２サイクルエンジン
【課題】高い圧力をかけずにシリンダの内部にガス燃料を直噴でき、且つ、過早着火を防止することができる２サイクルエンジンの提供。
【解決手段】排気ポート６と掃気ポート９との間においてシリンダ２の内部にガス燃料を噴射する第１燃料噴射ポート１３と、排気ポート６と掃気ポート９との間において摺動面２ａに潤滑油を供給する潤滑油供給ポート１２と、排気ポート６からシリンダ２の内部の排気ガスの排気が完了する前に、第１燃料噴射ポート１３からのガス燃料の噴射を開始させると共に、少なくとも長さ方向一端側へ向うピストン３が潤滑油供給ポート１２を通過するまで、潤滑油供給ポート１２からの潤滑油の供給を停止させるよう制御する制御装置１５と、を有するユニフロー型２サイクルエンジンを採用する。
【解決手段】排気ポート６と掃気ポート９との間においてシリンダ２の内部にガス燃料を噴射する第１燃料噴射ポート１３と、排気ポート６と掃気ポート９との間において摺動面２ａに潤滑油を供給する潤滑油供給ポート１２と、排気ポート６からシリンダ２の内部の排気ガスの排気が完了する前に、第１燃料噴射ポート１３からのガス燃料の噴射を開始させると共に、少なくとも長さ方向一端側へ向うピストン３が潤滑油供給ポート１２を通過するまで、潤滑油供給ポート１２からの潤滑油の供給を停止させるよう制御する制御装置１５と、を有するユニフロー型２サイクルエンジンを採用する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２サイクルエンジンに関し、特にシリンダの内部に燃料を直接噴射（直噴）する２サイクルエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
２サイクルエンジン（２ストロークエンジンとも称される）は、シリンダの内部でピストンが１往復するごとに、吸気、圧縮、燃焼、排気が１サイクルするレシプロエンジンである。一般に、２サイクルエンジンは、シリンダの内部にインジェクタ等の燃料噴射ポートを備え、掃気ポート及び排気ポートが閉塞された状態で、燃焼室内に燃料噴射することで、燃料の吹き抜けを防ぐ構成となっている。
【０００３】
この２サイクルエンジンとして、例えば、下記特許文献１に記載の２サイクル改質ガスエンジンが知られている。この２サイクルエンジンは、シリンダの上部に排気ポートを備え、シリンダの下部に掃気ポートを備えるユニフロー型２サイクルエンジンである。この２サイクルエンジンにおいても、排気完了後、ピストンが掃気ポートより上方に位置して燃焼室が閉鎖された圧縮行程中に、改質ガスを燃焼室内に噴射する構成となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−２９１７６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来技術においては、排気完了後の燃焼室内に排気ガスが殆ど存在しない圧縮行程中に、ガス燃料を燃焼室内へ噴射する構成となっている。しかしながら、圧縮行程中、燃焼室内は高圧になっており、ガス燃料を燃焼室内に噴射するためには、より高い圧力でガス燃料を噴射するための高出力の昇圧装置が必要となる。
【０００６】
また、上記従来技術においては、一般的な２サイクルディーゼルエンジン等と同様に、シリンダの内部におけるピストンの摺動性を確保するため、シリンダの摺動面に潤滑油を供給しなければならない。しかしながら、２サイクルガスエンジンの場合、シリンダの摺動面に供給された潤滑油は、ピストンリング等により掻き揚げられて、燃焼室内に飛散し、また、潤滑油に含まれる揮発成分の蒸発が起こり、混合気の着火源となる場合がある。潤滑油が着火源になると、混合気が正規のタイミングで燃焼せず、圧縮行程中に燃焼が始まってしまう過早着火が生じ得る。
【０００７】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、高い圧力をかけずにシリンダの内部にガス燃料を直噴でき、且つ、過早着火を防止することができる２サイクルエンジンの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明は、ピストンが摺動する摺動面を有するシリンダの長さ方向一端側において開閉する排気ポートと、上記シリンダの長さ方向他端側において開閉する掃気ポートと、上記排気ポートと上記掃気ポートとの間において上記シリンダの内部にガス燃料を噴射する燃料噴射ポートと、上記排気ポートと上記掃気ポートとの間において上記摺動面に潤滑油を供給する潤滑油供給ポートと、上記排気ポートから上記シリンダの内部の排気ガスの排気が完了する前に、上記燃料噴射ポートからのガス燃料の噴射を開始させると共に、少なくとも上記長さ方向一端側へ向う上記ピストンが上記潤滑油供給ポートを通過するまで、上記潤滑油供給ポートからの潤滑油の供給を停止させるよう制御する制御装置と、を有する２サイクルエンジンを採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、シリンダの内部における排気ガスの排気が完了する前の低圧状態で、ガス燃料の噴射を開始させる。これにより、従来よりも低圧で、ガス燃料を燃焼室内に噴射することができる。また、本発明では、圧縮行程中、少なくとも長さ方向一端側に向うピストンが潤滑油供給ポートを通過するまで、潤滑油の供給を停止させる。これにより、燃焼室内に掻き揚げられる潤滑油の量が低減され、過早着火が防止される。
【０００９】
また、本発明においては、上記シリンダの長さ方向一端側において上記シリンダの内部に液体燃料を噴射する第２燃料噴射ポートを有しており、上記制御装置は、上記シリンダの内部に供給する燃料の種類に応じて、上記排気ポートから上記シリンダの内部の排気ガスの排気が完了する前に、上記燃料噴射ポートからのガス燃料の噴射を開始させると共に、少なくとも上記長さ方向一端側へ向う上記ピストンが上記潤滑油供給ポートを通過するまで、上記潤滑油供給ポートからの潤滑油の供給を停止させる第１燃焼モードと、上記排気ポートから上記シリンダの内部の排気ガスの排気が完了した後に、上記第２燃料噴射ポートから液体燃料を噴射させると共に、少なくとも上記長さ方向一端側へ向う上記ピストンが上記潤滑油供給ポートを通過するまでの間に、上記潤滑油供給ポートから潤滑油を供給させる第２燃焼モードと、に切り替えるという構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、シリンダの内部における排気ガスの排気が完了する前の低圧状態でガス燃料を燃焼室内に噴射し、且つ、燃焼室内に掻き揚げられる潤滑油の量を低減して過早着火を防止できる第１燃焼モードと、シリンダの内部における排気ガスの排気が完了した後に、ガス燃料と異なり過早着火の虞が殆どない液体燃料を燃焼室内に噴射し、且つ、燃焼室内に潤滑油を積極的に掻き揚げさせる第２燃焼モードと、を切り替え可能なデュアルフューエル方式を採用することで、効率の良い運転が可能となる。
【００１０】
また、本発明においては、上記液体燃料は、硫黄成分を含んでおり、上記第２燃焼モードでは、上記潤滑油を、上記硫黄成分を中和する中和剤が添加された第２潤滑油に切り替えるという構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、第２燃焼モードのときに、ピストンの潤滑性を得ると共に、液体燃料に含まれる硫黄成分によるライナ摺動面の硫酸腐食を防止することができる。
【発明の効果】
【００１１】
したがって、本発明によれば、高い圧力をかけずにシリンダの内部にガス燃料を直噴でき、且つ、過早着火を防止することができる２サイクルエンジンが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態における２サイクルエンジンの全体構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態における第１燃焼モードの燃料噴射動作を説明するための図である。
【図３】本発明の実施形態における第１燃焼モードのクランク角度と各ポートの開放度（リフト量、開口面積等）との対応関係を示すグラフである。
【図４】本発明の実施形態における第２燃焼モードの潤滑油供給動作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、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態における２サイクルエンジンの全体構成を示す図である。
本実施形態の２サイクルエンジンは、例えば船舶等に設けられる大型のユニフロー型２サイクルエンジンであり、燃料として、ＬＮＧ（液化天然ガス）をガス化したガス燃料と、軽油や重油等（ディーゼル燃料）の液体燃料とを用いるデュアルフューエル（２元燃料）方式を採用している。
【００１４】
同図における符号１は、エンジン本体であり、シリンダ２の内部の摺動面２ａに沿って、不図示のクランク機構に連結されたピストン３が往復移動する構成となっている。なお、ピストン３としては、ストロークが長いクロスヘッド型ピストンを採用している。ピストン３は、複数のピストンリング３ａを有しており、当該ピストンリング３ａが摺動面２ａに沿って摺動する構成となっている。
【００１５】
シリンダ２の上部（長さ方向一端側）には、第２燃料噴射ポート５（後述）及び排気ポート６が設けられている。排気ポート６は、ピストン３の上死点近傍であって、シリンダヘッド４ａの頂部において開口している。排気ポート６は、排気弁７を有する。排気弁７は、排気弁駆動装置８によって所定のタイミングで上下動し、排気ポート６を開閉させる構成となっている。排気ポート６を介して排気された排気ガスは、例えば、不図示の排気主管を通って外部に排気される。
【００１６】
シリンダ２の下部（長さ方向他端側）には、掃気ポート９が設けられている。掃気ポート９は、ピストン３の往復移動によって所定のタイミングで開閉する構成となっている。掃気ポート９は、ピストン３の下死点近傍であって、シリンダライナ４ｂの側部において開口している。掃気ポート９は、筐体１０によって形成された空間１１に囲まれている。筐体１０には、不図示の掃気チャンバが接続されている。掃気チャンバには、例えば、不図示の空気冷却器を通過した空気が圧送されてくる構成となっている。
【００１７】
シリンダ２の中腹部（中間部）には、潤滑油供給ポート１２及び第１燃料噴射ポート（燃料噴射ポート）１３が設けられている。潤滑油供給ポート１２は、排気ポート６と掃気ポート９との間において、シリンダ２の摺動面２ａに潤滑油を供給する構成となっている。潤滑油供給ポート１２は、第１燃料噴射ポート１３よりも上部（長さ方向一端側）に位置し、シリンダライナ４ｂの周方向に間隔をあけて複数設けられている。各潤滑油供給ポート１２は、注油器２０と接続されている。注油器２０は、制御装置１５からの指令を受け、各潤滑油供給ポート１２からの潤滑油の供給、供給停止を行う構成となっている。
【００１８】
注油器２０には、潤滑油導入配管２１が接続されている。潤滑油導入配管２１は、電動切り替え弁２２によって、ガス燃料用潤滑油タンク２３あるいはディーゼル燃料用潤滑油タンク２４に切り替え接続可能となっている。ガス燃料用潤滑油タンク２３には、シリンダ２の内部におけるピストン３の摺動性を確保するためのガス燃料用の潤滑油が貯溜されている。ディーゼル燃料用潤滑油タンク２４には、シリンダ２の内部におけるピストン３の摺動性を確保すると共に、ディーゼル燃料に含まれる硫黄成分による摺動面２ａの硫酸腐食を防止するために、当該硫黄成分を中和する中和剤（水酸化カリウム等）が添加されたディーゼル燃料用の潤滑油（第２潤滑油）が貯溜されている。
【００１９】
第１燃料噴射ポート１３は、排気ポート６と掃気ポート９との間においてシリンダ２の内部（燃焼室）に、ＬＮＧをガス化したガス燃料を噴射する構成となっている。第１燃料噴射ポート１３は、シリンダライナ４ｂの周方向に間隔をあけて複数設けられ、それぞれが第１燃料噴射弁１３ａを有する。第１燃料噴射弁１３ａは、制御装置１５からの指令を受け、第１燃料噴射ポート１３を開放あるいは閉塞させ、ガス燃料の噴射、噴射停止を行う構成となっている。
【００２０】
第２燃料噴射ポート５は、シリンダ２の上部である上死点近傍においてシリンダ２の内部に、軽油や重油等の液体燃料（ディーゼル燃料）を噴射する構成となっている。第２燃料噴射ポート５は、シリンダヘッド４ａに設けられ、第２燃料噴射弁５ａを有する。第２燃料噴射弁５ａは、制御装置１５からの指令を受け、第２燃料噴射ポート５を開放あるいは閉塞させ、液体燃料の噴射、噴射停止を行う構成となっている。
【００２１】
制御装置１５は、上記構成のエンジン本体１の全体の動作を制御するものであり、シリンダ２の内部に供給する燃料の種類に応じて、ガス燃料の供給によりエンジン本体１をガス運転させる第１燃焼モードと、液体燃料の供給によりエンジン本体１をディーゼル運転させる第２燃焼モードとに切り替え可能な構成となっている。制御装置１５は、入力された燃焼モード指令信号と、不図示のクランク機構に設けられたロータリエンコーダ１７からのクランク角度信号とに基づいて、各構成機器の駆動を制御する構成となっている。
【００２２】
第１燃焼モードは、排気ポート６からシリンダ２の内部の排気ガスの排気が完了する前に、第１燃料噴射ポート１３からのガス燃料の噴射を開始させると共に、少なくともシリンダ２の長さ方向一端側へ向うピストン３が潤滑油供給ポート１２を通過するまで、潤滑油供給ポート１２からの潤滑油の供給を停止させる燃焼モードである。
第２燃焼モードは、排気ポート６からシリンダ２の内部の排気ガスの排気が完了した後に、第２燃料噴射ポート５から液体燃料を噴射させると共に、少なくともシリンダ２の長さ方向一端側へ向うピストン３が潤滑油供給ポート１２を通過するまでの間に、潤滑油供給ポート１２から潤滑油を供給させる燃焼モードである。
【００２３】
次に、図２及び図３を参照して、上記構成の制御装置１５の下に行われる第１燃焼モードの燃料噴射動作について詳しく説明する。
図２は、本発明の実施形態における第１燃焼モードにおける燃料噴射動作を説明するための図である。図３は、本発明の実施形態における第１燃焼モードのクランク角度と各ポートの開放度（リフト量、開口面積等）との対応関係を示すグラフである。なお、図２中、符号Ａは、排気ガス層を示し、符号Ｂは、吸入新気層を示し、符号Ｃは、ガス燃料と空気が混合した予混合気層を示す。
【００２４】
図２（ａ）は、燃焼後の膨張行程を示す。この時、排気ポート６及び掃気ポート９は閉塞されており、シリンダ２の内部が排気ガス層Ａで満たされている。
図２（ａ）から、さらにピストン３が下がり、クランク角度が所定角度に達すると、制御装置１５によって排気弁駆動装置８が駆動し、排気弁７が下がり、排気ポート６が開放される（ステップＳ１：図２（ｂ）及び図３参照）。
【００２５】
図２（ｂ）から、またさらにピストン３が下がり、クランク角度が所定角度に達すると、ピストン３により閉塞されていた掃気ポート９が開放される（ステップＳ２：図２（ｃ）及び図３参照）。そして、ピストン３が下死点に達するときには、完全に掃気ポート９が開放される（図２（ｄ）参照）。
吸気は、排気ポート６及び掃気ポート９が開いたステップＳ２から開始される。そして、掃気ポート９からシリンダ２の内部に吸入された吸入新気層Ｂは、排気ガス層Ａを押し上げつつ、シリンダ２の内部を下方から上方に向けて満たして行く。
【００２６】
吸入新気層Ｂが、第１燃料噴射ポート１３が設けられた燃料噴射位置に達した後、制御装置１５によって第１燃料噴射弁１３ａが駆動し、第１燃料噴射ポート１３からの、ガス燃料の噴射が開始される（図２（ｅ）及び図３参照）。
この時、排気ポート６及び掃気ポート９が開放されて排気中であるため、シリンダ２の内部は、低圧である。したがって、第１燃料噴射ポート１３からは、圧縮中における圧力よりも低圧で、ガス燃料をシリンダ２の内部に噴射することができる。このため、高出力の昇圧装置を設けずとも、ガス燃料を燃焼室内に噴射することが可能となる。
【００２７】
本実施形態では、燃料噴射タイミングを、掃気ポート９からシリンダ２の内部に吸入された吸入新気層Ｂが第１燃料噴射ポート１３の燃料噴射位置に達した後となるように制御している。吸入新気層Ｂが第１燃料噴射ポート１３の燃料噴射位置に達した後であれば、ユニフロー（単流）であることも相俟って吸入新気層Ｂが排気ガス層Ａを押し出すので、噴射されたガス燃料が、シリンダ２の内部に一部残存している高温の排気ガスに接触してしまうことを回避できる。このため、過早着火を予防し、エンジン駆動の安定化を図ることができる。
【００２８】
さらに、本実施形態では、燃料噴射タイミングを、吸入新気層Ｂが燃料噴射位置に達した後で、且つ、排気ガス層Ａと燃料噴射位置との間に吸入新気層Ｂを形成させるための遅れ時間が経過した後に、設定している。この遅れ時間によって排気ガス層Ａと燃料噴射位置との間に形成された吸入新気層Ｂは、排気ガス層Ａと予混合気層Ｃとの間に介在し、両者の接触を防止する（図２（ｅ）参照）。具体的な作用としては、第１燃料噴射ポート１３からガス燃料が所定幅で噴射・拡散しても、介在する吸入新気層Ｂによって、排気ガス層Ａとの接触を阻止することができる。さらに、両者間に吸入新気層Ｂを介在させることによって、排気ガス層Ａの界面の揺らぎによる燃料噴射位置への侵入に伴う予期せぬ過早着火を予防することができる。したがって、この遅れ時間によって、排気ガス層Ａと予混合気層Ｃとの間に吸入新気層Ｂを介在させることによって、より確実に過早着火を予防することができる。
【００２９】
なお、シリンダ２の内部において吸入新気層Ｂが、排気ガス層Ａを押し出しつつどの位置まで達したかは、排気ポート６の開放度（リフト量）及び掃気ポート９の開放度（開口面積）の少なくともいずれか一方に基づいて推定できる。本実施形態では、掃気ポート９の開放度は、ピストン３の位置、すなわち、クランク角度により一に定まるので、排気ポート６の開放タイミングに基づいて、燃料噴射タイミングを設定している（図３参照）。排気ポート６の開放タイミングは排気弁駆動装置８により可変であり、エンジンの負荷に応じて、掃気ポート９の開放タイミングと前後する場合がある。この理由からも、本実施形態では、排気ポート６の開放タイミングに基づいて、燃料噴射タイミングを設定している。
【００３０】
ピストン３が下死点を過ぎて上昇し始めると、掃気ポート９が閉塞され始める（図２（ｆ）参照）。この時、燃料噴射は、継続されており、排気ガス層Ａとの間に吸入新気層Ｂが介在した状態で、予混合気層Ｃがシリンダ２の内部を満たして行く。
図２（ｆ）から、さらにピストン３が上がり、クランク角度が所定角度に達すると、開放されていた掃気ポート９がピストン３により閉塞される（ステップＳ３：図２（ｇ）及び図３参照）。この時、排気ポート６は、未だ閉塞されていないので、低圧での燃料噴射は継続される。
【００３１】
図２（ｇ）から、またさらにピストン３が上がり、クランク角度が所定角度に達すると、排気弁７が上がりきり、排気ポート６が閉塞され、排気が完了する（ステップＳ４：図２（ｈ）及び図３参照）。この時、排気ガス層Ａの殆どすべてが排気されることとなるが、本実施形態では、排気ガス層Ａと予混合気層Ｃとの間に吸入新気層Ｂを介在させているので余裕が生まれ、介在した吸入新気層Ｂの一部が吹き抜けた状態での排気ポート６の閉塞が可能となる。これにより、排気ガス層Ａの殆どすべてを排気しつつ、予混合気層Ｃの吹き抜けを防ぐことができる。
【００３２】
圧縮は、排気ポート６及び掃気ポート９が閉じたステップＳ４から開始される。燃料噴射は、燃焼室の圧力が高くなる前の圧縮行程前半まで継続する。もっとも、昇圧装置の性能限界の圧力に達する前には、燃料噴射を終了させる。少なくとも、ピストン３が、燃料噴射位置に達する前、すなわち、シリンダ２の中腹部に達する前には、制御装置１５によって第１燃料噴射弁１３ａが閉じられて、燃料噴射が終了する（図２（ｉ）参照）。
その後、ピストン３が上死点まで達し、予混合気層Ｃが圧縮されると、着火が行われ、燃焼により生じた排気ガスが、ピストン３を押し下げて、図２（ａ）の状態に戻る。
以上により、エンジンの１サイクルにおける燃料噴射動作が終了する。
【００３３】
図１に戻り、続いて、上記構成の制御装置１５の下に行われる第１燃焼モードにおける潤滑油供給動作について詳しく説明する。
第１燃焼モードでは、ガス燃料による燃焼が行われるため、先ず、制御装置１５は、電動切り替え弁２２を駆動させ、潤滑油導入配管２１とガス燃料用潤滑油タンク２３とを接続させる。これにより、ガス燃料用潤滑油タンク２３から注油器２０に潤滑油が導入される。
【００３４】
制御装置１５は、第１燃焼モードにおけるエンジンの１サイクルにおいて、少なくとも、シリンダ４の長さ方向一端側へ向う上昇行程中のピストン３が、潤滑油供給ポート１２を通過するまで、潤滑油供給ポート１２からの潤滑油の供給を停止させるよう、注油器２０の駆動を制御する。
具体的に、制御装置１５は、ロータリエンコーダ１７からのクランク角度信号に基づいて、少なくともピストン３が下死点に達した後であってそこから上死点へ向う上昇行程中、その最下段のピストンリング３ａが潤滑油供給ポート１２を通過するまで、注油器２０の駆動を停止させて、潤滑油の供給を停止させる。
【００３５】
この第１燃焼モードにおける潤滑油の供給は、シリンダ４の長さ方向他端側へ向うピストン３の下降行程中に行う。具体的に、制御装置１５は、ロータリエンコーダ１７からのクランク角度信号に基づいて、ピストン３の下降行程中、少なくとも、ピストン３の最下段のピストンリング３ａが潤滑油供給ポート１２を通過する直前（図１参照）から、ピストン３の最上段のピストンリング３ａが潤滑油供給ポート１２を通過した直後まで、注油器２０を駆動させて、潤滑油を供給させる。
【００３６】
このように、第１燃焼モードでは、ピストン３の下降行程中に潤滑油が供給され、ピストン３の上昇行程中、ピストン３が潤滑油供給ポート１２を通過するまで、潤滑油の供給が停止される。すなわち、図２（ｄ）〜（ｉ）に示すピストン３の上昇行程中に、潤滑油の供給が停止されるので、ピストン３の上昇によって、燃焼室内に掻き揚げられる潤滑油の量が低減され、過早着火が防止される。すなわち、ピストン３の上昇行程中には、潤滑油が供給されず、ピストンリング３ａによって燃焼室内に掻き揚げられる余剰の潤滑油が低減されるため、潤滑油が掻き揚げられたとしても微小であり、予混合気層Ｃ内に飛散、蒸発してその自着火温度を低下させる等、予混合気層Ｃの着火源として機能し得なくなる。
したがって、第１燃焼モードでは、高い圧力をかけずにシリンダ２の内部にガス燃料を直噴でき、且つ、過早着火を防止することができる。
【００３７】
続いて、図４を参照して、上記構成の制御装置１５の下に行われる第２燃焼モードの潤滑油供給動作について詳しく説明する。なお、第２燃焼モードにおける燃料噴射動作は、周知の２サイクルディーゼルエンジンの燃料噴射動作と同じなので、その詳細な説明は割愛するが、第１燃焼モードと異なり、排気ポート６からシリンダ２の内部の排気ガスの排気が完了した後、ピストン３が上死点に達したタイミングで、第２燃料噴射ポート５からディーゼル燃料を噴射するものである。
図４は、本発明の実施形態における第２燃焼モードの潤滑油供給動作を説明するための図である。
【００３８】
図４に示すように、第２燃焼モードでは、ディーゼル燃料による燃焼が行われるため、先ず、制御装置１５は、電動切り替え弁２２を駆動させ、潤滑油導入配管２１とディーゼル燃料用潤滑油タンク２４とを接続させる。これにより、ディーゼル燃料用潤滑油タンク２４から注油器２０に、硫酸中和剤が添加された潤滑油（第２潤滑油）が導入される。
【００３９】
制御装置１５は、第２燃焼モードにおけるエンジンの１サイクルにおいて、少なくとも、シリンダ４の長さ方向一端側へ向う上昇行程中のピストン３が、潤滑油供給ポート１２を通過するまでの間に、潤滑油供給ポート１２から潤滑油を供給させるよう、注油器２０の駆動を制御する。
具体的に、制御装置１５は、ロータリエンコーダ１７からのクランク角度信号に基づいて、少なくともピストン３が下死点に達した後であってそこから上死点へ向う上昇行程中、その最上段のピストンリング３ａが潤滑油供給ポート１２を通過する直前（図４参照）から、その最下段のピストンリング３ａが潤滑油供給ポート１２を通過するまでの間に、注油器２０を駆動させて、潤滑油を供給させる。
【００４０】
このように、第２燃焼モードでは、ピストン３の上昇行程中、ピストン３が潤滑油供給ポート１２を通過するまでの間に、潤滑油が供給されるため、燃焼室内に潤滑油を積極的に掻き揚げさせることができる。すなわち、第２燃焼モードにおいて、液体燃料として、硫黄成分を多く含む純度の低いディーゼル燃料を使用する場合、その燃料中に含まれる硫黄成分に起因して生成される硫黄物（ＳＯｘ）によるシリンダ２の摺動面２ａの硫酸腐食（低温腐食）が問題となる。
【００４１】
そこで、第２燃焼モードでは、上述したタイミングで潤滑油を供給することにより、ピストンリング３ａと摺動面２ａとの摺動状態を良好に保つと共に、燃焼室内に中和剤を含む潤滑油を積極的に掻き揚げさせて、生成される硫黄物を中和させ、硫酸腐食を防止するようにしている。なお、第２燃焼モードでは、第１燃焼モードと異なり、圧縮行程中に空気と燃料とを予混合する方式ではないため、燃焼室内に潤滑油を掻き揚げることによる過早着火の虞は殆どない。
ちなみに、ガス燃料として、ＬＮＧを使用する場合、硫黄成分は殆ど含まれていないので硫酸腐食の心配はない。したがって、第１燃焼モードでは、硫酸中和剤が添加されていない潤滑油を使用することができる。
【００４２】
したがって、上述の本実施形態によれば、ピストン３が摺動する摺動面２ａを有するシリンダ２の長さ方向一端側において開閉する排気ポート６と、シリンダ２の長さ方向他端側において開閉する掃気ポート９と、排気ポート６と掃気ポート９との間においてシリンダ２の内部にガス燃料を噴射する第１燃料噴射ポート１３と、排気ポート６と掃気ポート９との間において摺動面２ａに潤滑油を供給する潤滑油供給ポート１２と、排気ポート６からシリンダ２の内部の排気ガスの排気が完了する前に、第１燃料噴射ポート１３からのガス燃料の噴射を開始させると共に、少なくとも長さ方向一端側へ向うピストン３が潤滑油供給ポート１２を通過するまで、潤滑油供給ポート１２からの潤滑油の供給を停止させるよう制御する制御装置１５と、を有するユニフロー型２サイクルエンジンを採用することによって、シリンダ２の内部における排気ガスの排気が完了する前の低圧状態で、ガス燃料の噴射を開始させて、従来よりも低圧で、ガス燃料を燃焼室内に噴射させると共に、圧縮行程中、少なくとも長さ方向一端側に向うピストン３が潤滑油供給ポート１２を通過するまで、潤滑油の供給を停止させることにより、燃焼室内に掻き揚げられる潤滑油の量を低減させて、過早着火を防止することができる。
したがって、本実施形態によれば、高い圧力をかけずにシリンダ２の内部にガス燃料を直噴でき、且つ、過早着火を防止することができるユニフロー型２サイクルエンジンが得られる。また、本実施形態によれば、第１燃焼モードによってＮＯｘ低減が可能な天然ガス（ＬＮＧ）を燃料としたガス運転が可能となり、また、第２燃焼モードによって高効率のディーゼル運転が可能となるため、要求に応じた効率の良い運転が可能となる。
【００４３】
以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００４４】
例えば、上記実施形態では、制御装置１５が、排気ポート６の開放度に基づいて、第１燃料噴射ポート１３の開閉制御を行う構成について説明したが、本発明はこの構成に限定されるものではない。
例えば、制御装置１５が、掃気ポート９の開放度に基づいて、第１燃料噴射ポート１３の開閉制御を行う構成であっても良いし、また、排気ポート６及び掃気ポート９の開放度に基づいて、第１燃料噴射ポート１３の開閉制御を行う構成であっても良い。
【００４５】
また、吸入新気層Ｂが、排気ガス層Ａを押し出しつつどの位置まで達したかは、開きタイミングの遅い方の開放度に依存する度合いが高いので、制御装置１５が、排気ポート６及び掃気ポート９のうち、開きタイミングの遅い方の開放度に基づいて、第１燃料噴射ポート１３の開閉制御を行う構成であっても良い。
また、排気ポート６及び掃気ポート９の開放度は、クランク角度に依存するので、制御装置１５が、クランク角度に基づいて第１燃料噴射ポート１３の開閉制御を行う構成であっても良い。
【００４６】
また、例えば、上記実施形態では、ＬＮＧを用いたガス燃料を噴射する形態について説明したが、本発明は他のガス燃料、例えばＬＰＧ（液化石油ガス）等を用いる形態についても本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００４７】
２…シリンダ、２ａ…摺動面、３…ピストン、５…第２燃料噴射ポート、６…排気ポート、９…掃気ポート、１２…潤滑油供給ポート、１３…第１燃料噴射ポート（燃料噴射ポート）、１４…ガス噴射弁（開閉部）、１５…制御装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２サイクルエンジンに関し、特にシリンダの内部に燃料を直接噴射（直噴）する２サイクルエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
２サイクルエンジン（２ストロークエンジンとも称される）は、シリンダの内部でピストンが１往復するごとに、吸気、圧縮、燃焼、排気が１サイクルするレシプロエンジンである。一般に、２サイクルエンジンは、シリンダの内部にインジェクタ等の燃料噴射ポートを備え、掃気ポート及び排気ポートが閉塞された状態で、燃焼室内に燃料噴射することで、燃料の吹き抜けを防ぐ構成となっている。
【０００３】
この２サイクルエンジンとして、例えば、下記特許文献１に記載の２サイクル改質ガスエンジンが知られている。この２サイクルエンジンは、シリンダの上部に排気ポートを備え、シリンダの下部に掃気ポートを備えるユニフロー型２サイクルエンジンである。この２サイクルエンジンにおいても、排気完了後、ピストンが掃気ポートより上方に位置して燃焼室が閉鎖された圧縮行程中に、改質ガスを燃焼室内に噴射する構成となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−２９１７６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来技術においては、排気完了後の燃焼室内に排気ガスが殆ど存在しない圧縮行程中に、ガス燃料を燃焼室内へ噴射する構成となっている。しかしながら、圧縮行程中、燃焼室内は高圧になっており、ガス燃料を燃焼室内に噴射するためには、より高い圧力でガス燃料を噴射するための高出力の昇圧装置が必要となる。
【０００６】
また、上記従来技術においては、一般的な２サイクルディーゼルエンジン等と同様に、シリンダの内部におけるピストンの摺動性を確保するため、シリンダの摺動面に潤滑油を供給しなければならない。しかしながら、２サイクルガスエンジンの場合、シリンダの摺動面に供給された潤滑油は、ピストンリング等により掻き揚げられて、燃焼室内に飛散し、また、潤滑油に含まれる揮発成分の蒸発が起こり、混合気の着火源となる場合がある。潤滑油が着火源になると、混合気が正規のタイミングで燃焼せず、圧縮行程中に燃焼が始まってしまう過早着火が生じ得る。
【０００７】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、高い圧力をかけずにシリンダの内部にガス燃料を直噴でき、且つ、過早着火を防止することができる２サイクルエンジンの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明は、ピストンが摺動する摺動面を有するシリンダの長さ方向一端側において開閉する排気ポートと、上記シリンダの長さ方向他端側において開閉する掃気ポートと、上記排気ポートと上記掃気ポートとの間において上記シリンダの内部にガス燃料を噴射する燃料噴射ポートと、上記排気ポートと上記掃気ポートとの間において上記摺動面に潤滑油を供給する潤滑油供給ポートと、上記排気ポートから上記シリンダの内部の排気ガスの排気が完了する前に、上記燃料噴射ポートからのガス燃料の噴射を開始させると共に、少なくとも上記長さ方向一端側へ向う上記ピストンが上記潤滑油供給ポートを通過するまで、上記潤滑油供給ポートからの潤滑油の供給を停止させるよう制御する制御装置と、を有する２サイクルエンジンを採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、シリンダの内部における排気ガスの排気が完了する前の低圧状態で、ガス燃料の噴射を開始させる。これにより、従来よりも低圧で、ガス燃料を燃焼室内に噴射することができる。また、本発明では、圧縮行程中、少なくとも長さ方向一端側に向うピストンが潤滑油供給ポートを通過するまで、潤滑油の供給を停止させる。これにより、燃焼室内に掻き揚げられる潤滑油の量が低減され、過早着火が防止される。
【０００９】
また、本発明においては、上記シリンダの長さ方向一端側において上記シリンダの内部に液体燃料を噴射する第２燃料噴射ポートを有しており、上記制御装置は、上記シリンダの内部に供給する燃料の種類に応じて、上記排気ポートから上記シリンダの内部の排気ガスの排気が完了する前に、上記燃料噴射ポートからのガス燃料の噴射を開始させると共に、少なくとも上記長さ方向一端側へ向う上記ピストンが上記潤滑油供給ポートを通過するまで、上記潤滑油供給ポートからの潤滑油の供給を停止させる第１燃焼モードと、上記排気ポートから上記シリンダの内部の排気ガスの排気が完了した後に、上記第２燃料噴射ポートから液体燃料を噴射させると共に、少なくとも上記長さ方向一端側へ向う上記ピストンが上記潤滑油供給ポートを通過するまでの間に、上記潤滑油供給ポートから潤滑油を供給させる第２燃焼モードと、に切り替えるという構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、シリンダの内部における排気ガスの排気が完了する前の低圧状態でガス燃料を燃焼室内に噴射し、且つ、燃焼室内に掻き揚げられる潤滑油の量を低減して過早着火を防止できる第１燃焼モードと、シリンダの内部における排気ガスの排気が完了した後に、ガス燃料と異なり過早着火の虞が殆どない液体燃料を燃焼室内に噴射し、且つ、燃焼室内に潤滑油を積極的に掻き揚げさせる第２燃焼モードと、を切り替え可能なデュアルフューエル方式を採用することで、効率の良い運転が可能となる。
【００１０】
また、本発明においては、上記液体燃料は、硫黄成分を含んでおり、上記第２燃焼モードでは、上記潤滑油を、上記硫黄成分を中和する中和剤が添加された第２潤滑油に切り替えるという構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、第２燃焼モードのときに、ピストンの潤滑性を得ると共に、液体燃料に含まれる硫黄成分によるライナ摺動面の硫酸腐食を防止することができる。
【発明の効果】
【００１１】
したがって、本発明によれば、高い圧力をかけずにシリンダの内部にガス燃料を直噴でき、且つ、過早着火を防止することができる２サイクルエンジンが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態における２サイクルエンジンの全体構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態における第１燃焼モードの燃料噴射動作を説明するための図である。
【図３】本発明の実施形態における第１燃焼モードのクランク角度と各ポートの開放度（リフト量、開口面積等）との対応関係を示すグラフである。
【図４】本発明の実施形態における第２燃焼モードの潤滑油供給動作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、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態における２サイクルエンジンの全体構成を示す図である。
本実施形態の２サイクルエンジンは、例えば船舶等に設けられる大型のユニフロー型２サイクルエンジンであり、燃料として、ＬＮＧ（液化天然ガス）をガス化したガス燃料と、軽油や重油等（ディーゼル燃料）の液体燃料とを用いるデュアルフューエル（２元燃料）方式を採用している。
【００１４】
同図における符号１は、エンジン本体であり、シリンダ２の内部の摺動面２ａに沿って、不図示のクランク機構に連結されたピストン３が往復移動する構成となっている。なお、ピストン３としては、ストロークが長いクロスヘッド型ピストンを採用している。ピストン３は、複数のピストンリング３ａを有しており、当該ピストンリング３ａが摺動面２ａに沿って摺動する構成となっている。
【００１５】
シリンダ２の上部（長さ方向一端側）には、第２燃料噴射ポート５（後述）及び排気ポート６が設けられている。排気ポート６は、ピストン３の上死点近傍であって、シリンダヘッド４ａの頂部において開口している。排気ポート６は、排気弁７を有する。排気弁７は、排気弁駆動装置８によって所定のタイミングで上下動し、排気ポート６を開閉させる構成となっている。排気ポート６を介して排気された排気ガスは、例えば、不図示の排気主管を通って外部に排気される。
【００１６】
シリンダ２の下部（長さ方向他端側）には、掃気ポート９が設けられている。掃気ポート９は、ピストン３の往復移動によって所定のタイミングで開閉する構成となっている。掃気ポート９は、ピストン３の下死点近傍であって、シリンダライナ４ｂの側部において開口している。掃気ポート９は、筐体１０によって形成された空間１１に囲まれている。筐体１０には、不図示の掃気チャンバが接続されている。掃気チャンバには、例えば、不図示の空気冷却器を通過した空気が圧送されてくる構成となっている。
【００１７】
シリンダ２の中腹部（中間部）には、潤滑油供給ポート１２及び第１燃料噴射ポート（燃料噴射ポート）１３が設けられている。潤滑油供給ポート１２は、排気ポート６と掃気ポート９との間において、シリンダ２の摺動面２ａに潤滑油を供給する構成となっている。潤滑油供給ポート１２は、第１燃料噴射ポート１３よりも上部（長さ方向一端側）に位置し、シリンダライナ４ｂの周方向に間隔をあけて複数設けられている。各潤滑油供給ポート１２は、注油器２０と接続されている。注油器２０は、制御装置１５からの指令を受け、各潤滑油供給ポート１２からの潤滑油の供給、供給停止を行う構成となっている。
【００１８】
注油器２０には、潤滑油導入配管２１が接続されている。潤滑油導入配管２１は、電動切り替え弁２２によって、ガス燃料用潤滑油タンク２３あるいはディーゼル燃料用潤滑油タンク２４に切り替え接続可能となっている。ガス燃料用潤滑油タンク２３には、シリンダ２の内部におけるピストン３の摺動性を確保するためのガス燃料用の潤滑油が貯溜されている。ディーゼル燃料用潤滑油タンク２４には、シリンダ２の内部におけるピストン３の摺動性を確保すると共に、ディーゼル燃料に含まれる硫黄成分による摺動面２ａの硫酸腐食を防止するために、当該硫黄成分を中和する中和剤（水酸化カリウム等）が添加されたディーゼル燃料用の潤滑油（第２潤滑油）が貯溜されている。
【００１９】
第１燃料噴射ポート１３は、排気ポート６と掃気ポート９との間においてシリンダ２の内部（燃焼室）に、ＬＮＧをガス化したガス燃料を噴射する構成となっている。第１燃料噴射ポート１３は、シリンダライナ４ｂの周方向に間隔をあけて複数設けられ、それぞれが第１燃料噴射弁１３ａを有する。第１燃料噴射弁１３ａは、制御装置１５からの指令を受け、第１燃料噴射ポート１３を開放あるいは閉塞させ、ガス燃料の噴射、噴射停止を行う構成となっている。
【００２０】
第２燃料噴射ポート５は、シリンダ２の上部である上死点近傍においてシリンダ２の内部に、軽油や重油等の液体燃料（ディーゼル燃料）を噴射する構成となっている。第２燃料噴射ポート５は、シリンダヘッド４ａに設けられ、第２燃料噴射弁５ａを有する。第２燃料噴射弁５ａは、制御装置１５からの指令を受け、第２燃料噴射ポート５を開放あるいは閉塞させ、液体燃料の噴射、噴射停止を行う構成となっている。
【００２１】
制御装置１５は、上記構成のエンジン本体１の全体の動作を制御するものであり、シリンダ２の内部に供給する燃料の種類に応じて、ガス燃料の供給によりエンジン本体１をガス運転させる第１燃焼モードと、液体燃料の供給によりエンジン本体１をディーゼル運転させる第２燃焼モードとに切り替え可能な構成となっている。制御装置１５は、入力された燃焼モード指令信号と、不図示のクランク機構に設けられたロータリエンコーダ１７からのクランク角度信号とに基づいて、各構成機器の駆動を制御する構成となっている。
【００２２】
第１燃焼モードは、排気ポート６からシリンダ２の内部の排気ガスの排気が完了する前に、第１燃料噴射ポート１３からのガス燃料の噴射を開始させると共に、少なくともシリンダ２の長さ方向一端側へ向うピストン３が潤滑油供給ポート１２を通過するまで、潤滑油供給ポート１２からの潤滑油の供給を停止させる燃焼モードである。
第２燃焼モードは、排気ポート６からシリンダ２の内部の排気ガスの排気が完了した後に、第２燃料噴射ポート５から液体燃料を噴射させると共に、少なくともシリンダ２の長さ方向一端側へ向うピストン３が潤滑油供給ポート１２を通過するまでの間に、潤滑油供給ポート１２から潤滑油を供給させる燃焼モードである。
【００２３】
次に、図２及び図３を参照して、上記構成の制御装置１５の下に行われる第１燃焼モードの燃料噴射動作について詳しく説明する。
図２は、本発明の実施形態における第１燃焼モードにおける燃料噴射動作を説明するための図である。図３は、本発明の実施形態における第１燃焼モードのクランク角度と各ポートの開放度（リフト量、開口面積等）との対応関係を示すグラフである。なお、図２中、符号Ａは、排気ガス層を示し、符号Ｂは、吸入新気層を示し、符号Ｃは、ガス燃料と空気が混合した予混合気層を示す。
【００２４】
図２（ａ）は、燃焼後の膨張行程を示す。この時、排気ポート６及び掃気ポート９は閉塞されており、シリンダ２の内部が排気ガス層Ａで満たされている。
図２（ａ）から、さらにピストン３が下がり、クランク角度が所定角度に達すると、制御装置１５によって排気弁駆動装置８が駆動し、排気弁７が下がり、排気ポート６が開放される（ステップＳ１：図２（ｂ）及び図３参照）。
【００２５】
図２（ｂ）から、またさらにピストン３が下がり、クランク角度が所定角度に達すると、ピストン３により閉塞されていた掃気ポート９が開放される（ステップＳ２：図２（ｃ）及び図３参照）。そして、ピストン３が下死点に達するときには、完全に掃気ポート９が開放される（図２（ｄ）参照）。
吸気は、排気ポート６及び掃気ポート９が開いたステップＳ２から開始される。そして、掃気ポート９からシリンダ２の内部に吸入された吸入新気層Ｂは、排気ガス層Ａを押し上げつつ、シリンダ２の内部を下方から上方に向けて満たして行く。
【００２６】
吸入新気層Ｂが、第１燃料噴射ポート１３が設けられた燃料噴射位置に達した後、制御装置１５によって第１燃料噴射弁１３ａが駆動し、第１燃料噴射ポート１３からの、ガス燃料の噴射が開始される（図２（ｅ）及び図３参照）。
この時、排気ポート６及び掃気ポート９が開放されて排気中であるため、シリンダ２の内部は、低圧である。したがって、第１燃料噴射ポート１３からは、圧縮中における圧力よりも低圧で、ガス燃料をシリンダ２の内部に噴射することができる。このため、高出力の昇圧装置を設けずとも、ガス燃料を燃焼室内に噴射することが可能となる。
【００２７】
本実施形態では、燃料噴射タイミングを、掃気ポート９からシリンダ２の内部に吸入された吸入新気層Ｂが第１燃料噴射ポート１３の燃料噴射位置に達した後となるように制御している。吸入新気層Ｂが第１燃料噴射ポート１３の燃料噴射位置に達した後であれば、ユニフロー（単流）であることも相俟って吸入新気層Ｂが排気ガス層Ａを押し出すので、噴射されたガス燃料が、シリンダ２の内部に一部残存している高温の排気ガスに接触してしまうことを回避できる。このため、過早着火を予防し、エンジン駆動の安定化を図ることができる。
【００２８】
さらに、本実施形態では、燃料噴射タイミングを、吸入新気層Ｂが燃料噴射位置に達した後で、且つ、排気ガス層Ａと燃料噴射位置との間に吸入新気層Ｂを形成させるための遅れ時間が経過した後に、設定している。この遅れ時間によって排気ガス層Ａと燃料噴射位置との間に形成された吸入新気層Ｂは、排気ガス層Ａと予混合気層Ｃとの間に介在し、両者の接触を防止する（図２（ｅ）参照）。具体的な作用としては、第１燃料噴射ポート１３からガス燃料が所定幅で噴射・拡散しても、介在する吸入新気層Ｂによって、排気ガス層Ａとの接触を阻止することができる。さらに、両者間に吸入新気層Ｂを介在させることによって、排気ガス層Ａの界面の揺らぎによる燃料噴射位置への侵入に伴う予期せぬ過早着火を予防することができる。したがって、この遅れ時間によって、排気ガス層Ａと予混合気層Ｃとの間に吸入新気層Ｂを介在させることによって、より確実に過早着火を予防することができる。
【００２９】
なお、シリンダ２の内部において吸入新気層Ｂが、排気ガス層Ａを押し出しつつどの位置まで達したかは、排気ポート６の開放度（リフト量）及び掃気ポート９の開放度（開口面積）の少なくともいずれか一方に基づいて推定できる。本実施形態では、掃気ポート９の開放度は、ピストン３の位置、すなわち、クランク角度により一に定まるので、排気ポート６の開放タイミングに基づいて、燃料噴射タイミングを設定している（図３参照）。排気ポート６の開放タイミングは排気弁駆動装置８により可変であり、エンジンの負荷に応じて、掃気ポート９の開放タイミングと前後する場合がある。この理由からも、本実施形態では、排気ポート６の開放タイミングに基づいて、燃料噴射タイミングを設定している。
【００３０】
ピストン３が下死点を過ぎて上昇し始めると、掃気ポート９が閉塞され始める（図２（ｆ）参照）。この時、燃料噴射は、継続されており、排気ガス層Ａとの間に吸入新気層Ｂが介在した状態で、予混合気層Ｃがシリンダ２の内部を満たして行く。
図２（ｆ）から、さらにピストン３が上がり、クランク角度が所定角度に達すると、開放されていた掃気ポート９がピストン３により閉塞される（ステップＳ３：図２（ｇ）及び図３参照）。この時、排気ポート６は、未だ閉塞されていないので、低圧での燃料噴射は継続される。
【００３１】
図２（ｇ）から、またさらにピストン３が上がり、クランク角度が所定角度に達すると、排気弁７が上がりきり、排気ポート６が閉塞され、排気が完了する（ステップＳ４：図２（ｈ）及び図３参照）。この時、排気ガス層Ａの殆どすべてが排気されることとなるが、本実施形態では、排気ガス層Ａと予混合気層Ｃとの間に吸入新気層Ｂを介在させているので余裕が生まれ、介在した吸入新気層Ｂの一部が吹き抜けた状態での排気ポート６の閉塞が可能となる。これにより、排気ガス層Ａの殆どすべてを排気しつつ、予混合気層Ｃの吹き抜けを防ぐことができる。
【００３２】
圧縮は、排気ポート６及び掃気ポート９が閉じたステップＳ４から開始される。燃料噴射は、燃焼室の圧力が高くなる前の圧縮行程前半まで継続する。もっとも、昇圧装置の性能限界の圧力に達する前には、燃料噴射を終了させる。少なくとも、ピストン３が、燃料噴射位置に達する前、すなわち、シリンダ２の中腹部に達する前には、制御装置１５によって第１燃料噴射弁１３ａが閉じられて、燃料噴射が終了する（図２（ｉ）参照）。
その後、ピストン３が上死点まで達し、予混合気層Ｃが圧縮されると、着火が行われ、燃焼により生じた排気ガスが、ピストン３を押し下げて、図２（ａ）の状態に戻る。
以上により、エンジンの１サイクルにおける燃料噴射動作が終了する。
【００３３】
図１に戻り、続いて、上記構成の制御装置１５の下に行われる第１燃焼モードにおける潤滑油供給動作について詳しく説明する。
第１燃焼モードでは、ガス燃料による燃焼が行われるため、先ず、制御装置１５は、電動切り替え弁２２を駆動させ、潤滑油導入配管２１とガス燃料用潤滑油タンク２３とを接続させる。これにより、ガス燃料用潤滑油タンク２３から注油器２０に潤滑油が導入される。
【００３４】
制御装置１５は、第１燃焼モードにおけるエンジンの１サイクルにおいて、少なくとも、シリンダ４の長さ方向一端側へ向う上昇行程中のピストン３が、潤滑油供給ポート１２を通過するまで、潤滑油供給ポート１２からの潤滑油の供給を停止させるよう、注油器２０の駆動を制御する。
具体的に、制御装置１５は、ロータリエンコーダ１７からのクランク角度信号に基づいて、少なくともピストン３が下死点に達した後であってそこから上死点へ向う上昇行程中、その最下段のピストンリング３ａが潤滑油供給ポート１２を通過するまで、注油器２０の駆動を停止させて、潤滑油の供給を停止させる。
【００３５】
この第１燃焼モードにおける潤滑油の供給は、シリンダ４の長さ方向他端側へ向うピストン３の下降行程中に行う。具体的に、制御装置１５は、ロータリエンコーダ１７からのクランク角度信号に基づいて、ピストン３の下降行程中、少なくとも、ピストン３の最下段のピストンリング３ａが潤滑油供給ポート１２を通過する直前（図１参照）から、ピストン３の最上段のピストンリング３ａが潤滑油供給ポート１２を通過した直後まで、注油器２０を駆動させて、潤滑油を供給させる。
【００３６】
このように、第１燃焼モードでは、ピストン３の下降行程中に潤滑油が供給され、ピストン３の上昇行程中、ピストン３が潤滑油供給ポート１２を通過するまで、潤滑油の供給が停止される。すなわち、図２（ｄ）〜（ｉ）に示すピストン３の上昇行程中に、潤滑油の供給が停止されるので、ピストン３の上昇によって、燃焼室内に掻き揚げられる潤滑油の量が低減され、過早着火が防止される。すなわち、ピストン３の上昇行程中には、潤滑油が供給されず、ピストンリング３ａによって燃焼室内に掻き揚げられる余剰の潤滑油が低減されるため、潤滑油が掻き揚げられたとしても微小であり、予混合気層Ｃ内に飛散、蒸発してその自着火温度を低下させる等、予混合気層Ｃの着火源として機能し得なくなる。
したがって、第１燃焼モードでは、高い圧力をかけずにシリンダ２の内部にガス燃料を直噴でき、且つ、過早着火を防止することができる。
【００３７】
続いて、図４を参照して、上記構成の制御装置１５の下に行われる第２燃焼モードの潤滑油供給動作について詳しく説明する。なお、第２燃焼モードにおける燃料噴射動作は、周知の２サイクルディーゼルエンジンの燃料噴射動作と同じなので、その詳細な説明は割愛するが、第１燃焼モードと異なり、排気ポート６からシリンダ２の内部の排気ガスの排気が完了した後、ピストン３が上死点に達したタイミングで、第２燃料噴射ポート５からディーゼル燃料を噴射するものである。
図４は、本発明の実施形態における第２燃焼モードの潤滑油供給動作を説明するための図である。
【００３８】
図４に示すように、第２燃焼モードでは、ディーゼル燃料による燃焼が行われるため、先ず、制御装置１５は、電動切り替え弁２２を駆動させ、潤滑油導入配管２１とディーゼル燃料用潤滑油タンク２４とを接続させる。これにより、ディーゼル燃料用潤滑油タンク２４から注油器２０に、硫酸中和剤が添加された潤滑油（第２潤滑油）が導入される。
【００３９】
制御装置１５は、第２燃焼モードにおけるエンジンの１サイクルにおいて、少なくとも、シリンダ４の長さ方向一端側へ向う上昇行程中のピストン３が、潤滑油供給ポート１２を通過するまでの間に、潤滑油供給ポート１２から潤滑油を供給させるよう、注油器２０の駆動を制御する。
具体的に、制御装置１５は、ロータリエンコーダ１７からのクランク角度信号に基づいて、少なくともピストン３が下死点に達した後であってそこから上死点へ向う上昇行程中、その最上段のピストンリング３ａが潤滑油供給ポート１２を通過する直前（図４参照）から、その最下段のピストンリング３ａが潤滑油供給ポート１２を通過するまでの間に、注油器２０を駆動させて、潤滑油を供給させる。
【００４０】
このように、第２燃焼モードでは、ピストン３の上昇行程中、ピストン３が潤滑油供給ポート１２を通過するまでの間に、潤滑油が供給されるため、燃焼室内に潤滑油を積極的に掻き揚げさせることができる。すなわち、第２燃焼モードにおいて、液体燃料として、硫黄成分を多く含む純度の低いディーゼル燃料を使用する場合、その燃料中に含まれる硫黄成分に起因して生成される硫黄物（ＳＯｘ）によるシリンダ２の摺動面２ａの硫酸腐食（低温腐食）が問題となる。
【００４１】
そこで、第２燃焼モードでは、上述したタイミングで潤滑油を供給することにより、ピストンリング３ａと摺動面２ａとの摺動状態を良好に保つと共に、燃焼室内に中和剤を含む潤滑油を積極的に掻き揚げさせて、生成される硫黄物を中和させ、硫酸腐食を防止するようにしている。なお、第２燃焼モードでは、第１燃焼モードと異なり、圧縮行程中に空気と燃料とを予混合する方式ではないため、燃焼室内に潤滑油を掻き揚げることによる過早着火の虞は殆どない。
ちなみに、ガス燃料として、ＬＮＧを使用する場合、硫黄成分は殆ど含まれていないので硫酸腐食の心配はない。したがって、第１燃焼モードでは、硫酸中和剤が添加されていない潤滑油を使用することができる。
【００４２】
したがって、上述の本実施形態によれば、ピストン３が摺動する摺動面２ａを有するシリンダ２の長さ方向一端側において開閉する排気ポート６と、シリンダ２の長さ方向他端側において開閉する掃気ポート９と、排気ポート６と掃気ポート９との間においてシリンダ２の内部にガス燃料を噴射する第１燃料噴射ポート１３と、排気ポート６と掃気ポート９との間において摺動面２ａに潤滑油を供給する潤滑油供給ポート１２と、排気ポート６からシリンダ２の内部の排気ガスの排気が完了する前に、第１燃料噴射ポート１３からのガス燃料の噴射を開始させると共に、少なくとも長さ方向一端側へ向うピストン３が潤滑油供給ポート１２を通過するまで、潤滑油供給ポート１２からの潤滑油の供給を停止させるよう制御する制御装置１５と、を有するユニフロー型２サイクルエンジンを採用することによって、シリンダ２の内部における排気ガスの排気が完了する前の低圧状態で、ガス燃料の噴射を開始させて、従来よりも低圧で、ガス燃料を燃焼室内に噴射させると共に、圧縮行程中、少なくとも長さ方向一端側に向うピストン３が潤滑油供給ポート１２を通過するまで、潤滑油の供給を停止させることにより、燃焼室内に掻き揚げられる潤滑油の量を低減させて、過早着火を防止することができる。
したがって、本実施形態によれば、高い圧力をかけずにシリンダ２の内部にガス燃料を直噴でき、且つ、過早着火を防止することができるユニフロー型２サイクルエンジンが得られる。また、本実施形態によれば、第１燃焼モードによってＮＯｘ低減が可能な天然ガス（ＬＮＧ）を燃料としたガス運転が可能となり、また、第２燃焼モードによって高効率のディーゼル運転が可能となるため、要求に応じた効率の良い運転が可能となる。
【００４３】
以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００４４】
例えば、上記実施形態では、制御装置１５が、排気ポート６の開放度に基づいて、第１燃料噴射ポート１３の開閉制御を行う構成について説明したが、本発明はこの構成に限定されるものではない。
例えば、制御装置１５が、掃気ポート９の開放度に基づいて、第１燃料噴射ポート１３の開閉制御を行う構成であっても良いし、また、排気ポート６及び掃気ポート９の開放度に基づいて、第１燃料噴射ポート１３の開閉制御を行う構成であっても良い。
【００４５】
また、吸入新気層Ｂが、排気ガス層Ａを押し出しつつどの位置まで達したかは、開きタイミングの遅い方の開放度に依存する度合いが高いので、制御装置１５が、排気ポート６及び掃気ポート９のうち、開きタイミングの遅い方の開放度に基づいて、第１燃料噴射ポート１３の開閉制御を行う構成であっても良い。
また、排気ポート６及び掃気ポート９の開放度は、クランク角度に依存するので、制御装置１５が、クランク角度に基づいて第１燃料噴射ポート１３の開閉制御を行う構成であっても良い。
【００４６】
また、例えば、上記実施形態では、ＬＮＧを用いたガス燃料を噴射する形態について説明したが、本発明は他のガス燃料、例えばＬＰＧ（液化石油ガス）等を用いる形態についても本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００４７】
２…シリンダ、２ａ…摺動面、３…ピストン、５…第２燃料噴射ポート、６…排気ポート、９…掃気ポート、１２…潤滑油供給ポート、１３…第１燃料噴射ポート（燃料噴射ポート）、１４…ガス噴射弁（開閉部）、１５…制御装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンが摺動する摺動面を有するシリンダの長さ方向一端側において開閉する排気ポートと、
前記シリンダの長さ方向他端側において開閉する掃気ポートと、
前記排気ポートと前記掃気ポートとの間において前記シリンダの内部にガス燃料を噴射する燃料噴射ポートと、
前記排気ポートと前記掃気ポートとの間において前記摺動面に潤滑油を供給する潤滑油供給ポートと、
前記排気ポートから前記シリンダの内部の排気ガスの排気が完了する前に、前記燃料噴射ポートからのガス燃料の噴射を開始させると共に、少なくとも前記長さ方向一端側へ向う前記ピストンが前記潤滑油供給ポートを通過するまで、前記潤滑油供給ポートからの潤滑油の供給を停止させるよう制御する制御装置と、を有することを特徴とする２サイクルエンジン。
【請求項２】
前記シリンダの長さ方向一端側において前記シリンダの内部に液体燃料を噴射する第２燃料噴射ポートを有しており、
前記制御装置は、前記シリンダの内部に供給する燃料の種類に応じて、
前記排気ポートから前記シリンダの内部の排気ガスの排気が完了する前に、前記燃料噴射ポートからのガス燃料の噴射を開始させると共に、少なくとも前記長さ方向一端側へ向う前記ピストンが前記潤滑油供給ポートを通過するまで、前記潤滑油供給ポートからの潤滑油の供給を停止させる第１燃焼モードと、
前記排気ポートから前記シリンダの内部の排気ガスの排気が完了した後に、前記第２燃料噴射ポートから液体燃料を噴射させると共に、少なくとも前記長さ方向一端側へ向う前記ピストンが前記潤滑油供給ポートを通過するまでの間に、前記潤滑油供給ポートから潤滑油を供給させる第２燃焼モードと、に切り替えることを特徴とする請求項１に記載の２サイクルエンジン。
【請求項３】
前記液体燃料は、硫黄成分を含んでおり、
前記第２燃焼モードでは、前記潤滑油を、前記硫黄成分を中和する中和剤が添加された第２潤滑油に切り替えることを特徴とする請求項２に記載の２サイクルエンジン。
【請求項１】
ピストンが摺動する摺動面を有するシリンダの長さ方向一端側において開閉する排気ポートと、
前記シリンダの長さ方向他端側において開閉する掃気ポートと、
前記排気ポートと前記掃気ポートとの間において前記シリンダの内部にガス燃料を噴射する燃料噴射ポートと、
前記排気ポートと前記掃気ポートとの間において前記摺動面に潤滑油を供給する潤滑油供給ポートと、
前記排気ポートから前記シリンダの内部の排気ガスの排気が完了する前に、前記燃料噴射ポートからのガス燃料の噴射を開始させると共に、少なくとも前記長さ方向一端側へ向う前記ピストンが前記潤滑油供給ポートを通過するまで、前記潤滑油供給ポートからの潤滑油の供給を停止させるよう制御する制御装置と、を有することを特徴とする２サイクルエンジン。
【請求項２】
前記シリンダの長さ方向一端側において前記シリンダの内部に液体燃料を噴射する第２燃料噴射ポートを有しており、
前記制御装置は、前記シリンダの内部に供給する燃料の種類に応じて、
前記排気ポートから前記シリンダの内部の排気ガスの排気が完了する前に、前記燃料噴射ポートからのガス燃料の噴射を開始させると共に、少なくとも前記長さ方向一端側へ向う前記ピストンが前記潤滑油供給ポートを通過するまで、前記潤滑油供給ポートからの潤滑油の供給を停止させる第１燃焼モードと、
前記排気ポートから前記シリンダの内部の排気ガスの排気が完了した後に、前記第２燃料噴射ポートから液体燃料を噴射させると共に、少なくとも前記長さ方向一端側へ向う前記ピストンが前記潤滑油供給ポートを通過するまでの間に、前記潤滑油供給ポートから潤滑油を供給させる第２燃焼モードと、に切り替えることを特徴とする請求項１に記載の２サイクルエンジン。
【請求項３】
前記液体燃料は、硫黄成分を含んでおり、
前記第２燃焼モードでは、前記潤滑油を、前記硫黄成分を中和する中和剤が添加された第２潤滑油に切り替えることを特徴とする請求項２に記載の２サイクルエンジン。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１３−４０５７８（Ｐ２０１３−４０５７８Ａ）
【公開日】平成２５年２月２８日（２０１３．２．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７７１９６（Ｐ２０１１−１７７１９６）
【出願日】平成２３年８月１２日（２０１１．８．１２）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【出願人】（５９１０８３４０６）株式会社ディーゼルユナイテッド (30)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月２８日（２０１３．２．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月１２日（２０１１．８．１２）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【出願人】（５９１０８３４０６）株式会社ディーゼルユナイテッド (30)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]