(57)【要約】【課題】燃料ガスの吹き抜けを抑制しつつ、燃料ガスの噴射開始タイミングを早める。【解決手段】ユニフロー掃気式２サイクルエンジン１００は、内部に燃焼室１４０が形成されるシリンダ１１０と、シリンダ内を摺動するピストン１１２と、シリンダにおけるピストンのストローク方向一端部側の内周面に設けられ、ピストンの摺動動作に応じて燃焼室に活性ガスを吸入する掃気ポート１２２と、掃気ポートから燃焼室に吸入された活性ガスに燃料ガスを噴射して予混合気を生成する燃料噴射弁１２８と、シリンダにおけるピストンのストローク方向他端部に設けられた排気ポート１１６と、排気ポートを開閉する排気弁１２０と、排気弁を全開位置から全閉位置へ変移させる時間が、排気弁を全閉位置から全開位置へ変移させる時間より長くなるように開閉させる排気弁駆動機構１１８と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に燃焼室が形成されるシリンダと、
前記シリンダ内を摺動するピストンと、
前記シリンダにおける前記ピストンのストローク方向一端部側の内周面に設けられ、前記ピストンの摺動動作に応じて前記燃焼室に活性ガスを吸入する掃気ポートと、
前記掃気ポートから前記燃焼室に吸入された活性ガスに燃料ガスを噴射して予混合気を生成する燃料噴射弁と、
前記シリンダにおける前記ピストンのストローク方向他端部に設けられた排気ポートと、
前記排気ポートを開閉する排気弁と、
前記排気弁を全開位置から全閉位置へ変移させる時間が、該排気弁を全閉位置から全開位置へ変移させる時間より長くなるように開閉させる排気弁駆動機構と、
を備えることを特徴とするユニフロー掃気式２サイクルエンジン。
【請求項２】
前記排気弁駆動機構は、前記燃料噴射弁から燃料ガスが噴射開始されるのと同時に、もしくは、前記燃料ガスが噴射開始された後に、前記排気弁を全開位置から全閉位置へ変移開始させることを特徴とする請求項１記載のユニフロー掃気式２サイクルエンジン。
【請求項３】
前記排気弁駆動機構は、前記排気弁を全開位置から全閉位置へ変移させるとき、該排気弁を全開位置と全閉位置の間の１または複数の開度に段階的に推移させることを特徴とする請求項１または２に記載のユニフロー掃気式２サイクルエンジン。
【請求項４】
前記燃料ガスの前記排気ポートからの吹抜量を検知する吹抜検知部と、
検知された吹抜量に応じ、前記排気弁駆動機構を通じて、前記開度の大きさを制御する排気制御部と、
をさらに備えることを特徴とする請求項３に記載のユニフロー掃気式２サイクルエンジン。
【請求項５】
前記燃料ガスの前記排気ポートからの吹抜量を検知する吹抜検知部と、
検知された吹抜量に応じ、前記排気弁駆動機構を通じて、前記排気弁を前記全開位置から前記全開位置と全閉位置の間の開度に変更するタイミングを制御する排気制御部と、
をさらに備えることを特徴とする請求項３に記載のユニフロー掃気式２サイクルエンジン。
【請求項６】
前記排気弁駆動機構は、前記排気弁を全開位置から全閉位置へ変移させるとき、全開位置から全閉位置まで、前記排気弁を連続的に推移させることを特徴とする請求項１または２記載のユニフロー掃気式２サイクルエンジン。
【請求項７】
前記燃料ガスの前記排気ポートからの吹抜量を検知する吹抜検知部と、
検知された吹抜量に応じ、前記排気弁駆動機構を通じて、変移開始時点および変移終了時点のいずれか一方または双方を制御する排気制御部と、
をさらに備えることを特徴とする請求項６記載のユニフロー掃気式２サイクルエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、掃気ポートから吸入された活性ガスに燃料ガスを噴射して生成される予混合気を燃焼させるユニフロー掃気式２サイクルエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
船舶の機関としても用いられるユニフロー掃気式２サイクルエンジン（２ストロークエンジン）は、シリンダにおけるピストンのストローク方向一端部に排気ポートが設けられ、シリンダにおけるピストンのストローク方向他端部側に掃気ポートが設けられている。そして、ピストンの下降過程において、ピストンが掃気ポート位置まで下がると掃気ポートが開口し、掃気ポートから燃焼室に活性ガスが吸入されると、燃焼作用によって生じた排気ガスが、吸入される活性ガスによって排気ポートから押し出されるようにして排気される。このとき、吸入された活性ガスに燃料ガスを噴射して予混合気を生成し、当該生成された予混合気を圧縮することにより燃焼作用が得られ、この燃焼作用によって生じる爆発圧力によってピストンがシリンダ内で往復運動することとなる。
【０００３】
こうしたユニフロー掃気式２サイクルエンジンにおいては、例えば、特許文献１、２に示されるように、排気ポートを開閉する排気弁が設けられており、エンジンの負荷状況や運転状況に応じて、排気弁の開弁タイミングや閉弁タイミングが制御される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０３−０６１６１１号公報
【特許文献２】特公平０６−０３５８３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
シリンダ内の排気ガスを空気（活性ガス）で置換する掃気過程において排気ガスの滞留を避け、排気ガスを確実に排出しようとすると、掃気ポートから吸入された活性ガスも排気ガスとともに排気ポートから多少吹き抜けてしまう。このような活性ガスの吹き抜けに共だって、予混合する燃料ガスも吹き抜けないよう、排気弁の閉弁タイミングの直前からの短期間にしか燃料ガスを噴射することができなかった。
【０００６】
上記のように燃料ガスの噴射時間が制限されると、その短期間で多量の燃料ガスを噴射しなければならなくなり、活性ガスと十分に混合せず、局所的に燃料ガスの濃度が高い部分が生じることとなる。かかる状況下では、ノッキングや過早着火等の異常燃焼が生じて正常な運転が困難になるおそれがある。
【０００７】
本発明は、このような課題に鑑み、燃料ガスの吹き抜けを抑制しつつ、燃料ガスの噴射開始タイミングを早めることで、異常燃焼を回避して常時正常な運転を可能とするユニフロー掃気式２サイクルエンジン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】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明のユニフロー掃気式２サイクルエンジンは、内部に燃焼室が形成されるシリンダと、シリンダ内を摺動するピストンと、シリンダにおけるピストンのストローク方向一端部側の内周面に設けられ、ピストンの摺動動作に応じて燃焼室に活性ガスを吸入する掃気ポートと、掃気ポートから燃焼室に吸入された活性ガスに燃料ガスを噴射して予混合気を生成する燃料噴射弁と、シリンダにおけるピストンのストローク方向他端部に設けられた排気ポートと、排気ポートを開閉する排気弁と、排気弁を全開位置から全閉位置へ変移させる時間が、排気弁を全閉位置から全開位置へ変移させる時間より長くなるように開閉させる排気弁駆動機構と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
排気弁駆動機構は、燃料噴射弁から燃料ガスが噴射開始されるのと同時に、もしくは、燃料ガスが噴射開始された後に、排気弁を全開位置から全閉位置へ変移開始させてもよい。
【００１０】
排気弁駆動機構は、排気弁を全開位置から全閉位置へ変移させるとき、排気弁を全開位置と全閉位置の間の１または複数の開度に段階的に推移させてもよい。
【００１１】
燃料ガスの排気ポートからの吹抜量を検知する吹抜検知部と、検知された吹抜量に応じ、排気弁駆動機構を通じて、開度の大きさを制御する排気制御部と、をさらに備えてもよい。
【００１２】
燃料ガスの排気ポートからの吹抜量を検知する吹抜検知部と、検知された吹抜量に応じ、排気弁駆動機構を通じて、排気弁を全開位置から全開位置と全閉位置の間の開度に変更するタイミングを制御する排気制御部と、をさらに備えてもよい。
【００１３】
排気弁駆動機構は、排気弁を全開位置から全閉位置へ変移させるとき、全開位置から全閉位置まで、排気弁を連続的に推移させてもよい。
【００１４】
燃料ガスの排気ポートからの吹抜量を検知する吹抜検知部と、検知された吹抜量に応じ、排気弁駆動機構を通じて、変移開始時点および変移終了時点のいずれか一方または双方を制御する排気制御部と、をさらに備えてもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のユニフロー掃気式２サイクルエンジンによれば、燃料ガスの吹き抜けを抑制しつつ、燃料ガスの噴射開始タイミングを早めることで、異常燃焼を回避して常時正常な運転が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】ユニフロー掃気式２サイクルエンジンの全体構成を示す説明図である。
【図２】各制御部の基本的な動作を示す説明図である。
【図３】排気弁駆動機構の具体的な構成を示した説明図である。
【図４】排気弁の閉弁タイミングと燃料噴射弁の噴射開始タイミングを説明するためのタイミングチャートである。
【図５】排気弁の閉弁タイミングと燃料噴射弁の噴射開始タイミングを説明するためのタイミングチャートである。
【図６】排気弁の閉弁タイミングと燃料噴射弁の噴射開始タイミングを説明するためのタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００１８】
図１は、ユニフロー掃気式２サイクルエンジン１００の全体構成を示す説明図である。本実施形態のユニフロー掃気式２サイクルエンジン１００は、例えば、船舶等に用いられる。具体的に、ユニフロー掃気式２サイクルエンジン１００は、シリンダ１１０（シリンダヘッド１１０ａ、シリンダブロック１１０ｂ）と、ピストン１１２と、パイロット噴射弁１１４と、排気ポート１１６と、排気弁駆動機構１１８と、排気弁１２０と、掃気ポート１２２と、掃気室１２４と、燃料噴射ポート１２６と、燃料噴射弁１２８と、ロータリエンコーダ１３０と、吹抜検知部１３２と、燃焼室１４０とを含んで構成され、ガバナー（調速機）１５０、燃料噴射制御部１５２、排気制御部１５４等の制御部によって制御される。
【００１９】
ユニフロー掃気式２サイクルエンジン１００では、吸気（給気）、圧縮、燃焼、膨張、排気といった連続する過程を通じて、不図示のクロスヘッドに連結されたピストン１１２がシリンダ１１０内を摺動自在に往復移動する。このようなクロスヘッド型のピストン１１２では、シリンダ１１０内でのストロークを比較的長く形成することができ、ピストン１１２に作用する側圧をクロスヘッドに受けさせることが可能なので、ユニフロー掃気式２サイクルエンジン１００の高出力化を図ることができる。さらに、シリンダ１１０とクロスヘッドが収まる不図示のクランク室とが隔離されるので、低質燃料油を用いる場合においても汚損劣化を防止することができる。
【００２０】
パイロット噴射弁１１４は、シリンダ１１０のストローク方向一端部である、ピストン１１２の上死点より上方のシリンダヘッド１１０ａに設けられ、エンジンサイクルにおける所望の時点で適量の燃料油を噴射する。かかる燃料油は、シリンダヘッド１１０ａと、シリンダブロック１１０ｂにおけるシリンダライナと、ピストン１１２とに囲繞された燃焼室１４０の熱で自然着火し、僅かな時間で燃焼して、燃焼室１４０の温度を極めて高くするので、燃料ガスを含む予混合気を所望のタイミングで確実に燃焼することができる。
【００２１】
排気ポート１１６は、シリンダ１１０におけるピストン１１２のストローク方向の一端側、すなわち、ピストン１１２の上死点より上方のシリンダヘッド１１０ａの頂部に設けられた開口部であり、シリンダ１１０内で生じた燃焼後の排気ガスを排気するために開閉される。排気弁駆動機構１１８は、所定のタイミングで排気弁１２０を上下に摺動させ、排気ポート１１６を開閉する。このようにして排気ポート１１６を介して排気された排気ガスは、例えば、不図示の過給機のタービン側に供給された後、外部に排気される。
【００２２】
掃気ポート１２２は、シリンダ１１０におけるピストン１１２のストローク方向の他端側の内周面（シリンダブロック１１０ｂの内周面）に設けられた開口部であり、ピストン１１２の摺動動作に応じてシリンダ１１０内に活性ガスを吸入する。かかる活性ガスは、酸素、オゾン等の酸化剤、または、その混合気（例えば空気）を含む。掃気室１２４には、不図示の過給機のコンプレッサによって加圧された活性ガス（例えば空気）が封入されており、掃気室１２４とシリンダ１１０内の差圧をもって掃気ポート１２２から活性ガスが吸入される。掃気室１２４の圧力は、ほぼ一定とすることができるが、掃気室１２４の圧力が変化する場合には、掃気ポート１２２に圧力計を設け、その計測値に応じて燃料ガスの噴射量等、他のパラメータを制御してもよい。
【００２３】
燃料噴射ポート１２６は、シリンダ１１０内周面（排気ポート１１６と掃気ポート１２２との間）において、略周方向（厳密な周方向のみならず、ストローク方向への変位を許容する）に所定の間隔を空けて設けられた複数の開口部である。
【００２４】
燃料噴射弁１２８は、各燃料噴射ポート１２６内に配置され、燃料噴射制御部１５２からの指令を受けて、例えば、ＬＮＧ（液化天然ガス）をガス化した燃料ガスを噴射する。こうしてシリンダ１１０内に燃料ガスが供給される。また、燃料ガスは、ＬＮＧに限らず、例えば、ＬＰＧ（液化石油ガス）、軽油、重油等をガス化したものを適用することもできる。
【００２５】
ロータリエンコーダ１３０は、不図示のクランク機構に設けられ、クランクの角度信号（以下、クランク角度信号と言う。）を検出する。
【００２６】
吹抜検知部１３２は、排気ポート１１６より下流側の排気管に設けられ、排気ポート１１６から排出された排気ガス中に含まれる燃料ガスの成分（例えば、ハイドロカーボン）量、すなわち、燃料ガスの吹抜量を検知する。
【００２７】
ガバナー１５０は、上位の制御装置から入力されたエンジン出力指令値と、ロータリエンコーダ１３０からのクランク角度信号によるエンジン回転数に基づいて、燃料噴射量を導出し、燃料噴射制御部１５２に出力する。
【００２８】
燃料噴射制御部１５２は、ガバナー１５０から入力された燃料噴射量を示す情報と、ロータリエンコーダ１３０からのクランク角度信号に基づき、制御信号を通じて燃料噴射弁１２８を制御する。
【００２９】
排気制御部１５４は、燃料噴射制御部１５２からの排気弁開閉タイミング信号、ロータリエンコーダ１３０からのクランク角度信号、および、吹抜検知部１３２からの吹抜検知信号（吹抜量）に基づいて、排気弁駆動機構１１８に、排気弁１２０の開度を制御するための排気弁制御信号を出力する。以下、上述したユニフロー掃気式２サイクルエンジン１００のエンジンサイクルにおける各制御部の動作について説明する。
【００３０】
図２は、各制御部の基本的な動作を示す説明図である。特に図２（ａ）〜（ｆ）はユニフロー掃気式２サイクルエンジン１００の縦断面図を、図２（ｇ）は図２（ａ）〜（ｆ）の状態の時間関係を示すためのタイミングチャートを示している。図２では、ユニフロー掃気式２サイクルエンジン１００におけるサイクルを、膨張、排気、吸気、圧縮、燃焼の順で説明する。
【００３１】
膨張過程では、図２（ａ）の如く、排気弁１２０および掃気ポート１２２が閉塞状態にあり、シリンダ１１０内は排気ガス１７０で満たされている。燃焼圧によってピストン１１２が下降し下死点に近づくと、排気制御部１５４は排気弁駆動機構１１８を通じて排気弁１２０を開放し、排気過程に移行する。また、ピストン１１２の摺動動作に応じてさらにピストン１１２が下降すると掃気ポート１２２が開口する。このような吸気過程では、図２（ｂ）に示すように、掃気ポート１２２から活性ガス１７２が吸入され、活性ガス１７２は、燃料ガス１７４の混合を促進するためのスワール１８６を形成しながら上昇し、シリンダ１１０内の排気ガス１７０を排気ポート１１６から押し出す。
【００３２】
そして、ピストン１１２が下死点から上死点に向けて上昇すると、掃気ポート１２２が閉口され、活性ガス１７２の吸入が停止される。このとき、排気制御部１５４は、排気弁１２０を開弁状態に維持しており、ピストン１１２の上昇によって、引き続き、燃焼室１４０（シリンダ１１０内）の排気ガス１７０は、排気ポート１１６から排出される。
【００３３】
そして、活性ガス１７２の吸入に伴う排気ガス１７０と活性ガス１７２との境界が、図２（ｃ）の如く、燃料噴射ポート１２６に達すると、燃料噴射制御部１５２は、ガバナー１５０から入力された燃料噴射量を示す情報や、ロータリエンコーダ１３０からのクランク角度信号によって導出されるエンジン回転数等に基づいて、燃料噴射弁１２８からシリンダ１１０内に燃料ガス１７４の噴射を開始させる。
【００３４】
これにより、掃気ポート１２２から吸入された活性ガス１７２に燃料ガス１７４が噴射され、燃焼室１４０（シリンダ１１０内）に予混合気が生成される。この時、排気弁１２０は開放された状態を維持しており、シリンダ１１０内の圧力はまだ低い状態であるため、燃料噴射弁１２８に高い圧力をかけなくとも（低圧でも）、燃料噴射弁１２８は、適切に燃料ガス１７４を噴射することができる。
【００３５】
ただし、本実施形態では、燃料噴射制御部１５２は、掃気ポート１２２からの活性ガス１７２が燃料噴射ポート１２６に達した後、直ちに燃料ガス１７４の噴射を開始せず、さらに所定時間が経過するのを待って燃料ガス１７４を噴射開始する。すると、図２（ｄ）のように、燃料ガス１７４と活性ガス１７２とを混合した予混合気１７６と、排気ガス１７０との間に、燃料ガス１７４が混合されていない活性ガス１７２を主成分とする狭入層１７８が生成される。
【００３６】
このように排気ガス１７０と予混合気１７６との間に狭入層１７８が生成されると、高温の排気ガス１７０と予混合気１７６とを接触させることなく、排気ガス１７０を排気ポート１１６から排出することができる。ここでは、狭入層１７８がある程度の厚みを有しているので、排気ガス１７０と狭入層１７８との境界面に揺らぎが生じた場合であっても、予混合気１７６が高温になることを回避することが可能となる。そして、排気ガス１７０の排出が完了すると排気弁駆動機構１１８は、図２（ｅ）の如く、排気弁１２０を閉じ閉塞状態とする。
【００３７】
燃料噴射制御部１５２は、燃料噴射弁１２８を通じて燃料ガス１７４を噴射し続け、図２（ｅ）で示したように、ピストン１１２が燃料噴射ポート１２６に達する前に、燃料ガス１７４の噴射を停止する。このように、燃料噴射制御部１５２による燃料ガス１７４の噴射が一通り完了した後、圧縮過程を経て予混合気１７６は高圧に圧縮され、さらに、パイロット噴射弁１１４からのディーゼル燃料油の噴射に基づいて予混合気１７６が着火されて、図２（ｆ）のように予混合気１７６が燃焼される。そして、燃焼によりピストン１１２が押し下げられると図２（ａ）の状態に戻り、以後、膨張、排気、吸気、圧縮、燃焼過程が繰り返される。
【００３８】
排気過程において排気ガス１７０の滞留を避け、排気ガス１７０を燃焼室１４０から確実に排出しようとすると、排気弁１２０の閉弁タイミングはできるだけ遅らせるのが望ましい。しかし、排気弁１２０の閉弁タイミングを単に遅らせると、予混合気１７６が吹き抜け、燃焼室１４０の圧力を高めることができず、エンジンの出力を低下させることになる。また、吹き抜けた予混合気１７６が、他の排気ポート１１６から排出された高熱の排気ガス１７０と接触して想定外の燃焼が生じるおそれもある。したがって、エンジンの効率を考慮した場合、排気制御部１５４は、シリンダ１１０内に排気ガス１７０が滞留しにくく、かつ、予混合気１７６の吹き抜けを抑え得る図２（ｅ）のタイミングで排気弁１２０を閉弁（全閉）するのがよい。
【００３９】
ここでは、図２を用いて説明したように、排気ガス１７０とともに狭入層１７８の一部が排出されるのを許容する。ここで、燃料ガス１７４と活性ガス１７２との混合促進を図るため、燃料ガス１７４の噴射開始時期を早めることを試みると、狭入層１７８と共に予混合気１７６の吹き抜ける量が多くなる。そこで、燃料ガス１７４の噴射開始時期を早めると共に排気弁１２０の閉弁タイミングを早めることも考えられるが、排気弁１２０を早期に閉弁（全閉）完了させると、シリンダ１１０内の温度や圧力が過高になり、異常燃焼の原因になるおそれがある。したがって、狭入層１７８とともに予混合気１７６まで吹き抜けることがないよう、やはり、排気制御部１５４は、予混合気１７６の吹き抜けを抑え得る図２（ｅ）のタイミングで排気弁１２０を閉弁（全閉）完了しなければならない。そのため、燃料噴射制御部１５２は、燃料ガス１７４を、排気弁１２０の閉弁タイミングの直前からの短期間しか噴射することができない。このように、燃料ガス１７４の噴射時間が制限されると、その短期間で多量の燃料ガス１７４を噴射しなければならなくなり、局所的に燃料ガス１７４の濃度が高い部分が生じてしまう。そこで、本実施形態では、排気弁駆動機構１１８の開閉処理を工夫することで、燃料ガス１７４の吹き抜けを抑制しつつ、燃料ガス１７４の噴射開始タイミングを早め、燃料ガス１７４の噴射時間の長期間化を図る。
【００４０】
図３は、排気弁駆動機構１１８の具体的な構成を示した説明図である。排気弁駆動機構１１８は、第１電磁弁２１０と、第２電磁弁２１２と、油圧ポンプ２１４と、油圧室２１６と、弾性部２１８とを含んで構成される。
【００４１】
排気過程に移行し、第１電磁弁２１０を閉弁した状態で、第２電磁弁２１２を開弁すると、油圧ポンプ２１４で増圧された油２１４ａが油圧室２１６に流入する。すると、図３（ａ）に示すように、油圧室２１６内のピストン２１６ａが弾性部２１８の弾性力に反して排気弁１２０を燃焼室１４０方向に押圧し、排気弁１２０が開弁して排気ガス１７０が排出可能となる。
【００４２】
また、圧縮過程に移行し、第２電磁弁２１２を閉弁した状態で、第１電磁弁２１０を開弁すると、油圧室２１６内の油２１４ａが流出する。すると、図３（ｂ）に示すように、油圧室２１６内のピストン２１６ａが、弾性部２１８の弾性力によって燃焼室１４０と逆方向に押し返され、排気弁１２０が閉弁する。
【００４３】
本実施形態では、排気制御部１５４が、排気弁１２０を閉弁が完了するタイミングを、予混合気１７６の吹き抜けを抑え得る図２（ｅ）のタイミングと等しく、または、ほぼ等しく維持したまま、第１電磁弁２１０の開弁時間や開度（流量）を調整し、排気弁１２０を全開位置から全閉位置へ変移させる時間が、排気弁１２０を全閉位置から全開位置へ変移させる時間より長くなるように、排気弁１２０を開閉させる。
【００４４】
このように全開位置から全閉位置への時間を長期間化することで、排気弁１２０周りを通過する排気ガス１７０に圧損（抵抗）が生じ、排気ガス１７０と比較して予混合気１７６が吹き抜けにくくなる。したがって、燃料ガス１７４の噴射開始タイミングを早め、燃料ガス１７４の噴射時間の長期間化を図ることが可能となる。
【００４５】
図４は、排気弁１２０の閉弁タイミングと燃料噴射弁１２８の噴射開始タイミングを説明するためのタイミングチャートである。図４では、通常の信号推移を一点鎖線で、本実施形態による信号推移を実線で示している。
【００４６】
図４（ａ）を参照すると、排気制御部１５４は、排気過程において、排気弁駆動機構１１８を通じ排気弁１２０を開弁し、燃料噴射弁１２８から燃料ガス１７４が噴射開始されるのと同時に、もしくは、燃料ガス１７４が噴射開始された後に（ここでは、燃料ガス１７４が噴射された後）、排気弁１２０を全開位置から全閉位置へ変移開始する。
【００４７】
ただし、排気制御部１５４は、排気弁駆動機構１１８を通じ、排気弁１２０を全開位置から全閉位置へ変移させるとき、排気弁１２０を全開位置と全閉位置の間の途中の１または複数の開度に段階的に推移させる。図４（ａ）では、全開位置と全閉位置の中間開度２２０の１段を経由して段階的に推移する例を挙げている。しかし段数は１段に限らず、任意に選択することができる。
【００４８】
このような段階的な開度は、以下のようにして実現できる。すなわち、排気弁駆動機構１１８の第１電磁弁２１０を、排気弁１２０を全開位置と全閉位置に移行させるために必要な開弁時間より短い時間だけ開弁する。すると、その比率に応じて排気弁１２０が途中の中間開度２２０まで変移する。そして、任意の時間が経過すると、中間開度２２０から全閉位置に移行させるために必要な開弁時間だけ第１電磁弁２１０を開弁することで、排気弁１２０が全閉位置に変移する。
【００４９】
排気弁１２０が中間開度２２０に位置している状態では、排気弁１２０周りを通過する排気ガス１７０に圧損（抵抗）が生じ、排気ガス１７０の流速が減衰して、シリンダ１１０内に滞留している排気ガス１７０は抜けやすいが、スワール流を伴ってピストン１１２のストローク方向に上昇する予混合気１７６が抜けにくくなる。したがって、予混合気１７６が吹き抜けるまでの時間に猶予が生じ、図４（ａ）の白抜き矢印で示したように、燃料ガス１７４の噴射開始タイミングを早めることが可能となる。
【００５０】
また、排気弁１２０は、段階的に変移させるのみならず、連続的に変移させてもよい。例えば、図４（ｂ）では、全開位置から全閉位置まで、排気弁１２０を１次または複数次の曲線により連続的に推移させている。これは、排気弁駆動機構１１８の第１電磁弁２１０の開度を小さくし、油圧室２１６から流出する油２１４ａの流量を抑えることで実現できる。ここでも、予混合気１７６が吹き抜けるまでの時間に猶予が生じ、図４（ｂ）の白抜き矢印で示したように、燃料ガス１７４の噴射開始タイミングを早めることが可能となる。
【００５１】
上記に示した構成により、燃料ガス１７４の吹き抜けを抑制しつつ、燃料ガス１７４の噴射時間の長期間化を図ることができる。しかし、ユニフロー掃気式２サイクルエンジン１００では、排気過程と吸気過程とがほぼ同時に実行されるので、燃料ガス１７４の吹き抜けを完全に排除できるものではない。そこで、本実施形態では、さらに、吹抜検知部１３２を用いて、吹抜量に応じて排気弁駆動機構１１８をフィードバック制御し、吹抜量を所定の目標量に近づける。
【００５２】
図５は、排気弁１２０の閉弁タイミングと燃料噴射弁１２８の噴射開始タイミングを説明するためのタイミングチャートである。図５では、制御前の信号推移を一点鎖線で、制御後の信号推移を実線で示している。
【００５３】
排気制御部１５４は、吹抜検知部１３２が検知した吹抜量に応じ、排気弁駆動機構１１８を通じて、排気弁１２０の開度の大きさを制御する。例えば、吹抜検知部１３２が、吹抜量として目標量より大きな値を検知すると、図５（ａ）の白抜き矢印で示すように、排気制御部１５４は、排気弁１２０の途中の段階の開度（中間開度２２０）を下げる。
【００５４】
こうして、排気弁１２０周りを通過する排気ガス１７０により大きな圧損（抵抗）が生じ、予混合気１７６の吹き抜けを防止することができ、その結果、吹抜検知部１３２で検知される吹抜量が低下する。また、吹抜量として目標量より小さな値を検知すると、排気制御部１５４は、排気弁１２０の途中の段階の開度を上げることとなる。
【００５５】
また、他の制御方式として、排気制御部１５４は、吹抜検知部１３２が検知した吹抜量に応じ、排気弁駆動機構１１８を通じて、排気弁１２０を全開位置から全閉位置への途中の開度に変更するタイミングを制御してもよい。例えば、吹抜検知部１３２が、吹抜量として目標量より大きな値を検知すると、図５（ｂ）の白抜き矢印で示すように、排気制御部１５４は、排気弁１２０を全開位置から全閉位置への途中の開度に変更するタイミングを早める。
【００５６】
こうして、図５（ａ）同様、図５（ｂ）の場合でも、排気弁１２０周りを通過する排気ガス１７０により大きな圧損（抵抗）が生じ、予混合気１７６の吹き抜けを防止することができ、その結果、吹抜検知部１３２で検知される吹抜量が低下する。また、吹抜量として目標量より小さな値を検知すると、排気制御部１５４は、排気弁１２０を全開位置から全閉位置への途中の開度に変更するタイミングを遅らせる。
【００５７】
また、排気弁１２０を全開位置から全閉位置への途中の開度に変更するタイミングのみならず、途中の開度から全閉位置に変更するタイミングを制御しても、同様の効果を得ることができる。
【００５８】
また、このような制御は、段階的に変移させるのみならず、図４（ｂ）に示したように、排気弁１２０を連続的に変移させる例においても適用できる。
【００５９】
図６は、排気弁１２０の閉弁タイミングと燃料噴射弁１２８の噴射開始タイミングを説明するためのタイミングチャートである。図６でも、制御前の信号推移を一点鎖線で、制御後の信号推移を実線で示している。
【００６０】
排気制御部１５４は、吹抜検知部１３２が検知した吹抜量に応じ、排気弁駆動機構１１８を通じて、排気弁１２０の連続的な変移の変移開始時点および変移終了時点のいずれか一方または双方を制御する。例えば、吹抜検知部１３２が、吹抜量として目標量より大きな値を検知すると、図６の白抜き矢印で示すように、排気制御部１５４は、例えば、変移開始時点を早める。
【００６１】
こうして、図５（ａ）、図５（ｂ）同様、図６の場合でも、排気弁１２０周りを通過する排気ガス１７０により大きな圧損（抵抗）が生じ、予混合気１７６の吹き抜けを防止することができ、その結果、吹抜検知部１３２で検知される吹抜量が低下する。また、吹抜量として目標量より小さな値を検知すると、排気制御部１５４は、排気弁１２０の変移開始時点を遅らせる。
【００６２】
以上、説明したユニフロー掃気式２サイクルエンジン１００によって、燃料ガス１７４の吹き抜けを抑制しつつ、燃料ガス１７４の噴射開始タイミングを早めることで、異常燃焼を回避して常時正常な運転が可能となる。
【００６３】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００６４】
例えば、上述した実施形態においては、排気弁駆動機構１１８を排気制御部１５４によって電気的に制御する例を挙げて説明したが、かかる場合に限らず、排気弁駆動機構１１８自体の機構を通じてハード的に制御することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明は、掃気ポートから吸入された活性ガスに燃料ガスを噴射して生成される予混合気を燃焼させるユニフロー掃気式２サイクルエンジンに利用することができる。
【符号の説明】
【００６６】
１００  …ユニフロー掃気式２サイクルエンジン
１１０  …シリンダ
１１２  …ピストン
１１６  …排気ポート
１１８  …排気弁駆動機構
１２０  …排気弁
１２２  …掃気ポート
１２８  …燃料噴射弁
１３２  …吹抜検知部
１４０  …燃焼室
１５４  …排気制御部
【図１】
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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２】
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