(57)【要約】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一端側に設けられた排気ポート（１１８）と、排気ポートを開閉する第１排気弁（１２４）と、排気ポートに連通し、シリンダ内の燃焼作用で生成された排気ガスが排気ポートから導かれる排気流路（１３６）と、排気流路内に設けられ、排気流路の開度を可変とする第２排気弁（１４４）と、第１排気弁を開いた後、第２排気弁の開度を小さくするように、第１排気弁および第２排気弁を制御する制御部と、を備える。
2015108144.tif 000002
【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側に設けられた排気ポートと、
前記排気ポートを開閉する第１排気弁と、
前記排気ポートに連通し、前記シリンダ内の燃焼作用で生成された排気ガスが前記排気ポートから導かれる排気流路と、
前記排気流路内に設けられ、前記排気流路の開度を可変とする第２排気弁と、
前記第１排気弁を開いた後、前記第２排気弁の開度を小さくするように、前記第１排気弁および前記第２排気弁を制御する制御部と、を備えるユニフロー掃気式２サイクルエンジン。
【請求項２】
前記排気流路内に設けられ、前記排気ガスに含まれる酸素濃度を測定するセンサをさらに備え、
前記制御部は、前記第１排気弁を開いた後、前記センサが測定した前記酸素濃度が上昇して閾値を超えると、前記第２排気弁の開度を小さくさせる請求項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】
前記シリンダにおける前記ピストンのストローク方向他端側に設けられ、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、
前記排気流路と前記掃気ポートとを連通し、前記排気流路を流通する前記排気ガスの一部を前記掃気ポートから前記シリンダ内に循環させる循環路と、
前記循環路を開閉する第３排気弁と、をさらに備え、
前記第２排気弁は、前記排気流路と前記循環路との連通部よりも、前記排気流路の下流側に設けられている請求項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】
前記シリンダにおける前記ピストンのストローク方向他端側に設けられ、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、
前記排気流路と前記掃気ポートとを連通し、前記排気流路を流通する前記排気ガスの一部を前記掃気ポートから前記シリンダ内に循環させる循環路と、
前記循環路を開閉する第３排気弁と、をさらに備え、
前記第２排気弁は、前記排気流路と前記循環路との連通部よりも、前記排気流路の下流側に設けられている請求項２に記載のユニフロー掃気式２サイクルエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料ガス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、２０１４年１月１７日に日本に出願された特願２０１４−００６４０２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側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側に掃気ポートが設けられている。吸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。【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】日本国特開平０３−０６１６１１号公報
【特許文献２】日本国特公平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）に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伴って、予混合する燃料ガスも吹き抜けてしまう場合がある。【０００６】
そこで、燃料ガスの吹き抜けを回避するため、燃料ガスを噴射する期間を、排気弁の閉弁タイミングの直前からの短期間に限定することが考えられる。燃料ガスの噴射期間が制限されると、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、燃料ガスが活性ガスと十分に混合せず、燃焼室内の広範囲に燃料ガスを分散させることができない。【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、燃料ガスと活性ガスを十分に混合させて、燃料ガスを燃焼室内に分散させ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側に設けられた排気ポートと、排気ポートを開閉する第１排気弁と、排気ポートに連通し、シリンダ内の燃焼作用で生成された排気ガスが排気ポートから導かれる排気流路と、排気流路内に設けられ、排気流路の開度を可変とする第２排気弁と、を備える。
また、本発明のユニフロー掃気式２サイクルエンジンは、第１排気弁を開いた後、第２排気弁の開度を小さくするように、第１排気弁および第２排気弁を制御する制御部をさらに備える。【０００９】
また、本発明のユニフロー掃気式２サイクルエンジンが、排気流路内に設けられ、排気ガスに含まれる酸素濃度を測定するセンサをさらに備え、制御部が、第１排気弁を開いた後、センサが測定した酸素濃度が上昇して閾値を超えると、第２排気弁の開度を小さくさせてもよい。【００１０】
また、本発明のユニフロー掃気式２サイクルエンジンが、シリンダにおけるピストンのストローク方向他端側に設けられ、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、排気流路と掃気ポートとを連通し、排気流路を流通する排気ガスの一部を掃気ポートからシリンダ内に循環させる循環路と、循環路を開閉する第３排気弁と、をさらに備え、第２排気弁が、排気流路と循環路との連通部よりも、排気流路の下流側に設けられていてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
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、燃料ガスと活性ガスを十分に混合させて、燃料ガスを燃焼室内に分散させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【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図である。
【図２Ａ】第２燃料噴射部を説明するための図である。
【図２Ｂ】図２Ａの破線部分の拡大図である。
【図３】ユニフロー掃気式２サイクルエンジンの吸排気系統を説明するための図である。
【図４Ａ】クランク角度に応じた各制御部の動作を示す図である。
【図４Ｂ】クランク角度に応じた各制御部の動作を示す図である。
【図５Ａ】本発明の変形例における第２燃料噴射部を説明するための図である。
【図５Ｂ】図５Ａの破線部分の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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。
【００１４】
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、燃焼室１１６と、排気ポート１１８と、排気弁駆動装置１２０と、センサ１２２と、第１排気弁１２４と、掃気ポート１２６と、掃気室１２８と、第１燃料噴射部１３０と、第２燃料噴射部１３２と、ロータリエンコーダ１３４と、排気流路１３６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（制御部）等の制御部によって制御される。
【００１５】
ユニフロー掃気式２サイクルエンジン１００では、ピストン１１２の上昇行程および下降行程の２行程の間に、燃焼、膨張、排気、吸気、圧縮が行われて、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内の潤滑油の汚損劣化を防止することができる。
【００１６】
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とに囲まれた燃焼室１１６の熱で自然着火し、僅かな時間で燃焼して、燃焼室１１６の温度を極めて高くする。そのため、燃料ガスを所望のタイミングで確実に燃焼させることができる。
【００１７】
排気ポート１１８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。排気ポート１１８は、排気流路１３６に連通する。図１には、排気流路１３６の一部を示す。排気流路１３６については後に詳述する。
【００１８】
排気弁駆動装置１２０は、後述する排気制御部１５４の制御に応じ、所定のタイミングで第１排気弁１２４を上下に摺動させ、排気ポート１１８を開閉する。
【００１９】
センサ１２２は、例えば、Ｏ２センサで構成される。センサ１２２は、排気流路１３６内に配され、排気流路１３６内の気体中の酸素濃度を検知して、排気制御部１５４に出力する。
【００２０】
掃気ポート１２６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）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１２６から、ピストン１１２の摺動動作に応じてシリンダ１１０内に活性ガスが吸入される。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１２８には、後述する過給機１３８のコンプレッサＣ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１２８とシリンダ１１０内の差圧によって掃気ポート１２６から活性ガスが吸入される。掃気室１２８の圧力は、ほぼ一定とすることができるが、掃気室１２８の圧力が変化する場合には、掃気ポート１２６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。
【００２１】
第１燃料噴射部１３０は、シリンダ１１０内周面（排気ポート１１８と掃気ポート１２６との間）において、周方向に離隔して設けられた複数の開口部である。第１燃料噴射弁１３０ａは、第１燃料噴射部１３０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、燃料ガスには、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。
【００２２】
図２ＡおよびＢは、第２燃料噴射部１３２を説明するための図であり、図２Ａには、シリンダ１１０の側面図のうち、第２燃料噴射部１３２近傍の拡大図を示す。また、図２Ｂには、図２Ａの破線部分の拡大図を示す。
【００２３】
図２Ａに示すように、第２燃料噴射部１３２は、シリンダ１１０とは別体に形成された貯留管１３２ａ、１３２ｂを有する。貯留管１３２ａ、１３２ｂ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。貯留管１３２ａは、掃気ポート１２６よりもピストン１１２のストローク方向の一端側（図２Ａ中、上側）に配され、貯留管１３２ｂは、掃気ポート１２６よりもピストン１１２のストローク方向の他端側（図２Ａ中、下側）に配される。
【００２４】
貯留管１３２ａ、１３２ｂそれぞれの内部には、環状に延びる貯留室が形成されており、貯留室において、燃料ガスが一時的に貯留される。
【００２５】
流通管１３２ｃは、貯留管１３２ａと貯留管１３２ｂの間に配され、両端がそれぞれ貯留管１３２ａと貯留管１３２ｂに固定されている。そして、流通管１３２ｃとしては、貯留管１３２ａに連通する管と、貯留管１３２ｂに連通する管とが、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１３２ｃのうち、一方は貯留管１３２ａに連通し、他方は貯留管１３２ｂに連通している。そして、流通管１３２ｃには、貯留管１３２ａまたは貯留管１３２ｂから流入した燃料ガスが流通する。
【００２６】
図２Ｂに示すように、流通管１３２ｃには噴射口１３２ｄが形成されている。噴射口１３２ｄは、流通管１３２ｃの内周面と外周面を連通する孔である。したがって、噴射口１３２ｄは、シリンダ１１０の径方向外側にて、隣り合う掃気ポート１２６の間に位置している。また、噴射口１３２ｄは、流通管１３２ｃからシリンダ１１０の周方向に向かって開口している。
【００２７】
そして、不図示の第２燃料噴射弁が開弁し、噴射口１３２ｄから燃料ガスが噴出すると、掃気室１２８から掃気ポート１２６に向かって流れる活性ガスに向けて、第２燃料噴射部１３２の噴射口１３２ｄから燃料ガスが吹きつけられる。このとき、掃気ポート１２６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燃料ガスの混合を促進することが可能となる。
【００２８】
図１に戻って、ロータリエンコーダ１３４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。
【００２９】
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１３４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。
【００３０】
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１３４からのクランク角度信号に基づいて、第１燃料噴射弁１３０ａおよび第２燃料噴射弁を制御する。
【００３１】
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１３４からのクランク角度信号に基づいて、排気弁駆動装置１２０に排気弁操作信号を出力する。また、排気制御部１５４は、センサ１２２の出力値に基づいて、後述する第２排気弁１４４および第３排気弁１４６（図３参照）を駆動させる不図示の排気弁駆動装置に、排気弁操作信号を出力する。
【００３２】
図３は、ユニフロー掃気式２サイクルエンジン１００の吸排気系統を説明するための図である。図３中、排気ガスおよび活性ガスの流れを太線で示す。
【００３３】
排気流路１３６は、上記の排気ポート１１８を含む流路であって、排気ポート１１８から、過給機１３８のタービンＴ内部に連通している。循環路１４０は、排気流路１３６から分岐する流路であって、上記の掃気室１２８を介してシリンダ１１０の掃気ポート１２６に連通している。また、過給機１３８のコンプレッサＣ内部が、循環路１４０の一部となっている。
【００３４】
センサ１２２は、排気流路１３６のうち、排気流路１３６と循環路１４０との連通部１３６ａよりも、上流側（排気ポート１１８側）に配されている。
【００３５】
吸入路１４２は、循環路１４０のうち、過給機１３８のコンプレッサＣより上流において、循環路１４０と連通し、外気（活性ガス）を吸入して循環路１４０に導く。循環路１４０と吸入路１４２との連通部１４０ａには、循環路１４０から吸入路１４２への逆流を防ぐ不図示の逆止弁が配されている。
【００３６】
第２排気弁１４４は、例えばバタフライ弁で構成され、排気流路１３６のうち、排気流路１３６と循環路１４０との連通部１３６ａよりも下流側に設けられる。第２排気弁１４４は、不図示の排気弁駆動装置によって開度が調整され、排気流路１３６の開度を可変とする（開閉する）。
【００３７】
第３排気弁１４６は、循環路１４０のうち、循環路１４０と吸入路１４２との連通部１４０ａよりも上流側に設けられる。第３排気弁１４６は、不図示の排気弁駆動装置によって開度が調整され、循環路１４０を開閉する。
【００３８】
第２排気弁１４４が開いており、第３排気弁１４６が閉じているとき、第１排気弁１２４が開くと、シリンダ１１０内の燃焼作用で生成された排気ガスは、排気ポート１１８を通ってシリンダ１１０から排出され、過給機１３８のタービンＴを回転させて、浄化装置で浄化される。
【００３９】
このとき、タービンＴの回転動力によってコンプレッサＣが回転し、吸入路１４２からコンプレッサＣに活性ガスが吸入される。活性ガスは、コンプレッサＣで圧縮されて掃気室１２８に送出される。そして、掃気ポート１２６からシリンダ１１０内に吸入される。
【００４０】
第１排気弁１２４が開いて、排気ガスが排気流路１３６に流れているとき、第３排気弁１４６が開くと、排気ガスの一部または全部は、循環路１４０に流入する。循環路１４０に流入した排気ガスは、活性ガスと混合され、コンプレッサＣで圧縮されてシリンダ１１０の掃気室１２８に送出される。そして、掃気ポート１２６からシリンダ１１０内に循環する。このように、循環路１４０および第３排気弁１４６は、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）システムを構成している。
【００４１】
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。
【００４２】
図４ＡおよびＢは、クランク角度に応じた各制御部の動作を示す図である。図４Ａに示すように、燃焼行程後においては、排気ポート１１８および掃気ポート１２６が閉塞状態にあり、燃焼室１１６（シリンダ１１０内）には排気ガスが充満している。
【００４３】
燃焼室１１６の燃焼作用によって生じる膨張圧により、ピストン１１２が下降して下死点に近づくと、排気制御部１５４は排気弁駆動装置１２０を通じて第１排気弁１２４を開弁する（図４Ａに示すｔ１）。すると、排気ポート１１８から排気流路１３６に排気ガスが排出され、センサ１２２の出力値が示す排気流路１３６内の酸素濃度が低下する。
【００４４】
そして、ピストン１１２の摺動動作に応じて掃気ポート１２６が開口する（図４Ａのｔ１とｔ２の間）。すると、掃気ポート１２６から活性ガスが吸入される。掃気ポート１２６が開口している間に、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１３４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、第２燃料噴射部１３２から燃料ガスを噴射させる。
【００４５】
このとき、シリンダ１１０内に吸入された活性ガスの一部は、排気ポート１１８から排気流路１３６に流出する。そのため、排気流路１３６内の酸素濃度が上昇する。排気制御部１５４は、センサ１２２の出力値が示す酸素濃度が第１閾値ａ（閾値）を下回った後、再び、第１閾値ａを超えると（図４Ａに示すｔ２）、第２排気弁１４４の開度を小さくさせる。その後、排気制御部１５４は、第２排気弁１４４の開度を一定に保つ。
【００４６】
その結果、排気ポート１１８から流出する排気ガスの流速が低下する。そのため、第２燃料噴射部１３２から噴射された燃料ガスについて、排気ポート１１８からの吹き抜けを抑制することが可能となる。
【００４７】
その後、第２燃料噴射部１３２からの燃料ガスの噴射が停止し、掃気ポート１２６が閉じる。そして、燃料噴射制御部１５２は、第２燃料噴射部１３２と同様に、燃料噴射量を示す情報、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、第１燃料噴射部１３０からシリンダ１１０内に燃料ガスを噴射させる。
【００４８】
第１燃料噴射部１３０および第２燃料噴射部１３２からシリンダ１１０内に流入した活性ガスおよび燃料ガスは、活性ガスと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１１６（シリンダ１１０内）の排気ガスを排気ポート１１８から押し出す。
【００４９】
そして、排気制御部１５４は、第１排気弁１２４を閉弁して排気ポート１１８を閉口する（図４Ａに示すｔ３）。排気制御部１５４は、第１排気弁１２４を閉弁した後、第２排気弁１４４の開度を全開に戻す。
【００５０】
燃焼室１１６においては、燃料ガスが燃焼して、その膨張圧によってピストン１１２が下降する。
【００５１】
このようにして、燃焼室１１６において燃料ガスが燃焼されることにより、上記のとおりに、燃焼、膨張、排気、吸気、圧縮行程が繰り返される。
【００５２】
排気制御部１５４は、第１排気弁１２４および第２排気弁１４４それぞれの排気弁駆動装置を制御して、以下のように第１排気弁１２４および第２排気弁１４４を開閉させている。すなわち、第１排気弁１２４を開く前（ここでは、１回前のサイクルで第１排気弁１２４を閉じた直後）に、第２排気弁１４４の開度を大きくし（図４Ａに示すｔ３）、次のサイクルにおいて、第１排気弁１２４を開いた後（図４Ａに示すｔ１）、第２排気弁１４４の開度を小さくしている（図４Ａに示すｔ２）。
【００５３】
そのため、第１排気弁１２４を開いた直後は、第２排気弁１４４の開度が大きく、排気ガスを効率的に排出することができ、その後、第２排気弁１４４の開度を小さくして、排気ガスの流速を低下させて、排気ポート１１８からの燃料ガスの吹き抜けを抑制することが可能となる。
【００５４】
その結果、第１燃料噴射部１３０および第２燃料噴射部１３２それぞれにおいて、燃料ガスの噴射期間を十分に確保することができる。そのため、燃料ガスが短期間に集中噴射されるなどの理由によりシリンダ１１０（燃焼室１１６）内で局所的に集中することがなく、燃料ガスをシリンダ１１０内に分散させることが可能となる。
【００５５】
なお、図４Ａでは、排気制御部１５４は、第２排気弁１４４の開度を小さくしてから、第１排気弁１２４が閉じられた後、第２排気弁１４４の開度を再び大きくするまでの期間、第２排気弁１４４の開度を一定に保つ場合について説明した。しかし、この期間に、第２排気弁１４４の開度を徐々に大きくしてもよいし、第２排気弁１４４の開度を徐々に小さくしてもよい。
【００５６】
また、排気制御部１５４は、図４Ａに示すように、第２排気弁１４４の開度を大きくするときと小さくするときで、第２排気弁１４４の開度の調整速度を大凡同じ速さとしている。しかし、第２排気弁１４４の開閉速度は、開度を大きくするときの方が、第２排気弁１４４の開度を小さくするときよりも遅くてもよいし、逆に速くてもよい。
【００５７】
図４Ａでは、第２排気弁１４４の開度を小さくすることで、燃料ガスが排気ポート１１８に流出することを回避できる場合について説明した。図４Ｂでは、燃料ガスが排気ポート１１８に流出した場合の処理について説明する。図４Ｂにおいて、時刻ｔ２までは、図４Ａと同じ処理が行われるため重複説明を省略する。
【００５８】
図４Ｂに示すように、排気制御部１５４は、酸素濃度が第１閾値ａを超えると（図４Ｂに示すｔ２）、第２排気弁１４４の開度を小さくさせる。これによって、シリンダ１１０から排気流路１３６に流出する排気ガスの流速は抑制されるものの、それでも、燃料ガスが排気流路１３６に流出する可能性はある。
【００５９】
排気流路１３６内の酸素濃度は、活性ガスが流入することで上昇するが、燃料ガスが排気流路１３６に流出した場合、酸素濃度が再び低下する。この酸素濃度の低下は、排気流路１３６に流出した燃料ガスの体積に相当する分、排気流路１３６内の全気体中に占める酸素の割合が低下することによって生じる。
【００６０】
そこで、排気制御部１５４は、センサ１２２の出力値が示す酸素濃度が、一旦、第２閾値ｂを超えてから、再び、第２閾値ｂを下回ると、燃料ガスが排気流路１３６に流出したと判定する（図４Ｂに示すｔ４）。ここでは、第２閾値ｂは、第１閾値ａよりも大きい。そして、排気制御部１５４は、第２排気弁１４４を完全に閉じるとともに、第３排気弁１４６を開く。
【００６１】
これにより、排気流路１３６に流出した燃料ガスが、活性ガスや排気ガスとともに、循環路１４０に流入し、掃気室１２８からシリンダ１１０内に循環する。そのため、燃料ガスが外気に流出する事態を回避することが可能となるうえ、燃料ガスを無駄なく燃焼させて燃費を向上させることが可能となる。
【００６２】
上述した実施形態では、第２燃料噴射部１３２から活性ガスと混合される前の燃料ガスが噴出される場合について説明した。しかし、燃料噴射部において、燃料ガスと活性ガスが予混合されてもよい。以下、このような燃料噴射部２３２について説明する。
【００６３】
図５ＡおよびＢは、本発明の変形例における第２燃料噴射部２３２を説明するための図であり、図５Ａには、シリンダ１１０の側面図のうち、第２燃料噴射部２３２近傍の拡大図を示す。また、図５Ｂには、図５Ａの破線部分の拡大図を示す。
【００６４】
図５Ａに示すように、第２燃料噴射部２３２は、シリンダ１１０とは別体に形成された混合管２３２ａ、２３２ｂを有する。混合管２３２ａ、２３２ｂ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２３２ａは、掃気ポート１２６よりもピストン１１２のストローク方向の一端側（図５Ａ中、上側）に配され、混合管２３２ｂは、掃気ポート１２６よりもピストン１１２のストローク方向の他端側（図５Ａ中、下側）に配される。
【００６５】
混合管２３２ａ、２３２ｂそれぞれの内部には、環状に延びる混合室が形成されており、混合室において、燃料ガスおよび活性ガスが混合され予混合気が生成される。
【００６６】
そして、隣り合う流通管１３２ｃのうち、一方は混合管２３２ａに連通し、他方は混合管２３２ｂに連通している。そして、流通管１３２ｃには、混合管２３２ａまたは混合管２３２ｂから流入した予混合気が流通する。
【００６７】
不図示の第２燃料噴射弁が開弁し、図５Ｂに示す噴射口１３２ｄから予混合気が噴出すると、掃気室１２８から掃気ポート１２６に向かって流れる活性ガスに向けて、第２燃料噴射部２３２の噴射口１３２ｄから予混合気が吹きつけられる。
【００６８】
上述した実施形態では、センサ１２２の出力値に示される排気流路１３６内の酸素濃度に基づいて、排気制御部１５４が第２排気弁１４４および第３排気弁１４６の開度を制御する場合について説明した。しかし、排気制御部１５４は、センサ１２２の出力値、掃気圧、排気圧、ロータリエンコーダ１３４からのクランク角度信号、エンジン回転数、燃料噴射開始タイミング、燃料噴射期間、および、燃料噴射量などのパラメータのうち、１または複数のパラメータに基づいて、第２排気弁１４４および第３排気弁１４６の開度を制御してもよい。また、これらのパラメータのうち、１または複数のパラメータと、第２排気弁１４４および第３排気弁１４６の開度とを対応付けたマップに基づいて、第２排気弁１４４および第３排気弁１４６の開度を制御してもよい。
【００６９】
また、上述した実施形態では、第３排気弁１４６および循環路１４０を備える場合について説明したが、第３排気弁１４６および循環路１４０は必須の構成ではない。
【００７０】
また、上述した実施形態では、第１閾値ａよりも第２閾値ｂの方が大きい場合について説明したが、第１閾値ａよりも第２閾値ｂの方が小さくてもよいし、第１閾値ａと第２閾値ｂが同じ値であってもよい。
【００７１】
また、上述した実施形態では、ユニフロー掃気式２サイクルエンジン１００が第１燃料噴射部１３０と第２燃料噴射部１３２の両方を備える場合について説明した。しかし、ユニフロー掃気式２サイクルエンジン１００は、第１燃料噴射部１３０と第２燃料噴射部１３２のいずれか一方のみを備えていてもよい。
【００７２】
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、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。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明は、燃料ガス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】
【００７４】
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  燃焼室
１１８  排気ポート
１２２  センサ
１２４  第１排気弁
１２６  掃気ポート
１３６  排気流路
１３６ａ  連通部
１４０  循環路
１４４  第２排気弁
１４６  第３排気弁
１５２  燃料噴射制御部（制御部）
１５４  排気制御部（制御部）
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【国際調査報告】
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