WO2018163245A1 - ユニフロー掃気式２サイクルエンジン - Google Patents

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WO2018163245A1
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gas
injection
scavenging
valve body
exhaust
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敬之 山田
山田　剛
義幸 梅本
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株式会社Ihi
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Definitions

  • the present disclosure relates to a uniflow scavenged two-stroke engine in which an exhaust valve opens and closes an exhaust port.
  • a uniflow scavenging two-stroke engine which is also used as a ship engine, is provided with a scavenging port on one end side in the stroke direction of the piston and an exhaust port on a cylinder cover disposed on the other end.
  • the active gas is sucked into the combustion chamber from the scavenging port, the exhaust gas after fuel combustion is exhausted as it is pushed out of the exhaust port by the active gas.
  • a sub-scavenging pore is provided separately from the main scavenging pore (scavenging port) in a portion of the cylinder near the bottom dead center of the piston, and when the piston descends to the vicinity of the bottom dead center An arrangement for injecting compressed air into the cylinder is described. Thus, the exhaust gas (residual gas) stagnated at the central portion of the cylinder is diffused.
  • the exhaust port is provided with an exhaust valve, and the exhaust port opens and closes the exhaust port.
  • the valve element of the exhaust valve is separated from the exhaust port at the time of valve opening, it may interfere with the flow of exhaust gas exhausted from the exhaust port. Therefore, there is a possibility that the exhaust gas may stagnate in the vicinity of the opposing surface of the exhaust valve facing the piston.
  • the present disclosure aims to provide a uniflow scavenged two-stroke engine capable of efficiently discharging exhaust gas from a cylinder.
  • the uniflow scavenged two-stroke engine is a uniflow scavenged two-stroke engine in which exhaust gas in a cylinder is pushed out from an exhaust port by scavenging air flowing from a scavenging port.
  • the facing surface of the valve body is opposed to the piston in the stroke direction of the piston.
  • the injection portion has a plurality of injection ports that are different in the injection direction of the noncombustible fluid.
  • a shaft fixed to the opposite surface of the valve body and a load are applied to the shaft to discharge the exhaust port.
  • the communication hole allows the flow of noncombustible gas from the gas chamber to the injection portion, and the injection portion to the gas chamber
  • a non-return valve is provided which regulates the flow of non-combustible gas toward the head.
  • exhaust gas can be efficiently exhausted from the cylinder.
  • FIG. 1 is an explanatory view showing the entire configuration of a uniflow scavenging two-stroke engine 100.
  • the uniflow scavenging two-stroke engine 100 of the present embodiment is used, for example, in a ship or the like.
  • the uniflow scavenging two-stroke engine 100 includes a cylinder 110, a cylinder cover 112, a piston 114, a piston rod 116, a scavenging port 118, a scavenging reservoir 120, a scavenging chamber 122, and a cooler 124.
  • the side of the cylinder cover 112 may be referred to as the upper side and the side of the scavenging chamber 122 may be referred to as the lower side in the central axis direction of the cylinder 110 (vertical direction in the drawing of FIG. 1).
  • the piston 114 slides in the cylinder 110 (cylinder liner 110a), and exhaust, intake, compression, combustion, and expansion are performed during the two strokes of the upstroke and downstroke of the piston 114.
  • One end of a piston rod 116 is fixed to the piston 114.
  • a cross head (not shown) is connected to the other end of the piston rod 116, and the cross head reciprocates with the piston 114.
  • a crankshaft (not shown) rotates in conjunction with the reciprocation.
  • the direction in which the piston 114 reciprocates in the central axis direction of the cylinder 110 may be referred to as the stroke direction of the piston 114.
  • the scavenging ports 118 are holes penetrating from the inner circumferential surface to the outer circumferential surface of the cylinder 110, and a plurality of scavenging ports 118 are provided at intervals over the entire circumference of the cylinder 110.
  • the scavenging port 118 sucks the active gas into the cylinder 110 in response to the sliding movement of the piston 114 in the stroke direction.
  • the active gas includes oxygen, an oxidant such as ozone, or a mixture thereof (eg, air).
  • the scavenging port 118 of the present embodiment is formed in an oval extending in the stroke direction in the radial direction of the cylinder 110, but is not limited to such a shape, for example, circular, elliptical, rectangular, polygonal Or the like.
  • an active gas for example, air
  • a not-shown supercharger or blower or the like is cooled and sealed by a cooler.
  • the active gas flows from the cooler 124 to the scavenging chamber 122 from the scavenging gas reservoir 120.
  • the compressed and cooled active gas is rectified by the rectifying plate 126 disposed in the scavenging reservoir 120, and then the water is removed by the drain separator 128.
  • the scavenging chamber 122 communicates with the scavenging gas reservoir 120 and surrounds one end side (lower side in FIG. 1) of the cylinder 110 in the stroke direction (hereinafter simply referred to as the stroke direction) of the piston 114.
  • the scavenging chamber 122 is supplied with the active gas subjected to compression, cooling, and removal of water from the scavenging reservoir 120.
  • a scavenging port 118 is opened.
  • the piston 114 descends below the scavenging port 118, the inside of the cylinder 110 and the scavenging chamber 122 communicate with each other through the scavenging port 118, and the scavenging port 118 is a scavenging chamber due to the pressure difference between the scavenging chamber 122 and the cylinder 110.
  • Active gas is drawn into the cylinder 110 from 122.
  • the fuel gas main pipe 130 communicates with a fuel tank (not shown) and also communicates with the annular pipe 134 via the fuel injection device 132.
  • the fuel gas is led from the fuel tank to the fuel gas main pipe 130, and when the fuel injection device 132 is driven, the fuel gas of the fuel gas main pipe 130 flows into the annular pipe 134.
  • the fuel gas is, for example, a gas produced by gasifying LNG (liquefied natural gas).
  • LNG liquefied natural gas
  • the fuel gas is not limited to LNG, and, for example, gas obtained by gasifying LPG (liquefied petroleum gas), light oil, heavy oil or the like can also be used.
  • LPG liquefied petroleum gas
  • the annular pipe 134 is disposed radially outward of the cylinder 110 and above the scavenging port 118 in FIG. 1 and extends annularly in the circumferential direction of the cylinder 110 to surround the cylinder 110.
  • a plurality of fuel pipes 136 are fixed on the side of the scavenging port 118 in the stroke direction (that is, the lower side in FIG. 1).
  • One fuel pipe 136 is provided for each scavenging port 118 and extends in the stroke direction.
  • the radial direction of the cylinder 110 may be referred to simply as the radial direction
  • the circumferential direction of the cylinder 110 may be referred to simply as the circumferential direction.
  • the fuel pipe 136 is opposed to the wall surface between the scavenging ports 118 adjacent in the circumferential direction in the cylinder 110, and the fuel jet port 138 is formed on the portion of the fuel pipe 136 opposed to the wall surface. ing.
  • a plurality of scavenging ports 118 are provided all around the cylinder 110, a plurality of fuel pipes 136 (fuel spouts 138) are also provided along the circumferential direction of the cylinder 110 in accordance with the scavenging ports 118. It is done.
  • the fuel nozzle 138 injects the fuel gas flowing into the annular pipe 134 into the active gas sucked into the scavenging port 118. As a result, the fuel gas joins the flow of active gas and is sucked into the cylinder 110 from the scavenging port 118 together with the active gas.
  • the combustion chamber 140 is surrounded by a cylinder cover 112 (cylinder head) arranged to cover the upper end opening of the cylinder 110, the cylinder liner 110a, and the piston 114 when the piston 114 is on the top dead center side. It is formed inside the cylinder 110.
  • the active gas and the fuel gas drawn into the cylinder 110 are guided by the piston 114 to the combustion chamber 140.
  • An appropriate amount of fuel oil is injected into the combustion chamber 140 from a pilot injection valve (not shown) provided on the cylinder cover 112 at a desired point in the engine cycle.
  • the fuel oil is vaporized by the heat of the combustion chamber 140. Then, the fuel oil is vaporized and spontaneously ignited and burns in a short time, the temperature of the combustion chamber 140 becomes extremely high, and the fuel gas introduced to the combustion chamber 140 and compressed is burned.
  • the piston 114 reciprocates mainly by the expansion pressure due to the combustion of the fuel gas.
  • the exhaust port 142 is formed on the upper side of the combustion chamber 140 in FIG. 1 and is opened and closed in order to discharge the exhaust gas generated by burning the fuel gas in the cylinder 110 to the outside of the cylinder 110.
  • the exhaust port 142 of the present embodiment is formed in the cylinder cover 112 and an exhaust valve box 156 described later.
  • the exhaust valve 144 is slid up and down at a predetermined timing by the exhaust valve drive device 146 to open and close the exhaust port 142. After the fuel gas is burned, when the exhaust valve 144 is opened, the exhaust gas in the cylinder 110 is pushed out from the exhaust port 142 by the active gas (scavenging air) flowing in from the scavenging port 118.
  • FIGS. 2 and 3 are extracted and enlarged views of a portion surrounded by an alternate long and short dash line in FIG.
  • FIG. 2 shows a state in which the exhaust valve 144 is closed
  • FIG. 3 shows a state in which the exhaust valve 144 is open.
  • the cylinder cover 112 is provided with a through hole 110b penetrating in the stroke direction on the upper side of the combustion chamber 140, and an exhaust valve seat 110c is attached to the inside of the through hole 110b.
  • the exhaust valve seat 110c is an annular member having a valve seat hole 110d penetrating in the same direction as the through hole 110b.
  • the exhaust valve 144 has a valve body 144a and a shaft 144b.
  • the valve body 144 a is disposed inside the combustion chamber 140.
  • the valve body 144 a is formed with an opposing surface 144 c (intoxication surface) opposed to the piston 114 in the stroke direction (vertical direction in the drawing).
  • the opposing surface 144c extends in a surface direction substantially perpendicular to the stroke direction.
  • the valve body 144a is seated on the exhaust valve seat 110c to openably close the valve seat hole 110d.
  • An exhaust valve box 156 is provided on the side of the cylinder cover 112 opposite to the combustion chamber 140.
  • a shaft 144b is fixed to the back surface portion 144d of the valve body 144a opposite to the opposing surface 144c.
  • the shaft 144 b extends in the stroke direction and is provided through the exhaust valve case 156.
  • the front end (lower end) of the exhaust valve box 156 is inserted into and fixed to the upper portion of the exhaust valve seat 110 c in the through hole 110 b of the cylinder cover 112.
  • Inside the exhaust valve box 156 an exhaust hole 156a communicating with the valve seat hole 110d and curved and extending toward the upper right in the figure is formed.
  • the exhaust hole 156a is opened substantially rightward from the right side surface of the exhaust valve box 156 in the drawing.
  • valve seat hole 110d of the exhaust valve seat 110c and the exhaust hole 156a of the exhaust valve box 156 continuous portions of both inner circumferential surfaces are substantially flush.
  • An exhaust port 142 is formed by the valve seat hole 110 d of the exhaust valve seat 110 c and the exhaust hole 156 a of the exhaust valve box 156.
  • the valve body 144 a closes the exhaust port 142 so as to be openable.
  • the exhaust valve box 156 is provided with a shaft hole 156 c penetrating in the stroke direction from the upper end 156 b of the exhaust valve box 156 to the exhaust port 142.
  • An annular (substantially cylindrical) guide bush 158 is inserted through the shaft hole 156c, and a shaft 144b is inserted through the guide bush 158.
  • the shaft 144 b is inserted through the guide bush 158 into the shaft hole 156 c and is slidable relative to the guide bush 158 in the stroke direction. That is, the shaft 144 b is movable relative to the exhaust valve case 156 in the stroke direction. Further, the tip (upper end) of the shaft 144 b protrudes upward from the exhaust valve box 156.
  • the exhaust valve drive device 146 moves a valve body 144a fixed to the shaft 144b up and down in the figure by driving a portion of the shaft 144b that protrudes upward from the exhaust valve box 156 in the figure to exhaust the exhaust gas.
  • the port 142 is opened and closed.
  • the exhaust valve drive 146 has a lower casing 148.
  • the lower casing 148 is a substantially cylindrical member having a casing hole 148a penetrating in the stroke direction, and the lower end is fixed to the exhaust valve box 156 and the upper cover 150 is attached to the upper end.
  • the upper cover 150 is formed with a cover hole 150a that opens toward the lower casing 148 and communicates with the casing hole 148a.
  • the cover hole 150a extends in the stroke direction.
  • the cover hole 150a is closed by a wall (upper wall) of the upper cover 150 opposite to the lower casing 148, so that the bottom of the cover hole 150a is opposite to the lower casing 148 of the upper cover 150 Is formed at the upper end portion, and is opposed downward. That is, the upper cover 150 is formed in a substantially cylindrical shape.
  • an oil hole 150b penetrating from the outer peripheral surface of the upper cover 150 to the cover hole 150a is formed.
  • a hydraulic drive piston 152 is fixed to the tip (upper end) of the shaft 144b.
  • a hydraulic drive piston 152 is slidably inserted in the cover hole 150 a in the stroke direction, and a hydraulic chamber 154 is formed between the hydraulic drive piston 152 and the bottom of the cover hole 150 a.
  • the oil hole 150 b is opened to the oil pressure chamber 154, and the hydraulic oil supplied from an oil pump (not shown) is guided from the oil hole 150 b to the oil pressure chamber 154.
  • the hydraulic drive piston 152 When hydraulic fluid is introduced to the hydraulic chamber 154 and a hydraulic load is applied to the hydraulic drive piston 152, that is, the hydraulic drive piston 152 is hydraulically biased, it is connected to the hydraulic drive piston 152 via the shaft 144b.
  • the valve 144a moves downward in FIG. 2, and the exhaust port 142 opens as shown in FIG.
  • the hydraulic drive piston 152 and the hydraulic chamber 154 function as a drive unit 155 that moves the valve body 144 a to the open position where the load is applied to the shaft 144 b to open the exhaust port 142. That is, the drive unit 155 has a hydraulic drive piston 152 and a hydraulic chamber 154.
  • valve body 144a returns to the closed position closing the exhaust port 142 by the gas spring mechanism 160 formed in the casing hole 148a of the lower casing 148.
  • the gas spring mechanism 160 has an annular gas spring bearing 160a.
  • the gas spring bearing 160a is fixed to the shaft 144b by the cotter 162 and is slidably inserted in the casing hole 148a of the lower casing 148 in the stroke direction to divide the inside of the casing hole 148a into two spaces in the stroke direction. ing. That is, the gas spring bearing 160a is movable in coordination with the movement of the shaft 144b in the stroke direction.
  • the gas chamber 160b is a space on the valve body 144a side of the two spaces inside the casing hole 148a, which is partitioned by the gas spring receiver 160a, and a part of the shaft 144b (in the stroke direction) in the gas chamber 160b. The middle part is located.
  • the lower casing 148 is formed with a gas hole 148b penetrating from the outer peripheral surface of the lower casing 148 to the casing hole 148a.
  • the gas hole 148b is opened to the gas chamber 160b, and after the air (noncombustible gas, noncombustible fluid) compressed by a compressor (not shown) passes through the orifice 164, it is conducted from the gas hole 148b to the gas chamber 160b. It is stored and stored.
  • a seal ring is provided on the gas spring receiver 160a located on the upper side of the gas chamber 160b, and a seal plate 166 is provided on the lower side (the exhaust valve box 156 side) of the gas chamber 160b.
  • the valve body 144a When the valve body 144a is moved to the open position by the drive unit 155, as shown in FIG. 3, the gas spring receiver 160a approaches the seal plate 166, the volume of the gas chamber 160b decreases, and the air stored in the gas chamber 160b Is compressed. Therefore, when the load on the valve body 144a (shaft 144b) by the drive unit 155 is unloaded, the compressed air of the gas spring mechanism 160 expands and the gas spring receiver 160a is pressed upward in the figure. Thus, as shown in FIG. 2, the valve body 144a connected to the gas spring receiver 160a via the shaft 144b is returned to the closed position. At this time, the compressed air is supplied from the gas hole 148b to the gas chamber 160b to compensate for the decrease in the amount of air in the gas chamber 160b.
  • the valve body 144 a of the exhaust valve 144 is positioned in front of the combustion chamber 140 side of the exhaust port 142, and is discharged from the exhaust port 142. It may interfere with the flow of exhaust gas.
  • the exhaust gas goes around the valve body 144a and is guided to the exhaust port 142 so as to avoid the valve body 144a, but in the present embodiment, the exhaust gas stagnates in the vicinity of the opposing surface 144c facing the piston 114.
  • a mechanism is provided to control the exhaust port 142 smoothly.
  • FIG. 4 is an explanatory view for explaining an internal structure of the exhaust valve 144.
  • the valve body 144 a shown in FIG. 4 is in the open position for opening the exhaust port 142.
  • the exhaust valve 144 is provided with a communication passage 144 e (communication hole).
  • the communication passage 144e has one end opened to the opposing surface 144c of the valve body 144a and the other end opened to a portion of the outer peripheral surface of the shaft 144b facing the gas chamber 160b when the valve body 144a is in the open position. There is.
  • the communication passage 144e is continuously formed from the inside of the valve body 144a to the inside of the shaft 144b.
  • the injection part 168 is attached to the part which the communicating path 144e is opening among the opposing surfaces 144c of the valve body 144a.
  • the injection unit 168 injects the air led from the gas chamber 160b through the communication passage 144e into the combustion chamber 140 as shown by the broken arrow in FIG. 4, and exhaust gas stagnated in the vicinity of the opposing surface 144c. Diffuse. That is, the communication passage 144 e communicates the gas chamber 160 b with the injection portion 168. Further, the temperature of the air (noncombustible gas, noncombustible fluid) injected from the injection unit 168 into the combustion chamber 140 is lower than the temperature of the exhaust gas in the combustion chamber 140.
  • the uniflow scavenging two-stroke engine 100 further includes a valve body 144a, a shaft 144b, a drive unit 155, an injection unit 168, a gas spring mechanism 160, and a communication passage 144e. .
  • the exhaust gas can easily flow around the valve body 144 a and be discharged from the exhaust port 142, and can suppress an increase in the internal temperature of the combustion chamber 140 due to the residual high temperature exhaust gas. As a result, it is possible to expand the operating range in which the engine output can be increased while suppressing the pre-ignition.
  • the opposing surface 144c of the valve body 144a opposes the piston 114 in the stroke direction, it is closer to the opposing surface 144c than when the valve body 144a is disposed in another direction. Exhaust gas may easily remain. Therefore, the exhaust performance of the exhaust gas is greatly improved by providing the injection portion 168.
  • the injection unit 168 has a nozzle unit 170 and a plug unit 172.
  • the main body portion 170a of the nozzle portion 170 is formed in a substantially hemispherical shape, and in the main body portion 170a, the flat surface portion 170b abuts on the facing surface 144c, and the curved surface portion 170c (spherical portion) is on the opposite side to the facing surface 144c. positioned. That is, the curved surface portion 170 c and the opposing surface 144 c both face the combustion chamber 140.
  • a substantially hemispherical hollow portion 170d recessed toward the curved surface portion 170c is formed at the center of the flat surface portion 170b, and radiation holes 170e penetrating from the hollow portion 170d to the curved surface portion 170c are formed radially. Multiple are provided.
  • a check valve 174 is provided in one end side (a portion communicating with the injection portion 168) of the communication passage 144e.
  • the check valve 174 allows only the flow of noncombustible gas (air) from the gas chamber 160 b side (upper side in the drawing) to the injection part 168 side (lower side in the drawing). That is, the check valve 174 allows the flow of the noncombustible gas from the gas chamber 160b to the injection portion 168, and regulates the flow of the noncombustible gas from the injection portion 168 to the gas chamber 160b.
  • the check valve 174 of the present embodiment is provided with a spherical valve body, it may be a check valve having another configuration.
  • a large inner diameter portion 144f opened to the opposing surface 144c is provided at one end (a portion communicating with the injection portion 168) of the communication passage 144e of the valve body 144a, and from the large inner diameter portion 144f of the communication passage 144e On the other end side (upper side in the drawing), a small inner diameter portion 144g having a smaller inner diameter than the large inner diameter portion 144f is provided.
  • a tapered surface 144h is formed at the connection between the large inner diameter portion 144f and the small inner diameter portion 144g, and the inner diameter of the tapered surface 144h gradually decreases from the large inner diameter portion 144f toward the small inner diameter portion 144g.
  • the non-return valve 174 is accommodated in the inside of the large internal diameter part 144f.
  • the tapered surface 144 h functions as a valve seat of the check valve 174.
  • a screw groove is formed in a portion on the opposing surface 144c side of the inner circumferential surface of the large inner diameter portion 144f, and the plug portion 172 is inserted from the opposing surface 144c side and engaged therewith.
  • the plug portion 172 is an annular member (cylindrical member) having a plug hole 172 a penetrating in the stroke direction, and one end (lower end) thereof is fixed to the flat portion 170 b of the injection portion 168.
  • the hollow portion 170 d and the radiation hole 170 e of the injection portion 168 are in communication with the communication passage 144 e through the plug hole 172 a of the plug portion 172.
  • a coil spring 176 is in contact with the other end (upper end) of the plug portion 172.
  • the coil spring 176 is accommodated in the large inner diameter portion 144f, is sandwiched between the check valve 174 and the plug portion 172 in a compressed state, and presses the check valve 174 toward the tapered surface 144h.
  • the check valve 174 is pressed against the tapered surface 144h by the biasing force of the coil spring 176, and the communication passage 144e is closed. That is, the biasing force of the coil spring 176 to the check valve 174 is higher than the force for separating the check valve 174 from the tapered surface 144 h based on the pressure of air supplied from the compressor (not shown) to the gas chamber 160 b through the orifice 164. .
  • each of the openings on the curved surface portion 170c side of the radiation hole 170e is an injection port 170f for injecting air.
  • the communication passage 144 e guides the compressed air from the gas chamber 160 b to the plurality of injection ports 170 f when the volume of the gas chamber 160 b decreases.
  • the injection ports 170f eject air in different directions. That is, the injection directions of air (noncombustible fluid) of these injection ports 170f are different from each other. Therefore, the injection portion 168 can efficiently diffuse the exhaust gas stagnant in the vicinity of the facing surface 144c, and the exhaust gas can be more easily exhausted from the exhaust port 142 through the valve body 144a.
  • air supplied to the gas chamber 160b and functioning as an air spring for closing the exhaust valve 144 can be injected from the injection port 170f to the combustion chamber 140, and it is necessary to separately supply air to be injected from the injection port 170f. Absent. As a result, cost reduction can be achieved with a simple configuration.
  • the check valve 174 is provided inside the communication passage 144e, when the pressure of the gas chamber 160b is increased by opening the exhaust valve 144, the check valve 174 is automatically opened. . Therefore, it is not necessary to provide an electrical mechanism for controlling the injection of air from the injection port 170f, and it is possible to achieve further cost reduction with a simple configuration.
  • the injection unit 168 injects air
  • non-combustible fluid which does not burn like fuel
  • water it may be When water is injected as the nonflammable fluid, it is possible to further suppress the rise in the internal temperature of the combustion chamber 140.
  • noncombustible liquid when it injects into the combustion chamber 140, you may use the fluid which will be vaporized and become nonflammable gas.
  • the injection unit 168 has the nozzle unit 170, and the nozzle unit 170 is formed with a plurality of injection ports 170f having different injection directions of air.
  • the injection unit 168 nozzle unit 170
  • only one injection port 170f may be formed, or a part of the opposing surface 144c may be used as the injection unit 168 without providing the nozzle unit 170 and the plug unit 172.
  • the injection port 170f may be formed on the facing surface 144c.
  • the injection unit 168 uses the gas spring mechanism 160 that causes the air in the gas chamber 160b to function as an air spring
  • a coil spring may be used instead of the gas spring mechanism 160.
  • other noncombustible gas noncombustible gas
  • noncombustible gas may be used instead of air.
  • the check valve 174 may not be provided, and may be replaced by, for example, an electronic control valve.
  • a portion on the exhaust port 142 side may be provided with a fuel injection port for introducing fuel gas.
  • the facing surface 144c of the valve body 144a faces the piston 114 in the stroke direction, but the facing surface 144c may face the piston 114 in a direction different from the stroke direction.
  • the facing surface 144c may be slightly inclined with respect to the direction orthogonal to the stroke direction.
  • the injection unit 168 has a plurality of injection ports 170f having different injection directions of the nonflammable fluid, but the injection units are spaced in the direction parallel to the opposing surface 144c. It may be configured to have a plurality of injection ports that are disposed open and inject non-combustible fluid in the same direction (for example, the direction toward the piston 114 along the stroke direction).
  • the branch flow passage is formed in the injection portion 168 by the recessed portion 170 d and the radiation hole 170 e
  • the communication passage 144 e is branched and disposed, for example, inside the valve body 144 a, It may be configured to separately communicate with a plurality of injection ports.
  • the cylinder cover 112 side is referred to as the upper side and the scavenging chamber 122 side is referred to as the lower side in the central axis direction of the cylinder 110.
  • the posture of the engine 100 is not limited, and any posture may be used as long as an appropriate operation can be secured.
  • the present disclosure can be applied to a uniflow scavenged two-stroke engine in which an exhaust port opens and closes an exhaust port.

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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、掃気ポートから流入した掃気によって、シリンダ内の排気ガスが排気ポート（１４２）から押し出されるユニフロー掃気式２サイクルエンジンであって、排気ポートを開放可能に閉塞する弁体（１４４ａ）と、弁体のうち、シリンダ内に配されたピストンに対向する対向面（１４４ｃ）に設けられ、不燃性の流体を噴射する噴射部（１６８）と、を備える。

Description

ユニフロー掃気式２サイクルエンジン
　本開示は、排気ポートを排気弁が開閉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。掃気ポートから燃焼室に活性ガスが吸入されると、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。
　特許文献１には、シリンダのうちピストンの下死点の近くの部分に、主掃気孔（掃気ポート）とは別に副掃気孔を設け、ピストンが下死点近傍まで下降したとき副掃気孔から圧縮空気をシリンダ内に噴出する構成が記載されている。こうして、シリンダの中央部で淀んだ排気ガス（残留ガス）を拡散させる。
日本国特開平９－１５８７３８号公報
　排気ポートには排気弁が設けられており、排気弁によって排気ポートが開閉される。排気弁の弁体は、開弁時には排気ポートから離隔しているものの、排気ポートから排出される排気ガスの流れの妨げとなる場合がある。そのため、排気弁のうち、ピストンと対向する対向面の近傍に排気ガスが淀んでしまう可能性がある。
　本開示は、このような課題に鑑み、排気ガスをシリンダから効率的に排出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、掃気ポートから流入した掃気によって、シリンダ内の排気ガスが排気ポートから押し出されるユニフロー掃気式２サイクルエンジンであって、排気ポートを開放可能に閉塞する弁体と、弁体のうち、シリンダ内に配されたピストンに対向する対向面に設けられ、不燃性の流体を噴射する噴射部と、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サイクルエンジンにおいて、弁体の対向面が、ピストンに対してピストンのストローク方向に対向している。
　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、噴射部が、不燃性の流体の噴射方向を異にする複数の噴射口を有する。
　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サイクルエンジンが、弁体のうち対向面と反対側に固定されているシャフトと、シャフトに荷重を作用させて排気ポートを開放する開位置に弁体を移動させる駆動部と、不燃性ガスが貯留されシャフトの少なくとも一部が位置するとともに、弁体が開位置に移動すると容積が縮小するガス室を有するガススプリング機構と、弁体およびシャフトに形成され、ガス室と噴射部とを連通する連通路と、をさらに備えている。
　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、連通孔には、ガス室から噴射部へ向かう不燃性ガスの流れを許容し、かつ噴射部からガス室へ向かう不燃性ガスの流れを規制する逆止弁が設けられている。
　本開示によれば、排気ガスをシリンダから効率的に排出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の一点鎖線で囲まれた部分の抽出拡大図であり、排気弁が閉弁している状態を示す。 図１の一点鎖線で囲まれた部分の抽出拡大図であり、排気弁が開弁している状態を示す。 排気弁の内部構造を説明するための説明図である。 噴射部を説明するための第１の図である。 噴射部を説明するための第２の図である。
　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。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、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、燃料ガス主管１３０と、燃料噴射装置１３２と、環状配管１３４と、燃料配管１３６と、燃料噴出口１３８と、燃焼室１４０と、排気ポート１４２、排気弁１４４と、排気弁駆動装置１４６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のストローク方向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。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。
　掃気溜１２０には、不図示の過給機や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。
　燃料ガス主管１３０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１３２を介して環状配管１３４と連通している。燃料ガス主管１３０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１３２が駆動すると、燃料ガス主管１３０の燃料ガスが環状配管１３４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１３４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１３４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１３６が固定されている。燃料配管１３６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１３６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１３６のうち、この壁面との対向部位には、燃料噴出口１３８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１３６（燃料噴出口１３８）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１３８は、環状配管１３４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。
　燃焼室１４０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１４０に導かれる。
　エンジンサイクルにおける所望の時点で、シリンダカバー１１２に設けられた不図示のパイロット噴射弁から適量の燃料油が燃焼室１４０に噴射される。この燃料油は、燃焼室１４０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１４０の温度が極めて高くなり、燃焼室１４０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。
　排気ポート１４２は、燃焼室１４０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。本実施形態の排気ポート１４２は、シリンダカバー１１２および後述する排気弁箱１５６に形成されている。排気弁１４４は、排気弁駆動装置１４６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１４２を開閉する。燃料ガスの燃焼後、排気弁１４４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１４２から押し出される。
　図２、図３は、図１の一点鎖線で囲まれた部分の抽出拡大図である。図２には、排気弁１４４が閉弁している状態を示し、図３には、排気弁１４４が開弁している状態を示す。図２、図３に示すように、シリンダカバー１１２には、燃焼室１４０の上側においてストローク方向に貫通する貫通孔１１０ｂが設けられており、貫通孔１１０ｂの内部に排気弁座１１０ｃが取り付けられている。排気弁座１１０ｃは、貫通孔１１０ｂと同じ方向に貫通する弁座孔１１０ｄを有する環状部材である。
　排気弁１４４は、弁体１４４ａと、シャフト１４４ｂを有している。弁体１４４ａは、燃焼室１４０の内側に配されている。弁体１４４ａには、ピストン１１４に対してストローク方向（図中、上下方向）に対向する対向面１４４ｃ（触火面）が形成されている。対向面１４４ｃは、ストローク方向に対して略垂直な面方向に延びている。弁体１４４ａは、排気弁座１１０ｃに着座して弁座孔１１０ｄを開放可能に閉塞している。シリンダカバー１１２の燃焼室１４０と逆側には、排気弁箱１５６が設けられている。
　弁体１４４ａのうち、対向面１４４ｃと反対側の背面部１４４ｄには、シャフト１４４ｂが固定されている。シャフト１４４ｂは、ストローク方向に延びており、排気弁箱１５６を貫通して設けられている。排気弁箱１５６の先端部（下側の先端部）が、シリンダカバー１１２の貫通孔１１０ｂのうち、排気弁座１１０ｃの上側の部分に挿入されて固定されている。排気弁箱１５６の内部には、弁座孔１１０ｄと連通するとともに、図中、右上に向かって湾曲して延びる排気孔１５６ａが形成されている。排気孔１５６ａは、図中、排気弁箱１５６の右側面から略右側に向けて開口している。
　排気弁座１１０ｃの弁座孔１１０ｄおよび排気弁箱１５６の排気孔１５６ａは、両内周面の連続部分が略面一となっている。排気弁座１１０ｃの弁座孔１１０ｄおよび排気弁箱１５６の排気孔１５６ａによって、排気ポート１４２が形成されている。弁体１４４ａは、排気ポート１４２を開放可能に閉塞している。
　排気弁箱１５６には、排気弁箱１５６の上端１５６ｂから排気ポート１４２までストローク方向に貫通するシャフト孔１５６ｃが設けられている。シャフト孔１５６ｃには、環状（略筒状）のガイドブッシュ１５８が挿通され、ガイドブッシュ１５８には、シャフト１４４ｂが挿通されている。
　このように、シャフト１４４ｂは、ガイドブッシュ１５８を介してシャフト孔１５６ｃに挿通され、ガイドブッシュ１５８に対してストローク方向に摺動可能となっている。すなわち、シャフト１４４ｂは、排気弁箱１５６に対してストローク方向に相対移動可能となっている。また、シャフト１４４ｂの先端（上端部）が排気弁箱１５６から上方に向けて突出している。
　排気弁駆動装置１４６は、シャフト１４４ｂのうち、排気弁箱１５６から上方に向けて突出した部位を駆動することで、シャフト１４４ｂに固定された弁体１４４ａを、図中、上下に移動させて排気ポート１４２を開閉する。
　具体的に、排気弁駆動装置１４６は、下部ケーシング１４８を有している。下部ケーシング１４８は、ストローク方向に貫通するケーシング孔１４８ａを有する略円筒形状の部材であって、下端が排気弁箱１５６に固定されるとともに、上端に上部カバー１５０が取り付けられている。
　上部カバー１５０には、下部ケーシング１４８に向けて開口しケーシング孔１４８ａと連通するカバー穴１５０ａが形成されている。カバー穴１５０ａは、ストローク方向に延びている。カバー穴１５０ａは、上部カバー１５０のうち、下部ケーシング１４８と反対側の壁部（上壁部）によって閉塞されており、よってカバー穴１５０ａの底は、上部カバー１５０の下部ケーシング１４８と反対側（上端部）に形成され、下方に対向している。すなわち、上部カバー１５０は略有頂筒状に形成されている。上部カバー１５０のうち、カバー穴１５０ａの底の近傍には、上部カバー１５０の外周面からカバー穴１５０ａまで貫通する油孔１５０ｂが形成されている。
　また、シャフト１４４ｂの先端（上端）には油圧駆動ピストン１５２が固定されている。油圧駆動ピストン１５２がカバー穴１５０ａにストローク方向に摺動可能に挿入されて、油圧駆動ピストン１５２とカバー穴１５０ａの底との間に油圧室１５４が形成されている。油孔１５０ｂは、油圧室１５４に開口しており、不図示のオイルポンプから供給された作動油が油孔１５０ｂから油圧室１５４に導かれる。
　油圧室１５４に作動油が導かれて油圧駆動ピストン１５２に油圧による荷重が作用すると、すなわち油圧駆動ピストン１５２が油圧によって付勢されると、シャフト１４４ｂを介して油圧駆動ピストン１５２に連結されている弁体１４４ａが、図２中、下側に移動して、図３に示すように、排気ポート１４２が開口する。このように、油圧駆動ピストン１５２および油圧室１５４は、シャフト１４４ｂに荷重を作用させて排気ポート１４２を開放する開位置に弁体１４４ａを移動させる駆動部１５５として機能する。すなわち、駆動部１５５は、油圧駆動ピストン１５２と油圧室１５４とを有している。
　そして、油圧室１５４に導かれる作動油の油圧が低下すると、下部ケーシング１４８のケーシング孔１４８ａに形成されたガススプリング機構１６０によって弁体１４４ａが排気ポート１４２を閉じる閉位置に戻る。
　ガススプリング機構１６０について詳述すると、ガススプリング機構１６０は、環状のガススプリング受１６０ａを有する。ガススプリング受１６０ａは、シャフト１４４ｂにコッター１６２によって固定されるとともに、下部ケーシング１４８のケーシング孔１４８ａにストローク方向に摺動可能に挿入され、ケーシング孔１４８ａの内部をストローク方向に２つの空間に区画している。すなわち、ガススプリング受１６０ａは、シャフト１４４ｂのストローク方向の移動に連係して移動可能である。
　ガス室１６０ｂは、ガススプリング受１６０ａによって区画された、ケーシング孔１４８ａの内部の２つの空間のうちの弁体１４４ａ側の空間であり、ガス室１６０ｂの内部にシャフト１４４ｂの一部（ストローク方向の中間部分）が位置する。
　下部ケーシング１４８には、下部ケーシング１４８の外周面からケーシング孔１４８ａまで貫通するガス孔１４８ｂが形成されている。ガス孔１４８ｂは、ガス室１６０ｂに開口しており、不図示のコンプレッサで圧縮された空気（不燃性ガス、不燃性の流体）がオリフィス１６４を通った後、ガス孔１４８ｂからガス室１６０ｂに導かれて貯留される。
　また、図中、ガス室１６０ｂの上側に位置するガススプリング受１６０ａにはシールリングが設けられ、ガス室１６０ｂの下側（排気弁箱１５６側）には、シール板１６６が設けられており、よってガス室１６０ｂから外部への空気漏れを抑制している。
　駆動部１５５によって弁体１４４ａが開位置に移動すると、図３に示すように、ガススプリング受１６０ａがシール板１６６に近づき、ガス室１６０ｂの容積が小さくなってガス室１６０ｂに貯留されている空気が圧縮される。そのため、駆動部１５５による弁体１４４ａ（シャフト１４４ｂ）への荷重が除荷されると、ガススプリング機構１６０は、圧縮された空気が膨張し、ガススプリング受１６０ａが図中、上側に押圧されることで、図２に示すように、シャフト１４４ｂを介してガススプリング受１６０ａと連結されている弁体１４４ａを閉位置に復帰させる。このとき、ガス孔１４８ｂからガス室１６０ｂに圧縮された空気が供給されて、ガス室１６０ｂ内の空気量の減少分を補填する。
　図３に示すように、排気弁１４４が開弁しているとき、排気ポート１４２の燃焼室１４０側の正面には排気弁１４４の弁体１４４ａが位置しており、排気ポート１４２から排出される排気ガスの流れの妨げとなる場合がある。排気ガスは、弁体１４４ａを避けるように、弁体１４４ａの周囲に回り込んで排気ポート１４２に導かれるが、本実施形態では、ピストン１１４と対向する対向面１４４ｃの近傍に排気ガスが淀むことを抑制して排気ポート１４２に円滑に向かうようにするための機構が設けられている。
　図４は、排気弁１４４の内部構造を説明するための説明図である。図４に示されている弁体１４４ａは、排気ポート１４２を開放する開位置にある。図４に示すように、排気弁１４４には、連通路１４４ｅ（連通孔）が設けられている。連通路１４４ｅは、弁体１４４ａの対向面１４４ｃに一端が開口するとともに、弁体１４４ａが開位置にあるときのシャフト１４４ｂの外周面のうちガス室１６０ｂに面する部分に他端が開口している。連通路１４４ｅは、弁体１４４ａの内部からシャフト１４４ｂの内部に連続して形成されている。
　また、弁体１４４ａの対向面１４４ｃのうち、連通路１４４ｅが開口している部分に噴射部１６８が取り付けられている。噴射部１６８は、連通路１４４ｅを通ってガス室１６０ｂから導かれた空気を、図４中、破線の矢印で示すように燃焼室１４０に噴射し、対向面１４４ｃの近傍で淀んだ排気ガスを拡散させる。すなわち、連通路１４４ｅは、ガス室１６０ｂと噴射部１６８とを連通している。また、噴射部１６８から燃焼室１４０に噴射される空気（不燃性ガス、不燃性の流体）の温度は、燃焼室１４０内の排気ガスの温度より低い。なお、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、弁体１４４ａと、シャフト１４４ｂと、駆動部１５５と、噴射部１６８と、ガススプリング機構１６０と、連通路１４４ｅと、をさらに備えている。
　そのため、排気ガスは、弁体１４４ａを回り込んで排気ポート１４２から排出され易くなり、残留した高温の排気ガスによる燃焼室１４０の内部温度の上昇を抑制することができる。その結果、過早着火を抑制しつつエンジン出力を上げることが可能な運転領域を拡大することが可能となる。
　また、本実施形態では、弁体１４４ａの対向面１４４ｃがピストン１１４に対してストローク方向に対向することから、弁体１４４ａが他の向きに配置されている場合よりも、対向面１４４ｃの近傍に排気ガスが残留しやすくなる可能性がある。そのため、噴射部１６８を設けることで、排気ガスの排出性能が大きく向上する。
　図５、図６は、図４の噴射部１６８近傍の拡大抽出図である。図５に示すように、噴射部１６８は、ノズル部１７０と、プラグ部１７２を有している。ノズル部１７０の本体部１７０ａは、略半球形状に形成されており、本体部１７０ａのうち、平面部１７０ｂが対向面１４４ｃに当接し、曲面部１７０ｃ（球面部）が対向面１４４ｃと反対側に位置している。すなわち、曲面部１７０ｃおよび対向面１４４ｃは、いずれも燃焼室１４０に対向している。
　また、ノズル部１７０には、平面部１７０ｂの中心に曲面部１７０ｃに向けて窪む略半球形状の窪み部１７０ｄが形成され、窪み部１７０ｄから曲面部１７０ｃに貫通する放射孔１７０ｅが、放射状に複数設けられている。
　また、連通路１４４ｅのうち、一端側（噴射部１６８に連通する部分）の内部には、逆止弁１７４が設けられている。逆止弁１７４は、ガス室１６０ｂ側（図中、上側）から噴射部１６８側（図中、下側）への不燃性ガス（空気）の流れのみを許容する。すなわち、逆止弁１７４は、ガス室１６０ｂから噴射部１６８へ向かう不燃性ガスの流れを許容し、かつ噴射部１６８からガス室１６０ｂへ向かう不燃性ガスの流れを規制する。本実施形態の逆止弁１７４は球状の弁体を備えているが、他の構成を有する逆止弁であってもよい。
　具体的に、弁体１４４ａの連通路１４４ｅの一端（噴射部１６８に連通する部分）には、対向面１４４ｃに開口する大内径部１４４ｆが設けられるとともに、連通路１４４ｅのうち大内径部１４４ｆより他端側（図中、上側）には、大内径部１４４ｆより内径が小さい小内径部１４４ｇが設けられている。大内径部１４４ｆと小内径部１４４ｇとの接続部分には、テーパ面１４４ｈが形成されており、テーパ面１４４ｈの内径は、大内径部１４４ｆから小内径部１４４ｇに向かうに従い漸減している。そして、大内径部１４４ｆの内部に、逆止弁１７４が収容される。テーパ面１４４ｈは、逆止弁１７４の弁座として機能する。
　また、大内径部１４４ｆの内周面のうち、対向面１４４ｃ側の部分にはネジ溝が形成されており、プラグ部１７２が対向面１４４ｃ側から挿入されて螺合している。プラグ部１７２は、ストローク方向に貫通するプラグ孔１７２ａを有する環状部材（筒状部材）であって、一端（下端）が噴射部１６８の平面部１７０ｂに固定されている。そして、プラグ部１７２のプラグ孔１７２ａを通して、噴射部１６８の窪み部１７０ｄおよび放射孔１７０ｅが連通路１４４ｅと連通している。
　また、プラグ部１７２の他端（上端）には、コイルバネ１７６が当接している。コイルバネ１７６は、大内径部１４４ｆに収容され、逆止弁１７４とプラグ部１７２との間に圧縮状態で挟まれ、逆止弁１７４をテーパ面１４４ｈに向かって押圧している。
　例えば、排気弁１４４が閉弁しているときは、図５に示すように、逆止弁１７４は、コイルバネ１７６の付勢力によってテーパ面１４４ｈに押し付けられており、連通路１４４ｅは閉じられる。すなわち、コイルバネ１７６の逆止弁１７４への付勢力は、不図示のコンプレッサからオリフィス１６４を通してガス室１６０ｂに供給された空気の圧力に基づく逆止弁１７４をテーパ面１４４ｈから離間させる力よりも高い。
　そして、ガススプリング受１６０ａと連結されているシャフト１４４ｂが移動して排気弁１４４が開弁すると、ガススプリング受１６０ａの移動によりガス室１６０ｂの容積が小さくなってガス室１６０ｂの空気が圧縮され、連通路１４４ｅにおける小内径部１４４ｇ内の空気の圧力が高まる。空気の圧力によって逆止弁１７４に作用する荷重が、コイルバネ１７６の付勢力より大きくなると、図６に示すように、逆止弁１７４が小内径部１４４ｇ内の空気に押圧されてテーパ面１４４ｈから離隔する。その結果、ガス室１６０ｂの空気が連通路１４４ｅを通して噴射部１６８の放射孔１７０ｅから燃焼室１４０に噴射される。
　すなわち、放射孔１７０ｅの曲面部１７０ｃ側の開口それぞれが、空気を噴射する噴射口１７０ｆとなっている。連通路１４４ｅは、ガス室１６０ｂの容積が小さくなると、圧縮された空気をガス室１６０ｂから複数の噴射口１７０ｆに導く。
　これらの噴射口１７０ｆの開口の中心軸（放射孔１７０ｅの中心軸）の方向が互いに異なっていることから、噴射口１７０ｆは互いに異なった方向に空気を噴射させる。すなわち、これらの噴射口１７０ｆの、空気（不燃性の流体）の噴射方向は互いに異なっている。そのため、噴射部１６８は、対向面１４４ｃの近傍で淀んだ排気ガスを効率的に拡散させることができ、排気ガスが、弁体１４４ａを回り込んで排気ポート１４２から一層排出され易くなる。
　また、ガス室１６０ｂに供給されて排気弁１４４を閉弁させるエアスプリングとして機能する空気を噴射口１７０ｆから燃焼室１４０に噴射させることができ、噴射口１７０ｆから噴射する空気を別途供給する必要がない。その結果、簡易な構成で低コスト化を図ることが可能となる。
　また、連通路１４４ｅの内部には、逆止弁１７４が設けられていることから、排気弁１４４が開弁してガス室１６０ｂの圧力が高くなると、逆止弁１７４が自動的に開弁する。そのため、噴射口１７０ｆからの空気の噴射を制御する電気的な機構を設ける必要がなく、さらに簡易な構成で一層の低コスト化を図ることが可能となる。
　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、上述した実施形態では、噴射部１６８が空気を噴射する場合について説明したが、噴射部１６８が噴射するのは不燃性の（燃料のように燃焼しない）流体であればよく、例えば、水であってもよい。不燃性の流体として水を噴射する場合、燃焼室１４０の内部温度の上昇を一層抑制することが可能となる。また、噴射部１６８から噴射される前は不燃性の液体であるが、燃焼室１４０に噴射されると気化して不燃性ガスとなる流体を用いてもよい。
　また、上述した実施形態では、噴射部１６８は、ノズル部１７０を有し、ノズル部１７０に、空気の噴射方向を異にする複数の噴射口１７０ｆが形成される場合について説明した。しかし、噴射部１６８（ノズル部１７０）は、１つの噴射口１７０ｆのみが形成されていてもよいし、ノズル部１７０やプラグ部１７２を設けずに、対向面１４４ｃの一部を噴射部１６８として、対向面１４４ｃに噴射口１７０ｆが形成されてもよい。
　また、上述した実施形態では、噴射部１６８は、ガス室１６０ｂの空気をエアスプリングとして機能させるガススプリング機構１６０を利用する場合について説明したが、ガススプリング機構１６０の代わりにコイルバネを用いてもよい。また、空気の代わりに他の不燃性の気体（不燃性ガス）を用いてもよい。
　また、上述した実施形態では、連通路１４４ｅに逆止弁１７４が設けられる場合について説明したが、逆止弁１７４を設けず、例えば、電子制御弁などで代替してもよい。
　また、上述した実施形態では、燃料噴出口１３８が掃気ポート１１８の外側に設けられ、燃料ガスが掃気ポート１１８からシリンダ１１０内に流入する場合について説明したが、シリンダ１１０のうち、掃気ポート１１８より排気ポート１４２側の部分に、燃料ガスを流入させるための燃料噴射ポートを設けてもよい。
　また、上述した実施形態では、弁体１４４ａの対向面１４４ｃがピストン１１４に対してストローク方向に対向しているが、対向面１４４ｃがピストン１１４にストローク方向と異なる方向で対向していてもよい。例えば、対向面１４４ｃが、ストローク方向の直交方向に対して僅かに傾いていてもよい。
　また、上述した実施形態では、噴射部１６８は、不燃性の流体の噴射方向を異にする複数の噴射口１７０ｆを有しているが、噴射部が、対向面１４４ｃに平行な方向に間隔をあけて配設されるとともに不燃性の流体を同一方向（例えば、ストローク方向に沿ってピストン１１４に向かう方向）に噴射する複数の噴射口を有する構成であってもよい。また、上述した実施形態では、窪み部１７０ｄおよび放射孔１７０ｅによって噴射部１６８内に分岐流路が形成されているが、連通路１４４ｅが、例えば弁体１４４ａの内部で分岐して配設され、複数の噴射口に各別に連通する構成であってもよい。
　また、上述した実施形態では、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、排気ポートを排気弁が開閉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。
１００　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
１４２　排気ポート
１４４　排気弁
１４４ａ　弁体
１４４ｂ　シャフト
１４４ｃ　対向面
１４４ｅ　連通路
１５２　油圧駆動ピストン
１５４　油圧室
１５５　駆動部
１６０　ガススプリング機構
１６０ａ　ガススプリング受
１６０ｂ　ガス室
１６８　噴射部
１７０ｆ　噴射口
１７４　逆止弁

Claims (6)

  1. 　掃気ポートから流入した掃気によって、シリンダ内の排気ガスが排気ポートから押し出されるユニフロー掃気式２サイクルエンジンであって、
    　前記排気ポートを開放可能に閉塞する弁体と、
    　前記弁体のうち、前記シリンダ内に配されたピストンに対向する対向面に設けられ、不燃性の流体を噴射する噴射部と、
    を備えるユニフロー掃気式２サイクルエンジン。
  2. 　前記弁体の対向面は、前記ピストンに対して該ピストンのストローク方向に対向している請求項１に記載のユニフロー掃気式２サイクルエンジン。
  3. 　前記噴射部は、前記不燃性の流体の噴射方向を異にする複数の噴射口を有する請求項１に記載のユニフロー掃気式２サイクルエンジン。
  4. 　前記噴射部は、前記不燃性の流体の噴射方向を異にする複数の噴射口を有する請求項２に記載のユニフロー掃気式２サイクルエンジン。
  5. 　前記弁体のうち前記対向面と反対側に固定されているシャフトと、
    　前記シャフトに荷重を作用させて前記排気ポートを開放する開位置に前記弁体を移動させる駆動部と、
    　不燃性ガスが貯留され前記シャフトの少なくとも一部が位置するとともに、前記弁体が前記開位置に移動すると容積が縮小するガス室を有するガススプリング機構と、
    　前記弁体および前記シャフトに形成され、前記ガス室と前記噴射部とを連通する連通路と、
    をさらに備える請求項１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. 　前記連通路には、前記ガス室から前記噴射部へ向かう不燃性ガスの流れを許容し、かつ前記噴射部から前記ガス室へ向かう不燃性ガスの流れを規制する逆止弁が設けられている請求項５に記載のユニフロー掃気式２サイクルエンジン。　
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