クランク室圧縮形2サイクルエンジンの掃気につい
て : 掃気流入抵抗圧力の影響について
著者
田中 義弘, 浜崎 和則, 石神 重男
雑誌名
鹿児島大学工学部研究報告
巻
8
ページ
41-46
別言語のタイトル
On the scavenging of the crank case
compression type two stroke cycle engine : on
the resisting pressure of the scavenging flow
URL
http://hdl.handle.net/10232/11101
クランク室圧縮形2サイクルエンジンの掃気につい
て : 掃気流入抵抗圧力の影響について
著者
田中 義弘, 浜崎 和則, 石神 重男
雑誌名
鹿児島大学工学部研究報告
巻
8
ページ
41-46
別言語のタイトル
On the scavenging of the crank case
compression type two stroke cycle engine : on
the resisting pressure of the scavenging flow
URL
http://hdl.handle.net/10232/00004532
クランク室圧縮形２サイクルエンジンの掃気について
（掃気流入抵抗圧力の影響について）
田中義弘＊・浜崎和則*＊・石神重男**＊
（受理昭和42年５月３１日） ＯＮＴＨＥＳＣＡＶＥＮＧＩＮＧＯＦＴＨＥＣＲＡＮＫＣＡＳＥＣＯＭＰＲＥＳＳＩＯＮ ＴＹＰＥＴＷＯＳＴＲＯＫＥＣＹＣＬＥＥＮＧＩＮＥ（
O
n
t
h
e
R
e
s
i
s
t
i
n
g
P
r
e
s
s
u
r
e
o
f
t
h
e
S
c
a
v
e
n
g
i
n
g
F
l
o
w
）
ＹｏｓｈｉｈｉｒｏＴＡＮＡＫＡ，ＫａｚｕｎｏｒｉＨＡＭＡＳＡＫＩ ａｎｄＳｈｉｇｅｏｌＳＨＩＧＡＭＩ TheinHuencesoftheresistingpressureuponscavengingflowincrankcasecompressiont
y
p
e
t
w
o
s
t
r
o
k
e
c
y
c
l
e
e
n
g
i
n
e
s
w
e
r
e
s
t
u
d
i
e
d
・
A
l
s
o
t
h
e
e
f
f
e
c
t
s
，
u
p
o
n
t
h
e
d
e
l
i
v
e
r
y
r
a
t
i
o
，
o
f
p
u
l
s
a
t
i
n
g
p
r
e
s
s
u
r
e
i
n
t
h
e
s
u
c
t
i
o
n
p
i
p
e
a
n
d
o
f
t
h
e
r
e
s
i
s
t
i
n
g
p
r
e
s
s
u
r
e
u
p
o
n
s
c
a
v
e
n
g
i
n
g
f
l
o
w
werestudied・ Astheresult，ｉｔｈａｓbecomeclearthatthepulsation-effectinthesuctionpipedependsｇ
ｒ
ｅ
ａ
ｔ
ｌ
ｙ
ｏ
ｎ
ｔ
ｈ
ｅ
ｃ
ｈ
ａ
ｎ
ｇ
ｅ
ｓ
ｏ
ｆ
ｒ
ｅ
ｓ
ｉ
ｓ
ｔ
ｉ
ｎ
ｇ
p
r
e
s
s
u
r
e
・
Ｉ
ｎ
ｏ
ｔ
ｈ
ｅ
ｒ
ｗ
ｏ
ｒ
ｄ
ｓ
,
ｗ
ｅ
ｆ
ｏ
ｕ
ｎ
ｄ
ｔ
ｈ
ａ
ｔ
ｉ
ｔ
ｉ
ｓ
ｉ
ｍ
ｐ
ｏ
ｓ
ｓ
ｉ
ｂ
ｌ
ｅ
ｔ
ｏ
ｍ
ａ
ｋ
e
e
f
T
e
c
t
i
v
e
u
s
e
o
f
p
u
l
s
a
t
i
n
g
p
r
e
s
s
u
r
e
i
n
t
h
e
s
u
c
t
i
o
n
p
i
p
e
u
n
l
e
s
s
r
e
s
i
s
t
i
n
g
p
r
e
s
s
u
r
e
i
s
l
o
w
e
r
e
d
．
１ ． は し が き ２サイクル機関の掃気作用が吸気・排気管系によっ て左右されることについては多くの研究がなされてい る')2)．特にクランク室圧縮形２サイクル機関におい ては吸気・排気両系の相関作用がいちぢるしく，掃気 作用への影響は大きく，かつ複雑である．しかるにそ の詳細についての研究は意外に少ない． 本研究はシリンダ内圧力を掃気流すなわちクランク 室からシリンダへの吐出作用に対する抵抗圧力とみな し，これを変化させたときの給気比，すなわち毎サイ クルあたりの給気量の変化について実験し，吸気管系 の脈動効果の影響と抵抗圧力の影響について解析検討 したものである． ２．実験装置および方法 装置の概要を図１にしめす．使用した機関は直立単 気筒，クランク室圧縮形シュニーレ掃気方式の機関 で，シリンダ直径８０ｍｍ，行程100ｍｍ，常用回転 数2000r・p.m.，クランク室圧縮比1.406,ポート開閉 時期を図２，掃気ポートの形状を図３にしめす．機関 ＊ ＊＊ ＊＊＊ 鹿 児 島 大 学 工 学 部 機 械 工 学 第 二 学 教 室 ・ 助 教 授 鹿 児 島 大 学 工 学 部 機 械 工 学 第 二 学 教 室 ・ 助 手 鹿 児 島 大 学 工 学 部 機 械 工 学 第 二 学 教 室 ・ 教 授乳
図 １ 実 験 装 置 概 略 図 は排気孔を閉じ，シリンダヘッドをはずしてこれを サージタンク１（内容積０．３，３で行程容積の約６００ 倍)，空気流量測定通路，サージタンク２，ルーツブ ロワに連結した．サージタンク１内の圧力，つまり掃 気抵抗圧力はルーツブロワとバイパス弁の調節によっ て適当な実験値に保った．圧力の変化は吸気管のクラ ンク室付根とクランク室中央付近およびサージタンク １内で測定した．機関は無段変速モータで駆動し，回 転数はディジタルカウンタで測定した． 使用した記号はＰ：圧力ｋg/cm2，Ｑ：給気量ｃｃ／Ｑｃｃ／サイクル 図 ５ 掃 気 抵 抗 圧 力 と 給 気 量 の 関 係 鹿 児 島 大 学 工 学 部 研 究 報 告 第 ８ 号 U ■ ■ ﾛ サイクル，Ｐ"：掃気抵抗圧力（サージタンク１内圧 力）ｋg/cm2，Ｌ$：吸気管長(内径は一定で４，．６ｍｍ)， 〃：ｒ・p．ｍ●，サフイックスはｐ：吸気管，ｃ：クランク 室’３：吸気期間，ＩＣ：吸気孔開，ＩＣ：吸気孔閉，ｓｏ ：掃気孔開，Ｓｃ：掃気孔閉，実験範囲は〃＝,400∼ 2000ｒ･p.m.,Ｌｓ＝'00,700,1300ｍｍ，Ｐ,＝0∼0.3ｋｇ /ｃｍ２ゲージである． ０ ． Ｔ､Ｄ,Ｃ ０１００．２００３００４００５００６００
Ｏ０
Ｅｏへ函茎①凸 ０ Ｅ、 ０ １ ０ ０ ２ ０ ０ ３ ０ ０ ４ ０ ０ ５ ０ ０ Ｑｃｃ/サイクル 図 ４ 掃 気 抵 抗 圧 力 と 給 気 量 の 関 係 600 Ｂ､，.Ｃ 図 ２ ポ ー ト 開 閉 時 期 ３．実験結果とその検討 （１）Ｌ＄を一定として〃をパラメータとしたとき のＱ−Ｐ‘の関係について． 図４，５，６にしめすようにＱはＰｅに対して比較 的単純な曲線で変化する．Ｌｓ＝100ｍｍにおいては曲 線は〃の順にならぶが，Ｌｓ＝700,1300ｍｍでは配 列は不規則である．これは吸気管系の相異により管内 脈動と吸気時期との同調が回転数の変化とともに音響 学的に異るためである．これらの図はＰ，の変化の影 響をしめすものではあるが，Ｐ，が変化すると掃気後 のクランク室内残留圧力が変化し，そのため次のサイ クルの管内脈動の様相も変化する．したがって管内脈 動の変化の影響と掃気抵抗圧力Ｐ、の変化の影響とを 綜合した結果をしめすものといえる．以下，両者の影 響の分離検討をおこなう． （２）Ｐ‘および〃を一定としたときＬ＄の変化に 0 ． ０００
旨。へ即竺①四 ０ １ ０ ０ ． ２ ０ ０ ３ ０ ０ ４ ０ ０ ５ ０ ０ ６ ０ Ｃ １ 図 ３ 掃 気 ポ ー ト 形 状 よる給気量の変化について． 図４，５，６より掃気抵抗圧力がほぼ大気圧のとき "−Ｑ,Ｌｓ−Ｑを図７，８にしめす．これらの図は掃気 の吐出に対する抵抗条件は全く同一であるから，吸気 系の脈動効果の影響のみを表わしていることになる． 図８においては同一回転数でも吸気管系のちがいによ りＱか大きく変ることが明らかである．吸気管長を 変えることは吸気期間の圧力状態を変えることを意味 し，これから吸気側の圧力条件とＱとの関係を判断 することかできる．筆者の１人はさきにＱ（〃一定な らば給気比に比例する）の大小はＰＩＣ値，すなわち 吸気孔閉時期のクランク室内圧力の大小に直接関係が あることを報告3)した．図９，１０は〃＝2000r・p.m.の 4２ 0.3 ５０．２ 面 白目 ① ＆０．１ ０ ２ ０ １ ０ ０ ２ ０ ０ ３ ０ ０ ４ ０ ０ ５ ０ ０ Ｑｃｃ/サイクル 掃 気 抵 抗 圧 力 と 給 気 量 の 関 係 図６ ０ ３ ３ １ 毎 F ■ ■ ■ ■ ２ ‐Ｉ 喝 Ｌｓ＝700nｍ -2000r,ｐ､、 − − １ ｇ ｏ ｏ 〃 ー=-1600〃 一 一 一 1400〃 、 。、 ‐ ＜ へ ＝ ｑい へ 、,、貢
二
塁
二
】300m耐−−−２０００r・ｐｍ − − １ ８ ０ ０ 〃 − ■ − １ ６ ０ ０ 〃 − − − ＝ １ ４ ， ， 〃ＰＣＳｍａｘ (kg/ｃｍ２ａｔｇ） ラ ン ク 室 圧 縮 型 ２ サ イ ク ル エ ン ジ ン の 掃 気 に つ い て 田中・浜崎・沼『神：ク Ｌｓ Ｑ (cc/サイクル） 300 4３ 図８ 表 ミヘや拳、。。 ］ 4 0 0 １ ６ ０ ０ １ ８ ０ ０ 2 0 0 ( 」 ｎ(r､p､、） 図 ７ 給 気 量 と 回 転 数 の 関 係 図１０吸気管内圧力変化（L§の影響に響について） 0.188 0.163 0.106 ７０３ ２２４ ０１１ ０００ 琴へ、︾幸、。○ 図９クランク室内圧力変化（L､の影響について） ときの吸気期間の圧力変化の一例であり，図１１およ び表１はその要点の圧力をしめすものである．Ｐｃｓ ｍｅａｎはクランク室の吸気期間の平均圧力であり， Ｐ,ｃと同様にＱの変化と直接的関係にあることがわ かる．実察州堕として吸気孔閉時ば娼孔面積が急城し １ 1300 ７００ Ｌｓ(m､） 給 気 量 と 吸 気 管 長 の 関 係 100 1 4 0 0 １ ６ ０ ０ １ ８ ０ ０ ２ ０ ０ ０ 0.292 0.160 0.120 400 500 600 １００ 700 1300 l／ＰｂＳｍａｘ−Ｐ‘ (ｍ、） ０６４ ２５８ １１１ ０００ 一一一 ●
(
k
g
患
:
釧
g
)
￨
(
k
g
鯉
a
屯
ﾙ
k
錨
;
蚤
唱
）
● 0.542 0.400 0.346 ■ ■ Ｕ 守 472.2 ４１５．２ ２５０．８ 200 600. 500.. 400 300 ２００ １．０Ｔ､ｌ ロ 1 . Ｃ １ ° Ｃ Ｓ , Ｏ Ｂ . Ｉ ! . Ｃ Ｓ ・ Ｃ Ｌ Ｏ Ｔ . ， . Ｃ Ｑ 0.3 ＝2000r、 1 ， １ 0.2／
、
、 ５面二 四 0．１ − ･ ０／
／
／ 〃 』 「 ︵んグ
、災
諺 ｡域
あ、
、 −０．１／
「〃
／
一 → 運ｑここ、､
、鈴
〃
ン夕 、 ｮ 、、
毛
マ ー −０．３ 一 ー ｌ Ｐｅ==0.0132kg/c、／ ､
-2000r､ｐ､、 -1800ノノ ー1600〃 -1400〃 〆 ６／
／
〈 ｙＩ
，>
、
、 ４３２１０
● Ｔ 1．０ ) . Ｃ Ｌ Ｃ ／ 〃 ｂ 、 Ｉ/
'
ｌ
Ｌ
ｌ
ｌ
ｌ
ｒ
ｉ
｛』 Ｋ ‐八
￨
、
−−０．１１ 1 ０１
一 一 0 . 2’
−−０．３１
１
−−０．４１Ｉ
Ｑ −−０．５ 可〃
ノ
に
Ⅷ
一 Ｌ Ｒ ＝ 1 0 0 ｍ ｍ ー−−〃＝700ｍｍ ー ● ー 〃＝１３００ｍｍ Ｏ−Ｌｓ=1300mｍ ●一〃＝７００〃 ② 、 − 〃 ＝ １ ０ ０ 〃｜ ノ
卜、
’一《
、
＄１ ０ ０ ７ ０ ０ １ ３ ０ ０ Ｌｓ(niin） 図 １ １ 表 １ に お け る 要 点 圧 力 と 吸 気 管 長 の 関 係 鹿 児 島 大 学 工 学 部 研 究 報 告 第 ８ 号 ０．０５、 0.542 0.484 0.371 0.292 0.305 0.332 八Ⅱ﹀ハⅡ︺、一﹃尋︾幸凹哩ハ刑Ｕ
４４ゴ鋤
一八Ｍ﹀八叩︺ 戸崎Ｕ ０ 500 − ０ ． ２ ０ 一 ０ ． １ ５ − ０ . ｌ Ｏ Ｐｃｓｍｅａｎｋｇ/cm2 図１２給気量および吸気孔閉時の吸気管内圧力 とクランク室吸気期間平均圧力の関係 （３）ｚ,ｓおよび邸が一定のとき，Ｐｅの変化による Ｑの変化について． Ｌｓ＝100ｍｍで〃＝2000r､ｐ．ｍ．の吸気管系にした ばあいのクランク室の圧力変化を図１３，１４に，その 要点の圧力を表２にしめす．Ｐｅが変化しても管内脈 2 ‘ ， 0. 図 １ ３ ク ラ ン ク 室 内 圧 力 変 化 （ P ‘ の 影 響 に つ い て ）００
“仏ｌ曽冒３四一 ６ ５ ０．２ ＝ ５ 』 脅 旦【 0.1 ４００ ミ 、 ヘマ キ ー 話 Ｃナ３ ９００５．０
■■２２
●０︲０
鋼冨ロ逓塁・鼠幽 200 ０． 0 ， 。 ﹄〃＋︽ 200 0-15‘ -0.： 0 ．‐3 0.10.100 シノ −０．０２７ −０．００８ ０．０４３ −０．２ −０．１７３ −０．１３６ −０．０５５ −０．１２０ −０．０８９ −０．０１２ 0 0.071 0.195 472.2 372.6 205.8 て，吸気の流動有効期間はその前に大部分が終るもの と考えられ，特に高速回転ではそうであろうと考えら れる．したがって高速回転時にはＱの変化をPcs meanの大小で判断することもできる．ＰＣＳｍｅａｎ ｇの関係が図１２であり，PipIc-Qの変化も併記し た． 表 ２ 4４"
…
-
姥
￨
に
．
/
烏
’
九
０．１８８ ０．１５０ ０．１１０ 、．,
"
曲
鱈
￨
,
聡
鯨
錐
北
無
．
鱈
,
￨
嫉
総
域
￨
睡
蹴
鰹
Ｉ
蕊
蹴
域
1 . Ｏ Ｔ . ， . Ｃ Ｉ ･ Ｃ Ｓ ・ Ｏ Ｂ . Ｄ ・ Ｃ Ｓ . Ｃ １ ． Ｏ Ｔ ･ Ｄ Ｃ 一衿0.41 鐸鐸’嬢
刈
シ
．
／
ゾ〆ギッ‘’
;
／
寝
-−．．０．２ぱ
勢
1
霞
害
i
ｌ
b雨、旬 Ｑ=･
へ
今
！
H １ 4５ ７ ０ ０ ８ ０ ０ ９ ０ ０ l 0 0 0 Pe(mmHg） 図１６ｔａｎａと掃気抵抗圧力の関係 田中・浜崎・石神：クランク室圧縮型２サイクルエンジンの掃気について 0．５ 響との比較について．
図１５は〃＝2000r･ｐ．ｍ．のばあいにＰｅを一定に保
ちＬｓを変えたときのＢ,Ｉｃ−Ｑ線と管長一定でＰ樫を変えたときのＰｅ−Ｑ線とをＰｅ＝大気圧の点を重
ねて描いたものである．この両線の傾斜によって交点付近におけるＢ,に,ＰｇのＱに対する影響の度合い
を比較することができる．この図のばあいは必ＩＣの
0.02kg/ｃｍ２の増によりＱは約５０cc/サイクル増し，Ｐｇの0.02kg/ｃｍ２の増によりＱは約３０cc/サ
イクル減ずる．つまりＢＩＣの増による（＋）の効果 とＰ‘の増による（−）の効果との比は約１：０．６で ある． 図１５ＲｐＩｃ−Ｑ線の勾配をｔａｎαとし，Ｐｅ−Ｑ線 cm2atg！
･0.1。１
１
八
０
１ 1 11 図１４吸気管内圧力変化（Peの影響について） 動波の周波数は変化しないが，その振幅はＰｅが大き いほど小さくなる．クランク室圧力はＰｇの増加につ れて掃気後の残留圧力ＰＳＣが当然高くなり，これが 吸気過程まで大きく影響し，PIC,PCSmean，島Smean いづれも高くなりＱは減少する．前項で述べたよう に一般にPCSmeanの増大はＱの増大となるべきで あるがＰｅが変化すると事情は全く変ってくる．すな わちＰｅが増大すると吸気期間の状態においてPcs meanが増大するがＱはＰ，の増大にはばまれて小 さくなる．つまりクランク室内の空気はＰｅが小さい ときと同様に加圧されていながらシリンダ内には流入 しない． （４）Ｑに対する脈動効果の影響とＰｅの変化の影 Ｌ５ １．０ 評︶匡 − ０ ． １ ０ ０ ． １ ０ ． ２ ０ ． ３ Pekg/cm2 図 １ ５ 給 気 量 と 吸 気 孔 閉 時 の 吸 気 管 内 圧 力 お よ び 掃 気 抵 抗 圧 力 の 関 係 １ ０ ０ ７ ０ ０ １ ３ ０ ０ Ｌｓ（,m,） 図１７ｔａｎβと吸気管長の関係 1.0 ←ユ ー 、 、６００ 口マ キ ■へ ８ ｄ４００ Ｌ５ 800 ０ ０ ０ ． ｌＰ
Ｆ
Ｉ
ｃ
ｋ
Ｒ
′
c
m
２
０
．
２
０
．
３
垣匡固 200 0,5ⅧＩ
１ １ でｉ ：
F
三
i
=
善
く
１ ；
師宅200恥.ｐ,、１_
k
‘
鰯
−−０．２ −−０．３．ノ
I
9
1
L
-ハ
7
心
Ｌ喧冒-100mｍ n2000r.ｐ､、4６ 鹿 児 島 大 学 工 学 部 研 究 報 告 第 ８ 号 の勾配をｔａｎβとし，これをそれぞれ図１６，１７のご
