JP6042767B2 - 層状掃気２ストロークエンジン - Google Patents

Description

本発明は、空気による先行掃気が行われる空気先導式の層状掃気２ストロークエンジンに関する。

空気先導式の層状掃気２ストロークエンジンでは、ピストンの上昇行程にて、クランクケース内に生じる負圧によって吸気通路からクランクケース内に混合気を導入すると共に空気通路から掃気通路に空気を導入し、ピストンの下降行程にて、クランクケース内の混合気をシリンダ内に供給するのに先立ち、先の上昇行程にて掃気通路に導入した空気を先行掃気用の空気としてシリンダ内に流出させる。これにより、混合気の燃焼ガスと、掃気通路を介して新たに供給される混合気との間に空気の層が介在することとなり、燃焼ガスへの混合気の混入が抑制されて、未燃焼ガスが排気通路に吹き抜けることが抑制される。特許文献１には、この種の層状掃気２ストロークエンジンの一例が開示されている。

特開２０１１−１２７６０１号公報

ところで、層状掃気２ストロークエンジンは、チェンソーなどの携帯型作業機（手持ち式作業機及び背負い式作業機を含む）の原動機として用いられている。近年、携帯型作業機の小型化がますます求められており、これに伴って、その原動機としての層状掃気２ストロークエンジンの小型化も要求されている。

特許文献１に記載の層状掃気２ストロークエンジンでは、吸気通路に相当する混合気通路と空気通路に相当する供給通路がシリンダの軸線に沿って上下方向に配置されている。このため、当該エンジンを上下方向に小さくすることが難しく、この点において改良の余地がある。
そこで、本発明は、エンジン全体のコンパクト化、特に上下方向のコンパクト化を図ることのできる層状掃気２ストロークエンジンを提供することを目的とする。

前記目的の達成のため、本発明の一態様による層状掃気２ストロークエンジンは、ピストンを収容するシリンダが形成されたシリンダ部材と、このシリンダ部材に接合されたクランクケースとを有する層状掃気２ストロークエンジンであって、前記シリンダ部材の外面に開口する吸気口と前記ピストンの作動位置に応じて前記シリンダ内に開口する吸気ポートとを接続し、前記クランクケース内に空気と燃料の混合気を導入する吸気通路と、前記シリンダ部材の外面に開口する排気口と前記ピストンの作動位置に応じて前記シリンダ内に開口する排気ポートとを接続し、前記シリンダ内の燃焼ガスを排出する排気通路と、前記クランクケース内に開口する掃気流入口と前記ピストンの作動位置に応じて前記シリンダ内に開口する掃気ポートとを接続する掃気通路と、前記シリンダ部材の外面に開口する空気流入口と前記掃気通路とを接続し、先行掃気用の空気を前記掃気通路に導入する空気通路と、を有し、前記吸気口と前記空気流入口は、前記シリンダの軸線を挟んで前記排気口とは反対側に配置され、かつ、前記シリンダの略周方向又は前記シリンダの軸線に略直交する方向に並んで配置されている。

前記層状掃気２ストロークエンジンでは、吸気通路の吸気口及び空気通路の空気流入口は、排気通路の排気口が開口する外面とはシリンダの軸線を挟んで反対側の外面に開口している。また、前記吸気口と前記空気流入口は、シリンダの軸線の略周方向又はシリンダの軸線に略直交する方向に並んで配置されている。このため、特にエンジンの上下方向（シリンダの軸線方向）の寸法を従来のエンジンに比べて小さくすることができ、エンジン全体のコンパクト化を図ることができる。

第１実施形態による層状掃気２ストロークエンジンの断面図である。 同じく第１実施形態による層状掃気２ストロークエンジンの断面図である。 シリンダ部材をクランクケースとの接合面（シリンダベース面）側から見た図である。 クランクケースをシリンダ部材との接合面（クランクケースベース面）側から見た図である。 シリンダ部材とクランクケースとの接合部に介装（配置）されるガスケットの一例を示す図である。 シリンダ部材を吸気口及び空気流入口が開口する端面側から見た図である。 第１実施形態による層状掃気２ストロークエンジンの各通路を模式的に示した図である。 第２実施形態による層状掃気２ストロークエンジンの断面図である。 同じく第２実施形態による層状掃気２ストロークエンジンの断面図である。 第２実施形態におけるクランクケースをシリンダ部材との接合面（クランクケースベース面）側から見た図である。 第２実施形態による層状掃気２ストロークエンジンの各通路を模式的に示した図である。 第２実施形態の変形例による層状掃気２ストロークエンジンの断面図である。 第２実施形態の変形例におけるクランクケースをシリンダ部材との接合面（クランクケースベース面）側から見た図である。 第２実施形態の変形例による層状掃気２ストロークエンジンの各通路を模式的に示した図である。

以下、添付図面を参照しつつ本発明の実施形態について説明する。
実施形態による層状掃気２ストロークエンジン（以下単に「エンジン」という）は、単気筒の小型２ストロークエンジンであり、チェンソーなどの携帯型作業機の原動機として使用することができる。実施形態によるエンジンは、トップハンドルソーの本体などに横向きに収容される横型エンジンである。但し、これに限るものではなく、本発明は、縦型エンジンにも適用することができる。なお、本明細書においては、エンジンの置かれた向きにかかわらず、シリンダの軸線方向を上下方向とし、ピストンがクランクシャフトから離れる方向を上向き、ピストンがクランクシャフトに近づく方向を下向きとする。

〔第１実施形態〕
図１，２は、本発明の第１実施形態によるエンジン１の構成を示す断面図である（但し、図２では一部の要素を省略している）。図１，２に示すように、エンジン１は、エンジン本体２と、吸気管３と、燃料添加装置としてのキャブレタ４と、空気管５と、を含む。

エンジン本体２は、シリンダ部材２１と、クランクケース２２とを有する。シリンダ部材２１には、軸線Ｘを有するシリンダ２３が形成されている。クランクケース２２は、シリンダ部材２１の下部（図では左側）に接合されており、シリンダ部材２１とクランクケース２２との接合部には、介装材としてのガスケット２４が配置されている。

シリンダ２３には、ピストン２５が軸線Ｘに沿って往復移動可能に収容されており、クランクケース２２には、クランクシャフト２６が回転可能に収容されている。ピストン２５とクランクシャフト２６とはコネクティングロッド２７（破断してその一部のみを示す）によって連結され、ピストン２５の往復運動（上下運動）がクランクシャフト２６の回転運動に変換される。クランクシャフト２６は、その一端がクランクケース２２外まで延びており、クランクシャフト２６の回転運動がエンジン１の出力として取り出される。

シリンダ２３内において、ピストン２５の上方には燃焼室２８が形成されており、燃焼室２８には、点火プラグ２９が配設されている。点火プラグ２９は、ピストン２５が上死点又はその近傍にあるときに作動し、燃焼室２８内の混合気に点火して燃焼させる。

エンジン本体２には、燃料と空気の混合気をクランクケース２２内に導入する吸気通路３１（図２参照）と、シリンダ２３内の燃焼ガスを排出する排気通路３２と、クランクケース２２内とシリンダ２３内とを接続する掃気通路（第１掃気通路３３，第２掃気通路３４）と、空気を掃気通路（本実施形態においては、第１掃気通路３３）に導入する空気通路３５と、が形成されている。ここで、クランクケース２２内とは、基本的には、クランクケース２２の内部空間のことをいうが、クランクケース２２の内部空間とピストン２５の下方のシリンダ２３内空間とを合わせた空間のことをいう場合もある。
以下、各通路について詳細に説明する。

吸気通路３１は、図２に示すように、シリンダ部材２１に形成されて吸気ポート３１１にてシリンダ２３内に連通している。具体的には、吸気通路３１は、吸気ポート３１１とシリンダ部材２１の外面に開口する吸気口３１２とを接続している。本実施形態において、吸気口３１２は、シリンダ部材２１の外面において略平坦に形成された部分である第１平坦部２１ａに開口している。この第１平坦部２１ａには、吸気口３１２に連通する吸気管３が取り付けられており、吸気管３には、キャブレタ４が配設されている。キャブレタ４は、外部から導入した空気に燃料を添加して混合気を生成する。

吸気ポート３１１は、その上縁が下死点にあるピストン２５の上面よりも下方に位置すると共に、その下縁が上死点にあるピストン２５の下面よりも下方に位置するように設定されている。具体的には、吸気ポート３１１は、ピストン２５が下死点にあるときにはピストン２５によって閉塞され、ピストン２５の上昇行程中期から下降行程中期に移行する過程においてピストン２５の下方でシリンダ２３内に開口するように構成されている。

これにより、吸気通路３１は、ピストン２５の上昇行程、さらに言えば、吸気ポート３１１がピストン２５の下方でシリンダ２３内に開口する上昇行程中期以降の期間に、クランクケース２２内に生じた負圧によって、キャブレタ４で生成された混合気をクランクケース２２内に導入する。なお、ピストン２５の上昇行程とは、ピストン２５が下死点から上死点に向けて移動する行程をいい、ピストン２５の下降行程とは、ピストン２５が上死点から下死点に向けて移動する行程をいう。

排気通路３２は、図１，２に示すように、シリンダ部材２１に形成されて排気ポート３２１にてシリンダ２３内に連通している。具体的には、排気通路３２は、排気ポート３２１とシリンダ部材２１の外面に開口する排気口３２２とを接続している。本実施形態において、排気口３２２は、シリンダ部材２１の外面において略平坦に形成された部分である第２平坦部２１ｂに開口している。ここで、吸気口３１２が開口する第１平坦部２１ａと排気口３２２が開口する第２平坦部２１ｂとは、シリンダ２３（の軸線Ｘ）を挟んでほぼ反対側に位置している。なお、図では省略しているが、第２平坦部２１ｂには、排気マフラが取り付けられている。

排気ポート３２１は、その上縁が下死点にあるピストン２５の上面よりも上方に位置すると共に、その下縁が上死点にあるピストン２５の下面よりも上方に位置するように設定されている。具体的には、排気ポート３２１は、ピストン２５が上死点にあるときにはピストン２５によって閉塞され、ピストン２５の下降行程中期から上昇行程中期に移行する過程においてピストン２５の上方でシリンダ２３内に開口するように構成されている。

これにより、排気通路３２は、ピストン２５の下降行程、さらに言えば、排気ポート３２１がピストン２５の上方でシリンダ２３内に開口する下降行程中期以降の期間において、シリンダ２３内の燃焼ガスを排出する。

第１掃気通路３３及び第２掃気通路３４は、図１に示すように、いずれも一端の掃気流入口３３１，３４１にてクランクケース２２内に連通する一方、他端の掃気ポート３３２，３４２にてシリンダ２３内に連通し、クランクケース２２内とシリンダ２３内とを空間的に接続している。

具体的には、第１掃気通路３３は、クランクケース２２に形成された第１掃気流入口３３１から上方に延びて、シリンダ部材２１に形成された第１掃気ポート３３２に接続している。第１掃気通路３３は、シリンダ部材２１とクランクケース２２との接合部よりも上方のシリンダ部材側通路３３３と、前記接合部よりも下方のクランクケース側通路３３４と、を有する。同様に、第２掃気通路３４は、クランクケース２２に形成された第２掃気流入口３４１から上方に延びて、シリンダ部材２１に形成された第２掃気ポート３４２に接続している。第２掃気通路３４は、前記接合部よりも上方のシリンダ部材側通路３４３と、前記接合部よりも下方のクランクケース側通路３４４と、を有する。

本実施形態において、第１掃気流入口３３１、第１掃気ポート３３２、第２掃気流入口３４１、及び第２掃気ポート３４２は、シリンダ２３の軸線Ｘを挟んで各側に一つずつ形成されており、これに対応して、第１掃気通路３３（シリンダ部材側通路３３３、クランクケース側通路３３４）及び第２掃気通路３４（シリンダ部材側通路３４３、クランクケース側通路３４４）もシリンダ２３を挟んで各側に一つずつ形成されている。但し、図１，２において、第１掃気通路３３、第２掃気通路３４、第１掃気流入口３３１、第１掃気ポート３３２、第２掃気流入口３４１、及び第２掃気ポート３４２は、いずれも片側のみが示されている。

図３は、シリンダ部材２１をクランクケース２２との接合面（以下「シリンダベース面」という）側から見た図であり、図４は、クランクケース２２をシリンダ部材２１との接合面（以下「クランクケースベース面」という）側から見た図であり、図５は、両接合面（すなわち、シリンダベース面とクランクケースベース面）の間に介装（配置）されるガスケット２４を示している。

図３に示すように、第１掃気通路３３のシリンダ部材側通路３３３及び第２掃気通路３４のシリンダ側通路３４３は、シリンダ部材２１の側壁の内部に形成されている。また、図４に示すように、第１掃気通路３３のクランクケース側通路３３４及び第２掃気通路３４のクランクケース側通路３４４は、クランクケース２２の内面に凹部として形成されている。さらに、図５に示すように、シリンダベース面とクランクケースベース面との間に配置されるガスケット２４には、シリンダ２３に対応する中央孔２４ａと、中央孔２４ａを挟んで配置された一対の連通孔（本発明の「第１開口部」に相当する）２４ｂと、中央孔２４ａを挟んで対向する一対の切欠孔（本発明の「第２開口部」に相当する）２４ｃとが形成されている。

そして、クランクケース２２内とシリンダ２３内とは、ガスケット２４に形成された中央孔２４ａを介して連通し、第１掃気通路３３のシリンダ部材側通路３３３とクランクケース側通路３３４とは、ガスケット２４に形成された連通孔２４ｂを介して連通し、第２掃気通路３４のシリンダ部材側通路３４３とクランクケース側通路３４４とは、ガスケット２４に形成された切欠孔２４ｃを介して連通するように構成されている。

ここで、本実施形態においては、第１掃気通路３３のクランクケース側通路３３４の断面積（及びガスケット２４の連通孔２４ｂの面積）よりも第２掃気通路３４のクランクケース側通路３４４の断面積（及びガスケット２４の切欠孔２４ｃの面積）の方が大きく形成されている。

図１，２に戻って、第１掃気ポート３３２と第２掃気ポート３４２とは、シリンダ２３の周方向において所定の間隔をあけて互いに隣接して形成されている。すなわち、第１掃気ポート３３２と第２掃気ポート３４２はそれぞれ独立した開口部を形成している。
第１掃気ポート３３２及び第２掃気ポート３４２は、いずれもその上縁が下死点にあるピストン２５の上面よりも上方に位置し、その下縁が上死点にあるピストン２５の下面よりも上方に位置するように設定されている。また、第１掃気ポート３３２及び第２掃気ポート３４２の上縁は、排気ポート３２１の上縁よりも下方に位置している。具体的には、第１掃気ポート３３２及び第２掃気ポート３４２は、ピストン２５の下降行程終期、換言すれば、排気ポート３２１がピストン２５の上方でシリンダ２３内に開口した後に、ピストン２５の上方でシリンダ２３内に開口し、ピストン２５の下降行程終期及び上昇行程初期を除く期間ではピストン２５によって閉塞されるように構成されている。

これにより、第１掃気通路３３及び第２掃気通路３４は、ピストン２５の下降行程（さらに言えば、下降行程終期以降）において、クランクケース２２内とシリンダ２３内とを連通させてクランクケース２２内の混合気をシリンダ２３内に供給するための混合気供給通路を形成する。

また、第１掃気通路３３のシリンダ部材側通路３３３と、第２掃気通路３４のシリンダ側通路３４３とは、シリンダ部材２１に形成された連通部３６を介して互いに連通している。本実施形態において、連通部３６は、シリンダ部材２１における第１掃気ポート３３２及び第２掃気ポート３４２の外側の領域に形成されている。

空気通路３５は、図１に示すように、シリンダ部材２１に形成されて第１掃気通路３３に接続している。具体的には、空気通路３５は、シリンダ部材２１の外面に開口する空気流入口３５１と第１掃気通路３３のシリンダ部材側通路３３３とを接続している。本実施形態において、空気流入口３５１は、第１平坦部２１ａに開口している。
図６は、シリンダ部材２１を第１平坦部２１ａ側から見た図である。図６に示すように、本実施形態において、吸気口３１２と空気流入口３５１とは、シリンダ部材２１の外面における同一平坦部（すなわち、第１平坦部２１ａ）に開口しており、吸気口３１２と空気流入口３５１とは、シリンダ２３の軸線Ｘに略直交する方向において並んで配置されている。

上述のように、第１掃気通路３３のシリンダ部材側通路３３３は、シリンダ２３を挟んで各側に一つずつ形成されている。このため、本実施形態において、空気通路３５は、空気流入口３５１から延びて途中で分岐し、各分岐路がシリンダ２３の外周に沿って異なる方向に延びてその端部が第１掃気通路３３の対応するシリンダ部材側通路３３３に接続するように形成されている。具体的には、図３、図５に示すように、空気通路３５は、シリンダ部材２１の側壁の内部を通る内部通路３５ａと、内部通路３５ａに接続するように前記シリンダベース面に形成された通路溝３５２，３５３及びガスケット２４（の上面）で構成される分岐路３５ｂ，３５ｃと、を含む。すなわち、本実施形態において、ガスケット２４の上面は空気通路３５の一部を構成している。また、本実施形態においては、図３に示すように、空気通路３５の分岐路３５ｂ、３５ｃ（通路溝３５２，３５３）は、シリンダ２３を挟んで非対称に形成（配置）されている。

ここで、図５に示すように、ガスケット２４には、各連通孔２４ｂの上方まで延在するガイド部２４ｄが設けられている。本実施形態において、各ガイド部２４ｄは、先端に向かうにつれてガスケット２４の上面から徐々に上昇するように形成されており、空気通路３５の各分岐路３５ｂ、３５ｃを通過した空気（すなわち、ガスケット２４の上面を通過する空気）を第１掃気通路３３のシリンダ部材側通路３３３に向けて案内する。これにより、空気通路３５の各分岐路を通過した空気が第１掃気通路３３のシリンダ部材側通路３３３により多く流れるように（換言すれば、クランクケース側通路３３４には流れにくく）なっている。

空気通路３５には、図１に示すように、空気通路３５から第１掃気通路３３（のシリンダ部材側通路３３３）へと向かう流れを許容する一方、その逆向きの流れを阻止する逆止弁３７が配設されている。本実施形態においては、逆止弁３７としてリードバルブが採用されており、このリードバルブは、図６に示すように、シリンダ部材２１の第１平坦部２１ａに形成された凹部２１ｃに取り付けられている。
また、図１に示すように、シリンダ部材２１の第１平坦部２１ａには、逆止弁（リードバルブ）３７を介して、空気流入口３５１に連通する空気管５が取り付けられており、空気管５には、これを通過する空気の流量を調節する空気調節弁５ａが配設されている。なお、空気調節弁５ａは、キャブレタ４にて燃料の流量を調節する燃料調節弁（図示省略）に連動可能に構成されている。

ここで、吸気口３１２及び空気流入口３５１が開口する、シリンダ部材２１の第１平坦部２１ａには、一つの取付部材などによって吸気管３及び空気管５が一体化されて取り付けられてもよいし、吸気管３と空気管５とが別々に取り付けられてもよい。

図７は、エンジン１の各通路を模式的に示した図である。
本実施形態によるエンジン１においては、シリンダ２３を挟んで一対の第１掃気通路３３（シリンダ部材側通路３３３、クランクケース側通路３３４）及び一対の第２掃気通路３４（シリンダ部材側通路３４３、クランクケース側３４４）が設けられており、第１掃気通路３３と第２掃気通路３４とは、連通部３６によって連通している。また、空気通路３５は、シリンダ部材２１の側壁を通る内部通路３５ａと、前記シリンダベース面をシリンダ２３の外周に沿って互いに異なる方向に延びる分岐路３５ｂ、３５ｃとで構成され、各分岐路３５ｂ、３５ｃの端部が対応する第１掃気通路３３のシリンダ部材側通路３３３に接続している。さらに、空気通路３５には、空気通路３５から第１掃気通路３３に向かう流れを許容する一方、その逆向きの流れを阻止する逆止弁（リードバルブ）３７が配設されている。

次に、本実施形態によるエンジン１の動作について説明する。
下死点にあるピストン２５が上死点に向けて移動を開始すると、クランクケース２２内には負圧が発生し、この負圧はピストン２５の上昇に伴って発達する。クランクケース２２内に生じた負圧は、クランクケース２２内に開口する第１掃気流入口３３１、第２掃気流入口３４１から第１掃気ポート３３２、第２掃気ポート３４２に向かって第１掃気通路３３、第２掃気通路３４内を伝播する。

ピストン２５の上昇行程中期において、クランクケース２２内で発達した負圧によって第１掃気通路３３内の圧力が大気圧よりも低下すると、空気通路３５に配設された逆止弁（リードバルブ）３７が開弁する。これにより、空気通路３５から第１掃気通路３３（シリンダ部材側通路３３３）に空気が流入すると共に、連通部３６を介して、第２掃気通路３４（シリンダ部材側通路３４３）にも空気が流入する。この空気の流入は、ピストン２５の上昇行程終期まで継続され、これにより、第１掃気通路３３及び第２掃気通路３４の大部分が空気で満たされる。一方、ピストン２５が吸気ポート３１１を通過すると、ピストン２５の下方で吸気ポート３１１がシリンダ２３内に開口し、クランクケース２２内の負圧が吸気ポート３１１を介して吸気通路３１に波及する。これにより、外部の空気がキャブレタ４に取り込まれ、取り込まれた空気とキャブレタ４によって添加された燃料との混合気が吸気通路３１を介してクランクケース２２内に導入される。

そして、ピストン２５がさらに上昇して上死点又はその近傍に到達すると、点火プラグ２９が作動して燃焼室２８内の混合気に点火して混合気を燃焼させる。この混合気は、前サイクルにてシリンダ２３内に供給されたものである（混合気のシリンダ２３内への供給については後述する）。ピストン２５は、燃料の体積膨張によって押し下げられ（すなわち、下降行程に移り）、コネクティングロッド２７を介してクランクシャフト２６を回転させる。このクランクシャフト２６の回転がエンジン１の出力として取り出される。

ピストン２５の下降行程中期において、ピストン２５が排気ポート３２１を通過すると、ピストン２５の上方で排気ポート３２１がシリンダ２３内に開口し、シリンダ２３内の燃焼ガス（混合気の燃焼ガス）が排気通路３２に排出される。これにより、シリンダ２３内の圧力が急激に低下する。一方、クランクケース２２内では、ピストン２５の下降によって混合気が圧縮され、クランクケース２２内の圧力が上昇する。そして、クランクケース２２内の圧力が第１掃気通路３３及び第２掃気通路３４内の圧力よりも上昇すると、クランクケース２２内の混合気が、第１掃気流入口３３１から第１掃気通路３３に流入すると共に第２掃気流入口３４１から第２掃気通路３４に流入する。この下降行程中期においては、第１掃気ポート３３２及び第２掃気ポート３４２がピストン２５によって閉塞されているため、第１掃気通路３３及び第２掃気通路３４に流入した混合気は、先の上昇行程で第１掃気通路３３及び第２掃気通路３４に流入された空気を圧縮する。ここで、空気通路３５に配設された逆止弁（リードバルブ）３７によって、第１掃気通路３３内の空気や混合気が空気通路３５へと流出することが防止されている。

ピストン２５の下降行程終期において、ピストン２５が第１掃気ポート３３２及び第２掃気ポート３４２を通過すると、第１掃気ポート３３２及び第２掃気ポート３４２がピストン２５の上方でシリンダ２３内に開口する。これにより、第１掃気通路３３及び第２掃気通路３４内の空気が、対応する第１掃気ポート３３２及び第２掃気ポート３４２を介してシリンダ２３内に流出する。このシリンダ２３内に流出した空気によって、シリンダ２３内に残存する燃焼ガスが掃気され、排気通路３２に排出される（空気による先行掃気）。続いて、第１掃気通路３３及び第２掃気通路３４内の混合気、並びにクランクケース２２内の混合気がシリンダ２３内に流出し（供給され）、このシリンダ２３内に流出した（供給された）混合気によって、上述の空気による先行掃気の後においてもシリンダ２３内に残存する燃焼ガス及び先にシリンダ２３内に流出した空気が掃気される。ここで、燃焼ガスと混合気との間には空気の層が介在することになるので、掃気に際して、混合気（未燃焼ガス）が排気通路３２に流出する（吹抜ける）ことを抑制できる。

その後、ピストン２５が下死点に到達すると、次サイクルのピストン２５の上昇行程に移る。この次サイクルのピストン２５の上昇行程において、第１掃気ポート３３２及び第２掃気ポート３４２がピストン２５によって閉塞された後においても所定期間だけ排気ポート３２１はシリンダ２３内に開口しており、シリンダ２３内の空気が引き続き掃気される。そして、ピストン２５がさらに上昇し、排気ポート３２１がピストン２５によって閉塞されると、シリンダ２３内が密閉状態となり、混合気の圧縮が開始される。

本実施形態によるエンジン１において、吸気口３１２と空気流入口３５１は、シリンダ２３の軸線Ｘに略直交する方向に並んで配置され、かつ、シリンダ２３の軸線Ｘを挟んで排気口３２１とは反対側に配置されている。このため、特にエンジン１の上下方向におけるコンパクト化が図れ、エンジン１全体を小型化できる。

また、吸気口３１２及び空気流入口３５１は、シリンダ部材２１の外面における同一平坦部２１ａに開口しているので、例えば、一つの取付部材などによって吸気管３及び空気管５を一体化した上でエンジン本体２（シリンダ部材２１）に取り付けることができる。このため、エンジン１の組立性を向上できる。

また、掃気通路（第１掃気通路３３、第２掃気通路３４）は、シリンダ部材側通路３３３，３４３とクランクケース側通路３３４，３４４とを有しており、これらはシリンダ部材２１とクランクケース２２との接合部に配置されたガスケット２４の開口部（連通孔２４ｂ，２４ｃ）を介して連通している。これにより、掃気通路（第１掃気通路３３、第２掃気通路３４）を、シリンダ部材２１及びクランクケース２２から外側に突出させることなく形成することができ、この点においてもエンジン１の小型化を図ることができる。

また、ガスケット２４の上面は、第１掃気通路３３のシリンダ部材側通路３３３に接続する空気通路３５の一部を構成しており、ガスケット２４には、その上面を通過する空気を第１掃気通路３３のシリンダ部材側通路３３３に向けて案内するガイド部２４ｄが形成されている。これにより、シリンダ部材２１の製造が容易になると共に、空気通路３５全体をシリンダ部材２１の側壁内部に形成する必要がないので、エンジン１（特にシリンダ部材２１）の小型化を図ることができる。また、空気通路３５からの空気が、第１掃気通路３３のシリンダ部材側通路３３３及び連通部３６を介して第２掃気通路３４へと流入し易くなると共に、空気通路３５からの空気が第１掃気通路３３のクランクケース側通路３３４へと流れることが抑制される。

〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態によるエンジンについて説明する。なお、以下の説明において、第１実施形態と共通する要素については同一の符号を用いてその説明は省略する。

図８，９は、本発明の第２実施形態によるエンジン５０の構成を示す断面図である（但し、図９では一部の構成を省略している）。図８，９に示すように、エンジン５０は、エンジン本体５２と、吸気管３と、キャブレタ４と、空気管５と、を含む。

エンジン本体５２は、シリンダ部材２１と、クランクケース５３と、クランクケースカバー５４とを有する。シリンダ部材２１には、軸線Ｘを有するシリンダ２３が形成されている。クランクケース５３は、シリンダ部材２１の下部（図では左側）に接合されており、クランクケースカバー５４は、クランクケース５３の側部（図では上側）に固定されている。シリンダ部材２１とクランクケース５３との接合部にはガスケット２４が配置されている。

エンジン本体５２には、吸気通路３１（図９参照）と、排気通路３２と、クランクケース２２内とシリンダ２３内とを接続する掃気通路（第１掃気通路６１，第２掃気通路３４）と、空気を掃気通路（第１掃気通路６１）に導入する空気通路３５と、が形成されている。第１掃気通路６１以外の通路については、基本的に第１実施形態と同様である。

第１掃気通路６１は、クランクケース５３に形成された第１掃気流入口６１１から上方に向けてＳ字状に湾曲して延びて、シリンダ部材２１に形成された第１掃気ポート３３２に接続している。第１掃気通路６１は、シリンダ部材２１とクランクケース５３との接合部よりも上方のシリンダ部材側通路３３３と、前記接合部よりも下方のクランクケース側通路６１２と、を有する。本実施形態において、クランクケース側通路６１２は、クランクケースカバー５４の内面５４ａによってクランクケース５３の外側に形成されたケース外通路部分６１３と、クランクケース５３の側壁に形成されたケース内通路部分６１４とで構成されている（図９参照）。

ここで、本実施形態においては、一つの第１掃気流入口６１１がクランクケース５３の側部に貫通形成され、第１掃気ポート３３２はシリンダ２３の軸線Ｘを挟んで各側に一つずつ形成されている。このため、第１掃気通路６１において、シリンダ部材側通路３３３は、シリンダ２３を挟んで各側に一つずつ形成され、クランクケース側通路６１２のケース内通路部分６１４は、その途中で分岐し、各分岐路がシリンダ２３の外周に沿って異なる方向に延びてその端部が対応するシリンダ部材側通路３３３に接続するように形成されている。

図１０は、クランクケース５３をシリンダ部材２１との接合面（クランクケースベース面）側から見た図である（シリンダ部材２１及びガスケット２４については図３，５を参照）。
本実施形態において、クランクケース側通路６１２のケース内通路部分６１４は、クランクケース５３の側壁の内部を通る内部通路６１５（破線で示す）と、内部通路６１５に接続するように前記クランクケースベース面に形成された通路溝５３ａ，５３ｂ及びガスケット２４（の下面）で構成される分岐路６１６ａ，６１６ｂと、を含む。そして、分岐路６１６ａ，６１６ｂの端部（末端）が、ガスケット２４に形成された連通孔２４ｂを介して、対応するシリンダ部材側通路３３３にそれぞれ連通するように構成されている。

ここで、上述のように、ガスケット２４（の上面）は、空気通路３５の分岐路３５ｂ，３５ｃの一部を構成している。すなわち、本実施形態において、空気通路３５と第１掃気通路６１とはガスケット２４によって仕切られており、ガスケット２４は、その上面が空気通路３５の一部を構成し、その下面が第１掃気通路６１の一部を構成している。

また、本実施形態においては、図８，９に示すように、第１掃気通路６１のクランクケース側通路６１２には、クランクケース５３内に生じた負圧が第１掃気流入口６１１を介して第１掃気通路６１に及ぶのを回避するための逆止弁（本発明の「第２の逆止弁」に相当する）６２が配設されている。この逆止弁６２は、空気通路３５に配設された逆止弁３７と同様に、リードバルブとすることができる。逆止弁（リードバルブ）６２は、クランクケース５３の外面に第１掃気流入口６１１を覆うように取り付けられ、クランクケース５３内から第１掃気通路６１（のクランクケース側通路６１２）へ向かう流れを許容する一方、その逆向きの流れを阻止する。

図１１は、エンジン５０の各通路を模式的に示した図である。
本実施形態によるエンジン５０において、第１掃気通路６１のクランクケース側通路６１２は、第１掃気流入口６１１からケース外通路部部分６１３が上方に延び、これに続くケース内通路部分６１４の内部通路６１５が途中で分岐し、各分岐路６１６ａ，６１６ｂが前記クランクケースベース面をシリンダ２３の外周に沿って互いに異なる方向に延びている。そして、各分岐路６１６ａ，６１６ｂの端部が、シリンダ２３を挟んで設けられた一対のシリンダ部材側通路３３３のそれぞれに接続している。また、図１１には示されていないが、第１掃気通路６１のクランクケース側通路６１２には、クランクケース５３内から第１掃気通路６１へ向かう流れを許容する一方、その逆向きの流れを阻止する逆止弁（リードバルブ）６２が配設されている。その他の通路については、基本的に第１実施形態と同様である。

次に、本実施形態によるエンジン５０の動作について、主に第１実施形態によるエンジン１の動作と相違する点について説明する。
下死点にあるピストン２５が上死点に向けて移動を開始すると、クランクケース５３内には負圧が発生し、この負圧はピストン２５の上昇に伴って発達する。クランクケース５３内に生じた負圧は、クランクケー５３内に開口する第２掃気流入口３４１から第２掃気ポート３４２に向けて第２掃気通路３４内を伝播すると共に、連通部３６を介して第１掃気通路６１に波及する。このとき、第１掃気流入口６１１は逆止弁（リードバルブ）６２によって閉塞されており、本実施形態においては、クランクケース５３内の負圧が第１掃気流入口６１１を介して第１掃気通路６１に波及することはない。

ピストン２５の上昇行程中期において、クランクケース５３内で発達した負圧によって第１掃気通路６１内の圧力が大気圧よりも低下すると、空気通路３５に配設された逆止弁（リードバルブ）３７が開弁する。これにより、空気通路３５から第１掃気通路６１のシリンダ部材側通路３３３に空気が流入すると共に、連通部３６を介して、第２掃気通路３４（シリンダ部材側通路３４３）にも空気が流入する。この空気の流入は、ピストン２５の上昇行程終期まで継続され、これにより、第１掃気通路６１のシリンダ部材側通路３３３及び第２掃気通路３４の大部分が空気で満たされる。一方、ピストン２５が吸気ポート３１１を通過すると、ピストン２５の下方で吸気ポート３１１がシリンダ２３内に開口し、クランクケース５３内の負圧が吸気ポート３１１を介して吸気通路３１に波及する。これにより、混合気が吸気通路３１を介してクランクケース５３内に導入される。

そして、ピストン２５がさらに上昇して上死点又はその近傍に到達すると、点火プラグ２９が作動して燃焼室２８内の混合気が点火され（混合気が燃焼し）、ピストン２５の下降行程に移行する。

ピストン２５の下降行程中期において、ピストン２５が排気ポート３２１を通過するとピストン２５の上方で排気ポート３２１がシリンダ２３内に開口し、シリンダ２３内の燃焼ガスが排気通路３２に排出されてシリンダ２３内の圧力が急激に低下する。一方、ピストン２５の下降によって混合気が圧縮されてクランクケース５３内の圧力が上昇する。そして、クランクケース５３内の圧力が第１掃気通路６１内の圧力よりも高くなると、逆止弁（リードバルブ）６２が開弁してクランクケース５３内の混合気が第１掃気流入口６１１から第１掃気通路６１に流入する。また、クランクケース５３内の混合気は、第２掃気流入口３２から第２掃気通路３４にも流入する。このとき、第１掃気ポート３３２及び第２掃気ポート３４２はピストン２５によって閉塞されており、第１掃気通路６１及び第２掃気通路３４に流入した混合気は、先の上昇行程で第１掃気通路６１のシリンダ部材側通路３３３及び第２掃気通路３４に流入した空気を圧縮する。また、空気通路３５に配設された逆止弁（リードバルブ）３７によって、第１掃気通路６１内の空気や混合気が空気通路３５へと流出することが防止されている。なお、その後のエンジン５０の動作は、基本的に第１実施形態によるエンジン１と同様である。

本実施形態によるエンジン５０においても、第１実施形態によるエンジン１と同様の効果を得ることができる。すなわち、特にエンジン５０の上下方向におけるコンパクト化が図れ、エンジン５０全体を小型化できる。また、本実施形態によるエンジン５０では、第１実施形態によるエンジン１よりも掃気通路（第１掃気通路６１）の容積が大きいので、先行掃気のための空気をより多く確保することができるというメリットもある。

〔第２実施形態の変形例〕
図１２〜１４は、第２実施形態によるエンジン５０の変形例を示している。図１２は、図８に対応する図であり、図１３は、図１０に対応する図であり、図１４は、図１１に対応する図である。
この変形例では、クランクケース側通路６１２の他にも、第１掃気通路６１のシリンダ部材側通路３３３に接続する接続通路７０が設けられている。接続通路７０は、クランクケース５３内の上部からシリンダ２３の軸線Ｘに略平行に延びて、ガスケット２４の連通孔２４ｃを介して第１掃気通路６１のシリンダ部材側通路部分３３３に接続する。接続通路７０は、第１掃気通路６１のクランクケース側通路６１２及び第２掃気通路３４のクランクケース側通路３４４よりも小さい断面積を有しており、シリンダ２３の軸線Ｘを挟んで各側に一つずつ設けられている。

この変形例によれば、特にピストン２５の下降行程において、第１掃気通路６１には、第１掃気流入口６１１及び接続通路７０からクランクケース５３内の混合気がシリンダ２３内に流出することになるため、空気による先行掃気の後にシリンダ２３内に流出する混合気の量が第２実施形態に比べて増加する。これにより、シリンダ２３内に残存する燃焼ガス及び先にシリンダ２３内に流出した空気の掃気を効率的に行うことができると共に、エンジン５０の出力も向上する。

以上、本発明の実施形態及びその変形例について説明したが、本発明は上述の実施形態や変形例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて更なる変形や変更が可能である。

例えば、上述の実施形態及び変形例において、吸気口３１２と空気流入口３５１は、シリンダ部材２１の外面における同一平坦部２１ａに開口しており、シリンダ２３の軸線Ｘに略直交する方向に並んで配置されている。しかし、これに限るものではなく、吸気口３１２と空気流入口３５１とが、シリンダ部材２１の外面における異なる平坦部に開口するようにしてもよい。例えば、シリンダ部材２１の外面に、シリンダ２３の略周方向又はシリンダ２３の軸線Ｘに略直交する方向に隣接する二つの平坦部を設け、そのうちの一方に吸気口３１２が開口し、他方に空気流入口３５１が開口するように構成する。この場合、前記二つの平坦部は、シリンダ部材２１の外面にそれぞれ独立して形成されてもよいし、傾斜面などによって接続されていてもよい。また、逆止弁（リードバルブ）３７は、空気流入口３５１が開口する平坦部に取り付けることができる。このようにしても、吸気口３１２と空気流入口３５１は、シリンダ２３の略周方向又はシリンダ２３の軸線Ｘに略直交する方向に並んで配置される。

また、上述の実施形態及び変形例において、シリンダ部材２１とクランクケース２２，５３との接合部に介装（配置）される介装材としてガスケット２４を用いている。しかし、これに限るものではなく、前記接合部にて掃気通路（第１掃気通路３３，６１、第２掃気通路３４）のシリンダ部材側通路３３３，３４３とクランクケース側通路３３４，３４４，６１２とを連通させることができるものであればよく、前記介装材として液体パッキンなどを用いてもよい。

また、上述の実施形態及び変形例において、空気通路３５に配設された逆止弁３７及び第１掃気通路６１（クランクケース側通路６１２）に配設された逆止弁６２として、いずれもリードバルブを採用している。しかし、これに限るものではなく、同様の機能を有する各種の弁機構を採用することができる。逆止弁３７を空気管５側に設けてもよい。

また、上述の実施形態及び変形例において、第１掃気通路３３，６１のシリンダ部材側通路３３３と、第２掃気通路３４のシリンダ部材側通路３４３とがシリンダ部材２１に形成された連通部３６を介して連通している。しかし、これに限るものではなく、連通部３６に代えて又は加えて、例えばピストン２５の周壁に形成された凹部又は溝を介して第１掃気通路３３，６１のシリンダ部材側通路３３３と、第２掃気通路３４のシリンダ部材側通路３４３とが連通するように構成してもよい。この場合、ピストン２５の周壁に形成された凹部又は溝部が「連通部」に相当する。

また、上述の実施形態及び変形例において、エンジン１，５０には第１掃気通路３３，６１及び第２掃気通路３４が設けられているが、これらに加えて、さらに掃気通路（第３掃気通路）が設けられてもよく、各掃気通路のシリンダ部材側通路を分岐させて各分岐路の端部が掃気ポートにてシリンダ２３内に連通するように構成してもよい。

１，５０…層状掃気２ストロークエンジン、２，５２…エンジン本体、３…吸気管、４…キャブレタ、５…空気管、２１…シリンダ部材、２２，５３…クランクケース、２３…シリンダ、２４…ガスケット（介装材）、２５…ピストン、２６…クランクシャフト、２７…コネクティングロッド、２８…燃焼室、２９…点火プラグ、３１…吸気通路、３２…排気通路、３３，６１…第１掃気通路、３４…第２掃気通路、３５…空気通路、３５ｂ、ｃ…空気通路の分岐路、３６…連通部、３７…リードバルブ（逆止弁）、５４…クランクケースカバー、６２…リードバルブ（第２の逆止弁）、７０…接続通路、３１１…吸気ポート、３１２…吸気口、３２１…排気ポート、３２２…排気口、３３１，６１１…第１掃気流入口、３３２…第１掃気ポート、３３３…第１掃気通路のシリンダ部材側通路、３３４，６１２…第１掃気通路のクランクケース側通路、３４１…第２掃気流入口、３４２…第２掃気ポート、３４３…第２掃気通路のシリンダ部材側通路、３４４…第２掃気通路のクランクケース側通路、３５１…空気流入口、Ｘ…シリンダの軸線。

Claims (14)

1. ピストンを収容するシリンダが形成されたシリンダ部材と、このシリンダ部材に接合されたクランクケースとを有する層状掃気２ストロークエンジンであって、
   前記シリンダ部材の外面に開口する吸気口と、前記ピストンの作動位置に応じて前記シリンダ内に開口する吸気ポートとを接続し、前記クランクケース内に空気と燃料の混合気を導入する吸気通路と、
   前記シリンダ部材の外面に開口する排気口と、前記ピストンの作動位置に応じて前記シリンダ内に開口する排気ポートとを接続し、前記シリンダ内の燃焼ガスを排出する排気通路と、
   前記クランクケース内に開口する掃気流入口と、前記ピストンの作動位置に応じて前記シリンダ内に開口する掃気ポートとを接続する掃気通路と、
   前記シリンダ部材の外面に開口する空気流入口と、前記掃気通路とを接続し、先行掃気用の空気を前記掃気通路に導入する空気通路と、
   を有し、
   前記吸気口と前記空気流入口は、前記シリンダの軸線を挟んで前記排気口とは反対側に配置され、かつ、前記シリンダの略周方向又は前記シリンダの軸線に略直交する方向に並んで配置されている、層状掃気２ストロークエンジン。
2. 前記吸気口と前記空気流入口は、前記シリンダ部材の外面の同一平坦部に開口している請求項１に記載の層状掃気２ストロークエンジン。
3. 前記吸気口は、前記シリンダ部材の外面において前記シリンダの略周方向又は前記シリンダの軸線に略直交する方向に隣接する二つの平坦部の一方に開口し、
   前記空気流入口は、前記二つの平坦部の他方に開口している、請求項１に記載の層状掃気２ストロークエンジン。
4. 前記空気通路は、前記ピストンの上昇行程で開弁する逆止弁を介して先行掃気用の空気を前記掃気通路に導入する、請求項１〜３のいずれか一つに記載の層状掃気２ストロークエンジン。
5. 前記空気通路は、前記ピストンの上昇行程で開弁する逆止弁を介して先行掃気用の空気を前記掃気通路に導入し、
   前記逆止弁は、前記空気流入口が開口する前記平坦部に取り付けられて、前記クランクケース内で発生した負圧によって開弁する、請求項２又は３に記載の層状掃気２ストロークエンジン。
6. 前記掃気通路は、シリンダ部材側通路とクランクケース側通路とを有し、
   前記シリンダ部材側通路と前記クランクケース側通路とは、前記シリンダ部材と前記クランクケースとの接合部に配置された介装材の開口部を介して連通している、
   請求項１〜５のいずれか一つに記載の層状掃気２ストロークエンジン。
7. 前記掃気通路は、
   前記クランクケース内に開口する第１掃気流入口と前記ピストンの作動位置に応じて前記シリンダ内に開口する第１掃気ポートとを接続し、シリンダ部材側通路とクランクケース側通路とを有する第１掃気通路と、
   前記クランクケース内に開口する第２掃気流入口と前記ピストンの作動位置に応じて前記シリンダ内に開口する第２掃気ポートとを接続し、シリンダ部材側通路とクランクケース側通路とを有する第２掃気通路と、
   前記第１掃気通路の前記シリンダ部材側通路と前記第２掃気通路の前記シリンダ部材側通路とを連通させる連通部と、
   を含み、
   前記空気通路は、前記空気流入口と前記第１掃気通路の前記シリンダ部材側通路とを接続している、
   請求項１〜６のいずれか一つに記載の層状掃気２ストロークエンジン。
8. 前記第１掃気通路の前記シリンダ部材側通路と前記クランクケース側通路とは、前記シリンダ部材と前記クランクケースとの接合部に配置された介装材の第１開口部を介して連通し、前記第２掃気通路の前記シリンダ部材と前記クランクケース側通路とは、前記介装材の第２開口部を介して連通する、請求項７に記載の層状掃気２ストロークエンジン。
9. 前記介装材は、その上面が前記空気通路の一部を構成する、請求項８に記載の層状掃気２ストロークエンジン。
10. 前記介装材には、その上面を通過する空気を前記第１掃気通路の前記シリンダ部材側通路に向けて案内するガイド部が形成されている、請求項９に記載の層状掃気２ストロークエンジン。
11. 前記介装材は、その下面が前記第１掃気通路の前記クランクケース側通路の一部を構成する、請求項８〜１０のいずれか一つに記載の層状掃気２ストロークエンジン。
12. 前記第１掃気通路の前記クランクケース側通路には、前記ピストンの下降行程で開弁する第２の逆止弁が配設されている、請求項７〜１１のいずれか一つに記載の層状掃気２ストロークエンジン。
13. 前記第２の逆止弁は、前記クランクケース内の圧力が前記第１掃気通路内の圧力よりも高いときに開弁する、請求項１２に記載の層状掃気２ストロークエンジン。
14. 前記第１掃気通路の前記クランクケース側通路とは別に設けられ、前記クランクケース内から前記シリンダの軸線に略平行に延びて前記第１掃気通路の前記シリンダ部材側通路に接続する接続通路をさらに含む、請求項１２又は１３に記載の層状掃気２ストロークエンジン。