JP5998671B2

JP5998671B2 - ２サイクルエンジン

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Publication number: JP5998671B2
Application number: JP2012143934A
Authority: JP
Inventors: 裕増田; 敬之山田; 孝行廣瀬; 喬弘久下; 山田　剛; 剛山田
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2012-06-27
Filing date: 2012-06-27
Publication date: 2016-09-28
Anticipated expiration: 2032-06-27
Also published as: JP2014005818A

Description

本発明は、シリンダ内部に燃料を直接噴射するユニフロー型の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料ガスを確実に着火させるとともに、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）。

特許第３４３２０９８号

上述したような２サイクルエンジンでは、運転状況に応じて噴射する燃料ガスを可変する制御がなされており、例えば、エンジンが高負荷状態にある場合には、低負荷状態にある場合よりも、多量の燃料ガスが噴射される。その結果、多量の燃料ガスが噴射された場合に、シリンダ内において燃料ガスが部分的に濃くなってしまい、ノッキングや過早着火等の異常燃焼が生じて、正常な運転が困難になるおそれがある。

本発明は、このような課題に鑑み、運転状況に拘わらず、異常燃焼を回避して常時正常な運転を可能とする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、シリンダにおけるピストン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、シリンダにおけるピストン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、シリンダにおけるピストンのストローク方向に離隔して複数配置され、当該シリンダ内に燃料ガスを噴射する燃料噴射弁と、燃料噴射弁を制御してシリンダ内に燃料ガスを噴射させる燃料噴射制御部と、を備え、燃料噴射制御部は、エンジン負荷が予め定められた閾値以上である場合には、エンジン負荷が閾値未満である場合よりも、燃料ガスを噴射する燃料噴射弁を増やし、予め設定されたエンジン運転状況下において、１回の圧縮行程中に、掃気ポート側に位置する燃料噴射弁から、排気ポート側に位置する燃料噴射弁まで、順次、燃料ガスを噴射させることを特徴とする。

また、予め設定された運転状況は、エンジン負荷が予め定められた閾値以上であるとよい。

また、燃料ガスの排気ポートからの吹き抜けを検知する吹き抜け検知部を備え、燃料噴射制御部は、吹き抜け検知部によって燃料ガスの吹き抜けが検知されるか、もしくは、吹き抜け検知部によって検知される燃料ガスの吹き抜け量が、予め設定された閾値以上となった場合に、燃料ガスが噴射されている燃料噴射弁の中で、最も排気ポートの近くに位置する燃料噴射弁からの燃料ガスの噴射量を低減させるとともに、当該噴射量を低減させた燃料噴射弁よりも掃気ポート側に位置する燃料噴射弁からの燃料ガスの噴射量を増加させるとよい。

また、燃料噴射制御部は、１回の圧縮行程において複数の燃料噴射弁から燃料ガスを噴射する場合、最も排気ポートの近くに位置する燃料噴射弁からの燃料ガスの噴射量を、他の燃料噴射弁からの燃料ガスの噴射量よりも少なくするとよい。

本発明の２サイクルエンジンによれば、運転状況に拘わらず、異常燃焼を回避して常時正常な運転が可能となる。

２サイクルエンジンの全体構成を示す説明図である。低負荷状態における各制御部の動作を示す説明図である。低負荷状態において燃料ガスの吹き抜けが生じた場合の各制御部の動作を示す説明図である。高負荷状態における各制御部の動作を示す説明図である。高負荷状態において燃料ガスの吹き抜けが生じた場合の各制御部の動作を示す説明図である。燃料噴射制御部による制御を説明するフローチャートである。

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、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２サイクルエンジン１００は、ユニフロー型であり、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（第１燃料噴射弁１２８ａ、第２燃料噴射弁１２８ｂ、第３燃料噴射弁１２８ｃ）と、ロータリエンコーダ１３０と、吹き抜け検知部１３２と、燃焼室１４０とを含んで構成され、ガバナー（調速機）１５０、燃料噴射制御部１５２、排気制御部１５４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に受けさせることが可能なので、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１４０の熱で自然着火し、僅かな時間で燃焼して、燃焼室１４０の温度を極めて高くするので、燃料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におけるピストン１１２のストローク方向の一端側、すなわち、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１１０におけるピストン１１２のストローク方向の他端側の内周面（シリンダブロック１１０ｂ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（排気ポート１１６と掃気ポート１２２との間）において、略周方向（厳密な周方向のみならず、ストローク方向への変位を許容する）に所定の間隔を空けて設けられた複数の開口部である。また、燃料噴射ポート１２６は、ピストン１１２のストローク方向に離隔して複数配置されている。本実施形態では、燃料噴射ポート１２６が、ピストン１１２のストローク方向において、３か所に配置されている。

燃料噴射弁１２８は、各燃料噴射ポート１２６内に配置され、燃料噴射制御部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。なお、以下においては、ピストン１１２のストローク方向において、最も掃気ポート１２２側に位置する燃料噴射弁１２８を第１燃料噴射弁１２８ａとし、排気ポート１１６と掃気ポート１２２との中間に位置する燃料噴射弁１２８を第２燃料噴射弁１２８ｂとし、最も排気ポート１１６側に位置する燃料噴射弁１２８を第３燃料噴射弁１２８ｃとして説明する。

ロータリエンコーダ１３０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。

吹き抜け検知部１３２は、排気ポート１１６に連通する排気通路中に設けられ、燃料噴射弁１２８から噴射された燃料ガスが、燃焼せずにそのまま排気ポート１１６から排出される量を検知する。この吹き抜け検知部１３２は、シリンダ１１０から排出される排気ガス中の炭化水素（ハイドロカーボン）濃度を検知することで、排気ポート１１６からの燃料ガスの吹き抜けを検知する。

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１３０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、燃料噴射制御部１５２に出力する。

燃料噴射制御部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１３０からのクランク角度信号に基づいて、燃料噴射弁１２８を制御する。

排気制御部１５４は、燃料噴射制御部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１３０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。

図２は、低負荷状態における各制御部の動作を示す説明図である。燃焼行程後の排気行程では、図２に示すように、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、排気制御部１５４は排気弁駆動装置１１８を通じて排気弁１２０を開弁し、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、掃気ポート１２２から活性ガスが吸入され、活性ガスは、燃料ガス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内の排気ガスを排気ポート１１６から押し出す。

そして、ピストン１１２が下死点から上死点に向けて上昇すると、その過程で掃気ポート１２２が閉口され、活性ガスの吸入が停止される。このとき、排気制御部１５４は、排気弁１２０を開弁状態に維持しており、ピストン１１２の上昇によって、引き続き、シリンダ１１０内の排気ガスは、排気ポート１１６から排出される。その後、さらにピストン１１２が上昇して、第２燃料噴射弁１２８ｂよりも上死点に近づくと、排気制御部１５４は、排気弁１２０を閉弁して排気ポート１１６を閉口する。

ここで、ピストン１１２が下死点から上死点に向けて上昇する圧縮行程では、ガバナー１５０から入力された燃料噴射量を示す情報に基づいて、燃料噴射制御部１５２が、燃料噴射弁１２８からシリンダ１１０内に燃料ガスを噴射する。このとき、燃料噴射制御部１５２は、入力された燃料ガスの噴射量や、ロータリエンコーダ１３０からのクランク角度信号によって導出されるエンジン回転数等から、エンジンの運転状況（負荷）を推定し、エンジンの運転状況に応じて、燃料ガスを噴射する燃料噴射弁１２８を決定する。なお、ここでは、理解を容易にするために、燃料噴射制御部１５２が、エンジンの運転状況（負荷）を推定することとした。しかしながら、上位の制御装置やガバナー１５０が、エンジンの運転状況に基づいて、燃料ガスを噴射する燃料噴射弁１２８を決定するとともに、この決定に基づく指令を、燃料噴射制御部１５２に送信してもよい。

燃料噴射制御部１５２は、エンジンの負荷が予め設定された閾値未満である場合には、図２に示すように、第２燃料噴射弁１２８ｂから燃料ガスを噴射する。このとき、第２燃料噴射弁１２８ｂからの燃料ガスの噴射は、ピストン１１２が第２燃料噴射弁１２８ｂよりも下死点側のａ位置にあるときから、ピストン１１２が第２燃料噴射弁１２８ｂに到達する直前まで行われる。このように、エンジンの負荷が閾値未満である場合には、ガバナー１５０が決定した量の燃料ガスを、第２燃料噴射弁１２８ｂからのみ噴射することで、シリンダ１１０内において燃料ガスの濃い部分を意図的に生成し、確実に燃焼作用をもたらすようにしている。

なお、図２に示すように、第２燃料噴射弁１２８ｂから燃料を噴射する際には、排気ポート１１６がいまだ開口している。そのため、シリンダ１１０内のガスの流れの状況によっては、燃料ガスの吹き抜けが生じ、第２燃料噴射弁１２８ｂから噴射した燃料の一部が、そのまま排気ポート１１６から排出されることもあり得る。上述のように、燃料ガスの吹き抜けは、吹き抜け検知部１３２によって検知されており、吹き抜け検知信号が、吹き抜け検知部１３２から燃料噴射制御部１５２に入力されている（図１参照）。燃料噴射制御部１５２は、エンジンの運転状況が一定であるとした場合に、吹き抜け検知部１３２によって検知される燃料ガスの吹き抜け量が閾値以上になると、次のようにして燃料噴射弁１２８を制御する。

図３は、低負荷状態において燃料ガスの吹き抜けが生じた場合の各制御部の動作を示す説明図である。吹き抜け検知部１３２によって検知される燃料ガスの吹き抜け量が閾値以上になると、燃料噴射制御部１５２は、第１燃料噴射弁１２８ａおよび第２燃料噴射弁１２８ｂから燃料ガスを噴射する。このとき、第１燃料噴射弁１２８ａからの燃料ガスの噴射は、ピストン１１２が第１燃料噴射弁１２８ａよりも下死点側のｂ位置にあるときから、ピストン１１２が第１燃料噴射弁１２８ａに到達する直前まで行われる。また、第２燃料噴射弁１２８ｂからの燃料ガスの噴射は、ピストン１１２が第２燃料噴射弁１２８ｂよりも下死点側のｃ位置にあるときから、ピストン１１２が第２燃料噴射弁１２８ｂに到達する直前まで行われる。

このとき、エンジンの運転状況が図２および図３で同じであったとすると、図２において第２燃料噴射弁１２８ｂから噴射される燃料ガスの噴射量と、図３において第１燃料噴射弁１２８ａおよび第２燃料噴射弁１２８ｂから噴射される燃料ガスの合計量とが、等しくなるように制御される。つまり、閾値以上の吹き抜け量が検知された場合には、第２燃料噴射弁１２８ｂからの燃料ガスの噴射量を減らすとともに、この減少分を、排気ポート１１６からより遠くに位置する第１燃料噴射弁１２８ａにおいて噴射する。これにより、シリンダ１１０内に噴射される燃料ガスを一定に維持しながら、排気ポート１１６からの燃料ガスの吹き抜け量を低減することが可能となる。

図４は、高負荷状態における各制御部の動作を示す説明図である。上述のように、エンジンの負荷が閾値未満である低負荷状態において、燃料噴射制御部１５２は、燃料噴射弁１２８を図２および図３に示すように制御する。これに対して、エンジンの負荷が閾値以上である高負荷状態において、燃料噴射制御部１５２は、燃料噴射弁１２８を、図４に示すように制御する。

すなわち、燃料噴射制御部１５２は、エンジンの負荷が予め設定された閾値以上である場合には、図４に示すように、第１燃料噴射弁１２８ａ、第２燃料噴射弁１２８ｂ、第３燃料噴射弁１２８ｃのいずれからも燃料ガスを噴射する。このとき、第１燃料噴射弁１２８ａからの燃料ガスの噴射は、ピストン１１２が第１燃料噴射弁１２８ａよりも下死点側のｄ位置にあるときから、ピストン１１２が第１燃料噴射弁１２８ａに到達する直前まで行われる。また、第２燃料噴射弁１２８ｂからの燃料ガスの噴射は、ピストン１１２が第２燃料噴射弁１２８ｂよりも下死点側のａ位置にあるときから、ピストン１１２が第２燃料噴射弁１２８ｂに到達する直前まで行われる。さらに、第３燃料噴射弁１２８ｃからの燃料ガスの噴射は、ピストン１１２が第３燃料噴射弁１２８ｃよりも下死点側のｅ位置にあるときから、ピストン１１２が第３燃料噴射弁１２８ｃに到達する直前まで行われる。

このように、燃料噴射制御部１５２は、エンジンの高負荷状態では、掃気ポート１２２に位置する第１燃料噴射弁１２８ａから、排気ポート１１６側に位置する第３燃料噴射弁１２８ｃまで、順次、燃料ガスを噴射するように制御することとなる。また、エンジンの高負荷状態においては、低負荷状態よりも多量の燃料ガスがシリンダ１１０内に噴射される。ここでは、図２に示す低負荷状態と、図４に示す高負荷状態とで、第２燃料噴射弁１２８ｂから噴射される燃料ガスの量が等しく、低負荷状態に比べて増加した分の燃料ガスが、第１燃料噴射弁１２８ａおよび第３燃料噴射弁１２８ｃから噴射されることとなる。

仮に、エンジンの高負荷状態において、全ての燃料ガスを第２燃料噴射弁１２８ｂからのみ噴射することとすると、燃料ガスが局所的に濃くなり過ぎてしまい、ノッキングや過早着火等の異常燃焼が生じるおそれがある。上記のように、エンジンの高負荷状態となって、多量の燃料ガスを噴射する場合に、第１燃料噴射弁１２８ａ、第２燃料噴射弁１２８ｂ、第３燃料噴射弁１２８ｃから順次燃料ガスを噴射することで、シリンダ１１０内の全体に広く燃料ガスを行き渡らせることができる。これにより、多量の燃料ガスが噴射された場合に、シリンダ１１０内において燃料ガスが局所的に濃くなりすぎるおそれが低減され、エンジンの運転状況に拘わらず、異常燃焼を回避して常時正常な運転が可能となる。

また、第１燃料噴射弁１２８ａ、第２燃料噴射弁１２８ｂ、第３燃料噴射弁１２８ｃから燃料ガスを噴射する際に、最も排気ポート１１６の近くに位置する第３燃料噴射弁１２８ｃからの燃料ガスの噴射量を、第１燃料噴射弁１２８ａおよび第２燃料噴射弁１２８ｂからの燃料ガスの噴射量よりも少なくしている。これにより、排気ポート１１６からの燃料ガスの吹き抜け量が低減され、燃費効率を向上することができる。

なお、エンジンの高負荷状態において、吹き抜け検知部１３２によって検知される燃料ガスの吹き抜け量が閾値以上になった場合、燃料噴射制御部１５２は、次のようにして燃料噴射弁１２８を制御する。

図５は、高負荷状態において燃料ガスの吹き抜けが生じた場合の各制御部の動作を示す説明図である。吹き抜け検知部１３２によって検知される燃料ガスの吹き抜け量が閾値以上になると、燃料噴射制御部１５２は、第３燃料噴射弁１２８ｃからの燃料ガスの噴射を停止し、第１燃料噴射弁１２８ａおよび第２燃料噴射弁１２８ｂから燃料ガスを噴射する。このとき、第１燃料噴射弁１２８ａからの燃料ガスの噴射は、ピストン１１２が第１燃料噴射弁１２８ａよりも下死点側のｆ位置にあるときから、ピストン１１２が第１燃料噴射弁１２８ａに到達する直前まで行われる。また、第２燃料噴射弁１２８ｂからの燃料ガスの噴射は、ピストン１１２が第２燃料噴射弁１２８ｂよりも下死点側のａ位置にあるときから、ピストン１１２が第２燃料噴射弁１２８ｂに到達する直前まで行われる。

そして、エンジンの運転状況が図４および図５で同じであったとすると、図５において第１燃料噴射弁１２８ａから噴射される燃料ガスの噴射量と、図４において第１燃料噴射弁１２８ａおよび第３燃料噴射弁１２８ｃから噴射される燃料ガスの合計量とが、等しくなるように制御される。つまり、閾値以上の吹き抜け量が検知された場合には、第３燃料噴射弁１２８ｃからの燃料ガスの噴射を停止し、この減少分を、排気ポート１１６からより遠くに位置する第１燃料噴射弁１２８ａにおいて噴射する。これにより、シリンダ１１０内に噴射される燃料ガスを一定に維持しながら、排気ポート１１６からの燃料ガスの吹き抜け量を低減することが可能となる。以下に、上記の燃料噴射制御部１５２の具体的な制御について説明する。

図６は、燃料噴射制御部１５２による制御を説明するフローチャートである。なお、この図６に示す処理は、ガバナー１５０から燃料噴射量にかかる情報が入力されることで開始される。

（ステップＳ２０１）
例えば、ガバナー１５０から燃料噴射量にかかる指令信号が入力されると、燃料噴射制御部１５２は、エンジンの負荷が予め設定された閾値未満であるか、すなわち、エンジンの運転状況が低負荷状態であるかを判定する。その結果、低負荷状態であると判定した場合にはステップＳ２０２に処理を移し、低負荷状態ではない（高負荷状態である）と判定した場合にはステップＳ２０９に処理を移す。

（ステップＳ２０２）
ステップＳ２０１においてエンジンの低負荷状態であると判定した場合には、燃料噴射制御部１５２は、吹き抜け検知部１３２によって検知される燃料ガスの吹き抜け量が閾値以上であるかを判定する。その結果、燃料ガスの吹き抜け量が閾値以上であると判定した場合にはステップＳ２０５に処理を移し、燃料ガスの吹き抜け量は閾値以上ではない（閾値未満である）と判定した場合にはステップＳ２０３に処理を移す。

（ステップＳ２０３）
ステップＳ２０２において燃料ガスの吹き抜け量が閾値未満であると判定した場合には、燃料噴射制御部１５２は、ロータリエンコーダ１３０の検出信号に基づいて、圧縮行程においてピストン１１２が図２のａ位置に到達するまで待機し、ピストン１１２がａ位置に到達するとステップＳ２０４に処理を移す。

（ステップＳ２０４）
燃料噴射制御部１５２は、ピストン１１２がａ位置に到達したところで第２燃料噴射弁１２８ｂを制御して所定量の燃料ガスを噴射させる。

（ステップＳ２０５）
一方、上記ステップＳ２０２において燃料ガスの吹き抜け量が閾値以上であると判定した場合には、燃料噴射制御部１５２は、ロータリエンコーダ１３０の検出信号に基づいて、圧縮行程においてピストン１１２が図３のｂ位置に到達するまで待機し、ピストン１１２がｂ位置に到達するとステップＳ２０６に処理を移す。

（ステップＳ２０６）
燃料噴射制御部１５２は、ピストン１１２がｂ位置に到達したところで第１燃料噴射弁１２８ａを制御して所定量の燃料ガスを噴射させる。

（ステップＳ２０７）
次に、燃料噴射制御部１５２は、ロータリエンコーダ１３０の検出信号に基づいて、圧縮行程においてピストン１１２が図３のｃ位置に到達するまで待機し、ピストン１１２がｃ位置に到達するとステップＳ２０８に処理を移す。

（ステップＳ２０８）
燃料噴射制御部１５２は、ピストン１１２がｃ位置に到達したところで第２燃料噴射弁１２８ｂを制御して所定量の燃料ガスを噴射させる。

（ステップＳ２０９）
また、上記ステップＳ２０１においてエンジンの低負荷状態ではない（高負荷状態である）と判定した場合には、燃料噴射制御部１５２は、吹き抜け検知部１３２によって検知される燃料ガスの吹き抜け量が閾値以上であるかを判定する。その結果、燃料ガスの吹き抜け量が閾値以上であると判定した場合にはステップＳ２１６に処理を移し、燃料ガスの吹き抜け量は閾値以上ではない（閾値未満である）と判定した場合にはステップＳ２１０に処理を移す。

（ステップＳ２１０）
ステップＳ２０９において燃料ガスの吹き抜け量が閾値未満であると判定した場合には、燃料噴射制御部１５２は、ロータリエンコーダ１３０の検出信号に基づいて、圧縮行程においてピストン１１２が図４のｄ位置に到達するまで待機し、ピストン１１２がｄ位置に到達するとステップＳ２１１に処理を移す。

（ステップＳ２１１）
燃料噴射制御部１５２は、ピストン１１２がｄ位置に到達したところで第１燃料噴射弁１２８ａを制御して所定量の燃料ガスを噴射させる。

（ステップＳ２１２）
次に、燃料噴射制御部１５２は、ロータリエンコーダ１３０の検出信号に基づいて、圧縮行程においてピストン１１２が図４のａ位置に到達するまで待機し、ピストン１１２がａ位置に到達するとステップＳ２１３に処理を移す。

（ステップＳ２１３）
燃料噴射制御部１５２は、ピストン１１２がａ位置に到達したところで第２燃料噴射弁１２８ｂを制御して所定量の燃料ガスを噴射させる。

（ステップＳ２１４）
次に、燃料噴射制御部１５２は、ロータリエンコーダ１３０の検出信号に基づいて、圧縮行程においてピストン１１２が図４のｅ位置に到達するまで待機し、ピストン１１２がｅ位置に到達するとステップＳ２１５に処理を移す。

（ステップＳ２１５）
燃料噴射制御部１５２は、ピストン１１２がｅ位置に到達したところで第３燃料噴射弁１２８ｃを制御して所定量の燃料ガスを噴射させる。

（ステップＳ２１６）
一方、上記ステップＳ２０９において燃料ガスの吹き抜け量が閾値以上であると判定した場合には、燃料噴射制御部１５２は、ロータリエンコーダ１３０の検出信号に基づいて、圧縮行程においてピストン１１２が図５のｆ位置に到達するまで待機し、ピストン１１２がｆ位置に到達するとステップＳ２１７に処理を移す。

（ステップＳ２１７）
燃料噴射制御部１５２は、ピストン１１２がｆ位置に到達したところで第１燃料噴射弁１２８ａを制御して所定量の燃料ガスを噴射させる。

（ステップＳ２１８）
次に、燃料噴射制御部１５２は、ロータリエンコーダ１３０の検出信号に基づいて、圧縮行程においてピストン１１２が図５のａ位置に到達するまで待機し、ピストン１１２がａ位置に到達するとステップＳ２１９に処理を移す。

（ステップＳ２１９）
燃料噴射制御部１５２は、ピストン１１２がａ位置に到達したところで第２燃料噴射弁１２８ｂを制御して所定量の燃料ガスを噴射させる。

以上のように、燃料噴射制御部１５２が、燃料ガスを噴射する燃料噴射弁１２８を、エンジンの運転状況に応じて異ならせることにより、運転状況に拘わらず、異常燃焼を回避して常時正常な運転が可能となる。

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。

例えば、上記実施形態においては、ピストン１１２のストローク方向に３つの燃料噴射弁１２８を設けることとしたが、ピストン１１２のストローク方向の位置を異にして配置される燃料噴射弁１２８の数は３つに限らず、２つでもよいし４つ以上でもよい。いずれにしても、燃料噴射弁１２８は、シリンダ１１０におけるピストン１１２のストローク方向の位置を異にして複数配置され、シリンダ１１０内に燃料ガスを噴射するものであれば、その具体的な構成や数等は限定されるものではない。

また、上記実施形態においては、エンジン負荷に応じて、燃料ガスを噴射する燃料噴射弁１２８を異ならせる場合について説明したが、上記の制御は一例に過ぎない。いずれにしても、ピストン１１２のストローク方向の位置を異にして複数の燃料噴射弁１２８が配置されており、エンジンの運転状況に応じて、燃料ガスを噴射させる燃料噴射弁１２８を異ならせることで、上記の作用効果を実現可能な範囲において、制御条件は適宜設計可能である。

また、上記実施形態においては、エンジンの低負荷状態においては第２燃料噴射弁１２８ｂから燃料ガスを噴射させ、エンジンの高負荷状態においては第１燃料噴射弁１２８ａ、第２燃料噴射弁１２８ｂ、第３燃料噴射弁１２８ｃから燃料ガスを噴射させることで、低負荷状態における着火性の確保と、高負荷状態におけるノッキングや過早着火の低減とを実現している。しかしながら、例えば、エンジンの低負荷状態において、いずれか２つの燃料噴射弁１２８から燃料ガスを噴射させてもよいし、エンジンの高負荷状態において、いずれか２つの燃料噴射弁１２８から燃料ガスを噴射させてもよい。いずれにしても、エンジン負荷が予め定められた閾値以上である場合には、エンジン負荷が閾値未満である場合よりも、燃料ガスを噴射する燃料噴射弁１２８を増やすことで、従来に比して、運転状況に拘わらず、安定した運転が可能となる。

また、上記実施形態においては、１回の圧縮行程中に、複数の燃料噴射弁１２８から燃料ガスを噴射させる場合に、掃気ポート１２２側に位置する燃料噴射弁１２８から、排気ポート１１６側に位置する燃料噴射弁１２８まで、順次、燃料ガスを噴射させることとした。しかしながら、１回の圧縮行程中に、複数の燃料噴射弁１２８から燃料ガスを噴射させる場合に、各燃料噴射弁１２８から同時に燃料ガスを噴射させることとしてもよい。ただし、上記のように、掃気ポート１２２側から排気ポート１１６側に向けて順次燃料ガスを噴射させることで、過早着火を低減することができるとともに、着火性を向上することができ、しかも、燃料ガスの吹き抜け量を低減することも可能となる。なお、燃料ガスを順次噴射させることによって得られる作用効果は、燃料ガスの噴射量が多くなるエンジンの高負荷状態において特に顕著となる。

また、上記実施形態においては、エンジンの高負荷状態で燃料ガスの吹き抜け量が閾値以上となった場合に、第３燃料噴射弁１２８ｃからの燃料ガスの噴射を停止し、その減少分の燃料を第１燃料噴射弁１２８ａから噴射させることとした。しかしながら、例えば、第３燃料噴射弁１２８ｃからの燃料ガスの噴射量の減少分を、第２燃料噴射弁１２８ｂから噴射させてもよい。また、上記実施形態では、燃料ガスの吹き抜け量が閾値以上となった場合に、第３燃料噴射弁１２８ｃからの燃料ガスの噴射を完全に停止することとしたが、第３燃料噴射弁１２８ｃからの燃料ガスの噴射を完全に停止させずに、減少させるようにしても構わない。

さらには、上記実施形態においては、吹き抜け検知部１３２から検出される燃料ガスの吹き抜け量が閾値以上となった場合に、燃料ガスを噴射させる燃料噴射弁１２８を変更することとしたが、吹き抜け検知部１３２によって燃料ガスの吹き抜けが検知された場合に、上記と同様の処理を行うこととしてもよい。

本発明は、シリンダ内部に燃料を直接噴射するユニフロー型の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
１２８ …燃料噴射弁
１２８ａ …第１燃料噴射弁
１２８ｂ …第２燃料噴射弁
１２８ｃ …第３燃料噴射弁
１３２ …吹き抜け検知部
１５２ …燃料噴射制御部

Claims

シリンダと、
前記シリンダ内を摺動するピストンと、
前記シリンダにおけるピストン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、
前記シリンダにおけるピストン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、
前記シリンダにおけるピストンのストローク方向の位置を異にして複数配置され、当該シリンダ内に燃料ガスを噴射する燃料噴射弁と、
前記燃料噴射弁を制御して前記シリンダ内に燃料ガスを噴射させる燃料噴射制御部と、
を備え、
前記燃料噴射制御部は、
エンジン負荷が予め定められた閾値以上である場合には、エンジン負荷が該閾値未満である場合よりも、燃料ガスを噴射する燃料噴射弁を増やし、
予め設定されたエンジン運転状況下において、１回の圧縮行程中に、前記掃気ポート側に位置する燃料噴射弁から、前記排気ポート側に位置する燃料噴射弁まで、順次、燃料ガスを噴射させることを特徴とする２サイクルエンジン。
前記予め設定された運転状況は、エンジン負荷が予め定められた閾値以上であることを特徴とする請求項１記載の２サイクルエンジン。
燃料ガスの前記排気ポートからの吹き抜けを検知する吹き抜け検知部を備え、
前記燃料噴射制御部は、
前記吹き抜け検知部によって燃料ガスの吹き抜けが検知されるか、もしくは、前記吹き抜け検知部によって検知される燃料ガスの吹き抜け量が、予め設定された閾値以上となった場合に、燃料ガスが噴射されている燃料噴射弁の中で、最も前記排気ポートの近くに位置する燃料噴射弁からの燃料ガスの噴射量を低減させるとともに、当該噴射量を低減させた燃料噴射弁よりも前記掃気ポート側に位置する燃料噴射弁からの燃料ガスの噴射量を増加させることを特徴とする請求項１または２に記載の２サイクルエンジン。
前記燃料噴射制御部は、
１回の圧縮行程において複数の燃料噴射弁から燃料ガスを噴射する場合、最も前記排気ポートの近くに位置する燃料噴射弁からの燃料ガスの噴射量を、他の燃料噴射弁からの燃料ガスの噴射量よりも少なくすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の２サイクルエンジン。