(57)【要約】  高圧噴射システムを用いる必要がなく、且つロングストロークエンジンに適用した場合にも層状掃気によって吹き抜けを抑制できる２ストロークエンジンを提供する。  ２ストロークエンジンは、クランク室２Ａとシリンダ２２の側部とに連通し、ピストン２３によってシリンダ２２との連通及び遮断が切り替えられる掃気ポート５５と、掃気ポート５５に燃料を噴射する複数の燃料噴射弁６８（６８Ａ、６８Ｂ）とを備える。燃料噴射弁６８は掃気ポート５５に燃料を噴射するため、高圧噴射システムを適用する必要がない。燃料噴射の開始を掃気ポート５５が開くタイミングよりも遅らせることで、掃気の初期にシリンダ２２内に新気が送られ、掃気の後期にシリンダ２２内に混合気が送られる。これにより、ロングストロークエンジンであっても層状掃気が行われ、混合気の吹き抜けが抑制される。【選択図】図１
2018135191.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダを画成するシリンダ壁と、
前記シリンダに往復動可能に設けられ、前記シリンダ内に燃焼室を画成するピストンと、
前記シリンダの下端に連通するクランク室を画成するクランクケースと、
前記クランク室に連通する吸気通路と、
前記吸気通路を開閉する一方向弁と、
前記クランク室と前記シリンダの側部とに連通し、前記ピストンによって前記シリンダとの連通及び遮断が切り替えられる掃気ポートと、
前記燃焼室の頂部に連通する排気ポートと、
前記排気ポートを開閉する排気弁と、
前記掃気ポートに燃料を噴射する複数の燃料噴射弁と、
前記掃気ポートが前記ピストンによって開かれるタイミングよりも遅いタイミングで燃料噴射を開始し、前記掃気ポートが前記ピストンによって閉じられる前に燃料噴射を終了するように、前記複数の燃料噴射弁を駆動制御する制御装置と、を備えることを特徴とする２ストロークエンジン。
【請求項２】
前記複数の燃料噴射弁が、前記掃気ポートの前記シリンダ側の開口に向けて燃料を噴射するように設けられてい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】
前記制御装置は、中・高負荷運転時においては全ての燃料噴射弁を駆動し、低負荷運転時においては少なくとも１つの燃料噴射弁の駆動を停止す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４】
前記制御装置は、前記掃気ポートが前記ピストンによって閉じられるタイミング（Ａ２）よりも所定時間だけ早いタイミングで燃料噴射を終了するように、前記複数の燃料噴射弁を駆動制御す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５】
前記制御装置は、噴射させるべき燃料噴射量が少ないほど遅いタイミングで燃料噴射を開始することを特徴とする請求項４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においては、混合気の吹き抜けによって空気中に放出される炭化水素量が多くなり易く、環境への悪影響が指摘されている。放出される全炭化水素（ＴＨＣ）を低減する手法として、掃気の初期にシリンダ内に空気を送り、掃気の後期にシリンダ内に混合気を送ることで、空気の層の下に混合気の層を形成し、混合気の吹き抜けによる放出を抑制する層状掃気が知られている（例えば、特許文献１、２）。【０００３】
ＴＨＣを低減する他の手法として、掃気によってガスの交換が終了した後（排気ポートが閉じた後）、燃焼開始前に燃料をシリンダ内に直接噴射することで、未燃焼燃料の放出を抑制する筒内噴射が知られている（例えば、特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３３２８４７号公報
【特許文献２】特開２０１５−１６９１９５号公報
【特許文献３】特開２０１２−５２２１７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、層状掃気においては、ピストンが上死点側に位置するときには掃気ポートがピストンスカートによって閉じられている必要がある。そのため、冷却損失低減等のためにピストンストロークをロングストローク化した場合には、特許文献１、２のように空気通路を形成するか、ピストンが上死点側に位置するときに掃気ポートが閉じられる程度にピストンスカートの長さを延長しなければならない。ピストンスカートの長さを延長すると、ピストンスカートが下死点側に位置するときに他の部材に接触することや、ピストン重量が増加するといった問題が生じる。【０００６】
一方、筒内噴射においては、燃焼開始の前までの短時間で、上昇行程において加圧されたシリンダ内に燃料を噴射する必要があるため、高圧噴射システムが必要になり、コストが上昇するという問題がある。【０００７】
本発明は、以上の背景を鑑み、高圧噴射システムを用いる必要がなく、且つロングストロークエンジンに適用した場合にも層状掃気によって混合気の吹き抜けを抑制できる２ストロークエンジンを提供することを課題とする。
【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一態様に係る２ストロークエンジン（Ｅ）は、シリンダ（２２）を画成するシリンダ壁（１９、３、４）と、前記シリンダに往復動可能に設けられ、前記シリンダ内に燃焼室（２９）を画成するピストン（２３）と、前記シリンダの下端に連通するクランク室（２Ａ）を画成するクランクケース（２）と、前記クランク室に連通する吸気通路（２Ｇ）と、前記吸気通路を開閉する一方向弁（５４）と、前記クランク室と前記シリンダの側部とに連通し、前記ピストンによって前記シリンダとの連通及び遮断が切り替えられる掃気ポート（５５）と、前記燃焼室の頂部に連通する排気ポート（３１）と、前記排気ポートを開閉する排気弁（３２）と、前記掃気ポートに燃料を噴射する複数の燃料噴射弁（６８）と、前記掃気ポートが前記ピストンによって開かれるタイミングよりも遅いタイミングで（第１クランク角Ａ１より後に）燃料噴射を開始し、前記掃気ポートが前記ピストンによって閉じられる前に（第２クランク角Ａ２より前に）燃料噴射を終了するように、前記複数の燃料噴射弁を駆動制御する制御装置（７０）と、を備える。【０００９】
この構成によれば、燃料噴射弁が掃気ポートに燃料を噴射するため、高圧噴射システムを適用する必要がない。また、制御装置が、燃料噴射の開始を掃気ポートが開くタイミングよりも遅らせることで、掃気の初期にシリンダ内に新気を送り、掃気の後期にシリンダ内に混合気を送ることができる。これにより、ロングストロークエンジンに適用した場合にも層状掃気を行って混合気の吹き抜けを抑制できる。更に、複数の燃料噴射弁が設けられるため、小型且つ汎用された廉価な燃料噴射弁を用いて短時間で所定量の燃料を噴射できる。【００１０】
また、上記の構成において、前記複数の燃料噴射弁（６８）が、前記掃気ポート（５５）の前記シリンダ（２２）側の開口（５６）に向けて燃料を噴射するように設けられているとよい。【００１１】
この構成によれば、燃料の噴射から燃料が燃焼室に流入するまでの時間が短縮されるため、適切なタイミングで適切な量の燃料を燃焼室に供給することができる。これにより、層状掃気効果が向上する。【００１２】
また、上記の構成において、前記制御装置は、中・高負荷運転時においては全ての燃料噴射弁を駆動し、低負荷運転時においては少なくとも１つの燃料噴射弁（６８Ｂ）の駆動を停止するとよい。【００１３】
この構成によれば、低負荷運転時に、駆動する燃料噴射弁の噴射量を多くすることで、燃料噴射量の誤差を小さくすることができる。【００１４】
また、上記の構成において、前記制御装置（７０）は、前記掃気ポートが前記ピストンによって閉じられるタイミング（Ａ２）よりも所定時間だけ早いタイミングで（第３クランク角Ａ３にて）燃料噴射を終了するように、前記複数の燃料噴射弁（６８）を駆動制御するとよい。【００１５】
この構成によれば、噴射された燃料がピストンの側面に付着することや、ピストンの通過によってクランク室に連通するシリンダの下部に燃料が噴射されることが抑制される。【００１６】
また、上記の構成において、前記制御装置（７０）は、噴射させるべき燃料噴射量が多いほど早いタイミングで、前記複数の燃料噴射弁（６８）に燃料噴射を開始させるとよい。【００１７】
この構成によれば、噴射された燃料が燃焼室に流入する期間が掃気の後期になるため、混合気の吹き抜けが抑制される。
【発明の効果】
【００１８】
以上の構成によれば、高圧噴射システムを用いる必要がなく、且つロングストロークエンジンに適用した場合にも層状掃気によって吹き抜けを抑制できる２ストロークエンジンを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施形態に係るエンジンの縦断面図
【図２】図１のII-II断面図
【図３】図２のIII-III断面図
【図４】１サイクルにおける掃気ポートの連通状態と燃料噴射弁の駆動状態とを示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照して、本発明を単気筒の２ストロークエンジン（以下、エンジンＥという）に適用した実施形態について詳細に説明する。本実施形態に係るエンジンＥは、掃気及び排気の流れに曲がりが少ないユニフローの予混合圧縮自着火２ストロークエンジンとして構成される。エンジンＥは、軽油やガソリンを燃料とする。
【００２１】
図１及び図２に示されるように、エンジンＥの機関本体１は、内部にクランク室２Ａを画成するクランクケース２と、クランクケース２の上部に接合されたシリンダブロック３と、シリンダブロック３の上部に接合されたシリンダヘッド４と、シリンダヘッド４の上部に接合され、シリンダヘッド４との間に上部動弁室６を画成するヘッドカバー５とを有する。
【００２２】
クランクケース２は、図２に示されるように、上下に延びる面（シリンダ軸線Ａを通る面）で左右に分割された一対のクランクケース半体によって構成される。左右のクランクケース半体は、ボルトによって互いに締結され、両半体間にクランク室２Ａを形成する。クランクケース２の左右の側壁２Ｂ、２Ｃには、軸受を介してクランクシャフト８が回転可能に支持される。
【００２３】
クランクシャフト８は、クランクケース２の側壁２Ｂ、２Ｃに支持される一対のジャーナル８Ａと、両ジャーナル８Ａ間に設けられた一対のウェブ８Ｂと、両ウェブ８Ｂによってジャーナル８Ａから偏心した位置に支持されたクランクピン８Ｃとを有する。
【００２４】
右の側壁２Ｃの外面側にはエンドプレート１１が締結される。エンドプレート１１は、周縁部において右の側壁２Ｃの外面に締結され、右の側壁２Ｃとの間に下部動弁室１２を形成する。クランクシャフト８の左端部８Ｄは、クランクケース２の左の側壁２Ｂを貫通して左方に延出する。クランクシャフト８の右端部８Ｅは、クランクケース２の右の側壁２Ｃ及びエンドプレート１１を貫通して右方へと延出する。クランクシャフト８の左端部８Ｄが左の側壁２Ｂを貫通する部分、及び右端部８Ｅがエンドプレート１１を貫通する部分には、クランク室２Ａの気密性を確保するためのシール部材がそれぞれ設けられる。
【００２５】
クランクケース２の上部には、上下に延び、上端がクランクケース２の上端面に開口すると共に、下端がクランク室２Ａに向けて開口する断面円形の第１スリーブ受容孔１６が形成されている。
【００２６】
シリンダブロック３は、上下に延在し、下端面においてクランクケース２の上端面に接合される。シリンダブロック３には、上端面から下端面に上下に貫通する第２スリーブ受容孔１８が形成されている。第２スリーブ受容孔１８は、上部が下部に対して段違いに拡径された円形断面の段付き孔であり、上部及び下部の境界部に上方を向く環状の肩面１８Ａを有する。第２スリーブ受容孔１８の下端開口は、シリンダブロック３の第１スリーブ受容孔１６の上端開口と同軸に対向し、互いに連通する。第１スリーブ受容孔１６及び第２スリーブ受容孔１８の下部の内径は等しく、連続した孔を形成する。
【００２７】
第１及び第２スリーブ受容孔１６、１８には、円筒状のシリンダスリーブ１９が圧入される。シリンダスリーブ１９は、外周部に径方向外方に突出する環状の凸部２１を有する。凸部２１が肩面１８Ａに当接することによって、シリンダスリーブ１９の第１及び第２スリーブ受容孔１６、１８に対する位置が定まる。シリンダスリーブ１９の下端は、第１スリーブ受容孔１６の下端開口から下方に突出し、クランク室２Ａの内部において突出端となっている。シリンダスリーブ１９の上端はシリンダブロック３の上端面と面一となる位置に配置され、シリンダブロック３に接合されるシリンダヘッド４の下端面に当接する。これにより、シリンダスリーブ１９は、肩面１８Ａとシリンダヘッド４の下面との間に挟持され、シリンダ軸線Ａ方向において位置が定まる。シリンダスリーブ１９の内孔は、シリンダ２２を形成する。即ち、シリンダブロック３、シリンダスリーブ１９及びシリンダヘッド４は、シリンダ２２を形成するシリンダ壁を構成する。
【００２８】
シリンダ２２には、往復動可能にピストン２３が受容される。ピストン２３は、クランクシャフト８と平行に延びるピストンピン２３Ａを有する。ピストンピン２３Ａには、軸受を介してコンロッド２６の小端部が回動可能に支持される。コンロッド２６の大端部は、軸受を介してクランクピン８Ｃに回動可能に支持される。ピストン２３とクランクシャフト８とがコンロッド２６によって連結されることによって、ピストン２３の往復動がクランクシャフト８の回転運動に変換される。
【００２９】
図１及び図２に示されるように、シリンダヘッド４の下端面におけるシリンダスリーブ１９に対応する位置には、半球状の燃焼室凹部２８が形成されている。シリンダ２２内には、燃焼室凹部２８とピストン２３の頂面との間に燃焼室２９が画成される。
【００３０】
シリンダヘッド４には、点火プラグ３０が燃焼室２９に臨むように設けられている。また、シリンダヘッド４には、燃焼室凹部２８に開口して燃焼室２９の頂部に連通するように排気ポート３１が形成されると共に、排気ポート３１を開閉するポペット型の排気弁３２が設けられている。排気弁３２は、そのステムエンドが上部動弁室６に配置され、バルブスプリング３３によって閉方向に付勢されている。排気弁３２は、動弁機構３４によって、クランクシャフト８の回転に同期して開閉駆動される。
【００３１】
図２に示されるように、動弁機構３４は、クランクシャフト８の回転に応じて回転するカムシャフト４１と、カムシャフト４１によって進退駆動されるプッシュロッド４２と、プッシュロッド４２によって駆動され、排気弁３２を開方向に押すロッカアーム４３とを有する。カムシャフト４１は、下部動弁室１２にクランクシャフト８と平行に配置されている。カムシャフト４１は、一端がクランクケース２の右の側壁２Ｃに回転可能に支持されると共に、他端がエンドプレート１１に回転可能に支持される。クランクシャフト８は、下部動弁室１２に位置する部分にクランクギヤ４５を有し、カムシャフト４１はクランクギヤ４５に噛み合うカムギヤ４６を有する。クランクギヤ４５とカムギヤ４６のギヤ比は１：１である。カムシャフト４１には、板カムであるカム４７が設けられている。
【００３２】
プッシュロッド４２は、両端が開口した管状のロッドケース５１に進退可能に収容されている。ロッドケース５１は、上下に延在し、下端がクランクケース２の右の側壁２Ｃに接合されて下部動弁室１２に連通すると共に、上端がシリンダブロック３に接合されて上部動弁室６に連通する。プッシュロッド４２は、下端においてカムシャフト４１のカム４７に当接し、カムシャフト４１の回転に応じて進退する。プッシュロッド４２の下端にローラを設け、ローラにおいてカム４７に転接するようにしてもよい。
【００３３】
ロッカアーム４３は、シリンダヘッド４に支持されたロッカシャフト５２に回動可能に支持される。ロッカシャフト５２は、シリンダ軸線Ａ及びクランクシャフト８の軸線と直交する方向に延在する。ロッカアーム４３は、一端にプッシュロッド４２の上端に当接する受け部４３Ａを有し、他端に排気弁３２のステムエンドに当接するスクリュアジャスタ４３Ｂを有する。
【００３４】
以上の構成の動弁機構３４によって、クランクシャフト８が１回転する毎に、所定のタイミングで排気弁３２が１回開かれる。
【００３５】
図１に示されるように、クランクケース２の前側壁２Ｄには、前方に突出した突出部２Ｆが形成されている。突出部２Ｆの内部は、前後に延びる吸気通路２Ｇを形成し、後端においてクランク室２Ａに連通し、前端が開口となっている。吸気通路２Ｇの前端は、突出部２Ｆの前端に締結された蓋３６によって閉塞されている。突出部２Ｆの左側壁部には、突出部２Ｆの外部と内部とを連通する貫通孔である吸気ポート５３が形成されている。吸気ポート５３の外端には、図示しないエアクリーナ等を有する吸気装置が接続される。吸気ポート５３には、吸気ポート５３側からクランク室２Ａ側への流体の流れを許容する一方で、クランク室２Ａ側から吸気ポート５３側への流体の流れを阻止する一方向弁としてのリード弁５４が設けられている。リード弁５４は、通常は閉弁しており、ピストン２３の上昇によってクランク室２Ａ内の圧力が低下すると開弁する。
【００３６】
クランクケース２及びシリンダスリーブ１９には、クランク室２Ａとシリンダスリーブ１９の内部（シリンダ２２の側部）とを連通する複数の掃気ポート５５が形成されている。各掃気ポート５５は、シリンダスリーブ１９に形成された掃気口５６と、掃気口５６からクランク室２Ａに延びる通路部５７とを含む。通路部５７は、クランクケース２の上部であって、第１スリーブ受容孔１６の周囲に形成されている。本実施形態では、１つの掃気ポート５５が、１つの掃気口５６と１つの通路部５７とを有する。他の実施形態では、１つの掃気ポート５５が、２つの掃気口５６と１つの通路部５７とを有していてもよい。掃気口５６は、シリンダスリーブ１９の第１スリーブ受容孔１６内に対応する部分に、径方向に貫通するように形成されている。掃気口５６の高さ寸法は、ピストン２３の外周面の高さ寸法よりも小さく設定されている。
【００３７】
掃気口５６（掃気ポート５５）は、ピストン２３の往復動によって開閉される。具体的には、ピストン２３が掃気口５６と対応する位置にあるときには、掃気ポート５５はピストン２３の外周部によって閉じられ、ピストン２３の下縁が掃気口５６の下縁よりも上方（上死点側）にあるときには、掃気ポート５５がシリンダ２２のピストン２３よりも下側部分に連通するように開かれ、ピストン２３の上縁（頂面）が掃気口５６の上縁よりも下方（下死点側）にあるときには、掃気ポート５５がシリンダ２２のピストン２３よりも上側部分（燃焼室２９）に連通するように開かれる。このように、掃気ポート５５は、ピストン２３によってシリンダ２２との連通及び遮断を切り替えられる。
【００３８】
図１〜図３に示されるように、本実施形態では、エンジンＥは２つの掃気ポート５５を有する。他の実施形態では、エンジンＥが３つ以上の掃気ポート５５を有してもよい。２つの掃気ポート５５及び掃気口５６は、シリンダ軸線Ａを中心として、回転対称形をなし、１８０°回転対称位置に配置されている。
【００３９】
各掃気ポート５５の上流側部分５７Ａは、クランク室２Ａに連通する下端からシリンダスリーブ１９の径方向外方をシリンダ軸線Ａと平行に上方に延びる。上流側部分５７Ａの上端は、掃気口５６の上縁よりも上方に配置される。
【００４０】
図３に示されるように、各掃気ポート５５の下流側部分５７Ｂは、上流側部分５７Ａの上部から掃気口５６に向けてシリンダスリーブ１９の径方向外方を周方向に延在する。下流側部分５７Ｂは、シリンダ軸線Ａに沿った上側から見た場合に、上流側から下流側に向けてシリンダ軸線Ａを中心とした反時計回り方向に延在している。下流側部分５７Ｂの下流端は、シリンダ２２に開口する掃気口５６である。
【００４１】
図２に示されるように、下流側部分５７Ｂは、シリンダ軸線Ａを中心とした周方向において上流側から下流側に向けて下方に傾斜するとよい。また、下流側部分５７Ｂは、シリンダ軸線Ａを中心とした径方向において上流側（径方向外側）から下流側（径方向内側）に向けて下方に傾斜するとよい。下流側部分５７Ｂは、掃気ポート５５からシリンダ２２内に流入するガス流に下向きの速度成分を与えるガイド手段として機能する。
【００４２】
図１に示されるように、シリンダスリーブ１９のクランク室２Ａに突入した下端部の外周部には環状の油路形成部材６０が接合されている。油路形成部材６０の内周面は、シリンダスリーブ１９の外周面と周方向にわたって面接触する。シリンダスリーブ１９の外周面であって、油路形成部材６０の内周面に対向する部分には、周方向に環状に延在する環状溝（符号省略）が形成されている。環状溝は、油路形成部材６０によって覆われ、環状通路を形成する。油路形成部材６０には、径方向に貫通し、環状溝に連通する油入口孔（番号省略）が形成されている。シリンダスリーブ１９には、径方向に貫通し、環状溝に連通する油供給孔（番号省略）が形成されている。油供給孔は、シリンダスリーブ１９の周方向において複数形成されている。
【００４３】
シリンダブロック３には、第１油路６４が形成されている。第１油路６４は、シリンダブロック３の側面に開口する一端と、シリンダブロック３の下端面に開口する他端とを有する。クランクケース２には、掃気ポート５５からシリンダブロック３の下端面であって、第１油路６４が開口する部分に延びる通路６５が形成されている。第１油路６４のシリンダブロック３の下端面における開口端には、第２油路を形成する第２油路管６６の一端が接続されている。第２油路管６６は、通路６５内を延びて掃気ポート５５内に突入し、他端が油路形成部材６０の油入口孔に接続されている。これにより、図示しないオイルポンプによって圧送されたオイルは、第１油路６４、第２油路管６６、油入口孔、環状溝、及び油供給孔を順に通過してシリンダスリーブ１９の内壁に供給される。
【００４４】
図２に示されるように、クランクケース２の左右の側壁２Ｂ、２Ｃの内面には、互いに近接する方向に突出する鍔部６７が設けられている。鍔部６７は、クランクシャフト８と干渉しないように、ピストン２３が上死点に位置するときのウェブ８Ｂの上端よりも上方に配置される。また、一対の鍔部６７は、コンロッド２６と干渉しないように、その先端同士が左右方向において所定の隙間を有するように配置されている。
【００４５】
図１に示されるように、クランクケース２の前側壁２Ｄ及び後側壁２Ｅの鍔部６７よりも上方に位置する部分には、２つの燃料噴射弁６８（６８Ａ、６８Ｂ）が取り付けられている。図３に併せて示されるように、各燃料噴射弁６８の先端は、対応する掃気ポート５５の上流側部分５７Ａに臨んでいる。各燃料噴射弁６８は、シリンダ軸線Ａの径方向に対し、対応する掃気ポート５５の下流端である掃気口５６に向けて傾斜し、且つ上方に向けて傾斜する方向を向いている。各燃料噴射弁６８は、掃気口５６に向けて所定のタイミングで燃料を噴射するように制御装置７０によって駆動制御される。以下、前側壁２Ｄに取り付けられた燃料噴射弁６８を第１燃料噴射弁６８Ａと呼び、後側壁２Ｅに取り付けられた燃料噴射弁６８を第２燃料噴射弁６８Ｂと呼ぶ。
【００４６】
図４は、１サイクルにおける掃気ポート５５の連通状態と燃料噴射弁６８の駆動状態とを示すグラフである。グラフの横軸はクランク角である。図４（Ａ）は掃気ポート５５の連通状態を示し、図４（Ｂ）はエンジンＥの高負荷運転時における燃料噴射弁６８の駆動状態を示し、図４（Ｃ）はエンジンＥの中負荷運転時における燃料噴射弁６８の駆動状態を示し、図４（Ｄ）はエンジンＥの低負荷運転時における燃料噴射弁６８の駆動状態を示している。なお、（Ａ）の掃気ポート５５の連通状態における実線は、掃気ポート５５とシリンダ２２のピストン２３よりも上の燃焼室２９との連通状態を示し、想像線は、掃気ポート５５とシリンダ２２のピストン２３よりも下の部分（クランク室２Ａに連通する部分）との連通状態を示している。掃気口５６が所定の高さを有することにより、連通状態が全閉から全開になるまで及び全開から全閉になるまでには所定のクランク角を要する。以下、掃気ポート５５がシリンダ２２のピストン２３よりも下の部分と連通することを、単にシリンダ２２に連通するという。掃気ポート５５がシリンダ２２のピストン２３よりも上の燃焼室２９と連通することは、燃焼室２９に連通するという。
【００４７】
図４（Ａ）に示されるように、クランク角が０°のときには、掃気ポート５５はシリンダ２２に連通している。ピストン２３の下降行程においてクランク角が０°から大きくなると、掃気ポート５５がピストン２３によって閉じられ始める。ピストン２３の下縁が掃気口５６の下縁に達するクランク角（例えば、９０°）において、掃気ポート５５はピストン２３によって全閉される。更にピストン２３が下降し、その上縁が掃気口５６の上縁に一致する第１クランク角Ａ１（例えば、１２０°）になると、掃気ポート５５が燃焼室２９に連通し、クランク角の増大に応じてその連通面積が拡大する。クランク角が１８０°になる前に、ピストン２３の上縁が掃気口５６の下縁を通過し、掃気口５６は燃焼室２９に全開状態で連通する。
【００４８】
ピストン２３の上昇行程においては、下死点であるクランク角１８０°を中心にして左右対称の連通状態となっており、下降行程と逆の動作を辿る。即ち、最初に燃焼室２９に連通する掃気ポート５５が上昇するピストン２３によって閉じられ始め、ピストン２３の上縁が掃気口５６の上縁に一致する第２クランク角Ａ２（例えば、２４０°）において、掃気ポート５５がピストン２３によって全閉とされる。その後、ピストン２３の下縁が掃気口５６の下縁を通過すると、掃気ポート５５はシリンダ２２に連通し、ピストン２３の下縁が掃気口５６の上縁に達すると、掃気ポート５５はシリンダ２２に全開状態で連通する。
【００４９】
掃気ポート５５が燃焼室２９に連通している第１クランク角Ａ１から第２クランク角Ａ２までのクランク角範囲において、既燃焼ガスを燃焼室２９から排気ポート３１に排出すべく、掃気ポート５５から燃焼室２９にガスが流入する掃気が行われる。
【００５０】
図４（Ｂ）に示されるように、エンジンＥの高負荷運転時には、制御装置７０は、掃気が行われる第１クランク角Ａ１から第２クランク角Ａ２までのクランク角範囲のうち、主に後期において燃料を噴射するように、第１及び第２燃料噴射弁６８Ａ、６８Ｂを同じタイミングで開弁駆動する。具体的には、制御装置７０は、１サイクルに必要な燃料の量を算出し、第２クランク角Ａ２よりも前の（小さい）第３クランク角Ａ３にて燃料噴射を終了するように、算出した量の燃料を両燃料噴射弁６８に噴射させる。燃料噴射の開始は、制御装置７０が算出した必要量の燃料を噴射するのに要する時間をエンジン回転速度に応じてクランク角に換算し、第３クランク角Ａ３からこのクランク角を減算したクランク角（タイミング）に行われる。従って、エンジン回転速度が同じであれば、エンジン負荷が高いほど、燃料噴射を開始するクランク角は小さく（燃料噴射の開始タイミングが早く）なる。燃料噴射を開始するクランク角は、上記クランク角範囲の中央値である１８０度よりも小さくてもよいが、第１クランク角Ａ１よりも大きい。
【００５１】
図４（Ｃ）に示されるように、エンジンＥの中負荷運転時には、制御装置７０は、第１及び第２燃料噴射弁６８Ａ、６８Ｂを、同じタイミングで開弁駆動する。具体的には、制御装置７０は、第１クランク角Ａ１から第２クランク角Ａ２までのクランク角範囲のうちの後期において両燃料噴射弁６８に燃料を噴射させ、第３クランク角Ａ３にて燃料噴射を終了する。燃料噴射の開始は、エンジン回転速度が同じ場合、図４（Ｂ）の高負荷運転時に比べて遅くなる。
【００５２】
図４（Ｄ）に示されるように、エンジンＥの低負荷運転時には、制御装置７０は、第１燃料噴射弁６８Ａを開弁駆動する一方、第２燃料噴射弁６８Ｂの駆動を停止し、第２燃料噴射弁６８Ｂには燃料を噴射させないようにする。具体的には、制御装置７０は、第１クランク角Ａ１から第２クランク角Ａ２までのクランク角範囲のうちの後期において第１燃料噴射弁６８Ａに燃料を噴射させ、第３クランク角Ａ３にて燃料噴射を終了する。総燃料噴射量は中負荷運転時よりも少ないが、第２燃料噴射弁６８Ｂに燃料を噴射させないため、両燃料噴射弁６８に燃料を噴射させる場合に比べ、燃料噴射の開始は早くなる。一方、両燃料噴射弁６８に燃料を噴射させる場合に比べ、第１燃料噴射弁６８Ａの噴射量が多くなるため、第１燃料噴射弁６８Ａの誤差の割合が小さくなり、誤差量が小さくなる。
【００５３】
このように構成されたエンジンＥは、始動後、次のように動作する。図１を参照すると、まず、ピストン２３の上昇行程では、ピストン２３の上昇に伴うクランク室２Ａの膨張によって、クランク室２Ａの圧力が低下する。これにより、リード弁５４が開弁し、新気が吸気ポート５３を介してクランク室２Ａに流入する。シリンダ２２の上部（燃焼室２９）の混合気はピストン２３によって圧縮されて高温になり、ピストン２３が上死点近傍にあるときに自着火する（圧縮自着火）。なお、エンジンＥの始動時には、点火プラグ３０による火花点火によって燃料が燃焼する。
【００５４】
その後、ピストン２３が下降行程に移ると、ピストン２３の下降に伴うクランク室２Ａの収縮によって、クランク室２Ａの圧力が上昇する。これにより、リード弁５４が閉じられ、クランク室２Ａ内の新気が圧縮される。ピストン２３の下降が進むと、動弁機構３４に駆動された排気弁３２が排気ポート３１を開く。これにより、燃焼室２９内の膨張した排気ガス（既燃焼ガス）がブローダウン流となって排気ポート３１に流れる。続いて、ピストン２３の上端縁が掃気口５６の上縁より下がると（ピストン２３が掃気ポート５５を開くと）、燃焼室２９と掃気ポート５５とが互いに連通する。このとき、燃焼室２９内の既燃焼ガスは排気ポート３１に流れ、燃焼室２９内の圧力は十分に低下し、クランク室２Ａの圧力よりも低くなっている。そのため、クランク室２Ａ内の新気が掃気ポート５５を通って燃焼室２９へ流れる。これにより、燃焼室２９内の既燃焼ガスは、燃焼室２９に流入する新気によって押し出されるように排気ポート３１から排出される。その後、掃気ポート５５に向けて燃料噴射弁６８から燃料が噴射され、生成された混合気が燃焼室２９に流入する。このとき、混合気は、先に燃焼室２９に流入した新気の層の下に層を形成する。
【００５５】
ピストン２３が再び上昇行程に移ると、掃気ポート５５がピストン２３によって閉じられる前に、燃料噴射弁６８が燃料の噴射を終了する。掃気ポート５５がピストン２３によって閉じられ、ピストン２３が更に上昇すると、カム４７によって駆動された排気弁３２が排気ポート３１を閉じる。燃焼室２９内には新気の層の下に混合気の層が形成されているため、排気弁３２が排気ポート３１を閉じる前に混合気が排気ポート３１に吹き抜けることが抑制される。その後、ピストン２３の上昇に伴って燃焼室２９内の混合気が圧縮される。同時に、クランク室２Ａ内が減圧され、リード弁５４から新気が吸入される。圧縮された混合気は、ピストン２３が上死点近傍にある所定のタイミングで自着火する。
【００５６】
このようにして、エンジンＥは２サイクル動作を行う。掃気ポート５５からシリンダ２２を経由して排気ポート３１へと流れる掃気及び排気の流れは、曲がりの少ないユニフローとなる。
【００５７】
以下、本実施形態に係るエンジンＥの効果を説明する。エンジンＥは、掃気ポート５５に燃料を噴射する複数の燃料噴射弁６８を備える。燃料噴射弁６８は掃気ポート５５に燃料を噴射するため、燃料噴射弁６８に高圧噴射システムを適用する必要はない。また、燃料噴射弁６８による燃料噴射の開始が、掃気ポート５５が開かれる第１クランク角Ａ１よりも遅いことで、掃気の初期にシリンダ２２内に新気が送られ、掃気の後期にシリンダ２２内に混合気が送られる。これにより、エンジンＥがロングストロークエンジンであっても、層状掃気が行われ、混合気の吹き抜けが抑制される。一方、低圧噴射システムにおいて燃料噴射の開始を掃気ポート５５が開かれる第１クランク角Ａ１よりも遅らせると、短時間で燃料噴射を終了するために、単位時間当り燃料噴射量の大きな大型或いは特殊な噴射弁が必要になる。これに対し、本実施形態に係るエンジンＥでは、複数の燃料噴射弁６８が設けられるため、小型且つ汎用された廉価な燃料噴射弁６８を用いて短時間で所定量の燃料を噴射することができる。
【００５８】
図３に示されるように、本実施形態では、複数の燃料噴射弁６８が、掃気ポート５５のシリンダ２２側の開口である掃気口５６に向けて燃料を噴射するように設けられている。これにより、燃料噴射弁６８による燃料の噴射から燃料が燃焼室２９に流入するまでの時間が短縮され、適切なタイミングで適切な量の燃料が燃焼室２９に供給される。そのため、層状掃気効果が向上する。
【００５９】
燃料噴射弁６８による燃料噴射は、噴射量が多いほど噴射期間が長くなり誤差の割合が小さくなる。これに対し、本実施形態では、複数の燃料噴射弁６８を駆動制御する制御装置７０が、図４に示されるように、噴射させるべき燃料噴射量が比較的多い中・高負荷運転時においては全ての燃料噴射弁６８を駆動し、噴射させるべき燃料噴射量が比較的少ない低負荷運転時においては少なくとも１つの燃料噴射弁６８（第２燃料噴射弁６８Ｂ）の駆動を停止する。そのため、燃料噴射量が少ない低負荷運転時において、駆動される第１燃料噴射弁６８Ａの噴射量が多くなることで、第１燃料噴射弁６８Ａの誤差の割合が小さくなり、燃料噴射量の誤差が小さくなる。
【００６０】
また、制御装置７０は、掃気ポート５５がピストン２３によって閉じられる第２クランク角Ａ２よりも、回転速度に応じた所定時間だけ早いタイミングである第３クランク角Ａ３にて燃料噴射を終了するように、複数の燃料噴射弁６８を駆動制御する。これにより、噴射された燃料がピストン２３の側面に付着することや、ピストン２３の通過によってクランク室２Ａに連通するシリンダ２２の下部に燃料が噴射されることが抑制される。
【００６１】
図４（Ｂ）、（Ｃ）に示されるように、制御装置７０は、噴射させるべき燃料噴射量が少ない低負荷時ほど遅いタイミングで、複数の燃料噴射弁６８に燃料噴射を開始させる。これにより、噴射された燃料が燃焼室２９に流入する期間が掃気の後期になるため、混合気の吹き抜けが抑制される。
【００６２】
以上、本発明を、その好適実施形態について説明したが、当業者であれば容易に理解できるように、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、上記実施形態では、燃料噴射弁６８は、２つの掃気ポート５５のそれぞれに燃料を噴射するように２つの燃料噴射弁６８が設けられているが、各掃気ポート５５に複数の燃料噴射弁６８が設けられてもよい。また、燃料噴射弁６８の数よりも多い掃気ポート５５が形成されてもよい。
【００６３】
また、上記実施形態に示した構成要素は必ずしも全てが必須なものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて適宜取捨選択することが可能である。
【符号の説明】
【００６４】
２      クランクケース
２Ａ    クランク室
２Ｇ    吸気通路
３      シリンダブロック（シリンダ壁）
４      シリンダヘッド（シリンダ壁）
１９    シリンダスリーブ（シリンダ壁）
２２    シリンダ
２３    ピストン
２９    燃焼室
３１    排気ポート
３２    排気弁
５４    リード弁（一方向弁）
５５    掃気ポート
５６    掃気口（シリンダ側の開口）
６８    燃料噴射弁
７０    制御装置
Ｅ      エンジン（２ストロークエンジン）
【図１】
2018135191.tif 000003
【図２】
2018135191.tif 000004
【図３】
2018135191.tif 000005
【図４】
2018135191.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成30年5月15日(2018.5.15)
【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】
シリンダを画成するシリンダ壁と、
前記シリンダに往復動可能に設けられ、前記シリンダ内に燃焼室を画成するピストンと、
前記シリンダの下端に連通するクランク室を画成するクランクケースと、
前記クランク室に連通する吸気通路と、
前記吸気通路を開閉する一方向弁と、
前記クランク室と前記シリンダの側部とに連通し、前記ピストンによって前記シリンダとの連通及び遮断が切り替えられる掃気ポートと、
前記燃焼室の頂部に連通する排気ポートと、
前記排気ポートを開閉する排気弁と、
前記掃気ポートに燃料を噴射する複数の燃料噴射弁と、
前記掃気ポートが前記ピストンによって開かれるタイミングよりも遅いタイミングで燃料噴射を開始し、前記掃気ポートが前記ピストンによって閉じられる前に燃料噴射を終了するように、前記複数の燃料噴射弁を駆動制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、噴射させるべき燃料噴射量が少ないほど遅いタイミングで燃料噴射を開始することを特徴とする２ストロークエンジン。
【請求項２】
前記複数の燃料噴射弁が、前記掃気ポートの前記シリンダ側の開口に向けて燃料を噴射するようにシリンダ軸線及びシリンダ軸線の径方向に対して傾斜して設けられてい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】
前記制御装置は、中・高負荷運転時においては全ての燃料噴射弁を駆動し、低負荷運転時においては少なくとも１つの燃料噴射弁の駆動を停止することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の２ストロークエンジン。
【請求項４】
前記制御装置は、前記掃気ポートが前記ピストンによって閉じられるタイミングよりも所定時間だけ早いタイミングで燃料噴射を終了するように、前記複数の燃料噴射弁を駆動制御することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の２ストロークエンジン。
【請求項５】
（削除）
【請求項６】
シリンダを画成するシリンダ壁と、
前記シリンダに往復動可能に設けられ、前記シリンダ内に燃焼室を画成するピストンと、
前記シリンダの下端に連通するクランク室を画成するクランクケースと、
前記クランク室に連通する吸気通路と、
前記吸気通路を開閉する一方向弁と、
前記クランク室と前記シリンダの側部とに連通し、前記ピストンによって前記シリンダとの連通及び遮断が切り替えられる掃気ポートと、
前記燃焼室の頂部に連通する排気ポートと、
前記排気ポートを開閉する排気弁と、
前記掃気ポートに燃料を噴射する複数の燃料噴射弁と、
前記掃気ポートが前記ピストンによって開かれるタイミングよりも遅いタイミングで且つ前記ピストンが上昇行程に移る前に燃料噴射を開始し、前記掃気ポートが前記ピストンによって閉じられる前に燃料噴射を終了するように、前記複数の燃料噴射弁を駆動制御する制御装置と、を備えることを特徴とする２ストロークエンジン。
【請求項７】
前記複数の燃料噴射弁が、前記掃気ポートの前記シリンダ側の開口に向けて燃料を噴射するようにシリンダ軸線及びシリンダ軸線の径方向に対して傾斜して設けられていることを特徴とする請求項６に記載の２ストロークエンジン。
【請求項８】
前記制御装置は、中・高負荷運転時においては全ての燃料噴射弁を駆動し、低負荷運転時においては少なくとも１つの燃料噴射弁の駆動を停止することを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の２ストロークエンジン。
【請求項９】
前記制御装置は、前記掃気ポートが前記ピストンによって閉じられるタイミングよりも所定時間だけ早いタイミングで燃料噴射を終了するように、前記複数の燃料噴射弁を駆動制御することを特徴とする請求項６〜請求項８のいずれかに記載の２ストロークエンジン。
【請求項１０】
前記制御装置は、噴射させるべき燃料噴射量が少ないほど遅いタイミングで燃料噴射を開始することを特徴とする請求項６〜請求項９のいずれかに記載の２ストロークエンジン。
【国際調査報告】
2018135191.tif 000007
2018135191.tif 000008
2018135191.tif 000009