JP6455085B2 - ユニフロー掃気式２サイクルエンジン - Google Patents

Description

本発明は、活性ガスと共に燃料ガスを掃気ポートからシリンダ内に吸入するユニフロー掃気式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

上記の特許文献１に記載の構成では、制御弁を閉弁することで、燃料ガスの噴射を停止する。しかし、チャンバやノズル管内に残留した燃料ガスは、制御弁を閉弁した後も、掃気ポートから噴射されてしまう。すなわち、制御弁が閉弁してから実際に燃料ガスの噴射が完全に停止されるまでに遅延が生じてしまっていた。

本発明は、このような課題に鑑み、燃料ガスの噴射を迅速に停止す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、シリンダにおけるピストンのストローク方向の一端側に設けられ、ピストンの摺動動作に応じて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設けられ、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部と、を備え、燃料噴射部は、内部と外部を貫通する内孔を有し、内部に燃料ガスが導かれる内管と、内部と外部を貫通する外孔を有し、内部に内管を収容して内管とともに二重管を形成する外管と、内管または外管をストローク方向に移動させて内管と外管との相対位置を変化させ、内孔と外孔とが重なる面積である開口量を変化させる駆動部と、を備えることを特徴とする。

内孔と外孔とが重なって形成される開口領域には、相対的にストローク方向の一端側に位置する小流量開口領域、および、小流量開口領域よりもストローク方向の他端側に位置する大流量開口領域が含まれてもよい。

内孔および外孔は、それぞれ、ストローク方向に離隔して複数設けられ、大流量開口領域を形成する内孔および外孔は、小流量開口領域を形成する内孔および外孔と、それぞれストローク方向に離隔してもよい。

大流量開口領域は、小流量開口領域よりも、内孔と外孔とが長時間重なった状態となってもよい。

大流量開口領域は、小流量開口領域よりも、内孔と外孔とが早期に重なってもよい。

大流量開口領域は、小流量開口領域よりも、内孔と外孔との重なりが遅れて解除されてもよい。

大流量開口領域は、小流量開口領域よりも、開口量が大きくなってもよい。

駆動部は、内管を相対位置の変化方向と平行に付勢する付勢体を有し、内管が、内管に導かれる燃料ガスの圧力によって付勢体の付勢力に抗する方向に押圧されると、燃料ガスの圧力変化によって、内管と外管との相対位置が変化してもよい。

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、燃料ガスの噴射を迅速に停止す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における掃気ポート近傍の構成を示す説明図である。 ガス噴射弁を説明するための説明図である。 図２のＩＶ−ＩＶ線断面図である。 燃料噴射部を説明するための説明図である。 内管および外管の断面図である。 内孔と外孔の位置関係を説明するための第１の図である。 内孔と外孔の位置関係を説明するための第２の図である。 内管と外管の相対位置の変化を段階的に示す説明図である。 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。 第１変形例における内孔と外孔を説明するための説明図である。 第２変形例における内孔と外孔を説明するための説明図である。 第３変形例における内孔と外孔を説明するための説明図である。 第４変形例における燃料噴射部を説明するための説明図である。 第５変形例における燃料噴射部を説明するための説明図である。 第６変形例における燃料噴射部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、掃気室１２０と、ガス供給管１２２と、ガス噴射弁１２４と、燃料噴射部１２６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、燃焼室１２８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。

図２は、図１における掃気ポート１１８近傍の構成を示す説明図である。図２に示すように、掃気ポート１１８は、シリンダ１１０のうち掃気室１２０内に位置する部分に設けられる。掃気室１２０には、不図示のブロワーによって圧縮された活性ガス（例えば空気）が導かれる。

そのため、ピストン１１２の摺動動作に応じ、掃気ポート１１８が開くと、掃気室１２０とシリンダ１１０内の差圧をもって、掃気室１２０から掃気ポート１１８を通ってシリンダ１１０内に活性ガスが吸入される。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１２８に導かれることとなる。

ガス供給管１２２は、燃料ガスが貯留された不図示の燃料タンクおよびガス噴射弁１２４とそれぞれ連通し、燃料タンクからガス噴射弁１２４に燃料ガスを導く。

図３は、ガス噴射弁１２４を説明するための説明図である。図３に示すように、ガス噴射弁１２４の本体１２４ａの内部には、油圧ピストン１３０が配されており、油圧ピストン１３０によって、本体１２４ａの内部に形成された油圧室１３２とバネ室１３４が仕切られている。そして、油圧ピストン１３０は、本体１２４ａの内部を油圧室１３２側およびバネ室１３４側に摺動可能となっている。

油圧室１３２は、作動油管１３６と連通しており、作動油管１３６から供給される作動油が充満している。油圧ピストン１３０は、油圧室１３２内の作動油によって、図３中、上方向に押圧される。

また、バネ室１３４には、バネ部材１３８が配され、油圧ピストン１３０のうちバネ室１３４側にバネ部材１３８が当接している。そして、油圧ピストン１３０には、作動油による押圧力に抗する向きに、バネ部材１３８の付勢力が作用している。

したがって、油圧室１３２に供給される作動油の油圧が強まると、作動油に押圧された油圧ピストン１３０が本体１２４ａ内を、図３中、上側に移動し、油圧が弱まると、バネ部材１３８の付勢力によって油圧ピストン１３０が本体１２４ａ内を、図３中、下側に移動することとなる。

また、作動油リーク管１４０が油圧ピストン１３０まで連通しており、油圧ピストン１３０の移動に伴って油圧室１３２から漏出する作動油は、作動油リーク管１４０を通って本体１２４ａの外部に排出される。

さらに、本体１２４ａの内部のうち、バネ室１３４よりも、図３中、上側には、ガス供給管１２２と連通する連通路１２２ａが連結されたガス室１４２が形成されており、ガス供給管１２２から燃料ガスが供給される。

ガス噴射弁１２４の本体１２４ａの一端側には、燃料噴射部１２６と連通する連通配管１４８が接続されており、ガス室１４２は、本体１２４ａの一端に形成された連通口１２４ｂを介して連通配管１４８と連通している。

シャフト１４４は、一端に形成された弁体部１４６が連通口１２４ｂの外側に位置し、他端側が油圧ピストン１３０に固定され、ガス室１４２からバネ室１３４まで本体１２４ａを貫通する。ガスリーク管１５０は、バネ室１３４と連通しており、ガス室１４２からバネ室１３４に漏出する燃料ガスは、ガスリーク管１５０を通って本体１２４ａの外部に排出される。

そして、上記のように油圧ピストン１３０が油圧に応じて移動すると、弁体部１４６は、連通口１２４ｂを開閉する。こうして、ガス噴射弁１２４は、油圧によって弁体部１４６を作動させ、ガス供給管１２２から連通配管１４８への燃料ガスの供給を開始または停止させる。

また、図２に示すように、燃料噴射部１２６は、燃料配管１５２と駆動部１５４を有する。燃料配管１５２は、連通配管１４８と連通しており、連通配管１４８から供給された燃料ガスが流通する。駆動部１５４は、燃料配管１５２を開閉することで、燃料配管１５２からの燃料ガスの噴射を制御する。

図４は、図２のＩＶ−ＩＶ線断面図である。図４では、理解を容易とするため、燃料配管１５２の断面は簡略化して示し、燃料配管１５２の内部構造については後に詳述する。図４に示すように、燃料配管１５２は、掃気ポート１１８よりもシリンダ１１０の径方向外側に設けられ、掃気ポート１１８に吸入される活性ガスに燃料ガスを噴射する。

ここでは、燃料配管１５２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、燃料配管１５２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、燃料配管１５２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、燃料配管１５２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つの燃料配管１５２が設けられていてもよい。

図５は、燃料噴射部１２６を説明するための説明図である。図５に示すように、燃料配管１５２は、内管１５６と外管１５８で構成される。内管１５６は、内部に燃料ガスが導かれ、外管１５８は、内部に内管１５６を収容して内管１５６とともに二重管を形成する。

内管１５６の外径は、外管１５８の内径より僅かに小さく、内管１５６の外周面は外管１５８の内周面と大凡全体的に当接している。また、内管１５６のうち、図５中、下側の先端は開口しており、外管１５８の本体１５８ａの内部と内管１５６の本体１５６ａの内部が連通している。

外管１５８は、図３に示した連通配管１４８と連通しており、連通配管１４８から燃料ガスが供給される。外管１５８の本体１５８ａの内部に導かれた燃料ガスは、内管１５６の先端から、内管１５６の本体１５６ａの内部に流入することとなる。

駆動部１５４は、２つの油圧室１６０、１６２と、２つの油圧室１６０、１６２を仕切る油圧ピストン１６４を備える。また、油圧ピストン１６４にはシャフト１６６が固定されており、シャフト１６６のうち、図５中、下側の先端側には内管１５６の基端が固定されている。

図５（ａ）に示す状態から、油圧室１６０に供給される作動油の油圧が強まると、図５（ｂ）に示すように、シャフト１６６が、図５中、下側に移動し、それに伴って、内管１５６が、図５中、下側に移動する。

逆に、図５（ｂ）に示す状態から、油圧室１６２に供給される作動油の油圧が強まると、図５（ａ）に示すように、シャフト１６６が、図５中、上側に移動し、それに伴って、内管１５６が、図５中、上側に移動する。こうして、駆動部１５４は、内管１５６を図５中、上下方向（すなわち、ピストン１１２のストローク方向）に移動させ、内管１５６と外管１５８との相対位置を変化させる。

図６は、内管１５６および外管１５８の断面図であり、図５（ａ）における破線の部分を抽出して、反時計回りに９０度回転させて示す。すなわち、図６において、右側がピストン１１２の下死点側（ストローク方向の一端側）であり、左側がピストン１１２の上死点側（ストローク方向の他端側）となっている。図６に示すように、内管１５６は、内管１５６の本体１５６ａの内部と外部を貫通する内孔１７４を有し、外管１５８は、外管１５８の本体１５８ａの内部と外部を貫通する外孔１７６を有する。内孔１７４および外孔１７６は、それぞれ、ストローク方向（図６中、左右方向）に離隔して複数設けられている。

図６（ａ）に示すように、内孔１７４と外孔１７６が重なると、内管１５６の内部を流通する燃料ガスが、内孔１７４および外孔１７６を通って燃料配管１５２から噴射され、掃気ポート１１８に吸入される活性ガスに合流する。

そして、内管１５６が、ストローク方向に、図６中、左側（ピストン１１２の上死点側）に移動すると、図６（ｂ）に示すように、全ての内孔１７４と外孔１７６が重ならない状態となり、燃料配管１５２からの燃料ガスの噴射が停止される。このように、駆動部１５４は、内孔１７４と外孔１７６とが重なる面積である開口量を変化させる。その結果、燃料配管１５２のうち、燃料ガスが噴射する開口部が開閉することから、燃料ガスの噴射を遅延なく迅速に停止することが可能となる。

図７は、内孔１７４と外孔１７６の位置関係を説明するための第１の図であり、図６と同じ部位を、図６と同じ向きに配置した外観図を示す。すなわち、図７において、右側がピストン１１２の下死点側（ストローク方向の一端側）であり、左側がピストン１１２の上死点側（ストローク方向の他端側）となっている。図７中、破線は、外管１５８に収容された内管１５６の輪郭線を示す。

図７に示すように、複数の外孔１７６は、外管１５８の貫通方向に垂直な断面形状が円形であって径が同一であるのに対し、複数の内孔１７４は、ストローク方向の長さが異なる。具体的には、ピストン１１２の上死点側（図７中、左側）に形成された内孔１７４の方が、ピストン１１２の下死点側（図７中、右側）に形成された内孔１７４よりも、ストローク方向の長さが長い。そして、最も右側の（図７中、左からｎ番目の）内孔１７４は、内管１５６の貫通方向に垂直な断面形状が、外孔１７６と同一形状となっている。

図７中、左から１〜（ｎ−１）番目までの内孔１７４は、ストローク方向の両端が外孔１７６と径が同一の半円弧の形状となっており、２つの半円弧の間は直線形状となっている。この直線形状の部分のストローク方向の長さが、内孔１７４ごとに異なっている。

そして、隣り合う外孔１７６の間隔Ｐは一定となっている。また、内孔１７４のうち、図７中、左側の半円弧の中心から、対応する外孔１７６の中心までの間隔Ａは、いずれの内孔１７４と対応する外孔１７６も、一定となっている。

さらに、図７に示すように、内孔１７４が対応する外孔１７６よりも左側に位置して重なり合っていないとき、内孔１７４のうち、図７中、右側の半円弧の中心から、外孔１７６の中心までの間隔をＢとする。この間隔Ｂについて、図７中、左からの順番を符号に付して示す。このとき、Ｂ_１<Ｂ_２<Ｂ_３<・・・<Ｂ_ｎ−１<Ｂ_ｎの関係となっている。

図８は、内孔１７４と外孔１７６の位置関係を説明するための第２の図である。図８では、理解を容易とするため、内孔１７４と外孔１７６を示す符号を省略し、内孔１７４をハッチングで示し、外孔１７６をクロスハッチングで示す。また、図８において、右側がピストン１１２の下死点側（ストローク方向の一端側）であり、左側がピストン１１２の上死点側（ストローク方向の他端側）となっている。図８に示すように、内孔１７４のストローク方向の長さをＬとし、図８中、左からの順番を符号に付して示す。

そして、内孔１７４は、図８中、左隣の内孔１７４よりも、外孔１７６の内径ｄだけ長さＬが短い。このとき、外孔１７６の間隔Ｐは、外孔１７６の数ｎに１を加算した（ｎ＋１）と、間隔ｄの積よりも大きい寸法関係となっている。

全ての内孔１７４と外孔１７６とが完全に重なり合った位置Ａの状態から、内孔１７４が、外孔１７６の内径ｄだけ、ピストン１１２の上死点側（図８中、左側）に移動して位置Ｂの状態となると、左からｎ番目（一番右側）の内孔１７４と外孔１７６が重ならなくなる。

さらに、位置Ｃ、位置Ｄと、内管１５６が内径ｄずつ移動すると、図８中、右側の内孔１７４から、順次、外孔１７６と重ならなくなっていく。最終的に、位置Ｘの状態では、すべての内孔１７４と外孔１７６が重ならなくなる。

図９は、内管１５６と外管１５８の相対位置の変化を段階的に示す説明図である。図９において、右側がピストン１１２の下死点側（ストローク方向の一端側）であり、左側がピストン１１２の上死点側（ストローク方向の他端側）となっている。図９（ａ）に示すように、全ての内孔１７４と外孔１７６が重ならない状態から、内管１５６が、ピストン１１２の下死点側（図９中、右側）に移動すると、図９（ｂ）に示すように、ピストン１１２の上死点側（図９中、左側）から１番目の内孔１７４が外孔１７６と重なり始める。

さらに、内管１５６がピストン１１２の下死点側に移動すると、図９（ｃ）に示すように、ピストン１１２の上死点側（図９中、左側）から１、２番目の内孔１７４が外孔１７６と重なって完全に開口し、３番目の内孔１７４が外孔１７６と重なり始める。

内管１５６の移動が進むと、最終的に、図９（ｄ）に示すように、全ての内孔１７４が外孔１７６と重なって完全に開口する。その後、内管１５６は、折り返し、ピストン１１２の上死点側に向かって移動し、図９（ｄ）から図９（ａ）の状態に段階的に遷移する。

このように、内孔１７４と外孔１７６は、ピストン１１２の上死点側（図９中、左側）から順次開口し、全ての内孔１７４が外孔１７６と重なって完全に開口した後、ピストン１１２の下死点側（図９中、右側）から順次閉口していく。

ここで、内管１５６と外管１５８が重なり合う部位のうち、相対的にストローク方向の一端側（図９中、右側）に位置し、内孔１７４と外孔１７６とが重なって形成される開口領域を、小流量開口領域Ｏｓと称する。

また、内管１５６と外管１５８が重なり合う部位のうち、小流量開口領域Ｏｓよりもピストン１１２の上死点側（図９中、左側）に位置する開口領域を、大流量開口領域Ｏｂと称する。ここでは、小流量開口領域Ｏｓおよび大流量開口領域Ｏｂは、それぞれ、外孔１７６を含む、外管１５８における予め設定された大きさの領域である。

また、大流量開口領域Ｏｂを形成する内孔１７４および外孔１７６は、小流量開口領域Ｏｓを形成する内孔１７４および外孔１７６と、それぞれストローク方向に離隔する。

このとき、大流量開口領域Ｏｂを形成する内孔１７４および外孔１７６は、小流量開口領域Ｏｓを形成する内孔１７４および外孔１７６よりも、ピストン１１２の上死点側（図９中、左側）に位置する。そのため、大流量開口領域Ｏｂは、小流量開口領域Ｏｓよりも、内孔１７４と外孔１７６とが長時間重なった状態となる。また、大流量開口領域Ｏｂは、小流量開口領域Ｏｓよりも、内孔１７４と外孔１７６とが早期に重なり、内孔１７４と外孔１７６との重なりが遅れて解除される。

図１０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１０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（ストローク方向の他端側）、下側がピストン１１２の下死点側（ストローク方向の一端側）に対応する。

掃気ポート１１８は、図１０（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１０（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１０（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に比例していない。そのため、図１０（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、図１０（ａ）に示すように、ポート開口面積に合わせて内管１５６が変位する。その結果、掃気ポート１１８の開口面積が大きくなっていく間、上記のように、ピストン１１２の上死点側から順次開口し、掃気ポート１１８の開口面積が小さくなっていくと、ピストン１１２の下死点側から順次閉口していく。

そのため、図１０（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活性ガスの量と大凡比例して増減するため、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。

また、上記のように、上死点側に位置する大流量開口領域Ｏｂは、下死点側に位置する小流量開口領域Ｏｓよりも、内孔１７４と外孔１７６とが長時間重なった状態となる。そのため、掃気ポート１１８のうち、開口時間が長い上死点側において、大流量開口領域Ｏｂからの燃料ガスの噴射量を多くし、混合気の濃度の均一化が図れる。

また、上記のように、大流量開口領域Ｏｂは、小流量開口領域Ｏｓよりも、内孔１７４と外孔１７６とが早期に重なり、内孔１７４と外孔１７６との重なりが遅れて解除される。そのため、掃気ポート１１８の開閉により近いタイミングで、大流量開口領域Ｏｂおよび小流量開口領域Ｏｓにおける内孔１７４と外孔１７６を開閉し、燃料ガスを噴射することが可能となる。

図１１は、第１変形例における内孔２７４と外孔２７６を説明するための説明図である。図１１に示すように、第１変形例においては、対応関係にある内孔２７４および外孔２７６は、内管１５６および外管１５８の貫通方向に垂直な断面形状が同形であって、それぞれ矩形である。そして、内孔２７４および外孔２７６は、図１１中、上下方向の長さが、上死点側の方が下死点側よりも長い。

図１１（ａ）に示すように、全ての内孔２７４と外孔２７６が閉じた状態から、図１１（ｂ）に示すように、内孔２７４と外孔２７６が重なり合うとき、開口量は、上死点側の方が大きくなる。

すなわち、大流量開口領域Ｏｂは、小流量開口領域Ｏｓよりも、内孔２７４と外孔２７６の重なりの開始から終了まで、常に開口量が大きくなる。そのため、掃気ポート１１８のうち、相対的に流入する活性ガスの流量が多い上死点側に噴射する燃料ガスの量を増やし、相対的に流入する活性ガスの流量が少ない下死点側に噴射する燃料ガスの量を抑え、混合気の濃度の均一化を図ることが可能となる。

図１２は、第２変形例における内孔３７４と外孔３７６を説明するための説明図である。図１２に示すように、第２変形例においては、１つの外孔３７６に対して４つの内孔３７４が設けられている。また、複数の外孔３７６は、上死点側が最も内径が大きく、下死点側に向かって徐々に内径が小さくなっている。

そして、図１２（ａ）に示す状態において、内孔３７４は、対応する外孔３７６に近いものから徐々に内径が大きくなっている。

図１２（ｂ）に示すように、内管１５６が下死点側に移動すると、４つの内孔３７４の１つが外孔３７６と重なり合い、さらに内管１５６が下死点側に移動すると、一旦、内孔３７４と外孔３７６との重なり合いが解除された後、次の内孔３７４と外孔３７６が重なり合う。このように、１つの外孔３７６に対して、複数の内孔３７４が順次、重なり合って、燃料ガスが噴射される。

このとき、外孔３７６の内径が上死点側の方が大きく、外孔３７６に重なり合う内孔３７４の内径が順次、大きくなっていくことから、内管１５６が下死点側に移動するに従って、上死点側の大流量開口領域Ｏｂの方が、小流量開口領域Ｏｓよりも、段々、開口面積が大きくなっていく。そして、内管１５６が折り返して上死点側に移動するに従って、上死点側の開口面積は小さくなっていくこととなる。

図１３は、第３変形例における内孔４７４と外孔４７６を説明するための説明図である。図１３に示すように、第３変形例においては、内孔４７４および外孔４７６は、それぞれ１つずつ形成されている。

そして、外孔４７６のうち、図１３中、上下方向の幅は、上死点側から下死点側に向かって漸減している。一方、内孔４７４のうち、図１３中、上下方向の幅は、上死点側から下死点側まで大凡一定となっている。

図１３（ａ）に示すように、内孔４７４と外孔４７６が重なり合っていない状態から、図１３（ｂ）に示すように、内管１５６が下死点側に移動すると、内孔４７４と外孔４７６が徐々に重なり合っていく。

このとき、外孔４７６のうち、図１３中、上下方向の幅の差から、大流量開口領域Ｏｂは、小流量開口領域Ｏｓよりも開口量が大きくなる。また、大流量開口領域Ｏｂは、上述した実施形態と同様、小流量開口領域Ｏｓよりも、内孔４７４と外孔４７６とが長時間重なった状態となることから混合気の濃度の均一化が図れる。

さらに、大流量開口領域Ｏｂは、小流量開口領域Ｏｓよりも、内孔４７４と外孔４７６とが早期に重なり、内孔４７４と外孔４７６との重なりが遅れて解除されるため、掃気ポート１１８の開閉により近いタイミングで、大流量開口領域Ｏｂおよび小流量開口領域Ｏｓにおける内孔４７４と外孔４７６を開閉できる。

図１４は、第４変形例における燃料噴射部５２６を説明するための説明図である。上述した実施形態の燃料噴射部１２６は、内管１５６の内孔１７４と外管１５８の外孔１７６の重なりによって燃料ガスの噴射を停止させていた。一方、第４変形例においては、図１４（ａ）に示すように、内管１５６の内孔１７４と外管１５８の外孔１７６の重なりに加えて、弁体部５７２によっても、燃料ガスの噴射を停止する。

具体的に、燃料噴射部５２６においては、油圧室１６２と内管１５６との間に、図３に示した連通配管１４８が連通するガス室５６８が形成されており、連通配管１４８から燃料ガスが供給される。ガス室５６８は、外管１５８の本体１５８ａの内部に連通している。

シャフト１６６のうち、ガス室５６８に配された部位には弁体部５７２が形成されており、シャフト１６６の移動に伴って、弁体部５７２がガス室５６８と外管１５８との連通部分を開閉する。

また、内管１５６は、基端側がテーパ面５５６ｂとなっており、テーパ面５５６ｂの外径は、外管１５８の内径よりも小さく形成される。テーパ面５５６ｂには、連通孔５５６ｃが設けられ、連通孔５５６ｃを介して、外管１５８の本体１５８ａの内部と内管１５６の本体１５６ａの内部が連通している。

図１４（ｂ）に示すように、弁体部５７２が開くと、内管１５６の連通孔５５６ｃを介して、外管１５８の本体１５８ａの内部に導かれた燃料ガスが、内管１５６の本体１５６ａの内部に流入することとなる。

バネ部材５７０は、ガス室５６８に配され、図１４（ｂ）に示すように、弁体部５７２が開くと、弁体部５７２を閉じる方向に弁体部５７２に付勢力を作用させることで、油圧によるシャフト１６６の移動を補助する。

このように、燃料噴射部５２６においては、内管１５６の内孔１７４と外管１５８の外孔１７６の重なりに加えて、弁体部５７２によっても、燃料ガスの噴射を停止することから、燃料噴射部５２６からの燃料ガス漏出を確実に回避できる。

図１５は、第５変形例における燃料噴射部６２６を説明するための説明図である。上述した第４変形例の燃料噴射部５２６は、燃料配管１５２に対し、ガス室５６８が油圧室１６０、１６２と同じ側に配置され、１つのシャフト１６６によって、内管１５６と弁体部５７２が同時に移動した。

一方、第５変形例では、図１５に示すように、内管１５６および油圧ピストン１６４に固定されたシャフト６６６ａと、弁体部６７２が設けられたシャフト６６６ｂが別体に設けられている。シャフト６６６ｂは、不図示の油圧機構によって、油圧ピストン１６４とは独立して、図１５中、上下方向に移動し、弁体部６７２を開閉する。

図１６は、第６変形例における燃料噴射部７２６を説明するための説明図である。上述した実施形態の燃料噴射部１２６は、油圧によって内管１５６を移動させていた。一方、第６変形例においては、図１６に示すように、油圧機構を搭載していない。

外管７５８のうち、図１６中、上側の端部には、内部に突出する突出部７５８ａが形成されている。突出部７５８ａは、外管７５８のうち、内管７５６が収容されている部位よりも、図１６中、上側に配されるとともに、一部が内管７５６側に延在し、内管７５６のうち、図１６中、上側の内部に形成されたガイド溝７５６ａに嵌合する。突出部７５８ａおよびガイド溝７５６ａによって、内管７５６が外管７５８に対して相対的に回転する移動を規制されるものの、図１６中、上下方向に内管７５６が移動可能となっている。

内管７５６のうち、図１６中、下側の端部は閉塞しており、内管７５６の外側からバネ部材７７０（付勢体）の一端が固定されている。バネ部材７７０の他端は、調整部材７８０に固定されており、ナットＮの締め付けによって、調整部材７８０の位置を調整することで、バネ部材７７０の他端における弾性変形の方向の位置が調整可能となっている。

そして、バネ部材７７０は、内管７５６を、外管７５８に対する相対位置の変化方向と平行な方向（ここでは、図１６中、上側）に押圧（付勢）する付勢力を作用させる。

また、バネ部材７７０が配置されるバネ室７８２は、掃気室１２０と連通しており、圧縮された活性ガスの圧力によって内管７５６が、図１６中、上側に押圧される。一方、内管７５６の内部には、燃料ガスが供給されており、内管７５６は、燃料ガスの圧力によって、図１６中、下側に押圧される。

図１６（ａ）に示す状態から、内管７５６が、内管７５６に導かれる燃料ガスの圧力によってバネ部材７７０の付勢力および活性ガスの圧力による押圧力に抗する方向（図１６中、下方向）に押圧されると、燃料ガスの圧力変化によって、図１６（ｂ）に示すように、内管７５６と外管７５８との相対位置が変化する。

このように、第６変形例においては、燃料噴射部７２６に油圧機構を設ける必要がなく、燃料ガスの圧力によって内管７５６と外管７５８との相対位置を変化させることができ、コストを低減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。

例えば、上述した実施形態および変形例では、内管１５６、７５６を移動させて内管１５６、７５６と外管１５８、７５８との相対位置を変化させる場合について説明した。しかし、外管１５８、７５８を移動させて内管１５６、７５６と外管１５８、７５８との相対位置を変化させてもよい。

また、上述した第３変形例では、内孔４７４および外孔４７６がそれぞれ一つずつ設けられる場合について説明した。しかし、上述した実施形態および他の変形例のように、内孔１７４、２７４、３７４、および、外孔１７６、２７６、３７６をそれぞれストローク方向に離隔して複数設ければ、内管１５６、７５６や外管１５８、７５８の強度低下を抑えることが可能となる。

また、上述した実施形態および変形例では、駆動部１５４は、ストローク方向に内管１５６、７５６を移動させる場合について説明したが、内管１５６、７５６または外管１５８、７５８を、ストローク方向以外の方向、例えば、内管１５６、７５６の周方向に回転させてもよい。ただし、内管１５６、７５６または外管１５８、７５８を、ストローク方向に移動させることで、構造を簡易化してコストを削減することが可能となる。

本発明は、活性ガスと共に燃料ガスを掃気ポートからシリンダ内に吸入するユニフロー掃気式２サイクルエンジンに利用することができる。

Ｏｂ 大流量開口領域
Ｏｓ 小流量開口領域
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
１１８ 掃気ポート
１２６ 燃料噴射部
１５４ 駆動部
１５６ 内管
１５８ 外管
１７４ 内孔
１７６ 外孔
２７４ 内孔
２７６ 外孔
３７４ 内孔
３７６ 外孔
４７４ 内孔
４７６ 外孔
５２６ 燃料噴射部
６２６ 燃料噴射部
７２６ 燃料噴射部
７５６ 内管
７５８ 外管
７７０ バネ部材（付勢体）

Claims (8)

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、
   前記シリンダにおける前記ピストンのストローク方向の一端側に設けられ、該ピストンの摺動動作に応じて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設けられ、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部と、
   を備え、
   前記燃料噴射部は、
   内部と外部を貫通する内孔を有し、該内部に燃料ガスが導かれる内管と、
   内部と外部を貫通する外孔を有し、該内部に前記内管を収容して該内管とともに二重管を形成する外管と、
   前記内管または前記外管を前記ストローク方向に移動させて該内管と該外管との相対位置を変化させ、前記内孔と前記外孔とが重なる面積である開口量を変化させる駆動部と、
   を備え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. 前記内孔と前記外孔とが重なって形成される開口領域には、相対的に前記ストローク方向の一端側に位置する小流量開口領域、および、該小流量開口領域よりも該ストローク方向の他端側に位置する大流量開口領域が含まれ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. 前記内孔および前記外孔は、それぞれ、前記ストローク方向に離隔して複数設けられ、
   前記大流量開口領域を形成する前記内孔および前記外孔は、前記小流量開口領域を形成する該内孔および該外孔と、それぞれ該ストローク方向に離隔す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. 前記大流量開口領域は、前記小流量開口領域よりも、前記内孔と前記外孔とが長時間重なった状態となることを特徴とする請求項２または３に記載のユニフロー掃気式２サイクルエンジン。
5. 前記大流量開口領域は、前記小流量開口領域よりも、前記内孔と前記外孔とが早期に重なることを特徴とする請求項２から４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。
6. 前記大流量開口領域は、前記小流量開口領域よりも、前記内孔と前記外孔との重なりが遅れて解除されることを特徴とする請求項２から５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。
7. 前記大流量開口領域は、前記小流量開口領域よりも、前記開口量が大きくなることを特徴とする請求項２から６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。
8. 前記駆動部は、
   前記内管を前記相対位置の変化方向と平行に付勢する付勢体を有し、
   前記内管が、該内管に導かれる燃料ガスの圧力によって前記付勢体の付勢力に抗する方向に押圧されると、該燃料ガスの圧力変化によって、該内管と前記外管との相対位置が変化することを特徴とする請求項１から７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。

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