特開 2021-88954 発電装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2021-88954(P2021-88954A)

(43)【公開日】2021年6月10日

(54)【発明の名称】発電装置

(51)【国際特許分類】

   F02F 1/00 20060101AFI20210514BHJP

   F02F 1/22 20060101ALI20210514BHJP

   F02F 7/00 20060101ALI20210514BHJP

   F02B 23/10 20060101ALI20210514BHJP

   F02B 1/08 20060101ALI20210514BHJP

   F02D 43/00 20060101ALI20210514BHJP

   F02D 45/00 20060101ALI20210514BHJP

   F02B 75/28 20060101ALI20210514BHJP

   F02B 63/04 20060101ALI20210514BHJP

   F02B 67/00 20060101ALI20210514BHJP

   F02B 67/10 20060101ALI20210514BHJP

【ＦＩ】

   F02F1/00 Q

   F02F1/22

   F02F7/00 B

   F02B23/10 320

   F02B1/08

   F02D43/00 301B

   F02D43/00 301H

   F02D43/00 301L

   F02D43/00 301N

   F02D43/00 301R

   F02D43/00 301S

   F02D45/00 360A

   F02D45/00 362

   F02D45/00 364

   F02D45/00 364E

   F02D45/00 364G

   F02D45/00 364Z

   F02D45/00 368A

   F02D45/00 368S

   F02D45/00 374

   F02B75/28 E

   F02B63/04 A

   F02B63/04 D

   F02B67/00 K

   F02B67/10

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】29

(21)【出願番号】特願2019-219585(P2019-219585)

(22)【出願日】2019年12月4日

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用申請有り ・ウェブサイトのアドレス ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｉｄａｊ．ｃｏ．ｊｐ／ｉｃｓｃ２０１９／ｌｏｇｉｎ．ｈｔｍｌ 掲載日 令和１年１１月１日 ・研究集会名 ＩＤＡＪ ＣＡＥ Ｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ２０１９ 開催場所 横浜ベイホテル東急 開催日 令和１年１１月１５日

(71)【出願人】

【識別番号】504136568

【氏名又は名称】国立大学法人広島大学

(74)【代理人】

【識別番号】110000338

【氏名又は名称】特許業務法人ＨＡＲＡＫＥＮＺＯ ＷＯＲＬＤ ＰＡＴＥＮＴ ＆ ＴＲＡＤＥＭＡＲＫ

(72)【発明者】

【氏名】西田 恵哉

(72)【発明者】

【氏名】畑村 耕一

【テーマコード（参考）】

3G023

3G024

3G384

【Ｆターム（参考）】

3G023AA02

3G023AA05

3G023AA06

3G023AB01

3G023AB05

3G023AC04

3G023AF02

3G024DA01

3G024DA02

3G024DA08

3G024DA12

3G024DA14

3G024EA01

3G384AA01

3G384AA02

3G384AA06

3G384AA28

3G384BA05

3G384BA07

3G384BA13

3G384BA22

3G384BA24

3G384BA26

3G384BA27

3G384BA29

3G384BA31

3G384BA36

3G384BA45

3G384BA52

3G384BA53

3G384CA03

3G384CA04

3G384CA14

3G384CA16

3G384CA27

3G384DA02

3G384DA04

3G384DA14

3G384DA33

3G384DA56

3G384EA01

3G384EA30

3G384EB01

3G384EB02

3G384EB03

3G384EB04

3G384EB06

3G384EB07

3G384FA04Z

3G384FA11Z

3G384FA14Z

3G384FA28Z

3G384FA29Z

3G384FA33Z

3G384FA52Z

3G384FA54Z

3G384FA56Z

3G384FA58Z

(57)【要約】

【課題】運転条件に応じてＨＣＣＩ燃焼とＳＩ燃焼を行う２ストロークエンジンと発電機とを備えた発電装置に関し、ＳＩ燃焼のときにノッキングの発生を抑制し、ＨＣＣＩ燃焼のときに燃焼時期の遅れを低減して適正な燃焼時期を保つ。
【解決手段】本発明の一形態の発電装置（１０Ａ）は、対向ピストンエンジン（１Ａ）と発電モータ（１１、１２）と、対向ピストンエンジン（１Ａ）のシリンダ内での燃料の燃焼態様を、ＳＩ燃焼とＨＣＣＩ燃焼とに切り替える制御装置（９２）とを備えている。制御装置は、ＳＩ燃焼とＨＣＣＩ燃焼に応じて過給圧と燃料噴射量を増減するとともに、ＨＣＣＩ運転時は燃料噴射量を増減して燃焼時期を適切に制御する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

吸気ポートが設けられたシリンダと、
前記シリンダ内を往復運動し、前記吸気ポートを開閉するように動作するピストンと、
前記吸気ポートを介して前記シリンダ内に空気を圧送する過給機と、
前記ピストンの往復運動に対応して回転するクランク軸と、
前記シリンダ内に燃料を噴射するインジェクタと、を有する２ストロークエンジンと、
前記クランク軸と連動して回転する発電機と、
前記シリンダ内での前記燃料の燃焼態様を、ＳＩ燃焼とＨＣＣＩ燃焼とに切り替える制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記燃焼態様を前記ＳＩ燃焼から前記ＨＣＣＩ燃焼に切り替えるときに、前記過給機における前記空気を圧送するための過給圧を切り替え前の前記過給圧よりも低下させ、かつ、前記インジェクタの燃料噴射量を切り替え前の前記燃料噴射量よりも減少させ、
前記燃焼態様を前記ＨＣＣＩ燃焼から前記ＳＩ燃焼に切り替えるときに、前記過給機の前記過給圧を切り替え前の前記過給圧よりも上昇させ、かつ、前記インジェクタの燃料噴射量を切り替え前の前記燃料噴射量よりも増加させ、
前記燃焼態様が前記ＨＣＣＩ燃焼のときに、前記インジェクタの燃料噴射量を前記ＨＣＣＩ燃焼の時期とシリンダ内の混合ガスの状態とに基づいて調整することを特徴とする発電装置。

【請求項2】

前記２ストロークエンジンは、対向ピストンエンジンであり、
前記シリンダには、さらに排気ポートが設けられ、
前記ピストンは、前記シリンダ内を対向して往復運動する吸気側ピストン、および排気側ピストンで構成され、
前記吸気側ピストンは、前記吸気ポートを開閉するように動作し、
前記排気側ピストンは、前記排気ポートを開閉するように動作し、
前記クランク軸は、前記吸気側ピストンの往復運動に対応して回転する吸気側クランク軸、および前記排気側ピストンの往復運動に対応して回転する排気側クランク軸で構成され、
前記発電機は、前記吸気側クランク軸と連動して回転する吸気側発電機、および前記排気側クランク軸と連動して回転する排気側発電機で構成されることを特徴とする請求項１に記載の発電装置。

【請求項3】

前記２ストロークエンジンは、ユニフロー掃気式のエンジンであり、
前記シリンダには、さらに排気弁が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の発電装置。

【請求項4】

前記過給機は、当該過給機の内部に設けられたローターの回転数に応じた過給圧にて空気を圧送することができ、
前記２ストロークエンジンは、
前記クランク軸に連結されたフライホイールをさらに有し、
前記過給機は、動力伝達部を介して前記フライホイールに接続されており、かつ、前記動力伝達部が有する増速比にて増速されることによって前記フライホイールと連動して前記ローターが回転し、
前記制御装置は、
前記燃焼態様を前記ＨＣＣＩ燃焼から前記ＳＩ燃焼に切り替えるときに、前記動力伝達部の前記増速比を切り替え前の該増速比よりも高くすることで前記過給機の前記過給圧を上昇させ、
前記燃焼態様を前記ＳＩ燃焼から前記ＨＣＣＩ燃焼に切り替えるときに、前記動力伝達部の前記増速比を切り替え前の該増速比よりも低くすることで前記過給機の前記過給圧を低下させることを特徴とする請求項１または２に記載の発電装置。

【請求項5】

前記制御装置は、
前記燃焼態様を前記ＳＩ燃焼から前記ＨＣＣＩ燃焼に切り替えるときに、前記過給機に設けられた第１のバルブを開いて、前記過給機の出口から圧送される前記空気の一部を前記過給機の入り口に戻し、
前記燃焼態様を前記ＨＣＣＩ燃焼から前記ＳＩ燃焼に切り替えるときに、前記第１のバルブを閉じて、前記過給機の出口からすべての前記空気を圧送することを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の発電装置。

【請求項6】

前記２ストロークエンジンは、
前記燃料の燃焼後に前記シリンダ内に残留する残留ガスを排気するための排気管をさらに有し、
前記制御装置は、
前記燃焼態様が前記ＳＩ燃焼のときに、前記シリンダを冷却する冷却水の水温が所定の温度値以下であれば、前記排気管に設けられた第２のバルブを開いて前記排気管の長さを第１の長さとし、前記冷却水の前記水温が前記所定の温度値を超えるのであれば、前記第２のバルブを閉じて前記排気管の長さを前記第１の長さよりも長い第２の長さとし、
前記燃焼態様を前記ＳＩ燃焼から前記ＨＣＣＩ燃焼に切り替えた後に、前記第２のバルブを開いて前記排気管の長さを前記第１の長さとすることを特徴とする請求項１から５までの何れか１項に記載の発電装置。

【請求項7】

前記制御装置は、前記燃焼態様が前記ＳＩ燃焼のときに、前記排気側クランク軸の回転の位相を前記吸気側クランク軸の回転の位相よりも遅角させることを特徴とする請求項２に記載の発電装置。

【請求項8】

前記制御装置は、前記燃焼態様が前記ＳＩ燃焼のときに、排気カムの回転の位相を前記ＨＣＣＩ燃焼のときよりも遅角させることにより、前記排気弁の開閉タイミングの位相を基準クランク角に対して遅角させることを特徴とする請求項３に記載の発電装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、車両に搭載されて、車両の駆動に用いられる電気エネルギーを生成する発電装置に関する。

【背景技術】

【0002】

内燃機関（エンジン）には、従前より各種構造のものが知られている。その一つとして、シリンダ内を往復するピストンの動きに合わせて燃焼室の膨張と圧縮とを繰り返し、その間に燃料を燃焼させる、いわゆる２サイクル（２ストロークとも称される）エンジンがある。その一具体例としては、対向ピストンエンジンが知られている。対向ピストンエンジンは、概して、シリンダに吸気ポートおよび排気ポートが設けられており、ピストンの往復運動に応じてそれらのポートが開閉する。そして、過給機によって圧送された空気が吸気ポートを通じてシリンダ内に給気され、シリンダ内の気体が吸気ポートから排気ポートへと掃気される一種のユニフロー方式となっている。

【0003】

対向ピストンエンジンを搭載した自動車等の実用化を目指して、対向ピストンエンジンの性能向上に関する研究が行われている（例えば特許文献１，２および非特許文献１を参照）。しかしながら、対向ピストンエンジンの実用化を進展させるためには、例えば、従来の各種の自動車（ハイブリッド車、電気自動車等）に対して市場における優位性を確保できるように、対向ピストンエンジンの更なる性能向上が求められている。

【0004】

ところで、このようなエンジンの開発に加えて、各種の方式のハイブリットシステムを搭載したハイブリッド自動車の開発も進められている。ハイブリッドシステムの分類の１つであるシリーズ方式では、エンジンは発電機を回して電力を生成し、生成した電力をバッテリーに蓄積させる。この方式の車両は、エンジンからの動力は駆動輪に直接伝達されず、バッテリーから供給される電力を用いて駆動モータを回すことにより駆動輪を駆動する。

【0005】

前記シリーズ方式に用いられるエンジンは、エンジンによって発生した動力を、発電機を用いて電気エネルギーに変換した後、駆動モータに電気エネルギーを供給するため、エネルギーの伝達効率が必然的に低下する。よって、そのエネルギー効率の低下を補うように、エンジンの熱効率をより一層向上させることが求められる。

【0006】

また、前記シリーズ方式に用いられるエンジンは、バッテリーの残量に応じて運転と停止とを繰り返すわけだが、このエンジンの動作が搭乗者によって知覚されて快適性を損なわせる場合がある。そのため、シリーズ方式のエンジンに要求される各種の特性の１つとして、ノイズおよび振動の発生が少ないことが挙げられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】国際公開第２０１８／１７４８５０号

【特許文献2】特表２０１８−５３２９５１号公報

【非特許文献】

【0008】

【非特許文献1】Morton, R., Riviere, R., and Geyer, S., "Understanding Limits to the Mechanical Efficiency of Opposed Piston Engines", Society of Automotive Engineers(SAE) Technical Paper 2017-01-1026, 2017年3月28日,〈DOI：https://doi.org/10.4271/2017-01-1026〉

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

本発明者は、各種エンジンの性能向上を長年研究している。エンジンの性能として代表的なものとして熱効率があるが、本発明者は、当該熱効率を向上させるべく、超ロングストロークを実現できて高効率が得られる対向ピストンエンジンに着目した。例えば、シリーズ方式のハイブリッド車に適用されるエンジンは、熱効率の高い回転数・負荷域（例えば中速中負荷域）の運転領域において主に運転される。そのため、当該エンジンには、当該運転領域において高い熱効率（最大熱効率）を示すことが強く求められる。そのため、対向ピストンエンジンは、このような用途に好適なエンジンとして有望視されている。

【0010】

ところで、熱効率が高く理想のガソリンの燃焼態様と言われながら実用化が遅れているＨＣＣＩ（予混合圧縮着火）燃焼がある。実用化が遅れている理由に、高負荷・高回転の運転領域が困難である等が挙げられる。本発明者は、対向ピストンエンジンにおいて、ＨＣＣＩ燃焼を採用するとともに、ＨＣＣＩ燃焼の短所を、ガソリンエンジンの標準的なＳＩ（火花点火）燃焼によって補填できるのではないかと考えた。しかしながら、対向ピストンエンジンとＨＣＣＩ燃焼とＳＩ燃焼とを組み合わせ、ＨＣＣＩ燃焼とＳＩ燃焼とを単に切り替えるというだけでは、理想とするエンジンの実現には至らなかった。

【0011】

そこで、本発明の一態様は、前記の問題点に鑑みてなされたものであり、発電装置に関し、エンジンの燃焼態様をＳＩ燃焼とＨＣＣＩ燃焼との間で切り替え、且つＳＩ燃焼のときにノッキングの発生を抑制することを目的とする。また、ＨＣＣＩ燃焼のときに燃焼時期の遅れを低減して適正な燃焼時期を保つことができる発電装置を実現することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

前記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る発電装置は、吸気ポートが設けられたシリンダと、前記シリンダ内を往復運動し、前記吸気ポートを開閉するように動作するピストンと、前記吸気ポートを介して前記シリンダ内に空気を圧送する過給機と、前記ピストンの往復運動に対応して回転するクランク軸と、前記シリンダ内に燃料を噴射するインジェクタと、を有する２ストロークエンジンと、前記クランク軸と連動して回転する発電機と、前記シリンダ内での前記燃料の燃焼態様を、ＳＩ燃焼とＨＣＣＩ燃焼とに切り替える制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記燃焼態様を前記ＳＩ燃焼から前記ＨＣＣＩ燃焼に切り替えるときに、前記過給機における前記空気を圧送するための過給圧を切り替え前の前記過給圧よりも低下させ、かつ、前記インジェクタの燃料噴射量を切り替え前の前記燃料噴射量よりも減少させ、前記燃焼態様を前記ＨＣＣＩ燃焼から前記ＳＩ燃焼に切り替えるときに、前記過給機の前記過給圧を切り替え前の前記過給圧よりも上昇させ、かつ、前記インジェクタの燃料噴射量を切り替え前の前記燃料噴射量よりも増加させ、前記燃焼態様が前記ＨＣＣＩ燃焼のときに、前記インジェクタの燃料噴射量を前記ＨＣＣＩ燃焼の時期（ＣＡ５０）とシリンダ内の混合ガスの状態とに基づいて調整する構成である。

【発明の効果】

【0013】

本発明の一態様によれば、発電機と、当該発電機を回す２ストロークエンジンとを備えた発電装置に関し、ＳＩ燃焼のときにノッキングの発生を抑制し、且つ、ＨＣＣＩ燃焼のときに燃焼時期の遅れを低減して適正な燃焼時期を保つことができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の実施形態１に係る発電装置の構成を示すブロック図である。

【図2】図１に示す発電装置に具備される対向ピストンエンジンおよびその周辺の構成について概略的に示す平面図および側面図である。

【図3】前記発電装置の動作の流れを示すフローチャートである。

【図4】前記発電装置に関し、ＨＣＣＩ燃焼からＳＩ燃焼への切り替えの際の、基本パラメータおよび制御パラメータの変化を示す図である。

【図5】前記発電装置に関し、ＳＩ燃焼からＨＣＣＩ燃焼への切り替えの際の、基本パラメータおよび制御パラメータの変化を示す図である。

【図6】ＨＣＣＩ燃焼の燃料噴射量とクランク角度との関係を示す図である。

【図7】前記発電装置を備えるシリーズ方式のパワートレインの概略的な構成を示す図である。

【図8】本発明の実施形態２に係るユニフロー掃気式の２ストロークエンジンの構成について概略的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。なお、以下の記載は発明の趣旨をより良く理解させるためのものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。本出願における各図面に記載した構成の形状および寸法（長さ、奥行き、幅等）は、実際の形状および寸法を必ずしも反映させたものではなく、図面の明瞭化と簡略化とのために適宜変更している。

【0016】

〔実施形態１〕
本発明の一実施形態について、図１〜図７に基づいて説明すれば、以下のとおりである。本実施形態では、本発明の一態様に係る対向ピストンエンジン（２ストロークエンジン）と、該エンジンによって回転することにより電力を生成する発電機（以下、発電モータ）とを備える発電装置を例示して説明する。このような発電装置は、シリーズ方式のハイブリッド車に好適に搭載することができる。なお、本発明の一態様に係る対向ピストンエンジンの用途は必ずしもこれに限定されず、その他、原動機が搭載されている各種の機器に適用することができる。例えば、住宅や施設等に設置される定置型もしくは可搬型のガソリン発電機、送水用または排水用のポンプシステム、航空機、大型車両、および船舶などに適用することもできる。

【0017】

（１）発電装置の構成
図１は、本実施形態の発電装置の概略構成を示すブロック図である。発電装置１０Ａは、対向ピストンエンジン１Ａと、発電モータ（発電機；排気側発電機）１１と、発電モータ（発電機；吸気側発電機）１２とが、図示しない筐体に搭載されている。なお、本明細書では、各種の補機を含めて対向ピストンエンジン１Ａと称する。

【0018】

発電装置１０Ａは、後述する対向ピストンエンジン１Ａと、検出装置９１と、制御装置９２とを備えている。検出装置９１は、対向ピストンエンジン１Ａのシリンダ冷却器（不図示）の冷却水の温度（水温）と、エンジン出力値と、燃焼割合が５０％となる最小容積基準クランク角度（いわゆる「ＣＡ５０」）とを少なくとも検出する。検出結果は、制御装置９２に送られる。

【0019】

制御装置９２は、検出装置９１の検出結果を取得して、対向ピストンエンジン１Ａを制御する。詳細は後述するが、制御装置９２は、対向ピストンエンジン１Ａの燃焼態様を、ＳＩ燃焼とＨＣＣＩ燃焼との間で切り替える。また、制御装置９２は、対向ピストンエンジン１Ａが各燃焼態様において適した条件で動作するように、対向ピストンエンジン１Ａを制御する。なお、制御装置９２は、対向ピストンエンジン１Ａの一部として構成されていてもよい。

【0020】

対向ピストンエンジン１Ａについて、図２に基づいて説明する。図２における符号１０１で示す図は、発電装置１０Ａの対向ピストンエンジン１Ａの概略的な構成を示す平面図である。また、同図では、構造を分かり易く示すため、シリンダ２０の筐体部の一部を透過して示している。図２における符号１０２で示す図は、対向ピストンエンジン１Ａの概略的な構成を示す側面図である。なお、説明の便宜上、図２には制御装置９２は示していない。

【0021】

図２における符号１０１で示す図のように、対向ピストンエンジン１Ａは、シリンダ２０、排気側・吸気側ピストン（ピストン）２１・２２、排気側・吸気側コンロッド２６・２７および排気側・吸気側クランクシャフト（クランク軸）３１・３２を備える。排気側ピストン２１・吸気側ピストン２２のそれぞれは、シリンダ２０内に挿通される。また、排気側コンロッド２６と排気側クランクシャフト３１とが一組となって排気側ピストン２１に接続される。さらに、吸気側コンロッド２７と吸気側クランクシャフト３２とが一組となって吸気側ピストン２２に接続される。

【0022】

具体的には、シリンダ２０内にて、排気側ピストン２１と吸気側ピストン２２とが互いに対向するように往復運動することにより対向ピストンエンジン１Ａが動作する。シリンダ２０内には燃焼室２３が形成されている。燃焼室２３は、排気側ピストン２１が有するピストンヘッド２１ａ、吸気側ピストン２２が有するピストンヘッド２２ａ、およびシリンダ２０の内壁２０ａによって囲まれて形成される。図２の符号１０１で示す図は、排気側ピストン２１および吸気側ピストン２２が上死点近傍（シリンダ２０の中心に最近接した位置）に位置する状態の対向ピストンエンジン１Ａを示している。

【0023】

対向ピストンエンジン１Ａは、シリンダ２０にインジェクタ（燃料噴射器）２８を有している。インジェクタ２８から燃焼室２３内に燃料が噴射される。本実施形態では、前記燃料はガソリンであり、対向ピストンエンジン１Ａはガソリンエンジンとなっている。前記燃料は、図示しない燃料タンクからインジェクタ２８に供給される。詳細は後述するが、インジェクタ２８からの燃料噴射量は、図１に示した制御装置９２によって制御される。

【0024】

対向ピストンエンジン１Ａは、シリンダ２０に２つの点火プラグ２９を有している。点火プラグ２９が点火すると、インジェクタ２８から燃焼室２３内に噴射された燃料に着火して燃焼する。本実施形態では、燃料を点火プラグ２９によって火花着火させるＳＩ燃焼と、点火プラグ２９を用いず自発着火させるＨＣＣＩ燃焼とを切り替えて行う。そのため、詳細は後述するが、点火プラグ２９の動作は、図１に示した制御装置９２によって制御される。

【0025】

なお、ＨＣＣＩ運転中に点火プラグ２９をオンにして火花点火アシストＨＣＣＩで運転してもよく、その場合はＨＣＣＩ運転中も適切な時期に火花を飛ばす。「ＨＣＣＩ運転」は、ＨＣＣＩ燃焼による対向ピストンエンジン１Ａの作動のことを指す。

【0026】

図２における符号１０１で示す図中、燃焼室２３内に記載の星形マークは、シリンダ２０の中心位置ＣＰを示しており、燃料の理想的な点火位置を示している。燃焼室２３内にて燃料が燃焼することにより、排気側ピストン２１および吸気側ピストン２２が互いに対向して往復運動する。

【0027】

対向ピストンエンジン１Ａは、シリンダ２０の中心位置ＣＰから軸方向に互いに離れた位置に排気ポート８１および吸気ポート８６がそれぞれ設けられている。排気ポート８１および吸気ポート８６は、典型的には、シリンダ２０に形成された開口部である。排気ポート８１は排気側ピストン２１の往復運動に対応して開閉し、吸気ポート８６は吸気側ピストン２２の往復運動に対応して開閉する。

【0028】

対向ピストンエンジン１Ａは、排気流出部８２と給気部８７とを備えている。排気流出部８２は、排気ポート８１の近傍かつシリンダ２０の周囲に環状に設けられ、排気ポート８１を介してシリンダ２０内に連通する空間が形成されている。シリンダ２０には排気ポート８１として複数の開口部が形成されている。給気部８７は、吸気ポート８６の近傍かつシリンダ２０の周囲に環状に設けられ、吸気ポート８６を介してシリンダ２０内に連通する空間が形成されている。シリンダ２０には吸気ポート８６として複数の開口部が形成されている。排気ポート８１および吸気ポート８６としての開口部の数は特に限定されない。

【0029】

また、対向ピストンエンジン１Ａは、排気管（排気流路形成部）８３を備えており、排気管８３は、一端が排気流出部８２に接続され、他端が触媒コンバータ（別部材）８４に接続されている。排気管８３は、排気流路が内部に形成されており、前記排気流路の長さＥｘＬは、排気流出部８２から触媒コンバータ８４までの排気管８３の長さとみなすことができる。

【0030】

排気管８３内の前記排気流路を流れて触媒コンバータ８４に流入した排気ガスＥｘｈ１は、触媒コンバータ８４内の例えば酸化触媒によって浄化される。触媒コンバータ８４は、ＮＯｘ吸蔵触媒、選択還元触媒、またはＧＰＦ（Gasoline Particulate Filter）等が格納されていてもよく、三元触媒が格納されていてもよい。触媒コンバータ８４により浄化された排気ガスＥｘｈ２は例えば図示を省略するマフラー（消音器）へと流出する。

【0031】

排気管８３には、排気管長（排気流路長）を可変するシャッターバルブ８３ａが設けられている。具体的には、シャッターバルブ８３ａは、排気管８３の途中において、排気流路を短絡させることができるように配設されている。故に、シャッターバルブ８３ａが開いていれば排気管８３の長さＥｘＬは短く（第１の長さ）、シャッターバルブ８３ａを閉じていれば排気管８３の長さＥｘＬは長い（第２の長さ）。詳細は後述するが、シャッターバルブ８３ａの開閉は、図１に示した制御装置９２によって制御される。

【0032】

排気管８３は、上記排気流路の途中において、排気再循環（ＥＧＲ）のために機械式過給機６１の吸入口に接続するよう分岐しており、その途中にＥＧＲバルブ８５とＥＧＲクーラー８８が設けられている。ＥＧＲバルブ８５を開くことにより、排気管８３内の上記排気流路を流れる排気ガスＥｘｈ１の一部を冷却して吸気側のシステムに送給するようになっており、この送給量はＥＧＲバルブ８５の開閉角度により適宜調整可能となっている。詳細は後述するが、吸気側のシステムにおける吸入ガスに対する排気ガスの質量比率（ＥＧＲ率）（すなわちＥＧＲバルブ８５の開度）は、図１に示した制御装置９２によって制御される。

【0033】

対向ピストンエンジン１Ａは、更に、機械式過給機（過給機）６１と、送気管６２と、インタークーラ（給気冷却器）６３と、スロットルバルブ６４を備えている。スロットルバルブ６４は機械式過給機６１の吸入口に接続されている。

【0034】

機械式過給機６１は、対向ピストンエンジン１Ａにて発生した動力を利用して作動するメカニカルスーパーチャージャーであり、吸気ポート８６を介してシリンダ２０内に空気を圧送する。このような機械式過給機６１は、回転するローターを内部に備えている。機械式過給機６１は、スロットルバルブ６４を介して空気（Ｉｎｔ１）を吸気するとともに、ＥＧＲバルブ８５を通じて送給された排気ガスＥｘｈ１を吸気して、圧縮した後、該圧縮した空気（Ｉｎｔ２）を、送気管６２を通じてインタークーラ６３に送る。インタークーラ６３を通過して冷却された空気（Ｉｎｔ３）は、給気部８７に圧送され、吸気ポート８６を介してシリンダ２０に給気される。

【0035】

過給圧について更に説明すると、機械式過給機６１の内部のローター（不図示）に連結されているクラッチ付き２ステップベルトドライブ６５は、動力伝達部（増速ベルト４２ｃ、プーリー４２ｂ）を介してフライホイール４２ａに接続されている。また、クラッチ付き２ステップベルトドライブ６５は、前記動力伝達部（増速ベルト４２ｃ、プーリー４２ｂ）が有する増速比にて増速されることによってフライホイール４２ａと連動して回転する。

【0036】

具体的には、機械式過給機６１のローターに連結されているクラッチ付き２ステップベルトドライブ６５は、二組の増速比が異なるプーリベルト機構を備える。また、クラッチ付き２ステップベルトドライブ６５は、高速側プーリー内に断続クラッチを備え、低速側プーリー内にワンウェイクラッチを備える。クラッチ付き２ステップベルトドライブ６５は、断続クラッチをオフとするとワンウェイクラッチによって低速で駆動される。一方、断続クラッチをオンとすると、クラッチ付き２ステップベルトドライブ６５はワンウェイクラッチが空回りすることにより高速で駆動される。これにより、機械式過給機６１のローターが所定の回転数にて回転することができ、所定の過給圧にて空気を圧送することができる。

【0037】

更に、機械式過給機６１には、送気管６２にバイパスバルブ６２ａが設けられている。バイパスバルブ６２ａを開けば、機械式過給機６１の出口から圧送される空気の一部を機械式過給機６１の入り口に戻すことができる。一方、バイパスバルブ６２ａを閉じれば、機械式過給機６１の出口からすべての空気を圧送することができる。このようにバイパスバルブ６２ａの開閉の具合によって、過給圧を微調整することができる。

【0038】

詳細は後述するが、機械式過給機６１の過給圧は、バイパスバルブ６２ａの開閉の具合を含めて、図１に示した制御装置９２によって制御される。また、対向ピストンエンジン１Ａは、排気側ピストン２１が排気側コンロッド２６を介して排気側クランクシャフト（排気側クランク軸；クランク軸）３１のクランクピン３１ａと接続されている。また、対向ピストンエンジン１Ａは、吸気側ピストン２２が吸気側コンロッド２７を介して吸気側クランクシャフト（吸気側クランク軸；クランク軸）３２のクランクピン３２ａと接続されている。

【0039】

なお、過給機としては機械式の過給機ではなく、電動コンプレッサを用いてもよく、その場合は過給圧の目標値に対して電動コンプレッサの回転速度を変更して過給圧を切り替える。また、必要に応じて回転速度を調整して過給圧を微調整することができる。

【0040】

図２に示すように、対向ピストンエンジン１Ａが動作する場合、排気側ピストン２１の往復運動と連動して、排気側クランクシャフト３１が第１の回転方向に回転する。また、吸気側ピストン２２の往復運動と連動して、吸気側クランクシャフト３２が第２の回転方向に回転する。ここでは、図２中、前記第１の回転方向は時計回りの方向であり、前記第２の回転方向は反時計回りの方向である。

【0041】

排気側クランクシャフト３１は、バランスウェイト３１ｂを備えている。排気側クランクシャフト３１の回転軸の方向の一端部に、フライホイール４１ａが同軸に設置されている。フライホイール４１ａは、排気側クランクシャフト３１の回転と同方向に同じ回転速度（回転数）にて回転する。吸気側クランクシャフト３２は、バランスウェイト３２ｂを備えているとともに、回転軸の方向の一端部に過給機駆動用のプーリー（ベルト車）４２ｂが同軸に設置され、プーリー４２ｂの近傍にフライホイール４２ａが同軸に設置されている。フライホイール４２ａおよびプーリー４２ｂは、吸気側クランクシャフト３２の回転と同方向に同じ回転速度（回転数）にて回転する。

【0042】

発電装置１０Ａが含む発電モータ１１・１２は、対向ピストンエンジン１Ａの側方部に設けられている。発電モータ１１・１２は、公知の発電機を用いればよく、例えば車両用発電機（オルタネータ）を大きくしたものである。発電モータ１１は回転軸１１ａを備え、該発電モータ１１から突出する回転軸１１ａの先端が対向ピストンエンジン１Ａの方向に向くように配置されている。回転軸１１ａには、発電モータ１１から遠い順に、連動ギア７１およびチェーン受け部５２ａが設けられている。連動ギア７１およびチェーン受け部５２ａは、回転軸１１ａと同軸に設けられており、回転軸１１ａと連動して回転する、すなわち発電モータ１１と同方向に同じ回転速度（回転数）にて回転する。

【0043】

発電モータ１２は回転軸１２ａを備え、該発電モータ１２から突出する回転軸１２ａの先端が対向ピストンエンジン１Ａの方向に向くように配置されている。回転軸１２ａには、発電モータ１２から遠い順に、連動ギア７２およびチェーン受け部５２ｂが設けられている。連動ギア７２およびチェーン受け部５２ｂは、回転軸１２ａと同軸に設けられており、回転軸１２ａと連動して回転する、すなわち発電モータ１２と同方向に同じ回転速度（回転数）にて回転する。

【0044】

フライホイール４１ａおよびフライホイール４２ａは、それぞれ外周に歯が形成されている。フライホイール４１ａとチェーン受け部５２ａとは、増速チェーン５６を介して互いに接続されている。フライホイール４２ａとチェーン受け部５２ｂとは、増速チェーン５７を介して互いに接続されている。

【0045】

発電モータ１１は、フライホイール４１ａと増速チェーン５６とチェーン受け部５２ａとの組合せ（第１の動力伝達部）が有する所定の増速比にて増速されて、フライホイール４１ａと連動して第１の回転方向に回転する。発電モータ１２は、フライホイール４２ａと増速チェーン５７とチェーン受け部５２ｂとの組合せ（第２の動力伝達部）が有する所定の増速比にて増速されて、フライホイール４２ａと連動して第２の回転方向に回転する。

【0046】

排気側ピストン２１、吸気側ピストン２２、フライホイール４１ａ・４２ａ、プーリー４２ｂ、ならびに発電モータ１１・１２は、各種の動力伝達部によって接続されて互いに連動するようになっている。また、排気側クランクシャフト３１、吸気側クランクシャフト３２、フライホイール４１ａ・４２ａ、プーリー４２ｂ、ならびに発電モータ１１・１２は、各種の動力伝達部によって接続されて互いに連動するようになっている。さらに、発電モータ１１と発電モータ１２とは、連動ギア７１と連動ギア７２とが歯合（係合）しており、互いに逆の回転方向に同じ回転速度で回転して連動するようになっている。

【0047】

対向ピストンエンジン１Ａは、連動ギア７１および連動ギア７２に駆動トルクがほとんどかからないとともに、連動ギア７１および連動ギア７２の周速が速い。そのため、連動ギア７１および連動ギア７２に歯打ち音が発生し難い。また、連動ギア７１および連動ギア７２は、大きなトルクがかからないことからアンチバックラッシュギアを用いることができ、この場合、機械的なエネルギー損失を抑制しつつ静音性を高めることができる。

【0048】

また、先述のように機械式過給機６１は、増速ベルト４２ｃを介してプーリー４２ｂと接続されており、所定の増速比にて増速されて、プーリー４２ｂと連動して第２の回転方向に回転する。排気側クランクシャフト３１、吸気側クランクシャフト３２、発電モータ１１、発電モータ１２、および機械式過給機６１は、回転軸方向が互いに平行となっている。

【0049】

対向ピストンエンジン１Ａは、発電モータ１１の回転軸１１ａに位相可変部材７５が取り付けられている。位相可変部材７５は、連動ギア７１とチェーン受け部５２ａとの位相関係（位相角）を変化させる（調整する）ことができる。位相可変部材７５を用いることにより、排気側クランクシャフト３１の回転と吸気側クランクシャフト３２の回転との互いの位相関係を変化させることができる。

【0050】

位相可変部材７５、連動ギア７１・７２、フライホイール４１ａと増速チェーン５６とチェーン受け部５２ａとの組合せ、および、フライホイール４２ａと増速チェーン５７とチェーン受け部５２ｂとの組合せは、クランク位相可変機構として機能する。クランク位相可変機構（位相可変機構）とは、排気側クランクシャフト３１の回転と吸気側クランクシャフト３２の回転との互いの位相関係を調整するものである。

【0051】

また、連動ギア７１・７２、フライホイール４１ａと増速チェーン５６とチェーン受け部５２ａとの組合せ、および、フライホイール４２ａと増速チェーン５７とチェーン受け部５２ｂとの組合せは、回転伝達機構として機能する。回転伝達機構とは、排気側クランクシャフト３１の回転と吸気側クランクシャフト３２の回転との互いの位相関係を決定するものである。

【0052】

対向ピストンエンジン１Ａは、２つのクランクの回転について互いに位相差がない場合、連動ギア７１および連動ギア７２に駆動トルクがかからない。ただし、２つのクランクの回転について互いに位相差が有る場合、進角側のクランクのトルクが遅角側のクランクのトルクよりも増加するので、それらの差分のトルク（駆動トルク）が連動ギア７１・７２に負荷される。この場合、進角側の発電モータの発電量を増加することで駆動トルクを抑制することができる。

【0053】

そのため、対向ピストンエンジン１Ａでは、許容トルク（位相変化に要する駆動トルクおよび位相関係の保持に要する保持トルク）の小さい位相可変部材７５を使用することができる。このような位相可変部材７５としては公知の部材を用いることができ、例えば、一般にカムシャフトの位相を変化させるために用いられる位相変化型可変バルブタイミング機構を適用することができる。すなわち、例えば、回転軸１１ａの回転が油圧室を介して連動ギア７１に伝達するように、位相可変部材７５を設ける。進角側または遅角側の油圧室の片側に油圧をかけることで、回転軸１１ａの回転に対して連動ギア７１の回転を進角または遅角させることができる。

【0054】

位相可変部材７５は、排気側クランクシャフト３１と吸気側クランクシャフト３２との位相関係を変化させることができるようになっていればよく、具体的な構成は特に限定されず、配置も特に限定されない。詳細は後述するが、位相可変部材７５の動作は、図１に示した制御装置９２によって制御される。

【0055】

対向ピストンエンジン１Ａは、主要な運転領域（エンジン回転数・負荷域）において最大熱効率が高いことが重要である。この主要な運転領域としては、用途（すなわちエンジンが搭載される動力発生機構）に応じて様々であり、主要な運転領域の数値範囲を具体的に規定することは難しい。本実施形態における対向ピストンエンジン１Ａは、熱効率の高い回転数・負荷域（例えば中速中負荷域）で運転する用途（例えば発電用）を想定し、総合的なエンジン性能が高い運転領域での使用頻度が高くなるように設定した。総合的なエンジン性能は、熱効率や排気ガス、騒音などによって評価される。

【0056】

ここで、エンジン性能はエンジン回転数の感度が高いので、主要な運転領域はエンジン回転数によって規定することができる。そのような主要な運転領域にて必要な出力が得られるように負荷を調整する。一般的に、低負荷の場合を除いて、負荷によるエンジン性能への影響は小さい。

【0057】

換言すれば、「主要な運転領域」とは、エンジンの通常の使い方において、長時間にわたって運転される、エンジンの総合性能が高いエンジン回転数の領域である。一例では、シリーズ方式のハイブリッド車に搭載される対向ピストンエンジン１Ａは、主要な運転領域が例えば１５００ｒｐｍ以上３０００ｒｐｍ以下であり、好ましくは２０００ｒｐｍ以上２５００ｒｐｍ以下である。

【0058】

本実施形態における対向ピストンエンジン１Ａは、幾何学的圧縮比が１５以上であり、１８以上であってよく、２０以上であってもよい。本実施形態における対向ピストンエンジン１Ａは、幾何学的圧縮比を２４とすることができる。対向ピストンエンジン１Ａは、例えば、ボアが８６ｍｍであり、片方のピストンあたりのストロークが１０３ｍｍである。この場合の両方のピストンの下死点（シリンダ２０の中心から最も離れた位置）ＢＤＣおよび上死点ＴＤＣに基づく基準排気量（幾何学的排気量）は１１９６ｃｃである。

【0059】

２つのクランクの回転について互いに位相差が有る場合、対向ピストンエンジン１Ａの有効排気量（燃焼室２３の最大容積と最小容積との差）は基準排気量よりも少し小さくなる。なお、対向ピストンエンジン１Ａのボアおよびストロークの具体的な値は、対向ピストンエンジン１Ａの全体サイズに応じて適宜決定されるものであり、前記のような幾何学的圧縮比となっていれば特に限定されるものではない。

【0060】

「基準容積比」は、排気側クランクシャフト３１と吸気側クランクシャフト３２とのクランク位相が揃っている（位相差が無い）状態において、下死点容積を上死点容積で割ることにより得られる値である。基準容積比は、対向ピストンエンジン１Ａの構造（シリンダ２０の容積、排気側ピストン２１および吸気側ピストン２２のボアおよびストローク）によって決定される。

【0061】

ここで、対向ピストンエンジン１Ａでは位相可変部材７５によってクランク位相が可変である。本明細書において、前記「幾何学的圧縮比」は「容積比」と同義である。また、「容積比」とは、排気側ピストン２１と吸気側ピストン２２とが最も遠ざかった時点におけるシリンダ２０内の容積を、各ピストンが最も近づいた時点におけるシリンダ２０内の容積で割ることにより得られる値を意味する。言い換えれば、「容積比」とは、燃焼室２３の最大容積を燃焼室２３の最小容積で割ることにより得られる値を意味する。また、「容積比」は、位相差に応じて値が異なる。基準容積比は容積比と同等またはわずかに高い値であり、エンジンの性能を評価する上では、容積比がより重要となる。

【0062】

また、本明細書において、「有効圧縮比」とは、排気ポート８１が全閉した時点におけるシリンダ２０内の容積を、排気側ピストン２１と吸気側ピストン２２とが最も近づいた時点におけるシリンダ２０内の容積で割ることにより得られる値を意味する。言い換えれば、「有効圧縮比」とは、圧縮開始時の燃焼室２３の容積を燃焼室２３の最小容積で割ることにより得られる値を意味する。

【0063】

本実施形態における対向ピストンエンジン１Ａは、高容積比であっても、実質的な圧縮比を有効圧縮比よりもさらに低減し、圧縮温度を低下させることによりノッキングの発生を抑制して、最大熱効率を高くすることができる。このことについて、発電装置１０Ａの動作に関する説明とともに後述する。

【0064】

（検出装置９１）
図１に示した検出装置９１は、一般的に装備されている、吸気圧力・温度センサおよびエンジン入口または出口の冷却水の温度を計測する温度センサを有している。また、検出装置９１は、エンジン動作によって出力されるトルク（エンジン出力値）を検出するトルク出力センサを有している。トルク出力センサは、後述するＰＣＵ７（図７）からエンジン出力値を取得することができる。なお、トルク出力センサは、エンジンの動作にかかる負荷を検出するようになっていてもよい。例えば、一定の回転数で運転している状態において、前記トルクと前記負荷とは互いに釣り合っている。

【0065】

また、検出装置９１は、ＣＡ５０の角度を検出するＣＡセンサを有している。具体的には筒内圧力センサを用いて筒内圧力履歴からＣＡ５０を算出するが、これに限定されるものではない。例えば、クランク角度センサからの角加速度信号を処理して擬似的なＣＡ５０を求めることもできる。さらに、検出装置９１は、二つのクランクの角度センサによるタイミング検出センサを有している。本実施形態の対向ピストンエンジン１Ａは、排気側ピストン２１と吸気側ピストン２２との間の容積が膨張する行程と、排気側ピストン２１と吸気側ピストン２２との間の容積が収縮する行程と、の２行程（ストローク）にて１サイクル動作する。タイミング検出センサでは、このサイクルのタイミングをとってシリンダ容積を算出する。

【0066】

（制御装置９２）
図１に示した制御装置９２は、シリンダ２０内の燃料の燃焼態様を制御する。具体的には、制御装置９２は、後述するＰＣＵ７（図７）からの切り替え指令（以下、変更指令と称する）と、検出装置９１から取得する検出結果とに基づいて、当該燃焼態様をＳＩ燃焼とＨＣＣＩ燃焼との間で切り替える。以下に、制御装置９２による先述の対向ピストンエンジン１Ａの動作の制御内容について、図４および図５を用いて説明する。図４は、ＨＣＣＩ燃焼からＳＩ燃焼への切り替えの際の各構成の、制御装置９２による制御内容を示す。また、図５は、ＳＩ燃焼からＨＣＣＩ燃焼への切り替えの際の各構成の、制御装置９２による制御内容を示す。

【0067】

・インジェクタ２８の燃料噴射量の制御
制御装置９２は、インジェクタ２８からの燃料噴射量を制御する。燃料噴射量の制御は従来周知の手法を採用すればよい。具体的には、制御装置９２は、ＳＩ燃焼からＨＣＣＩ燃焼に切り替えるときに、ＳＩ燃焼中の燃料噴射量から、噴射量を下げる。例えば、ＳＩ燃焼中は１サイクル当たり４４ｇとしていた燃料噴射量を、１サイクル当たり２０〜２５ｇまで下げる。

【0068】

また、制御装置９２は、ＨＣＣＩ燃焼に切り替えた後（ＨＣＣＩ燃焼中）には、サイクル毎に燃焼噴射量を調整することによって、燃焼時期を制御することができる。制御装置９２は、ＨＣＣＩ燃焼中、サイクル毎に、ＨＣＣＩ燃焼の時期（ＣＡ５０）と燃焼室２３内の混合ガスの状態を確認し、この確認結果に基づいて、燃料噴射量を調整する。ＨＣＣＩ燃焼の時期（ＣＡ５０）について、筒内圧センサの圧力値とクランク角センサからの燃焼室容積値から毎回転算出するＣＡ５０の値と目標値とのズレを確認して調整する（フィードバック制御）。更に、混合ガスの状態（圧力、温度、酸素濃度、燃料濃度）から燃焼時期を予測して、その予測値の目標値とのズレに応じて噴射量を調整（予測制御）しても良い。

【0069】

具体的には、制御装置９２は、ＳＩ燃焼からＨＣＣＩ燃焼に切り替えた後の最初のサイクルでは、インジェクタ２８が予め設定された噴射量の燃料を噴射するよう制御する。２回目以降のサイクルでは、制御装置９２は、インジェクタ２８が燃料を噴射する噴射タイミングよりも前に、不図示の圧力センサ等から取得した１サイクル前の燃焼室２３内のＣＡ５０に係る値（またはそのサイクルの予測値）が所定の数値範囲内に含まれるか否かを判定する。

【0070】

ＣＡ５０に係る値が所定の数値範囲の下限値よりも小さいと判定した場合、制御装置９２は、１サイクル前のインジェクタ２８の燃料噴射量よりも多い噴射量の燃料をインジェクタ２８が噴射するよう、当該インジェクタ２８を制御する。一方、ＣＡ５０に係る値が所定の数値範囲の上限値よりも大きいと判定した場合、制御装置９２は、１サイクル前のインジェクタ２８の燃料噴射量よりも少ない噴射量の燃料をインジェクタ２８が噴射するよう、当該インジェクタ２８を制御する。ＣＡ５０に係る値が所定の数値範囲内（ＣＡ５０に係る値が下限値の場合および上限値の場合の双方を含む）の場合、制御装置９２は、１サイクル前の燃料噴射量と同じ噴射量の燃料を噴射するようインジェクタ２８を制御する（定常状態の場合）。なお、定常状態ではなく過渡状態の場合は、変更指令に基づく前サイクルからの増減分を付加する必要がある。なお、１サイクル前のインジェクタ２８の燃料噴射量と総噴射量はそのままに、分割噴射の回数・時期と噴射量の調整を行ってもよい。

【0071】

なお、制御装置９２による上述の燃料噴射量の調整態様はあくまで一例であり、制御装置９２は他の調整態様を採ってもよい。つまり、ＨＣＣＩ燃焼中に燃料が適切な時期に燃焼するのであれば、制御装置９２はどのような燃料噴射量の調整態様を採ってもよい。また、このとき、後述するＥＧＲ率も数サイクル毎に調整する。具体的には、ＨＣＣＩ燃焼からＳＩ燃焼に切り替えるときに、ＥＧＲ率を上昇させ、ＳＩ燃焼からＨＣＣＩ燃焼に切り替えるときに、ＥＧＲ率を減少させる。

【0072】

また、制御装置９２は、ＨＣＣＩ燃焼からＳＩ燃焼に切り替えるときに、ＨＣＣＩ燃焼中に１サイクル当たり２０〜２５ｇとしていた燃料噴射量を、１サイクル当たり４４ｇまで上げる。なお、以上で説明した数値は何れも一例に過ぎない。前記構成によれば、ＳＩ燃焼からＨＣＣＩ燃焼に切り替えるときに、インジェクタ２８の燃料噴射量を上述のように下げることによって、シリンダ２０内の混合ガスをストイキに近い弱リーンからＨＣＣＩ燃焼に必要な強リーンに切り替えることができる。なお、「混合ガス」は、空気と既燃ガス（ＥＧＲ含む）、燃料とが混合されたものである。また、混合ガスを燃焼した後に残留するガスを「残留ガス」と称する。

【0073】

また、過早着火防止のため、ＨＣＣＩ燃焼からＳＩ燃焼に切り替えるときよりも、ＳＩ燃焼からＨＣＣＩ燃焼に切り替えるときには、燃料噴射量の減少は早めにする。制御装置９２による燃料噴射量の制御タイミングとしては、後述するＰＣＵ７（図７）から制御装置９２がエンジン出力の変更指令（以下、変更指令と称する）を取得する前から、上述した燃料噴射量の変更を開始する。要するに、変更指令のタイミングの直前に変更準備期間が設けられている。変更準備は、ＰＣＵ７（図７）からの指令に基づいて開始する。変更指令が出る時期が、バッテリーの蓄電量と運転状態（速度、加速度、登板など）から変更の必要性を算出して決まり、それが決まると同時に変更準備の開始時期も決まる。準備期間は車両とエンジンの状態とによって異なる。

【0074】

・点火プラグ２９の制御
制御装置９２は、点火プラグ２９のオンオフを制御する。ＳＩ燃焼中は、点火プラグ２９をオンに制御し、ＨＣＣＩ燃焼中は、点火プラグ２９をオフに制御する。なお、ＨＣＣＩ運転中に点火プラグをオンにして火花点火アシストＨＣＣＩで運転してもよく、その場合はＨＣＣＩ運転中も適切な時期に火花を飛ばす。なお、ＨＣＣＩ燃焼にて運転を行うことが可能な状態になったら、自然に自着火が始まる。反対に、ＳＩ燃焼にて運転を行うことが可能な状態になったら、自然に自着火が止まる。ＳＩ運転中の点火時期は、暖機中は燃焼安定性の許容範囲で遅角制御し、暖機後はＭＢＴ（Minimum advance for the Best Torque）またはノック限界に制御される。

【0075】

・排気管８３の長さＥｘＬの制御
制御装置９２は、排気管８３の長さＥｘＬを制御するために、シャッターバルブ８３ａの開閉を制御する。具体的には、制御装置９２は、ＳＩ燃焼からＨＣＣＩ燃焼に切り替えるときに、シャッターバルブ８３ａを開いて排気管の長さＥｘＬを第１の長さとする（短くする）。本実施形態では、排気管の長さＥｘＬは、第１の長さと第２の長さとを選択可能となっており、第１の長さは、第２の長さよりも短い。これにより、圧縮開始前のシリンダ２０内の圧力、シリンダ２０内の混合ガスの温度が高い状態となるため、燃焼時期の遅れを低減することができる。

【0076】

なお、ＨＣＣＩ運転あるいはＳＩ運転が可能な状態となったかどうかは、制御パラメータの変更が終了した時期に判断される。「ＳＩ運転」は、ＳＩ燃焼による対向ピストンエンジン１Ａの作動のことを指す。

【0077】

また、制御装置９２は、ＨＣＣＩ燃焼に切り替えた後（ＨＣＣＩ燃焼中）には、シャッターバルブ８３ａを開の状態にしておき、排気管８３の長さＥｘＬを短い状態（第１の長さ）としておく。これにより、圧縮開始前のシリンダ２０内の圧力低下が少なく、シリンダ２０内の混合ガスの温度が高い状態となるため、燃焼時期の遅れを低減することができる。

【0078】

また、制御装置９２は、暖機運転中にＳＩ燃焼をしている場合、対向ピストンエンジン１Ａの冷却水の水温が所定の温度値Ａ以下の場合には、シャッターバルブ８３ａを開いて排気管の長さＥｘＬを第１の長さとする（短くする）。これにより、触媒コンバータ８４の触媒を早く温めることができる。一方、ＳＩ燃焼中に、対向ピストンエンジン１Ａの冷却水の水温が前記所定の温度値Ａを超える場合にはＨＣＣＩ燃焼に切り替える。続いてＨＣＣＩ燃焼からＳＩ燃焼に切り替えるときに、制御装置９２は、シャッターバルブ８３ａを閉じて排気管８３の長さＥｘＬを第２の長さとする（長くする）。これにより、シリンダ２０内の圧力を低下させ、シリンダ２０内の混合ガスの温度を低下させることができるため、ノッキングの発生を抑制することができる。排気管８３の長さＥｘＬは、シャッターバルブ８３ａを閉じた状態で１．０ｍ（第２の長さ）、シャッターバルブ８３ａを開いた状態で０．３ｍ（第１の長さ）とできるが、この数値はあくまでも一例である。

【0079】

・機械式過給機６１の回転数に基づく過給圧の制御
制御装置９２は、機械式過給機６１の回転数の制御（過給圧の制御）を行う。そのために、先述のようにクラッチ付き２ステップベルトドライブ６５の動力伝達部（増速ベルト４２ｃ、プーリー４２ｂ）の増速比を制御する。具体的には、制御装置９２は、ＳＩ燃焼からＨＣＣＩ燃焼に切り替えるときに、動力伝達部（増速ベルト４２ｃ、プーリー４２ｂ）の増速比を切り替え前の増速比よりも低くする。これにより、機械式過給機６１のローターの回転数を下げて過給圧を切り替え前の過給圧よりも低下させる。例えば、４．０×Ｎｅから２．３×Ｎｅに該回転数を下げる（なお、Ｎｅはエンジン回転数を示す）。過給圧を低下させることにより掃気が不完全になって残留ガス量が増加するので、ＨＣＣＩ燃焼のときに懸念される燃焼時期の遅れを低減することができる。

【0080】

また、制御装置９２は、ＨＣＣＩ燃焼からＳＩ燃焼に切り替えるときに、前記動力伝達部（増速ベルト４２ｃ、プーリー４２ｂ）の増速比を切り替え前の該増速比よりも高くする。これにより、機械式過給機６１のローターの回転数を上げて、過給圧を切り替え前の過給圧よりも上昇させる。例えば、２．３×Ｎｅから４．０×Ｎｅに該回転数を上げる。過給圧を上昇させることにより掃気が良好になって残留ガス量が低下するので、ＳＩ燃焼のときに懸念されるノッキングの発生を抑制することができる。

【0081】

発電装置１０Ａは、シリーズハイブリット方式のパワートレインに組み込まれるため、目標トルクの誤差が許容されるため、燃料噴射量を増減することによってサイクル毎の燃焼時期制御が可能である。前記構成によれば、気筒別およびサイクル毎の発生トルクの相違を吸収することができる。また、前記構成によれば、ＳＩ燃焼とＨＣＣＩ燃焼とを切り替えるときに、機械式過給機６１の回転数に基づく過給圧を上述のように増減（調整）させることで、ＳＩ燃焼時のノッキングの発生を抑制し、ＨＣＣＩ燃焼時の燃焼時期の遅れを抑制することができる。

【0082】

・機械式過給機６１のバイパスバルブ６２ａに基づく過給圧の制御
制御装置９２は、機械式過給機６１の過給圧を微調整するために、機械式過給機６１の送気管６２に設けられたバイパスバルブ６２ａの開閉を制御する。バイパスバルブ６２ａによる過給圧の微調整は、主にＨＣＣＩ燃焼をおこなっている間に燃焼時期を調整するために行う。

【0083】

具体的には、制御装置９２は、ＳＩ燃焼からＨＣＣＩ燃焼に切り替えるときに、ＳＩ燃焼中には閉じていた（つまり開度０°）バイパスバルブ６２ａを開いていく。このとき、ＨＣＣＩ燃焼に完全に切り替わるまでの間、機械式過給機６１の回転数減少を補うために一旦余分に（例えば開度５°）に開いてもよい。なお、この代替として、スロットルバルブ６４を全開から半開にしてもよい。そして、制御装置９２は、ＨＣＣＩ燃焼に切り替わった後（ＨＣＣＩ燃焼中）は、開度０°以上１０°以下の範囲で調整する。なお、数値は一例に過ぎない。

【0084】

また、制御装置９２は、ＨＣＣＩ燃焼からＳＩ燃焼に切り替えるときに、開度０°以上１０°以下の範囲で調整されていたバイパスバルブ６２ａを、閉じる（つまり開度０°）。制御装置９２によるバイパスバルブ６２ａの制御タイミングとしては、後述するＰＣＵ７（図７）から制御装置９２が変更指令を取得する前から、上述した開度の変更を開始する。要するに、変更指令のタイミングの直前に変更準備期間が設けられている。変更準備は、先述のようにＰＣＵ７（図７）からの指令に基づいて開始する。

【0085】

・位相可変部材７５の動作の制御
制御装置９２は、位相可変部材７５の動作を制御する。具体的には、制御装置９２は、ＳＩ燃焼からＨＣＣＩ燃焼に切り替えるときに、排気側クランクシャフト３１の回転の位相の吸気側クランクシャフト３２の回転の位相に対する遅角量を減少させる。具体的には、ＳＩ燃焼中に排気側クランクシャフト３１の回転の位相が吸気側クランクシャフト３２の回転の位相に対して所定の角度だけ遅角（例えば６°遅角）していたものを、位相可変部材７５を制御することにより位相差がない状態とする。これにより、結果としてＨＣＣＩ運転の熱効率が向上すると同時に無振動になる。前記所定値は、具体的な値は特に限定されるものではなく、適宜設定された値であってよい。

【0086】

また、制御装置９２は、ＨＣＣＩ燃焼からＳＩ燃焼に切り替えるときに、排気側クランクシャフト３１の回転の位相を吸気側クランクシャフト３２の回転の位相に対して所定の角度だけ遅角（例えば６°遅角）させる。具体的には、ＨＣＣＩ燃焼中に位相差がない状態であった排気側クランクシャフト３１の回転の位相を、吸気側クランクシャフト３２の回転の位相に対して所定の角度だけ遅角（例えば６°遅角）させる。これにより、結果としてノッキングが抑制されて熱効率が向上する。

【0087】

制御装置９２は、位相可変部材７５を連続的に制御してもよく、段階的に制御してもよい。また、制御装置９２は、ＨＣＣＩの燃焼の時期（ＣＡ５０）が所定値より早い場合は遅角量を増加し、遅い場合は減少することでＨＣＣＩ燃焼時期の制御にも利用できるので前記燃焼の時期の値の変化に対応して複数回制御するようになっていてもよい。

【0088】

・ＥＧＲバルブ８５（ＥＧＲ率）の制御
制御装置９２は、ＥＧＲバルブ８５を制御して、ＥＧＲ（exhaust gas recirculation）率を制御する。具体的には、制御装置９２は、ＳＩ燃焼からＨＣＣＩ燃焼に切り替えるときに、ＳＩ燃焼中のＥＧＲ率から、ＥＧＲ率を下げる。例えば、ＳＩ燃焼中はＥＧＲ率３６％としていたＥＧＲ率を、１０％まで下げる。

【0089】

また、制御装置９２は、ＨＣＣＩ燃焼に切り替えた後（ＨＣＣＩ燃焼中）には、ＥＧＲ率（例えば１０％）を維持する。また、ＨＣＣＩ燃焼中は、数サイクル毎にＥＧＲ率を微調整するとともに、１サイクル毎に燃焼噴射量を調整することによって、燃焼時期が適切な時期になるよう制御することができる。具体的には、制御装置９２は、ＨＣＣＩ燃焼のとき、サイクル毎に、燃焼室２３内の混合ガスの状態を確認し、この確認結果に基づいて、燃料噴射量を調整する。

【0090】

また、制御装置９２は、ＨＣＣＩ燃焼からＳＩ燃焼に切り替えるときに、ＨＣＣＩ燃焼中にＥＧＲ率１０％としていたＥＧＲ率を、ＥＧＲ率３６％に上げる。なお、以上で説明した数値は何れも一例に過ぎない。

【0091】

制御装置９２によるＥＧＲ率の制御タイミングとしては、後述するＰＣＵ７（図７）から制御装置９２が変更指令を取得する前から、上述したＥＧＲ率の変更を開始する。要するに、変更指令のタイミングの直前に変更準備期間が設けられている。変更準備は、ＰＣＵ７（図７）からの指令に基づいて開始する。

【0092】

なお、ＳＩ燃焼とＨＣＣＩ燃焼との間での切り替えが完了したか否かは、切り替え機器の作動完了に基づいて判断できる。ただし燃焼状態が筒内圧力から正常なことを判断する。

【0093】

ここで、上述の各制御対象のパラメータに関し、変更指令に基づいて変更を開始するパラメータを基本パラメータとする一方で、変更指令前から徐々に変更していくパラメータを制御パラメータとすると、図４および図５に示すように区分することができる。

【0094】

（２）発電装置の動作
次に、図３に基づき、発電装置１０Ａにおいておこなわれる対向ピストンエンジン１Ａの燃焼態様の切り替え動作、すなわち、制御装置９２の処理フローについて説明する。制御装置９２は、処理フローを開始すると、ステップＳ（以下、「ステップ」を省略する）１０１において、対向ピストンエンジン１Ａの冷却水の温度（水温）を取得し、予め規定されている所定の温度値Ａ（例えば６０℃）と、取得した水温とを比較する。比較の結果、水温＞６０℃であれば、Ｓ１０２に進む。一方、水温≦６０℃であれば、Ｓ１０４に進む。

【0095】

次に、Ｓ１０２では、制御装置９２は、対向ピストンエンジン１Ａに与えるエンジン出力目標値を予め規定されている所定のエンジン出力値（例えば２０ｋＷ）と比較する。比較の結果、エンジン出力目標値＜２０ｋＷであれば、Ｓ１０３に進む。一方、エンジン出力目標値≧２０ｋＷであれば、Ｓ１０５に進む。

【0096】

次に、Ｓ１０３では、制御装置９２は、燃焼室２３内の燃料の燃焼態様をＨＣＣＩ燃焼にして対向ピストンエンジン１Ａを作動させる。ＨＣＣＩ運転を開始したら、Ｓ１０６に進む。ＨＣＣＩ運転では、先述のように、機械式過給機６１の回転数を低回転とし、排気側クランクシャフト３１の回転の位相と吸気側クランクシャフト３２の回転の位相との位相差を０とし、排気管８３の長さＥｘＬを短くするよう、制御装置９２が各構成を制御する。

【0097】

次に、Ｓ１０４では、制御装置９２は、燃焼室２３内の燃料の燃焼態様をＳＩ燃焼にして対向ピストンエンジン１Ａの作動を開始し、スタートに戻る（リターン）。また、Ｓ１０５においてもＳ１０４と同様に、ＳＩ運転を開始し、スタートに戻る（リターン）。ＳＩ運転では、先述のように、機械式過給機６１の回転数を高回転とし、排気側クランクシャフト３１の回転の位相を吸気側クランクシャフト３２の回転の位相に対して遅角させるよう、制御装置９２が各構成を制御する。

【0098】

Ｓ１０６では、ＨＣＣＩ運転中に、検出装置９１から取得したＣＡ５０（燃焼割合が５０％となる最小容積基準クランク角度）の値を、所定値（例えば８°）と比較し、ＣＡ５０＞８°であれば、Ｓ１０７に進む。一方、ＣＡ５０≦８°であれば、Ｓ１０８に進む。Ｓ１０７では、取得したＣＡ５０の値を別の所定値（例えば１０°）と比較し、ＣＡ５０＜１０°であれば、条件を継続して運転を続け、スタートに戻る（リターン）。一方、ＣＡ５０≧１０°であれば、Ｓ１０９に進む。なお、Ｓ１０６とＳ１０７に関し、閾値をそれぞれ８°、１０°としているが、エンジンの燃焼特性と運転条件に応じて適切な値は異なる。

【0099】

Ｓ１０８では、燃焼時期を遅延させて（遅角させて）、Ｓ１０６に戻る。具体的には、Ｓ１０８では、機械式過給機６１のバイパスバルブ６２ａを閉じ、インジェクタ２８からの燃料噴射量が低減するよう、制御装置９２が各構成を制御する。Ｓ１０９では、燃焼時期を早めて（進角させて）、Ｓ１０６に戻る。具体的には、Ｓ１０９では、機械式過給機６１のバイパスバルブ６２ａを開き、インジェクタ２８からの燃料噴射量が増加するよう、制御装置９２が各構成を制御する。以上の動作フローを、サイクル毎におこなう。なお、基本的には、先述のようにバッテリーのＳＯＣ（蓄電量）が十分な場合は低出力のＨＣＣＩ運転、不足時は高出力のＳＩ運転を採用する。ＳＯＣの状態をＰＣＵ７で監視して、運転切替を実行する。ＳＯＣの増減速度、それまでの運転状態、登降坂の判定などの条件から切り替え時期を判断する。運転切替時期が決まれば、それに必要な予備操作をあらかじめ決めた時間だけ早く実行する。「変更指示」は主な変更手段（基本パラメーラ）の変更を開始するものであり、それに先立って変更を開始する制御パラメータを「変更準備」と称している。

【0100】

（３）ＨＣＣＩ燃焼のシミュレーション結果
次に、図６に基づき、ＨＣＣＩ燃焼のシミュレーション結果について説明する。図６の符号５０１で示す図は、燃料噴射量を変化させたときの、クランク角度（ｄｅｇ）と、シリンダ２０内の圧力（ｂａｒ）との関係を示すグラフである。燃料噴射量を１４〜１７（ｍｇ／ｃｙｃｌｅ）と増加させるにつれて、燃焼開始時期が早くなるとともにシリンダ２０内の圧力は大きくなる。

【0101】

次に、図６の符号５０２で示す図は、燃料噴射量の変化と燃焼時期を示すＣＡ５０のクランク角度の変化との関係（破線のグラフ）、および燃料噴射量の変化と正味平均有効圧（ＢＭＥＰ）の変化との関係（実線のグラフ）を示すグラフである。同図に示すように、燃料噴射量が大きくなる程、ＣＡ５０が進角する。また、燃料噴射量が大きくなる程、正味平均有効圧（ＢＭＥＰ）が大きくなる。このことから、発生トルクの変化が許容できれば燃料噴射量によって燃焼時期を効果的に制御できることがわかる。

【0102】

（４）パワートレイン
次に、本実施形態における発電装置１０Ａを備えるシリーズ方式のハイブリッド車のパワートレインについて図７に基づいて説明する。図７は、発電装置１０Ａを備えるシリーズ方式のパワートレイン９０の概略的な構成を示す図である。図７に示すように、パワートレイン９０は、発電装置１０Ａ、パワーコントロールユニット（ＰＣＵ）７、バッテリー８、および駆動モータ９を備えている。発電装置１０Ａは、対向ピストンエンジン１Ａと発電モータ１１および発電モータ１２と筐体３とを含む。対向ピストンエンジン１Ａ、発電モータ１１、および発電モータ１２は、図示しない支持構造体によって筐体３に剛体結合されている。

【0103】

次に、ＰＣＵ７は、インバータおよびコンバータ等の各種の電気制御系を含んでいるとともに、駆動モータ９の制御等を行う。発電モータ１１・１２にて発生した電力はＰＣＵ７を介してバッテリー８に充電される。ＰＣＵ７は、バッテリー８から給電される電力を用いて駆動モータ９を動作させる。駆動モータ９は図示しない駆動ユニットを介して車両の車輪を駆動する。発電モータ１１・１２、ＰＣＵ７、バッテリー８、および駆動モータ９は、シリーズ方式のハイブリッド車のパワートレインが備える公知の機器を用いることができる。そのため、記載の冗長化を避けるために、これらに関する詳細な説明は省略する。

【0104】

本実施形態は、次のように換言することもできる。すなわち、本実施形態の発電装置は、２ストロークエンジンと、該エンジンの燃料燃焼に伴う動力を用いて発電する発電機とを備える。また、２ストロークエンジンには、吸気ポートおよび点火プラグが設けられたシリンダと、吸気ポートを介してシリンダ内に空気を圧送する過給機と、シリンダ内に燃料を噴射するインジェクタと、を少なくとも有している。また、２ストロークエンジンは、点火プラグの点火、過給機の過給圧、およびインジェクタの燃料噴射量を制御（調整）する。これにより、前記燃料燃焼を、ＳＩ燃焼と、ＨＣＣＩ燃焼との間で切り替える制御装置９２を更に備えている。

【0105】

〔実施形態２〕
次に、図８に基づき、本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。図８の符号７０１で示す図は、いわゆるユニフロー掃気式の２ストロークエンジン１Ｂの構造を示す図である。また、図８の符号７０２で示す図は、２ストロークエンジン１Ｂのシリンダ２０付近の部分拡大図である。

【0106】

なお、２ストロークエンジンの形態が対向ピストンエンジンであるかユニフロー掃気式のエンジンであるかという違いだけで、基本的な制御アルゴリズムは、実施形態１において説明したものと同様である。要するに、実施形態１の図１におけるエンジン周辺の構造が異なるだけで、図１に示した検出装置９１および制御装置９２は、本実施形態においても適用される。

【0107】

本実施形態のユニフロー掃気式の２ストロークエンジン１Ｂは、上述した制御装置９２による制御により、シリンダ２０内の混合ガスの燃焼態様をＳＩ燃焼とＨＣＣＩ燃焼とに切り替えることが可能になっている。また、図８の符号７０２で示す図のように、２ストロークエンジン１Ｂは、シリンダ２０と、シリンダ２０内を挿通するピストン２１ｂと、ピストン２１ｂに接続されたコンロッドおよびクランクシャフト（クランク軸）と、を備えている。具体的には、シリンダ２０内にて、ピストン２１ｂが往復運動することにより２ストロークエンジン１Ｂが動作する。シリンダ２０内には燃焼室が形成されている。なお、図８の符号７０２で示す図では、説明の簡略化のためピストン２１ｂに接続されたコンロッドおよびクランクシャフトのそれぞれを図示していない。

【0108】

また、図８の符号７０１で示す図のように、本実施形態の２ストロークエンジン１Ｂは、シリンダ２０にインジェクタ（燃料噴射器）２８および点火プラグ２９が設けられている。インジェクタ２８から燃焼室内に燃料が噴射され、ＳＩ燃焼では、当該燃料は点火プラグ２９によって火花着火される。なお、ＨＣＣＩ燃焼では、点火プラグ２９による火花着火は行われず、自発着火となる。本実施形態では、前記燃料はガソリンであり、２ストロークエンジン１Ｂはガソリンエンジンとなっている。前記燃料は、図示しない燃料タンクからインジェクタ２８に供給される。燃焼室内にて燃料が燃焼することにより、ピストンが往復運動する。

【0109】

図８の符号７０２で示す図のように、２ストロークエンジン１Ｂには、吸気ポート８６および排気弁８１ａがそれぞれ設けられている。吸気ポート８６は、典型的には、シリンダ２０に形成された開口部である。吸気ポート８６はピストンの往復運動に対応して開閉する。また、排気カムシャフト８９によって排気弁８１ａを開閉することにより、排気が行われる。吸気ポート８６が、実施形態１の吸気側クランクシャフト３２と同等の機能を有し、排気弁８１ａが実施形態１の排気側クランクシャフト３１と同等の機能を有する。

【0110】

また、図８の符号７０１で示す図のように、２ストロークエンジン１Ｂは、排気流出部８２と給気部８７とを備えている。排気流出部８２は、排気弁８１ａの近傍かつシリンダ２０の周囲に環状に設けられ、排気流出部８２を介してシリンダ２０内に連通する空間が形成されている。給気部８７は、吸気ポート８６の近傍かつシリンダ２０の周囲に環状に設けられ、吸気ポート８６を介してシリンダ２０内に連通する空間が形成されている。シリンダ２０には吸気ポート８６として複数の開口部が形成されている。吸気ポート８６としての開口部の数は特に限定されない。

【0111】

また、２ストロークエンジン１Ｂは、排気管（排気流路形成部）８３を備えており、排気管８３は、一端が排気流出部８２に接続され、他端が触媒コンバータ（不図示）に接続されている。排気管８３は、排気流路が内部に形成されており、前記排気流路の長さＥｘＬは、排気流出部８２から触媒コンバータまでの排気管８３の長さとみなすことができる。また、排気管８３は、上記排気流路の途中において、排気再循環（ＥＧＲ）のために機械式過給機６１の吸入口に接続するよう分岐しており、その途中にＥＧＲバルブ８５とＥＧＲクーラー８８が設けられている。ＥＧＲバルブ８５を開くことにより、排気管８３内の上記排気流路を流れる排気ガスＥｘｈ１の一部を冷却して吸気側のシステムに送給する。

【0112】

排気管８３内の前記排気流路を流れて触媒コンバータに流入した排気ガスＥｘｈは、触媒コンバータ８４内の例えば酸化触媒によって浄化される。触媒コンバータは、ＮＯｘ吸蔵触媒、選択還元触媒、またはＧＰＦ（Gasoline Particulate Filter）等が格納されていてもよく、三元触媒が格納されていてもよい。

【0113】

また、機械式過給機６１は、吸気ポート８６を介してシリンダ２０内に空気を圧送する。機械式過給機６１の内部のローター（不図示）は、増速ベルト４２ｃを介して、フライホイール４２ａに連結されたクラッチ付き２ステップベルトドライブ６５と接続されている。これにより、所定の増速比にて増速されて、クラッチ付き２ステップベルトドライブ６５と連動して所定の回転方向に回転する。

【0114】

２ストロークエンジン１Ｂは、制御装置９２により、ＳＩ燃焼とＨＣＣＩ燃焼とを切り替えるときに、機械式過給機６１における前記空気を圧送するための過給圧を実施形態１において説明したように増減する。また、２ストロークエンジン１Ｂは、制御装置９２により、インジェクタ２８の燃料噴射量を実施形態１において説明したように増減する。また、制御装置９２は、ＳＩ燃焼からＨＣＣＩ燃焼に切り替えた後（ＨＣＣＩ燃焼中）に、インジェクタ２８の燃料噴射量を実施形態１において説明したように増減する。

【0115】

より具体的には、機械式過給機６１は、動力伝達部（増速ベルト４２ｃ、クラッチ付き２ステップベルトドライブ６５）を介してフライホイール４２ａに接続されている。機械式過給機６１は、前記動力伝達部が有する増速比にて増速されることによってフライホイール４２ａと連動して回転する。

【0116】

制御装置９２は、ＨＣＣＩ燃焼からＳＩ燃焼に切り替えるときに、前記動力伝達部の前記増速比を切り替え前の該増速比よりも高くすることで機械式過給機６１の前記過給圧を上昇させる。一方、制御装置９２は、ＳＩ燃焼からＨＣＣＩ燃焼に切り替えるときに、前記動力伝達部の前記増速比を切り替え前の該増速比よりも低くすることで機械式過給機６１の前記過給圧を低下させる。過給圧を上昇させるとノッキングの発生を抑制することができる一方、過給圧を低下させるとＨＣＣＩの燃焼時期が早くなる。このため、前記構成によれば、ＳＩ燃焼のときにノッキングの発生を抑制し、ＨＣＣＩ燃焼のときに燃焼時期の遅れを低減することができる。

【0117】

本実施形態の発電装置は、２ストロークエンジン１Ｂと発電モータとで構成されるシリーズハイブリット方式のパワートレインとなるので、気筒別およびサイクル毎の発生トルクの相違を吸収することができる。また、前記構成によれば、ＳＩ燃焼とＨＣＣＩ燃焼とを切り替えるときに、機械式過給機６１の過給圧を増減することで、ノッキングの発生を抑制することができる。また、前記構成によれば、ＳＩ燃焼とＨＣＣＩ燃焼とを切り替えるときに、インジェクタ２８の燃料噴射量を増減することで、シリンダ２０内の混合ガスを弱リーンから強リーンに切り替えることができる。また、前記構成によれば、ＳＩ燃焼からＨＣＣＩ燃焼に切り替えた後に、インジェクタ２８の燃料噴射量を増減することで、ＨＣＣＩ燃焼のときに燃焼時期の遅れを低減して適正な燃焼時期を保つことができる。

【0118】

また、本実施形態においては、制御装置９２は、暖機運転中にＳＩ燃焼している場合、２ストロークエンジン１Ｂの冷却水の水温が所定の温度値Ａ以下の場合、シャッターバルブ８３ａを開いて排気管の長さＥｘＬを短くする（第１の長さとする）。これにより、触媒コンバータの触媒を早く温めることができる。

【0119】

また、制御装置９２は、ＳＩ燃焼中に、２ストロークエンジン１Ｂの冷却水の水温が前記所定の温度値Ａを超える場合にはＨＣＣＩ燃焼に切り替える。続いてＨＣＣＩ燃焼からＳＩ燃焼に切り替えるときに、シャッターバルブ８３ａを閉じて排気管８３の長さＥｘＬを長くする（第２の長さとする）。これにより、シリンダ２０内の圧力を低下させ、シリンダ２０内の混合ガスの温度を低下させることができるため、ノッキングの発生を抑制することができる。

【0120】

また、制御装置９２は、ＳＩ燃焼からＨＣＣＩ燃焼へ切り替えるときに、シャッターバルブ８３ａを開いて排気管８３の長さＥｘＬを短くする（第１の長さとする）。これにより、シリンダ２０内の圧力を上昇させ、シリンダ２０内の混合ガスの温度を高くすることができるため、ＨＣＣＩ燃焼のときに燃焼時期の遅れを低減することができる。なお、本実施形態では、２ストロークエンジン１Ｂがユニフロー掃気式である場合について説明しているがこれに限定されない。例えば、２ストロークエンジン１Ｂとしてループ掃気式のエンジンを採用することもできる。

【0121】

また、本実施形態の２ストロークエンジン１Ｂでは、ＳＩ燃焼のときに、位相可変部材７５を用いて排気弁８１ａの開閉タイミングの位相を吸気ポート８６の開閉タイミングの位相よりも遅角させる。一方、２ストロークエンジン１Ｂでは、ＨＣＣＩ燃焼のときに位相可変部材７５を用いて前記位相の遅角量を減少させる。これにより容積比が増加して、２ストロークエンジン１Ｂの熱効率を向上させることができ、ＳＩ燃焼時に遅角量を増加することでノッキングの発生を抑制することができる。

【0122】

〔付記事項１〕
本発明の一形態は、２ストロークエンジンと、ガソリンＨＣＣＩ燃焼とを、シリーズ式のハイブリッド機構と組み合わせている。これにより、それぞれの短所を抑制し、互いに長所を高め、短所を補うことができる。２ストローク対向ピストンエンジンにも利用すると、使用頻度の高いＨＣＣＩ運転時は位相差をつけないので、無振動を実現することができる。

【0123】

また、本発明の一形態では、ＳＩ運転に最適化した高容積比エンジンの基本仕様はそのままに、スーパーチャージャ（機械式過給機）の増速比を低下（プーリー比２段または連続切り替え、または電動スーパーチャージャ）を利用して過給圧を低下する。それと同時に、排気管の長さの短縮（排気管長切り替え）と排気クランクの位相をゼロに戻す（位相クランク機構）。燃料噴射量の低減によってＨＣＣＩ運転に移行する。ＨＣＣＩ運転のＡ／Ｆ＜３０に設定すればＮＯｘ排出量がゼロに近い運転が可能になる。

【0124】

また、本発明の一形態では、直接燃焼時期を制御するための火花点火を持たないＨＣＣＩ燃焼は、混合気（シリンダ内の混合ガス）の温度と圧力と、燃料濃度（Ａ／Ｆ）と、混合気の酸素濃度（ＥＧＲ）の設定によって間接的に燃焼時期制御を行う。また、本発明の一形態においても、過給圧を調整（バイパスバルブ６２ａ）することで２ストロークの残留ガス量を制御して同様な効果を得ることができる。なお、ＨＣＣＩ燃焼中に火花点火を併用しても良い。運転条件によっては、火花点火の時期によってＨＣＣＩ燃焼時期を限られた範囲で調整できる。

【0125】

これらのパラメータは気筒別およびサイクル毎の制御が容易でないため、ＨＣＣＩの過渡運転の制御は難しいとされている。また、ＳＩ燃焼とＨＣＣＩ燃焼との間の切り替え時の燃焼時期制御は更に難しい。しかしながら、本発明の一形態では、シリーズ式のハイブリッド機構と組み合わせることにより、目標トルクの誤差が許容されるため、燃料噴射量を増減することによってサイクル毎の燃焼時期制御が可能である。さらに、運転負荷変動がほとんど無くなることと、ＳＩ運転との切り替え頻度が大きく減少するため、燃焼時期制御の困難性は大幅に緩和される。

【0126】

〔付記事項２〕
本発明の一形態は、以下のように換言することができる。

【0127】

すなわち、本発明の一態様は、シリーズハイブリッドと、通常はＨＣＣＩ燃焼を行い、暖機中および高負荷運転においてＳＩ燃焼を行う、容積比１５以上の２ストロークガソリンエンジンとを組み合わせた発電装置である。また、ＨＣＣＩ運転中に過給機のバイパスバルブ（または電動スーパーチャージャの回転数）で燃焼時期を制御するとともに、燃料噴射量を増減して気筒別およびサイクル毎の燃焼時期制御を行う発電装置であると換言することができる。

【0128】

また、本発明の一態様は、上述の構成において、ＳＩ運転時は（過給機の回転数を高くして）過給圧を高めて残留ガスを減少し、ＨＣＣＩ運転時は（過給機の回転数を低下させて）過給圧を低下して残留ガスを増加する構成となっていてもよい。

【0129】

また、本発明の一態様は、上述の構成において、ＳＩ運転時は排気管長を長くして排気ブローダウンの負圧波を同調してノックを抑制し、ＨＣＣＩ運転する場合と暖機中には可変排気管長機構を使って排気管長を短縮して圧縮温度を高める構成となっていてもよい。これにより、排気ブローダウンの負圧波の影響を抑制したり正圧波を同調したりするとより効果的に圧縮温度を高めることができる。また、触媒までの排気管長が減少するので触媒暖機を促進できる。

【0130】

また、本発明の一形態は、上述の構成において、エンジンがユニフロー式の２ストロークガソリンエンジンである場合、ＳＩ運転時は排気カムの回転の位相をＨＣＣＩ燃焼のときよりも遅角することにより、排気弁（排気バルブ）の開タイミングの位相と閉タイミングの位相を、基準クランク角に対して遅角する。これによりミラーサイクルを実現してノックを抑制する。また、エンジンがユニフロー式の２ストロークガソリンエンジンである場合、ＨＣＣＩ運転する場合に位相可変機構を使って遅角量を減少して容積比を高める構成となっていてもよい。

【0131】

また、本発明の一形態は、上述の構成において、エンジンが対向ピストンエンジンの構造である場合において、排気側クランクシャフトの位相を進角または遅角する構成となっていてもよい。

【0132】

〔付記事項３〕
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。

【0133】

〔ソフトウェアによる実現例〕
制御装置９２は、集積回路（ＩＣチップ）等に形成された論理回路（ハードウェア）によって実現してもよいし、ソフトウェアによって実現してもよい。

【0134】

後者の場合、制御装置９２は、各機能を実現するソフトウェアであるプログラムの命令を実行するコンピュータを備えている。このコンピュータは、例えば少なくとも１つのプロセッサ（制御装置）を備えていると共に、前記プログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な少なくとも１つの記録媒体を備えている。そして、前記コンピュータにおいて、前記プロセッサが前記プログラムを前記記録媒体から読み取って実行することにより、本発明の目的が達成される。前記プロセッサとしては、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）を用いることができる。前記記録媒体としては、「一時的でない有形の媒体」、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の他、テープ、ディスク、カード、半導体メモリ、プログラマブルな論理回路などを用いることができる。また、前記プログラムを展開するＲＡＭ（Random Access Memory）などをさらに備えていてもよい。また、前記プログラムは、該プログラムを伝送可能な任意の伝送媒体（通信ネットワークや放送波等）を介して前記コンピュータに供給されてもよい。なお、本発明の一態様は、前記プログラムが電子的な伝送によって具現化された、搬送波に埋め込まれたデータ信号の形態でも実現され得る。

【0135】

〔まとめ〕
本発明の態様１に係る発電装置（１０Ａ）は、吸気ポート（８６）が設けられたシリンダ（２０）と、前記シリンダ内を往復運動し、前記吸気ポートを開閉するように動作するピストン（２１ｂ，排気側ピストン２１，吸気側ピストン２２）と、前記吸気ポートを介して前記シリンダ内に空気を圧送する過給機（機械式過給機６１）と、前記ピストンの往復運動に対応して回転するクランク軸（排気側クランクシャフト３１，吸気側クランクシャフト３２）と、前記シリンダ内に燃料を噴射するインジェクタ（２８）と、を有する２ストロークエンジン（１Ｂ，対向ピストンエンジン１Ａ）と、前記クランク軸と連動して回転する発電機（対向ピストンエンジン１Ａの場合は発電モータ１１および発電モータ１２であり、２ストロークエンジン１Ｂの場合は１つの発電機）と、前記シリンダ内での前記燃料の燃焼態様を、ＳＩ燃焼とＨＣＣＩ燃焼とに切り替える制御装置（９２）と、を備え、前記制御装置は、前記燃焼態様を前記ＳＩ燃焼から前記ＨＣＣＩ燃焼に切り替えるときに、前記過給機における前記空気を圧送するための過給圧を切り替え前の前記過給圧よりも低下させ、かつ、前記インジェクタの燃料噴射量を切り替え前の前記燃料噴射量よりも減少させ、前記燃焼態様を前記ＨＣＣＩ燃焼から前記ＳＩ燃焼に切り替えるときに、前記過給機の前記過給圧を切り替え前の前記過給圧よりも上昇させ、かつ、前記インジェクタの燃料噴射量を切り替え前の前記燃料噴射量よりも増加させ、前記燃焼態様が前記ＨＣＣＩ燃焼のときに、前記インジェクタの燃料噴射量を前記ＨＣＣＩ燃焼の時期（ＣＡ５０）とシリンダ内の混合ガスの状態とに基づいて調整する構成である。

【0136】

前記構成によれば、２ストロークエンジンと発電モータとで構成されるシリーズハイブリット方式の発電装置となるので、気筒別およびサイクル毎の燃焼時期の相違を吸収することができる。また、前記構成によれば、ＨＣＣＩ燃焼からＳＩ燃焼に切り替えるときに、過給機の過給圧を切り替え前の過給圧よりも上昇させることで、ノッキングの発生を抑制することができる。

【0137】

また、前記構成によれば、ＳＩ燃焼からＨＣＣＩ燃焼に切り替えるときに燃料噴射量を切り替え前の燃料噴射量よりも減少させることで、シリンダ内の混合ガスを弱リーンから強リーンに切り替えることができる。また、前記構成によれば、ＨＣＣＩ燃焼のときに、インジェクタの燃料噴射量を前記ＨＣＣＩ燃焼の時期（ＣＡ５０）とシリンダ内の混合ガスの状態とに基づいて調整することで、適切な時期に燃焼させることが可能になり、ＨＣＣＩ燃焼のときに燃焼時期の遅れを低減して適正な燃焼時期を保つことができる。

【0138】

本発明の態様２に係る発電装置は、前記態様１において、前記２ストロークエンジンは、対向ピストンエンジン（１Ａ）であり、前記シリンダ（２０）には、さらに排気ポート（８１）が設けられ、前記ピストン（排気側ピストン２１，吸気側ピストン２２）は、前記シリンダ内を対向して往復運動する吸気側ピストン、および排気側ピストンで構成され、前記吸気側ピストンは、前記吸気ポートを開閉するように動作し、前記排気側ピストンは、前記排気ポートを開閉するように動作し、前記クランク軸（排気側クランクシャフト３１，吸気側クランクシャフト３２）は、前記吸気側ピストンの往復運動に対応して回転する吸気側クランク軸（吸気側クランクシャフト３２）、および前記排気側ピストンの往復運動に対応して回転する排気側クランク軸（排気側クランクシャフト３１）で構成され、前記発電機（発電モータ１１，発電モータ１２）は、前記吸気側クランク軸と連動して回転する吸気側発電機（発電モータ１２）、および前記排気側クランク軸と連動して回転する排気側発電機（発電モータ１１）で構成されていても良い。

【0139】

前記構成によれば、２ストロークエンジンは、対向ピストンエンジンとなる。このため、発電装置の振動を低減させることができる。また、加えて、前記構成によれば、ＳＩ燃焼のときにノッキングの発生を抑制し、ＨＣＣＩ燃焼のときに燃焼時期の遅れを低減して適正な燃焼時期を保つことができる。

【0140】

本発明の態様３に係る発電装置は、前記態様１において、前記２ストロークエンジン（１Ｂ）は、ユニフロー掃気式のエンジンであり、前記シリンダ（２０）には、さらに排気弁（８１ａ）が設けられていても良い。前記構成によれば、ＳＩ燃焼のときにノッキングの発生を抑制し、ＨＣＣＩ燃焼のときに燃焼時期の遅れを低減して適正な燃焼時期を保つことができる。

【0141】

本発明の態様４に係る発電装置は、前記態様１または２において、前記過給機（機械式過給機６１）は、当該過給機の内部に設けられたローターの回転数に応じた過給圧にて空気を圧送することができ、前記２ストロークエンジン（対向ピストンエンジン１Ａ）は、前記クランク軸（排気側クランクシャフト３１，吸気側クランクシャフト３２）に連結されたフライホイール（４２ａ）をさらに有し、前記過給機（機械式過給機６１）は、動力伝達部を介して前記フライホイールに接続されており、かつ、前記動力伝達部が有する増速比にて増速されることによって前記フライホイールと連動して前記ローターが回転し、前記制御装置（９２）は、前記燃焼態様を前記ＨＣＣＩ燃焼から前記ＳＩ燃焼に切り替えるときに、前記動力伝達部の前記増速比を切り替え前の該増速比よりも高くすることで前記過給機の前記過給圧を上昇させ、前記燃焼態様を前記ＳＩ燃焼から前記ＨＣＣＩ燃焼に切り替えるときに、前記動力伝達部の前記増速比を切り替え前の該増速比よりも低くすることで前記過給機の前記過給圧を低下させても良い。なお、過給機は電動コンプレッサを用いてもよく、その場合は過給圧の目標値に対して電動コンプレッサの回転速度を変更して過給圧を切り替える。

【0142】

過給圧を上昇させると残留ガスが低下してＳＩ運転のノッキングの発生を抑制することができる。一方、過給圧を低下させると残留ガスが増加してＨＣＣＩ運転の燃焼時期が早くなる。このため、前記構成によれば、ＳＩ燃焼のときにノッキングの発生を抑制し、ＨＣＣＩ燃焼のときに燃焼時期の遅れを低減して適正な燃焼時期を保つことができる。

【0143】

本発明の態様５に係る発電装置は、前記態様１〜４の何れかにおいて、前記制御装置（９２）は、前記燃焼態様を前記ＳＩ燃焼から前記ＨＣＣＩ燃焼に切り替えるときに、前記過給機（機械式過給機６１）に設けられた第１のバルブ（バイパスバルブ６２ａ）を開いて、前記過給機の出口から圧送される前記空気の一部を前記過給機の入り口に戻し、前記燃焼態様を前記ＨＣＣＩ燃焼から前記ＳＩ燃焼に切り替えるときに、前記第１のバルブを閉じて、前記過給機の出口からすべての前記空気を圧送しても良い。前記構成によれば、ＳＩ燃焼からＨＣＣＩ燃焼に切り替えるときおよびＨＣＣＩ運転中に、シリンダ（２０）内での燃焼時期の微調整が可能になる。

【0144】

本発明の態様６に係る発電装置は、前記態様１〜５の何れかにおいて、前記２ストロークエンジン（１Ｂ，対向ピストンエンジン１Ａ）は、前記燃料の燃焼後に前記シリンダ（２０）内に残留する残留ガスを排気するための排気管（８３）をさらに有し、前記制御装置（９２）は、前記燃焼態様が前記ＳＩ燃焼のときに、前記シリンダを冷却する冷却水の水温が所定の温度値以下であれば、前記排気管に設けられた第２のバルブ（シャッターバルブ８３ａ）を開いて前記排気管の長さを第１の長さとし、前記冷却水の前記水温が前記所定の温度値を超えるのであれば、前記第２のバルブを閉じて前記排気管の長さを前記第１の長さよりも長い第２の長さとし、前記燃焼態様を前記ＳＩ燃焼から前記ＨＣＣＩ燃焼に切り替えた後に、前記第２のバルブを開いて前記排気管の長さを前記第１の長さとしても良い。

【0145】

前記構成によれば、ＳＩ燃焼のときに、シリンダの冷却水の水温が所定の温度値以下の場合、第２のバルブを開いて排気管の長さを第１の長さとする。第１の長さは、第２の長さよりも短い。これにより、触媒を早く温めることができる。また、ＳＩ燃焼中に、シリンダの冷却水の水温が前記温度値を超える場合、第２のバルブを閉じて前記排気管の長さを第２の長さとする。第２の長さは、第１の長さよりも長い。これにより、ノッキングの発生を抑制することができる。

【0146】

また、前記構成によれば、前記ＳＩ燃焼から前記ＨＣＣＩ燃焼に切り替え後に、第２のバルブを開いて前記排気管の長さを第１の長さとする。これにより、ＨＣＣＩ燃焼のときに燃焼時期の遅れを低減して適正な燃焼時期を保つことができる。

【0147】

本発明の態様７に係る発電装置は、前記態様２において、前記制御装置（９２）は、前記燃焼態様が前記ＳＩ燃焼のときに、前記排気側クランク軸（排気側クランクシャフト３１）の回転の位相を前記吸気側クランク軸（吸気側クランクシャフト３２）の回転の位相よりも遅角させても良い。前記構成によれば、対向ピストンエンジンのSI燃焼時の熱効率を向上させることができる。

【0148】

本発明の態様８に係る発電装置は、前記態様３において、前記制御装置（９２）は、前記燃焼態様が前記ＳＩ燃焼のときに、排気カムの回転の位相を前記ＨＣＣＩ燃焼のときよりも遅角させることにより、前記排気弁（８１ａ）の開閉タイミングの位相を基準クランク角に対して遅角させても良い。前記構成によれば、ユニフロー掃気式の２ストロークエンジンのＳＩ燃焼時の熱効率を向上させることができる。

【符号の説明】

【0149】

１Ａ 対向ピストンエンジン（２ストロークエンジン）
１Ｂ ユニフロー掃気式の２ストロークエンジン（２ストロークエンジン）
１０Ａ 発電装置
１１ 発電モータ（発電機；排気側発電機）
１２ 発電モータ（発電機；吸気側発電機）
２０ シリンダ
２１ 排気側ピストン（ピストン）
２１ｂ ピストン
２２ 吸気側ピストン（ピストン）
２８ インジェクタ
３１ 排気側クランクシャフト（排気側クランク軸；クランク軸）
３２ 吸気側クランクシャフト（吸気側クランク軸；クランク軸）
４２ａ フライホイール
６１ 機械式過給機（過給機）
６２ａ バイパスバルブ（第１のバルブ）
６５ クラッチ付き２ステップベルトドライブ
７５ 位相可変部材
８１ 排気ポート
８１ａ 排気弁
８３ 排気管
８３ａ シャッターバルブ（第２のバルブ）
８６ 吸気ポート
９１ 検出装置
９２ 制御装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】