WO2014034796A1 - ユニフロー掃気式２サイクルエンジン - Google Patents

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敬之 山田
孝行 廣瀬
喬弘 久下
山田　剛
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Definitions

  • the present invention relates to a uniflow scavenging two-cycle engine that burns a premixed gas generated by injecting fuel gas into active gas sucked from a scavenging port.
  • a uniflow scavenging two-cycle engine (two-stroke engine) that is also used as a marine engine is provided with an exhaust port at one end in a stroke direction of a piston in a cylinder.
  • a scavenging port is provided on the other end side in the stroke direction.
  • the cylinder is provided with a fuel injection valve that injects fuel gas.
  • a fuel injection valve that injects fuel gas.
  • a plurality of fuel injection valves are provided in the circumferential direction of the cylinder, and fuel gas is injected simultaneously from the plurality of fuel injection valves.
  • the fuel gas is simultaneously injected from all the fuel injection valves toward the center of the cylinder. There are cases where it cannot be distributed.
  • the fuel gas can be widely distributed throughout the cylinder, the operation performance can be further improved. Therefore, further improvement of fuel gas injection is desired.
  • the present invention provides a uniflow scavenging two-cycle engine that can spread the fuel gas widely throughout the cylinder by devising the configuration of the fuel injection valve and can further improve the operating performance.
  • the purpose is to do.
  • a uniflow scavenging two-cycle engine includes a cylinder in which a combustion chamber is formed, a piston that slides in the cylinder, an exhaust port provided at one end of the piston in the stroke direction of the cylinder, and an exhaust port
  • An exhaust valve that opens and closes the cylinder, a scavenging port that is provided on the inner peripheral surface of the cylinder on the other end side in the stroke direction of the piston, and draws the active gas into the combustion chamber according to the sliding movement of the piston;
  • a plurality of fuel injection valves for generating a premixed gas by injecting fuel gas into the active gas sucked into the fuel, and a fuel injection for changing the injection direction of the fuel gas injected from some or all of the plurality of fuel injection valves A control unit.
  • the uniflow scavenging two-cycle engine further includes a load determination unit that determines whether the uniflow scavenging two-cycle engine is in a high load state or a low load state, and the fuel injection control unit includes: When the load state detected by the load determination unit is a high load state, the load determination unit detects the fuel gas injection direction in a first direction that is a direction along the swirling flow of the active gas sucked into the cylinder. When the loaded state is a low load state, the fuel gas injection direction may be directed to the second direction, which is the direction toward the central axis side of the cylinder from the first direction.
  • the uniflow scavenging two-cycle engine further includes a blow-out detection unit that detects the amount of blow-through of the fuel gas from the exhaust port, and the fuel injection control unit blows through the fuel gas detected by the blow-out detection unit.
  • the fuel gas injection direction may be directed toward the scavenging port in the stroke direction of the piston as compared with the case where the fuel gas blow-through amount is less than the threshold value.
  • the plurality of fuel injection valves may have a variable flow path cross-sectional area in any flow path from the inside of the fuel injection valve through which the fuel gas flows to the injection port.
  • the fuel gas can be spread widely throughout the cylinder, and the operating performance can be further improved.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram showing the overall configuration of the uniflow scavenging two-cycle engine 100.
  • the uniflow scavenging two-cycle engine 100 of the present embodiment is used for, for example, ships.
  • the uniflow scavenging two-cycle engine 100 includes a cylinder 110 (cylinder head 110a and cylinder block 110b), a piston 112, a pilot injection valve 114, an exhaust port 116, an exhaust valve driving device 118, and an exhaust valve.
  • 120 scavenging port 122, scavenging chamber 124, fuel injection port 126, fuel injection valve 128, rotary encoder 130, blow-out detection unit 132, and combustion chamber 140.
  • (Speed machine) 150 a fuel injection control unit 152, an exhaust control unit 154, and the like.
  • a piston 112 connected to a cross head is slidably reciprocated in a cylinder 110 through four successive strokes of intake (supply), compression, combustion, and exhaust.
  • intake supply
  • compression combustion
  • exhaust exhaust
  • the stroke in the cylinder 110 can be formed relatively long, and the side pressure acting on the piston 112 can be received by the cross head, so a uniflow scavenging two-cycle engine
  • the output of 100 can be increased.
  • the cylinder 110 and a crank chamber (not shown) in which the crosshead is accommodated are isolated, deterioration of contamination can be prevented even when using low quality fuel oil.
  • the pilot injection valve 114 is provided in the cylinder head 110a above the top dead center of the piston 112, which is one end of the cylinder 110 in the stroke direction, and injects an appropriate amount of fuel oil at a desired time in the engine cycle.
  • This fuel oil spontaneously ignites with the heat of the combustion chamber 140 surrounded by the cylinder head 110a, the cylinder liner in the cylinder block 110b, and the piston 112, and burns in a short time. Therefore, the premixed gas containing the fuel gas can be reliably ignited and burned at a desired timing.
  • the exhaust port 116 is an opening provided at one end of the cylinder 110 in the stroke direction of the piston 112, that is, at the top of the cylinder head 110 a above the top dead center of the piston 112. It is opened and closed to exhaust the exhaust gas.
  • the exhaust valve driving device 118 opens and closes the exhaust port 116 by sliding the exhaust valve 120 up and down at a predetermined timing. The exhaust gas exhausted through the exhaust port 116 in this manner is supplied to the turbine side of a turbocharger (not shown) and then exhausted to the outside.
  • the scavenging port 122 is an opening provided on the inner peripheral surface (the inner peripheral surface of the cylinder block 110 b) on the other end side in the stroke direction of the piston 112 in the cylinder 110, and the cylinder 110 according to the sliding operation of the piston 112.
  • the active gas is inhaled inside.
  • This active gas contains an oxidizing agent such as oxygen and ozone, or a mixture thereof (for example, air).
  • the scavenging chamber 124 is filled with active gas (for example, air) pressurized by a compressor of a supercharger (not shown), and the active gas is sucked from the scavenging port 122 with a differential pressure in the scavenging chamber 124 and the cylinder 110. .
  • the pressure in the scavenging chamber 124 can be substantially constant. However, when the pressure in the scavenging chamber 124 changes, a pressure gauge may be provided in the scavenging port 122 and other parameters such as the fuel gas injection amount may be controlled in accordance with the measured value.
  • the fuel injection port 126 has a predetermined interval on the inner circumferential surface of the cylinder 110 (between the exhaust port 116 and the scavenging port 122) in a substantially circumferential direction (allowing displacement not only in the strict circumferential direction but also in the stroke direction).
  • a substantially circumferential direction allowing displacement not only in the strict circumferential direction but also in the stroke direction.
  • the fuel injection valve 128 is disposed in each fuel injection port 126 and receives a command from the fuel injection control unit 152 and injects, for example, fuel gas obtained by gasifying LNG (liquefied natural gas). In this way, the fuel gas is supplied into the cylinder 110. Further, the fuel gas is not limited to LNG, and for example, gasified LPG (liquefied petroleum gas), light oil, heavy oil, or the like can be applied.
  • LNG liquefied natural gas
  • the rotary encoder 130 is provided in a crank mechanism (not shown) and detects a crank angle signal (hereinafter referred to as a crank angle signal).
  • the blow-out detection unit 132 is provided in an exhaust passage communicating with the exhaust port 116, and the amount of fuel gas injected from the fuel injection valve 128 is discharged from the exhaust port 116 without remaining in the combustion chamber and remaining unburned (blow-through amount). ) Is detected.
  • the blowout detector 132 detects the amount of fuel gas blown out from the exhaust port 116 by detecting the hydrocarbon (hydrocarbon) concentration in the exhaust gas discharged from the cylinder 110.
  • the blow-out detection unit 132 outputs a blow-out detection signal indicating the blow-through amount to the fuel injection control unit 152.
  • the governor 150 derives the fuel injection amount based on the engine output command value input from the host controller and the engine speed based on the crank angle signal from the rotary encoder 130, and outputs the fuel injection amount to the fuel injection control unit 152.
  • the fuel injection control unit 152 controls the fuel injection valve 128 by a control signal based on the information indicating the fuel injection amount input from the governor 150, the crank angle signal from the rotary encoder 130, and the blowout detection signal.
  • the fuel injection control unit 152 also functions as a load determination unit, and based on the information indicating the fuel injection amount input from the governor 150, the uniflow scavenging two-cycle engine 100 is in a high load state. Determine whether there is a low load condition.
  • the exhaust control unit 154 outputs an exhaust valve operation signal to the exhaust valve driving device 118 based on the information indicating the fuel injection amount from the fuel injection control unit 152 and the crank angle signal from the rotary encoder 130.
  • the operation of each control unit in the engine cycle of the above-described uniflow scavenging two-cycle engine 100 will be described.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram showing the operation of each control unit. As shown in FIG. 2, in the exhaust stroke after the combustion stroke, the exhaust port 116 and the scavenging port 122 are in a closed state, and the combustion chamber 140 (inside the cylinder 110) is filled with exhaust gas.
  • the exhaust control unit 154 opens the exhaust valve 120 through the exhaust valve driving device 118, and the piston 112 slides.
  • the scavenging port 122 opens according to the operation (t1 shown in FIG. 2).
  • the active gas is sucked from the scavenging port 122, and the active gas rises while forming a swirl (swirl flow) for promoting the mixing of the fuel gas, and the exhaust gas in the combustion chamber 140 (in the cylinder 110) is discharged. Push out from the exhaust port 116.
  • the scavenging port 122 is closed and the suction of the active gas is stopped.
  • the exhaust control unit 154 maintains the exhaust valve 120 in an open state, and the exhaust gas in the combustion chamber 140 (inside the cylinder 110) continues to be exhausted from the exhaust port 116 as the piston 112 rises.
  • the fuel injection control unit 152 causes the piston 112 to change the fuel injection valve 128 based on the information indicating the fuel injection amount input from the governor 150, the engine speed derived from the crank angle signal from the rotary encoder 130, and the like.
  • the fuel gas is injected from the fuel injection valve 128 into the cylinder 110 (t2 shown in FIG. 2).
  • the fuel gas is injected into the active gas sucked from the scavenging port 122, and a premixed gas is generated in the combustion chamber 140 (inside the cylinder 110). Thereafter, when the piston 112 further rises and approaches the top dead center of the fuel injection valve 128, the exhaust control unit 154 closes the exhaust valve 120 and closes the exhaust port 116 (t3 shown in FIG. 2).
  • the premixed gas burns in the combustion chamber 140, and thus, exhaust, intake (supply), compression, combustion, and expansion strokes are repeated as described above.
  • exhaust, intake (supply), compression, combustion, and expansion strokes are repeated as described above.
  • the fuel injection valve 128 is configured to always spread the fuel gas widely throughout the cylinder 110 (combustion chamber 140), the fuel gas may not burn when the engine is in a low load state. Therefore, in the present embodiment, the fuel injection valve 128 is configured as follows in order to inject the fuel gas to a suitable place according to the operating condition.
  • FIG. 3A, 3B, and 3C are diagrams for explaining the fuel injection valve 128.
  • FIG. 3A shows a horizontal cross section of the position where the fuel injection port 126 is formed in the cylinder 110
  • FIG. 3C is an enlarged view of a portion of the fuel injection valve 128 in FIG. 3A.
  • the fuel injection valve 128 can change the injection direction of the fuel gas according to the control signal output from the fuel injection control unit 152.
  • the fuel injection valve 128 maintains a dimensional relationship that is substantially the same as the diameter of the flow path 110c through which the fuel gas formed in the cylinder block 110b flows.
  • the main body 210 that rotates about the two axes of the shaft P and the axis Q, the injection port 212 formed on one end side of the main body unit 210, and the other end side of the main body unit 210.
  • An inlet 214 having a diameter larger than 212 and a through hole 220 that is continuous with the injection port 212 and the inlet 214 and penetrates the main body 210 are configured.
  • the through-hole 220 includes a directing portion 220a having a diameter substantially the same as that of the injection port 212 and a continuous portion 220b in which the directing portion 220a and the introduction port 214 are continuous.
  • the drive unit (not shown) receives the control signal output from the fuel injection control unit 152
  • the main unit 210 of the fuel injection valve 128 is controlled to rotate so that the fuel injection valve 128 is in the first state shown in FIG. 3B. And the second state shown in FIG. 3C.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the injection direction of the fuel gas, and shows a horizontal section of the position where the fuel injection port 126 in the cylinder 110 is formed.
  • 5A, 5B, and 5C are vertical cross-sectional views of the position where the fuel injection port 126 is formed in the cylinder 110
  • FIG. 5A is a cross-sectional view taken along line V (a) -V (a) in FIG. 5B shows a cross section taken along line V (b) -V (b) in FIG. 4
  • FIG. 5C controls the fuel injection valve 128 based on the blowout detection signal output from the blowout detection unit 132. The cross section when doing is shown.
  • the fuel injection valve 128 arranged in the first state described above is denoted by reference numeral 128a
  • the fuel injection valve 128 disposed in the second state described above is denoted by reference numeral 128b.
  • the main body 210 rotates and the fuel injection valve 128a is arranged in the first state, that is, the through hole 220 in a direction intersecting the extending direction of the flow path 110c. Is arranged (see FIG. 3B), the swirl of the active gas sucked into the cylinder 110 (combustion chamber 140), that is, the direction along the swirl flow (broken arrow indicated by reference numeral 300 in FIG. 4) The fuel gas is injected in one direction (in the direction indicated by the solid line arrow 232 in FIG. 4).
  • the direction along the swirling flow (swirl) of the active gas is not limited to the case where the flow direction of the active gas and the injection direction of the fuel gas are completely coincident with each other, and the fuel gas flows in the flow of the active gas. If there is a relationship to ride smoothly.
  • an angle ⁇ (see FIG. 4) formed by the swirling flow direction (flow direction) of the active gas and the fuel gas injection direction is 0 ° ⁇ ⁇ 90. If it is °.
  • the fuel gas injected from the fuel injection valve 128b in the second state only needs to be closer to the central axis side of the cylinder 110 than the fuel gas injected from the fuel injection valve 128a in the first state.
  • the fuel injection valve 128b injects fuel gas in the horizontal direction toward the central axis of the cylinder 110, and the fuel injection valve 128a is in the horizontal direction as shown in FIG. 5B.
  • the fuel gas is injected vertically upward.
  • the injection angle in the vertical direction of the fuel gas injected from the fuel injection valve 128a and the fuel injection valve 128b may be set as appropriate. Therefore, for example, the fuel gas may be injected in the horizontal direction from the fuel injection valve 128a, or the fuel gas may be injected from the second fuel injection valve 128b vertically upward from the horizontal direction.
  • the fuel from the fuel injection valve 128 is directed vertically downward (scavenging port 122 side) from the horizontal direction. May be injected.
  • the fuel injection control unit 152 can switch the fuel injection valve 128 between the first state and the second state, that is, change the injection direction of the fuel gas injected from the fuel injection valve 128.
  • the fuel gas can be injected to a suitable location according to the operating state of the uniflow scavenging two-cycle engine 100.
  • the fuel injection control unit 152 controls the rotation of the fuel injection valve 128 to the first state.
  • the fuel injection valve 128 injects fuel gas in the direction along the swirl of the active gas sucked into the cylinder 110 (combustion chamber 140).
  • the fuel gas can be widely distributed throughout the cylinder 110 (combustion chamber 140). Therefore, the driving performance can be improved as compared with the conventional case.
  • the fuel injection control unit 152 controls the rotation of the fuel injection valve 128 to the second state.
  • the fuel injection valve 128 injects fuel gas toward the central axis of the cylinder 110.
  • FIGS. 6A and 6B are diagrams for explaining a specific example of the flow path adjustment mechanism 230.
  • the flow path adjustment mechanism 230 is provided in the injection port 212, and includes, for example, 12 movable pieces 232 as shown in FIGS. 6A and 6B.
  • the flow path adjustment mechanism 230 In the first state shown in FIG. 6A, the flow path adjustment mechanism 230 has a maximum flow path cross-sectional area.
  • each movable piece 232 is moved from the first state so that the tip portions 232a come into contact with each other, that is, the tip portions 232a are arranged inside the flow path adjustment mechanism 230. Transition to the second state.
  • the flow path adjusting mechanism 230 can change the flow path cross-sectional area of the through hole 220.
  • the flow path adjustment mechanism 230 is not limited to the injection port 212, and any flow path (directing portion 220 a, directing portion 220 a, or the like) from the introduction port 214 (inside the fuel injection valve 128) to the injection port 212 in the through hole 220 through which the fuel gas flows. It may be provided in the continuous part 220b). By providing the flow path adjustment mechanism 230, the flow rate of the fuel gas injected into the cylinder 110 from the injection port 212 of the fuel injection valve 128 can be adjusted.
  • the flow path adjustment mechanism of the fuel injection valve 128 is not limited to the configuration of the flow path adjustment mechanism 230 described above as long as the fuel gas can be injected at a desired flow rate.
  • a mechanism for opening and closing the directing unit 220a by providing a plurality of directing units 220a independently is a flow rate adjusting mechanism.
  • the flow passage cross-sectional area of the through hole 220 may be variable by controlling the number of the directing portions 220a that are closed or open.
  • FIG. 7 is a flowchart for explaining an example of a method for controlling the fuel injection valve 128 by the fuel injection control unit 152. The process shown in FIG. 7 is started when, for example, information on the fuel injection amount is input from the governor 150 to the fuel injection control unit 152.
  • Step S301 When information is inputted to the fuel injection amount from the governor 150, the fuel injection control unit 152 has a fuel gas blow-off amount indicated by the blow-out detection signal input from the blow-out detection unit 132 equal to or greater than a predetermined first threshold value. It is determined whether or not there is. If the amount of blown fuel gas is greater than or equal to the first threshold value (Yes in step S301), the process proceeds to step S302, and if it is less than the first threshold value (No in step S301), the process proceeds to step S303. To do.
  • Step S302 When the fuel gas blow-through amount is equal to or greater than the first threshold (Yes in step S301), the fuel injection control unit 152 controls the fuel injection valve 128 to change the fuel gas injection direction and the fuel gas blow-off amount is the first. It is directed toward the scavenging port 122 in the stroke direction of the piston 112 than when it is less than one threshold (when the blow-through of fuel gas is not detected).
  • the exhaust port 116 is still open (see FIG. 2), so that depending on the gas flow state in the cylinder 110, the fuel gas is blown out. And a part of the fuel injected from the fuel injection valve 128 may be discharged from the exhaust port 116 as it is. Therefore, when the blow-out detection unit 132 detects a blow-through (when the amount of blow-through of the fuel gas is equal to or greater than the first threshold), the fuel gas injection direction by the fuel injection valve 128 is not detected. Rather, the amount of fuel gas blown out from the exhaust port 116 can be reduced by directing it toward the scavenging port 122 in the stroke direction of the piston 112.
  • Step S303 When the amount of blown-through fuel gas is less than the first threshold (No in step S301), the fuel injection control unit 152 functions as a load determination unit, and based on information indicating the fuel injection amount input from the governor 150, It is determined whether or not the load state of the uniflow scavenging two-cycle engine 100 is a high load state. Specifically, the fuel injection control unit 152 determines whether or not the load of the uniflow scavenging two-cycle engine 100 is equal to or greater than a predetermined second threshold value.
  • step S303 When the load of the uniflow scavenging two-cycle engine 100 is equal to or greater than a predetermined second threshold value (Yes in step S303), the load state of the uniflow scavenging two-cycle engine 100 is regarded as a high load state, and the process proceeds to step S304. Migrate processing. On the other hand, when the load of the uniflow scavenging two-cycle engine 100 is less than the predetermined second threshold (No in step S303), the load state of the uniflow scavenging two-cycle engine 100 is regarded as a low load state, and the step The process proceeds to S306.
  • Step S304 When the load state of the uniflow scavenging two-cycle engine 100 is a high load state (Yes in step S303), the fuel injection control unit 152 controls the flow path adjusting mechanism of the fuel injection valve 128, so that the fuel injection valve 128 The cross-sectional area of the through hole 220 is set to a predetermined first area.
  • Step S305 The fuel injection control unit 152 controls the fuel injection valve 128 to direct the fuel gas injection direction in the first direction (the direction along the swirling flow of the active gas sucked into the cylinder 110).
  • Step S306 On the other hand, when the load state of the uniflow scavenging two-cycle engine 100 is a low load state (No in step S303), the fuel injection control unit 152 controls the flow path adjusting mechanism of the fuel injection valve 128 to control the fuel injection valve.
  • the flow passage cross-sectional area of the through hole 220 at 128 is changed to a second area smaller than the predetermined first area.
  • Step S307 the fuel injection control unit 152 controls the fuel injection valve 128 to direct the fuel gas injection direction in the second direction (the direction toward the central axis side of the cylinder 110 from the first direction).
  • the fuel gas is obtained by setting the flow passage cross-sectional area of the through hole 220 in the fuel injection valve 128 to a relatively large first area. More fuel gas can be injected into the cylinder 110 in a high load state where the consumption of the fuel is relatively high.
  • the fuel injection control unit 152 can spread the fuel gas widely throughout the cylinder 110 by setting the fuel gas injection direction by the fuel injection valve 128 to the first direction. .
  • the possibility that the fuel gas becomes too concentrated locally in the cylinder 110 is reduced, and normal operation is avoided by avoiding abnormal combustion regardless of the engine operating conditions. Is possible.
  • the fuel gas consumption is relatively reduced by setting the flow passage cross-sectional area of the through hole 220 in the fuel injection valve 128 to a relatively small second area.
  • the load is low, a small amount of fuel gas can be injected into the cylinder 110 vigorously.
  • the fuel injection control unit 152 injects fuel from the plurality of fuel injection valves 128 in the vicinity of the center of the cylinder 110 by setting the fuel gas injection direction by the fuel injection valve 128 to the second direction. It is possible to cause the fuel gas to collide with force and to intentionally generate a dense portion of the fuel gas, and to reliably bring about a combustion action.
  • the fuel injection control unit 152 functions as a load determination unit
  • the fuel injection control unit 152 and the load determination unit may be configured by different functional units.
  • the fuel injection control unit 152 has described the configuration in which the fuel gas injection direction by the fuel injection valve 128 is the first direction in the high load state.
  • the fuel injection control unit 152 controls the plurality of fuel injection valves 128 to select some of the fuel injection valves 128.
  • the fuel gas injection direction at 128 may be the first direction
  • the fuel gas injection direction at the other fuel injection valves 128 may be the second direction. As a result, the fuel gas can be spread over the entire cylinder 110 more uniformly.
  • the fuel injection valve 128a that injects the fuel gas in the first direction and the fuel injection valve 128b that injects the fuel gas in the second direction may be alternately arranged. Therefore, even if the fuel gas is injected from all the fuel injection valves 128 at the same time, the fuel gas injected from the adjacent fuel injection valves 128 is less likely to interfere with each other in the cylinder 110 (combustion chamber 140). It becomes possible to distribute fuel gas.
  • the fuel injection valve 128 having the configuration shown in FIGS. 3A, 3B, and 3C has been described as an example of the fuel injection valve 128.
  • the fuel injection valve 128 only needs to be able to inject fuel gas in a desired direction, and its specific configuration may be designed as appropriate.
  • the same number of the first fuel injection valves 128a and the second fuel injection valves 128b are provided, but the numbers of the first fuel injection valves 128a and the second fuel injection valves 128b are different. Moreover, these arrangements are not particularly limited.
  • the configuration in which the fuel injection valve 128 includes the flow path adjustment mechanism has been described, but the flow path adjustment mechanism is not necessarily required.
  • the present invention can be used in a uniflow scavenging two-cycle engine that burns a premixed gas generated by injecting fuel gas into active gas sucked from a scavenging port. Further, by devising the configuration of the fuel injection valve, the fuel gas can be spread widely throughout the cylinder, and the operating performance is further improved.

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Abstract

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、シリンダ内を摺動するピストン（１１２）と、シリンダの一端部に設けられた排気ポート（１１６）と、排気ポートを開閉する排気弁（１２０）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燃焼室（１４０）に活性ガスを吸入する掃気ポート（１２２）と、掃気ポートから燃焼室に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する複数の燃料噴射弁（１２８）と、複数の燃料噴射弁（１２８）の一部または全部から噴射される燃料ガスの噴射方向を可変する燃料噴射制御部（１５２）を備える。

Description

ユニフロー掃気式２サイクルエンジン
　本発明は、掃気ポートから吸入された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、２０１２年８月３１日に、日本に出願された特願２０１２－１９１１２０号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　例えば、特許文献１に示されるように、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）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排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掃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るようにして排気される。
　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し、その中でパイロット燃料を噴射することにより、パイロット燃料の燃焼によって着火した予混合気の燃焼作用が得られ、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。このように、シリンダには燃料ガスを噴射する燃料噴射弁が設けられている。しかしながら、船舶用の２サイクルエンジンなど、シリンダの径が大きい２サイクルエンジンにおいては、シリンダの周方向に複数の燃料噴射弁を設け、これら複数の燃料噴射弁から同時に燃料ガスを噴射する。
日本国特開２０１２－７７７４２号公報
　しかしながら、複数の燃料噴射弁が設けられた従来の２サイクルエンジンにおいては、全ての燃料噴射弁から、シリンダの中心に向けて同時に燃料ガスが噴射されるため、シリンダ内の全体に広く燃料ガスを行き渡らせることができない場合がある。２サイクルエンジンにおいて、シリンダ内の全体に広く燃料ガスを行き渡らせることができれば、より運転性能を向上することができることから、燃料ガスの噴射についてさらなる改良が望まれている。
　そこで、本発明は、燃料噴射弁の構成を工夫することで、シリンダ内の全体に広く燃料ガスを行き渡らせることができ、より運転性能を向上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。
　本発明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一端部に設けられた排気ポートと、排気ポートを開閉する排気弁と、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燃焼室に活性ガスを吸入する掃気ポートと、掃気ポートから燃焼室に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する複数の燃料噴射弁と、複数の燃料噴射弁の一部または全部から噴射される燃料ガスの噴射方向を可変する燃料噴射制御部と、を備える。
　また、本発明に係るユニフロー掃気式２サイクルエンジンは、前記ユニフロー掃気式２サイクルエンジンが高負荷状態であるか低負荷状態であるかを判定する負荷判定部をさらに備え、燃料噴射制御部は、負荷判定部が検出した負荷状態が高負荷状態である場合、燃料ガスの噴射方向を、シリンダ内に吸入された活性ガスの旋回流に沿う方向である第１方向に向け、負荷判定部が検出した負荷状態が低負荷状態である場合、燃料ガスの噴射方向を第１方向よりもシリンダの中心軸側に向かう方向である第２方向に向けてもよい。
　また、本発明に係るユニフロー掃気式２サイクルエンジンは、燃料ガスの排気ポートからの吹き抜け量を検知する吹抜検知部をさらに備え、燃料噴射制御部は、吹抜検知部によって検知される燃料ガスの吹き抜け量が閾値以上となった場合、燃料ガスの吹き抜け量が閾値未満である場合よりも、燃料ガスの噴射方向を、ピストンのストローク方向において掃気ポート側に向けてもよい。
　複数の燃料噴射弁は、燃料ガスが流通するこの燃料噴射弁の内部から噴射口までのいずれかの流路において、流路断面積が可変でもよい。
　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、燃料噴射弁の構成を工夫することで、シリンダ内の全体に広く燃料ガスを行き渡らせることができ、より運転性能を向上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。 各制御部の動作を示す説明図である。 燃料噴射弁を説明するための図である。 燃料噴射弁を説明するための拡大図である。 燃料噴射弁を説明するための拡大図である。 燃料ガスの噴射方向を説明する図である。 シリンダにおける燃料噴射ポートが形成された位置の鉛直方向の断面図である。 シリンダにおける燃料噴射ポートが形成された位置の鉛直方向の断面図である。 シリンダにおける燃料噴射ポートが形成された位置の鉛直方向の断面図である。 流路調整機構の具体例を説明するための図である。 流路調整機構の具体例を説明するための図である。 燃料噴射制御部による燃料噴射弁の制御方法の一例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。本発明の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、本発明を限定しない。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（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と、ロータリエンコーダ１３０と、吹抜検知部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。
　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。この燃料油は、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着火し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。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。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、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。しかしながら、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（本実施形態では８個）の開口部である。
　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。このようにしてシリンダ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。
　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。
　吹抜検知部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、燃焼室留まらず未燃のまま排気ポート１１６から排出される量（吹き抜け量）を検知する。この吹抜検知部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量を検知する。吹抜検知部１３２は、吹き抜け量を検知すると、吹き抜け量を示す吹抜検知信号を燃料噴射制御部１５２に出力する。
　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、吹抜検知信号に基づいて、燃料噴射弁１２８を制御信号によって制御する。また、本実施形態において、燃料噴射制御部１５２は、負荷判定部としても機能し、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、ユニフロー掃気式２サイクルエンジン１００が高負荷状態であるか低負荷状態であるかを判定する。
　排気制御部１５４は、燃料噴射制御部１５２からの燃料噴射量を示す情報、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２は、各制御部の動作を示す説明図である。図２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２に示すｔ１）。これにより、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（旋回流）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。
　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、掃気ポート１２２が閉じられ、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。この間、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、ピストン１１２が燃料噴射弁１２８よりも下死点側にあるときに、燃料噴射弁１２８からシリンダ１１０内に燃料ガスを噴射する（図２に示すｔ２）。
　これにより、掃気ポート１２２から吸入された活性ガスに燃料ガスが噴射され、燃焼室１４０（シリンダ１１０内）に予混合気が生成される。その後、さらにピストン１１２が上昇して、燃料噴射弁１２８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を閉じる（図２に示すｔ３）。
　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（給気）、圧縮、燃焼、膨張行程が繰り返される。ここで、エンジンの運転状況にもよるが、例えば、エンジンが高負荷状態である場合、燃料ガスが局所的に噴射されると、場合によっては、ノッキングや過早着火が生じ、運転性能が低下する可能性がある。一方、常に、シリンダ１１０内（燃焼室１４０）の全体に広く燃料ガスを行き渡らせるように燃料噴射弁１２８を構成すると、エンジンが低負荷状態である場合に燃料ガスが燃焼しない可能性がある。そこで、本実施形態においては、運転状況に応じて、燃料ガスを適した場所に噴射するべく、燃料噴射弁１２８を次のように構成している。
　図３Ａ、図３Ｂ及び図３Ｃは、燃料噴射弁１２８を説明するための図であり、図３Ａは、シリンダ１１０における燃料噴射ポート１２６が形成された位置の水平方向の断面を示し、図３Ｂ、図３Ｃは、図３Ａにおける燃料噴射弁１２８の部分を拡大した図である。
　図３Ａに示すように、本実施形態のユニフロー掃気式２サイクルエンジン１００は、シリンダ１１０に８つの燃料噴射ポート１２６が形成されており、これら８つの燃料噴射ポート１２６それぞれに燃料噴射弁１２８が設けられている。
　本実施形態において、燃料噴射弁１２８は、燃料噴射制御部１５２から出力された制御信号に応じて、燃料ガスの噴射方向を可変することができる。
　具体的に説明すると、図３Ｂ、図３Ｃに示すように、燃料噴射弁１２８は、シリンダブロック１１０ｂに形成された燃料ガスが流通する流路１１０ｃの径と略同一となる寸法関係を維持するとともに、軸Ｐ、軸Ｑの２つの軸を回転軸として回動する本体部２１０と、本体部２１０の一端側に形成された噴射口２１２と、本体部２１０の他端側に形成され、噴射口２１２より大径の導入口２１４と、噴射口２１２と導入口２１４とを連続するとともに本体部２１０を貫通する貫通孔２２０とを含んで構成される。また、貫通孔２２０は、噴射口２１２から連続するとともに、噴射口２１２と略同径の指向部２２０ａと、指向部２２０ａと導入口２１４とを連続する連続部２２０ｂからなる。
　不図示の駆動部が、燃料噴射制御部１５２から出力された制御信号を受信すると、燃料噴射弁１２８の本体部２１０を回動制御して、燃料噴射弁１２８を、図３Ｂに示す第１状態と、図３Ｃに示す第２状態とに制御する。
　図４は、燃料ガスの噴射方向を説明する図であり、シリンダ１１０における燃料噴射ポート１２６が形成された位置の水平方向の断面を示す。図５Ａ、図５Ｂ及び図５Ｃは、シリンダ１１０における燃料噴射ポート１２６が形成された位置の鉛直方向の断面図であり、図５Ａは、図４におけるＶ（ａ）－Ｖ（ａ）線の断面を示し、図５Ｂは、図４におけるＶ（ｂ）－Ｖ（ｂ）線の断面を示し、図５Ｃは、吹抜検知部１３２から出力された吹抜検知信号に基づいて、燃料噴射弁１２８を制御する場合の断面を示している。
　図４中、上述した第１状態に配される燃料噴射弁１２８を符号１２８ａで示し、上述した第２状態に配される燃料噴射弁１２８を符号１２８ｂで示す。
　燃料噴射制御部１５２による制御信号に応じて、本体部２１０が回動し、燃料噴射弁１２８ａが第１状態に配される場合、すなわち、流路１１０ｃの延伸方向と交差する方向に貫通孔２２０の中心線が配される場合（図３Ｂ参照）、シリンダ１１０（燃焼室１４０）内に吸入された活性ガスのスワールすなわち旋回流（図４中、符号３００で示す破線矢印）に沿う方向（第１方向、図４中、符号２３２で示す実線矢印方向）に燃料ガスを噴射する。
　一方、燃料噴射制御部１５２による制御信号に応じて、本体部２１０が回動し、燃料噴射弁１２８ｂが第２状態に配される場合、すなわち、流路１１０ｃの延伸方向に沿う方向に貫通孔２２０の中心線が配される場合（図３Ｃ参照）、第１状態の燃料噴射弁１２８ａよりもシリンダ１１０の中心軸側（第２方向、本実施形態ではシリンダ１１０の中心軸、図４中、符号２３４で示す白抜き矢印方向）に向けて燃料ガスを噴射する。
　ここで、活性ガスの旋回流（スワール）に沿う方向というのは、活性ガスの流動方向と、燃料ガスの噴射方向とが完全に一致している場合に限らず、活性ガスの流れに燃料ガスがスムーズに乗る関係にあればよい。具体的には、シリンダ１１０の水平方向の断面において、活性ガスの旋回流の方向（流動方向）と、燃料ガスの噴射方向とのなす角度α（図４参照）が、０°＜α＜９０°であればよい。この場合、第２状態の燃料噴射弁１２８ｂから噴射される燃料ガスが、第１状態の燃料噴射弁１２８ａから噴射される燃料ガスよりも、シリンダ１１０の中心軸側に向かっていればよい。
　また、ここでは、燃料噴射弁１２８ｂは、図５Ａに示すように、シリンダ１１０の中心軸に向かって水平方向に燃料ガスを噴射し、燃料噴射弁１２８ａは、図５Ｂに示すように、水平方向よりも鉛直上方に向けて燃料ガスを噴射する。燃料噴射弁１２８ａおよび燃料噴射弁１２８ｂから噴射される燃料ガスの、鉛直方向における噴射角度は、適宜設定すればよい。したがって、例えば、燃料噴射弁１２８ａから水平方向に燃料ガスを噴射してもよいし、第２の燃料噴射弁１２８ｂから、水平方向よりも鉛直上方に向けて燃料ガスを噴射してもよい。
　詳しくは後述するが、吹抜検知部１３２から出力された吹抜検知信号に基づいて、図５Ｃに示すように、燃料噴射弁１２８から、水平方向よりも鉛直下方（掃気ポート１２２側）に向けて燃料を噴射してもよい。
　このように、燃料噴射制御部１５２によって、燃料噴射弁１２８を、第１状態と、第２状態に切り換え可能とする、すなわち、燃料噴射弁１２８から噴射される燃料ガスの噴射方向を可変することにより、ユニフロー掃気式２サイクルエンジン１００の運転状態に応じて、燃料ガスを適した場所に噴射することができる。
　例えば、ユニフロー掃気式２サイクルエンジン１００が高負荷状態であると判定した場合、燃料噴射制御部１５２は、燃料噴射弁１２８を第１状態に回動制御する。これにより、燃料噴射弁１２８は、シリンダ１１０（燃焼室１４０）内に吸入された活性ガスのスワールに沿う方向に燃料ガスを噴射させる。こうすることで、シリンダ１１０（燃焼室１４０）内において、広く全体に燃料ガスを行き渡らせることが可能となる。従って、従来に比して運転性能を向上することができる。
　また、ユニフロー掃気式２サイクルエンジン１００が低負荷状態であると判定した場合、燃料噴射制御部１５２は、燃料噴射弁１２８を第２状態に回動制御する。これにより、燃料噴射弁１２８は、シリンダ１１０の中心軸に向けて燃料ガスを噴射させる。こうすることで、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することができ、確実に燃焼作用をもたらすことが可能となる。
　さらに、燃料噴射弁１２８には、流路調整機構２３０が設けられている。図６Ａ及び図６Ｂは、流路調整機構２３０の具体例を説明するための図である。流路調整機構２３０は、噴射口２１２に設けられており、図６Ａ及び図６Ｂに示すように、例えば、１２の可動片２３２で構成されている。流路調整機構２３０は、図６Ａに示す第１の状態において、流路断面積が最大となっている。第１の状態から、先端部２３２ａ同士が接触するように、すなわち、流路調整機構２３０の内側に先端部２３２ａが配されるように、各可動片２３２を可動することで、図６Ｂに示す第２の状態に変移させる。そうすると、第２の状態では、第１の状態と比較して流路断面積を小さくすることができる。このように、流路調整機構２３０は、貫通孔２２０の流路断面積を可変とすることが可能となる。流路調整機構２３０は、噴射口２１２に限らず、燃料ガスが流通する貫通孔２２０における導入口２１４（燃料噴射弁１２８の内部）から噴射口２１２までのいずれかの流路（指向部２２０ａ、連続部２２０ｂ）に設けられていてもよい。流路調整機構２３０を備えることにより、燃料噴射弁１２８の噴射口２１２からシリンダ１１０内に噴射される燃料ガスの流量を調整することが可能となる。
　また、燃料噴射弁１２８の流路調整機構は、所望の流量に燃料ガスを噴射することができればよく、上述した流路調整機構２３０の構成に限らない。例えば、指向部２２０ａを独立して複数設けておき、指向部２２０ａを開閉する機構を、流量調整機構とする。指向部２２０ａを閉状態、または開状態にする数を制御することで、貫通孔２２０の流路断面積を可変としてもよい。
　続いて、燃料噴射制御部１５２による燃料噴射弁１２８の制御方法について説明する。図７は、燃料噴射制御部１５２による燃料噴射弁１２８の制御方法の一例を説明するフローチャートである。この図７に示す処理は、例えば、ガバナー１５０から燃料噴射量に情報が燃料噴射制御部１５２に入力された場合に開始される。
（ステップＳ３０１）
　燃料噴射制御部１５２は、ガバナー１５０から燃料噴射量に情報が入力されると、吹抜検知部１３２から入力された吹抜検知信号が示す燃料ガスの吹き抜け量が、予め定められた第１閾値以上であるか否かを判定する。そして、燃料ガスの吹き抜け量が第１閾値以上である場合（ステップＳ３０１におけるＹｅｓ）、ステップＳ３０２に処理を移行し、第１閾値未満である場合（ステップＳ３０１におけるＮｏ）、ステップＳ３０３に処理を移行する。
（ステップＳ３０２）
　燃料ガスの吹き抜け量が第１閾値以上である場合（ステップＳ３０１におけるＹｅｓ）、燃料噴射制御部１５２は、燃料噴射弁１２８を制御して、燃料ガスの噴射方向を、燃料ガスの吹き抜け量が第１閾値未満である場合（燃料ガスの吹き抜けを検知していない場合）よりも、ピストン１１２のストローク方向において掃気ポート１２２側に向ける。
　上述したように、燃料噴射弁１２８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（図２参照）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、燃料噴射弁１２８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。そこで、吹抜検知部１３２が吹き抜けを検知した場合（燃料ガスの吹き抜け量が第１閾値以上である場合）、燃料噴射弁１２８による燃料ガスの噴射方向を、燃料ガスの吹き抜けを検知していない場合よりも、ピストン１１２のストローク方向において掃気ポート１２２側に向けることで、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。
（ステップＳ３０３）
　燃料ガスの吹き抜け量が第１閾値未満である場合（ステップＳ３０１におけるＮｏ）、燃料噴射制御部１５２は、負荷判定部として機能し、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、ユニフロー掃気式２サイクルエンジン１００の負荷状態が高負荷状態であるか否かを判定する。具体的に説明すると、燃料噴射制御部１５２は、ユニフロー掃気式２サイクルエンジン１００の負荷が予め定められた第２閾値以上であるか否かを判定する。ユニフロー掃気式２サイクルエンジン１００の負荷が予め定められた第２閾値以上である場合（ステップＳ３０３におけるＹｅｓ）、ユニフロー掃気式２サイクルエンジン１００の負荷状態が高負荷状態であるとみなし、ステップＳ３０４に処理を移行する。一方、ユニフロー掃気式２サイクルエンジン１００の負荷が予め定められた第２閾値未満である場合（ステップＳ３０３におけるＮｏ）、ユニフロー掃気式２サイクルエンジン１００の負荷状態が低負荷状態であるとみなし、ステップＳ３０６に処理を移行する。
（ステップＳ３０４）
　ユニフロー掃気式２サイクルエンジン１００の負荷状態が高負荷状態である場合（ステップＳ３０３におけるＹｅｓ）、燃料噴射制御部１５２は、燃料噴射弁１２８の流路調整機構を制御して、燃料噴射弁１２８における貫通孔２２０の流路断面積を予め定められた第１面積にする。
（ステップＳ３０５）
　そして、燃料噴射制御部１５２は、燃料噴射弁１２８を制御して、燃料ガスの噴射方向を、第１方向（シリンダ１１０内に吸入された活性ガスの旋回流に沿う方向）に向ける。
（ステップＳ３０６）
　一方、ユニフロー掃気式２サイクルエンジン１００の負荷状態が低負荷状態である場合（ステップＳ３０３におけるＮｏ）、燃料噴射制御部１５２は、燃料噴射弁１２８の流路調整機構を制御して、燃料噴射弁１２８における貫通孔２２０の流路断面積を予め定められた第１面積より小さい第２面積に変更する。
（ステップＳ３０７）
　そして、燃料噴射制御部１５２は、燃料噴射弁１２８を制御して、燃料ガスの噴射方向を、第２方向（第１方向よりもシリンダ１１０の中心軸側に向かう方向）に向ける。
　上記の処理によれば、ユニフロー掃気式２サイクルエンジン１００が高負荷状態である場合、燃料噴射弁１２８における貫通孔２２０の流路断面積を相対的に大きい第１面積にすることにより、燃料ガスの消費が相対的に多い高負荷状態である場合に、より多くの燃料ガスをシリンダ１１０内に噴射することができる。
　さらに、高負荷状態である場合、燃料噴射制御部１５２は、燃料噴射弁１２８による燃料ガスの噴射方向を第１方向とすることにより、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可能性が低減され、エンジンの運転状況に拘わらず、異常燃焼を回避して正常な運転が可能となる。
　また、ユニフロー掃気式２サイクルエンジン１００が低負荷状態である場合、燃料噴射弁１２８における貫通孔２２０の流路断面積を相対的に小さい第２面積にすることにより、燃料ガスの消費が相対的に少ない低負荷状態である場合に、少量の燃料ガスを、勢いよくシリンダ１１０内に噴射することができる。
　さらに、低負荷状態である場合、燃料噴射制御部１５２は、燃料噴射弁１２８による燃料ガスの噴射方向を第２方向とすることにより、シリンダ１１０の中心近傍において、複数の燃料噴射弁１２８から噴射される燃料ガスを勢いよく衝突させ、燃料ガスの濃い部分を意図的に生成することができ、確実に燃焼作用をもたらすことが可能となる。
　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、本発明はこのような実施形態に限定されない。当業者であれば、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と了解される。
　例えば、上記実施形態においては、燃料噴射制御部１５２が負荷判定部として機能する場合を例に挙げて説明した。変更例では、燃料噴射制御部１５２と負荷判定部とを別の機能部で構成してもよい。
　また、上述した実施形態では、高負荷状態である場合、燃料噴射制御部１５２は、燃料噴射弁１２８による燃料ガスの噴射方向を第１方向とする構成について説明した。しかし、ユニフロー掃気式２サイクルエンジン１００が高負荷状態である場合、燃料噴射制御部１５２は、複数の燃料噴射弁１２８を制御して、複数の燃料噴射弁１２８のうち、一部の燃料噴射弁１２８における燃料ガスの噴射方向を第１方向とし、その他の燃料噴射弁１２８における燃料ガスの噴射方向を第２方向としてもよい。これにより、より均一にシリンダ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。この場合、第１方向に燃料ガスを噴射する燃料噴射弁１２８ａと、第２方向に燃料ガスを噴射する燃料噴射弁１２８ｂとを交互に配してもよい。従って、全ての燃料噴射弁１２８から同時に燃料ガスを噴射したとしても、隣接する燃料噴射弁１２８から噴射される燃料ガスが干渉しにくくなり、シリンダ１１０（燃焼室１４０）内において、より広く全体に燃料ガスを行き渡らせることが可能となる。
　また、上述した実施形態において、燃料噴射弁１２８として、図３Ａ、図３Ｂ及び図３Ｃに示した構成の燃料噴射弁１２８を例に挙げて説明した。燃料噴射弁１２８は、所望の方向に燃料ガスを噴射することができればよく、その具体的な構成は適宜設計すればよい。
　また、上述した実施形態においては、第１の燃料噴射弁１２８ａと第２の燃料噴射弁１２８ｂとを同数設けるが、第１の燃料噴射弁１２８ａおよび第２の燃料噴射弁１２８ｂの数が異なっていてもよいし、また、これらの配置も特に限定されない。
　また、上述した実施形態では、燃料噴射弁１２８が流路調整機構を備える構成について説明したが、流路調整機構は必ずしも必要ではない。
　本発明は、掃気ポートから吸入された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。また、燃料噴射弁の構成を工夫することで、シリンダ内の全体に広く燃料ガスを行き渡らせることができ、より運転性能が向上する。
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
１１６  排気ポート
１２０  排気弁
１２２  掃気ポート
１２８  燃料噴射弁
１３２  吹抜検知部
１５２  燃料噴射制御部（負荷判定部）

Claims (4)

  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一端部に設けられた排気ポートと、
    　前記排気ポートを開閉する排気弁と、
    　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、
    　前記掃気ポートから前記燃焼室に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する複数の燃料噴射弁と、
    　前記複数の燃料噴射弁の一部または全部から噴射される燃料ガスの噴射方向を可変する燃料噴射制御部と、を備えるユニフロー掃気式２サイクルエンジン。
  2. 　前記ユニフロー掃気式２サイクルエンジンが高負荷状態であるか低負荷状態であるかを判定する負荷判定部をさらに備え、
    　前記燃料噴射制御部は、
    　前記負荷判定部が検出した負荷状態が高負荷状態である場合、前記燃料ガスの噴射方向を、前記シリンダ内に吸入された活性ガスの旋回流に沿う方向である第１方向に向け、前記負荷判定部が検出した負荷状態が低負荷状態である場合、前記燃料ガスの噴射方向を前記第１方向よりも前記シリンダの中心軸側に向かう方向である第２方向に向ける請求項１に記載のユニフロー掃気式２サイクルエンジン。
  3. 　前記燃料ガスの前記排気ポートからの吹き抜け量を検知する吹抜検知部をさらに備え、
    　前記燃料噴射制御部は、
    　前記吹抜検知部によって検知される前記燃料ガスの吹き抜け量が閾値以上となった場合、前記燃料ガスの吹き抜け量が閾値未満である場合よりも、前記燃料ガスの噴射方向を、前記ピストンのストローク方向において前記掃気ポート側に向ける請求項１または２に記載のユニフロー掃気式２サイクルエンジン。
  4. 　前記複数の燃料噴射弁は、
    　前記燃料ガスが流通する前記燃料噴射弁の内部から噴射口までのいずれかの流路において、流路断面積が可変である請求項１から３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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