JP2022184160A - ２ストロークエンジン - Google Patents

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耕一 畑村
Koichi Hatamura
恵哉 西田
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Abstract

【課題】燃費向上と排気ガスの確実な浄化とを両立させる。【解決手段】対向ピストンエンジン（１Ａ）は、シリンダ（２０）内の燃焼ガス（Ｇｃｏｍ）と吸気側開口部（８６）からシリンダ（２０）内に供給された空気（Ｉｎｔ３）との間にＥＧＲガス（Ｇｅｇｒ）から成る境界層（Ｌｎｏ）が形成されるように、ＥＧＲガス（Ｇｅｇｒ）をシリンダ（２０）内に供給するＥＧＲポンプ（８５ａ）を備えている。【選択図】図５

Description

本発明は、車両に搭載される２ストロークエンジンに関する。
内燃機関（エンジン）には、従前より各種構造のものが知られている。その一つとして、シリンダ内を往復するピストンの動作に合わせて燃焼室が膨張と圧縮とを繰り返し、その間に燃料を燃焼させる、いわゆる２ストロークエンジンがある。例えば、非特許文献１には、層状掃気機構を有する２ストロークエンジンが開示されている。非特許文献１の２ストロークエンジンは、掃気行程において、掃気ポートの開口部から燃焼室内に空気が供給された後、クランクケースの内部に充填された混合気が燃焼室内に供給される。燃焼室内に残留した燃焼ガスが排気ポートの開口部から排出される際、燃焼室内に供給された空気が混合気と燃焼ガスとの境界層を形成する。
"層状掃気機構とは？"、［online］、三菱重工業株式会社、ホームページ、［2021年4月16日検索］、インターネット〈URL:https://www.mhi.com/jp/products/industry/tle.html〉
しかしながら、非特許文献１に開示された２ストロークエンジンは、掃気ポートの開口部から燃焼室内に供給された空気の一部が、燃焼ガスの流れに巻き込まれて排気ポートの開口部から直接吹き抜けてしまう。そのため、いわゆるリーン排気となって三元触媒が働かなくなり、排気ガスの浄化が困難になる。この問題は前記の２ストロークエンジンをリッチバーンさせれば解決するものの、今度は燃費が悪化してしまう。
本発明の一態様は、前記の問題点に鑑みてなされたものであり、燃費向上と排気ガスの確実な浄化とを両立させることを目的とする。
前記の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は、吸気ポートが設けられ、かつ排気側開口部が形成されたシリンダと、前記シリンダ内を往復運動し、前記吸気ポートの吸気側開口部を開閉するように動作するピストンと、前記ピストンの動作に連動して前記排気側開口部を開閉する排気開閉機構と、前記シリンダ内の燃焼ガスと前記吸気側開口部から前記シリンダ内に供給された新気との間に酸素を含まない気体から成る境界層が形成されるように、前記気体を前記シリンダ内に供給する供給部と、を備えている。
本発明の一態様によれば、燃費向上と排気ガスの確実な浄化とを両立させることができる。
本発明の実施形態１～３に係るシリーズ式のパワートレインの機能的構成を示すブロック図である。 符号２０１は、本発明の実施形態１に係るパワートレインの発電装置が有する対向ピストンエンジンおよびその周辺の各構造を概略的に示す平面図である。符号２０２は、符号２０１に示す対向ピストンエンジンおよびその周辺の各構造を概略的に示す側面図である。 プレチャンバーの内部構造を概略的に示す断面図である。 本発明の一態様に係る対向ピストンエンジンにおいて、吸気側開口部の全部と排気側開口部の全部とが開いた状態におけるシリンダ内の様子を示す概略図である。 符号５０１は、図２に示す対向ピストンエンジンにおける、吸気ポートおよびその周辺の各構造を示す概略図である。符号５０２は、図２に示す対向ピストンエンジンにおける、吸気ポートおよびその周辺の他の構造を概略的に示す断面図である。 本発明の実施形態２に係る対向ピストンエンジンにおける、吸気ポートおよびその周辺の各構造を示す概略図である。 本発明の実施形態３に係る対向ピストンエンジンにおける、吸気ポートおよびその周辺の各構造を示す概略図である。 本発明の実施形態３の変形例に係る対向ピストンエンジンにおける、吸気ポートおよびその周辺の各構造を示す概略図である。
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。なお、以下の記載は発明の趣旨をより良く理解させるためのものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。本出願における各図面に記載した構成の形状および寸法（長さ、奥行き、幅等）は、実際の形状および寸法を必ずしも反映させたものではなく、図面の明瞭化および簡略化のために適宜変更している。
〔実施形態１〕
本発明の実施形態１について、図１～図５に基づいて説明すれば以下のとおりである。本実施形態以下の各実施形態では、本発明の一態様に係る２ストロークエンジンとして対向ピストンエンジンを例示する。また、本実施形態以下の各実施形態では、本発明の一態様に係るパワートレインが発電装置を備えている場合を例示する。発電装置は、前記の対向ピストンエンジンと、当該対向ピストンエンジンのエンジン動作に連動して回転することで電力を生成する発電モータとを有する。このような発電装置は、シリーズ方式のハイブリッド車に好適に搭載できる。
前記の対向ピストンエンジンの用途は、本実施形態以下の各実施形態の例に必ずしも限定されず、原動機が搭載されている各種の機器に適用できる。例えば、住宅および各種施設等に設置される定置型もしくは可搬型のガソリン発電機、送水用および排水用のポンプシステム、航空機、大型車両、ならびに船舶などに適用できる。
なお、本発明の一態様に係るパワートレインは、発電モータを備えていなくてもよい。この場合、前記のパワートレインは、例えばガソリン車およびディーゼル車に搭載できる。また、本発明の一態様に係る２ストロークエンジンは、例えば対向ピストンエンジン以外のユニフロー掃気方式のエンジン、ループ掃気方式のエンジンであってもよい。
＜パワートレインの構成＞
パワートレイン１００の構成について、図１に基づいて説明する。パワートレイン１００は、対向ピストンエンジン１Ａ（詳細は後述）で発生した回転エネルギーを不図示の駆動輪に伝達するための装置類の総称であり、対向ピストンエンジン１Ａおよび不図示のトランスミッション等を含む動力伝達装置である。パワートレイン１００は、図１に示すように、ＰＣＵ（パワーコントロールユニット）７、バッテリー８、駆動モータ９、および発電装置１０Ａを備えている。
対向ピストンエンジン１Ａは、火花点火のガソリンエンジンであり、高い熱効率を得るために低負荷運転ではリーン燃焼を行い、ＮＯｘの発生量が増加する中高負荷はストイキ燃焼を行うように制御される。また対向ピストンエンジン１Ａは、ストイキ燃焼時に排気の空燃比をストイキに保つことで、排気ガスＥｘｈ１を三元触媒で確実に浄化してＮＯｘの発生量を低減するものである。排気ガスＥｘｈ１および三元触媒の詳細については後述する。
ＰＣＵ７は、パワートレイン１００を搭載したハイブリット車等の電力を適切に制御するための装置である。ＰＣＵ７は、駆動モータ９を駆動するインバータ、電圧を制御する昇圧コンバータ、高電圧を降圧するＤＣＤＣコンバータ等の各種の電気制御系回路で構成されている。排気側および吸気側発電モータ１１および１２（以下、「各発電モータ１１および１２」と表記）で発生した電力は、ＰＣＵ７を介してバッテリー８に充電される。ＰＣＵ７は、バッテリー８から給電される電力を用いて駆動モータ９を駆動する。また、ＰＣＵ７は、後述の制御装置９２を制御する。駆動モータ９は、不図示の駆動ユニットを介して駆動輪を駆動する。
ＰＣＵ７、バッテリー８、駆動モータ９ならびに各発電モータ１１および１２は、シリーズ方式のハイブリッド車に搭載される一般的なパワートレインが備える公知の機器を用いることができる。そのため、記載の冗長化を避けるために、これらに関する詳細な説明は省略する。
発電装置１０Ａは、図１に示すように、対向ピストンエンジン１Ａ、排気側発電モータ１１、吸気側発電モータ１２、検出装置９１および制御装置９２（調整装置、増減調整装置）を備えている。対向ピストンエンジン１Ａは、各発電モータ１１および１２とともに不図示の支持構造体によって筐体３に剛体結合されている。本明細書では、各種の補機を含めて対向ピストンエンジン１Ａと称する。各発電モータ１１および１２の詳細については後述する。
検出装置９１は、一般的な吸気圧力・温度センサおよび温度センサを有している。ちなみに、温度センサは、対向ピストンエンジン１Ａの不図示のシリンダ冷却器に充填された冷却水の温度を検出する。また、検出装置９１は、Ｏ２センサ９５（検出部）を有している（図５および図６参照）。Ｏ２センサ９５は、排気側開口部８１から排気された排気ガスＥｘｈ１中の酸素の有無を検出する。排気側開口部８１および排気ガスＥｘｈ１の詳細については後述する。
検出装置９１は、一般的なトルク出力センサ（トルク検出部）を有している。トルク出力センサは、対向ピストンエンジン１Ａのエンジン動作によって出力されるトルクを検出する。以下、トルク出力センサによって検出されたトルクを「エンジン出力値」と称する。なお、検出装置９１はトルク出力センサを有していなくてもよく、ＰＣＵ７からエンジン出力値を取得してもよい。また、トルク出力センサは、エンジン動作時に対向ピストンエンジン１Ａに掛かる負荷を検出していてもよい。
検出装置９１は、筒内圧力センサと、ＣＡ（クランクアングル）情報を検出するＣＡセンサと、を有している。検出装置９１は、筒内圧力センサの検出結果である筒内圧力履歴、およびＣＡセンサが検出したＣＡ情報に基づいてＣＡ５０を算出する。ＣＡ５０とは、燃焼割合が５０％となる最小容積基準クランク角度のことである。
検出装置９１は、２つのクランク角度センサで構成されるタイミング検出センサを有している。対向ピストンエンジン１Ａは、燃焼室容積が膨張する行程と燃焼室容積が収縮する行程との２行程（２ストローク）にて１サイクル動作する。燃焼室容積は、排気側ピストン２１のピストンヘッド２１ａと吸気側ピストン２２のピストンヘッド２２ａ（ともに詳細は後述）との間の容積であり、後述の燃焼室２３の容積である。検出装置９１は、タイミング検出センサの検出結果を用いて、１サイクル動作中の各時点における燃焼室容積を算出する。
検出装置９１はタイミング検出センサを有していることから、検出装置９１は、例えばクランク角度センサからの角加速度信号を用いて擬似的なＣＡ５０を算出してもよい。検出装置９１は、前述した各センサの検出結果、ＣＡ５０および燃焼室容積を制御装置９２に出力する。
制御装置９２は、例えばＣＰＵであり、検出装置９１から出力された検出結果を取得する等して、対向ピストンエンジン１Ａを統括的に制御する。例えば、制御装置９２は、対向ピストンエンジン１Ａの燃焼態様をストイキ燃焼とリーン燃焼との間で切り替える。ストイキ燃焼は、空燃比を精密に調整して排気の理論空燃比を実現した上で、理論空燃比で燃焼する燃焼態様である。ストイキ燃焼によって発生した排気ガスＥｘｈ１は、三元触媒によって浄化される。リーン燃焼は、燃焼の際にリーンな混合気と後述のＥＧＲガスＧｅｇｒとを併用することでＮＯｘの発生量を低減する燃焼態様である。リーン燃焼においては、排気ガスＥｘｈ１の浄化にリーンＮＯｘ触媒を用いてもよい。
また制御装置９２は、対向ピストンエンジン１Ａが各燃焼態様において適した条件でエンジン動作するように、対向ピストンエンジン１Ａを構成する各部品および各装置を制御する。具体的には、制御装置９２は、インジェクター２８、点火プラグ２９、バイパスバルブ６２ａおよびＥＧＲバルブ８５を制御する。制御装置９２によって制御されるこれらの制御対象の詳細、および制御装置９２の制御内容の詳細については後述する。
検出装置９１および制御装置９２は、対向ピストンエンジン１Ａに内蔵されて当該対向ピストンエンジン１Ａの一部を構成している。なお、制御装置９２については、対向ピストンエンジン１Ａの外部に設けられてもよい。
＜対向ピストンエンジンの構造＞
対向ピストンエンジン１Ａの構造について、図２および図３に基づいて説明する。なお、図２の符号２０１は、対向ピストンエンジン１Ａの構造を分かり易く示すためにシリンダ２０内の一部を透過して示している。また、図２は、検出装置９１および制御装置９２の図示を省略して対向ピストンエンジン１Ａの構造を簡略化して示している。
対向ピストンエンジン１Ａは、図２の符号２０１に示すように、シリンダ２０、排気側ピストン２１（排気開閉機構）および吸気側ピストン２２（ピストン）を有している。また対向ピストンエンジン１Ａは、排気側コンロッド２６、吸気側コンロッド２７、排気側クランクシャフト３１および吸気側クランクシャフト３２を有している。排気側および吸気側ピストン２１および２２のそれぞれは、シリンダ２０内に挿通されている。また、排気側コンロッド２６と排気側クランクシャフト３１とが一組となって、排気側ピストン２１に接続されている。さらに、吸気側コンロッド２７と吸気側クランクシャフト３２とが一組となって、吸気側ピストン２２に接続されている。
具体的には、シリンダ２０内にて排気側ピストン２１と吸気側ピストン２２とが互いに対向するように往復運動することにより、対向ピストンエンジン１Ａがエンジン動作する。シリンダ２０内には燃焼室２３が形成されている。燃焼室２３は、排気側ピストン２１のピストンヘッド２１ａ、吸気側ピストン２２のピストンヘッド２２ａ、およびシリンダ２０の内壁２０ａに取り囲まれた空間である。図２の符号２０１は、排気側ピストン２１が排気側上死点の近傍に位置し、吸気側ピストン２２が吸気側上死点の近傍に位置する状態の対向ピストンエンジン１Ａを例示している。
なお、排気側ピストン２１はあくまで本発明の一態様に係る排気開閉機構の一例であり、当該排気開閉機構は排気側ピストン２１に限定されるものではない。排気開閉機構は、シリンダ２０内に残留する燃焼ガスＧｃｏｍを排気ガスＥｘｈ１として排気するための機構であり、吸気側開口部８６を開閉するピストン（本実施形態では吸気側ピストン２２）の動作に連動して排気側開口部８１を開閉する。例えば、本発明の一態様に係る２ストロークエンジンが対向ピストンエンジン以外のユニフロー掃気方式のエンジンであれば、排気弁およびカムが前述の排気開閉機構に相当する。
対向ピストンエンジン１Ａは、図２の符号２０２に示すように、シリンダ２０にインジェクター２８を有している。インジェクター２８から燃焼室２３内に燃料が噴射される。本実施形態以下の各実施形態では、燃料はガソリンであり、対向ピストンエンジン１Ａならびに後述の対向ピストンエンジン２Ａおよび３Ａはガソリンエンジンとなっている。燃料は、不図示の燃料タンクからインジェクター２８に供給される。
対向ピストンエンジン１Ａは、シリンダ２０に、点火プラグ２９を内蔵するプレチャンバー９４を有している。プレチャンバー９４の詳細については後述する。点火プラグ２９が点火すると、インジェクター２８から燃焼室２３内に噴射された燃料に着火して燃焼する。本実施形態以下の各実施形態では、制御装置９２がストイキ燃焼とリーン燃焼とを切り替えることから、インジェクター２８の動作も制御装置９２によって制御される。
対向ピストンエンジン１Ａは、プレチャンバーイグニッションにより点火する。具体的には、図３に示すようなプレチャンバー壁９４ａが、シリンダ２０の内壁２０ａにおける中央部の上端に挿入されている。プレチャンバー壁９４ａは、点火プラグ２９の先端を覆うキャップ状の筐体であり、その内部にプレチャンバー９４と呼ばれる空間が形成されている。プレチャンバー９４は、副室とも呼ばれる。プレチャンバー壁９４ａの頂壁には、オリフィス９４ｂと呼ばれる微細な孔が複数、切断視で放射状に形成されている。この場合の切断視とは、頂壁の中央部を当該頂壁と直交する平面で切断したときの断面視のことである。
プレチャンバー９４内の空間で混合気に点火することにより、オリフィス９４ｂから火炎が勢い良く噴き出し、燃焼室（この場合は主室）２３内の混合気が強く掻き混ぜられて瞬時に燃焼する。混合気は、本明細書では、空気と既燃ガス（後述のＥＧＲガスＧｅｇｒを含む）、燃料とが混合されたものである。
プレチャンバーイグニッションに基づく燃焼は、プレチャンバー９４がないコンベンショナルな火花点火燃焼と比べて燃焼期間が圧倒的に短くなり、燃焼エネルギーが効率良く圧力に変換される。そのため、燃焼エネルギーの損失を低減でき、対向ピストンエンジン１Ａの熱効率を向上させることができる。また、ノッキング発生の低減効果も高まる。加えて、例えば、プレチャンバー９４内を着火し易い混合気として燃焼室２３（主室）内をリーンな混合気とすれば、安定したリーン燃焼が可能になる。なお、対向ピストンエンジン１Ａにプレチャンバーイグニッションを採用することは必須ではなく、プレチャンバー９４が形成されていなくてもよい。
図２に示す燃焼室２３の内部に記載された星形マークは、シリンダ２０の中心位置ＣＰを示している。中心位置ＣＰは、燃料の理想的な点火位置となる。インジェクター２８は、図２の符号２０２に示すように、シリンダ２０の内壁２０ａにおける中央部の下端に設けられており、インジェクター２８の中心軸を含む直線が中心位置ＣＰと交差する。一方、点火プラグ２９は、内壁２０ａにおける中央部の上端に設けられており、点火プラグ２９の中心軸を含む直線も中心位置ＣＰと交差する。
なお、インジェクター２８の中心軸を含む直線および点火プラグ２９の中心軸を含む直線のそれぞれは、中心位置ＣＰと交差していなくてもよい。例えば、排気側および吸気側ピストン２１および２２の双方が各上死点に位置したときの混合気の状態を考慮して、前述の各直線が中心位置ＣＰよりも排気側開口部８１の側または吸気側開口部８６の側のいずれか一方に偏るように設計してもよい。
インジェクター２８の中心軸を含む直線と点火プラグ２９の中心軸を含む直線とは一致する。つまり、中心位置ＣＰを起点としたインジェクター２８の中心軸の延伸方向と点火プラグ２９の中心軸の延伸方向とが成す角度は略１８０°となる。このようなインジェクター２８および点火プラグ２９の各配置により、燃料が燃焼室２３内の中心位置ＣＰ近傍にて燃焼し、排気側ピストン２１および吸気側ピストン２２が互いに対向して往復運動する。
シリンダ２０の内壁２０ａには、図２の符号２０１に示すように、シリンダ２０の中心位置ＣＰからシリンダ２０の延伸方向の中心軸ＡＸ（図４等参照）の方向に互いに離れた位置に排気側開口部８１および吸気側開口部８６が形成されている。排気側開口部８１および吸気側開口部８６は、ともに複数の開口部で構成されている。
排気側開口部８１を構成する複数の開口部は、すべて同一の大きさの四角形状であり、内壁２０ａの周方向に略等間隔に形成されている。吸気側開口部８６を構成する複数の開口部も、すべて同一の大きさの四角形状であり、内壁２０ａの周方向に略等間隔に形成されている。
なお、排気側開口部８１の形成箇所は、本実施形態の例のようなシリンダ２０の内壁２０ａに限定されない。例えば、本発明の一態様に係る２ストロークエンジンが対向ピストンエンジン以外のユニフロー掃気方式のエンジンであれば、排気側開口部８１はシリンダヘッドに形成される。換言すれば、本発明の一態様に係る「シリンダ」は、内壁およびシリンダヘッドをその構成要素に含む概念である。
シリンダ２０内において、排気側開口領域（不図示）の頂面から中心位置ＣＰまでの第１の最短距離は、吸気側開口領域（不図示）の頂面から中心位置ＣＰまでの第２の最短距離よりも若干短くなっている（図４、図７および図８参照）。排気側開口領域は、排気側開口部８１を構成する開口部の中心軸ＡＸ方向の長さを高さとし、シリンダ２０の内面における排気側開口部８１を含む内面部分を側面とする、円筒形状の仮想的な空間である。排気側開口領域の頂面は、当該排気側開口領域における中心位置ＣＰと対向する面である。
吸気側開口領域は、吸気側開口部８６を構成する開口部の中心軸ＡＸ方向の長さを高さとし、シリンダ２０の内面における吸気側開口部８６を含む内面部分を側面とする、円筒形状の仮想的な空間である。吸気側開口領域の頂面は、当該吸気側開口領域における中心位置ＣＰと対向する面である。「頂面から中心位置ＣＰまでの最短距離」とは、頂面と中心位置ＣＰとを結ぶ線分であり、かつ頂面と直交する直線の長さを指す。
前述のように第１の最短距離が第２の最短距離よりも短くなっていることから、排気側および吸気側ピストン２１および２２の双方が各上死点から各下死点に向けて動作する過程では、排気側開口部８１の方が吸気側開口部８６よりも早く開き始める。一方、排気側および吸気側ピストン２１および２２の双方が各下死点から各上死点に向けて動作する過程では、吸気側開口部８６の方が排気側開口部８１よりも早く閉じ始める。
なお、排気側開口部８１および吸気側開口部８６のそれぞれを構成する開口部の個数、形状および大きさは前述の例に限定されない。例えば、前述の開口部は、半径が大きい２つの円弧が連なった略楕円形状になっていてもよい。排気側開口部８１は排気側ピストン２１の往復運動によって開閉し、吸気側開口部８６は吸気側ピストン２２の往復運動によって開閉する。
対向ピストンエンジン１Ａは、排気ポート８２と吸気ポート８７とを有している。排気ポート８２および吸気ポート８７は、図２の符号２０２に示すような、シリンダ２０の内壁２０ａの一部を外側から取り囲むように設けられた環状の部品である。具体的には、排気ポート８２は、内壁２０ａにおける排気側開口部８１が形成されている部分を外側から取り囲むように設けられている。また、排気ポート８２は、内部に排気側開口部８１と連通する空間が形成されている。排気ポート８２内の空間は、排気側開口部８１を介してシリンダ２０内の空間と連通している。
吸気ポート８７は、内壁２０ａにおける吸気側開口部８６が形成されている部分を外部から取り囲むように設けられている。また、吸気ポート８７は、内部に吸気側開口部８６と連通する空間が形成されている。吸気ポート８７内の空間は、吸気側開口部８６を介してシリンダ２０内の空間と連通している。
対向ピストンエンジン１Ａは、排気管８３を有している。排気管８３は、一端が排気ポート８２に接続され、他端が触媒コンバータ８４に接続されている。排気管８３は、内部に排気流路としての空間が形成されている。
排気管８３内の排気流路を流れて触媒コンバータ８４に流入した排気ガスＥｘｈ１は、触媒コンバータ８４に格納された三元触媒によって浄化される。なお、触媒コンバータ８４に格納される触媒は三元触媒でなくてもよく、酸化触媒、ＮＯｘ吸蔵触媒、選択還元触媒またはＧＰＦ（Gasoline Particulate Filter）等が格納されていてもよい。触媒コンバータ８４により浄化された排気ガスＥｘｈ２は、例えば不図示のマフラーに流れる。
排気管８３は、排気流路の途中で分岐しており、排気流路から分岐した分岐路が吸気ポート８７内の空間と連通している（図５参照）。この分岐路は、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation；排気再循環）のために形成されたものである。分岐路としての空間が内部に形成された分岐管８３ｂ（供給管）は、排気管８３における、排気ポート８２の近傍から分岐している。
分岐管８３ｂには、ＥＧＲバルブ８５（図５参照）、ＥＧＲポンプ８５ａ（供給部）、圧力センサ８５ｃおよびＥＧＲクーラー８８が設けられている。ＥＧＲクーラー８８は、排気側開口部８１から排気されて分岐管８３ｂ内の分岐路を流れる排気ガスＥｘｈ１を冷却する。本明細書では、ＥＧＲクーラー８８によって冷却された排気ガスＥｘｈ１を「ＥＧＲガスＧｅｇｒ」と称する。ＥＧＲガスＧｅｇｒは、分岐管８３ｂ内の分岐路を通過して当該分岐路の出口に向かう。
ＥＧＲガスＧｅｇｒは、本発明に係る「酸素を含まない気体」の一例である。本明細書における「酸素を含まない気体」は、理論上酸素を含まない気体であればよく、対向ピストンエンジン１Ａのエンジン動作の過程等で微量の酸素が不可避的に含まれる場合等を包含する概念である。ＥＧＲガスＧｅｇｒの温度に特段の限定はないが、ノッキング発生の低減の観点からは６０℃～１２０℃の温度範囲内であることが好ましい。
ＥＧＲポンプ８５ａは、ＥＧＲガスＧｅｇｒを昇圧して、分岐管８３ｂ内の分岐路の出口から吸気ポート８７内の第２連通部分８７ｂ（図５参照；詳細は後述）にＥＧＲガスＧｅｇｒを供給する。つまり、ＥＧＲポンプ８５ａは、吸気ポート８７を介してＥＧＲガスＧｅｇｒをシリンダ２０内に供給する。ＥＧＲポンプ８５ａから供給されるＥＧＲガスＧｅｇｒの供給圧力は、制御装置９２によるＥＧＲポンプ８５ａの制御によって目標値に保たれる。
圧力センサ８５ｃは、分岐管８３ｂにおける、ＥＧＲポンプ８５ａの出口近傍の箇所に設けられており、ＥＧＲポンプ８５ａから圧出されたＥＧＲガスＧｅｇｒの圧力を検出する。制御装置９２は、圧力センサ８５ｃの検出圧力に応じてＥＧＲポンプ８５ａを適宜制御することで、ＥＧＲポンプ８５ａからのＥＧＲガスＧｅｇｒの供給量を変える。この制御により、制御装置９２は、ＥＧＲポンプ８５ａから圧出されるＥＧＲガスＧｅｇｒの圧力を目標値に制御する。
ＥＧＲバルブ８５は、ＥＧＲガスＧｅｇｒの吸気ポート８７内への流入期間を制御することで、シリンダ２０内へのＥＧＲガスＧｅｇｒの供給量を増減する。この供給量は、ＥＧＲバルブ８５の開弁期間を変更することで適宜増減可能となっており、ＥＧＲバルブ８５の開弁期間は、制御装置９２によるＥＧＲバルブ８５の制御によって調整される。この場合、ＥＧＲガスＧｅｇｒと空気Ｉｎｔ３（新気；詳細は後述）との混合を避けるために、ＥＧＲバルブ８５の開弁期間を吸気側開口部８６が閉じられている期間に一致させるのが望ましい。
なお、対向ピストンエンジン１Ａは、ＥＧＲポンプ８５ａに替えてチェックバルブ８５ｂ（後掲の実施形態２および図６参照）を有していてもよい。この場合、排気ポート８２内の圧力が吸気ポート８７内の圧力よりも高くなった期間に、ＥＧＲガスＧｅｇｒが吸気ポート８７に供給される。また詳細は後述するが、制御装置９２は、ＥＧＲバルブ８５の開弁期間を調整してＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）率も調整する。ＥＧＲ率は、空気Ｉｎｔ３に対する排気ガスＥｘｈ１の質量比率である。
対向ピストンエンジン１Ａは、機械式過給機６１、吸気管６２、インタークーラー６３およびスロットルバルブ６４を有している。機械式過給機６１は、対向ピストンエンジン１Ａにて発生した動力を利用して作動するメカニカルスーパーチャージャーであり、吸気側開口部８６を介してシリンダ２０内に空気Ｉｎｔ３を圧送する。機械式過給機６１は、回転するローターを内蔵している。
機械式過給機６１は、当該機械式過給機６１の吸入口に接続されたスロットルバルブ６４を介して空気Ｉｎｔ１を吸気して圧縮した後、吸気管６２を通じて圧縮した空気Ｉｎｔ２をインタークーラー６３に圧送する。そして、機械式過給機６１は、インタークーラー６３によって冷却された空気Ｉｎｔ３を吸気ポート８７内の第１連通部分８７ａ（図５等参照；詳細は後述）に圧送し、吸気側開口部８６からシリンダ２０内に空気Ｉｎｔ３を供給する。
以下、過給圧について説明する。過給圧は、機械式過給機６１が空気Ｉｎｔ２およびＩｎｔ３に加える圧力である。機械式過給機６１に内蔵された不図示のローターに接続されているベルトドライブ６５は、動力伝達部を介してフライホイール４２ａに接続されている。動力伝達部は、プーリー４２ｂと増速ベルト４２ｃとで構成される。ベルトドライブ６５は、動力伝達部の増速比に応じて増速されることにより、後述のフライホイール４２ａと連動して回転する。
吸気管６２には、バイパスバルブ６２ａが設けられている。バイパスバルブ６２ａを開けば、機械式過給機６１の出口から圧送される空気Ｉｎｔ３の一部を機械式過給機６１の入口に戻すことができる。一方、バイパスバルブ６２ａを閉じれば、機械式過給機６１の出口から空気Ｉｎｔ３の全部を吸気ポート８７に圧送できる。このような機能を有するバイパスバルブ６２ａの開閉角度を調整すれば、過給圧も調整できる。
なお、機械式過給機６１に替えて電動コンプレッサを用いてもよい。この場合、電動コンプレッサの回転速度を変更することで過給圧を切り替える。また、必要に応じて電動コンプレッサの回転速度を調整することにより、過給圧を微調整できる。また、機械式過給機６１は、空気Ｉｎｔ１に替えて例えば混合気（新気）を吸気してもよい。この場合、インタークーラー６３によって冷却された混合気が吸気ポート８７を介してシリンダ２０内に供給される。
対向ピストンエンジン１Ａは、図２に示すように、排気側ピストン２１が排気側コンロッド２６を介して排気側クランクシャフト３１のクランクピン３１ａと接続されている。また、対向ピストンエンジン１Ａは、吸気側ピストン２２が吸気側コンロッド２７を介して吸気側クランクシャフト３２のクランクピン３２ａと接続されている。対向ピストンエンジン１Ａがエンジン動作する場合、排気側ピストン２１の往復運動と連動して、排気側クランクシャフト３１が第１の回転方向に回転する。また、吸気側ピストン２２の往復運動と連動して、吸気側クランクシャフト３２が第２の回転方向に回転する。第１の回転方向は、図２の符号２０２において、紙面向かって時計回りの方向となる。第２の回転方向は、図２の符号２０２において、紙面向かって反時計回りの方向となる。
排気側クランクシャフト３１は、図２の符号２０１に示すようなバランスウェイト３１ｂを有しているとともに、当該排気側クランクシャフト３１の回転軸方向の一端にフライホイール４１ａを有している。フライホイール４１ａの回転軸は排気側クランクシャフト３１の回転軸と同軸になる。フライホイール４１ａは、排気側クランクシャフト３１の回転方向と同方向に同じ回転速度（回転数）にて回転する。
吸気側クランクシャフト３２は、バランスウェイト３２ｂを有しているとともに、当該吸気側クランクシャフト３２の回転軸方向の一端にプーリー４２ｂを有している。プーリー４２ｂの回転軸は吸気側クランクシャフト３２の回転軸と同軸になる。また吸気側クランクシャフト３２は、プーリー４２ｂが設けられている側の端部にフライホイール４２ａを有している。フライホイール４２ａの回転軸も吸気側クランクシャフト３２の回転軸と同軸になる。フライホイール４２ａおよびプーリー４２ｂは、吸気側クランクシャフト３２の回転方向と同方向に同じ回転速度（回転数）にて回転する。
各発電モータ１１および１２は、対向ピストンエンジン１Ａの側方部に設けられている。具体的には、各発電モータ１１および１２は、シリンダ２０の内壁２０ａの一部と対向するように設けられている。排気側発電モータ１１と対向する内壁２０ａの一部は、吸気側発電モータ１２と対向する内壁２０ａの一部と同一である。各発電モータ１１および１２として用いる発電機に特段の限定はなく、公知の発電機を用いることができる。公知の発電機としては、例えば車両用発電機（オルタネータ）を大きくしたものが挙げられる。
排気側発電モータ１１は、回転軸部１１ａを有している。回転軸部１１ａは、排気側発電モータ１１におけるシリンダ２０と対向する側の端部から、当該シリンダ２０に向けて突出している。回転軸部１１ａには、排気側発電モータ１１から近い順に、チェーン受け部５２ａおよび連動ギア７１が設けられている。チェーン受け部５２ａおよび連動ギア７１は、回転軸が回転軸部１１ａの回転軸と同軸になり、回転軸部１１ａと連動して回転する。つまり、チェーン受け部５２ａおよび連動ギア７１は、排気側発電モータ１１の回転方向と同方向に同じ回転速度（回転数）にて回転する。
吸気側発電モータ１２は、回転軸部１２ａを有している。回転軸部１２ａは、吸気側発電モータ１２におけるシリンダ２０と対向する側の端部から、当該シリンダ２０に向けて突出している。回転軸部１２ａには、吸気側発電モータ１２から近い順に、チェーン受け部５２ｂおよび連動ギア７２が設けられている。チェーン受け部５２ｂおよび連動ギア７２は、回転軸が回転軸部１２ａの回転軸と同軸になり、回転軸部１２ａと連動して回転する。つまり、チェーン受け部５２ｂおよび連動ギア７２は、吸気側発電モータ１２の回転方向と同方向に同じ回転速度（回転数）にて回転する。
フライホイール４１ａの外周部分およびフライホイール４２ａの外周部分には、それぞれ複数の歯が形成されている。フライホイール４１ａとチェーン受け部５２ａとは、増速チェーン５６を介して接続されている。フライホイール４２ａとチェーン受け部５２ｂとは、増速チェーン５７を介して接続されている。
排気側発電モータ１１は、第１の動力伝達部の増速比に応じて増速され、フライホイール４１ａと連動して第１の回転方向に回転する。第１の動力伝達部は、フライホイール４１ａ、チェーン受け部５２ａおよび増速チェーン５６で構成される。吸気側発電モータ１２は、第２の動力伝達部の増速比（第１の動力伝達部の増速比と同じ）に応じて増速され、フライホイール４２ａと連動して第２の回転方向に回転する。第２の動力伝達部は、フライホイール４２ａ、チェーン受け部５２ｂおよび増速チェーン５７で構成される。
排気側ピストン２１、吸気側ピストン２２、フライホイール４１ａおよび４２ａ、プーリー４２ｂ、ならびに各発電モータ１１および１２は、前述の各動力伝達部によって接続されて互いに連動する。排気側クランクシャフト３１、吸気側クランクシャフト３２、フライホイール４１ａおよび４２ａ、プーリー４２ｂ、ならびに各発電モータ１１および１２も、前述の各動力伝達部によって接続されて互いに連動する。排気側発電モータ１１と吸気側発電モータ１２とは、連動ギア７１と連動ギア７２とが歯合していることから、一方が他方に対して逆の回転方向に同じ回転速度で回転し、互いに連動する。
対向ピストンエンジン１Ａは、連動ギア７１および７２に駆動トルクが略掛からないことから、連動ギア７１および７２としてアンチバックラッシュギアを用いることができる。また、対向ピストンエンジン１Ａは、連動ギア７１および７２の周速が他の２ストロークエンジンよりも速い。これらのことから、対向ピストンエンジン１Ａは、連動ギア７１および７２に歯打ち音が発生し難く静音性に優れ、連動ギア７１および７２としてアンチバックラッシュギアを用いた場合でも機械的なエネルギー損失の増加量を少なくできる。
機械式過給機６１は、図２の符号２０２に示すように、ベルトドライブ６５が増速ベルト４２ｃを介してプーリー４２ｂと接続されている。ベルトドライブ６５は、所定の増速比で増速され、プーリー４２ｂと連動して第２の回転方向に回転する。各発電モータ１１および１２、排気側クランクシャフト３１、吸気側クランクシャフト３２、ならびに機械式過給機６１は、それぞれの回転軸方向が互いに平行となっている。
対向ピストンエンジン１Ａは、排気側クランクシャフト３１の回転と吸気側クランクシャフト３２の回転との間に位相差がない場合、連動ギア７１および７２に駆動トルクが掛からない。一方、排気側クランクシャフト３１の回転と吸気側クランクシャフト３２の回転との間に位相差がある場合、進角側のクランクシャフトのトルクが遅角側のクランクシャフトのトルクよりも増加する。そして、進角側のクランクシャフトのトルクと遅角側のクランクシャフトのトルクとの差分、つまり駆動トルクが連動ギア７１および７２に掛かる。この場合、進角側の発電モータの発電量を増加することで駆動トルクを低減できる。
＜制御装置による制御＞
制御装置９２による制御について、図１に基づいて説明する。制御装置９２は、ＰＣＵ７からの切り替え指令、および検出装置９１から取得した検出結果に基づいて、対向ピストンエンジン１Ａの燃焼態様をストイキ燃焼とリーン燃焼との間で切り替える。また、制御装置９２は、このストイキ燃焼とリーン燃焼との間で切り替えに関連して、発電装置１０Ａが備える以下の各部材および各装置を制御する。
（インジェクターの燃料噴射量の調整）
制御装置９２は、インジェクター２８を制御してその燃料噴射量を調整する。燃料噴射量の調整方法としては公知の方法を採用できる。具体的には、制御装置９２は、ストイキ燃焼からリーン燃焼に切り替えるときには、インジェクター２８に対してストイキ燃焼中の燃料噴射量から噴射量を減らす旨の減量指令を出力する。減量指令を受け付けたインジェクター２８は、ストイキ燃焼中の燃料噴射量から噴射量を減らす。
一方、リーン燃焼からストイキ燃焼に切り替えるときには、制御装置９２は、インジェクター２８に対してリーン燃焼中の燃料噴射量から噴射量を増やす旨の増量指令を出力する。増量指令を受け付けたインジェクター２８は、リーン燃焼中の燃料噴射量から噴射量を増やす。また制御装置９２は、リーン燃焼に切り替えた後のリーン燃焼中においては、インジェクター２８の燃焼噴射を掃気終了直後の主噴射に加え、その後に補助噴射を行う。補助噴射の燃料はプレチャンバー９４内に流入し易いことから、プレチャンバー９４内を着火し易い空燃比にできる。
なお制御装置９２は、ストイキ運転中の点火時期について、暖機中は燃焼安定性の許容範囲で遅角制御する。暖機後は、制御装置９２は、ＭＢＴ（Minimum advance for the Best Torque；最適点火時期）またはノック限界となるように制御する。ノック限界は、ノッキングが生じない範囲で最も進角した点火時期である。
また、制御装置９２は、バイパスバルブ６２ａの開閉を制御して機械式過給機６１の過給圧を調整する。バイパスバルブ６２ａの開閉制御による過給圧の調整は、主にエンジン出力の制御に利用する。一方、低温始動時および暖機運転時では、制御装置９２は、バイパスバルブ６２ａを閉じるとともにスロットルバルブ６４を制御することで過給圧を調整する。この制御により、機械式過給機６１の圧力比が増加して吸気温度が上昇し、対向ピストンエンジン１Ａの燃焼安定性と排ガス性能が向上する。
具体的には、制御装置９２は、ストイキ燃焼からリーン燃焼に切り替えるときに、バイパスバルブ６２ａを開けて機械式過給機６１の過給圧を低下させる。過給圧が低下すると、掃気が低下してシリンダ２０内に残留する燃焼ガスＧｃｏｍの量が増加するとともに、機械式過給機６１の駆動損失を低減できる。
（ＥＧＲ率の調整）
制御装置９２は、ＥＧＲバルブ８５を制御してＥＧＲ率を調整する。具体的には、制御装置９２は、ストイキ燃焼からリーン燃焼に切り替えるときに、ＥＧＲバルブ８５を閉めて当該ＥＧＲバルブ８５の開度を切り替え前よりも小さくする。これにより、制御装置９２は、切り替え後のＥＧＲ率をストイキ燃焼中のＥＧＲ率よりも下げる。
制御装置９２は、リーン燃焼からストイキ燃焼に切り替えるときに、ＥＧＲポンプ８５ａを作動させるとともにＥＧＲバルブ８５を開弁制御してＥＧＲ率を調整する。また、制御装置９２は、境界層Ｌｎｏ（詳細は後述）が必要な厚さになるのに十分な量のＥＧＲガスＧｅｇｒが供給される期間が開弁期間となるように、ＥＧＲバルブ８５を開弁制御する。ＥＧＲガスＧｅｇｒの供給量をさらに増加させる必要がある場合、制御装置９２は、開弁時間がさらに長くなるようにＥＧＲバルブ８５を開弁制御してもよい。
（エンジン出力値の調整）
制御装置９２は、バイパスバルブ６２ａおよびＥＧＲバルブ８５を制御してエンジン出力値を調整する。具体的には、制御装置９２は、バイパスバルブ６２ａを制御してその開度を小さくしていく。この制御により、過給圧が上昇してエンジン出力値が増加する。また制御装置９２は、バイパスバルブ６２ａを制御してその開度を大きくしていく。この制御により、過給圧が低下してエンジン出力値が減少する。
ＥＧＲバルブ８５の開弁期間は、過給圧およびエンジン回転数等の運転条件に応じてあらかじめ設定される。また、ＥＧＲバルブ８５の開弁期間は、境界層Ｌｎｏが必要な厚さになるのに十分な量のＥＧＲガスＧｅｇｒが供給される期間、またはＥＧＲ率が必要な率になるのに十分な量のＥＧＲガスＧｅｇｒが供給される期間に設定される。ここで、制御装置９２は、過給圧を一定に保ったままＥＧＲガスＧｅｇｒの供給量を増加させてもよい。この制御により、シリンダ２０内に流入する空気Ｉｎｔ３の量が減少することから、エンジン出力値を減少させることができる。この場合、シリンダ２０内に残留する高温の燃焼ガスＧｃｏｍの量が増加しないことから、混合気の温度を低く維持できる。加えて、冷却されたＥＧＲガスＧｅｇｒがシリンダ２０内に流入することで、ノッキングの発生を低減できる。
ここで、前述の「エンジン出力値が目標トルクと一致」は、エンジン出力値と目標トルクとが完全に一致することを要求するものではない。前述の「エンジン出力値が目標トルクと一致」は、例えば、エンジン出力値と目標トルクとの差分がエンジン出力値を目標トルクと見做せる範囲内の誤差のレベルであれば許容する概念である。
なお、対向ピストンエンジン１Ａは、シリーズハイブリット方式のパワートレイン１００に備えられていることから、エンジン出力値と目標トルクとの誤差が広い範囲で許容される。そのため、制御装置９２が点火プラグ２９の点火時期を制御することにより、対向ピストンエンジン１Ａの燃焼時期を１サイクル毎に制御することが可能になる。また、パワートレイン１００は、気筒（シリンダ）毎に生じるエンジン出力値の相違およびサイクル間のエンジン出力値の相違を吸収することが可能になる。
＜燃焼ガスの掃気の基本原理＞
対向ピストンエンジン１Ａにおける燃焼ガスＧｃｏｍの掃気の基本原理について、図４に基づいて説明する。なお、図４は、シリンダ２０周りの構造のみを図示して対向ピストンエンジン１Ａの構造を簡略化して示している。また、図４は、シリンダ２０周りの構造を分かり易く示すためにシリンダ２０内の一部を透過して示している。これらのことは、図５の符号５０１、および図６～図８についても同様である。
燃焼ガスＧｃｏｍは、混合気が燃焼した後にシリンダ２０内に残留するガスである。対向ピストンエンジン１Ａは、ＥＧＲバルブ８５およびＥＧＲポンプ８５ａが特定期間内のいずれかのタイミングで吸気ポート８７内にＥＧＲガスＧｅｇｒを供給することにより、当該シリンダ２０内にＥＧＲガスＧｅｇｒから成る境界層Ｌｎｏを形成する。このようなＥＧＲガスＧｅｇｒの供給態様で境界層Ｌｎｏが形成されるのは、最初にＥＧＲガスＧｅｇｒが、遅れて空気Ｉｎｔ３が、それぞれ吸気側開口部８６からシリンダ２０内に流入するためである。これにより、シリンダ２０内は燃焼ガスＧｃｏｍと境界層Ｌｎｏの２層状態になる。具体的には、燃焼ガスＧｃｏｍの層が排気側開口部８１の側に位置し、境界層Ｌｎｏが吸気側開口部８６の側に位置する状態になる。
ここで、特定期間は、燃焼室２３内の混合気が燃焼して排気側および吸気側ピストン２１および２２の双方が各上死点から各下死点に向けて動作を開始してから、吸気側開口部８６が開いてシリンダ２０内へのＥＧＲガスＧｅｇｒおよび空気Ｉｎｔ３の供給が始まるまでの期間である。
シリンダ２０内へのＥＧＲガスＧｅｇｒの供給が終わった後、対向ピストンエンジン１Ａは、シリンダ２０内に空気Ｉｎｔ３を供給する。シリンダ２０内への空気Ｉｎｔ３の供給が始まると、シリンダ２０内は、図４に示すような燃焼ガスＧｃｏｍと境界層Ｌｎｏと空気Ｉｎｔ３との３層状態となる。具体的には、燃焼ガスＧｃｏｍの層が排気側開口部８１の形成位置およびその近傍に位置し、空気Ｉｎｔ３の層が中央位置ＣＰから吸気側開口部８６の形成位置にかけて位置する。そして、燃焼ガスＧｃｏｍの層と空気Ｉｎｔ３の層との間の領域に、境界層Ｌｎｏが位置する。
また、ＥＧＲガスＧｅｇｒの供給が始まった時点では排気側開口部８１の少なくとも一部が開いた状態になっており、シリンダ２０内の燃焼ガスＧｃｏｍの一部が排気側開口部８１から押し出されている。つまり、シリンダ２０内の燃焼ガスＧｃｏｍの一部が掃気されている。続いて、空気Ｉｎｔ３の供給が進むにつれて、燃焼ガスＧｃｏｍのみならず境界層Ｌｎｏも掃気され始める。シリンダ２０内への空気Ｉｎｔ３の供給が完了すると、言い換えればシリンダ２０内の燃焼ガスＧｃｏｍの全量および境界層Ｌｎｏの一部の掃気が完了すると、シリンダ２０内は空気Ｉｎｔ３と境界層Ｌｎｏとの２層状態となる。なお、量は少ないものの、燃焼ガスＧｃｏｍも境界層Ｌｎｏと混合した状態で排気側開口部８１の周辺に残留する。
このように、燃焼ガスＧｃｏｍの掃気が進んだ段階では、燃焼ガスＧｃｏｍと空気Ｉｎｔ３との間に境界層Ｌｎｏが形成されている。これにより、燃焼ガスＧｃｏｍの掃気の過程において、空気Ｉｎｔ３の一部が燃焼ガスＧｃｏｍに混ざって排気側開口部８１から外部に押し出されることを防ぐことができる。なお、排気側開口部８１から掃気された燃焼ガスＧｃｏｍと境界層Ｌｎｏ（境界層Ｌｎｏについては一部）とが、排気ガスＥｘｈ１となる。
また対向ピストンエンジン１Ａは、図４に示すように、排気側開口部８１がシリンダ２０の中心位置ＣＰを基準とした場合に吸気側開口部８６よりも若干内側に位置している。そのため、シリンダ２０内の混合気が燃焼して排気側および吸気側ピストン２１および２２の双方がそれぞれの下死点に向けて動作する過程では、排気側開口部８１よりも吸気側開口部８６の方が若干遅く開く。このことから、シリンダ２０内へのＥＧＲガスＧｅｇｒの供給が始まる吸気ポート８７開時のシリンダ２０内の圧力が低下しているため、燃焼ガスＧｃｏｍが吸気側開口部８６から逆流することが略ない。その結果、吸気ポート８７内のEGRガスが攪乱されず、シリンダ２０内に境界層Ｌｎｏが効率よく形成される。
なお、前述した燃焼ガスＧｃｏｍと境界層Ｌｎｏとの２層状態、燃焼ガスＧｃｏｍと境界層Ｌｎｏと空気Ｉｎｔ３との３層状態、および境界層Ｌｎｏと空気Ｉｎｔ３との２層状態は、どれも完全な層状態だけを意味するものではない。前述した燃焼ガスＧｃｏｍと境界層Ｌｎｏとの２層状態および３層状態については、互いに隣り合う２つの層の少なくとも一方に、他方の層を構成する気体が不可避的に混じっている場合等を包含する。また、前述した境界層Ｌｎｏと空気Ｉｎｔ３との２層状態については、掃気されずにシリンダ２０内に残存した燃焼ガスＧｃｏｍおよびＥＧＲガスＧｅｇｒの少なくとも一部が、空気Ｉｎｔ３に不可避的に混じっている場合等を包含する。
＜燃焼ガスの掃気の具体的態様＞
対向ピストンエンジン１Ａにおける燃焼ガスＧｃｏｍの掃気の具体的態様について、図５に基づいて説明する。まず、対向ピストンエンジン１Ａは、ＥＧＲポンプ８５ａが第１期間においてＥＧＲガスＧｅｇｒを吸気ポート８７内の第２連通部分８７ｂに供給する。第１期間は、吸気側ピストン２２が吸気側下死点に向けて動作する過程で吸気側開口部８６が閉じられている期間である。具体的には、燃焼室２３内の混合気が燃焼して吸気側ピストン２２が吸気側上死点から吸気側下死点に向けて動作を開始してから、吸気側開口部８６が開き始めるまでの期間が、第１期間となる。
第２連通部分８７ｂは、吸気ポート８７と分岐管８３ｂとの連通部分である。具体的には、図５の符号５０１に示すように、吸気ポート８７内の空間における、分岐管８３ｂ内に形成された分岐路の出口（開口部）の近傍に位置する第２空間部分が第２連通部分８７ｂとなる。第２空間部分は、吸気ポート８７の下端部内に形成されている。また、第２連通部分８７ｂと第１連通部分８７ａとは、中心軸ＡＸを基準として対称となる箇所に位置している。第１連通部分８７ａは、吸気ポート８７と吸気管６２との連通部分である。具体的には、吸気ポート８７内の空間における、吸気管６２内に形成された吸気路の出口（開口部）の近傍に位置する第１空間部分が第１連通部分８７ａとなる。第１空間部分は、吸気ポート８７の上端部内に形成されている。
ここで、「中心軸ＡＸを基準として対称となる」とは、第１連通部分８７ａの重心と第２連通部分８７ｂの重心とを結んだ線分が中心軸ＡＸと直交し、かつ前述の線分と中心軸との交点が当該線分の中点になることを指す。なお、前述の「対称」は厳密な意味での対称を意味するものではなく、視認レベルで非対称になっていなければよい。
第１期間中は吸気側開口部８６が閉じられていることから、第１期間中に第２連通部分８７ｂに供給されたＥＧＲガスＧｅｇｒは、そのまま第２連通部分８７ｂから吸気ポート８７内および吸気管６２の一部に充填される。以下、ＥＧＲポンプ８５ａが第１期間中に第２連通部分８７ｂおよび吸気管６２の一部に供給するＥＧＲガスＧｅｇｒを「第１ＥＧＲガスＧｅｇｒ－１」と称する。このような充填により、後述の第２期間においてＥＧＲガスＧｅｇｒと空気Ｉｎｔ３とが吸気側開口部８６からシリンダ２０内に同時に供給されるのを防ぎ、境界層Ｌｎｏに空気Ｉｎｔ３が混ざるのを防ぐ。
分岐管８３ｂにおける吸気ポート８７と接続している側の端部には、ＥＧＲバルブ８５が設けられている。制御装置９２は、ＥＧＲバルブ８５の開弁期間の調整を、例えば第１期間中のみ行ってもよいし第２期間中を含めて行ってもよい。また例えば、制御装置９２は、第１および第２期間を通じてＥＧＲバルブ８５の開弁期間を調整してもよい。
次に、対向ピストンエンジン１Ａは、第１期間の終了後の第２期間において、ＥＧＲポンプ８５ａが吸気ポート８７に供給したＥＧＲガスＧｅｇｒを吸気側開口部８６からシリンダ２０内に供給する。第２期間は、燃焼室２３内の混合気が燃焼して吸気側ピストン２２が吸気側下死点に向けて動作する過程で、吸気側開口部８６が開き始めてから当該吸気側開口部８６の全部が開くまでの期間である。
具体的には、ＥＧＲポンプ８５ａは、第２期間が始まってから当該第２期間の途中までは第２連通部分８７ｂへのＥＧＲガスＧｅｇｒの供給を継続してもよい。以下、ＥＧＲポンプ８５ａが第２期間において第２連通部分８７ｂに供給するＥＧＲガスＧｅｇｒを「第２ＥＧＲガスＧｅｇｒ－２」と称する。ここで、第２ＥＧＲガスＧｅｇｒ－２が吸気ポート８７からシリンダ２０内に流入する期間では、吸気ポート８７経由で空気Ｉｎｔ３がシリンダ２０内に流入することから、第２ＥＧＲガスＧｅｇｒ－２と空気Ｉｎｔ３とが混合し易くなる。そのため、境界層Ｌｎｏと空気Ｉｎｔ３とを層で分けるのが難しくなる。ただし、第２期間が始まってから当該第２期間の途中まで第２連通部分８７ｂにＥＧＲガスＧｅｇｒを供給する手法は、大量のＥＧＲガスＧｅｇｒをシリンダ２０内に供給する目的では利用できる。
以下の説明では、第１および第２ＥＧＲガスＧｅｇｒ－１およびＧｅｇｒ－２のシリンダ２０内への供給をＥＧＲバルブ８５を閉じることで終える、第２期間の途中の時点を、「供給完了時点」と称する。供給完了時点は、第１および第２ＥＧＲガスＧｅｇｒ－１およびＧｅｇｒ－２の各供給量、ならびに吸気側ピストン２２の往復運動の速度等に応じて、第２期間中の任意の時点に設定される。したがって、供給完了時点は第２期間の途中の時点でなくてもよく、例えば第２期間の終了時点（吸気側開口部８６の全部が開いた時点）を供給完了時点に設定してもよい。
供給完了時点において、シリンダ２０内は燃焼ガスＧｃｏｍと境界層Ｌｎｏと空気Ｉｎｔ３との３層状態になっている。この３層状態において、第２ＥＧＲガスＧｅｇｒ－２と空気Ｉｎｔ３との混合は進んでおり、境界層Ｌｎｏは主として第１ＥＧＲガスＧｅｇｒ－１で形成される。また、対向ピストンエンジン１Ａは２ストロークエンジンであることから、供給完了時点では、燃焼ガスＧｃｏｍの一部が境界層Ｌｎｏによって排気側開口部８１から掃気されている。
一方、機械式過給機６１は、吸気ポート８７内の第１ＥＧＲガスＧｅｇｒ－１をシリンダ２０内に供給した後から第１吸気完了時点までの間において、シリンダ２０内に空気Ｉｎｔ３を供給する。具体的には、機械式過給機６１は、例えば供給完了時点の直前から第１連通部分８７ａへの空気Ｉｎｔ３の供給を開始する。供給完了時点では吸気側開口部８６の一部が開いていることから、第１連通部分８７ａに供給された空気Ｉｎｔ３は、供給完了後に吸気ポート８７からシリンダ２０内に供給され始める。第１吸気完了時点とは、供給完了時点の経過後、吸気側ピストン２２が吸気側下死点から吸気側上死点に向けて動作する過程で吸気側開口部８６の全部が閉じられる時点を指す。
供給完了時点の経過後は、シリンダ２０内は燃焼ガスＧｃｏｍと境界層Ｌｎｏと空気Ｉｎｔ３との３層状態になり（図４参照）、空気Ｉｎｔ３のシリンダ２０内への供給量が増加するにつれて燃焼ガスＧｃｏｍの排気側開口部８１からの掃気が進行する。そして、排気側開口部８１が中心位置ＣＰを基準とした場合に吸気側開口部８６よりも若干内側に位置していることから、吸気側開口部８６の全部が閉じられた後に排気側開口部８１の全部が排気側ピストン２１によって閉じられる。つまり、空気Ｉｎｔ３の供給が完了した後にも、境界層Ｌｎｏの一部が排気側開口部８１から掃気される。第１吸気完了時点では、シリンダ２０内は空気Ｉｎｔ３と残った境界層Ｌｎｏとの２層状態になる。
なお、第２期間においてＥＧＲガスＧｅｇｒが第２連通部分８７ｂに供給されなくてもよい。例えば、第２期間中にＥＧＲガスＧｅｇｒが供給されないように、制御装置９２がＥＧＲバルブ８５を閉じてもよい。換言すれば、ＥＧＲバルブ８５およびＥＧＲポンプ８５ａは、第１ＥＧＲガスＧｅｇｒ－１のみを吸気ポート８７から供給してもよい。
また、第１および第２連通部分８７ａおよび８７ｂは、本実施形態の例のような構造および位置関係に限定されない。例えば、図５の符号５０２に示すように、吸気管６２と分岐管８３ｂとが、シリンダ２０を正面視した場合において互いに隣り合っており、それに伴って第１連通部分８７ａと第２連通部分８７ｂとが隣り合っていてもよい。ただし、この場合、第１連通部分８７ａと第２連通部分８７ｂとの間に壁８７ｃを設けて両空間を仕切る必要がある。
換言すれば、第１連通部分８７ａと第２連通部分８７ｂとが離間しており、空気Ｉｎｔ３とＥＧＲガスＧｅｇｒとが吸気ポート８７内で混ざらなければ、第１および第２連通部分８７ａおよび８７ｂはどのような構造および位置関係であってもよい。ここで、「第１連通部分８７ａと第２連通部分８７ｂとが離間しており」とは、第１連通部分８７ａと第２連通部分８７ｂとの間に空間が存在している場合の他、第１連通部分８７ａと第２連通部分８７ｂとが何らかの部材で仕切られている場合も含む。
対向ピストンエンジン１Ａは、排気管８３における触媒コンバータ８４の設置箇所の近傍部分にＯ２センサ９５を有している。前述の近傍部分とは、具体的には排気ガスＥｘｈ１が触媒コンバータ８４に流入する側の近傍部分のことを指す。Ｏ２センサ９５は、排気側開口部８１から排気ポート８２を介して排気され、排気管８３内の排気流路を流れてきた排気ガスＥｘｈ１中の酸素の有無を検出する。
制御装置９２は、Ｏ２センサ９５から取得した検出結果に応じて、インジェクター２８の燃焼噴射量を調整する。Ｏ２センサ９５から酸素がない旨の検出結果を取得した場合、制御装置９２は、それまでのインジェクター２８の燃焼噴射量が多いと判定して燃料噴射量を減少させる。一方、Ｏ２センサ９５から酸素がある旨の検出結果を取得した場合、制御装置９２は、それまでのインジェクター２８の燃焼噴射量が少ないと判定して燃料噴射量を増加させる。
〔実施形態２〕
本発明の実施形態２について、図６に基づいて説明すれば以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前述の実施形態１にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。このことは、後掲の実施形態３についても同様である。
本発明の実施形態２に係る対向ピストンエンジン２Ａは、図６に示すような供給ポート９０を有している点で、対向ピストンエンジン１Ａと相違する。また、対向ピストンエンジン２Ａは、シリンダ２０の内壁２０ａに供給側開口部９０ａが形成されている点でも、対向ピストンエンジン１Ａと相違する。
＜対向ピストンエンジンの要部の構造＞
対向ピストンエンジン２Ａは、シリンダ２０の内壁２０ａにおける吸気ポート８７の近傍かつ当該吸気ポート８７よりも中心位置ＣＰ側の部分に、供給ポート９０が設けられている。供給ポート９０は、シリンダ２０の内壁２０ａの一部を外側から取り囲むように設けられた環状の部品であり、その内部には空間が形成されている。供給ポート９０は、分岐管８３ｂと接続されており、供給ポート９０内の空間が分岐管８３ｂ内の分岐路の出口と連通している。ＥＧＲポンプ８５ａは、分岐管８３ｂを通じて供給ポート９０内の空間にＥＧＲガスＧｅｇｒを供給する。
また、内壁２０ａにおける供給ポート９０が設けられた部分には、供給側開口部９０ａが形成されている。供給側開口部９０ａは、供給ポート９０内の空間と連通しており、ＥＧＲポンプ８５ａによって供給ポート９０内の空間に供給されたＥＧＲガスＧｅｇｒは、供給側開口部９０ａからシリンダ２０内に供給される。供給側開口部９０ａは、吸気側ピストン２２の動作によって開閉される。
供給側開口部９０ａは、複数の開口部で構成されている。これら複数の開口部は、すべて同一の大きさの四角形状であり、内壁２０ａの周方向に略等間隔に形成されている。本実施形態では、供給側開口部９０ａを構成する複数の開口部の個数が、吸気側開口部８６を構成する複数の開口部の個数と同数になっている。勿論、供給側開口部９０ａを構成する複数の開口部の形状、大きさおよび個数は、本実施形態の例に限定されない。
また、供給ポート９０および供給側開口部９０ａの内壁２０ａにおける位置も、本実施形態の例に限定されない。換言すれば、供給ポート９０および供給側開口部９０ａは、内壁２０ａにおける排気側開口部８１と吸気側開口部８６との間の部分に位置し、かつ供給側開口部９０ａが吸気側ピストン２２の動作によって開閉されるのであれば、どこに位置してもよい。
本実施形態では、分岐管８３ｂにおけるＥＧＲポンプ８５ａの設置箇所とＥＧＲクーラー８８の設置箇所との間の部分に、ＥＧＲバルブ８５が設けられている。また、対向ピストンエンジン２Ａは、圧力センサ８５ｃに加えてチェックバルブ８５ｂを有している。チェックバルブ８５ｂは、分岐管８３ｂにおける、供給ポート９０と接続している側の端部とＥＧＲポンプ８５ａの設置箇所との間の部分に設けられている。チェックバルブ８５ｂは、供給側開口部９０ａが開口している期間にシリンダ２０内から空気Ｉｎｔ３および燃焼ガスＧｃｏｍが逆流するのを防ぐ。
＜燃焼ガスの掃気の具体的態様＞
まず、対向ピストンエンジン２Ａは、ＥＧＲポンプ８５ａが第３期間においてＥＧＲガスＧｅｇｒを供給ポート９０内の空間に供給する。第３期間は、吸気側ピストン２２が吸気側下死点に向けて動作する過程で供給側開口部９０ａが閉じられている期間である。具体的には、燃焼室２３内の混合気が燃焼して吸気側ピストン２２が吸気側上死点から吸気側下死点に向けて動作を開始してから、供給側開口部９０ａが開き始めるまでの期間が、第３期間となる。
第３期間中は供給側開口部９０ａが閉じられていることから、第３期間中に供給ポート９０内の空間に供給されたＥＧＲガスＧｅｇｒは、そのまま当該空間に充填される。以下、ＥＧＲポンプ８５ａが第３期間中に供給ポート９０内の空間に供給するＥＧＲガスＧｅｇｒを「第３ＥＧＲガスＧｅｇｒ－３」と称する。ここで、機械式過給機６１は、第３期間中に空気Ｉｎｔ３を第１連通部分８７ａに供給する。いずれにせよ吸気側開口部８６と供給側開口部９０ａとが連通していないことから、後述の第４期間においてＥＧＲガスＧｅｇｒと空気Ｉｎｔ３とが上下に分かれてシリンダ２０内に供給されるので、境界層Ｌｎｏに空気Ｉｎｔ３が混ざることを低減できる。
次に、対向ピストンエンジン２Ａは、第３期間の終了後の第４期間において、ＥＧＲポンプ８５ａがＥＧＲガスＧｅｇｒを供給側開口部９０ａからシリンダ２０内に供給する。第４期間は、燃焼室２３内の混合気が燃焼して吸気側ピストン２２が吸気側下死点に向けて動作する過程で、供給側開口部９０ａが開き始めてから当該供給側開口部９０ａの全部が開くまでの期間である。
具体的には、ＥＧＲポンプ８５ａは、第４期間中も供給ポート９０内の空間にＥＧＲガスＧｅｇｒを供給し続ける。供給ポート９０内の圧力がシリンダ２０内の圧力よりも高い間は、第４期間終了後もＥＧＲガスＧｅｇｒが供給される。なお、ＥＧＲポンプ８５ａの流量を増やして、必要な供給量を供給するまでＥＧＲガスＧｅｇｒを供給し続けてもよい。以下、ＥＧＲポンプ８５ａが第４期間において供給ポート９０内の空間に供給するＥＧＲガスＧｅｇｒを「第４ＥＧＲガスＧｅｇｒ－４」と称する。
ここで、第４期間が始まると供給側開口部９０ａが開き始めることから、第４期間の開始とともに第３および第４ＥＧＲガスＧｅｇｒ－３およびＧｅｇｒ－４の供給側開口部９０ａからの供給が開始される。そして、第４期間の終了時点で供給側開口部９０ａの全部が開き、第３および第４ＥＧＲガスＧｅｇｒ－３およびＧｅｇｒ－４がシリンダ２０内に供給される。換言すれば、ＥＧＲポンプ８５ａは、第４期間において第３および第４ＥＧＲガスＧｅｇｒ－３およびＧｅｇｒ－４を供給側開口部９０ａからシリンダ２０内に供給する。
第４期間の終了時点において、シリンダ２０内は燃焼ガスＧｃｏｍと境界層Ｌｎｏとの２層状態になる。ここで、第４期間の開始時点では、排気側開口部８１の一部が既に開いてシリンダ２０内の圧力が低下している。したがって、第４期間の終了時点において、燃焼ガスＧｃｏｍの一部が境界層Ｌｎｏによって排気側開口部８１から掃気されている。
一方、機械式過給機６１は、第４期間の終了後、吸気側開口部８６が開き始めてから第２吸気完了時点までの間において、シリンダ２０内に空気Ｉｎｔ３を供給する。具体的には、機械式過給機６１は、例えば第４期間の終了時点の前から第１連通部分８７ａへの空気Ｉｎｔ３を供給する。第１連通部分８７ａに供給された空気Ｉｎｔ３は、吸気側開口部８６が開き始めた時点でタイミングよくシリンダ２０内に供給され始める。第２吸気完了時点とは、第４期間の終了後、吸気側ピストン２２が吸気側下死点から吸気側上死点に向けて動作する過程で吸気側開口部８６の全部が閉じられる時点を指す。
第４期間の終了後、吸気側開口部８６が開き始めて以降は、シリンダ２０内は燃焼ガスＧｃｏｍと境界層Ｌｎｏと空気Ｉｎｔ３との３層状態になる（図４参照）。そして、空気Ｉｎｔ３のシリンダ２０内への供給量が増加するにつれて、燃焼ガスＧｃｏｍの排気側開口部８１からの掃気が進行する。空気Ｉｎｔ３の供給が完了する前に燃焼ガスＧｃｏｍおよび境界層Ｌｎｏの全部が排気側開口部８１から掃気される点、ならびにシリンダ２０内が第２吸気完了時点で空気Ｉｎｔ３のみの１層状態になる点については、実施形態１と同様である。
〔実施形態３〕
本発明の実施形態３について、図７および図８に基づいて説明すれば以下の通りである。本発明の実施形態３に係る対向ピストンエンジン３Ａは、ＥＧＲのための部品および装置を有しておらず、替わりに図７に示すようなウォーターインジェクター９３（供給部、第１ウォーターインジェクター）を有している。この点において、対向ピストンエンジン３Ａは対向ピストンエンジン１Ａおよび２Ａと相違する。
＜対向ピストンエンジンの要部の構造＞
対向ピストンエンジン３Ａは、図７に示すように、シリンダ２０の内壁２０ａにおけるインジェクター２８の設置箇所と吸気ポート８７の下端部との間の部分にウォーターインジェクター９３が設けられている。具体的には、ウォーターインジェクター９３は、吸気ポート８７の下端部の近傍（インジェクター２８の設置箇所に近い側の）に位置している。また、対向ピストンエンジン３Ａは、不図示のウォータータンク（供給部）を有している。
ウォーターインジェクター９３は、吸気側ピストン２２の頂面２２ｂに向けて水Ｗを噴射する。頂面２２ｂは、吸気側ピストン２２のピストンヘッド２２ａにおける排気側ピストン２１と対向する面である。制御装置９２は、ウォーターインジェクター９３の水Ｗの噴射量と、当該水Ｗの噴射タイミングと、を制御する。ウォータータンクは、ウォーターインジェクター９３から噴射される水Ｗを貯槽する装置であり、ウォーターインジェクター９３に高圧の水Ｗを供給する。
なお、ウォーターインジェクター９３は、例えば吸気ポート８７の上端部の近傍（点火プラグ２９の設置箇所に近い側の）に設けられていてもよい。つまり、ウォーターインジェクター９３は、頂面２２ｂに向けて水Ｗを噴射できる箇所であればどのような箇所に設けられてもよい。
＜燃焼ガスの掃気の具体的態様＞
まず、対向ピストンエンジン３Ａは、ウォーターインジェクター９３が第５期間において水Ｗを噴射する。第５期間は、吸気側ピストン２２が吸気側下死点に向けて動作する過程の後期で吸気側開口部８６が閉じられている期間である。「吸気側ピストン２２が吸気側下死点に向けて動作する過程の後期」とは、吸気側ピストン２２が吸気側上死点からストロークの２分の１の距離まで移動した時点から、頂面２２ｂが吸気側下死点に到達するまでの期間を指す。
つまり、燃焼室２３内の混合気が燃焼して吸気側ピストン２２が吸気側上死点から吸気側下死点に向けて動作を開始した後、吸気側ピストン２２がストロークの２分の１の距離まで移動した時点から吸気側開口部８６が開き始めるまでの期間が、第５期間となる。
ウォーターインジェクター９３が第５期間において水Ｗを噴射すると、吸気側ピストン２２の表面およびシリンダ２０内は高温であることから、噴射された水Ｗが気化して水蒸気ＷＶとなる。この水蒸気ＷＶも、本発明に係る「酸素を含まない気体」の一例である。そして、この水蒸気ＷＶから成る境界層Ｌｎｏ－１がシリンダ２０内に形成される。換言すれば、ウォーターインジェクター９３とウォータータンクとの組み合わせが、第５期間において前述の水蒸気ＷＶをシリンダ２０内に供給すると言える。
第５期間の終了時点では、吸気側開口部８６がまだ閉じられていることから、シリンダ２０内は燃焼ガスＧｃｏｍと境界層Ｌｎｏ－１との２層状態になる。なお、第５期間の終了時点より前に排気側開口部８１が開かれていることから、第５期間の終了時点において、燃焼ガスＧｃｏｍは排気側開口部８１から一部が掃気される。これにより、シリンダ２０内の圧力が低下するので、ウォーターインジェクター９３から水Ｗを噴射するときに必要な噴射圧力を低くできる。
一方、機械式過給機６１は、第５期間の終了後、吸気側開口部８６が開き始めてから第３吸気完了時点までの間において、シリンダ２０内に空気Ｉｎｔ３を供給する。具体的には、機械式過給機６１は、例えば第５期間の終了時点の前から第１連通部分８７ａへの空気Ｉｎｔ３を供給する。第１連通部分８７ａに供給された空気Ｉｎｔ３は、吸気側開口部８６が開き始めた時点でタイミングよくシリンダ２０内に供給され始める。第３吸気完了時点とは、第５期間の終了後、吸気側ピストン２２が吸気側下死点から吸気側上死点に向けて動作する過程で吸気側開口部８６の全部が閉じられる時点を指す。
第５期間の終了後、吸気側開口部８６が開き始めて以降は、シリンダ２０内は図７に示すような燃焼ガスＧｃｏｍと境界層Ｌｎｏ－１と空気Ｉｎｔ３との３層状態になる。そして、空気Ｉｎｔ３のシリンダ２０内への供給量が増加するにつれて、燃焼ガスＧｃｏｍの排気側開口部８１からの掃気が進行する。空気Ｉｎｔ３の供給が完了する前に燃焼ガスＧｃｏｍおよび境界層Ｌｎｏ－１の一部が排気側開口部８１から掃気される点については、実施形態１および２と同様である。また、シリンダ２０内が第３吸気完了時点で空気Ｉｎｔ３と境界層Ｌｎｏ－１の２層状態になる点についても、実施形態１および２と同様である。
＜変形例＞
ウォーターインジェクター９３（供給部、第２ウォーターインジェクター）は、図８に示すように、排気側開口部８１の近傍に向けて水Ｗを噴射してもよい。本変形例では、ウォーターインジェクター９３が排気側開口部８１の近傍に向けて水Ｗを噴射すると、排気側ピストン２１の頂面２１ｂに向けて水Ｗを噴射することにもなる。頂面２１ｂは、排気側開口部８１を開閉するピストンの頂面の一例であり、排気側ピストン２１のピストンヘッド２１ａにおける吸気側ピストン２２と対向する面である。
図８に示す例では、ウォーターインジェクター９３は、シリンダ２０の内壁２０ａにおける点火プラグ２９の設置箇所と排気ポート８２の上端部との間の部分に設けられている。具体的には、ウォーターインジェクター９３は、排気ポート８２の上端部の近傍（点火プラグ２９の設置箇所に近い側の）に位置している。なお、ウォーターインジェクター９３は、例えば排気ポート８２の下端部の近傍（インジェクター２８の設置箇所に近い側の）に設けられていてもよい。つまり、図８のウォーターインジェクター９３は、頂面２１ｂに向けて水Ｗを噴射できる箇所であればどのような箇所に設けられてもよい。
図８に示す例では、対向ピストンエンジン３Ａは、ウォーターインジェクター９３が第６期間において水Ｗを噴射する。第６期間は、燃焼室２３内の混合気が燃焼して頂面２１ｂが排気側下死点（下死点）に到達してから、排気側ピストン２１が排気側上死点（上死点）向けて動作する過程で排気側開口部８１が閉じるまでの期間である。
ウォーターインジェクター９３が第６期間において水Ｗを噴射すると、噴射された水Ｗが気化して水蒸気ＷＶとなり、この水蒸気から成る境界層Ｌｎｏ－１がシリンダ２０内に形成される。第６期間の開始時点では、シリンダ２０内の燃焼ガスＧｃｏｍと空気Ｉｎｔ３との境界が排気側開口部８１の形成箇所に近い位置まで移動している。そのため、ウォーターインジェクター９３が水Ｗを噴射すると、境界層Ｌｎｏ－１が排気側開口部８１の近傍に直ちに形成される。
一方、機械式過給機６１は、燃焼室２３内の混合気が燃焼して吸気側ピストン２２が吸気側下死点に向けて動作し始めた後、吸気側開口部８６が開き始めてから第４吸気完了時点までの間において、シリンダ２０内に空気Ｉｎｔ３を供給する。具体的には、機械式過給機６１は、例えば吸気側開口部８６が開き始める前から第１連通部分８７ａへの空気Ｉｎｔ３を供給する。第１連通部分８７ａに供給された空気Ｉｎｔ３は、吸気側開口部８６が開き始めた時点でタイミングよくシリンダ２０内に供給され始める。第４吸気完了時点とは、燃焼室２３内の混合気が燃焼して吸気側ピストン２２が吸気側下死点に向けて動作し始めた後、吸気側ピストン２２が吸気側下死点から吸気側上死点に向けて動作する過程で吸気側開口部８６の全部が閉じられる時点を指す。
第６期間の開始時点では、既に空気Ｉｎｔ３がシリンダ２０内に供給されていることから、ウォーターインジェクター９３が水Ｗを噴射すると、シリンダ２０内は図８に示すような燃焼ガスＧｃｏｍと境界層Ｌｎｏ－１と空気Ｉｎｔ３との３層状態になる。そして、この３層状態を構成する燃焼ガスＧｃｏｍの層と境界層Ｌｎｏ－１とは、３層状態になった時点で、既に排気側開口部８１の形成箇所の近くに位置している。そのため、第６期間が終了するまでに空気Ｉｎｔ３が排出されることはなく、燃焼ガスＧｃｏｍおよび境界層Ｌｎｏ－１の一部が排気側開口部８１から確実に掃気される。シリンダ２０内が第４吸気完了時点で空気Ｉｎｔ３と境界層Ｌｎｏ－１の２層状態になる点については、実施形態１および２と同様である。
図８に示すような、ウォーターインジェクター９３が排気側開口部８１の近傍に向けて水Ｗを噴射する構成は、実施形態１～３で例示したような対向ピストンエンジン以外の２ストロークエンジンにも適用できる。つまり、対向ピストンエンジン以外の２ストロークエンジンにおいても、ウォーターインジェクター９３が、排気側開口部の近傍またはこれに相当する開口部を開閉するピストンのピストンヘッドの頂面に向けて水Ｗを噴射する構成を採用できる。
〔対向ピストンエンジンとＳＤＧｓとの関係〕
近年は、各種エンジン等から排出される排気ガスの規制を強化する流れが定着しており、排気ガス対策が困難と言われている２ストロークエンジンの研究開発は下火になっている。このような情勢下において、前掲の各実施形態にて説明した対向ピストンエンジン１Ａ～３Ａは、２ストロークエンジンを再普及させる契機となり得る効果を奏する。
すなわち、対向ピストンエンジン１Ａ～３Ａは、すべてストイキ排気を実現でき、触媒コンバータ８４に格納された三元触媒を正常に働かせることができる。これにより、対向ピストンエンジン１Ａ～３Ａは、排気ガスＥｘｈ１を確実に浄化できる。
このことから、対向ピストンエンジン１Ａ～３Ａは、ＳＤＧｓ（Sustainable Development Goals；持続可能な開発目標）の達成に貢献できる。具体的には、対向ピストンエンジン１Ａ～３Ａは、「ＳＤＧｓ１７の目標」のうち、「３ すべての健康と福祉を」、「７ エネルギーをみんなにそしてクリーンに」および「１３ 気候変動に具体的な対策を」の３つの目標の達成に貢献できる。
〔付記事項〕
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
〔ソフトウェアによる実現例〕
制御装置９２（以下、「装置」と略記）の機能は、当該装置としてコンピュータを機能させるためのプログラムであって、当該装置の各制御ブロックとしてコンピュータを機能させるためのプログラムにより実現することができる。
この場合、前記装置は、前記プログラムを実行するためのハードウェアとして、少なくとも１つの制御装置（例えばプロセッサ）と少なくとも１つの記憶装置（例えばメモリ）を有するコンピュータを備えている。この制御装置と記憶装置により前記プログラムを実行することにより、前記各実施形態で説明した各機能が実現される。
前記プログラムは、一時的ではなく、コンピュータ読み取り可能な、１または複数の記録媒体に記録されていてもよい。この記録媒体は、前記装置が備えていてもよいし、備えていなくてもよい。後者の場合、前記プログラムは、有線または無線の任意の伝送媒体を介して前記装置に供給されてもよい。
また、前記各制御ブロックの機能の一部または全部は、論理回路により実現することも可能である。例えば、前記各制御ブロックとして機能する論理回路が形成された集積回路も本発明の範疇に含まれる。この他にも、例えば量子コンピュータにより前記各制御ブロックの機能を実現することも可能である。
〔まとめ〕
本発明の態様１に係る２ストロークエンジンは、吸気ポートが設けられ、かつ排気側開口部が形成されたシリンダと、前記シリンダ内を往復運動し、前記吸気ポートの吸気側開口部を開閉するように動作するピストンと、前記ピストンの動作に連動して前記排気側開口部を開閉する排気開閉機構と、前記シリンダ内の燃焼ガスと前記吸気側開口部から前記シリンダ内に供給された新気との間に酸素を含まない気体から成る境界層が形成されるように、前記気体を前記シリンダ内に供給する供給部と、を備えている。
前記構成によれば、供給部が、燃焼ガスと新気との間に境界層が形成されるように、酸素を含まない気体をシリンダ内に供給する。そのため、燃焼ガスを掃気する際に新気の排気開閉機構への移動が境界層によって遮られることから、新気が排気側開口部から排気開閉機構を通過して外部に吹き抜けることを防ぐことができる。これにより、リッチ燃焼することなくストイキ排気を実現でき、燃費を向上させることができる。また、ストイキ排気の実現で三元触媒が正常に働くことから、当該三元触媒を用いた排気ガスの浄化を確実に行うことができる。
本発明の態様２に係る２ストロークエンジンは、前記態様１において、前記２ストロークエンジンは、対向ピストンエンジンであり、前記ピストンは、前記シリンダ内を互いに対向して往復運動する吸気側ピストンと排気側ピストンとで構成され、前記吸気側ピストンは、前記吸気側開口部を開閉するように動作し、前記排気側ピストンは、前記排気開閉機構として、前記排気側開口部を開閉するように動作してもよい。
前記構成によれば、２ストロークの対向ピストンエンジンにおいて、リッチ燃焼することなくストイキ排気を実現でき、燃費を向上させることができる。また、三元触媒を用いた排気ガスの浄化を確実に行うことができる。
本発明の態様３に係る２ストロークエンジンは、前記態様２において、前記対向ピストンエンジンは、プレチャンバーイグニッションにより点火してもよい。前記構成によれば、シリンダ内の吸気流動を小さくしたとしても、プレチャンバー（副室）から燃焼室（主室）に向かう噴流によって、当該シリンダ内に強い流動と乱れと、を生成できる。これにより、シリンダ内を境界層が形成され易い状態に保ちつつ急速な燃焼を実現でき、さらなる燃費向上を図ることができる。また、リーン燃焼を安定させることができ、ノッキング発生の低減効果を得ることもできる。
また前記構成によれば、シリンダ内の燃焼ガスおよび境界層が排気側ピストンの近傍に存在し、新気がシリンダ内におけるプレチャンバーの配置箇所近傍に存在することとなる。これにより、プレチャンバー（副室）内に新気が多く入るので、着火性を向上させることができる。
本発明の態様４に係る２ストロークエンジンは、前記態様１から３のいずれかにおいて、前記供給部は、前記排気側開口部から排気された排気ガスがＥＧＲクーラーで冷却されたＥＧＲガスを、前記気体として前記シリンダ内に供給してもよい。
前記構成によれば、シリンダ内に新気とＥＧＲガスとが供給されることから、ＥＧＲガスが供給されない場合よりもシリンダ内の酸素量が少なくなって混合気の燃焼温度を下げることができる。これにより、ＮＯｘの発生量を少なくして有害物質が少ない排気ガスを実現できる。また、ノッキングの発生を低減して燃費を向上させることができる。
本発明の態様５に係る２ストロークエンジンは、前記態様２または３において、前記吸気ポートは、前記新気が通過する吸気管、および前記排気側開口部から排気された排気ガスがＥＧＲクーラーで冷却されたＥＧＲガスが通過する供給管と連通しており、前記吸気ポートにおける前記吸気管との第１連通部分と、前記吸気ポートにおける前記供給管との第２連通部分と、が離間しており、前記供給部は、前記吸気側ピストンが吸気側下死点に向けて動作する過程で前記吸気側開口部が閉じられている第１期間において、前記ＥＧＲガスを前記第２連通部分に供給し、前記第１期間の終了後、前記吸気側ピストンが前記吸気側下死点に向けて動作する過程で、前記吸気側開口部が開き始めてから前記吸気側開口部の全部が開くまでの第２期間において、前記ＥＧＲガスを、前記気体として前記吸気側開口部から前記シリンダ内に供給してもよい。
前記構成によれば、ＥＧＲガスをシリンダ内に供給するための特別な構造等を採用することなく、境界層を形成できる。また、ＥＧＲガスが第１連通部分ではなく第２連通部分に供給されることから、シリンダ内に形成された境界層に新気が混ざることを低減できる。
本発明の態様６に係る２ストロークエンジンは、前記態様２または３において、前記シリンダには、前記排気側開口部から排気された排気ガスがＥＧＲクーラーで冷却されたＥＧＲガスを前記シリンダ内に供給するための供給ポートが設けられており、前記シリンダにおける前記吸気側開口部と前記排気側開口部との間の部分には、前記供給ポートの供給側開口部が、前記吸気側ピストンの動作によって開閉されるように形成されており、前記供給部は、前記吸気側ピストンが吸気側下死点に向けて動作する過程で前記供給側開口部が閉じられている第３期間において、前記ＥＧＲガスを前記供給ポートに供給し、前記第３期間の終了後、前記吸気側ピストンが前記吸気側下死点に向けて動作する過程で、前記供給側開口部が開き始めてから前記供給側開口部の全部が開くまでの第４期間において、前記ＥＧＲガスを、前記気体として前記供給側開口部から前記シリンダ内に供給してもよい。
前記構成によれば、ＥＧＲガスが吸気側開口部と異なる供給側開口部からシリンダ内に供給されることから、シリンダ内に形成された境界層に新気が混ざることを低減できる。また、供給側開口部が吸気側開口部よりも排気側開口部に近い位置に形成されていることから、境界層を燃焼ガスと新気との間に形成させ易い。
本発明の態様７に係る２ストロークエンジンは、前記態様１から３のいずれかにおいて、前記供給部は、水蒸気を前記気体として前記シリンダ内に供給してもよい。前記構成によれば、シリンダ内に新気と水蒸気とが供給されることから、水蒸気が供給されない場合よりもシリンダ内の酸素量が少なくなり、混合気の燃焼温度を下げることができる。これにより、ＮＯｘの発生量を少なくして有害物質が少ない排気ガスを実現できる。また、ノッキングの発生を低減して燃費を向上させることができる。
本発明の態様８に係る２ストロークエンジンは、前記態様２または３において、前記供給部は、前記吸気側ピストンの頂面に向けて水を噴射する第１ウォーターインジェクターを有しており、前記吸気側ピストンが吸気側下死点に向けて動作する過程の後期で前記吸気側開口部が閉じられている第５期間において、前記第１ウォーターインジェクターが前記吸気側ピストンの頂面に向けて前記水を噴射することにより、当該水が気化した水蒸気を前記気体として前記シリンダ内に供給してもよい。前記構成によれば、本発明の態様７に係る２ストロークエンジンと同様の効果を奏する。
本発明の態様９に係る２ストロークエンジンは、前記態様１から３のいずれかにおいて、前記供給部は、前記排気側開口部の近傍に向けて水を噴射する第２ウォーターインジェクターを有しており、前記排気開閉機構の頂面が下死点に到達してから、前記排気開閉機構が上死点に向けて動作する過程で前記排気側開口部が閉じるまでの第６期間において、前記第２ウォーターインジェクターが前記排気側開口部の近傍に向けて前記水を噴射することにより、当該水が気化した水蒸気を前記気体として前記シリンダ内に供給してもよい。
前記構成によれば、第２ウォーターインジェクターが第６期間で水を噴射し、かつ排気側開口部の近傍で当該水が気化することから、境界層をシリンダ内に確実に形成できる。また、水の噴射によって排気側開口部の周辺が冷却されることから、ノッキングを発生し難くできる。
本発明の態様１０に係るパワートレインは、前記シリンダ内に燃料を噴射するインジェクターを備えた、本発明の態様１に係る２ストロークエンジンと、前記排気側開口部から排気された排気ガス中の酸素の有無を検出する検出部（Ｏ２センサ９５に対応）から取得した検出結果に応じて、前記インジェクターの燃料噴射量を調整する調整装置（制御装置９２に対応）と、を備えている。
前記構成によれば、調整装置によるインジェクターの燃料噴射量の調整によってストイキ排気を安定的に実現できる。これにより、燃費向上を安定的に実現できるとともに、排気ガスをより確実に浄化できる。
１Ａ、２Ａ、３Ａ 対向ピストンエンジン（２ストロークエンジン）
１０Ａ 発電装置
１１ 排気側発電モータ
１２ 吸気側発電モータ
２０ シリンダ
２１ 排気側ピストン（排気開閉機構）
２１ｂ 頂面（排気開閉機構の頂面）
２２ 吸気側ピストン（ピストン）
２２ｂ 頂面（吸気側ピストンの頂面）
２８ インジェクター
３１ 排気側クランクシャフト
３２ 吸気側クランクシャフト
４２ａ フライホイール
６１ 機械式過給機
６２ 吸気管
６２ａ バイパスバルブ
６５ ベルトドライブ
８１ 排気側開口部
８２ 排気ポート
８３ 排気管
８３ｂ 分岐管（供給管）
８４ 触媒コンバータ
８５ ＥＧＲバルブ
８５ａ ＥＧＲポンプ（供給部）
８６ 吸気側開口部
８７ 吸気ポート
８７ａ 第１連通部分
８７ｂ 第２連通部分
９０ 供給ポート
９０ａ 供給側開口部
９１ 検出装置
９２ 制御装置
９３ ウォーターインジェクター（供給部、第１ウォーターインジェクター、第２ウォーターインジェクター）
９５ Ｏ２センサ
１００ パワートレイン
ＡＸ 中心軸（シリンダの延伸方向の中心軸）
Ｅｘｈ１ 排気ガス
Ｇｃｏｍ 燃焼ガス
Ｇｅｇｒ ＥＧＲガス（酸素を含まない気体）
Ｉｎｔ３ 空気（新気）
Ｌｎｏ、Ｌｎｏ－１ 境界層
Ｗ 水
ＷＶ 水蒸気

Claims (9)

  1. 吸気ポートが設けられ、かつ排気側開口部が形成されたシリンダと、
    前記シリンダ内を往復運動し、前記吸気ポートの吸気側開口部を開閉するように動作するピストンと、
    前記ピストンの動作に連動して前記排気側開口部を開閉する排気開閉機構と、
    前記シリンダ内の燃焼ガスと前記吸気側開口部から前記シリンダ内に供給された新気との間に酸素を含まない気体から成る境界層が形成されるように、前記気体を前記シリンダ内に供給する供給部と、を備えた、２ストロークエンジン。
  2. 前記２ストロークエンジンは、対向ピストンエンジンであり、
    前記ピストンは、前記シリンダ内を互いに対向して往復運動する吸気側ピストンと排気側ピストンとで構成され、
    前記吸気側ピストンは、前記吸気側開口部を開閉するように動作し、
    前記排気側ピストンは、前記排気開閉機構として、前記排気側開口部を開閉するように動作する、請求項１に記載の２ストロークエンジン。
  3. 前記対向ピストンエンジンは、プレチャンバーイグニッションにより点火する、請求項２に記載の２ストロークエンジン。
  4. 前記供給部は、前記排気側開口部から排気された排気ガスがＥＧＲクーラーで冷却されたＥＧＲガスを、前記気体として前記シリンダ内に供給する、請求項１から３のいずれか１項に記載の２ストロークエンジン。
  5. 前記吸気ポートは、前記新気が通過する吸気管、および前記排気側開口部から排気された排気ガスがＥＧＲクーラーで冷却されたＥＧＲガスが通過する供給管と連通しており、
    前記吸気ポートにおける前記吸気管との第１連通部分と、前記吸気ポートにおける前記供給管との第２連通部分と、が離間しており、
    前記供給部は、
    前記吸気側ピストンが吸気側下死点に向けて動作する過程で前記吸気側開口部が閉じられている第１期間において、前記ＥＧＲガスを前記第２連通部分に供給し、
    前記第１期間の終了後、前記吸気側ピストンが前記吸気側下死点に向けて動作する過程で、前記吸気側開口部が開き始めてから前記吸気側開口部の全部が開くまでの第２期間において、前記ＥＧＲガスを、前記気体として前記吸気側開口部から前記シリンダ内に供給する、請求項２または３に記載の２ストロークエンジン。
  6. 前記シリンダには、前記排気側開口部から排気された排気ガスがＥＧＲクーラーで冷却されたＥＧＲガスを前記シリンダ内に供給するための供給ポートが設けられており、
    前記シリンダにおける前記吸気側開口部と前記排気側開口部との間の部分には、前記供給ポートの供給側開口部が、前記吸気側ピストンの動作によって開閉されるように形成されており、
    前記供給部は、
    前記吸気側ピストンが吸気側下死点に向けて動作する過程で前記供給側開口部が閉じられている第３期間において、前記ＥＧＲガスを前記供給ポートに供給し、
    前記第３期間の終了後、前記吸気側ピストンが前記吸気側下死点に向けて動作する過程で、前記供給側開口部が開き始めてから前記供給側開口部の全部が開くまでの第４期間において、前記ＥＧＲガスを、前記気体として前記供給側開口部から前記シリンダ内に供給する、請求項２または３に記載の２ストロークエンジン。
  7. 前記供給部は、水蒸気を前記気体として前記シリンダ内に供給する、請求項１から３のいずれか１項に記載の２ストロークエンジン。
  8. 前記供給部は、
    前記吸気側ピストンの頂面に向けて水を噴射する第１ウォーターインジェクターを有しており、
    前記吸気側ピストンが吸気側下死点に向けて動作する過程の後期で前記吸気側開口部が閉じられている第５期間において、前記第１ウォーターインジェクターが前記吸気側ピストンの頂面に向けて前記水を噴射することにより、当該水が気化した水蒸気を前記気体として前記シリンダ内に供給する、請求項２または３に記載の２ストロークエンジン。
  9. 前記供給部は、
    前記排気側開口部の近傍に向けて水を噴射する第２ウォーターインジェクターを有しており、
    前記排気開閉機構の頂面が下死点に到達してから、前記排気開閉機構が上死点に向けて動作する過程で前記排気側開口部が閉じるまでの第６期間において、前記第２ウォーターインジェクターが前記排気側開口部の近傍に向けて前記水を噴射することにより、当該水が気化した水蒸気を前記気体として前記シリンダ内に供給する、請求項１から３のいずれか１項に記載の２ストロークエンジン。
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