(57)【要約】      （修正有）【課題】１〜２気筒の空気掃気式２サイクル機関を採用し、超急速燃焼を達成する手段として３点以上の多点着火方式を採用することによって機械損失や冷却損失の大幅低減及び等容度の増大を為し、以って熱効率の大幅・飛躍的な高効率化を達成する。【解決手段】空気により掃気する２サイクル内燃機関において、燃焼室１１の開口部面積がシリンダー断面積よりも十分に小さくなる様に燃焼室を形成して集中型燃焼室とし、前記開口部の周囲は上死点位置においてピストン頂面とシリンダー壁面との間に微小ギャップを有するスキッシュ部１２となる様に形成し、前記燃焼室１１に３点以上の火花ギャップ（例えば点火プラグ１３）を臨ませて多点着火方式とする。かつ前記火花ギャップの着火時期を上死点又はそれ以降となる様に制御し、エンジンの負荷、回転速度など運転条件によって予混合圧縮着火燃焼と火花着火燃焼とを切り換える様に制御する。【選択図】図１
2013167239.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気によりシリンダー内を掃気する２サイクル内燃機関において、燃焼室の開口部面積がシリンダー断面積よりも十分に小さくなる様に燃焼室を形成して集中型燃焼室とし、前記開口部の周囲は上死点位置においてピストン頂面とシリンダーヘッド壁面との間に微小ギャップを有するスキッシュ部となる様に構成し、更に前記燃焼室に３点以上の火花ギャップを臨ませて多点着火方式とし、かつ前記火花ギャップの着火時期を上死点又は上死点以降となる様に制御せしめ、エンジンの負荷、回転速度などの運転条件によって予混合圧縮着火燃焼と火花着火燃焼とを切り換える事を特徴とする高効率内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は機械損失と冷却損失の大幅低減及び超急速燃焼の達成によって熱効率の飛躍的な高効率化を図り、高価なリーンＮＯｘ浄化触媒なしで超低公害化を達成する高効率２サイクル内燃機関に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  内燃機関、就中、自動車用内燃機関に課せられた課題は大きい。
即ち、地球温暖化や大気汚染に対処すべく熱効率の飛躍的高効率化、超低害化の急務がそれである。しかもこれらは高い次元において共に解決しなければならない。ディーゼル機関は高効率であるが、機械損失が大きく改善の余地がある。排気浄化対策としては２０００気圧にも達するコモンレール燃料噴射装置、ディーゼルパーティキュレートフィルター（ＤＰＦ）、酸化触媒、リーンＮＯｘ浄化触媒が必要で、これらは非常に高価である。しかもＰＭ２．５規制に到ってはＤＰＦでは対処できず、対策の目途は立っていない。一方、火花点火機関では希薄燃焼法、筒内直接燃料噴射法、ダウンサイジング、可変動弁機構などにより熱効率の高効率化を図っているが、本質的には圧縮比が１２以下の低圧縮比で、ディーゼル機関に匹敵する熱効率には達していない。排気浄化対策としてはディーゼル機関の様なＰＭの問題はないが、リーンＮＯｘ浄化触媒を必要とするものは高価となる。又、上記ディーゼル機関や火花点火機関では殆どが３〜８気筒の多気筒機関である為、機械損失、冷却損失が大であり、従って本来的に高効率は望めない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】  本発明は上記事情に鑑み、１〜２気筒（大排気量のものでも３気筒位を上限とする）の空気掃気式２サイクル内燃機関を採用し、燃焼機関を短縮（１／３〜１／４．５に短縮）させる手段として多点着火方式を採用し、これにより機械損失や冷却損失の大幅減少、等容度の増大等で飛躍的高効率化を達成しようとするものである。１〜２気筒採用による振動増大には、それにより浮いたコスト分をバランサーの装着、エンジンマウントにコストをかけて厳重なものにする等で対処する。更に２サイクル内燃機関では低負荷域の不整燃焼が問題となるが、これに対しては予混合圧縮着火燃焼法（ＰＣＣＩ）を適用して解決策とし、熱効率の高効率化を達成しようとしている。又、ＰＣＣＩ燃焼法はＮＯｘ発生が殆どない燃焼法であり、上記多点着火方式は圧縮上死点後の着火なので、これもＮＯｘ発生が殆どないと考えられ、従って本発明では高価なリーンＮＯｘ浄化触媒を不要とするところにもある。
本発明による２サイクル内燃機関は電気モーターを併用するハイブリッド車（シリーズ型、パラレル型ハイブリッド車、レンジエクステンダー付電気自動車）用として最も効力を発揮する。油滑方式は分離給油方式を採用する為、排煙の問題はない。
【課題を解決する為の手段】
【０００４】  本発明は上記課題を達成する為、空気によりシリンダー内を掃気する２サイクル内燃機関において、燃焼室の開口部面積がシリンダー断面積よりも十分に小さくなる様に燃焼室を形成して集中型燃焼室とし、前記燃焼室開口部は上死点位置においてその周囲がピストン頂面とシリンダーヘッド壁面との間に微小ギャップを有するスキッシュ部となる様に構成し、更に前記燃焼室に３点以上の火花ギャップを臨ませて多点着火方式とし、かつ前記火花ギャップの着火時期を圧縮上死点又はそれ以降となる様に制御せしめ、エンジンの負荷、回転速度などの運転条件によって予混合圧縮着火燃焼と火花着火燃焼とを切り換える様にした。
【発明の効果】
【０００５】  本発明によれば従来では４サイクル３〜８気筒エンジンが一般的であったが、これを２サイクル１〜２気筒エンジン（大排気量エンジンでも３気筒位を上限とする）としている。これにより機械損失並びに冷却損失の大幅低減が得られ、飛躍的高効率化が達成される（エンジンの大幅な小型・軽量化の効果もある）。先ず機械損失（摩擦損失）に関しては、例えば４サイクル４気筒エンジンを２サイクル１気筒エンジン化する事により２４％の燃料改善が得られる。
しかし２サイクル機関は４サイクル機関の様な動弁機構もなく吸排気行程もない為、実際の燃費改善効果はこれを更に上廻るはずである。
気筒数低減によって必要となる振動対策であるが、バランサーの装着、エンジンマウントにコストをかけて厳重にするなどで十分に対処する事ができる（気筒数低減による大幅なコストダウンを振動対策に振り向ける）。
気筒数低減によりエンジンも大幅に小型・軽量化されるから、振動対策としては楽になるはずである（２サイクル機関は動弁機構、オイルパンが不要であるから、これらに相当する高さが減り、相当に小型・軽量化される）。
次に冷却損失に関しては上記と同様に例えば４サイクル４気筒エンジを２サイクル１気筒エンジン化する事により、燃焼室の表面積と容積との比（Ｓ／Ｖ比）を３．１ｃｍ−１から２．２ｃｍ−１と大幅に（３０％）減少させる事ができる。
一般に内燃機関では全投入エネルギーに対して熱効率が３２％位であり、冷却損失が３０％位であるから、冷却損失が３０％減少したとすれば、この分ピストン膨張仕事が増え、熱効率は３２＋３０×０．３＝４１（％）に向上する事が期待される。しかしこれは燃焼室形状を共にペントルーフ型とした場合であって、本発明では図１の様に集中型燃焼室を採用するので、Ｓ／Ｖ比は１．４ｃｍ−１と５５％も減少し、効率はもっと大きくなる。
更に、冷却損失に関しては本発明では上死点又はそれ以降に着火が為され、従来の様な上死点前燃焼が起らない為、この間に相当する冷却損失もない。この様に冷却損失が大幅に減少すれば冷却ファンによる駆動損失も減少し、これも熱効率を更に向上させるのである。
２サイクル機関の問題点は低負荷域での不整燃焼であるが、これにはＰＣＣＩ燃焼法（予混合圧縮着火燃焼）によって解決する（ＰＣＣＩ燃焼法でも、均質の混合気を燃焼させるＨＣＣＩ燃焼法がＮＯｘ発生をほぼ０に抑えられるので、好ましい）。２サイクル機関は（特に低負荷域では）新気により掃気してもシリンダー内には多量の既焼ガスが残留しており、従って圧縮始めのシリンダー内ガス温度が高く、更には本発明では１４〜１５位の高縮比を採用しているので、圧縮端温度（圧力も）は十分に高まり、容易にＨＣＣＩ燃焼を引き起す事ができる。４サイクル機関ではＨＣＣＩ燃焼を引き起す為に負のオーバーラップを採用する事が考えられているが、これは排気行程で排ガスを一定量閉じ込めてから吸気行程を経て圧縮上死点へ到るまでの期間が長く、この間の冷却損失が大きく、圧縮端温度の大幅な上昇が得られない欠点があり、低負荷域の広い範囲までＨＣＣＩ燃焼を引き起す事ができない。しかし２サイクル機関ではシリンダー内に空気と共に高温の残留ガスを閉じ込めた後は圧縮上死点までの期間が短かく、従って冷却損失が少なく、この点からもＨＣＣＩ燃焼には有利である。この様に容易にＨＣＣＩ燃焼を引き起す事ができるが、同時にＨＣＣＩ燃焼が上死点又はその直後に起る様に制御できるので、熱効率を高める事ができる。即ち、図１の様に吸気絞り弁５の開度を増すとシリンダー内残留ガス量が減る為、圧縮端温度が低下し、燃料の低温酸化反応を遅らせ、上死点前に起っていたＨＣＣＩ燃焼を上死点又はその直後に引き起す事ができる。吸気絞り弁５の開度を減らすとこの反応となる。エンジンの中負荷から高負荷域にかけては点火プラグによる火花着火燃焼に切り換えるが、高圧縮比の為にこの領域ではノッキング及びＮＯｘの発生を回避する事が重要であり、従って上死点又はそれ以降に着火時期を選択している。この為には急速燃焼が不可欠で、３点以上の多点着火方式を採用する。即ち、３個以上の点火プラグによる多点着火及び集中型燃焼室により燃焼期間をクランク角で従来の４０°〜６０°であったものを１／３〜１／４．５の１５°位に短縮する事ができ、超急速燃焼を達成している。この為、着火時期の遅角化による熱効率悪化はないばかりか、上死点前燃焼が起らないので、この期間に相当する冷却損失もない。
更には上死点又はそれ以降の着火なので、最高圧力・最高燃焼温度も低く（熱効率の悪化を意味しない）、摩擦損失・冷却損失が減少し、熱効率が向上する。加えて最高燃焼温度が低いので、熱解離による損失もなく、ＮＯｘの発生もない。この様に火花点火燃焼の領域（中・高負荷域）ではＮＯｘの発生が殆どなく、ＨＣＣＩ燃焼の領域（低負荷域）でもＮＯｘの発生が殆どない為、高価なリーンＮＯｘ浄化触媒が不要である。
排ガス中のＨＣ，ＣＯは安価な酸化触媒で浄化する事ができる。しかも超急速燃焼が可能であるから、エンジン冷態時は着火時期を大幅に遅らせて酸化触媒の早期活性化が可能である。又、燃料は予め気化した状態で燃焼するので、ディーゼル機関の様な煤ＰＭ発生がなく、高価なＤＰＦも不要である。一般にＨＣＣＩ燃焼は圧縮比が１０〜１２程度では実現不可能で１５〜１８位は必要であるが、他方ではこの様な高圧縮比では火花点火燃焼に切り換えた時に激しいノッキングが起り、運転不能となる。一般にはここで思考が止まり、それ以上の解決策は見い出せない。しかし本発明では着火時期を大幅に遅角化し、思い切って上死点又はそれ以降とし、これによる熱効率低下を多点着火方式による超急速燃焼によって防ぐ様に考えた。その為には３個以上の点火プラグを配置する必要があるが、４サイクル機関では吸排気弁がある為、そのスペースがなく、実行不可能である。一般にはここで再び思考が止まり、それ以上は模索しようとしないのであるが、本発明では吸排気弁が不要な２サイクル機関なら可能と考えたのである。一般に２サイクル機関は自動車用としては過去のものであり、高効率化、低公害化を達成するには４サイクル機関の他にはない。２サイクル機関などは論外である。などと云う考え方が支配的であり、従ってこの様な考え方に固執している限り上記の様に２サイクル機関によって解決策を見い出そうとする事は不可能である。しかも３点以上の点火プラグを配置するにしても図２（イ）の一般的な燃焼室に点火プラグを配置しても、点火プラグから燃え拡がった火炎がピストン頂面に到達すると冷却され、火炎が左右に伝播する速度が低下する為、急速燃焼は達成できない。本発明ではここでも燃焼室を図１の様な集中型として超急速燃焼を達成しているのである。以上の一連の思考過程は常識に捕われない思い切った発想が必要であり、従って本発明の構造は容易に考えられるものではない。しかし、その効果は絶大である。
【発明を実施する為の形態】
【０００６】  図１は本発明による高効率内燃機関を示し、史上空前の高効率を達成する事を目的とし、機械損失及び冷却損失の大幅低減の為、１〜２気筒（大排気量機関の場合でも３気筒位を上限とするのが良い）２サイクル機関を選択した。即ち、通常の自動車用内燃機関では４サイクル３〜８気筒が一般的であるが、こうする事により大幅な機械損失及び冷却損失の低減を見込めるからである。加えて本発明ではノッキング及びＮＯｘ発生を抑える事を目的とし、上死点又はそれ以降の膨張行程で燃焼を行なわせる必要から超急速燃焼を達成する為（着火から燃焼完了までの期間をクランク角で１５°位とする）、３点以上の多点着火方式を採用する。故に燃焼室に３点以上の火花ギャップを臨ませる、換言すれば点火プラグを３個以上必要とするか、シリンダーヘッドに吸排気弁を有しない２サイクル機関が正にこれに適している。火花ギャップによる着火は上死点又はそれ以降であるので、ノッキングの心配がなく高圧縮比を採用する事がでできる。２サイクル機関特有の低負荷域での不整燃焼は予混合圧縮着火燃焼（ＨＣＣＩ燃焼）を行なわせる事により解決する。本２サイクル機関の油滑方式は分離給油方式である。
次に図１において燃焼室１１内の高圧燃焼ガス圧力によりピストン１が押し下げられると、ピストンが下降して（膨張行程）膨張仕事を為し、ピストン１により排気ポート８が開かれると排気ブローダウンが開始され、続いて掃気ポート７が開かれると新気（空気）がシリンダー内に流入し、既燃ガスを掃気する。
本発明では燃料の吹き抜け損失をなくす為、空気のみでシリンダー内を掃気する空気掃気式を採用しており、この空気を予圧するポンプとしてはクランク室２、を採用する（ルーツブロワでも良い）。ピストン１の上昇行程により掃気ポート７、排気ポート８が閉じられるとシリンダー内の圧縮が開始され、上死点付近でのＨＣＣＩ燃焼あるいは上死点又はそれ以降の着火による火花点火燃焼が為され、かくしてクランク軸１回転当り１回の膨張仕事が得られる。シリンダー内への燃料の供給は燃料噴射弁１０によって噴射されるが、掃気ポート７が閉じる直前に行なわれる為（燃料噴射開始時期はエンジン回転速度によって可変とするのが良い）、燃料の排気ポート８内への吹き抜けは起らない。燃料噴射弁１０から噴射される燃料は掃気ポート７による高速気流に衝突させて微粒化を促進する様にする。もちろん、燃料噴射弁１０はシリンダー壁面の所定位置に直接臨む様に装着して、シリンダー内に燃料を噴射しても良い（燃料噴射時期は例えば排気ポート８が閉じた直後とする）。尚、燃料噴射弁１０は図３（イ）の様に燃焼室１１に直接臨む様にシリンダーヘッドに装着しても良い。この場合、噴射された燃料が燃焼室１１内にのみ残留する様に供給する様にすれば、スキッシュ部１２には空気のみで燃料が存在しないから、未然のＨＣ排出は起らない。
これは燃料噴射弁１０を図３（ロ）の様に燃焼室１１を指向する如くシリンダー壁面に臨む様に装着しても可能である。燃焼室１１を図３（ハ）の様にピストン１に形成する場合は、この燃焼室を指向する如くシリンダー壁面に臨む様装着することで可能となる。３はクランク室２内へ空気を導入するリード弁（逆流防止）、５は吸入空気を絞って流量を制御する吸気絞り弁、９は排気中のＨＣ，ＣＯを酸化して浄化する酸化触媒である。ＥＣＵ（電子制御ユニット）１４はＲＯＭ，ＲＡＭ，ＣＰＵ，入力ポート，出力ポート等から成るマイクロコンピューターを中心として構成され、これらは双方向性バスによって相互に接続されている。ＥＣＵ１４にはエンジンの運転状態の把握に必要なパラメーター用の各種センサー、例えば所定のクランク角毎にクランク角を出力するクランク角センサー、アクセル開度を検出するアクセルセンサー、エンジンの回転速度センサー、エンジンに吸入される空気の空気流量センサー、エンジン冷却水温を検出する水温センサー、大気圧センサー、ノッキングセンサー等からの各信号が対応するＡ／Ｄコンバーターを介して入力ポートに送信される。又、出力ポートは燃料噴射弁１０、点火プラグ１３、吸気絞り弁５等と各々対応する駆動回路を介して接続され、各々の制御信号を送信する。ＲＯＭには燃料噴射弁１０の噴射量や噴射時期を決定する為の制御ルーチン、点火プラグ１３への通電を制御する為の制御ルーチン、吸気絞り弁５の開度を制御する為の制御ルーチン等のエンジンを制御する為の制御ルーチンやそれらに用いられる制御値を含むマップが記憶されている。ＣＰＵはＲＯＭに記憶されたアプリケーションプログラムに従って動作し、燃料の噴射制御、点火時期制御、吸気絞り弁の開度制御等を実行する。６は吸気絞り弁５の開度を制御するアクチュエーターである。燃焼室１１は図１の様にシリンダーヘッドに形成する場合と図２（ロ）の様にピストン１に形成する場合とがある。図１において燃焼室１１の開口部面積はシリンダー断面積よりも十分小さく形成して集中型燃焼室とし、ピストン１が上死点位置の時、ピストン頂面とシリンダーヘッド壁面とのギャップ（燃焼室開口部の周囲のギャップ）を１ｍｍ以下（０．７〜０．８ｍｍ位）として強力なスキッシュ部１２を形成している。
即ち、本発明では燃焼室１１は集中型燃焼室としてコンパクトに形成し（半球型など）、その周囲はスキッシュ部１２となっており、上死点位置におけるスキッシュ部１２の容積の占める比率は上記ギャップによると５％以下であるから、燃焼室１１の燃焼完了を以て全体の燃焼完了とほぼ考えて良い。これによりシリンダー径をＤ、燃焼室１１の開口部の半径をｒとすれば２ｒ／Ｄ≒２／３位であるから、燃焼完了までに必要とされる火炎伝播距離はほぼ２／３に短縮される事になる。本発明では燃焼期間（着火から燃焼完了までのクランク角）を短縮する為、即ち超急速燃焼を達成する為、３点以上の多点着火方式を採用している。即ち、燃焼室１１に３点以上の火花ギャップを臨ませているのであり、火花ギャップとしては図１では点火プラグ１３を用いている。
燃焼室１１を上方から見た模式図を図４に示す（燃焼室１１の開口部の半径をｒとする−ｒはシリンダーの半径ではない）。図４（ロ）は燃焼室１１に半径ｒ／２の円を等間隔に３個描いた図であり、斜線の部分の面積の燃焼室開口部（半径ｒの円の部分）の面積に対する比率は０．２９である。よって各々の円の中心に火花ギャップＧ１，Ｇ２，Ｇ３を置けば火炎は球形に燃え拡がるものとして図４（ロ）の状態まで燃焼が進めば、混合気全体の１−０．２９＝０．７１（７１％）が燃焼を完了している事になる。従って高圧縮比の採用及びそれにより燃料の前炎反応が起る事による燃焼促進、強力なスキッシュ効果（火炎伝播速度が増加する効果）も加えればほぼ１００％燃焼が完了している事になり、図４（イ）の中心に１点火花ギャップＧ０を配した場合に比し燃焼完了までに必要とされる火炎伝播距離を１／２に半減、換言すれば燃焼期間を１／２に半減させる事ができる。本発明によれば上記の様に燃焼期間は集中型燃焼室とする事により２／３に、多点着火方式とする事により１／２に半減するから、合計すると２／３×１／２＝１／３となり、ほぼ１／３に短縮される。即ち、図２（イ）の従来の燃焼室（集中型でない燃焼室、１点火花ギャップ方式）に比し燃焼期間は１／３に短縮される。従って図４（ロ）において更に中心に火花ギャップＧ０を置けば、確実に燃焼期間は１／３以下に短縮される。図４（ハ）は燃焼室１１に半径ｒ／２の円を等間隔に４個描いた図であり、斜線の部分の面積の燃焼室の開口部の面積に対する比率は０．１８であるから、各々の円の中心に火花ギャップＧ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４を置き、更には中心に火花ギャップＧ０を置けば、燃焼期間は、図４（ロ）の場合よりも更に短縮される。
図２（ニ）は中心に半径ｒ／３の円を、その周りに半径ｒ／３の円を等間隔に６個描いたものであり、斜線の部分の面積の燃焼室１１の開口部面積に対する比率は０．２２であるから、各円の中心に火花ギャップを置けば、上記と同様に考えて図の状態でほぼ燃焼完了と考える事ができ、燃焼期間はほぼ１／３に短縮される。
従って集中型燃焼室による効果とを合計すると、図２（イ）の従来に比し燃焼期間はほぼ１／３×２／３＝１／４．５に短縮される。図４（ホ）は図４（ニ）より火花ギャップが１点少ないものであるが、ほぼ同じ効果が得られるものである。図４（ニ），（ホ）は大排気量エンジンに用いる。以上の様に本発明によれば燃焼期間は図２（イ）の従来ではクランク角で４０°〜６０°あったものが１／３〜１／４．５のほぼ１５°位となり、超急速燃焼が可能となるのである。この為、着火時期を上死点又はそれ以降に遅角化する事ができる。尚、本発明では燃焼室に臨ませる火炎ギャップとしては点火プラグを用いたが、図４（ヘ）の様に不導体板１６（電気的不導体で作る−セラミックなど）の穴の内壁面に導体による火炎ギャップ１５を用いても良い。
但し、燃焼室中央に配置する火花ギャップは点火プラグ１３を用いている。
次に本発明では２サイクル１気筒機関を採用し、これを従来の４サイクル４気筒機関の代替として、摩擦損失の大幅減少から燃費改善効果を述べて見る。
一般に４サイクル４気筒機関を排気量一定として３気筒化すると（１気筒減らす）５％、２気筒化すると（２気筒減らす）９％燃費が改善されるとされるから、１気筒化すると（３気筒減らす）５＋９＝１４（％）の燃費改善が見込まれ、これを更に２サイクル化して小排気量化すると（排気量を１／１．７にしても同一出力が得られるから）摩擦損失が比例して減少し、１４×１．７＝２４（％）の燃費改善効果が予想される。続いて、４サイクル４気筒機関（従来）と２サイクル１気筒機関（本発明）との燃焼室の表面積と容積との比（Ｓ／Ｖ比）を図５において計算により比較する。圧縮比、燃焼室形状は各々共に１２、ペントルーフ型とし、４サイクル４気筒機関の排気量は１２００ｃｃ、２サイクル１気筒機関の排気量は１２００／１．７≒（ｃｃ）とする（２サイクル機関は４サイクル機関の１．７倍の出力が得られる故）。図５の様に４サイクル４気筒機関の場合はＳ／Ｖ比が３．１ｃｍ−１であるのに対し、２サイクル１気筒機関の場合は２．２ｃｍ−１となり、大幅に減少（３０％減少）している事が判る。一般に内燃機関では熱効率が３２％位であり、全投入エネルギーの３０％位が冷却損失であるから、冷却損が３０％減少したとすれば、この分ピストン膨張仕事が増え、熱効率は３２＋３０×０．３＝４１（％）と、３０％向上する計算になる（実際はこれに摩擦損失低減による効果も加わる）。
ところで図５（ロ）の２サイクル１気筒機関の燃焼室は本発明では図５（ハ）の様に集中型燃焼室とするのであり、この場合、上死点位置におけるスキッシュ部１２のギャップを０．７〜０．８ｍｍ位とするとスキッシュ部１２の容積の全燃焼室の容積（集中型燃焼室１１及びスキッシュ部１２の各容積の和）に対する比は５％以下であるので、Ｓ／Ｖ比を考える場合、これが全部損失となったとしても５％以下であり無視すると、図５（ハ）の本発明による燃焼室は集中型燃焼室１１のＳ／Ｖ比と考える事ができる。この集中型燃焼室１１のＳ／Ｖ比を計算すると１．４ｃｍ−１となり、図５（ロ）の場合より３０％減少し、かつ図５（イ）の場合より５５％も減少するので、この集中型燃焼室による効果は大である事が予想される（もちろん、これは上死点近傍にある場合の比較値ではあるが）。本発明による２サイクル内燃機関は定まった負荷や回転速度で運転する様な、例えば定置式発電機用、発電用に限定した自動車（シリーズ形ハイブリッド用、レンジエクスデンダー用）としても用途が最も望ましい。次に本発明による２サイクル内燃機関の各運転状態について説明する。先ずエンジンの始動は点火プラグによる火花点火方式で行なわれ、暖機完了後の低負荷域ではＰＣＣＩ燃焼法（ＮＯｘの発生がほぼ０となるＨＣＣＩ燃焼法が望ましい）に切り換える。本発明では２サイクル機関を採用しているから、圧縮開始の時点ではシリンダー内に多量の既燃ガスが残留しており、従って高温であり、高圧縮比（１４〜１５位）の採用と相まって圧縮端温度は非常に高くなる。しかも前述の様にＳ／Ｖ比が小さい為、冷却損失が少なく圧縮端温度を高めるには有利である。
従って容易にＨＣＣＩ燃焼を行なわせる事ができる。この場合、吸気絞り弁５によってクランク室２に吸入される吸気を絞る様にすればシリンダー内に更に多量の既燃ガスが残留する様になり、圧縮端温度を一層高める事ができる（クランク室圧縮仕事も減り、好都合である）。吸気絞り弁５はエンジン負荷、回転速度、冷却水温等の条件によってその開度が最適制御されるが、これはアクチュエータ６（電動アクチュエーター）によって為され、ＥＣＵ１４は予め与えられた所定の特性に基いて吸気絞り弁５の開度を演算し、アクチュエーター６の回転角を制御する。又は、図６の様に排気ポート８を上下に二分割し、低負荷域では排気ポート８ａを排気ポート弁１７により閉鎖する様にすると、シリンダー内残留ガス量を増す事ができる為、圧縮端温度を上昇させる事ができ、吸気絞りと同じ効果をもたらす、更にはクランク室２内へ吸入される吸気を排ガスと熱交換させて加熱する様にすると、ＨＣＣＩ燃焼はそれだけ容易となり、これはエンジン暖機運転にも優れた特性をもたらす。
燃料によっては更い圧縮端温度を必要とする場合があるから、これにはピストン頂面や燃焼室壁面を断熱構造とするのが効果的である（シリンダー壁面は断熱構造とはしない）。この断熱構造は熱伝導率の低い材料で空気層を介在させる公知の技術を採用することができる。２サイクル機関は掃気過程が短期間であり、４サイクル機関の様な長い吸入行程がない為、断熱構造による充填効率の悪化は避けられる。上記断熱構造によれば冷却損失を更に減らす事ができるから、熱効率は向上する。但し、熱効率の向上は僅かであるとする見解もあるが、これは断熱による最高燃焼温度上昇により燃焼室壁面との温度差が余り減らないこと、比熱比が小さくなること、熱解離損失があること、などによるものである。しかし本発明では上死点又はそれ以降の着火燃焼である為、最高燃焼温度は低く、これら要因は排除され、断熱構造による熱効率向上効果は確実にある。
高い圧縮端温度を達成する手段としては、この他、クランク室２内へ吸入される吸気を排ガスと熱交換させて加熱する方法、電気ヒーターにより加熱する方法があり、特に後者はエンジン冷態時にも始動時にも効果を発揮する。
ＨＣＣＩ燃焼法はＮＯｘの発生がない為、高価なリーンＮＯｘ浄化触媒の必要がなく、排気中のＨＣ，ＣＯは酸化触媒９により浄化する事ができる。ＨＣＣＩ燃焼法は低温の希薄燃焼である為、熱損失が少なく、高効率運転が可能である。エンジンの中負荷から高負荷域にかけては、ＨＣＣＩ燃焼法では燃焼室内圧力上昇率が過大となってノッキング現象を伴なうから、これを避け、ＥＣＵ１４はエンジン負荷、回転速度などの運転条件により点火プラグによる火花着火燃焼法に切り換える。火花着火燃焼領域では多点着火方式であり、前述の様に燃焼に要するクランク角が従来の１／３〜１／４．５の１５°位と超急速燃焼が可能である為、上死点又はそれ以降の着火が可能であり、ＮＯｘ発生を非常に低く抑えられ（ノッキングも発生しない）、リーンＮＯｘ浄化触媒を必要としない、エンジン中速域では希薄混合気を採用して更にＮＯｘ低減を図っても良い（エンジン高速域ではＮＯｘ発生の時間的余裕がないので、理論混合気とする）、上死点又はそれ以降の火花着火燃焼であるから、従来の様な上死点前の燃焼開始・燃焼圧力上昇がない為、この期間に相当する冷却損失や摩擦損失が少ない。あるいは最高燃焼温度・圧力も低いので、上死点以降の冷却損失や摩擦損失が少なく、高効率運転が可能である。火花着火燃焼の領域では超急速燃焼が可能であるから、エンジン冷態時は点火プラグによる着火時期を大幅に遅らせて排ガス温度を上昇させ、触媒の早期活性化が可能である。
尚、本発明による２サイクル内燃機関ではＨＣＣＩ燃焼領域でも余り低負荷域は使わない様にする事が望ましく、これはシリーズ型ハイブリッド方式、レンジエクステンダー付電気自動車では容易に実施できるが、パラレル型ハイブリッド方式ではクラッチを設けてエンジンを停止させておき、バッテリーからの電力の供給を受けるモーターで走行する様にする事で達成できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明による高効率２サイクル内燃機関の図。
【図２】燃焼室の模式図。
【図３】燃料噴射弁の配し方を示す図。
【図４】燃焼室に火花ギャップを配した模式図。
【図５】燃焼室のＳ／Ｖ比を比較した図。
【図６】二分割した排気ポートを示す図。
【符号の説明】１はピストン，２はクランク室，３はリード弁，４は吸気ポート，５は吸気絞り弁，６はアクチュエーター，７は掃気ポート，８は排気ポート，９は酸化触媒，１０は燃料噴射弁，１１は燃焼室，１２はスキッシュ部，１３は点火プラグ，１４はＥＣＵ，１５は火花ギャップ，１６は不導体板，１７は排気ポート弁，Ｇ０，Ｇ１・Ｇ２・Ｇ３・Ｇ４は火花ギャップである。８ａ・８ｂは分割された排気ポート。
【図１】
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【図２】
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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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