JP2012154189A - ２サイクルエンジン - Google Patents

Abstract

【課題】低圧噴射によるエンジンの運転において、その燃費や安定性の低下を防止する。
【解決手段】２サイクルエンジン１００は、シリンダ１１０と、シリンダ内を摺動するピストン１１２と、シリンダのストローク方向一端部に設けられ、シリンダ内で生じた排気ガスを排気するために開閉される排気ポート１１６と、シリンダのストローク方向他端部側の内周面に設けられ、ピストンの摺動動作に応じてシリンダ内に活性ガスを吸入する掃気ポート１２２と、シリンダの内周面に設けられた燃料噴射ポート１２６と、燃料噴射ポートにおいて燃料ガスを噴射する燃料噴射弁１２８と、燃料噴射ポートにおいて不燃ガスを噴射する不燃ガス噴射弁１３０と、燃料噴射ポートで燃料ガスが噴射された後に不燃ガス噴射弁に不燃ガスを噴射させる不燃ガス噴射制御装置１５４とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、ユニフロー型の２サイクルエンジンに関する。

船舶の機関としても用いられる２サイクルエンジン（２ストロークエンジン）は、吸気、圧縮、燃焼、排気といった４つの連続する行程を、シリンダ内部におけるピストン１往復の行程で完了するレシプロエンジンである。例えば、高圧噴射によって燃料油と燃料ガスとを並行して供給するディーゼル型のガスエンジンでは、上死点近傍で燃料ガスおよび燃料を噴射することで、圧縮行程における所望の時点で燃焼ガスを確実に着火させると共に、燃料ガスをシリンダ内で確実に燃焼させて排気系統で燃焼が生じるのを回避している（例えば、特許文献１）。

このような高圧噴射によるガスエンジンでは、圧縮行程でシリンダ内の空気を圧縮し、その高圧の空気に燃料ガスを直接噴射することで燃焼を誘発している。かかる高圧噴射では、掃気ポートおよび排気ポートが閉塞された状態で、燃焼室内に燃料ガスが噴射されるので、燃料ガスの吹き抜けを防ぐことができる。

特許第３４３２０９８号

上述したような高圧噴射によるガスエンジンでは、排気ガスの排気を完了した後に排気ポートを閉塞し、圧縮行程後半で燃料ガスを噴射することで、燃料ガスの着火タイミングを制御することが可能となる。しかし、圧縮行程後半では，燃焼室内圧力が高圧になっているので、燃料ガスを燃焼室内に供給するため、より高い圧力で燃料ガスを噴射しなければならず、そのための高出力の昇圧装置が必要である。

そこで、本願発明者は、圧縮行程の初期段階であるシリンダ内の圧力が比較的低い間に、掃気ポートから吸入された酸化作用のある活性ガスに対して、高い圧力をかけずに燃料ガスを直接噴射する低圧噴射の２サイクルエンジンを検討している。かかる低圧噴射の２サイクルエンジンでは、シリンダ内に排気ガスが未だ存在する状態で、掃気ポートから吸入された活性ガスにのみ燃料ガスを噴射するため、シリンダ内の比較的下方の内周面に燃料噴射弁（燃料噴射ポート）が設けられる。

燃料噴射弁は、圧縮行程の所定時間、燃料ガスを噴射するが、噴射を停止した後も燃料噴射弁とシリンダ内周面との間の空隙に、燃焼室に流出しきれなかった未燃の燃料ガスが残留するおそれがある。このとき、ピストンが燃料噴射弁の位置を超えて上昇すると、かかる空隙と掃気室とが連通し、残留した未燃の燃料ガスが掃気室に回り込み、燃焼室の爆発に寄与せず燃費が低下し、また、掃気室での意図しない着火によってエンジンの運転の安定性の低下を招くことがある。

本発明は、このような課題に鑑み、低圧噴射によるエンジンの運転においても、その燃費や安定性の低下を防止することが可能な、２サイクルエンジンを提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明の２サイクルエンジンは、シリンダと、シリンダ内を摺動するピストンと、シリンダのストローク方向一端部に設けられ、シリンダ内で生じた排気ガスを排気するために開閉される排気ポートと、シリンダのストローク方向他端部側の内周面に設けられ、ピストンの摺動動作に応じてシリンダ内に活性ガスを吸入する掃気ポートと、シリンダの内周面に設けられた燃料噴射ポートと、燃料噴射ポートにおいて燃料ガスを噴射する燃料噴射弁と、燃料噴射ポートにおいて不燃ガスを噴射する不燃ガス噴射弁と、燃料噴射ポートで燃料ガスが噴射された後に不燃ガス噴射弁に不燃ガスを噴射させる不燃ガス噴射制御装置とを備えることを特徴とする。

不燃ガス噴射制御装置は、ピストンの圧縮行程において、ピストンが燃料噴射ポートに達すると不燃ガスの噴射を停止してもよい。

不燃ガス噴射制御装置は、ピストンの排気行程において、ピストンが燃料噴射ポートに達すると不燃ガスの噴射を停止してもよい。

不燃ガス噴射弁は、不燃ガス噴射弁から噴射される不燃ガスが、燃料噴射ポートから噴射される燃料ガスの流出を妨げる態様で配置されるとしてもよい。

上記課題を解決するために、本発明の他の２サイクルエンジンは、シリンダと、シリンダ内を摺動するピストンと、シリンダのストローク方向一端部に設けられ、シリンダ内で生じた排気ガスを排気するために開閉される排気ポートと、シリンダのストローク方向他端部側の内周面に設けられ、ピストンの摺動動作に応じてシリンダ内に活性ガスを吸入する掃気ポートと、掃気ポートの内周面に設けられた燃料噴射ポートと、燃料噴射ポートにおいて燃料ガスを噴射する燃料噴射弁と、燃料噴射ポートにおいて不燃ガスを噴射する不燃ガス噴射弁と、燃料噴射ポートで燃料ガスが噴射された後に不燃ガス噴射弁に不燃ガスを噴射させる不燃ガス噴射制御装置とを備えることを特徴とする。

本発明の２サイクルエンジンによれば、低圧噴射による運転においても、その燃費や安定性の低下を防止することが可能となる。

第１の実施形態における２サイクルエンジンの全体構成を示した説明図である。 ２サイクルエンジンの各制御部の動作を説明するための説明図である。 燃料ガスを噴射する上での問題点を説明するための説明図である。 不燃ガス噴射弁の動作を説明するための説明図である。 不燃ガス噴射弁の他の動作を説明するための説明図である。 第２の実施形態における２サイクルエンジンの全体構成を示した説明図である。 燃料噴射弁と不燃ガス噴射弁との配置例を示した説明図である。

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、本明細書及び図面において、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。

（第１の実施形態：２サイクルエンジン１００）
図１は、第１の実施形態における２サイクルエンジン１００の全体構成を示した説明図である。本実施形態の２サイクルエンジン１００は、ユニフロー型で形成され、例えば、船舶等に用いられる。具体的に、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、燃料噴射ポート１２６と、燃料噴射弁１２８と、不燃ガス噴射弁１３０と、ロータリエンコーダ１３２とを含んで構成され、ガバナー（調速機）１５０、燃料噴射制御装置１５２、不燃ガス噴射制御装置１５４、排気制御装置１５６等の制御部によって制御される。

２サイクルエンジン１００では、吸気、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が受けるため、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汚損劣化を防止することができる。

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とに包囲された燃焼室１３４の熱で自然着火し、僅かな時間で燃焼して、燃焼室１３４の温度を極めて高くするので燃焼ガスを含む予混合気を所望のタイミングで確実に燃焼することができる。

排気ポート１１６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。

掃気ポート１２２は、シリンダブロック１１０ｂのストローク方向の、排気ポート１１６が設けられた一端部に対する他端部側の内周面に設けられた開口部であり、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。

燃料噴射ポート１２６は、シリンダ１１０内周面の中腹部（排気ポート１１６と掃気ポート１２２との間）において、周方向に所定の間隔を空けて設けられた複数の開口部である。燃料噴射弁１２８は、燃料噴射ポート１２６内に配置され、燃料噴射制御装置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。

不燃ガス噴射弁１３０は、燃料噴射ポート１２６内に配置され、不燃ガスを噴射する。不燃ガスは、酸素、オゾン等の酸化剤、窒素、アルゴン等の不活性ガス（不活性ガスに活性ガスの含有率の低いガスを含む場合もある）、水蒸気、または、その混合気（例えば空気）を含む。燃料噴射弁１２８および不燃ガス噴射弁１３０に関しては、後ほど詳述する。ロータリエンコーダ１３２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。

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１３２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、燃料噴射制御装置１５２に出力する。燃料噴射制御装置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１３２からのクランク角度信号に基づいて、燃料噴射弁１２８における燃料ガスの噴射量および噴射タイミングを制御する。不燃ガス噴射制御装置１５４は、燃料噴射制御装置１５２からの燃料ガスの噴射量および噴射タイミングの制御指令と、ロータリエンコーダ１３２からのクランク角度信号に基づいて、不燃ガス噴射弁１３０の不燃ガスの噴射量および噴射タイミングを制御する。

排気制御装置１５６は、燃料噴射制御装置１５２からの排気弁開閉タイミング信号と、ロータリエンコーダ１３２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。以下、上述した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。

（エンジンサイクルにおける各制御部の動作）
図２は、２サイクルエンジン１００の各制御部の動作を説明するための説明図である。特に図２（ａ）〜（ｆ）は２サイクルエンジン１００の縦断面図を、図２（ｇ）は図２（ａ）〜（ｆ）の状態の時間関係を示すためのタイミングチャートを示している。ここでは、２サイクルエンジン１００における４つの行程を排気、吸気、圧縮、燃焼の順で説明する。

燃焼行程後の排気行程では、図２（ａ）の如く、排気ポート１１６および掃気ポート１２２が閉塞状態にあり、シリンダ１１０内は排気ガス１７０で満たされている。燃焼圧によってピストン１１２が下降し下死点に近づくと、排気制御装置１５６は排気弁駆動装置１１８を通じて排気弁１２０を開放し、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。すると、図２（ｂ）に示すように、掃気ポート１２２から活性ガス１７２が吸入され、活性ガスは、燃料ガス１７４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、シリンダ１１０内の排気ガス１７０を排気ポート１１６から押し出す。

活性ガス１７２の吸入に伴う排気ガス１７０と活性ガス１７２との境界が、図２（ｂ）の如く、燃料噴射ポート１２６に達すると、燃料噴射制御装置１５２は、燃料噴射弁１２８に燃料ガス１７４の噴射を開始させる。この時、排気ポート１１６および掃気ポート１２２は開放されており、シリンダ１１０内の圧力はまだ低い状態であるため、燃料噴射弁１２８に高い圧力をかけなくとも（低圧でも）、燃料噴射弁１２８は、適切に燃料ガス１７４を噴射することができる。このため、高出力の昇圧装置を設ける必要がない。

ただし、燃料ガス１７４の噴射タイミングが早すぎると、シリンダ１１０の燃焼室に残存する高温の排気ガス１７０に燃料ガス１７４が接触し、排気ガス１７０の熱が燃料ガス１７４に伝わり過早着火が生じるおそれがある。そこで、本実施形態では、図２（ｂ）に示すように、燃料噴射制御装置１５２は、掃気ポート１２２からの活性ガス１７２が燃料噴射ポート１２６に達した後、さらに所定時間が経過するのを待って燃料ガス１７４を噴射する。すると、図２（ｃ）のように、燃料ガス１７４と活性ガス１７２とを混合した予混合気１７６と、排気ガス１７０との間に、燃料ガス１７４が混合されていない活性ガス１７２を主成分とする狭入層１７８が生成される。

このように排気ガス１７０と予混合気１７６との間に狭入層１７８が生成されると、高温の排気ガス１７０と予混合気１７６とを接触させることなく、排気ガス１７０を排気ポート１１６から排出することができる。ここでは、狭入層１７８がある程度の厚みを有しているので、排気ガス１７０と狭入層１７８との境界面に揺らぎが生じた場合であっても、予混合気１７６が高温になることを回避することが可能となる。

そして、排気ガス１７０の排出が完了すると排気弁駆動装置１１８は、図２（ｄ）の如く、排気弁１２０を閉じ、圧縮行程に転じたピストン１１２によって掃気ポート１２２も塞がれる。ここでは、狭入層１７８の一部が排気ポート１１６から排出された時点で排気弁１２０を閉じることで、狭入層１７８に混入してきた排気ガス１７０をシリンダ１１０内に残すことなく排出でき、また、予混合気１７６を排気ポート１１６から排出することなく、シリンダ１１０内に適切に予混合気１７６を残すことができる。こうして、過早着火を予防し、エンジン駆動の安定化を図ることができる。

ところで、シリンダ１１０内における活性ガス１７２の上昇速度は、排気ポート１１６の開放度（リフト量）と掃気ポート１２２の開放度（開口面積）の少なくともいずれか一方に基づいて推定でき、これらはクランク角度信号から一意に求めることができるので、燃料噴射制御装置１５２は、クランク角度信号から燃料ガス１７４の噴射タイミングを設定する。

燃料噴射制御装置１５２は、燃料噴射弁１２８を通じて燃料ガス１７４を噴射し続け、図２（ｅ）で示したように、ピストン１１２が燃料噴射ポート１２６に達する前に、燃料ガス１７４の噴射を停止する。このように、燃料噴射制御装置１５２による燃料ガス１７４の噴射が一通り完了した後、さらなる圧縮行程を経て予混合気１７６は高圧に圧縮され、さらに、パイロット噴射弁１１４からの燃料油の噴射に基づいて予混合気１７６が着火されて、図２（ｆ）のような燃焼行程が行われる。そして、燃焼行程によりピストン１１２が押し下げられると図２（ａ）の状態に戻り、以後、排気、吸気、圧縮、燃焼の４行程を繰り返す。

図３は、燃料ガス１７４を噴射する上での問題点を説明するための説明図である。上述したように、本実施形態における燃料噴射制御装置１５２は、シリンダ１１０内が比較的低圧な間に燃料噴射弁１２８に燃料ガス１７４を噴射させ、ピストン１１２が燃料噴射ポート１２６を通過する前にはその噴射を停止している。しかし、燃料噴射ポート１２６内には、図３（ａ）に示すように、燃料噴射弁１２８とシリンダ１１０内周面との間に燃料ガス１７４を導通する空隙１８０が形成され、燃料噴射制御装置１５２が燃料ガス１７４の噴射を停止した後でも、その空隙１８０にシリンダ１１０内に流出しきれなかった未燃の燃料ガス１７４が残留する場合がある。

高圧噴射の２サイクルエンジンでは、燃料ガスの噴射ポートがピストン１１２の上死点より上方に配置されているので、その噴射ポートと掃気室１２４とが連通することはないが、本実施形態では、シリンダ１１０の内周面の中腹部に燃料噴射ポート１２６が設けられるので、ピストン１１２が燃料噴射ポート１２６を通過した後も上昇を続けると、その空隙１８０が掃気室１２４と連通することとなる。そうすると、図３（ｂ）のように、その残留した未燃の燃料ガス１７４が掃気室１２４に回り込み、その燃料ガス１７４が燃焼室１３４の爆発に寄与せず燃費が低下し、また、ピストン１１２の排気行程において、掃気室１２４内の活性ガス１７２の圧力が上がることで、掃気室１２４での意図しない着火が生じ、エンジンの運転の安定性の低下を招くことがある。そこで、本実施形態では、不燃ガス噴射弁１３０を用いて、このような問題を回避する。

図４は、不燃ガス噴射弁１３０の動作を説明するための説明図である。図４（ａ）、（ｂ）は、２サイクルエンジン１００の燃料噴射ポート１２６近傍の断面を示し、図４（ｃ）は、（ａ）、（ｂ）の状態の時間関係を示すためのタイミングチャートを示している。

図４（ａ）に示す例では、不燃ガス噴射弁１３０からの流路が燃料噴射弁１２８の流路と鋭角を成して交差している。図２を用いて説明したように、燃料噴射制御装置１５２は、圧縮行程において、掃気ポート１２２からの活性ガス１７２が燃料噴射ポート１２６に達した後、燃料噴射弁１２８を通じて燃料ガス１７４の噴射を開始する。そして、燃料噴射制御装置１５２は、図４（ａ）および図４（ｃ）に示すように、例えば、ピストン１１２が燃料噴射ポート１２６に達する前には、燃料ガス１７４の噴射を停止する。このとき、燃料噴射ポート１２６内の空隙１８０には、図４（ａ）のように、シリンダ１１０内に流出しきれなかった未燃の燃料ガス１７４が残留している。

不燃ガス噴射制御装置１５４は、図４（ｂ）および図４（ｃ）に示すように、燃料噴射弁１２８の燃料ガス１７４の噴射が完了した後に、不燃ガス噴射弁１３０を通じて不燃ガス１８２の噴射を開始し、ピストン１１２の圧縮行程においてピストン１１２が燃料噴射ポート１２６に達すると、または達する前に不燃ガス１８２の噴射を停止する。燃料ガス１７４の噴射が完了した後、ピストン１１２が燃料噴射ポート１２６に到達する前に不燃ガス１８２が噴射されさえすれば、不燃ガス１８２の噴射開始時点は特に限定されず、例えば、不燃ガス噴射制御装置１５４は、燃料噴射弁１２８からの燃料ガス１７４の噴射が完了する前から不燃ガス１８２を噴射してもよい。また、ここでは、燃料ガス１７４と不燃ガス１８２とを別体の弁を通じて噴射しているが、二種燃料噴射装置等、１の弁から噴射されてもよい。

上述したように、不燃ガス噴射弁１３０は、燃料噴射ポート１２６内に設けられているので、不燃ガス噴射弁１３０から不燃ガス１８２が噴射されることで、図４（ｂ）のように、燃料噴射ポート１２６内の空隙１８０に残留した未燃の燃料ガス１７４が不燃ガス１８２によって排除（パージ）される。このとき残留した燃料ガス１７４と共に不燃ガス１８２がピストン１１２上方の燃焼室１３４に流出するが、燃焼には影響を及ぼさない。かかる構成により、ピストン１１２が通過した後に空隙１８０と掃気室１２４とが連通したとしても、掃気室１２４に回り込むガスは不燃ガス１８２なので、掃気室１２４における着火の心配はなく、２サイクルエンジン１００の燃費や安定性の低下を防止することが可能となる。

また、残留した燃料ガス１７４を掃気室１２４に流出させず、全て燃焼室１３４に供給しているので、燃料を無駄にすることなく、エンジンの経済性を高めることができる。

ここでは、掃気ポート１２２からの活性ガス１７２に加えて、不燃ガス噴射弁１３０からも不燃ガス１８２がシリンダ１１０内に供給されることになるが、不燃ガス１８２の流量は活性ガス１７２に比べて極めて少ないためエンジンの運転への影響はほとんどない。

上述した不燃ガス噴射弁１３０の構成により、燃料噴射ポート１２６の空隙１８０に残留した燃料ガス１７４を排除できることが理解される。しかし、燃料噴射ポート１２６によっては、燃料噴射制御装置１５２が燃料ガス１７４の停止操作を行った後、燃料噴射弁１２８の減圧が完了するまで、燃料ガス１７４が少量ではあるが噴出し続ける場合もあり得る。上述した例では、空隙１８０に残留した燃料ガス１７４を排除しているが、不燃ガス１８２の噴射を停止した後の燃料噴射弁１２８から噴出し続ける燃料ガス１７４には対応できない。以下に、これを解決するための、不燃ガス噴射弁１３０の他の動作を説明する。

図５は、不燃ガス噴射弁１３０の他の動作を説明するための説明図である。図５（ａ）、（ｂ）は、２サイクルエンジン１００の燃料噴射ポート１２６近傍の断面を示し、図５（ｃ）は、（ａ）、（ｂ）の状態の時間関係を示すためのタイミングチャートを示している。

図５（ａ）に示す例では、不燃ガス噴射弁１３０からの流路が燃料噴射弁１２８の流路と垂直に交わっている。図２を用いて説明したように、燃料噴射制御装置１５２は、圧縮行程において、掃気ポート１２２からの活性ガス１７２が燃料噴射ポート１２６に達した後、燃料噴射弁１２８を通じて燃料ガス１７４の噴射を開始する。そして、燃料噴射制御装置１５２は、図５（ａ）および図５（ｃ）に示すように、例えば、ピストン１１２が燃料噴射ポート１２６に達する前には、燃料ガス１７４の噴射を停止する。このとき、燃料噴射ポート１２６内の空隙１８０には、図４（ａ）同様、図５（ａ）のように、シリンダ１１０内に流出しきれなかった未燃の燃料ガス１７４が残留している。

不燃ガス噴射制御装置１５４は、図５（ｂ）および図５（ｃ）に示すように、燃料噴射弁１２８の燃料ガス１７４の噴射が完了した後に、不燃ガス噴射弁１３０を通じて不燃ガス１８２の噴射を開始するが、図４の場合と異なり、燃料噴射制御装置１５２は、ピストン１１２の圧縮行程においてピストン１１２が燃料噴射ポート１２６に達した後も不燃ガス１８２を噴射し続け、ピストン１１２の排気行程においてピストン１１２が燃料噴射ポート１２６に達すると、または達する前に不燃ガス１８２の噴射を停止する。ここで、ピストン１１２の排気行程においてピストン１１２が燃料噴射ポート１２６に達するまでとしたのは、排気行程では燃焼のためシリンダ１１０内の圧力が高くなり、燃焼室１３４と燃料噴射ポート１２６とが連通するときまで不燃ガス噴射弁１３０を開いていると燃料噴射弁１２８において逆流する可能性があるからである。

また、ここでは、不燃ガス噴射弁１３０からの流路が燃料噴射弁１２８の流路と垂直に交わり、不燃ガス噴射弁１３０は、不燃ガス噴射弁１３０から噴射される不燃ガス１８２が、燃料噴射ポート１２６から噴射される燃料ガス１７４の流出を妨げる態様で配置されている。例えば、図５（ｂ）に示した構成では、燃料噴射弁１２８から燃料噴射ポート１２６への流路を、不燃ガス噴射弁１３０の流路が垂直に分断する。このとき燃料噴射弁１２８から燃料ガス１７４が漏洩していたとしても、その圧力は微小であるため、不燃ガス噴射弁１３０から噴射され燃料噴射弁１２８に回り込んだ不燃ガス１８２によって、燃料ガス１７４の燃料噴射ポート１２６からの流出を回避することができる。したがって、図５（ｂ）のように、燃料噴射ポート１２６内の空隙１８０に残留した未燃の燃料ガス１７４が不燃ガス１８２によって排除（パージ）されると共に、その後の漏洩も回避される。ここでは、不燃ガス噴射弁１３０からの流路と燃料噴射弁１２８の流路とが垂直に交わる構成を説明したが、かかる場合に限られず、例えば、不燃ガス噴射弁１３０の流路と燃料噴射弁１２８の流路とが、噴射軸が重なる状態を０度として鈍角を成すように設けられてもよい。

ただし、燃料噴射弁１２８からの燃料ガス１７４の漏洩が無視できるレベルであれば、図４で説明したように、ピストン１１２の圧縮行程において、ピストン１１２が燃料噴射ポート１２６に達したときに停止し、不燃ガス１８２の無駄な噴射を抑制するとよい。

（第２の実施形態：２サイクルエンジン２００）
図６は、第２の実施形態における２サイクルエンジン２００の全体構成を示した説明図である。第２の実施形態の２サイクルエンジン２００は、第１の実施形態における２サイクルエンジン１００同様、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、燃料噴射ポート１２６と、燃料噴射弁１２８と、不燃ガス噴射弁１３０と、ロータリエンコーダ１３２とを含んで構成され、ガバナー（調速機）１５０、燃料噴射制御装置１５２、不燃ガス噴射制御装置１５４、排気制御装置１５６等の制御部によって制御される。かかる構成における各部の機能は、第１の実施形態における構成要素として既に述べた各部の機能と実質的に等しいので、ここでは同一の符号を付して重複説明を省略する。

第１の実施形態と第２の実施形態との相違点は、燃料噴射ポート１２６が、シリンダ１１０内周面ではなく、掃気ポート１２２の内周面に設けられている点である。燃料噴射制御装置１５２は、ピストン１１２が掃気ポート１２２に達するタイミングで燃料ガス１７４の噴射を開始し、噴射された燃料ガス１７４と掃気室１２４からの活性ガス１７２とが混合された予混合気１７６が燃焼室１３４に吸入される。ここで、燃料噴射制御装置１５２は、掃気ポート１２２が開口している間の所定のタイミングまで、燃料ガス１７４を噴射し続ける。

また、不燃ガス噴射制御装置１５４は、燃料噴射弁１２８の燃料ガス１７４の噴射が完了した後に、不燃ガス噴射弁１３０を通じて不燃ガス１８２の噴射を開始し、ピストン１１２の圧縮行程においてピストン１１２が掃気ポート１２２を閉塞する前に不燃ガス１８２の噴射を停止する。かかる燃料噴射制御装置１５２および不燃ガス噴射制御装置１５４による燃料ガス１７４および不燃ガス１８２の噴射タイミングは、図４を用いて説明したタイミングに準じる。このように、不燃ガス噴射弁１３０が不燃ガス１８２を噴射することで、掃気ポート１２２の空隙に残留した未燃の燃料ガス１７４や燃料噴射ポート１２６内の空隙に残留した未燃の燃料ガス１７４が排除される。

図７は、燃料噴射弁１２８と不燃ガス噴射弁１３０との配置例を示した説明図である。図７（ａ）〜（ｃ）では、燃料噴射ポート１２６に、燃料噴射弁１２８と不燃ガス噴射弁１３０とが一体的に形成されており、図７（ａ）は、掃気ポート１２２の内周面上部に燃料噴射ポート１２６を配置した例を示し、図７（ｂ）は、掃気ポート１２２の内周面下部に燃料噴射ポート１２６を配置した例を示し、図７（ｃ）は、掃気ポート１２２の内周面上部と下部の両方に燃料噴射ポート１２６を配置した例を示している。ここでは、燃料噴射ポート１２６と掃気ポート１２２とが鋭角を成して交わっているが、鋭角に限らず、様々な角度をとることができる。また、ここでは、不燃ガス噴射弁１３０の流路と燃料噴射弁１２８の流路とが垂直に交わる例を挙げているが、かかる角度も制限されない。

また、図７（ｄ）〜（ｆ）では、燃料噴射弁１２８と不燃ガス噴射弁１３０とがそれぞれ燃料噴射ポート１２６と不燃ガス噴射ポート１３６とに連接され、図７（ｄ）は、掃気ポート１２２の内周面上部に燃料噴射ポート１２６および不燃ガス噴射ポート１３６を配置した例を示し、図７（ｅ）は、掃気ポート１２２の内周面下部に燃料噴射ポート１２６および不燃ガス噴射ポート１３６を配置した例を示し、図７（ｆ）は、掃気ポート１２２の内周面上部と下部の両方に燃料噴射ポート１２６および不燃ガス噴射ポート１３６を配置した例を示している。

図７（ａ）〜（ｆ）のいずれの構成においても、掃気ポート１２２が閉塞される前に、掃気ポート１２２内の空隙に残留している燃料ガス１７４が不燃ガス１８２によって排除される。また、図７（ａ）〜（ｃ）の構成においては、燃料噴射ポート１２６内の空隙１８４に残留した燃料ガス１７４も排除することができる。かかる構成により、ピストン１１２が通過した後に掃気ポート１２２の空隙１８４と掃気室１２４とが連通したとしても、掃気室１２４に回り込む燃料ガス１７４も抑制でき、第１の実施形態同様、掃気室１２４における着火の心配がなくなり、２サイクルエンジン２００の燃費や安定性の低下を防止することが可能となる。

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。

本発明は、ユニフロー型の２サイクルエンジンに利用することができる。

１００ …２サイクルエンジン
１１０ …シリンダ
１１２ …ピストン
１１６ …排気ポート
１２２ …掃気ポート
１２６ …燃料噴射ポート
１２８ …燃料噴射弁
１３０ …不燃ガス噴射弁

Claims (5)

1. シリンダと、
   前記シリンダ内を摺動するピストンと、
   前記シリンダのストローク方向一端部に設けられ、該シリンダ内で生じた排気ガスを排気するために開閉される排気ポートと、
   前記シリンダのストローク方向他端部側の内周面に設けられ、前記ピストンの摺動動作に応じて該シリンダ内に活性ガスを吸入する掃気ポートと、
   前記シリンダの内周面に設けられた燃料噴射ポートと、
   前記燃料噴射ポートにおいて燃料ガスを噴射する燃料噴射弁と、
   前記燃料噴射ポートにおいて不燃ガスを噴射する不燃ガス噴射弁と、
   前記燃料噴射ポートで燃料ガスが噴射された後に前記不燃ガス噴射弁に前記不燃ガスを噴射させる不燃ガス噴射制御装置と、
   を備えることを特徴とする２サイクルエンジン。
2. 前記不燃ガス噴射制御装置は、前記ピストンの圧縮行程において、前記ピストンが前記燃料噴射ポートに達する前に前記不燃ガスの噴射を停止することを特徴とする請求項１に記載の２サイクルエンジン。
3. 前記不燃ガス噴射制御装置は、前記ピストンの排気行程において、前記ピストンが前記燃料噴射ポートに達する前に前記不燃ガスの噴射を停止することを特徴とする請求項１に記載の２サイクルエンジン。
4. 前記不燃ガス噴射弁は、該不燃ガス噴射弁から噴射される不燃ガスが、前記燃料噴射ポートから噴射される燃料ガスの流出を妨げる態様で配置されることを特徴とする請求項３に記載の２サイクルエンジン。
5. シリンダと、
   前記シリンダ内を摺動するピストンと、
   前記シリンダのストローク方向一端部に設けられ、該シリンダ内で生じた排気ガスを排気するために開閉される排気ポートと、
   前記シリンダのストローク方向他端部側の内周面に設けられ、前記ピストンの摺動動作に応じて該シリンダ内に活性ガスを吸入する掃気ポートと、
   前記掃気ポートの内周面に設けられた燃料噴射ポートと、
   前記燃料噴射ポートにおいて燃料ガスを噴射する燃料噴射弁と、
   前記燃料噴射ポートにおいて不燃ガスを噴射する不燃ガス噴射弁と、
   前記燃料噴射ポートで燃料ガスが噴射された後に前記不燃ガス噴射弁に前記不燃ガスを噴射させる不燃ガス噴射制御装置と、
   を備えることを特徴とする２サイクルエンジン。

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