(57)【要約】こ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（１１０）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の一端側に設けられ、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、掃気ポートに吸入される活性ガスに燃料ガスを噴射する、掃気ポートの内周面、または、内周面よりもシリンダの外側に設けられた噴射部（１２６ｅ）と、を備える。また、噴射部は、ストローク方向の他端側の方が一端側よりも、燃料ガスの噴射量が多い。上記構成により、掃気ポートから燃焼室に到達する燃料ガスの濃度を均一化して、消炎や異常燃焼を抑制することが可能なユニフロー掃気式２サイクルエンジンを提供することができる。
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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の一端側に設けられ、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、
前記掃気ポートに吸入される活性ガスに燃料ガスを噴射する、前記掃気ポートの内周面、または、前記内周面よりも前記シリンダの外側に設けられた噴射部と、
を備え、
前記噴射部は、前記ストローク方向の他端側の方が一端側よりも、前記燃料ガスの噴射量が多いユニフロー掃気式２サイクルエンジン。
【請求項２】
前記噴射部は、前記ストローク方向の位置を異ならせて複数設けられ、前記ストローク方向の他端側に配された前記噴射部は、前記ストローク方向の一端側に配された前記噴射部よりも、開口面積が大きい、請求項１に記載のユニフロー掃気式２サイクルエンジン。
【請求項３】
前記噴射部は、前記ストローク方向の位置を異ならせて複数設けられ、前記ストローク方向の他端側に配された前記噴射部は、前記ストローク方向の一端側に配された前記噴射部よりも、前記ストローク方向に隣り合う前記噴射部との間隔が狭い、請求項１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】
前記噴射部は、前記ストローク方向の位置を異ならせて複数設けられ、前記ストローク方向の他端側に配された前記噴射部は、前記ストローク方向の一端側に配された前記噴射部よりも、前記ストローク方向に隣り合う前記噴射部との間隔が狭い、請求項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５】
前記噴射部は、前記ストローク方向の位置を異ならせて複数設けられ、複数の前記噴射部は、前記ストローク方向の他端側にある１または複数の前記噴射部の組である第１噴射部群と、前記第１噴射部群よりも、前記ストローク方向の一端側にある１または複数の前記噴射部の組である第２噴射部群との、少なくとも２つの組に分けられ、
前記第２噴射部群と前記第１噴射部群それぞれに対して、燃料ガスの流路が独立に形成されている、請求項１から４のいずれか１項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】
前記第１噴射部群への燃料ガスの供給圧は、前記第２噴射部群への燃料ガスの供給圧よりも高い、請求項５に記載のユニフロー掃気式２サイクルエンジン。
【請求項７】
前記第１噴射部群へ供給される燃料ガスの濃度は、前記第２噴射部群へ供給される燃料ガスの濃度よりも高い、請求項５に記載のユニフロー掃気式２サイクルエンジン。
【請求項８】
前記第１噴射部群へ供給される燃料ガスの濃度は、前記第２噴射部群へ供給される燃料ガスの濃度よりも高い、請求項６に記載のユニフロー掃気式２サイクルエンジン。
【請求項９】
前記噴射部は、前記ストローク方向に延びる長孔で形成され、前記ストローク方向の他端側の方が一端側よりも、開口の幅が広い、請求項１に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る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。
本願は、２０１３年５月１０日に日本に出願された特願２０１３−１００５２８号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【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）では、シリンダにおけるピストンのストローク方向一端部に掃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排気ポートが設けられている。吸気（給気）行程において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、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。【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、燃料ガスと活性ガスの混合が不十分な場合、局所的に燃料ガスの濃度が高くなってしまい、過早着火や未燃ガスの排出等の問題が生じる。そこで、例えば、特許文献１に示されるように、掃気ポートの内壁に連通孔を設け、ノズル管を連通孔から掃気ポートに突出させる。そして、ノズル管から掃気ポート内に燃料ガスを噴射し、活性ガスがシリンダ内に吸入される前に、燃料ガスとの混合を開始することで、シリンダ内における燃料ガスと活性ガスの混合時間を確保する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】日本国特許第３９０８８５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、燃料ガスの偏りを抑えて活性ガスに燃料ガスを均一に拡散させるため、連通孔から掃気ポートに突出させたノズル管の噴射口を、ピストンのストローク方向に離隔させて複数設ける構成が考えられる。また、かかる構成に限らず、シリンダの外側に、燃料ガスを噴射する噴射口を、ピストンのストローク方向に離隔させて複数設ける場合も想定される。【０００６】
この場合、掃気ポート内の位置によって掃気ポートに導かれる活性ガスの流速が異なるため、複数の噴射口の位置によっては、燃料ガスの濃度が不均一となる。その結果、燃焼室における燃料ガスの濃度のバラつきを招き、濃度が希薄な部分においては消炎により未燃の燃料ガスが残り、濃度が高すぎる部分においては異常燃焼が誘発される可能性がある。【０００７】
本発明は、このような課題に鑑み、掃気ポートから燃焼室に到達する燃料ガスの濃度を均一化して、消炎や異常燃焼を抑制することが可能なユニフロー掃気式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、本発明の第一の態様に係るユニフロー掃気式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の一端側に設けられ、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、掃気ポートに吸入される活性ガスに燃料ガスを噴射する、掃気ポートの内周面、または、内周面よりもシリンダの外側に設けられた噴射部と、を備え、噴射部は、ストローク方向の他端側の方が一端側よりも、燃料ガスの噴射量が多い。【０００９】
上記第一の態様において、噴射部は、ストローク方向の位置を異ならせて複数設けられ、ストローク方向の他端側に配された噴射部は、ストローク方向の一端側に配された噴射部よりも、開口面積が大きくてもよい。【００１０】
上記第一および第二の態様において、噴射部は、ストローク方向の位置を異ならせて複数設けられ、ストローク方向の他端側に配された噴射部は、ストローク方向の一端側に配された噴射部よりも、ストローク方向に隣り合う噴射部との間隔が狭くてもよい。【００１１】
上記第一ないし第三の態様において、噴射部は、ストローク方向の位置を異ならせて複数設けられ、複数の噴射部は、ストローク方向の他端側にある１または複数の噴射部の組である第１噴射部群と、第１噴射部群よりも、ストローク方向の一端側にある１または複数の噴射部の組である第２噴射部群との、少なくとも２つの組に分けられ、第２噴射部群と第１噴射部群それぞれに対して、燃料ガスの流路が独立に形成されてもよい。【００１２】
上記第四の態様において、第１噴射部群への燃料ガスの供給圧は、第２噴射部群への燃料ガスの供給圧よりも高くてもよい。【００１３】
上記第四および第五の態様において、第１噴射部群へ供給される燃料ガスの濃度は、第２噴射部群へ供給される燃料ガスの濃度よりも高くてもよい。【００１４】
上記第一の態様において、噴射部は、ストローク方向に延びる長孔で形成され、ストローク方向の他端側の方が一端側よりも、開口の幅が広くてもよい。
【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、掃気ポートから燃焼室に到達する燃料ガスの濃度を均一化して、消炎や異常燃焼を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施形態におけるユニフロー掃気式２サイクルエンジンの全体構成を示す図である。
【図２Ａ】本実施形態における燃料噴射部を説明するための、図１と同じ断面におけるシリンダの一部と燃料噴射部の断面図である。
【図２Ｂ】図２ＡのＩＩ（ｂ）‐ＩＩ（ｂ）線に沿った断面図である。
【図２Ｃ】図２Ｂの矢印ＩＩ（ｃ）に沿った矢視図である。
【図３Ａ】本実施形態における噴射部を説明するための、図２Ｃの破線部分の拡大図である。
【図３Ｂ】本実施形態の流通管における、図３ＡのＩＩＩ（ｂ）に沿った矢視図である。
【図３Ｃ】本実施形態の第１変形例の流通管を示す図である。
【図３Ｄ】本実施形態の第２変形例の流通管を示す図である。
【図４】シリンダ内の予混合気の流れを説明するための図である。
【図５】本実施形態における各制御部の動作を示す図である。
【図６Ａ】第２の実施形態における燃料噴射部を説明するための、本発明の第２の実施形態におけるシリンダおよび燃料噴射部の図２Ａに対応する位置の断面図である。
【図６Ｂ】本実施形態におけるシリンダおよび燃料噴射部の図３Ａに対応する位置の部分拡大図である。
【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】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態におけるユニフロー掃気式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、排気弁駆動装置１１８と、排気弁１２０と、掃気ポート１２２と、掃気室１２４と、燃料噴射部１２６と、ロータリエンコーダ１３０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、排気といった４つの連続する行程を通じて、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クランク室の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、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とに囲まれた燃焼室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。そのため、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させることができる。
【００２１】
排気ポート１１６は、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。排気弁駆動装置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一端側の内周面（シリンダブロック１１０ｂの内周面）から外周面まで貫通する孔であり、シリンダ１１０の全周囲に亘って、それぞれ離隔して複数設けられている。そして、掃気ポート１２２は、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】
図２Ａ〜Ｃは、燃料噴射部１２６を説明するための図であり、図２Ａは、図１と同じ断面におけるシリンダ１１０の一部と燃料噴射部１２６を示し、図２Ｂは、図２ＡのＩＩ（ｂ）‐ＩＩ（ｂ）線に沿った断面を示し、図２Ｃは、図２Ｂの矢印ＩＩ（ｃ）に沿った矢視図を示す。図２Ａ〜Ｃにおいて、理解を容易とするため、燃料噴射部１２６の断面構造、および、ピストン１１２については図示を省略する。
【００２４】
図２Ａに示すように、燃料噴射部１２６は、シリンダ１１０とは別体に形成された混合管１２６ａ、１２６ｂを有する。混合管１２６ａ、１２６ｂは、それぞれ、シリンダ１１０の径方向外側を周方向に沿って囲む環状部材である。混合管１２６ａは、掃気ポート１２２よりもピストン１１２のストローク方向の他端側（図２Ａ中、上側）に配され、混合管１２６ｂは、掃気ポート１２２よりもピストン１１２のストローク方向の一端側（図２Ａ中、下側）に配される。
【００２５】
図２Ａに示すように、シリンダ１１０の外周面において、混合管１２６ａの上側に形成された溝１１０ｃには、リング１５６ａが嵌合しており、リング１５６ａによって混合管１２６ａの上側への移動を規制している。同様に、シリンダ１１０の外周面において、混合管１２６ｂの下側に形成された溝１１０ｄには、リング１５６ｂが嵌合しており、リング１５６ｂによって混合管１２６ｂの下側への移動を規制している。
【００２６】
また、図２Ｂに示すように、混合管１２６ｂは、シリンダ１１０をそれぞれ周方向に沿って半周ずつ囲む２つの部材１５８ａ、１５８ｂで構成され、部材１５８ａ、１５８ｂそれぞれの両端部に設けられた突出部１５８ｃ、１５８ｄがチェーンやナットなどで締結されている（所謂Ｇカップリング）。すなわち、混合管１２６ｂはシリンダ１１０を外周側から締め付けており、混合管１２６ｂとシリンダ１１０の接触部分の摩擦力によっても、混合管１２６ｂの図２Ａ中、上下方向の移動が制限される。ここでは、混合管１２６ｂの固定手段について説明したが、混合管１２６ａも、混合管１２６ｂと同様の構造で締結されている。
【００２７】
混合管１２６ａ、１２６ｂそれぞれの内部には、環状に延びる混合室が形成されている。各混合室は、ＬＮＧ（液化天然ガス）をガス化した燃料ガスが流れる燃料配管（図示せず）、および、活性ガスが流れる活性配管（図示せず）と、開閉弁１２６ｃを介して連通している。そして、混合室において、燃料配管からの燃料ガスおよび活性配管からの活性ガスが混合され予混合気が生成される。ここで、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。
【００２８】
流通管１２６ｄは、図２Ｃに示すように、混合管１２６ａと混合管１２６ｂの間に配され、両端がそれぞれ混合管１２６ａと混合管１２６ｂに連結されている。また、図２Ｂに示すように、流通管１２６ｄは、シリンダ１１０の外周面のうち、隣り合う掃気ポート１２２の間に設けられる隔壁１２２ａに対向する位置（掃気ポート１２２の隔壁１２２ａの径方向外側）に、隔壁１２２ａごとに１つずつ配される。
【００２９】
流通管１２６ｄには、混合管１２６ａに連通するものと、混合管１２６ｂに連通するものがあり、これらがシリンダ１１０の周方向に交互に配されている。すなわち、隣り合う流通管１２６ｄのうち、一方は混合管１２６ａに連通し、他方は混合管１２６ｂに連通している。そして、流通管１２６ｄには、混合管１２６ａまたは混合管１２６ｂから流入した燃料ガスを含む予混合気が流通する。
【００３０】
図３Ａ〜Ｄは、噴射部１２６ｅを説明するための図であり、図３Ａは、図２Ｃの破線部分の拡大図を示し、図３Ｂは、流通管１２６ｄにおける図３ＡのＩＩＩ（ｂ）に沿った矢視図を示し、図３Ｃは、第１変形例の流通管２２６ｄを示し、図３Ｄは、第２変形例の流通管３２６ｄを示す。
【００３１】
図３Ａに示すように、流通管１２６ｄには噴射部１２６ｅが形成されている。噴射部１２６ｅは、流通管１２６ｄの内周面と外周面を連通する孔（開口）を含み、隣り合う掃気ポート１２２の間におけるシリンダ１１０の径方向外側（シリンダ１１０の外側）に位置する。また、噴射部１２６ｅは、ピストン１１２のストローク方向の位置を異ならせて複数設けられる。噴射部１２６ｅのそれぞれが、流通管１２６ｄからシリンダ１１０の周方向に向かって開口している。
【００３２】
後述する燃料噴射制御部１５２からの指令を受けて、噴射部１２６ｅに供給される燃料ガスや活性ガスの流路を開閉する開閉弁１２６ｃが開弁する（図２Ａ〜Ｃ参照）。すると、唯一開口している噴射部１２６ｅから予混合気が噴出し、掃気室１２４から掃気ポート１２２に向かって流れる活性ガスに向けて、噴射部１２６ｅから予混合気が吹きつけられる。このとき、掃気ポート１２２近傍における活性ガスには渦流が生じており、渦流によって活性ガスと予混合気の混合を促進することが可能となる。
【００３３】
図４は、シリンダ１１０内における予混合気の流れを説明するための図である。図４中、破線はシリンダ１１０内の気体の流速について、径方向に沿った位置ごとの相対的な速度差を示し、矢印ａ、ｂは、予混合気の流れの経路を示すとともに、矢印ａ、ｂの先端が所定タイミングにおける予混合気の流れの先頭の位置を示す。
【００３４】
図４に示すように、掃気ポート１２２のうち、ピストン１１２のストローク方向の他端側（図４中、上側）を通る予混合気は、シリンダ１１０内の外径側を流れる（矢印ａで示す）。また、掃気ポート１２２のうち、ピストン１１２のストローク方向の一端側（図４中、下側）を通る予混合気は、シリンダ１１０内の内径側を流れる（矢印ｂで示す）。
【００３５】
このとき、シリンダ１１０内の気体は、シリンダ１１０の内周面に近接する部位において、内周面との摩擦および粘性の影響によってやや速度が低下するものの、全般に、シリンダ１１０の内径側よりも外径側の方が、上昇速度が速い。これは、スワールの影響により、シリンダ１１０の外径側の流速が速められているためである。また、図１に示すように、排気弁１２０は、排気ポート１１６に対向して、シリンダ１１０の内径側に位置している。これにより、排気ポート１１６と排気弁１２０の隙間がシリンダ１１０の外径側に開口していることも、シリンダ１１０の外径側の流速を内径側よりも速める要因となっている。
【００３６】
そのため、図４において、矢印ａで示す予混合気は、矢印ｂで示す予混合気よりも流速が速い。したがって、矢印ａで示す予混合気が燃焼室１４０に到達する部分より、矢印ｂで示す予混合気が燃焼室１４０に到達する部分の方が、燃料ガスの濃度が低くなる。すなわち、このような予混合気の速度差が燃料ガスの濃度のバラつきの要因となっている。
【００３７】
そこで、本実施形態においては、図３Ｂに示すように、ストローク方向の他端側に配された噴射部１２６ｅは、ストローク方向の一端側に配された噴射部１２６ｅよりも、開口面積（ここでは、開口部の内径）が大きい。
【００３８】
また、図３Ｃに示す第１変形例では、流通管２２６ｄにおいて、ストローク方向の他端側に配された噴射部２２６ｅは、ストローク方向の一端側に配された噴射部２２６ｅよりも、ストローク方向に隣り合う噴射部２２６ｅとの間隔が狭い。すなわち、流通管２２６ｄのストローク方向の他端側における単位面積当たりの噴射部２２６ｅの数が、流通管２２６ｄのストローク方向の一端側における単位面積当たりの噴射部２２６ｅの数よりも多い。
【００３９】
また、図３Ｄに示す第２変形例では、噴射部３２６ｅは、流通管３２６ｄにおいて、ストローク方向に延びる長孔で形成され、ストローク方向の他端側の方が一端側よりも、図３Ｄにおける左右方向の開口の幅が広い。
【００４０】
図３Ｂ〜Ｄのいずれの場合も、流通管１２６ｄ、２２６ｄ、３２６ｄの外周面における単位面積当たりに占める開口面積の比が、ストローク方向の一端側よりも他端側の方が大きい。かかる開口面積の比率に応じて、ストローク方向の一端側よりも他端側の方が予混合気の噴射量も大きくなる。すると、図４中、矢印ａで示す予混合気の流量が矢印ｂで示す予混合気の流量よりも多くなる。この結果、燃焼室１４０に到達した予混合気においては、燃料ガスの濃度がほぼ均一になり、消炎や異常燃焼を抑制することが可能となる。
【００４１】
また、図３Ｂに示す実施形態では、開口面積を異ならせて噴射部１２６ｅを形成するといった簡易な加工で、予混合気の噴射量を異ならせることができ、加工コストを低減することが可能となる。
【００４２】
また、図３Ｃに示す第１変形例では、間隔の差異のみで噴射部２２６ｅの噴射量を異ならせることから、噴射部２２６ｅを形成するとき、工具の交換も不要となるため、さらなる加工コストの低減が可能となる。
【００４３】
また、図３Ｄに示す第２変形例では、噴射部３２６ｅからの噴射量を、ストローク方向の位置に応じて徐々に変化させることができ、さらなる燃料ガスの濃度分布の均一化が可能となる。
【００４４】
図１に戻って、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。
【００４５】
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。
【００４６】
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いて、開閉弁１２６ｃ（図２Ａ〜Ｃ参照）を制御する。
【００４７】
排気制御部１５４は、燃料噴射制御部１５２からの燃料噴射量にかかる信号、および、ロータリエンコーダ１３０からのクランク角度信号に基づいて、排気弁駆動装置１１８に排気弁操作信号を出力する。
【００４８】
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。
【００４９】
図５は、各制御部の動作を説明する図である。図５に示すように、燃焼行程後の排気行程では、排気ポート１１６および掃気ポート１２２が閉塞状態にあり、燃焼室１４０（シリンダ１１０内）には排気ガスが充満している。
【００５０】
燃焼室１４０の燃焼作用によって生じる爆発圧力により、ピストン１１２が下降し下死点に近づくと、排気制御部１５４は排気弁駆動装置１１８を通じて排気弁１２０を開弁し、また、ピストン１１２の摺動動作に応じて掃気ポート１２２が開口する（図５に示すｔ１）。すると、掃気ポート１２２から活性ガスが吸入される。
【００５１】
そして、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、開閉弁１２６ｃを開弁して、燃料噴射部１２６から掃気ポート１２２におけるシリンダ１１０の径方向外側に予混合気を噴射させる。これにより、掃気ポート１２２に吸入される前の活性ガスに予混合気が含まれる。
【００５２】
このとき、噴射部１２６ｅは、ストローク方向の他端側の方が一端側よりも、予混合気（燃料ガス）の噴射量が多い。予混合気は、活性ガスと、予混合気に含まれる燃料ガスとの混合を促進するためのスワールを形成しながら上昇し、燃焼室１４０（シリンダ１１０内）の排気ガスを排気ポート１１６から押し出す。
【００５３】
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圧縮行程では、燃料噴射制御部１５２は、開閉弁１２６ｃを閉弁し、燃料噴射部１２６から掃気ポート１２２内への燃料ガスの噴射が停止する。また、掃気ポート１２２が閉口され、活性ガスの吸入が停止される。
【００５４】
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）の排気ガスは、排気ポート１１６から排出される。
【００５５】
その後、さらにピストン１１２が上昇すると、排気制御部１５４は、排気弁１２０を閉弁して排気ポート１１６を閉口する（図５に示すｔ２）。シリンダヘッド１１０ａ（燃焼室１４０）に到達した予混合気においては、上記の流速の速度差による燃料ガスの濃度差が、噴射部１２６ｅごとの予混合気の噴射量の差によって相殺され、燃料ガスの濃度がほぼ均一となる。そして、燃焼室１４０の燃焼作用によって爆発が生じる。
【００５６】
このようにして、燃焼室１４０において予混合気が燃焼することにより、上記のとおりに、排気、吸気、圧縮、燃焼行程が繰り返される。
【００５７】
（第２の実施形態）
続いて、本発明の第２の実施形態における燃料噴射部４２６について説明する。第２の実施形態では、上記第１の実施形態と燃料噴射部４２６のみが異なるので、ここでは上記第１の実施形態と同じ構成については説明を省略し、構成が異なる燃料噴射部４２６についてのみ説明する。
【００５８】
図６Ａおよび６Ｂは、第２の実施形態における燃料噴射部４２６を説明するための図であり、図６Ａは、第２の実施形態におけるシリンダ１１０および燃料噴射部４２６の図２Ａに対応する位置の断面図を示し、図６Ｂは、第２の実施形態におけるシリンダ１１０および燃料噴射部４２６の図３Ａに対応する位置の部分拡大図を示す。
【００５９】
図６Ａに示すように、燃料噴射部４２６においては、２つの流通管４２６ｄ、４２６ｅが、混合管４２６ａと混合管４２６ｂの間に直列的に配される。流通管４２６ｄ、４２６ｅの一端は互いに対向して配置されるとともに、流通管４２６ｄの他端は混合管４２６ａに固定され、流通管４２６ｅの他端は混合管４２６ｂに固定されている。また、流通管４２６ｄ、４２６ｅは、上述した第１の実施形態の流通管１２６ｄと同様、シリンダ１１０の外周面のうち、隣り合う掃気ポート１２２の間に設けられる隔壁１２２ａに対向する位置に、隔壁１２２ａごとに１つずつ配される。
【００６０】
流通管４２６ｄは、混合管４２６ａに連通し、混合管４２６ａから流入した燃料ガスを含む予混合気が流通する。また、流通管４２６ｅは、混合管４２６ｂに連通し、混合管４２６ｂから流入した燃料ガスを含む予混合気が流通する。このように、流通管４２６ｄと流通管４２６ｅとでは、それぞれ独立した流路が形成される。
【００６１】
また、図６Ｂに示すように、流通管４２６ｄには第１噴射部４２６ｆ、流通管４２６ｅには第２噴射部４２６ｇが形成されている。第１噴射部４２６ｆ、第２噴射部４２６ｇは、流通管４２６ｄ、４２６ｅの内周面と外周面を連通する孔（開口）である。
【００６２】
第１噴射部４２６ｆ、第２噴射部４２６ｇは、隣り合う掃気ポート１２２の間におけるシリンダ１１０の径方向外側（シリンダ１１０の外側）に位置し、流通管４２６ｄ、４２６ｅからシリンダ１１０の周方向に向かって開口している。また、それぞれの第１噴射部４２６ｆ、第２噴射部４２６ｇは、ピストン１１２のストローク方向の位置が異なる。
【００６３】
ここでは、ストローク方向の他端側（図６Ｂ中、上側）にある２つの第１噴射部４２６ｆの組（第１噴射部群４６０）と、第１噴射部群４６０よりも、ストローク方向の一端側（図６Ｂ中、下側）にある２つの第２噴射部４２６ｇの組（第２噴射部群４６２）の２つの組に分けられる。すなわち、第１噴射部群４６０と、第２噴射部群４６２は、ピストン１１２のストローク方向の位置が異なる。
【００６４】
第１噴射部群４６０と第２噴射部群４６２それぞれに対して、流通管４２６ｄの流路と流通管４２６ｅの流路のように、予混合気の流路が独立して形成されている。そのため、第１噴射部群４６０と第２噴射部群４６２とで、予混合気の噴射量を異ならせることが容易に可能となる。
【００６５】
具体的には、開閉弁４２６ｃを介して混合管４２６ａに供給される燃料ガスおよび活性ガスの供給圧は、開閉弁４２６ｃを介して混合管４２６ｂに供給される燃料ガスおよび活性ガスの供給圧よりも高い。すなわち、第１噴射部群４６０への予混合気の供給圧は、第２噴射部群４６２への予混合気の供給圧よりも高い。
【００６６】
このように、予混合気の供給圧を、第１噴射部群４６０の方が第２噴射部群４６２よりも高くすることで、第１噴射部４２６ｆや第２噴射部４２６ｇの開口面積や、ストローク方向の間隔を等しくしても、予混合気の噴射量を異ならせることが容易に可能となる。そのため、流通管４２６ｄ、４２６ｅを共通の部材で構成でき、コストを低減することができる。また、第１噴射部群４６０と第２噴射部群４６２との予混合気の噴射量の差を、運転状況に応じて変更することも容易にできる。
【００６７】
また、第１噴射部群４６０と第２噴射部群４６２とで予混合気の供給圧を異ならせる代わりに、第１噴射部群４６０へ供給する燃料ガスの濃度を、第２噴射部群４６２へ供給する燃料ガスの濃度よりも高くしてもよい。具体的には、例えば、混合管４２６ａに流入させる燃料ガスの活性ガスに対する流量の割合を、混合管４２６ｂに流入させる燃料ガスの活性ガスに対する流量の割合よりも、大きくする。
【００６８】
このように、噴射される予混合気における燃料ガスの濃度を第１噴射部群４６０と第２噴射部群４６２とで異ならせることで、第１噴射部４２６ｆや第２噴射部４２６ｇの開口面積や、ストローク方向の間隔を等しくしても、燃料ガスの噴射量を異ならせることが容易に可能となる。また、混合管４２６ｂに流入させる燃料ガスに、予め、活性ガスを混入させたり、活性ガスや燃料ガス以外の安定性の高いガス（例えば水蒸気）を混入させたりして、第２噴射部群４６２から噴射される予混合気における燃料ガスの濃度を低下させてもよい。
【００６９】
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。
【００７０】
例えば、上述した実施形態では、噴射部１２６ｅ、第１噴射部４２６ｆ、および、第２噴射部４２６ｇは、掃気ポート１２２の内周面よりもシリンダ１１０の外側に設けられた開口である場合について説明したが、掃気ポート１２２の内周面に設けられた開口であってもよい。
【００７１】
また、上述した第１の実施形態では、図３Ｂに示すように、ストローク方向の他端側に配された噴射部１２６ｅは、ストローク方向の一端側に配された噴射部１２６ｅよりも、開口面積が大きい。また、上述した第１変形例では、図３Ｃに示すように、ストローク方向に隣り合う噴射部２２６ｅの間隔がストローク方向の他端側に近づくほど狭い。しかし、かかる構成に限らず、例えば、これらの両方の特徴を備えていてもよい。
【００７２】
また、上述した第２の実施形態では、図６Ｂに示すように、噴射部（第１噴射部４２６ｆと第２噴射部４２６ｇ）を第１噴射部群４６０と第２噴射部群４６２に分け、予混合気の流路を独立して形成した。そして、第１噴射部群４６０への予混合気の供給圧を、第２噴射部群４６２への予混合気の供給圧よりも高くした。また、第１噴射部群４６０への燃料ガスの濃度を、第２噴射部群４６２への燃料ガスの濃度よりも高くする例も挙げた。第１噴射部群４６０と第２噴射部群４６２に分け、予混合気の流路を独立して形成する場合、図３Ｂおよび図３Ｃに示した構成、第１噴射部群４６０に供給する予混合気の供給圧を高くする構成、および、第１噴射部群４６０への燃料ガスの濃度を高くする構成の群から選択されるいずれか１つ、または、複数の構成を同時に適用してもよい。
【００７３】
さらに、上述した第１の実施形態およびその変形例では、掃気室１２４から掃気ポート１２２に向かって流れる活性ガスに向け、噴射部１２６ｅ、２２６ｅ、３２６ｅから燃料ガスと活性ガスとの予混合気を噴出させる場合について説明した。また、上述した第２の実施形態では、掃気室１２４から掃気ポート１２２に向かって流れる活性ガスに向け、第１噴射部群４６０および第２噴射部群４６２から燃料ガスと活性ガスとの予混合気を噴出させる場合について説明した。しかし、噴射部１２６ｅ、２２６ｅ、３２６ｅ、あるいは、第１噴射部群４６０および第２噴射部群４６２から燃料ガスのみを噴射し、シリンダ１１０内における活性ガスとの混合により、予混合気を生成させる構成としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明は、掃気ポートから吸入される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】
【００７５】
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
１２２  掃気ポート
１２６、４２６  燃料噴射部
１２６ｅ、２２６ｅ、３２６ｅ  噴射部
４２６ｆ  第１噴射部（噴射部）
４２６ｇ  第２噴射部（噴射部）
４６０  第１噴射部群
４６２  第２噴射部群
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
2014181864.tif 000007
【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
2014181864.tif 000009
【図３Ｄ】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【手続補正書】
【提出日】平成28年7月11日(2016.7.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
そのため、図４において、矢印ａで示す予混合気は、矢印ｂで示す予混合気よりも流速が速い。したがって、矢印ａで示す予混合気が燃焼室１４０に到達する部分より、矢印ｂで示す予混合気が燃焼室１４０に到達する部分の方が、燃料ガスの濃度が高くなる。すなわち、このような予混合気の速度差が燃料ガスの濃度のバラつきの要因となっている。
【国際調査報告】
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