特許 7309114 ユニフロー掃気式２サイクルエンジン

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-07-07

(45)【発行日】2023-07-18

(54)【発明の名称】ユニフロー掃気式２サイクルエンジン

(51)【国際特許分類】

   F02B 17/00 20060101AFI20230710BHJP

   F02B 25/04 20060101ALI20230710BHJP

   F02D 19/02 20060101ALI20230710BHJP

   F02M 21/02 20060101ALI20230710BHJP

【ＦＩ】

F02B17/00 J

F02B25/04

F02D19/02 E

F02M21/02 301A

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2019055104

(22)【出願日】2019-03-22

(65)【公開番号】P2020153353

(43)【公開日】2020-09-24

【審査請求日】2022-02-16

(73)【特許権者】

【識別番号】523216148

【氏名又は名称】株式会社三井Ｅ＆Ｓ ＤＵ

(74)【代理人】

【識別番号】110000936

【氏名又は名称】弁理士法人青海国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】増田 裕

(72)【発明者】

【氏名】廣瀬 孝行

【審査官】竹村 秀康

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１４－１４５２８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０４－１３２８５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－２３１２２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－００５８１８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０２Ｂ １／００－２３／１０

Ｆ０２Ｂ ２５／０４

Ｆ０２Ｄ １９／０２

Ｆ０２Ｍ ２１／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

流入口が形成された掃気室と、
前記掃気室の内部に掃気ポートが配されたシリンダと、
前記シリンダの内周面、前記掃気ポートの内部、または、前記掃気ポートよりも前記シリンダの径方向外側に開口し、第１噴射口、および、前記第１噴射口よりも前記流入口から離隔して配される第２噴射口を含む複数の噴射口と、
前記噴射口に燃料ガスを供給する燃料噴射装置と、
前記燃料噴射装置を制御し、要求出力が閾値以下では、前記第１噴射口への燃料ガスの供給を停止させ、前記第２噴射口から燃料ガスを噴射させる制御部と、
を備え、
前記第１噴射口は、前記シリンダの中心軸に対して前記流入口側に位置し、前記第２噴射口は、前記シリンダの中心軸に対して前記流入口から離隔する側に位置するユニフロー掃気式２サイクルエンジン。

【請求項2】

流入口が形成された掃気室と、
前記掃気室の内部に掃気ポートが配されたシリンダと、
前記シリンダの内周面、前記掃気ポートの内部、または、前記掃気ポートよりも前記シリンダの径方向外側に開口し、第１噴射口、および、前記第１噴射口よりも前記流入口から離隔して配される第２噴射口を含む複数の噴射口と、
前記噴射口に燃料ガスを供給する燃料噴射装置と、
前記燃料噴射装置を制御し、要求出力が閾値以下では、前記第１噴射口への燃料ガスの供給を停止させ、前記第２噴射口から燃料ガスを噴射させる制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記第１噴射口への燃料ガスの供給を停止させる場合、すべての前記噴射口から燃料ガスを噴射させるときよりも、噴射タイミングを遅角させるユニフロー掃気式２サイクルエンジン。

【請求項3】

流入口が形成された掃気室と、
前記掃気室の内部に掃気ポートが配されたシリンダと、
前記シリンダの内周面、前記掃気ポートの内部、または、前記掃気ポートよりも前記シリンダの径方向外側に開口し、第１噴射口、および、前記第１噴射口よりも前記流入口から離隔して配される第２噴射口を含む複数の噴射口と、
前記噴射口に燃料ガスを供給する燃料噴射装置と、
前記燃料噴射装置を制御し、要求出力が閾値以下では、前記第１噴射口への燃料ガスの供給を停止させ、前記第２噴射口から燃料ガスを噴射させる制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記第１噴射口への燃料ガスの供給量を、前記第２噴射口への燃料ガスの供給量よりも減少させる場合、前記第１噴射口の噴射タイミングよりも、前記第２噴射口の噴射タイミングを遅角させるユニフロー掃気式２サイクルエンジン。

【請求項4】

前記制御部は、前記要求出力が前記閾値を跨いで減少すると、前記第１噴射口への燃料ガスの供給を停止させ、かつ、前記第１噴射口から供給されなくなった減少分よりも少ない量だけ、前記第２噴射口への燃料供給量を増量させる請求項１から３のいずれか１項に記載のユニフロー掃気式２サイクルエンジン。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、ユニフロー掃気式２サイクルエンジンに関する。

【背景技術】

【0002】

ユニフロー掃気式２サイクルエンジンでは、燃料として気体の燃料ガスが用いられる場合がある。例えば、特許文献１には、シリンダのうち、掃気ポートよりも排気ポート側に、燃料噴射口が形成された構成が開示されている。燃料噴射口は、シリンダの周方向に離隔して複数設けられる。燃料噴射口からシリンダ内に噴射された燃料ガスは、掃気とともにピストンで圧縮された後、燃焼室で燃焼する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許第６０８０２２４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、エンジンの要求出力が小さい場合、それぞれの燃料噴射口からの燃料ガスの噴射量が少量となり、燃料ガスが拡散して希薄となり過ぎて、失火し易くなってしまう。

【0005】

本開示は、低負荷時の失火を抑制することが可能なユニフロー掃気式２サイクルエンジンを提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために、本開示のユニフロー掃気式２サイクルエンジンは、流入口が形成された掃気室と、掃気室の内部に掃気ポートが配されたシリンダと、シリンダの内周面、掃気ポートの内部、または、掃気ポートよりもシリンダの径方向外側に開口し、第１噴射口、および、第１噴射口よりも流入口から離隔して配される第２噴射口を含む複数の噴射口と、噴射口に燃料ガスを供給する燃料噴射装置と、燃料噴射装置を制御し、要求出力が閾値以下では、第１噴射口への燃料ガスの供給を停止させ、第２噴射口から燃料ガスを噴射させる制御部と、を備え、第１噴射口は、シリンダの中心軸に対して流入口側に位置し、第２噴射口は、シリンダの中心軸に対して流入口から離隔する側に位置する。

【0008】

上記課題を解決するために、本開示のユニフロー掃気式２サイクルエンジンは、流入口が形成された掃気室と、掃気室の内部に掃気ポートが配されたシリンダと、シリンダの内周面、掃気ポートの内部、または、掃気ポートよりもシリンダの径方向外側に開口し、第１噴射口、および、第１噴射口よりも流入口から離隔して配される第２噴射口を含む複数の噴射口と、噴射口に燃料ガスを供給する燃料噴射装置と、燃料噴射装置を制御し、要求出力が閾値以下では、第１噴射口への燃料ガスの供給を停止させ、第２噴射口から燃料ガスを噴射させる制御部と、を備え、制御部は、第１噴射口への燃料ガスの供給を停止させる場合、すべての噴射口から燃料ガスを噴射させるときよりも、噴射タイミングを遅角させる。

【0009】

上記課題を解決するために、本開示のユニフロー掃気式２サイクルエンジンは、流入口が形成された掃気室と、掃気室の内部に掃気ポートが配されたシリンダと、シリンダの内周面、掃気ポートの内部、または、掃気ポートよりもシリンダの径方向外側に開口し、第１噴射口、および、第１噴射口よりも流入口から離隔して配される第２噴射口を含む複数の噴射口と、噴射口に燃料ガスを供給する燃料噴射装置と、燃料噴射装置を制御し、要求出力が閾値以下では、第１噴射口への燃料ガスの供給を停止させ、第２噴射口から燃料ガスを噴射させる制御部と、を備え、制御部は、第１噴射口への燃料ガスの供給量を、第２噴射口への燃料ガスの供給量よりも減少させる場合、第１噴射口の噴射タイミングよりも、第２噴射口の噴射タイミングを遅角させる。

【0010】

制御部は、要求出力が閾値を跨いで減少すると、第１噴射口への燃料ガスの供給を停止させ、かつ、第１噴射口から供給されなくなった減少分よりも少ない量だけ、第２噴射口への燃料供給量を増量させてもよい。

【発明の効果】

【0011】

本開示のユニフロー掃気式２サイクルエンジンによれば、低負荷時の失火を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１は、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2】図２は、燃料噴射ポートの配置を説明するための図である。

【図3】図３は、ユニフロー掃気式２サイクルエンジンの制御系を示すブロック図である。

【図4】図４は、燃料制御部の処理を説明するための第１の図である。

【図5】図５は、燃料制御部の処理を説明するための第２の図である。

【図6】図６は、燃料制御部の処理を説明するための第３の図である。

【図7】図７は、燃料制御部の処理を説明するための第４の図である。

【図8】図８は、燃焼室におけるピストンの冠面近傍の燃料ガスの拡散状態のシミュレーション結果を示す図である。

【図9】図９は、変形例を説明するための図である。

【図10】図１０は、燃料管の配置を説明するための図である。

【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、本開示の一実施形態について詳細に説明する。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する。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、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。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。シリンダ１１０の一端側にはシリンダヘッド１１２が設けられる。シリンダ１１０の他端側にはシリンダジャケット１１４が設けられる。シリンダ１１０内にはピストン１１６が配される。

【0015】

ピストン１１６は、シリンダ１１０内をシリンダ１１０の中心軸方向（ピストン１１６のストローク方向、以下、単にストローク方向という）に往復移動する。ピストン１１６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１１６には、ピストンロッド１１８の一端が取り付けられている。ピストンロッド１１８の他端には、クロスヘッド１２０が連結されている。

【0016】

クロスヘッド１２０は、ピストン１１６と一体となってストローク方向に往復移動する。クロスヘッドシュー１２２によって、ストローク方向に垂直な方向（図１中、左右方向）に向うクロスヘッド１２０の移動が規制される。連結棒１２４は、クロスヘッド１２０およびクランクシャフト１２６に連結される。クロスヘッド１２０の往復移動に伴う連結棒１２４の動作により、クランクシャフト１２６が回転する。

【0017】

シリンダヘッド１１２には、排気弁箱１２８が取り付けられる。燃焼室１３０は、ピストン１１６が上死点側にあるとき、シリンダヘッド１１２、排気弁箱１２８、および、ピストン１１６に囲繞されてシリンダ１１０の内部に形成される。

【0018】

排気弁箱１２８には、排気ポート１３２が形成される。排気ポート１３２は、ピストン１１６の上死点よりも、鉛直上側に位置する。排気弁箱１２８には、不図示の排気弁駆動装置が設けられる。排気弁１３４は、排気弁駆動装置によってストローク方向に移動する。排気弁１３４の移動によって排気ポート１３２が開閉する。

【0019】

排気弁１３４の開弁時、排気ガスは排気ポート１３２を通って燃焼室１３０から排気される。排気ガスは、排気管１３６を通って過給機１３８のタービンＴを回転させる。この回転動力により、過給機１３８のコンプレッサＣが活性ガスを圧縮して冷却器１４０に送出する。活性ガスは、酸素、オゾン等の酸化剤、または、その混合気（例えば空気）を含む。冷却器１４０は、ケーシング１４２内に形成された掃気溜１４４に配される。冷却器１４０は、圧縮された活性ガスを冷却する。冷却された活性ガスは、掃気溜１４４に送出される。

【0020】

ケーシング１４２は、シリンダジャケット１１４に当接する。ケーシング１４２は、シリンダジャケット１１４に対し、シリンダ１１０の径方向（以下、径方向という）の外側に位置する。シリンダジャケット１１４の内部には、掃気室１４６が形成される。掃気溜１４４は、掃気室１４６に対し、径方向の外側に位置する。

【0021】

ケーシング１４２のうち、シリンダジャケット１１４側の壁部には貫通孔１４２ａが形成される。貫通孔１４２ａは、ケーシング１４２のシリンダジャケット１１４側の壁部を、ケーシング１４２とシリンダジャケット１１４との対向方向に貫通する。

【0022】

シリンダジャケット１１４のうち、ケーシング１４２の貫通孔１４２ａに対向する部位には貫通孔１１４ａが形成される。シリンダジャケット１１４の貫通孔１１４ａは、シリンダジャケット１１４の壁部を、ケーシング１４２の貫通孔１４２ａと同じ方向に貫通する。

【0023】

掃気溜１４４と掃気室１４６は、貫通孔１１４ａ、１４２ａを介して連通する。掃気室１４６のうち、貫通孔１１４ａの開口部は、掃気溜１４４から圧縮された活性ガスが流入する流入口１４６ａとなる。

【0024】

シリンダ１１０の他端側は、掃気室１４６内に位置する。シリンダ１１０のうち、掃気室１４６の内部に位置する部位には、掃気ポート１４８が形成される。掃気ポート１４８は、掃気室１４６に開口する。

【0025】

掃気ポート１４８は、シリンダ１１０の内周面から外周面まで貫通する。掃気ポート１４８は、シリンダ１１０の周方向（以下、単に周方向という）に離隔して複数設けられる。掃気ポート１４８は、シリンダ１１０のうち、ピストン１１６の下死点よりも上死点側に位置する。

【0026】

ピストン１１６の冠面が掃気ポート１４８よりも下死点側に移動したとき、掃気室１４６内圧とシリンダ１１０内圧との差圧により、掃気ポート１４８からシリンダ１１０の内部空間Ｓに、活性ガスが吸入される。

【0027】

シリンダ１１０のうち、シリンダジャケット１１４よりも鉛直上側（ピストン１１６の上死点側）には、燃料噴射ポート１５０が形成される。燃料噴射ポート１５０は、シリンダ１１０の内周面から外周面まで貫通する。燃料噴射ポート１５０は２つ設けられる。それぞれの燃料噴射ポート１５０には、燃料噴射装置１５２が設けられる。

【0028】

ここでは、燃料噴射装置１５２が２つ設けられる場合について説明した。ただし、燃料噴射装置１５２は、周方向に離隔して３つ以上設けられてもよい。この場合、シリンダ１１０には、燃料噴射装置１５２と同数の燃料噴射ポート１５０が形成される。

【0029】

燃料噴射装置１５２は、不図示の燃料配管から供給された燃料ガスを噴射する。噴射された燃料ガスは、燃料噴射ポート１５０を介して、シリンダ１１０の内部空間Ｓに吸入された活性ガスに吹き付けられる。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るものとする。燃料ガスは、ＬＮＧに限らず、例えば、ＬＰＧ（液化石油ガス）、軽油、重油等をガス化したものが用いられてもよい。

【0030】

燃料噴射ポート１５０が燃焼室１３０よりも掃気ポート１４８側に設けられることから、燃料ガスの噴射圧が小さく抑えられる。噴射された燃料ガスは、活性ガスと混合されながら、ピストン１１６の上昇に伴って燃焼室１３０に向って流れつつ圧縮される。シリンダヘッド１１２には、不図示のパイロット噴射弁が設けられる。パイロット噴射弁から燃料油が燃焼室１３０内に噴射される。燃料油は、燃焼室１３０内のガスの熱で気化する。燃料油が気化して自然着火し、燃焼室１３０の温度が上昇する。そして、燃料ガスと活性ガスの混合気が燃焼する。ピストン１１６は、燃料ガスの燃焼による膨張圧によって往復移動する。

【0031】

図２は、燃料噴射ポート１５０の配置を説明するための図である。図２中、シリンダジャケット１１４については、貫通孔１１４ａを含む位置で、シリンダ１１０の中心軸に垂直な平面（以下、垂直面という）で切断された断面が示される。シリンダ１１０については、燃料噴射ポート１５０を含む位置で、垂直面で切断された断面が示される。また、燃料噴射装置１５２については、鉛直上側から見た外形が示される。

【0032】

図２に示すように、２つの燃料噴射ポート１５０は、シリンダ１１０の中心軸Ｏを挟んで配される。燃料噴射ポート１５０のうち、シリンダ１１０の内周面側の開口は、シリンダ１１０内に燃料ガスが流入する噴射口１５４となっている。２つの噴射口１５４のうち、掃気室１４６の流入口１４６ａ側に位置する噴射口１５４を第１噴射口１５４ａ、流入口１４６ａから離隔する側に位置する噴射口１５４を第２噴射口１５４ｂという。

【0033】

第１噴射口１５４ａは、シリンダ１１０の中心軸Ｏに対して流入口１４６ａ側（破線よりも、図２中、右側）に位置する。第１噴射口１５４ａは、流入口１４６ａの正面から周方向にずれて配される。第２噴射口１５４ｂは、シリンダ１１０の中心軸Ｏに対して流入口１４６ａから離隔する側（破線よりも、図２中、左側）に位置する。

【0034】

図３は、ユニフロー掃気式２サイクルエンジン１００の制御系を示すブロック図である。図３では、主に燃料噴射装置１５２の制御に関する構成を示す。図３に示すように、ユニフロー掃気式２サイクルエンジン１００は、制御装置２００を備える。制御装置２００は、例えば、ＥＣＵ（Engine Control Unit）で構成される。制御装置２００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等で構成され、ユニフロー掃気式２サイクルエンジン１００全体を制御する。また、制御装置２００は、燃料制御部２０２（制御部）として機能する。

【0035】

燃料制御部２０２は、燃料噴射装置１５２を制御して、燃料ガスの噴射量および噴射タイミングを制御する。クランクシャフト１２６には、クランク角センサ２０４が設けられており、クランク角センサ２０４から燃料制御部２０２に、クランク角を示すクランク角信号が出力される。燃料制御部２０２は、クランク角信号に基づいて、運転条件に応じて決定された燃料ガスの噴射量および噴射タイミングとなるように、燃料噴射装置１５２を制御する。

【0036】

図４は、燃料制御部２０２の処理を説明するための第１の図である。図４における左側の図は、第１噴射口１５４ａへの燃料供給量を示し、右側の図は、第２噴射口１５４ｂへの燃料供給量を示す。以下の図では、閾値Ｍは、要求出力１００％を示す。要求出力が閾値Ａよりも大きい範囲では、第１噴射口１５４ａ、第２噴射口１５４ｂのいずれでも、要求出力の増減量に比例して燃料供給量が増減する。

【0037】

要求出力が閾値Ａ以下では、燃料制御部２０２は、燃料噴射装置１５２を制御し、第１噴射口１５４ａへの燃料ガスの供給を停止させる。

【0038】

具体的に、要求出力が閾値Ａを跨いで減少したとする。このとき、燃料制御部２０２は、第１噴射口１５４ａへの燃料ガスの供給を停止させる。また、燃料制御部２０２は、第１噴射口１５４ａから供給されなくなった減少分（燃料供給量Ｑ）よりも少ない量だけ、第２噴射口１５４ｂへの燃料供給量を増量させる。すなわち、第２噴射口１５４ｂのみから燃料ガスが噴射されるときの燃料供給量Ｑ’は、２つの噴射口１５４から燃料ガスが噴射されるときの燃料供給量２Ｑよりも少ない。

【0039】

また、燃料制御部２０２は、図４に示す上記の処理の代わりに、図５、図６、図７に示す処理を行ってもよい。

【0040】

図５は、燃料制御部２０２の処理を説明するための第２の図である。図５における左側の図は、第１噴射口１５４ａへの燃料供給量を示し、右側の図は、第２噴射口１５４ｂへの燃料供給量を示す。要求出力が閾値Ｂよりも大きい範囲では、第１噴射口１５４ａ、第２噴射口１５４ｂのいずれでも、要求出力の増減量に比例して燃料供給量が増減する。ここで、閾値Ｂは閾値Ａよりも大きい。

【0041】

要求出力が閾値Ａ以下では、燃料制御部２０２は、燃料噴射装置１５２を制御し、第１噴射口１５４ａへの燃料ガスの供給を停止させる。

【0042】

具体的に、要求出力が閾値Ｂおよび閾値Ａを跨いで減少したとする。要求出力が閾値Ｂから閾値Ａに向かうに従って、燃料制御部２０２は、第１噴射口１５４ａへの燃料ガスの供給を減少させ、閾値Ａとなったときに燃料供給量を０にさせる。

【0043】

また、要求出力が閾値Ｂから閾値Ａに向かうに従って、燃料制御部２０２は、第１噴射口１５４ａから供給されなくなった減少分（燃料供給量Ｑ）よりも少ない量だけ、第２噴射口１５４ｂへの燃料供給量を増量させる。すなわち、第２噴射口１５４ｂのみから燃料ガスが噴射されるときの燃料供給量Ｑ’は、２つの噴射口１５４から燃料ガスが噴射されるときの燃料供給量２Ｑよりも少ない。

【0044】

図６は、燃料制御部２０２の処理を説明するための第３の図である。図６における左側の図は、第１噴射口１５４ａへの燃料供給量を示し、右側の図は、第２噴射口１５４ｂへの燃料供給量を示す。要求出力が閾値Ｂよりも大きい範囲では、第１噴射口１５４ａ、第２噴射口１５４ｂのいずれでも、要求出力の増減量に比例して燃料供給量が増減する。

【0045】

要求出力が閾値Ａ’以下では、燃料制御部２０２は、燃料噴射装置１５２を制御し、第１噴射口１５４ａへの燃料ガスの供給を停止させる。ここで、閾値Ａ’は、例えば、閾値Ａよりも小さい。

【0046】

具体的に、要求出力が閾値Ｂおよび閾値Ａ’を跨いで減少したとする。要求出力が閾値Ｂから閾値Ａ’に向かうに従って、燃料制御部２０２は、第１噴射口１５４ａへの燃料ガスの供給を減少させ、閾値Ａ’となったときに燃料供給量を０にさせる。

【0047】

また、要求出力が０から閾値Ａ’に向かうに従って、燃料制御部２０２は、第２噴射口１５４ｂへの燃料供給量を増量させる。このとき、第２噴射口１５４ｂへの燃料供給量は、第１噴射口１５４ａ、第２噴射口１５４ｂの双方から燃料を噴射させる場合に比べて少ない。例えば、要求出力が閾値Ａ’のとき、第２噴射口１５４ｂのみから燃料ガスが噴射されるときの燃料供給量Ｑ’は、２つの噴射口１５４から燃料ガスが噴射されるときの燃料供給量２Ｑよりも少ない。

【0048】

要求出力が閾値Ａ’から上昇すると、第２噴射口１５４ｂへの燃料供給量は、燃料供給量２Ｑまで増加して、要求出力が閾値Ｂとなるまで一定となる。

【0049】

図７は、燃料制御部２０２の処理を説明するための第３の図である。図７における左側の図は、第１噴射口１５４ａへの燃料供給量を示し、右側の図は、第２噴射口１５４ｂへの燃料供給量を示す。要求出力が閾値Ｂよりも大きい範囲では、第１噴射口１５４ａ、第２噴射口１５４ｂのいずれでも、要求出力の増減量に比例して燃料供給量が増減する。

【0050】

要求出力が閾値Ａ’ ’以下では、燃料制御部２０２は、燃料噴射装置１５２を制御し、第１噴射口１５４ａへの燃料ガスの供給を停止させる。ここで、閾値Ａ’ ’は、例えば、閾値Ａ’よりも小さい。

【0051】

具体的に、要求出力が閾値Ｂおよび閾値Ａ’ ’を跨いで減少したとする。要求出力が閾値Ｂから閾値Ａ’ ’に向かうに従って、燃料制御部２０２は、第１噴射口１５４ａへの燃料ガスの供給を減少させ、閾値Ａ’ ’となったときに燃料供給量を０にさせる。

【0052】

また、要求出力が０から閾値Ａ’ ’に向かうに従って、燃料制御部２０２は、第２噴射口１５４ｂへの燃料供給量を増量させる。このとき、第２噴射口１５４ｂへの燃料供給量は、第１噴射口１５４ａ、第２噴射口１５４ｂの双方から燃料を噴射させる場合に比べて少ない。例えば、要求出力が閾値Ａ’ ’のとき、第２噴射口１５４ｂのみから燃料ガスが噴射されるときの燃料供給量Ｑ’は、２つの噴射口１５４から燃料ガスが噴射されるときの燃料供給量２Ｑよりも少ない。

【0053】

第２噴射口１５４ｂへの燃料供給量は、要求出力が閾値Ａ’ ’から閾値Ｂとなるまで、大凡一定の比率で増加する。

【0054】

また、燃料制御部２０２による上記の燃料供給量の制御は、要求出力に対して直線的に変化してもよいし、曲線的に変化してもよい。

【0055】

図８は、燃焼室１３０におけるピストン１１６の冠面近傍の燃料ガスの拡散状態のシミュレーション結果を示す図である。図８における左側の図は、第１噴射口１５４ａからのみ燃料ガスが供給された場合を示す。図８における右側の図は、第２噴射口１５４ｂからのみ燃料ガスが供給された場合を示す。図８の各図において、横軸はケルビン温度、縦軸は空気過剰率λを示す。

【0056】

図８において、空気過剰率λが小さいプロットの割合が多いことは、燃料ガスが拡散されずに局所に溜まっていることを示す。第１噴射口１５４ａのみから燃料ガスが噴射される場合よりも、第２噴射口１５４ｂのみから燃料ガスが噴射される場合の方が、燃料ガスが拡散されない。低負荷時では、燃料ガスが拡散せずに局所に溜まっている方が失火し難い。

【0057】

上記のように、要求出力が閾値Ａ以下では、燃料制御部２０２は、燃料噴射装置１５２を制御し、第１噴射口１５４ａへの燃料ガスの供給を停止させる。第２噴射口１５４ｂのみから燃料ガスが噴射される。第２噴射口１５４ｂ側は、第１噴射口１５４ａ側に比べ、流入口１４６ａから遠く、活性ガスの流速が抑えられる。そのため、上記のように燃料ガスが拡散せずに局所に溜まっていることから、失火が抑制される。

【0058】

また、燃料制御部２０２は、図４～７のいずれの処理を行う時も、第１噴射口１５４ａへの燃料ガスの供給を停止させる場合、すべての噴射口１５４から燃料ガスを噴射させるときよりも、噴射タイミングを遅角させてもよい。噴射タイミングが遅角されると、燃料ガスと活性ガスの混合時間が短くなる。そのため、燃料ガスがさらに拡散し難くなり、低負荷時の失火が一層抑制される。また、図５～７のいずれの処理を行う時も、第１噴射口１５４ａへの燃料ガスの供給量を、第２噴射口１５４ｂへの燃料の供給量よりも減少させる場合、第１噴射口１５４ａの噴射タイミングよりも第２噴射口１５４ｂの噴射タイミングを遅角させてもよい。燃料の供給量の多い第２噴射口１５４ｂの噴射タイミングを遅らせることで、燃料ガスがさらに拡散し難くなる。

【0059】

図９は、変形例を説明するための図である。図９では、変形例のユニフロー掃気式２サイクルエンジン１００Ａのうち、鉛直下側の部位を抽出して示す。図９に示すように、ユニフロー掃気式２サイクルエンジン１００Ａでは、燃料噴射ポート１５０が設けられていない。代わりに、掃気ポート１４８の径方向の外側に、燃料管３６０が配される。

【0060】

燃料管３６０は、周方向に離隔して複数配される。燃料管３６０は、例えば、複数の掃気ポート１４８それぞれに対して１つずつ配される。燃料管３６０には、噴射口３５４が形成される。燃料管３６０には、燃料噴射弁３６２を介して主管３６４が接続される。燃料噴射弁３６２は、周方向に離隔して複数配される。１つの燃料噴射弁３６２に対し、複数の燃料管３６０が接続される。燃料噴射弁３６２が開弁すると、接続された複数の燃料管３６０の噴射口３５４から燃料ガスが噴射される。

【0061】

噴射された燃料ガスは、掃気ポート１４８に吸入される活性ガスの流れに合流する。燃料ガスは、活性ガスとともに掃気ポート１４８からシリンダ１１０内に吸入される。燃料ガスは、活性ガスと混合されながら燃焼室１３０に向かい、上記の実施形態と同様、燃焼室１３０で燃焼される。

【0062】

図１０は、燃料管３６０の配置を説明するための図である。図１０中、シリンダジャケット１１４については、貫通孔１１４ａを含む位置で、垂直面で切断された断面が示される。燃料管３６０については、鉛直上側から見た外形が示される。

【0063】

図１０に示すように、燃料管３６０は、シリンダ１１０の中心軸Ｏを挟んで配される。図１０中、燃料管３６０のうち、掃気室１４６の流入口１４６ａ側に位置する燃料管３６０を黒く塗りつぶして示す。流入口１４６ａ側に位置する燃料管３６０の噴射口３５４を第１噴射口３５４ａ、流入口１４６ａから離隔する側に位置する燃料管３６０の噴射口３５４を第２噴射口３５４ｂという。

【0064】

第１噴射口３５４ａは、シリンダ１１０の中心軸Ｏに対して流入口１４６ａ側（破線よりも、図１０中、右側）に位置する。第２噴射口３５４ｂは、シリンダ１１０の中心軸Ｏに対して流入口１４６ａから離隔する側（破線よりも、図１０中、左側）に位置する。

【0065】

変形例においても、上述した実施形態と同様の制御がなされる。例えば、要求出力が閾値Ａ以下では、燃料制御部２０２は、燃料噴射装置１５２を制御し、第１噴射口３５４ａへの燃料ガスの供給を停止させる。第２噴射口３５４ｂのみから燃料ガスが噴射される。第２噴射口３５４ｂ側は、第１噴射口３５４ａ側に比べ、流入口１４６ａから遠く、活性ガスの流速が抑えられることから、燃料ガスが拡散せずに局所に溜まり易い。そのため、失火が抑制される。

【0066】

以上、添付図面を参照しながら本開示の一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。

【0067】

例えば、上述した変形例では、噴射口３５４は、掃気ポート１４８よりもシリンダ１１０の径方向の外側に開口する場合について説明した。しかし、噴射口３５４は、掃気ポート１４８の内部に開口してもよい。

【0068】

また、上述した実施形態および変形例では、第１噴射口１５４ａ、３５４ａは、シリンダ１１０の中心軸Ｏに対して流入口１４６ａ側に位置し、第２噴射口１５４ｂ、３５４ｂは、シリンダ１１０の中心軸Ｏに対して流入口１４６ａから離隔する側に位置する場合について説明した。この場合、第２噴射口１５４ｂ、３５４ｂ側は、活性ガスの流速が遅く、燃料ガスの拡散が抑えられ、失火の抑制効果が高い。しかし、少なくとも、第２噴射口１５４ｂ、３５４ｂが、第１噴射口１５４ａ、３５４ａよりも流入口１４６ａから離隔して配されればよい。ここで、流入口１４６ａからの離隔距離は、直線距離でもよいし、流路の経路長さでもよい。また、第１噴射口１５４ａ、３５４ａ、第２噴射口１５４ｂ、３５４ｂの双方が、シリンダ１１０の中心軸Ｏに対して流入口１４６ａ側に位置してもよい。第１噴射口１５４ａ、３５４ａ、第２噴射口１５４ｂ、３５４ｂの双方が、シリンダ１１０の中心軸Ｏに対して流入口１４６ａから離隔する側に位置してもよい。

【0069】

また、上述した実施形態および変形例では、燃料制御部２０２は、第１噴射口１５４ａ、３５４ａへの燃料ガスの供給を停止させる場合、すべての噴射口１５４、３５４から燃料ガスを噴射させるときよりも、噴射タイミングを遅角させる場合について説明した。しかし、こうした遅角制御は、必須の処理ではない。

【0070】

また、上述した実施形態および変形例では、要求出力が閾値Ａを跨いで減少すると、燃料制御部２０２は、第１噴射口１５４ａ、３５４ａから供給されなくなった減少分よりも少ない量だけ、第２噴射口１５４ｂ、３５４ｂへの燃料供給量を増量させる場合について説明した。低負荷時には、第２噴射口１５４ｂ、３５４ｂのみから燃料が噴射されることから、上記のように、燃料ガスの拡散が抑制される。そのため、第１噴射口１５４ａ、３５４ａからも燃料ガスを噴射している場合に比べて、燃料ガスの供給量の総量が少なくても燃焼が維持される。このような制御により、燃費向上が可能となる。ただし、燃料制御部２０２は、要求出力が閾値Ａを跨いで減少したとき、第１噴射口１５４ａ、３５４ａから供給されなくなった減少分と同等の量、第２噴射口１５４ｂ、３５４ｂへの燃料供給量を増量させてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0071】

本開示は、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。

【符号の説明】

【0072】

１００ ユニフロー掃気式２サイクルエンジン
１００Ａ ユニフロー掃気式２サイクルエンジン
１１０ シリンダ
１４６ 掃気室
１４６ａ 流入口
１４８ 掃気ポート
１５２ 燃料噴射装置
１５４ 噴射口
１５４ａ 第１噴射口
１５４ｂ 第２噴射口
２０２ 燃料制御部（制御部）
３５４ 噴射口
３５４ａ 第１噴射口
３５４ｂ 第２噴射口
Ａ 閾値
Ｏ 中心軸

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】