WO2018135191A1 - 2ストロークエンジン - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a two-stroke engine.
- JP 2002-332847 A JP, 2015-169195, A JP 2012-522179 A
- the scavenging port needs to be closed by the piston skirt when the piston is located on the top dead center side. Therefore, when the piston stroke is made long to reduce cooling loss etc., an air passage is formed as in Patent Documents 1 and 2, or the scavenging port is closed when the piston is positioned on the top dead center side.
- the length of the piston skirt must be extended to the extent possible. When the length of the piston skirt is extended, problems such as contact with other members when the piston skirt is located on the bottom dead center side and increase in the weight of the piston occur.
- a two-stroke engine (E) is provided to be reciprocable in the cylinder wall (19, 3, 4) defining the cylinder (22) and the cylinder.
- a piston (23) defining a combustion chamber (29) in the cylinder, a crankcase (2) defining a crank chamber (2A) communicating with the lower end of the cylinder, and an intake communicating with the crank chamber A passage (2G), a one-way valve (54) for opening and closing the intake passage, and a scavenging port (in communication with the crank chamber and the side portion of the cylinder) whose communication with the cylinder is switched by the piston 55), an exhaust port (31) communicating with the top of the combustion chamber, an exhaust valve (32) for opening and closing the exhaust port, and a plurality of fuel injection valves (6) for injecting fuel to the scavenging port And the fuel injection is started (after the first crank angle A1) later than the timing at which the scavenging port is opened by the piston (before the scavenging port is
- the fuel injection valve injects the fuel into the scavenging port, it is not necessary to apply the high pressure injection system. Also, by delaying the start of fuel injection from the timing at which the scavenging port opens, the control device can send fresh air into the cylinder at the initial stage of scavenging and send the mixture into the cylinder at the late stage of scavenging. As a result, stratified scavenging can be performed even when applied to a long stroke engine to suppress blow through of the air-fuel mixture. Furthermore, since a plurality of fuel injection valves are provided, it is possible to inject a predetermined amount of fuel in a short time by using a small-sized and general-purpose inexpensive fuel injection valve.
- the plurality of fuel injection valves (68) are provided to inject fuel toward the opening (56) on the cylinder (22) side of the scavenging port (55). Good.
- control device may drive all the fuel injection valves during medium and high load operation, and stop the operation of at least one fuel injection valve (68B) during low load operation. .
- control device (70) terminates the fuel injection (at the third crank angle A3) at a timing earlier by a predetermined time than the timing (A2) at which the scavenging port is closed by the piston.
- the plurality of fuel injection valves (68) may be driven and controlled.
- control device (70) may cause the plurality of fuel injection valves (68) to start fuel injection at an earlier timing as the fuel injection amount to be injected is larger.
- the engine E is configured as a uniflow premixed compression auto-ignition two-stroke engine in which the flow of scavenging air and exhaust gas is less bent.
- the engine E is fueled by light oil or gasoline.
- the engine body 1 of the engine E includes a crankcase 2 defining a crank chamber 2A inside, a cylinder block 3 joined to the upper portion of the crankcase 2, and a cylinder block 3 And a head cover 5 joined to the upper portion of the cylinder head 4 and defining an upper valve operating chamber 6 between the cylinder head 4 and the cylinder head 4.
- crankcase 2 is comprised by a pair of crankcase half parts divided
- the left and right crankcase halves are fastened together by bolts to form a crank chamber 2A between the two halves.
- a crankshaft 8 is rotatably supported on the left and right side walls 2B and 2C of the crankcase 2 via bearings.
- Crankshaft 8 is supported at a position eccentric from journal 8A by a pair of journals 8A supported by side walls 2B and 2C of crankcase 2, a pair of webs 8B provided between both journals 8A, and both webs 8B. And a crank pin 8C.
- An end plate 11 is fastened to the outer surface side of the right side wall 2C.
- the end plate 11 is fastened to the outer surface of the right side wall 2C at the peripheral edge, and forms a lower valve operating chamber 12 between the end plate 11 and the right side wall 2C.
- the left end 8D of the crankshaft 8 penetrates the left side wall 2B of the crankcase 2 and extends leftward.
- the right end 8E of the crankshaft 8 extends rightward through the right side wall 2C of the crankcase 2 and the end plate 11.
- a seal member for securing the airtightness of the crank chamber 2A is provided at a portion where the left end 8D of the crankshaft 8 penetrates the left side wall 2B and at a portion where the right end 8E penetrates the end plate 11.
- the upper part of the crankcase 2 is formed with a first sleeve receiving hole 16 having a circular cross section, which extends vertically and whose upper end is open at the upper end face of the crankcase 2 and whose lower end is open toward the crank chamber 2A.
- the cylinder block 3 extends vertically and is joined to the upper end surface of the crankcase 2 at the lower end surface.
- the cylinder block 3 is formed with a second sleeve receiving hole 18 vertically penetrating from the upper end face to the lower end face.
- the second sleeve receiving hole 18 is a stepped hole with a circular cross section whose upper portion is expanded stepwise with respect to the lower portion, and has an annular shoulder surface 18A facing upward at the boundary between the upper and lower portions.
- the lower end openings of the second sleeve receiving holes 18 coaxially face the upper end openings of the first sleeve receiving holes 16 of the cylinder block 3 and communicate with each other.
- the inner diameters of the lower portions of the first sleeve receiving hole 16 and the second sleeve receiving hole 18 are equal and form continuous holes.
- a cylindrical cylinder sleeve 19 is press-fit into the first and second sleeve receiving holes 16 and 18.
- the cylinder sleeve 19 has an annular convex portion 21 protruding radially outward at the outer peripheral portion.
- the position of the cylinder sleeve 19 with respect to the first and second sleeve receiving holes 16 and 18 is determined by the abutment of the projection 21 with the shoulder surface 18A.
- the lower end of the cylinder sleeve 19 projects downward from the lower end opening of the first sleeve receiving hole 16 and is a projecting end inside the crank chamber 2A.
- the upper end of the cylinder sleeve 19 is disposed at a position flush with the upper end surface of the cylinder block 3 and abuts on the lower end surface of the cylinder head 4 joined to the cylinder block 3.
- the cylinder sleeve 19 is held between the shoulder surface 18A and the lower surface of the cylinder head 4 and the position is determined in the cylinder axis A direction.
- the bore of the cylinder sleeve 19 forms a cylinder 22. That is, the cylinder block 3, the cylinder sleeve 19 and the cylinder head 4 constitute a cylinder wall forming the cylinder 22.
- a piston 23 is received in the cylinder 22 so as to be capable of reciprocating.
- the piston 23 has a piston pin 23A extending parallel to the crankshaft 8.
- the small end portion of the connecting rod 26 is rotatably supported by the piston pin 23A via a bearing.
- the large end of the connecting rod 26 is rotatably supported on the crank pin 8C via a bearing.
- the reciprocation of the piston 23 is converted into the rotational movement of the crankshaft 8 by connecting the piston 23 and the crankshaft 8 by the connecting rod 26.
- a hemispherical combustion chamber recess 28 is formed at a position corresponding to the cylinder sleeve 19 on the lower end surface of the cylinder head 4.
- a combustion chamber 29 is defined in the cylinder 22 between the combustion chamber recess 28 and the top surface of the piston 23.
- an ignition plug 30 is provided to face the combustion chamber 29. Further, the cylinder head 4 is formed with an exhaust port 31 so as to open in the combustion chamber recess 28 and communicate with the top of the combustion chamber 29, and a poppet type exhaust valve 32 for opening and closing the exhaust port 31 is provided. ing. The stem end of the exhaust valve 32 is disposed in the upper valve operating chamber 6 and biased in the closing direction by the valve spring 33. The exhaust valve 32 is opened and closed by the valve operating mechanism 34 in synchronization with the rotation of the crankshaft 8.
- the valve operating mechanism 34 is driven by a camshaft 41 that rotates in response to the rotation of the crankshaft 8, a push rod 42 that is advanced and retracted by the camshaft 41, and an exhaust And a rocker arm 43 for pushing the valve 32 in the opening direction.
- the camshaft 41 is disposed in the lower valve operating chamber 12 in parallel with the crankshaft 8.
- the camshaft 41 is rotatably supported at one end on the right side wall 2 ⁇ / b> C of the crankcase 2 and at the other end rotatably supported on the end plate 11.
- the crankshaft 8 has a crank gear 45 at a portion located in the lower valve operating chamber 12, and the camshaft 41 has a cam gear 46 engaged with the crank gear 45.
- the gear ratio of the crank gear 45 and the cam gear 46 is 1: 1.
- the cam shaft 41 is provided with a cam 47 which is a plate cam.
- the push rod 42 is accommodated in a tubular rod case 51 open at both ends so as to be able to move forward and backward.
- the rod case 51 extends vertically, and the lower end is joined to the right side wall 2C of the crankcase 2 to communicate with the lower valve operating chamber 12 and the upper end is joined to the cylinder block 3 to connect to the upper valve operating chamber 6 It communicates.
- the push rod 42 abuts on the cam 47 of the camshaft 41 at its lower end, and advances and retracts according to the rotation of the camshaft 41.
- a roller may be provided at the lower end of the push rod 42, and the roller may be in rolling contact with the cam 47.
- the rocker arm 43 is rotatably supported by a rocker shaft 52 supported by the cylinder head 4.
- the rocker shaft 52 extends in a direction orthogonal to the cylinder axis A and the axis of the crankshaft 8.
- the rocker arm 43 has a receiving portion 43A that abuts on the upper end of the push rod 42 at one end, and a screw adjuster 43B that abuts on the stem end of the exhaust valve 32 at the other end.
- the exhaust valve 32 is opened once at a predetermined timing each time the crankshaft 8 makes one rotation by the valve operating mechanism 34 configured as described above.
- the front side wall 2D of the crankcase 2 is formed with a protrusion 2F that protrudes forward.
- the inside of the projecting portion 2F forms an intake passage 2G extending in the front and rear direction, communicates with the crank chamber 2A at the rear end, and is open at the front end.
- the front end of the intake passage 2G is closed by a lid 36 fastened to the front end of the protrusion 2F.
- An intake port 53 which is a through hole communicating the outside and the inside of the protruding portion 2F, is formed on the left side wall of the protruding portion 2F.
- an intake system having an air cleaner or the like (not shown) is connected.
- Reed valve as a one-way valve that allows the flow of fluid from the side of intake port 53 to the side of crank chamber 2A in intake port 53 while preventing the flow of fluid from the side of crank chamber 2A to the side of intake port 53 54 are provided.
- the reed valve 54 is normally closed, and opens when the pressure in the crank chamber 2A decreases due to the rise of the piston 23.
- the crankcase 2 and the cylinder sleeve 19 are formed with a plurality of scavenging ports 55 for communicating the crank chamber 2A with the inside of the cylinder sleeve 19 (the side portion of the cylinder 22).
- Each scavenging port 55 includes a scavenging port 56 formed in the cylinder sleeve 19 and a passage portion 57 extending from the scavenging port 56 to the crank chamber 2A.
- the passage portion 57 is formed at the top of the crankcase 2 and around the first sleeve receiving hole 16.
- one scavenging port 55 has one scavenging port 56 and one passage portion 57.
- one scavenging port 55 may have two scavenging ports 56 and one passage portion 57.
- the scavenging port 56 is formed to penetrate radially in a portion corresponding to the first sleeve receiving hole 16 of the cylinder sleeve 19.
- the height dimension of the scavenging port 56 is set smaller than the height dimension of the outer peripheral surface of the piston 23.
- the scavenging port 56 (scavenging port 55) is opened and closed by the reciprocating motion of the piston 23. Specifically, when the piston 23 is in the position corresponding to the scavenging port 56, the scavenging port 55 is closed by the outer peripheral portion of the piston 23, and the lower edge of the piston 23 is higher than the lower edge of the scavenging port 56 When in the point side, the scavenging port 55 is opened so as to communicate with the lower portion of the cylinder 22 than the piston 23, and the upper edge (top surface) of the piston 23 is lower (lower) than the upper edge of the scavenging port 56.
- the scavenging port 55 When at the dead point side, the scavenging port 55 is opened to communicate with the upper portion (combustion chamber 29) of the cylinder 22 than the piston 23. Thus, the scavenging port 55 is switched by the piston 23 between the communication with the cylinder 22 and the shutoff.
- the engine E has two scavenging ports 55.
- engine E may have more than two scavenging ports 55.
- the two scavenging ports 55 and the scavenging ports 56 have rotational symmetry about the cylinder axis A and are disposed at 180 ° rotational symmetry positions.
- each scavenging port 55 extends upward in the radial direction of the cylinder sleeve 19 in parallel with the cylinder axis A from the lower end communicating with the crank chamber 2A.
- the upper end of the upstream portion 57A is disposed above the upper edge of the scavenging port 56.
- each scavenging port 55 extends radially outward of the cylinder sleeve 19 circumferentially from the upper portion of the upstream side portion 57A toward the scavenging port 56.
- the downstream side portion 57B extends from the upstream side toward the downstream side in a counterclockwise direction around the cylinder axis A.
- the downstream end of the downstream portion 57 ⁇ / b> B is a scavenging port 56 opening to the cylinder 22.
- the downstream portion 57 ⁇ / b> B may be inclined downward from the upstream side to the downstream side in the circumferential direction around the cylinder axis A. Further, the downstream side portion 57B may be inclined downward from the upstream side (radial direction outer side) to the downstream side (radial direction inner side) in the radial direction around the cylinder axis A.
- the downstream portion 57 ⁇ / b> B functions as a guide that provides a downward velocity component to the gas flow flowing into the cylinder 22 from the scavenging port 55.
- annular oil passage forming member 60 is joined to the outer peripheral portion of the lower end portion of the cylinder sleeve 19 which has entered the crank chamber 2A.
- the inner circumferential surface of the oil passage forming member 60 is in surface contact with the outer circumferential surface of the cylinder sleeve 19 over the circumferential direction.
- An annular groove (reference numeral omitted) extending annularly in the circumferential direction is formed on the outer peripheral surface of the cylinder sleeve 19 at a portion facing the inner peripheral surface of the oil passage forming member 60.
- the annular groove is covered by the oil passage forming member 60 to form an annular passage.
- the oil passage forming member 60 is formed with an oil inlet hole (number is omitted) penetrating in the radial direction and communicating with the annular groove.
- the cylinder sleeve 19 is formed with an oil supply hole (number is omitted) penetrating in the radial direction and communicating with the annular groove.
- a plurality of oil supply holes are formed in the circumferential direction of the cylinder sleeve 19.
- a first oil passage 64 is formed in the cylinder block 3.
- the first oil passage 64 has one end opening to the side surface of the cylinder block 3 and the other end opening to the lower end surface of the cylinder block 3.
- the crankcase 2 is formed with a passage 65 extending from the scavenging port 55 to the lower end surface of the cylinder block 3 and to the portion where the first oil passage 64 is opened.
- One end of a second oil passage pipe 66 forming a second oil passage is connected to the open end of the lower end surface of the cylinder block 3 of the first oil passage 64.
- the second oil passage pipe 66 extends in the passage 65 and protrudes into the scavenging port 55, and the other end is connected to the oil inlet hole of the oil passage forming member 60.
- the oil pumped by an oil pump not shown passes through the first oil passage 64, the second oil passage pipe 66, the oil inlet hole, the annular groove, and the oil supply hole in this order and is supplied to the inner wall of the cylinder sleeve 19. Be done.
- flange portions 67 which project in the direction in which they approach each other.
- the flange portion 67 is disposed above the upper end of the web 8B when the piston 23 is located at the top dead center so as not to interfere with the crankshaft 8.
- the pair of flanges 67 are arranged such that their tips have a predetermined gap in the left-right direction so as not to interfere with the connecting rod 26.
- each fuel injection valve 68 (68A, 68B) is attached to portions of the front side wall 2D and the rear side wall 2E of the crankcase 2 located above the ridge portion 67.
- the tip of each fuel injection valve 68 faces the upstream portion 57 ⁇ / b> A of the corresponding scavenging port 55.
- Each fuel injection valve 68 is inclined in the radial direction of the cylinder axis A toward the scavenging port 56 which is the downstream end of the corresponding scavenging port 55 and directed in the upward sloping direction.
- Each fuel injection valve 68 is driven and controlled by the control device 70 to inject fuel toward the scavenging ports 56 at a predetermined timing.
- the fuel injection valve 68 attached to the front side wall 2D is referred to as a first fuel injection valve 68A
- the fuel injection valve 68 attached to the rear side wall 2E is referred to as a second fuel injection valve 68B.
- FIG. 4 is a graph showing the communication state of the scavenging port 55 and the driving state of the fuel injection valve 68 in one cycle.
- the horizontal axis of the graph is the crank angle.
- 4A shows the communication state of the scavenging port 55
- FIG. 4B shows the driving state of the fuel injection valve 68 during high load operation of the engine E
- FIG. 4C shows the medium load of the engine E
- FIG. 4D shows the driving state of the fuel injection valve 68 during the low load operation of the engine E.
- the solid line in the communication state of the scavenging port 55 in (A) indicates the communication state between the scavenging port 55 and the combustion chamber 29 above the piston 23 of the cylinder 22, and the imaginary line indicates the communication between the scavenging port 55 and the cylinder 22.
- a communication state with a portion below the piston 23 (portion communicating with the crank chamber 2A) is shown. Since the scavenging ports 56 have a predetermined height, a predetermined crank angle is required for the communication state to be fully closed to fully open and fully open to fully closed.
- the communication between the scavenging port 55 and the portion of the cylinder 22 below the piston 23 is simply referred to as the cylinder 22.
- the communication of the scavenging port 55 with the combustion chamber 29 above the piston 23 of the cylinder 22 is referred to as communication with the combustion chamber 29.
- the scavenging port 55 communicates with the cylinder 22 when the crank angle is 0 °.
- the crank angle increases from 0 ° in the downward stroke of the piston 23, the scavenging port 55 starts to be closed by the piston 23.
- the scavenging port 55 is completely closed by the piston 23.
- A1 for example, 120 °
- the scavenging port 55 communicates with the combustion chamber 29 to increase the crank angle. Accordingly, the communication area is enlarged.
- the upper edge of the piston 23 passes the lower edge of the scavenging port 56, and the scavenging port 56 is in full communication with the combustion chamber 29.
- the communication state is symmetrical about the crank angle 180 °, which is the bottom dead center, and the operation reverse to the downward stroke is followed. That is, the scavenging port 55 initially in communication with the combustion chamber 29 starts to be closed by the rising piston 23 and at the second crank angle A2 (eg 240 °) where the upper edge of the piston 23 coincides with the upper edge of the scavenging port 56 The scavenging port 55 is fully closed by the piston 23.
- A2 eg 240 °
- the scavenging port 55 communicates with the cylinder 22, and when the lower edge of the piston 23 reaches the upper edge of the scavenging port 56, the scavenging port 55 becomes the cylinder 22. It communicates fully open.
- the scavenging port 55 In order to discharge the burned gas from the combustion chamber 29 to the exhaust port 31 in the crank angle range from the first crank angle A1 to the second crank angle A2 where the scavenging port 55 communicates with the combustion chamber 29, the scavenging port 55 Scavenging in which the gas flows into the combustion chamber 29 is performed.
- the control device 70 mainly performs the second half of the crank angle range from the first crank angle A1 to the second crank angle A2 where scavenging is performed.
- the first and second fuel injection valves 68A and 68B are driven to open at the same timing so as to inject fuel at time t2.
- the control device 70 calculates the amount of fuel required for one cycle so as to end the fuel injection at the third crank angle A3 (smaller) than the second crank angle A2.
- the fuel of the specified amount is injected to both fuel injection valves 68.
- the fuel injection is started by converting the time required to inject the required amount of fuel calculated by the control device 70 to a crank angle according to the engine rotational speed, and subtracting the crank angle from the third crank angle A3. It takes place at (timing). Therefore, if the engine rotational speed is the same, the higher the engine load, the smaller the crank angle at which fuel injection is started (the fuel injection start timing is earlier).
- the crank angle at which fuel injection is started may be smaller than 180 degrees, which is the central value of the crank angle range, but is larger than the first crank angle A1.
- the controller 70 opens and drives the first and second fuel injection valves 68A and 68B at the same timing. Specifically, control device 70 causes fuel to be injected to both fuel injection valves 68 in the latter half of the crank angle range from the first crank angle A1 to the second crank angle A2, and the fuel at the third crank angle A3 End the injection.
- the start of the fuel injection is slower when the engine rotational speed is the same as compared to the high load operation shown in FIG. 4 (B).
- the control device 70 drives the first fuel injection valve 68A to open while stopping the drive of the second fuel injection valve 68B.
- the fuel injection valve 68B is configured not to inject fuel.
- control device 70 causes fuel to be injected to first fuel injection valve 68A in the latter half of the crank angle range from first crank angle A1 to second crank angle A2, and at a third crank angle A3. End fuel injection.
- the second fuel injection valve 68B does not inject the fuel, so the start of the fuel injection becomes earlier compared to the case of injecting the fuel into both fuel injection valves 68.
- the injection amount of the first fuel injection valve 68A is larger than in the case where fuel is injected to both the fuel injection valves 68, the ratio of the error of the first fuel injection valve 68A becomes smaller and the error amount becomes smaller.
- the engine E configured in this way operates as follows after starting. Referring to FIG. 1, first, in the upward stroke of the piston 23, the pressure in the crank chamber 2A decreases due to the expansion of the crank chamber 2A accompanying the rise of the piston 23. As a result, the reed valve 54 is opened, and fresh air flows into the crank chamber 2A via the intake port 53. The air-fuel mixture in the upper portion (combustion chamber 29) of the cylinder 22 is compressed by the piston 23 to a high temperature, and self-ignition occurs when the piston 23 is near top dead center (compression auto-ignition). When the engine E is started, the fuel is burned by spark ignition by the spark plug 30.
- the burned gas in the combustion chamber 29 flows to the exhaust port 31, and the pressure in the combustion chamber 29 is sufficiently reduced to be lower than the pressure in the crank chamber 2A. Therefore, fresh air in the crank chamber 2A flows to the combustion chamber 29 through the scavenging port 55. Thus, the burned gas in the combustion chamber 29 is discharged from the exhaust port 31 so as to be pushed out by the fresh air flowing into the combustion chamber 29. Thereafter, fuel is injected from the fuel injection valve 68 toward the scavenging port 55, and the generated air-fuel mixture flows into the combustion chamber 29. At this time, the air-fuel mixture forms a layer under the layer of fresh air that has flowed into the combustion chamber 29 earlier.
- the fuel injection valve 68 terminates the injection of fuel before the scavenging port 55 is closed by the piston 23.
- the exhaust valve 32 driven by the cam 47 closes the exhaust port 31. Since a layer of air-fuel mixture is formed under the layer of fresh air in the combustion chamber 29, the air-fuel mixture is prevented from being blown into the exhaust port 31 before the exhaust valve 32 closes the exhaust port 31. Thereafter, as the piston 23 ascends, the mixture in the combustion chamber 29 is compressed. At the same time, the pressure in the crank chamber 2A is reduced, and fresh air is sucked from the reed valve 54. The compressed air-fuel mixture self-ignites at a predetermined timing when the piston 23 is near the top dead center.
- the engine E performs two cycle operation.
- the flow of scavenging air and exhaust gas flowing from the scavenging air port 55 to the exhaust port 31 via the cylinder 22 becomes uni-flow with less bending.
- the engine E includes a plurality of fuel injection valves 68 that inject fuel into the scavenging port 55. Since the fuel injection valve 68 injects fuel into the scavenging port 55, it is not necessary to apply a high pressure injection system to the fuel injection valve 68. Further, since the start of fuel injection by the fuel injection valve 68 is later than the first crank angle A1 at which the scavenging port 55 is opened, fresh air is sent into the cylinder 22 at the initial stage of scavenging, and the cylinder 22 at the latter stage of scavenging. Mixture is sent inside.
- a plurality of fuel injection valves 68 are provided to inject fuel toward a scavenging port 56 which is an opening on the cylinder 22 side of the scavenging port 55.
- the control device 70 that drives and controls the plurality of fuel injection valves 68 during medium and high load operation where the fuel injection amount to be injected is relatively large. All the fuel injection valves 68 are driven, and the driving of at least one fuel injection valve 68 (second fuel injection valve 68B) is stopped during low load operation where the fuel injection amount to be injected is relatively small.
- the injection amount of the first fuel injection valve 68A to be driven is increased, the ratio of the error of the first fuel injection valve 68A becomes small, and the error of the fuel injection amount Becomes smaller.
- control device 70 terminates the fuel injection at the third crank angle A3 which is a timing earlier by the predetermined time according to the rotational speed than the second crank angle A2 at which the scavenging port 55 is closed by the piston 23.
- the injected fuel is prevented from adhering to the side surface of the piston 23, and the fuel is prevented from being injected to the lower part of the cylinder 22 communicating with the crank chamber 2A when the piston 23 passes.
- the control device 70 causes the plurality of fuel injection valves 68 to start fuel injection at a later timing when the fuel injection amount to be injected is smaller and the load is smaller. As a result, since the period in which the injected fuel flows into the combustion chamber 29 is in the later stage of scavenging, the blow-through of the air-fuel mixture is suppressed.
- the fuel injection valve 68 is provided with two fuel injection valves 68 so as to inject fuel to each of the two scavenging ports 55.
- a plurality of fuel injection valves are provided to each scavenging port 55 68 may be provided.
- more scavenging ports 55 may be formed than the number of fuel injection valves 68.
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Abstract
高圧噴射システムを用いる必要がなく、且つロングストロークエンジンに適用した場合にも層状掃気によって吹き抜けを抑制できる2ストロークエンジンを提供する。 2ストロークエンジンは、クランク室2Aとシリンダ22の側部とに連通し、ピストン23によってシリンダ22との連通及び遮断が切り替えられる掃気ポート55と、掃気ポート55に燃料を噴射する複数の燃料噴射弁68(68A、68B)とを備える。燃料噴射弁68は掃気ポート55に燃料を噴射するため、高圧噴射システムを適用する必要がない。燃料噴射の開始を掃気ポート55が開くタイミングよりも遅らせることで、掃気の初期にシリンダ22内に新気が送られ、掃気の後期にシリンダ22内に混合気が送られる。これにより、ロングストロークエンジンであっても層状掃気が行われ、混合気の吹き抜けが抑制される。
Description
本発明は、2ストロークエンジンに関する。
2ストロークエンジンにおいては、混合気の吹き抜けによって空気中に放出される炭化水素量が多くなり易く、環境への悪影響が指摘されている。放出される全炭化水素(THC)を低減する手法として、掃気の初期にシリンダ内に空気を送り、掃気の後期にシリンダ内に混合気を送ることで、空気の層の下に混合気の層を形成し、混合気の吹き抜けによる放出を抑制する層状掃気が知られている(例えば、特許文献1、2)。
THCを低減する他の手法として、掃気によってガスの交換が終了した後(排気ポートが閉じた後)、燃焼開始前に燃料をシリンダ内に直接噴射することで、未燃焼燃料の放出を抑制する筒内噴射が知られている(例えば、特許文献3)。
しかしながら、層状掃気においては、ピストンが上死点側に位置するときには掃気ポートがピストンスカートによって閉じられている必要がある。そのため、冷却損失低減等のためにピストンストロークをロングストローク化した場合には、特許文献1、2のように空気通路を形成するか、ピストンが上死点側に位置するときに掃気ポートが閉じられる程度にピストンスカートの長さを延長しなければならない。ピストンスカートの長さを延長すると、ピストンスカートが下死点側に位置するときに他の部材に接触することや、ピストン重量が増加するといった問題が生じる。
一方、筒内噴射においては、燃焼開始の前までの短時間で、上昇行程において加圧されたシリンダ内に燃料を噴射する必要があるため、高圧噴射システムが必要になり、コストが上昇するという問題がある。
本発明は、以上の背景を鑑み、高圧噴射システムを用いる必要がなく、且つロングストロークエンジンに適用した場合にも層状掃気によって混合気の吹き抜けを抑制できる2ストロークエンジンを提供することを課題とする。
上記課題を解決するために本発明の一態様に係る2ストロークエンジン(E)は、シリンダ(22)を画成するシリンダ壁(19、3、4)と、前記シリンダに往復動可能に設けられ、前記シリンダ内に燃焼室(29)を画成するピストン(23)と、前記シリンダの下端に連通するクランク室(2A)を画成するクランクケース(2)と、前記クランク室に連通する吸気通路(2G)と、前記吸気通路を開閉する一方向弁(54)と、前記クランク室と前記シリンダの側部とに連通し、前記ピストンによって前記シリンダとの連通及び遮断が切り替えられる掃気ポート(55)と、前記燃焼室の頂部に連通する排気ポート(31)と、前記排気ポートを開閉する排気弁(32)と、前記掃気ポートに燃料を噴射する複数の燃料噴射弁(68)と、前記掃気ポートが前記ピストンによって開かれるタイミングよりも遅いタイミングで(第1クランク角A1より後に)燃料噴射を開始し、前記掃気ポートが前記ピストンによって閉じられる前に(第2クランク角A2より前に)燃料噴射を終了するように、前記複数の燃料噴射弁を駆動制御する制御装置(70)と、を備える。
この構成によれば、燃料噴射弁が掃気ポートに燃料を噴射するため、高圧噴射システムを適用する必要がない。また、制御装置が、燃料噴射の開始を掃気ポートが開くタイミングよりも遅らせることで、掃気の初期にシリンダ内に新気を送り、掃気の後期にシリンダ内に混合気を送ることができる。これにより、ロングストロークエンジンに適用した場合にも層状掃気を行って混合気の吹き抜けを抑制できる。更に、複数の燃料噴射弁が設けられるため、小型且つ汎用された廉価な燃料噴射弁を用いて短時間で所定量の燃料を噴射できる。
また、上記の構成において、前記複数の燃料噴射弁(68)が、前記掃気ポート(55)の前記シリンダ(22)側の開口(56)に向けて燃料を噴射するように設けられているとよい。
この構成によれば、燃料の噴射から燃料が燃焼室に流入するまでの時間が短縮されるため、適切なタイミングで適切な量の燃料を燃焼室に供給することができる。これにより、層状掃気効果が向上する。
また、上記の構成において、前記制御装置は、中・高負荷運転時においては全ての燃料噴射弁を駆動し、低負荷運転時においては少なくとも1つの燃料噴射弁(68B)の駆動を停止するとよい。
この構成によれば、低負荷運転時に、駆動する燃料噴射弁の噴射量を多くすることで、燃料噴射量の誤差を小さくすることができる。
また、上記の構成において、前記制御装置(70)は、前記掃気ポートが前記ピストンによって閉じられるタイミング(A2)よりも所定時間だけ早いタイミングで(第3クランク角A3にて)燃料噴射を終了するように、前記複数の燃料噴射弁(68)を駆動制御するとよい。
この構成によれば、噴射された燃料がピストンの側面に付着することや、ピストンの通過によってクランク室に連通するシリンダの下部に燃料が噴射されることが抑制される。
また、上記の構成において、前記制御装置(70)は、噴射させるべき燃料噴射量が多いほど早いタイミングで、前記複数の燃料噴射弁(68)に燃料噴射を開始させるとよい。
この構成によれば、噴射された燃料が燃焼室に流入する期間が掃気の後期になるため、混合気の吹き抜けが抑制される。
以上の構成によれば、高圧噴射システムを用いる必要がなく、且つロングストロークエンジンに適用した場合にも層状掃気によって吹き抜けを抑制できる2ストロークエンジンを提供することができる。
以下、図面を参照して、本発明を単気筒の2ストロークエンジン(以下、エンジンEという)に適用した実施形態について詳細に説明する。本実施形態に係るエンジンEは、掃気及び排気の流れに曲がりが少ないユニフローの予混合圧縮自着火2ストロークエンジンとして構成される。エンジンEは、軽油やガソリンを燃料とする。
図1及び図2に示されるように、エンジンEの機関本体1は、内部にクランク室2Aを画成するクランクケース2と、クランクケース2の上部に接合されたシリンダブロック3と、シリンダブロック3の上部に接合されたシリンダヘッド4と、シリンダヘッド4の上部に接合され、シリンダヘッド4との間に上部動弁室6を画成するヘッドカバー5とを有する。
クランクケース2は、図2に示されるように、上下に延びる面(シリンダ軸線Aを通る面)で左右に分割された一対のクランクケース半体によって構成される。左右のクランクケース半体は、ボルトによって互いに締結され、両半体間にクランク室2Aを形成する。クランクケース2の左右の側壁2B、2Cには、軸受を介してクランクシャフト8が回転可能に支持される。
クランクシャフト8は、クランクケース2の側壁2B、2Cに支持される一対のジャーナル8Aと、両ジャーナル8A間に設けられた一対のウェブ8Bと、両ウェブ8Bによってジャーナル8Aから偏心した位置に支持されたクランクピン8Cとを有する。
右の側壁2Cの外面側にはエンドプレート11が締結される。エンドプレート11は、周縁部において右の側壁2Cの外面に締結され、右の側壁2Cとの間に下部動弁室12を形成する。クランクシャフト8の左端部8Dは、クランクケース2の左の側壁2Bを貫通して左方に延出する。クランクシャフト8の右端部8Eは、クランクケース2の右の側壁2C及びエンドプレート11を貫通して右方へと延出する。クランクシャフト8の左端部8Dが左の側壁2Bを貫通する部分、及び右端部8Eがエンドプレート11を貫通する部分には、クランク室2Aの気密性を確保するためのシール部材がそれぞれ設けられる。
クランクケース2の上部には、上下に延び、上端がクランクケース2の上端面に開口すると共に、下端がクランク室2Aに向けて開口する断面円形の第1スリーブ受容孔16が形成されている。
シリンダブロック3は、上下に延在し、下端面においてクランクケース2の上端面に接合される。シリンダブロック3には、上端面から下端面に上下に貫通する第2スリーブ受容孔18が形成されている。第2スリーブ受容孔18は、上部が下部に対して段違いに拡径された円形断面の段付き孔であり、上部及び下部の境界部に上方を向く環状の肩面18Aを有する。第2スリーブ受容孔18の下端開口は、シリンダブロック3の第1スリーブ受容孔16の上端開口と同軸に対向し、互いに連通する。第1スリーブ受容孔16及び第2スリーブ受容孔18の下部の内径は等しく、連続した孔を形成する。
第1及び第2スリーブ受容孔16、18には、円筒状のシリンダスリーブ19が圧入される。シリンダスリーブ19は、外周部に径方向外方に突出する環状の凸部21を有する。凸部21が肩面18Aに当接することによって、シリンダスリーブ19の第1及び第2スリーブ受容孔16、18に対する位置が定まる。シリンダスリーブ19の下端は、第1スリーブ受容孔16の下端開口から下方に突出し、クランク室2Aの内部において突出端となっている。シリンダスリーブ19の上端はシリンダブロック3の上端面と面一となる位置に配置され、シリンダブロック3に接合されるシリンダヘッド4の下端面に当接する。これにより、シリンダスリーブ19は、肩面18Aとシリンダヘッド4の下面との間に挟持され、シリンダ軸線A方向において位置が定まる。シリンダスリーブ19の内孔は、シリンダ22を形成する。即ち、シリンダブロック3、シリンダスリーブ19及びシリンダヘッド4は、シリンダ22を形成するシリンダ壁を構成する。
シリンダ22には、往復動可能にピストン23が受容される。ピストン23は、クランクシャフト8と平行に延びるピストンピン23Aを有する。ピストンピン23Aには、軸受を介してコンロッド26の小端部が回動可能に支持される。コンロッド26の大端部は、軸受を介してクランクピン8Cに回動可能に支持される。ピストン23とクランクシャフト8とがコンロッド26によって連結されることによって、ピストン23の往復動がクランクシャフト8の回転運動に変換される。
図1及び図2に示されるように、シリンダヘッド4の下端面におけるシリンダスリーブ19に対応する位置には、半球状の燃焼室凹部28が形成されている。シリンダ22内には、燃焼室凹部28とピストン23の頂面との間に燃焼室29が画成される。
シリンダヘッド4には、点火プラグ30が燃焼室29に臨むように設けられている。また、シリンダヘッド4には、燃焼室凹部28に開口して燃焼室29の頂部に連通するように排気ポート31が形成されると共に、排気ポート31を開閉するポペット型の排気弁32が設けられている。排気弁32は、そのステムエンドが上部動弁室6に配置され、バルブスプリング33によって閉方向に付勢されている。排気弁32は、動弁機構34によって、クランクシャフト8の回転に同期して開閉駆動される。
図2に示されるように、動弁機構34は、クランクシャフト8の回転に応じて回転するカムシャフト41と、カムシャフト41によって進退駆動されるプッシュロッド42と、プッシュロッド42によって駆動され、排気弁32を開方向に押すロッカアーム43とを有する。カムシャフト41は、下部動弁室12にクランクシャフト8と平行に配置されている。カムシャフト41は、一端がクランクケース2の右の側壁2Cに回転可能に支持されると共に、他端がエンドプレート11に回転可能に支持される。クランクシャフト8は、下部動弁室12に位置する部分にクランクギヤ45を有し、カムシャフト41はクランクギヤ45に噛み合うカムギヤ46を有する。クランクギヤ45とカムギヤ46のギヤ比は1:1である。カムシャフト41には、板カムであるカム47が設けられている。
プッシュロッド42は、両端が開口した管状のロッドケース51に進退可能に収容されている。ロッドケース51は、上下に延在し、下端がクランクケース2の右の側壁2Cに接合されて下部動弁室12に連通すると共に、上端がシリンダブロック3に接合されて上部動弁室6に連通する。プッシュロッド42は、下端においてカムシャフト41のカム47に当接し、カムシャフト41の回転に応じて進退する。プッシュロッド42の下端にローラを設け、ローラにおいてカム47に転接するようにしてもよい。
ロッカアーム43は、シリンダヘッド4に支持されたロッカシャフト52に回動可能に支持される。ロッカシャフト52は、シリンダ軸線A及びクランクシャフト8の軸線と直交する方向に延在する。ロッカアーム43は、一端にプッシュロッド42の上端に当接する受け部43Aを有し、他端に排気弁32のステムエンドに当接するスクリュアジャスタ43Bを有する。
以上の構成の動弁機構34によって、クランクシャフト8が1回転する毎に、所定のタイミングで排気弁32が1回開かれる。
図1に示されるように、クランクケース2の前側壁2Dには、前方に突出した突出部2Fが形成されている。突出部2Fの内部は、前後に延びる吸気通路2Gを形成し、後端においてクランク室2Aに連通し、前端が開口となっている。吸気通路2Gの前端は、突出部2Fの前端に締結された蓋36によって閉塞されている。突出部2Fの左側壁部には、突出部2Fの外部と内部とを連通する貫通孔である吸気ポート53が形成されている。吸気ポート53の外端には、図示しないエアクリーナ等を有する吸気装置が接続される。吸気ポート53には、吸気ポート53側からクランク室2A側への流体の流れを許容する一方で、クランク室2A側から吸気ポート53側への流体の流れを阻止する一方向弁としてのリード弁54が設けられている。リード弁54は、通常は閉弁しており、ピストン23の上昇によってクランク室2A内の圧力が低下すると開弁する。
クランクケース2及びシリンダスリーブ19には、クランク室2Aとシリンダスリーブ19の内部(シリンダ22の側部)とを連通する複数の掃気ポート55が形成されている。各掃気ポート55は、シリンダスリーブ19に形成された掃気口56と、掃気口56からクランク室2Aに延びる通路部57とを含む。通路部57は、クランクケース2の上部であって、第1スリーブ受容孔16の周囲に形成されている。本実施形態では、1つの掃気ポート55が、1つの掃気口56と1つの通路部57とを有する。他の実施形態では、1つの掃気ポート55が、2つの掃気口56と1つの通路部57とを有していてもよい。掃気口56は、シリンダスリーブ19の第1スリーブ受容孔16内に対応する部分に、径方向に貫通するように形成されている。掃気口56の高さ寸法は、ピストン23の外周面の高さ寸法よりも小さく設定されている。
掃気口56(掃気ポート55)は、ピストン23の往復動によって開閉される。具体的には、ピストン23が掃気口56と対応する位置にあるときには、掃気ポート55はピストン23の外周部によって閉じられ、ピストン23の下縁が掃気口56の下縁よりも上方(上死点側)にあるときには、掃気ポート55がシリンダ22のピストン23よりも下側部分に連通するように開かれ、ピストン23の上縁(頂面)が掃気口56の上縁よりも下方(下死点側)にあるときには、掃気ポート55がシリンダ22のピストン23よりも上側部分(燃焼室29)に連通するように開かれる。このように、掃気ポート55は、ピストン23によってシリンダ22との連通及び遮断を切り替えられる。
図1~図3に示されるように、本実施形態では、エンジンEは2つの掃気ポート55を有する。他の実施形態では、エンジンEが3つ以上の掃気ポート55を有してもよい。2つの掃気ポート55及び掃気口56は、シリンダ軸線Aを中心として、回転対称形をなし、180°回転対称位置に配置されている。
各掃気ポート55の上流側部分57Aは、クランク室2Aに連通する下端からシリンダスリーブ19の径方向外方をシリンダ軸線Aと平行に上方に延びる。上流側部分57Aの上端は、掃気口56の上縁よりも上方に配置される。
図3に示されるように、各掃気ポート55の下流側部分57Bは、上流側部分57Aの上部から掃気口56に向けてシリンダスリーブ19の径方向外方を周方向に延在する。下流側部分57Bは、シリンダ軸線Aに沿った上側から見た場合に、上流側から下流側に向けてシリンダ軸線Aを中心とした反時計回り方向に延在している。下流側部分57Bの下流端は、シリンダ22に開口する掃気口56である。
図2に示されるように、下流側部分57Bは、シリンダ軸線Aを中心とした周方向において上流側から下流側に向けて下方に傾斜するとよい。また、下流側部分57Bは、シリンダ軸線Aを中心とした径方向において上流側(径方向外側)から下流側(径方向内側)に向けて下方に傾斜するとよい。下流側部分57Bは、掃気ポート55からシリンダ22内に流入するガス流に下向きの速度成分を与えるガイド手段として機能する。
図1に示されるように、シリンダスリーブ19のクランク室2Aに突入した下端部の外周部には環状の油路形成部材60が接合されている。油路形成部材60の内周面は、シリンダスリーブ19の外周面と周方向にわたって面接触する。シリンダスリーブ19の外周面であって、油路形成部材60の内周面に対向する部分には、周方向に環状に延在する環状溝(符号省略)が形成されている。環状溝は、油路形成部材60によって覆われ、環状通路を形成する。油路形成部材60には、径方向に貫通し、環状溝に連通する油入口孔(番号省略)が形成されている。シリンダスリーブ19には、径方向に貫通し、環状溝に連通する油供給孔(番号省略)が形成されている。油供給孔は、シリンダスリーブ19の周方向において複数形成されている。
シリンダブロック3には、第1油路64が形成されている。第1油路64は、シリンダブロック3の側面に開口する一端と、シリンダブロック3の下端面に開口する他端とを有する。クランクケース2には、掃気ポート55からシリンダブロック3の下端面であって、第1油路64が開口する部分に延びる通路65が形成されている。第1油路64のシリンダブロック3の下端面における開口端には、第2油路を形成する第2油路管66の一端が接続されている。第2油路管66は、通路65内を延びて掃気ポート55内に突入し、他端が油路形成部材60の油入口孔に接続されている。これにより、図示しないオイルポンプによって圧送されたオイルは、第1油路64、第2油路管66、油入口孔、環状溝、及び油供給孔を順に通過してシリンダスリーブ19の内壁に供給される。
図2に示されるように、クランクケース2の左右の側壁2B、2Cの内面には、互いに近接する方向に突出する鍔部67が設けられている。鍔部67は、クランクシャフト8と干渉しないように、ピストン23が上死点に位置するときのウェブ8Bの上端よりも上方に配置される。また、一対の鍔部67は、コンロッド26と干渉しないように、その先端同士が左右方向において所定の隙間を有するように配置されている。
図1に示されるように、クランクケース2の前側壁2D及び後側壁2Eの鍔部67よりも上方に位置する部分には、2つの燃料噴射弁68(68A、68B)が取り付けられている。図3に併せて示されるように、各燃料噴射弁68の先端は、対応する掃気ポート55の上流側部分57Aに臨んでいる。各燃料噴射弁68は、シリンダ軸線Aの径方向に対し、対応する掃気ポート55の下流端である掃気口56に向けて傾斜し、且つ上方に向けて傾斜する方向を向いている。各燃料噴射弁68は、掃気口56に向けて所定のタイミングで燃料を噴射するように制御装置70によって駆動制御される。以下、前側壁2Dに取り付けられた燃料噴射弁68を第1燃料噴射弁68Aと呼び、後側壁2Eに取り付けられた燃料噴射弁68を第2燃料噴射弁68Bと呼ぶ。
図4は、1サイクルにおける掃気ポート55の連通状態と燃料噴射弁68の駆動状態とを示すグラフである。グラフの横軸はクランク角である。図4(A)は掃気ポート55の連通状態を示し、図4(B)はエンジンEの高負荷運転時における燃料噴射弁68の駆動状態を示し、図4(C)はエンジンEの中負荷運転時における燃料噴射弁68の駆動状態を示し、図4(D)はエンジンEの低負荷運転時における燃料噴射弁68の駆動状態を示している。なお、(A)の掃気ポート55の連通状態における実線は、掃気ポート55とシリンダ22のピストン23よりも上の燃焼室29との連通状態を示し、想像線は、掃気ポート55とシリンダ22のピストン23よりも下の部分(クランク室2Aに連通する部分)との連通状態を示している。掃気口56が所定の高さを有することにより、連通状態が全閉から全開になるまで及び全開から全閉になるまでには所定のクランク角を要する。以下、掃気ポート55がシリンダ22のピストン23よりも下の部分と連通することを、単にシリンダ22に連通するという。掃気ポート55がシリンダ22のピストン23よりも上の燃焼室29と連通することは、燃焼室29に連通するという。
図4(A)に示されるように、クランク角が0°のときには、掃気ポート55はシリンダ22に連通している。ピストン23の下降行程においてクランク角が0°から大きくなると、掃気ポート55がピストン23によって閉じられ始める。ピストン23の下縁が掃気口56の下縁に達するクランク角(例えば、90°)において、掃気ポート55はピストン23によって全閉される。更にピストン23が下降し、その上縁が掃気口56の上縁に一致する第1クランク角A1(例えば、120°)になると、掃気ポート55が燃焼室29に連通し、クランク角の増大に応じてその連通面積が拡大する。クランク角が180°になる前に、ピストン23の上縁が掃気口56の下縁を通過し、掃気口56は燃焼室29に全開状態で連通する。
ピストン23の上昇行程においては、下死点であるクランク角180°を中心にして左右対称の連通状態となっており、下降行程と逆の動作を辿る。即ち、最初に燃焼室29に連通する掃気ポート55が上昇するピストン23によって閉じられ始め、ピストン23の上縁が掃気口56の上縁に一致する第2クランク角A2(例えば、240°)において、掃気ポート55がピストン23によって全閉とされる。その後、ピストン23の下縁が掃気口56の下縁を通過すると、掃気ポート55はシリンダ22に連通し、ピストン23の下縁が掃気口56の上縁に達すると、掃気ポート55はシリンダ22に全開状態で連通する。
掃気ポート55が燃焼室29に連通している第1クランク角A1から第2クランク角A2までのクランク角範囲において、既燃焼ガスを燃焼室29から排気ポート31に排出すべく、掃気ポート55から燃焼室29にガスが流入する掃気が行われる。
図4(B)に示されるように、エンジンEの高負荷運転時には、制御装置70は、掃気が行われる第1クランク角A1から第2クランク角A2までのクランク角範囲のうち、主に後期において燃料を噴射するように、第1及び第2燃料噴射弁68A、68Bを同じタイミングで開弁駆動する。具体的には、制御装置70は、1サイクルに必要な燃料の量を算出し、第2クランク角A2よりも前の(小さい)第3クランク角A3にて燃料噴射を終了するように、算出した量の燃料を両燃料噴射弁68に噴射させる。燃料噴射の開始は、制御装置70が算出した必要量の燃料を噴射するのに要する時間をエンジン回転速度に応じてクランク角に換算し、第3クランク角A3からこのクランク角を減算したクランク角(タイミング)に行われる。従って、エンジン回転速度が同じであれば、エンジン負荷が高いほど、燃料噴射を開始するクランク角は小さく(燃料噴射の開始タイミングが早く)なる。燃料噴射を開始するクランク角は、上記クランク角範囲の中央値である180度よりも小さくてもよいが、第1クランク角A1よりも大きい。
図4(C)に示されるように、エンジンEの中負荷運転時には、制御装置70は、第1及び第2燃料噴射弁68A、68Bを、同じタイミングで開弁駆動する。具体的には、制御装置70は、第1クランク角A1から第2クランク角A2までのクランク角範囲のうちの後期において両燃料噴射弁68に燃料を噴射させ、第3クランク角A3にて燃料噴射を終了する。燃料噴射の開始は、エンジン回転速度が同じ場合、図4(B)の高負荷運転時に比べて遅くなる。
図4(D)に示されるように、エンジンEの低負荷運転時には、制御装置70は、第1燃料噴射弁68Aを開弁駆動する一方、第2燃料噴射弁68Bの駆動を停止し、第2燃料噴射弁68Bには燃料を噴射させないようにする。具体的には、制御装置70は、第1クランク角A1から第2クランク角A2までのクランク角範囲のうちの後期において第1燃料噴射弁68Aに燃料を噴射させ、第3クランク角A3にて燃料噴射を終了する。総燃料噴射量は中負荷運転時よりも少ないが、第2燃料噴射弁68Bに燃料を噴射させないため、両燃料噴射弁68に燃料を噴射させる場合に比べ、燃料噴射の開始は早くなる。一方、両燃料噴射弁68に燃料を噴射させる場合に比べ、第1燃料噴射弁68Aの噴射量が多くなるため、第1燃料噴射弁68Aの誤差の割合が小さくなり、誤差量が小さくなる。
このように構成されたエンジンEは、始動後、次のように動作する。図1を参照すると、まず、ピストン23の上昇行程では、ピストン23の上昇に伴うクランク室2Aの膨張によって、クランク室2Aの圧力が低下する。これにより、リード弁54が開弁し、新気が吸気ポート53を介してクランク室2Aに流入する。シリンダ22の上部(燃焼室29)の混合気はピストン23によって圧縮されて高温になり、ピストン23が上死点近傍にあるときに自着火する(圧縮自着火)。なお、エンジンEの始動時には、点火プラグ30による火花点火によって燃料が燃焼する。
その後、ピストン23が下降行程に移ると、ピストン23の下降に伴うクランク室2Aの収縮によって、クランク室2Aの圧力が上昇する。これにより、リード弁54が閉じられ、クランク室2A内の新気が圧縮される。ピストン23の下降が進むと、動弁機構34に駆動された排気弁32が排気ポート31を開く。これにより、燃焼室29内の膨張した排気ガス(既燃焼ガス)がブローダウン流となって排気ポート31に流れる。続いて、ピストン23の上端縁が掃気口56の上縁より下がると(ピストン23が掃気ポート55を開くと)、燃焼室29と掃気ポート55とが互いに連通する。このとき、燃焼室29内の既燃焼ガスは排気ポート31に流れ、燃焼室29内の圧力は十分に低下し、クランク室2Aの圧力よりも低くなっている。そのため、クランク室2A内の新気が掃気ポート55を通って燃焼室29へ流れる。これにより、燃焼室29内の既燃焼ガスは、燃焼室29に流入する新気によって押し出されるように排気ポート31から排出される。その後、掃気ポート55に向けて燃料噴射弁68から燃料が噴射され、生成された混合気が燃焼室29に流入する。このとき、混合気は、先に燃焼室29に流入した新気の層の下に層を形成する。
ピストン23が再び上昇行程に移ると、掃気ポート55がピストン23によって閉じられる前に、燃料噴射弁68が燃料の噴射を終了する。掃気ポート55がピストン23によって閉じられ、ピストン23が更に上昇すると、カム47によって駆動された排気弁32が排気ポート31を閉じる。燃焼室29内には新気の層の下に混合気の層が形成されているため、排気弁32が排気ポート31を閉じる前に混合気が排気ポート31に吹き抜けることが抑制される。その後、ピストン23の上昇に伴って燃焼室29内の混合気が圧縮される。同時に、クランク室2A内が減圧され、リード弁54から新気が吸入される。圧縮された混合気は、ピストン23が上死点近傍にある所定のタイミングで自着火する。
このようにして、エンジンEは2サイクル動作を行う。掃気ポート55からシリンダ22を経由して排気ポート31へと流れる掃気及び排気の流れは、曲がりの少ないユニフローとなる。
以下、本実施形態に係るエンジンEの効果を説明する。エンジンEは、掃気ポート55に燃料を噴射する複数の燃料噴射弁68を備える。燃料噴射弁68は掃気ポート55に燃料を噴射するため、燃料噴射弁68に高圧噴射システムを適用する必要はない。また、燃料噴射弁68による燃料噴射の開始が、掃気ポート55が開かれる第1クランク角A1よりも遅いことで、掃気の初期にシリンダ22内に新気が送られ、掃気の後期にシリンダ22内に混合気が送られる。これにより、エンジンEがロングストロークエンジンであっても、層状掃気が行われ、混合気の吹き抜けが抑制される。一方、低圧噴射システムにおいて燃料噴射の開始を掃気ポート55が開かれる第1クランク角A1よりも遅らせると、短時間で燃料噴射を終了するために、単位時間当り燃料噴射量の大きな大型或いは特殊な噴射弁が必要になる。これに対し、本実施形態に係るエンジンEでは、複数の燃料噴射弁68が設けられるため、小型且つ汎用された廉価な燃料噴射弁68を用いて短時間で所定量の燃料を噴射することができる。
図3に示されるように、本実施形態では、複数の燃料噴射弁68が、掃気ポート55のシリンダ22側の開口である掃気口56に向けて燃料を噴射するように設けられている。これにより、燃料噴射弁68による燃料の噴射から燃料が燃焼室29に流入するまでの時間が短縮され、適切なタイミングで適切な量の燃料が燃焼室29に供給される。そのため、層状掃気効果が向上する。
燃料噴射弁68による燃料噴射は、噴射量が多いほど噴射期間が長くなり誤差の割合が小さくなる。これに対し、本実施形態では、複数の燃料噴射弁68を駆動制御する制御装置70が、図4に示されるように、噴射させるべき燃料噴射量が比較的多い中・高負荷運転時においては全ての燃料噴射弁68を駆動し、噴射させるべき燃料噴射量が比較的少ない低負荷運転時においては少なくとも1つの燃料噴射弁68(第2燃料噴射弁68B)の駆動を停止する。そのため、燃料噴射量が少ない低負荷運転時において、駆動される第1燃料噴射弁68Aの噴射量が多くなることで、第1燃料噴射弁68Aの誤差の割合が小さくなり、燃料噴射量の誤差が小さくなる。
また、制御装置70は、掃気ポート55がピストン23によって閉じられる第2クランク角A2よりも、回転速度に応じた所定時間だけ早いタイミングである第3クランク角A3にて燃料噴射を終了するように、複数の燃料噴射弁68を駆動制御する。これにより、噴射された燃料がピストン23の側面に付着することや、ピストン23の通過によってクランク室2Aに連通するシリンダ22の下部に燃料が噴射されることが抑制される。
図4(B)、(C)に示されるように、制御装置70は、噴射させるべき燃料噴射量が少ない低負荷時ほど遅いタイミングで、複数の燃料噴射弁68に燃料噴射を開始させる。これにより、噴射された燃料が燃焼室29に流入する期間が掃気の後期になるため、混合気の吹き抜けが抑制される。
以上、本発明を、その好適実施形態について説明したが、当業者であれば容易に理解できるように、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、上記実施形態では、燃料噴射弁68は、2つの掃気ポート55のそれぞれに燃料を噴射するように2つの燃料噴射弁68が設けられているが、各掃気ポート55に複数の燃料噴射弁68が設けられてもよい。また、燃料噴射弁68の数よりも多い掃気ポート55が形成されてもよい。
また、上記実施形態に示した構成要素は必ずしも全てが必須なものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて適宜取捨選択することが可能である。
2 クランクケース
2A クランク室
2G 吸気通路
3 シリンダブロック(シリンダ壁)
4 シリンダヘッド(シリンダ壁)
19 シリンダスリーブ(シリンダ壁)
22 シリンダ
23 ピストン
29 燃焼室
31 排気ポート
32 排気弁
54 リード弁(一方向弁)
55 掃気ポート
56 掃気口(シリンダ側の開口)
68 燃料噴射弁
70 制御装置
E エンジン(2ストロークエンジン)
2A クランク室
2G 吸気通路
3 シリンダブロック(シリンダ壁)
4 シリンダヘッド(シリンダ壁)
19 シリンダスリーブ(シリンダ壁)
22 シリンダ
23 ピストン
29 燃焼室
31 排気ポート
32 排気弁
54 リード弁(一方向弁)
55 掃気ポート
56 掃気口(シリンダ側の開口)
68 燃料噴射弁
70 制御装置
E エンジン(2ストロークエンジン)
Claims (5)
- シリンダを画成するシリンダ壁と、
前記シリンダに往復動可能に設けられ、前記シリンダ内に燃焼室を画成するピストンと、
前記シリンダの下端に連通するクランク室を画成するクランクケースと、
前記クランク室に連通する吸気通路と、
前記吸気通路を開閉する一方向弁と、
前記クランク室と前記シリンダの側部とに連通し、前記ピストンによって前記シリンダとの連通及び遮断が切り替えられる掃気ポートと、
前記燃焼室の頂部に連通する排気ポートと、
前記排気ポートを開閉する排気弁と、
前記掃気ポートに燃料を噴射する複数の燃料噴射弁と、
前記掃気ポートが前記ピストンによって開かれるタイミングよりも遅いタイミングで燃料噴射を開始し、前記掃気ポートが前記ピストンによって閉じられる前に燃料噴射を終了するように、前記複数の燃料噴射弁を駆動制御する制御装置と、を備えることを特徴とする2ストロークエンジン。 - 前記複数の燃料噴射弁が、前記掃気ポートの前記シリンダ側の開口に向けて燃料を噴射するように設けられていることを特徴とする請求項1に記載の2ストロークエンジン。
- 前記制御装置は、中・高負荷運転時においては全ての燃料噴射弁を駆動し、低負荷運転時においては少なくとも1つの燃料噴射弁の駆動を停止することを特徴とする請求項1に記載の2ストロークエンジン。
- 前記制御装置は、前記掃気ポートが前記ピストンによって閉じられるタイミング(A2)よりも所定時間だけ早いタイミングで燃料噴射を終了するように、前記複数の燃料噴射弁を駆動制御することを特徴とする請求項1に記載の2ストロークエンジン。
- 前記制御装置は、噴射させるべき燃料噴射量が少ないほど遅いタイミングで燃料噴射を開始することを特徴とする請求項4に記載の2ストロークエンジン。
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102020000989A1 (de) * | 2020-02-15 | 2021-08-19 | Andreas Stihl Ag & Co. Kg | Zweitaktmotor und Verfahren zum Betrieb eines Zweitaktmotors |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012154189A (ja) * | 2011-01-24 | 2012-08-16 | Ihi Corp | 2サイクルエンジン |
JP2014145289A (ja) * | 2013-01-28 | 2014-08-14 | Ihi Corp | ユニフロー掃気式2サイクルエンジンおよびユニフロー掃気式2サイクルエンジンの燃料噴射方法 |
JP2016035216A (ja) * | 2014-08-01 | 2016-03-17 | 本田技研工業株式会社 | ユニフロー2ストロークエンジン |
WO2016072391A1 (ja) * | 2014-11-04 | 2016-05-12 | 株式会社Ihi | ユニフロー掃気式2サイクルエンジン |
Family Cites Families (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4932371A (en) * | 1989-08-14 | 1990-06-12 | General Motors Corporation | Emission control system for a crankcase scavenged two-stroke engine operating near idle |
JPH07259707A (ja) * | 1994-03-22 | 1995-10-09 | Yamaha Motor Co Ltd | 燃料噴射式2サイクルエンジンにおける燃料噴射方法 |
JPH0932711A (ja) * | 1995-07-18 | 1997-02-04 | Yamaha Motor Co Ltd | 燃料噴射式2サイクルエンジンの制御方法 |
US5762040A (en) * | 1997-02-04 | 1998-06-09 | Brunswick Corporation | Cylinder wall fuel injection system for loop-scavenged, two-cycle internal combustion engine |
JP2002309989A (ja) * | 2001-04-11 | 2002-10-23 | Kokusan Denki Co Ltd | 2サイクル筒内直接噴射エンジンの燃料噴射制御方法 |
JP2002332847A (ja) | 2001-05-08 | 2002-11-22 | Ishikawajima Shibaura Mach Co Ltd | 層状掃気2サイクルエンジン |
EP2414665B1 (en) | 2009-03-31 | 2014-04-23 | Husqvarna AB | Two-stroke internal combustion engine |
DK2602460T3 (en) * | 2010-08-05 | 2017-08-28 | Ihi Corp | Two-stroke engine |
JP6025705B2 (ja) * | 2013-12-26 | 2016-11-16 | 本田技研工業株式会社 | 2ストロークエンジン |
JP6265790B2 (ja) * | 2014-03-11 | 2018-01-24 | 本田技研工業株式会社 | 2ストロークエンジン |
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Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012154189A (ja) * | 2011-01-24 | 2012-08-16 | Ihi Corp | 2サイクルエンジン |
JP2014145289A (ja) * | 2013-01-28 | 2014-08-14 | Ihi Corp | ユニフロー掃気式2サイクルエンジンおよびユニフロー掃気式2サイクルエンジンの燃料噴射方法 |
JP2016035216A (ja) * | 2014-08-01 | 2016-03-17 | 本田技研工業株式会社 | ユニフロー2ストロークエンジン |
WO2016072391A1 (ja) * | 2014-11-04 | 2016-05-12 | 株式会社Ihi | ユニフロー掃気式2サイクルエンジン |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP4187067A1 (en) | 2021-11-24 | 2023-05-31 | Winterthur Gas & Diesel Ltd. | Internal combustion engine |
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