JP4682075B2 - ２サイクルエンジン - Google Patents

Description

本発明は、燃焼室が形成されているシリンダと、燃料空気混合気と燃焼空気とを供給するための吸気通路とを備えた２サイクルエンジンであって、シリンダ内にピストンが支持され、燃焼室がピストンの所定の位置で少なくとも１つの搬送通路を介してクランクケースと連通し、吸気通路の一部分が気化器内に形成され、気化器内で、吸気通路の流動横断面を制御するスロットルバルブが回動可能に支持され、気化器内に形成されている前記吸気通路一部分に燃料穴が開口し、吸気通路が気化器の下流側で混合気通路と空気通路とに分割されている前記２サイクルエンジン、特にパワーソー、刈払い機、研削切断機等の手で操縦される作業機の２サイクルエンジンに関するものである。

特許文献１からは、吸気通路を空気通路と混合気通路とに分割した２サイクルエンジンが知られている。この２サイクルエンジンは、吸気通路の一部分にスロットルバルブを回動可能に支持した気化器を有している。スロットルバルブは完全に開弁した位置でリング状要素のエッジに当接する。リング状要素には、スロットル軸の下流側において、吸気通路を分割している仕切り壁が接続している。吸気通路には燃料穴が開口し、燃料穴は、スロットルバルブの上流側に、リング状要素が達している高さに配置されている。

この公知の２サイクルエンジンにおいては、特に全負荷運転時に、すなわちスロットルバルブが吸気通路内で流動方向にほぼ平行に位置しているときに、燃料が空気通路内へ達することが明らかになった。この場合燃料は吸気通路内の脈動のためにスロットルバルブの上流側で空気通路内へ侵入する。空気通路を介して２サイクルエンジンに供給される空気は、クランクケース内の燃料空気混合気を燃焼室内の排ガスから分離させ、まだ燃焼していない新鮮な燃料空気混合気が燃焼室から排気部を通じて漏出しないようにするために用いるものであるが、空気通路を通じて燃焼室内へ達する燃料が排ガスとともに燃焼室から漏出することがあり、排ガスの質を悪化させる。

欧州特許出願公開第１２２１５４５Ａ２号明細書

本発明の課題は、排ガス値が小さく、構成が簡潔なこの種の２サイクルエンジンを提供することである。

この課題は、本発明によれば、スロットルバルブに、燃料穴の領域で流動の速度を増大させる手段が設けられていることによって解決される。

燃料穴の領域で流速が増大すると、燃料は混合気通路を介して２サイクルエンジンに供給される。これにより空気通路内への燃料の侵入を十分に回避することができる。

流速増大手段は、スロットルバルブの側面であって、スロットルバルブが完全に開弁した位置で混合気通路の上流側にある吸気通路の一部分に対向している前記側面に配置されているのが好ましい。流速増大手段は特に流動誘導要素として形成されている。

スロットルバルブに流動誘導要素を設けると、スロットルバルブが完全に開弁したときに流動に変化が生じる。これにより、混合気通路の上流側にある吸気通路の一部分であって燃料穴が開口している前記一部分での流動を制御することができる。このように流動誘導要素は、燃料穴での流動が加速されて燃料の十分な供給が保証されるように構成することができる。

本発明によれば、流動誘導要素は、スロットルバルブが完全に開弁したときにスロットル軸の上流側にあるスロットルバルブの一部分に配置されている。これにより流動誘導要素は燃料穴の領域での流動を制御することができ、他方スロットル軸の下流側では流動の制御はほとんど行われない。好ましくは、流動誘導要素が吸気通路の流動横断面を縮小させているのがよい。これにより流動が加速され、燃料穴からの燃料の吸い込みが改善される。他方、流動誘導要素は、スロットルバルブが完全に開弁したときにスロットル軸の下流側にあるスロットルバルブの一部分に配置されていてもよい。流動誘導要素は特にスロットルバルブに固定されている。この場合流動誘導要素はスロットルバルブに留められているか、或いは、スロットル軸にねじで固定されている。しかし、流動誘導要素がスロットルバルブと一体に形成されているのも有利である。この場合、流動誘導要素はプラスチックから成っているのが好ましい。流動誘導要素をプラスチックから形成すると、流動を制御する表面を自在に成形することができる。プラスチックから成る流動誘導要素は簡単に低コストで製造でき、２サイクルエンジンの重量を最小限に増加させるにすぎない。

本発明によれば、気化器内の、混合気通路の上流側にある部分に、ベンチュリー部が形成され、燃料穴はベンチュリー部において吸気通路に開口している。好ましくは、燃料穴はスロットルバルブが完全に開弁しているときに流動誘導要素の高さに位置するように吸気通路内に配置されているのがよい。流動誘導要素を設けたために、ベンチュリー部の燃料穴は通常の構成に比べて下流側にずれている。燃料穴が下流側にずれているにもかかわらず、流動誘導要素により燃料穴においては十分な流速を得ることができ、その結果好適な吸い込みが保障されている。従来の構成のように燃料穴をスロットルバルブの上流側に配置するのではなく、流動誘導要素の高さに配置することにより、燃料は混合気通路内へ吸い込まれて空気通路内へは侵入しない。好ましくは、燃料穴がスロットルバルブの回動領域にじかに隣接するように吸気通路に開口しているのがよい。したがって燃料穴は可能な限り下流側にずれている。しかしながら、スロットルバルブの回動が燃料穴によって阻害されてはならない。本発明によれば、燃料穴は主燃料穴であり、該主燃料穴の下流側で副燃料穴が吸気通路に開口している。この場合、スロットルバルブが閉じているときには少なくとも１つの副燃料穴がスロットルバルブの下流側に配置されており、その結果アイドリング時には少量の燃料が供給される。

２サイクルエンジンの構成を簡潔にするため、吸気通路は仕切り壁により空気通路と混合気通路とに分割されている。本発明によれば、仕切り壁の一端は下流側にある気化器の端面に配置されている。したがって仕切り壁は気化器ケース内へ侵入するようには延在せず、実質的に気化器の端面に終端を有する。これにより仕切り壁を気化器内部で案内するガイドを設ける必要がないので、通常の気化器を使用することができる。空気通路と混合気通路との間での流動分布を制御するため、本発明によれば、気化器内の、空気通路の上流側にある吸気通路の一部分に、狭隘部が形成されている。狭隘部はほぼスロットルバルブの高さに配置されているのが好ましい。特に、狭隘部はベンチュリー部によって形成されている。しかし、ベンチュリー部が混合気通路の上流側に位置する吸気通路の一部分でのみ気化器内で延在するように構成すること、および、空気通路の上流側にある吸気通路の一部分に位置するようにベンチュリー部とは別個の狭隘部を気化器内に配置することも可能である。この場合、狭隘部をスロットルバルブにも配置してよい。

次に、本発明の実施形態を添付の図面を用いて詳細に説明する。
図１に図示した２サイクルエンジン１は掃気時空気予備蓄積型２サイクルエンジンとして構成され、好ましくはパワーソー、研削切断機、刈払い機等の手で操縦される作業機に組み込むために設けられている。２サイクルエンジン１はシリンダ２を有し、シリンダ２内には燃焼室３が形成されている。燃焼室３はシリンダ２内を往復動するように支持されたピストン５によって画成されている。ピストン５は、連接棒６を介して、クランクケース４内に回転可能に支持されるクランク軸７を駆動する。クランク軸７は好ましくは作業機の工具を駆動する。ピストン５が図１に図示した下死点の領域にあるとき、クランクケース４は２つの搬送通路１６と２つの搬送通路１８とを介して燃焼室３と連通する。それぞれ１つの搬送通路１６と１つの搬送通路１８とは図１において図面の前方に配置されており、それ故図示していない。搬送通路１６と１８は搬送窓１７と１９によって燃焼室３に開口している。燃焼室３からは排気部１５が出ており、排気部１５はピストン５によってスリット制御され、ピストン５が図１に図示した下死点位置にあるときに開口する。

２サイクルエンジン１は吸気通路９を介してエアフィルタ２４と連通し、該エアフィルタ２４を介して２サイクルエンジン１は燃焼空気を吸い込む。吸気通路９の一部分２９は気化器１０内に形成されている。気化器１０内では、主燃料穴２２と副燃料穴２３とを介して、吸い込まれた燃焼空気に燃料が供給される。主燃料穴２２はベンチュリー部２７に配置されており、ベンチュリー部２７は前記吸気通路一部分２９の全周に延在している。副燃料穴２３は主燃料穴２２の下流側に配置されている。気化器１０内には、スロットルバルブ２５がスロットル軸２６に回動可能に支持されている。図１では、スロットルバルブ２５は半ガス位置で図示されている。この半ガス位置でスロットルバルブ２５は吸気通路一部分２９の流動横断面を縮小させている。スロットルバルブ２５は、該スロットルバルブ２５が流動方向に対しほぼ平行に吸気通路９内に位置して流動横断面にほとんど影響しないフルスロットル位置と、スロットルバルブ２５が吸気通路９の流動横断面を十分に閉鎖するアイドリング位置との間を回動可能である。吸気通路９は、気化器１０の下流側において、流動方向に平行に延在している仕切り壁２０により混合気通路１１と空気通路１３とに分割されている。混合気通路１１は混合気取り込み口１２によってクランクケース４に開口している。混合気取り込み口１２はピストン５によってスリット制御され、ピストン５が上死点領域にあるときにクランクケース４に対し開口する。しかし、混合気取り込み口１２を逆止弁等によって圧力制御するように構成してもよい。クランク軸７のクランクアームを介して制御するようにしてもよい。空気通路１３は空気取り込み口１４によりシリンダ穴に開口している。ピストン５が上死点領域にあるとき、空気取り込み口１４はピストン５に形成されているピストンポケット８を介して搬送通路１６と１８の搬送窓１７と１９とに連通する。

２サイクルエンジン１が作動すると、ピストン５が上昇運動するときに燃料空気混合気が混合気取り込み口１２を介してクランクケース４内へ吸い込まれる。ピストン５が上死点領域にあるときに、搬送通路１６と１８は空気通路１３から供給される燃料をほとんど含んでいない空気により搬送窓１７と１９を起点として掃気される。ピストン５が下降運動すると、燃料空気混合気はクランクケース４内で圧縮される。搬送窓１７と１９が燃焼室３に対し開口すると、搬送通路１６と１８により、まず予め蓄積されていた燃料をほとんど含んでいない空気が燃焼室３内へ流入し、次に燃料空気混合気が燃焼室３内へ流入する。ピストン５が上昇運動すると、燃焼室３内の混合気が圧縮され、ピストン５の上死点領域において、燃焼室３内へ突出している点火プラグ３３により点火される。燃焼によりピストン５はクランクケース４のほうへ加速される。排気部１５がピストン５により開口すると、排ガスは燃焼室３から流出することができる。搬送通路１６と１８を介してまず燃料をほとんど含んでいない空気が燃焼室３内へ流入し、この空気は排気部１５から流出する排ガスを次の新鮮な混合気から分離させる。

図２は２サイクルエンジン１をスロットルバルブ２５のフルスロットル位置で図示したものである。全負荷運転時において優れた排ガス値を達成するためには、空気通路１３を通じて２サイクルエンジン１に供給される燃焼空気が燃料をほとんど含んでいないのが望ましい。しかしながら、吸気通路９内での圧力変動のために逆脈動が発生し、燃料が燃料穴２２から空気通路１３内へ到達することがある。これを防止するため、スロットルバルブ２５の側面３０であって、混合気通路１１の上流側に位置し、燃料穴２２，２３が開口している吸気通路９の一部分側の前記側面３０に、流動誘導要素２８が配置されている。流動誘導要素２８は、図２に図示したようにスロットルバルブ２５が完全に開弁している位置では、スロットル軸２６の上流側に配置されている。流動誘導要素２８はスロットルバルブ２５と一体に形成されており、たとえばプラスチックから構成されていてよい。しかし流動誘導要素２８をスロットルバルブ２５とともに金属から製造してもよい。流動誘導要素２８はほぼ羽根または翼の形状を有し、混合気通路１１の上流側にある吸気通路の前記一部分を狭くしている。流動誘導要素２８はほぼ燃料穴２２の高さに配置されている。したがって燃料穴２２は吸気通路９において流動方向に２サイクルエンジン１のほうへずらして配置されている。流動誘導要素２８は燃料穴２２の領域で流動を加速させる。これにより２サイクルエンジン１のほうへ指向する流動を生じさせることができる。流動が加速されるため、燃料穴２２をベンチュリー部２７の下流側に配置することができる。また、流動が加速されるため、２サイクルエンジン１への十分な燃料供給を達成できる。仕切り壁２０は気化器１０の下流側の端面３１まで延びている。したがって仕切り壁２０の端部３２は気化器１０の前記端面３１に配置されている。仕切り壁２０に成形されているエッジ２１のみが気化器１０内に形成された吸気通路一部分２９内へ突出している（図３）。これにより気化器１０を通常の態様で構成することができる。流動誘導要素２８を設けたために燃焼空気と燃料空気混合気との好適な分離が保証されているので、ガイドや、仕切り壁を配置するための補助装置を気化器１０内に設ける必要はない。スロットルバルブ２５は完全に開弁した位置で前記エッジ２１に当接する。したがってエッジ２１はスロットルバルブ２５のためのストッパーを形成している。

図３が示すように、スロットル軸２６の下流側にあるスロットルバルブ２５の一部分と仕切り壁２０との間には、エッジ２１により分割されている開口部３９が形成されている。しかしながら、流動誘導要素２８を適当に構成すれば、開口部３９を通じて燃料が空気通路１３内へ到達することはなく、到達しても非常にわずかであることが明らかになった。しかし、仕切り壁２０を吸気通路一部分２９内へスロットルバルブ２５の位置まで或いはスロットル軸２６の位置まで延長するのも有利である。

図４と図５は気化器１０の１実施形態を示している。気化器１０のスロットル軸２６にはスロットルバルブ３５が回動可能に支持されている。スロットルバルブ３５には、図４に図示した閉弁位置において下流側にあるスロットルバルブ３５の側面４０には、流動誘導要素３８が固定されている。流動誘導要素３８はスロットルバルブ３５に留められている。このため、スロットルバルブ３５は、特に穴として形成される開口部３６を有している。開口部３６にはロック部材３７が嵌合している。ロック部材３７は流動誘導要素３８に成形されている。流動誘導要素３８はプラスチックから成っているのが好ましい。流動要素３８をスロットルバルブ３５の外周でロック装置を介して保持するようにしてもよい。

図５にはスロットルバルブ３５がフルスロットル位置で図示されており、この位置でスロットルバルブ３５は流動方向に対しほぼ平行になるように吸気通路２９内に延在している。矢印３４は吸気通路２９内での流動方向である。燃料穴２２と流動誘導要素３８との間の領域では流速が増大する。これを２つの矢印３４の幅を狭くすることで示唆した。これにより、燃料穴２２がベンチュリー部２７の下流側に位置するように吸気通路９内に配置されているにもかかわらず、燃料穴２２からの燃料の好適な吸い込みが得られる。燃料穴２２はスロットルバルブ３５の回動領域にじかに隣接するように配置されている。

図６には、スロットルバルブ４５が回動可能に支持されている気化器１０が図示されている。スロットルバルブ４５の側面５０であって、混合気通路１１の上流側にある吸気通路２９の一部分側の前記側面５０には、流動誘導要素４８が固定されている。流動誘導要素４８は固定部分４７を有し、固定部分４７はねじ４９を介してスロットル軸２６に固定されている。固定部分４７とスロットル軸２６との間にスロットルバルブ４５があり、その結果ねじ４９と流動誘導要素４８とスロットルバルブ４５とをスロットル軸２６に固定させている。

図示した個々の実施形態においては、ベンチュリー部２７は吸気通路一部分２９の全周にわたって延在している。しかしながら、ベンチュリー部２７が吸気通路一部分２９の、混合気通路１１の上流側にある一部分にのみ延在し、空気通路１３の上流側にはベンチュリー部が設けられていないように構成するのも有利である。ベンチュリー部２７は吸気通路一部分２９の流動横断面を狭くして狭隘部を形成している。空気通路１３の上流側に形成されたベンチュリー部２７に加えて、或いは、その代わりに、空気通路１３の上流側に他の狭隘部を設けてもよい。空気通路１３の上流側で流動横断面を狭くすると、吸気通路９内の流動分布が影響を受ける。したがって、狭隘部を適当に構成することにより、燃料空気混合気と燃焼空気との比率を制御でき、空気通路１３内への燃料の侵入を回避できる。このような狭隘部は、たとえば、流動誘導要素とは逆の側に位置するようにスロットルバルブに配置される肉厚部によって形成されていてよい。

空気通路１３の上流側にベンチュリー部を設けていない気化器１０の実施形態を図７に示す。ベンチュリー部２７は混合気通路１１の上流側にある吸気通路一部分２９の一部分にのみ延在している。図７に図示した気化器１０は燃料穴２２側の側面６０に流動誘導要素５８を備えたスロットルバルブ５５を有している。流動誘導要素５８はスロットル軸２６の下流側に配置されており、混合気通路１１の上流側にある吸気通路一部分２９の前記一部分の流動横断面を狭くしている。これにより燃料穴２２での流速が増大する。

図８に図示した気化器１０の場合には、流動誘導要素６８は、スロットル軸２６の上流側において、スロットルバルブ６５の側面７０であって混合気通路１３の上流側に配置されている吸気通路一部分２９の一部分側の前記側面７０に配置されている。この流動誘導要素６８はスロットルバルブ６５に刻設した誘導輪郭部として形成されている。これにより流動誘導要素６８のために付加的な部材を必要としない。

スロットルバルブが半ガス位置にあるときの２サイクルエンジンの概略図である。 スロットルバルブがフルスロットル位置にあるときの２サイクルエンジンの概略図である。 図２の線ＩＩＩ−ＩＩＩの高さで切断した図２の気化器の断面図である。 気化器の概略縦断面図である。 気化器の概略縦断面図である。 気化器の概略縦断面図である。 気化器の概略縦断面図である。 気化器の概略縦断面図である。

符号の説明

１ ２サイクルエンジン
２ シリンダ
３ 燃焼室
４ クランクケース
５ ピストン
９ 吸気通路
１０ 気化器
１１ 混合気通路
１３ 空気通路
２２ 主燃料穴
２３ 副燃料穴
２５，３５，４５，５５，６５ スロットルバルブ
２６ スロットル軸
２７ ベンチュリー部
２８，３８，４８ 流動誘導要素
２９ 吸気通路一部分

Claims (20)

1. 燃焼室（３）が形成されているシリンダ（２）と、燃料空気混合気と燃焼空気とを供給するための吸気通路（９）とを備えた２サイクルエンジンであって、シリンダ（２）内にピストン（５）が支持され、燃焼室（３）がピストン（５）の所定の位置で少なくとも１つの搬送通路（１６，１８）を介してクランクケース（４）と連通し、吸気通路（９）の一部分（２９）が気化器（１０）内に形成され、気化器（１０）内で、吸気通路（９）の流動横断面を制御するスロットルバルブ（２５，３５，４５，５５，６５）が回動可能に支持され、気化器（１０）内に形成されている前記吸気通路一部分（２９）に燃料穴（２２）が開口し、吸気通路（９）が気化器（１０）の下流側で混合気通路（１１）と空気通路（１３）とに分割されている前記２サイクルエンジンにおいて、
   スロットルバルブ（２５，３５，４５，５５，６５）に、燃料穴（２２）の領域で流動の速度を増大させる手段が設けられていることを特徴とする２サイクルエンジン。
2. 燃料穴（２２）の領域で流動の速度を増大させる前記手段が、スロットルバルブ（２５，３５，４５，５５，６５）の側面（３０，４０，５０，６０，７０）であって、スロットルバルブ（２５，３５，４５，５５，６５）が完全に開弁した位置で混合気通路（１１）の上流側にある吸気通路（９）の一部分に対向している前記側面（３０，４０，５０，６０，７０）に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の２サイクルエンジン。
3. 燃料穴（２２）の領域で流動の速度を増大させる前記手段が流動誘導要素（２８，３８，４８，５８，６８）として形成されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の２サイクルエンジン。
4. 流動誘導要素（２８，３８，４８，６８）が、スロットルバルブ（２５，３５，４５，６５）が完全に開弁したときにスロットル軸（２６）の上流側にあるスロットルバルブ（２５，３５，４５，６５）の一部分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サイクルエンジン。
5. 流動誘導要素（５８）が、スロットルバルブ（５５）が完全に開弁したときにスロットル軸（２６）の下流側にあるスロットルバルブ（２５，３５，４５，６５）の一部分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サイクルエンジン。
6. 流動誘導要素（２８，３８，４８，５８，６８）が吸気通路（９）の流動横断面を縮小させていることを特徴とする、請求項３から５までのいずれか一つに記載の２サイクルエンジン。
7. 流動誘導要素（３８，４８）がスロットルバルブ（３５，４５）に固定されていることを特徴とする、請求項３から６までのいずれか一つに記載の２サイクルエンジン。
8. 流動誘導要素（３８）がスロットルバルブ（３５）に留められていることを特徴とする、請求項７に記載の２サイクルエンジン。
9. 流動誘導要素（４８）がスロットル軸（２６）にねじで固定されていることを特徴とする、請求項７に記載の２サイクルエンジン。
10. 流動誘導要素（２８，５８）がスロットルバルブ（２５，５５，６５）と一体に形成されていることを特徴とする、請求項３から６までのいずれか一つに記載の２サイクルエンジン。
11. 流動誘導要素（２８，３８，４８，５８）がプラスチックから成っていることを特徴とする、請求項３から１０までのいずれか一つに記載の２サイクルエンジン。
12. 気化器（１０）内の、混合気通路（１１）の上流側にある部分に、ベンチュリー部（２７）が形成され、燃料穴（２２）がベンチュリー部（２７）において吸気通路（９）に開口していることを特徴とする、請求項１から１１までのいずれか一つに記載の２サイクルエンジン。
13. 燃料穴（２２）はスロットルバルブ（２５，３５，４５，６５）が完全に開弁しているときに流動誘導要素（２８，３８，４８，６８）の高さに位置するように吸気通路（９）内に配置されていることを特徴とする、請求項３から１２までのいずれか一つに記載の２サイクルエンジン。
14. 燃料穴（２２）はスロットルバルブ（２５，３５，４５，６５）の回動領域にじかに隣接するように吸気通路（９）に開口していることを特徴とする、請求項１から１３までのいずれか一つに記載の２サイクルエンジン。
15. 燃料穴（２２）は主燃料穴であり、該主燃料穴の下流側で副燃料穴が吸気通路（９）に開口していることを特徴とする、請求項１から１４までのいずれか一つに記載の２サイクルエンジン。
16. 吸気通路（９）が仕切り壁（２０）により空気通路（１３）と混合気通路（１１）とに分割されていることを特徴とする、請求項１から１５までのいずれか一つに記載の２サイクルエンジン。
17. 仕切り壁（２０）の一端（３２）が下流側にある気化器（１０）の端面（３１）に配置されていることを特徴とする、請求項１６に記載の２サイクルエンジン。
18. 気化器（１０）内の、空気通路（１３）の上流側にある吸気通路（９）の一部分に、狭隘部が形成されていることを特徴とする、請求項１から１７までのいずれか一つに記載の２サイクルエンジン。
19. 狭隘部がほぼスロットルバルブ（２５，３５，４５）の高さに配置されていることを特徴とする、請求項１８に記載の２サイクルエンジン。
20. 狭隘部がベンチュリー部（２７）によって形成されていることを特徴とする、請求項１８または１９に記載の２サイクルエンジン。

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