JP2016217261A - ユニフロー掃気式２サイクルエンジン - Google Patents

Abstract

【課題】掃気ポートの１回の開閉の間に吸入される燃料ガスと活性ガスの濃度の均一化を図るユニフロー掃気式２サイクルエンジンを提供する。
【解決手段】ユニフロー掃気式２サイクルエンジンは、掃気ポート１１８よりもシリンダの径方向外側に配され、掃気ポートに吸入される活性ガスに燃料ガスを噴射する燃料噴射口１２６ｃが設けられた燃料噴射部１２６と、燃料噴射部に設けられ、燃料噴射口の開口範囲をピストン１１２のストローク方向に拡大および縮小する作動部材１４４と、ピストンの動力を作動部材に伝達する動力伝達機構１４６と、を備え、動力伝達機構は、ピストンが掃気ポートの開口範囲をストローク方向に拡大する場合に、作動部材を最小開口位置から最大開口位置まで作動させ、ピストンが掃気ポートの開口範囲をストローク方向に縮小する場合に、作動部材を最大開口位置から最小開口位置まで作動させる。
【選択図】図３

Description

本発明は、ユニフロー掃気式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ユニフロー掃気式２サイクルエンジンは、シリンダにおけるピストンのストローク方向の一端側に掃気ポートが設けられ、他端側に排気ポートが設けられている。そして、吸気（給気）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るようにして排気される。

このようなユニフロー掃気式２サイクルエンジンにおいて、気体燃料である燃料ガスを燃料とし、燃焼室に直接燃料ガスを噴射するのではなく、掃気ポート側からシリンダ内に燃料ガスを供給する技術が開発されている。例えば、特許文献１に記載のエンジンにおいては、シリンダの外壁における掃気ポートの上側に、シリンダの周方向に延在する環状のチャンバが形成される。また、ノズル管が、チャンバから掃気ポートの内壁を貫通して掃気ポートの内部まで延在している。チャンバに連通する制御弁が開弁すると、制御弁を通ってチャンバ内に燃料ガスが供給され、チャンバからノズル管を通って掃気ポート内に燃料ガスが噴射する。

特許第３９０８８５５号公報

ところで、掃気ポートは、ピストンの下死点側へのストローク方向の移動に伴って、開度が漸増した後、ピストンが下死点から上死点側に向かって折り返すと、開度が漸減する。このように、掃気ポートの開度の変化に応じ、掃気ポートの１回の開閉の間に、掃気ポートからシリンダ内に吸入される活性ガスの流量は変化する。それにもかかわらず、上述した特許文献１のように、掃気ポートの１回の開閉の間、大凡一定の噴射圧で燃料ガスを噴射すると、燃料ガスと活性ガスの混合気に局所的な濃淡が生じてしまう。

本発明は、このような課題に鑑み、掃気ポートの１回の開閉の間に吸入される燃料ガスと活性ガスの濃度の均一化を図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。

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、シリンダのうち、ピストンのストローク方向の一端側を囲繞し、圧縮された活性ガスが導かれる掃気空間と、シリンダのうち掃気空間内に位置する部分に設けられ、ピストンの摺動動作に応じて、掃気空間から燃焼室に活性ガスを吸入する掃気ポートと、掃気ポートよりもシリンダの径方向外側に配され、掃気ポートに吸入される活性ガスに燃料ガスを噴射する燃料噴射口が設けられた燃料噴射部と、燃料噴射部に設けられ、燃料噴射口の開口量を最大とする最大開口位置と、燃料噴射口の開口量を最小とする最小開口位置との間を作動するとともに、最小開口位置から最大開口位置まで作動する場合、燃料噴射口の開口範囲をピストンのストローク方向に拡大し、最大開口位置から最小開口位置まで作動する場合、燃料噴射口の開口範囲をピストンのストローク方向に縮小する作動部材と、ピストンの動力を作動部材に伝達する動力伝達機構と、を備え、動力伝達機構は、ピストンが掃気ポートの開口範囲をストローク方向に拡大する場合に、作動部材を最小開口位置から最大開口位置まで作動させ、ピストンが掃気ポートの開口範囲をストローク方向に縮小する場合に、作動部材を最大開口位置から最小開口位置まで作動させることを特徴とする。

燃料噴射部は、燃料噴射口が形成される管本体を備え、作動部材は、管本体の内部もしくは外部において、管本体に対してピストンのストローク方向に相対移動してもよい。

作動部材は、燃料噴射口に対向する対向孔が形成された管体で形成され、作動部材と、燃料噴射部の管本体とで二重管が構成されてもよい。

動力伝達機構は、ピストンのうち燃焼室に臨む面と反対側に位置する背面から、上死点側より下死点側へ作用する押圧力を受ける受圧部を有し、受圧部が受ける押圧力により作動部材をストローク方向に作動させる伝達部材を備えてもよい。

伝達部材は、受圧部が設けられ、受圧部に押圧力が作用すると揺動支点を中心に揺動する第１伝達部材と、第１伝達部材の揺動に伴って回転する伝達ギヤと、伝達ギヤに噛合する噛合部を有し、伝達ギヤの回転によってストローク方向に移動して作動部材を作動させる第２伝達部材と、を備えてもよい。

動力伝達機構は、受圧部に対して、下死点側より上死点側へ付勢力を作用させる付勢部材をさらに備えてもよい。

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、掃気ポートの１回の開閉の間に吸入される燃料ガスと活性ガスの濃度の均一化を図ることが可能となる。

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説明図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。 燃料噴射部、作動部材、および、動力伝達機構の構成を説明するための説明図である。 作動部材の動作を説明するための説明図である。 掃気ポートの開度と混合気濃度との関係を説明するための説明図である。 変形例における伝達部材の構成を説明するための説明図である。 変形例における燃料噴射部および作動部材を説明するための説明図である。

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。

図１は、ユニフロー掃気式２サイクルエンジン１００の全体構成を示す説明図である。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と、ピストン１１２と、排気ポート１１４と、排気弁１１６と、掃気ポート１１８と、掃気溜１２０と、掃気室１２２（掃気空間）と、燃焼室１２４と、燃料噴射部１２６と、冷却器１２８と、整流板１３０と、ドレインセパレータ１３２と、環状配管１３４と、開閉弁１３６と、燃料ガス主管１３８と、パイロット噴射弁１４０とを含んで構成される。

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、排気、吸気、圧縮、燃焼、膨張が行われて、ピストン１１２がシリンダ１１０内を摺動する。ピストン１１２には、ピストンロッド１１２ａの一端が固定されている。また、ピストンロッド１１２ａの他端には、不図示のクロスヘッドが連結されており、クロスヘッドは、ピストン１１２とともに往復移動する。ピストン１１２の往復移動に伴いクロスヘッドが往復移動すると、その往復移動に連動して、不図示のクランクシャフトが回転することとなる。

排気ポート１１４は、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１１６は、排気弁駆動装置１１６ａによって所定のタイミングで上下に摺動され、排気ポート１１４を開閉する。排気ポート１１４が開いているとき排気ポート１１４を介して排気ガスがシリンダ１１０から排気される。

掃気ポート１１８は、シリンダ１１０の下端側の内周面（シリンダライナ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、複数設けられている。そして、掃気ポート１１８は、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。

掃気溜１２０には、不図示の圧縮機によって圧縮された活性ガス（例えば空気）が、冷却器１２８によって冷却されて封入されている。圧縮および冷却された活性ガスは、掃気溜１２０内に配置された整流板１３０によって整流された後、ドレインセパレータ１３２で水分が除去される。

掃気室１２２は、掃気溜１２０と連通するとともに、シリンダ１１０のうち、ピストン１１２のストローク方向の一端側（図１中、下側）を囲繞しており、圧縮、冷却、および、水分の除去が為された活性ガスが導かれる。

掃気ポート１１８は、シリンダ１１０（シリンダライナ１１０ｂ）のうち掃気室１２２内に位置する部分に設けられており、ピストン１１２の摺動動作に応じ、掃気室１２２とシリンダ１１０内の差圧をもって、掃気室１２２からシリンダ１１０内に活性ガスを吸入する。シリンダ１１０に吸入された活性ガスは、ピストン１１２によって燃焼室１２４に導かれることとなる。

図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。図２では、理解を容易とするため、燃料噴射部１２６の断面は簡略化して示し、燃料噴射部１２６の内部構造については後に詳述する。図２に示すように、燃料噴射部１２６は、掃気ポート１１８よりもシリンダ１１０（シリンダライナ１１０ｂ）の径方向外側に設けられる。

ここでは、燃料噴射部１２６は、隣り合う掃気ポート１１８の間におけるシリンダ１１０の外表面の径方向外側に配置されており、燃料噴射部１２６によって活性ガスの流れが阻害され難くなっている。

ここでは、燃料噴射部１２６と掃気ポート１１８が同数、配置されている場合について説明したが、燃料噴射部１２６と掃気ポート１１８の配置数が異なっていてもよく、例えば、２つの掃気ポート１１８ごとに１つの燃料噴射部１２６が設けられていてもよい。

燃料噴射部１２６のうち、排気ポート１１４側（図１中、上側）には、環状配管１３４が配置されている。環状配管１３４は、シリンダ１１０の径方向外側をシリンダ１１０の周方向に環状に囲繞する配管であって、燃料噴射部１２６と連通している。環状配管１３４には、開閉弁１３６を介して、燃料ガスが貯留された燃料ガス主管１３８から燃料ガスが導かれる。

環状配管１３４はそれぞれの燃料噴射部１２６と連通し、燃料噴射部１２６には後述する燃料噴射口が形成されており、燃料ガス主管１３８から環状配管１３４を介して燃料噴射部１２６に流入した燃料ガスは、燃料噴射口から掃気ポート１１８に吸入される活性ガスに噴射される。その結果、燃料ガスは活性ガスとともに掃気ポート１１８からシリンダ１１０内に吸入され、燃焼室１２４に導かれる。

また、図１に示すように、シリンダヘッド１１０ａには、パイロット噴射弁１４０が設けられる。そして、エンジンサイクルにおける所望の時点で適量の燃料油がパイロット噴射弁１４０から噴射される。かかる燃料油は、シリンダヘッド１１０ａと、シリンダライナ１１０ｂと、ピストン１１２とに囲繞されてシリンダ１１０の内部に形成された燃焼室１２４の熱で気化する。そして、燃料油が気化して自然着火し僅かな時間で燃焼して、燃焼室１２４の温度を極めて高くする。その結果、燃焼室１２４に導かれた燃料ガスを、所望のタイミングで確実に燃焼させることができる。ピストン１１２は、主に燃料ガスの燃焼による膨張圧によって往復移動する。

ここで、燃料ガスは、例えば、ＬＮＧ（液化天然ガス）をガス化して生成されるものとする。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。

図３は、燃料噴射部１２６、作動部材１４４、および、動力伝達機構１４６の構成を説明するための説明図であり、図３（ａ）には、図１中の破線部分を抽出して示し、図３（ｂ）には、図３（ａ）の燃料噴射部１２６および作動部材１４４を抽出して示す。ただし、図３（ｂ）においては、燃料噴射部１２６および作動部材１４４は、図３（ａ）に示す向きから作動部材１４４の周方向に９０度回転した状態を示す。

図３（ｂ）に示すように、燃料噴射部１２６は、管本体１２６ａを備える。管本体１２６ａは、図３（ｂ）中、上側の一端が環状配管１３４と連通し、図３（ｂ）中、下側の他端が開口している。

そして、管本体１２６ａのうち、他端側には、上端側よりも内径および外径が大きく形成された大径部１２６ｂが形成されている。大径部１２６ｂには、左右方向に開口する燃料噴射口１２６ｃが設けられている。

燃料噴射口１２６ｃは、図３（ｂ）中、上下方向、すなわち、ピストン１１２のストローク方向に離隔して複数設けられている。

作動部材１４４は、図３（ｂ）中、上側の一端が開口し、下側の他端が閉塞する管体１４４ａで構成され、作動部材１４４の開口側から、燃料噴射部１２６の開口に挿入される。こうして、作動部材１４４の管体１４４ａと、燃料噴射部１２６の管本体１２６ａとで二重管が構成される。作動部材１４４は、管本体１２６ａの内部において、管本体１２６ａに対してピストン１１２のストローク方向（図３中、上下方向）に相対移動する。

そして、作動部材１４４によって、燃料噴射部１２６の燃料噴射口１２６ｃが開閉される。詳細には、作動部材１４４は、動力伝達機構１４６によって、図３（ｂ）中、上下方向に移動し、複数の燃料噴射口１２６ｃのうち、作動部材１４４に対向するものは作動部材１４４によって閉じられ、作動部材１４４と非対向のものは開いた状態となる。

燃料噴射口１２６ｃが、作動部材１４４と非対向となって開いた状態となると、環状配管１３４から管本体１２６ａ内に流入した燃料ガスを、掃気ポート１１８に吸入される活性ガスに噴射する。

動力伝達機構１４６は、伝達部材１４８および支持機構１５０を備える。伝達部材１４８は、大凡Ｕ字型に屈曲した部材であって、一端に受圧部１４８ａが形成される。受圧部１４８ａは、ピストン１１２から、上死点側より下死点側へ作用する押圧力を受ける。

詳細には、受圧部１４８ａは、ピストン１１２のうち、ピストンロッド１１２ａ側の面（すなわち、燃焼室１２４に臨む面１１２ｂと反対側に位置する面）である背面１１２ｃから、押圧力を受ける。

内径部１４８ｂは、受圧部１４８ａからストローク方向に延在する。また、水平部１４８ｃは、内径部１４８ｂのうち、受圧部１４８ａと反対側の端部から径方向外側に延在し、外径部１４８ｄは、水平部１４８ｃのうち、内径部１４８ｂと反対側の端部からストローク方向の掃気ポート１１８側に向かって延在する。

外径部１４８ｄのうち、水平部１４８ｃと反対側の端部は、作動部材１４４の閉塞側に固定されており、作動部材１４４は、伝達部材１４８と一体に移動する。

支持機構１５０は、シリンダ部材１５２と、バネ部材１５４（付勢部材）と、ピストン部材１５６とを有する。シリンダ部材１５２は、管状の部材であって、伝達部材１４８の下方において、掃気室１２２の床面１２２ａから立設しており、床面１２２ａ側が閉塞するとともに、伝達部材１４８側が開口する。

シリンダ部材１５２内には、床面１２２ａ側から順にバネ部材１５４およびピストン部材１５６が収容されており、バネ部材１５４からピストン部材１５６に付勢力が作用する。ピストン部材１５６のうちバネ部材１５４と反対側の端部は、シリンダ部材１５２から突出するとともに、伝達部材１４８の水平部１４８ｃに固定されている。

そのため、伝達部材１４８の受圧部１４８ａがピストン１１２によって押圧されて、伝達部材１４８が、図３（ａ）中、下側に移動すると、バネ部材１５４が圧縮され、ピストン部材１５６を介して伝達部材１４８（受圧部１４８ａ）に対し、下死点側より上死点側へ向かう付勢力を作用させる。

そして、ピストン１１２が下死点を超えて上死点側に向かって移動すると、バネ部材１５４が伸長しきるまで、伝達部材１４８および作動部材１４４がピストン１１２に追従して上死点側に向かって移動する。こうして、動力伝達機構１４６は、ピストン１１２の動力を作動部材１４４に伝達する。

図４は、作動部材１４４の動作を説明するための説明図である。図４（ａ）〜図４（ｃ）に示すように、ピストン１１２が下死点に向かって移動する過程で、掃気ポート１１８の開口量が漸増する。

図４（ａ）の段階では、掃気ポート１１８の開口量が０であって、図３（ｂ）に示した燃料噴射口１２６ｃもすべて閉じられている。このとき、作動部材１４４は、燃料噴射口１２６ｃの開口量を最小とする最小開口位置となる。ピストン１１２が下死点に向かって移動すると、動力伝達機構１４６は、受圧部１４８ａが受ける押圧力により作動部材１４４をストローク方向に作動させる。

このとき、図４（ｂ）に示すように、ピストン１１２のうち燃焼室１２４に臨む面１１２ｂと、作動部材１４４のうち、図４中、上側の上端（開口端）について、ストローク方向の位置が大凡一致している。そのため、掃気ポート１１８の開口に合わせて燃料噴射口１２６ｃが開口する。

こうして、図４（ｃ）に示すように、掃気ポート１１８が完全に開口すると、すべての燃料噴射口１２６ｃが開口することとなる。このとき、作動部材１４４は、燃料噴射口１２６ｃの開口量を最大とする最大開口位置となる。その後、ピストン１１２が下死点を超えて上死点側に向かって移動すると、バネ部材１５４によって作動部材１４４がピストン１１２に追従して上死点側に向かって移動する。この場合、図４（ｃ）、図４（ｂ）、図４（ａ）の順に、掃気ポート１１８の開口量が漸減し、これに合わせて燃料噴射口１２６ｃも閉じられることとなる。

このように、作動部材１４４は、最小開口位置（図４（ａ）の位置）と最大開口位置（図４（ｃ）の位置）との間を作動するとともに、最小開口位置から最大開口位置まで作動する場合、燃料噴射口１２６ｃの開口範囲をピストン１１２のストローク方向に拡大し、最大開口位置から最小開口位置まで作動する場合、燃料噴射口１２６ｃの開口範囲をピストン１１２のストローク方向に縮小する。

動力伝達機構１４６は、ピストン１１２が掃気ポート１１８の開口範囲をストローク方向に拡大する場合に、作動部材１４４を最小開口位置から最大開口位置まで作動させ、ピストン１１２が掃気ポート１１８の開口範囲をストローク方向に縮小する場合に、作動部材１４４を最大開口位置から最小開口位置まで作動させる。

図５は、掃気ポート１１８の開度と混合気濃度との関係を説明するための説明図である。図５中、上下方向は、ピストン１１２のストローク方向を示し、上側がピストン１１２の上死点側、下側がピストン１１２の下死点側に対応する。

掃気ポート１１８は、図５（ａ）、（ｂ）にポート開口面積のグラフで示すように、ピストン１１２の位置によって開口面積が変化する。掃気ポート１１８が開口し始めるとき、掃気ポート１１８のうち、ピストン１１２の上死点側から開口し始め、下死点側が最後に開く。そして、掃気ポート１１８が閉口し始めるとき、掃気ポート１１８のうち、ピストン１１２の下死点側から閉口し始め、上死点側が最後に閉じる。

その結果、掃気空気量（掃気活性ガス量）は、図５（ａ）、（ｂ）に掃気空気量のグラフで示すように、ポート開口面積に比例して変化することとなる。このとき、図５（ｂ）に示す比較例では、ガス噴射量のグラフで示すように、燃料ガスの噴射量がポート開口面積（すなわち活性ガスの量）に比例していない。そのため、図５（ｂ）に混合気濃度のグラフで示すように、掃気ポート１１８から流入する燃料ガスと活性ガスの混合気の濃度が局所的に濃くなってしまう。

本実施形態では、掃気ポート１１８の開口量に合わせて、燃料噴射口１２６ｃが開閉するため、図５（ａ）にガス噴射量のグラフで示すように、燃料ガスの噴射量がポート開口面積（すなわち活性ガスの量）と大凡比例して増減する。その結果、掃気ポート１１８から流入する燃料ガスと活性ガスの混合気の濃度を大凡一定に保つことが可能となる。

図６は、変形例における伝達部材２４８の構成を説明するための説明図である。図６（ａ）に示すように、伝達部材２４８は、第１伝達部材２５０と、伝達ギヤ２５２と、第２伝達部材２５４とを備える。

第１伝達部材２５０は、棒部材で構成される本体部２５０ａを有し、本体部２５０ａの一端は、掃気室１２２の床面１２２ａに固定された基台２５６に支持される。第１伝達部材２５０は、本体部２５０ａの一端側を揺動支点として、図６（ａ）中、時計回りおよび反時計回りに揺動することができる。

また、第１伝達部材２５０の本体部２５０ａの他端側には、揺動部材２５０ｂが設けられている。揺動部材２５０ｂは、本体部２５０ａに対して、図６（ａ）中、時計回りおよび反時計回りに揺動自在となっている。揺動部材２５０ｂのうち、ピストン１１２側には、受圧部２５０ｃが形成されている。受圧部２５０ｃは、ピストン１１２側に開口する半球状の窪みである。

また、ピストン１１２の背面１１２ｃには、背面１１２ｃから突出する突出部１１２ｄが形成されており、図６（ａ）〜図６（ｃ）の位置において、突出部１１２ｄが受圧部２５０ｃに当接する。そして、受圧部２５０ｃは、掃気ポート１１８が開口するとき、突出部１１２ｄから、上死点側より下死点側へ作用する押圧力を受ける。受圧部２５０ｃが押圧力を受けると、第１伝達部材２５０は、本体部２５０ａの一端側を中心として揺動する。

伝達ギヤ２５２は、基台２５６に回転自在に軸支されたギヤ本体２５２ａを有するピニオンである。また、第２伝達部材２５４は、基台２５６に、ストローク方向に移動自在に支持された角状の棒部材で構成されるラック２５４ａ（噛合部）を有し、ラック２５４ａには、伝達ギヤ２５２のギヤ本体２５２ａと噛合する歯が設けられている。ラック２５４ａのうち、伝達ギヤ２５２と反対側の端部は、掃気ポート１１８ごとに配置された複数の作動部材２４４のうち、１つの作動部材２４４に連結されている。

また、ラック２５４ａのうち掃気ポート１１８側には、シリンダ１１０と径方向に離隔するとともにシリンダ１１０の径方向外側を環状に囲繞する連結部材２５４ｂが固定されている。連結部材２５４ｂは、上記のラック２５４ａに直接連結された作動部材２４４を除く、残りの作動部材２４４には、それぞれ、図６中、下側に突出する突出部２４４ｂが設けられている。この突出部２４４ｂが連結部材２５４ｂに固定されていることから、ラック２５４ａの移動に伴って、連結部材２５４ｂを介し全ての作動部材２４４が連動する。

第１伝達部材２５０の本体部２５０ａの一端には、第１プーリ２５０ｄが形成されており、第１伝達部材２５０の揺動に伴って回転する。また、伝達ギヤ２５２には、図６（ａ）中、基台２５６の手前側に、伝達ギヤ２５２のギヤ本体２５２ａと一体回転する第２プーリ２５２ｂが設けられている。第１プーリ２５０ｄと第２プーリ２５２ｂには、ベルト２５８が張架されており、ベルト２５８によって、第１プーリ２５０ｄから第２プーリ２５２ｂに回転動力が伝達される。

そして、図６（ａ）〜図６（ｃ）の順に、ピストン１１２が下死点に向かって移動するとき、伝達部材２４８によって作動部材２４４が下死点側に向かって移動する。

伝達部材２４８では、第１プーリ２５０ｄ、第２プーリ２５２ｂの外径比によって、ピストン１１２のストローク方向の移動量に対する、作動部材２４４のストローク方向の移動量の比を任意に設定できる。ここでは、ピストン１１２のストローク方向の移動量に対し、作動部材２４４のストローク方向の移動量の方が小さくなるように設定されている。

また、図６では図示を省略するが、変形例においても、上述した実施形態同様、支持機構１５０が設けられ、バネ部材１５４は、受圧部２５０ｃに対して、下死点側より上死点側へ付勢力を作用させている。また、支持機構１５０（バネ部材１５４）の代わりに、揺動支点にトーションバネを設けて、第１伝達部材２５０を、図６中、時計回り方向に付勢してもよい。

図７は、変形例における燃料噴射部２２６および作動部材２４４を説明するための説明図であり、図７（ａ）〜図７（ｄ）の順に、作動部材２４４が燃料噴射部２２６に対して、図７中、下側に相対移動した状態を示す。図７に示すように、作動部材２４４には、燃料噴射部２２６の燃料噴射口２２６ｃに向かって開口する対向孔２４４ａが形成されている。

ここで、それぞれの燃料噴射口２２６ｃと、それぞれの燃料噴射口２２６ｃと対応関係にある対向孔２４４ａ（すなわち、燃料噴射口２２６ｃが開くときに対向する対向孔２４４ａ）との位置関係について詳述する。図７（ａ）に示すように、作動部材２４４が最も上死点側にあるとき（最小開口位置）、対向孔２４４ａのうち、図７中、下側の下端と、対応関係にある燃料噴射口２２６ｃの、図７中、上側の上端との間隔Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３は、Ｌ１>Ｌ２>Ｌ３となっている。また、対向孔２４４ａのうち、図７中、上側の上端と、対応関係にある燃料噴射口２２６ｃの、図７中、上側の上端との間隔Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６が等間隔となっている。

この場合、図７（ａ）では、すべての燃料噴射口２２６ｃが閉じており、図７（ｂ）の段階で、図７中、１番上側の燃料噴射口２２６ｃが対向孔２４４ａと対向することで完全に開口する。そして、図７（ｃ）の段階で、図７中、１番上側の燃料噴射口２２６ｃと、上から２番目の燃料噴射口２２６ｃが対向孔２４４ａと対向することで完全に開口し、図７（ｄ）の段階で、すべての燃料噴射口２２６ｃが対向孔２４４ａと対向することで完全に開口する。

上述したように、変形例では、ピストン１１２のストローク方向の移動量に対する、作動部材２４４のストローク方向の移動量を小さく設定している。そして、燃料噴射口２２６ｃと対向孔２４４ａとの位置関係によって、燃料噴射口２２６ｃの開閉と作動部材２４４のストローク方向の移動量との対応関係を適宜設計することで、作動部材２４４のストローク方向の移動量が小さくても、燃料噴射口２２６ｃの開閉を、掃気ポート１１８の開閉に合わせることができる。

そのため、上述した実施形態の作動部材１４４のように、作動部材１４４の移動に要する空間が確保できなくとも、伝達部材２４８のギヤ比設定によって、作動部材２４４の移動量を抑制して、動力伝達機構１４６を容易に設置することが可能となる。

上述したように、動力伝達機構１４６を設けることで、燃料噴射口１２６ｃ、２２６ｃの開閉にピストン１１２の動力を利用できるので、他の駆動装置を要さず、かつ、ピストン１１２から動力が伝達されることから、ピストン１１２と確実に同期して、燃料噴射口１２６ｃ、２２６ｃの開閉を遂行することができる。

上述した実施形態および変形例では、燃料噴射部１２６、２２６は、燃料噴射口１２６ｃ、２２６ｃが形成される管本体１２６ａを備え、作動部材１４４、２４４は、管本体１２６ａの内部において、管本体１２６ａに対してピストン１１２のストローク方向に相対移動する場合について説明した。しかし、作動部材１４４、２４４は、管本体１２６ａの外部に配されてもよい。また、燃料噴射部１２６、２２６は管以外の部材であってもよいし、作動部材１４４、２４４は、ストローク方向に交差する方向に相対移動するように構成してもよい。ただし、燃料噴射部１２６、２２６を管とし、作動部材１４４、２４４は、管本体１２６ａの内部または外部において、管本体１２６ａに対してピストン１１２のストローク方向に相対移動する構成とすることで、燃料噴射部１２６、２２６や作動部材１４４、２４４を容易に製造可能となる。

また、上述した変形例では、作動部材２４４は、燃料噴射口２２６ｃに対向する対向孔２４４ａが形成された管体１４４ａで構成され、作動部材２４４と、燃料噴射部２２６の管本体１２６ａとで二重管が構成される場合について説明した。そのため、変形例によれば、対向孔２４４ａと燃料噴射口２２６ｃとの位置関係によって、燃料噴射の開始タイミングや停止タイミングと作動部材２４４の移動量との対応関係を任意に設計でき、設計自由度を向上することができる。

また、上述した実施形態および変形例では、伝達部材１４８、２４８に受圧部１４８ａ、２５０ｃが設けられ、受圧部１４８ａ、２５０ｃがピストン１１２の背面１１２ｃからの押圧力を受ける場合について説明した。しかし、伝達部材１４８、２４８は必須の構成ではない。ただし、伝達部材１４８、２４８を設け、受圧部１４８ａ、２５０ｃがピストン１１２の背面１１２ｃから押圧力を受ける構成とすることで、簡易な構成で確実に、作動部材１４４、２４４にピストン１１２の動力を伝達することが可能となる。

また、上述した実施形態では、動力伝達機構１４６は、バネ部材１５４を備える場合について説明したが、バネ部材１５４は必須の構成ではない。ただし、バネ部材１５４を設けることで、受圧部１４８ａ、２５０ｃを下死点から上死点側へ追従させる機能を、簡易な構成で実現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、ユニフロー掃気式２サイクルエンジンに利用することができる。

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
１１２ｃ 背面
１１８ 掃気ポート
１２２ 掃気室（掃気空間）
１２４ 燃焼室
１２６ 燃料噴射部
１２６ａ 管本体
１２６ｃ 燃料噴射口
１４４ 作動部材
１４４ａ 管体
１４６ 動力伝達機構
１４８ 伝達部材
１４８ａ 受圧部
１５４ バネ部材（付勢部材）
２２６ 燃料噴射部
２４４ 作動部材
２４４ａ 対向孔
２４８ 伝達部材
２５０ 第１伝達部材
２５０ｃ 受圧部
２５２ 伝達ギヤ
２５４ 第２伝達部材
２５４ａ ラック（噛合部）

Claims (6)

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、
   前記シリンダのうち、前記ピストンのストローク方向の一端側を囲繞し、圧縮された活性ガスが導かれる掃気空間と、
   前記シリンダのうち前記掃気空間内に位置する部分に設けられ、前記ピストンの摺動動作に応じて、該掃気空間から前記燃焼室に活性ガスを吸入する掃気ポートと、
   前記掃気ポートよりも前記シリンダの径方向外側に配され、該掃気ポートに吸入される前記活性ガスに燃料ガスを噴射する燃料噴射口が設けられた燃料噴射部と、
   前記燃料噴射部に設けられ、前記燃料噴射口の開口量を最大とする最大開口位置と、該燃料噴射口の開口量を最小とする最小開口位置との間を作動するとともに、該最小開口位置から該最大開口位置まで作動する場合、該燃料噴射口の開口範囲を前記ピストンのストローク方向に拡大し、該最大開口位置から該最小開口位置まで作動する場合、該燃料噴射口の開口範囲を該ピストンのストローク方向に縮小する作動部材と、
   前記ピストンの動力を前記作動部材に伝達する動力伝達機構と、
   を備え、
   前記動力伝達機構は、
   前記ピストンが前記掃気ポートの開口範囲をストローク方向に拡大する場合に、前記作動部材を前記最小開口位置から前記最大開口位置まで作動させ、該ピストンが該掃気ポートの開口範囲をストローク方向に縮小する場合に、該作動部材を該最大開口位置から該最小開口位置まで作動させることを特徴とするユニフロー掃気式２サイクルエンジン。
2. 前記燃料噴射部は、前記燃料噴射口が形成される管本体を備え、
   前記作動部材は、前記管本体の内部もしくは外部において、該管本体に対して前記ピストンのストローク方向に相対移動することを特徴とする請求項１に記載のユニフロー掃気式２サイクルエンジン。
3. 前記作動部材は、前記燃料噴射口に対向する対向孔が形成された管体で形成され、該作動部材と、前記燃料噴射部の前記管本体とで二重管が構成されることを特徴とする請求項２に記載のユニフロー掃気式２サイクルエンジン。
4. 前記動力伝達機構は、
   前記ピストンのうち前記燃焼室に臨む面と反対側に位置する背面から、上死点側より下死点側へ作用する押圧力を受ける受圧部を有し、該受圧部が受ける押圧力により前記作動部材を前記ストローク方向に作動させる伝達部材を備えたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のユニフロー掃気式２サイクルエンジン。
5. 前記伝達部材は、
   前記受圧部が設けられ、該受圧部に押圧力が作用すると揺動支点を中心に揺動する第１伝達部材と、
   前記第１伝達部材の揺動に伴って回転する伝達ギヤと、
   前記伝達ギヤに噛合する噛合部を有し、該伝達ギヤの回転によって前記ストローク方向に移動して前記作動部材を作動させる第２伝達部材と、
   を備えたことを特徴とする請求項４に記載のユニフロー掃気式２サイクルエンジン。
6. 前記動力伝達機構は、
   前記受圧部に対して、前記下死点側より上死点側へ付勢力を作用させる付勢部材をさらに備えたことを特徴とする請求項４または５に記載のユニフロー掃気式２サイクルエンジン。

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