(57)【要約】【課題】発電効率をより向上することができる発電システム及びそれを備える推進装置を提供する。【解決手段】発電システムは、予め定められた定速回転範囲で駆動される内燃機関と、内燃機関によって入力軸が回転されることで発電する少なくとも１つの発電用電動機とを備える発電システムであって、内燃機関は、シリンダ内で往復するピストンと、吸気口を開閉する吸気弁および排気口を開閉する排気弁を動作させる動弁機構と、シリンダ内に導くための吸気を圧縮する過給機と、燃料を供給する燃料供給装置と、を備え、ピストンが、上死点から次の上死点まで１往復する間であって、排気弁も吸気弁も開弁している期間であるバルブオーバーラップ期間が存在するように動弁機構が吸気弁および排気弁を動作させ、排気弁の閉弁後に、燃料供給装置が燃料をシリンダ内に供給し、排気弁も吸気弁も閉弁している期間に、シリンダ内の混合気が燃焼される。【選択図】図１
2020041481.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め定められた定速回転範囲で駆動される内燃機関と、前記内燃機関によって入力軸が回転されることで発電する少なくとも１つの発電用電動機とを備える発電システムであって、
前記内燃機関は、
シリンダ内で往復するピストンと、
吸気口を開閉する吸気弁および排気口を開閉する排気弁を動作させる動弁機構と、
前記シリンダ内に導くための吸気を圧縮する過給機と、
燃料を供給する燃料供給装置と、を有し、
前記ピストンが、上死点から次の上死点まで１往復する間であって、
前記排気弁も前記吸気弁も開弁している期間であるバルブオーバーラップ期間が存在するように前記動弁機構が前記吸気弁および前記排気弁を動作させ、
前記排気弁の閉弁後に、前記燃料供給装置が前記燃料を前記シリンダ内に供給し、
前記排気弁も前記吸気弁も閉弁している期間に、前記シリンダ内の混合気が燃焼される、発電システム。
【請求項２】
前記吸気口および前記排気口が、シリンダ軸方向において、上死点に位置するときの前記ピストンから見て、前記ピストンに連結されたクランク軸とは反対側に位置するよう形成される、請求項１に記載の発電システム。
【請求項３】
前記燃料供給装置が前記吸気弁の閉弁後に前記燃料を前記シリンダ内に噴射する直噴インジェクタである、請求項１または２に記載の発電システム。
【請求項４】
前記発電用電動機の入力軸が、前記内燃機関の出力軸と等速回転するよう前記内燃機関の出力軸に接続される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の発電システム。
【請求項５】
前記少なくとも１つの発電用電動機は、複数の発電用電動機を含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の発電システム。
【請求項６】
前記複数の発電用電動機は、前記ピストンと連結されたクランク軸の軸方向に互いに並んで配置される、請求項５に記載の発電システム。
【請求項７】
前記内燃機関は、前記ピストンと連結されたクランク軸と等速回転して連動し、前記クランク軸の一次偶力振動を抑制するバランサ軸を有し、
前記発電用電動機の前記入力軸は、前記クランク軸から前記バランサ軸を介して動力が伝達される、請求項１〜６のいずれか１項に記載の発電システム。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の発電システムと、
前記発電システムによって発電される電力を蓄える蓄電装置と、
前記蓄電装置から供給される電力によって推進駆動源として機能する推進用電動機と、を備える、推進装置。
【請求項９】
前記内燃機関は、前記シリンダ内に導く吸気量を調整するスロットル弁と、前記スロットル弁を駆動するアクチュエータと、を更に有しており、
前記蓄電装置の蓄電量および前記推進用電動機に対する推進要求量の少なくとも一方に基づいて、前記アクチュエータを制御する制御装置を更に備える、請求項８に記載の推進装置。
【請求項１０】
陸上を走行する走行体または空中を飛行する飛行体に搭載される、請求項８または９に記載の推進装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関を利用した発電システム及びそれを備える推進装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、エンジンを駆動源として発電機を駆動して発電する発電システムが存在する（例えば特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１７３３９０号公報
【特許文献２】特開平８−４７１０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述のような内燃機関を利用した発電機について、さらなる発電効率の向上が望まれている。
【０００５】
本発明は、発電効率をより向上することができる発電システム及びそれを備える推進装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、本発明に係る発電システムは、予め定められた定速回転範囲で駆動される内燃機関と、前記内燃機関によって入力軸が回転されることで発電する少なくとも１つの発電用電動機とを備える発電システムであって、前記内燃機関は、シリンダ内で往復するピストンと、吸気口を開閉する吸気弁および排気口を開閉する排気弁を動作させる動弁機構と、前記シリンダ内に導くための吸気を圧縮する過給機と、燃料を供給する燃料供給装置と、を有し、前記ピストンが、上死点から次の上死点まで１往復する間であって、前記排気弁も前記吸気弁も開弁している期間であるバルブオーバーラップ期間が存在するように前記動弁機構が前記吸気弁および前記排気弁を動作させ、前記排気弁の閉弁後に、前記燃料供給装置が前記燃料を前記シリンダ内に供給し、前記排気弁も前記吸気弁も閉弁している期間に、前記シリンダ内の混合気が燃焼される。
【０００７】
上記の構成によれば、ピストンが１往復するたびにシリンダ内の混合気を１回燃焼する内燃機関、すなわち、２ストロークエンジンが発電用の内燃機関として提供される。ピストンが２往復するたびにシリンダ内の混合気を１回燃焼する４ストロークエンジンと比べ、単位回転数当たりに取り出せるエネルギー（燃焼による熱エネルギー、ひいてはクランク軸の回転運動の力学的エネルギー）が大きい。よって、エンジンの高効率領域を低回転域側にシフトできる。このように低回転域で高効率運転を実現することで、高回転域での運転を避けることに起因する、ポンピングロス、摺動抵抗などの機械損失を低減できる。さらに、発電用電動機としても、高回転域を避けることによる逆起電力の抑制を図ることができ、発電効率を高めることができる。このように、内燃機関の定速回転範囲として、内燃機関と発電用電動機とで互いに効率が良い低回転域を利用することができ、システム全体の発電効率を向上することができる。
【０００８】
また、過給機を有しているので、シリンダ内に向けて過給吸気を供給でき、吸気量（圧縮率）を向上させ、その結果、燃焼効率を高めることができる。またバルブオーバーラップ期間を設けているので、この期間内に過給吸気を利用して掃気を促進できる。また燃料は、排気弁の閉弁後にシリンダ内に供給されることで、未燃燃料のシリンダ外への排出を防止でき、排気ガスに含まれる未燃ガスを抑えることができる。
【０００９】
また、上記の発電システムにおいて、前記吸気口および前記排気口が、シリンダ軸方向において、上死点に位置するときの前記ピストンから見て、前記ピストンに連結されたクランク軸とは反対側に位置するよう形成されてもよい。この構成によれば、ピストンが上死点と下死点との間を移動する間にピストン自体が吸気口を開閉する構造（言い換えればピストン自体が吸気弁としても機能する構造）に比べて、ピストンが上死点近くに位置した場合でも吸気を継続することができ、吸気期間の自由度を高め易い。
【００１０】
また、上記の発電システムにおいて、前記燃料供給装置が前記吸気弁の閉弁後に前記燃料を前記シリンダ内に噴射する直噴インジェクタであってもよい。この構成によれば、吸気弁閉弁後に燃料を噴射することで、シリンダ内の圧縮比を更に高めることができ燃料効率を更に高めることができる。
【００１１】
また、上記の発電システムにおいて、前記発電用電動機の入力軸が、前記内燃機関の出力軸と等速回転するよう前記内燃機関の出力軸に接続されてもよい。この構成によれば、内燃機関が低回転／高トルクを実現できる２ストロークエンジンであるため、発電用電動機の入力軸と内燃機関の出力軸との間に減速構造を設けなくても発電効率を向上でき、システム全体の構造を簡単化することができる。
【００１２】
また、上記の発電システムにおいて、前記少なくとも１つの発電用電動機は、複数の発電用電動機を含んでもよい。この構成によれば、発電システムをユニット化した場合に、ユニット全体における個々の発電用電動機の接続位置を調整することができ、単一の発電用電動機が設けられる場合に比べて、ユニットの重心位置を好適に調整しやすい。
【００１３】
また、上記の発電システムにおいて、前記複数の発電用電動機は、前記ピストンと連結されたクランク軸の軸方向に互いに並んで配置されてもよい。この構成によれば、単一の発電用電動機が設けられる場合に比べて、クランク軸方向における発電システム全体の重心の偏りを防ぎやすい。
【００１４】
また、上記の発電システムにおいて、前記内燃機関は、前記ピストンと連結されたクランク軸と等速回転して連動し、前記クランク軸の一次偶力振動を抑制するバランサ軸を有し、前記発電用電動機の前記入力軸は、前記クランク軸から前記バランサ軸を介して動力が伝達されてもよい。この構成によれば、クランク軸に発電用電動機が直接接続される場合に比べて、発電用電動機の取付位置の自由度を高めることができ、設計の自由度を高めることができる。例えば、クランク軸の軸線方向両端部よりも軸線方向内側に発電用電動機を配置することができ、クランク軸の幅方向に発電用電動機が突出することを防いで、ユニット全体として軸線方向の大型化を防ぐことができ、システム全体をコンパクトにすることができる。
【００１５】
また、本発明に係る推進装置は、上記のいずれかの発電システムと、前記発電システムによって発電される電力を蓄える蓄電装置と、前記蓄電装置から供給される電力によって推進駆動源として機能する推進用電動機と、を備えてもよい。この構成によれば、効率のよい推進装置を提供することができる。
【００１６】
また、上記の推進装置において、前記内燃機関は、前記シリンダ内に導く吸気量を調整するスロットル弁と、前記スロットル弁を駆動するアクチュエータと、を更に有しており、前記蓄電装置の蓄電量および前記推進用電動機に対する推進要求量の少なくとも一方に基づいて、前記アクチュエータを制御する制御装置を更に備えてもよい。この構成によれば、蓄電量の過不足や、推進要求の大小に応じて、内燃機関のトルクをアクチュエータで制御することで、内燃機関の出力が過剰となったり不足したりすることを防ぐことができる。
【００１７】
また、上記の推進装置において、陸上を走行する走行体または空中を飛行する飛行体に搭載されてもよい。この構成によれば、比較的に軽量化や低振動化が望まれる推進装置に好適に適用できる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、発電効率をより向上することができる発電システム及びそれを備える推進装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１実施形態に係る推進装置の概念図である。
【図２】図１に示す推進装置の内燃機関の内部の模式図である。
【図３】図３Ａが燃焼室を下から見て示す図、図３Ｂが吸排気口周辺を拡大して示す図である。
【図４】第１実施形態に係る推進装置の内燃機関の側面図である。
【図５】吸排気弁リフト量の推移を示すグラフである。
【図６】第１実施形態に係る推進装置の内燃機関の回転数−出力線図である。
【図７】第２実施形態に係る推進装置の内燃機関の断面図である。
【図８】第２実施形態に係る燃焼室を下から見て示す図である。
【図９】第３実施形態に係る推進装置の内燃機関の側面図である。
【図１０】図９に示す推進装置の内燃機関の内部の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照しながら実施形態に係る発電システムおよびそれを備える推進装置について説明する。全図を通じて同一のまたは対応する要素には同一の符号を付して重複する詳細な説明を省略する。シリンダ軸方向下側は、シリンダ軸方向において当該シリンダに挿入されるピストンの下死点側であり、シリンダ軸方向上側は、シリンダ軸方向において当該シリンダに挿入されるピストンの上死点側である。
【００２１】
＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係る推進装置１Ａの概念図である。本実施形態の推進装置１Ａおよび後述する第２および第３実施形態の推進装置１Ｂ，１Ｃは、一例として、鞍乗乗物に搭載される推進駆動装置が説明される。鞍乗乗物は、運転者が跨って着座するシートあるいはサドルを備える乗物であり、車輪の有無は限定されない。鞍乗乗物の好適例として、自動二輪車（いわゆるスクータも含む）、自動三輪車、バギー車、および、小型滑走艇を挙げることができる。
【００２２】
推進装置１Ａは、発電システム２と、発電システム２によって発電される電力を蓄える蓄電装置３と、蓄電装置３から供給される電力によって鞍乗乗物の推進駆動源として機能する推進用電動機４と、制御装置５とを備える。
【００２３】
発電システム２は、内燃機関（以下、「エンジン」という）６と、エンジン６によって入力軸が回転されることで発電する少なくとも１つの（本例では２つ）発電用電動機７とを備える。エンジン６は、後述するように予め定められた定速回転範囲で駆動される。
【００２４】
エンジン６は、多気筒式、２ストローク式、レシプロ式、火花点火式、ダウンドラフト式エンジンである。本実施形態では、エンジン６の燃料は、ガソリン（エタノール、メタノールといった液体アルコールであってもよい）である。また、エンジン６は、過給機付きエンジンである。図１は、エンジン６がインライン式の４気筒エンジンである旨を概念的に例示しているが、気筒の数および配列は特に限定されない。エンジン６は、単気筒エンジンでもよい。多気筒式の場合、複数の気筒は、Ｖ型に配列されても水平対向型に配列されてもよい。
【００２５】
エンジン６は、シリンダ１４、燃焼室Ｓ１およびクランク室Ｓ２を形成するエンジン本体１０を有する。図１の一点鎖線Ａ１は、シリンダ軸である。エンジン本体１０は、シリンダヘッド１１、シリンダブロック１２およびクランクケース１３を含み、これら本体部材１１〜１３が、シリンダ軸方向に順に連結されている。本書では、シリンダヘッドカバー１１ａ（図４を参照）も「シリンダヘッド１１」の一部とする。シリンダ１４は、主としてシリンダブロック１２により形成され、クランク室Ｓ２は、主としてクランクケース１３により形成されている。
【００２６】
エンジン６は、ピストン１５およびクランク軸１６を有する。ピストン１５は、シリンダ１４内で往復し、コネクティングロッド１５ａを介してクランク軸１６と連結されている。クランク軸１６は、クランクケース１３に回転可能に支持され、クランク室Ｓ２内に収容されている。ピストン１５が１往復する間に、クランク軸１６は１回転する。
【００２７】
図２は、エンジン６における４つのシリンダ１４とクランク軸１６を模式的に示した図である。クランク軸１６は、クランク軸１６の回転軸線上に位置する複数のジャーナル部１６ａと、コネクティングロッド１５ａを回転可能に支持する各シリンダ１４に対応するクランクピン部１７とを有する。ジャーナル部１６ａとクランクピン部１７とは、クランクアーム１６ｂにより連結される。本実施形態において、クランクアーム１６ｂは、ピストン１５およびコネクティングロッド１５ａの慣性力を軽減するクランクウェイトとしての機能も備える（図１参照）。
【００２８】
図２に示すように、本実施形態では、４つのクランクピン部１７が互いに９０°または１８０°の位相差を有するように配置される。具体的には、４つのクランクピン部１７をクランク軸１６の回転軸方向一方側から順に、第１ピン部１７ａ、第２ピン部１７ｂ、第３ピン部１７ｃ、および第４ピン部１７ｄと呼ぶこととし、クランク軸１６の回転方向の角度を正とすると、図２に示すように、第２ピン部１７ｂは、第１ピン部１７ａに対し１８０°の位相差を有する位置に配置され、第３ピン部１７ｃは、第１ピン部１７ａに対し９０°の位相差を有する位置に配置され、第４ピン部１７ｄは、第１ピン部１７ａに対し２７０°（つまり、負の回転方向に９０°）の位相差を有する位置に配置される。
【００２９】
ただし、４つのクランクピン部１７の配置はこれに限定されず、例えば、第２ピン部１７ｂは、第１ピン部１７ａに対し９０°の位相差を有する位置に配置され、第３ピン部１７ｃは、第１ピン部１７ａに対し２７０°（つまり、負の回転方向に９０°）の位相差を有する位置に配置され、第４ピン部１７ｄは、第１ピン部１７ａに対し１８０°の位相差を有する位置に配置されてもよい。
【００３０】
図２に示すように、クランク軸１６の両端部には、それぞれ発電用電動機７の入力軸が接続されている。クランク軸１６と各発電用電動機７の入力軸とは、それぞれの軸線が一致するよう、例えば軸継手などを介して接続される。すなわち、２つの発電用電動機７は、クランク軸１６の軸方向に互いに並んで配置される。各発電用電動機７の入力軸は、エンジン６の出力軸となるクランク軸１６が回転することにより、クランク軸１６と同じ回転速度で回転駆動される。
【００３１】
（燃焼室、動弁系）
図１に戻って、燃焼室Ｓ１は、ピストン１５の上面よりもシリンダ軸方向上側に形成されている。燃焼室Ｓ１の天井面は、シリンダヘッド１１によって形成されている。燃焼室Ｓ１、特にその天井面に、１以上の吸気口１８および１以上の排気口１９が開口している。吸気口１８は、シリンダヘッド１１内に形成された吸気ポート２０と連通し、吸気ポート２０ひいては吸気通路の下流端を成している。排気口１９は、シリンダヘッド１１内に形成された排気ポート２１と連通し、排気ポート２１ひいては排気通路の上流端を成している。
【００３２】
吸気口１８は吸気弁２２によって開閉され、排気口１９は排気弁２３によって開閉される。吸気弁２２はポペット弁であり、バルブスプリング（図示略）によって傘状の弁体が吸気口１８周辺に設けられたバルブシート（図示略）に密着するように付勢されている。排気弁２３も同様である。また、点火プラグ２４が、その電極（火花発生部位）が燃焼室Ｓ１内で天井面付近に位置付けられるように、シリンダヘッド１１に取り付けられている。点火プラグ２４の動作タイミング、すなわち、混合気の点火時期は、制御装置５によって制御される。
【００３３】
図３Ａは、燃焼室Ｓ１を下から見て示す図であり、燃焼室Ｓ１の天井面が図示されている。本実施形態では、吸気口１８および排気口１９が２つずつ設けられている。吸気ポート２０は、吸気を取り込む入口を１つ有し、途中で二股に分岐し、２つの吸気口１８と連通している。排気ポート２１は、２つの排気口１９と連通し、途中で合流して排気を排出する出口を１つ有する。燃焼室Ｓ１の天井面は、概略半球形状に形成されている。点火プラグ２４（図１を参照）を収容するプラグホール２４ａが、天井面の中央に形成されている。燃焼室Ｓ１の天井面には、天井面の直径方向に延びる段差部２５ａが設けられており、天井面は、段差部２５ａによって第１領域２５ｂと第２領域２５ｃとに二分されている。２つの吸気口１８は第１領域２５ｂに開口し、２つの排気口１９は第２領域２５ｃに開口している。図３Ｂに示すように、第２領域２５ｃは第１領域２５ｂよりもシリンダ軸方向下側に位置付けられている。吸気口１８も排気口１９も、燃焼室Ｓ１の天井面に開口しているので、シリンダ１４の上死点よりもシリンダ軸方向上側に形成されている。より詳しくは、吸気口１８も排気口１９も、シリンダ軸方向において、上死点に位置するときのピストン１５から見て（言い換えれば上死点に位置するときのピストン１５を基準として）、クランク軸１６とは反対側に位置するよう形成されている。さらに、排気口１９は吸気口１８よりもシリンダ軸方向下側で燃焼室Ｓ１に開口している。
【００３４】
図１に戻り、エンジン６は、吸気弁２２および排気弁２３を動作させる動弁機構２６を備える。本実施形態では、動弁機構２６が、オーバーヘッドカム（ＯＨＣ）式、特に、ダブルオーバーヘッドカム（ＤＯＨＣ）式である。動弁機構２６は、吸気カム軸２７、吸気カム２７ａ、排気カム軸２８、排気カム２８ａ、および動伝機構２９を含む。吸気カム軸２７および排気カム軸２８は、吸気弁２２および排気弁２３よりもシリンダ軸方向上側に配置され、クランク軸１６と平行に延びている。動伝機構２９は、クランク軸１６の回転を吸気カム軸２７および排気カム軸２８に伝達する。動伝機構２９は、一例としてチェーン伝動機構であり、クランク軸１６に固定された駆動スプロケット２９ａ、吸気カム軸２７に固定された吸気側従動スプロケット２９ｂ、排気カム軸２８に固定された排気側従動スプロケット２９ｃ、および、３スプロケット２９ａ〜２９ｃに巻回されたチェーン２９ｄで構成されている。動伝機構２９はギヤ列でもよい。吸気カム２７ａは、吸気カム軸２７に固定されて吸気カム軸２７と一体回転し、吸気弁２２の上端部に接触する。排気カム２８ａは、排気カム軸２８に固定されて排気カム軸２８と一体回転し、排気弁２３の上端部に接触する。吸気カム２７ａおよび排気カム２８ａは、１つのカム山を有している。言い換えると、カム軸方向に見て卵形状に形成されている。カム２７ａ，２８ａは、対応するカム軸２７，２８が１回転する間に対応する弁２２，２３を１度開弁させる。
【００３５】
このエンジン６は２ストローク式であり、ピストン１５が１往復してクランク軸１６が１回転する間に、吸気、点火燃焼および排気を含む１エンジン周期が完結する。この点については、図５を参照して後述するが、吸気カム軸２７および排気カム軸２８はクランク軸１６と等速で回転する。本実施形態では、３スプロケット２９ａ〜２９ｃが互いに同じ歯数あるいは径を有している。これにより、ピストン１５が１往復してクランク軸１６が１回転する間に、吸気弁２２の開弁期間および排気弁２３の開弁期間が１回ずつ設定される。
【００３６】
（吸気系、燃料系）
このエンジン６は、吸気系を構成する要素として、エアクリーナ３９、過給機３１、吸気チャンバボックス３２およびスロットル装置３３を備えている。この吸気系においては、外気が吸気として取り込まれ、エアクリーナ３９で浄化される。浄化された吸気が過給機３１で圧縮され、吸気チャンバボックス３２に流入する。過給機３１は、一例として、メカニカルスーパーチャージャーであり、クランク軸１６によって回転駆動される。メカニカルスーパーチャージャーには、種々の型式があるが、本実施形態では、過給機３１は、遠心式ポンプで実現されている。吸気チャンバボックス３２は、吸気圧脈動を吸収する。
【００３７】
スロットル装置３３は、過給機３１および吸気チャンバボックス３２よりも吸気流れ方向下流側に配置されている。過給機３１および吸気チャンバボックス３２は単一であり、過給機出口はチャンバ入口と単一系統の吸気通路３０ａで接続されている。吸気チャンバボックス３２は、気筒と同数のチャンバ出口を有する。これら複数のチャンバ出口は、互いに独立する複数系統の吸気通路３０ｂで複数の燃焼室Ｓ１それぞれに接続されている。
【００３８】
スロットル装置３３は、燃焼室Ｓ１へ流入する吸気の流量（吸気量）を当該燃焼室Ｓ１ごとに調整する４つのスロットル弁３４と、これらスロットル弁３４を駆動するアクチュエータ３６とを備える。４つのスロットル弁３４は、それぞれ４つのシリンダ１４に対応している。スロットル弁３４は、例えばバタフライ弁であり、円形の弁体を有する。この円形の弁体が回転することで、燃焼室Ｓ１につながる吸気通路３０ｂの開度が変更される。すなわち、複数のスロットル弁３４の各弁体は、各燃焼室Ｓ１につながる吸気通路３０ｂに内蔵されている。これら弁体は弁軸３５に固定されるまたは一体化されており、アクチュエータ３６は、この弁軸３５を回転駆動する。スロットル装置３３は、電子制御式であり、制御装置５により制御される。すなわち、アクチュエータ３６は、制御装置５によって制御され、例えば電気モータである。制御装置５によるスロットル装置３３の制御について、詳細は後述する。
【００３９】
このエンジン６は、燃料系を構成する要素として、燃料タンク４１、燃料加圧機構４２、燃料パイプ４３、上流燃料供給装置４４、下流燃料供給装置４５、一次燃料ポンプ４６、およびアキュムレータ４７を備える。燃料タンク４１は、エンジン６の燃料を貯留する。
【００４０】
一次燃料ポンプ４６は、燃料タンク４１に貯留されている燃料を加圧する。一例として、燃料は３００kPa程度まで昇圧される。燃料加圧機構４２は、一次燃料ポンプ４６で昇圧された燃料を更に加圧する。燃料加圧機構４２は、一例としてプランジャ式ポンプであり、燃料は２MPa程度まで昇圧される。本実施形態では、燃料加圧機構４２の加圧動力源（燃料加圧機構４２のプランジャの往復動力源）が、動弁機構２６ひいてはエンジン６である。すなわち、動弁機構２６は、吸排気弁２２，２３を動作させる機能と、燃料加圧機構４２を動作させる機能とを兼ねている。燃料加圧機構４２は吸排気弁２２，２３よりもシリンダ軸方向上側に配置されてシリンダヘッド１１に取り付けられている。図１に示すように、排気カム軸２８には、排気カム２８ａとは別に加圧カム４２ａが固定されている。加圧カム４２ａは、１つのカム山を有している。言い換えると、カム軸方向に見て卵形状に形成されている。燃料加圧機構４２のプランジャは、この加圧カム４２ａに接触する。燃料加圧機構４２が排気カム軸２８の径方向において排気弁２３と反対側に配置されている。燃料加圧機構４２のプランジャは、排気カム軸２８と一体的に回転する加圧カム４２ａに押圧されることにより駆動される。これにより、一次燃料ポンプ４６から燃料加圧機構４２のハウジング内に流入した燃料がハウジング外へと圧送される。
【００４１】
上流燃料供給装置４４および下流燃料供給装置４５は、気筒毎に設けられている。上流燃料供給装置４４は、スロットル装置３３よりも吸気流れ方向上流側に配置され、下流燃料供給装置４５は、スロットル装置３３よりも吸気流れ方向下流側に配置される。上流燃料供給装置４４および下流燃料供給装置４５は、いずれも常閉電磁開閉弁であり、前述した制御装置５によって開弁時期、開弁期間および閉弁時期を制御される。燃料パイプ４３は、一次燃料ポンプ４６によって加圧された燃料を上流燃料供給装置４４に供給し、また、燃料加圧機構４２によって加圧された燃料を下流燃料供給装置４５に供給する。アキュムレータ４７は、燃料パイプ４３のうち燃料加圧機構４２を下流燃料供給装置４５に接続する系統に接続されており、当該系統における燃圧脈動を吸収する。
【００４２】
複数の上流燃料供給装置４４は、複数の吸気通路３０ｂそれぞれに対応している。一例として、各上流燃料供給装置４４は、スロットル装置３３よりも吸気流れ方向上流側にて、対応する吸気通路３０ｂ内に燃料を噴射する。図４に示すように、上流燃料供給装置４４は、吸気チャンバボックス３２に収容されていてもよい。
【００４３】
複数の下流燃料供給装置４５は、上流燃料供給装置４４よりも吸気流れ方向下流側に配置されている。複数の下流燃料供給装置４５は、シリンダヘッド１１に取り付けられており、複数のシリンダ１４それぞれに対応している。本実施形態では、各下流燃料供給装置４５の噴射口は、対応するシリンダ１４の燃焼室Ｓ１に開口されている。すなわち、各下流燃料供給装置４５は、対応するシリンダ１４内に燃料を直接的に噴射する直噴インジェクタである。下流燃料供給装置４５の燃料噴射タイミングは、制御装置５によって制御される。
【００４４】
図１に示すように、下流燃料供給装置４５は、吸気ポート２０よりもシリンダ軸方向下側に配置されている。図３Ａに示すように、吸気ポート２０は、下流側で二股に分かれているが、下流燃料供給装置４５は、この吸気ポート２０の二股部分の中間に位置付けられている。
【００４５】
図４は、鞍乗乗物への搭載状態で示す内燃機関の側面図である。ここでの上下前後左右方向の概念は、鞍乗乗物の運転者が見る方向を基準としている。クランク軸１６およびカム軸２７，２８は左右方向に延びるように配置される。エンジン６は、排気ポート２１が吸気ポート２０よりも前方に位置付けられるようにして、鞍乗乗物に搭載される。燃料加圧機構４２は、シリンダヘッド１１（シリンダヘッドカバー１１ａ）に取り付けられており、エンジン本体１０の前上端部に配置されている。
【００４６】
エンジン６は、ダウンドラフト型であり、チャンバ出口が吸気ポート２０の中心線の延長線Ａ２上に配置されている。この延長線Ａ２は、吸気通路３０ｂの中心線と重なる。これら吸気系を構成する部品は、シリンダヘッド１１の後面から後上方に向かって延在している。下流燃料供給装置４５は、段付き筒状に形成されており、その中心線Ａ３ひいては燃料噴射方向は、吸気通路３０ｂの中心線と概略平行に延びている。
【００４７】
エンジン本体１０の後上方には、比較的大型の部品である吸気チャンバボックス３２が配置されている。クランクケース１３は、クランク軸１６の回転する軸線（すなわちジャーナル部１６ａの延長線）に沿う断面で上下に分割してなる上側ケース部１３ａと下側ケース部１３ｂとにより形成される。シリンダブロック１２は、上側ケース部１３ａの前部の上方に配置されている。上側ケース部１３ａの後部の上方で且つシリンダヘッド１１の後方に形成されるスペースに、過給機３１が配置されている。
【００４８】
本実施形態では、クランク軸１６に接続された２つの発電用電動機７も、クランク軸１６とともにクランクケース１３に収容されている。すなわち、発電システム２がユニット化されている。
【００４９】
図１に戻って、２つの発電用電動機７によって発電された電力は、蓄電装置３に蓄えられる。発電用電動機７は、例えば三相誘導電動機である。各発電用電動機７は、対応するインバータ装置８ａを介して蓄電装置３に電気的に接続されている。各インバータ装置８ａは、各発電用電動機７により発電された交流電力を直流電力に変換して蓄電装置３に充電する。蓄電装置３は、例えば、バッテリーあるいはキャパシタである。
【００５０】
蓄電装置３には、インバータ装置８ｂを介して推進用電動機４に電気的に接続されている。推進用電動機４は、例えば三相誘導電動機である。インバータ装置８ｂは、蓄電装置３に蓄えられた直流電力を交流電力に変換し、推進用電動機４に供給する。また、インバータ装置８ｂは、制御装置５から送られる制御指令により、推進用電動機４の出力軸の回転数を制御する。
【００５１】
制御装置５は、運転者による鞍乗乗物に対する操作に応じて鞍乗乗物を推進させるよう、推進用電動機４へ供給する供給電力量を制御する。制御装置５は、例えばコンピュータであって、ＣＰＵ等の演算処理部、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶部を有している（いずれも図示せず）。記憶部には、演算処理部が実行するプログラム、各種固定データ等が記憶されている。演算処理部は、外部装置とのデータ送受信を行う。また、演算処理部は、各種計器からの検出信号の入力や各制御対象への制御信号の出力を行う。なお、制御装置５は単一のコンピュータによる集中制御により各処理を実行してもよいし、複数のコンピュータの協働による分散制御により各処理を実行してもよい。
【００５２】
制御装置５は、推進要求量センサ５ａ、蓄電装置３、アクチュエータ３６、インバータ装置８ｂと通信可能に接続される。推進要求量センサ５ａは、鞍乗乗物に搭載され、運転者による所定の操作に応じた推進用電動機４に対する推進要求量を検知するセンサである。例えば鞍乗乗物が自動二輪車であれば、推進要求量センサ５ａは、運転者により操作されるアクセル操作部材（スロットルグリップ）における操作量を検出するアクセル操作量センサに対応する。また、推進要求量センサ５ａは、検知した推進要求量を制御装置５に送る。そして、制御装置５は、推進用電動機４に対する推進要求量に基づいて、インバータ装置８ｂを制御して、推進要求量に対応した電力を蓄電装置３から推進用電動機４に供給する。
【００５３】
また、制御装置５は、推進要求量に対応した電力を推進用電動機４に供給できるよう、適宜に発電システム２での発電量、ひいては蓄電装置３の蓄電量を調整する。制御装置５には、蓄電装置３が蓄積した蓄電量に関する信号が蓄電装置３から送られる。
【００５４】
本実施形態において、エンジン６は、制御装置５によって、エンジン６の駆動期間のうち始動期間および終了期間を除いた非過渡期間において、予め定めるエンジン回転数域を維持するよう制御される。ここで、予め定めるエンジン回転数域（以下、「定速回転範囲」と称する。）は、エンジンのパワーバンド域内に設定されることが好ましい。なお、パワーバンドとは、エンジンが最も効率良く力を発揮できる回転域のことで、一般にエンジンの最大トルク発生回転数から最大馬力発生回転数の間のことを意味する。このように、エンジン６は、非過渡期間においては、基本的に、最も効率良く力を発揮できるよう定速回転範囲で運転される。
【００５５】
本実施形態で予め定めたエンジン６の定速回転範囲について、より詳しく説明する。エンジン６が２ストローク式であるため、エンジン６の高効率領域は、４ストロークエンジンの高効率領域に比べて低回転域側にある（これについて、詳細は後述する）。また、高回転域でのエンジン６の運転では、ポンピングロス、摺動抵抗などの機械損失が生じる。さらに、発電用電動機７としても、高回転域では逆起電力が高くなる。このため、ある回転数（例えば６５００ｒｐｍ）を超えた回転域でのエンジン６の運転は、エンジン６と発電用電動機７の双方にとって効率が悪くなる。一方、本実施形態では過給機３１がクランク軸１６によって回転駆動されるため、極低回転域（例えば２０００ｒｐｍ未満）でのエンジン６の運転は、燃焼室Ｓ１に吸気を送り込むトルクが過給機３１で十分に発生しない。そこで、本実施形態では、２０００ｒｐｍ以上で６５００ｒｐｍ以下の範囲をエンジン６の定速回転範囲として設定している。
【００５６】
本実施形態では、制御装置５が、蓄電装置３の蓄電量および推進用電動機４に対する推進要求量に基づいて、スロットル装置３３のアクチュエータ３６を制御する。例えば、制御装置５は、蓄電装置３の過充電を防ぐために、蓄電装置３の蓄電量が所定値を超えた場合には、推進用電動機４が動作している状態であっても、エンジン６の動作を終了するように動作させてもよい。
【００５７】
また、制御装置５は、非過渡期間において、基本的には、上述したようにエンジン６が予め定める定速回転範囲で駆動されるように、スロットル装置３３のアクチュエータ３６を制御する。しかしながら、定速回転範囲の運転で発電される発電量に対して、推進用電動機４での電力の消費量が極めて大きい場合などには、蓄電装置３の蓄電量が不足することが考えられる。このため、制御装置５は、蓄電装置３が蓄積した蓄電量が所定値を下回った場合、あるいは、推進要求量センサ５ａからの推進要求量が所定値を超えた場合には、例外的に、効率よりも発電量の増加を優先するようエンジン回転数（エンジントルク）を高めるように、言い換えれば、定速回転範囲より高回転域でエンジン６が駆動するように、アクチュエータ３６を制御してもよい。
【００５８】
なお、始動期間および終了期間については、エンジン効率を考慮した運転がされなくてもよい。例えば始動期間では、ピストン１５や発電用電動機７などの慣性体を円滑に回転させるために、非過渡期間に比べてエンジントルクを高めるよう設定されてもよい。また始動期間および終了期間において、急なエンジン回転数変化を抑えるために、制御装置５は、スロットル開度を徐変するようスロットル装置３３のアクチュエータ３６を制御して、エンジン回転数を時間経過に応じて徐々に変化させてもよい。
【００５９】
（気筒毎の燃焼サイクル）
図５は、ある気筒における吸排気弁リフト量の推移、燃料噴射時期および点火時期を示すグラフである。ここでは、ピストン１５が上死点にあるときのクランク角度を便宜上０°あるいは３６０°とし、ピストン１５が下死点にあるときのクランク角度を便宜上１８０°としている。エンジン６は、２スロトークエンジンであり、ピストン１５が上死点から次の上死点まで１往復する間に、１つの気筒における燃焼サイクルが完結する。
【００６０】
下死点付近で、排気弁２３が閉弁すると共に吸気弁２２が開弁する。これにより、過給機３１で圧縮された吸気が、吸気口１８を通って燃焼室Ｓ１内に供給される。
【００６１】
ピストン１５の上動中であって吸気弁２２の閉弁時期ｔICよりも後に、下流燃料供給装置４５が燃料を噴射し、燃焼室Ｓ１内で混合気が形成される。本実施形態では、下流燃料供給装置４５は、複数回（例えば、２回）に分けて燃料を噴射している。逆にいえば、各回の燃料噴射期間の間には、燃料が直噴されない噴射停止期間が存在する。各回の燃料噴射期間はいずれも吸気弁２２の閉弁後に設定されている。なお、下流燃料供給装置４５からの燃料噴射量は、三元触媒による排気ガス中に含まれる有害成分を低減できるように、非過渡期間に設定される定速回転範囲において理想空燃比となるように設定されてもよい。
【００６２】
下流燃料供給装置４５により燃料が燃焼室Ｓ１内に供給された後、点火プラグ２４が動作し、燃焼室Ｓ１内で圧縮された混合気が点火燃焼される。点火時期は、上死点付近に設定される。ピストン１５は、混合気の燃焼エネルギーを受けて下動し、クランク軸１６を回転駆動する。
【００６３】
ピストン１５の下動中、排気弁２３が開弁し、燃焼ガスが排気口１９を通って排気ポート２１ひいては外気に排出される。排気弁２３の閉弁時期ｔECは、吸気弁２２の開弁時期よりも後に設定されている。このため、このエンジン６には、下死点付近に、吸気弁２２も排気弁２３も開弁している期間、いわゆるバルブオーバーラップ期間（以下、「ＶＯＬ期間」という）が存在する（図５のクロスハッチ領域を参照）。ＶＯＬ期間は、吸気カム２７ａおよび排気カム２８ａのプロファイルの設計を通じて設定可能である。
【００６４】
なお、本実施形態では、クランク軸１６の４つのクランクピン部１７が互いに９０°または１８０°の位相差を有するように配置されている。このため、上述した燃焼サイクルも、４つの気筒で互いに９０°または１８０°の位相差を有する。具体的には、第２ピン部１７ｂ、第３ピン部１７ｃおよび第４ピン部１７ｄは、第１ピン部１７ａに対し、それぞれ、１８０°、９０°、２７０°の位相差を有する位置に配置されている。このため、混合気の点火時期で言えば、第１ピン部１７ａに対応する気筒、第３ピン部１７ｃに対応する気筒、第２ピン部１７ｂに対応する気筒、および第４ピン部１７ｄに対応する気筒の順に実行される。このように、クランク軸１６の４つのクランクピン部１７が互いに９０°または１８０°の位相差を有するように配置されることで、４つの気筒において互いに点火時期をずらしている。
【００６５】
本実施形態の推進装置１Ａによれば、ピストン１５が１往復するたびにシリンダ１４内の混合気を１回燃焼するエンジン６、すなわち、２ストロークエンジンが提供される。ピストン１５が２往復するたびにシリンダ内の混合気を１回燃焼する４ストロークエンジンと比べ、単位回転数当たりに取り出せるエネルギー（燃焼による熱エネルギー、ひいてはクランク軸の回転運動の力学的エネルギー）が大きい。よって、エンジン６の高効率領域を低回転域側にシフトできる。
【００６６】
この点について、図６を参照して説明する。図６では、本実施形態に係るエンジン６の回転数−出力線図を太実線で示し、比較例に係るエンジンの同線図を二点鎖線で示している。比較例に係るエンジンは、４ストロークエンジンであり、本実施形態に係るエンジン６と出力ピーク値Ｗｐが同じである。図示のとおり、本実施形態では、比較例と同じ出力ピーク値Ｗｐを得るために必要なエンジン回転数（出力ピーク時回転数Ｎｐ）を、比較例の出力ピーク時回転数Ｎｐ´の略半分に低減することができる。よって、エンジン６の高効率領域を低回転域側にシフトできる。
【００６７】
図６には、エンジン回転数に対する機械損失の絶対値を併せて示している（細実線およびその下のクロスハッチ領域を参照）。レシプロエンジンでは、機械損失（ポンピングロスや摩擦など）が、概ねエンジン回転数の２乗に比例して発生する。比較例のように出力ピーク時回転数Ｎｐ´が高回転域にあると、そのときの機械損失も大きくなる。そのため、エンジン回転数が出力ピーク時回転数Ｎｐ´であるときに得られる正味出力ピーク値Ｗｐｎ´は、出力ピーク値Ｗｐに比べて小さくなる。これに対し、本実施形態に係るエンジン６では、出力ピーク時回転数Ｎｐが比較例よりも低いので、そのときに発生する機械損失も比較例よりも小さくなる。そのため、正味出力ピーク値Ｗｐｎが比較例のものよりも大きくなる。このように低回転域で高効率運転を実現することで、高回転域での運転を避けることに起因する、ポンピングロス、摺動抵抗などの機械損失を低減できる。
【００６８】
さらに、発電用電動機７としても、高回転域を避けることによる逆起電力の抑制を図ることができ、発電効率を高めることができる。このように、エンジン６の定速回転範囲として、エンジン６と発電用電動機７とで互いに効率が良い低回転域を利用することができ、システム全体の発電効率を向上することができる。従って、効率のよい推進装置を提供することができる。
【００６９】
また、本実施形態では、エンジン６の駆動期間中において定速回転範囲での駆動が主であることから、定速回転範囲での固有振動数を低減するようにエンジン６およびその関連部品を支持することで、振動および振動に起因する騒音抑制対策を行いやすくすることができる。
【００７０】
また、本実施形態では、４ストロークエンジンに比べてエンジン回転数域が低く設定されるので、始動期間および終了期間の時間が短くなり、過渡期間を少なくすることができる。これによって過渡期間に起因して生じる振動を抑えることができる。
【００７１】
また、本実施形態では、エンジン６の低回転域での運転が可能となることで、吸気弁２２および排気弁２３の開弁期間を長くしたり、吸気弁２２および排気弁２３の往復動速度を抑えたりすることができる。吸気弁２２および排気弁２３の開弁期間を長くできることで、充填効率を高めたり、掃気効果を高めたりすることができる。また、吸気弁２２および排気弁２３の往復動の速度を抑えることで、吸気弁２２および排気弁２３の摺動動作による損傷を抑えることができる。
【００７２】
また、過給機３１を有しているので、シリンダ１４内に向けて過給吸気を供給でき、吸気量（圧縮率）を向上させ、その結果、燃焼効率を高めることができる。またＶＯＬ期間を設けているので、この期間内に過給吸気を利用して掃気を促進できる。また燃料は、排気弁２３の閉弁後にシリンダ１４内に供給されることで、未燃燃料のシリンダ１４外への排出を防止でき、排気ガスに含まれる未燃ガスを抑えることができる。
【００７３】
また、本実施形態では、下流燃料供給装置４５が吸気弁２２閉弁後に燃料を噴射することで、シリンダ１４の圧縮比を更に高めることができ燃料効率を更に高めることができる。
【００７４】
また、本実施形態では、発電用電動機７の入力軸が、エンジン６の出力軸と等速回転するようエンジン６の出力軸に接続されており、エンジン６が低回転／高トルクを実現できる２ストロークエンジンであるため、発電用電動機７の入力軸とエンジン６の出力軸との間に減速構造を設けなくても発電効率を向上でき、システム全体の構造を簡単化することができる。
【００７５】
また、本実施形態では、エンジン６のクランク軸１６の両端部にそれぞれ発電用電動機７の入力軸が接続されている。そして、２つの発電用電動機７が、クランク軸１６とともにクランクケース１３に収容され、発電システム２がユニット化されている。このため、クランク軸１６の一方端部に単一の発電用電動機が設けられる場合に比べて、ユニットの重心位置を好適に調整しやすい。
【００７６】
また、２つの発電用電動機７がクランク軸１６の軸方向に互いに並んで配置されるため、単一の発電用電動機が設けられる場合に比べて、クランク軸１６方向における発電システム全体の重心の偏りを防ぎやすい。
【００７７】
また、制御装置５が、蓄電装置３の蓄電量および推進用電動機４に対する推進要求量に基づいて、スロットル装置３３のアクチュエータ３６を制御する。蓄電量の過不足や、推進要求の大小に応じて、エンジン６のトルクをアクチュエータ３６で制御することで、エンジン６の出力が過剰となったり不足したりすることを防ぐことができる。
【００７８】
過給機３１はクランク軸１６によって駆動されており、メカニカルスーパーチャージャーで構成されている。上述のとおり、本実施形態に係るエンジン６では、予め定められた定速回転範囲、例えば２０００ｒｐｍ以上で６５００ｒｐｍ以下の低回転域で運転される。メカニカルスーパーチャージャーは、低〜中回転域において、排気が少量であってもその性能を発揮しやすい。よって、メカニカルスーパーチャージャーの採用により、本エンジン６の稼働回転域の広くにわたって、過給機３１がその性能を発揮でき、吸気効率および掃気効率を高く維持できる。
【００７９】
本実施形態では、６５００ｒｐｍ以下の低回転域を利用するため、エンジン６で発生する加振力を低減することができる。これにより、例えば、エンジン６における軸受やシリンダ１４の剛性を抑えたり、振動防止のための構造の追加を抑えたりすることができる。また、６５００ｒｐｍ以下の低回転域を利用することで、エンジン６における熱的影響も抑制できる。
【００８０】
＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態に係る推進装置１Ｂについて、図７および図８を参照して説明する。
【００８１】
図７は、本実施形態に係る推進装置１Ｂのエンジン６の断面図であり、図８は、燃焼室Ｓ１を下から見て示す図である。第１実施形態では、「燃料をシリンダに噴射」すべく、下流燃料供給装置４５の噴射口がシリンダ１４内で開口されたが、図７および図８に示すように、本実施形態では、下流燃料供給装置１４５の噴射口が吸気ポート２０内で開口される。
【００８２】
すなわち、下流燃料供給装置１４５が、噴射口が吸気ポート２０内で開口されるようにして、シリンダヘッド１１に取り付けられている。本実施形態では、下流燃料供給装置１４５は、吸気弁２２の開弁期間中に燃料を噴射する（図７を参照）。そして、吸気弁２２の閉弁後、点火プラグ２４が動作し、燃焼室Ｓ１内で圧縮された混合気が点火燃焼される。吸気口１８が２つ、吸気ポート２０の入口が１つの場合、下流燃料供給装置１４５の噴射口は、吸気ポート２０のうち二股に分岐する分岐点よりも入口側に配置される（図８を参照）。
【００８３】
図７に示すように、下流燃料供給装置１４５は、燃料が概略円錐状に拡散していくようにして、燃料を噴射する。以下、この円錐状に拡散している燃料の中心線を「噴射燃料中心」という。下流燃料供給装置１４５は、噴射燃料中心が吸気弁２２の弁体とバルブシートとの隙間を通過するようにして燃料を噴射する。それにより吸気ポート２０内に噴射された燃料が、シリンダ１４内に到達できる。燃料が隙間を通過できるように、吸気弁２２のリフト量を考慮して、下流燃料供給装置１４５の開弁期間が設定される。本実施形態では、図５に示したＶＯＬ期間における排気弁２３の閉弁後で且つ吸気弁２２の閉弁前に噴射される。排気弁２３の閉弁時期ｔECにおいて、吸気弁２２のリフト量は、上昇途上であり且つ最大リフト量の９０％程に達しているので、排気弁２３の閉弁直後に燃料噴射を開始するように下流燃料供給装置１４５の開弁期間を設定した場合、噴射燃料中心が容易に隙間を通過可能である。隙間は吸気口１８の周方向全周にわたってリング状に形成される。図７に示すように、点火プラグ２４と近位の隙間を通過させる場合、吸気ポート２０に対してシリンダ軸方向下側に下流燃料供給装置１４５の取付孔を形成すればよく、吸気ポート２０に燃料を噴射する下流燃料供給装置１４５の配置スペースを容易に確保できる。
【００８４】
図８に示すように、下流燃料供給装置１４５の噴射口は、燃料を２方向に噴射するように構成されている。一方の噴射燃料中心は一方の吸気口１８に向けられ、他方の噴射燃料中心は他方の吸気口１８に向けられている。このように、どちらの吸気口１８にも燃料が供給されることで、燃焼室Ｓ１内の混合気分布の均質化が図られる。また、過給雰囲気での燃料噴射であるので、燃料がシリンダ１４から逆流するのを防ぎやすい。また、下流燃料供給装置４５に煤が付着しにくい。
【００８５】
本実施形態でも、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。本実施形態では、燃圧を下げても燃料を噴射可能になるので、燃料加圧機構４２およびアキュムレータ４７の省略が許容され、燃料系の構造を単純化できる。また、下流燃料供給装置１４５に耐圧性が高く求められず、より汎用性の高いインジェクタを使用できる。下流燃料供給装置１４５には一次燃料ポンプ４６から吐出された燃料が供給される。
【００８６】
また、本実施形態では、下流燃料供給装置１４５に燃料噴射指令（開弁指令）を与え始めてから燃料がシリンダ１４内に到達するまでの間に、若干のタイムラグが発生する。このタイムラグを考慮して、燃料噴射指令を早めてもよい。例えば、排気弁２３の閉弁時期よりもタイムラグ分早めて燃料噴射指令を下流燃料供給装置１４５に与えてもよい。このように、「排気弁閉弁後の燃料噴射」には、燃料が下流燃料供給装置１４５から噴射された後、シリンダ１４に到達する前に、排気弁２３が閉弁する場合も含まれる。
【００８７】
このようなポートインジェクションを採用する場合において、図７および図８に示した構成および配置は単なる一例であり、適宜変更可能である。燃料を通過させる隙間は、図７に示したように、点火プラグ２４とシリンダ軸直交方向に近接する部位に限定されず、吸気口１８の周囲にリング状に形成される隙間のどの部位であってもよい。また、１つのシリンダ１４に対応して設けられる下流燃料供給装置１４５の個数は１つに限定されない。１つのシリンダ１４に関して、複数の下流燃料供給装置１４５が、複数の吸気口１８それぞれに対応して設けられていてもよい。
【００８８】
＜第３実施形態＞
次に、第３実施形態に係る推進装置１Ｃについて、図９および図１０を参照して説明する。
【００８９】
図９は推進装置１Ｃのエンジン６の側面図である。図１０は推進装置１Ｃのエンジン６の内部の模式図である。本実施形態では、エンジン６が、クランク軸１６と平行に配置されたバランサ軸５１を備えている。そして、２つの発電用電動機７の入力軸が、クランク軸１６の両端部に接続される代わりに、バランサ軸５１の両端部に接続されている。本実施形態について、発電用電動機７の取付位置以外は第１実施形態とほぼ同じであるため、重複する説明を省略する。
【００９０】
バランサ軸５１は、クランク軸１６の一次偶力振動を抑制するものである。すなわち、本実施形態では、４つの気筒において互いに点火時期をずらすべく、クランク軸１６は、４つのクランクピン部１７が互いに９０°または１８０°の位相差を有するため、クランク軸１６の一次偶力振動が発生しやすくなっている。このため、本実施形態は、クランク軸１６と等速で回転するバランサ軸５１を設け、一次偶力振動の抑制を図った構成となっている。
【００９１】
図１０に示すように、バランサ軸５１には、バランサウェイト５３（図９で省略）が設けられている。図９に示すように、クランク軸１６には、クランク軸１６と一体的に回転するギヤ１６ｃが取付けられており、また、バランサ軸５１には、ギヤ１６ｃと噛み合うギヤ５２が取り付けられている（図１０で省略）。バランサ軸５１のギヤ５２は、ギヤ１６ｃと同じ歯数であり、バランサ軸５１は、ピストン１５と連結されたクランク軸１６と等速回転して連動する。
【００９２】
図１０に示すように、バランサ軸５１の両端部には、それぞれ発電用電動機７の入力軸がそれぞれ接続されている。バランサ軸５１と各発電用電動機７の入力軸とは、それぞれの軸線が一致するよう、例えば軸継手などを介して接続される。すなわち、２つの発電用電動機は、バランサ軸５１の軸方向、すなわちそれと平行であるクランク軸１６の軸方向に互いに並んで配置される。発電用電動機７の入力軸には、クランク軸１６からバランサ軸５１を介して動力が伝達される。すなわち、エンジン６の出力軸となるクランク軸１６が回転することにより、バランサ軸５１がクランク軸１６と同じ回転速度で回転駆動され、その結果、バランサ軸５１により動力が伝達された発電用電動機７の入力軸が、クランク軸１６と同じ回転速度で回転駆動される。
【００９３】
図９および図１０に示すように、バランサ軸５１はクランク軸１６に平行に配置されている。バランサ軸５１は、クランク軸１６よりも短い。本実施形態では、クランク軸１６とバランサ軸５１の双方に直交する方向から見たときに、２つの発電用電動機７はクランク軸１６に重なる。バランサ軸５１は、それに接続された２つの発電用電動機７とともにクランクケース１３に収容されている。図９に示すように、クランク軸１６とバランサ軸５１とは、クランクケース１３における上側ケース部１３ａと下側ケース部１３ｂとを分割する同一平面上に位置する。
【００９４】
本実施形態でも、第１実施形態と同様の効果が得られる。また、本実施形態では、クランク軸１６に発電用電動機７が直接接続される場合に比べて、発電用電動機７の取付位置の自由度を高めることができ、設計の自由度を高めることができる。例えば、クランク軸１６の軸線方向両端部よりも軸線方向内側に発電用電動機７を配置することができ、クランク軸１６の幅方向に発電用電動機７が突出することを防いで、ユニット全体として軸線方向の大型化を防ぐことができ、システム全体をコンパクトにすることができる。
【００９５】
また、本実施形態では、バランサ軸５１がクランク軸１６よりも短く、且つバランサ軸５１の端部に発電用電動機７が接続されている。これにより、クランク軸１６に対してバランサ軸５１側で且つバランサ軸５１の軸方向側のスペースを有効に利用することができる。
【００９６】
＜その他の実施形態＞
これまで実施形態について説明したが、上記構成は本発明の趣旨の範囲内で適宜変更、追加または削除可能である。
【００９７】
例えば上記の第１〜第３実施形態で説明された構成は、適宜組み合わせ可能である。
【００９８】
また、上記実施形態では、エンジン６の燃料がガソリンであったが、エンジン６の燃料は、これに限られず、例えば、軽油、天然ガス、水素のいずれかであってもよい。なお、エンジン６の燃料は、ガソリンのように、液体状態で下流燃料供給装置４５，１４５から噴射されて、その後気筒内で気化した状態で燃焼する燃料が好ましい。このように気筒内で燃料が蒸発することで、気化熱によって気筒内の熱を奪うことができ、圧縮率を向上して、さらに燃焼効率を高めることができる。
【００９９】
また、本発明の発電システムが備えるエンジンの形式についても、上記実施形態で説明されたものに限定されず、例えば、吸排弁を備える既存のエンジンを用いてもよい。
例えば、吸排気ポートの数も上記実施形態で説明された数に限定されない。また、例えば、スロットル装置３３は電子制御式でなくてもよいし、スロットル弁３４は気筒ごとに設けられなくてもよく、軽量化を図るべく、複数の気筒に対して１つのスロットル弁３４を設けてもよい。また、エンジン６は蓄電装置３への充電のために駆動されるため、エンジン６の駆動に応答性は要求されない。このため、エンジン回転数に応じて絞り量が調整されるガバナー形式のスロットル弁を用いてもよい。
【０１００】
また、上記実施形態で説明されたエンジン６は、ダウンドラフト型であったが、ホリゾンタル型であってもよい。また、エンジン６の向きについても、上記実施形態で説明された向きに限定されない。例えば、上記実施形態では、運転者が見る方向を基準として、クランク軸１６およびカム軸２７，２８は左右方向に延びていたが、クランク軸１６およびカム軸２７，２８は前後方向に延びていてもよいし、上下方向に延びていてもよい。また、上記実施形態では、運転者が見る方向を基準として、シリンダブロック１２が、クランクケース１３の上方に配置されていたが、下方に配置されてもよい。
【０１０１】
また、上記の実施形態では、排気カム軸２８には、排気カム２８ａとは別に加圧カム４２ａが設けられていたが、加圧カム４２ａは排気カム軸２８に連動する排気カム軸２８とは別の軸に設けられてもよい。また、加圧カム４２ａは、排気カム２８ａと等速で回転しなくてもよく、そのカム山の数も複数であってもよい。
【０１０２】
また、排気カム２８ａに、燃料加圧機構４２のプランジャを駆動する加圧カム４２ａの機能を兼ねさせてもよい。すなわち、燃料加圧機構４２のプランジャを排気カム２８ａに接触させてもよく、この場合、排気カム軸２８には、排気カム２８ａとは別に加圧カム４２ａを設ける必要はない。
【０１０３】
また、上記の実施形態では、過給機３１として、メカニカルスーパーチャージャーの代わりに、エンジン６の排気を利用して駆動されるターボチャージャーを採用してもよいし、エンジン６以外の電気モータを利用して駆動される過給機を採用してもよい。
【０１０４】
また、上記実施形態では、エンジン６と発電用電動機７の双方にとって効率がよい回転域（上記の例では、２０００ｒｐｍ以上で６５００ｒｐｍ以下の範囲）をエンジン６の定速回転範囲として設定したが、エンジン６と発電用電動機７とで効率が良い回転数が異なる場合には、エンジン６と発電用電動機７とで効率が良い回転数に近づけるために、エンジン６と発電用電動機７との間に変速機が介在してもよい。例えば、エンジン６での高効率回転域に比べて、発電用電動機７の高効率回転域が低い場合には、増速機が介在されてもよい。また、エンジン６での高効率回転域に比べて、発電用電動機７の高効率回転域が高い場合には、減速機が介在されてもよい。
【０１０５】
また、上記の実施形態では、吸気口１８も排気口１９も、シリンダ軸方向において、上死点に位置するときのピストン１５から見て、クランク軸１６とは反対側に位置するよう形成されていたが、本発明はこれに限られない。例えば、吸気口１８がシリンダ１４の上死点よりもシリンダ軸方向下側に形成されていてもよい。具体的には、吸気口１８は、シリンダ１４におけるピストン上死点と下死点との間で往復する空間に開口するよう、シリンダブロック１２に形成されていてもよい。この場合、吸気口１８は、吸気弁２２の代わりに、シリンダ１４内を往復するピストン１５により開閉される。すなわち、ピストン１５が吸気口１８を開閉する吸気弁として機能する。なお、この場合、図５の吸気弁２３のリフト量は、ピストン１５の位置により変更される吸気口１８の開度に置き換えられる。
【０１０６】
また、第３実施形態では、クランク軸１６の一次偶力振動を抑制するものとしてバランサ軸５１を備える推進装置１Ｃが説明されたが、本発明の推進装置はバランサ軸を備えなくてもよい。例えば、クランク軸１６が一次偶力振動を発生しやすい構成のものとしてもよい。例えば、クランク軸１６の４つのクランクピン部１７は、第２ピン部１７ｂ、第３ピン部１７ｃおよび第４ピン部１７ｄは、第１ピン部１７ａに対し、それぞれ、１８０°、１８０°、０°の位相差を有する位置に配置される構成であってもよい。この構成を採用した場合、互いに隣接する第２ピン部１７ｂに対応する気筒と第３ピン部１７ｃに対応する気筒での点火時期が同時に生じることになるが、これらの気筒で同時爆発が生じた場合の応力に耐え得るようクランク軸１６の剛性を高くしてもよい。
【０１０７】
また、第１および第２実施形態では、発電用電動機７の入力軸が、クランク軸１６から直接動力が伝達され、第３実施形態では、発電用電動機７の入力軸が、クランク軸１６からバランサ軸５１を介して動力が伝達されたが、本発明はこれに限定されない。すなわち、発電用電動機７の入力軸は、クランク軸１６と連動する、バランサ軸５１とは別の部材を介して動力が伝達されてもよい。例えば、第３実施形態の構成において、バランサ軸５１の代わりに、発電用電動機７の入力軸と連動する軸部材に、クランク軸１６に設けられたギヤ１６ｃと噛み合うギヤを設けて、クランク軸１６からその軸部材を介して発電用電動機７に動力が伝達されるようにしてもよい。
【０１０８】
また、上記実施形態では、エンジン６の定速回転範囲を、２０００ｒｐｍ以上で６５００ｒｐｍ以下の範囲に設定していたが、本発明はこれに限定されない。例えば、過給機３１，１３１として、エンジン６のクランク軸１６によって回転駆動する過給機に代えて、電気によって駆動する電動ターボを採用することにより、極低回転域も「定速回転範囲」に含めることが可能である。
【０１０９】
また、発電用電動機７の入力軸は、エンジン６の出力軸と等速回転しなくてもよく、例えば、エンジン６の出力軸と発電用電動機７の入力軸との間に減速機構を設けて、エンジン６の出力軸の回転数より低い回転数で発電用電動機７の入力軸を駆動してもよい。
【０１１０】
上記実施形態では、発電システム２が２つの発電用電動機７を備えていたが、本発明の発電システムが備える発電用電動機の個数はこれに限定されず、１つでもよいし、３つ以上でもよい。例えば、発電システムが１つの発電用電動機７を備える場合、その発電用電動機は、クランク軸１６またはバランサ軸５１の一端部に設けられていてもよい。また、複数の発電用電動機７がクランク軸１６の軸方向に互いに並んで配置されなくてもよい。また、上記実施形態では、発電システム２が１つの推進用電動機４を備えていたが、本発明の発電システムは複数の推進用電動機４を備えてもよい。下流燃料供給装置４５，１４５は、インジェクタでなくてもよく、別の構成でもよい。上流燃料供給装置４４は省略してもよく、上流燃料供給装置４４の省略により、いわゆる吹抜け現象を抑制しやすくなる。
【０１１１】
また、２つの発電用電動機７は、クランクケース１３に収容されていなくてもよい。例えば、クランク軸１６の端部が、クランク室Ｓ２外に突出していてもよく、この突出した部分に発電用電動機７が設けられていてもよい。この場合、発電用電動機７は、クランクケース１３の側壁に取り付けられたカバーに覆われてもよい。
【０１１２】
制御装置５は、蓄電装置３の蓄電量および推進用電動機４に対する推進要求量に基づいて、スロットル装置３３のアクチュエータ３６を制御したが、本発明はこれに限定されない。例えば、制御装置５は、蓄電装置の蓄電量および前記推進用電動機に対する推進要求量のうちの一方に基づいてアクチュエータ３６を制御してもよい。
【０１１３】
制御装置５は、運転者または操作者の要求や予め定める条件（例えば、蓄電装置３の蓄電量が所定値を超える、など）を満足すると、エンジン６の動作を停止する一方で、推進用電動機４による推進（つまり、推進用電動機４による電力の消費）を維持してもよい。排気ガスの影響が大きい屋内での推進や騒音低下が望まれる場所では、エンジン６の駆動期間はできる限り短いことが望まれる。このような場所では、推進用電動機４の駆動と発電用のエンジン６の駆動とが別々に制御される推進装置は、特に有用である。
【０１１４】
上記の実施形態では、推進装置が鞍乗乗物に搭載される例が説明されたが、本発明の推進装置は、これに限定されず、比較的に軽量化や低振動化が望まれる推進装置に好適に適用できる。例えば、本発明の推進装置は、鞍乗乗物以外の陸上を走行する走行体の推進装置にも適用可能である。例えば、本発明の推進装置は、乗員が横並びで着座する車両（四輪自動車など）に搭載されてもよい。また、本発明の推進装置は、陸上を走行する走行体に搭載されなくてもよく、例えば、空中を飛行する飛行体に搭載されてもよい。例えば、本発明の推進装置は、ドローンとして称されるような、多翼式の無人飛行機に搭載されてもよい。また、本発明の推進装置は、人が搭乗する有人機以外の走行体または飛行体の推進装置にも適用可能である。すなわち、本発明の推進装置は、人が搭乗しない無人機に搭載されてもよい。
【０１１５】
また、例えば、エンジン６の低回転域での運転が可能になることで、軸受け部分および燃料部分の剛性の低減化を図ることができ、その結果、推進装置全体の軽量化を図ることができる。このため、本発明の推進装置は、加速性能が要求される鞍乗型車両などのレジャービィークルや、自重の影響を受けやすい飛行体などに好適に用いることができる。また、例えば、本発明の推進装置は、シリーズ型ハイブリッド車両に用いられてもよい。推進用電動機によって駆動輪回転数が調整されることで、走行用としてエンジンの回転数を変更するような、変速機構を不要とすることができる。
【０１１６】
また、本発明の発電システムは、推進装置に適用されなくてもよく、移動機器以外の機器へ電力を供給するための発電システムとしても利用できる。
【０１１７】
なお、第３実施形態で説明されたバランサ軸５１に発電用電動機７の入力軸を接続する構成は、４ストロークエンジンを備える発電システムにも有効である。
【０１１８】
具体的には、上記実施形態とは別の態様に係る発電システムは、内燃機関と、前記内燃機関によって入力軸が回転されることで発電する発電用電動機とを備える発電システムであって、前記内燃機関は、シリンダ内で往復するピストンと、前記ピストンと連結されたクランク軸と、前記クランク軸と等速回転して連動し、前記クランク軸の一次偶力振動を抑制するバランサ軸と、を備え、前記発電用電動機の前記入力軸は、前記バランサ軸と等速回転するよう前記バランサ軸に接続され、前記発電用電動機は、前記クランク軸が回転することにより、前記バランサ軸とともに前記入力軸が回転して発電することを特徴とする。この構成によれば、バランサ軸の軸方向側のスペースを有効利用することができ、システム全体をコンパクトにすることができる。
【符号の説明】
【０１１９】
１Ａ〜１Ｃ      ：推進装置
２              ：発電システム
３              ：蓄電装置
４              ：推進用電動機
５              ：制御装置
５ａ            ：推進要求量センサ
６              ：エンジン
７              ：発電用電動機
１４            ：シリンダ
１５            ：ピストン
１６            ：クランク軸
１８            ：吸気口
１９            ：排気口
２２            ：吸気弁
２３            ：排気弁
３１            ：過給機
３３            ：スロットル装置
３４            ：スロットル弁
３６            ：アクチュエータ
４５，１４５    ：下流燃料供給装置（燃料供給装置）
５１            ：バランサ軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2020041481.tif 000009
【図８】
2020041481.tif 000010
【図９】
2020041481.tif 000011
【図１０】
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