JPWO2014181867A1 - ユニフロー掃気式２サイクルエンジン - Google Patents

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Abstract

このユニフロー掃気式２サイクルエンジンは、シリンダ（１１０）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、活性ガスを吸入する掃気ポートと、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、掃気ポートの内周面、または、この内周面よりもシリンダの外側に設けられ、ストローク方向の位置を異にする複数の噴射部（１２６ｇ、１２６ｈ）とを備える。また、複数の噴射部は、ストローク方向の他端側にある１または複数の噴射部の組である第１噴射部群（１６０）と、第１噴射部群よりも、ストローク方向の一端側にある１または複数の噴射部の組である第２噴射部群（１６２）との、少なくとも２つの組に分けられ、第１噴射部群の噴射部は、第２噴射部群の噴射部より、燃料ガスの噴射停止が遅い。上記構成により、燃料ガスを均一に拡散させつつ、燃料ガスの吹き抜けを抑制するユニフロー掃気式２サイクルエンジンを提供することができる。

Description

本発明は、掃気ポートから吸入される活性ガスに燃料ガスを噴射して生成される予混合気を燃焼させるユニフロー掃気式２サイクルエンジンに関する。
本願は、２０１３年５月１０日に日本に出願された特願２０１３−１００５２７号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
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（２ストロークエンジン）では、シリンダにおけるピストンのストローク方向一端部に掃気ポートが設けられ、シリンダにおけるピストンのストローク方向他端部側に排気ポートが設けられている。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て排気される。このとき、吸入された活性ガスに燃料ガスを噴射して予混合気を生成し、生成された予混合気を圧縮することにより燃焼作用が得られ、この燃焼作用によって生じる爆発圧力によってピストンがシリンダ内で往復運動する。
こうしたユニフロー掃気式２サイクルエンジンにおいては、燃料ガスと活性ガスの混合が不十分な場合、局所的に燃料ガスの濃度が高くなってしまい、過早着火や未燃ガスの排出等の問題が生じる。そこで、例えば、特許文献１に示されるように、掃気ポートの内壁に連通孔を設け、ノズル管を連通孔から掃気ポートに突出させる。そして、ノズル管から掃気ポート内に燃料ガスを噴射し、活性ガスがシリンダ内に吸入される前に、燃料ガスとの混合を開始することで、シリンダ内における燃料ガスと活性ガスの混合時間を確保する技術が開示されている。
日本国特許第３９０８８５５号公報
ところで、燃料ガスの偏りを抑えて活性ガスに燃料ガスを均一に拡散させるため、連通孔から掃気ポートに突出させたノズル管の噴射口を、ピストンのストローク方向に離隔させて複数設ける構成が考えられる。また、かかる構成に限らず、シリンダの外側に、燃料ガスを噴射する噴射口を、ピストンのストローク方向に離隔させて複数設ける場合も想定される。
このように複数の噴射口を設けた場合に、複数の噴射口から同時に燃料ガスを噴射したり、複数の噴射口からの燃料ガスの噴射を同時に停止したりすると、噴射口によっては、噴出した燃料ガスが排気ポートから吹き抜けてしまう可能性がある。
本発明は、このような課題に鑑み、燃料ガスを均一に拡散させつつ、燃料ガスの吹き抜けを抑制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、本発明の第一の態様に係るユニフロー掃気式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、掃気ポートに吸入される活性ガスに燃料ガスを噴射する、掃気ポートの内周面、または、内周面よりもシリンダの外側に設けられた開口を含む、ピストンのストローク方向の位置を異にする複数の噴射部と、を備え、複数の噴射部は、ストローク方向の他端側にある１または複数の噴射部の組である第１噴射部群と、第１噴射部群よりも、ストローク方向の一端側にある１または複数の噴射部の組である第２噴射部群との、少なくとも２つの組に分けられ、第１噴射部群の噴射部は、第２噴射部群の噴射部より、燃料ガスの噴射停止が遅い。
また、上記課題を解決するために、本発明の第二の態様に係るユニフロー掃気式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、掃気ポートに吸入される活性ガスに燃料ガスを噴射する、掃気ポートの内周面、または、内周面よりもシリンダの外側に設けられた開口を含む、ピストンのストローク方向の位置を異にする複数の噴射部と、を備え、複数の噴射部は、ストローク方向の他端側にある１または複数の噴射部の組である第１噴射部群と、第１噴射部群よりも、ストローク方向の一端側にある１または複数の噴射部の組である第２噴射部群との、少なくとも２つの組に分けられ、第１噴射部群の噴射部は、第２噴射部群の噴射部より、燃料ガスの噴射開始が遅い。
上記第二の態様において、第１噴射部群の噴射部は、第２噴射部群の噴射部より、燃料ガスの噴射停止が遅くてもよい。
上記第一ないし第三の態様において、噴射部に供給される燃料ガスの流路を開閉する開閉弁をさらに備え、開閉弁から噴射部までの距離は、第１噴射部群の方が第２噴射部群よりも長くてもよい。
上記第一ないし第四の態様において、噴射部を出口端とする燃料ガスの流路は、第１噴射部群の方が第２噴射部群よりも、燃料ガスの流れに垂直な方向の流路面積が小さくてもよい。
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、燃料ガスを均一に拡散させつつ、燃料ガスの吹き抜けを抑制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。 燃料噴射部を説明するための、図１と同じ断面におけるシリンダの一部と燃料噴射部の断面図である。 図２ＡのＩＩ（ｂ）‐ＩＩ（ｂ）線に沿った断面図である。 図２Ｂの矢印ＩＩ（ｃ）に沿った矢視図である。 第１噴射部および第２噴射部を説明するための図である。 比較例における、シリンダ内の予混合気の流れを説明するための図である。 本実施形態における、シリンダ内の予混合気の流れを説明するための図である。 本実施形態における各制御部の動作を示す図である。 本発明の変形例における燃料噴射部を説明するための、本発明の第１変形例における、図３に対応する位置の拡大図である。 本発明の変形例における燃料噴射部を説明するための、本発明の第２変形例における、図３に対応する位置の拡大図である。 本発明の第３変形例における、図５に対応する図である。
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。
（第１の実施形態）
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（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、燃料噴射部１２６と、ロータリエンコーダ１３０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。
ユニフロー掃気式２サイクルエンジン１００では、吸気（給気）、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、ユニフロー掃気式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クランク室の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、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とに囲まれた燃焼室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。そのため、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させることができる。
排気ポート１１６は、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一端側の内周面（シリンダブロック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、それぞれ離隔して複数設けられている。そして、掃気ポート１２２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。
図２Ａ〜Ｃは、燃料噴射部１２６を説明するための図であり、図２Ａは、図１と同じ断面におけるシリンダ１１０の一部と燃料噴射部１２６を示し、図２Ｂは、図２ＡのＩＩ（ｂ）‐ＩＩ（ｂ）線に沿った断面を示し、図２Ｃは、図２Ｂの矢印ＩＩ（ｃ）に沿った矢視図を示す。図２Ａ〜Ｃにおいて、理解を容易とするため、燃料噴射部１２６の断面構造、および、ピストン１１２については図示を省略する。
図２Ａに示すように、燃料噴射部１２６は、シリンダ１１０とは別体に形成された混合管１２６ａ、１２６ｂを有する。混合管１２６ａ、１２６ｂは、それぞれ、シリンダ１１０の径方向外側を周方向に沿って囲む環状部材である。混合管１２６ａは、掃気ポート１２２よりもピストン１１２のストローク方向の他端側（図２Ａ中、上側）に配され、混合管１２６ｂは、掃気ポート１２２よりもピストン１１２のストローク方向の一端側（図２Ａ中、下側）に配される。
図２Ａに示すように、シリンダ１１０の外周面において、混合管１２６ａの上側に形成された溝１１０ｃには、リング１５６ａが嵌合しており、リング１５６ａによって混合管１２６ａの上側への移動を規制している。同様に、シリンダ１１０の外周面において、混合管１２６ｂの下側に形成された溝１１０ｄには、リング１５６ｂが嵌合しており、リング１５６ｂによって混合管１２６ｂの下側への移動を規制している。
また、図２Ｂに示すように、混合管１２６ｂは、シリンダ１１０をそれぞれ周方向に沿って半周ずつ囲む２つの部材１５８ａ、１５８ｂで構成され、部材１５８ａ、１５８ｂそれぞれの両端部に設けられた突出部１５８ｃ、１５８ｄがチェーンやナットなどで締結されている（所謂Ｇカップリング）。すなわち、混合管１２６ｂはシリンダ１１０を外周側から締め付けており、混合管１２６ｂとシリンダ１１０の接触部分の摩擦力によっても、混合管１２６ｂの図２Ａ中、上下方向の移動が制限される。ここでは、混合管１２６ｂの固定手段について説明したが、混合管１２６ａも、混合管１２６ｂと同様の構造で締結されている。
混合管１２６ａ、１２６ｂそれぞれの内部には、環状に延びる混合室が形成されている。各混合室は、ＬＮＧ（液化天然ガス）をガス化した燃料ガスが流れる燃料配管（図示せず）、および、活性ガスが流れる活性配管（図示せず）と連通している。そして、混合室において、燃料配管からの燃料ガスおよび活性配管からの活性ガスが混合され予混合気が生成される。ここで、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。
開閉弁１２６ｃは、混合管１２６ａの混合室と燃料配管および活性配管との連通部分に配され、開閉弁１２６ｄは、混合管１２６ｂの混合室と燃料配管および活性配管との連通部分に配される。開閉弁１２６ｃ、１２６ｄが開弁すると、燃料配管および活性配管から混合室へ燃料ガスおよび活性ガスが流入し、開閉弁１２６ｃ、１２６ｄが閉弁すると、燃料配管および活性配管から混合室への燃料ガスおよび活性ガスの流入が停止する。ただし、開閉弁１２６ｃ、１２６ｄは、排気制御部１５４によってそれぞれ個別に制御される。
流通管１２６ｅ、１２６ｆは、図２Ｃに示すように、混合管１２６ａと混合管１２６ｂの間に直列的に配される。流通管１２６ｅ、１２６ｆの一端は互いに対向配置されるとともに、流通管１２６ｅの他端は混合管１２６ａに固定され、流通管１２６ｆの他端は混合管１２６ｂに固定されている。また、流通管１２６ｅ、１２６ｆは、図２Ｂに示すように、シリンダ１１０の外周面のうち、隣り合う掃気ポート１２２の間に設けられる隔壁１２４ａに対向する位置（掃気ポート１２２の隔壁１２４ａの径方向外側）に、隔壁１２４ａごとに１つずつ配される。
流通管１２６ｅは、混合管１２６ａに連通し、混合管１２６ａから流入した燃料ガスを含む予混合気が流通する。また、流通管１２６ｆは、混合管１２６ｂに連通し、混合管１２６ｂから流入した燃料ガスを含む予混合気が流通する。このように、流通管１２６ｅ、と流通管１２６ｆとでは、それぞれ独立した流路が形成される。
図３は、第１噴射部１２６ｇと第２噴射部１２６ｈを説明するための図であり、図２Ｃの破線部分の拡大図を示す。図３に示すように、流通管１２６ｅには複数の第１噴射部１２６ｇ、流通管１２６ｆには複数の第２噴射部１２６ｈが形成されている。第１噴射部１２６ｇ、第２噴射部１２６ｈは、流通管１２６ｅ、１２６ｆの内周面と外周面を連通する孔（開口）である。
第１噴射部１２６ｇ、第２噴射部１２６ｈは、隣り合う掃気ポート１２２の間におけるシリンダ１１０の径方向外側（シリンダ１１０の外側）に位置し、流通管１２６ｅ、１２６ｆからシリンダ１１０の周方向に向かって開口している。また、それぞれの第１噴射部１２６ｇ、第２噴射部１２６ｈは、ピストン１１２のストローク方向の位置が異なる。
図の例では、第１噴射部１２６ｇ、第２噴射部１２６ｈは、混合管１２６ａと混合管１２６ｂの間の位置を境にして、ストローク方向の他端側（図３中、上側）にある４つの第１噴射部１２６ｇの組（第１噴射部群１６０）と、ストローク方向の一端側（図３中、下側）にある４つの第２噴射部１２６ｈの組（第２噴射部群１６２）の２つの組に分けられる。すなわち、第１噴射部群１６０と、第２噴射部群１６２は、ピストン１１２のストローク方向の位置が異なる。
そして、後述する燃料噴射制御部１５２からの指令を受けて、第１噴射部群１６０、第２噴射部群１６２に供給される燃料ガスや活性ガスの流路を開閉する開閉弁１２６ｃ、１２６ｄ（図２Ａ〜Ｃ参照）が開弁する。すると、唯一開口している第１噴射部群１６０、第２噴射部群１６２から予混合気が噴出し、掃気室１２４から掃気ポート１２２に向かって流れる活性ガスに向けて、燃料噴射部１２６の第１噴射部群１６０、第２噴射部群１６２から予混合気が吹きつけられる。このとき、掃気ポート１２２近傍における活性ガスには渦流が生じており、渦流によって活性ガスと予混合気の混合を促進することが可能となる。
図４Ａおよび図４Ｂは、シリンダ１１０内における予混合気の流れを説明する図であり、図４Ａは、比較例における予混合気の流れを示し、図４Ｂは、本実施形態における予混合気の流れを示す。図４Ａおよび図４Ｂ中、破線はシリンダ１１０内の気体の流速について、径方向に沿った位置ごとの相対的な速度差を示し、矢印ａ、ｂは、予混合気の流れの経路を示すとともに、矢印ａ、ｂの先端が所定タイミングにおける予混合気の流れの先頭の位置を示す。
例えば、すべての開閉弁１２６ｃ、１２６ｄを同時に開弁し、第１噴射部群１６０、第２噴射部群１６２から、ほぼ同時に予混合気が噴出したとする。すると、図４Ａに示すように、掃気ポート１２２のうち、ピストン１１２のストローク方向の他端側（図４Ａ中、上側）を通る予混合気は、シリンダ１１０内の外径側を流れる（矢印ａで示す）。
また、掃気ポート１２２のうち、ピストン１１２のストローク方向の一端側（図４Ａ中、下側）を通る予混合気は、シリンダ１１０内の内径側を流れる（矢印ｂで示す）。
このとき、シリンダ１１０内の気体は、シリンダ１１０の内周面に近接する部位において、内周面との摩擦および粘性の影響によってやや速度が低下するものの、全般に、シリンダ１１０の内径側よりも外径側の方が、上昇速度が速い。これは、スワールの影響により、シリンダ１１０の外径側の流速が速められているためである。また、図１に示すように、排気弁１２０は、排気ポート１１６に対向して、シリンダ１１０の内径側に位置している。これにより、排気ポート１１６と排気弁１２０の隙間がシリンダ１１０の外径側に開口していることも、シリンダ１１０の外径側の流速を内径側よりも速める要因となっている。
そのため、図４Ａにおいて、矢印ａで示す予混合気は、矢印ｂで示す予混合気よりも流速が速い。その結果、矢印ａで示す予混合気の流れの先頭が、矢印ｂで示す予混合気流れの先頭よりも先行したまま、排気ポート１１６に到達する。このように、予混合気の速度差が、排気弁１２０からの吹き抜けの要因となっている。
一方、本実施形態においては、開閉弁１２６ｃは、開閉弁１２６ｄよりも開弁のタイミングが遅い。すなわち、第１噴射部群１６０は、第２噴射部群１６２より、予混合気の噴射開始が遅い。
そのため、図４Ｂに示すように、掃気ポート１２２のうち、ピストン１１２のストローク方向の他端側（図４Ｂ中、上側）を通る予混合気（矢印ａで示す）は、ピストン１１２のストローク方向の一端側（図４Ｂ中、下側）を通る予混合気（矢印ｂで示す）よりも、シリンダ１１０内を遅れて流れる。
その結果、矢印ａ、ｂで示す予混合気が、ほぼ同じタイミングでシリンダヘッド１１０ａに到達し、燃焼室１４０で燃焼する。こうして、予混合気（燃料ガス）の吹き抜けが抑制され、吹き抜けに伴う排気系統に予混合気が排出されるリスクや燃費悪化が抑制される。
また、吹き抜けを抑制するために、すべての第１噴射部群１６０、第２噴射部群１６２からの燃料噴射の開始タイミングを遅らせる場合に比べ、第２噴射部群１６２の第２噴射部１２６ｈからの燃料噴射の開始タイミングを早くすることになる。従って、予混合気の噴射時間を長く確保することが可能となる。
また、本実施形態においては、予混合気の噴射開始のタイミングに加えて、噴射停止のタイミングも、第２噴射部群１６２と第１噴射部群１６０で異なる。すなわち、開閉弁１２６ｃは、開閉弁１２６ｄよりも閉弁のタイミングが遅く、第１噴射部群１６０の第１噴射部１２６ｇは、第２噴射部群１６２の第２噴射部１２６ｈより、予混合気の噴射停止が遅い。
ピストン１１２の移動に伴い、掃気ポート１２２は、一端側から他端側に徐々に閉塞される。仮に、すべての第１噴射部群１６０、第２噴射部群１６２からの予混合気の噴射を、第１噴射部群１６０からの予混合気が掃気ポート１２２に流入できる限界のタイミングで停止した場合、第２噴射部群１６２から噴射された予混合気が、ピストン１１２に邪魔をされてシリンダ１１０内に流入しない可能性がある。すると、予混合気は、掃気ポート１２２内やシリンダ１１０の外側（掃気室１２４）に滞留してしまう。
掃気ポート１２２内やシリンダ１１０の外側（掃気室１２４）に滞留した予混合気は、次に掃気ポート１２２が開いたとき、活性ガスと共にシリンダ１１０内に流入する。そして、この予混合気は、排気ガスの排出に伴って排気ポート１１６から吹き抜けてしまう可能性がある。
本実施形態では、第１噴射部群１６０は、第２噴射部群１６２より、予混合気の噴射停止が遅い。すなわち、第２噴射部群１６２は、第１噴射部群１６０より、予混合気の噴射停止が早い。そのため、掃気ポート１２２が一端側から他端側に徐々に閉塞されるタイミングに合わせて、予混合気の噴射が停止され、上記の吹き抜けを抑制することが可能となる。また、掃気室１２４内に予混合気が滞留するリスクも抑制される。
また、吹き抜けを抑制するためにすべての第１噴射部群１６０、第２噴射部群１６２からの燃料噴射の停止タイミングを早める場合に比べ、第１噴射部群１６０からの燃料噴射の停止タイミングを遅くすることになる。従って、予混合気の噴射時間を長く確保することが可能となる。
図１に戻って、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。
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、開閉弁１２６ｃ、１２６ｄ（図２Ａ参照）を制御する。
排気制御部１５４は、燃料噴射制御部１５２からの燃料噴射量にかかる信号、および、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、上述したユニフロー掃気式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５は、各制御部の動作を説明する図である。図５に示すように、燃焼行程後の排気行程では、排気ポート１１６および掃気ポート１２２が閉塞状態にあり、燃焼室１４０（シリンダ１１０内）には排気ガスが充満している。
燃焼室１４０の燃焼作用によって生じる爆発圧力により、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（図５に示すｔ１）。すると、掃気ポート１２２から活性ガスが吸入される。
そして、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に基づいて、開閉弁１２６ｃ、１２６ｄを開弁して、燃料噴射部１２６から掃気ポート１２２におけるシリンダ１１０の径方向外側に予混合気を噴射させる。これにより、掃気ポート１２２に吸入される前の活性ガスに予混合気が含まれる。
このとき、燃料噴射制御部１５２は、開閉弁１２６ｃを開弁して第２噴射部群１６２からの予混合気の噴射を開始させ（図５に示すｔ２）、続いて、開閉弁１２６ｄを開弁して第１噴射部群１６０からの予混合気の噴射を開始させる（図５に示すｔ３）。
予混合気は、活性ガスと、予混合気に含まれる燃料ガスと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、燃焼室１４０（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圧縮行程では、燃料噴射制御部１５２は、開閉弁１２６ｃを閉弁して第２噴射部群１６２からの予混合気の噴射を停止させ（図５に示すｔ４）、続いて、開閉弁１２６ｄを閉弁して第１噴射部群１６０からの予混合気の噴射を停止させる（図５に示すｔ５）。
その後、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、燃焼室１４０（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。
そして、さらにピストン１１２が上昇すると、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（図５に示すｔ６）。そして、燃焼室１４０の燃焼作用によって爆発が生じる。
このようにして、燃焼室１４０において予混合気が燃焼することにより、上記のとおりに、排気、吸気、圧縮、燃焼行程が繰り返される。
図６Ａ〜Ｃは、本発明の変形例における燃料噴射部２２６、３２６を説明するための図であり、図６Ａは、第１変形例における図３に対応する位置の拡大図を示し、図６Ｂは、第２変形例における図３に対応する位置の拡大図を示し、図６Ｃは、第３変形例における図５に対応する図を示す。
（第１変形例）
図６Ａに示すように、燃料噴射部２２６においては、混合管２２６ａが、混合管２２６ｂよりも掃気室１２４から離隔しており、流通管２２６ｅの長さが、流通管２２６ｆよりも長くなっている。すなわち、開閉弁１２６ｃから第１噴射部群１６０の第１噴射部２２６ｇまでの距離は、開閉弁１２６ｄから第２噴射部群１６２の第２噴射部２２６ｈまでの距離よりも長い。
そのため、燃料噴射制御部１５２が開閉弁１２６ｃ、１２６ｄの開閉タイミングをずらす制御をせず、開閉弁１２６ｃ、１２６ｄを同時に開閉しても、自動的に、第２噴射部群１６２の方が第１噴射部群１６０よりも予混合気の噴射開始および噴射停止が早くなる。そのため、開閉弁１２６ｃ、１２６ｄの制御処理が容易となるとともに、開閉弁１２６ｃ、１２６ｄを制御する制御系を共通化することが可能となる。
（第２変形例）
図６Ｂに示すように、燃料噴射部３２６においては、流通管３２６ｅの方が流通管３２６ｆよりも、予混合気（燃料ガス）の流れに垂直な方向に沿った流路の面積が小さい。すなわち、噴射部（第１噴射部３２６ｇ、第２噴射部３２６ｈ）を出口端とする予混合気の流路は、第１噴射部群１６０の方が第２噴射部群１６２よりも、予混合気の流れに垂直な方向の流路面積が小さい。流路面積が小さい方が、圧力損失の影響によって予混合気の流速が遅くなり、噴射部に到達するタイミングが遅れる。
そのため、第１変形例と同様、燃料噴射制御部１５２が開閉弁１２６ｃ、１２６ｄの開閉タイミングをずらす制御をせずともよい。従って、開閉弁１２６ｃ、１２６ｄの制御処理が容易となるとともに、開閉弁１２６ｃ、１２６ｄを制御する制御系も共通の配線を分岐させて用いることが可能となる。
（第３変形例）
第３変形例においては、第１噴射部１２６ｇ、第２噴射部１２６ｈの他に、第３噴射部が設けられている。第３噴射部は、第２噴射部１２６ｈよりもストローク方向の一端側に配され、第３噴射部で第３噴射部群が構成される。すなわち、噴射部は、２つの異なるストローク方向の位置を境界として、第１噴射部群１６０と、第２噴射部群１６２と、第３噴射部群に分けられる。
そして、図６Ｃに示すように、ストローク方向の一端側にある第３噴射部群の第３噴射部から、第２噴射部１２６ｈ、第１噴射部１２６ｇと、順次、予混合気の噴射が開始され、同じく、第３噴射部から、第２噴射部１２６ｈ、第１噴射部１２６ｇと、順次、予混合気の噴射が停止される。
このように、第３変形例においては、ストローク方向の位置によって３つの組に分けられ、ストローク方向の他端側にある組の方が、一端側にある組よりも、予混合気の噴射停止と噴射開始が遅い。かかる構成によれば、ストローク方向の位置ごとに、噴射部からの予混合気の噴射タイミングをさらに細かく制御でき、上記の吹き抜けの抑制の効果が向上する。
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、上述した実施形態では、噴射部（第１噴射部１２６ｇ、２２６ｇ、３２６ｇ、第２噴射部１２６ｈ、２２６ｈ、３２６ｈ）は、掃気ポート１２２の内周面よりもシリンダ１１０の外側に設けられた開口である場合について説明したが、掃気ポート１２２の内周面に設けられた開口であってもよい。
また、上述した実施形態では、第２噴射部群１６２に分けられた第２噴射部１２６ｈ、２２６ｈ、３２６ｈと、第１噴射部群１６０に分けられた第１噴射部１２６ｇ、２２６ｇ、３２６ｇが、ピストン１１２のストローク方向にそれぞれ４つずつ設けられる場合について説明したが、ピストン１１２のストローク方向に配される第１噴射部１２６ｇ、２２６ｇ、３２６ｇおよび第２噴射部１２６ｈ、２２６ｈ、３２６ｈの数は、それぞれ１つずつであってもよいし、４つ以外の複数であってもよい。
また、上述した実施形態では、第１噴射部群１６０の第１噴射部１２６ｇ、２２６ｇ、３２６ｇは、第２噴射部群１６２の第２噴射部１２６ｈ、２２６ｈ、３２６ｈより、予混合気（燃料ガス）の噴射開始および噴射停止の両方が遅い場合について説明した。しかし、第２噴射部群１６２は、第１噴射部群１６０より、予混合気の噴射開始および噴射停止のいずれか一方のみが遅くてもよい。この場合であっても、燃料ガスの吹き抜けを抑制することが可能となる。
また、上述した実施形態では、掃気室１２４から掃気ポート１２２に向かって流れる活性ガスに向け、第１噴射部群１６０および第２噴射部群１６２から燃料ガスと活性ガスとの予混合気を噴出させる場合について説明した。しかし、第１噴射部群１６０および第２噴射部群１６２から燃料ガスのみを噴射し、シリンダ１１０内における活性ガスとの混合により、予混合気を生成させる構成としてもよい。
本発明は、掃気ポートから吸入される活性ガスに燃料ガスを噴射して生成される予混合気を燃焼させ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。
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
１２２ 掃気ポート
１２６、２２６、３２６ 燃料噴射部
１２６ｇ、２２６ｇ、３２６ｇ 第１噴射部（噴射部）
１２６ｈ、２２６ｈ、３２６ｈ 第２噴射部（噴射部）
１６０ 第１噴射部群
１６２ 第２噴射部群

Claims (7)

  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、前記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、
    前記掃気ポートに吸入される活性ガスに燃料ガスを噴射する、前記掃気ポートの内周面、または、この内周面よりも前記シリンダの外側に設けられた開口を含む、前記ピストンのストローク方向の位置を異にする複数の噴射部と、
    を備え、
    前記複数の噴射部は、前記ストローク方向の他端側にある１または複数の噴射部の組である第１噴射部群と、第１噴射部群よりも、前記ストローク方向の一端側にある１または複数の噴射部の組である第２噴射部群との、少なくとも２つの組に分けられ、
    前記第１噴射部群の前記噴射部は、前記第２噴射部群の前記噴射部より、前記燃料ガスの噴射停止が遅いユニフロー掃気式２サイクルエンジン。
  2. 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、前記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、
    前記掃気ポートに吸入される活性ガスに燃料ガスを噴射する、前記掃気ポートの内周面、または、この内周面よりも前記シリンダの外側に設けられた開口を含む、前記ピストンのストローク方向の位置を異にする複数の噴射部と、
    を備え、
    前記複数の噴射部は、前記ストローク方向の他端側にある１または複数の噴射部の組である第１噴射部群と、第１噴射部群よりも、前記ストローク方向の一端側にある１または複数の噴射部の組である第２噴射部群との、少なくとも２つの組に分けられ、
    前記第１噴射部群の前記噴射部は、前記第２噴射部群の前記噴射部より、前記燃料ガスの噴射開始が遅いユニフロー掃気式２サイクルエンジン。
  3. 前記第１噴射部群の前記噴射部は、前記第２噴射部群の前記噴射部より、前記燃料ガスの噴射停止が遅い、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. 前記噴射部に供給される前記燃料ガスの流路を開閉する開閉弁をさらに備え、
    前記開閉弁から前記噴射部までの距離は、前記第１噴射部群の方が前記第２噴射部群よりも長い、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。
  5. 前記噴射部に供給される前記燃料ガスの流路を開閉する開閉弁をさらに備え、
    前記開閉弁から前記噴射部までの距離は、前記第１噴射部群の方が前記第２噴射部群よりも長い、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。
  6. 前記噴射部に供給される前記燃料ガスの流路を開閉する開閉弁をさらに備え、
    前記開閉弁から前記噴射部までの距離は、前記第１噴射部群の方が前記第２噴射部群よりも長い、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。
  7. 前記噴射部を出口端とする前記燃料ガスの流路は、前記第１噴射部群の方が前記第２噴射部群よりも、燃料ガスの流れに垂直な方向の流路面積が小さい、請求項１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。
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