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JP6038016B2 - 2ストロークエンジンのシリンダ潤滑装置 - Google Patents

2ストロークエンジンのシリンダ潤滑装置 Download PDF

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Description

本発明は、外部給油によって2ストロークエンジンのシリンダ−ピストン間を潤滑するシリンダ潤滑装置に関する。
2ストロークエンジンは一般的に、クランクケースを密閉構造とし、ピストンが上昇することでクランク室に生じる負圧を利用して吸気を行い、ピストンの下降によってクランク室内の混合気あるいは空気の予備圧縮を行い、ピストン下降時に開口した掃気ポートを介して混合気をクランク室から燃焼室に送り込む。そのため、クランク室内に潤滑油を飛散させて潤滑を行う飛沫潤滑を行うことができず、潤滑油を予め燃料に混合した混合燃料を用い、混合燃料によって潤滑を行う混合燃料潤滑が採用されることが多い。
混合燃料潤滑では、潤滑油を混合した混合燃料を用いるため、燃料とともに潤滑油が燃焼し、潤滑油の消費量が多くなって不経済になるうえ、燃料吹抜けによって排出ガス中に含まれる未燃焼炭化水素(HC)が増える短所がある。一方、混合燃料を使わずに、専用の配管を用いて外部から潤滑油を供給する外部給油式も存在する。ところが、クランク室で予備圧縮を行う2ストロークエンジンでは、シリンダ摺動部を潤滑した潤滑油は、クランク室に滴下してクランクスローやコネクティングロッドによって撹拌されるため、燃焼室に流れて燃焼しやすい点では混合燃料潤滑と変わりはなく、動弁機構によって吸気を直接燃焼室に送り込むエンジンに比べて潤滑油の消費量および排出ガス中の未燃HCが多いという問題があった。
2ストロークエンジンの潤滑油量の低減を図る技術として、シリンダ壁面に潤滑油を供給する外部給油式のエンジンにおいて、シリンダ壁の周方向に複数開口された注油孔と連通して掃気スワールの向きと同方向に斜めに延びる保油溝を設けた発明が公知となっている(特許文献1参照)。
また、シリンダ周面上に潤滑油を良く分散させる技術として、シリンダ壁面に潤滑油を供給する外部給油式の2ストロークエンジンにおいて、ピストンの通過直前の時間に霧化ノズルを通じて高圧で噴射されるオイルを、ノズルに近接して位置するシリンダ壁領域に方向付けて噴射するようにした発明が公知になっている(特許文献2参照)。
特開2003−286816号公報 特開2002−529648号公報
上記先行技術は、ピストン−シリンダ間の摺動部の潤滑を行いつつ、潤滑油量を低減してHC排出量を低減することができる。しかしながら上記先行技術はいずれも、専用の噴射装置によって適切なタイミングを計って潤滑油を供給するものであり、噴射装置の装備によって潤滑装置が複雑になるうえ、製造コストも高くなる。そのため、特に小型の2ストロークエンジンには、より簡単な構成でシリンダの潤滑を行える潤滑装置が望まれる。
本発明は、このような背景に鑑み、潤滑油量の低減とHC排出量の低減とを図るとともに、簡単な構成でピストン−シリンダ間の摺動部を有効に潤滑できる2ストロークエンジンのシリンダ潤滑装置を提供することを課題とする。
このような課題を解決するために、本発明は、シリンダ(42)の内周面(42a)に開口する掃気ポート(43)を有する2ストロークエンジン(E)のシリンダ潤滑装置(70)であって、機関本体(1)に形成され、潤滑油供給手段(72)に接続される本体側潤滑油供給路(80)と、前記本体側潤滑油供給路と連通し且つ下死点に位置するピストン(22)のトップリング(22b)よりも下側の部分に向けて開口するように前記シリンダに形成された複数の潤滑油供給孔(78)とを備え、前記複数の潤滑油供給孔は、スラスト側および反スラスト側において他の部位に比べて供給する潤滑油量を多くするように構成される。
この構成によれば、タイミングを計るために専用の噴射装置を用いることなく、ピストン−シリンダ間の摺動部に潤滑油を供給することができる。また、摺動摩擦が大きくなるスラスト側および反スラスト側以外の部分に供給する潤滑油量が少なくなるため、潤滑油量の低減とHC排出量の低減とを図ることができる。
また、上記の発明において、前記複数の潤滑油供給孔が、下死点に位置するピストンのオイルリングよりも上側の部分に向けて開口する構成とすることができる。
この構成によれば、ピストンのトップリングとオイルリングとの間に向けて供給された潤滑油が、オイルリングによって掻き揚げられることにより、上死点側でのピストンとシリンダとの摺動部の潤滑を良好にすることができる。
また、上記の発明において、前記複数の潤滑油供給孔は、前記シリンダの周方向に等間隔に配置され、スラスト側および反スラスト側に配置される潤滑油供給孔(78a)の孔径が他の部位に配置される潤滑油供給孔(78b、78c)の孔径よりも大きい構成とすることができる。
この構成によれば、潤滑油供給孔の孔径を変化させるだけでスラスト側および反スラスト側に供給する潤滑油を多くすることができ、加工が容易である。
また、上記の発明において、前記複数の潤滑油供給孔は、同一の孔径を有し、スラスト側および反スラスト側において他の部位よりも狭い間隔に配置されている構成とすることができる。
この構成によれば、同一径の潤滑油供給孔の間隔を変化させるだけでスラスト側および反スラスト側に供給する潤滑油を多くすることができ、加工が容易である。
また、上記の発明において、前記機関本体は、シリンダブロック(3)と、前記シリンダブロックに装着され、下端が前記シリンダブロックからクランク室(2a)側に突出するシリンダスリーブ(42)とを有し、前記シリンダスリーブの前記シリンダブロックから突出する部分の外周面には環帯状の油路形成部材(75)が装着され、当該油路形成部材と前記シリンダスリーブとの間に前記本体側潤滑油供給路と前記複数の潤滑油供給孔とを連通させる環状溝(76)が形成されている構成とすることができる。
この構成によれば、油路形成部材をシリンダスリーブの外周に装着することで、油路形成部材およびシリンダブロックの少なくとも一方に形成されて本体側潤滑油供給路と潤滑油供給孔とを連通させる環状溝を油路とすることができ、加工および組付が容易である。また、油路形成部材がシリンダスリーブのシリンダブロックから突出する部分の外周に設けられるため、シリンダスリーブをシリンダブロックに組み付けた後にも、油路形成部材をシリンダスリーブに組み付けることや、予め組み付けた油路形成部材の組付状態を確認することができる。
また、上記の発明において、前記環状溝の上方および下方における前記油路形成部材と前記シリンダスリーブとの間にはシール部材(S4)が装着されている構成とすることができる。
この構成によれば、環状溝の液密性を確保することができ、比較的簡単な構成で液密性のある環状の油路を形成できる。
このように本発明によれば、潤滑油量の低減とHC排出量の低減とを図るとともに、簡単な構成でピストン−シリンダ間の摺動部を有効に潤滑できる2ストロークエンジンのシリンダ潤滑装置を提供することができる。
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1中のII-II断面図 図2中のIII−III断面図 複リンク機構の動作説明図 図1中のV部拡大図 図5中のVI−VI断面線に対応するシリンダスリーブの断面図 図6の潤滑油供給孔による作用説明図 変形実施形態1に係る図6に対応するシリンダスリーブの断面図 図8の潤滑油供給孔による作用説明図 変形実施形態2に係るエンジンの図5に対応する要部縦断面図
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Eと称する。)に適用した実施形態について詳細に説明する。
図1および図2に示すように、エンジンE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。
クランクケース2の下部には、クランク室2aの最下部に開口2bが形成されており、後述するピストン−シリンダ間の潤滑に供されてクランク室2aの下部に集まった潤滑油がオイルタンク71に流通するようになっている。オイルタンク71内の潤滑油は、オイルポンプ72によってピストン−シリンダ間の摺動部に供給される。オイルタンク71やオイルポンプ72は、ピストン−シリンダ間の摺動部を潤滑するシリンダ潤滑装置70の一部を構成する。
図2に示すように、クランクケース2は、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。
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すとともに、潤滑油を飛散させにくくなっている。
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。
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。
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。
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。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。
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。
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を昇降するピストン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。
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。
このように、エンジンE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(動的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。燃料としては、ガソリン、軽油、灯油、ガス(都市ガスやLPガス)などが用いられる。
エンジンEが複リンク機構30を備えることにより、エンジンE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Eでは、クランクケース2の大型化やエンジンE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。
また、このエンジンE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。
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に接続する略円形断面の開口部31が鉛直に延在するように形成されている。なお図1には、下死点に達したピストン22を想像線で示している。
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ており、その外周側の一部に、クランクケース2に形成された保持部2cが突出している。これにより、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C字状の空間が形成される。保持部2cは、ピストン−シリンダ間の摺動部へ潤滑油を供給する油路を形成する第1油路形成部材73を保持する。第1油路形成部材73は、後述する第3油路形成部材75が配置される高さでシリンダスリーブ42に向けて油路の下流端を開口させる。また、第1油路形成部材73は、油路の上流端を、シリンダブロック3に形成された油路に接続させる。シリンダブロック3には、この油路に接続するように第2油路形成部材74が取り付けられる。オイルポンプ72から圧送された潤滑油は、これら第2油路形成部材74、シリンダブロック3および第1油路形成部材73によって形成される本体側潤滑油供給路80を通って、後述する第3油路形成部材75が形成する油路に流通する。
また、クランクケース2の上部における第1油路形成部材73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。
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。また、通路部材34には、吸気通路34aのスロットル弁34bよりも下流側を臨む位置に燃料噴射弁35が取り付けられている。燃料噴射弁35は、噴射ノズル35aを斜め下方のリード弁33に向けて傾斜配置されており、リード弁33が開くタイミングに合わせて吸気通路34aの下流側部分に燃料を噴射する。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。
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。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。
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、上部において下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。
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。一方、シリンダスリーブ42の外径は、シリンダブロック3から下方に突出した部分において他の部分よりも小さくなっている。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。
シリンダスリーブ42の周壁には、周壁を貫通する少なくとも1つ(本実施形態では3つ)の掃気孔42cが形成されている。各掃気孔42cは、シリンダブロック3とクランクケース2との接合面よりも高い位置に配置された上端を有している。両掃気孔42c、42cは、同一の形状および同一の大きさに形成され、シリンダ軸線3Xを中心として120度異なる位置に且つ同一の高さに配置されている。本実施形態では、各掃気孔42cは、図2に示すように左右に2分割された構成とされている。
図1に示すように、シリンダブロック3における各掃気孔42cに対向する位置には、クランク室2a側から掃気孔42cに混合気を円滑に流すべく湾曲形状とされた凹部3bが形成されている。この凹部3bと掃気孔42cとにより、開口部31を介してクランク室2aとシリンダボア3aとを連通する掃気ポート43が形成される。掃気ポート43は、ピストン22の下降行程の終期および上昇行程の初期に開口部31を介してクランク室2aとシリンダボア3a(ピストン22よりも上側の燃焼室44)とを連通させる。すなわちピストン22の昇降によって掃気ポート43の開閉が行われる。
開口部31に突入したシリンダスリーブ42の下部における掃気孔42cよりも下方の外周には、環帯状の第3油路形成部材75が装着されている。図5は、ピストン22が下死点にあるときの図1中のV部拡大図である。図5に示すように、ピストン22の上部外周面には2条の溝が環状に形成されており、これらの溝には上から順にコンプレッションリング22b(トップリング)およびオイルリング22cが装着されている。第3油路形成部材75は、前述したシリンダスリーブ42の外径が小さくされた部分(以下、小径部42dと称する。)の上端に設けられている。すなわち、シリンダスリーブ42の上側に形成された比較的大きな外径を有する部分(以下、大径部42eと称する。)と小径部42dとの段差を形成する環状肩面42fが、第3油路形成部材75の上方向の位置を規定している。第3油路形成部材75の外径はシリンダスリーブ42の大径部42eの外径と略同一となっており、第3油路形成部材75の外周面がシリンダスリーブ42の大径部42eの外周面と概ね面一とされている。第3油路形成部材75の第1油路形成部材73の本体側潤滑油供給路80に対応する位置には、周壁を貫通する貫通孔75aが形成されて油路を構成している。
シリンダスリーブ42の小径部42dの外周面における第3油路形成部材75の高さ方向の中央には、第3油路形成部材75によって開口を塞がれることによって油路となる環状溝76が形成されている。また、シリンダスリーブ42の小径部42dの外周面には、第3油路形成部材75と重なる高さ範囲において環状溝76の上下に2つの環状のシール溝77が形成されている。シール溝77にはそれぞれ環状の第4シール部材S4が装着され、シリンダスリーブ42と第3油路形成部材75との液密性が確保されている。第4シール部材S4としてはOリングを用いることができる。環状溝76は、ピストン22が下死点にあるときに、コンプレッションリング22bよりも低く、オイルリング22cよりも高い位置に配置される。シリンダスリーブ42には、環状溝76とシリンダボア3aとを連通させる複数の潤滑油供給孔78(78a〜78c)が形成されている。潤滑油供給孔78は放射状にかつ水平に延在し、環状溝76と同じ高さでシリンダスリーブ42の内周面42aに開口している。これらの潤滑油供給孔78、本体側潤滑油供給路80などにより、ピストン−シリンダ間の摺動部を潤滑するシリンダ潤滑装置70が構成される。
図6に示すように、第1油路形成部材73や第3油路形成部材75の貫通孔75aは、ピストン22の中心に対してピストンピン22aと直交する方向(スラスト方向および反スラスト方向)からずれた位置に配置されている。一方、潤滑油供給孔78は、ピストン22の中心からスラスト方向および反スラスト方向にある2箇所を含み、かつ周方向に等間隔(45度間隔)をなす8箇所に形成されている。スラスト側および反スラスト側に配置された2つの第1潤滑油供給孔78aの径はD1とされ、ピストンピン方向に配置された2つの第2潤滑油供給孔78bの径はD2とされ、残り4つの第3潤滑油供給孔78cの径はD3とされている。これらの潤滑油供給孔78a〜78cの径の関係は、D1>D3>D2となっている。すなわち、スラスト側および反スラスト側に配置された2つの第1潤滑油供給孔78aの径が、他の潤滑油供給孔78b、78cの径よりも大きくなっている。
これにより、図7に示すように、スラスト側および反スラスト側に配置された2つの第1潤滑油供給孔78aから最も多くの潤滑油がシリンダボア3aに供給され、ピストンピン方向の2つの第2潤滑油供給孔78bから最も少ない潤滑油がシリンダボア3aに供給される。そして潤滑油は、図1に示すように、ピストン22が下死点付近に下降しているときにピストン22の外周面に付着し、ピストン22が下死点に達したときには、コンプレッションリング22bとオイルリング22cとの間でピストン22の外周面に付着する。ピストン22の外周面に付着した潤滑油は、ピストン22の上昇に伴ってシリンダボア3aの上方に引っ張られ、上下運動するピストン22の外周面とシリンダスリーブ42の内周面42aとを潤滑する。特に、コンプレッションリング22bとオイルリング22cとの間でピストン22の外周面に付着した潤滑油は、オイルリング22cによって掻き揚げられることによってより高い位置へ引っ張られ、上死点側でのピストン22とシリンダスリーブ42との摺動部の潤滑を良好にする。重力で滴下した、あるいは下降するピストン22によって掻き落とされて滴下した潤滑油は、クランク室2aの下部に集まり、クランクケース2の開口2bからオイルタンク71に移動する。
図1および図2に示すように、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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
このように構成されたエンジンEは、始動後、次のように作動する。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と、この新気に向けて燃料噴射弁35によって噴射された燃料とが混合気を形成しつつ、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。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。
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43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43を開放すると、圧縮された混合気が掃気ポート43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内の燃焼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。
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43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E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。
このようにして、エンジンE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43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。
そして、オイルポンプ72に接続する本体側潤滑油供給路80が機関本体1に形成され、本体側潤滑油供給路80と連通し且つ下死点に位置するピストン22のコンプレッションリング22bよりも下側の部分に向けて開口する複数の潤滑油供給孔78がシリンダスリーブ42に形成されたことにより、オイルポンプ72の駆動によってピストン22とシリンダスリーブ42との摺動部に潤滑油が供給され、ピストン22の摺動抵抗が小さくなるとともに、ピストン22の焼き付きが抑制される。また、ピストン−シリンダ間の摺動部を有効に潤滑するシリンダ潤滑装置70が簡単な構成で実現される。
特に、複数の潤滑油供給孔78が、ピストン22が下死点にあるときにコンプレッションリング22bとオイルリング22cとの間で開口するように形成されているため、ピストン22のコンプレッションリング22bとオイルリング22cとの間に向けて供給された潤滑油が、ピストン22の上昇時にオイルリング22cによって掻き揚げられ、上死点側でのピストンとシリンダとの摺動部の潤滑が一層良好になる。
また、複数の潤滑油供給孔78が、スラスト側および反スラスト側において他の部位に比べて供給する潤滑油量を多くするため、摩擦抵抗が大きい部分では確実に潤滑が行われ、摩擦抵抗が小さい部位では潤滑油量が低減され、潤滑油量の低減によってHC排出量も低減される。
本実施形態では、複数の潤滑油供給孔78は、シリンダスリーブ42の周方向に等間隔に配置され、スラスト側および反スラスト側に配置される第1潤滑油供給孔78aの径D1が他の部位に配置される潤滑油供給孔78b、78cの径D2、D3よりも大きくされることで、スラスト側および反スラスト側に供給される潤滑油が多くなる。このような構成により、潤滑油供給孔78の孔径を変化させるだけでスラスト側および反スラスト側に供給する潤滑油を多くすることが可能にあり、その加工が容易になる。
本実施形態では、機関本体1が、シリンダブロック3と、シリンダブロック3に装着され、下端がシリンダブロック3からクランク室2a側に突出するシリンダスリーブ42とを有し、シリンダスリーブ42のシリンダブロック3から突出する小径部42dの外周面に環帯状の第3油路形成部材75が装着されることで、シリンダスリーブ42の外周面に形成された環状溝76と第3油路形成部材75とにより、本体側潤滑油供給路80と複数の潤滑油供給孔78とを連通させる油路が構成される。
そのため、油路を形成するための加工および組付が容易である。また、第3油路形成部材75がシリンダスリーブ42のシリンダブロック3から突出する小径部42dの外周に設けられるため、シリンダスリーブ42をシリンダブロック3に組み付けた後にも、第3油路形成部材75をシリンダスリーブ42に組み付けることが可能である。また、予め第3油路形成部材75を組み付けたシリンダスリーブ42をシリンダブロック3に組み付けることも可能であり、この場合には、シリンダスリーブ42のシリンダブロック3への組付後に第3油路形成部材75の組付状態を確認することができる。
本実施形態では、環状溝76の上方および下方における第3油路形成部材75とシリンダスリーブ42との間に第4シール部材S4が装着されており、これにより、環状溝76の液密性が確保され、比較的簡単な構成で液密性のある環状油路が形成される。
なお、クランク室2aの増圧時に混合気がオイル供給通路に逆流しないように、第1油路形成部材73や第2油路形成部材74などに一方向弁を設けるとよい。また、これらの部材に潤滑油の供給量を調整するオリフィスを設けるとともに、エンジン停止時に潤滑油の供給を停止するカット弁を設けるとよい。
<変形実施形態1>
次に、図8および図9を参照して、本発明の変形実施形態1について説明する。なお、上記実施形態と同一の部材や部位には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。以下の変形実施形態においても同様とする。
図6に示すように、複数の潤滑油供給孔78は、全ての孔径が同一とされている。複数の潤滑油供給孔78は、スラスト側および反スラスト側で互いに隣接する2つの潤滑油供給孔78の距離が短く、ピストンピン方向でこの距離が長くなっている。具体的には、潤滑油供給孔78は、ピストン22の中心からスラスト方向および反スラスト方向の位置にそれぞれ形成され、これらからピストンピン方向に両側に15度程度離れた位置に1つずつ、さらに30度程度離れた位置に1つずつ、さらに45度程度離れた共通位置すなわちピストン22の中心からピストンピン方向の位置に1つが形成され、合計12個の潤滑油供給孔78が形成されている。すなわち、複数の潤滑油供給孔78は、同一の孔径を有し、スラスト側および反スラスト側において他の部位よりも狭い間隔に配置されている。一方、第1油路形成部材73や第3油路形成部材75の貫通孔75aは、ピストン22の中心に対してスラスト方向からずれた位置であって、潤滑油供給孔78に対向しない位置に配置されている。
複数の潤滑油供給孔78がこのように構成されることによっても、図7に示すように、潤滑油供給孔78が狭い間隔で形成されたスラスト側および反スラスト側において、ピストンピン方向などの他の部位に比べて多くの潤滑油がシリンダボア3aに供給される。そして潤滑油は、図1に示すように、ピストン22が下死点付近に下降しているときにピストン22のコンプレッションリング22bよりも下側の外周面に付着し、ピストン22の上昇に伴ってシリンダボア3aの上方に引っ張られ、上下運動するピストン22の外周面とシリンダスリーブ42の内周面42aとを潤滑する。
このように、本実施形態では、複数の潤滑油供給孔78が、同一の孔径を有し、スラスト側および反スラスト側において他の部位よりも狭い間隔に配置されることで、スラスト側および反スラスト側に潤滑油量が多く供給される。このような構成とされることにより、同一径の潤滑油供給孔78の間隔を変化させるだけでスラスト側および反スラスト側に供給する潤滑油を多くすることが可能になり、その加工が容易になる。
<変形実施形態2>
次に、図10を参照して本発明の変形実施形態2に係るエンジンEについて説明する。
図10は、ピストン22が下死点にあるときのエンジンEの要部を拡大して示す図5に対応する図である。本変形実施形態では、ピストン22が下死点にあるときに、最下部に設けられたオイルリング22cよりも低い位置に環状溝76および複数の潤滑油供給孔78が配置されている。シリンダ潤滑装置70がこのように構成されていても、ピストン22が下死点付近に下降しているときにピストン22の外周面に付着した潤滑油が、ピストン22の上昇に伴ってシリンダボア3aの上方に引っ張られ、上下運動するピストン22の外周面とシリンダスリーブ42の内周面42aとが潤滑される。
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、上記実施形態では、一例として排気弁48がシリンダヘッド4に設けられたユニフロー型2ストロークエンジンに本発明を適用したが、排気弁48を有さず、シリンダスリーブ42の内周面に排気ポートが開口する一般的な2ストロークエンジンに適用してもよい。また、上記実施形態では、回収した潤滑油をオイルタンク71に溜めてオイルポンプ72でシリンダスリーブ42に供給しているが、動弁機構50に潤滑油を供給する潤滑油供給装置によって潤滑油をシリンダスリーブ42に供給してもよい。さらに、上記実施形態では、環状溝76やシール溝77を、シリンダスリーブ42の外周面に形成しているが、第3油路形成部材75の内周面に形成する形態とすることも可能である。この他、各部材や部位の具体的構成や配置、数量、角度など、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば適宜変更可能である。一方、上記実施形態に示した各構成要素は必ずしも全てが必須ではなく、適宜選択することができる。
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
22 ピストン
22b コンプレッションリング(トップリング)
22c オイルリング
42 シリンダスリーブ(シリンダ)
42a 内周面
43 掃気ポート
70 シリンダ潤滑装置
72 オイルポンプ(潤滑油供給手段)
75 第3油路形成部材
76 環状溝
78 潤滑油供給孔
78a 第1潤滑油供給孔
78b 第2潤滑油供給孔
78c 第3潤滑油供給孔
80 本体側潤滑油供給路
E エンジン
S4 第4シール部材

Claims (5)

  1. シリンダの内周面に開口する掃気ポートを有する2ストロークエンジンのシリンダ潤滑装置であって、
    シリンダブロックおよび前記シリンダブロックに装着されて前記シリンダの内周面を画成すると共に下端が前記シリンダブロックからクランク室側に突出するシリンダスリーブを有する機関本体と、
    前記シリンダスリーブの前記シリンダブロックから突出する部分の外周面に装着される環帯状の油路形成部材と、
    前記シリンダブロックに形成され、潤滑油供給手段に接続される本体側潤滑油供給路と、
    死点に位置するピストンのトップリングよりも下側の部分に向けて開口するように前記シリンダスリーブに形成された複数の潤滑油供給孔と
    前記油路形成部材と前記シリンダスリーブとの間に環状に形成され、前記本体側潤滑油供給路と前記複数の潤滑油供給孔とを連通させる環状油路とを備え、
    前記複数の潤滑油供給孔は、スラスト側および反スラスト側において他の部位に比べて供給する潤滑油量を多くするように構成されていることを特徴とする2ストロークエンジンのシリンダ潤滑装置。
  2. 前記複数の潤滑油供給孔が、下死点に位置するピストンのオイルリングよりも上側の部分に向けて開口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のシリンダ潤滑装置。
  3. 前記複数の潤滑油供給孔は、前記シリンダの周方向に等間隔に配置され、スラスト側および反スラスト側に配置される潤滑油供給孔の孔径が他の部位に配置される潤滑油供給孔の孔径よりも大きいことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の2ストロークエンジンのシリンダ潤滑装置。
  4. 前記複数の潤滑油供給孔は、同一の孔径を有し、スラスト側および反スラスト側において他の部位よりも狭い間隔に配置されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の2ストロークエンジンのシリンダ潤滑装置。
  5. 前記環状油路の上方および下方における前記油路形成部材と前記シリンダスリーブとの間にはシール部材が装着されていることを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の2ストロークエンジンのシリンダ潤滑装置。
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