CN104520558B - 二冲程单流发动机 - Google Patents

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Abstract

二冲程单流发动机(100)具备：气缸(110)；活塞(112)；为了排出在气缸内产生的废气而开闭的排气阀(120)；根据活塞的滑动动作而将活性气体吸入气缸内的扫气端口(122)；设置在气缸的内周面的燃料喷射端口(126)；在燃料喷射端口中喷射燃料气体的燃料喷射阀(128)；以及执行燃料喷射阀中燃料气体的喷射控制的燃料喷射控制部(152)，燃料喷射控制部基于通过活塞的往复运动产生的气缸内的压力的变化来决定燃料喷射阀的喷射压力和喷射时间中的至少一方。

Description

二冲程单流发动机
技术领域
本发明涉及向气缸内部直接喷射燃料的二冲程单流发动机。
本申请根据2012年6月6日在日本申请的日本特愿2012-128925号而主张优先权，在此引用其内容。
背景技术
作为船舶的装置使用的二冲程发动机(双循环发动机)是往复式发动机，其在气缸内部的活塞的一个往复冲程中完成称为压缩(也包括吸气)、膨胀(也包括燃烧、排气)的冲程。例如，在通过高压喷射并行地供给柴油燃料油和燃料气体的柴油型燃气发动机中，在压缩冲程后半段在上止点附近喷射燃料气体和燃料油而使燃料气体点火，使燃料气体在气缸内可靠地燃烧。
作为这样的燃气发动机，公开以下技术(例如，专利文献1)：从装配于上止点附近的气缸盖的燃料气体阀喷射高压(例如250bar(25Mpa))的燃料气体。
在相关的根据高压喷射的燃气发动机中，在扫气端口和排气阀闭塞的状态下，压缩气缸内的空气，向该高温高压空气直接喷射燃料气体，由此诱发燃烧。因此，在高压喷射的燃气发动机中，由于必须在压缩冲程后半段的燃烧室内压力变为高压时供给燃料气体，所以必须以比燃烧室内压力更高的压力供给燃料气体，用于此的高输出的升压装置是必需的。此外，除了这样的初期费用以外，还存在运行费用的增加和安全保障上的问题。于是，提出了如下低压喷射的二冲程发动机：在压缩行程的初期阶段中的气缸内的压力比较低的期间，对于从扫气端口吸入的空气，不升为高的压力而将燃料气体直接喷射(例如，专利文献2、3)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第4312803号
专利文献2：日本特开平8-291769号公报
专利文献3：美国专利第5035206号。
发明内容
发明要解决的问题
在这样的低压喷射的二冲程发动机中，在气缸内仍然存在废气的状态下，应该仅向从扫气端口吸入的活性气体喷射燃料气体，所以在气缸内相对下方的内周面上设置燃料喷射阀(燃料喷射端口)。因此，在气缸压缩的途中从燃料喷射阀喷射燃料气体。气缸内的压力(内压)根据扫气压、排气阀的闭合时期、发动机负荷和曲柄角度而大大地变化，稳定地供给燃料气体是困难的。
本发明鉴于这样的问题，其目的在于提供如下二冲程单流发动机：即使在气缸内的压力变化的情况下，也可适当地供给燃料气体，获得发动机的稳定的燃烧特性。
用于解决问题的方案
为了解决上述问题，作为本发明的第一方式的二冲程单流发动机具备：气缸；活塞，在气缸内滑动；排气阀，设置在气缸的冲程方向一端部，为了排出在气缸内产生的废气而开闭；扫气端口，设置在气缸的冲程方向另一端部侧的内周面，根据活塞的滑动动作而将活性气体吸入气缸内；燃料喷射端口，设置在气缸的内周面；燃料喷射阀，在燃料喷射端口中喷射燃料气体；以及燃料喷射控制部，执行燃料喷射阀中的燃料气体的喷射控制，燃料喷射控制部基于通过活塞的往复运动产生的气缸内的压力的变化来决定燃料喷射阀的喷射压力和喷射时间中的至少一方。
作为本发明的第二方式的二冲程发动机的燃料喷射控制部基于将活塞的往复运动转换为轴旋转运动的曲柄的角度成为预定角度时的气缸的内压来预测气缸的内压的变化。
将作为本发明的第三方式的二冲程发动机的活塞的往复运动转换为轴旋转运动的曲柄的角度的预定角度为从扫气端口变为闭合状态起直至燃料喷射端口变为闭合状态为止的任意的角度。
作为本发明的第四方式的二冲程发动机的燃料喷射控制部基于任意冲程中的气缸内的压力的变化来决定任意冲程的下一冲程中的燃料喷射阀的喷射压力和喷射时间中的至少一方。
发明的效果
依据本发明的二冲程单流发动机，即使由于发动机负荷和曲柄角度而气缸内的压力大大地变化，通过与此相应地设定适当的喷射压力和喷射时间，从而也可供给适当量的燃料气体，并获得发动机的稳定的燃烧特性。
附图说明
图1是示出本发明的第一实施方式所涉及的二冲程单流发动机的整体结构的说明图。
图2A是用于说明本发明的第一实施方式所涉及的二冲程单流发动机的各个控制部的动作的说明图。
图2B是用于说明本发明的第一实施方式所涉及的二冲程单流发动机的各个控制部的动作的说明图。
图2C是用于说明本发明的第一实施方式所涉及的二冲程单流发动机的各个控制部的动作的说明图。
图2D是用于说明本发明的第一实施方式所涉及的二冲程单流发动机的各个控制部的动作的说明图。
图2E是用于说明本发明的第一实施方式所涉及的二冲程单流发动机的各个控制部的动作的说明图。
图2F是用于说明本发明的第一实施方式所涉及的二冲程单流发动机的各个控制部的动作的说明图。
图2G是用于说明本发明的第一实施方式所涉及的二冲程单流发动机的各个控制部的动作的说明图。
图3是示出本发明的第一实施方式所涉及的曲柄角度与活塞位置之间的关系的说明图。
图4是示出本发明的第一实施方式所涉及的曲柄角度与气缸内的压力推移的说明图。
图5A是用于说明本发明的第一实施方式所涉及的发动机负荷与扫气压之间的关系的说明图。
图5B是用于说明本发明的第一实施方式所涉及的发动机负荷与扫气压之间的关系的说明图。
图6是示出本发明的第一实施方式所涉及的二冲程单流发动机中的喷射控制的整体处理的流程的流程图。
图7是用于说明本发明的第一实施方式所涉及的曲柄角度对内压曲线的决定处理的说明图。
图8是用于说明本发明的第一实施方式所涉及的燃料喷射阀的喷射时间的决定处理的说明图。
具体实施方式
以下，参照附图并详细说明本发明的优选实施方式。在相关的实施方式中所示的尺寸、材料、其它具体数值等仅是为了使发明的理解变容易的列示，除非特别说明的情况以外，并不限制本发明。此外，在本说明书和附图中，关于具有实质上相同的功能、结构的要素，通过标记相同的符号而省略重复说明，而且与本发明无直接关系的要素省略了图示。此外，在本发明中，“多个”意指至少两个以上的任意数。
(二冲程单流发动机100)
图1是示出二冲程单流发动机100的整体结构的说明图。本实施方式的二冲程单流发动机100由例如用于船舶的二冲程、单流型的双燃料发动机构成。用于船舶等的理由是因为二冲程单流发动机的热效率和可靠性高。
上述单流型是从气缸下部的扫气端口吸入活性气体并从气缸上部的排气阀压出燃烧后的气体的方式，由于活性气体与废气的流动为同一方向，所以废气残留的比例低，尤其在长冲程的发动机中有效。
此外，使本实施方式的二冲程发动机为双燃料发动机是根据以下的理由。即，2000年以后，在船舶用发动机中也由IMO(国际海事组织)受废气限制(NOx限制)约束，预定于2016年导入三次限制。相关的三次限制在沿海的指定海域与外海中限制值不同，沿岸的指定海域为更严格的限制值。于是，在本实施方式中，采用在限制值严格的限制海域中通过以可降低NOx的LNG(液化天然气)作为燃料的气体运行模式航行，在限制海域以外通过以高效率的柴油燃料油作为燃料的柴油运行模式航行，采用在气体运行模式和柴油运行模式中的任一模式下均可运行的双燃料(二元燃料)发动机。
具体而言，二冲程单流发动机100包括以下构件而构成，由调节器(调速器)150、燃料喷射控制部152、排气控制部154等控制部控制：由气缸头110a和气缸座110b形成的多个气缸110；在多个气缸110每个中设置的活塞112；预喷射阀114；排气端口116；排气阀驱动装置118；排气阀120；扫气端口122；扫气室124；燃料喷射端口126；燃料喷射阀128；调压器130；气缸内压传感器132；旋转编码器134。
在二冲程单流发动机100中，通过称为压缩(也包括吸气)、膨胀(也包括燃烧、排气)的冲程，使与未图示的十字头连结的活塞112在气缸110内滑动自如地往复移动。但是，吸气和排气从膨胀冲程的后半段直至压缩冲程的前半段进行，在此将其称为扫气。在这样的十字头型的活塞112中，能够较长地形成气缸110内的冲程，可使十字头经受作用于活塞112的侧压，所以能够谋求二冲程单流发动机100的高输出化。并且，由于气缸110与容纳十字头的未图示的曲柄室隔离，所以即使在使用劣质燃料油的情况下也能够防止污损恶化。
预喷射阀114在比气缸110的冲程方向一端部的活塞112的上止点更上方的气缸头110a上设置，在发动机循环中希望的时机喷射适量的柴油燃料油。相关的柴油燃料油通过由气缸头110a、气缸座110b中的气缸衬套以及活塞112包围的燃烧室140的热而自然点火，在些许时间内燃烧而将燃烧室140的温度变为极高，所以能够使包括燃料气体的预混合气在希望的时机可靠地燃烧。但是，点火方式不限于上述柴油燃料油的喷射，也可采用火花塞点火方式、激光点火方式、等离子体点火方式等现存的各种方式。
排气端口116是在比气缸110的冲程方向一端部的活塞112的上止点更上方的气缸头110a的顶部设置的开口部，为将在气缸110内产生的燃烧后的废气排出的通路。排气阀驱动装置118在规定的时机使排气阀120上下滑动，将排气端口116开闭。这样经由排气端口116排出的废气例如在供给至未图示的增压器的涡轮侧后向外部排出。
扫气端口122是在气缸座110b的冲程方向的与设有扫气端口116的一端部相对的另一端部侧(下止点侧)的内周面设置的开口部，根据活塞112的滑动动作而将活性气体吸入气缸110内。相关的活性气体含有氧、臭氧等氧化剂或其混合气(例如空气)。在扫气室124中封入通过未图示的增压器的压缩机加压后的活性气体(例如空气)，带有扫气室124与气缸110内的压差而从扫气端口122吸入活性气体。扫气室124的压力能够为几乎一定，但是在扫气室124的压力变化的情况下，也可在扫气端口122设置压力计，根据其测定值控制燃料气体的喷射量等其它参数。
燃料喷射端口126是在气缸110的内周面的中间部中(排气端口116与扫气端口122之间)沿周向隔开规定间隔而设置的多个开口部。燃料喷射阀128配置在燃料喷射端口126内，接受来自燃料喷射控制部152的控制信号，喷射例如将LNG(液化天然气)气化后的燃料气体。调压器130接受来自燃料喷射控制部152的调压信号，调整向燃料喷射阀128送出的燃料气体的压力。这样，向气缸110内供给燃料气体。此外，燃料气体不限于LNG，例如也能够适用于将LPG(液化石油气)、轻油、重油等气化后的物体。
气缸内压传感器132在比气缸110的冲程方向一端部的活塞112的上止点更上方的气缸头110a上设置，直接测定气缸110内的压力，并将其测量结果向燃料喷射控制部152发送。旋转编码器134设置在将活塞112的往复运动转换为轴旋转运动(以曲柄轴为中心的旋转运动)的未图示的曲柄上，检测曲柄的角度信号(下面，称为曲柄角度信号)。在二冲程单流发动机100中，曲柄角度(输出轴)旋转360°期间活塞往复一次(0-180°为上升冲程，180-360°为下降冲程)，称为压缩和膨胀的冲程在该一次往复中完成。因此，通过检测曲柄角度，能够唯一地特别指定气缸110内的现在的活塞112的位置。
调节器150基于从上位的控制装置输入的发动机输出指令值和从来自旋转编码器134的曲柄角度信号得出的发动机转速，推导出燃料喷射量并向燃料喷射控制部152输出。燃料喷射控制部152基于从调节器150输入的示出燃料喷射量的信息和来自旋转编码器134的曲柄角度信号来控制(喷射控制)燃料喷射阀128中的燃料气体的喷射压力(供给压力)和喷射时间(开始喷射时机和喷射终止时机)。
排气控制部154基于来自燃料喷射控制部152的排气阀开闭时机信号和来自旋转编码器134的曲柄角度信号而向排气阀驱动装置118输出排气阀操作信号。以下，说明上述二冲程单流发动机100的发动机循环中的各个控制部的动作。
(发动机循环中的各个控制部的动作)
图2A-G是用于说明本实施方式中的二冲程单流发动机100的各个控制部的动作的说明图。尤其是，图2A-F示出二冲程单流发动机100的纵向剖面图，图2G示出用于示出图2A-F的状态的时间关系的时机流程图。在图2A-F中，按照排气和吸气、压缩、燃烧的顺序说明二冲程单流发动机100中的压缩(也包括吸气)、膨胀(也包括燃烧、排气)冲程。
在膨胀形成前段中，如图2A所示，排气阀120和扫气端口122处于闭塞状态，气缸110内充满废气170。如果由于燃烧压力而活塞112下降并接近下止点，那么排气控制部154通过排气阀驱动装置118打开排气阀120，此外，根据活塞112的滑动动作而扫气端口122打开。这样，如图2B所示，从扫气端口122吸入活性气体172，活性气体形成用于促进燃料气体的混合的漩涡186并上升，将气缸110内的废气170从排气端口116压出。
伴随着活性气体172的吸入的废气170与活性气体172的边界如果如图2B所示到达燃料喷射端口126，那么燃料喷射控制部152在燃料喷射阀128中以规定喷射压力开始燃料气体174的喷射。此时，排气阀120和扫气端口122打开，气缸110内的压力还处于低状态，所以即使不向燃料喷射阀128施加高压(低压同样)，燃料喷射阀128也能够适当地喷射燃料气体。所以，没有设置高输出的升压装置的必要。
但是，如果燃料气体的喷射时机过早，那么有可能燃料气体174与气缸110的燃烧室140中残留的高温废气170接触，废气170的热传递到燃料气体174而产生过早点火。于是，在本实施方式中，如图2B所示，燃烧喷射控制部152在来自扫气端口122的活性气体172到达燃料喷射端口126之后，进一步等待规定时间经过而喷射燃料气体174。于是，如图2C所示，在混合了燃料气体174和活性气体172的预混合气176与废气170之间，产生了以未混合燃料气体174的活性气体172为主要成分的夹入层178。
如此，如果在废气170与预混合气176之间产生夹入层178，那么能够不使高温废气170与预混合气176接触而将废气170从排气端口116排出。在此，由于夹入层178具有某一程度的厚度，所以即使在废气170与夹入层178之间的边界面上产生波动，也可避免预混合气176变为高温。
然后，如果废气170的排出完成，那么排气阀驱动装置118如图2D所示将排气阀120关闭，通过转变为压缩行程的活塞112也将扫气端口122阻塞。在此，通过在夹入层178的一部分从排气端口116排出的时机闭合排气阀120，从而能够将混入夹入层178中的废气170在气缸110内无残留地排出，此外，不将预混合气176从排气端口116排出，能够在气缸110内适当地残留预混合气176。这样，能够预防过早点火，并谋求发动机驱动的稳定化。
燃料喷射控制部152通过燃料喷射阀128继续喷射燃料气体174，如图2E所示，在活塞112到达燃料喷射端口126之前，停止燃料气体的喷射。如此，在根据燃料喷射控制部152的燃料气体的喷射大致完成之后，经过进一步的压缩冲程而将预混合气176压缩为高压，进而基于来自预喷射阀114的柴油燃料油的喷射而将预混合气176点火，如图2F所示将预混合气燃烧。然后，若通过燃烧将活塞112压下则返回至图2A的状态，以后重复压缩、膨胀冲程。
如此，在本实施方式的二冲程单流发动机110中，由于在气缸110内周面的中间部设有燃料喷射阀128，所以在气缸110内仍然存在废气的状态下，可以仅向从扫气端口122吸入的活性气体172供给燃料气体174，进而根据低压喷射(例如10bar(1MPa))的发动机的运行成为可能。
在本实施方式中，在这样的二冲程单流发动机100中，其目的在于，进一步基于通过活塞112的往复运动产生的气缸110内的压力的变化，控制燃料喷射阀128的喷射量(喷射压力和喷射时间)。但是，喷射控制变为在下面所示的物理上的限制内进行。
(物理上的限制)
图3为示出曲柄角度与活塞位置的关系的说明图。在此，示出活塞的上升冲程，曲柄角度从0推移至180°。此外，活塞位置表示以气缸110中的下止点为0.0且以上止点为1.0时的从下止点起的活塞112的位置。针对这样的活塞112的推移，燃料喷射端口126有必要设置在能够适当地形成夹入层178的程度那样低(活塞位置小)且能够充分确保燃料气体174的喷射时间的程度那样高的位置(活塞位置大)。
假如将燃料喷射端口126设在活塞位置为0.5(曲柄角度=105°)的位置，那么燃料喷射控制部152可在燃料喷射阀128中使燃料喷射的时间被限制为：从由于活塞112的滑动动作而扫气端口122变为闭合状态(例如曲柄角度=10°)起直至燃料喷射端口126变为闭合状态(例如曲柄角度=105°)为止。在此，使燃料喷射时间为从扫气端口122变为闭合状态起是因为，如果很早供给燃料气体174，那么有可能燃料气体174从排气阀120穿过，此外，如果在扫气端口122为打开状态时供给燃料气体174，那么有可能活性气体172和燃料气体174向扫气端口122逆流。
(喷射控制)
燃料喷射控制部152在这样的物理限制(例如，曲柄角度10°-105°)之下，基于通过活塞112的往复运动产生的气缸110内的压力的变化来控制燃料喷射阀128的喷射压力和喷射时间。
图4为示出曲柄角度与气缸110内的压力的推移的说明图。如参照图4能理解的那样，曲柄角度越大，气缸110内的压力变得越高，此外，发动机负荷越高，该变化推移越向高压侧偏移。燃料喷射控制部152例如通过气缸内压传感器132等来测定如图4所示推移的气缸110内的压力，基于气缸110内的压力的变化来控制燃料喷射阀128的燃料气体174的喷射压力和喷射时间，获得所希望的喷射量。在此，基于气缸110内的压力的变化是根据以下理由。
即因为，在一直以来的高压喷射的二冲程单流发动机中，在处于上止点的气缸内的压力基乎不变化的期间，带有比气缸内的压力充分高的燃料气体压力而在短时间内喷射燃料气体174，而在本实施方式这样的低压喷射中，在处于活塞112的上升冲程中的气缸110内的压力的变化大的期间比较耗费时间地喷射燃料气体174，所以气缸110内的压力的变化大大地影响喷射量。通过基于气缸内的压力的变化来进行喷射控制，即使在气缸110内的压力变化的情况下，也可适当地供给燃料气体，并获得发动机的稳定的燃烧特性。
但是，如果逐次测定气缸110内的压力并据此进行燃料喷射阀128的喷射控制(闭环控制)，那么处理负荷不必要地变高，根据燃料喷射控制部152的处理能力，也存在喷射控制来不及的可能性。于是考虑到，把握发动机负荷，基于发动机负荷来预测气缸110的内压的变化，使用该预测的变化推移来进行喷射控制。
如图4所示，气缸110内的压力的变化推移根据发动机负荷而不同，例如，发动机负荷越高，越趋向高压的变化推移。因此，只要能够把握发动机负荷，就能够某一程度地预测气缸110内的压力的变化推移。发动机负荷能够如下所示通过扫气压来把握。
图5A和图5B是用于说明发动机负荷与扫气压的关系的说明图。特别地，图5A示出发动机转速率与发动机负荷率的关系，在图5B中示出发动机负荷率与以相对于设想最大扫气压(发动机负荷为100％下的扫气压)的比例表示的相对扫气压的关系。如图5A所示，如果发动机的转速率增加，那么发动机负荷率增加，如图5B所示，根据发动机负荷率的变化而相对扫气压(增压压力)变化。因此可理解，发动机负荷能够通过扫气压而把握。
因此，作为发动机负荷的代替，能够使用扫气压来预测气缸110内的压力的变化推移。扫气压成为与扫气端口122为打开状态时(气缸110与扫气室124连通时)的气缸110内的压力相等。于是考虑到，燃料喷射控制部152能够从气缸内压传感器132获得扫气端口122为打开状态时的气缸110的内压，基于该取得的气缸110的内压的一个测定值来预测气缸110的内压的变化。此外，在扫气室中设置扫气压传感器的情况下，也能够从该扫气压传感器直接获得扫气压。
但是，在本实施方式中，如图2G所示，由于存在与扫气端口122变为闭合状态的时机相比排气阀120变为闭合状态的时机一方更迟而且排气阀120变为闭合状态的时机根据发动机负荷变化的情况，所以即使扫气端口122闭合，也存在气缸110内的压力在排气阀120变为闭合状态之前不趋向上升推移的情况。因此希望，测定气缸110内的压力的预定曲柄角度不是扫气端口122为打开状态时的角度，而是从排气阀120变为闭合状态起直至燃料喷射端口126变为闭合状态为止的任意角度。
图6是示出二冲程单流发动机100中的喷射控制的整体处理的流程的流程图。在此，根据图6来说明二冲程单流发动机100中的喷射控制的详细处理。
(燃料气体174的喷射量决定处理S200)
调节器150基于发动机输出指令值和从来自旋转编码器134的曲柄角度信号得出的发动机转速，推导出燃料气体174的喷射量并向燃料喷射控制部152输出。
(气缸110内压力测定处理S202)
如果曲柄角度成为规定值(例如，排气阀120刚变为闭合状态后的20°)后，那么燃料喷射控制部152通过气缸内压传感器132直接测定气缸110内的压力。
(曲柄角度对内压曲线决定处理S204)
燃料喷射控制部152基于通过气缸内压传感器132测定的气缸110内的压力来决定曲柄角度对内压曲线。
图7是用于说明曲柄角度对内压曲线的决定处理的说明图。在此，预先准备如图7所示的多个曲柄角度对内压曲线(发动机负荷1-5)。由于在排气阀120成为闭合状态之后气缸110密闭，所以曲柄角度对内压曲线大体趋向图7所示的推移。燃料喷射控制部152按照曲柄角度为20°时的气缸110内的压力，从多个曲柄角度对内压曲线中选择一条曲柄角度对内压曲线。在此，假设决定了发动机负荷3的曲柄角度对内压曲线。
但是，在曲柄角度对内压曲线的数量如图7所示受限的情况下，也存在没有与测定的气缸110内的压力相当的曲柄角度对内压曲线的情况。在此情况下，也可插入在准备的多个曲柄角度对内压曲线的曲柄角度为20°时的气缸110内的压力中比测定的气缸110内的压力高且近似的压力的曲柄角度对内压曲线、以及比测定的气缸110内的压力低且近似的压力的曲柄角度对内压曲线，从而产生前述测定的气缸110内的压力的曲柄角度对内压曲线。前述插入除了线性插入之外，也可使用现存的各种插入技术。
(喷射时间决定处理S206)
接着，燃料喷射控制部152基于决定的曲柄角度对内压曲线来决定燃料喷射阀128的喷射压力和喷射时间中的至少一方。在本实施方式中，为了容易理解，将喷射压力固定为比曲柄角度到达燃料喷射端口126之前的气缸110内的压力更高的规定压力，仅仅决定喷射时间(喷射开始时机和喷射结束时机)。在此，燃料气体174的供给压由调压器130维持为比曲柄角度到达燃料喷射端口126之前的气缸110内的压力充分高。
图8是用于说明燃料喷射阀128的喷射时间的决定处理的说明图。图8所示的曲柄角度对内压曲线是图7所示的发动机负荷3的曲柄角度对内压曲线。燃料气体174的短时间的喷射量Minj能够基于喷射压力P0与曲柄角度对内压曲线P1(t)所示的压力从下面的数学式1推导出，燃料气体174的总喷出量成为将数学式1的喷射量对喷射时间积分后的值。
[数1]
[数学式1]
但是，Minj为燃料气体喷射量[kg]，A0为有效喷嘴面积[m2]，γ为燃料气体的比热容[-]，P0为喷嘴入口处的燃料气体压(喷射压力)[Pa]，P1(t)是喷嘴出口处的燃料气体压力(曲柄角度对内压曲线所示的压力)[Pa]，ρ0是燃料气体的密度[kg/m3]，t为喷射时间[s]。
由此，燃料喷射控制部152逆向计算由调节器150决定的燃料气体174的喷射量，以将数学式1积分而推导出的总喷射量与目的喷射量相等的方式决定喷射开始时机和喷射结束时机。例如，在图8的实例中，使喷射开始时机为30°，考虑喷射量而使喷射结束时机为90°。这时，喷射开始时机可为10°-40°，也可固定为例如30°等常数。使喷射开始时机为10°-40°是因为，如果不足10°，那么由于排气流而燃料气体174从排气端口116穿过，如果超过40°，那么燃料气体174的喷射时期变短而不满足所希望的燃料气体174的量，有可能局部地产生燃料气体174的浓度浓的部分。
此外，如果参照图8，那么因为喷射压力与喷射时间处于反比例那样的关系，所以喷射压力越高，则越能将喷射时间变短。此外，通过提高喷射压力，从而也能够吸收气缸内压传感器132的测定误差的影响，能够更高精度地实施喷射控制。
在上述的实施方式中，燃料喷射控制部152在曲柄角度为20°时测定气缸110内的压力，按照该压力，例如在燃料喷射阀128中曲柄角度30°过渡至60°而使燃料气体174喷射。但是，从测定气缸110内的压力(20°)起直至开始燃料气体174的喷射(30°)为止是短时间，在发动机负荷大时，换而言之，在发动机转速高时，该时间非常短。所以，燃料喷射控制部152也可基于任意的冲程(例如现在的冲程)中的气缸110内的压力的变化，决定任意的冲程的下一冲程中的燃料喷射阀128的喷射压力和喷射时间中的至少一方。通过这样做，能够确保一个冲程的处理时间，能够稳定地供给燃料气体。
在以上说明的二冲程单流发动机100中，即使随着发动机负荷和曲柄角度而气缸内的压力大幅变化，通过与此相应地设定适当的喷射压力或喷射时间，从而可供给适量的燃料气体，并获得发动机的稳定的燃烧特性。
虽然以上参照附图并说明了本发明的优选实施方式，但是本发明并不限于相关的实施方式。应当理解，在权利要求中所记载的范围内想到的各种变更例和修改例对本领域技术人员是显而易见的，这当然属于本发明的技术范围。
例如，在上述实施方式中，作为发动机负荷的替代，使用了规定曲柄角度中的气缸110内的压力，但是在能够直接把握发动机负荷和发动机转速的情况下，也可直接使用它们而进行曲柄角度对内压曲线决定处理S204。此时，在设置有气缸内压传感器132的情况下，也能够将气缸内压传感器132的测定值用于是否如通过曲柄角度对内压曲线决定处理S204形成的曲柄角度对内压曲线那样正确地推移的确认、向正确值的补正。
此外，在上述的实施方式中，固定喷射压力而求出喷射时间，但是喷射压力也能够与喷射时间同样地控制。在此情况下，例如考虑，以喷射压力与曲柄角度对内压曲线所示值的压差成为一定的方式控制，或根据曲柄角度对内压曲线的平均值变更喷射压力的绝对值，各种控制方式。即使如此控制喷射压力，也可与喷射时间同样地获得发动机的稳定的燃烧特性。
产业上的可利用性
本发明涉及向气缸内部直接喷射燃料的二冲程单流发动机。
符号说明
100 二冲程单流发动机
110 气缸
112 活塞
116 排气端口
120 排气阀
122 扫气端口
124 扫气室
126 燃料喷射端口
128 燃料喷射阀
130 调压器
132 气缸内压传感器
150 调节器
152 燃料喷射控制部
174 燃料气体。

Claims (2)

1.一种二冲程单流发动机，具备：
气缸；
活塞，在所述气缸内滑动；
排气阀，设置在所述气缸的冲程方向一端部，为了排出在所述气缸内产生的废气而开闭；
扫气端口，设置在所述气缸的冲程方向另一端部侧的内周面，根据所述活塞的滑动动作而将活性气体吸入所述气缸内；
燃料喷射端口，设置在所述气缸的内周面；
燃料喷射阀，在所述燃料喷射端口中喷射燃料气体；以及
燃料喷射控制部，执行所述燃料喷射阀中的燃料气体的喷射控制，
所述燃料控制部基于将所述活塞的往复运动转换为轴旋转运动的曲柄的角度成为预定角度时的所述气缸的内压来预测所述气缸的内压的变化，基于所述气缸内的压力的变化来决定所述燃料喷射阀的喷射压力和喷射时间中的至少一方，
所述预定角度是从所述扫气端口变为闭合状态起直至所述燃料喷射端口变为闭合状态为止的任意的角度。
2.根据权利要求1所述的二冲程单流发动机，其特征在于，所述燃料控制部基于任意冲程中的所述气缸内的压力的变化来决定所述任意冲程的下一冲程中的所述燃料喷射阀的喷射压力和喷射时间中的至少一方。
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