(57)【要約】【課題】過給機を備えた２ストロークエンジンにおいて、エンジンの燃費を向上させる。【解決手段】吸気通路における過給機５３よりも下流側の部分に、エンジン本体に供給する吸気量を調整する吸気調整弁５４を配設し、過給機５３は、排気エネルギーを利用せずかつ遠心式ブロワで構成された過給機５３とし、過給機５３の作動時において、エンジン１の運転状態が低負荷状態であるときには、エンジン１の運転状態が上記低負荷状態よりも負荷が高い高負荷状態であるときと比べて、吸気調整弁５４の開度を小さくする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒を有するエンジン本体と、該エンジン本体に接続された吸気通路と、該吸気通路に設けられた過給機とを備える過給機付２ストロークエンジンであって、
上記吸気通路における上記過給機よりも下流側の部分に配設され、上記エンジン本体に供給する吸気量を調整する吸気調整弁と、
上記吸気調整弁の開度を調整可能な制御手段とを更に備え、
上記過給機は、排気エネルギーを利用せずかつ遠心式ブロワで構成された過給機であり、
上記制御手段は、上記過給機の作動時において、上記エンジンの運転状態が低負荷状態であるときには、上記エンジンの運転状態が上記低負荷状態よりも負荷が高い高負荷状態であるときと比べて、上記吸気調整弁の開度を小さくするように構成されていることを特徴とする過給機付２ストロークエンジン。
【請求項２】
請求項１に記載の過給機付２ストロークエンジンにおいて、
上記過給機は、上記エンジン本体に設けられたクランクシャフトの回転により回転駆動する機械式過給機であることを特徴とする過給機付２ストロークエンジン。
【請求項３】
請求項１に記載の過給機付２ストロークエンジンにおいて、
上記エンジン本体に設けられたクランクシャフトの回転により発電する発電機を更に備え、
上記過給機は、上記発電機で発電された電力により回転駆動する電動過給機であることを特徴とする過給機付２ストロークエンジン。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つに記載の過給機付２ストロークエンジンにおいて、
上記エンジン本体は、シリンダヘッド内に、上記気筒内に連通する吸気ポート及び排気ポートが設けられるとともに、上記シリンダヘッド内に、上記吸気ポートを開閉するための吸気弁を作動させる吸気側カムシャフトと、上記排気ポートを開閉するための排気弁を作動させる排気側カムシャフトとが設けられたオーバーヘッドカムシャフト方式の動弁機構を有していることを特徴とする過給機付２ストロークエンジン。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つに記載の過給機付２ストロークエンジンにおいて、
上記制御手段は、上記エンジンの運転状態が上記低負荷状態であるときには、上記吸気調整弁の開度を、上記エンジンの運転状態が上記高負荷状態であるときの開度よりも小さい開度でかつ上記気筒内の空燃比が所定空燃比以上となるような開度に調整するように構成されていることを特徴とする過給機付２ストロークエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ここに開示された技術は、過給機付２ストロークエンジンに関する技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、吸気通路に過給機が設けられた２ストロークエンジンが知られている（例えば、特許文献１及び２）。
【０００３】
例えば、特許文献１には、シリンダボアに連通し、ピストンによって開閉される掃気孔と、下流端が掃気孔に連通した吸気通路と、シリンダボアに連続した燃焼室に連通し、排気弁によって燃焼室との連通状態が開閉される排気通路と、吸気通路に設けられかつクランクシャフトの回転により回転駆動しかつルーツブロアで構成された過給機とを有するユニフロー式の２ストロークエンジンが開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、ピストン下死点近傍の掃気期間に、吸気通路を開閉する吸気弁と排気通路を開閉する排気弁の双方を開くことによりシリンダ内の掃気が行われかつ排気弁のバルブリフト特性が固定された２ストロークエンジンであって、吸気通路に、クランクシャフトの回転により回転駆動しかつルーツブロアで構成された過給機を有する２ストロークエンジンが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−２０６１２８号公報
【特許文献２】特開２００９−０３６１４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、２ストロークエンジンにおいては、燃料の燃焼により気筒内に発生した排気ガスを、該気筒内に吸気を導入することにより、該気筒内から掃気させる。この掃気の効率を高くするには、上記特許文献１及び２のように、吸気通路内に過給機を設けて、過給された吸気を気筒内に導入することが好ましい。
【０００７】
ここで、２ストロークエンジンでは、エンジンの運転状態が低負荷状態であるときには、気筒内に生じる排気ガスの量があまり多くないため、吸気量を少なくしたとしても十分に掃気が可能である。一方で、エンジンの運転状態が高負荷状態であるときには、気筒内に生じる排気ガスの量が多いため、大量の吸気が必要となる。このため、２ストロークエンジンに設けられた過給機には、エンジンの運転状態に応じて、吸気量を適切に変更することが望まれる。
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１及び２のようなルーツブロアで構成された過給機は、コンプレッサの１回転あたりの空気の吐出流量が一定となる過給機である。このため、特に、低負荷状態において、必要以上の吸気を供給するような状態となってしまう。また、低負荷状態ではエンジントルクが低いため、過給機の駆動抵抗の影響が顕著になる。これらの結果、エンジンの燃費の悪化を招くおそれがある。
【０００９】
一方で、コンプレッサの１回転あたりの空気の吐出流量を少なくすることも考えられる。しかし、この場合には、過給効率が悪いことに加えて、高負荷状態において、過給機の回転数をかなり高くする必要があり、過給機の故障の原因となってしまう。
【００１０】
ここに開示された技術は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、過給機を備えた２ストロークエンジンにおいて、エンジンの燃費を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、ここに開示された技術では、気筒を有するエンジン本体と、該エンジン本体に接続された吸気通路と、該吸気通路に設けられた過給機とを備える過給機付２ストロークエンジンを対象として、上記吸気通路における上記過給機よりも下流側の部分に配設され、上記エンジン本体に供給する吸気量を調整する吸気調整弁と、上記吸気調整弁の開度を調整可能な制御手段とを更に備え、上記過給機は、排気エネルギーを利用せずかつ遠心式ブロワで構成された過給機であり、上記制御手段は、上記過給機の作動時において、上記エンジンの運転状態が低負荷状態であるときには、上記エンジンの運転状態が上記低負荷状態よりも負荷が高い高負荷状態であるときと比べて、上記吸気調整弁の開度を小さくするように構成されている。
【００１２】
この構成によると、過給機が遠心式ブロアで構成されているため、同一の回転数であっても、吸気通路における過給機の上流側の圧力と、吸気通路における過給機の下流側の圧力との比（以下、圧力比という）により、過給機からの吐出流量を変化させることができる。このため、低負荷時に吸気調整弁の開度を小さくして、吸気調整弁を通過する吸気量を少なくすれば、過給機の回転数を維持しかつ圧力比を維持したまま、過給機からの吐出流量を少なくすることができる。過給機からの吐出流量が少なくなれば、過給機を駆動するための駆動力（クランクシャフトの回転力や電力）は減少する。このため、該駆動力をエンジン本体により生成しているときには、エンジン本体の運転効率は高くなる。低負荷時は吸気量が少なくても掃気が可能であるため、エンジン本体を適切に作動させつつ、エンジン本体の運転効率を高くすることができ、エンジンの燃費を向上させることができる。
【００１３】
一方で、高負荷時に吸気調整弁の開度を大きくすると、吸気調整弁を通過する吸気量が多くなって、圧力比を維持するための、過給機からの吐出流量は多くなる。これにより、運転効率が最も良い状態で過給機を作動させることができる。これにより、高負荷時のエンジンの運転効率が向上し、結果的に、エンジンの燃費を向上させることができる。
【００１４】
上記過給機付２ストロークエンジンの一実施形態では、上記過給機は、上記エンジン本体に設けられたクランクシャフトの回転により回転駆動する機械式過給機である。
【００１５】
この構成によると、過給機の駆動力がエンジン本体により生成されるため、低負荷時に吸気調整弁の開度を小さくすれば、エンジン本体の運転効率が高くなる。この結果、エンジンの燃費を向上させるという効果をより適切に発揮することができる。
【００１６】
上記過給機付２ストロークエンジンの他の実施形態では、上記エンジン本体に設けられたクランクシャフトの回転により発電する発電機を更に備え、上記過給機は、上記発電機で発電された電力により回転駆動する電動過給機である。
【００１７】
この構成によると、過給機が電動過給機であるため、低負荷時に吸気調整弁の開度を小さくすれば、過給機で消費される電力が小さくなる。このため、発電機の負荷を小さくすることができ、延いては発電機を駆動させるエンジン本体の負担を小さくすることができる。この結果、エンジンの燃費を向上させるという効果を一層適切に発揮することができる。
【００１８】
上記過給機付２ストロークエンジンにおいて、上記エンジン本体は、シリンダヘッド内に、上記気筒内に連通する吸気ポート及び排気ポートが設けられるとともに、上記シリンダヘッド内に、上記吸気ポートを開閉するための吸気弁を作動させる吸気側カムシャフトと、上記排気ポートを開閉するための排気弁を作動させる排気側カムシャフトとが設けられたオーバーヘッドカムシャフト方式の動弁機構を有している、という構成であってもよい。
【００１９】
この構成によると、気筒にポートを形成する必要がなく、気筒が熱変形しにくい。これにより、過給機を利用して排気量あたりのエンジン出力を高くしやすい。この結果、エンジンの運転効率をさらに向上させることができ、エンジンの燃費をさらに向上させることができるようになる。
【００２０】
上記過給機付２ストロークエンジンにおいて、上記制御手段は、上記エンジンの運転状態が上記低負荷状態であるときには、上記吸気調整弁の開度を、上記エンジンの運転状態が上記高負荷状態であるときの開度よりも小さい開度でかつ上記気筒内の空燃比が所定空燃比以上となるような開度に調整するように構成されている、という構成であってもよい。
【００２１】
この構成によると、低負荷時において吸気調整弁の開度を小さくしつつも、過給機により出来る限り多くの新気を気筒内に供給することができる。このため、気筒内の空燃比が所定空燃比以上のリーンな状態にしたとしても、十分に燃焼を安定させることができる。そして、空燃比を高くすることでエンジンの燃費をより一層向上させることができる。
【発明の効果】
【００２２】
以上説明したように、ここに開示された技術によると、エンジンの運転状態が低負荷状態であるときには、吸気調整弁の開度を小さくして、過給機を駆動するための駆動力を小さくすることで、エンジン本体の運転効率を高くすることができる。一方で、エンジンの運転状態が高負荷状態であるときには、吸気調整弁の開度を大きくして、過給機の運転効率を高くすることができる。これらの結果、エンジンの燃費を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】実施形態１に係る過給機付２ストロークエンジンの概略構成図である。
【図２】機械式過給機と過給機付２ストロークエンジンとの連結関係を示す概略図である。
【図３】過給機付２ストロークエンジンの制御系を示すブロック図である。
【図４】吸気弁及び排気弁の開閉パターンの一例を示す図である。
【図５】掃気行程における気筒内の状態を示す図であり、排気弁のみが開いた状態を示す。
【図６】掃気行程における気筒内の状態を示す図であり、吸気弁及び排気弁の両方が開いた状態を示す。
【図７】機械式式過給機のコンプレッサの特性を示す性能曲線グラフである。
【図８】実施形態２に係る過給機付２ストロークエンジンの概略構成図である。
【図９】実施形態２に係る過給機付２ストロークエンジンの制御系を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、例示的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２５】
（実施形態１）
図１は、本実施形態１に係る過給機付２ストロークエンジン１（以下、省略してエンジン１という）を示す。このエンジン１は車両に搭載されるエンジンである。エンジン１のエンジン本体１０は、ガソリンを主成分とする燃料が供給されるガソリンエンジンであって、複数の気筒１１（図１において１つのみ図示している）が設けられたシリンダブロック１２と、このシリンダブロック１２上に配設されたシリンダヘッド１３とを有している。複数の気筒１１は、筒軸方向が上下方向となり、紙面方向に垂直な方向が気筒列方向となるように配設されている。このエンジン本体１０の各気筒１１内には、ピストン１５が往復摺動可能にそれぞれ嵌挿されていて、このピストン１５と、シリンダブロック１２と、シリンダヘッド１３とによって燃焼室１６が区画されている。燃焼室１６は、いわゆるペントルーフ型の燃焼室１６であり、シリンダヘッド１３における燃焼室１６を構成する壁面は、２つ傾斜面１３ａ，１３ｂを有している。ピストン１５は、シリンダブロック１２内においてコンロッド１７を介してクランクシャフト１８と連結されている。
【００２６】
エンジン本体１０は、いわゆるオーバーヘッドカムシャフト方式の動弁機構を有しており、シリンダヘッド１３には、燃焼室１６に連通する吸気ポート１９及び排気ポート２０が、気筒１１毎に形成されている。各吸気ポート１９には、該各吸気ポート１９の燃焼室１６側の開口を開閉するための吸気弁２１がそれぞれ配設されている。各排気ポート２０には、該各排気ポート２０の燃焼室１６側の開口を開閉する排気弁２２がそれぞれ配設されている。各吸気ポート１９の燃焼室１６側の開口は、シリンダヘッド１３の２つ傾斜面１３ａ，１３ｂのうちの一方（以下、吸気側傾斜面１３ａという）にそれぞれ形成され、各排気ポート２０の燃焼室１６側の開口は、シリンダヘッド１３の２つ傾斜面１３ａ，１３ｂのうちの他方（以下、排気側傾斜面１３ｂという）にそれぞれ形成されている。
【００２７】
吸気ポート１９は、後述する吸気通路５０と連結されている。図１に示すように、吸気ポート１９は、シリンダヘッド１３内において、吸気通路５０との接続部分から、気筒１１の中心軸方向及び気筒列方向の両方に直交する方向（以下、エンジン幅方向という）の一側に向かって延びた後、シリンダブロック１２側に向かって、エンジン幅方向の他側に僅かに傾斜して延び、その後、燃焼室１６近傍でエンジン幅方向の上記一側に向かって湾曲して延びている。図５及び図６に示すように、吸気側傾斜面１３ａと排気側傾斜面１３ｂとの境界部分には、段差部１３ｃが形成されている。詳しくは後述するが、この段差部１３ｃは、吸気ポート１９から燃焼室１６に流入する吸気が排気ポート２０に向かって流れるのを抑制するための部分である。
【００２８】
一方で、排気ポート２０は、後述する排気通路６０と連結されている。図１に示すように、排気ポート２０は、燃焼室１６側の開口から、シリンダブロック１２とは反対側に向かって僅かに延びた後、エンジン幅方向の上記一側に向かって真っ直ぐに伸びている。
【００２９】
シリンダヘッド１３内には、各吸気弁２１を作動させる吸気カムシャフト３１と、各排気弁２０を作動させる排気カムシャフト４１とが設けられている。各カムシャフト３１，４１は、不図示のチェーン／スプロケット機構等の動力伝達機構を介してクランクシャフト１８に連結される。これにより、各カムシャフト３１，４１はクランクシャフト１８の回転と連動して回転する。
【００３０】
吸気カムシャフト３１には、バルブタイミング及び／又はバルブリフトを可変にする可変動弁機構が取り付けられている。本実施形態１では、この可変動弁機構は、吸気電動Ｓ−ＶＴ（Sequential-Valve Timing）３０を有している。吸気電動Ｓ−ＶＴ３０は、吸気カムシャフト３１の回転位相を所定の角度範囲内で連続的に変更するよう構成されている。それによって、吸気弁２１の開弁時期及び閉弁時期は、連続的に変化する。尚、吸気動弁機構は、電動Ｓ−ＶＴに代えて、油圧式のＳ−ＶＴを有していてもよい。
【００３１】
排気カムシャフト４１にも、バルブタイミング及び／又はバルブリフトを可変にする可変動弁機構が取り付けられている。本実施形態１では、この可変動弁機構は、排気電動Ｓ−ＶＴ４０を有している。排気電動Ｓ−ＶＴ４０は、排気カムシャフト４１の回転位相を所定の角度範囲内で連続的に変更するよう構成されている。それによって、排気弁２２の開弁時期及び閉弁時期は、連続的に変化する。尚、排気動弁機構は、電動Ｓ−ＶＴに代えて、油圧式のＳ−ＶＴを有していてもよい。
【００３２】
シリンダヘッド１３には、図１に示すように、各気筒１１毎に、燃料を燃焼室１６内に噴射する燃料噴射弁２３が設けられている。燃料噴射弁２３は、その噴口が燃焼室１６の天井部から該燃焼室１６内に臨むように配設されている。燃料噴射弁２３は、エンジン１の運転状態に応じて設定された噴射タイミングでかつ、エンジン１の運転状態に応じた量の燃料を、燃焼室１６内に直接噴射する。
【００３３】
シリンダヘッド１３には、気筒１１毎に、該気筒１１内に噴射された燃料を燃焼させるための点火プラグ２４が取り付けられている。点火プラグ２４は、図１に示すように、電極２４ａが、シリンダヘッド１３のエンジン幅方向の上記一側（つまり排気側）から該燃焼室１６内に臨むように配設されている。点火プラグ２４は、後述するＥＣＵ１００からの制御信号を受けて、所望の点火タイミングで火花を発生させるように、電極２４ａに通電する。
【００３４】
図１に示すように、エンジン本体１０におけるエンジン幅方向の上記他側の面には、各気筒１１の吸気ポート１９に連通するように吸気通路５０が接続されている。一方、エンジン本体１０におけるエンジン幅方向の上記一側の面には、各気筒１１の排気ポート２０に連通するように接続され、各気筒１１からの既燃ガス（排気ガス）を排出する排気通路６０が接続されている。
【００３５】
吸気通路５０の上流端部には、吸入空気を濾過するエアクリーナ（図示省略）が配設されている。一方、吸気通路５０における下流側端部の近傍には、サージタンク５２が配設されている。このサージタンク５２よりも下流側の吸気通路５０は、気筒１１毎に分岐する独立吸気通路とされ、これら各独立吸気通路の下流端が各気筒１１の吸気ポート１９にそれぞれ接続されている。
【００３６】
吸気通路５０における上記エアクリーナとサージタンク５２との間には、上流側から下流側へ向かって順に、機械式過給機５３と、吸気調整弁５４とが配設されている。尚、以下の説明では、吸気通路５０における機械式過給機５３よりも上流側の部分を上流側吸気通路５０ａといい、吸気通路５０における機械式過給機５３よりも下流側の部分を下流側吸気通路５０ｂという。
【００３７】
機械式過給機５３は、排気エネルギーを利用しない過給機であって、詳しくは、エンジン本体１０に設けられたクランクシャフト１８の回転により回転駆動する過給機である。図２に示すように、機械式過給機５３とクランクシャフト１８の出力軸１８ａとは、第１プーリ７１と、第２プーリ７２と、第１プーリ７１と第２プーリ７２とを連結するベルト７３とにより連結されている。具体的には、クランクシャフト１８に第１プーリ７１が取り付けられ、第２プーリ７２が機械式過給機５３のコンプレッサ５３ａの入力軸５３ｂに取り付けられている。尚、図２では、サージタンク５２及び排気通路６０は省略している。
【００３８】
機械式過給機５３は、クランクシャフト１８の回転により回転駆動するため、その回転数はクランクシャフト１８の回転数（つまり、エンジン回転数）に比例する。第１及び第２プーリ７１，７２のそれぞれの直径は、コンプレッサ５３ａの回転数が所望の回転数となるように設定されている。尚、第２プーリ７２と入力軸５３ｂとの間に電磁クラッチを配置して、コンプレッサ５３ａの回転数を調整できるようにしてもよい。
【００３９】
吸気調整弁５４は、その開度を調整することにより、気筒１１に供給する吸気量を調整する。吸気調整弁５４の開度は、後述するＥＣＵ１００からの制御信号に基づいて変更される。
【００４０】
上記排気通路６０の上流側の部分は、気筒１１毎に分岐して排気ポート２０の外側端に接続された独立排気通路と該各独立排気通路が集合する集合部とを有する排気マニホールドによって構成されている。
【００４１】
この排気通路６０における上記排気マニホールドよりも下流側には、排気浄化触媒６１が配設されている。排気浄化触媒６１は、酸化触媒であり、排気ガス中のＣＯ及びＨＣが酸化されてＣＯ２及びＨ２Ｏが生成される反応を促すものである。また、図示を省略しているが、排気通路６０における排気浄化触媒６１よりも下流側の部分には、エンジン１の排気ガス中に含まれるスート（煤）等の微粒子を捕集する微粒子捕集フィルタが配設されている。このエンジン１は、ＮＯｘを浄化するための触媒を備えていない。但し、本開示は、ＮＯｘを浄化するための触媒を備えたエンジンに適用することを排除しない。
【００４２】
図３に示すように、エンジン１は、制御手段としてのＥＣＵ（Engine Control Unit）１００によって制御される。ＥＣＵ１００は、周知のマイクロコンピュータをベースとするコントローラーである。ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ１０１、メモリ１０２、入出力バス１０３等を備えている。ＣＰＵ１０１は、コンピュータプログラム（ＯＳ等の基本制御プログラム、及び、ＯＳ上で起動されて特定機能を実現するアプリケーションプログラムを含む）を実行する中央演算処理装置である。メモリ１０２は、ＲＡＭ及びＲＯＭにより構成されている。ＲＯＭには、種々のコンピュータプログラム（特にエンジン１を制御するための制御プログラム）や、該コンピュータプログラムの実行時に用いられる後述のマップを含むデータ等が格納されている。ＲＡＭは、ＣＰＵ１０１が一連の処理を行う際に使用される処理領域が設けられるメモリである。入出力バス１０３は、ＥＣＵ１００に対して電気信号の入出力をするものである。
【００４３】
ＥＣＵ１００には、クランク角センサＳＮ１、エアフローセンサＳＮ２、アクセル開度センサＳＮ３等の各種のセンサが電気的に接続されている。クランク角センサＳＮ１は、シリンダブロック１２に設けられていて、クランクシャフト１８の回転角を検出する。アクセル開度センサＳＮ３は、車両のアクセルペダル機構に取り付けられていて、アクセルペダルの操作量に対応したアクセル開度を検出する。これらセンサＳＮ１〜ＳＮ３等は、検知信号をＥＣＵ１００に出力する。
【００４４】
ＥＣＵ１００は、クランク角センサＳＮ１の検出結果からエンジン回転数を算出する。また、ＥＣＵ１００は、アクセル開度センサＳＮ３の検出結果からエンジン負荷を算出する。
【００４５】
ＥＣＵ１００は、センサＳＮ１〜ＳＮ３等からの入力信号に基づいて、エンジン１の運転状態を判断するとともに、燃料噴射弁２３、点火プラグ２４，吸気電動Ｓ−ＶＴ３０、排気電動Ｓ−ＶＴ４０、吸気調整弁５４等といった、エンジン１の各デバイスに対して制御信号を出力して、各デバイスを制御する。
【００４６】
図４は車両の通常走行時における吸気弁２１及び排気弁２２のリフト特性を示す。横軸はクランク角度であり、圧縮上死点のクランク角を０°として、これに対して進角側（圧縮上死点よりも早い時期）をマイナスで表し、遅角側（圧縮上死点よりも遅い時期）をプラスで表している。図４において、−３６０°は１サイクル前の燃焼サイクルにおける圧縮上死点に相当する。
【００４７】
本実施形態１では、エンジン１は２ストロークエンジンであるため、吸気弁２１及び排気弁２２の両方を開いて、吸気ポート１９から燃焼室１６に流入する吸気により、燃焼室１６内の排気ガスを排気ポート２０に押し流す掃気行程がある。燃焼サイクルにおいて掃気行程に入るときには、図４に示すように、排気弁２２が吸気弁２１よりも早い時期に開弁する。これは、吸気ポート２１への排気ガスの流入を防止するためである。
【００４８】
図５及び図６には、掃気行程での燃焼室１６内の様子を例示している。
【００４９】
図５に示すように、１サイクル前の燃焼サイクルにおいて燃料が燃焼した後、まず、排気弁２２のみが開弁される。このときは、ピストン１５が下降しながら排気ガスが排気ポート２０に向かって流れる。ピストン１５が下降していたとしても、排気ガスは燃焼圧により排気ポート２０に流れ込む。
【００５０】
次に、排気弁２２に加えて、吸気弁２１が開弁される。吸気弁２１が開弁されると、吸気ポート１９から吸気が燃焼室１６内に導入される。このとき、シリンダヘッド１３に段差部１３ｃが形成されていることにより、吸気は、排気ポート２０に向かって流れずに、主に、吸気弁２１とシリンダヘッド１３との隙間のうち排気ポート２０から遠い側の部分から燃焼室１６内に導入される。このように吸気が燃焼室１６内に導入されることで、図６に示すように、燃焼室１６内の排気ガスが吸気によって排気ポート２０に押し流される（つまり、掃気される）。
【００５１】
次いで、図４に示すように、略同じタイミングで吸気弁２１及び排気弁２２が閉弁される。これにより、ピストン１５の上昇により吸気（排気ガスの一部が残留している場合には、吸気及び残留ガス）が圧縮される。
【００５２】
その後、燃料噴射弁２３により燃料が燃焼室１６内に噴射される。そして、本実施形態１では、燃焼室１６内において圧縮自着火により燃料が燃焼する。尚、この燃料の燃焼形態は、点火プラグ２４による点火アシストをした上で圧縮自着火により燃料を燃焼させるもの（ＳＰＣＣＩ燃焼）、及び、点火プラグ２４により強制的に燃料を燃焼させるもの（ＳＩ燃焼）のいずれであってもよい。
【００５３】
上述のように、本実施形態１のエンジン１では、燃料の燃焼により燃焼室１６内に発生した排気ガスを、該燃焼室１６内に吸気を導入することにより、該燃焼室１６内から掃気させる。この排気ガスの掃気を適切に行うために、本実施形態１では、吸気通路５０に設けた機械式過給機５３のコンプレッサ５３ａを遠心式ブロアで構成している。
【００５４】
図７は、機械式過給機５３のコンプレッサ５３ａの性能特性を示す。縦軸は、上流側吸気通路５０ａ内の圧力に対する下流側吸気通路５０ｂ内の圧力の比（以下、単に圧力比という）であり、横軸はコンプレッサ５３ａからの吐出流量である。図７において、曲線ＲＬは回転限界ライン、略直線状の線ＳＬはサージラインを表している。これらのラインで囲まれた領域が機械式過給機５３の運転可能領域である。機械式過給機５３の運転効率は、運転ポイントが運転可能領域の中央側に位置するほど高くなる。尚、本実施形態１では、上流側吸気通路５０ａ内の圧力は、基本的には大気圧となっているため、圧力比の高低は、機械式過給機５３による過給圧の高低を表している。
【００５５】
また、この運転可能領域内に図示された複数の曲線ＲＳＬは、コンプレッサ５３ａの回転数が等しい運転ポイントを結んだ線であり、回転限界ラインＲＬに近いほど回転数が高い。さらに、機械式過給機５３の運転可能領域を通るように破線で示された複数の直線ＤＦＬ１〜５は、機械式過給機５３を駆動するための駆動力が等しいポイントを結んだ線であり、直線ＤＦＬ１が最も駆動力が小さく、直線ＤＦＬ５が最も駆動力が大きい。本実施形態１においては、機械式過給機５３は、クランクシャフト１８の回転により回転駆動するため、複数の直線ＤＦＬ１〜５は、クランクシャフト１８にかかる駆動抵抗が等しい線に相当する。また、機械式過給機５３の運転可能領域を縦に縦断するように延びる一点鎖線ＢＬは、コンプレッサ５３ａの回転数毎に、該コンプレッサ５３ａの運転効率が最も良い運転ポイントを結んだ線である。
【００５６】
コンプレッサ５３ａが遠心式ブロアで構成されていることから、該コンプレッサ５３ａは、基本的には、コンプレッサ５３ａの回転数が高いほど、圧力比が大きくかつ吐出流量が多くなるような傾向を示す。これは、エンジン回転数が高いほど過給圧が高いことを表している。エンジン回転数が低いときには、吸気弁２１及び排気弁２２がエンジン１の１サイクルあたりに開弁する実時間が長いため、過給圧が低くても、排気ガスの掃気を行うことができる。一方で、エンジン回転数が高いときには、吸気弁２１及び排気弁２２がエンジン１の１サイクルあたりに開弁する実時間が短いため、出来る限り高い過給圧で吸気を燃焼室１６内に導入して、早期に排気ガスの掃気を行う必要がある。このため、コンプレッサ５３ａが上記のような特性を有することにより、適切な排気ガスの掃気を行うことができるようになっている。
【００５７】
また、コンプレッサ５３ａが遠心式ブロアで構成されていることから、同一の回転数であっても、圧力比により、吐出流量を変化させることができる。特に、本実施形態１では、下流側吸気通路５０ｂに吸気調整弁５４が設けられているため、吸気調整弁５４の開度を調整することで、コンプレッサ５３ａからの吐出流量を変更することができる。すなわち、吸気調整弁５４の開度を小さくして、吸気調整弁５４を通過する吸気量を少なくすれば、コンプレッサ５３ａと吸気調整弁５４との間の圧力比の減少が小さいため、コンプレッサ５３ａからの吐出流量が少なくなる。一方で、吸気調整弁５４の開度を大きくすると、吸気調整弁５４を通過する吸気量が多くなって、コンプレッサ５３ａからの吐出流量も多くなる。
【００５８】
上記のことから、機械式過給機５３の運転ポイントは、吸気調整弁５４の開度を小さくすると、図７に示す曲線ＲＳＬに沿って、サージラインＳＬに近づくように移動する。一方、吸気調整弁５４の開度を大きくすると、曲線ＲＳＬに沿って、サージラインＳＬから離れるように移動する。
【００５９】
排気ガスの掃気を効率的に行うために燃焼室１６に供給すべき吸気の過給圧及び流量は、エンジン本体１０のエンジン諸元（燃焼室１６の容積など）により、予め求めることができる。このため、本実施形態１では、エンジン本体１０のエンジン諸元に基づいて、吸気調整弁５４の開度が最大（全開）のときに必要な過給圧及び吸気流量を算出して、吸気調整弁５４の開度が最大（全開）のときに、運転ポイントが破線ＢＬ上に位置するような機械式過給機５３が選択されている。このため、本実施形態１では、吸気調整弁５４の開度を調整することで、圧力比を維持したまま、コンプレッサ５３ａからの吐出流量を変化させることができるようになっている。
【００６０】
ここで、エンジン１の運転状態が低負荷状態であるときには、燃焼室１６内に生じる排気ガスの量があまり多くないため、吸気量を少なくしたとしても十分に掃気が可能である。一方で、エンジン１の運転状態が高負荷状態であるときには、燃焼室１６内に生じる排気ガスの量が多いため、大量の吸気が必要となる。上述したように、機械式過給機５３の運転効率は、運転ポイントが図７に示す運転可能領域の中央側に位置するほど高くなる。しかし、低負荷状態のときにまで、機械式過給機５３の運転効率が最も良くなる運転ポイントで機械式過給機５３を運転させると、必要以上の量の吸気を燃焼室１６内に導入することになり、燃焼安定性の低下が懸念される。また、図７に示すように、基本的に、コンプレッサ５３ａの回転数が同一であるときには、吐出流量が多いほど機械式過給機５３を駆動させるための駆動力、言い換えると、クランクシャフト１８にかかる駆動抵抗が大きくなる。エンジン低負荷はエンジントルクが小さいため、駆動抵抗が大きいとエンジン本体１０の運転効率が悪化する。これにより、エンジン１の燃費の悪化を招くおそれがある。
【００６１】
そこで、本実施形態１では、機械式過給機５３の作動時において、エンジン１の運転状態が低負荷状態（以下、エンジン低負荷という）であるときには、エンジン１の運転状態が該低負荷状態よりも負荷が高い高負荷状態（以下、エンジン高負荷という）であるときと比べて、吸気調整弁５４の開度を小さくするようにしている。具体的には、図７に示すように、エンジン高負荷時において、白丸の運転ポイントで運転していたとする。そこから、アクセル開度が小さくなってエンジン低負荷状態になったときには、ＥＣＵ１００は、例えば黒丸の運転ポイントになるように、吸気調整弁５４の開度を小さくさせる。これにより、機械式過給機５３の運転効率は低下するものの、機械式過給機５３を駆動するためにクランクシャフト１８にかかる駆動抵抗は低下するため、エンジン本体１０の運転効率が向上する。一方で、アクセル開度が再度大きくなってエンジン高負荷状態になったときには、ＥＣＵ１００は、例えば白丸の運転ポイントになるように、吸気調整弁５４の開度を大きくさせる（ここでは、全開にさせる）。これにより、機械式過給機５３を駆動するためにクランクシャフト１８にかかる駆動抵抗は上昇するものの、機械式過給機５３の運転効率は高くなるため、エンジン１の運転効率は向上する。これらのことから、エンジン１の燃費を向上させることができる。
【００６２】
また、エンジン低負荷状態及びエンジン高負荷状態のいずれでも、エンジン負荷に応じた適切な量の吸気を燃焼室１６内に導入させることができる。これにより、燃焼安定性を向上させることもできる。
【００６３】
本実施形態１では、ＥＣＵ１００は、エンジン負荷が高くなる程、吸気調整弁５４の開度を全開に近付けるように構成されている。また、本実施形態１では、ＥＣＵ１００は、エンジン負荷が最大（つまり、全負荷状態）のときに、吸気調整弁５４の開度を全開にするように構成されている。これにより、エンジン負荷の全領域において、機械式過給機５３を適切な駆動力で作動させて、適切な量の吸気を燃焼室１６内に導入することができる。この結果、エンジン１の燃焼安定性を高くしつつエンジン１の燃費を向上させることができる。
【００６４】
本実施形態１では、ＥＣＵ１００のメモリ１０２には、エンジン負荷に応じて吸気調整弁５４の開度を決定するためのマップが予め格納されており、ＥＣＵ１００のＣＰＵ１０１は、上記マップを読み込んで吸気調整弁５４の開度を決定する。尚、ＥＣＵ１００は、エンジン負荷に応じて連続的に吸気調整弁５４の開度を変更するように構成されていてもよいし、エンジン負荷が所定値だけ高くなる毎に、吸気調整弁５４の開度を大きくするようなステップ状の変化をするように構成されていてもよい。
【００６５】
ここで、本実施形態１では、ＥＣＵ１００は、エンジン低負荷時には、燃焼室１６内の空燃比が所定空燃比以上のリーンな状態にすべく、吸気調整弁５４の開度を調整するように構成されている。すなわち、燃焼室１６内の空燃比が所定空燃比以上のリーンな状態であったしたとしても、機械式過給機５３によって出来る限り多くの新気を燃焼室１６内に導入するようにすれば、十分に燃焼を安定させることができる。これにより、エンジン１の燃費を一層向上させることができる。尚、機械式過給機５３のコンプレッサ５３ａは、燃焼室１６内の空燃比が所定空燃比以上のリーンな状態であったとしても、燃料を燃焼させることができる程度の量の新気を燃焼室１６内に導入できるように設計されている。
【００６６】
したがって、本実施形態１では、機械式過給機５３のコンプレッサ５３ａを遠心式ブロアで構成するとともに、エンジン低負荷時には、エンジン高負荷時であるときと比べて、吸気調整弁５４の開度を小さくするようにした。これにより、エンジン低負荷時には、クランクシャフト１８にかかる駆動抵抗を小さくして、エンジン本体１０の運転効率を向上させることができる一方、エンジン高負荷時には、機械式過給機５３の運転効率を向上させて、エンジン１の運転効率を向上させることができる。これらの結果、エンジン１の燃費を向上させることができる。
【００６７】
また、エンジン低負荷状態及びエンジン高負荷状態のいずれでも、エンジン負荷に応じた適切な量の吸気を燃焼室１６内に導入させることができる。これにより、燃焼安定性を向上させることもできる。
【００６８】
（実施形態２）
以下、本発明の実施形態２について、図面を参照しながら詳細に説明する。尚、以下の説明において実施形態１と共通の部分については、同じ符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【００６９】
図８は、本実施形態２に係る過給機付２ストロークエンジン２０１（以下、単にエンジン２０１という）を示す。このエンジン２０１の構成は、基本的には、上記実施形態１のエンジン１と同様であるが、機械式過給機５３の代わりに、排気エネルギーを利用しない過給機として、電力により回転駆動する電動式過給機２５３が設けられている点で実施形態１とは異なる。尚、図８では、サージタンク５２及び排気通路６０は省略している。
【００７０】
電動式過給機２５３は、吸気通路５０内に設けられたコンプレッサ２５３ａと、このコンプレッサ２５３ａを駆動する電動モータ２５３ｂとから構成されている。電動モータ２５３ｂを駆動することによって、コンプレッサ２５３ａが回転駆動されて、吸気の過給が行われる。電動式過給機２５３の過給圧能力（つまり、電動式過給機２５３のコンプレッサ２５３ａの回転数）は、電動モータ２５３ｂの駆動力、すなわち、電動モータ２５３ｂに供給する電力を変更することで変更される。
【００７１】
電動モータ２５３ｂに供給される電力は、図８に示すように、エンジン本体１０に連結された発電機８０により発電された電力である。発電機８０は、エンジン本体１０に設けられたクランクシャフト１８と、連結機構を介して連結されている。該連結機構は、２つのプーリ８１と該２つのプーリを連結するベルト８２とを有している。発電機８０は、連結機構８１を介してクランクシャフト１８の回転が伝達されることで回転駆動されて発電する。発電機８０で発電された電力は、例えば、バッテリ７２に蓄電され、このバッテリ７２から電動モータ２５３ｂに電力が供給されて、電動式過給機２５３が駆動する。
【００７２】
本実施形態２では、電動式過給機２５３のコンプレッサ２５３ａは、遠心式ブロワで構成されている。このコンプレッサ２５３ａの性能特性は、基本的に、上記実施形態１の機械式過給機５３のコンプレッサ５３ａの性能特性と同じである。つまり、電動式過給機２５３のコンプレッサ２５３ａも、図７に示すような性能特性を示す。尚、電動式過給機２５３では、駆動力は電力であるため、図７において、駆動力を示す直線ＤＦＬ１〜５は、消費電力を表しているとみなすことができる。
【００７３】
また、本実施形態２では、電動式過給機２５３は、コンプレッサ２５３ａの回転数が同一である場合に、吸気調整弁５４の開度が最大（全開）のときに運転効率が最もよくなるように（つまり、運転ポイントが図７の破線ＢＬ上に位置するように）設計されている。このため、本実施形態２でも、吸気調整弁５４の開度を調整することで、圧力比を維持したまま、コンプレッサ２５３ａからの吐出流量を変化させることができるようになっている。
【００７４】
本実施形態２では、電動式過給機２５３（厳密には、電動モータ２５３ｂ）の作動は、図９に示すように、ＥＣＵ２００からの制御信号により制御されている。ＥＣＵ２００は、周知のマイクロコンピュータをベースとするコントローラーである。ＥＣＵ２００は、ＣＰＵ２０１、メモリ２０２、入出力バス２０３等を備えている。本実施形態２では、ＥＣＵ２００は、エンジン本体１０が作動している間は、電動式過給機２５３を駆動させるとともに、エンジン回転数が高くなるほどコンプレッサ２５３ａの回転数が高くなるように、電動式過給機２５３を制御している。
【００７５】
本実施形態２でも、上記実施形１と同様に、ＥＣＵ２００は、電動式過給機２５３の作動時において、エンジン低負荷時には、エンジン高負荷時に比べて、吸気調整弁５４の開度を小さくするようにしている。これにより、エンジン低負荷時には、電動モータ２５３ｂの消費電力を小さくすることができる。電動モータ２５３ｂの消費電力が小さくなれば、発電機８０に係る負荷を低減することができるため、結果的にクランクシャフト１８にかかる駆動抵抗が減少する。このため、エンジン本体１０の運転効率を向上させることができる。一方で、エンジン高負荷時には、電動式過給機２５３の運転効率を向上させて、エンジン１の運転効率を向上させることができる。これらの結果、本実施形態２でも、エンジン１の燃費を向上させることができる。また、エンジン低負荷状態及びエンジン高負荷状態のいずれでも、エンジン負荷に応じた適切な量の吸気を燃焼室１６内に導入させることができる。これにより、燃焼安定性を向上させることもできる。
【００７６】
本実施形態２でも、ＥＣＵ２００は、エンジン負荷が高くなる程、吸気調整弁５４の開度を全開に近付けるように構成されている。また、本実施形態２では、ＥＣＵ２００は、エンジン負荷が最大（つまり、全負荷状態）のときに、吸気調整弁５４の開度を全開にするように構成されている。これにより、エンジン負荷の全領域において、電動式過給機２５３を適切な駆動力で作動させて、適切な量の吸気を燃焼室１６内に導入することができる。この結果、エンジン１の燃焼安定性を高くしつつエンジン１の燃費を向上させることができる。
【００７７】
ここに開示された技術は、上記実施形態に限られるものではなく、請求の範囲の主旨を逸脱しない範囲で代用が可能である。
【００７８】
例えば、上述の実施形態１及び２では、ＥＣＵ１００，２００は、エンジン負荷が高くなる程、吸気調整弁５４の開度を全開に近付けるように構成されていたが、これに限らず、ＥＣＵ１００，２００は、エンジン負荷が所定負荷未満のときには、吸気調整弁５４の開度を全開よりも小さい所定開度にし、エンジン負荷が所定負荷以上になったときには、吸気調整弁５４の開度を全開にするように構成されていてもよい。また、ＥＣＵ１００，２００は、エンジン負荷が所定負荷未満のときには、エンジン負荷に応じて吸気調整弁５４の開度を変更する一方、エンジン負荷が所定負荷以上になったときには、吸気調整弁５４の開度を全開にするように構成されていてもよい。
【００７９】
また、上述の実施形態１及び２では、エンジン本体１０はガソリンエンジンであったが、これに限らず、エンジン本体１０は、軽油を主成分とする燃料が供給されるディーゼルエンジンであってもよい。この場合、シリンダブロック１３に点火プラグを設ける必要はない。また、燃料噴射弁２３からの燃料の噴射タイミングを、例えば、圧縮上死点近傍にする等の変更が必要となる。
【００８０】
さらに、上述の実施形態１及び２では、エンジン１，２０１は、排気エネルギーを利用する過給機（ターボチャージャ等）を備えていないが、これに限らず、エンジン１，２０１が、機械式過給機５３や電動式過給機２５３に加えて、排気エネルギーを利用する過給機を備えていてもよい。
【００８１】
上述の実施形態は単なる例示に過ぎず、本開示の範囲を限定的に解釈してはならない。本開示の範囲は請求の範囲によって定義され、請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本開示の範囲内のものである。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
ここに開示された技術は、吸気通路に過給機が設けられた２ストロークエンジンに有用である。
【符号の説明】
【００８３】
１        過給機付２ストロークエンジン
１０      エンジン本体
１１      気筒
１３      シリンダヘッド
１９      吸気ポート
２０      排気ポート
２１      吸気弁
２２      排気弁
３１      吸気カムシャフト
４１      排気カムシャフト
５０      吸気通路
５３      機械式過給機
５４      吸気調整弁
７０      発電機
１００    ＥＣＵ（制御手段）
２０１    過給機付２ストロークエンジン
２５３    電動式過給機
【図１】
2020045838.tif 000003
【図２】
2020045838.tif 000004
【図３】
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【図４】
2020045838.tif 000006
【図５】
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【図６】
2020045838.tif 000008
【図７】
2020045838.tif 000009
【図８】
2020045838.tif 000010
【図９】
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