JP6687155B2 - ユニフロー掃気式２サイクルエンジン - Google Patents

Description

本開示は、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、シリンダのうち、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、他端側に配されたシリンダカバーに排気ポートが設けられている。燃焼室で燃料が燃焼し、燃焼により生じた燃焼ガスから押圧されたピストンが掃気ポートより下死点側に移動すると、開口された掃気ポートからシリンダの内部に活性ガスが吸入され、燃料燃焼後の排気ガスが、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。

また、特許文献１には、燃料を液体燃料および燃料ガスで切り換える、所謂デュアルフューエル型のユニフロー掃気式２サイクルエンジンが記載されている。

日本国特開２０１５−１５１９６３号公報

液体燃料と燃料ガスでは、掃気ポートからシリンダの内部に活性ガスを流入させる最適なタイミングが異なる場合がある。そのため、液体燃料と燃料ガスの一方に合わせて掃気ポートの位置を設計すると、他方の燃料を用いた時に、適切なタイミングで活性ガスをシリンダの内部に流入させることが難しい場合がある。

また、燃料切換の有無にかかわらず、掃気ポートの開閉タイミングは、エンジンの効率に影響する。例えば、掃気ポートがピストンの上死点に近くなり開くタイミングが早くなると、膨張行程が短くなり効率低下を招く可能性があり、掃気ポートがピストンの下死点に近くなり閉じるタイミングが早くなると、掃気時間が短くなり十分な活性ガスを吸入できない可能性がある。

そこで、運転状況に応じて、掃気ポートを適切なタイミングで開閉させる技術の開発が希求されている。

本開示は、このような課題に鑑み、運転状況に応じた適切なタイミングで掃気ポートを開閉させ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、本開示の第１の態様のユニフロー掃気式２サイクルエンジンは、シリンダと、シリンダに形成され、ピストンが下死点に向かう過程で開口し、シリンダの内部に活性ガスを流入させる掃気ポートと、掃気ポートのうち、ピストンの上死点側の開口位置を、ピストンのストローク方向に変位させる可動部と、を備える。

本開示の第２の態様は、上記第１の態様のユニフロー掃気式２サイクルエンジンが、燃料を液体燃料および燃料ガスで切り換えるデュアルフューエル型である。

本開示の第３の態様は、上記第１または第２の態様のユニフロー掃気式２サイクルエンジンにおいて、シリンダは、掃気ポートが形成された下部シリンダと、下部シリンダよりも、ピストンの上死点側に配される上部シリンダと、を有し、可動部は、下部シリンダを、上部シリンダに対してピストンのストローク方向に変位させるように構成されている。

本開示の第４の態様は、上記第３の態様のユニフロー掃気式２サイクルエンジンにおいて、下部シリンダおよび上部シリンダのうちの一方のシリンダの端部が、他方のシリンダの内部にピストンのストローク方向に挿入されている。

本開示の第５の態様は、上記第４の態様のユニフロー掃気式２サイクルエンジンにおいて、下部シリンダの端部が、上部シリンダの内部に挿入され、下部シリンダが最も上死点側に変位した状態で、掃気ポートの上死点側の開口位置が、上部シリンダの下死点側の端部よりも、下死点側である。

本開示によれば、運転状況に応じた適切なタイミングで掃気ポートを開閉させ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。 可動部の構造を説明するための説明図である。 図２の３Ａ−３Ａ線視断面図である。 図２の３Ｂ−３Ｂ線視断面図である。 可動部の動作を説明するための説明図である。 変形例におけ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。

以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施形態について詳細に説明する。この実施形態に示す構成要素の寸法、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、本開示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、また本開示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。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、気体燃料である燃料ガスを主に燃焼させるガス運転モードと、液体燃料である燃料油を燃焼させるディーゼル運転モードのいずれかの運転モードを選択的に実行することができる。すなわち、ユニフロー掃気式２サイクルエンジン１００は、燃料を液体燃料および燃料ガスで切り換えるデュアルフューエル型のエンジンである。

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、シリンダカバー１１２と、ピストン１１４と、ピストンロッド１１６と、掃気ポート１１８と、掃気溜１２０と、掃気室１２２と、冷却器１２４と、整流板１２６と、ドレインセパレータ１２８と、燃焼室１３０と、排気ポート１３２と、排気弁１３４と、排気弁駆動装置１３６と、液体燃料噴射弁１３８と、燃料ガス主管１４０と、燃料噴射装置１４２と、環状配管１４４と、燃料配管１４６と、燃料噴出口１４８と、可動部１５０とを含んで構成される。以下、シリンダ１１０の中心軸方向（図１の紙面上下方向）において、シリンダカバー１１２側を上側と称し、掃気室１２２側を下側と称する場合がある。

ユニフロー掃気式２サイクルエンジン１００では、シリンダ１１０（シリンダライナ１１０ａ）内をピストン１１４が摺動し、ピストン１１４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、膨張が行われる。ピストン１１４には、ピストンロッド１１６の一端が固定されている。また、ピストンロッド１１６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１１４とともに往復移動する。ピストン１１４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。以下、ピストン１１４がシリンダ１１０の中心軸方向で往復移動する方向を、ピストン１１４のストローク方向と称する場合がある。

掃気ポート１１８は、シリンダ１１０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、間隔をあけて複数設けられている。そして、掃気ポート１１８は、ピストン１１４が下死点に向かう過程で開口し、シリンダ１１０の内部に活性ガスを流入させる。この活性ガスは、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。本実施形態の掃気ポート１１８は、シリンダ１１０の径方向視で、ストローク方向に延びる長円形に形成されているが、このような形状に限定されず、例えば、円形、楕円形、矩形、多角形等であってもよい。以下、ピストン１１４の下死点を単に下死点と称し、ピストン１１４の上死点を単に上死点と称する場合がある。

掃気溜１２０には、不図示の過給機あるいはブロワー等によって圧縮された活性ガス（例えば空気）が、冷却器１２４によって冷却されて封入されている。活性ガスは、掃気溜１２０を冷却器１２４から掃気室１２２に向けて流動する。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１２６によって整流された後、ドレインセパレータ１２８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１１４のストローク方向（以下、単にストローク方向と称す）の一端側（図１中、下側）を囲繞している。掃気室１２２には、掃気溜１２０から、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。

掃気室１２２には、掃気ポート１１８が開口している。ピストン１１４が掃気ポート１１８より下側に下降したとき、シリンダ１１０内と掃気室１２２とは掃気ポート１１８を通して互いに連通し、掃気ポート１１８は、掃気室１２２とシリンダ１１０内の差圧によって、掃気室１２２からシリンダ１１０内に活性ガスを吸入する。

燃焼室１３０は、ピストン１１４が上死点側にあるとき、シリンダ１１０の上端開口部を覆うように配されたシリンダカバー１１２（シリンダヘッド）と、シリンダライナ１１０ａと、ピストン１１４とに囲繞されてシリンダ１１０の内部に形成される。シリンダ１１０内に吸入された活性ガスおよび燃料ガスは、ピストン１１４によって燃焼室１３０に導かれる。

排気ポート１３２は、燃焼室１３０の、図１中、上側に形成され、シリンダ１１０内において燃料ガスが燃焼して生じた排気ガスをシリンダ１１０の外部に排出するために開閉される。排気弁１３４は、排気弁駆動装置１３６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１３２を開閉する。燃料ガスの燃焼後、排気弁１３４が開弁すると、掃気ポート１１８から流入した活性ガス（掃気）によって、シリンダ１１０内の排気ガスが排気ポート１３２から押し出される。

また、上記のように、本実施形態のユニフロー掃気式２サイクルエンジン１００には、ディーゼル運転モードとガス運転モードが設けられている。以下、主にディーゼル運転モードで用いられる液体燃料供給機構、および、主にガス運転モードで用いられる燃料ガス供給機構について説明する。

（液体燃料供給機構）
液体燃料噴射弁１３８は、シリンダカバー１１２に設けられ、先端が燃焼室１３０に突出しており、ディーゼル運転モードにおいて、燃焼室１３０に向かって先端から燃料油を噴射する。

（燃料ガス供給機構）
燃料ガス主管１４０は、不図示の燃料タンクに連通するとともに、燃料噴射装置１４２を介して環状配管１４４と連通している。燃料ガス主管１４０には、燃料タンクから燃料ガスが導かれており、燃料噴射装置１４２が駆動すると、燃料ガス主管１４０の燃料ガスが環状配管１４４に流入する。

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たガスである。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ガスを使用することもできる。

環状配管１４４は、シリンダ１１０の径方向外側に、掃気ポート１１８より、図１中、上側に配されており、シリンダ１１０の周方向に環状に延びてシリンダ１１０を囲繞する。環状配管１４４のうち、ストローク方向での掃気ポート１１８側（すなわち図１中の下側）には複数の燃料配管１４６が固定されている。燃料配管１４６は、それぞれの掃気ポート１１８に対し１つずつ配され、ストローク方向に延びている。以下、シリンダ１１０の径方向を単に径方向と称し、シリンダ１１０の周方向を単に周方向と称する場合がある。

燃料配管１４６は、シリンダ１１０のうち、周方向に隣り合う掃気ポート１１８の間の壁面に対向しており、燃料配管１４６のうち、この壁面との対向部位には、燃料噴出口１４８が形成されている。ここでは、掃気ポート１１８がシリンダ１１０の全周囲に亘って複数設けられていることから、掃気ポート１１８に合わせて燃料配管１４６（燃料噴出口１４８）も、シリンダ１１０の周方向に亘って複数設けられている。

燃料噴出口１４８は、環状配管１４４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。その結果、燃料ガスは、活性ガスの流れに合流して活性ガスとともに掃気ポート１１８からシリンダ１１０内に吸入される。

エンジンサイクルにおける所望の時点で、液体燃料噴射弁１３８から適量の（ディーゼル運転モードより少量の）燃料油が噴射される。この燃料油は、燃焼室１３０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１３０の温度が極めて高くなり、燃焼室１３０に導かれて圧縮された燃料ガスが燃焼する。ピストン１１４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。

燃料ガスと燃料油では、すなわちガス運転モードとディーゼル運転モードとでは、掃気ポート１１８からシリンダ１１０の内部に活性ガスを流入させる最適なタイミングが異なる場合がある。そのため、燃料ガスと燃料油の一方に合わせて掃気ポート１１８の位置を設計すると、他方の燃料を用いた時に、適切なタイミングで活性ガスをシリンダ１１０の内部に流入させることが難しい場合がある。

そこで、ユニフロー掃気式２サイクルエンジン１００は、掃気ポート１１８のストローク方向の位置を変化させる可動部１５０を備えている。

図２、図３Ａ、および図３Ｂは、可動部１５０の構造を説明するための説明図である。図２には、図１のうち、掃気ポート１１８近傍を抽出して示し、図３Ａには、図２の３Ａ−３Ａ線視断面を示し、図３Ｂには、図２の３Ｂ−３Ｂ線視断面を示す。ここでは、図３Ａ、３Ｂは、いずれもシリンダ１１０の中心軸を含む面による断面図を示す。

図２に示すように、シリンダ１１０（シリンダライナ１１０ａ）は、図２中、上側（図１のシリンダカバー１１２側）の上部シリンダ１５２と、上部シリンダ１５２より、図２中、下側（ピストン１１４の下死点側）に配された下部シリンダ１５４と、を含んで構成される。上部シリンダ１５２は、下部シリンダ１５４よりもピストン１１４の上死点側に位置し、掃気ポート１１８は、下部シリンダ１５４に形成されている。

上部シリンダ１５２のうち、図２中、下側（下部シリンダ１５４側）の下端部の内周面には、その内周面よりも径方向外側に向けて窪んだ上部溝１５２ａが設けられている。図３Ａ、３Ｂに示すように、上部溝１５２ａは、周方向に離隔して複数設けられ、ストローク方向に延びている。上部溝１５２ａは、上部シリンダ１５２の下方に向けて開放されている。

また、下部シリンダ１５４のうち、図２中、上側（上部シリンダ１５２側）の上端面１５４ａには、上部シリンダ１５２側に突出する下部突起１５４ｂが設けられている。下部突起１５４ｂは、上端面１５４ａのうち径方向内側の部分に設けられている。図３Ａ、３Ｂに示すように、下部突起１５４ｂは、周方向に離隔して複数、上部溝１５２ａと同じ間隔で設けられており、下部突起１５４ｂのストローク方向の長さ（高さ）は、上部溝１５２ａのストローク方向の長さと略等しい。

そして、下部シリンダ１５４の上端面１５４ａ（端部）が上部シリンダ１５２の内部にストローク方向に挿通（挿入）され、上部シリンダ１５２の複数の上部溝１５２ａに、下部シリンダ１５４の複数の下部突起１５４ｂがストローク方向に挿通されている。すなわち、下部シリンダ１５４のうち、下部突起１５４ｂを除いた上端部が、上部シリンダ１５２のうち、上部溝１５２ａより下側の下端部の内部に、ストローク方向で摺動可能に密に挿入されている。上部溝１５２ａに下部突起１５４ｂが嵌合することで、上部シリンダ１５２に対する下部シリンダ１５４の周方向の回転が規制される。ただし、上部溝１５２ａ内において下部突起１５４ｂはストローク方向に摺動可能であって、上部シリンダ１５２に対して下部シリンダ１５４がストローク方向に相対移動できる。

また、上部シリンダ１５２の内径（上部シリンダ１５２のうち、上部溝１５２ａより上側の部分の内径）と下部シリンダ１５４の内径は略等しく、下部突起１５４ｂが上部溝１５２ａに挿通された部位は、周方向の段差がほとんど生じないように設計されている。

可動部１５０は、上部シリンダ１５２と下部シリンダ１５４の連結部分に設けられ、上部シリンダ１５２に対して下部シリンダ１５４をストローク方向に移動させる。具体的には、可動部１５０は、油圧機構で構成されており、油圧ピストン１５６および油圧室１５８を有している。ただし、可動部１５０は油圧機構に限定されず、上部シリンダ１５２に対して下部シリンダ１５４をストローク方向に移動可能であるならば、どのような構成であってもよい。

上部シリンダ１５２の下端部のうち、上部溝１５２ａより径方向外側には、中空部１５２ｃが設けられている。中空部１５２ｃは、上部シリンダ１５２の周方向に離隔して複数（ここでは、例えば４つ）、上部シリンダ１５２の中心軸に対して対称に配置される。すなわち、中空部１５２ｃは、上部シリンダ１５２の周方向に等間隔に配置されている。油圧ピストン１５６は、ストローク方向に摺動可能に中空部１５２ｃの内部に配され、中空部１５２ｃをストローク方向に２つの空間に区分けする。

油圧室１５８は、中空部１５２ｃのうち、油圧ピストン１５６で区分けされた、図２中、下側（下部シリンダ１５４側）の空間である。油圧室１５８は、不図示のオイルポンプと連通しており、オイルポンプから油圧室１５８に昇圧された作動油が供給される。

油圧室１５８に作動油が供給されると、油圧室１５８に供給される作動油の油圧によって、油圧ピストン１５６は、図２中、上側に移動する。また、油圧室１５８から作動油が排出されると、重力によって油圧ピストン１５６が、図２中、下側に移動する。なお、例えば、中空部１５２ｃのうち油圧ピストン１５６で区分けされた２つの空間に昇圧された作動油が交互に供給されて、油圧ピストン１５６がストローク方向に往復移動する構成であってもよい。油圧ピストン１５６のストローク方向のいずれか一方側への移動は作動油によって行われ、他方側への移動は他の外力（重力やばね等の付勢力）によって行われてもよい。

油圧ピストン１５６のうち、図２中、下側には、シャフト１６０が固定されている。シャフト１６０は、上部シリンダ１５２のうち、油圧室１５８の、図２中、下側の壁部を貫通し、掃気ポート１１８より下側までストローク方向に延びている。シャフト１６０の下端部が、下部シリンダ１５４の外周面に設けられた突出部１５４ｃに固定される。

図４は、可動部１５０の動作を説明するための説明図である。図４の紙面上側に示された図４（ａ）は、下部シリンダ１５４が最上昇位置（下部シリンダ１５４がピストン１１４の上死点に最も近づいた位置、下部シリンダ１５４が上部シリンダ１５２に最も近づいた位置）にある状態を示しており、図４の紙面下側に示された図４（ｂ）は、下部シリンダ１５４が最下降位置（下部シリンダ１５４がピストン１１４の上死点から最もストローク方向に離間した位置、下部シリンダ１５４が上部シリンダ１５２から最もストローク方向に離間した位置）にある状態を示している。図４（ａ）、４（ｂ）に示すように、油圧ピストン１５６が油圧等によって、図４中、上側に移動すると、シャフト１６０を介して油圧ピストン１５６に連結されている下部シリンダ１５４も上側に移動する。同様に、油圧ピストン１５６が油圧等によって、図４中、下側に移動すると、下部シリンダ１５４も下側に移動する。

このように、可動部１５０によって、上部シリンダ１５２に対する下部シリンダ１５４の位置がストローク方向に変位する構成となっている。その結果、下部シリンダ１５４に設けられた掃気ポート１１８の位置も、ストローク方向に変位する。すなわち、掃気ポート１１８のうち、ピストン１１４の上死点側の開口位置１１８ａが、ストローク方向に変位する。言い換えれば、可動部１５０によって、掃気ポート１１８のうち、ピストン１１４の上死点側の開口縁の位置（ピストン１１４の上死点に最も近い開口縁の位置、上部シリンダ１５２に最も近い開口縁の位置）が、ストローク方向に変化可能となっている。

上記のように、燃料ガスと燃料油では、掃気ポート１１８からシリンダ１１０の内部に活性ガスを流入させる最適なタイミングが異なる場合がある。具体的には、燃料油を用いる場合には、燃料の燃焼後、膨張行程を長く確保するために、掃気ポート１１８を上死点から遠い位置（図４中、下側）に配置する方がよい場合がある。一方、燃料ガスを用いる場合には、過早着火の原因となる燃焼室１３０内の高温の排気ガスを多く排出するために、掃気ポート１１８を上死点側（図４中、上側）に配置して活性ガスによる掃気を早く開始する方がよい場合がある。

燃料油を用いるディーゼル運転モードにおいては、図４（ｂ）に示すように、下部シリンダ１５４を下側に移動させ、燃料ガスを用いるガス運転モードにおいては、図４（ａ）に示すように、下部シリンダ１５４を上側に移動させることで、掃気ポート１１８からシリンダ１１０の内部に活性ガスを適切なタイミングで流入させることが可能となる。その結果、ディーゼル運転モードでは、膨張行程を長く確保して効率向上を図るとともに、ガス運転モードでは、過早着火し難くなった分、燃料ガスの噴射量を増やして出力を上昇させることが可能となる。

また、図４（ａ）に示すように、下部シリンダ１５４が最も上死点側に変位した状態で、掃気ポート１１８の上死点側の開口位置１１８ａが、上部シリンダ１５２の下端面１５２ｂ（下死点側の端部）よりも、下死点側となっている。

そのため、掃気ポート１１８の一部を上部シリンダ１５２が覆ってしまい、上部シリンダ１５２によって掃気ポート１１８からの活性ガスの流入が妨げられるといった事態を回避し、適切なタイミングでの活性ガスの流入を実現することが可能となる。

図５は、上記実施形態の変形例におけるユニフロー掃気式２サイクルエンジン２００の全体構成を示す説明図である。上述した実施形態では、燃料ガス供給機構の燃料噴出口１４８が燃料ガスを、掃気ポート１１８に吸入される活性ガスに噴射する場合について説明した。この変形例においては、シリンダ１１０のうち、掃気ポート１１８と排気ポート１３２の間の部分に、燃料ガス供給機構の燃料噴射ポート２０２が設けられている。

燃料噴射ポート２０２は、シリンダ１１０の周方向に離隔して複数設けられている。それぞれの燃料噴射ポート２０２には、燃料噴射弁２０４が配設されている。燃料噴射弁２０４には、燃料配管２０６に連通しており、燃料配管２０６から導かれる燃料ガスを燃料噴射弁２０４が燃料噴射ポート２０２を通してシリンダ１１０内に噴射する。

このように、燃料ガス供給機構は、燃料噴出口１４８が燃料ガスを、掃気ポート１１８に吸入される活性ガスに噴射する構成に限らず、シリンダ１１０に燃料噴射ポート２０２を設けて、燃料噴射ポート２０２からシリンダ１１０内に燃料ガスを供給する構成であってもよい。

以上、添付図面を参照しながら本開示の実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態には限定されない。上記実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本開示の技術的範囲において設計要求等に基づき、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。

例えば、上述した実施形態および変形例では、シリンダ１１０が上部シリンダ１５２と下部シリンダ１５４を含んで構成され、可動部１５０が、下部シリンダ１５４を、上部シリンダ１５２に対してストローク方向に変位させる場合について説明した。しかし、シリンダ１１０を上部シリンダ１５２と下部シリンダ１５４に分けず、可動部１５０は、例えば、掃気ポート１１８の上死点側の一部を塞ぐことで、掃気ポート１１８の上死点側の開口位置１１８ａ（すなわち、掃気ポート１１８の上死点側の開口縁の位置）を変位させてもよい。ただし、シリンダ１１０が上部シリンダ１５２と下部シリンダ１５４を含んで構成され、可動部１５０が、下部シリンダ１５４を、上部シリンダ１５２に対してストローク方向に変位させることで、掃気ポート１１８全体のストローク方向の変位が可能となる。すなわち、掃気ポート１１８の上死点側の開口縁の位置がストローク方向で変化する構成であってもよいし、掃気ポート１１８全体がストローク方向で変位する構成であってもよい。

また、上述した実施形態および変形例では、ユニフロー掃気式２サイクルエンジン１００、２００が、燃料を液体燃料および燃料ガスで切り換えるデュアルフューエル型のエンジンである場合について説明した。しかし、ユニフロー掃気式２サイクルエンジン１００、２００は、デュアルフューエル型に限らず、液体燃料および燃料ガスの一方のみを用いるエンジンであってもよい。ただし、ユニフロー掃気式２サイクルエンジンがデュアルフューエル型である場合、ガス運転モードとディーゼル運転モードそれぞれにおいて、適切なタイミングで掃気ポート１１８を開き、活性ガスをシリンダ１１０の内部に流入させ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、運転モードに応じて、下部シリンダ１５４をストローク方向に変位させる場合について説明した。しかし、運転モードに限らず、エンジンの行程に応じて下部シリンダ１５４をストローク方向に変位させてもよい。例えば、膨張行程においては、図４（ｂ）に示すように、下部シリンダ１５４を下死点側に位置させておき、その結果、掃気ポート１１８が開き始めるタイミングが遅くなり、膨張行程を長くして効率向上を図ることができる。

一方、圧縮行程においては、図４（ａ）に示すように、下部シリンダ１５４を上死点側に位置させておき、その結果、掃気ポート１１８が閉塞されるタイミングが遅くなり、掃気（吸気）時間を長くして、活性ガスの流入および排気ガスの排出を効率的に遂行することが可能となる。

また、ガス運転モードとディーゼル運転モードのうちのいずれか一方の運転モードであるときに、エンジン効率の向上のために、エンジンの運転状況（加速時や減速時）や回転数に応じて、掃気ポート１１８の上死点側の開口縁の位置や掃気ポート１１８全体の位置をストローク方向で変化させる構成であってもよい。

また、上述した実施形態および変形例では、下部シリンダ１５４の端部（上端部）が、上部シリンダ１５２の内部（下端部の内部）に挿通（挿入）される場合について説明したが、上部シリンダ１５２の端部（下端部）が下部シリンダ１５４の内部（上端部の内部）に挿通（挿入）されていてもよい。ただし、下部シリンダ１５４の端部が、上部シリンダ１５２の内部に挿通される場合、下部シリンダ１５４の外径を小さくして軽量化でき、可動部１５０に要する駆動力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、下部シリンダ１５４が最も上死点側に変位した状態で、掃気ポート１１８の上死点側の開口位置１１８ａが、上部シリンダ１５２の下死点側の端部よりも下死点側である場合について説明したが、掃気ポート１１８の上死点側の開口位置は、上部シリンダ１５２の下死点側の端部と同じか、上死点側に位置してもよい。

また、上述した実施形態および変形例では、上部溝１５２ａおよび下部突起１５４ｂが、それぞれ周方向に離隔して複数設けられる場合について説明したが、上部溝１５２ａおよび下部突起１５４ｂは必須の構成ではない。ただし、上部溝１５２ａおよび下部突起１５４ｂを設けることで、上部シリンダ１５２に対する下部シリンダ１５４の周方向の回転を簡易な構成で規制できる。また、上部溝１５２ａおよび下部突起１５４ｂを各々複数設けることで、ピストン１１４に設けられたピストンリングの合口（合口を形成する端部）が、上部溝１５２ａや、周方向に隣り合う下部突起１５４ｂの間の部分に引っ掛かかることを抑制でき、ピストン１１４がシリンダ１１０の内周面に対して滑らかに摺動することが可能となる。上部溝１５２ａおよび下部突起１５４ｂの周方向の設置数を多くすれば、ピストン１１４に設けられたピストンリングの合口が上部溝１５２ａ等に引っ掛かかることをさらに抑制できる。

上述した実施形態および変形例では、シリンダ１１０の中心軸方向において、シリンダカバー１１２側を上側と称し、掃気室１２２側を下側と称しているが、これは実際の使用時におけるユニフロー掃気式２サイクルエンジン１００、２００の姿勢を限定するものではなく、適切な動作が確保できるのであればどのような姿勢で使用してもよい。

本開示は、シリンダに掃気ポートが形成されたユニフロー掃気式２サイクルエンジンに利用することができる。

１００、２００ ユニフロー掃気式２サイクルエンジン
１１０ シリンダ
１１４ ピストン
１１８ 掃気ポート
１１８ａ 開口位置
１５０ 可動部
１５２ 上部シリンダ
１５２ｂ 下端面（端部）
１５４ 下部シリンダ
１５４ａ 上端面（端部）

Claims (4)

1. シリンダと、
   前記シリンダに形成され、ピストンが下死点に向かう過程で開口し、該シリンダの内部に活性ガスを流入させる掃気ポートと、
   前記掃気ポートのうち、前記ピストンの上死点側の開口位置を、該ピストンのストローク方向に変位させる可動部と、を備え、
   前記シリンダは、
   前記掃気ポートが形成された下部シリンダと、
   前記下部シリンダよりも、前記ピストンの上死点側に配される上部シリンダと、を有し、
   前記可動部は、前記下部シリンダを、前記上部シリンダに対して前記ピストンのストローク方向に変位させるように構成されているユニフロー掃気式２サイクルエンジン。
2. 前記下部シリンダおよび前記上部シリンダのうちの一方のシリンダの端部は、他方のシリンダの内部に前記ピストンのストローク方向に挿入されている請求項３に記載のユニフロー掃気式２サイクルエンジン。
3. 前記下部シリンダの端部は、前記上部シリンダの内部に挿入され、
   前記下部シリンダが最も前記上死点側に変位した状態で、前記掃気ポートの前記上死点側の開口位置が、前記上部シリンダの前記下死点側の端部よりも、前記下死点側である請求項５に記載のユニフロー掃気式２サイクルエンジン。
4. 燃料を液体燃料および燃料ガスで切り換えるデュアルフューエル型である請求項３、５及び７のいずれか一項に記載のユニフロー掃気式２サイクルエンジン。

Images