JPH09303144A - 火花点火式２サイクルエンジン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 火花点火による通常の燃焼運転、圧縮自己着
火による圧縮着火燃焼運転およびそれら間の火花点火に
よる遷移燃焼運転の各運転領域を有し、遷移燃焼運転領
域では、通常の燃焼運転領域の火花点火時期よりも早期
に火花点火させて燃焼開始時期を早めるようにして運転
を行なうようにした火花点火式２サイクルエンジンにお
いて、一時的な排ガス温度の低下を抑制して、ドライバ
ビリテイ、燃費およびエミッションの改善を図る。 【解決手段】 自動二輪車に搭載される、前記２サイク
ルエンジンの排気管Ｅｘの、走行風や跳ね上げる飛沫等
の当たる冷やされ易い上流側の前側に保温手段５６を設
ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、排気系を絞り制御
することにより、少なくとも低負荷運転域において空気
−燃料混合気を圧縮自己着火させ圧縮着火燃焼を行なう
ようにした、火花点火式２サイクルエンジンに関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来火花点火式２サイクルエンジンにお
いて、少なくとも低負荷運転域で、排気系の通路面積を
絞ることにより、燃焼室内の空気−燃料混合気を、前サ
イクルの残留ガスの熱エネルギにより圧縮自己着火させ
て圧縮着火燃焼（以下、ＡＲ燃焼という）を行ないその
圧縮着火燃焼運転領域（以下、ＡＲ燃焼運転領域とい
う）と、通常の火花点火燃焼運転領域との遷移燃焼運転
領域では火花点火を行ない、その遷移燃焼運転領域の火
花点火タイミングを、通常の火花点火燃焼運転領域の火
花点火タイミングよりも早めるように制御して、２サイ
クルエンジンの燃焼状態を全運転領域にて安定させ、異
常燃焼音や熱害を避けるようにした技術手段は公知であ
る（特開平７−１７４０６４号公報参照）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところでかかる２サイ
クルエンジンでは、前記遷移燃焼運転領域において、火
花点火タイミングが早められるために、全運転領域にわ
たり火花点火燃焼運転を行なう通常の２サイクルエンジ
ンに比べて遷移燃焼運転領域では、排ガス量も少ないこ
ともあり、排気管内の排ガスの一時的な温度低下を招く
ことを否めず、特に自動二輪車用エンジンの排気管で
は、その前側部が走行風に曝されたり、前輪が跳ね上げ
る飛沫がふりかかつたりすることにより冷やされるた
め、排気管内の排ガスの温度低下の傾向が大きくなりが
ちであり、その結果、一時的に排ガス白煙濃度の上昇、
排ガスミストの発生を生起して運転性能、燃費およびエ
ミッションの改善に多少なりとも良い結果を及ぼさない
ことがあるという課題がある。

【０００４】そこで排気系を別途ヒータなどの加熱手段
により２次的に加熱する手段が考えられるが、かかる手
段では加熱タイミングにづれを生じて加熱制御が難し
く、前記課題を解決するには至らず、またコスト高を招
くという別の課題がある。

【０００５】本発明はかかる事情に鑑みてなされたもの
で、前記課題をすべて解決した新規な、火花点火式２サ
イクルエンジンを提供することを目的とするものであ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本請求項１記載の発明によれば、排気系に排気通路
の開口率可変調整手段を備え、火花点火による通常燃焼
運転領域、圧縮自己着火による圧縮着火燃焼運転領域
（ＡＲ燃焼領域）およびそれら両運転領域間の火花点火
による遷移燃焼運転領域とを含み、前記遷移燃焼運転領
域では、前記通常燃焼運転領域の火花点火時期よりも早
期に火花点火させて燃焼開始時期を早めるようにして運
転を行なうようにした火花点火式２サイクルエンジンに
おいて、前記２サイクルエンジンの排気管内の温度分布
が、全運転領域にわたり火花点火により通常燃焼運転を
行なう、通常の火花点火式２サイクルエンジンの排気管
内の温度分布と略同じになるように前記排気管の上流側
に保温手段を設けたことを特徴としている。

【０００７】また上記目的達成のため、本請求項２記載
の発明によれば、前記請求項１記載のものにおいて、前
記２サイクルエンジンは自動二輪車の車体フレームに懸
架され、そのエンジンの排気管の、車両進行方向前側に
保温手段を設けたことを特徴としている。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、添
付図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。

【０００９】図１は、本発明火花点火式２サイクルエン
ジンを搭載した自動二輪車の側面図、図２はその２サイ
クルエンジンの要部縦断側面図、図３は、図２の３−３
線に沿う横断平面図、図４は、図３の４線矢視部分側面
図、図５は、前記２サイクルエンジンの制御系を示す概
略側面図、図６は、図１の６−６線に沿う排気管の拡大
横断面図、図７は、図６の７−７線に沿う排気管の展開
縦断面図、図８は、自動二輪車の車速と、排気管の中央
部付近の温度との関係を示すグラフである。

【００１０】図１において、自動二輪車の車体フレーム
Ｆには、火花点火式２サイクルエンジンＥが懸架されて
おり、このエンジンＥの出力は、通常のようにチエン伝
動機構を介して後車輪に伝達される。

【００１１】次にこの火花点火式２サイクルエンジンＥ
の具体的構造について、図２〜５を参照して説明する
に、このエンジンＥのエンジン本体１は、シリンダブロ
ック２の上面にガスケットを介してシリンダヘッド３が
一体に結合され、またその下面にパッキンを介してクラ
ンクケース４が一体に結合して構成されている。シリン
ダブロック２に形成されるシリンダボア５には、ピスト
ン６が摺動自在に嵌合され、このピストン６のピストン
ピン７は、クランクケース４に回転自在に軸架されるク
ランクシャフト８にコンロッド９を介して連接される。
ピストン６の上面と、シリンダヘッド３の下面に形成さ
れる凹所とにより燃焼室１０が形成され、この燃焼室１
０にシリンダヘッド３の天井部に螺着される点火栓１１
の電極１２が臨んでおり、燃焼室１０内の空気−燃料混
合気は、点火栓１１の電極１２の電気火花により爆発燃
焼され、これによるピストン６の昇降駆動によりクラン
クシャフト８が回転駆動され、火花点火式２サイクルエ
ンジンＥが運転される。

【００１２】エンジン本体１のクランクケース４の後面
（自動二輪車の進行方向に対して）には、クランク室１
３に連通する吸気ポート１４が開口されており、この吸
気ポート１４に外端が大気に開口される吸気通路１５が
接続されており、この吸気通路１５には、その上流側か
ら下流側に向けて直列に、気化器１６とリード弁１７と
が介装されている。気化器１６は、吸気通路１５内に臨
むピストン型絞り弁１８を有しており、この絞り弁１８
は、通常のようにリンク１９およびレバー２０を介して
スロットルドラム２１に連結され、このスロットルドラ
ム２１はワイヤを介して自動二輪車のハンドルに設けら
れるスロットルグリップに連接されており、このスロッ
トルグリップの一方向への捩じり操作により、絞り弁１
８を閉じ方向の付勢力に抗して上昇させ、その開度を調
節できるようになっている。また前記リード弁１７は、
クランク室１３内の吸気負圧により開弁して前記気化器
１６により生成される新空気−燃料混合気を吸気通路１
５を通してのクランク室１３への流入を許容し、その逆
流を阻止するようになっている。

【００１３】前記シリンダボア５の内周面には、数個の
掃気ポート２４と、一つの排気ポート２６とが開口され
ており、前記掃気ポート２４は、シリンダブロック２に
形成した掃気通路２５を介してクランク室１３に連通さ
れ、また前記排気ポート２６は排気通路２７に連通され
ている。前記掃気ポート２４と排気ポート２６は、ピス
トン６の昇降により開閉制御されるようになっており、
すなわちピストン６の上昇する上昇工程では、それらの
ポート２４，２６は、ピストン６によって閉じられ、ク
ランク室１３は負圧となって、気化器１６により生成さ
れる新空気−燃料混合気は、吸気通路１５を通ってクラ
ンク室１３内に吸入される。またピストン６の下降する
下降行程では、掃気ポート２４はピストン６により開口
され、クランク室１３内の圧縮新空気−燃料混合気は、
掃気通路２５より掃気ポート２４を通ってピストン６上
の燃焼室１０に供給され、また燃焼室１０に残留する既
燃ガスの一部は、この圧縮新混合気の進入により排気ポ
ート２６より排気通路２７に排出される。ピストン６の
上昇により、掃気ポート２４、次いで排気ポート２６が
閉塞されると、燃焼室１０内の空気−燃料混合気が圧縮
され、ピストン６が上死点近傍に達すれば、点火栓１１
による火花点火により着火、あるいは前サイクルにおけ
る残留ガスの熱エネルギの自己着火により、燃焼室１０
内の圧縮空気−燃料混合気が燃焼され、２サイクルエン
ジンの運転が行なわれる。

【００１４】前記排気通路２７の上流側すなわち排気ポ
ート２６の近傍には、該排気通路２７の開口率を可変調
整するための、排気通路開口率調整手段すなわち排気制
御弁Ｖが設けられる。

【００１５】次にこの排気制御弁Ｖおよびその取付構造
について説明するに、シリンダブロック２の前壁面（自
動二輪車の進行方向に対して）には、排気ポート２６に
連通する凹部２８が形成され、この凹部２８の内面には
円弧状の凹面２８₁ が形成されている。また前記凹部２
８を覆うようにシリンダブロック２の前壁面には、複数
本のボルト３３により排気通路ブロック２９が固設され
ている。この排気通路ブロック２９の内壁面は、その一
部が、前記排気ポート２６の開口される前記円弧状凹面
２８₁ に適合するように、上下方向の縦断面が該凹面２
８₁ と同一形状の円弧状で、かつその横断面がシリンダ
ボア５と同じ曲率の曲面３０に形成されている。またこ
の排気通路ブロック２９の内部には、シリンダボア５の
排気ポート２６に連通する前記排気通路２７およびこれ
に連通する弁収容空間３１が形成されている。そしてそ
の弁収容空間３１には、縦断面扇形状に形成されて、排
気ポート２６の開口面積を可変調整し得る、前記排気制
御弁Ｖが収容されている。前記排気通路ブロック２９に
は、シリンダボア５のシリンダ軸線Ｌ−Ｌと略直交する
方向の中心軸線ｌ−ｌをもつ弁軸３２が回転自在に軸架
されており、この弁軸３２に前記排気制御弁Ｖの基部が
回動可能に軸支されており、この排気制御弁Ｖはその弁
軸３２回りに上下に揺動可能であり、排気通路２７を流
れる排ガスの流れを円滑にするための底壁３４と、この
底壁３４の左右両側から略直角に起立する左右側壁３５
および前記弁軸３２の中心軸線ｌ−ｌを中心とする円弧
状の前記曲面３０を含む前壁３６とを有し、この前壁３
６は、シリンダブロック２の壁面に形成される、前記排
気ポート２６に摺接されており、この排気制御弁Ｖの上
下揺動により、シリンダブロック２の円弧状凹面２８₁
に沿って摺動して排気ポート２６の開口面積を可変調整
する。またこの排気制御弁Ｖの底壁３４の中央部には、
排ガス中に含まれるカーボン等の残渣の滞留を防止する
ための通口３７が穿設されている。図３，４に示すよう
に、弁軸３２の外端部と排気通路ブロック２９との間に
は、排ガスの漏洩を抑止するためのシール部材３８が介
在されており、このシール部材３８よりも外方の弁軸３
２の外端には駆動レバー３９が固着され、この駆動レバ
ー３９は駆動ケーブル４０を介して排気制御サーボモー
タ４１のプーリ４２に連結されており、この排気制御サ
ーボモータ４１の作動によれば、前記排気制御弁Ｖは、
上下に揺動駆動されて排気ポート２６を全閉から全開ま
で開閉制御し、その開口率θｅを０から１００％に設定
できるようになっている。

【００１６】次に主に図５を参照して２サイクルエンジ
ンの運転制御系について説明するに、手動操作されるピ
ストン式絞弁１８の絞弁開度θthは、ポテンショメータ
等からなる絞弁開度センサー４５により、エンジン回転
数Ｎｅは、エンジン回転数センサー４６により、吸気負
圧力Ｐｂは、吸気負圧力センサー４７により、冷却水温
度Ｔｗは、水温計４８により、燃焼室内圧力Ｐec、すな
わち最大圧力、着火圧力、圧縮開始圧力等は、圧力セン
サー４９により、それぞれ検出されて中央処理装置ＣＰ
Ｕに入力され、さらにクラッチの断接、変速機の変速位
置等も中央処理装置ＣＰＵに入力されるようになってい
る。そしてこの中央処理装置ＣＰＵはそれらの入力値に
基づいて火花点火式２サイクルエンジンの運転状態を演
算判断して、各種の制御信号を発進し、たとえばエンジ
ン回転数Ｎｅと絞弁開度θthとにより、予めマップによ
り定めた排気通路開口率θｅとなるように、排気制御サ
ーボモータ４１を駆動制御して排気制御弁Ｖの開度を定
める。そしてこの排気通路開口率θｅは、エンジンＥの
運転に最も好ましいタイミングで気筒内の空気−燃料混
合気が自己着火することができる値に定められる。

【００１７】またこの２サイクルエンジンでは、点火栓
１１は、通常の燃焼運転領域では、ピストン６の上死点
前１０°（クランク角）で、電気火花を飛ばして燃焼室
１０内の空気−燃料混合気に着火させるように制御する
ようになっており、エンジン回転センサー４６と圧力セ
ンサー４９とで検出された、エンジン回転数Ｎｅと平均
有効圧力から、あらかじめ設定したマップに基づき、通
常燃焼運転領域とＡＲ燃焼運転領域との遷移燃焼運転領
域で運転されることが中央処理装置ＣＰＵにより判断さ
れたときには、点火栓１１の点火時期を早めて、ピスト
ン６の上死点前２０°（クランク角）で電気火花を飛ば
すように制御されるようになっている。

【００１８】図１に示すようにエンジン本体１の前部
（自動二輪車の進行方向に対して）に配置される排気通
路ブロック２９には、排気管Ｅｘの上流側接続端すなわ
ちエキゾーストパイプ部５０の接続端面がボルト等の接
続具により一体に接続される。

【００１９】図７に展開して示すように、この排気管Ｅ
ｘは、その上流側から下流側に向かって、エキゾースト
パイプ部５０、ダイバージエントコーン部５１、ストレ
ート部５２、コンバージエントコーン部５３、およびテ
ールパイプ部５４が順次一体に接合して構成されてい
る。そして前記排気管Ｅｘの長手方向の中央部にあたる
ストレート部５２には、温度センサー５５が取付けられ
る。

【００２０】而してこの排気管Ｅｘは、図１に示すよう
に、そのダイバージエントコーン部５１が、エンジン本
体１の前部を迂回するように、前方から後方に向けて湾
曲されたのち、車体フレームＦの一側に沿って後方に延
長され、その後部のテールパイプ部５４が自動二輪車の
後方に向けて延長され、その外端がマフラーＭを介して
外気に開口されている。

【００２１】ところで自動二輪車の走行時には、走行風
や、前車輪の跳ね上げた飛沫が、前記ダイバージエント
コーン部５１の前側に直接当たり、これによりそのダイ
バージエント部５１が冷やされることになるため、この
ダイバージエントコーン部５１の前方片側すなわちその
横断面前半部には、図６，７に示すように保温手段５６
が施される。すなわち前記ダイバージエントコーン部５
１の横断面半円状の前半部（自動二輪車の進行方向に対
して）には、内面にグラスウール等の耐熱保温材５７を
積層した、耐熱プロテクタ５８が溶接等の固着手段によ
り一体に固着される。これにより排気管Ｅｘの上流側前
部が、走行風や跳ね上飛沫により冷やされることが抑制
される。

【００２２】次に前記火花点火式二サイクルエンジンの
運転態様について説明する。

【００２３】エンジンＥの回転数Ｎｅが高い、またエン
ジンＥの回転数Ｎｅが高く、かつ絞弁開度θthの大きい
運転領域では、前記排気制御弁Ｖは上方に揺動制御され
て略全開状態にあり、排気通路開口率θｅは略１００％
に設定され、ピストン６の上死点前１０°（クランク
角）で、点火栓１１の電気火花により、火花着火が行な
われ、通常の火花点火燃焼運転が行なわれる。

【００２４】またエンジンＥの回転数Ｎｅが減少し、ま
たエンジンＥの回転数Ｎｅおよび絞弁開度θthが共に減
少するに伴い、排気制御弁Ｖは下方へ揺動されて排気ポ
ート２６が絞られるに伴い排気通路開口率θｅが低下す
れば、エンジンＥは、通常燃焼運転領域とＡＲ燃焼運転
領域との遷移燃焼運転領域に移行し、この遷移燃焼運転
領域では、点火栓１１の点火時期は、通常運転領域に比
べて早められる。すなわちピストン６の上死点前略２０
°（クランク角）にて、点火栓１１による電気火花によ
り、火花着火が行なわれることにより、この遷移燃焼運
転領域では燃焼開始時期がピストン６の上死点近傍に略
均一化されて圧力変動および最大圧力が減少し、燃焼音
が低下すると共に異常燃焼を阻止してそれによる熱害が
低減される。ところでこの場合、もし仮に排気管Ｅｘに
前述の保温手段５６が施されていないとすると、点火時
期が早められること、および排気管Ｅｘを流れる排ガス
量が比較的少ないことに起因して排気管Ｅｘを流れる排
ガス温度が低下し、特に走行風や、前輪の跳ね上げる飛
沫が、その前側に当たることにより、排気管Ｅｘの上流
側が冷やされることになり、その結果排気管Ｅｘを流れ
る排ガスの温度が一層低下して、排ガス白煙濃度や、排
ガスミストが増加する傾向となり、一時的にエンジンの
ドライバビリテイ性能の低下および燃費、エミッション
の改善不良等を招くという不都合が考えられるが、この
実施例のものによれば、排気管Ｅｘの上流部、特に冷や
され易い、排気管Ｅｘの前側半部分が保温手段５６によ
り保温されることにより、排気管Ｅｘの上流部を流れる
排ガスの温度低下が抑制され、その結果排気管Ｅｘを流
れる排ガスの温度を略その全域にわたり適温に維持する
ことができ、遷移燃焼運転領域の排気管Ｅｘ内の温度分
布を、前記通常燃焼運転領域のそれと略同じ温度分布と
することが可能となり、前記一時的な不都合を生起する
ことがない。

【００２５】さらにエンジンＥの回転数Ｎｅが一層低下
し、あるいはエンジンＥの回転数Ｎｅと絞弁開度θthが
一層低下すれば、これに伴って排気制御弁Ｖはさらに下
方へ揺動されて排気ポート２６は絞られ、排気通路開口
率θｅは一段と低下し、燃焼室１０内の既燃ガスの熱エ
ネルギにより、エンジンＥの最も好ましい着火時期に、
燃焼室１０内の新空気−燃料混合気は圧縮自己着火され
てＡＲ燃焼運転が行なわれる。

【００２６】なお、前記ＡＲ燃焼運転領域と不整燃焼運
転領域との遷移燃焼運転領域においても、点火栓１１に
よる着火時期が前記通常燃焼運転領域の点火時期に比べ
て１０°前（クランク角）進角されて行なわれることに
より不整燃焼が軽減されて、ＨＣ等の未燃焼成分の生成
が抑制されてエミッシヨンの改善が達成される。

【００２７】図８は、自動二輪車の車速（Ｋｍ／ｈ）に
対する温度センサー５５により測定される排気管Ｅｘ内
の中央部付近の温度（Ｃ°）の関係を示すもので、
（１）は、火花点火式２サイクルエンジンが、その全運
転領域にわたり通常の火花点火燃焼運転を行なった場合
の温度特性であり、（２）は、前記エンジンが、通常の
火花点火運転、ＡＲ燃焼運転および火花点火を行なう遷
移燃焼運転を行なった場合（特公平７−１７４０６４号
公報のもの）の温度特性であり、（３）は、前記（２）
において、前述したように排気管Ｅｘに保温手段５６を
施した場合の温度特性であり、これらの特性から判るよ
うに、（２）は、（１）に比べて低車速時において排気
管Ｅｘ内の温度低下がみられ、前述の不都合を招く場合
があるが、（３）は（１）と略同じ温度特性とすること
ができ、このことは遷移燃焼運転領域において、前述し
たように点火時期を早めても排気管Ｅｘ内の温度低下を
招くことがなく、２サイクルエンジンの運転性能を向上
すると共に燃費およびエミッションの改善を図ることが
できる。

【００２８】以上、本発明の一実施例について説明した
が、本発明はその実施例に限定されることなく、本発明
の範囲内で種々の実施例が可能である。たとえば前記実
施例では本発明２サイクルエンジンを自動二輪車に実施
した場合について説明したが、この２サイクルエンジン
を他の車両、機器類の駆動源として実施できることは勿
論であり、排気管および保温手段は、従来公知の他の構
造のものの使用が可能である。

【００２９】

【発明の効果】以上のように本請求項１記載の発明によ
れば、通常の火花点火燃焼運転、ＡＲ燃焼運転および遷
移燃焼運転を行ない、その遷移燃焼運転領域では、通常
の火花点火燃焼運転領域の火花点火時期よりも早期に火
花点火するようにした、火花点火式２サイクルエンジン
において、排気管の上流側に保温手段を設けたことによ
り、２サイクルエンジンの排気管内の温度分布を、全運
転域にわたり火花点火により火花点火燃焼運転を行なう
ようにした、通常の２サイクルエンジンの排気管内の温
度分布と略同じにすることができ、その結果一時的な排
気の白煙の発生、排気ミストの発生を抑制し、ドライバ
ビリテイ性能の向上および燃費、エミッションの改善を
図ることができるという効果を達成し得る。

【００３０】また本請求項２記載の発明によれば、前記
請求項１記載のものにおいて、前記２サイクルエンジン
を自動二輪車用とし、そのエンジンの排気管の、車両進
行方向前側に保温手段を設けたことにより、この排気管
の前側が走行風や跳ね上た飛沫により冷やされることが
あっても排気管を流れる排ガスは前記保温手段により適
温に保温されて、前記作用効果が支障なく達成される。

【図面の簡単な説明】

【図１】火花点火式２サイクルエンジンを搭載した自動
二輪車の側面図

【図２】２サイクルエンジンの要部縦断側面図

【図３】図２の３−３線に沿う横断平面図

【図４】図３の４線矢視部分側面図

【図５】２サイクルエンジンの制御系を示す概略側面図

【図６】図１の６−６線に沿う排気管の拡大横断面図

【図７】排気管の展開横断面図

【図８】自動二輪車の車速と、排気管の中央部付近の温
度との関係を示すグラフ

【符号の説明】

Ｅｘ・・・・・・・・・・・・・・・・・排気管 Ｆ・・・・・・・・・・・・・・・・・・車体フレーム ５６・・・・・・・・・・・・・・・・・保温手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 建島 良暢 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 排気系に排気通路の開口率可変調整手段
   を備え、火花点火による通常燃焼運転領域、圧縮自己着
   火による圧縮着火燃焼運転領域およびそれら両運転領域
   間の火花点火による遷移燃焼運転領域とを含み、前記遷
   移燃焼運転領域では、前記通常燃焼運転領域の火花点火
   時期よりも早期に火花点火させて燃焼開始時期を早める
   ようにして運転を行なうようにした火花点火式２サイク
   ルエンジンにおいて、 前記２サイクルエンジンの排気管（Ｅｘ）内の温度分布
   が、全運転領域にわたり火花点火により通常燃焼運転を
   行なう、通常の火花点火式２サイクルエンジンの排気管
   内の温度分布と、略同じになるように前記排気管（Ｅ
   ｘ）の上流側に保温手段（５６）を設けたことを特徴と
   する、火花点火式２サイクルエンジン。
2. 【請求項２】 前記２サイクルエンジンは自動二輪車の
   車体フレーム（Ｆ）に懸架され、そのエンジンの排気管
   （Ｅｘ）の、車両進行方向前側に保温手段（５６）を設
   けたことを特徴とする、前記請求項１記載の火花点火式
   ２サイクルエンジン。