能な噴射圧で前記燃料噴射弁から燃料が噴射される第二構成と、を共に備える態様としてもよい。

【0027】

実施の一形態として、前記燃料供給構成は、前記下死点側ブースターポートに向けて燃料が噴射されるように前記燃料噴射弁が配置される第一構成と、前記下死点側ブースターポートに到達可能な噴射圧で前記燃料噴射弁から燃料が噴射される第二構成と、を共に備える態様としてもよい。

【0028】

実施の一形態として、全負荷運転時には、前記ピストンが上死点側に位置するタイミングで前記燃料噴射弁から燃料が供給され、軽負荷運転時には、前記ピストンが下死点に到達する直前のタイミングで前記燃料噴射弁から燃料が供給される態様としてもよい。このようにすれば、全負荷運転時には、クランク室内での混合気の均質性が向上するので、均質燃焼に適する。一方、軽負荷運転時には、燃料噴射弁から供給された燃料がクランク室内に充填する空気と混ざる前に、ブースター通路を介して燃焼室へと流入する。クランク室内に充填した空気には燃料が混合されずに掃気通路から燃焼室へと導入されるので、成層燃焼に適する。

【0029】

実施の一形態として、前記掃気通路と前記燃焼室とを連通させる掃気ポートが前記シリンダの内周面に一対配設され、該一対の掃気ポート間における一方の円弧面側に前記排気ポートが配設され、前記燃焼室と前記ブースター通路とを連通させる上死点側ブースターポートが、前記一対の掃気ポート間における他方の円弧面側に配設される態様としてもよい。この場合、軽負荷運転時には、ブースター通路を介して燃焼室に燃料が流入すると共に、一対の掃気ポートから燃焼室に空気が流入する。掃気通路とは別に設けられた、混合気供給のためのブースターポートから濃い混合気が燃焼室内の空気と混合することにより、点火装置の点火部付近に濃い混合気が形成される。これにより、軽負荷運転時の成層燃焼の確実性が向上する。

【0030】

以上説明したように、本発明によれば、２サイクル内燃エンジンの高回転、高負荷域だけでなく、低回転から高回転への加減速や中間的な回転数、軽負荷領域においても、エンジンの運転状態に最も適する先導空気および混合気を燃焼室へ供給することができる。また、燃料噴射装置の配置、タイミング制御、指向性のそれぞれを組み合わせることで先導空気量と混合気量のそれぞれを正確にコントロールすることができる。なお、シリンダには空気を吸入する空気用の空気ポートのみが開口するため、充分な先導空気供給量を設定することが可能であり、かつ、エンジンの吸気側（反排気側）の構造簡素化、コンパクト性にも寄与できる。

【0031】

実施の一形態として、前記吸気通路に逆止弁を備える態様としてもよい。逆止弁を設けることにより、前回サイクルにおける燃焼室からの吹き返しが吸気通路に混入せず、次のサイクルでの空気供給量および燃料噴射量をより精密に管理できる。

【0032】

実施の一形態として、前記２サイクル内燃エンジンを動力源として備えるエンジン作業機を提供してもよい。

【図面の簡単な説明】

【0033】

【図1】本発明の実施の一形態に係る２サイクル内燃エンジンの概略図である。

【図2】図１のエンジンの作動行程の説明図である。

【図3】図１のエンジンにおける空気と燃料の流れを示すブロック図である。

【図4】本発明の他の実施の一形態に係る２サイクル内燃エンジンの概略図である。

【図5】本発明の他の実施の一形態に係る２サイクル内燃エンジンの概略図である。

【図6】本発明の他の実施の一形態に係る２サイクル内燃エンジンの概略図である。

【図7】本発明の他の実施の一形態に係る２サイクル内燃エンジンの概略図である。

【図8】本発明の他の実施の一形態に係る２サイクル内燃エンジンの全負荷運転時の説明図であり、（ａ）は、前記エンジンの概略正面図、（ｂ）は、前記エンジンの全負荷運転時の燃料供給タイミングを表す図、（ｃ）は、前記エンジンの概略平面図である。

【図9】図８の２サイクル内燃エンジンの軽負荷運転時の説明図であり、（ａ）は、前記エンジンの概略正面図、（ｂ）は、前記エンジンの軽負荷運転時の燃料供給タイミングを表す図である。

【発明を実施するための形態】

【0034】

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。

【0035】

本発明に係る２サイクル内燃エンジン（以下、単に「エンジン」という。）は、主に携帯式のエンジン作業機に動力源として搭載される空冷式のものである。本発明のエンジンが用いられる作業機としては、チェーンソー、刈払機、動力カッター、ヘッジトリマー、パワーブロワ等の、手持式、肩掛式又は背負式等の携帯式作業機が挙げられる。

【0036】

図１に示すように、本発明の実施の一形態に係るエンジン１は、シリンダブロック２と、このシリンダブロック２を構成するシリンダ３内を往復摺動するピストン４と、を備える。シリンダブロック２の一端側を構成するシリンダヘッド５とピストン４とによって燃焼室６が画成され、シリンダブロック２の他端側を構成するクランクケース７とピストン４とによってクランク室８が画成される。シリンダヘッド５には点火装置を構成する点火プラグ９が固着され、この点火プラグ９は燃焼室６に突入している。クランクケース７内にはクランクシャフト１０が回動自在に支持され、このクランクシャフト１０とピストン４のピストンピン４ａとが連接棒１１によって連結される。燃焼室６での燃焼膨張（爆発）によりピストン４がシリンダ３内を往復摺動することにより、連接棒１１を介してクランクシャフト１０が回転駆動され、クランクシャフト１０に繋がる図示しない出力軸に回転駆動力が出力される。

【0037】

シリンダ３の内壁には、排気ポート１２と少なくとも一つの掃気ポート１４が開口しており、これらのポート１２，１４がピストン４の往復動によって所定のタイミングで開閉制御される。排気ポート１２は排気管１５を介してマフラ１５ａに連通する。掃気ポート１４は、掃気通路１８を介してクランク室８に連通する。

【0038】

エンジン１は、空気供給用の吸気通路１７を備える。吸気通路１７は、ピストン４の作動時の負圧によって空気のみを吸入する。吸気通路１７内にはバタフライ式等のスロットルバルブ１９が配設され、スロットルバルブ１９の上流側にはエアクリーナ２０が配設される。スロットルバルブ１９の開度は、作業者が作業機の出力操作部材（スロットルトリガやスロットルレバー等）を操作することで調整される。

【0039】

吸気通路１７は掃気通路１８に連通される。吸気通路１７上には、掃気通路１８からの空気の逆流を防止する逆止弁２３が配設される。吸気通路１７は、掃気通路１８の掃気ポート１４側の端部に形成される吸気ポート２４に連結される。そして、吸気通路１７は、エアクリーナ２０で浄化された空気を掃気通路１８へと導く。吸気通路１７は、一か所のみの吸気ポート２４に開口する。

【0040】

エアクリーナ２０で浄化された空気は、クランク室８が負圧となる吸入行程で、吸気通路１７から逆止弁２３、吸気ポート２４、掃気通路１８の順に通過して、クランク室８へと吸入される。吸入行程の終了時には、掃気通路１８に空気が滞留する。この滞留空気は、掃気行程において、クランク室８内の混合気に先立って、掃気ポート１４からシリンダ３内へと流入する。この空気先導式の掃気により、燃焼室６の燃焼ガスが排気ポート１２から排出される。

【0041】

エンジン１は、クランク室８内に燃料を供給するための燃料噴射弁２５を備える。燃料は、クランク室８内で空気と混合して混合気となる。図示例では、クランクケース７の下部に燃料噴射弁２５が配設されている。

【0042】

燃料噴射弁２５には、燃料タンク２６と燃料ポンプ２７が連結される。燃料ポンプ２７の作動によって燃料タンク２６内の燃料が燃料噴射弁２５に供給され、燃料噴射弁２５の開閉によって燃料の噴射が制御される。

【0043】

燃料噴射弁２５は、マイクロコンピュータを含む制御装置２８によって開閉制御される。制御装置２８には、エンジン１の運転状況を検知する少なくとも一つのセンサ２９（２９ａ～２９ｇ）の検知信号が入力される。制御装置２８は、センサ２９の検知に基づいて、燃料噴射弁２５によるクランク室８への燃料供給を制御する。

【0044】

少なくとも一つのセンサ２９を例示すると、例えば、吸気温度を検知して信号を発する吸気温度センサ２９ａ、吸気圧を検知して信号を発する吸気圧センサ２９ｂ、スロットルバルブ１９の開度を検知して信号を発するスロットルバルブ開度センサ２９ｃ、クランク室８の圧力を検知して信号を発するクランク室圧力センサ２９ｄ、クランク室８の温度を検知して信号を発するクランク室温度センサ２９ｅ、エンジン１の回転数を検知して信号を発するエンジン回転数センサ２９ｆ、クランク角を検知して信号を発するクランク角センサ２９ｇが挙げられる。これらのセンサ２９ａ～２９ｇの信号は制御装置２８に入力される。

【0045】

制御装置２８は、センサ２９ａ～２９ｇからの種々の信号に基づき、所定のプログラムにしたがって、燃料噴射弁２５へと適宜のタイミングで燃料噴射信号を発し、また、点火装置を構成する点火プラグ９へと所定のタイミングで点火信号を発する。これにより、クランク室８への燃料供給と、燃焼室６の混合気への点火が行われる。

【0046】

次に、図２を参照して、図１のエンジン１の動作について説明する。図２において、（ａ）は掃気時、（ｂ）は吸入及び圧縮時、（ｃ）は燃焼膨張（爆発）時、（ｄ）は排気時の説明図である。なお、クランク室８への燃料噴射は適時に行われればよいが、一例として、吸入行程の終盤に行われるものとする。

【0047】

図２（ａ）、（ｂ）を参照して、ピストン４が下死点から上昇する過程でピストン４により掃気ポート１４が閉じると、ピストン４の上昇によりクランク室８内が負圧になる。これにより、吸気通路１７から吸気ポート２４と掃気通路１８とを通ってクランク室８へと空気が吸入される。一例として、吸入行程の終盤で燃焼噴射弁２５から燃料が噴射される。燃焼室６では、ピストン４が上死点に達するまで混合気の圧縮が行われる。ピストン４が上死点に達すると、クランク室８への空気の吸入が終了する。この時点で、クランク室８内には燃料と空気が混合した混合気が充満し、掃気通路１８内には空気が滞留する。

【0048】

図２（ｃ）を参照して、ピストン４が上死点に達した時に点火プラグ９による点火が行われる。これにより燃焼室６で混合気が燃焼膨張（爆発）し、ピストン４が下死点へと押し下げられることで、クランクシャフト１０が回転して動力が発生する。ピストン４の下降により、クランク室８内の混合気が予圧縮される。このとき、逆止弁２３が作用するので、吸気ポート２４から空気が流出することはない。

【0049】

図２（ｄ）を参照して、ピストン４の下降により排気ポート１２が開くと、燃焼ガスが排気管１５へと流出する。続いて、図２（ａ）に示すように掃気ポート１４が開き、予圧縮されたクランク室８内の混合気が掃気通路１８を通って燃焼室６へと送り込まれる。このとき、クランク室８内の混合気に先立って、掃気通路１８内に滞留していた空気が先導エアとして燃焼室６へと流入し、排気ポート１２へと燃焼ガスを追い出す。このため、掃気時における混合気の吹き抜けが低減される。ピストン４は、クランクシャフト１０の回転により再び上死点へ向けて移動し、以後、同様の作用が繰り返される。

【0050】

なお、図１のエンジン１における空気と燃料の流れを簡潔に示すと、図３のブロック図のようになる。

【0051】

本実施の一形態のエンジン１によれば、燃料噴射弁２５によってクランク室８内に燃料が供給されるので、燃料供給のタイミングの制御が容易となり、エンジン１の運転状態に適した混合気の供給が可能となる。また、吸気の終了時には掃気通路１８に空気が滞留し、この滞留空気が先導エアとして掃気に関与するので、掃気時の混合気の吹き抜けが防止され、排気ガスの成分が改善される。吸気通路１７が空気のみを吸入するように構成されていることで、吸入空気の制御が容易となるほか、空気制御の信頼性の向上にも貢献できる。また、吸気通路１７が逆止弁２３を介して掃気通路１８に連通するので、ピストン４や掃気通路１８の簡素化に貢献できる。

【0052】

なお、燃料噴射弁２５の配設態様や種類は、例えば次のようにしてもよい。

【0053】

好適な実施の一形態として、燃料噴射弁２５は、掃気通路１８へ燃料が向かわない方向に向けて燃料を噴射する態様としてもよい。このようにすれば、掃気通路１８の滞留空気に燃料が混入しにくい。

【0054】

好適な実施の一形態として、燃料噴射弁２５は、電動燃料ポンプと、クランクシャフト１０の回転により動作するポンプの、少なくとも一つに燃圧を享受される高圧式燃料噴射弁としてもよい。このようにすれば、狙ったところに燃料を噴射できる。例えば、エンジン１の焼き付きが起こりやすい場所へ狙って噴射することも可能である。

【0055】

好適な実施の一形態として、燃料噴射弁２５は、シリンダ３内又はクランク室８内の要冷却部位に向けて高圧で燃料を噴射する態様としてもよい。このようにすれば、燃料噴射弁２５から高圧で噴射される燃料により、要冷却部位が効果的に冷却される。要冷却部位として、例えば、連接棒１１とピストンピン４ａとの連結部や、連接棒１１とクランクシャフト１０との連結部等の、摩擦熱の発生部位が挙げられる。また、ピストン４を冷却するために、ピストン４の内壁に高圧で燃料を噴射してもよい。

【0056】

２サイクル内燃エンジンの燃料は、ガソリンに潤滑用オイルを混合した混合燃料である。このため、クランク室８内に燃料（混合燃料）が供給されると、燃料に含まれる潤滑用オイルにより、ピストン４とシリンダ３との潤滑が即応的且つ迅速に行われる。これによって、エンジン１の焼き付きが防止される。この場合に、温度信号、回転数信号、吸気圧信号、及び開度信号の少なくとも一つを利用して燃料を噴射してエンジン１の焼き付きを防止してもよい。例えば、高速運転時に高温を検知した際に燃料を噴射すればよい。また、高速運転時に急停止する際にも燃料を噴射して焼き付きを防止することも考えられる。

【0057】

好適な実施の一形態として、燃料噴射弁２５は、ピストン４の作動過程におけるクランク室８の最高内圧下においても燃料を噴射可能な高圧式燃料噴射弁としてもよい。このようにすれば、クランク室内への燃料噴射のタイミングが最適化できるため、先導エアへのガソリン混合を抑止するなど排気ガスの成分を改善できる。

【0058】

好適な実施の一形態として、図１に示すように、燃料噴射弁２５は、シリンダ３の軸線Ｘとクランクシャフト１０の軸線Ｙとを含む平面に対して、燃料タンク２６が配置される側に設置されてもよい。この構成により、燃料タンク２６と燃料噴射弁２５の位置が近くなるので、相互間の配管が短くて済み、作業機の小型化、軽量化に貢献できる。また、燃料噴射弁２５の燃料入口２５ｃが燃料タンク２６へ向くように燃料噴射弁２５を配設することで、燃料タンク２６から燃料噴射弁２５への配管の形成が容易となる。また、この場合、燃料タンク２６と燃料噴射弁２５との距離が短いので、燃料噴射弁２５に早急に燃料を送ることができ、エンジン１の始動が良好に行える。特に、燃料タンク２６内に電動の燃料ポンプが設置された高圧式燃料噴射弁の場合に、電動の燃料ポンプと燃料噴射弁２５との距離が近いので、早急に燃料を送ることができ、エンジン１の始動が良好に行える。

【0059】

好適な実施の一形態として、燃料噴射弁２５ａは、後端に燃料入口２５ｃを備え、上側に向けて燃料を噴射し、燃料タンク２６はクランク室８の下側に配置されてもよい。この場合も、前記と同様の作用効果が得られる。

【0060】

燃料噴射弁２５は、電気的に制御可能なもののほか、機械的に制御されるものを採用してもよい。後者の場合には、例えば、機械的に開閉可能な燃料噴射弁をクランクシャフト１０に作動上連結し、ピストン４の作動行程における所定のタイミングで燃料噴射弁が開閉されるようにしてもよい。

【0061】

次に、図４を参照して、図１の変形例を説明する。以下の説明において、図１の例と同一又は均等な構成要素については、図１と同様の符号を付して、重複する説明を省略する。図４（ａ）は、ピストンが上死点にある状態、図４（ｂ）は、ピストンが下死点にある状態を示している。

【0062】

図４のエンジン４０においては、シリンダ４１の内壁に一か所のみの吸気ポート４２が開口する。この吸気ポート４２には、吸気通路１７が連通する。吸気ポート４２は、ピストン４３によって開閉される。図４のピストン４３は、周面にピストン溝４４を備え、このピストン溝４４を介して、所定のタイミングで吸気通路１７と掃気ポート１４とが連通する。

【0063】

図４のエンジン４０によれば、上死点へ向けてピストン４３が作動することでクランク室８が負圧になる。そして、ピストン４３の上昇過程でピストン溝４４と掃気ポート１４とが重なったときに、クランク室８が、掃気通路１８と掃気ポート１４とピストン溝４４と吸気ポート４２とを介して、吸気通路１７に連通する。このため、クランク室８の負圧により、空気が、吸気通路１７と吸気ポート４２とピストン溝４４と掃気ポート１４と掃気通路１８とを通して、クランク室８に吸入される。吸入される空気がピストン４３の周面に直接接触するので、ピストン４３の冷却性能が向上する。また、吸気ポート４２がピストン４３で開閉されるので、図１のエンジン１とは異なり、吸気通路１７上に逆止弁を配設する必要がない。

【0064】

次に、図５を参照して、図４の変形例を説明する。以下の説明において、図４の例と同一又は均等な構成要素については、図４と同様の符号を付して、重複する説明を省略する。

【0065】

図５のエンジン５０においては、ピストン５１のピストン溝４４に、クランク室８と連通する孔５２が設けられる。そして、孔５２を通して吸気ポート４２からクランク室８へも空気が流入するので、クランク室８への給気量を増大させることができる。

【0066】

次に、図６を参照して、図４の変形例を説明する。以下の説明において、図４の例と同一又は均等な構成要素については、図４と同様の符号を付して、重複する説明を省略する。

【0067】

図６のエンジン６０においては、ピストン４３の下端と吸気ポート４２の下端との間に、吸気通路１７とクランク室８とを連通させる連通部６１を備える。この場合、ピストン４３が上死点に達したときに、連通部６１を通して吸気ポート４２からクランク室８へも空気が流入するので、クランク室８への給気量を増大させることができる。

【0068】

連通部６１の形成態様を例示すると、図６（ａ）に示すように、吸気ポート４２の下端に下方への拡大部６１ａを備え、この拡大部６１ａによって連通部６１が形成される態様としてもよい。この場合、拡大部６１ａを通して吸気ポート４２からクランク室８へと空気が流入する。

【0069】

連通部６１の他の例として、図６（ｂ）に示すように、ピストン６２の下端に切欠き６１ｂを備え、この切欠き６１ｂによって連通部６１が形成される態様としてもよい。この場合、切欠き６１ｂを通して吸気ポート４２からクランク室８へと空気が流入する。

【0070】

次に、図７を参照して、図４の変形例を説明する。以下の説明において、図４の例と同一又は均等な構成要素については、図４と同様の符号を付して、重複する説明を省略する。

【0071】

図７のエンジン７０においては、掃気通路１８が、掃気ポート１４よりもクランク室８寄りの位置に、ピストン溝４４と連通する分岐通路７１を有する。この場合、分岐通路７１は掃気ポート１４より下方に位置するため、ピストン４３の作動によるピストン溝４４と分岐通路７１の連通時間を長くすることができ、吸気量を増大させ出力を向上させることができる。

【0072】

次に、図８及び図９を参照して、本発明の他の実施の一形態を説明する。図８及び図９の例は、図１の変形例である図４のエンジン４０の変形例をベースとする実施の一形態である。よって、図１、図４の例と同一又は均等な構成要素については、それらと同様の符号を付して、重複する説明を省略する場合がある。

【0073】

図８及び図９のエンジン８０も、燃焼室６を画成し且つ排気ポート１２を有するシリンダ４１と、燃焼室６の混合気に点火する点火装置（点火プラグ９）と、燃焼室６での燃焼膨張によりシリンダ４１内を往復動するピストン４３と、シリンダ４１の内部と連通するクランク室８と、該クランク室８内に配設されてピストン４３と作動上連結されるクランクシャフト１０と、クランク室８内に燃料を噴射する燃料噴射弁２５と、ピストン４３の作動時の負圧によって吸入される空気のみを供給する吸気通路１７と、クランク室８と燃焼室６とを連通する掃気通路１８と、を備える。そして、吸気通路１７を通過する空気が掃気通路１８に導入され、吸気行程の後半に掃気通路１８内に滞留する空気が掃気に関与する。

【0074】

図８（ｃ）に示すように、エンジン８０においては、掃気通路１８が一対配設されている。その結果、掃気通路１８，１８と燃焼室６とを連通させる掃気ポート１４が、シリンダ４１の内周面上に一対存在する。吸気通路１７は二つに分岐して二つの分岐路１７ａ，１７ｂとなり、各分岐路１７ａ，１７ｂは、シリンダ４１に配設される一対の吸気ポート４２，４２のそれぞれに連通する。各吸気ポート４２，４２は、ピストン４３の周面上に配設される二つのピストン溝４４，４４のそれぞれを介して、所定のタイミングで各掃気ポート１４，１４に連通する。

【0075】

図８（ａ）と図９（ａ）に示すように、エンジン８０においては、クランク室８と燃焼室６とを連通するブースター通路８１が一対の掃気通路１８，１８とは別に配設される。ブースター通路８１は、シリンダ４１に形成される上死点側ブースターポート８１ａを介して燃焼室６に連通し、クランクケース７に形成される下死点側ブースターポート８１ｂを介してクランク室８に連通する。ブースター通路８１は、エンジン８０の軽負荷運転時にクランク室８内の燃料を燃焼室６へと流入させて、成層燃焼を実現するためのものである。すなわち、エンジン８０の軽負荷運転時には、ピストン４３の作動により、クランク室８内の燃料がブースター通路８１を通って燃焼室６へと流入する。同時に、クランク室８内の空気が掃気通路１８，１８を通って燃焼室６へと流入する。このように、燃焼室６内へ空気と混合気とが別々に導入され、成層燃焼が行われる。

【0076】

本実施の一形態では、少なくとも燃料噴射弁２５による燃料供給タイミングが制御装置２８で制御されることにより、図８（ａ）、（ｂ）に示す全負荷運転時には均質燃焼が行われる。一方、図９（ａ）、（ｂ）に示す軽負荷運転時には、ブースター通路８１を介して燃料が燃焼室６に流入して成層燃焼が行われる。これにより、全負荷運転時に加えて軽負荷運転時の熱効率も改善される。

【0077】

燃料噴射弁２５による燃料供給タイミングは、エンジン８０の全負荷運転時と軽負荷運転時とで異なるように、制御装置２８によって制御される。すなわち、エンジン８０の全負荷運転時には、図８（ｂ）に示すように、ピストン４３が上死点側付近に位置するタイミングで燃料噴射弁２５から燃料が供給される。この構成では、クランク室８内で混合されることにより生成された混合気が掃気通路１８，１８の下端側から燃焼室６へ導入される。これにより、全負荷運転時には、クランク室８内での混合気の均質性が向上するので、均質燃焼に適する。

【0078】

一方、エンジン８０の軽負荷運転時には、図９（ｂ）に示すように、ピストン４３が下死点側に位置するタイミングで、より好ましくは、ピストン４３が下死点付近に到達する直前のタイミングで、燃料噴射弁２５から燃料が供給される。これにより、軽負荷運転時には、燃料噴射弁２５から供給された燃料がクランク室８内で空気と混ざる前にブースター通路８１を介して燃焼室６へと流入しやすい。この混合気の流れとは別に、掃気通路１８，１８からはクランク室８内に充填された空気が導入されて燃焼室６内に空気層と混合気層が生成され、成層燃焼が実現する。

【0079】

好ましくは、燃料噴射弁２５による燃料噴射態様も、エンジン８０の全負荷運転時と軽負荷運転時とで異なるように、制御装置２８によって制御される。すなわち、エンジン８０の全負荷運転時には、図８（ａ）に示すように、燃料噴射弁２５から放射状に勢いよく燃料が噴射されることが好ましい。これにより、クランク室８内の全体に燃料が散乱しやすいので、クランク室８内の全域で燃料と空気とが均質に混合されやすい。

【0080】

一方、エンジン８０の軽負荷運転時には、燃料が下死点側ブースターポート８１ｂの近傍に位置するように、燃料噴射弁２５から燃料が供給されることが好ましい。このような燃料供給を実現するために、エンジン８０においては、燃料噴射弁２５から供給される燃料をエンジン８０の軽負荷運転時に下死点側ブースターポート８１ｂの近傍に位置させる燃料供給構成８２が備わっている。この燃料供給構成８２により、エンジン８０の軽負荷運転時には、燃料がブースター通路８１を介して燃焼室６へと流入しやすい。よって、軽負荷運転時の成層燃焼に適する。

【0081】

燃焼供給構成８２の具体例を挙げると、燃焼供給構成８２は、図９（ａ）に示すように、燃料噴射弁２５が下死点側ブースターポート８１ｂの近傍に配置される第一構成８２ａと、燃料が下死点側ブースターポート８１ｂの近傍に滞留可能な噴射圧で燃料噴射弁から燃料が噴射される第二構成８２ｂと、を共に備える態様とすることができる。前述の通り、燃料噴射弁２５の噴射圧は、制御装置２８によって制御される。

【0082】

燃焼供給構成８２の他の具体例として、図９（ａ）に仮想線で示すように、下死点側ブースターポート８１ｂに向けて燃料が噴射されるように燃料噴射弁２５が配置される第一構成８２ｃと、燃料が下死点側ブースターポート８１ｂに到達可能な噴射圧で燃料噴射弁２５から燃料が噴射される第二構成８２ｄと、を共に備える態様としてもよい。この場合にも、燃料噴射弁２５の噴射圧は、制御装置２８によって制御される。

【0083】

次に、排気ポートと二つの掃気ポートと上死点側ブースターポートの、好ましい配置関係について説明する。図８（ｃ）に示すように、シリンダの内周面には、二つの掃気ポートが配設される。これら二つの掃気ポート間におけるシリンダの内周面の一方の円弧面側に、排気ポートが配設される。そして、上死点側ブースターポートは、二つの掃気ポート間におけるシリンダの内周面の他方の円弧面側に配設される。シリンダの軸線方向における上死点側ブースターポートの開口位置は、排気ポートよりも低い位置（下死点側）であればよく、掃気ポートとほぼ同一の高さ位置であってもよい。

【0084】

前記構成により、軽負荷運転時には、ブースター通路を介して燃焼室に燃料が流入すると共に、二つの掃気ポートから燃焼室に空気が流入する。ブースター通路を介して燃焼室に流入する燃料は、空気をほとんど含まない濃い燃料である。また、二つの掃気ポートから燃焼室に流入する空気には、燃料はほとんど含まれていない。図９（ａ）に示すように、上死点側ブースターポートから燃焼室に流入した燃料は、二つの掃気ポートから燃焼室に流入する空気によって、シリンダの内周面の前記他方の円弧面に沿ってシリンダヘッド方向へと運ばれる。このように、燃焼室６内へ空気と混合気とが別々に導入されることで、軽負荷運転時の成層燃焼の確実性が一層向上する。

【0085】

ブースター通路を設けると共に燃料噴射弁からの燃料供給タイミングを制御して、軽負荷運転時に成層燃焼を行わせる構成は、図８，図９の実施の一形態に限らず、図１～図７の実施の形態にも適用可能であることは勿論である。

【0086】

このようなエンジンにおいては、吸気通路から供給される空気と、燃料噴射装置によって供給される燃料成分を含む混合気との比率を、より精密に制御することが重要である。この目的のために、吸気通路中に、より好ましくは吸気ポート近傍に、周知の逆止弁（図１の逆止弁２３参照）を備えることが望ましい。逆止弁を設けることにより、前回サイクルにおける燃焼室からの吹き返しが吸気通路に混入せず、次のサイクルでの空気供給量および燃料噴射量をより精密に管理できる。

【0087】

以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。また、上述の実施の形態は、その目的及び構成等に特に矛盾や問題がない限り、互いの技術を流用して組み合わせることが可能である。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】