(57)【要約】【課題】燃費が良く、排ガスがクリーンな２ストロークエンジンを提供する。【解決手段】２ストロークエンジン１０は、燃焼ピストンシリンダ２１０に収容され燃焼ピストンシリンダ２１０とともに燃焼室を形成する燃焼ピストン１１１と、掃気ピストンシリンダ４１０に収容され掃気ピストンシリンダ４１０内に掃気を吸入する掃気ピストン１１２と、燃焼ピストン１１１と掃気ピストン１１２とを軸方向に連結する連結ロッド１１３と、が一体構造で形成されるピストン１１０と、ピストン１１０を軸方向に貫通し、掃気ピストン１１２から連結ロッド１１３を介して燃焼ピストン１１１へ空気を送り込む掃気通路１１５と、掃気通路１１５を開閉する吐出弁２３０と、燃焼ピストンシリンダ２１０のシリンダヘッドに形成される排気ガス出口２１２と、を備える。かかる構成により、燃費が良く排ガスがクリーンになる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼ピストンシリンダに収容され前記燃焼ピストンシリンダとともに燃焼室を形成する燃焼ピストンと、
掃気ピストンシリンダに収容され前記掃気ピストンシリンダ内に掃気を吸入する掃気ピストンと、
前記燃焼ピストンと前記掃気ピストンとを軸方向に連結する連結ロッドと、
前記燃焼ピストンと、前記掃気ピストンと、前記連結ロッドとを軸方向に貫通して形成され、前記掃気ピストンから前記連結ロッドを介して前記燃焼ピストンへ空気を送り込む掃気通路と、
を備えたピストンと、
前記掃気通路を開閉する開閉手段と、
前記燃焼ピストンシリンダのシリンダヘッドに形成される排気口と、
を備えたことを特徴とする、２ストロークエンジン。
【請求項２】
前記開閉手段はバルブであることを特徴とする、請求項１に記載の２ストロークエンジン。
【請求項３】
前記燃焼ピストンは燃焼室を有するクラウンを装備しており、
前記クラウンには空気シール溝が配置されており、
前記空気シール溝は、前記燃焼ピストンシリンダの壁面に空気を吹き付けて前記ピストンと前記燃焼ピストンシリンダとの間に非接触での燃焼ガス漏れを防止する空気シールを形成することを特徴とする、請求項１又は２に記載の２ストロークエンジン。
【請求項４】
前記空気シール溝は、前記クラウンの外周部から内周部に向かって斜め方向に形成されており、前記燃焼ピストンシリンダへ流れ込む掃気流に渦流を発生させることを特徴とする、請求項３に記載の２ストロークエンジン。
【請求項５】
前記燃焼ピストンには１又は２以上のシール溝が設けられており、前記燃焼ピストンシリンダの壁面と前記シール溝との間で前記空気シール溝から漏れた燃焼ガスの漏れを防止するラビリンスシールを形成することを特徴とする、請求項３又は４に記載の２ストロークエンジン。
【請求項６】
前記燃焼ピストンシリンダの壁面はセラミック材がコーティングされていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の２ストロークエンジン。
【請求項７】
前記掃気ピストンと前記掃気ピストンシリンダの壁面との間は前記掃気ピストンに設けられたピストンリングと前記掃気ピストンシリンダの壁面との接触でシールされており、
前記ピストンリングの表面はセラミックでコーティングが施され、前記掃気ピストンシリンダの壁面はダイヤモンドを含んだコーティングが施されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の２ストロークエンジン。
【請求項８】
前記燃焼ピストンシリンダ及び前記掃気ピストンシリンダのシリンダヘッドは、シリンダと一体となったフィクスドヘッド構造であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の２ストロークエンジン。
【請求項９】
前記燃焼ピストンと前記燃焼ピストンシリンダとのボア・ストローク比が２倍以上であることを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の２ストロークエンジン。
【請求項１０】
前記ピストンは、クランク、内歯ギヤ、遊星ギヤ、バランサ、揺動子、及び揺動子受けを備えてクランク回転直線往復変換部が構成され、該クランク回転直線往復変換部は直線往復運動をすることを特徴とする、請求項１〜９のいずれかに記載の２ストロークエンジン。
【請求項１１】
前記クランクにはセル・ダイナモが配置され、始動と外部電源への電力供給が行われることを特徴とする、請求項１０に記載の２ストロークエンジン。
【請求項１２】
前記揺動子の外周面と前記揺動子受けの内周面とは、これらの間に空気の膜を形成し、この空気膜の圧力により軸受けされることを特徴とする、請求項１０又は１１に記載の２ストロークエンジン。
【請求項１３】
前記揺動子の外周面と前記揺動子受けの内周面とは無潤滑であり、前記揺動子の外周面はセラミックコーティングが施され、前記揺動子受けの内周面は工業ダイヤモンドを含んだコーティングが施されることを特徴とする、請求項１０〜１２のいずれかに記載の２ストロークエンジン。
【請求項１４】
前記遊星ギヤと前記内歯ギヤのギヤ歯面は油潤滑されておらず、前記遊星ギヤと前記内歯ギヤのギヤ歯面は耐摩耗性のある潤滑剤含浸メッキが施されていることを特徴とする、請求項１０〜１３のいずれかに記載の２ストロークエンジン。
【請求項１５】
前記クランク回転直線往復変換部を収容するエンジン・ブロックの材質はアルミ合金、又は強化プラスティックで形成されることを特徴とする、請求項１０〜１４のいずれかに記載の２ストロークエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は２ストロークエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
２ストロークエンジンは１往復（行程換算２回（２ストローク））で１周期を完結するエンジンで、ピストン１往復（クランクシャフト１回転）ごとに燃料を点火するエンジンである。従来の２ストロークエンジンは、シリンダサイドに排気ポート及び掃気ポートが配置されている。このような２ストロークエンジンは、吸気・排気弁が不要であるため、構造がシンプルである。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】インターネット＜ＵＲＬ：https://goo.gl/Hssa5o＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の２ストロークエンジンでは、低負荷領域での不整燃焼と高負荷領域での新気吹き抜け量が多い。その結果、燃費が悪く、粗悪の排ガスエミッションは社会環境に大きな影響を及ぼすという問題がある。
【０００５】
そこで本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、燃費が良く、排ガスがクリーンな２ストロークエンジンを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明によれば、燃焼ピストンシリンダに収容され前記燃焼ピストンシリンダとともに燃焼室を形成する燃焼ピストンと、掃気ピストンシリンダに収容され前記掃気ピストンシリンダ内に掃気を吸入する掃気ピストンと、前記燃焼ピストンと前記掃気ピストンとを軸方向に連結する連結ロッドと、が一体構造で形成されるピストンと、前記ピストンを軸方向に貫通し、前記掃気ピストンから前記連結ロッドを介して前記燃焼ピストンへ空気を送り込む掃気通路と、前記掃気通路を開閉する開閉手段と、前記燃焼ピストンシリンダのシリンダヘッドに形成される排気口と、を備えたことを特徴とする、２ストロークエンジンが提供される。
【０００７】
かかる構成によれば、シリンダサイドに排気ポート及び掃気ポートを設けず、掃気ピストンから連結ロッドを介して燃焼ピストンへ空気を送り込む掃気通路によって掃気する単一掃気方式としたことにより、排気ガス成分の中から粗悪微粒子状浮遊物をなくすことができる。よって、低燃費化と排ガスのクリーン化を行うことができる。
【０００８】
本発明は様々な応用が可能である。以下の応用例は適宜組み合わせることが可能である。
例えば、前記開閉手段はバルブとしてもよい。かかる構成によれば、掃気通路の開閉を確実に行うことができる。
【０００９】
また、前記燃焼ピストンは燃焼室を有するクラウンを装備しており、前記クラウンには空気シール溝が配置されており、前記空気シール溝は、前記燃焼ピストンシリンダの壁面に空気を吹き付けて前記ピストンと前記燃焼ピストンシリンダとの間に非接触での燃焼ガス漏れを防止する空気シールを形成するようにしてもよい。かかる構成によれば、燃焼ピストンは燃焼ピストンシリンダと非接触とすることで油潤滑を止めることができ、空気シール方法とすることで、大気へ放出する汚染浮遊物を皆無とし、排ガスのクリーン化を行うことができる。また、燃焼ピストンと燃焼ピストンシリンダとが非接触なため、燃焼による圧力によって燃焼ピストンシリンダが変形しても、燃焼ピストンが変形の影響を受けない。
【００１０】
また、前記空気シール溝は、前記クラウンの外周部から内周部に向かって斜め方向に形成されており、前記燃焼ピストンシリンダへ流れ込む掃気流に渦流を発生させるようにしてもよい。かかる構成によれば、ディーゼルエンジンの場合は燃料の沸点が摂氏１８０〜３６０度と高いため、圧縮行程〜着火までに均一化された予混合ガスは得られない。特に高負荷領域では酸素不足領域の増加と高燃焼温度により黒鉛が発生し易くなる。予混合での十分な酸素との混合を行うには空気の渦流を用いると効果が大きい。このため負荷の高い時は酸素不足になり易いため渦を利用することにより燃料混合を完全にすることができる。２ストロークは４ストロークに比し燃焼時間が短いため、特にこの渦流が効果的である。
【００１１】
また、前記燃焼ピストンには１又は２以上のシール溝が設けられており、前記燃焼ピストンシリンダの壁面と前記シール溝との間で空気シール溝から漏れた燃焼ガスの漏れを防止するラビリンスシールを形成するようにしてもよい。よって、燃焼ガスの漏れを効率よく防止することができる。
【００１２】
また、前記燃焼ピストンシリンダの壁面はセラミック材がコーティングされているようにしてもよい。燃焼ピストンシリンダの壁面をセラミックでコーティングして熱の大気放熱を断熱することで、シリンダからの冷却損失と本来必要な冷却ファンなどの動力源をゼロにすることができる。
【００１３】
また、前記掃気ピストンと前記掃気ピストンシリンダの壁面との間は前記掃気ピストンに設けられたピストンリングと前記掃気ピストンシリンダの壁面との接触でシールされており、前記ピストンリング表面はセラミック、前記掃気ピストンシリンダの壁面はダイヤモンドを散りばめたコーティングが施されるようにしてもよい。ピストンリング表面のセラミックコーティングと掃気ピストンシリンダの壁面のダイヤモンドコーティングにより摺動抵抗を低減することができる。
【００１４】
また、前記燃焼ピストンシリンダ及び前記掃気ピストンシリンダはシリンダヘッドがシリンダと一体となったフィクスドヘッド構造であってもよい。かかる構成によれば、複数の部品でシリンダを構成する必要がないため、作りやすく、コストを低減することができる。
【００１５】
また、前記燃焼ピストンと前記燃焼ピストンシリンダとのボア・ストローク比が２倍以上であってもよい。ボア径に比しストロークを２倍以上とることで、燃焼ガスの完全燃焼と完全膨張を行い、低燃費化と排ガスのクリーン化を行うことができる。
【００１６】
また、前記ピストンは、クランク、内歯ギヤ、遊星ギヤ、バランサ、揺動子、及び揺動子受けを備え、直線往復運動をするようにしてもよい。かかる構成により、ピストンは、効率よく直線往復運動をすることができる。
【００１７】
また、前記クランクにはセル・ダイナモが配置され、始動と外部電源への電力供給が行われるようにしてもよい。かかる構成により、電動機電源はクランク軸に配置したダイナモ発電から一旦バッテリに蓄電又はバッテリを通して定電圧に整流した電力で供給を行うことができる。この様な補機駆動方式はＭｏｒｅ−Ｅｌｅｃｔｒｉｃ−Ｅｎｇｉｎｅ＝ＭＥＥと呼ばれる。２％低減には補機クランク軸駆動ゼロと代償に発電力分が加えられ差し引きした分が考慮される。
【００１８】
また、前記揺動子の外周面と前記揺動子受けの内周面とは、これらの間に空気の膜を形成し、この空気膜の圧力により軸受けされるようにしてもよい。揺動子の外周面と固定面揺動子受けの内周面との間に空気の膜によるスクイズ空気フィルムを形成して、空気膜圧力により軸受けし、揺動子からの荷重を伝達することができる。
【００１９】
また、前記揺動子の外周面と前記揺動子受けの内周面とは無潤滑であり、前記揺動子の外周面はセラミックコーティングが施され、前記揺動受けの内周面は工業ダイヤモンドを散りばめたコーティングが施されるようにしてもよい。かかる構成により、揺動子の外周面と揺動子受けの内周面との摺動抵抗を低減することができる。
【００２０】
また、前記遊星ギヤと前記内歯ギヤのギヤ歯面は油潤滑されておらず、前記遊星ギヤと前記内歯ギヤのギヤ歯面は耐摩耗性のある潤滑剤含浸メッキが施されているようにしてもよい。遊星ギヤのギヤ歯面と内歯ギヤのギヤ歯面との粘性抵抗を削減することができる。
【００２１】
また、前記クランク回転直線往復変換部を収容するエンジン・ブロック材質はアルミ合金、又は強化プラスティックで形成されるようにしてもよい。エンジン・ブロック自体に強度を必要としないため、安価な材料でエンジン・ブロックを形成することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、燃費が良く、排ガスがクリーンな２ストロークエンジンを提供することができる。本発明のその他の効果については、後述する発明を実施するための形態においても説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１の実施形態に係る２ストロークエンジン１０の全体構成を説明するための図である。
【図２】クランク回転直線往復変換部１００を説明するための図である。
【図３】ピストン１１０を説明するための図であり、（ａ）は側方から見た部分断面図であり、（ｂ）は正面から見た部分断面図であり、（ｃ）は燃焼ピストン側からみた側面図であり、（ｄ）は掃気ピストン側から見た側面図である。
【図４】クランク１２０を説明するための図であり、（ａ）はクランク１２０を側方から見た図であり、（ｂ）は（ａ）を矢印Ａ方向から見た図であり、（ｃ）は（ａ）を矢印Ｂ方向から見た図である。
【図５】内歯ギヤ１３０の平面図である。
【図６】遊星ギヤ１４０を説明するための図であり、（ａ）は断面図であり、（ｂ）は平面図である。
【図７】バランサ１５０の平面図である。
【図８】揺動子１６０を説明するための図であり、（ａ）は正面図であり、（ｂ）は平面図である。
【図９】揺動子受け１７０を説明するための図であり、（ａ）は断面図であり、（ｂ）は平面図である。
【図１０】クランク回転直線往復変換部１００の正面図である。
【図１１】クランク回転直線往復変換部１００の側面図である。
【図１２】燃焼部２００を説明するための図であり、燃焼ピストン１１１が後退している状態を示す図である。
【図１３】燃焼部２００を説明するための図であり、燃焼ピストン１１１が前進している状態を示す図である。
【図１４】燃焼ピストン１１１と燃焼ピストン・クラウン２２０を説明するための図であり、（ａ）は燃焼ピストン１１１と燃焼ピストン・クラウン２２０とを組みつけた状態を示す断面図であり、（ｂ）は燃焼ピストン・クラウン２２０の断面図である。
【図１５】燃焼ピストン・クラウン２２０を説明するための図であり、（ａ）は空気噴出溝上通路を示す図であり、（ｂ）は空気噴出溝下通路を示す図である。
【図１６】排気ポペット弁２４０及び動弁電磁弁ユニット２９０を説明するための図である。
【図１７】排気ポペット弁２４０が開いた状態を示す図である。
【図１８】掃気ポンプ部４００の正面から見た断面図である。
【図１９】掃気ポンプ部４００の側面から見た断面図である。
【図２０】２ストロークエンジン１０の動作を説明するための図であり、（ａ）は燃焼ピストンが上死点の状態を示す図であり、（ｂ）は燃焼ピストンが下降を始めた状態を示す図であり、（ｃ）は燃焼ピストンが下降中の状態を示す図であり、（ｄ）は燃焼ピストンが下降を終えた状態を示す図である。
【図２１】２ストロークエンジン１０の動作を説明するための図であり、（ａ）は燃焼ピストンが下死点の状態を示す図であり、（ｂ）は燃焼ピストンが上昇を始めた状態を示す図であり、（ｃ）は燃焼ピストンが上昇中の状態を示す図であり、（ｄ）は燃焼ピストンが上昇を終えた状態を示す図である。
【図２２】排気ポペット弁２４０が開くときの動弁電磁弁制御部５００を説明するための図である。
【図２３】排気ポペット弁２４０のリフトが保持されているときの動弁電磁弁制御部５００を説明するための図である。
【図２４】排気ポペット弁２４０が閉じるときの動弁電磁弁制御部５００を説明するための図である。
【図２５】排気ポペット弁２４０のリフトの大きさと、排気ポペット弁の動力との関係を説明するための図である。
【図２６】２ストロークエンジン１０と周辺部の構成を説明するための図である。
【図２７】エンジン・ブロック６１０を説明するための図であり、（ａ）は正面図であり、（ｂ）は側面図である。
【図２８】ヒートバランスを説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
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。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２５】
まず、本実施形態の２ストロークエンジン１０の全体構成について、図１〜図９を参照しながら説明する。図１は、実施形態に係る２ストロークエンジン１０の全体構成を説明するための断面図である。図２は、クランク回転直線往復変換部１００を説明するための図である。図３は、ピストン１１０を説明するための図である。図４は、クランク１２０を説明するための図である。図５は、内歯ギヤ１３０の平面図である。図６は、遊星ギヤ１４０を説明するための図である。図７は、バランサ１５０の平面図である。図８は、揺動子１６０を説明するための図である。図９は、揺動子受け１７０を説明するための図である。
【００２６】
本実施形態の２ストロークエンジン１０は、図１に示したように、クランク回転直線往復変換部１００と、燃焼部２００及び掃気ポンプ部４００を備えて構成される。以下、各部の構成について詳細に説明する。
【００２７】
（クランク回転直線往復変換部１００）
クランク回転直線往復変換部１００は、図２に示したように、ピストン１１０と、クランク１２０と、内歯ギヤ１３０と、遊星ギヤ１４０と、バランサ１５０と、揺動子１６０と、揺動子受け１７０と、で構成される。
【００２８】
ピストン１１０は、図３に示したように、燃焼ピストン１１１、掃気ピストン１１２、及び連結ロッド１１３が一体構造で形成されている。ピストン１１０には、掃気ピストン１１２から連結ロッド１１３を介して燃焼ピストン１１１へ空気を送り込む掃気通路１１５が軸方向に貫通して形成されている。
【００２９】
燃焼ピストン１１１には、燃焼ピストンシリンダ２１０の隙間からのガス漏れを防ぐための複数のシール溝１１４が設けられている。シール溝１１４は、シリンダ壁面２１１との間でラビリンスシールを形成し、燃焼ガスの漏れを防ぐ。
【００３０】
掃気ピストン１１２には、後述するピストンリング４２０を収容するピストンリング溝１１２ａが設けられている。連結ロッド１１３には、掃気通路１１５に加え、空気軸受空気通路１１６と揺動子受けピン１１７とが設けられる。
【００３１】
クランク１２０は、図４に示したように、クランク・ピン１２１と、クランク・ウエブ１２２と、クランク軸１２３とで構成される。
【００３２】
内歯ギヤ１３０には、図５に示したように、遊星ギヤ１４０との歯のかみ合い位置を決める位置決めピン穴１３１と、後述するエンジン・ブロック６１０の壁に固定する固定ボルト穴１３２が設けられる。
【００３３】
遊星ギヤ１４０は、図６に示したように、外側にセレーション軸１４１と先端にバランサ・揺動子固定ネジ１４２が切られる。
【００３４】
バランサ１５０は、図７に示したように、ピストン１１０と揺動子受け１７０の質量を添加したウエイトが形成されクランク回転と逆回転で公転することで振動を吸収する。バランサ１５０の中心点からクランク半径位置にスプライン穴１６１が施される。
【００３５】
揺動子１６０は、図８に示したように、外径がストローク寸法でクランク半径位置にスプライン穴１６１が施される。揺動子１６０の外周に揺動子受け１７０との間のスクイズ空気フィルム形成用の空気軸受溝１６２が施される。
【００３６】
揺動子受け１７０は、図９に示したように、揺動子受け固定ピン穴１７１が左右２か所に設けられ、これら揺動子受け固定ピン穴１７１に連結ロッド１１３の揺動子受けピン１１７が入る。また、揺動子受け１７０には、揺動子受け１７０の空気軸受空気通路１７２に連通する空気軸受空気通路１７２と、空気通路メクラネジ１７３が設けられている。
【００３７】
クランク回転直線往復変換部１００の組み立てについて、図１０及び図１１を参照しながら説明する。図１０は、クランク回転直線往復変換部１００の正面図である。図１１は、クランク回転直線往復変換部１００の側面図である。
【００３８】
内歯ギヤ１３０の外周は、図１０及び図１１に示したように、後述するエンジン・ブロック６１０の壁に設けたインロウで嵌め合わせ内歯ギヤ固定ボルト１３３で固定される。内歯ギヤ１３０の固定位置は、遊星ギヤ１４０の歯との噛合いを内歯ギヤ位置決めピン１３４で位置決めされる。
【００３９】
遊星ギヤ１４０の内側は、クランク・ピン１２１と遊星ギヤ軸受け１４３が配置され、遊星ギヤ軸受固定ナット１４４でクランク・ピン１２１に組み付けられる。遊星ギヤ１４０と内歯ギヤ１３０のギヤ歯面は無潤滑で耐摩耗性のある潤滑剤含浸メッキが施される。
【００４０】
バランサ１５０は、スプライン穴１６１を介して遊星ギヤ１４０のセレーション軸１４１に組み込まれる。
【００４１】
揺動子受け１７０は連結ロッド１１３に揺動子受け固定シート１８０と固定止め輪１９０を介して組み付けられる。スクイズ空気軸受けＳＪの空気供給は連結ロッド１１３内に配置した掃気通路１１５から連結ロッド１１３の揺動子受けピン１１７を介して揺動子受け１７０の空気軸受空気通路１７２を通り揺動子外側に設けた空気溝に送り込むことで行う。クランク軸１２３は、クランク軸軸受１２４に軸受けされている。
【００４２】
以上、クランク回転直線往復変換部１００の構成について説明した、次に、クランク回転直線往復変換部１００の作用について説明する。
【００４３】
クランク回転直線往復変換部１００は、クランク・ピン１２１に配置した遊星ギヤ１４０は壁に固定された内歯ギヤ１３０と噛合い自転してクランク半径上を公転するので、遊星ギヤ１４０に取付けた揺動子１６０の外周面は直線往復運動を行う。この揺動子１６０の直線往復運動は揺動子受け１７０を介してピストン１１０に連動される。
【００４４】
揺動子受け１７０によりピストン１１０は燃焼ピストン１１１と掃気ピストン１１２とを連結ロッド１１３を介して一体化することができるので、連結ロッド１１３内に掃気通路１１５を設けて左右シリンダ間を導通する。この掃気通路１１５を用いて掃気と燃焼新気を燃焼ピストンシリンダ２１０に導入できる。したがって、掃気ピストンからの掃気空気を燃焼ピストンシリンダ２１０に導くために、外部配管を設ける必要がないため、外部配管レスとなる。
【００４５】
（燃焼部２００）
燃焼部２００の主要素について、図１２及び図１３を参照しながら説明する。燃焼部２００は、図１２に示したように、燃焼ピストンシリンダ２１０と、燃焼ピストン・クラウン２２０と、吐出弁２３０と、排気ポペット弁２４０と、排気弁ブロック２５０、ポペット弁シート２６０と、シート位置決めピン２７０と、ブロック組付ボルト２８０と、動弁電磁弁ユニット２９０と、燃料噴射弁３５０と、を備えて構成されている。
【００４６】
燃焼ピストンシリンダ２１０のピストン摺動面であるシリンダ壁面２１１はセラミックコーティングが施される。このセラミックコーティングにより燃焼ガスがシリンダ外部と断熱される。燃焼ピストンシリンダ２１０はシリンダヘッドがシリンダと一体となったフィクスドヘッド構造である。燃焼ピストン１１１は燃焼ピストンシリンダ２１０内を非接触且つ無潤滑で上下に稼動する。また、燃焼ピストンシリンダ２１０には、排気ガス出口２１２が設けられている。
【００４７】
燃焼ピストン・クラウン２２０は、燃焼ピストン１１１の先端に設けられるものであり、図１４に示したように、燃焼ピストン１１１にクラウン組付ボルト２２１で固定される。燃焼ピストン・クラウン２２０には燃焼室２２２が施され、燃焼ガスの燃焼と膨張を受け持つ。燃焼ピストン・クラウン２２０には燃焼室２２２とシール空気溜め室２２３と空気噴出溝上通路２２４と空気噴出溝下通路２２５が施され、燃焼は燃焼室２２２で行われる。
【００４８】
シール空気は掃気通路１１５を介して一旦シール空気溜め室２２３から空気噴出溝上通路２２４及び空気噴出溝下通路２２５を通り、シリンダ壁面２１１に吹き付けられ、ガス漏れを防ぐ。空気噴き付けのタイミングは、図２０に示す燃焼ガス膨張ピストン下降時に行われる。シール空気の燃焼ピストンシリンダ２１０へ流れ込む掃気流は渦流となり流れ込む。渦流発生は上下のシール空気溝に施された斜め通路に沿って空気が流れること2で起きる。
【００４９】
吐出弁２３０は、掃気通路１１５を開閉して燃焼ピストンシリンダ２１０への掃気の流入と流入停止とを切り替えるものである。吐出弁２３０は、図１４に示したように、燃焼ピストン１１１の先端と燃焼ピストン・クラウン２２０に設けられ、吐出弁ケース２３１、ボール２３２、ボール・キャップ２３３、ボール・ボス２３４、ボールばね２３５及びオーリング２３６で構成され、後述する動作タイミングで開閉する。
【００５０】
吐出弁ケース２３１は、燃焼ピストン１１１の先端から内部に入り込むように配置され、上端が燃焼ピストン・クラウン２２０に当接する。吐出弁ケース２３１の底部には、掃気通路１１５に連通する挿通孔２３１ａが設けられており、挿通孔２３１ａにはボール２３２が配置されている。ボール２３２が軸方向に移動することによって挿通孔２３１ａが開閉する。ボール２３２の上部はボール・キャップ２３３に嵌め合わされている。
【００５１】
ボール・ボス２３４は、燃焼ピストン・クラウン２２０に設けられる凹部２２６に嵌め込まれている。ボール・ボス２３４には、吐出弁ケース２３１と燃焼ピストン・クラウン２２０のシール空気溜め室２２３とを連通するボール・ボス通路２３４ａが形成されている。
【００５２】
ボールばね２３５は、ボール・キャップ２３３とボール・ボス２３４との間に設けられ、掃気通路１１５を流れる掃気の圧力によって縮んで、ボール２３２を挿通孔２３１ａから離隔させて、掃気通路１１５と吐出弁ケース２３１とを連通する。掃気ポート位置に相当する掃気の流入タイミングはボールばね２３５のバネ力を変更することで可変調整できる。
【００５３】
オーリング２３６は、燃焼ピストン・クラウン２２０と吐出弁ケース２３１との当接部に設けられて、吐出弁２３０の気密性を保持する。
【００５４】
燃焼ピストンシリンダ２１０には、図１６及び図１７に示したように、排気ポペット弁２４０が排気弁ブロック２５０、ポペット弁シート２６０、及びシート位置決めピン２７０を介して前述のブロック組付ボルト２８０で取付けられる。
【００５５】
排気ポペット弁２４０は、図１６及び図１７に示したように、弁ステム２４１、弁ステムガイド２４２、ポペット弁触火面２４３を備えている。弁ステム２４１は、弁ステムガイド２４２を介して排気弁ブロック２５０に弁の開閉方向に移動可能に支持されている。ポペット弁触火面２４３は、燃焼室２２２に対向して配置され、燃焼室２２２及び燃焼ピストンシリンダ２１０とともに燃焼空間を構成する。
【００５６】
排気ポペット弁２４０は動弁電磁弁ユニット２９０で電子制御により弁開閉が行われる。排気ポペット弁２４０は、後述する動作タイミングで動弁電磁弁ユニット２９０への通電により開き、排気ガスを大気へ放出する。排気ポペット弁２４０は、動弁電磁弁ユニット２９０への通電がオフになり、弁押し付け力が解除されて戻りバネ３１０でポペット弁シート２６０に着座することにより閉じる。排気ポペット弁２４０は、閉じ時は戻りバネ３１０の下端に回転軸受３２０が配置され、回転できる機構を有す。排気ポペット弁２４０には、ステムシール３３０が配置され、燃焼ガスが動弁電磁弁ユニット２９０内に入らないようにしている。
【００５７】
動弁電磁弁ユニット２９０は、図１６及び図１７に示したように、上部固定子２９１、上部固定子ケース２９２、固定子中間ケース２９３、下部固定子２９４、下部固定子上ケース２９５、下部固定子下ケース２９６、固定子組付ボルト２９７、上部可動子２９８、上部可動子永久磁石２９９、下部可動子３００、下部可動子永久磁石３０１、可動子連結環３０２、可動子固定ナット３０３より構成される。
【００５８】
動弁電磁弁ユニット２９０は、図１６及び図１７に示したように、上部可動子２９８が上部固定子２９１と下部固定子２９４の間に挟まれて配置される。下部固定子２９４は上部可動子２９８と下部可動子３００の間に挟まれて配置される。上部可動子永久磁石２９９はＳＮ極配列であり、下部可動子永久磁石３０１はＮＳ極配列である。
【００５９】
上部固定子２９１と下部固定子２９４の磁極は後述する弁起動回路５３０及び弁リフト保持回路５４０より通電が行われたときのみ磁極が生成されて電磁石となる。上下固定子２９１の電磁石の磁極配列は上部がＮＳ極配列とされ、下部がＳＮ極配列とされる。なお、上部固定子２９１と下部固定子２９４は短冊状アモルファス金属の積層構造に樹脂ボビン付きコイルが巻かれて構成される。
【００６０】
上部可動子２９８及び下部可動子３００は、排気ポペット弁２４０の弁ステム２４１の上部位置に可動子連結環３０２を介して下部固定子２９４を間に挟んで弁ステム頭部ネジに可動子固定ナット３０３で組付けられる。動弁電磁弁ユニット２９０の頭には可動室換気栓３４０が配置され電磁気作動を安定保持する。
【００６１】
燃料噴射弁３５０は、図１２に示したように、排気ポペット弁２４０を挟んで燃焼ピストンシリンダ２１０のシリンダヘッドに設けられている。燃料噴射弁３５０はシリンダ筒内に燃料を直接噴射する。ディーゼルの場合は、燃料噴射装置は電子制御コモンレール式が必需である。
【００６２】
（掃気ポンプ部４００）
掃気ポンプ部４００は、燃焼部２００に掃気を送り込むものである。掃気ポンプ部４００は、図１８及び図１９に示したように、掃気ピストンシリンダ４１０と、ピストンリング４２０と、掃気溜めボックス４３０と、ボックス組み付けボルト４４０と、吸入弁４５０と、を備えて構成される。
【００６３】
掃気ピストンシリンダ４１０には、図１８及び図１９に示したように、シリンダヘッドがシリンダと一体となったフィクスドヘッド構造である。掃気ピストンシリンダ４１０には掃気ピストン１１２が収容されており、掃気ピストン１１２のピストンリング溝１１２ａに嵌め合わされたピストンリング４２０が接触している。このように、掃気ピストンシリンダ４１０とピストンリング４２０が接触することにより、掃気ピストン１１２が掃気ピストンシリンダ４１０に沿って直線運動するため、ピストン１１０全体が直線運動する。また、掃気ピストンシリンダ４１０とピストンリング４２０との接触により、掃気ポンプ部４００の圧縮工程における掃気ピストンシリンダ４１０からの空気漏れが防止される。
【００６４】
掃気ピストンシリンダ４１０の内周面はダイヤモンドコーティングが施されており、ピストンリング４２０の外周面はセラミックコーティングが施されている。このため、掃気ピストン１１２と掃気ピストンシリンダ４１０との間は無潤滑で、接蝕による抵抗が軽減されるとともに、耐久性が向上される。
【００６５】
掃気ピストンシリンダ４１０のシリンダヘッドには掃気溜めボックス４３０がボックス組付ボルト４４０で固定される。掃気溜めボックス４３０の側部には、ボックス給気入口４３１が形成されている。ボックス給気入口４３１は、後述するように、ターボ出口と給気管６４５で配管されており、掃気溜めボックス４３０に一旦ターボからの高圧空気を受け取り、脈流を整流して掃気ピストンシリンダ４１０に送る。
【００６６】
掃気ピストンシリンダ４１０のシリンダヘッドには吸入弁４５０が組付けられる。吸入弁４５０は、掃気溜めボックス４３０内に配置される。吸入弁４５０は吸入弁ケース４５１、吸入弁ボール４５２、吸入弁ボール・キャップ４５３、吸入弁ボール・ボス４５４、吸入弁ボールばね４５５及びオーリングで構成される。
【００６７】
（２ストロークエンジン１０の動作）
２ストロークエンジン１０の動作について、図２０及び図２１を参照しながら説明する。図２０（ａ）〜（ｃ）及び図２１（ａ）〜（ｄ）は２ストロークエンジン１０の動作の順であり、この順にしたがって説明する。
【００６８】
（１）燃焼ピストン１１１上死点、掃気ピストン１１２下死点（図２０（ａ））
燃焼ピストン・クラウン２２０の燃焼室２２２に満たされた高温高圧空気に高圧燃料がノズル（燃料噴射弁？）３３から噴射され霧化される。噴射燃料が高温高圧の渦流空気と混合し、火炎核が生成され、火炎が拡散し燃焼する。新気が掃気ピストンシリンダ４１０内に後述するターボ過給機８００より送り込まれる。
【００６９】
（２）燃焼ピストン１１１下降始め、掃気ピストン１１２上昇始め（図２０（ｂ））
高温高圧の燃焼ガスを燃焼ピストン・クラウン２２０が受けて燃焼ガスが膨張し始める。燃焼ピストンシリンダ２１０と燃焼ピストン１１１の隙間から漏れた燃焼ガスは、内部ＥＧＲとして再度燃焼に利用される。吸入弁４５０が閉じ、新気が連結ロッド１１３内の掃気通路１１５を介して燃焼ピストン・クラウン２２０のシール空気溜め室２２３へ送られる。
【００７０】
（３）燃焼ピストン１１１下降中、掃気ピストン１１２上昇中（図２０（ｃ））
燃焼ガスが膨張してクランク回転直線往復変換部１００で軸トルクを発生させて出力へ変換する。燃焼ピストン・クラウン２２０のシール溝１１４からシリンダ壁面２１１へ高圧空気が吹き付けられ隙間をシールする。シール空気はシールされた後、燃焼ピストンシリンダ２１０へ流れ込み掃気流となる。ただし、一部は吐出弁ケース２３１側へ流れる場合もある。掃気流はシール溝１１４に配置された斜め方向の通路で渦流として生成される。
掃気ピストン１１２は、シール空気をどんどん送り込む。
【００７１】
（４）燃焼ピストン１１１下降終わり、掃気ピストン１１２上昇終わり（図２０（ｄ））
ピストンストロークは燃焼ピストン１１１の径の２倍以上採っている。燃焼ガスは充分膨張する。掃気流がどんどん燃焼シリンダへ流れ込む。掃気ピストン１１２は、シール空気を送り込む。
【００７２】
（５）燃焼ピストン１１１下死点、掃気ピストン１１２上死点（図２１（ａ））
燃焼ガスは膨張し終わりシール空気の噴き付けも終了。燃焼ピストンシリンダ２１０に流入した掃気流は最大になる。掃気ピストン１１２は、シール空気の送り込みを終了する。
【００７３】
（６）燃焼ピストン１１１上昇始め、掃気ピストン１１２下降始め（図２１（ｂ））
吐出弁２３０が閉じ燃焼残留ガスが掃気流で押し付けられと同時に排気ポペット弁２４０が開く。掃気溜めボックス４３０の高圧空気が吸入弁４５０を通り掃気ピストン１１２を押し下げ燃焼ピストン１１１を上昇させる。
【００７４】
（７）燃焼ピストン１１１上昇中、掃気ピストン１１２下降中（図２１（ｃ））
掃気流で残留ガスは押し付けられ燃焼残留ガスが排気ポペット弁２４０から大気へ排出される。この時、残留ガスに掃気が混ざり大気へ排出される程掃気効率は悪くなる。残留ガスに掃気が混ざることなく掃気が大気へ全く排出されない時、掃気効率は１００％となる。掃気溜めボックス４３０からの空気は膨張して掃気ピストン１１２を押し下げクランク軸１２３の出力へ変換される。
【００７５】
（８）燃焼ピストン１１１上昇終わり、掃気ピストン１１２下降終わり（図２１（ｄ））
排気ポペット弁２４０が閉じて、残留する新気が圧縮し始める。掃気溜めボックス４３０からの空気は膨張を終え、掃気ピストンシリンダ４１０内は空気で充填される。
【００７６】
次に、動弁電磁弁ユニット２９０を制御する動弁電磁弁制御部５００について、図２２〜図２４を参照しながら説明する。動弁電磁弁制御部５００はクランク角センサ５１０、エンジン回転センサ５２０、弁起動回路５３０、弁リフト保持回路５４０、弁閉じ回路５５０、昇圧回路５６０、キャパシタ充電回路５７０（図２３、図２４）とキャパシタ５８０及びバッテリ５９０より構成される。
【００７７】
動弁電磁弁制御部５００の動作を説明する。
【００７８】
（排気ポペット弁２４０の開き）
排気ポペット弁２４０が開くときには、図２２に示したように、クランク角センサ５１０及びエンジン回転センサ５２０から電気信号を弁起動回路５３０が受信すると弁起動回路５３０から動弁電磁弁ユニット２９０の上部固定子２９１と下部固定子２９４が通電される。
【００７９】
すると、上部固定子２９１はＳ極電磁石となり上部可動子永久磁石２９９のＳ極と反発する。下部固定子２９４はＳ極電磁石となり下部可動子永久磁石３０１のＮ極とで吸引が起こる。また、下部固定子２９４はＮ極電磁石となり下部可動子永久磁石３０１のＮ極と反発する。このため、弁ステム２４１は下降し、排気ポペット弁２４０が開く。
【００８０】
排気ポペット弁２４０が開く直前は排気ポペット弁２４０のポペット弁触火面２４３に排気ガス圧がかかっているため排気ポペット弁２４０を開くには大きな力が必要となる。電磁力で排気ポペット弁２４０を開くには、図２５のＡに示したように、大きな電力を必要とするため動弁電磁弁制御部５００では上下固定子２９１、２９４への電力通電について以下の工夫が施されている。
【００８１】
バッテリ５９０電圧は昇圧回路で１２Ｖから１４０Ｖに昇圧されて起動回路に供給される。同時に１４０Ｖで蓄電されている電気エネルギを持つキャパシタ５８０からも供給される。上下固定子２９１、２９４への電源供給は昇圧されたバッテリ電源とキャパシタ電源の２つの電源となる。
【００８２】
可動子固定ナット３０３はネジ溝に緩み止め板が差し込まれて緩まない構造となっている。磁極間での反発と吸引の力の垂直方向成分に更に回転を加えることで、開弁力は垂直方向成分に回転成分を加えた合成力とし、少ない電力で開弁ができるよう配慮されている。
【００８３】
（排気ポペット弁２４０のリフト保持）
排気ポペット弁２４０が一旦開くと、図２３に示したように、排気ポペット弁２４０とポペット弁シート２６０の通路から排気ガスが噴出する。排気ポペット弁２４０が最大リフト位置まで開くと排気ポペット弁２４０が閉じるまで弁リフトは保持する必要がある。図２５のＢに示したように、弁リフトが最大リフト位置に達するまでは、排気ポペット弁２４０を開くときのように、昇圧回路５６０を用いた高圧１４０Ｖ電源とする。そして、図２５のＣに示したように、最大弁リフト保持期間は低圧１２Ｖ電源とする２電源回路で構成される。２電源回路の切替はクランク角センサ５１０とエンジン回転センサ５２０から電気信号を弁リフト保持回路５４０が受信すると、図２２に示したように、弁リフト保持回路５４０のタイマーが作動し設定時間分だけ弁起動回路５３０へ高圧供給を命令する。
【００８４】
タイマー設定時間後は弁リフト保持回路５４０から低圧が上部固定子２９１及び下部固定子２９４へ供給される。弁保持時間中にキャパシタ５８０はキャパシタ充電回路５７０から昇圧回路５６０を介して充電される。
【００８５】
（排気ポペット弁２４０を閉じるとき）
排気ポペット弁２４０を閉じるときには、図２４に示したように、クランク角センサ５１０とエンジン回転のセンサから電気信号を弁閉じ回路５５０が受信すると弁リフト保持回路５４０からの電源供給は止まり上部固定子２９１及び下部固定子２９４は消磁する。そして、排気ポペット弁２４０はバネ力で閉じ方向に動作して閉じ、ポペット弁シート２６０に着座する直前に弁傘がポペット弁シート２６０に激突しないよう閉じる。
【００８６】
排気ポペット弁２４０は、戻りバネ３１０が使用され、排気ポペット弁２４０を開いたときにバネを圧縮し、そのバネの戻り力で閉じる。戻りバネ３１０の下部のバネ受けに回転軸受３２０を配置し、戻りバネ３１０の上部のバネ受けに下部可動子３００を配置し、可動子連結環３０２を介して弁ステム２４１の頭部ネジに可動子固定ナット３０３で組付ける。このため、排気ポペット弁２４０は弁ステムガイド２４２を受けにして回転する。
【００８７】
排気ポペット弁２４０が閉じると、弁閉じ回路５５０から上部固定子２９１及び下部固定子２９４に電気が供給されて、上部固定子２９１及び下部固定子２９４は電磁石となる。このため、弁戻り慣性力により上部可動子永久磁石２９９及び下部可動子永久磁石３０１の極と反発し合い、上部固定子２９１及び下部固定子２９４に逆起電力が生じて上部固定子２９１及び下部固定子２９４が発熱する。この逆起電力は弁閉じ回路の逆止素子で昇圧回路５６０側へ流し、昇圧後キャパシタ充電回路５７０を介してキャパシタ５８０へ充電して着座ブレーキエネルギを回収する。
【００８８】
２ストロークエンジン１０と周辺部の構成について、図２６を参照しながら説明する。エンジン本体６００は、エンジン・ブロック６１０にピストン１１０、クランク１２０、内歯ギヤ１３０、遊星ギヤ１４０、バランサ１５０、揺動子１６０、揺動子受け１７０が配置される。クランク１２０側の対面にブロックガイド・カバー６１１が配置され、エンジン・ブロック６１０とブロックガイド・カバー６１１とはピストン１１０の中心線上で図２７に示すようにボルト結合されてエンジン本体６００のブロックが形成される。エンジン・ブロック６１０の材質はアルミ合金、又は強化プラスティクが使用されて軽量化されている。
【００８９】
クランク軸１２３はエンジン・ブロック６１０のクランク軸受受けとクランク軸受ケース６１２の軸受けとで支えられエンジン・ブロック６１０とクランク軸受ケース６１２は軸受室シール６１３を付設しケース固定ボルト６１４で組付けられ。クランク軸１２３の端には回転を円滑にするためフライホイール（以下、ＦＷとする）６１５がＦＷシート６１６とＦＷナット６１７で取付けられる。外部への出力の取出しはＦＷ６１５を介して出力取出軸６１８から取り出す。出力取出軸６１８はＦＷ６１５に出力取出軸組付ボルト６１９で固定される。
【００９０】
クランク軸１２３にはセル・ダイナモ７００が配置されエンジンの始動と外部電源へ電力供給を行う。セル・ダイナモ７００は固定子７１０、上ケース７２０、下ケース７３０、上部回転子７４０、上部回転子永久磁石７５０、下部回転子７６０、下部回転子永久磁石７７０と上下回転子連結環７８０で構成される。上部及び下部回転子７４０、７６０は上下回転子連結環７８０上に固定子７１０を挟んでクランク１２０の上下の軸受で固定される。セル・ダイナモ７００の上部及び下部回転子７４０、７６０とクランク軸軸受１２４はＦＷ６１５を介してＦＷナット６１７で組付けられる。
【００９１】
エンジン・ブロック６１０の燃焼ピストン１１１側は、図２６、図２７に示したように、燃焼ピストンシリンダ２１０が燃焼シリンダ組付ネジ穴６２０に燃焼シリンダ組付スタッド・ボルト６２１及び燃焼シリンダ組み付けナット６２４で組付けられる。また、掃気ピストン１１２側は掃気ピストンシリンダ４１０が掃気シリンダ組付ネジ穴６２２に掃気シリンダ組付スタッド・ボルト６２３及び掃気シリンダ組み付けナット６２５で組付けられる。
【００９２】
（２ストロークエンジン１０の周辺部）
燃焼ピストンシリンダ２１０の排気ガス出口２１２には、図２６に示したように、排気管６４０が配置される。また、掃気溜めボックス４３０のボックス給気入口４３１には給気管６４５が配置される。
【００９３】
ターボ過給機８００はターボ効率向上のため、排気管に工夫が施される。排気ガス出口２１２からターボ入口の間は排気ガス通路切替弁６４６、動圧排気管６４７、静圧排気管６４８、静圧容器６４９、排気集合管６５０で構成される。通路切替タイミングは、エンジン低速時は動圧排気管６４７側、高速時は静圧排気管６４８側となる。
【００９４】
低速時は排気ポペット弁２４０開直後の排気パルスを直接にターボ過給機８００の排気タービンに導入する。高速時は排気パルスを静圧容器６４９で平準化した平均有効圧力を排気タービンに導入する。作動を切替る理由は、低速時に静圧を利用するとターボ過給機８００は殆ど機能せず使えないからである。この作動切替により、ターボ効率は向上する。
【００９５】
ターボ過給機８００はモノロータ８１０、低圧段コンプレッサー８２０、ノズルベーン板８３０、過給機ケーシング８４０より構成される、一体形二段圧縮方式のターボ過給機である。モノロータ８１０は排気ガスタービンと高圧段コンプレッサーが一体となったローターでありローターの反対側に低圧段コンプレッサー８２０が配置される。モノロータ８１０、低圧段コンプレッサー８２０、ノズルベーン板８３０は過給機ケーシング８４０内に収められる。
【００９６】
ノズルベーン板８３０は排気ガスタービンの排ガス流入経路に配置され、ノズルベーン板８３０を外力で可動して排ガス流路を絞ったり広げたりする。流路面積を排ガス特性に応じて外力で可変することにより、タービンの回転力を向上させる。エンジン回転が低い場合はノズルベーン板８３０を閉じてノズル面積を狭く絞ることでガス流速を高めタービンを高回転に保ち過給機効率を低下させないようにする。エンジン回転が高い場合はノズルベーン板８３０を開いてノズル面積を大きく広げる。よって、ガス流を絞らなくても十分タービンを高回転に保つことができる。流路面積が固定の場合、高回転ではガス流速が速く、これを更に絞ると背圧が非常に高くなり、燃焼のガス交換効率が著しく低下して熱効率が悪くなる。
【００９７】
ターボ過給機８００の空気吸込口８５０には排気ガスＥＧＲフィルター６５１を介して燃焼ピストン１１１から漏れた排ガスがＥＧＲとして吸い込まれる。ターボ過給機８００のコンプレッサーの低圧段と高圧段の間には中間冷却器６５２が配置され低圧圧縮空気を一旦冷却して除湿後高圧段に導入する。中間冷却によりコンプレッサー圧縮動力は大幅に軽減されターボ効率が向上する。
【００９８】
ターボ吐出空気は空気吐出口８６０に連結された給気管６４５でボックス給気口４３１に配管される。ターボ排ガスは排気出口８７０から排気ガス後処理装置６５３を介して消音器６５４に導かれる。
【００９９】
以上、エンジン全体の構成について説明した。次にエンジン全体のヒートバランスについて、図２８を参照しながら説明する。図２８に示したヒートバランスは、例えば熱効率５０％の場合において効果比較のため従来の熱効率を４０％として１０％効率向上の内訳について示したものである。供給熱量を１００％とする。
【０１００】
（軸出力）
軸出力は、従来は４０％であったが、本実施形態では５０％であり、従来比１０％増となる。
【０１０１】
（摩擦損失）
摩擦損失は、従来は６％であったが、本実施形態では４％であり、従来比２％減となる。以下の理由で２％減となる。
１．燃焼ピストン１１１とシリンダ壁面２１１との間の非接触による摩擦が皆無である。
２．掃気ピストン１１２のピストンリング４２０の表面のセラミックコーティングと掃気ピストンシリンダ４１０の壁面のダイヤモンドコーティングにより摺動抵抗が低減されている。
３．内歯ギヤ１３０と遊星ギヤ１４０及び揺動子１６０と揺動子受け１７０の非油潤滑化により粘性抵抗が削減されている。揺動子１６０と揺動子受け１７０との間はスクイズ空気フィルムを形成して、空気膜圧力により軸受を支持し、揺動子１６０からの荷重を伝達する。揺動子１６０と揺動子受け１７０との間の接触部はダイヤモンドとセラミックのコーティングにより、回転軸受と固定面との摺動抵抗を低減する。
４．クランク軸１２３と遊星ギヤ１４０の軸受はグリース封入玉軸受とし摩擦抵抗が低減されている。燃料ポンプ、排気弁電磁弁、冷却ファンなどの補機駆動源はクランク軸１２３から直接取り出す方式は廃止し全て電動機による駆動とされている。排気ポペット弁２４０は従来のカム駆動機械式からカム駆動装置を全て廃止した電磁駆動式である。電動機電源はクランク軸に配置したダイナモ発電から一旦バッテリ５９０に蓄電又はバッテリ５９０を通して定電圧に整流した電力で供給を行う。この様な補機駆動方式はＭｏｒｅ−Ｅｌｅｃｔｒｉｃ−Ｅｎｇｉｎｅ＝ＭＥＥと呼ばれる。２％低減には補機クランク軸駆動ゼロと代償に発電力分が加えられ差し引きした分が考慮される。
【０１０２】
（排気損失）
排気損失は、従来は２７％であったが、本実施形態では２４％であり、従来比３％減となる。以下の理由で３％減となる。
１．ターボ過給機８００を二段圧縮化し中間冷却することにより圧縮効率が向上し、過給機効率が向上する。
２．排気ガス切替による回転に応じて動圧と静圧を取り込んだ過給機効率が向上する。
【０１０３】
（冷却損失）
冷却損失は、従来は２７％であったが、本実施形態では２２％であり、従来比５％減となる。以下の理由で５％減となる。
１．燃焼ピストンシリンダ２１０のシリンダ壁面２１１をセラミックでコーティング化して熱の大気放熱を断熱することで、燃焼ピストンシリンダ２１０からの冷却損失と本来必要な冷却ファンなどの動力源をゼロにする。
２．断熱した熱の排気ガス取り込み分の増加排気熱は高効率ターボにより回収する。断熱した熱を排気ガスに取り込んでもターボで回収しないと意味が無いため。回収した過給給気は掃気ピストン１１２でクランク動力に回生する。
【０１０４】
（本実施形態の効果）
以上説明したように、本実施形態によれば、燃焼ピストンシリンダ２１０のサイドに排気ポート及び掃気ポートを設けず、掃気ピストン１１２から連結ロッド１１３を介して燃焼ピストン１１１へ空気を送り込む掃気通路１１５によって掃気する単一掃気方式としたことにより、排気ガス成分の中から粗悪微粒子状浮遊物をなくすことができる。よって、低燃費化と排ガスのクリーン化を行うことができる。
【０１０５】
また、掃気通路１１５に開閉手段としての吐出弁２３０を設けたことにより、掃気通路１１５の開閉を確実に行うことができる。
【０１０６】
また、燃焼ピストン１１１は燃焼ピストンシリンダ２１０と非接触とすることで油潤滑を止めることができ、空気シール方法とすることで、大気へ放出する汚染浮遊物を皆無とし、排ガスのクリーン化を行うことができる。また、燃焼ピストン１１１と燃焼ピストンシリンダ２１０とが非接触なため、燃焼による圧力によって燃焼ピストンシリンダ２１０が変形しても、燃焼ピストン１１１が変形の影響を受けない。
【０１０７】
また、ディーゼルエンジンの場合は燃料の沸点が１８０〜３６０℃と高いため、圧縮行程〜着火までに均一化された予混合ガスは得られない。特に高負荷領域では酸素不足領域の増加と高燃焼温度により黒鉛が発生し易くなる。予混合での十分な酸素との混合を行うには空気の渦流を用いると効果が大きい。空気噴出溝上通路２２４及び空気噴出溝下通路２２５は、燃焼ピストン・クラウン２２０の外周部から内周部に向かって斜め方向に形成されており、燃焼ピストンシリンダ２１０へ流れ込む掃気流に渦流を発生させるようにしている。このため負荷の高い時は酸素不足になり易いため渦を利用することにより燃料混合を完全にすることができる。２ストロークは４ストロークに比し燃焼時間が短いため、特にこの渦流が効果的である。
【０１０８】
また、燃焼ピストン１１１には１又は２以上のシール溝１１４が設けられており、燃焼ピストンシリンダ２１０のシリンダ壁面２１１とシール溝１１４との間で空気噴出溝上通路２２４及び空気噴出溝下通路２２５から漏れた燃焼ガスの漏れを防止するラビリンスシールを形成するようにしているため、燃焼ガスの漏れを効率よく防止することができる。
【０１０９】
また、燃焼ピストンシリンダ２１０のシリンダ壁面２１１をセラミックでコーティングして熱の大気放熱を断熱することで、シリンダからの冷却損失と本来必要な冷却ファンなどの動力源をゼロにすることができる。
【０１１０】
また、ピストンリング４２０の表面はセラミック、掃気ピストンシリンダ４１０の壁面はダイヤモンドを散りばめたコーティングが施されるため、ピストンリング４２０の表面のセラミックコーティングと掃気ピストンシリンダ４１０の壁面のダイヤモンドコーティングにより摺動抵抗を低減することができる。
【０１１１】
また、燃焼ピストンシリンダ２１０及び掃気ピストンシリンダ４１０はシリンダヘッドがシリンダと一体となったフィクスドヘッド構造であるため、複数の部品でシリンダを構成する必要がない。このため、作りやすく、コストを低減することができる。
【０１１２】
また、燃焼ピストン１１１と燃焼ピストンシリンダ２１０とのボア・ストローク比が２倍以上であるため、燃焼ガスの完全燃焼と完全膨張を行い、低燃費化と排ガスのクリーン化を行うことができる。
【０１１３】
また、ピストン１１０は、クランク１２０、内歯ギヤ１３０、遊星ギヤ１４０、バランサ１５０、揺動子１６０、揺動子受け１７０を備え、直線往復運動をするようにしたため、ピストン１１０は、効率よく直線往復運動をすることができる。
【０１１４】
また、クランク１２０にはセル・ダイナモ７００が配置され、始動と外部電源への電力供給が行われるようにしたため、電動機電源はクランク軸１２３に配置したダイナモ発電から一旦バッテリに蓄電又はバッテリを通して定電圧に整流した電力で供給を行うことができる。この様な補機駆動方式はＭｏｒｅ−Ｅｌｅｃｔｒｉｃ−Ｅｎｇｉｎｅ＝ＭＥＥと呼ばれる。２％低減には補機クランク軸駆動ゼロと代償に発電力分が加えられ差し引きした分が考慮される。
【０１１５】
また、揺動子１６０の外周面と揺動子受け１７０の内周面とは、これらの間に空気の膜を形成し、この空気膜の圧力により軸受けされるようにしたため、揺動子１６０の外周面と揺動子受け１７０の内周面との間に空気の膜によるスクイズ空気フィルムを形成して、空気膜圧力により軸受けし、揺動子１６０からの荷重を伝達することができる。
【０１１６】
また、揺動子１６０の外周面と揺動子受け１７０の内周面とは無潤滑であり、揺動子１６０の外周面はセラミックコーティングが施され、揺動子受け１７０の内周面は工業ダイヤモンドを散りばめたコーティングが施されるようにしたことにより、揺動子１６０の外周面と揺動子受け１７０の内周面との摺動抵抗を低減することができる。
【０１１７】
また、遊星ギヤ１４０と内歯ギヤ１３０のギヤ歯面は油潤滑されておらず、遊星ギヤ１４０と内歯ギヤ１３０のギヤ歯面は耐摩耗性のある潤滑剤含浸メッキを施すことにより、遊星ギヤ１４０のギヤ歯面と内歯ギヤ１３０のギヤ歯面との粘性抵抗を削減することができる。
【０１１８】
また、クランク回転直線往復変換部を収容するエンジン・ブロック６１０の材質はアルミ合金、又は強化プラスティックで形成されるようにしたため、エンジン・ブロック６１０自体に強度を必要としないため、安価な材料でエンジン・ブロック６１０を形成することができる。
【０１１９】
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、本発明はかかる例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内において、各種の変更例又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。
【０１２０】
例えば、上記実施形態では、掃気通路１１５の開閉に吐出弁２３０を用いたが、本発明はこの例に限定されず、必ずしも吐出弁２３０でなくてもよい。例えば、掃気通路の端部を狭くするようにしてもよい。
【０１２１】
また、上記実施形態では、燃焼ピストン１１１は燃焼室２２２を有する燃焼ピストン・クラウン２２０を装備しており、燃焼ピストン・クラウン２２０には空気噴出溝上通路２２４及び空気噴出溝下通路２２５が配置されており、空気噴出溝上通路２２４及び空気噴出溝下通路２２５は、燃焼ピストンシリンダ２１０の壁面に空気を吹き付けて燃焼ピストン１１１と燃焼ピストンシリンダ２１０との間に非接触での燃焼ガス漏れを防止する空気シールを形成する構成としたが、本発明は必ずしもこの例に限定されない。例えば、この構成の一部が用いられていたり、全部が用いられていないなどしてもよい。
【０１２２】
また、上記実施形態では、空気噴出溝上通路２２４及び空気噴出溝下通路２２５は、燃焼ピストン・クラウン２２０の外周部から内周部に向かって斜め方向に形成されており、燃焼ピストンシリンダ２１０へ流れ込む掃気流に渦流を発生させる構成としたが、本発明は必ずしもこの例に限定されない。
【０１２３】
また、上記実施形態では、燃焼ピストン１１１には１又は２以上のシール溝１１４が設けられており、燃焼ピストンシリンダ２１０の壁面とシール溝１１４との間で空気シール溝から漏れた燃焼ガスの漏れを防止するラビリンスシールを形成する構成としたが、本発明は必ずしもこの例に限定されない。
【０１２４】
また、上記実施形態では、燃焼ピストンシリンダ２１０の壁面はセラミック材がコーティングされている構成としたが、本発明は必ずしもこの例に限定されない。
【０１２５】
また、上記実施形態では、掃気ピストン１１２と掃気ピストンシリンダ４１０の壁面との間は掃気ピストン１１２に設けられたピストンリング４２０と掃気ピストンシリンダ４１０の壁面との接触でシールされており、ピストンリング４２０の表面はセラミック、掃気ピストンシリンダ４１０の壁面はダイヤモンドを散りばめたコーティングが施される構成としたが、本発明は必ずしもこの例に限定されない。
【０１２６】
また、上記実施形態では、燃焼ピストンシリンダ２１０及び掃気ピストンシリンダ４１０のシリンダヘッドは、シリンダと一体となったフィクスドヘッド構造としたが、本発明は必ずしもこの例に限定されない。
【０１２７】
また、上記実施形態では、燃焼ピストン１１１と燃焼ピストンシリンダ２１０とのボア・ストローク比が２倍以上である構成としたが、本発明は必ずしもこの例に限定されない。
【０１２８】
また、上記実施形態では、ピストン１１０は、クランク１２０、内歯ギヤ１３０、遊星ギヤ１４０、バランサ１５０、揺動子１６０、揺動子受け１７０を備え、直線往復運動をする構成としたが、本発明は必ずしもこの例に限定されない。
【０１２９】
また、上記実施形態では、クランク１２０にはセル・ダイナモが配置され、始動と外部電源への電力供給が行われる構成としたが、本発明は必ずしもこの例に限定されない。
【０１３０】
また、上記実施形態では、揺動子１６０の外周面と前記揺動子受けの内周面とは、これらの間に空気の膜を形成し、この空気膜の圧力により軸受けされる構成としたが、本発明は必ずしもこの例に限定されない。
【０１３１】
また、上記実施形態では、揺動子１６０の外周面と揺動子受け１７０の内周面とは無潤滑であり、揺動子１６０の外周面はセラミックコーティングが施され、揺動受け１７０の内周面は工業ダイヤモンドを散りばめたコーティングが施される構成としたが、本発明は必ずしもこの例に限定されない。
【０１３２】
また、上記実施形態では、遊星ギヤ１４０と内歯ギヤ１３０のギヤ歯面は油潤滑されておらず、遊星ギヤ１４０と内歯ギヤ１３０のギヤ歯面は耐摩耗性のある潤滑剤含浸メッキが施されている構成としたが、本発明は必ずしもこの例に限定されない。
【０１３３】
また、上記実施形態では、クランク回転直線往復変換部１００を収容するエンジン・ブロック６１０の材質はアルミ合金、又は強化プラスティックで形成される構成としたが、本発明は必ずしもこの例に限定されない。
【０１３４】
上記実施形態、応用例、変形例は、任意に組み合わせて実施することができる。
【符号の説明】
【０１３５】
１０  ２ストロークエンジン
１００  クランク回転直線往復変換部
１１０  ピストン
１１１  燃焼ピストン
１１２  掃気ピストン
１１２ａ  ピストンリング溝
１１３  連結ロッド
１１４  シール溝
１１５  掃気通路
１１６  空気軸受空気通路
１１７  揺動子受けピン
１２０  クランク
１２１  クランク・ピン
１２２  クランク・ウエブ
１２３  クランク軸
１２４  クランク軸軸受
１３０  内歯ギヤ
１３１  位置決めピン穴
１３２  固定ボルト穴
１３３  内歯ギヤ固定ボルト
１３４  内歯ギヤ位置決めピン
１４０  遊星ギヤ
１４１  セレーション軸
１４２  バランサ・揺動子固定ネジ
１４３  遊星ギヤ軸受け
１４４  遊星ギヤ軸受固定ナット
１５０  バランサ
１５１  スプライン穴
１６０  揺動子
１６１  スプライン穴
１６２  空気軸受溝
１７０  揺動子受け
１７１  揺動子受け固定ピン穴
１７２  空気軸受空気通路
１７３  空気通路メクラネジ
１８０  揺動子受け固定シート
１９０  固定止め輪
２００  燃焼部（オリジナルはエンジン部）
２１０  燃焼ピストンシリンダ
２１１  シリンダ壁面
２１２  排気ガス出口
２２０  燃焼ピストン・クラウン
２２１  クラウン組付ボルト
２２２  燃焼室
２２３  シール空気溜め室
２２４  空気噴出溝上通路（空気シール溝）
２２５  空気噴出溝下通路（空気シール溝）
２２６  凹部
２３０  吐出弁
２３１  吐出弁ケース
２３１ａ  挿通孔
２３２  ボール
２３３  ボール・キャップ
２３４  ボール・ボス
２３４ａ  ボール・ボス通路
２３５  ボールばね
２３６  オーリング
２４０  排気ポペット弁
２４１  弁ステム
２４２  弁ステムガイド
２４３  ポペット弁触火面
２５０  排気弁ブロック
２６０  ポペット弁シート
２７０  シート位置決めピン
２８０  ブロック組付ボルト
２９０  動弁電磁弁ユニット
２９１  上部固定子
２９２  上部固定子ケース
２９３  固定子中間ケース
２９４  下部固定子
２９５  下部固定子上ケース
２９６  下部固定子下ケース
２９７  固定子組付ボルト
２９８  上部可動子
２９９  上部可動子永久磁石
３００  下部可動子
３０１  下部可動子永久磁石
３０２  可動子連結環
３０３  可動子固定ナット
３１０  戻りバネ
３２０  回転軸受
３３０  ステムシール
３４０  可動室換気栓
３５０  燃料噴射弁
４００  掃気ポンプ部
４１０  掃気ピストンシリンダ
４２０  ピストンリング
４３０  掃気溜めボックス
４３１  ボックス給気入口
４４０  ボックス組み付けボルト
４５０  吸入弁
４５１  吸入弁ケース
４５２  吸入弁ボール
４５３  吸入弁ボール・キャップ
４５４  吸入弁ボール・ボス
４５５  吸入弁ボールばね
５００  動弁電磁弁制御部
５１０  クランク角センサ
５２０  エンジン回転センサ
５３０  弁起動回路
５４０  弁リフト保持回路
５５０  弁閉じ回路
５６０  昇圧回路
５７０  キャパシタ充電回路
５８０  キャパシタ
５９０  バッテリ
６００  エンジン本体
６１０  エンジン・ブロック
６１１  ブロックガイド・カバー
６１２  クランク軸受ケース
６１３  軸受室シール
６１４  ケース固定ボルト
６１５  フライホイール
６１６  ＦＷシート
６１７  ＦＷナット
６１８  出力取出軸
６１９  出力取出軸組付ボルト
６２０  燃焼シリンダ組付ネジ穴
６２１  燃焼シリンダ組付スタッド・ボルト
６２２  掃気シリンダ組付ネジ穴
６２３  掃気シリンダ組付スタッド・ボルト
６２４  燃焼シリンダ組み付けナット
６２５  掃気シリンダ組み付けナット
６４０  排気管
６４５  給気管
６４６  排気ガス通路切替弁
６４７  動圧排気管
６４８  静圧排気管
６４９  静圧容器
６５０  排気集合管
６５１  排気ガスＥＧＲフィルター
６５２  中間冷却器
６５３  排気ガス後処理装置
６５４  消音器
７００  セル・ダイナモ
７１０  固定子
７２０  上ケース
７３０  下ケース
７４０  上部回転子
７５０  上部回転子永久磁石
７６０  下部回転子
７７０  下部回転子永久磁石
７８０  上下回転子連結環
８００  ターボ過給機
８１０  モノロータ
８２０  低圧段コンプレッサー
８３０  ノズルベーン板
８４０  過給機ケーシング
８５０  空気吸込口
８６０  空気吐出口
８７０  排気出口
ＳＪ  スクイズ空気軸受け
【図１】
2019027288.tif 000003
【図２】
2019027288.tif 000004
【図３】
2019027288.tif 000005
【図４】
2019027288.tif 000006
【図５】
2019027288.tif 000007
【図６】
2019027288.tif 000008
【図７】
2019027288.tif 000009
【図８】
2019027288.tif 000010
【図９】
2019027288.tif 000011
【図１０】
2019027288.tif 000012
【図１１】
2019027288.tif 000013
【図１２】
2019027288.tif 000014
【図１３】
2019027288.tif 000015
【図１４】
2019027288.tif 000016
【図１５】
2019027288.tif 000017
【図１６】
2019027288.tif 000018
【図１７】
2019027288.tif 000019
【図１８】
2019027288.tif 000020
【図１９】
2019027288.tif 000021
【図２０】
2019027288.tif 000022
【図２１】
2019027288.tif 000023
【図２２】
2019027288.tif 000024
【図２３】
2019027288.tif 000025
【図２４】
2019027288.tif 000026
【図２５】
2019027288.tif 000027
【図２６】
2019027288.tif 000028
【図２７】
2019027288.tif 000029
【図２８】
2019027288.tif 000030
【手続補正書】
【提出日】平成30年5月23日(2018.5.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼ピストンシリンダに収容され前記燃焼ピストンシリンダとともに燃焼室を形成する燃焼ピストンと、
掃気ピストンシリンダに収容され前記掃気ピストンシリンダ内に掃気を吸入する掃気ピストンと、
前記燃焼ピストンと前記掃気ピストンとを軸方向に連結する連結ロッドと、
前記燃焼ピストンと、前記掃気ピストンと、前記連結ロッドとを軸方向に貫通して形成され、前記掃気ピストンから前記連結ロッドを介して前記燃焼ピストンへ空気を送り込む掃気通路と、を備えたピストンと、
前記掃気通路を開閉する開閉手段と、
前記燃焼ピストンシリンダのシリンダヘッドに形成される排気口と、を備えたことを特徴とする、２ストロークエンジン。
【請求項２】
前記開閉手段はバルブであることを特徴とする、請求項１に記載の２ストロークエンジン。
【請求項３】
前記燃焼ピストンは燃焼室を有するクラウンを装備しており、
前記クラウンには空気シール溝が配置されており、
前記空気シール溝は、前記燃焼ピストンシリンダの壁面に空気を吹き付けて前記ピストンと前記燃焼ピストンシリンダとの間に非接触での燃焼ガス漏れを防止する空気シールを形成することを特徴とする、請求項１又は２に記載の２ストロークエンジン。
【請求項４】
前記空気シール溝は、前記クラウンの外周部から内周部に向かって斜め方向に形成されており、前記燃焼ピストンシリンダへ流れ込む掃気流に渦流を発生させることを特徴とする、請求項３に記載の２ストロークエンジン。
【請求項５】
前記燃焼ピストンの外周面には１又は２以上のシール溝が設けられており、
前記シール溝は、前記燃焼ピストンシリンダの壁面との間で、前記空気シール溝から漏れた燃焼ガスの漏れを防止するラビリンスシールを形成することを特徴とする、請求項３又は４に記載の２ストロークエンジン。
【請求項６】
前記燃焼ピストンシリンダの壁面はセラミック材がコーティングされていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の２ストロークエンジン。
【請求項７】
前記掃気ピストンと前記掃気ピストンシリンダの壁面との間は前記掃気ピストンに設けられたピストンリングと前記掃気ピストンシリンダの壁面との接触でシールされており、
前記ピストンリングの表面はセラミックでコーティングが施され、前記掃気ピストンシリンダの壁面はダイヤモンドを含んだコーティングが施されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の２ストロークエンジン。
【請求項８】
前記燃焼ピストンシリンダ及び前記掃気ピストンシリンダのシリンダヘッドは、シリンダと一体となったフィクスドヘッド構造であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の２ストロークエンジン。
【請求項９】
前記燃焼ピストンと前記燃焼ピストンシリンダとのボア・ストローク比が２倍以上であることを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の２ストロークエンジン。
【請求項１０】
前記ピストンは、クランク、内歯ギヤ、遊星ギヤ、バランサ、揺動子、及び揺動子受けを備えてクランク回転直線往復変換部が構成され、該クランク回転直線往復変換部は直線往復運動をすることを特徴とする、請求項１〜９のいずれかに記載の２ストロークエンジン。
【請求項１１】
前記クランクにはセル・ダイナモが配置され、始動と外部電源への電力供給が行われることを特徴とする、請求項１０に記載の２ストロークエンジン。
【請求項１２】
前記揺動子の外周面と前記揺動子受けの内周面とは、これらの間に空気の膜を形成し、この空気膜の圧力により軸受けされることを特徴とする、請求項１０又は１１に記載の２ストロークエンジン。
【請求項１３】
前記揺動子の外周面と前記揺動子受けの内周面とは無潤滑であり、前記揺動子の外周面はセラミックコーティングが施され、前記揺動子受けの内周面は工業ダイヤモンドを含んだコーティングが施されることを特徴とする、請求項１０〜１２のいずれかに記載の２ストロークエンジン。
【請求項１４】
前記遊星ギヤと前記内歯ギヤのギヤ歯面は油潤滑されておらず、前記遊星ギヤと前記内歯ギヤのギヤ歯面は耐摩耗性のある潤滑剤含浸メッキが施されていることを特徴とする、請求項１０〜１３のいずれかに記載の２ストロークエンジン。
【請求項１５】
前記クランク回転直線往復変換部を収容するエンジン・ブロックの材質はアルミ合金、又は強化プラスティックで形成されることを特徴とする、請求項１０〜１４のいずれかに記載の２ストロークエンジン。