特開 2022-108631 エンジン

(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】P2022108631

(43)【公開日】2022-07-26

(54)【発明の名称】エンジン

(51)【国際特許分類】

   F02D 13/02 20060101AFI20220719BHJP

   F02D 15/02 20060101ALI20220719BHJP

   F02D 43/00 20060101ALI20220719BHJP

   F02B 25/04 20060101ALI20220719BHJP

【ＦＩ】

F02D13/02 J

F02D15/02 A

F02D43/00 301S

F02D43/00 301Z

F02B25/04

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021003736

(22)【出願日】2021-01-13

(71)【出願人】

【識別番号】000000099

【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩ

(74)【代理人】

【識別番号】110000936

【氏名又は名称】特許業務法人青海特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】増田 裕

(72)【発明者】

【氏名】山田 敬之

【テーマコード（参考）】

3G092

3G384

【Ｆターム（参考）】

3G092AA03

3G092AA06

3G092AA11

3G092AA12

3G092DA02

3G092DA08

3G092DD05

3G092EA01

3G092EA02

3G092EA03

3G092EA04

3G092FA01

3G092FA16

3G092FA24

3G092HA04Z

3G092HA11Z

3G384AA04

3G384AA06

3G384BA22

3G384BA26

3G384DA01

3G384DA02

3G384DA55

3G384EB01

3G384EB02

3G384EB03

3G384EB04

3G384FA26Z

3G384FA86Z

(57)【要約】

【課題】エンジンの効率を向上させる。
【解決手段】エンジン１００は、シリンダ１１０と、シリンダ１１０内に収容されたピストン１１２と、ピストン１１２に面する燃焼室１２８と、燃焼室１２８と連通する排気ポート１２６ａと、排気ポート１２６ａに設けられる排気弁１３０と、シリンダ１１０のうちピストン１１２の下死点側に設けられる掃気ポート１１０ａと、ピストン１１２の上死点位置をストローク方向に移動させる圧縮比可変機構と、上死点位置に基づいて、排気弁１３０の開弁タイミングを制御する排気弁制御部と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

シリンダと、
前記シリンダ内に収容されたピストンと、
前記ピストンに面する燃焼室と、
前記燃焼室と連通する排気ポートと、
前記排気ポートに設けられる排気弁と、
前記シリンダのうち前記ピストンの下死点側に設けられる掃気ポートと、
前記ピストンの上死点位置をストローク方向に移動させる圧縮比可変機構と、
前記上死点位置に基づいて、前記排気弁の開弁タイミングを制御する排気弁制御部と、
を備える、
エンジン。

【請求項2】

前記排気弁制御部は、前記上死点位置が前記掃気ポートから遠くなるほど遅角するように、前記開弁タイミングを制御する、
請求項１に記載のエンジン。

【請求項3】

前記排気弁制御部は、前記上死点位置が目標位置に向かって時間経過に伴い変化する間、前記上死点位置の変化に伴って前記開弁タイミングを変化させる、
請求項１または２に記載のエンジン。

【請求項4】

前記排気弁制御部は、前記開弁タイミングにおける前記シリンダ内での前記ピストンの前記ストローク方向の位置が前記上死点位置によらずに維持されるように、前記開弁タイミングを制御する、
請求項１から３のいずれか一項に記載のエンジン。

【請求項5】

前記排気弁制御部は、前記燃焼室内から前記掃気ポートを介して排気ガスが逆流するブローバックが生じているか否かを判定し、前記ブローバックの判定結果に基づいて前記開弁タイミングを調整する、
請求項１から４のいずれか一項に記載のエンジン。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、エンジンに関する。

【背景技術】

【0002】

船舶等に用いられるエンジンとして、例えば、特許文献１に開示されているように、クロスヘッド型の２ストロークのエンジンがある。このようなエンジンでは、シリンダのうちピストンの下死点側に設けられる掃気ポートからシリンダ内に空気等の活性ガスが吸入される。燃焼室と連通する排気ポートに設けられる排気弁が開弁することによって、シリンダ内の排気ガスが排出される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１４－０２０３７５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、エンジンに関する分野では、ノッキングを抑制しつつエンジンの効率を向上させる目的で、エンジンの圧縮比を可変とする技術が利用されている。上述したクロスヘッド型の２ストロークのエンジンにおいても、圧縮比を可変とする技術を有効に利用し、エンジンの効率を向上させることが望まれている。

【0005】

本開示の目的は、エンジンの効率を向上させることが可能なエンジンを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するために、本開示のエンジンは、シリンダと、シリンダ内に収容されたピストンと、ピストンに面する燃焼室と、燃焼室と連通する排気ポートと、排気ポートに設けられる排気弁と、シリンダのうちピストンの下死点側に設けられる掃気ポートと、ピストンの上死点位置をストローク方向に移動させる圧縮比可変機構と、上死点位置に基づいて、排気弁の開弁タイミングを制御する排気弁制御部と、を備える。

【0007】

排気弁制御部は、上死点位置が掃気ポートから遠くなるほど遅角するように、開弁タイミングを制御してもよい。

【0008】

排気弁制御部は、上死点位置が目標位置に向かって時間経過に伴い変化する間、上死点位置の変化に伴って開弁タイミングを変化させてもよい。

【0009】

排気弁制御部は、開弁タイミングにおけるシリンダ内でのピストンのストローク方向の位置が上死点位置によらずに維持されるように、開弁タイミングを制御してもよい。

【0010】

排気弁制御部は、燃焼室内から掃気ポートを介して排気ガスが逆流するブローバックが生じているか否かを判定し、ブローバックの判定結果に基づいて開弁タイミングを調整してもよい。

【発明の効果】

【0011】

本開示によれば、エンジンの効率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１は、本開示の実施形態に係るエンジンの全体構成を示す模式図である。

【図2】図２は、本開示の実施形態に係るピストンロッドとクロスヘッドピンとの連結部分を抽出した抽出図である。

【図3】図３は、本開示の実施形態に係るエンジンの機能構成を示すブロック図である。

【図4】図４は、本開示の実施形態に係る排気弁の開弁タイミング、および、エンジンの圧縮比の推移の一例を示すグラフである。

【図5】図５は、本開示の実施形態に係る排気弁の開弁タイミングにおけるシリンダ内でのピストンのストローク方向の位置について説明するための模式図である。

【図6】図６は、本開示の実施形態に係る制御装置が行う排気弁の開弁タイミングの制御に関する処理の流れの一例を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下に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する。実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、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。

【0014】

図１は、エンジン１００の全体構成を示す説明図である。エンジン１００は、クロスヘッド型の２ストロークのエンジンである。エンジン１００は、例えば、船舶等に搭載される。図１に示すように、エンジン１００は、シリンダ１１０と、ピストン１１２と、ピストンロッド１１４と、クロスヘッド１１６と、連接棒１１８と、クランクシャフト１２０と、フライホイール１２２と、シリンダカバー１２４と、排気弁箱１２６と、燃焼室１２８と、排気弁１３０と、排気弁駆動装置１３２と、排気管１３４と、掃気溜１３６と、冷却器１３８と、シリンダジャケット１４０と、燃料噴射弁１４２とを備える。

【0015】

シリンダ１１０内にピストン１１２が収容される。ピストン１１２は、シリンダ１１０内を往復移動する。ピストン１１２のストローク方向は、シリンダ１１０の軸方向（図１中では上下方向）と一致する。ピストン１１２には、ピストンロッド１１４の一端が取り付けられている。ピストンロッド１１４の他端には、クロスヘッド１１６のクロスヘッドピン１５０が連結される。クロスヘッド１１６は、ピストン１１２とともに往復移動する。ガイドシュー１１６ａによって、ピストン１１２のストローク方向に垂直な方向（図１中では左右方向）でのクロスヘッド１１６の移動が規制される。

【0016】

クロスヘッドピン１５０は、連接棒１１８の一端に設けられたクロスヘッド軸受１１８ａに軸支される。クロスヘッドピン１５０は、連接棒１１８の一端を支持している。ピストンロッド１１４の他端と連接棒１１８の一端は、クロスヘッド１１６を介して接続される。

【0017】

連接棒１１８の他端は、クランクシャフト１２０に連結される。連接棒１１８に対してクランクシャフト１２０が回転可能である。ピストン１１２の往復移動に伴いクロスヘッド１１６が往復移動すると、クランクシャフト１２０が回転する。クランクシャフト１２０には、フライホイール１２２が取り付けられる。フライホイール１２２の慣性によってクランクシャフト１２０等の回転が安定化する。

【0018】

シリンダカバー１２４は、シリンダ１１０の上端に設けられる。シリンダカバー１２４には、排気弁箱１２６が挿通される。排気弁箱１２６の一端は、ピストン１１２に臨んでいる。排気弁箱１２６には、排気ポート１２６ａが形成されている。排気ポート１２６ａは、排気弁箱１２６の一端に開口する。排気ポート１２６ａは、燃焼室１２８と連通する。燃焼室１２８は、ピストン１１２の冠面に面する。燃焼室１２８は、シリンダカバー１２４とシリンダ１１０とピストン１１２に囲繞されてシリンダ１１０の内部に形成される。

【0019】

燃焼室１２８には、排気弁１３０の弁体が位置する。排気弁１３０は、排気ポート１２６ａに設けられる。排気弁１３０は、排気ポート１２６ａを開閉する。排気弁１３０のロッド部には、排気弁駆動装置１３２が取り付けられる。排気弁駆動装置１３２は、排気弁箱１２６に配される。排気弁駆動装置１３２は、排気弁１３０をピストン１１２のストローク方向に移動させる。排気弁駆動装置１３２は、例えば、油圧等によって駆動される。

【0020】

排気弁１３０がピストン１１２側に移動して開弁すると、排気ポート１２６ａが開放される。それにより、燃焼室１２８内で生じた燃焼後の排気ガスが、排気ポート１２６ａから排気される。排気後、排気弁１３０が排気弁箱１２６側に移動して閉弁すると、排気ポート１２６ａが閉鎖される。

【0021】

排気管１３４は、排気弁箱１２６および過給機Ｃに取り付けられる。排気管１３４の内部は、排気ポート１２６ａおよび過給機Ｃのタービン（不図示）に連通する。排気ポート１２６ａから排気された排気ガスは、排気管１３４を通って過給機Ｃのタービンに供給された後、外部に排気される。

【0022】

過給機Ｃのコンプレッサ（不図示）によって、活性ガスが加圧される。活性ガスは、例えば、空気である。加圧された活性ガスは、掃気溜１３６において、冷却器１３８によって冷却される。シリンダ１１０の下端は、シリンダジャケット１４０で囲繞される。シリンダジャケット１４０の内部には、掃気室１４０ａが形成される。冷却後の活性ガスは、掃気室１４０ａに圧入される。

【0023】

シリンダ１１０の下端側（つまり、シリンダ１１０のうちピストン１１２の下死点側）には、掃気ポート１１０ａが設けられる。掃気ポート１１０ａは、シリンダ１１０の内周面から外周面まで貫通する孔である。掃気ポート１１０ａは、シリンダ１１０の周方向に離隔して複数設けられている。

【0024】

ピストン１１２が掃気ポート１１０ａより下死点側に移動すると、掃気室１４０ａ内と燃焼室１２８内の差圧によって、掃気室１４０ａから掃気ポート１１０ａを介して燃焼室１２８内に活性ガスが吸入される。掃気室１４０ａ内には、温度センサ１４０ｂが設けられている。温度センサ１４０ｂは、掃気室１４０ａ内の温度を検出する。

【0025】

シリンダカバー１２４には、燃料噴射弁１４２が設けられる。燃料噴射弁１４２の先端は燃焼室１２８側に向けられる。燃料噴射弁１４２は、燃焼室１２８に液体燃料（例えば、燃料油）を噴出する。液体燃料が燃焼し、その膨張圧によってピストン１１２が往復移動する。

【0026】

図２は、ピストンロッド１１４とクロスヘッドピン１５０との連結部分を抽出した抽出図である。図２に示すように、クロスヘッドピン１５０のうち、ピストン１１２側の外周面には、平面部１５２が形成される。平面部１５２は、ピストン１１２のストローク方向に対して、大凡垂直な方向に延在する。

【0027】

クロスヘッドピン１５０には、ピン穴１５４が形成される。ピン穴１５４は、平面部１５２に開口する。ピン穴１５４は、平面部１５２からストローク方向に沿ってクランクシャフト１２０側（図２中では下側）に延在する。

【0028】

クロスヘッドピン１５０の平面部１５２には、カバー部材１６０が設けられる。カバー部材１６０は、締結部材１６２によってクロスヘッドピン１５０の平面部１５２に取り付けられる。カバー部材１６０は、ピン穴１５４を覆う。カバー部材１６０には、ストローク方向に貫通するカバー孔１６０ａが設けられる。

【0029】

ピストンロッド１１４は、大径部１１４ａおよび小径部１１４ｂを有する。大径部１１４ａの外径は、小径部１１４ｂの外径よりも大きい。大径部１１４ａは、ピストンロッド１１４の他端に形成される。大径部１１４ａは、クロスヘッドピン１５０のピン穴１５４に挿通される。小径部１１４ｂは、大径部１１４ａよりピストンロッド１１４の一端側に形成される。小径部１１４ｂは、カバー部材１６０のカバー孔１６０ａに挿通される。

【0030】

油圧室１５４ａは、ピン穴１５４の内部に形成される。ピン穴１５４は、大径部１１４ａによってストローク方向に仕切られる。油圧室１５４ａは、大径部１１４ａで仕切られたピン穴１５４の底面１５４ｂ側の空間である。

【0031】

底面１５４ｂには、油路１５６の一端が開口する。油路１５６の他端は、クロスヘッドピン１５０の外部に開口する。油路１５６の他端には、油圧配管１７０が接続される。油圧配管１７０には、油圧ポンプ１７２が連通する。油圧ポンプ１７２と油路１５６との間に逆止弁１７４が設けられる。逆止弁１７４によって油路１５６側から油圧ポンプ１７２側への作動油の流れが抑制される。油圧ポンプ１７２から油路１５６を介して油圧室１５４ａに作動油が圧入される。

【0032】

油圧配管１７０のうちの油路１５６と逆止弁１７４の間の部分には、分岐配管１７６が接続される。分岐配管１７６には、切換弁１７８が設けられる。切換弁１７８は、例えば、電磁弁である。油圧ポンプ１７２の作動中、切換弁１７８は閉弁する。油圧ポンプ１７２の停止中、切換弁１７８が開弁すると、油圧室１５４ａから分岐配管１７６側に作動油が排出される。切換弁１７８のうち、油路１５６と反対側は、不図示のオイルタンクに連通する。排出された作動油は、オイルタンクに貯留される。オイルタンクに貯留された作動油は、油圧ポンプ１７２に供給される。

【0033】

油圧室１５４ａの作動油の油量に応じて、大径部１１４ａがストローク方向にピン穴１５４の内周面を摺動する。その結果、ピストンロッド１１４がストローク方向に移動する。ピストン１１２は、ピストンロッド１１４と一体に移動する。こうして、ピストン１１２の上死点位置が可変となる。

【0034】

すなわち、エンジン１００は、圧縮比可変機構Ｖを備える。圧縮比可変機構Ｖは、上記の油圧室１５４ａと、ピストンロッド１１４の大径部１１４ａと、油圧ポンプ１７２と、切換弁１７８とを含む。圧縮比可変機構Ｖは、ピストン１１２の上死点位置をストローク方向に移動させることで、圧縮比を可変とする。

【0035】

ここでは、一つの油圧室１５４ａが設けられる場合について説明した。ただし、大径部１１４ａで仕切られたピン穴１５４のうち、カバー部材１６０側の空間１５４ｃも油圧室としてもよい。この油圧室は、油圧室１５４ａと併用されても、単独で用いられてもよい。

【0036】

油圧室１５４ａ内には、位置センサ１５４ｄが設けられる。位置センサ１５４ｄは、クロスヘッドピン１５０に対するピストンロッド１１４のストローク方向の相対位置を検出する。位置センサ１５４ｄは、例えば、ピン穴１５４の底面１５４ｂとピストンロッド１１４の大径部１１４ａにより挟まれた状態でストローク方向に伸縮する接触式のセンサである。

【0037】

図３は、エンジン１００の機能構成を示すブロック図である。図３に示すように、エンジン１００は、制御装置１８０を備える。制御装置１８０は、例えば、ＥＣＵ（Ｅｎｇｉｎｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）である。制御装置１８０は、中央処理装置（ＣＰＵ）、プログラム等が格納されたＲＯＭ、ワークエリアとしてのＲＡＭ等を含み、エンジン１００全体を制御する。制御装置１８０は、圧縮比制御部１８２と、排気弁制御部１８４とを含む。

【0038】

圧縮比制御部１８２は、ピストン１１２の上死点位置をストローク方向に移動させることによって、エンジン１００の圧縮比を制御する。具体的には、圧縮比制御部１８２は、圧縮比可変機構Ｖの油圧ポンプ１７２および切換弁１７８の動作を制御することによって、ピストン１１２の上死点位置を移動させる。それにより、エンジン１００の幾何的な圧縮比が制御される。圧縮比制御部１８２は、エンジン１００の負荷に応じて、圧縮比を制御する。例えば、圧縮比制御部１８２は、エンジン１００の負荷が小さいほど大きくなるように圧縮比を制御する。それにより、ノッキングが抑制されつつ、エンジン１００の効率が高められる。

【0039】

排気弁制御部１８４は、排気弁１３０の開閉動作を制御する。具体的には、排気弁制御部１８４は、排気弁駆動装置１３２の動作を制御することによって、排気弁１３０の開閉動作を制御する。

【0040】

制御装置１８０は、温度センサ１４０ｂおよび位置センサ１５４ｄから検出結果を取得することができる。温度センサ１４０ｂおよび位置センサ１５４ｄから取得された情報は、後述するように、排気弁制御部１８４が行う処理において用いられる。

【0041】

本実施形態では、排気弁制御部１８４は、エンジン１００の圧縮比に基づいて（つまり、ピストン１１２の上死点位置に基づいて）、排気弁１３０の開弁タイミングを制御する。排気弁１３０は、ピストン１１２の下降中において、ピストン１１２が掃気ポート１１０ａより下死点側に到達するより前に（具体的には、ピストン１１２の冠面が掃気ポート１１０ａの上端より下死点側に到達し、燃焼室１２８と掃気ポート１１０ａとが連通するより前に）開弁する。排気弁１３０の開弁タイミングは、エンジン１００の燃焼サイクルにおいて排気弁１３０が開弁するタイミングであり、クランク角によって表される。

【0042】

排気弁制御部１８４は、例えば、位置センサ１５４ｄの検出結果に基づいて、エンジン１００の圧縮比を特定することができる。ただし、エンジン１００の圧縮比は、他の方法によって特定されてもよい。例えば、シリンダ１１０内でのピストン１１２のストローク方向の位置を検出するセンサを利用することにより、ピストン１１２のストローク方向の位置とクランク角との関係に基づいて圧縮比が特定されてもよい。

【0043】

図４は、排気弁１３０の開弁タイミング、および、エンジン１００の圧縮比の推移の一例を示すグラフである。図４の横軸は、時間［ｓ］を示す。図４の縦軸は、排気弁１３０の開弁タイミング［ｄｅｇ］とエンジン１００の圧縮比を示す。図４に示すように、排気弁制御部１８４は、圧縮比が高いほど遅角するように（つまり、ピストン１１２の上死点位置が掃気ポート１１０ａから遠くなるほど遅角するように）、排気弁１３０の開弁タイミングを制御する。

【0044】

図４の例では、時点Ｔ１以前において、圧縮比が比率Ｒ１となっている。ゆえに、時点Ｔ１以前において、排気弁制御部１８４は、排気弁１３０の開弁タイミングを、比率Ｒ１と対応するクランク角θ１に制御する。

【0045】

圧縮比制御部１８２は、例えば、エンジン１００の負荷に応じて目標圧縮比（つまり、圧縮比の目標値）を決定し、圧縮比を目標圧縮比になるように制御する。なお、圧縮比が目標圧縮比となるようなピストン１１２の上死点位置を目標位置と呼ぶ。図４の例では、時点Ｔ１において、目標圧縮比が比率Ｒ１から比率Ｒ２に切り替わる。比率Ｒ２は、比率Ｒ１よりも高い。時点Ｔ１において、圧縮比制御部１８２は、圧縮比を比率Ｒ１から比率Ｒ２に向けて増大させ始める。時点Ｔ１から時点Ｔ２までの期間において、圧縮比は、目標圧縮比である比率Ｒ２に向かって時間経過に伴って徐々に増大する。つまり、ピストン１１２の上死点位置が目標位置に向かって時間経過に伴い徐々に変化する。

【0046】

時点Ｔ１から時点Ｔ２までの期間において、排気弁制御部１８４は、圧縮比の変化に伴って（つまり、ピストン１１２の上死点位置の変化に伴って）、排気弁１３０の開弁タイミングを変化させる。具体的には、上記期間において、排気弁制御部１８４は、排気弁１３０の開弁タイミングをクランク角θ１から比率Ｒ２と対応するクランク角θ２に向けて時間経過に伴って徐々に変化させる。クランク角θ２は、クランク角θ１よりも大きい。つまり、上記期間において、排気弁１３０の開弁タイミングを表すクランク角は、時間経過に伴って徐々に増大する。

【0047】

時点Ｔ２において、圧縮比は、比率Ｒ２に到達する。時点Ｔ２以後において、圧縮比は、比率Ｒ２に維持される。時点Ｔ２において、排気弁１３０の開弁タイミングは、クランク角θ２に到達する。時点Ｔ２以後において、排気弁１３０の開弁タイミングは、クランク角θ２に維持される。これにより、圧縮比の変更、および、圧縮比の変更に伴う排気弁１３０の開弁タイミングの変更が完了する。

【0048】

図５は、排気弁１３０の開弁タイミングにおけるシリンダ１１０内でのピストン１１２のストローク方向の位置について説明するための模式図である。図５中で実線により示すように、排気弁１３０の開弁タイミングにおいて、ピストン１１２は、シリンダ１１０内で下死点側（図５中の下側）に位置する。この際、ピストン１１２の冠面が掃気ポート１１０ａの上端よりも上死点側に位置しているので、燃焼室１２８と掃気ポート１１０ａとは連通していない。

【0049】

ここで、圧縮比が高くなるように変更された際に、仮に、排気弁１３０の開弁タイミングが変更されない場合、排気弁１３０の開弁タイミングにおけるシリンダ１１０内でのピストン１１２のストローク方向の位置は、図５中で破線により示すように、上死点側に移動する。

【0050】

本実施形態では、上述したように、排気弁制御部１８４は、エンジン１００の圧縮比に基づいて（つまり、ピストン１１２の上死点位置に基づいて）、排気弁１３０の開弁タイミングを制御する。具体的には、排気弁制御部１８４は、圧縮比が高いほど遅角するように（つまり、ピストン１１２の上死点位置が掃気ポート１１０ａから遠くなるほど遅角するように）、排気弁１３０の開弁タイミングを制御する。ゆえに、排気弁制御部１８４は、圧縮比が高くなるように変更された際に、排気弁１３０の開弁タイミングを遅角させる。それにより、圧縮比が高くなるように変更された際に、排気弁１３０の開弁タイミングにおけるシリンダ１１０内でのピストン１１２のストローク方向の位置が上死点側に移動することが抑制される。ゆえに、ピストン１１２の下降中に膨張行程が行われる期間が長く確保される。よって、エンジン１００から出力されるエネルギが増大するので、エンジン１００の効率が向上する。

【0051】

特に、排気弁制御部１８４は、排気弁１３０の開弁タイミングにおけるシリンダ１１０内でのピストン１１２のストローク方向の位置が圧縮比によらずに（つまり、ピストン１１２の上死点位置によらずに）維持されるように、排気弁１３０の開弁タイミングを制御することが好ましい。それにより、例えば、図５の例では、圧縮比が高くなるように変更された際に、排気弁１３０の開弁タイミングにおけるシリンダ１１０内でのピストン１１２のストローク方向の位置が、図５中で実線により示す位置に維持される。ゆえに、ピストン１１２の下降中に膨張行程が行われる期間がより長く確保されるので、エンジン１００の効率がより向上する。

【0052】

なお、ピストン１１２のストローク方向の位置が圧縮比によらずに維持されることは、圧縮比の変更の前後において上記位置が厳密に一致することに限定されない。例えば、ピストン１１２のストローク方向の位置が圧縮比によらずに維持されることは、圧縮比の変更の前後において上記位置が厳密には一致しないものの所定範囲内に収まることを含む。

【0053】

特に、排気弁制御部１８４は、圧縮比が目標圧縮比に向かって時間経過に伴い変化する間、圧縮比の変化に伴って排気弁１３０の開弁タイミングを変化させることが好ましい。つまり、排気弁制御部１８４は、ピストン１１２の上死点位置が目標位置に向かって時間経過に伴い変化する間、ピストン１１２の上死点位置の変化に伴って排気弁１３０の開弁タイミングを変化させることが好ましい。それにより、圧縮比が目標圧縮比に向かって時間経過に伴い変化する間においても、ピストン１１２の下降中に膨張行程が行われる期間が長く確保されるので、エンジン１００の効率がより向上する。

【0054】

図６は、制御装置１８０が行う排気弁１３０の開弁タイミングの制御に関する処理の流れの一例を示すフローチャートである。図６に示す処理フローは、例えば、設定時間間隔で繰り返し実行される。

【0055】

図６に示す処理フローが開始すると、ステップＳ１０１において、排気弁制御部１８４は、圧縮比が変更されたか否かを判定する。例えば、排気弁制御部１８４は、今回の処理フローでの圧縮比が前回の処理フローでの圧縮比と比べて所定値以上変化している場合、圧縮比が変更されたと判定する。

【0056】

圧縮比が変更されたと判定された場合（ステップＳ１０１／ＹＥＳ）、ステップＳ１０２において、排気弁制御部１８４は、排気弁１３０の開弁タイミングを変更する。具体的には、圧縮比が高くなるように変更された場合、排気弁制御部１８４は、排気弁１３０の開弁タイミングを遅角させる。圧縮比が低くなるように変更された場合、排気弁制御部１８４は、排気弁１３０の開弁タイミングを進角させる。一方、圧縮比が変更されていないと判定された場合（ステップＳ１０１／ＮＯ）、ステップＳ１０３において、排気弁制御部１８４は、排気弁１３０の開弁タイミングを維持する。

【0057】

ステップＳ１０２またはステップＳ１０３の次に、ステップＳ１０４において、排気弁制御部１８４は、ブローバックが生じているか否かを判定する。

【0058】

掃気ポート１１０ａから燃焼室１２８内への活性ガスの吸入は、ピストン１１２が掃気ポート１１０ａより下死点側に到達した際に（具体的には、ピストン１１２の冠面が掃気ポート１１０ａの上端より下死点側に到達し、燃焼室１２８と掃気ポート１１０ａとが連通した際に）、掃気室１４０ａ内の圧力が燃焼室１２８内の圧力よりも高いことを条件に実現される。ここで、ピストン１１２が掃気ポート１１０ａより下死点側に到達した際に、燃焼室１２８内の圧力が掃気室１４０ａ内の圧力よりも高い場合、燃焼室１２８内から掃気ポート１１０ａを介して掃気室１４０ａに排気ガスが逆流する。つまり、ブローバックが生じる。

【0059】

ステップＳ１０４では、排気弁制御部１８４は、掃気室１４０ａ内の温度に基づいて、ブローバックが生じているか否かを判定する。例えば、排気弁制御部１８４は、掃気室１４０ａ内の温度が基準温度より高い場合、ブローバックが生じていると判定する。基準温度は、掃気室１４０ａへの排気ガスの逆流によって掃気室１４０ａ内の温度が上昇した場合に想定される程度に高い温度に設定される。排気弁制御部１８４は、例えば、温度センサ１４０ｂの検出結果に基づいて、掃気室１４０ａ内の温度を特定することができる。

【0060】

ただし、ブローバックが生じているか否かの判定は、上記以外の方法によって実現されてもよい。例えば、排気弁制御部１８４は、ピストン１１２が掃気ポート１１０ａより下死点側に到達した際の掃気室１４０ａ内の圧力、および、燃焼室１２８内の圧力に基づいて、ブローバックが生じているか否かを判定してもよい。排気弁制御部１８４は、燃焼室１２８内の圧力が掃気室１４０ａ内の圧力よりも高い場合、ブローバックが生じていると判定する。

【0061】

ステップＳ１０４でＹＥＳと判定された場合（つまり、ブローバックが生じていると判定された場合）、ステップＳ１０５において、排気弁制御部１８４は、排気弁１３０の開弁タイミングを進角させ、図６に示す処理フローは終了する。それにより、ピストン１１２が掃気ポート１１０ａより下死点側に到達した際の燃焼室１２８内の圧力を低くすることができる。ゆえに、ピストン１１２が掃気ポート１１０ａより下死点側に到達した際に燃焼室１２８内の圧力が掃気室１４０ａ内の圧力よりも高くなることが抑制される。よって、ブローバックが抑制される。

【0062】

一方、ステップＳ１０４でＮＯと判定された場合（つまり、ブローバックが生じていないと判定された場合）、ステップＳ１０６において、排気弁制御部１８４は、排気弁１３０の開弁タイミングを遅角させ、図６に示す処理フローは終了する。それにより、ピストン１１２の下降中に膨張行程が行われる期間がより長く確保される。ゆえに、エンジン１００の効率がより向上する。

【0063】

上記のように、排気弁制御部１８４は、燃焼室１２８内から掃気ポート１１０ａを介して掃気室１４０ａに排気ガスが逆流するブローバックが生じているか否かを判定し、ブローバックの判定結果に基づいて排気弁１３０の開弁タイミングを調整してもよい。それにより、ブローバックが抑制されつつ、エンジン１００の効率がより向上する。

【0064】

なお、排気弁制御部１８４は、上記で説明したパラメータ以外のパラメータをさらに用いて、排気弁１３０の開弁タイミングを制御してもよい。例えば、排気弁制御部１８４は、エンジン１００の回転数に基づいて、排気弁１３０の開弁タイミングを制御してもよい。ピストン１１２の下降中において、エンジン１００の回転数が高いほど、燃焼室１２８内の圧力は減少しにくくなる。ゆえに、排気弁制御部１８４は、例えば、エンジン１００の回転数が高いほど進角するように、排気弁１３０の開弁タイミングを調整する。それにより、ピストン１１２が掃気ポート１１０ａより下死点側に到達した際に燃焼室１２８内の圧力が掃気室１４０ａ内の圧力よりも高くなることが抑制される。よって、ブローバックが抑制される。

【0065】

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、本開示はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。

【0066】

本開示は、エンジンの効率の向上を促進するので、例えば、持続可能な開発目標（ＳＤＧｓ）の目標７「手ごろで信頼でき、持続可能かつ近代的なエネルギーへのアクセスを確保する」および目標１３「気候変動とその影響に立ち向かうため、緊急対策を取る」に貢献することができる。

【符号の説明】

【0067】

１００ エンジン
１１０ シリンダ
１１０ａ 掃気ポート
１１２ ピストン
１２６ａ 排気ポート
１２８ 燃焼室
１３０ 排気弁
１８４ 排気弁制御部
Ｖ 圧縮比可変機構

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】