JP2003247444A

JP2003247444A - 火花点火式２サイクルエンジン

Info

Publication number: JP2003247444A
Application number: JP2002044794A
Authority: JP
Inventors: Shunsaku Nakai; 俊作中井; Takahiro Sako; 孝弘佐古; Koji Moriya; 浩二守家; Shuji Hatakeyama; 収司畠山; Yoshio Sekiya; 芳男関谷; Tadashi Murayama; 正村山
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 2002-02-21
Filing date: 2002-02-21
Publication date: 2003-09-05

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明の目的は、天然ガス等の気体燃料を用
いることができ、さらに、低回転運転を行なっても燃料
の吸抜けを防止しつつ高効率且つ高出力の運転が可能な
火花点火式２サイクルエンジンを実現する点にある。【解決手段】燃焼室に燃料を直接供給すると共に、燃
料の供給開始時期を調整可能な燃料供給手段と、燃料供
給手段による燃料の供給開始時期を、掃気ポート及び排
気ポートの両方が開状態となる掃気期間内で、且つ、ク
ランク軸の回転数が高い高回転運転時よりも回転数が低
い低回転運転時の方が遅くなるように設定する燃料供給
時期設定手段を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ピストンの上下運
動により燃焼室に対して開閉する掃気ポート及び排気ポ
ートとを備え、前記燃焼室において燃料と酸素含有ガス
との混合気を燃焼させてクランク軸から回転動力を出力
する火花点火式２サイクルエンジンに関し、特に、マイ
クロコジェネレーション用やＧＨＰ（ガスヒートポン
プ）用として実施される火花点火式２サイクルエンジン
に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、エネルギ問題や環境問題が大きく
取り上げられており、特に、石油資源の枯渇に対する危
惧が高まっている。天然ガスは供給の安定性や低公害性
の面から代替燃料として大きく期待されている。従っ
て、天然ガスを燃料としたガスエンジンを利用したコジ
ェネレーションやＧＨＰは、今後普及がますます期待さ
れる高効率エネルギ利用分野であると考えられる。

【０００３】火花点火式の２サイクルエンジンは、通
常、クランク室において新気としての予混合気を予め吸
入させて圧縮し、その圧縮された予混合気を掃気ポート
を介して燃焼室に送り込むことで、燃焼室内の燃焼ガス
を排気ポート側に押出す掃気を行なうように構成され、
その掃気を行なう点で４サイクルエンジンとは異なる。
従って、クランク軸１回転で１サイクルが完結する。吸
気弁及び排気弁を必要としない２サイクルエンジンは、
部品点数が少なく軽量であり、同じ規模の４サイクルエ
ンジンより大きな動力を発生できる利点がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、２サイクルエ
ンジンは、上記のような掃気において、燃料を含む混合
気の一部が排気ポートから排出される所謂吸抜けが発生
し、排ガスと共に排出される未燃炭化水素の量が増大し
て、燃費の悪化が避けられないという問題があった。

【０００５】また、天然ガス等の気体燃料を用いる火花
点火式２サイクルエンジンは現在殆ど実用化されておら
ず、さらに、火花点火式２サイクルエンジンをコジェネ
レーションやＧＨＰに利用するためには、２０００〜３
５００ｒｐｍ程度の低回転運転時においても、前述のよ
うな吹き抜けを改善しつつ高出力且つ高効率が得ること
が要求される。しかし、従来の火花点火式２サイクルエ
ンジンは、通常、吸気路に設けられたスロットルを絞る
ことで低回転運転を行なうために、掃気期間において燃
焼室に充分な新気を送り込むことができずに掃気効率が
低下し、低回転運転時における熱効率が低下することが
ある。

【０００６】また、エンジンにおける高効率化の方法と
して、４サイクルエンジンに多く見られる成層燃焼方式
がある。この成層燃焼法式は、点火プラグ付近に点火し
やすい混合気を形成し、全体として希薄燃焼を可能とす
るものであり、吸気路に設けられた吸気絞り弁で吸気路
の流路断面積を絞らなくても、出力を低下させることが
できる。しかし、この成層燃焼方式を実現するために
は、圧縮状態の燃焼室に直接燃料を噴射して点火プラグ
付近に点火しやすい混合気を形成するための高圧燃料噴
射装置が必要となる。しかし、燃料として例えば天然ガ
スのような気体燃料を用いる場合には、高圧燃料噴射装
置は複雑且つ高価なものとなるために、気体燃料を利用
するエンジンにおいてこの成層燃焼法式を採用すること
は困難であった。

【０００７】従って、本発明の目的は、上記のような事
情に鑑みて、天然ガス等の気体燃料を用いることがで
き、さらに、低回転運転を行なっても燃料の吸抜けを防
止しつつ高効率且つ高出力の運転が可能な火花点火式２
サイクルエンジンを実現する点にある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
の本発明に係る火花点火式２サイクルエンジンの第一特
徴構成は、特許請求の範囲の欄の請求項１に記載した如
く、前記燃焼室に燃料を直接供給すると共に、前記燃料
の供給開始時期を調整可能な燃料供給手段と、前記燃料
供給手段による前記燃料の供給開始時期を、前記掃気ポ
ート及び前記排気ポートの両方が開状態となる掃気期間
内で、且つ、前記クランク軸の回転数が高い高回転運転
時よりも前記回転数が低い低回転運転時の方が遅くなる
ように設定する燃料供給時期設定手段を備えたを備えて
なる点にある。

【０００９】即ち、本発明に係る火花点火式２サイクル
エンジンの上記第一の特徴構成によれば、燃料供給手段
及び燃料供給時期設定手段により、燃料供給手段におけ
る燃料の供給開始時期が掃気期間内にあることで、燃料
供給手段は燃料を低圧で供給することができると共に、
吸気路に設けられた吸気絞り弁を絞らなくても、出力を
低下させることができる成層燃焼を実現することがで
き、高効率化が可能となる。

【００１０】さらに、燃料供給時期設定手段により、低
回転運転時においては、火花点火時期までの時間、即ち
燃料とクランク室から供給される新気（例えば空気）と
の混合に許される期間に余裕があるので、燃料供給時期
設定手段により燃料の供給開始時期を掃気期間内におい
て掃気期間終了時期に近い遅延化された時期に設定して
燃料の排気ポート側への吹き抜けを抑制し、逆に、高回
転運転時においては、燃料と新気との混合に許される期
間に余裕がないので、燃料供給時期設定手段により燃料
の供給開始時期を低回転運転時よりも早い時期に設定し
て、できるだけ燃料の吹き抜けを抑制しつつ燃料と新気
とが充分に混合するようにすることができる。

【００１１】このような特徴構成により、燃料を低圧で
噴射することで、天然ガス等の気体燃料を用いることが
でき、さらに、低回転運転を行なっても燃料の吸抜けを
防止しつつ高効率且つ高出力の運転が可能な火花点火式
２サイクルエンジンを実現することができる。

【００１２】同第二特徴構成は、特許請求の範囲の欄の
請求項２に記載した如く、上記第一の特徴構成に加え
て、前記燃料供給手段が、前記燃料を、前記燃焼室の火
花点火領域に向う方向に供給するように構成されている
点にある。

【００１３】即ち、上記第二の特徴構成によれば、燃料
供給手段により、燃料を燃焼室の点火領域即ち点火プラ
グの火花が発生する付近に向う方向に燃料を供給するこ
とができ、圧縮状態の燃焼室において、点火領域に火花
点火し易い濃い目の混合気を良好に形成すると共に、そ
の周囲に比較的希薄な混合気を形成することができ、精
度の高い成層燃焼を実現して、一層の高効率化を図るこ
とができる。

【００１４】同第三特徴構成は、特許請求の範囲の欄の
請求項３に記載した如く、上記第一又は二の特徴構成に
加えて、前記燃料供給時期設定手段が、前記燃料の供給
開始時期を、前記掃気期間開始時期に対して所定の遅延
期間以降の前記掃気期間内に設定する点にある。

【００１５】通常、火花点火式２サイクルエンジンにお
いては、燃焼室の混合気が燃焼後、先ず排気ポートが開
状態となって燃焼室内圧を掃気圧力以下に下げるブロー
ダウンをおこなってから、掃気ポートが開状態となっ
て、クランク室で圧縮された新気を掃気ポートから燃焼
室に送り込む。従って、掃気期間が開始された直後にお
いて、燃焼室には、掃気ポートから排気ポートに渡る強
い気流が発生することになるので、このときに、燃料供
給手段により燃焼室に燃料を供給すると、その燃料が排
気ポート側に排出される吹き抜けが発生しやすい。そこ
で、上記第三の特徴構成によれば、燃料供給開始時期設
定手段は、高回転運転時に燃料の供給開始時期を早めに
設定するに、その供給開始時期を、掃気期間開始時点、
即ち掃気ポートが開状態となる時期に対して、例えばク
ランク角で２°〜５°程度の所定の遅延期間以降に設定
することで、掃気期間開始直後の燃料の吹き抜けを抑制
することができる。

【００１６】同第四特徴構成は、特許請求の範囲の欄の
請求項４に記載した如く、上記第一から三の何れかの特
徴構成に加えて、前記燃料が天然ガスである点にある。

【００１７】即ち、上記第四の特徴構成によれば、燃料
供給手段が燃料の供給を燃焼室が低圧な掃気期間中に開
始することができるので、燃料の供給圧力を例えば０．
０５ＭＰａ以上０．２ＭＰａ以下の範囲内に設定するこ
とができ、燃料として高圧噴射が困難な気体燃料を用い
た火花点火式２サイクルエンジンを簡単に実現すること
ができる。また、天然ガスはオクタン価が高く圧縮比を
１０〜１２程度にでき、希薄燃焼性に優れているので、
一層の高効率化を図ることができる。さらに、このよう
な高圧縮比化と共に、排気ポートの縮小により、燃焼室
に燃焼排ガスを残留させることで、燃焼室内に形成され
る混合気の温度を上昇させ、火花点火直後の火炎伝播速
度を向上させることで、急速燃焼が実現でき、一層の高
効率化が可能となる。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明による火花点火式２サイク
ルエンジンの実施の形態を図面に基づいて説明する。こ
の２サイクルエンジン１００は、図１に示すように、シ
リンダ１と、シリンダヘッド２１と、シリンダ１内で往
復運動してシリンダ１とシリンダヘッド２１との間に燃
焼室３を形成するピストン４が配設され、そのピストン
４が、前記クランクケース２に回転自在に支持されたク
ランク軸５に対して連接棒６を介して連動連結され、か
つ、シリンダヘッド２１には、燃焼室３に火花発生する
点火プラグ７が設けられている。前記燃焼室３を形成す
るシリンダ１の壁面には、ピストン４の往復運動によっ
て開閉される掃気ポート８および排気ポート９が開口さ
れるとともに、掃気ポート８が、クランクケース２の内
部に形成されたクランク室１０に連通接続され、かつ、
クランクケース２には、空気を吸引するための吸気ポー
ト１１が、ピストン４の往復運動によって開閉可能に連
通されている。また、吸気ポート１１には、クランク室
１０からの逆流を逆流を防止するリード弁２０が設けら
れている。

【００１９】前記点火プラグ７は、ＥＣＵ（エンジンコ
ントロールユニット）５０によって、エンジン１００の
動作状態、具体的には、クランク軸５の回転角に基づい
て、その点火時期が制御されるように構成され、そのた
め、クランク軸５の回転角を検出するクランク角検出セ
ンサ１２が設けられ、クランク角検出センサ１２からの
検出信号が、前記ＥＣＵ５０に入力されるように構成さ
れている。そして、前記燃焼室３において燃料ｇと空気
ａとの混合気を燃焼させるとともに、ピストン４の往復
運動によって、掃気ポート８から燃焼室３内に空気ａを
供給して、燃焼室３内に残留する排ガスを排気ポート９
側へ押出す、いわゆる掃気を行って、クランク軸５の回
転を維持するように構成されている。

【００２０】ところで、本発明による２サイクルエンジ
ン１００は、燃料ｇとして気体燃料、具体的には、天然
ガスを使用するガスエンジンであって、その天然ガスを
供給する燃料供給手段としての燃料噴射弁１３が、シリ
ンダヘッド２１の点火プラグ７の前記掃気ポート８側に
隣設されている。

【００２１】さらに、この燃料噴射弁１３は、図２に示
すように、筒状の弁本体１５と、その弁本体１５の中心
軸上に配置されて中心軸方向に出退自在なニードル１６
とを備え、前記弁本体１５には、ニードル１６が接当す
る弁座１７と、その弁座１７に連通する噴射孔１８とが
設けられるとともに、噴射孔１８は、その長手方向に沿
ってほぼ同一の断面積を有する断面円形の孔で構成され
ている。さらに、燃料噴射弁１３の噴射孔１８には、そ
の噴射孔１８を覆い、点火プラグ７と反対側が弁本体１
５に固定されたリード弁１９が設けられている。そし
て、この燃料噴射弁１３は、例えばレギュレターにより
約０．７ＭＰａから０．０５〜０．２ＭＰａに減圧され
た天然ガスが弁本体１５内に供給され、ニードル１６が
弁座１７に対して当接している状態から引退すると、そ
の燃料ｇが噴射孔１８側に導かれ、噴射孔１８から噴射
される燃料ｇがリード弁１５を押し上げることで、点火
プラグ７側（点火領域）に方向づけられて燃焼室３に噴
射するように構成されている。

【００２２】そして、ニードル１６の出退操作により、
つまり、ニードル１６を突出させて弁座１７に接当させ
ることにより燃料噴射弁１３を閉じ、ニードル１６を退
避させて弁座１７から離間させることにより燃料噴射弁
１３を開いて燃料ｇを供給するように構成され、そのニ
ードル１６の出退操作が、クランク角検出センサ１２か
らの検出信号に基づいてＥＣＵ５０により制御されるよ
うに構成されている。

【００２３】その掃気ポート８は、シリンダヘッド２１
側を向くように傾斜した状態で燃焼室３に連通され、か
つ、ピストン４の上面は若干上面側に湾曲され、掃気ポ
ート８から供給される空気ａが、シリンダヘッド２１の
燃料噴射弁１３及び点火プラグ７側を流通した後に、掃
気ポート８側に案内される。

【００２４】そして、このように構成された燃料供給弁
１３は、詳細については後述するが、掃気期間内におい
て燃料ｇの供給を開始し、その燃料ｇを燃焼室３の点火
プラグ７の点火領域に方向付けて供給する。すると、燃
焼室３においてその点火領域には、火花点火しやすい濃
度の混合気が形成され、その周囲に希薄混合気が形成さ
れ、燃焼室１１内の圧力が燃料噴射弁１３の燃料供給圧
力よりも大きくなった時点で、燃料噴射弁１３のリード
弁１８が閉状態となり、燃料ｇの供給が終了する。

【００２５】このように燃料ｇを直接燃焼室１１に供給
することによって、ピストン２が上方に移動し、ＥＣＵ
５０によって制御される点火プラグ１３によって点火す
る際に、点火プラグ４の点火領域に形成された混合気を
燃焼させた後に、その周囲の希薄混合気を燃焼させて、
全体として希薄燃焼させる所謂成層燃焼を行なうことが
でき、高効率化及び低ＮＯｘ化を図ることができる。

【００２６】この成層燃焼方式は、特に部分負荷におい
て、火炎温度を低下させ、ＮＯｘを大幅に低減できるほ
か、吸気路１１の流路を絞る必要が無いのでポンピング
ロスを低減でき、さらに、２サイクルエンジン１００の
ように、ピストン２の往復動作によって掃気ポート８及
び排気ポート９を開閉する構成においては、掃気ポート
８が開状態になる掃気期間の開始直後においては燃料ｇ
を供給せず、例えば掃気期間開始時期からクランク角に
して２〜５°程度後の所定の遅延期間が経過してから、
燃料ｇを供給することで、掃気期間初期における燃料ｇ
の吹き抜けを防止して、排ガス中の未燃成分を大幅に減
少させることができる。

【００２７】さらに、ＥＣＵ５０は、クランク角検出セ
ンサ１２の検出結果から認識可能なクランク軸５の回転
数に基づいて燃料噴射弁１３のニードル１６の動作タイ
ミングを制御して、燃料ｇの供給開始時期を、掃気ポー
ト８及び排気ポート９の両方が開状態となる掃気期間内
で、且つ、クランク軸５の回転数が高い高回転運転時よ
りも回転数が低い低回転運転時の方が遅くなるように設
定する燃料供給時期設定手段５１として機能する。

【００２８】即ち、燃料供給時期設定手段５１は、クラ
ンク軸５の回転数が低い低回転運転時においては、燃料
ｇの供給開始時期を掃気期間内において掃気期間終了時
期に近い遅延化された時期に設定し、逆に、高回転運転
時においては、燃料ｇの供給開始時期を低回転運転時よ
りも早い時期に設定する。このように燃料ｇの供給開始
時期を設定することで、低回転運転時及び高回転運転時
の両方で、燃料噴射弁１３から供給される燃料ｇと掃気
ポート８から供給される空気ａを混合するための時間を
ほぼ一定に確保しながら、低回転運転時においては、燃
料ｇの供給開始時期を遅くして、排気ポート９が開状態
となる掃気期間に燃料ｇが排気ポート９側に吹き抜ける
ことを抑制することができる。

【００２９】次に、本実施形態の２サイクルエンジン１
００の実施例をその動作状態と共に説明する。図中、Ｔ
ＤＣは、ピストン４の上死点位置を示し、ＢＤＣはピス
トン４の下死点位置を示す。さらに、クランク軸の角度
を、上記ＴＤＣ及びＢＤＣに対する進角値及び遅角値で
示し、上記ＴＤＣ若しくはＢＤＣに対する角度値の後
に、進角の場合はＢ、遅角の場合はＡをＴＤＣ及びＢＤ
Ｃの前に付して示す。

【００３０】また、本実施例においては、２サイクルエ
ンジン１００として、排気量が２５０ｃｃの水冷式単気
筒２サイクルエンジンを使用し、その一般仕様は、以下
の通りである。ボア×ストローク：６６．４ｍｍ×７２ｍｍ回転数：２０００−３５００ｒｐｍ圧縮比：１２排気ポート面積／掃気ポート面積：０．２１燃料噴射弁１３の燃料噴射圧：０．２ＭＰａ噴射期間：４．５ｍｓｅｃ噴射開始時期（燃料の供給開始時期）：可変

【００３１】まず、本実施例において２サイクルエンジ
ン１００の掃気ポート８は、ピストン４がＴＤＣから下
降して、クランク軸５の回転角が５５°ＢＢＤＣに至る
時点から開状態となり、５５°ＡＢＤＣに至る時点から
閉状態となるように形成されている。

【００３２】一方、排気ポート９は、排気バルブ２２に
よる開口部高さの調整により、ピストン４がＴＤＣから
下降して、クランク軸５の回転角が６２°ＢＢＤＣに至
る時点から開状態となり、６２°ＡＢＤＣに至る時点か
ら閉状態となる。

【００３３】即ち、燃焼室３において混合気が燃焼後
に、先ず排気ポート９が掃気ポート８よりも早く開状態
となって、燃焼室３の内圧を掃気圧力（クランク室１０
内の圧力）以下に下降させ（ブローダウン）、その後掃
気ポート８が開状態となって掃気が行われる。さらに、
掃気期間終了時においては、先ず掃気ポート８が排気ポ
ート９よりも早く閉状態となり、燃焼室３ないのガスが
排気ポート９側に押出される（プレスアウト）。従っ
て、クランク軸５の回転数が比較的高い高回転運転で
は、排気ポート９が開いた後の燃焼室３内圧力の低下が
遅れるために、ブローダウン期間の排気ポート９の排気
角度面積（ポートの開口面積をクランク角で積分した
値）を大きくして、排気ポート９の開時期を早くする必
要があるが、そうすると、プレスアウト期間における排
気ポート９の排気角度面積が大きくなり、排気ポート９
の閉時期が遅くなるので、クランク軸５の回転数が比較
的低い低回転運転において、燃焼室３内のガスの吹き抜
けが増加し、性能が低下する虞がある。そこで、本実施
例の２サイクルエンジン１００の排気ポート９には、排
気ポート９の開口高さを変更可能な排気バルブ２２が設
けられている。詳しくは、この排気バルブ２２は、排気
ポート９の燃焼室３への開口部の上端位置を上下動作さ
せることで、ピストン４の上下動作による排気ポート９
の開閉時期を調整可能に構成され、この排気バルブ２２
もＥＣＵ５０により制御される。そして、この排気バル
ブ２２により排気ポート９の角度面積を、クランク軸５
の回転数に合わせて制御することで、幅広い回転数で運
転可能に構成されている。なお、本実施例においては、
燃料ｇとして自着火温度が比較的高い天然ガスを用い、
さらに、コジェネレーションやＧＨＰ用として用いるこ
とができるように、比較的低い回転数で運転するため
に、排気バルブ２２が排気ポート９を比較的縮小した状
態で固定され、燃焼室３における燃焼排ガスの残留量が
多くなり、さらに、燃焼室３における実圧縮比が１２程
度と高めに設定されている。

【００３４】また、本実施例の２サイクルエンジン１０
０において、燃料噴射弁１３における燃料供給期間（燃
料噴射弁１３のニードル１６が開状態となる期間）を、
−１０°ＢＢＤＣから６０°ＡＢＤＣまでの期間（第１
供給期間）、５°ＢＢＤＣから５５°ＡＢＤＣまでの期
間（第２供給期間）、３０°ＢＢＤＣから５０°ＡＢＤ
Ｃまでの期間（第３供給期間）、４５°ＢＢＤＣから３
５°ＡＢＤＣまでの期間（第４供給期間）の夫々に設定
したときの、クランク軸５の回転数が２０００ｒｐｍか
ら３５００ｒｐｍまでの正味熱効率の測定結果を、図４
に示す。なお、夫々の供給期間の終了時期は、燃料噴射
弁１３に設けられたニードル１６の閉時期を示すが、燃
焼室３の圧力上昇によりリード弁１８が閉鎖されると、
ニードル１６の閉時期より前に燃料ｇの供給が終了する
場合がある。

【００３５】図４において、本実施例の燃焼室３に直接
燃料を噴射する２サイクルエンジン１００は、燃料供給
時期、即ち燃料供給開始時期が遅いほど、正味熱効率の
ピークが低回転数側で発生することがわかる。これは、
低回転運転時においては、火花点火時期までの時間、即
ち燃料ｇとクランク室１０から供給される空気ａとの混
合に許される期間に余裕があるので、燃料ｇの供給開始
時期を遅延化された時期に設定して燃料の排気ポート側
への吹き抜けを抑制し、逆に、高回転運転時において
は、燃料ｇと空気ａとの混合に許される期間に余裕がな
いので、燃料ｇの供給開始時期を低回転運転時よりも早
い時期に設定して、できるだけ燃料ｇの吹き抜けを抑制
しつつ燃料ｇと空気ａとが充分に混合するようにするこ
とが好ましいからであると考えられる。

【００３６】そこで、燃料供給開始時期設定手段５１
は、図３に示すように、クランク軸５の回転数が２００
０ｒｐｍのときには、燃料噴射弁１３における燃料供給
期間を前記第１供給期間に設定し、回転数が２５００ｒ
ｐｍのときには、燃料噴射弁１３における燃料供給期間
を前記第２供給期間に設定し、回転数が３０００ｒｐｍ
のときには、燃料噴射弁１３における燃料供給期間を前
記第３供給期間に設定し、回転数が３５００ｒｐｍのと
きには、燃料噴射弁１３における燃料供給期間を前記第
４供給期間に設定するというように、回転数が３５００
ｒｐｍのときに燃料ｇの供給開始時期が４５°ＢＢＤＣ
であるのに対して、回転数が小さくなるほどその供給開
始時期を連続的に遅延化させ、回転数が２０００ｒｐｍ
のときには燃料ｇの供給開始時期を−１０°ＢＢＤＣに
設定する。

【００３７】そして、本実施例の２サイクルエンジン１
００は、図４の実線部に示すように、２０００ｒｐｍ〜
３５００ｒｐｍに渡って、高い正味熱効率を達成するこ
とができた。また、本発明の効果を確認するために、こ
れまで説明してきた２サイクルエンジン１００のよう
に、燃料ｇを燃料噴射弁１３により直接燃焼室３に供給
するのではなく、燃料ｇと空気ａとを吸気ポート１１に
おいて混合し、クランク室１０に混合気を供給して、そ
の混合気を燃焼室３に供給する予混合方式の構成（比較
例）についても同様に２０００ｒｐｍ〜３５００ｒｐｍ
のときの正味熱効率を測定した。すると、図４に示すよ
うに、本実施例の２サイクルエンジンの正味熱効率は、
比較例の２サイクルエンジンの正味熱効率と比較して、
１０〜１６ポイント程度向上することができており、本
発明に係る２サイクルエンジン１００が予混合方式の２
サイクルエンジンよりも効率の点で優れていることがわ
かる。

【００３８】尚、燃料供給開始時期設定手段５１は、ク
ランク軸５の回転数が２０００ｒｐｍを中心とする範囲
内のときは、燃料噴射弁１３における燃料供給期間を前
記第１供給期間の一定とし、回転数が２５００ｒｐｍを
中心とする範囲内のときは、燃料噴射弁１３における燃
料供給期間を前記第２供給期間の一定とし、回転数が３
０００ｒｐｍを中心とする範囲内のときは、燃料噴射弁
１３における燃料供給期間を前記第３供給期間の一定と
し、回転数が３５００ｒｐｍを中心とする範囲内のとき
は、燃料噴射弁１３における燃料供給期間を前記第４供
給期間の一定とするように、燃料供給時期をクランク軸
５の回転数に応じて段階的に変化させても構わず、図４
に示すように、夫々の燃料供給時期における比較的熱効
率が高い部分を通りながら回転数を変化させることがで
きる。

【００３９】さらに、本実施例及び比較例の２サイクル
エンジンにおいて、排ガス中の未燃炭化水素を測定した
結果、本実施例の２サイクルエンジンは、比較例の２サ
イクルエンジンと比較して、排ガス中の未燃炭化水素を
約８０％程度低減することができ、本発明に係る２サイ
クルエンジンは燃料ｇの吹き抜け防止効果が十分に発揮
されていることがわかる。また、比較例の２サイクルエ
ンジンは燃焼室３において空気比１．２程度の混合気を
燃焼させるのであるが、本実施例の２サイクルエンジン
は１．８程度の高空気比で燃焼させることができ、燃費
改善すると共に、低ＮＯｘ化を図ることができた。

【００４０】なお、これまで説明してきた実施形態で
は、燃料ｇの一例として天然ガスを使用した例を示した
が、天然ガス以外にも、水素、プロパン、ブタンなどの
各種の気体燃料を燃料ｇとして使用することができ、更
に、燃料を圧縮して噴射供給するように構成すること
で、ガソリン、軽油、重油、エタノール、メタノールな
どの各種の液体燃料を燃料ｇとして使用することもで
き、また、燃焼室３に供給する燃焼用の酸素含有ガスと
して空気ａを使用することが一般的ではあるが、例え
ば、酸素成分含有量が空気よりも高い酸素富化ガスなど
を使用することも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】火花点火式２サイクルエンジンの概略構成図

【図２】燃料噴射弁の部分断面図

【図３】排気ポートと掃気ポートと燃料噴射弁の開状態
期間を示すタイムチャート

【図４】回転数と正味熱効率との関係を示すグラフ図

【符号の説明】

３：燃焼室４：ピストン５：クランク軸７：点火プラグ８：掃気ポート９：排気ポート１０：クランク室１３：燃料噴射弁（燃料供給手段）２２：排気バルブ５０：ＥＣＵ５１：燃料供給時期設定手段１００：火花点火式２サイクルエンジンａ：空気（酸素含有ガス）ｇ：燃料

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ０２Ｄ 41/02 ３３５Ｆ０２Ｄ 41/02 ３３５Ｆ０２Ｍ 21/02 Ｆ０２Ｍ 21/02 Ｌ (72)発明者守家浩二大阪府大阪市中央区平野町四丁目１番２号大阪瓦斯株式会社内 (72)発明者畠山収司北海道札幌市北区新琴似６条12丁目２―23 (72)発明者関谷芳男北海道小樽市稲穂４丁目16―７ (72)発明者村山正北海道札幌市中央区円山西町８―６―１Ｆターム(参考） 3G023 AA02 AA04 AA05 AB03 AC05 AC07 AD14 AF02 AG01 3G092 AA01 AA03 AA06 AB08 BB06 DE03 EA04 FA02 HE01Z 3G301 HA01 HA03 HA04 HA16 JA01 JA25 JA26 KA23 LB01 LC01 MA18 PE01Z

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ピストンの上下運動により燃焼室に対し
て開閉する掃気ポート及び排気ポートとを備え、前記燃
焼室において燃料と酸素含有ガスとの混合気を燃焼させ
てクランク軸から回転動力を出力する火花点火式２サイ
クルエンジンであって、前記燃焼室に燃料を直接供給すると共に、前記燃料の供
給開始時期を調整可能な燃料供給手段と、前記燃料供給手段による前記燃料の供給開始時期を、前
記掃気ポート及び前記排気ポートの両方が開状態となる
掃気期間内で、且つ、前記クランク軸の回転数が高い高
回転運転時よりも前記回転数が低い低回転運転時の方が
遅くなるように設定する燃料供給時期設定手段を備えた
火花点火式２サイクルエンジン。
【請求項２】前記燃料供給手段が、前記燃料を、前記
燃焼室の火花点火領域に向う方向に供給するように構成
されている請求項１に記載の火花点火式２サイクルエン
ジン。
【請求項３】前記燃料供給時期設定手段が、前記燃料
の供給開始時期を、前記掃気期間開始時期に対して所定
の遅延期間以降の前記掃気期間内に設定する請求項１又
は２に記載の火花点火式２サイクルエンジン。
【請求項４】前記燃料が天然ガスである請求項１から
３の何れか１項に記載の火花点火式２サイクルエンジ
ン。